JP2017148841A - 溶接処理システム及び溶接不良検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接時に生じ得る欠陥の検出精度を高める。
【解決手段】実施の形態に係る溶接処理システムは、撮像部、画像取得部、算出部及び判定部を備える。撮像部は、溶接ビードを撮像する。画像取得部は、撮像された溶接ビードの画像を取得する。算出部は、取得された画像中の少なくとも一部の領域内における輝度値のばらつきを算出する。判定部は、算出された輝度値のばらつきに基づいて、溶接ビード上の前記一部の領域に対応した部位についての欠陥の有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、溶接処理システム及び溶接不良検知方法に関する。

溶接中に融合不良などの欠陥が生じた場合、欠陥を補修せずに次層の溶接を行うと、欠陥が内在されてしまうことになる。このため、次層の溶接を行う前に、溶接士が目視検査を行い、欠陥が生じているか否かを確認する必要性がある。自動溶接においても同様であり、例えば多層盛溶接中に欠陥が生じた場合には溶接を一旦停止する必要があるので、多層盛溶接を継続的に行うためには溶接の状況を監視する人員が不可欠となる。

人手を介さずに溶接の異常を検知する方法として、溶接中に電流や電圧などの溶接条件をモニタリングして、規定値から外れた場合に異常と判定し、さらには、撮影した画像中の溶融池の形状に基づいて異常を検知する方法などが提案されている。また、撮影した溶接ビードの画像を画像処理して、脚長、溶接幅、ピットの有無などの外観検査を行うことによって、溶接の異常を検知する方法なども知られている。

さらに、溶接不良を検知可能な方法として、スリット光を用いた形状計測センサによって溶接ビードの表面形状を計測する技術や、溶接ビードの３次元形状を２台のカメラを用いて立体視することによって溶接不良を検知する方法なども提案されている。

特許第４０９０６２０号公報 特開平１０−８９９２３号公報 特許第５７７９１５２号公報 特許第５６７９９１２号公報

しかしながら、上記した溶接条件や溶融池の形状に基づき溶接の異常を検知する方法は、溶接不良の発生の有無を言わば間接的に推測するものであるため、溶接の異常を検知する精度に課題がある。また、上記の脚長や溶接幅などの外観検査を行う溶接異常の検知方法は、いわゆるＴ継手や重ね継手などの隅肉溶接を考慮した技術であり、例えば開先溶接の異常検知などに適用しようとする場合には技術的に変更を加える必要がある。

さらに、スリット光を用いた形状計測センサを適用する技術は、開先溶接の場合、スリット光の干渉によって開先面近傍にノイズが生じてしまう場合があり、溶接ビードの形状を正しく計測することが困難となる。また、溶接ビードの３次元形状を立体視する技術は、３次元形状の算出処理に多くの時間を要すること加え、開先内における溶接ビードの例えば端部の形状を計測することが難しくなっている。

本発明が解決しようとする課題は、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度を高めることができる溶接処理システム及び溶接不良検知方法を提供することである。

実施の形態に係る溶接処理システムは、撮像部、画像取得部、算出部及び判定部を備える。撮像部は、溶接ビードを撮像する。画像取得部は、撮像された溶接ビードの画像を取得する。算出部は、取得された画像中の少なくとも一部の領域内における輝度値のばらつきを算出する。判定部は、算出された輝度値のばらつきに基づいて、溶接ビード上の前記一部の領域に対応した部位についての欠陥の有無を判定する。

第１の実施形態に係る溶接処理システムの構成を示す図。 図１の溶接処理システムが備える撮影装置によって撮影された溶接ビードの画像の一例を示す図。 図１の溶接処理システムの構成を機能的に示すブロック図。 溶接線を横断する方向の輝度値の分布の一例を示す図。 溶接線を横断する方向の標準偏差の分布の一例を示す図。 図１の溶接処理システムが実行する溶接不良検知方法を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る溶接処理システムの構成を示す図。 図７の溶接処理システムの構成を機能的に示すブロック図。 図８の溶接処理システムの判定部が参照する判定テーブルの内容を示す図。 図７の溶接処理システムが実行する溶接不良検知方法を示すフローチャート。 第３の実施形態に係る溶接処理システムの構成を示す図。 図１１の溶接処理システムの構成を機能的に示すブロック図。 図１２の溶接処理システムの判定部が参照する判定テーブルの内容を示す図。 第４の実施形態に係る溶接処理システムの構成を機能的に示すブロック図。 溶接のねらい位置がずれた場合の溶接ビードの画像の一例を示す図。 ウィービングを伴う溶接を行った際の溶接ビードの画像の一例を示す図。 図１４の溶接処理システムの判定部が参照する判定テーブルの内容を示す図。 第５の実施形態に係る溶接処理システムの構成を示す図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、本実施形態に係る溶接処理システム２０は、画像処理装置１５を含む溶接不良（溶接異常）検知装置１０と、溶接トーチ２と、ブザー１７と、これら溶接トーチ２やブザー１７などの動作を制御する溶接制御装置３と、を備えている。溶接不良検知装置１０は、撮像部としての撮影装置１２、光照射部としての照明装置１４、前述した画像処理装置１５、表示装置１６などを備えている。

