JP6267366B2 - 溶接測定装置及び方法 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０１４年５月５日に出願された米国仮出願番号第６１／９８８６４１号(発明の名称「溶接測定装置及び方法」)の利益を主張し、当該出願は、引用を以てその全体が全ての目的のために本明細書に組み込まれるものとする。
＜分野＞
本発明は、溶接部を測定する装置及び方法に関し、より具体的には、破壊分解後のスポット溶接部を測定することに関する。

＜背景＞
抵抗スポット溶接（ＲＳＷ）の検査方法として、スポット溶接部の形成を検出すること、スポット溶接部の品質を評価すること、及び電極寿命を予測することが知られている。１つの方法では、溶接接合部を破壊し、溶接寸法を例えばキャリパーにより手動で測定される。溶接寸法及び外観の評価では、溶接破壊部の外観を、例えば、米国溶接協会ＡＷＳ Ｄ８．２（自動車用溶接品質−アルミニウムの抵抗スポット溶接の仕様）の分類システムの標準と比較することによって行われることができる。スチールの抵抗スポット溶接の検査では、レーザベースの検査システムも開発されている。それにもかかわらず、溶接部を検査するための改善された及び／又は代替となる方法及び装置が依然として要請されている。

＜要旨＞
開示される主題は、少なくとも１つのボンドアーティファクト(bond artifact)を有する試料を検査するための装置に関するもので、試料に光を当てることができる光源と、試料のデジタル画像を捕捉する(capturing)ことができるカメラと、試料のデジタル画像をカメラからを受け取ることができると共に、前記ボンドアーティファクトを測定して、その測定結果をユーザーに報告することができる画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータとを有する。

別の実施形態において、フレームワークは、光源、カメラ及び試料を互いに関連づけて保持する。

別の実施形態において、フレームワークは、試料を、カメラと光源の前で支持することができるテーブルを含む。

別の実施形態において、フレームワークは、試料をテーブルに押し付けることができる試料ホルダーをさらに有する。

別の実施形態において、試料ホルダーは、試料より上の位置と、試料をテーブルに押しつける位置との間で選択的に位置決めされることができるフレームを含み、前記フレームに内向きに延びる複数のフィンガーが取り付けられている。

別の実施形態において、テーブルはフレームワークに摺動可能に連結され、カメラから下の位置とカメラから離れた位置をとることができるようにしており、試料は、テーブルの上に置かれて、フィンガーで押しつけられると、カメラの下を移動することができる。

別の実施形態において、光源は、前記カメラのレンズが通ることができる開口(aperture)を有するディフューザフードを含む。

別の実施形態において、カメラは、第１のカメラであって、複数のカメラを構成するために少なくとも１つの追加のカメラをさらに具え、ディフューザフードが、前記複数のカメラの各レンズが通ることができる複数の開口を有し、前記複数のカメラの各々が、他のカメラの視野とは異なる視野にある試料の画像を得ることができる。

別の実施形態において、複数のカメラは、少なくとも３つのカメラを含む。

別の実施形態において、ボンドアーティファクトは、スポット溶接のアーティファクトであって、試料を載せるテーブルに置かれることができる寸法を有する較正標準(calibration standard)をさらに含み、前記較正標準は、スポット溶接のパターンに近似した相隔たる複数のドットを有する。

別の実施形態において、少なくとも１つのボンドアーティファクトを有する試料を検査する方法であって、試料に光を当てるステップと、カメラを用いて試料とボンドアーティファクトのデジタル画像データを取得するステップと、カメラからの試料のデジタル画像データを、画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータの中で受け取るステップと、画像データに表された少なくとも１つのボンドアーティファクトを測定するステップと、測定結果をユーザーに報告するステップとを含む。

別の実施形態において、コンピュータは、取得するステップ中のカメラを制御し、前記制御は試料の露光時間(length of exposure)の制御を含む。

別の実施形態において、取得するステップの前に少なくとも１つのボンドアーティファクトにペイントを塗布するステップをさらに含み、前記ペイントは、ボンドアーティファクトと該ボンドアーティファクトに近接する試料の残部とのコントラストを増大させる。

別の実施形態において、取得するステップの前に試料を平らにするステップをさらに含む。

別の実施形態において、カメラで較正標準のデジタル画像データを取得し、コンピュータ内の較正標準のデジタル画像データを受け取ることをさらに含み、さらに、較正標準のパターンに関する寸法データを受け取り、前記寸法データと前記画像データとを比較し、次に、補正マトリックスを計算して画像データの寸法データからの逸脱を補正することをさらに含む。

別の実施形態において、補正マトリックスを、取得するステップ中に取得された試料の画像データに関連する画像データに適用するステップをさらに含む。

別の実施形態において、取得するステップ中に取得されたデジタル画像データ中の関心領域(region of interest)を選択するステップと、前記画像データから非有意領域(insignificant areas)をフィルタリングするステップとをさらに含む。

