JPS6240975A - 鋼板の突合せ状態検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼板の突合せ状態の検出に関し、特に、鋼板の
突合せ溶接において突合せ位置および突合せギャップを
検出するための突合せ状態検出に関する。

〔従来の技術〕

たとえば薄鋼板の連続処理ラインにおいて、先行のスト
リップの後端と後行のストリップの先端を接続して連続
通板を行うため、各種の溶接法が用いられているが、板
厚が薄いものについては板の突合せの問題や、溶接速度
の点で、満足な溶接法がない現状である。しかし板厚が
厚いものの溶接については、例えばウェルティングジャ
ーナル１９５９年１２月号１１８２〜＋１９１頁に示さ
れているように、主にＴＴＧアーク溶接法が使用されて
いる。

板厚が０．３５ｍｍ位の場合は、ＴＩＧアーク溶接法で
も溶接が可能であるが、溶接電流がＩＯＡと極小電流溶
接となるため、アークが不安定となり、電源特性が大き
く影響して、溶接中での入熱変動を来たし、その結果ビ
ード形成が不安定となり、溶接欠陥の発生につながると
いう問題がある。レーザ溶接などのエネルギービーム溶
接では薄板の突合せ溶接が可能であるが、この場合にも
、突合せ間隙を極力小さくし、しかもビームを突合せ部
に正確に位置決めしなけれなならない。

いずれにしても、突合せ溶接においては突合せギャップ
を所定の範囲内とし突合せ部に対する溶接ヘッドの位置
決めを正確にする必要がある。したがって鋼板の突合せ
部の状態検出が必要である。

従来においては、光電変換カメラを用いて突合せ部の位
置を検出し、その位置にレーザビームを倣わせる倣い溶
接が提案されている（特開昭５４−１００９４８号公報
および特開昭５３−９７９４９号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

鋼板の突合せ部を撮影するカメラとしては、たとえばテ
レビカメラあるいはリニアＣＯＤが用いられる。いずれ
も、少なくとも突合せ線に直交する方向の一次元（直線
）で鋼板の反射光を電気信号に変換する。基点からの電
子走査位置により各時間の電気信号が鋼板上のどの位置
に対応するかが分かる。しかしながら、例えばレーザ溶
接などでは突合せギャップが極く狭いので、鋼板上にお
いて連続部（＃ｌｌ板表面）と突合せ部（端部接触部）
の反射光量差が少ないので、カメラ又はＣＣＤより得ら
れるビデオ信号において、鋼板の明部（表面）に対する
暗部（突合せ部）の信号レベル差が小さいのに加えて、
光ノイズおよび電気ノイズによりビデオ信号に多くのノ
イズが含まれるので、ビデオ信号より暗部（突合せ部）
を識別するための信号処理が複雑になると共に、正確に
識別しにくいという問題がある。

３一 本発明は比較的に簡単な電気処理により鋼板の突合せ部
の状態検出を正確に行うことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、複数回の撮影信号の、同一電子走査
位置のものを加算し加算信号のレベルを基準レベルと比
較して鋼板の突合せ状態を検出する。これによれば、光
学的ノイズおよび電気的ノイズはランダムであるので、
複数回ｎの撮影信号の加算において相殺され、加算信号
中より低減する。したがって加算信号はＳ／Ｎが高い。

しかも、加算信号において、明部の信号レベルがｎ倍に
、また暗部の信号レベルがｎ倍になって、明部レベルと
暗部レベルの相対差が大きくなり、明部と暗部の識別が
容易かつ正確になる。その結果、突合せ部（暗部）を区
分するための閾値の設定が容易であると共に、閾値に対
する明、暗の区分が正確になり、突合せ部の状態検出が
正確になる。

鋼板の突合せ端部に局所的汚れやゴミ等による反射輝度
の差がある場合、この部分の光量変化は加算信号中に残
る。そこで本発明の好ましい実施例では、加算信号を得
るための複数回の撮影信号は、突合せ線に沿う方向に撮
影手段を移動して該突合せ線に沿う方向で異った位置の
ものとする。

これによれば加算信号中における局所的汚れ又はゴミに
対応する信号成分の割合が掻く低くなり、その影響が低
減される。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕

