KR102536439B1

KR102536439B1 - 용접 이상 진단 장치

Info

Publication number: KR102536439B1
Application number: KR1020217017719A
Authority: KR
Inventors: 마사야스 세키모토
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2023-05-26
Also published as: KR20210088687A; WO2021111545A1; JP7184211B2; JPWO2021111545A1; CN113226633A; CN113226633B

Abstract

용접 이상 진단 장치는, 피용접재의 이면을 촬영하는 카메라 시스템과, 상기 피용접재의 용접시에 있어서 상기 카메라 시스템에 의해 촬영된 발광 촬영 화상을 수집하는 용접부 촬영 카메라 화상 수집부와, 용접 조건 설정값을 수집하는 용접 제어 정보 수집부와, 상기 발광 촬영 화상과 상기 용접 조건 설정값에 기초하여 상기 피용접재의 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량을 계산하고, 상기 용접광 특징량과 용접 이상 판정 상하한값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 상황 진단부를 구비한다.

Description

용접 이상 진단 장치

본 출원은 강판의 연속 냉간 압연 라인을 주로 하는 연속 냉간 처리 라인에 공급되는 강판 사이를 용접하는 용접 시스템에 관한 것이다.

강판의 연속 냉간 압연 라인에서는, 연속해서 강판을 공급하여, 냉간 압연한다. 연속 냉간 압연 라인에 공급되는 강판은, 주로, 열간 압연 라인에서 압연된 두께 1.0 ∼ 10 ㎜ 정도, 길이 100 m ∼ 1 ㎞ 의 강판이다.

연속 냉간 압연 라인을 주로 하는 연속 냉간 처리 라인에서는, 선행재의 미단과 후행재의 선단을 용접하여, 끊임없이 강판이 공급된다. 이로써, 생산성을 향상시키고 있다.

여기서 용접에 불량이 발생했을 경우, 냉간 압연 중에 용접부로부터 강판이 파단된다. 파단에 의해 미스롤이 되어 버려, 생산성의 저하 혹은 냉간 압연 설비의 파손으로 연결된다. 이 때문에, 연속 냉간 압연 라인을 주로 하는 연속 냉간 처리 라인에 있어서, 강판 사이의 용접은 중요한 공정의 하나이다.

선행재와 후행재의 용접은, 자동 용접 장치로 실시된다. 통상, 자동 용접 장치에서는, 선행재의 미단과 후행재의 선단을 시어에 의해 절단하고, 그들의 피용접부를 평행하게 한다. 그 후, 선행재와 후행재의 간극을 맞대어 용접한다. 재료에 따라서는, 미리 가열한 후에 선행재와 후행재의 간극을 맞댄다.

자동 용접 장치로 원하는 용접을 실행하기 위해서, 예를 들어, 미리 정해진 용접 조건 (이하, 프리셋 정보로 한다) 이 입력된다. 그러나, 프리셋 정보만으로는 용접이 잘 되지 않는 경우도 있다. 용접이 잘 되지 않는 이유의 일례는, 강판 자체의 변형이다. 이유의 다른 예는, 예열했을 경우에 불균일하게 열팽창되는 것이다. 그 밖에도, 예를 들어, 용접의 시종에 있어서의 온도 저하에 의한 간극의 거리 변화 등도 이유가 된다. 그래서, 용접 설비 혹은 부수 계기로부터의 실적 정보를 사용하여, 피드백 제어에 의해 용접을 실행하는 경우도 있다. 그러나, 피드백 제어에 사용하는 유용한 정보를 얻을 수 없는 경우도 있다.

그래서, 프리셋 정보만으로 자동 용접하는 경우, 예를 들어, 광학 센서를 사용하여, 용접 완료 후의 용접 비드의 형상을 검출하여, 용접의 양불량을 판단하는 경우가 있다. 그 밖에도, 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 용접 직후에 용접부 부근의 온도를 측정함으로써 용접의 양불량을 판정하고 있다. 또, 특허문헌 2 는, 적외선 센서를 사용하여, 용접 직후에 시인되는 용접지 (溶接池) 의 형상으로부터 용접의 양불량 판정을 실시하거나, 그 판정 결과를 사용한 용접 제어를 실시하거나 하는 것을 제안하고 있다.

일본 특허공보 제5058707호 일본 공개특허공보 2000-351071호

용접 비드의 형상 검출에 의한 용접의 양불량 판단은, 최근, 주류가 되고 있다. 그러나, 용접 비드에 기초하여 양 판정이 나와도 연속 냉간 압연에서 파단이 일어나는 경우도 있어, 반드시 정확한 판정을 할 수 있다고는 할 수 없었다. 또, 최종적인 판단은, 자동 용접 장치의 관리자 혹은 용접 시스템의 조업자가 실시하므로, 판단이 곤란한 케이스도 있었다.

특허문헌 1 은, 용접부 주변의 온도 분포를 비교적 시인할 수 있는, 특정한 용접 방법에서만 적용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 열 영향부가 작은 레이저 용접 등에서는 적용이 어렵다. 특허문헌 2 는, 피용접재에 있어서의 용접 헤드 (12) 측의 표면에 주목하여, 당해 표면에 있어서의 용접 비드의 형상적 특징에 기초하여 용접의 양불량을 감시하고 있다. 그러나 용접 비드는, 용접 부위가 적정 위치에 있는 경우의 형상과, 용접 부위가 적정 위치로부터 크게 어긋났을 때의 형상을 구별하는 것이 어렵다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 기술에서는, 여전히 고정밀도의 양부 판정이 어렵다는 실정이 있었다. 그래서, 본원 발명자가 예의 검토를 진행시킨 결과, 종래와는 상이한 신규한 기술적 사상에 기초하여 용접의 양불량을 고정밀도로 판정하는 기술을 알아내었다.

본 출원은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 용접의 양불량을 고정밀도로 판정하도록 개량된 용접 이상 진단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 실시형태의 하나로서 제공되는 용접 이상 진단 장치는, 피용접재의 이면을 촬영하는 카메라 시스템과, 상기 피용접재의 용접시에 있어서 상기 카메라 시스템에 의해 촬영된 발광 촬영 화상을 수집하는 용접부 촬영 카메라 화상 수집부와, 용접 조건 설정값을 수집하는 용접 제어 정보 수집부와, 상기 피용접재의 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량을 상기 발광 촬영 화상과 상기 용접 조건 설정값에 기초하여 계산하고, 상기 용접광 특징량과 용접 이상 판정 상하한값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 상황 진단부를 구비한다.

상기 용접광 특징량은, 피용접재의 이면측으로부터 촬영한 용접광의 윤곽 형상을 수치 등으로 양적으로 나타낸 것이어도 된다. 상기 용접광 특징량은, 발광 촬영 화상의 용접광이 갖는 공간 모멘트와 면적과 무게 중심과 용접광과 스파크 조도와 진원도로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 특징량이어도 된다.

상기 용접 조건 설정값은, 상기 용접 시스템에 있어서의 용접 헤드에 공급되는 전력과, 용접 헤드의 이동 속도와, 용접봉의 높이 또는 이송 속도와, 선행재와 후행재의 간극량을 포함해도 된다. 상기 용접 조건 설정값은, 가이드 롤러의 높이 위치 또는 압력에 대한 설정값 또는 실적값을 포함해도 된다. 상기 용접 조건 설정값은, 선행재의 사양 (예를 들어 강종과 판두께와 판폭) 과, 후행재의 사양 (예를 들어 강종과 판두께와 판폭) 과, 예열 공정의 유무와, 예열시의 온도 설정을 포함해도 된다.

데이터 처리의 편의를 위해서, 용접 이상 판정 상하한값 테이블과 용접 상황 정보 데이터베이스가 형성되어도 된다. 용접 이상 판정 상하한값 테이블은, 용접의 양불량의 판정에 사용하기 위한 용접 이상 판정 상하한값을 격납한다. 용접 상황 정보 데이터베이스는, 용접 상황의 출력 결과를 격납한다.

