JP5563936B2 - 溶接ビードの品質検査方法 - Google Patents
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Description
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固定配置された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固定配置された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。
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に影ができるとともに他方の部材の溶接ビード側端に影ができるように溶接ビードに光を当てて撮像して第1モノクロ画像データを得て、二値化処理工程では、当該第1モノクロ画像データから第1二値化画像データを得て、基準線設定工程では、当該第1二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部分に相当する範囲を選択し、当該範囲内の黒画素を抽出して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。
また、照明装置は、溶接ビードの上面に光を当てるものと、溶接ビードの側面に光を当てるものとを配置しても良い。
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。
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。
(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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
Claims (5)
- 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固定配置された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固定配置された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1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、前記溶接ビードの前記一方の母材との結合部分に影ができるとともに前記他方の部材の前記溶接ビード側端に影ができるように前記溶接ビードに光を当てて撮像して前記第1モノクロ画像データを得て、
前記二値化処理工程では、当該第1モノクロ画像データから前記第1二値化画像データを得て、
前記基準線設定工程では、当該第1二値化画像データから前記一方の母材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を選択し、当該範囲内の黒画素を抽出して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1または請求項2に記載の溶接ビードの品質検査方法において、
前記照明装置は、前記溶接ビードの上面に光を当てるものと、前記溶接ビードの側面に光を当てるものとを配置したことを特徴とする溶接ビードの品質検査方法。 - 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。
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