(57)【要約】  【課題】  実ラインにおけるアーク溶接中のアーク周辺部分の状景を撮影することができ、かつ、小型・軽量なアーク溶接の状態撮影装置を提供すること。  【解決手段】  溶接トーチ１１とは別に配置されるレーザー光源２５から出力された照明光としてのレーザー光を、投光側ファイバ２４で溶接トーチ１１の先端部まで誘導して、投光側ミラー２１により該レーザー光を被溶接部分７に照射する。受光側ミラー３１により、被溶接部分７で反射されたレーザー光を含むアーク発光領域５ａの映像光を溶接トーチ１１の後方に反射させ、その状景を受光側ファイバ３４でカメラ３７に誘導する。被溶接部分７で反射されるレーザー光の強度は、該レーザー光のピーク波長において、アーク発光領域５ａのアークよりも強度が高いものである。さらに、受光側ファイバ３４とカメラ３７との間には、レーザー光のピーク波長近傍の光のみを透過するバンドパスフィルタ２５が配置されている。  【選択図】  図１
2006035262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部分との間でアークを発生する溶接トーチと、
前記溶接トーチとは別に配置され、照明光を出力する照明光源と、
一端が前記照明光を入射するように配置され、他端が前記溶接トーチの先端部に取り付けられて、前記照明光源から出力された前記照明光を前記溶接トーチの先端部に誘導する投光側ファイバと、
前記投光側ファイバの他端と前記アークが発生するアーク発光領域との間に配置され、前記投光側ファイバの他端に誘導される前記照明光を前記アーク発光領域に向けて反射する投光側ミラーと、
前記投光側ミラーから前記アーク発光領域を通過した前記照明光を受光して、前記アーク発光領域を含む領域を撮影する撮影装置と、
前記アーク発光領域と前記撮影装置との間に配置され、前記アーク発光領域からの光のうち、所定波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタと、を有し、
前記照明光源は、前記アーク発光領域を通過した前記照明光の強度が、少なくとも前記所定波長領域において前記アークの強度よりも高くなるように前記照明光を出力するものであることを特徴とするアーク溶接の状態撮影装置。
【請求項２】
前記投光側ミラーは、前記照明光を前記被溶接部分に照射するものであり、前記撮影装置は、前記被溶接部分で反射される前記照明光を受光して、前記アーク発光領域を含む領域を撮影するものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接の状態撮影装置。
【請求項３】
前記撮影装置は、前記溶接トーチとは別に配置されているものであり、
前記アーク発光領域を介して前記投光側ミラーと対向する位置に配置され、前記投光側ミラーから前記アーク発光領域を通過した前記照明光を含む前記アーク発光領域の映像光を前記溶接トーチの基端側に向けて反射する受光側ミラーと、
一端が前記受光側ミラーからの光を入射するように前記溶接トーチの先端部に取り付けられ、他端が前記撮影装置と対向するように配置されており、前記受光側ミラーにより前記溶接トーチの後方に向かって反射される前記照明光を含む前記アーク発光領域の映像光を前記撮影装置に誘導する受光側ファイバとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接の状態撮影装置。
【請求項４】
前記照明光源は、前記照明光としてレーザー光を出力するレーザー光源であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアーク溶接の状態撮影装置。
【請求項５】
前記投光側ファイバの前記他端と前記投光側ミラーとの間に、前記照明光をコリメートするコリメートレンズが配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアーク溶接の状態撮影装置。
【請求項６】
前記所定波長領域は、赤外波長領域に含まれることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアーク溶接の状態撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーク溶接時におけるアーク発光中の溶接の状態を観察するためのアーク溶接の状態撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接において、溶接品質を高めるためには、アーク溶接中の状態を観察することが必要である。例えばアーク溶接中のアーク溶接部分をリアルタイムで観察することにより、ビード不連続やスパッタの発生等の溶接不良の原因を解析することで、溶接不良を軽減することができる。特に、溶融池、ビード、ワイヤ先端部の位置、ワイヤ先端部における溶滴のスプレー移行、アーク状態等の溶接状況をリアルタイムで撮影して観察することが重要である。
