JP2023153608A - Welding inspection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接の加工品質を検査する溶接検査装置に関する。 The present invention relates to a welding inspection device for inspecting welding processing quality.
特許文献1には、溶接中に溶接ビードを撮像する視覚カメラを備える溶接装置が記載されている。同溶接装置は、溶接中に、視覚カメラの撮像データから溶接ビードの輪郭を抽出している。そして、同溶接装置は、その抽出した溶接ビードの輪郭に基づき、溶接ビードの位置ずれを補正している。 Patent Document 1 describes a welding device that includes a visual camera that images the weld bead during welding. During welding, the welding device extracts the outline of the weld bead from the image data captured by the visual camera. The welding apparatus then corrects the positional deviation of the weld bead based on the extracted weld bead outline.
溶接の品質は、溶接部の断面形状を見れば、正確に確認できる。ただし、溶接部の断面形状を確認するには、溶接した部品を切断する必要がある。そのため、製品の溶接品質は一般に、外気温、溶接電流、アーク電圧、ワイヤ送り量等の溶接条件の管理により担保されている。しかしながら、適切な溶接条件の選定には、溶接条件の異なる多数の溶接部の断面形状の調査が必要となる。そのため、同選定は、多大な工数を要するものとなっている。 The quality of welding can be accurately confirmed by looking at the cross-sectional shape of the weld. However, to check the cross-sectional shape of the welded part, it is necessary to cut the welded part. Therefore, the welding quality of products is generally ensured by controlling welding conditions such as outside temperature, welding current, arc voltage, and wire feed amount. However, in order to select appropriate welding conditions, it is necessary to investigate the cross-sectional shapes of a large number of welded parts under different welding conditions. Therefore, the selection process requires a large amount of man-hours.
上記課題を解決する溶接検査装置は、溶接部の表面の画像データを入力として前記溶接部の断面形状の寸法値を出力とする学習済みのニューラルネットワークが記憶された記憶装置と、検査対象とする溶接部の前記表面の画像データを入力とした前記ニューラルネットワークの出力を当該溶接部の断面形状の寸法値として演算する実行装置と、を備えている。上記ニューラルネットワークは、溶接部の断面形状の寸法値の測定値と、同寸法値を測定した溶接部の表面の画像データと、を含むデータセットを教師データに用いて学習されている。 A welding inspection device that solves the above problems includes a storage device that stores a trained neural network that receives image data of the surface of a welded part as input and outputs dimension values of the cross-sectional shape of the welded part, and an inspection target. and an execution device that calculates the output of the neural network input with image data of the surface of the welded portion as a dimension value of the cross-sectional shape of the welded portion. The above-mentioned neural network is trained using, as training data, a data set including measured values of the dimensions of the cross-sectional shape of the weld and image data of the surface of the weld where the same dimensions were measured.
溶接部の断面形状の違いは、同溶接部の表面性状にも表れる。よって、上記データセットを教師データに用いることで、溶接部の表面の画像データを入力として前記溶接部の断面形状の寸法値を出力とするニューラルネットワークの学習が可能となる。そして、そうして学習したニューラルネットを用いれば、実際に溶接部を切断せずとも、その断面形状の寸法値を取得することが可能となる。したがって、上記溶接検査装置には、的確な溶接品質の検査を容易に実現可能とするという効果がある。 The difference in the cross-sectional shape of the weld is also reflected in the surface texture of the weld. Therefore, by using the above data set as training data, it becomes possible to learn a neural network that receives image data of the surface of the welded part as input and outputs dimensional values of the cross-sectional shape of the welded part. Then, by using the neural network learned in this way, it becomes possible to obtain the dimension values of the cross-sectional shape of the welded part without actually cutting it. Therefore, the welding inspection apparatus described above has the effect of easily realizing accurate welding quality inspection.
