JPH05185228A - 溶接パラメータ測定のための溶接ヘッド、およびこの溶接ヘッドを使用した自動溶接装置 - Google Patents
溶接パラメータ測定のための溶接ヘッド、およびこの溶接ヘッドを使用した自動溶接装置Info
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- JPH05185228A JPH05185228A JP4171185A JP17118592A JPH05185228A JP H05185228 A JPH05185228 A JP H05185228A JP 4171185 A JP4171185 A JP 4171185A JP 17118592 A JP17118592 A JP 17118592A JP H05185228 A JPH05185228 A JP H05185228A
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- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明は、溶接シーンの映像化装置により、
溶接パラメータの測定ができる溶接ヘッドに関するもの
であり、この溶接シーン(5)は、アーク、および電極
により照明され、さらにノーズ(2)を通してレーザ源
(32)により投光される光点(31A,31B)が備
えられていることを特徴とする。 【効果】 上記光点の位置を測定し、そこから三角測定
法により溶接シーンから溶接ヘッドまでの高さを導き出
すことができる撮影装置(4)(撮影装置の撮影角度は
調整可能である)により、上記の通り照明されたシーン
を映像化することにより、複数の溶接パラメータを測定
できる。この溶接ヘッドを自動溶接システムに組み入れ
ることもできる。この溶接ヘッドは宇宙技術、原子力部
門あるいは航空機製造技術のような自動溶接を必要とす
るハイテクノロジー産業のあらゆる分野で利用できる。
溶接パラメータの測定ができる溶接ヘッドに関するもの
であり、この溶接シーン(5)は、アーク、および電極
により照明され、さらにノーズ(2)を通してレーザ源
(32)により投光される光点(31A,31B)が備
えられていることを特徴とする。 【効果】 上記光点の位置を測定し、そこから三角測定
法により溶接シーンから溶接ヘッドまでの高さを導き出
すことができる撮影装置(4)(撮影装置の撮影角度は
調整可能である)により、上記の通り照明されたシーン
を映像化することにより、複数の溶接パラメータを測定
できる。この溶接ヘッドを自動溶接システムに組み入れ
ることもできる。この溶接ヘッドは宇宙技術、原子力部
門あるいは航空機製造技術のような自動溶接を必要とす
るハイテクノロジー産業のあらゆる分野で利用できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接シーンの映像化装
置によって溶接パラメータの測定を可能にする溶接ヘッ
ドに関するものである。
置によって溶接パラメータの測定を可能にする溶接ヘッ
ドに関するものである。
【0002】
【従来の技術、および解決しようとする課題】本発明
は、宇宙技術、農業物加工業、航空機製造技術、および
原子力部門のような大部分のハイテクノロジー産業分野
で多く利用できる。さらに限定して言えば、本発明は自
動溶接システムへの利用化が可能である。
は、宇宙技術、農業物加工業、航空機製造技術、および
原子力部門のような大部分のハイテクノロジー産業分野
で多く利用できる。さらに限定して言えば、本発明は自
動溶接システムへの利用化が可能である。
【0003】標準的な自動溶接システムは、あらかじめ
定められたシーケンスを一貫して繰り返すものである。
実際、特に、溶接ヘッドがたどる軌道に関連した溶接パ
ラメータは、設計上の溶接条件に合わせて事前に調整さ
れている。次に、これらパラメータを記録し、溶接作業
が行われる条件の如何を問わず、すべて溶接に利用す
る。しかしながら、これら溶接条件が一定であることは
非常に稀であり、溶接条件の不規則的な変動は、一般的
に制御されていない。例えば、位置のずれ、接合のず
れ、および変形といったような変動は、残念な結果(例
えば廃棄処分)をもたらす欠陥の原因となる可能性があ
る。
定められたシーケンスを一貫して繰り返すものである。
実際、特に、溶接ヘッドがたどる軌道に関連した溶接パ
ラメータは、設計上の溶接条件に合わせて事前に調整さ
れている。次に、これらパラメータを記録し、溶接作業
が行われる条件の如何を問わず、すべて溶接に利用す
る。しかしながら、これら溶接条件が一定であることは
非常に稀であり、溶接条件の不規則的な変動は、一般的
に制御されていない。例えば、位置のずれ、接合のず
れ、および変形といったような変動は、残念な結果(例
えば廃棄処分)をもたらす欠陥の原因となる可能性があ
る。
【0004】このような欠陥を部分的に修正するための
方法としては、既存の溶接装置にセンサーを取り付けて
使用する方法が知られている。そのような装置は、エル
メス出版社が1988年に出版したJ.M.デトリック
著“自動溶接概論”シリーズの1冊、“自動溶接システ
ム、センサーと軌道の適合性”に記載されている。
方法としては、既存の溶接装置にセンサーを取り付けて
使用する方法が知られている。そのような装置は、エル
メス出版社が1988年に出版したJ.M.デトリック
著“自動溶接概論”シリーズの1冊、“自動溶接システ
ム、センサーと軌道の適合性”に記載されている。
【0005】このような欠陥を部分的に修正するため、
既存の溶接装置にセンサーを取り付けて使用する方法が
知られている。このような装置は、エルメス出版社が1
988年に出版したJ.M.デトリック著“自動溶接概
論”シリーズの1冊である、“自動溶接システム、セン
サーと軌道の適合性”に記載されている。
既存の溶接装置にセンサーを取り付けて使用する方法が
知られている。このような装置は、エルメス出版社が1
988年に出版したJ.M.デトリック著“自動溶接概
論”シリーズの1冊である、“自動溶接システム、セン
サーと軌道の適合性”に記載されている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の溶接ヘッドは、溶接電極(11)が備えら
