JP3449917B2 - 溶接開先部の検出方法 - Google Patents

溶接開先部の検出方法

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JP3449917B2 JP08521898A JP8521898A JP3449917B2 JP 3449917 B2 JP3449917 B2 JP 3449917B2 JP 08521898 A JP08521898 A JP 08521898A JP 8521898 A JP8521898 A JP 8521898A JP 3449917 B2 JP3449917 B2 JP 3449917B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、溶接中に、スリッ
ト状の光線を溶接開先部に照射し、その反射光をカメラ
装置で捉えた画像から溶接開先部の位置、形状などを検
出する方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、溶接中に、溶接開先部またはガウ
ジング開先部における位置、形状などを自動的に検出す
る場合、例えばCCDカメラ装置を用いて、その溶接開
先部を撮影するとともに、その撮影画像に所定の画像処
理を施すことにより行われていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところで、CCDカメ
ラ装置による開先部の撮影画像に、溶接中に発生するス
パッタ軌跡が入り込んだり、被溶接部材表面の微細な凹
凸による反射光のハレーションが発生したり、胡麻塩状
の電気的なノイズなどが入り込むという問題があり、ま
たある領域の画像に欠落が生じている場合、このような
画像に写っている溶接開先部の位置、形状などを短時間
にかつ正確に抽出することは、非常に困難であった。 【0004】そこで、本発明は、種々のノイズが入った
画像データからでも、開先部の位置および形状を短時間
でかつ正確に抽出し得る溶接開先部の検出方法を提供す
ることを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の溶接開先部の検出方法は、溶接中に、溶接
開先部にスリット状の光を照射するとともにこの溶接開
先部を幅方向で撮影した画像から溶接開先部を検出する
方法であって、まず撮影された画像データにローパスフ
ィルタ処理を施しノイズを除去するとともに、この処理
済画像データに基づき高さ方向における基準高さ位置を
設定し、次に開先部の目標形状データから、幅方向でも
って所定間隔置きに複数個の高さデータを抽出するとと
もに、上記処理済画像データから、幅方向でもって所定
間隔置きに複数個の高さデータを抽出し、次にこれら抽
出された目標形状データおよび処理済画像データにおけ
る高さデータと上記基準高さ位置との距離を求め、次に
互いに対応する複数箇所において、それぞれ求められた
上記両データ同士の距離の差を求めるとともにこれら複
数箇所における距離の差の絶対値の合計値を求め、この
距離の差の絶対値の合計値を求める手順を、処理済画像
データの所定幅に亘って所定間隔置きにずらしながら求
め、次に上記求められた距離の差の絶対値の合計値が最
も小さい位置における画像データを疑似開先部とし、次
にこの疑似開先部における底部両側の2底点の位置を求
めるとともに、これら両2底点位置から両側エッジに向
けて画像データを辿り、被溶接部材の表面近傍における
両側の2点をそれぞれ第1基準エッジ位置となし、次に
上記2底点の中間位置と上記両側の第1基準エッジ位置
とを通過する放物線を求め、次にこの放物線と被溶接部
材の表面との交点を求めるとともに、これら両交点を第
2基準エッジ位置とし、次にこの両第2基準エッジ位置
および放物線の頂点を、開先部の仮エッジ位置および仮
最深位置となし、次に上記求められた各仮エッジ位置お
よび仮最深位置に、その開先部の形状に応じて予め求め
られたオフセット量を加算して、開先部のエッジ位置お
よび最深位置を検出する方法である。 【0006】上記検出方法によると、開先部を撮影して
得られた画像データに、ローパスフィルタ処理を施すよ
うにしたので、スパッタ軌跡などのノイズが入り込んだ
場合でも確実に除去することができ、また得られた画像
データと開先部の形状データとを、パターンマッチング
により比較して疑似開先部を求めるとともに、この疑似
開先部の形状データから底部2点およびエッジ位置を求
め、そしてこの底部2点の中間位置および両エッジ位置
を通過する放物線を求めるとともに、この放物線の頂点
および放物線と被溶接部材表面との交点を求め、さらに
これら頂点および両交点にオフセット量を加算して開先
