溶接ビードの品質検査方法
【課題】溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる溶接ビードの品質検査方法を提供する。
【解決手段】溶接ビードの品質検査方法は、床小梁との結合部分と端板の溶接ビード側端、溶接ビードの端板との結合部分にそれぞれ影ができるように光を当て、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラで撮像する。得られた２つのモノクロ画像データを二値化し、端板の溶接ビード側端に相当する基準線ａ、溶接ビードの床小梁との結合線ｂ、溶接ビードの端板の結合線ｃをそれぞれ設定する。次に、双方の結合線ｂ、ｃの間に中間線ｄを設定し、基準線ａから仮想溶接線ｅを設定する。そして、仮想溶接線ｅの垂直方向Ｙの位置に対する中間線ｄの垂直方向Ｙの位置のずれ量Ｙａを算出する。
【解決手段】溶接ビードの品質検査方法は、床小梁との結合部分と端板の溶接ビード側端、溶接ビードの端板との結合部分にそれぞれ影ができるように光を当て、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラで撮像する。得られた２つのモノクロ画像データを二値化し、端板の溶接ビード側端に相当する基準線ａ、溶接ビードの床小梁との結合線ｂ、溶接ビードの端板の結合線ｃをそれぞれ設定する。次に、双方の結合線ｂ、ｃの間に中間線ｄを設定し、基準線ａから仮想溶接線ｅを設定する。そして、仮想溶接線ｅの垂直方向Ｙの位置に対する中間線ｄの垂直方向Ｙの位置のずれ量Ｙａを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、溶接ビードの品質検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アーク溶接により２つの母材間に形成される溶接ビードは、溶接時の状況により幅方向に位置ずれが生じて品質が低下する。また、母材が溶融したときに発生する蒸気が溶融金属内にわき上がって生成するピットと呼ばれる穴が溶接ビード表面にできる場合がある。そこで、例えば特許文献１のような溶接ビードの位置や形状を検査する品質検査方法が用いられている。
【０００３】
特許文献１の溶接ビードの品質検査方法では、まず、スリット光を溶接線に沿って移動させながらＣＣＤカメラで溶接ビードを撮像してカラー画像データを得る。次に、画像処理装置を用いてカラー画像データを画像処理して溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の溶接ビードの品質検査方法は、カラー画像データを画像処理するために複雑なプログラムを必要とすることから、システム開発費用が大幅にかかる。また、スリット光源の移動装置が非常に高価なものである。さらに、カラー撮像するＣＣＤカメラや、このＣＣＤカメラの移動装置も高価なものである。したがって、特許文献１の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するために大幅なコストがかかっていた。
【０００６】
本件発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる溶接ビードの品質検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような溶接ビードの品質検査方法を採用した。
【０００８】
本件発明の溶接ビードの品質検査方法では、アーク溶接によって２つの母材の溶接部分に形成される溶接ビードの品質を、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて検査する方法であって、
前記２つの母材の溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第１モノクロ画像データを得て、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第２モノクロ画像データを得る撮像工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１モノクロ画像データを二値化することにより当該第１モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第１二値化画像データを得て、前記第２モノクロ画像データを二値化することにより当該第２モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第２二値化画像データを得る二値化処理工程と、
前記画像処理装置を用いて前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を基準線として座標平面上に設定する基準線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１二値化画像データから前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの一方の母材との結合線とし、前記第２二値化画像データから前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの他方の母材との結合線とする結合線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、双方の結合線の間に中間線を設定し、前記基準線から仮想溶接線を設定して、当該仮想溶接線の垂直方向の位置に対する前記中間線の垂直方向の位置のずれ量を算出する溶接ビード位置ずれ量算出工程と
を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、基準線設定工程の前に、溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、一方の母材の溶接ビード側端または他方の母材の溶接ビード側端に影ができるように照明装置を用いて一方の母材または前記他方の母材に光を当て、この状態で２つの母材をモノクロＣＣＤカメラで撮像して、一方の母材の溶接ビード側端または他方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを得て、
基準線設定工程では、画像処理装置を用いてモノクロ画像データを二値化することによりモノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、二値化画像データから一方の母材の溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素または他方の母材の溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素を座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を基準線としても良い。
【００１０】
また、撮像工程では、溶接ビードの一方の母材との結合部分と他方の母材の溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から溶接ビードに向けて光を当てて第１モノクロ画像データを得て、当該第１モノクロ画像データに他方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めるようにしても良い。
あるいは、溶接ビードの他方の母材との結合部分と一方の母材の溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から溶接ビードに向けて光を当てて第２モノクロ画像データを得て、当該第２モノクロ画像データに一方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めるようにしても良い。
【００１１】
また、一方の母材または他方の母材の溶接ビード側端を含む端部に切り欠きが形成されている場合は、二値化画像データから切り欠きの溶接ビード側端とその周囲を含む部分に相当する範囲の黒画素を座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることが好ましい。
【００１２】
また、照明装置を用いて溶接ビードに撮像工程時よりも強い光を当て、この状態で２つの母材をモノクロＣＣＤカメラで撮像してモノクロ画像データを得た後に、画像処理装置を用いて当該モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから溶接ビードに相当する範囲に存在する黒画素をピットとしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本件発明の溶接ビードの品質検査方法では、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するようにした。したがって、画像処理装置はモノクロ画像を処理するので、従来のようにカラー画像を処理する場合に比べてプログラムを簡単にすることが可能になり、システム開発費用が抑えられる。また、従来のような照明装置やＣＣＤカメラを移動する装置が不要となる。さらに、モノクロＣＣＤカメラを使用するため、ＣＣＤカメラ自体のコストが抑えられる。よって、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本件発明の一実施の形態のアーク溶接から溶接ビードの品質検査への流れを示す製造ラインの模式図である。
