ハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラム
【課題】 従来、ハイブリッド溶接装置における画像処理は十分なものとは言えず、高精度の溶接制御を行うことが困難であった。
【解決手段】 第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段３，４１と、該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段４２と、該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えるように構成する。
【解決手段】 第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段３，４１と、該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段４２と、該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムに関し、特に、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせて、レーザ溶接の高エネルギーによる溶け込み深さおよび高速性、並びに、アーク溶接（供給するフィラーワイヤ）による十分な溶着量といった両者の長所を取り入れたハイブリッド溶接が研究・開発されている。
【０００３】
ここで、ハイブリッド溶接は、主としてレーザ溶接およびアーク溶接を組み合わせるものであるが、これに限定されず、本発明は、例えば、電子ビーム溶接や誘導加熱溶接等の他の方式の溶接を組み合わせたハイブリッド溶接にも適用することが可能である。また、実際の厚板（例えば、パイプ）等の溶接において、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接を行った後、アーク溶接を行うというように、本発明に係るハイブリッド溶接に加えて、さらに、他の方式の溶接を行うこともあり得る。
【０００４】
ところで、従来、レーザ溶接とＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接を組み合わせたハイブリッド溶接において、高速域の溶接において溶接ビードが不安定になるのを防止するために、溶接時に被溶接物に形成された溶融池を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像した画像に基づいてレーザ光の照射点から溶融池の輪郭までの距離を求める距離算出手段と、距離算出手段で求めた距離に基づいて、照射点と溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）の供給ノズルの相対的な位置を変化させる移動手段を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来、開先幅を高精度で測定し、開先幅の変動に応じて必要溶着量を適正に制御するアーク溶接の自動溶着量制御方法が提案されている。すなわち、本件の発明者達により、基準溶接では初層から最終層２層前までの基準溶融池幅を計測し、初層平滑化溶融池幅と基準溶融池幅データとの比および予め設定された２層目基準溶接速度を基に２層目目標溶接速度を算出し、この速度で２層目溶接を行なうと共に溶融池幅を計測し、同様に次の３層目から最終層１層前までの溶接を行い、最終層溶接は最終層２層前平滑化溶融池幅データと基準溶融池幅データとの比および予め設定された最終層基準溶接速度を基に算出した目標溶接速度により行なう狭開先多層盛りアーク溶接の自動溶着量制御方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、従来、輝度レベルが異なる溶接電極、溶融池、開先壁および溶接ワイヤを撮像画像から安定して分離、検出でき、画像計測値を基に安定して制御を行うことができるＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）アーク溶接の自動制御方法も提案されている。すなわち、本発明者達により、溶接電極、溶融池、開先壁、溶接ワイヤを含む領域を撮像した輝度画像において、溶接電極と溶融池との輝度差、溶融池と開先壁との輝度差、溶接ワイヤと溶融池との輝度差がそれぞれ相対的に大きくなるような露光時間で撮像した溶接電極、開先壁、溶融池、および、溶接ワイヤの輝度画像の計測値を基に溶接電極の中心線倣い制御、揺動幅制御、および、溶接ワイヤ挿入位置制御を行うＴＩＧアーク溶接の自動制御方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８１６６４号公報
【特許文献２】特開２００５−０８１４１８号公報
【特許文献３】特開２００５−０８１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来、レーザ溶接とＭＩＧ溶接を組み合わせたハイブリッド溶接において、撮像手段により被溶接物に形成された溶融池を撮像し、距離算出手段によりその画像を画像処理して溶融池の輪郭とレーザ光の照射点を検出し、さらに、レーザ光の照射点から溶融池の輪郭までの距離を求め、そして、移動手段により距離算出手段で求めた距離に基づいて、レーザ光の照射点と溶加材ワイヤの供給ノズルの相対的な位置を変化させるものが提案されている。
【０００９】
すなわち、被溶接物の板厚により決定される溶接速度に対して、レーザ光の照射点と供給ノズル（溶接ワイヤ）の間隔を最適に制御して照射点を溶融池内に位置させることにより、溶接速度の大小に左右されることなく常に安定した溶接ビードを形成し、高品質の溶接部を得るようにしたハイブリッド溶接技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、例えば、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接装置において、溶融部の画像処理を行ってレーザ溶接およびアーク溶接のそれぞれを適切に制御するようにしたものは実用化されていない。
【００１１】
ところで、例えば、アーク溶接と、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接との大きな違い（狭開先多層盛溶接初層の場合）は、溶け込み深さと溶接速度である。特に、溶接速度は、アーク溶接では２０ｃｍ／ｍｉｎ前後であるのに対して、ハイブリッド溶接では２ｍ／ｍｉｎ前後が可能である。従って、ハイブリッド溶接における制御速度は、アーク溶接に比べてかなり高速であることが必要となる。
【００１２】
図１は関連技術としてのハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。図１において、参照符号１０はレーザ照射点（レーザ加工点発光）、２０は溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）、そして、１００は溶融池を示している。
【００１３】
まず、アーク溶接トーチ（溶接ワイヤ２０）が揺動している場合、揺動端における画像計測が必要となる。すなわち、溶接トーチの揺動幅は、左右１対の画像計測により算出することができ、例えば、揺動周波数が３０Ｈｚの場合、左端から右端までは１６．７ｍｓであるが、外部トリガによるシャッターの場合は３３．３ｍｓ以上間隔を空ける必要がある。そのため、溶接トーチの左右端計測間隔ＭＰは、１周期遅らせて５０ｍｓとなり、計測サイクルは２０回／秒となる。さらに、アーク変動の影響を避けるためには、例えば、最低３フレーム程度の積算平滑化処理が必要となり、その結果、計測サイクルは６．７回／秒となる。
【００１４】
さらに、このようにして得た計測値を溶接の制御に使用するには、誤検知の影響を排除しなければならず、例えば、５点（５回）の計測値を使用して中央値処理等の平滑化処理を行う必要があり、その結果、制御サイクルは１秒前後となってしまう。ここで、アーク溶接の溶接長は、例えば、１秒間で約３ｍｍ程度であるが、ハイブリッド溶接の溶接長は、例えば、１秒間で約３０ｍｍ程度であるため、１秒程度の制御サイクルではハイブリッド溶接の制御を行うことは困難である。
【００１５】
さらに、図１に示されるように、例えば、溶接トーチが左端に移動しているときの画像Ｌ１，Ｌ２およびＬ３の３つの画像を積算平滑化処理して左端平滑画像ＬＡ０とし、また、溶接トーチが右端に移動しているときの画像Ｒ１，Ｒ２およびＲ３の３つの画像を積算平滑化処理して右端平滑画像ＲＡ０とする。
【００１６】
このとき、右端平滑画像ＲＡ０に関して、例えば、積算平滑化処理に使用した３つの画像Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が正常（適正露出）だった場合、右端平滑画像ＲＡ０も正常となる。しかしながら、左端平滑画像ＬＡ０に関して、例えば、画像Ｌ２だけが正常で画像Ｌ１およびＬ３はアーク光量過大時（オーバー露出）だった場合、左端平滑画像ＬＡ０ではワイヤ先端部分が不鮮明になり、溶接の制御を高精度で行うことが困難となる。
【００１７】
本発明は、高精度の溶接制御を行うことのできるハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段と、該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置が提供される。
【００１９】
本発明の第２の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理方法であって、被溶接材の複数の画像を取り込み、該取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理して、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の第３の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムであって、コンピュータに、被溶接材の複数の画像を取り込ませ、該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムが提供される。
【００２１】
本発明の第４の形態によれば、コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、前記コンピュータに、被溶接材の複数の画像を取り込ませ、該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムを記録した媒体が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高精度の溶接制御を行うことのできるハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【実施例】
【００２４】
図２は本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＭＯＳカメラの画像の一例を示す図である。図２において、参照符号１０はレーザ照射点（レーザ加工点発光）、２０は溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）、そして、１００は溶融池を示している。
【００２５】
ここで、ＣＭＯＳカメラは、後に詳述するように、例えば、被溶接材にレーザ光を照射して行うレーザ溶接部（溶融池）の画像を、照射されるレーザ光に対して同軸上に設けられている。
【００２６】
図２に示されるように、本発明に係るハイブリッド溶接装置のＣＭＯＳカメラにより取り込まれた画像における検知項目としては、レーザ加工点位置（Ｘ座標）ＬＸ、レーザ加工点位置（Ｙ座標）ＬＹ、溶融池両端位置（Ｘ座標）ＰＬ，ＰＲおよび溶融池中心ＰＸＣ（＝（ＰＬ＋ＰＲ）／２）、溶接ワイヤ突込位置（Ｙ座標）ＷＹ、並びに、溶接ワイヤ位置（Ｘ座標）ＷＸＬ、ＷＸＲおよび揺動中心ＷＸＣ（＝（ＷＸＲ＋ＷＸＬ）／２）である。
【００２７】
図３は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を模式的に示す図である。図３において、参照符号１はレーザヘッド、１１はレーザ光、２は溶接トーチ、２０は溶接ワイヤ、そして、３はＣＭＯＳカメラを示している。なお、図３における溶接方向は、レーザ溶接部（レーザヘッド１）およびアーク溶接部（溶接トーチ２）が設けられたハイブリッド溶接装置と被溶接材（母材）との相対的な移動方向を示し、例えば、被溶接材が固定されている場合には、ハイブリッド溶接装置が図３において左奥から右手前方向へ移動する。
【００２８】
図３に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３は、レーザヘッド１から被溶接材へ照射されるレーザ光１１と同軸上に配置されている。なお、ＣＭＯＳカメラ３には、アーク光の影響を排除して溶融池輻射光およびレーザ加工点発光をより良く捉えるために干渉フィルタ（透過主波長９５５ｎｍ）が設けられており、溶融池全体、溶接ワイヤ２０およびレーザ照射点（レーザ加工点）１０を高速に（例えば、毎秒２０００コマ）撮像することができるようになっている。