れたトーチ(1)と、溶融池、および溶接ビードを含む
溶接部に最低限の局部的な光点(31)を形成できる装
置と、光点の位置を測定できる第1装置と上記溶接部を
撮影できる第2装置(4)とが備わった上記溶接部観察
用の装置とから構成されている。
に、本発明の溶接ヘッドは、溶接電極(11)が備えら
れたトーチ(1)と、溶融池、および溶接ビードを含む
溶接部に最低限の局部的な光点(31)を形成できる装
置と、光点の位置を測定できる第1装置と上記溶接部を
撮影できる第2装置(4)とが備わった上記溶接部観察
用の装置とから構成されている。
【0007】本発明は、質の高い溶接に必要な、パラメ
ータの測定を可能にする溶接ヘッドを提供することを目
的としたものである。これら溶接パラメータの測定は、
撮影カメラを用いて溶接シーンから取った映像の分析に
よって行われる。
ータの測定を可能にする溶接ヘッドを提供することを目
的としたものである。これら溶接パラメータの測定は、
撮影カメラを用いて溶接シーンから取った映像の分析に
よって行われる。
【0008】自動溶接システムに組み込まれ、上記の方
法によって測定されたパラメータは、ほぼ瞬間的に修正
可能となり、こうして各々許容範囲のずれを上回る軌道
のずれ、溶込みのずれ及びその他のずれを避けることが
できる。
法によって測定されたパラメータは、ほぼ瞬間的に修正
可能となり、こうして各々許容範囲のずれを上回る軌道
のずれ、溶込みのずれ及びその他のずれを避けることが
できる。
【0009】より正確に言えば、本発明は溶接ビードを
形成できる溶接用電極の付いたトーチを含む溶接ヘッド
を対象とする。さらにこの溶接ヘッドは、溶融池と溶接
ビードとから構成される上記溶接部に光点を形成できる
装置、および、光点の位置を測定できる第1装置と上記
溶接部を撮影できる第2装置とを備えている。
形成できる溶接用電極の付いたトーチを含む溶接ヘッド
を対象とする。さらにこの溶接ヘッドは、溶融池と溶接
ビードとから構成される上記溶接部に光点を形成できる
装置、および、光点の位置を測定できる第1装置と上記
溶接部を撮影できる第2装置とを備えている。
【0010】上記構成からなる溶接ビートの利点として
は、撮影装置は調節可能な撮影角度の少なくとも1つに
応じて、溶接部を含む溶接面の法線に対する角度が変更
可能であり、各々の撮影角度は少なくとも1つの溶接パ
ラメータの測定を可能にするということを挙げることが
できる。
は、撮影装置は調節可能な撮影角度の少なくとも1つに
応じて、溶接部を含む溶接面の法線に対する角度が変更
可能であり、各々の撮影角度は少なくとも1つの溶接パ
ラメータの測定を可能にするということを挙げることが
できる。
【0011】上記撮影角度は各々、約15゜と45゜と
である。
である。
【0012】さらに溶接トーチは溶接面の法線に対して
傾斜しており、この傾斜角度は撮影角度より小さくなっ
ている。
傾斜しており、この傾斜角度は撮影角度より小さくなっ
ている。
【0013】本発明の特徴の1つによれば、溶接ヘッド
には、さらに、光点の形成、および溶接シーンの撮影を
可能にする溶接ノーズが備えられている。
には、さらに、光点の形成、および溶接シーンの撮影を
可能にする溶接ノーズが備えられている。
【0014】上記ノーズ自体は、溶接トーチの下部を取
り囲む幅広い胴部と、電極の上部を取り囲む中空軸とか
ら構成されており、電極の下端はノーズの外に出てい
る。
り囲む幅広い胴部と、電極の上部を取り囲む中空軸とか
ら構成されており、電極の下端はノーズの外に出てい
る。
【0015】本発明の実施方法の1つによれば、溶接シ
ーンの光点形成装置は、溶接電極の前方両側に位置する
2つの光点を形成できる。
ーンの光点形成装置は、溶接電極の前方両側に位置する
2つの光点を形成できる。
【0016】他の実施方法によれば、溶接シーンの光点
形成装置は3つの光点を形成でき、その中の1つは溶接
の方向に対して電極の後部に位置し、残りの2光点は電
極の前方両側に位置する。
形成装置は3つの光点を形成でき、その中の1つは溶接
の方向に対して電極の後部に位置し、残りの2光点は電
極の前方両側に位置する。
【0017】さらに、光点を形成するための装置は、光
点の数と同じ数の光ファイバーに光学的に連動した単色
光源が少なくとも1つ有しており、各ファイバーは投光
器に連結されている。それによる利点としては、溶接部
を観察するための装置は、光点形成装置の単色光に焦点
を合わせた収納式の分光フィルターが付いた撮影カメラ
が備わっているということを挙げることができる。
点の数と同じ数の光ファイバーに光学的に連動した単色
光源が少なくとも1つ有しており、各ファイバーは投光
器に連結されている。それによる利点としては、溶接部
を観察するための装置は、光点形成装置の単色光に焦点
を合わせた収納式の分光フィルターが付いた撮影カメラ
が備わっているということを挙げることができる。
【0018】実施方法の1つによれば、撮影するための
第2装置が、同時に光点の位置を測定できる第1装置に
なっている。別の実施方法によれば、光点の位置を測定
できる第1装置は別個の位置センサーで構成されてい
る。
第2装置が、同時に光点の位置を測定できる第1装置に
なっている。別の実施方法によれば、光点の位置を測定
できる第1装置は別個の位置センサーで構成されてい
る。
【0019】この溶接ヘッドは、溶融池が作られてお
り、溶接ビードが形成される進行中の溶接シーンの撮影
を行なう。
り、溶接ビードが形成される進行中の溶接シーンの撮影
を行なう。
【0020】溶接部を観察するための装置に連結され、
トーチ、溶接部、および溶接パラメータ間の相対的なず
れを、リアルタイムで修正できる処理装置がさらに備わ
っていることを特徴とする自動溶接システムに、この溶
接ヘッドを組み込むことが可能である。
トーチ、溶接部、および溶接パラメータ間の相対的なず
れを、リアルタイムで修正できる処理装置がさらに備わ
っていることを特徴とする自動溶接システムに、この溶
接ヘッドを組み込むことが可能である。
【0021】その他の特徴、および利点に関しては、下
記の実施例により、さらに明らかになるであろう。しか
し、下記実施例は、図面を参照とし、例証として記述す
るものであり、本発明の特許請求の範囲は、これに限定
されるわけではない。
記の実施例により、さらに明らかになるであろう。しか
