JP2024004160A - 溶接品質評価装置、及び溶接品質評価プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接不良を自動判定できる溶接品質評価装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、溶接点及び溶接点の周囲を含む画像を取得するように構成された撮像部と、撮像部が取得した画像におけるスパッタの発生数を判定するように構成された画像処理部と、画像処理部が判定したスパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定するように構成された判定部と、を備える、溶接品質評価装置である。【選択図】図２

Description

本開示は、溶接品質評価装置、及び溶接品質評価プログラムに関する。

金属材の溶接においては、外乱等の諸因によって不具合が発生し得る。また、溶接時に発生するスパッタが溶接品質に影響を及ぼすことは周知である。そこで、画像処理によってスパッタの挙動を確認する手法が考案されている（特許文献１参照）。

特開２００８－１２６２７４号公報

上述のようにスパッタを認識する技術は考案されているものの、認識されたスパッタから溶接不良を判定することは作業者の経験に基づいて行う必要がある。そのため、溶接の不良判定の基準にばらつきが生じ得る。

本開示の一局面は、溶接不良を自動判定できる溶接品質評価装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、溶接点及び溶接点の周囲を含む画像を取得するように構成された撮像部と、撮像部が取得した画像におけるスパッタの発生数を判定するように構成された画像処理部と、画像処理部が判定したスパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定するように構成された判定部と、を備える溶接品質評価装置である。

このような構成によれば、スパッタの発生数と溶接の不具合との関係を設定しておくことで、溶接の不具合の有無を判定することができる。そのため、溶接不良の自動判定が可能となる。

本開示の一態様では、判定部は、単位時間当たりのスパッタの発生数が予め定めた第１閾値未満となる時間が、予め定めた第２閾値以上継続した場合に、不具合が発生したと判定するように構成されてもよい。このような構成によれば、溶接部分の穴あき時にスパッタの発生が少なくなる関係に基づいて、穴あきを自動判定することができる。

本開示の一態様では、画像処理部は、画像において変化のあった画素の数に基づいて、スパッタの発生数をカウントするように構成されてもよい。このような構成によれば、計算量を抑制しつつ、スパッタの発生数のカウント精度を高めることができる。

本開示の別の態様は、溶接点及び溶接点の周囲を含む画像におけるスパッタの発生数を判定することと、判定されたスパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定することと、をコンピュータに実行させる溶接品質評価プログラムである。

このような構成によれば、スパッタの発生数と溶接の不具合との関係を設定しておくことで、溶接不良の自動判定が可能となる。

図１は、実施形態における溶接品質評価装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、図１の溶接品質評価装置における撮像部の模式図である。 図３は、図２の撮像部が取得する溶接画像の範囲を示す模式図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、溶接画像における１つの判定枠の一例である。 図５Ａ及び図５Ｂは、溶接画像における複数の判定枠の一例である。 図６は、スパッタの発生数の時系列データの一例である。 図７は、図１の溶接品質評価装置の情報処理装置が実施する処理を概略的に示すフロー図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す溶接品質評価装置１は、溶接の品質評価（つまり不具合の検出）を行う。溶接品質評価装置１は、撮像部２と、情報処理装置３とを備える。

＜撮像部＞
図２に示すように、撮像部２は、溶接機１０１による第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との溶接中に、溶接部分の画像（以下、「溶接画像」ともいう。）を取得するように構成されている。

本実施形態では、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２は、それぞれ金属板であり、互いに端部が突き合わされるように配置されている。溶接機１０１は、第１ワークＷ１の端部と第２ワークＷ２の端部とにレーザを照射することで、両者を接合するレーザ溶接機である。

なお、溶接機１０１は、厚み方向に重ね合わされた第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２をこれらの厚み方向に接合してもよい。また、溶接機１０１は、レーザ溶接機以外の、例えばアーク溶接機、ガス溶接機等であってもよい。

撮像部２は、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２の板面と直交する方向から、溶接画像を連続的に取得可能なカメラである。撮像部２は、少なくとも５００μ秒以下の間隔で溶接画像を取得する。溶接画像には、溶接点（つまり溶融池Ｂ）及び溶接点の周囲が含まれる。

具体的には、図３に示すように、溶接画像は、溶接中心Ｐ（つまりレーザ光の中心）からの距離が一定以内である円状の判定対象範囲Ａの画像を少なくとも含む。判定対象範囲Ａの半径としては、例えば１００ｍｍである。判定対象範囲Ａ内には、溶接点から飛散する複数のスパッタＳが存在する。

