JP6470600B2 - 溶接部の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットを使用して自動溶接された溶接部の検査装置に関するものである。

従来より、例えば自動車部品等を生産する工場では、ロボットを使用した自動溶接設備が導入されている。自動溶接の場合には溶接部をカメラ等によって撮影して溶接品質を検査する方法が使用されることがある。

例えば特許文献１では、溶接部にスリット光を照射し、そのスリット光の反射光による光切断画像を得て溶接品質を検査する方法として、光切断画像から得られる線画の屈曲点を求め、屈曲点の位置が所定の範囲におさまらない場合、及び、線画の２つの屈曲点間の線分の長さが所定の範囲におさまらない場合には品質不良と判断するようにしている。

また、例えば特許文献２では、スリット光が照射された溶接部を撮影し、撮影画像によって溶接部の外形状を得て、その外形状に基づいて溶接品質の良否を判定するようにしている。

特開平６−９４６４０号公報 特開２０１１−２４０３６９号公報

ところで、例えば水平な板材と、該板材に対して垂直に配置される板材とを溶接する場合を想定すると、溶接ビードは、水平な板材に接した部分の寸法（溶接ビードの幅）と、垂直な板材に接した部分の寸法（溶接ビードの高さ）とが所定範囲内におさまるようにする必要がある。つまり、溶接ビードの幅を所定範囲内にすることで、溶接ビードが水平な板材に接する面積を所定以上確保し、また、溶接ビードの高さを所定範囲内にすることで、溶接ビードが垂直な板材に接する面積を所定以上確保して、２つの板材の溶接強度、即ち、溶接品質を確保できるようにする。

ところが、特許文献１では、光切断画像から得られる線画の屈曲点の位置や２つの屈曲点間の線分の長さに基づいて溶接品質の良否を判断しているが、溶接ビードの幅や高さについては得られていないので、溶接ビードが、一方の板材及び他方の板材の各々に、どのくらいの面積で接しているのか不明であり、その結果、溶接品質を正確に判定するのは困難であると考えられる。

また、特許文献２では、溶接部の外形状は得ているが、これも溶接ビードの幅や高さについては得られていないので、上述のように溶接品質を正確に判定するのは困難であると考えられる。

また、ロボットを使用した自動溶接設備が導入された生産ラインでは、溶接時の穴あきや位置ずれが発生したときには、ロボットによる溶接位置を修正するためにティーチングが行われる。しかし、ロボットのティーチングは、修正が必要になった原因を調査せずに行われ、その場しのぎの対策となり、根本的な対策にはならないことが多い。すなわち、ロボットによる溶接位置の修正が必要になった原因を調査するには長い時間を要し、その間、生産ラインを停止して生産に影響をきたすことになるので、とりあえずティーチングで済ませている現状がある。

また、ロボットによる溶接位置の修正が必要になった原因の殆どは、治具の摩耗や溶接される部材の精度不良等であり、ロボットによる溶接位置のずれが根本的な原因になることはまれである。このような状況でロボットのティーチングを繰り返し行うと、もともと問題が起きていない部位に新たな不良を引き起こすケースもあり、好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶接品質を正確に判定できるようにすることにある。

以下の手段によって上記目的を達成した。

第１の発明は、
第１被溶接部材と第２被溶接部材とがロボットによって溶接ビードが形成されるように自動で溶接された溶接部の検査装置において、
上記溶接ビードと、該溶接ビードから上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材に亘ってスリット光を照射する光照射部と、
上記光照射部によってスリット光が照射された部位を光切断画像として撮影する撮影装置と、
上記撮影装置で得られた光切断画像に基づいて、上記溶接ビードの表面から上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材の表面に亘る上記溶接部の表面形状を２次元データとして得る画像処理部とを備え、
上記画像処理部は、
２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が１つであり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が１つであり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
上記第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、上記第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と上記第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と上記第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする。

すなわち、溶接部の表面形状において第１被溶接部材側に凹部やスパッタ等による凸部が存在している場合には、複数の第１屈曲点があることになる。この発明では、溶接部の表面形状において第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点が１つである場合に、その第１屈曲点を、溶接ビードと第１被溶接部材との境界点とするので、凹部や凸部の影響によって複数の屈曲点が生じている場合を排除することが可能になる。これにより、境界点が正確に定まる。同様に、溶接部の表面形状において第２被溶接部材側に凹部やスパッタ等による凸部が存在している場合にも、溶接ビードと第２被溶接部材との境界点が正確に定まる。

