JP5922556B2 - 溶接検査装置及び溶接検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、狭隘な部位にある溶接裏側部分を検査する溶接検査装置及び溶接検査方法に関する。

溶接検査方法の一例として、溶接部の表側から外観検査（目視検査）を行うことが知られている。しかし、例えば図１２及び図１３で示すように、母材１００Ａ，１００Ｂの間に形成された開先に片側溶接が行われた溶接部１０１では、溶接部１０１の表側（図中上側）からの外観検査だけでなく、溶接部１０１の裏側（図中下側）からの外観検査も行ったほうがよい。すなわち、図１２で示すように溶接の溶け込みが十分である場合は、溶接部１０１の裏側に裏波ビード１０２が形成されるものの、図１３で示すように溶接の溶け込みが不十分である場合は、溶接部１０１の裏側に開口（開先）１０３が残存する可能性がある。

そこで、例えば溶接裏側部分が狭隘な部位にあって直視が困難な場合でも、狭隘な部位にカメラを配置して溶接裏側部分を撮像することにより、溶接裏側部分の外観検査を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の従来技術では、カメラで撮像された画像から、溶接裏側部分に裏波ビード若しくは開口があるか否かを、検査者が判定するようになっている。

特開平６−３２４１８２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。すなわち、上記従来技術では、カメラで撮像された画像から、溶接裏側部分に裏波ビード若しくは開口があるか否かを、検査者が判定するようになっている。そのため、人的ミスが生じる可能性がある。具体的には、例えば母材表面に形成された傷等を開口と誤認する可能性がある。したがって、検査精度の点で改善の余地があった。

本発明の目的は、検査精度を高めることができる溶接検査装置及び溶接検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、狭隘な部位にある溶接裏側部分を検査する溶接検査装置において、前記狭隘な部位に配置可能とし、溶接幅より広い視野と近接領域で裏波ビードの有無の範囲で合焦する被写界深度とを持つ屈析率分布型の対物レンズを用いて、前記溶接裏側部分を撮像する撮像装置と、前記撮像装置のスライド方向が溶接線方向に対して平行、前記撮像装置の撮像方向及び回転方向が前記溶接線方向に対して直角となるように、前記撮像装置をスライド可能かつ回転可能に支持する支持部と、前記撮像装置で撮像された前記溶接裏側部分の画像に対して輝度が予め設定された所定の閾値より低い領域を抽出し、抽出された領域を連結成分毎に分割して各分割領域の長手方向を演算し、演算された各分割領域の長手方向が予め設定された前記溶接線方向であるか否かを判定し、これによって前記溶接裏側部分に開口があるか否かを判定する画像処理装置と、前記画像処理装置の判定結果及び対応する画像を表示する表示部とを備える。

このような本発明においては、画像処理装置は、撮像装置で撮像された画像から、溶接裏側部分に開口があるか否かを判定する。したがって、撮像装置で撮像された画像から溶接裏側部分に開口があるか否かを検査者が判定する場合とは異なり、人的ミスが生じず、検査精度を高めることができる。

本発明によれば、検査精度を高めることができる。

本発明の一実施形態における溶接検査装置の全体構成を表す概略図である。 本発明の一実施形態における検査対象の溶接部を表す斜視図である。 本発明の一実施形態における内視鏡の設置状態を表す斜視図である。 図３中矢印IV方向から見た側面図である。 本発明の一実施形態における内視鏡の被写体距離及び被写界深度を説明するための図である。 本発明の一実施形態における内視鏡の対物レンズの特性を説明するための図である。 本発明の一実施形態における溶接裏側部分の画像の一例を表す図であり、溶接溶け込みが十分である場合を示す。 本発明の一実施形態における溶接裏側部分の画像の他の例を表す図であり、溶接溶け込みが不十分である場合を示す。 本発明の一実施形態における画像処理装置の制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の一変形例における側視アタッチメントの構造を表す図である。 本発明の他の変形例における側視アタッチメントの構造を表す図である。 良好な溶接状態であって溶接裏側部分に溶接ビードが存在する状態を示す断面図である。 不良な溶接状態であって溶接裏側部分に開口が存在する状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における溶接検査装置の全体構成を表す概略図である。

この図１において、溶接検査装置は、内視鏡１と、この内視鏡１に画像取込ボード２を介して接続された画像処理装置３と、この画像処理装置３に接続された表示部４とを備えている。

