JP2017223470A - 溶接部検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部におけるスラグとピットの判定を適切に行う溶接部検査方法を提供する。【解決手段】溶接部にレーザーを走査させることにより、溶接部の３次元データを取得するステップと、３次元データから得られる溶接部の断面画像を用いて、溶接部を検査するステップと、を備える溶接部検査方法であって、溶接部を検査するステップの前に、所定サイズ未満のピットを検出しないように、３次元データを平滑化処理する。これにより、スラグをピットと誤判定することを抑制することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、アークビードの自動検査装置による溶接部検査方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開昭６３−０４０６９２号公報がある。この公報に記載された品質検査装置では、スリット状のレーザー光を溶接の長手方向に対して直角になるように照射して、その反射光を溶接ビードの垂直上方から撮影し、品質検査を行うことができる。

特開昭６３−０４０６９２号公報

しかしながら、従来のレーザーセンサを用いたアークビードの検査装置では、レーザーの反射率が低下するために、図５に示すようなガラス状の不純物であるスラグの撮像が困難であり、このスラグを、図６に示すような小穴状の不具合であるピットと誤判定してしまうような場合がある。例えば、検査を行う際に、図７に示すようなピットを有する溶接部の断面を取得した際に、図８に示すような飛び値が発生していることでピットの判定を行う。ここで、図８は、図７のＡ−Ａ断面について表示したものであり、横軸は後述するＸ軸方向、縦軸は高さを示すＺ軸方向である。

このとき、図９に示すようなスラグが発生している箇所についても、図１０に示すＢ−Ｂ断面図のように、飛び値が発生していることで、ピットとして判定してしまう場合がある。なお、図１０は、図９のＢ−Ｂ断面について表示したものであり、図８と同様に横軸はＸ軸方向、縦軸は高さを示すＺ軸方向である。

したがって、欠陥ではないにもかかわらず、溶接部のスラグをピットと誤判定することで、溶接部が欠陥であると判定してしまう問題がある。本発明は、溶接部におけるスラグとピットの判定を適切に行う溶接部検査方法を提供するものである。

本発明にかかる溶接部検査方法は、溶接部にレーザーを走査させることにより、前記溶接部の３次元データを取得するステップと、前記３次元データから得られる前記溶接部の断面画像を用いて、前記溶接部を検査するステップと、を備える溶接部検査方法であって、前記溶接部を検査するステップの前に、所定サイズ未満のピットを検出しないように、前記３次元データを平滑化処理する。
これにより、スラグをピットと誤判定することを抑制することができる。

これにより、溶接部におけるスラグとピットの判定を適切に行うことができる。

検査装置の構成を示す図である。 溶接部にピットがある場合の断面画像と、断面画像の平滑化処理後の画像である。 溶接部にスラグがある場合の断面画像と、断面画像の平滑化処理後の画像である。 検査装置による動作手順を示す図である。 関連する溶接部に形成されたスラグを示す図である。 関連する溶接部に形成されたピットを示す図である。 関連するピットを有する溶接部の上面図である。 Ａ−Ａ断面を示す図である。 関連するスラグを有する溶接部の上面図である。 Ｂ−Ｂ断面を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、検査装置１は、検査対象である溶接部２の上方を移動しながら、溶接部２の３次元データを取得する３次元情報取得部１１と、３次元情報取得部１１で取得した情報から溶接部２の３次元データをプロットした画像を生成し、さらに画像処理を行うことでスラグやピットの判定を行う画像処理部１２と、を備える。

図１に示すように、検査対象である溶接部２は、水平面上において１方向に長く延びるように配置されている。以下では、溶接部２の長手方向をＹ軸方向とし、水平であってＹ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交した高さ方向をＺ軸方向として説明する。

３次元情報取得部１１は、溶接部２の上方において移動自在に配置されている。３次元情報取得部１１は、溶接部２に向けてラインレーザーを照射するレーザー出力部２１と、溶接部２を撮影する撮像部２２と、を備える。例えば３次元情報取得部１１は、６軸ロボット（図示せず）のアームの先端に設けられている。そして、６軸ロボットをＹ軸方向に動作させることによって、３次元情報取得部１１のＹ軸方向の位置を調整することができる。なお、６軸ロボットには、アームの位置を調整するためのモータを備える動作部と、アームのＹ軸方向の移動が終了したか否かを判定する判定部と、レーザー出力部２１と撮像部２２と動作部と判定部の動作を制御する制御部と、が設けられている。

レーザー出力部２１は、Ｘ方向に延びる面状のラインレーザーを、レーザー出力部２１の下方に配置された溶接部２に向けて照射する。レーザー出力部２１の出力のタイミングは、６軸ロボットに設けられた制御部によって制御される。

撮像部２２は、レーザー出力部２１から出力されたレーザーが照射された溶接部２を撮影するための撮像素子が配置されている。撮像部２２による撮影のタイミングは、６軸ロボットに設けられた制御部によって制御される。これにより撮像部２２は、溶接部２の三次元データを取得する。なお、撮像部２２は、取得した三次元データを画像処理部１２に出力する。

画像処理部１２は、撮像部２２から入力された三次元データに基づいて画像を生成し、生成した画像のフィルタ処理を行い、溶接部２のピットの判定を行う。

具体的には、画像処理部１２は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、入力された３次元データに基づいて横軸をＸ方向、縦軸をＺ軸方向とする溶接部２の表面の位置を示す画像を生成する。

そして、画像処理部１２は、生成した画像について平滑化処理を行うことにより、溶接部２に形成されているピットが認識可能な、断面画像を生成する。なお断面画像とは、横軸をＸ方向、縦軸をＺ軸方向とする画像である。断面画像の生成については後に説明する。

