JP2007203322A - Method and apparatus for detecting whether butt welded part is good or bad - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、突合せ溶接部の良否検出方法及び装置に係り、特に、鋼帯等をフラッシュバット法等の突合せ溶接する工程において、溶接によって生じる盛上がり部を除去した後に溶接部の良否を検査する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for detecting the quality of a butt weld, and in particular, a method for inspecting the quality of a weld after removing a raised portion caused by welding in a butt welding process such as a flash butt method. And an apparatus.
従来、冷延工程や酸洗工程ではプロセスへ鋼帯を連続的に供給するため、ルーパー等によりラインを停止させずに先行コイルと後行コイルを溶接により接続する設備、具体的にはフラッシュバット、シーム溶接、スポット溶接等の溶接機および肉盛り切削手段等の付帯装置が設けられているのが一般的である。この肉盛りは溶接時に鋼帯突合せ部が溶融した状態で板の長手方向に押付けることに伴って溶融金属が断面からはみ出すもので、溶接直後に肉盛りの形状に応じたバイト、砥石等の切削工具で平面状に切削するのが一般的である。ところでこれらの溶接機によるコイル間の溶接の良否判定は、後続の工程におけるコイルの溶接部破断などのトラブルを防止する上で重要である。なぜなら一般には接続された鋼帯も母材と同様なライン、ピンチロールや圧延ロール等を通過するため、溶接部ができるだけ母材と同様の形状となっていることが必要だからである。 Conventionally, in the cold rolling process and pickling process, the steel strip is continuously supplied to the process. Therefore, equipment that connects the preceding coil and the succeeding coil by welding without stopping the line with a looper or the like, specifically, a flash bat In general, a welding machine such as seam welding and spot welding and ancillary devices such as a build-up cutting means are provided. This build-up is that the molten metal protrudes from the cross-section as it is pressed in the longitudinal direction of the plate in the state where the steel strip butt is melted during welding, such as a bite, grindstone, etc. according to the shape of the build immediately after welding. It is common to cut in a planar shape with a cutting tool. By the way, the quality determination of the welding between coils by these welding machines is important for preventing troubles such as the fracture of the welded portion of the coil in the subsequent process. This is because, in general, the connected steel strip also passes through the same lines, pinch rolls, rolling rolls, and the like as the base material, so that the welded portion needs to have the same shape as the base material as much as possible.
この溶接部良否判定としては、古くから肉盛り切削後に鋼帯を一旦停止させて溶接部の表裏面を観察する目視検査、ハンマーを用いて溶接部の強度を確認するハンマーテスト、また自動検査の方法としては、特許文献1に開示されているような、溶接電力および溶接時間に基づいて判別する方法、特許文献2に開示されているような、溶接電極内に超音波探触子を埋め込んで超音波の透過強度に基づいて溶接状態の良否を判別する方法、特許文献3に開示されているような、溶接直後に測定する表面温度に基づいて溶接状態の良否を判別する方法、など種々の方法が提案されている。
For the quality judgment of welded parts, the steel strip is temporarily stopped after the build-up cutting, and a visual inspection that observes the front and back surfaces of the welded part, a hammer test that confirms the strength of the welded part using a hammer, and an automatic inspection As a method, a method of discriminating based on welding power and welding time as disclosed in Patent Document 1, an ultrasonic probe is embedded in a welding electrode as disclosed in Patent Document 2. Various methods such as a method for determining the quality of a welding state based on the transmission intensity of ultrasonic waves, a method for determining the quality of a welding state based on a surface temperature measured immediately after welding, as disclosed in
また、別な従来技術としては、溶接後の盛り上がり除去後の溶接部形状を測定し、それに基づいて溶接部の良否を判別する方法も複数提案されている。すなわち特許文献4においては光切断法で検出する盛り上がり除去後の溶接部形状の微分波形の変動成分の大小により良否判別を行う方法が提案されており、また、特許文献5においては、突合せ溶接部の表裏面から2次元距離計でそれぞれ検出する溶接部形状と先行、後行材の板厚情報に基づき、突合せの目違い量やビード残りを算出し良否判定に用いる方法が提案されている。
In addition, as another conventional technique, a plurality of methods for measuring the shape of the welded portion after the swell removal after welding and determining the quality of the welded portion based on the measured shape are proposed. That is,
しかしながら、上記の目視検査、ハンマーテストは、溶接電極等が入り組んでいる溶接機内で作業することはできず、鋼帯を溶接部が溶接機下流側で露出する位置まで移動後、暫く停止させる必要があるために、生産効率が下がり、また良否検査は作業者の主観に依存するために再現性、客観性に欠けるという問題点があった。 However, the above visual inspection and hammer test cannot be performed in a welding machine in which welding electrodes are complicated, and it is necessary to stop the steel strip for a while after moving the steel strip to a position where the weld is exposed downstream of the welding machine. As a result, production efficiency is lowered, and the quality inspection is dependent on the subjectivity of the worker, so that there are problems of lack of reproducibility and objectivity.
また、特許文献1に記載の方法では、溶接する鋼帯の鋼種や板厚毎の理想的溶接エネルギー効率を予め把握し、実操業においてもこれらの因子毎に判別因子を切り替える必要があるので運用が複雑になるという問題点や、溶接部や溶接機の汚れや劣化による溶接効率の変化が溶接エネルギーと溶接部品質との相関に影響を与えるという問題点があった。 Moreover, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to grasp in advance the ideal welding energy efficiency for each steel type and thickness of the steel strip to be welded, and to switch the discriminating factor for each of these factors even in actual operation. However, there is a problem that a change in welding efficiency due to contamination and deterioration of a welded part or a welder affects the correlation between welding energy and welded part quality.