＜情報処理装置＞
図１に示す情報処理装置３は、例えば、プロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体と、入出力部とを備えるコンピュータにより構成される。情報処理装置３は、画像処理部３１と、判定部３２と、記憶部３３とを有する。

情報処理装置３を構成するコンピュータは、記憶媒体（例えば記憶部３３）に記憶された溶接品質評価プログラムによって情報処理装置３としての機能を実行する。つまり、溶接品質評価プログラムは、コンピュータに、溶接点及び溶接点の周囲を含む画像におけるスパッタの発生数を判定すること、並びに判定されたスパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定することを実行させる。

（画像処理部）
画像処理部３１は、撮像部２が取得した溶接画像におけるスパッタの発生数を判定するように構成されている。

画像処理部３１は、撮像部２から溶接画像を同期して連続的に受信してもよいし、一定の受信間隔ごとに、その間の溶接画像をまとめて受信してもよい。受信間隔は、使用者が設定可能であり、例えば１５秒である。

画像処理部３１は、溶接画像のうち判定対象範囲において変化のあった画素の数に基づいて、スパッタの発生数をカウントする。画像処理部３１は、溶接画像において、スパッタを構成する光が存在する領域が他の領域に比べて輝度が高いことを利用して、スパッタを認識する。

具体的には、画像処理部３１は、スパッタの発生数のカウント処理の対象である溶接画像（以下、「処理対象画像」ともいう。）と、処理対象画像よりも処理間隔（例えば、５００μ秒）における１つ前の溶接画像（以下、「比較対象画像」ともいう。）とを画素ごとに比較する。ここで、画像処理部３１は、図４Ａに示すように、例えば１０×１０の画素で構成される複数の判定枠Ｆに予め処理対象画像を分割しておく。

画像処理部３１は、比較対象画像（図４Ａ）で光が存在せず、かつ、処理対象画像（図４Ｂ）において光が存在している画素を、変化画素として計上する。なお、図４Ｂでは、スパッタＳの発生によって変化した画素をハッチで表している。

画像処理部３１は、図４Ｂに示すように、１つの判定枠Ｆにおいて変化画素の数が予め定めた閾値（例えば９０）以上の場合に、この判定枠Ｆにおいてスパッタが発生したと判定し、この判定枠ＦにスパッタのＩＤナンバー（例えばＩＤ－１）を付与する。

ただし、画像処理部３１は、図５Ａに示す処理対象画像において変化画素の数が閾値以上となった判定枠Ｆ１について、この判定枠Ｆ１に隣接又は近接する（つまり連続する）判定枠Ｆ２からスパッタが移動したと推定される場合は、スパッタは新たに発生していないと判定する。

具体的には、図５Ｂに示すように、比較対象画像において判定枠Ｆ２にＩＤナンバーが付与されている（つまり、判定枠Ｆ２にスパッタが存在していた）場合は、処理間隔の経過中に、判定枠Ｆ２のスパッタが判定枠Ｆ１に移動したものと推定する。また、画像処理部３１は、処理対象画像の判定枠Ｆ１に比較対象画像の判定枠Ｆ２のＩＤナンバーを引き継がせる。

また、画像処理部３１は、連続する複数の判定枠においてスパッタが発生したと判定された場合は、これら複数の判定枠に跨るスパッタが発生したとして、スパッタの発生数は１として計上する。つまり、画像処理部３１は、複数の判定枠に共通のＩＤナンバーを付与する。

画像処理部３１は、処理対象画像の全ての判定枠についてスパッタの発生の有無を判定し、処理対象画像におけるスパッタ発生の総数（つまり新たなＩＤナンバーの付与数）を算出する。

さらに、画像処理部３１は、このスパッタ発生数の判定を処理間隔ごとに取得された複数の溶接画像に対し実施する。これにより、処理間隔ごとのスパッタ発生数の変化を表す時系列データが得られる。時系列データは、例えば記憶部３３に記憶される。

（判定部）
判定部３２は、画像処理部が判定したスパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定するように構成されている。

具体的には、判定部３２は、画像処理部３１が作成した時系列データを参照して、単位時間当たり（つまり５００μ秒ごと）のスパッタの発生数が予め定めた第１閾値未満となる時間が、予め定めた第２閾値以上継続した場合に、不具合が発生したと判定する。