【００２９】
図４は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。図４において、参照符号４は制御用コンピュータ（制御ＰＣ）、４２は画像処理ボード、そして、４３はシリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を示している。
【００３０】
図４に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３の映像は、画像処理ボード４２に入力される。また、非同期シャッター用トリガは、レーザヘッド左右軸サーボコントローラ（揺動制御部）から出力されて画像処理ボード４２に入力され、ＣＭＯＳカメラ３へのシャッタートリガは画像処理ボード４２から出力される。そして、画像処理ボード４２で処理された画像データは、シリアルインターフェース４３（例えば、ＲＳ−２３２Ｃ）を介して制御装置へ出力される。
【００３１】
図５は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【００３２】
図５に示されるように、レーザ溶接線中心倣いは、ＣＭＯＳカメラ３で捉えた溶接部画像内のレーザ加工点１０の中心ＬＸと溶接線の中心ＰＸＣ（すなわち、開先中心＝溶融池１００の中心）が一致するように加工点位置を制御する。なお、本実施例のハイブリッド溶接装置では、レーザ光１１と同軸上に設けられたＣＭＯＳカメラ３はレーザヘッド１と連動しているため（図３参照）レーザ加工点１０の方が静止し、溶融池１００（開先）が移動しているように見える。そして、溶融池１００の中心ＰＸＣとレーザ加工点１０の中心ＬＸの差δＸを求め、これが零となるようにレーザヘッド１の位置を制御する。
【００３３】
δＸ＝ＬＸ−ＰＸＣ＝ＬＸ−（ＰＲ−ＰＬ）／２
ここで、計測サイクル時間をΔｔ、制御遅れ時間をｔｄとすると、本実施例では、Δｔ＞ｔｄであるが、対象ワーク（被溶接材）が直線であるため倣い制御としては十分である。
【００３４】
この中心位置ずれ量δＸに水平方向画素分解能（ｍｍ／画素）を掛けたものをレーザ加工点の位置制御量として送信する。なお、水平方向分解能は、例えば、０．０１５ｍｍ／画素であり、１０画素程度のばらつきを見積もると、精度は±０．１５ｍｍとなる。
【００３５】
図６は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるアーク溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【００３６】
まず、アーク溶接線中心倣い制御は、ＣＭＯＳカメラ３で撮像した溶融池１００（溶接ワイヤ２０）の画像を用いたレーザヘッド１の制御とは独立した制御である。
【００３７】
図６に示されるように、アーク溶接線中心倣い制御は、揺動左端時画像（図６（ａ）参照）から溶接ワイヤ突込位置ＷＸＬ、右端時画像（図６（ｂ）参照）からＷＸＲを計測し、これらから溶接ワイヤ２０（アーク溶接トーチ）の揺動中心位置ＷＸＣを算出する。
【００３８】
ＷＸＣ＝（ＷＸＬ＋ＷＸＲ）／２
これと同時に溶融池１００の中心ＰＸＣ（揺動左端、右端時における溶融池中心の平均値）も算出し、揺動中心位置ＷＸＣと溶融池中心ＰＸＣの差分値すなわちアーク溶接線中心倣いずれ量δＸを求める。
δＸ＝ＰＸＣ−ＷＸＣ
【００３９】
図７は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ・アーク間距離制御を説明するための図である。
【００４０】
図７に示されるように、レーザ・アーク間距離制御は、ＣＭＯＳカメラ３で撮像した画像を用いてレーザ溶接とアーク溶接との間の距離を一定に保つために、アーク溶接トーチ（溶接ワイヤ２０）の位置制御を行う必要がある。揺動左端時に撮像した画像（図７（ａ）参照）からワイヤ突込位置ＷＹＬを計測し、揺動左端時のレーザ・アーク間距離δＬＡ-Lを算出する（レーザ溶接先行時）。
【００４１】
δＬＡ-L＝ＬＹ−ＷＹＬ
次に、揺動右端時に撮像した画像（図７（ｂ）参照）からワイヤ突込位置ＷＹＲを計測し、揺動左端時のレーザ・アーク間距離δＬＡ-Rを算出する。
【００４２】
δＬＡ-R＝ＬＹ−ＷＹＲ
そして、揺動左端時、右端時に算出したレーザ〜アーク間距離の平均δＬＡが所望の値となる。
【００４３】
δＬＡ＝（δＬＡ-L＋δＬＡ-R）／２
ここで、基準のレーザ・アーク間距離をＬＡstdとし、溶接トーチが前進する方向（レーザ加工点に近づく方向）を＋とすると、制御量ΔＬは、
ΔＬ＝δＬＡ−ＬＡstd
となる。なお、ΔＬが負（−）ならば、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）をレーザ加工点１０から後退させることになる。
【００４４】
図８は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例における揺動幅制御を説明するための図であり、図８（ａ）は基準溶融池幅および揺動幅を示し、図８（ｂ）は現在溶融池幅および揺動幅を示している。
【００４５】
揺動幅制御は、開先幅（ルートギャップ）の変動に応じた揺動幅となるように制御し、予め基準開先で溶接したときの溶融池幅ＰＷstd（＝ＰＲstd−ＰＬstd：図８（ａ）参照）と溶接ワイヤ揺動幅ＥＷstd（＝ＷＸＲstd−ＷＸＬstd：図８（ｂ）参照）との差分値を記録しておく。そして、実際の溶融池幅をＰＷcur（＝ＰＲcur−ＰＬcur）とすると共に、実際の揺動幅をＥＷcurとすると、
ΔＷ＝（ＰＷcur−ＥＷcur）−（ＰＷstd−ＥＷstd）
となるΔＷを揺動幅増減値として制御装置に送信する。
【００４６】
本発明のハイブリッド溶接装置の画像処理方法では、例えば、高速度ＣＭＯＳカメラ３を用いて溶融池１００の画像を撮影（撮像）するが、アーク溶接トーチ２の揺動中心および揺動幅の計測を行うために、揺動端における溶融池画像（溶接ワイヤ画像）が必要となる。さらに、高速度ＣＭＯＳカメラ３で撮像した揺動端近傍での複数フレームの画像を積算平滑化処理するために、例えば、積算開始を知らせるトリガを揺動軸（左右軸）サーボコントーラよりワイヤ揺動端手前１．５ｍｓの位置で出力する。
【００４７】
図９は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像積算平滑化処理の一例を説明するための図である。
【００４８】
図９に示されるように、例えば、ＣＭＯＳカメラ３により撮像された原画像Ｉ-1〜Ｉ-nは、カメラの撮像タイミングによってアーク光２００やレーザプルーム光等の影響により溶接ワイヤ２０の画像が不鮮明となったり、或いは、アーク短絡により画像全体の輝度が低下して溶接ワイヤ２０の判別が困難となる場合がある。そこで、本発明のハイブリッド溶接装置の画像処理方法では、加算器４０１により複数の画像を輝度積算（例えば、３つの画像を積算）し、さらに、ビットシフト回路４０２でビットシフトして平滑化処理を行い、３つの画像を積算平滑化処理した画像Ｉ-Aを生成する。
【００４９】
図９から明らかなように、この積算平滑化処理した画像Ｉ-Aにおいては、溶融池１００および溶接ワイヤ２０等を明確に認識でき、この積算平滑化処理した画像Ｉ-Aを使用することにより前述したレーザ溶接およびアーク溶接の各制御を正確に行うことが可能になる。
【００５０】
図１０は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法におけるアーク光量の変化の例を説明するための図であり、図１０（ａ）はアーク光量適正時の画像、図１０（ｂ）はアーク光量過大時の画像、そして、図１０（ｃ）はアーク光量過小時の画像を示している。
【００５１】
まず、図１０（ａ）に示されるように、アーク光量適正時の画像は、アーク光量および溶融池輻射光が適正な場合のものであり、発光が開先内に均一に拡がっていて、レーザ加工点発光（レーザ照射点）１０、溶接ワイヤ２０および溶融池輻射光（溶融池１００）が明瞭に識別できる。これに対して、図１０（ｂ）に示されるように、アーク光量過大時の画像は、アーク光２００が偏ったり、溶接ワイヤ２０の端部を塞いだりすることがあり、また、図１０（ｃ）に示されるように、アーク光量過小時の画像は、発光が弱すぎて溶接ワイヤ２０および開先壁が不明瞭となる。
【００５２】
そこで、本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法（ハイブリッド溶接装置）では、複数の画像を積算平滑化処理してレーザ溶接およびアーク溶接の制御に用いる画像を生成する。
【００５３】
図１１は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【００５４】
上述したように、本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法は、複数の画像を積算平滑化処理してレーザ溶接およびアーク溶接の制御に用いる画像を生成する。
【００５５】
しかしながら、例えば、アーク光量の大小によって積算する画像の多数が不明瞭である場合（例えば、積算する３画面のうち２画面が暗くワイヤ画像が不明瞭である等）には、積算平滑化処理を行っても画質改善の効果が得られない。そこで、図１１に示されるように、例えば、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）の揺動端の前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に７つの画面Ｌ１１〜Ｌ１７を取り込み、適正な明るさの３画面Ｌ１２，Ｌ１４，Ｌ１７のみを積算平滑化処理を行って左端平滑画像ＬＡを生成する。同様に、右端平滑画像ＲＡも、適正な明るさの画面のみを積算平滑化処理して生成する。
【００５６】
なお、図１１において、画面Ｌ１１およびＬ１３はアーク光量過小時（アーク短絡時：ＮＧ１）のものであり、また、画面Ｌ１５およびＬ１６はアーク光量過大時（ＮＧ２）のものであり、これらの画面Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１６は、積算平滑化処理には使用しない。
【００５７】
ここで、アーク変動が十分速いものとすれば、高速取り込みが可能なカメラ（ＣＭＯＳカメラ等）を使用することで、揺動端近傍（±１．５ｍｓ）において０．５ｍｓ程度の間隔で画像を取り込んで積算平滑化処理を行えば、例えば、アーク溶接トーチ２が３０Ｈｚで揺動している場合、計測サイクルは３０回／秒（左右１対）となる。ここで、計測サイクルは揺動周期で律せられ、揺動幅２ｍｍ、揺動振幅３０Ｈｚのとき左右揺動端から±１．５ｍｓにおける溶接ワイヤ２０の位置は、±０．０４ｍｍ程度となり、ワイヤ径を１．２ｍｍとすると±３．３％のずれに過ぎず、積算平滑化処理には十分であることが分かる。
【００５８】
なお、計測値を制御に使うためには、誤検知の影響を排除するために５〜１０（或いは、２〜５）点の計測値から中央値処理等の平滑化処理が必要であり、制御サイクルは０．１７〜０．３３（或いは、０．０７〜０．１７）秒程度となる。また、積算平滑化処理に不適な画像（アーク光量が過小または過大）を輝度積算値の大きさで除外することにより、良好な平滑化処理画像が得られる。さらに、平滑化処理画像の画質が向上するため、誤検知の影響を低減するための中央値処理点数を減らすことができ、制御サイクルを短くすることが可能である。
【００５９】
以上において、積算平滑化処理に使用する画像（画面）は、溶接ワイヤ２０の揺動端前後の画像であるが、揺動端の前後±１．５ｍｓの画像に限定されるものではなく、また、積算平滑化処理に使用する画像の枚数も３枚に限定されるものではない。
【００６０】
図１２は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像輝度積算値による適正画像判定の例を説明するための図である。
【００６１】
図１２に示されるように、適正な明るさを決定するには、画像内の設定矩形範囲における輝度積算値ＳＵＭ-Pが予め設定してあるしきい値Ｔｈ１およびＴｈ２に対して、
Ｔｈ１＜ＳＵＭ-P＜Ｔｈ２
を満たしているかどうかを判断する処理が必要である。
【００６２】
すなわち、矩形領域（Ｘｓ，Ｙｓ）〜（Ｘｅ，Ｙｅ）内の輝度積算値を算出し、その値が予め設定されたしきい値Ｔｈ１〜Ｔｈ２の範囲内にあれば有効画像とし、平滑化データ生成に用いる。なお、矩形領域（Ｘｓ，Ｙｓ）〜（Ｘｅ，Ｙｅ）内の輝度積算値がしきい値Ｔｈ１未満またはＴｈ２を越えた場合は無効画像とする。
【００６３】
すなわち、ＣＭＯＳカメラ３により撮影された複数の画像のうち、その画像において溶融池１００の両端および溶接ワイヤ２０の画像を含み、且つ、レーザ照射点（レーザ加工発光点）１０の画像を含まない矩形領域内の輝度積算値ＳＵＭ-Pを算出する。そして、算出された輝度積算値ＳＵＭ-Pが予め定められた範囲内（Ｔｈ１＜ＳＵＭ-P＜Ｔｈ２）にある画像を積算平滑化処理に使用する。