【図２】同実施の形態において（ａ）は溶接ビードを含む２つの母材の端面図、（ｂ）は溶接ビードを含む２つの母材の正面図である。
【図３】同実施の形態の溶接ビード品質検査装置の構成を示す模式図である。
【図４】同実施の形態の溶接ビードの品質検査方法を示すフローチャートである。
【図５】同実施の形態の撮像工程の説明図である。
【図６】同実施の形態の第１二値化画像データの図である。
【図７】同実施の形態の第２二値化画像データの図である。
【図８】同実施の形態の第３二値化画像データの図である。
【図９】同実施の形態の基準線設定工程、結合線設定工程の説明図である。
【図１０】同実施の形態の溶接ビード位置ずれ量算出工程の説明図である。
【図１１】同実施の形態のピット検出工程の説明図である。
【図１２】端板に切り欠きが形成されている斜視図である。
【図１３】図１２の第１二値化画像データの図である。
【図１４】図１３の第１二値化画像データを用いた基準線設定工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。
【００１６】
図１は、本件発明の一実施の形態の製造ラインの模式図である。この製造ラインは、アーク溶接から溶接ビードの品質検査への流れを示している。本実施の形態では、アーク溶接を行う２つの母材として端板１１と床小梁１２を挙げ、床小梁１２の両端面に端板１１の表面が突き合わせられたもの（ワーク１０）が搬送される。製造ラインの上流側には溶接エリアが形成されており、この溶接エリアには溶接装置２０が配置されている。製造ラインの下流側には検査エリアが形成されており、この検査エリアには溶接ビード品質検査装置１が配置されている。
【００１７】
溶接装置２０は、溶接エリアに搬送されてきたワーク１０の上側と下側にある隅部（溶接部分）１０ａ、１０ａを２つの溶接トーチ２０ａを用いてアーク溶接する、いわゆる隅肉溶接を行う。具体的には、溶接トーチ２０ａを、隅部１０ａの一端側から他端側にそれぞれ移動させながらアーク溶接する。このアーク溶接によって、隅部１０ａには溶接ビードが形成される。図２に、上側の隅部１０ａに形成された溶接ビード１３を示す。
【００１８】
溶接ビード品質検査装置１は、検査エリアに搬送されてきたワーク１０に対して、溶接ビード１３の位置ずれやピット１４（図２（ｂ）参照）の大きさをモノクロＣＣＤカメラを用いて検査するものである。
【００１９】
図３は、溶接ビード品質検査装置１の構成を示す模式図である。この溶接ビード品質検査装置１は、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２（モノクロＣＣＤカメラ）、照明装置３、パソコン４（画像処理装置）を備えている。
【００２０】
モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、マクロレンズ２ａを備えている。また、このモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２はＵＳＢケーブル５でパソコン４に接続されており、図１や図３に示すように床小梁１２の上方および下方に配置されている。
【００２１】
具体的に説明すると、上側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、図３に示すように、マクロレンズ２ａの中心を床小梁１２と端板１１との上側の溶接線１５（開先中心線）へ向けて配置されている。このように配置された上側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、端板１１の上部、上側の溶接ビード１３、床小梁１２の上面にかけての範囲を撮像してモノクロ画像データを生成する。
【００２２】
また、図示しないが、下側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、マクロレンズ２ａの中心を床小梁１２と端板１１との下側の溶接線１５へ向けて配置されている。このように配置された下側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、端板１１の下部、下側の溶接ビード１３、床小梁１２の下面にかけての範囲を撮像してモノクロ画像データを生成する。
【００２３】
また、図示しないが、双方のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２はそれぞれ移動機構に取り付けられており、溶接線１５に沿って移動するように構成されている。
【００２４】
照明装置３は、バー照明３ａ、照明光源３ｂ、デジタル入出力ユニット３ｃを備えている。バー照明３ａは、溶接ビード１３とその周囲を照らすものである。バー照明３ａは、上側の溶接ビード１３の周囲と、下側の溶接ビード１３の周囲に２台ずつ配置されている。図３では上側のバー照明３ａを示している。
【００２５】
上側の２台のバー照明３ａは、床小梁１２の上方および端板１１の上方で溶接ビード１３と対向するように配置され、発光面が上側の溶接ビード１３に向けられている。図示しないが、下側の２台のバー照明は、床小梁１２の下方および端板１１の下方で溶接ビード１３と対向するように配置され、発光面が下側の溶接ビード１３に向けられている。さらに、各バー照明３ａは、ケーブル６により照明光源３ｂに接続されている。
【００２６】
照明光源３ｂは、各バー照明３ａの光量を調整するものである。照明光源３ｂには、上記で説明したようにバー照明３ａが接続されている。デジタル入出力ユニット３ｃは、照明光源３ｂをパソコン４で操作するために用いられる。このデジタル入出力ユニット３ｃは照明光源３ｂにＲＳ２３２Ｃケーブル７で接続され、パソコン４にはＵＳＢケーブル５で接続されている。
【００２７】
パソコン４は、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２の動作制御、照明装置３の動作制御（バー照明３ａの光量制御等）、モノクロ画像データの画像処理等を行うものである。このパソコン４は、各制御処理や画像処理を行うためのハードディスク（図示せず）、操作内容や制御内容等を表示するためのディスプレイ４ａ、各種操作を行うためのキーボード４ｂ等を備えている。また、ハードディスクには、上記で説明したように、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２、デジタル入出力ユニット３ｃが接続されている。なお、ハードディスクは、ＣＰＵ、処理手順のプログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭ、処理中のデータ等を記憶するＲＡＭ、座標系等を備えている。
【００２８】
次に、溶接ビード品質検査装置１を用いた溶接ビード１３の品質検査方法を具体的に説明する。図４は、溶接ビード１３の品質検査方法を示すフローチャートである。溶接ビード１３の品質検査方法は、以下の（１）〜（６）の工程を備えている。なお、ここでは、上側の溶接ビード１３の品質検査方法について説明する。下側の溶接ビード１３の品質検査方法は、上側の溶接ビード１３の品質検査方法と比べてモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２、バー照明３ａの配置位置が異なるだけであり、上側の溶接ビード１３の品質検査方法と実質的には同じである。以下に、各工程について順に説明する。
【００２９】
（１）撮像工程
（２）二値化処理工程
（３）基準線設定工程
（４）結合線設定工程
（５）溶接ビード位置ずれ量算出工程
（６）ピット検出工程
【００３０】
（１）撮像工程（図５参照）
撮像工程は、第１撮像工程、第２撮像工程、第３撮像工程に分けられる。以下、順に説明する。
【００３１】
＜第１撮像工程＞
第１撮像工程では、端板１１の上方に配置されているバー照明３ａを用いて、端板１１の上端面１１ａの上方から溶接ビード１３の上面に光Ｌを当てる。このときに、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａと、端板１１の溶接ビード側端１１ｂとに影ができるように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて、端板１１の上部、上側の溶接ビード１３、床小梁１２の上面にかけての範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第１モノクロ画像データを得る。
【００３２】
＜第２撮像工程＞
第２撮像工程では、床小梁１２の上方に配置されているバー照明３ａを用いて溶接ビード１３の側面に光Ｌを当てる。このときに、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに影ができるように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて、第１撮像工程と同じ範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第２モノクロ画像データを得る。
【００３３】
＜第３撮像工程＞
