JP5365504B2 - 溶接ビードの検査装置、検査方法、及び、検査用プログラム - Google Patents
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このように、本発明によれば、基準形状に対する測定形状の変化量に応じて溶接ビード領域が特定されるので、一定の基準に従って溶接ビード領域を特定することができる。また、スパッタにより凹凸形状が形成されている場合にも、その凹凸形状の影響によって極端に広い領域が溶接ビード領域として特定されることが防止される。本発明によれば、溶接箇所の表面形状に基づいて正確に溶接ビード領域を特定することができる。
この検査装置によれば、溶接ビードの良否を判定する指標の1つとして、第1板材と第2板材の間の隙間寸法を算出することができる。隙間寸法により、溶接ビードをより適切に評価することができる。
したがって、上述した検査装置は、アンダーカット領域特定手段をさらに有していることが好ましい。アンダーカット領域特定手段は、特定した溶接ビード領域の端部に位置する変形領域が基準形状に対して下方に変形した下方変形領域である場合に、その下方変形領域に隣接する非溶接ビード領域の基準形状から溶接ビード領域内に延長した線分が測定形状と交差するか否かを判定することで、アンダーカット領域を特定する。
このような構成によれば、正確にアンダーカット領域を特定することができる。アンダーカット領域の有無により、溶接ビードをより適切に評価することができる。
このような構成によれば、アンダーカット領域の深さを正確に特定することができる。アンダーカット領域の深さにより、溶接ビードをより適切に評価することができる。
したがって、上述した検査装置においては、入力手段が溶接ビードに沿って所定間隔で計測された複数の構造体測定形状データの入力を受けることが好ましい。そして、入力された複数の構造体測定形状データが記述する複数の測定形状に基づいて、溶接ビードに沿った断面における溶接ビードの表面形状を算出し、算出した溶接ビードの表面形状からピット領域を特定するピット領域特定手段をさらに有することが好ましい。
溶接ビードに沿った断面における溶接ビードの表面形状は変化量が小さいので、この表面形状を算出することでピット領域を正確に特定することができる。ピット領域の有無によって、溶接ビードをより適切に評価することができる。
この検査装置によれば、点PQ間の距離、または、点PR間の距離が算出される。この距離は、溶接箇所の強度に実質的に寄与する溶接ビードの厚さ(一般に、のど厚と呼ばれる寸法に近い値)を示す。算出された距離によって、より正確に溶接ビードの良否を検査することができる。
また、第1板材と第2板材を製造する際には製造誤差が生じるため、実際の第1板材及び第2板材の形状が、これらの基準形状と正確に一致しない場合がある。このため、上述した検査装置では、比較形状データが記述する第1板材の基準形状と第2板材の基準形状の位置が、溶接前における実際の第1板材及び第2板材の位置に対してずれる場合がある。
このため、第2板材の端面が露出している構造体の溶接ビードを検査する際に、比較形状データが記述する第2板材の基準形状の端面の位置が、実際の第2板材の端面(露出している端面)の位置に対してずれる場合がある。この場合、露出している第2板材の端面まで溶接ビード領域として特定され、溶接ビード領域を正確に特定できない場合がある。
直線部分の長さは第2板材の端面が露出している部分の大きさ(面積)を表すため、溶接ビードの良否を示す指標の1つとなる。
第2板材の板厚から前記直線部分の長さを減算した値(以下では、第2板材側脚長という場合がある)は、溶接ビードと第2板材との接合部分の大きさ(面積)を表す。したがって、第2板材側脚長は、溶接ビードの良否を示す指標の1つとなる。
第1板材側の境界点Buと交点Hとの間の距離(以下では、第1板材側脚長という場合がある)は、溶接ビードと第1板材との接合部分の大きさ(面積)を表す。したがって、第1板材側脚長は、溶接ビードの良否を示す指標の1つとなる。
図2に示すように、表面形状測定装置20は、溶接ビード36が伸びる方向(Y方向)に沿って一定間隔毎に表面形状を測定する(図2の複数の線状領域38のそれぞれで表面形状を測定する)。表面形状測定装置20によって測定された表面形状(以下、測定形状という)を記述する測定形状データは、溶接ビード検査装置10の演算装置12に入力される。
図7に示すように、基準形状42、44には、それぞれフィッティング領域43、45が設定されている。フィッティング領域43、45は、後述するフィッティング処理において基準となる領域である。フィッティング領域43、45は、溶接箇所から離れた領域であって、溶接時に変形することがない領域に設定されている。
