JP4333389B2

JP4333389B2 - 溶接のビードずれ判定装置および方法

Info

Publication number: JP4333389B2
Application number: JP2004032115A
Authority: JP
Inventors: 正人浅井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: CN1654152A; JP2005219111A; CN100363140C

Description

本発明は、アーク溶接等の溶接のビードずれ判定装置および方法に関する。

一般的に、アーク溶接等の溶接を行う場合、母材の衝合部に対するビード位置のずれが溶け込み深さに影響を与え、位置ずれ量が多くなると溶け込み深さが減少するため、ビードの位置ずれを監視しておく必要がある。
ビードの位置ずれを監視する技術としては、例えば、特許文献１に記載されるように、母材の衝合部におけるビード部と未溶接部との境界部を撮像し、撮像した画像データを処理してビード部と未溶接部とのずれ量を求める技術がある。

特開２００１−３２１９７４号公報

前述のように、ビード部と未溶接部とのずれ量を求めることは行われていたが、ビード部と未溶接部との境界部で両者のずれ量を確認していたので、境界部から離れた場所のずれ量を正確に計測することが難しかった。特に、形成されたビードが長い場合には、ビードの長手方向中央部等といった、境界部から離れている箇所のずれを確認することは困難であった。
また、前述の技術では、ビード部と未溶接部とのずれ量を求めるだけであったので、どれくらいずれていれば不良であるのかといったような、ずれの許容範囲が不明確であったため、計測されたずれ量の良否判断を行うことはできなかった。

上記課題を解決するビードずれ判定装置および方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、被溶接部材における衝合部の溶接部分と未溶接部分とを撮像する撮像手段と、撮像画像を処理する画像処理手段と、処理画像における衝合部の２箇所以上の未溶接部分から溶接線を割り出す溶接線検出手段と、処理画像における衝合部の溶接部分からビード幅中心を割り出すビード幅中心検出手段と、割り出した溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、算出したずれ量に基づいてビードずれの有無を判定する判定手段と、記憶手段とを備え、前記判定手段によるビードずれの判定は、算出した前記ずれ量と前記記憶手段に予め記憶させておいた閾値とを比較して行われ、前記閾値は、ビードずれが全くないときの溶け込み深さに対する、算出した前記ずれ量のときの溶け込み深さの割合が、１を維持している状態から、１未満の値となるように低下していく変曲点となる部分における、溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量に設定される。
これにより、ビード部の端部のみならず、途中部、さらには中央部においても、ビードずれを正確に把握することが可能となる。
また、ビードずれの許容範囲を明確にすることが可能となり、計測されたずれ量の良否判断を的確に行って、ビードずれを管理することができる。

また、請求項２記載の如く、前記閾値は、溶接ワイヤ径が１．２ｍｍであるときに、１ｍｍである。
これにより、ビードずれの許容範囲が明確になり、計測されたずれ量の良否判断を的確に行って、ビードずれを管理することができる。

また、請求項３記載の如く、被溶接部材における衝合部の溶接部分と未溶接部分とを撮像し、撮像画像を処理して、処理画像における衝合部の２箇所以上の未溶接部分から溶接線を割り出すとともに、処理画像における衝合部の溶接部分からビード幅中心を割り出し、割り出した溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいてビードずれの有無を判定し、前記ビードずれの有無の判定は、算出した前記ずれ量と予め設定しておいた閾値とを比較して行われ、前記閾値は、ビードずれが全くないときの溶け込み深さに対する、算出した前記ずれ量のときの溶け込み深さの割合が、１を維持している状態から、１未満の値となるように低下していく変曲点となる部分における、溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量に設定される。
これにより、ビード部の端部のみならず、途中部、さらには中央部においても、ビードずれを正確に把握することが可能となる。
また、ビードずれの許容範囲を明確にすることが可能となり、計測されたずれ量の良否判断を的確に行って、ビードずれを管理することができる。

本発明によれば、ビード部の端部のみならず、途中部、さらには中央部においても、ビードずれを正確に把握することが可能となる。
また、ビードずれの許容範囲を明確にすることが可能となり、計測されたずれ量の良否判断を的確に行って、ビードずれを管理することができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず、ビードずれ判定装置の概略構成について説明する。
ビードずれ判定装置は、対向する母材の端面が突き当てられた衝合部５１を有する被溶接部材５を撮像する撮像装置２と、撮像画像の処理等を行う制御装置１と、撮像画像やビード位置ずれの判定結果を表示する表示装置３とを備えている。

