JPH0453623B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、開先線位置などの開先形状を検出
する開先検出装置にかかるものであり、特に、開
先ならいや溶接条件制御などを自動的に行う全自
動溶接ロボツトなどに好適な開先検出装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来の開先検出装置としては、例えば第７図に
示すものがある。この例は、特開昭61−154771号
公報に開示されているものである。

第７図において、被溶接材１００の開先面１０
２のうち、溶接トーチ１０４の進行方向前方は、
光学系１０６によつて線状に照明されるようにな
つている。

また、溶接トーチ１０４の前方には、CCDな
どで構成された二次元位置検出器１０８が配置さ
れている。この位置検出器１０８の光入射側に
は、干渉フイルタ１１０、減光フイルタ１１２が
各々配置されている。

位置検出器１０８の光軸は、開先面１０２上の
アーク点Ｐと、光学系１０６から出力された照明
光の開先面１０２上での反射面とのちゆうこう部
分に向けられている。すなわち、アーク光と、照
明反射光とが各々位置検出器１０８に入射するよ
うになつている。

次に、以上のような従来装置の作用について説
明する。まず、アーク点Ｐからのアーク光は、減
光フイルタ１１２、干渉フイルタ１１０を各々介
して位置検出器１０８に入射する。また、光学系
１０６の照明光の開先面１０２からの反射光は、
干渉フイルタ１１０を介して位置検出器１０８に
入射する。

すなわち、位置検出器１０８では、アーク画像
と、開先面画像とが各々観察されることとなる。

これらのうち、まず開先面画像の観察によつ
て、溶接線の検出が行われる。また、アーク画像
の観察によつて、溶接中のワイヤの曲り具合や突
出量が検出される。

これらの情報に基いて、溶接条件の制御や溶接
トーチの溶接線倣い制御が行われる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のような従来の開先検出装
置においては、照明用の光源を必要とするため、
装置構成や調整が複雑になるという不都合があ
る。

また、かかる照明用光源から出力された照明光
に、溶接によるアーク光が混在するおそれがあ
り、結果的に照明が不均一となつて、開先検出を
良好に行うことができないという不都合もある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので
あり、特別な照明用光源を必要とすることなく、
アーク光による悪影響を良好に防止して精度の高
い開先検出を行うことができる開先検出装置を提
供することをその目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる開先検出装置は、開先の画像
を、溶接アークを照明光として撮像する撮像手段
と；これによつて撮像された開先画像の各画素の
情報を各々格納する二次元記憶手段と；これらの
各画素情報に対して積分処理を行う積分手段と；
積分された画素情報に対して微分処理を行う微分
手段と；微分された画素情報から、開先の形状に
関する情報を得る検出手段とを備えたことを特徴
とするものである。

［作用］ この発明によれば、開先画像を得るための照明
光としてアーク光が利用され、格別の照明手段は
使用されない。

しかし、アーク光は不安定であるため、撮像さ
れた開先画像の画素情報に対して、積分処理の後
に微分処理が行われ、これを利用して開先の形状
に関する情報が求められる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照し
ながら詳細に説明する。

実施例の構成 第１図には、この発明かかる開先検出装置の一
実施例の全体構成が示されている。また、第２図
には、概略の側面が示されている。

これらの図において、矢印FAで示されている
溶接トーチ１０の進行方向には、CCDカメラな
どの二次元撮像装置１２が配置されている。この
撮像装置１２の光入射側には、減光フイルタなど
のフイルタ１４が、必要に応じて設けられるよう
になつている。

この撮像装置１２は、溶接トーチ１０直下の溶
融池前方の距離Ｌの位置、例えば10〜30mmの位置
の被溶接母材１６の開先１８ないし開先面２０を
撮像できるようにその配置が設定されている。

また、撮像が行われる場合の照明光はアーク光
であり、格別の照明手段は設けられていない。

次に、上述した溶接トーチ１０と撮像装置１２
との間には、撮像装置１２の撮像領域の方向に向
つて開口するエアーノズル２２が設けられてお
り、これによるエアーの吹き付けによつて溶接時
に発生するヒユームなどを除去することにより、
良好な撮像が行われるようになつている。

次に、上述した撮像装置１２の撮像出力である
画像信号は、信号処理装置２４に入力されるよう
になつている。この信号処理装置２４には、マイ
クロコンピユータ２６、メモリ２８が各々含まれ
ており、これらの動作によつて開先形状に関する
情報、例えば開先位置の情報が得られるようにな
つている。

次に、信号処理装置２４の処理結果は、溶接制
御装置３０に入力されるように接続されている。
この溶接制御装置３０は、入力された開先形状に
関する情報を利用して、溶接トーチ１０における
溶接条件、開先線倣いなどを制御するものであ
る。