용접 시스템 관리자의 편리성 향상을 위해서, 용접 상황 출력부와 용접 이상 알람부 중 적어도 일방이 형성되어도 된다. 상기 용접 상황 출력부는, 상기 용접 상황 진단부의 출력 결과를 용접 시스템 관리자가 시인하기 위한 인터페이스이다. 상기 용접 이상 알람부는, 상기 용접 상황 진단부에 있어서의 용접 이상의 판정에 기초하여, 용접 이상을 용접 시스템 관리자에게 통지한다.

상기의 용접 이상 진단 장치에 의하면, 피용접재 이면의 용접광으로부터 계산한 용접광 특징량에 기초하여, 용접 상황을 양호한 정밀도로 평가할 수 있다. 피용접재 이면을 촬영하여 얻어지는 용접광은, 용접 상황의 양부에 따른 차이가 나타나기 쉽다는 특징을 갖는다. 이 용접광이 나타나는 방식의 차이를 용접광 특징량으로서 취급함으로서, 용접의 양불량을 양호한 정밀도로 판정할 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 용접 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 는, 용접 이상 진단 장치의 구성에 대해 나타낸 블록도이다.
도 3 은, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부에서 수집되는 화상의 예를 나타낸 도면이다.
도 4 는, 용접 이상 판정 상하한 테이블을 나타낸 도면이다.
도 5 는, 용접 상황 진단부에 있어서의 실행 순서를 나타낸 도면이다.
도 6 은, 촬영 화상마다 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 7 은, 시시각각의 용접광의 특징과 용접의 제어 출력의 정보의 실적값을 격납하기 위한 테이블의 예를 나타낸 도면이다.
도 8a 는, 촬영 화상마다 진단 기능의 다른 처리예를 나타낸 도면이다.
도 8b 는, 촬영 화상마다 진단 기능의 다른 처리예를 나타낸 도면이다.
도 9 는, 시시각각의 용접광의 특징과 용접 이상 판정 상하한값 및 용접 이상 경고 상하한값의 예를 나타낸 도면이다.
도 10 은, 용접 완료 후 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 11 은, 용접 경향 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 12 는, 용접광 특징량의 통계량의 경향의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13a 는, 제 2 실시형태에 있어서의 촬영 화상마다 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 13b 는, 제 2 실시형태에 있어서의 촬영 화상마다 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 14 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접광의 특징의 구배의 취득예를 나타낸 도면이다.
도 15a 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 15b 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 16 은, 제 2 실시형태의 용접 완료 후 진단 기능에 있어서의 용접광의 특징과 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17a 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 경향 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 17b 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 경향 진단 기능의 처리를 나타낸 플로우도이다.
도 18 은, 제 2 실시형태의 용접 경향 진단 기능에 있어서의 용접광 특징량의 통계량과 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19a 는, 제 3 실시형태에 관련된 처리 플로우를 나타낸 도면이다.
도 19b 는, 제 3 실시형태에 관련된 처리 플로우를 나타낸 도면이다.
도 20 은, 강판의 연속 냉간 압연 라인을 주로 하는 연속 냉간 처리 라인에 공급되는 강판 사이를 용접하는 용접 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21 은, 용접 상황에 따른 용접광의 이면에 나타나는 방식의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 22 는, 용접 상황에 따른 용접광의 이면에 나타나는 방식의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 23 은, 용접 상황에 따른 용접광의 이면에 나타나는 방식의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 24 는, 피용접재의 절단면이 비평행인 경우의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 는, 용접광 특징량의 바리에이션을 설명하기 위한 도면이다.

이하의 설명에 있어서는, 명세서 및 도면 중에서 동일한 부호를 부여한 구성은, 서로 동일하거나, 또는 실질적으로 동일한 것으로 한다. 예를 들어 플로우 차트에 있어서는 대응하는 스텝에 동일한 부호를 부여한다.

제 1 실시형태.

도 1 에, 제 1 실시형태에 관련된 용접 시스템 (10) 의 구성예를 나타낸다. 용접 헤드 (12) 는, 장치에 장비되어 있는 가이드 레일, 혹은 가이드 롤러 등을 따라, 피용접재 (9) 의 폭 방향으로 용접해간다. 피용접재 (9) 는, 구체적으로는, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 를 포함한다. 용접 헤드 (12) 는 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 를 용접한다.

용접 헤드 (12) 의 이동에 추종하도록, 용접부 표면 촬영 카메라 (13) 및 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 가 이동하여, 용접 헤드 (12) 에 대해 항상 동일한 위치에서 용접 상황을 촬영한다. 용접 헤드 (12) 는, 레이저 용접용인 것이어도 되고, 아크 용접용인 것이어도 된다.

출력 장치 (16) 로부터 공급되는 전력을 제어 장치 (15) 에 의해 제어하여 원하는 용접 출력을 얻는다. 이 때, 용접 조건을 정하는 제어량은, 피용접재 (9) 의 정보를 기초로 설정된다. 이 제어량은, 예를 들어, 용접 헤드 (12) 에 공급되는 전력과, 용접 헤드 (12) 의 이동 속도와, 용접 헤드 (12) 의 용접봉의 높이 및 이송 속도와, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극량 (이하, 갭이라고도 칭한다) 과, 가이드 롤러의 높이 위치 및 압력을 포함해도 된다. 피용접재 (9) 의 정보는, 예를 들어, 선행재 (9a) 의 강종, 판두께 및 판폭과, 후행재 (9b) 의 강종, 판두께 및 판폭을 포함해도 된다.

이들의 제어량과 피용접재 (9) 의 정보가, 프리셋 정보가 된다. 또, 실제로 용접했을 때의 실적 정보는, 제어 장치 (15) 에 도입되어, 피드백 제어 등에 사용되는 경우도 있다. 용접 이상 진단 장치 (20) 는, 용접부 표면 촬영 카메라 (13) 및 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 로 시시각각 촬영된 화상과, 용접의 제어 출력의 정보와, 그 밖의 용접에 부수하는 정보를 수집한다.

용접 이상 진단 장치 (20) 는, 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량의 계산을 실행함으로써, 용접 양불량의 판단 등을 실시한다. 또한, 기재한 용접 시스템 구성은 일례이며, 구성의 추가 또는 생략이 적절히 실시되어도 된다. 예를 들어 용접부 표면 촬영 카메라 (13) 는 생략되어도 된다.

도 20 은, 용접 시스템 (10) 이 적용되는 압연 시스템 (40) 을 도시하고 있다. 용접 시스템 (40) 은, 핫 코일 (41) 을 공급하는 설비와, 이들을 용접하는 용접 시스템 (10) 과, 연속 냉간 압연 라인인 냉간 압연기 (43) 와, 압연 후의 박판을 냉연 코일 (44) 로서 권취하는 설비를 구비한다.

용접 이상 진단 장치 (20) 는, 도 2 에 나타내는 블록도로 구성된다. 용접 이상 진단 장치 (20) 는, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 와, 용접 제어 정보 수집부 (22) 와, 용접 상황 진단부 (23) 와, 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 과, 용접 이상 알람부 (25) 와, 용접 상황 출력부 (26) 와, 용접 제어 정보 데이터베이스 (27) 와, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 를 구비하고 있다.

용접 제어 정보 수집부 (22) 는, 용접의 제어 출력의 정보나, 그 밖의 용접에 부수하는 정보를 수집한다. 용접의 제어 출력의 정보는, 예를 들어, 용접 헤드 (12) 에 공급되는 전력이나, 용접 헤드 (12) 의 이동 속도, 용접봉의 높이나 이송 속도, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극량 (이하, 갭으로 한다), 가이드 롤러의 높이 위치나 압력의 설정값과 실적값 등이다.

그 밖의 용접에 부수하는 정보는, 예를 들어, 선행재 (9a) 의 강종, 판두께, 판폭이나, 후행재 (9b) 의 강종, 판두께, 판폭, 예열 공정의 유무나, 예열시의 온도 설정 등, 용접 조건을 설정하기 위해서 사용되는 정보이다. 용접 제어 정보 수집부 (22) 에서 수집한 정보는, 예를 들어, 용접 제어 정보 데이터베이스 (27) 에 격납된다.

