KR100685206B1

KR100685206B1 - 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법 및 장치

Info

Publication number: KR100685206B1
Application number: KR1020047016653A
Authority: KR
Inventors: 고다마도시후미; 스즈키다이라; 도라오아키라; 다케무라야스마사; 오카베다카토시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US7619750B2; US20080218768A1; TW587153B; WO2003093761A1; US7471400B2; US20080105731A1; US20050147289A1; US7236255B2; EP1500904B1; KR20040101519A; EP1500904A1; TW200402524A; MY137246A; DE60334373D1; EP1500904A4

Abstract

전봉용접관의 비드 절삭형상을, 광절단 이미지의 절삭부와 비절삭부에서의 휘도레벨의 차이의 영향을 받지 않고 고정밀도로 계측한다. SN 비가 매우 낮아진 경우이더라도, 이에 기인하는 화상처리 이상부위를 절삭에 의해 생기는 단차부와 용이하게 식별할 수 있게 한다. 광절단 이미지와 그 광절단 이미지를 소정 화상처리수단에 의해 세선화한 후의 광절단 이미지를 포갠 화상을 표시한다. 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로 근사하여 비드정점의 좌표를 포함하는 영역을 비드로서 특정한다. 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터에 대하여, 미리 설정한 비드부 좌우 양단의 경계와, 별도 산출된 비드부의 정점위치에 의해, 비드부에 상당하는 부분의 관 표면의 형상 데이터를 구하고, 좌우 각각의 형상 데이터의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수에 기초하여 비드의 폭, 높이, 상승각, 비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차를 각각 산출한다. 비드 절삭형상 데이터를 자동적으로 연산, 기록하는 것이 가능하기 때문에, 단순히 광절단화상을 육안으로만 감시하는 것이 아니라, 정량적인 판정을 할 수 있다. 절삭위치제어와 조합함으로써 고도의 전봉용접관 제조 조업이 가능해진다.

Description

전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법 및 장치{METHOD AND INSTRUMENT FOR MEASURING BEAD CUTTING SHAPE OF ELECTRIC WELDED TUBE}

본 발명은 전봉용접관의 용접비드 절삭형상의 계측방법 및 계측장치에 관한 것이다. 또, 본 발명에서 말하는 비드형상에는 비드의 위치를 포함한다.

일반적으로, 전봉용접관, 예를 들어 전봉강관은 강판 또는 강대를 관형상으로 연속적으로 성형하면서 강대 양폭단을 고주파유도 가열압접이나 저저항 가열압접 등의 수단으로, 강대 길이방향으로 연속적으로 맞대기 용접함으로써 제조되고 있다.

이 전봉용접관의 용접부에는, 맞대기 용접에 의해 「비드」 라고 불리는 볼록한 부분이 관 내면과 관 외면에 생긴다. 통상, 이 비드는 제조라인내에서, 용접기보다 하류에 설치된 절삭바이트에 의해 강관 길이방향으로 연속적으로 절삭된다. 비드부를 절삭제거한 후의 관 표면의 형상 (이하「비드 절삭형상」이라고 함) 은, 이상적으로는 용접부 이외의 관의 윤곽형상과 일체화되어 비드가 어디였는지 알 수 없게 되는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해서는, 절삭바이트 선단을 전봉용접관 표면의 적절한 위치에 유지시킬 필요가 있다.

종래, 절삭개시시에 작업원이 육안이나 마이크로미터 등으로 비드 절삭형상 을 측정하여 절삭바이트를 최적위치로 조정하고 있었다. 그러나, 전봉용접관을 다수개 제조하다 보면 여러 가지의 이유에서 절삭바이트의 위치가 어긋나거나, 절삭바이트의 날이 빠지는 등, 제품 전봉용접관에 비드가 다 절삭되지 않고 남거나 깊게 절삭되는 등의 절삭불량이 발생하는 경우가 있었다. 이러한 절삭불량은 제품 전봉용접관의 외관을 손상시킬 뿐만 아니라, 절삭불량이 있는 전봉용접관을 가스라인 등의 압력이 가해지는 배관에 적용하면 관이 파열될 위험이 있다.

따라서, 비드 절삭형상을 관의 제조 중에 계측하여 감시하고, 그 결과에 따라 절삭바이트 위치를 적절히 수정하거나 교환할 필요가 있다.

비드 절삭형상의 감시는 외부로부터 관찰하기 쉬운 관 외면이더라도, 작업원의 육안관찰에 의지하지 않을 수 없기 때문에, 정밀도나 재현성이 부족하여 정량성이나 신뢰성에 문제가 있었다.

관 내면에 관해서는 라인의 구성상, 제조 중에는 비드 절삭부를 직접 관찰할 수 없다. 그래서 라인의 최종위치에 있어서 관을 절단하는 공정에서 관단부를 관찰하거나, 또는 운전을 중단하여 관의 비드위치의 부분을 가스용단하여 샘플을 잘라내어 그 내면을 관찰하고 있다. 전자의 방법에서는 관찰위치가 절삭위치보다 수십 m 하류이기 때문에, 절삭에 이상이 발생한 경우, 이것을 검지할 때까지 발생하는 불량관이 길어져 수율이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 후자의 방법에서는 라인이 정지되면 절삭바이트가 마찰열로 눌어붙기 때문에, 절삭바이트를 퇴피시키지 않으면 안된다. 다시 절삭바이트를 설정하여 라인의 운전을 재개하더라도, 전에 절삭한 비드 절삭형상과 금번의 절삭형상 사이에 단차가 생겨 그 부분 은 제품으로 되지 않는다. 라인을 정지시키는 것에 의해 생산능률이 저하하는 등의 문제가 있었다. 양자 모두 제품 길이방향의 일부분밖에 검사할 수 없기 때문에, 제품 전체길이의 품질은 보증할 수 없다는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 광절단법을 사용한 비드 절삭형상 계측방법이 제안되어 있다. 광절단법의 예는 일본 공개특허공보 소57-108705호나 일본 특허공보 소60-1138호에 개시되어 있다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 피측정물 (전봉용접관 (110)) 에 광원 (120) 으로부터 슬릿광 (121) 을 조사하고, 카메라 (130) 로 다른 각도에서 관찰하면 피측정물 (110) 의 표면 형상에 따라서 변형된 슬릿 이미지 (광절단 이미지) 가 관찰된다. 이 광절단 이미지와 관측광학계의 기하학적 위치로부터 물체형상을 산출할 수 있다. 관측광학계가 단순한 점, 측정감도가 관측광학계의 기하학적 배치에 의해 폭넓게 변화되는 점, 등의 이점이 있다. 그리고 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는 영역을 지합부라고 한다.

일본 공개특허공보 소52-96049호에는, 절삭하지 않은 용접비드부를 광절단법으로 관찰하여 표시모니터 (140) 에 광학배치에 의해 정해지는 확대비에 따른 눈금을 표시하는 비드형상 관찰방법이 제안되어 있다.

그러나, 이들 방법은 모두 계측화상을 표시할 뿐이다. 비드 절삭형상의 판정은 모니터 (140) 를 작업자가 육안판정함으로써 실시하고 있고, 자동계측에는 이르지 못하고 있다.

자동계측을 위한 정량방법으로서는, 예를 들어 일본 특허 2618303호에 개시된 바와 같은 기술이 있다. 이것에 의하면, 전봉용접관의 용접비드 절삭 후의 형상을 계측할 때에 슬릿광과 ITV 카메라에 의한 광절단화상을 갖고 강관비드 절삭부의 영상을 포착하여, 도 13 중에 나타내는 바와 같이, 그 단면형상영상을 세선화 처리 (1 화소가 일 방향으로 연결되는 영역을 세선으로 판단하는 것) 하여 단면형상을 산출하고, 그 단면형상의 휘도에 의해 절삭부와 비절삭부를 구별하고, 그 구별된 절삭부 중앙치와 절삭부 우단의 값 및 절삭부 좌단의 값을 구하고, 이 셋의 계측치를 바탕으로 절삭깊이량이나 절삭기울기량을 산출하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 일본 특허 2618303호에 개시된 기술에서는, 세선화 처리의 구체적인 방법으로서 광절단화상으로부터 얻어지는 관축과 평행한 방향 (Y 축방향) 의 최대휘도를 관둘레방향 (소재강판이나 강대에 있어서는 그 폭방향에 상당하기 때문에 이하 폭방향이라고 함) 으로 신장되는 X 축 상의 해당 각 좌표에 대하여 플롯하는 식으로, 휘도를 직접 Y 축 좌표로 치환하는 연산을 할 뿐이므로, 정확한 단면형상이 얻어지지 않은 경우가 있다는 문제점이 있다.

이에 관해서 상세히 기술하겠지만, 발명자들이 제조현장에서 실험을 거듭한 경험에 의하면, 절삭직후의 전봉용접관의 동 부분의 표면은 경면상태로 되어 있는 한편, 주위의 비절삭부는 산화막 등이 부착되어 있어 거무스름하기 때문에, 슬릿광의 난반사 정도가 다르다. 이 때문에, 비드 절삭부의 광절단 이미지의 휘도는 폭방향으로 같은 정도라고 한정할 수는 없다. 예를 들어 도 14 와 같이 절삭부의 슬릿광은 대부분 정반사 (입사각과 같은 각도로 입사방향과 정반대 방향으로 반사되는 것) 되어, 그 휘도는 비절삭부의 10 분의 1 이하가 되는 경우가 있다. 입사각과 수광각이 다르면 이러한 정반사광은 오히려 저휘도로 보이기 때문이다.

이러한 경우에는 광절단 이미지는 노이즈에 묻혀버려, 비드 절삭형상은 잘 얻어지지 않는다. ITV 카메라 등의 관측광학계의 게인을 높이거나 노광시간을 길게 하는 등의 방법으로 절삭부의 휘도를 높이고자 하면 이번에는 도 1(c) 와 같이 비절삭부가 전술한 카메라 등의 관측광학계의 사양 상의 최대휘도를 초과하는 레인지오버 (헐레이션) 를 일으켜 정확한 비절삭부의 형상을 판별할 수 없게 된다. 그 이유는 이러한 휘도의 레인지오버가 발생한 경우, 광절단 이미지 중의 비절삭부에서는 최대휘도를 나타내는 관축방향좌표 (Y 축 좌표) 가 복수 나타나, 최대휘도를 나타내는 관축방향좌표 (Y 축 좌표) 를 일률적으로 결정할 수 없기 때문이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 전봉용접관의 비드 절삭형상을, 광절단 이미지의 절삭부와 비절삭부에서의 휘도레벨의 차이의 영향을 받지 않고 고정밀도로 계측하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 광절단법에 있어서의 노이즈의 영향의 억지에 관해서는 종래, 광절단법을 사용하는 다른 기술분야에서의 제안이 알려져 있다.

일본 공개특허공보 소57-208404호에서는, 광절단 이미지의 위에서 아래로 세로방향으로 검색하여 소정 설정치보다 큰 부분이 최초로 발생한 구간내로부터만 광절단선을 추출하고, 이후 그 1 개의 주사선에서의 광절단선의 추출을 중지함으로써, 대상물 상의 슬릿 휘선위치 이외의 이상반사부를 광절단선의 일부로서 오검출하는 것을 방지하는 방법을 제안하고 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평2-35306호에서는, 채취한 광절단화상을, 광절단선을 가로 지르는 방향으로 전역을 주사하고, 그 주사선 상에 노이즈화상에 의한 피크치를 가지는 경우에는 전체 화면의 동일주사선 상에서 검출된 광절단선 위치를 기준으로 광절단 탐색범위를 설정하여 노이즈화상을 무시하는 형상 검출방법이 제안되어 있다.

또한, 일본 공개특허공보 평4-240508호에서는, 광절단 이미지에 기초하여 측정대상물의 좌표를 산출하고, 그 이미지의 형상이 주위의 이미지와 떨어저 존재하는 바늘형상인 경우에는 허상이라고 판정하여, 그 데이터를 무시하여 형상인식하는 것을 특징으로 하는 3 차원 형상인식장치를 제안하고 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 소57-208404호에 개시된 방법에 있어서는, 유일한 광절단 추출구간을 식별하는 데에 고정의 임계치 (V1) 를 사용하고 있기 때문에, 채취화상 중의 광절단선의 휘도가 절삭부ㆍ비절삭부 사이에서 크게 변동하는 절삭비드형상의 계측에는 적용불가능하다는 것은 이미 설명한 바와 같다.

또한, 일본 공개특허공보 평2-35306호에 개시된 방법은, 전자부품의 납땜부와 같이, 길이방향으로 그 균일한 사이즈를 갖는 볼록형상을 한 부품이 슬릿광방향으로 등간격으로 나열되어 있는 것이 전제로 되어 있으며, 노이즈의 발생은 옆에 있는 부품으로부터의 슬릿광의 반사에 의한 2 차 광이라고 설명되어 있고, 전봉용접관의 절삭부에서 동일한 노이즈발생 상황이 생성되는 경우는 없으므로, 본 발명의 과제에 적용할 수 없는 것은 분명하다.

또한, 일본 공개특허공보 평4-240508호에 개시된 기술에서는, 절삭단차가 발 생된 절삭비드의 광절단 이미지는 단차부분에서 광절단 이미지가 불연속으로 된다는 상황 하에서, 이 단차부분을 불연속상 (허상) 으로 오인식하여 무시한 결과, 절삭불량을 발견해내지 못할 우려가 있다는 문제점이 있었다.

요컨대, 본 발명이 속하는 기술분야에서도, 또한 그 밖의 기술분야에서의 광절단법에 의한 형상인식기술의 분야에서도, 광절단선의 이미지와 주위의 SN 이 저하된 경우일지라도 용접비드 절삭형상을 정확히 계측하는 방법은 아직 발견되어 있지 않다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광절단법에 의한 입체형상측정에 있어서 SN 비의 저하에 기인하는 화상처리 이상부위를 절삭에 의해 생기는 단차부와 용이하게 식별할 수 있게 하는 계측방법 및 계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래의 강관용접비드 검출방법 또는 장치에 관한 발명은 기계적 방법, 와류센서를 사용한 방법, 광학적 방법 등이 제안되어 있다.

(특허문헌 1)

일본 특허공보 소59-2593호

(특허문헌 2)

일본 공개특허공보 2000-176642호

(특허문헌 3)

일본 공개특허공보 평5-133940호

(특허문헌 4)

일본 공개특허공보 평5-18904호

(특허문헌 5)

일본 공개특허공보 평9-72851호

(특허문헌 6)

일본 공개특허공보 소60-135705호

기계적 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 1 에, 주행하는 파이프의 외면용접부의 흔들림을 접촉식 롤러로 검지하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 와류센서를 사용한 방법으로서는 특허문헌 2 에 있어서, 동심원통형상으로 배치된 송신코일 및 수신코일의 내부에서 동심원의 축둘레를 등속 원운동하는 자심을 형성한 검출헤드를 용접비드 상방에 세워 근접배치하고, 자심이 용접비드 상을 통과할 때의 수신코일의 임피던스 변화로부터 자심의 1 회전당 2 회의 통과타이밍을 검출하고, 이들 통과타이밍 상호 간의 소요시간을 연산하여 비교함으로써, 용접비드 중심위치를 검출하는 용접비드의 중심위치 검출방법이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 3 에 있어서는, 와류센서를 대략 1 방향으로 연재시키는 형태로 복수배치하고, 순차적으로, 여자, 피여자, 검출의 역할을 각 와류센서 사이에서 전환시켜 감으로써 피검체를 주사하여 검출파형으로부터 비드위치를 검출하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 광학적 방법으로서는, 특허문헌 4 에 개시되어 있는 바와 같은, 관 표면을 촬상하여 용접부나 모재부 고유의 신호파형 특징량을 추출하여 미리 기억되어 있는 특징량과 부합시킴으로써 이것들을 식별하는 방법이나, 특허문헌 5 에 개시되 어 있는 바와 같은, 강관을 둘레방향으로 회전시키면서 관 표면에 부채형상 광을 조사 또는 점형상 광을 주사한 부채형상 광을 조사하면서 ITV 카메라 등에 의해 관 표면을 촬상하고, 그 영상신호를 노이즈 제거, 기울기 등을 수정한 화상으로 수정처리한 후, 그 화상에 기초하여 원호적용법에 의해 원호를 적용시킨 원호화상과 실화상의 차분을 구하고, 그 차분데이터가 미리 설정한 임계치를 초과한 경우에 용접비드라고 판단함과 동시에, 동시에 그 임계치를 초과한 범위의 폭을 미리 설정한 용접비드폭의 허용범위와 부합시킴으로써 해당 용접비드 위치로 하는, 강관의 용접비드 검출방법이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 6 에서는, 일반적인 용접비드 위치 및 형상의 자동측정기술로서, 용접비드를 상면 및 측면으로부터 촬상하고, 촬상부로부터의 아날로그 화상정보를 회조레벨의 디지털정보로 변환하여 이 디지털화상정보에 기초하여 용접비드의 폭 및 높이 등을 검출하는 비드형상 자동측정장치가 제안되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 에 개시된 접촉식 롤러에 의한 방법의 경우, 비드의 높이가 길이방향으로 거의 일정하고 그 요철이 비교적 급준할 필요가 있고, 비드의 요철이 매우 매끄러운 경우나 비드의 높이가 낮은 경우, 비드의 높이가 길이방향으로 일정하지 않은 경우 등에는 정확한 검출이 불가능하다.

