(57)【要約】【課題】溶接ビードに発生する溶接割れを簡単かつ確実に検出できる溶接割れ検出方法および装置を提供する。【解決手段】薄鋼板１、２のフランジ部１ａ、２ａの重ね合せ部をレーザ溶接することにより形成された溶接ビード４を対象に、その周りの熱影響部５を中心にＣＣＤカメラ１１により撮像し、画像データを画像データ処理装置１２へ送る。画像データ処理装置１２では、熱影響部５と母材表面との境界位置から熱影響部５の幅を求め、その結果を良否判定装置１３へ送出する。溶接ビード５に溶接割れが発生している場合は、熱影響部５の幅が小さくなるので、良否判定装置１３では、予め割れ無しの場合の熱影響部の幅を基準に設定したしきい値と比較して、溶接割れの有無を判定し、その結果を表示装置１４に表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱影響部を中心に撮像した画像をデータ処理して熱影響部の幅を求め、この熱影響部の幅の大きさに基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする溶接割れ検出方法。
【請求項２】
画像データから求めた熱影響部の幅を予め設定したしきい値と比較し、前記熱影響部の幅がしきい値よりも小さければ溶接割れ有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の溶接割れ検出方法。
【請求項３】
溶接ビードが、ワークの端縁に近接して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接割れ検出方法。
【請求項４】
熱影響部を中心に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像した画像をデータ処理して熱影響部の幅を求める画像データ処理手段と、該画像データ処理手段で得られた熱影響部の幅を予め設定されたしきい値と比較して溶接割れの有無を判定する良否判定手段とを備えていることを特徴とする溶接割れ検出装置。
【請求項５】
撮像手段が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４に記載の溶接割れ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接欠陥を検出するための技術に係り、特に溶接ビードに発生する溶接割れを検出するための溶接割れ検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接欠陥を検出するための方法、装置としては、たとえば特許文献１に記載のものがある。このものでは、溶接ビードに斜め方向からスリット状の光を照射し、この照射されたスリット光をテレビカメラによって撮像して、その画像をデータ処理することによって良否判定を行うようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１２３１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法、装置によれば、溶接ビードの形状的な特徴から良否判定を行うものであるため、大きな盛上りやひけ、あるいは穴明き等の欠陥は検出できるものの、溶接ビードに生じている溶接割れを検出することは困難で、特に微小な溶接割れの検出は不可能である。また、凹凸の大きい溶接ビートで画像認識を行うため、ノイズ（外乱）の影響を受けやすく、ノイズ成分を打消すための面倒なデータ処理が必要になって、処理システムの複雑化が避けられない，という問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できる溶接割れ検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る溶接割れ検出方法および装置は、溶接ビードの周辺の熱影響部の幅の大きさに基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする。
本発明者等は、フランジ部の端縁に近接して重ねレーザ溶接を行った場合、溶接ビードに溶接割れが発生していない箇所と溶接割れが発生した箇所とで熱影響部の形状に差が生じ、溶接割れの無い箇所では溶接割れが発生した箇所よりも熱影響部の幅が大きく現れることを見出した。この理由は、溶接割れのない箇所では、端縁側に蓄積された熱が端縁と反対側に円滑に伝導するのに対し、溶接割れが発生した箇所では、割れによって端縁と反対側への熱伝導が抑制されたためと推定される。本発明は、前記した知見に基づいてなされたもので、上記したように熱影響部の幅の大きさを確認することで、溶接割れを簡単かつ確実に検出することができる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。
【０００７】
