JP2003001418A - 溶接状況監視装置 - Google Patents
溶接状況監視装置Info
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- JP2003001418A JP2003001418A JP2001180984A JP2001180984A JP2003001418A JP 2003001418 A JP2003001418 A JP 2003001418A JP 2001180984 A JP2001180984 A JP 2001180984A JP 2001180984 A JP2001180984 A JP 2001180984A JP 2003001418 A JP2003001418 A JP 2003001418A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】開先の組立誤差が生じている場合でも安定で且
つ品質の良い溶接施工を可能とする。 【解決手段】溶接トーチの進行方向前方に配置したスリ
ット状光線を投光手段と、スリット状光線を開先表面に
照射した際に得られる散乱画像を斜めから観測するよう
に配置した第1の二次元受光手段と、溶接トーチ先端部
のアーク画像を斜めから観測するように配置した第2の
二次元受光手段と、前記投光手段と第1と第2の二次元
受光手段を囲う筐体と、ウイービング中心信号あるいは
画像取り込み基準同期信号のいずれかの信号を出力する
画像取り込みトリガ信号発生装置と、前記トリガ信号発
生装置より出力される信号と同期させて第1と第2の二
次元受光手段で得られる画像を記憶して所望の情報を検
出する画像処理装置とで構成した。
つ品質の良い溶接施工を可能とする。 【解決手段】溶接トーチの進行方向前方に配置したスリ
ット状光線を投光手段と、スリット状光線を開先表面に
照射した際に得られる散乱画像を斜めから観測するよう
に配置した第1の二次元受光手段と、溶接トーチ先端部
のアーク画像を斜めから観測するように配置した第2の
二次元受光手段と、前記投光手段と第1と第2の二次元
受光手段を囲う筐体と、ウイービング中心信号あるいは
画像取り込み基準同期信号のいずれかの信号を出力する
画像取り込みトリガ信号発生装置と、前記トリガ信号発
生装置より出力される信号と同期させて第1と第2の二
次元受光手段で得られる画像を記憶して所望の情報を検
出する画像処理装置とで構成した。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動溶接装置に係わ
り、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開先形状
情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置倣いと
溶接条件を自動的に制御しながら溶接する装置に関わ
る。
り、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開先形状
情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置倣いと
溶接条件を自動的に制御しながら溶接する装置に関わ
る。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の自動溶接装置では特開平
5―138354号公報に記載された例が知られてい
る。また、自動溶接装置用センサでは特開平5―138
353号公報に記載された例が知られている。
5―138354号公報に記載された例が知られてい
る。また、自動溶接装置用センサでは特開平5―138
353号公報に記載された例が知られている。
【0003】このうち、特開平5―138354号公報
には、ITVカメラより得られる溶接部内視覚情報及び
レーザスリット光にて投影された開先の光切断線より得
られる開先内形状を演算し、溶接トーチずれ量を求め、
溶接トーチ位置制御を行う方法が示されている。
には、ITVカメラより得られる溶接部内視覚情報及び
レーザスリット光にて投影された開先の光切断線より得
られる開先内形状を演算し、溶接トーチずれ量を求め、
溶接トーチ位置制御を行う方法が示されている。
【0004】また、特開平5―138353号公報に
は、レーザスリット光とCCDカメラを収納し冷却機能
を有するセンサボックスと溶接トーチに組み込まれて溶
接ヒュームを吸引排出する手段と溶接トーチ回りに電動
モータにより回転させる回転駆動部とで構成したレーザ
センサが示されている。
は、レーザスリット光とCCDカメラを収納し冷却機能
を有するセンサボックスと溶接トーチに組み込まれて溶
接ヒュームを吸引排出する手段と溶接トーチ回りに電動
モータにより回転させる回転駆動部とで構成したレーザ
センサが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】被溶接部材のセッテイ
ング時に予めティーチングした溶接線に対して、溶接す
べきラインがずれた場合や開先の形状が変化した場合で
も、開先位置のずれや形状を検出し、これらの検出情報
を使用してティーチングした溶接倣い線を修正したり、
溶接条件を適応制御しながら溶接することによって、品
質の良い溶接ビードを得ることが可能である。
ング時に予めティーチングした溶接線に対して、溶接す
べきラインがずれた場合や開先の形状が変化した場合で
も、開先位置のずれや形状を検出し、これらの検出情報
を使用してティーチングした溶接倣い線を修正したり、
溶接条件を適応制御しながら溶接することによって、品
質の良い溶接ビードを得ることが可能である。
【0006】このためには、溶接すべき位置と開先形状
を正確に計測し、この計測情報で溶接トーチを正しく倣
わせ、且つ適切な溶接条件で溶接を行わなくてはならな
い。
を正確に計測し、この計測情報で溶接トーチを正しく倣
わせ、且つ適切な溶接条件で溶接を行わなくてはならな
い。
