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JP7628932B2 - Welding monitoring method and welding monitoring device, and additive manufacturing method and additive manufacturing device - Google Patents
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Description

本発明は、溶接監視方法及び溶接監視装置、並びに積層造形方法及び積層造形装置に関する。 The present invention relates to a welding monitoring method and welding monitoring device, as well as an additive manufacturing method and additive manufacturing device.

アーク溶接においては、アークの発生状態、アークスポット付近で溶け出した溶融金属(溶融池)の状態等、様々な溶接状態を把握して、アーク溶接が適切になされていることを監視する技術が種々提案されている。例えば、溶接中の溶融池を撮像した撮像画像を用いて溶接状態を監視する技術が特許文献1に開示されている。 In arc welding, various technologies have been proposed to monitor whether arc welding is being performed properly by grasping various welding conditions, such as the state of the arc generation and the state of the molten metal (molten pool) melted near the arc spot. For example, Patent Document 1 discloses a technology for monitoring the welding condition using captured images of the molten pool during welding.

特開2018-192524号公報JP 2018-192524 A

一般に、アーク溶接中に溶接欠陥の発生を直接的に確認することは難しい。例えば、溶接物の内部欠陥を特定する手段として超音波探傷法があるが、溶接物表面の研磨が必要であり、表面の傾斜によっては欠陥由来のエコーを検出できない、等の問題がある。
そのため、特許文献1のような溶融池の撮像画像を用いて溶接状態を監視する手法が提案されているが、その多くが開先のある溶接を前提としている。つまり、これまでの溶接状態を監視する技術では、溶融池を、開先、又は溶融池に隣接するビードとの位置関係、或いはビード形状と対応させながら、溶融池の状態に応じて溶接欠陥の判定を行うものとなっている。しかし、開先、隣接するビードの画像映像は、アーク光との輝度差が大きく鮮明に映出されておらず、溶融池の位置及び形状が誤認される場合が生じ得る。その結果、正確な溶接状態の監視が困難になるおそれがあった。
また、複数のビード層を積層して積層造形物を作製する積層造形においては、上記した開先のような位置を特定できる基準物が存在しない。そのため、溶融池の状態を正確に把握できず、溶接中の撮像画像から溶接欠陥の発生を確認することは困難であった。
In general, it is difficult to directly confirm the occurrence of welding defects during arc welding. For example, ultrasonic testing is available as a means of identifying internal defects in welds, but this method has problems such as the need to polish the weld surface and the inclination of the surface making it difficult to detect echoes originating from defects.
For this reason, a method for monitoring the welding state using a captured image of the molten pool, such as that in Patent Document 1, has been proposed, but most of these methods are based on the premise of welding with a groove. In other words, in the conventional technology for monitoring the welding state, the molten pool is judged for welding defects according to the state of the molten pool while corresponding to the positional relationship between the molten pool and the groove or the bead adjacent to the molten pool, or the bead shape. However, the image of the groove and the adjacent bead is not clearly displayed due to a large brightness difference with the arc light, and the position and shape of the molten pool may be misidentified. As a result, there was a risk that it would be difficult to accurately monitor the welding state.
In addition, in additive manufacturing, in which a multi-layered bead is layered to produce an additively manufactured object, there is no reference object that can identify the position of the groove, as described above. Therefore, the state of the molten pool cannot be accurately grasped, and it is difficult to confirm the occurrence of welding defects from images taken during welding.

そこで本発明は、溶接部周囲における既設のビード等を基準にすることなく、溶接部の撮像画像から溶接欠陥の発生を確認できる、溶接欠陥監視方法及び溶接欠陥監視装置、並びに積層造形方法及び積層造形装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a welding defect monitoring method and welding defect monitoring device, as well as an additive manufacturing method and additive manufacturing device, that can check for the occurrence of welding defects from captured images of a welded part without using existing beads or the like around the welded part as a reference.

本発明は下記の構成からなる。
(1) アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視方法であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得工程と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算工程と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定工程と、
を備える溶接監視方法。
(2) 溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形方法であって、
前記溶着ビードを形成する際に、(1)に記載の溶接監視方法により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、
積層造形方法。
(3) アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視装置であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得部と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算部と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定部と、
を備える溶接監視装置。
(4) 溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形装置であって、
前記溶着ビードを形成する際に、(3)に記載の溶接監視装置により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、
積層造形装置。
The present invention comprises the following configurations.
(1) A welding monitoring method for monitoring a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising the steps of:
an image acquiring step of acquiring image information showing a molten pool generated in the welded portion and an arc light melting the filler metal;
a contour extraction step of extracting a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation step of determining a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour;
a defect determination step of determining the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
A welding monitoring method comprising:
(2) An additive manufacturing method for manufacturing a molded object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal, the method comprising the steps of:
When forming the weld bead, a welding state of the weld bead is monitored by the welding monitoring method described in (1).
Additive manufacturing methods.
(3) A welding monitoring device that monitors a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising:
an image acquisition unit that acquires image information showing a molten pool generated in the weld and an arc light that melts the filler metal;
a contour extraction unit that extracts a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation unit that calculates a shape index according to the extracted distortion of the contour;
a defect determination unit that determines the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
A welding monitoring device comprising:
(4) An additive manufacturing apparatus for manufacturing a molded object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal, comprising:
When the weld bead is formed, the welding state of the weld bead is monitored by the welding monitoring device described in (3).
Additive manufacturing equipment.

本発明によれば、溶接部周囲における既設のビード等を基準にすることなく、溶接部の撮像画像から溶接欠陥の発生を確認できる。 According to the present invention, it is possible to check for the occurrence of welding defects from captured images of the welded area without using existing beads or other objects around the welded area as a reference point.

図1は、積層造形装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an additive manufacturing apparatus. 図2は、溶着ビードが形成される溶接部を撮像部が撮像する様子を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing how an imaging unit captures an image of a welded portion where a weld bead is formed. 図3は、撮像部が撮像した撮像画像を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an image captured by the imaging section. 図4は、制御部の概略的なブロック構成図である。FIG. 4 is a schematic block diagram of the control unit. 図5は、図4に示す制御部の機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram of the control unit shown in FIG. 図6は、第1の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the first welding monitoring method. 図7Aは、溶接トーチ先端のアーク光の形状を模式的に示す説明図である。FIG. 7A is an explanatory diagram that illustrates a schematic shape of an arc light at the tip of a welding torch. 図7Bは、図7Aに示すアーク光の中心点からアーク光の輪郭までの距離を、中心点回りの方位角に対する分布を示すグラフである。FIG. 7B is a graph showing the distribution of the distance from the center point of the arc light shown in FIG. 7A to the contour of the arc light with respect to the azimuth angle around the center point. 図8Aは、溶接トーチ先端の他のアーク光の形状を模式的に示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram showing a schematic diagram of another shape of the arc light at the tip of the welding torch. 図8Bは、図8Aに示すアーク光の中心点からアーク光の輪郭までの距離を、中心点回りの方位角に対する分布を示すグラフである。FIG. 8B is a graph showing the distribution of the distance from the center point of the arc light shown in FIG. 8A to the contour of the arc light with respect to the azimuth angle around the center point. 図9は、既設の溶着ビードに隣接して新たに溶着ビードを形成する工程の様子を示す概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing a process of forming a new weld bead adjacent to an existing weld bead. 図10Aは、既設の溶着ビードに隣接する位置で新たな溶着ビードを形成した場合の溶接部の撮像画像である。FIG. 10A is a captured image of a welded portion in which a new weld bead has been formed at a position adjacent to an existing weld bead. 図10Bは、図10Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。FIG. 10B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in FIG. 10A. 図11Aは、図10Aに示す場合よりも更に既設の溶着ビードに近い位置で新たな溶着ビードを形成した場合の溶接部の撮像画像である。FIG. 11A is a captured image of a welded portion in which a new weld bead has been formed at a position even closer to the existing weld bead than in the case shown in FIG. 10A. 図11Bは、図11Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。FIG. 11B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in FIG. 11A. 図12は、図10Aに示す既設の溶着ビードから比較的離れた位置で新たな溶着ビードを形成した場合のビード断面の模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram of a bead cross section when a new weld bead is formed at a position relatively distant from the existing weld bead shown in FIG. 10A. 図13は、図11Aに示す既設の溶着ビードに比較的近い位置で新たな溶着ビードを形成した場合のビード断面の模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of a bead cross section when a new weld bead is formed at a position relatively close to the existing weld bead shown in FIG. 11A. 図14は、アーク光の中心点の時間推移による変動量を模式的に示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing a schematic diagram of the amount of change in the center point of the arc light over time. 図15は、第2の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of the second welding monitoring method. 図16は、撮像画像におけるアーク光と溶融池の様子を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing the state of the arc light and the molten pool in a captured image. 図17Aは、既設の溶着ビードに隣接する位置で新たな溶着ビードを形成した場合の溶接部の撮像画像である。FIG. 17A is a captured image of a welded portion in which a new weld bead has been formed at a position adjacent to an existing weld bead. 図17Bは、図17Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。FIG. 17B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in FIG. 17A. 図18Aは、図17Aに示す場合よりも更に既設の溶着ビードに近い位置で新たな溶着ビードを形成した場合の溶接部の撮像画像である。FIG. 18A is a captured image of a welded portion in which a new weld bead has been formed at a position even closer to the existing weld bead than in the case shown in FIG. 17A. 図18Bは、図18Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。FIG. 18B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in FIG. 18A. 図19は、方位角に対するアーク光の中心点から溶融池の輪郭までの距離の変化の様子を模式的に示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing a schematic diagram of the change in the distance from the center of the arc light to the contour of the molten pool with respect to the azimuth angle. 図20は、溶融池の輪郭までの距離の時間推移による変動量を模式的に示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing a schematic diagram of the amount of change in the distance to the edge of the molten pool over time. 図21は、第3の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart showing the procedure of the third welding monitoring method. 図22は、撮像画像における溶融池の形状を模式的に示す説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram that illustrates a schematic shape of the molten pool in a captured image. 図23は、溶融池の輪郭の時間推移による変化の様子を(A)~(E)に示す説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram showing (A) to (E) how the contour of the molten pool changes over time. 図24は、溶融池の輪郭の形状指標を抽出する具体例を示す説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram showing a specific example of extracting a shape index of the contour of the molten pool. 図25は、撮像画像中の溶融池の輪郭から計算する局所的な曲率の算出例を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of calculation of local curvature calculated from the contour of the molten pool in the captured image. 図26は、輪郭形状と局所曲率の例を(A),(B)に示す説明図である。FIG. 26A and FIG. 26B are explanatory diagrams showing examples of contour shapes and local curvatures.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでは、本発明に係る溶接監視方法を実施する溶接装置として、溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物の製造に供される積層造形装置を一例に説明する。しかし、溶接種類及び溶接装置の構成はこれに限らず、例えば、隅肉溶接、突き合わせ溶接等の各種の溶接に適用する溶接装置であってもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Here, as an example of a welding device for implementing the welding monitoring method according to the present invention, an additive manufacturing device that laminates weld beads formed by melting and solidifying a filler metal and is used to manufacture a shaped object composed of multiple layers of weld beads will be described. However, the type of welding and the configuration of the welding device are not limited to this, and the welding device may be a welding device that is applicable to various types of welding such as fillet welding and butt welding.

<積層造形装置の構成>
図1は、積層造形装置100の概略構成図である。
積層造形装置100は、溶着ビードBを積層して造形物を製造する造形部11と、造形部11の各部を制御する制御部13とを備える。
<Configuration of additive manufacturing device>
FIG. 1 is a schematic diagram of an additive manufacturing apparatus 100. As shown in FIG.
The additive manufacturing apparatus 100 includes a manufacturing unit 11 that manufactures a model by stacking weld beads B, and a control unit 13 that controls each part of the manufacturing unit 11 .

造形部11は、先端軸に溶接トーチ15を有する溶接ロボット17と、溶接ロボット17を駆動するロボット駆動部19と、溶接トーチ15へ溶加材(溶接ワイヤ)Mを供給する溶加材供給部21と、溶接トーチ15に溶接電流及び溶接電圧を供給する溶接電源部23とを備える。 The modeling unit 11 includes a welding robot 17 having a welding torch 15 at its tip shaft, a robot drive unit 19 that drives the welding robot 17, a filler material supply unit 21 that supplies a filler material (welding wire) M to the welding torch 15, and a welding power supply unit 23 that supplies a welding current and welding voltage to the welding torch 15.

また、造形部11は、溶接部の状態を撮像するカメラを有した撮像部25を備える。撮像部25は、溶接トーチ15又は溶接ロボット17の先端軸側の部分に設けられ、溶接トーチ15の先端付近を撮像する。 The modeling unit 11 also includes an imaging unit 25 having a camera that captures images of the state of the welded area. The imaging unit 25 is provided on the tip shaft side of the welding torch 15 or the welding robot 17, and captures images of the area near the tip of the welding torch 15.

溶接トーチ15は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるガスメタルアーク溶接用のトーチである。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。溶接トーチ15は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。 The welding torch 15 has a shield nozzle (not shown) and is a torch for gas metal arc welding to which shielding gas is supplied from the shield nozzle. The arc welding method may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide gas arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding, and is appropriately selected depending on the additive manufacturing object to be produced. For example, in the case of a consumable electrode type, a contact tip is placed inside the shield nozzle, and a filler material M to which a melting current is supplied is held by the contact tip. While holding the filler material M, the welding torch 15 generates an arc from the tip of the filler material M in a shielding gas atmosphere.