本実施形態では、図１に示すように、例えば一対の円筒状の部材を溶接対象物７、８としており、これら溶接対象物７、８の端部（一端部）どうしを開先溶接する場合について例示する。溶接トーチ２の先端の電極２ａは、一対の溶接対象物７、８に対し、相対的に当該溶接対象物７、８の端部の周りを複数回、周回することにより、このような複数回のパスを経て開先溶接を完了させる。

図１に示すように、撮影装置１２は、溶接対象物７、８に対する溶接トーチ２の相対的な移動方向を基準として、溶接トーチ２の下流側（図１中の溶接トーチ２の右側）に設置されている。また、撮影装置１２は、図２に示すように、一方の溶接対象物７の開先７ａと他方の溶接対象物８の開先８ａとの間に溶融凝固した少なくとも溶接ビード９（溶接ビード９及びその周辺部分）を撮像する単眼カメラである。

照明装置１４は、図１に示すように、溶接ビード９の延びている方向である溶接線に沿った方向（円筒状の溶接対象物７、８の周面の接線方向、又は、この接線方向を所定角度分、法線方向側に傾けた方向）から、溶接ビード９の表面（撮影装置１２による被撮像部分）に光を照射する。

画像処理装置１５は、図３に示すように、画像取得部２１、領域抽出部２２ａを含む画像処理部２２、算出部（第１の算出部）２３、閾値記憶部２４及び判定部２５を備えている。一方、溶接制御装置３は、報知部２６、提示部（位置提示部）２７及び稼働停止部２８を備えている。画像取得部２１は、図２に示すように、撮影装置１２によって撮像された溶接ビード９の画像６を取得する（画像６の入力を受け付ける）。算出部２３は、画像取得部２１によって取得された画像６中の少なくとも一部の領域（後述する抽出領域７ｂ、８ｂ）内における輝度値のばらつきを算出する。判定部２５は、前記取得された画像６中の輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）に基づいて、溶接ビード９上の前記一部の領域に対応した部位についての欠陥（後述する溶接ビード９上の縁部に存在し得る欠陥）の有無を判定する。

ここで、本実施形態の画像処理部２２は、直線を検出する際に有用な特徴抽出法の一つであるハフ変換（Hough変換）などの画像処理を行う。また、本実施形態の画像処理部２２が有する領域抽出部２２ａは、画像取得部２１によって取得された画像６中から、上記の画像処理を利用して開先境界を構成する溶接線を検出し、この溶接線を基に、図２に示すように、溶接ビード９の縁部に対応した抽出領域（前記一部の領域）７ｂ、８ｂを画像６中から抽出する。

より具体的には、本実施形態では、図２に示すように、例えば溶接ビード９上の縁部（開先面近傍）に生じ得る融合不良などの欠陥を検出対象とする。つまり、領域抽出部２２ａは、図２に示すように、溶接ビード９上の外観異常の検知範囲として、画像取得部２１が取得した画像６中から、上述したように、溶接ビード９の縁部に対応した抽出領域７ｂ、８ｂを抽出する。

ここで、図４に示すように、画像取得部２１によって取得された画像６中の溶接線を横断する方向の輝度分布は、溶接対象物表面Ａ１、Ａ２の各端部の開先面Ｂ１、Ｂ２では輝度が高くなり、また、溶接ビード表面Ｃ上における開先面Ｂ１、Ｂ２の近傍では輝度が低くなり、さらに、溶接ビード表面Ｃの中央に近付くにつれて輝度が高くなって行く。

一方、図５に示すように、画像６中の溶接線を横断する方向における輝度値の標準偏差の分布は、溶接対象物表面Ａ１、Ａ２及び開先面Ｂ１、Ｂ２では輝度値の標準偏差が低くなり、また、溶接ビード表面Ｃの中央に近付くにつれて輝度値の標準偏差が高くなって行く。

また、図５に示すように、溶接ビード９上の欠陥５が存在する箇所では、照明装置１４が溶接線に沿った方向から照射する光によって陰影が生じる。すなわち、図４、図５に示すように、陰影が生じた欠陥５の存在箇所は、その周辺との輝度値の差が大きく、高い標準偏差を示すことになる。

