JPS61191905A - 開先位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶接を行う開先の位置を光切断法により検出す
る装置に関する。

〔従来技術〕

大径鋼管、鋼板等を突合せ溶接する際、その溶接は一般
に突合せ部に開先を形成し、開先部分を溶接している。

斯かる溶接を自動化するに際し、開先位置を検出するこ
とはその倣い制御をする上で非常に重要なことであり、
その検出装置としては従来より種々の方式の開先位置検
出装置が報告されており、近年では光切断法により開先
位置を検出する装置が提案されている（特開昭５６−１
１８６０４号）。

この装置は、第９図に示す如く、鋼板１，１の開先２及
びその近傍へ向けてスリット光１０４を照射せしめるべ
く設けた光学装置１０３と、スリット光１０４による鋼
ｉｆの開先及びその近傍のスリット光像１０４　’　、
つまり開先断面形状を例えば開先２の延在する方向を主
走査方向としてｔｉｅする撮像装置１０５と、スリット
光＠１０４’が撮像された明部たるスリット画像を含む
画像信号を記憶する記憶回路１０７と、該記憶回路１０
７の出力信号に基づき１走査線上の最明点の位置をすべ
ての走査線について検出する最明点検出回路１０８と、
最明点検出回路１０８にて検出された各走査線上の最明
点の位置をスリット光像１０４′の形状に関連づけるべ
く平滑化したのち微分する平滑化微分回路１０９と、平
滑化微分された結果より鋼板１上面における開先延在方
向と直交する方向（以下幅方向という）の開先端縁、所
謂肩を判定する肩判定回路１１０と、判定された両肩の
中心位置を求める開先中心位置演算回路１１１とを備え
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの装置にて開先位置を検出する場合には
前述の最明点を開先中心部分としているが、例えば被溶
接材たる鋼板の開先部又はその近傍に切削疵がある場合
には最明点検出回路がスリット画像に係る明部の１点を
最明点として検出せずに切削疵、プレス疵に関する画＠
！信号を最明点として検出し、検出した開先位置と実際
のそれとの間に誤差が生じることがあった。またこの装
置による場合は撮像装置に生ずるスパッタノイズに起因
する誤差、撮像装置がスリット光像を撮像する際の外部
光により生ずる誤差を完全に除去できなかった。

更に、最明点位置の平滑化微分により肩の位置を求める
ので肩の位置部分の画像信号も平滑化されて、例えば開
先中心側へずれた位置で両肩位置が検出されることにな
り、検出精度が悪かった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、各走
査線上における明部の広狭に基づいてスパッタノイズ等
の雑音成分を除去し、また開先部分以外の明部の位置を
近似する仮想基準線を算出し、その仮想基準線と明部の
中心位置との距離を算出し、この距離変化に基づき肩の
位置を求める構成とすることにより、開先位置を正確に
検出し得る開先位置検出装置を提供することを目的とす
る。

本発明に係る開先位ｆｉｆ検出装置は、被溶接材表面に
開先を横断するスリット光を照射し、スリット光像をラ
スタスキャン型の撮像装置にて撮像し、そのスリット画
像を含む画像信号に基づいて開先位置を検出する装置に
おいて、前記撮像装置が出力する画像信号の２値化回路
と、該２値化回路の出力のうち時間幅が所定値以下であ
る明部を暗部に変換する雑音除去回路と、該雑音除去回
路出力に基づきスリット画像の開先以外の部分を近似す
る線を特定する線決定手段と、前記雑音除去回路出力に
基づきスリット画像が前記線から偏位する線の延在方向
位置を特定する開先端縁検知手段とを具備することを特
徴とする。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す模式図であり、図中１は
被溶接材たる長方形状の鋼板を示す。鋼板１．１は夫々
の幅端面同士を突合せられており、突合せ部には開先２
が設けられている。