【0007】上記特開平5―138354号公報に示さ
れた例は、溶接進行方向前方の前溶接パスのビード、あ
るいは溶接進行方向後方の溶接直後のビード表面を含む
開先に照射したスリット光からの反射像と、溶接トーチ
先端部の両方を撮像するITVカメラの画像から、開先
位置あるいは溶接ビード接点に対するトーチ位置ずれ等
を求め、溶接トーチの狙い位置を制御する方法である。
しかしながら、この例は、溶接中におけるトーチ位置ず
れを求め、倣う制御する方法を示しているが、開先形状
を検出するためのレーザスリット光発光部とITVカメ
ラが溶接線方向に移動する溶接台車に設置された構造で
ある。このため、開先位置が上下あるいは左右方向で大
きなずれが発生する場合には、開先画像が画面から外れ
てしまうため、開先形状を検出することが困難となる。
れた例は、溶接進行方向前方の前溶接パスのビード、あ
るいは溶接進行方向後方の溶接直後のビード表面を含む
開先に照射したスリット光からの反射像と、溶接トーチ
先端部の両方を撮像するITVカメラの画像から、開先
位置あるいは溶接ビード接点に対するトーチ位置ずれ等
を求め、溶接トーチの狙い位置を制御する方法である。
しかしながら、この例は、溶接中におけるトーチ位置ず
れを求め、倣う制御する方法を示しているが、開先形状
を検出するためのレーザスリット光発光部とITVカメ
ラが溶接線方向に移動する溶接台車に設置された構造で
ある。このため、開先位置が上下あるいは左右方向で大
きなずれが発生する場合には、開先画像が画面から外れ
てしまうため、開先形状を検出することが困難となる。
【0008】また、上記特開平5―138353号公報
に示された例は、レーザスリット光とCCDカメラを収
納するセンサボックスと溶接トーチに組み込まれて溶接
トーチ回りに電動モータにより回転させる回転駆動部と
で構成することによって、開先位置が上下あるいは左右
方向で大きなずれが発生する場合に検出が可能とする方
法である。この例は、開先位置を検出する検出部が溶接
トーチと一体的な構造となっている。従って、開先のギ
ャップや開先幅が大きい時でのウイービング溶接におい
て検出部が溶接進行方向と直交に振動するため、画像も
画面中で振動することから開先位置を検出することが困
難となる。
に示された例は、レーザスリット光とCCDカメラを収
納するセンサボックスと溶接トーチに組み込まれて溶接
トーチ回りに電動モータにより回転させる回転駆動部と
で構成することによって、開先位置が上下あるいは左右
方向で大きなずれが発生する場合に検出が可能とする方
法である。この例は、開先位置を検出する検出部が溶接
トーチと一体的な構造となっている。従って、開先のギ
ャップや開先幅が大きい時でのウイービング溶接におい
て検出部が溶接進行方向と直交に振動するため、画像も
画面中で振動することから開先位置を検出することが困
難となる。
【0009】上記の問題を解決する手段として、溶接作
業者が、溶接トーチと開先のずれを目視や遠隔モニタカ
メラにより判断し、手作業で溶接トーチ位置を修正しな
がら溶接を行う方法が用いられているが、熟練を要す
る、精度良く倣って溶接を行うことが困難であり、ま
た、あるいは位置修正するための時間を要するといった
実用上の問題があった。
業者が、溶接トーチと開先のずれを目視や遠隔モニタカ
メラにより判断し、手作業で溶接トーチ位置を修正しな
がら溶接を行う方法が用いられているが、熟練を要す
る、精度良く倣って溶接を行うことが困難であり、ま
た、あるいは位置修正するための時間を要するといった
実用上の問題があった。
【0010】本発明の課題は、上記問題を有利に解決す
るもので、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開
先形状情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置
倣いと溶接条件を自動的に制御しながら溶接する装置を
提供することである。
るもので、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開
先形状情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置
倣いと溶接条件を自動的に制御しながら溶接する装置を
提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は、溶接トーチの進行方向前方に配置したス
リット状光線を照射する投光手段と、前記スリット状光
線を開先表面に照射した際に得られる散乱画像を斜めか
ら観測するように配置した第1の二次元受光手段と、溶
接トーチ先端部のアーク画像を斜めから観測するように
配置した第2の二次元受光手段と、前記投光手段と第1
と第2の二次元受光手段を囲う筐体と、前記筐体下部に
あって前記第2の二次元受光手段の観測光軸のみ穴を設
けた衝立てとを一体的に構成し、溶接トーチに取り付け
る構造とした。さらに、ウイービング中心信号あるいは
画像取り込み基準同期信号のいずれかの信号を出力する
画像取り込みトリガ信号発生装置と、前記トリガ信号発
生装置より出力される信号で第1と第2の二次元受光手
段で得られる画像を記憶して所望の情報を検出する画像
処理装置と、前記画像処理装置から得られる検出情報を
基に開先位置ずれと溶接条件を制御する制御装置で構成
した。
に、本発明は、溶接トーチの進行方向前方に配置したス
リット状光線を照射する投光手段と、前記スリット状光
線を開先表面に照射した際に得られる散乱画像を斜めか
ら観測するように配置した第1の二次元受光手段と、溶
接トーチ先端部のアーク画像を斜めから観測するように
配置した第2の二次元受光手段と、前記投光手段と第1
と第2の二次元受光手段を囲う筐体と、前記筐体下部に
あって前記第2の二次元受光手段の観測光軸のみ穴を設
けた衝立てとを一体的に構成し、溶接トーチに取り付け
る構造とした。さらに、ウイービング中心信号あるいは
画像取り込み基準同期信号のいずれかの信号を出力する