別の実施形態において、アーティファクトのエッジを検出するステップと、アーティファクトの面積及び最大フェレット径を計算するステップとをさらに含む。

別の実施形態において、予め設定された閾値基準に対して試料の画像データのグレースケール値を閾値処理するステップと、画像データ内のホールを充填するステップと、閾値以下の値を有する粒子を除去するステップとをさらに含む。

別の実施形態において、少なくとも１つのアーティファクトは、溶接部の複数のアーティファクトであり、溶接アーティファクトの領域に関する測定データの報告を作成するステップをさらに含む。

別の実施形態において、少なくとも１つのボンドアーティファクトを有する試料を検査する方法であって、前記方法は、
パターンを有する較正標準をカメラの前に位置決めするステップ、
較正標準に光を当てるステップ；
前記カメラにより校正標準のデジタル画像データを取得するステップ；
前記較正標準のデジタル画像データをコンピュータで受信するステップ；
前記コンピュータの前記較正標準のパターンに関する寸法データをさらに受信するステップ；
前記寸法データと前記デジタル画像データを比較し、次に、前記較正標準の寸法データから前記較正標準の画像データの逸脱を補正するための補正マトリックスを計算するステップ；
前記カメラの前に試料を位置決めするステップ；
前記試料に光を当てるステップ；
カメラにより試料及びボンドアーティファクトのデジタル画像データを取得するステップ；
画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータ内のカメラから試料のデジタル画像データを受信するステップ；
前記取得するステップで取得された試料の画像データに関連する画像データに補正マトリックスを適用するステップ；
前記試料の画像データにおける関心領域を特定するステップ；
試料の画像を基準値に関して閾値処理するステップ；
試料の画像から有意でない特徴をフィルタリングするステップ；
少なくとも１つの前記ボンドアーティファクトのエッジを検出するステップ；
前記画像データに表された少なくとも１つの前記ボンドアーティファクトの面積と最大フェレット径を測定するステップ；及び
測定するステップの結果をユーザーに報告するステップ、を含む。

別の実施形態において、測定するステップは、ボンドアーティファクトのエッジ上で最も離れた２点間の距離を特定することによって最大フェレット径を計算するステップと、ボンドアーティファクトの面積を確認するステップと、ボンドアーティファクトと同じ面積を有する円のワドル(Waddle)ディスク径を計算し、最大フェレット径とワドルディスク径との比を計算するステップとを含む。

本開示をより完全に理解するために、例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明が、添付の図面と併せて参照される。

図１は、本開示の一実施形態による溶接測定システムの斜視図である。

図２は、図１のシステムの平面図である。

図３は、図１のシステムの正面図である。

図４は、図１のシステムの側面図である。

図５は、図１のシステムにより、異なる露光時間長さで採取された試料の画像を集めたものである。

図６Ａは、溶接ボタンを塗装する前に、図６Ａのシステムにより採取された試料の画像である。 図６Ｂは、溶接ボタンを塗装した後の図６Ａの画像である。

図７Ａは、図１のシステムによって取得された較正標準の画像であって、図１のシステムによる画像処理によって補正される前の画像である。 図７Ｂは、図７Ａの較正標準の画像でああって、図１のシステムによる画像処理によって補正された後の画像である。

図８Ａは、図１のシステムによって取得された試料の画像であって、補正前の画像である。 図８Ｂは、図８Ａの試料の画像であって、図１のシステムによる画像処理によって補正された後の画像である。

図９は、図１のシステムによって行われた画像処理ステップにおける試料の画像のシーケンスを示す図である。

図１０は、図１のシステムによって捕捉された試料の画像であって、図１のシステムによる画像分析によって作成された試料の各溶接ボタン画像のエッジ上で最も離れた２点間の距離を示す図である。

図１１は、図１の溶接測定システムの動作のフローチャートである。

図１２は、図１１のフローチャートに示された機能の詳細なフローチャートである。 図１３は、図１１のフローチャートに示された機能の詳細なフローチャートである。 図１４は、図１１のフローチャートに示された機能の詳細なフローチャートである。

図１５は、図１の溶接測定システムのユーザーインターフェースのスクリーンショットである。

図１６Ａは、図１のシステムのグラフィカルユーザーインターフェースのスクリーンショットであって、ゲージが異なる３つの異なる試料の分析を示す。 図１６Ｂは、図１のシステムのグラフィカルユーザーインターフェースのスクリーンショットであって、ゲージが異なる３つの異なる試料の分析を示す。 図１６Ｃは、図１のシステムのグラフィカルユーザーインターフェースのスクリーンショットであって、ゲージが異なる３つの異なる試料の分析を示す。

図１７Ａは、３つの異なる試料について、図１のシステムによって作成された測定結果のグラフである。 図１７Ｂは、３つの異なる試料について、図１のシステムによって作成された測定結果のグラフである。 図１７Ｃは、３つの異なる試料について、図１のシステムによって作成された測定結果のグラフである。

