JP2009085786A - 溶接ビード検査装置および溶接ビード検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビード部の形状を精度良く検出することができ、複雑なビード形状であっても検査を可能にする溶接ビード検査装置および溶接ビード検査方法を提供する。
【解決手段】第一母材４上に第一母材推定区間Ｐ１Ｑ１を設定し、該区間Ｐ１Ｑ１中の断面プロファイルデータから第一母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）を推定し、かつ、第二母材５上に第二母材推定区間Ｐ２Ｑ２を設定し、該区間Ｐ２Ｑ２中の断面プロファイルデータから第二母材推定曲線Ｚ＝Ｆ２（Ｘ）を推定するとともに、断面プロファイル上の各点（Ｘ，Ｚ）からＺ＝Ｆ１（Ｘ）およびＺ＝Ｆ２（Ｘ）に対して符号付垂線を引き、正の符号付垂線長が立上り閾値以下となる正側境界点Ｅ２と、負の符号付垂線長が立下り閾値以下となる負側境界点Ｅ１とを求め、正側境界点Ｅ１および負側境界点Ｅ２をビードエッジとして推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接ビードの検査技術に関し、より詳しくは、複雑な形状を有する母材面同士を溶接した場合にビード形状を精度良く検出することができる溶接ビード検査装置および溶接ビード検査方法に関する。

従来、溶接ビードの形状を検出し、溶接箇所の検査を行う手法が広く用いられており公知となっている。
例えば、電縫溶接管のビード部の母材面曲線を最小二乗法による近似計算から求め、ビード部断面の測定値と母材近似曲線よりビード部の形状を検出する方法が公知となっており、以下に示す特許文献１および特許文献２等において開示されている。
特開平９−８９５２４号公報 特開２００４−１１７０５３号公報

従来技術においては、ビード部を境とする両側の母材面曲線が同一円弧上や同一平面上に位置するものとして想定し、最小二乗法による近似計算から求めるものであった。
つまり、従来技術においては、ビード部両側の母材面曲線が任意に変化する複雑な形状であったり、また端面位置がずれているような場合は想定されておらず、このような複雑な母材面曲線を有する部材に対しては、従来技術を適用することができなかった。
そこで本発明では、このような現状を鑑み、ビード部両側の母材面曲線が任意に変化する複雑な形状であったり、また端面位置がずれているような場合であってもビード部の形状を精度良く検出することができ、複雑なビード形状であっても検査を可能にする溶接ビード検査装置および溶接ビード検査方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、第一母材と第二母材が溶接されている溶接箇所の前記第一母材と前記第二母材とビードを含む断面プロファイルを複数検出して、前記複数の断面プロファイルからなる断面プロファイル群を取得し、取得した前記断面プロファイル群のうち選択した一つの断面プロファイルに基づいて母材面の近似曲線を算出し、算出した近似曲線を用いてビードエッジを検出する溶接ビード検査方法において、取得した前記断面プロファイル群から選択した前記断面プロファイルのうち前記第一母材上に第一母材推定区間を設定し、該第一母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第一母材の近似曲線となる第一母材推定曲線を推定し、かつ、前記断面プロファイルのうち前記第二母材上に第二母材推定区間を設定し、該第二母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第二母材の近似曲線となる第二母材推定曲線を推定するとともに、前記断面プロファイルから前記第一母材推定曲線および第二母材推定曲線に対して引き出し方向に応じて正または負の相反する符号を付した符号付垂線を引き、正の符号を付した垂線の長さが立上り閾値以下となる前記断面プロファイル上の正側境界点と、負の符号を付した垂線の長さが立下り閾値以下となる前記断面プロファイル上の負側境界点とを求め、前記正側境界点および前記負側境界点をビードエッジとして推定する、ことを特徴としたものである。

請求項２においては、前記第一母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第一ビードエッジ探索区間を設定し、かつ、前記第二母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第二ビードエッジ探索区間を設定し、前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間において、前記正側境界点および前記負側境界点を探索し、前記正側境界点または前記負側境界点が検出された場合には、検出された前記正側境界点または前記負側境界点を前記ビードエッジとして推定し、前記正側境界点または前記負側境界点が検出されなかった場合には、前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間を前記溶接ビード側に一定幅σだけ移動または拡幅させて前記第一ビードエッジ探索区間および第二ビードエッジ探索区間を更新する、ことを特徴としたものである。

請求項３においては、前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点と、前記第一母材または前記第二母材に対応する前記正側境界点または前記負側境界点を結ぶ線分を引き、該線分を予め設定した比に内分する内分点を求め、該内分点を前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点として前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間を更新または拡幅するように繰り返し計算をして得られる収束点を第一ビードエッジおよび第二ビードエッジとして推定する、ことを特徴としたものである。

請求項４においては、前記断面プロファイルから溶接継手の種類を推定し、溶接継手の種類に応じて前記立上り閾値を調整する、ことを特徴としたものである。

請求項５においては、前記第一母材推定曲線および前記第二母材推定曲線は、前記第一母材推定区間および前記第二母材推定区間の前記断面プロファイルデータに基づいて最小メジアン法によって近似計算する、ことを特徴としたものである。

請求項６においては、前記正側境界点が検出されたときには、該正側境界点よりも前記溶接ビード側において、前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点を探索し、前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点が検出されたときには、前記正側境界点から前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点までの区間に対してスパッタの有無を判定する、ことを特徴としたものである。

請求項７においては、前記断面プロファイル群のうち隣接する二つの断面プロファイルにおいて、一つの断面プロファイルにおけるビードエッジ位置検出結果をフィードバックして、もう一つの断面プロファイルにおける第一および第二母材推定区間を決定する、ことを特徴としたものである。

請求項８においては、前記第一母材推定曲線と前記第二母材推定曲線との交点を求めて、該交点と前記第一ビードエッジまたは前記第二ビードエッジとを結ぶ線分の長さに基づいて前記ビードの脚長を推定する、ことを特徴としたものである。

請求項９においては、前記符号付垂線のデータに基づき、前記ビードエッジにおける第一母材または第二母材のアンダーカット深さを推定する、ことを特徴としたものである。

請求項１０においては、前記アンダーカット深さを推定するアンダーカット推定区間において、前記断面プロファイルのデータに欠落がある場合には、前記アンダーカット推定区間を曲線補完し、前記アンダーカット深さを推定する、ことを特徴としたものである。

