CN111556800A - 焊接操作监视系统及焊接操作监视方法 - Google Patents

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Abstract

该焊接操作监视系统具备：拍摄装置，配置于形成为管状的带状钢板的管内侧及管外侧中的被供给等离子体流的一方的相反侧，隔着V字区域拍摄包括等离子体流的彩色图像；及焊接操作监视装置，生成从所述彩色图像提取特定颜色成分而得到的特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的所述V字区域来确定所述彩色图像内的与所述V字区域对应的区域即V字显示区域，由此对焊接操作的状态进行解析。

Description

焊接操作监视系统及焊接操作监视方法
技术领域
本发明涉及焊接操作监视系统及焊接操作监视方法。
背景技术
在制造电阻缝焊钢管的电阻缝焊焊接中，一边运送带状钢板一边连续地成形为管状。并且，一边使带状钢板的两对接端部彼此呈V字状收敛，一边利用高频电流进行加热熔融，一边利用挤压辊进行加压一边将两对接端部彼此焊接。在这样的以往的电阻缝焊焊接中，在进行电阻缝焊焊接时焊接部暴露于大气，因此会在焊接部表面生成氧化物。该氧化物通常被排出，但在残留于焊接部表面的情况下，会产生可能成为焊接缺陷的原因的穿透缺陷(penetrator)。
近年来，为了减少在电阻缝焊焊接时在焊接部表面产生的氧化物，公开了对焊接部供给等离子体流的技术。以下，将一边向焊接部供给等离子体流一边进行电阻缝焊焊接的技术称作等离子体防护电阻缝焊焊接。此外，等离子体防护电阻缝焊焊接与通过等离子体自身来进行焊接的等离子体焊接在技术思想上有本质性差异。
在等离子体防护电阻缝焊焊接中，在通过向焊接部的适当部位供给等离子体流而带状钢板(以下，有时简称作钢板)的对接端部被加热、熔融的过程中，通过离子化后的等离子体气体对对接端部的防护作用、离子化后的等离子体气体的还原作用等，能够将对接端部的周围氛围保持为氧浓度低的状态。其结果，能够将在焊接后有可能成为氧化物缺陷的对接端部的氧化膜在其产生过程中进行抑制，能够实现缺陷少的高品质的焊接。
在这样的向钢板的焊接部供给等离子体流来进行电阻缝焊焊接的等离子体防护电阻缝焊焊接的领域中，已知有监视焊接部的焊接状态的焊接状态监视系统(例如，参照专利文献1)。在该焊接状态监视系统中，向焊接部供给等离子体流的等离子体流供给装置和拍摄所述焊接部的拍摄装置配置于形成为管状的钢板的上方。并且，对从钢板的上方被供给等离子体流的焊接部同样从钢板的上方经由滤色器而利用拍摄装置进行拍摄，通过对所得到的图像进行预定的图像处理，来对焊接部的状态进行解析。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利第5880794号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在这样的以往的监视系统中，由于从配置有拍摄装置的钢板上方位置朝向焊接部供给等离子体流，所以等离子体流会在焊接部上重叠，在基于所拍摄到的图像来进行焊接部的解析时，存在由于等离子体流的影响大所以难以进行解析这一问题。另外，在以往的监视系统中，不仅是拍摄装置，等离子体流供给装置也需要配置于钢板的上方，因此也存在需要用于将拍摄装置及等离子体流供给装置双方配置于钢板上方的广阔的设置空间这一问题。
本发明鉴于如上所述的问题而完成，其目的在于，提供能够减少对钢板周边的设备设置空间的要求并与以往相比降低了用于防护而供给的等离子体流的影响地对焊接操作的状态进行解析的焊接操作监视系统及焊接操作监视方法。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题而达成相关目的，本发明采用了以下的技术方案。
(1)本发明的一个方案是一种焊接操作监视系统，监视在将带状钢板成形为管状的同时使一对对接端部彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域的焊接部供给等离子体流来进行防护、一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作，所述焊接操作监视系统具备：拍摄装置，配置于形成为所述管状的所述带状钢板的管内侧及管外侧中的被供给所述等离子体流的一方的相反侧，隔着所述V字区域拍摄包含所述等离子体流的彩色图像；以及焊接操作监视装置，生成从所述彩色图像提取特定颜色成分而得到的特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的所述V字区域来确定所述彩色图像内的与所述V字区域对应的区域即V字显示区域，由此对所述焊接操作的状态进行解析。
(2)在上述(1)所述的方案中，可以是，所述焊接操作监视装置具备生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像的蓝色成分图像提取部。
(3)在上述(2)的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备等离子体流位置解析部，该等离子体流位置解析部从所述彩色图像的所述V字显示区域的部分提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少一方，根据所提取的所述红色成分图像及所述绿色成分图像中的至少一方的浓淡来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
(4)在上述(3)的情况下，可以是，所述等离子体流位置解析部具有等离子体流中心线算出部，该等离子体流中心线算出部对构成所述等离子体流中心区域的一对等离子体边缘分别进行直线近似而求出V字收敛角，求出所述一对等离子体边缘间的二等分线作为等离子体流中心线。
(5)在上述(4)的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，该物理对合点解析部基于所述蓝色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
(6)在上述(5)的情况下，可以是，所述等离子体流位置解析部还具有比较部，该比较部求出所述等离子体流中心线的位置与由所述物理对合点解析部得到的所述物理对合点的位置的相对位置关系。
(7)在上述(2)或(3)的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，该物理对合点解析部基于所述蓝色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
(8)在上述(2)～(7)中任一项所述的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备几何学V字收敛点解析部，该几何学V字收敛点解析部求出对构成所述V字显示区域的一对所述对接端部分别进行直线近似而得到的一对近似直线，检测所述一对近似直线的交点作为几何学V字收敛点。
(9)在上述(2)～(8)中任一项所述的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备焊接点解析部，该焊接点解析部通过将基于所述蓝色成分图像确定出的所述等离子体流的图像从所述彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像来求出焊接点。
(10)在上述(1)所述的方案中，也可以采用以下的结构：所述拍摄装置具备选择性地使所述等离子体流的红色成分中的与特定波长对应的成分的辉度降低的光学元件，所述焊接操作监视装置具备：红色成分图像提取部，从由所述拍摄装置经由所述光学元件而拍摄到的所述彩色图像提取红色成分图像作为所述特定颜色成分图像；以及二值化处理部，对所述红色成分图像进行二值化处理。
(11)在上述(10)的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备等离子体流位置解析部，该等离子体流位置解析部基于二值化后的所述红色成分图像来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
(12)在上述(11)的情况下，可以是，所述等离子体流位置解析部具有等离子体流中心线算出部，该等离子体流中心线算出部基于对构成所述等离子体流中心区域的一对等离子体边缘分别进行直线近似而得到的V字收敛角，求出所述一对等离子体边缘间的二等分线作为等离子体流中心线。
(13)在上述(12)的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，该物理对合点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
(14)在上述(13)的情况下，可以是，所述等离子体流位置解析部还具有比较部，该比较部求出所述等离子体流中心线的位置与由所述物理对合点解析部得到的所述物理对合点的位置的相对位置关系。
(15)在上述(10)或(11)所述的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，该物理对合点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
(16)在上述(10)～(15)中任一项所述的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置还具备几何学V字收敛点解析部，该几何学V字收敛点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来求出对所述一对熔融边缘线分别进行直线近似而得到的一对近似直线，求出所述一对近似直线的交点作为几何学V字收敛点。
(17)在上述(10)～(16)中任一项所述的情况下，可以是，所述焊接操作监视装置具备焊接点解析部，该焊接点解析部通过将基于二值化后的所述红色成分图像确定出的所述等离子体流的图像从所述彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像而求出焊接点。
(18)另外，本发明的另一方案是一种焊接操作监视方法，监视在将带状钢板成形为管状的同时使一对对接端部彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域的焊接部供给等离子体流来进行防护、一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作，所述焊接操作监视方法包括：拍摄工序，从形成为所述管状的所述带状钢板的管内侧及管外侧中的被供给所述等离子体流的一方的相反侧，隔着所述V字区域拍摄包含所述等离子体流的彩色图像；以及焊接操作监视工序，从所述彩色图像提取特定颜色成分而生成特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的所述V字区域来确定所述彩色图像内的与所述V字区域对应的区域即V字显示区域，由此对所述焊接操作的状态进行解析。
(19)在上述(18)所述的情况下，可以是：在所述焊接操作监视工序中，生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像，从所述V字区域的部分的所述彩色图像提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少任一方，根据所提取的所述红色成分图像及所述绿色成分图像中的至少任一方的浓淡来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
(20)在上述(18)所述的情况下，可以是：在所述拍摄工序中，通过选择性地使所述等离子体流的红色成分中的与特定波长对应的成分的辉度降低而进行拍摄，由此取得所述彩色图像，在所述焊接操作监视工序中，基于选择性地降低了与所述特定波长对应的成分的辉度后的所述彩色图像，对所述焊接操作的状态进行解析。
发明效果
根据本发明的上述各方案，能够减少对钢板周边的设备设置空间的要求，并与以往相比降低了用于防护而供给的等离子体流的影响地对焊接操作的状态进行解析。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的焊接操作监视系统的结构的概略图。
