JP2000337832A - 溶接品質判定方法及び装置 - Google Patents
溶接品質判定方法及び装置Info
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Abstract
も溶接品質の判定を高精度で行なえるようにする。 【解決手段】 溶接ビード(36)に斜め方向からスリット
状の光(L2)を照射する段階と、前記スリット状の光(L2)
が照射されている領域を撮像する段階と、撮像された当
該領域の画像から輝度の高い画素を抽出する段階と、輝
度の高い画素を抽出した後の画像を時系列に記憶する段
階と、記憶されている各画像のそれぞれに対して、前記
溶接ビードの断面形状を示す画素以外の画素を除去する
段階と、画像に残された画素から形成される画素列に基
づいて前記溶接ビードの形状特徴量を検出する段階と、
検出された形状特徴量と良否判定の閾値として予め設定
されている形状特徴量とを比較して溶接品質の良否を判
定する段階とを有する。
Description
溶接ビードの形状から自動的に判定する装置に係り、特
に、溶接品質の良否の判定精度を高めることができる溶
接品質判定装置に関する。
行なえるようにした装置が用いられている。この装置
は、溶接ビードの形状を検出する部分にスリット状の光
を照射し、照射された光の形状を撮像装置によって撮像
し、撮像された画像を処理することによって、溶接品質
の良否を判断するものである。たとえば、特開平5−7
1932号公報には、上記のような装置が開示されてい
る。
従来の装置では、溶接中に生じる外乱、たとえばスパッ
タ(溶融した金属が飛散する現象)が発生した場合で
も、そのスパッタによる光が撮像された画像に基づいて
通常通りの画像処理を行なうようになっているので、ス
パッタの程度(光ノイズの程度)によっては判定結果を
誤る恐れがある。
に鑑みてなされたものであり、スパッタのような外乱が
生じた場合であっても溶接品質の判定を高精度で行なう
ことができる溶接品質判定装置の提供を目的とする。
めの本発明は、次のように構成される。
め方向からスリット状の光を照射する段階と、前記スリ
ット状の光が照射されている領域を撮像する段階と、撮
像された当該領域の画像から輝度の高い画素を抽出する
段階と、輝度の高い画素を抽出した後の画像を時系列に
記憶する段階と、記憶されている各画像のそれぞれに対
して、前記溶接ビードの断面形状を示す画素以外の画素
を除去する段階と、画像に残された画素から形成される
画素列に基づいて前記溶接ビードの形状特徴量を検出す
る段階と、検出された形状特徴量と良否判定の閾値とし
て予め設定されている形状特徴量とを比較して溶接品質
の良否を判定する段階とを有することを特徴とする。
の溶接品質判定方法において、前記溶接ビードの断面形
状を示す画素以外の画素を除去する段階は、画像に含ま
れる画素列の両横端から当該画素列の移動平均を演算
し、演算された移動平均から一定値以上離れている画素
は、前記溶接ビードの断面形状を示す画素以外の孤立画
素であると判断して当該画像から除去し、n番目の画像
に含まれる画素列を、当該n番目の画像と時系列的に前
後する複数の画像にそれぞれ含まれる画素列と画素の並
び順に比較し、前記n番目の画像の画素が当該画素に対
応する他の画像の画素から一定値以上離れているときに
は、当該画素が前記溶接ビードの断面形状を示す画素以
外の画素であると判断して当該画像から除去することを
特徴とする。
め方向からスリット状の光を照射する照射手段と、前記
スリット状の光が照射されている領域を撮像する撮像手
段と、前記撮像手段によって撮像された当該領域の画像
から輝度の高い画素を抽出する抽出手段と、前記抽出手
段によって輝度の高い画素を抽出した後の画像を時系列
に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている
各画像のそれぞれから、前記溶接ビードの断面形状を示
す画素から離れている孤立画素を除去する第1除去手段
と、前記第1除去手段による孤立画素除去後のn番目の
画像と当該n番目の画像と時系列的に前後する複数の画
像とを重ね合わせ、前記n番目の画像の中から前記溶接
ビードの断面形状を示す画素以外の画素を除去する第2
除去手段と、前記第2除去手段によって前記n番目の画
