JPH0446690A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、溶接トーチを被溶接物の接合予定部分のギャ
ップに沿って相対的に移動させてその接合予定部分を連
続的に溶接する溶接装置に関する。

（従来の技術） 近年、例えばバイブのシーム溶接などの溶接作業の自動
化のために、第４図に示すような溶接装置が開発されて
いる。この溶接装置は、図示しない移動機構により矢印
Ａ方向（Ｘ−Ｙ座標でＸ軸方向）に移動されるバイブ１
に対し、その上方にレーザ光を熱源とする溶接トーチ２
を矢印Ｂ方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配置して構成さ
れている。そして、前記溶接トーチ２を、バイブ１の開
先ギャップ１ａに倣わせるために、溶接トーチ２の図示
手前側に位置して、カメラ３などからなる視覚情報処理
装置４が設けられている。

この視覚情報処理装置４は、特開平１−１８１９９０号
公報に示されるように、２つのスリット光源５，６から
夫々半導体レーザ光をバイブ１の２か所の検出点に照射
し、その反射光をカメラ３で受けて映像化し、その画像
信号に基づいて現在の溶接点Ｗの位置を求めるものであ
る。この場合、カメラ３による撮影画像７（モニタ画像
）は、第３図に示すようになり、前記ギャップ１ａの幅
に対応する部位がとぎれたスリット状の反射光８゜９が
撮影される（便宜上、明輝している部位をハツチングに
て示している）。そして、制御装置１０によりそれら２
か所の検出点におけるギャップ１ａの中心位置ａ、ｂを
検出し、これらギャップ中心位置ａ、ｂ及びこれらのＸ
軸方向の離間距離、カメラ３と溶接トーチ２との離間距
離等から、ギャップ中心ａ、ｂを結ぶ直線上に溶接点Ｗ
があると判断し、それに応じて位置補正装置１１により
溶接トーチ２が矢印Ｂ方向（Ｙ軸方向）に移動されるよ
うになっている。これを繰返すことにより、溶接トーチ
２がギャップ１ａに倣って移動するようになり、ギヤツ
ブ１ａ部分が連続的に溶接されるのである。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述のようにカメラ３の画像信号に基づいて
ギャップ中心ａ、ｂを検出するにあたっては、処理速度
の関係から、画像信号をハード回路にて二値化処理して
二値化データ化し、その二値化データをマイコンに入力
して演算処理することが行われる。この場合、第５図に
示すように、制御装置１０内では、カメラ３から画像信
号Ｓｖがアナログ回路１２を経由して二値化回路１３に
入力され、この二値化回路１３にて二値化されてデジタ
ル回路１４に入力されるのであるが、前記二値化回路１
３では、アナログ回路１２からの画像信号Ｓ■をしきい
値設定回路１５を介して予め設定されるしきい値ＳＬと
比較して二値化するようになっている。

しかしながら、上記のものでは、カメラ３のひとつの画
像信号から２か所の検出点におけるギャップ中心ａ、ｂ
を検出するようにしているのに対し、しきい値設定回路
１５にて設定されるしきい値ＳＬが２か所の検出点につ
いて共通であるため、次のような問題点があった。

即ち、第６図に示すように、例えばモニタ画像７のｉ番
目の水平走査時には、同図（ａ）に示すように、反射光
８及び９に対応してピークの信号が現れる画像信号ＳＶ
　（ｉ）が出力される。これらピーク値はしきい値ＳＬ
よりも大きいのでバイブ１の表面と判断できる。また、
同図（ｂ）に示すように、ｊ番目の水平走査時における
画像信号ＳＶ　（ｊ）にあっては、一方の検出点部分（
反射光９部分）のピーク値がしきい値ＳＬ以下で、反射
光８の部分のピーク値がしきい値ＳＬより大となるので
、夫々ギャップ及び表面と判断される。