請求項１１においては、第一母材と第二母材が溶接されている溶接箇所の前記第一母材と前記第二母材とビードを含む断面プロファイルを複数検出して、前記複数の断面プロファイルからなる断面プロファイル群を取得する断面プロファイル検出手段と、検出した前記断面プロファイル群のうち選択した一つの断面プロファイルに基づいて母材面の近似曲線を算出し、算出した近似曲線を用いてビードエッジを検出する演算手段と、を備える溶接ビード検査装置において、前記演算手段は、前記断面プロファイル検出手段が取得した前記断面プロファイル群から選択した前記断面プロファイルのうち前記第一母材上に第一母材推定区間を設定し、該第一母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第一母材の近似曲線となる第一母材推定曲線を推定し、かつ、前記断面プロファイルのうち前記第二母材上に第二母材推定区間を設定し、該第二母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第二母材の近似曲線となる第二母材推定曲線を推定するとともに、前記断面プロファイルから前記第一母材推定曲線および第二母材推定曲線に対して引き出し方向に応じて正または負の相反する符号を付した符号付垂線を引き、正の符号を付した垂線の長さが立上り閾値以下となる前記断面プロファイル上の正側境界点と、負の符号を付した垂線の長さが立下り閾値以下となる前記断面プロファイル上の負側境界点とを求め、前記正側境界点および前記負側境界点をビードエッジとして推定する、ことを特徴としたものである。

請求項１２においては、前記演算手段は、前記第一母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第一ビードエッジ探索区間を設定し、かつ、前記第二母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第二ビードエッジ探索区間を設定し、前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間において、前記正側境界点および前記負側境界点を探索し、前記正側境界点または前記負側境界点が検出された場合には、検出された前記正側境界点または前記負側境界点を前記ビードエッジとして推定し、前記正側境界点または前記負側境界点が検出されなかった場合には、前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間を前記溶接ビード側に一定幅σだけ移動または拡幅させて前記第一ビードエッジ探索区間および第二ビードエッジ探索区間を更新する、ことを特徴としたものである。

請求項１３においては、前記演算手段は、前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点と、前記第一母材または前記第二母材に対応する前記正側境界点または前記負側境界点を結ぶ線分を引き、該線分を予め設定した比に内分する内分点を求め、該内分点を前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点として前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間を更新または拡幅するように繰り返し計算をして得られる収束点を第一ビードエッジおよび第二ビードエッジとして推定する、ことを特徴としたものである。

請求項１４においては、前記演算手段は、前記断面プロファイルから溶接継手の種類を推定し、溶接継手の種類に応じて前記立上り閾値を調整する、ことを特徴としたものである。

請求項１５においては、前記演算手段は、前記第一母材推定曲線および前記第二母材推定曲線を、前記第一母材推定区間および前記第二母材推定区間の前記断面プロファイルデータに基づいて最小メジアン法によって近似計算する、ことを特徴としたものである。

請求項１６においては、前記演算手段は、前記正側境界点が検出されたときには、該正側境界点よりも前記溶接ビード側において、前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点を探索し、前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点が検出されたときには、前記正側境界点から前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点までの区間に対してスパッタの有無を判定する、ことを特徴としたものである。

請求項１７においては、前記演算手段は、前記断面プロファイル群のうち隣接する二つの断面プロファイルにおいて、一つの断面プロファイルにおけるビードエッジ位置検出結果をフィードバックして、もう一つの断面プロファイルにおける第一および第二母材推定区間を決定する、ことを特徴としたものである。

請求項１８においては、前記演算手段は、前記第一母材推定曲線と前記第二母材推定曲線との交点を求めて、該交点と前記第一ビードエッジまたは前記第二ビードエッジとを結ぶ線分の長さに基づいて前記ビードの脚長を推定する、ことを特徴としたものである。

請求項１９においては、前記演算手段は、前記符号付垂線のデータに基づき、前記ビードエッジにおける第一母材または第二母材のアンダーカット深さを推定する、ことを特徴としたものである。

請求項２０においては、前記演算手段は、前記アンダーカット深さを推定するアンダーカット推定区間において、前記断面プロファイルのデータに欠落がある場合には、前記アンダーカット推定区間を曲線補完し、前記アンダーカット深さを推定する、ことを特徴としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、母材面の推定を直線近似ではなく曲線近似で行うため、曲面状の母材同士を溶接した箇所の溶接ビードに対してもビードエッジの検出をすることができる。

請求項２においては、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項３においては、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項４においては、ビードの余盛が小さい場合に問題となっていたビードエッジの誤検出を低減することができる。

請求項５においては、母材推定区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、凸部分に影響されることなく、精度良く母材推定曲線を算出することができる。

請求項６においては、符号付垂線の長さデータの立上りを探索する区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、スパッタによる影響を回避して精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項７においては、母材推定区間の初期位置がビードエッジ付近に設定されるため母材推定曲線を求める反復計算の回数を低減できる。

請求項８においては、隅肉溶接時のビードにおいて、ビードずれを計測座標系に依存しない特徴量（脚長比や脚長差）を以って評価するため、外乱因子の影響を受けずに精度良くビードの欠陥を検出することができる。

請求項９においては、母材面を曲線によって推定するため、曲面状の母材面同士による溶接ビードにおいてもアンダーカット深さを計算することができる。

請求項１０においては、断面プロファイルのデータに欠落があった場合に、実際より浅いアンダーカット深さが算出される問題を解消することができる。

請求項１１においては、母材面の推定を直線近似ではなく曲線近似で行うため、曲面状の母材同士を溶接した箇所の溶接ビードに対してもビードエッジの検出をすることができる。

請求項１２においては、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項１３においては、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項１４においては、ビードの余盛が小さい場合に問題となっていたビードエッジの誤検出を低減することができる。

請求項１５においては、母材推定区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、凸部分に影響されることなく、精度良く母材推定曲線を算出することができる。

請求項１６においては、符号付垂線の長さデータの立上りを探索する区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、スパッタによる影響を回避して精度良くビードエッジを検出することができる。

請求項１７においては、母材推定区間の初期位置がビードエッジ付近に設定されるため母材推定曲線を求める反復計算の回数を低減できる。

請求項１８においては、隅肉溶接時のビードにおいて、ビードずれを計測座標系に依存しない特徴量（脚長比や脚長差）を以って評価するため、外乱因子の影響を受けずに精度良くビードの欠陥を検出することができる。

請求項１９においては、母材面を曲線によって推定するため、曲面状の母材面同士による溶接ビードにおいてもアンダーカット深さを計算することができる。

請求項２０においては、断面プロファイルのデータに欠落があった場合に、実際より浅いアンダーカット深さが算出される問題を解消することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る断面プロファイルの計測方法を示す模式図、図２は本発明の一実施例にかかるビードエッジ検出手法を示すフロー図、図３は断面プロファイルと母材推定曲線との関係を示す模式図、図４は符号付垂線長と閾値の関係を示す模式図、図５は本発明の一実施例に係るビードエッジの検出を高速・高精度化する手法の第一実施例を示すフロー図、図６は同じく模式図、図７は本発明の一実施例に係るビードエッジの検出を高速・高精度化する手法の第二実施例を示すフロー図、図８は同じく模式図、図９は本発明の一実施例に係る溶接継手を判別しビードエッジの検出を高精度化する手法を示すフロー図、図１０は同じく模式図、図１１はスパッタによる母材推定曲線の算出結果への影響を示す模式図、図１２はスパッタに起因する立上りの判別手法を示すフロー図、図１３は同じく模式図、図１４は余盛に起因する立上りの判別手法を示す模式図、図１５は前断面プロファイルにおけるビードエッジ検出結果を次断面プロファイルにおけるビードエッジ探索にフィードバックする手法を示す模式図、図１６は本発明の一実施例に係るビードの欠陥検出手法を示す模式図、図１７はアンダーカット深さの算定手法を示すフロー図、図１８は同じく模式図、図１９は断面プロファイルデータの欠落時において曲線補完の後にアンダーカット深さを算出する手法を示す模式図である。