し、下記実施例は、図面を参照とし、例証として記述す
るものであり、本発明の特許請求の範囲は、これに限定
されるわけではない。
【0022】
【実施例】本発明は、質の高い溶接を行うために必要な
パラメータの測定を可能にするものである。対象となる
主要なパラメータは、継目の位置、溶融池の幅(あるい
は直径)、光点の停留点(インパクト・ポイント)から
溶接ヘッドまでの高さである。しかし、その他のパラメ
ータも本発明に基づき測定可能である。
パラメータの測定を可能にするものである。対象となる
主要なパラメータは、継目の位置、溶融池の幅(あるい
は直径)、光点の停留点(インパクト・ポイント)から
溶接ヘッドまでの高さである。しかし、その他のパラメ
ータも本発明に基づき測定可能である。
【0023】本実施例では、下向き位置での溶接を基準
として“ヘッドの高さ”という用語を用いる。その他の
位置での溶接(例えば上向き)の場合、ヘッドと溶接面
に接する平面との間の間隔ということとする。
として“ヘッドの高さ”という用語を用いる。その他の
位置での溶接(例えば上向き)の場合、ヘッドと溶接面
に接する平面との間の間隔ということとする。
【0024】図1は、溶接トーチ1、その上に取り付け
た映像化用特殊ノーズ2、光点形成装置3、および撮影
装置4からなる主要構成要素の備わった溶接ヘッドを図
示したものである。
た映像化用特殊ノーズ2、光点形成装置3、および撮影
装置4からなる主要構成要素の備わった溶接ヘッドを図
示したものである。
【0025】これら溶接ヘッドの構成要素一式は、撮影
装置4を用いて取った映像によって溶接シーンの映像化
を可能にするものである。実際、この溶接シーンは、上
記撮影装置4の可視範囲5内にあり、この可視範囲5は
溶接する部材Aと部材Bとが置かれている溶接面(x,
y)の一部に相当する。この可視範囲5内には、継目5
1、すなわち溶接対象である2つの部材Aと部材Bとの
間の継目、ビード52、すなわち、上記部材Aと部材B
とを溶接する溶融池53による成果、および溶接電極の
チップ12とが収まっている。
装置4を用いて取った映像によって溶接シーンの映像化
を可能にするものである。実際、この溶接シーンは、上
記撮影装置4の可視範囲5内にあり、この可視範囲5は
溶接する部材Aと部材Bとが置かれている溶接面(x,
y)の一部に相当する。この可視範囲5内には、継目5
1、すなわち溶接対象である2つの部材Aと部材Bとの
間の継目、ビード52、すなわち、上記部材Aと部材B
とを溶接する溶融池53による成果、および溶接電極の
チップ12とが収まっている。
【0026】標準的には、アーク溶接の場合、この可視
範囲5のサイズは30×15mm(溶接軸によって30
mm)である。
範囲5のサイズは30×15mm(溶接軸によって30
mm)である。
【0027】ティグ(TIG)溶接装置に取り付けられ
た溶接トーチ1には、溶接面(x,y)に近い方の端部
に溶接電極11が取り付けられている。この電極11の
末端は、部材Aと部材Bの間に溶融池53を作る源であ
るアークを生じさせることができるチップ12となって
いる。
た溶接トーチ1には、溶接面(x,y)に近い方の端部
に溶接電極11が取り付けられている。この電極11の
末端は、部材Aと部材Bの間に溶融池53を作る源であ
るアークを生じさせることができるチップ12となって
いる。
【0028】撮影装置4による溶接シーン撮影の妨げと
ならないように、溶接トーチ1は溶接面(x,y)の法
線に対してわずかに傾斜している。
ならないように、溶接トーチ1は溶接面(x,y)の法
線に対してわずかに傾斜している。
【0029】この撮影装置4は溶接トーチ1と連動して
いるため、安定した映像を得ることができる。したがっ
て、溶接トーチ1と溶接される部材が相対的に動いてい
るにもかかわらず、溶接シーンは、溶接トーチ1に対し
て一定したものになる。さらに、上記撮影手段は、溶接
面(x,y)の法線に対して溶接シーンの前方に傾いて
おり、同装置4の主要構成要素は撮影カメラ41であ
る。
いるため、安定した映像を得ることができる。したがっ
て、溶接トーチ1と溶接される部材が相対的に動いてい
るにもかかわらず、溶接シーンは、溶接トーチ1に対し
て一定したものになる。さらに、上記撮影手段は、溶接
面(x,y)の法線に対して溶接シーンの前方に傾いて
おり、同装置4の主要構成要素は撮影カメラ41であ
る。
【0030】本実施例で行う実施方法によれば、カメラ
41は、電子的に1ピッチ単位で露出時間が可変する電
子移動型(CCD)である。可能な動特性の幅は、50
分の1秒から1000分の1秒である。したがって、他
の機械的装置をいっさい用ることなく、遠隔操作可能、
プログラミング可能、繰り返し動作可能な絞り制御装置
と同等の機能を果たすことができる。
41は、電子的に1ピッチ単位で露出時間が可変する電
子移動型(CCD)である。可能な動特性の幅は、50
分の1秒から1000分の1秒である。したがって、他
の機械的装置をいっさい用ることなく、遠隔操作可能、
プログラミング可能、繰り返し動作可能な絞り制御装置
と同等の機能を果たすことができる。
【0031】撮影装置4にはカメラ41のほかに、観察
対象となる可視範囲5に焦点距離、およびレンズと感光
面との距離を合わせた標準レンズ42が備えられてい
る。標準的には、このレンズ42の焦点距離は50mm
であり、リングは約17mm伸びる。このようなカメラ
の場合、電子露出の動特性を調整すると、カメラの絞り
は一定にとどまる。
対象となる可視範囲5に焦点距離、およびレンズと感光
面との距離を合わせた標準レンズ42が備えられてい
る。標準的には、このレンズ42の焦点距離は50mm
であり、リングは約17mm伸びる。このようなカメラ
の場合、電子露出の動特性を調整すると、カメラの絞り
は一定にとどまる。
【0032】さらに、一般的にはカメラ41が受け取る
光の色量を調整可能な分光フィルター43を、カメラ4
1とレンズ42とから構成されている光学装置に加える
必要がある。
光の色量を調整可能な分光フィルター43を、カメラ4
1とレンズ42とから構成されている光学装置に加える
必要がある。
【0033】実際、溶接に必要なアークは、波長が60
0ナノメートル未満の光線を一部含む強烈な光を伴う。
このような光線は、カメラ41が取る映像の質を低下さ