このように、反射光のレベル（ピーク値）がほぼ一定で
あるときには同一のしきい値ＳＬであっても問題はない
。

ところが、同図（Ｃ）に示すように、例えばに番目の水
平走査時における画像信号ＳＶ　（ｋ）が、反射光８及
び９部分で異なるピーク値となり、本来両者ともしきい
値ＳＬよりも大きいレベルでなければならないにも拘ら
ず、一方がしきい値ＳＬ以下で他方がしきい値ＳＬより
大となることがある。これにより、実際にはバイブ１の
表面であるにもかかわらず、ギャップ１ａと判定される
ことになり、ひいては、ギャップ識別がうまく行えなく
なってしまう。この要因としては、例えばスリット光源
５．６における半導体レーザ光の個体差（ピーク発振波
長や半値幅）や、光学系の調整ばらつき、あるいは、ス
リット光源５，６における投光角度やカメラ３の受光角
度の相違などがあり、これらは容易に解消できるもので
はない。

かかる問題点を解消するため、例えば、同図（ｃ）に示
すように、しきい値をＳＬ−まで下げることが考えられ
るが、これでは例えば雑音信号などを反射光として検出
してしまうなど、全体として検出の精度が下がってしま
うことになる。また、カメラ３以下の視覚情報処理装置
４を２組設けることも考えられるが、これでは装置全体
が高価なものとなってしまう問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目−的
は、複数の検出点についての画像信号がらギャップ検出
を行うものであって、ギャップの検出を安価な構成でし
かも精度良く行うことができる溶接装置を提供するにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の溶接装置は、溶接トーチの相対移動方向の前方
側に位置する被溶接物の接合予定部分を複数の検出点に
ついて同時に撮影する撮像器と、この撮像器の撮影した
各検出点ごとに二値化基準レベルを設定するレベル設定
手段と、前記各検出点の画像信号を前記二値化基準レベ
ルと比較して二値化する二値化手段と、この二値化手段
による二値化データに基づいて前記各検出点におけるギ
ャップの中心位置を検出するギャップ検出手段と、この
ギャップ検出手段が検出した各検出点におけるギャップ
の中心位置を結ぶ直線上に溶接トーチを相対的に移動さ
せる位置補正手段とを具備した構成に特徴を有する。

（作用） 上記手段によれば、撮像器により撮影された画像信号は
、レベル設定手段によって各検出点ごとに設定された二
値化基準レベルに基づいて二値化手段により二値化され
る。従って、各検出点において反射光の強さにばらつき
があったとしても、各検出点ごとの適切な二値化基準レ
ベルを設定することができ、ひいては正確なギャップの
検出を行うことが可能となる。

この場合、一つの撮像器にて複数の検出点を同時に撮影
するものであるから安価な構成で済ませることができ、
また、全体としてのしきい値を下げるものではないから
高精度の検出を行うことができる。

（実施例） 以下本発明をバイブのシーム溶接に適用した一実施例に
ついて、第１図乃至第４図を参照して説明する。尚、図
面のうち、第３図のモニタ画面７の様子及び第４図の全
体の外観については従来例と共通するので、新たな図示
を省略し符号も共通させる。

第４図は本実施例に係る溶接装置２１による溶接時の様
子を概略的に示している。ここで、１は被溶接物たるバ
イブであり、これは、軸方向に延びるギャップ１ａを有
し、溶接装置２１によりこのギヤツブ１ａ部分が接合さ
れるものである。そして、このバイブ１は図示しない移
動機構により矢印Ａ方向（Ｘ−Ｙ座標でＸ軸方向）に所
定の速度で移動されるようになっており、前記ギャップ
１ａはＸ軸方向に略沿うように延びている。これに対し
、２は溶接トーチであり、これは例えばＣＯ。レーザ光
を熱源とするもので、前記バイブ１の上方に矢印Ｂ方向
（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されている。そして、前
記溶接トーチ２を、バイブ１のギャップ１ａに倣わせる
ために、溶接トーチ２の相対移動方向の前方側（図示手
前側）に位置して、撮像器たるカメラ３及び２つのスリ
ット光源５，６などからなる視覚情報処理装置４が設け
られている。これらスリット光源５．６は、半導体レー
ザ光をバイブ１の２か所の検出点に照射するようになっ
ており、カメラ３はその反射光を受けて映像化するよう
になっている。この場合、スリット光源５，６からのレ
ーザ光は、ギャップ１ａの延びる方向と直交する方向に
延びるスリット状に照射されるようになっている。従っ
て、カメラ３による撮影画像（モニタ画像７）は、第３
図に示すようになり、前記ギャップ１ａの幅に対応する
部位がとぎれたスリット状の反射光８．９が同時に撮影
される。尚、第３図では、便宜上、明輝している部位を
ハツチングにて示している。