例えば、図9(b)の例では、ステップS14で上方変形領域WU8が溶接ビード領域WB1として特定されている。溶接ビード領域WB1と下方変形領域WL10の間の非変形領域WN9の幅が基準距離未満であるので、ステップS16でYESの判定がされ、ステップS18で下方変形領域WL10と非変形領域WN9が溶接ビード領域WBに組み込まれる。すなわち、溶接ビード領域WB1が、溶接ビード領域WB2まで拡大する。次に、再度、ステップS16が実行される。ここでは、溶接ビード領域WB2と下方変形領域WL6の間の非変形領域WN7の幅が基準距離未満であるので、ステップS16でYESの判定がされる。したがって、ステップS18で、溶接ビード領域WB2が溶接ビード領域WB3まで拡大する。次に、再度、ステップS16が実行される。ここでは、溶接ビード領域WB3と上方変形領域WU4の間の非変形領域WN5の幅が基準距離未満であるので、ステップS16でYESの判定がされる。したがって、ステップS18で、溶接ビード領域WB3が溶接ビード領域WB4まで拡大する。次に、再度、ステップS16が実行される。このときには、ステップS16の条件を満たす非変形領域WNが存在しない。すなわち、非変形領域WN11は溶接ビード領域WB4と変形領域の間に挟まれた領域ではない。また、非変形領域WN3は溶接ビード領域WB4と上方変形領域WU2に挟まれているが、その幅が基準距離以上である。したがって、ステップS16でNOと判定される。このため、図9(b)の例では、上方変形領域WU4から下方変形領域WL10までの領域が、溶接ビード領域WBとして特定される。このように、上方変形領域WU2は、差分値ΔZの絶対値(すなわち、溶接の前後での変形量)が大きいにも係らず、溶接ビード領域WBに含まれない。これは、上方変形領域WU2が溶接ビード領域WBから離れた位置に形成されており、このように離散的に形成される変形領域は溶接ビードではなく、溶接時のスパッタ等により形成された凹凸形状と考えられるためである。このように、ステップS16及びS18では、スパッタ等により形成される凹凸形状を除外して、実際の溶接ビードに対応する領域が溶接ビード領域WBとして正確に特定される。
一方、図10に例示される測定形状の場合は、溶接ビード領域WBの端部に下方変形領域WL2があるが、隣接する非溶接ビード領域WN1の基準形状42を延長した線分102が測定形状50と交差しないので、下方変形領域WL2はアンダーカット領域ではないと判定される。下方変形領域WL2は、元の板材32の角が平滑化された領域であり、窪み(すなわち、アンダーカット領域)ではないためである。
なお、ステップS24の判定が行われることによって、ステップS26の処理(アンダーカット領域の判定)がビード領域WBの端部の領域に対してのみ実行される。これは、アンダーカット領域は、ほとんどの場合がビード領域WBの端部に形成されるためである。
一方、ステップS58でNOと判定された場合には、ステップS62で、境界点Buが座標点Tuとして特定される。
一方、図15、16の例では、境界点Boと交点Cの間の測定形状50の全てが直線BoCを挟んで座標点Coの反対側に存在するので、ステップS64でNOと判定される。この場合には、ステップS68で、境界点Boが座標点Toとして特定される。
交点Cが座標点Coより上方に存在する場合(すなわち、交点Cが座標点Coを挟んで座標点Cuの反対側に存在する場合)には、ステップS84が実施される(図13の矢印X1参照)。例えば、図14の例の場合には、ステップS82で矢印X1に示すように判定がされて、ステップS84が実施される。
また、交点Cが座標点Coと座標点Cuの間に存在する場合には、ステップS86が実施される(図13の矢印X2参照)。例えば、図15の例の場合には、ステップS82で矢印X2に示すように判定がされて、ステップS86が実施される。
また、交点Cが座標点Cuより下方に存在する場合(すなわち、交点Cが座標点Cuを挟んで座標点Coの反対側に存在する場合)には、ステップS88が実施される(図13の矢印X3参照)。例えば、図16の例の場合には、ステップS82で矢印X3に示すように判定がされて、ステップS88が実施される。
ステップS86では、折線Bo−To−C−Tu−Bu上の座標点のうちで座標点Pまでの距離が最も短い座標点が座標点Qとして特定される(図15参照)。なお、図15の例では境界点Boが座標点Toと同一点であるので、折線To−C−Tu−Bu上で座標点Qが特定される。
