JPH11285825A

JPH11285825A - 溶接位置検出方法およびその装置並びに自動溶接装置

Info

Publication number: JPH11285825A
Application number: JP8642898A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shibata; 信雄柴田; Akiyoshi Imanaga; 昭慈今永; Mitsuaki Haneda; 光明羽田; Junichiro Morisawa; 潤一郎森沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度の位置検出を可能にした溶接位置検出方
法およびその装置並びにそれを用いた自動溶接装置を提
供する。【解決手段】被溶接物２、３の表面に、開先４を横切る
ように光切断線を照射する投光手段１２と、被溶接物
２、３で反射された光切断線の反射光を光切断像として
検出する二次元の受光手段１４と、受光手段１４で受光
した光切断像を計算処理して溶接位置を検出する画像処
理手段１９とを有する溶接位置検出装置における溶接位
置検出方法であって、前記開先４と溶接電極１を横切る
ように光切断線を照射し、受光された光切断像から、開
先底部の両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出する
とともに、開先４の底部の中心位置と溶接電極１の中心
位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開先倣い溶接を行
うための溶接位置検出方法およびその装置並びに自動溶
接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、厚さが３０ｍｍ以上の厚板を
溶接する場合には、その溶接部に開先を形成し、開先内
に多層溶接を施して接合している。多層溶接では、溶接
ビードのパス数が多いため、繰り返される熱ひずみによ
り被溶接物が徐々に変形する。多層溶接において、品質
のよい溶接ビードを得るためには、溶接ビードを盛る直
前の開先底部の溶接ビードの両側境界位置などを基準に
決められたねらい位置に溶接電極（非消耗電極、溶接ワ
イヤ）の先端を正確に位置決めする必要がある。

【０００３】従来のように、熟練した溶接作業者が目視
で溶接ビードの境界位置を判断し、経験と勘により手作
業で溶接を行う場合には、品質のよい溶接ビードを形成
することができる。しかし、作業性が悪いだけでなく、
溶接作業者、特に熟練した作業者が減少している現状で
は、溶接作業者に頼ることができない。

【０００４】前記のような厚板の溶接を自動化し、溶接
作業の省力化、無人化を図るため、被溶接物の開先を自
動的に検出し、かつ、その検出結果に基づいて溶接電極
の移動経路を設定するものとして例えば、特開平５−１
３８３５４号公報に開示された溶接自動倣い装置が提案
されている。

【０００５】この溶接自動倣い装置は、溶接トーチの進
行方向前方の開先内の光切断画像を得るレーザスリット
光発光部と、このレーザスリット光発光部より進行方向
前方にあって上記溶接トーチや光切断像、溶融池を含む
溶接情報を検出するＩＴＶカメラと、このＩＴＶカメラ
の溶接情報により開先形状を計算し、溶接電極位置を演
算する手段を有ている。

【０００６】そして、ＩＴＶカメラによる一つの画像情
報内にレーザスリット光による光切断像と溶接電極像が
現われることになり、光切断像より得られる開先内形状
と溶接電極像から得られる溶接電極位置から、溶接トー
チの位置ずれ量を検出して溶接トーチの位置の制御を可
能にしている。このとき、溶接トーチのノズルの下端部
の位置を溶接電極位置として検出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、溶接トーチ先
端のノズルは、溶接時の熱によって酸化、あるいは溶接
ヒュームの付着により溶融池と同じように黒ずんだ色を
しているため、画像上では溶融池とノズルの判別が容易
でなく検出誤差要因となり、検出精度が低下することが
ある。