なお、画像処理部１２には、撮像部２２から入力された三次元データ等を一時的に保存する記憶部と、平滑化処理等の画像処理や、処理後の画像からピットの判定を行う演算部と、記憶部や演算部の動作を制御する制御部と、を有するコンピュータを用いてもよい。

ここで、図４を参照して、検査装置１を用いた溶接部検査方法の詳細な手順について説明する。

最初に、３次元情報取得部１１を溶接部２の上方に配置する。

３次元情報取得部１１は、溶接部２に対してレーザー出力部２１からＸ方向に延びるラインレーザーを照射するとともに、撮像部２２が溶接部２の撮影することにより、溶接部２の走査を行う（Ｓ１１）。これにより撮像部２２は、溶接部２の三次元データを取得して、画像処理部１２に出力する。

画像処理部１２は、入力された三次元データに基づき、ラインレーザーが照射された箇所におけるＸ軸方向の位置とＺ軸方向の位置（高さ）をプロットした第１の画像を生成する（Ｓ１２）。例えば、第１の画像として、図２（ａ）や図３（ａ）に示すような図が生成される。例えば第１の画像には、三次元データとして、Ｘ軸方向には０．０５ｍｍ毎に取得された計測点がプロットされる。

画像処理部１２は、第１の画像についてＺ座標値のメジアン処理を行い、処理結果を第２の画像として生成する（Ｓ１３）。ここで第２の画像は、横軸をＸ方向、縦軸をＺ軸方向とする画像である。具体的には、画像処理部１２は、第１の画像にプロットされた点に対して、その点を中心としてＸ方向に０．４ｍｍの範囲にプロットされた全点のＺ座標値を取得し、そのＺ座標値の中央値を抽出する。そして、画像処理部１２は、抽出された中央値を、その注目点のＸ軸座標におけるＺ座標値として、プロットすることにより第２の画像を生成する。なお、画像処理部１２は、第１の画像にプロットされた各点について、同様のメジアン処理を行い、プロットを行う。

画像処理部１２は、第２の画像についてＺ軸座標値の平均値による平滑化処理を行い、処理結果を断面画像として生成する（Ｓ１４）。より具体的には、画像処理部１２は、第２の画像にプロットされた点に対して、その点を中心として、Ｘ軸方向に０．４ｍｍの範囲にプロットされた全点のＺ座標値を取得し、そのＺ座標値の平均値を算出する。そして、画像処理部１２は、算出された平均値を、その注目点のＸ軸座標におけるＺ座標値として、プロットすることによって断面画像を生成する。なお画像処理部１２は、第２の画像にプロットされた各点について同様に、平均値を用いた平滑化処理を行う。これにより、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すような断面画像が生成される。断面画像は、画像処理部１２に記憶される。

なお、平滑化処理を行う際の処理範囲は、Ｘ軸方向に０．４ｍｍの範囲に限定されるものではない。すなわち、平滑化処理は、溶接部２に存在する直径０．５ｍｍ以上のピットの箇所が、平滑化処理後の画像においてプロットされた点の飛び値として残るように、Ｘ軸方向の範囲を決定して実行する。

ここで、ロボット及び３次元情報取得部１１は、あらかじめ設定された長さを一気に走査して撮像する。言い換えると、３次元情報取得部１１は、ビードの端から端までを撮像して、データ記憶する。遅れて画像処理装置１２では、データ記憶された画像について、データ処理（平滑化処理）を行う。

画像処理部１２は、Ｓ１４において保存される複数の断面画像に基づき、ピットの判定を行うことで、溶接部２を検査する（Ｓ１５）。より具体的には、断面画像において隣り合うＹ軸方向の点において、Ｚ座標値の差が０．５ｍｍ以上離れている飛び値の箇所があれば、その箇所にピットがあるとものとして判定する。一方、Ｚ座標値の差が０．５ｍｍ以上離れている箇所が無ければ、ピットが無いものとして判定する。

このようにして、レーザーの反射率が低下してしまい良好な撮像が行えないスラグの箇所についても、平滑化処理を加えることによりスラグ表面の形状計測が可能となることで、ピットであると誤検出せずに、ビードの検査が可能となる。また、平滑化処理をする際に、直径が所定の大きさより小さい（例えば０．５ｍｍ未満）であるピットは、平滑化処理によって抽出しないようにするとともに、直径が所定の大きさ以上（例えば０．５ｍｍ以上）のピットは平滑化の処理後も断面画像上に残るように平滑化の処理範囲を設定することで、不良なピットが存在するか否かの判定も同時に行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、３次元情報取得部１１で取得される３次元データについて、Ｘ軸方向の分解能やＺ軸方向の分解能は０．０５ｍｍであるものとして説明したが、この値に限られない。また、動作の説明において、第１の画像、第２の画像を生成するものとして説明したが、データ上で仮想的に生成するものであっても良い。また、上記の動作の説明では、画像処理部１２では、メジアン処理と平均値を用いた平滑化処理の組み合わせによって画像処理する場合について説明したが、平均値、メジアン、ガウシアン、フーリエ変換のいずれか、またはこれらの組み合わせを用いてもよい。

１ 検査装置
２ 溶接部
１１ 次元情報取得部
１２ 画像処理部
２１ レーザー出力部
２２ 撮像部

Claims (1)

1. 溶接部にレーザーを走査させることにより、前記溶接部の３次元データを取得するステップと、
   前記３次元データから得られる前記溶接部の断面画像を用いて、前記溶接部を検査するステップと、を備える溶接部検査方法であって、
   前記溶接部を検査するステップの前に、所定サイズ未満のピットを検出しないように、前記３次元データを平滑化処理する、
   溶接部検査方法。