JPH0128675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、管相貫継手に形成された開先の溶
接線に溶接トーチを倣い制御する開先倣い制御方
法に関し、前記開先の溶接線を正確に検出し、良
好な溶接を行なえるようにすることを目的とす
る。

一般に、第１図に示すように、母管１および該
母管１に形成された穴１′に挿通された枝管２か
らなる管相貫継手である所謂ノズルネツク部３に
形成された狭開先４を倣い溶接する場合、溶接時
に溶接トーチの上端部に取り付けられた１対の差
動トランス等の接触センサを枝管２の内側または
外側に形成された倣い面に接触させつつ前記トー
チを移動させ、前記センサからの信号に基づいて
開先４の中心線を倣うべき溶接線として導出し、
導出した前記中心線に倣つて前記トーチを移動さ
せ、狭開先４の倣い溶接を行なつている。

しかし、第１図に示すように、穴１′の中心と
枝管２の中心とがずれた場合、枝管２の周面に接
触センサを接触させて導出した溶接線と開先４の
中心線とが一致せず、前記溶接線に倣つて前記ト
ーチを移動させても、前記トーチの先端部は中心
線からずれた位置を移動することになり、開先４
に一様な溶接ビードを形成することができず、良
好な溶接を行なうことができないという欠点があ
る。

また、枝管２に前記倣い面を加工しなければな
らず、しかも、前記センサが摺動し易いように前
記倣い面を平滑に加工しなければならず、非常に
手間がかかるとともに、前記倣い面を加工し得る
形状の管だけしか枝管２に適用することができ
ず、溶接可能な継手が制限されてしまい、さらに
前記センサが接触式であるため、溶接時の熱の影
響を受け、前記センサの劣化や摩耗等を招来する
という問題がある。

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、母管および枝管からなる管相貫継手に形
成された型狭開先に沿つて移動自在に設けられ
た短冊状の溶接トーチにオプテイカルフアイバを
取り付け、前記フアイバに接続された工業用テレ
ビジヨンカメラにより前記フアイバを介して前記
開先の近辺を撮像し、モニタ用テレビジヨン受像
機により、前記開先の方向が前記受像機の画面の
横方向に平行になるように前記カメラによる映像
を表示し、前記カメラの視野の幅が前記開先の最
大幅より大きくなるように前記視野を調節し、前
記画面に前記開先及び該開先の周縁の映像を表示
すると共に、処理部により、前記画面の縦方向に
前記開先の幅よりも長尺の信号枠を前記画面上に
設定し、走査線ごとに前記信号枠内の各画素の明
るさを積分し、得られた積分値から前記開先の両
開先壁の位置を検出し、前記両開先壁の位置か
ら、前記開先の映像が前記信号枠内の所定領域内
にあるか否かを判別し、前記開先の映像が前記所
定領域からずれているとき、制御部により、前記
開先の映像が前記所定領域内に位置するように、
前記トーチを前記開先の幅方向に移動し、前記開
先の映像を前記所定領域内に保持しつつ、前記ト
ーチを前記開先に沿つて移動し、前記処理部によ
り前記両開先壁の位置の検出を繰り返し、前記両
開先壁の中間点を結ぶ溶接線を予め導出し、前記
制御部により、前記導出した溶接線に倣つて前記
トーチを移動し、溶接を行なうことを特徴として
いる。

したがつて、この発明の開先倣い制御方法によ
ると、溶接に先立ち、型狭開先近辺をオプテイ
カルフアイバを介して工業用テレビジヨンカメラ
により撮像し、モニタ用テレビジヨン受像機の画
面に開先近辺の映像を表示し、開先の映像が画面
の所定領域からずれているとき、制御部により溶
接トーチを移動して開先の映像を所定領域内に移
動し、開先の映像を所定領域内に保持しつつ、ト
ーチを開先に沿つて移動し、前記開先の映像を処
理して前記開先の両開先壁の中間点を結ぶ溶接線
を導出し、溶接トーチを前記溶接線に倣つて移動
させるようにしたため、開先幅が変動するような
開先であつても、前記開先の溶接線を確実にかつ
精度よく検出することができ、良好な溶接を行な
うことができる。