【０００８】前記の事情に鑑み、本発明の目的は、溶接
電極の汚れに係らず高精度の位置検出を可能にした溶接
位置検出方法およびその装置並びにそれを用いた自動溶
接装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本願の請求項１に記載の発明は、被溶接物の表面
に、開先を横切るように光切断線を照射する投光手段
と、被溶接物で反射された光切断線の反射光を光切断像
として検出する二次元の受光手段と、受光手段で受光し
た光切断像を計算処理して溶接位置を検出する画像処理
手段とを有する溶接位置検出装置における溶接位置検出
方法であって、前記開先と溶接電極を横切るように光切
断線を照射し、受光された光切断像から、開先底部の両
側境界部と溶接電極の両側境界部を算出するとともに、
開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置とを算出し、
各中心位置のずれ量を検出するようにした。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、前記請求
項１に記載の発明において、前記光切断線を、前記受光
手段と溶接電極を挾んで反対側から溶接電極によりその
一部が遮られるように照射するようにした。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、被溶接物
の表面に、開先を横切るように光切断線を照射する投光
手段と、被溶接物で反射された光切断線の反射光を光切
断像として検出する二次元の受光手段と、受光手段で受
光した光切断像を計算処理して溶接位置を検出する画像
処理手段とを有する溶接位置検出装置における溶接位置
検出方法であって、前記開先を横切るように光切断線を
照射するとともに、前記受光手段と溶接電極を挾んで反
対側から拡がりのある光で溶接電極を照射し、受光され
た光切断像と溶接電極のシルエット像から、開先底部の
両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出するととも
に、開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置とを算出
し、各中心位置のずれ量を検出するようにした。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、被溶接物
の表面に、開先と溶接電極を横切るように光切断線を照
射する投光手段と、溶接電極と被溶接物で反射された光
切断線の反射光を光切断像として検出する二次元の受光
手段と、受光された溶接電極の像と光切断像から、開先
底部の両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出すると
ともに、開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置とを
算出し、各中心位置のずれ量を検出する画像処理手段と
を設けた。

【００１３】また、請求項５に記載の発明は、被溶接物
の表面に、開先を横切るように光切断線を照射する投光
手段と、溶接電極を含む開先内を照射する外部光源と、
溶接電極を挾んで前記外部光源と対向するように配置さ
れ、溶接電極のシルエット像と被溶接物で反射された光
切断線の反射光を光切断像とを同時に検出する二次元の
受光手段と、受光された溶接電極の像と光切断像から、
開先底部の両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出す
るとともに、開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置
とを算出し、各中心位置のずれ量を検出する画像処理手
段とを設けた。

【００１４】また、請求項６に記載の発明は、被溶接物
の表面に開先を横切るように光切断線を照射する投光手
段と、被溶接物で反射された光切断線の反射光を光切断
像として検出する二次元の受光手段と、受光手段で受光
した光切断像を計算処理して溶接位置を検出する画像処
理手段とを有する溶接位置検出装置を備え、溶接位置検
出手段の出力に基づいて溶接時における溶接電極の移動
経路を制御するようにした自動溶接装置において、前記
開先と溶接電極を横切るように光切断線を照射する投光
手段と、前記受光手段で受光された光切断像から、開先
底部の両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出すると
ともに、開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置とを
算出し、各中心位置のずれ量を検出する溶接位置検出手
段とを設け、溶接電極の移動経路を制御するようにし
た。

【００１５】さらに、請求項７に記載の発明は、被溶接
物の表面に開先を横切るように光切断線を照射する投光
手段と、被溶接物で反射された光切断線の反射光を光切
断像として検出する二次元の受光手段と、受光手段で受
光した光切断像を計算処理して溶接位置を検出する画像
処理手段とを有する溶接位置検出装置を備え、溶接位置
検出手段の出力に基づいて溶接時における溶接電極の移
動経路を制御するようにした自動溶接装置において、前
記開先と溶接電極を横切るように光切断線を照射する投
光手段と、前記受光手段で受光された光切断像から、開
先底部の両側境界部と溶接電極の両側境界部を算出する
とともに、開先底部の中心位置と溶接電極の中心位置と
を算出し、各中心位置のずれ量を検出するとともに、開
先底部の両側境界部の高さを算出する溶接位置検出手段
とを設け、溶接電極の移動経路と高さを制御するように
した。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図６は、本発明による
自動溶接装置を示すもので、図１は、本発明における自
動溶接装置の構成図、図２は、溶接位置検出手順を示す
フローチャート、図３は、開先部分の光切断像の一例を
示す説明図、図４は、開先部分の光切断像の他の例を示
す説明図、図５は、溶接位置検出方法を示す説明図、図
６は、前記自動溶接装置における溶接位置検出を含む溶
接手順を示すフローチャートである。なお、図３ないし
図５は、白と黒を反転した状態で示してある。

【００１７】同図において、１はタングステン電極など
の非消耗溶接電極（以下、単に電極という）。２、３は
被溶接部材で、所定の間隔で配置され、その対向面には
開先４が形成されている。Ｂ１〜Ｂ４は溶接ビードで、
開先４内に盛られている。以下、前記開先４と溶接ビー
ドＢ１〜Ｂ４を含めて開先４という。また、溶接ビード
（図ではＢ４）の表面を開先底部という。