図１は、画像化ステーション１２、カメラアッセンブリ１４、支持用フレームワーク１６及び光源アッセンブリ１８を有する溶接測定システム１０を示す。試料トレイ２０Ｔを有する試料支持体２０は、試料Ｓ、例えば、溶接された二重層（図示せず）から分離された剥離層を受ける。試料は、先に溶接された状態のアーティファクトを示しており、例えば、複数の穴、凹み、又は試料Ｓの表面Ｓ１に形成された溶接ボタンＷを示す。表面Ｓ１にはアーティファクトＷが並んでおり、前記表面は溶接されていない金属であり、通常は、溶接ボタンＷに対して比較的滑らかな鏡面状である。一定した形状（長さ及び幅）を有する画像試料Ｓに適合させる場合、各試料Ｓがカメラアッセンブリ１４及び光源アッセンブリ１８に対して最適又は作業可能な位置に容易に保持されるように、複数の支柱又は位置決め要素２０Ｐをトレイ２０Ｔの表面に配置することができる。トレイ２０ＴはＤｅｌｒｉｎ（登録商標）のような黒色材料から製造されてもよく、最小限の画像化性及び反射性をもたらすために黒色に塗装されてもよい。フレーム２６Ａ及び複数のフィンガー２６Ｆを有する試料ホルダー２６を、トグルクランプ２６Ｃにより上下にトグルして、試料Ｓをトレイ２０Ｔに押し付けることによって試料Ｓを保持し、試料Ｓを平らにして、試料Ｓを一定の安定した画像化位置におくことができる。光源アッセンブリ１８は、米国バーモント州ロチェスターのアドバンスドイルミネーション社(Advanced Illumination、Inc.)から市販されており、光源１８Ｌ１、１８Ｌ２（点線で図式的に示される）が発生した光を試料Ｓに向けるための反射体及びディフューザとして機能するドーム型フード１８Ｃを含む。フード１８Ｃには、カメラ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃのレンズが通る複数の開口１８Ｄ、１８Ｅ、１８Ｆが設けられている。カメラは、ドイツ国スタトロダのＡｌｌｉｅｄ Ｖｉｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な３つのＧｉｇＥカメラであってもよい。カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、取付プレート１４Ｄ上にアッセンブリとして一緒に配置されることができる。３つのカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを使用して、細長いサンプルＳを画像化し、画像の視差とゆがみを最小にすることにより、隣接するエッジで重なり合う３つの画像を一組にした画像（各カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに１つの画像）を同時に撮影されることができる。画像化された試料Ｓの長さに応じて、カメラの数を増加又は減少させることができる。さらに別の実施形態では、１台のカメラ１４Ａを、例えばスライド上の試料Ｓに関して平行に移動させて、カメラが試料の関心領域のすぐ上の位置に移動したとき、試料Ｓの複数の画像を異なる位置で撮影することができる。試料Ｓの照明に関与しない溶接測定システム１０の表面は、試料の反射及び不均一な照明を最小にするために艶無しの黒色に塗られることもできる。

試料Ｓが試料支持体２０上に配置され、試料ホルダー２６が下向きにクランプされると、試料支持体２０は、スライドアーム２２、２４上をスライドして、カメラアッセンブリ１４及び光源アッセンブリ１８の下の撮影位置に移動し、そこで、試料Ｓは、３つのカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによって撮影されることができる。各カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、試料Ｓの一部の画像、例えば左部分、中央部分及び右部分を夫々捕捉することができる。光源アッセンブリ１８からの照明は、鏡面試料基板Ｓ１全体に行き渡り(saturate)、溶接ボタンＷの粗面をハイライトする。画像処理では溶接ボタンＷの寸法測定及び評価が行われるが、試料Ｓの表面Ｓ１と溶接ボタンＷとのコントラストにより、良好な画像処理を行なうことができる。以下に説明するように、画像化システム１０は、溶接ボタンＷと試料Ｓの表面Ｓ１とコントラストを高める能力を有する。

溶接測定システム１０はフレームワーク１６を含み、該フレームワークは、カメラアッセンブリ１４、光源アッセンブリ１８、及び試料支持体２０を支持するために、複数の垂直材１６Ａ、１６Ｂ、水平ビーム１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ及びクロスビーム１６Ｇ、１６Ｈ、１６Ｉを有する。フレームワーク１６は、カメラアッセンブリ１４、光源アッセンブリ１８及び試料支持体２０の相対位置を、画像化が最適化されるように調節可能に構成されることができる。ジャックねじアッセンブリ２８により、カメラアッセンブリ１４と光源アッセンブリ１８は、試料Ｓ及び試料支持体２０に対して上昇及び下降することができる。カメラアッセンブリと光源アッセンブリは一緒に調節されるが、フレームワーク１６上の適当位置で別々に調節されることもできる。ジャックねじアッセンブリ２８は、ジャックねじ２８Ａ、２８Ｂがバー２８Ｃによって個々に接続されており、これらのねじにより、カメラアッセンブリ１４と光源アッセンブリ１８の両側を同時にかつ同じ速度で上昇及び下降させることができる。光源アッセンブリ１８は、光源マウント１８Ａとクランプ１８Ｂを含み、これらは、光源アッセンブリ１８がジャックねじアッセンブリ２８によって移動された後、光源アッセンブリ１８を所定位置に固定するために使用される。溶接測定システム１０は、それゆえ、試料Ｓを光源アッセンブリ１８及びカメラアッセンブリ１４に対して位置決めするための反復可能な安定した位置決め装置として供される。フレームワーク１６は、溶接測定システム１０を支持面の振動から絶縁するために、防振脚(vibration dampening feet)３０に支持されることができる。カメラアッセンブリ１４によって捕捉された画像が歪んだり不鮮明になったりするのを防止するためである。コンピュータ３２は、光源アッセンブリ１８及びカメラアッセンブリ１４を制御するために使用され、画像処理ソフトウエアでプログラミングされており、ユーザーインターフェースとして、オペレータが溶接測定システム１０を制御することを可能にし、画像化の結果と分析をユーザーに送信する。一実施形態において、コンピュータ３２で利用される画像化ソフトウエアは、既製の画像処理ソフトウエア、例えばテキサス州オースティンのナショナルインスツルメンツから入手可能なＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）であってよい。