【００６４】
そして、矩形領域内の輝度積算値Pが予め定められた範囲内にある画像を積算平滑化処理して生成された画像に基づいて、レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、レーザ溶接のレーザ照射点とアーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、並びに、溶接ワイヤの揺動幅制御等を行うことになる。
【００６５】
図１３は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池端部検知処理の一例を説明するための図である。
【００６６】
図１３に示されるように、溶融池１００の中心を求めるには、溶融池１００の左右端を、開先が計測ラインを横切るように設定しておいて、そのライン上の輝度変化を調べることにより検知する。ここで、計測ラインは、ＤＬ１〜ＤＬ３の３本設定し、各ラインＤＬ１〜ＤＬ３で検知されたＸ座標３点のうち中央値を溶融池１００の端部とする。
【００６７】
また、左側端点の場合、計測ラインＤＬ１〜ＤＬ３上の輝度データに対して溶融池１００の外側から中央に向かって１次微分および２次微分を行う。そして、１次微分値が予め設定されたしきい値Ｔｈ１０を初めて越え、且つ、その直後で２次微分値が零クロス（＋→−）する点を検知し、これを溶融池１００の左端点とする。ただし、零クロス点における１次微分値がしきい値Ｔｈ１０以上であることが必要である。なお、検索点が設定範囲を超えたら検出エラーとする。また、右側端点の場合も、同様に溶融池１００の外側から中央に向かって処理を行う。
【００６８】
なお、レーザ加工点（レーザ照射点）は、ＣＭＯＳカメラ３により同軸上で見ているため、画像内ではその位置は固定であり、溶接前に予めその座標を知ることができる。
【００６９】
このようにして、レーザ溶接線中心倣いに必要な同軸カメラ（ＣＭＯＳカメラ３）の画像における溶融池端部およびレーザ加工点を検知することができる。
【００７０】
図１４は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶接ワイヤ検知処理の一例を説明するための図である。
【００７１】
溶接ワイヤ２０の位置検知は、アーク溶接線中心倣い制御および揺動幅倣い制御に必要である。まず、溶接ワイヤ突込位置を検知するための計測ラインを設定する。
【００７２】
図１４に示されるように、溶接ワイヤ２０の位置検知には、図１３を参照して説明した溶融池１００の左右端を検知するために使用した計測ラインＤＬ１〜ＤＬ３を利用し、溶接ワイヤ２０のＸ方向（進行方向に垂直）の位置を検知する。
【００７３】
計測ラインＤＬ１の輝度データを移動平均処理し、溶融池１００の左右端の内側範囲内の最小値を求め、これを溶接ワイヤ２０のＸ座標候補とする。さらに、残り２本の計測ラインＤＬ２およびＤＬ３においても同様の処理を実行し、得られたＸ座標値のうち中央値を取るものを溶接ワイヤ２０のＸ座標ＷＸＬ（揺動左端時）とする。また、そのときの輝度値をＰ（ＷＸＬ）なお、揺動右端時の溶接ワイヤ２０のＸ座標はＷＸＲとし、そのときの輝度値をＰ（ＷＸＲ））とする。
【００７４】
このＸ座標をワイヤ突込位置計測ラインＤＬ４として設定し、画像の下側からレーザ加工点方向へ輝度データを調べ、その値が設定しきい値（＝Ｐ（ＷＸＬ）＊α）を越えた点をワイヤ突込位置候補ＷＹＬ（またはＷＹＲ）とする。さらに、ワイヤ突込位置ＷＹは、ＷＹＬとＷＹＲの平均値［（ＷＹＬ＋ＷＹＲ）／２］とする。また、揺動幅ＥＷは、ＥＷ＝ＷＹＲ−ＷＹＬである。
【００７５】
図１５および図１６は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図１５および図１６のフローチャートは、計測値から誤検知の影響を排除して溶接の制御に使用するために５点（５回：Ｍ＝５）の計測値を使用して中央値処理等の平滑化処理を行い、且つ、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）の揺動端の前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に画面を取り込む場合を例として示している。
【００７６】
まず、ハイブリッド溶接装置の画像処理が開始すると、ステップＳＴ１において、計測回数Ｍ＝１とし、ステップＳＴ２へ進んで、溶接トーチ２が揺動端の１．５ｍｓ前であるかどうかを判別する。ステップＳＴ２において、揺動端の１．５ｍｓ前であると判別されると、さらに、ステップＳＴ３へ進んで、揺動右端側かどうかを判別し、また、揺動端の１．５ｍｓ前ではないと判別されると、ステップＳＴ２に戻って、揺動端の１．５ｍｓ前であると判別されるまで処理を繰り返す。
【００７７】
ステップＳＴ３において、揺動右端側であると判別されると、ステップＳＴ４へ進んで、１画面を取り込み、さらに、ステップＳＴ５へ進み、また、揺動右端側ではないと判別されると、ステップＳＴ９へ進んで、１画面を取り込み、さらに、ステップＳＴ１０へ進む。
【００７８】
ステップＳＴ５では、図１２を参照して説明したように、ステップＳＴ４で取り込まれた画面の輝度積算値が設定範囲内かどうかを判別し、輝度積算値が設定範囲内であると判別されると、ステップＳＴ６へ進んで、画像積算・平滑化処理を行い、さらに、ステップＳＴ７へ進む。同様に、ステップＳＴ１０でも、ステップＳＴ９で取り込まれた画面の輝度積算値が設定範囲内かどうかを判別し、輝度積算値が設定範囲内であると判別されると、ステップＳＴ１１へ進んで、画像積算・平滑化処理を行い、さらに、ステップＳＴ１２へ進む。
【００７９】
ステップＳＴ７では、揺動端１．５ｍｓ後かどうかを判別し、揺動端１．５ｍｓ後であると判別されると、ステップＳＴ１４へ進み、また、揺動端１．５ｍｓ後ではないと判別されると、ステップＳＴ８へ進んで、０．５ｍｓ遅延してステップＳＴ４へ戻り、ステップＳＴ７で揺動端１．５ｍｓ後であると判別されるまで同様の処理を繰り返す。同様に、ステップＳＴ１２では、揺動端１．５ｍｓ後かどうかを判別し、揺動端１．５ｍｓ後であると判別されると、ステップＳＴ１４へ進み、また、揺動端１．５ｍｓ後ではないと判別されると、ステップＳＴ１３へ進んで、０．５ｍｓ遅延してステップＳＴ９へ戻り、ステップＳＴ１２で揺動端１．５ｍｓ後であると判別されるまで同様の処理を繰り返す。
【００８０】
ステップＳＴ１４では、揺動端の左右でＭ組のペアがあるかどうかを判別し、Ｍ組のペアがあると判別されると、ステップＳＴ１５へ進み、また、Ｍ組のペアがないと判別されると、ステップＳＴ２へ戻って、Ｍ組のペアがあると判別されるまで同様の処理を繰り返す。
【００８１】
ステップＳＴ１５では、前述したような、Ｍ組目の溶融池中心、溶融池幅、揺動幅、ワイヤ突込位置とレーザ加工点との間の距離等を算出し、ステップＳＴ１６へ進む。ステップＳＴ１６では、Ｍが５以上（Ｍ≧５）であるかどうかを判別し、Ｍが５以上ではない（Ｍ＝１，２，３，４）と判別されると、ステップＳＴ１７へ進んで、Ｍ＝Ｍ＋１としてステップＳＴ２へ戻り、また、Ｍが５以上である（Ｍ＝５）と判別されると、ステップＳＴ１８へ進む。
【００８２】
ステップＳＴ１８では、溶融池中心、溶融池幅、揺動幅、ワイヤ突込位置とレーザ加工点との間の距離等の算出値の平滑化処理（算出値５組の平均：積算平滑化処理）を行って、ステップＳＴ１９へ進む。ステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１８で複数の画像を積算平滑化処理した画像に従って、各制御量を算出および送信し、ステップＳＴ２０に進んで、処理を終了するかどうかを判別し、処理を終了すると判別されるまで、上述したステップＳＴ１からの処理を繰り返す。
【００８３】
なお、ステップＳＴ１９における各制御量とは、例えば、レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、レーザ照射点と前記アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、および、溶接ワイヤの揺動幅制御等に使用する制御量である。
【００８４】
ここで、計測値から誤検知の影響を排除するために行う計測回数（Ｍ）は５回に限定されるものではなく、また、画面と取り込むタイミングも揺動端前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に取り込むのに限定されないのはもちろんである。
【００８５】
図１７は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を模式的に示す図である。
図１７と前述した図３との比較から明らかなように、本実施例のハイブリッド溶接装置は、図３に示すハイブリッド溶接装置に対して、さらに、ＣＣＤカメラ５を設けたものに相当する。
【００８６】
ＣＣＤカメラ５は、溶接方向斜め前（例えば４５°前後の角度)に配置され、ＣＭＯＳカメラ３と同様の干渉フィルタ（透過主波長が９５５ｎｍ）が設けられていて、レーザ加工点位置を計測する。
【００８７】
図１８は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を概略的に示すブロック図である。図１８において、参照符号４は制御用コンピュータ（制御ＰＣ）、４２は画像処理ボード、そして、４３はシリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を示している。
【００８８】
図１８に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３の映像は、画像処理ボード４２のＣＨ１に入力され、また、ＣＣＤカメラ５の映像は、画像処理ボード４２のＣＨ０に入力されている。非同期シャッター用トリガは、レーザヘッド左右軸サーボコントローラから出力されて画像処理ボード４２に入力される。ＣＭＯＳカメラ３へのシャッタートリガは、画像処理ボード４２から出力される。
【００８９】
図１９は本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＣＤカメラの画像の一例を示す図である。
【００９０】
図１９に示されるように、本発明に係るハイブリッド溶接装置のＣＣＤカメラ５により取り込まれた画像における検知項目としては、レーザ加工点位置（Ｘ座標）ｌｘ、および、レーザ加工点位置（Ｙ座標）ｌｙである。
【００９１】
図２０は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例におけるレーザヘッド高さ倣い制御を説明するための図である。
【００９２】
図２０に示されるように、レーザヘッド高さ倣い制御は、ＣＣＤカメラ５で捉えた溶接部画像内のレーザ加工点中心座標ｌｙ画像計測し、基準座標値ｌｙstdからの差分値δｌｙにより、レーザヘッド高さ変動値△ｄを算出する。
【００９３】
ｙ−resを画像分解能とすると、
△ｄ＝δｌｙ＊ｃｏｓθ＊ｙres
＝（ｌｙstd−ｌｙ）＊ｃｏｓθ＊ｙres
ここで、画像分解能ｙresは０．０３ｍｍ／画素であり、θを４５°とすると、高さ検知分解能は，０．０４ｍｍ／画素となる。
【００９４】
このように、ＣＣＤカメラ５を設けることにより、レーザヘッド高さ倣い制御を行うことが可能になる。
【００９５】
図２１は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における水平・垂直投影処理の一例を説明するための図である。
【００９６】
ＣＣＤカメラ５によるレーザ加工点検知処理は、ＣＣＤカメラ５の画像におけるレーザ加工点位置は、高さ計測に使用する。近赤外波長である９５５ｎｍ干渉フィルタを通した画像においてレーザ加工点発光はアーク光よりも明るく撮像されるため、二値化処理を行うことで検知が可能である。ただし、場合によってはアーク発光が強いときがあるため、同軸カメラ（ＣＭＯＳカメラ３）と同様に画像を複数枚積算平滑化処理することでアーク光の影響を低減することができる。
【００９７】
図２１に示されるように、位置検出は、水平方向投影処理（プロジェクション）を利用する。この処理は、水平方向の１ライン上における輝度値を積算するものである。これを垂直方向に順に行うと投影値の垂直方向分布ΣＰ（ｉ，Ｙ）が分かる。図２１から明らかなように、例えば、水平方向に明るい部分が長い個所は、輝度の積算値（濃淡値投影データ）が大きく現れ、この投影データが最大となる点がレーザ加工点の垂直方向座標である。
【００９８】
同様に、垂直方向投影処理は、垂直方向の１ライン上における輝度値を積算するものであり、この垂直方向投影処理を垂直方向に順に行うと投影値の水平方向分布ΣＰ（Ｘ，ｊ）が分かり、投影データが最大となる点がレーザ加工点の水平方向座標である。
【００９９】
以上により、レーザ加工点の垂直・水平方向座標（Ｘ座標：ｌｘ、および、Ｙ座標：ｌｙ）を検出することができる。
【０１００】
