JP7073732B2 - 溶接ビードの外観評価方法および外観評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ビードの外観評価方法および外観評価装置に関し、さらに詳しくは、光学的手段を用いた検出法による溶接ビードの外観評価方法および外観評価装置に関する。

従来の溶接ビードの外観評価方法の１つに、光学的手段を用いて溶接ビードの表面形状を検出する方法がある。例えば、特許文献１に示されるように、仮付け溶接された鋼管の外面シーム部を形成する一端部および他端部の位置範囲に対応する演算処理範囲を設定の上、演算処理範囲について算出した一端部および他端部の断面形状の変位量のうちの所定の閾値以下の変位量をもとに、一端部のシームエッジ部および他端部のシームエッジ部の位置を算出する検出方法が用いられている。

また、特許文献２に示されるように、第一母材または／および第二母材と溶接ビードとを含む断面プロファイルの第一母材または／および第二母材上に、母材推定区間とビードエッジ探索区間とから成る母材区間を設定の上、母材推定区間中の断面プロファイルのデータから推定した母材推定曲線を用いて、ビードエッジ探索区間におけるビードエッジを検出する溶接ビード検査方法が用いられている。

特開２０１５－１００８３８号公報 特開２０１０－０２５８１８号公報

溶接ビードの外観評価には、正確なビード端部の位置の特定が必要であり、ビード端部の位置の検出誤差が、溶接ビードの形状の評価における誤差として大きく影響を及ぼしうる。特に、ビード端部と母材との間の段差がほとんどない場合は、光学的手段を用いた検出法を精度良く行うことが困難となる。また、測定条件にばらつきが生じた場合や、ワークの表面に溶接ビード以外の凹凸形状が存在する場合には、ビード端部の位置を特定することが困難となりやすい。

例えば、重ね継手溶接および突き合わせ溶接において、ビード端部の位置の余盛り高さが低く、ビード端部の位置と母材との形状変化が緩やかな場合には、ビード端部の位置と母材との形状差の小ささのために、ビード端部の位置の検出が困難となりやすい。また、ビード端部の位置の近傍にスパッタ等、ビード以外の凸構造がある場合には、その凸構造をビード端部の立ち上がりと認識することによるビード端部の位置の誤検出が問題となる。中でも、ある長さにわたって形成された溶接ビードの端部の位置を検出する場合に、長さ方向の全領域で、ビード端部の位置を正確に検出することは困難となりやすい。

特許文献１では、演算処理範囲について、鋼管の外周方向の位置変化に対する一端部および他端部の断面形状の変位量をもとに、一端部および他端部のシームエッジ部の位置を算出している。しかし、断面形状の変化が緩やかな場合には、変位量が極めて小さくなり、シームエッジ部が算出されないことがありうる。

また、特許文献２では、各断面プロファイル毎にビードエッジ探索区間におけるビードエッジを検出しており、ビードエッジが検出されない場合は、ビードエッジ探索区間を、ビード側に任意の区間幅だけ移動させてビードエッジ探索区間を更新することにより、ビードエッジを検出する。しかし、母材とビードエッジとの断面形状の変化が緩やかな場合には、ビードエッジ探索区間を更新したとしても、ビードエッジを検出できないことや、ビードエッジの位置に誤差が発生することがありうる。

さらに、特許文献１、２のいずれの場合にも、シームエッジやビードエッジの検出時に、検出飛びや検出誤差が発生した場合には、シームエッジやビードエッジの位置が検出されないこと、あるいは検出された位置に誤差が発生することがある。これらのように、シームエッジやビードエッジの検出が不可能な箇所や不正確な箇所が生じた際に、対処する方法は、特許文献１、２には開示されていない。

本発明が解決しようとする課題は、溶接ビードの長手方向に沿って溶接ビードの端部の位置を検出するに際し、検出が不可能な部位や不正確な部位が生じたとしても、ビード端部の位置を、溶接ビードの長手方向に沿って連続的に、高精度に評価することができる溶接ビードの外観評価方法および外観評価装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる溶接ビードの外観評価方法は、ワークの表面に形成された溶接ビードの立ち上がりの端部であるビード端部の位置を、前記溶接ビードに光を照射して発生する反射光によって検出する検出手段を用いた溶接ビードの外観評価方法において、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードを含む前記ワークの表面形状の情報を、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿った測定幅にわたって前記検出手段によって前記溶接ビードの長手方向に沿って検出するワーク形状検出ステップと、前記ワークの表面形状の情報に含まれる、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードの立ち上がりの位置を、測定端部として検出し、前記溶接ビードの長手方向に沿ってプロットする測定端部データ作成ステップと、プロットした前記測定端部のデータを、前記溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより前記測定端部のデータの間を補間した近似端部を算出することで前記ビード端部の位置を特定する近似端部算出ステップと、を備えることを要旨とする。

ここで、前記測定端部データ作成ステップは、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って、前記ワークにおける前記溶接ビードの高さを、微分し、該微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を前記測定端部とみなすとよい。

また、前記測定端部データ作成ステップにおいて、前記測定端部が検出された第一の場合には、検出された前記測定端部を前記ビード端部の位置として採用し、前記測定端部が検出されない第二の場合には、前記近似端部算出ステップにより特定した前記近似端部を、前記ビード端部の位置として採用し、前記第一の場合と第二の場合で採用した前記ビード端部の位置をつなぎ合わせることで、前記溶接ビードの長手方向に沿った前記ビード端部の位置を特定するビード端部特定ステップをさらに有するとよい。

また、前記近似端部算出ステップの後に、近似端部再検出ステップをさらに実施し、前記近似端部の長手方向に沿って、前記近似端部を含む前記ワーク形状検出ステップにおける前記測定幅よりも狭い所定幅の測定エリアを設定し、前記測定エリア内において、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って前記検出手段によって前記溶接ビードの立ち上がりの位置を再度検出することにより該立ち上がりの位置を検出して、再測定端部とし、前記再測定端部によって前記近似端部を置換し、前記ビード端部の位置を特定するとよい。

また、前記近似端部再検出ステップにおいて、前記再測定端部が検出された第一の場合には、検出された前記再測定端部を前記ビード端部の位置として採用し、前記再測定端部が検出されない第二の場合には、前記近似端部算出ステップにより特定した前記近似端部、または前記再測定端部のデータを、前記溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより前記再測定端部のデータの間を補間した再近似端部を、前記ビード端部の位置として採用し、前記第一の場合と第二の場合で採用した前記ビード端部の位置をつなぎ合わせることで、前記溶接ビードの長手方向に沿った前記ビード端部の位置を特定するビード端部特定ステップをさらに有するとよい。

また、前記ビード端部の位置のデータをもとに、前記溶接ビードの表面形状の寸法評価をする溶接ビード寸法評価ステップをさらに備えるとよい。

また、前記検出手段は、前記溶接ビードに帯状のレーザー光を、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に掃引することなく、前記帯状の長手方向が前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って一度に照射して発生する反射光を用いて前記溶接ビードの前記ビード端部の位置を検出するとよい。

そして、前記ワークは、複数の板材間に設けられた段差部に対して、肉盛溶接することにより前記溶接ビードが形成されているとよい。

一方、本発明にかかる溶接ビードの外観評価装置は、前記溶接ビードが形成された前記ワークに対してレーザー光を照射して前記ワーク表面までの距離を測定する前記検出手段としてのレーザー変位計と、距離センサにより前記レーザー変位計を前記溶接ビードの長手方向に沿って相対的に変位させるレーザー変位計走査手段と、前記レーザー変位計によって得られた測定結果に対する情報処理を行う情報処理手段と、を有し、上記の溶接ビードの外観評価方法を実施することを要旨とする。