まず始めに、本発明の一実施例に係る断面プロファイルの計測方法について説明をする。
図１（ａ）に示す如く、本発明に係るビード検査装置１は、断面プロファイルの計測方法として、所謂光切断法を採用しており、レーザスキャナ２および演算装置３を備える構成としている。そして、第一母材４、第二母材５およびビード６を含む溶接部品７の表面にスリット光８を投光し、このスリット光８によって描き出される投影光９をビード６の長手方向に沿って移動しながらスキャンすることによって連続的に断面プロファイルを計測し、計測した複数の断面プロファイルからなる断面プロファイル群として溶接部材７の表面形状データを取得するようにしている。

断面プロファイル群を構成する断面プロファイルの一例を図１（ｂ）に示す。断面プロファイルのデータには、母材面（即ち、第一母材４、第二母材５）およびビード６の形状データが含まれており、この形状データに基づいて演算装置３によってビードエッジＥ１・Ｅ２を探索するようにしている。尚、図１（ｂ）に示す断面プロファイルは隅肉溶接の場合を例示している。

次に、本発明の一実施例に係るビードエッジの検出方法について、具体的に説明をする。
図２に示す如く、本発明に一実施例に係るビードエッジの検出方法では、まず断面プロファイルのデータを、例えば移動平均等の方法で平滑化するようにしている（Ｓ１−０１）。

次に、図２および図３に示す如く、平滑化した断面プロファイルのデータに基づいて、第一母材４および第二母材５に対応させて、それぞれに第一母材推定区間Ｐ１Ｑ１および第二母材推定区間Ｐ２Ｑ２を設定する。母材推定区間は、ビード側境界点（Ｐ１およびＰ２）の位置を基準として、反対側の境界点（Ｑ１およびＱ２）までの区間長Ｄを与えることによって設定するようにしている（Ｓ１−０２）。
次に、この各母材推定区間Ｐ１Ｑ１およびＰ２Ｑ２中の断面プロファイルのデータに基づいて、各母材の母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）およびＺ＝Ｆ２（Ｘ）を近似計算により求めるようにしている（Ｓ１−０３）。尚、ここでは近似計算として最小二乗法を採用している。ここで求めた各母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）およびＺ＝Ｆ２（Ｘ）を断面プロファイルと重ね合わせると、図３（ｂ）のように表される。

次に、断面プロファイル上の各点（Ｘ，Ｚ）から各母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）およびＺ＝Ｆ２（Ｘ）に対して垂線を引くようにしている。この垂線は符号付としており、図３（ｂ）中においてＺ軸の正の方向に向けて引かれる垂線には正の符号を付し、反対に、Ｚ軸の負の方向に向けて引かれる垂線には負の符号を付すようにしている（Ｓ１−０４）。

そして、横軸をＸとし、縦軸に垂線長Ｈ（Ｘ）をとってグラフ化すると、図４の如く表すことができる。
そして、各母材推定区間（区間Ｐ１Ｑ１および区間Ｐ２Ｑ２）の端点のうちビードに近い側の端点（即ち、Ｐ１およびＰ２）からビード側に向かって垂線長Ｈ（Ｘ）が閾値ＴＨ１を越える場所を探索し、垂線長Ｈ（Ｘ）がＴＨ１を上回る地点と、垂線長Ｈ（Ｘ）が−ＴＨ１を下回る地点とのＸ座標を特定してビードエッジＥ１・Ｅ２を検出するようにしている（Ｓ１−０５）。

即ち、第一母材４と第二母材５が溶接されている溶接箇所の第一母材４と第二母材５とビード６を含む断面プロファイル群を検出する断面プロファイル検出手段たるレーザスキャナ２と、検出した断面プロファイル群のうち選択した一つの断面プロファイルに基づいて母材面の近似曲線を算出する演算手段３と、による溶接ビード検査方法において、断面プロファイルのうち第一母材４上に第一母材推定区間Ｐ１Ｑ１を設定し、該第一母材推定区間Ｐ１Ｑ１中の断面プロファイルデータから第一母材４の第一母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）を推定し、かつ、断面プロファイルのうち第二母材５上に第二母材推定区間Ｐ２Ｑ２を設定し、第二母材推定区間Ｐ２Ｑ２中の断面プロファイルデータから第二母材５の第二母材推定曲線Ｚ＝Ｆ２（Ｘ）を推定するとともに、断面プロファイル上の各点（Ｘ，Ｚ）から第一母材推定曲線Ｚ＝Ｆ１（Ｘ）および第二母材推定曲線Ｚ＝Ｆ２（Ｘ）に対して引き出し方向に応じて正または負の相反する符号を付した符号付垂線を引き、正の符号を付した垂線の長さが立上り閾値以下となる前記断面プロファイル上の正側境界点Ｅ２と、負の符号を付した垂線の長さが立下り閾値以下となる前記断面プロファイル上の負側境界点Ｅ１とを求め、前記正側境界点Ｅ１および前記負側境界点Ｅ２をビードエッジとして推定するようにしている。
このように、本発明においては、第一および第二母材推定曲線を設定し、母材面の推定を直線近似ではなく曲線近似で行うため、曲面状の母材同士を溶接した箇所の溶接ビードに対してもビードエッジを検出することができるのである。
尚、第一母材４と第二母材５は必ずしも異なる部材である必要はなく、例えば、電縫管の溶接部のように、同一部材中の端面同士を溶接するような場合にも本発明を適用することができる。

次に、ビードエッジの検出方法について、さらに具体的に説明をする。
図５および図６に示す如く、第一実施例に係るビードエッジの検出方法においては、母材推定区間ＰＱに隣接して、ビードエッジ探索区間ＰＲを設定するようにしている。
なお、このビードエッジ探索区間ＰＲの区間長σは、母材推定区間ＰＱの区間長Ｄに比して十分小さい値（即ち、σ≪Ｄ）に設定するようにしている。

そして、このビードエッジ探索区間ＰＲの区間内で、図２中に示す（Ｓ１−０３）のステップによって、符号付の垂線長Ｈ（Ｘ）の立上りおよび立下りを検出する（Ｓ２−０１）。
ここで、ビードエッジ探索区間ＰＲ内でビードエッジが検出されるか否かの判定を行うようにしている（Ｓ２−０２）。ここでビードエッジが検出されれば、そのままビードエッジとして採用し（Ｓ２−０３）、区間ＰＲ内でビードエッジが検出されなければ母材推定区間ＰＱとビードエッジ探索区間ＰＲを更新するようにしている（Ｓ２−０４）。そして、ビードエッジ探索区間ＰＲを更新して最初のステップ（Ｓ２−０１）へ戻るようにし、繰り返してビードエッジの探索を行うようにしている。尚、このビードエッジ探索方法では、無限ループを回避するために、母材推定区間ＰＱとビードエッジ探索区間ＰＲの更新回数に上限を設けておくことが望ましい。

