(57)【要約】【課題】  簡単なシステムで安価なうえコンピュータにより自動判定を行い精度の高い溶接制御を行うことである。【解決手段】  溶接時、重ね合わせた被溶接部材を赤外線撮像装置５により撮影して被溶接部材の溶接点周縁の熱分布を画像化し、該画像から等温線を得て該等温線に基づき溶接状態を判定して溶接条件の変更を行う溶接制御方法と溶接時、重ね合わせた被溶接部材を撮影して溶接点周縁の熱分布を画像化する赤外線撮像装置５と、該画像の熱分布に基づいて等温線を演算する画像処理装置７と、該等温線に基づいて溶接状態を判定する判定手段と、その判定結果に基づいて溶接条件の変更を行う制御装置４とからなる溶接制御装置である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接時、重ね合わせた被溶接部材を赤外線撮像装置により撮影して被溶接部材の溶接点周縁の熱分布を画像化し、該画像から等温線を得て該等温線に基づき溶接状態を判定して溶接条件の変更を行うことを特徴とする溶接制御方法。
【請求項２】
溶接状態の判定が、溶接点から溶接方向線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差に基づくものである請求項１に記載の溶接制御方法。
【請求項３】
溶接状態の判定が、上下の被溶接部材の温度差による等温線の段差に基づいて被溶接部材の端縁位置を演算し、該端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれに基づくものである請求項１に記載の溶接制御方法。
【請求項４】
溶接時、重ね合わせた被溶接部材を撮影して溶接点周縁の熱分布を画像化する赤外線撮像装置と、該画像の熱分布に基づいて等温線を演算する画像処理装置と、該等温線に基づいて溶接状態を判定する判定手段と、その判定結果に基づいて溶接条件の変更を行う制御装置とからなることを特徴とする溶接制御装置。
【請求項５】
判定装置が、溶接点から溶接方向線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差を演算するものである請求項４に記載の溶接制御装置。
【請求項６】
溶接条件が溶接電流または溶接速度である請求項４または５に記載の溶接制御装置。
【請求項７】
判定装置が、上下の被溶接部材の温度差による等温線の段差に基づいて被溶接部材の端縁位置を演算し、該端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれを演算するものである請求項４に記載の溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーク溶接、シーム溶接、ＴＩＧ溶接等における溶接制御方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接時、溶融池近辺の溶接状態を撮影して可視化し、可視化された映像で溶接状況をリアルタイムで解析し、その解析結果に基づいて溶接位置や溶接パワーを制御するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、この方法では輝度変化に基づいて解析をおこなうため、溶接状態を可視化するために溶融地の最大輝度より高い輝度を有する高輝度フラッシュランプを用いないと可視化できないうえに、解像度を高くしないと輝度変化を捉えにくく高価な高画素ＣＣＤカメラが必要となり、装置構成部品数が増して装置が大型化するうえに高価となる問題があった。
【０００４】
またサーモグラフィで溶接部の検査を行うものがある（例えば、特許文献２）。しかしこの方法では表面温度を色分布で表すためコンピュータへの負荷が高くリアルタイムで処理することが難しいうえに、色分布によるコンピュータ判定は極めて難しく人による目視検査が必要となる問題があった。
【特許文献１】特開２００４−７４２６４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、簡単なシステムで安価なうえコンピュータにより自動判定を行い精度の高い溶接制御を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、溶接時、重ね合わせた被溶接部材を赤外線撮像装置により撮影して被溶接部材の溶接点周縁の熱分布を画像化し、該画像から等温線を得て該等温線に基づき溶接状態を判定して溶接条件の変更を行う溶接制御方法を請求項１の発明とし、請求項１の発明において、溶接状態の判定が、溶接点から溶接方向線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差に基づく溶接制御方法を請求項２の発明とし、溶接状態の判定が、上下の被溶接部材の温度差による等温線の段差に基づいて被溶接部材の端縁位置を演算し、該端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれに基づく溶接制御方法を請求項３の発明とする。
