JP3077547B2 - 狭開先のルートギャップ幅検出方法 - Google Patents

狭開先のルートギャップ幅検出方法

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JP3077547B2
JP3077547B2 JP07028288A JP2828895A JP3077547B2 JP 3077547 B2 JP3077547 B2 JP 3077547B2 JP 07028288 A JP07028288 A JP 07028288A JP 2828895 A JP2828895 A JP 2828895A JP 3077547 B2 JP3077547 B2 JP 3077547B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接に用いる狭開先の
ルートギャップ幅を検出する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶接開先は、機械加工の精度や溶接中の
熱歪みのために開先長手方法において開先寸法が変動す
るものであり、良好な溶接品質を得るためには、開先寸
法の変動に応じて溶接電流等の溶接条件を調整すること
が望ましい。従って、そのためには、開先寸法の変動を
溶接作業中に検出することが必要となる。
【0003】通常のV形開先に対しては、開先部にスリ
ット光を開先長手方向に直交するよにして適切な角度か
ら照射し、開先部に展開した光切断線の形状から開先形
状を検出する方法、いわゆる光切断法による方法があ
る。
【0004】また、通常のV形開先に対する別の方法と
しては、図3に示すように、被溶接材21の開先斜面2
3を光源11で直接照射してその部分の輝度を高め、そ
れをCCDカメラ等の撮像手段12で撮影して、開先斜
面23とルートギャップ24および被溶接材表面22と
の輝度差を画像処理することにより、ルートギャップ幅
RGとショルダーギャップ幅SGを検出する実開平2−
16268号公報記載の方法がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】被溶接材の板厚が厚い
場合には、溶接の効率化を図るために、図1に示すよう
な、開先壁面3と開先底面4とを有する形状で、板厚t
に比べてショルダーギャップ幅SGが狭い、いわゆる狭
開先を用いる場合も多い。このような狭開先のルートギ
ャップ幅RGを検出するには、前述の光切断法による方
法では、開先の深さが深いために、開先底部での良好な
光切断線が得られず、ルートギャップ幅RGの変動を検
出することは困難である。
【0006】また、前述の実開平2−16268号公報
記載の方法を適用しようとしても、開先底面4を直射す
るには、狭開先のほぼ真上から照明せざるを得ず、照明
光がルートギャップ5を通過して裏当材6に直接当たっ
て反射することとなってしまい、撮影画像上ではルート
ギャップ5の輝度も高くなって開先底面4との輝度差が
明瞭でなくなり、ルートギャップ幅RGを検出すること
ができない。
【0007】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、開先壁面と開先底面とを有
する狭開先のルートギャップ幅を溶接作業中に精度良く
検出することができる狭開先のルートギャップ幅検出方
法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る狭開先のル
ートギャップ幅検出方法は、開先壁面と開先底面とを有
する狭開先のルートギャップ幅を検出するに際し、開先
壁面を光源で照射して、その反射光で開先底面の輝度を
高めておいてから、当該狭開先を撮像手段にて撮像し、
得られた開先画像を画像処理することによりルートギャ
ップ幅を検出することを特徴としている。
【0009】そして、開先画像を画像処理してルートギ
ャップ幅を検出するに際し、あらかじめ画像処理領域を
限定し、当該処理領域において、開先画像の輝度分布を
開先長手方向に相当する座標方向に積分処理を行ない、
前記積分処理で得られた輝度分布情報を開先幅方向に相
当する座標方向に微分処理を行ない、前記微分処理で得
られた正の最大ピーク値の位置と負の最大ピーク値の位
置との間隔からルートギャップ幅を検出する方法を用い
ることが適切である。
【0010】さらに、正の最大ピーク値と負の最大ピー
ク値がそれぞれ所定値以上であるとともに、正の最大ピ
ーク値の位置と負の最大ピーク値の位置の並び方が所定