図２２は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。図２２において、参照符号３１０は処理装置、３２０はプログラム（データ）提供者、そして、３３０は可搬型記憶媒体を示している。
【０１０１】
上述した本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法は、例えば、図２２に示すような処理装置３１０に対するプログラム（データ）として与えられ、処理装置３１０により実行される。処理装置３１０は、プロセッサを含む演算処理装置本体３１１、および、演算処理装置本体３１１に対してプログラム（データ）を与えたり或いは処理された結果を格納する処理装置側メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク）３１２等を備える。処理装置３１０に提供されたプログラム（データ）は、ローディングされて処理装置３１０のメインメモリ上で実行される。
【０１０２】
プログラム（データ）提供者３２０は、プログラム（データ）を格納する手段（回線先メモリ：例えば、ＤＡＳＤ（Direct Access Storage Device））３２１を有し、例えば、インターネット等の回線を介してプログラム（データ）を処理装置３１０に提供したり、或いは、ＣＤ−ＲＯＭや光ディスクまたはフロッピィディスク等の可搬型記憶媒体３３０を介して処理装置３１０に提供する。本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体は、上記の処理装置側メモリ３１２、回線先メモリ３２１、および、可搬型記憶媒体３３０等の様々なものを含むのはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、主としてレーザ溶接およびアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接に適用されるが、これに限定されず、様々な方式の溶接を組み合わせたハイブリッド溶接に対して適用することができる。また、本発明が適用されるハイブリッド溶接は、従来から知られている他の方式の溶接と併用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】関連技術としてのハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【図２】本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＭＯＳカメラの画像の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【図６】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるアーク溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【図７】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ・アーク間距離制御を説明するための図である。
【図８】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例における揺動幅制御を説明するための図である。
【図９】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像積算平滑化処理の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法におけるアーク光量の変化の例を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【図１２】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像輝度積算値による適正画像判定の例を説明するための図である。
【図１３】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池端部検知処理の一例を説明するための図である。
【図１４】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶接ワイヤ検知処理の一例を説明するための図である。
【図１５】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャート（その１）である。
【図１６】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャート（その２）である。
【図１７】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を模式的に示す図である。
【図１８】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を概略的に示すブロック図である。
【図１９】本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＣＤカメラの画像の一例を示す図である。
【図２０】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例におけるレーザヘッド高さ倣い制御を説明するための図である。
【図２１】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における水平・垂直投影処理の一例を説明するための図である。
【図２２】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ レーザヘッド
２ 溶接トーチ
３ ＣＭＯＳカメラ
４ 制御コンピュータ
５ ＣＣＤカメラ
１０ レーザ照射点（レーザ加工点）
１１ レーザ光
２０ 溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）
４２ 画像処理ボード
４３ シリアルインターフェース
１００ 溶融池
３１０ 処理装置
３１１ 演算処理装置本体
３１２ 処理装置側メモリ
３２０ プログラム（データ）提供者
３３０ 可搬型記憶媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムに関し、特に、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせて、レーザ溶接の高エネルギーによる溶け込み深さおよび高速性、並びに、アーク溶接（供給するフィラーワイヤ）による十分な溶着量といった両者の長所を取り入れたハイブリッド溶接が研究・開発されている。
【０００３】
ここで、ハイブリッド溶接は、主としてレーザ溶接およびアーク溶接を組み合わせるものであるが、これに限定されず、本発明は、例えば、電子ビーム溶接や誘導加熱溶接等の他の方式の溶接を組み合わせたハイブリッド溶接にも適用することが可能である。また、実際の厚板（例えば、パイプ）等の溶接において、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接を行った後、アーク溶接を行うというように、本発明に係るハイブリッド溶接に加えて、さらに、他の方式の溶接を行うこともあり得る。
【０００４】
ところで、従来、レーザ溶接とＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接を組み合わせたハイブリッド溶接において、高速域の溶接において溶接ビードが不安定になるのを防止するために、溶接時に被溶接物に形成された溶融池を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像した画像に基づいてレーザ光の照射点から溶融池の輪郭までの距離を求める距離算出手段と、距離算出手段で求めた距離に基づいて、照射点と溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）の供給ノズルの相対的な位置を変化させる移動手段を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来、開先幅を高精度で測定し、開先幅の変動に応じて必要溶着量を適正に制御するアーク溶接の自動溶着量制御方法が提案されている。すなわち、本件の発明者達により、基準溶接では初層から最終層２層前までの基準溶融池幅を計測し、初層平滑化溶融池幅と基準溶融池幅データとの比および予め設定された２層目基準溶接速度を基に２層目目標溶接速度を算出し、この速度で２層目溶接を行なうと共に溶融池幅を計測し、同様に次の３層目から最終層１層前までの溶接を行い、最終層溶接は最終層２層前平滑化溶融池幅データと基準溶融池幅データとの比および予め設定された最終層基準溶接速度を基に算出した目標溶接速度により行なう狭開先多層盛りアーク溶接の自動溶着量制御方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、従来、輝度レベルが異なる溶接電極、溶融池、開先壁および溶接ワイヤを撮像画像から安定して分離、検出でき、画像計測値を基に安定して制御を行うことができるＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）アーク溶接の自動制御方法も提案されている。すなわち、本発明者達により、溶接電極、溶融池、開先壁、溶接ワイヤを含む領域を撮像した輝度画像において、溶接電極と溶融池との輝度差、溶融池と開先壁との輝度差、溶接ワイヤと溶融池との輝度差がそれぞれ相対的に大きくなるような露光時間で撮像した溶接電極、開先壁、溶融池、および、溶接ワイヤの輝度画像の計測値を基に溶接電極の中心線倣い制御、揺動幅制御、および、溶接ワイヤ挿入位置制御を行うＴＩＧアーク溶接の自動制御方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８１６６４号公報
【特許文献２】特開２００５−０８１４１８号公報
【特許文献３】特開２００５−０８１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来、レーザ溶接とＭＩＧ溶接を組み合わせたハイブリッド溶接において、撮像手段により被溶接物に形成された溶融池を撮像し、距離算出手段によりその画像を画像処理して溶融池の輪郭とレーザ光の照射点を検出し、さらに、レーザ光の照射点から溶融池の輪郭までの距離を求め、そして、移動手段により距離算出手段で求めた距離に基づいて、レーザ光の照射点と溶加材ワイヤの供給ノズルの相対的な位置を変化させるものが提案されている。
【０００９】
すなわち、被溶接物の板厚により決定される溶接速度に対して、レーザ光の照射点と供給ノズル（溶接ワイヤ）の間隔を最適に制御して照射点を溶融池内に位置させることにより、溶接速度の大小に左右されることなく常に安定した溶接ビードを形成し、高品質の溶接部を得るようにしたハイブリッド溶接技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、例えば、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接装置において、溶融部の画像処理を行ってレーザ溶接およびアーク溶接のそれぞれを適切に制御するようにしたものは実用化されていない。
【００１１】
ところで、例えば、アーク溶接と、レーザ溶接とアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接との大きな違い（狭開先多層盛溶接初層の場合）は、溶け込み深さと溶接速度である。特に、溶接速度は、アーク溶接では２０ｃｍ／ｍｉｎ前後であるのに対して、ハイブリッド溶接では２ｍ／ｍｉｎ前後が可能である。従って、ハイブリッド溶接における制御速度は、アーク溶接に比べてかなり高速であることが必要となる。
【００１２】
図１は関連技術としてのハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。図１において、参照符号１０はレーザ照射点（レーザ加工点発光）、２０は溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）、そして、１００は溶融池を示している。
【００１３】
まず、アーク溶接トーチ（溶接ワイヤ２０）が揺動している場合、揺動端における画像計測が必要となる。すなわち、溶接トーチの揺動幅は、左右１対の画像計測により算出することができ、例えば、揺動周波数が３０Ｈｚの場合、左端から右端までは１６．７ｍｓであるが、外部トリガによるシャッターの場合は３３．３ｍｓ以上間隔を空ける必要がある。そのため、溶接トーチの左右端計測間隔ＭＰは、１周期遅らせて５０ｍｓとなり、計測サイクルは２０回／秒となる。さらに、アーク変動の影響を避けるためには、例えば、最低３フレーム程度の積算平滑化処理が必要となり、その結果、計測サイクルは６．７回／秒となる。
【００１４】