画像取り込みトリガ信号発生装置と、前記トリガ信号発
生装置より出力される信号で第1と第2の二次元受光手
段で得られる画像を記憶して所望の情報を検出する画像
処理装置と、前記画像処理装置から得られる検出情報を
基に開先位置ずれと溶接条件を制御する制御装置で構成
した。
【0012】そして、ウイービング溶接時には前記トリ
ガ信号発生装置から出力されるウイービング中心信号に
同期した信号で画像取り込みを行う。また、ウイービン
グを行わない溶接時には前記トリガ信号発生装置から出
力される画像取り込み同期信号に同期した信号で画像取
り込みを行う。これによって、開先位置ずれが大きく発
生する溶接部やウイービングを行う溶接施行に対して
も、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開先形状
情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置倣いと
溶接条件を自動的に制御しながら溶接することが可能と
なる。
ガ信号発生装置から出力されるウイービング中心信号に
同期した信号で画像取り込みを行う。また、ウイービン
グを行わない溶接時には前記トリガ信号発生装置から出
力される画像取り込み同期信号に同期した信号で画像取
り込みを行う。これによって、開先位置ずれが大きく発
生する溶接部やウイービングを行う溶接施行に対して
も、溶接トーチ位置に対する開先位置のずれや開先形状
情報を検出し、この検出情報に基づいて開先位置倣いと
溶接条件を自動的に制御しながら溶接することが可能と
なる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例につい
て、図1ないし図6を用いて説明する。
て、図1ないし図6を用いて説明する。
【0014】図1は、本発明の溶接状況監視装置の一実
施例を示す概略構成図である。図において、1は溶接ト
ーチ、2は溶接トーチの中心から繰り出される溶接ワイ
ヤ、3と4は被溶接部材である。5は被溶接部材3と4
によるV継手の溶接ライン(以下、この溶接ライン近傍
を開先と称す)、7はスリット状光線11を照射する投
光手段、8はITV等の第1の二次元受光手段である。
34はスリット状光線11の発光波長のみを透過する干
渉フィルタ−である。二次元受光手段8は、スリット状
光線11を被溶接部材3と4に照射した際の反射像(以
下、光切断像と称す)12を反射ミラー14と15を介
して、開先の斜めから観測(撮像)する。9は第2の二
次元受光手段、35は溶接中のアーク光像を減光するフ
ィルタ−である。フィルタ35は、電動モータ(図示せ
ず)等を駆動させて、溶接中には二次元受光手段の前面
に配置し、溶接しない時には二次元受光手段の前面から
外れるような可動構造となっている。二次元受光手段9
は、反射ミラー19を介して溶接ワイヤ先端部を観測
(撮像)する。反射ミラー19、14及び19は、図示
した矢印方向θxとθyに回転調整できる構造(図示せ
ず)となっている。矩形状溝10、円形状穴13と18
には、光学透明窓が各々実装されていて、溶接によって
発生するヒューム等で汚れた際には、交換可能な構造
(図示せず)となっている。6は筐体で、スリット状光
線投光手段7、干渉フィルタ−34、二次元受光手段
8、フィルタ−35、二次元受光手段9、反射ミラー1
4、15、19を外気から遮断している(以下、筐体及
び各部品を含めてセンサヘッドと称す)。また、筐体6
は密閉構造とし、内部には外部よりエアーを注入できる
構造となっている(図示せず)。16は、二次元受光手
段9の観測光軸上に穴を設けた衝立てであり、筐体6の
外側下部に取り付けられる。衝立て16は、交換可能な
構造(図示せず)となっている。20は筐体6内に設け
た仮想的な平面である。上述のスリット状光線投光手段
7、干渉フィルタ−34、二次元受光手段8、フィルタ
−35、二次元受光手段9、反射ミラー14、15、1
9、矩形状溝10、円形状穴13と18の各部中心軸は
全て平面20内に入るように配設される。
施例を示す概略構成図である。図において、1は溶接ト
ーチ、2は溶接トーチの中心から繰り出される溶接ワイ
ヤ、3と4は被溶接部材である。5は被溶接部材3と4
によるV継手の溶接ライン(以下、この溶接ライン近傍
を開先と称す)、7はスリット状光線11を照射する投
光手段、8はITV等の第1の二次元受光手段である。
34はスリット状光線11の発光波長のみを透過する干
渉フィルタ−である。二次元受光手段8は、スリット状
光線11を被溶接部材3と4に照射した際の反射像(以
下、光切断像と称す)12を反射ミラー14と15を介
して、開先の斜めから観測(撮像)する。9は第2の二
次元受光手段、35は溶接中のアーク光像を減光するフ
ィルタ−である。フィルタ35は、電動モータ(図示せ
ず)等を駆動させて、溶接中には二次元受光手段の前面
に配置し、溶接しない時には二次元受光手段の前面から
外れるような可動構造となっている。二次元受光手段9
は、反射ミラー19を介して溶接ワイヤ先端部を観測
(撮像)する。反射ミラー19、14及び19は、図示
した矢印方向θxとθyに回転調整できる構造(図示せ
ず)となっている。矩形状溝10、円形状穴13と18
には、光学透明窓が各々実装されていて、溶接によって
発生するヒューム等で汚れた際には、交換可能な構造
(図示せず)となっている。6は筐体で、スリット状光
線投光手段7、干渉フィルタ−34、二次元受光手段
8、フィルタ−35、二次元受光手段9、反射ミラー1
4、15、19を外気から遮断している(以下、筐体及
び各部品を含めてセンサヘッドと称す)。また、筐体6
は密閉構造とし、内部には外部よりエアーを注入できる
構造となっている(図示せず)。16は、二次元受光手
段9の観測光軸上に穴を設けた衝立てであり、筐体6の
外側下部に取り付けられる。衝立て16は、交換可能な
構造(図示せず)となっている。20は筐体6内に設け
た仮想的な平面である。上述のスリット状光線投光手段
7、干渉フィルタ−34、二次元受光手段8、フィルタ