そこで、算出部２３は、画像６中から抽出された抽出領域７ｂ、８ｂ内の輝度値のばらつきとして、輝度値の標準偏差の分布を算出する。領域抽出部２２ａは、抽出領域７ｂ、８ｂを抽出するためのフィルタサイズ（外観異常の検知範囲）として、図４、図５に示すように、溶接線を横断する方向を短く設定する一方で、溶接線に沿った方向を長く設定することにより、溶接ビード９の外観が正常な場合と異常な場合との標準偏差の値の差を、大きくすることを可能とする。

一方、判定部２５は、画像６中から抽出された抽出領域（前記一部の領域）７ｂ、８ｂをさらに複数の分割領域に分割し、個々の分割領域ごとに輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）が第１の閾値を超えているか否かを判断すると共に、第１の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値を超えている場合に、溶接ビード９上の抽出領域７ｂ、８ｂに対応した部位（溶接ビード９上の縁部）に欠陥が有ると判定する。

第１、第２の閾値については、同一の溶接機、同一の材質の溶接対象物、及び同一の環境で事前に試験を行い、適切な値を予め求めておく。図３に示すように、閾値記憶部２４は、判定部２５が参照可能となるように、予め求めておいた第１、第２の閾値を記憶している。閾値記憶部２４は、抽出領域７ｂ、８ｂを分割した複数の分割領域の合計の面積を１００％とし、例えば５０％を第２の閾値として記憶する。また、閾値記憶部２４は、欠陥の目視検査などの判定基準で補修が必要となるサイズに相当する値（ピクセル数）を第２の閾値として記憶しておくことも可能である。上記したサイズは、抽出領域７ｂ、８ｂにおける溶接線を横断する方向の長さや抽出領域７ｂ、８ｂの解像度に応じて適宜補正するようにしてもよい。

より具体的には、判定部２５は、次のような技術内容を考慮して構成されている。つまり、溶接ビード９上において外観異常が生じた箇所では凹みが発生するなど、表面状態が一様ではない。この場合、上述したように、溶接線に沿った方向から溶接ビード９に光を照射しつつ撮影した画像は、凸部では輝度値が高くなる一方で、凹部では輝度値が低くなり陰影が生じる。この陰影を利用する場合、輝度値を二値化して暗領域を外観異常と判定する方法や、輝度値の微分により輪郭を算出して外観異常を判定する方法が考えられる。

まず、輝度値を二値化して外観異常を判定する方法は、外乱光の影響を受けやすく、外観異常箇所の輝度値が、外乱光の状態や外乱光を受ける位置によって変化するため、二値化の閾値の設定が困難となる。一方、輝度値の微分から輪郭を算出して外観異常を判定する方法は、外観異常箇所に生じる陰影に定まった形がなく、異常と判定するための形状の選定が難しくなっている。

上記した前者、後者の外観異常の判定方法に対し、本実施形態の輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）を利用する溶接不良検知方法は、外乱光の影響を受けたとしても、外乱光を受けた周辺の輝度値も同様に変化するため、輝度値の標準偏差の変化量が少なく、さらには、外観を異常と判定するための形状の選定も不要である。

また、パルス電流を用いた溶接やウィービングを伴う溶接は、溶接ビード９にうろこ模様が形成されるため、図５に示すように、溶接線を横断する方向の溶接ビード９上の中央部分では、輝度値の標準偏差が高い値を示すことになる。一方、欠陥が生じやすい箇所は、溶接ビード９の縁部であり、主な欠陥としては融合不良がある。融合不良が発生した場合、溶接ビード９の縁部に凸凹が生じ、輝度値の標準偏差が高い値を示すことになる。

そこで、本実施形態の溶接不良検知装置１０は、図５に示すように、溶接線を横断する方向の溶接ビード９上の中央部分を避ける（除外する）ようにして、抽出領域（外観異常の検知範囲）７ｂ、８ｂを設定（評価）することで、標準偏差が高い領域においては欠陥５が生じていると判定することが可能となる。これにより、溶接時に生じ得る欠陥を高い精度で検出することができる。

また、本実施形態の溶接不良検知装置１０は、円筒状の溶接対象物７、８における開先７ａ、８ａの全周にわたって（開先７ａ、８ａの周りを少しずつ周回するようにして）、主に、抽出領域７ｂ、８ｂの抽出、輝度値の標準偏差の算出、欠陥の有無の判定を繰り返し行う。さらに、このような抽出、算出、判定の繰り返しを、１パス（１回の溶接パス）ごとに行う。

