(57)【要約】      （修正有）【課題】接合部材の接合部の良否判別に必要十分な形状に関する情報を精度よく検出できる方法を提供する。【解決手段】接合部材の接合部１２に非接触手段を走査させて２次元平面に展開された形状座標データを得る。形状座標データＬのＺ軸方向の最小値の座標点Ａを検索し、これを基準に第二の部材のプロファイル上から第１選択点Ｂと第２選択点Ｃを、第一の部材のプロファイル上から第３選択点Ｄと第４選択点Ｅを選出する。第１選択点Ｂと第２選択点Ｃを含む第二の部材の側の近似直線α、第３選択点Ｄと第４選択点Ｅを含む第一の部材の側の近似直線βおよびこれらの交点Ｆ座標を算出する。第二の部材の側の近似直線αまたは第一の部材の側の近似直線βと形状座標データＬの形状との乖離部分近傍に、形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊを設け、これと形状座標データＬとの最小距離Ｔを接合部１２の形状を表現する指標とする。【選択図】図７
2020046302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の部材(１０ａ)に対して第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された接合部材(１０)の接合部(１２)の形状を、非接触手段(１４)を走査することにより得た形状座標データ(Ｌ)であって２次元平面に展開された上記の接合部(１２)を含む特定検出範囲の形状座標データ(Ｌ)に基づいて検出する接合部材(１０)の接合部(１２)の形状検出方法であって、
上記の形状座標データ(Ｌ)に対し、上記の特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標点(Ａ)を検索し、その最小値の座標点(Ａ)を基準に第二の部材(１０ｂ)のプロファイル上から第１選択点(Ｂ)および第２選択点(Ｃ)の各座標を選出するとともに、第一の部材(１０ａ)のプロファイル上から第３選択点(Ｄ)および第４選択点(Ｅ)の各座標を選出し、
上記の第１選択点(Ｂ)と上記の第２選択点(Ｃ)とを含む第二の部材の側の近似直線(α)および上記の第３選択点(Ｄ)と上記の第４選択点(Ｅ)とを含む第一の部材の側の近似直線(β)を算出するとともに、上記第二の部材の側の近似直線(α)と上記第一の部材の側の近似直線(β)との交点(Ｆ)の座標を算出し、
上記第二の部材の側の近似直線(α)または上記第一の部材の側の近似直線(β)と上記の形状座標データ(Ｌ)の形状との乖離部分の近傍に、上記の形状座標データ(Ｌ)と交差しない判定基準直線(Ｊ)を設け、その判定基準直線(Ｊ)と上記の形状座標データ(Ｌ)との最小距離(Ｔ)を算出し、この最小距離(Ｔ)を上記の接合部(１２)の形状を表現する指標として用いる、ことを特徴とする接合部材の接合部の形状検出方法。
【請求項２】
請求項１の接合部材の接合部の形状検出方法において、
前記の形状座標データ(Ｌ)におけるＺ軸方向の最小値の座標点(Ａ)が前記第二の部材の側の近似直線(α)上または前記第一の部材の側の近似直線(β)上にある場合、前記の判定基準直線(Ｊ)が、前記の交点(Ｆ)を含み、上記第二の部材の側の近似直線(α)および上記第一の部材の側の近似直線(β)のそれぞれとの間で成す角度が等しくなるように設けられる、ことを特徴とする接合部材の接合部の形状検出方法。
【請求項３】
請求項１の接合部材の接合部の形状検出方法において、
前記の形状座標データ(Ｌ)におけるＺ軸方向の最小値の座標点(Ａ)が前記第二の部材の側の近似直線(α)上または前記第一の部材の側の近似直線(β)上にない場合、前記の判定基準直線(Ｊ)が、上記第二の部材の側の近似直線(α)と平行するように設けられる、ことを特徴とする接合部材の接合部の形状検出方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの接合部材の接合部の形状検出方法において、
前記第一の部材(１０ａ)に対して前記第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された前記の接合部材(１０)が、フランジ材に対してウェブ材の端部が突き合わされて溶接された溶接形鋼であり、
前記の接合部(１２)が、溶接された突合わせ部である、ことを特徴とする接合部材の接合部の形状検出方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの接合部材の接合部の形状検出方法を用いた接合部材の品質管理方法であって、
前記の最小距離(Ｔ)を所定の閾値と比較することにより、前記の接合部材(１０)における接合部(１２)の接合後の形状の良否を判定する、ことを特徴とする接合部材の品質管理方法。
【請求項６】