そして、カメラ３からの画像信号は、制御装置１０に入
力され、後述するように、この制御装置１０にて画像処
理がなされて現在の溶接点Ｗの位置が求められ、その求
められた溶接点Ｗに応じ、位置補正手段たる位置補正装
置１１によって前記溶接トーチ２が矢印Ｂ方向（Ｙ軸方
向ンに移動される。この場合、第３図に示すように、制
御装置１０は、２か所の検出点におけるギャップ１ａの
中心位置ａ、ｂを検出し、これらギャップ中心位置ａ、
ｂ及びこれらのＸ軸方向の離間距離、カメラ３と溶接ト
ーチ２との離間距離等から、ギャップ中心ａ、ｂを結ぶ
直線上の溶接点Ｗを算出しこれに溶接トーチ２を倣わせ
るようになっている。

これを繰返すことにより、溶接トーチ２がギャップ１ａ
に倣って移動するようになり、接合予定部分が連続的に
溶接されるようになっている。

さて、前記制御装置１０は、カメラ３からの画像信号を
二硫化する二値化手段たる画像処理ハード回路２２、及
びこの画像処理ハード回路２２からの二値化データに基
づいて前記各検出点におけるギャップの中心位置を検出
するギャップ検出手段として機能するＣＰＵ、メモリ（
図示せず）などからなる演算処理部を含んで構成されて
いる。

このうち、画像処理ハード回路２２は、第１図に示すよ
うに、カメラ３からの画像信号が入力されるアナログ回
路２３、このアナログ回路２３からの信号ＳＶをこの場
合谷検出点ごとにこの場合ＳＶｌ、ＳＶ２の２つに分離
する画像信号分離回路２４、これら各信号ＳＶＩ、ＳＶ
２を予め設定されたしきい値と比較して二値化する二値
化回路２５、この二値化回路２５にて二値化された二値
化データが入力されるデジタル回路２６などから構成さ
れている。そして、前記二値化回路２５における二値化
基準レベルを各信号ＳＶＩ、ＳＶ２ごとに夫々設定する
ためのレベル設定手段たる二つのしきい値設定回路２７
．２８が設けられている。

前記演算処理部は、画像処理ハード回路２２からのデー
タを受け、各検出点におけるギャップ１ａを認識してギ
ャップ１ａの中心位置ａ、ｂを算出し、それらを結ぶ直
線上の溶接点Ｗに溶接トーチ２を移動させるべく、前記
位置補正装置１１に補正信号を出力するようになってい
る。尚、画像処理ハード回路２２からの画像データによ
ってモニタ画像７（第２図、第３図参照）に撮影画像が
写し出されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。

溶接装置２１が起動されると、溶接トーチ２からレーザ
光がパイプ１のギヤツブ１ａ部分に照射され、その高熱
により加熱されて溶接される。そして、これと同時に、
バイブ１が矢印入方向に所定の速度で移動し、以てギャ
ップ１８部分の連続的な溶接が行われる。そして、この
とき、前述したように、カメラ３の撮影した画像信号が
制御装置１０に入力されて処理され、ギャップ１ａに溶
接トーチ２を倣わせることが行われる。

而して、カメラ３の画像信号に基づいてギャップ中心ａ
、ｂを検出するにあたっては、画像信号が、画像処理ハ
ード回路２２にて二値化処理されて二値化データ化され
るものであるが、第２図に示すように、例えばモニタ画
像７のに番目の水平走査時には、同図（ａ）に示すよう
に、反射光８及び９に対応してピークが現れる画像信号
５ｖ（ｋ）が出力される。この場合、例えばスリット光
源５，６における半導体レーザ光の個体差（ピーク発振
波長や半値幅）や、光学系の調整ばらつき、あるいは、
スリット光源５．６における投光角度やカメラ３の受光
角度の相違などの要因により、画像信号ＳＶ　（ｋ）は
、反射光８及び９部分で異なるピーク値となることがあ
る。