【０００７】
また溶接時、重ね合わせた被溶接部材を撮影して溶接点周縁の熱分布を画像化する赤外線撮像装置と、該画像の熱分布に基づいて等温線を演算する画像処理装置と、該等温線に基づいて溶接状態を判定する判定手段と、その判定結果に基づいて溶接条件の変更を行う制御装置とからなる溶接制御装置を請求項４の発明とし、請求項４の発明において、判定装置が、溶接点から溶接方向線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差を演算するものである溶接制御装置を請求項５の発明とし、請求項４または５の発明において、溶接条件が溶接電流または溶接速度である溶接制御装置を請求項６の発明とし、請求項４の発明において、判定装置が、上下の被溶接部材の温度差による等温線の段差に基づいて被溶接部材の端縁位置を演算し、該端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれを演算するものである溶接制御装置を請求項７の発明とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、溶接時、重ね合わせた被溶接部材を赤外線撮像装置により撮影して被溶接部材の溶接点周縁の熱分布を画像化し、該画像から等温線を得て該等温線に基づき溶接状態を判定して溶接条件の変更を行うものとしたから、コンピュータへの負荷が小さくリアルタイムで溶接状態を自動判定して精度の高い溶接制御を行うことができる。
また、溶接状態の判定が、溶接点から溶接方向線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差に基づくものとすることにより、極めて簡単な演算で判定できるので、処理速度の速いコンピュータを用いなくとも判定処理ができ安価にシステムを構築することができる。
さらに、溶接状態の判定が、上下の被溶接部材の温度差による等温線の段差に基づいて被溶接部材の端縁位置を演算し、該端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれに基づくものとすることにより、被溶接部材のずれをも判定できるので、溶接を直ちに中断することができ、無駄な溶接を行うことがなくなって生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１中、１は溶接システムであり、該溶接システム１はロボットハンド２と、ロボットハンド２の制御装置４と、ロボットハンド２に取り付けられる赤外線撮像装置５およびトーチ６と、赤外線撮像装置５により撮影された画像を処理する画像処理装置７と、画像処理装置７または制御装置４に組み込まれた溶接状態の判定手段とからなるものである。
【００１０】
前記赤外線撮像装置５はサーモグラフィやサーモグラフ、赤外線カメラ等よりなり、溶接熱により加熱された被溶接面から放射される赤外線に基づいて被溶接面の熱分布を記録するものである。またトーチ６は電極とワイヤ供給機構が組み込まれるアーク溶接あるいはＴＩＧ溶接用であり、ＴＩＧ溶接の場合は不活性ガスの供給機構が組み込まれる。
【００１１】
また前記画像処理装置７は溶接条件の変更を行う場合は、赤外線撮像装置５により撮影された被溶接部材の被溶接面を画像化し、該画像に現れる熱分布に基づいて等温線を演算するものである。そして演算された等温線は判定手段により溶接点から溶接線上にある特定の等温線までの距離と予め設定されている最適距離との差が演算される。この差に基づいて制御手段４はトーチ６の移動速度あるいは溶接電流等の溶接条件を変更するものである。
【００１２】
また溶接ずれの判定を行う場合には、溶接熱の伝わり方の差により温度の異なる上側の被溶接部材と下側の被溶接部材との特定の等温線とに生じる段差に基づき判定手段は被溶接部材の端縁位置を演算する。そして演算された端縁位置と溶接方向線または画像の基準線とのずれを演算する。このずれに基づいて制御手段４は溶接の中断等の溶接条件を変更するものである。
【００１３】
また、画像処理装置７により演算された等温線は熱分布に応じた多数の等温線を演算して厚みの異なる種々の被溶接部材に対応できるものとしたり、溶接ずれを判定できるものとしたりしているが、特定温度の等温線のみを演算して一定の厚みを有する被溶接部材にのみ対応するものとしてもよい。
【００１４】