第一の部材(１０ａ)に対して第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された接合部材(１０)の接合部(１２)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査し、照射あるいは走査された光の反射光に基づいて上記の突合わせ部(１２)の位置や形状の変化が反映された形状座標データ(Ｌ)を生成して出力する非接触手段(１４)と、
上記の非接触手段(１４)により得られた形状座標データ(Ｌ)に対し、上記の特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標点(Ａ)を検索し、その最小値の座標点(Ａ)を基準に上記ウェブ材(１０ｂ)のプロファイル上から第１選択点(Ｂ)および第２選択点(Ｃ)の各座標を選出するとともに、上記フランジ材(１０ａ)のプロファイル上から第３選択点(Ｄ)および第４選択点(Ｅ)の各座標を選出し、上記の第１選択点(Ｂ)と上記の第２選択点(Ｃ)とを含む第二の部材の側の近似直線(α)および上記の第３選択点(Ｄ)と上記の第４選択点(Ｅ)とを含む第一の部材の側の近似直線(β)を算出するとともに、上記第二の部材の側の近似直線(α)と上記第一の部材の側の近似直線(β)との交点(Ｆ)の座標を算出し、上記第二の部材の側の近似直線(α)または上記第一の部材の側の近似直線(β)と上記の形状座標データ(Ｌ)の形状との乖離部分の近傍に、上記の形状座標データ(Ｌ)と交差しない判定基準直線(Ｊ)を設け、その判定基準直線(Ｊ)と上記の形状座標データ(Ｌ)との最小距離(Ｔ)を算出する判定基準直線演算・処理部(１６ｂ)、および、上記の判定基準直線演算・処理部(１６ｂ)で得られた上記の最小距離(Ｔ)を所定の閾値と比較することにより、接合部材(１０)における接合部(１２)の接合後の形状の良否を判定する判定処理部(１６ｃ)を有する演算処理装置(１６)とを備える、ことを特徴とする接合部材の品質管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部材の接合部の形状検出方法と、それを用いた接合部材の品質管理方法及びその装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
第一の部材に対して第二の部材の端部が突き合わされて接合された接合部材の代表的なものにＨ形鋼やＴ形鋼などの溶接形鋼がある。この溶接形鋼は、第一の部材であるフランジ材の表面に、第二の部材であるウェブ材の幅方向端面をＴ字状に突き合わせた突合わせ部(Ｔ字状継手部)を接合(金属の場合は一般的に溶接)することによって接合部が形成され完成する。この溶接の際に、溶け込み不良などの溶接欠陥が生じている場合、正しい形状の裏ビードが形成されなくなる。このため、溶接形鋼の突合わせ部の形状(とりわけ裏ビードが形成される側の形状)は溶接品質を判断する指標として活用されている。
【０００３】
従来、溶接形鋼の突合わせ部の形状は全量目視検査することにより判定されていたが、鋼材の溶接部分の形状を効率よく検出する方法として、非接触式の光学センサーなどを用いて鋼材表面のプロファイルを測定し、そのプロファイルデータを処理することによって溶接部分の形状を検出する方法が行なわれている。かかる方法では、プロファイルデータを処理する場合において、溶接部分の形状に異常が有る場合、滑らかな形状からかなり急激な勾配の変化があるものと期待して処理方法が設定されていた。しかしながら、溶接部分の形状のプロファイルが滑らかに変化し、他の部分に比較して特段の勾配の急変が認められない場合であっても溶接不良を生じている場合があるため、従来の方法ではそれが認識されず、不良品を不良品と判定できなくなる事態が生じるようになって来た。
【０００４】
そこで、そのような問題を解消し得る技術として、例えば下記の特許文献１には、ＣＣＤなどのイメージセンサ，プローブ電子回路および中央処理ユニット等で構成されたビデオ検査デバイスを用いて損傷や磨耗などの異常を有する表示対象物の表面上の関心点(例えば、最深または最高点)を自動的に識別する方法およびデバイスが開示されている。具体的には、ビデオ検査デバイスのイメージセンサを用いて異常を有する表示対象物の表面(対象表面)の画像を取得し、モニター上に表示する。続いて、中央処理ユニットを用いて取得した画像から３次元データを生成し、異常の表面点を含む表示対象物の対象表面上の複数の表面点の３次元座標を決定する。続いて、中央処理ユニットを用いて表示対象物上の異常に近接する複数の基準表面点を含む基準表面を決定するとともに、基準表面の基準表面点に基づいて異常に近接する関心領域を決定する。そして、中央処理ユニットを用いて関心領域内の複数の表面点それぞれから基準表面への距離を決定するとともに、基準表面から最も遠い表面点を決定することにより関心領域内の最深または最高表面の位置を決定するものである。
かかる方法によれば、ユーザーが手動で異常の表面上の関心点を特定する必要がないので、測定を実行するための時間が短縮されるとともに、測定精度を改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−８０６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献に記載の技術には、次のような問題があった。