さらに、このようにして得た計測値を溶接の制御に使用するには、誤検知の影響を排除しなければならず、例えば、５点（５回）の計測値を使用して中央値処理等の平滑化処理を行う必要があり、その結果、制御サイクルは１秒前後となってしまう。ここで、アーク溶接の溶接長は、例えば、１秒間で約３ｍｍ程度であるが、ハイブリッド溶接の溶接長は、例えば、１秒間で約３０ｍｍ程度であるため、１秒程度の制御サイクルではハイブリッド溶接の制御を行うことは困難である。
【００１５】
さらに、図１に示されるように、例えば、溶接トーチが左端に移動しているときの画像Ｌ１，Ｌ２およびＬ３の３つの画像を積算平滑化処理して左端平滑画像ＬＡ０とし、また、溶接トーチが右端に移動しているときの画像Ｒ１，Ｒ２およびＲ３の３つの画像を積算平滑化処理して右端平滑画像ＲＡ０とする。
【００１６】
このとき、右端平滑画像ＲＡ０に関して、例えば、積算平滑化処理に使用した３つの画像Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が正常（適正露出）だった場合、右端平滑画像ＲＡ０も正常となる。しかしながら、左端平滑画像ＬＡ０に関して、例えば、画像Ｌ２だけが正常で画像Ｌ１およびＬ３はアーク光量過大時（オーバー露出）だった場合、左端平滑画像ＬＡ０ではワイヤ先端部分が不鮮明になり、溶接の制御を高精度で行うことが困難となる。
【００１７】
本発明は、高精度の溶接制御を行うことのできるハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段と、該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置が提供される。
【００１９】
本発明の第２の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理方法であって、被溶接材の複数の画像を取り込み、該取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理して、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法が提供される。
【００２０】
本発明の第３の形態によれば、第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムであって、コンピュータに、被溶接材の複数の画像を取り込ませ、該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムが提供される。
【００２１】
本発明の第４の形態によれば、コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、前記コンピュータに、被溶接材の複数の画像を取り込ませ、該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムを記録した媒体が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高精度の溶接制御を行うことのできるハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【実施例】
【００２４】
図２は本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＭＯＳカメラの画像の一例を示す図である。図２において、参照符号１０はレーザ照射点（レーザ加工点発光）、２０は溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）、そして、１００は溶融池を示している。
【００２５】
ここで、ＣＭＯＳカメラは、後に詳述するように、例えば、被溶接材にレーザ光を照射して行うレーザ溶接部（溶融池）の画像を、照射されるレーザ光に対して同軸上に設けられている。
【００２６】
図２に示されるように、本発明に係るハイブリッド溶接装置のＣＭＯＳカメラにより取り込まれた画像における検知項目としては、レーザ加工点位置（Ｘ座標）ＬＸ、レーザ加工点位置（Ｙ座標）ＬＹ、溶融池両端位置（Ｘ座標）ＰＬ，ＰＲおよび溶融池中心ＰＸＣ（＝（ＰＬ＋ＰＲ）／２）、溶接ワイヤ突込位置（Ｙ座標）ＷＹ、並びに、溶接ワイヤ位置（Ｘ座標）ＷＸＬ、ＷＸＲおよび揺動中心ＷＸＣ（＝（ＷＸＲ＋ＷＸＬ）／２）である。
【００２７】
図３は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を模式的に示す図である。図３において、参照符号１はレーザヘッド、１１はレーザ光、２は溶接トーチ、２０は溶接ワイヤ、そして、３はＣＭＯＳカメラを示している。なお、図３における溶接方向は、レーザ溶接部（レーザヘッド１）およびアーク溶接部（溶接トーチ２）が設けられたハイブリッド溶接装置と被溶接材（母材）との相対的な移動方向を示し、例えば、被溶接材が固定されている場合には、ハイブリッド溶接装置が図３において左奥から右手前方向へ移動する。
【００２８】
図３に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３は、レーザヘッド１から被溶接材へ照射されるレーザ光１１と同軸上に配置されている。なお、ＣＭＯＳカメラ３には、アーク光の影響を排除して溶融池輻射光およびレーザ加工点発光をより良く捉えるために干渉フィルタ（透過主波長９５５ｎｍ）が設けられており、溶融池全体、溶接ワイヤ２０およびレーザ照射点（レーザ加工点）１０を高速に（例えば、毎秒２０００コマ）撮像することができるようになっている。
【００２９】
図４は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。図４において、参照符号４は制御用コンピュータ（制御ＰＣ）、４２は画像処理ボード、そして、４３はシリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を示している。
【００３０】
図４に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３の映像は、画像処理ボード４２に入力される。また、非同期シャッター用トリガは、レーザヘッド左右軸サーボコントローラ（揺動制御部）から出力されて画像処理ボード４２に入力され、ＣＭＯＳカメラ３へのシャッタートリガは画像処理ボード４２から出力される。そして、画像処理ボード４２で処理された画像データは、シリアルインターフェース４３（例えば、ＲＳ−２３２Ｃ）を介して制御装置へ出力される。
【００３１】
図５は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【００３２】
図５に示されるように、レーザ溶接線中心倣いは、ＣＭＯＳカメラ３で捉えた溶接部画像内のレーザ加工点１０の中心ＬＸと溶接線の中心ＰＸＣ（すなわち、開先中心＝溶融池１００の中心）が一致するように加工点位置を制御する。なお、本実施例のハイブリッド溶接装置では、レーザ光１１と同軸上に設けられたＣＭＯＳカメラ３はレーザヘッド１と連動しているため（図３参照）レーザ加工点１０の方が静止し、溶融池１００（開先）が移動しているように見える。そして、溶融池１００の中心ＰＸＣとレーザ加工点１０の中心ＬＸの差δＸを求め、これが零となるようにレーザヘッド１の位置を制御する。
【００３３】
δＸ＝ＬＸ−ＰＸＣ＝ＬＸ−（ＰＲ−ＰＬ）／２
ここで、計測サイクル時間をΔｔ、制御遅れ時間をｔｄとすると、本実施例では、Δｔ＞ｔｄであるが、対象ワーク（被溶接材）が直線であるため倣い制御としては十分である。
【００３４】
この中心位置ずれ量δＸに水平方向画素分解能（ｍｍ／画素）を掛けたものをレーザ加工点の位置制御量として送信する。なお、水平方向分解能は、例えば、０．０１５ｍｍ／画素であり、１０画素程度のばらつきを見積もると、精度は±０．１５ｍｍとなる。
【００３５】
図６は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるアーク溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【００３６】
まず、アーク溶接線中心倣い制御は、ＣＭＯＳカメラ３で撮像した溶融池１００（溶接ワイヤ２０）の画像を用いたレーザヘッド１の制御とは独立した制御である。
【００３７】
図６に示されるように、アーク溶接線中心倣い制御は、揺動左端時画像（図６（ａ）参照）から溶接ワイヤ突込位置ＷＸＬ、右端時画像（図６（ｂ）参照）からＷＸＲを計測し、これらから溶接ワイヤ２０（アーク溶接トーチ）の揺動中心位置ＷＸＣを算出する。
【００３８】
ＷＸＣ＝（ＷＸＬ＋ＷＸＲ）／２
これと同時に溶融池１００の中心ＰＸＣ（揺動左端、右端時における溶融池中心の平均値）も算出し、揺動中心位置ＷＸＣと溶融池中心ＰＸＣの差分値すなわちアーク溶接線中心倣いずれ量δＸを求める。
δＸ＝ＰＸＣ−ＷＸＣ
【００３９】
図７は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ・アーク間距離制御を説明するための図である。
【００４０】
図７に示されるように、レーザ・アーク間距離制御は、ＣＭＯＳカメラ３で撮像した画像を用いてレーザ溶接とアーク溶接との間の距離を一定に保つために、アーク溶接トーチ（溶接ワイヤ２０）の位置制御を行う必要がある。揺動左端時に撮像した画像（図７（ａ）参照）からワイヤ突込位置ＷＹＬを計測し、揺動左端時のレーザ・アーク間距離δＬＡ-Lを算出する（レーザ溶接先行時）。
【００４１】
δＬＡ-L＝ＬＹ−ＷＹＬ
次に、揺動右端時に撮像した画像（図７（ｂ）参照）からワイヤ突込位置ＷＹＲを計測し、揺動左端時のレーザ・アーク間距離δＬＡ-Rを算出する。
【００４２】
δＬＡ-R＝ＬＹ−ＷＹＲ
そして、揺動左端時、右端時に算出したレーザ〜アーク間距離の平均δＬＡが所望の値となる。
【００４３】
δＬＡ＝（δＬＡ-L＋δＬＡ-R）／２
ここで、基準のレーザ・アーク間距離をＬＡstdとし、溶接トーチが前進する方向（レーザ加工点に近づく方向）を＋とすると、制御量ΔＬは、
ΔＬ＝δＬＡ−ＬＡstd
となる。なお、ΔＬが負（−）ならば、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）をレーザ加工点１０から後退させることになる。
【００４４】
図８は本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例における揺動幅制御を説明するための図であり、図８（ａ）は基準溶融池幅および揺動幅を示し、図８（ｂ）は現在溶融池幅および揺動幅を示している。
【００４５】
揺動幅制御は、開先幅（ルートギャップ）の変動に応じた揺動幅となるように制御し、予め基準開先で溶接したときの溶融池幅ＰＷstd（＝ＰＲstd−ＰＬstd：図８（ａ）参照）と溶接ワイヤ揺動幅ＥＷstd（＝ＷＸＲstd−ＷＸＬstd：図８（ｂ）参照）との差分値を記録しておく。そして、実際の溶融池幅をＰＷcur（＝ＰＲcur−ＰＬcur）とすると共に、実際の揺動幅をＥＷcurとすると、
ΔＷ＝（ＰＷcur−ＥＷcur）−（ＰＷstd−ＥＷstd）
となるΔＷを揺動幅増減値として制御装置に送信する。
【００４６】
本発明のハイブリッド溶接装置の画像処理方法では、例えば、高速度ＣＭＯＳカメラ３を用いて溶融池１００の画像を撮影（撮像）するが、アーク溶接トーチ２の揺動中心および揺動幅の計測を行うために、揺動端における溶融池画像（溶接ワイヤ画像）が必要となる。さらに、高速度ＣＭＯＳカメラ３で撮像した揺動端近傍での複数フレームの画像を積算平滑化処理するために、例えば、積算開始を知らせるトリガを揺動軸（左右軸）サーボコントーラよりワイヤ揺動端手前１．５ｍｓの位置で出力する。
【００４７】
図９は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像積算平滑化処理の一例を説明するための図である。
【００４８】
図９に示されるように、例えば、ＣＭＯＳカメラ３により撮像された原画像Ｉ-1〜Ｉ-nは、カメラの撮像タイミングによってアーク光２００やレーザプルーム光等の影響により溶接ワイヤ２０の画像が不鮮明となったり、或いは、アーク短絡により画像全体の輝度が低下して溶接ワイヤ２０の判別が困難となる場合がある。そこで、本発明のハイブリッド溶接装置の画像処理方法では、加算器４０１により複数の画像を輝度積算（例えば、３つの画像を積算）し、さらに、ビットシフト回路４０２でビットシフトして平滑化処理を行い、３つの画像を積算平滑化処理した画像Ｉ-Aを生成する。
【００４９】
図９から明らかなように、この積算平滑化処理した画像Ｉ-Aにおいては、溶融池１００および溶接ワイヤ２０等を明確に認識でき、この積算平滑化処理した画像Ｉ-Aを使用することにより前述したレーザ溶接およびアーク溶接の各制御を正確に行うことが可能になる。
【００５０】