このように構成されたものは、図２に示されるような二枚の被溶接部材の一部を重ね合わせてすみ肉溶接を行い重ね継手を作成する場合、制御装置４はプログラムに従ってロボットハンド２を被溶接部材がセットされている位置まで移動させ、ロボットハンド２に取り付けられているトーチ６を溶接位置に合わせる。このときロボットハンド２に取り付けられている赤外線撮像装置５は起動され被溶接面の撮影を開始する。
【００１５】
そして溶接の開始によりトーチ６の電極と被溶接部材間で発生するアークにより自動供給されるワイヤは溶融し、重ね合わせられた被溶接部材にすみ肉溶接が行われることとなる。溶接中、溶接熱により加熱される被溶接面の熱分布は赤外線撮像装置５により撮影され、熱分布の画像は画像処理装置７により図３に示されるような等温線が演算される。
【００１６】
画像処理装置７により演算された等温線に基づいて、判定手段はトーチ６位置となる溶接点からトーチ６の進行方向、即ち溶接方向線上にある特定の等温線までの距離ｄを演算するとともに、予め設定されてテーブルに書き込まれて最適距離との差を演算する。そして距離ｄと最適距離との差の大小に基づいて制御装置４は溶接条件を修正する。例えば、最適距離と距離ｄとの差が大きいときは入熱が大で被溶接部材に穴明き発生する恐れがあるので、ロボットハンド２の移動速度を速めたり溶接機の溶接電流を下げたりする。
【００１７】
また、最適距離と距離ｄとの差が小さいときは入熱が小で被溶接部材の溶け込み不足が発生する恐れがあるので、ロボットハンド２の移動速度を遅くしたり溶接機の溶接電流を上げたりする。このように溶接中に溶接条件の変更を行うので常に適正な溶接が行われることとなる。
【００１８】
また、判定手段による溶接ずれの判定は、二枚の被溶接部材の一部を重ね合わせてすみ肉溶接を行うため、上側の被溶接部材と下側の被溶接部材に伝わる溶接熱は異なり、下側の被溶接部材は上側より低温となるため、上側の被溶接部材の等温線は大きくなり下側の等温線は小さくなる。これにより同じ温度の等温線は図３に示されるように段差ができて等温線は段差で分割されたものとなり段差部分により分割線が形成される。この分割線は被溶接部材の端縁位置となる。この端縁位置（分割線位置）を等温線に基づいて判定手段は演算し、該演算された端縁位置と溶接方向線（プログラムされたトーチ６の移動方向）または基準線（画像における水平線または垂直線）とのずれ、例えば、図４に示されるようにずれていれば制御装置４は溶接の中止を行うこととなる。このような溶接ずれによる溶接の中止は無駄な溶接が行われないので生産性を高めることとなる。
【００１９】
さらに、図５、６はシーム溶接を行う例を示すものであり、重ね合わせた二枚の被溶接部材を上下のローラ電極１０で挟み込んで被溶接部材のシーム溶接を行うものであり、被溶接面を赤外線撮像装置５で撮影して熱分布を画像化し、該画像から図６に示されるような等温線を求め、該等温線に基づいて判定手段はローラ電極１０位置となる溶接点から溶接線上にある特定の等温線までの距離ｄを演算するとともに、予め設定されてテーブルに書き込まれて最適距離との差を演算する。そして距離ｄと最適距離との差の大小に基づいて制御装置４はローラ電極１０の回転数やローラ電極１０に通電される溶接電流を修正して最適な溶接条件を得る。
【００２０】
また、溶接ずれは下側の被溶接部材が上側より低温のため、上側の被溶接部材の等温線は大きくなり下側の等温線は小さくなる。これにより同じ温度の等温線には段差ができるので判定手段は分割線を演算する。この分割線は被溶接部材の端縁位置となるので、判定手段は端縁位置と溶接方向線または基準線との図４に示されるような溶接ずれを判定する。この判定に基づいて制御装置４は溶接の中止を決定して無駄な溶接が行われることを防止することは前述のアーク溶接と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態のアーク溶接システムを示す概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態における溶接状態を示す斜視図である。
【図３】溶接時、被溶接部材に現れる等温線を示す平面図である。
【図４】溶接ずれが発生した被溶接部材の等温線を示す平面図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態をシーム溶接に用いた例を示す正面図である。
【図６】同じく平面図である。
【符号の説明】
【００２２】
４  制御装置
５  赤外線撮像装置
７  画像処理装置
【図１】
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【図２】
2005334911.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005334911.tif 000006
【図５】
2005334911.tif 000007
【図６】
2005334911.tif 000008