上記発明にかかる溶接ビードの外観評価方法においては、溶接ビードの長手方向に沿って検出したワークの表面形状の情報から測定端部を検出し、その測定端部のデータを溶接ビードの長手方向に沿ってプロットした後、直線または曲線に近似することにより溶接ビードの長手方向に沿って測定端部のデータの間を補間した近似端部を算出することでビード端部の位置を特定する。そのため、段差部に溶接する場合等、ビード端部の位置と母材との形状変化が緩やかであること等により、溶接ビードの長手方向に沿って部分的に、検出手段で得たワークの表面形状の情報から直接ビード端部の位置を検出できない箇所がある場合でも、補間して算出することにより、ビード端部の位置を特定できる。これにより、ビード端部の位置を、溶接ビードの長手方向に沿って連続的に推定し、評価することができる。また、スパッタ等、ビード端部以外の立ち上がり構造の存在や、測定条件のばらつき等の要因により、ビード端部の位置について誤検出が局所的に起こったとしても、直線または曲線への近似を行うことで、それら誤検出の寄与を小さくし、溶接ビードの長手方向全域において高精度にビード端部の位置を評価することが可能となる。

ここで、測定端部データ作成ステップは、溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って、ワークにおける溶接ビードの高さを、微分し、該微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を測定端部とみなす場合には、微分により、立ち上がり構造を敏感に検出できるようになるので、ビード端部の位置と母材との形状変化が緩やかである場合にも、高感度にビード端部の位置を評価することができる。

また、測定端部データ作成ステップにおいて、測定端部が検出された第一の場合には、検出された測定端部をビード端部の位置として採用し、測定端部が検出されない第二の場合には、近似端部算出ステップにより特定した近似端部を、ビード端部の位置として採用し、第一の場合と第二の場合で採用したビード端部の位置をつなぎ合わせることで、溶接ビードの長手方向に沿ったビード端部の位置を特定するビード端部特定ステップをさらに有する場合には、検出手段における測定条件にばらつきがあることや、ワークの形状変化が緩やかなこと等に起因して、測定端部が検出されない箇所が存在する場合でも、近似端部算出ステップにより特定した近似端部をビード端部の位置として採用することにより、それらの箇所のビード端部の位置を推定できる。これにより、ビード端部を検出手段で検出できない箇所が存在しても、ビード端部の位置を、溶接ビードの長手方向に沿って連続的に評価することができる。

また、近似端部算出ステップの後に、近似端部再検出ステップをさらに実施し、近似端部の長手方向に沿って、近似端部を含むワーク形状検出ステップにおける測定幅よりも狭い所定幅の測定エリアを設定し、測定エリア内において、溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って検出手段によって溶接ビードの立ち上がりの位置を再度検出することにより該立ち上がりの位置を検出して、再測定端部とし、再測定端部の測定結果によって近似端部を置換し、ビード端部の位置を特定する場合には、より高い検出精度で、ビード端部の位置を検出することができる。なぜなら、ワーク形状検出ステップにおいては、ビード端部の位置の不確定性が高いため、測定幅を広めに設定する必要があるが、一旦、ビード端部を検出することができれば、ワーク形状検出ステップにおいて測定を行った測定幅よりも狭い所定幅を設定し、検出手段による測定を行うことができるからである。これにより、再測定端部の測定時に、狭く設定した測定エリアの外のワークの表面形状の情報は検出されなくなるため、狭い測定エリアの外に形成されているスパッタ等の凸状構造の立ち上がりを、ビード端部の位置として誤検出することがなくなる。このように、測定エリアを狭めた再測定を行わない場合に比べてビード端部の位置の検出精度を高めることができる。また、測定幅を狭くすることで、溶接ビードに光を照射して発生する反射光によってビード端部の位置を検出する検出手段による計測自体の精度も高めやすくなる。

また、近似端部再検出ステップにおいて、再測定端部が検出された第一の場合には、検出された再測定端部をビード端部の位置として採用し、再測定端部が検出されない第二の場合には、近似端部算出ステップにより特定した近似端部、または再測定端部のデータを、溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより再測定端部のデータの間を補間した再近似端部を、ビード端部の位置として採用し、第一の場合と第二の場合で採用したビード端部の位置をつなぎ合わせることで、溶接ビードの長手方向に沿ったビード端部の位置を特定するビード端部特定ステップをさらに有する場合には、検出手段における測定条件にばらつきがあることや、ワークの形状変化が緩やかなこと等に起因して、測定端部が検出されない箇所が存在する場合でも、近似端部算出ステップにより特定した近似端部、または再近似端部をビード端部の位置として採用することにより、それらの箇所のビード端部の位置を推定できる。これにより、ビード端部を検出手段で検出できない箇所が存在しても、ビード端部の位置を、溶接ビードの長手方向に沿って連続的に評価することができる。

また、特定したビード端部の位置のデータをもとに、溶接ビードの表面形状の寸法評価をする溶接ビード寸法評価ステップをさらに備える場合には、特定したビード端部の位置のデータを基準として用いて、溶接ビードの寸法評価を、長手方向に沿って連続的に、高精度に実施できる。これにより、正確な溶接ビードの表面形状の寸法評価をすることができる。

また、検出手段は、溶接ビードに帯状のレーザー光を、溶接ビードの長手方向に交差する方向に掃引することなく、帯状の長手方向が溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って一度に照射して発生する反射光を用いて溶接ビードのビード端部の位置を検出する場合には、帯状のレーザー光を一度に照射することにより、レーザー光を溶接ビードの長手方向に交差する方向に掃引して照射する場合に比べて、ワークの表面形状の情報を検出する時間を短縮できる。これにより、ビード端部の位置の検出時間を短縮できる。

そして、ワークは、複数の板材間に設けられた段差部に対して、肉盛溶接することにより溶接ビードが形成されている場合には、溶接ビードと複数の板材との形状変化が緩やかで、ビード端部と段差の上側に相当する板材との段差がほとんどない形状変化の緩やかなワークとなる場合も多いが、上記のような方法を用いることにより、形状変化の緩やかさのために、検出手段によって、ビード端部の位置を直接的に検出できない箇所や測定が不正確な箇所が部分的に生じたとしても、ビード端部の位置の評価において、溶接ビードの長手方向における連続性を担保できる。

一方、上記発明にかかる溶接ビードの外観評価装置によれば、簡素な構成で、ビード端部の位置を、溶接ビードの長手方向に沿って連続的に評価できる。これにより、形状変化が緩やかなワークに対しても、ビード端部の位置の評価において、溶接ビードの長手方向における連続性を担保できる。

本発明の一実施形態の溶接ビードの外観評価装置を示す外観図である。 （ａ）外観評価の対象とするワークを示す図１のＡ－Ａ線断面図である。（ｂ）（ａ）の点線矩形部の拡大図である。 ビード端部の位置を特定する方法の一例を示すフロー図である。 （ａ）ワーク形状検出ステップを説明する模式図である。（ｂ）ワークの表面の高さの分布を説明する模式図である。 ワークの表面の高さを微分して２次元的に表現したデータの実測例である。 測定端部データ作成ステップを説明する模式図である。 近似端部算出ステップにおける近似直線の算出を説明する模式図である。 近似端部再検出ステップにおける測定端部と近似直線との距離の算出を説明する模式図である。 （ａ）近似端部再検出ステップにおける測定エリアの設定を説明する模式図である。（ｂ）測定エリア内による再検出および再近似直線の算出を説明する模式図である。 （ａ）溶接ビードの脚長およびビード高さを示すワークの断面図である。（ｂ）（ａ）の脚長およびビード高さの算出方法を示すフロー図である。 （ａ）溶接ビードの余盛り幅を示すワークの断面図である。（ｂ）（ａ）の余盛り幅の算出方法を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態の溶接ビードの外観評価方法および外観評価装置について、図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態にかかる溶接ビードの外観評価方法は、本発明の一実施形態にかかる溶接ビードの外観評価装置を用いて実行することができる。