ここで、図１、図３、図５に示すように、報知部２６は、判定部２５によって欠陥５が有ると判定された場合に、ブザー１７を動作させて、例えば溶接士（監視員）などに対して報知（ブザー音の発生やランプなどを点灯させて警告）を行う。また、提示部２７は、判定部２５によって欠陥５が有ると判定された場合に、有ると判定された欠陥５の溶接ビード９上の位置を提示する。

具体的には、提示部２７は、図５に示すように、例えば欠陥５が有ると判定された抽出領域８ｂの画像を表示装置１６上に表示させることによって、欠陥５の位置を溶接士などに提示する。さらに、稼働停止部２８は、図１、図３、図５に示すように、判定部２５によって欠陥５が有ると判定された場合に、溶接トーチ２を含む溶接機（溶接機本体）の稼働（自動溶接）を停止させる。

次に、溶接処理システム２０が実行する溶接不良検知方法を図１、図３、図５、及び図６に示すフローチャートに基づき説明する。まず、画像取得部２１は、撮影装置１２によって撮像された溶接ビード９の画像６を取得（入力）する（Ｓ１）。続いて、画像処理部２２が有する領域抽出部２２ａは、取得された画像６中から、ハフ変換などの画像処理を適用しつつ開先境界に位置する溶接線を検出し、この溶接線を基に、図５に示すように、溶接ビード９の縁部に対応した抽出領域７ｂ、８ｂを画像６中から抽出する（Ｓ２）。

一方、算出部２３は、画像６中から抽出された抽出領域７ｂ、８ｂ内における輝度値の標準偏差の分布を算出する（Ｓ３）。次いで、判定部２５は、前記取得された画像６中の輝度値の標準偏差の分布に基づいて、溶接ビード９上の抽出領域７ｂ、８ｂに対応した部位（溶接ビード９上の縁部）に存在し得る欠陥の有無を判定（外観異常判定を実行）する（Ｓ４）。

判定部２５によって欠陥（異常箇所）５が有ると判定された場合、提示部２７は、この有ると判定された欠陥５の溶接ビード９上の位置（欠陥５が有ると判定された抽出領域８ｂの画像）を記憶する（Ｓ５）。１パス目の溶接完了後（Ｓ６のＹＥＳ）、判定部２５は、今回のパスにおいて、全ての抽出領域７ｂ、８ｂにおける欠陥の有無の再確認（異常箇所有無判定）を行う（Ｓ７）。異常箇所がなければ、溶接制御装置３が、連続して次のパスの溶接を開始させ、さらに最終のパスを行った後も異常箇所がなければ、溶接対象物７、８における開先溶接が完了となる（Ｓ８のＹＥＳ）。

一方、Ｓ７において異常箇所がある場合、提示部２７は、Ｓ５で記憶した欠陥５の溶接ビード９上の位置（欠陥５が有ると判定された抽出領域８ｂの画像）を表示装置１６上に表示させる（Ｓ９）。また、報知部２６は、例えば溶接トーチ２や溶接制御装置３から離れた位置にいる溶接士などが、溶接不良の発生を把握できるように、ブザー１７やランプの点灯を通じて警告を発生する（Ｓ１０）。さらに、この際、稼働停止部２８は、溶接トーチ２を含む溶接機（溶接機本体）の稼働（自動溶接）を停止させる。

この後、例えば溶接士は、溶接ビード９上の欠陥５（異常）の生じた位置を確認して補修を行う。補修が全て完了した後、次のパスの溶接が開始されることになる。このように、本実施形態の溶接不良検知方法では、インプロセスで（溶接工程中に）、溶接不良の発生を検知しながら全てのパスの溶接操作を完了させる。

既述したように、本実施形態の溶接処理システム２０及び溶接不良検知方法では、撮像された溶接ビード９の画像６中の少なくとも一部の領域（抽出領域７ｂ、８ｂ）内における輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）に基づいて、溶接ビード９上の抽出領域７ｂ、８ｂに対応した部位（溶接ビード９の縁部）についての欠陥５の有無を判定するものである。