そして、そのようにして得られた境界点に基づいて溶接ビードの高さ及び溶接ビードの幅が得られるので、溶接ビードが第１被溶接部材及び第２被溶接部材の各々にどのくらいの面積で接しているのかが明確になる。これにより、溶接品質を正確に判定することが可能になる。

第２の発明は、
第１被溶接部材と第２被溶接部材とがロボットによって溶接ビードが形成されるように自動で溶接された溶接部の検査装置において、
上記溶接ビードと、該溶接ビードから上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材に亘ってスリット光を照射する光照射部と、
上記光照射部によってスリット光が照射された部位を光切断画像として撮影する撮影装置と、
上記撮影装置で得られた光切断画像に基づいて、上記溶接ビードの表面から上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材の表面に亘る上記溶接部の表面形状を２次元データとして得る画像処理部とを備え、
上記画像処理部は、
２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする。

すなわち、例えば、溶接部の表面形状において第１被溶接部材側に凹部やスパッタ等による凸部が存在している場合には、それら凹部や凸部は溶接ビードの外方に位置していることが殆どである。本発明では、溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点を基準とし、その第１屈曲点を溶接ビードと第１被溶接部材との境界点としているので、溶接ビードと第１被溶接部材との境界点が正確に定まる。同様に、溶接部の表面形状において第２被溶接部材側に凹部やスパッタ等による凸部が存在している場合にも、溶接ビードと第２被溶接部材との境界点が正確に定まる。

そして、そのようにして得られた境界点に基づいて溶接ビードの高さ及び溶接ビードの幅が得られるので、溶接ビードが第１被溶接部材及び第２被溶接部材の各々にどのくらいの面積で接しているのかが明確になる。これにより、溶接品質を正確に判定することが可能になる。

第３の発明は、第１の発明において、
上記画像処理部は、
２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２の発明と同様に、溶接ビードと第１被溶接部材との境界点及び溶接ビードと第２被溶接部材との境界点が正確に定まるので、溶接品質を正確に判定することが可能になる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、
上記画像処理部の処理結果に基づいて上記溶接部の溶接品質の傾向を得る溶接品質判断部を備え、
上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さ及び上記溶接ビードの幅を所定時間毎に得て、上記溶接ビードの高さ及び上記溶接ビードの幅の変化に基づいて上記溶接部の溶接品質の傾向を得るように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、溶接品質判断部が、溶接ビードの高さ及び溶接ビードの幅を所定時間毎に得るので、溶接ビードの高さ及び溶接ビードの幅の変化が分かり、これにより、溶接部の溶接品質が良好なまま維持されているのか、それとも悪化しているのかを傾向に基づいて正確に判断することが可能になる。

第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、
上記画像処理部は、スリット光の延びる方向に並ぶ複数の点群によって２次元データを生成することを特徴とする。

この構成によれば、溶接部の表面形状をモデル化して得ることが可能になる。

第６の発明は、第４の発明において、
上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さが所定高さよりも高くなった場合には、上記第１被溶接部材を固定する治具に異常が発生したと推定するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、溶接ビードの高さに基づいて溶接品質の悪化の要因として治具の異常を推定することが可能になる。

第７の発明は、第４の発明において、
上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さが所定高さよりも低くなり、かつ、上記溶接ビードの幅が所定幅よりも狭くなった場合には、上記第１被溶接部材と上記第２被溶接部材との隙間が増大したと推定するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、溶接ビードの高さ及び幅に基づいて、溶接品質の悪化の要因として第１被溶接部材と第２被溶接部材との隙間の異常を推定することが可能になる。