［外観評価装置の構成］
まず、本発明の一実施形態の外観評価装置１の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態の溶接ビードの外観評価装置を示す外観図である。

図１に示すように、外観評価装置１は、検出手段であるレーザー変位計２と、レーザー変位計走査手段であるロボット３と、情報処理手段であるコンピューター４と、を備える。

レーザー変位計２は、溶接ビード５１が形成されたワーク５の表面にレーザー光２１を照射して発生する反射光を検出することによって、ワーク５の表面形状を検出する検出手段である。レーザー変位計２は、レーザー光２１を照射する光源およびワーク５からの反射光を検出する検出器を備え、溶接ビード５１が形成されたワーク５に対して、レーザー光２１を照射してワーク５の表面の各位置までの距離を測定するものであり、公知のレーザー変位計を使用することができる。ここでは、ワーク５として、金属材料の表面に細長い溶接ビード５１が形成されたものを想定しており、溶接ビード５１の長手方向に交差する方向をＸ方向、溶接ビード５１の長手方向をＹ方向とする。

レーザー変位計２は、溶接ビード５１に、帯状のレーザー光２１を、溶接ビード５１のＸ方向に掃引することなく、帯状の長手方向が溶接ビード５１のＸ方向に沿うように、一度に照射する。そして、発生する帯状の反射光を一度に検出することで、溶接ビード５１のＸ方向に沿った高さの分布を検知する。レーザー変位計２は、通信線９ｂを介して、コンピューター４によって制御を受けるとともに、測定したデータをコンピューター４に入力する。

また、ロボット３は、レーザー変位計２を溶接ビード５１のＹ方向に沿って相対的に変位させる。さらに、コンピューター４は、通信線９ａを介して、ロボット３の運動を制御することにより、レーザー変位計２の溶接ビード５１に対する位置の制御をする。

コンピューター４は、上記のように、レーザー変位計２およびロボット３の制御を行うとともに、レーザー変位計２により測定された溶接ビード５１の表面形状のデータを処理する。具体的なデータ処理としては、レーザー変位計２で得られたデータを演算処理して、後述する溶接ビード５１のビード端部５１ａの位置を評価することができる。また、評価したビード端部５１ａの位置の情報に基づき、溶接ビード５１の形状を評価することができる。

次に、外観評価装置１の動作と制御について説明する。外観評価装置１は、溶接ビード５１上のあるＹ方向位置において、レーザー光２１を溶接ビード５１に照射することにより、溶接ビード５１のＸ方向に沿って溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状を計測する。計測により得られたデータは、通信線９ｂを介して、コンピューター４に送られる。

次に、ロボット３によって、レーザー変位計２を、溶接ビード５１のＹ方向に沿って所定の距離だけ移動させる。その後、再度、レーザー光２１を溶接ビード５１に照射することにより、溶接ビード５１のＸ方向に沿って溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状を計測する。計測により得られたデータは、コンピューター４に送られる。

上記の動作を、所定回数繰り返すことにより、溶接ビード５１のＸ方向における溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状の情報を、溶接ビード５１のＹ方向に沿って、所定の間隔ごとに取得する。以上により、ＸＹ平面において、溶接ビード５１を含むワーク５の表面における高さの分布に関するデータを得ることができる。

［ワークの形状］
溶接ビード５１の外観評価の対象とするワーク５は、溶接ビード５１を表面に有するものであれば、どのようなものであっても構わないが、一例として段差部に溶接ビード５１が形成されたワーク５について説明する。図２（ａ）は、外観評価の対象とするワークを示す図１のＡ－Ａ線断面図である。また、図２（ｂ）は、（ａ）の点線矩形部の拡大図である。

図２に示すように、ワーク５は、上板５２および下板５３の間に、上板５２および下板５３の面方向に交差して設けられた段差部５４に対して、肉盛溶接することにより溶接ビード５１が形成されている。ここでは、上板５２および下板５３として、直線状の端縁を有する平板を想定している。上板５２の表面には、溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの端部であるビード端部５１ａが形成されている。溶接ビード５１は、ビード端部５１ａの立ち上がり５１ｂの高さが段差部５４の下板５３側の溶接ビード５１の立ち上がりの高さと比べて小さく、また、両側の板材の間の段差がない場合の溶接ビードの立ち上がりの高さに比べて小さくなりやすい。よって、ビード端部５１ａと上板５２との間の形状変化が緩やかになっている。

［外観評価方法］
（概要）
次に、本発明の一実施形態の溶接ビード５１の外観評価方法の概要について説明する。本評価方法は、上記で説明した外観評価装置１を用いて実行することができる。図３は、ビード端部の位置を特定する方法の一例を示すフロー図である。

本発明の一実施形態にかかる溶接ビード５１の外観評価方法は、図３に示すように、（１）ワーク形状検出ステップ、（２）測定端部データ作成ステップ、（３）近似端部算出ステップの順に実施して、ビード端部５１ａの位置をＹ方向の所定範囲、例えば溶接ビード５１の全長にわたって評価する。さらに、（３）近似端部算出ステップの後に、（４）近似端部再検出ステップを実施してもよい。また、（３）近似端部算出ステップの後、またはそれに続く（４）近似端部再検出ステップの後に、（５）ビード端部特定ステップを実施してもよい。ここで、図３においては、（３）近似端部算出ステップ、（４）近似端部再検出ステップ、（５）ビード端部特定ステップと順次実施する形態を採用している。

（１）ワーク形状検出ステップは、図１に示すＸ方向における溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状の情報を、レーザー変位計２によってワーク５の表面の各位置までの距離を実測することで、Ｙ方向の所定範囲にわたって取得する。

（２）測定端部データ作成ステップは、コンピューター４により、ワーク５の表面形状の情報のデータを処理して、（１）ワーク形状検出ステップにて測定を行った各Ｘ位置における溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの位置を検出し、溶接ビード５１のＹ方向に沿ってプロットする。

（３）近似端部算出ステップにおいては、コンピューター４により、（２）測定端部データ作成ステップでプロットした測定端部のデータを、溶接ビード５１のＹ方向に沿って直線または曲線に近似することにより、（２）測定端部データ作成ステップにおいて溶接ビード５１のＹ方向に沿って離散的にプロットした測定端部のデータの間を補間した近似端部を、連続的に算出する。ここで得た近似端部をビード端部５１ａの位置の評価結果として採用しても、さらに、（４）近似端部再検出ステップまたは（５）ビード端部特定ステップに進んでも良い。

（４）近似端部再検出ステップにおいては、コンピューター４により、近似端部のＹ方向に沿って、（３）近似端部算出ステップで算出した近似端部を含んで、溶接ビード５１のＸ方向に沿った所定幅の測定エリアを設定する。ここで、所定幅は、（１）ワーク形状検出ステップにおいて、測定幅よりも狭い幅とする。そして、設定した測定エリア内において、レーザー変位計２によって、再度、溶接ビード５１のＸ方向に沿ってレーザー光２１を照射してワーク５の表面の各位置までの距離を実測する。そして、溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの位置を再度検出することにより、再測定端部とし、再測定端部によって近似端部を置換し、ビード端部５１ａの位置を特定する。さらに、必要に応じて、再測定端部のデータを、溶接ビード５１のＹ方向に沿って直線または曲線に近似することにより、再近似端部を連続的に算出する。