第３撮像工程では、双方のバー照明３ａ、３ａを用いて溶接ビード１３の上面と側面とに光Ｌを当てる。このときの光量は、上記の２つの撮像工程よりも強く設定する。好ましくは、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂ、床小梁１２との結合部分１３ａ、端板１１の溶接ビード側端１１ｂにそれぞれ影ができず、溶接ビード１３やその周囲に付着しているスパッタ（図示せず）により影ができないように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて上記の２つの撮像工程と同じ範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第３モノクロ画像データを得る。なお、この後の工程はパソコン４を用いて行う。
【００３４】
（２）二値化処理工程
二値化処理工程は、第１二値化処理工程、第２二値化処理工程、第３二値化処理工程に分けられる。以下、順に説明する。
【００３５】
＜第１二値化処理工程（図６参照）＞
第１二値化処理工程では、第１モノクロ画像データを二値化する。つまり、グレースケールモードになっている第１モノクロ画像データを白黒の２階調にする。一方、溶接ビード１３やその周囲にはスパッタにより影ができ、第１モノクロ画像データのノイズ成分になる。したがって二値化のしきい値（濃度のしきい値）は、ノイズ成分が除去されるようにできるだけ低い値を設定することが好ましい。例えば、８ビットのモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を使用した場合には、濃度が０〜２５５に対するしきい値は４０が好ましい。このように第１モノクロ画像データを二値化すると、第１モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて図６に示す第１二値化画像データが得られる。この第１二値化画像データは、多数の黒画素１００から構成されている。特に、端板１１の上端部１１ｃ、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに黒画素１００が多く集まっている。これは、第１撮像工程において、端板１１の溶接ビード側端１１ｂ、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに影ができるように光を当てたためである。
【００３６】
＜第２二値化処理工程（図７参照）＞
第２二値化処理工程では、第２モノクロ画像データを二値化する。このときのしきい値は、第１二値化処理工程で説明したようにできるだけ低い値を設定することが好ましい。このように第２モノクロ画像データを二値化すると、第２モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて、図７に示すような第２二値化画像データが得られる。この第２二値化画像データは、多数の黒画素２００から構成されている。特に、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに黒画素２００が多く集まっている。これは、第２撮像工程において、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに影ができるように光を当てたためである。
【００３７】
＜第３二値化処理工程（図８参照）＞
第３二値化処理工程では、第３モノクロ画像データを二値化する。このときのしきい値は、上記の２つの二値化処理工程よりも低い値に設定する。このように第３モノクロ画像データを二値化すると、第３モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて、図８に示すような第３二値化画像データが得られる。この第３二値化画像データは、多数の黒画素３００から構成されており、溶接ビード１３のピット１４の位置に黒画素３００が多く集まっている。
【００３８】
なお、しきい値を上記の２つの二値化処理工程よりも低い値に設定する理由は、第３モノクロ画像データにあるノイズ成分を白と判断させて第３二値化画像データには反映させないようにするためである。
【００３９】
（３）基準線設定工程（図９参照）
基準線設定工程では、最初に、図６の第１二値化画像データから端板１１の溶接ビード側端１１ｂとその周囲を含む部分に相当する範囲Ａを選択し、この範囲Ａ内の黒画素１００を抽出して、図９のような座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ａを設定し、この近似線ａを基準線ａとする。この基準線ａは、端板１１の溶接ビード側端１１ｂ（端線）に相当する。なお、近似線ａの設定方法は最小二乗法が好ましい。
【００４０】
（４）結合線設定工程（図９参照）
結合線設定工程は、第１結合線設定工程と第２結合線設定工程とに分けられる。以下、順に説明する。
【００４１】
＜第１結合線設定工程＞
第１結合線設定工程では、最初に、図６の第１二値化画像データから溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに相当する範囲Ｂを選択し、この範囲Ｂ内にある黒画素１００を抽出して図９のような座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ｂを設定し、この近似線ｂを溶接ビード１３の床小梁１２との結合線ｂとする。なお、近似線ｂの設定方法としては最小二乗法が好ましい。
【００４２】
＜第２結合線設定工程＞
第２結合線設定工程では、最初に、図７の第２二値化画像データから溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに相当する範囲Ｃを選択し、この範囲Ｃ内にある黒画素２００を抽出して図９のように座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素２００から近似線ｃを設定し、この近似線ｃを溶接ビード１３の端板１１との結合線ｃとする。なお、近似線ｃの設定方法としては最小二乗法が好ましい。
【００４３】
（５）溶接ビード位置ずれ量算出工程（図１０参照）
溶接ビード位置ずれ量算出工程では、最初に、図１０に示すように座標平面上の双方の結合線ｂ、ｃの間の中間位置に中間線ｄを設定する。さらに、基準線ａから仮想溶接線ｅを設定する。この仮想溶接線ｅは、基準線ａの位置が設定されたときに、予めＲＯＭやＲＡＭに記憶されている端板１１の溶接ビード側端１１ｂと溶接線１５の位置情報に基づいて設定される。次に、仮想溶接線ｅの垂直方向Ｙの位置に対する中間線ｄの垂直方向Ｙの位置のずれ量Ｙａを算出する。このずれ量Ｙａは、溶接ビード１３の幅方向１３Ｙ（図２（ｂ）参照）の位置ずれ量である。そして、このずれ量Ｙａを、予め定められている品質基準と比較して溶接ビード１３の品質を評価する。
【００４４】
（６）ピット検出工程（図１１参照）
ピット検出工程では、図８の第３二値化画像データから溶接ビード１３に相当する範囲Ｐを選択し、この範囲Ｐ内に黒画素３００があれば、この黒画素３００をピット１４と判断する。このようにしてピット１４を検出することにより溶接ビード１３の品質を評価する。また、ピット１４があると判断した場合には、ピット１４を構成している黒画素３００を図１１のように座標平面上に設定し、その大きさ、位置、個数を測定する。そして、この測定結果を、予め定められている品質基準と比較して溶接ビード１３の品質を評価する。
【００４５】
このように本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、モノクロＣＣＤカメラ２、照明装置３、パソコン４を用いて溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量Ｙａを算出するようにした。したがって、パソコン４はモノクロ画像を処理するので、従来のようなカラー画像を処理する場合に比べてプログラムを簡単にすることが可能になり、システム開発費用が抑えられる。また、従来のような照明装置３やＣＣＤカメラ２を移動する装置が不要である。さらに、モノクロＣＣＤカメラ２を使用するため、カラーＣＣＤカメラを用いた従来の溶接ビードの品質検査方法に比べて、ＣＣＤカメラ自体のコストが抑えられる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量Ｙａを算出するためのコストを抑えることができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、溶接ビード１３の位置ずれ量とピット１４の有無で溶接ビード１３の品質を評価するようにした。したがって、溶接ビード１３の位置ずれ量のみで溶接ビード１３の品質を評価する場合に比べて、溶接ビード１３の品質を正確に評価することができる。
【００４７】