図５は複数の画像Ｉ１〜Ｉ６を示しており、これら画像は上述した溶接測定システム１０のカメラアッセンブリ１４を用いて試料Ｓの画像を捕捉することによって得られたものである。画像Ｉ１〜Ｉ６は、露光時間を８０００マイクロ秒から１８０００マイクロ秒に変化させた結果を示す。露光時間が異なると、溶接ボタンＷと周囲の基板表面Ｓ１との間のコントラストが変化する画像が得られた。カメラの露光時間は、溶接ボタンＷと周りの基盤表面Ｓ１とのコントラストが最良のものが得られるよう、コンピュータ３２のユーザーインターフェースを介して手動で選択されることができる。所望により、カメラの露光時間は、コントラストレベルを最適化するためにコンピュータ３２及び／又はカメラ（例えば１４Ａ）によって自動的に調節されることができる。

図６Ａは、溶接測定システム１０によって撮影された試料Ｓの画像１７を示しており、溶接ボタンＷと周囲の基板表面Ｓ１との間のコントラストが欠如している。図６Ｂは、画像化前の前処理として溶接ボタンＷの上面に塗装が施された試料Ｓの画像Ｉ８を示す。塗装は、例えば、ローラで行うことができ、溶接ボタンＷの上面のみを塗装し、周囲の基板表面Ｓ１は塗装しない。塗料は、表面Ｓ１とコントラストをなすものが選択される。例えば、光沢のある金属表面Ｓ１とのコントラストを形成するために非反射性の黒色塗料を使用されることができる。塗料は、手動又は装置によって施されることができる。装置の場合、例えば、試料Ｓをコンベヤーベルトによって前進させて、試料Ｓから所定の距離に配置された塗料アプリケータローラの下方位置で、溶接ボタンＷの上面にのみ接触させることができる。

各カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが捕捉する画像は、例えばカメラレンズ内の収差又はＣＣＤアレイの感度の変動に起因する歪みを生じることがあるため、溶接測定システム１０は、画像較正試料ＳＣ（図７Ｂの画像ＳＣＩＣと同じ外観を有する）を利用してもよい。前記画像較正試料ＳＣは、例えば、一定の形状、直径、色及び間隔（バックグラウンドＢにおける各ドットＤの中心から水平及び垂直間隔距離が等しい）を有するドットについて幾何学的に規則正しく精密なパターンを有し、夫々のカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによって引き起こされる固有の収差を識別して補正するために使用されることができる。基本的なプロセスは、較正試料ＳＣの画像を取得し、次に、撮影された画像が、特徴の間隔、サイズ、色などに関して実際の既知のパターンからどこで逸脱するかを特定する(note)ことである。これらの逸脱が特定された後、カメラ固有の収差に合わせて画像を調整するために、同じカメラ（例えば１４Ａ）で次に撮影された任意の画像に修正マトリックスを適用されることができる。これには、カメラ位置に起因する歪み、例えば視差効果の他に不均一な照明が含まれる。

図７Ａは、白色背景Ｂに黒色ドットＤの規則的パターンを有する較正標準試料ＳＣを示す。これは、標準試料が試料支持体上に位置するとき、例えば、カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃのうちの１つによって撮影されたもので、この位置は、剥離された溶接材料の試料Ｓが画像取得が行われたときに占める位置である。正確な較正を保証するためには、較正標準試料ＳＣの上面は、較正後に試験される試料Ｓの溶接ボタンＷの上面と同じ高さになければならない。較正標準ＳＣのドットＤは、均等に間隔を置いて配置され、色と形状が一貫している。ＬａｂＶＩＥＷビジョンの開発モジュールによる標準較正ツールボックス／機能は、円形ドットに基づいて画像の較正を実行する（ＩＭＡＱ較正ターゲットから点−円形ドットＶＩ）。