图2是示出在以往的焊接操作监视系统中取得的图像的图，(A)是对从上方供给了等离子体流的焊接部同样从上方利用拍摄装置进行了拍摄时的彩色图像。另外，(B)是从(A)的彩色图像提取红色成分而得到的红色成分图像。
图3是示出在本发明的第1实施方式的焊接操作监视系统中取得的图像的图，(A)是从形成了V字状切口部的铜板治具的背面侧供给等离子体流并且从上方拍摄V字状切口部而得到的彩色图像。(B)是从(A)的彩色图像提取红色成分而得到的红色成分图像，(C)是从(A)的彩色图像提取蓝色成分而得到的蓝色成分图像。
图4是示出在该实施方式的焊接操作监视系统中取得的图像的图，(A)是对从设置有模拟了钢管焊接部的V字状对接状态的V字状的切口的铜板的下方供给了等离子体流的焊接部从上方利用拍摄装置进行了拍摄时的彩色图像。(B)是从(A)的彩色图像提取红色成分而得到的红色成分图像，(C)是从(A)的彩色图像提取蓝色成分而得到的蓝色成分图像。
图5的(A)是示出等离子体防护电阻缝焊焊接中的第1种焊接状态的概略图，(B)是示出等离子体防护电阻缝焊焊接中的第2种焊接状态的概略图。
图6的(A)是示出等离子体防护电阻缝焊焊接中的过渡区域的焊接状态的概略图，(B)是示出等离子体防护电阻缝焊焊接中的第2’种焊接状态的概略图。
图7是示出等离子体防护电阻缝焊焊接中的过热量输入的焊接状态的概略图。
图8是示出第1实施方式的等离子体流供给装置的概略结构的侧视图。
图9是示出该实施方式的焊接操作监视装置的电路结构的框图。
图10的(A)是用于将所提取的蓝色成分二值化而确定V字显示区域时的说明的概略图。(B)是用于检测几何学V字收敛点来算出几何学中心线时的说明的概略图。(C)是用于检测物理对合点时的说明的概略图。
图11的(A)是用于设定缝隙探索区域时的说明的概略图。(B)是用于缝隙探索区域的说明的概略图。(C)是用于检测焊接点时的说明的概略图。
图12的(A)是用于确定等离子体流中心区域时的说明的概略图。(B)是用于算出等离子体流中心线时的说明的概略图。
图13是将提取V字显示区域内的红色成分及绿色成分且进行二值化而得到的等离子体流中心区域和表示V字显示区域的蓝色成分图像合成后的图像。
图14是示出使用了该焊接操作监视装置的焊接操作解析处理工序的流程图。
图15是示出使用了该焊接操作监视装置的等离子体流位置解析处理工序的流程图。
图16是示出本发明的第2实施方式的焊接操作监视系统的结构的概略图。
图17是示出等离子体辉度及黑体辐射辉度的波长与带阻滤波器的透射率的关系的坐标图。
图18是示出该实施方式的焊接操作监视装置的电路结构的框图。
图19是用于确定等离子体流中心区域等时的说明的概略图。
图20是用于检测V字显示区域、几何学V字收敛点、几何学中心线、物理对合点时的说明的概略图。
图21是用于算出等离子体流中心线时的说明的概略图。
图22是示出使用了该焊接操作监视装置的焊接操作解析处理工序的流程图。
图23是示出使用了该焊接操作监视装置的等离子体流位置解析处理工序的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的焊接操作监视系统及焊接操作监视方法的各实施方式进行说明。
<第1实施方式>
<本实施方式的焊接操作监视系统的结构>
图1是示出了在等离子体防护电阻缝焊焊接中使用的第1实施方式的焊接操作监视系统1的结构的概略图。在等离子体防护电阻缝焊焊接中，一边将带状钢板6(以下，称作“钢板6”)朝向运送方向X运送，一边利用辊群(未图示)将钢板6成形为管状，进行基于未图示的工作线圈的感应加热或基于接触片的直接通电加热，将钢板6的两对接端部7a、7b彼此加热及熔融。此时，利用在成形为管状的钢板6的管内侧设置的等离子体流供给装置2朝向焊接部供给防护用的等离子体流。
此外，在图1中，Z表示与运送方向X正交的高度方向，Y表示与运送方向X及高度方向Z双方正交且对接端部7a、7b互相进行对接的方向(对接方向)。
焊接操作监视系统1具备：在成为配置有等离子体流供给装置2的管内侧的相反侧的钢板6的管外侧配置的拍摄装置3和对由拍摄装置3拍摄到的RGB的彩色图像执行后述的焊接操作解析处理、等离子体流位置解析处理等的焊接操作监视装置4。
等离子体流供给装置2从钢板6的管内侧朝向钢板6的运送方向X对形成有钢板6的对接端部7a、7b呈V字状收敛的V字区域ERv的焊接部ER供给等离子体流(参照图1的标号PF)。等离子体流供给装置2通过在等离子体防护电阻缝焊焊接时对焊接部ER供给等离子体流而将焊接部ER利用等离子体流覆盖。在本实施方式的情况下，等离子体流供给装置2将层流的等离子体流向焊接部ER供给，在等离子体防护电阻缝焊焊接时大幅降低了大气向焊接部ER的卷入。由此，在焊接部ER处，能够大幅降低在熔融钢的表面生成氧化物的情况。
等离子体流供给装置2为了对焊接部ER的全部范围供给等离子体流，在以沿着钢板6的长边方向的长度观察的情况下，优选在钢板6上能够至少向长度100[mm]以上(更优选是200[mm]以上)的范围供给等离子体流。此外，本实施方式的等离子体流供给装置2的消耗电力是大约40[kW]，这是焊接专用的等离子体焊接装置的消耗电力的大约1/10。等离子体流供给装置2供给以Ar、N2为主成分的等离子体流。不过，等离子体流供给装置2也可以供给含有H2的等离子体流，在该情况下，能够利用等离子体流在焊接部ER的周边形成还原性氛围。由此，焊接部ER的周边的氧浓度变低，能够抑制焊接部ER的表面处的氧化物的形成。
拍摄装置3配置于焊接部ER的上方，能够从焊接部ER的上方拍摄该焊接部ER。另外，拍摄装置3由于从钢板6的管内侧被供给了等离子体流的焊接部ER的上方拍摄该焊接部ER，所以能够隔着V字区域ERv观察等离子体流。因而，拍摄装置3所拍摄的范围能够包括隔着V字区域ERv可看到等离子体流的区域。
拍摄装置3构成为能够拍摄包括红色成分、绿色成分及蓝色成分(RGB)的彩色图像，能够将得到的彩色图像向焊接操作监视装置4输入。具体而言，优选采用设置有能够检测可见光(波长处于380[nm]～780[nm]的范围的光)的拍摄元件的拍摄装置3。
此外，等离子体流从V字区域ERv向管外侧漏出一定量，等离子体流向比V字区域ERv大的范围扩散。然而，这样的等离子体流与处于管内侧的等离子体流相比，绝对为少量，在由拍摄装置3拍摄的图像上几乎显现不出来，因此事实上能够忽视，在本实施方式中的以下的说明中，省略说明。
作为拍摄装置3的一例，优选使用能够拍摄来自包括V字区域ERv的焊接部ER的自发光图案(辐射图案)的3CCD型彩色相机。顺便说一下，在该实施方式中，例如，利用具有1920像素×512像素的像素数的拍摄装置3，在拍摄视野为190[mm]×50[mm]、分辨率为100[μm/像素]以上、拍摄帧率为200[fps]、曝光时间为1/10000[sec]的条件下，从上方对包括V字区域ERv的焊接部ER进行拍摄。
在此，为了恰当地监视焊接部ER的焊接状态，拍摄装置3拍摄包括焊接部ER中的、从钢板6处于红热状态的部位到从钢板内部开始排出熔融钢的焊接点W(后述)为止的范围。在焊接操作监视系统1中，基于由拍摄装置3拍摄到的焊接部ER的图像，在后述的焊接操作监视装置4中检测几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W。因而，拍摄装置3以能够取得具有足以供焊接操作监视装置4决定几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W的分辨率的图像的方式拍摄焊接部ER。
在此，钢板6的对接端部7a、7b对接的位置根据管径、壁厚或热量输入条件等而向运送方向X的上游方向(在图1中是纸面右侧)或下游方向(在图1中是纸面左侧)偏移。因而，优选拍摄装置3在钢板6的运送方向X上确保100[mm]以上的图像视野，此时优选具有60[μm]以下的分辨率。此外，60[μm]以下的分辨率意味着具有比60[μm]精细的分辨率(具有更高的分辨率特性)。更优选拍摄装置3在拍摄了在Y方向上具有130[mm]以上的宽度的范围时具有60[μm]以下的分辨率，另外，优选在拍摄了具有150[mm]以上的宽度的范围时也具有60[μm]以下的分辨率。
要想通过图像处理来解析焊接状态，优选不仅是焊接部ER的对接端部7a、7b，也利用拍摄装置3清晰地拍摄对接端部7a、7b周边的焊缝部。在此所说的焊缝部表示在将两对接端部7a、7b对接时在成形为管状的钢板6的内外表面上通过熔融的钢流出而成形的隆起部分。在利用拍摄装置3来进行焊缝部的拍摄时，优选将景深设为±4[mm]以上。在焊接部ER的上方3000[mm]左右的位置设置了拍摄装置3的情况下，为了满足上述的拍摄条件，优选将拍摄装置3的光圈值设定为F8～F11。拍摄装置3优选采用逐行扫描(Progressive Scan)法。逐行扫描法是对以相同定时拍摄到的图像进行逐次扫描的图像扫描方法，适合于动态画面的拍摄。
当由拍摄装置3得到的彩色图像从该拍摄装置3向焊接操作监视装置4输入后，焊接操作监视装置4通过对该彩色图像执行焊接操作解析处理(后述)，能够检测焊接部ER中的几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W(后述)。另外，当由拍摄装置3得到的彩色图像从该拍摄装置3向该焊接操作监视装置4输入后，该焊接操作监视装置4通过对彩色图像执行等离子体流位置解析处理(后述)，能够检测正对焊接部ER供给的等离子体流的位置偏移。即，本来的话，优选物理对合点V1存在于俯视的情况下的等离子体流的中心线上，但实际上，有时等离子体流的中心线会相对于物理对合点V1的位置发生偏移，根据焊接操作监视装置4，能够检测该位置偏移。
<本实施方式的焊接操作监视系统1的概要>
在此，对本实施方式的焊接操作监视系统1的概要进行简单说明。图2的(A)示出在以往的监视系统(未图示)中利用拍摄装置拍摄将拍摄装置和等离子体流供给装置双方配置于钢板6的上方且对焊接部ER从其上方供给了等离子体流时的状态而得到的彩色图像。
另外，图2的(B)示出从图2的(A)所示的彩色图像提取红色成分而得到的红色成分图像。如图2的(A)及图2的(B)所示，在以往的监视系统中得到的图像中，能够确认：通过等离子体流在焊接部上重叠，由于等离子体流的高辉度的自发光等的影响，难以得到足以检测V字区域的对接端部的对比度。尤其是，在图2的(B)所示的红色成分图像中，能够确认：由于等离子体流的影响，更加难以得到足以检测V字区域的对接端部的对比度。
接着，对由本实施方式的焊接操作监视系统1得到的焊接部的图像进行说明。图3的(A)示出对没有向焊接部供给等离子体流时的焊接部利用设置于该焊接部的上方的拍摄装置3进行了拍摄时的彩色图像。图3的(B)示出从图3的(A)所示的彩色图像仅提取红色成分而得到的红色成分图像，图3的(C)示出从图3的(A)所示的彩色图像仅提取蓝色成分而得到的蓝色成分图像。从图3的(B)与图3的(C)的比较可知，能够确认：在焊接部处的钢板6表面中，蓝色成分的辉度比红色成分的辉度显著地低。
接着，使用本实施方式的焊接操作监视系统1，从模拟钢板6的V字状对接而制作了V字状的切口部的铜板治具的背面侧，利用等离子体流装置2向V字状切口部的顶点附近供给等离子体流，并且利用设置于V字状切口部的上方的拍摄装置3从上方拍摄该V字状切口部，从而得到了如图4的(A)所示的彩色图像。
铜板治具的V字状切口部的角度配合通过实验计测到的钢板6的V字对接角度而制作，铜板治具的V字状切口部的顶点附近相当于实际的焊接部ER。通过实验得到的图像模拟了在实际的钢管焊接时从焊接部ER的上方利用拍摄装置3拍摄了将等离子体流从钢管内部向焊接部附近吹送的状况时得到的图像。
如图4的(A)所示，成功确认了：在对焊接部ER从其下方供给等离子体流且从焊接部ER的上方拍摄了该焊接部ER的情况下，通过隔着形成于焊接部ER的V字区域ERv而看到的等离子体流，能够确定V字区域ERv。
接着，从图4的(A)的彩色图像仅提取红色成分，得到了如图4的(B)所示的红色成分图像。另外，从图4的(A)的彩色图像仅提取蓝色成分，得到了如图4的(C)所示的蓝色成分图像。如图4的(C)所示，能够确认：在蓝色成分图像中，隔着V字区域ERv而看到的等离子体流中的蓝色成分的辉度比图4的(B)的红色成分的辉度高。将仅提取了没有供给等离子体流时的焊接部ER中的蓝色成分的图3的(C)的蓝色成分图像与仅提取了隔着V字区域ERv而看到的等离子体中的蓝色成分的图4的(C)的蓝色成分图像进行比较，成功确认了：隔着V字区域ERv而看到的等离子体流的蓝色成分的辉度(在图4的(C)中呈三角形的光的辉度)比没有供给等离子体流时的焊接部ER的表面处的蓝色成分的辉度(在图3的(C)中呈V字状的光的辉度)高出约2倍以上。
