Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

溶接ロボット / 溶込み制御 / 溶融池 / 溶融池振動 / 溶融池形状 / 視覚センシング / 画像処理 / 自動溶接

視覚センサにより溶接中の溶融池の形状を測定し、またその固有振動数を測定して溶け込みを推定し、これを制御するシステムを構築した。また、溶接制御実験によりその有効性を示した。
(1) 溶接ロボットシステムの構築
溶接中の溶融池の画像をCCDカメラで撮像し,これをコンピュータに取り込んで種々のデータ処理を施し,溶融池の形状寸法を測定した後に適正溶接条件(たとえば溶接電流)を算出してこれを出力し、溶接条件の適応制御を行う基礎的なシステムを構築した。これを、実現するために、まず基礎的な3軸溶接ロボットを製作し,ロボット本体を完成させた。
(2) 溶融池形状の認識システムの構築
さらに、TIG溶接法による薄鋼板の自動溶接を想定して、CCDカメラによる溶融池の撮影を行い、その形状、寸法を計測するシステムを構築した。従来は、不明瞭な溶融池と母材との境界線の誤認識を防止して高精度な測定を実現するために、フィルタあるいは反射鏡などのハードウエアの適用やロバスト性向上のためのアルゴリズムの設定によりシステムの高度化を図った。さらに、これだけでは限界があるため、取得画像中に溶融池の形状認識のための複数の走査線を設定し、最小自乗法等を利用してそのプロファイルを推定する画像処理手法を適用し、その有効性を確認した。
(3) 溶融池振動の検出システムの高精度化
まず、溶融池の振動を安定して取得するため、取得信号中のノイズの低下、長周期的な溶融池の動きに起因するバックグラウンドの除去、サンプリングデータから振動数計算に用いるデータの切り出し法、データのFFTへの適用法など新しい多くの手法を提案し、これを組み込んだ溶融池の振動数検出システムを完成させた。さらに、これを現実の溶接実験に適用して、溶接中の溶融池の振動数と溶込状態に高い相関性があること、これをリアルタイムで検出して適正な値に制御することにより安定して薄鋼板の裏波溶接を実現できることを示した。また、溶融池の加振法として、パルス状のガスを吹き付けるアシストガス加振法を提案し、その実用の可能性を示した。

極限環境 / アーク溶接 / 溶接ロボット / 視覚センサ / ファジィ制御 / 知能ロボット / 溶接線追従 / 光切断法 / ファジイ制御 / 溶接線の自動追従 / CCDカメラ / 画像処理 / 自動溶接

極限環境下における溶接の自動化を指向して、視覚センサおよびアークセンサを有する各種溶接ロボットを試作し、安定した溶接線の追従および自動溶接を実現するために、ロボットの視覚システムとその知能化について検討を加えた。
本研究によって得られた結果は、以下のようにまとめられる。
1)高圧下における安定した溶接を実現するために、アーク長のファジイ制御について検討を行い、適正なパラメータの設定が行われれば、高圧下においても安定したアーク長制御を実現できること、またその設定が容易なことを示した。
2)3軸直行型溶接ロボットを試作し、各種素材、溶接継手形状の溶接線の視覚認識に及ぼす影響について検討を行い、適正な照明と最適な画像処理法とを組み合わせれば、安定した溶接線追従が可能なことを示した。
3)1取得画像中に複数の輝度検出走査線を設定し、複数の連続した追従ベクトルを生成して溶接線を追従する高精度でかつロバスト性に優れた溶接線追従制御法(連続複数ベクトル連結法:CMVC法)を提案し、その有効性を示した。
4)極限環境を想定し、パイプ上を自律的に走行し、パイプの突合せ部あるいはT字パイプ継手部を検出し、それが溶接線であることを確認した上で、自動的に溶接線を追従しつつ溶接を行う自律走行型パイプ溶接用知能ロボットを開発し、その機能および有効性を確認した。
5)レーザスリット光を用いた光切断法による溶接継手形状の認識について検討を行い、その有効性を示した。また、アーク光の反射による誤動作を防止するための手法について検討し、いくつかの手法を提案した。
6)視覚システムのロバスト性を向上するために、従来の視覚とは全く異なる人工知能を適用した人間の目に近いシステムの構築を試み、その有効性とその将来性を明らかにした。