JPH0250828B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、UO鋼管等のような被溶接材の継目
を突き合せ溶接する工程等に用いられるタブを自
動切断除去する装置に係り、特にそのタブの切断
位置を検出、決定するタブ切断位置決め方法に関
する。

〔発明の背景〕

一般に、突き合せ溶接される被溶接材の溶接先
端部における溶接の品質を一定なものとするた
め、その溶接先端部に被溶接材と同一の素材から
なる小片（以下タブと称する）を溶接等により取
り付けてから付き合せ溶接を行い、溶接完了後そ
のタブを切断除去するようにしている。

従来、UO鋼管のタブを切断するにあたつて
は、移送されてくるUO鋼管を光スイツチ等を用
いて所定の位置に停止させ、タブの位置を作業者
の目によつて判断し、切断機を用いてタブ切断を
行つていた。

このようなタブ切断を自動化するとすれば、テ
レビカメラ（以下TVカメラと称する）によりタ
ブを含む被溶接材の端部を撮影し、これにより得
られる画像データからタブの位置を検出し、これ
に基づいてタブ切断位置を決め、ロボツトからな
る自動切断装置に制御指令を与えて、タブを切断
するようにすることが考えられる。

しかし、通常TVカメラから出力される画像デ
ータに含まれるノイズ、あるいはその画像データ
を処理して「０」，「１」の２値からなる２値画像
データに変換するときの基準となるしきい値のレ
ベルにより、画像枠内に形成される画像座標と実
際の座標（TVカメラの撮影枠に対応する被溶接
材端部の投影座標）とに位置ずれが生ずる可能性
がある。このずれによつて、タブの位置検出がず
れることになり、そのずれた検出位置に基づい
て、ロボツトを制御すると、ロボツトが鋼管に衝
突したり、誤まつた位置でタブを切断するという
虞れがある。

〔発明の目的〕

本発明は、タブを含む被溶接材端部の２値画像
データに基づいて、タブ切断を自動的に行わせる
にあたり、そのタブ切断位置決めの精度を向上さ
せることができるタブ切断位置決め方法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は、タブを含む被溶接材端部の２値画像
データからタブ付け根部のコーナー画像座標を割
り出し、このコーナー画像座標に基づいて切断位
置を決めるにあたり、前記画像データから得られ
る画像タブ幅と、理論的に得られる投影タブ幅と
の偏差を求めるとともに、画像上のコーナーを形
成するタブと被溶接材との画像輪郭線上に判定点
を設定し、該判定点と前記コーナー画像座標とか
らコーナーの直角度と前記画像輪郭線の直線性を
求め、前記偏差と直角度と直線性とがそれぞれ所
定の許容値以内のとき、前記コーナー画像座標を
正しいものと判定し、切断位置決めの精度を向上
させようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を、実施例に基づいて説明する。

第１図に、本発明法の適用可能なUO鋼管の自
動タブ切断装置の全体構成図を示す。同図に示す
ように、搬送制御装置１は光スイツチ２，２ａ，
２ｂからの鋼管位置検知信号により、鋼管搬送ロ
ーラ３の回転を止めるようになつている。これに
より、UO鋼管４は所定の位置に停止されるよう
になつている。また、UO鋼管４はその溶接線の
先端部に取り付けられたタブ５が、略最下端の位
置にくるような状態で搬送される。所定の位置に
停止されたUO鋼管４の先端部は、タブ５を中心
としてTVカメラ６により撮像され、その画像デ
ータは画像処理装置７の画像メモリ１２に格納さ
れるようになつている。このメモリ１２に格納さ
れた画像データは所定の画像処理がなされ、第２
図にその概念を示すように２値表示画像１３（以
下２値画像と称する）になつている。画像処理装
置７はタブ５の付け根のコーナーC₁およびC₂の
座標を求め、そのC₁，C₂の位置情報をロボツト
制御装置８に出力するようになつている。ロボツ
ト制御装置８はC₁とC₂の位置情報に基づいて、
タブ切断ロボツト１０を制御するようになつてい
る。ロボツト１０はタツチセンサ１１により検知
されるUO鋼管４の先端位置情報と、前記C₁，C₂
の位置情報に基づいてタブ５を付け根位置にて切
断するようになつている。