第１〜第３の発明によれば、溶接部の表面形状に凹部や凸部等が存在していても、それらの影響を排除して溶接品質を正確に判定することができる。

第４の発明によれば、溶接部の溶接品質を傾向に基づいて正確に判断することができる。

第５の発明によれば、スリット光の延びる方向に並ぶ複数の点群によって２次元データを生成するようにしたので、溶接部の表面形状を容易にモデル化することができる。

第６の発明によれば、溶接ビードの高さに基づいて治具の異常を推定することができる。

第７の発明によれば、溶接ビードの高さ及び幅に基づいて第１被溶接部材と第２被溶接部材との隙間の異常を推定することができる。

検査装置のブロック図である。 実施形態に係る溶接検査によって検査される溶接部を示す斜視図である。 溶接部の検査要領を説明する断面図である。 溶接部の２次元データを生成する要領を示す図である。 境界点を得る要領を説明する図である。 ２つの境界点を得る要領を説明する図である。 溶接ビードの高さと幅を得る要領を説明する図である。 溶接部の表面形状に屈曲点が１つである場合の説明図である。 溶接部の表面形状に凹部がある場合の説明図である。 溶接部の表面形状に凸部がある場合の説明図である。 治具と上板材との間に異物が存在している場合の溶接部の断面図である。 上板材を保持する治具が摩耗した場合の溶接部の断面図である。 上板材と下板材との隙間が拡大した場合の溶接部の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る溶接部の検査装置１のブロック図である。この検査装置１は、図２に示すように上板材（第１被溶接部材）１０と下板材（第２被溶接部材）２０との溶接部の溶接品質を検査するためのものである。この実施形態では、上板材１０が上下方向に延び、下板材２０が上板材１０の下方において水平方向に延び、上板材１０の下縁部が下板材２０の表面（上面）に突き合わされた状態ですみ肉溶接されている。上板材１０と下板材２０は、図示しないが、ロボットによって自動でアーク溶接されている。ロボットによる自動溶接設備は従来周知であるので詳細な説明は省略するが、産業用ロボットのアームに溶接トーチを取り付け、ロボット制御装置に記憶されたプログラムに従って溶接トーチをロボットによって所定の軌跡を描くように動かして溶接を行うことができるように構成されている。溶接トーチの動きは、始点から終点までの全体をティーチングによってロボット制御装置に記憶させることや、軌跡上の一部分の動きをティーチングによって修正してロボット制御装置に記憶することができるようになっている。ロボットによって形成された溶接ビードは符号３０で示している。また、上板材１０及び下板材２０は、例えばプレス成形された板材とすることも可能である。

尚、この実施形態では、上板材１０及び下板材２０を溶接する場合について説明したが、これに限らず、２枚の板材はどのような向きで配置されていても構わない。また、上板材１０及び下板材２０の形状も特に限定されるものではない。

上板材１０と下板材２０とが上述したようにロボットによって溶接ビード３０が形成されるように自動で溶接された溶接部を上記検査装置１が検査する。図１に示すように、検査装置１は、３次元撮影装置２と、レーザー光照射装置（光照射部）３と、表示部４と、制御部７とを備えている。図３に示すように、３次元撮影装置２と、レーザー光照射装置３とは一体化されており、自動溶接用のロボットとは別の産業用ロボットＲに取り付けられている。この産業用ロボットＲも自動溶接用のロボットと同様に所定のプログラムに従って動作し、３次元撮影装置２とレーザー光照射装置３を所定の軌跡を描くように動かして溶接ビード３０を連続的に検査することができるようになっている。産業用ロボットＲのティーチングも可能である。

３次元撮影装置２は、例えば３次元カメラ等のように３次元画像を撮影可能な撮影装置で構成されている。３次元カメラは、従来周知の光切断法によって対象物を撮影する際に用いることができる一般的なカメラであればよいので、詳細な説明は省略する。３次元撮影装置２によって光切断画像を得ることで、周辺の明るさの度合いやハレーションの影響によって光切断画像に生じる誤差が小さくなる。

また、レーザー光照射装置３は、レーザー光を生成するレーザー発振器（図示せず）を備えており、図３に示すように扇形に広がるレーザー光を上板材１０及び下板材２０の溶接部に対して照射することができるように構成されている。上板材１０及び下板材２０の溶接部に照射されたレーザー光は、スリット光Ｌ（図３及び図４に照射範囲を仮想線で示す）となる。この実施形態ではスリット光Ｌが、溶接ビード３０の長手方向に対して直交する方向に延びるように配光される。また、スリット光Ｌの照射範囲は、溶接ビード３０の表面を、該溶接ビード３０の長手方向に直交する方向に横切るとともに、溶接ビード３０の上縁部から上板材１０の表面に亘り、かつ、溶接ビード３０の下縁部から下板材２０の表面に亘って連続している。レーザー光照射装置３は、産業用ロボットＲによって溶接トーチ（図示せず）を追うように移動し、溶接トーチによって形成された直後の溶接ビード３０にスリット光Ｌを連続的に照射していくように構成されている。