또한, 특허문헌 2 에 개시된 동심원통형상 코일내 동심원운동 자심에 의한 방법의 경우는 피검체인 전봉용접관의 반송 중에 시임 뒤틀림부가 검출장치 위치를 통과하거나, 또는 사행이 발생한 경우에 피검체인 전봉용접관과 검출장치인 동심원통형상 코일이나 동심원운동 자심과의 위치관계가 어긋나서 정확한 용접비드 위치 의 검출이 불가능해진다.

또한, 특허문헌 3 에 개시된 여자, 피여자 및 검출코일 대략 일방향 복수배치법에서는 비드 이외에 관 표면에 부착된 이물이나 표면의 요철 등에서도 반응하기 쉽기 때문에 오검출을 피하기가 어렵고, 또한 전봉용접관과 같은 각종 사이즈의 것을 대상으로 하는 경우, 그것들의 형상의 차이에 맞춰 복수의 검출헤드를 준비해야 하기 때문에 장치의 제작비용이 증대한다.

또한, 이들 와류방식 공통의 문제로서, 위치검출을 한 용접비드의 형상을 평가하기 위해서는 별도형상 측정수단을 설치해야 하기 때문에, 장치의 제작비용이 증대한다는 문제가 있다.

상기한 여러 방법에 비해, 특허문헌 4 나, 특허문헌 5 에 개시된 광학적 방법에서는 비접촉에 의한 검출이 가능하고, 비드의 위치검출 뿐만 아니라 동일한 장치구성으로 비드형상도 평가할 수 있는 등의 이점이 있다. 그러나, 상기한 종래의 광학적 방법에 있어서는 여러 가지의 문제가 있었다.

즉, 특허문헌 4 에 개시된 용접부 모재부 특징량 추출에 의한 방법에 있어서는 비드부와 다른 부분 (모재부: 이후, 소관부) 의 밝기의 차이를 검출하는 방법이 중심이지만, 비드부의 밝기 (휘도) 는 용접조건이나 소관의 판두께에 크게 의존하기 때문에, 안정된 검출이 곤란한 이외에, 특히 비드부의 휘도가 낮으면 비드를 식별할 수 없는 경우가 있다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 5 에 개시된 강관 회전화상 원호적용에 의한 방법에서는 강관을 둘레방향으로 회전시킬 필요가 있지만, 전봉강관의 용접단계에서는 강관은 모 재인 강대와 연속하고 있는 경우가 많아 회전이 불가능한 문제가 있는 것 이외에, 화상처리단계에서 4 점의 데이터로부터 2 개의 원호를 산출하기 때문에, 노이즈처리를 실시하였다고 해도, 일반적으로 화상데이터에 자주 보이는 깔쭉깔쭉한 형상의 영향을 받기 쉽고, 산출되는 비드위치에 오차가 발생하기 쉬운 문제도 있고, 또한 피검체인 전봉용접관의 진원도는 나쁜 경우가 적지 않고, 2 점의 수직이등분선 상에 관의 중심부가 존재한다는 원의 기하학상의 성질을 이용하는 이 방법으로는 검출오차의 발생을 억제하는 데에 한계가 있다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 6 의 카메라 촬상방법에 있어서는 비드위치의 특정방법으로서 1 라인분 화상농담이 급격히 변화하는 점을 탐색하는 것으로 하고 있기 때문에, 비드부의 휘도가 낮은 경우나, 소관부의 표면성상에 따라서는 비드위치를 특정할 수 없는 경우가 있다는 문제가 있었다.

또한, 이들 검출방법 이외에, 특허문헌 5 중에 기재되어 있는 바와 같이, 당업자에 따라서는 광절단법이나 광학적 거리계측법에 의해 비드위치를 포함하는 강관 표면의 프로파일을 계측하고, 그 프로파일 데이터를 처리함으로써 비드위치를 검출하는 방법이 용이하게 상기된다. 그러나, 이 경우, 프로파일 데이터를 처리하는 방법으로서, 비드부에서는 프로파일에 급격한 변화가 발생하는 것을 전제로 하여 어떠한 미분처리를 실시하는 것이 일반적이지만, 최근의 용접기술의 진보로 비드의 경사는 매끄럽게 되어 있는 한편, 이러한 미분처리에서는 광학적인 프로파일 계측으로 발생되기 쉬운 미소한 노이즈가 강조되어 비드위치의 검출이 반대로 어려워진다.

본 발명은 이상 설명한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 슬릿광 또는 점형상 광 주사에 의해 검출되는 소위 광절단법에 의한 전봉용접관의 형상 데이터로부터, 휘도나 프로파일 데이터의 노이즈의 영향을 받지 않고 비드형상을 정확히 검출할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 광학적인 방법으로서는, 특허문헌 7 에 개시되어 있는 바와 같이, 비드 커트 전의, 이동 중의 소관에 슬릿광을 조사하여 얻어지는 광절단 프로파일을 광학적으로 수상하고, 얻어진 광절단 프로파일 수상신호로부터 용접부의 비드의 폭과 높이를 검출하고, 이렇게 하여 얻어진 비드의 폭과 높이의 검출치에 기초하여 용접부의 메탈 플로우 각도를 연산하는, 전봉용접관의 메탈 플로우 각도 측정방법이 제안되어 있다.

(특허문헌 7)

일본 특허공보 소60-7586호

또한, 특허문헌 8 에서는, 비드 커트 전의, 이동 중인 소관의 용접부에 슬릿광을 조사하여 얻어지는 광절단 프로파일을 광학적으로 각각 수상하고, 얻어진 광절단 프로파일 수상신호로부터 상기 용접부의 비드의 경사위치를 기준으로 하는 상기 비드의 최대높이의 3/4∼1/3 의 범위내의 소정 높이에 해당하는 상기 비드의 표면위치를 검출하고, 이렇게 하여 얻어진 상기 소정 높이에 해당하는 상기 비드의 표면위치에 있어서의 상기 경사위치로부터의 수평거리와 상기 소정 높이에 기초하여, 상기 용접부의 메탈 플로우 각도를 연산하는, 전봉용접관의 용접부 메탈 플로우 각도 측정방법이 제안되어 있다.

(특허문헌 8)

일본 특허공보 소60-25234호

그러나, 특허문헌 1 에 개시된 접촉식 롤러와 속도계를 병용한 경우, 비드의 높이가 길이방향으로 거의 일정하고 그 요철이 비교적 급준할 필요가 있고, 비드의 요철이 매우 매끄러운 경우나 비드의 높이가 낮은 경우, 비드의 높이가 길이방향으로 일정하지 않은 경우 등에는 정확한 검출이 불가능하다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 7 에서는, 용접비드의 형이 사다리꼴인 것으로 간주하고, 그 폭과 높이의 비와 메탈 플로우 각도의 관계가 실험식에 기초하는 형상 지수 연산회로에 의해서 산출되게 되어 있지만, 최근의 용접기술의 진보에 의해 비드의 상승각도는 작아져 있고, 또한 판두께나 용도 등에 따라서도 최적으로 되는 상승각도가 변화하므로, 각각의 경우에 검량선을 실험적으로 구하여 전환하여 운용하는 것은 매우 번잡하게 된다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 8 에서는, 전술한 문제에 추가하여, 비드 높이의 3/4, 1/3 에서의 비드폭의 정보를 이용하고 있기 때문에, 비드의 형상이 3 각형이나 사다리꼴로부터 벗어난 형상인 경우, 예를 들어 높이의 1/3∼3/4 의 부분이 수직인 경우에는 메탈플로연산의 분모가 제로로 되어 연산결과가 이상으로 되는 문제가 있었다.

또한, 용접비드부를 포함하는 관의 횡단방향 (축과 수직방향의) 형상을 검출하고, 그 미분치에 의해 비드위치나 상승각도를 산출하는 방법도 생각되지만, 이러한 방법에서는 검출한 형상 데이터에 노이즈가 실려 있는 경우에, 미분연산에 의해 그것이 강조되어, 비드형상의 오검출이나 상승각 산출의 오차가 커진다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상 설명한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광절단법에 의해 검출되는 전봉용접관의 형상 데이터로부터, 고정밀도로 비드형상을 검출하는 것을 과제로 하는 것이다.

발명의 개시

청구항 1 의 발명은, 전봉용접관의 용접부에 생성된 관 내면 또는 외면의 비드를 절삭한 후의 형상을 계측하는 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법에 있어서, 상기 비드부에 조사한 슬릿광의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 상기 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는 지합부영역의 최대휘도를 각각 구하고, 상기 관축방향의 최대휘도와 지합부영역의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 휘도를 임계치로 하고, 그 임계치보다 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고, 그 의사 단면방향좌표를 폭방향으로 나열하여 얻어지는 의사 단면형상과, 상기 슬릿광의 광원, 상기 촬상수단 및 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드 절삭형상을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법에 의해 상기 목적을 달성한 것이다.

청구항 2 의 발명은, 전봉용접관의 용접부에 생성된 관 내면 또는 외면의 비드를 절삭한 후의 형상을 계측하는 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법에 있어서, 상기 비드부에 조사한 슬릿광의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도가 소정의 고정 임계치 이상인 경우는 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고, 상기 최대휘도가 상기 소정의 고정 임계치를 하회하는 경우는 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 상기 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는 지합부영역의 최대휘도를 각각 구하고, 상기 관축방향의 최대휘도와 지합부영역의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 휘도를 임계치로 하고, 그 임계치보다 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고, 그 의사 단면방향좌표를 폭방향으로 나열하여 얻어지는 의사 단면형상과, 상기 슬릿광의 광원, 상기 촬상수단 및 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드 절삭형상을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법에 의해 상기 목적을 달성한 것이다.

청구항 3 의 발명은, 절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과, 상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과, 그 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상 의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 그 최대휘도가 되는 관축방향좌표를 산출하는 제 1 연산회로와, 어느 폭방향좌표에 있어서의 상기 관축방향의 최대휘도가 되는 관축방향좌표로부터 소정 화소수 이상 벗어난 지합부의 최대휘도를 산출하는 제 2 연산회로와, 상기 제 1 연산회로 및 제 2 연산회로의 출력으로부터 소정 연산식에 따라 산출되는 임계치보다 휘도가 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 적산회로와, 상기한 바와 같이 산출된 관축방향좌표의 가중평균을 폭방향으로 나열하여 의사 단면형상을 생성하는 화상 재구성회로와, 상기 슬릿광원, 상기 촬상수단 및 상기 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드 절삭형상을 산출하여 표시하는 좌표연산회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측장치에 의해 상기 목적을 달성한 것이다.

청구항 4 의 발명은, 절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과, 상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과, 그 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 그 최대휘도가 되는 관축방향좌표를 산출하는 제 1 연산회로와, 상기 어느 폭방향에 있어서의 관축방향의 최대휘도가 소정의 고정 임계치 이상인지의 여부를 판정하는 분기회로와, 어느 폭방향좌표에 있어서의 상기 관축방향의 최대휘도가 되는 관축방향좌표로부터 소정 화소수 이상 벗어난 지합부의 최대휘도를 산출하는 제 2 연산회로와, 상기 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도와 지합부의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 임계치보다 큰 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 제 1 적산회로와, 상기 소정의 고정 임계치 이상의 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 제 2 적산회로와, 상기한 바와 같이 산출된 제 1 적산회로 및 제 2 적산회로의 출력을, 상기 분기회로의 출력에 따라 선택하고 폭방향으로 나열하여 의사 단면형상을 생성하는 화상 재구성회로와, 상기 슬릿광원, 상기 촬상수단 및 상기 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드 절삭형상을 산출하여 표시하는 좌표연산회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측장치에 의해 상기 목적을 달성한 것이다.

삭제

청구항 6 의 발명은, 전봉용접관의 용접부에 생성된 관 내면 또는 외면의 비드위치에 조사한 슬릿광의 이미지인 광절단 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 산출하는 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법에 있어서, 그 광절단 이미지와 그 광절단 이미지를 소정 화상처리수단에 의해 세선화한 후의 광절단 이미지를 포갠 화상을 표시하도록 하고, 세선화한 후의 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소에 대응하는 광절단화상 상의 광절단 이미지의 휘도 및 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도와의 비로부터 정해지는 SN 비에 따른 색으로 착색하여 표시하도록 한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법이다.

청구항 7 의 발명은, 청구항 6 의 발명에 있어서, 조사한 슬릿광의 이미지인 광절단 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단 이미지에 대하여 그 광절단 이미지를 소정 화상처리수단에 의해 세선화한 후의 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소에 대응하는 광절단화상 상의 광절단 이미지의 휘도 및 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도와의 비로부터 정해지는 SN 비에 따른 색으로 분류하여 착색하고, 상기 광절단 이미지와 포개어 화상표시하도록 한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법이다.

삭제

청구항 9 의 발명은, 절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과, 상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 슬릿광의 이미지를 1 개의 화소로 표시하도록 처리하는 세선화 처리회로와, 상기 세선화된 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소가 대응하는 광절단화상 상의 슬릿광 화상의 휘도와 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도의 비로부터 정해지는 SN 비에 따라 착색하는 세선변환회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측장치이다.

청구항 10 의 발명은, 청구항 9 의 발명에 있어서, 절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과, 상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 슬릿광의 이미지를 1 개의 화소로 표시하도록 처리하는 세선화 처리회로와, 상기 세선화된 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소가 대응하는 광절단화상 상의 슬릿광 화상의 휘도와 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도의 비로부터 정해지는 SN 비에 따라 착색하는 세선변환회로와, 상기 광절단화상과 상기 세선변환회로가 출력하는 채색된 세선화 결과를 동일 화상 상에 포개는 화상합성회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측장치이다.

청구항 11 의 발명은, 전봉용접관의 용접부에 슬릿광을 조사 또는 점형상 광을 주사하고, 용접부표면에 조사된 슬릿광의 이미지 또는 주사된 점형상 광의 궤적의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시하는 광절단법에 의해 그 전봉용접관의 비드형상을 검출하는 전봉용접관의 비드형상 검출방법에 있어서, 전봉용접관의 프로파일로부터 소정 산출식에 의해 임시 비드정점의 좌표를 산출하고, 그 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로 근사하여 제 1 근사곡선을 구하고, 그 전봉용접관의 프로파일과 상기 제 1 근사곡선과의 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점의 좌 표를 산출하고, 상기 임시 비드정점의 좌표와 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점의 좌표로부터 소정 산출식에 의해 비드의 임시 존재범위를 산출하고, 상기 전봉용접관의 프로파일로부터 상기 비드의 임시 존재범위를 제외한 소관부형상을 2 차 이상의 짝수차 다항식으로 근사하여 제 2 근사곡선을 구하고, 상기 전봉용접관의 프로파일과 상기 제 2 근사곡선의 편차가 소정 임계치보다 크게 되는 영역중에서, 상기 임시 비드정점의 좌표를 포함하는 영역을 비드로서 특정하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법이다.

