(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接を施した溶接母材に対して斜光を照射する第１の投光機と、スポット溶接を施した溶接母材に対して上方から光を照射する第２の投光機と、上方から前記溶接母材の画像を取得する撮像機と、前記第１の投光機、第２の投光機および前記撮像機を搭載し、前記溶接母材に対する位置調整可能な走査装置と、前記撮像機からの画像情報を処理する処理装置から構成され、
前記処理装置は、前記撮像機から得られた３階層レベルの輝度の第１の画像から、中間輝度レベルと中間輝度レベル以外の輝度の２階層レベルの輝度で構成された第２の画像を得、前記中間輝度レベル以外の輝度の部分をスポット溶接のエッジ部分とする第１の手段、該第１の手段によるエッジ部分からスポット溶接の中心位置を決定する第２の手段、前記第２の投光機を用いたときの画像から前記溶接母材の外観の情報を得、前記第２の画像に反映させる第３の手段を備えることを特徴とするスポット溶接部検査装置。
【請求項２】
請求項１記載のスポット溶接部検査装置において、
スポット溶接の中心位置にスポット溶接痕を表示した第３の画像を求める第４の手段、スポット溶接を施した溶接母材について、その溶接予定箇所の設計情報を記憶する記憶手段、前記第３の画像に前記記憶装置の溶接予定箇所の設計情報を溶接予定領域として表示した第４の画像を求める第５の手段、前記第４の画像の溶接予定領域とスポット溶接痕の位置関係を評価する評価手段を備えることを特徴とするスポット溶接部検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスポット溶接部検査装置において、
スポット溶接を施した溶接母材が前記撮像機の撮像範囲を超えるときに、撮像範囲を変更して得た複数の画像を重ねて処理を行う第６の手段を備えることを特徴とするスポット溶接部検査装置。
【請求項４】
スポット溶接を施した溶接母材に対して斜光を照射する第１の投光機と、スポット溶接を施した溶接母材に対して上方から光を照射する第２の投光機と、上方から前記溶接母材の画像を取得する撮像機と、前記第１の投光機、第２の投光機および前記撮像機を搭載し、前記溶接母材に対する位置調整可能な走査装置と、前記撮像機からの画像情報を処理する処理装置から構成される検査装置によるスポット溶接部検査方法であって、
前記撮像機から得られた３階層レベルの輝度の第１の画像から、中間輝度レベルと中間輝度レベル以外の輝度の２階層レベルの輝度で構成された第２の画像を得、前記中間輝度レベル以外の輝度の部分をスポット溶接のエッジ部分とし、エッジ部分からスポット溶接の中心位置を決定し、前記第２の投光機を用いたときの画像から前記溶接母材の外観の情報を得、前記第２の画像に反映させることを特徴とするスポット溶接部検査方法。
【請求項５】
請求項４記載のスポット溶接部検査方法において、
スポット溶接の中心位置にスポット溶接痕を表示した第３の画像を求め、スポット溶接を施した溶接母材について、その溶接予定箇所の設計情報を記憶し、前記第３の画像に前記溶接予定箇所の設計情報を溶接予定領域として表示した第４の画像を求め、第４の画像の溶接予定領域とスポット溶接痕の位置関係を評価することを特徴とするスポット溶接部検査方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のスポット溶接部検査方法において、
スポット溶接を施した溶接母材が前記撮像機の撮像範囲を超えるときに、撮像範囲を変更して得た複数の画像を重ねて処理を行うことを特徴とするスポット溶接部検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接検査方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚以上の薄板金属の接合方法の一つとして、スポット溶接による方法が一般的に知られている。係るスポット溶接においては、スポット溶接の実施後に、所望の位置にスポット溶接が行われていることの検査を、目視確認により実施している。つまり、スポット溶接においては、溶接時に圧着して行うために圧着痕が残ることから、圧着痕が所望の位置に存在することについて目視確認する。然しながら、溶接漏れの見逃しが発生する、正確な位置検出が行えないといった課題が発生していた。
【０００３】