前記画像処理装置７の詳細について、第３図に
示すブロツク構成図を参照しながら説明する。
TVカメラ６により光電変換された画像データは
Ａ／Ｄコンバータ１５によりデイジタル信号に変
換され、画像メモリ１２に格納される。マイクロ
プロセツサ１８、メモリ１９からなるシステムプ
ロセツサ１７は、メモリ１９に格納されている画
像コマンドに基づき、システムバス２０を介して
アドレスプロセツサ２１、画像処理プロセツサ２
２を起動させるようになつている。アドレスプロ
セツサ２１は画像メモリ１２内の画像データへの
アクセス制御を行うもので、画像処理モジユール
バス２３を介して画像メモリ１２および画像処理
プロセツサ２２に画像アドレスを与えるようにな
つている。画像処理プロセツサ２２は画像データ
の濃淡画像処理、パターンマツチング処理を含む
２値画像処理、ヒストグラム処理等の各種演算処
理を行うようになつている。画像処理プロセツサ
２２によつて処理された画像は、再び画像メモリ
１２に格納されるとともに、Ｄ／Ａコンバータ２
４を介してアナログデイジタル変換処理された
後、CRTデイスプレイ装置２５に表示されるよ
うになつている。また、キーボード２６により画
像コマンドを入力するようにして、対話式に画像
評価することができるようになつている。キーボ
ード２６から入力されるコマンドは、外部インタ
ーフエイス回路２７を介してCRTデイスプレイ
装置２５に表示されるとともに、メモリ１９に格
納されるようになつている。また、キーボード２
６からコマンド実行指令を入力すると、マイクロ
プロセツサ１８が起動され、前述のようにアドレ
スプロセツサ２１と画像処理プロセツサ２２を起
動させるようになつている。なお、外部記憶装置
２８は、画像処理プロセツサ２２の処理の‘１つ
であるパターンマツチング処理のために必要な標
準パターンや、システムプロセツサ１７で必要と
されるシステムプログラムを格納するための外部
メモリである。このように処理されて画像メモリ
１２に格納されている２値画像データ１３を、シ
ステムプロセツサ１７において後述する画像の合
理性チエツクがなされ、そのチエツクされたタブ
切断位置情報が外部インターフエイス回路２７を
介してロボツト制御装置８に出力されるようにな
つている。

２値画像の合理性チエツク手順について、第４
図に示すフローチヤートに沿つて説明する。ま
ず、ステツプ５０においてTVカメラ６から出力
される画像データを一端画像メモリ１２に取り込
み、ステツプ５２において画像処理プロセツサ２
２により、周知の画像平滑化処理（安居院、中島
著「「コンピユータ画像処理」p.16〜18）をして
画像データのノイズ除去を行う。ノイズ除去され
た画像は画像メモリ１２の濃淡メモリ部（例えば
８ビツト／ピクセル）に再び格納される。次にブ
ロツク５４において、前記濃淡メモリ部の画像デ
ータに対し、所定レベルのしきい値を基準に、そ
のしきい値よりも明るいピクセルに“１”、暗い
部分に“０”を割り当てることにより２値化処理
を行う。この２値化処理された画像データは、画
像メモリ１２の２値画像メモリ部（例えば１ビツ
ト／ピクセル）に格納される。この２値メモリ部
に格納された画像は第５図に示すようになつてお
り、図において斜線を付した部分は“１”で、タ
ブ５およびUO鋼管４の投影画像に対応する画像
となつている。この２値化された画像に対し、ス
テツプ５６において、第６図ａ，ｂに示す標準パ
ターンを用いて、パターンマツチング処理を行
う。これによつて、タブ５の左側の付け根コーナ
ーC₁の座標（x₁，y₁）および右側付け根コーナー
C₂の座標（x₂，y₂）が求められる。なお、２値画
像メモリ部と標準パターンの大きさの一例を挙げ
ると、第５図および第６図ａ，ｂに示すようにそ
れぞれ、256×240ドツト、12×８ドツトとなつて
いる。次に、ステツプ５８において、上記タブコ
ーナー位置座標C₁（x₁，y₁），C₂（x₂，y₂）から画
像上のタブ幅l′を求める。続いて、画像上のタブ
幅l′に対応する本来の投影画像として得られる理
論上のタブ幅ｌ、即ちTVカメラ６に投影される
べき画像のタブ幅、を求める。そして、ステツプ
６２においてl′とｌとを比較し、処理された２値
画像が、正しいか否かをチエツクする。ここで、
第７図ａ〜ｃを用いて、ステツプ５８，６０，６
２を更に詳細に説明する。

第７図ａはタブ付きUO鋼管の端面をその鋼管
の軸方向から見た図を、同図ｂは水平に配置され
たUO鋼管のタブ５をTVカメラ６により真上か
ら撮像した場合の２値画像データを示している。
同図ｃはタブ５の端面を拡大した図であり、それ
らの図において各符号は以下に示す通りである。