청구항 12 의 발명은, 전봉용접관의 용접부에 어느 각도로 슬릿광을 조사 또는 점형상 광을 주사하는 투광수단과, 상기 투광수단이 용접부에 조사된 이미지를, 상기 어느 각도와 다른 각도로부터 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단에 의해 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 프로파일을 산출하는 프로파일 산출수단과, 그 전봉용접관의 프로파일로부터 소정 산출식에 의해 임시 비드정점의 좌표를 산출하는 임시 정점 산출수단과, 그 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로서 소정 회귀식에 의해 근사하는 제 1 회귀 연산수단과, 상기 제 1 회귀 연산수단의 출력과, 상기 프로파일 산출수단의 출력으로부터 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점의 좌표를 산출하는 교점 산출수단과, 상기 교점의 좌표와 상기 임시 비드정점의 좌표로부터, 소정 산출식에 의해 비드의 임시 존재범위를 산출하는 제 1 범위 산출수단과, 상기한 바와 같이 하여 산출된 비드의 임시 존재범위를 제외한 범위의 전봉용접관의 프로파일을 2 차 이상의 짝수차 다항식으로 근사하는 제 2 회귀 연산수단과, 상기 제 2 회귀 연산수단의 출력과 상기 전봉 용접관의 프로파일과의 편차가 소정 임계치보다 크게 되는 영역중에서, 상기 임시 비드정점의 좌표를 포함하는 것을 용접비드의 범위로서 출력하는 제 2 범위 산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출장치이다.

청구항 13 의 발명은, 전봉용접관의 용접에 의한 비드부를 포함하는 관 표면에 슬릿광을 조사 또는 점형상 광을 주사하고, 상기 비드부를 포함하는 관 표면에 조사된 슬릿광의 이미지 또는 주사된 점형상 광의 궤적의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상하여 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 검출하는 전봉용접관의 비드형상 검출방법에 있어서, 화상처리의 결과 산출된 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터에 대하여, 미리 설정한 비드부 좌우 양단의 경계와, 별도 산출된 비드부의 정점위치에 의해, 비드부에 상당하는 부분의 관 표면의 형상 데이터를 구하고, 그 비드부에 상당하는 부분의 관 표면의 형상 데이터를 좌우 2 개의 영역으로 나눠, 좌우 각각의 형상 데이터에 대해서, 함수에 의해 근사하여 좌우 각각의 비드형상의 근사함수를 구하고, 또한, 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 비드부에 상당하는 부분의 관 표면의 형상 데이터를 제외한 소관형상 데이터에 대해서, 함수에 의해 근사하여 소관형상의 근사함수를 구하고, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 높이, 상승각, 비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출함으로써 상기 과제를 해결한 것이다.

청구항 14 의 발명은, 청구항 13 의 발명에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드 형상의 근사함수를, 2 개 이상의 상이한 기울기를 갖는 직선을 연결한 함수로 하고, 각 연결점의 위치, 각각의 직선의 기울기와 절편을 파라미터로 하여, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터와의 오차를 최소로 하도록 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 15 의 발명은, 청구항 13 또는 14 의 발명에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수와의 교점을 비드부 양단의 경계로서 산출하고, 그것에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 상승각 및 비드부와 소관형상의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출하도록 한 것이다.

청구항 16 의 발명은, 청구항 13 내지 15 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 비드부의 정점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 비드형상의 근사함수의 값과, 상기 소관형상의 근사함수의 값과의 차를 비드 높이로서 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법을 제공하는 것이다.

청구항 17 의 발명은, 청구항 13 내지 15 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수와의 교점을 비드부 양단의 경계로서 산출하고, 산출된 교점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와 상기 소관형상의 근사함수의 미분계수를 각각 산출하고, 이에 기초하여 좌우 비드의 상승각을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법을 제공하는 것이다.

청구항 18 의 발명은, 전봉용접관의 용접부를 포함하는 관 표면에 슬릿광을 조사 또는 점형상 광을 주사하는 투광수단과, 상기 투광수단으로부터 상기 용접부 를 포함하는 관 표면에 조사된 이미지를 상기 투광수단과 다른 각도로부터 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단에 의해 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 산출하는 비드형상 산출수단과, 상기 비드형상 산출수단에 의해 산출된 비드형상 데이터에 기초하여, 비드의 정점위치 및 비드부와 비드부를 제외한 소관부와의 경계위치를 각각 산출하는 정점위치 설정회로 및 비드범위 설정회로와, 상기 정점위치 설정회로 및 비드범위 설정회로가 출력하는 정점위치 및 그 정점위치를 사이에 둔 좌우의 경계위치에 기초하여, 좌우 각각의 비드형상의 근사함수를 산출하는 비드형상 근사회로와, 상기 비드범위 설정회로가 출력하는 좌우의 경계위치보다 외측의 소관형상 데이터에 기초하여, 소관형상의 근사함수를 산출하는 소관형상 근사회로와, 상기 비드형상 근사회로가 출력하는 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 소관형상 근사회로가 출력하는 소관형상의 근사함수와의 교점을, 좌우의 경계위치로서 재설정하는 비드범위 재설정회로와, 상기 비드범위 설정회로, 비드형상 근사회로, 소관형상 근사회로의 각각의 출력에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 높이, 상승각, 비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출하는 특징량 산출회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출장치를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 작용을 나타내는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 광절단선의 산출방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 광절단선의 산출방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 4 는 본 발명에 관한 전봉용접관의 비드 절삭형상 계측장치를 구비한 내면비드 트리머를 나타낸 개략도이다.

도 5 는 본 발명에 관한 비드 절삭형상 계측장치의 요부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6 은 본 발명의 실시예 1 에 관한 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상 계측예를 나타내는 도면이다.

도 7 은 도 6 의 측정화상에 대하여 실시예 1 의 화상 재구성회로가 출력하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상을 나타내는 도면이다.

도 8 은 별도의 전봉용접관 제조시에 실시예 1 의 출력에 형상이상이 관찰된 예를 나타내는 도면이다.

도 9 는 도 8 에 상당하는 관내위치의 비드 절삭부를 샘플채취하고, 그 비드 절삭형상을 오프라인 계측한 결과를 나타내는 도면이다.

도 10 은 본 발명의 실시예 2 에 관한 비드 절삭형상 계측장치의 요부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 11 은 동일하게 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상 측정결과를 나타내는 도면이다.

도 12 는 도 11의 화상에 대하여, 실시예 2 의 화상 재구성회로가 출력하는, 전봉용접관의 비드 절삭형상을 나타내는 도면이다.

도 13 은 광절단법의 원리를 설명하는 개략도이다.

도 14 는 광절단법에 의해 전봉용접관의 비드 절삭부를 계측한 경우에, 광절단화상의 일부의 휘도가 현저히 저하되어 있는 예를 나타내는 도면이다.

또, 도 1 내지 도 14 중에서 사용되는 부호의 의미는 다음과 같다.

110: 전봉용접관 112: 비드 트리머

114: 절삭바이트 116: 지지아암

120: 광원 124: 광원전원

130: 카메라 132: 렌즈

134: 카메라전원 136: 반사경

150: 측정헤드 152, 154: 창

160: 케이블 170: 제어장치

172: 화상데이터 변환회로 174: 제 1 연산회로

176: 제 2 연산회로 178: 적산회로

180: 화상 재구성회로 182: 좌표연산회로

184: 분기회로 186: 제 2 적산회로

190: 표시장치 192: 기록장치

도 15 는 본 발명에 관한 전봉용접관의 비드 절삭형상 계측장치를 구비한 내면비드 트리머를 나타낸 개략도이다.

도 16 은 본 발명에 관한 비드 절삭형상 계측장치의 요부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 17 은 본 발명의 실시예 1 에 관한 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상 계측예를 나타내는 도면이다.

도 18 은 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상을 세선화 처리한 화상예를 나타내는 도면이다.

도 19 는 화상합성회로가 출력하는 화상예를 나타내는 도면이다.

도 20 은 본 발명의 실시예 2 에 관한 비드 절삭형상 계측장치의 요부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 21 은 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상 계측예를 나타내는 도면이다.

도 22 는 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상을 세선화 처리한 화상예를 나타내는 도면이다.

도 23 은 세선변환회로가 출력하는 화상예를 나타내는 도면이다.

도 24 는 본 발명의 실시예 3 에 관한 비드 절삭형상 계측장치의 요부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 25 는 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상 계측예를 나타내는 도면이다.

도 26 은 전봉용접관의 비드 절삭부의 광절단화상을 세선화 처리한 화상예를 나타내는 도면이다.

도 27 은 동일하게 화상합성회로가 출력하는 화상예를 나타내는 도면이다.

도 28 은 광절단법의 원리를 설명하는 개략도이다.

도 29 는 광절단법에 의해 전봉용접관의 비드 절삭부를 계측한 경우에, 광절단화상의 일부의 휘도가 현저히 저하되어 있는 예를 나타내는 도면이다.

도 30 은 절삭부의 휘도를 높인 경우에, 비절삭부에 헐레이션이 발생하고 있는 예를 나타내는 도면이다.

또, 도 15 내지 도 30 중에서 사용되는 부호의 의미는 다음과 같다.

210: 전봉용접관 212: 비드 트리머

214: 절삭바이트 216: 지지아암

220: 광원 224: 광원전원

225: 카메라전원 230: 카메라

232: 렌즈 250: 측정헤드

252, 254: 창 270: 제어장치

272: 화상데이터 변환회로 275: 세선화 처리회로

277: SN 비 검출회로 281: 화상합성회로

288: 세선변환회로 290: 표시장치

도 31 은 본 발명에 관한 전봉용접관의 용접비드 검출장치의 요부의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 32 는 프로파일 데이터 처리장치를 구성하는 연산회로군의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 33 은 전봉용접관의 비드 부근의 광절단화상의 예를 나타내는 도면이다.

도 34 는 전봉용접관의 비드 부근의 광절단화상을 세선화 처리한 프로파일 데이터를 나타내는 도면이다.

도 35 는 제 1 회귀 연산회로가 출력하는, 프로파일 데이터 전체에 대한 회귀 연산으로 산출한 2 차 함수의 제 1 근사곡선의 모습을 나타내는 도면이다.

도 36 은 제 2 회귀 연산회로가 산출한 제 1 범위 산출회로의 범위에 대해 최소제곱 회귀 연산 결과 얻어진 4 차 함수의 제 2 근사곡선의 모습을 나타내는 도면이다.

도 37 은 편차 산출회로가 산출한 상기 4 차 함수와 프로파일 데이터의 편차 e(x) 의 플롯도이다.

도 38 은 본 실시예와, 동일 광학계 배치에서 용접비드의 실체를 촬영한 사진을 비교하여 나타내는 도면이다.

도 39 는 타원의 상반분의 곡선을 2 차, 4 차, 6 차, 8 차의 다항식으로 회귀한 경우의 다항식의 차수와 근사오차의 RMS (제곱평균의 평방근) 의 관계를 나타낸 도면이다.

또, 도 31 내지 도 39 중에서 사용되는 부호의 의미는 다음과 같다.

301: 투광수단 302: 촬상수단

303: 프로파일 산출장치 304: 프로파일 데이터 처리장치

310: 임시정점 산출회로 311: 제 1 회귀 연산회로

312: 교점 산출회로 313: 제 1 범위 산출회로

314: 제 2 회귀 연산회로 315: 편차 산출회로

316: 제 2 범위 산출회로 320: 전봉용접관

321: 비드

도 40 은 본 발명에 관한 전봉용접관의 비드형상 검출장치의 요부의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 41 은 비드형상 산출수단을 구성하는 회로군의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 42 는 비드부를 포함하는 전봉용접관 표면의 광절단화상의 예를 나타내는 도면이다.

도 43 은 본 발명에 관한 광절단화상을 세선화 처리한 비드부를 포함하는 전봉용접관 표면의 형상 데이터를 나타내는 도면이다.

도 44 는 도 43 의 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터 중의 정점위치보다 좌측의 형상 데이터에 관해, 각 x_p 와 상기 근사오차 E(x_p) 의 관계를 플롯한 도면이다.

도 45 는 원의 상반분의 곡선을 2 차, 4 차, 6 차, 8 차 다항식으로 회귀한 경우의 다항식의 차수와 근사오차의 RMS (제곱평균의 평방근) 의 관계를 나타낸 도면이다.

도 46 은 본 발명에 관한 비드형상 검출방법의 실시예에 있어서, 비드형상 근사회로가 산출한 좌우의 비드형상의 근사함수 f_L(x), f_R(x), 및 소관형상 근사회로가 산출한 소관형상의 근사함수 f_p(x) 를, 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터와 함께 플롯한 도면이다.

또, 도 40 내지 도 46 중에서 사용되는 부호의 의미는 다음과 같다.

401: 투광수단 (광원) 402: 촬상수단 (카메라)

403: 비드형상 산출수단 404: 데이터 처리장치

405: 표시장치 410: 정점위치 설정회로

411: 비드범위 설정회로 412: 비드형상 근사회로

413: 소관형상 근사회로 414: 비드범위 재설정회로

415: 특징량 산출회로 420: 전봉용접관

421: 용접비드

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.

광절단 이미지를 CCD 카메라와 같은 이차원 촬상수단으로 촬상한 경우를 생각하면 지합부와 슬릿광의 조사영역을 합친 영역이 표시화면에 표시되는 것이 상정된다. 이를 이하, 광절단화상이라 칭하는 것으로 하면 그 광절단화상 중, 도 1(a) 와 같은 이차원 메시의 표시화상으로서 슬릿광 조사역의 광절단 이미지가 포착된다. 도 1(a) 중, 이차원 메시로 구획되는 좌측하부 모서리의 화소의 더욱 좌측하부 모서리의 코너를 원점으로 하고, 폭방향으로 X 축, 관축방향으로 Y 축을 취하면 전술한 좌측하부 모서리의 화소에 관하여, 대각선 중심을 대표점으로 할 수 있고, 그 좌표를 X ＝ X1, Y ＝ Y1 로 정한다. 그렇게 하면, 각 화소는 그 좌표를 X ＝ Xi, Y ＝ Yj 로 정할 수 있다.

전술한 광절단화상에는 지합부도 포함시켜 슬릿광 조사역의 광절단 이미지가 표시되어 있고, 그 광절단화상 중, X 좌표 X ＝ Xi, Y 좌표 Y ＝ Yj 로 대표되는 어느 화소에 관하여, 그 화소에서의 휘도가 I (Xi, Yj) 인 것으로 한다.

여기서 다음 식과 같이 정의되는 Y 좌표 Yj 와 휘도 I (Xi, Yj) 의 가중평균 S(Xi) 을, X ＝ Xi 에서의 광절단선의 Y 좌표로 한다.

S (Xi) ＝ ΣYj I (Xi, Yj) / ΣI (Xi, Yj)

여기서 만일, 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는, 도 1 중에서 말하자면 (b) 중에 나타내는 지합부에, 간접반사광이나 배광 등의 외란성분이 있으면 그 성분도 가산되어 오차가 되지만, 광절단화상에 있어서 Y 축방향에서 휘도최대가 되는 것은 슬릿광 조사역이며, 그 Y 방향의 확장은 아주 조금이고, 그 확장 정도도 미리 알 수 있다. 따라서, 슬릿광 조사역으로부터 벗어나는 영역의 Y 좌표의 범위는 노이즈로 간주할 수 있다.

따라서, 다음에 기술하는 (1)∼(3) 의 수순에 의해, 각 X 좌표에 있어서, 광절단선의 Y 좌표를 구하도록 한다.

(1) Y 축방향의 최대휘도가 되는 Y 좌표 (복수 존재하는 경우에는 그 평균치) Y0 과 그 점에서의 휘도 I0 을 구한다.

(2) 미리 정한 화소수 N_w 를 사용하여 0 ≤ Y ≤ Y0 － N_wΔY, Y0 ＋ N_wΔY ≤ Y ≤ Yn (Yn 은 광절단화상의 Y 방향단의 화소의 대표점의 Y 좌표. ΔY 는 1 화소의 Y 방향길이) 의 범위의 최대휘도 I1 을 구한다.

