JPH10166147A - Automatic welding equipment - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a system for performing a high quality welding, in an automatic welding equipment, by observing a molten pool shape easily and at high speed, controlling the equipment based on this observation, and thereby stabilizing a welding condition. SOLUTION: The device is provided with an image detecting means 3 for catching a molten pool 10, with an image processing means 4 which identifies arc light from an image, which calculates the estimated position of the molten pool 10 contour from the size and position of the arc light, which extracts the molten pool from the estimated position, and which calculates a welding condition from the molten pool 10 shape, and with a means 5 for controlling welding conditions. With the measurement of the arc light employed, the shape of the molten pool 10 can be observed easily and at high speed, thereby enabling an efficient, stable and high quality welding system to be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は自動溶接加工装置に
係り、特に、ＴＩＧ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒ
ｔ Ｇａｓ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ）法または消耗電
極溶接法における溶融プール形状を検出し、これに基づ
き溶接加工の制御を行う自動溶接加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic welding apparatus, and more particularly to TIG welding (Tungsten Iner).
The present invention relates to an automatic welding apparatus that detects a molten pool shape in a t Gas Arc Welding method or a consumable electrode welding method and controls welding based on the detected shape.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、ＩＴＶカメラを用いた溶融プール
の観測に関しては、特開平６−４７５４２号公報に開示
のように、干渉フィルタを備えたＩＴＶカメラで観測し
た時間的にあまり差のない範囲で取り込んだ２枚の画像
の差分処理を行い、溶融プール輪郭を抽出するものがあ
った。2. Description of the Related Art Conventionally, as to the observation of a molten pool using an ITV camera, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-47542, there is no significant difference in time observed with an ITV camera equipped with an interference filter. In some cases, the difference processing is performed on the two images captured in step 1 to extract the molten pool outline.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の、ＩＴＶカ
メラを用いて時間的にあまり差のない範囲で取り込んだ
２枚の画像の差分処理を行い、溶融プール輪郭を抽出す
る方法では、溶融プール検出の信頼性向上を図るため、
複数の差分画像を合成して溶融プール検出を実行してい
る。このため計算時間が多くかかり、現象の早い溶接加
工では反応が遅れてしまう問題点があった。本発明の目
的は、処理時間が短くかつ、信頼性の高い溶融プールの
形状および位置の測定方法を備えた自動溶接加工装置を
提供することにある。In the above-mentioned conventional method of extracting two fusion image contours by performing difference processing on two images captured within a time range that is not so different from each other using an ITV camera, To improve the reliability of detection,
The fusion pool detection is performed by combining a plurality of difference images. For this reason, there is a problem that a long calculation time is required and the reaction is delayed in the welding process with a fast phenomenon. It is an object of the present invention to provide an automatic welding apparatus equipped with a method for measuring the shape and position of a molten pool with a short processing time and high reliability.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、溶接加工時に溶融プールを観測できるよ
うに設置した画像検出手段と、該検出された画像信号を
ディジタル化したのち各画素の輝度値を記憶し、観測さ
れるアーク光の位置を測定し、該測定したアーク光の位
置より溶融プール輪郭の推定位置を算出し、該算出した
溶融プールの輪郭の推定位置近辺の画像データを参照し
て実際の溶融プールの輪郭を検出し、該検出した実際の
溶融プール輪郭より溶融プールの形状および位置の算出
を行う画像処理手段と、算出した溶融プールの形状およ
び位置より溶接状況を判断し、適正な溶接状態に保つた
めの溶接電力、トーチ移動速度、位置などを算出する溶
接条件制御手段と、を有する自動溶接加工装置を構成し
た。前記画像処理手段を構成するに際しては、以下の機
能を有する物で構成することができる。すなわち、画像
信号をディジタル化したのち各画素の輝度値を記憶し、
観測されるアーク光の形状および位置を測定し、該測定
したアーク光の位置より溶融プール輪郭の推定位置を算
出し、該算出した溶融プールの輪郭の推定位置近辺の画
像データを参照して実際の溶融プールの輪郭を検出し、
該検出した実際の溶融プール輪郭より溶融プールの形状
および位置の算出を行い、アーク光の形状および位置と
溶融プールの形状と位置を比較して面積比率や形状の相
似度を算出して出力するもの。また、前記溶接条件制御
手段を構成するに際しては、以下の機能を有する物で構
成することができる。すなわち、前記画像処理手段算出
した溶融プールの形状および位置、また、アーク光の形
状および位置と溶融プールの形状と位置を比較して得ら
れた面積比率や形状の相似度より溶接状況を判断し、適
正な溶接状態に保つための溶接電力、トーチ移動速度、
トーチ位置などを算出するもの。以上から、本願の各請
求項記載発明は、以下のような解決手段を採用した。す
なわち、請求項１記載発明は、ＴＩＧ溶接法または消耗
電極溶接法による溶接加工装置において、電極の先端に
観測されるアーク光の位置に基づいて、溶融プールの形
状および位置を求め、この溶融プールの形状および位置
から、溶接電力またはトーチ移動速度等の溶接条件を定
め、この溶接条件に従って自動的に溶接加工を行うこと
を特徴とするものである。そのため、従来では、複数の
画像の差分処理の演算を多数回繰り返していたが、本発
明の上記構成によれば、アーク光の位置をパラメータと
することにより、溶融プールの高速測定が可能になり、
フィードバックによって効率的で高品質な溶接を実施す
ることが可能になる。また、請求項２記載発明は、ＴＩ
Ｇ溶接法または消耗電極溶接法による溶接加工装置にお
いて、溶融プールを観測するように設置された画像検出
手段と、この検出された画像から測定したアーク光の所
定の基準位置を基に、溶融プールの輪郭が存在するであ
ろう領域を推定し、この領域内の画像データを参照する
ことにより、実際の溶融プールの輪郭を抽出し、この抽
出した輪郭から溶融プールの形状および位置を算出する
画像処理手段と、この算出した溶融プールの形状および
位置から溶接状況を判断し、所定の溶接状態に保つため
の溶接電力、トーチ移動速度またはトーチ位置等の溶接
条件を算出する溶接条件算出手段と、算出された溶接条
件を参照して、自動的に溶接加工を進める溶接加工手段
とを備えたことを特徴とするものである。本構成によれ
ば、画像検出手段で検出した画像信号の各画素の輝度値
からアーク光の位置を測定し、次いで、画像処理手段
で、この測定したアーク光の位置より溶融プール輪郭の
推定位置を算出し、算出した溶融プールの輪郭の推定位
置近辺の画像データを参照して実際の溶融プールの輪郭
を検出し、この検出した実際の溶融プール輪郭より溶融
プールの形状および位置の算出を行うことができる。こ
の算出した溶融プールの形状および位置より溶接状況を
判断し、適正な溶接状態に保つための溶接条件によっ
て、実際の溶接加工の自動制御を行うことができる。そ
のため、効率的かつ高品質な溶接加工を実施することが
できる。また、請求項３記載発明は、ＴＩＧ溶接法また
は消耗電極溶接法による溶接加工装置において、溶融プ
ールを観測するように設置された画像検出手段と、この
検出された画像からアーク光の所定の基準位置および形
状を測定し算出するとともに、この測定したアーク光の
基準位置を基に、溶融プールの輪郭が存在するであろう
領域を推定し、この領域内の画像データを参照すること
により、実際の溶融プールの輪郭を抽出し、この抽出し
た輪郭から溶融プールの形状および位置を算出する画像
処理手段と、これらアーク光と溶融プールとの形状およ
び位置を比較して溶接状況を判断し、所定の溶接状態に
保つための溶接電力、トーチ移動速度またはトーチ位置
等の溶接条件を算出する溶接条件算出手段と、算出され
た溶接条件を参照して、自動的に溶接加工を進める溶接
加工手段とを備えたことを特徴とする。本発明では、さ
らに、アーク光の形状も測定し、アーク光と溶融プール
との形状および位置を比較して溶接状況を判断するよう
にしたので、画像検出手段の構成の変化などに左右され
ない、信頼性の高い溶接状況の判断システムを構築で
き、それを基に溶接加工の自動制御を行うので、安定
で、高品質の溶接を実施できる。また、請求項４記載発
明は、前記画像検出手段は、アーク光を観測する画像検
出系と、溶融プールを観測する画像検出系との２系統に
より構成されることを特徴とする。可視光領域と近赤外
線域とに透過特性を分けることにより、比較的高輝度の
アーク光の識別と、低輝度の溶融プールの形状の抽出
を、より確実に行うことができ、適切な溶接状況の把握
が可能になる。また、請求項５記載発明は、請求項３記
載発明において、前記画像処理手段は、溶接状況を判断
する際、アーク光と溶融プールの面積比率を計算し、予
め画像処理手段内に構築してあるアーク光と溶融プール
の面積比率と、溶接状態の関係を記述したデータベース
とを参照することにより溶接状況を判断することを特徴
とする。本構成によれば、溶接状況の判断時には、予め
構築したデータベースを参照することにより、容易に溶
接状況を導出できる。また、請求項６記載発明は、前記
画像処理手段は、アーク光の所定の基準位置を測定する
際、観測されたアーク光像の輪郭と円形テンプレートの
輪郭とが、ほぼ一致するように円形テンプレートの直径
および中心位置を演算し、アーク光の基準位置として円
形テンプレートの中心位置を求めることを特徴とする。
それにより、アーク光の基準位置を簡単確実に測定する
ことができる。また、請求項７記載発明は、請求項６記
載発明において、前記画像処理手段は、円形テンプレー
トとアーク光像との輪郭の一致度に応じて、円形プレー
トの移動量および移動方向と直径の変化率とを演算し、
この演算値に基づいて円形プレートを次第に変形かつ移
動させることにより、アーク光像と円形テンプレートと
を近づける方式が用いられ、前記円形プレートの移動量
および移動方向の演算は、アーク光像が円形テンプレー
トの輪郭より小さく、アーク光像周辺の暗部領域が円形
テンプレート内に存在する部分は、円形テンプレート中
心に向かって作用する仮想作用力が発生するとして、円
形テンプレート全域にわたって仮想作用力を積分して全
作用力求め、この全作用力により円形テンプレートの移
動量および移動方向を求め、前記直径の変化率の演算
は、円形テンプレート内に存在する暗部領域の部分の面
積に応じて、円形テンプレート直径の変化率を求めるこ
とを特徴とする。そのため、アーク光の基準位置をさら
に高精度に測定することが可能になる。また、請求項８
記載発明は、前記画像処理手段は、アーク光の所定の基
準位置より溶融プールの輪郭が存在するであろう領域を
推定する際、アーク光の所定の基準位置から、任意の距
離だけ任意の方向に離した点を中心とするドーナツ状の
領域を、溶融プールの輪郭の存在するであろう領域とす
ることを特徴とする。このドーナツ状の領域を、予め溶
融プール輪郭を検出するためのエリアとして設定するこ
とにより、溶融プール輪郭の形状および位置を効率的に
推定できる。また、請求項９記載発明は、前記画像処理
手段は、アーク光の所定の基準位置より溶融プールの輪
郭が存在するであろう領域を推定する際、画像の上でア
ーク光の中心位置から、任意の距離だけ電極先端から離
れる方向に離した点を中心とするドーナツ状の領域を、
溶融プールの輪郭の存在するであろう領域とすることを
特徴とする。それにより、画像上で、予め溶融プール輪
郭を検出するためのドーナツ状の領域を設定するので、
より簡単な推定が可能である。As means for solving the above-mentioned problems, there are provided image detecting means installed so that a molten pool can be observed at the time of welding processing, and digitizing the detected image signal, and then detecting each pixel. The luminance value is stored, the position of the observed arc light is measured, the estimated position of the molten pool contour is calculated from the measured position of the arc light, and the image data around the estimated position of the calculated molten pool contour is calculated. Image processing means for detecting the contour of the actual molten pool with reference to the contour of the molten pool and calculating the shape and position of the molten pool from the detected contour of the molten pool; and determining the welding situation from the calculated shape and position of the molten pool. Further, an automatic welding apparatus having welding condition control means for calculating welding power, torch moving speed, position, and the like for maintaining an appropriate welding state is configured. When configuring the image processing means, it can be configured with an object having the following functions. That is, after the image signal is digitized, the luminance value of each pixel is stored,
Measure the shape and position of the observed arc light, calculate the estimated position of the molten pool contour from the measured position of the arc light, and refer to the image data near the estimated position of the calculated molten pool contour to determine the actual position. Of the molten pool of the