【０００３】
従来、アーク溶接中のアーク溶接部分を観察するための方法として、キセノンランプ等の高強度光源を用いて、アーク溶接部分に高強度光を照射し、ワイヤ先端部や溶滴等の背光（影絵）を観察して行う方法が知られている。しかし、このような方法においては、ワイヤ先端を保持する溶接トーチを固定し、テストピースを溶接トーチに対して移動させることで溶接を行う方法でしか、アーク溶接部分を観察できないため、テスト機のみでしかアーク溶接部分を観察することができず、溶接トーチをロボットで移動させてワークを溶接するような実ラインにおいて溶接状況を観察することができない。そのため、実ラインにおいて、最適な溶接条件を見つけ出すことは困難である。
【０００４】
そこで、下記特許文献１には、実ラインでのアーク溶接部分の観察を可能とするために、可視域に感度を有する光電検出器からなるカメラをワイヤを保持するコレット部の後方に同軸上に配置し、前方に配置したレンズ及び感光フィルタを通して溶接部を撮影する溶接状況撮影装置が開示されている。さらに、特許文献１に開示されている溶接状況撮影装置においては、カメラの前方に設けた二枚の可動式反射鏡及び二枚の固定式反射鏡に反射させてアーク周辺のビード、回先形状、ワイヤ送給の状態をカメラに取り込んで撮影し、この撮影する視野を可動式反射鏡を動かすことにより変化させている。また、特許文献１の溶接状況撮影装置においては、溶接トーチにアーク溶接部分を照らすための照明光源を取り付けて、該照明光によりアーク溶接部分を可視化するようにしている。
【特許文献１】特開平７−１８５８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来装置においては、装置を小型化する目的で、コレット部とカメラとを接近させると、コレット部がカメラ視野の大部分を占めてしまい、アーク溶接部分を効果的に撮影することができない。そのため、カメラとコレット部とを一定間隔離さなければならず、装置が大型となっていた。また、カメラの前方に二枚の可動式反射鏡及び二枚の固定式反射鏡を配置する形態においても大型化する不具合があった。さらに、特許文献１においては、パルス波形の溶接電流の電流値がベース電流値に下がったとき、つまり、アーク発光が比較的弱いときに、光源７から可視光線を照射してアーク溶接部分を撮影するようにしており、アーク発光中はハレーションにより直接撮影ができず、アーク溶接状況をその全体にわたって連続して観察することはできなかった。また、照明光源を溶接トーチに取り付けているので装置の溶接トーチ部分が大型となり、狭い箇所等の溶接をするのが困難であった。
【０００６】
本発明は上記のような現状を鑑みてなされたものであって、実ラインにおけるアーク溶接中のアーク周辺部分の状態を撮影することができ、かつ、小型・軽量なアーク溶接の状態撮影装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接部分撮影装置は、  被溶接部分との間でアークを発生する溶接トーチと、前記溶接トーチとは別に配置され、照明光を出力する照明光源と、一端が前記照明光を入射するように配置され、他端が前記溶接トーチの先端部に取り付けられて、前記照明光源から出力された前記照明光を前記溶接トーチの先端部に誘導する投光側ファイバと、前記投光側ファイバの他端と前記アークが発生するアーク発光領域との間に配置され、前記投光側ファイバの他端に誘導される照明光を前記アーク発光領域に向けて反射する投光側ミラーと、前記投光側ミラーから前記アーク発光領域を通過した前記照明光を受光して、前記アーク発光領域を含む領域を撮影する撮影装置と、前記アーク発光領域と前記撮影装置との間に配置され、前記アーク発光領域からの光のうち、所定波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタと、を有し、前記照明光源は、前記アーク発光領域を通過した前記照明光の強度が、少なくとも前記所定波長領域において前記アークの強度よりも高くなるように前記照明光を出力するものであることを特徴とする。
【０００８】
本明細書において、アーク発光領域とされるのは、例えば、アーク発光が生じている部分に限らず、溶接トーチの先端部、溶接トーチに固定されるワイヤ、該ワイヤの先端部、ワイヤの先端部が溶融して形成される溶滴、溶融池、ビード、あるいはこれらを複数含む、アーク発光により照らされる箇所とすることができる。