溶接ロボット17は、多関節ロボットである。ロボットアームの先端軸に取り付けた溶接トーチ15の先端には、連続供給される溶加材Mが支持される。溶接トーチ15の位置及び姿勢は、ロボット駆動部19からの指令により、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能になっている。溶接ロボット17は、多関節ロボットに限らず、直角座標型ロボット、パラレルリンクロボット等の他の形態であってもよい。 The welding robot 17 is an articulated robot. A continuously supplied filler material M is supported at the tip of a welding torch 15 attached to the tip shaft of the robot arm. The position and posture of the welding torch 15 can be set arbitrarily in three dimensions within the range of the degrees of freedom of the robot arm by commands from the robot drive unit 19. The welding robot 17 is not limited to an articulated robot, and may be in other forms such as a Cartesian coordinate robot or a parallel link robot.

溶加材供給部21は、溶加材Mが巻回されたリール27を備える。溶加材Mは、溶加材供給部21からロボットアーム等に取り付けられた繰り出し機構(不図示)に送られ、必要に応じて繰り出し機構により正逆送給されながら溶接トーチ15へ送給される。 The filler metal supply unit 21 is equipped with a reel 27 on which the filler metal M is wound. The filler metal M is sent from the filler metal supply unit 21 to a payout mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like, and is fed to the welding torch 15 while being fed forward and backward by the payout mechanism as necessary.

溶加材Mとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ(JIS Z 3312)、軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z 3313)等で規定される溶接ワイヤが利用可能である。さらに、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル基合金等の溶加材Mを、求められる特性に応じて使用することができる。 Any commercially available welding wire can be used as the filler metal M. For example, welding wires specified in MAG and MIG welding solid wires for mild steel, high tensile steel and low temperature steel (JIS Z 3312), arc welding flux-cored wires for mild steel, high tensile steel and low temperature steel (JIS Z 3313), etc. can be used. Furthermore, filler metals M such as aluminum, aluminum alloys, nickel, nickel-based alloys, etc. can be used depending on the required characteristics.

ロボット駆動部19は、溶接ロボット17を駆動して溶接トーチ15を移動させるとともに、連続供給される溶加材Mを、溶接電源部23からの溶接電流及び溶接電圧により発生させるアークで溶融させる。 The robot drive unit 19 drives the welding robot 17 to move the welding torch 15, and melts the continuously supplied filler metal M with an arc generated by the welding current and welding voltage from the welding power supply unit 23.

ロボット駆動部19には、作製しようとする造形物の軌道計画に基づく造形プログラムが制御部13から送信されてくる。造形プログラムは、多数の命令コードにより構成され、積層造形物の形状データ(CADデータ等)、材質、入熱量等の諸条件に応じて、適宜なアルゴリズムに基づいて作成される。 A modeling program based on the trajectory plan of the object to be created is sent from the control unit 13 to the robot driving unit 19. The modeling program is composed of a large number of command codes and is created based on an appropriate algorithm according to various conditions such as the shape data (CAD data, etc.) of the layered object, the material, and the amount of heat input.

より具体的には、入力された形状データに応じた造形物の形状モデルを所定の溶着ビードの高さ毎に層分割し、得られた各層を溶着ビードで埋めるようにビード形成順、溶接条件等のビード形成手順を決定する。そして、このビード形成手順を造形プログラムにする。作成された造形プログラムは、制御部13(後述する記憶部45)に保存されて、ロボット駆動部19からの出力要請があったときに、制御部13からロボット駆動部19に出力される。 More specifically, the shape model of the object corresponding to the input shape data is divided into layers for each predetermined weld bead height, and the bead formation procedure, such as the bead formation order and welding conditions, is determined so that each obtained layer is filled with a weld bead. This bead formation procedure is then made into a modeling program. The created modeling program is stored in the control unit 13 (memory unit 45, described later), and is output from the control unit 13 to the robot driving unit 19 when an output request is received from the robot driving unit 19.

ロボット駆動部19は、受信した造形プログラムを実行して、溶接ロボット17、溶加材供給部21及び溶接電源部23等の各部を駆動し、軌道計画に基づいて溶着ビードBを形成する。つまり、ロボット駆動部19は、溶接ロボット17を駆動して、軌道計画に設定された溶接トーチ15の軌道(ビード形成軌道)に沿って溶接トーチ15を移動させる。これとともに、設定された溶接条件に応じて溶加材供給部21及び溶接電源部23を駆動して、溶接トーチ15の先端の溶加材Mをアークによって溶融、凝固させる。これにより、ベースプレート29上に溶接トーチ15の軌道に沿って溶着ビードBが形成される。溶着ビードBは、互いに隣接する溶着ビード群により溶着ビード層を形成し、この溶着ビード層の上に次層の溶着ビード層が積層されることで、所望の3次元形状の造形物が造形される。 The robot driving unit 19 executes the received modeling program to drive each unit, such as the welding robot 17, the filler material supply unit 21, and the welding power supply unit 23, to form the weld bead B based on the trajectory plan. In other words, the robot driving unit 19 drives the welding robot 17 to move the welding torch 15 along the trajectory (bead formation trajectory) of the welding torch 15 set in the trajectory plan. At the same time, the filler material supply unit 21 and the welding power supply unit 23 are driven according to the set welding conditions to melt and solidify the filler material M at the tip of the welding torch 15 by an arc. As a result, the weld bead B is formed on the base plate 29 along the trajectory of the welding torch 15. The weld bead B forms a weld bead layer by a group of adjacent weld beads, and the next weld bead layer is layered on top of this weld bead layer to form a desired three-dimensional object.

図2は、溶着ビードBが形成される溶接部31を撮像部25が撮像する様子を示す概略説明図である。
撮像部25は、溶接トーチ15と共に溶接方向WDに沿って移動しながら、溶接部31に発生するアークのアーク光33、及びアークにより溶加材Mが溶解した溶融金属からなる溶融池35とを撮像する。撮像部25は、CCD又はCMOS型の撮像素子を有するカメラ本体と、NDフィルタ、狭帯域フィルタ等の適宜なフィルタを併用したレンズとを備えたカメラで構成されており、フィルタリングによりノイズを除去し、低輝度から高輝度までダイナミックレンジの広い画像取得が可能となっている。撮像部25は、複数台のカメラを備え、複数のカメラからの撮像情報を組み合わせて撮像画像を生成するものであってもよい。
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing how the imaging unit 25 images the welded portion 31 where the weld bead B is formed.
The imaging unit 25, while moving along the welding direction WD together with the welding torch 15, captures images of the arc light 33 of the arc generated at the welded portion 31 and the molten pool 35 made of molten metal formed by melting the filler material M by the arc. The imaging unit 25 is composed of a camera equipped with a camera body having a CCD or CMOS type imaging element and a lens using an appropriate filter such as an ND filter or a narrow band filter, and is capable of removing noise by filtering and acquiring images with a wide dynamic range from low brightness to high brightness. The imaging unit 25 may be equipped with multiple cameras and generate a captured image by combining imaging information from the multiple cameras.

図3は、撮像部25が撮像した撮像画像を示す模式図である。
撮像部25が撮像した撮像画像37には、溶接トーチ15から突出した溶加材Mと、溶加材Mの先端39に生じるアークのアーク光33と、溶加材Mの下方に形成された溶融池35とが映出される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an image captured by the imaging section 25. As shown in FIG.
The image 37 captured by the imaging unit 25 shows the filler metal M protruding from the welding torch 15, the arc light 33 of the arc generated at the tip 39 of the filler metal M, and the molten pool 35 formed below the filler metal M.

なお、撮像部25は、可視光の検出以外にも、IR(赤外線)カメラ(サーモグラフィ)であってもよく、IRカメラを併用する構成であってもよい。 In addition to detecting visible light, the imaging unit 25 may be an IR (infrared) camera (thermography) or may be configured to use an IR camera in combination.

図4は、制御部13の概略的なブロック構成図である。
制御部13は、CPU、MPU等のプロセッサ41、ROM,RAM等のメモリ43、SSD(Solid State Drive),ハードディスクドライブ等の記憶部45、入力部47、入出力インターフェイス49、画像処理部51、表示部53、通信部55等を備えるコンピュータデバイスである。
FIG. 4 is a schematic block diagram of the control unit 13. As shown in FIG.
The control unit 13 is a computer device that includes a processor 41 such as a CPU or an MPU, a memory 43 such as a ROM or a RAM, a storage unit 45 such as an SSD (Solid State Drive) or a hard disk drive, an input unit 47, an input/output interface 49, an image processing unit 51, a display unit 53, a communication unit 55, etc.

記憶部45には、前述した造形プログラム、及び詳細を後述する溶接欠陥の発生状況を判定するための各種の基準値等が記憶されている。 The memory unit 45 stores the above-mentioned molding program and various reference values for determining the occurrence of welding defects, the details of which will be described later.

入力部47は、キーボード、マウス、入力操作盤等の入力デバイスであり、必要に応じて操作者からの情報が入力される。 The input unit 47 is an input device such as a keyboard, mouse, or input operation panel, through which information is input by the operator as necessary.

入出力インターフェイス49には、前述した撮像部25、溶加材供給部21、ロボット駆動部19、溶接電源部23が接続され、プロセッサ41からの指令に応じて各部との情報伝達が行われる。 The input/output interface 49 is connected to the imaging unit 25, filler metal supply unit 21, robot drive unit 19, and welding power supply unit 23, and transmits information to each unit in response to commands from the processor 41.

画像処理部51は、撮像部25が撮像した撮像画像37を画像処理して、詳細を後述するアーク光33、溶融池35の輪郭等を抽出する。画像処理部51は、GPU(Graphics Processing Unit)等を用いた専用の処理回路が好ましいが、プロセッサ41により画像処理するものであってもよい。 The image processing unit 51 processes the captured image 37 captured by the imaging unit 25 to extract the arc light 33, which will be described in detail later, and the contours of the molten pool 35, etc. The image processing unit 51 is preferably a dedicated processing circuit using a GPU (Graphics Processing Unit) or the like, but may also perform image processing using the processor 41.

表示部53は、液晶ディスプレイ等の表示媒体により構成され、撮像部25からの撮像画像、溶接パス、溶接条件等の溶接状況の情報、詳細を後述する溶接欠陥の判定結果の情報等、各種の情報が表示可能となっている。 The display unit 53 is composed of a display medium such as a liquid crystal display, and is capable of displaying various types of information, such as the captured image from the imaging unit 25, information on the welding status such as the welding pass and welding conditions, and information on the results of the welding defect judgment, which will be described in detail later.

通信部55は、制御部13と外部との情報通信を行う。制御部13は、上記した各部の機能を、造形部11とは離隔して配置されたサーバー等の他のコンピュータデバイスに備えさせ、そのコンピュータデバイスにより制御する構成であってもよい。その場合、通信部55からネットワーク等の通信手段を介して、遠隔地の他のコンピュータデバイスから各種の制御信号が入出力される。 The communication unit 55 communicates information between the control unit 13 and the outside. The control unit 13 may be configured to have the functions of each of the above-mentioned units provided in another computer device, such as a server, located away from the modeling unit 11, and to control the functions through that computer device. In that case, various control signals are input and output from the communication unit 55 to the other computer device in a remote location via a communication means such as a network.

図5は、図4に示す制御部13の機能ブロック図である。
制御部13は、上記した各部の構成によって、画像取得部61と、輪郭抽出部63と、指標演算部65と、欠陥判定部67とが有する各機能を実現する。これら各部の機能の詳細については後述する。
FIG. 5 is a functional block diagram of the control unit 13 shown in FIG.
By using the configuration of each of the above-mentioned sections, the control section 13 realizes the functions of the image acquisition section 61, the contour extraction section 63, the index calculation section 65, and the defect determination section 67. The functions of these sections will be described in detail later.

<第1の溶接監視方法の手順>
次に、上記構成の積層造形装置100を用いて、アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視方法の手順を説明する。
図6は、第1の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。以下、各手順を図2~図5も参照しながら説明する。
<Procedure of the first welding monitoring method>
Next, a procedure of a welding monitoring method for monitoring the welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding using the additive manufacturing apparatus 100 configured as described above will be described.
6 is a flow chart showing the steps of the first welding monitoring method. Each step will be described below with reference to FIGS.

まず、画像取得部61(図5参照)は、図2に示す溶接途中の溶接部31を撮像し、図3に示すような、溶加材Mの先端39に生じたアークのアーク光33と、溶加材Mが溶融した溶融池35とを含む撮像画像37の画像情報を取得する(ステップS11、以下、S11と記す)。 First, the image acquisition unit 61 (see FIG. 5) captures an image of the welded portion 31 during welding as shown in FIG. 2, and acquires image information of the captured image 37 including the arc light 33 generated at the tip 39 of the filler metal M and the molten pool 35 in which the filler metal M is melted as shown in FIG. 3 (step S11, hereinafter referred to as S11).