また、特許文献2に記載の方法は電極毎に超音波探触子を埋め込むのでコスト高になること、透過波が極小となる時点と通電終了時点との差から判別を行うか、溶接部良否への影響因子は超音波減衰から推定される溶接部の大きさのみではないので、判別の信頼性に疑問がある。 In addition, the method described in Patent Document 2 is costly because an ultrasonic probe is embedded for each electrode, whether the determination is made based on the difference between the time when the transmitted wave is minimized and the time when the energization is completed, Since the influence factor is not only the size of the weld estimated from the ultrasonic attenuation, there is doubt about the reliability of discrimination.
また、特許文献3に記載の方法では、表面の最高温度およびそのばらつきでの評価となるので、目違いなどによる溶接不良を正確に検出できないばかりか、放射温度計の視野が溶接線からずれた場合の誤差、表面のスケール付着状況等による放射率変化の影響を大きく受けるため、信頼性の高い検出が困難であるという問題点があった。
In addition, the method described in
また、特許文献4に記載の方法では、光切断法で盛り上がり除去後の溶接部形状を算出するので、温度法などに比べ測定範囲を広く取れるという利点はあるが、光切断法で検出する鋼帯表面の形状波形はたとえ母板部であっても散乱等の影響で微小変動(高周波成分)を含むため微分演算によって微小変動成分も強調されてしまい、溶接部不良検出のS/Nが低下する、という問題点があった。
In addition, the method described in
又、特許文献5に記載の方法では、ビード残りを母板部の距離値と測定範囲内の最高点との差として定義しているために、最も板破断に有害な溶接不良因子である切削部縁部の段差を直接検知できず、あるいは突合せ部の曲がり等の変形を段差と誤検出してしまうこと、さらに目違いが存在しても溶接と切削が正常であれば板破断が起こらないケースもあり目違い量が溶接部良否の主要因子たり得ない、といった問題点があった。またこの方法で使用している2次元距離計は一般にレーザー光の走査範囲内で対象表面の反射率変化をオートゲイン補正しながら測定するが、一般にビード切削後の切削部は非常に強い鏡面状態となっていて周囲の母板部とは反射率が大きく異なるため、通常の2次元距離計で切削面を含んだ溶接部の形状を正しく測定できないという問題点があった。
Further, in the method described in
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、突合せ溶接部の良否判定の確実性を高めることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to improve the reliability of the quality determination of the butt weld.
本発明は、突合せ溶接後の盛上がり部を除去した後に溶接部の良否を検査する方法において、溶接線に対して、略直交方向のスリット光を、溶接線方向に走査して複数位置における画像を撮像し、前記撮像した画像の各々において、光切断法にもとづき溶接部の断面形状を算出するとともに、前記各画像の反射光の強度分布を算出し、前記算出した切削後溶接部の断面形状と反射光強度分布から溶接部の良否を判定するようにして、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a method for inspecting the quality of a welded portion after removing a raised portion after butt welding, and scanning images of a plurality of positions by scanning slit light in a direction substantially orthogonal to the weld line in the direction of the weld line. In each of the captured images, the cross-sectional shape of the welded portion is calculated based on the light cutting method, the intensity distribution of the reflected light of each image is calculated, and the calculated cross-sectional shape of the welded portion after cutting The above-mentioned problem is solved by determining the quality of the weld from the reflected light intensity distribution.
又、前記反射光強度分布において所定強度以下となる領域を求め、その領域の端部を基準に設定される所定領域内での前記断面形状の変化量を算出し、変化量が所定値以上であるか否かを判定する処理を前記撮像した全ての画像について行い、変化量が所定値以上となった画像数から、突き合わせ溶接部の良否を検査するようにしたものである。 In addition, a region where the reflected light intensity distribution is less than or equal to a predetermined intensity is obtained, and a change amount of the cross-sectional shape within a predetermined region set with reference to an end of the region is calculated. The process of determining whether or not there is is performed for all the captured images, and the quality of the butt weld is checked from the number of images whose change amount is equal to or greater than a predetermined value.
本発明は、又、突合せ溶接後の盛上がり部を除去した後に溶接部の良否を検査する溶接部良否検査装置であって、溶接線に対して、略直交方向のスリット光を照射する光源と、溶接線方向に走査して複数位置における画像を撮像する撮像手段と、前記撮像した画像の各々において、光切断法にもとづき溶接部の断面形状を算出するとともに、前記各画像の反射光の強度分布を算出する画像処理手段と、前記算出した切削後溶接部の断面形状と反射光強度分布から溶接部の良否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする、突合せ溶接部の良否検査装置を提供するものである。 The present invention is also a weld quality inspection device that inspects the quality of the weld after removing the bulge after butt welding, and a light source that irradiates slit light in a substantially orthogonal direction with respect to the weld line; An imaging unit that scans in the weld line direction to capture images at a plurality of positions, and calculates a cross-sectional shape of the welded portion based on a light cutting method in each of the captured images, and an intensity distribution of reflected light of each image And an image processing means for calculating the quality of the butt welded portion, and a judgment means for judging the quality of the welded portion from the calculated sectional shape of the welded portion after cutting and the reflected light intensity distribution. A device is provided.