次に、上述した信号処理装置２４の作用ブロツ
ク構成について説明する。第３図には、かかる作
用ブロツクの一構成例が示されている。

この図において、撮像装置１２からの画像信号
は、制御部３２に入力されるようになつている。
この制御部３２は、メモリ２８と、演算処理部３
４に各々接続されている。この演算処理部３４
は、積分手段３６、微分手段３８、検出手段４
０、演算手段４２を各々有している。また、検出
手段３８には、リミツタ４４が設けられている。

以上の各構成部分のうち、制御部３２は、入力
される画像信号をＡ／Ｄ変換してメモリ２８に格
納したり、メモリ２８から所定領域のデータを読
み出して遅延出力する等の機能を有する。

次に、メモリ２８は二次元構成となつており、
座標値Ｘ，Ｙを指定することによつて、任意の画
素の輝度ないし光量の大きさを調べることができ
るようになつている。

次に、積分手段３６は、メモリ２８の所定方向
に並んでいる画素の輝度を合計することにより、
積分を行うものである。このような画素に対する
積分を行う理由は、画像の輪郭を協調してノイズ
の影響を低減するためである。

次に、微分手段３８は、積分された画像信号を
微分して、画像の輪郭を抽出するためのものであ
る。

また、検出手段４０および演算手段４２は、微
分された画像信号から開先１８に対する形状情報
をえるためのものである。

リミツタ４４は、誤検出による大幅な検出位置
変動を抑制するためのものである。

更に、溶接制御装置３０に対する開先情報の出
力は、第２図に示した距離Ｌに対応する時間分だ
け遅延されて、制御部３２から溶接制御装置３０
に出力されるようになつている。

以上のように構成された装置の動作の概要を説
明すると、撮像装置１２によつて得られた二次元
画像は、信号処理装置２４に入力され、ここで特
定の領域について所定の画像処理が行われる。こ
の処理により、溶接線位置ないし開先中心、ルー
トギヤツプ幅などの検出が行われる。

この実施例では、アーク光を照明光として用い
るため、撮像装置１２の被写体である開先１８の
照度が一定せず、時々刻々変化する。このため、
画像信号の二値化による処理は行われず、積分、
微分などの処理が行われる。

次に、これらの処理によつて得られた開先情報
は、第２図に示した距離Ｌに対応する遅延の後、
溶接制御装置３０に入力される。溶接制御装置３
０では、入力された情報に基いて、溶接電流、ア
ーク電圧、溶着量、溶接速度などの溶接制御が行
われる。

実施例の作用 次に、上記実施例の全体的作用について、第４
図ないし第６図を参照しながら詳細に説明する。
なお、第４図には動作の流れがフローチヤートと
して示されており、第５図には動作の内容がタイ
ムチヤートとして示されており、第６図には積分
および微分の動作の内容が示されている。

まず、撮像装置１２の視野内に開先１８が入る
ように、初期設定が行われる（第４図ステツプ
SA参照）。これにより撮像装置１８では、第５図
Ｂに示す被溶接母材１６の開先１８に対し、同図
Ａに示すような画像が得られるようになる。

すなわち、撮像装置１２によつて撮像された開
先１８の画像信号は、制御部３２によつてＡ／Ｄ
変換され、更にメモリ２８に格納される（ステツ
プSB参照）。

次に、制御部３２では、かかる画像に対して、
第５図Ａの一点鎖線で示すような微小領域のみが
処理領域として設定ないし限定され、これらの領
域内の画素データがメモリ２８から読み出され
て、以後の信号処理が行われる。

まず、ステツプSCに示すように、かかる画素
の輝度に対して、積分手段３６により位置積分が
行われる。第５図Ｃには、適宜のＸ座標値におけ
る各画素の輝度データが示されている。この図に
示すように、輝度は開口面２０で高く、その他の
部分では低い。しかし、光学ノイズの影響によ
り、ルートギヤツプ端GA，GB、シヨルダKA，
KBの位置を良好に検出することは困難である。

そこで、第６図に示すような積分が行われる。
第６図において、Ａは、シヨルダKAの部分に該
当する各画素の輝度データの一例が示されてい
る。積分は、同一Ｙ座標のものを、Ｘ方向に加算
することによつて行われる。例えば、画素Q1の
積分値は、画素Q₁₁〜Q₁₅の輝度を合計したもの
となる。他の画素Q2，Q3，Q4……についても同
様である。

以上のようなＸ方向の位置積分が、第５図Ａの
一点鎖線で示されている指定領域について行わ
れ、同図Ｄに示すような輝度の積分データが得ら
れる。これによつて、Ｘ方向に対する画像の輪郭
を協調でき、光学ノイズのレベルを相対的に抑制
することができる。