용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 는, 용접부 표면 촬영 카메라 (13) 및 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 로 시시각각 촬영된 화상을 수집한다.

도 3 은, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 에서 수집되는 화상의 예를 나타내고 있다. 도 3 의 하부로부터 상부에 걸쳐 용접 헤드 (12) 가 이동해간다. 용접 헤드 (12) 에 추종하도록, 용접부 표면 촬영 카메라 (13), 혹은 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 가 이동해간다. 용접 헤드 (12) 가 통과한 후에는, 용접지 (B_d1) 가 형성된다.

용접부 표면 촬영 카메라 (13), 혹은, 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 는, 도 3 의 점선 지점을 촬영하여, 일례로서 도 3 에 나타낸 바와 같은 용접광 (L_w1) 이 비친 화상을 얻는다. 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 가 얻는 화상을, 편의상, 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 이라고도 칭한다.

용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 은, 콘트라스트, 밝기 및 노출 등을 조정함으로써, 용접광 (L_w1) 을 적절히 시인할 수 있도록 해 두는 것이 바람직하다. 이들의 조정은, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 에서 처리되어도 되고, 용접부 표면 촬영 카메라 (13), 혹은, 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 에서 처리되어도 된다.

도 21 ∼ 도 23 은, 용접 상황에 따른 용접광 (L_w1) 의 이면에 나타나는 방식의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 도 21 에서는 레이저 용접의 경우를 예시하고 있다. 도 21 에 나타내는 바와 같이, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 맞닿음 부위에 적절히 용접 레이저광이 닿아 있을 때에는, 피용접재 (9) 의 표면과 이면에 용접광 (L_w1) 이 나타난다. 한편, 도 22 에 나타낸 바와 같이, 맞닿음 부위로부터 용접 레이저광이 어긋나면, 표면에는 용접광 (L_w1) 이 나타나지만, 이면에는 용접광 (L_w1) 이 나타나지 않는다. 도 23 에 나타내는 바와 같이, 어떠한 이유로, 조사되는 용접 레이저광의 강도 (에너지) 가 정상시보다 약해지는 경우가 있다. 이 경우, 도 21 의 적절한 경우와 비교하여, 이면에 나타나는 용접광 (L_w1) 의 크기나 형상이 작아진다.

또한, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 길이 방향에 대해 후행재 (9b) 의 단면이 비스듬하게 되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 경사의 갭 (ga1) 이 생겨 버리므로, 용접 도중에 용접 레이저광이 비추는 정도가 변화한다. 이 경우, 용접 도중에, 이면의 용접광 (L_w1) 의 크기나 형상에 명확한 변화가 나타나기 쉽다.

상기의 예에서는 레이저 용접의 경우를 예시했지만, 아크 용접에 있어서도 동일한 사정에 의해 이면의 용접광 (L_w1) 에 차이가 나타난다.

이와 같이, 피용접재 (9) 의 이면으로부터 촬영한 용접광 (L_w1) 은, 용접 상황의 양부에 따른 차이가 나타나기 쉽다는 특징을 갖는다. 따라서, 이 용접광 (L_w1) 이 나타나는 방식의 차이를 특징량으로서 취급함으로써, 용접의 양불량을 양호한 정밀도로 판정할 수 있다. 이와 같은 원리에 의해, 실시형태에서는, 피용접재 (9) 의 이면에 있어서의 용접 상황에 기초하여 용접 상황을 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.

용접 상황 진단부 (23) 는, 용접 제어 정보 수집부 (22) 와 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 에서 수집된 정보를 기초로, 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량을 계산하여, 용접 이상을 진단한다. 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량의 계산 결과는, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 격납된다.

용접 이상의 진단은, 예를 들어, 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량과 용접 이상 진단 기준을 비교하여, 기준값을 초과했을 경우에, 용접 이상으로 판정한다. 여기서, 예를 들어, 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량은, 용접 이상 판정 상하한값을 미리 정한, 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 의 소정의 값과 비교하여, 용접 이상을 판정해도 된다.

도 4 는, 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 의 예이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 각종 구분에 따라 용접 이상 판정 상하한값의 상한값과 하한값이 설정되어도 된다. 각종 구분은, 선행재 (9a) 및 후행재 (9b) 의 강종과, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 평균 판두께와, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극 설정값 등을 포함해도 된다.

또, 용접 이상 판정에 가까운 수치를 검출한 것을 경고하기 위한 상한값과 하한값 (용접 이상 경고 상하한값) 을 이상으로 판정되는 범위보다 좁은 범위로 설정해도 된다. 또는, 제 2 실시형태에서 설명하는 바와 같이, 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량 및 그 통계량을 사용하여 계산된 용접 이상 판정 상하한값을 기초로, 용접 이상을 판정해도 된다.

용접 이상으로 판정되었을 경우, 용접 이상 알람부 (25) 에서, 관리자에게 경고를 발신한다. 용접 상황 출력부 (26) 는, 시시각각의 용접 상황이나, 복수의 용접 상황의 결과 등을 출력한다. 이 출력은, 관리자가 용접을 확인하기 위한 표시 화면에 표시해도 된다.

용접 상황 진단부 (23) 는, 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 과, 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 과, 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 을 갖는다.

촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 은, 용접 공정의 개시로부터 종료까지의 사이에 시시각각 촬영한 화상마다, 용접 상황을 진단하기 위한 통계량을 계산하여, 용접의 양불량을 판정한다.

용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 은, 피용접재 (9) 의 용접이 완료할 때마다, 전술한 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 에서 계산한 용접 상황을 진단하기 위한 통계량을 사용하고, 용접 1 회에 있어서의 용접 상황을 진단하기 위한 통계량을 계산하여, 용접의 양불량을 판정한다.

용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 은, 용접 횟수가, 용접 시스템 기동 후에 소정의 용접 개수 (N) 를 초과한 이후에, 용접된 시간이 새로운 것으로부터 임의의 용접 개수 M 에서의 용접 상황을 진단하기 위한 통계량의 경향으로부터 용접의 양불량을 판정한다.

모든 기능도, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 에서 수집된 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 과, 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 수집된 정보를 입력원으로 한다.

도 5 는, 각각의 기능의 실행 순서를 플로우도로서 나타낸 것이다. 용접의 개시로부터 종료까지를 판단하는 로직 (스텝 S1) 은, 용접 시퀀스 ON 을 나타내는 용접의 제어 출력의 정보의 실적값에 의해 판단해도 된다. 혹은, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 로부터 얻어지는 용접부 표면 촬영 카메라 화상, 또는, 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 에 있어서, 용접광 (L_w1) 의 존재 확인에 의해 판단해도 된다.

용접 공정 ON 에 따라, 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 이 작동한다. 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 에는, 용접 제어 정보 데이터베이스 (27) 를 경유하여, 용접 제어 정보 수집부 (22) 에서 수집된 정보가 부여되어 있다.

촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 은, 시시각각 촬영된 화상마다의 용접 상황의 분석 결과를 계산한다. 분석 결과는, 후술하는 「용접광 특징량」 을 포함한다. 이 시시각각의 화상마다의 분석 결과는, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 격납된다.

스텝 S2 는, 용접 완료를 판단하는 로직을 포함한다. 스텝 S2 는, 데이터베이스 갱신이 되었는지 여부의 판정도 실시한다. 용접 완료 후에는, 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 이 작동한다. 용접 완료 후, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 격납된 시시각각 촬영된 화상마다의 용접 상황의 분석 결과 (용접광 특징량) 는, 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 에서 사용된다.

용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 은, 1 회의 용접에 있어서의 용접 상황의 분석 결과를, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 출력한다. 분석 결과는, 구체적으로는, 용접광 특징량으로부터 계산되는 통계량을 포함한다. 이 통계량의 상세한 것은 후술된다.

또한, 용접 완료를 판단하는 로직 (스텝 S2) 은, 상기 용접 시퀀스 ON 을 나타내는 용접의 제어 출력의 정보의 실적값에 의해 판단해도 되고, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 로부터 얻어지는 용접부 표면 촬영 카메라 화상, 혹은, 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 에 있어서, 용접광 (L_w1) 의 존재 확인에 의해 판단해도 된다.