【００１８】５は電極位置制御機構で、被溶接部材２、
３に沿って配置されたＸ走行軸６と、このＸ走行軸６上
を走行するＸ走行台車７と、このＸ走行台車７に固定さ
れたＺ走行軸８と、このＺ走行軸８上を走行するＺ走行
台車９と、このＺ走行台車９に固定されたＹ走行軸１０
と、このＹ走行軸１０上を走行するＹ走行台車１１で構
成され、このＹ走行台車１１に前記電極１を支持してい
る。

【００１９】１２は投光手段で、前記Ｙ走行台車１１に
支持され、被溶接物２、３と開先４内に挿入された電極
１に、電極１と開先４を横切るように線状の光線１３を
照射して光切断線Ｑを形成する。１４は受光手段で、前
記Ｙ走行台車１１に支持され、干渉フィルタ１５とＩＴ
Ｖカメラ１６で構成され、干渉フィルタ１５を通してＩ
ＴＶカメラ１６で前記光切断線Ｑを撮像する。

【００２０】１７は制御回路で、投光手段１２による光
線１３の照射を制御する。１８は制御回路で、受光手段
１４を制御するとともにＩＴＶカメラ１６で撮像したア
ナログ映像（画像）信号を外部へ出力する。

【００２１】１９は画像処理装置で、前記制御回路１８
から入力されるアナログ画像信号をデジタル信号にＡ／
Ｄ変換して多値画像データとして受け入れる画像入力部
と、多値画像データを記憶する多値画像記憶部と、多値
画像記憶部に記憶された多値画像データを所定の閾値で
二値化して、前記光切断線Ｑに対応する光切断像を抽出
する二値化処理部と、二値化処理部により得られる二値
画像を記憶する二値画像記憶部と、二値画像記憶部に記
憶されたある幅をもつ二値画像を、それぞれの幅方向の
中心位置を求めて細線化する細線化処理部と、細線化処
理部により得られる細線画像を記憶する細線画像記憶部
と、細線画像記憶部に記憶された細線画像を複数の線要
素（直線）に分割する線要素抽出部と、線要素抽出部で
抽出された線要素を記憶する線要素記憶部と、線要素記
憶部に記憶された線要素から、電極１の幅と開先底部の
幅を求め、溶接位置を算出する演算処理部と、これらを
統括的に制御する主制御部などを備えている。

【００２２】２０は電極位置制御装置で、前記電極位置
制御機構５を駆動制御して電極１を所用の位置に移動さ
せる。２１は溶接電源で、電極１に所定の溶接電圧、電
流を印加する。２２は全体制御装置で、前記画像処理装
置１９、電極位置制御装置２０、および溶接電源２１を
統括的に制御する。

【００２３】前記の構成において、電極位置制御装置２
０の指令によって、Ｙ走行台車１１を作動させ、電極１
を所定の位置へ移動させる。制御回路１７の指令によ
り、投光手段１２から開先４を横切るように被溶接物
２、３に向けて線状の光線１３を照射する。同時に、受
光手段１４で、被溶接物２、３からの反射光を撮像す
る。

【００２４】制御回路１８は、受光手段１４から出力さ
れるアナログ画像信号を画像処理装置１９の画像入力部
に送る。画像入力部は、印加されたアナログ画像信号を
デジタル信号にＡ／Ｄ変換して多値画像データとして受
け入れ、多値画像記憶部に多値画像データとして記憶さ
せる。二値化処理部は、多値画像記憶部に記憶された多
値画像データを呼出し、所定の閾値で二値化して、前記
光切断線Ｑに対応する図３に示すような光切断像Ｉｐ、
ＩｂＬ、ＩｂＲを抽出して（図２のステップＳ１）、二
値画像記憶部に記憶させる。

【００２５】なお、図３において、光切断像Ｉｐは、電
極１で反射された光切断線Ｑの反射光によるもの、光切
断像ＩｂＬ、ＩｂＲは、開先底部で反射された光切断線
Ｑの反射光によるものである。