(3) I0 과 I1 간의 적절한 값 (예를 들어 평균치 (I0 ＋ I1) / 2) 을 임계치 J1 로 하고, Y 방향의 화소휘도가 J1 보다 큰 Y 범위에 있어서 S(Xi) 를 산출한다.

(4) 관축방향으로의 슬릿광 조사역의 상대이동에 따라, 상기 (1)∼(3) 의 수순을 반복한다.

이상과 같은 제 1 실시형태에 관한 광절단선의 Y 좌표의 산출방법의 수순을 정리하여 플로우차트로 나타내면 도 2 에 나타내는 바와 같이 되고, 이러한 연산에 의해, 전봉용접관의 비드 절삭형상의 광절단화상을, 광절단 이미지의 절삭부와 비절삭부에서의 휘도레벨의 차이의 영향을 받지 않고 고정밀도로 계측할 수 있다.

또한, 더욱 비절삭부의 반사광강도가, 도 1(a) 의 하얀 부분으로 나타낸 바와 같은 헐레이션을 일으키고 있는 경우, 즉 계측휘도로 말하면 그것이 도 1(c) 에 상당하는 레인지오버를 일으킬 정도로 충분히 높은 경우나, 지합부로부터의 노이즈는 무시할 수 있을 정도로 작은 경우에는 그러한 반사광 강도가 높은 영역의 단면선 산출을 소정의 고정 임계치 J2 로 치환해도 된다. 요컨대 상기 수순 대신에 다음과 같이 해도 된다.

(1) Y 축방향의 최대휘도가 되는 Y 좌표 (복수 존재하는 경우는 그 평균치) Y0 과 그 점에서의 휘도 I0 을 구한다.

(2) 미리 정한 화소수 N_w 를 사용하여 0 ≤ Y ≤ Y0 － N_wΔY, Y0 ＋ N_wΔY ≤ Y ≤ Yn (Yn 은 광절단화상의 Y 방향단의 화소의 대표점의 Y 좌표. ΔY 는 1 화소의 Y 방향길이) 의 범위의 최대휘도 I1 를 구한다.

(3) I0 이 소정의 고정 임계치 J2 이상인 경우는 X ＝ Xi 에서의 Y 축방향에 서 화소휘도가 J2 이상이 되는 Y 의 범위에 있어서 S(Xi) 를 산출한다.

이 경우에 있어서, J2 는 휘도의 레인지의 최대치로 설정해도 되고, 경험적으로 지합부의 최대휘도 이하가 되지 않는 범위에서 휘도의 레인지의 최대치보다 다소 작게 설정해도 된다.

(4) I0 이 J2 를 하회하는 경우는 I0 과 I1 사이가 적절한 값 (예를 들어 평균치 (I0 ＋ I1) / 2) 을 임계치 J3 (제 1 실시형태로 말하면 J1 에 상당) 으로 하고, Y 방향의 휘도가 J3 보다 큰 Y 범위에서 S(Xi) 를 산출한다.

(5) 관축방향으로의 슬릿광 조사역의 상대이동에 따라, 상기 (1)∼(4) 의 수순을 반복한다.

이러한 제 2 실시형태에 관한 광절단선의 위치의 산출방법의 수순의 플로우차트는 도 3 에 나타내는 바와 같이 되고, 이러한 연산에 의해서, 전봉용접관의 비드, 절삭형상의 광절단화상을, 광절단 이미지의 절삭부와 비절삭부에서의 휘도레벨의 차이의 영향을 받지 않고 고정밀도로 계측할 수 있다.

광절단법을 사용하여, 상기한 바와 같이 산출한 소위 의사단면형상이라고 할 수 있는 전봉용접관 상으로의 슬릿광의 조사 아미지를, 슬릿폭방향 (관축방향) 의 가중평균으로 대표시킨, 광절단선의 X 좌표, Y 좌표는 광절단화상의 화소 어드레스이고, 상기 2 개의 실시형태의 예에서는 광절단화상 좌측하부 모서리를 원점 (0, 0) 으로 하는 2 개의 값의 세트로 되지만, 이것을 전봉용접관의 비드 절삭형상의 참된 단면형상의 실치수로 변환하는 것은 용이하다.

즉, 관축 및 폭방향의 양방과 수직한 방향을 O°로 하는 방향각 정의 하에 서, 광원의 입사각을 α, 촬상수단의 수광각을 β로 하고, 또한 광원이 슬릿광이고, 촬상수단이 카메라인 경우, 슬릿광의 광축과 카메라의 광축이 만드는 평면은 촬상위치에 있어서의 전봉용접관의 접평면과 수직하게 되도록 배치되어 있는 경우, 기하학상의 공식에 의해, 화상 상의 단면위치 (xi, yj) 는 다음 식

xi ＝ Xi

yj ＝ ΔY × Yj × cosα / sin (α ＋ β)

에 의해 전봉용접관의 비드 절삭형상의 참된 단면형상의 실치수의 좌표 (xi, yj) 로 변환할 수 있다. ΔY 는 1 화소의 y 방향의 길이이다.

또는 상기 식 대신에 치수가 이미 알려져 있는 샘플을 촬상하여 (Xi, Yj) 에서 (xi, yj) 로의 변환계수를 조정한 것을 사용해도 된다.

전봉용접관 제조에 있어서, 절삭 전의 용접비드의 폭은 관의 외경의 1/10∼1/5 정도이고, 용접비드가 있는 위치는 미리 개략적으로 알 수 있다. 그 이유는 일반적인 전봉용접관 제조라인에서는 모재인 강대 등의 금속띠 코일의 권출로부터 관의 성형 및 용접까지는 재료인 금속띠가 연속하고 있어 성형롤 등에서 그 위치나 방향이 구속되기 때문에 관의 수평방향의 이동 (패스라인의 변동), 비틀림 등이 발생하였다고 해도, 그것은 기껏해야 비드폭과 같은 정도로밖에 되지 않기 때문이다. 여기서 비드부는 관둘레 위 어느 위치에 있어도 되지만, 이하에서는 간편하게 하기 위해 대략 정상부 부근에 있는 것으로 한다. 물론 이 가정에 의해서 일반성은 조금도 상실되지 않는다.

여기서, 비드부를 포함하여, 비드폭보다 충분히 넓은 범위의 관형상 (이하 전봉용접관의 프로파일) 을 적절한 방법으로 검출하고, 검출된 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로 근사하면, 그 근사곡선은 소관부 뿐만 아니라 위로 볼록한 비드부의 형상을 동시에 근사하려고 하기 때문에, 소관부의 프로파일보다 위, 비드부의 정점부분보다 밑을 지나는 곡선이 된다. 이 곡선을 제 1 근사곡선이라 한다. 여기서, 비드부의 개략적인 정점위치 Xc 를 별도의 수법으로 구하고, 그 개략적인 정점위치로부터 좌우로 탐색하여 제 1 근사곡선과 전봉용접관의 프로파일이 교차하는 점 Xl, Xr 을 구하여, Xl, Xr 및 Xc 의 좌표로부터 개략적인 비드범위 R (Xl'∼Xr') 을 구할 수 있다.

여기서, 제 1 근사곡선을 2 차 함수에 한정하고 있는데, 이는 관의 형상은 비드부의 정점에 관해서 실질적으로 좌우대칭이기 때문에 짝수차 다항식 등의 우함수로 근사하면 되는 바, 4 차 이상의 다항식으로 근사한 경우, 근사곡선에 변곡점이 발생하여 비드부가 강조되어, 소관부와의 교점 산출에 바람직하지 못한 영향을 미치기 때문에, 이를 피한다는 것이 그 이유이다.

그리고, 폭방향좌표 (X 좌표) 에 있어서 R 을 제외한 범위의 프로파일을 2 차 이상의 짝수차 다항식으로 근사하면, 소관부 형상을 상당히 양호한 정밀도로 근사할 수 있다. 이를 제 2 근사곡선이라 한다.

이 근거가 되는 것은 도 39 의 그래프이고, 이것은 타원의 상반분의 곡선을 2 차, 4 차, 6 차, 8 차 다항식으로 회귀한 경우의 다항식의 차수와 근사오차의 RMS (제곱평균의 평방근) 의 관계를 나타내고 있고, 2 차 이상의 짝수차 다항식, 바람직하게는 4 차 이상의 짝수차 다항식에 의해, 타원의 형상을 충분한 정밀도로 회귀시킬 수 있는 것을 나타낸다.

이 성질을 이용하여, 충분한 정밀도로 근사된 소관부의 프로파일과 비드부도 포함한 전봉용접관의 프로파일을 비교하여, 그 편차가 어느 임계치보다 커지는 범위 중, 비드정점의 좌표를 포함하는 영역을 비드로서 특정할 수 있다.

이상의 연산에 있어서는 근사곡선으로서 다항식을 사용하였기 때문에, 최소제곱법을 사용하면, 회귀 연산은 가산, 승산 및 행렬연산만으로 실시할 수 있다. 요컨대, 종래 기술에서 문제가 되었던 진원의 가정이나 미분연산 등을 전혀 사용하지 않기 때문에, 노이즈의 영향을 받지 않고, 또한 노이즈제거를 위한 이동평균이나 좌표마다의 노이즈데이터 제거작업 등의 수고도 필요없다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

(실시예 1)

도 4 는 전봉용접관 (110) 의 내면비드 트리머 (112) 주변을 나타낸 것이고, 도 4 에 있어서 114 가 절삭바이트, 116 이 지지아암, 150 이 본 발명에 의한 비드 절삭형상 계측장치의 측정헤드, 170 이 제어장치, 190 이 표시장치, 그리고 192 가 기록장치이다.

상기 측정헤드 (150) 는 절삭바이트 (114) 의 관 반송방향의 하류측, 바람직하게는 500∼2000 mm 의 위치에 배치되고, 용접 시임부로부터의 복사열이나 용접 부스러기 및 솔리블수의 비산으로부터 계측기기류를 보호하기 위한 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하고, 또한 광학계의 과열이나 물, 오일, 흄 등에 의한 오손을 막기 위해, 세정과 냉각을 겸한 기체퍼지기구를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치 (170), 표시장치 (190) 및 기록장치 (192) 는 제조라인으로부터 떨어진 작업위치, 예를 들어 도시하지 않은 오퍼레이터 조작반 부근에 배치하여, 측정헤드 (150) 와는 지지아암 (116) 을 경유하는 등 하여 케이블 (160) 로 접속되어 있지만, 그 경로 중에서 전기노이즈 등의 혼입을 막기 위해서 시일드 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.

또, 이하의 실시예의 설명에서는 관 내면의 비드 절삭형상의 계측을 실시하는 구성으로 되어 있지만, 본 발명에 의한 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법 및 장치는 관의 외면이더라도 내면과 동일하게 적용할 수 있는 것은 물론이다.

다음에, 측정헤드 (150) 및 제어장치 (170) 의 구성을 도 5 를 이용하여 설명한다. 도 5 에 있어서, 120 은 슬릿광원, 130 은 CCD 카메라, 132 는 렌즈, 124 는 광원전원, 134 은 카메라전원, 172 는 화상데이터 변환회로이다.

여기서, 광원전원 (124), 카메라전원 (134), 화상데이터 변환회로 (172) 및 이하에 설명하는 연산회로군은 제어장치 (170) 로서 1 개의 케이스에 격납되도록 하는 것이 바람직하다. 그 연산회로군이란 제 1 연산회로 (174), 제 2 연산회로 (176), 적산회로 (178), 화상 재구성회로 (180), 좌표연산회로 (182) 이다.

상기 슬릿광원 (120) 은 측정헤드 (150) 내에 있고 전봉용접관 (110) 의 단면과 각도 α 를 이루고, 관둘레방향 (폭방향) 으로 소정 조사폭을 갖고, 관축방향으로는 될 수 있는 한 가늘고, 바람직하게는 0.05 mm 이하의 조사폭을 갖는 직사각형상의 조사 이미지를 형성하는 슬릿광 (121) 을 조사하는 것으로, 이 점에 관해서 는 종래 기술의 것을 답습한다.

여기서, 슬릿광은 반도체 레이저 소자를 발광부에 이용한 것이 널리 사용되고, 또한 조사 이미지를 직사각형상으로 하기 위해서, 나이프에지를 사용한 스크린이나 실린드리컬 렌즈 등을 조합한 것이 일반적으로 시판되고 있다.

또한, 이 각도 α는 90°에 가까울수록 후술의 카메라 (130) 로 관찰하는 비드 절삭형상이 관축방향으로 확대되는데, 동시에 측정헤드 (150) 와 관 내면의 거리변동의 영향도 커지기 때문에, 본 실시예에서는 사전실험에 의해 양자의 밸런스를 고려하여 α ＝ 70°를 적합한 값으로서 사용하였다.

상기 카메라 (130) 는 비드 절삭부에 조사된 슬릿광의 조사 이미지를 전봉용접관 (110) 의 단면과 각도 β 를 이루는 방향으로부터 관찰하는 것으로, 종래부터 공업분야에서 널리 사용되고 있는 ITV 나 CCD, CMOS 등의 반도체 촬상소자를 사용한 카메라를 이용할 수 있다. 또한, 카메라의 결상에 사용하는 렌즈 (132) 는 시판의 카메라용 렌즈를 사용하면 되지만, 필요에 따라 배광 등 불필요한 빛을 광절단화상내로부터 배제시키기 위해 상기 광원의 파장에 맞춘 통과파장역을 가지는 대역통과필터나, 복사열에 의한 카메라 촬상면이나 렌즈의 손상을 방지하기 위한 열선 커트 필터 등을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정헤드 (150) 는 내부의 카메라 (130) 또는 광원 (120), 렌즈 (132) 등의 광학기기를 열이나 물 등으로부터 보호하기 위해 밀폐구조로 하는 것이 바람직하고, 이 경우, 슬릿광 및 카메라 시야의 부분에만 각각 창 (152, 154) 을 연 구조로 하는 것이 바람직하다.

상기 카메라 (130) 의 배치각도는 (α＋ β) 가 약 90°인 것이 바람직하고, 카메라의 화소수 및 시야는 비드부의 폭 및 필요한 분해능에 기초하여 결정하면 된다. 본 발명에서는 광원 (120) 으로부터의 슬릿광 조사각도 α ＝ 70°, 촬상각도 β ＝ 30°, 시야의 범위를 폭 × 높이 ＝ (25 mm × 20 mm), 화소수는 가로 × 세로 ＝ 1300 × 1000 화소를 적합한 값으로서 사용하였다. 그럼으로써, 높이 방향의 분해능은 20/1000 * cos(70°) / sin(70° ＋ 30°) ＝ 0.0069 (mm)

또한, 폭방향의 분해능은 25 / 1300 ＝ 0.0192 (mm)

가 되고, 본 실시예에 있어서는 폭방향 (관둘레방향) 20 μm, 높이 방향 (관축방향) 7 μm 의 분해능으로 비드 절삭형상을 감시가능하다.

또한, 광원 (120) 과 카메라 (130) 의 광축이 정확히 비드 절삭부 상에서 교차하도록 배치하는 것이 적절한 것은 말할 필요도 없지만, 광원 (120) 과 카메라 (130) 의 광축이 이루는 평면이 전봉용접관 (110) 의 진행방향, 즉 관의 중심축을 포함하도록 배치하는 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 이와 같이 광원 및 카메라를 배치함으로써, 관 내면의 광절단 이미지가 광절단화상 상의 Y 축방향으로 신장되는 가상 중심선에 대하여 좌우대칭으로 촬상할 수 있기 때문이다.

또한, 광원 (120) 및 카메라 (130) 는 도 5 와 같이 기울인 상태에서 측정헤드 (150) 에 고정해도 되지만, 장치의 소형화를 도모하기 위해, 함께 광축이 전봉용접관의 중심축과 평행하게 되도록 배치하여, 광축을 반사경 (136) 으로 기울이는 구성으로 해도 된다.