ｒ：UO鋼管４の半径（） ｄ：UO鋼管４又はタブ５の肉厚（″又は
bb″） Ｗ：タブ５の肉厚方向中心の展開幅（ａ^*ｂ^*⌒） W′：タブ５の外周側のタブ幅（ab⌒又はa′b′⌒） Ｌ：タブ幅W′に対応する弦の長さ（ab又は
a′b′） α：鋼管４の中心からタブ５の幅を見込む角の
１／２（∠aOc） θ：タブ５の最下端位置からの回転ずれ角（∠
cOc′） ｌ：Ｌに対応するｘ軸（水平軸）投影幅（
b′） l′：画像上のタブ幅 ΔX：画像上のタブ中心線８０と実際の鋼管４
の中心線８１とのｘ軸方向偏位量 Δx：画像上のタブ中心線８０と画像中心線８
２とのｘ軸方向偏位量 Δx′：画像中心線８２に一致させて定めた所定
の鋼管４中心線と実際の鋼管４の中心線８１
とのｘ軸方向偏位量 β：画像１ドツト当りの実長を表わす係数 まず、ステツプ５８において求める画像上のタ
ブ幅l′は、パターンマツチングにより求めたタブ
付け根のコーナー座標C₁（x₁，y₁）とC₂（x₂，y₂）
から次式(1)により求められる。

l′²＝｛x₂−x₁）²＋（y₂−y₁）²｝・β² …(1) 次に、ステツプ６０において、画像上のタブ幅
l′に対応する理論上のタブ投影幅ｌを、次式(2)〜
(8)から求める。即ち、まずＷとW′の関係は次式
(2)で表わされる。

W′＝ｒ・Ｗ／（ｒ−ｄ／２） …(2) そして、αとＷとは、2πr：W′＝2π：2αである
ことから、次式(3)で表わされる。

α＝W′／2r ＝Ｗ／（2r−ｄ） …(3) また、Ｌ，l²，ΔXおよびCOSθはそれぞれ次式
(4)〜(7)により表わすことができる。

Ｌ＝２・ｒ sin α …(4) l²＝（Ｌ・cos θ）² …(5) ΔX＝Δx＋Δx′ …(6) cos θ＝√（ ）²−（）
²／ｒ cos α…(7) これらの式からl²は次式(8)により求められる。

l²＝〔２・tan｛Ｗ／（2r−ｄ）｝〕²・ 〔r²cos²｛Ｗ／（2r−ｄ）｝−β² （Δx＋Δx′）²〕 …(8) 式(8)において、Ｗ，ｒ，ｄ，βはUO鋼管４お
よびタブ５の種類により予め定められているもの
である。また、画像中心線８２のｘ座標は予め正
規の鋼管中心線と一致されてメモリに記憶されて
おり、タブ中心線８０のｘ座標x₀はコーナー座標
C₁，C₂からx₀＝（x₁＋x₂）／２として求められる
ので、Δxは簡単に求めることができる。一方、
Δx′はタツチセンサ１１により鋼管４の水平方向
位置ずれを検出することにより求められ、その値
は予めメモリ１９に格納されている。

次にステツプ６２において、l²とl′²の偏差を次
式(9)のように求める。

Δl²＝｜l²−l′²｜＜ε …(9) 式(9)におけるεは予め定められた判定基準値で
あり、l²とl′²の差の絶対値がεよりも小さければ
検出されたタブ５の付け根部コーナー座標C₁
（x₁，y₁）とC₂（x₂，y₂）は正しいと判断し、その
差の絶対値がεよりも大きい場合には検出異常と
して判定し、ステツプ６４に移行してステツプ５
０からステツプ６２の処理を再度実行させる。そ
して、再度処理をしても、ステツプ６２において
異常と判定された場合には、ステツプ７０に移行
して検出異常信号を出力するようにする。以上が
画像上のタブ幅l′と理論上のタブ投影幅ｌとの比
較による第１段階の合理性チエツクであり、ステ
ツプ６２において正しいと判断された場合には、
以下に説明する第２段階の合理性チエツクをステ
ツプ６６以降において実行する。

第２段階の合理性チエツクは、画像処理して得
られた２値画像のタブ５の付け根コーナーの直角
性と、画像上のタブ５の側端と鋼管４の端縁の輪
郭の直線性をチエツクして、求められたコーナー
座標C₁とC₂が正しいか否かの判定をするもので
ある。