第１図に本発明を一態様で実施する突合せ部撮影ヘッド
の構成概要を示す。撮影ヘッド６には一次元ＣＯＤカメ
ラ５とハンゲンランプ照明器４が備わっている。カメラ
５の光軸は突合せ鋼板１゜２の表面に対して垂直である
。鋼板１，２表面におけるカメラ５の視野中心に照明光
軸を合せて照明器４が垂直線に対してθの角度で、鋼板
１，２を照明する。ヘッド６は、鋼板１，２の突合せ線
３に平行なｙ方向に機械的に走査される。図示は省略し
たが、レーザ溶接ヘッドも突合せ線３をねらってＸ方向
に機械的に走査される。照明器４の光照射角度Ｏは３０
〜４０度である。この角度は、鋼板１，２の側端部にお
ける明暗コントラストを大きくし側端部検出を正確にす
る目的で定められている。

ＣＯＤカメラ５における一次元ＣＣＤの配列方向は、Ｘ
方向と直交するＸ方向であり、−列又は数列に並べられ
た光電変換単位素子の光検出信号が、カメラ５より電子
的走査により時系列でシリアルに出力される。第２図に
、鋼板１，２の突合せ線３とカメラ５におけるＣＧＤＩ
Ｏの配列、ならびにカメラ５より得られる信号１１との
関係を示す。第２図において、７および８は、第１図に
は図示を省略したクラブパーである。これらのクラブパ
ー７．８は、カメラ５に与えるそれらの反射光量が鋼板
１，２の反射光量よりも格段に小さくなるように、端縁
が約４５度の角度に加工されている。クラブパー７．８
のこの４５度の角度面と、クラブパー７．８間の鋼板１
，２表面に当った光の一部がカメラ５で電気信号（ビデ
オ信号）に変変換される。

ビデオ信号は、第２図に１１で示すように、クラブパー
７．８間の撮影範囲で高く、クラブパー７゜８」二の撮
影範囲で低い。突合せ線３では、光が突合せギャップを
通過し、あるいは突合せエツジ部で各所に散乱するので
、ビデオ信号レベルは鋼板１．２表面部よりも低くなる
が、突合せギャップは狭いのでレベル低下は小さい。

なお、第２図において、ＦＬはハロゲンランプの発光の
最高強度波長に中心を合せたフィルタである。このフィ
ルタＦ　Ｌにおける所要波長の減衰を小さくするため、
フィルタＦ　Ｌの光減衰率は小さく設定されている。し
たがって、所要波長以外の光の透過もかなりある。

第３図に、第１図に示すＣ０ＤＩＯに接続された信号処
理装置の構成を示す。

ＣＧＤＩＯはこの実施例では、２０４８個の光電変換エ
レメントを列配列したものであり、このＣＣＤ１０の一
ラインのビデオ信号は２０４８画素の光情報を含むもの
となる。

駆動回路１２は、ＣＣＤ１０を読取付勢し、読取信号（
ビデオ信号）、−ライン読取の繰り返しにおけるライン
識別のためのＸパルス（ライン同期パルス：副走査同期
パルス））および一ライン中の読取信号の画素区分を示
すＸパルス（画素同期パルス：主走査同期パルス）を出
力する。ビデオ信号は増幅器１３で所定範囲に増幅され
Ａ／Ｄコンバータ１４に与えられる。Ｘパルスはオアゲ
ート１８を通してバッファメモリ１７に書込シフトパル
スとして与えられると共にマイクロプロセッサ１８にも
与えられる。Ｘパルスはマイクロプロセッサ１９に与え
られる。駆動回路１２にはマイクロプロセッサ１９より
スタート／ストップを示す信号が与えられる。駆動回路
１２は、スタート信号が与えられている間、所定の繰り
返し周期でビデオ信号をライン区分で出力し、ビデオ信
号と共にＸパルスを出力し、ライン間でＸパルスを出力
する。ストップ信号が与えられると駆動回路１２は、こ
れらの信号出力を停止し、増幅器１３の入力端を機器ア
ースレベルに保持する。