すなわち、上記特許文献１で開示されている、損傷や磨耗などの異常を有する表示対象物の表面上の関心点を自動的に識別する方法では、イメージセンサで取得した画像の３次元データ生成，表示対象物の対象表面上の複数の表面点の３次元座標の決定，異常に近接する複数の基準表面点を含む基準表面の決定，基準表面の基準表面点に基づく異常に近接する関心領域の決定，関心領域内の最深または最高表面位置の決定等々の大量のデータ処理を行わなければならず、かかる方法の処理速度を上げるためには、高速なデータ処理装置や複雑な機構が必要となる。
また、表示対象物の表面が不規則な形状である場合、基準表面点の取り方によっては基準表面が実際の表面形状と乖離し、関心領域内の最深または最高表面の位置やその距離に誤差の生じる虞もある。
【０００７】
それゆえに、本発明の主たる目的は、高速なデータ処理装置や複雑な機構を必要とせず、接合部材の接合部の良否判別に必要十分な形状に関する情報を精度よく検出することができる接合部材の接合部の形状検出方法を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、そのような形状検出方法を用い、接合部に品質基準を超える形状異常が生じた不良品を確実に見つけ出すことが可能な接合部材の品質管理方法とその装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明における第１の発明は、例えば、図１から図８に示すように、第一の部材(１０ａ)に対して第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された接合部材(１０)の接合部(１２)の形状検出方法を次のように構成した。
接合部材(１０)の接合部(１２)の形状を、非接触手段１４を走査することにより得た形状座標データＬであって２次元平面に展開された上記の接合部(１２)を含む特定検出範囲の形状座標データＬに基づいて検出する。
上記の形状座標データＬに対し、上記の特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａを検索し、その最小値の座標点Ａを基準に第二の部材(１０ｂ)のプロファイル上から第１選択点Ｂおよび第２選択点Ｃの各座標を選出するとともに、第一の部材(１０ａ)のプロファイル上から第３選択点Ｄおよび第４選択点Ｅの各座標を選出する。
上記の第１選択点Ｂと上記の第２選択点Ｃとを含む第二の部材の側の近似直線(α)および上記の第３選択点Ｄと上記の第４選択点Ｅとを含む第一の部材の側の近似直線(β)を算出するとともに、上記第二の部材の側の近似直線(α)と上記第一の部材の側の近似直線(β)との交点Ｆの座標を算出する。
そして、上記第二の部材の側の近似直線(α)または上記第一の部材の側の近似直線(β)と上記の形状座標データＬの形状との乖離部分の近傍に、上記の形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊを設け、その判定基準直線Ｊと上記の形状座標データＬとの最小距離Ｔを算出し、この最小距離Ｔを上記の接合部(１２)の形状を表現する指標として用いる。
【０００９】
ここで、本発明における「Ｚ軸方向の最小値」に関し、「Ｚ軸」とは、２次元平面に展開された特定検出範囲における形状座標データＬの第一の部材(１０ａ)のプロファイルと第二の部材(１０ｂ)のプロファイルとが左右対称となるよう当該形状座標データＬを配置した際にその上下方向を示す方向軸であり、「最小値」とは、そのＺ軸の軸方向において、形状座標データＬを出力する非接触手段１４から最も離間した所に有る形状座標データＬ上の座標位置(値)をいう(図１，図２および図５参照)。
【００１０】
上記の第１の発明は、例えば、次の作用を奏する。
接合部(１２)の形状判定に必要なデータとして、形状座標データＬに加え、上記の通り算出した第二の部材の側の近似直線(α)及び第一の部材の側の近似直線(β)の座標データと形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊの座標データとを用い、複雑な画像処理的な演算を行わないことから、高速なデータ処理装置や複雑な機構が不要である。
加えて、判定基準直線Ｊが形状座標データＬからオフセットされているので、突合わせ部１２の形状が凸状でも凹状でも、判定基準直線Ｊの片側だけで当該判定基準直線Ｊと形状座標データＬとの距離が最短になる形状座標データＬ上の点を探査すればよく、非常に簡便である。
【００１１】
なお、本発明は次の構成を含む。
すなわち、前記の形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａが前記第二の部材の側の近似直線(α)上または前記第一の部材の側の近似直線(β)上にある場合、前記の判定基準直線Ｊが、前記の交点Ｆを含み、上記第二の部材の側の近似直線(α)および上記第一の部材の側の近似直線(β)のそれぞれとの間で成す角度が等しくなるように設けられる。