（５）ビード端部特定ステップにおいては、コンピューター４により、（２）測定端部データ作成ステップで実測結果から見積られた測定端部、または（４）近似端部再検出ステップで実測結果から見積られた再測定端部の位置と、（３）近似端部算出ステップにおいて近似端部として見積られた位置、または（４）近似端部再検出ステップで再近似端部として見積られた位置とを合成して、Ｙ方向に沿って、ビード端部５１ａの位置を連続的に評価する。

本発明の一実施形態の溶接ビード５１の外観評価方法を用いることで、図２に示したように、ビード端部５１ａの位置と上板５２および下板５３との形状変化が緩やかである場合等に、溶接ビード５１のＹ方向に沿って部分的に、レーザー光２１を照射してワーク５の表面の各位置までの距離を実測することでは、ビード端部５１ａの位置を検出できない箇所や、検出を正確に行えない箇所があったとしても、そのような箇所を含めて、溶接ビード５１のＹ方向に沿ってビード端部５１ａの位置を連続的に評価することができる。また、スパッタ等、溶接ビード５１以外の構造による誤検出が局所的に起こったとしても、そのような箇所を含めて、溶接ビード５１のＹ方向に沿ってビード端部５１ａの位置を連続的に評価することができ、それら溶接ビード５１以外の構造がビード端部５１ａの検出結果に誤検出として寄与するのを低減することができる。

次に、（１）ワーク形状検出ステップ、（２）測定端部データ作成ステップ、（３）近似端部算出ステップ、（４）近似端部再検出ステップ、（５）ビード端部特定ステップについて、それぞれの詳細を説明する。

（１）ワーク形状検出ステップ
図４（ａ）は、ワーク形状検出ステップを説明する模式図である。また、図４（ｂ）は、ワーク形状検出ステップによって得られるワークの表面の高さの分布を説明する模式図である。

（１）ワーク形状検出ステップにおいては、図４（ａ）に説明する溶接ビード５１のＸ方向に沿って、溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・Ｗｎの情報を、溶接ビード５１のＹ方向に沿って、所定の間隔ごとに、レーザー光２１を照射してワーク５の表面の各位置までの距離を実測することで、取得する。これにより、図４（ｂ）に模式的に説明するように、ワーク５の表面における高さ分布に関する情報を、ＸＹ平面で二次元的に取得することができる。ここでは、表面形状Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・ＷｎのＸ方向に沿った測定幅Ｄ１は、溶接ビード５１の形成位置やレーザー変位計２による測定位置のずれを考慮して、レーザー変位計２の測定範囲に溶接ビード５１が余裕をもって含まれるように、広めに設定しておく。

（２）測定端部データ作成ステップ
このステップでは、上記（１）ワーク形状検出ステップで得られたワーク５の表面における高さ分布の情報から、ビード端部５１ａの位置に関する情報を抽出する。具体的にはまず、高さ分布Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・Ｗｎの情報をＸ方向に沿って微分する。図５は、ワークの表面の高さを微分して２次元的に表現したデータの実測例である。なお、図５のコントラストは、説明を明確化するために調整をして、ビード端部５１ａの部分の明るさを強調している。また、図６は、測定端部データ作成ステップで、図５のような微分像をもとに、ビード端部５１ａの位置を検出して得られる結果を説明する模式図である。ここで、図６および後に説明する図７、８、９の図中の黒丸および斜線入りの丸は、ビード端部５１ａの位置として検出された箇所、白丸は、ビード端部５１ａが実際には存在するが、それぞれのステップでは位置が検出されなかった箇所である。また、一点鎖線Ｒは、ワーク５に形成されている実際のビード端部５１ａの位置を示す。

（２）測定端部データ作成ステップにおいては、溶接ビード５１のＸ方向に沿って、図４（ｂ）に説明するワーク５の表面の高さ分布を示す像において、溶接ビード５１の高さＺ０を、溶接ビード５１が形成されていない領域から溶接ビード５１が形成されている領域に向かって微分する。ここで説明する例では、図４（ｂ）に説明する矢印Ｘ１のように、高さＺ０の高い上板５２側から、溶接ビード５１が形成された領域を通って、高さ高さＺ０の低い下板５３側に向って、微分する。微分には、ソーベルフィルタ等、公知の２次元データに対する微分法を用いることができる。実測に基づく微分結果を２次元的に表現したものの例が図５である。そして、微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を、各Ｙ方向位置における溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの位置とみなし、測定端部Ｓの位置として記録する。これにより、図６に説明するように、ビード端部５１ａの位置として測定端部Ｓを検出する。その後、溶接ビード５１のＹ方向に沿って測定端部Ｓの位置をプロットする。ここで、測定端部Ｓとは、溶接ビード５１のＸ方向に沿って検出されるビード端部５１ａの位置であり、必ずしも実際のビード端部５１ａの位置に一致するものではなく、位置のずれやデータ点の欠落を含みうる。

図５の微分像において、暗く表示されている部分は、ワーク５の表面の形状差がほとんどない平滑面であり、明るく表示されている部分は、ワーク５の表面に立ち上がりが存在する部位であり、明度が高い程、ワーク５の表面の立ち上がりの勾配が大きい。図５の溶接ビード５１の上板５２側の位置に、明るい点がＹ方向（画像の縦方向）に沿って離散的に観測されており、それらが検出された測定端部Ｓに相当する。しかし、Ｙ方向に沿って、それら明るい点が観測されていない箇所もある。それらの箇所は、測定端部が検出できなかった検出不可箇所Ｂである。検出不可箇所Ｂは、図２に示すように、ビード端部５１ａの位置と上板５２との形状変化が緩やかであり、ビード端部５１ａの位置と上板５２との形状差がほとんどないことや、レーザー変位計２でレーザー光２１を照射してワーク５の表面の各位置までの距離を実測する時の条件がゆらいだこと等に起因し、ワーク５の表面の高さを微分した際に、所定の閾値以上の微分値が検出されなかったため、測定端部Ｓのデータが記録されなかったものである。

図６の図中に示すＮは、実際にはビード端部５１ａが存在するにもかかわらず、（２）測定端部データ作成ステップにおいて測定端部Ｓが検出されない非検出箇所であり、図５においては、検出不可箇所Ｂに相当する。また、測定端部Ｓ３として検出されたＰは、他の測定端部ＳのＸ方向の位置からＸ方向に大きく離れており、溶接ビード５１以外の凹凸構造に起因するもの、例えばワーク５の表面に付着したスパッタ等に起因するものと推察される。これにより、測定端部Ｓ３は、図６に点線で示すように、Ｙ方向に隣接する測定端部Ｓ１および測定端部Ｓ２や実際のビード端部５１ａの位置よりもＸ方向に沿って局所的に突出した形状として溶接ビード５１が形成されているような検出結果を与えてしまう。

（３）近似端部算出ステップ
このステップにおいては、（２）測定端部データ作成ステップで得られた測定端部Ｓのデータを基に、近似端部を算出する。図７は、（３）近似端部算出ステップにおける近似直線の算出を説明する模式図である。

（３）近似端部算出ステップは、図７に示すように、（２）測定端部データ作成ステップにおいて検出した測定端部Ｓのデータを、溶接ビード５１のＹ方向に沿って直線に近似して、溶接ビード５１のＹ方向に沿って、近似端部である近似直線Ｋ１を算出する。直線に近似する方法は、最小二乗法等、公知の方法を用いればよい。ここでは、上板５２および下板５３が直線状の端縁を有しており、その端縁の段差５４に略直線状の溶接ビード５１を形成しているので、直線への近似を採用しているが、溶接ビード５１を形成する母材の端縁の形状や溶接ビード５１の形状に応じて、任意の関数形を有する曲線に近似してもよい。

