JP2515142B2

JP2515142B2 - 画像処理による開先検出法

Info

Publication number: JP2515142B2
Application number: JP63170777A
Authority: JP
Inventors: 祐司杉谷; 泰彦西
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPH0221202A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は例えば自動アーク溶接のための開先を溶接ト
ーチに先行して撮像し、画像情報の中からルートギャッ
プ端を検出する方法に関するものである。

［従来の技術］溶接アークを所定の状態に保持する溶接条件を設定す
るために必要な開先に関する情報を、開先の画像の輝度
から積分・微分処理を行い検出する開先検出装置は本願
発明者らによって特願昭62-89908号で既に出願されてい
る。

第６図は上記開先検出装置の構成を示す説明図、第７
図は同装置の処理工程のフローチャート、第８図は処理
工程のタイムチャートである。

第６図において、撮像装置２の視野内に母材26と開先
面30とルートギャップ幅28が入るように、初期設定が行
われる（第７図ステップSA参照）。尚、24は溶接時に発
生するヒュームを除去するためのエアーノズルである。

撮像装置２からの画像信号は、制御部４に入力される
ようになっている（ステップSB参照）。この制御部４
は、メモリ６と、演算処理部８に各々接続されている。
この演算処理部８は、積分手段10、微分手段12、検出手
段14、演算手段16を各々有している。また、検出手段14
には、誤検出による大幅な変動を抑制するリミッタ18が
設けられている。

制御部４では、通常は情報処理の高速化・簡略化のた
め、撮像装置２の画像に対して、第８図（Ａ）の一点鎖
線で示すような微小領域のみが処理領域として設定ない
し限定され、これらの領域内の画素データがメモリ６か
ら読み出されて、以後の信号処理が行われる。また、各
領域は溶接進行と共にルートギャップ端GA,GB、ショル
ダKA,KBの位置を追尾するようになっている。

第８図（Ｃ）には、適宜のＸ座標値における各画素の
輝度データが示されている。この図に示すように、輝度
はルートギャップ部で低い。しかし、光学ノイズの影響
により、ルートギャップ端GA,GB、ショルダKA,KBの位置
を良好に検出することは困難である。

そこで、かかる画素の輝度に対して、積分手段10によ
り、Ｙ座標のものをＸ方向に加算する位置積分が行われ
る（ステップSC参照）。

Ｘ方向の位置積分が、第８図（Ａ）の一点鎖線で示さ
れている指定領域内の画素について行われ、その結果、
同図（Ｄ）に示すような輝度の積分データが得られる
（図中、破線は積分処理されなかった部分を示す）。

次に、以上のような積分データに対して、微分手段12
により微分が行われる（ステップSD参照）。この微分
は、微分値を求める画素の左右２つ又は１つ目に各々位
置する画素間の輝度差の絶対値を求めることによって行
われる。

微分値＝|QA−QB| 第８図（Ｅ）には、以上のようにして求められた微分
データが示されており、ルートギャップGA,GB、ショル
ダKA,KBに対応するピークが鮮明に表れている。

次に以上のようにして求められた微分輝度データに対
して、検出手段14によってルートギャップGA,GB、ショ
ルダKA,KBの位置検出、ルートギャップ幅の計測が行わ
れる（ステップSE参照）。

すなわち、第８図（Ａ）に示す指定領域内で同図
（Ｅ）の微分値が最大の画素の位置が求められ、ルート
ギャップGA,GB、ショルダKA,KBの位置として検出され
る。検出されたルートギャップGA,GBから、ルートギャ
ップ幅28が計測される。

次に、所定の換算式を用いて、前記計測されたギャッ
プ幅28から、溶接電流指令値と溶接速度が、演算手段16
によって行われる（ステップSF参照）。この溶接データ
は、一度メモリ６に格納され、所定の遅延の後、制御部
４から溶接制御装置20に出力され（ステップSG参照）、
溶接トーチ22の溶接電流指令値と溶接速度等を制御す
る。

以上の動作が繰返し行われ、すべての溶接が終了する
と、装置の動作も終了する（ステップSH参照）。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記構成では第８図（Ａ）に示す指定
領域内で同図（Ｅ）の微分値が最大の画素の位置が求め
られるので、ルートギャップ幅がある一定以上存在する
場合は問題ないが、ルートギャップGA,GB間が狭くなっ
た場合、GA,GBを追尾している２領域が重なってしま
い、１つの領域に２つの大きなピークが生じる。上述の
ようにいずれか高いほうのピークにより位置を決定して
しまうので、２つの領域で同一のピークをGA及びGBの位
置と誤って判断してしまう問題があった。また、重なっ
た領域は両側の領域で処理されるため処理の無駄があっ
た。

