溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法
【課題】溶接ビード欠陥の検出精度を向上できる溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置１０であって、溶接モデルＢＬと平滑モデルＳＬとの比較、あるいは、平滑モデルＳＬと折線モデルＶＬとの比較、に基づいて、溶接モデルＢＬを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段２００と、異常点と、隣接する正常点間の距離と、に基づいて、溶接モデルＢＬを、欠落領域ＧＧと非欠落領域ＧＮとに分別する欠落領域分別手段３００と、欠落領域ＧＧまたは非欠落領域ＧＮを順次併合して併合欠落領域ＧＧＧとする欠落領域併合手段４００と、を具備する。
【解決手段】溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置１０であって、溶接モデルＢＬと平滑モデルＳＬとの比較、あるいは、平滑モデルＳＬと折線モデルＶＬとの比較、に基づいて、溶接モデルＢＬを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段２００と、異常点と、隣接する正常点間の距離と、に基づいて、溶接モデルＢＬを、欠落領域ＧＧと非欠落領域ＧＮとに分別する欠落領域分別手段３００と、欠落領域ＧＧまたは非欠落領域ＧＮを順次併合して併合欠落領域ＧＧＧとする欠落領域併合手段４００と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光切断法によって溶接ビードの断面形状を形状点群として測定し、計測した形状点群において点群が欠落している領域を穴あき等の欠陥部位として検出する溶接ビード欠陥検出方法は公知である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、穴あき等の欠陥部位においては、測定時のレーザ光の多重反射によって形状点群の異常値が発生する場合がある。さらに、穴あき部位に発生した形状点群の異常値は、穴あき部位に蓋をするような形状点群となる場合がある。穴あき部位に蓋をするような形状点群は、穴あき部位として検出されないため、穴あきを見逃して判定することになる。
【０００４】
一方、何ら欠陥のない正常部位、例えば、母材とビードとの隅部、あるいは、反射率の高い板合わせ部においても、レーザ光の多重反射による形状点群の異常値が発生する場合がある。何ら欠陥のない正常部位での異常値を欠陥部位として検出することは、良品を異常として判定することになる。
【０００５】
そこで、溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法では、穴あきの見逃しを防止し、かつ、誤検出を最小限に抑えることが必要とされている。つまり、溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法では、溶接ビード欠陥の検出精度を向上することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１５８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする問題は、溶接ビード欠陥の検出精度を向上できる溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置であって、溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得する点群データ取得手段と、前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段と、前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別する欠落領域分別手段と、所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了する欠落領域併合手段と、前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する穴あき領域判定手段と、を具備するものである。
【００１０】
請求項２においては、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出方法であって、溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得し、前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別し、前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別し、所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了し、前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法によれば、溶接ビード欠陥の検出精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶接ビード欠陥検出装置の周囲構成を示す模式図。
【図２】溶接ビード欠陥検出装置の構成を示す構成図。
【図３】溶接ビード欠陥検出工程の流れを示すフロー図。
【図４】点群データ取得工程の流れを示すフロー図。
【図５】マスタモデルを示すグラフ図。
【図６】マスタモデル及び溶接モデルを示すグラフ図。
【図７】マスタモデル、溶接モデル及びＺ方向差分を示すグラフ図。
【図８】点群データ分別工程の流れを示すフロー図。
【図９】マスタモデル、溶接モデル及び平滑モデルを示すグラフ図。
【図１０】マスタモデル、平滑モデル及び折線モデルを示すグラフ図。
【図１１】欠落領域及び非欠落領域を示すグラフ図。
【図１２】欠落領域併合工程の流れを示すフロー図。
【図１３】累積値βを示すグラフ図。
【図１４】累積値βを示す別のグラフ図。
【図１５】累積値βを示す別のグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を用いて、溶接ビード欠陥検出装置１０の周囲構成について説明する。
なお、図１では、破線が電気通信線を示し、二点鎖線がレーザ光を示している。また、以下では、図１に示すＸ、Ｙ及びＺ方向に従って説明する。
【００１４】
溶接ビード欠陥検出装置１０は、本発明に係る溶接ビード欠陥検出装置の実施形態である。溶接ビード欠陥検出装置１０は、溶接部品２０の表面形状を測定する表面形状測定装置１５に接続されている。
【００１５】
溶接部品２０は、下板２１と上板２２とを部分的に重ね、重ねた部分を溶接したものである。下板２１及び上板２２は、緩やかに湾曲している。下板２１と上板２２とを部分的に重ねた部分（溶接部分）は、溶接ビード２５となっている。
【００１６】
表面形状測定装置１５は、レーザスキャナであって、溶接部品２０の表面形状について、Ｙ方向に伸びる溶接ビード２５に略直交するＸ方向断面の形状を測定するものである。より詳しくは、表面形状測定装置１５は、光切断法によって、溶接部品２０の溶接ビード２５を横断する線状のレーザ光を照射し、線状のレーザ光が投影された領域（溶接部品２０の二点鎖線）を撮影する。表面形状測定装置１５は、溶接ビード２５が伸びるＹ方向に沿って一定間隔毎に溶接部品２０の表面形状を測定していくものとする。
【００１７】
溶接ビード欠陥検出装置１０は、一般的なコンピュータにより構成され、記憶装置（図示略）と、演算装置（図示略）と、を具備している。溶接ビード欠陥検出装置１０には、表面形状測定装置１５によって測定された表面形状のデータが入力される。