스텝 S1 및 S2 에서, 용접부 촬영 카메라 화상 수집부 (21) 로부터 얻어지는 용접부 표면 촬영 카메라 화상, 혹은, 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 에 있어서의 용접광 (L_w1) 의 존재를 판단하는 방법으로서, 예를 들어, 화상 처리에 있어서의 이하의 임계값 처리를 사용해도 된다. 화상의 색 공간의 수치 배열 img 를, 하기 식 (1) 및 식 (2) 로 나타낸다.

여기서, w 는, 화상의 폭 방향의 화소수, h 는 화상의 높이 방향의 화소수, I 는, 폭 방향 화소 위치 x, 높이 방향 화소 위치 y 에 있어서의 화소값이다. 또, 예로서, 색 공간을 RGB 공간으로 기술하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 때, 예를 들어, 화상을 그레이스케일화한 후에, 모든 화소의 평균값에 의해 임계값 처리함으로써, 용접광 (L_w1) 의 존재를 판정할 수 있다.

여기서, NoWelding 은, 용접의 개시로부터 종료까지의 판단이다. I^d(x, y) 는, 폭 방향 화소 위치 x 와 높이 방향 화소 위치 y 에 있어서의 그레이스케일 후의 화소값이다. 또한, 여기서 나타낸 I^d(x, y) 를 산출하기 위한 각 계수는, 아날로그 신호와 디지털 신호의 변환에 관련된 국제 규격인 ITU-R BT.601 (Studio encoding parameters of digital television for standard 4 : 3 and wide screen 16 : 9 aspect ratios International Telecommunication Union) 에서 정해진 것이다. 단, 각 계수는 다른 규격에 의거해도 된다.

단, 상기 평균값을 사용한 방법은 일례이다. 평균값에 한정되지 않고 각종 공지된 임계값 처리가 적용되어도 된다.

또, 용접광 (L_w1) 은 명멸되므로, 반드시 용접 중의 모든 화상에 있어서 용접광 (L_w1) 을 확인할 수 있다고는 할 수 없기 때문에, 임의의 매수의 화상을 사용한 판단이 바람직하다.

다음으로, 시스템 기동으로부터의 용접 개수가 N 이상인지의 여부가 판정된다 (스텝 S3). N 이상이 아니면 이번 루틴이 종료한다.

스텝 S3 에서 용접 개수가 N 이상으로 판정된 경우에는, 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 이 작동한다. 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 은, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 로부터, 용접 개수 J (J ≥ N) 의 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량에 기초하는 통계량을 수취한다.

<촬영 화상마다 진단 기능>

촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 에 대해, 도 6 의 플로우도를 사용하여 설명한다. 먼저, 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 이 취득된다. 취득한 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 중에 존재하는 용접광 (L_w1) 이외의 광원을 제거하고, 용접광 (L_w1) 에 해당하는 부분과, 그 이외의 부분에서 2 치화한다 (스텝 S101).

용접광 (L_w1) 만을 추출하는 방법의 일례로서, 가우시안 필터와 오츠의 2 치화를 적용하는 경우를 나타낸다. 가우시안 필터는, 가우스 분포 g 에 의해 근방 화소값에 가중치 부여를 하여, 화상을 평활화한다.

가우시안 필터에 의해 평활화된 화상에 대해, 오츠의 2 치화 처리를 적용한다. 오츠의 2 치화 처리는, 화상 내의 화소값의 최대값과 최소값의 범위 내에서 분리의 정도가 가장 커지는 임계값을 산출한다. 산출한 임계값에 의해, 화소값을 2 치화한다.

상기의 처리는 일례이며, 다른 변형예도 가능하다. 변형예로서, 평균값 필터링을 사용해도 되고, 메디안 필터링에 의한 평활화를 사용해도 되고, 혹은, 적응형 2 치화 등의 처리의 적용도 가능하다.

용접광 (L_w1) 을 추출한 화상으로부터, 용접광 (L_w1) 의 윤곽을 산출한다 (스텝 S102). 윤곽의 추출 방법은, 일차 미분 필터 또는 라플라시안 필터 등의 필터링 처리를 적용하는 방법이어도 된다. 혹은, 윤곽의 추출 방법은, 단순히, 2 치화 처리에 의해 얻어진 일방의 수치에 속하는 면적이 최대가 되는 윤곽을 추출하는 방법이어도 된다. 어느 방법에 있어서도, 용접광 (L_w1) 의 윤곽을 나타내기 위한 화소 위치군이 얻어진다.

실시형태에서는, 용접광 (L_w1) 의 윤곽을 나타내는 화소 위치군을 사용하여, 용접광 (L_w1) 의 특징을 나타내는 용접광 특징량이 산출된다 (스텝 S103). 용접광 특징량은, 용접광 (L_w1) 의 윤곽 형상으로 나타내는 도형의 특징을 수치로 나타내고 있다.

예를 들어, 이하와 같은 여러 가지 용접광 특징량을 사용할 수 있다. 용접광 특징량은, 용접광 (L_w1) 의 공간 모멘트이어도 되고, 용접광 (L_w1) 의 면적이어도 되고, 용접광 (L_w1) 의 무게 중심이어도 되고, 용접광 (L_w1) 의 둘레 길이이어도 되고, 용접광 (L_w1) 의 스파크 조도이어도 되고, 용접광 (L_w1) 의 진원도이어도 되다.

용접광 (L_w1) 의 공간 모멘트 (m_ijf) 는, 하기 식 (6) 으로 계산되어도 된다. 용접광 (L_w1) 의 면적 A_f 는, 하기 식 (7) 로 계산되어도 된다. 용접광 (L_w1) 의 무게 중심 C_f 는, 하기 식 (8) 로 계산되어도 된다. 용접광 (L_w1) 의 둘레 길이 P_f 는, 하기 식 (9) 로 계산되어도 된다. 용접광 (L_w1) 의 스파크 조도 R_f 는, 하기 식 (10) 으로 계산되어도 된다. 용접광 (L_w1) 의 진원도 C_ircf 는, 하기 식 (11) 로 계산되어도 된다.

여기서, m_10f, m_01f 는, 각각, 화상의 폭 방향 및 높이 방향의 공간 일차 모멘트이다. 첨자 f 는, 용접 개시로부터 종료까지에 있어서의 화상 매수 (f = 1 to F, F : 용접 종료 화상) 이다. 용접광 특징량은, 적어도, 용접광 (L_w1) 의 면적과, 용접광 (L_w1) 의 둘레 길이와, 용접광 (L_w1) 의 무게 중심과, 용접광 (L_w1) 의 진원도를 포함하는 것이 바람직하다.

상기의 각 용접광 특징량에만 한정되지 않고, 다른 양을 사용해도 된다. 도 25 는, 용접광 특징량의 바리에이션을 나타내는 도면이다. 도 25 의 용접광 (L_w1) 은, 무게 중심 G 에 대해 지면 좌우로 신장되는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고 있다. 무게 중심 G 로부터 제 1 부분까지의 거리를 r1 로 하고, 무게 중심 G 로부터 제 2 부분까지의 거리를 r2 로 한다. 이 r1 과 r2 의 차분의 절대값을 r_br 로 한다. 이 r_br 이 용접광 특징량으로서 사용되어도 된다.

용접광 특징량은, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 격납된다 (스텝 S104). 격납시에, 용접광 특징량은, 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 얻어지는 용접 조건을 설정하기 위해서 사용되는 정보에 관련된다. 또, 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 얻어지는 용접의 제어 출력의 정보의 실적값과 함께, 용접광 특징량이 격납된다. 요컨대, 도 7 에 나타내는 테이블과 같이, 용접 조건을 설정하기 위해서 사용되는 정보에 관련된 소정의 테이블에, 시시각각의 용접광 특징량과 용접의 제어 출력의 정보의 실적값이 격납된다.