第一実施例に係るビードエッジの検出方法における母材推定区間ＰＱとビードエッジ探索区間ＰＲの更新方法を説明する。
図６に示す如く、ビード側の境界点Ｐを基準として、区間長Ｄとするように反対側の境界点Ｑを定めて、母材推定区間ＰＱを設定するようにしている。
そして、ビード側の境界点Ｐからさらにビード寄りに、区間長σとするように境界点Ｒを定めて、ビードエッジ探索区間ＰＲを設定するようにしている。

ビードエッジ探索区間ＰＲ内でビードエッジが見つからなかった場合には、まず、元の点Ｒの位置をビード側の境界点Ｐ’とし更新する。そして、境界点Ｐ’を基準として区間長Ｄとするように反対側の境界点Ｑ’を定めて、母材推定区間Ｐ’Ｑ’に更新するようにしている。さらに、境界点Ｐ’からさらにビードよりに、区間長σとするように境界点Ｒ’を定めて、ビードエッジ探索区間Ｐ’Ｒ’として更新するようにしている。

また、ビードエッジ探索区間ＰＲ内でビードエッジが見つからなかった場合に、元の点Ｒの位置をビード側の境界点Ｐ’として更新するが、反対側の境界点Ｑは更新せず、母材推定区間Ｐ’Ｑに更新することも可能である。この場合は、母材推定区間の区間長はビード側の境界点Ｐを更新する度に成長していく。

尚、母材推定区間ＰＱを更新（即ち、母材推定区間Ｐ’Ｑ’として更新させる）するか、母材推定区間ＰＱを成長（即ち、母材推定区間Ｐ’Ｑとして成長させる）させるかは、断面プロファイルの形状に応じて選択することができ、母材推定区間ＰＱの初期位置からビードまでの区間で母材面曲線の形状変化が小さい場合には母材推定区間ＰＱを成長させることにより誤検出が減少し、形状変化が大きい場合には母材推定区間ＰＱを更新させることにより誤検出が減少する。
また、ここでは片側の母材推定区間（即ち、第一母材推定区間、あるいは、第二母材推定区間）のみ取り上げて説明をしているが、両側の母材推定区間に同時に適用することが可能である。

即ち、（第一および第二の）母材推定区間ＰＱに隣接して溶接ビード側に任意の一定幅σの（第一および第二の）ビードエッジ探索区間ＰＲを設定し、ビードエッジ探索区間ＰＲにおいて、正側境界点（即ち、Ｈ（Ｘ）≧ＴＨ１となる断面プロファイル上の点（Ｘ，Ｚ））および負側境界点（即ち、Ｈ（Ｘ）≦ＴＨ１となる断面プロファイル上の点（Ｘ，Ｚ））を探索し、正側境界点または負側境界点が検出された場合には、検出された正側境界点または負側境界点をビードエッジとして推定し、正側境界点または負側境界点が検出されなかった場合には、ビードエッジ探索区間ＰＲを溶接ビード側に一定幅σだけ移動または拡幅させてビードエッジ探索区間Ｐ’Ｒ’としてビードエッジ探索区間を更新するようにしている。
この手法により、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができるのである。

図７および図８に示す如く、第二実施例に係るビードエッジの検出方法においても、第一実施例と同様に母材推定区間ＰＱを設定し、該母材推定区間ＰＱの断面プロファイルデータに基づいて母材推定曲線を算出する。
母材推定曲線を算出した後、符号付の垂線長Ｈ（Ｘ）の立上りおよび立下りを検出して（即ち、図２中に示す（Ｓ１−０３）のステップ）、ビードエッジの候補点Ｅを仮に求めるようにしている（Ｓ３−０１）。

次に、ビード側の境界点Ｐと、ビードエッジの候補点Ｅで構成される区間ＰＥを、予め設定した比α：（１−α）で内分する点Ｐ’を探索する。尚、αは（０＜α＜１）なる値であり、条件に応じて調整することができる。
そして、点Ｐの位置をビード側の境界点Ｐ’とし更新する。そして、境界点Ｐ’を基準として区間長Ｄとするように反対側の境界点Ｑ’を定めて、母材推定区間Ｐ’Ｑ’に更新するようにしている。

そして、母材推定区間Ｐ’Ｑ’の断面プロファイルデータに基づいて改めて母材推定曲線を算出する。
改めて母材推定曲線を算出した後、再度繰り返して符号付の垂線長Ｈ（Ｘ）の立上りおよび立下りを検出して（即ち、図２中に示す（Ｓ１−０３）のステップ）、ビードエッジの候補点Ｅ’を更新するようにしている（Ｓ３−０１）。

そして、このビードエッジの候補点Ｅ’が収束条件を満足するか否かを判定するようにしている（Ｓ３−０２）。収束条件は、例えば、候補点Ｅ’を更新する繰り返し回数に上限を設けたり、更新時のＥ’の変位量に閾値を設定したりする等の手法を取ることができる。

また、第二実施例に係るビードエッジの検出方法においても、第一実施例と同様にビード側の境界点Ｐは境界点Ｐ’として更新するが、反対側の境界点Ｑは更新せず、母材推定区間Ｐ’Ｑに更新する（成長させる）ことも可能である。

即ち、（第一または第二）母材推定区間ＰＱの溶接ビード側の端点Ｐと、第一母材または前記第二母材に対応する前記正側境界点Ｅまたは前記負側境界点Ｅを結ぶ線分ＰＥを引き、該線分ＰＥを予め設定した比（即ち、α：１−α（０＜α＜１））に内分する内分点Ｐ’を求め、該内分点Ｐ’を（第一または第二）母材推定区間の溶接ビード側の端点として（第一または第二）母材推定区間ＰＱを更新または拡幅するように繰り返し計算をして得られる内分点Ｐ’の収束点をビードエッジとして推定するようにしている。
この手法によっても、母材推定区間の初期位置がビード想定位置から離れており、かつ、ビードの余盛が小さい場合であっても、精度良くビードエッジを検出することができるのである。

次に、継手情報を利用することにより、微小な余盛であってもビードエッジの誤検出を防止する手法について説明をする。
ビードの余盛が小さい場合にはビードエッジの検出が困難になる場合がある。例えば、板厚差のある突合せ継手（図９（ａ）参照）や重ね継手（図９（ｂ）参照）の場合、余盛が小さく十分な凸部分が無いため、ビードエッジを検出することができない場合がある。

図１０に示す如く、まず、ビードエッジＥ１・Ｅ２における接線たる第一外挿直線および第二外挿直線を引き、次にビードエッジＥ１から第二外挿直線に対して垂線を引く。そして、この垂線と第二外挿直線との交点Ｆ２を定める。また同様に、ビードエッジＥ２から第一外挿直線に対して垂線を引く。そして、この垂線と第一外挿直線との交点Ｆ１を定める。さらに、線分Ｅ１Ｆ１の中点Ｍ１と線分Ｅ２Ｆ２の中点Ｍ２を定める。