【００１８】
図２を用いて、溶接ビード欠陥検出装置１０の構成について説明する。
溶接ビード欠陥検出装置１０は、点群データ取得手段１００と、点群データ分別手段２００と、欠落領域分別手段３００と、欠落領域併合手段４００と、穴あき領域判定手段５００と、を具備している。
【００１９】
図３を用いて、溶接ビード欠陥検出方法における溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０の構成について説明する。
溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０は、本発明に係る溶接ビード欠陥検出方法における溶接ビード欠陥検出工程の実施形態である。溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０は、点群データ取得工程Ｓ１００と、点群データ分別工程Ｓ２００と、欠落領域分別工程Ｓ３００と、欠落領域併合工程Ｓ４００と、穴あき領域判定工程Ｓ５００と、を具備している。
【００２０】
なお、溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０の各工程Ｓ１００〜Ｓ５００は、それぞれ溶接ビード欠陥検出装置１０の各手段１００〜５００により行われる工程である。より具体的には、点群データ取得工程Ｓ１００は、点群データ取得手段１００により行われ、点群データ分別工程Ｓ２００は、点群データ分別手段２００により行われ、欠落領域分別工程Ｓ３００は、欠落領域分別手段３００により行われ、欠落領域併合工程Ｓ４００は、欠落領域併合手段４００により行われ、穴あき領域判定工程Ｓ５００は、穴あき判定手段５００により行われる。
【００２１】
図４〜図７を用いて、点群データ取得工程Ｓ１００について説明する。
点群データ取得工程Ｓ１００は、溶接ビード２５の表面形状についてＸ方向の断面形状を点群データとして取得し、点群データにおいて溶接ビード２５が存在するビード区間Ｗを特定する工程である。
【００２２】
図４を用いて、点群データ取得工程Ｓ１００の流れについて説明する。
点群データ取得工程Ｓ１００は、マスタ形状取得工程Ｓ１１０と、溶接形状取得工程Ｓ１２０と、位置合わせ工程Ｓ１３０と、ビード区間特定工程Ｓ１４０と、を具備している。
【００２３】
図５を用いて、マスタ形状取得工程Ｓ１１０について説明する。
なお、図５では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図５では、実線がマスタモデルＭＬを示している。
【００２４】
マスタ形状取得工程Ｓ１１０では、溶接前における、溶接部品２０の表面形状についてＸ方向の断面形状としてマスタモデルＭＬを取得する。マスタモデルＭＬは、下板２１の表面形状である下板マスタモデルＭＵＬと、上板２２の表面形状である上板マスタモデルＭＯＬと、から構成されている。マスタモデルＭＬは、下板２１及び上板２２の製品ＣＡＤデータからそれぞれ取得するものとする。
【００２５】
マスタ形状取得工程Ｓ１１０では、Ｘ方向断面において、上板２２の裏面の端側が下板２１の表面と接する点を基準点ＣＵとして、座標位置を決定する。つまり、上板２２と下板２１との内側境界点を基準点ＣＵとして設定する。また、Ｘ方向断面において、下板２１及び上板２２の表面における、表面に溶接の影響を受けない、溶接ビード２５から十分離れた区間を、それぞれのフィッティング区間ＲＵ・ＲＯとして、座標位置を決定する。
【００２６】
溶接形状取得工程Ｓ１２０について説明する。
溶接形状取得工程Ｓ１２０では、表面形状測定装置１５によって測定された溶接ビード２５の表面形状についてＸ方向の断面形状の点群データとしての溶接モデルＢＬとして取得する。
【００２７】
図６を用いて、位置合わせ工程Ｓ１３０について説明する。
なお、図６では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸はＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図６では、実線は溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示している。
【００２８】
位置合わせ工程Ｓ１３０では、溶接モデルＢＬに対して、マスタモデルＭＬを重ね合わせる。このとき、溶接モデルＢＬに対して、下板マスタモデルＭＵＬと、上板マスタモデルＭＯＬと、を独立して重ね合わせる。より具体的には、溶接モデルＢＬに対して、フィッティング区間ＲＵにおいて、下板マスタモデルＭＵＬを重ね合わせ、溶接モデルＢＬに対して、フィッティング区間ＲＯにおいて、上板マスタモデルＭＯＬを重ね合わせる。
【００２９】
位置合わせ工程Ｓ１３０においては、下板マスタモデルＭＵＬ側の基準点ＣＵと、上板マスタモデルＭＯＬ側の基準点ＣＵとは、溶接モデルＢＬに対してマスタモデルＭＬを重ね合わせた際に、溶接モデルＢＬにおける溶接による歪等が影響してそれぞれ基準点ＣＵ´・ＣＵ´となり、互いの位置が一致しない。そこで、溶接モデルＢＬに対して重ね合わされた下板マスタモデルＭＵＬの表面と、上板マスタモデルＭＯＬの端面とを、それぞれ延長して交わる交点を改めて基準点ＣＵとする。
【００３０】
図７を用いて、ビード区間特定工程Ｓ１４０について説明する。
なお、図７では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）及びＺ方向差分ΔＺを示している。また、図７では、上段のグラフでは、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示し、下段のグラフでは、一点鎖線がＺ差分ラインΔＺＬを示している。
【００３１】
ビード区間特定工程Ｓ１４０は、溶接モデルＢＬとマスタモデルＭＬとの差分に基づいて、溶接モデルＢＬを領域Ｇに分割し、さらに分割された領域Ｇを併合して、溶接ビードが存在するビード区間Ｗを特定する工程である。
【００３２】
ビード区間特定工程Ｓ１４０では、最初に、溶接モデルＢＬとマスタモデルＭＬとのＺ方向の差分であるＺ方向差分ΔＺを算出してＺ差分ラインΔＺＬとする。次に、Ｚ差分ラインΔＺＬをＸ方向について性質の異なるそれぞれの領域Ｇに分割する。
【００３３】
より具体的には、フィッティング区間ＲＵの溶接ビード２５に近い側の境界点である始点Ｒ１からフィッティング区間ＲＯの溶接ビード２５に近い側の境界である終点Ｒ２までにおける、Ｚ方向差分ΔＺと閾値ＴＨ１１とを比較する。Ｚ方向差分ΔＺの絶対値が閾値ＴＨ１１以下である領域Ｇを０グループとする（例えば、領域Ｇ１または領域Ｇ３）。また、Ｚ方向差分ΔＺが閾値ＴＨ１１より大きい領域Ｇを＋グループとする（例えば、領域Ｇ４または領域Ｇ８）。Ｚ方向差分ΔＺが閾値−ＴＨ１１より小さい領域Ｇを−グループとする（例えば、領域Ｇ２及び領域Ｇ６）。
【００３４】
次に、分割した領域Ｇのうちで、＋グループまたは−グループの中から、面積（Ｚ差分ラインΔＺＬの積分値）の絶対値が最大の領域Ｇを選択して最大領域Ｇ＊とする。なお、＋グループまたは−グループが存在しない場合には、ビード区間Ｗが存在しないものとする。
【００３５】
次に、最大領域Ｇ＊からＸ方向の両側に向かって、隣接する領域Ｇについて、領域Ｇの面積（Ｚ差分ラインΔＺＬのＸ方向の積分値）の絶対値が閾値ＴＨ１２以上である、領域Ｇにおける溶接モデルＢＬの境界点同士の距離ｈＧが閾値ＴＨ１３以下である、あるいは、領域Ｇが０グループである、場合には、その隣接する領域Ｇを順次併合していくものとする。
【００３６】