The shape and position of the molten pool are calculated from the detected actual molten pool contour, the shape and position of the arc light are compared with the shape and position of the molten pool, and the area ratio and similarity of the shape are calculated and output. thing. Further, when configuring the welding condition control means, it can be configured by a material having the following functions. That is, the shape and position of the molten pool calculated by the image processing means, and the welding state is determined from the area ratio and the similarity of the shape obtained by comparing the shape and position of the arc light with the shape and position of the molten pool. Welding power, torch moving speed, to keep proper welding condition,
Calculate torch position etc. As described above, the invention described in each claim of the present application employs the following solving means. That is, according to a first aspect of the present invention, in a welding apparatus using a TIG welding method or a consumable electrode welding method, a shape and a position of a molten pool are obtained based on a position of an arc light observed at a tip of an electrode. Welding conditions such as welding power or torch moving speed are determined from the shape and position of the torch, and welding is automatically performed in accordance with the welding conditions. For this reason, conventionally, the calculation of the difference processing of a plurality of images has been repeated many times. However, according to the above configuration of the present invention, high-speed measurement of the molten pool becomes possible by using the position of the arc light as a parameter. ,
Feedback enables efficient and high quality welding to be performed. The invention according to claim 2 is characterized in that the TI
In a welding apparatus using the G welding method or the consumable electrode welding method, an image detecting means installed to observe the molten pool, and a molten pool based on a predetermined reference position of the arc light measured from the detected image. Estimate the region where the outline of the molten pool will exist, extract the actual outline of the molten pool by referring to the image data in this region, and calculate the shape and position of the molten pool from the extracted outline. Processing means, welding condition determination means for determining welding conditions from the calculated shape and position of the molten pool and calculating welding conditions such as welding power, torch moving speed or torch position for maintaining a predetermined welding state, And a welding means for automatically performing welding by referring to the calculated welding conditions. According to this configuration, the position of the arc light is measured from the luminance value of each pixel of the image signal detected by the image detection means, and then the estimated position of the molten pool contour is determined by the image processing means from the measured position of the arc light. Is calculated, the actual molten pool contour is detected with reference to the image data near the calculated estimated position of the molten pool contour, and the shape and position of the molten pool are calculated from the detected actual molten pool contour. be able to. The welding condition is determined based on the calculated shape and position of the molten pool, and automatic control of actual welding can be performed based on welding conditions for maintaining an appropriate welding state. Therefore, efficient and high-quality welding can be performed. According to a third aspect of the present invention, there is provided a welding apparatus using a TIG welding method or a consumable electrode welding method, wherein an image detecting means installed so as to observe a molten pool, and a predetermined standard of arc light based on the detected image. In addition to measuring and calculating the position and shape, based on the measured reference position of the arc light, an area where the outline of the molten pool will be present is estimated, and by referring to the image data in this area, the actual And an image processing means for calculating the shape and position of the molten pool from the extracted contour, and comparing the shape and position of the arc light with the shape of the molten pool to determine the welding situation, A welding condition calculating means for calculating welding conditions such as a welding power, a torch moving speed or a torch position for maintaining the welding state of the welding, and the calculated welding conditions. Characterized in that a welding means to advance to welding. In the present invention, further, the shape of the arc light is also measured, and the welding state is determined by comparing the shape and position of the arc light and the molten pool. A highly reliable welding status judgment system can be constructed, and the welding process is automatically controlled based on the system, so that stable and high quality welding can be performed. The invention according to claim 4 is characterized in that the image detecting means is composed of two systems: an image detecting system for observing arc light and an image detecting system for observing the molten pool. Dividing the transmission characteristics into the visible light region and the near-infrared region makes it possible to identify relatively high-intensity arc light and extract the shape of the low-intensity molten pool more reliably, and to determine the appropriate welding conditions. Can be grasped. According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the image processing means calculates an area ratio between the arc light and the molten pool when judging a welding situation, and constructs the area ratio in the image processing means in advance. The welding condition is determined by referring to a database that describes a relationship between a certain arc light, an area ratio of a molten pool, and a welding state. According to this configuration, when determining the welding status, the welding status can be easily derived by referring to the database constructed in advance. According to a sixth aspect of the present invention, the image processing means is arranged such that, when measuring a predetermined reference position of the arc light, a circular template such that an observed outline of the arc light image and an outline of the circular template substantially coincide with each other. And calculating the center position of the circular template as a reference position of the arc light.
Thus, the reference position of the arc light can be easily and reliably measured. According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the image processing means changes the moving amount and the moving direction and the diameter of the circular plate in accordance with the degree of coincidence of the contour between the circular template and the arc light image. Calculate the rate and
A method is used in which the circular plate is gradually deformed and moved on the basis of the calculated value to bring the arc light image closer to the circular template. Is smaller than the outline of the circular light image, and the portion where the dark area around the arc light image exists in the circular template assumes that a virtual acting force acting toward the center of the circular template is generated. The acting force is obtained, the moving amount and the moving direction of the circular template are obtained by the total acting force, and the calculation of the change rate of the diameter is performed by changing the diameter of the circular template in accordance with the area of the dark area existing in the circular template. It is characterized by calculating the rate. Therefore, the reference position of the arc light can be measured with higher accuracy. Claim 8
In the invention described above, when the image processing means estimates a region where the outline of the molten pool will exist from a predetermined reference position of the arc light, the image processing means may be any distance from the predetermined reference position of the arc light in any direction. A donut-shaped region centered on a point separated from the molten pool is defined as a region where the outline of the molten pool may exist. By setting the donut-shaped area as an area for detecting the molten pool contour in advance, the shape and position of the molten pool contour can be efficiently estimated. According to a ninth aspect of the present invention, when the image processing means estimates a region where the outline of the molten pool will exist from a predetermined reference position of the arc light, the image processing means calculates a region from the center position of the arc light on the image. A donut-shaped area centered on a point separated from the electrode tip by an arbitrary distance,
It is characterized by a region where the outline of the molten pool will exist. Thereby, on the image, a donut-shaped area for detecting the molten pool contour is set in advance,
A simpler estimation is possible.