【００２６】細線化処理部は、二値画像記憶部に記憶さ
れたある幅をもつ二値画像を呼び出して、それぞれの幅
方向の中心位置を求めて細線化し、細線画像記憶部に記
憶させる。線要素抽出部は、細線画像記憶部に記憶され
た細線画像を呼出し、画素の連続性、方向性により、図
４および図５に示すような線要素（直線）Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６に分割し、線要素記憶部に記憶
させる。

【００２７】この時、被溶接部材２、３に形成された開
先４の開き角が大きい場合には、図４に示すように、開
先４の側面に対応する線要素ＬＳＬ、ＬＳＲが現われ
る。しかし、開先４の開き角が小さい場合には、図５に
示すように、開先４の側面に対応する線要素ＬＳＬ、Ｌ
ＳＲは現われない。

【００２８】開先４の開き角が大きい場合でも、機械加
工された開先４においては、その加工面がほぼ平面であ
るため、上記の処理を行った状態で、開先４の側面に対
応する線要素ＬＳＬ、ＬＳＲは比較的長い直線となって
残る。したがって、線要素の長さを所定の基準で選択す
ることにより、図５に示すように、開先底部の光切断像
の線要素Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６のみを抽
出することができる。

【００２９】このようにして抽出された線要素Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を、隣接する線要素間の間
隔の大きさによりグループ化する。図５の例では、線要
素Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で第１のグループＩｂＬを構成し、
線要素Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６で第２のグループＩｂＲを構成
している。すなわち、第１のグループＩｂＬと第２のグ
ループＩｂＲの間は、電極１により光切断像ＩｂＬ、Ｉ
ｂＲが不連続になったことを示している。

【００３０】画像処理装置１９は、図５に示す第１のグ
ループＩｂＬ（線要素Ｌ１）の左端の座標を左側境界位
置座標ＢＬ（Ｘ_BL、Ｙ_BL）とし、第２のグループＩｂＲ
（線要素Ｌ６）右端の座標を右側境界位置座標ＢＲ（Ｘ
_BR、Ｙ_BR）として検出し（図２のステップＳ２）記憶す
る。

【００３１】検出された前記左側境界位置座標ＢＬ（Ｘ
_BL、Ｙ_BL）と前記右側境界位置座標ＢＲ（Ｘ_BR、Ｙ_BR）
から、左側境界位置座標ＢＬと右側境界位置座標ＢＲの
中点（開先４の中心）位置座標Ｃｂ（Ｘ_Cb、Ｙ_Cb）をＸ_Cb＝（Ｘ_BL＋Ｘ_BR）／２Ｙ_Cb＝（Ｙ_BL＋Ｙ_BR）／２により算出し（図２のステップＳ３）記憶する。

【００３２】また、画像処理装置１９は、図５に示す第
１のグループＩｂＬ（線要素Ｌ３）の右端の座標を電極
陰影部の左側境界位置座標ＰＬ（Ｘ_PL、Ｙ_PL）とし、第
２のグループＩｂＲ（線要素Ｌ６）左端の座標を電極陰
影部の右側境界位置座標ＰＲ（Ｘ_PR、Ｙ_PR）として検出
し（図２のステップＳ４）記憶する。

【００３３】検出された前記電極陰影部の左側境界位置
座標ＰＬ（Ｘ_PL、Ｙ_PL）と前記電極陰影部の右側境界位
置座標ＰＲ（Ｘ_PR、Ｙ_PR）から、左側境界位置座標ＰＬ
と右側境界位置座標ＰＲの中点（電極１の中心）位置座
標Ｃｐ（Ｘ_Cp、Ｙ_Cp）をＸ_Cp＝（Ｘ_PL＋Ｘ_PR）／２Ｙ_Cp＝（Ｙ_PL＋Ｙ_PR）／２により算出し（図２のステップＳ５）記憶する。

【００３４】ステップ３およびステップ５で算出された
中点（開先４の中心）位置座標Ｃｂ（Ｘ_Cb、Ｙ_Cb）と中
点（電極１の中心）位置座標Ｃｐ（Ｘ_Cp、Ｙ_Cp）から、
開先４の中心位置に対する電極１の中心位置のずれ量Δ
Ｓを ΔＳ＝Ｘ_Cp−Ｘ_Cb により算出し（図２のステップ６Ｓ）記憶する。

【００３５】算出された開先４の中心位置に対する電極
１の中心位置のずれ量ΔＳは、ＩＴＶカメラ１６の画面
上での検出結果であるため、ＩＴＶカメラ１６の撮像倍
率などの諸定数により、実際の開先４と電極１の位置ず
れ量に座標変換する（図２のステップＳ７）。