そして、第一母材面および第二母材面の面間距離を中点Ｍ１と中点Ｍ２との距離ｄで定義している。
また、第一外挿直線と第二外挿直線が成す角度を、第一母材面と第二母材面が成す角度θとして定義している。

図９（ｃ）に示す如く、本実施例に係るビードエッジの検出手法においては、溶接継手の種類を判別するようにしており、ビードエッジの誤検出が懸念される継手（即ち、板厚差のある突合せ継手および重ね継手）であれば、立上り閾値ＴＨ１の値を小さくするようにし、微小な立上りを検出してビードエッジを検出できずに見逃してしまうことを防止するようにしている。

溶接継手の判別方法について説明をする。
図９（ｃ）に示す如く、まず第一および第二母材の母材面距離ｄおよび母材面が成す角度θを検出するようにしている（Ｓ４−０１）。
そして、母材面が成す角度θに基づく判定をする（Ｓ４−０２）。ここで、母材面が成す角度θが閾値ＴＨ３未満であれば、溶接継手の種類が隅肉溶接であると判断し、立上り閾値ＴＨ１の変更は行わない（Ｓ４−０３）。

そして、母材面が成す角度θが閾値ＴＨ３未満でない場合には、さらに、母材面の距離ｄに基づく判定をする（Ｓ４−０４）。ここで、母材面の距離ｄが閾値ＴＨ４未満であれば、溶接継手の種類が板厚差のない突合せ溶接であると判断し、立上り閾値ＴＨ１の変更は行わない（Ｓ４−０５）。

しかし、母材面の距離ｄが閾値ＴＨ４未満でない場合には、溶接継手の種類が板厚差のある突合せ継手または重ね継手であると判断するようにしている（Ｓ４−０５）。
この場合、立上り閾値ＴＨ１の変更を行うようにしている。
尚、ここでは一例として母材面の面間距離ｄと母材面が成す角度θを用いて溶接継手の種類を推定する手法を示したが、本発明に係る溶接継手の種類を推定する手法を限定するものではない。

即ち、断面プロファイルから溶接継手の種類を推定し、溶接継手の種類に応じて立上り閾値ＴＨ１を調整するようにしている。
これによりに、ビードの余盛が小さい場合に問題となっていたビードエッジの誤検出を低減することができるのである。

重ね継手または板厚差のある突合せ継手における継手の上下関係の判別方法について説明をする。
図９（ｄ）に示す如く、まずビードエッジＥ１が第二外挿直線よりも上方（即ち、＋Ｚ方向）にあるか否かに基づく判定をする（Ｓ５−０１）。

そして、ビードエッジＥ１が第二外挿直線よりも上方（即ち、＋Ｚ方向）にあれば、第一母材が上板側または厚板側であると判断することができる（Ｓ５−０２）。

また、ビードエッジＥ１が第二外挿直線よりも上方（即ち、＋Ｚ方向）になければ、第二母材が上板側または厚板側であると判断することができる（Ｓ５−０３）。
このように、継手種類が重ね継手または板厚差のある突合せ継手である場合に、第一母材および第二母材の上下関係を推定し把握することによって、正確にビードエッジの検出を行うことが可能となる。
尚、ここでは第二外挿直線を基準として各母材の上下関係を推定する手法を示したが、本発明に係る各母材の上下関係を推定する手法を限定するものではない。

次に、耐スパッタ性を持つ母材推定曲線の推定手法について説明をする。
溶接箇所にはビード以外にスパッタも付着している可能性があるため、微小な凸部分であるビードエッジを検出する際には、スパッタの影響を回避する必要がある。
図１１に示す如く、ここでは、母材推定区間の断面プロファイルデータにスパッタが含まれている場合について、スパッタによる影響を回避する手法を説明する。

図１１（ａ）に示す如く、母材推定区間にスパッタの影響を受けたデータが含まれているにもかかわらず、単純に母材推定区間の断面プロファイルデータから最小二乗法によって母材推定曲線を求めると、線図Ｐのようになる。この場合、実際の母材面の形状とはかけ離れた母材推定曲線が求められ、ビードエッジを精度良く検出することができなくなってしまう。

そこで本発明では、母材推定区間の断面プロファイルの点群Ａを、以下の数式１のように定義している。

次に、母材推定区間の点群ＡからランダムにＭ個の点（要素）を選択し、以下の数式２で点群Ａ’を定義にしている。尚、Ｍは（Ｍ≪Ｎ）を満足する整数である。

次に、点群Ａ’に対して最小二乗法を用いて母材推定曲線Ｚ＝Ｆ（Ｘ）を求める。

次に、母材推定曲線Ｚ＝Ｆ（Ｘ）と元の点群Ａの各点（要素）とのＺ方向の偏差ｅ（ｉ）を求める。尚、偏差ｅ（ｉ）は以下の数式３により求められる。

次に、偏差ｅ（ｉ）の二乗値のメジアンｍｅｄ（Ａ’）を求める。

そして、このメジアンｍｅｄ（Ａ’）をＬ回繰り返して求め、その中でメジアンｍｅｄ（Ａ’）が最小となる点群Ａ’に対する母材推定曲線Ｚ＝Ｆ（Ｘ）を最終解として採用するようにしている。この方法により求めた母材推定曲線が図１１（ａ）中に示す線図Ｑである。

さらに、図１１（ｂ）に示す如く、母材推定区間の断面プロファイルの点群Ａの各点から最終解として得られた母材推定曲線（線図Ｑ）に対して引いた垂線の長さ（垂線長Ｈ（Ｘ））を計算し、立上りおよび立下り閾値ＴＨ１に対して、｜Ｈ（Ｘ）｜≧ＴＨ１となる異常点（Ｘ，Ｚ）が存在する場合には、母材推定区間からそれらの異常点を削除することも可能である。
これにより、実際の母材面の形状に合致した母材推定曲線が求められ、ビードエッジを精度良く検出することが可能となる。

即ち、（第一および第二の）母材推定曲線は、（第一および第二の）母材推定区間の断面プロファイルデータに基づいて最小メジアン法によって近似計算するようにしている。
これにより、母材推定区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、凸部分に影響されることなく、精度良く母材推定曲線を算出することができるのである。

次に、母材推定区間外の断面プロファイルデータにスパッタが含まれている場合について、スパッタによる影響を回避する手法を説明する。
本発明に係る手法では、垂線長Ｈ（Ｘ）の立上りを探索する際に（即ち、図２中に示す（Ｓ１−０３）のステップにおいて）、閾値ＴＨ１を上回る立上り点Ｅが検出された場合、その後に再び閾値ＴＨ１を下回る点Ｇを探索し、区間ＥＧにおける垂線長Ｈ（Ｘ）の形状および区間ＥＧ直後の垂線長Ｈ（Ｘ）のばらつきから、この凸部分がスパッタに起因するものであるか、ビードエッジであるかを判断するようにしている。