Ａ／Ｄコンバータ１４は、この実施例ではパラレル出力
タイプのものであり、入力アナログ信号（ビデオ信号）
のレベルを示すデジタルデータ（例えば８ビツト）を並
列出力（８ビツトパラレル出力）する。このデジタルデ
ータは、加算器１５の加算入力端Ａに印加される。加算
器１５の和出力端のデータの各ビット信号は、このデー
タのビット数（８ビツト）に等しい数（８個）のアンド
ゲート１６の各１個のアンドゲートを通してバッファメ
モリ１７に与えられる。アンドゲート１６はマイクロプ
ロセッサ１９の出力信号に応じてゲートオン又はオフと
なる。ゲートオフのときにはアンドゲート１６の出力端
は機器アースレベルとなる。

バッファメモリ１７は、この実施例では、ｌラインが２
０４８ビツトで、入力データのビット数（８）に等しい
ライン数（８）のシフトレジスタ（パラレル８ビツトデ
ータ入力の、シフト段数が２０４８のシフトレジスタ）
である。ＣＣＤ　Ｉ　Ｏの、２０４８個の画素の光検出
情報でなる１ラインビデオ信号の先端のものを第１画素
信号と、第２番のものを第２画素信号と、順次に呼称し
、最後のものを第２０４８画素信号と呼称すると、先行
ラインのビデオ信号をバッファメモリ１７に格納した状
態で現在読取りラインのビデオ信号をメモリ１７に与え
るときには、メモリ１７の出力は先行ラインの第１画素
信号でメモリ１７の入力は現在読取りラインの第１画素
信号となる。すなわち、ＣＣＤ　］　Ｏの各ラインのビ
デオ信号をＡ／Ｄ変換したデータを連続してメモリ１７
に与えると、メモリ１７の出力とメモリ１７の入力は、
先行ラインの第ｉ画素信号と現在読取ラインの第ｉ画素
信号となる。実際には、メモリ１７の出力をマイクロプ
ロセッサ１９に与えると共に加算器１５の加算入力端Ｂ
に与えて、Ｃ０ＤＩＯの読取データ（現在読取ラインの
第ｉ画素信号）Ａにメモリ１７の出力データ（先行ライ
ンの第ｉ画素信号）Ｂの和をアンドゲート１６を通して
メモリ１７に与える。ここで連続して２ラインの読取デ
ータを加算器１５に与えると、メモリ１７には、連続２
ラインの、同一画素ＮＯ１の読取データを加算した和デ
ータが記憶されることになる。連続３ラインの読取デー
タを加算器１５に与えると、メモリ１７には、連続３ラ
インの読取データを加算した和データが記憶されること
になる。同様に、連続してｎラインの読取データを加算
器１５に与えると、メモリ１７には、連続ｎラインの読
取データを加算した和データが記憶されることになる。

本実施例では、このようにしてビデオ信号の加算を行な
う。

これらの加算により、和データＣの所要ビット数が増大
するので、和データＣの所要ビット数を小さくするため
に、増幅器１３およびＡ／Ｄ変換器１４は、第２図に１
１で示す如きのビデオ信号を、第２図に示すレベルＬｂ
を基底（デジタルデータで０を示すレベル）として、ｒ
−ｂ以下のビデオ信号レベルはデジタルデータでｏｏｏ
ｏｏｏｏｏで表わし、Ｌｂを越えるレベルを、Ｌｂを基
底レベル（０）としてデジタル変換する電位設定になっ
ている。これにより、また、前述のビデオ信号の加算に
より、ビデオ信号１１　（第２図）の高周波ノイズが平
滑化され、しかも明部（鋼板の平滑表面）と暗部（突合
せ部）のレベル差が大きい信号（メモリ１７の内容であ
り、デジタルデータ）が得られることになる。このデジ
タルデータをアナログ信号レベルで示すと第２図に示す
波形２１となる。この波形２１によれば、高周波ノイズ
が低減し、しかも明部と暗部とのレベル差が大きいので
、容易に暗部を認識し得る。

第３図に示す実施例では、マイクロプロセッサ１９がメ
モリへのデータ入力すなわち加算を制御し、かつメモリ
１７に書込んだデータ（加算データ）に基づいて波形２
１の暗部（突合せ部３）の位置と幅（突合せギャップ）
を検出する。

