JPS6320180A - 溶接線における特異点検出方法 - Google Patents

溶接線における特異点検出方法

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JPS6320180A
JPS6320180A JP16707186A JP16707186A JPS6320180A JP S6320180 A JPS6320180 A JP S6320180A JP 16707186 A JP16707186 A JP 16707186A JP 16707186 A JP16707186 A JP 16707186A JP S6320180 A JPS6320180 A JP S6320180A
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arc light
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清吾 西川
Hiroaki Ito
博昭 伊藤
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信治 奥村
Tatsuzo Nakazato
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    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Program-controlled manipulators
    • B25J9/16Program controls
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
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    • B23Q35/08Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
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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、アーク溶接、特に重ね継手溶接、隅肉継手溶
接及び突合わせ継手溶接において、溶接アーク光を直視
し、その形状のパターンを解析することにより溶接線の
特異点、すなわち溶接終了点、外回りコーナー点又は内
回りコーナー点を検出する方法に関する。
〔従来の技術〕
アーク溶接では、溶融池、通電チップ、ワイヤ、溶接開
先等を含む溶接部分を工業用テレビカメラ(ITV)で
撮像し、これによって得た画像を解析することにより、
溶接位置、溶接条件等を制御する方法が古くから知られ
ている。
とごろが、アーク光は、周囲(例えば溶融池)の明るさ
に比べて強烈であり、しかも赤外線及び紫外線を多量に
含んでいるため、溶接部分を検出することには困難な問
題点が多い。
そこで、従来は、次のような解決策を講じていた。
すなわち、その一つは、撮像装置又は光学フィルタに工
夫を加える方法である。例えば、特開昭51−7293
8号公報では、赤外線、熱線、色、光量を制限する各フ
ィルタを設けるとともに、テレビカメラにシリコンビジ
コン撮像管を使用して、溶接部からの輻射線を可視光領
域及び近赤外線領域でのみ通過させるようにしている。
また、特開昭59−212172号公報では、赤外線の
みを通すフィルタを介して赤外線テレビカメラで撮像し
ている。更に、特開昭58−159980号公報では、
撮像装置としてCCD (固体イメージセンサ)を用い
ることにより、フィルタを不要にしている。
アーク光による影響を解決する他の方法は、工業用テレ
ビカメラに高速シャッタを設ける方法である。例えば、
特開昭58−7776号公報では、アークの短絡時にア
ークが消滅する機会を捉えて、短絡時のみシャッタを開
けるようにしている。また、特開昭59−202178
号公報では、パルス溶接において、ベース電流時期のア
ーク光が減衰したときだけシャッタを開けるようにして
いる。
溶接部をアーク光と区別して撮像する方法としては、撮
像のための光源を設ける方法がある。例えば、特開昭5
5−42185号公報では、アーク光等の外乱光のスペ
クトル分布と異なる光源を設け、外乱光の光量が前記光
源の光量に比較して小さくなる波長帯を検出波長として
いる。また、特開昭59−191574号公報では、溶
接トーチの走行方向前方に光を投射して、溶接開先の像
を陰影で区画した輪郭で表すための光源を設けている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上述べた各種の従来例において共通していることは、
撮像したい目的物は、例えば溶融池等の溶接部分であり
、アーク光はそれを邪魔する外乱光であるので、撮像し
たい映像とアーク光との分離、除去を行おうとするもの
であると言える。
しかしながら、アーク光の強度は強烈であり、しかもそ
の波長もほぼ全域にわたるものであるから、完全な除去
は困難で、装置も複雑且つ高価とならざるを得ない。ま
た、除去できたとしても、一般の工業用テレビカメラを
使用して画像を取り込むのは非常に困難である。そして
、取り込んだ画像、例えば溶融池の画像解析より、溶接
終了点あるいはコーナ一部を検出しようとしても、検出
には複雑な解析を行わなければならない。特に、溶接ト
ーチが終了点又はコーナー点に到達したのか、あるいは
位置ずれを起こしたのかの区別を行わなければならない
また、レーザー光等の外部光源を使用したセンサーでは
、現在、線の情報(スリット光)で溶接開先の段差を検
出する方法がほとんどであるため、溶接終了点、コーナ