（１）熱影響部を中心に撮像した画像をデータ処理して熱影響部の幅を求め、この熱影響部の幅の大きさに基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする溶接割れ検出方法。
【０００８】
溶接ビード周辺の熱影響部は、酸化膜によって変色しているので、母材表面との間に明確な境界が現れる。本（１）項記載の溶接割れ検出方法においては、撮像した画像をデータ処理して前記境界の位置を確定するので、熱影響部の幅を正確かつ迅速に求めることができる。また、溶接ビードから離れた平坦部で画像認識を行うので、ノイズの影響をほとんど受けず、画像のデータ処理に面倒な手続を要しない。
【０００９】
（２）画像データから求めた熱影響部の幅を予め設定したしきい値と比較し、前記熱影響部の幅がしきい値よりも小さければ溶接割れ有りと判定することを特徴とする（１）項に記載の溶接割れ検出方法。
【００１０】
本（２）項記載の溶接割れ検出方法においては、予め把握した溶接割れ無しの熱影響部の幅を基準にしきい値を設定することで、溶接割れの有無を簡単に判定することができる。
【００１１】
（３）溶接ビードが、ワークの端縁に近接して形成されていることを特徴とする（１）または（２）項に記載の溶接割れ検出方法。
【００１２】
前記したようにフランジ部の端縁に近接して重ねレーザ溶接を行った場合に、溶接割れの有無によって熱影響部の形状に差が生じやすくなるので、（３）項記載のように溶接ビードがワークの端縁に近接して形成されている場合に、本発明は、特に有用となる。この場合、溶接方式は任意であり、重ねレーザ溶接であっても、突き合せ溶接であっても、隅肉溶接であってもよい。また、溶接対象も任意であり、製品一般部であっても、フランジ部であってもよい。
【００１３】
（４）熱影響部を中心に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像した画像をデータ処理して熱影響部の幅を求める画像データ処理手段と、該画像データ処理手段で得られた熱影響部の幅を予め設定されたしきい値と比較して溶接割れの有無を判定する良否判定手段とを備えていることを特徴とする溶接割れ検出装置。
【００１４】
本（４）項記載の溶接割れ検出装置においては、撮像手段により熱影響部を中心に撮像し、その撮像した画像データを画像データ処理手段に送出するだけで、速やかに溶接割れの有無が判定され、判定結果を速やかに生産ラインに反映させることができる。
【００１５】
（５）撮像手段が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする（４）項に記載の溶接割れ検出装置。
【００１６】
本（５）項記載の溶接割れ検出装置においては、撮像手段としてＣＣＤカメラを用いるので、撮像した画像のデータ処理が簡単となり、画像データ処理手段に要するコストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る溶接割れ検出方法および装置によれば、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できるので、溶接品の品質保証に向けてきわめて有用となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一つの実施形態を示したものである。本実施形態は、二枚の薄鋼板１、２のフランジ部１ａ、１ｂを重ねレーザ溶接してなる溶接品３を対象に、その溶接部である溶接ビード４に発生する溶接割れの有無を検出するものである。本実施形態において、溶接ビード４は、フランジ部１ａ、１ｂの端縁に近接してその長手方向に断続的に形成されており、各溶接ビード４の周りには熱影響部５が変色して現れている。本発明に係る溶接割れ検出装置１０は、前記熱影響部５を中心に撮像するＣＣＤカメラ（撮像手段）１１と、このＣＣＤカメラ１１により撮像した画像をデータ処理して熱影響部５の幅を求める画像データ処理装置（画像データ処理装置手段）１２と、この画像データ処理装置１２で得られた熱影響部５の幅を予め設定されたしきい値と比較して溶接割れの有無を判定する良否判定装置（良否判定手段）１３と、良否判定装置１３の判定結果を画面表示する表示装置１４とから概略構成されている。
【００１９】
本実施形態において、上記ＣＣＤカメラ１１は、一つの溶接ビード４の全体を含む所定のエリアを撮像できるように倍率が設定されている。図２は、このＣＣＤカメラ１１により撮像された一つの画像Ｓを示しており、該画像Ｓには、溶接ビード４および熱影響部５はもちろん、熱影響部５の周辺の母材表面（フランジ部表面）を含むエリアが納められている。ＣＣＤカメラ１１はまた、一つの溶接ビード４の撮像を終えるごとに、次の溶接ビード４を撮像できる位置に移動できるようになっている。この場合、ＣＣＤカメラ１１の位置を固定して溶接品３を移動させても、溶接品３の位置を固定してＣＣＤカメラ１１を移動させてもよい。なお、ＣＣＤカメラ１１を連続的に移動させながら適宜のタイミングで撮像してもよいことはもちろんである。
【００２０】