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
２図以下の図面とともに詳細に説明する。

まず、第２図ないし第４図において、５は母
管、６は母管５に直交叉されて接合され母管５と
ともに管相貫継手７を構成する枝管、８は継手７
に形成された円形の型狭開先、９は開先８の底
部に設けられた裏当て材、１０は内部を溶接ワイ
ヤ１１が送給され開先８に沿つて移動自在かつ支
持点を中心として回転自在に設けられた短冊状の
アーク発生用溶接トーチ、１２は先端部がトーチ
１０に固定して取り付けられ開先８近辺を監視す
るオプテイカルフアイバ、１３はトーチ１０に取
り付けられた照明用光源、１４光源１３用の電
源、１５はフイルタ、１６はフイルタ１５を介し
てフアイバ１２に接続されフアイバ１２およびフ
イルタ１５を介し開先８の近辺を撮像して撮像信
号を出力する工業用テレビジヨンカメラ（以下カ
メラという）、１７はカメラ１６に接続された画
像処理装置、１８は処理装置１７を介して前記撮
像信号が入力され開先８の方向が画面１８′の横
方向に平行になるよう開先８の近辺の映像を表示
するモニタ用テレビジヨン受像機（以下モニタと
いう）、１９はインターフエイス回路２０を介し
て処理装置１７に接続された演算装置であり、処
理装置１７により、第４図に示すようにモニタ１
８の画面１８′に表示された映像が画像処理され
て演算装置１９に処理信号が出力され、演算装置
１９により、両開先壁の上縁部に対応する前記映
像上の線Ａ，Ｂの各点の位置が算出されるととも
に、算出された前記各点の位置に基づいて開先８
の両開先壁の位置および前記両開先壁の中間点を
結ぶ溶接線が導出され、記憶されて演算信号が出
力されるようになつており、処理装置１７、演算
装置１９およびインターフエイス回路２０により
処理部２１が構成されている。

２２はトーチ１０を開先８に沿い前記支持点を
中心として回動させるとともに円形の開先８の半
径方向に移動させる移動用モータを駆動する第１
駆動部、２３はワイヤ１１を中心にトーチ１０を
回転させる回転用モータを駆動する第２駆動部、
２４はトーチ１０を上下動させる上下動用モータ
を駆動する第３駆動部であり、前記演算信号に応
じて各駆動部２２〜２４が作動し、トーチ１０が
所定の倣い位置に移動されるようになつており、
各駆動部２２〜２４により制御部２５が構成され
ている。

そして、フアイバ１２を介したカメラ１６の焦
点を開先８の上端部の開先肩に合わせ、光源１３
を点灯し、カメラ１６によりフアイバ１２を介し
て開先８の近辺を撮像し、モニタ１８の画面１
８′にカメラ１６による映像を表示し、画面１
８′の映像を見ながら、カメラ１６の視野の幅が
開先８の最大幅より十分大きくなるように視野を
調節し、画面１８′に第４図に示すような開先８
及び該開先８の周縁の映像が表示されるようにす
る。

このとき、モニタ１８により、光源１３からの
光が届かない開先８内は、第４図の中央部にハツ
チングを施した部分に示すように暗く、光源１３
により照らされた前記開先肩は、第４図の上端部
および下端部に示すように、開先８の両開先壁の
上端縁に対応する線Ａ，Ｂを境に明るく表示され
る。

