JPH0469511B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動溶接を行なう際の溶接異常、特
に「溶け落ち」なる溶接異常を検出する溶接異常
検出方法に関する。

［従来の技術］ 溶接中に発生する異常現象として、溶接部が裏
面まで溶融し溶融金属が流出、飛散する現象すな
わち「溶け落ち」現象がある。この「溶け落ち」
現象は一旦発生すると、連続的に進行する特質を
有しているため、溶接部に品質上重大な損傷を与
える。従つて、この「溶け落ち」なる溶接異常が
発生した時には、早期発見を行い、溶接運転の停
止等の処置を取る必要がある。

従来のこの種の溶接異常発生を検出する方法と
しては、第８図に示すように溶接電流とアーク
電圧との関係から検出する方法、第９図に示す
ようにアーク音の変動から検出する方法、等があ
る。またこれらに類似する方法として、特開昭
59−70475号公報に開示されているように、光量
検出器を溶接部裏面に直接接触するよう設置し、
溶接部を貫通するアーク光、若しくは溶融池から
の輻射光を検出することにより溶接制御を行なう
といつた光学的方法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 第８図に示すの方法、すなわち溶接電流とア
ーク電圧との関係から検出する方法は、溶接電流
を電流検出器３１で検出し、アーク電圧を電圧検
出器３２で検出し、これらが適正範囲内にあるか
否かを解析器３３で解析判定して異常を検出する
方法であるが、この方法では適正溶接時でも瞬間
的な変動が発生すると、これを異常であると検出
してしまうため、溶接異常を適確に判断し得ない
という欠点がある。なお第８図中１は溶接トー
チ、２はワイヤ、３はワイヤ送給ローラ、４はフ
ラツクス、５は母材（鋼管）であり、３０は溶接
電源、３４は異常警報器、３５はデイスプレイ装
置である。

第９図に示すの方法すなわち溶接アーク音の
音圧レベル変動から検出する方法は、検出器４
１、信号検出回路４２で検出した音圧レベルまた
は周波数を解析器４３で解析し、異常を検出する
方法であるが、この方法ではガスシール溶接のシ
ール状態のモニタリングには適用可能であるが、
潜弧溶接等アーク音が小さい対象の場合には周囲
雑音との区別が困難であるといつた欠点がある。
なお第９図中、１〜３および５は第８図と同じも
のであり、４４は異常警報器、４５はデイスプレ
イ装置である。

また、前述したの方法すなわち溶接部裏面に
光検出器を置く方法は、溶け落ちによる溶融金属
光や貫通アーク光と正常溶接時の母材の焼けによ
る輻射光とを区別して異常状態の判別を行なうも
のではない。しかも検出器が溶接部裏面に直接接
触していることから、溶け落ち発生時には検出器
の耐熱性が問題となる。

以上のように従来の溶接異常検出方法にあつて
は、その適用範囲、検出精度、検出器の耐久性
等、工業的適用上の問題があつた。

そこで本発明の目的は、溶接異常とくに「溶け
落ち」現象を確実に検出し得、品質の安定化を図
り得る溶接異常検出方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題を解決し目的を達成するため
に次のような手段を講じた。即ち、被溶接部の裏
面から放射される光（溶融金属光、溶接アーク光
など）のうち特定波長域の光のみを選択受光し、
時間的に連続して画像センサに２次元的に取込
み、取込んだ２次元画像を二値化処理し輝度が予
め設定した基準輝度よりも大きい部分を明部と判
別し、この明部の面積を予め設定した基準面積と
比較し、この明部の面積が予め設定した基準面積
よりも大きい状態が予め設定した基準時間よりも
長時間にわたつて継続する場合に、「溶け落ち」
なる溶接異常が発生したものと判定するようにし
た。

［作用］ このような手段を講じたことにより、次のよう
な作用を呈する。例えば溶接側とこの溶接側とは
反対側（裏側）の適所に設けられかつ溶接と同期
して移動する監視装置（フイルター＋カメラ等）
により、溶接異常現象時において溶接部から発生
する放射エネルギー（光）が選択採取（短波長側
のみ）され、信号処理されることにより溶接異常
の検出が行われるので、溶接の異常のなかでも特
に溶接金属の溶け落ち現象を確実に検出すること
ができ、溶接の品質の安定化を図ることができ
る。