【０００９】
さらに、本発明のアーク溶接の状態撮影装置においては、前記投光側ミラーは、前記照明光を前記被溶接部分に照射するものであり、前記撮影装置は、前記被溶接部分で反射される前記照明光を受光して、前記アーク発光領域を含む領域を撮影するものであるようにすることができる。
【００１０】
さらに、本発明のアーク溶接の状態撮影装置においては、前記撮影装置は、前記溶接トーチとは別に配置されているものであり、前記アーク発光領域を介して前記投光側ミラーと対向する位置に配置され、前記投光側ミラーから前記アーク発光領域を通過した前記照明光を含む前記アーク発光領域の映像光を前記溶接トーチの後方に向けて反射する受光側ミラーと、一端が前記受光側ミラーからの光を入射するように前記溶接トーチの先端部に取り付けられ、他端が前記撮影装置と対向するように配置されており、前記受光側ミラーにより前記溶接トーチの後方に向かって反射される前記照明光を含む前記アーク発光領域の映像光を前記撮影装置に誘導する受光側ファイバとを有するのがよい。
【００１１】
さらに、本発明のアーク溶接状況撮影装置においては、前記照明光源は、前記照明光としてレーザー光を出力するレーザー光源であるのがよい。
【００１２】
さらに、本発明のアーク溶接の状態撮影装置においては、前記投光側ファイバの前記他端と前記投光側ミラーとの間に、前記照明光をコリメートするコリメートレンズが配置されているのがよい。
【００１３】
さらに、本発明のアーク溶接の状態撮影装置においては、前記所定波長領域は、赤外波長領域に含まれるのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような本発明の構成によれば、アーク発光領域を照らすための照明光を出力する照明光源は溶接トーチと別に配置されており、かつ該照明光源からの照明光を投光側ファイバの一端に入射し、該照明光を溶接トーチの先端部まで誘導して、溶接トーチの先端部まで誘導された照明光を投光側ミラーによりアーク発光領域に反射するようにしている。これにより、溶接トーチには照明光源自体を取り付ける必要がないので、溶接トーチ自体を小型化することができる。そのため、比較的狭い領域にも溶接トーチを侵入させることができ、実ラインにおけるアーク溶接状態の撮影を阻害することがない。また、照明光源を、アーク発光領域を通過した照明光の強度が、少なくとも所定波長領域においてアーク発光領域におけるアークの強度よりも高くなるように照明光を出力するものとし、アーク発光領域を通過した照明光は、前記所定波長領域の光のみを透過するバンドパスフィルタを介して撮影装置に受光されるので、撮影装置において受光される光の強度は、アーク発光領域におけるアークの強度よりも照明光の強度を高くすることができる。これにより、アーク発光中においてもアーク発光領域の状景を撮影することができる。
【００１５】
さらに、本発明のアーク溶接の状態撮影装置においては、前記投光側ミラーは、前記照明光を前記被溶接部分に照射するものであり、前記撮影装置は、前記被溶接部分で反射される前記照明光を受光して、前記アーク発光領域を含む領域を撮影するものであるようにすることができる。
【００１６】
また、投光側ミラーにより、照明光をアーク発光領域を通過させて被溶接部分に照射し、該被溶接部分で反射される前記照明光を撮影装置で受光するとともに、前記アーク発光領域を含む領域を撮影装置で撮影することにより、アーク発光中の被溶接部分の撮影が可能となる。つまり、本発明では、撮影装置において受光される照明光の強度は、該撮影装置で受光されるアーク発光領域のアークの強度よりも高いので、被溶接部分に照明光を照射し、被溶接部分で反射される照明光を撮影装置が受光するようにすれば、アーク発光中であっても、被溶接部分の状態を撮影することが可能となる。これにより、例えば、アーク発光領域内の溶融池やビードの状態、あるいは溶滴が被溶接部分に滴下する状態等を実ラインにおいて撮影することができ、実ラインにおける最適な溶接条件等を探る場合により一層有利となる。
【００１７】
また、撮影装置は、溶接トーチとは別に配置するようにして、さらに、アーク発光領域を通過した照明光を受光側ミラーで溶接トーチの後方に向かって反射させて、該受光側ミラーで反射された照明光を受光側ファイバにより撮影装置にまで誘導するようにすることにより、撮影装置自体も溶接トーチに取り付ける必要がなくなる。これにより、さらに溶接トーチを小型にすることができ、より狭い箇所においても溶接トーチを侵入させることができる。そのため、実ラインにおけるアーク溶接状景の撮影を阻害することがない。