の順番になっている場合にのみ、正の最大ピーク値の位
置と負の最大ピーク値の位置との間隔からルートギャッ
プ幅を検出することが望ましい。
【0011】なお、検出したルートギャップ幅に応じ
て、撮像手段への流入光量を調整することも必要に応じ
て行う。
【0012】また、正の最大ピーク値の位置と負の最大
ピーク値の位置に応じて、次回の画像処理領域を再設定
することも必要に応じて行う。
【0013】
【作用】直接に開先底面を照射するのではなく、開先壁
面を照射した反射光で開先底面の輝度を高めるようにし
たので、裏当材からの反射がほとんど無くなり、ルート
ギャップと開先底面との輝度差が明瞭になった開先画像
が得られる。
【0014】そして、画像処理の迅速化のために処理領
域を限定し、その処理領域において、開先画像の輝度分
布を開先長手方向に相当する座標方向に積分処理するこ
とで平均化し、その輝度分布を開先幅方向に相当する座
標方向に微分処理を行なうことで、ルートギャップ幅端
部の位置を正負のピーク値として捉えることができる。
その際、開先底面の仕上げ粗さによっては、輝度分布に
微妙な変化が生じて、それに対応した小さなピーク値が
現れる可能性があるので、正負それぞれの最大ピーク値
がルートギャップ幅端部に対応するとみなす。
【0015】なお、例えば、光源の位置が変動し照射が
適切になされていないといったことで、ルートギャップ
と開先底面との輝度差が明確でないときには、ルートギ
ャップ幅端部に対応するピーク値が、開先底面の仕上げ
粗さ等によって生じるビーク値より小さくなってしま
い、後者をルートギャップ幅端部と誤検出する危険性が
あるので、正負それぞれの最大ピーク値が所定値以下で
ある場合には、今回の画像処理結果からのルートギャッ
プ幅の検出を放棄することで、前記の危険性が防止され
る。
【0016】また、開先底面に大きな表面疵等がある場
合には、その箇所での輝度変化に対応したピーク値が、
ルートギャップ幅端部に対応するピーク値より大きくな
ってしまい、前者をルートギャップ幅端部と誤検出する
危険性があるので、正の最大ピーク値の位置と負の最大
ピーク値の位置の並び方が所定の順番になっていない場
合には、今回の画像処理結果からのルートギャップ幅の
検出を放棄することで、前記の危険性が低減される。
【0017】そして、もしも、今回の画像処理結果から
のルートギャップ幅の検出を放棄せざるを得ない場合に
は、前回検出したルートギャップ幅を保持すればよい。
【0018】なお、ルートギャップ幅が広くなってくる
と、ルートギャップを通過して裏当材で反射する光が増
加し、ルートギャップと開先底面との輝度差が多少鮮明
でなくなる傾向があるので、そのような場合には、撮像
手段のシャッター速度を速くしたり、絞りを絞ること
で、撮像手段への流入光量を減少させることにより、相
対的な輝度差を高めることができる。
【0019】逆に、ルートギャップ幅が狭くなってくる
と、開先底面の輝度の影響が大きくなりすぎて、ルート
ギャップを明確に捕捉することが難しくなる傾向がある
ので、そのような場合には、撮像手段のシャッター速度
を遅くしたり、絞りを開くことで、撮像手段への流入光
量を増加させることにより、ルートギャップ部を明確に
捕捉することができる。
【0020】さらに、ルートギャップ幅が大きく変動し
た場合や、開先倣い制御を行ったためにルートギャップ
と撮像手段とが開先幅方向に相対的に大きくズレた場合
には、そのままの画像処理領域では不適切になる危険性
があるので、検出したルートギャップ幅端部の位置に応
じて、次回の画像処理領域を再設定することにより、ル
ートギャップ幅の適正な検出が行われる。
【0021】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【0022】図1は、本発明に係る狭開先のルートギャ
ップ幅検出方法の模式図である。被溶接材1の突き合わ
せ部に狭開先2が形成されており、3が開先壁面、4が
開先底面、5がルートギャップ、GAとGBがルートギ
ャップ幅端部である。なお、ルートギャップには、裏当
材6があてがわれている。また、11は光源であり、1
2はCCDカメラ等の撮像手段である。
【0023】そして、光源11で開先壁面3を直射する
ことにより、その反射光で開先底面3の輝度が高まると
ともに、裏当材からの反射がほとんどないので、撮像手
段12を用いて、開先底面4とルートギャップ5との明
確な輝度差のついた開先画像を得ることができる。従っ
て、得られた開先画像を画像処理することにより、ルー
トギャップ幅端部GA,GBの位置が検知され、ルート