다음에 상기 제어장치 (170) 의 구성 각 부에 관해서 설명한다. 화상데이터 변환회로 (172) 는 카메라 (130) 가 출력하는 화상신호를 각 화소마다의 휘도데이터로 변환하여 출력하는 것으로, 카메라 (130) 에 대응한 화상보드 (프레임 그래버) 로서 최근 널리 시판되고 있는 것을 이용하면 된다.

상기 제 1 연산회로 (174) 는 채취한 화상 중의 각 X 좌표 Xi(i ＝ 0...N) 에 관해서, Y 축방향의 최대휘도 I0 과 그 최대휘도를 나타내는 Y 좌표 Y0 을 산출하는 것으로, 상기 제 2 연산회로 (176) 는 상기 Y0 와 미리 설정한 오프셋 화소수 N_w 및 1 화소의 Y 방향길이 길이 ΔY 를 사용하여, 상기 Y 축방향의 화소데이터 중의 지합부 (0 ≤ Y ≤ Y0 － N_wΔY, Y0 ＋ N_wΔY ≤ Y ≤ Yn) 의 최대치 I1 를 산출하는 것으로, 연산범위가 다를 뿐이고 제 1 연산회로 (174) 와 동일한 구성으로 할 수 있다.

상기 적산회로 (178) 는 전술한 바와 같이 하여 산출된 I0, 및 I1 로부터, 미리 정해진 내분비로 임계치 J1 을 산출하여, X ＝ Xi 인 Y 방향 1 라인의 화소 중, 휘도가 J1 보다 큰 범위에 대해서만, 상기 가중평균 S (Xi) 를 산출한다. 본 실시예에서는 내분비를 1:1 로 하였기 때문에 J1 ＝ (I0 ＋ I1) / 2 로 산출된다.

상기 화상 재구성 회로 (180) 는 이상과 같이 하여 각 X 좌표마다 출력되는 가중평균 S (Xi) 를 각각 X ＝ Xi 에서의 광절단형상으로 하여 화상 Q (Xi, Yj) 로 재구성하는 것이다.

상기 좌표연산회로 (182) 는 광학계의 배치 및 카메라의 해상도로 정해지는 소정 변환식에 기초하여 화상 재구성회로 (180) 가 출력하는 광절단선 좌표 (X 좌표와, 각 X 좌표에 있어서 광절단선의 위치를 나타내는 Y 좌표의 세트) 의 열을 참된 단면형상의 실치수 데이터로 변환하는 것으로, 예를 들어 작용의 항에서 설명한 (xi, yj) 의 연산을 실시하는 회로에서 실현할 수 있다.

다음에, 본 실시예의 실시결과에 대해서 설명한다.

전봉용접관 (110) 의 제조 중에 본 장치의 광원 (120) 으로부터 전봉용접관 (110) 의 비드 절삭부 (111) 에 조사된 슬릿광 (121) 을, 렌즈 (132) 를 경유하여 카메라 (130) 로 관찰한 광절단화상은 도 6 과 같고, 비절삭부에서의 슬릿광 조사 이미지는 밝고 굵은 데 반하여, 절삭부의 슬릿광 조사 이미지는 육안으로는 확인하기 어려운 정도이었다.

이것에 대하여, 화상 재구성회로 (180) 가 출력한 화상은 도 7 과 같고, 광절단화상의 콘트라스트가 절삭부에서 매우 낮음에도 불구하고, 절삭은 정상인 것과, 절삭부와 비절삭부에서 곡률이 다른 모습을 관찰할 수 있었다. 또한, 별도의 전봉용접관 (110) 의 제조 찬스에 있어서 화상 재구성회로 (180) 의 출력화상은 도 8 과 같고, 어떠한 절삭이상에 의해 비드가 다 절삭되지 않고 남는 것을 확인할 수 있었다. 이 도 8 에 상당하는 관내위치의 비드 절삭부를 샘플채취하고 비접촉거리계를 사용하여 오프라인 계측한 결과, 도 9 와 같이 절삭되지 않고 남은 단차의 높이는 0.15 mm 이고, 절삭에 이상이 발생한 경우라도 적확하게 비드 절삭형상을 측정할 수 있음이 확인되었다.

(실시예 2)

도 10 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 측정헤드 내부의 연산회로군의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 도면에 도시되어 있지 않은, 비드 트리머 (112) 및 이것에 설치하는 측정헤드부 (150) 는 상기 기술한 제 1 실시예와 동일한 구성이면 되므로 생략한다.

또, 도 10 에 있어서 제 1 연산회로 (174), 제 2 연산회로 (176), 적산회로 (178; 이하, 제 1 적산회로라고 함), 화상 재구성회로 (180) 는 상기 기술의 실시예 1 과 동일한 것을 사용하면 되고, 본 실시예의 184 는 분기회로, 186 은 제 2 적산회로이다.

상기 분기회로 (184) 는 상기 제 1 연산회로 (174) 가 산출하는 광절단선의 최대휘도 (I0) 와 미리 설정한 고정 임계치 (J2) 의 대소를 판정하여, 제 1 적산회로 (178) 또는 제 2 적산회로 (186) 중 어느 하나를 동작시키도록 하는 회로이고, 시판의 비교회로로 구성할 수 있다.

상기 제 1 연산회로 (174) 는 채취한 화상 중의 각 X 좌표 Xi (i ＝ 0...N) 에 대해서, Y 축방향의 최대휘도 (I0) 와 그 최대휘도를 나타내는 Y 좌표 Y0 을 산출하는 것이고, 분기회로 (184) 는 상기 최대휘도 (I0) 가 소정의 고정 임계치 (J2) 보다 큰지의 여부를 판정하는 회로이고, 제 2 적산회로 (186) 는 해당 Y 방향 1 라인의 화소 중, 휘도가 상기 소정의 고정 임계치 (J2) 보다 큰 범위에만 대하여, 상기 가중평균 S(Xi) 을 산출하는 것으로, 상기 기술한 실시예 1 에서 설명한 적산회로 (178) 의 임계치 (J1) 를 소정의 고정 임계치 (J2) 로 한 것이다.

상기 화상 재구성회로 (180) 도 상기 기술한 실시예 1 과 동일한 것을 사용하면 되지만, 그 입력은 분기회로 (184) 에 의해, 제 1 적산회로 (178) 또는 제 2 적산회로 (184) 중 어느 하나가 선택된다.

다음에, 본 실시예의 실시결과에 관해서 설명한다.

또한 별도의 전봉용접관 (110) 의 제조 중에 본 실시예에 의해 관측한 전봉용접관 내면비드부분의 광절단화상은 도 11 과 같고, 우측에 보이는 비절삭부가 헐레이션을 일으켜 광절단선이 그 밖의 부분보다 큰 폭으로 굵게 되어 있고, 또 그 상하에 노이즈가 발생되어 있는 한편, 절삭부는 상기 기술한 실시예 1 과 같이 육안으로는 확실히 확인할 수 없는 부분도 있었다. 이에 비해, 본 실시예의 화상 재구성회로 (180) 가 출력한 화상은 도 12 와 같고, 헐레이션이나 노이즈의 영향을 받지 않고, 비드 절삭형상을 적절히 측정할 수 있었다.

(실시예 3)

도 15 는 전봉용접관 (210) 의 내면비드 트리머 (212) 주변을 나타낸 것으로, 도 15 에 있어서 214 가 절삭바이트, 216 이 지지아암, 250 이 본 발명에 의한 비드 절삭형상 계측장치의 측정헤드, 270 이 제어장치, 290 이 표시장치, 그리고 292 가 기록장치이다.

측정헤드 (250) 는 절삭바이트 (214) 의 관 반송방향의 하류측, 바람직하게는 500∼2000 mm 의 위치에 배치되어, 용접 시임부로부터의 복사열이나 용접 부스러기 및 솔리블수의 비산으로부터 계측기기류를 보호하기 위한 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하고, 또한 광학계의 과열이나 물, 오일, 흄 등에 의한 오손을 막기 위해, 세정과 냉각을 겸한 기체퍼지기구를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 제어장치 (270), 표시장치 (290) 및 기록장치 (292) 는 제조라인으로부터 떨어진 작업위치, 예를 들어 도시하지 않은 오퍼레이터 조작반 부근에 배치하여, 측정헤드 (250) 와는 지지아암 (216) 을 경유하는 등 하여 케이블 (260) 로 접속되어 있지만, 그 경로 중에서 전기노이즈 등의 혼입을 방지하기 위해 시일드 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.

또, 이하의 실시예의 설명에 있어서는 관 내면의 비드 절삭형상의 계측을 실시하는 구성으로 되어 있지만, 본 발명에 의한 전봉용접관의 비드 절삭형상의 계측방법 및 계측장치는 관의 외면이더라도 내면과 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.

다음에, 측정헤드 (250) 의 구성을 도 16 을 이용하여 설명한다. 도면 1 6 에 있어서, 220 는 슬릿광원 (이하, 간단히 광원), 230 은 카메라, 232 는 렌즈, 224 는 광원전원, 225 는 카메라전원, 272 는 화상데이터 변환회로이다.

여기서, 광원전원 (224), 카메라전원 (225), 화상데이터 변환회로 (272) 및 이하에 설명하는 연산회로군은 제어장치 (270) 로서 1 개의 케이스에 격납되도록 하는 것이 바람직하다. 그 연산회로군이란 세선화 처리회로 (275), 화상합성회로 (281) 이다.

슬릿광원 (220) 은 측정헤드 (250) 내에 있고 전봉용접관 (210) 의 단면과 각도 α 를 이루고, 관둘레방향 (폭방향) 으로 소정 조사폭을 갖고, 관축방향으로는 될 수 있는 한 가늘고, 바람직하게는 0.05 mm 이하의 조사폭을 갖는 직사각형상 의 조사 이미지를 형성하는 슬릿광을 조사하는 것으로, 이 점에 관해서는 종래 기술의 것을 답습한다.

여기서, 슬릿광은 반도체 레이저 소자를 발광부에 이용한 것이 널리 사용되고, 또한 조사 이미지를 직사각형상으로 하기 위해, 나이프에지를 사용한 스크린이나 실린드리컬 렌즈 등을 조합한 것이 일반적으로 시판되고 있다.

또한, 이 각도 α는 조사부로의 수직한 상태를 0°로 하였을 때 90 ℃ 에 가까울수록 후술하는 카메라로 관찰하는 비드 절삭형상이 관축방향으로 확대되지만, 동시에 측정헤드 (250) 와 관 내면의 거리변동의 영향도 커지기 때문에, 본 실시예에서는 사전실험에 의해 양자의 밸런스를 고려하여 α ＝ 70°를 적합한 값으로서 사용하였다.

카메라 (230) 는 비드 절삭부에 조사된 슬릿광의 조사 이미지를 전봉용접관 (210) 의 단면과 각도 β 를 이루는 방향으로부터 관찰하는 것으로, 종래부터 공업분야에서 널리 사용되고 있는 ITV 나 CCD, CMOS 등의 반도체 촬상소자를 사용한 카메라를 이용할 수 있다. 또한, 카메라의 결상에 사용하는 렌즈 (232) 는 시판중인 카메라용 렌즈를 사용하면 되지만, 필요에 따라, 배광 등 불필요한 빛을 광절단화상내로부터 배제하기 위해 상기 광원의 파장에 맞춘 통과파장역을 가지는 대역통과필터나, 복사열에 의한 카메라 촬상면이나 렌즈의 손상을 방지하기 위한 열선 커트 필터 등을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 측정헤드 (250) 는 내부의 카메라 또는 광원, 렌즈 등의 광학기기를 열이나 물 등으로부터 보호하기 위해 밀폐구조로 하는 것이 바람직하고, 이 경우, 슬릿광 및 카메라 시야의 부분에만 각각 창 (252, 254) 을 연 구조로 하는 것이 바람직하다.

카메라의 배치각도는 (α ＋ β) 가 약 90° 인 것이 바람직하고, 카메라의 화소수 및 시야는 비드부의 폭 및 필요한 분해능에 기초하여 결정하면 된다. 본 발명에서는 광원으로부터의 슬릿광 조사각도 α ＝ 70°, 촬상각도 β ＝ 30°, 시야의 범위를 폭 × 높이 ＝ (25 mm × 20 mm), 화소수는 가로 × 세로 ＝ 1300 × 1000 화소를 적합한 값으로서 사용하였다. 그럼으로써, 높이 방향의 분해능은

20/1000 * cos(70°) / sin(70° ＋ 30°) ＝ 0.0069 (mm)

또한, 폭방향의 분해능은 25/1300 ＝ 0.0192 (mm)

또한, 광원 (220) 과 카메라 (230) 의 광축이 정확히 비드 절삭부 상에서 교차하도록 배치하는 것이 적절한 것은 말할 필요도 없지만, 광원 (220) 과 카메라 (230) 의 광축이 이루는 평면이 전봉용접관의 진행방향 즉 관의 중심축을 포함하 도록 배치하는 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 이와 같이 광원 및 카메라를 배치함으로써, 관 내면의 광절단 이미지가 광절단화상 상의 Y 축방향으로 신장되는 가상 중심선에 대하여 좌우대칭으로 촬상할 수 있기 때문이다.

또한 광원 (220) 및 카메라 (230) 는 도 16 과 같이 기울인 상태에서 측정헤드 (250) 에 고정해도 되지만, 장치의 소형화를 도모하기 위해 함께 광축이 전봉용 접관의 중심축과 평행하게 되도록 배치하여 광축을 반사경 (236) 으로 기울이는 구성으로 해도 된다.

다음에 제어장치 (270) 의 구성 각 부에 관해서 설명한다. 화상데이터 변환회로 (272) 는 카메라 (230) 가 출력하는 화상신호를 각 화소마다의 휘도데이터로 변환하여 출력하는 것으로, 카메라 (230) 에 대응한 화상보드 (프레임 그래버) 로서 최근 널리 시판되고 있는 것을 이용하면 된다.

세선화 처리회로 (275) 는 채취한 화상 중의 슬릿광의 이미지의 세선화 처리를 하는 것으로, 이것은 종래 공지인 세선화 처리수단이나, 본원 발명자들이 여기서 제안하는 세선화 처리방법을 이용하면 된다.

화상합성회로 (281) 는 상기한 바와 같이 하여 세선화 처리한 슬릿광의 화상과, 화상데이터 변환회로가 출력하는 원래의 광절단화상 (원화상) 을 겹치는 것으로, 구체적으로는 화상 중의 동일좌표의 화소끼리에 있어서 값의 가산, 논리합, 또는 원화상 상에 세선만을 덧쓰는 등의 연산수단을 하는 것이다.

다음에, 본 실시예의 동작에 관해서 설명한다.

도 17 은 전봉용접관 (210) 제조시에 본 실시예의 장치에서 관찰된 절삭비드의 광절단화상이고, 도 18 은 도 17 의 광절단 이미지의 세선화 처리결과이다. 여기서, 도 18 중의 화살표로 나타내는 바와 같이, 세선화 결과에 오목형상의 노치가 발생되어 있는데, 이는 도면 18 의

표시의 위치에 산란광노이즈가 있었기 때문이다. 이는 본 실시예의 출력이 도 19 와 같이 되는 것을 통해 알 수 있다. 본 발명에 의하면, 도 19 와 같이 원화상 및 세선화 결과의 양방을 확인할 수 있기 때문에, 이러한 산란광 노이즈에 기인하는 노치를 절삭단차로 오인식하는 것을 회피할 수 있다.

(실시예 4)

도 20 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 제어장치 (270) 내부의 연산회로군의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 도면에 도시되어 있지 않은, 비드 트리머 (212) 및 그것에 설치하는 측정헤드부 (250) 는 상기 기술한 제 1 실시예와 동일한 구성이면 되므로 생략한다.

또한, 도 20 에 있어서 화상데이터 변환회로 (272), 세선화 처리회로 (275) 는 상기 기술한 실시예 1 과 동일한 것을 사용하면 된다.

SN 비 검출회로 (277) 는 세선화 처리를 할 때의 화상 중의 동일 X 좌표에 있어서의, 광절단선의 이미지의 휘도와 광절단선으로부터 벗어난 부분의 휘도의 비를 각 X 좌표마다 산출하는 것으로, 기지의 최대치 탐색회로와 제산회로의 조합으로 실현할 수 있다.