鋼板ｌの上方には開先位置検出装置２０が切板１の長手
方向（白抜矢符方向）に走行できるように設けられてお
り、開先位置検出装置２０の近傍には溶接１−−チ１７
が鋼板１の幅方向及び長手方向の位置ｍ整可能にして、
長手方向に溶接を進行させるように設けられている。

開先位置検出装置２０は開先２に向けてスリット光４を
照射する光源３．スリット光４が照射されている鋼板１
．１の上方に真下に向けて設けられた撮像装置５及び撮
像装置５の出力信号たる画像信号に基づき開先位置を検
出する信号処理回路２０ａを備えている。

光源３はスリット光４の長さ方向を鋼板１の幅方向に一
致させて開先２を横切るように照射する。

撮像装置５は例えば５１２　Ｘ　５１２の画素数を有し
ており、照射されたスリット光４の鋼板ｌ上のスリット
光像４′を鋼板１の長さ方向を主走査方向として撮像す
る。

スリット画像４″は第２図にハンチングにて示すように
左側を頂部とする７字の両端から上下方向、つまり鋼板
１の幅方向に直線が短く伸びた形をしており、■字部分
は開先２に相当する部分であり、直線部分はそれに近い
鋼板１上に相当する部分である。

このスリット画像４″を含む画像信号は撮像装置５の出
力端子に接続された信号処理回路２０ａへ与えられる。

信号処理回路２０ａへ入力された信号はまずＡ／Ｄ変換
器５′にてアナログ／ディジタル変換されてビデオメモ
リ６へ与えられてここに格納される。

第３図はビデオメモリ６から読出した画像信号の処理を
する２値化回路８．雑音除去回路９．闇値判定回路１０
．平均化回路１１の処理内容を示すフローチャートであ
る。ビデオメモリ６に格納されている画像信号は第２図
の左右方向を主走査方向、上下方向を副走査方向とする
順序で読出されて２値化回路８へ入力され、これに予め
設定されている闇値に基づいて画像信号を２値化する。

この２値化は例えば第４図に示すように入力信号が設定
された閾値Ｔ、以下の暗い場合には入力信号をゼロとし
、それが閾値Ｔ１を超える明るい場合には１とする。

２値化された信号は、各走査線別に走査方向順に雑音除
去回路９へ与えられる。雑音除去回路９は明部の幅を算
出し、これを所定の上限値り、１下限値Ｌ２と比較し、
例えば下限値Ｌ２以下の幅の明部は雑音として暗部に変
換して平均化回路１１へ出力する。第５図（イ）はスパ
ッタノイズに相当する明部り及びスリット画像４″の明
部を含む画像信号を示し、いずれも２値化回路８の闇値
よりも高レベルであるので２値化回路８出力は第５図（
ロ）の如く明部りの閾値Ｔ、を超えた部分とスリット画
像４″に係る明部の閾値Ｔ、を超えた部分とが夫々ハイ
レベル信号Ｄ’、４”となる。

雑音除去回路９はこれらの明部の時間幅を算出するが、
明部りに係るハイレベル信号Ｄ′の幅が下限値Ｌ２より
小さいので、これがゼロに変換され、雑音除去回路９出
力は第５図（ハ）に示す如く上限値ＬＩ、下限値Ｌ２を
共に満足するスリット画像４″に関するハイレベル信号
４″′のみとなる。雑音除去回路９はまた走査線１ライ
ンに１っの明部もない場合に闇値判定回路１０ヘ工ラー
カウンタ信号を１発出力する。なお上限値Ｌ１を明部の
幅が超える場合にも上記と同様にその明部は雑音として
判定される。

上記上限値Ｌ１．下限値Ｌ２は、夫々スリット画像４“
の幅りよりも若干大きい値１幅りよりも若干小さい値に
選択する。これにより例えば下限値Ｌ２よりも小さい幅
のスパッタノイズ等の雑音を除去できるのである。