図１２に示す如く、まず、閾値ＴＨ１を上回る点Ｅを検出する（Ｓ６−０１）。そして、点Ｅよりもビード側をさらに探索し、点Ｅよりもビード側に再び閾値ＴＨ１を下回る点Ｇが有るか否かを検出し、その検出結果に基づいて判定をする（Ｓ６−０２）。
ここで、点Ｅよりもビード側に再び閾値ＴＨ１を下回る点Ｇが無ければ、区間ＥＧはスパッタではないと判断し、点Ｅをビードエッジに決定する（Ｓ６−０３）。

また、点Ｅよりもビード側に再び閾値ＴＨ１を下回る点Ｇが存在している場合には、凸部分（区間ＥＧ）の尖度Ａ／σを求めて、さらに判定をする（Ｓ６−０４）。尚、尖度Ａ／σは、以下の数式４で求めるようにしている。

そして、尖度Ａ／σが閾値ＴＨ５以上で無ければ、区間ＥＧはスパッタではないと判断し、点Ｅをビードエッジに決定する（Ｓ６−０３）。

図１３にはスパッタに起因する凸部分を含む場合を示しており、また、図１４には余盛に起因する凸部分を含む場合を示している。
本手法では、区間ＥＧのビード側に一定幅Ｄｓ１だけ離れた位置に一方の端点Ｊを設定し、さらに端点Ｊから一定幅Ｄｓ２だけ離れた位置に他方の端点Ｋを設定し、スパッタ判定区間ＪＫを設定するようにしている。

図１３に示す如く、区間ＥＧがスパッタに起因する凸部分である場合には、凸の先端形状がより尖っている。また、図１４に示す如く、区間ＥＧが余盛に起因する凸部分である場合には、凸の先端形状が図１３の場合に比して鈍いことが判る。
このように、スパッタに起因する場合と余盛に起因する場合において、尖度Ａ／σに差異が検出できることを利用して、スパッタに起因する凸部分を検出するようにしている。

そして、尖度Ａ／σが閾値ＴＨ５以上であれば、スパッタ判定区間における垂線長Ｈ（Ｘ）の標準偏差Ｓを求めて、さらに判定をする（Ｓ６−０５）。

そして、標準偏差Ｓが閾値ＴＨ６以下で無ければ、区間ＥＧはスパッタではないと判断し、点Ｅをビードエッジに決定する（Ｓ６−０３）。

図１３に示す如く、区間ＥＧがスパッタに起因する凸部分である場合には、スパッタ判定区間ＪＫは母材面であるから、垂線長Ｈ（Ｘ）のばらつき（標準偏差）は計測に使用するセンサの繰り返しばらつき程度（閾値ＴＨ６）となる。また、図１４に示す如く、区間ＥＧが余盛に起因する凸部分である場合には、スパッタ判定区間ＪＫはビード面であると推定されるので、垂線長Ｈ（Ｘ）のばらつき（標準偏差）は使用するセンサの繰り返しばらつき（閾値ＴＨ６）に比して大きくなる。
このように、スパッタに起因する場合と余盛に起因する場合において、垂線長Ｈ（Ｘ）の標準偏差Ｓに差異が検出できることを利用して、スパッタに起因する凸部分を検出するようにしている。

そして、標準偏差Ｓが閾値ＴＨ６以下であれば、区間ＥＧはスパッタであると判定するようにしている（Ｓ６−０６）。
尚、標準偏差Ｓは、以下の数式５によって求められる。

尚、区間ＥＧはスパッタであると判定された場合には、区間ＥＧ間の断面プロファイルデータを削除し、代わりに直線補完を施した上で再度ビードエッジの検出を続けるようにすることも可能である。

即ち、正側境界点が検出されたときには、正側境界点よりも溶接ビード側において、断面プロファイルが立上り閾値ＴＨ１を下回る点を探索し、断面プロファイルが立上り閾値ＴＨ１を下回る点が検出されたときには、正側境界点から断面プロファイルが立上り閾値ＴＨ１を下回る点までの区間ＥＧに対してスパッタの有無を判定するようにしている。
これにより、符号付垂線の長さデータの立上りを探索する区間にスパッタに起因する凸部分が存在する場合でも、スパッタによる影響を回避して精度良くビードエッジを検出することができるのである。

次に、断面プロファイル群に対して連続してビードエッジを推定する場合に、計算量を軽減する手法について説明する。
図１に示す如く、本発明に係るビード検査装置１では、一本のビードを長手方向にスキャンし連続的に断面プロファイルを検出し、断面プロファイル群として溶接箇所の形状データを取得するようにしている。よって、ある断面プロファイルと、その次の断面プロファイルは形状が極めて近似している場合が多いと考えられる。そこで、この形状の近似性を利用して、前断面におけるビードエッジ検出位置を基準にして、次断面の母材推定区間の初期位置を決めることにより、よりビードエッジ位置に近い適正な位置に母材推定区間を設定できるようにし、母材推定曲線の反復計算回数を軽減するようにしている。

図１５に示す如く、まず前断面のビードエッジ検出位置Ｅ１、Ｅ２と同じＸ座標を持つ次断面プロファイル上の点Ｂ１、Ｂ２を求める。
そして、Ｂ１、Ｂ２からそれぞれビードから遠ざかる方向（以後、外側とする）に△だけオフセットした点Ｐ１、Ｐ２を求め、このＰ１、Ｐ２を母材推定区間のビード側の境界点として設定する。
そして、Ｐ１、Ｐ２のさらに外側に区間長がＤとなる点Ｑ１、Ｑ２を設定し、母材推定区間Ｐ１Ｑ１およびＰ２Ｑ２の初期位置を設定するようにしている。
このように、前断面のビードエッジ検出結果の情報をフィードバックして、次断面の母材推定区間の初期位置を設定することにより、反復計算の回数を低減させることでき、ビードエッジ推定に要する計算時間を短縮することができる。

即ち、断面プロファイル群のうち隣接する二つの断面プロファイルにおいて、一つの断面プロファイル（前断面）におけるビードエッジ位置検出結果をフィードバックして、もう一つの断面プロファイル（次断面）における（第一および第二）母材推定区間を決定するようにしている。
これにより、母材推定区間の初期位置がビードエッジ付近に設定されるため母材推定曲線を求める反復計算の回数を低減できるのである。

次に、本発明に係るビードの欠陥（ずれ）を検出する手法について説明をする。
尚、本手法は溶接継手の種類が隅肉継手の場合に適用することができる。
図１６に示す如く、まず前述した図２で示される手法によってビードエッジＥ１・Ｅ２を求め、さらに、第一母材推定曲線と第二母材推定曲線との交点Ｃを求める。
そして、ビードの脚長Ｌ１を線分ＣＥ１の長さとして求め、またビードの脚長Ｌ２を線分ＣＥ２の長さとして求めるようにしている。