얻어진 용접광 특징량으로부터, 취득한 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 에 있어서의 용접의 양불량을 평가·진단한다. 실시형태에서는, 먼저, 용접 이상 판정 기준이 취득된다 (스텝 S105).

일례로서, 평가·진단에, 용접 이상 판정 기준의 일례인 용접 이상 판정 상하한값이 사용된다. 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 에는, 용접 이상 판정 상하한값이 미리 기억되어 있다. 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 얻어지는 용접 조건 설정 정보 중, 선행재 (9a) 및 후행재 (9b) 의 강종과, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 평균 판두께와, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극의 설정값이, 테이블 참조용 파라미터에 사용되어도 된다. 테이블 참조용 파라미터에 기초하여 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 의 해당 구분이 참조되고, 용접 이상 판정 상하한값의 용접 이상 판정 상하한값이 취득된다.

여기서, 용접 이상 경고 상하한값을 형성하고 있는 경우, 용접 이상 판정 상하한값과 동시에 이것을 취득해도 된다.

용접 이상 경고 상하한값을 형성하고 있는 경우, 각 용접광 특징량과, 각각에 대응하는 용접 이상 경고 상하한값이 비교된다 (스텝 S106). 또한, 각 용접광 특징량과, 각각에 대응하는 용접 이상 판정 상하한값이 비교된다 (스텝 S107).

각 용접광 특징량이 용접 이상 경고 상하한값을 초과하고 있고 용접 이상 상하한값은 초과하고 있지 않을 때에는, 용접 이상에 가까운 상태인 것을 경고 통지한다 (스텝 S108). 각 용접광 (L_w1) 의 특징이 용접 이상 상하한값을 초과할 때에는, 용접 이상으로 판정되고, 용접 이상이 통지된다 (스텝 S109). 이 때, 용접 불량 판정에 사용하는 용접광 특징량은, 어느 하나로 한정되어도 되고, 복수 선택해도 된다.

단, 시시각각 취득한 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 으로부터 얻어진 용접광 특징량을 사용한 용접 이상 판정에서는, 여러 가지 외란에 의한 극단적인 수치의 출력도 있기 때문에, 용접 이상을 관리자에게 통지하는 수단으로는, 반드시 유효하다고는 할 수 없다.

그래서, 변형예로서, 도 8a 및 도 8b 의 조합에 기재된 플로우도가 제공된다. 편의상, 도 8a 와 도 8b 를 종합하여 도 8 로 칭하는 경우가 있다. 도 8a 의 플로우에서는, 스텝 S104 후에 스텝 S200 ∼ S203 이 추가됨으로써, 임의의 화상 매수 구간 (F_r) 에 있어서의 용접광 특징량이 취득된다. 다음으로, 스텝 S203 에서 취득한 복수의 용접광 특징량의 평균값 혹은 중앙값 등을 사용하여 평활화가 실시되고 (스텝 S204), 용접 이상 판정 기준이 취득된다 (스텝 S205). 평활화 후에 용접 이상을 판정해도 된다.

도 9 는, 시시각각의 용접광 특징량 A 와 용접 이상 판정 상하한값 A_err1, A_err2 및 용접 이상 경고 상하한값 A_wrn1, A_wrn2 의 예를 나타낸다. 용접광 특징량 A 는, 전술한 공간 모멘트 및 면적 등의 각종 양에서 임의로 선택된다. 가로축은, 용접의 시종에 있어서의 화상 매수이다.

용접 개시로부터 종료까지의 중간에서, 용접광 특징량 A 가 용접 이상 경고 하한값 A_wrn2 를 하회하기 때문에, 관리자에게 경고 통지한다. 그 후, 추가로, 용접광 특징량 A 가 용접 이상 판정 하한값 A_err2 를 하회하기 때문에, 용접 이상을 통지하게 된다.

<용접 완료 후 진단 기능>

다음으로, 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 에 대해 설명한다. 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 의 처리 플로우를 도 10 에 나타낸다. 용접 완료와 함께, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 로부터, 완료한 용접의 시시각각의 용접광 특징량을 취득한다 (스텝 S300). 이 때, 수집한 시시각각의 용접광 특징량 중, 임의의 화상 매수간의 용접광 특징량을 취출해도 되고, 임의의 화상 매수 구간에 있어서의 이동 평균이나 이동 중앙값에 의해 취출해도 된다.

다음으로, 실시형태에서는, 수집한 시시각각의 용접광 특징량 각각에 대한 통계량이 계산된다 (스텝 S301). 통계량을 얻음으로써, 시시각각의 용접광 특징량을, 1 용접 횟수마다의 특징에 반영한다.

여기서 서술하는 통계량은, 평균값이어도 되고, 표준 편차이어도 되고, 분산이어도 되고, 최대값이어도 되고, 최소값이어도 되고, 변형도이어도 되고, 첨도이어도 되고, 중앙값이어도 된다.

통계량은, 일반적으로 알려져 있는 이하의 수식 (12) ∼ (19) 에 의해 계산되어도 된다.

평균값

는, 하기 식 (12) 로 계산되어도 된다.

표준 편차 σ 는, 하기 식 (13) 으로 계산되어도 된다. 분산 s² 는, 하기 식 (14) 로 계산되어도 된다. 최대값은, 하기 식 (15) 로 계산되어도 된다. 최소값은, 하기 식 (16) 으로 계산되어도 된다. 변형도 β₁ 은, 하기 식 (17) 로 계산되어도 된다. 첨도 β₂ 는, 하기 식 (18) 로 계산되어도 된다. 중앙값은, 하기 식 (19) 로 계산되어도 된다.

용접광 (L_w1) 의 특징의 하나는, 하기 식 (20) 으로 나타낸다. 식 (6) ∼ (11) 에서 예시한 바와 같은 상기 서술한 여러 가지 용접광 특징량으로부터, 임의의 종류의 용접광 특징량이 선택된다. 선택된 용접광 특징량의 통계량이 계산된다.

여기서, f 는, 용접 개시로부터 종료까지에 있어서의 화상 매수 (f = 0 to F, F : 용접 종료 화상) 이다.

다음으로, 산출한 용접광 특징량의 통계량은, 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 얻어지는 용접 조건을 설정하기 위해서 사용되는 정보에 관련되어, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에 격납된다 (스텝 S302).

다음으로, 용접광 특징량의 통계량으로부터, 용접 시종에 있어서의 용접의 양불량을 평가·진단한다. 여기서는, 용접 이상 판정 기준이 취득된다 (스텝 S105). 용접 시종에 있어서의 용접의 양불량의 평가·진단은, 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 이 실시한 처리와 동일하게, 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 로부터 용접 이상 판정 상하한값을 취득하고, 상하한값과의 비교에 의한 평가, 용접 이상을 판정한다 (스텝 S105 ∼ S109).

용접광 특징량의 통계량을 사용한 용접 시종에 있어서의 용접 이상 판정용의 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 에는, 통계량 각각에 대응한 상하한값이 형성된다. 또, 용접 불량 판정에 사용하는 용접광 특징량과 그 통계량은, 어느 하나로 한정되어도 되고, 복수 선택되어도 된다.

<용접 경향 진단 기능>

다음으로, 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 에 대해 설명한다. 도 11 은, 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 의 처리 플로우이다. 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 에서는, 먼저, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 로부터, 임의의 용접 개수 M 분의 용접광 특징량의 통계량을 취득한다 (스텝 S400). 임의의 용접 개수 M 은, 비교적 다수로 하는 것이 바람직하다.

도 12 는, 취득한 임의의 용접 개수 M 분의 용접광 특징량의 통계량의 경향예를 나타낸다. 도 12 에는, 어느 용접광 특징량 C 의 통계량 C^d 가 도시되어 있다. 도 12 에는, 통계량 C^d 에 대한 용접 이상 판정 상한값 C^d _err1 과 용접 이상 판정 하한값 C^d _err2 와 용접 이상 경고 상한값 C^d _wrn1 과 용접 이상 경고 하한값 C^d _wrn2 와 회귀 직선 L_C ^d,_stat 이 예시되어 있다.

