(57)【要約】【課題】溶接中の溶接部状態を明瞭に観察することを可能とした溶接用撮像装置を提供する。【解決手段】溶接カメラ１を、入射した光を集光するレンズ１１と、入力された光の光量を減少させる減光フィルタ、紫外線をカットする紫外線カットフィルタ、及び青緑光を透過する青緑バンドパスフィルタから構成された光学フィルタ１２と、ワイドダイナミックレンジ機能を備えて光学フィルタ１２を透過した光を感知するＣＭＯＳ撮像素子１３と、オートゲインコントロール機能及びデジタルシグナルプロセッサを備えてＣＭＯＳ撮像素子１３から入力される電気信号に基づき表示部に低輝度の暗い部分から高輝度のアーク光までの画像信号を出力する映像信号処理部１４とから構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を集光するレンズと、
前記レンズによって集光された光のうち所望の波長帯且つ所望の量の光を透過させる光学フィルタと、
低輝度の暗い部分から高輝度のアーク光までを感知可能なワイドダイナミックレンジ機能を備えて前記レンズにより集光され前記光学フィルタを透過した光を感知して電気信号に変換するＣＭＯＳ撮像素子と、
撮影した映像の明暗差を均一に制御することが可能なオートゲインコントロール機能及び前記明暗差を均一にするための演算処理を高速に行うことが可能なデジタルシグナルプロセッサを備えて前記ＣＭＯＳ撮像素子から入力される電気信号を処理して表示部に出力する映像信号処理部と
を有し、
前記光学フィルタが、入力された光の光量を減少させる減光フィルタ、紫外線をカットする紫外線カットフィルタ、及び青緑光を透過する青緑バンドパスフィルタから構成された
ことを特徴とする溶接用撮像装置。
【請求項２】
前記減光フィルタの透過率が１０〜８０％である
ことを特徴とする請求項１記載の溶接用撮像装置。
【請求項３】
前記減光フィルタの透過率が３０〜５０％である
ことを特徴とする請求項２記載の溶接用撮像装置。
【請求項４】
前記減光フィルタの透過率が４２％である
ことを特徴とする請求項３記載の溶接用撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動溶接に適用される溶接用撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接部分を撮像するための撮像装置を使用した監視装置として、撮像装置のダイナミックレンジを広くすることにより、アーク溶接する際に溶接部分周辺を撮像したとき、溶融金属近辺の高輝度部分から溶接部分周辺部分に至るまでの輝度範囲の広い画像を高精度に撮像することを可能とし、高輝度となる溶融金属周辺及び低輝度となる暗い部分までがはっきりと映し出された高精細な画像を表示するようにしたものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５９８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の監視装置のように撮像装置のダイナミックレンジを広くするだけでは、なお溶接中の溶接部状態（溶融池や電極、周辺ビード）を明瞭に観察することができない場合があり、遠隔操作での溶接施工が困難となって自動溶接の適用箇所が限定されるおそれが生じるという問題があった。
【０００５】
このようなことから本発明は、溶接中の溶接部状態を明瞭に観察することを可能とした溶接用撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る溶接用撮像装置は、入射した光を集光するレンズと、前記レンズによって集光された光のうち所望の波長帯且つ所望の量の光を透過させる光学フィルタと、低輝度の暗い部分から高輝度のアーク光までを感知可能なワイドダイナミックレンジ機能を備えて前記レンズにより集光され前記光学フィルタを透過した光を感知して電気信号に変換するＣＭＯＳ撮像素子と、撮影した映像の明暗差を均一に制御することが可能なオートゲインコントロール機能及び前記明暗差を均一にするための演算処理を高速に行うことが可能なデジタルシグナルプロセッサを備えて前記ＣＭＯＳ撮像素子から入力される電気信号を処理して表示部に出力する映像信号処理部とを有し、前記光学フィルタが、入力された光の光量を減少させる減光フィルタ、紫外線をカットする紫外線カットフィルタ、及び青緑光を透過する青緑バンドパスフィルタから構成されたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る溶接用撮像装置は、第１の発明に係る溶接用撮像装置において、前記減光フィルタの透過率が１０〜８０％であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る溶接用撮像装置は、第２の発明に係る溶接用撮像装置において、前記減光フィルタの透過率が３０〜５０％であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る溶接用撮像装置は、第３の発明に係る溶接用撮像装置において、前記減光フィルタの透過率が４２％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明に係る溶接用撮像装置によれば、確実に溶接中の溶接の状態を明瞭に観察することが可能となり、自動溶接の遠隔操作が容易になって自動溶接個所が増大し、省人化を図ることで、工数の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る溶接用撮像装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例に係る溶接用撮像装置の光学フィルタ特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例に係る溶接時における溶接カメラと溶接部分との位置関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る溶接用撮像装置によって取得した画像の例を説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る溶接用撮像装置の詳細を説明する。
【実施例】
【００１３】