像に残された画素から形成される画素列に基づいて前記
溶接ビードの形状特徴量を検出する検出手段と、前記特
徴量検出手段によって検出された形状特徴量と良否判定
の閾値として予め設定されている形状特徴量とを比較し
て溶接品質の良否を判定する判定手段とを有することを
特徴とする。
の溶接品質判定装置において、前記第1除去手段は、画
像に含まれる画素列の両横端から当該画素列の移動平均
を演算し、演算された移動平均から一定値以上離れてい
る画素は、前記溶接ビードの断面形状を示す画素以外の
孤立画素であると判断して当該画像から除去することを
特徴とする。
の溶接品質判定装置において、前記第2除去手段は、前
記n番目の画像に含まれる画素列を、前記n番目の画像
と時系列的に前後する複数の画像にそれぞれ含まれる画
素列と画素の並び順に比較し、前記n番目の画像の画素
が当該画素に対応する他の画像の画素から一定値以上離
れているときには、当該画素が前記溶接ビードの断面形
状を示す画素以外の画素であると判断して当該画像から
除去することを特徴とする。
うな効果を奏する。
ば、溶接ビードの断面形状を示す画素以外の画素を除去
し、残された画素から形成される画素列に基づいて溶接
品質の良否を判定するようにしたので、スパッタ等の外
乱が発生した場合であっても、信頼性の高い溶接品質の
判定が可能となる。
に基づいて詳細に説明する。
の概略構成を示す図であり、自動車のボディーに用いら
れる薄板鋼板の突合せ溶接に適用した場合を示してい
る。
された状態で図示しない治具に固定されている。薄板鋼
板10と薄板鋼板12との突き合わせ部14は、レーザ
溶接装置16のトーチ18から照射されるレーザ光L1
によって溶融され、溶接される。なお、レーザ溶接装置
16の動作やトーチ18から照射されるレーザ光L1
は、溶接制御装置19によって制御される。
は、溶接ビードの形状を認識し、その形状から溶接品質
の良否を判定する溶接品質判定装置20が設けられてい
る。溶接品質判定装置20は、照射手段30と、撮像手
段40と、画像処理手段50とから構成される。
メートレンズ33、シリンドリカルレンズ34から構成
されている。半導体レーザ32は、レーザ駆動部35に
よって駆動されレーザ光L2を発生するものである。コ
リメートレンズ33は、半導体レーザ32からのレーザ
光L2を集光するレンズである。シリンドリカルレンズ
34は、コリメートレンズ33からのレーザ光L2をス
リット状のレーザ光L2 に変えるレンズである。
接ビード36の近傍には、シリンドリカルレンズ34か
らのスリット状のレーザ光L2が斜め上方向から照射さ
れる。照射されたスリット状のレーザ光L2 は、撮像
手段40によって撮像される。撮像手段40は、拡大撮
像用レンズ42とテレビカメラ44とから構成される。
テレビカメラ44は、溶接ビード36に照射されたレー
ザ光L2を含む領域を撮像し、これを映像信号に変換す
る。
像前処理部52が接続されている。画像前処理部52
は、テレビカメラ44で撮像されたレーザ光L2を含む
領域の画像から輝度の高い画素を抽出し、その抽出後の
画像を記憶部53に記憶する。テレビカメラ44からは
1/30秒または1/60秒に1枚の画像が出力される
ので、画像前処理部52は、この画像の出力周期よりも
短い時間で画像の抽出処理を行ない、抽出処理後の画像
を時系列的に記憶させる。
的に記憶されている画像を一枚ずつ取り出して、取り出
した画像の内、溶接ビード36の断面形状を示す画素か
ら離れている孤立画素を除去した後、n番目の画像と当
該n番目の画像と時系列的に前後する複数の画像とを重
ね合わせ、n番目の画像の中から前記溶接ビードの断面
形状を示す画素以外の画素を除去する。これらの除去処
理は、後で詳しく説明する。
よって溶接ビードの断面形状を示す画素のみが残された
画像から溶接ビード36の特徴量(たとえば、ビード深
さ、ビード高さ、段差など)を検出する。この処理も後
で詳しく説明する。
憶されている溶接品質の良否の判定のための特徴量を特
徴量検出部によって検出された特徴量と比較して、溶接
品質の良否の判定を行なう。
降の図面を参照しながら説明する。
ビード36を含む領域の画像、たとえば図2に示すよう
な画像が画像前処理部52に出力される。この画像にお
いて、曲線的に連なる線分Aは溶接ビード36の形状を
示し、直線的に連なる線分Bはスパッタが飛翔した軌跡