次に、輪郭抽出部63(図5参照)は、取得した撮像画像37から、アーク光33の部分を抽出して、アーク光33の輪郭を求める(S12)。このアーク光33の輪郭、つまり、撮像画像37内におけるアーク光33の輪郭の座標(輪郭上の複数点の画素の座標であるが、輪郭を表す線の近似式であってもよい)は、画像処理部51による適宜な画像処理によって求められる。 Next, the contour extraction unit 63 (see FIG. 5) extracts the portion of the arc light 33 from the captured image 37 and determines the contour of the arc light 33 (S12). The contour of the arc light 33, that is, the coordinates of the contour of the arc light 33 in the captured image 37 (the coordinates of pixels at multiple points on the contour, but may also be an approximation of a line representing the contour) are determined by appropriate image processing by the image processing unit 51.

そして、指標演算部65(図5参照)は、抽出された輪郭の歪みに応じた形状指標を算出する(S13)。ここでいう形状指標とは、図3に示すアーク光33の輪郭から求めるアーク光33の中心点Oa、その中心点Oaからアーク光33の輪郭までの距離r、輪郭の曲率R、アーク光33の形状をモデル曲線(例えば、楕円等)でフィッティングした際の適合度のうち、いずれかを含む。 Then, the index calculation unit 65 (see FIG. 5) calculates a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour (S13). The shape index here includes any of the following: the center point Oa of the arc light 33 obtained from the contour of the arc light 33 shown in FIG. 3, the distance r from the center point Oa to the contour of the arc light 33, the curvature R of the contour, and the degree of fit when the shape of the arc light 33 is fitted with a model curve (e.g., an ellipse, etc.).

欠陥判定部67は、指標演算部65で求めた形状指標に応じて、溶接欠陥の有無又はその程度を表す、溶接欠陥の発生状況を判定する(S14)。この溶接欠陥の判定の手順を以下に説明する。 The defect determination unit 67 determines the occurrence status of a welding defect, which indicates the presence or absence of a welding defect or its degree, according to the shape index obtained by the index calculation unit 65 (S14). The procedure for determining this welding defect is described below.

図7Aは、溶接トーチ先端のアーク光33の形状を模式的に示す説明図、図7Bは、図7Aに示すアーク光33の中心点Oaからアーク光33の輪郭までの距離rを、中心点Oa回りの方位角θに対する分布を示すグラフである。ここで、方位角θは撮像画像における鉛直方向の上側を0°、下側を180°とし、図7Aにおける時計回りに設定している。アーク光33の中心点Oaは、撮像画像37に二値化処理、エッジ処理等の画像処理を施してアーク光33の領域を抽出し、その領域(画素領域)の重心位置を中心点Oaと定義する。 Figure 7A is an explanatory diagram showing a schematic of the shape of the arc light 33 at the tip of the welding torch, and Figure 7B is a graph showing the distribution of the distance r from the center point Oa of the arc light 33 shown in Figure 7A to the contour of the arc light 33 versus the azimuth angle θ around the center point Oa. Here, the azimuth angle θ is set clockwise in Figure 7A, with the upper side in the vertical direction in the captured image being 0° and the lower side being 180°. The center point Oa of the arc light 33 is determined by extracting the area of the arc light 33 by performing image processing such as binarization and edge processing on the captured image 37, and defining the center of gravity of that area (pixel area) as the center point Oa.

中心点Oaは重心位置に限らず、他の方法により定義してもよい。例えば、アーク光33の領域の座標値(X,Y)について、撮像画像内での水平方向最大値Xmax及び最小値Xmin、垂直方向最大値Ymax及び最小値Yminをそれぞれ求め、各方向で最大値と最小値との間を二等分した中間点(Xmax-Xmin)/2,(Ymax-Ymin)/2)、つまり、幾何中心点を中心点Oaの座標としてもよい。 The center point Oa is not limited to the center of gravity position and may be defined by other methods. For example, for the coordinate values (X, Y) of the area of the arc light 33, the horizontal maximum value Xmax and minimum value Xmin, and the vertical maximum value Ymax and minimum value Ymin in the captured image are respectively calculated, and the midpoint between the maximum value and the minimum value in each direction (Xmax-Xmin)/2, (Ymax-Ymin)/2), that is, the geometric center point, may be set as the coordinates of the center point Oa.

図7Bに示すアーク光33の中心点Oaからアーク光33の輪郭までの距離rは、方位角θに応じて周期的に変化しており、アーク光33の輪郭が略楕円形状であることを示している。つまり、アーク光33の輪郭が、アーク光33の中心点Oaを通り溶接方向WDを示す溶接線Lwを中心とした線対称形状になっている。 The distance r from the center point Oa of the arc light 33 to the contour of the arc light 33 shown in FIG. 7B changes periodically according to the azimuth angle θ, indicating that the contour of the arc light 33 is substantially elliptical. In other words, the contour of the arc light 33 is linearly symmetrical about the welding line Lw that passes through the center point Oa of the arc light 33 and indicates the welding direction WD.

アーク光33の形状は、溶接状況によっては、上記のような略楕円形状から歪みを生じる場合がある。
図8Aは、溶接トーチ先端の他のアーク光33の形状を模式的に示す説明図、図8Bは、図8Aに示すアーク光33の中心点Oaからアーク光33の輪郭までの距離を、中心点Oa回りの方位角θに対する分布を示すグラフである。
Depending on the welding conditions, the shape of the arc light 33 may be distorted from the approximately elliptical shape described above.
FIG. 8A is an explanatory diagram showing a schematic shape of another arc light 33 at the tip of the welding torch, and FIG. 8B is a graph showing the distribution of the distance from the center point Oa of the arc light 33 shown in FIG. 8A to the contour of the arc light 33 versus the azimuth angle θ around the center point Oa.

図8Aに示すように、アーク光33の輪郭は、アーク光33の中心点Oaを通り溶接方向WDを示す溶接線Lwを中心とした線対称形状から歪んでいる。このアーク光33の歪みは、隣接する溶着ビードの影響を受けることで発生する。 As shown in FIG. 8A, the contour of the arc light 33 is distorted from an axisymmetric shape centered on the welding line Lw that passes through the center point Oa of the arc light 33 and indicates the welding direction WD. This distortion of the arc light 33 occurs due to the influence of the adjacent weld beads.

図9は、既設の溶着ビードB0に隣接して新たに溶着ビードBを形成する工程の様子を示す概略斜視図である。
溶着ビードBを形成する際に、隣接して既設の溶着ビードB0が存在していると、溶接トーチ15からのアークは既設の溶着ビードB0に誘引されて、アーク光33の形状に偏りが発生する。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing a process of forming a new weld bead B adjacent to an existing weld bead B0.
When forming the weld bead B, if there is an existing weld bead B0 adjacent to it, the arc from the welding torch 15 will be attracted to the existing weld bead B0, causing the shape of the arc light 33 to become biased.

以下に撮像画像を用いてアーク光33の形状の変化の様子を説明する。
図10Aは、既設の溶着ビードB0に隣接する位置で新たな溶着ビードBを形成した場合の溶接部の撮像画像である。図10Bは、図10Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。また、図11Aは、図10Aに示す場合よりも更に既設の溶着ビードB0に近い位置で新たな溶着ビードBを形成した場合の溶接部の撮像画像である。図11Bは、図11Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。
The change in the shape of the arc light 33 will be described below using captured images.
Fig. 10A is a captured image of a welded portion when a new weld bead B is formed at a position adjacent to an existing weld bead B0. Fig. 10B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in Fig. 10A. Fig. 11A is a captured image of a welded portion when a new weld bead B is formed at a position even closer to the existing weld bead B0 than the case shown in Fig. 10A. Fig. 11B is an explanatory diagram showing a main part of the captured image shown in Fig. 11A.

図10A及び図10Bに示すように、既設の溶着ビードB0から比較的離れた位置で新たな溶着ビードBを形成した場合、アークは既設の溶着ビードB0へ誘引されず、図7Aに示すような略楕円形状を維持する。
一方、図11A及び図11Bに示すように、既設の溶着ビードB0に比較的近い位置で新たな溶着ビードBを形成した場合、アークは既設の溶着ビードB0へ誘引されて、アーク光33の形状が歪む。
このような既設の溶着ビードB0と新設の溶着ビードBとの距離の違いにより、溶接欠陥の発生状況は異なる。
As shown in Figures 10A and 10B, when a new weld bead B is formed at a position relatively far from the existing weld bead B0, the arc is not attracted to the existing weld bead B0 and maintains the approximately elliptical shape as shown in Figure 7A.
On the other hand, as shown in FIGS. 11A and 11B, when a new weld bead B is formed at a position relatively close to an existing weld bead B0, the arc is attracted to the existing weld bead B0, and the shape of the arc light 33 is distorted.
Depending on the difference in the distance between the existing weld bead B0 and the new weld bead B, the occurrence conditions of welding defects differ.

図12は、図10Aに示す既設の溶着ビードB0から比較的離れた位置で新たな溶着ビードBを形成した場合のビード断面の模式図である。
この場合、既設の溶着ビードB0と新設の溶着ビードBとの間にブローホール(気孔)DFが発生している。このような溶接欠陥は、ビード形成時に隣接するビード間に溶融金属が十分流れ込まずに凝固して、未溶着の部位が発生するために生じると考えられる。
FIG. 12 is a schematic diagram of a bead cross section when a new weld bead B is formed at a position relatively distant from the existing weld bead B0 shown in FIG. 10A.
In this case, a blowhole (air hole) DF occurs between the existing weld bead B0 and the new weld bead B. It is believed that this type of welding defect occurs because the molten metal does not flow sufficiently between adjacent beads during bead formation and solidifies, resulting in an unwelded portion.

一方、図13は、図11Aに示す既設の溶着ビードB0に比較的近い位置で新たな溶着ビードBを形成した場合のビード断面の模式図である。
図13に示す場合、既設の溶着ビードB0と新設の溶着ビードBとが近接した結果、融合して、双方の間にはブローホールのような溶接欠陥が存在しない。
On the other hand, FIG. 13 is a schematic diagram of a bead cross section when a new weld bead B is formed at a position relatively close to the existing weld bead B0 shown in FIG. 11A.
In the case shown in FIG. 13, the existing weld bead B0 and the new weld bead B come close to each other and are fused together, with no welding defects such as blowholes existing between them.

そこで、溶融金属が溶着ビード同士の間に十分に流し込めたか否かの判断指標として、アーク光33の形状を表す形状指標を監視して、形状指標の異常な挙動(歪みの少ない状態)を欠陥発生候補の徴候として抽出する。例えば、撮像画像37におけるアーク光33の領域を、画像処理を施して抽出し、アーク光33の領域(画素領域)の輪郭及び中心点Oaを求める。求めた輪郭の形状を、図7B,図8Bに示す方位角θと距離rとの関係を求めること等によって評価する。つまり、アーク光33の輪郭が、アーク光33の中心点Oaを通り溶接方向WDを示す溶接線Lwを中心とした線対称形状に近づくほど、溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する。この判定には、特定の輪郭位置、領域における距離rの絶対値、方位角θに対する変化量等、適宜なパラメータを用いること、及び各パラメータを組み合わせて判定することもできる。 Therefore, as an index for judging whether the molten metal has been sufficiently poured between the weld beads, the shape index representing the shape of the arc light 33 is monitored, and abnormal behavior of the shape index (a state with little distortion) is extracted as a sign of a possible defect. For example, the area of the arc light 33 in the captured image 37 is extracted by performing image processing, and the contour and center point Oa of the area (pixel area) of the arc light 33 are obtained. The shape of the obtained contour is evaluated by obtaining the relationship between the azimuth angle θ and the distance r shown in Figures 7B and 8B. In other words, it is judged that the more the contour of the arc light 33 approaches a line-symmetric shape centered on the welding line Lw indicating the welding direction WD, passing through the center point Oa of the arc light 33, the more likely it is that a welding defect has occurred. For this judgment, appropriate parameters such as a specific contour position, the absolute value of the distance r in the area, and the amount of change with respect to the azimuth angle θ can be used, and each parameter can be combined to make the judgment.

また、アーク光33の形状が変化したときには、溶接状態が過渡状態となり、溶接欠陥が発生することもある。そこで、アーク光33の中心点Oaの時間推移による変動量を算出し、その変動量が予め定めた閾値(基準変動量)以上である場合、即ち、アーク光33に乱れが生じた場合に溶接欠陥が発生した徴候があったと判定してもよい。こうすることで、判定結果のロバスト性が得られ、溶接欠陥の検出感度を閾値によって簡便に調整できる。 In addition, when the shape of the arc light 33 changes, the welding state becomes transient, and a welding defect may occur. Therefore, the amount of variation over time of the center point Oa of the arc light 33 may be calculated, and if the amount of variation is equal to or greater than a predetermined threshold (reference variation amount), that is, if a disturbance occurs in the arc light 33, it may be determined that there is an indication of a welding defect. In this way, robustness of the determination result can be obtained, and the detection sensitivity of the welding defect can be easily adjusted by the threshold value.