ステップS88では、折線Bo−To−C上の座標点のうちで座標点Pまでの距離が最も短い座標点が座標点Qとして特定される(図16参照)。なお、図16の例では、境界点Boが座標点Toと同一点であるので、線分ToC上で座標点Qが特定される。
また、溶接ビード検査装置10は、アンダーカット領域の有無とピット領域の有無を正確に判定することができるとともに、溶接ビード領域WBの幅、隙間寸法、アンダーカット領域の深さ、及び、距離T1、T2を正確に算出することができる。したがって、これらの情報から、溶接ビードの良否を正確に判定することができる。これらの情報は溶接ビードの表面形状から自動的に算出されるので、高速で溶接ビードの良否判定を行うことができる。
ステップS2では、溶接部品の測定形状を示す測定形状データが入力される。板材32の端面32bが露出している場合には、図19の測定形状150のように、板材32の端面32bの露出部分に相当する直線部分154を有する測定形状を示す測定形状データが入力される。
ステップS4〜S8では、比較形状データが作成される。図19の測定形状150の場合には、図20(a)に示すように比較形状データが作成される。なお、図20(a)では、ステップS6のフィッティングの誤差のため、板材32の端面32bに相当する基準形状42の線42bの位置が、実際の端面32bの位置(すなわち、直線部分154の位置)からずれている。
ステップS10〜S18では、溶接ビード領域WBが特定される。図20(a)の場合には、基準形状42の線42bの位置が直線部分152の位置からずれているので、図20(b)に示すように板材32の端面32bが露出している範囲である直線部分154が溶接ビード領域WBに含まれる。
ステップS102では、上述したステップS54と同様にして、溶接ビード領域WBの板材34側の境界点Buが特定される。
ステップS106で線42bと略平行な直線部分が特定された場合には、ステップS108でYESと判定されて、ステップS110が実行される。ステップS106で線42bと略平行な直線部分が特定されなかった場合(線42bと略平行な直線部分が存在しなかった場合)は、ステップS108でNOと判定され、実施例1と同様にしてステップS20以降の処理が実行される。
ステップS114では、記憶装置14から板材32の板厚が読み出される。そして、板材32の板厚から距離L3を減算することで、図21に示す距離L4を算出する。距離L4は、溶接ビードと板材32との接合部の大きさを示す値(すなわち、溶接ビードの板材32側の脚長)である。
ステップS116では、ステップS106で特定された直線部分の延長線と板材34の基準形状44との交点Hが特定される。そして、交点Hと境界点Buとの間の距離L5が算出される。距離L5は、溶接ビードと板材34との接合部の大きさを示す値(すなわち、溶接ビードの板材34側の脚長)である。
距離L3〜L5は、溶接ビードの品質を表す指標であり、溶接ビードの良否を判定する際に用いられる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:演算装置
14:記憶装置
20:表面形状測定装置
30:溶接部品
32:板材
34:板材
36:溶接ビード
42:基準形状
43:フィッティング領域
44:基準形状
45:フィッティング領域
46:基準形状
50:測定形状
Claims (12)
- 曲面形状を有する第1板材と曲面形状を有する第2板材とを溶接した構造体の溶接ビードの検査装置であって、
溶接ビードに交差する断面における構造体の表面形状を測定した測定形状を記述する構造体測定形状データの入力を受ける入力手段と、
前記断面における第1板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第1板材基準形状データと、前記断面における第2板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第2板材基準形状データを記憶する記憶手段と、
測定形状データが記述する構造体の測定形状に、第1板材基準形状データが記述する第1板材の基準形状と、第2板材基準形状データが記述する第2板材の基準形状を重ね合わせた比較形状データを作成する比較形状データ作成手段と、
比較形状データから、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲内である非変形領域と、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲を超えている変形領域を特定する領域特定手段と、
特定した変形領域のなかから、基準形状に対する測定形状の変化量の積算値が最大の領域を、溶接ビード領域の一部として特定する最大領域特定手段と、