于是，在本实施方式的焊接操作监视系统1中，利用了隔着V字区域ERv能看到的等离子体流的蓝色成分的辉度比焊接部ER的钢板6的表面处的蓝色成分的辉度高出约2倍以上的情况。即，通过从在等离子体防护电阻缝焊焊接时从焊接部ER的上方拍摄该焊接部ER而得到的彩色图像仅提取辉度高的蓝色成分，来确定隔着V字区域ERv而能看到的等离子体流的区域。这样确定出的等离子体流的形状也直接是V字区域ERv的形状，因此，作为结果，可确定V字区域ERv。由此，在焊接操作监视系统1中，能够利用该确定出的V字区域ERv，分别检测焊接部ER中的几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W，而且，也能够确定V字区域ERv内的等离子体流中心区域，能够对焊接操作的状态进行解析。
<关于焊接部处的焊接状态>
首先，对进行等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的一般的焊接状态进行说明，也对利用焊接操作监视装置4检测的几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W进行说明。图5的(A)是示出焊接部ER的焊接状态中的第1种状态的示意图。图5的(B)是示出焊接部ER的焊接状态中的第2种状态的示意图。图6的(A)是示出焊接部ER的焊接状态中的处于过渡区域的状态的示意图。图6的(B)是示出焊接部ER的焊接状态中的第2’种的示意图。图7是示出焊接部ER的焊接状态中的过热量输入状态的示意图。
焊接部ER的焊接状态根据输入热量的差异而分为图5的(A)、图5的(B)、图6的(A)、图6的(B)及图7这5个种类，按照从图5的(A)到图7的顺序，向焊接部ER施加的热量(输入热量)增加。图5的(A)所示的第1种是几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W全部一致的热量输入条件的焊接，输入热量接近焊接所需的输入热量的下限。图5的(B)所示的第2种表示输入热量是适合进行焊接的输入热量时的焊接状态。图6的(A)所示的过渡区域示出与第2种相比输入热量增加了时的焊接状态，图6的(B)所示的第2’种示出与处于过渡区域的状态相比进一步增加了输入热量时的焊接状态。图7所示的过热量输入示出从第2’种进一步增加了输入热量时的焊接状态。
若从焊接部ER上方观察焊接部ER的焊接状态，则几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W这3个点的位置、分离状况会根据输入热量而变化。几何学V字收敛点V0是呈V字状收敛的钢板6的两对接端部7a、7b的近似直线在几何学上相交的点。更具体而言，在求出几何学V字收敛点V0时，在焊接操作监视装置4中，对根据由拍摄装置3拍摄到的彩色图像而确定出的对接端部7a、7b的一部分分别进行直线近似，将由此得到的一对近似直线的交点设为几何学V字收敛点V0。
此外，在求出几何学V字收敛点V0时，预先确定对对接端部7a、7b的哪个范围进行直线近似。例如参照图5的(B)来说明，对对接端部7a、7b进行直线近似的范围，能够在由拍摄装置3拍摄到的彩色图像内确定为从处于钢板6的运送方向X的上游侧的对接端部7a、7b的纸面左端到处于运送方向X的下游侧的物理对合点V1为止的任意的范围。例如，可以在从彩色图像内的对接端部7a、7b的左端到物理对合点V1为止的距离的50％的范围内对对接端部7a、7b进行直线近似。
物理对合点V1是呈V字状收敛的钢板6的两对接端部7a、7b物理地对合(接触)的点。焊接点W是由挤压辊8的压下引起的开始排出熔融钢的点。在等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态是第1种状态的情况下，如图5的(A)所示，几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W这3个点大致重叠。
在等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态是第2种状态～过热量输入的状态下，如图5的(B)～图7所示，几何学V字收敛点V0和焊接点W分离，产生被称作缝隙S的细长的间隙。而且，在等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态是过渡区域的状态～过热量输入的状态下，如图6的(A)～图7所示，几何学V字收敛点V0和物理对合点V1分离。在等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态是第2’种状态的情况下，如图6的(B)所示，V字区域成为具有两个阶段的V字收敛角的特征性的形状。将V字区域这样具有两个阶段的V字收敛角的现象称作两阶段收敛现象。
在等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态处于过渡区域的状态的情况下，如图6的(A)所示，在由两对接端部7a、7b和物理对合点V1形成的V字区域中，形成两对接端部7a、7b间的间隔极窄的区域。由此引起物理对合点V1在几何学V字收敛点V0与焊接点W之间变动。此时，若物理对合点V1向运送方向X的上游(纸面左侧)跳跃，则钢板6的运送方向X的下游的电磁力消失。在该情况下，两对接端部7a、7b的氧化物不被排出，具有焊接缺陷增加的倾向。
在基于等离子体防护电阻缝焊焊接的焊接部ER的焊接状态是过热量输入的情况下，如图7所示，焊接点W接近挤压辊8的位置，因此氧化物的排出不再恰当地进行，具有在焊接部ER中焊接缺陷增加的倾向。在本实施方式的焊接操作监视系统1中，基于由拍摄装置3得到的彩色图像，能够利用焊接操作监视装置4检测在焊接部ER中根据输入热量的差异而位置发生移动的这些几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W。
<等离子体流供给装置的结构>
接着，对与本实施方式的焊接操作监视系统1组合而使用的等离子体流供给装置2进行说明。该等离子体流供给装置2是在钢板6的管内侧设置的管内设置型，如图8所示，可以设置于在成形为管状的钢板6的管内侧配置的芯棒9上。等离子体流供给装置2具备设置在芯棒9上的基台10和设置在基台10上的等离子体流供给机14。
基台10通过调整等离子体流供给机14的配置位置及配置角度，能够调整等离子体流相对于钢板6的供给位置等。
具体而言，通过基台10向沿着钢板6的运送方向(图8的X方向)的上游侧或下游侧水平移动，等离子体流供给机14也水平移动，其结果，能够将等离子体流的中心线a的位置沿着X方向调整。
另外，通过基台10上下移动，等离子体流供给机14也上下移动，其结果，能够将等离子体流的中心线a的位置在上下方向(图1所示的Z方向)上调整。
另外，通过相对于基台10相对地使等离子体流供给机14水平移动，能够将等离子体流的中心线a在水平方向(图1所示的Y方向)上调整。此外，也可以是，通过取代使等离子体流供给机14水平移动而使其摇头，来调整等离子体流在水平方向(图1所示的Y方向)上的供给位置。
另外，通过基台10在上下方向上倾斜运动，等离子体流供给机14也在上下方向上倾斜运动，其结果，能够调整图8所示的顶端角度(以下，称作等离子体流供给角度)θ。
而且，通过相对于基台10相对地使等离子体流供给机14沿着中心线a移动，能够使等离子体流供给机14向焊接部ER接近或者使等离子体流供给机14从焊接部ER远离，能够以最佳的距离供给等离子体流。
此外，基台10的上述各动作构成为接受来自焊接操作监视装置4的指示而以电动的方式进行动作。
所述等离子体流供给角度θ是指由从等离子体流供给机14的顶端供给的等离子体流的中心线a和运送方向X形成的侧视的情况下的角度，优选为30度以下。通过使等离子体流供给角度θ为30度以下，由等离子体流防护的对接端部7a、7b(也称作熔融边缘)的长度被充分确保，能够通过防止这些对接端部7a、7b的氧化而确保焊接品质。
等离子体流供给装置2通过调整等离子体流供给机14的沿着运送方向X的配置、沿着Y方向的配置、沿着Z方向的配置、等离子体流供给角度θ等，能够将等离子体流的供给位置调整成与焊接部ER的最佳的位置一致。顺便提及，从等离子体流供给机14供给的等离子体流，优选在其吹送目的地位置处为直径大约20[mm]左右以上，能够以使该直径的等离子体流可以向焊接部ER的最佳的位置供给的方式，调整等离子体流供给机14的沿着运送方向X的配置、沿着Y方向的配置、沿着Z方向的配置、等离子体流供给角度θ等。
<焊接操作监视装置的结构>
接着，以下对焊接操作监视装置4进行说明。如图9所示，焊接操作监视装置4具有构成包括未图示的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的微型计算机的控制部31、显示部32、图像输入部33、蓝色成分图像提取部34、V字区域解析部35、几何学V字收敛点解析部36、物理对合点解析部37、焊接点解析部38、对接端部解析部39及等离子体流位置解析部40经由总线30而相互连接的结构。
当从操作者向未图示的操作部提供了各种操作命令时，控制部31通过将预先保存于ROM的焊接操作解析处理程序、等离子体流位置解析处理程序等基于操作命令适当读出并在RAM中展开，来按照焊接操作解析处理程序、等离子体流位置解析处理程序控制各电路部。控制部31将这些焊接操作解析处理程序、等离子体流位置解析处理程序的执行结果显示于显示部32，能够经由显示部32使操作者掌握焊接操作的状态、等离子体流供给位置。
图像输入部33与拍摄装置3连接，当输入了由该拍摄装置3得到的彩色图像时，向控制部31的RAM、蓝色成分图像提取部34等发送所述彩色图像。蓝色成分图像提取部34生成从由拍摄装置3输入的彩色图像提取蓝色成分而得到的蓝色成分图像。在此，在由拍摄装置3拍摄的图像的辉度不饱和的条件下检测了高频电加热下的熔融边缘(对接端部7a、7b)的情况下(图3的(A))，红色成分R、绿色成分G、蓝色成分B的各辉度值成为下述的比率。
R：G：B＝1.0：0.6：0.2
另外，在从彩色图像检测了等离子体流部分的情况下(图4的(A))，该等离子体流部分的各辉度值成为下述的比率。此外，上述及下述的红色成分R、绿色成分G及蓝色成分B的各辉度值的比率分别表示最大值，根据状况，在不超过该最大值的范围内稍微变化。
R：G：B＝0.5：0.5：1.2
例如，在预先设定的拍摄条件下(在拍摄了熔融边缘时由拍摄装置3拍摄的图像的辉度不饱和的条件下)，优选使用熔融边缘的红色成分水平“1.0”的一半左右以上(超过0.2)的辉度作为从彩色图像提取蓝色成分时的阈值而得到蓝色成分图像，将该蓝色成分图像进行二值化。其结果，通过蓝色成分图像的二值化，作为蓝色的辉度强的等离子体区域，能够得到由钢管边缘70a、70b夹着的V字显示区域ER1。
此外，若对该V字显示区域ER1与上述V字区域ERv的关系进行说明，则V字区域ERv意味着由对接端部7a、7b形成的V字区域的实物，而另一方面，V字显示区域ER1意味着拍摄V字区域ERv而得到的影像。
从彩色图像提取的蓝色成分优选波长是380[nm]～550[nm]，更优选是包括要使用的等离子体气体的主发光波段(391[nm]、410[nm]、427[nm]、434[nm]、486[nm]等)的380[nm]～500[nm]。
V字区域解析部35将由蓝色成分图像提取部34得到的蓝色成分图像利用二值化处理部42进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，生成如图10的(A)所示的蓝色成分二值化图像D1。在此，关于蓝色成分二值化图像D1，由于隔着V字区域ERv而看到等离子体流的区域由蓝色成分表示的蓝色成分图像被进行了二值化，所以在与V字区域ERv相当的像素区域显示V字显示区域ER1。例如，作为蓝色成分二值化图像D1，对受光辉度为预定阈值以上的像素赋予像素值“1”，对剩余的小于预定阈值的像素赋予像素值“0”。V字区域解析部35利用V字区域确定部43来确定由二值化处理部42生成的蓝色成分二值化图像D1内的例如受光辉度为预定阈值以上的像素区域，作为与V字区域ERv相当的V字显示区域ER1。
