JP2008080358A

JP2008080358A - 電縫管のシーム位置検出方法及び装置

Info

Publication number: JP2008080358A
Application number: JP2006262508A
Authority: JP
Inventors: Akito Seki; 顕人関
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】溶接時の熱、錆等による管表面の色変化や検出時の照明具合等（外乱）による誤検出がなく、ロバスト（安定）なシーム位置検出が可能な方法、装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤカメラ２で撮像された電縫管１１外周面の画像の画素群に対して自己相関関数を計算し、その結果値に周期性が検出される画素列を求め、その画素列の位置をシーム位置として検出する画像演算処理回路４を設ける。自己相関関数の計算によるシーム位置の検出は、外乱に強いロバストなシーム位置の検出を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーム部における縞パターンを利用した電縫管のシーム位置検出方法及び装置、特に電縫管表面の色や照明の状態に影響されにくいロバストな検出が可能な電縫管のシーム位置検出方法及び装置に関するものである。

電縫管におけるシーム部（溶接部）の位置検出は、超音波探傷による溶接品質検査時に必要とされる。また、電縫管を曲げ加工する際においても、シーム部への応力集中を回避するために予めシーム位置を検出しておく必要がある。
そこで、従来から電縫管のシーム位置の検出が行われているが、一般的には、カメラで撮像した電縫管画像のシーム部周辺の輝度値によってシーム位置を検出する方法が採用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特公平７−８９０４６号公報特開平５−１２３８７４号公報特開昭５９−２３２０３号公報

上記特許文献１〜３に開示された方法は、撮像した電縫管のシーム部周辺の輝度値を２値化し（特許文献１，２）、あるいは明るい位置を求め（特許文献３）、つまり輝度差に基づいて、シーム位置を検出する方法である。このため、溶接時の熱影響に起因する電縫管表面の色変化（焼け具合）や錆等によるシーム部周辺の色具合（電縫管表面の色の状態）の影響を受けて誤検出する虞があった。また、シーム位置検出時の電縫管表面への照明具合にも敏感で、これによっても誤検出する虞があり、従来、このような外乱による誤検出の虞をなくした電縫管のシーム位置検出方法、装置の開発が課題とされていた。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたもので、溶接時の熱や錆等による電縫管表面の色変化、色具合の影響や、シーム位置検出時の電縫管表面への照明具合等（外乱）による誤検出の虞をなくし、シーム位置をロバスト（安定）に検出できる電縫管のシーム位置検出方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題は、電縫管のシーム位置検出方法及び装置を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、（５）項が請求項５に、各々対応する。

（１）電縫管の外周面を撮像し、得られた電縫管外周面の展開画像の画素群に対して自己相関関数を計算し、この自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列を求め、この画素列の位置をシーム位置として検出することを特徴とする電縫管のシーム位置検出方法。
（２）前記電縫管外周面の展開画像を電縫管軸回り方向に複数分割して撮像可能とし、前記自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列が求まるまで前記撮像を繰り返すことを特徴とする(1)項に記載の電縫管のシーム位置検出方法。

（３）電縫管の外周面を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された前記電縫管の外周面の展開画像の画素群に対して自己相関関数を計算し、この自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列を求め、この画素列の位置をシーム位置として検出する画像演算処理手段とを具備することを特徴とする電縫管のシーム位置検出装置。
撮像手段には、一次元センサを用いてもよいが、通常は二次元イメージセンサが用いられる。画像演算処理手段としては、例えばパーソナルコンピュータ及び画像処理プログラム等が用いられる。これらは、以下の発明においても同様である。
（４）前記電縫管外周面の展開画像を電縫管軸回り方向に複数分割して撮像可能に、前記電縫管を軸回り方向に一定の送り角毎に回転させる回転手段を備え、前記撮像手段は、前記画像演算処理手段による前記自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列が求まるまで前記撮像を繰り返すことを特徴とする(3)項に記載の電縫管のシーム位置検出装置。

（５）前記画像演算処理手段は、シーム位置の検出結果を表すシーム位置情報を外部に出力することを特徴とする(3)項又は(4)項に記載の電縫管のシーム位置検出装置。
（６）前記回転手段は、前記画像演算処理手段により検出されたシーム位置を、電縫管軸回り方向の予め定めた基準位置に送り回転することを特徴とする(3)項、(4)項又は(5)項に記載の電縫管のシーム位置検出装置。