또한, 세선변환회로 (288) 는 세선화 이미지의 세선부분의 화소의 색을, SN 비 연산회로가 출력하는 각 X 좌표의 SN 비에 따라 착색하는 것이고, 그레이 스케일 또는 임의의 색배열로 착색하면 된다. 본 실시예에서의 적합한 예로서는 표 1 과같이 SN 비에 따른 색을 16 단계로 할당하도록 하였다. 표 1 에 관해서는 통례로 알려져 있는 색호칭의 중간색을 많이 사용하게 되므로, R, B, G 각각의 휘도에 의한 표기와 병기하였다.

다음에, 본 실시예의 실시결과에 대해 설명한다.

도 21 은 전봉용접관 (210) 제조시에 본 실시예의 장치에서 관찰된 절삭비드의 광절단화상이고, 도 22 는 도 23 의 광절단 이미지의 세선화 처리결과이다. 여기서, 도 22 중의 화살표로 나타내는 부분은 세선화 결과에 큰 돌기형상의 부분이 발생하고 있는데, 이것은 이 부분의 슬릿광의 휘도가 아주 작기 때문에 세선화 처리시에 이상으로 된 것이 원인이지만, 종래의 선만의 표시로는 그것을 식별할 수 없다. 이에 비해, 도 23 에 나타내는 것이 본 실시예의 세선변환회로가 출력하는 세선화 이미지이고, 도 22 의

표시에 상당하는 부분은 SN 이 최저레벨 (청색, 또는 청록) 인 것이 세선화 이미지의 색으로 판단할 수 있기 때문에, 이 부분 의 절삭형상을 오인식하는 것을 방지할 수 있었다.

(실시예 5)

도 24 는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 제어장치 (270) 내부의 연산회로군의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 도면에 도시되어 있지 않은, 비드 트리머 (212) 및 이것에 설치하는 측정헤드부 (250) 는 상기 기술한 실시예 1 과 동일한 구성이면 되므로 생략한다.

또한, 도 24 에 있어서, 화상데이터 변환회로 (272), 세선화 처리회로 (275) 는 상기 기술한 실시예 1 과 동일한 것을, SN 비 검출회로 (277), 세선변환회로 (288) 는 상기 기술한 실시예 2 와 동일한 것을 사용하면 된다.

다음에, 본 실시예의 실시결과에 관해서 설명한다.

도 25 는 전봉용접관 (210) 제조시에 본 실시예의 장치에서 관찰된 절삭비드의 광절단화상이고, 도 26 은 도 25 의 광절단화상 중에 나타나는 광절단 이미지의 세선화 처리결과이다. 여기서, 도 26 중의 화살표로 나타내는 부분은 세선화 결과에 요철 모양의 형상이 발생되어 있지만, 이것은 이 부분의 슬릿광의 휘도가 아주 작은 것에 더불어 산란노이즈의 영향이 겹쳐, 세선화 처리시에 이상으로 된 것이 원인이지만, 종래의 선만의 표시로는 그것을 식별할 수 없다. 이에 비해, 도 27 에 나타내는 것이 본 실시예의 세선변환회로가 출력하는 세선화 이미지이고, 도 26 의

표시에 상당하는 부분은 SN 이 최저레벨 (청색, 또는 청록) 이며 또한 원래의 광절단선의 이미지로부터 벗어나 있는 것을 명확히 판별할 수 있으므로, 이 부분의 절삭단차와의 오인식을 방지할 수 있었다.

이상 설명한 실시예에 있어서는 광절단선에 착색되는 색의 적합한 예의 표기법으로서 컴퓨터 그래픽스의 분야에서 가장 일반적인 RBG 계통으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, CYMK 등 다른 색표기법에 의해서도 동일한 효과가 얻어지는 것은 분명하다.

또, 이상 설명한 실시예에 있어서는 제어장치 (270) 내의 세선화 처리회로 (275), SN 비 검출회로 (277) 그 밖의 화상처리 연산회로군의 일부 또는 전부는 디지털 컴퓨터내의 소프트웨어 또는 ROM 화 프로그램 등에 의해 실현하더라도 물론 좋다.

(실시예 6)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 관해서 설명한다.

도 31 은 본 발명에 관한 전봉용접관의 비드 검출장치의 장치구성예를 나타내는 개략도이다. 도 31 에서, 320 은 전봉용접관, 301 은 투광수단, 302 는 촬상수단, 303 은 프로파일 산출장치, 304 는 프로파일 데이터 처리장치, 305 는 표시장치이다.

그리고, 도 32 는 프로파일 데이터 처리장치 (304) 의 내부구성을 나타내는 구성도이다. 도 32 에 있어서, 310 은 임시정점 산출회로, 311 은 제 1 회귀 연산회로, 312 는 교점 산출회로, 313 은 제 1 범위 산출회로, 314 는 제 2 회귀 연산회로, 315 는 편차 산출회로, 316 은 제 2 범위 산출회로이다.

도 31 에 있어서, 투광수단 (301) 으로서는 레이저나 램프 등의 발광소자가 방사하는 빛을 실린드리컬 렌즈 등으로 선형상으로 수렴시킨 슬릿광원이나, 조사위 치에서 점형상으로 수렴하는 빛을 미러 등으로 폭방향으로 주사하는 주사점 광원을 사용하면 되지만, 바람직하게는 반도체 발광소자 (LED) 와 렌즈계를 일체로 한 소형의 슬릿광원을 사용하는 것이 바람직하고, 슬릿의 단변폭도 용접비드의 높이에 비해 충분히 작은 것이 바람직하며, 50 μm 이하인 것이 바람직하다. 최종적으로는 피측정부위의 형상은 후술하는 광절단화상처리에 의해 1 개의 선으로서 산출되므로, 이것은 필수는 아니지만 가급적 작은 편이 좋다.

촬상수단 (302) 으로서는 ITV 카메라나, PSD (광학적 위치검출소자) 를 이용할 수 있지만, 후속의 화상처리장치로의 데이터변환 용이성을 고려하면 CCD 카메라를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 31 에서는 생략하고 있지만, 조사광을 결상시키기 위한 렌즈기구, 수광 광량을 적절한 범위로 조절하는 조리개나 셔터기구 등은 일반적으로 적절한 것을 선택하여 장착하면 된다. 여기서, 광원으로서 점 광원을 주사시키는 방식을 채용한 경우에는 적어도 1 회는 폭방향의 전체범위를 주사하는 동안 계속 조사할 필요가 있음은 말할 필요도 없다. 이 조건을 만족하고, 또한 주사가 완료되는 동안에 관 및 비드형상이 변화되지 않으면, 채취된 화상은 슬릿광의 경우나 점 광원 평면주사의 경우나 동등해지므로, 이하에서는 슬릿광원의 경우만 설명한다.

광원인 투광수단 (301) 으로부터의 입사각 α 및 촬상수단 (302) 의 배치각도 즉 촬상각도 β는 (α ＋ β) 가 약 90° 인 것이 바람직하고, 촬상수단 (302) 인 카메라의 화소수 및 시야는 비드부의 폭 및 필요한 분해능에 기초하여 결정하면 된다. 본 발명에서는 광원으로부터의 슬릿광 조사각도 α ＝ 60°, 촬상각도 β ＝ 30°, 시야의 범위를 폭 (가로) × 높이 (세로) ＝ (25 mm × 20mm), 화소수는 가로 × 세로 ＝ 640 × 480 화소를 적합한 값으로서 사용하였다. 그럼으로써, 폭방향의 분해능은

25/640 ＝ 0.0391 (mm)

또한, 높이 방향의 분해능은

20/480 * cos(60°)/sin(60° ＋ 30°) ＝ 0.0209(mm)

가 되고, 본 실시예에 있어서는 폭방향 (관둘레방향) 40 μm, 높이 방향 (관축방향) 20 μm 의 분해능으로 비드형상을 검출할 수 있다.

프로파일 산출장치 (303) 는 도 33 에 예시하는 것 같은 관 표면에 비치는 슬릿광의 이미지를 적절한 화상처리수단에 의해 1 개의 선으로 변환하고, 또한 광원 및 촬상장치의 배치로부터, 즉 조사각도 α나 촬상각도 β로부터 기하계산에 의해, 슬릿광의 이미지 즉 의사적인 단면 프로파일을 관의 두께단면방향의 참된 프로파일 즉 전봉용접관의 프로파일 데이터를 산출하는 것이다. 여기서 화상처리수단으로서는 일반적으로 세선화 처리를 행하는 것을 사용하면 되지만, 바람직하게는 발명자들이 여기서 제안한 세선화 처리수단을 사용하는 것이 좋다. 또한, 본 발명의 목적인 비드형상 검출을 위해서는 관의 프로파일 데이터로서는 간단하게 하기 위해 앞서 기술한 기하계산의 부분을 생략하더라도 특별한 지장은 없다.

다음에, 이하 프로파일 데이터 처리장치 (304) 내부의 각 부에 관해서 설명한다. 앞서 기술한 바와 같이 하여 슬릿광의 조사에 의해 생기는 의사적인 단면 프로파일, 또는 전봉용접관의 프로파일 (모두 세처화처리 후의 것으로 함) 중, 비드부를 횡단하는 방향 (폭방향) 에 X 축을 취하면, 프로파일은 X 좌표에 대응한 높이의 데이터군으로서 나타낼 수 있다.

여기서, 임시정점 산출회로 (310) 는 용접비드의 정점위치 (Xc0) 를 산출하는 것이므로, 예를 들어 프로파일 데이터의 하중평균 (중심위치) 을 산출하도록 구성하면 된다.

이것은 어떤 폭방향 (X 축방향) 좌표에 대해서, 휘도와 그것을 나타내는 화소의 세로축 좌표를 곱셈한 값을 세로축방향으로 가산해 나가고, 그것을 참여한 화소수로 나눈 평균치를 구하고, 또 다른 폭방향 (X 축방향) 좌표에 대해서도 동일하게 평균치를 구하여 폭방향 (X 축방향) 으로 그 평균치를 늘어놓고, 또한 그것들 중에서 세로축의 최대치를 나타내는 X 좌표를 구하도록 하는 것이다.

또는 보다 간단히, 어떤 폭방향 (X 축방향) 좌표에 대해서 최대휘도를 나타내는 화소를, 폭방향 (X 축방향) 으로 늘어놓고, 그것들 중에서 세로축의 최대치를 나타내는 X 좌표를 구하도록 해도 된다.

또한, 제 1 회귀 연산회로 (311) 는 도 34 에 나타내는 바와 같은 프로파일 데이터를 2 차 함수로 회귀하는 것이므로, 공지인 회귀 연산, 바람직하게는 최소제곱 연산칙을 실시하도록 구성하면 된다. 이 제 1 회귀 연산회로 (311) 가 프로파일 데이터를 2 차 함수로 근사한 제 1 근사곡선은 도 35 에 나타내는 바와 같다.

여기서, 도 34 에서는 세로축이 나타내는 비드의 높이로서 상대치를 사용하고 있다. 이 상대치란 앞서 기술한 바와 같이, 본 발명의 목적인 비드형상 검출을 위해서는 전봉용접관의 프로파일 데이터로서 간단하게 하기 위해 기하계산의 부분을 생략한 것을 사용하더라도 특별한 지장이 없는 것과 관련하여, 기하계산의 부분을 생략한 값이라는 의미이다 (이하, 동일).

교점 산출회로 (312) 는 도 35 에 나타내는 바와 같이 프로파일 데이터와 제 1 근사곡선이 교차하는 점 중, 정점 Xc0 의 좌측, 우측에서 각각 가장 가까운 2 점을 골라 각각 Xl, Xr 로 한다.

제 1 범위 산출회로 (313) 는 교점 산출회로 (312) 가 산출한 Xl, Xr 와, 정점의 값 Xc0 에 기초하여, 하기 소관부 회귀에 사용하는 좌표의 범위를 산출한다. 예를 들어 정점과 교점의 3:2 외분점

Xl' ＝ (3Xl － Xc0) / 2

Xr' ＝ (3Xr － Xc0) / 2

에 의해, R: x < Xl', x > Xr'

를 산출하도록 구성하면 되고, 이 외분비는 예를 들어 경험상 평균적인 비드의 경사의 매끄러움을 고려하여 적절히 결정하면 된다.

제 2 회귀 연산회로 (314) 는 전술한 바와 같이 하여 산출된 x 의 범위 R 에서 제 1 회귀 연산회로와 동일한 최소제곱 다항식 회귀 연산을 하도록 구성하면 된다. 단, 제 2 회귀 연산회로 (314) 에 있어서는 산출하는 다항식의 차수는 2 차 이상의 짝수차 다항식이고, 바람직하게는 4 차 이상의 다항식이 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 제 2 근사곡선이 얻어진다. 그런데 이 제 2 근사곡선은 상기 x 의 범위 R 로부터 벗어난 Xl' ≤ x ≤ Xr' 의 영역으로도 보완적으로 연신한다.

편차 산출회로 (315) 는 전봉용접관의 프로파일 데이터가 존재하는 X 좌표의 전체 (광절단화상으로서 화상시야 속에 포착할 수 있다는 의미에서의 전체) 에 걸쳐, 상기 제 2 회귀 연산회로가 출력하는 제 2 근사곡선과, 전봉용접관의 프로파일 데이터와의 편차를 산출하는 것으로, 다항식연산회로와 감산회로로 구성할 수 있다.

그리고, 제 2 범위 산출회로 (316) 는 상기 편차 산출회로 (315) 의 출력이 소정 임계치를 초과하는 범위를 산출하고, 이 범위 중에서 정점 XcO 를 포함하는 부분을 비드의 임시 존재범위로서 출력하는 것으로, 임계치 회로와 비교회로로 구성할 수 있다.

이후, 본 실시예의 동작에 관해서 데이터를 사용하여 설명한다.

투광수단 (301) 으로부터 관 표면에 슬릿광을 조사하여 촬상장치 (302) 에 의해서 촬상한 광절단화상은 도 33 과 같고, 이 광절단화상에 대하여 프로파일 산출장치 (303) 가 산출하는 비드부를 포함한 전봉용접관의 프로파일 데이터를 세선화 처리한 것은 도 34 와 같이 된다. 임시정점 산출회로 (310) 는 이 프로파일 데이터에 대하여 최대치 연산, 또는 가중평균 (중심연산) 등의 수법에 의해 정점을 산출한다. 도 34 에 기입한 Xc0 는 이렇게 하여 산출한 비드의 정점 위치이다.

제 1 회귀 연산회로 (311) 는 프로파일 전체의 2 차식에 의한 최소제곱 회귀연산을 실시하고, 그 결과, 도 35 와 같은 2 차 함수가 출력되고, 동일하게 도 35 에 기입한 Xl, Xr, Xl', Xr' 는 교점 산출회로 (312), 범위 산출회로 (313) 가 각각 위에서 설명한 바와 같이 산출한 X 좌표의 위치이다.

제 2 회귀 연산회로 (314) 는 범위 산출회로 (313) 가 설정한 X 좌표의 범위에 관해서 프로파일 데이터의 제 2 근사곡선을 산출한다. 이 실시예에서는 회귀차수의 적합한 예로서 4 차로 회귀하는 것으로 하였다. 그 결과 얻어진 제 2 근사곡선은 도 36 의 굵은 선과 같이 된다.

편차 산출회로 (315) 는 도 36 의 굵은 선과 전봉용접관의 프로파일 데이터와의 편차 e(x) 를 산출하여 그 결과를 도 37 과 같이 구한다.

그리고, 제 2 범위 산출회로 (316) 는 이 편차 e(x) 가 미리 설정한 임계치를 초과하는 범위를 탐색하고, 그 중, 정점좌표 XcO 를 포함하는 X 좌표의 범위를 산출한다. 본 실시예에서는 임계치의 바람직한 예로서 0.05 를 사용하였다. 그 결과는 도 37 에 기입한 화살표의 범위를 나타내고 있다.