第４図および第５図に、マイクロプロセッサ１９の、突
合せ部３の位置検出およびギャップ検出に関する制御動
作を示す。なお、マイクロプロセッサ１９は、デジタル
変換した読取データに基づいて、鋼板１，２の側端部検
出も行なうが、これに関連する制御動作の図示は省略し
た。マイクロプロセッサ１９は、ヘッド６をｙ方向に駆
動す一１２＝ る機械走査駆動系ならびにレーザ溶接ヘッド（図示せず
）をｙ方向およびＸ方向に駆動する倣い走査駆動系を制
御するマイクロプロセッサ２０（以下ホストと称する）
に接続されており、このホスト２０より指示（データ要
求）を受ける。ホスト２０は、所定の速度でヘッド６を
ｙ方向に駆動させながら、所定周期でマイクロプロセッ
サ】９にデータを要求する。プロセッサ１９は、データ
要求がある毎に、突合せ部３の位置および幅を検出して
これらを示すデータをホスト２０に与える。

ホスト２０は、これらのデータに基づいて突合せ部の位
置および幅分布を示す２次元パターンデータをメモリ上
に展開して、このパターンデータに基づいてレーザヘッ
ドの倣い駆動制御を行なう。

まず第４図を参照する。電源が投入されるとマイクロプ
ロセッサ（以下隊にマイコンと称する）１９は、初期化
（ステップ１：以下カッコ内では「ステップ」という語
を省略する）を実行し、内部レジスタ、フラグ、タイマ
等をクリアして入出力ポートを待機状態に設定する。次
にホスト２０にレディ信号を出力しく２）、ホスト２０
よりデータ要求が到来するのを待つ。なおホスト２０は
、レディ信号を受けたことにより、第３図に示す検出装
置が検出可状態にあることを知り、ヘッド６をｙ方向に
駆動しながら所要のタイミングでマイコン１９にデータ
を要求する。

ホスト２０よりデータ要求があるとマイコン１９は、ホ
スト２０へのレディを撤回しくビジィをセットし＝４）
、メモリ１７をクリアする（５）。このメモリクリア（
５）においては、マイコン１９は、アンドゲート１６へ
の信号をゲートオフとするＩ、レベルとして、オアゲー
ト１７に２０４８個以上のパルスを与える。次にマイコ
ン１９は、アドレスカウンタ（内部レジスタであり、メ
モリＪ７への書込データの画素Ｎｏ、を示す）をクリア
し、回数カウンタ（内部レジスタであり、メモリ１７へ
与えたデータのライン数を示す）をクリアする（６）。

次にアンドゲート１６への信号をゲートオンレベルＨと
し、駆動回路１２にスタート信号を与える（７）。次に
駆動回路１２よりの信号を監視しく８．１０）、Ｘパル
ス（画素同期パルス）が到来するとアドレスカウンタを
１カウントアツプしく９）、Ｙパルスが到来すると回数
カウンタを１カウントアツプする。そしてＹパルスをカ
ウントアツプする毎に、回数カウンタの内容をｎ（加算
回数）と比較する（１２）。回数カウンタの内容がｎに
なっていると、所定ライン数ｎ分のビデオ信号の加算を
した加算データＣがメモリ１７に記憶されていることに
なる。アドレスレジスタの内容は２０４８になっている
。そこでマイコン１９は、駆動回路１２にストップを指
示しくスタート信号の撤回：１４）、以後の演算やデー
タ格納に用いる加算レジスタＡ（平均値Ｍを演算するた
めの総和を書込むレジスタ）、加算回数レジスタ（平均
値Ｍを演算するための加算回数を書込むレジスタ）、レ
ジスタＭ（演算した平均値を書込むレジスタ）、レジス
タＣＬ（最暗データを書込むレジスタ）、レジスタＡＣ
ＬＳ（最暗データが得られた最初のアドレスデータを書
込むレジスタ）、レジスタＡＣＬＥ（最暗データが得ら
れた最後＝１５− のアドレスデータを書込むレジスタ）、レジスタＡｄｃ
（暗部中心位置を書込むレジスタ）、レジスタＷ（暗部
幅を書込むレジスタ）、アップフラグ。