つぎに、このような状態において、処理装置１
７により、第４図に示すように、画面１８′の映
像に重畳して所定幅でかつ画面１８′の縦方向に
開先８の幅よりも長尺の信号枠Ｓが設定され、信
号枠Ｓの走査線番号ごとに、信号枠Ｓ内の各画素
の明るさが積分されるとともに、第５図に示すよ
うな前記走査線番号ごとの積分値データである数
値データが導出されて前記数値データに基づく処
理信号が演算装置１９に出力され、演算装置１９
により、第５図に示す曲線における数値データが
急変する点Ｃ，Ｄの位置が算出されて前記映像上
の信号枠Ｓ内における線Ａ，Ｂ上の各点の位置が
算出され、算出された前記両線Ａ，Ｂ上の各点の
位置に基づき、信号枠Ｓの範囲内での開先８の両
開先壁の上端縁の位置が導出されると同時に、開
先８が型であるため、開先底における前記両開
先壁の位置が導出されることになり、これらの動
作が繰り返されて開先底における両開先壁の実際
の位置が導出され、開先底における前記両開先壁
の位置に基づき、開先底における前記両開先壁の
中間点を結ぶ線が倣うべき溶接線として導出され
るとともに、演算装置１９により、導出された開
先底における前記両開先壁の位置および前記溶接
線が記憶される。

このとき、前記両開先壁の位置は、第６図中の
曲線Ｅ，Ｆに示すように、トーチ１０の回転中心
である前記支持点から開先底における前記両開先
壁までの距離Ｍ（θ），Ｎ（θ）として導出、記憶
され、前記溶接線は、同図中の曲線Ｇに示すよう
に、前記支持点から開先底における前記両開先壁
の各中間点までの距離Ｌ（θ）としてＬ（θ）＝｛Ｍ
（θ）＋Ｎ（θ）｝／２の式に従つて導出、記憶され
る。ここでθは、前記支持点と外側の前記開先壁
上の点とを結ぶ線を、任意の基準位置から前記支
持点のまわりに回転させたときの回転角度（単
位；度）である。

つぎに、溶接を行なう場合、演算装置１９に記
憶された前記支持点から前記溶接線までの距離Ｌ
（θ）が制御部２５により読み出されて演算装置
１９から制御部２５に演算信号が出力され、前記
演算信号により、制御部２５の各駆動部２２〜２
４が作動し、トーチ１０が移動されて前記溶接線
上に所定高さに配設されるとともに、トーチ１０
が前記溶接線の接線方向に一致して配設され、ト
ーチ１０が所定の倣い位置に配設されたのち、溶
接が開始されるとともに、制御部２５により、ト
ーチ１０が前記溶接線に倣つて移動され、開先８
の溶接が行なわれる。

ところで、管相管継手７の開先８の幅が全周に
わたつてほとんど変動することがない場合には、
画像処理時、トーチ１０の回転移動によりフアイ
バ１２が移動しても、開先８の映像すなわち第４
図中のハツチングを施した部分が、同図に示すよ
うに、常にモニタ１８の画面１８′に表示される
ため、前記したようにして倣うべき溶接線を導出
することができるが、例えば第１図に示すように
枝管のずれによつて開先８の開先幅が変動し、第
７図に示すように、同図中のハツチングを施した
部分すなわち開先８の映像の一部が画面１８′か
らわずかにはみ出るような場合、同図に示す映像
に基づき、線Ｂの位置を求めることにより一方の
開先壁の位置は導出することはできても、他方の
開先壁の位置は導出することはできず、倣うべき
溶接線を導出することができない。そこで第７図
に示すように開先８の上端部の映像がはみ出して
表示される場合、前記した溶接線の導出動作が中
断され、処理装置１７により、第８図に示すよう
に、画面１８′上の信号枠Ｓの上端部および下端
部にそれぞれ比較基準用の走査線番号l1の下限線
Ｌ１および走査線番号l2（＞l1）の上限線Ｌ２を
設定するとともに、演算装置１９により、開先８
の両開先壁に対応する映像上の線Ａ，Ｂの走査線
番号ａ、ｂと設定された下限線Ｌ１、上限線Ｌ２
の走査線番号l1、l2とをそれぞれ比較し、前記両
線Ａ，Ｂの画面１８′上の位置を検出して開先８
の映像が画面１８′のどこにあるかを検出するよ
うにする。