３次元撮影装置２もレーザー光照射装置３と同様に移動する。３次元撮影装置２は、レーザー光照射装置３によってスリット光Ｌが照射された部位を光切断画像として順次撮影するように構成されている。

制御部７には、３次元撮影装置２、レーザー光照射器３及び表示部４が接続されている。制御部７には、３次元撮影装置２から出力された映像信号が入力される。また、制御部７は、レーザー光照射器３を制御して、レーザー光照射器３にスリット光を照射させることができるようになっている。また、表示部４は、制御部７によって制御される液晶ディスプレイパネル等で構成されたものであり、後述する検査結果や推定結果等を表示することができる。

制御部７は、例えば各種記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）や中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を備えたマイクロコンピュータで構成されており、記憶装置に記憶されたプログラムに従って動作する。この制御部７は、画像処理部７ａと溶接品質判断部７ｂとを備えている。

画像処理部７ａは、３次元撮影装置２で得られた光切断画像に基づいて、溶接ビード３０の表面から上板材１０及び下板材２０の表面に亘る溶接部の表面形状を得ることができるように構成されている。この実施形態において、溶接部とは、溶接ビード３０だけでなく、上板材１０の表面における溶接ビード３０近傍の部分と、下板材２０の表面における溶接ビード３０近傍の部分も含んでいる。

図４に示すように、仮想線で示すスリット光Ｌが照射された範囲を３次元撮影装置２で撮影して溶接ビード３０の表面形状と、上板材１０の表面形状と、下板材２０の表面形状、即ち、溶接部の形状を、スリット光Ｌの延びる方向に並ぶ複数の点群によって表す。点群は、３次元撮影装置２で撮影された３次元画像データに基づいて得ることができる。

点群を構成している隣合う点の間隔は任意に設定することができるが、後述する境界点を正確に求めるためには、点の間隔は狭くし、図８〜図１０において太線で示すように、ほぼ１本の線を形成するように連続させた方が好ましい。

画像処理部７ａは、上記点群によって溶接部の表面形状を２次元データとして得ることができる。画像処理部７ａは、図５に示すように、得られた点群を４５°左に回転させる処理を行う。そして、ＸＹ座標系を描き、溶接ビード３０と上板材１０との境界点、及び溶接ビード３０と下板材２０との境界点を得る処理を行う。

境界点を得る処理は次のようにして行う。はじめに、あらかじめ点群のＸ軸方向の中央部を求め、その中央部を通ってＹ軸方向に延びる直線Ｃを生成する。直線Ｃよりも左側の領域が、溶接部の表面形状において上板材１０側であり、直線Ｃよりも右側の領域が、溶接部の表面形状において下板材２０側である。

溶接部の表面形状において上板材１０側を表す点群のうち、任意の点Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ）を指定する。そして、溶接部の表面形状を表す点群のうち、ＰｉからＸ軸のマイナス方向にＤピクセルだけ離れた第１近傍点Ｐ（ｉ−Ｄ）を指定し、ＰｉからＸ軸のプラス方向にＤピクセルだけ離れた第２近傍点Ｐ（ｉ＋Ｄ）を指定する。

第１近傍点Ｐ（ｉ−Ｄ）と点Ｐｉとを結ぶ第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と、第２近傍点Ｐ（ｉ＋Ｄ）と点Ｐｉとを結ぶ第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））とを得る。第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））とは、点群の並ぶ方向、つまり溶接部の表面形状に沿う方向に延びるとともに、隣合っている。図５に示す第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））は、点Ｐｉを始点として左斜め上方へ延び、また、図５に示す第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））は、点Ｐｉを始点として右斜め下方へ延びている。

その後、第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））とのなす角度θ（０°≦θ≦１８０°）を求める。上板材１０の表面は平坦であるため、上板材１０の表面形状を表している部分では、隣合う第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））とのなす角度θは、ほぼ１８０°の大きな角度となる。Ｘ軸の値ｉは、溶接部の表面形状において上板材１０側を表す点群が始まるところ（左端に位置する点）から点群が終わるところ（直線Ｃ上に位置する点）まで徐々に大きくしていく。