【０００５】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態を示
す全体構成図である。本実施形態ではＴＩＧ溶接に適用
した例を示す。図１は被溶接部材１、２を溶接している
途中を示しており、溶接トーチ８の電極９の直下には溶
融プール１０が存在する。また、溶接トーチ８は図中右
から左へと進行しており、向かって溶融プール右方向
（ｙ軸方向）にはビードが形成されている。画像検出手
段３は溶融プールを観測できる位置に設置されている。
また、溶接トーチ８と画像検出手段３は移動手段７に保
持されており、常に同一の位置関係となる。また、フィ
ラワイヤとその供給装置、および不活性ガス源とその供
給装置は図示していない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to TIG welding. FIG. 1 shows a state where the members to be welded 1 and 2 are being welded, and a molten pool 10 exists immediately below an electrode 9 of a welding torch 8. The welding torch 8 advances from right to left in the figure, and a bead is formed toward the right side (y-axis direction) of the molten pool. The image detecting means 3 is installed at a position where the molten pool can be observed.
Further, the welding torch 8 and the image detecting means 3 are held by the moving means 7 and always have the same positional relationship. The filler wire and its supply device, and the inert gas source and its supply device are not shown.

【０００６】画像処理手段４は、ＩＴＶカメラからなる
画像検出手段３により取得した画像より、アーク光を識
別しその位置を測定する。また、アーク光の位置より溶
融プール輪郭が存在するであろう領域を推定し、領域内
の画像データを参照することにより、実際の溶融プール
輪郭を検出し、続いて溶融プール輪郭より、その形状お
よび位置を算出する。溶接条件制御手段５には予め溶接
加工条件をティーチングしてあるが、画像処理手段４に
より算出された溶融プールの形状び位置と溶接電源６か
らフィードバックされる電力情報を参照して溶接状況を
判断し、適正な状態へ移行するように溶接加工条件を修
正し、前記移動手段７へ位置指令、溶接電源６へ電力指
令を出力する。溶接電源６は溶接条件制御手段５の電力
指令に基づき溶接電力を制御し、移動装置７は溶接条件
制御手段５より算出された位置指令を参照し、トーチの
位置、移動速度を制御する構成となっている。[0006] The image processing means 4 identifies the arc light from the image acquired by the image detecting means 3 comprising an ITV camera and measures the position thereof. Further, an area where the molten pool contour will exist is estimated from the position of the arc light, and the actual molten pool contour is detected by referring to the image data in the area. And the position is calculated. The welding conditions are preliminarily taught in the welding condition control means 5, but the welding condition is determined with reference to the shape and position of the molten pool calculated by the image processing means 4 and the power information fed back from the welding power source 6. Then, the welding processing conditions are corrected so as to shift to an appropriate state, and a position command is output to the moving means 7 and a power command is output to the welding power source 6. The welding power source 6 controls the welding power based on the power command from the welding condition control means 5, and the moving device 7 refers to the position command calculated by the welding condition control means 5 to control the position and the moving speed of the torch. Has become.

【０００７】以上の構成による本実施形態の動作を以下
に説明する。ただし、本実施形態に示すＴＩＧ溶接装置
は、予め、溶接トーチの動き、溶接電力などは設定して
あり、プレイバックモードで溶接作業を実行するシステ
ムであるとする。動作は、溶接途中のものであり、溶接
開始端、溶接終了端での処理は省略する。図２に、溶接
中、画像検出手段３により撮像された画像の模式図を示
す。画像１２では、発熱によって明るく輝く電極９とア
ーク光１３、さらに溶融プール１０に映る電極像１１、
また、溶融プール１０が観測される。溶融プール１０お
よび溶融プール周辺は、溶接作業に伴い温度が上昇し赤
外線を放射するようになり、これが、画像検出手段３に
捕らえられる。ここで、溶融プール１０は放射率が小さ
いため画像１２中で最も暗く観測される。The operation of this embodiment having the above configuration will be described below. However, it is assumed that the TIG welding apparatus shown in this embodiment is a system in which the movement of the welding torch, the welding power, and the like are set in advance, and the welding operation is performed in the playback mode. The operation is in the middle of welding, and the processing at the welding start end and the welding end end is omitted. FIG. 2 shows a schematic diagram of an image captured by the image detecting means 3 during welding. In the image 12, the electrode 9 and the arc light 13 which shine brightly due to heat generation, and the electrode image 11 reflected on the molten pool 10,
Further, a molten pool 10 is observed. The temperature of the molten pool 10 and the vicinity of the molten pool rises due to the welding operation and emits infrared rays, which are captured by the image detecting means 3. Here, the molten pool 10 is observed darkest in the image 12 because of low emissivity.