【００１８】
また、照明光源として、照明光としてのレーザー光を出力するレーザー光源を採用することにより、アーク発光領域におけるアークよりも所定波長領域における強度が高い照明光を比較的容易に実現することができる。つまり、レーザー光は単一波長の光が非常に高い指向性を持って伝播する光であり、ある所定波長において強度が非常に高い光を出力することができる。そのため、レーザー光のピーク波長において、アーク発光領域におけるアークの強度よりも強度の高いレーザー光を出力するレーザー光源を採用し、このピーク波長に合わせてバンドパスフィルタの所定波長領域を設定することにより、本発明を容易に実現することができる。さらに、レーザー光のピーク波長は、該レーザー光を発生するレーザー媒質によって略決まっているので、該レーザー媒質に合わせてバンドパスフィルタの透過波長領域も容易に設定することができる。つまり、レーザー光のピーク波長と同様の波長を透過するバンドパスフィルタを採用することができる。
【００１９】
また、本発明においては、投光側ファイバの他端と投光側ミラーとの間に配置されるコリメートレンズにより、投光側ファイバにより誘導されてきた照明光を一旦平行光にしたのちに、アーク発光領域に照射することで、より広範囲の領域に照明光を照射することができるので、アーク発光領域を含む広範囲の領域を可視化することができる。特に、照明光源としてレーザー光源を採用する場合には、レーザー光は非常に指向性の高い光であるので、投光側ファイバにより誘導されてきたそのままの状態でアーク発光領域に照射すると、非常に狭い領域にしか照明光としのレーザー光を照射することができないので、上記構成を好適に採用することができる。
【００２０】
また、前述した所定波長領域は赤外波長領域に含まれるとすることで、アーク発光領域をより鮮明に撮影することができる。つまり、アークの強度スペクトルにおいては、図３に示すように、紫外波長領域において強度ピークを有し、該強度ピークから可視波長領域、赤外波長領域に向かって強度が低下するようなスペクトル形状を有する。そのため、多くの撮影装置が赤外波長領域（およそ１０００ｎｍ）に感度限界を有することを考慮すれば、赤外波長領域において高強度な照明光を採用することで、より出力の低い照明光源でも本発明を実現することができるようになり、装置が簡便となる。具体的には、８００〜１０００ｎｍの赤外波長領域を、所定波長領域とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るアーク溶接の状態撮影装置１０の概要を説明する概略図である。図１に示すように、本実施形態のアーク溶接の状態撮影装置１０は、溶接トーチ１１に固定されたワイヤ４と被溶接部材（ワーク）Ｗとの間に電圧を印加して、これらワイヤ４とワークＷとの間にアーク５を発生させるものである。さらに、アーク５が発生しているアーク発光領域５ａの状景に照明光を照射するための投光部２０と、該アーク発光領域５ａからの映像光を受光する受光部３０とを有する。
【００２２】
溶接トーチ１１は、ロボットのアーム等に取り付けられ、指令された姿勢で指令位置に移動されるようになっている。そして、溶接トーチ１１に固定されるワイヤ４とワークＷとの間に電圧を印加することによりワイヤ４を溶融して溶滴６とし、該溶滴６をワークＷに滴下することにより、ワークＷを溶接するようになっている。より具体的には、ワイヤ４とワークＷとの間に、図４に示すようなベース電流値とピーク電流値とを一定時間間隔で繰り返すパルス波形の溶接電流を流すことにより、ワイヤ４とワークＷとの間にアーク５を生成し、該アーク５によりワイヤ４の先端を溶融する。さらに、溶融されたワイヤ４の先端部は、溶接電流がピーク電流値となったときに溶滴６となってワイヤ４の先端から離脱し、該溶滴６がアーク直下部分のワークＷの被溶接部分７が溶融した溶融池７ａに滴下する。そして、溶接トーチ１１が移動して、被溶接部分７をアーク５が通過した後に、溶融池７ａが冷却してビードとなりワークＷが溶接されることになる。このとき、図４に示すように、１回のピーク電流値につき１個の溶滴６がスプレー移行すると良好な溶接が行われる。また、溶接トーチ１１の先端には、ガス噴出孔１１ａが形成されており、該ガス噴出孔１１ａから、ワイヤ４及びアーク５を大気から遮蔽するためのシールドガス９がワイヤ４及びアーク５の外周を覆うように噴出されている。
【００２３】