［実施例］ 第１図は本発明方法を鋼管長手継手の内面自動
溶接に適用した一実施例を示す図である。同図に
おいて、１は溶接トーチであり、２はワイヤであ
る。３は上記ワイヤ２を送給するワイヤ送給ロー
ラであり、４は円滑に溶接するためのフラツクス
である。５は溶接すべき母材であり、６は裏当材
（銅板）であり、７は上記裏当材６の支持台であ
る。８は前記溶接トーチ１などの支持アームであ
り、９は溶接ケーブルであり、長尺鋼管内で自動
溶接し得るものとなつている。１０は母材（鋼
管）の受け台である。この溶接部の裏側適所には
NDフイルター、干渉フイルター、偏光フイルタ
ーの組合せおよび小形CCDカメラ等からなる監
視装置１１を設置し、溶接状態を監視するものと
なつている。１２は上記監視装置１１の視野内に
スポツト光１３を投光する短波長投光器（ルンズ
類含む）である。画像処理装置１４は監視装置１
１で取り込んだ画像の処理、すなわちスポツト光
の位置出力および明部画素数の計測、時間計測等
を行なうものとなつている。システム制御装置１
５は投光器１２、画像処理装置１４、監視装置１
１等に作動信号を与えたり、画像処理装置１４の
処理データをもとに表示灯１６やブザー１７を
ON動作させる共に、予め設定したシーケンスに
より溶接電源１８、走行装置１９（たとえばター
ニングローラ、ポジシヨナなどの周辺機器を含
む）を制御するものとなつている。

第２図は第１図の溶接部を拡大した図であり、
同図ａは溶接が正常な場合を示した図であり、同
図ｂは溶接が異常な場合を示した図である。第２
図ａに示すように正常時においては、溶接アーク
２０により溶接金属２１が適正に形成されている
が、第２図ｂに示すように異常時においては、母
材５（開先部）が適正形状でないとか溶接条件が
適正でないなどの理由から溶接異常（溶け落ち）
が発生しており、このため当該溶接部より溶接ア
ーク２０および溶接金属２１が裏当材６に形成さ
れ、放射エネルギー（光）２２が母材５と裏当材
６の隙間から漏れている。

第３図は上記のような異常時に当該溶接部から
放射される光の性質を把握するために、黒体放射
のスペクトルをプランクの放射則により求めた図
を示すものである。縦軸は相対強度を示し、横軸
は波長を示しており、1000℃、1540℃、2750℃の
スペクトルが分析図示されている。

鉄系金属では1500℃前後で溶融するから、この
温度より高温側の光を受光できるようにすればよ
い。これらの事から本発明方法ではカメラの感度
波長域でかつ1540℃より高温側の波長を選択受光
するように、NDフイルター、干渉フイルタ、さ
らに偏光フイルタを組合せて使用るものとなつて
いる。

第４図は上記監視装置１１の作用を示す図であ
る。同図において、溶接状況として上欄に溶接正
常時を示し、下欄に溶接異常時を示している。溶
接状況として特に通常フイルターがない場合に
は、誤判断となる薄板への適用状況を示す。すな
わち、薄板では正常時であつてもアーク熱により
周辺部がかなり高温の焼けた状態となり、光の放
射が生じてしまうため、敢えて薄板への適用例を
示すものである。従つて、該溶接部をフイルター
なし（または通常のフイルター使用）で撮像する
と、溶接正常時でもアーク熱による焼け部を取り
込んでおり、その画像輝度分布からも異常時の場
合との判別は難しい。

一方、本装置による適正フイルター付きの場
合、例えばNDフイルター、干渉フイルター、偏
光フイルターの組合せを用いると、第３図で説明
した如く1540℃以上の溶融金属（溶接アーク光を
含む）からの放射光を選択受光するため、正常時
の焼けは入力されず、溶接異常時にのみ画面中に
明部が現われる。したがつて溶接異常を容易に判
別できる。

第５図は本実施例の方法による溶接異常検出フ
ロチヤートを示す図であり、これを参照して異常
検出方法の手順を説明する。まず、ステツプＡに
おいて溶接を開始すると監視装置１１により画像
が入力される。なお溶接が行われない場合でも視
野確認処理をスタートさせると、画像入力でき
る。

次にステツプＢにおいて入力された画像をあら
かじめ設定したしきい値により、白と黒の２値に
処理する。さらにステツプＣにおいて視野確認の
ためのスポツト光が投光されたか否かを判断し、
スポツトが投光された場合（YES）には、ステ
ツプＤにおいて明画像（スポツト光）の重心を検
出し、ステツプＥにおいて重心位置が画面内の所
定範囲内に入つているか否かを判定する。重心位
置が所定範囲内に入つていない場合（NO）に
は、ステツプＦにおいて監視装置１１のセツト状
態不良のアラームを出力し（ステツプＦ）、正規
の位置に修正させる。重心位置が画面の所定範囲
内に入つている場合（YES）には、視野OKと判
定し、次の異常検出処理に進む。尚、スポツト光
が投光していない場合（NO）には、視野確認処
理を飛ばして次の異常検出処理に進む（故意に視
野確認処理を省略させることができる）。