本発明は、溶接盛り上り部除去後の溶接線を含む領域の立体形状とそのうちのビード除去部分を同時に検出するようにしたので、溶接エネルギーや温度、超音波減衰といった間接指標でなく溶接点破断に直接影響するビード除去部周縁部の削り残し段差等の形状因子によって判別することが出来るようになり、突合せ溶接部の良否判定の確実性を高めることができた。また、これらの検査は数値指標により自動的に行うので、従来の目視観察やハンマリング試験において問題であった検査員依存性はなく、再現性、客観性に優れていることは明らかである。 In the present invention, since the three-dimensional shape of the region including the weld line after removal of the weld swell and the bead removal portion thereof are detected at the same time, the welding point fracture is not an indirect indicator such as welding energy, temperature, or ultrasonic attenuation. This makes it possible to discriminate according to the shape factor such as the uncut portion of the peripheral portion of the bead removal portion that directly affects the bend, and the reliability of the quality determination of the butt welded portion can be improved. In addition, since these inspections are automatically performed by numerical indexes, it is clear that there is no dependency on the inspector, which has been a problem in conventional visual observation and hammering tests, and that the reproducibility and objectivity are excellent.
本発明は、光切断法の装置構成を利用して対象物の横断方向の形状分布と表面の反射率情報に着目した反射光強度の分布を同時に、かつ溶接線に沿って多数検出し、溶接部の3次元的形状とビード付近の平面的な画像情報に基づいて溶接部の良否判定を行おうというものである。 The present invention detects a large number of reflected light intensity distributions focusing on the shape distribution in the transverse direction of the object and the reflectance information of the surface at the same time and along the weld line by utilizing the apparatus configuration of the light cutting method, and welding The quality of the welded part is determined based on the three-dimensional shape of the part and the planar image information in the vicinity of the bead.
これを実現させるためには、溶接ビード切削直後のビード部に、そのビード部と略直交方向に延びるスリット光(レーザ・スポット光を高速走査することにより見かけ上、スリット光とみなす光も含む)を照射し、その拡散反射光(乱反射光)を画像として撮像してその反射光の位置と輝度をそれぞれ検出する。一般的には、反射光の位置の検出は2値化処理による細線化処理手法を用い、反射光の輝度検出はスリット光に対し略直交方向の輝度分布において最大輝度を求めることで、それぞれ検出可能である。 In order to realize this, slit light extending in a direction substantially orthogonal to the bead portion immediately after the welding bead cutting (including light that is apparently considered as slit light by high-speed scanning of the laser spot light). , The diffuse reflected light (diffuse reflected light) is imaged as an image, and the position and brightness of the reflected light are detected. In general, the position of the reflected light is detected using a thinning method using binarization, and the brightness of the reflected light is detected by obtaining the maximum brightness in the brightness distribution in a direction substantially orthogonal to the slit light. Is possible.
しかしながら、ビード切削直後の切削帯は鏡面状態になっているため、反射光は鏡面反射成分が強く、ほとんどが正反射方向となり、拡散反射光成分は少なく、その光量は少なくなる。一方で溶接部でない母材部(素材部)は、ランダムな表面状態であるため拡散反射成分が強く、拡散反射光の光量が多くなる。従って、スリット光を鋼板に対して、所定入射角度の斜め方向に照射させて拡散反射方向からカメラなどの撮像装置で観察(撮像)すると、スリット光の反射像の輝度分布は、母材部(素材部)で明るく、切削部では暗くなり、一般的な2値化処理による手法では、ビード切削部の反射光の位置検出が不可能な場合がある。 However, since the cutting band immediately after bead cutting is in a mirror surface state, the reflected light has a strong specular reflection component, most of which is in the regular reflection direction, the diffuse reflection light component is small, and the amount of light is small. On the other hand, since the base material part (material part) which is not a welded part is in a random surface state, the diffuse reflection component is strong and the amount of diffuse reflected light increases. Therefore, when the slit light is irradiated to the steel sheet in an oblique direction at a predetermined incident angle and observed (imaged) from the diffuse reflection direction with an imaging device such as a camera, the luminance distribution of the reflected image of the slit light is the base material portion ( The material portion is bright and the cutting portion is dark, and in some cases, the position of the reflected light from the bead cutting portion cannot be detected by a general binarization method.
そのような場合には、本出願人によって出願された特開2003−322513号公報に開示されている、2値化処理を含まない動的なモーメント演算に基づいた細線化処理を用いるのが良い。 In such a case, it is preferable to use a thinning process based on a dynamic moment calculation that does not include a binarization process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-322513 filed by the present applicant. .
そして、上述のように検出した反射光の輝度データにおいて、被検査体(ビード部)の横断方向(略直交方向)に沿ったスリット光の反射光の輝度が低下する領域をビード切削帯とし、上述のように検出した反射光の位置データから求めた形状データにおいて、切削帯と母材部の境界近辺(算出した境界位置を基準として設定される所定領域)での断面形状の最大値と最小値の差を断面形状の変化量(あるいは変化率)として算出し、その変化量が閾値以上であるか否かを判定する。これにより、溶接部形状不良の有無を、突合せ母材の曲がり等の影響を受けず的確に検出することが可能となる。 And, in the brightness data of the reflected light detected as described above, a region where the brightness of the reflected light of the slit light along the transverse direction (substantially orthogonal direction) of the object to be inspected (bead portion) is a bead cutting band, In the shape data obtained from the position data of the reflected light detected as described above, the maximum value and the minimum value of the cross-sectional shape in the vicinity of the boundary between the cutting band and the base material (predetermined region set based on the calculated boundary position) The difference between the values is calculated as a change amount (or change rate) of the cross-sectional shape, and it is determined whether or not the change amount is equal to or greater than a threshold value. As a result, it is possible to accurately detect the presence or absence of a welded part shape defect without being affected by the bending of the butt base material.