溶接部の表面形状において上板材１０側の全体について左側から右側に順に第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））を得て角度θの大きさを求める。角度θが最も小さくなる第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））の始点Ｐｉを図７に示すように第１屈曲点Ａとする。このとき、例えば図８に示すように、溶接部の表面形状において上板材１０側に１つしか第１屈曲点Ａがない場合と、図９や図１０に示すように、溶接部の表面形状において上板材１０側に複数の第１屈曲点（例えばＡ１〜Ａ５）がある場合とが存在する。図９では、溶接部の表面形状において上板材１０側に符号１００で示すような凹部が存在している場合を示しており、また、図１０では、溶接部の表面形状において上板材１０側に符号１０１で示すようなスパッタ等による凸部が存在している場合を示している。

まず、凹部や凸部のない図８の場合について説明すると、この場合は溶接部の表面形状において上板材１０側に第１屈曲点Ａが１つしかないので、この第１屈曲点Ａを基準とする。そして、第１屈曲点Ａから、点群における上板材１０の表面形状を表す部分に沿って延びる第１延長線Ｅを生成する。第１延長線Ｅは、上板材１０の表面形状を近似的に表している。溶接部の表面形状において上板材１０側が、第１屈曲点Ａから溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって上板材１０の表面から離れる形状である場合には、第１屈曲点Ａを、溶接ビード３０と上板材１０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において上板材１０側を示す線と、第１延長線Ｅとの間の斜線で示す部分の面積がＸ軸の＋方向に徐々に増加している場合には、その斜線で示す部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と上板材１０との境界点が正確に定まる。

一方、図９に示すように上板材１０の表面に凹部１００が存在している場合には、その凹部１００の形状や個数にもよるが、合計で５つの第１屈曲点Ａ１〜Ａ５がある場合がある。第１屈曲点Ａ１〜Ａ４は、凹部１００を形成する屈曲点であり、溶接ビード３０と上板材１０との境界点とはなり得ない屈曲点である。この場合には、溶接ビード３０の内方に最も近い屈曲点、即ち、直線Ｃに最も近い第１屈曲点Ａ５を基準とする。これにより、凹部１００を形成する屈曲点Ａ１〜Ａ４を除外することができるので、上板材１０の表面の凹部１００を溶接ビード３０の一部であると誤って推定してしまうのを未然に防止できる。

第１屈曲点Ａ５を基準とした後、その第１屈曲点Ａ５から、点群における上板材１０の表面形状を表す部分に沿って延びる第１延長線Ｅを生成する。溶接部の表面形状において上板材１０側が、第１屈曲点Ａ５から溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって上板材１０の表面から離れる形状である場合には、第１屈曲点Ａ５を、溶接ビード３０と上板材１０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において上板材１０側を示す線と、第１延長線Ｅとの間の斜線で示す部分の面積がＸ軸の＋方向に徐々に増加している場合には、その斜線で示す部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と上板材１０との境界点が正確に定まる。

また、図１０に示すように上板材１０の表面に凸部１０１が存在している場合には、その凸部１０１の形状にもよるが、４つの第１屈曲点Ａ１〜Ａ４がある場合がある。第１屈曲点Ａ１〜Ａ３は、凸部１０１を形成する屈曲点であり、溶接ビード３０と上板材１０との境界点とはなり得ない屈曲点である。この場合には、溶接ビード３０の内方に最も近い屈曲点、即ち、直線Ｃに最も近い第１屈曲点Ａ４を基準とする。これにより、凸部１０１を形成する屈曲点Ａ１〜Ａ３を除外することができるので、上板材１０の表面の凸部１０１を溶接ビード３０の一部であると誤って推定してしまうのを未然に防止できる。

第１屈曲点Ａ４を基準とした後、その第１屈曲点Ａ４から、点群における上板材１０の表面形状を表す部分に沿って延びる第１延長線Ｅを生成する。溶接部の表面形状において上板材１０側が、第１屈曲点Ａ４から溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって上板材１０の表面から離れる形状である場合には、第１屈曲点Ａ４を、溶接ビード３０と上板材１０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において上板材１０側を示す線と、第１延長線Ｅとの間の斜線で示す部分の面積がＸ軸の＋方向に徐々に増加している場合には、その斜線で示す部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と上板材１０との境界点が正確に定まる。

次に、溶接ビード３０と下板材２０との境界点を得る。図６に示すように、点群における直線Ｃよりも右側領域の全体について左側から右側に順に第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））を得て角度θの大きさを求める。角度θが最も小さくなる第１線分（ＰｉＰ（ｉ−Ｄ））と第２線分（ＰｉＰ（ｉ＋Ｄ））の始点Ｐｉを図７に示すように第２境界点Ｂとする。そして、上述した左側領域の場合と同様にして境界点を得る。