そこで近年、以下に示すような人的ミスを排除する検査方法が検討されている。なお、これらの検査は、必ずしもスポット溶接部位の検査に係るものではなく、一般的な検査手法を示している。
【０００４】
まず特許文献１には、形状変化が微小なために検出が困難な溶接部に対し、赤外線を用いて溶接部の形状を抽出する方法が述べられている。
【０００５】
特許文献２には、レーザ光を用いてセンサからワークまでの距離を測定し、距離の微分波形から溶接位置を判断し抽出する方法が述べられている。
【０００６】
特許文献３には、溶接部に照明を照射し、取得した画像の輝度変化の大きさから溶接の良否を判定する方法について述べられている。
【０００７】
特許文献４には、スポット溶接を施す予定の位置情報と、実際のスポット溶接の３次元位置測定機による位置情報とを比較し、溶接の有無および溶接位置の良否を判定する方法について述べられている。
【０００８】
特許文献５には、予め指示通りにスポット溶接が施されたサンプルの撮像画像と検査対象の撮像画像とを比較し、溶接の有無および溶接位置の良否を判定する方法について述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−０６５９８５号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６９９４号公報
【特許文献３】特開平０５−０５４１０７号公報
【特許文献４】特開２００６−０８８１６０号公報
【特許文献５】特開２０１０−０２５６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
然しながらいずれの手法も、スポット溶接に付いてこの有無を確認し、また引き続いて溶接位置が正規の位置にあることまでも含めた一連の処理について実用的なレベルで自動的に処理判断できるものではない。
【００１１】
例えば、特許文献１の技術では、溶接後のスポット溶接位置を予め別の手段で取得しておく必要があり、スポット溶接位置の検査を行うことはできない。
【００１２】
また、特許文献２の技術では、レーザセンサを測定対象表面に沿って走査させる必要があり、広範囲の検査には時間がかかる。
【００１３】
また、特許文献３の技術では、スポット溶接の形状を検出する方法については述べられているが、スポット溶接の位置情報を検査する方法については述べられてはいない。
【００１４】
また、特許文献４の技術では、３次元測定機を用いてスポット溶接形状の検出を行っているため、広範囲の検査には時間がかかる。
【００１５】
また、特許文献５の技術では、スポット溶接サンプルとの比較については述べられているが、ＣＡＤデータとの比較については述べられていない。
【００１６】
以上のことから本発明の目的は、広範囲領域でのスポット溶接の有無、およびスポット溶接位置の検査を可能とするスポット溶接検査方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のスポット溶接検査装置では、スポット溶接を施した溶接母材に対して斜光を照射する第１の投光機と、上方から溶接母材の画像を取得する撮像機と、第１の投光機および撮像機を搭載し、溶接母材に対する位置調整可能な走査装置と、撮像機からの画像情報を処理する処理装置から構成され、処理装置は、撮像機から得られた３階層レベルの輝度の第１の画像から、中間輝度レベルと中間輝度レベル以外の輝度の２階層レベルの輝度で構成された第２の画像を得、中間輝度レベル以外の輝度の部分をスポット溶接のエッジ部分とする第１の手段、第１の手段によるエッジ部分からスポット溶接の中心位置を決定する第２の手段を備える。
【００１８】
また、スポット溶接の中心位置にスポット溶接痕を表示した第３の画像を求める第３の手段、スポット溶接を施した溶接母材について、その溶接予定箇所の設計情報を記憶する記憶手段、第３の画像に記憶装置の溶接予定箇所の設計情報を溶接予定領域として表示した第４の画像を求める第４の手段、第４の画像の溶接予定領域とスポット溶接痕の位置関係を評価する評価手段を備える。
【００１９】
また、スポット溶接を施した溶接母材に対して上方から光を照射する第２の投光機を備えて、前記撮像機による撮像を行い、処理装置は、第２の投光機を用いたときの画像から溶接母材の外観の情報を得、第２の画像に反映させる第５の手段を備える。
【００２０】