この（３）近似端部算出ステップの後、次の（４）近似端部再検出ステップまたは（５）ビード端部特定ステップに進むことが好ましい。しかし、それら（４）および（５）のステップを実施しない場合には、近似直線Ｋ１をもって、ビード端部５１ａの評価結果とすればよい。つまり、近似直線Ｋ１を、ビード端部５１ａの形成された位置とみなして、溶接ビード５１の各部の寸法（脚長、高さ、余盛り幅等）の評価等に、適宜利用すればよい。

（４）近似端部再検出ステップ
このステップにおいては、上記（１）～（３）のステップで近似直線Ｋ１として評価されたビード端部５１ａの位置を、レーザー変位計２を用いた再計測により、さらに正確に評価する。（４）近似端部再検出ステップは、以下のように、（ａ）～（ｅ）の各ステップによって、実施することができる。

図８は、（４）近似端部再検出ステップにおける測定端部と近似直線との距離の算出を説明する模式図である。また、図９（ａ）は、（４）近似端部再検出ステップにおける測定エリアの設定を説明する模式図である。また、図９（ｂ）は、測定エリア内による再検出および再近似直線の算出を説明する模式図である。

（ａ）測定端部と近似直線との距離の算出
（４）近似端部再検出ステップにおいては最初に、レーザー変位計２を用いた再測定のための準備として、図７の測定端部Ｓ、および近似直線Ｋ１のデータを使用して、図８に示すように、溶接ビード５１のＸ方向に沿って、近似直線Ｋ１に対する各測定端部Ｓの座標を算出する。具体的には、近似直線Ｋ１に対して溶接ビード５１のＸ方向に沿って、各測定端部Ｓと近似直線Ｋ１との間の距離ＬＳを算出する。これにより、後述する図９（ａ）の測定エリアＥを設定するための準備を行う。

（ｂ）測定エリアの設定
次に、図９（ａ）に示すように、近似直線Ｋ１のＹ方向に沿って、近似直線Ｋ１を含んで、（１）ワーク形状検出ステップにおける測定幅Ｄ１（図４（ａ）参照）よりも狭い測定幅Ｄ２の測定エリアＥを、レーザー変位計２による再計測を行う範囲として設定する。ここで、測定幅Ｄ２は、ステップ（ａ）で算出した測定端部Ｓと近似直線Ｋ１との間の距離ＬＳのデータを用いて、溶接ビード５１のＸ方向の幅を十分に含んでおり、かつ（１）ワーク形状検出ステップにおける測定幅Ｄ１よりも狭く設定をする。測定幅Ｄ１は、溶接ビード５１をレーザー変位計２の測定範囲に余裕をもって含めるために、広めに設定していたが、上記（１）～（３）および（ａ）のステップで、既に測定幅Ｄ１の中における溶接ビード５１の位置を特定しているため、溶接ビード５１を確実に範囲に含ませるように、測定幅Ｄ１よりも小さい測定幅Ｄ２を設定することができる。測定幅Ｄ２の小ささにより、スパッタＰ等、溶接ビード５１以外の凹凸構造物が、測定幅Ｄ１において測定する場合よりも、測定エリアＥに入りにくくなる。

（ｃ）測定エリア内における再検出
次に、図９（ｂ）に示すように、測定エリアＥの範囲内において、再度、溶接ビード５１のＸ方向における溶接ビード５１を含むワーク５の表面形状の情報を、図１に示すレーザー変位計２によって、溶接ビード５１のＹ方向に沿って検出する。これにより、図４（ｂ）よりもＸ方向の範囲の狭い、ワークの表面の高さ分布の像を得る。次に、（２）測定端部データ作成ステップと同様に、溶接ビード５１のＸ方向に沿って微分して、微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を、各位置における溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの位置とみなし、再測定端部Ｔとして記録する。これにより、図９（ｂ）に示すように、ビード端部５１ａの位置として再測定端部Ｔを検出し、溶接ビード５１のＹ方向に沿ってプロットする。なお、この再測定においては、測定幅だけではなく、レーザー変位計２による測定にかかる条件自体も、（１）ワーク形状検出ステップから変更してもよい。例えば、測定幅を狭くすることで、測定幅内の各Ｘ方向位置における測定精度を向上させることができる形態のレーザー変位計２を用いているならば、そのように測定条件を変更することが考えられる。

ここで、測定端部Ｓは、（１）ワーク形状検出ステップにおいて、測定幅Ｄ１において、ワーク５の表面の高さ分布を計測した結果に基づいて検出されたものであるのに対し、再測定端部Ｔは、この（４）近似端部再検出ステップのステップ（ｃ）において、測定幅Ｄ１よりも狭い測定幅Ｄ２において、ワーク５の表面の高さ分布を再計測した結果に基づいて検出されるものである。（２）測定端部データ作成ステップでは、測定端部Ｓとして、スパッタＰが誤検出されていたのに対し、この再検出のステップでは、測定幅Ｄ２を、スパッタＰを含まない狭い領域に設定していることに対応して、再測定端部Ｔは、スパッタＰに起因する検出結果を含まないものとなっている。スパッタＰ等、溶接ビード５１以外の構造が形成されている位置以外でも、各Ｙ方向位置における測定端部Ｓと再測定端部Ｔの位置は、必ずしも一致するものではない。例えば、（１）ワーク形状検出ステップから測定条件を変更している場合等には、測定端部Ｓよりも実際の溶接ビード５１の位置に近い位置として、再測定端部Ｔを得ることができる。図９（ｂ）に白丸で示す点Ｍは、測定エリアＥの範囲内において、測定幅Ｄ２での再測定でも再測定端部Ｔが検出されない非検出箇所であり、必ずしも（１）ワーク形状検出ステップで発生した非検出箇所Ｎに一致するものではないが、図６に説明する例では一致している。

（ｄ）再近似端部の算出
次に、上記（ｃ）のステップで得た再測定端部Ｔの情報をもとに、再近似端部を算出する。つまり、上記（３）近似端部算出ステップで測定端部Ｓのデータに対して行ったのと同様に、上記で得た再測定端部Ｔのデータを、溶接ビード５１のＹ方向に沿って直線（または曲線）に近似して、溶接ビード５１のＹ方向に沿って、再近似端部である再近似直線Ｋ２を算出する。なお、再測定端部Ｔと測定端部Ｓの位置がほぼ一致している場合等、再近似直線Ｋ２を改めて算出する必要性が低い場合には、（３）近似端部算出ステップで算出した近似直線Ｋ１を、再近似直線Ｋ２としてそのまま採用してもよい。

この（４）近似端部再検出ステップの後、次の（５）ビード端部特定ステップに進むことが好ましい。しかし、（５）ビード端部特定ステップを実施しない場合には、再近似直線Ｋ２をもって、ビード端部５１ａの評価結果とすればよい。つまり、再近似直線Ｋ２を、ビード端部５１ａの形成された位置とみなして、ビード寸法の評価等に、適宜利用すればよい。

（５）ビード端部特定ステップ
（４）近似端部再検出ステップの後、あるいは、（４）近似端部再検出ステップを省略する場合には、（３）近似端部算出ステップの後に、コンピューター４により、（５）ビード端部特定ステップを行う。ここでは、レーザー変位計２による計測でビード端部５１ａの位置を実測によって検出することができたＹ方向位置（第一の場合）のデータと、レーザー変位計２による計測でビード端部５１ａの位置を実測によって検出することができなかったＹ方向位置（第二の場合）のデータをつなぎ合せて、ビード端部５１ａの位置を特定する。