ところで、上記溶接ビード４内に溶接割れが発生すると、図２に示されるように溶接割れ６が発生した箇所の周りの熱影響部５の幅が小さく現れる。上記画像データ処理装置１２は、ＣＣＤカメラ１１から送られた画像データを水平方向に走査して、熱影響部５と母材表面との境界（熱影響部５のエッジ）でエッジ信号を発生させる機能と、該エッジ信号から前記熱影響部５の幅を演算する機能とを有している。図３は、前記エッジ信号の波形の一例を示したもので、図中、Ａは、溶接割れの無い箇所を走査（図２に走査線Ａにて示す）した際のエッジ信号の波形を、Ｂは、溶接割れ６が発生した箇所を走査（図２に走査線Ｂにて示す）した際のエッジ信号の波形をそれぞれ表している。これより、溶接割れ６が発生した箇所を走査した際のエッジ信号Ｂのピーク位置ＰBは、溶接割れの無い箇所を走査した際のエッジ信号Ａのピーク位置ＰAよりも溶接ビード５の中心（ビード中心）に近接して現れる。この場合、エッジ信号のピーク位置ＰA、ＰBとビード中心との間の距離ＬA、ＬBが熱影響部５の幅となる。画像データ処理装置１２は、ＣＣＤカメラ１１から送られた画像データについて、所定のピッチ（たとえば、画素の配列ピッチ）で前記水平方向走査を行って、全画面について熱影響部の幅を演算し、その演算結果を上記良否判定装置１３へ送出する。
【００２１】
良否判定装置１３には、予め溶接割れの無い溶接ビードについて求めた熱影響部の幅を基準にしたしきい値が記憶されており、良否判定装置１４は、画像データ処理装置１２から送られた演算結果（熱影響部の幅）を前記しきい値と比較し、該熱影響部の幅がしきい値より小さい場合は、溶接割れ有りと判定して、その判定結果を前記画像データ処理装置１２の演算結果と一緒に表示装置１４に表示する。なお、上記エッジ信号のピーク位置ＰA、ＰBは、熱影響部５の幅を表しているので、このピーク位置に適当なしきい値を設定して良否判定を行ってもよく、この場合は幅を演算する処理は不要となる。
【００２２】
このように、本実施形態においてはＣＣＤカメラ１１により撮像した画像をデータ処理して、溶接ビード４の周りの熱影響部５の幅を求め、この幅の大きさをしきい値と比較して溶接割れの有無を判定するので、微小な溶接割れであっても検出可能であり、検出精度に対する信頼性は十分高いものとなる。また、溶接ビード４から離れた平坦部で画像認識を行うので、ノイズの影響をほとんど受けず、画像のデータ処理に面倒な手続を要せず、その分、画像データ処理装置１２を簡略化できる。
【００２３】
ここで、板厚１．４ｍｍの高張力鋼板を素材として、その二枚を重ね合せて、レーザ出力４ｋＷ、溶接速度２．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で端縁に近接して重ねレーザ溶接を行い、割れ有りと割れ無しの溶接ビードを有する供試材を各５つ用意した。そして、各供試材について、ビード中心から熱影響部のエッジまでの距離（熱影響部の幅）を、ノギスを用いてそれぞれ二箇所実測し、各１０個のデータ（ｎ＝１０）について統計的手法によりヒストグラム、平均値および標準偏差を求めた。
【００２４】
図４は、上記した統計的手法による解析結果を示したものである。同図に示す結果より、割れ有りと割れ無しとでは、標準偏差σ（ばらつき）にほとんど差がないものの、平均値に大きな差が認められた。すなわち、割れ無しの場合の平均値が約３．５ｍｍであるのに対し、割れ有りの場合の平均値は約２．３ｍｍとなっており、両者の間には明瞭な差異が認められる。これより、割れ無しの場合の熱影響部の幅を基準に適当にしきい値を設定することで、本発明の方法、装置により溶接割れを確実に検出できることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る溶接割れ検出方法および装置の一つの実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本溶接割れ検出装置を構成する撮像手段により撮像された画像の一例を示す模式図である。
【図３】本溶接割れ検出装置を構成する画像データ処理装置で得られるエッジ信号の波形を示すグラフである。
【図４】割れ無しと割れ有りの溶接ビードを有する供試材について行った熱影響部の幅の実測結果を示す統計的グラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１、２  薄鋼板
１ａ、２ａ  フランジ部
４    溶接ビード
５    熱影響部
６    溶接割れ
１０  溶接割れ検出装置
１１  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１２  画像データ処理装置（画像データ処理手段）
１３  良否判定装置（良否判定手段）
１４  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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