（１）項に記載の電縫管のシーム位置検出方法によれば、電縫管のシーム位置を、溶接時の熱影響や錆等による電縫管表面の色変化、色具合の影響や、シーム位置検出時の電縫管表面への照明具合等（外乱）による誤検出の虞なく、ロバスト（安定）に検出できる。
（２）項に記載の電縫管のシーム位置検出方法によれば、初回の撮像においてシーム位置が検出できなくても（自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列が求まらなくても）、何回かの撮像を経て必ずシーム位置が検出できる。つまり、電縫管の軸回り方向の位置を特に決めずに撮像を開始しても（撮像時において電縫管の軸回り方向の位置がどの位置にあるか注意を払わなくても）、必ずシーム位置検出が可能となる。

（３）項に記載の電縫管のシーム位置検出装置によれば、（１）項に記載の電縫管のシーム位置検出方法を装置として具現化したもので、この電縫管のシーム位置検出装置によれば、電縫管のシーム位置を、溶接時の熱影響や錆等による電縫管表面の色変化、色具合の影響や、シーム位置検出時の電縫管表面への照明具合等（外乱）による誤検出の虞なく、ロバストに検出できる。
（４）項に記載の電縫管のシーム位置検出装置によれば、初回の撮像（撮像手段の視野内）においてシーム位置が検出できなくても、何回かの撮像を経て必ずシーム位置が検出できる。つまり、電縫管の軸回り方向の位置を特に決めずに撮像を開始しても、必ずシーム位置検出が可能となる。

（５）項に記載の電縫管のシーム位置検出装置によれば、検出されたシーム位置を本シーム位置検出装置内部で利用する、例えば本シーム位置検出装置内にディスプレイ装置を設け、このディスプレイ装置にシーム位置を表示するだけでなく、外部に設けた種々の回路や装置においてシーム位置情報を利用することができる。例えば、超音波探傷による溶接品質検査装置等において、上記シーム位置情報を利用して効率よく溶接品質検査をすることが可能となる。
（６）項に記載の電縫管のシーム位置検出装置によれば、次工程、例えば超音波探傷による溶接品質検査工程等において、電縫管のシーム位置が軸回り方向の常に定まった位置に向けられていることになり、効率よく溶接品質検査をすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
電縫管製造過程においては、造管溶接後にフライス加工によるビードの切削が行われるが、この結果、電縫管のシーム部にフライス加工跡として縞パターンが残る。本発明は、このような電縫管外周の軸方向に残る縞パターンに基づき、電縫管のシーム位置を、溶接時の熱や錆等による電縫管表面色の状態やシーム位置検出時の電縫管表面への照明具合等（外乱）に影響されず、ロバスト（安定）に検出できる方法を提案するものであり、以下、これについて詳述する。

図１は、本発明方法が適用された装置（本発明による電縫管のシーム位置検出装置）の一実施形態の全体構成図である。
図示するように本発明装置は、回転機構１、ＣＣＤカメラ２、投光器３、画像演算処理回路４及びコントローラ５を備えてなる。

上記回転機構１は、シーム位置検出対象である電縫管１１を軸回り方向に、ここでは電縫管１１の図中右端側から見たときに時計回り（矢印イ方向）に回転させる回転手段を構成する。
ＣＣＤカメラ２は、回転機構１により回転される電縫管１１の外周面を撮像する（電縫管外周面の展開画像を取り込む）撮像手段を構成する。撮像手段としては、ＣＣＤカメラ２以外の二次元イメージセンサを用いてもいい。２ａは、ＣＣＤカメラ２に内蔵又は外付けされた集光レンズである。ＣＣＤカメラ２の受光側に光学フィルタを配置して撮影に不必要な波長域の光を遮断するようにしてもよい。
投光器３は、ＣＣＤカメラ２により撮像される電縫管１１の外周面領域を照明するレフランプ等の光源である。
画像演算処理回路４は、ＣＣＤカメラ２が取り込んだ電縫管外周面の展開画像（２次元画像）の画素群に対して自己相関関数を計算し、その計算の結果値に周期性が検出される画素列を求め、この画素列の位置をシーム位置として検出する画像演算処理手段を構成する。この画像演算処理回路４は、検出結果であるシーム位置情報を出力する。
コントローラ５は、上記回転機構１、ＣＣＤカメラ２、投光器３及び画像演算処理回路４等、装置各部を制御する制御手段を構成する。
なお、電縫管１１を静止状態とし、ＣＣＤカメラ２及び投光器３を電縫管１１の外周、軸回り方向に回転させるように回転機構１を構成してもよいが、この構成では機構規模が大きくなること、ＣＣＤカメラ２からの画像の位置精度が低くなること等から、通常は上記のように電縫管１１を軸回り方向に回転させる構成を採る。