したがって、本実施形態によれば、前述したように、溶接ビードに対する外乱光の影響や溶接ビード中央の輝度値のばらつく要因となる、うろこ模様などの影響を除外できるので、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、人手を介さずに溶接ビードの縁部に生じ得る融合不良などの欠陥を検知しながら溶接を行えるので、溶接対象物７、８の被溶接部分（溶接ビード９内）に欠陥を内在させてしまう危険性を回避することができる。これにより、溶接を監視する溶接士の削減や、一人の溶接士が監視する溶接機（自動溶接機）の監視台数の増加が可能となる。さらに、本実施形態によれば、単眼カメラである撮影装置１２や輝度値のばらつきを得るための画像処理機能を主に適用する簡易な構成によって欠陥の有無を判定するので、溶接不良検知装置の小型化や簡素化を図ることが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を図７〜図１０に基づき説明する。図７、図８に示すように、本実施形態の溶接処理システム４０が有する溶接不良検知装置３０は、第１の実施形態に係る溶接不良検知装置１０の画像処理装置１５に代えて、画像処理装置３５を備えている。画像処理装置３５は、画像処理装置１５の閾値記憶部２４及び判定部２５に代えて、閾値記憶部３４及び判定部３３を備えている。

閾値記憶部３４は、第１の実施形態で適用した第１の閾値（高レベル閾値）及び第２の閾値に加え、前記の第１の閾値よりも値が小さい第３の閾値（低レベル閾値）をさらに記憶している。判定部３３は、図９に示すように、判定テーブル３３ａを有している。判定部３３は、後記のモニタリングされる溶接条件、並びに、判定テーブル３３ａ及び閾値記憶部３４の記憶内容を参照しつつ、欠陥の有無（溶接ビード上の縁部に欠陥が生じているか否か）を判定する。なお、図９、図１０では、第１、第３の閾値により判定される所定の分割領域（図５などで示した抽出領域７ｂ、８ｂを分割した複数の領域）の総面積が第２の閾値を超えているか否かの判断基準の記述を省略している。

つまり、判定部３３は、図９、図１０に示すように、例えば、第１の閾値（高レベル閾値）を超えていると判定した分割領域の総面積が第２の閾値以下の場合に（Ｓ２１のＮＯ）、輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）が、第３の閾値（低レベル閾値）を超えているか否かを個々の分割領域ごとに判断する（Ｓ２２）。さらに、判定部３３は、第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値を超えている場合に（Ｓ２２のＹＥＳ）、溶接ビードが形成されたときの溶接条件が、あらかじめ規定した適正範囲内に（外部情報からの異常検知が）あるか否かをさらに判断し（Ｓ２３）、適正範囲外である場合には（Ｓ２３のＹＥＳ）、欠陥（異常）が有ると判定する（Ｓ２５）。

また、判定部３３は、第３の閾値（低レベル閾値）を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値以下である場合や（Ｓ２２のＮＯ）、溶接ビードが形成されたときの溶接条件が、あらかじめ規定した適正範囲内である場合には（Ｓ２３のＮＯ）、欠陥が無い（正常である）と判定する（Ｓ２４）。

詳述すると、前述した第１の実施形態に係る溶接処理システム２０の溶接不良検知装置１０では、溶接ビードの縁部などに例えばスラグが発生した場合、スラグが発生した部位の輝度が低くなるので、欠陥を検知する精度に改善の余地を残している。そこで、本実施形態の溶接不良検知装置３０は、溶接トーチ２を介して溶接を行う（溶接ビードが形成される）際に、電流、電圧、ワイヤ送給速度、溶接速度、ウィービング幅などといった溶接条件をモニタリングし、この溶接条件を第１の実施形態の溶接不良検知方法に反映させるものである。一般には、上記した溶接条件が適正な条件（適正範囲）から逸脱した場合、欠陥が発生する可能性が高くなる。

図７に示すように、本実施形態に係る溶接処理システム４０の溶接不良検知装置３０が備える画像処理装置３５は、溶接制御装置３から溶接条件の入力を受け付け、判定部３３は、この溶接条件を加味して欠陥の有無を判定する。したがって、第２の実施形態に係る溶接処理システム４０によれば、溶接ビードの縁部の画像についてその輝度値のばらつきを評価するための閾値を二段階に分けると共に、溶接条件のモニタリング結果を欠陥の有無の判定に反映させるので、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度のさらなる向上を図ることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を図１１〜図１３に基づき説明する。図１１、図１２に示すように、本実施形態の溶接処理システム６０が有する溶接不良検知装置５０は、第１の実施形態に係る溶接不良検知装置１０の画像処理装置１５に代えて、画像処理装置５５を有すると共に、撮影装置５２及び表示装置５６をさらに備えている。

撮影装置５２は、撮影装置１２と共に撮像部を構成する。撮影装置５２は、図１１に示すように、溶接対象物７、８に対する溶接トーチ２の相対的な移動方向を基準として、溶接トーチ２の上流側（図１１中の溶接トーチ２の左側）に設置されている。また、撮影装置５２は、溶接対象物７、８を溶接している際の溶融池を撮像する。さらに、撮影装置５２は、溶融池を撮像する際の明るさを調整するためのフィルタ５２ａを備えている。一方、表示装置５６は、例えば、撮影装置５２によって撮像された溶融池の画像を表示する。