スリット光の反射光の撮像は、ビード部方向に沿って複数箇所において行い、複数の画像データを得る。これらの複数の画像データについて、上述の演算処理を行って、閾値以上となる画像数(測定箇所に相当)をカウントし、その値が所定数となる場合に、溶接部の異常と判断すれば、溶接線に沿った、突合せ溶接部の総合的な良否判定が可能である。ビード周縁部における段差発生の有無や段差が発生している領域の割合、また切削幅の変化、切削の曲がりといった、従来の目視点検での着眼点に即した判定方法を採用すればよい。 Imaging of the reflected light of the slit light is performed at a plurality of locations along the bead portion direction to obtain a plurality of image data. If these image data are subjected to the above-described arithmetic processing, the number of images that are equal to or greater than the threshold (corresponding to measurement locations) is counted, and if the value is a predetermined number, it is determined that the weld is abnormal. It is possible to determine the overall quality of the butt weld along the weld line. What is necessary is just to employ | adopt the determination method according to the point of interest in the conventional visual inspection, such as the presence or absence of the level | step difference generation | occurrence | production in a bead peripheral part, the ratio of the area | region where the level | step difference has generate | occur | produced, the change of cutting width, and the bending of cutting.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明にかかる方法を適用した突合せ溶接部の良否検出装置の構成の一例を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of a quality detection device for a butt weld to which the method according to the present invention is applied.
図1において、1は測定ヘッド、2は画像処理装置、3は表示装置、4は被測定物である。 In FIG. 1, 1 is a measuring head, 2 is an image processing device, 3 is a display device, and 4 is an object to be measured.
測定ヘッド1は、溶接部の光切断画像を採取するもので、その構成の一例としては、光源10、光源レンズ11、カメラ(撮像手段)12、受光レンズ13、ミラー14などにより構成され、光源の波長や入射角度等の好適な測定条件は本発明者らが出願した特開2004−117053号公報に開示されているようなものを準用すればよい。光源からの光の入射角αおよびカメラ(撮像手段)光軸の角度βとすると、(α+β)が略90°であることが好ましい。また、光源としては点状に集束したスポット光を反射ミラー等により高速に扇状または平行に走査させるスキャン光を用いてもよいが、好適には光源からの放射光を線状に集束させるためのシリンドリカルレンズを用いて、これら光源とレンズを一体化したスリット光源を用いれば構造が簡素化される。なお、スリット光の短辺幅は溶接の段差に比べて十分小さいことが好ましい。なお、ここで、点光源を走査させる方式を採用した場合には少なくとも走査一周期以上の期間は、光源は点灯し、そのカメラの撮像周期(露光時間)はその期間以上とする必要がある。
The measuring head 1 collects a light-cut image of a welded portion. As an example of the configuration, the measuring head 1 includes a
なお、光源10と撮像手段12と溶接部40の位置関係は図2に示すとおりで、光源10から照射されるスリット光100は溶接部40の溶接線方向(例えば、連続ラインにおける鋼板搬送方向の直交方向である幅方向に対応する)に略直交方向に照射されるような位置関係となっている。
The positional relationship among the
また装置の使用環境を勘案して、測定ヘッド1は光路をさえぎらない開口部16、17を除いて密閉構造とし、図示しない空冷等の冷却手段により溶接の熱などから機器を防護することが望ましい。更に、測定ヘッド1は溶接線に沿った複数箇所での溶接部40の光切断画像を採取するので、図示しない移動機構により突合せ溶接部に概一定ギャップで正対したまま鋼帯の幅方向に移動できるようになっていることが望ましい。
In consideration of the use environment of the apparatus, it is desirable that the measuring head 1 has a sealed structure except for the
画像処理装置2は、測定ヘッド1の動作を制御し、また溶接部40の各位置で測定ヘッド1が採取した光切断画像群から、溶接部の3次元的な形状および輝度分布画像を生成、また判別するもので、その構成としては、光源電源20、カメラ電源21、画像データ変換回路22、画像処理回路23、判別回路24、などで構成すればよい。
The image processing device 2 controls the operation of the measuring head 1 and generates a three-dimensional shape and luminance distribution image of the welded portion from a group of light cut images taken by the measuring head 1 at each position of the welded
このうち、光源電源20、カメラ電源21は、それぞれスリット光源10、カメラ12に所定の駆動電力を供給するものであり、公知の電源回路で機器に応じた電圧、容量のものを使用すればよい。
Among these, the light
画像データ変換回路22は、カメラ12の各画素で受光した反射強度を輝度情報(電圧)をそれぞれ2次元の画素位置に対応した数値列に変換する、画像入力手段である。
The image