特定済みの溶接ビード領域を起点に、基準距離以内に位置する変形領域と、その間に介在する非変形領域を、溶接ビード領域の一部として順次特定していく溶接ビード領域特定手段と、
を有することを特徴とする溶接ビードの検査装置。 - 第2板材の板厚を記憶する板厚記憶手段と、
第1板材と第2板材の間の隙間寸法を算出する板隙寸法算出手段をさらに有し、
前記板隙寸法算出手段は、板厚記憶手段に記憶されている第2板材の板厚と、比較形状データにおける第1板材の基準形状と第2板材の基準形状との位置関係から、前記隙間寸法を算出することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。 - 特定した溶接ビード領域の端部に位置する変形領域が基準形状に対して下方に変形した下方変形領域である場合に、その下方変形領域に隣接する非溶接ビード領域の基準形状から溶接ビード領域内に延長した線分が測定形状と交差するか否かを判定することで、アンダーカット領域を特定するアンダーカット領域特定手段をさらに有していることを特徴とする請求項1または2に記載の検査装置。
- 前記延長した線分と、アンダーカット領域の測定形状に基づいて、アンダーカット領域の深さを算出する深さ算出手段をさらに有していることを特徴とする請求項3に記載の検査装置。
- 入力手段は、溶接ビードに沿って所定間隔で計測された複数の構造体測定形状データの入力を受け、
入力された複数の構造体測定形状データが記述する複数の測定形状に基づいて、溶接ビードに沿った断面における溶接ビードの表面形状を算出し、算出した溶接ビードの表面形状からピット領域を特定するピット領域特定手段をさらに有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の検査装置。 - 比較形状データに記述された第2板材の基準形状における端面を下方に延長して、第2板材の基準形状を第1板材の基準形状に接続し、その端面の上縁点Coと下縁点Cuを特定するCuCo特定手段と、
領域特定手段によって特定された領域のうちの下縁点Cuを含む領域の反Co側の境界点Buを特定するBu特定手段と、
領域特定手段によって特定された領域のうちの上縁点Coを含む領域の反Cu側の境界点Boを特定するBo特定手段と、
直線CuCoと測定形状との交点Cを特定するC特定手段と、
境界点Buと交点Cの間の測定形状の少なくとも一部が直線BuCよりも下縁点Cu側に存在する場合には、下縁点Cu側に存在する測定形状において直線BuCまでの距離が最も長い点を座標点Tuとして特定し、境界点Buと交点Cの間の測定形状が直線BuCよりも下縁点Cu側に存在しない場合には、境界点Buを座標点Tuとして特定するTu特定手段と、
境界点Boと交点Cの間の測定形状の少なくとも一部が直線BoCよりも上縁点Co側に存在する場合には、上縁点Co側に存在する測定形状において直線BoCまでの距離が最も長い点を座標点Toとして特定し、境界点Boと交点Cの間の測定形状が直線BoCよりも上縁点Co側に存在しない場合には、境界点Boを座標点Toとして特定するTo特定手段と、
下縁点Cuと直線CTuとの間の距離が第1基準値未満である場合には、下縁点Cuを座標点Tuに再設定するTu再設定手段と、
上縁点Coと直線CToとの間の距離が第2基準値未満である場合には、上縁点Coを座標点Toに再設定するTo再設定手段と、
座標点Toに最も近い基準形状上の座標点Voを特定するVo特定手段と、
座標点VoからベクトルCoCuだけ変位させた座標点Pを特定するP特定手段と、
交点Cが上縁点Coよりも反Cu側に存在する場合には、折線C−Tu−Bu上に存在するとともに座標点Pまでの距離が最も短い点を座標点Qとして特定し、交点Cが上縁点Coと下縁点Cuの間に存在する場合には、折線Bo−To−C−Tu−Bu上に存在するとともに座標点Pまでの距離が最も短い点を座標点Qとして特定し、交点Cが下縁点Cuより反Co側に存在する場合には、折線Bo−To−C上に存在するとともに座標点Pまでの距離が最も短い点を座標点Qとして特定するQ特定手段と、
座標点Pと座標点Qの間の距離を算出するか、あるいは、直線PQと測定形状との交点Rを特定して座標点Pと交点Rの間の距離を算出する距離算出手段、
をさらに有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の検査装置。 - 前記構造体は、第2板材を第1板材上に重ねた状態で第1板材と第2板材とを溶接した構造体であり、
特定した溶接ビード領域の第2板材側の境界点Boを特定するBo特定手段と、