図１ないし図４を用いて本発明に係る溶接用撮像装置の第１の実施例について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施例において溶接用撮像装置としての溶接カメラ１は、レンズ１１と、光学フィルタ１２と、溶接カメラＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子１３と、映像信号処理部１４とを備えて構成されている。
【００１５】
レンズ１１は、撮像した映像の焦点をＣＭＯＳ撮像素子１３に合わせるためのレンズである。
【００１６】
光学フィルタ１２は、入射した光のうち、必要な可視光波長帯及び光量のみを透過させるためのものであり、本実施例においては、減光（Neutral  Density：ＮＤ）フィルタ、紫外線カット（Ultra  Violet：ＵＶ）フィルタ、青緑バンドパス（ＢＧ）フィルタの三種のフィルタを重ね合わせたもの、または、一枚に合成したものから構成されている。
【００１７】
減光フィルタは、ＣＭＯＳ撮像素子１３に入る光の量を減少させるフィルタであり、本実施例においては、透過率１０〜８０％程度、より好適には透過率３０〜５０％程度、最適には透過率４２％程度のものを用いるものとする。紫外線カットフィルタは、ＣＭＯＳ撮像素子１３に入る紫外線をカットするフィルタである。青緑バンドパスフィルタは、ＣＭＯＳ撮像素子１３に入る青色光から緑色光を透過するフィルタである。青緑バンドパスフィルタとしては、例えばＳＣＨＯＴ社のＢＧ３９フィルタがある。
【００１８】
このような構成としたことにより光学フィルタ１２は、図２に示すように、概ね波長４１０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲の光の一部（１０〜８０％、図２では最大で４２％程度）を透過することとなる。
【００１９】
ＣＭＯＳ撮像素子１３は、低輝度時でも使用が可能な高感度と、高輝度まで撮影可能なワイドダイナミックレンジとを有して、溶融地や溶接ビードの形状から輝度の高いアーク光までを感知してこれを電気信号に変換するものである。
【００２０】
映像信号処理部１４は、特定の演算処理を高速に行うことができるデジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）と、撮影した映像の明暗差を均一になるよう制御することができるオートゲインコントロール（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）機能とを備え、ＣＭＯＳ撮像素子１３から入力される電気信号について、後述する画面中央に設定した測光エリア９ａ内の画像を低輝度から高輝度まで同一の画面上に鮮明に表示するための演算処理を行うものである。
【００２１】
上述した構成を備えることにより、本実施例に係る溶接用撮像装置によれば、輝度の高いアーク光の形状と、輝度の低い溶融池および溶接ビードなどの被写体の形状とを同一画面上に鮮明に表示することができ、これらの監視を適切に行うことが可能となる。
【００２２】
以下、図３及び図４を用いて、本実施例において溶接カメラ１を自動溶接の遠隔操作に用いる場合の一例を説明する。
【００２３】
図３及び図４に示すように、自動溶接により鋼材２と他の鋼材とをアーク溶接により接合する、または鋼材２の修復のためにアーク溶接を行う場合、移動方向（図２では左から右へ向かう方向）に沿って溶接トーチ３を移動させつつ、溶接を行う部分に溶加材４を挿入し、鋼材２と溶接トーチ３の電極５との間にアーク６を発生させることにより溶加材４を溶融させて溶接を行う。
【００２４】
このとき、鋼材２と溶接トーチ３の電極５との間に発生したアーク６は高輝度のアーク光を発生するとともに、溶接部分には溶加材４が溶融することにより溶融池７が形成され、さらに、溶接が終了した部分には溶接ビード８が形成されることとなる。
【００２５】
このような溶接部分に対し、溶接カメラ１はアーク光、溶融池７、及び溶接ビード８の監視を行うことができるよう、これらが溶接カメラ１の視野１５内に入るように溶接部分と溶接カメラ１との距離を設定する（例えば、１５０ｍｍ〜２００ｍｍ）。
【００２６】
さらに、図４に示すように、オートゲインコントロール機能によりアーク光と周辺の光量との明暗差を均一化する領域として、画面９の中央に測光エリア９ａを設定する。本実施例において測光エリア９ａは、横方向の画素数がＡ，縦方向の画素数がＢの矩形状としている。例えば、本実施例では、画面９のサイズが横方向６４０ピクセル、縦方向４８０ピクセルであってこれらをそれぞれ１００％とした場合、測光エリア９ａの横方向の画素数Ａが画面９の横方向のサイズの６０％（３８４ピクセル）、縦方向の画素数Ｂが画面９の縦方向のサイズの５０％（２４０ピクセル）として設定した。なお、図中Ｃ，Ｄはそれぞれ２０％、図中Ｅ，Ｆは２０％，３０％とした。
【００２７】
このように構成される本実施例に係る溶接用撮像装置によれば、自動溶接中にアーク光、溶融池、及び溶接ビード等の溶接部の状態を明瞭に観察することができるというように、溶接用撮像装置による監視時の視認性を大幅に向上させることができ、遠隔操作による溶接が容易になり、自動溶接の適用箇所を増加させることが可能となって、省人化によって工数の低減を図ることが可能となる。
【００２８】
なお、測光エリア９ａの範囲は上述した実施例に限定されるものではなく、少なくとも測光エリア９ａ内にアーク光が入る範囲であって、アーク光と周辺の光量との明暗差を均一化するのに最適な範囲とすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、自動溶接に用いられる溶接用撮像装置に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００３０】
１  溶接用撮像装置
２  鋼材
３  溶接トーチ
４  溶加材
５  電極
６  アーク光
７  溶融池
８  溶接ビード
９  画面
９ａ  測光エリア
１１  溶接用撮像装置レンズ
１２  光学フィルタ
１３  溶接用撮像装置ＣＭＯＳ撮像素子
１４  溶接用撮像装置映像信号処理部
１５  カメラ視野
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013207439.tif 000006