画像処理回路23は、断面形状算出部230、輝度分布算出部231、形状データメモリ232、輝度データメモリ233で構成される。断面形状算出部230は、画像データ変換回路22から撮像した画像データを入力して、その画像データから光切断法によって断面形状座標を算出し、そのデータを形状データメモリ232に記憶する。断面形状算出部における断面形状の算出手法は、光切断像の切削部と非切削部における輝度レベルの違いの影響を受けない、ビード切削形状の光切断画像を前述の特開2003−322513号公報に開示された動的モーメント演算に基づく細線化処理を行ない、光切断線を抽出する。輝度レベルの違いが問題にならない程度であれば、一般的な2値化処理による細線化処理を用いても良い。そして、抽出された切断線に基づいて、断面形状を算出する。輝度分布算出部231は、同様に画像データ変換回路22から撮像した画像データを入力して、スリット光が被検査体表面において反射し、観察される反射光強度(輝度)分布データを算出し、輝度データメモリ233に記憶する。
The
判別回路24は、形状データメモリ232の断面形状データ、輝度データメモリ233の輝度分布データに基づき溶接点良否の判別を行うもので、その構成の一例としては、図3に示すように、輝度変化探索回路240、切削部段差検出回路241、段差発生判定回路242、段差発生領域計数カウンタ243、切削不良判別回路244から構成される。これらのいずれも、比較回路等の論理演算素子で構成してもよいし、それに相当するプログラム演算機能を備えた計算機により構成してもよい。
The
輝度変化探索回路240は、輝度分布データの輝度変化に基づいてビード周縁部(ビード切削領域端部の周辺部)の領域範囲を算出する。溶接線方向に走査して測定する各測定位置の輝度分布データにおいて、中央部付近で輝度が減少している領域の境界部をビード切削部として算出するものであるが、適切な閾値設定と中央から左右方向への探索法などで算出する。
The luminance
また、切削部段差検出回路241、段差発生判定回路242、段差発生領域計数カウンタ243、切削不良判別回路244の処理は、輝度変化探索回路240で算出したビード切削領域の両端についてそれぞれ行うが、ビード切削領域の開始点と終了点は同じ処理であるので、開始点について説明する。
Further, the processing of the cutting part
具体的には、切削部段差検出回路241は、上記輝度変化探索回路240が出力するビード周縁部開始点の座標を中心とし溶接線と直交方向に所定の幅をもつ座標領域における切削形状データの最大変化量(最大値と最小値の差)、すなわち凹凸の最大変化量、を算出する。
Specifically, the cutting step
そして、段差発生判定回路242は、その切削形状データの最大変化量が閾値T1を超えているか判別する。
Then, the step
段差発生領域計数カウンタ243では、その閾値を超えている場合には、カウント値をインクリメントし、閾値を超えた測定箇所の数をカウント(計数)する。なお、切削部の開始点と終了点についてこの処理をそれぞれ行うことになる。 In the step difference region count counter 243, when the threshold value is exceeded, the count value is incremented, and the number of measurement points exceeding the threshold value is counted (counted). This process is performed for the start point and the end point of the cutting part.
切削不良判別回路244は、段差発生領域計数カウンタ243の値を読み込んで、段差発生判定回路242が最大変化量の良否を判断するための閾値T1を超えていると判定した測定箇所の数が、測定箇所の全数に占める割合を算出し、これが第2の閾値T2を超えていれば、不良と出力するものである。なお、測定箇所の全数が測定対象毎でほとんど変わらなければ、全数に対する比率でなくとも、単純に閾値T1を超えた計数値で評価しても良い。
The cutting
そして、表示装置3は、切削不良判定回路244の出力に従って画面や音等で作業員に注意を喚起するか、図示しない信号線を経由して外部の操業管理装置(ビジネスコンピュータ等)に不良情報を送信するものであり、公知の警報機、CRT装置、通信装置等で構成することが出来る。
Then, the
以下に、本実施例の動作を測定例のデータを用いて説明する。 Hereinafter, the operation of this embodiment will be described using data of measurement examples.
図4は、測定ヘッド1が溶接部40のある任意の箇所において、溶接線に対し直交方向にスリット光を照射して、その反射光を検出した光切断画像を画像処理回路23により処理した結果である。図4において、(a)は断面形状算出部230で算出した断面形状データ、(b)は輝度分布算出部231で算出した輝度分布データである。図4(a)の横軸は溶接線に直交する位置座標、縦軸は断面形状を示す被測定対象表面の高さ座標である。図4の(a)の断面形状は、一般的に知られる2値化処理による細線化処理で算出してもよいが、ここでは検出精度の高い、特開2003−322513号公報に開示された方法を用いるとして、以下に説明する。スリット光の反射光をCCDカメラなどの二次元撮像手段で撮像し、図5に示す2次元の光切断画像を得る。図5の二次元メッシュの左下隅の画素をX=X1、Y=Y1とし、幅方向にX軸、管軸方向にY軸をとり、各画素の座標をX=Xi(i=1,2、・・・、m)、Y=Yj(i=1、2、・・・、n)、画素の輝度をI(Xi、Yj)とし、次式で定義される加重平均S(Xi)を、X=Xiにおける光切断線のY座標と決定する。
FIG. 4 shows the result of processing the light cut image in which the measurement head 1 irradiates slit light in the direction orthogonal to the weld line at an arbitrary position of the
S(Xi)=ΣYj I(Xi,Xj)/ΣI(Xi,Yj)・・・(1) S (Xi) = ΣYj I (Xi, Xj) / ΣI (Xi, Yj) (1)
なお、スリット光の照射領域外の地合部に発生する間接反射光や背光などの外乱成分による誤差要因を排除するために、以下の(1)〜(3)の手順により、各X座標において、光切断線のY座標を求める。 In order to eliminate error factors due to disturbance components such as indirect reflected light and back light generated in the formation part outside the slit light irradiation area, the following (1) to (3) are used for each X coordinate. The Y coordinate of the light section line is obtained.
(1)Y軸方向の最大輝度となるY座標Y0とその点での輝度I0を求める。 (1) The Y coordinate Y0 that is the maximum luminance in the Y-axis direction and the luminance I0 at that point are obtained.