すなわち、溶接部の表面形状において下板材２０側に第２屈曲点Ｂが１つしかない場合には、その第２屈曲点Ｂを基準とする。その後、第２屈曲点Ｂから、点群における下板材２０の表面形状を表す部分に沿って延びる第２延長線Ｆ（図７に示す）を生成する。第２延長線Ｆは、下板材２０の表面形状を近似的に表している。溶接部の表面形状において下板材２０側が、第２屈曲点Ｂから溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって下板材２０の表面から離れる形状である場合には、第２屈曲点Ｂを、溶接ビード３０と下板材２０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において下板材２０側を示す線と、第２延長線Ｆとの間の部分の面積がＸ軸の−方向に徐々に増加している場合には、その部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と下板材２０との境界点が正確に定まる。

一方、下板材２０の表面に凹部が存在している場合には、複数の第２屈曲点Ｂがある場合がある。この場合には、溶接ビード３０の内方に最も近い屈曲点、即ち、直線Ｃに最も近い第２屈曲点Ｂを基準とする。これにより、下板材２０の表面の凹部を溶接ビード３０の一部であると誤って推定してしまうのを未然に防止できる。

溶接ビード３０の内方に最も近い第２屈曲点Ｂを基準とした後、その第２屈曲点Ｂから、点群における下板材２０の表面形状を表す部分に沿って延びる第２延長線Ｆを生成する。溶接部の表面形状において下板材２０側が、第２屈曲点Ｂから溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって下板材２０の表面から離れる形状である場合には、その第２屈曲点Ｂを、溶接ビード３０と下板材２０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において下板材２０側を示す線と、第２延長線Ｆとの間の面積がＸ軸の−方向に徐々に増加している場合には、その部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と下板材２０との境界点が正確に定まる。

また、下板材２０の表面に凸部が存在している場合には、複数の第２屈曲点Ｂがある場合がある。この場合には、溶接ビード３０の内方に最も近い屈曲点、即ち、直線Ｃに最も近い第２屈曲点Ｂを基準とする。これにより、下板材２０の表面の凸部を溶接ビード３０の一部であると誤って推定してしまうのを未然に防止できる。

第２屈曲点Ｂを基準とした後、その第２屈曲点Ｂから、点群における下板材２０の表面形状を表す部分に沿って延びる第２延長線Ｆを生成する。溶接部の表面形状において下板材２０側が、第２屈曲点Ｂから溶接ビード３０の内方（直線Ｃ）へ向かって下板材２０の表面から離れる形状である場合には、第２屈曲点Ｂを、溶接ビード３０と下板材２０との境界点とする。つまり、溶接部の表面形状において下板材２０側を示す線と、第２延長線Ｆとの間の部分の面積がＸ軸の−方向に徐々に増加している場合には、その部分が溶接ビード３０であると推定することができる。これにより、溶接ビード３０と下板材２０との境界点が正確に定まる。

次に、図７に示すように、第１延長線Ｅと第２延長線Ｆとの交点Ｇを求める。交点Ｇは、上板材１０の表面と下板材２０の表面との交点を近似的に表している。交点Ｇを求めた後、交点Ｇと第１境界点Ａとの距離を溶接ビード３０の高さＨとする。すなわち、第１境界点Ａは溶接ビード３０の上縁部近傍であり、交点Ｇは、上板材１０の表面と下板材２０の表面との交点近傍であるため、交点Ｇと第１境界点Ａとの距離が溶接ビード３０の高さＨとなる。

また、交点Ｇと第２境界点Ｂとの距離を溶接ビード３０の幅Ｗとする。すなわち、第２境界点Ｂは溶接ビード３０の下縁部近傍であり、交点Ｇは、上板材１０の表面と下板材２０の表面との交点近傍であるため、交点Ｇと第２境界点Ｂとの距離が溶接ビード３０の幅Ｗ（左右方向の寸法）となる。以上のようにして溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを溶接ビード３０の長手方向に連続的に求めていく。

溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを所定時間毎に得て、溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗの変化に基づいて溶接部の溶接品質の傾向を得る。例えば、生産ライン上において、１組目の上板材１０及び下板材２０の溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを求めた後、２組目の上板材１０及び下板材２０の溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを求め、これを３組目、４組目と繰り返していくことで、所定時間毎に、異なる組も溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを得ることができる。溶接ビード３０の高さＨは、溶接ビード３０が上板材１０の表面に接触している面積を示すことになり、また、溶接ビード３０の幅Ｗは、溶接ビード３０が下板材２０の表面に接触している面積を示すことになる。