内視鏡１は、狭隘な部位にある溶接裏側部分を撮像する撮像装置であり、円柱状の本体５と、この本体５の先端側（図中左側）に着脱可能な円筒状の側視アタッチメント６とを有している。側視アタッチメント６には、撮像方向（図中上側）の開口７が形成されており、この開口７からの光（光学像）を本体５の軸方向（図中右方向）に反射させる側視ミラー８が設けられている。本体５には、軸方向に沿う順序で、対物レンズ９、イメージガイド１０、結像レンズ１１、及びＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１２が設けられている。そして、側視ミラー８によって反射された光（光学像）は、対物レンズ９によってイメージガイド１０の光入射面に集光され、イメージガイド１０を通して伝送され、結像レンズ１１によってＣＣＤセンサ１２上に結像される。さらに、ＣＣＤセンサ１２によって光電変換された信号が出力されるようになっている。画像取込ボード２は、ＣＣＤセンサ１２からの信号に基づき画像データを作成し、この画像データを画像処理装置３に出力するようになっている。なお、イメージガイド１０は、例えばファイバイメージガイド等の光伝送方式のものであるが、これに代えて、例えばビデオスコープ等の電気伝送方式のものを用いてもよい。

また、本体５にはライトガイド１３が設けられており、このライトガイド１３を介して光源装置１４からの光が照明として供給されるようになっている。但し、照明が不要であれば、ライトガイド１３及び光源装置１４を備えなくともよい。

図２は、本実施形態における検査対象の溶接部を表す斜視図である。図３は、内視鏡１の設置状態を表す斜視図であり、図４は、図３中矢印IV方向から見た側面図である。

これら図２〜図４において、薄板構造部材１５は、薄板１６Ａ，１６Ｂが図中上下方向に離間された構造を有している。薄板１６Ａには、タブ１７Ａが形成され、薄板１６Ｂには、タブ１７Ａと対応する位置にタブ１７Ｂ（図示せず）が形成されている。そして、図４で示すように、タブ１７Ａの先端部と厚板部材１８との間に形成された開先に、表側（図中上側）からの片側溶接が行われている。そのため、このようにして形成された溶接部１９の裏側部分は、薄板１６Ａのタブ１７Ａと薄板１６Ｂのタブ１７Ｂとの間（言い換えれば、狭隘な部位）にある。なお、同様に、タブ１７Ｂの先端部と厚板部材１８との間に形成された開先に片側溶接が行われてもよい。

内視鏡１は、治具２０（支持部）によってスライド可能かつ回転可能に支持されており、その先端部（言い換えれば、側視アタッチメント６）が薄板１６Ａのタブ１７Ａと薄板１６Ｂのタブ１７Ｂとの間に挿入されている。これにより、溶接部１９の裏側部分を撮像可能としている。

治具２０は、薄板構造部材１５（詳細には、タブ１７Ａ，１７Ｂが形成されていない部分）と厚板部材１８との間に挿入可能なブロック部２１と、当て板部２２とを有している。ブロック部２１には、内視鏡１を挿通して内視鏡１をスライド可能かつ回転可能に支持する貫通穴２３が形成されている。ブロック部２１及び当て板部２２は、貫通穴２３の貫通方向と平行な当て板面を有している。そして、治具２０のブロック部２１及び当て板部２２を薄板１６Ａに押し当てて治具２０を固定することにより、内視鏡１のスライド方向及び回転方向を固定するようになっている。これにより、内視鏡１のスライド方向が溶接線方向（言い換えれば、開先線方向）に対して平行になり、内視鏡１と溶接部１９との間隔を保ちながら内視鏡１をスライド可能としている。また、内視鏡１の撮像方向及び回転方向が溶接線方向に対して直角となる。そして、内視鏡１の根本側（図中下側）には把持部２４が取付けられており、検査者が把持部２４を把持して内視鏡１をスライド又は回転させて、内視鏡１の撮像範囲を調整可能としている。

図５は、内視鏡１の被写体距離及び被写界深度を説明するための図であり、図６は、内視鏡１の対物レンズ９の特性を説明するための図である。

図５で示すように、溶接溶け込みが十分であって溶接部１９の裏側部分に溶接ビード２５が存在する場合は、内視鏡１によって溶接ビード２５が撮像される。そのため、内視鏡１の被写体距離は、溶接ビード２５までの距離Ｄ１となる。一方、溶接溶け込みが不十分であって溶接部１９の裏側部分に溶接ビード２５が存在しない場合（言い換えれば、開口２６が残存する場合）は、内視鏡１によって開口２６が撮像される。そのため、内視鏡１の被写体距離は、開口２６までの距離Ｄ２（但し、Ｄ２＞Ｄ１）となる。したがって、内視鏡１の被写界深度（言い換えれば、焦点の合う範囲）は、距離Ｄ２と距離Ｄ１との差分ΔＤとなる必要がある。