다음으로, 취득한 용접 개수 M 분의 용접광 특징량의 통계량에 대해, 용접 상황 정보 데이터베이스 (28) 에서 정한 구분마다, 회귀 직선을 얻는다 (스텝 S401). 용접광 특징량의 통계량의 회귀 직선은, 하기 식 (21) 로 계산되어도 된다.

여기서, feat 는 용접광 (L_w1) 의 특징이고, stat 는 통계량이고, a_feat,_stat 는 회귀 직선의 기울기이고, b_feat,_stat 는 회귀 직선의 절편이다.

이로써, 회귀 직선의 기울기가 얻어진다 (스텝 S402). 얻어진 회귀 직선의 기울기로부터, 용접광 (L_w1) 의 특징의 장기 경향을 평가·진단한다. 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 및 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 과 동일하게, 용접 이상 판정 상하한값을 미리 정한 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 로부터, 용접광 (L_w1) 의 특징, 통계량에 대응하는 용접 경향에 대한 용접 이상 판정 상하한값의 상하한값을 취득한다 (스텝 S403).

회귀 직선의 기울기가 용접 경향 이상에 있어서의 용접 이상 판정 상하한값의 상하한값을 초과한 경우, 제 1 조건이 성립하고 있다 (스텝 S404). 용접 시간의 새로운 용접으로부터 P 개 거슬러 올라간 개수분의 용접광 (L_w1) 의 특징이, 용접 이상 판정 상하한값의 상하한값을 초과하고 있는 경우, 제 2 조건이 성립하고 있다 (스텝 S405). 이들 제 1 조건과 제 2 조건의 양방이 성립했을 경우, 용접광 (L_w1) 의 특징에 관한 경향에 장기적인 변화가 있다고 진단된다. 진단 결과는 외부에 통지된다 (스텝 S406).

예를 들어, 장기적인 사용에 의한 용접부 이면 촬영 카메라 (14) 의 렌즈의 오염은, 용접광 (L_w1) 의 진원도의 경향 변화를 파악하면 된다. 또, 용접광 특징량은, 용접광 (L_w1) 의 면적 혹은 둘레 길이를 포함하고 있다. 이들 용접광 특징량의 경향 변화에 있어서의 회귀 직선의 기울기가 감소 경향이 있으면, 용접 출력에 있어서의 이상의 우려가 있는 것을 알 수 있다. 특히, 용접 시스템이, 레이저 용접인 경우에는, 레이저 출력원의 보호 유리가 오염되어 있을 가능성을 시사할 수도 있다.

제 2 실시형태.

다음으로, 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 중복되는 지점은 설명을 생략한다. 제 1 실시형태에서는, 여러 가지 용접 이상 판정 상하한값을 미리 설정한 수치로서 취득하고, 용접 이상 판정에 사용하고 있다. 이에 대해, 제 2 실시형태에서는, 여러 가지 용접 이상 판정 상하한값을 계산에 의해 구한다.

<촬영 화상마다 진단 기능>

제 2 실시형태에 있어서의 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 을, 도 13a 와 도 13b 의 조합으로 나타낸다. 편의상, 도 13a 와 도 13b 를 종합하여 도 13 이라고 칭하는 경우가 있다.

촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 에서는, 임의의 화상 매수 구간 R 에 있어서 취득한 용접광 특징량으로부터, 용접광 특징량의 1 차 미분 성분을 계산하고 (요컨대, 구간 R 에 있어서의 용접광 특징량의 구배이다), 그 변화에 의해, 용접의 양불량을 평가·진단한다. 여기서, R 은, 1 회의 용접의 시종 사이에서, 비교적 긴 구간으로 하면 된다. 또, 제 1 실시형태에서도 설명한 바와 같이, 시시각각 취득한 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 으로부터 얻어진 용접광 특징량은, 여러 가지 외란에 의한 극단적인 수치의 출력도 있기 때문에, 다른 임의의 화상 매수 구간 (F^d _r) 에서 평활화된 용접광 특징량을 사용하여, 1 차 미분을 계산해도 된다. 단, 이 경우, R > F^d _r 로 할 필요가 있다.

도 13 에서는, 전술한 스텝 S101 ∼ S104 의 처리가 실행된 후, 스텝 S500 에서 화상 매수 카운트용의 식별자 FrmCnt 와, 소정값 R 이 비교된다. 도 13 의 스텝 S503 의 앞까지는, 제 1 실시형태와 동일한 처리를 한다. 스텝 S503 에서는, R 에 있어서, 용접광 특징량을 취득한다. 취득한 용접광 특징량은, 임의의 화상 취득 구간 F^dr 에서 평활화되어도 된다 (스텝 S504).

취득한 용접광 (L_w1) 의 특징 (여기서는, Y(f) 로 한다) 으로부터, 1 차 미분 성분을, 예를 들어, 최소 이승법 등에 의해 구한다 (스텝 S505). 이 계산이 시시각각 적용되어, 가장 가까운 구배 Qk 와 하나 앞의 구배 Q_k-1 이 계산된다. 구배 Qk 는, 가장 가까운 화상 매수 구간 위치 k 에 있어서의 용접광 특징량의 구배이고, 하기 식으로 계산된다.

구배 Q_k _-1 은, 하나 앞의 화상 매수 구간 위치 k-1 에 있어서의 용접광 특징량의 구배이고, 하기 식으로 계산된다.

가장 가까운 구배 Qk 와 그 하나 앞의 구배 Q_k-1 이 비교된다. 여기서, 화상 매수 구간 위치 k 는, 1 회의 용접의 시종에 있어서의 화상 매수 구간 위치의 수 (k = 0 to K (K = F/R, F : 용접 종료 화상)) 이다.

용접광 특징량의 구배의 취득예를 도 14 에 나타낸다. 화상 매수 구간 위치 k, k-1, k-2 각각과, 위치 k 에 있어서의 구배 Q_k 와, 위치 k-1 에 있어서의 구배 Q_k-1 이 도시되어 있다.

이들 구배의 차가 임의의 임계값 (D_grad) 을 초과했을 경우에, 용접광 특징량에 유의한 변화가 생겼다고 판정된다 (스텝 S506). 이 경우, 관리자에게 용접 이상을 통지한다 (스텝 S109).

<용접 완료 후 진단 기능>

제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 에서는, 품질 관리 수법의 하나인 관리도를 적용한다. 관리도에서는, 일반적으로, 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 3σ (σ : 표준 편차) 로 하여, 그것들을 초과했을 경우에 이상으로 판정한다.

제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 에서는, 정상적으로 용접이 완료했을 경우의 용접광 특징량을 사용하여, 시계열마다 용접광 특징량에 대한 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 계산한다. 이들의 관리 한계를 용접 이상 판정 상하한값으로서 사용하여, 용접의 양불량을 진단한다.

단, 용접마다, 용접의 양불량을 나타내는 부호를 미리 부여해갈 필요가 있다. 이 부호의 부여는, 관리자가 실시해도 되고, 제 1 실시형태에 있어서의 진단 수법의 결과로서 실시되어도 되고, 다른 용접 양불량 판정 설비 (예를 들어, 비드 검사 장치 등) 에 의해 실시되어도 된다.

도 15a 및 도 15b 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 의 플로우도이다. 도 15a 와 도 15b 를 종합하여 도 15 라고 칭하는 경우가 있다. 용접 완료 후, 용접이 정상이었을 경우의 용접 개수가, N^d 개 이상인지의 여부를 확인한다 (스텝 S600).

N^d 개를 하회하는 경우에는, 제 1 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 과 동일한 처리를 한다.

N^d 개 이상인 경우, 용접이 정상인 용접 개수 중, 임의의 용접 개수 M^d 개에 있어서의 용접광 특징량이 취득된다 (스텝 S601).

수집된 용접광 특징량으로부터, 화상 매수마다 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 계산한다 (스텝 S602). 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계는, 예를 들어, 슈하르트 관리도에 있어서의 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계의 정의 (JIS Z 9020-2 : 2016 관리도-제 2 부 : 슈하르트 관리도) 에 따라 계산되어도 된다. 구체적으로는, 이하의 식 (22) ∼ (25a) 및 (25b) 가 사용되어도 된다.