図１０は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法におけるアーク光量の変化の例を説明するための図であり、図１０（ａ）はアーク光量適正時の画像、図１０（ｂ）はアーク光量過大時の画像、そして、図１０（ｃ）はアーク光量過小時の画像を示している。
【００５１】
まず、図１０（ａ）に示されるように、アーク光量適正時の画像は、アーク光量および溶融池輻射光が適正な場合のものであり、発光が開先内に均一に拡がっていて、レーザ加工点発光（レーザ照射点）１０、溶接ワイヤ２０および溶融池輻射光（溶融池１００）が明瞭に識別できる。これに対して、図１０（ｂ）に示されるように、アーク光量過大時の画像は、アーク光２００が偏ったり、溶接ワイヤ２０の端部を塞いだりすることがあり、また、図１０（ｃ）に示されるように、アーク光量過小時の画像は、発光が弱すぎて溶接ワイヤ２０および開先壁が不明瞭となる。
【００５２】
そこで、本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法（ハイブリッド溶接装置）では、複数の画像を積算平滑化処理してレーザ溶接およびアーク溶接の制御に用いる画像を生成する。
【００５３】
図１１は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【００５４】
上述したように、本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法は、複数の画像を積算平滑化処理してレーザ溶接およびアーク溶接の制御に用いる画像を生成する。
【００５５】
しかしながら、例えば、アーク光量の大小によって積算する画像の多数が不明瞭である場合（例えば、積算する３画面のうち２画面が暗くワイヤ画像が不明瞭である等）には、積算平滑化処理を行っても画質改善の効果が得られない。そこで、図１１に示されるように、例えば、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）の揺動端の前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に７つの画面Ｌ１１〜Ｌ１７を取り込み、適正な明るさの３画面Ｌ１２，Ｌ１４，Ｌ１７のみを積算平滑化処理を行って左端平滑画像ＬＡを生成する。同様に、右端平滑画像ＲＡも、適正な明るさの画面のみを積算平滑化処理して生成する。
【００５６】
なお、図１１において、画面Ｌ１１およびＬ１３はアーク光量過小時（アーク短絡時：ＮＧ１）のものであり、また、画面Ｌ１５およびＬ１６はアーク光量過大時（ＮＧ２）のものであり、これらの画面Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１６は、積算平滑化処理には使用しない。
【００５７】
ここで、アーク変動が十分速いものとすれば、高速取り込みが可能なカメラ（ＣＭＯＳカメラ等）を使用することで、揺動端近傍（±１．５ｍｓ）において０．５ｍｓ程度の間隔で画像を取り込んで積算平滑化処理を行えば、例えば、アーク溶接トーチ２が３０Ｈｚで揺動している場合、計測サイクルは３０回／秒（左右１対）となる。ここで、計測サイクルは揺動周期で律せられ、揺動幅２ｍｍ、揺動振幅３０Ｈｚのとき左右揺動端から±１．５ｍｓにおける溶接ワイヤ２０の位置は、±０．０４ｍｍ程度となり、ワイヤ径を１．２ｍｍとすると±３．３％のずれに過ぎず、積算平滑化処理には十分であることが分かる。
【００５８】
なお、計測値を制御に使うためには、誤検知の影響を排除するために５〜１０（或いは、２〜５）点の計測値から中央値処理等の平滑化処理が必要であり、制御サイクルは０．１７〜０．３３（或いは、０．０７〜０．１７）秒程度となる。また、積算平滑化処理に不適な画像（アーク光量が過小または過大）を輝度積算値の大きさで除外することにより、良好な平滑化処理画像が得られる。さらに、平滑化処理画像の画質が向上するため、誤検知の影響を低減するための中央値処理点数を減らすことができ、制御サイクルを短くすることが可能である。
【００５９】
以上において、積算平滑化処理に使用する画像（画面）は、溶接ワイヤ２０の揺動端前後の画像であるが、揺動端の前後±１．５ｍｓの画像に限定されるものではなく、また、積算平滑化処理に使用する画像の枚数も３枚に限定されるものではない。
【００６０】
図１２は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像輝度積算値による適正画像判定の例を説明するための図である。
【００６１】
図１２に示されるように、適正な明るさを決定するには、画像内の設定矩形範囲における輝度積算値ＳＵＭ-Pが予め設定してあるしきい値Ｔｈ１およびＴｈ２に対して、
Ｔｈ１＜ＳＵＭ-P＜Ｔｈ２
を満たしているかどうかを判断する処理が必要である。
【００６２】
すなわち、矩形領域（Ｘｓ，Ｙｓ）〜（Ｘｅ，Ｙｅ）内の輝度積算値を算出し、その値が予め設定されたしきい値Ｔｈ１〜Ｔｈ２の範囲内にあれば有効画像とし、平滑化データ生成に用いる。なお、矩形領域（Ｘｓ，Ｙｓ）〜（Ｘｅ，Ｙｅ）内の輝度積算値がしきい値Ｔｈ１未満またはＴｈ２を越えた場合は無効画像とする。
【００６３】
すなわち、ＣＭＯＳカメラ３により撮影された複数の画像のうち、その画像において溶融池１００の両端および溶接ワイヤ２０の画像を含み、且つ、レーザ照射点（レーザ加工発光点）１０の画像を含まない矩形領域内の輝度積算値ＳＵＭ-Pを算出する。そして、算出された輝度積算値ＳＵＭ-Pが予め定められた範囲内（Ｔｈ１＜ＳＵＭ-P＜Ｔｈ２）にある画像を積算平滑化処理に使用する。
【００６４】
そして、矩形領域内の輝度積算値Pが予め定められた範囲内にある画像を積算平滑化処理して生成された画像に基づいて、レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、レーザ溶接のレーザ照射点とアーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、並びに、溶接ワイヤの揺動幅制御等を行うことになる。
【００６５】
図１３は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池端部検知処理の一例を説明するための図である。
【００６６】
図１３に示されるように、溶融池１００の中心を求めるには、溶融池１００の左右端を、開先が計測ラインを横切るように設定しておいて、そのライン上の輝度変化を調べることにより検知する。ここで、計測ラインは、ＤＬ１〜ＤＬ３の３本設定し、各ラインＤＬ１〜ＤＬ３で検知されたＸ座標３点のうち中央値を溶融池１００の端部とする。
【００６７】
また、左側端点の場合、計測ラインＤＬ１〜ＤＬ３上の輝度データに対して溶融池１００の外側から中央に向かって１次微分および２次微分を行う。そして、１次微分値が予め設定されたしきい値Ｔｈ１０を初めて越え、且つ、その直後で２次微分値が零クロス（＋→−）する点を検知し、これを溶融池１００の左端点とする。ただし、零クロス点における１次微分値がしきい値Ｔｈ１０以上であることが必要である。なお、検索点が設定範囲を超えたら検出エラーとする。また、右側端点の場合も、同様に溶融池１００の外側から中央に向かって処理を行う。
【００６８】
なお、レーザ加工点（レーザ照射点）は、ＣＭＯＳカメラ３により同軸上で見ているため、画像内ではその位置は固定であり、溶接前に予めその座標を知ることができる。
【００６９】
このようにして、レーザ溶接線中心倣いに必要な同軸カメラ（ＣＭＯＳカメラ３）の画像における溶融池端部およびレーザ加工点を検知することができる。
【００７０】
図１４は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶接ワイヤ検知処理の一例を説明するための図である。
【００７１】
溶接ワイヤ２０の位置検知は、アーク溶接線中心倣い制御および揺動幅倣い制御に必要である。まず、溶接ワイヤ突込位置を検知するための計測ラインを設定する。
【００７２】
図１４に示されるように、溶接ワイヤ２０の位置検知には、図１３を参照して説明した溶融池１００の左右端を検知するために使用した計測ラインＤＬ１〜ＤＬ３を利用し、溶接ワイヤ２０のＸ方向（進行方向に垂直）の位置を検知する。
【００７３】
計測ラインＤＬ１の輝度データを移動平均処理し、溶融池１００の左右端の内側範囲内の最小値を求め、これを溶接ワイヤ２０のＸ座標候補とする。さらに、残り２本の計測ラインＤＬ２およびＤＬ３においても同様の処理を実行し、得られたＸ座標値のうち中央値を取るものを溶接ワイヤ２０のＸ座標ＷＸＬ（揺動左端時）とする。また、そのときの輝度値をＰ（ＷＸＬ）なお、揺動右端時の溶接ワイヤ２０のＸ座標はＷＸＲとし、そのときの輝度値をＰ（ＷＸＲ））とする。
【００７４】
このＸ座標をワイヤ突込位置計測ラインＤＬ４として設定し、画像の下側からレーザ加工点方向へ輝度データを調べ、その値が設定しきい値（＝Ｐ（ＷＸＬ）＊α）を越えた点をワイヤ突込位置候補ＷＹＬ（またはＷＹＲ）とする。さらに、ワイヤ突込位置ＷＹは、ＷＹＬとＷＹＲの平均値［（ＷＹＬ＋ＷＹＲ）／２］とする。また、揺動幅ＥＷは、ＥＷ＝ＷＹＲ−ＷＹＬである。
【００７５】
図１５および図１６は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図１５および図１６のフローチャートは、計測値から誤検知の影響を排除して溶接の制御に使用するために５点（５回：Ｍ＝５）の計測値を使用して中央値処理等の平滑化処理を行い、且つ、溶接トーチ２（溶接ワイヤ２０）の揺動端の前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に画面を取り込む場合を例として示している。
【００７６】
まず、ハイブリッド溶接装置の画像処理が開始すると、ステップＳＴ１において、計測回数Ｍ＝１とし、ステップＳＴ２へ進んで、溶接トーチ２が揺動端の１．５ｍｓ前であるかどうかを判別する。ステップＳＴ２において、揺動端の１．５ｍｓ前であると判別されると、さらに、ステップＳＴ３へ進んで、揺動右端側かどうかを判別し、また、揺動端の１．５ｍｓ前ではないと判別されると、ステップＳＴ２に戻って、揺動端の１．５ｍｓ前であると判別されるまで処理を繰り返す。
【００７７】
ステップＳＴ３において、揺動右端側であると判別されると、ステップＳＴ４へ進んで、１画面を取り込み、さらに、ステップＳＴ５へ進み、また、揺動右端側ではないと判別されると、ステップＳＴ９へ進んで、１画面を取り込み、さらに、ステップＳＴ１０へ進む。
【００７８】
ステップＳＴ５では、図１２を参照して説明したように、ステップＳＴ４で取り込まれた画面の輝度積算値が設定範囲内かどうかを判別し、輝度積算値が設定範囲内であると判別されると、ステップＳＴ６へ進んで、画像積算・平滑化処理を行い、さらに、ステップＳＴ７へ進む。同様に、ステップＳＴ１０でも、ステップＳＴ９で取り込まれた画面の輝度積算値が設定範囲内かどうかを判別し、輝度積算値が設定範囲内であると判別されると、ステップＳＴ１１へ進んで、画像積算・平滑化処理を行い、さらに、ステップＳＴ１２へ進む。
【００７９】
ステップＳＴ７では、揺動端１．５ｍｓ後かどうかを判別し、揺動端１．５ｍｓ後であると判別されると、ステップＳＴ１４へ進み、また、揺動端１．５ｍｓ後ではないと判別されると、ステップＳＴ８へ進んで、０．５ｍｓ遅延してステップＳＴ４へ戻り、ステップＳＴ７で揺動端１．５ｍｓ後であると判別されるまで同様の処理を繰り返す。同様に、ステップＳＴ１２では、揺動端１．５ｍｓ後かどうかを判別し、揺動端１．５ｍｓ後であると判別されると、ステップＳＴ１４へ進み、また、揺動端１．５ｍｓ後ではないと判別されると、ステップＳＴ１３へ進んで、０．５ｍｓ遅延してステップＳＴ９へ戻り、ステップＳＴ１２で揺動端１．５ｍｓ後であると判別されるまで同様の処理を繰り返す。
【００８０】
ステップＳＴ１４では、揺動端の左右でＭ組のペアがあるかどうかを判別し、Ｍ組のペアがあると判別されると、ステップＳＴ１５へ進み、また、Ｍ組のペアがないと判別されると、ステップＳＴ２へ戻って、Ｍ組のペアがあると判別されるまで同様の処理を繰り返す。
【００８１】
ステップＳＴ１５では、前述したような、Ｍ組目の溶融池中心、溶融池幅、揺動幅、ワイヤ突込位置とレーザ加工点との間の距離等を算出し、ステップＳＴ１６へ進む。ステップＳＴ１６では、Ｍが５以上（Ｍ≧５）であるかどうかを判別し、Ｍが５以上ではない（Ｍ＝１，２，３，４）と判別されると、ステップＳＴ１７へ進んで、Ｍ＝Ｍ＋１としてステップＳＴ２へ戻り、また、Ｍが５以上である（Ｍ＝５）と判別されると、ステップＳＴ１８へ進む。
【００８２】
ステップＳＴ１８では、溶融池中心、溶融池幅、揺動幅、ワイヤ突込位置とレーザ加工点との間の距離等の算出値の平滑化処理（算出値５組の平均：積算平滑化処理）を行って、ステップＳＴ１９へ進む。ステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１８で複数の画像を積算平滑化処理した画像に従って、各制御量を算出および送信し、ステップＳＴ２０に進んで、処理を終了するかどうかを判別し、処理を終了すると判別されるまで、上述したステップＳＴ１からの処理を繰り返す。