を示している。また、これらの線分とは離れて存在する
位置の点の集合は何等かの原因で生じたノイズである。
スパッタの飛翔した軌跡やノイズが存在する状態で溶接
ビード36の形状を求めようとすると、誤差が生じて溶
接品質の正確な判断をすることができなくなる。このた
め、本発明装置では次のような処理をしている。
力すると、フローティングスレッショルドレベルを用い
て二値化する。このフローティングスレッショルドレベ
ルは、入力された画像の背景の明るさの如何にかかわら
ず、最適な二値化処理ができるようにするスレッショル
ドレベルであり、たとえば、背景が全体的に明るい画像
の場合には、スレッショルドレベルが高く設定され、逆
に背景が全体的に暗い場合には、スレッショルドレベル
が低く設定される。
いて二値化処理が行なわれ、そのスレッショルドレベル
を越える明るさの画素のみが残された後、この残された
画素に対して光重心を算出する処理を行ない、画素が一
列に配列された画素列を得る。たとえば、図2に示すよ
うな画像に、フローティングスレッショルドレベルを用
いた二値化処理と光重心を算出する処理をすると、図3
に示すような画素列を有する画像が得られる。画像前処
理部52は、図3のような画像を記憶部53に時系列的
に記憶させる。
れている画像を取り出して、溶接ビード36の断面形状
を示す画素列から離れている孤立している画素を除去す
る第1ノイズ除去処理と、第1ノイズ除去処理後の画像
と、当該画像と時系列的に前後する同じく第1ノイズ除
去処理後の複数の画像とを重ね合わせ、前記画像の中か
ら前記溶接ビード36の断面形状を示す画素以外の画素
を除去する第2ノイズ除去処理とを行なう。
画素を除去する処理である。この処理は次のようにして
行なわれる。
た画像が図4に示すような画素列から成る画像であると
すると、画像に含まれる画素列の画素aから画素xに向
けて、また、画素xから画素aに向けて、両横端から当
該画素列の高さHの移動平均を演算する。画素aの高さ
をHa、画素bの高さをHb、画素cの高さをHcとす
ると、これらの移動平均は、(Ha+Hb+Hc)/3
により求めることができる。このようにして両横端から
それぞれ求めた移動平均に対して、一定値以上離れてい
る高さに位置する孤立画素は、溶接ビード36の断面形
状を示す画素列には無関係な画素であり、ノイズである
と考えられるので、このような孤立画素は除去される。
処理が行なわれると、図5のように、孤立画素が除去さ
れた画像が得られる。
高周波ノイズのように、時間的に連続しているが位置的
には散在しているノイズを効果的に取り除くことができ
る。
れている複数の画像を比較することによって、多数決に
より溶接ビード36の断面形状とは無関係なノイズを除
去する処理である。この処理は次のようにして行なわれ
る。
たn番目の画像(第1ノイズ除去処理がされたn番目の
画像)が図5に示すような画素列から成る画像であると
すると、ノイズ除去処理部54は、当該n番目の画像と
時系列的に前後する画像、すなわち、図6に示すよう
に、第1ノイズ除去処理がされたn−1番目の画像と同
じく第1ノイズ除去処理がされたn+1番目の画像を取
り出す、そして、n番目の画像の画素列のそれぞれの画
素と、これらの画素に対応するn−1番目の画像とn+
1番目の画像の画素列の画素の位置を比較して、n番目
の画像の画素列を構成する画素のみが、n−1番目の画
像とn+1番目の画像の画素列を構成する画素からかけ
離れた位置に存在する場合には、その画素を除去して他
の画像の画素列を構成する画素に置き換える。
を構成する画素zは、この画素zに対応するn−1番目
の画像の画素列を構成する画素z′と、同じくこの画素
zに対応するn+1番目の画像の画素列を構成する画素
z″とは大きく位置が外れているので、n番目の画像の
画素列からこの画素zを除去し、この除去した画素zの
代わりに、たとえばn+1番目の画像の画素列を構成す
る画素z″を挿入する。
のそれぞれの画素に対して行なうと、図7に示すような
溶接ビード36の正確な断面形状が得られる。このよう
に、テレビカメラ44から得られた画像が、図2のよう
にスパッタの軌跡やその他のノイズが含まれる非常に外
乱の多い画像であったとしても、ノイズ除去部54によ
って第1及び第2ノイズ除去処理が施されることによっ
て、最終的に図7に示すような溶接ビード36の正確な