−35、二次元受光手段9、反射ミラー14、15、1
9、矩形状溝10、円形状穴13と18の各部中心軸は
全て平面20内に入るように配設される。
【0015】図2は、本発明の自動溶接装置の一実施例
を示す概略構成図である。図において、図1と同一部品
については同一の記号で示した。21はスリット投光手
段7を駆動制御するスリット光駆動制御回路、22と2
3は二次元受光カメラ8と9の制御回路であり外部にア
ナログ映像(画像)信号を出力する。24は、映像入力
信号から複数の映像出力信号を得る映像分配器である。
同図の映像分配器24は、2種類の映像入力から各々2
つの映像出力信号を得る。
を示す概略構成図である。図において、図1と同一部品
については同一の記号で示した。21はスリット投光手
段7を駆動制御するスリット光駆動制御回路、22と2
3は二次元受光カメラ8と9の制御回路であり外部にア
ナログ映像(画像)信号を出力する。24は、映像入力
信号から複数の映像出力信号を得る映像分配器である。
同図の映像分配器24は、2種類の映像入力から各々2
つの映像出力信号を得る。
【0016】28は、溶接トーチ1を先端部に取り付
け、被溶接部材3と4の上方で図1に示す溶接線方向
X、溶接線直交方向Y、及び上下方向Zを自在に可動す
る溶接トーチ位置制御機構である。溶接トーチ位置制御
機構28は、例えば6軸の動作自由度を具備した多関節
ロボットの如く装置である。センサヘッド6は、溶接ト
ーチ1と一体的に配設されている。29は溶接トーチ位
置制御機構9を駆動制御する溶接トーチ位置制御装置、
30は外部トリガー発生回路、36は溶接電源である。
け、被溶接部材3と4の上方で図1に示す溶接線方向
X、溶接線直交方向Y、及び上下方向Zを自在に可動す
る溶接トーチ位置制御機構である。溶接トーチ位置制御
機構28は、例えば6軸の動作自由度を具備した多関節
ロボットの如く装置である。センサヘッド6は、溶接ト
ーチ1と一体的に配設されている。29は溶接トーチ位
置制御機構9を駆動制御する溶接トーチ位置制御装置、
30は外部トリガー発生回路、36は溶接電源である。
【0017】27は画像処理装置でつぎの部分(図示せ
ず)から成る。受光手段制御回路22及び23から出力
されるアナログ画像信号をデジタル量にA/D変換して
多値画像データを入力する画像入力部、多値画像データ
を記憶する多値画像記憶部、多値画像記憶部に記憶され
た多値画像データから所望とする開先位置ずれ、ギャッ
プや開先面積等の各種開先形状情報検出する演算部処理
部、及びこれらを統括的に制御する主制御部等である。
ず)から成る。受光手段制御回路22及び23から出力
されるアナログ画像信号をデジタル量にA/D変換して
多値画像データを入力する画像入力部、多値画像データ
を記憶する多値画像記憶部、多値画像記憶部に記憶され
た多値画像データから所望とする開先位置ずれ、ギャッ
プや開先面積等の各種開先形状情報検出する演算部処理
部、及びこれらを統括的に制御する主制御部等である。
【0018】25は複数のアナログ画像信号から、選択
的に一つの画像信号のみを外部に出力する映像切り替え
器である。26は、TVモニターであり受光手段制御装
置22、23からの出力映像信号の表示や画像処理装置
27からの処理結果を出力表示する。
的に一つの画像信号のみを外部に出力する映像切り替え
器である。26は、TVモニターであり受光手段制御装
置22、23からの出力映像信号の表示や画像処理装置
27からの処理結果を出力表示する。
【0019】31は、画像処理装置27、スリット光駆
動制御回路21、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶
接電源36を統括的に制御する全体制御装置で、パーソ
ナルコンピュータ等で構成されている。全体制御装置3
1は、溶接を行うための被溶接部材位置に対する溶接ト
ーチの倣い目標位置を予め記憶しておく機能、その溶接
トーチの倣い目標位置と画像処理装置12から得られる
開先位置ずれ情報から溶接トーチの溶接狙い位置を決定
するための機能、及び溶接トーチ位置制御装置29へ狙
い位置情報を出力する溶接線倣い制御機能を有する。ま
た、溶接電流、電圧、溶接速度等の溶接条件データ等が
記憶できると共に、溶接開始前にこれらのデータの修正
が出来る。さらに、画像処理装置27から得られる開先
形状検出情報から溶接条件を決定するための機能、及び
溶接電源36へ溶接条件情報を出力する溶接条件制御機
能を有する。33は、上記21〜32の装置を組み込ん
だ筐体である。
動制御回路21、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶
接電源36を統括的に制御する全体制御装置で、パーソ
ナルコンピュータ等で構成されている。全体制御装置3
1は、溶接を行うための被溶接部材位置に対する溶接ト
ーチの倣い目標位置を予め記憶しておく機能、その溶接
トーチの倣い目標位置と画像処理装置12から得られる
開先位置ずれ情報から溶接トーチの溶接狙い位置を決定
するための機能、及び溶接トーチ位置制御装置29へ狙
い位置情報を出力する溶接線倣い制御機能を有する。ま
た、溶接電流、電圧、溶接速度等の溶接条件データ等が
記憶できると共に、溶接開始前にこれらのデータの修正
が出来る。さらに、画像処理装置27から得られる開先
形状検出情報から溶接条件を決定するための機能、及び
溶接電源36へ溶接条件情報を出力する溶接条件制御機
能を有する。33は、上記21〜32の装置を組み込ん
だ筐体である。
【0020】図3は被溶接部材3と4をセッテングした
一例で、上から見た図である。図の右側の開始点Sから
終了点Eまで長さLを溶接により接合する場合である。
溶接開始点Sでのルートギャップの大きさが0、溶接終
了点Eでのルートギャップの大きさがGで、SからEま
でルートギャップがほぼ直線的に変化している。
一例で、上から見た図である。図の右側の開始点Sから
終了点Eまで長さLを溶接により接合する場合である。