本実施例では、アナログ回路２３からの信号Ｓ■が画像
信号分離回路２４によりＳＶｌ、ＳＶ２の２つの信号に
分離される。従って、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すよう
に、画像信号ＳＶ　（ｋ）は信号ＳＶＩ　（ｋ）及び５
Ｖ２（ｋ）ｌ：分離され、そして、二値化回路２５にて
、二つのしきい値設定回路２７及び２８により夫々別個
に設定された二値化基準レベルたるしきい値ｓＬ１及び
ＳＬ２との比較による二値化がなされる。この場合、反
射光８の高いピークが現れる信号ＳＶＩ　（ｋ）では、
高いしきい値ＳＬＩに設定されており、反射光９の比較
的低いピークが現れる信号ＳＶ２　（ｋ）では、それに
応じて比較的低いしきい値ＳＬ２に設定されている。こ
れにて、反射光８及び９部分にて、いわば別個にギャッ
プ１ａ及びパイプ１表面の判断がなされるようになり、
この二値化データに基づいて各中心位置ａ、ｂが演算さ
れ、これに応じて、リアルタイムで溶接トーチ２は溶接
点Ｗに移動されるのである。

このように本実施例によれば、２か所の検出点について
の画像信号からギャップの中心位置ａ。

ｂを求めて現在の溶接点Ｗの検出を行うものであるから
、バイブ１の移動速度に関係なく、リアルタイムで溶接
トーチ２の位置補正を行うことができる。そして、しき
い値設定回路２７．２８にて、各検出点ごとに二値化基
準レベル（しきい値ＳＬ１及び５Ｌ２）を設定するよう
にしたので、従来のもののような、しきい値ＳＬが２か
所の検出点について共通であったものと異なり、精度が
高くより正確なギャップの検出を行うことができ、ひい
ては、溶接の品質を向上させることができる。

また、カメラ３等の視覚情報処理装置４は従来と同様に
１組設けるだけで済むので、安価な構成で済ませること
ができるものである。

尚、上記実施例では、２か所の検出点を同時に撮影する
ようにしたが、３か所以上を撮影するようにしても良く
、また、被溶接物としてはバイブに限らず、２枚の鋼板
の接合など様々なものの溶接に適用することができる。

その他、本発明は上記各実施例に限定されるものではな
く、例えば固定配置された被溶接物に対して溶接トーチ
側を移動させるようにしたものにも適用することができ
、また、レーザ溶接に限らずアーク溶接など他の溶接方
法にも適用することができる等、要旨を逸脱しない範囲
内で適宜変更して実施することが可能である。

［発明の効果コ 以上の説明にて明らかなように、本発明の溶接装置によ
れば、複数の検出点についての画像信号からギャップ検
出を行うものであって、ギャップの検出を安任な構成で
しかも精度良く行うことができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は画像処理ハード回路の電気的構成を示すブロック
図、第２図は作用説明用のモニタ画面と画像信号波形と
の関係を示す図、第３図はモニタ画面の様子を示す平面
図、第４図は全体構成を概略的に示す斜視図であり、第
５図及□び第６図は従来例を示す夫々第１図及び第２図
相当図である。 図面中、１はパイプ（被溶接物）、１ａはギャップ、２
は溶接トーチ、３はカメラ（撮像器）、５．６はスリッ
ト光源、８，９は反射光、１０は制御装置（二値化手段
、ギャップ検出手段）、１１は位置補正装置（位置補正
手段）、２１は溶接装置、２２は画像処理ハード回路、
２５は二値化回路、２７．２８はしきい値設定回路（レ
ベル設定手段）を示す。 出願人　　株式会社　東　　　芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶接トーチを被溶接物の接合予定部分のギャップに
   沿って相対的に移動させてその接合予定部分を連続的に
   溶接するものにおいて、前記溶接トーチの相対移動方向
   の前方側に位置する前記被溶接物の接合予定部分を複数
   の検出点について同時に撮影する撮像器と、この撮像器
   の撮影した各検出点ごとに二値化基準レベルを設定する
   レベル設定手段と、前記各検出点の画像信号を前記二値
   化基準レベルと比較して二値化する二値化手段と、この
   二値化手段による二値化データに基づいて前記各検出点
   におけるギャップの中心位置を検出するギャップ検出手
   段と、このギャップ検出手段が検出した各検出点におけ
   るギャップの中心位置を結ぶ直線上に溶接トーチを相対
   的に移動させる位置補正手段とを具備することを特徴と
   する溶接装置。