異常検出処理は、２値化像から明部画素数
（Ｑ）を計測し（ステツプＧ）、ステツプＨにてこ
の明部画素数（Ｑ）と予め設定したしきい値Ｓと
を比較し、Ｑ＜Ｓである場合（NO）には、ステ
ツプＡすなわち最初の画像入力に戻る。Ｑ≧Ｓの
場合はステツプＪにおいてＱ≧Ｓとなる画面数
（Ｐ）を計測し、ステツプＫにおいてＰと予め設
定した画面数（Ｒ）とを比較し、異常状態の連続
性を評価する。Ｐ＜Ｒの場合（NO）には、最初
の画像入力へ戻り、Ｐ≧Ｒの場合（YES）には、
溶接異常が発生したことを意味しているため、ス
テツプＬにて異常警報を出力すると共に、ステツ
プＭにて溶接停止処理を行なう。その後、ステツ
プＮにおいて作業者が不具合を改善し、再溶接な
どの処理を行なう。

上述したフローにより自動溶接の際の溶接異常
を早期に検出し、母材、治工具、装置類の損害を
未然に最小限に防止し得る。その結果、自動溶接
時に異常監視のための作業者は不要となり、コス
ト低減に寄与すると共に、品質の安定化を図るこ
とができる。

第６図は裏当材６の形状の変形例について示し
た図である。第６図左側に示している裏当材６′
は母材５に当接している面に多数の切込溝Ｓを平
行に設けたものである。このような形状の裏当材
６′によれば、第６図右側に示している裏当材６
のようにほぼ平坦な形状をなしているものに比べ
溶接異常時に光の漏れを確実に検出し得るもとな
る。

第７図ａ，ｂは本発明方法を平坦な継手溶接
（ガスシールド）に適用した例を示す図である。
第７図ａは裏当材６がある場合を示した図であ
り、ｂは裏当材６がない場合を示した図である。
いずれも溶接の裏側の適所に監視装置１１を設置
することにより、溶接異常を検出することができ
る。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、被溶接部の裏面から放射され
る光（溶融金属光、溶接アーク光など）のうち特
定波長域の光のみを選択受光し、時間的に連続し
て画像センサに２次元的に取込み、取込んだ２次
元画像を二値化処理し輝度が予め設定した基準輝
度よりも大きい部分を明部と判別し、この明部の
面積を予め設定した基準面積と比較し、この明部
の面積が予め設定した基準面積よりも大きい状態
が予め設定した基準時間よりも長時間にわたつて
継続する場合に、「溶け落ち」なる溶接異常が発
生したものと判定するようにしたので、溶接異常
時に溶接部が発する放射エネルギー（光）が選択
採取され、信号処理される結果、溶接異常とくに
「溶け落ち」現象を確実に検出し得、品質の安定
化を図り得る溶接異常検出方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明方法の一実施例を示す
図で、第１図は本発明方法を鋼管長手継手溶接に
適用した例を示す図、第２図ａ，ｂは第１図の溶
接部を拡大して示す図、第３図は黒体放射スペク
トルを示す図、第４図は監視装置の作用を説明す
るための図、第５図は溶接異常検出を説明するフ
ローチヤートを示す図である。第６図は裏当材の
変形例を示す図、第７図ａ，ｂは本発明方法を平
板継手溶接に適用した例を示す図である。第８図
および第９図は従来の溶接方法を示す図で、第８
図は溶接電流とアーク電圧による溶接モニタリン
グの一例を示す図、第９図はアーク音によるシー
ルドモニタリングの一例を示す図である。 １……溶接トーチ、２……ワイヤ、３……ワイ
ヤ送給ローラ、４……フラツクス、５……母材、
６……裏当材、７……裏当材の支持台、８……支
持アーム、９……溶接ケーブル、１０……受け
台、１１……監視装置、１２……投光器、１３…
…スポツト、１４……画像処理装置、１５……シ
ステム制御装置、１６……表示灯、１７……ブザ
ー、１８……溶接電源、１９……走行装置、２０
……溶接アーク、２１……溶接金属、２２……放
射光、３１……電流検出器、３２……電圧検出
器、３３……解析器、４１……検出器、４３……
解析器、４４……異常警報器、４５……デイスプ
レイ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各種溶接方法に於いて被溶接物の裏面から放
   射される光（溶融金属光、溶接アーク光など）の
   うち特定波長域の光を選択受光し、時間的に連続
   して画像センサに２次元的に取込み、取込んだ２
   次元画像を二値化処理し輝度が予め設定した基準
   輝度よりも大きい部分を明部と判別し、この明部
   の面積を予め設定した基準面積と比較し、この明
   部の面積が予め設定した基準面積よりも大きい状
   態が予め設定した基準時間よりも長時間にわたつ
   て継続する場合に、「溶け落ち」なる溶接異常が
   発生したものと判定することを特徴とする溶接異
   常検出方法。