ー点の検出を安定して行うことができない。レーザー光
方式やワイヤ接触方式では、溶接による熱ひずみ等によ
る誤差が検出できない。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり
、レーザ等の外部光源を必要とせず、またアーク光の分
離、除去のための特殊な装置を用いず、一般的な工業用
テレビカメラで可視光領域のアーク光を検出して、その
アーク光のパターン解析を行うことにより、重ね継手溶
接、隅肉継手溶接の溶接終了点及び内回り、外回りコー
ナー点を検出することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明の溶接線における特異
点検出方法は、溶接開先位置を検出しながら該溶接開先
位置に沿うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手
部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によって撮像
し、この撮像されたアーク光形状を2値化し、当該アー
ク光形状のパターンを解析することにより、溶接線にお
ける特異点を検出することを特竺とする。
本発明者らは、先ず、重ね継手溶接の場合に、溶接継手
部分の上方にテレビカメラを設置して溶接状況を撮像す
るという単純な実験を繰り返し行ったところ、強烈なア
ーク光のため、テレビ画像では、そのアーク光の輪郭し
か識別できなかった。
ところが、溶接線には継手の段差があるため、ビードに
よって埋められていないトーチ前方の溶接線では、アー
ク自体にも段差が生じ、それがアーク光撮像診状の輪郭
の一部に特徴ある形状を呈することを見出した。
さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉継手溶接、突
合せ継手溶接の場合にも生じることを確認した。
本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は外乱光と
して除去すべきものと考えられていたアーク光自体に注
目し、継手部分において、そのアーク光を上方から見た
形状を撮像し、その形状を解析して溶接線における特異
点を求めるものである。
〔作用〕
本発明においては、第1図に示すように、継手上にテレ
ビカメラ等の撮像装置1を設定する。アーク3は、ワイ
ヤ6の先端よりほぼ円錐状に放射されるが、溶接線7に
は段差があるため、ビードによって埋められていないト
ーチ前方の溶接線では、アーク3の段差が生じる。これ
を継手上の撮像装置lで撮像すると、アーク3の段差部
が特徴部として検出できる。第2図は溶接線7に沿って
アークを進行させている状態、第3図は溶接線からアー
クが外れた状態のアーク形状をそれぞれ示している。
例えば、第4図に示すように溶接終了点にさしかかると
、溶接終了点8にさしかかったアーク前方ではアーク光
を遮っていた壁がなくなるため、アークはワークの壁を
回り込む方向に伸びる。このアーク前方のみにアークが
伸びた特徴部を検出することにより、溶接終了点を検出
することができる。
また、第5図に示すように継手の外回りコーナー点9に
さしかかると、アーク前方においてはアーク光を遮って
いた壁が直角に曲がるので、アークは、円の一部を直角
に切り取ったような形状となる。これにより、外回りコ
ーナー点を検出することができる。
なお、第4図と第5図のアーク形状はほとんど見分けが
つかないが、その溶接線の終点が溶接の終了点であるか
更にそこから溶接を続行する外回りコーナー点であるか
は、予め溶接制御のプログラムで設定されているので、
その区別は明瞭にできる。
更に、第6図に示すように継手の内回りコーナー点にさ
しかかると、アーク前方において、広がっていたアーク
光がワークの前方壁によって遮られるために、前方及び
側方が鈍った形状となる。
これにより、内回りコーナー点を検出することができる
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
第1図は、重ね継手溶接の例であり、1はトーチ、2は
ワイヤ、3は撮像装置、4及び5は被溶接部材、6はア
ーク光である。なお、トーチlは、アークを飛ばしなが
ら進行方向(図面の奥へ向かう方向)に移動しているも
のとする。
このとき、撮像装置3で撮像された映像を、アーク部が
「白」、その他が1黒(斜線部)」というように2値化
したものが第2図である。
撮像装置3は、CCDカメラ等から構成され、それで撮
像された画像は、検出制御装置へ送られ、ロボット制御
装置の開始指令により画像処理されるとともに、CRT
表示装置にも送られて表示される。
溶接に先立って、まず溶接線を検出する(第1図101
)。これは、撮像装置3で撮像した画像から検出される
。第1図(alは、その画像であり、溶接線31、ワイ
ヤ32、ワイヤーの影33及びトーチ34が映っている
。溶接線31は、2つの被溶接部材が接触する線のこと
である。
次に、溶接線の画面上(画面に設定された座標上)の位
置を記憶する(第1図102)。
また、溶接線を基準とするウィンドウ(画像処理すべき
画像の領域)を設定する(第1図103)。
このウィンドウは、第1図(blに示すように、溶接線
をY軸とし、特異な形状を呈する個所が含まれるように
設定する。
以上が、予め行われておくべき処理である。
さて、ロボット制御装置22が溶接開始指令を発すると
、検出制御装置23は画像データを取り込む(第1図1
04)。
次に、撮像画像をビデオRAM上にラッチして、アーク
光部を白、その他を黒とする2値化を行う(第1図10
5)。
次に、ウィンドウに対し、左上から水平にスキャンニン
グを行い、2値化レヘルの変化を検出する(第1図10
6)。
溶接終了点及び外回りコーナー点を峻別する方法として