制御装置１は、撮像装置２による撮像画像を処理する画像処理部１０と、処理画像における衝合部５１の２箇所以上の未溶接部分５１ｂから溶接線を割り出す溶接線検出部１１と、処理画像における衝合部５１の溶接部分５１ａからビード幅中心を割り出すビード幅中心検出部１２と、割り出した溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量を算出するずれ量算出部１３と、算出したずれ量に基づいてビードずれの有無を判定する判定部１４と、記憶部１５を備えている。

被溶接部材５は、例えば、帯状金属板を、幅方向の両端縁部が対向するようにパイプ状に湾曲させたものであり、対向した両端縁部の衝合部にエネルギービームを照射して溶接することで、溶接管として構成されるものである。

図２に示すように、被溶接部材５の衝合部５１には、エネルギービームの照射により溶接されビードが形成されたビード部５１ａと、エネルギービームが照射されていない未溶接部５１ｂとが存在する。未溶接部５１ｂは、ビード部５１ａの両側に存在している。

次に、このように構成されるビードずれ判定装置により、被溶接部材５のビードずれを検出するフローについて図３を用いて説明する。
まず、撮像装置２により被溶接部材５の衝合部５１を撮像する（Ｓ０１）。撮像装置２による撮像は、例えば衝合部５１の直上方から行う。
撮像画像は、衝合部５１のビード部５１ａおよびビード部５１ａの両側の未溶接部５１ｂ・５１ｂを含むものであり、例えば図４に示すような撮像画像が得られる。

得られた画像を制御装置１の画像処理部１０により画像処理した後に、溶接線検出部１１により処理画像におけるビード部５１ａの両側の未溶接部５１ｂ・５１ｂから溶接線５１ｃを割り出す（Ｓ０２）。
溶接線５１ｃは、ビード部５１ａの一側の未溶接部５１ｂにおける所定の点ｐ１と他側の未溶接部５１ｂにおける所定の点ｐ２とを結んだ線で表され、衝合部５１が直線状である場合には、点ｐ１と点ｐ２とを結んだ直線が直接溶接線５１ｃとなる。
また、衝合部５１が曲線状である場合には、被溶接部材５のＣＡＤデータにおける衝合部５１の形状や座標データと、点ｐ１及び点ｐ２とから、溶接線５１ｃを割り出すことができる。
なお、レーザ光を照射しての溶接を開始する前に、予め衝合部５１の形状を撮像する等して測定しておき、その測定データと点ｐ１及び点ｐ２とから溶接線５１ｃを割り出すことも可能である。

また、処理画像におけるビード部５１ａの幅寸法ｗの中心位置ｓを割り出す（Ｓ０３）。
中心位置ｓの割り出しは、ビード部５１ａの長手方向における任意の位置で行うことが可能である。また、複数の位置で中心位置ｓを割り出し、複数の中心位置ｓの平均値を検出した中心位置ｓとすることもできる。

次に、図５に示すように、溶接線検出部１１により割り出した溶接線５１ｃの位置と、中心線検出部１２により割り出した中心位置ｓとのずれ量ｄを、制御装置１のずれ量算出部１３により算出する（Ｓ０４）。

このように、被溶接部材５の衝合部５１に形成されるビード部５１ａのずれ（ビードずれ）を、ビード部５１ａの両側に位置する２箇所の未溶接部５１ｂから割り出した溶接線５１ｃと、ビード部５１ａの中心位置ｓとのずれ量ｄとして求めることで、ビード部５１ａの端部のみならず、途中部、さらには中央部においても、ビードずれを正確に把握することが可能となっている。

ずれ量ｄを求めた後は、算出したずれ量ｄに基づき、判定部１４により被溶接部材５のビードずれの有無の判定を行う（Ｓ０５）。
ビードずれの判定は、算出したずれ量ｄと、予め制御装置の記憶部１５に記憶させておいた閾値とを比較して行われ、記憶部１５に記憶させておく閾値は、溶接線５１ｃの位置とビード幅中心位置とのずれ量ｄと、溶接部（ビード部５１ａ）の溶け込み比率との関係に基づいて、設定される。
ここで、溶け込み比率とは、ビードずれが全くない（ビードずれが０である）ときの溶け込み深さに対する、ずれ量ｄのときの溶け込み深さの割合を意味する。