溶接開始点Sでのルートギャップの大きさが0、溶接終
了点Eでのルートギャップの大きさがGで、SからEま
でルートギャップがほぼ直線的に変化している。
【0021】図4は、図3に示す被溶接部材を施行する
場合の溶接方法の一例を示す図であり、溶接トーチ先端
の動きを上から見た図である。W1とW2とW3は、開
先中心ラインCを中心とした溶接トーチのウイービング
幅である。本発明では、溶接長Lのうち、L0間はウイ
ービング無しでの溶接、L1間はW1のウイービング幅を
持たせたウイービング溶接、L2間はW2のウイービング
幅を持たせたウイービング溶接、L3間はW3のウイービ
ング幅を持たせたウイービング溶接を行う。L 4間は溶
接終了時の処理のー例でありW3のウイービング幅から
ウイービング幅0までに進行方向に僅かに前進させなが
ら緩やか変化させて溶接を行う。本発明の溶接状況監視
装置は、前述したように、スリット状光線投光手段7、
二次元受光手段8と9等から成るセンサヘッドを溶接ト
ーチ1と一体に配設している。従って、上述のウイービ
ング溶接動作を行った際には、二次元受光手段8と9で
得られる画像が左右に揺られて見える。これは、開先形
状等を検出する際に問題となる。
場合の溶接方法の一例を示す図であり、溶接トーチ先端
の動きを上から見た図である。W1とW2とW3は、開
先中心ラインCを中心とした溶接トーチのウイービング
幅である。本発明では、溶接長Lのうち、L0間はウイ
ービング無しでの溶接、L1間はW1のウイービング幅を
持たせたウイービング溶接、L2間はW2のウイービング
幅を持たせたウイービング溶接、L3間はW3のウイービ
ング幅を持たせたウイービング溶接を行う。L 4間は溶
接終了時の処理のー例でありW3のウイービング幅から
ウイービング幅0までに進行方向に僅かに前進させなが
ら緩やか変化させて溶接を行う。本発明の溶接状況監視
装置は、前述したように、スリット状光線投光手段7、
二次元受光手段8と9等から成るセンサヘッドを溶接ト
ーチ1と一体に配設している。従って、上述のウイービ
ング溶接動作を行った際には、二次元受光手段8と9で
得られる画像が左右に揺られて見える。これは、開先形
状等を検出する際に問題となる。
【0022】図5は、本発明の外部トリガー発生回路3
0の内部構成と画像取り込みタイミングを示すブロック
図である。図2と同一装置には同一の記号で示した。図
において、信号S1は、図4に示したウイービング溶接
時においてウイービング幅センタ位置を示すタイミング
で溶接トーチ位置制御装置29より出力される矩形波パ
ルス信号(以下、この信号を画像取り込み基準同期信号
と称す)である。信号S2は、ウイービング溶接時には
Lowレベル、ウイービング溶接をしていないときにはHig
hレベルとなるように溶接トーチ位置制御装置29より
出力される矩形波パルス信号である。
0の内部構成と画像取り込みタイミングを示すブロック
図である。図2と同一装置には同一の記号で示した。図
において、信号S1は、図4に示したウイービング溶接
時においてウイービング幅センタ位置を示すタイミング
で溶接トーチ位置制御装置29より出力される矩形波パ
ルス信号(以下、この信号を画像取り込み基準同期信号
と称す)である。信号S2は、ウイービング溶接時には
Lowレベル、ウイービング溶接をしていないときにはHig
hレベルとなるように溶接トーチ位置制御装置29より
出力される矩形波パルス信号である。
【0023】36は、信号S2がHighレベルのときのみ
一定の周波数で矩形波パルス信号を出力するパルス発生
器である。信号S3は、パルス発生器36より出力され
る信号である。信号S3は、信号S2がHighレベルのと
き、すなわちウイービング溶接をしていないときにのみ
一定の周波数で矩形波パルス信号が出力される。37は
信号S1と信号S2が入力となって外部に信号S4を出
力するOR回路である。信号S4は、信号S1と信号S2
のいずれかがHighレベルとなった時にHighレベルとな
り、それ以外はLowレベルとなって画像処理装置27に
出力される。S5は、全体制御装置31からの画像処理
装置に対して所望とする開先位置ずれや開先形状等の情
報を検出するための指令信号である。画像処理装置27
のI1は、信号S4を受信するためのインターフェースで
ある。また、I2は、全体制御装置31と画像処理装置が
双方向に信号を送受信するためのインターフェースであ
り、例えばRS−232Cシリアルインターフェースの如きも
のである。
一定の周波数で矩形波パルス信号を出力するパルス発生
器である。信号S3は、パルス発生器36より出力され
る信号である。信号S3は、信号S2がHighレベルのと
き、すなわちウイービング溶接をしていないときにのみ
一定の周波数で矩形波パルス信号が出力される。37は
信号S1と信号S2が入力となって外部に信号S4を出
力するOR回路である。信号S4は、信号S1と信号S2
のいずれかがHighレベルとなった時にHighレベルとな
り、それ以外はLowレベルとなって画像処理装置27に
出力される。S5は、全体制御装置31からの画像処理
装置に対して所望とする開先位置ずれや開先形状等の情
報を検出するための指令信号である。画像処理装置27
のI1は、信号S4を受信するためのインターフェースで
ある。また、I2は、全体制御装置31と画像処理装置が
双方向に信号を送受信するためのインターフェースであ
り、例えばRS−232Cシリアルインターフェースの如きも
のである。
【0024】図6は、任意の開先位置において、被溶接
部材3と4間でルートギャップがあり開先に位置ずれが
発生している場合での二次元受光手段8で撮像した光切
断像の模式図を示したものである。図のL1は被溶接部
材3からのスリット光による散乱像、L2は被溶接部材
4からのスリット光による散乱像である。通常の画像同
様に、明るい(輝度が高い)部分を白、暗い(輝度が低
い)部分を黒として表現している。二次元受光手段8か
らの画像は、スリット光散乱像L1とL2の像が明るく、