「形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａが第二の部材の側の近似直線(α)上または第一の部材の側の近似直線(β)上にある場合」とは、接合部(１２)においてその肉が第二の部材の側の近似直線(α)と第一の部材の側の近似直線(β)とで構成される理想外形線よりも突出している場合に相当し、このような場合、判定基準直線Ｊを、交点Ｆを含み、第二の部材の側の近似直線(α)および第一の部材の側の近似直線(β)のそれぞれとの間で成す角度が等しくなるように設ける。
また、前記の形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａが前記第二の部材の側の近似直線(α)上または前記第一の部材の側の近似直線(β)上にない場合、前記の判定基準直線Ｊが、前記第二の部材の側の近似直線(α)と平行するように設けられる。
「形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａが第二の部材の側の近似直線(α)上または第一の部材の側の近似直線(β)上にない場合」とは、接合部(１２)においてその肉が上記の理想外形線よりも窪んでおり、接合部(１２)が理想外形線よりも突出していない場合に相当し、このような場合、判定基準直線Ｊを、第二の部材の側の近似直線(α)と平行するように設ける。
【００１２】
また、本発明においては、「第一の部材(１０ａ)に対して第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された接合部材(１０)」が、「フランジ材に対してウェブ材の端部が突き合わされて溶接された溶接形鋼」であり、「接合部(１２)」が、溶接された「突合わせ部」であるのが好ましい。
この場合、特に本発明の利用ニーズが高いと考えられる溶接形鋼の分野において、溶接形鋼の突合わせ部の良否判別に必要十分な形状に関する情報を精度よく検出することができる。
【００１３】
本発明における第２の発明は、上記第１の発明の接合部材(１０)の接合部(１２)の形状検出方法を用いた接合部材(１０)の品質管理方法であって、「最小距離Ｔを所定の閾値と比較することにより、接合部材(１０)における接合部(１２)の接合後の形状の良否を判定する」ことを特徴とする。
この発明では、接合部(１２)の接合後の形状の良否を判断する際に、設定した閾値との比較で判定できるため、かかる形状の良否を非常に簡単且つ精度よく検出することができる。
【００１４】
本発明における第３の発明の「接合部材の品質管理装置」は、上記第２の発明の方法を実施するための装置であって、例えば図１から図８に示すように、接合部材(１０)の品質管理装置を次のように構成したものである。
第一の部材(１０ａ)に対して第二の部材(１０ｂ)の端部が突き合わされて接合された接合部材(１０)の接合部(１２)を含む特定検出範囲に扇状光を照射あるいは点状光を走査し、照射あるいは走査された光の反射光に基づいて上記の接合部(１２)の位置や形状の変化が反映された形状座標データＬを生成して出力する非接触手段１４を有する。
上記の非接触手段１４により得られた形状座標データＬに対し、上記の特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標Ａを検索し、その最小値の座標Ａを基準に上記第二の部材(１０ｂ)のプロファイル上から第１選択点Ｂおよび第２選択点Ｃの各座標を選出するとともに、上記第一の部材(１０ａ)のプロファイル上から第３選択点Ｄおよび第４選択点Ｅの各座標を選出し、上記の第１選択点Ｂと上記の第２選択点Ｃとを含む第二の部材の側の近似直線(α)および上記の第３選択点Ｄと上記の第４選択点Ｅとを含む第一の部材の側の近似直線(β)を算出するとともに、上記第二の部材の側の近似直線(α)と上記第一の部材の側の近似直線(β)との交点Ｆの座標を算出し、上記第二の部材の側の近似直線(α)または上記第一の部材の側の近似直線(β)と上記の形状座標データＬの形状との乖離部分の近傍に、上記の形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊを設け、その判定基準直線Ｊと上記の形状座標データＬとの最小距離Ｔを算出する判定基準直線演算・処理部１６ｂ、および、上記の判定基準直線演算・処理部１６ｂで得られた上記の最小距離Ｔを所定の閾値と比較することにより、接合部材(１０)における接合部(１２)の接合後の形状の良否を判定する判定処理部１６ｃで演算処理装置１６が構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速なデータ処理装置や複雑な機構を必要とせず、接合部材の接合部の良否判別に必要十分な形状に関する情報を精度よく検出することができる接合部材の接合部の形状検出方法と、そのような形状検出方法を用い、接合部に品質基準を超える形状異常が生じた不良品を確実に見つけ出すことが可能な接合部材の品質管理方法及びその装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る接合部材(溶接形鋼)の品質管理装置の装置構成例を示す概略図である。
