(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出すフレーム信号抽出部と、この抽出したフレーム信号の周期を整数で割って長くする１／ｎデカウンタと、１／ｎデカウンタより出力された信号の周期を整数倍の周期に遅らせた信号を出力する遅延回路と、この遅延した遅延信号の周期でパルスレーザを発生するパルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置で発生したパルスレーザを溶接部近傍に照射するレーザ照射器と、を備え、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を２０度から４５度の範囲または３１５度から３４０度の範囲に配置することを特徴とするレーザ照明を用いた溶接部撮像装置。
【請求項２】
溶接部を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出すフレーム信号抽出部と、この抽出したフレーム信号の周期を整数で割って長くする１／ｎデカウンタと、１／ｎデカウンタより出力された信号の周期を整数倍の周期に遅らせた信号を出力する遅延回路と、この遅延した遅延信号の周期でパルスレーザを発生するパルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置で発生したパルスレーザを溶接部近傍に照射するレーザ照射器と、を備え、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を１３５度から２２５度の範囲に配置することを特徴とするレーザ照明を用いた溶接部撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接部をこれより著しく暗い背景とともに撮像するレーザ照明を用いた溶接部撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強い光りを放射する溶接部をＣＣＤカメラで撮像すると、ハレーションを起し、溶接部の光った画像しか得られない。溶接状態を観測するためには、強く輝く溶融金属や高温ガスの部分だけでなく、溶接棒や溶接トーチ、既に固まった溶着金属、母材などの背景も溶接部とともに１つの画面に映した画像が必要になる。
【０００３】
このような極めて明るいものと暗いものとを同一画面に映す方法として合成画像方法がある。ＣＣＤは電荷蓄積時間を調整することにより電子シャッタの機能を有しシャッタ時間の調整ができる。高速シャッタでは暗い部分は映らないが、明るい部分は鮮明に映る。低速シャッタでは明るい部分は飽和して飛んでしまうが、暗い部分は鮮明に映る。これらの２つの画像からよいところだけを切り出しして合成画像をつくることができる。図６はこの原理を説明する図で、Ａは明るい画像を示し、Ｂは暗い画像を示す。（ａ）は高速シャッタで撮像したものでＢは暗くつぶれ、Ａは鮮明に映る。（ｂ）は低速シャッタで撮像したものでＡは飽和し、飛んでしまうがＢは鮮明に映る。（ｃ）は両者の最適の画像を取り出し合成した画像である。
【０００４】
また、高照度のパルスレーザを光源とし、暗い背景を照射して溶接部と背景を同時に撮像する方法がある。この場合ＣＣＤの電荷蓄積期間に同期してパルスレーザを照射する。図７はこの状態を示す図である。この場合電荷蓄積時間を通常のＣＣＤのものとするとパルスレーザによる背景の画像に対し、溶接部の画像が明るすぎハレーションを起し、背景も溶接部の画像も得られない。このため電子シャッタを用いて電荷蓄積時間を短くする。図８は電子シャッタにより受光量を減少させパルスレーザの反射光量とほぼ同等にした場合を示す。このようにすると溶接部と背景の鮮明な画像が同一画面に得られる。このように高速シャッタを用いるとＣＣＤのフレーム周期とパルスレーザの周期とを正確に同期させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した画面を合成する方法は操作が煩雑で時間がかかり、その上装置が高価となる。パルスレーザを用いる方法はパルス周期とＣＣＤのフレーム周期を同期させるためパルスレーザ発生装置に高精度のクロック装置が用いられており、装置が高価となっていた。