図14は、アーク光33の中心点Oaの時間推移による変動量を模式的に示すグラフである。
アーク光33の中心点Oaの位置が予め定めた基準変動量TH1以上となる場合には、その基準変動量TH以上となった領域で溶接欠陥が発生したと判定する。
この判定はアーク光33の中心点Oaに限らず、アーク光33の輪郭の曲率であってもよく、アーク光33の形状とモデル曲線(例えば、楕円等)との適合度であってもよい。輪郭の曲率の変化、フィッティングの適合度を用いて溶接欠陥を判定することで、アーク光33の形状変化を高い感度で検出でき、溶接欠陥の検出精度を高められる。
FIG. 14 is a graph showing a schematic variation in the center point Oa of the arc light 33 over time.
When the position of center point Oa of arc light 33 is equal to or greater than a predetermined reference fluctuation amount TH1, it is determined that a welding defect has occurred in the region where the fluctuation amount is equal to or greater than the reference fluctuation amount TH1 .
This determination is not limited to the center point Oa of the arc light 33, but may be based on the curvature of the contour of the arc light 33, or on the degree of conformity between the shape of the arc light 33 and a model curve (e.g., an ellipse, etc.). By determining a welding defect using a change in the curvature of the contour and the degree of conformity of the fitting, the change in the shape of the arc light 33 can be detected with high sensitivity, and the detection accuracy of the welding defect can be improved.

一般に、溶接欠陥の発生等の異常の検知を行う場合、異常となるケースは正常時と比較して少ない。そこで、正常時を基準として、その状態からの乖離度合いを異常の徴候として捉えることもできる。例えば、予め複数の溶接パス、及び溶接パスの溶接条件を定めた溶接計画に基づいて溶接する場合には、溶接計画の溶接パスのうち、健全に溶接が行えた所定の溶接パスを、溶接欠陥の判定基準となる基準パスとして設定する。そして、その基準パスにおける形状指標と、基準パスの溶接条件と共通する他の溶接パスの形状指標とを比較して、形状指標同士の差に応じて溶接欠陥の有無又は程度を判定する。ここでいう溶接条件とは、溶接電流、溶接電圧、溶加材の送給速度、溶接速度、トーチ角度、ピッチ、ウィービングの有無等の各種の条件を含むことができる。 In general, when detecting abnormalities such as the occurrence of welding defects, there are fewer cases of abnormality compared to normal times. Therefore, it is possible to use normal times as a reference and capture the degree of deviation from that state as a sign of abnormality. For example, when welding is performed based on a welding plan in which multiple welding passes and welding conditions for the welding passes are previously determined, a specific welding pass among the welding passes in the welding plan in which welding was performed properly is set as a reference pass that serves as a criterion for determining welding defects. Then, the shape index of the reference pass is compared with the shape indexes of other welding passes that share the welding conditions of the reference pass, and the presence or absence or degree of a welding defect is determined according to the difference between the shape indexes. The welding conditions referred to here can include various conditions such as welding current, welding voltage, filler metal feed speed, welding speed, torch angle, pitch, and the presence or absence of weaving.

上記した形状指標の比較には、例えば、最大変動量を比較すること、閾値を超える頻度を比較すること、等が挙げられる。また、健全に溶接ができたかどうかは、撮像画像の検証によって判定してもよく、溶接電流、溶接電圧、ビード形状のプロファイル等の他の計測データから検証して判定してもよい。さらに、軌道計画を作成した時点で、温度予測、変形予測等のシミュレーションによって予想値を予め用意しておき、その予想値と比較して判定してもよい。 Comparison of the shape indices described above can include, for example, comparing the maximum amount of variation, comparing the frequency of exceeding a threshold, and so on. Furthermore, whether welding was performed properly can be determined by verifying the captured image, or by verifying other measurement data such as the welding current, welding voltage, and bead shape profile. Furthermore, when the trajectory plan is created, predicted values can be prepared in advance by simulating temperature prediction, deformation prediction, etc., and a judgment can be made by comparing with the predicted values.

特に積層造形では、溶接条件の共通するパスを複数繰り返すことが多い。そのため、溶接条件が共通するパス同士でアーク光の形状指標を比較することで、基準パスの健全な状態から乖離する度合、又は突発的な異常現象を検出しやすくなる。また、欠陥発生条件のデータベースを予め用意しなくても、溶接物内の溶着ビード同士を比較して、欠陥発生の徴候を有する溶着ビードを特定できる。 Especially in additive manufacturing, passes with common welding conditions are often repeated multiple times. Therefore, by comparing the shape index of the arc light between passes with common welding conditions, it becomes easier to detect the degree of deviation from the healthy state of the reference pass, or sudden abnormal phenomena. In addition, by comparing weld beads within a welded workpiece, weld beads that show signs of defect occurrence can be identified without having to prepare a database of defect occurrence conditions in advance.

以上のように、アーク光33の輪郭からアーク光33の特徴的な形状指標を抽出し、得られた形状指標から溶接欠陥の発生状況を判定できる。そして、形状指標を求める演算を一定の時間間隔で連続的に行うことで、溶着ビードの積層中における形状指標の推移を把握でき、製造工程におけるトレーサビリティに供する情報を取得できる。 As described above, the characteristic shape index of the arc light 33 can be extracted from the contour of the arc light 33, and the occurrence of welding defects can be determined from the obtained shape index. Then, by continuously performing the calculation to obtain the shape index at regular time intervals, the transition of the shape index during the lamination of the weld bead can be grasped, and information for traceability in the manufacturing process can be obtained.

よって、本溶接監視方法によれば、非破壊で溶接欠陥がありそうな場所を特定でき、溶接物の全範囲にわたって溶接欠陥の発生の有無又は程度を判定できる。しかも、溶接中にリアルタイムで溶接欠陥の発生状況を判定できる。これにより、溶接条件の修正等の工程見直し、及び溶接物(造形物)の品質保証にも活用できる。 Therefore, this welding monitoring method can identify locations where welding defects are likely to exist non-destructively and determine the presence or absence and severity of welding defects across the entire range of the welded object. Furthermore, it can determine the occurrence of welding defects in real time during welding. This can be used to review the process, such as modifying welding conditions, and to ensure the quality of the welded object (model).

<第2の溶接監視方法の手順>
次に、溶融池の形状から溶接欠陥の発生状況を判定する手順を説明する。
図15は、第2の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。
まず、画像取得部61(図5参照)は、図2に示す溶接途中の溶接部31を撮像し、図3に示すような、溶加材Mの先端39に生じたアークのアーク光33と、溶加材Mが溶融した溶融池35とを含む撮像画像37の画像情報を取得する(S21)。
<Procedure of the second welding monitoring method>
Next, a procedure for determining the occurrence of welding defects from the shape of the molten pool will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of the second welding monitoring method.
First, the image acquisition unit 61 (see FIG. 5) images the welded portion 31 during welding as shown in FIG. 2, and acquires image information of the captured image 37 including the arc light 33 of the arc generated at the tip 39 of the filler metal M and the molten pool 35 in which the filler metal M is melted, as shown in FIG. 3 (S21).

次に、輪郭抽出部63(図5参照)は、取得した撮像画像37から、アーク光33の部分を抽出してアーク光33の輪郭を求め、求めた輪郭からアーク光33の中心点Oaを算出する。また、輪郭抽出部63は、取得した撮像画像37から溶融池35の領域を抽出して、溶融池35の輪郭を求める(S22)。このアーク光33の輪郭、及び中心点Oa、並びに溶融池35の輪郭は、画像処理部51(図4参照)による前述した画像処理によって求められる。 Next, the contour extraction unit 63 (see FIG. 5) extracts the portion of the arc light 33 from the acquired captured image 37 to obtain the contour of the arc light 33, and calculates the center point Oa of the arc light 33 from the obtained contour. The contour extraction unit 63 also extracts the area of the molten pool 35 from the acquired captured image 37 to obtain the contour of the molten pool 35 (S22). The contour of the arc light 33, the center point Oa, and the contour of the molten pool 35 are obtained by the image processing by the image processing unit 51 (see FIG. 4) as described above.

そして、指標演算部65(図5参照)は、抽出された溶融池35の輪郭の歪みに応じた形状指標を算出する(S23)。ここでいう形状指標とは、図3に示すアーク光33の輪郭から求めるアーク光33の中心点Oaから溶融池35の輪郭までの距離を含む。 Then, the index calculation unit 65 (see FIG. 5) calculates (S23) a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour of the molten pool 35. The shape index here includes the distance from the center point Oa of the arc light 33, which is obtained from the contour of the arc light 33 shown in FIG. 3, to the contour of the molten pool 35.

ここで、形状指標としてのアーク光33の中心点Oaから溶融池35の輪郭までの距離は、溶融池35の輪郭の代表位置(例えば既設の溶着ビードに近い位置)とアーク光33の中心点Oaとの間の距離としてもよい。また、溶融池35の輪郭として抽出された複数の点に対して、それぞれアーク光33の中心点Oaとの間の距離を求めることであってもよい。この距離については、アーク光33の中心点回りの方位角θごとに算出してもよく、また、一定時間連続で算出して、時間推移に伴う距離の変動も併せて算出することであってもよい。 Here, the distance from the center point Oa of the arc light 33 to the contour of the molten pool 35 as a shape index may be the distance between a representative position of the contour of the molten pool 35 (e.g., a position close to the existing weld bead) and the center point Oa of the arc light 33. Also, the distance between each of multiple points extracted as the contour of the molten pool 35 and the center point Oa of the arc light 33 may be calculated. This distance may be calculated for each azimuth angle θ around the center point of the arc light 33, or may be calculated continuously for a certain period of time to also calculate the variation in distance over time.

次に、欠陥判定部67(図5参照)は、アーク光33の中心点Oaと溶融池35の輪郭との間の距離に応じて、溶接欠陥の発生状況を判定する(S24)。
図16は、撮像画像37におけるアーク光33と溶融池35の様子を示す模式図である。
前述した図9に示すように、既設の溶着ビードB0に隣接して新たに溶着ビードBを形成する際、溶融池35の輪郭は、図10Bに示すように溶接線Lwを中心とした線対称であるよりは、図11Bに示すように溶接線Lwに対して偏りを有する形状であることが好ましい。その場合、図13で示したように、結果として未溶着の溶接欠陥が発生せず、高品位な溶接が行える。
Next, the defect determination unit 67 (see FIG. 5) determines the occurrence state of a welding defect according to the distance between the center point Oa of the arc light 33 and the contour of the molten pool 35 (S24).
FIG. 16 is a schematic diagram showing the state of the arc light 33 and the molten pool 35 in a captured image 37.
As shown in Fig. 9, when a new weld bead B is formed adjacent to an existing weld bead B0, it is preferable that the contour of the molten pool 35 has a shape that is offset from the weld line Lw as shown in Fig. 11B, rather than being linearly symmetrical about the weld line Lw as the center as shown in Fig. 10B. In that case, as shown in Fig. 13, no unwelded welding defects occur, and high-quality welding can be performed.

そこで、指標演算部65は、図16に示すアーク光33の中心点Oaから溶融池35の輪郭までの距離raについて、中心点Oa回りの方位角θに対する分布を求める。そして、欠陥判定部67は、溶融池35の輪郭が、アーク光33の中心点Oaを通り溶接方向WDを示す溶接線Lwを中心とした線対称形状に近づくほど、溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する。 Therefore, the index calculation unit 65 calculates the distribution of the distance ra from the center point Oa of the arc light 33 to the contour of the molten pool 35 shown in FIG. 16 with respect to the azimuth angle θ around the center point Oa. Then, the defect determination unit 67 determines that the more the contour of the molten pool 35 approaches a line-symmetric shape centered on the welding line Lw that passes through the center point Oa of the arc light 33 and indicates the welding direction WD, the more likely it is that a welding defect has occurred.

図17Aは、既設の溶着ビードB0に隣接する位置で新たな溶着ビードBを形成した場合の溶接部の撮像画像である。図17Bは、図17Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。また、図18Aは、図17Aに示す場合よりも更に既設の溶着ビードB0に近い位置で新たな溶着ビードBを形成した場合の溶接部の撮像画像である。図18Bは、図18Aに示す撮像画像の要部を示す説明図である。 Figure 17A is a captured image of a welded portion when a new weld bead B is formed at a position adjacent to an existing weld bead B0. Figure 17B is an explanatory diagram showing a main portion of the captured image shown in Figure 17A. Also, Figure 18A is a captured image of a welded portion when a new weld bead B is formed at a position even closer to the existing weld bead B0 than in the case shown in Figure 17A. Figure 18B is an explanatory diagram showing a main portion of the captured image shown in Figure 18A.

図17A及び図17Bに示すように、既設の溶着ビードB0から比較的離れた位置で新たな溶着ビードBを形成した場合、溶融池35の輪郭は、既設の溶着ビードB0の影響を受けず、略楕円形状を維持する。一方、図18A及び図18Bに示すように、既設の溶着ビードB0に比較的近い位置で新たな溶着ビードBを形成した場合、溶融池35の輪郭は、既設の溶着ビードB0の再溶融のために抜熱され、既設の溶着ビードB0に近い部分が歪んでいる。 As shown in Figures 17A and 17B, when a new weld bead B is formed at a position relatively far from the existing weld bead B0, the contour of the molten pool 35 is not affected by the existing weld bead B0 and maintains a roughly elliptical shape. On the other hand, as shown in Figures 18A and 18B, when a new weld bead B is formed at a position relatively close to the existing weld bead B0, the contour of the molten pool 35 is distorted in the portion close to the existing weld bead B0 because heat is removed due to the remelting of the existing weld bead B0.