【０００８】図３に画像処理手段４のブロック図を示
す。画像処理手段４は、画像検出手段３の捕らえた画像
を取り込み、溶接状況の判断を行う。以下、処理を順に
示す。画像をフレームメモリ（４ａ）に取り込み、これ
を二値化し（４ｂ）、二値化画像よりアーク光部分を識
別する（４ｃ）。アーク光部分より溶融プール輪郭検出
エリアを設定し（４ｄ）、検出エリア内の画像データを
読み出し、溶融プール輪郭を検出する（４ｅ）。検出し
た溶融プール輪郭データより、溶融プール形状を再構成
し、形状データを抽出する（４ｆ）。FIG. 3 shows a block diagram of the image processing means 4. The image processing means 4 takes in the image captured by the image detecting means 3 and judges the welding status. Hereinafter, the processing will be described in order. The image is taken into the frame memory (4a), binarized (4b), and the arc light portion is identified from the binarized image (4c). A molten pool contour detection area is set from the arc light portion (4d), image data in the detection area is read, and a molten pool contour is detected (4e). The molten pool shape is reconstructed from the detected molten pool contour data, and the shape data is extracted (4f).

【０００９】各処理の詳細について、以下に示す。画像
の二値化部（４ｂ）では、適切なしきい値を用いて、画
像１２を二値化する。二値化後の画像１４は図４に示す
ように、電極９とアーク光１３と電極像１１の部分が一
体となって高輝度部として抽出される。二値化画像１４
からのアーク光部分の識別部（４ｃ）では、図２に示す
ようにアーク光１３はほぼ円形に観測されるため、図５
に示すように円形パターン１５と二値化画像１４の高輝
度部のマッチングをとり、マッチングする円形パターン
１５よりアーク光１３の位置と大きさを読みとる。この
際、アーク光１３のだいたいの位置は既知であることか
ら、円形パターンマッチングの初期位置を予想されるア
ーク光１３の中心位置に設定し、小さめの円形パターン
１５から直径を順次拡大していき、円形パターンと二値
化画像１４のマッチングを行う。ただし、連続運転にお
いて、二回目以降は前回のマッチング結果を初期値とし
て、マッチング処理を行うことも可能である。The details of each process will be described below. The image binarization unit (4b) binarizes the image 12 using an appropriate threshold. As shown in FIG. 4, the image 14 after binarization is extracted as a high-luminance part by integrating the electrode 9, the arc light 13, and the electrode image 11. Binary image 14
Since the arc light 13 is observed in a substantially circular shape as shown in FIG.
As shown in (2), matching between the circular pattern 15 and the high-luminance portion of the binarized image 14 is performed, and the position and size of the arc light 13 are read from the matching circular pattern 15. At this time, since the approximate position of the arc light 13 is known, the initial position of the circular pattern matching is set to the expected center position of the arc light 13 and the diameter is sequentially enlarged from the smaller circular pattern 15. , The matching between the circular pattern and the binarized image 14 is performed. However, in the continuous operation, it is also possible to perform the matching process from the second time onward by using the previous matching result as an initial value.

【００１０】図６に示すように、円形パターン１５のマ
ッチングでは、以下の反復計算を行うことにより最終的
に適合するマッチングされた円形パターン１５を得てい
る。先ず、設定した円形パターン１５の内部のうち、二
値化画像１４が低輝度である部分は、円形パターン１５
の中心に向かう仮想作用力１５ａを発生するとして、円
形パターン１５全域にわたって仮想作用力１５ａを積分
計算し、全作用力１５ｂを計算する。次に、次回の円形
パターン１５を生成するが、このとき、円形パターン１
５内部の低輝度部の割合に基づき決定される直径の拡大
係数、全作用力１５ｂの大きさに比例した円形パターン
１５の移動量、および全作用力１５ｂの向きで決定され
る円形パターン１５の移動方向とから、次回の円形パタ
ーン１５を生成する。As shown in FIG. 6, in the matching of the circular patterns 15, the following iterative calculation is performed to obtain a matched circular pattern 15 that is finally matched. First, a portion of the set circular pattern 15 where the binarized image 14 has low luminance is the circular pattern 15.
Is calculated, the virtual acting force 15a is integrated and calculated over the entire area of the circular pattern 15 to calculate the total acting force 15b. Next, the next circular pattern 15 is generated.
5, the enlargement factor of the diameter determined based on the ratio of the low luminance portion inside, the moving amount of the circular pattern 15 in proportion to the magnitude of the total acting force 15b, and the circular pattern 15 determined by the direction of the total acting force 15b. The next circular pattern 15 is generated from the moving direction.

【００１１】円形パターン１５の直径の拡大係数は、例
えば、円形パターン１５の内部に５％の低輝度部がある
場合のゼロとなり、低輝度部が存在しない場合は拡大、
低輝度部が５％より多い場合は縮小に働くように設定す
る。これにより、反復計算を行った場合、円形パターン
１５は低輝度部を５％含む大きさまで、拡大もしくは縮
小し、そこで収束する。反復計算の終了は、生成した次
回の円形パターン１５と現在の計算で用いた円形パター
ン１５との半径および中心位置の差より判断し、差が十
分小さくなった時点で反復計算を終了する。The enlargement factor of the diameter of the circular pattern 15 is, for example, zero when there is a low-luminance part of 5% inside the circular pattern 15, and is enlarged when there is no low-luminance part.
If the low-luminance part is more than 5%, the setting is made to work for reduction. Thus, when the iterative calculation is performed, the circular pattern 15 is enlarged or reduced to a size including the low-luminance part by 5%, and converges there. The end of the iterative calculation is determined based on the difference between the radius and the center position between the next generated circular pattern 15 and the circular pattern 15 used in the current calculation. When the difference becomes sufficiently small, the iterative calculation ends.

【００１２】また、パターンのマッチングでは以下の処
理を行うことも可能である。円形パターン１５と二値化
画像１４とのマッチングを行う際の、円形パターン１５
全域にわたって仮想作用力を積分計算し、全作用力を計
算する過程において、画像横方向をｘ方向、縦方向をｙ
方向として、ｘ方向成分とｙ方向成分の大きさを別個に
集計し、得られた分力に応じて円形パターンを楕円形に
変形させマッチング処理を進める。前記アーク光の所定
の基準位置を測定する際、観測されたアーク光像の輪郭
と円形テンプレートの輪郭とが、ほぼ一致するように円
形テンプレートの直径および中心位置を演算し、アーク
光の基準位置として円形テンプレートの中心位置とする
ことも可能である。In the pattern matching, the following processing can be performed. When performing matching between the circular pattern 15 and the binarized image 14, the circular pattern 15
In the process of integrating the virtual acting force over the entire area and calculating the total acting force, the horizontal direction of the image is in the x direction and the vertical direction is y.
As the direction, the magnitudes of the x-direction component and the y-direction component are separately tabulated, and the circular pattern is deformed into an elliptical shape according to the obtained component force, and the matching process proceeds. When measuring the predetermined reference position of the arc light, the diameter and center position of the circular template are calculated so that the outline of the observed arc light image and the outline of the circular template substantially match, and the reference position of the arc light is calculated. As the center position of the circular template.