以下、溶接検査装置の一実施形態を、図1~図4を参照して詳細に説明する。
<溶接検査装置10の構成>
まず、図1を参照して、本実施形態の溶接検査装置10の構成を説明する。本実施形態の溶接検査装置10は、エンジンの排気マニホールドと触媒コンバータとの溶接部Pを検査対象としている。
Hereinafter, one embodiment of the welding inspection device will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
<Configuration of
First, with reference to FIG. 1, the configuration of a
溶接検査装置10は、溶接部Pの検査のための演算処理を実行する実行装置11を備えている。また、溶接検査装置10は、検査用のプログラム及びニューラルネットワーク13を記憶する記憶装置12を備えている。溶接検査装置10には、撮像装置14、表示装置15、及び入力装置16が接続されている。撮像装置14は、溶接検査に際して、図2に示すような溶接部Pの表面の画像を撮像するCCDカメラ装置である。表示装置15は、検査結果等を表示するための装置である。入力装置16は、検査用のデータ等を手入力するための装置である。撮像装置14の例はCCDカメラであり、表示装置15の例はディスプレイであり、入力装置16の例はキーボードである。
The
<ニューラルネットワーク13の構成>
次に、図3を参照して、記憶装置12に記憶されたニューラルネットワーク13の構成を説明する。ニューラルネットワーク13は、N個のノードからなる入力層、M個のノードからなる中間層、及びL個のノードからなる出力層を備えている。入力層の各ノードの入力値X1、X2、…、XNは、溶接条件のデータ及び溶接部表面の画像データとなっている。溶接条件のデータには、例えば外気温、溶接電流、アーク電圧、ワイヤ送り量が含まれる。一方、出力層の各ノードの出力値Y1、Y2、…、YLは、溶接部Pの断面形状の寸法値となっている。
<Configuration of
Next, the configuration of the
ここで、中間層の各ノードへの入力値をU1、U2、…、UM、中間層の各ノードの出力値をZ1、Z2、…、ZMとする。また、「i」を「1」から「N」までの自然数、「j」を「1」から「M」までの自然数、「k」を「1」から「L」までの自然数とする。中間層の各ノードの入力値Ujは、入力層の入力値X1、X2、…、XNのそれぞれに重みVijを乗じた値の和として算出される。中間層の各ノードの出力値Zjは、当該ノードの入力値Ujを引数とした活性化関数Fの戻値としてそれぞれ算出される。活性化関数Fの例はシグモイド関数である。出力層の各ノードの出力値Y1、Y2、…、YLは、中間層の各ノードの出力値Zjのそれぞれに重みWjkを乗じた値の和として算出される。 Here, input values to each node of the middle layer are U1, U2, ..., UM, and output values of each node of the middle layer are Z1, Z2, ..., ZM. Further, let "i" be a natural number from "1" to "N", "j" be a natural number from "1" to "M", and "k" be a natural number from "1" to "L". The input value Uj of each node of the intermediate layer is calculated as the sum of the input values X1, X2, . . . , XN of the input layer multiplied by a weight Vij. The output value Zj of each node in the intermediate layer is calculated as the return value of the activation function F that uses the input value Uj of the node as an argument. An example of activation function F is a sigmoid function. The output values Y1, Y2, . . . , YL of each node in the output layer are calculated as the sum of the output values Zj of each node in the intermediate layer multiplied by a weight Wjk.