次に、二つの脚長の大小関係を評価するための特徴量ξを求める。
特徴量ξとしては、例えば、差（即ち、ξ＝Ｌ１−Ｌ２）を採用したり、または比（即ち、ξ＝ｌｏｇ（Ｌ１／Ｌ２））を採用することもできる。尚、本発明において、特徴量ξはこれら差や比によって求めたものに限定するものではない。

そして、ビードのずれがないマスタービードから求めた特徴量ξ０と二つの脚長から求めた特徴量ξを比較することにより、ビードのずれを評価するようにしている。
例えば、ξ＞ξ０の場合には、ビードが第一母材側にずれていると評価することができ、また反対に、ξ＜ξ０の場合には、ビードが第二母材側にずれていると評価することができる。

ここで算出される脚長Ｌ１・Ｌ２は断面プロファイル固有の値であるから、断面プロファイルを計測する座標系に依存せず、センサの位置決めやワークセットのばらつき等の影響を受けることが無い。つまり、計測する座標系に依存することなく、ビードずれを定量化することができる。

即ち、第一母材推定曲線と第二母材推定曲線との交点Ｃを求めて、交点Ｃと第一ビードエッジＥ１および第二ビードエッジＥ２とを結ぶ線分の長さに基づいて脚長を推定するようにしている。
これにより、隅肉溶接時のビードにおいて、ビードずれを計測座標系に依存しない特徴量（脚長比や脚長差）を以って評価するため、外乱因子の影響を受けずに精度良くビードの欠陥を検出することができるのである。

次に、本発明に係るアンダーカット深さの算出手法について説明をする。
図１７および図１８に示す如く、まず前述した図２中に示される手法（即ち、（Ｓ１−０１）から（Ｓ１−０３）のステップ）によって母材推定曲線を求めて、閾値−ＴＨ１を下回る点Ｅを検出する（Ｓ７−０１）。そして、点Ｅよりもビード側をさらに探索し、点Ｅよりもビード側に再び閾値−ＴＨ１を上回る点Ｇが有るか否かを検出し、その検出結果に基づいて判定をする（Ｓ７−０２）。
ここで、点Ｅよりもビード側に再び閾値−ＴＨ１を上回る点Ｇが無ければ、区間ＥＧはアンダーカットではないと判断し、点Ｅをビードエッジに決定する（Ｓ７−０３）。

また、点Ｅよりもビード側に再び閾値−ＴＨ１を上回る点Ｇが存在している場合には、区間ＥＧにおける垂線長Ｈ（Ｘ）の最小値Ｈｍｉｎを探索して、−Ｈｍｉｎをアンダーカット深さに決定するようにしている（Ｓ７−０４）。

即ち、符号付垂線長Ｈ（Ｘ）に基づき、アンダーカット深さ−Ｈｍｉｎを推定するようにしている。
これにより、母材面を曲線を用いて推定するため、曲面状の母材面同士による溶接ビードにおいてもアンダーカット深さを計算することができるのである。

また、アンダーカット深さを算出する際に、区間ＥＧ内の断面プロファイルデータが欠損しているために、アンダーカット深さが浅めに算出されてしまう場合がある。この問題を解消するための手法を説明する。

まず前述した図１７に示す手法によって、アンダーカット領域（即ち、区間ＥＧ）を探索する。
次に、区間ＥＧおよびその周辺部の断面プロファイルデータを用いて適当な補完あるいは近似を行って区間ＥＧのリサンプリングを行う。

そして、リサンプリングされた区間ＥＧのデータに対して、再度垂線長Ｈ（Ｘ）のデータを算出した後に、区間ＥＧにおける垂線長Ｈ（Ｘ）の最小値Ｈｍｉｎを探索し、−Ｈｍｉｎをアンダーカット深さに決定するようにしている。
このように、アンダーカット領域におけるデータ欠落部分に対して適当な曲線補完を施すことにより、アンダーカット深さの計測精度を向上させることができる。

即ち、アンダーカット深さ−Ｈｍｉｎを推定するアンダーカット推定区間ＥＧにおいて、断面プロファイルのデータに欠落がある場合には、アンダーカット推定区間ＥＧを曲線補完し、アンダーカット深さ−Ｈｍｉｎを推定するようにしている。
これにより、断面プロファイルのデータに欠落があった場合に、実際より浅いアンダーカット深さが算出される不具合を解消することができるのである。

本発明の一実施例に係る断面プロファイルの計測方法を示す模式図。 本発明の一実施例にかかるビードエッジ検出手法を示すフロー図。 断面プロファイルと母材推定曲線との関係を示す模式図。 符号付垂線長と閾値の関係を示す模式図。 本発明の一実施例に係るビードエッジの検出を高速・高精度化する手法の第一実施例を示すフロー図。 同じく模式図。 本発明の一実施例に係るビードエッジの検出を高速・高精度化する手法の第二実施例を示すフロー図。 同じく模式図。 本発明の一実施例に係る溶接継手を判別しビードエッジの検出を高精度化する手法を示すフロー図。 同じく模式図。 スパッタによる母材推定曲線の算出結果への影響を示す模式図。 スパッタに起因する立上りの判別手法を示すフロー図。 同じく模式図。 余盛に起因する立上りの判別手法を示す模式図。 前断面プロファイルにおけるビードエッジ検出結果を次断面プロファイルにおけるビードエッジ探索にフィードバックする手法を示す模式図。 本発明の一実施例に係るビードの欠陥検出手法を示す模式図。 アンダーカット深さの算定手法を示すフロー図。 同じく模式図。 断面プロファイルデータの欠落時において曲線補完の後にアンダーカット深さを算出する手法を示す模式図。

符号の説明

１ ビード検査装置
２ レーザスキャナ
３ 演算手段
４ 第一母材
５ 第二母材
６ ビード

Claims (20)