次に、上述実施形態の動作について、図２のフローチャートを併用して説明する。
図１に示す装置の主電源が投入されると、コントローラ５は回転機構１、ＣＣＤカメラ２、投光器３及び画像演算処理回路４等、装置各部の電源をＯＮして動作を開始させる。
すると、ＣＣＤカメラ２は、投光器３で照明された電縫管１１の外周面（表面）を撮像し、その画像を取り込む（ステップ２０１）。
取り込まれた画像は、Ｍ×Ｎ画素の２次元画像ｆ_i,j（電縫管外周面の展開画像）であり、画像演算処理回路４に送られる。
図３は、上記２次元画像ｆ_i,jの一例を模式的に示しており、同図中の縦、つまりi方向（行方向）は電縫管軸方向であり、横、つまりj方向（列方向）は電縫管軸回り方向である。図３中の最小のマス目は１個の画素を表している。

ステップ２０２では、画像演算処理回路４はＣＣＤカメラ２からの２次元画像ｆ_i,j中の各列j（第１列〜第Ｎ列）に対して、その列jの画素i（i＝１〜Ｍ）の輝度値を順次読み込み、

を計算する。
具体的には、まず列j＝１（第１列）に対して、この第１列のi＝１〜ＭまでのＭ個の輝度値を順次読み込み、自己相関関数ｇ_j,kを計算する。次に、列j＝２（第２列）に対して、この第２列のi＝１〜ＭまでのＭ個の輝度値を順次読み込み、自己相関関数ｇ_j,kを計算する。以下、同様に列j＝Ｎ（第Ｎ列）までの各列に対して、その列のi＝１〜ＭまでのＭ個の輝度値を順次読み込み、自己相関関数ｇ_j,kを計算する。

ステップ２０３では、画像演算処理回路４は自己相関関数の計算結果値に周期性が検出、具体的には同一周期のピークが検出される列j＝j₁〜j_p（列３１、図３参照）が存在するか否かを判定する。すなわち、画像演算処理回路４は、j＝１〜Ｎ（第１列〜第Ｎ列）の各列について自己相関関数ｇ_j,kを計算し、その結果値に周期性が検出され、２次元画像ｆ_i,j上の他の列jにおける計算結果とは一線を画す列j₁〜j_pが存在するか否かを判定する。
上述したように電縫管製造過程におけるビード切削の結果、電縫管１１のシーム部には縞パターン１１ａが残るが、上記列j₁〜j_p（列３１）はこのような縞パターン１１ａの存在に起因するものである。したがって画像演算処理回路４は、上記のような自己相関関数の計算結果において、この列j₁〜j_pの存在が確認できればその処理をステップ２０４に移す。
ステップ２０４では、列j₁〜j_pの位置をシーム位置として検出し、その位置（検出結果）を表すシーム位置情報を出力する。具体的には、列j₁〜j_pのj方向の例えば中心位置〔Ｊ＝（j₁＋j_p）／２〕（j₁，j_pはj方向の位置を表す。）に基づいて電縫管１１のシーム位置（列j₁〜j_pの中心位置）までの回転角を算出し、これをシーム位置情報として出力する。シーム位置情報は、例えば装置内部のディスプレイ装置（図示せず）に出力され、同ディスプレイ装置に表示される。シーム位置情報は、装置外部に設けた種々の回路や装置、例えば、超音波探傷による溶接品質検査装置等に出力してもよく、これによれば、溶接品質検査の高効率化に役立つ。