(2)予め定めた画素数Nwを用い0≦Y≦Y0−NwΔY、Y0+NwΔY≦Y≦Yn(Ynは光切断画像のY方向端の画素の代表点のY座標。ΔYは一画素のY方向長さ)の範囲の最大輝度I1を求める。 (2) Using a predetermined number of pixels Nw, 0 ≦ Y ≦ Y0−NwΔY, Y0 + NwΔY ≦ Y ≦ Yn (Yn is the Y coordinate of the representative point of the end pixel in the Y direction of the light section image. ΔY is the Y direction of one pixel) The maximum luminance I1 in the range of (length) is obtained.
(3)I0とI1の間の適切な値(たとえば平均値(I0+I1)/2)を閾値J1とし、Y方向の画素輝度がJ1より大なるYの範囲において上述の式(1)より、S(Xi)を算出する。 (3) An appropriate value between I0 and I1 (for example, average value (I0 + I1) / 2) is set as a threshold value J1, and in the range of Y in which the pixel luminance in the Y direction is larger than J1, the above equation (1) shows that S (Xi) is calculated.
(4)管軸方向へのスリット光照射域の相対移動に伴い、上記(1)〜(3)の手順を繰り返す。 (4) With the relative movement of the slit light irradiation area in the tube axis direction, the above procedures (1) to (3) are repeated.
以上の演算によって、溶接部のビード切削形状の光切断画像の位置を、光切断像の切削部と非切削部における輝度レベルの違いの影響を受けずに精度よく検出できる。 By the above calculation, the position of the light cutting image of the bead cutting shape of the welded portion can be accurately detected without being affected by the difference in luminance level between the cutting portion and the non-cutting portion of the light cutting image.
また、更に非切削部の反射光強度がレンジオーバーを起こすほど十分高い場合や、地合部からのノイズが無視できるほど小さい場合には、そのような反射光強度が高い領域の断面線算出のための閾値を、輝度のレンジ最大値や、経験的に地合部の最大輝度以下とならない範囲で輝度のレンジの最大値よりも多少小さめに設定した、所定の固定閾値J2に置き換えるように、上記の手順を以下のようにしてもよい。 In addition, when the reflected light intensity of the non-cutting part is sufficiently high to cause a range over or when the noise from the formation part is so small that it can be ignored, the calculation of the cross-sectional line of the region where the reflected light intensity is high is performed. The threshold value for this is replaced with a predetermined fixed threshold value J2 that is set to be slightly smaller than the maximum value of the luminance range within a range that does not become less than the maximum luminance value of the formation portion and empirically, The above procedure may be as follows.
(1)Y軸方向の最大輝度となるY座標(複数存在する場合はその平均値)Y0とその点での輝度I0を求める。 (1) The Y coordinate (the average value when there are a plurality of values) Y0 and the luminance I0 at that point are obtained as the maximum luminance in the Y-axis direction.
(2)予め定めた画素数Nwを用い0≦Y≦Y0−NwΔY、Y0+NwΔY≦Y≦Yn(Ynは光切断画像のY方向端の画素の代表点のY座標。ΔYは一画素のY方向長さ)の範囲の最大輝度I1を求める。 (2) Using a predetermined number of pixels Nw, 0 ≦ Y ≦ Y0−NwΔY, Y0 + NwΔY ≦ Y ≦ Yn (Yn is the Y coordinate of the representative point of the end pixel in the Y direction of the light section image. ΔY is the Y direction of one pixel) The maximum luminance I1 in the range of (length) is obtained.
(3)I0が所定の固定閾値J2以上の場合は、X=XiにおけるY軸方向において画素輝度がJ2以上となるYの範囲においてS(Xi)を算出する。 (3) When I0 is equal to or greater than a predetermined fixed threshold J2, S (Xi) is calculated in a range of Y in which the pixel luminance is equal to or greater than J2 in the Y-axis direction when X = Xi.
(4)I0がJ2を下回る場合は、I0とI1の間の適切な値(たとえば平均値(I0+I1)/2)を閾値J3(前述のJ1に相当)とし、Y方向の輝度がJ3より大なるYの範囲においてS(Xi)を算出する。 (4) When I0 is lower than J2, an appropriate value between I0 and I1 (for example, average value (I0 + I1) / 2) is set to a threshold value J3 (corresponding to the above-mentioned J1), and the luminance in the Y direction is larger than J3. S (Xi) is calculated in the range of Y.
(5)管軸方向へのスリット光照射域の相対移動に伴い、上記(1)〜(4)の手順を繰り返す。 (5) The above procedures (1) to (4) are repeated with relative movement of the slit light irradiation area in the tube axis direction.
上記のように検出したスリット光の光切断線の位置データX、Y座標から、その画素アドレス、光源、撮像手段、被検査体の幾何学的な位置関係に基づき溶接部のビード切削形状の断面形状を算出する。 From the position data X and Y coordinates of the light cutting line of the slit light detected as described above, the cross section of the bead cutting shape of the welded portion based on the geometrical positional relationship of the pixel address, light source, imaging means, and inspection object Calculate the shape.
具体的には、溶接線方向および溶接線に対し直交する方向の両方と垂直な方向を0°とする方向角定義のもとで、光源の入射角をα、撮像手段の受光角をβとした場合、画像上の光切断線位置(Xi,S(Xi))は、次式
xi=Xi・・・(2)
yj=ΔY×S(Xi)×cosα/sin(α+β)・・・(3)
によりビード切削の断面形状の座標(xi,yj)として算出する。なお、ΔYは、一画素のy方向の実寸長さである。
Specifically, based on the direction angle definition in which the direction perpendicular to both the weld line direction and the direction orthogonal to the weld line is 0 °, the incident angle of the light source is α, and the light receiving angle of the imaging means is β. In this case, the optical cutting line position (Xi, S (Xi)) on the image is expressed by the following equation: xi = Xi (2)
yj = ΔY × S (Xi) × cos α / sin (α + β) (3)
To calculate the coordinates (xi, yj) of the cross-sectional shape of the bead cutting. Note that ΔY is the actual length of one pixel in the y direction.