部のエッジ位置および最深位置を検出するようにしたの
で、短時間でかつ正確に、溶接開先部の位置および形状
を検出することができる。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る溶接開先部の検出方法を、図1〜図7に基づき説明す
る。 【0008】まず、検出すべき溶接開先部(例えば、ガ
ウジング開先溶接線)に、溶接線と直交する方向でスリ
ット状の光を照射し、そして図1に示すように、溶接線
を中心にして所定幅Wに亘ってその溶接開先部1をCC
Dカメラ装置(図示せず)により撮影し、図2に示すよ
うに、画像データ2を例えばピクセル列のデータとして
得る。 【0009】次に、この画像データ2の高さ方向(被溶
接部材3表面の上下方向)における検出範囲(処理対象
範囲:図1の斜線にて示す)Hを決める(制限する)と
ともに、図2に示すように、その検出範囲内での上下方
向基準位置Aとして、仮の高輝度データの高さ位置を決
める。もし、見つからない場合には、予想される高輝度
データの高さ位置またはそれより少し上方位置を基準位
置とする。 【0010】次に、上記画像データ2にローパスフィル
タ処理を施して、図2の破線に示すような滑らかな処理
済画像データ4を得る。この処理により、突起状(針
状)のノイズ、すなわちスパッタによる突出したノイズ
データ2aが除去される。 【0011】次に、図3に示す溶接開先部の目標形状デ
ータ(目標パターンともいう)5と、図4に示す処理済
画像データ4とを、水平方向でパターンマッチングを行
い、マクロ的に溶接開先部の位置を検出する。 【0012】以下、このパターンマッチングの方法につ
いて説明する。図3および図4に示すように、目標形状
データ5および処理済画像データ4の各ピクセル列から
複数個置き(例えば4個置き)のピクセル位置におい
て、例えば5個所にて基準位置Aからの距離(di),
(li)をそれぞれ求める。 【0013】そして、下記(1)式に基づき、互いに対
応する位置での両距離の差の絶対値の合計値φを求め
る。この計算を、処理済画像データ4全体に亘って、す
なわち一方の端から他方の端に向かって、4個置きにず
らしながら行う。 【0014】 【数1】 次に、上記求められた各合計値φの内、最も小さい値に
相当する位置における形状データ(形状パターン)を、
疑似開先部であるとみなす。 【0015】なお、パターンマッチングの際に、どの位
置においても、目標形状データとの類似性が高くないと
思われる場合には、開先部そのものが撮影されていない
ものとして、その検出動作を中止する。 【0016】次に、上記求められた疑似開先部の形状デ
ータ(以下、検出パターンという)からより正確な開先
部の位置、形状などを演算により求める。以下、求める
手順について説明する。 【0017】まず、図5に示すように、検出パターン1
1の底部両側位置で、2つの底点(B1,B2)を求め、
次にこれら底点(B1,B2)から、矢印a,bに示すよ
うに、それぞれエッジ側(上方)に向けてピクセル列
(波形)を辿り、被溶接部材3のフラットな表面部にあ
る程度近づいた左右のピクセル位置をそれぞれ第1基準
エッジ位置(E1,E2)とする。 【0018】なお、上記求められた2つの底点(B1
2)の位置が、画像的に端に寄りすぎており、エッジ
位置の抽出に支障があると判断された場合(この判断
は、各点(B1,B2)から検出範囲の端までの距離が予
め決められた値と比較されることにより行われる)に
は、検出動作が中止され、また上記各底点(B1,B2
の高さ方向の位置(深さ位置)が浅過ぎる場合にも、検
出動作が中止される。 【0019】次に、図6に示すように、2つの底点(B
1,B2)の中間点B3と上記左右の第1基準エッジ位置
(E1,E2)とを通過する二次曲線である放物線Sを求
め、この放物線Sと被溶接部材3表面との交点を第2基
準エッジ位置(C1,C2)とする。 【0020】次に、これら両第2基準エッジ位置
(C1,C2)と放物線Sの頂点Dを、それぞれ開先部の
仮エッジ位置および仮最深位置とする。次に、上記各仮
エッジ位置(C1,C2)および仮最深位置Dは、ローパ
スフィルタ処理により滑らかにされた値であり、実際の
位置とは少し異なっているため、修正が施される。 【0021】すなわち、図7(a)〜(c)に示すよう
に、予め、開先部の形状に応じて、ローパスフィルタ処
理を施した場合、どの程度、エッジ位置および最深位置
(頂点)がずれるかを求めておき、このずれた分を、オ
フセット量21〜26として加算し、開先部の正確な位
置および形状、具体的には、エッジ位置(C1′,
2′)および最深位置(D′)を求める。 【0022】このように、CCDカメラ装置により得ら
れた画像データに、ローパスフィルタ処理を施すように