最大領域Ｇ＊からＸ方向の両側に向かって、隣接する領域Ｇを順次併合し、併合が終了した領域をビード区間Ｗとする。図７では、領域Ｇ４が最大領域Ｇ＊であり、領域Ｇ２、領域Ｇ３、領域Ｇ５、領域Ｇ６、領域Ｇ７、領域Ｇ８が、「面積の絶対値が閾値ＴＨ１２以上である」、「距離ｈＧが閾値ＴＨ１３以下である」、または「０グループである」のいずれかに該当する。一方、領域Ｇ１の面積の絶対値が閾値ＴＨ１２より小さく、領域Ｇ９における溶接モデルＢＬの境界点同士の距離ｈＧが閾値ＴＨ１３より大きいため、ビード区間Ｗは領域Ｇ２〜領域Ｇ８までの領域となる。
【００３７】
図８〜図１０を用いて、点群データ分別工程Ｓ２００について説明する。
点群データ分別工程Ｓ２００は、点群データとしての溶接モデルＢＬと、溶接モデルＢＬを平滑化した平滑モデルＳＬとの比較、あるいは、平滑モデルＳＬと溶接ビード２５の表面形状を折線に近似した折線モデルＶＬとの比較、に基づいて、溶接モデルＢＬ（点群データ）を、異常点と正常点とに分別する工程である。
【００３８】
点群データ分別工程Ｓ２００では、まず、溶接モデルＢＬを移動平均によって平滑化した平滑モデルＳＬを作成する。そして、溶接モデルＢＬを形成する点群データを、点Ｑｊ（ｊ＝１、・・・・Ｊ）とする。また、平滑モデルＳＬを形成する点群データを、平滑点Ｓｊ（ｊ＝１、・・・・Ｊ）とする。なお、ｊ＝１となる点は、始点Ｒ１である。また、ｊ＝Ｊとなる点は、終点Ｒ２である（図９参照）。
【００３９】
ステップＳ２１０において、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊがビード区間Ｗに存在するかどうかを確認する。点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊがビード区間Ｗに存在する場合は、ステップＳ２２０に移行する。それ以外の場合は、ステップＳ２１１に移行する。
【００４０】
ステップＳ２１１において、平滑点ＳｊからマスタモデルＭＬへの最短距離が閾値ＴＨ２４より大きいかどうかを確認する。最短距離が閾値ＴＨ２４より大きい場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００４１】
このようにして、ステップＳ２１１では、ビード区間Ｗにない点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊは、マスタモデルＭＬとの距離のみに基づいて異常点であるか正常点であるかを判断している。
【００４２】
図９を用いて、ステップＳ２２０及びステップＳ２３０について説明する。
なお、図９では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを、一点鎖線が平滑モデルＳＬを示している。
【００４３】
ステップＳ２２０において、点ＱｊからマスタモデルＭＬへの最短距離ｈ（Ｑｊ）、ならびに、平滑点ＳｊからマスタモデルＭＬへの最短距離ｈ（Ｓｊ）、を算出する。次に、最短距離ｈ（Ｑｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい、あるいは、最短距離ｈ（Ｓｊ）が閾値ＴＨ２１より大きいかを確認する。最短距離ｈ（Ｑｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい、あるいは、最短距離ｈ（Ｓｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい場合には、ステップＳ２３０に移行する。それ以外の場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００４４】
このようにして、ステップＳ２２０では、マスタモデルＭＬから近い位置にある点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定している。
【００４５】
ステップＳ２３０において、点Ｑｊと平滑点ＳｊとのＺ成分における距離であるＺ成分距離ｄＺを算出する。そして、Ｚ成分距離ｄＺが閾値ＴＨ２２より大きいかどうかを確認する。Ｚ成分距離ｄＺが閾値ＴＨ２２より大きい場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合には、ステップＳ２４０に移行する。
【００４６】
このようにして、ステップＳ２３０では、溶接モデルＢＬと平滑モデルＳＬとを比較して差が大きい点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定している。
【００４７】
図１０を用いて、ステップＳ２４０及びステップＳ２４１について説明する。
なお、図１０では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が折線モデルＶＬを、破線がマスタモデルＭＬを、一点鎖線が平滑モデルＳＬを示している。
【００４８】
ステップＳ２４０では、まず、ビード区間Ｗの各端点Ｗ１・Ｗ２と、平滑点Ｓｊとを直線で結んだ折線モデルＶＬを作成する。次に、ビード区間Ｗの平滑点Ｓｋ（ｋ＝ｊ１、・・・、ｊ２）から折線モデルＶＬへの最短距離ｈｊ（Ｓｋ）を別途算出する。
【００４９】
ステップＳ２４１では、ビード区間Ｗの平滑点Ｓｋ（ｋ＝ｊ１、・・・、ｊ２）のうち、閾値ＴＨ２３より大きい最短距離ｈｊ（Ｓｋ）が過半数（５０％以上）存在するかどうか確認する。閾値ＴＨ２３より大きい最短距離ｈｊ（Ｓｋ）が過半数存在する場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００５０】
このようにして、ステップＳ２４０では、平滑点Ｓｊが溶接モデルＢＬに近いかどうかを判定している。
【００５１】
図１１を用いて、欠落領域分別工程Ｓ３００について説明する。
なお、図１１では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示している。
【００５２】
欠落領域分別工程Ｓ３００は、異常点と、隣接する正常点間の距離と、に基づいて、溶接モデルＢＬを、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）と非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）とに分別する工程である。
【００５３】
欠落領域分別工程Ｓ３００では、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、隣接する２つの正常点が、隣接する２つの正常点の２点間距離が閾値ＴＨ３１より大きい、あるいは、隣接する２つの正常点の間に異常点が存在する、場合には、その隣接する２つの正常点を両端とする区間を欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）とする。また、欠落領域ＧＧに挟まれる区間を非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）とする。
【００５４】
図１２〜図１５を用いて、欠落領域併合工程Ｓ４００及び穴あき領域判定工程Ｓ５００について説明する。
なお、図１２では、図の上側に欠落領域併合工程Ｓ４００を示し、図の下側に穴あき領域判定工程Ｓ５００を示している。
【００５５】
欠落領域併合工程Ｓ４００（ステップＳ４１０〜ステップＳ４８０）は、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、Ｘ方向のマイナス側の最端に位置する欠落領域ＧＧ１に対して、Ｘ方向のプラス側に向かって、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）または非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）を順次併合して併合欠落領域ＧＧＧとするにあたって、併合される非欠落領域ＧＮｍのＸ方向の幅ＤＮｍ（ｍ＝１、・・・）と、併合した欠落領域ＧＧｍのＸ方向の幅ＤＧｍ（ｍ＝１、・・・）の累積値と併合した非欠落領域ＧＮｍのＸ方向の幅ＤＮｍ（ｍ＝１、・・・）との累積値との差である累積値βと、に基づいて、その併合を終了する工程である。