画像処理装置５５は、画像処理装置１５の画像取得部２１、閾値記憶部２４及び判定部２５に代えて、図１２に示すように、画像取得部５１、閾値記憶部５４及び判定部５３を有すると共に、評価部５７をさらに備えている。画像取得部５１は、撮影装置１２、５２によってそれぞれ撮像された溶接ビードの画像及び溶融池の画像を取得する。評価部５７は、画像取得部５１によって取得された溶融池の画像に基づいて、溶融池の形状を評価する。

閾値記憶部５４は、第２の実施形態の閾値記憶部３４と同様に、第１の実施形態で適用した第１の閾値（高レベル閾値）及び第２の閾値に加え、前記の第１の閾値よりも値が小さい第３の閾値（低レベル閾値）をさらに記憶している。判定部５３は、図１３に示すように、判定テーブル５３ａを有している。判定部５３は、評価部５７による溶融池の形状の評価結果、並びに、判定テーブル５３ａ及び閾値記憶部５４の記憶内容を参照しつつ欠陥の有無（溶接ビード上の縁部に欠陥が生じているか否か）を判定する。なお、図１３では、第１、第３の閾値によって判定される所定の分割領域（図５などで示した抽出領域７ｂ、８ｂを分割した複数の領域）の総面積が第２の閾値を超えているか否かの判断基準の記述を省略している。

つまり、判定部５３は、例えば、第１の閾値（高レベル閾値）を超えていると判定した分割領域の総面積が第２の閾値以下の場合に、輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）が、第３の閾値（低レベル閾値）を超えているか否かを個々の分割領域ごとに判断する。さらに、判定部５３は、第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値を超えている場合に、評価部５７による溶融池の形状の評価結果が、あらかじめ規定した適正範囲内にあるか否かをさらに判断し、適正範囲外である場合には、欠陥（異常）が有ると判定する。

また、判定部５３は、第３の閾値（低レベル閾値）を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値以下である場合や、評価部５７による溶融池の形状の評価結果があらかじめ規定した適正範囲内である場合には、欠陥が無い（正常である）と判定する。

ここで、上述した評価部５７は、画像処理部２２によって画像処理された溶融池の画像における例えば輝度の変化量などを基に、溶融池の形状を得る（計測する）。例えば、溶融池の形状の濡れ角などに異常が生じた場合には、欠陥が生じる可能性が高くなることが想定される。そこで、評価部５７は、この得られた溶融池の形状と、例えばあらかじめ記憶しておいた指標となる溶融池の形状とを、パターンマッチングなどを適用して比較し、その差分が適正範囲内に収まっているか否かなどによって欠陥の有無を判定する。

既述したように、第３の実施形態に係る溶接処理システム６０によれば、溶接ビードの縁部の画像における輝度値のばらつきを評価するための閾値を二段階に分けることに加え、溶融池の形状の評価結果を欠陥の有無の判定に反映させるので、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度をより向上させることができる。

＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態を図１４〜図１７に基づき説明する。本実施形態の溶接処理システム７８は、第１の実施形態の溶接処理システム２０が備える画像処理装置１５に代えて、図１４に示すように、画像処理装置７５を備えている。画像処理装置７５は、画像処理装置１５の閾値記憶部２４及び判定部２５に代えて、図１４に示すように、閾値記憶部７４及び判定部７３を有すると共に、第２の算出部としての誤差算出部７２及び位置取得部７１をさらに備えている。

位置取得部７１は、図７などに示した溶接トーチ２の電極２ａの位置と溶接のねらい位置とを取得する。誤差算出部７２は、それぞれ取得された電極２ａの位置と前記溶接のねらい位置との誤差を算出する。閾値記憶部７４は、第１の実施形態で適用した第１の閾値（高レベル閾値）及び第２の閾値に加えて、前記の第１の閾値よりも値が小さい第３の閾値（低レベル閾値）及び後述する第４の閾値をさらに記憶している。

判定部７３は、図１７に示すように、判定テーブル７３ａを有している。判定部７３は、誤差算出部７２により算出された誤差、並びに、判定テーブル７３ａ及び閾値記憶部７４の記憶内容を参照しつつ、欠陥の有無（溶接ビード上の縁部に欠陥が生じているか否か）を判定する。なお、図１７では、第１、第３の閾値によって判定される所定の分割領域（図５などで示した抽出領域７ｂ、８ｂを分割した複数の領域）の総面積が第２の閾値を超えているか否かの判断基準の記述を省略している。