また、スポット溶接を施した溶接母材が前記撮像機の撮像範囲を超えるときに、撮像範囲を変更して得た複数の画像を重ねて処理を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、広範囲領域でのスポット溶接の有無、およびスポット溶接位置の検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】スポット溶接部検査装置構成の概略図。
【図２】スポット溶接部検査方法のフローチャート。
【図３】斜光によるスポット溶接部照射時の輝度の分布を説明する図。
【図４】スポット溶接部顕在化のための画像処理方法を説明する図。
【図５】スポット溶接部画像とスポット溶接部座標情報との重ね合わせ画像を示す図。
【図６】複数領域重ねあわせ画像の貼り合わせを示す図。
【図７】スポット溶接の良否の判定方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１から図７を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００２４】
図１は、本発明装置の全体構成を示している。前後進などにより、溶接母材６に対して任意位置に位置決めすることができる走査装置５には、顕在化照明２、通常照明３、撮像機４が搭載されており、一体となって走査される。
【００２５】
ここで、通常照明３、撮像機４は、スポット溶接部１が施工されている溶接母材６の表面に対し、上方から対向するように配置する。これに対し、顕在化照明２は、撮像機４の撮像範囲を斜めから照射するように配置する。つまり、通常照明３による照射は溶接母材６の表面を上方から照らす上方光であるのに対し、顕在化照明２による照射は溶接母材６の表面を斜めから照らす斜光である。
【００２６】
撮像機４によって撮像された画像は、画像取り込みボード７を介してパソコンＰＣ内に取り込まれる。取り込まれた画像は、バッファメモリ８に一時保存され、画像処理部９でスポット溶接部を検出する。座標算出部１０では、検出画像に円当てはめを行い、スポット溶接座標を算出する。算出した座標は撮像画像と重ね合わせが行われ、検出範囲全体を貼り合わせた画像が比較判定部１１に送られ、判定結果がデータ記憶手段１２、画像表示部５０に送られる。
【００２７】
図２は、本発明に係る一連の検査方法のフローを示している。検査が開始されると、処理ステップＳ１００において、走査装置５を駆動し、撮像機４が溶接母材６の表面の所望の範囲の撮像が行える位置となるよう移動させる。
【００２８】
所望の位置で停止（処理ステップＳ１０１）した後、処理ステップＳ１０２では顕在化照明２からスポット溶接部１に対して斜め方向から光を照射し、撮像機４で撮像（処理ステップＳ１０３）する。
【００２９】
このときに撮像した画像は、パソコンＰＣ内に取り込まれ、画像処理により、スポット溶接部を抽出して円形を近似し、中心の座標を算出する。これらの処理は、図１の画像処理部９と座標算出部１０において実施されるが、図２のフロー上では処理ステップＳ１０７で行われる。
【００３０】
次に、このようにして得られ、処理ステップＳ１０７で処理される画像の例について説明する。図３は、撮像した画像の輝度の分布を説明するための図である。この図において、溶接母材６の一部には、スポット溶接部１の窪みがある。窪みによる段差のうち、顕在化照明２から最も遠く照明が正対して当たる部分を照射エッジ部１３、顕在化照明２から最も近く照明が当たらない部分を非照射エッジ部１４としている。
【００３１】
このようにして撮像された画像において、スポット溶接部１の底面、および溶接母材６の表面に照射された光Ｌ１は、その面上で反射する。このとき、溶接母材６の上部に設けられた撮像機４には顕在化照明２の反射光は検出されず、散乱光のみが検出される。図３に示す撮像機４の検知する画像４０には、スポット溶接部１の底面、および溶接母材６の表面は、Ａ部として認知される。一方で、照射エッジ部１３においては、顕在化照明２からの光Ｌ２の反射光が上部に設けられた撮像機４で検出されるため、溶接母材表面６、およびスポット溶接部１の底面と比較して輝度値が高く検出される。画像４０には、照射エッジ部１３は、Ｂ部として認知される。これに対し、非照射エッジ部１４には、顕在化照明２からの光Ｌ１は当たらない（照射されない）ため、上部に設けられた撮像機４には反射光、散乱光のいずれも検出されない。撮像機４には、溶接母材６、およびスポット溶接部１の底面と比較して輝度値がより低く検出されることとなる。画像４０には、非照射エッジ部１４は、Ｃ部として認知される。なお、図３の平面図において、円形のスポット溶接部１の手前、あるいは奥側の段差部分に照射された光は散乱してしまい、溶接母材６の上部に設けられた撮像機４には検知されない（Ａの部分と区別できない）ことになる。