【００８３】
なお、ステップＳＴ１９における各制御量とは、例えば、レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、レーザ照射点と前記アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、および、溶接ワイヤの揺動幅制御等に使用する制御量である。
【００８４】
ここで、計測値から誤検知の影響を排除するために行う計測回数（Ｍ）は５回に限定されるものではなく、また、画面と取り込むタイミングも揺動端前後±１．５ｍｓにおいて０．５ｍｓ毎に取り込むのに限定されないのはもちろんである。
【００８５】
図１７は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を模式的に示す図である。
図１７と前述した図３との比較から明らかなように、本実施例のハイブリッド溶接装置は、図３に示すハイブリッド溶接装置に対して、さらに、ＣＣＤカメラ５を設けたものに相当する。
【００８６】
ＣＣＤカメラ５は、溶接方向斜め前（例えば４５°前後の角度)に配置され、ＣＭＯＳカメラ３と同様の干渉フィルタ（透過主波長が９５５ｎｍ）が設けられていて、レーザ加工点位置を計測する。
【００８７】
図１８は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を概略的に示すブロック図である。図１８において、参照符号４は制御用コンピュータ（制御ＰＣ）、４２は画像処理ボード、そして、４３はシリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を示している。
【００８８】
図１８に示されるように、ＣＭＯＳカメラ３の映像は、画像処理ボード４２のＣＨ１に入力され、また、ＣＣＤカメラ５の映像は、画像処理ボード４２のＣＨ０に入力されている。非同期シャッター用トリガは、レーザヘッド左右軸サーボコントローラから出力されて画像処理ボード４２に入力される。ＣＭＯＳカメラ３へのシャッタートリガは、画像処理ボード４２から出力される。
【００８９】
図１９は本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＣＤカメラの画像の一例を示す図である。
【００９０】
図１９に示されるように、本発明に係るハイブリッド溶接装置のＣＣＤカメラ５により取り込まれた画像における検知項目としては、レーザ加工点位置（Ｘ座標）ｌｘ、および、レーザ加工点位置（Ｙ座標）ｌｙである。
【００９１】
図２０は本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例におけるレーザヘッド高さ倣い制御を説明するための図である。
【００９２】
図２０に示されるように、レーザヘッド高さ倣い制御は、ＣＣＤカメラ５で捉えた溶接部画像内のレーザ加工点中心座標ｌｙ画像計測し、基準座標値ｌｙstdからの差分値δｌｙにより、レーザヘッド高さ変動値△ｄを算出する。
【００９３】
ｙ−resを画像分解能とすると、
△ｄ＝δｌｙ＊ｃｏｓθ＊ｙres
＝（ｌｙstd−ｌｙ）＊ｃｏｓθ＊ｙres
ここで、画像分解能ｙresは０．０３ｍｍ／画素であり、θを４５°とすると、高さ検知分解能は，０．０４ｍｍ／画素となる。
【００９４】
このように、ＣＣＤカメラ５を設けることにより、レーザヘッド高さ倣い制御を行うことが可能になる。
【００９５】
図２１は本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における水平・垂直投影処理の一例を説明するための図である。
【００９６】
ＣＣＤカメラ５によるレーザ加工点検知処理は、ＣＣＤカメラ５の画像におけるレーザ加工点位置は、高さ計測に使用する。近赤外波長である９５５ｎｍ干渉フィルタを通した画像においてレーザ加工点発光はアーク光よりも明るく撮像されるため、二値化処理を行うことで検知が可能である。ただし、場合によってはアーク発光が強いときがあるため、同軸カメラ（ＣＭＯＳカメラ３）と同様に画像を複数枚積算平滑化処理することでアーク光の影響を低減することができる。
【００９７】
図２１に示されるように、位置検出は、水平方向投影処理（プロジェクション）を利用する。この処理は、水平方向の１ライン上における輝度値を積算するものである。これを垂直方向に順に行うと投影値の垂直方向分布ΣＰ（ｉ，Ｙ）が分かる。図２１から明らかなように、例えば、水平方向に明るい部分が長い個所は、輝度の積算値（濃淡値投影データ）が大きく現れ、この投影データが最大となる点がレーザ加工点の垂直方向座標である。
【００９８】
同様に、垂直方向投影処理は、垂直方向の１ライン上における輝度値を積算するものであり、この垂直方向投影処理を垂直方向に順に行うと投影値の水平方向分布ΣＰ（Ｘ，ｊ）が分かり、投影データが最大となる点がレーザ加工点の水平方向座標である。
【００９９】
以上により、レーザ加工点の垂直・水平方向座標（Ｘ座標：ｌｘ、および、Ｙ座標：ｌｙ）を検出することができる。
【０１００】
図２２は本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。図２２において、参照符号３１０は処理装置、３２０はプログラム（データ）提供者、そして、３３０は可搬型記憶媒体を示している。
【０１０１】
上述した本発明に係るレーザ溶接部の品質判定方法は、例えば、図２２に示すような処理装置３１０に対するプログラム（データ）として与えられ、処理装置３１０により実行される。処理装置３１０は、プロセッサを含む演算処理装置本体３１１、および、演算処理装置本体３１１に対してプログラム（データ）を与えたり或いは処理された結果を格納する処理装置側メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク）３１２等を備える。処理装置３１０に提供されたプログラム（データ）は、ローディングされて処理装置３１０のメインメモリ上で実行される。
【０１０２】
プログラム（データ）提供者３２０は、プログラム（データ）を格納する手段（回線先メモリ：例えば、ＤＡＳＤ（Direct Access Storage Device））３２１を有し、例えば、インターネット等の回線を介してプログラム（データ）を処理装置３１０に提供したり、或いは、ＣＤ−ＲＯＭや光ディスクまたはフロッピィディスク等の可搬型記憶媒体３３０を介して処理装置３１０に提供する。本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体は、上記の処理装置側メモリ３１２、回線先メモリ３２１、および、可搬型記憶媒体３３０等の様々なものを含むのはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、主としてレーザ溶接およびアーク溶接を組み合わせたハイブリッド溶接に適用されるが、これに限定されず、様々な方式の溶接を組み合わせたハイブリッド溶接に対して適用することができる。また、本発明が適用されるハイブリッド溶接は、従来から知られている他の方式の溶接と併用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】関連技術としてのハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【図２】本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＭＯＳカメラの画像の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【図６】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるアーク溶接線中心倣い制御を説明するための図である。
【図７】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例におけるレーザ・アーク間距離制御を説明するための図である。
【図８】本発明に係るハイブリッド溶接装置の一実施例における揺動幅制御を説明するための図である。
【図９】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像積算平滑化処理の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法におけるアーク光量の変化の例を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池画像取り込みタイミングの例を説明するための図である。
【図１２】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における画像輝度積算値による適正画像判定の例を説明するための図である。
【図１３】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶融池端部検知処理の一例を説明するための図である。
【図１４】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における溶接ワイヤ検知処理の一例を説明するための図である。
【図１５】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャート（その１）である。
【図１６】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理の一例を説明するためのフローチャート（その２）である。
【図１７】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を模式的に示す図である。
【図１８】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例を概略的に示すブロック図である。
【図１９】本発明に係るハイブリッド溶接装置におけるＣＣＤカメラの画像の一例を示す図である。
【図２０】本発明に係るハイブリッド溶接装置の他の実施例におけるレーザヘッド高さ倣い制御を説明するための図である。
【図２１】本発明に係るハイブリッド溶接装置の画像処理方法における水平・垂直投影処理の一例を説明するための図である。
【図２２】本発明に係るレーザ溶接部の品質判定プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ レーザヘッド
２ 溶接トーチ
３ ＣＭＯＳカメラ
４ 制御コンピュータ
５ ＣＣＤカメラ
１０ レーザ照射点（レーザ加工点）
１１ レーザ光
２０ 溶接ワイヤ（フィラーワイヤ）
４２ 画像処理ボード
４３ シリアルインターフェース
１００ 溶融池
３１０ 処理装置
３１１ 演算処理装置本体
３１２ 処理装置側メモリ
３２０ プログラム（データ）提供者
３３０ 可搬型記憶媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、
被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段と、
該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段と、
該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド溶接装置において、
前記第１の溶接はレーザ溶接であり、且つ、
前記第２の溶接はアーク溶接であることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像取り込み手段は、画像の高速撮影が可能なＣＭＯＳカメラを備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記ＣＭＯＳカメラは、前記レーザ溶接において照射されるレーザ光に対して同軸上で前記被溶接材の画像を撮影する位置に設けられていることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項５】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像取り込み手段は、前記アーク溶接に使用する溶接ワイヤの揺動端前後の画像を取り込むことを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項６】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像処理手段は、前記画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像のうち、当該画像における所定領域内の輝度積算値を算出し、該算出された輝度積算値が予め定められた範囲内にある画像を前記積算平滑化処理に使用することを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項７】