また、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、実際のモノクロ画像データから基準線ａを設定するようにした。このため、基準線ａと、実際の端板１１の溶接ビード側端１１ｂとのずれ量が小さくなり、基準線ａを用いて設定される仮想溶接線ｅと実際の溶接線１５とのずれ量の精度が高くなる。したがって、仮想溶接線ｅを基準にして算出される中間線ｄのずれ量Ｙａ（溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量）の精度が高くなる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３品質検査の精度を高め、溶接ビード１３の品質をより正確に評価することができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、基準線ａを設定するモノクロ画像データを第１モノクロ画像データに含めるようにした。したがって、基準線ａを設定するモノクロ画像データを得るための専用の撮像工程を設ける必要がなく、工程数を短縮できる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３の品質検査にかかる時間を短縮できる。なお、本実施の形態では、実際のモノクロ画像データから基準線ａを設定したが、予め座標平面上に基準線が設定されているようにしても良い。
【００４９】
以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。
【００５０】
例えば、本実施の形態の溶接ビードの品質検査方法では、端板１１の上端部１１ｃに切り欠きが形成されていない場合を説明したが、図１２に示すように端板１１の上端部１１ｃに切り欠き１６が形成されている場合は、第１撮像工程、第１二値化処理工程、基準線設定工程を順に行って基準線を設定する。ここでは基準線設定工程について説明する。
【００５１】
最初に、図１３に示す第１二値化画像データから、切り欠き１６の溶接ビード側端１６ａとその周囲を含む範囲Ｇを選択し、この範囲Ｇ内の黒画素１００を抽出して図１４のように座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ｇを設定して、この近似線ｇを基準線ｇとする。なお、近似線ｇの設定方法は最小二乗法が好ましい。
【００５２】
切り欠き１６を用いて基準線ｇを設定する理由について説明すると、図１２に示すように端板１１に上方から光を当てたときには、切り欠き１６の内壁面１６ｂにより切り欠き１６の底面１６ｃ全体に影ができる。この影によって、底面１６ｃと端板１１の溶接ビード側面１１ｄとの境界部分（溶接ビード側端１６ａ）が明瞭になり、この状態で第１モノクロ画像データが得られることになる。
【００５３】
その結果、この第１モノクロ画像データを二値化処理しても、図１４に示すように黒画素１００のＹ方向のばらつきが少ないので、基準線ｇを容易に設定することができる。したがって、基準線ｇと実際の切り欠き１６の溶接ビード側端１６ａ（端線）とのずれ量がより小さくなり、これに伴い仮想溶接線ｅと実際の溶接線１５とのずれ量の精度がさらに高くなる。したがって、仮想溶接線ｅを基準として算出される中間線ｄのずれ量Ｙａ（溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量）の精度もさらに高くなる。よって、切り欠き１６を用いて基準線ｇを設定することにより、溶接ビード１３の品質検査の精度をさらに高め、溶接ビード１３の品質の評価をさらに正確に行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態では隅肉溶接で形成された溶接ビード１３の品質検査方法について説明したが、その他の溶接方法で形成された溶接ビードについても、本実施の形態で説明したような品質検査方法を適用しても良い。なお、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードと鋼板の光反射量が近いメッキ鋼板の溶接外観品質検査、特に亜鉛メッキ、亜鉛アルミメッキ、亜鉛・アルミ・マグネシュウムメッキに適応が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる。したがって、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの品質検査方法の技術分野で十分に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 溶接ビード品質検査装置
２ モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ（モノクロＣＣＤカメラ）
３ 照明装置
４ パソコン（画像処理装置）
１０ａ 隅部（溶接部分）
１１ 端板（母材）
１１ｂ 端板の溶接ビード側端
１２ 床小梁（母材）
１３ 溶接ビード
１３ａ 溶接ビードの床小梁との結合部分
１３ｂ 溶接ビードの端板との結合部分
１３Ｙ 溶接ビードの幅方向
１４ ピット
１５ 溶接線
１６ 切り欠き
１００ 黒画素
２００ 黒画素
３００ 黒画素
ａ 基準線
ｂ 溶接ビードの床小梁との結合線
ｃ 溶接ビードの端板との結合
ｄ 中間線
ｅ 仮想溶接線
Ｙ 垂直方向
Ｙａ 垂直方向のずれ量（幅方向の位置ずれ量）
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、溶接ビードの品質検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アーク溶接により２つの母材間に形成される溶接ビードは、溶接時の状況により幅方向に位置ずれが生じて品質が低下する。また、母材が溶融したときに発生する蒸気が溶融金属内にわき上がって生成するピットと呼ばれる穴が溶接ビード表面にできる場合がある。そこで、例えば特許文献１のような溶接ビードの位置や形状を検査する品質検査方法が用いられている。
【０００３】
特許文献１の溶接ビードの品質検査方法では、まず、スリット光を溶接線に沿って移動させながらＣＣＤカメラで溶接ビードを撮像してカラー画像データを得る。次に、画像処理装置を用いてカラー画像データを画像処理して溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の溶接ビードの品質検査方法は、カラー画像データを画像処理するために複雑なプログラムを必要とすることから、システム開発費用が大幅にかかる。また、スリット光源の移動装置が非常に高価なものである。さらに、カラー撮像するＣＣＤカメラや、このＣＣＤカメラの移動装置も高価なものである。したがって、特許文献１の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するために大幅なコストがかかっていた。
【０００６】
本件発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる溶接ビードの品質検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような溶接ビードの品質検査方法を採用した。
【０００８】
本件発明の溶接ビードの品質検査方法では、アーク溶接によって２つの母材の溶接部分に形成される溶接ビードの品質を、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて検査する方法であって、
前記２つの母材の溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第１モノクロ画像データを得て、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第２モノクロ画像データを得る撮像工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１モノクロ画像データを二値化することにより当該第１モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第１二値化画像データを得て、前記第２モノクロ画像データを二値化することにより当該第２モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第２二値化画像データを得る二値化処理工程と、
前記画像処理装置を用いて前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を基準線として座標平面上に設定する基準線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１二値化画像データから前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの一方の母材との結合線とし、前記第２二値化画像データから前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの他方の母材との結合線とする結合線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、双方の結合線の間に中間線を設定し、前記基準線から仮想溶接線を設定して、当該仮想溶接線の垂直方向の位置に対する前記中間線の垂直方向の位置のずれ量を算出する溶接ビード位置ずれ量算出工程と
を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、基準線設定工程の前に、溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、一方の母材の溶接ビード側端または他方の母材の溶接ビード側端に影ができるように照明装置を用いて一方の母材または前記他方の母材に光を当て、この状態で２つの母材をモノクロＣＣＤカメラで撮像して、一方の母材の溶接ビード側端または他方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを得て、