【００３６】前記各検出結果より、たとえば、左側境界
位置座標ＢＬと右側境界位置座標ＢＲ間の幅（｜Ｘ_BL−
Ｘ_BR｜）、あるいは、左側境界位置座標ＰＬと右側境界
位置座標ＰＲ間の幅（｜Ｘ_PL−Ｘ_PR｜）、あるいは、開
先４の中心位置に対する電極１の中心位置のずれ量ΔＳ
が予め設定された範囲内にあるか否かを判定し、検出結
果の評価を行う（図２のステップＳ８）。検出結果の評
価により異常と評価された場合には、エラー処理を行い
以降の作業を停止する。

【００３７】前記の溶接位置検出方法を用いた自動溶接
装置の動作を、図６に示すフローチャート基づいて説明
する。

【００３８】動作開始後、全体制御装置２２が電極位置
制御装置２０に対し電極１の現在位置を問い合わせ、電
極位置制御装置２０からの報告（ステップＦ１８）によ
り、電極１の現在位置の情報を取得する（ステップＦ
１）。

【００３９】全体制御装置２２は、電極位置制御装置２
０に電極１を引き上げる移動指令を発行する（ステップ
Ｆ２）。電極位置制御装置２０は、全体制御装置２２か
らの移動指令に基づいて、電極位置制御機構５を作動さ
せ電極１を所定の位置まで引き上げる（ステップＦ１
９）。

【００４０】電極１が引き上げられると、全体制御装置
２２は、電極位置制御装置２０に電極１を溶接位置検出
を開始する基準位置の上方まで移動させる移動指令を発
行する（ステップＦ３）。電極位置制御装置２０は、全
体制御装置２２からの移動指令に基づいて、電極位置制
御機構５を作動させ電極１を前記基準位置の上方まで移
動させる（ステップＦ２０）。

【００４１】電極１が前記基準位置の上方に位置決めさ
れると、全体制御装置２２は、電極位置制御装置２０に
電極１を溶接位置検出が可能な位置まで下降させる移動
指令を発行する（ステップＦ４）。電極位置制御装置２
０は、全体制御装置２２からの移動指令に基づいて、電
極位置制御機構５を作動させ電極１を溶接位置検出が可
能な開先４内の所定の位置まで下降させる（ステップＦ
２１）。

【００４２】電極１が所定の位置まで下降すると、全体
制御装置２２は、電極位置制御装置２０に電極１をＸ方
向に移動させる移動指令を発行する（ステップＦ５）。
電極位置制御装置２０は、全体制御装置２２からの移動
指令に基づいて、電極位置制御機構５によりＸ走行台車
７を作動させ電極１をＸ方向に移動させる（ステップＦ
２２）。なお、この電極１のＸ方向の移動は、溶接終了
点までの検出動作が終了するまで継続される。

【００４３】電極１のＸ方向への移動開始後、全体制御
装置２２は、画像処理装置１９に対して溶接位置検出指
令を発行する（ステップＦ６）。画像処理装置１９は、
全体制御装置２２からの溶接位置検出指令に基づいて、
前述の手順で溶接位置の検出を行う（ステップＦ２
７）。

【００４４】電極１のＸ方向への移動中、全体制御装置
２２は、電極位置制御装置２０に電極１の現在位置を問
い合わせ、電極位置制御装置２０からの報告（ステップ
Ｆ２３）により、電極１の現在位置の情報を取得する
（ステップＦ７）。

【００４５】全体制御装置２２は、電極１の現在位置情
報の取得と並行して、画像処理装置１９に検出結果を問
い合わせ、画像処理装置１９からの検出結果の報告（ス
テップＦ２８）を受け（ステップＦ８）、その検出デー
タを内部の記憶装置に格納する（ステップＦ９）。

【００４６】全体制御装置２２は、溶接開始位置から溶
接終了位置までの間、予め指定された間隔で溶接位置検
出を繰り返す（ステップ１０）。

【００４７】電極１が溶接終了位置に達すると、全体制
御装置２２は、電極位置制御装置２０に電極１のＸ方向
の移動を停止させる停止指令を発行する（ステップＦ１
１）。電極位置制御装置２０は、全体制御装置２２から
の停止指令に基づいて、電極位置制御機構５によりＸ走
行台車７の走行を停止させる（ステップＦ２４）。