図4に、溶接部Pの断面形状を示す。本実施形態では、同図に示すビード高さ、ビード幅、及びフランク角を、ニューラルネットワーク13の出力値Y1、Y2、…、YLとする溶接部Pの断面形状の寸法値としている。
FIG. 4 shows the cross-sectional shape of the weld P. In this embodiment, the bead height, bead width, and flank angle shown in the figure are used as the dimensional values of the cross-sectional shape of the welded portion P, which are the output values Y1, Y2, . . . , YL of the
<ニューラルネットワーク13の学習>
次に、ニューラルネットワーク13の学習について説明する。ニューラルネットワーク13の学習は、溶接部Pの表面の画像データと、溶接条件のデータ、及び溶接部Pの断面形状の寸法値のデータにより構成されたデータセットを教師データに用いて行われる。なお、本実施形態では、溶接検査装置10がニューラルネットワーク13の学習を実施する。
<Learning of
Next, learning of the
教師データのデータセットの作成は、次の手順で行われる。排気マニホールド及び触媒コンバータの溶接を実施する。そのときの溶接条件を入力装置16より入力するとともに、溶接部Pの表面を撮像装置14により撮像する。溶接した排気マニホールド及び触媒コンバータを切断して、溶接部Pの断面を撮像装置14により撮像する。以上により、溶接条件のデータ、溶接部Pの表面の画像データ、及び溶接部Pの断面形状の画像データが溶接検査装置10に入力される。溶接検査装置10は、溶接部Pの断面形状の画像解析により、断面形状の寸法値を取得する。そして、溶接検査装置10は、溶接条件のデータ、溶接部Pの表面の画像データ、及び溶接部Pの断面形状の寸法値により構成されたデータセットを作成する。
The creation of the training data dataset is performed in the following steps. Perform welding of the exhaust manifold and catalytic converter. The welding conditions at that time are inputted from the
溶接検査装置10は、データセット毎に、次の処理を実施することでニューラルネットワーク13の学習を行う。すなわち、溶接検査装置10は、データセットにおける溶接条件のデータ、及び溶接部Pの表面の画像データを、入力層の入力値X1~XNの値としてニューラルネットワーク13に入力する。そして、溶接検査装置10は、その入力に対するニューラルネットワーク13の出力値Y1~YLを演算する。その後、溶接検査装置10は、演算した出力値Y1~YLとデータセットにおける溶接部Pの断面形状の寸法値とのそれぞれの誤差が小さくなるように、誤差逆伝搬法を用いて、各重みVij、Wjkの値を修正する。そして、溶接検査装置10は、そうした重みVij、Wjkの修正処理を、上記誤差が予め定めた値以下となるまで繰り返すことで、ニューラルネットワーク13の学習を行っている。なお、こうしたニューラルネットワーク13の学習を、溶接検査装置10とは別の装置で行って、学習済みのニューラルネットワーク13を記憶装置12に記憶させるようにしてもよい。
The
<溶接検査>
次に、こうして学習したニューラルネットワーク13を用いた溶接検査の手順を説明する。溶接部Pの検査に際しては、入力装置16より溶接条件を入力するとともに、撮像装置14により溶接部Pの表面を撮像する。溶接検査装置10の実行装置11は、溶接条件のデータ及び溶接部Pの表面の画像データを入力としたニューラルネットワーク13の出力を、同溶接部Pの断面形状の寸法値として演算する。そして、溶接検査装置10は、その演算結果を表示装置15に表示する。
<Welding inspection>
Next, a welding inspection procedure using the
<実施形態の作用効果>
本実施形態の作用及び効果について説明する。
溶接の品質は、溶接部Pの断面形状により判定できる。一方、溶接部Pの断面形状の違いは、同溶接部Pの表面性状にも表れる。よって、上記データセットを教師データに用いることで、溶接部Pの表面の画像データを入力として同溶接部Pの断面形状の寸法値を出力とするニューラルネットワーク13の学習が可能となる。そして、そうして学習したニューラルネットワーク13を用いれば、実際に溶接部Pを切断せずとも、その断面形状の寸法値を取得することが可能となる。
<Actions and effects of embodiments>
The operation and effects of this embodiment will be explained.