溶接ビード３０の高さＨの適正な範囲及び溶接ビード３０の幅Ｗの適正な範囲は、予め制御部７の記憶装置に記憶させておく。そして、溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨが適正な範囲にあり、かつ、溶接ビード３０の幅Ｗが適正な範囲にあれば、溶接品質が良好である旨を表示部４に表示させる。一方、溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨが適正な範囲から外れ、その程度が小さい場合には、次の組の溶接ビード３０の高さＨを見て、その溶接ビード３０の高さＨがさらに適正な範囲から外れていれば、溶接部の溶接品質が悪化する傾向にあると判断して、表示部４に、溶接品質が悪化する傾向にある旨を表示させる。また、同様に、溶接ビード３０の幅Ｗが適正な範囲から外れ、その程度が小さい場合には、次の組の溶接ビード３０の幅Ｗを見て、その溶接ビード３０の幅Ｗがさらに適正な範囲から外れていれば、溶接部の溶接品質が悪化する傾向にあると判断して、表示部４に、溶接品質が悪化する傾向にある旨を表示させる。

実際の溶接現場では、図１１に示すように、上板材１０を治具１００に保持して溶接を行う場合がある。このとき、治具１００と上板材１０との間に異物１０１が介在していることがあり、こうなると上板材１０が適正位置と比較して図１１における右方向に移動した状態になる。この状態で自動溶接を行うと、溶接トーチの位置は変わらないままなので、溶接ビード３０の高さＨが所定高さよりも高くなり、溶接ビード３０の幅Ｗが所定幅よりも狭くなる。所定高さ及び所定幅は、図３に示すＨ及びＷであり、ＨとＷは同じ寸法であってもよいし、異なる寸法であってもよい。溶接品質判断部７ｂは、このことを推定することができるように構成されている。すなわち、溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨが予め記憶装置に記憶された所定高さよりも高くなった場合には、上板材１０を固定する治具１００に異常が発生したと推定する。この推定結果は表示部４に表示される。

また、実際の溶接現場では、図１２に示すように、上板材１０を固定する治具１００が異常摩耗することがあり、こうなると上板材１０が適正位置と比較して図１２における左方向に移動した状態になる。この状態で自動溶接を行うと、溶接トーチの位置は変わらないままなので、溶接ビード３０の高さＨが所定高さよりも低くなり、溶接ビード３０の幅Ｗが所定幅よりも広くなる。溶接品質判断部７ｂは、このことも推定することができるように構成されている。すなわち、溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨが予め記憶装置に記憶された所定高さよりも低くなった場合には、上板材１０を固定する治具１００に異常摩耗が発生したと推定する。この推定結果は表示部４に表示される。

また、実際の溶接現場では、図１３に示すように、下板材２０を治具１０２に保持して溶接を行う場合がある。このとき、下板材２０を保持する治具１０２が異常摩耗することがあり、こうなると下板材２０が適正位置と比較して下方向に移動した状態になるので、上板材１０と下板材２０との隙間が増大する。この状態で自動溶接を行うと、溶接ビード３０の高さＨが所定高さよりも低くなり、かつ、溶接ビード３０の幅Ｗが所定幅よりも狭くなる。溶接品質判断部７ｂは、このことも推定することができるように構成されている。すなわち、溶接品質判断部７ｂは、溶接ビード３０の高さＨが予め記憶装置に記憶された所定高さよりも低くなり、かつ、溶接ビード３０の幅Ｗが予め記憶装置に記憶された所定幅よりも狭くなった場合には、上板材１０と下板材２０との隙間が増大したと推定する。この推定結果は表示部４に表示される。

以上説明したように、この実施形態に係る溶接部の検査装置１によれば、光切断画像に基づいて溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを得ることができ、溶接ビード３０が上板材１０及び下板材２０の各々にどのくらいの面積で接しているのかが明確になる。これにより、溶接品質を正確に判定することができる。