せる。分光フィルター43は、特にこのような光線の除
去を可能にするものである。実際、溶接シーン全体が、
アーク、および電極の発する光で照明されるため、撮影
装置(すなわちカメラ41)は溶接作業の間、受動的と
呼ばれる照明で機能する。
0ナノメートル未満の光線を一部含む強烈な光を伴う。
このような光線は、カメラ41が取る映像の質を低下さ
せる。分光フィルター43は、特にこのような光線の除
去を可能にするものである。実際、溶接シーン全体が、
アーク、および電極の発する光で照明されるため、撮影
装置(すなわちカメラ41)は溶接作業の間、受動的と
呼ばれる照明で機能する。
【0034】さらに、上記フィルター43が、光点31
の波長に焦点を合わせて干渉するようになっている場
合、このフィルターによって光点形成装置3が発した光
点31の鮮明度を高めることができる。
の波長に焦点を合わせて干渉するようになっている場
合、このフィルターによって光点形成装置3が発した光
点31の鮮明度を高めることができる。
【0035】光点31は局部的な最低限の光点、すなわ
ち溶接トーチ1に対して一定の位置にある装置3が発す
る光点であり、“局部的な最低限の光点”という用語は
“表面全体を照らす光点”の対義語として定義付けられ
る。
ち溶接トーチ1に対して一定の位置にある装置3が発す
る光点であり、“局部的な最低限の光点”という用語は
“表面全体を照らす光点”の対義語として定義付けられ
る。
【0036】上記とは逆に、アークの発生がない時に観
察を行う場合は、非常に強力な追加の照明装置9があっ
ても光波の透過率が低すぎるため、干渉フィルター43
を収納する必要がある。
察を行う場合は、非常に強力な追加の照明装置9があっ
ても光波の透過率が低すぎるため、干渉フィルター43
を収納する必要がある。
【0037】利点として、フィルター43の帯域幅は、
光点と溶接シーンとの相対的な鮮明度が均衡するように
合わせられている。この帯域は標準的には1ナノメート
ルである。
光点と溶接シーンとの相対的な鮮明度が均衡するように
合わせられている。この帯域は標準的には1ナノメート
ルである。
【0038】CCD型のカメラは、耐眩輝性が高く、ア
ーク付近の厳しい電磁条件に対する相対感度が鈍いた
め、CCD型のカメラ41を選択することによって、優
れた質の映像を得ることができる。
ーク付近の厳しい電磁条件に対する相対感度が鈍いた
め、CCD型のカメラ41を選択することによって、優
れた質の映像を得ることができる。
【0039】前述した光点形成装置3には、図には示さ
れていないが、数ミリワットの小型ヘリウム−ネオンレ
ーザが備えられている。そして、各レーザは、光ガイド
ファイバー33から出ており、ファイバー33自体は、
小型の投光器34に接続されている。この投光器34に
は、観察範囲5の必要な場所に光点31の位置を設定す
ることができる微調整装置が備えられている。
れていないが、数ミリワットの小型ヘリウム−ネオンレ
ーザが備えられている。そして、各レーザは、光ガイド
ファイバー33から出ており、ファイバー33自体は、
小型の投光器34に接続されている。この投光器34に
は、観察範囲5の必要な場所に光点31の位置を設定す
ることができる微調整装置が備えられている。
【0040】本発明の実施方法によれば、光点31の数
は2、あるいは3である。これらの光点は、既知の三角
測定法により、光点31の停留点(インパクトポイン
ト)から溶接ヘッドまでの高さを測定するために使用さ
れる。
は2、あるいは3である。これらの光点は、既知の三角
測定法により、光点31の停留点(インパクトポイン
ト)から溶接ヘッドまでの高さを測定するために使用さ
れる。
【0041】本発明の適当な実施方法によれば、図面上
では横座標xで示した溶接シーンの縦軸の両側前方、通
常暗くて障害物のない場所に2光点、31Aと31Bを
投光する。
では横座標xで示した溶接シーンの縦軸の両側前方、通
常暗くて障害物のない場所に2光点、31Aと31Bを
投光する。
【0042】光点の位置測定装置は、光点投光による照
明効果から上記光点の位置を導き出すことを可能にする
ものである。図1に示した本発明の第1の実施方法で
は、この測定装置は撮影カメラ41と一体になってい
る。
明効果から上記光点の位置を導き出すことを可能にする
ものである。図1に示した本発明の第1の実施方法で
は、この測定装置は撮影カメラ41と一体になってい
る。
【0043】別の実施方法によれば、この測定装置に市
販の位置センサーを使用することができる。例えば、適
当な電子機器と組合せることによって、感光性の鋼片上
に投光された光点の“重心”の縦方向の位置を示すアナ
ログ式のPSD(位置検知装置)型回路を使用すること
ができる。
販の位置センサーを使用することができる。例えば、適
当な電子機器と組合せることによって、感光性の鋼片上
に投光された光点の“重心”の縦方向の位置を示すアナ
ログ式のPSD(位置検知装置)型回路を使用すること
ができる。
【0044】一般的に、溶接シーン上への光点の投光を
利用した三角測定による高さの測定によって、前述した
パラメータの一部を測定することができる。詳細を以下
に示す。
利用した三角測定による高さの測定によって、前述した
パラメータの一部を測定することができる。詳細を以下
に示す。
【0045】事前に垂直方向の再調整を行うために、光
点31によって、すなわち2光点の平均値の測定によっ
て、アークの出ていないヘッドの高さを測定することが
できる。
点31によって、すなわち2光点の平均値の測定によっ
て、アークの出ていないヘッドの高さを測定することが
できる。
【0046】溶接モード時に、2光点31A−31Bを
用いて、継目51の両側の接合高低差を測定したり(差
異測定)、あるいはアーク圧調整装置がある場合、凸部
があるとトーチが上に上がるため、平均値の測定によっ
て凸部、すなわち肉盛り線による溶接の場合に形成中の
ビード52の余盛りを測定することができる。
用いて、継目51の両側の接合高低差を測定したり(差
異測定)、あるいはアーク圧調整装置がある場合、凸部
があるとトーチが上に上がるため、平均値の測定によっ
て凸部、すなわち肉盛り線による溶接の場合に形成中の
ビード52の余盛りを測定することができる。
【0047】3光点を使用する実施方法の場合、第3の