平均化回路１１は入力信号、つまりレベルの立上り、立
下り夫々の画像上の水平方向位置をｃ、　　ｄとすると
（ｃ−ｄ）／２を算出する。

このような処理を１画面分に相当する走査線５１２ライ
ンについて行うとこれを線化回路１２へ出力する。この
出力に際し、閾値判定回路１０は入力されたエラーカウ
ンタ信号の数がこれに予め設定されている所定値を超え
る場合には、閾値の設定が高すぎるとしてより低い適当
な闇値を２値化回路８へ出力し、２値化回路８の闇値を
低下させ、また平均化回路１１へりセント信号を出力し
、再度上記処理を行わせる。

このようにして求められた中心位置を表すデータは第６
図に実線にて示すようなスリット画像４“（第２図）の
幅方向中心を通る直線を示す。線化回路１２は、鋼板１
の開先を除く上面でのスリット画像４＃の部分が１本の
直線上に現われることを利用して、中心を示すデータよ
りその近似直線たる仮想基準直線ＢＬ　（破線）を、例
えば最少２乗法により算出する。

その算出は、中心位置データを例えば第６図に示す如く
鋼板長さ方向、つまり画面の水平方向をＸ、鋼板幅方向
、つまり画面の垂直方向をｙとするとｘ−ｙ座標系のデ
ータ列（ｘｉ、　Ｖｊ）とし、開先部でのデータを除去
すぺ＜ｘｉとＢＬとの距離ｅが所定範囲Ｘ内であるデー
タ列が直線を表わす式、ｙ−ａｘ＋ｂで近値される場合
の定数ａ、ｂを決定する方式、つまり危険関数ｒ ｆ＝Σ（ｙｉ　　（ａｘｉ　＋ｂ　）　ｌ　２を最少に
するａ、ｂを決定する方式により行う。

従ってこれは下記＋１１．　［２）式の連立方程式を解
くことによりなされる。

（Σｘｉ）ａ＋ｎｂ−Σｙｉ　　　　　　　　−（１１
（Σｘｉ２）ａ十（Σｘｉ）　ｂ　＝Σ（ｘｉ−ｙｉ）
　−＜２１そして、求まったａ、ｂ値を使用して改めて
「の値を求める。

このｒは近似の度合を示し、例えば（ｘｉ、　ｙｉ）が
ｙ＝ａｘ＋ｂ上の点であればｆ＝ｏとなる。なお近似の
度合は下記（３）式にて判定してもよい。

σ−ｙ’　ｆ　／　ｎ　　　　　　　　　　　・・・（
３）但し、σ：　　（ｘｉ、　ｙｉ）から仮想基準直線
までの距離の標準偏差 このようにして線化回路には仮想基準直線を求めると、
仮想基準直線を示すデータを肩部検出回路１３へ出力す
・る。

肩部検出回路１３は入力された式を記憶し、鋼板ｌの前
記肩部を第７図（肩部検出回路１３による肩部の検出内
容を示すフローチャート）に示す順序で求める。　ｙｉ
−０、ｙｉ−５１１の両生走査線側から開先へ向けて各
走査線上の点（ｘｉ、　ｙｉ）から仮想基準直線までの
離隔距離ｅを求め、その離隔距離ｅの値と前記所定範囲
Ｘとを比較し、離隔距離ｅの値が前記所定範囲Ｘを最初
に超えた点を求め、この点を肩部と判定して該当するｙ
ｉ走査線を記憶する。この判定については例えば最初に
超えた点の次のｍ走査線分について距ＲＭｅを求め、そ
の内ｅがＸを外れた頻度がｊ！（＜ｍ）走査線分ある場
合に上記最初に超えた点を肩部とする。これにより肩部
の検出精度が向上する。なおｅがＸを外れたデータ（χ
Ｉ、　ｙｉ）についてはこれに替えてそのｙｉ走査線の
仮想基準直線上の点（ｘｉ　’　＋　Ｖｌ）に置換する
（第６図参照）。