一方、投光部２０は、照明光源としてのレーザー光源２５と、該レーザー光源２５から出力される照明光としてのレーザー光を溶接トーチ１１の先端部に誘導する投光側ファイバ２４と、溶接トーチ１１の先端部に誘導されたレーザー光を反射する投光側ミラー２１とを有する。レーザー光源２５は、溶接トーチ１１からは離れた位置（溶接装置外）に配置されており、その位置に固定されている。投光側ファイバ２４の一端２４ｂは、レーザー光源２５から出力されるレーザー光が、該投光側ファイバ２４の一端２４ｂに入射するように、レーザー光源２５に対向する位置に配置されている。一方、投光側ファイバ２４の他端２４ａは、溶接トーチ１１の先端部に取り付けられている。このような構成により、溶接トーチ１１とは別の位置に配置されるレーザー光源２５から出力されるレーザー光を溶接トーチ１１の先端側にまで誘導することができる。
【００２４】
また、投光側ファイバ２４の他端２４ｂと投光側ミラー２１との間には、投光側ファイバ２４の他端２４ｂから照射されるレーザー光のスポット径を拡大するコリメートレンズ２３が配置されている。
【００２５】
さらに、投光側ミラー２１は、投光側ファイバ２４の他端２４ａと向き合う位置に配置されており、投光側ファイバ２４の他端２４ｂからのレーザー光を少なくともアーク５が発生しているアーク発光領域５ａを含む領域に照射できるように反射するものである。特に、投光側ミラー２１は、投光側ファイバ２４の他端２４ａからのレーザー光を被溶接部分７に向かって反射するものである。このとき、アーク５は、溶接トーチ１１に保持されているワイヤ４とワークＷの被溶接部分７との間に生じるため、溶接トーチ１１の先端部に誘導されて溶接トーチ１１の先端部から被溶接部分７に照射されるレーザー光は、アーク発光領域５ａを通過して被溶接部分７に到達することになる。なお、投光側ミラー２１は、具体的にはミラー面２１ａを有するプリズムミラー２１とすることができる。さらに、ミラー面２１ａは所定形状のプリズムの傾斜面にアルミニウムや金等を蒸着することにより形成することができる。また、ミラー面２１ａは、溶接トーチ１１の先端側ほど、該溶接トーチ１１に接近するように傾斜させることで、溶接トーチ１１の先端部と被溶接部分７との間にあるアーク発光領域５ａに照明光としてのレーザー光を照射することができる。
【００２６】
そして、上記投光側ファイバ２４とコリメートレンズ２３と投光側ミラー２１は、取り付け部材２８により溶接トーチ１１に固定されている。したがって、溶接トーチ１１が移動すれば、その溶接トーチ１１の移動に伴い投光側ミラー２１も該溶接トーチ１１と一体的に移動することになる。
【００２７】
他方、アーク溶接の状態撮影装置１０の受光部３０は、投光側ミラー２１からアーク発光領域５ａを通過したレーザー光を受光する撮影装置としてのカメラ３７を有する。該カメラ３７は、溶接トーチ１１とは離れた別の位置に配置されており、該位置に固定されているものとすることができる。さらに、投光側ミラー２１からアーク発光領域５ａを通過するレーザー光をカメラ３７に受光させるために、アーク発光領域５ａを通過したレーザー光を溶接トーチ１１の後方側に向かって反射する受光側ミラー３１と、該受光側ミラー３１により反射されたレーザー光を溶接トーチ１１から離れたカメラ３７に誘導する受光側ファイバ３４とを有するものである。さらに、受光側ファイバ３４の他端３４ｂとカメラ３７との間には、該受光側ファイバ３４を誘導されてきた光のうち、レーザー光のピーク波長近傍（所定波長領域）の光のみを透過することができるバンドパスフィルタ３５と、該バンドパスフィルタ３５を通過した光をカメラ３７に集光する集光レンズ３６とを有するものである。
【００２８】
受光側ミラー３１は、溶接トーチ１１の先端部に取り付けられており、該溶接トーチ１１の後方側に前記レーザー光を含むアーク発光領域５ａの映像光を反射するように配置されている。具体的には、溶接トーチ１１の中心軸を中心として投光側ミラー２１と対称となる位置に受光側ミラー３１を配置することができる。ここで、受光側ミラー３１は、ミラー面３１ａを有するプリズムミラー３１である。ミラー面３１ａは、プリズムミラー３１の傾斜面にアルミニウムや金等を蒸着することにより形成することができる。ここで、プリズムミラー３１のミラー面３１ａを、溶接トーチ１１の先端部側ほど該溶接トーチ１１に接近するように傾斜させることにより、アーク発光領域５ａの映像光を溶接トーチ１１の後方に反射させることができる。
【００２９】
受光側ミラー３１と受光側ファイバ３４との間には、集光レンズ３３が配置されており、該受光側ミラー３１により溶接トーチ１１の後方側に反射されたレーザー光は集光レンズ３３により集光されて、受光側ファイバ３４の一端３４ａに入射するようになっている。
【００３０】