几何学V字收敛点解析部36利用直线近似部44对由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1的V字收敛的两边缘进行直线近似。在此，V字显示区域ER1的V字收敛的两边缘与钢板6中的V字区域ERv的对接端部7a、7b相当。因而，如图10的(B)所示，V字显示区域ER1的两钢管边缘70a、70b的近似直线L1a、L1b能够视为钢板6中的V字区域ERv的对接端部7a、7b(图5、图6)的近似直线。
几何学V字收敛点解析部36利用几何学V字收敛点检测部45来检测近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0(图10的(B))。另外，几何学V字收敛点解析部36利用几何学中心线算出部46来算出由根据蓝色成分二值化图像D1求出的近似直线L1a、L1b和几何学V字收敛点V0形成的角(V字收敛角)的2等分线作为几何学中心线L2(图10的(B))。
物理对合点解析部37对由所述V字区域确定部43得到的蓝色成分二值化图像D1，利用标记化处理部48进行针对每个连通域(Blob)分配标记的标记化处理。
在此所说的连通域是指在相对于某像素在包括在上下左右方向上相邻的4像素和在倾斜方向上相邻的4像素的相邻8像素的任一像素中被赋予了像素值“1”的像素相邻的情况下通过关于各像素进行这些像素的连结而得到的各个连结区域。
另外，标记化处理是指对各个连通域分配标记编号而提取特定的连通域，并对提取出的连通域的图像内的位置、宽度、长度、面积等进行提取的处理。物理对合点解析部37利用物理对合点检测部49，如图10的(C)所示，从标记化处理后的图像D2内提取符合预定的条件的连通域作为表示由钢板6的对接端部7a、7b形成的V字区域ERv的连通域B1。
作为决定为是表示V字区域ERv的连通域B1的条件，例如，可举出不与图像D2的左端相接而仅与图像D2的右端相接、面积为50[mm2]以上且将连通域的纵向(与运送方向X正交的Y方向)的长度除以连通域的横向(运送方向X)的长度而得到的值(长宽比)为0.2以下这一条件。物理对合点解析部37当基于该条件而提取表示V字区域ERv的连通域B1后，检测该连通域B1的最下游点作为物理对合点V1。
对接端部解析部39利用V字区域除去图像生成部56来生成从自拍摄装置3输入的彩色图像除去了由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1的图像部分的V字区域除去彩色图像。对接端部解析部39利用红色成分图像提取部57来从V字区域除去彩色图像提取红色成分，生成如图11的(A)所示的V字区域除去解析图像D3。
如图11的(A)所示，在由红色成分构成的V字区域除去解析图像D3中，显示了V字显示区域ER1(图10的(A))的图像部分被除去后的V字除去区域ER2，在其他区域，在钢板6的焊接部ER表面出现的焊缝部70等的状态由红色成分的浓淡显示。另外，从彩色图像提取焊缝部70等部分时的红色成分优选波长是550[nm]～1100[nm]，更优选是与蓝色成分图像的分离充分且不怎么包括等离子体气体的主发光波段的波长，因此尤其优选是600[nm]～740[nm]。
焊接点解析部38利用缝隙探索区域设定部51，如图11的(B)所示，在红色成分的V字区域除去解析图像D3内设定缝隙探索区域ER3。在此，在将钢板6的对接端部7a、7b被对接而观察为1条线状的部分设为焊接线的情况下，假定为焊接线位于由几何学V字收敛点解析部36得到的V字收敛角的2等分线即几何学中心线L2上。在本实施方式的情况下，缝隙探索区域设定部51将几何学中心线L2沿着其长边方向纵贯的矩形形状的区域设定为缝隙探索区域ER3。
具体而言，在缝隙探索区域ER3中在运送方向X上延伸的长边方向上，将由物理对合点解析部37检测到的物理对合点V1设为缝隙探索区域ER3的上游端，将V字区域除去解析图像D3的下游端设为缝隙探索区域ER3的下游端VE。另外，在与缝隙探索区域ER3的长边方向正交的Y方向上，优选设为以几何学中心线L2为中心而具有预定宽度(例如2[mm])的区域。
焊接点解析部38利用二值化处理部52对设定了缝隙探索区域ER3的V字区域除去解析图像D3进行二值化处理后，利用标记化处理部53对二值化后的V字区域除去解析图像D3进行针对每个连通域分配标记的标记化处理。焊接点解析部38利用焊接点检测部54算出标记化处理后的各个连通域的长宽比。焊接点解析部38如图11的(C)所示，在二值化后的V字区域除去解析图像D4内的缝隙探索区域ER3中，检测长宽比小于1/2的各连通域中的处于钢板6的运送方向X的最下游的连通域B2的最下游的点作为焊接点W。
焊接点检测部54在判断为长宽比小于1/2的连通域不存在于V字区域除去解析图像D4内的情况下，将处于几何学中心线L2上的各连通域相互连接后，检测该连接后的连通域中的钢板6的运送方向X的最下游的点作为焊接点W。
这样，焊接点检测部54通过基于连通域的长宽比来检测焊接点W，如图11的(C)所示，即使例如在缝隙探索区域ER3内存在由噪声引起的连通域B3的情况下，也能够除去由噪声引起的连通域B3并检测焊接点W。
等离子体流位置解析部40利用V字区域提取部59，从自拍摄装置3输入的彩色图像仅提取由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1(图10的(A))的部分中的红色成分而生成V字区域内解析图像。该V字区域内解析图像是隔着V字区域而看到的等离子体流的红色成分，越接近等离子体流的中心部分则辉度越高。在此，V字区域内解析图像是为了确定V字区域ERv内的被供给等离子体流的区域中的、成为中心的中心区域(等离子体流中心区域)而使用的图像。另外，仅从处于彩色图像内的V字显示区域ER1部分提取的红色成分优选波长是550[nm]～1100[nm]，更优选是与蓝色成分图像的分离不充分且包括等离子体气体的主发光波段的波长，因此尤其优选是640[nm]～780[nm]。
等离子体流位置解析部40利用二值化处理部60对红色成分的V字区域内解析图像进行二值化处理，如图12的(A)所示，在从彩色图像提取出的V字显示区域ER4内，生成辉度高的等离子体流中心区域ER5由明暗表示的二值的V字区域内解析图像D5。在此，在由拍摄装置3拍摄的图像的辉度不饱和的条件下，如图3的(A)所示那样检测了被高频电加热了的熔融边缘的情况下，如上所述，熔融边缘中的红色成分R、绿色成分G、蓝色成分B的各辉度值的最大值的比率成为下述这样。
R：G：B＝1.0：0.6：0.2
另外，如上所述，在检测了等离子体流部分的情况下(图4的(A))，各辉度值的最大值的比率成为下述这样。
R：G：B＝0.5：0.5：1.2
因而，例如，在预先设定的拍摄条件下(在拍摄了熔融边缘部时由拍摄装置3拍摄到的图像的辉度不饱和的条件下)，等离子体流部分的红色成分R的辉度相对于熔融边缘的红色成分的辉度的水平“1.0”是“0.5”左右。于是，若将从彩色图像的V字显示区域ER1部分提取红色成分时的辉度的阈值设为熔融边缘的红色成分R的辉度的0.1～0.3倍左右(比0.5倍小的值)而得到红色成分的V字区域内解析图像，而且将该V字区域内解析图像二值化，则如图12的(A)所示，能够得到将等离子体流中心区域ER5通过二值化而区分了明暗的V字区域内解析图像D5。
等离子体流位置解析部40利用标记化处理部61，对二值化后的V字区域内解析图像D5进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，提取符合预定的条件的连通域作为等离子体流中心区域ER5的连通域。此外，作为决定为等离子体流中心区域ER5的连通域的条件，例如可举出不与V字区域内解析图像D5的左端相接而仅与V字区域内解析图像D5的右端相接且面积为20[mm2]以上、将连通域的纵向(与运送方向X正交的Y方向)的长度除以连通域的横向(运送方向X)的长度而得到的值(长宽比)为0.2以下这一条件。
等离子体流位置解析部40利用等离子体流中心线算出部62，如图12的(B)所示，算出等离子体流中心区域ER5的长边方向中心轴即朝向运送方向X侧延伸的等离子体流中心线L3。在此，作为这样的等离子体流中心线L3的算出方法，例如，在V字区域内解析图像D5内的等离子体流中心区域ER5的连通域是呈V字收敛的形状时，检测对V字收敛的两等离子体边缘e1、e2进行直线近似而得到的近似直线的交点作为等离子体流中心顶端点V2。接着，等离子体流中心线算出部62算出由在V字区域内解析图像D5中直线近似出的一对等离子体边缘e1、e2和等离子体流中心顶端点V2形成的角(等离子体流V字收敛角)的2等分线作为等离子体流中心线L3。
等离子体流位置解析部40的比较部63能够将所述物理对合点检测部49算出的物理对合点V1与等离子体流中心线L3进行比较，判断物理对合点V1是否从等离子体流中心线L3的延长线上偏移。比较部63例如在物理对合点V1与等离子体流中心线L3的相对位置一致的情况下，判断为正在对焊接部ER向能够得到充分的防护效果的最佳的位置供给等离子体流。
另一方面，比较部63例如在物理对合点V1从等离子体流中心线L3的延长线上偏移的情况下，判断为没有对焊接部ER向能够得到充分的防护效果的位置供给等离子体流。
这样，基本上，基于物理对合点V1与等离子体流中心线L3的相对位置关系来判断等离子体流的供给状态的合适与否，但本发明不限于该方式。例如，也能够采用以下方式：在几何学中心线L2的方向和等离子体流中心线L3的方向相对偏移的情况下，比较部63判断为没有对钢板6的焊接部ER从能够得到充分的效果的方向供给等离子体流。
焊接操作监视装置4将这些几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W的检测结果、等离子体流中心线L3是否从物理对合点V1偏移的判断结果显示于显示部32，能够对操作者解析焊接操作。顺便提及，焊接操作监视装置4也可以例如不仅将等离子体流中心线L3是否从物理对合点V1偏移的判断结果显示于显示部32，也在控制部31中算出使等离子体流中心线L3与物理对合点V1一致所需的位置修正数据，并将其向等离子体流供给装置2发送。由此，等离子体流供给装置2基于从焊接操作监视装置4接收到的位置修正数据而修正等离子体流供给角度θ、等离子体流供给机14的等离子体流供给位置，能够对焊接部ER从最佳的位置及方向供给等离子体流。
另外，如图13所示，焊接操作监视装置4也可以生成对V字区域ERv中的蓝色成分被提取且V字区域ERv作为V字显示区域ER6显示的图像合成如图12的(A)所示的二值化后的等离子体流中心区域ER5而得到的合成图像D6。如图13所示，在合成图像D6中，能够在焊接部ER中的V字区域ERv由蓝色成分显示的V字显示区域ER6内显示等离子体流中心区域ER5。因此，通过使等离子体流中心区域ER5显示于显示部32，能够使操作者经由视觉而直观地掌握等离子体流中心区域ER5的偏移。
以下，参照图14的流程图来说明使用了具有以上说明的结构的焊接操作监视系统1的焊接操作解析处理。在该焊接操作解析处理中，求出几何学V字收敛点V0、几何学中心线L2、物理对合点V1、V字区域除去解析图像及焊接点W。
而且，以下，参照图15的流程图，也对使用了该焊接操作监视系统1的等离子体流位置解析处理进行说明。在该等离子体流位置解析处理中，求出等离子体流中心线L3相对于物理对合点V1的位置偏移。
<焊接操作解析处理>
首先，使用图14所示的流程图对焊接操作解析处理进行说明。如图14所示，焊接操作监视装置4从例程RT1的开始步骤进入而移向步骤SP1，当从拍摄装置3输入了彩色图像时，移向下一步骤SP2。在步骤SP2中，焊接操作监视装置4从在步骤SP1中输入的彩色图像提取蓝色成分而生成蓝色成分图像，移向下一步骤SP3。
步骤SP3～步骤SP6是算出几何学中心线L2的处理步骤，步骤SP8～步骤SP9是算出物理对合点V1的处理步骤。在步骤SP3中，焊接操作监视装置4对蓝色成分图像进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，在蓝色成分图像内确定表示V字区域ERv的像素区域作为V字显示区域ER1，移向接下来的步骤SP4、步骤SP8及步骤SP10。在步骤SP4中，焊接操作监视装置4对收敛为V字显示区域ER1的V字的两边缘线分别进行直线近似，移向下一步骤SP5。