すなわち、判定部７３は、例えば、第１の閾値（高レベル閾値）を超えていると判定した分割領域の総面積が第２の閾値以下の場合に、輝度値のばらつき（輝度値の標準偏差）が、第３の閾値（低レベル閾値）を超えているか否かを個々の分割領域ごとに判断する。さらに、判定部７３は、第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値を超えている場合に、誤差算出部７２により算出された誤差（溶接線を横断する図１５、図１６中の左右の方向における溶接トーチ２の電極２ａの位置のずれ量）が、第４の閾値を超えているか（適正範囲内であるか）否かをさらに判断し、第４の閾値を超えている（適正範囲外である）場合には、欠陥（異常）が有ると判定する。

また、判定部７３は、第３の閾値（低レベル閾値）を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値以下である場合や、誤差算出部７２により算出された誤差（前述した溶接トーチ２の電極２ａの位置における左右のずれ量）が、第４の閾値を超えていない（適正範囲内である）場合には、欠陥が無い（正常である）と判定する。

より具体的には、パルス電流を用いた溶接やウィービングを伴う溶接では、図１５、図１６に示すように、溶接ビード９に、うろこ模様が形成される。開先溶接において、１層１パスで溶接する際に、溶接のねらい位置（溶接トーチ２の電極２ａを定位させるべき理想位置）７２ａは、開先の中心（溶接対象物７の開先７ａと溶接対象物８の開先８ａとの間の中心位置）であるが、図１５に示すように、溶接トーチ２の電極２ａの位置が溶接線（溶接のねらい位置７２ａ）を横断する左右方向にずれた場合、溶接ビード９の、うろこ模様の頂点位置７２ｂも開先の中心からずれる。

位置取得部７１は、画像処理部２２によって画像処理された画像６中において例えばエッジ検出を行い、うろこ模様の頂点位置７２ｂを取得する。また、位置取得部７１は、溶接のねらい位置７２ａを例えば溶接制御装置３などを介して取得する。

ウィービングを伴う溶接の場合、図１６に示すように、溶接ビード９の、うろこ模様の頂点位置が左右二箇所となるため、位置取得部７１は、これら二箇所の頂点位置を平均化して、溶接トーチ２の電極２ａの位置（平均中心位置）７２ｃを得る。この場合、溶接トーチ２の電極２ａの平均中心位置７２ｃから遠い側における溶接ビード９上の縁部（例えば抽出領域８ｂ）では、融合不良などの欠陥５が発生しやすくなるので、閾値記憶部７４は、このような場合にも欠陥が発生しないようにする、許容範囲のずれ量を、第４の閾値（ずれ量の適正範囲）として記憶している。

既述したように、第４の実施形態に係る溶接処理システム７８によれば、溶接ビードの縁部の画像についてその輝度値のばらつきを評価するための閾値を二段階に分けることに加え、溶接のねらい位置のずれ量を欠陥の有無の判定に反映させるので、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度を、さらに高めることができる。

＜第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態を図１８に基づき説明する。本実施形態の溶接処理システム９０が有する溶接不良検知装置８０は、図１８に示すように、第１の実施形態に係る溶接処理システム２０が備えた溶接不良検知装置１０の撮影装置１２及び照明装置１４に代えて、撮像部としての撮影装置８２及び光照射部としての照明装置８４を備えている。

撮影装置８２は、特定の波長の光を透過させるフィルタ８２ａを備えている。一方、照明装置８４は、フィルタ８２ａが透過させる当該特定の波長の光を照射する。詳述すると、例えば第１の実施形態として例示した溶接不良検知装置１０では、外乱光などの影響が大きい場合、溶接ビードの縁部を例えば誤検出してしまう可能性などもわずかに考えられ、欠陥の検出精度に改善の余地を残している。

つまり、本実施形態の溶接処理システム９０では、第１の実施形態や第２〜第４の実施形態の構成に加え、外乱光の影響を低減するために、例えば青色などの特定の波長の光を選定して画像処理を行い、欠陥の有無を判定するので、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度のさらなる向上を図ることができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、溶接時に生じ得る欠陥の検出精度を高めることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…溶接トーチ、２ａ…電極、３…溶接制御装置、５…欠陥、６…画像、７，８…溶接対象物、７ａ，８ａ…開先、７ｂ，８ｂ…抽出領域、９…溶接ビード、１０，３０，５０，８０…溶接不良検知装置、１２，５２，８２…撮影装置、１４，８４…照明装置、１５，３５，５５，７５，８５…画像処理装置、１６，５６…表示装置、１７…ブザー、２０，４０，６０，７８，９０…溶接処理システム、２１，５１…画像取得部、２２…画像処理部、２２ａ…領域抽出部、２３…算出部、２４，３４，５４，７４…閾値記憶部、２５，３３，５３，７３…判定部、２６…報知部、２７…提示部、２８…稼働停止部、３３ａ，５３ａ，７３ａ…判定テーブル、５２ａ，８２ａ…フィルタ、５７…評価部、７１…位置取得部、７２…誤差算出部、７２ａ…溶接のねらい位置、７２ｂ，７２ｃ…溶接トーチの電極の位置、Ａ１，Ａ２…溶接対象物表面、Ｂ１，Ｂ２…開先面、Ｃ…溶接ビード表面。