図4(b)の横軸は溶接線に直交する位置座標、縦軸は反射輝度の値である。この反射輝度は、カメラで撮像して得られる図5に示すような光切断画像において、画像x方向の各座標位置において、y方向の輝度分布のうちの最大値(最大輝度)を算出したデータである。 The horizontal axis of FIG.4 (b) is a position coordinate orthogonal to a welding line, and a vertical axis | shaft is a value of reflected luminance. This reflection luminance is data obtained by calculating the maximum value (maximum luminance) of the luminance distribution in the y direction at each coordinate position in the image x direction in the light section image as shown in FIG. 5 obtained by imaging with the camera. It is.
なお、この実施例での測定では、突合せる鋼帯の一方に意図的に波打ちを生じさせ部分的に突合せ不良が生成するようにして溶接し、盛り上り除去後に測定を行った。これにより、測定箇所においても溶接部切削不良の他に、溶接部外側から20mm付近に至るまで母材の変形(反り)が生じているため、形状データのみで最大値探索を行うと母板反りのピーク位置(ア)、切削バイトの先端形状に起因した凹部(イ)を最高点、最低点と誤検出してしまうおそれがあるが、本発明では誤検出なく正確に検出できることを以下に示す。 In the measurement in this example, welding was performed such that one of the steel strips to be abutted was intentionally wavy and a butt failure was partially generated, and the measurement was performed after removing the swell. As a result, since the base material is deformed (warped) from the outside of the welded portion to the vicinity of 20 mm in addition to defective cutting of the welded portion at the measurement location, if the maximum value search is performed only with the shape data, the baseboard warpage is performed. The peak position (A) and the recess (A) due to the tip shape of the cutting tool may be erroneously detected as the highest point and the lowest point, but the present invention shows that it can be accurately detected without erroneous detection. .
図4のようなデータは、測定ヘッド1が溶接線に沿って移動する各位置において採取した光切断画像毎に出力され、判別回路24にデータを出力する。
The data as shown in FIG. 4 is output for each light cut image taken at each position where the measuring head 1 moves along the weld line, and the data is output to the
次に判別回路24の動作を図6に従って説明する。
Next, the operation of the
まず、ステップS1で輝度分布データの全体の輝度の平均値を算出する。そして、ステップS2で輝度がステップS1で求めた平均値を下回る画素範囲の重心位置を算出し、図7に示す如く、その座標点をAとする。このA点は、輝度変化探索の開始点であり、ここから図の左側方向、右側方向に座標を移動して変化点を探索するための点である。 First, in step S1, an average value of the entire luminance of the luminance distribution data is calculated. In step S2, the barycentric position of the pixel range in which the luminance is lower than the average value obtained in step S1 is calculated, and the coordinate point is set to A as shown in FIG. This point A is a starting point for the luminance change search, and is a point for searching for the changing point by moving the coordinates from here to the left and right in the figure.
そして、ステップS3で、輝度分布のステップS1で求めた平均値より輝度が下回るうちでの最小輝度を求め、その輝度値をVとする。これに対して、ステップS2で求めたA点に対し、ステップS4で左側の領域での最大輝度を求め、その輝度値をLとし、ステップS5で右側の領域での最大輝度を求め、その輝度値をRとする。 In step S3, the minimum luminance is obtained while the luminance is lower than the average value obtained in step S1 of the luminance distribution, and the luminance value is set to V. On the other hand, with respect to the point A obtained in step S2, the maximum luminance in the left region is obtained in step S4, the luminance value is set to L, and the maximum luminance in the right region is obtained in step S5. Let the value be R.
この、V、L、Rを元に、左側の変化点を算出するための輝度閾値TL、右側の変化点を算出するための輝度閾値TRを求め、その値に基づいて変化点を決定する。そして、ステップS6で、TL=(V+L)/2とし、点Aから左側に移動して、各座標に対応する輝度値がTLを最初に超えた座標点を輝度変化点PLとする。同様に、ステップS7で、TR=(V+R)/2とし、点Aから右側に移動して、各座標に対応する輝度値がTRを最初に超えた座標点を輝度変化点PRとする。 Based on these V, L, and R, a luminance threshold TL for calculating the left change point and a luminance threshold TR for calculating the right change point are obtained, and the change point is determined based on these values. In step S6, TL = (V + L) / 2 is set, and the coordinate point where the luminance value corresponding to each coordinate first exceeds TL is set as the luminance change point PL by moving from the point A to the left side. Similarly, in step S7, TR = (V + R) / 2 is set, and the coordinate point at which the luminance value corresponding to each coordinate first exceeds TR is set as the luminance change point PR by moving to the right from the point A.