背景が暗くなる。W0(Iw0,Jw0)は、開先位置に溶
接トーチ先端部を合わせ、この位置で撮像される開先光
切断像から開先位置を検出して求められる開先基準位置
を示す。開先位置を開先のどこにするかは、任意に決め
て良い。図6における開先基準位置は、被溶接部材3の
ショルダーS1と被溶接部材4のショルダーS2の中点座
標とした場合である。W1(Iw1,Jw1)は、この画像
を取り込んだ時点での開先位置である。この画像から、
W1(Iw1,Jw1)の位置を検出し、次式により画面上
での開先位置ずれを検出できる。
部材3と4間でルートギャップがあり開先に位置ずれが
発生している場合での二次元受光手段8で撮像した光切
断像の模式図を示したものである。図のL1は被溶接部
材3からのスリット光による散乱像、L2は被溶接部材
4からのスリット光による散乱像である。通常の画像同
様に、明るい(輝度が高い)部分を白、暗い(輝度が低
い)部分を黒として表現している。二次元受光手段8か
らの画像は、スリット光散乱像L1とL2の像が明るく、
背景が暗くなる。W0(Iw0,Jw0)は、開先位置に溶
接トーチ先端部を合わせ、この位置で撮像される開先光
切断像から開先位置を検出して求められる開先基準位置
を示す。開先位置を開先のどこにするかは、任意に決め
て良い。図6における開先基準位置は、被溶接部材3の
ショルダーS1と被溶接部材4のショルダーS2の中点座
標とした場合である。W1(Iw1,Jw1)は、この画像
を取り込んだ時点での開先位置である。この画像から、
W1(Iw1,Jw1)の位置を検出し、次式により画面上
での開先位置ずれを検出できる。
【0025】ΔI1= IW1 ― IW0…数1
ΔJ1= JW1 ― JW0… 数2
さらに、画面上の開先位置ずれ量(ΔI1、ΔJ1)か
ら、スリット光を照射する投光手段7と二次元受光手段
8の幾何学的な配置、二次元受光手段の撮像倍率等か
ら、開先面上の座標系での位置ずれ量(ΔY、ΔZ)に変
換する。この位置ずれ情報を用いて倣い制御することに
より、溶接トーチ先端部を開先位置に正しく一致させる
ことが可能となる。同様に、被溶接部材3の底部端点B
1と被溶接部材4の底部端点B2のを検出し、溶接線と水
平方向(図6で画面水平方向)の距離から、ギャップG
を求めることが可能となる。このギャップ情報を用い
て、例えば図4の如く溶接条件を制御することにより、
ギャップがある場合と無い場合でも溶接品質を良好に確
保することが可能となる。
ら、スリット光を照射する投光手段7と二次元受光手段
8の幾何学的な配置、二次元受光手段の撮像倍率等か
ら、開先面上の座標系での位置ずれ量(ΔY、ΔZ)に変
換する。この位置ずれ情報を用いて倣い制御することに
より、溶接トーチ先端部を開先位置に正しく一致させる
ことが可能となる。同様に、被溶接部材3の底部端点B
1と被溶接部材4の底部端点B2のを検出し、溶接線と水
平方向(図6で画面水平方向)の距離から、ギャップG
を求めることが可能となる。このギャップ情報を用い
て、例えば図4の如く溶接条件を制御することにより、
ギャップがある場合と無い場合でも溶接品質を良好に確
保することが可能となる。
【0026】図7に本発明における画像処理装置27内
での処理手順を示す。処理は、画像処理開始信号(図5
のS5)がONとならない限り、連続的に新しい画像を
順次取り込む処理手順1と、直前に入力した画像を使用
して画像処理を実行する処理手順2と、画像処理結果を
全体制御装置18に転送を実行する処理手順3に大別さ
れる。以下、図7のフローチャートにおける各処理ステ
ップの内容を説明する。
での処理手順を示す。処理は、画像処理開始信号(図5
のS5)がONとならない限り、連続的に新しい画像を
順次取り込む処理手順1と、直前に入力した画像を使用
して画像処理を実行する処理手順2と、画像処理結果を
全体制御装置18に転送を実行する処理手順3に大別さ
れる。以下、図7のフローチャートにおける各処理ステ
ップの内容を説明する。
【0027】処理ステップF1では、全体制御装置18
から画像処理終了の指令が送信されているかを否かを判
断する。処理終了指令が送信されているときには処理ス
テップF10へ進み処理を終了し、処理終了指令が送信
されていないときには処理ステップF2へ進む。
から画像処理終了の指令が送信されているかを否かを判
断する。処理終了指令が送信されているときには処理ス
テップF10へ進み処理を終了し、処理終了指令が送信
されていないときには処理ステップF2へ進む。
【0028】処理ステップF2では、外部トリガー発生
回路30からの信号S4がLowレベルからHighレベルに
変化したか否かを判断する。Highレベルに変化するまで
信号S4を取り込み、Highレベルに変化したら処理ステ
ップF3へ進む。
回路30からの信号S4がLowレベルからHighレベルに
変化したか否かを判断する。Highレベルに変化するまで
信号S4を取り込み、Highレベルに変化したら処理ステ
ップF3へ進む。
【0029】処理ステップF3で所望とする画像を取り
込み記憶し、処理ステップF4へ進む。
込み記憶し、処理ステップF4へ進む。
【0030】処理ステップF4では、全体制御装置18
から画像処理開始の指令が送信されているか否かをを判
断する。処理開始指令が送信されているときには処理ス
テップF1へ進み、処理開始指令令が送信されていると
きには処理ステップF5へ進む。
から画像処理開始の指令が送信されているか否かをを判
断する。処理開始指令が送信されているときには処理ス
テップF1へ進み、処理開始指令令が送信されていると
きには処理ステップF5へ進む。
【0031】処理ステップF5では、全体制御装置18
に対して画像処理中(Busy)信号を出力して処理ステッ
プF6へ進む。
に対して画像処理中(Busy)信号を出力して処理ステッ
プF6へ進む。
【0032】処理ステップF6では、例えば図6に示す
如く画像を処理して開先位置ずれやギャップ等目的の検
出処理を実行し、実行終了後に処理ステップF7へ進