そこで本発明は、ルートギャップ幅が狭くなっても正
確にかつ高速にルートギャップ幅を検出し、誤作動する
ことのない画像処理による開先検出法を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る画像処理による開先検出法では、撮像手
段によって撮像された開先画像の画像情報に対して、積
分処理を行う積分工程、；積分された画像情報に対し
て、微分処理を行う微分工程、；微分された画像情報か
ら、該開先の位置に関する情報を得る検出工程を含み、
開先に対して溶接アークを所定の状態に保持するための
溶接条件を制御するために必要な２つのルートギャップ
端GA,GB、２つのショルダKA,KBの位置に関する情報を各
々に対応する二次元的な検出領域を限定して得る画像処
理による開先検出法において、前記２つのルートギャップ端GA,GBを追尾する２つの
前記検出領域が少なくとも部分的に重なるか否かを判断
する判断工程を有し、前記判断工程で重ならないと判断した場合各４つの領
域で前記２つのルートギャップ端GA,GBと２つのショル
ダKA,KBの位置を各々の検出領域内のピーク値検出によ
り求め、前記判断工程で重なると判断した場合２つのルートギ
ャップ端GA,GBを追尾する２つの前記検出領域を１領域
とみなして、この１領域内にて、２つのルートギャップ
端GA,GBの位置を極性が異なる隣接ピーク値検出により
求めるものである。

［作用］本発明においては、ルートギャップ端GA,GBを追尾す
る２つの前記画素の二次元的領域が重なるか否かを判断
する判断工程を加え、重なった場合には２領域を１領域
として、微分し極性の異なるピークによってルートギャ
ップ端GA,GBの位置を検出する。

［実施例］以下に本発明の一実施例を説明する。

第１図は本願検出法による開先検出装置の構成を示す
説明図、第２図は処理工程のフローチャート、第３図は
処理工程のタイムチャート、第４図は別の処理工程のタ
イムチャート、第５図は積分・微分処理の説明図であ
る。

第１図において、撮像装置42の視野内に母材66と開先
面70とルートギャップ幅68が入るように、初期設定が行
われる（第２図ステップSa参照）。尚、64は溶接時に発
生するヒュームを除去するためのエアーノズルである。

撮像装置42からの画像信号は、制御部44に入力される
ようになっている（ステップSb参照）。この制御部44
は、メモリ46と、演算処理部48に各々接続されている。
この演算処理部48は、積分手段50、微分手段52、判断手
段53、検出手段54、演算手段56を各々有している。ま
た、検出手段54には、誤検出による大幅な変動を抑制す
るリミッタ58が設けられている。

制御部44では、通常は情報処理の高速化・簡略化のた
め、撮像装置42の画像に対して、第３図（Ａ）及び第４
図（Ａ）の一点鎖線で示すような微小領域のみが処理領
域として設定ないし限定され、これらの領域内の画素デ
ータがメモリ46から読み出されて、以後の信号処理が行
われる。また、各領域は溶接進行と共にルートギャップ
端GA,GB、ショルダKA,KBの位置を追尾するようになって
いる。

第３図（Ｃ）及び第４図（Ｃ）には、適宜のＸ座標値
における各画素の輝度データが示されている。この図に
示すように、輝度はルートギャップ部で低い。しかし、
光学ノイズの影響により、ルートギャップ端GA,GB、シ
ョルダKA,KBの位置を良好に検出することは困難であ
る。

そこで、積分手段50において、第５図に示すような積
分が行われる（ステップSc参照）。

第５図において、（Ａ）は、ショルダKAの部分に該当
する各画素の輝度データの一例が示されている。積分
は、同一Ｙ座標のものを、Ｘ方向に加算することによっ
て行われる。例えば、画素Q1の積分値は、画素Q₁₁〜Q₁₅
の輝度を合計したものとなる。他の画素Q2、Q3、Q4…に
ついても同様である。

以上のようなＸ方向の位置積分が、第３図（Ａ）及び
第４図（Ａ）の一点鎖線で示されている指定領域につい
て行われ、各図（Ｄ）に示すような輝度の積分データが
得られる（図中、破線は積分処理されなかった部分を示
す）。

次に、以上のような積分データに対して、微分手段52
により各領域において微分をおこなう（ステップSd参
照）。

この微分は、ルートギャップ端GA、GBでは微分値を求
める画素の左右１つ又は２つ目に各々位置する画素の右
側の値から左側の値を引いて求める（第５図（Ｂ）参
照）。

微分値＝QB−QA なお、ショルダKA、KBは開先面70の輝度が母材26表面
の輝度より大きいとは必ずしも限らないので、従来の絶
対値の微分値を用いている。

第３図（Ｅ）及び第４図（Ｅ）には、以上のようにし
て求められた微分データが示されており、ルートギャッ
プGA,GBに対応する交互に極性を変えた２つのピークと
ショルダKA、KBに対応する２つのピークが鮮明に表れて
いる。