図９（ｂ）に、（４）近似端部再検出ステップにおいて、再測定端部Ｔの検出および再近似直線Ｋ２の算出を行った後に、（５）ビード端部特定ステップを実行する場合を示す。具体的には、（４）近似端部再検出ステップにおける測定エリアＥ内において、再測定端部Ｔが検出されたＹ方向位置においては、検出した再測定端部Ｔをビード端部５１ａの位置として採用し、再測定端部Ｔが検出されなかったＹ方向位置（レーザー変位計２による離散的な測定の対象とならなかった位置、および測定の対象となったが検出データが得られなかった非検出箇所Ｍの両方を含む）においては、（４）近似端部再検出ステップにより検出した再近似直線Ｋ２を、ビード端部５１ａの位置として採用し、それらをつなぎ合わせて、溶接ビード５１のＹ方向に連続したビード端部５１ａの位置として評価する。そのように、合成して得られたＹ方向に連続した評価結果を、ビード端部５１ａの形成された位置とみなして、ビード寸法の評価等に、適宜利用すればよい。

（４）近似端部再検出ステップを行っていない場合には、再測定端部Ｔの代わりに測定端部Ｓを用いるとともに、再近似直線Ｋ２の代わりに近似直線Ｋ１を用いて、上記と同様に、溶接ビード５１のＹ方向に連続したビード端部５１ａの位置を評価することができる。

（外観評価方法の特性）
本発明の溶接ビード５１の外観評価方法は、（１）ワーク形状検出ステップにより、溶接ビード５１のＸ方向に沿った測定幅Ｄ１にわたって溶接ビード５１のＹ方向に沿ってワーク５の表面形状Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・Ｗｎの情報を取得し、（２）測定端部データ作成ステップにより、その測定端部Ｓのデータを検出して溶接ビード５１のＹ方向に沿ってプロットした後、（３）近似端部算出ステップにより、溶接ビード５１のＹ方向に沿って測定端部Ｓのデータを直線または曲線に近似して、近似直線Ｋ１を算出する。（３）近似端部算出ステップのような近似の工程を含むことで、ビード端部５１ａの位置と上板５２および下板５３との形状変化が緩やかであるため、溶接ビード５１のＹ方向に沿って部分的に、ワーク５の表面形状Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・Ｗｎの情報からビード端部５１ａの位置を検出できない箇所（非検出箇所Ｎ）や検出されたビード端部５１ａの位置（スパッタＰによる測定端部Ｓ３）が不正確な箇所がある場合でも、ビード端部５１ａの位置を、溶接ビード５１のＹ方向に沿って連続的に推定できる。

また、（２）測定端部データ作成ステップは、溶接ビード５１のＸ方向に沿って、ワーク５における溶接ビード５１の高さＺ０を、微分し、その微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を測定端部Ｓとみなしている。この場合には、微分により、立ち上がり構造を敏感に検出できるようになるので、ビード端部５１ａの位置と上板５２との形状変化が緩やかである場合にも、高感度にビード端部５１ａの位置を評価することができる。しかし、微分を行う形態に限られるものではなく、高さＺ０の立ち上がり５１ｂを検出できればよい。例えば、溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂが急峻である場合等には、図４（ｂ）のような高さ分布のデータを微分することなくそのまま利用して、高さＺ０を解析してもよい。

（３）近似端部算出ステップは、（２）測定端部データ作成ステップにおいて検出した測定端部Ｓのデータに対して、直線（または曲線）への近似を行うことで、ビード端部５１ａの位置と上板５２との間の形状変化が緩やかであることや、レーザー変位計２の測定条件のゆらぎ等に由来して、溶接ビード５１のＹ方向に沿って局所的に、測定端部Ｓを検出できない箇所が生じたとしても、それらの箇所を含めて、ビード端部５１ａの位置をＹ方向に沿って連続的に評価することができる。レーザー変位計２による離散的な計測の間の位置に相当し、計測が行われないＹ方向位置を含めて、ビード端部５１ａの位置を推定することもできる。さらに、スパッタＰ等、ビード端部５１ａ以外の立ち上がり構造の存在や、測定条件のばらつき等の要因によりビード端部５１ａの位置について誤検出が局所的に起こったとしても、それら誤検出がビード端部５１ａの位置の検出結果に与える寄与を希釈し、溶接ビード５１のＹ方向全域において連続的に、かつ高精度にビード端部５１ａの位置を評価することが可能となる。

（１）～（３）のステップに加えて、（４）近似端部再検出ステップを実行する場合には、近似直線Ｋ１のＹ方向に沿って、近似直線Ｋ１を含んで、（１）ワーク形状検出ステップにおける測定幅Ｄ１よりも狭い測定幅Ｄ２において、レーザー変位計２による測定を再度行って、溶接ビード５１の立ち上がり５１ｂの位置を再度検出して再測定端部Ｔとすることにより、ビード端部５１ａの位置を特定する。この場合には、より高い検出精度で、ビード端部５１ａの位置を検出することができる。なぜなら、（１）ワーク形状検出ステップにおいては、検出すべきビード端部５１ａの位置の不確定性が高いため、測定幅Ｄ１を広めに設定する必要があるが、一旦、ビード端部５１ａを検出することができれば、測定幅Ｄ２を測定幅Ｄ１よりも狭く設定できる。これにより、その狭い測定幅Ｄ２で規定される測定エリアＥの外のワーク５の表面形状の情報は検出されなくなるため、測定エリアＥの外に形成されているスパッタＰ等の溶接ビード５１以外の凹凸構造の立ち上がりを、ビード端部５１ａの位置として誤検出することがなくなる。このように、狭い測定幅Ｄ２を再設定して再計測を行わない場合に比べて、ビード端部５１ａの位置の検出精度を高めることができる。また、測定幅を狭くすることで、溶接ビード５１に光を照射して発生する反射光によってビード端部５１ａの位置を検出するレーザー変位計２自体の測定精度も高めやすくなる。

（３）近似端部算出ステップで得た近似端部Ｋ１または（４）近似端部再検出ステップで得た再近似端部Ｋ２を、ビード端部５１ａの位置の評価結果として採用して、ビード寸法（脚長、高さ、余盛り幅等）の評価の基礎等として利用してもよいが、さらに、（５）ビード端部特定ステップを実行することで、レーザー変位計２によって実測に基づいて検出した測定端部Ｓや再測定端部Ｔの情報を有効に利用し、検出結果の欠落や不正確性を補いながら、実際のビード端部５１ａの位置をより正確に評価することができる。上記のように、（５）ビード端部特定ステップにおいては、第一の場合、つまり（２）測定端部データ作成ステップにおいて測定端部Ｓが検出された場合、または（４）近似端部再検出ステップにおいて、再測定端部Ｔが検出された場合には、それぞれ、検出した測定端部Ｓ、または再測定端部Ｔを、ビード端部５１ａの位置として採用する。一方、第二の場合、つまり測定端部Ｓまたは再測定端部Ｔが検出されない場合には、それぞれ、（３）近似端部算出ステップにより算出した近似端部Ｋ１または（４）近似端部再検出ステップにより算出した再近似端部Ｋ２を、ビード端部５１ａの位置として採用する。そして、それぞれの場合において、採用した測定端部Ｓまたは再測定端部Ｔと、近似端部Ｋ１または再近似端部Ｋ２と、を合わせることで、溶接ビード５１のＹ方向のビード端部５１ａの位置を連続的に特定する。このように、実測に基づくビード端部５１ａの位置の検出結果と、近似に基づくビード端部５１ａの位置の推定結果とを合成することで、実測に基づく検出が可能であったＹ方向位置においては、実際のビード端部５１ａの位置を正確に評価することができると同時に、測定条件のばらつきや、ワーク５の形状変化の緩やかさ等に起因して、測定端部が検出できなかったＹ方向位置においては、他のＹ方向位置における検出結果を利用して、確からしいビード端部５１ａの位置を推定することができる。これにより、ビード端部５１ａの位置の評価において、溶接ビード５１のＹ方向に沿った連続性と、高い精度とを、両立することができる。