1. 第一母材と第二母材が溶接されている溶接箇所の前記第一母材と前記第二母材とビードを含む断面プロファイルを複数検出して、前記複数の断面プロファイルからなる断面プロファイル群を取得し、
   取得した前記断面プロファイル群のうち選択した一つの断面プロファイルに基づいて母材面の近似曲線を算出し、算出した近似曲線を用いてビードエッジを検出する溶接ビード検査方法において、
   取得した前記断面プロファイル群から選択した前記断面プロファイルのうち前記第一母材上に第一母材推定区間を設定し、該第一母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第一母材の近似曲線となる第一母材推定曲線を推定し、
   かつ、前記断面プロファイルのうち前記第二母材上に第二母材推定区間を設定し、該第二母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第二母材の近似曲線となる第二母材推定曲線を推定するとともに、
   前記断面プロファイルから前記第一母材推定曲線および第二母材推定曲線に対して引き出し方向に応じて正または負の相反する符号を付した符号付垂線を引き、
   正の符号を付した垂線の長さが立上り閾値以下となる前記断面プロファイル上の正側境界点と、
   負の符号を付した垂線の長さが立下り閾値以下となる前記断面プロファイル上の負側境界点とを求め、
   前記正側境界点および前記負側境界点をビードエッジとして推定する、
   ことを特徴とする溶接ビード検査方法。
2. 前記第一母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第一ビードエッジ探索区間を設定し、
   かつ、前記第二母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第二ビードエッジ探索区間を設定し、
   前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間において、前記正側境界点および前記負側境界点を探索し、
   前記正側境界点または前記負側境界点が検出された場合には、
   検出された前記正側境界点または前記負側境界点を前記ビードエッジとして推定し、
   前記正側境界点または前記負側境界点が検出されなかった場合には、
   前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間を前記溶接ビード側に一定幅σだけ移動または拡幅させて前記第一ビードエッジ探索区間および第二ビードエッジ探索区間を更新する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
3. 前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点と、
   前記第一母材または前記第二母材に対応する前記正側境界点または前記負側境界点を結ぶ線分を引き、
   該線分を予め設定した比に内分する内分点を求め、
   該内分点を前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点として前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間を更新または拡幅するように繰り返し計算をして得られる収束点を第一ビードエッジおよび第二ビードエッジとして推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
4. 前記断面プロファイルから溶接継手の種類を推定し、
   溶接継手の種類に応じて前記立上り閾値を調整する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の溶接ビード検査方法。
5. 前記第一母材推定曲線および前記第二母材推定曲線は、
   前記第一母材推定区間および前記第二母材推定区間の前記断面プロファイルデータに基づいて最小メジアン法によって近似計算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
6. 前記正側境界点が検出されたときには、
   該正側境界点よりも前記溶接ビード側において、
   前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点を探索し、
   前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点が検出されたときには、
   前記正側境界点から前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点までの区間に対してスパッタの有無を判定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
7. 前記断面プロファイル群のうち隣接する二つの断面プロファイルにおいて、
   一つの断面プロファイルにおけるビードエッジ位置検出結果をフィードバックして、
   もう一つの断面プロファイルにおける第一および第二母材推定区間を決定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
8. 前記第一母材推定曲線と前記第二母材推定曲線との交点を求めて、
   該交点と前記第一ビードエッジまたは前記第二ビードエッジとを結ぶ線分の長さに基づいて前記ビードの脚長を推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
9. 前記符号付垂線のデータに基づき、
   前記ビードエッジにおける第一母材または第二母材のアンダーカット深さを推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接ビード検査方法。
10. 前記アンダーカット深さを推定するアンダーカット推定区間において、
    前記断面プロファイルのデータに欠落がある場合には、
    前記アンダーカット推定区間を曲線補完し、
    前記アンダーカット深さを推定する、
    ことを特徴とする請求項９記載の溶接ビード検査方法。
11. 第一母材と第二母材が溶接されている溶接箇所の前記第一母材と前記第二母材とビードを含む断面プロファイルを複数検出して、前記複数の断面プロファイルからなる断面プロファイル群を取得する断面プロファイル検出手段と、
    検出した前記断面プロファイル群のうち選択した一つの断面プロファイルに基づいて母材面の近似曲線を算出し、算出した近似曲線を用いてビードエッジを検出する演算手段と、
    を備える溶接ビード検査装置において、
    前記演算手段は、
    前記断面プロファイル検出手段が取得した前記断面プロファイル群から選択した前記断面プロファイルのうち前記第一母材上に第一母材推定区間を設定し、該第一母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第一母材の近似曲線となる第一母材推定曲線を推定し、
    かつ、前記断面プロファイルのうち前記第二母材上に第二母材推定区間を設定し、該第二母材推定区間中の断面プロファイルデータから前記第二母材の近似曲線となる第二母材推定曲線を推定するとともに、
    前記断面プロファイルから前記第一母材推定曲線および第二母材推定曲線に対して引き出し方向に応じて正または負の相反する符号を付した符号付垂線を引き、
    正の符号を付した垂線の長さが立上り閾値以下となる前記断面プロファイル上の正側境界点と、
    負の符号を付した垂線の長さが立下り閾値以下となる前記断面プロファイル上の負側境界点とを求め、
    前記正側境界点および前記負側境界点をビードエッジとして推定する、
    ことを特徴とする溶接ビード検査装置。
12. 前記演算手段は、
    前記第一母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第一ビードエッジ探索区間を設定し、
    かつ、前記第二母材推定区間に隣接して前記溶接ビード側に任意の一定幅σの第二ビードエッジ探索区間を設定し、
    前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間において、前記正側境界点および前記負側境界点を探索し、
    前記正側境界点または前記負側境界点が検出された場合には、
    検出された前記正側境界点または前記負側境界点を前記ビードエッジとして推定し、
    前記正側境界点または前記負側境界点が検出されなかった場合には、
    前記第一ビードエッジ探索区間および前記第二ビードエッジ探索区間を前記溶接ビード側に一定幅σだけ移動または拡幅させて前記第一ビードエッジ探索区間および第二ビードエッジ探索区間を更新する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
13. 前記演算手段は、
    前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点と、
    前記第一母材または前記第二母材に対応する前記正側境界点または前記負側境界点を結ぶ線分を引き、
    該線分を予め設定した比に内分する内分点を求め、
    該内分点を前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間の前記溶接ビード側の端点として前記第一母材推定区間または前記第二母材推定区間を更新または拡幅するように繰り返し計算をして得られる収束点を第一ビードエッジおよび第二ビードエッジとして推定する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
14. 前記演算手段は、
    前記断面プロファイルから溶接継手の種類を推定し、
    溶接継手の種類に応じて前記立上り閾値を調整する、
    ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の溶接ビード検査装置。
15. 前記演算手段は、
    前記第一母材推定曲線および前記第二母材推定曲線を、
    前記第一母材推定区間および前記第二母材推定区間の前記断面プロファイルデータに基づいて最小メジアン法によって近似計算する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
16. 前記演算手段は、
    前記正側境界点が検出されたときには、
    該正側境界点よりも前記溶接ビード側において、
    前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点を探索し、
    前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点が検出されたときには、
    前記正側境界点から前記断面プロファイルが立上り閾値を下回る点までの区間に対してスパッタの有無を判定する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
17. 前記演算手段は、
    前記断面プロファイル群のうち隣接する二つの断面プロファイルにおいて、
    一つの断面プロファイルにおけるビードエッジ位置検出結果をフィードバックして、
    もう一つの断面プロファイルにおける第一および第二母材推定区間を決定する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
18. 前記演算手段は、
    前記第一母材推定曲線と前記第二母材推定曲線との交点を求めて、
    該交点と前記第一ビードエッジまたは前記第二ビードエッジとを結ぶ線分の長さに基づいて前記ビードの脚長を推定する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
19. 前記演算手段は、
    前記符号付垂線のデータに基づき、
    前記ビードエッジにおける第一母材または第二母材のアンダーカット深さを推定する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の溶接ビード検査装置。
20. 前記演算手段は、
    前記アンダーカット深さを推定するアンダーカット推定区間において、
    前記断面プロファイルのデータに欠落がある場合には、
    前記アンダーカット推定区間を曲線補完し、
    前記アンダーカット深さを推定する、
    ことを特徴とする請求項１９記載の溶接ビード検査装置。

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