図７Ｂは、システム１０の画像処理ソフトウエアにより較正された画像ＳＣの較正結果である画像ＳＣＩＣを示す。較正バーの画像が各カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによって撮影された後、各ドットの中心が画像処理によって抽出され、各ドットの中心の画像座標のアレイが較正標準ＳＣの既知の現実の座標と比較される。次に、マッピングマトリックスが計算され、画像ＳＣが較正される。このマッピングマトリックスは、レンズ収差及び斜視ビューに起因する歪みを補正するために利用されることもできる。次に、画像座標は、実際の座標にマップされることができ、溶接ボタンの幾何学的形状の測定が可能になる。次いで、計算されたマッピングマトリックスは、較正画像テンプレートとして保存されることができ、これは、後で試料Ｓの画像を修正し、それら試料Ｓの抽出された幾何学的特徴を計算するために適用されることができる。

図８Ａは、収差を補正するための較正マトリックスを適用する前の試料Ｓの画像１９を示す。図８Ｂに示される画像Ｉ１０は、マッピングマトリックスが適用された後の図８の修正された画像Ｉ９を表す。

図９は、溶接測定システム１０のコンピュータ３２に実装されたＬａｂＶＩＥＷ画像処理ソフトウエアによって実行された６つの画像処理ステップに関する画像Ｉ１１〜Ｉ１６を示す。これらの画像Ｉ１１〜Ｉ１６は、ユーザーインターフェース上に提示される。画像Ｉ１１は、最初に取得された試料Ｓの画像であり、前記画像は、前述したように、最初に取得された画像に補正マトリックスを適用して歪みが補正される。ステップ２では、画像Ｉ１２の中で関心領域（ＲＯＩ）が選択される。ステップ３では、画像Ｉ１３が閾値処理され、グレースケールからバイナリ値に変換される。ステップ４では、有意でない領域が画像Ｉ１４から除去される。小粒子、エッジなどの有意でない(insignificant)画像特徴はフィルターにかけて画像Ｉ１４から除去される。ステップ５において、画像Ｉ１５は、溶接ボタンＷの検出されたエッジを示す。検出された溶接ボタンエッジに基づいて、溶接ボタンＷの面積がステップ６で計算され、画像Ｉ１６の中で各溶接ボタンＷの近傍に表示されることができる。

図１０は、試料Ｓの画像Ｉ１６を示す。これは、図９において上述したように処理されたもので、各溶接ボタンのエッジ上で最も離れた２点間距離の計算結果が記されている。この計算は、保存されたマッピングマトリックス（最大フェレット径）に基づいている。計算された各溶接ボタンＷの面積も表示される。この面積は、ボタンと同じ面積を有する円の等価直径の計算を可能にする。（ワドルディスク径）。次いで、最大フェレット径とワドルディスク径との比を計算することができる。画像処理アルゴリズムは、ＬａｂＶＩＥＷ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｍｏｄｕｌｅを使用して開発及び実装することができる。ＬａｂＶＩＥＷ（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）は、ナショナルインスツルメンツのビジュアルプログラミング言語用のシステム設計プラットフォーム及び開発環境である。 ＬａｂＶＩＥＷ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｍｏｄｕｌｅは、開発者に対して、画像処理アルゴリズムを実装するために使用する多くの基本的な画像処理機能を提供する。

３つのカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによって取得された夫々の画像を処理するための処理アルゴリズムは同じであってよい。図１１は、画像処理アルゴリズムの機能を実行する際に行われるステップを示す高レベルのフローチャートである。ステップ６０でスタートし、オペレータは所望する画像処理作業を選択する。選択された作業がステップ６４で溶接ボタンを測定することである場合、オペレータは、ステップ６６で、試料の識別番号と試料のゲージを入力する。次に、溶接測定システム１０は、ステップ６８で、カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを作動させることによって画像を取得する。ステップ６８にて画像を取得する前に、ステップ６７において、露光時間と粒子フィルタパラメータの所定の値が読み出される。次に、ステップ７０にて画像補正が行われる。ステップ７１では、図１２のフローチャートで示された機能が呼び出される。画像の前処理は、図１３に示されるステップ７２で行われる。画像処理はステップ７４で行われ、処理された画像７５は図１４のフローチャートに示されるように出力される。ステップ７６でレポートが作成され、ステップ７８で処理が停止される。オペレータがステップ６４での溶接ボタンの測定に関心がない場合、ステップ８４で較正のための画像８０を取得する他のオプションが実施される。これには、較正バーの元の画像が呼び出される必要がある（ステップ８２）。較正された画像テンプレートは、次いで、ハードドライブ８８又は他の記憶装置に保存される（ステップ８６）。

図１２は、補正された画像７１を得ることに関連したステップを拡張するものである。矩形の関心領域（ＲＯＩ）がステップ９０で選択され、オーバーレイされた関心領域を有する画像がステップ９２で出力される。オペレータは、次いで、ステップ９４で行と列の番号を入力する。入力の結果、ステップ９６で行と列との間の平均距離ＤｙとＤｘが計算される。次いで、ステップ９８で、画像はグレースケールからバイナリ値に閾値処理される。ステップ１００において、穴(holes)が充填され、ステップ１０２で境界粒子が除去される。ステップ１０６において、所定の値の粒子フィルタパラメータ１０４を用いて、大きな伸びを有する領域の粒子がフィルタリングされる。ステップ１０８において大きな伸びを有する粒子がフィルタリングされ、処理はステップ１１０で停止される。