また、受光側ファイバ３４は、その一端３４ａが溶接トーチ１１の先端部に、集光レンズ３３により集光されたレーザー光が入射するように取り付けられている。一方、受光側ファイバ３４の他端３４ｂが溶接トーチ１１から離れた別の箇所（溶接装置外）に配置されるカメラ３７と対向する位置に配置されている。そして、該受光側ファイバ３４の他端３４ｂから照射されるレーザー光がカメラ３７に内蔵されるＣＣＤ等の撮像素子に受光されるように、受光側ファイバ３４の他端３４ｂを配置する。なお、受光側ファイバ３４は、複数のファイバが束にされたバンドルファイバとすることができる。さらに、上述の集光レンズ３３と受光側ファイバ３４とを一体的に形成することができる。この場合、バンドルファイバ３４と該バンドルファイバ３４の他端３４ａに取り付けられる集光レンズ３３とにより構成される内視鏡を、本実施形態にかかる集光レンズ３３と受光側ファイバ３４として使用することができる。
【００３１】
さらに、上述した受光側ミラー３１と集光レンズ３３と受光側ファイバ３４の一端３４ａとは取り付け部材３８により溶接トーチ１１に固定されており、溶接トーチ１１の移動とともに、該溶接トーチ１１と一体となって移動する。
【００３２】
このように、本実施形態のアーク溶接の状態撮影装置１０においては、溶接トーチ１１には、投光側ファイバ２４の他端２４ａと、コリメートレンズ２３と、投光側ミラー２１と、受光側ミラー３１と、集光レンズ３３と、受光側ファイバ３４とが取り付けられており、照明光源やカメラ等の撮影装置が溶接トーチ１１自体には取り付けられていないので、溶接トーチ１１が小型・軽量化されている。
【００３３】
さらに、本実施形態のアーク溶接の状態撮影装置１０においては、照明光源としてのレーザー光源２５は、投光側ミラー２１からアーク発光領域５ａに照射され、該アーク発光領域５ａを通過して受光側ミラー３１に到達するレーザー光の強度が、該レーザー光のピーク波長において、アーク発光領域５ａからのアークの強度よりも高くなるようなレーザー光を出力するものである。この点について前述の図３を用いて説明すると、図３に示すように、アーク発光領域５ａから生じるアークの強度スペクトルＳ１と、受光側ミラー３１におけるレーザー光の強度スペクトルＳ２とを比較したときに、少なくともレーザー光のピーク波長λ１においては、レーザー光の強度がアークの強度よりも高くなるようなレーザー光を出力するレーザー光源２５を採用することができる。基本的には、レーザー光源２５で出力される時点でのレーザー光の強度が、アーク発光領域５ａにおけるアークの強度よりも高くなるようなレーザー光源２５を使用することができる。しかしながら、受光側ミラー３１に到達したときのレーザー光は、レーザー光源２５から出力されたときに比べて、強度が弱くなることが想定されるため、レーザー光強度が受光側ミラー３１に到達するまでに弱められることを考慮して、より高強度のレーザー光を出力することができるレーザー光源２５を採用することが好ましい。
【００３４】
特に、投光側ミラー２１により、レーザー光を被溶接部分７に照射して、該被溶接部分７において反射したレーザー光を受光側ミラー３１で受ける場合には、被溶接部分７における反射により、レーザー光の強度がより一層低下することが予想されるので、より高強度のレーザー光を出力することができるレーザー光源２５を採用するのが望ましい。高強度のレーザー光を出力することができるレーザー光源２５としては、例えば出力が４０Ｗ程度の半導体レーザー光源を例示することができる。
【００３５】
また、レーザー光源２５としては、ピーク波長が赤外波長領域にあるレーザー光を出力することができるレーザー光源２５を採用することが望ましい。特に、ピーク波長が８００ｎｍ以上となるレーザー光を好適に採用することができる。赤外波長領域ではアーク５の強度が比較的低くなるからである。具体的に、ピーク波長が赤外波長領域にあるレーザー光としては、炭酸ガスレーザー光、半導体レーザー光等を例示することができる。したがって、受光部３０において、バンドパスフィルタ３５は、上記レーザー光源２５から出力されるレーザー光のピーク波長と同じ波長の光のみを透過するバンドパスフィルタを採用するのがよい。ここで、レーザー光のピーク波長と同じ波長の光のみを透過するとは、レーザー光のピーク波長をλ１としたときに、少なくともλ１±１０ｎｍの波長領域の光を透過することを意味する。
【００３６】
さらに、レーザー光を受光してアーク発光領域５ａを含む領域を撮影するカメラ３７としては、波長感度が赤外波長領域にあるものを採用することができる。例えば、波長感度が３００〜１０００ｎｍのものを採用することができる。
【００３７】