Claims (12)

1. 溶接ビードを撮像する撮像部と、
   前記撮像された溶接ビードの画像を取得する画像取得部と、
   前記取得された画像中の少なくとも一部の領域内における輝度値のばらつきを算出する算出部と、
   前記算出された輝度値のばらつきに基づいて、前記溶接ビード上の前記一部の領域に対応した部位についての欠陥の有無を判定する判定部と、
   を備える溶接処理システム。
2. 溶接線に沿った方向から光を照射する光照射部、
   をさらに備える請求項１記載の溶接処理システム。
3. 前記取得された画像中から溶接線を検出しこの溶接線を基に前記溶接ビードの縁部に対応した前記一部の領域を抽出する領域抽出部をさらに備える、
   請求項１又は２記載の溶接処理システム。
4. 前記判定部によって欠陥が有ると判定された場合に、報知を行う報知部、
   をさらに備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶接処理システム。
5. 前記判定部によって欠陥が有ると判定された場合に、前記有ると判定された欠陥の前記溶接ビード上の位置を提示する提示部、
   をさらに備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の溶接処理システム。
6. 前記判定部によって欠陥が有ると判定された場合に、溶接機の稼働を停止させる稼働停止部、
   をさらに備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の溶接処理システム。
7. 前記判定部は、前記一部の領域を複数の分割領域に分割し、個々の前記分割領域ごとに輝度値のばらつきが第１の閾値を超えているか否かを判断すると共に、前記第１の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が第２の閾値を超えている場合に、欠陥が有ると判定する、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の溶接処理システム。
8. 前記判定部は、前記輝度値のばらつきが、前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値を、超えているか否かを前記個々の分割領域ごとに判断すると共に、前記第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が前記第２の閾値を超えている場合に、前記溶接ビードが形成されたときの溶接条件が、あらかじめ規定する適正範囲内にあるか否かをさらに判断し、前記適正範囲外である場合には、欠陥が有ると判定する、
   請求項７記載の溶接処理システム。
9. 前記撮像部は、溶融池を撮像し、
   前記画像取得部は、前記撮像された溶融池の画像を取得し、
   前記取得された溶融池の画像に基づいて、前記溶融池の形状を評価する評価部をさらに備え、
   前記判定部は、前記輝度値のばらつきが、前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値を、超えているか否かを前記個々の分割領域ごとに判断すると共に、前記第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が前記第２の閾値を超えている場合に、前記溶融池の形状の評価結果が、あらかじめ規定する適正範囲内にあるか否かをさらに判断し、前記適正範囲外である場合には、欠陥が有ると判定する、
   請求項７記載の溶接処理システム。
10. 溶接トーチの電極の位置と溶接のねらい位置とを取得する位置取得部と、
    それぞれ取得された前記電極の位置と前記ねらい位置との誤差を算出する第２の算出部と、
    をさらに備え、
    前記判定部は、前記輝度値のばらつきが、前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値を、超えているか否かを前記個々の分割領域ごとに判断すると共に、前記第３の閾値を超えていると判断した分割領域の総面積が前記第２の閾値を超えている場合に、前記算出された誤差が第４の閾値を超えているか否かをさらに判断し、前記第４の閾値を超えている場合には、欠陥が有ると判定する、
    請求項７記載の溶接処理システム。
11. 前記撮像部は、特定の波長の光を透過させるフィルタを備え、
    前記光照射部は、前記特定の波長の光を照射する、
    請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の溶接処理システム。
12. 溶接ビードを撮像するステップと、
    前記撮像された溶接ビードの画像を取得するステップと、
    前記取得された画像中の少なくとも一部の領域内における輝度値のばらつきを算出するステップと、
    前記算出された輝度値のばらつきに基づいて、前記溶接ビード上の前記一部の領域に対応した部位についての欠陥の有無を判定するステップと、
    を有する溶接不良検知方法。

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