基準線設定工程では、画像処理装置を用いてモノクロ画像データを二値化することによりモノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、二値化画像データから一方の母材の溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素または他方の母材の溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素を座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を基準線としても良い。
【００１０】
また、撮像工程では、溶接ビードの一方の母材との結合部分と他方の母材の溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から溶接ビードに向けて光を当てて第１モノクロ画像データを得て、当該第１モノクロ画像データに他方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めるようにしても良い。
あるいは、溶接ビードの他方の母材との結合部分と一方の母材の溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から溶接ビードに向けて光を当てて第２モノクロ画像データを得て、当該第２モノクロ画像データに一方の母材の溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めるようにしても良い。
【００１１】
また、一方の母材または他方の母材の溶接ビード側端を含む端部に切り欠きが形成されている場合は、二値化画像データから切り欠きの溶接ビード側端とその周囲を含む部分に相当する範囲の黒画素を座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることが好ましい。
【００１２】
また、照明装置を用いて溶接ビードに撮像工程時よりも強い光を当て、この状態で２つの母材をモノクロＣＣＤカメラで撮像してモノクロ画像データを得た後に、画像処理装置を用いて当該モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから溶接ビードに相当する範囲に存在する黒画素をピットとしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本件発明の溶接ビードの品質検査方法では、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するようにした。したがって、画像処理装置はモノクロ画像を処理するので、従来のようにカラー画像を処理する場合に比べてプログラムを簡単にすることが可能になり、システム開発費用が抑えられる。また、従来のような照明装置やＣＣＤカメラを移動する装置が不要となる。さらに、モノクロＣＣＤカメラを使用するため、ＣＣＤカメラ自体のコストが抑えられる。よって、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本件発明の一実施の形態のアーク溶接から溶接ビードの品質検査への流れを示す製造ラインの模式図である。
【図２】同実施の形態において（ａ）は溶接ビードを含む２つの母材の端面図、（ｂ）は溶接ビードを含む２つの母材の正面図である。
【図３】同実施の形態の溶接ビード品質検査装置の構成を示す模式図である。
【図４】同実施の形態の溶接ビードの品質検査方法を示すフローチャートである。
【図５】同実施の形態の撮像工程の説明図である。
【図６】同実施の形態の第１二値化画像データの図である。
【図７】同実施の形態の第２二値化画像データの図である。
【図８】同実施の形態の第３二値化画像データの図である。
【図９】同実施の形態の基準線設定工程、結合線設定工程の説明図である。
【図１０】同実施の形態の溶接ビード位置ずれ量算出工程の説明図である。
【図１１】同実施の形態のピット検出工程の説明図である。
【図１２】端板に切り欠きが形成されている斜視図である。
【図１３】図１２の第１二値化画像データの図である。
【図１４】図１３の第１二値化画像データを用いた基準線設定工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。
【００１６】
図１は、本件発明の一実施の形態の製造ラインの模式図である。この製造ラインは、アーク溶接から溶接ビードの品質検査への流れを示している。本実施の形態では、アーク溶接を行う２つの母材として端板１１と床小梁１２を挙げ、床小梁１２の両端面に端板１１の表面が突き合わせられたもの（ワーク１０）が搬送される。製造ラインの上流側には溶接エリアが形成されており、この溶接エリアには溶接装置２０が配置されている。製造ラインの下流側には検査エリアが形成されており、この検査エリアには溶接ビード品質検査装置１が配置されている。
【００１７】
溶接装置２０は、溶接エリアに搬送されてきたワーク１０の上側と下側にある隅部（溶接部分）１０ａ、１０ａを２つの溶接トーチ２０ａを用いてアーク溶接する、いわゆる隅肉溶接を行う。具体的には、溶接トーチ２０ａを、隅部１０ａの一端側から他端側にそれぞれ移動させながらアーク溶接する。このアーク溶接によって、隅部１０ａには溶接ビードが形成される。図２に、上側の隅部１０ａに形成された溶接ビード１３を示す。
【００１８】
溶接ビード品質検査装置１は、検査エリアに搬送されてきたワーク１０に対して、溶接ビード１３の位置ずれやピット１４（図２（ｂ）参照）の大きさをモノクロＣＣＤカメラを用いて検査するものである。
【００１９】
図３は、溶接ビード品質検査装置１の構成を示す模式図である。この溶接ビード品質検査装置１は、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２（モノクロＣＣＤカメラ）、照明装置３、パソコン４（画像処理装置）を備えている。
【００２０】
モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、マクロレンズ２ａを備えている。また、このモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２はＵＳＢケーブル５でパソコン４に接続されており、図１や図３に示すように床小梁１２の上方および下方に配置されている。
【００２１】
具体的に説明すると、上側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、図３に示すように、マクロレンズ２ａの中心を床小梁１２と端板１１との上側の溶接線１５（開先中心線）へ向けて配置されている。このように配置された上側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、端板１１の上部、上側の溶接ビード１３、床小梁１２の上面にかけての範囲を撮像してモノクロ画像データを生成する。
【００２２】
また、図示しないが、下側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、マクロレンズ２ａの中心を床小梁１２と端板１１との下側の溶接線１５へ向けて配置されている。このように配置された下側のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２は、端板１１の下部、下側の溶接ビード１３、床小梁１２の下面にかけての範囲を撮像してモノクロ画像データを生成する。
【００２３】
また、図示しないが、双方のモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２はそれぞれ移動機構に取り付けられており、溶接線１５に沿って移動するように構成されている。
【００２４】
照明装置３は、バー照明３ａ、照明光源３ｂ、デジタル入出力ユニット３ｃを備えている。バー照明３ａは、溶接ビード１３とその周囲を照らすものである。バー照明３ａは、上側の溶接ビード１３の周囲と、下側の溶接ビード１３の周囲に２台ずつ配置されている。図３では上側のバー照明３ａを示している。
【００２５】
上側の２台のバー照明３ａは、床小梁１２の上方および端板１１の上方で溶接ビード１３と対向するように配置され、発光面が上側の溶接ビード１３に向けられている。図示しないが、下側の２台のバー照明は、床小梁１２の下方および端板１１の下方で溶接ビード１３と対向するように配置され、発光面が下側の溶接ビード１３に向けられている。さらに、各バー照明３ａは、ケーブル６により照明光源３ｂに接続されている。
【００２６】
照明光源３ｂは、各バー照明３ａの光量を調整するものである。照明光源３ｂには、上記で説明したようにバー照明３ａが接続されている。デジタル入出力ユニット３ｃは、照明光源３ｂをパソコン４で操作するために用いられる。このデジタル入出力ユニット３ｃは照明光源３ｂにＲＳ２３２Ｃケーブル７で接続され、パソコン４にはＵＳＢケーブル５で接続されている。
【００２７】