比較形状データに記述された第2板材の基準形状における端面と境界点Boとの間の距離が所定距離以下である場合に、構造体測定形状データの中から前記端面に対する傾きが所定角度以下である直線部分の形状データを検索する直線部分検索手段と、
前記直線部分を特定できた場合に、その直線部分の下端点を境界点Boとして再設定するBo再設定手段、
をさらに有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の検査装置。 - 前記直線部分の長さを算出する直線部分長さ算出手段をさらに有していることを特徴とする請求項7に記載の検査装置。
- 第2板材の板厚を記憶する板厚記憶手段と、
第2板材の板厚から前記直線部分の長さを減算した値を算出する第2板材側脚長算出手段、
をさらに有していることを特徴とする請求項8に記載の検査装置。 - 特定した溶接ビード領域の第1板材側の境界点Buを特定するBu特定手段と、
前記直線部分の延長線と比較形状データに記述された第1板材の基準形状との交点Hを特定するH特定手段と、
第1板材側の境界点Buと交点Hとの間の距離を算出する第1板材側脚長算出手段、
をさらに有していることを特徴とする請求項7〜9の何れか一項に記載の検査装置。 - 曲面形状を有する第1板材と曲面形状を有する第2板材とを溶接した構造体の溶接ビードの検査方法であって、コンピュータに、
溶接ビードに交差する断面における構造体の表面形状を測定した測定形状を記述する構造体測定形状データの入力を受ける入力処理と、
前記断面における第1板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第1板材基準形状データと、前記断面における第2板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第2板材基準形状データを記憶する記憶処理と、
測定形状データが記述する構造体の測定形状に、第1板材基準形状データが記述する第1板材の基準形状と、第2板材基準形状データが記述する第2板材の基準形状を重ね合わせた比較形状データを作成する比較形状データ作成処理と、
比較形状データから、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲内である非変形領域と、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲を超えている変形領域を特定する領域特定処理と、
特定した変形領域のなかから、基準形状に対する測定形状の変化量の積算値が最大の領域を、溶接ビードの形成位置に対応する溶接ビード領域の一部として特定する最大領域特定処理と、
特定済みの溶接ビード領域を起点に、基準距離以内に位置する変形領域と、その間に介在する非変形領域を、溶接ビード領域の一部として順次特定していく溶接ビード領域特定処理と、
を実行させることを特徴とする溶接ビードの検査方法。 - 曲面形状を有する第1板材と曲面形状を有する第2板材とを溶接した構造体の溶接ビードの検査に用いられるプログラムであって、コンピュータに、
溶接ビードに交差する断面における構造体の表面形状を測定した測定形状を記述する構造体測定形状データの入力を受ける入力処理と、
前記断面における第1板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第1板材基準形状データと、前記断面における第2板材の溶接前の表面形状の基準形状を記述する第2板材基準形状データを記憶する記憶処理と、
測定形状データが記述する構造体の測定形状に、第1板材基準形状データが記述する第1板材の基準形状と、第2板材基準形状データが記述する第2板材の基準形状を重ね合わせた比較形状データを作成する比較形状データ作成処理と、
比較形状データから、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲内である非変形領域と、基準形状に対する測定形状の変化量が基準範囲を超えている変形領域を特定する領域特定処理と、
特定した変形領域のなかから、基準形状に対する測定形状の変化量の積算値が最大の領域を、溶接ビードの形成位置に対応する溶接ビード領域の一部として特定する最大領域特定処理と、
特定済みの溶接ビード領域を起点に、基準距離以内に位置する変形領域と、その間に介在する非変形領域を、溶接ビード領域の一部として順次特定していく溶接ビード領域特定処理と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
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