光点は、溶接方向xに対して電極チップのすぐ後ろに位
置する。この3番目の光点によって、トーチ後方に位置
するビード52の凸部の直接測定が可能となり、また、
カメラ41が溶接面の法線に近い軸上に位置している場
合には、継目51を監視するための補足的な照明が可能
になる。
光点は、溶接方向xに対して電極チップのすぐ後ろに位
置する。この3番目の光点によって、トーチ後方に位置
するビード52の凸部の直接測定が可能となり、また、
カメラ41が溶接面の法線に近い軸上に位置している場
合には、継目51を監視するための補足的な照明が可能
になる。
【0048】図1には、ガス供給部6も示されている。
使用するガス(すなわち記述されている実施例において
は、ヘリウム、アルゴンなどの保護用の中性ガス)は、
一時的にノーズ2内に蓄積される。電気接続部8は、溶
接ヘッドにエネルギーを供給し、溶接ヘッドと電子制御
装置との間の制御を伝達し、オペレータにより溶接シー
ンの映像が表示される外部装置と、カメラ41とを連結
して映像を出力する。
使用するガス(すなわち記述されている実施例において
は、ヘリウム、アルゴンなどの保護用の中性ガス)は、
一時的にノーズ2内に蓄積される。電気接続部8は、溶
接ヘッドにエネルギーを供給し、溶接ヘッドと電子制御
装置との間の制御を伝達し、オペレータにより溶接シー
ンの映像が表示される外部装置と、カメラ41とを連結
して映像を出力する。
【0049】給水口7Aと、排水口7Bとは、図には示
されていないが、撮影装置4と、トーチ用の冷却装置と
に連結されている。
されていないが、撮影装置4と、トーチ用の冷却装置と
に連結されている。
【0050】図2は、溶接トーチ1に取り付けられた映
像化用特殊ノーズ2の縦断面を示している。撮影、およ
び光点投光の光学的経路は、電極チップ12の至近距離
に集中するが、このノーズ2はこれら光学的経路に合わ
せて制作されている。
像化用特殊ノーズ2の縦断面を示している。撮影、およ
び光点投光の光学的経路は、電極チップ12の至近距離
に集中するが、このノーズ2はこれら光学的経路に合わ
せて制作されている。
【0051】このため、ノーズ2には、電極11に密着
して取り囲む標準型の中空軸21と、溶接トーチ1の端
部全体を取り囲むノーズ胴部22とが備えられている。
して取り囲む標準型の中空軸21と、溶接トーチ1の端
部全体を取り囲むノーズ胴部22とが備えられている。
【0052】電極11のかなりの部分が、中空軸21の
外に出るように、ノーズ2の中空軸21は電極11より
も短くなっており、この電極11の外に出た部分には、
必ず電極チップ12が備えられている。
外に出るように、ノーズ2の中空軸21は電極11より
も短くなっており、この電極11の外に出た部分には、
必ず電極チップ12が備えられている。
【0053】溶融池、および形成中のビードの箇所に十
分な量のガスがたまるように、溶接トーチ1の端部を取
り囲むノーズ胴部22は比較的広くなっている。実施方
法の1つによれば、撮影、および光点投光の光学的経路
が、ノーズ2を23a、および23bで横切って進むこ
とができるように、ノーズ胴部22は部分的に、あるい
は全体的に、透明な材料で製造されている。
分な量のガスがたまるように、溶接トーチ1の端部を取
り囲むノーズ胴部22は比較的広くなっている。実施方
法の1つによれば、撮影、および光点投光の光学的経路
が、ノーズ2を23a、および23bで横切って進むこ
とができるように、ノーズ胴部22は部分的に、あるい
は全体的に、透明な材料で製造されている。
【0054】図3A、および図3Bは、溶接ヘッドの主
要な角度を幾何学的に示している。より正確に言えば、
図3Aは溶接方向xに平行な断面であり、図3Bは同じ
溶接方向に垂直な断面である。
要な角度を幾何学的に示している。より正確に言えば、
図3Aは溶接方向xに平行な断面であり、図3Bは同じ
溶接方向に垂直な断面である。
【0055】したがって図3Aでは、溶接面に垂直な面
(x,z)に沿って溶接ヘッドの調整角度を見ることが
できる。すなわち、本発明の適当な実施方法において、
溶接面(x,y)の法線Nに対して調整される溶接ヘッ
ドの様々な構成要素の角度がわかる。
(x,z)に沿って溶接ヘッドの調整角度を見ることが
できる。すなわち、本発明の適当な実施方法において、
溶接面(x,y)の法線Nに対して調整される溶接ヘッ
ドの様々な構成要素の角度がわかる。
【0056】溶接ヘッドの調整角度はすべて、溶接面の
法線Nを基準として示されている。
法線Nを基準として示されている。
【0057】こうして、溶接トーチの軸X1は、法線N
に対して約−10゜と−15゜の角度を形成している。
実際、カメラから溶融池53の見通しが利くように、溶
接トーチ1はわずかに後方に傾いている。この場合、溶
接は“前方に押し出しながら”行われる。
に対して約−10゜と−15゜の角度を形成している。
実際、カメラから溶融池53の見通しが利くように、溶
接トーチ1はわずかに後方に傾いている。この場合、溶
接は“前方に押し出しながら”行われる。
【0058】撮影装置4、すなわちカメラを主体とする
装置は、法線Nに対して角度を付けて溶接シーンを観察
する。この角度は、溶接シーンから取った映像の利用可
能性に関して大きな役割を果たすものである。実際、使
用される波長に応じて、溶接シーンは、主として高温の
電極チップによって照明される。したがって入手できる
映像の特徴は、この照明による反射と半分斜めとから射
す照明の効果次第である。
装置は、法線Nに対して角度を付けて溶接シーンを観察
する。この角度は、溶接シーンから取った映像の利用可
能性に関して大きな役割を果たすものである。実際、使
用される波長に応じて、溶接シーンは、主として高温の
電極チップによって照明される。したがって入手できる
映像の特徴は、この照明による反射と半分斜めとから射
す照明の効果次第である。
【0059】こうして、下記のように、各々溶接シーン
の異なる利用法をはっきり示す2つの角領域を決定する
ことができる。
の異なる利用法をはっきり示す2つの角領域を決定する
ことができる。
【0060】溶融池53前方の継目を調べるためには
(いっさい肉盛り線が使用されていない場合)、カメラ
の方向X2は、法線Nに対して約45゜の角度βを形成
しなければならない。この場合映像では、継目は明るい