そして、第９図に示すように、演算装置１９に
より走査線番号ａがａ≦l1であるか否か判別さ
れ、第７図に示す映像の場合、前記線Ａが画面１
８′の上方にあるため、演算装置１９により走査
線番号ａがａ≦l1であると判定されて開先８の映
像が所定領域内である両線Ｌ１，Ｌ２間にはない
と判定され、演算装置１９により第１駆動部２２
が作動されて前記線Ａが画面１８′上において下
限線Ｌ１の内側、すなわち走査線番号l1よりわず
かに大きい位置に表示されるようになるまでトー
チ１０およびフアイバ１２が開先８のたとえば半
径の増加する方向にｄだけ移動される。このと
き、開先８の開先幅が最も広くなる領域であつて
も、開先８の映像が両線Ｌ１，Ｌ２間に表示され
るように、予めカメラ１６の視野を調節しておく
ことにより、前記線Ａが画面１８′上において下
限線Ｌ１の内側に表示されるようにトーチ１０、
フアイバ１２を移動させても、前記線Ｂは常に上
限線Ｌ２の内側、すなわち走査線番号l2よりわず
かに小さい位置に表示される。

さらに、トーチ１０の移動が終了すると、第９
図に示すように、移動が終了したときのトーチ１
０の位置Ｓが移動前の位置Ｓに移動量ｄを加算し
たＳ＋ｄに置き換えられ、前記位置Ｓが演算装置
１９により記憶されるとともに、処理部２１によ
る溶接線の導出動作が再開され、トーチ１０の移
動により画面１８′の両線Ｌ１，Ｌ２間に表示さ
れる開先８の映像に基づき、両開先壁の位置が導
出されるとともに、両開先壁の中間点を結ぶ溶接
線が導出、記憶される。

つぎに、第７図に示す映像とは逆に、開先８の
映像の下端部の映像がモニタ１８の画面１８′か
らはみ出している場合、第９図に示すように、前
記と同様に、溶接線の導出動作が中断され、演算
装置１９により、走査線番号がａ≦l1ではなくａ
＞l1と判定されたのち、走査線番号ｂがｂ≦l2で
あるか否かが判別され、前記線が画面１８′の下
方にあるため、演算装置１９により、走査線番号
ｂがｂ≦l2ではなくｂ＞l2であると判定されて開
先８の映像が両線Ｌ１，Ｌ２間にはないと判定さ
れ、演算装置１９により第１駆動部２２が作動さ
れ、前記線Ｂが画面１８′上において上限線Ｌ２
の内側に表示されるようになるまで、トーチ１０
およびフアイバ１２が開先８のたとえば半径の減
少する方向にd′だけ移動される。

さらに、第９図に示すように、トーチ１０の移
動が終了すると、移動が終了したときのトーチ１
０の位置Ｓが、移動前の位置Ｓから移動量d′を減
算したＳ−d′に置き換えられて演算装置１９によ
り記憶され、処理部２１による溶接線の導出動作
が再開され、トーチ１０の移動により画面１８′
の両線Ｌ１，Ｌ２間に表示される開先８の映像に
基づき、両開先壁の位置が導出されるとともに、
両開先壁の中間点を結ぶ溶接線が導出し、記憶さ
れる。

また、第９図に示すように、走査線番号ａ、ｂ
がａ＞l1、ｂ≦l2であるときには、開先８の映像
が画面１８′上の両線Ｌ１，Ｌ２間に表示される
ため、通常の処理部２１による溶接線の導出動作
と併せて開先８の各点におけるトーチ１０の位置
の記憶が行なわれる。

このように、開先８の映像が常に画面１８′の
所定領域内である両線Ｌ１，Ｌ２間に保持されつ
つ、トーチ１０が開先８に沿つて移動され、処理
部２１により、両開先壁の位置の検出が繰り返さ
れ、開先８の全周にわたり、両開先壁の中間点を
結ぶ溶接線が導出、記憶される。

そして、制御部２５により記憶された開先８の
各点におけるトーチ１０の位置にトーチ１０が移
動されると同時に、記憶された開先８の溶接線の
接線方向が一致し、かつ前記溶接線から所定高さ
にトーチ１０が配設されてトーチ１０が所定の倣
い位置に配設され、溶接が行なわれる。