次に以上のようにして求められた微分輝度データに対
して、検出手段54によるルートギャップGA,GB、ショル
ダKA,KBの位置検出、ルートギャップ幅の計測が行われ
る（ステップSe1、Se2参照）のであるが、第４図のよう
にルートギャップGA,GB間が狭くなったり、殆ど零にな
る場合、各々の指定領域が重なってしまっているので、
重なった部分が両側の領域で処理されるため、処理の無
駄があった。

そこで、検出手段54により検出が行われる前に、判断
手段53により上記２つの領域が、重なっているか否かを
判断する（ステップSi参照）工程を行う。

重なっていないと判断された場合、即ち第３図（Ａ）
ではGA、GBの２つの指定領域内毎に同図（Ｅ）に示す微
分値が各々最大及び最小の画素の位置を求めしかも該最
大・最小が交互になることをも認識して位置を求める。
つまり、GAの領域では負の最大ピークを求めGBの領域で
は正の最大ピークを検出する。検出されたルートギャッ
プGA,GBから、ルートギャップ幅68が計測される。これ
により、溶接時のヒューム、溶接面のキズ等によって誤
った情報を得ることが少なくなり、信頼性も大幅に高ま
るようになった。

重なっていると判断された場合、即ち第４図（Ａ）で
は２つのルートギャップ領域GA、GBを１つのルートギャ
ップ領域と見なしその領域にて同図（Ｅ）に示す微分値
が最大及び最小の画素の位置を求める。しかも上記と同
様に最大・最小が交互になることをも認識して極性が異
なる２つの隣接ピークによりルートギャップGA,GBの位
置を検出する。つまり、左側に負の最大ピーク右側に正
の最大ピークが位置していることを確認してGA、GBの位
置を検出する。上記の関係が得られない場合は検出不能
として前回の検出位置を保持する。検出されたルートギ
ャップGA,GBから、ルートギャップ幅68が計測される。
これにより、ルートギャップ幅68が狭い場合でも、正確
にかつ高速にルートギャップ幅68が得られるようにな
り、誤動作も少なく信頼性も大幅に高まるようになっ
た。

尚、本実施例では判断工程を微分工程の後に行った
が、積分処理の前でも、積分処理と微分処理の間で行っ
ても、本実施例と同様に作動することは言うまでもな
い。

次に、所定の換算式を用いて、前記計測されたルート
ギャップ幅68から、溶接電流指令値と溶接速度等の溶接
データが、演算手段56によって求められる（ステップSf
参照）。この溶接データは、一度メモリー46に格納さ
れ、所定の遅延の後、制御部44から溶接制御装置60に出
力され（ステップSg参照）、溶接トーチ62の溶接電流指
令値と溶接速度等を制御する。

［発明の効果］本発明は以上説明したとおり、ルートギャップ幅が狭
い場合でも、正確にかつ高速にルートギャップ幅が得ら
れるようになり、溶接条件制御等を正確に行えるように
なり、誤動作も少なく信頼性も大幅に高まるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願検出法による開先検出装置の構成を示す説
明図、第２図は処理工程のフローチャト、第３図は処理
工程のタイムチャート、第４図は別の処理工程のタイム
チャート、第５図は積分・微分処理の説明図、第６図は
上記開先検出装置の構成を示す説明図、第７図は同装置
の処理工程のフローチャト、第８図は処理工程のタイム
チャートである。図において、50は積分手段、52は微分手段、53は判断手
段、54は検出手段、56は演算手段である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像手段によって撮像された開先画像の画
像情報に対して、積分処理を行う積分工程、；積分され
た画像情報に対して、微分処理を行う微分工程、；微分
された画像情報から、該開先の位置に関する情報を得る
検出工程を含み、開先に対して溶接アークを所定の状態
に保持するための溶接条件を制御するために必要な２つ
のルートギャップ端GA,GB、２つのショルダKA,KBの位置
に関する情報を各々に対応する二次元的な検出領域を限
定して得る画像処理による開先検出法において、前記２つのルートギャップ端GA,GBを追尾する２つの前
記検出領域が少なくとも部分的に重なるか否かを判断す
る判断工程を有し、前記判断工程で重ならないと判断した場合各４つの領域
で前記２つのルートギャップ端GA,GBと２つのショルダK
A,KBの位置を各々の検出領域内のピーク値検出により求
め、前記判断工程で重なると判断した場合２つのルートギャ
ップ端GA,GBを追尾する２つの前記検出領域を１領域と
みなして、この１領域内にて、２つのルートギャップ端
GA,GBの位置を極性が異なる隣接ピーク値検出により求
める画像処理による開先検出法。