む。
如く画像を処理して開先位置ずれやギャップ等目的の検
出処理を実行し、実行終了後に処理ステップF7へ進
む。
【0033】処理ステップF7では、全体制御装置18
に対して画像処理中(Busy)信号OFFを出力して処理ス
テップF8へ進む。
に対して画像処理中(Busy)信号OFFを出力して処理ス
テップF8へ進む。
【0034】処理ステップF8では、全体制御装置18
から画像処理結果応答の指令が送信されているか否かを
を判断する。処理結果応答指令が送信されまで繰り返し
て受信し、画像処理結果応答の指令を受信したら処理ス
テップF9へ進む。
から画像処理結果応答の指令が送信されているか否かを
を判断する。処理結果応答指令が送信されまで繰り返し
て受信し、画像処理結果応答の指令を受信したら処理ス
テップF9へ進む。
【0035】処理ステップF9では、画像処理装置が全
体制御装置18に対して処理ステップF6で実行した画
像処理結果を送信し処理ステップF1へ進み、以下、上
述処理を繰り返して実行する。
体制御装置18に対して処理ステップF6で実行した画
像処理結果を送信し処理ステップF1へ進み、以下、上
述処理を繰り返して実行する。
【0036】以上では、第1の受光手段8より得る図6
に示す如く画像を処理して開先位置ずれやギャップ等を
検出する例を示したが、第2の受光手段9より得る溶接
ワイヤを含むアーク直視画像を処理して溶接トーチの位
置ずれを検出する場合も同様に可能である。
に示す如く画像を処理して開先位置ずれやギャップ等を
検出する例を示したが、第2の受光手段9より得る溶接
ワイヤを含むアーク直視画像を処理して溶接トーチの位
置ずれを検出する場合も同様に可能である。
【0037】以上の電極倣い制御動作において、全体制
御装置31は動作全体を管理する主局となり、画像処理装
置27、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶接電源36
は従局の関係にある。すなわち、従局の画像処理装置2
7、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶接電源36
は、主局である全体制御装置31の指令によって所定の
動作を実行する。
御装置31は動作全体を管理する主局となり、画像処理装
置27、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶接電源36
は従局の関係にある。すなわち、従局の画像処理装置2
7、溶接トーチ位置制御装置29、及び溶接電源36
は、主局である全体制御装置31の指令によって所定の
動作を実行する。
【0038】なお、図1に示した本発明の溶接状況監視
装置は、溶接トーチ位置制御装置29と統括的に制御す
る全体制御装置31と別構成しているが、溶接トーチ位
置制御装置29と統括的に制御する全体制御装置31を
一体とする構成にしても良い。
装置は、溶接トーチ位置制御装置29と統括的に制御す
る全体制御装置31と別構成しているが、溶接トーチ位
置制御装置29と統括的に制御する全体制御装置31を
一体とする構成にしても良い。
【0039】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の溶接位置
自動倣い制御装置によれば、開先位置ずれ情報あるいは
開先ルートギャップ情報等を用いて溶接トーチの倣いと
溶接条件の制御を行っていることから、開先の組立誤差
が生じている場合でも安定で且つ品質の良い溶接施工が
可能である。また、ウイービング中心で開先画像等を取
得できるので、ウイービング溶接を行う施行に対しても
適用が可能である。さらに、スリット状光線投光手段、
第1と第2二次元受光手段等の溶接状況を監視する部品
を筐体内に実装しているため、小型化が実現できる。筐
体内部を密閉し内部にエアーを注入していると共に筐体
下部に衝立てを設けているので、溶接中に発生するヒュ
ームやスパッタ等の汚れに対しても影響が受け難いく信
頼性が高い。本溶接状況監視装置により、自動的に倣い
と溶接条件制御ができるので無人溶接が可能となる。
自動倣い制御装置によれば、開先位置ずれ情報あるいは
開先ルートギャップ情報等を用いて溶接トーチの倣いと
溶接条件の制御を行っていることから、開先の組立誤差
が生じている場合でも安定で且つ品質の良い溶接施工が
可能である。また、ウイービング中心で開先画像等を取
得できるので、ウイービング溶接を行う施行に対しても
適用が可能である。さらに、スリット状光線投光手段、
第1と第2二次元受光手段等の溶接状況を監視する部品
を筐体内に実装しているため、小型化が実現できる。筐
体内部を密閉し内部にエアーを注入していると共に筐体
下部に衝立てを設けているので、溶接中に発生するヒュ
ームやスパッタ等の汚れに対しても影響が受け難いく信
頼性が高い。本溶接状況監視装置により、自動的に倣い
と溶接条件制御ができるので無人溶接が可能となる。
【図1】本発明の溶接状況装置の一実施形態を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図2】本発明の自動溶接装置の一実施例を示す概略構
成図である。
成図である。
【図3】本発明の被溶接部材をセッテングした一例を示
す図である。
す図である。
【図4】本発明の被溶接部材を施行する場合の溶接方法
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図5】本発明の外部トリガー発生回路構成と画像取込
タイミングを示すブロック図である。
タイミングを示すブロック図である。
【図6】本発明の二次元受光手段で撮像した光切断像の
模式図である。
模式図である。
【図7】本発明の画像処理装置の処理フローを示す図で
ある。
ある。
1…溶接トーチ、3、4…被溶接部材、6…筐体、7…
スリット光投光手段、8…第1の二次元受光手段、9…
第2の二次元受光カメラ、16…衝立て、14、151
9…反射ミラー、22、23…二次元受光カメラ制御回