パソコン４は、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２の動作制御、照明装置３の動作制御（バー照明３ａの光量制御等）、モノクロ画像データの画像処理等を行うものである。このパソコン４は、各制御処理や画像処理を行うためのハードディスク（図示せず）、操作内容や制御内容等を表示するためのディスプレイ４ａ、各種操作を行うためのキーボード４ｂ等を備えている。また、ハードディスクには、上記で説明したように、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２、デジタル入出力ユニット３ｃが接続されている。なお、ハードディスクは、ＣＰＵ、処理手順のプログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭ、処理中のデータ等を記憶するＲＡＭ、座標系等を備えている。
【００２８】
次に、溶接ビード品質検査装置１を用いた溶接ビード１３の品質検査方法を具体的に説明する。図４は、溶接ビード１３の品質検査方法を示すフローチャートである。溶接ビード１３の品質検査方法は、以下の（１）〜（６）の工程を備えている。なお、ここでは、上側の溶接ビード１３の品質検査方法について説明する。下側の溶接ビード１３の品質検査方法は、上側の溶接ビード１３の品質検査方法と比べてモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２、バー照明３ａの配置位置が異なるだけであり、上側の溶接ビード１３の品質検査方法と実質的には同じである。以下に、各工程について順に説明する。
【００２９】
（１）撮像工程
（２）二値化処理工程
（３）基準線設定工程
（４）結合線設定工程
（５）溶接ビード位置ずれ量算出工程
（６）ピット検出工程
【００３０】
（１）撮像工程（図５参照）
撮像工程は、第１撮像工程、第２撮像工程、第３撮像工程に分けられる。以下、順に説明する。
【００３１】
＜第１撮像工程＞
第１撮像工程では、端板１１の上方に配置されているバー照明３ａを用いて、端板１１の上端面１１ａの上方から溶接ビード１３の上面に光Ｌを当てる。このときに、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａと、端板１１の溶接ビード側端１１ｂとに影ができるように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて、端板１１の上部、上側の溶接ビード１３、床小梁１２の上面にかけての範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第１モノクロ画像データを得る。
【００３２】
＜第２撮像工程＞
第２撮像工程では、床小梁１２の上方に配置されているバー照明３ａを用いて溶接ビード１３の側面に光Ｌを当てる。このときに、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに影ができるように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて、第１撮像工程と同じ範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第２モノクロ画像データを得る。
【００３３】
＜第３撮像工程＞
第３撮像工程では、双方のバー照明３ａ、３ａを用いて溶接ビード１３の上面と側面とに光Ｌを当てる。このときの光量は、上記の２つの撮像工程よりも強く設定する。好ましくは、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂ、床小梁１２との結合部分１３ａ、端板１１の溶接ビード側端１１ｂにそれぞれ影ができず、溶接ビード１３やその周囲に付着しているスパッタ（図示せず）により影ができないように光量を調整する。この状態で、モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を用いて上記の２つの撮像工程と同じ範囲を溶接線１５に沿って移動しながら撮像し、第３モノクロ画像データを得る。なお、この後の工程はパソコン４を用いて行う。
【００３４】
（２）二値化処理工程
二値化処理工程は、第１二値化処理工程、第２二値化処理工程、第３二値化処理工程に分けられる。以下、順に説明する。
【００３５】
＜第１二値化処理工程（図６参照）＞
第１二値化処理工程では、第１モノクロ画像データを二値化する。つまり、グレースケールモードになっている第１モノクロ画像データを白黒の２階調にする。一方、溶接ビード１３やその周囲にはスパッタにより影ができ、第１モノクロ画像データのノイズ成分になる。したがって二値化のしきい値（濃度のしきい値）は、ノイズ成分が除去されるようにできるだけ低い値を設定することが好ましい。例えば、８ビットのモノクロＵＳＢＣＣＤカメラ２を使用した場合には、濃度が０〜２５５に対するしきい値は４０が好ましい。このように第１モノクロ画像データを二値化すると、第１モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて図６に示す第１二値化画像データが得られる。この第１二値化画像データは、多数の黒画素１００から構成されている。特に、端板１１の上端部１１ｃ、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに黒画素１００が多く集まっている。これは、第１撮像工程において、端板１１の溶接ビード側端１１ｂ、溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに影ができるように光を当てたためである。
【００３６】
＜第２二値化処理工程（図７参照）＞
第２二値化処理工程では、第２モノクロ画像データを二値化する。このときのしきい値は、第１二値化処理工程で説明したようにできるだけ低い値を設定することが好ましい。このように第２モノクロ画像データを二値化すると、第２モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて、図７に示すような第２二値化画像データが得られる。この第２二値化画像データは、多数の黒画素２００から構成されている。特に、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに黒画素２００が多く集まっている。これは、第２撮像工程において、溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに影ができるように光を当てたためである。
【００３７】
＜第３二値化処理工程（図８参照）＞
第３二値化処理工程では、第３モノクロ画像データを二値化する。このときのしきい値は、上記の２つの二値化処理工程よりも低い値に設定する。このように第３モノクロ画像データを二値化すると、第３モノクロ画像データからノイズ成分が除去されて、図８に示すような第３二値化画像データが得られる。この第３二値化画像データは、多数の黒画素３００から構成されており、溶接ビード１３のピット１４の位置に黒画素３００が多く集まっている。
【００３８】
なお、しきい値を上記の２つの二値化処理工程よりも低い値に設定する理由は、第３モノクロ画像データにあるノイズ成分を白と判断させて第３二値化画像データには反映させないようにするためである。
【００３９】
（３）基準線設定工程（図９参照）
基準線設定工程では、最初に、図６の第１二値化画像データから端板１１の溶接ビード側端１１ｂとその周囲を含む部分に相当する範囲Ａを選択し、この範囲Ａ内の黒画素１００を抽出して、図９のような座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ａを設定し、この近似線ａを基準線ａとする。この基準線ａは、端板１１の溶接ビード側端１１ｂ（端線）に相当する。なお、近似線ａの設定方法は最小二乗法が好ましい。
【００４０】
（４）結合線設定工程（図９参照）
結合線設定工程は、第１結合線設定工程と第２結合線設定工程とに分けられる。以下、順に説明する。
【００４１】
＜第１結合線設定工程＞
第１結合線設定工程では、最初に、図６の第１二値化画像データから溶接ビード１３の床小梁１２との結合部分１３ａに相当する範囲Ｂを選択し、この範囲Ｂ内にある黒画素１００を抽出して図９のような座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ｂを設定し、この近似線ｂを溶接ビード１３の床小梁１２との結合線ｂとする。なお、近似線ｂの設定方法としては最小二乗法が好ましい。
【００４２】
＜第２結合線設定工程＞
第２結合線設定工程では、最初に、図７の第２二値化画像データから溶接ビード１３の端板１１との結合部分１３ｂに相当する範囲Ｃを選択し、この範囲Ｃ内にある黒画素２００を抽出して図９のように座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素２００から近似線ｃを設定し、この近似線ｃを溶接ビード１３の端板１１との結合線ｃとする。なお、近似線ｃの設定方法としては最小二乗法が好ましい。
【００４３】
（５）溶接ビード位置ずれ量算出工程（図１０参照）