内視鏡１の近接領域で被写界深度ΔＤを得るために、対物レンズ９は、円柱形状の屈折率分布型のレンズを用いる。このレンズの屈折率は、径方向に変化しており、径方向中心部が最も高く、径方向外側に向かって低下している。そして、図６で示すように、対物レンズ９の円形の入射面２７から入射した光は、屈折率の高い中心部に向けて連続的に曲げられ、正弦波状の軌跡で伝搬される。このとき、屈折率の変化量を大きくすることで、光が大きく曲げられる。これにより、対物レンズ９の出射面２８において焦点ずれが許容できる許容散乱距離Ｃに対し、光の入射角許容量（詳細には、入射角θ１と入射角θ２との差分）が大きくなり、ひいては被写界深度ΔＤが得られるようになっている。また、溶接幅より広い視野が得られるようになっている。

上述の図１に戻り、画像処理装置３は、バッファメモリ３０、及び画像処理部３１、データ記憶部３２を有している。画像処理装置３は、内視鏡１から画像取込ボード２を介して入力した画像を、バッファメモリ３０及び画像処理部３１を介して表示部４に出力する。これにより、表示部４は、内視鏡１で撮像された溶接裏側部分の画像をリアルタイムで表示するようになっている。図７は、溶接裏側部分の画像の一例を表す図であり、溶接溶け込みが十分である場合を示す。このような場合、溶接裏側部分には溶接ビード２５が存在する。一方、図８は、溶接裏側部分の画像の他の例を表す図であり、溶接溶け込みが不十分である場合を示す。このような場合、溶接裏側部分には開口（開先）２６が存在する。この開口２６は、溶接線方向（言い換えれば、開先線方向）の線状領域として現れ、かつ母材や溶接ビード２６よりも輝度が低い線状領域として現れる。

そこで、本実施形態の大きな特徴として、画像処理装置３は、溶接裏側部分の画像に対して開口があるか否かを判定する制御を行うようになっている。このような制御の処理手順を、図９を用いて説明する。

図９は、本実施形態における画像処理装置３の制御処理内容を表すフローチャートである。

例えば検査者が操作部（図示せず）を操作して制御開始の指令が入力されると、ステップ５０にて、バッファメモリ３０は、内視鏡１から画像取込ボード２を介して入力した溶接裏側部分の画像を一次記憶する。その後、ステップ５１に進み、画像処理部３１は、バッファメモリ３０に記憶された画像を読込み、その画像に対して、例えばカラー画像からモノクロ画像への変換処理や二値化処理（あるいは、同様の結果が得られる別の処理）を行って、輝度が予め設定された所定の閾値より低い領域を抽出する。その後、ステップ５２に進み、画像処理部３１は、輝度が所定の閾値より低い領域が抽出されたか否かを判定する。例えば輝度が所定の閾値より低い領域が抽出されなかった場合は、ステップ５２の判定が満たされず、ステップ５３に進み、溶接裏側部分に開口がないものと判定する。

一方、例えば輝度が所定の閾値より低い領域が抽出された場合は、ステップ５２の判定が満たされ、ステップ５４に移る。ステップ５４では、画像処理部３１は、抽出された領域を連結成分毎に分割してラベリングし、各分割領域の長手方向を演算する。詳細には、例えば、各分割領域に楕円を当てはめ、楕円の長径方向を演算する。但し、別の方法で演算してもよい。そして、ステップ５５に進み、演算された各分割領域の長手方向が予め設定された溶接線方向（本実施形態では、図７及び図８で示すように画像の横方向である。但し、検査者が操作部で予め入力設定してもよい。）であるか否かを判定する。例えば全ての分割領域の長手方向が溶接線方向でない場合は、ステップ５５の判定が満たされず、ステップ５３に進み、溶接裏側部分に開口がないものと判定する。

一方、例えばいずれかの分割領域の長手方向が溶接線方向である場合は、ステップ５５の判定が満たされ、ステップ５６に進み、溶接裏側部分に開口があるものと判定する。その後、ステップ５７に進み、画像処理部３１は、溶接裏側部分に開口があると判定された画像をデータ記憶部３２に出力して、データ記憶部３２に記録・保存させる。これと同時に、若しくは例えば検査者が操作部を操作して開口画像表示の指令が入力されると、画像処理部３１は、溶接裏側部分に開口があると判定された画像を表示部４に出力する。これにより、表示部４は、前述した画像を表示するとともに、例えば開口有りのメッセージを表示するようになっている。なお、データ記憶部３２又は表示部４は、前述した画像とともに、例えば検査者が操作部で入力した溶接部の位置情報等を記録又は表示してもよい。