また、最適の画像を得るためのＣＣＤカメラとレーザ照明装置との相対位置も分かっていなかった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、パルスレーザの周期をＣＣＤのフレーム周期に簡単な装置で同期させるようにし、さらにＣＣＤカメラとレーザ照射装置との相対位置を明らかにしたレーザ照明を用いた溶接部撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、溶接部を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出すフレーム信号抽出部と、この抽出したフレーム信号の周期を整数で割って長くする１／ｎデカウンタと、１／ｎデカウンタより出力された信号の周期を整数倍の周期に遅らせた信号を出力する遅延回路と、この遅延した遅延信号の周期でパルスレーザを発生するパルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置で発生したパルスレーザを溶接部近傍に照射するレーザ照射器と、を備え、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を２０度から４５度の範囲または３１５度から３４０度の範囲に配置する。
【０００８】
ＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出し、このフレーム信号をフレーム周期の整数倍遅らした後、この遅延した信号の周期でパルスレーザを発生して溶接部周辺を照射する。整数倍遅延しても周期はＣＣＤのフレーム周期と同じなので、パルスレーザの周期はＣＣＤのフレーム周期に常に一致する。また１／ｎデカウンタより周波数を低くすることで、パルスレーザ発生装置が簡単になり低価格となる。図８で示すように高速シャッタでＣＣＤ電荷蓄積時間を短縮し、パルスレーザの反射光からの受光量と溶接部からの受光量とのバランスをとることにより、溶接部と背景が映った鮮明な画像を得ることができる。このような鮮明な全体画像を得るには、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を２０度から４５度の範囲または３１５度から３４０度の範囲に配置する。
【０００９】
請求項２の発明では、溶接部を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出すフレーム信号抽出部と、この抽出したフレーム信号の周期を整数で割って長くする１／ｎデカウンタと、１／ｎデカウンタより出力された信号の周期を整数倍の周期に遅らせた信号を出力する遅延回路と、この遅延した遅延信号の周期でパルスレーザを発生するパルスレーザ発生装置と、このパルスレーザ発生装置で発生したパルスレーザを溶接部近傍に照射するレーザ照射器と、を備え、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を１３５度から２２５度の範囲に配置する。
【００１０】
ＣＣＤカメラのフレーム信号を取り出し、このフレーム信号をフレーム周期の整数倍遅らした後、この遅延した信号の周期でパルスレーザを発生して溶接部周辺を照射する。整数倍遅延しても周期はＣＣＤのフレーム周期と同じなので、パルスレーザの周期はＣＣＤのフレーム周期に常に一致する。また１／ｎデカウンタより周波数を低くすることで、パルスレーザ発生装置が簡単になり低価格となる。図８で示すように高速シャッタでＣＣＤ電荷蓄積時間を短縮し、パルスレーザの反射光からの受光量と溶接部からの受光量とのバランスをとることにより、溶接部と背景が映った鮮明な画像を得ることができる。特に溶接ビードの凹凸形状を高いコントラストで表す画像を得るには、ＣＣＤカメラとレーザ照射器との平面的配置を、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラを配置し、レーザ照射器を１３５度から２２５度の範囲に配置する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、実施形態のレーザ照明を用いた溶接部撮像装置を示す。溶接部１は溶接により発生するアークやプラズマ等とし、背景はトーチ１ａ、溶接棒１ｂ、溶着金属１ｃ、母材１ｄ等とする。ＣＣＤカメラ２は溶接部１を中心に背景を映すように配置され、フレーム信号抽出部３はＣＣＤカメラ２のビデオ信号からフレーム信号を抽出する。ＣＣＤカメラ２からのビデオ信号はビデオデッキ４ａで録画されモニタ４ｂで画像表示される。
【００１２】
