技術紹介

溶接部可視化技術（可視化から評価サポートまで）
大脇桂 *1

Owaki Katsura

川口勲 *1

Kawaguchi Isao

藤田秀一 *2

Fujita Shuichi

溶接部可視化技術の従来方法である「iL-Viewer®」を使用する方法から高速度カメラを用いて適切な可視化フィルタを選択する新方法に変更することにより、補助光源不要で鮮明な画像が取得できる新溶接部可視化技術を確立した。また、新溶接部可視化技術から得られた鮮明な画像を用いて、溶接評価サポートするソフト「インプロセスサポートソフト ™」を開発した。「iL-Viewer®」の原理と良否判定事例、高速度カメラを用いた新溶接部可視化技術および「インプロセスサポートソフト™」の原理と適用事例について紹介する。
キーワード：溶接部可視化、高速度カメラ、良否判定

現場における溶接品質安定化に大きな役割を果た

1. 緒言

（2）

してきた 。

当社および株式会社 IHI では、従来から溶接部

しかしながら、近年、高速度カメラの高性能化・可視化技術に着目し、レーザ溶接等の溶接・溶高感度化が進み、照明無しでも鮮明な画像が得ら断時に高輝度になる溶融部と低輝度部である開れるようになり、また、カメラ部の小型化により先部、ビード外観など周辺部分を同一画面上で装置の設置に自由度が増してきた。さらには高速リアルタイムに確認できる溶接部可視化装置「iL-度撮影により、これまで以上に溶接現象を詳細に（1）Viewer 」シリーズを開発し 、各地の工業試験場観察することが可能になってきた。一方、溶接品や研究機関における実験用ツールとして、また、質の維持向上には、前述したような外観評価だけ自動車関連メーカー等の製造部門における品質安にとどまらず、スパッタやヒューム等の検出をイ定化のための診断ツールとして納入し、多くの実ンラインプロセスで実施することが必要不可欠で績を積んできた。特に、レーザ溶接では溶融部付あり、溶接部可視化技術の適用により実現可能と近がより高輝度になること、また、レーザを用いなる。

®

る溶接・溶断状況の監視は安全管理の観点から遠

本稿では、従来の溶接部可視化装置「iL-Viewer®」

隔監視になることから、可視化技術が重要となる。と、新溶接部可視化技術の確立および画像解析用

本装置はこのようなレーザ溶接の最適施工条件のソフトウェア「インプロセスサポートソフト ™ 」

確認手段としてのみならず、開先状態、溶接ビーについて紹介する。

ドの評価を行う良否判定システムへ適用し、製造*1：試験プロジェクト部*2：試験プロジェクト部

レーザ技術グループ
レーザ技術グループ課長—

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撮影したレーザ溶接部の画像を図 3 に示す。レー

2. 溶接部可視化装置「iL-Viewer®」

ザ光とプラズマ光が除去された状態で溶接溶融部

従来、当社が開発・販売してきた「iL-Viewer 」

および溶接ビードの鮮明な観察が可能である。ま®の可視化部を図 1 に示す。

た、図 4 に示すようにガスシールドアーク溶接においても良好な観察画像が得られた。さらに本装置で撮影した動画にリアルタイムで画像処理を施し良否判定を行うことにより、溶接中の溶接不良の発生を検出することができ、不良原因の特定にも大いに役立つ。
このような良否判定システムを備えたテーラード加工システムを実用化し、自動車関連メーカー等の製造部門で使用された結果、溶接品質管理に（2）有効であることが確認された 。
図 1 「iL-Viewer®」可視化ヘッドの概略図
高輝度パルス YAG レーザ（第 2 高調波）をカメラの撮影フレームと同期させて溶接部へ照射させ、その波長のバンドパス光学フィルタを備えたカメラにより撮影する。撮影素子には高速度シャッター、ズーム機能を備えた市販の CCD カメラを用いた。
撮影された動画は、リアルタイムでモニタに表示するとともに、外部機器へ送信し、良否判定システムの判定画像として使用することができる。
図 2 に機器の基本構成を示す。この装置により

図 3 「iL-Viewer®」による観察例

レーザ溶接

図 2 「iL-Viewer®」の基本構成—

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10:17:51ヒューム発生量の計算の 3 種類である。
図 6 に観察動画の一例を示す。
高輝度部の検出およびヒューム発生量の計算
は、図 6 に示すようにそれぞれ設定した円領域内において、設定した輝度範囲のピクセル数により判定する。
ただし、ヒューム発生量に関しては、広範囲に及ぶ比較的低輝度のピクセルを解析するため、誤判定を回避する目的で判定除外領域の設定ができる。一方、スパッタ発生数の計算は、図 6 の外側