【図２】図１の要部を拡大した概略図である。
【図３】本発明に係る接合部材(溶接形鋼)の品質管理装置における演算処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の接合部材(溶接形鋼)の品質管理方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の形状検出方法における形状座標データのイメージ図である。
【図６】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の形状検出方法における突合わせ部の形状確認アルゴリズムでの形状検出イメージ図である。
【図７】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の品質管理方法における接合部(突合わせ部)の形状良否確認アルゴリズムでの形状検出イメージ図(第二の部材(ウェブ材)に「垂れ」なしの場合)である。
【図８】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の品質管理方法における接合部(突合わせ部)の形状良否確認アルゴリズムでの形状検出イメージ図(第二の部材(ウェブ材)に「垂れ」有りの場合)である。
【図９】本発明の接合部材(溶接形鋼)の品質管理方法が適用される溶接形鋼の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の品質管理方法を、第一の部材(フランジ材)に対して第二の部材(ウェブ材)の端部が鋭角に突き合わされた接合部(突合わせ部)に適用する場合の形状検出イメージ図(第二の部材(ウェブ材)に「垂れ」なしの場合)である。
【図１１】本発明の接合部材(溶接形鋼)の接合部(突合わせ部)の品質管理方法を、第一の部材(フランジ材)に対して第二の部材(ウェブ材)の端部が鈍角に突き合わされた接合部(突合わせ部)に適用する場合の形状検出イメージ図(第二の部材(ウェブ材)に「垂れ」有りの場合)である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、本実施形態では、発明の理解を容易にするため、接合部材の具体例として溶接形鋼を取り上げ、また、「第一の部材に対して第二の部材の端部が突き合わされて接合された接合部材の接続部」の具体例として、「フランジ材に対してウェブ材の端部が突き合わされて溶接された溶接形鋼の突合わせ部」を取り上げて説明する。
図１は、本発明に係る溶接形鋼の品質管理装置の装置構成例を示す概略図である。この図が示すように、本発明の一実施形態の溶接形鋼の品質管理装置は、非接触手段１４と演算処理装置１６とを備える。
【００１８】
非接触手段１４は、フランジ材１０ａに対してウェブ材１０ｂの端部が垂直に突き合わされて溶接された溶接形鋼１０の突合わせ部１２の表面形状の座標データ（＝形状座標データＬ)を得るための装置で、本実施形態では、(図示しないが)投光装置とデータ出力装置とで構成された非接触式変位計がこれに該当する。
なお、図１中の符号１４Ｃは、後述する演算処理装置１６を介して伝達される命令に応じて、この非接触手段１４の動作などを制御する制御ユニットである。
【００１９】
投光装置は、溶接形鋼１０の溶接された突合わせ部１２を中心とした特定検出範囲(図２参照)に扇状光を照射あるいは点状光を走査する装置である。具体的には、レーザーやランプ等の発光素子が放射する光をシリンドリカルレンズ等で線状に収束されたスリット光源を用いたものや、照射位置で点状に収束するような光をミラー等で溶接形鋼１０の突合わせ部１２に直交する方向（Ｘ軸方向）に走査するような走査点光源を用いたものなどを例示することができる。ここで、「突合わせ部１２に直交する方向（Ｘ軸方向）」とは、(フランジ材１０ａに対してウェブ材１０ｂの端部が突き合わされた)突合わせ部１２を通り且つフランジ材１０ａおよびウェブ材１０ｂのそれぞれの表面から等距離にある軸線Ｈと直交するとともに、溶接形鋼１０の軸方向(長手方向＝Ｙ軸方向)とも直交する方向のことを言う(図１および図２参照)。
【００２０】
データ出力装置は、投光装置から上記の特定検出範囲に向けて照射された光の反射光が入力され、その反射光に基づいて突合わせ部１２の位置や形状の変化が反映された形状座標データＬであって、突合わせ部１２を中心とする特定検出範囲の形状を２次元平面に展開した形状座標データＬを出力する装置である。具体的には、２Ｄエルノスターレンズ，ＣＭＯＳイメージセンサ及びマイクロプロセッサなどで構成され、溶接形鋼１０の突合わせ部１２の表面で拡散反射した反射光をＣＭＯＳイメージセンサの受光素子上に結像させ、位置・形状の変化を検出し、その位置や形状の変化を表す形状座標データＬを生成する装置である。なお、このデータ出力装置を含む非接触手段１４では、形状座標データＬの生成が溶接形鋼１０の長手方向(Ｙ軸方向)に対して連続的に行われる。