【００４８】全体制御装置２２は、電極位置制御装置２
０に電極１を引き上げる移動指令を発行する（ステップ
Ｆ１２）。電極位置制御装置２０は、全体制御装置２２
からの移動指令に基づいて、電極位置制御機構５を作動
させ電極１を所定の位置まで引き上げ（ステップＦ２
５）、電極１を溶接開始位置へ移動させる（ステップＦ
２６）。

【００４９】一方、全体制御装置２２は、溶接位置の検
出結果に基づいて、電極１のＹ走行軸１０方向の位置修
正量を求め、溶接時の電極１の移動経路を算出する（ス
テップＦ１３）。

【００５０】全体制御装置２２は、算出した電極１の移
動経路を電極位置制御装置２０に指令するとともに、溶
接電源２１に溶接開始を指令する。電極位置制御装置２
０は、電極位置制御機構５を作動させ、全体制御装置２
２から指令された移動経路にしたがって電極１を移動さ
せる。同時に、溶接電源２１は、電極１と被溶接部材
２、３に溶接電流、電圧を印加し、電極１と被溶接部材
２、３および溶接ビードの間にアークを発生させる。そ
して、図示しない溶接ワイヤ送給装置からアークに溶接
ワイヤを送給して溶接を行う（ステップＦ１４）。

【００５１】溶接開始後、全体制御装置２２は、電極位
置制御装置２０に電極１の現在位置を問い合わせ、電極
位置制御装置２０から報告される電極１の現在位置情報
に基づいて、溶接終了位置か否かを判断する（ステップ
Ｆ１４）。電極１が溶接終了位置に達していない場合に
は溶接を継続する。

【００５２】電極１が溶接終了位置に到達した場合に
は、全体制御装置２２は、電極位置制御装置２０と溶接
電源２１に溶接停止の指令を発行する。さらに、全体制
御装置２２は、終了した溶接パスで予め設定されている
全溶接パスが終了したか否かを判定する（ステップＦ１
６）。予定していた全溶接パスに達している場合には、
作業を終了する。

【００５３】予定していた全溶接パスに達していない場
合には、次の溶接を行う際に、その直前の溶接で使用し
た電極１の移動経路をそのまま使用するか、あるいは新
たに電極１の移動経路を設定するかを判定する（ステッ
プＦ１７）。

【００５４】直前の溶接で使用した電極１の移動経路を
そのまま使用する場合には、前記ステップＦ１２に戻り
溶接を行う。また、新たに電極１の移動経路を設定する
場合には、前記ステップＦ１に戻り前述の操作を繰り返
す。

【００５５】なお、前述の実施の形態において、投光手
段１２と受光手段１４を、電極１に対して同じ側に設け
た場合について説明したが、投光手段１２と受光手段１
４を、電極１を挾んで互いに反対側に位置するように配
置してもよい。

【００５６】また、投光手段１２は、線状の光線１３を
照射する場合について説明したが、レーザビームなどの
スポット光により開先４を横切るようスキャニングさせ
て、その反射光をラインセンサで受光して、三角測量の
原理から開先４内の形状を検出するようにしてもよい。

【００５７】また、電極位置制御機構５におけるＹ走行
軸８とＺ走行軸１０とは、その配置（Ｙ軸とＺ軸）を逆
にしてもよいし、電極１の変わりに被溶接部材２、３を
Ｘ軸方向に移動させ、電極をＹ軸方向およびＺ軸方向に
移動させるようにしてもよい。すなわち、電極１を被溶
接部材２、３に対して３次元方向に移動できるように構
成されていれば、多関節ロボット、自送式溶接ロボット
などを使用することができる。

【００５８】図７ないし図９は、本発明による自動溶接
装置における溶接位置検出装置の他の実施の形態を示す
もので、図７は、溶接位置検出装置の構成図、図８は、
光切断像を示す説明図、図９は、図８における電極付近
の光の強度分布を示す特性図である。

【００５９】同図において、図１と同じものは同じ符号
をつけて示してある。２３は外部光源で、電極１を挾ん
で受光手段１４と対向するように、前記実施の形態にお
けるＹ走行台車１１に配置されている。２４は制御回路
で、画像処理装置１９からの指令に基づいて、外部光源
２３のＯＮ、ＯＦＦおよびその明るさを制御する。