在步骤SP5中，焊接操作监视装置4检测在步骤SP4中求出的一对近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0，移向下一步骤SP6。在步骤SP6中，焊接操作监视装置4算出由在步骤SP4中求出的近似直线L1a、L1b和在步骤SP5中检测到的几何学V字收敛点V0形成的角(V字收敛角)的2等分线作为几何学中心线L2，移向下一步骤SP12。
另一方面，在步骤SP10中，焊接操作监视装置4从在步骤SP1中从拍摄装置3得到的彩色图像除去在步骤SP3中得到的V字显示区域ER1部分而生成V字区域除去彩色图像，移向下一步骤SP11。在步骤SP11中，焊接操作监视装置4从V字区域除去彩色图像提取红色成分，生成钢板6的焊接部表面中的焊缝部70等的状态由红色成分的浓淡显示的V字区域除去解析图像D3，移向下一步骤SP12。
另外，在步骤SP8中，焊接操作监视装置4对在步骤SP3中得到的蓝色成分二值化图像进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP9。在步骤SP9中，焊接操作监视装置4从通过标记化处理得到的连通域中提取符合预定的条件的连通域作为表示由钢板6的对接端部7a、7b形成的V字区域ERv的连通域B1，检测该连通域B1的最下游点作为物理对合点V1，移向下一步骤SP12。
在步骤SP12中，焊接操作监视装置4在步骤SP11中得到的V字区域除去解析图像D3内设定缝隙探索区域ER3，移向下一步骤SP13。在步骤SP13中，焊接操作监视装置4对设定了缝隙探索区域ER3的V字区域除去解析图像D3进行二值化处理后，在下一步骤SP14中，对二值化后的V字区域除去解析图像D4进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP15。
在步骤SP15中，焊接操作监视装置4算出标记化处理后的各个连通域的长宽比，判断在缝隙探索区域ER3内是否存在长宽比小于1/2的连通域。若在步骤SP15中得到肯定结果(SP15：是)，则这表示在缝隙探索区域ER3内存在长宽比小于1/2的连通域，此时，焊接操作监视装置4移向下一步骤SP16。在步骤SP16中，焊接操作监视装置4检测处于缝隙探索区域ER3内的长宽比小于1/2的连通域B2中的、处于钢板6的运送方向X的最下游的连通域B2的最下游的点作为焊接点W，移向下一步骤SP18而结束上述的焊接操作解析处理工序。
另一方面，若在步骤SP15中得到否定结果(SP15：否)，则这表示在缝隙探索区域ER3内不存在长宽比小于1/2的连通域，此时，焊接操作监视装置4移向下一步骤SP17。在步骤SP17中，焊接操作监视装置4将处于几何学中心线L2上的连通域连接后，检测该连接后的连通域中的钢板6的运送方向X的最下游的点作为焊接点W，移向下一步骤SP18而结束上述的焊接操作解析处理工序。
本实施方式的焊接操作监视方法按照以上说明的流程来进行焊接操作监视。即，在该焊接操作监视方法中，监视将钢板6成形为管状并使一对对接端部7a、7b彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域ERv的焊接部ER供给等离子体流而进行防护一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作。此时，执行如下工序：拍摄工序，从形成为管状的钢板6的管内侧及管外侧中的被供给等离子体流的一方即管内的相反侧即管外隔着V字区域ERv而拍摄包括等离子体流的彩色图像；及焊接操作监视工序，从彩色图像提取特定颜色成分而生成特定颜色成分图像，基于在特定颜色成分图像中显示的V字区域ERv而在彩色图像内确定与V字区域ERv对应的区域即V字显示区域ER1，由此对焊接操作的状态进行解析。
而且，在该焊接操作监视工序中，如在接下来的等离子体流位置解析处理中说明那样，生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像，从V字区域ERv的部分的彩色图像提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少任一方，根据提取出的所述红色成分图像及所述绿色成分图像中的至少任一方的浓淡来进行等离子体流的等离子体流中心区域ER5的确定。
<等离子体流位置解析处理>
接着，使用图15所示的流程图来对等离子体流位置解析处理工序进行说明。如图15所示，焊接操作监视装置4从例程RT2的开始步骤进入，按照上述的步骤SP1～步骤SP3，从自拍摄装置3输入的彩色图像提取蓝色成分后，对得到的蓝色成分图像进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，确定表示V字区域ERv的像素区域作为V字显示区域ER1，移向下一步骤SP24。
在步骤SP24中，焊接操作监视装置4从自拍摄装置3输入的彩色图像仅提取在步骤SP3中确定出的V字显示区域ER1部分中的红色成分而生成V字区域内解析图像，移向下一步骤SP25。在步骤SP25中，焊接操作监视装置4对红色成分的V字区域内解析图像进行二值化处理，生成辉度高的等离子体流中心区域ER5由明暗表示的二值的V字区域内解析图像D5，移向下一步骤SP26。在步骤SP26中，焊接操作监视装置4对V字区域内解析图像D5进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP27。
此外，在上述步骤SP24中，虽然提取在步骤SP3中确定出的V字显示区域ER1部分的红色成分，但也可以取代红色成分而提取绿色成分。在取代红色成分而提取了绿色成分的情况下，也能够同样地进行接在步骤SP24之后的步骤SP25以后的处理。进一步说，在上述步骤SP24中，也可以提取红色成分及绿色成分双方并针对各个成分进行同样的处理，然后，通过并用这2个结果来进一步提高算出精度。
在步骤SP27中，焊接操作监视装置4提取符合预定的条件的连通域作为等离子体流中心区域ER5的连通域后，基于该连通域来算出并求出等离子体流中心线L3，移向下一步骤SP28。在步骤SP27中，例如，根据对等离子体流中心区域ER5的连通域的V字收敛的两等离子体边缘e1、e2的各自进行直线近似而得到的一对近似直线和这一对近似直线的交点即等离子体流中心顶端点V2，算出等离子体流V字收敛角的2等分线作为等离子体流中心线L3。
在步骤SP28中，焊接操作监视装置4将在上述的步骤S9中得到的物理对合点V1与在步骤SP27中算出的等离子体流中心线L3进行比较。并且，判断等离子体流中心线L3相对于物理对合点V1是否偏移，在得到该判断结果后，移向下一步骤SP29而结束等离子体流位置解析处理工序。
<第1实施方式的总结>
以下，对本实施方式的焊接操作监视系统1的要点进行总结。
焊接操作监视系统1监视将钢板(带状钢板)6成形为管状并使一对对接端部7a、7b彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域ERv的焊接部ER供给等离子体流而进行防护一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作。
并且，该焊接操作监视系统1具备拍摄装置3和焊接操作监视装置4。拍摄装置3配置于形成为管状的钢板6的管内侧及管外侧中的被供给等离子体流的管内侧的相反侧即管外侧，隔着V字区域ERv拍摄包括等离子体流的彩色图像。另外，焊接操作监视装置4生成从所述彩色图像提取特定颜色成分而得到的特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的V字区域ERv来确定所述彩色图像内的与所述V字区域ERv对应的区域即V字显示区域ER1，由此对焊接操作的状态进行解析。
而且，焊接操作监视装置4具备生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像的蓝色成分图像提取部34。
根据具有上述结构的焊接操作监视系统1，由于隔着V字区域ERv而看到的等离子体流的蓝色成分的辉度比焊接部ER的钢板6的表面处的蓝色成分的辉度高出约2倍以上，所以通过从自上方拍摄焊接部ER而得到的彩色图像提取预定辉度以上的蓝色成分，能够将隔着V字区域ERv而看到的等离子体流的部分与焊接部ER的钢板6的表面部分进行分离。这样，在焊接操作监视系统1中，能够基于提取预定辉度以上的蓝色成分而得到的蓝色成分图像来确定V字区域ERv，能够进行等离子体防护电阻缝焊焊接时的焊接操作的解析。
另外，在焊接操作监视系统1中，在配置有等离子体流供给装置2的钢板6的管内侧的相反侧即管外侧配置拍摄装置3，利用该拍摄装置3从上方隔着V字区域ERv拍摄可看到等离子体流的焊接部ER。根据该结构，能够抑制等离子体流在焊接部ER上重叠，相应地，在基于拍摄到的彩色图像来进行焊接操作的解析时，能够降低等离子体流的影响。另外，关于设备配置而言，由于仅将等离子体流供给装置2及拍摄装置3中的拍摄装置3设置于钢板6的管外侧即可，所以能够相应地减少钢板6的周边的设备设置空间。
另外，焊接操作监视装置4具备等离子体流位置解析部40，该等离子体流位置解析部40从所述彩色图像的V字显示区域ER1的部分提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少一方，根据提取出的红色成分图像及绿色成分图像中的至少一方的浓淡来确定等离子体流中心区域ER5。
该等离子体流位置解析部40具有等离子体流中心线算出部62，该等离子体流中心线算出部62对构成等离子体流中心区域ER5的一对等离子体边缘e1、e2分别进行直线近似而求出V字收敛角，求出一对等离子体边缘e1、e2间的二等分线作为等离子体流中心线L3。
另外，焊接操作监视装置4具备物理对合点解析部37，该物理对合点解析部37基于蓝色成分图像来检测一对对接端部7a、7b彼此物理地对合的物理对合点V1。
并且，等离子体流位置解析部40具有比较部63，该比较部63求出等离子体流中心线L3的位置与由物理对合点解析部37得到的物理对合点V1的位置的相对位置关系。通过该相对位置关系，能够进行等离子体流的供给方向的合适与否判断和调整。
另外，焊接操作监视装置4具备几何学V字收敛点解析部36。该几何学V字收敛点解析部36能够求出对构成V字显示区域ER1的一对对接端部7a、7b分别进行直线近似而得到的一对近似直线，检测该一对近似直线的交点作为几何学V字收敛点V0。
而且，焊接操作监视装置4具备焊接点解析部38，该焊接点解析部38通过将基于所述蓝色成分图像确定出的等离子体流的图像从所述彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像来求出焊接点W。
根据具有上述各结构的焊接操作监视系统1，能够减少对钢板6的周边的设备设置空间的要求，并与以往相比降低了用于防护而供给的等离子体流的影响地对焊接操作的状态进行解析。
<第2实施方式>
<本实施方式的焊接操作监视系统的结构>
图16示出本发明的第2实施方式的焊接操作监视系统71的结构。
焊接操作监视系统71具备选择波长降低图像拍摄装置73和焊接操作监视装置74。该焊接操作监视系统71在(1)选择波长降低图像拍摄装置73在拍摄装置主体73a的透镜之前具备光学元件73b这一点和(2)焊接操作监视装置74根据由选择波长降低图像拍摄装置73拍摄到的彩色图像而生成红色成分图像并进行解析处理这一点上与上述的第1实施方式的焊接操作监视系统1尤为不同。
在图16以后的各图及以下的说明中，关于与在上述第1实施方式中说明过的各构成要素相同的构成要素，标注同一标号，主要以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明。
<选择波长降低图像拍摄装置73>
如图16所示，选择波长降低图像拍摄装置73配置于钢板6的管外侧且焊接部ER的上方，将从上方拍摄焊接部ER而得到的彩色图像向焊接操作监视装置74输入。光学元件73b例如是带阻滤波器，使等离子体流中包含的红色成分中的特定波长的辉度下降。即，在选择波长降低图像拍摄装置73中，生成利用光学元件73b仅使等离子体流中包含的红色成分中的特定波长的辉度局部地下降了的焊接部ER的彩色图像，将其向焊接操作监视装置74输入。