上記のようなカメラ３７には、カメラ３７の動作を制御するカメラ制御部４０が電気的に接続されている。また、該カメラ制御部４０には、カメラ３７により検出した画像を記録するための記録装置４２と、カメラ制御部４０に測定開始・終了等の指令信号を送信して指令を与えるカメラ指令制御部４４と、カメラ３７により撮影した画像を出力するモニタ４６とが電気的に接続されている。
【００３８】
次に、上記のようなアーク溶接の状態撮影装置１０の作動について説明する。溶接トーチ１は、ロボットのアームによってワイヤ４の先端とワークＷとの間の間隔を所定位置に維持して溶接すべき軌跡に沿って移動される。この間、ワイヤ４とワークＷとの間に、図４に示すようなパルス波形の溶接電流が印加され、アーク５が生成されてワイヤ４の先端部が溶融し、ピーク電流値のときに溶融した先端部が溶滴６にスプレー移行して溶融池７に落下し、アーク５の通過後に冷却してビード８となりワーク３を溶接する。
【００３９】
このようなアーク溶接の状態は次のように撮影される。まず、レーザー光源２５を起動すると、該レーザー光源２５から高強度のレーザー光が出力され、該レーザー光は受光側ファイバ２４の一端２４ｂに入射する。受光側ファイバ２４に入射したレーザー光は、受光側ファイバ２４によりその他端２４ａ、すなわち溶接トーチ１１の先端部に誘導される。受光側ファイバ２４の他端２４ａには、コリメートレンズ２３が配置されており、受光側ファイバ２４の他端２４ａから照射されるレーザー光はコリメートレンズ２３を通過することにより、図２に示すように、平行光とされるとともに、そのスポット径が拡大されることになる。
【００４０】
このように、スポット径が拡大され平行光とされたレーザー光は、投光側ミラー２１のミラー面２１ａに照射され、該ミラー面２１ａにより図２に示すように被溶接部分７に向けて反射することになる。そして、レーザー光は平行光にされるとともにそのスポット径が拡大されているので、被溶接部分７を含むより広範囲の領域に照射されることになる。
【００４１】
そして、図２に示すように、被溶接部分７に向かって入射角αで入射したレーザー光は、被溶接部分７の表面で反射角βで反射される。このとき、該被溶接部分７に入射されるレーザー光の一部がワークＷに吸収されたりワークＷを透過したりするため、被溶接部分７において反射されるレーザー光の強度は低下する。しかし、レーザー光源２５は、ワークＷにレーザー光が吸収されたりワークＷをレーザー光が透過したりすることを想定して、高強度のレーザー光を出力するように設定されているので、被溶接部分７で反射したレーザー光の強度が、アーク発光領域５ａのアーク５の強度よりも、該レーザー光のピーク波長において高くなるようになっている。そして、入射角αと反射角βが同一となるような被溶接部分７で正反射するレーザー光とアーク５とを含むアーク発光領域５ａ周辺の映像光を受光側ミラー３１で受けて、該受光側ミラー３１により、被溶接部分７において反射されたレーザー光を溶接トーチ１１の後方に向かってさらに反射させる。このとき、受光側ミラー３１に到達する光の強度は、レーザー光のピーク波長において該レーザー光の強度がアーク５の強度よりも高くなっている。溶接トーチ１１の後方側に反射されたレーザー光とアーク５とを含むアーク発光領域５ａの映像光は、集光レンズ３３により受光側ファイバ３４の一端３４ａに集光される。
【００４２】
上記のように受光側ファイバ３４の一端３４ａに集光されたアーク発光領域５ａの映像光は、受光側ファイバ３４の他端３４ｂに誘導されて、バンドパスフィルタ３５とレンズ３６を通過してカメラ３７に到達する。このとき、バンドパスフィルタ３５は、レーザー光のピーク波長の光のみを透過するように設定されているので、該バンドパスフィルタ３５を透過する光のうち、アーク５よりも被溶接部分７で反射したレーザー光のほうが強度が高くなっている。さらに、レーザー光のピーク波長は、アーク５の強度が比較的低い赤外波長領域に設定されているので、アーク５に対してレーザー光の強度をより高くすることができる。
【００４３】
この状態で、指令制御部４４から撮影開始指令がカメラ制御部４０に入力されると、バンドパスフィルタ３６を通過したアーク発光領域５ａの映像光が、カメラ３７の撮像素子に結像し撮影される。撮影された画像は、カメラ制御部４０によりモニタ４６に表示される。
【００４４】
ここで、前述したように、バンドパスフィルタ３５を通過する映像光においては、アーク５の強度よりも被溶接部分７で反射したレーザー光の強度ほうが高くなっているので、アーク発光中であっても被溶接部分７の状態を撮影することができる。さらに、図２に示すように、被溶接部分７において反射され、受光側ミラー３１に入射するレーザー光の経路に、溶滴６等が配置されている場合には、該溶滴６等によりレーザー光が遮られるため、図５に示すように、アーク発光領域５ａ内に位置している溶滴６の形状が影絵として撮影されることになる。このとき、カメラ３７の強度感度を低下させておけば、アーク５のみが放射する部分（つまり、溶液６等のレーザー光を遮る部分）をより暗く表示することができ、アーク発光領域５ａの観察が容易となる。