The quality of welding can be determined by the cross-sectional shape of the welded portion P. On the other hand, the difference in the cross-sectional shape of the welded part P also appears in the surface texture of the welded part P. Therefore, by using the above data set as training data, it becomes possible to learn the
以上の本実施形態の溶接検査装置10によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)溶接部Pの断面形状の寸法値に基づいた的確な溶接品質の評価が可能となる。なお、上記実施形態の溶接検査装置10では、溶接部Pを実際に切断したり、超音波や磁気を用いた非破壊検査装置を用いたり、しなくても断面形状の寸法値を取得できる。そのため、上記のような溶接検査を容易に実施できる。
According to the
(1) Accurate evaluation of welding quality based on the dimensional value of the cross-sectional shape of the welded part P becomes possible. In addition, in the
(2)溶接部Pの表面の画像データとともに溶接条件のデータをニューラルネットワーク13の入力としている。そのため、溶接条件の異なる溶接部Pの検査を、同一のニューラルネットワーク13で行える。
(2) The image data of the surface of the welded part P as well as the data of the welding conditions are input to the
(3)教師データ用のデータセットの作成に際して、溶接部Pの断面の画像解析により、同断面形状の寸法値を取得している。そのため、教師データの作成に際しての断面形状の寸法値の測定値の取得が容易となる。 (3) When creating a data set for training data, dimensional values of the cross-sectional shape of the welded portion P are obtained by image analysis of the cross-section. Therefore, it becomes easy to obtain the measured values of the dimensions of the cross-sectional shape when creating the teacher data.
<他の実施形態>
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
<Other embodiments>
This embodiment can be modified and implemented as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記実施形態では、教師データ用のデータセットの作成に際して、溶接部Pの断面形状の寸法値の測定を、同断面の画像データの画像解析により求めていた。こうした寸法値の測定を、それ以外の方法で行うようにしてもよい。 - In the above embodiment, when creating a dataset for teacher data, the measurement of the dimension value of the cross-sectional shape of the welded part P is obtained by image analysis of image data of the same cross-section. These dimension values may be measured using other methods.
・上記実施形態の溶接検査装置10を、排気マニホールド及び触媒コンバータの溶接部P以外の溶接部の検査に用いるようにしてもよい。
・溶接検査装置10を溶接加工装置に接続して、溶接加工装置から溶接検査装置10に溶接条件のデータを自動入力するようにしてもよい。
- The
- The
・溶接条件のデータとして溶接検査装置10に入力するパラメータの種類や数を変更してもよい。また、ニューラルネットワーク13の入力に、溶接条件のデータを含めないようにしてもよい。
- The type and number of parameters input into the
・溶け込み深さ、溶け込み幅等の上記以外の溶接部Pの断面形状の寸法値を出力値Y1~YLとするようにニューラルネットワーク13を構成してもよい。
・ニューラルネットワーク13を、2層以上の中間層を有する構成としてもよい。
- The
- The
・ニューラルネットワーク13で用いる活性化関数Fとしてシグモイド関数以外の関数を用いるようにしてもよい。
- A function other than the sigmoid function may be used as the activation function F used in the
10…溶接検査装置
11…実行装置
12…記憶装置
13…ニューラルネットワーク
14…撮像装置
15…表示装置
16…入力装置
P…溶接部
10...
Claims (1)
検査対象とする溶接部の前記表面の画像データを入力とした前記ニューラルネットワークの出力を当該溶接部の断面形状の寸法値として演算する実行装置と、
を備えており、
前記ニューラルネットワークは、前記溶接部の断面形状の寸法値の測定値と、同寸法値を測定した溶接部の前記表面の画像データと、を含むデータセットを教師データに用いて学習されている
溶接検査装置。 a storage device storing a trained neural network that receives image data of the surface of the welded portion as input and outputs dimension values of the cross-sectional shape of the welded portion;
an execution device that calculates the output of the neural network input with image data of the surface of the welded part to be inspected as a dimension value of the cross-sectional shape of the welded part;
It is equipped with
The neural network is trained using, as training data, a data set that includes measured dimensions of the cross-sectional shape of the weld and image data of the surface of the weld where the same dimensions were measured. Inspection equipment.
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