は、第4図及び第5図に示すように、2値化アークパタ
ーンの変曲点Aを検出する方法、変曲点Bを検出する方
法、変曲点Cを検出する方法又は伸びたアーク光の距離
lを検出する方法等がある。
また、内回りコーナー点を峻別する方法としては、第2
図における特徴部E部が消失したことにより検出する方
法、第6図の特徴部F部又はG部より検出する方法、あ
るいはアーク光の縦の距離eと横の距離d及びそれらの
比より検出する方法等がある。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明においては、アーク光自
体を溶接線における特異点を検出する対象とし、アーク
光の形状を解析することにより特異点を検出することと
している。したがって、レーザ等の高価な外部光源を必
要とせず、構成が極めて簡素化される。また、アーク光
はそれ自体が強烈な光源であるので、他の外乱光に影響
されに<<、特別なカットオフフィルタ、バンドパスフ
ィルタ等を要せず、光量を減じるための溶接用フィルタ
等を使用するのみでよい。また、アーク光を外乱光とみ
なす方式に用いるパルス溶接のベース電流時や、短絡ア
ーク状態の短絡時のような同期をとるシャッター等を必
要としない。これにより、溶接機、ワイヤの種類、溶接
条件等の制約を受けない。アーク光の特別な波長を必要
としないため、テレビカメラの仕様の制約を受けず、一
般のCODカメラ(感度が300〜1000nllの可
視光領域)を用いることが可能となる。更に、アーク光
のパターン解析に基づくものであるため、1龍以下の薄
板重ね継手溶接での検出も可能となる。
なお、アーク光の直径は約5fiであり、従来はこのよ
うな微小な画像に着目しようとした例は無く、当然この
ような特異な形状を呈していることは全く知られていな
かった。
本発明は、このようにアーク光の撮像画像が溶接線に対
し特定の関係を有する形状を呈することに着目して、溶
接線における特異点を求めるという画期的な発明という
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、第2図〜第
6図はそれぞれアーク光の2値化パターン形状を示し、
第2図は溶接線上にアークがある場合、第3図は溶接線
から外れた場合、第4図は溶接終了点にアークがある場
合、第5図は外回りコーナー点にアークがある場合、第
6図は内回りコーナー点にアークがある場合をそれぞれ
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿う
    アーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上方
    からアーク光の形状を撮像装置によって撮像し、この撮
    像されたアーク光形状を2値化し、当該アーク光形状の
    パターンを解析することにより、溶接線における特異点
    を検出することを特徴とする溶接線における特異点検出
    方法。 2、撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接トーチ
    の移動に撮像装置の視点を追従させて撮像することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接線における特
    異点検出方法。
JP16707186A 1986-07-15 1986-07-15 溶接線における特異点検出方法 Granted JPS6320180A (ja)

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US07/187,664 US4951218A (en) 1986-07-15 1987-07-15 Positional information detecting method in arc welding
EP87904730A EP0275322B1 (en) 1986-07-15 1987-07-15 Method of detecting position data in arc welding
PCT/JP1987/000517 WO1988000508A1 (fr) 1986-07-15 1987-07-15 Procede de detection de donnees positionnelles lors du soudage a l'arc
US07/545,320 US5038292A (en) 1986-07-15 1990-06-27 Positional information detecting method in arc welding
US07/546,621 US5040124A (en) 1986-07-15 1990-06-27 Positional information detecting method in arc welding
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57168780A (en) * 1981-04-10 1982-10-18 Komatsu Ltd Method and device for detecting error in welding position

Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57168780A (en) * 1981-04-10 1982-10-18 Komatsu Ltd Method and device for detecting error in welding position

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