【００１３】また、前記アーク光の所定の基準位置を測
定して、観測されたアーク光像の輪郭と円形テンプレー
トの輪郭とが、ほぼ一致するように円形テンプレートの
直径および中心位置を演算し、アーク光の基準位置とし
て円形テンプレートの所定位置を求める過程にて、アー
ク光像の輪郭と円形テンプレートの輪郭とが、ほぼ一致
するように円形テンプレートの直径および中心位置を演
算する際、円形テンプレートの輪郭とアーク光像の輪郭
との一致度に応じて、円形プレートの移動量および方向
と直径の変化率とを演算し、次第に円形プレートを変形
かつ移動させることにより、アーク光像と円形テンプレ
ートとを近づける方式を用い、円形プレートの移動量お
よび方向と直径の変化率の演算において、アーク光像が
円形テンプレートの輪郭より小さく、アーク光像周辺の
暗部領域が円形テンプレート内に存在する部分は、円形
テンプレート中心に向かって作用する仮想作用力が発生
するとして、円形テンプレート全域にわたって仮想作用
力を積分し全作用力求め、全作用力により円形テンプレ
ートの移動方向と移動量を定め、円形テンプレート内に
存在する暗部領域の部分の面積に応じて、円形テンプレ
ート直径の変化率を定める計算を行うことも可能であ
る。[0013] The predetermined reference position of the arc light is measured, and the diameter and center position of the circular template are calculated so that the observed outline of the arc light image substantially matches the outline of the circular template. In the process of obtaining the predetermined position of the circular template as the reference position of the arc light, when calculating the diameter and the center position of the circular template so that the outline of the arc light image and the outline of the circular template substantially coincide with each other, According to the degree of coincidence between the contour and the contour of the arc light image, the moving amount and the direction of the circular plate and the rate of change of the diameter are calculated, and the circular plate is gradually deformed and moved to thereby form the arc light image and the circular template. In the calculation of the amount of movement of the circular plate and the rate of change of the direction and diameter, the arc light image is converted to a circular template. The portion where the dark area around the arc light image is smaller than the contour and exists in the circular template is assumed to generate a virtual acting force acting toward the center of the circular template. It is also possible to determine the moving direction and the moving amount of the circular template by the total acting force, and calculate the rate of change of the diameter of the circular template in accordance with the area of the dark area existing in the circular template.

【００１４】図３に示すアーク光部分からの溶融プール
輪郭検出エリアの設定部（４ｄ）では、まず、アーク光
に対応するマッチングされた円形パターン１５の中心座
標１６から半径を算出し、これを基にアーク光の周囲に
溶融プール輪郭を検出するためのエリア１７を設定す
る。図７に示すように、エリア１７は、外形Ｄ１、内径
Ｄ２のドーナツ状の領域として設定し、その中心位置で
あるエリア中心１８は、マッチングされた円形パターン
１５の中心座標より、溶融プール１０の中心が存在する
と推定される画像下方向に距離Ｌだけ離して設定する。
Ｄ１、Ｄ２、およびＬは、予め溶接条件に対応した経験
的に定めたパラメータとして画像処理手段に記憶されて
いるとする。ここで、Ｄ１、Ｄ２、Ｌをマッチングされ
た円形パターン１５の直径の関数として表現し、各演算
毎に算出することも可能である。In the setting section (4d) of the molten pool contour detection area from the arc light portion shown in FIG. 3, first, a radius is calculated from the center coordinates 16 of the matched circular pattern 15 corresponding to the arc light, and this is calculated. Based on this, an area 17 for detecting the molten pool contour is set around the arc light. As shown in FIG. 7, the area 17 is set as a donut-shaped region having an outer shape D1 and an inner diameter D2, and the center 18 of the area, which is the center position, is determined based on the center coordinates of the matched circular pattern 15. A distance L is set in the downward direction of the image where the center is assumed to be present.
It is assumed that D1, D2, and L are stored in the image processing means as empirically determined parameters corresponding to welding conditions in advance. Here, it is also possible to express D1, D2, and L as a function of the diameter of the matched circular pattern 15 and calculate it for each operation.

【００１５】また、アーク光部分からの溶融プール輪郭
検出エリアの設定にて、前記画像処理手段は、アーク光
の所定の基準位置より溶融プールの輪郭が存在するであ
ろう領域を推定する際、アーク光の所定の基準位置より
任意の距離だけ任意の方向に離した点を中心とするドー
ナツ状の領域を、溶融プール輪郭の存在するであろう領
域とすることも可能である。また、アーク光の所定の基
準位置より溶融プールの輪郭が存在するであろう領域を
推定する際、画像の上でアーク光の中心位置より任意の
距離だけ電極先端から離れる方向に離した点を中心とす
るドーナツ状の領域を、溶融プール輪郭の存在するであ
ろう領域とすることも可能である。In setting the molten pool contour detection area from the arc light portion, the image processing means estimates a region where the contour of the molten pool will exist from a predetermined reference position of the arc light. A donut-shaped area centered on a point at an arbitrary distance in an arbitrary direction from a predetermined reference position of the arc light may be set as an area where the molten pool contour may exist. Also, when estimating a region where the outline of the molten pool will exist from the predetermined reference position of the arc light, a point separated from the electrode tip by an arbitrary distance from the center position of the arc light on the image is determined. It is also possible that the donut-shaped region at the center is a region where the molten pool contour will exist.

【００１６】溶融プール輪郭検出部（４ｅ）では、エリ
ア１７内部の画像データをフレームメモリ（４ａ）より
読み出して、実際の溶融プールの輪郭を検出する。ここ
では、画像データを微分した後、エッジ成分を求め、こ
れを連結して溶融プール１０の輪郭を求める。エッジ成
分の抽出では、画像データを微分した後、微分値の絶対
値が設定したしきい値以上である点を抽出し、エッジ候
補点データとする。その後、収縮−膨張処理によるエッ
ジ候補点データからのノイズ成分除去を行い、残った点
をエッジ成分データとしている。次にエッジ成分データ
を連結させ、一つなぎの輪郭を求める。形状データ抽出
部（４ｆ）では、このようにして求めた溶融プール１０
の輪郭より、溶融プール１０の面積、溶接進行方向に垂
直な方向の幅、縦横比、また、アーク光にマッチングさ
せた円形パターン１５との面積比などの形状データを抽
出する。画像処理装置４による溶接状況を判断手法は、
上記手法の他に、予め画像処理手段４内にアーク光と溶
融プールの面積比率と溶接状態の関係を記述したデータ
ベースを構築しておき、判断時にはアーク光と溶融プー
ルの面積比率を計算し、データベース参照することによ
り溶接状況を導出する方法でもよい。The molten pool contour detecting section (4e) reads the image data in the area 17 from the frame memory (4a) and detects the actual molten pool contour. Here, after differentiating the image data, an edge component is obtained, and the edge component is connected to obtain an outline of the molten pool 10. In the extraction of the edge component, after the image data is differentiated, a point where the absolute value of the differential value is equal to or larger than a set threshold value is extracted and used as edge candidate point data. After that, noise components are removed from the edge candidate point data by the contraction-expansion process, and the remaining points are used as edge component data. Next, the edge component data is connected to obtain a one-piece contour. In the shape data extraction unit (4f), the molten pool 10
From the outline of the above, shape data such as the area of the molten pool 10, the width in the direction perpendicular to the welding progress direction, the aspect ratio, and the area ratio with the circular pattern 15 matched with the arc light are extracted. The method of determining the welding status by the image processing device 4 is as follows.
In addition to the above method, a database describing the relationship between the arc light and the area ratio of the molten pool and the welding state in advance in the image processing means 4 and calculating the area ratio of the arc light and the molten pool at the time of determination, A method of deriving a welding situation by referring to a database may be used.

【００１７】図８に、溶接条件制御手段５のブロック図
を示す。溶接条件制御手段５には、予め移動手段７への
位置指令、溶接電源６への電力指令などの溶接加工条件
がティーチングされ、溶接加工条件記憶部５ａに格納さ
れている。また、溶接条件制御手段５内の修正溶接加工
条件算出部５ｂでは、画像処理手段４で得た溶融プール
形状データと溶接電源８からフィードバックされる電力
情報を参照して溶接加工条件修正量を算出する。次に、
溶接加工条件修部５ｃでは、溶接加工条件記憶部５ａか
ら読み出した溶接加工条件と、修正溶接加工条件算出部
５ｂより算出された溶接加工条件修正量とを加算し、実
際の制御に用いる位置指令値や電力指令値などの溶接加
工条件を算出する。FIG. 8 shows a block diagram of the welding condition control means 5. The welding condition control means 5 teaches welding processing conditions such as a position command to the moving means 7 and a power command to the welding power source 6 in advance and is stored in the welding condition storage unit 5a. Further, the modified welding processing condition calculation unit 5b in the welding condition control unit 5 calculates the welding processing condition correction amount with reference to the molten pool shape data obtained by the image processing unit 4 and the power information fed back from the welding power source 8. I do. next,
The welding condition correcting unit 5c adds the welding condition read out from the welding condition storing unit 5a and the welding condition correction amount calculated by the corrected welding condition calculating unit 5b, and adds a position command used for actual control. Calculate welding processing conditions such as values and power command values.