そして、このデータ出力装置で生成された形状座標データＬは配線１５を介して演算処理装置１６に与えられる。
【００２１】
本発明に係る溶接形鋼の品質管理装置において、Ｚ軸方向は、Ｘ軸とＹ軸のどちらに対しても直交する方向であり(図１および図２参照)、上述したように、Ｚ軸は、２次元平面に展開された形状座標データＬのフランジ材１０ａのプロファイルとウェブ材１０ｂのプロファイルとが左右対称となるよう当該形状座標データＬを配置した際にその上下方向を示す方向軸となる。
【００２２】
なお、図１の実施形態では、溶接形鋼１０がＨ形鋼であり、ウェブ材１０ｂの両端に一対の突合わせ部１２が形成されているため、溶接形鋼の品質管理装置に２台の非接触手段１４を接続する場合を示しているが、例えば、溶接形鋼１０がＴ形鋼の場合には、当該品質管理装置に接続する非接触手段１４は１台でもよい。また、必要に応じて、品質管理装置に３台以上の非接触手段１４を設けるようにしても良い。
【００２３】
演算処理装置１６は、コンピューター(図示せず)上に設けられ、命令を解読し演算を行う装置であり、図３に示すように、データバッファ部１６ａ，判定基準直線演算・処理部１６ｂ，判定処理部１６ｃ，表示処理部１６ｄ及びイベント発生信号出力部１６ｅの各部が、Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標)やＬｉｎｕｘ(登録商標)と言った汎用のオペレーティングシステム１６ｘ上に構成されている。
【００２４】
（データバッファ部１６ａ）
データバッファ部１６ａは、非接触手段１４から連続的に提供される溶接形鋼１０の突合わせ部１２の形状座標データＬを一時的に蓄えておく記憶装置である。
【００２５】
（判定基準直線・処理部１６ｂ）
判定基準直線・処理部１６ｂは、データバッファ部１６ａより提供される上記の形状座標データＬに対し、以下の演算を行うものである。
すなわち、形状座標データＬに対し、突合わせ部１２の形状を中心とした特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａを検索し(図５参照)、その最小値の座標点Ａを基準にウェブ材１０ｂのプロファイル上から第１選択点Ｂおよび第２選択点Ｃの各座標を選出するとともに、フランジ材１０ａのプロファイル上から第３選択点Ｄおよび第４選択点Ｅの各座標を選出する(図６参照)。
続いて、上記の第１選択点Ｂと上記の第２選択点Ｃとを含むウェブ側近似直線αおよび上記の第３選択点Ｄと上記の第４選択点Ｅとを含むフランジ側近似直線βを算出するとともに、上記ウェブ側近似直線αと上記フランジ側近似直線βとの交点Ｆの座標を算出する(図６参照)。
また、上記のウェブ側近似直線αまたはフランジ側近似直線βと形状座標データＬの形状との乖離部分の近傍に、形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊを設け、その判定基準直線Ｊと形状座標データＬとの最小距離Ｔを算出する。
なお、本明細書において、例えば「第１選択点Ｂの座標を選出する」とは、図６に示したようにＸ軸とＺ軸からなる２次元座標平面上で、第１選択点ＢのＸ座標とＺ座標とを決定することを言う。
【００２６】
ここで、(形状座標データＬと交差しない)判定基準直線Ｊは、突合わせ部１２の形状に応じて、次の２つの何れかが選択される。
一つ目は、図６および図７に示すように、突合わせ部１２において溶接部分がウェブ側近似直線αとフランジ側近似直線βとで構成される理想外形線よりも突出している場合である。この場合、形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａがウェブ側近似直線α上またはフランジ側近似直線β上に存在することとなる。
かかる場合に選択される判定基準直線Ｊは、図７に示すように、交点Ｆを含み、ウェブ側近似直線αおよびフランジ側近似直線βのそれぞれとの間で成す角度が等しくなるように設けられたもの(すなわち、図７の実施形態の場合はＸ軸と略平行な直線)である。
【００２７】
二つ目は、図８に示すように、突合わせ部１２において溶接部分が上記の理想外形線よりも窪んでおり、突合わせ部１２が理想外形線よりも突出していない場合である。この場合、形状座標データＬにおけるＺ軸方向の最小値の座標Ａがウェブ側近似直線α上またはフランジ側近似直線β上に存在しないこととなる。
かかる場合に選択される判定基準直線Ｊは、図８に示すように、ウェブ側近似直線αと平行するように設けられたもの、換言すれば、ウェブ側近似直線αを形状座標データＬと交差しないように平行移動させたものである。このため、(上記の一つ目の場合と異なり)形状座標データＬ上で判定基準直線Ｊに最も近い座標点ＧがＺ軸方向の最小値の座標点Ａと一致しない場合が生じるようになる。