在此，对所述带阻滤波器的功能进行说明。图17是示出了等离子体辉度、2种带阻滤波器(i)、(ii)的透射率及黑体辐射辉度的关系的坐标图。如图17所示，等离子体流的发光辉度由成分气体决定，在波长0.6[μm]～1.0[μm]之间出现多个尖锐的峰。在本实施方式中，等离子体流的主成分是N2气、Ar气、氢气。
带阻滤波器(i)具有仅使例如0.725[μm]～0.765[μm]的波长的辉度下降而使其他波长的光透过的特性。另外，带阻滤波器(ii)具有仅使例如0.755[μm]～0.795[μm]的波长的辉度下降而使其他波长的光透过的特性。
例如，在应用了图17所示的特性的带阻滤波器(i)作为光学元件73b的情况下，能够使红色成分中的、处于0.725[μm]～0.765[μm]的波长范围的等离子体辉度的峰(主发光辉度)下降。另一方面，在应用了图17所示的特性的带阻滤波器(ii)作为光学元件73b的情况下，能够使红色成分中的处于0.755[μm]～0.795[μm]的波长范围的等离子体辉度的峰(主发光辉度)下降。这些波长均与图17的等离子体发光中的辉度高的部分对应，因此，通过使该部分降低，能够使在红色成分图像中出现的等离子体流部分的图像辉度大幅下降。
另一方面，熔融边缘的发光依照黑体辐射的辉度分布。例如，1500[℃]下的黑体辐射辉度具有从波长0.6[μm]到1.0[μm]连续地存在且随着朝向长波长而平缓地增加的倾向(图17的虚线)。因而，即使在经由了辉度降低范围被限定为几十nm波长的量的带阻滤波器的情况下，在红色成分图像内检测的熔融边缘部的辉度下降也极少。
根据这样的理由，通过使用带阻滤波器，能够在红色成分图像中选择性地仅使相当于等离子体流的部分的辉度下降，放大红色成分图像内的熔融边缘部与等离子体流部分之间的辉度对比度。
<焊接操作监视装置74的结构>
如图18所示，焊接操作监视装置74具有：构成包括未图示的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)及RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等的微型计算机的控制部31、显示部32、图像输入部33、红色成分图像提取部134、V字区域解析部35、几何学V字收敛点解析部36、物理对合点解析部37、焊接点解析部38、对接端部解析部39及等离子体流位置解析部40经由总线30而相互连接的结构。
本实施方式的焊接操作监视装置74的取代上述第1实施方式的蓝色成分图像提取部34而具备红色成分图像提取部134这一点，成为不同点之一。
图像输入部33与选择波长降低图像拍摄装置73连接，当输入了由该选择波长降低图像拍摄装置73得到的彩色图像时，向控制部31的RAM、红色成分图像提取部134等发送所述彩色图像。红色成分图像提取部134生成从自选择波长降低图像拍摄装置73输入的彩色图像提取红色成分而得到的红色成分图像(参照图19的(A)所示的红色成分图像D7A)。
红色成分图像D7A是使用经由光学元件73b而拍摄到的彩色图像生成的图像，因此相当于等离子体流的部分的辉度选择性地下降。另一方面，与熔融边缘部及焊缝部对应的部分的辉度几乎没有下降。由此，能够提高红色成分图像D7A内的熔融边缘部与等离子体流部分之间的辉度对比度。尤其是，能够提高熔融边缘部(对接端部7a、7b)与处于等离子体流中心区域ER5的周围的V字的等离子体流周边区域Eb之间的辉度对比度。其结果，能够容易地进行在下一工序中进行的二值化处理。
V字区域解析部35对由红色成分图像提取部134得到的红色成分图像D7A利用二值化处理部42进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，生成如图19的(B)所示的红色成分二值化图像D7B。
在所述二值化处理中，例如，对受光辉度为预定阈值以上的像素赋予像素值“1”，对其余的小于预定阈值的像素赋予像素值“0”。具体而言，在红色成分二值化图像D7B内，表示焊接后的熔融焊缝线、V字状的熔融边缘及隔着V字区域ERv而看到的等离子体流的中心部分的每一个的各像素成为阈值以上而成为了像素值“1”。另一方面，对于等离子体流的中心部分周围(等离子体流周边区域Eb)中的各像素，由于受光辉度小于预定阈值，所以成为了像素值“0”。由此，等离子体流作为比V字区域ERv较少地缩小了的等离子体流中心区域ER5而显示。
V字区域解析部35的V字区域确定部43将由二值化处理部42生成的红色成分二值化图像D7B内的V字状的2条线的内侧确定为V字显示区域ER1。V字显示区域ER1的检测例如能够通过以下的方法来进行。即，将与红色成分二值化图像D7的右端相接的等离子体流中心区域ER5识别为具有合适的长宽比范围和面积的块，制作使该等离子体流中心区域ER5成为像素值“0”而反转所得到的图像D8(参照图19的(C))。在该图像D8中，使像素值“0”的等离子体流中心区域ER5和处于其周围的像素值“0”的等离子体流周边区域Eb一体化。由此，能够将与图像D8的右端相接的像素值“0”的区域识别为具有合适的长宽比范围和面积的块，确定V字显示区域ER1。
几何学V字收敛点解析部36利用直线近似部44对由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1的呈V字收敛的两边缘线分别进行直线近似。在此，V字显示区域ER1的呈V字收敛的两边缘线相当于钢板6中的V字区域ERv的对接端部7a、7b。因而，如图20的图像D9所示，V字显示区域ER1的两钢管边缘70a、70b的近似直线L1a、L1b能够视为钢板6中的V字区域ERv的对接端部7a、7b(图5的(A)～图6的(B))的近似直线。此外，图20相当于图19的(C)的图像D8，但为了说明，示出了使图19的(C)的明暗反转而得到的图像D9。
几何学V字收敛点解析部36利用几何学V字收敛点检测部45来检测近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0(图20)。
如以上说明那样，几何学V字收敛点解析部36求出对构成V字显示区域ER1的一对对接端部7a、7b分别进行直线近似而得到的一对近似直线L1a、L1b。并且，几何学V字收敛点解析部36检测一对近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0。
而且，几何学V字收敛点解析部36利用几何学中心线算出部46来算出由根据红色成分二值化图像D9求出的近似直线L1a、L1b和几何学V字收敛点V0形成的角(V字收敛角)的2等分线作为几何学中心线L2(图20的虚线)。
物理对合点解析部37，关于如上述那样由V字区域确定部43确定出的V字显示区域ER1，与上述第1实施方式同样地利用标记化处理部48进行针对每个连通域(Blob)分配标记的标记化处理。
物理对合点解析部37利用物理对合点检测部49，从标记化处理后的图像内提取符合预定的条件的连通域作为表示由钢板6的对接端部7a、7b形成的V字区域ERv的连通域B1(图20的影线部分)。
作为决定为是表示V字区域ERv的连通域B1的条件，例如，可举出不与图20所示的二值化图像D9的左端相接而仅与二值化图像D9的右端相接、面积为50[mm2]以上且将连通域B1的纵向(与运送方向X正交的Y方向)的长度除以连通域B1的横向(运送方向X)的长度而得到的值(长宽比)为0.2以下这一条件。物理对合点解析部37当基于该条件而提取表示V字区域ERv的连通域B1后，检测该连通域B1的最下游点作为物理对合点V1。即，物理对合点解析部37的物理对合点检测部49基于红色成分二值化图像D9来求出一对对接端部7a、7b物理地对合的物理对合点V1。
对接端部解析部39的V字区域除去图像生成部56生成从自选择波长降低图像拍摄装置73输入的彩色图像除去了由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1的图像部分而得到的V字区域除去彩色图像。对接端部解析部39的红色成分图像提取部57从V字区域除去彩色图像提取红色成分而生成V字区域除去解析图像D3(与上述第1实施方式的图11的(A)是同样的，因此参照图11的(A)。以下，同样)。
如图11的(A)所示，在由红色成分构成的V字区域除去解析图像D3中显示了V字显示区域ER1(参照图20)的图像部分被除去后的V字除去区域ER2，在其他区域，在钢板6的焊接部ER表面出现的焊缝部70等的状态由红色成分的浓淡显示。
焊接点解析部38利用缝隙探索区域设定部51在红色成分的V字区域除去解析图像D3内设定缝隙探索区域ER3(参照图11的(B))。在此，将钢板6的对接端部7a、7b被对接而被观察为1条线状的部分设为了焊接线的情况下，假定为焊接线位于由几何学V字收敛点解析部36得到的V字收敛角的2等分线即几何学中心线L2上。在本实施方式的情况下，缝隙探索区域设定部51将几何学中心线L2沿着其长边方向而纵贯的矩形形状的区域设定为缝隙探索区域ER3。
具体而言，在缝隙探索区域ER3中在运送方向X上延伸的长度方向上，将由物理对合点解析部37检测到的物理对合点V1设为缝隙探索区域ER3的上游端，将V字区域除去解析图像D3的下游端设为缝隙探索区域ER3的下游端VE(参照图11的(B))。另外，在与缝隙探索区域ER3的长边方向正交的Y方向上，优选设为以几何学中心线L2为中心而具有预定宽度(例如2[mm])的区域。
焊接点解析部38利用二值化处理部52对设定了缝隙探索区域ER3的V字区域除去解析图像D3进行二值化处理后，利用标记化处理部53对二值化后的V字区域除去解析图像D3进行针对每个连通域分配标记的标记化处理。
焊接点解析部38利用焊接点检测部54算出标记化处理后的各个连通域的长宽比。焊接点解析部38如图11的(C)所示，在二值化后的V字区域除去解析图像D4内的缝隙探索区域ER3中，检测长宽比小于1/2的各连通域中的处于钢板6的运送方向X的最下游的连通域B2的最下游的点作为焊接点W。
焊接点检测部54在判断为长宽比小于1/2的连通域不存在于V字区域除去解析图像D4内的情况下，将处于几何学中心线L2上的各连通域相互连接后，检测该连接后的连通域中的钢板6的运送方向X的最下游的点作为焊接点W。
这样，焊接点检测部54通过基于连通域的长宽比来检测焊接点W，例如即使在缝隙探索区域ER3内存在由噪声引起的连通域B3的情况下，也能够除去由噪声引起的连通域B3来检测焊接点W(参照图11的(C))。
如以上说明那样，焊接点解析部38基于将彩色图像中的等离子体流的部分的图像反转而消除后的包括由焊缝线和熔融边缘线包围的V字除去区域ER2的等离子体流消除图像来求出焊接点W。
等离子体流位置解析部40利用标记化处理部61对二值化图像D7B进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，提取符合预定的条件的连通域作为等离子体流中心区域ER5的连通域。此外，作为决定为等离子体流中心区域ER5的连通域的条件，例如，可举出不与二值化图像D7B的左端相接而仅与二值化图像D7B的右端相接且面积为20[mm2]以上、将连通域的纵向(与运送方向X正交的Y方向)的长度除以连通域的横向(运送方向X)的长度而得到的值(长宽比)为0.2以下这一条件。
等离子体流位置解析部40的等离子体流中心线算出部62如图21的图像D10所示，算出等离子体流中心区域ER5的长边方向中心线即朝向运送方向X侧延伸的等离子体流中心线L3。此外，在图21的图像D10中，为了说明，进行了使图19的(B)所示的二值化图像D7B的明暗反转、将各线利用虚线示出等调整。
作为等离子体流中心线L3的算出方法，例如，在图像D10内的等离子体流中心区域ER5的连通域是呈V字收敛的形状时，检测对V字收敛的两等离子体边缘e1、e2进行直线近似而得到的近似直线的交点作为等离子体流中心顶端点V2。接着，等离子体流中心线算出部62算出由在二值化图像D10中直线近似后的一对等离子体边缘e1、e2和等离子体流中心顶端点V2形成的角(等离子体流V字收敛角)的2等分线作为等离子体流中心线L3。
等离子体流位置解析部40的比较部63将所述物理对合点检测部49所得到的物理对合点V1与等离子体流中心线算出部62所算出的等离子体流中心线L3进行比较，判断等离子体流中心线L3相对于物理对合点V1是否偏移。此外，也可以考虑取代物理对合点V1而使用几何学中心线L2作为等离子体流中心线L3的比较对象的方式。在该情况下，若等离子体流中心线L3及几何学中心线L2处于互相平行的关系，则能够通过等离子体流中心线L3与几何学V字收敛点V0的相对的位置偏移来掌握位置偏移量。