【００１８】図９に、溶接条件制御手段５内の修正溶接
加工条件算出部５ｂのブロック図を示す。修正溶接加工
条件算出部５ｂ内部には、画像処理手段４で抽出された
各々の形状データに対応するデータ処理部５ｄが設置さ
れている。各データ処理部５ｄは、それぞれ別個に溶接
加工条件の修正量を算出し、後段の修正量統合部５ｅに
て溶接加工条件毎に集計し、最終的な溶接加工条件修正
量とする。修正溶接加工条件算出部の処理について、こ
こでは、溶融プールの幅より溶接速度修正値を算出する
データ処理を例にとり、以下に説明する。先ず、計測し
た溶融プール幅を記憶している最適な値５ｆと比較して
偏差を算出する。次に、偏差を縮小するための溶接速度
修正値を、内部の修正量データベース５ｇから、データ
ベース検索部５ｈにより読み出し、これを出力する。こ
こで、修正量データベース５ｇは、偏差に対して、具体
的に修正量を記述するマップ形式としており、修正量を
線形ではなく偏差量に合わせた最適な値に出力できるよ
うにしてある。他のデータ処理部から算出された溶接条
件修正量は、溶接条件毎に修正量統合部５ｅにて集計さ
れ、修正溶接条件算出部５ｂの出力となる。FIG. 9 is a block diagram of the modified welding processing condition calculation section 5b in the welding condition control means 5. A data processing unit 5d corresponding to each shape data extracted by the image processing unit 4 is provided inside the modified welding processing condition calculation unit 5b. Each data processing unit 5d separately calculates the correction amount of the welding processing condition, and the correction amount integration unit 5e in the subsequent stage totals the correction amount for each welding processing condition to obtain the final welding processing condition correction amount. Here, the processing of the corrected welding processing condition calculation unit will be described below, taking data processing for calculating a welding speed correction value from the width of the molten pool as an example. First, a deviation is calculated by comparing the measured molten pool width with the optimum value 5f that is stored. Next, a welding speed correction value for reducing the deviation is read from the internal correction amount database 5g by the database search unit 5h, and is output. Here, the correction amount database 5g is in the form of a map that specifically describes the correction amount with respect to the deviation, so that the correction amount can be output to an optimal value that is not linear but is adjusted to the deviation amount. The welding condition correction amounts calculated from the other data processing units are totaled by the correction amount integration unit 5e for each welding condition, and output as the corrected welding condition calculation unit 5b.

【００１９】溶接電源６は、溶接条件制御手段５により
出力される電力指令に従って、実際の溶接電力制御を行
う。同様に、移動装置７は、溶接条件制御手段５により
出力される位置指令に従って、実際のトーチの位置、速
度を修正し、溶接作業を進める。The welding power source 6 performs actual welding power control according to a power command output by the welding condition control means 5. Similarly, the moving device 7 corrects the actual position and speed of the torch according to the position command output from the welding condition control means 5 and proceeds with the welding operation.

【００２０】本実施形態によれば、画像処理装置４によ
り、容易に観測できる高輝度のアーク光を抽出し、これ
を参考とすることにより低輝度の溶融プールの形状を確
実に抽出することができる。また、参照する画像データ
が１画像のみで済むことと、溶融プールの輪郭抽出を行
うために画像処理を施す領域をエリア１７に限定するこ
とより、高速に溶融プールの形状を抽出することができ
る。さらに、抽出された溶融プールの形状データより溶
接状況を把握し、適正な状態になるように溶接作業条件
を制御することができる。なお、本実施形態において
は、画像検出手段３の設置位置を、電極９から見て溶接
進行方向後ろ側に設定したため、溶融プールの輪郭が存
在するであろう領域を推定する際、エリア中心１８をア
ーク光１３の中心位置より画像下方向に設定したが、画
像検出手段３と電極を結ぶラインが溶接進行方向と角度
を成す場合、つまり、側方から観測する場合などには、
エリア中心１８の設定方向を画像検出手段３の設置位置
に応じた方向に設定することにより、同様の効果が得ら
れることは明白である。According to the present embodiment, the high-intensity arc light that can be easily observed is extracted by the image processing device 4, and the shape of the low-intensity molten pool can be reliably extracted by referring to this. it can. In addition, since only one image data is required to be referred to and the area to be subjected to image processing for extracting the outline of the molten pool is limited to the area 17, the shape of the molten pool can be extracted at high speed. . Further, the welding condition can be grasped from the extracted molten pool shape data, and the welding operation conditions can be controlled so as to be in an appropriate state. In the present embodiment, since the installation position of the image detecting means 3 is set to the rear side in the welding direction when viewed from the electrode 9, when estimating the area where the outline of the molten pool will exist, the area center 18 is assumed. Is set downward in the image from the center position of the arc light 13, but when the line connecting the image detecting means 3 and the electrode forms an angle with the welding progress direction, that is, when observing from the side, etc.
It is obvious that the same effect can be obtained by setting the setting direction of the area center 18 to a direction corresponding to the installation position of the image detecting means 3.

【００２１】次に、本発明によるもう一つの実施形態
を、図面に基づいて説明する。図１０は、本発明のさら
に別の実施形態を示す全体構成図である。ここで、図１
０中の図１と同じ番号である構成要素は、先に示した実
施形態で説明した構成要素と同様の機能を持つ。本実施
形態では、アーク光と溶融プールの画像を、より確実に
捕らえるために、アーク光を観測するアーク画像検出手
段１９と、溶融プールを観測するプール画像検出手段２
０とを独立に２系統装備し、各々の画像検出手段は観測
対象物に適合した光学系を備え、より確実にアーク光、
また、溶融プールを捕らえる構成となっている。アーク
画像検出手段１９はアーク光を鮮明に捕らえるため、可
視光領域に透過特性を有するバンドパスフィルタと減光
フィルタとを備えたＩＴＶカメラであり、プール画像検
出手段２０は、アーク光を避けて溶融プールを観測する
ために、近赤外線域に透過特性を有するバンドパスフィ
ルタを備えたＩＴＶカメラをである。また、画像検出手
段は一体のカメラにて構成し、内部のアイリスやシャッ
ター速度を切り換えて、２台の画像検出手段の代わりと
することも可能である。また、各画像検出手段の捕らえ
る画像の対応は、事前にキャリブレーションを行い、画
像処理手段２１内部に実装してある。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is an overall configuration diagram showing still another embodiment of the present invention. Here, FIG.
The components having the same numbers in FIG. 1 as those in FIG. 1 have the same functions as the components described in the above-described embodiment. In the present embodiment, in order to more reliably capture the images of the arc light and the molten pool, the arc image detecting means 19 for observing the arc light and the pool image detecting means 2 for observing the molten pool are provided.
0 and two independent systems, each of the image detecting means is provided with an optical system suitable for the observation object, and more reliably arc light,
In addition, the configuration is such that the molten pool is captured. The arc image detecting means 19 is an ITV camera provided with a band-pass filter having a transmission characteristic in a visible light region and a neutral density filter in order to clearly capture the arc light, and the pool image detecting means 20 avoids the arc light. In order to observe the molten pool, an ITV camera equipped with a bandpass filter having a transmission characteristic in a near infrared region is shown. Further, the image detecting means may be constituted by an integrated camera, and an internal iris and a shutter speed may be switched to replace the two image detecting means. Further, the correspondence between the images captured by each image detecting means is calibrated in advance, and is mounted inside the image processing means 21.