路、24…映像分配器、25…映像切り替え器、26、
32…TVモニター、27…画像処理装置、28…溶接
トーチ位置制御機構、29…溶接トーチ位置制御装置、
30…外部トリガー発生回路、31…全体制御装置、3
4…干渉フィルタ−、35…減光フィルタ−、36…溶
接電源。
スリット光投光手段、8…第1の二次元受光手段、9…
第2の二次元受光カメラ、16…衝立て、14、151
9…反射ミラー、22、23…二次元受光カメラ制御回
路、24…映像分配器、25…映像切り替え器、26、
32…TVモニター、27…画像処理装置、28…溶接
トーチ位置制御機構、29…溶接トーチ位置制御装置、
30…外部トリガー発生回路、31…全体制御装置、3
4…干渉フィルタ−、35…減光フィルタ−、36…溶
接電源。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小林 正宏
茨城県日立市幸町三丁目2番1号 株式会
社日立茨城ビジネスエンジニアリング内
(72)発明者 佐藤 登志美
茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会
社日立製作所日立事業所内
Claims (4)
- 【請求項1】 被溶接部の開先位置や形状を監視して溶
接トーチのねらい位置や溶接条件を制御する装置におい
て、溶接トーチの進行方向前方に配置したスリット状光
線を照射する投光手段と、前記スリット状光線を開先表
面に照射した際に得られる散乱画像を斜めから観測する
ように配置した第1の二次元受光手段と、溶接トーチ先
端部のアーク画像を斜めから観測するように配置した第
2の二次元受光手段と、前記投光手段と第1と第2の二
次元受光手段を囲う筐体と、ウイービング中心位置信号
あるいは画像取り込み基準信号のいずれかの信号を出力
する画像取り込みトリガ信号発生装置と、前記トリガ信
号発生装置より出力される信号と同期させて第1と第2
の二次元受光手段で得られる画像を記憶して所望の情報
を検出する画像処理装置とで構成したことを特徴とする
溶接状況監視装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の溶接状況監視装置におい
て、前記第1の二次元受光手段を溶接トーチと平行に配
置し、前記筐体内に配置した反射ミラーを介して、スリ
ット状光線散乱画像を観測するように構成したことを特
徴とする溶接状況監視装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の溶接状況監視装置におい
て、前記第2の二次元受光手段を溶接トーチと平行に配
置し、前記筐体内に配置した反射ミラーを介して、アー
ク画像を観測するように構成したことを特徴とする溶接
状況監視装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の溶接状況監視装置におい
て、前記筐体を密閉にして内部にエアーを注入する構造
と成し、前記筐体下部に前記第2の二次元受光手段の観
測光軸上に穴を設けた衝立てを設けたことを特徴とする
溶接状況監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180984A JP2003001418A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 溶接状況監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180984A JP2003001418A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 溶接状況監視装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003001418A true JP2003001418A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19021317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001180984A Pending JP2003001418A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 溶接状況監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003001418A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013504430A (ja) * | 2009-09-11 | 2013-02-07 | フロニウス インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | アークによるプロセスを監視する監視モジュール |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001180984A patent/JP2003001418A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013504430A (ja) * | 2009-09-11 | 2013-02-07 | フロニウス インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | アークによるプロセスを監視する監視モジュール |
| US9056365B2 (en) | 2009-09-11 | 2015-06-16 | Fronius International Gmbh | Monitoring module for monitoring a process with an electric arc |
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