図１３は、前処理された画像７２について拡大されたフローチャートを示す。ステップ１１２において、画像は、２５５のバイナリ値で乗算されてグレースケールが得られる。ステップ１１４において、反転画像が作成される。画像は、ステップ１１６で提供された関心領域と行及び列でオーバーレイされる。ステップ１１８では、画像は、２５５のグレースケールで割算されてバイナリ値が得られる。ロバートエッジ検出がステップ１２０で行われ、オーバーレイされた溶接ボタンエッジを有する画像がステップ１２２で出力される。ステップ１２４で各ボタンエッジにおける最大フェレット径の開始点と終了点が検出され、オーバーレイされた溶接ボタンと最大フェレット径を有する画像がステップ１２６で出力される。ハードドライブ８８で保存された較正画像テンプレートを使用して、最大フェレット径がステップ１２８で計算される。次いで、ステップ１３０でワドルディスク径が計算され、処理は１３２で停止する。

図１４は、処理された画像７５の構築に関して拡張されたフローチャートを示す。ステップ１３４において、最大フェレット径と、各ボタンエッジ上の開始点及び終了点が検出される。これにより、ステップ１３６における最大フェレット径（ＣＯＦ）の中心点のＸ座標とＹ座標の計算が可能になる。保存された較正画像テンプレート１４０を使用して、最大フェレット径がステップ１３８で計算される。同じ較正された画像テンプレート１４０もまた、ステップ１４２でワドルディスク径を計算するのに使用される。次に、ステップ１４４で、最大フェレット径とワドルディスク径との比が計算される。最大フェレット径の中心点についてステップ１３６で計算されたＸ座標及びＹ座標と、ステップ１５０で計算された行及び列間の平均離間距離Ｄｙ及びＤｘとを用いて、Ｃｘ＝フロア（Ｘ座標／Ｄｘ）がステップ１４８で計算され、Ｃｙ＝フロア（Ｙ座標／Ｄｙ）がステップ１５２で計算される。次に、最大フェレット径と比は、ステップ１４６でＥｘｃｅｌスプレッドシートセル（Ｃｘ，Ｃｙ）に保存される。

図１５は、グラフィカルユーザーインターフェース画面ＧＵ１を示しており、オペレータが、サンプル数、ゲージ、露光量、最小Ｄ、最大Ｄ及びフィルターサイズなどを入力することができるフィールドを有する。ディスプレイＧＵ１の上部ＵＰは、画像の捕捉が開始されたときに試料が取得される画像を示す。カメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの視野に対応して３つの区別可能な部分Ｉ１７、Ｉ１８、Ｉ１９が表示される。各画像Ｉ１７、Ｉ１８、Ｉ１９は輪郭が赤で示される。ディスプレイＩＰの中間部分は、画像Ｉ１７、Ｉ１８、Ｉ１９に対応する溶接ボタンの画像処理された行と列を示す。

図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃは、溶接寸法を測定するために溶接され、次いで分離された３つの異なるサンプル、すなわち１．０ｍｍ、２．０ｍｍ及び２．５ｍｍのゲージシートについて、グラフィックユーザーインターフェースディスプレイＧＵ２、ＧＵ３、ＧＵ４の上部ＵＰ１、ＵＰ２、ＵＰ３と中間部ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３を示す。溶接された材料のゲージが、溶接部Ｗの寸法に影響を及ぼし、より厚いゲージにはより大きな溶接部が存在することを認識することができる。

図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃは、溶接部の直径をグラフの形で示す。グラフは、画像化された各サンプルに対してカウントされた溶接部の数と、それら溶接部の直径を示しており、平均直径と標準偏差の計算結果も併せて表示されている。

測定システム１０は、ハードウェアとソフトウエアの両方から構成される。ハードウェアシステムは、線形拡散ドームＬＥＤライト１８と、３つのＧｉｇＥカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、試料Ｓを配置するために特別に設計されたクランパー２０Ｆを有するトレイテーブル２０Ｔと、画像の取得、処理及び報告作成のためのコンピュータ３２とを含む。データ転送のためのネットワークスイッチを設けることができる。ソフトウエアシステムは、画像較正用のインターフェースＧＵ１と、システムセットアップ、画像の取得及び処理のためのインターフェースとを含む。検査用試料Ｓをトレイテーブル２０Ｔの上に載せてクランプするだけで、カメラ１４Ａ〜１４Ｃが試料Ｓの異なる部分の３つの画像を同時に撮影することができる。画像処理ステップは溶接ボタンＷを測定し、スプレッドシート形式のレポートを自動的に作成する。線形拡散ドームＬＥＤライト１８は、画像の飽和を除去し、反射性アルミニウムシートのコントラストを高める。