バック上に暗い線で示される。
(いっさい肉盛り線が使用されていない場合)、カメラ
の方向X2は、法線Nに対して約45゜の角度βを形成
しなければならない。この場合映像では、継目は明るい
バック上に暗い線で示される。
【0061】溶融池53の幅を測定するためには、カメ
ラの光学軸X3と、法線Nとの角度γが、約15゜で最
適な観察が行われる。
ラの光学軸X3と、法線Nとの角度γが、約15゜で最
適な観察が行われる。
【0062】これに対して、溶接ヘッドの高さは、前述
した2つの調整角度β、あるいはγに相関的に光点投光
角度を加えれば、β、γいずれの角度でも測定可能であ
る。
した2つの調整角度β、あるいはγに相関的に光点投光
角度を加えれば、β、γいずれの角度でも測定可能であ
る。
【0063】三角測定による高さ測定の原理を実践でき
るように、カメラの軸X2、あるいはX3に対して十分
な角度を取って光点を投光しなければならない。しかし
ながら、光点が停留面上に十分に広がるように、光点の
投光角度が傾斜しすぎてはならない。すなわち、溶接面
に対する角度が小さすぎてもいけない。溶接トーチの後
方に投光し、光点の投光軸X4と法線Nとの形成する角
度δが45゜である場合、前述した2条件にかなう。
るように、カメラの軸X2、あるいはX3に対して十分
な角度を取って光点を投光しなければならない。しかし
ながら、光点が停留面上に十分に広がるように、光点の
投光角度が傾斜しすぎてはならない。すなわち、溶接面
に対する角度が小さすぎてもいけない。溶接トーチの後
方に投光し、光点の投光軸X4と法線Nとの形成する角
度δが45゜である場合、前述した2条件にかなう。
【0064】図3Bは、溶接方向を含まない溶接面に垂
直な面(y,z)に沿って溶接ヘッドの調整角度を示し
たものであり、法線Nに沿って溶接ビード52の上に位
置する溶接電極11の両側に対称的に位置する2光点の
2本の軸X4を示したものでもある。
直な面(y,z)に沿って溶接ヘッドの調整角度を示し
たものであり、法線Nに沿って溶接ビード52の上に位
置する溶接電極11の両側に対称的に位置する2光点の
2本の軸X4を示したものでもある。
【0065】これまで記述してきたような溶接ヘッド
は、自動溶接システムに応用が可能である。このような
応用の場合、上記の溶接ヘッドは、自動溶接装置、ある
いは溶接台のような溶接装置の末端に取り付ける。映像
から溶接パラメータの数値、すなわちシステムに対して
加えるべき修正の数値を導き出すことができる映像処理
装置にも、この溶接ヘッドを連結する。
は、自動溶接システムに応用が可能である。このような
応用の場合、上記の溶接ヘッドは、自動溶接装置、ある
いは溶接台のような溶接装置の末端に取り付ける。映像
から溶接パラメータの数値、すなわちシステムに対して
加えるべき修正の数値を導き出すことができる映像処理
装置にも、この溶接ヘッドを連結する。
【0066】このようなシステムは溶接ヘッドの多数の
構成要素の遠隔操作、特に遠隔操作による分光フィルタ
ーの収納を可能にするものである。
構成要素の遠隔操作、特に遠隔操作による分光フィルタ
ーの収納を可能にするものである。
【0067】
【発明の効果】本発明にかかる溶接ヘッドは、溶接ビー
ド(52)を形成できる溶接ヘッドであって、溶接電極
(11)が備えられたトーチ(1)と、溶融池、および
溶接ビードを含む溶接部に最低限の局部的な光点(3
1)を形成できる装置と、光点の位置を測定できる第1
装置と上記溶接部を撮影できる第2装置(4)とが備わ
った上記溶接部観察用の装置とから構成されている。し
たがって、本発明の溶接ヘッドは、質の高い溶接に必要
なパラメータの測定が可能になった。
ド(52)を形成できる溶接ヘッドであって、溶接電極
(11)が備えられたトーチ(1)と、溶融池、および
溶接ビードを含む溶接部に最低限の局部的な光点(3
1)を形成できる装置と、光点の位置を測定できる第1
装置と上記溶接部を撮影できる第2装置(4)とが備わ
った上記溶接部観察用の装置とから構成されている。し
たがって、本発明の溶接ヘッドは、質の高い溶接に必要
なパラメータの測定が可能になった。
【図1】図1は、本発明にかかる溶接ヘッドを図示した
ものである。
ものである。
【図2】図2は、本発明で使用している映像化用ノーズ
を縦断面から図示したものである。
を縦断面から図示したものである。
【図3】図3A、および図3Bは、1つの溶接方向に並
行な面、もう1つは溶接方向に垂直な面に沿った断面
で、本発明の適当な実施方法による溶接ヘッドの様々な
構成要素の角度調整を示したものである。
行な面、もう1つは溶接方向に垂直な面に沿った断面
で、本発明の適当な実施方法による溶接ヘッドの様々な
構成要素の角度調整を示したものである。
【符号の説明】 1 溶接トーチ 2 映像化用特殊ノーズ 3 光点形成装置 4 撮影装置 5 可視範囲 6 ガス供給部 7A 給水口 7B 排水口 8 電気接続部 9 照明装置 11 溶接電極 12 溶接電極チップ 22 ノーズ胴部 31 光点 33 光ガイドファイバー 34 投光器 41 カメラ 42 標準レンズ 43 分光フィルター 51 継目 52 ビート 53 溶融池
Claims (15)
- 【請求項1】 溶接ビード(52)を形成できる溶接ヘ
ッドであって、溶接電極(11)が備えられたトーチ
(1)と、溶融池、および溶接ビードを含む溶接部に最
低限の局部的な光点(31)を形成できる装置と、光点
の位置を測定できる第1装置と上記溶接部を撮影できる
第2装置(4)とが備わった上記溶接部観察用の装置と
から構成されていることを特徴とする溶接ヘッド。 - 【請求項2】 撮影装置の角度が、調節可能な撮影角度
(β,γ)の少なくとも1つに応じ、溶接部を含む溶接
面(x,y)の法線(N)に対して変更可能で、各々の
撮影角度が少なくとも1つの溶接パラメータの測定を可
能にすることを特徴とする請求項2記載の溶接ヘッド。 - 【請求項3】 撮影角度が、各々約15゜と45゜とで
あることを特徴とする請求項2記載の溶接ヘッド。 - 【請求項4】 溶接トーチが、溶接面の法線に対して傾
斜しており、この傾斜角度が、撮影角度より小さいこと
を特徴とする請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項5】 光点の形成と溶接シーンの撮影とを可能