溶接ビード５１のビード端部５１ａの位置を検出する対象とするワーク５は、具体的な種類や形状を問うものではないが、上記のように、ワーク５が、上板５２および下板５３の間に設けられた段差部５４に対して、肉盛溶接することにより溶接ビード５１が形成されたものである場合には、上記実施形態にかかる評価方法の特性を有効に利用することができる。つまり、そのような段差部５４に溶接ビード５１が形成されている場合には、溶接ビード５１と上板５２との形状変化が緩やかで、ビード端部５１ａと段差部５４の上側に相当する上板５２との段差がほとんどない形状変化の緩やかなワーク５となり、従来一般のビード端部検出方法では、正確なビード端部５１ａの位置をＹ方向に沿って連続的に評価することが困難となる場合も多いが、上記のような本実施形態にかかる評価方法を用いることにより、レーザー変位計２による計測では、ビード端部５１ａの位置を直接的に検出できない箇所や測定が不正確な箇所が部分的に生じたとしても、ビード端部５１ａの位置の評価において、溶接ビード５１のＹ方向における連続性を担保することができる。なお、本外観評価方法は、ワーク５の下板５３側の下板側端部５１ｃも同様に特定できるものである。

また、上記本発明の実施形態にかかる外観評価方法を実施する装置は、特に限定されるものではないが、上記本発明の実施形態の外観評価装置１を用いることで、簡素な装置構成とし、ビード端部５１ａの位置を、溶接ビード５１のＹ方向に沿って連続的に、かつ高い精度で検出することができる。

例えば、ビード端部５１ａの位置の実測に用いる測定手段は、ワーク５に光を照射し、反射光に含まれるワーク５の各部の高さＺ０に関する情報を取得できるものであれば、どのような形態のものであってもよいが、上記のように、溶接ビード５１に帯状のレーザー光２１を、溶接ビード５１のＸ方向に掃引することなく、帯状の長手方向が溶接ビード５１のＸ方向に沿うように一度に照射して、発生する反射光を一度に検出する形態のものを用いることで、レーザー光２１を溶接ビード５１のＸ方向に掃引して照射し、Ｘ方向各部からの反射光を順次検出する場合に比べて、ワーク５の表面形状の情報を検出する時間を短縮でき、計測における利便性が高められる。

（溶接ビード寸法評価ステップ）
本発明の一実施形態の溶接ビード５１の外観評価方法は、（１）ワーク形状検出ステップ、（２）測定端部データ作成ステップ、（３）近似端部算出ステップ、さらに必要に応じて（４）近似端部再検出ステップおよび／または（５）ビード端部特定ステップの順に実施して、特定したビード端部５１ａの位置のデータをもとに、脚長、高さ、余盛り幅等、溶接ビード５１の各部の寸法を評価する溶接ビード寸法評価ステップをさらに備えてもよい。

溶接ビード５１の寸法評価には、基準として、ビード端部５１ａの位置の特定が必要である。上記の各ステップによって評価したビード端部５１ａの位置に関する情報は、ビード端部５１ａの位置を、Ｙ方向に沿って連続的に、また高精度に特定するものであるため、溶接ビード５１の寸法評価のための正確性の高い基礎情報となりうる。

ここで、溶接ビード５１の寸法として、脚長および高さ、余盛り幅を評価する場合を例に、溶接ビード寸法評価ステップについて説明する。溶接ビード５１の寸法の評価は、図４（ｂ）に示したような、上記のビード端部５１ａの特定のための（１）ワーク形状検出ステップにおいて取得したワーク５の表面形状に関するデータを用いて行うことができる。

（Ａ）脚長およびビード高さの算出
脚長Ｌおよびビード高さＨの算出においては、図１０（ａ）のワーク５に示す脚長Ｌおよびビード高さＨを、図１０（ｂ）に示すステップ（ａ）から（ｅ）により算出する。ここで、図１０（ａ）に示すように、脚長Ｌとは、ビード端部５１ａと下板側端部５１ｃ（溶接ビード５１の下板５３側の端部）とを結ぶ線分ｌｌの長さである。また、ビード高さＨとは、脚長Ｌに垂直な線分ｈｈの最大長さである。

（ａ）ワーク表面の脚長の算出
まず、溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置において、Ｘ方向に沿って、ワーク５の表面において特定したビード端部５１ａおよび下板側端部５１ｃの位置を示すデータから、ビード端部５１ａと下板側端部５１ｃとの間の距離である脚長Ｌを算出する。このとき、下板５３側の下板側端部５１ｃは、上板５２側のビード端部５１ａの位置の特定と同様に、溶接ビード５１の外観評価方法における、（１）ワーク形状検出ステップ、（２）測定端部データ作成ステップ、（３）近似端部算出ステップの順に実施して、特定することができる。（１）ワーク形状検出ステップは、新たに実施しなくても、上記ビード端部５１ａの位置の特定の際に実行した（１）ワーク形状検出ステップの結果をそのまま用いることができる。また、下板側端部５１ｃの下板５３からの立ち上がり構造は、ビード端部５１ａの上板５２からの立ち上がり構造に比べて、明瞭であるので、（２）測定端部データ作成ステップにおける微分操作および（３）近似端部算出ステップは適宜省略してもよい。

（ｂ）溶接ビードのＹ方向の脚長の算出
次に、溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置に対して実行した上記（ａ）のステップを、Ｙ方向の全域に対して、所定の間隔で繰り返し、各Ｙ方向位置における脚長Ｌを算出する。これにより、溶接ビード５１の全域にわたる脚長Ｌの評価が完了する。

（ｃ）脚長に垂直な線分の長さの算出
溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置において、上記ステップ（ａ）において、脚長Ｌの算出に用いた上板５２側のビード端部５１ａと下板５３側の下板側端部５１ｃの間を結ぶ線分ｌｌに対して垂直に、線分ｌｌと溶接ビード５１の頂部を結ぶ線分ｈｈを、設定する。そして、線分ｈｈの長さを算出する。ここで、溶接ビード５１の頂部の位置は、上記（１）ワーク形状検出ステップで得たワーク5の表面の高さ分布のデータおよび／または（２）測定端部データ作成ステップで得た微分データを用いて、見積もることができる。線分ｈｈの設定と長さの算出を、線分ｌｌに沿って、ビード端部５１ａから下板側端部５１ｃまでの範囲の全域で行う。

（ｄ）ビード高さの算出
上記ステップ（ｃ）により線分ｌｌの全域で算出した、線分ｌｌに対して垂直な線分ｈｈの内、最大となる線分ｈｈの長さを算出する。そして、最大となる線分ｈｈの長さを、ビード高さＨとする。

（ｅ）溶接ビードのＹ方向のビード高さの算出
次に、溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置に対して実行した上記（ｃ）および（ｄ）のステップを、Ｙ方向の全域に対して、所定の間隔で繰り返し、各Ｙ方向位置におけるビード高さＨを算出する。これにより、溶接ビード５１のビード高さＨの評価が完了する。

（Ｂ）余盛り幅の算出
余盛り幅Ｃの算出においては、図１１（ａ）のワーク５に示す余盛り幅Ｃを、図１１（ｂ）に示すステップ（ａ）および（ｂ）により算出する。ここで、余盛り幅Ｃとは、図１１（ａ）のＸ方向に沿ってビード端部５１ａと下板側端部５１ｃとを結ぶ線分の長さである。