ダウンフラグ等をクリアする（１５）。

次に、メモリ１７の読出しを１画素づつシフトして（１
９〜２１）、読出し画素データ（ライン上同一位置画素
の９９４２分データの和）Ｃが０を越えているかを判定
して（１６）、Ｏを越えていると加算レジスタＡの内容
に加えて、加えた和を加算レジスタＡに更新メモリしく
１７）、このように更新メモリしたときは、第５図に示
すフローに進み、加算回数レジスタｍの内容を１カウン
トアツプする（１８）。そしてアドレスレジスタの内容
が０になっているか否かを判定する（２ｏ）。

アドレスレジスタの内容が０になっていると、メモリ１
７の２０４８個のデータすべてを読み出して、それらを
レジスタＡに加算し、しかも、加算回数レジスタｍに加
算回数を書込んでいることになる。

なお、この加算のためのメモリ１７よりのデータ読出し
においては、加算器１５の入力Ａが０で、メモリ１７の
出力データが加算器１５およびアンドゲート１６を通し
てメモリ１７の入力端に与えられるので、このように２
０４８個のデータを読み出した後も、メモリ１７は、読
み出し前と同じデータを保持している。

次にマイコン１９は、レジスタＡの内容を加算回数レジ
スタｍの内容で割って平均値Ｍを演算しレジスタＭに書
込む（２２）。平均値Ｍで表わされるレベルは第２図の
波形２１に示した一点鎖線レベルとなる。

マイコン１９は次に、メモリ１７の読出しを１画素づつ
シフトして（２５）、読出し画素データ（ライン上同一
位置画素の９９４２分データの和）ＣがＭを越えるもの
か否かを見る。これは画素Ｎｏ。

１から２０４８まで順次に行なうので、読出しデータＣ
は最初Ｍ未満であるが、ある点でＭ以上となり、突合せ
部３でＭ未満となり、突合せ部３を過ぎるとまたＭ以上
となり、最後にＭ未満となる。マイコン１９はこの経過
をたどって突合せ部３を検ＢＳする。すなわち、まずＭ
以上になるとステップ２７．２８と進んでアップフラグ
をセットする。

Ｍ以上になってから（アップフラグをセットしてから）
読出しデータＣがＭ未満になるとステップ２３．２４，
２９．３０と進んでダウンフラグをセットし、そのとき
のデータＣを最低レジスタＣＬにメモリしく３］）、ア
ドレスレジスタの内容をレジスタＡＣＬＳおよびＡＣＬ
Ｅにメモリする（３２）。その後の読出しのデータＣが
レジスタＣＬの内容よりも小さいとステップ３３がらス
テップ３１．３２に進んで、そのデータＣを最低レジス
タＣＬにメモリしく３］）、アドレスレジスタの内容を
レジスタＡ　ＣＬ　ＳおよびＡ　ＣＬ　Ｅにメモリする
（３２）。その後の読出しデータＣがレジスタＣＬの内
容と等しいと（３４）、暗部が続いているので、そのデ
ータＣのアドレス（アドレスレジスタの内容）をレジス
タＡＣＬＥのみに更新メモリする（３５）。その後の読
出しデータＣがＭ以上になると、読出しが暗部（突合せ
部３）を越えたことになるのでステップ２３，２７゜３
８を経て、ステップ３６以下に進む。なおことのとき、
最低レジスタＣＬには最暗部の読取データＣ（ｎ５４２
分の加算値）が書込まれており、レジスタＡＣＬＳの内
容は、該最暗部の読取データＣの始まりのアドレス（画
素Ｎｏ、）を示すものであり、またレジスタＡＣＬＳの
内容は、該最暗部の読取データＣの終りのアドレス（画
素Ｎ０９）を示すものである。