溶接ビード位置ずれ量算出工程では、最初に、図１０に示すように座標平面上の双方の結合線ｂ、ｃの間の中間位置に中間線ｄを設定する。さらに、基準線ａから仮想溶接線ｅを設定する。この仮想溶接線ｅは、基準線ａの位置が設定されたときに、予めＲＯＭやＲＡＭに記憶されている端板１１の溶接ビード側端１１ｂと溶接線１５の位置情報に基づいて設定される。次に、仮想溶接線ｅの垂直方向Ｙの位置に対する中間線ｄの垂直方向Ｙの位置のずれ量Ｙａを算出する。このずれ量Ｙａは、溶接ビード１３の幅方向１３Ｙ（図２（ｂ）参照）の位置ずれ量である。そして、このずれ量Ｙａを、予め定められている品質基準と比較して溶接ビード１３の品質を評価する。
【００４４】
（６）ピット検出工程（図１１参照）
ピット検出工程では、図８の第３二値化画像データから溶接ビード１３に相当する範囲Ｐを選択し、この範囲Ｐ内に黒画素３００があれば、この黒画素３００をピット１４と判断する。このようにしてピット１４を検出することにより溶接ビード１３の品質を評価する。また、ピット１４があると判断した場合には、ピット１４を構成している黒画素３００を図１１のように座標平面上に設定し、その大きさ、位置、個数を測定する。そして、この測定結果を、予め定められている品質基準と比較して溶接ビード１３の品質を評価する。
【００４５】
このように本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、モノクロＣＣＤカメラ２、照明装置３、パソコン４を用いて溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量Ｙａを算出するようにした。したがって、パソコン４はモノクロ画像を処理するので、従来のようなカラー画像を処理する場合に比べてプログラムを簡単にすることが可能になり、システム開発費用が抑えられる。また、従来のような照明装置３やＣＣＤカメラ２を移動する装置が不要である。さらに、モノクロＣＣＤカメラ２を使用するため、カラーＣＣＤカメラを用いた従来の溶接ビードの品質検査方法に比べて、ＣＣＤカメラ自体のコストが抑えられる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量Ｙａを算出するためのコストを抑えることができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、溶接ビード１３の位置ずれ量とピット１４の有無で溶接ビード１３の品質を評価するようにした。したがって、溶接ビード１３の位置ずれ量のみで溶接ビード１３の品質を評価する場合に比べて、溶接ビード１３の品質を正確に評価することができる。
【００４７】
また、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、実際のモノクロ画像データから基準線ａを設定するようにした。このため、基準線ａと、実際の端板１１の溶接ビード側端１１ｂとのずれ量が小さくなり、基準線ａを用いて設定される仮想溶接線ｅと実際の溶接線１５とのずれ量の精度が高くなる。したがって、仮想溶接線ｅを基準にして算出される中間線ｄのずれ量Ｙａ（溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量）の精度が高くなる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３品質検査の精度を高め、溶接ビード１３の品質をより正確に評価することができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法では、基準線ａを設定するモノクロ画像データを第１モノクロ画像データに含めるようにした。したがって、基準線ａを設定するモノクロ画像データを得るための専用の撮像工程を設ける必要がなく、工程数を短縮できる。よって、本実施の形態の溶接ビード１３の品質検査方法は、溶接ビード１３の品質検査にかかる時間を短縮できる。なお、本実施の形態では、実際のモノクロ画像データから基準線ａを設定したが、予め座標平面上に基準線が設定されているようにしても良い。
【００４９】
以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。
【００５０】
例えば、本実施の形態の溶接ビードの品質検査方法では、端板１１の上端部１１ｃに切り欠きが形成されていない場合を説明したが、図１２に示すように端板１１の上端部１１ｃに切り欠き１６が形成されている場合は、第１撮像工程、第１二値化処理工程、基準線設定工程を順に行って基準線を設定する。ここでは基準線設定工程について説明する。
【００５１】
最初に、図１３に示す第１二値化画像データから、切り欠き１６の溶接ビード側端１６ａとその周囲を含む範囲Ｇを選択し、この範囲Ｇ内の黒画素１００を抽出して図１４のように座標平面上に設定する。次に、これらの黒画素１００から近似線ｇを設定して、この近似線ｇを基準線ｇとする。なお、近似線ｇの設定方法は最小二乗法が好ましい。
【００５２】
切り欠き１６を用いて基準線ｇを設定する理由について説明すると、図１２に示すように端板１１に上方から光を当てたときには、切り欠き１６の内壁面１６ｂにより切り欠き１６の底面１６ｃ全体に影ができる。この影によって、底面１６ｃと端板１１の溶接ビード側面１１ｄとの境界部分（溶接ビード側端１６ａ）が明瞭になり、この状態で第１モノクロ画像データが得られることになる。
【００５３】
その結果、この第１モノクロ画像データを二値化処理しても、図１４に示すように黒画素１００のＹ方向のばらつきが少ないので、基準線ｇを容易に設定することができる。したがって、基準線ｇと実際の切り欠き１６の溶接ビード側端１６ａ（端線）とのずれ量がより小さくなり、これに伴い仮想溶接線ｅと実際の溶接線１５とのずれ量の精度がさらに高くなる。したがって、仮想溶接線ｅを基準として算出される中間線ｄのずれ量Ｙａ（溶接ビード１３の幅方向１３Ｙの位置ずれ量）の精度もさらに高くなる。よって、切り欠き１６を用いて基準線ｇを設定することにより、溶接ビード１３の品質検査の精度をさらに高め、溶接ビード１３の品質の評価をさらに正確に行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態では隅肉溶接で形成された溶接ビード１３の品質検査方法について説明したが、その他の溶接方法で形成された溶接ビードについても、本実施の形態で説明したような品質検査方法を適用しても良い。なお、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードと鋼板の光反射量が近いメッキ鋼板の溶接外観品質検査、特に亜鉛メッキ、亜鉛アルミメッキ、亜鉛・アルミ・マグネシュウムメッキに適応が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの幅方向の位置ずれ量を算出するためのコストを抑えることができる。したがって、本件発明の溶接ビードの品質検査方法は、溶接ビードの品質検査方法の技術分野で十分に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 溶接ビード品質検査装置
２ モノクロＵＳＢＣＣＤカメラ（モノクロＣＣＤカメラ）
３ 照明装置
４ パソコン（画像処理装置）
１０ａ 隅部（溶接部分）
１１ 端板（母材）
１１ｂ 端板の溶接ビード側端
１２ 床小梁（母材）
１３ 溶接ビード
１３ａ 溶接ビードの床小梁との結合部分
１３ｂ 溶接ビードの端板との結合部分
１３Ｙ 溶接ビードの幅方向
１４ ピット
１５ 溶接線
１６ 切り欠き
１００ 黒画素
２００ 黒画素
３００ 黒画素
ａ 基準線
ｂ 溶接ビードの床小梁との結合線
ｃ 溶接ビードの端板との結合
ｄ 中間線
ｅ 仮想溶接線
Ｙ 垂直方向
Ｙａ 垂直方向のずれ量（幅方向の位置ずれ量）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接によって２つの母材の溶接部分に形成される溶接ビードの品質を、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて検査する方法であって、
前記２つの母材の溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第１モノクロ画像データを得て、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第２モノクロ画像データを得る撮像工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１モノクロ画像データを二値化することにより当該第１モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第１二値化画像データを得て、前記第２モノクロ画像データを二値化することにより当該第２モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第２二値化画像データを得る二値化処理工程と、
前記画像処理装置を用いて前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を基準線として座標平面上に設定する基準線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１二値化画像データから前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの一方の母材との結合線とし、前記第２二値化画像データから前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの他方の母材との結合線とする結合線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、双方の結合線の間に中間線を設定し、前記基準線から仮想溶接線を設定して、当該仮想溶接線の垂直方向の位置に対する前記中間線の垂直方向の位置のずれ量を算出する溶接ビード位置ずれ量算出工程と