본 발명의 타당성 확인을 위해, 본 실시예의 장치와 동일한 투광수단 및 촬상수단의 배치에 있어서 광원의 발광을 멈추고, 노광시간을 길게 하여 비드를 촬영한 사진과, 본 발명에 의한 비드형상의 화상출력을 비교하여 보는 것으로 하였다. 결과는 도 38 과 같지만, 산출한 비드형상 (도 38 의 하부에 나타낸다) 과 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 실시예에 있어서, 프로파일 산출장치 (303) 및 프로파일 데이터 처리장치 (304) 의 내부구성회로의 일부 또는 전부는 디지털 컴퓨터내의 소프트웨어 또는 ROM 화 프로그램으로서 실현해도 되는 것은 당연하다. 또한, 본 발명의 적용대상은 강관 뿐만 아니라, 구리, 알루미늄, 그 밖의 금속관이더라도 물론 좋다.

도 40 은 본 발명에 관한 전봉용접관의 비드형상 검출장치의 구성예를 나타내는 개략도이다. 도 40 에 있어서, 420 은 전봉용접관, 401 은 투광수단, 402는 촬상수단, 403 은 비드형상 산출수단, 404 는 데이터 처리장치, 405 는 표시장치이다.

상기 투광수단 (401) 으로서는 레이저나 램프 등의 발광소자가 방사하는 빛을 실리드리컬 렌즈 등으로 평면형상으로 수렴시킨 슬릿광원이나, 조사위치에서 점형상으로 수렴하는 빛을 미러 등으로 폭방향으로 주사하는 주사점 광원을 사용하면 되지만, 바람직하게는 반도체 발광소자 (LED) 와 렌즈계를 일체로 한 소형의 슬릿광원을 사용하는 것이 바람직하다. 슬릿의 폭도 용접비드의 높이에 비해 충분히 작은 것이 바람직하며, 50 μm 이하인 것이 바람직하지만, 최종적으로는 피측정부위의 형상은 후술하는 화상처리에 의해 1 개의 선으로서 산출되므로 이것은 필수가 아니다.

상기 촬상수단 (402) 으로서는 ITV 카메라나 PSD (광학적 위치검출소자) 를 이용할 수 있지만, 후속의 화상처리장치로의 데이터변환을 고려하면 CCD 카메라를 사용하는 것이 적합하다. 또한, 도면에서는 생략하고 있지만, 조사광을 결상시키기 위한 렌즈계, 수광 광량을 적절한 범위로 조절하는 조리개나 셔터기구 등은 일반적으로 적절한 것을 선택하여 장착시키면 된다. 여기서, 투광수단 (401) 으로서 점 광원을 주사시키는 형식을 채용한 경우에는 빛이 적어도 1 회는 폭방향의 전체범위를 조사하는 동안에는 노광시키는 것이 필요해진다. 이 조건을 만족하고, 또한 주사가 완료되는 동안에 관 및 비드형상이 거의 정상이면, 채취된 화 상은 슬릿광의 경우나 점 광원주사의 경우나 동등해지므로, 이하에서는 슬릿광원의 경우만 설명한다.

상기 투광수단 (401) 으로부터의 빛의 입사각 α 및 촬상수단 (402) 의 배치각도 β는 (α ＋ β) 가 약 90°인 것이 바람직하고, 카메라의 화소수 및 시야는 비드부의 폭 및 필요한 분해능에 기초하여 결정하면 된다. 본 발명에서는 투광수단 (401) 으로부터의 슬릿광의 조사각도 α ＝ 60°, 촬상각도 β ＝ 30°, 시야의 범위를 폭 × 높이 ＝ (25 mm × 20 mm), 화소수는 가로 × 세로 ＝ 640 × 480 화소를 적합한 값으로서 사용하였다. 그럼으로써, 높이 방향의 분해능은

20/480 * cos (60°) / sin (60° ＋ 30°) ＝ 0.0209 (mm)

또한, 폭방향의 분해능은

25/640 ＝ 0.0391 (mm)

가 되고, 본 실시예에 있어서는 폭방향 (관 횡단방향) 40 μm, 높이 방향 (관축방향) 20 μm 의 분해능으로 비드형상을 검출할 수 있다.

상기 비드형상 산출수단 (403) 은 슬릿광의 이미지를 적절한 화상처리수단에 의해 1 개의 선으로 하고, 다음에 투광수단 (401) 및 촬상수단 (402) 의 배치로 결정되는 기하계산에 의해 비드형상 (프로파일) 을 산출하는 것이다. 여기서, 프로파일이란 전봉용접관의 내면 또는 외면의 윤곽형상을 말하며, 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터는 그 일부를 절취한 것이다. 또한, 화상처리수단으로서는 일반적으로 세선화 처리를 할 수 있는 것으로 알려져 있는 것을 사용하면 되지만, 가급적이면 발명자들이 여기서 제안한 세선화 수단을 사용하는 것이 바람직하 다.

상기 데이터 처리장치 (404) 는 도 41 에 그 내부구성을 나타내는 바와 같이, 정점위치 설정회로 (410) 와, 비드범위 설정회로 (411) 와, 비드형상 근사회로 (412) 와, 소관형상 근사회로 (413) 와, 비드범위 재설정회로 (414) 와, 특징량 산출회로 (415) 를 구비하고 있다.

이하, 데이터 처리장치 (404) 내부의 각 부에 관해서 설명한다.

상기 정점위치 설정회로 (410) 는 상기한 바와 같이 하여 산출되는 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 비드의 정점위치를 설정한다. 이것은 작업자가 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 판단하여 수입력해도 되지만, 보다 바람직하게는 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터 중에서 높이의 최대치를 나타내는 위치를 구하면 된다. 또한, 적절히 가중평균 등의 연산에 의한 처리를 가하여 산출하도록 해도 된다.

상기 비드범위 설정회로 (411) 는 동일하게 상기한 바와 같이 하여 산출되는 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 비드범위를 설정한다. 이것도, 작업자가 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 판단하여 비드부 좌우 양단의 경계를 수입력하고, 좌우 양 경계의 중간에 상당하는 영역을 비드범위로서 설정해도 되고, 또는 특허문헌 3 에 개시되어 있는 바와 같이 인접하는 형상 데이터의 차에 기초하여 경사위치를 검출하도록 해도 되지만, 보다 바람직하게는 정점위치 설정회로 (410) 가 출력하는 비드의 정점위치를 중심으로 하여 미리 설정하는 비드폭을 절반씩 배분하거나, 발명자들이 여기서 제안하고 있는, 전봉용접관의 용접비드형상 검출방법에 개시된 방법에 따라서 설정하는 것이 좋다.

상기 비드형상 근사회로 (412) 는 상기한 바와 같이 설정하는 비드범위를 정점의 좌측 x_l < x < x_c, 우측 x_c < x < x_r 의 둘로 나누고, 각각의 범위에 있어서의 비드부의 형상을 소정 함수로 근사하여 그 함수를 비드부의 좌우 각각의 형상에 대해 결정하는 것이다. 그 바람직한 방법에 관해서는 하기 실시예의 동작의 항에서 설명한다.

상기 소관형상 근사회로 (413) 는 상기한 바와 같이 하여 설정한 비드범위의 형상 데이터를, 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터 제외한 관 표면의 형상 데이터와, 멱함수 등의 소정 형태의 함수로 근사하여 그 함수의 각 계수 등 구체적 파라미터를 산출하는 것이다. 그 바람직한 방법에 관해서는 하기 실시예의 동작의 항에서 설명한다.

상기 비드범위 재설정회로 (414) 는 상기한 바와 같이 하여 결정된 좌우 각각의 비드형상의 근사함수, 소관형상의 근사함수의 값이 교차하는 위치를 비드부와 소관부의 경계위치로서 재인식하는 것으로, 함수치 연산회로와 비교기로 구성할 수 있다.

상기 특징량 검출회로 (415) 는 상기한 바와 같이 산출한 비드범위, 정점위치, 좌우 각각의 비드형상의 근사함수, 소관형상의 근사함수, 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터로부터, 비드의 폭, 높이, 좌우의 상승각, 좌우의 비드부와 소관부의 경계의 단차를 산출하는 것이다.

상기 표시장치 (405) 는 상기 특징량 검출회로 (415) 가 검출하는 비드형상의 특징량을 표시한다. 이것은 각각의 값을 수치나 막대그래프로 시시각각 갱신하여 표시해도 되지만, 바람직하게는 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터나 각각의 특징량을 타임차트로서 표시하는 것도 좋다.

또한, 상기 특징량 검출회로 (415) 의 출력을 도시하지 않은 통신포트나 외부출력회로에 의해, 이것도 도시하지 않은 레코더나 비지니스 컴퓨터 등에 적절한 시간간격으로 출력하여 데이터를 축적하도록 해도 된다.

다음에, 본 실시예의 동작에 관해서 설명한다.

도 42 는 촬상수단 (402) 이 촬상한 비드부를 포함하는 관 표면의 범위를 커버하는 투광수단인 슬릿광원 (401) 의 광절단 이미지이고, 이것을 비드형상 산출수단 (403) 에 의해 세선화 처리하여 표시장치 (405) 상의 좌표로 변환한 결과가, 도 43 과 같은 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터이다. 도 43 에 기재한 화살표는 각각 정점위치 설정회로 (410), 비드범위 설정회로 (411) 가 산출한 비드범위, 정점위치의 x 좌표를 나타내고 있다. 본 실시예에서, 정점위치산출은 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터열 (x_i, z_i) (i ＝ 0, ..., N － 1) 에 대해 소정 비드범위를 정의역으로 하는 비드부를 포함하는 관 표면 형상 데이터 (x_i, z_i) (i ＝ i_L, ..., i_R)의 가중평균

에 의해, x ＝－0.0781 로 산출한 값을 사용하고, 비드범위의 설정은 미리 설정한 개략의 비드폭 W_o ＝ 4 mm 을 사용하여,

x_L ＝ x_c － W_o/2 ＝－2.0781 mm

x_R ＝ x_c ＋ W_o/2 ＝ 1.9219 mm

로 하였다. 여기서, i_L, i_R 는 각각 비드범위의 좌단, 우단에 상당하는 형상 데이터의 어드레스이다. 또한, 이하에서 사용하는 i_c 는 상기한 바와 같이 구해진 x_c 에 상당하는 형상 데이터열의 어드레스이다.

비드형상 근사회로 (412) 는 상기한 바와 같이 하여 설정한 비드의 좌측 절반 (좌측의 경계 x ＝ x_iL 로부터 정점 x ＝ x_ic 까지), 우측 절반 (정점 x ＝ x_ic 로부터 우측의 경계 x ＝ x_iR 까지) 에 대해, 하기 E_L, E_R 를 각각 최소화하는 함수 f_L(X) 를 산출한다.

여기서, 좌측 절반과 우측 절반에서 이하에 설명하는 처리는 동일해지므로, 이후, 대표로 합 기호 등은 비드의 좌측 절반에 대해서만 설명한다. 또한, 비드부의 좌우 각각의 형상 데이터의 근사함수로서는 원호, 다항식 등을 사용해도 되지만, 본 실시예에서는 적합한 예로서, 다음과 같이 정의되는 선분의 집합체를 사용하였다.

단, n 은 선분의 개수이고, i_P1, ..., i_Pn 은 i_L < i_p1 < ... < i_Pj < ... <i_Pn－1 < i_c 를 만족하는 연결점의 어드레스이다. 연결점의 개수, 즉 선분의 개수는 임의로 설정해도 되지만, 연산시간을 고려하여 본 실시예에서는 n ＝ 2 로 하였다. 따라서, 본 실시예에서는 연결점이 하나이므로, 이후에서는 p1 은 p 로 첨자를 생략하여 표기할 수 있다.

그런데, 이 경우, f_L(x) 을 산출하기 위해서는 a_L1, b_L1, a_L2, b_L2, x_p1 의 5 개의 파라미터에 관한 E_L 의 최소치 문제를 풀게 되지만, 이것은 하기와 같은 단계로 나누는 것에 의해 산출할 수 있다.

(1) 우선 x_p 를 고정하여, 그 경우에 관한 a_L1, b_L1, a_L2, b _L2 를 산출한다. 이 경우, 데이터의 집합 (x, z) 에 대한 직선의 최소제곱 회귀이기 때문에 대수적으로 구할 수 있고,

이다.

(2) 상기에서 산출한 a_L1, b_L1, a_L2, b_L2 를 사용하여, x ＝ x_p 인 경우의 근사오차 E(x_p) 를 산출한다.

(3) 상기 (1), (2) 의 연산을 모든

에 대해 실행하여 E(x_ip) 가 최소가 되는 x_ip 가 구하는 연결점이다.

(4) 상기에서 산출한 x_ip 에 대응한 f_L(x) 를, 당해 비드부를 포함하는 관 표면의 형상의 근사함수로 한다.

(5) 정점위치보다 우측의 비드형상의 근사함수에 대해서도 동일하게, 상기 (1)∼(4) 에 있어서, i_L 을 i_c 로, i_c 를 i_R 로 치환하여 동일한 연산을 실행하면 된다.

그리고, 도 44 는 도 43 의 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터 중의 정점위치보다 좌측의 형상 데이터에 관해, 각 x_p 와 상기 근사오차 E(x_p) 의 관계를 플롯한 예이지만, 도면과 같이 x_p ＝－0.7031 에 있어서 최소값을 취하고 있고, 그 럼으로써, 해당 좌측의 비드형상의 근사함수를,

으로 결정할 수 있다.

소관형상 근사회로 (413) 는 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터 중, 비드부를 제외하는 범위에 대하여 근사함수 f_p(x) 를 산출한다. 이 근사함수 f_p(x) 로서는 원, 타원을 사용해도 되지만, 멱함수, 그 중에서도 2 차 이상의 짝수차 다항식을 근사곡선으로서 사용하는 것이 바람직하다.

도 45 는 이 근거를 설명하기 위해서, 원의 상반분의 곡선을 2 차, 4 차, 6 차, 8 차 다항식으로 회귀한 경우의 다항식의 차수와 근사오차의 RMS (제곱평균의 평방근) 의 관계를 나타낸 그래프이고, 도면으로부터, 2 차 이상의 짝수차 다항식, 바람직하게는 4 차 이상의 짝수차 다항식에 의해, 타원의 형상을 충분한 정밀도로 회귀할 수 있는 것이 나타나 있다. 따라서 본 실시예에서는 4 차 함수로 근사를 실시하는 것으로 하였다. 구체적으로는 도 43 의 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터의 좌표범위

에 관해, 다음과 같이 정의되는 오차의 제곱합

이 최소가 되는 4 차 함수

의 계수를 산출한다. 이것은 대수적으로 풀 수 있고,

에 의해 산출한다 (단, inv(A) 는 행렬 A 의 역행렬을 나타낸다). 본 실시예에 있어서는 상기 식에 의해,

f_p(x) ＝ 1.60921 ＋ 0.055776x － 0.02129x² － 0.00015x³ ＋ 0.000057x ⁴

로 산출할 수 있었다.

비드범위 재설정회로 (414) 는 상기한 바와 같이 하여 산출한 좌우 각각의 비드형상의 근사함수 f_L(x), f_R(x), 및 소관형상의 근사함수 f_p(x) 의 교점을 산출하고, 산출된 좌우 양 교점의 중간에 상당하는 영역을 새로운 비드범위 (x_L', x_R') 로서 출력한다.

본 실시예에 있어서 산출된 f_L(x), f_R(x), f_p(x) 는 도 46 과 같이 되고, 비드범위 재설정회로는

X_L' = －2.2266, X_R' ＝ 3.5938

을 출력하였다. 또, 도 46 에 있어서 파선으로 플롯되어 있는 것은 도 43 과 동일한 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터이다.

특징량 검출회로 (150) 는 상기한 바와 같이 산출된 비드범위, 정점위치, 좌우 각각의 비드형상의 근사함수, 소관형상의 근사함수, 비드부를 포함하는 관 표면 형상 데이터로부터, 비드의 높이 (H), 폭 (W), 좌우의 비드부의 상승각도 θ_L, θ_R, 좌우의 비드부의 경계의 단차 Δ 를 산출한다.