試料Ｓ全体を覆う３台のカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより、１回の測定操作で、全ての溶接ボタンを一度に測定することができるので、測定精度を高く、歪みを低く維持することができる。摺動可能な試料支持体２０により、試料Ｓを、画像取得のための配置及び位置決めすることが容易である。トレイテーブル２０Ｔ、試料ホルダー２６及びフィンガー２６Ｆは、試料Ｓの溶接測定システム１０への配置を容易にする。フィンガー２６Ｆは、試料Ｓを平らに保ち、測定精度を高める。異なるゲージとドットのパターンを有する未溶接パネルの較正試料ＳＣを使用して、画像の歪み及びゲージの厚さの違いによる測定誤差を補正する。溶接測定システム１０は、異なる構成（溶接ボタンの数、行及び列の数）の試料Ｓを収容することができる。システム１０の画像処理ステップでは、スポット溶接のリング効果の画像によって導入される測定誤差を低減する。画像処理は、溶接ボタンの最大直径と等価直径との比に基づいて、溶接ボタンの幾何学的形状に対して定性・定量方法を利用する。ベンチマークの手動法では、通常、作製された溶接部のわずか４％しか測定できないのに対し、システム１０では、殆んど即座に溶接部の１００％を高い再現性で精度良く検査することができる。

本開示のシステム１０は、本発明の譲受人により同時に出願された発明の名称「溶接された層を分離するための剥離装置及び方法」に開示された装置と使用されると有利であり、その出願全体が引用を以て本願に組み込まれるものとする。前述の装置は、溶接部の試験及び寸法測定のために、溶接された複数のシートを分離するために用いられることができる。前述の装置で分離されたシートは、少なくとも１つが概ね平らな形状が残るので、さらなる展伸を容易に行うことができるので、実質的に平らな形状にされることができる。この展伸は、例えば、例えば、分離されたシートをプレスで押圧することにより、或いは、ローラを通過させることによって行うことができる。前述したように、平らな試料は、溶接ボタンの方向が一定で、かつ、溶接ボタンから該溶接ボタンを撮影するカメラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃまでの距離が一定であるから、一貫した画像化が容易である。

本明細書に記載された実施形態は単なる例示であって、当業者であれば開示された主題の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形及び修正を行うことができることは理解されるであろう。例えば、位置決め要素２０Ｐは、特定ユーザーの試料Ｓのサイズを受けることができるようにカスタマイズされた態様でトレイ２０Ｔの上に配置されることができる。システム１０は、ロボットローダ／アンローダに適合させることができ、また、画像化のための試料クランプ動作及び試料支持体移動を自動化することができる。これは、コンピュータ３２等のコンピュータの制御による電子モータを用いて行うことができる。また、円形ドームライトのように形状の異なる光源アッセンブリ１８を用いることもできる。画像処理アルゴリズムは、コントラスト等をより良くするために変更することができる。そのような変更及び変形の全ては、本願の範囲内に含まれるものとする。

Claims (22)