【００３２】
この結果として、本来は円形として認知されるべきスポット溶接部１の段差部分は、その一部のみが、円弧形状として画像認知される。また、顕在化照明２による斜光の照射により撮像機４の検知する画像４０には、明るいＢ、暗いＣ、中間Ａの３階層の輝度を有する画像として認知されることになる。
【００３３】
本発明では、次の処理段階において円形のスポット溶接部１の中心位置を推定する。この場合に、段差による円弧形状が認知できていれば中心を求めることは容易であるが、その前提としては段差を示す部分を、他の部分からより一層明確に区別しておきたい。つまり、撮像機４の検知する３階層の輝度画像４０を、段差部分とそれ以外の２階層の輝度画像としたい。
【００３４】
このように、精度良く円形の中心座標を算出するためには、近似に用いるエッジ位置の点数が多い、すなわち、エッジの顕在化部分が多いほうが望ましいことから、照射エッジ部１３、非照射エッジ部１４の両方を顕在化する方法について説明する。
【００３５】
図４は、照射エッジ部１３、非照射エッジ部１４を顕在化する方法を説明するための図である。左上に示す撮像画像４０のＤ−Ｄ断面における輝度プロファイルは左下のようになっており、照射エッジ部１３（Ｂの部分）の輝度値が高く、非照射エッジ部１４（Ｃの部分）の輝度値が低くなっている。これに対し、それ以外の部分（Ａの部分）は中間輝度となっている。
【００３６】
この画像からの輝度値に対し、基準輝度値として輝度値Ｘと基準値Ｙを設定する。輝度値Ｘは基準値Ｙよりも小さな輝度値を設定したものであり、ここでは輝度値Ｘ以下を高レベルＨ、輝度値ＸからＹの間を低レベルＬ、輝度値Ｙ以上を高レベルＨとなるように処理を施す。これにより、図４右に示す輝度の分布となる。このように、閾値を２重に設けて画像処理を行うことで、照射エッジ部１３、非照射エッジ部１４の両方を顕在化することができる。顕在化後の画像４１は、図４右上に示すように、２階層レベルの画像である。図１の座標算出部１０では、スポット溶接部１のエッジ１３，１４の顕在化部分の座標を抽出し、円形を当てはめてスポット溶接部１の中心座標を算出する。以上が、処理ステップＳ１０７で実施される画像処理である。
【００３７】
図２の処理フローに戻る。ここでは顕在化照明による画像取得（Ｓ１０３）に引き続き、通常照明による画像取得を実施（処理ステップＳ１０４、Ｓ１０５）し、処理ステップＳ１０６において、２種類の照明により得た２種類の画像を重ね合わせ処理する。
【００３８】
このためには、顕在化照明２を照射して撮像した後、顕在化照明２を消灯、通常照明３を照射して、スポット溶接部の画像を撮影する。なお、この場合に顕在化照明２と通常照明３との切替えは必須ではなく、スポット溶接部画像に顕在化照明２を照射して撮像した画像を用いても良い。また、通常照明による画像取得（処理ステップＳ１０４、Ｓ１０５）は、顕在化照明による画像取得（Ｓ１０３）の前に行っても良い。スポット溶接部画像を取得後、算出したスポット溶接座標を重ねて表示する。
【００３９】
図５は、スポット溶接部画像とスポット溶接座標との重ね合わせを示している。この図において画像４１は顕在化照明２により得られた画像を２階層レベルの画像に変換したものである。ただし、ここでは表示の都合上図４の画像４１に対して白黒が反転した画像として表示している。この画像４１の特徴はスポット溶接部１の段差によるエッジ部分１３，１４のみが写っており、撮像視野の外観が明確ではない。また、画像４２は、エッジ部分１３，１４の中心部１６の位置座標を算出し、表示したものである。
【００４０】
これに対し、画像４３は、通常照明による画像であり、この画像４３の特徴は、スポット溶接部１の段差によるエッジ部分１３，１４は明確ではないが、撮像視野の外観が明確に表示されている。
【００４１】
画像４１，４２，４３はそれぞれ上記のような性格のものであるが、いずれも同じ被写体について、同じ位置のまま、同じ撮像機により撮像したものであるので、そのまま重ね合わせれば、溶接母材６の外観と、スポット溶接部１の中心位置１６を一体に表示、記憶した画像或いは情報として把握することができる。画像４４は、このようにして求められた重ね合わせ画像である。
