JPH0442076Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、レーザ溶接ビードの品質検査で用い
られる、レーザ溶接ビード形状の中心位置検出装
置に関する。

［従来の技術］ 溶接部の内部欠陥を検出する非破壊検査方法と
して、放射線透過試験、超音波探傷試験が一般的
に用いられている。たとえば特開昭55−50998号
公報は放射線透過試験による方法を開示してい
る。また、特開昭56−53898号公報はフアイバス
コープを利用して放射線被曝のない位置から溶接
部を監視する装置を示しているが、試験自体は放
射線透過試験によつている。また、特開昭58−
157596号公報は、レーザ溶接等の溶接部監視装置
を示しており、溶接部にレーザを照射しITVカ
メラで映像する場合に入射光量を複数の可変温度
フイルタの組合せによつて絞り、ITVカメラの
映像管の焼きつきを防止するようにした装置を開
示している。しかし、何れの従来公報も、本考案
の、ITVカメラで撮影した映像から溶接ビード
の中心を求める映像処理技術に関しては教示して
いない。

［考案が解決しようとする問題点］ しかし、レーザビームによるレーザ突合せ溶接
においては、つぎのような特異な問題がある。

レーザビームによる溶接は集中熱源による高速
度溶接を行なうことができるため、溶接部及び溶
接熱影響部の幅の狭い良好な溶接継手を得ること
ができる。しかしその反面、幅が狭いが故に、す
なわち集光されたレーザービームのスポツト径が
微小（約φ0.3mm）なために突合わせ開先に対する
レーザービームのズレの許容値が±0.2mmという
高い位置精度が要求される。これに対して実際の
溶接において上記の精度を100％満足させること
は、溶接の機械精度、被溶接物である鋼板の精度
及びレーザビームの光軸変動等の問題により困難
である。その結果融合不良という溶接境界面が十
分に溶け合わないために発生する欠陥がビームの
位置ズレによつて生じ、また特にレーザービーム
による溶接の場合ビードの断面形状がワインカツ
プのように中心がくびれるため溶接部外観から判
別できない内部欠陥となる。この欠陥を検出する
従来方法として、従来は、通常前記の放射線透過
試験と超音波探傷試験の２つの非破壊検査法が用
いられていた。しかし前者の試験法は原理的にオ
ンライン自動検査をすることが不可能であり、ま
た後者の試験法は原理的には可能であり例もある
が、設備規模が非常に大きくなり、かつ水等の接
触媒質を介して接触子を走査させねばならない
等、制約条件が大きく、オンライン自動検査装置
を構成することが困難である。

このような問題を解決するために、未だ公知で
はないが、本出願人によつて昭和61年８月６日
に、発明の名称「レーザ突合せ溶接の品質検査装
置」として次の発明が出願された（特開昭63−
40692号公報）。

すなわち、第８図に示すようにレーザ突合せ溶
接による溶接ビード部１に斜め上方からスリツト
状の光２を溶接線方向と該スリツト状の光２の長
手方向を直角にして照射する手段３とその反射光
を溶接ビードの垂直上方からITVカメラ４によ
つて撮影する手段とからなる視覚センサと、該視
覚センサによつて得られた画像から求めたレーザ
ービームの光軸中心位置と溶接位置とのズレを求
め溶接の良否を判定する画像処理装置５とを備え
てなるレーザ突合せ溶接の品質検査装置である。

上記装置においては、レーザ突合せ溶接による
溶接ビード部１（立体形状）に斜め上方からスリ
ツト光２（スリツト状の光）を溶接線方向とスリ
ツト光の長手方向を直角にして照射し、その反射
光をビードの垂直上方からITVカメラ４によつ
て撮影する（光切断法）ことにより、ビード１の
断面形状を表す平画像が得られる。以上の部分を
視覚センサと呼びスリツト光２は半導体レーザ
６、コリメートレンズ７、シリンドリカルレンズ
８によつて作られ、カメラ４は小型CCDカメラ
であり、これらは密閉されたケースに納められ、
レーザ溶接機の加工ヘツド（溶接トーチ）に取付
けられている。この視覚センサから得られた画像
を、画像入力装置及び計算機で構成される専用画
像処理装置５によつて高速処理することにより、
溶接をしながら溶接ビードの中心位置すなわちレ
ーザービームの光軸中心を求めることができる。
一方突合せ溶接の被溶接物９，１０の位置決め
上、大抵の場合どちらか一方のワークは溶接全長
より長く、もう一方が溶接全長と等しく前者のワ
ークを位置決め基準ピンに押し当て、後者のワー
クをそのワークに押し当てて位置決めすることに
なる。よつて溶接全長の両端またはどちらか一方
の端部にワークのエツジが存在する。それを前述
の視覚センサ及び専用画像処理装置により、溶接
の開始前または終了後に撮影、処理することによ
りそのワークのエツジ位置、すなわち溶接線（突
合せ開先）の位置を求めることができる。これと
前述の同様にして求めたレーザービームの光軸中
心とを比較して溶接線に対するレーザービームの
ズレを求め、溶接の良否（融合不良の有無）を判
定することができる。