このような既設の溶着ビードB0と新設の溶着ビードBとの距離の違いにより、溶接欠陥の発生状況は異なる。そこで、溶融金属が溶着ビード同士の間に十分に流し込めたか否かの判断指標として、溶融池35の形状指標を監視して、形状指標の異常な挙動(歪みの少ない状態)を欠陥発生候補の徴候として抽出する。 The occurrence of welding defects varies depending on the difference in distance between the existing weld bead B0 and the new weld bead B. Therefore, the shape index of the molten pool 35 is monitored as an indicator for determining whether or not the molten metal has been sufficiently poured between the weld beads, and abnormal behavior of the shape index (a state with little distortion) is extracted as a possible indication of defect occurrence.

例えば、溶融池35の輪郭が、アーク光33の中心点Oaを通り溶接方向WDを示す溶接線Lwを中心とした線対称形状に近づくほど、溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する。この判定には、特定の輪郭位置、領域における距離raの絶対値、方位角θに対する変化量等、適宜なパラメータを用いること、及び各パラメータを組み合わせて判定することもできる。 For example, the closer the contour of the molten pool 35 is to a shape that is linearly symmetrical about the welding line Lw that passes through the center point Oa of the arc light 33 and indicates the welding direction WD, the more likely it is that a welding defect has occurred. This determination can be made using appropriate parameters such as a specific contour position, the absolute value of the distance ra in the region, and the amount of change relative to the azimuth angle θ, or by combining each parameter.

図19は、方位角θに対するアーク光33の中心点から溶融池35の輪郭までの距離raの変化の様子を模式的に示すグラフである。
図19に例示する距離raの分布は、溶接欠陥の発生の徴候がない場合には、隣接する既設の溶着ビードB0に近い領域において、距離raの変化(距離raの減少により生じる局所的な凹部)が認められるが、溶接欠陥の発生の徴候がある場合には、方位角θによらずに全体的に略一定となる。そこで、この距離raの分布プロファイルから溶接欠陥の発生状況の判定を行えば、溶接欠陥の有無又は程度を区別できる。この場合、輪郭上の複数箇所で距離raを算出しているので、局所的な検出位置精度が十分でなくても、他の箇所での検出結果を用いることで信頼性を低下させずに判定できる。
FIG. 19 is a graph showing a schematic diagram of the change in the distance ra from the center point of the arc light 33 to the outline of the molten pool 35 with respect to the azimuth angle θ.
In the distribution of the distance ra illustrated in Fig. 19, when there is no sign of a welding defect, a change in the distance ra (local recess caused by a decrease in the distance ra) is observed in the area close to the adjacent existing weld bead B0, but when there is a sign of a welding defect, the distance ra is generally approximately constant regardless of the azimuth angle θ. Therefore, if the occurrence of a welding defect is judged from the distribution profile of the distance ra, the presence or absence or the degree of the welding defect can be distinguished. In this case, since the distance ra is calculated at multiple points on the contour, even if the local detection position accuracy is insufficient, the judgment can be made without reducing reliability by using the detection results at other points.

また、溶融池35の輪郭の形状が変化したときに溶接状態が過渡状態となり、溶接欠陥が発生することもある。溶融池35の輪郭の挙動を観察すると、溶接欠陥が発生する場合には、隣接する既設の溶着ビードB0側で溶融池35の端部の形状が安定せず、溶融池35の輪郭に凹凸が繰り返し生じるケースが確認される。つまり、溶融池35の形状が安定していない場合には、溶融金属が隣接するビードの止端まで十分流れずにブローホールを発生させることが推定される。そこで、距離raの時間推移に伴う変動量に閾値を設けて、欠陥発生の徴候を抽出することもできる。この場合は、単純な距離の閾値で比較する場合に比べて複数時刻の傾向から判定できるため、判定結果のロバスト性が得られる。また、欠陥検出感度を閾値によって簡便に調整できる。 In addition, when the shape of the contour of the molten pool 35 changes, the welding state may become transient, and welding defects may occur. When observing the behavior of the contour of the molten pool 35, it has been confirmed that when welding defects occur, the shape of the end of the molten pool 35 on the side of the adjacent existing weld bead B0 is unstable, and irregularities occur repeatedly in the contour of the molten pool 35. In other words, when the shape of the molten pool 35 is unstable, it is estimated that the molten metal does not flow sufficiently to the toe of the adjacent bead, causing blowholes. Therefore, a threshold value can be set for the amount of change in the distance ra over time to extract signs of defect occurrence. In this case, since it is possible to make a judgment from trends over multiple times compared to when a simple distance threshold is used, the judgment result is more robust. In addition, the defect detection sensitivity can be easily adjusted by the threshold value.

図20は、溶融池35の輪郭までの距離raの時間推移による変動量を模式的に示すグラフである。
距離raの変動量が予め定めた基準変動量TH2以上となる場合には、その基準変動量TH2以上となった領域で溶接欠陥が発生したと判定する。
なお、この判定は溶融池35の輪郭までの距離raに限らず、溶融池35の輪郭の曲率であってもよく、溶融池35の形状をモデル曲線(例えば、楕円等)でフィッティングした際の適合度であってもよい。輪郭の曲率の変化、フィッティングの適合度を用いて判定することで、溶融池35の形状変化を高い感度で検出でき、溶接欠陥の検出精度が高められる。
FIG. 20 is a graph showing a schematic variation in the distance ra to the edge of the molten pool 35 over time.
When the amount of change in the distance ra is equal to or greater than a predetermined reference amount of change TH2, it is determined that a welding defect has occurred in the area where the amount of change is equal to or greater than the reference amount of change TH2.
This determination is not limited to the distance ra to the contour of the molten pool 35, but may also be based on the curvature of the contour of the molten pool 35, or on the degree of fit when fitting the shape of the molten pool 35 with a model curve (e.g., an ellipse, etc.). By making the determination based on the change in the curvature of the contour and the degree of fit, the change in the shape of the molten pool 35 can be detected with high sensitivity, and the accuracy of detecting welding defects can be improved.

また、第1の溶接欠陥監視方法の場合と同様に、正常時を基準として、その状態からの乖離度合いを異常の徴候として捉えることもできる
つまり、予め複数の溶接パス、及び溶接パスの溶接条件を定めた溶接計画に基づいて溶接する場合には、溶接計画の溶接パスのうち、健全に溶接が行えた所定の溶接パスを溶接欠陥の判定基準となる基準パスとして設定する。そして、その基準パスにおける形状指標と、基準パスの溶接条件と共通する他の溶接パスの形状指標とを比較して、形状指標同士の差に応じて溶接欠陥の有無又は程度を判定する。ここでいう溶接条件とは、溶接電流、溶接電圧、溶加材の送給速度、溶接速度、トーチ角度、ピッチ、ウィービングの有無等の各種の条件を含むことができる。
Also, as in the first welding defect monitoring method, a deviation from a normal state can be regarded as a sign of an abnormality. In other words, when welding is performed based on a welding plan in which a plurality of welding passes and welding conditions for the welding passes are previously determined, a predetermined welding pass among the welding passes in the welding plan in which welding was performed properly is set as a reference pass that serves as a criterion for determining welding defects. Then, the shape index of the reference pass is compared with the shape indexes of other welding passes that share the welding conditions of the reference pass, and the presence or absence or degree of a welding defect is determined according to the difference between the shape indexes. The welding conditions referred to here include various conditions such as welding current, welding voltage, filler metal feed rate, welding speed, torch angle, pitch, and the presence or absence of weaving.

上記した形状指標の比較は、最大変動量の比較であってもよく、閾値を超える頻度の比較であってもよい。この場合も、健全に溶接ができたかどうかは、撮像画像の検証によって判定してもよく、溶接電流、溶接電圧、ビード形状のプロファイル等の他の計測データから検証して判定してもよい。さらに、軌道計画を作成した時点で、温度予測、変形予測等のシミュレーションによって予想値を予め用意しておき、その予想値と比較して判定してもよい。 The comparison of the shape indices described above may be a comparison of the maximum amount of variation, or a comparison of the frequency of exceeding a threshold value. In this case, too, whether or not welding was performed properly may be determined by verifying the captured image, or by verifying other measurement data such as the welding current, welding voltage, and bead shape profile. Furthermore, when the trajectory plan is created, predicted values may be prepared in advance by simulating temperature prediction, deformation prediction, etc., and a judgment may be made by comparing with the predicted values.

このように、溶接条件が共通するパス同士で溶融池35の形状指標を比較することで、基準パスの健全な状態から乖離する度合、又は突発的な異常現象を検出しやすくなる。また、欠陥発生条件のデータベースを予め用意しなくても、溶接物内の溶着ビード同士を比較して、欠陥発生の徴候を有する溶着ビードを特定できる。 In this way, by comparing the shape index of the molten pool 35 between passes with common welding conditions, it becomes easier to detect the degree of deviation from the healthy state of the reference pass or sudden abnormal phenomena. In addition, by comparing weld beads within a weldment, weld beads that show signs of defect occurrence can be identified without having to prepare a database of defect occurrence conditions in advance.

本溶接監視方法によれば、非破壊で未溶着欠陥の可能性がありそうな場所を特定でき、溶接物の全範囲にわたって溶接欠陥の発生の有無又は程度を判定できる。しかも、溶接中にリアルタイムで判定できる。これにより、造形条件の修正等の工程見直し、及び造形物の品質保証にも活用できる。 This welding monitoring method makes it possible to non-destructively identify locations where there is a possibility of unwelded defects, and to determine the presence or absence and extent of welding defects across the entire area of the welded product. Moreover, this can be determined in real time while welding is in progress. This can be used to review the process, such as modifying the building conditions, and to ensure the quality of the built product.

以上のように、溶融池35の輪郭から溶融池35の特徴的な形状指標を抽出し、得られた形状指標から溶接欠陥の発生状況を判定できる。そして、形状指標を求める演算を、一定の時間間隔で連続的に行うことで、溶着ビードの積層中における形状指標の推移を把握でき、製造工程におけるトレーサビリティに供する情報を取得できる。 As described above, the characteristic shape index of the molten pool 35 can be extracted from the contour of the molten pool 35, and the occurrence of welding defects can be determined from the obtained shape index. Then, by continuously performing the calculation to obtain the shape index at regular time intervals, the progress of the shape index during the lamination of the weld bead can be grasped, and information for traceability in the manufacturing process can be obtained.

<第3の溶接監視方法の手順>
次に、溶融池の形状指標の変化量から溶接欠陥の発生状況を判定する手順を説明する。
図21は、第3の溶接監視方法の手順を示すフローチャートである。
まず、画像取得部61(図5参照)は、図2に示す溶接途中の溶接部31を撮像し、図3に示すような、溶加材Mが溶融した溶融池35を含む撮像画像37の画像情報を取得する(S31)。
<Procedure of the third welding monitoring method>
Next, a procedure for determining the occurrence of welding defects from the amount of change in the shape index of the molten pool will be described.
FIG. 21 is a flowchart showing the procedure of the third welding monitoring method.
First, the image acquisition unit 61 (see FIG. 5 ) images the welded portion 31 during welding as shown in FIG. 2 , and acquires image information of the captured image 37 including the molten pool 35 in which the filler metal M is molten, as shown in FIG. 3 (S31).

次に、輪郭抽出部63(図5参照)は、取得した撮像画像37から溶融池35の領域を抽出して、溶融池35の輪郭を求める(S32)。この溶融池35の輪郭は、画像処理部51(図4参照)による前述した画像処理によって求められる。 Next, the contour extraction unit 63 (see FIG. 5) extracts the area of the molten pool 35 from the captured image 37 and obtains the contour of the molten pool 35 (S32). The contour of the molten pool 35 is obtained by the image processing performed by the image processing unit 51 (see FIG. 4) as described above.

そして、指標演算部65(図5参照)は、抽出された溶融池35の輪郭の歪みに応じた形状指標を算出する(S33)。ここでいう形状指標とは、溶融池35の輪郭の曲率、輪郭に接する接線の傾き、輪郭の法線方向、輪郭に出現する凹凸の数、その凹凸の大きさ、のうちいずれかの経時変化量を含む。 Then, the index calculation unit 65 (see FIG. 5) calculates (S33) a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour of the molten pool 35. The shape index here includes the amount of change over time in any of the following: the curvature of the contour of the molten pool 35, the inclination of the tangent to the contour, the normal direction to the contour, the number of irregularities appearing on the contour, and the size of the irregularities.

欠陥判定部67(図5参照)は、指標演算部65で求めた形状指標の時間推移に伴う変化量に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する(S34)。この溶接欠陥の判定の手順を以下に説明する。
図22は、撮像画像における溶融池35の形状を模式的に示す説明図である。
溶融池35の輪郭は、図9に示すように、隣接する既設の溶着ビードB0が存在する場合、隣接する溶着ビードB0との距離に応じた影響を受ける。未溶着の溶接欠陥が生じる場合には、既設の溶着ビードB0と新設の溶着ビードBとの境界となるビード止端近辺で、溶融池35の輪郭に凹凸部71が出現する傾向がある。この凹凸部71は時間推移に伴って不連続に出没する。
The defect determination unit 67 (see FIG. 5) determines the occurrence state of a welding defect (S34) based on the amount of change over time of the shape index obtained by the index calculation unit 65. The procedure for determining the welding defect will be described below.
FIG. 22 is an explanatory diagram that shows a schematic shape of the molten pool 35 in the captured image.
9, when an adjacent existing weld bead B0 exists, the contour of the molten pool 35 is affected by the distance to the adjacent weld bead B0. When an unwelded welding defect occurs, an uneven portion 71 tends to appear on the contour of the molten pool 35 near the bead toe, which is the boundary between the existing weld bead B0 and the new weld bead B. This uneven portion 71 appears and disappears discontinuously with the passage of time.