【００５６】
穴あき領域判定工程Ｓ５００（ステップＳ５１０〜ステップＳ５３０）は、併合欠落領域ＧＧＧのＸ方向の幅（後述する累積最大値αｍａｘ）に基づいて、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定する工程である。
【００５７】
図１２の上側を用いて、欠落領域併合工程Ｓ４００の流れについて説明する。
欠落領域併合工程Ｓ４００では、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・Ｍ）を併合していくものとする。さらに、以下では、併合するに伴い累積値α、累積値β、併合するにあたってのそれぞれの最大値である累積最大値αｍａｘ、累積最大値βｍａｘを計算していくものとする。
【００５８】
ステップＳ４１０において、残存している欠落領域ＧＧｍのうちで、Ｘ方向のマイナス側の最端にある欠落領域ＧＧｍを開始の欠落領域ＧＧｍ０とする。開始の欠落領域ＧＧ０からＸ方向のプラス側に向かって、順次、欠落領域ＧＧｍ、非欠落領域ＧＮｍを併合していくものとする。
【００５９】
ステップＳ４２０において、累積値αは、併合開始時に０に初期化される。累積値βは、併合開始時に０に初期化される。累積最大値αｍａｘは、併合開始時に０に初期化される。累積最大値βｍａｘは、併合開始時に０に初期化される。
【００６０】
ステップＳ４３０において、欠落領域ＧＧｍを併合する場合には、累積値αが幅ＤＧｍだけ増加され、累積値βが幅ＤＧｍだけ増加される。
【００６１】
ステップＳ４４０では、現在の累積値βが、累積最大値βｍａｘより大きいかどうかを確認する。現在の累積値βが、累積最大値βｍａｘより大きい場合にはステップＳ４５０に移行する。それ以外の場合には、ステップＳ４６０に移行する。
【００６２】
ステップＳ４５０では、累積最大値αｍａｘを現在の累積値αとする。累積最大値βｍａｘを現在の累積値βとする。また、現在の欠落領域ＧＧｍを累積最大値βｍａｘが存在するβ最大欠落領域ＧＧｍｍａｘとする。
【００６３】
ステップＳ４６０では、併合する欠落領域ＧＧｍが終点Ｒ２に最も近い欠落領域ＧＧＭ（ｍ＝Ｍ）であるかどうかを確認する。併合する欠落領域ＧＧｍが欠落領域ＧＧＭである場合は（例えば、図１３に示すように、欠落領域ＧＧ４が最後の欠落領域ＧＧＭに該当する場合）、欠落領域ＧＧｍ０〜β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘまでを併合し併合欠落領域ＧＧＧとする。それ以外の場合には、ステップＳ４７０に移行する。
【００６４】
ステップＳ４７０では、併合するにつれて閾値ＴＨ４１より大きい幅ＤＮｍの非欠落領域ＧＮｍに到達したか、あるいは、非欠落領域ＧＮｍを併合すると累積値βが０より小さくなるか、を確認する。併合するにつれて閾値ＴＨ４１より大きい幅ＤＮｍの非欠落領域ＧＮｍに到達した（例えば、図１４に示すように、非欠落領域ＧＮ２の幅ＤＮ２が閾値ＴＨ４１より大きい場合）、あるいは、非欠落領域ＧＮｍを併合すると累積値βが０より小さくなる場合（例えば、図１５に示すように、非欠落領域ＧＮ３を併合すると累積値βが０より小さくなる場合）には、欠落領域ＧＧｍ０〜β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘまでを併合し併合欠落領域ＧＧＧとする。それ以外の場合には、ステップＳ４８０に移行する。
【００６５】
ステップＳ４８０では、非欠落領域ＧＮｍを併合する場合には、累積値αが幅ＤＧｍだけ増加され、累積値βが幅ＤＮｍだけ減少される。そして、ステップＳ４３０に移行する。
【００６６】
図１２の下側を用いて、穴あき領域判定工程Ｓ５００の流れについて説明する。
ステップＳ５１０では、併合欠落領域ＧＧＧにおける累積最大値αｍａｘすなわち併合欠落領域ＧＧＧのＸ方向の幅が閾値ＴＨ５１より大きいかどうかを確認する。累積最大値αｍａｘが閾値ＴＨ５１より大きい場合には、ステップＳ５２０へ移行する。それ以外の場合には、ステップＳ５３０へ移行する。
【００６７】
ステップＳ５２０では、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定する。
【００６８】
ステップＳ５３０では、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定しない。
【００６９】
なお、穴あき領域判定工程Ｓ５００が終了した後でも、終点Ｒ２（ｍ＝Ｍ）に至るまでは、β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘから欠落領域併合工程Ｓ４００を再開していくものとする。
【００７０】
溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０の効果について説明する。
溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０によれば、溶接ビード欠陥の検出精度を向上することができる。すなわち、溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０によれば、穴あき見逃しを防止し、かつ、誤検出を最小限に抑えることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 溶接ビード検出装置
１５ 表面形状測定装置
２０ 溶接部品
２１ 下板
２２ 上板
２５ 溶接ビード
１００ 点群データ取得手段
２００ 点群データ分別手段
３００ 欠落領域分別手段
４００ 欠落領域併合手段
５００ 穴あき判定手段
Ｓ１０ 溶接ビード検出方法
Ｓ１００ 点群データ取得工程
Ｓ２００ 点群データ分別工程
Ｓ３００ 欠落領域分別工程
Ｓ４００ 欠落領域併合工程
Ｓ５００ 穴あき判定工程
ＢＬ 溶接モデル
ＭＬ マスタモデル
ＳＬ 平滑モデル
ＶＬ 折線モデル
ＧＧ 欠落領域
ＧＮ 非欠落領域
ＤＧ 幅（欠落領域）
ＤＮ 幅（非欠落領域）
ＧＧＧ 併合欠落領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光切断法によって溶接ビードの断面形状を形状点群として測定し、計測した形状点群において点群が欠落している領域を穴あき等の欠陥部位として検出する溶接ビード欠陥検出方法は公知である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、穴あき等の欠陥部位においては、測定時のレーザ光の多重反射によって形状点群の異常値が発生する場合がある。さらに、穴あき部位に発生した形状点群の異常値は、穴あき部位に蓋をするような形状点群となる場合がある。穴あき部位に蓋をするような形状点群は、穴あき部位として検出されないため、穴あきを見逃して判定することになる。
【０００４】
一方、何ら欠陥のない正常部位、例えば、母材とビードとの隅部、あるいは、反射率の高い板合わせ部においても、レーザ光の多重反射による形状点群の異常値が発生する場合がある。何ら欠陥のない正常部位での異常値を欠陥部位として検出することは、良品を異常として判定することになる。
【０００５】