そこでマイコン１９は、レジスタＡ　ＣＬ　Ｓの内容と
レジスタＡＣＬＥの内容の平均値Ａｄｃを演算し、レジ
スタＡ　ＣＬ　Ｅの内容よりレジスタＡ　ＣＬ　Ｓの内
容を減算した値Ｗを演算する（３６）。このＡｄｃは、
暗部（突合せ部３）の中心位置（画素Ｎｏ、）を示し、
Ｗは暗部（突合せ部３）の幅を示す。マイコン１９は次
に、これらのデータＡｄｃおよびＷをホスト２０に転送
しく３７）、ステップ２に戻って、ホスト２０ヘレディ
信号を出力する。

なお、上記実施例では平均値Ｍをそのまま閾値として暗
部位置および幅を検出しているが、Ｍより所定値を減算
した値、又はＭに所定数（０より大で１より小）を乗算
した値を閾値として用いてもよい。

以上の突合せ部３の位置および幅の検出において、ｎ回
（ｎは２以上の整数；４以上が好ましい）の読取信号の
加算を行なうので、鋼板１，２近傍のランダム光ノイズ
および検出装置周りのランダム電界ノイズによる読取信
号中のノイズが相殺されて加算信号のＳ／Ｎが高くなり
、しかも、ノイズ以外の信号はｎ倍に増幅されるので加
算信号における明部信号レベルと暗部信号レベルの差が
大きくなり、したがって、暗部検出の精度が高くなり検
出が正確になる。更にヘッド６を所定速度でｙ方向に移
動させながらｎ回の読取信号を加算するので、突合せ部
の微少ゴミやばりなどの読取信号は一過性で加算信号に
おいてはそれらのによるレベル変動分が小さくなり、突
合せ部３の状態検出に対する影響が少ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、鋼板の突合せ部の
状態検出を比較的に簡単にしがも正確にし得る。特に、
突合せ間隙が小さい場合の状態検出に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様における、鋼板１゜２の突
合せ部３と、照明器４および撮影用カメラ５の相互関係
を示す斜視図である。 第２図は突合せ部３と、カメラ５およびカメラ５の読取
信号１１の関係を示すブロック図である。 第３図はカメラ５と接続した状態検出装置の構成を示す
ブロック図である。 第４図および第５図は、第３図に示すマイクロプロセッ
サＩ９の制御動作を示すフローチャートである。 １．２：鋼板　　　　　　　３：突合せ部４：照明器　
　　　　　５：　ＣＣＤカメラ６：状態検出ヘッド　７
，８：クラプバー９：レンズ　　　　　　ＦＬ：フィル
タ１０：ＣＣＤ　　　　　　１１：ＣＣＤの読取信号波
形１２　：　ＣＣＤ駆動回路　　　１３：増幅器１４：
Ａ／Ｄコンバータ１５：加算器 １６：アンドゲート　　１７：バッファメモリ１８ニオ
アゲート　　　１９：マイクロプロセッサ児３■ 賀　　１６ ０４Ｂ 器　　　　　　　　　　　　　　　　　バッファメモ」
＝訃二■−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板の突合せ部を照明し突合せ部を、光を電気信
   号に変換する撮影手段で撮影し、撮影によって得られる
   信号を処理して鋼板の突合せ状態を検出する、鋼板の突
   合せ状態検出において： 複数回の撮影信号の、同一電子走査位置のものを加算し
   加算信号のレベルを基準レベルと比較して鋼板の突合せ
   状態を検出することを特徴とする、鋼板の突合せ状態検
   出方法。
2. （２）前記複数回の撮影信号は、突合せ線に沿う方向に
   撮影手段を移動させて該突合せ線に沿う方向で異った位
   置のものとする、前記特許請求の範囲第（１）項記載の
   、鋼板の突合せ状態検出方法。
3. （３）基点からの電子走査位置データを走査同期パルス
   のカウントにより得て、加算信号の中で最暗部対応のレ
   ベルの信号に対応するカウント値を突合せ位置として得
   る前記特許請求の範囲第（１）項記載の、鋼板の突合せ
   状態検出方法。
4. （４）基点からの電子走査位置データを走査同期パルス
   のカウントにより得て、加算信号の中で暗部対応のレベ
   ルの信号に対応するカウント値の該暗部の一端と他端の
   カウント値の差を突合せギャップとして得る前記特許請
   求の範囲第（１）項、第（２）項又は第（３）項記載の
   、鋼板の突合せ状態検出方法。