比较部63在物理对合点V1与等离子体流中心线L3的相对位置一致的情况下(图21的dif＝0)，判断为等离子体流中心区域ER5沿着钢板6的焊接部ER中的V字区域ERv的中心而定位，正在从最佳的方向对焊接部ER的最佳位置供给等离子体流。另一方面，比较部63在等离子体流中心线L3的位置、方向相对于物理对合点V1而相对地偏移的情况下(在图21的dif不是0的情况下)，判断为等离子体流中心区域ER5从钢板6的焊接部ER中的V字区域ERv的中心偏移，没有对焊接部ER从最佳位置及方向供给等离子体流。
如以上说明那样，等离子体流位置解析部40具有：等离子体流中心线算出部62，根据分离后的等离子体流的图像而求出等离子体流的等离子体流中心线L3；及比较部63，求出等离子体流中心线L3与物理对合点V1的相对位置。
焊接操作监视装置74将这些几何学V字收敛点V0、物理对合点V1及焊接点W的检测结果、等离子体流中心线L3是否从物理对合点V1偏移的判断结果显示于显示部32，能够对操作者解析焊接操作。此外，与上述第1实施方式同样，等离子体流供给装置2基于从焊接操作监视装置74接收到的位置修正数据而被修正等离子体流供给角度θ、等离子体流供给机14的等离子体流供给位置，能够从最佳位置及方向对焊接部ER供给等离子体流。
以下，参照图22的流程图来说明使用了具有以上说明的结构的焊接操作监视系统71的焊接操作解析处理。在该焊接操作解析处理中，进行求出几何学V字收敛点V0、几何学中心线L2、物理对合点V1、V字区域除去解析图像及焊接点W的解析处理。
而且，以下，参照图23的流程图也对使用了该焊接操作监视系统71的等离子体流位置解析处理进行说明。在该等离子体流位置解析处理中，进行求出等离子体流中心线L3相对于物理对合点V1的位置偏移的解析处理。
<焊接操作解析处理>
首先，使用图22所示的流程图来对焊接操作解析处理进行说明。如图22所示，焊接操作监视装置74从例程RT101的开始步骤进入而移向步骤SP101，当从选择波长降低图像拍摄装置73输入了彩色图像(红色成分中的特定波长的辉度下降了的图像)时，移向下一步骤SP102。在步骤SP102中，焊接操作监视装置74从在步骤SP101中输入的彩色图像提取红色成分而生成红色成分图像，移向下一步骤SP103。
步骤SP103～步骤SP106是算出几何学中心线L2的处理步骤，步骤SP108～步骤SP109是算出物理对合点V1的处理步骤。在步骤SP103中，焊接操作监视装置74对红色成分图像进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，在红色成分图像内确定表示V字区域ERv的像素区域作为V字显示区域ER1，移向接下来的步骤SP104、步骤SP108、步骤SP110。在步骤SP104中，焊接操作监视装置74对V字显示区域ER1的呈V字收敛的两边缘线分别进行直线近似，移向下一步骤SP105。
在步骤SP105中，焊接操作监视装置74检测在步骤SP104中求出的一对近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0，移向下一步骤SP106。在步骤SP106中，焊接操作监视装置74算出由在步骤SP104中求出的近似直线L1a、L1b和在步骤SP105中检测到的几何学V字收敛点V0形成的角(V字收敛角)的2等分线作为几何学中心线L2，移向下一步骤SP112。
另一方面，在步骤SP110中，焊接操作监视装置74从在步骤SP101中从选择波长降低图像拍摄装置73得到的彩色图像除去在步骤SP103中得到的V字显示区域ER1部分而生成V字区域除去彩色图像，移向下一步骤SP111。在步骤SP111中，焊接操作监视装置74从V字区域除去彩色图像提取红色成分，生成钢板6的焊接部表面中的焊缝部70等的状态由红色成分的浓淡显示的V字区域除去解析图像D3，移向下一步骤SP112。
另外，在步骤SP108中，焊接操作监视装置74对在步骤SP103中得到的红色成分二值化图像进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP109。在步骤SP109中，焊接操作监视装置74从通过标记化处理得到的连通域中提取符合预定的条件的连通域作为表示由钢板6的对接端部7a、7b形成的V字区域ERv的连通域B1，检测该连通域B1的最下游点作为物理对合点V1，移向下一步骤SP112。
在步骤SP112中，焊接操作监视装置74在步骤SP111中得到的V字区域除去解析图像D3内设定缝隙探索区域ER3，移向下一步骤SP113。在步骤SP113中，焊接操作监视装置74对设定了缝隙探索区域ER3的V字区域除去解析图像D3进行二值化处理后，在下一步骤SP114中，对二值化后的V字区域除去解析图像D4进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP115。
在步骤SP115中，焊接操作监视装置74算出标记化处理后的各个连通域的长宽比，判断在缝隙探索区域ER3内是否存在长宽比小于1/2的连通域。若在步骤SP115中得到肯定结果(SP115：是)，则这表示在缝隙探索区域ER3内存在长宽比小于1/2的连通域，此时，焊接操作监视装置74移向下一步骤SP116。在步骤SP116中，焊接操作监视装置74检测处于缝隙探索区域ER3内的长宽比小于1/2的连通域B2中的处于钢板6的运送方向X的最下游的连通域B2的最下游的点作为焊接点W，移向下一步骤SP118而结束上述的焊接操作解析处理工序。
另一方面，若在步骤SP115中得到否定结果(SP115：否)，则这表示在缝隙探索区域ER3内不存在长宽比小于1/2的连通域，此时，焊接操作监视装置74移向下一步骤SP117。在步骤SP117中，焊接操作监视装置74将处于几何学中心线L2上的连通域连接后，检测该连接后的连通域中的钢板6的运送方向X的最下游的点作为焊接点W，移向下一步骤SP118而结束上述的焊接操作解析处理工序。
如以上说明那样，在本实施方式中，在拍摄工序中进行拍摄时，选择性地使彩色图像的红色成分中的特定波长的辉度下降。另外，在所述焊接操作监视工序中，基于选择性地使红色成分中的特定波长的辉度下降后的彩色图像来解析焊接操作的状态。
<等离子体流位置解析处理>
接着，使用图23所示的流程图来对等离子体流位置解析处理工序进行说明。如图23所示，焊接操作监视装置74从例程RT102的开始步骤进入，按照上述的步骤SP101～步骤SP103，从自选择波长降低图像拍摄装置73输入的彩色图像提取红色成分后，对得到的红色成分图像进行二值化处理，根据需要而进行边缘强调处理，确定表示V字区域ERv的像素区域作为V字显示区域ER1，移向下一步骤SP126。
在步骤SP126中，焊接操作监视装置74对在步骤S103中得到的红色成分二值化图像D7B(参照图19的(B))进行针对每个连通域分配标记的标记化处理，移向下一步骤SP127。
在步骤SP127中，焊接操作监视装置74提取符合预定的条件的连通域作为等离子体流中心区域ER5的连通域后，基于该连通域来算出并求出等离子体流中心线L3，移向下一步骤SP128。在步骤SP127中，例如，根据对等离子体流中心区域ER5的连通域的V字收敛的两等离子体边缘e1、e2进行直线近似而得到的近似直线和这些近似直线的交点即等离子体流中心顶端点V2，算出等离子体流V字收敛角的2等分线作为等离子体流中心线L3。
在步骤SP128中，焊接操作监视装置74将在步骤SP109中得到的物理对合点V1与在步骤SP127中算出的等离子体流中心线L3进行比较。并且，判断等离子体流中心线L3相对于物理对合点V1是否偏移，在得到该判断结果后，移向下一步骤SP129而结束等离子体流位置解析处理工序。
<第2实施方式的总结>
以下，对本实施方式的焊接操作监视系统71的要点进行总结。
在本实施方式的焊接操作监视系统71中，在选择波长降低图像拍摄装置73设置有选择性地使等离子体流的红色成分中的与特定波长对应的辉度降低的光学元件73b。并且，焊接操作监视装置74使用从经由光学元件73b而拍摄到的彩色图像作为特定颜色成分图像而提取出的红色成分图像来解析焊接操作的状态。而且，焊接操作监视装置74对红色成分图像进行二值化处理，从V字显示区域ER1的图像分离等离子体流的图像。
即，本实施方式的焊接操作监视装置74利用对接端部解析部39来生成从自选择波长降低图像拍摄装置73输入的彩色图像除去由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1的图像部分而得到的V字区域除去彩色图像。然后，从V字区域除去彩色图像提取红色成分，生成如图11的(A)所示的V字区域除去解析图像(解析图像)D3。
此时，在焊接操作监视装置74中，基于由选择波长降低图像拍摄装置73选择性地使红色成分中的特定波长成分的等离子体辉度下降了的彩色图像，生成V字区域除去解析图像D3。由此，能够生成降低了等离子体流的辉度对焊接部ER中的钢板6的表面上的影响的V字区域除去解析图像D3。这样，在焊接操作监视装置74中，由于能够降低等离子体流的影响，所以在焊接部ER产生的具有两个阶段的V字收敛角的特征性的形状的解析等也能够更加正确地进行。
在以上说明的结构的焊接操作监视系统71中，在配置有等离子体流供给装置2的钢板6的管内侧的相反侧即管外侧配置选择波长降低图像拍摄装置73，利用该选择波长降低图像拍摄装置73从上方拍摄隔着V字区域ERv而看到等离子体流的焊接部ER。根据该结构，能够抑制等离子体流在焊接部ER上重叠，相应地，在基于拍摄到的彩色图像来进行焊接操作的解析时，能够降低等离子体流的影响。而且，在焊接操作监视系统71中，由于仅将等离子体流供给装置2及选择波长降低图像拍摄装置73中的一方即选择波长降低图像拍摄装置73设置于钢板6的管外侧即可，所以能够相应地减少钢板6周边的设备设置空间。
在焊接操作监视系统71中，成功确认了：在将仅使约0.725[μm]～0.765[μm]的波长降低的带阻滤波器(i)作为光学元件73b而设置于选择波长降低图像拍摄装置73的情况下，黑体辐射的辉度仅下降3％左右，能够减少对于整体的辉度的影响，并使等离子体流的辉度降低18％。
另外，在焊接操作监视系统71中，成功确认了：在将仅使约0.755[μm]～0.795[μm]的波长降低的带阻滤波器(ii)作为光学元件73b而设置于选择波长降低图像拍摄装置73的情况下，黑体辐射的辉度也同样地仅下降3％左右，能够减少对于整体的辉度的影响，并使等离子体流的辉度降低22％。
而且，在焊接操作监视系统71中，成功确认了：在将带阻滤波器(i)、(ii)双方作为光学元件73b而设置于选择波长降低图像拍摄装置73的情况下，黑体辐射的辉度也同样地仅下降3％左右，能够减少对于整体的辉度的影响，并使等离子体流的辉度降低38％。这样，在第2实施方式的焊接操作监视系统71中，通过设置具备仅使预定波长下的辉度下降的光学元件73b的选择波长降低图像拍摄装置73，能够使焊接部ER图像中的熔融边缘部和等离子体流的区分容易，能够实现几何学V字收敛点V0、物理对合点V1、V字显示区域的几何学中心线L2、等离子体流中心线L3的判定。而且，在基于由选择波长降低图像拍摄装置73得到的彩色图像来进行焊接操作的解析时，能够降低等离子体流的影响。
另外，虽然等离子体流从V字区域ERv向管外侧少量漏出，但第2实施方式作为由漏出了的等离子体流引起的噪声的对策也是有用的。
而且，本实施方式的焊接操作监视系统71也具备以下的结构。
即，焊接操作监视装置74具备等离子体流位置解析部40，该等离子体流位置解析部40基于二值化后的红色成分图像来确定等离子体流的等离子体流中心区域ER5。
该等离子体流位置解析部40具有等离子体流中心线算出部62，该等离子体流中心线算出部62基于对构成等离子体流中心区域ER5的一对等离子体边缘e1、e2分别进行直线近似而得到的V字收敛角，求出一对等离子体边缘e1、e2间的二等分线作为等离子体流中心线L3。
焊接操作监视装置74具备物理对合点解析部37，该物理对合点解析部37基于二值化后的红色成分图像来检测一对对接端部7a、7b彼此物理地对合的物理对合点V1。