각각의 특징량의 바람직한 결정방법으로서, 본 실시예에서는

ㆍ비드의 폭 (W): 비드범위 재설정회로가 출력하는 좌우의 비드경계의 관둘레방향 위치의 간격

ㆍ비드의 높이 (H): 비드정점위치에 있어서의 비드부를 포함하는 관 표면의 형상 데이터와 소관형상의 근사함수의 값의 차

ㆍ비드의 상승각 θ_L, θ_R: 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와 소관형상의 근사함수의 경계에서의 미분계수에 의해 정의되는 각각의 기울기의 역정접

ㆍ비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차 Δ: 비드범위 재설정회로 (414) 가 출력하는 좌우의 비드경계위치에 있어서의 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와 소관형상의 근사함수의 값의 차

의 정의에 따라서 산출하였다.

비드의 상승각의 산출방법에 관해서 더욱 상세히 설명한다. 일례로서, 좌측의 비드의 상승각의 산출 수순을 설명하면 상기 소관형상의 근사함수 f_p(x) 및 좌측의 비드형상의 근사함수 f_L(x) 의 x ＝ x_iL 에 있어서의 기울기 벡터 v_P, v_L 은

이기 때문에, 양자가 이루는 각 θ_L 에 관해,

에 의해 θ_L 을 산출한다.

θ_R 에 대해서도 상기와 동일하게 하여 산출한다.

본 실시예에 있어서는 상기한 바와 같은 정의에 의해,

비드의 폭 (mm) W ＝ x_R' － x_L' ＝ 5.8204

비드의 높이 (mm) H ＝ Z(x_c) － f_p(x_c) ＝ 2.9150

좌측비드의 상승각도 (deg) θ_L ＝ 38.335

우측비드의 상승각도 (deg) θ_R ＝ 21.392

좌우 비드경계의 단차 (mm) Δ ＝｜f_p(x_L) － f_p(x_R)｜＝ 0.1576

으로 산출할 수 있었다.

본 발명에 의해, 전봉용접관의 비드 절삭형상을, 광절단 이미지의 절삭부와 비절삭부에서의 휘도레벨의 차이의 영향을 받지 않고 고정밀도로 계측할 수 있다. 본 발명에 의하면 관 표면의 형상 데이터에 기초하여 전봉용접관의 비드형상의 특징량을 산출하도록 하였으므로, 용접부의 투자율 변화의 영향 등을 받지 않고 비드형상을 검출할 수 있다. 비드의 경사가 매우 매끄러운 경우나 비드의 높이가 낮은 경우, 비드의 높이가 길이방향에서 균일하지 않은 경우, 또는 비드형상이 삼각형이나 사다리꼴로부터 벗어난 경우나 수직에 가까운 각도로 우뚝 솟아있는 경우라도, 정확히 비드형상을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 비드 절삭형상 데이터를 자동적으로 연산, 기록하는 것이 가능하기 때문에, 단순히 광절단화상을 육안으로만 감시하는 것이 아니라, 정량적인 판정이나 경향파악, 나아가서는 절삭위치제어와 조합함으로써 고도의 전봉용접관 제조 조업이 가능해진다.

Claims

전봉용접관의 용접부에 생성된 관내면 또는 외면의 비드를 절삭한 후의 형상을 계측하는 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측방법에 있어서,

상기 비드부에 조사한 슬릿광의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 대하여,

그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 상기 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는 지합부영역의 최대휘도를 각각 구하고,

상기 관축방향의 최대휘도와 지합부영역의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 휘도를 임계치로 하고,

그 임계치보다 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고,

그 의사 단면방향좌표를 폭방향으로 나열하여 얻어지는 의사 단면형상과, 상기 슬릿광의 광원, 상기 촬상수단 및 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드절삭형상을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측방법.
전봉용접관의 용접부에 생성된 관내면 또는 외면의 비드를 절삭한 후의 형상을 계측하는 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측방법에 있어서,

상기 비드부에 조사한 슬릿광의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각 도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 대하여,

그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도가 소정의 고정 임계치 이상인 경우는, 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고,

상기 최대휘도가 상기 소정의 고정 임계치를 하회하는 경우는, 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 상기 슬릿광의 조사영역으로부터 벗어나는 지합부영역의 최대휘도를 각각 구하고,

상기 관축방향의 최대휘도와 지합부영역의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 휘도를 임계치로 하고,

그 임계치보다 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 당해 폭방향좌표, 관축방향좌표에 있어서의 의사 단면방향좌표로 하고,

그 의사 단면방향좌표를 폭방향으로 나열하여 얻어지는 의사 단면형상과, 상기 슬릿광의 광원, 상기 촬상수단 및 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드절삭형상을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측방법.
절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과,

상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과,

그 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상의 어느 폭 방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 그 최대휘도가 되는 관축방향좌표를 산출하는 제 1 연산회로와,

어느 폭방향좌표에 있어서의 상기 관축방향의 최대휘도가 되는 관축방향좌표로부터 소정 화소수 이상 벗어난 지합부의 최대휘도를 산출하는 제 2 연산회로와,

상기 제 1 연산회로 및 제 2 연산회로의 출력으로부터 소정 연산식에 따라 산출되는 임계치보다 휘도가 큰 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 적산회로와,

상기한 바와 같이 산출된 관축방향좌표의 가중평균을 폭방향으로 나열하여 의사 단면형상을 생성하는 화상 재구성회로와,

상기 슬릿광원, 상기 촬상수단 및 상기 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드절삭형상을 산출하여 표시하는 좌표연산회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측장치.
절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과,

상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과,

그 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 그 광절단화상 상의 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도 및 그 최대휘도가 되는 관축방향좌표를 산출하는 제 1 연산회로와,

상기 어느 폭방향에 있어서의 관축방향의 최대휘도가 소정의 고정 임계치 이상인지의 여부를 판정하는 분기회로와,

어느 폭방향좌표에 있어서의 상기 관축방향의 최대휘도가 되는 관축방향좌표로부터 소정 화소수 이상 벗어난 지합부의 최대휘도를 산출하는 제 2 연산회로와,

상기 어느 폭방향좌표에 있어서의 관축방향의 최대휘도와 지합부의 최대휘도를 미리 정한 비로 내분하여 얻어지는 임계치보다 큰 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 제 1 적산회로와,

상기 소정의 고정 임계치 이상의 휘도 및 그것을 나타내는 관축방향좌표의 가중평균을 산출하는 제 2 적산회로와,

상기한 바와 같이 산출된 제 1 적산회로 및 제 2 적산회로의 출력을, 상기 분기회로의 출력에 따라 선택하고 폭방향으로 나열하여 의사 단면형상을 생성하는 화상 재구성회로와,

상기 슬릿광원, 상기 촬상수단 및 상기 전봉용접관의 기하학적 위치관계로부터 결정되는 소정 변환식에 기초하여 상기 전봉용접관의 비드절삭형상을 산출하여 표시하는 좌표연산회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드절삭형상의 계측장치.
삭제
전봉용접관의 용접부에 생성된 관내면 또는 외면의 비드위치에 조사한 슬릿광의 이미지인 광절단 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 산출하는 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법에 있어서,

그 광절단 이미지와 그 광절단 이미지를 소정 화상처리수단에 의해 세선화한 후의 광절단 이미지를 포갠 화상을 표시하도록 하고,

세선화한 후의 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소에 대응하는 광절단화상 상의 광절단 이미지의 휘도 및 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도와의 비로부터 정해지는 SN 비에 따른 색으로 착색하여 표시하도록 한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법.
제 6 항에 있어서, 조사한 슬릿광의 이미지인 광절단 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 광절단 이미지에 대하여 그 광절단 이미지를 소정 화상처리수단에 의해 세선화한 후의 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소에 대응하는 광절단화상 상의 광절단 이미지의 휘도 및 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도와의 비로부터 정해지는 SN 비에 따른 색으로 분류하여 착색하고, 상기 광절단 이미지와 포개어 화상표시하도록 한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측방법.
삭제
절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과,

상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과,

상기 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 슬릿광의 이미지를 l 개의 화소로 표시하도록 처리하는 세선화 처리회로와,

상기 세선화된 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소가 대응하는 광절단화상 상의 슬릿광 화상의 휘도와 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도의 비로부터 정해지는 SN 비에 따라 착색하는 세선변환회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측장치.
제 9 항에 있어서, 절삭 후의 전봉용접관 비드부에 슬릿광을 어느 입사각으로 조사하는 슬릿광원과,

상기 슬릿광의 조사 이미지를 별도의 수광각으로 촬상하는 촬상수단과,

상기 촬상수단이 출력하는 광절단화상에 대하여, 슬릿광의 이미지를 1 개의 화소로 표시하도록 처리하는 세선화 처리회로와,

상기 세선화된 광절단 이미지의 각 화소의 색을, 그 화소가 대응하는 광절단화상 상의 슬릿광 화상의 휘도와 그 슬릿광으로부터 벗어난 영역의 최대휘도의 비로부터 정해지는 SN 비에 따라 착색하는 세선변환회로와,

상기 광절단화상과 상기 세선변환회로가 출력하는 채색된 세선화 결과를 동일 화상 상에 포개는 화상합성회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 용접비드 절삭형상 계측장치.
전봉용접관의 용접부에 슬릿광을 조사 또는 점상광을 주사하고, 용접부표면에 조사된 슬릿광의 이미지 또는 주사된 점상광의 궤적의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상수단에 의해 촬상하여 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시하는 광절단법에 의해 그 전봉용접관의 비드형상을 검출하는 전봉용접관의 비드형상 검출방법에 있어서,

전봉용접관의 프로파일로부터 소정 산출식에 의해 임시 비드정점의 좌표를 산출하고,

그 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로 근사하여 제 1 근사곡선을 구하고,

그 전봉용접관의 프로파일과 상기 제 1 근사곡선과의 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점의 좌표를 산출하고,

상기 임시 비드정점의 좌표와 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점 의 좌표로부터 소정 산출식에 의해 비드의 임시 존재범위를 산출하고,

상기 전봉용접관의 프로파일로부터 상기 비드의 임시 존재범위를 제외한 소관부형상을 2 차 이상의 짝수차 다항식으로 근사하여 제 2 근사곡선을 구하고,

상기 전봉용접관의 프로파일과 상기 제 2 근사곡선의 편차가 소정 임계치보다 크게 되는 영역중에서, 상기 임시 비드정점의 좌표를 포함하는 영역을 비드로서 특정하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
전봉용접관의 용접부에 어느 각도로 슬릿광을 조사 또는 점상광을 주사하는 투광수단과,

상기 투광수단에 의해 용접부에 조사된 이미지를, 상기 어느 각도와 다른 각도로부터 촬상하는 촬상수단과,

상기 촬상수단에 의해 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 프로파일을 산출하는 프로파일 산출수단과,

그 전봉용접관의 프로파일로부터 소정 산출식에 의해 임시 비드정점의 좌표를 산출하는 임시 정점 산출수단과,

그 전봉용접관의 프로파일을 2 차 함수로서 소정 회귀식에 의해 근사하는 제 1 회귀연산수단과,

상기 제 l 회귀연산수단의 출력과, 상기 프로파일 산출수단의 출력으로부터 상기 임시 비드정점을 사이에 둔 2 개의 교점의 좌표를 산출하는 교점산출수단과,

상기 교점의 좌표와 상기 임시 비드정점의 좌표로부터, 소정 산출식에 의해 비드의 임시 존재범위를 산출하는 제 l 범위산출수단과,

상기한 바와 같이 하여 산출된 비드의 임시 존재범위를 제외한 범위의 전봉용접관의 프로파일을 2 차 이상의 짝수차 다항식으로 근사하는 제 2 회귀연산수단과,

상기 제 2 회귀연산수단의 출력과 상기 전봉용접관의 프로파일과의 편차가 소정 임계치보다 크게 되는 영역중에서, 상기 임시 비드정점의 좌표를 포함하는 것을 용접비드의 범위로서 출력하는 제 2 범위산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출장치.
전봉용접관의 용접에 의한 비드부를 포함하는 관표면에 슬릿광을 조사 또는 점상광을 주사하고, 상기 비드부를 포함하는 관표면에 조사된 슬릿광의 이미지 또는 주사된 점상광의 궤적의 이미지를 상기 슬릿광의 조사방향과 다른 각도로부터 촬상하여 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 검출하는 전봉용접관의 비드형상 검출방법에 있어서,

화상처리의 결과 산출된 비드부를 포함하는 관표면의 형상 데이터에 대하여, 미리 설정한 비드부 좌우양단의 경계와, 별도 산출된 비드부의 정점위치에 의해, 비드부에 상당하는 부분의 관표면의 형상 데이터를 구하고,

그 비드부에 상당하는 부분의 관표면의 형상 데이터를 좌우 2 개의 영역으로 나눠, 좌우 각각의 형상 데이터에 대해서, 함수에 의해 근사하여 좌우 각각의 비드형상의 근사함수를 구하고,

또한, 비드부를 포함하는 관표면의 형상 데이터로부터 비드부에 상당하는 부분의 관표면의 형상 데이터를 제외한 소관형상 데이터에 대해서, 함수에 의해 근사하여 소관형상의 근사함수를 구하고,

상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 높이, 상승각, 비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
제 13 항에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수를, 2 개 이상의 상이한 기울기를 갖는 직선을 연결한 함수로 하고, 각 연결점의 위치, 각각의 직선의 기울기와 절편을 파라미터로 하여, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 비드부를 포함하는 관표면의 형상 데이터와의 오차를 최소로 하도록 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수와의 교점을 비드부 양단의 경계로서 산출하고, 그것에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 상승각 및 비드부와 소관형상의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 비드부의 정점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 비드형상의 근사함수의 값과, 상기 소관형상의 근사함수의 값과의 차를 비드 높이로서 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수와의 교점을 비드부 양단의 경계로서 산출하고, 산출된 교점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와 상기 소관형상의 근사함수의 미분계수를 각각 산출하고, 이에 기초하여 좌우 비드의 상승각을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
전봉용접관의 용접부를 포함하는 관표면에 슬릿광을 조사 또는 점상광을 주사하는 투광수단과,

상기 투광수단으로부터 상기 용접부를 포함하는 관표면에 조사된 이미지를 상기 투광수단과 다른 각도로부터 촬상하는 촬상수단과,

상기 촬상수단에 의해 얻어지는 화상에 소정 화상처리를 실시함으로써 그 전봉용접관의 비드형상을 산출하는 비드형상 산출수단과,

상기 비드형상 산출수단에 의해 산출된 비드형상 데이터에 기초하여, 비드의 정점위치 및 비드부와 비드부를 제외한 소관부와의 경계위치를 각각 산출하는 정점위치 설정회로 및 비드범위 설정회로와,

상기 정점위치 설정회로 및 비드범위 설정회로가 출력하는 정점위치 및 그 정점위치를 사이에 둔 좌우의 경계위치에 기초하여, 좌우 각각의 비드형상의 근사함수를 산출하는 비드형상 근사회로와,

상기 비드범위 설정회로가 출력하는 좌우의 경계위치보다 외측의 소관형상 데이터에 기초하여, 소관형상의 근사함수를 산출하는 소관형상 근사회로와,

상기 비드형상 근사회로가 출력하는 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 소관형상 근사회로가 출력하는 소관형상의 근사함수와의 교점을, 좌우의 경계위치로서 재설정하는 비드범위 재설정회로와,

상기 비드범위 설정회로, 비드형상 근사회로, 소관형상 근사회로의 각각의 출력에 기초하여, 적어도 비드의 폭, 높이, 상승각, 비드부와 소관부의 좌우 경계의 단차 중 어느 하나를 산출하는 특징량 산출회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출장치.
제 15 항에 있어서, 상기 비드부의 정점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 비드형상의 근사함수의 값과, 상기 소관형상의 근사함수의 값과의 차를 비드 높이로서 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.
제 15 항에 있어서, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와, 상기 소관형상의 근사함수와의 교점을 비드부 양단의 경계로서 산출하고, 산출된 교점의 전봉용접관 횡단방향 위치에 있어서의, 상기 좌우 각각의 비드형상의 근사함수와 상기 소관형상의 근사함수의 미분계수를 각각 산출하고, 이에 기초하여 좌우 비드의 상승각을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는, 전봉용접관의 비드형상 검출방법.