そこで、溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法では、穴あきの見逃しを防止し、かつ、誤検出を最小限に抑えることが必要とされている。つまり、溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法では、溶接ビード欠陥の検出精度を向上することが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１５８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする問題は、溶接ビード欠陥の検出精度を向上できる溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置であって、溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得する点群データ取得手段と、前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段と、前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別する欠落領域分別手段と、所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了する欠落領域併合手段と、前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する穴あき領域判定手段と、を具備するものである。
【００１０】
請求項２においては、溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出方法であって、溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得し、前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別し、前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別し、所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了し、前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の溶接ビード欠陥検出装置及び溶接ビード欠陥検出方法によれば、溶接ビード欠陥の検出精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶接ビード欠陥検出装置の周囲構成を示す模式図。
【図２】溶接ビード欠陥検出装置の構成を示す構成図。
【図３】溶接ビード欠陥検出工程の流れを示すフロー図。
【図４】点群データ取得工程の流れを示すフロー図。
【図５】マスタモデルを示すグラフ図。
【図６】マスタモデル及び溶接モデルを示すグラフ図。
【図７】マスタモデル、溶接モデル及びＺ方向差分を示すグラフ図。
【図８】点群データ分別工程の流れを示すフロー図。
【図９】マスタモデル、溶接モデル及び平滑モデルを示すグラフ図。
【図１０】マスタモデル、平滑モデル及び折線モデルを示すグラフ図。
【図１１】欠落領域及び非欠落領域を示すグラフ図。
【図１２】欠落領域併合工程の流れを示すフロー図。
【図１３】累積値βを示すグラフ図。
【図１４】累積値βを示す別のグラフ図。
【図１５】累積値βを示す別のグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を用いて、溶接ビード欠陥検出装置１０の周囲構成について説明する。
なお、図１では、破線が電気通信線を示し、二点鎖線がレーザ光を示している。また、以下では、図１に示すＸ、Ｙ及びＺ方向に従って説明する。
【００１４】
溶接ビード欠陥検出装置１０は、本発明に係る溶接ビード欠陥検出装置の実施形態である。溶接ビード欠陥検出装置１０は、溶接部品２０の表面形状を測定する表面形状測定装置１５に接続されている。
【００１５】
溶接部品２０は、下板２１と上板２２とを部分的に重ね、重ねた部分を溶接したものである。下板２１及び上板２２は、緩やかに湾曲している。下板２１と上板２２とを部分的に重ねた部分（溶接部分）は、溶接ビード２５となっている。
【００１６】
表面形状測定装置１５は、レーザスキャナであって、溶接部品２０の表面形状について、Ｙ方向に伸びる溶接ビード２５に略直交するＸ方向断面の形状を測定するものである。より詳しくは、表面形状測定装置１５は、光切断法によって、溶接部品２０の溶接ビード２５を横断する線状のレーザ光を照射し、線状のレーザ光が投影された領域（溶接部品２０の二点鎖線）を撮影する。表面形状測定装置１５は、溶接ビード２５が伸びるＹ方向に沿って一定間隔毎に溶接部品２０の表面形状を測定していくものとする。
【００１７】
溶接ビード欠陥検出装置１０は、一般的なコンピュータにより構成され、記憶装置（図示略）と、演算装置（図示略）と、を具備している。溶接ビード欠陥検出装置１０には、表面形状測定装置１５によって測定された表面形状のデータが入力される。
【００１８】
図２を用いて、溶接ビード欠陥検出装置１０の構成について説明する。
溶接ビード欠陥検出装置１０は、点群データ取得手段１００と、点群データ分別手段２００と、欠落領域分別手段３００と、欠落領域併合手段４００と、穴あき領域判定手段５００と、を具備している。
【００１９】
図３を用いて、溶接ビード欠陥検出方法における溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０の構成について説明する。
溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０は、本発明に係る溶接ビード欠陥検出方法における溶接ビード欠陥検出工程の実施形態である。溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０は、点群データ取得工程Ｓ１００と、点群データ分別工程Ｓ２００と、欠落領域分別工程Ｓ３００と、欠落領域併合工程Ｓ４００と、穴あき領域判定工程Ｓ５００と、を具備している。
【００２０】
なお、溶接ビード欠陥検出工程Ｓ１０の各工程Ｓ１００〜Ｓ５００は、それぞれ溶接ビード欠陥検出装置１０の各手段１００〜５００により行われる工程である。より具体的には、点群データ取得工程Ｓ１００は、点群データ取得手段１００により行われ、点群データ分別工程Ｓ２００は、点群データ分別手段２００により行われ、欠落領域分別工程Ｓ３００は、欠落領域分別手段３００により行われ、欠落領域併合工程Ｓ４００は、欠落領域併合手段４００により行われ、穴あき領域判定工程Ｓ５００は、穴あき判定手段５００により行われる。
【００２１】
図４〜図７を用いて、点群データ取得工程Ｓ１００について説明する。
点群データ取得工程Ｓ１００は、溶接ビード２５の表面形状についてＸ方向の断面形状を点群データとして取得し、点群データにおいて溶接ビード２５が存在するビード区間Ｗを特定する工程である。
【００２２】
図４を用いて、点群データ取得工程Ｓ１００の流れについて説明する。
点群データ取得工程Ｓ１００は、マスタ形状取得工程Ｓ１１０と、溶接形状取得工程Ｓ１２０と、位置合わせ工程Ｓ１３０と、ビード区間特定工程Ｓ１４０と、を具備している。
【００２３】
図５を用いて、マスタ形状取得工程Ｓ１１０について説明する。
なお、図５では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図５では、実線がマスタモデルＭＬを示している。
【００２４】
マスタ形状取得工程Ｓ１１０では、溶接前における、溶接部品２０の表面形状についてＸ方向の断面形状としてマスタモデルＭＬを取得する。マスタモデルＭＬは、下板２１の表面形状である下板マスタモデルＭＵＬと、上板２２の表面形状である上板マスタモデルＭＯＬと、から構成されている。マスタモデルＭＬは、下板２１及び上板２２の製品ＣＡＤデータからそれぞれ取得するものとする。