并且，等离子体流位置解析部40具有比较部63，该比较部63求出等离子体流中心线L3的位置与由物理对合点解析部37得到的物理对合点V1的位置的相对位置关系。
焊接操作监视装置74具备几何学V字收敛点解析部36，该几何学V字收敛点解析部36基于二值化后的红色成分图像来求出对一对熔融边缘线分别进行直线近似而得到的一对近似直线L1a、L1b，求出一对近似直线L1a、L1b的交点作为几何学V字收敛点V0。
而且，焊接操作监视装置74具备焊接点解析部38，该焊接点解析部38通过将基于二值化后的红色成分图像而确定出的等离子体流的图像从彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像来求出焊接点W。
<其他实施方式>
在上述的第1及第2实施方式中，对以下情况进行了叙述：在成形为管状的钢板6的管内侧设置有从焊接部ER的下方供给等离子体流的等离子体流供给装置2，另一方面，在配置有等离子体流供给装置2的钢板6的管内侧的相反侧即管外侧设置有从上方拍摄隔着V字区域ERv而看到等离子体流的焊接部ER的拍摄装置3(或选择波长降低图像拍摄装置73)。然而，本发明不仅限于该结构，也可以在成形为管状的钢板6的管外侧设置从焊接部ER的上方供给等离子体流的等离子体流供给装置2，另一方面，在配置有等离子体流供给装置2的钢板6的管外侧的相反侧即管内侧设置从下方拍摄隔着V字区域ERv而看到等离子体流的焊接部ER的拍摄装置3(或选择波长降低图像拍摄装置73)。
另外，在上述的第1实施方式中，如图9所示，对在焊接操作监视装置74的对接端部解析部39设置有从V字区域除去彩色图像提取红色成分而生成V字区域除去解析图像D3的红色成分图像提取部57的情况进行了叙述。然而，本发明不仅限于该结构，也可以将从V字区域除去彩色图像提取红色成分及绿色成分中的至少一方的特定颜色而生成V字区域除去解析图像的特定颜色成分图像提取部设置于对接端部解析部39。此时，在提取绿色成分的情况下，优选波长是从超过450[nm]至650[nm]，更优选是不与蓝色成分、红色成分重叠的510[nm]至560[nm]的绿色成分。
另外，在上述的第1实施方式中，如图9所示，对在焊接操作监视装置74的等离子体流位置解析部40设置有从自拍摄装置3输入的彩色图像仅提取由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1(图10的(A))部分中的红色成分而生成V字区域内解析图像的V字区域提取部59的情况进行了叙述。然而，本发明不仅限于该结构，也可以将从自拍摄装置3输入的彩色图像提取由V字区域解析部35确定出的V字显示区域ER1(图10的(A))部分中的红色成分及绿色成分中的至少任一方而生成V字区域内解析图像的V字区域提取部59设置于等离子体流位置解析部40。此时，在提取绿色成分的情况下，优选波长是从超过450[nm]至650[nm]，更优选是不与蓝色成分、红色成分重叠的510[nm]至560[nm]的绿色成分。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供能够减少对钢板周边的设备的设置空间的要求并与以往相比降低了等离子体流的影响地对焊接操作进行解析的焊接操作监视系统及焊接操作监视方法。由此，产业上的可利用性大。
标号说明
1、71 焊接操作监视系统
3 拍摄装置
4、74 焊接操作监视装置
6 钢板(带状钢板)
7a、7b 对接端部
34 蓝色成分图像提取部
36 几何学V字收敛点解析部
37 物理对合点解析部
38 焊接点解析部
40 等离子体流位置解析部
42 二值化处理部
62 等离子体流中心线算出部
63 比较部
73 选择波长降低图像拍摄装置(拍摄装置)
73b 光学元件
134 红色成分图像提取部
ER1 V字显示区域
ER5 等离子体流中心区域
ERv V字区域
L1a、L1b 近似直线
L2 几何学中心线
L3 等离子体流中心线
V0 几何学V字收敛点
V1 物理对合点
W 焊接点

Claims (20)

1.一种焊接操作监视系统，监视在将带状钢板成形为管状的同时使一对对接端部彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域的焊接部供给等离子体流来进行防护、一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作，其特征在于，
所述焊接操作监视系统具备：
拍摄装置，配置于形成为所述管状的所述带状钢板的管内侧及管外侧中的被供给所述等离子体流的一方的相反侧，隔着所述V字区域拍摄包含所述等离子体流的彩色图像；以及
焊接操作监视装置，生成从所述彩色图像提取特定颜色成分而得到的特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的所述V字区域来确定所述彩色图像内的与所述V字区域对应的区域即V字显示区域，由此对所述焊接操作的状态进行解析。
2.根据权利要求1所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置具备生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像的蓝色成分图像提取部。
3.根据权利要求2所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备等离子体流位置解析部，
所述等离子体流位置解析部从所述彩色图像的所述V字显示区域的部分提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少一方，根据所提取的所述红色成分图像及所述绿色成分图像中的至少一方的浓淡来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
4.根据权利要求3所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述等离子体流位置解析部具有等离子体流中心线算出部，
所述等离子体流中心线算出部分别对构成所述等离子体流中心区域的一对等离子体边缘进行直线近似，求出V字收敛角，求出所述一对等离子体边缘之间的二等分线来作为等离子体流中心线。
5.根据权利要求4所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，
所述物理对合点解析部基于所述蓝色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
6.根据权利要求5所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述等离子体流位置解析部还具有比较部，
所述比较部求出所述等离子体流中心线的位置与由所述物理对合点解析部得到的所述物理对合点的位置的相对位置关系。
7.根据权利要求2或3所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，
所述物理对合点解析部基于所述蓝色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备几何学V字收敛点解析部，
所述几何学V字收敛点解析部求出分别对构成所述V字显示区域的一对所述对接端部进行直线近似而得到的一对近似直线，检测所述一对近似直线的交点作为几何学V字收敛点。
9.根据权利要求2～8中任一项所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备焊接点解析部，
所述焊接点解析部通过将基于所述蓝色成分图像确定出的所述等离子体流的图像从所述彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像来求出焊接点。
10.根据权利要求1所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述拍摄装置具备选择性地使所述等离子体流的红色成分中的与特定波长对应的成分的辉度降低的光学元件，
所述焊接操作监视装置具备：
红色成分图像提取部，从由所述拍摄装置经由所述光学元件而拍摄到的所述彩色图像提取红色成分图像作为所述特定颜色成分图像；以及
二值化处理部，对所述红色成分图像进行二值化处理。
11.根据权利要求10所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备等离子体流位置解析部，
所述等离子体流位置解析部基于二值化后的所述红色成分图像来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
12.根据权利要求11所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述等离子体流位置解析部具有等离子体流中心线算出部，
所述等离子体流中心线算出部基于分别对构成所述等离子体流中心区域的一对等离子体边缘进行直线近似而得到的V字收敛角，求出所述一对等离子体边缘间的二等分线作为等离子体流中心线。
13.根据权利要求12所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，
所述物理对合点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
14.根据权利要求13所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述等离子体流位置解析部还具有比较部，
所述比较部求出所述等离子体流中心线的位置与由所述物理对合点解析部得到的所述物理对合点的位置的相对位置关系。
15.根据权利要求10或11所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备物理对合点解析部，
所述物理对合点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来检测所述一对对接端部彼此物理地对合的物理对合点。
16.根据权利要求10～15中任一项所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置还具备几何学V字收敛点解析部，
所述几何学V字收敛点解析部基于二值化后的所述红色成分图像来求出分别对所述一对熔融边缘线进行直线近似而得到的一对近似直线，求出所述一对近似直线的交点作为几何学V字收敛点。
17.根据权利要求10～16中任一项所述的焊接操作监视系统，其特征在于，
所述焊接操作监视装置具备焊接点解析部，
所述焊接点解析部通过将基于二值化后的所述红色成分图像确定出的所述等离子体流的图像从所述彩色图像中消除来生成包括焊缝线及一对熔融边缘线的等离子体流消除图像，基于所述等离子体流消除图像而求出焊接点。
18.一种焊接操作监视方法，监视在将带状钢板成形为管状的同时使一对对接端部彼此呈V字状收敛，一边向包括V字区域的焊接部供给等离子体流来进行防护、一边进行电阻缝焊焊接时的焊接操作，其特征在于，
所述焊接操作监视方法包括：
拍摄工序，从形成为所述管状的所述带状钢板的管内侧及管外侧中的被供给所述等离子体流的一方的相反侧，隔着所述V字区域拍摄包含所述等离子体流的彩色图像；以及
焊接操作监视工序，从所述彩色图像提取特定颜色成分而生成特定颜色成分图像，基于在所述特定颜色成分图像中显示的所述V字区域来确定所述彩色图像内的与所述V字区域对应的区域即V字显示区域，由此对所述焊接操作的状态进行解析。
19.根据权利要求18所述的焊接操作监视方法，其特征在于，
在所述焊接操作监视工序中，
生成蓝色成分图像作为所述特定颜色成分图像，
从所述V字区域的部分的所述彩色图像提取红色成分图像及绿色成分图像中的至少任一方，
根据所提取的所述红色成分图像及所述绿色成分图像中的至少任一方的浓淡来确定所述等离子体流的等离子体流中心区域。
20.根据权利要求18所述的焊接操作监视方法，其特征在于，
在所述拍摄工序中，通过选择性地使所述等离子体流的红色成分中的与特定波长对应的成分的辉度降低而进行拍摄，由此取得所述彩色图像，
在所述焊接操作监视工序中，基于选择性地降低了与所述特定波长对应的成分的辉度后的所述彩色图像，对所述焊接操作的状态进行解析。
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