ギャップ幅を検出することができる。
【0024】図2は、本発明に係る狭開先のルートギャ
ップ幅検出方法での画像処理の処理工程を示す図であ
る。
【0025】まず、(a)に示すような狭開先部に対し
て、その開先画像が得られるように撮像手段12の視野
を調整する。
【0026】次に、画像処理の高速化、効率化のため
に、得られた撮像画像に対して、(b)の斜線部で示す
ような微小領域を処理領域として設定し、以後はその処
理領域内の画素の輝度情報のみを処理対象とする。処理
領域の設定に際しては、開先幅方向に相当するY座標方
向には、ルートギャップおよび一定程度の開先底面が含
まれるようにし、開先長手方向に相当するX座標方向で
は、あまり広く取らない方が、検出精度の点からも好ま
しい。
【0027】そして、同一Y座標の画素の輝度をX方向
に加算し平均化するという積分処理を行うことにより、
(c)に示すような、開先幅方向の輝度分布が得られ
る。すなわち、開先底面相当部は輝度が高く、ルートギ
ャップ相当部では輝度が低くなっている。
【0028】さらに、上記で得られた開先幅方向の輝度
分布情報を用いて、Y方向に隣あう画素の輝度差を取る
という微分処理を行うことにより、(d)に示すような
開先幅方向の輝度差分布が得られる。すなわち、ルート
ギャップ左端相当部に大きな負のピーク値が現れ、ルー
トギャップ右端相当部に大きな正のピーク値が現れてい
る。その際、開先底面の仕上げ粗さ等によって、それに
対応した小さなピーク値が現れる場合があるので、正負
それぞれの最大ピーク値がルートギャップ端部に対応す
るものであるとみなす。
【0029】最後に、この正の最大ピーク値のY座標と
負の最大ピーク値のY座標との差を求め、それをルート
ギャップ幅RGとして検出する。
【0030】なお、上記の画像処理方法において、光源
の位置が変動し照射が適切になされていないといったこ
と等で、ルートギャップと開先底面との輝度差が明瞭で
ないときには、ルートギャップ幅端部に対応するピーク
値が、開先底面の仕上げ粗さによって生じるビーク値よ
り小さくなってしまい、後者をルートギャップ幅端部と
誤検出する危険性があるので、正負それぞれの最大ピー
ク値が一定値以下である場合には、今回の画像処理結果
からのルートギャップ幅の検出を放棄して、前回検出し
たルートギャップ幅を保持する。
【0031】また、開先底面に大きな表面疵等がある場
合には、その箇所での輝度変化に対応したピーク値が、
ルートギャップ幅端部に対応するピーク値より大きくな
ってしまい、前者をルートギャップ幅端部と誤検出する
危険性があるので、正の最大ピーク値の位置が右側にあ
り、負の最大ピーク値の位置が左側にあるという所定の
並び方になっていない場合には、今回の画像処理結果か
らのルートギャップ幅の検出を放棄して、前回検出した
ルートギャップ幅を保持する。
【0032】なお、ルートギャップ幅が広くなってくる
と、ルートギャップを通過して裏当材で反射する光が増
加し、ルートギャップと開先底面との輝度差が多少鮮明
でなくなる傾向があるので、ルートギャップ幅が所定の
値を越えた場合には、相対的な輝度差を高めるために、
CCDカメラのシャッター速度を1ランク上げて、撮像
手段への流入光量を減少させる。
【0033】逆に、ルートギャップ幅が狭くなってくる
と、開先底面の輝度の影響が大きくなりすぎて、ルート
ギャップを明確に捕捉することが難しくなる傾向がある
ので、ルートギャップ幅が所定の値より小さくなった場
合には、ルートギャップ部を明確に捕捉するために、C
CDカメラのシャッター速度を1ランク下げて、撮像手
段への流入光量を増加させる。
【0034】さらに、ルートギャップ幅が大きく変動し
た場合や、開先倣い制御を行ったためにルートギャップ
と撮像手段とが開先幅方向に相対的に大きくズレた場合
には、そのままの画像処理領域では不適切になる危険性
があるので、検出した左右のルートギャップ幅端部の位
置を基準にして、それぞれの外側に所定の画素数を加え
た領域を次回の画像処理領域として再設定することが望
ましい。
【0035】このようにして、狭開先のルートギャップ
幅RGの変動が溶接作業中に検出されれば、それに対応
して初層溶接の溶接電流や溶接速度等の溶接条件を調整
しながら溶接作業を行うことができ、狭開先の初層溶接
が良好に実施される。
【0036】
【発明の効果】狭開先の開先壁面を照射して、その反射
で開先底面の輝度を高めるようにしたので、開先底面と
ルートギャップとの輝度差が明確になり、その輝度差を
適切に画像処理することにより、狭開先のルートギャッ