図23は、溶融池35の輪郭の時間推移による変化の様子を(A)~(E)に示す説明図である。図23は、溶接進行中の溶融池35の溶接方向WD先端部分を示している。 Figure 23 is an explanatory diagram showing (A) to (E) the change in the contour of the molten pool 35 over time. Figure 23 shows the tip of the molten pool 35 in the welding direction WD while welding is in progress.

溶着ビードを形成する際、図23の(A)に示すように、溶融池35の先端部の輪郭が、滑らかな状態から図23の(B)に示すように、不図示の既設の溶着ビード側において溶接方向WDとは反対の方向に縮退する。そして、図23の(C)に示すように反溶接方向に更に縮退した後、図23の(D)に示すように再び溶接方向WDに突出する方向に変化して、図23の(E)に示す滑らかな状態に戻る、等といった溶融池35の輪郭が突出と縮退とを時間推移に伴って繰り返し変化することがある。 When a weld bead is formed, the contour of the tip of the molten pool 35 shrinks from a smooth state as shown in FIG. 23(A) to a direction opposite the welding direction WD on the side of the existing weld bead (not shown) as shown in FIG. 23(B). Then, as shown in FIG. 23(C), it shrinks further in the opposite welding direction, and then as shown in FIG. 23(D), it again changes to a direction protruding in the welding direction WD, and returns to the smooth state as shown in FIG. 23(E). In this way, the contour of the molten pool 35 may repeatedly change between protruding and shrinking over time.

このような溶融池35の輪郭の変化が生じている期間は、隣接する溶着ビードB0との間に溶融金属が十分流れ込まず、図12に示すような未溶着の溶接欠陥が生じている可能性が高い。そこで、溶融池35の輪郭に凹凸部71が発生したかを監視して、発生した場合には、これを溶接欠陥が発生した徴候として抽出し、溶接欠陥の発生状況を判定する。 During the period when such a change in the contour of the molten pool 35 occurs, there is a high possibility that molten metal does not flow sufficiently between the adjacent weld beads B0, resulting in an unwelded weld defect as shown in Figure 12. Therefore, the contour of the molten pool 35 is monitored for the occurrence of unevenness 71, and if it does occur, this is extracted as a sign of a welding defect, and the occurrence status of the welding defect is judged.

図24は、溶融池35の輪郭の形状指標を抽出する具体例を示す説明図である。
例えば、溶融池35の一部である点P2付近で、凹みが形成されたとする。この場合、溶融池35の輪郭における局所的な曲率は、点P1、点P3の近傍よりも点P2の近傍で大きく変化する。このように、輪郭の局所的な曲率が変化した部位を溶接欠陥の発生の徴候として抽出できる。この徴候は、溶接方向に沿って連続して形成される溶融池35の輪郭について、3次元的な抽出領域として求められる。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a specific example of extracting a shape index of the contour of the molten pool 35.
For example, suppose that a depression is formed near point P2, which is part of the molten pool 35. In this case, the local curvature of the contour of the molten pool 35 changes more greatly near point P2 than near points P1 and P3. In this way, the part where the local curvature of the contour changes can be extracted as an indication of the occurrence of a welding defect. This indication is found as a three-dimensional extraction region for the contour of the molten pool 35 that is formed continuously along the welding direction.

上記した局所的な曲率は、例えば以下のようにして算出できる。
図25は、撮像画像中の溶融池35の輪郭から計算する局所的な曲率の算出例を示す説明図である。
まず、撮像画像を一次微分フィルタなどのマスク処理(例えば、Prewittオペレータ)を適用してエッジ成分を抽出し、エッジ強度が高い画素をエッジ画素とする。また、抽出されたエッジ画素について、二次元的なエッジ勾配を求める。例えば、エッジ画素P(x,y)におけるエッジ強度E(x,y)は式(1)により求められ、エッジ勾配φ(x,y)は式(2)により求められる。なお、x、yは、撮像画像の平面上における直交座標系の座標を意味する。
The above-mentioned local curvature can be calculated, for example, as follows.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of calculation of a local curvature calculated from the contour of the molten pool 35 in a captured image.
First, the captured image is subjected to mask processing such as a first-order differential filter (e.g., a Prewitt operator) to extract edge components, and pixels with high edge strength are designated as edge pixels. In addition, a two-dimensional edge gradient is calculated for the extracted edge pixels. For example, the edge strength E(x, y) of edge pixel P(x, y) is calculated by equation (1), and the edge gradient φ(x, y) is calculated by equation (2). Note that x and y refer to the coordinates of the Cartesian coordinate system on the plane of the captured image.

Figure 0007628932000001
Figure 0007628932000001

ここで、Δx(x,y)とΔy(x,y)は、マスク処理によるx及びy方向への一次微分値である。 Here, Δx(x,y) and Δy(x,y) are the first derivatives in the x and y directions due to masking.

上記したエッジ画素P(x,y)を中心として半径rbの円形の局所領域A(x,y)を設定する。この局所領域内に存在する全てのエッジ画素におけるエッジ勾配の標準偏差を局所曲率とする。つまり、局所領域A(x,y)内に存在する各エッジ画素Pi(xi,yi)(i=0,1,2,・・・)におけるエッジ勾配をφiとすると、エッジ画素P(x,y)における局所曲率ω(x,y)は、式(3)により求められる。 A circular local area A(x, y) of radius rb is set with the above-mentioned edge pixel P(x, y) as its center. The standard deviation of the edge gradients at all edge pixels present within this local area is taken as the local curvature. In other words, if the edge gradient at each edge pixel Pi(xi, yi) (i = 0, 1, 2, ...) present within the local area A(x, y) is taken as φi, the local curvature ω(x, y) at the edge pixel P(x, y) can be calculated using equation (3).

Figure 0007628932000002
Figure 0007628932000002

ここで、NBは局所領域A内の前エッジ画素数、φAは、これらのエッジ画素の平均エッジ勾配である。 where NB is the number of leading edge pixels in local region A, and φA is the average edge gradient of these edge pixels.

図26は、輪郭形状と局所曲率の例を(A),(B)に示す説明図である。
図26の(A)に示すように、複数のエッジ画素によって構成される溶融池35の輪郭が直線に近い場合は、各エッジ画素のエッジ勾配φAが略一定となるので、式(3)による局所曲率ω(x,y)の値は小さくなる。一方、図26の(B)に示すように、局所領域内の溶融池35の輪郭の曲率が大きい場合は、各エッジ画素におけるエッジ勾配φAのばらつきが大きくなるため、式(3)による局所曲率ω(x,y)の値は大きくなる。
FIG. 26A and FIG. 26B are explanatory diagrams showing examples of contour shapes and local curvatures.
As shown in Fig. 26A, when the contour of the molten pool 35 composed of multiple edge pixels is close to a straight line, the edge gradient φA of each edge pixel is approximately constant, so the value of the local curvature ω(x, y) according to formula (3) is small. On the other hand, as shown in Fig. 26B, when the curvature of the contour of the molten pool 35 in the local region is large, the edge gradient φA of each edge pixel varies widely, so the value of the local curvature ω(x, y) according to formula (3) is large.

上記のようにして得られる局所曲率ω(x,y)は、溶融池35の輪郭の形状指標となる。形状指標は、局所曲率ω(x,y)の変化量に限らず、輪郭に接する接線の傾き、輪郭の法線方向、輪郭に出現する凹凸の数、凹凸の大きさのいずれかの経時変化量であってもよい。 The local curvature ω(x, y) obtained as described above is a shape index of the contour of the molten pool 35. The shape index is not limited to the amount of change in the local curvature ω(x, y), but may also be the amount of change over time in the slope of the tangent to the contour, the normal direction to the contour, the number of irregularities appearing on the contour, or the size of the irregularities.

また、この場合も、正常時を基準として、その状態からの乖離度合いを異常の徴候として捉えることもできる。予め複数の溶接パス、及び溶接パスの溶接条件を定めた溶接計画に基づいて溶接する場合、前述した第1、第2の溶接欠陥監視方法の場合と同様に、健全に溶接が行えた所定の溶接パスを溶接欠陥の判定基準となる基準パスとして設定する。また、その基準パスにおける形状指標と、基準パスの溶接条件と共通する他の溶接パスの形状指標とを比較して、形状指標同士の差に応じて溶接欠陥の有無又は程度を判定する。上記した形状指標の比較、及びその他の作用効果は、前述した第1、第2の溶接欠陥監視方法の場合と同様である。 In this case, too, the degree of deviation from a normal state can be taken as a sign of an abnormality. When welding is performed based on a welding plan in which multiple welding passes and the welding conditions for the welding passes are set in advance, a specific welding pass in which welding was performed properly is set as a reference pass that serves as a criterion for determining welding defects, as in the case of the first and second welding defect monitoring methods described above. In addition, the shape index of the reference pass is compared with the shape indexes of other welding passes that share the welding conditions of the reference pass, and the presence or degree of a welding defect is determined based on the difference between the shape indexes. The comparison of shape indexes and other effects described above are the same as in the case of the first and second welding defect monitoring methods described above.

以上のように、本溶接監視方法によれば、溶融池35の輪郭から溶融池35の特徴的な形状指標を抽出し、得られた形状指標の時間推移に伴う変化量を求めることで、溶接欠陥の発生を判定できる。そして、形状指標を求める演算を一定の時間間隔で連続的に行うことで、溶着ビードの積層中における形状指標の推移を把握でき、製造工程におけるトレーサビリティに供する情報を取得できる。 As described above, this welding monitoring method extracts the characteristic shape index of the molten pool 35 from the contour of the molten pool 35, and determines the amount of change in the obtained shape index over time, making it possible to determine the occurrence of a welding defect. Then, by continuously performing the calculation to obtain the shape index at regular time intervals, it is possible to grasp the change in the shape index during the build-up of the weld bead, and obtain information that can be used for traceability in the manufacturing process.

また、非破壊で未溶着欠陥の可能性がありそうな場所を特定でき、溶接物の全範囲にわたって溶接欠陥の発生の有無又は程度を判定できる。しかも、溶接中にリアルタイムで判定できる。これにより、溶接条件の修正等の工程見直し、及び溶接物(造形物)の品質保証にも活用できる。 It is also possible to identify locations where there may be unwelded defects non-destructively, and determine the presence or absence and extent of welding defects across the entire area of the welded product. Moreover, it can make the determination in real time while welding. This can be used to review the process, such as modifying welding conditions, and to ensure the quality of the welded product (model).

<形状指標の抽出>
以上説明した第1~第3の溶接欠陥監視方法の手順では、撮像画像から形状指標を画像処理により抽出していたが、機械学習させたモデルを用いて抽出させることも可能である。
<Extraction of shape indices>
In the procedures of the first to third welding defect monitoring methods described above, shape indices are extracted from captured images by image processing, but it is also possible to extract them using a machine learning model.

例えば、アーク溶接における溶融池、アークの像を含む撮像画像と、アーク溶接の状態に関する状態関連情報とを含む複数の教師データによって教師あり学習を実行し、撮像画像の画像情報を入力とし、状態関連情報を出力とする機械学習モデルを構築する。そして、カメラによって得られた撮像画像を入力として上記の機械学習モデルに与え、機械学習モデルから出力される状態関連情報に基づいて、アーク溶接を制御する。 For example, supervised learning is performed using multiple training data including captured images including images of the molten pool and arc in arc welding, and status-related information regarding the state of the arc welding, and a machine learning model is constructed in which the image information of the captured images is input and the status-related information is output. The captured images obtained by the camera are then provided as input to the machine learning model, and the arc welding is controlled based on the status-related information output from the machine learning model.

このような機械学習させたモデルを用いて撮像画像から形状指標を抽出すれば、単純な画像処理では見逃すような細かな撮像情報の変化が捉えられ、正確、且つ確実に形状指標の抽出が可能となる。 By using such a machine learning model to extract shape indices from captured images, it is possible to capture subtle changes in the image information that would be missed by simple image processing, making it possible to extract shape indices accurately and reliably.

以上のように、本溶接監視方法によれば、開先、又は溶融池に隣接するビードとの位置関係、或いはビード形状と対応させることなく、アーク光の形状、溶融池の形状、又は双方の形状自体から溶接欠陥の発生状況を判定できる。よって、溶接欠陥の判定精度が高く、常に安定した溶接状態の監視が可能となる。 As described above, this welding monitoring method makes it possible to determine the occurrence of welding defects from the shape of the arc light, the shape of the molten pool, or the shapes of both, without having to correspond to the positional relationship between the groove or the molten pool and the adjacent bead, or the bead shape. This allows for high accuracy in determining welding defects, and makes it possible to constantly and stably monitor the welding condition.