次に、以上のような積分データに対して、微分
手段３８により微分が行われる（ステツプSD参
照）。この微分は、微分値を求める画素の左右二
つ目に各々位置する画素間の輝度差を求めること
によつて行われる（第６図Ｂ参照）。

第５図Ｅには、以上のようにして求められた微
分データが示されており、ルートギヤツプGA，
GB，シヨルダKA，KBに対応するピークが鮮明
に現れている。

次に、以上のようにして求められた微分輝度デ
ータに対して、検出手段４０によるルートギヤツ
プGA，GB、シヨルダKA，KBの位置検出、ル
ートギヤツプ幅の計測が行われる（ステツプSE
参照）。

すなわち、第５図Ａに示す指定領域内で同図Ｅ
の微分値が最大の画素の位置が求められ、ルート
ギヤツプGA，GB、シヨルダKA，KBの位置と
して検出される。

このとき、ノイズの影響によつて微分値の最大
画素がルートギヤツプGA，GB、シヨルダKA，
KBの位置と一致せず、検出位置の大幅な変動を
生ずることがないように、リミツタ４４によつつ
て検出位置に所定範囲の限界を設け、その設定値
以上の位置変動が吸収される。

そして、以上のようにして求められたルートギ
ヤツプGA，GBの位置から、ルートギヤツプ幅
が計測される。

次に、所定の換算式を用いて、前記計測された
ギヤツプ幅から、溶接電流指令値と溶接速度が、
演算手段４２によつて行われる（ステツプSF参
照）。そして、かかる溶接データは、一度メモリ
２８に格納され、所定の遅延の後、制御部３２か
ら溶接制御装置３０に出力される（ステツプSG
参照）。

この遅延出力により、撮像位置と溶接位置との
間に存在するＬの位置差による時差が解消され、
溶接トーチ１０の直下のギヤツプ幅に対応した電
流指令や速度指令が行われることとなり、これに
基いて溶接制御装置３０により溶接トーチ１０の
制御が行われる。

以上の動作が繰り返し行われ、すべての溶接が
終了すると、装置の動作も終了する（ステツプ
SH参照）。

実施例の効果 以上説明したように、この実施例によれば、以
下のような効果がある。

(1) 撮像画像の所定領域のみを限定して処理する
こととしたので、処理の高速化、安定化を図る
ことができる。

(2) 開先部分の照明光として、溶接アークを利用
しているものの、積分および微分による信号処
理を行つているため、ノイズの影響が良好に低
減されて、精度良くルートギヤツプやシヨルダ
の位置検出を行うことができる。

(3) ルートギヤツプやシヨルダの位置検出を、所
定範囲内で行うこととし、その値を制限するこ
ととしているので、大幅な検出誤差が生じな
い。

(4) 撮像位置と溶接位置との差を考慮してデータ
出力が行われるので、溶接条件がギヤツプ幅に
良好に対応することとなる。

なお、この発明は何ら上記実施例に限定される
ものではなく、例えば、上記実施例では、積分処
理として、同一時間において隣接する画素の輝度
を積分する位置積分を行つているが、同一画素を
時間的に積分する時間積分を行うようにしてもよ
い。

また、上述した信号処理は、コンピユータを利
用してソフト的に行うことができるが、専用の回
路を構成することによつてハード的に行うように
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、特別
な照明用光源を必要とすることなく、アーク光に
よる悪影響を良好に防止して精度の高い開先検出
を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す構成図、
第２図は第１図の装置の側面を示す説明図、第３
図は信号処理部分の作用ブロツクを示す説明図、
第４図は上記実施例の動作を示すフローチヤー
ト、第５図は上記実施例の動作を示すタイムチヤ
ート、第６図は上記実施例の積分および微分動作
を示す説明図、第７図は従来の装置例を示す斜視
図である。 １０……溶接トーチ、１２……撮像装置、１６
……母材、１８……開先、２０……開先面、２４
……信号処理装置、２６……マイクロコンピユー
タ、２８……メモリ、３０……溶接制御装置、３
２……制御部、３６……積分手段、３８……微分
手段、４０……検出手段、４２……演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接アークを所定の状態に保持する溶接条件
   を設定するために必要な開先に関する情報を、該
   開先の画像から求める開先検出装置において、 前記開先の画像を、前記溶接アークを照明光と
   して撮像する撮像手段と、 これによつて撮像された開先画像の各画素の情
   報を各々格納する二次元記憶手段と、 これらの各画素情報に対して、積分処理を行う
   積分手段と、 積分された画素情報に対して、微分処理を行う
   微分手段と、 微分された画素情報から、開先の形状に関する
   情報を得る検出手段とを備えたことを特徴とする
   開先検出装置。