そこで、第５図に示すように、コーナーC₁お
よびC₂を含み、かつコーナーC₁からｙ軸正方向
にl₁以上の大きさ（l₁は予め定められた値）を持
つウインドウ１、およびC₁を含みC₁からｘ軸負
方向にl₂以上の大きさ（l₂は予め定められた値）
を持つウインドウ２およびC₂を含みC₂からｘ軸
正方向にl₂以上の大きさを持つウインドウ３を設
定し、図示の如く各ウインドウと画像輪郭線との
交点座標C₁′（x₁′，y₁′），C₂′（x₂′，y₂′），C₁
″（x₁″，
y₁″），C₂″（x₂″，y₂″）を求める（ステツプ６６）
。

次に、ステツプ６８において、上記交点座標
C₁′，C₂′，C₁″，C₂″から、画像上のコーナーの直
角性を、次式(10)の全ての式を満足するか否かによ
りチエツクする。

｜x₁−x₁′｜＜ε′ ｜x₂−x₂′｜＜ε′ ｜y₁−y₁″｜＜ε′ ｜y₂−y₂″｜＜ε′ …(10) なお、(10)式においてε′は直角性の判定基準値で
ある。また、式(10)によつてコーナーの直角性を判
定できる前提条件として、UO鋼管４の軸中心線
と画像中心線８２とが少なくとも平行になるよう
に設定されていること、およびその平行度がくず
れている場合であつてもその傾きが画像メモリ上
１ドツトのずれをも発生しない程度であることが
要求される。このような前提条件は、実用的には
十分満足され得るものであるといえる。

一方、UO鋼管４の端面の直線性チエツクは次
式(11)で判定される。

｜y₁−y₂｜＜ε″ …(11) なお、式(11)におけるε″は直線性の判定基準値で
ある。

ステツプ６８において、式(10)または(11)が成立し
ない場合は、ステツプ７０へ移行して検出異常信
号を出力する。式(10)および式(11)が共に成立する場
合には、コーナー座標C₁（x₁，y₁）とC₂（x₂，y₂）
は正しい検出値であると判断し、ステツプ７２に
おいてロボツト座標系と画像座標系との変換を行
い、タブ切断位置情報をロボツト制御装置８へ出
力する。

上述したように、本実施例によれば、画像処理
の結果得られた２値画像データの正否を２段階の
異なる手法によつてその合理性チエツクを行つて
いることから、タブ切断位置情報の精度が向上さ
れ、信頼性を高めることができるという効果があ
る。また、これによつてロボツト等の破損や誤ま
つた位置を切断することによる不良製品の発生を
防止することができるという効果がある。

上述した第４図図示実施例の直角性および直線
性のチエツクは、実際の鋼管４の中心線と画線中
心線８２とが少なくとも平行になるように設置さ
れていることを前提条件としていた。しかし、正
常な画像処理がなされた場合であつても、第８図
に示すように、画像全体が画像枠に対して傾斜し
た状態になることがある。

このような場合のパターンマツチング処理は、
第９図ａ，ｂに示す傾斜した標準パターンを予め
複数種類用意しておき、それらによりタブ５のコ
ーナー座標C₁（x₁，y₁），C₂（x₂，y₂）を求めるよ
うにする。

また、第２段階の合理性チエツクの交点座標
C₁′（x₁′，y₁′），C₂′（x₂′，y₂′），C₁″（x₁″
，y₁″），
C₂″（x₂″，y₂″）は、第７図に示すように、画像輪
郭線と画線枠との交点に設定し、２値画像メモリ
部のデータを検索することにより求める。例え
ば、C₁′（x₁′，y₁′）を求める場合、y₁′＝０のピク
セル（画素）を順次その内容が“０”か“１”か
を検索し、“０”から“１”に変化するピクセル
の座標をx₁′とする。なお、この場合ノイズ等に
よる誤検索を排除するため、“０”から“１”に
変化したピクセルを起点として、一定数のピクセ
ル（例えば５ピクセル）の内容が連続して“１”
であることを条件に加えることが望ましい。
C₂′（x₂′，y₂′）については、同様にピクセルの内
容が“１”から“０”に変化する座標を検索して
求める。C₁″（x₁″，y₁″）とC₂″（x₂″，y₂″）につ
い
ても同様に、それぞれx₁″＝０，x₂″＝255として、
ｙ軸方向に各ピクセルの内容が変化する座標を求
める。