このようにして求まった両肩の位置は溶接位置検出回路
１４へ与えられる。

溶接位置検出回路１４は入力信号である両肩位置に関す
る信号の差を求め、予めこれに設定されている画像上の
開先２に相当するその幅寸法を範囲内とする基準範囲Ｗ
と求めた値とを比較し、求めた値がＷ内にあれば正しく
肩部を判定し、例えば両肩位置をｒ、　　ｓ　　（第６
図に示す）とすると開先形状がＸ形開先の場合には（Ｓ
−ｒ）／２を開先中心として決定する。このため例えば
開先を仮付溶接した後に溶接する場合に、従来の特開昭
５６−１１８６０４号に係る装置にて開先を検出すると
きには第８図に示すように板付溶接部分ｇと肩りとの間
の点が最明点となって本来の開先（破線にて示す）を誤
検出することがあるが、本発明による場合にはこのよう
な誤検出がない。

また求めた開先の幅、つまりｓ−ｒがＷを外れる場合に
は１つ前の画面について求めた（　ｓ’　−ｒ　）／２
を開先中心として処理する。

このようにして求まった（ｓ−ｒ）／２は溶接トーチ駆
動制御演算回路１５へ与えられる。溶接トーチ駆動制御
演算回路１５は入力信号に基づき溶接トーチ１７の必要
移動量を算出し、その必要移動量にしたがって溶接トー
チ駆動装置１６を駆動制御して溶接トーチ１７を移動さ
せる。これにより溶接トーチ１７は開先を外れることが
なく鋼板１．１の全長を溶接できる。

なお上記実施例では仮想基準直線を最少２乗法により求
めているが、本発明はこの方式に躍らす仮想基準直線を
他の方式により求めても実施できることは勿Ｓ余である
。

また、本発明↓よ鋼板に設けた開先に限らず大径鋼管に
設けた開先等、撮像した画像のうちスリット画像の開先
を除く部分が直線となる開先をも検出でき、更には開先
幅方向が曲面であるものであっても仮想基準曲線を求め
ることによりその開先をも検出できることは勿論である
。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明による場合は各走査線上におけ
る明部の広狭に基づきスリン１−画像を検出するのでス
パッタノイズ等の雑音を除去でき、また仮想基準線と明
部との離隔距離を算出して肩の位置を求めるのでその算
出値は正確であり、これにより溶接装置の倣い制御を確
実に行い得るのでその自動化が可能であり、特に仮付溶
接等を行う場合にあっても仮付溶接等の施された開先を
正確に検出できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式図、第２図は撮像し
たスリット画像、第３図は明部の中間点を求めるまでの
処理内容を示すフローチャート、第４図は２値化回路の
処理内容説明図、第５図は雑音除去回路の処理内容説明
図、第６図は肩部検出回路の処理内容説明図、第７図は
肩部検出回路の検出内容を示すフローチャート、第８図
は仮付溶接された開先を本発明により検出する場合の効
果説明図、第９図は従来装置例を示す模式図。 Ｉ・・・鋼板　２・・・開先　３・・・光源　４・・・
スリット光　５・・・Ｉ最像装置　８・・・２値化回路
　９・・・雑音除去回路　１１・・・平均化回路　Ｉ２
・・・線化回路　１３・・・肩部検出回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被溶接材表面に開先を横断するスリット光を照射し
   、スリット光像をラスタスキャン型の撮像装置にて撮像
   し、そのスリット画像を含む画像信号に基づいて開先位
   置を検出する装置において、 前記撮像装置が出力する画像信号の２値化回路と、該２
   値化回路の出力のうち時間幅が所定値以下である明部を
   暗部に変換する雑音除去回路と、 該雑音除去回路出力に基づきスリット画像の開先以外の
   部分を近似する線を特定する線決定手段と、 前記雑音除去回路出力に基づきスリット画像が前記線か
   ら偏位する線の延在方向位置を特定する開先端縁検知手
   段と を具備することを特徴とする開先位置検出装置。