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As such, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the invention also contemplates the mutual combination of the various configurations of the embodiment, as well as modifications and applications by those skilled in the art based on the description in the specification and well-known technology, and is included in the scope of the protection sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視方法であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得工程と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算工程と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定工程と、
を備える溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、非破壊で未溶着欠陥の可能性がありそうな場所を特定できる。また、溶接物の全範囲にわたって溶接欠陥の発生状況を判定できる。また、溶接中にリアルタイムでの判定が可能となる。よって、溶接条件の修正等の工程見直し、及び溶接物(造形物)の品質保証に活用できる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A welding monitoring method for monitoring a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising the steps of:
an image acquiring step of acquiring image information showing a molten pool generated in the welded portion and an arc light melting the filler metal;
a contour extraction step of extracting a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation step of determining a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour;
a defect determination step of determining the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
A welding monitoring method comprising:
This welding monitoring method can identify locations where there is a possibility of unwelded defects in a non-destructive manner. It can also determine the occurrence of welding defects over the entire range of the welded object. It also enables real-time judgment during welding. Therefore, it can be used to review the process, such as modifying welding conditions, and to guarantee the quality of the welded object (molded object).

(2) 前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記アーク光の輪郭を抽出し、
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求める前記アーク光の中心点、当該中心点から前記アーク光の輪郭までの距離、前記アーク光の輪郭の曲率、アーク光の形状をモデル曲線でフィッティングした際の適合度、のうちいずれかを含む、(1)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光の各種の特徴を溶接欠陥の発生の徴候として用いることで、溶接欠陥を判定できる。
(2) in the contour extraction step, a contour of the arc light is extracted from the image information;
The welding monitoring method described in (1), wherein the shape index calculated in the index calculation step includes any one of a center point of the arc light calculated from the contour of the arc light, a distance from the center point to the contour of the arc light, a curvature of the contour of the arc light, and a goodness of fit when the shape of the arc light is fitted with a model curve.
According to this welding monitoring method, various characteristics of the arc light can be used as indications of the occurrence of a welding defect, thereby determining the occurrence of a welding defect.

(3) 前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記アーク光の輪郭を抽出し、
前記欠陥判定工程では、前記アーク光の輪郭が、前記アーク光の中心点を通り溶接方向を示す溶接線を中心とした線対称形状に近づくほど、前記溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する、(1)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光の輪郭の歪みと溶接欠陥とを関連付けることで、容易に溶接欠陥を判定できる。
(3) In the contour extraction step, a contour of the arc light is extracted from the image information,
The welding monitoring method described in (1), wherein in the defect determination process, it is determined that the more the contour of the arc light approaches an axisymmetric shape centered on a weld line that passes through a center point of the arc light and indicates the welding direction, the more likely it is that the welding defect has occurred.
According to this welding monitoring method, by correlating the distortion of the arc light contour with the welding defect, the welding defect can be easily determined.

(4) 前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記アーク光の輪郭及び前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求まる前記アーク光の中心点から前記溶融池の輪郭までの距離を含む、(1)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光の中心点から溶融池の輪郭までの距離に応じて溶接欠陥の判定を行うことで、溶融池の微妙な形状変化に応じた溶接欠陥の判定が行える。
(4) In the contour extraction step, a contour of the arc light and a contour of the molten pool are extracted from the image information,
The welding monitoring method according to (1), wherein the shape index calculated in the index calculation process includes a distance from a center point of the arc light to a contour of the molten pool, the distance being calculated from a contour of the arc light.
According to this welding monitoring method, welding defects are judged according to the distance from the center of the arc light to the contour of the molten pool, so that welding defects can be judged according to subtle changes in the shape of the molten pool.

(5) 前記欠陥判定工程は、前記距離が予め定めた基準距離以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、(4)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光の中心点から溶融池の輪郭までの距離と、基準距離との比較により、溶接欠陥の発生を容易に判定できる。また、基準距離の微調整により、判定結果の精度をより高められる。
(5) The welding monitoring method according to (4), wherein the defect determination step determines that the welding defect has occurred when the distance is equal to or greater than a predetermined reference distance.
According to this welding monitoring method, the occurrence of a welding defect can be easily determined by comparing the distance from the center of the arc light to the outline of the molten pool with a reference distance. In addition, the accuracy of the determination result can be further improved by fine-tuning the reference distance.

(6) 前記指標演算工程では、前記距離を前記アーク光の中心点回りにおける互いに異なる複数の方向について算出し、
前記欠陥判定工程では、前記アーク光の中心点回りの複数方向に対する前記距離の分布プロファイルにおいて、前記距離の変化割合が予め定めた基準変化割合よりも常に小さい場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、(4)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光の中心点から溶融池の輪郭までの距離が、アーク光の中心点回りで一定に近いほど溶接欠陥が生じることから、上記距離が基準変化割合を超えないことを判断基準として、容易に溶接欠陥の発生を判定できる。
(6) In the index calculation step, the distance is calculated in a plurality of directions different from each other around a center point of the arc light,
The welding monitoring method described in (4), wherein in the defect determination process, it is determined that the welding defect has occurred if, in a distribution profile of the distance in multiple directions around the center point of the arc light, the rate of change of the distance is always smaller than a predetermined reference rate of change.
According to this welding monitoring method, the more constant the distance from the center of the arc light to the contour of the molten pool is around the center of the arc light, the more likely a welding defect is to occur. Therefore, the occurrence of a welding defect can be easily determined by using the fact that the above distance does not exceed a standard change rate as a judgment criterion.

(7) 前記欠陥判定工程は、前記溶融池の溶接方向前方の輪郭が、前記溶融池の中心点を通り溶接方向を示す溶接線を中心とした線対称形状に近づくほど、前記溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する、(4)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、溶接欠陥の発生した確度を定量的に評価できる。
(7) The welding monitoring method described in (4), wherein the defect determination step determines that the likelihood of the occurrence of the welding defect is high as the contour of the molten pool in the welding direction approaches an axisymmetric shape centered on a weld line that passes through a center point of the molten pool and indicates the welding direction.
According to this welding monitoring method, the probability of occurrence of a welding defect can be quantitatively evaluated.

(8) 前記溶融池の中心点は、前記画像情報における前記溶融池の領域の重心位置である、(4)~(7)のいずれか1つに記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、簡易な計算により精度良く溶融池の中心点が求められる。
(8) The welding monitoring method according to any one of (4) to (7), wherein the center point of the molten pool is a center of gravity position of the area of the molten pool in the image information.
According to this welding monitoring method, the center point of the molten pool can be found with high accuracy by simple calculation.

(9) 前記指標演算工程では、前記形状指標の時間推移による変動量を算出し、
前記欠陥判定工程では、前記変動量が予め定めた基準変動量以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、(1)~(8)のいずれか1つに記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、アーク光又は溶融池の不安定な挙動によって、形状指標に時間推移による変動が生じるため、この変動量を求めることで溶接欠陥の発生状況を精度よく評価できる。
(9) In the index calculation step, a fluctuation amount of the shape index over time is calculated,
The welding monitoring method according to any one of (1) to (8), wherein in the defect determination step, it is determined that the welding defect has occurred when the fluctuation amount is equal to or greater than a predetermined reference fluctuation amount.
According to this welding monitoring method, the shape index fluctuates over time due to unstable behavior of the arc light or molten pool, and by determining the amount of this fluctuation, the occurrence of welding defects can be accurately evaluated.

(10) 前記アーク光の中心点は、前記画像情報における前記アーク光の領域の重心位置である、(2)~(8)のいずれか1つに記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、簡易な計算により精度よくアーク光の中心点が求められる。
(10) The welding monitoring method according to any one of (2) to (8), wherein the center point of the arc light is a center of gravity position of an area of the arc light in the image information.
According to this welding monitoring method, the center point of the arc light can be found with high accuracy by simple calculation.

(11) 前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記溶融池の輪郭の経時変化量を含む、(1)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、溶融池に不安定な挙動が生じた場合に溶接欠陥が生じやすいことから、溶融池の輪郭の経時変化量を求めることで、溶接欠陥の発生状況を精度よく評価できる。
(11) In the contour extraction step, a contour of the molten pool is extracted from the image information,
The welding monitoring method according to (1), wherein the shape index calculated in the index calculation step includes an amount of change over time in the contour of the molten pool.
According to this welding monitoring method, since welding defects are likely to occur when unstable behavior occurs in the molten pool, the occurrence of welding defects can be accurately evaluated by determining the amount of change in the contour of the molten pool over time.

(12) 前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記溶融池の輪郭の曲率、前記輪郭に接する接線の傾き、前記輪郭の法線方向、前記輪郭に出現する凹凸の数、前記凹凸の大きさ、のうちいずれかの経時変化量である、(11)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、溶融池の輪郭の各種の特徴を溶接欠陥の発生の徴候として用いることで、溶接欠陥を判定できる。
(12) The welding monitoring method described in (11), wherein the shape index calculated in the index calculation process is the amount of change over time of any one of the following: the curvature of the contour of the molten pool, the slope of the tangent to the contour, the normal direction to the contour, the number of irregularities appearing on the contour, and the size of the irregularities.
According to this welding monitoring method, various features of the weld pool contour can be used as indications of the occurrence of welding defects to determine welding defects.

(13) 前記欠陥判定工程では、前記形状指標の前記経時変化量が、予め定めた基準経時変化量以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、(12)に記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、溶接欠陥の発生の判定結果のロバスト性が得られ、また、基準経時変化量の微調整により、判定結果の精度をより高められる。
(13) The welding monitoring method according to (12), wherein in the defect determination step, it is determined that the welding defect has occurred when the amount of change over time of the shape index is equal to or greater than a predetermined reference amount of change over time.
According to this welding monitoring method, robustness of the judgment result of the occurrence of a welding defect can be obtained, and the accuracy of the judgment result can be further improved by fine-tuning the reference amount of change over time.

(14) 予め複数の溶接パス及び前記溶接パスの溶接条件を定めた溶接計画に基づいて溶接する場合に、
前記欠陥判定工程では、
前記溶接計画の前記溶接パスのうち、前記溶接欠陥の判定基準となる基準パスを設定し、
前記基準パスにおける前記形状指標と、前記基準パスの溶接条件と共通する他の溶接パスの形状指標とを比較して、前記形状指標同士の差に応じて前記溶接欠陥を判定する、(1)~(13)のいずれか1つに記載の溶接監視方法。
この溶接監視方法によれば、溶接欠陥の発生条件のデータベースを予め用意することなく、溶接物中の溶接パス同士を比較することで、欠陥発生の徴候を有する溶着ビードを特定できる。よって、溶接欠陥が生じるケースを十分に把握していなくても、正常状態と比較するだけで、溶接欠陥の判定を行える。
(14) When welding is performed based on a welding plan in which a plurality of welding passes and welding conditions for the welding passes are determined in advance,
In the defect determination step,
Among the welding passes of the welding plan, a reference pass that is a criterion for determining the welding defect is set;
A welding monitoring method described in any one of (1) to (13), which compares the shape index in the reference path with shape indexes of other welding paths that have common welding conditions with the reference path, and judges the welding defect based on the difference between the shape indexes.
According to this welding monitoring method, it is possible to identify weld beads that have signs of defect occurrence by comparing the welding passes in the welded workpiece without preparing a database of conditions for occurrence of welding defects in advance. Therefore, even if cases in which welding defects occur are not fully understood, it is possible to determine the presence of welding defects simply by comparing with the normal state.

(15) 溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形方法であって、
前記溶着ビードを形成する際に、(1)~(14)のいずれか1つに記載の溶接監視方法により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、積層造形方法。
この積層造形方法によれば、溶接の開先等の位置を特定できる基準物が存在しない積層造形においても、アーク光又は溶融池の状態を把握するだけで、溶接欠陥の発生及び程度が精度よく評価可能となる。
(15) An additive manufacturing method for manufacturing a shaped object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler material, comprising the steps of:
An additive manufacturing method, comprising: monitoring a welding state of the weld bead by the welding monitoring method according to any one of (1) to (14) when the weld bead is formed.
According to this additive manufacturing method, even in additive manufacturing where there is no reference object to identify the position of a weld groove, etc., the occurrence and extent of welding defects can be accurately evaluated simply by understanding the state of the arc light or molten pool.

(16) アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視装置であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得部と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算部と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定部と、
を備える溶接監視装置。
この溶接監視装置によれば、非破壊で未溶着欠陥の可能性がありそうな場所を特定できる。また、溶接物の全範囲にわたって溶接欠陥の発生状況を判定できる。また、溶接中にリアルタイムでの判定が可能となる。よって、溶接条件の修正等の工程見直し、及び溶接物(造形物)の品質保証に活用できる。
(16) A welding monitoring device that monitors a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising:
an image acquisition unit that acquires image information showing a molten pool generated in the weld and an arc light that melts the filler metal;
a contour extraction unit that extracts a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation unit that calculates a shape index according to the extracted distortion of the contour;
a defect determination unit that determines the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
A welding monitoring device comprising:
This welding monitoring device can identify locations where there is a possibility of unwelded defects in a non-destructive manner. It can also determine the occurrence of welding defects over the entire range of the welded object. It also enables real-time judgment during welding. Therefore, it can be used to review the process, such as modifying welding conditions, and to guarantee the quality of the welded object (molded object).