本考案は、上記の、未だ公知でない、先出願の
レーザ突合せ溶接の品質検査装置における、
ITVカメラで求められた出力映像信号から溶接
ビードの中心を求める映像処理演算部分をさらに
改良する考案に関する。

先出願の装置で用いられていた映像処理演算部
分は、具体的には第１１図に示すようになつてい
た。すなわち、ITVカメラ１１の出力映像信号
（第９図）をコンパレータ１２で信号の明るいと
ころを検出し、その出力を前エツジ検出１３と後
エツジ検出１４でそれぞれのエツジを検出し、そ
れを中心検出回路１５で中心位置（第１０図）を
求め、その信号により外部へ位置出力として出力
するデータ出力回路１６で構成される。各段階の
出力Ｅ１〜Ｅ５を第１２図に示す。

しかし、この構成には次の改良されるべき問題
があつた。

第１２図のITVカメラ出力１７がワーク表面
の形状、状態等により、一定でなく、溶接ビード
付近で不安定である為、コンパレーターのレベル
設定がむずかしい。

第１３図Ａの設定で、第１３図Ｂのような
ITVカメラ出力が低い場合、コンパレーター出
力がなくなり、位置が検出できない。

又、第１３図Ｃの場合のように波形が対称でな
い場合、コンパートレベルの設定により中心が変
化する為、できるだけ一番明るい所が中心になる
様コンパレートレベルを上げておきたい。

以上のように一定のコンパレートレベルでは、
中心位置の検出がむずかしい。

本考案は、光切断法により溶接ビードの立体形
状を平面に変換した像をITVカメラで撮影し、
得られた画像から溶接ビード画像の中心を求める
装置において、溶接ビード映像が種々に変化して
中心がわかりにくい像になつても、中心を判別し
て出力できる装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本考案に係るレーザ
溶接ビード形状の検査装置は、第１図に示すよう
に、光切断法により溶接ビードの立体形状を平画
に変換した像を撮影、出力するITVカメラ２１
と； ITVカメラに互に並列に接続され、互いに異
なる設定レベルを有し、各々でITVカメラの出
力映像信号からそれぞれの設定レベル以上の映像
を検出する、複数のコンパレーター２４，２５，
２６，２７（数は２以上で任意、以下同じ）と； 各コンパレーターにそれぞれ直列に接続され、
コンパレーターで検出された各映像の前エツジ検
出、後エツジ検出、前エツジと後エツジとの中心
位置を検出して溶接ビードの中心を求めて出力す
る、複数の位置検出回路２８，２９，３０，３１
と； 複数の位置検出回路のすべてに対して直列に接
続され、複数の位置検出回路からの出力信号を選
択的に出力する出力回路３２と； 複数の位置検出回路のすべてに対して直列に接
続され、複数の位置検出回路の出力信号の何れを
優先して出力するかを定めて出力選択回路に指示
する優先順位回路３３と； から成る。

第１図中、ペテスタルクランプ２３は映像信号
の直流レベルを安定させる為に、又、LPF２２
（ローパスフイルター）は位置検出回路の位置分
解能より小さい信号の変化（主にノイズ等）を取
り除く為に追加したものであるが、両者２２，２
３とも必須のものではない。