ステップ２０３において、画像演算処理回路４が列j₁〜j_pの存在が否定されれば、コントローラ５は処理をステップ２０５に移行させる。ステップ２０５では、一定の送り角（ＣＣＤカメラ２の視野の縦方向寸法＝２次元画像ｆ_i,jのＮ画素分に相当する角度）だけ電縫管１１を軸方向に回転させて、処理をステップ２０１に戻す。これにより、最初のＭ×Ｎ画素の２次元画像ｆ_i,jに隣接する次のＭ×Ｎ画素の２次元画像ｆ_i,jについて、ステップ２０１〜２０５の処理の繰返しが可能となるが、その処理途中においてステップ２０３における判定がＹＥＳとなれば、上述したステップ２０４を実行して処理動作を終了する。

電縫管１１を一定の送り角、回転させる毎に画像を取り込み、上記の処理を行って行けば、最大、３６０°÷送り角で求まる回数から１回分を差し引いた回数（初回はステップ２０５を実行していないので１回分を差し引いた回数）のステップ２０５の実行により、列j₁〜j_p（列３１）ありの判定、つまり電縫管１１のシーム位置の検出を行うことができる。上記３６０°÷送り角の計算結果が整数とならない（割り切れない）場合は、端数分の撮像が１回加えられる。隣接する画像間の境界は一定画素数分だけ重複して撮像するようにしてもよい。

なお、ステップ２０４の実行と共に、あるいは実行後に、画像演算処理回路４により検出されたシーム位置を電縫管軸回り方向の予め定めた基準位置（基準回転角）、例えばＣＣＤカメラ２の視野の電縫管軸回り方向の中心位置に送り回転するよう、コントローラ５及び回転機構１を構成してもよい。これによれば、シーム位置検出の次工程、例えば超音波探傷による溶接品質検査工程において、電縫管１１のシーム位置が、軸回り方向の常に定まった位置に向けられていることになり、効率よく溶接品質検査をすることが可能となる。
また、ＣＣＤカメラ２の視野内に電縫管１１の全長が収まらないが、電縫管１１のシーム位置を電縫管全長に亘って検出したい場合には、電縫管１１を一定の長さ（ＣＣＤカメラ２の視野の横方向寸法＝２次元画像ｆ_i,jのＭ画素分に相当する長さ以下の長さ）だけ軸方向に送りながら、上記ステップ２０１〜２０５を実行すればよい。

本発明方法が適用された装置（本発明装置）の一実施形態の全体構成図である。同上装置の動作を示すフローチャートである。同上装置のＣＣＤカメラで取り込まれた２次元画像の説明図である。

符号の説明

１：回転機構（回転手段）、２：ＣＣＤカメラ（撮像手段）、４：画像演算処理回路（画像演算処理手段）、１１：電縫管、１１ａ：縞パターン。

Claims

電縫管の外周面を撮像し、得られた電縫管外周面の展開画像の画素群に対して自己相関関数を計算し、この自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列を求め、この画素列の位置をシーム位置として検出することを特徴とする電縫管のシーム位置検出方法。
前記電縫管外周面の展開画像を電縫管軸回り方向に複数分割して撮像可能とし、前記自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列が求まるまで前記撮像を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の電縫管のシーム位置検出方法。
電縫管の外周面を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された前記電縫管の外周面の展開画像の画素群に対して自己相関関数を計算し、この自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列を求め、この画素列の位置をシーム位置として検出する画像演算処理手段とを具備することを特徴とする電縫管のシーム位置検出装置。
前記電縫管外周面の展開画像を電縫管軸回り方向に複数分割して撮像可能に、前記電縫管を軸回り方向に一定の送り角毎に回転させる回転手段を備え、前記撮像手段は、前記画像演算処理手段による前記自己相関関数の計算結果値に周期性が検出される画素列が求まるまで前記撮像を繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の電縫管のシーム位置検出装置。
前記画像演算処理手段は、シーム位置の検出結果を表すシーム位置情報を外部に出力することを特徴とする請求項３又は４に記載の電縫管のシーム位置検出装置。