【００６０】前記の構成において、投光手段１２により
線状の光線１３を開先４に照射するとともに、外部光源
２３により拡がりのある光を開先４内に照射する。同時
に、受光手段１４で開先４内の撮像を行う。この時、投
光手段１２と外部光源２３の明るさを調整することによ
り、図８に示す光切断像Ｉｂ、外部光源２３による開先
４内の反射画像Ｉｋおよび電極１のシルエット像Ｉｄの
明るさの関係をＩＢ＞Ｉｋ＞Ｉｄとすることができ、電
極１のシルエット像Ｉｄを横切る水平線Ａ−Ａにおける
明るさの分布を、図９に示すようにすることができる。

【００６１】このような受光手段１４の出力から溶接位
置を検出する手順は、図２に示すものとほぼ同様であ
る。前記手順と異なる点は、光切断像Ｉｂが１グループ
となるため、電極１の陰影部境界ＣＬ、ＣＲの位置を検
出する際に、光切断像Ｉｂに替えて、電極１のシルエッ
ト像Ｉｄを横切る水平線Ａ−Ａの明るさの変化（二値化
したデータで、１から０もしくは０から１に変化する位
置を陰影部の境界位置ＣＬ、ＣＲとする）を用いる点で
ある。

【００６２】そして、電極１の陰影部の左側境界位置座
標ＣＬ（Ｘ_CL、Ｙ_CL）、右側境界位置座標ＣＲ（Ｘ_CR、
Ｙ_CR）から、左側境界位置座標ＣＬと右側境界位置座標
ＣＲの中点（電極１の中心）位置座標Ｃｐ（Ｘ_Cp、
Ｙ_Cp）をＸ_Cp＝（Ｘ_CL＋Ｘ_CR）／２Ｙ_Cp＝（Ｙ_CL＋Ｙ_CR）／２により算出する。その他は前記図２の場合と同様であ
る。

【００６３】図１０は、本発明による自動溶接装置の溶
接位置検出装置における光切断像の他の例を示す説明図
である。

【００６４】図に示すように、この例では、図３に示す
例に比較して、開先底部の左側境界位置ＢＬと右側境界
位置ＢＲの高さが異なっている。このような場合、左側
境界位置座標ＢＬ（Ｘ_BL、Ｙ_BL）と右側境界位置座標Ｂ
Ｒ（Ｘ_BR、Ｙ_BR）から左右境界位置の高さの差ΔＨを ΔＨ＝（Ｙ_BL−Ｙ_BR）により算出する。

【００６５】この算出結果に基づいて、開先底部の低い
側（図ではＢＲ側）に溶接のねらい位置を補正して、開
先底部の高さを揃えるようにすることもできる。したが
って、多層溶接において、何らかの原因により途中の層
で溶接ビードに片寄りが発生しても、溶接位置検出後の
溶接で溶接ビードの片寄りを補修することができ、品質
のよい溶接ビードを得ることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、電
極と開先に光切断線を照射してその光切断像を撮像し、
もしくは、開先に光切断線を照射するとともに電極を外
部光源で照射して、光切断線と電極のシルエット像を撮
像し、開先の中心位置と電極の中心位置のずれを検出す
るようにしたので、高精度の検出を行うことができる。
また、高精度の検出を行うことにより、高精度の補正を
行うことができ、高品質の溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における自動溶接装置の構成図。