【００４５】
このように、本実施形態のアーク溶接の状態撮影装置１０においては、照明光源としてのレーザー光源を溶接トーチ１１とは別に設け、該レーザー光源２５からの照明を投光側ファイバ２４により溶接トーチ１１の先端部まで誘導するようにしたので、アーク発光領域５ａを撮影するための照明光源を溶接トーチ１１自体に取り付ける必要がないので、溶接トーチ１１を小型することができる。そのため、狭い箇所などでも溶接トーチ１１を侵入させることができ、より一層実ラインでの溶接状態の撮影に有効である。
【００４６】
さらに、アーク溶接の状態を撮影する受光部３０側においても、カメラ３７を溶接トーチ１１とは別に設けて、受光側ファイバ３４によりアーク溶接状景をカメラ３７に誘導するようにしたので、さらに溶接トーチ１１の小型化に寄与するものである。
【００４７】
また、比較的高強度のレーザー光を出力するレーザー光源２５を照明光源として採用することで、図３に示すように、ある所定波長領域においてはアーク５よりも強度が強くなる光（レーザー光）を、比較的容易に実現することができ、レーザー光のピーク波長の光のみを透過するバンドパスフィルタとの組み合わせにより、アーク発光中におけるアーク発光領域５ａの撮影が可能となる。
【００４８】
さらに、照明光源としてのレーザー光のピーク波長と、バンドバスフィルタ３６の透過波長領域とを赤外波長領域に設定したので、カメラ３７で受光されるアーク５の強度がより低くなり、より鮮明な撮影を行うことができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、上記の実施形態においては、投光側ミラー２１は照明光としてのレーザー光を被溶接部分７に向かって照射し、受光側ミラー３１は被溶接部分７から反射されたレーザー光を受けるものであるが、他の実施形態として、図６に示すように、投光側ミラー２１からアーク発光領域５ａを通過させて、直接受光側ミラー３１にレーザー光（照明光）を照射する形態を例示することができる。このような形態においては、被溶接部分７の状態を撮影することはできないが、ワイヤ４から滴下される溶滴６の状態は、該溶滴６の影絵として撮影することができる。また、被溶接部分７でレーザー光（照明光）を反射させないので、被溶接部分における反射によりレーザー光（照明光）の強度が低下することもなく、比較的強度の低いレーザー光（照明光）を使用しても、比較的鮮明な撮影を行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、照明光源としてレーザー光源２５を採用したが、本発明はこれに限られるものではなく、所定波長領域において、アーク５よりも高強度の光を出力することができるものではあれば、どのようなものでも良い。例えば、キセノンランプ等でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のアーク溶接の状態撮影装置の概要を説明する概略図。
【図２】本発明のアーク溶接の状態撮影装置の細部を説明する概略図。
【図３】アークの強度スペクトルと照明光源の強度スペクトルとの関係を示す図。
【図４】パルス波形の溶接電流を示す図。
【図５】本発明の撮影装置により得られるアーク発光領域周辺の撮影画像
【図６】本発明のアーク溶接の状態撮影装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００５２】
５  アーク
５ａ  アーク発光領域
７  被溶接部分
１０  アーク溶接の状態撮影装置
１１  溶接トーチ
２４  投光側ファイバ
２１  投光側ミラー
２４ａ  投光側ファイバの他端
２４ｂ  投光側ファイバの一端
２５  レーザー光源（照明光源）
３１  受光側ミラー
３４  受光側ファイバ
３５  バンドパスフィルタ
３７  カメラ（撮影装置）
【図１】
2006035262.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006035262.tif 000005
【図４】
2006035262.tif 000006
【図５】
2006035262.tif 000007
【図６】
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