にするノーズ(2)が備えられていることを特徴とする
請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項6】 溶接トーチの下部を取り囲み、撮影と光
点形成の光学的経路の通過を可能にする幅広い胴部(2
2)と、電極の上部を取り囲む中空軸(21)とからノ
ーズが構成されており、上記電極の下部(12)がノー
ズから外に出ていることを特徴とする請求項5記載の溶
接ヘッド。 - 【請求項7】 溶接シーンに光点を形成するための装置
が、溶接電極両側前方に2つの光点を形成できることを
特徴とする請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項8】 1つの光点が溶接方向に対して電極の後
方に位置し、残りの2つの光点が電極の前方両側に位置
することを特徴とする請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項9】 光点の数と同じ数の光ファイバー(3
3)と光学的に連動した単色光源(32)が、少なくと
も1つ光点を形成する装置に備えられ、各ファイバーが
投光器(34)に連結されていることを特徴とする請求
項7記載の溶接ヘッド。 - 【請求項10】 光源が、レーザ装置であることを特徴
とする請求項9記載の溶接ヘッド。 - 【請求項11】 光点形成装置の単色光に焦点を合わせ
た収納可能な分光フィルター(43)を設けられた撮影
カメラ(41)が、溶接部を観察するための装置に備え
られていることを特徴とする請求項9記載の溶接ヘッ
ド。 - 【請求項12】 撮影を行う第2装置が、同時に光点の
位置を測定できる第1装置になっていることを特徴とす
る請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項13】 光点の位置を測定することができる装
置が、別個の位置センサーで構成されていることを特徴
とする請求項1記載の溶接ヘッド。 - 【請求項14】 請求項1記載の溶接ヘッドにより実施
される自動溶接法であって、溶融池と溶接ビードとが形
成される進行中の溶接シーンの撮影で構成されているこ
とを自動溶接方法。 - 【請求項15】 請求項1記載の溶接ヘッドが備えられ
た自動溶接システムであって、さらに溶接部を観察する
ための装置に連結され、トーチ、溶接部、溶接パラメー
タ間の相対的なずれをリアルタイムで修正できる処理装
置が備えられていることを特徴とする自動溶接システ
ム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9108110A FR2678192B1 (fr) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Tete de soudage pour mesure de parametres de soudage et son application au soudage automatique. |
FR9108110 | 1991-06-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05185228A true JPH05185228A (ja) | 1993-07-27 |
JP3236076B2 JP3236076B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=9414492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17118592A Expired - Fee Related JP3236076B2 (ja) | 1991-06-28 | 1992-06-29 | 溶接パラメータ測定のための溶接ヘッド、およびこの溶接ヘッドを使用した自動溶接装置 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5371339A (ja) |
EP (1) | EP0520894B1 (ja) |
JP (1) | JP3236076B2 (ja) |
CA (1) | CA2072166A1 (ja) |
DE (1) | DE69213122T2 (ja) |
DK (1) | DK0520894T3 (ja) |
ES (1) | ES2093803T3 (ja) |
FR (1) | FR2678192B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005000998A (ja) * | 2003-06-12 | 2005-01-06 | Kvaerner Masa Yards Oy | 三次元構造物の溶接を制御する方法 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2701415B1 (fr) * | 1993-02-12 | 1995-05-19 | Technigaz Ste Nouvelle | Machine automatique de soudage "in situ" suivant un profil à tronçon curviligne, et avec commande programmable d'extrapolation. |
GB2318885A (en) * | 1996-11-01 | 1998-05-06 | Rolls Royce Plc | automatically following a joint line which is to be welded |
GB9707954D0 (en) * | 1997-04-19 | 1997-06-11 | Integrated Sensor Systems Limi | An improved remote operator viewing system for arc welding |
CA2244037A1 (en) * | 1998-09-09 | 2000-03-09 | Servo-Robot Inc. | Apparatus to help in robot teaching |