【００４２】
ところで、溶接母材６は大小さまざまであり、一度の撮像によりその全体情報が取得できない場合がある。このため、図２のフローの処理ステップＳ１０８においては、このスポット溶接部画像とスポット溶接座標との重ね合わせ画像について、検査範囲全体での取得が完了するまで、走査装置５での移動と撮像を繰り返す。
【００４３】
取得した複数の重ね合わせ画像は、貼り合わせて検査範囲全体を１枚の重ね合わせ画像とする。図６は、隣り合う重ね合わせ画像の貼り合わせについて説明するための図である。
【００４４】
図６において、溶接母材６は大きなものであり、撮像機４の撮像視野３０の中に入らない。このため、図６左上において第１回目の撮像を実施し、引き続き図６右上において第２回目の撮像を実施する。第１回目と第２回目では領域が重複するように撮像される。図示の場合、溶接母材６の５箇所のスポット溶接部（１ａ、１ｃ，１ｄ、１ｅ，１ｆ）のうち、溶接部１ｅが重複して撮像された。重複領域をＲで示している。
【００４５】
４４−１が第１回目の撮像画面を２階層レベル化し、スポット溶接部と中心位置を表示した画像であり、４４−２が同じく第１回目の撮像画面を２階層レベル化し、スポット溶接部と中心位置を表示した画像である。また、４６がその貼り合わせ画像である。なお、貼り合わせるにあたり、貼り合わせの原点、および画像の位置などの情報は、走査装置５の移動距離より求めることができる。図２のフローでは、処理ステップＳ１０９において貼り合わせ処理が実行される。
【００４６】
最後に、検査範囲全体の重ね合わせ画像を、予めスポット溶接施工位置情報を記載したＣＡＤ図面と比較し、スポット溶接の良否の判定を行う。図７は、貼り合わせ画像４６と、ＣＡＤ図面との比較について説明するための図である。ＣＡＤ図面には、施工予定位置の空間座標、および許容誤差より、溶接位置範囲１７と溶接番号が予め記載されてある。
【００４７】
図７左は、図６で得られた溶接母材６の画像４６に対して、このＣＡＤ図面情報から得た溶接位置範囲１７を追加表示した比較用の画像４７であり、この場合には、溶接位置範囲１７として、ａからｆまでの６領域が設定されており、かつこれらは等間隔にスポット溶接を行う予定であったことがわかる。
【００４８】
これに対し、実際に検知されたスポット溶接位置は，図６の画像４６に示すように１ａ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの５箇所であり、図７の比較用の画像４７によれば、各溶接位置範囲１７と実際のスポット溶接位置は、図７右の表のように評価される。溶接予定箇所ａ，ｄ，ｅ，ｆの４箇所については、正しく領域内にスポット溶接が実施されているが、領域ｂでは溶接が抜けており、領域ｃでは溶接位置からずれていることが判る。
【００４９】
このようにして、検査範囲全体の重ねあわせ画像４６と、ＣＡＤ図面とを重ねて表示し、溶接位置範囲１７と、スポット溶接の当てはめ円中心１６の座標の位置関係から、各溶接番号に対して合格、位置ずれ、抜けのいずれかを判定する。判定した結果は、図７右表のように溶接番号ごとに判定結果を図１の画像表示装置５０に表示する。図２のフローにおいて、上記の処理は溶接部座標算出処理ステップＳ１１０、ＣＡＤデータ（処理ステップＳ１１２）、ＣＡＤデータ比較処理ステップＳ１１１，合否判定処理ステップＳ１１３にて行われる。
【００５０】
以上説明した方法により、スポット溶接の有無、および、スポット溶接位置の検査を行うことができ、かつこれら一連の走査、処理は自動的に実行することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明による検査手法は、スポット溶接に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：スポット溶接部
２：顕在化照明
３：通常照明
４：撮像機
５：走査装置
６：溶接母材
７：画像取り込みボード
８：バッファメモリ
９：画像処理部
１０：座標算出部
１１：比較判定部
１２：データ記憶手段
５０：画像表示部
１３：照射エッジ部
１４：非照射エッジ部
１６：当てはめ円中心
１７：溶接位置範囲
【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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