상방 관리 한계 UCL_i 는, 하기 식 (22) 로 계산되어도 된다. 하방 관리 한계 LCL_i 는, 하기 식 (23) 으로 계산되어도 된다. 정규화된 화상 매수 i 에 있어서의 용접광 (L_w1) 의 특징의 평균값은, 하기 식 (24) 로 계산되어도 된다. 정규화된 화상 매수 i 에 있어서의 용접광 (L_w1) 의 특징의 표준 편차는, 하기 식 (25a) 로 계산되어도 된다.

여기서, i 는 정규화된 화상 매수 (i = 0 to I^d) 이다.

는, 정규화된 화상 매수 i 에 있어서의, 정상적으로 용접이 완료된 용접 개수 M^d 개의 평균값이다.

σ_i 는, 정규화된 화상 매수 i 에 있어서의 용접 개수 M^d 개의 표준 편차이다. 화상 매수는, 각각의 용접의 조건에 따라 상이한 경우가 있으므로, 정규화된 화상 매수에 대응하는 용접광 특징량을, 근사값 등에서 얻어서 보완해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 단순한 선형 보완을 사용해도 되고, 스플라인 함수에 의한 보완 등을 사용해도 된다.

또, 여기서는, 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 3σ 로 하고 있다. 그러나, 변형예로서, 3σ 가 아니라 2σ 등으로 해도 되고, 상하한의 설정을 변경해도 된다.

또, 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계는, 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 과 동일한 구분마다 설정해도 된다. 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 의 구분은, 용접 제어 정보 수집부 (22) 의 용접 조건 설정 정보로부터 얻어지는 선행재 (9a) 및 후행재 (9b) 의 강종, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 평균 판두께, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극의 설정값 등이다.

얻어진 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계가 용접 이상 판정 기준으로서 세트됨으로써, 용접의 양불량의 판정에 사용된다 (스텝 S603). 즉, 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 초과한 점수가 많은 경우, 용접 이상으로 판정하고, 관리자에게 용접 이상을 통지한다.

용접광 특징량과 각 시계열에 해당하는 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계의 예를 도 16 에 나타낸다. 도 16 에는, 어느 용접광 특징량 D 의 상방 관리 한계 D_m1 과, 하방 관리 한계 D_m2 가 도시되어 있다. 제 1 용접예 D_ex1 은, 상방 관리 한계 D_m1 을 초과했을 경우를 예시하고 있다. 제 2 용접예 D_ex2 는, 정상적으로 용접이 완료한 예이다. 또한 정규화된 화상 매수 i 는 I^d 이다.

<용접 경향 진단 기능>

제 2 실시형태에 있어서의 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 에서는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 과 동일하게, 관리도에 있어서의 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 용접 이상 판정 상하한값에 사용한다.

도 17a 및 도 17b 는, 제 2 실시형태에 있어서의 용접 경향 진단 기능 블록 (23C) 의 처리에 관한 플로우도를 나타낸다. 도 17a 와 도 17b 를 종합하여 도 17 이라고 칭하는 경우가 있다. 제 2 실시형태에서는, 용접 완료 후 진단 기능 블록 (23B) 이, 정상적으로 용접이 완료한 개수가 N^d 개 이상인지의 여부를 판정한다 (스텝 S600).

정상적으로 용접이 완료한 개수가 N^d 개 이상인 경우에는, 용접이 정상인 용접 개수 중, 임의의 용접 개수 M^d 개에 있어서의 용접광 특징량의 통계량이 취득된다 (스텝 S601). 또한, 취득한 통계량으로부터, 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계가 계산된다 (스텝 S702). 이들의 관리 한계가 용접 이상 판정 기준으로서 세트된다 (스텝 S603). 그 후, 도 11 의 플로우도와 동일하게 스텝 S400 ∼ S406 의 처리가 실행된다.

즉, 도 18 과 같이, 어느 용접 개수에 대해 상방 관리 한계 D^d _mx1 및 하방 관리 한계 D^d _mx2 가 일의적으로 정해진다. 얻어진 상방 관리 한계 D^d _mx1 및 하방 관리 한계 D^d _mx2 를 용접 이상 판정 상하한값에 사용하여, 용접의 양불량을 평가한다.

또한, 용접 이상 판정 상하한값의 결정 방법의 하나로서, 관리도로부터 얻어지는 상방 관리 한계 및 하방 관리 한계를 나타냈지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 패턴 인식과 같은 수법을 사용해도 된다.

이 경우, 어느 용접 개수 M^dd 에 있어서, 용접마다 얻어지는 용접광 특징량간의 거리를 계산하여, 그 거리도 기초하여, 정상적으로 용접이 완료했을 경우와, 용접 이상이 되었을 경우의 경계를 구한다. 여기서, 용접 개수 M^dd 는, 용접의 양불량에 상관없이 용접이 완료한 개수이다. 용접마다 얻어진 각 용접광 특징량 사이의 거리는, 예를 들어, 평균 제곱 오차 등으로 구해도 되고, 예를 들어 이하의 식 (26) 으로 계산되어도 된다.

여기서, d_s,t 는, 용접 개수 M^dd 내의 s 번째의 용접에 있어서의 용접광 특징량과 t 번째의 용접에 있어서의 용접광 특징량 사이의 거리 (s > t, s, t = 1 to M^dd) 이다. 평균 제곱 오차는, 일례로서, 다른 방법에 의해 특징량간의 거리를 계산해도 된다. 정상적으로 용접이 완료했을 경우와, 용접 이상이 되었을 경우의 경계를 기초로, 용접의 양불량을 판정한다.

경계를 구하는 방법에는, 여러 가지 기계 학습을 사용해도 된다. 예를 들어, 서포트 벡터 머신이나 뉴럴 네트워크 등을 사용하여, 정상적으로 용접이 완료했을 경우와 용접 이상이 되었을 경우의 경계를 구해도 된다.

제 3 실시형태.

제 3 실시형태에서는, 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 이, 용접 공정의 개시로부터 종료까지의 사이에 시시각각 촬영한 화상마다 계산한 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량으로부터 용접의 제어 출력의 정보를 보정한다.

제어 출력에는, 용접 헤드 (12) 에 공급되는 전력이나, 용접 헤드 (12) 의 이동 속도, 갭이 있다. 예를 들어, 용접 시스템이, 아크 용접이었을 경우, 용접 토치의 이송 속도가 보정 대상에 포함되어도 된다. 다른 각종 제어 출력이 보정 대상으로 되어도 된다. 이들의 제어 출력은, 용접 시스템 (10) 에 있어서의 「용접 조건 설정값」 이다.

제 3 실시형태에 대해, 도 19a 와 도 19b 의 조합에 의해 설명한다. 도 19a 와 도 19b 를 종합하여 도 19 라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 중복되는 지점은 언급하지 않는다.

도 19 의 플로우도에서는, 도 8 에서 서술한 것과 동일하게, 스텝 S100 ∼ S104 및 스텝 S200 ∼ S204 가 실행된다. 제 3 실시형태에 있어서의 촬영 화상마다 진단 기능 블록 (23A) 에서는, 취득한 용접부 이면 촬영 카메라 화상 (19) 으로부터 얻어진 용접광 특징량과, 일치하는 화상 매수에 있어서의, 용접 개수 W 개분의 용접광 특징량의 평균값의 차로부터, 용접의 제어 출력의 정보에 대한 보정량을 계산하여, 대상의 제어 출력에 보정을 가한다 (스텝 S800 ∼ S802). 이 때, 제어 대상에 대한 보정량은, 예를 들어, 이하의 식 (27) 의 계산식으로 부여되어도 된다.

여기서, α_s 는, 대상의 제어 출력에 대한 보정 계수이다. cur 은, 당해 용접에 있어서의 용접 개시로부터의 화상 매수이다. f_match 는, cur 과 일치하는 화상 매수이다.