プ幅を確実に精度良く検出できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る狭開先のルートギャップ幅検出方
法を示す図である。
【図2】本発明に係る狭開先のルートギャップ幅検出方
法の画像処理工程を示す図である。
【図3】従来のV型開先に対する開先形状検出方法を示
す図である。
【符号の説明】
1 被溶接材 2 狭開先 3 開先壁面 4 開先底面 5 ルートギャップ 6 裏当材 11 光源 12 撮像手段 21 被溶接材 22 被溶接材表面 23 開先斜面 24 ルートギャップ t 被溶接材の板厚 GA ルートギャップ左端部 GB ルートギャップ右端部 RG ルートギャップ幅 SG ショルダーギャップ幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−41779(JP,A) 特開 昭62−21009(JP,A) 特開 昭60−33875(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 B23K 9/095 515 B23K 9/127 508 G06T 1/00 - 7/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開先壁面と開先底面とを有する狭開先の
    ルートギャップ幅を検出するに際し、開先壁面を光源で
    照射して、その反射光で開先底面の輝度を高めておいて
    から、当該狭開先を撮像手段にて撮像し、得られた開先
    画像を画像処理することによりルートギャップ幅を検出
    することを特徴とする狭開先のルートギャップ幅検出方
    法。
  2. 【請求項2】 開先画像を画像処理することによりルー
    トギャップ幅を検出するに際し、あらかじめ画像処理領
    域を限定し、当該処理領域において、開先画像の輝度分
    布を開先長手方向に相当する座標方向に積分処理を行な
    い、前記積分処理で得られた輝度分布情報を開先幅方向
    に相当する座標方向に微分処理を行ない、前記微分処理
    で得られた正の最大ピーク値の位置と負の最大ピーク値
    の位置との間隔からルートギャップ幅を検出することを
    特徴とする請求項1記載の狭開先のルートギャップ幅検
    出方法。
  3. 【請求項3】 正の最大ピーク値と負の最大ピーク値が
    それぞれ所定値以上である場合にのみ、正の最大ピーク
    値の位置と負の最大ピーク値の位置との間隔からルート
    ギャップ幅を検出することを特徴とする請求項2記載の
    狭開先のルートギャップ幅検出方法。
  4. 【請求項4】 正の最大ピーク値の位置と負の最大ピー
    ク値の位置の並び方が所定の順番になっている場合にの
    み、正の最大ピーク値の位置と負の最大ピーク値の位置
    との間隔からルートギャップ幅を検出することを特徴と
    する請求項2または請求項3に記載の狭開先のルートギ
    ャップ幅検出方法。
  5. 【請求項5】 検出したルートギャップ幅に応じて、撮
    像手段への流入光量を調整することを特徴とする請求項
    1から請求項4のうちいずれか1項に記載の狭開先のル
    ートギャップ幅検出方法。
  6. 【請求項6】 正の最大ピーク値の位置と負の最大ピー
    ク値の位置に応じて、次回の画像処理領域を再設定する
    ことを特徴とする請求項2から請求項5のうちいずれか
    1項に記載の狭開先のルートギャップ幅検出方法。
JP07028288A 1995-02-16 1995-02-16 狭開先のルートギャップ幅検出方法 Expired - Lifetime JP3077547B2 (ja)

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US20140340507A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 Electro Scientific Industries, Inc. Method of measuring narrow recessed features using machine vision
JP6220036B1 (ja) * 2016-11-30 2017-10-25 株式会社バンダイ 模型玩具

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