【００２５】
マスタ形状取得工程Ｓ１１０では、Ｘ方向断面において、上板２２の裏面の端側が下板２１の表面と接する点を基準点ＣＵとして、座標位置を決定する。つまり、上板２２と下板２１との内側境界点を基準点ＣＵとして設定する。また、Ｘ方向断面において、下板２１及び上板２２の表面における、表面に溶接の影響を受けない、溶接ビード２５から十分離れた区間を、それぞれのフィッティング区間ＲＵ・ＲＯとして、座標位置を決定する。
【００２６】
溶接形状取得工程Ｓ１２０について説明する。
溶接形状取得工程Ｓ１２０では、表面形状測定装置１５によって測定された溶接ビード２５の表面形状についてＸ方向の断面形状の点群データとしての溶接モデルＢＬとして取得する。
【００２７】
図６を用いて、位置合わせ工程Ｓ１３０について説明する。
なお、図６では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸はＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図６では、実線は溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示している。
【００２８】
位置合わせ工程Ｓ１３０では、溶接モデルＢＬに対して、マスタモデルＭＬを重ね合わせる。このとき、溶接モデルＢＬに対して、下板マスタモデルＭＵＬと、上板マスタモデルＭＯＬと、を独立して重ね合わせる。より具体的には、溶接モデルＢＬに対して、フィッティング区間ＲＵにおいて、下板マスタモデルＭＵＬを重ね合わせ、溶接モデルＢＬに対して、フィッティング区間ＲＯにおいて、上板マスタモデルＭＯＬを重ね合わせる。
【００２９】
位置合わせ工程Ｓ１３０においては、下板マスタモデルＭＵＬ側の基準点ＣＵと、上板マスタモデルＭＯＬ側の基準点ＣＵとは、溶接モデルＢＬに対してマスタモデルＭＬを重ね合わせた際に、溶接モデルＢＬにおける溶接による歪等が影響してそれぞれ基準点ＣＵ´・ＣＵ´となり、互いの位置が一致しない。そこで、溶接モデルＢＬに対して重ね合わされた下板マスタモデルＭＵＬの表面と、上板マスタモデルＭＯＬの端面とを、それぞれ延長して交わる交点を改めて基準点ＣＵとする。
【００３０】
図７を用いて、ビード区間特定工程Ｓ１４０について説明する。
なお、図７では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）及びＺ方向差分ΔＺを示している。また、図７では、上段のグラフでは、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示し、下段のグラフでは、一点鎖線がＺ差分ラインΔＺＬを示している。
【００３１】
ビード区間特定工程Ｓ１４０は、溶接モデルＢＬとマスタモデルＭＬとの差分に基づいて、溶接モデルＢＬを領域Ｇに分割し、さらに分割された領域Ｇを併合して、溶接ビードが存在するビード区間Ｗを特定する工程である。
【００３２】
ビード区間特定工程Ｓ１４０では、最初に、溶接モデルＢＬとマスタモデルＭＬとのＺ方向の差分であるＺ方向差分ΔＺを算出してＺ差分ラインΔＺＬとする。次に、Ｚ差分ラインΔＺＬをＸ方向について性質の異なるそれぞれの領域Ｇに分割する。
【００３３】
より具体的には、フィッティング区間ＲＵの溶接ビード２５に近い側の境界点である始点Ｒ１からフィッティング区間ＲＯの溶接ビード２５に近い側の境界である終点Ｒ２までにおける、Ｚ方向差分ΔＺと閾値ＴＨ１１とを比較する。Ｚ方向差分ΔＺの絶対値が閾値ＴＨ１１以下である領域Ｇを０グループとする（例えば、領域Ｇ１または領域Ｇ３）。また、Ｚ方向差分ΔＺが閾値ＴＨ１１より大きい領域Ｇを＋グループとする（例えば、領域Ｇ４または領域Ｇ８）。Ｚ方向差分ΔＺが閾値−ＴＨ１１より小さい領域Ｇを−グループとする（例えば、領域Ｇ２及び領域Ｇ６）。
【００３４】
次に、分割した領域Ｇのうちで、＋グループまたは−グループの中から、面積（Ｚ差分ラインΔＺＬの積分値）の絶対値が最大の領域Ｇを選択して最大領域Ｇ＊とする。なお、＋グループまたは−グループが存在しない場合には、ビード区間Ｗが存在しないものとする。
【００３５】
次に、最大領域Ｇ＊からＸ方向の両側に向かって、隣接する領域Ｇについて、領域Ｇの面積（Ｚ差分ラインΔＺＬのＸ方向の積分値）の絶対値が閾値ＴＨ１２以上である、領域Ｇにおける溶接モデルＢＬの境界点同士の距離ｈＧが閾値ＴＨ１３以下である、あるいは、領域Ｇが０グループである、場合には、その隣接する領域Ｇを順次併合していくものとする。
【００３６】
最大領域Ｇ＊からＸ方向の両側に向かって、隣接する領域Ｇを順次併合し、併合が終了した領域をビード区間Ｗとする。図７では、領域Ｇ４が最大領域Ｇ＊であり、領域Ｇ２、領域Ｇ３、領域Ｇ５、領域Ｇ６、領域Ｇ７、領域Ｇ８が、「面積の絶対値が閾値ＴＨ１２以上である」、「距離ｈＧが閾値ＴＨ１３以下である」、または「０グループである」のいずれかに該当する。一方、領域Ｇ１の面積の絶対値が閾値ＴＨ１２より小さく、領域Ｇ９における溶接モデルＢＬの境界点同士の距離ｈＧが閾値ＴＨ１３より大きいため、ビード区間Ｗは領域Ｇ２〜領域Ｇ８までの領域となる。
【００３７】
図８〜図１０を用いて、点群データ分別工程Ｓ２００について説明する。
点群データ分別工程Ｓ２００は、点群データとしての溶接モデルＢＬと、溶接モデルＢＬを平滑化した平滑モデルＳＬとの比較、あるいは、平滑モデルＳＬと溶接ビード２５の表面形状を折線に近似した折線モデルＶＬとの比較、に基づいて、溶接モデルＢＬ（点群データ）を、異常点と正常点とに分別する工程である。
【００３８】
点群データ分別工程Ｓ２００では、まず、溶接モデルＢＬを移動平均によって平滑化した平滑モデルＳＬを作成する。そして、溶接モデルＢＬを形成する点群データを、点Ｑｊ（ｊ＝１、・・・・Ｊ）とする。また、平滑モデルＳＬを形成する点群データを、平滑点Ｓｊ（ｊ＝１、・・・・Ｊ）とする。なお、ｊ＝１となる点は、始点Ｒ１である。また、ｊ＝Ｊとなる点は、終点Ｒ２である（図９参照）。
【００３９】
ステップＳ２１０において、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊがビード区間Ｗに存在するかどうかを確認する。点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊがビード区間Ｗに存在する場合は、ステップＳ２２０に移行する。それ以外の場合は、ステップＳ２１１に移行する。
【００４０】
ステップＳ２１１において、平滑点ＳｊからマスタモデルＭＬへの最短距離が閾値ＴＨ２４より大きいかどうかを確認する。最短距離が閾値ＴＨ２４より大きい場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００４１】
このようにして、ステップＳ２１１では、ビード区間Ｗにない点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊは、マスタモデルＭＬとの距離のみに基づいて異常点であるか正常点であるかを判断している。
【００４２】
図９を用いて、ステップＳ２２０及びステップＳ２３０について説明する。
なお、図９では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを、一点鎖線が平滑モデルＳＬを示している。
【００４３】