このようにして求めた各点の座標から、C₁と
C₁′を通る直線f₁，C₂とC₂′を通る直線f₂，C₁と
C₁″を通る直線g₁、およびC₂とC₂″を通る直線g₂
を、それぞれ次式(12)〜（15）のように設定する。

f₁：ｘ−x₁／x₁′−x₁＝ｙ−y₁／y₁′−y₁ …(12) f₂：ｘ−x₂／x₂′−x₂＝ｙ−y₂／y₂′−y₂ …（13） g₁：ｘ−x₁／x₁″−x₁＝ｙ−y₁／y₁″−y₁ …（14） g₂：ｘ−x₂／x₂″−x₂＝ｙ−y₂／y₂″−y₂ …（15） タブ付け根コーナーの直角性は、その判定基準
値をμ′とし、次式（16），（17）により判定する。
なお、式（16）は直線f₁とg₁との直角性を、式
（17）は直線f₂と直線g₂との直角性を、それぞれ
判定する式である。

｜y₁′−y₁／x₁′−x₁×y₁″−y₁／x₁″−x₁＋１｜＜
μ′…（16） ｜y₂′−y₂／x₂′−x₂×y₂″−y₂／x₂″−x₂＋１｜＜
μ′…（17） 一方、UO鋼管端縁の直線性は、その判定基準
値をμ″とし、次式（18），（19）により判定する。
なお、式（18）は直線g₁とg₂の傾きの一致度を判
定するものであり、式（19）は直線g₁とg₂のｙ切
片の一致度を判定するものである。

｜y₁″−y₁／x₁″−x₁−y₂″−y₂／x₂″−x₂｜＜μ″
…（18） ｜y₁×x₁″−x₁×y₁″／x₁″−x₁−y₂×x₂″−x₂×y₂
″／x₂″−x₂｜＜ μ″ …（19） 上記式(12)〜（19）を用いて、直角性および直線
性を判定した結果に対する処理手段は、第４図図
示実施例と同一であるので説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、タブ切
断位置の検出精度および信頼性が向上され、自動
タブ切断ロボツト等の装置の破損、又は誤まつた
位置を切断するという誤動作を防止することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法の適用可能な自動タブ切断装
置の一例の全体構成図、第２図は画像メモリに格
納された画像データの概念図、第３図は第１図図
示例の要部詳細構成図、第４図は本発明の一実施
例の手順を示すフローチヤート、第５図は画像デ
ータの一例図、第６図ａ，ｂは標準パターンの一
例図、第７図ａ〜ｃは第４図図示実施例の手順を
説明するための図、第８図は画像データの他の一
例図、第９図ａ，ｂは標準パターンの他の一例図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定位置に搬送停止されるタブを含む被溶接
   材端部を撮影し、この２値画像データからタブ付
   け根部のコーナー画像座標を割り出し、このコー
   ナー画像座標に基づいて切断位置を決めるに際
   し、前記２値画像データから画像座標基準線に対
   するタブ画像の位置ずれ寸法を求めるとともに、
   前記被溶接材端部の停止位置をセンサで検出して
   画像座標基準線に対する前記タブの位置ずれ寸法
   を求め、このタブの位置ずれ寸法と前記タブ画像
   の位置ずれ寸法と予め与えられる前記タブの形状
   寸法とに基づいて本来撮影されるべきタブの投影
   タブ幅を求め、この投影タブ幅と前記コーナー画
   像座標から求まる画像タブ幅を比較し、それらの
   偏差が許容値以内のとき、前記割り出したコーサ
   ー画像座標を正しいものと判定し切断を実行させ
   るようにしたことを特徴とするタブ切断位置決め
   方法。 ２ 所定位置に搬送停止されるタブを含む被溶接
   材端部を撮影し、この２値画像データからタブ付
   け根部のコーナー画像座標を割り出し、このコー
   ナー画像座標に基づいて切断位置を決めるに際
   し、前記２値画像データから画像座標基準線に対
   するタブ画像の位置ずれ寸法を求めるとともに、
   前記被溶接材端部の停止位置をセンサで検出して
   画像座標基準線に対する前記タブの位置ずれ寸法
   を求め、このタブの位置ずれ寸法と前記タブ画像
   の位置ずれ寸法と予め与えられる前記タブの形状
   寸法とに基づいて本来撮影されるべきタブの投影
   タブ幅を求め、この投影タブ幅と前記コーナー画
   像座標から求まる画像タブ幅を比較してそれらの
   偏差を求め、さらに画像上のコーナーを形成する
   タブと被溶接材との画像輪郭線上に判定点を設定
   し、この判定点と前記コーナー画像座標とからコ
   ーナーの直角度と前記画像輪郭線の直線性を求
   め、前記偏差と直角度と直線性とがそれぞれ所定
   の許容値以内のとき、前記割り出したコーナー画
   像座標を正しいものと判定し切断を実行させるよ
   うにしたことを特徴とするタブ切断位置決め方
   法。