断面形状を示す画素列を得ることができる。
りも簡便な処理としては、時系列的に前後する画像と比
較するのではなく、n番目の画像の画素列の端から、偶
数番目(i+0,i+2,i+4,…)の画素の位置と
奇数番目(i+1,i+3,i+5,…)の画素の位置
とを比較して、画素の位置がかけ離れている場合には、
その画素を除去するという処理をすることも可能であ
る。なお、この場合には、テレビカメラ44のビデオ信
号がインターレススキャンであることが必要である。
ば、ある画像内でノイズが位置的に連続した広い範囲に
亘って存在している場合でも、そのノイズを除去するこ
とができる。なお、スパッタによるノイズのようにビデ
オ1画面1/30秒以内のノイズであれば、そのノイズ
を含む画像とその画像の前後1画面ずつとを比較するこ
とによってそのノイズを除去することができる。また、
ビデオ数画面に写り込んでいるようなノイズであれば、
前後の10〜20画面と比較することによってそのノイ
ズの除去が可能である。
部54から出力された第1及び第2ノイズ除去処理後の
画像から、溶接ビード36の形状の特徴量を検出する。
12とが同じ厚さであるときに、得られた溶接ビード3
6の形状の一例示す図である。この溶接ビード36の形
状から、ビード深さ、ビード高さ、段差、板厚比等の特
徴量を算出する。なお、ビード深さとは、薄板上面から
溶接ビードが窪んでいる量であり、ビード高さとは、厚
板上面から溶接ビードが突き出ている量であり、段差と
は、両板間の面差であり、板厚比とは、母材の板厚T0
と溶接ビード部分の残存板厚Tとの比率である。これら
の諸量の算出は、たとえば次のようにして行なう。
右側に向かって移動平均jsを求め、さらに、この画素
列の右端から左側に向かって移動平均jeを求める。次
に、求めた移動平均js,jeから一定値下に位置する
線分と画素列の交点を求めて、それぞれの交点の幅方向
の座標値is,ieを求める。さらに、この画素列の最
小値min、最大値maxを求める。なお、座標値i
s,ieは、画素列の2階微分の極点から求めても良
い。
12とが異なる厚さであるときに、得られた溶接ビード
36の形状の一例を示す図である。この溶接ビード36
の形状から、ビード深さ、段差、勾配、板厚比等の特徴
量を算出する。これらの諸量の算出は、たとえば次のよ
うにして行なう。
の各値は、上記と同様に求める。また、isと画素列と
の交点を求めてikを求める。
側の板の板厚T1が厚いので、同厚のときのjs≦je
の場合に相当する。
≦jeの場合) dm=T1−T0−js+je(T1>T0,js>j
eの場合) dm=T0−T1−je+js(T1≦T0,js≦j
eの場合) dm=T0−T1−js+je(T1≦T0,js>j
eの場合) 勾配K=|(je−js)/(ie−ik)| 板厚比T/T0=(T1−je+min)/T0(T1
>T0,js≦jeの場合) T/T0=(T1−js+min)/T0(T1>T
0,js>jeの場合) T/T1=(T0−je+min)/T1(T1≦T
0,js≦jeの場合) T/T1=(T0−js+min)/T1(T1≦T
0,js>jeの場合) 最後に、判断部58は、特徴量記憶部59に予め記憶さ
れている溶接品質の良否の判定のための特徴量、すなわ
ち、溶接品質が良好であると判断しても良い限界値を、
上記のようにして特徴量検出部56によって検出された
特徴量と比較して、溶接品質の良否の判定を行なう。
特徴量記憶部59に予め記憶されているビード深さdよ
りも大きいときには、突き合わせた板間の隙間が大きい
か、突合わせの切断面のだれが生じている恐れがあり、
溶接品質としては良好ではないので、溶接不良と判断す
る。
れている段差dmよりも大きいときには、テーブル面の
熱膨張や、鋼板の変形が発生している恐れがあり、突き
合わせ面が面一になっていないので、溶接品質としては
良好ではなく溶接不良と判断する。
憶されているビード高さhよりも大きいときには、フィ
ラー(フィラー溶接の場合)の供給が多すぎる恐れがあ
り、溶接品質としては良好ではないので、溶接不良と判
断する。
記憶されている板厚比T/T0よりも小さいときには、
溶接ビード部分の強度が他の部分に比較して弱くなって
いる恐れがあるので、溶接品質としては良好ではなく、
溶接不良と判断する。
徴量記憶部59に予め記憶されている諸量とを比較し、