【００２２】以下、本実施形態の動作について、特に先
の実施形態と異なる部分のみを説明する。画像処理手段
２１は、アーク画像検出手段１９から、アーク光の画像
を取り込む。ここでの、処理は先の実施形態と同様であ
り、画像処理を行い、アーク光識別、溶融プール輪郭推
定位置の計算を行い、溶融プール輪郭推定位置を記憶し
ておく。次に、溶融プール画像検出手段２０より画像を
取り込み、記憶しておいた溶融プールの輪郭推定位置を
参照し、実際の溶融プールの輪郭をもとめ、溶融プール
の形状データを求める。本実施形態によれば、アーク光
観測用のカメラと溶融プール観測用のカメラとをそれぞ
れ設置することにより、画像処理装置によるアーク光の
識別と低輝度の溶融プールの形状の抽出を、より確実に
することができ、さらに、抽出された溶融プールの形状
データより溶接状況を把握し、適正な状態になるよう
に、溶接作業条件を制御する溶接装置の信頼性を向上さ
せることができる。In the following, the operation of the present embodiment will be described, in particular, only those parts that are different from the previous embodiment. The image processing unit 21 captures an image of the arc light from the arc image detection unit 19. The processing here is the same as in the previous embodiment, image processing is performed, arc light discrimination is performed, the molten pool contour estimated position is calculated, and the molten pool contour estimated position is stored. Next, an image is fetched from the molten pool image detecting means 20, and the actual contour of the molten pool is obtained by referring to the stored estimated position of the contour of the molten pool to obtain shape data of the molten pool. According to the present embodiment, by separately installing the camera for observing the arc light and the camera for observing the molten pool, the identification of the arc light and the extraction of the shape of the low-intensity molten pool by the image processing device are more reliably performed. Furthermore, the welding condition can be grasped from the extracted molten pool shape data, and the reliability of the welding device that controls the welding operation conditions can be improved so as to be in an appropriate state.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、溶
融プールの形状を、アーク光をパラメータとすることに
より高速に測定することができ、これを基に、溶接作業
条件を制御して溶接状況を一定に保つことにより安定し
たビードを生成し、高速な状態フィードバックにより高
品質な溶接を実施できる自動溶接加工装置を実現するこ
とができる。また、アーク光の形状および位置と、同時
に観測した溶融プールの大きさと位置を比較して、溶接
状況を判断することにより、画像検出手段の構成の変化
などに左右されない信頼性の高い溶接状況の判断システ
ムを構築し、この算出した溶接状況を基に制御を行う自
動機での溶接状態を安定させ、高品質の溶接を実施でき
る自動溶接加工装置を実現することができる。As described above, according to the present invention, the shape of the molten pool can be measured at high speed by using arc light as a parameter, and based on this, the welding operation conditions can be controlled. By maintaining a constant welding state, a stable bead can be generated, and an automatic welding apparatus capable of performing high-quality welding by high-speed state feedback can be realized. In addition, by comparing the shape and position of the arc light with the size and position of the molten pool observed at the same time, by judging the welding condition, a highly reliable welding condition that is not affected by changes in the configuration of the image detecting means, etc. It is possible to realize an automatic welding apparatus capable of constructing a judgment system, stabilizing a welding state of an automatic machine that performs control based on the calculated welding state, and performing high-quality welding.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による自動溶接装置の一実施形態を示す
全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of an automatic welding device according to the present invention.

【図２】画像処理手段によって取得した画像の例を示す
模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of an image acquired by an image processing unit.

【図３】画像から溶接状況を演算する処理のフローを示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a flow of processing for calculating a welding situation from an image.

【図４】画像処理手段において、取得した画像を二値化
した場合の例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a case where an acquired image is binarized by an image processing unit.

【図５】画像処理手段において、アーク光を識別した結
果の例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a result of identifying arc light in an image processing unit.

【図６】画像処理手段において、二値化画像に円形パタ
ーンをマッチングさせる場合の例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a case where a circular pattern is matched with a binarized image in an image processing unit.

【図７】画像処理手段において、溶融プールの縁の推定
位置を演算した結果の例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a result obtained by calculating an estimated position of an edge of a molten pool in the image processing means.

【図８】溶接条件制御手段での演算する処理のフローを
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a flow of processing performed by the welding condition control means.

【図９】修正溶接加工条件を算出する処理のフローを示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing a flow of processing for calculating a modified welding processing condition.

【図１０】本発明による自動溶接装置のさらに別の実施
形態を示す全体構成図である。FIG. 10 is an overall configuration diagram showing still another embodiment of the automatic welding device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、２ 被溶接部材 ３ 画像検出手段 ４ 画像処理手段 ４ａ フレームメモリ ４ｂ 画像二値化部 ４ｃ アーク光部分識別部 ４ｄ 溶融プール縁推定部 ４ｅ 溶融プール縁検出部 ４ｆ 溶融プール形状データ抽出部 ５ 溶接条件制御手段 ５ａ 溶接加工条件記憶部 ５ｂ 修正溶接加工条件算出部 ５ｃ 溶接加工条件修正部 ５ｄ データ処理部 ５ｅ 修正量統合部 ６ 溶接電源 ７ 移動装置 ８ 溶接トーチ ９ 電極 １０ 溶融プール １１ 電極像 １２ 画像 １３ アーク光 １４ 二値化画像 １５ 円形パターン １５ａ 仮想作用力 １５ｂ 全作用力 １６ 円形パターンの中心 １７ エリア １８ エリア中心 １９ アーク画像検出手段 ２０ プール画像検出手段 ２１ 画像処理手段 1, 2 Welded member 3 Image detecting means 4 Image processing means 4a Frame memory 4b Image binarizing section 4c Arc light part discriminating section 4d Molten pool edge estimating section 4e Molten pool edge detecting section 4f Molten pool shape data extracting section 5 Welding Condition control means 5a Welding processing condition storage unit 5b Modified welding processing condition calculation unit 5c Welding processing condition correction unit 5d Data processing unit 5e Correction amount integration unit 6 Welding power source 7 Moving device 8 Welding torch 9 Electrode 10 Melt pool 11 Electrode image 12 Image 13 arc light 14 binary image 15 circular pattern 15a virtual acting force 15b total acting force 16 center of circular pattern 17 area 18 area center 19 arc image detecting means 20 pool image detecting means 21 image processing means