を備えることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記基準線設定工程の前に、前記溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができるように前記照明装置を用いて前記一方の母材または前記他方の母材に光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して、前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを得て、
前記基準線設定工程では、前記画像処理装置を用いて前記モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから前記一方の母材の前記溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素または前記他方の母材の前記溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記撮像工程では、
前記溶接ビードの一方の母材との結合部分と前記他方の母材の前記溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から前記溶接ビードに向けて光を当てて前記第１モノクロ画像データを得て、当該第１モノクロ画像データに前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含める、
あるいは、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分と前記一方の母材の前記溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から前記溶接ビードに向けて光を当てて前記第２モノクロ画像データを得て、当該第２モノクロ画像データに前記一方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記一方の母材または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を含む端部に切り欠きが形成されている場合は、前記二値化画像データから前記切り欠きの前記溶接ビード側端とその周囲を含む部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記照明装置を用いて前記溶接ビードに前記撮像工程時よりも強い光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像してモノクロ画像データを得た後に、前記画像処理装置を用いて当該モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから前記溶接ビードに相当する範囲に存在する黒画素をピットとすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項１】
アーク溶接によって２つの母材の溶接部分に形成される溶接ビードの品質を、モノクロＣＣＤカメラ、照明装置、画像処理装置を用いて検査する方法であって、
前記２つの母材の溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第１モノクロ画像データを得て、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に影ができるように前記照明装置を用いて前記溶接ビードに光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して第２モノクロ画像データを得る撮像工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１モノクロ画像データを二値化することにより当該第１モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第１二値化画像データを得て、前記第２モノクロ画像データを二値化することにより当該第２モノクロ画像データからノイズ成分を除去して第２二値化画像データを得る二値化処理工程と、
前記画像処理装置を用いて前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を基準線として座標平面上に設定する基準線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、前記第１二値化画像データから前記溶接ビードの一方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの一方の母材との結合線とし、前記第２二値化画像データから前記溶接ビードの他方の母材との結合部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記溶接ビードの他方の母材との結合線とする結合線設定工程と、
前記画像処理装置を用いて、双方の結合線の間に中間線を設定し、前記基準線から仮想溶接線を設定して、当該仮想溶接線の垂直方向の位置に対する前記中間線の垂直方向の位置のずれ量を算出する溶接ビード位置ずれ量算出工程と
を備えることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記基準線設定工程の前に、前記溶接線の前方に前記モノクロＣＣＤカメラを設置し、前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができるように前記照明装置を用いて前記一方の母材または前記他方の母材に光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像して、前記一方の母材の前記溶接ビード側端または前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを得て、
前記基準線設定工程では、前記画像処理装置を用いて前記モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから前記一方の母材の前記溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素または前記他方の母材の前記溶接ビード側端とその周囲を含む範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記撮像工程では、
前記溶接ビードの一方の母材との結合部分と前記他方の母材の前記溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から前記溶接ビードに向けて光を当てて前記第１モノクロ画像データを得て、当該第１モノクロ画像データに前記他方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含める、
あるいは、前記溶接ビードの他方の母材との結合部分と前記一方の母材の前記溶接ビード側端とに影ができるように当該溶接ビード側端の外側から前記溶接ビードに向けて光を当てて前記第２モノクロ画像データを得て、当該第２モノクロ画像データに前記一方の母材の前記溶接ビード側端に影ができているモノクロ画像データを含めることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記一方の母材または前記他方の母材の前記溶接ビード側端を含む端部に切り欠きが形成されている場合は、前記二値化画像データから前記切り欠きの前記溶接ビード側端とその周囲を含む部分に相当する範囲の黒画素を前記座標平面上に設定し、当該黒画素から近似線を設定して、この近似線を前記基準線とすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記照明装置を用いて前記溶接ビードに前記撮像工程時よりも強い光を当て、この状態で前記２つの母材を前記モノクロＣＣＤカメラで撮像してモノクロ画像データを得た後に、前記画像処理装置を用いて当該モノクロ画像データを二値化することにより当該モノクロ画像データからノイズ成分を除去して二値化画像データを得て、当該二値化画像データから前記溶接ビードに相当する範囲に存在する黒画素をピットとすることを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−６３２９１（Ｐ２０１２−６３２９１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８９３３（Ｐ２０１０−２０８９３３）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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