以上のように構成された本実施形態においては、画像処理装置３は、内視鏡１で撮像された画像から、溶接裏側部分に開口があるか否かを判定する。したがって、内視鏡１で撮像された画像から溶接裏側部分に開口があるか否かを検査者が判定する場合とは異なり、人的ミスが生じず、検査精度を高めることができる。

なお、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、内視鏡１の側視アタッチメント６を交換することにより、側視ミラー８に代えて、例えば図１０で示すプリズム２９ａ又は図１１で示すプリズム２９ｂを取付けてもよい。また、側視ミラー８及びプリズム２９ａ，２９ｂのうちのいずれかを着脱可能としないで内視鏡１に固定してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、内視鏡１で撮像された１枚の画像をバッファメモリ３０に一次記憶し、この１枚の画像に開口があるか否かを判定する処理を画像処理部３１が行う場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、内視鏡１の移動と撮像を繰り返して複数枚の画像をバッファメモリ３０に一次記憶した後、各画像に開口があるか否かを判定する処理を画像処理部３１が行ってもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、内視鏡１をスライド可能かつ回転可能に支持する治具２０を有し、検査者が把持部２４を把持して内視鏡１をスライド又は回転させる場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。すなわち、例えば、内視鏡１のスライド可能に支持するとともに、ステッピングモータの駆動等によって内視鏡をスライドさせるスライド機構を設けてもよい。さらに、例えば、内視鏡１を回転可能に支持するとともに、ステッピングモータの駆動等によって内視鏡を回転させる回転機構を設けてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、表示部４は、内視鏡１で撮像された溶接裏側部分の画像をリアルタイムで表示する場合を例にとって説明したが、これに限られず、内視鏡１で撮像された溶接裏側部分の画像をリアルタイムで表示しなくともよい。すなわち、例えば溶接裏側部分に開口があると判定された場合だけ、その画像を表示してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１ 内視鏡（撮像装置）
３ 画像処理装置
４ 表示部
９ 対物レンズ
１９ 溶接部
２０ 治具（支持部）
２５ 溶接ビード
２６ 開口

Claims (2)

1. 狭隘な部位にある溶接裏側部分を検査する溶接検査装置において、
   前記狭隘な部位に配置可能とし、溶接幅より広い視野と近接領域で裏波ビードの有無の範囲で合焦する被写界深度とを持つ屈析率分布型の対物レンズを用いて、前記溶接裏側部分を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置のスライド方向が溶接線方向に対して平行、前記撮像装置の撮像方向及び回転方向が前記溶接線方向に対して直角となるように、前記撮像装置をスライド可能かつ回転可能に支持する支持部と、
   前記撮像装置で撮像された前記溶接裏側部分の画像に対して輝度が予め設定された所定の閾値より低い領域を抽出し、抽出された領域を連結成分毎に分割して各分割領域の長手方向を演算し、演算された各分割領域の長手方向が予め設定された前記溶接線方向であるか否かを判定し、これによって前記溶接裏側部分に開口があるか否かを判定する画像処理装置と、
   前記画像処理装置の判定結果及び対応する画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする溶接検査装置。
2. 狭隘な部位にある溶接裏側部分を検査する溶接検査方法において、
   撮像装置のスライド方向が溶接線方向に対して平行、前記撮像装置の撮像方向及び回転方向が前記溶接線方向に対して直角となるように、前記撮像装置をスライド可能かつ回転可能に支持部で支持しつつ、前記狭隘な部位に前記撮像装置を配置し、
   前記撮像装置により、溶接幅より広い視野と近接領域で裏波ビードの有無の範囲で合焦する被写界深度とを持つ屈析率分布型の対物レンズを用いて、前記溶接裏側部分を撮像し、
   画像処理装置により、前記溶接裏側部分の画像に対して輝度が予め設定された所定の閾値より低い領域を抽出し、抽出された領域を連結成分毎に分割して各分割領域の長手方向を演算し、演算された各分割領域の長手方向が予め設定された溶接線方向であるか否かを判定し、
   その判定結果及び対応する画像を表示部で表示することを特徴とする溶接検査方法。

Images