したので、ノイズが入り込んだ場合でも確実に除去する
ことができ、また得られた画像データと開先部の形状デ
ータとを、パターンマッチングにより比較して疑似開先
部を求めるとともに、この疑似開先部の形状データから
2底点およびエッジ位置を求め、そしてこの2底点の中
間位置および両エッジ位置を通過する放物線を求めると
ともに、この放物線の頂点および放物線と被溶接部材表
面との交点を求め、さらにこれら頂点および両交点にオ
フセット量を加算して開先部のエッジ位置および最深位
置を求めるようにしたので、短時間でかつ正確に、溶接
開先部の位置および形状を検出することができる。 【0023】なお、上記説明における図4では、被溶接
部材表面が右下がりに傾斜した場合を示したが、勿論、
水平である場合、左下がりである場合でも適用すること
ができる。 【0024】 【発明の効果】以上のように本発明の溶接開先部の検出
方法によると、溶接時に発生するスパッタ軌跡の画像へ
の取り込み、被溶接材表面の微細な凹凸による反射光の
ハレーション、胡麻塩状の電気的な雑音などが画像に入
り込んだ場合またはある領域の画像に欠落が生じている
場合でも、溶接開先部の位置および形状を短時間でかつ
正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態における溶接開先部の撮影
範囲を示す図である。 【図2】同溶接開先部の撮影画像データを示す図であ
る。 【図3】同溶接開先部の目標形状データを示す図であ
る。 【図4】同溶接開先部の画像データを示す図である。 【図5】同溶接開先部の底点およびエッジ位置を求める
手順を説明する図である。 【図6】同溶接開先部の近似形状である放物線を求める
手順を説明する図である。 【図7】同放物線に基づき溶接開先部の形状を求める手
順を示す図である。 【符号の説明】 1 溶接開先部 2 画像データ 2a ノイズデータ 3 被溶接部材 4 処理済画像データ 5 目標形状データ 11 検出パターン A 上下方向基準位置 B1,B2 底点 C1,C2 第2基準エッジ位置 C1′,C2′ エッジ位置 D 頂点 D′ 最深位置 E1,E2 第1基準エッジ位置 S 放物線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/127 508 B23K 9/095 510

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 溶接中に、溶接開先部にスリット状の光
    を照射するとともにこの溶接開先部を幅方向で撮影した
    画像から溶接開先部を検出する方法であって、まず撮影
    された画像データにローパスフィルタ処理を施しノイズ
    を除去するとともに、この処理済画像データに基づき高
    さ方向における基準高さ位置を設定し、次に開先部の目
    標形状データから、幅方向でもって所定間隔置きに複数
    個の高さデータを抽出するとともに、上記処理済画像デ
    ータから、幅方向でもって所定間隔置きに複数個の高さ
    データを抽出し、次にこれら抽出された目標形状データ
    および処理済画像データにおける高さデータと上記基準
    高さ位置との距離を求め、次に互いに対応する複数箇所
    において、それぞれ求められた上記両データ同士の距離
    の差を求めるとともにこれら複数箇所における距離の差
    の絶対値の合計値を求め、この距離の差の合計値を求め
    る手順を、処理済画像データの所定幅に亘って所定間隔
    置きにずらしながら求め、次に上記求められた距離の差
    の絶対値の合計値が最も小さい位置における画像データ
    を疑似開先部とし、次にこの疑似開先部における底部両
    側の2底点の位置を求めるとともに、これら両2底点位
    置から両側エッジに向けて画像データを辿り、被溶接部
    材の表面近傍における両側の2点をそれぞれ第1基準エ
    ッジ位置となし、次に上記2底点の中間位置と上記両側
    の第1基準エッジ位置とを通過する放物線を求め、次に
    この放物線と被溶接部材の表面との交点を求めるととも
    に、これら両交点を第2基準エッジ位置とし、次にこの
    両第2基準エッジ位置および放物線の頂点を、開先部の
    仮エッジ位置および仮最深位置となし、次に上記求めら
    れた各仮エッジ位置および仮最深位置に、その開先部の
    形状に応じて予め求められたオフセット量を加算して、
    開先部のエッジ位置および最深位置を検出することを特
    徴とする溶接開先部の検出方法。
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