（ａ）ワーク表面の余盛り幅の算出
まず、溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置において、Ｘ方向に沿って、ワーク５の表面において特定した上板５２側のビード端部５１ａおよび下板５３側の下板側端部５１ｃの位置のデータから、溶接ビード５１のビード端部５１ａと下板側端部５１ｃとを結ぶ、Ｘ方向に平行な線分ｃｃの長さとして、余盛り幅Ｃを算出する。

（ｂ）溶接ビードのＹ方向の余盛り幅の算出
次に、溶接ビード５１のＹ方向の所定の位置に対して実行した上記（ａ）のステップを、Ｙ方向の全域に対して、所定の間隔で繰り返し、各Ｙ方向位置における余盛り幅Ｃを算出する。これにより、溶接ビード５１の余盛り幅Ｃの評価が完了する。

本発明の一実施形態の溶接ビード５１の外観評価方法は、溶接ビード寸法評価ステップをさらに備えることにより、上記（１）～（５）の各ステップで特定したビード端部５１ａの位置のデータを用いて、溶接ビード５１の各部の寸法を高精度で評価することができる。なお、溶接ビード５１の外観評価方法においては、溶接ビード５１の脚長Ｌ、ビード高さＨ、および余盛り幅Ｃ以外にも、溶接ビード５１の形状にかかる各種パラメータを、求めたビード端部５１ａを基準にして評価することができる。

以上、本発明の実施形態および実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 外観評価装置
２ レーザー変位計（検出手段）
３ ロボット（レーザー変位計走査手段）
４ コンピューター（情報処理手段）
５ ワーク
２１ レーザー光
５１ 溶接ビード
５１ａ ビード端部
５１ｂ 立ち上がり
５１ｃ 下板側端部
５２ 上板（板材）
５３ 下板（板材）
５４ 段差部
Ｄ１、Ｄ２ 測定幅
Ｅ 測定エリア
Ｋ１ 近似直線（近似端部）
Ｋ２ 再近似直線（再近似端部）
Ｓ 測定端部
Ｔ 再測定端部
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・Ｗｎ ワーク５の表面形状
Ｘ方向 溶接ビード５１の長手方向に交差する方向
Ｙ方向 溶接ビード５１の長手方向
Ｚ０ 溶接ビード５１の高さ

Claims (8)

1. ワークの表面に形成された溶接ビードの立ち上がりの端部であるビード端部の位置を、前記溶接ビードに光を照射して発生する反射光によって検出する検出手段を用いた溶接ビードの外観評価方法において、
   前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードを含む前記ワークの表面形状の情報を、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿った測定幅にわたって前記検出手段によって前記溶接ビードの長手方向に沿って検出するワーク形状検出ステップと、
   前記ワークの表面形状の情報に含まれる、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードの立ち上がりの位置を、測定端部として検出し、前記溶接ビードの長手方向に沿ってプロットする測定端部データ作成ステップと、
   プロットした前記測定端部のデータを、前記溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより前記測定端部のデータの間を補間した近似端部を算出することで前記ビード端部の位置を特定する近似端部算出ステップと、を備え、
   ビード端部特定ステップをさらに有し、
   前記ビード端部特定ステップにおいては、
   前記測定端部データ作成ステップにおいて、前記測定端部が検出された第一の場合には、検出された前記測定端部を前記ビード端部の位置として採用し、
   前記測定端部が検出されない第二の場合には、前記近似端部算出ステップにより特定した前記近似端部を、前記ビード端部の位置として採用し、
   前記第一の場合と第二の場合で採用した前記ビード端部の位置をつなぎ合わせることで、前記溶接ビードの長手方向に沿った前記ビード端部の位置を特定することを特徴とする溶接ビードの外観評価方法。
2. 前記近似端部算出ステップの後に、近似端部再検出ステップをさらに実施し、前記近似端部の長手方向に沿って、前記近似端部を含む前記ワーク形状検出ステップにおける前記測定幅よりも狭い所定幅の測定エリアを設定し、
   前記測定エリア内において、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って前記検出手段によって前記溶接ビードの立ち上がりの位置を再度検出することにより該立ち上がりの位置を検出して、再測定端部とし、
   前記再測定端部によって前記近似端部を置換し、前記ビード端部の位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の溶接ビードの外観評価方法。
3. ワークの表面に形成された溶接ビードの立ち上がりの端部であるビード端部の位置を、前記溶接ビードに光を照射して発生する反射光によって検出する検出手段を用いた溶接ビードの外観評価方法において、
   前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードを含む前記ワークの表面形状の情報を、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿った測定幅にわたって前記検出手段によって前記溶接ビードの長手方向に沿って検出するワーク形状検出ステップと、
   前記ワークの表面形状の情報に含まれる、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向における前記溶接ビードの立ち上がりの位置を、測定端部として検出し、前記溶接ビードの長手方向に沿ってプロットする測定端部データ作成ステップと、
   プロットした前記測定端部のデータを、前記溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより前記測定端部のデータの間を補間した近似端部を算出することで前記ビード端部の位置を特定する近似端部算出ステップと、を備え、
   前記近似端部算出ステップの後に、近似端部再検出ステップをさらに有するとともに、
   ビード端部特定ステップをさらに有し、
   前記近似端部再検出ステップにおいては、
   前記近似端部の長手方向に沿って、前記近似端部を含む前記ワーク形状検出ステップにおける前記測定幅よりも狭い所定幅の測定エリアを設定し、
   前記測定エリア内において、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って前記検出手段によって前記溶接ビードの立ち上がりの位置を再度検出することにより該立ち上がりの位置を検出して、再測定端部とし、
   前記再測定端部によって前記近似端部を置換し、前記ビード端部の位置を特定し、
   前記ビード端部特定ステップにおいては、
   前記近似端部再検出ステップにおいて、前記再測定端部が検出された第一の場合には、検出された前記再測定端部を前記ビード端部の位置として採用し、
   前記再測定端部が検出されない第二の場合には、前記近似端部算出ステップにより特定した前記近似端部、または前記再測定端部のデータを、前記溶接ビードの長手方向に沿って直線または曲線に近似することにより前記再測定端部のデータの間を補間した再近似端部を、前記ビード端部の位置として採用し、
   前記第一の場合と第二の場合で採用した前記ビード端部の位置をつなぎ合わせることで、前記溶接ビードの長手方向に沿った前記ビード端部の位置を特定することを特徴とする溶接ビードの外観評価方法。
4. 前記測定端部データ作成ステップは、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って、前記ワークにおける前記溶接ビードの高さを、微分し、該微分値の絶対値が所定の閾値以上となる位置を前記測定端部とみなすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶接ビードの外観評価方法。
5. 前記ビード端部の位置のデータをもとに、前記溶接ビードの表面形状の寸法評価をする溶接ビード寸法評価ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶接ビードの外観評価方法。
6. 前記検出手段は、前記溶接ビードに帯状のレーザー光を、前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に掃引することなく、前記帯状の長手方向が前記溶接ビードの長手方向に交差する方向に沿って一度に照射して発生する反射光を用いて前記溶接ビードの前記ビード端部の位置を検出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶接ビードの外観評価方法。
7. 前記ワークは、複数の板材間に設けられた段差部に対して、肉盛溶接することにより前記溶接ビードが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶接ビードの外観評価方法。
8. 前記溶接ビードが形成された前記ワークに対してレーザー光を照射して前記ワーク表面までの距離を測定する前記検出手段としてのレーザー変位計と、
   距離センサにより前記レーザー変位計を前記溶接ビードの長手方向に沿って相対的に変位させるレーザー変位計走査手段と、
   前記レーザー変位計によって得られた測定結果に対する情報処理を行う情報処理手段と、を有し、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶接ビードの外観評価方法を実施することを特徴とする溶接ビードの外観評価装置。

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