また、溶接部の表面形状に凹部１００や凸部１０１等が存在していても、それらの影響を排除して溶接品質を正確に判定することができる。

また、溶接品質判断部７ｂが、溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗを所定時間毎に得るので、溶接ビード３０の高さＨ及び溶接ビード３０の幅Ｗの変化が分かる。これにより、溶接部の溶接品質が良好なまま維持されているのか、それとも悪化しているのかを傾向に基づいて正確に判断することができる。したがって、溶接用のロボットのティーチングをその場しのぎで行わずに済む。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る溶接部の検査装置は、例えばプレス成形された部材同士を自動溶接する現場で使用することができる。

１ 溶接部の検査装置
２ ３次元撮影装置
３ レーザー光照射器（光照射部）
７ 制御部
７ａ 画像処理部
７ｂ 溶接品質判断部
１０ 上板材（第１被溶接部材）
２０ 下板材（第２被溶接部材）
３０ 溶接ビード
Ｈ 溶接ビードの高さ
Ｗ 溶接ビードの幅

Claims (7)

1. 第１被溶接部材と第２被溶接部材とがロボットによって溶接ビードが形成されるように自動で溶接された溶接部の検査装置において、
   上記溶接ビードと、該溶接ビードから上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材に亘ってスリット光を照射する光照射部と、
   上記光照射部によってスリット光が照射された部位を光切断画像として撮影する撮影装置と、
   上記撮影装置で得られた光切断画像に基づいて、上記溶接ビードの表面から上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材の表面に亘る上記溶接部の表面形状を２次元データとして得る画像処理部とを備え、
   上記画像処理部は、
   ２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が１つであり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
   上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が１つであり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
   上記第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、上記第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と上記第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と上記第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。
2. 第１被溶接部材と第２被溶接部材とがロボットによって溶接ビードが形成されるように自動で溶接された溶接部の検査装置において、
   上記溶接ビードと、該溶接ビードから上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材に亘ってスリット光を照射する光照射部と、
   上記光照射部によってスリット光が照射された部位を光切断画像として撮影する撮影装置と、
   上記撮影装置で得られた光切断画像に基づいて、上記溶接ビードの表面から上記第１被溶接部材及び上記第２被溶接部材の表面に亘る上記溶接部の表面形状を２次元データとして得る画像処理部とを備え、
   上記画像処理部は、
   ２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
   上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
   上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と上記溶接ビードの内方に最も近い第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と上記溶接ビードの内方に最も近い第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。
3. 請求項１に記載の溶接部の検査装置において、
   上記画像処理部は、
   ２次元データとして得た上記溶接部の表面形状において上記第１被溶接部材側に存在する第１屈曲点を得て、得られた第１屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第１被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点を、上記溶接ビードと上記第１被溶接部材との境界点とし、
   上記溶接部の表面形状において上記第２被溶接部材側に存在する第２屈曲点を得て、得られた第２屈曲点が複数あり、かつ、上記溶接部の表面形状が、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点から上記溶接ビードの内方へ向かって上記第２被溶接部材の表面から離れる形状である場合には、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点を、上記溶接ビードと上記第２被溶接部材との境界点とし、
   最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点から上記第１被溶接部材の表面部分に沿って延びる第１延長線と、最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点から上記第２被溶接部材の表面部分に沿って延びる第２延長線との交点を求め、上記交点と最も上記溶接ビードの内方に近い第１屈曲点との距離を上記溶接ビードの高さとし、上記交点と最も上記溶接ビードの内方に近い第２屈曲点との距離を上記溶接ビードの幅とするように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の溶接部の検査装置において、
   上記画像処理部の処理結果に基づいて上記溶接部の溶接品質の傾向を得る溶接品質判断部を備え、
   上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さ及び上記溶接ビードの幅を所定時間毎に得て、上記溶接ビードの高さ及び上記溶接ビードの幅の変化に基づいて上記溶接部の溶接品質の傾向を得るように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の溶接部の検査装置において、
   上記画像処理部は、スリット光の延びる方向に並ぶ複数の点群によって２次元データを生成することを特徴とする溶接部の検査装置。
6. 請求項４に記載の溶接部の検査装置において、
   上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さが所定高さよりも高くなった場合には、上記第１被溶接部材を固定する治具に異常が発生したと推定するように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。
7. 請求項４に記載の溶接部の検査装置において、
   上記溶接品質判断部は、上記溶接ビードの高さが所定高さよりも低くなり、かつ、上記溶接ビードの幅が所定幅よりも狭くなった場合には、上記第１被溶接部材と上記第２被溶接部材との隙間が増大したと推定するように構成されていることを特徴とする溶接部の検査装置。

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