このようにして、輝度変化探索回路240が図4の測定データに関して算出した例を示すと、切削帯左縁の座標PLは、図4に記入した縦線である。そして、ここで求めた座標PR、すなわち切削範囲の左側端部を中心に、溶接部幅方向(溶接線と直交方向)に左右1mm幅(2mm幅)の範囲内での切削部形状の変化量(最大値と最小値の差)は図に記入したとおり0.025mmと算出する。同様に切削右縁の座標PRは図4の線の位置、段差量は0.074mmと算出する。ここで、閾値は操業との関連で定めるべきものであるが、本実施例では好適値としてT1=0.06mm、T2=5%とした。
Thus, when the example which the brightness | luminance
例えば、段差発生閾値T1が、0.06mmの場合には、左側は正常であるが、右側は不良と判定されることになる。そして、段差発生領域計数カウンタ243のカウンタ値は、その値をインクリメントされることになる。そして、段差発生判定回路242は、溶接線方向に走査して、測定した画像群のそれぞれに対し、上記で算出した切削部両縁の段差量が予め設定した閾値を超えているか判定する。これは、本発明で求めた数値と、操業で発生する不良との対応付けを行ったり、また過去の操業経験により定めればよい。例えば、段差発生しきい値T1を超えている画像の数が全体の5%以上の場合、突合せ溶接部は不良と判定する、と設定すればよい。
For example, when the level difference occurrence threshold T1 is 0.06 mm, it is determined that the left side is normal but the right side is defective. Then, the counter value of the step occurrence
次に、比較のために熟練作業員が溶接良好と判定した、図4のサンプルとは異なるビード切削後の突合せ溶接部に対して本実施例の装置を用いた測定を行った。この測定例による切削開始点から溶接線直交方向に2mm幅の範囲内での切削部形状、スリット光の輝度分布(上記図4に対応するグラフ)は図8の通りであり、切削両縁部での段差量は左縁部において0.030mm、右縁部において0.032mmであった。図8の測定位置では切削部両縁での段差量は上記で定めたT1以下(例えば、T1=0.05mm)であり無害と判定される。なお、このサンプルに対して、突合せ溶接部の測定画像群のそれぞれに対し、同様にして算出した切削部両縁の段差量でT1を超えているものはなく、突合せ溶接部は無害と判定された。 Next, for comparison, measurement using the apparatus of this example was performed on a butt weld after bead cutting different from the sample in FIG. The cutting part shape and the brightness distribution of the slit light (graph corresponding to FIG. 4 above) within the range of 2 mm width in the direction perpendicular to the weld line from the cutting start point according to this measurement example are as shown in FIG. The difference in level was 0.030 mm at the left edge and 0.032 mm at the right edge. At the measurement position shown in FIG. 8, the level difference at both edges of the cutting part is equal to or less than T1 determined above (for example, T1 = 0.05 mm), and is determined to be harmless. For this sample, none of the measured image groups of the butt welds have a step amount calculated in the same manner for both edges of the cut part exceeding T1, and the butt weld is determined to be harmless. It was.
なお、以上の説明においては、説明の簡便化のために、切削領域の開始点側の段差形状に対して判別を行うようにしたが、切削領域の終了点側に関しても全く同じ手順で判別を行って不良判定点数が大きい方を最終結果としてもよい。また、開始点および終了点ともに閾値を超えた場合は、各1カウントを合わせて計2カウントとしてもよいし、その測定箇所が異常であるとの主旨によって1カウントにしてもよい。この設定は、被測定対象、操業条件や装置の運用方法で適宜いずれかを選択できるようにしておけばよい。 In the above description, for simplification of explanation, the step shape on the start point side of the cutting area is discriminated, but the end point side of the cutting area is discriminated in exactly the same procedure. It is good also as a final result that the defect determination score is larger. When both the start point and the end point exceed the threshold value, each 1 count may be combined to make a total of 2 counts, or may be 1 count according to the gist that the measurement location is abnormal. This setting may be made so that any one can be appropriately selected according to the measurement target, the operation conditions, and the operation method of the apparatus.
1…測定ヘッド
2…画像処理装置
3…表示装置
4…被測定物
10…レーザ光源
12…カメラ
20…光源電源
21…カメラ電源
22…画像データ変換回路
23…画像処理回路
24…判別回路
40…突合せ溶接部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement head 2 ...
Claims (3)
前記撮像した画像の各々において、光切断法にもとづき溶接部の断面形状を算出するとともに、前記各画像の反射光の強度分布を算出し、
前記算出した切削後溶接部の断面形状と反射光強度分布から溶接部の良否を判定することを特徴とする、突合せ溶接部の良否検査方法。 In the method of inspecting the quality of the welded portion after removing the swelled portion after butt welding, the slit light in a substantially orthogonal direction is scanned in the direction of the weld line with respect to the weld line, and images at a plurality of positions are taken.
In each of the captured images, calculate the cross-sectional shape of the weld based on the light cutting method, calculate the intensity distribution of the reflected light of each image,
A quality inspection method for a butt weld, wherein the quality of the weld is determined from the calculated cross-sectional shape of the weld after cutting and the reflected light intensity distribution.
溶接線に対して、略直交方向のスリット光を照射する光源と、
溶接線方向に走査して複数位置における画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像した画像の各々において、光切断法にもとづき溶接部の断面形状を算出するとともに、前記各画像の反射光の強度分布を算出する画像処理手段と、
前記算出した切削後溶接部の断面形状と反射光強度分布から溶接部の良否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする、突合せ溶接部の良否検査装置。 A welded part quality inspection device for inspecting the quality of the welded part after removing the raised part after butt welding,
A light source that irradiates slit light in a direction substantially orthogonal to the welding line;
An imaging unit that scans in the welding line direction and captures images at a plurality of positions;
In each of the captured images, image processing means for calculating the cross-sectional shape of the welded portion based on the light cutting method, and calculating the intensity distribution of the reflected light of each image,
Determination means for determining the quality of the weld from the cross-sectional shape and reflected light intensity distribution of the calculated weld after cutting,
An apparatus for inspecting the quality of a butt weld, characterized by comprising:
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