ステップＳ２２０において、点ＱｊからマスタモデルＭＬへの最短距離ｈ（Ｑｊ）、ならびに、平滑点ＳｊからマスタモデルＭＬへの最短距離ｈ（Ｓｊ）、を算出する。次に、最短距離ｈ（Ｑｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい、あるいは、最短距離ｈ（Ｓｊ）が閾値ＴＨ２１より大きいかを確認する。最短距離ｈ（Ｑｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい、あるいは、最短距離ｈ（Ｓｊ）が閾値ＴＨ２１より大きい場合には、ステップＳ２３０に移行する。それ以外の場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００４４】
このようにして、ステップＳ２２０では、マスタモデルＭＬから近い位置にある点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定している。
【００４５】
ステップＳ２３０において、点Ｑｊと平滑点ＳｊとのＺ成分における距離であるＺ成分距離ｄＺを算出する。そして、Ｚ成分距離ｄＺが閾値ＴＨ２２より大きいかどうかを確認する。Ｚ成分距離ｄＺが閾値ＴＨ２２より大きい場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合には、ステップＳ２４０に移行する。
【００４６】
このようにして、ステップＳ２３０では、溶接モデルＢＬと平滑モデルＳＬとを比較して差が大きい点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定している。
【００４７】
図１０を用いて、ステップＳ２４０及びステップＳ２４１について説明する。
なお、図１０では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が折線モデルＶＬを、破線がマスタモデルＭＬを、一点鎖線が平滑モデルＳＬを示している。
【００４８】
ステップＳ２４０では、まず、ビード区間Ｗの各端点Ｗ１・Ｗ２と、平滑点Ｓｊとを直線で結んだ折線モデルＶＬを作成する。次に、ビード区間Ｗの平滑点Ｓｋ（ｋ＝ｊ１、・・・、ｊ２）から折線モデルＶＬへの最短距離ｈｊ（Ｓｋ）を別途算出する。
【００４９】
ステップＳ２４１では、ビード区間Ｗの平滑点Ｓｋ（ｋ＝ｊ１、・・・、ｊ２）のうち、閾値ＴＨ２３より大きい最短距離ｈｊ（Ｓｋ）が過半数（５０％以上）存在するかどうか確認する。閾値ＴＨ２３より大きい最短距離ｈｊ（Ｓｋ）が過半数存在する場合は、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを異常点と判定する。それ以外の場合には、点Ｑｊ及び平滑点Ｓｊを正常点と判定する。
【００５０】
このようにして、ステップＳ２４０では、平滑点Ｓｊが溶接モデルＢＬに近いかどうかを判定している。
【００５１】
図１１を用いて、欠落領域分別工程Ｓ３００について説明する。
なお、図１１では、横軸がＸ方向（溶接部品２０の表面形状を測定する断面方向）を、縦軸がＺ方向（鉛直方向）を示している。また、図９では、実線が溶接モデルＢＬを、破線がマスタモデルＭＬを示している。
【００５２】
欠落領域分別工程Ｓ３００は、異常点と、隣接する正常点間の距離と、に基づいて、溶接モデルＢＬを、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）と非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）とに分別する工程である。
【００５３】
欠落領域分別工程Ｓ３００では、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、隣接する２つの正常点が、隣接する２つの正常点の２点間距離が閾値ＴＨ３１より大きい、あるいは、隣接する２つの正常点の間に異常点が存在する、場合には、その隣接する２つの正常点を両端とする区間を欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）とする。また、欠落領域ＧＧに挟まれる区間を非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）とする。
【００５４】
図１２〜図１５を用いて、欠落領域併合工程Ｓ４００及び穴あき領域判定工程Ｓ５００について説明する。
なお、図１２では、図の上側に欠落領域併合工程Ｓ４００を示し、図の下側に穴あき領域判定工程Ｓ５００を示している。
【００５５】
欠落領域併合工程Ｓ４００（ステップＳ４１０〜ステップＳ４８０）は、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、Ｘ方向のマイナス側の最端に位置する欠落領域ＧＧ１に対して、Ｘ方向のプラス側に向かって、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・）または非欠落領域ＧＮｍ（ｍ＝１、・・・）を順次併合して併合欠落領域ＧＧＧとするにあたって、併合される非欠落領域ＧＮｍのＸ方向の幅ＤＮｍ（ｍ＝１、・・・）と、併合した欠落領域ＧＧｍのＸ方向の幅ＤＧｍ（ｍ＝１、・・・）の累積値と併合した非欠落領域ＧＮｍのＸ方向の幅ＤＮｍ（ｍ＝１、・・・）との累積値との差である累積値βと、に基づいて、その併合を終了する工程である。
【００５６】
穴あき領域判定工程Ｓ５００（ステップＳ５１０〜ステップＳ５３０）は、併合欠落領域ＧＧＧのＸ方向の幅（後述する累積最大値αｍａｘ）に基づいて、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定する工程である。
【００５７】
図１２の上側を用いて、欠落領域併合工程Ｓ４００の流れについて説明する。
欠落領域併合工程Ｓ４００では、始点Ｒ１から終点Ｒ２までにおいて、欠落領域ＧＧｍ（ｍ＝１、・・・Ｍ）を併合していくものとする。さらに、以下では、併合するに伴い累積値α、累積値β、併合するにあたってのそれぞれの最大値である累積最大値αｍａｘ、累積最大値βｍａｘを計算していくものとする。
【００５８】
ステップＳ４１０において、残存している欠落領域ＧＧｍのうちで、Ｘ方向のマイナス側の最端にある欠落領域ＧＧｍを開始の欠落領域ＧＧｍ０とする。開始の欠落領域ＧＧ０からＸ方向のプラス側に向かって、順次、欠落領域ＧＧｍ、非欠落領域ＧＮｍを併合していくものとする。
【００５９】
ステップＳ４２０において、累積値αは、併合開始時に０に初期化される。累積値βは、併合開始時に０に初期化される。累積最大値αｍａｘは、併合開始時に０に初期化される。累積最大値βｍａｘは、併合開始時に０に初期化される。
【００６０】
ステップＳ４３０において、欠落領域ＧＧｍを併合する場合には、累積値αが幅ＤＧｍだけ増加され、累積値βが幅ＤＧｍだけ増加される。
【００６１】
ステップＳ４４０では、現在の累積値βが、累積最大値βｍａｘより大きいかどうかを確認する。現在の累積値βが、累積最大値βｍａｘより大きい場合にはステップＳ４５０に移行する。それ以外の場合には、ステップＳ４６０に移行する。
【００６２】
ステップＳ４５０では、累積最大値αｍａｘを現在の累積値αとする。累積最大値βｍａｘを現在の累積値βとする。また、現在の欠落領域ＧＧｍを累積最大値βｍａｘが存在するβ最大欠落領域ＧＧｍｍａｘとする。
【００６３】
ステップＳ４６０では、併合する欠落領域ＧＧｍが終点Ｒ２に最も近い欠落領域ＧＧＭ（ｍ＝Ｍ）であるかどうかを確認する。併合する欠落領域ＧＧｍが欠落領域ＧＧＭである場合は（例えば、図１３に示すように、欠落領域ＧＧ４が最後の欠落領域ＧＧＭに該当する場合）、欠落領域ＧＧｍ０〜β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘまでを併合し併合欠落領域ＧＧＧとする。それ以外の場合には、ステップＳ４７０に移行する。