［作用］ コンパレーター１，２４〜コンパレーターｎ，
２７と位置検出回路１，２８〜位置検出回路ｎ，
３１のOK／NG出力を、優先順位回路３３で選
択しその信号をもとに出力選択回路３２で位置デ
ータを選択し、出力する。このときのコンパレー
ターのレベル設定は第３図に示す様に、たとえば コンパレーター１，２４＞コンパレーター２，
２５＞コンパレーター３，２６＞コンパレーター
ｎ，２７とする。優先順位回路３３の優先順位の
条件の一例を第２図に示す。

この条件下では、第１３図Ｂの様な場合であつ
ても、コンパレーターが複数であるから、コンパ
レーター１，２４はOFFでもコンパレーター２，
２５，３，２６，７，２７はONする為、この場
合位置検出回路２，２９のデーターを出力でき
る。位置検出回路２８〜３１の詳細を第４図に示
す。前エツジ検出４１と後エツジ検出４２により
得られた位置情報により中心検出４３で信号の中
心を求める。このとき入力された信号により正し
く位置を検出できるかチエツクする為に信号異常
検出４４で信号のチエツクを行ない、正しく位置
検出できる場合OK信号を出す。それ以外のとき
はNG信号を出力する。

［実施例］ 以下に、本考案に係るレーザ溶接ビード形状の
検査装置の望ましい実施例を、第５図ないし第７
図を参照して、その作動とともに説明する。

実施例の構成を第５図に示す。この例ではコン
パレーター１，５５，２，５６，３，５７，４，
５８及び位置検出回路１，５９，２，６０，３，
６１，４，６２を４回路使用したが、回路数ｎは
４に限るものではなく、２以上であれば任意であ
る。位置検出回路１，５９，２，６０，３，６
１，４，６２，１の詳細は、第４図に示す通りで
ある。

コンパレーター１，５５，２，５６，３，５
７，４，５８のレベル設定条件は次の通りであ
る。

コンパレーター１＞コンパレーター２＞コンパ
レーター３＞コンパレーター４ なお、コンパレーターの設定が上記条件以外で
は優先順位の考え方がくずれてしまうので、設定
異常検出回路７０が設けてある。

優先順位回路６５の動作条件は第６図に示して
ある。図中OKは良、NGは不良、×はOK、NGど
ちらでもよいことを示し、OKの位置検出回路の
信号が優先的に出力される条件を示している。

ITVカメラ５１の映像信号はLPF（ローパスフ
イルター）５３により、ノイズ等位置検出に悪影
響を与える信号成分を取り除き、さらにコンパレ
ーター５５，５６，５７，５８に対する直流レベ
ルを一定にする為ペテスタルクランプ５４に入力
される。その出力がコンパレーター１〜４，５５
〜５８に入力され、さらにそれぞれの位置検出回
路５９〜６２に入力され、位置出力及びこの位置
出力がOK又はNGの判定出力がそれぞれ、優先
順位回路６５に送られる。優先順位回路６５は、
第６図の条件をもとにして最適の位置出力を選択
し、データーセレクター６３を制御して出力イン
ターフエース６４に信号を送り、外部装置へデー
タを送る。このとき各コンパレーター６６〜６９
設定は上記のコンパレーター５５，５６，５７，
５８のレベル設定条件に基き設定しなければなら
ない。設定異常は設定異常検出回路７０で行な
う。７１は電源で各部に電気を供給する。

コンパレーター５５，５６，５７，５８及び位
置検出回路５９，６０，６１，６２を４回路使用
した場合の作用効果を第７図と第５図を使つて説
明する。第７図Ａの場合、対称波形であり、かつ
全てのコンパレーター５５，５６，５７，５８が
検出する為、この場合、位置検出回路１〜４，５
９〜６２の位置出力はほぼ同じである為、コンパ
レーター及び位置検出が４回路ある必要はない。
ところが第７図Ｂの場合の様にレベルが低い場
合、コンパレーター１，２，３，５５〜５７が検
出できない為、仮にコンパレーターおよび位置検
出が１回路の場合にレベル設定がコンパレーター
１，５５と同じであつたとき位置は検出できない
が、４回路用意していると、第７図Ｃの場合は検
出できないとしても、第７図Ｂの場合だとコンパ
レーター４，５８及び位置検出回路４，６２が検
出する為、ある程度までレベルが低下しても、位
置を検出できる。