第１閾値は、例えば１２とされる。第２閾値は、例えば０．５秒とされる。第１閾値及び第２閾値は、過去に実施された溶接におけるスパッタの発生数と溶接不良の発生とを紐づけたデータを用いて、溶接条件、溶接画像の画素数、画像処理部３１の処理間隔等に合わせて適宜設定される。

例えば、処理間隔が５００μ秒、第１閾値が１２、第２閾値が０．５秒の場合では、画像処理部３１は、時間的に連続する１００個の溶接画像においていずれもスパッタ発生数が１２未満であった場合に、不具合が発生したと判定する。判定部３２によって判定される不具合としては、例えば穴あきによる溶接不良が挙げられる。

図６に判定部３２による判定処理の一例を示す。図６の上側のグラフは、横軸を時間Ｔ、縦軸をスパッタの発生数Ｎとした時系列データである。図６の下側のグラフは、スパッタの発生数が第１閾値以上の場合に「１」、第１閾値未満の場合に「０」とする判定フラグの出力結果である。

図６における期間Ｍでは、判定フラグが「０」である時間が第２閾値以上継続している。そのため、判定部３２は、期間Ｍにおいて、穴あき等の溶接不良が発生したと判定し、アラートを出力する。

判定部３２は、溶接機１０１による溶接と並行して（つまりリアルタイムに）溶接の不具合の判定を行う。つまり、判定部３２は、溶接中に不具合が検出された時点でアラートを出力装置に出力する。

なお、判定部３２は、溶接機１０１による溶接の完了後の品質確認を目的として、溶接後に不具合の判定と、記憶部３３や出力装置へのアラート（つまりエラーログ）の出力とを実行してもよい。

［１－２．処理］
以下、図７のフロー図を参照しつつ、情報処理装置３が実行する処理の一例について説明する。

本処理では、情報処理装置３は、まず、撮像部２から溶接画像を取得する（ステップＳ１１０）。次に、情報処理装置３は、取得した溶接画像に対して、スパッタ（つまりイベント）の発生数をカウントする（ステップＳ１２０）。

スパッタ発生数のカウント後、情報処理装置３は、スパッタ発生数に基づいて不具合が発生したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。不具合が発生している場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、情報処理装置３は、アラートを出力する（ステップＳ１４０）。不具合が発生していない場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、情報処理装置３は、アラートの出力は行わない。
［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１ａ）スパッタの発生数と溶接の不具合との関係を設定しておくことで、溶接の不具合の有無を判定することができる。そのため、溶接不良の自動判定が可能となる。
（１ｂ）スパッタの発生数が小さい時間が一定以上継続した場合に不具合の発生を判定することで、溶接部分の穴あき時にスパッタの発生が少なくなる関係に基づいて、穴あきを自動判定することができる。

（１ｃ）溶接画像において変化のあった画素の数に基づいてスパッタの発生数をカウントすることで、計算量を抑制しつつ、スパッタの発生数のカウント精度を高めることができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の溶接品質評価装置において、スパッタの発生数のカウント手順は一例である。したがって、判定部は、上述以外の手順でスパッタの発生数をカウントしてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の溶接品質評価装置は、板材以外のワークの溶接にも適用可能である。

（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…溶接品質評価装置、２…撮像部、３…情報処理装置、３１…画像処理部、
３２…判定部、３３…記憶部、１０１…溶接機。

Claims (4)

1. 溶接点及び溶接点の周囲を含む画像を取得するように構成された撮像部と、
   前記撮像部が取得した前記画像におけるスパッタの発生数を判定するように構成された画像処理部と、
   前記画像処理部が判定した前記スパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定するように構成された判定部と、
   を備える、溶接品質評価装置。
2. 請求項１に記載の溶接品質評価装置であって、
   前記判定部は、単位時間当たりの前記スパッタの発生数が予め定めた第１閾値未満となる時間が、予め定めた第２閾値以上継続した場合に、不具合が発生したと判定するように構成される、溶接品質評価装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の溶接品質評価装置であって、
   前記画像処理部は、前記画像において変化のあった画素の数に基づいて、前記スパッタの発生数をカウントするように構成される、溶接品質評価装置。
4. 溶接点及び溶接点の周囲を含む画像におけるスパッタの発生数を判定することと、
   判定された前記スパッタの発生数に基づいて、溶接の不具合の有無を判定することと、
   をコンピュータに実行させる、溶接品質評価プログラム。

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