なお、この突合わせ部１２において溶接部分が上記の理想外形線よりも窪むのは、フランジ材１０ａにウェブ材１０ｂを突き合わせるにあたり、ウェブ材１０ｂの幅方向端部に「垂れ」が生じているウェブ材１０ｂをフランジ材１０ａに突き合わせた場合に起こることがある。この「垂れ」は、図８において、形状座標データＬがウェブ側近似曲線αから外れて、点Ｃから点Ｇを経て点Ｆに至るまでの間に湾曲している部分に現れている。
因みに、ウェブ材１０ｂの幅方向端部における「垂れ」とは、鋼材をスリッターなどで切断してウェブ材１０ｂを製造する際に、スリッター刃の状態やスリッター刃の当て方などと言った切断条件によって、ウェブ材１０ｂの幅方向端部に不所望な切断応力が加えられ、かかる応力の押圧方向に向けて端面が引き摺られて垂れたように塑性変形してしまう現象を言う。
【００２８】
そして、判定基準直線・処理部１６ｂは、得られた(判定基準直線Ｊと形状座標データＬとの)最小距離Ｔを、突合わせ部１２の形状を表現する指標として判定処理部１６ｃ及び表示処理部１６ｄへと与える。
なお、表示処理部１６ｄへは、上記の最小距離Ｔの情報のみならず、図７や図８に示すように、形状座標データＬ，各選択点，ウェブ側近似直線α，フランジ側近似直線β，交点Ｆおよび判定基準直線Ｊなどの情報もこの判定基準直線・処理部１６ｂから与えられるようになっている。
【００２９】
（判定処理部１６ｃ）
判定処理部１６ｃは、判定基準直線・処理部１６ｂで演算した、最小距離Ｔと言う偏差を所定の閾値と比較することにより、溶接形鋼１０の突合わせ部１２の形状の良否を判定するものである。
この判定処理部１６ｃでは、例えば図７や図８で示すように、偏差(最小距離Ｔ)が閾値と同一あるいはこれを超える場合、しっかりと溶接された良品と判定し、逆に、偏差が閾値を下回る場合、十分に溶接されていない不良品と判定し、その信号を表示処理部１６ｄ及びイベント発生信号出力部１６ｅに与える。
【００３０】
（表示処理部１６ｄ）
表示処理部１６ｄは、配線１７を介してモニターなどの表示装置１８に接続されており、判定基準直線・処理部１６ｂ及び判定処理部１６ｃより与えられたデータを表示装置１８で表示できるように変換するものである。なお、本実施形態では、この表示装置１８としてタッチパネルディスプレイを用いており、この表示装置１８が演算処理装置１６に対する種々の指令を行なうマンマシンインターフェイス(ＨＭＩ)としての機能も有する。
【００３１】
（イベント発生信号出力部１６ｅ）
イベント発生信号出力部１６ｅは、配線１９を介して回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０に接続されており、判定処理部１６ｃで判断された溶接形鋼１０の突合わせ部１２の良・不良の判定結果に基づいて外部システム２０に所定のイベント発生信号を与える。例えば、判定処理部１６ｃで突合わせ部１２の品質が不良と判定された際には、オペレーターに不良品の発生を伝えるべく、このイベント発生信号出力部１６ｅより回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０が作動するようなイベント発生信号が発せられる。
【００３２】
次に、以上のように構成された溶接形鋼１０の品質管理装置を用いて溶接形鋼１０の突合わせ部１２の品質管理を行う際には、図４で示すフローのように、本発明の溶接形鋼１０の突合わせ部１２の形状検出方法と、それを用いた品質管理方法とがこの順で実行される。
【００３３】
すなわち、図４のステップＳ１において、非接触手段１４を走査させることにより溶接形鋼１０の突合わせ部１２を中心とする特定検出範囲の形状座標データＬが２次元平面に展開された形で取得され、配線１５を介して演算処理装置１６のデータバッファ部１６ａに与えられる。
続いて図４のステップＳ２では、データバッファ部１６ａより上記の形状座標データＬが判定基準直線・処理部１６ｂへと与えられ、上述したように、突合わせ部１２の形状を中心とした特定検出範囲におけるＺ軸方向の最小値の座標点Ａが検索され、その最小値の座標点Ａを基準にウェブ材１０ｂのプロファイル上から第１選択点Ｂおよび第２選択点Ｃが、また、フランジ材１０ａのプロファイル上から第３選択点Ｄおよび第４選択点Ｅが選出される(図６参照)。その後、第１選択点Ｂと第２選択点Ｃとを含むウェブ側近似直線αおよび第３選択点Ｄと第４選択点Ｅとを含むフランジ側近似直線βが算出されるとともに、ウェブ側近似直線αとフランジ側近似直線βとの交点Ｆの座標が算出される(図６参照)。そして、上記の交点Ｆ近辺におけるウェブ側近似直線αまたはフランジ側近似直線βと形状座標データＬの形状との乖離部分の近傍に、形状座標データＬと交差しない判定基準直線Ｊが設けられ、その判定基準直線Ｊと形状座標データＬとの最小距離Ｔが算出されて、これらのデータが突合わせ部１２の形状を表現する指標として判定処理部１６ｃへと与えられる。