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ＴＩＧ溶接法または消耗電極溶接法によ
る溶接加工装置において、電極の先端に観測されるアー
ク光の位置に基づいて、溶融プールの形状および位置を
求め、この溶融プールの形状および位置から、溶接電力
またはトーチ移動速度等の溶接条件を定め、この溶接条
件に従って自動的に溶接加工を行うことを特徴とする自
動溶接加工装置。In a welding apparatus using a TIG welding method or a consumable electrode welding method, a shape and a position of a molten pool are obtained based on a position of an arc light observed at a tip of an electrode. An automatic welding process apparatus for determining welding conditions such as welding power or torch moving speed, and automatically performing welding in accordance with the welding conditions. 【請求項２】 ＴＩＧ溶接法または消耗電極溶接法によ
る溶接加工装置において、溶融プールを観測するように
設置された画像検出手段と、この検出された画像から測
定したアーク光の所定の基準位置を基に、溶融プールの
輪郭が存在するであろう領域を推定し、この領域内の画
像データを参照することにより、実際の溶融プールの輪
郭を抽出し、この抽出した輪郭から溶融プールの形状お
よび位置を算出する画像処理手段と、この算出した溶融
プールの形状および位置から溶接状況を判断し、所定の
溶接状態に保つための溶接電力、トーチ移動速度または
トーチ位置等の溶接条件を算出する溶接条件算出手段
と、算出された溶接条件を参照して、自動的に溶接加工
を進める溶接加工手段とを備えたことを特徴とする自動
溶接加工装置。2. A welding apparatus using a TIG welding method or a consumable electrode welding method, wherein an image detecting means installed to observe a molten pool and a predetermined reference position of arc light measured from the detected image. Based on this, an area where the outline of the molten pool will be present is estimated, and by referring to the image data in this area, the actual outline of the molten pool is extracted, and the shape and the shape of the molten pool are extracted from the extracted outline. Image processing means for calculating the position and welding for judging welding conditions from the calculated shape and position of the molten pool and calculating welding conditions such as welding power, torch moving speed or torch position for maintaining a predetermined welding state. An automatic welding apparatus comprising: condition calculating means; and welding processing means for automatically performing welding processing with reference to the calculated welding conditions. 【請求項３】 ＴＩＧ溶接法または消耗電極溶接法によ
る溶接加工装置において、溶融プールを観測するように
設置された画像検出手段と、この検出された画像からア
ーク光の所定の基準位置および形状を測定し算出すると
ともに、この測定したアーク光の基準位置を基に、溶融
プールの輪郭が存在するであろう領域を推定し、この領
域内の画像データを参照することにより、実際の溶融プ
ールの輪郭を抽出し、この抽出した輪郭から溶融プール
の形状および位置を算出する画像処理手段と、これらア
ーク光と溶融プールとの形状および位置を比較して溶接
状況を判断し、所定の溶接状態に保つための溶接電力、
トーチ移動速度またはトーチ位置等の溶接条件を算出す
る溶接条件算出手段と、算出された溶接条件を参照し
て、自動的に溶接加工を進める溶接加工手段とを備えた
ことを特徴とする自動溶接加工装置。3. A welding apparatus using a TIG welding method or a consumable electrode welding method, wherein an image detecting means installed to observe a molten pool, and a predetermined reference position and shape of arc light are determined from the detected image. In addition to measuring and calculating, based on the measured reference position of the arc light, an area where the outline of the molten pool will be present is estimated, and by referring to image data in this area, the actual molten pool is determined. Image processing means for extracting the contour, calculating the shape and position of the molten pool from the extracted contour, and comparing the shape and position of the arc light with the molten pool to determine the welding situation, and setting a predetermined welding state Welding power to keep,
Automatic welding comprising: welding condition calculating means for calculating welding conditions such as a torch moving speed or a torch position; and welding means for automatically performing welding by referring to the calculated welding conditions. Processing equipment. 【請求項４】 前記画像検出手段は、アーク光を観測す
る画像検出系と、溶融プールを観測する画像検出系との
２系統により構成されることを特徴とする請求項２また
は３に記載の自動溶接加工装置。4. The image detecting system according to claim 2, wherein said image detecting means comprises two systems: an image detecting system for observing an arc light and an image detecting system for observing a molten pool. Automatic welding equipment. 【請求項５】 前記画像処理手段は、溶接状況を判断す
る際、アーク光と溶融プールの面積比率を計算し、予め
画像処理手段内に構築してあるアーク光と溶融プールの
面積比率と、溶接状態の関係を記述したデータベースと
を参照することにより溶接状況を判断することを特徴と
する請求項３に記載の自動溶接加工装置。5. The image processing means, when judging a welding situation, calculates an area ratio between the arc light and the molten pool, and determines an area ratio between the arc light and the molten pool which has been constructed in advance in the image processing means; 4. The automatic welding apparatus according to claim 3, wherein the welding state is determined by referring to a database describing a relationship between welding states. 【請求項６】 前記画像処理手段は、アーク光の所定の
基準位置を測定する際、観測されたアーク光像の輪郭と
円形テンプレートの輪郭とが、ほぼ一致するように円形
テンプレートの直径および中心位置を演算し、アーク光
の基準位置として円形テンプレートの中心位置を求める
ことを特徴とする請求項２ないし５のうちいずれかに記
載の自動溶接加工装置。6. The method according to claim 1, wherein the image processing unit measures a predetermined reference position of the arc light so that the diameter of the circular template and the center of the circular template are substantially coincident with each other. 6. The automatic welding apparatus according to claim 2, wherein the position is calculated, and a center position of the circular template is obtained as a reference position of the arc light. 【請求項７】 前記画像処理手段は、円形テンプレート
とアーク光像との輪郭の一致度に応じて、円形プレート
の移動量および移動方向と直径の変化率とを演算し、こ
の演算値に基づいて円形プレートを次第に変形かつ移動
させることにより、アーク光像と円形テンプレートとを
近づける方式が用いられ、前記円形プレートの移動量お
よび移動方向の演算は、アーク光像が円形テンプレート
の輪郭より小さく、アーク光像周辺の暗部領域が円形テ
ンプレート内に存在する部分は、円形テンプレート中心
に向かって作用する仮想作用力が発生するとして、円形
テンプレート全域にわたって仮想作用力を積分して全作
用力求め、この全作用力により円形テンプレートの移動
量および移動方向を求め、前記直径の変化率の演算は、
円形テンプレート内に存在する暗部領域の部分の面積に
応じて、円形テンプレート直径の変化率を求めることを
特徴とする請求項６に記載の自動溶接加工装置。7. The image processing means calculates a moving amount and a moving direction of a circular plate and a rate of change of a diameter according to a degree of coincidence of a contour between a circular template and an arc light image, and based on the calculated value. By gradually deforming and moving the circular plate, a method is used in which the arc light image and the circular template are brought closer to each other, and the calculation of the moving amount and the moving direction of the circular plate is smaller than the contour of the circular template, Assuming that a virtual acting force acting toward the center of the circular template is generated in a portion where the dark area around the arc light image exists in the circular template, the virtual acting force is integrated over the entire circular template to obtain the total acting force. The moving amount and moving direction of the circular template are obtained by the total acting force, and the calculation of the change rate of the diameter is
7. The automatic welding apparatus according to claim 6, wherein a change rate of the diameter of the circular template is obtained according to an area of a dark area existing in the circular template. 【請求項８】 前記画像処理手段は、アーク光の所定の
基準位置より溶融プールの輪郭が存在するであろう領域
を推定する際、アーク光の所定の基準位置から、任意の
距離だけ任意の方向に離した点を中心とするドーナツ状
の領域を、溶融プールの輪郭の存在するであろう領域と
することを特徴とする請求項２ないし７のうちいずれか
に記載の自動溶接加工装置。8. The image processing means, when estimating a region where the outline of the molten pool will exist from a predetermined reference position of the arc light, an arbitrary distance from the predetermined reference position of the arc light by an arbitrary distance The automatic welding apparatus according to any one of claims 2 to 7, wherein a donut-shaped region centered on a point separated in the direction is a region where a contour of the molten pool will exist. 【請求項９】 前記画像処理手段は、アーク光の所定の
基準位置より溶融プールの輪郭が存在するであろう領域
を推定する際、画像の上でアーク光の中心位置から、任
意の距離だけ電極先端から離れる方向に離した点を中心
とするドーナツ状の領域を、溶融プールの輪郭の存在す
るであろう領域とすることを特徴とする請求項２ないし
７のうちいずれかに記載の自動溶接加工装置。9. The image processing means, when estimating a region where the outline of the molten pool will exist from a predetermined reference position of the arc light, an arbitrary distance from the center position of the arc light on the image. The automatic donut according to any one of claims 2 to 7, wherein a donut-shaped area centered on a point away from the electrode tip is set as an area where the outline of the molten pool will exist. Welding processing equipment.