【００６４】
ステップＳ４７０では、併合するにつれて閾値ＴＨ４１より大きい幅ＤＮｍの非欠落領域ＧＮｍに到達したか、あるいは、非欠落領域ＧＮｍを併合すると累積値βが０より小さくなるか、を確認する。併合するにつれて閾値ＴＨ４１より大きい幅ＤＮｍの非欠落領域ＧＮｍに到達した（例えば、図１４に示すように、非欠落領域ＧＮ２の幅ＤＮ２が閾値ＴＨ４１より大きい場合）、あるいは、非欠落領域ＧＮｍを併合すると累積値βが０より小さくなる場合（例えば、図１５に示すように、非欠落領域ＧＮ３を併合すると累積値βが０より小さくなる場合）には、欠落領域ＧＧｍ０〜β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘまでを併合し併合欠落領域ＧＧＧとする。それ以外の場合には、ステップＳ４８０に移行する。
【００６５】
ステップＳ４８０では、非欠落領域ＧＮｍを併合する場合には、累積値αが幅ＤＧｍだけ増加され、累積値βが幅ＤＮｍだけ減少される。そして、ステップＳ４３０に移行する。
【００６６】
図１２の下側を用いて、穴あき領域判定工程Ｓ５００の流れについて説明する。
ステップＳ５１０では、併合欠落領域ＧＧＧにおける累積最大値αｍａｘすなわち併合欠落領域ＧＧＧのＸ方向の幅が閾値ＴＨ５１より大きいかどうかを確認する。累積最大値αｍａｘが閾値ＴＨ５１より大きい場合には、ステップＳ５２０へ移行する。それ以外の場合には、ステップＳ５３０へ移行する。
【００６７】
ステップＳ５２０では、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定する。
【００６８】
ステップＳ５３０では、併合欠落領域ＧＧＧを穴あき領域として判定しない。
【００６９】
なお、穴あき領域判定工程Ｓ５００が終了した後でも、終点Ｒ２（ｍ＝Ｍ）に至るまでは、β最大欠落領域ＧＧｍｍａｘから欠落領域併合工程Ｓ４００を再開していくものとする。
【００７０】
溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０の効果について説明する。
溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０によれば、溶接ビード欠陥の検出精度を向上することができる。すなわち、溶接ビード欠陥検出方法Ｓ１０によれば、穴あき見逃しを防止し、かつ、誤検出を最小限に抑えることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 溶接ビード検出装置
１５ 表面形状測定装置
２０ 溶接部品
２１ 下板
２２ 上板
２５ 溶接ビード
１００ 点群データ取得手段
２００ 点群データ分別手段
３００ 欠落領域分別手段
４００ 欠落領域併合手段
５００ 穴あき判定手段
Ｓ１０ 溶接ビード検出方法
Ｓ１００ 点群データ取得工程
Ｓ２００ 点群データ分別工程
Ｓ３００ 欠落領域分別工程
Ｓ４００ 欠落領域併合工程
Ｓ５００ 穴あき判定工程
ＢＬ 溶接モデル
ＭＬ マスタモデル
ＳＬ 平滑モデル
ＶＬ 折線モデル
ＧＧ 欠落領域
ＧＮ 非欠落領域
ＤＧ 幅（欠落領域）
ＤＮ 幅（非欠落領域）
ＧＧＧ 併合欠落領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置であって、
溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得する点群データ取得手段と、
前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段と、
前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別する欠落領域分別手段と、
所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了する欠落領域併合手段と、
前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する穴あき領域判定手段と、
を具備する、
溶接ビード欠陥検出装置。
【請求項２】
溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出方法であって、
溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得し、
前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別し、
前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別し、
所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了し、
前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する、
溶接ビード欠陥検出方法。
【請求項１】
溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出装置であって、
溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得する点群データ取得手段と、
前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別する点群データ分別手段と、
前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別する欠落領域分別手段と、
所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了する欠落領域併合手段と、
前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する穴あき領域判定手段と、
を具備する、
溶接ビード欠陥検出装置。
【請求項２】
溶接ビードの欠陥を検出する溶接ビード欠陥検出方法であって、
溶接ビードの表面形状について所定断面方向の点群データを取得し、
前記点群データと前記点群データを平滑化した平滑モデルとの比較、あるいは、前記平滑モデルと前記溶接ビードの表面形状を折線に近似した折線モデルとの比較、に基づいて、該点群データを、異常点と正常点とに分別し、
前記異常点と、隣接する前記正常点間の距離と、に基づいて、前記点群データを、欠落領域と非欠落領域とに分別し、
所定断面方向の一側の最端に位置する前記欠落領域に対して、所定断面方向の他側に向かって、前記欠落領域または前記非欠落領域を順次併合して併合欠落領域とするにあたって、併合される前記非欠落領域の所定断面方向の幅と、併合した前記欠落領域の所定断面方向の幅の累積値と併合した前記非欠落領域の所定断面方向の幅の累積値との差と、に基づいて、その併合を終了し、
前記併合欠落領域の所定断面方向の幅に基づいて、前記併合欠落領域を穴あき領域として判定する、
溶接ビード欠陥検出方法。
【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１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−６８５８０（Ｐ２０１３−６８５８０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９２１７（Ｐ２０１１−２０９２１７）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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