US6024273A (en) * | 1998-12-04 | 2000-02-15 | Caterpillar Inc. | Method and system for determining weld bead quality |
US6362456B1 (en) * | 1998-12-17 | 2002-03-26 | Caterpillar Inc. | Method and system for controlling weld geometry features for improved fatigue performance of fabricated structures |
JP3385363B2 (ja) * | 2000-05-11 | 2003-03-10 | 北海道大学長 | レーザ溶接方法、レーザ溶接装置及びレーザ溶接用ガスシールド装置 |
DE102009042986B3 (de) * | 2009-09-25 | 2011-03-03 | Precitec Kg | Schweißkopf und Verfahren zum Fügen eines Werkstücks |
JP6339651B1 (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-06 | ファナック株式会社 | アーク溶接ロボットシステム |
CN113787245B (zh) * | 2021-09-29 | 2022-07-26 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种机器人智能焊接程序生成方法及*** |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4578561A (en) * | 1984-08-16 | 1986-03-25 | General Electric Company | Method of enhancing weld pool boundary definition |
US4591689A (en) * | 1985-02-25 | 1986-05-27 | Caterpillar Tractor Co. | Adaptive welding guidance apparatus |
ATE64196T1 (de) * | 1985-08-28 | 1991-06-15 | Igm Ind Geraete Maschf Gmbh | Verfahren zum erfassen der position und geometrie von werkstueckoberflaechen. |
JPS6293093A (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | 溶接線検出装置 |
JP2708458B2 (ja) * | 1988-04-01 | 1998-02-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 倣い制御ロボット |
US5104216A (en) * | 1988-12-05 | 1992-04-14 | Igm Industriegerate- Und Maschinenfabriksgesellschaft Mbh | Process for determining the position and the geometry of workpiece surfaces |
-
1991
- 1991-06-28 FR FR9108110A patent/FR2678192B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-23 CA CA002072166A patent/CA2072166A1/fr not_active Abandoned
- 1992-06-25 DK DK92401795.7T patent/DK0520894T3/da active
- 1992-06-25 EP EP92401795A patent/EP0520894B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-25 ES ES92401795T patent/ES2093803T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-25 DE DE69213122T patent/DE69213122T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-26 US US07/904,652 patent/US5371339A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-29 JP JP17118592A patent/JP3236076B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005000998A (ja) * | 2003-06-12 | 2005-01-06 | Kvaerner Masa Yards Oy | 三次元構造物の溶接を制御する方法 |
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---|---|
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EP0520894B1 (fr) | 1996-08-28 |
US5371339A (en) | 1994-12-06 |
FR2678192A1 (fr) | 1992-12-31 |
JP3236076B2 (ja) | 2001-12-04 |
CA2072166A1 (fr) | 1992-12-29 |
EP0520894A1 (fr) | 1992-12-30 |
DE69213122T2 (de) | 1997-03-13 |
FR2678192B1 (fr) | 1995-07-07 |
ES2093803T3 (es) | 1997-01-01 |
DE69213122D1 (de) | 1996-10-02 |
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