【００３４】
そして、図４のステップＳ３において、判定処理部１６ｃでは、上述のように判定基準直線Ｊと形状座標データＬとの最小距離Ｔを、所定の閾値と比較することによって、溶接形鋼１０の突合わせ部１２の形状の良否が判定される。突合わせ部１２の形状が良の場合には、同ステップＳ４において良製品である旨の判定ＯＫ処理が行われ、逆に、突合わせ部１２の形状が不良の場合には、同ステップＳ５において不良品である旨の判定ＮＧ処理、具体的には、上述したようにオペレーターに不良品の発生を伝えるべく、イベント発生信号出力部１６ｅより回転警告灯や警報ブザーなどの外部システム２０が作動するようなイベント発生信号が発せられる。
【００３５】
ここで、レーザー溶接機を備えた実際の溶接形鋼製造ラインにおいて、高さ１５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×ウェブ厚２．３ｍｍ×フランジ厚３．２ｍｍ×長さ８６００ｍｍのＨ形鋼の製造に際し、品質管理装置として非接触手段１４に市販の高精度２次元レーザー変位計を採用した本発明のものを用い、ウェブ材の端部に「垂れ」がない場合の閾値を４０μｍ、ウェブ材の端部に「垂れ」が生じている場合の閾値を６００μｍ（但し、ウェブ側近似直線αと判定基準直線Ｊとの平行移動距離を１ｍｍとする。）として操業を行った。その結果、検査本数１３４３本に対して、不良検出率は０．０７％であった。溶接形鋼の製造ラインの検査工程において本発明の品質管理装置を用いることにより不良品を抽出できたので、不良品の流出本数０本、不良品流出率０．００％であった。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、非接触手段１４として、投光装置を用いたものを示しているが、この非接触手段１４は、溶接形鋼１０の溶接された突合わせ部１２の表面形状の座標データ（すなわち、形状座標データＬ)を得ることができるものであれば如何なる態様であってもよく、この投光装置に換えて超音波発生装置やレーダーなどを用いるものであってもよい。
【００３７】
また、本発明の方法及び装置が適用される溶接形鋼１０について、その溶接方法や溶接形鋼の形状は特に限定されるものではなく、例えば、高周波，アーク，プラズマ，レーザー等、如何なる溶接方法であってもよい。また、本発明の方法及び装置は、例えば、図９の（ａ）に示したレーザ溶接形鋼の他に、（ｂ）に示した軽量溶接形鋼、（ｃ）に示したビルドＨ形鋼、（ｄ）に示したＪ形鋼などの形鋼についても、突合わせ部１２に対して形状を検出することができる。なお、溶接形鋼ではないが、図９の（ｅ）に示した圧延Ｈ形鋼の、符号１３で示したフィレット部に対しても、その形状検出を行なうことが可能である。
【００３８】
加えて、上述の図示実施形態のように溶接形鋼１０がフランジ材１０ａに対してウェブ材１０ｂの端部が垂直に突き合わされて溶接された物のみに限定されるものではなく、図１０や図１１に示すように、フランジ材１０ａに対してウェブ材１０ｂの端部が鋭角に突き合わされた溶接形鋼や、鈍角に突き合わされた溶接形鋼の突き合わせ部に対しても本発明の方法および装置を適用することができる。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、特定検出範囲の選定に際し、突合わせ部１２を中心とする場合を示しているが、この特定検出範囲は、突合わせ部１２が含まれているものであれば如何なる態様であってもよく、上記実施形態の範囲に限定されるものではない。
【００４０】
また、上述の各実施形態では、接合部材(１０)の具体例として溶接形鋼１０を取り上げて説明してきたが、この接合部材(１０)はこの溶接形鋼１０に限定されるものではなく、例えば、ＦＲＰやＣＦＲＰなどの合成樹脂材料を接合した部材であってもよく、その場合の部材同士の接合は接着剤を用いる方法や熱融着を用いる方法などであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０：溶接形鋼(接合部材)，１０ａ：フランジ材(第一の部材)，１０ｂ：ウェブ材(第二の部材)，１２：突合わせ部(接合部)，１４：非接触手段，１６：演算処理装置，１６ｂ：判定基準直線演算・処理部，１６ｃ：判定処理部，Ａ：(特定検出範囲における)Ｚ軸方向の最小値の座標点，Ｂ：第１選択点，Ｃ：第２選択点，Ｄ：第３選択点，Ｅ：第４選択点，Ｆ：(ウェブ側近似直線(第二の部材の側の近似直線)とフランジ側近似直線(第一の部材の側の近似直線)との)交点，Ｊ：判定基準直線，Ｌ：形状座標データ，Ｔ：(判定基準直線と形状座標データとの)最小距離，α：ウェブ側近似直線(第二の部材の側の近似直線)，β：フランジ側近似直線(第一の部材の側の近似直線)．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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