請求項６に記載のハイブリッド溶接装置において、前記輝度積算値を算出する前記画像における所定領域は、溶融池の両端および溶接ワイヤの画像を含み、且つ、レーザ照射点の画像を含まない矩形領域であることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項８】
請求項７に記載のハイブリッド溶接装置において、前記溶接制御手段は、前記レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、該レーザ溶接のレーザ照射点と前記アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、該アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、または、該溶接ワイヤの揺動幅制御を行うことを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項９】
請求項４に記載のハイブリッド溶接装置において、さらに、
前記被溶接材の表面に対して所定の角度で該被溶接材の画像を撮影するＣＣＤカメラを備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のハイブリッド溶接装置において、前記ＣＣＤカメラは、前記レーザ溶接によるレーザ加工点位置を計測することを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項１１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理方法であって、
被溶接材の複数の画像を取り込み、
該取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理して、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、
前記第１の溶接はレーザ溶接であり、且つ、
前記第２の溶接はアーク溶接であることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記被溶接材の複数の画像は、画像の高速撮影が可能なＣＣＤカメラを使用して取り込まれることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記ＣＣＤカメラは、前記レーザ溶接において照射されるレーザ光に対して同軸上で前記被溶接材の画像を撮影する位置に設けられていることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記被溶接材の複数の画像は、前記アーク溶接に使用する溶接ワイヤの揺動端前後の画像を含むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記レーザ溶接および前記アーク溶接の制御に用いる画像は、前記取り込まれた複数の画像のうち、当該画像における所定領域内の輝度積算値を算出し、該算出された輝度積算値が予め定められた範囲内にある画像を前記積算平滑化処理して生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記輝度積算値を算出する前記画像における所定領域は、溶融池の両端および溶接ワイヤの画像を含み、且つ、レーザ照射点の画像を含まない矩形領域であることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記レーザ溶接および前記アーク溶接の制御は、該レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、該レーザ溶接のレーザ照射点と該アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、該アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、または、該溶接ワイヤの揺動幅制御を含むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、さらに、
前記被溶接材の表面に対して所定の角度に設けられたＣＣＤカメラで撮影された該被溶接材の画像を取り込むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記ＣＣＤカメラで撮影された画像は、前記レーザ溶接によるレーザ加工点位置の計測に使用することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項２１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムであって、
コンピュータに、
被溶接材の複数の画像を取り込ませ、
該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラム。
【請求項２２】
コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、前記コンピュータに、
被溶接材の複数の画像を取り込ませ、
該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムを記録した媒体。
【請求項１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置であって、
被溶接材の画像を取り込む画像取り込み手段と、
該画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理する画像処理手段と、
該画像処理手段により処理された画像に従って、前記第１の溶接および前記第２の溶接を制御する溶接制御手段と、を備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド溶接装置において、
前記第１の溶接はレーザ溶接であり、且つ、
前記第２の溶接はアーク溶接であることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像取り込み手段は、画像の高速撮影が可能なＣＭＯＳカメラを備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記ＣＭＯＳカメラは、前記レーザ溶接において照射されるレーザ光に対して同軸上で前記被溶接材の画像を撮影する位置に設けられていることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項５】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像取り込み手段は、前記アーク溶接に使用する溶接ワイヤの揺動端前後の画像を取り込むことを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項６】
請求項２に記載のハイブリッド溶接装置において、前記画像処理手段は、前記画像取り込み手段により取り込まれた複数の画像のうち、当該画像における所定領域内の輝度積算値を算出し、該算出された輝度積算値が予め定められた範囲内にある画像を前記積算平滑化処理に使用することを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項７】
請求項６に記載のハイブリッド溶接装置において、前記輝度積算値を算出する前記画像における所定領域は、溶融池の両端および溶接ワイヤの画像を含み、且つ、レーザ照射点の画像を含まない矩形領域であることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項８】
請求項７に記載のハイブリッド溶接装置において、前記溶接制御手段は、前記レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、該レーザ溶接のレーザ照射点と前記アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、該アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、または、該溶接ワイヤの揺動幅制御を行うことを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項９】
請求項４に記載のハイブリッド溶接装置において、さらに、
前記被溶接材の表面に対して所定の角度で該被溶接材の画像を撮影するＣＣＤカメラを備えることを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のハイブリッド溶接装置において、前記ＣＣＤカメラは、前記レーザ溶接によるレーザ加工点位置を計測することを特徴とするハイブリッド溶接装置。
【請求項１１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理方法であって、
被溶接材の複数の画像を取り込み、
該取り込まれた複数の画像を積算平滑化処理して、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、
前記第１の溶接はレーザ溶接であり、且つ、
前記第２の溶接はアーク溶接であることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記被溶接材の複数の画像は、画像の高速撮影が可能なＣＣＤカメラを使用して取り込まれることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記ＣＣＤカメラは、前記レーザ溶接において照射されるレーザ光に対して同軸上で前記被溶接材の画像を撮影する位置に設けられていることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記被溶接材の複数の画像は、前記アーク溶接に使用する溶接ワイヤの揺動端前後の画像を含むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記レーザ溶接および前記アーク溶接の制御に用いる画像は、前記取り込まれた複数の画像のうち、当該画像における所定領域内の輝度積算値を算出し、該算出された輝度積算値が予め定められた範囲内にある画像を前記積算平滑化処理して生成することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記輝度積算値を算出する前記画像における所定領域は、溶融池の両端および溶接ワイヤの画像を含み、且つ、レーザ照射点の画像を含まない矩形領域であることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記レーザ溶接および前記アーク溶接の制御は、該レーザ溶接におけるレーザ溶接線の中心倣い制御、該レーザ溶接のレーザ照射点と該アーク溶接の溶接ワイヤ先端との距離の制御、該アーク溶接のアーク溶接線中心倣い制御、または、該溶接ワイヤの揺動幅制御を含むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、さらに、
前記被溶接材の表面に対して所定の角度に設けられたＣＣＤカメラで撮影された該被溶接材の画像を取り込むことを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のハイブリッド溶接装置の画像処理方法において、前記ＣＣＤカメラで撮影された画像は、前記レーザ溶接によるレーザ加工点位置の計測に使用することを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理方法。
【請求項２１】
第１の溶接と第２の溶接を組み合わせて行うハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムであって、
コンピュータに、
被溶接材の複数の画像を取り込ませ、
該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラム。
【請求項２２】
コンピュータによって実行させるプログラムを記録した媒体であって、該プログラムは、前記コンピュータに、
被溶接材の複数の画像を取り込ませ、
該取り込ませた複数の画像を積算平滑化処理させて、前記第１の溶接および前記第２の溶接の制御に用いる画像を生成させることを特徴とするハイブリッド溶接装置の画像処理プログラムを記録した媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−５４８７９（Ｐ２００７−５４８７９Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４５８１８（Ｐ２００５−２４５８１８）
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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