【図２】溶接位置検出手順を示すフローチャート。

【図３】開先部分の光切断像の一例を示す説明図。

【図４】開先部分の光切断像の他の例を示す説明図。

【図５】溶接位置検出方法を示す説明図。

【図６】自動溶接装置における溶接位置検出を含む溶接
手順を示すフローチャート。

【図７】溶接位置検出装置の構成図。

【図８】光切断像を示す説明図。

【図９】図８における電極付近の光の強度分布を示す特
性図。

【図１０】自動溶接装置の溶接位置検出装置における光
切断像の他の例を示す説明図。

【符号の説明】

１…電極、２、３…被溶接部材、４…開先、５…電極位
置制御機構、１２…投光手段、１３…光線、１４…受光
手段、１７…制御回路、１８…制御回路、１９…画像処
理装置、２０…電極位置制御装置、２１…溶接電源、２
２…全体制御装置、２３…外部電源、２４…制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森沢潤一郎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被溶接物の表面に、開先を横切るように光
切断線を照射する投光手段と、被溶接物で反射された光
切断線の反射光を光切断像として検出する二次元の受光
手段と、受光手段で受光した光切断像を計算処理して溶
接位置を検出する画像処理手段とを有する溶接位置検出
装置における溶接位置検出方法であって、前記開先と溶
接電極を横切るように光切断線を照射し、受光された光
切断像から、開先底部の両側境界部と溶接電極の両側境
界部を算出するとともに、開先底部の中心位置と溶接電
極の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検出す
ることを特徴とする溶接位置検出方法。
【請求項２】前記光切断線を、前記受光手段と溶接電極
を挾んで反対側から溶接電極によりその一部が遮られる
ように照射することを特徴とする請求項１に記載の溶接
位置検出方法。
【請求項３】被溶接物の表面に、開先を横切るように光
切断線を照射する投光手段と、被溶接物で反射された光
切断線の反射光を光切断像として検出する二次元の受光
手段と、受光手段で受光した光切断像を計算処理して溶
接位置を検出する画像処理手段とを有する溶接位置検出
装置における溶接位置検出方法であって、前記開先を横
切るように光切断線を照射するとともに、前記受光手段
と溶接電極を挾んで反対側から拡がりのある光で溶接電
極を照射し、受光された光切断像と溶接電極のシルエッ
ト像から、開先底部の両側境界部と溶接電極の両側境界
部を算出するとともに、開先底部の中心位置と溶接電極
の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検出する
ことを特徴とする溶接位置検出方法。
【請求項４】被溶接物の表面に、開先と溶接電極を横切
るように光切断線を照射する投光手段と、溶接電極と被
溶接物で反射された光切断線の反射光を光切断像として
検出する二次元の受光手段と、受光された溶接電極の像
と光切断像から、開先底部の両側境界部と溶接電極の両
側境界部を算出するとともに、開先底部の中心位置と溶
接電極の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検
出する画像処理手段とを設けたことを特徴とする溶接位
置検出装置。
【請求項５】被溶接物の表面に、開先を横切るように光
切断線を照射する投光手段と、溶接電極を含む開先内を
照射する外部光源と、溶接電極を挾んで前記外部光源と
対向するように配置され、溶接電極のシルエット像と被
溶接物で反射された光切断線の反射光を光切断像とを同
時に検出する二次元の受光手段と、受光された溶接電極
の像と光切断像から、開先底部の両側境界部と溶接電極
の両側境界部を算出するとともに、開先底部の中心位置
と溶接電極の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量
を検出する画像処理手段とを設けたことを特徴とする溶
接位置検出装置。
【請求項６】被溶接物の表面に開先を横切るように光切
断線を照射する投光手段と、被溶接物で反射された光切
断線の反射光を光切断像として検出する二次元の受光手
段と、受光手段で受光した光切断像を計算処理して溶接
位置を検出する画像処理手段とを有する溶接位置検出装
置を備え、溶接位置検出手段の出力に基づいて溶接時に
おける溶接電極の移動経路を制御するようにした自動溶
接装置において、前記開先と溶接電極を横切るように光
切断線を照射する投光手段と、前記受光手段で受光され
た光切断像から、開先底部の両側境界部と溶接電極の両
側境界部を算出するとともに、開先底部の中心位置と溶
接電極の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検
出する溶接位置検出手段とを設け、溶接電極の移動経路
を制御するようにしたことを特徴とする自動溶接装置。
【請求項７】被溶接物の表面に開先を横切るように光切
断線を照射する投光手段と、被溶接物で反射された光切
断線の反射光を光切断像として検出する二次元の受光手
段と、受光手段で受光した光切断像を計算処理して溶接
位置を検出する画像処理手段とを有する溶接位置検出装
置を備え、溶接位置検出手段の出力に基づいて溶接時に
おける溶接電極の移動経路を制御するようにした自動溶
接装置において、前記開先と溶接電極を横切るように光
切断線を照射する投光手段と、前記受光手段で受光され
た光切断像から、開先底部の両側境界部と溶接電極の両
側境界部を算出するとともに、開先底部の中心位置と溶
接電極の中心位置とを算出し、各中心位置のずれ量を検
出するとともに、開先底部の両側境界部の高さを算出す
る溶接位置検出手段とを設け、溶接電極の移動経路と高
さを制御するようにしたことを特徴とする自動溶接装
置。