１／ｎディカウンタ５はフレーム信号の周期を整数で割って周期を長くする装置である。ＣＣＤカメラ２のフレーム周期はテレビ信号と同じく３０Ｈｚ（正確には２９．９７Ｈｚ）のものが用いられている。通常ｎ＝１，２，３の３０Ｈｚ，１５Ｈｚ，１０Ｈｚが用いられ、スイッチでいずれかに切り換えられるようになっている。遅延回路６は１／ｎディカウンタ５より出力された周期をｎ（ｎは整数で通常はｎ＝１）周期遅れた周期の信号を出力する。これにより１周期未満の遅れ周期を排除することができ、フレーム周期とパルスレーザ周期を確実に同期させることができる。パルスレーザ発生装置７は、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの場合、フラッシュランプをパルス的に放電し励起して発振させる。この励起するパルスの周期を遅延回路６の信号で行なうことにより、３０Ｈｚ，１５Ｈｚ，１０Ｈｚのパルスレーザを出力することができる。レーザ照射器８はパルスレーザ発生装置７で発生したパルスレーザを拡散して溶接部１と背景を照射する装置で、先端に球レンズなどを設けてパルスレーザを拡散して照射する。
【００１３】
図２はＣＣＤカメラ２のフレーム周期とパルスレーザの周期との同期を示す図である。Ａは電子シャッタが作用しない通常の電荷蓄積時のＣＣＤフレーム周期で３０Ｈｚの場合を示す。Ｂは高速シャッタ時で電荷蓄積時間を大幅に絞り、溶接部１を撮像する場合で、周期は変わらず３０Ｈｚである。Ｃはパルスレーザを３０Ｈｚに同期して発生させた周期を示す。Ｄはパルスレーザを１５Ｈｚで発生させフレーム信号に同期させた場合を示し、Ｅはパルスレーザを１０Ｈｚで発生させフレーム信号に同期させた場合を示す。Ｄ，Ｅのように周波数を低くするとパルスレーザ発生装置７が簡単になり低価格となる。しかし、レーザが照射されていない画面では溶接部１のみになり、画面がちらつき、鮮明さが低下する。この場合、パルスレーザを照射した１周期前の画像をメモリに記憶し、パルスレーザが照射されていない周期のときこの記憶した画像を表示するようにすると、ちらつきのない鮮明な画像が得られる。しかもいつも１周期前の画像を用いるため溶接部１の変化にもほぼ追従できるので、利用価値は大きい。
【００１４】
次に鮮明な全体画像を得るためのＣＣＤカメラ２とレーザ照射器８との相対位置について説明する。図３はＣＣＤカメラ２とレーザ照射器８の側面図を示し、図４は平面図を示す。なお、図３において、レーザ照射器８の母材１ｄに対する傾斜を分かり易く示すため、また図５の側面図としても使用するため、レーザ照射器８はＣＣＤカメラ２の反対側に表示してある。母材１ｄ平面に対して、ＣＣＤカメラ２は３０度前後、レーザ照射器８は３０〜４５度の範囲が適切である。平面的配置は図４に示すように、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラ２を配置し、レーザ照射器８を２０度から４５度の範囲または３１５度から３４０度の範囲に配置する。
【００１５】
次に溶接ビードの凹凸をハイコントラストの画面で表すためのＣＣＤカメラ２とレーザ照射器８との相対位置について説明する。図３はＣＣＤカメラ２とレーザ照射器８の側面図を示し、図５は平面図を示す。母材１ｄ平面に対して、ＣＣＤカメラ２は３０度前後、レーザ照射器８は３０〜４５度の範囲が適切である。平面的配置は図５に示すように、溶接方向を２７０度とし時計回りで０度の位置にＣＣＤカメラ２を配置し、レーザ照射器８を１３５度から２２５度の範囲に配置する。
【００１６】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、ＣＣＤカメラのフレーム周期を用いてパルスレーザを発生させることにより、簡単なシステムでＣＣＤカメラのフレーム周期とパルスレーザの同期をとることができる。また、ＣＣＤカメラとレーザ照射器を適切に配置することにより、鮮明な全体画像や溶接ビードの凹凸をハイコントラストで表す画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】実施形態の周波数同期を示す図である。
【図３】ＣＣＤカメラとレーザ照射器の側面配置を示す図である。
【図４】鮮明な全体画像を得るためのＣＣＤカメラとレーザ照射器の平面配置を示す図である。
【図５】溶接ビードの凹凸をハイコントラストの画面に表すためのＣＣＤカメラとレーザ照射器の平面配置を示す図である。
【図６】従来の合成画像方法の説明図である。
【図７】通常のＣＣＤ電荷蓄積時間を説明する図である。
【図８】高速電子シャッタを使用したＣＣＤとパルスレーザとの同期を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接部
１ａ  トーチ
１ｂ  溶接棒
１ｃ  溶着金属
１ｄ  母材
２  ＣＣＤカメラ
３  フレーム信号抽出部
４ａ  ビデオデッキ
４ｂ  モニタ
５  １／ｎ  ディカウンタ
６  遅延回路
７  パルスレーザ発生装置
８  レーザ照射器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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