したがつて、前記実施例によると、画像処理
時、処理部２１により開先８の映像がモニタ１８
の画面１８′の所定領域内である両線Ｌ１，Ｌ２
間にあるか否かを判別し、開先８の映像が前記所
定領域からずれているとき、制御部２５によりト
ーチ１０を移動して開先８の映像を前記所定領域
内に移動し、開先８の映像を常に前記所定領域内
に保持しつつ、トーチ１０を開先８に沿つて移動
し、処理部２１により、開先８の映像を処理して
開先８の両開先壁の中間点を結ぶ溶接線を導出
し、トーチ１０を前記溶接線に倣つて移動させる
ようにしたため、開先幅が変動するような開先８
であつても、開先８の溶接線を正確に導出するこ
とができ、良好な溶接を行なうことができる。

さらに、溶接作業中に遠隔地点から開先８の溶
接状況をフアイバ１２、カメラ１６およびモニタ
１８により監視することができ、高所等の危険度
の高い溶接箇所であつても、アーク近辺の映像を
目視することができ、有用である。

また、従来の接触式センサによる倣い溶接の場
合に生ずる前記センサの摩耗等による劣化もな
く、溶接時の熱の影響を受けることもなく、溶接
線１３に対する倣い位置を容易にかつ良好に検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の管相貫継手の平面図、第２図な
いし第７図は開先倣い制御方法を示し、第２図ａ
は一部の正面図、同図ｂは同図ａの右側面図、第
３図はブロツク構成図、第４図はモニタ用テレビ
ジヨン受像機に表示されるある状態の映像を示す
図、第５図は演算部により算出された数値データ
と走査線番号との関係図、第６図は処理部により
導出された溶接トーチの支持点から両開先壁およ
び溶接線までの距離と回転角度との関係図、第７
図はモニタ用テレビジヨン受像機に表示される他
の状態の映像を示す図、第８図以下の図面はこの
発明の開先倣い制御方法の１実施例を示し、第８
図は画像処理時のモニタ用テレビジヨン受像機の
画面を示す図、第９図は動作説明用のフローチヤ
ートである。 ５……母管、６……枝管、７……管相貫継手、
８……狭開先、１０……溶接トーチ、１２……オ
プテイカルフアイバ、１６……工業用テレビジヨ
ンカメラ、１８……モニタ用テレビジヨン受像
機、２１……処理部、２５……制御部、Ｓ……信
号枠。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母管および枝管からなる管相貫継手に形成さ
   れた型狭開先に沿つて移動自在に設けられた短
   冊状の溶接トーチにオプテイカルフアイバを取り
   付け、前記フアイバに接続された工業用テレビジ
   ヨンカメラにより前記フアイバを介して前記開先
   の近辺を撮像し、モニタ用テレビジヨン受像機に
   より、前記開先の方向が前記受像機の画面の横方
   向に平行になるように前記カメラによる映像を表
   示し、前記カメラの視野の幅が前記開先の最大幅
   より大きくなるように前記視野を調節し、前記画
   面に前記開先及び該開先の周縁の映像を表示する
   と共に、処理部により、前記画面の縦方向に前記
   開先の幅よりも長尺の信号枠を前記画面上に設定
   し、走査線ごとに前記信号枠内の各画素の明るさ
   を積分し、得られた積分値から前記開先の両開先
   壁の位置を検出し、前記両開先壁の位置から、前
   記開先の映像が前記信号枠内の所定領域内にある
   か否かを判別し、前記開先の映像が前記所定領域
   からずれているとき、制御部により、前記開先の
   映像が前記所定領域内に位置するように、前記ト
   ーチを前記開先の幅方向に移動し、前記開先の映
   像を前記所定領域内に保持しつつ、前記トーチを
   前記開先に沿つて移動し、前記処理部により前記
   両開先壁の位置の検出を繰り返し、前記両開先壁
   の中間点を結ぶ溶接線を予め導出し、前記制御部
   により、前記導出した溶接線に倣つて前記トーチ
   を移動し、溶接を行なうことを特徴とする開先倣
   い制御方法。