つまり、図６に示すように、ずれ量ｄの値がｄ１となるまでの間は、溶け込み比率が略１前後を維持しており、ずれ量ｄの値がｄ１を超えると、ずれ量ｄが大きくなるに従って溶け込み比率も低下していく。
従って、溶け込み比率が略１前後を維持している状態から低下していく変曲点となる、ずれ量ｄ１の部分を閾値として設定し、ずれ量ｄがｄ１以下であればビードずれが無いと判断し、ｄ１を超えていればビードずれが有ると判断するようにしている。
つまり、ずれ量がｄ１以下であればビードずれが０であるときの溶け込み深さと略同じ溶け込み深さが維持され、溶け込み深さに影響はないためビードずれが無いとして良の判断を行い、ずれ量がｄ１を超えるとビードずれが０であるときの溶け込み深さよりも溶け込み深さが減少して、溶け込み深さに影響が出てくるためビードずれが有るとして不良の判断を行う。

ビードずれの有無判定の閾値となるずれ量ｄ１は、例えば、溶接ワイヤの線径が１．２ｍｍのときには、１ｍｍ程度となる。
また、ずれ量ｄ１の値は、溶接ワイヤの線径に比例して変化する。
なお、前述の溶け込み比率は、ビードずれが０のときの溶け込み深さが異なっても、ずれ量ｄが同じであれば、略同じ値を示す。

このように、ビードずれの有無の判定基準となる閾値を設定することで、ビードずれの許容範囲を明確にすることが可能となり、計測されたずれ量の良否判断を的確に行って、ビードずれを管理することができる。

本発明のビードずれ判定装置を示す概略図である。被溶接部材を示す斜視図である。ビードずれ判定方法のフロー示す図である。被溶接部材を示す平面図である。溶接線の位置とビード幅中心位置とのずれ量を示す正面断面である。溶接線の位置とビード幅中心位置とのずれ量と、溶接部の溶け込み比率との関係を示す図である。

１制御装置
２撮像装置
５被溶接部材
１０画像処理部
１１溶接線検出部
１２ビード幅中心検出部
１３ずれ量算出部
１４判定部

Claims

被溶接部材における衝合部の溶接部分と未溶接部分とを撮像する撮像手段と、
撮像画像を処理する画像処理手段と、
処理画像における衝合部の２箇所以上の未溶接部分から溶接線を割り出す溶接線検出手段と、
処理画像における衝合部の溶接部分からビード幅中心を割り出すビード幅中心検出手段と、
割り出した溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
算出したずれ量に基づいてビードずれの有無を判定する判定手段と、
記憶手段とを備え、
前記判定手段によるビードずれの判定は、算出した前記ずれ量と前記記憶手段に予め記憶させておいた閾値とを比較して行われ、
前記閾値は、ビードずれが全くないときの溶け込み深さに対する、算出した前記ずれ量のときの溶け込み深さの割合が、１を維持している状態から、１未満の値となるように低下していく変曲点となる部分における、溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量に設定される、
ことを特徴とする溶接のビードずれ判定装置。
前記閾値は、溶接ワイヤ径が１．２ｍｍであるときに、１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶接のビードずれ判定装置。
被溶接部材における衝合部の溶接部分と未溶接部分とを撮像し、
撮像画像を処理して、処理画像における衝合部の２箇所以上の未溶接部分から溶接線を割り出すとともに、処理画像における衝合部の溶接部分からビード幅中心を割り出し、
割り出した溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量を算出し、
算出したずれ量に基づいてビードずれの有無を判定し、
前記ビードずれの有無の判定は、
算出した前記ずれ量と予め設定しておいた閾値とを比較して行われ、
前記閾値は、ビードずれが全くないときの溶け込み深さに対する、算出した前記ずれ量のときの溶け込み深さの割合が、１を維持している状態から、１未満の値となるように低下していく変曲点となる部分における、溶接線位置とビード幅中心位置とのずれ量に設定される、
ことを特徴とする溶接のビードずれ判定方法。