(17) 前記輪郭抽出部は、前記画像情報から前記アーク光の輪郭を抽出し、
前記指標演算部が求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求める前記アーク光の中心点、当該中心点から前記アーク光の輪郭までの距離、前記アーク光の輪郭の曲率、のうちいずれかを含む、(16)に記載の溶接監視装置。
この溶接監視装置によれば、
(17) The contour extraction unit extracts a contour of the arc light from the image information,
The welding monitoring device according to (16), wherein the shape index calculated by the index calculation unit includes any one of a center point of the arc light calculated from a contour of the arc light, a distance from the center point to the contour of the arc light, and a curvature of the contour of the arc light.
According to this welding monitoring device,

(18) 前記輪郭抽出部は、前記画像情報から前記アーク光の輪郭及び前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算部で求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求まる前記アーク光の中心点から前記溶融池の輪郭までの距離を含む、(16)に記載の溶接監視装置。
この溶接監視装置によれば、アーク光の各種の特徴を溶接欠陥の発生の徴候として用いることで、溶接欠陥を判定できる。
(18) The contour extraction unit extracts a contour of the arc light and a contour of the molten pool from the image information,
The welding monitoring device according to claim 16, wherein the shape index calculated by the index calculation unit includes a distance from a center point of the arc light to a contour of the molten pool, the distance being calculated from a contour of the arc light.
This welding monitoring device can determine welding defects by using various characteristics of the arc light as indications of the occurrence of welding defects.

(19) 前記輪郭抽出部は、前記画像情報から前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算部で求める前記形状指標は、前記溶融池の輪郭の経時変化量である、(16)に記載の溶接監視装置。
この溶接監視装置によれば、溶融池に不安定な挙動が生じた場合に溶接欠陥が生じやすいことから、溶融池の輪郭の経時変化量を求めることで、溶接欠陥の発生状況を精度よく評価できる。
(19) The contour extraction unit extracts a contour of the molten pool from the image information,
The welding monitoring device according to claim 16, wherein the shape index calculated by the index calculation unit is the amount of change over time in the contour of the molten pool.
According to this welding monitoring device, since welding defects are likely to occur when unstable behavior occurs in the molten pool, the occurrence of welding defects can be accurately evaluated by determining the amount of change in the contour of the molten pool over time.

(20) 溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形装置であって、
前記溶着ビードを形成する際に、(16)~(19)のいずれか1つに記載の溶接監視装置により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、
積層造形装置。
この溶接監視装置によれば、溶接の開先等の位置を特定できる基準物が存在しない積層造形においても、アーク光又は溶融池の状態を把握するだけで、溶接欠陥の発生及び程度が精度よく評価可能となる。
(20) An additive manufacturing apparatus for manufacturing a molded object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal, comprising:
When the weld bead is formed, a welding state of the weld bead is monitored by a welding monitoring device according to any one of (16) to (19).
Additive manufacturing equipment.
With this welding monitoring device, even in additive manufacturing where there is no reference object to identify the position of the weld groove, etc., it is possible to accurately evaluate the occurrence and extent of welding defects simply by grasping the state of the arc light or molten pool.

11 造形部
13 制御部
15 溶接トーチ
17 溶接ロボット
19 ロボット駆動部
21 溶加材供給部
23 溶接電源部
25 撮像部
27 リール
29 ベースプレート
31 溶接部
33 アーク光
35 溶融池
37 撮像画像
39 先端
41 プロセッサ
43 メモリ
45 記憶部
49 入出力インターフェイス
51 画像処理部
53 表示部
55 通信部
61 画像取得部
63 輪郭抽出部
65 指標演算部
67 欠陥判定部
71 凹凸部
100 積層造形装置
B 溶着ビード
M 溶加材
REFERENCE SIGNS LIST 11 Modeling section 13 Control section 15 Welding torch 17 Welding robot 19 Robot driving section 21 Filler metal supply section 23 Welding power supply section 25 Imaging section 27 Reel 29 Base plate 31 Welded section 33 Arc light 35 Molten pool 37 Captured image 39 Tip 41 Processor 43 Memory 45 Storage section 49 Input/output interface 51 Image processing section 53 Display section 55 Communication section 61 Image acquisition section 63 Contour extraction section 65 Index calculation section 67 Defect determination section 71 Concave/convex section 100 Additive manufacturing device B Weld bead M Filler metal

Claims (15)

アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視方法であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得工程と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算工程と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定工程と、
を備え
前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記アーク光の輪郭を抽出し、
前記欠陥判定工程では、前記アーク光の輪郭が、前記アーク光の中心点を通り溶接方向を示す溶接線を中心とした線対称形状に近づくほど、前記溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する、
溶接監視方法。
A welding monitoring method for monitoring a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising:
an image acquiring step of acquiring image information showing a molten pool generated in the welded portion and an arc light melting the filler metal;
a contour extraction step of extracting a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation step of determining a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour;
a defect determination step of determining the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
Equipped with
In the contour extraction step, a contour of the arc light is extracted from the image information,
In the defect determination step, it is determined that the more the contour of the arc light approaches an axisymmetric shape centered on a weld line that passes through a center point of the arc light and indicates a welding direction, the more likely it is that the welding defect has occurred.
Welding monitoring methods.
アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視方法であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得工程と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算工程と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定工程と、
を備え
前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記アーク光の輪郭及び前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求まる前記アーク光の中心点から前記溶融池の輪郭までの距離を含む、
溶接監視方法。
A welding monitoring method for monitoring a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding, comprising:
an image acquiring step of acquiring image information showing a molten pool generated in the welded portion and an arc light melting the filler metal;
a contour extraction step of extracting a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation step of determining a shape index corresponding to the extracted distortion of the contour;
a defect determination step of determining the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
Equipped with
In the contour extraction step, a contour of the arc light and a contour of the molten pool are extracted from the image information,
the shape index calculated in the index calculation step includes a distance from a center point of the arc light to a contour of the molten pool, the distance being calculated from a contour of the arc light.
Welding monitoring methods.
前記欠陥判定工程は、前記距離が予め定めた基準距離以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、
請求項に記載の溶接監視方法。
The defect determination step determines that the welding defect has occurred when the distance is equal to or greater than a predetermined reference distance.
The method of claim 2 .
前記指標演算工程では、前記距離を前記アーク光の中心点回りにおける互いに異なる複数の方向について算出し、
前記欠陥判定工程では、前記アーク光の中心点回りの複数方向に対する前記距離の分布プロファイルにおいて、前記距離の変化割合が予め定めた基準変化割合よりも常に小さい場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、請求項に記載の溶接監視方法。
The index calculation step calculates the distance in a plurality of different directions around a center point of the arc light,
3. The welding monitoring method according to claim 2, wherein in the defect determination process, it is determined that the welding defect has occurred when a rate of change in the distance in a distribution profile of the distance in multiple directions around a center point of the arc light is always smaller than a predetermined reference rate of change.
前記欠陥判定工程は、前記溶融池の溶接方向前方の輪郭が、前記溶融池の中心点を通り溶接方向を示す溶接線を中心とした線対称形状に近づくほど、前記溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する、
請求項に記載の溶接監視方法。
the defect determination step determines that the likelihood of the occurrence of the welding defect is high as the contour of the molten pool in the welding direction approaches an axisymmetric shape centered on a weld line that passes through a center point of the molten pool and indicates the welding direction;
The method of claim 2 .
前記溶融池の中心点は、前記画像情報における前記溶融池の領域の重心位置である、
請求項のいずれか1項に記載の溶接監視方法。
The center point of the molten pool is a center of gravity of the area of the molten pool in the image information.
The welding monitoring method according to any one of claims 2 to 5 .
前記指標演算工程では、前記形状指標の時間推移による変動量を算出し、
前記欠陥判定工程では、前記変動量が予め定めた基準変動量以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、請求項1~のいずれか1項に記載の溶接監視方法。
The index calculation step calculates a change amount of the shape index over time,
The welding monitoring method according to claim 1 , wherein in the defect determination step, it is determined that the welding defect has occurred when the amount of fluctuation is equal to or greater than a predetermined reference amount of fluctuation.
前記輪郭抽出工程では、前記画像情報から前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記溶融池の輪郭の経時変化量を含む、請求項1又は2に記載の溶接監視方法。
In the contour extraction step, a contour of the molten pool is extracted from the image information,
The welding monitoring method according to claim 1 or 2 , wherein the shape index calculated in the index calculation step includes an amount of change over time of a contour of the molten pool.
前記指標演算工程で求める前記形状指標は、前記溶融池の輪郭の曲率、前記輪郭に接する接線の傾き、前記輪郭の法線方向、前記輪郭に出現する凹凸の数、前記凹凸の大きさ、のうちいずれかの経時変化量である、
請求項に記載の溶接監視方法。
The shape index calculated in the index calculation step is a change over time in any one of the curvature of the contour of the molten pool, the inclination of a tangent line to the contour, the normal direction of the contour, the number of irregularities appearing on the contour, and the size of the irregularities.
The method of monitoring a weld as recited in claim 8 .
前記欠陥判定工程では、前記形状指標の前記経時変化量が、予め定めた基準経時変化量以上である場合に前記溶接欠陥が発生したと判定する、
請求項に記載の溶接監視方法。
In the defect determination step, it is determined that the welding defect has occurred when the amount of change over time of the shape index is equal to or greater than a predetermined reference amount of change over time.
The method of monitoring a weld as recited in claim 9 .
予め複数の溶接パス及び前記溶接パスの溶接条件を定めた溶接計画に基づいて溶接する場合に、
前記欠陥判定工程では、
前記溶接計画の前記溶接パスのうち、前記溶接欠陥の判定基準となる基準パスを設定し、
前記基準パスにおける前記形状指標と、前記基準パスの溶接条件と共通する他の溶接パスの形状指標とを比較して、前記形状指標同士の差に応じて前記溶接欠陥を判定する、
請求項1~10のいずれか1項に記載の溶接監視方法。
When welding is performed based on a welding plan in which a plurality of welding passes and welding conditions for the welding passes are determined in advance,
In the defect determination step,
Among the welding passes of the welding plan, a reference pass that is a criterion for determining the welding defect is set;
comparing the shape index in the reference pass with shape indexes of other welding passes that have the same welding conditions as the reference pass, and determining the welding defect based on a difference between the shape indexes;
The welding monitoring method according to any one of claims 1 to 10 .
溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形方法であって、
前記溶着ビードを形成する際に、請求項1~11のいずれか1項に記載の溶接監視方法により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、
積層造形方法。
An additive manufacturing method for manufacturing a molded object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler material, comprising:
When the weld bead is formed, a welding state of the weld bead is monitored by the welding monitoring method according to any one of claims 1 to 11 .
Additive manufacturing methods.
アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視装置であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得部と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算部と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定部と、
を備え
前記輪郭抽出部は、前記画像情報から前記アーク光の輪郭を抽出し、
前記欠陥判定部は、前記アーク光の輪郭が、前記アーク光の中心点を通り溶接方向を示す溶接線を中心とした線対称形状に近づくほど、前記溶接欠陥が生じた可能性が高いと判定する、
溶接監視装置。
A welding monitoring device that monitors a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding,
an image acquisition unit that acquires image information showing a molten pool generated in the weld and an arc light that melts the filler metal;
a contour extraction unit that extracts a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation unit that calculates a shape index according to the extracted distortion of the contour;
a defect determination unit that determines the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
Equipped with
The contour extraction unit extracts a contour of the arc light from the image information,
The defect determination unit determines that the likelihood of the occurrence of the welding defect is high as the contour of the arc light approaches an axisymmetric shape centered on a weld line that passes through a center point of the arc light and indicates a welding direction.
Welding monitoring equipment.
アーク溶接中の溶接部を撮像した画像情報を用いて溶接状態を監視する溶接監視装置であって、
前記溶接部に生じる溶融池と、溶加材を溶融させるアーク光とが映出された画像情報を取得する画像取得部と、
前記画像情報から、前記溶融池と前記アーク光とのうち少なくとも一方の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
抽出された前記輪郭の歪みに応じた形状指標を求める指標演算部と、
前記形状指標に応じて溶接欠陥の発生状況を判定する欠陥判定部と、
を備え
前記輪郭抽出部は、前記画像情報から前記アーク光の輪郭及び前記溶融池の輪郭を抽出し、
前記指標演算部で求める前記形状指標は、前記アーク光の輪郭から求まる前記アーク光の中心点から前記溶融池の輪郭までの距離を含む、
溶接監視装置。
A welding monitoring device that monitors a welding state using image information obtained by capturing an image of a welded portion during arc welding,
an image acquisition unit that acquires image information showing a molten pool generated in the weld and an arc light that melts the filler metal;
a contour extraction unit that extracts a contour of at least one of the molten pool and the arc light from the image information;
an index calculation unit that calculates a shape index according to the extracted distortion of the contour;
a defect determination unit that determines the occurrence status of a welding defect according to the shape index;
Equipped with
the contour extraction unit extracts a contour of the arc light and a contour of the molten pool from the image information;
the shape index calculated by the index calculation unit includes a distance from a center point of the arc light to a contour of the molten pool, the distance being calculated from a contour of the arc light.
Welding monitoring equipment.
溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層の溶着ビードから構成される造形物を製造する積層造形装置であって、
前記溶着ビードを形成する際に、請求項13又は14に記載の溶接監視装置により前記溶着ビードの溶接状態を監視する、
積層造形装置。
An additive manufacturing apparatus for manufacturing a molded object composed of multiple layers of weld beads by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler material, comprising:
When the weld bead is formed, a welding state of the weld bead is monitored by the welding monitoring device according to claim 13 or 14 .
Additive manufacturing equipment.
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