図 4 「iL-Viewer®」による観察例
ガスシールドアーク溶接

二つの円で囲まれた領域内において、図 7 に示した方法で計算した。本ソフトウェアは、これら 3種類の判定方法に対し、それぞれ設定したしきい3. 新溶接部可視化技術の確立および「インプロセスサポートソフト ™」

値により判定結果を表示する。

新たに確立した溶接部可視化技術は、高速度カメラを用いることにより、高速な溶接現象についても観察が可能となった。この技術は溶接条件・溶接方法や撮影条件・可視化フィルタによっては照明を用いることなく観察が可能であり、また約1m 離れた位置からの遠距離撮影でも補助光源を（3）用いることにより鮮明な画像が得られる 。
得られた画像を解析するため、図 5 に示す機器を構成し、専用の溶接画像解析ソフトウェア「インプロセスサポートソフト™」を開発した。
本ソフトウェアで観察動画を解析する項目は、

図 6 「インプロセスサポートソフト ™」による観察動画の一例（レーザ溶接）

溶融池の高輝度部の検出、スパッタ発生数の計算、CameraLink 等

HALCON
対応ドライバ（PCIExpressパス）

HALCON（画像処理エンジン）
欠陥
推定

図5

画像・処理結果

高速度カメラを用いた新溶接部可視化技術と「インプロセスサポートソフト ™」—

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図7

スパッタ発生数の計算方法
図9

新溶接部可視化技術による観察例

4. 「インプロセスサポートソフト 」の適用例™

4.1 亜鉛メッキ鋼板の重ねレーザ溶接

4.2 レーザ・アークハイブリッド溶接への適用例

亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接の溶接品質は、すき新たに確立した溶接部可視化技術を用いて照明無しで撮影した結果を図 10 に示す。

ま量の変化に敏感に影響され、高精度・高信頼性の検査が求められている。図 8 は亜鉛メッキ鋼板

パルスアーク溶接を併用したハイブリッド溶接の重ね溶接を新たに確立した溶接部可視化技術でにおいても、ベース電流時のみの画像を選択して観察した例である。観察結果を図 9 に示す。ス

判定する機能により鮮明な画像が得られ、スパッパッタおよびキーホール部を観察することができタ発生数およびヒューム発生量の計算結果から、た。スパッタ発生数と欠陥発生率とは相関があるより確実な評価判定が可能となった。

（4）

ことから 、本ソフトウェアによるスパッタ発生数の計算は欠陥発生の推定に有効であると考えられる。

図 10

図8

亜鉛メッキ鋼板の重ね溶接の高速度カメラによる観察例—

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ハイブリッド溶接への適用例

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5. 結言参考文献（1）高速度カメラを用い、照明無しで鮮明な溶（1） 大脇ら：レーザ可視化装置の開発（2）、溶接接部の画像が得られる新溶接部可視化技術を確立

学会全国大会講演概要、65(1999)、pp.224-225（2） 高橋ら：溶接部可視化装置による溶接良否判した。
（2）スパッタ発生数、ヒューム発生量および高定システムの現状と今後－テーラード加工シ輝度部面積をリアルタイムに測定できるインプロ

ステム実機適用－、溶接学会全国大会講演概セスサポートソフトを開発し、レーザ溶接をはじ

要、72(2003)、pp.20-21（3） 大脇：リモート溶接とその応用、溶接学会全めアーク溶接にも適用可能であり、溶接品質評価

国大会講演概要、82(2008)、pp.F-29-34の一助となることを示した。

（4） 篠崎ら：長焦点リモートレーザ溶接時のイン（3）溶接継手のインライン良否判定への適用のプロセスモニタリング技術の開発、溶接学会研究開発が重要であると考える。

全国大会講演概要、83(2008)、pp.230-231

試験プロジェクト部
レーザ技術グループ課長

試験プロジェクト部
レーザ技術グループ
課長

大脇

川口桂

TEL. 045-759-2120
FAX. 045-759-2119

勲

TEL. 045-759-2120
FAX. 045-759-2119

試験プロジェクト部
レーザ技術グループ

藤田 秀一
TEL. 045-759-2120
FAX. 045-759-2119—

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