예를 들어, 대상의 제어 출력을, 용접 헤드 (12) 에 공급되는 전력으로 한다. 이 때, 용접광 특징량의 하나로서, 예를 들어 면적을 사용한다. 이 면적이, 어느 시각 cur^d 에 있어서, f_match ^d 에 있어서의 용접광 (L_w1) 의 면적의 용접 개수 W 개의 평균값보다 작아졌을 경우를 상정한다. 이 경우, 용접광 (L_w1) 의 면적을 일정하게 하도록, 용접 헤드 (12) 에 공급되는 전력을, 보정량분만큼 크게 해도 된다.

예를 들어, 대상의 제어 출력을, 용접 헤드 (12) 의 이동 속도로 한다. 이 때, 용접광 특징량의 하나로서, 예를 들어 둘레 길이를 사용한다. 이 둘레 길이가, 어느 시각 cur^dd 에 있어서, f_match ^dd 에 있어서의 용접광 (L_w1) 의 둘레 길이의 용접 개수 W 개의 평균값보다 작아졌을 경우를 상정한다. 이 경우, 용접광 (L_w1) 의 둘레 길이를 일정하게 하도록, 용접 헤드 (12) 의 이동 속도를, 보정량분 느리게 해도 된다.

또, 제어 출력에 대한 보정 계수는, 용접 제어 정보 수집부 (22) 로부터 얻어지는 용접 조건을 설정하기 위해서 사용되는 정보로부터 얻어지는 선행재 (9a) 및 후행재 (9b) 의 강종, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 평균 판두께, 선행재 (9a) 와 후행재 (9b) 의 간극의 설정값 등을 구분으로 하는 용접 이상 판정 상하한 테이블 (24) 과 동일한 구분마다 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 대상의 제어 출력은, 반드시 1 개인 것은 아니며, 복수로 해도 된다.

시시각각의 용접광 특징량을 기초로, 제어 출력에 보정량을 더하지만, 용접광 (L_w1) 의 특징이, 용접 이상 경고 상하한값을 초과한 경우에는, 제 1 실시형태와 동일하게, 관리자에게 경고 통지한다. 또한, 용접 이상 판정 상하한값을 초과한 경우에는, 용접 이상을 통지한다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 관련된 용접 이상 진단 장치 (20) 는, 피용접재 (9) 의 이면을 촬영한 영상으로부터 얻어진 용접시의 발광 (즉 용접광) 의 특징을 이용하여 용접 상황을 분석하고, 용접 중 및 용접 후에, 용접의 양불량을 판정한다. 용접 중에 판정한 용접의 양불량 상태로부터 용접 조건을 자동 조정하고, 그 후의 용접 상태를 양호로 한다. 또한, 용접 후에, 용접 중의 양불량 판정의 분석에 사용한 판단 기준과, 용접 조건을 이용하여, 용접 상황을 예측함과 함께, 용접 불량에서 기인하는 상황을 회피하기 위하여 관리자에게 조치 권고한다.

또한, 실시형태에서는 피용접재 (9) 의 이면에 대해 용접광에 기초하는 용접 상황 진단이 적용되어 있지만, 피용접재 (9) 의 표면에 대해 실시형태의 용접 상황 진단이 적용되어도 된다.

또한, 실시형태에 관련된 용접 이상 진단 장치 (20) 가 실행하는 각 플로우 차트의 처리 스텝을 방법 스텝으로서 바꾸어 읽음으로써 실시형태에 관련된 용접 이상 진단 방법이 제공되어도 된다.

9 피용접재
9a 선행재
9b 후행재
10 용접 시스템
12 용접 헤드
13 용접부 표면 촬영 카메라
14 용접부 이면 촬영 카메라
15 제어 장치
16 출력 장치
19 용접부 이면 촬영 카메라 화상
20 용접 이상 진단 장치
21 용접부 촬영 카메라 화상 수집부
22 용접 제어 정보 수집부
23 용접 상황 진단부
23A 촬영 화상마다 진단 기능 블록
23B 용접 완료 후 진단 기능 블록
23C 용접 경향 진단 기능 블록
24 용접 이상 판정 상하한 테이블
25 용접 이상 알람부
26 용접 상황 출력부
27 용접 제어 정보 데이터베이스
28 용접 상황 정보 데이터베이스
A, C, D 용접광 특징량
C^d, D^d 통계량
A_err1, C^d _err1 용접 이상 판정 상한값
A_err2, C^d _err2 용접 이상 판정 하한값
A_wrn1, C^d _wrn1 용접 이상 경고 상한값
A_wrn2, C^d _wrn2 용접 이상 경고 하한값
B_d1 용접지
D_m1, D^d _mx1, UCL_i 상방 관리 한계
D_m2, D^d _mx2, LCL_i 하방 관리 한계
F^dr 화상 취득 구간
FrmCnt 화상 매수 식별자
L_C ^d 회귀 직선
L_w1 용접광
Q_k, Q_k-1 구배
x 폭 방향 화소 위치
y 높이 방향 화소 위치

Claims

피용접재의 이면을 촬영하는 카메라 시스템과,
상기 피용접재의 용접시에 있어서 상기 카메라 시스템에 의해 촬영된 발광 촬영 화상을 수집하는 용접부 촬영 카메라 화상 수집부와,
용접 조건 설정값을 수집하는 용접 제어 정보 수집부와,
상기 피용접재의 용접 상황을 진단하기 위한 용접광 특징량을 상기 발광 촬영 화상에 기초하여 계산하고, 상기 용접광 특징량과 상기 용접 조건 설정값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 상황 진단부를 구비하며,
상기 용접 상황 진단부는, 용접 경향 진단 수단을 포함하고,
상기 용접 경향 진단 수단은, 복수의 상기 용접광 특징량으로부터 통계량을 계산하고, 상기 통계량이 갖는 경향과 용접 이상 판정 상하한값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 이상 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 상황 진단부는, 촬영 화상마다 진단 수단을 더 포함하고,
상기 촬영 화상마다 진단 수단은, 1 개분의 용접 공정 중에서 상기 용접부 촬영 카메라 화상 수집부로부터 얻어지는 시시각각의 상기 발광 촬영 화상으로부터 시시각각의 상기 용접광 특징량을 계산하고, 상기 용접광 특징량과 상기 용접 조건 설정값에 관련된 용접 이상 판정 상하한값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 이상 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 촬영 화상마다 진단 수단은, 1 개분의 용접 공정 중에서 상기 용접부 촬영 카메라 화상 수집부로부터 얻어지는 시시각각의 상기 발광 촬영 화상으로부터 시시각각의 상기 용접광 특징량을 계산하고, 미리 정한 기간 내에 있어서의 상기 용접광 특징량의 구배를 비교함으로써, 용접의 양불량을 판정하는 용접 이상 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 촬영 화상마다 진단 수단은, 1 개분의 상기 용접부 촬영 카메라 화상 수집부로부터 얻어지는 시시각각의 상기 발광 촬영 화상에 의해 얻어지는 시시각각의 상기 용접광 특징량에 기초하여 상기 용접 조건 설정값을 보정하는 용접 이상 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 상황 진단부는, 용접 완료 후 진단 수단을 더 포함하고,
상기 용접 완료 후 진단 수단은, 복수의 상기 용접광 특징량으로부터 통계량을 계산하고, 상기 통계량과 용접 이상 판정 상하한값에 기초하여 용접의 양불량을 판정하는 용접 이상 진단 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 용접 완료 후 진단 수단은, 상기 통계량에 기초하여 통계적 수법을 사용하여 상기 용접 이상 판정 상하한값을 결정하는 용접 이상 진단 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 용접 완료 후 진단 수단은, 상기 통계량에 기초하여 기계 학습을 사용하여 상기 용접 이상 판정 상하한값을 결정하는 용접 이상 진단 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 용접 경향 진단 수단은, 상기 통계량에 기초하여 통계적 수법을 사용하여 상기 용접 이상 판정 상하한값을 결정하는 용접 이상 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접 경향 진단 수단은, 상기 통계량에 기초하여 기계 학습을 사용하여 상기 용접 이상 판정 상하한값을 결정하는 용접 이상 진단 장치.