この比較結果によって溶接品質の良否を判断する。な
お、勾配kは、大きくなると段差の傾きが急激になるの
で、角部の電着塗装膜が薄くなる恐れがあり、これが錆
の発生の原因となるので、kの値が特徴量記憶部59に
予め記憶されているkの値よりも大きければ、溶接不良
と判断する。
を示す図である。
を示す図である。
像を示す図である。
る。
の画像を示す図である。
る。
の画像を示す図である。
状の一例を示す図である。
状の一例を示す図である。
るビード形状の一例を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 溶接ビードに斜め方向からスリット状の
光を照射する段階と、 前記スリット状の光が照射されている領域を撮像する段
階と、 撮像された当該領域の画像から輝度の高い画素を抽出す
る段階と、 輝度の高い画素を抽出した後の画像を時系列に記憶する
段階と、 記憶されている各画像のそれぞれに対して、前記溶接ビ
ードの断面形状を示す画素以外の画素を除去する段階
と、 画像に残された画素から形成される画素列に基づいて前
記溶接ビードの形状特徴量を検出する段階と、 検出された形状特徴量と良否判定の閾値として予め設定
されている形状特徴量とを比較して溶接品質の良否を判
定する段階とを有することを特徴とする溶接品質判定方
法。 - 【請求項2】 前記溶接ビードの断面形状を示す画素以
外の画素を除去する段階は、 画像に含まれる画素列の両横端から当該画素列の移動平
均を演算し、演算された移動平均から一定値以上離れて
いる画素は、前記溶接ビードの断面形状を示す画素以外
の孤立画素であると判断して当該画像から除去し、n番
目の画像に含まれる画素列を、当該n番目の画像と時系
列的に前後する複数の画像にそれぞれ含まれる画素列と
画素の並び順に比較し、前記n番目の画像の画素が当該
画素に対応する他の画像の画素から一定値以上離れてい
るときには、当該画素が前記溶接ビードの断面形状を示
す画素以外の画素であると判断して当該画像から除去す
ることを特徴とする請求項1に記載の溶接品質判定方
法。 - 【請求項3】 溶接ビードに斜め方向からスリット状の
光を照射する照射手段と、 前記スリット状の光が照射されている領域を撮像する撮
像手段と、 前記撮像手段によって撮像された当該領域の画像から輝
度の高い画素を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段によって輝度の高い画素を抽出した後の画
像を時系列に記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている各画像のそれぞれから、
前記溶接ビードの断面形状を示す画素から離れている孤
立画素を除去する第1除去手段と、 前記第1除去手段による孤立画素除去後のn番目の画像
と当該n番目の画像と時系列的に前後する複数の画像と
を重ね合わせ、前記n番目の画像の中から前記溶接ビー
ドの断面形状を示す画素以外の画素を除去する第2除去
手段と、 前記第2除去手段によって前記n番目の画像に残された
画素から形成される画素列に基づいて前記溶接ビードの
形状特徴量を検出する検出手段と、 前記特徴量検出手段によって検出された形状特徴量と良
否判定の閾値として予め設定されている形状特徴量とを
比較して溶接品質の良否を判定する判定手段とを有する
ことを特徴とする溶接品質判定装置。 - 【請求項4】 前記第1除去手段は、 画像に含まれる画素列の両横端から当該画素列の移動平
均を演算し、演算された移動平均から一定値以上離れて
いる画素は、前記溶接ビードの断面形状を示す画素以外
の孤立画素であると判断して当該画像から除去すること
を特徴とする請求項3に記載の溶接品質判定装置。 - 【請求項5】 前記第2除去手段は、 前記n番目の画像に含まれる画素列を、前記n番目の画
像と時系列的に前後する複数の画像にそれぞれ含まれる
画素列と画素の並び順に比較し、前記n番目の画像の画
素が当該画素に対応する他の画像の画素から一定値以上
離れているときには、当該画素が前記溶接ビードの断面
形状を示す画素以外の画素であると判断して当該画像か
ら除去することを特徴とする請求項3に記載の溶接品質
判定装置。
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