1. 丸い形状を有する破壊されたスポット溶接部の少なくとも１つのアーティファクトが表面に配置され、前記表面が前記アーティファクトの周縁部を超えて延在する金属シートの試料を検査する装置であって、
   所与の試料に光を当てることができる光源と、
   試料のデジタル画像を捕捉することができるカメラと、
   光源、カメラ及び試料を互いに繰り返し可能に保持するためのフレームワークと、
   試料のデジタル画像をカメラから受け取ることができると共に、試料のデジタル画像内のアーティファクトの位置を特定し、アーティファクトの二次元サイズを測定して、その測定結果をユーザーに報告することができる画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータと、を有する装置。
2. 既知の寸法特性を有する丸いマーキングの較正パターンの画像をさらに具え、コンピュータが、較正アルゴリズムを利用して、画像ピクセルを実世界寸法に変換し、アーティファクトの二次元サイズを得ることができる、請求項１の装置。
3. フレームワークは、試料を、カメラと光源の前で支持することができるテーブルを含み、較正標準をさらに具え、前記較正標準が、該較正標準の画像を捕捉するために、テーブルによって支持されることができる、請求項２の装置。
4. フレームワークは、試料をテーブルに押し付けることができる試料ホルダーをさらに具える、請求項３の装置。
5. 試料ホルダーは、試料より上の位置と試料をテーブルに押しつける位置との間で選択的に位置決めされることができるフレームを含み、内向きに延びる複数のフィンガーが前記フレームに取り付けられている、請求項４の装置。
6. テーブルはフレームワークに摺動可能に連結され、カメラから下の位置とカメラから離れた位置をとることができるようにしており、試料は、テーブルの上に置かれ、フィンガーで押しつけられて略平らな形態となって、カメラの下を摺動することができる、請求項５の装置。
7. 光源は、前記カメラのレンズが通ることのできる開口が形成されたディフューザフードを有する、請求項１の装置。
8. カメラは、第１のカメラであって、複数のカメラを構成するために少なくとも１つの追加のカメラをさらに具え、ディフューザフードが、前記複数のカメラの各レンズが通ることができる複数の開口を有し、前記複数のカメラの各々が、他のカメラの視野とは異なる視野にある試料の画像を得ることができる、請求項７の装置。
9. 複数のカメラは、少なくとも３つのカメラを含む、請求項８の装置。
10. アーティファクトは、スポット溶接のアーティファクトであって、試料を載せるテーブルに置かれることができる寸法を有する較正標準をさらに含み、前記較正標準が、スポット溶接部のパターンに近似した相隔たる複数のドットを有する、請求項９の装置。
11. 丸い形状を有する破壊されたスポット溶接部の少なくとも１つのアーティファクトが表面に配置され、前記表面が前記アーティファクトの周縁部を超えて延在する金属シートの試料を検査する方法であって、
    試料を繰り返し可能な位置に保持するステップと、
    試料に光を当てるステップと、
    試料とアーティファクトのデジタル画像データとをカメラで取得するステップと、
    カメラからの試料のデジタル画像データを、画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータの中に受け取るステップと、
    アーティファクトを試料のデジタル画像の中に配置するステップと、
    画像データに表された少なくとも１つのアーティファクトの二次元サイズを測定するステップと、
    測定結果をユーザーに報告するステップと、を含む方法。
12. コンピュータは、前記取得するステップ中のカメラを制御し、前記制御は試料の露光時間の制御を含み、既知の寸法特性を有する丸いマーキングの較正パターンの画像を取得するステップと、アーティファクトを配置するステップを実行するために、較正標準の画像と試料の画像との比較を利用するステップと、をさらに含む、請求項１１の方法。
13. 前記取得するステップの前に少なくとも１つのアーティファクトに塗料を塗布するステップをさらに含み、前記塗料が、アーティファクトと該アーティファクトに近接する試料の残部とのコントラストを増大させる、請求項１２の方法。
14. 前記取得するステップの前に試料を平らにするステップをさらに含む、請求項１３の方法。
15. カメラで較正標準のデジタル画像データを取得し、コンピュータ内の較正標準のデジタル画像データを受け取ることをさらに含み、較正標準のパターンに関する寸法データを受け取り、前記寸法データと前記画像データとを比較し、次いで、補正マトリックスを計算して寸法データからの画像データの逸脱を補正することをさらに含む、請求項１４の方法。
16. 補正マトリックスを、前記取得するステップ中に取得された試料の画像データに関連する画像データに適用するステップをさらに含む、請求項１５の方法。
17. 前記取得するステップ中に取得されたデジタル画像データ中の関心領域を選択するステップと、前記画像データから有意でない領域をフィルタリングするステップとをさらに含む，請求項１６の方法。
18. アーティファクトのエッジを検出するステップと、アーティファクトの面積及び最大フェレット径を計算するステップとをさらに含む、請求項１７の方法。
19. 予め設定された閾値基準に対して試料の画像データのグレースケール値を閾値処理するステップと、画像データ内のホールを充填するステップと、閾値以下の値を有する粒子を除去するステップとをさらに含む、請求項１８の方法。
20. 少なくとも１つのアーティファクトは、溶接部の複数のアーティファクトであり、溶接アーティファクトの領域に関する測定データの報告を作成するステップをさらに含む、請求項１９の方法。
21. 丸い形状を有する破壊されたスポット溶接部の少なくとも１つのアーティファクトが表面に配置され、前記表面が前記アーティファクトの周縁部を超えて延在する金属シートの試料を検査する方法であって、
    既知の寸法特性を有する丸いマーキングのパターンを有する較正標準をカメラの前に位置決めするステップ、
    較正標準に光を当てるステップ；
    前記カメラで校正標準のデジタル画像データを取得するステップ；
    コンピュータ内の前記較正標準のデジタル画像データを受信するステップ；
    前記コンピュータ内の前記較正標準のパターンに関する寸法データをさらに受信するステップ；
    前記寸法データと前記デジタル画像データとを比較し、次いで、前記較正標準の寸法データから前記較正標準の画像データの逸脱を補正するための補正マトリックスを計算するステップ；
    前記カメラの前で繰り返し可能な位置に試料を位置決めするステップ；
    前記試料に光を当てるステップ；
    カメラを用いて試料及びアーティファクトのデジタル画像データを取得するステップ；
    画像処理プログラムでプログラミングされたコンピュータ内のカメラから試料のデジタル画像データを受信するステップ；
    前記取得するステップで取得された試料の画像データに関連する画像データに補正マトリックスを適用するステップ；
    前記試料の画像データにおける関心領域を特定するステップ；
    試料の画像を基準値に関して閾値処理するステップ；
    試料の画像から有意でない特徴をフィルタリングするステップ；
    少なくとも１つの前記アーティファクトのエッジを検出するステップ；
    前記画像データに表された少なくとも１つのアーティファクトの面積と最大フェレット径を測定するステップ；及び
    測定するステップの結果をユーザーに報告するステップを含む、方法。
22. 前記測定するステップは、アーティファクトのエッジ上で最も離れた２点間の距離を特定することによって最大フェレット径を計算するステップと、アーティファクトの面積を確認するステップと、アーティファクトと同じ面積を有する円のワドルディスク径を計算し、最大フェレット径とワドルディスク径との比を計算するステップとを含む、請求項２１の方法。