第７図の様に波形が対称でない場合、位置検出
回路１〜４，５９〜６２の出力する値が、それぞ
れ異なる為、一番像の明るい所である山のピーク
の値を検出したいが、この場合、コンパレーター
５５，５６，５７，５８が複数の場合優先順位の
関係から山のピークに一番近いものが出力される
為、コンパレーター及び位置検出が１回路の場合
に比べ位置出力の誤差が少なくなる。

第７図Ｅの場合、コンパレーター３，５７、及
び４，５８は２回検出する為、位置検出はどちら
が正しいかわからない為、正確な値を検出できな
いが、１，５５及び２，５６はうまく検出してい
る為、正しい位置の位置検出回路１，５９及び
２，６０の信号が出力でき、優先順位関係から位
置検出１，５９の値が出力される。

この様に、コンパレーター５５，５６，５７，
５８及び位置検出を回路５９，６０，６１，６２
を複数用意し、それぞれに優先順位をつけて最良
の位置出力を利用することにより、正確な値を得
る事ができ、又、検出不可能な信号を大幅に少な
くできる。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案のレーザ溶接ビー
ド形状の検査装置によるときは、コンパレーター
および位置検出回路を複数個設け、コンパレータ
ーの設定レベルを互に変えるとともに出力信号を
優先順位をつけて出力するようにしたので、
ITVカメラで撮影された溶接ビードの平画映像
に大小、非対称等の種々の不安定さがあつても、
溶接ビード中心を判別し出力することができ、溶
接品質の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るレーザ溶接ビード形状の
検査装置の構成を示すブロツク図、第２図は第１
図のうち優先順位回路の出力条件図、第３図は第
１図のうちITVカメラ出力に対する各コンパレ
ーターの設定レベルの関係を示すコンパレーター
レベル図、第４図は第１図のうち位置検出回路の
内部構成を示すブロツク図、第５図は本考案に係
るレーザ溶接ビード形状の検査装置の実施例のブ
ロツク図、第６図は第５図のうち優先順位回路の
出力条件図、第７図はITVカメラ出力に対する
各コンパレーターの設定レベルの関係を示すコン
パレーターレベル図であつて、ＡはITVカメラ
出力の映像が正常の場合、Ｂは映像レベルが少し
低い場合、Ｃは映像レベルが低すぎる場合、Ｄは
映像レベルの波形が対称でない場合、Ｅは映像レ
ベルに山が２つある場合を示す図、第８図はレー
ザ溶接ビード形状の検査装置の全体をブロツク図
とともに示す斜視図、第９図は本実用新案登録出
願人の先願において使用する溶接ビードのITV
カメラによる映像のモニタテレビ画像、第１０図
は第９図の映像から求められる溶接ビードの中心
位置図、第１１図は第９図の装置で用いられる検
査装置のブロツク図、第１２図は第１１図の装置
で検出されるITVカメラ出力Ｅ１、コンパレー
ター出力Ｅ２、前エツジ検出出力Ｅ３、後エツジ
検出出力Ｅ４、中心出力Ｅ５の関係図、第１３図
は第１１図の装置におけるコンパレートレベル、
ITVカメラ出力、コンパレーター出力の関係図
であつて、Ａは正常の場合、ＢはITVカメラ出
力が低い場合、Ｃは波形が対称でない場合を示す
図、である。 ２１……ITVカメラ、２４，２５，２６，２
７……各コンパレーター、２８，２９，３０，３
１……各位置検出回路、３２……出力選択回路、
３３……優先順位回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光切断法により溶接ビードの立体形状を平画に
   変換した像を撮影、出力するITVカメラと； ITVカメラに互に並列に接続され、互いに異
   なる設定レベルを有し、各々でITVカメラの出
   力影像信号からそれぞれの設定レベル以上の映像
   を検出する、複数のコンパレーターと； 各コンパレーターにそれぞれ直列に接続され、
   コンパレーターで検出された各映像の前エツジ検
   出、後エツジ検出、前エツジと後エツジとの中心
   位置を検出して溶接ビードの中心を求めて出力す
   る、複数の位置検出回路と； 複数の位置検出回路のすべてに対して直列に接
   続され、複数の位置検出回路からの出力信号を選
   択的に出力する出力回路と； 複数の位置検出回路のすべてに対して直列に接
   続され、複数の位置検出回路の出力信号の何れを
   優先して出力するかを定めて出力選択回路に指示
   する優先順位回路と； から成るレーザ溶接ビード形状の検査装置。