(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向及び横方向においてそれぞれ一定のピッチで碁盤の目状に複数の溶接痕が形成されてなる金属板表面にあって、前記溶接痕の外観検査を画像処理を用いて行う溶接痕の外観検査方法において、
読み取った金属板表面の画像において、隣接する前記複数の溶接痕の各々の中心を結んで形成される三角形または矩形の領域を単位ブロックとし、
前記単位ブロックで前記金属板表面のすべての溶接痕に対して連続的に単位ブロック分割処理を施して前記金属板表面を複数のブロックに分割し、
前記分割された前記各ブロック内の画素輝度値の平均値及び積分値を求め、該平均値及び積分値を前記金属板表面の各ブロックの並び順に並べた数列とし、該数列の変化を前記金属板表面の特徴量として抽出する抽出手順を含み、
前記抽出手順を用いて、予め用意された金属板表面の溶接状態が良好である複数の金属板について金属板表面の前記特徴量を抽出し、
抽出した前記溶接状態が良好な金属板の前記特徴量の集合体を用いてマハラノビス空間を設定し、
前記抽出手順を用いて、検査対象となる前記金属板表面の前記特徴量を抽出し、
前記検査対象製品毎に前記特徴量を用いて前記マハラノビス空間とのマハラノビス距離を計算し、該計算されたマハラノビス距離を所定の閾値と比較することにより、前記検査対象である金属板表面の溶接痕の良否を判定する溶接痕の外観判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、金属板（金属箔を含む）同士を重ねて複数箇所の溶接を施して両者を一体化した金属板において、その表面の溶接痕の外観を検査する、溶接痕の外観検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二枚の金属板（以下、金属箔を含む）を重ね、これをレーザーや超音波等により溶接する方法が種々の分野で使用されている。具体的には、金属箔からなる導体同士を電気的に接続する場合、接続する導体（金属箔）同士の端末を一部重ね合わせ、これにレーザー溶接機や超音波溶接機等により複数点の溶接を施し、両者を接続している。通常、この溶接は碁盤の目状に複数箇所同時に溶接される。
このようにして得られる金属板表面の溶接状態を検査する場合、溶接痕の間隔が極めて狭いため、目視で検査することは不可能である。そこで従来から、これら溶接の状態、すなわち溶接痕全体を例えばカメラなどの撮像手段で撮影し、これをコンピューターで画像処理して良否を判定する方法が種々検討されている。
【０００３】
ところで画像処理に際しては、この種の溶接痕がカメラの視野内のどこにくるかは必ずしも一定でないため、まずその溶接痕の位置を見つける必要がある。
【０００４】
そこでこの位置を見つける方法の提案として、例えば特許文献１がある。この特許文献１に記載のものは、溶接時に生成される溶接痕の生成位置を、溶接痕を撮影する入力装置により記憶装置に蓄積された濃淡画像に対して３値化処理を行い、垂直方向軸への輝度の度数投影及び水平方向軸への輝度の度数投影を行い、ある度数以上になる位置（範囲）を求めることにより見つける方法である。
【０００５】
特許文献１：特開平１１−１０３７３号公報
【０００６】
しかしながらこの方法の場合、溶接痕の形状が一定でないためパターンの位置を正確に合わせることが難しい。また溶接痕が複数存在する場合には、射影データが積み重なってしまい、正確な溶接痕のパターン位置情報を得ることができない、という問題がある。
【０００７】
前述の問題に鑑み本発明の目的は、撮像手段の視野内における溶接痕の位置を合わせる必要がなく、すなわち短時間で検査でき、かつ精度よく溶接痕の外観を検査することのできる、溶接痕の外観検査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく本発明は、縦方向及び横方向においてそれぞれ一定のピッチで碁盤の目状に複数の溶接痕が形成されてなる金属板表面にあって、前記溶接痕の外観検査を画像処理を用いて行う溶接痕の外観検査方法において、読み取った金属板表面の画像において、隣接する前記複数の溶接痕の各々の中心を結んで形成される三角形または矩形の領域を単位ブロックとし、前記単位ブロックで前記金属板表面のすべての溶接痕に対して連続的に単位ブロック分割処理を施して前記金属板表面を複数のブロックに分割し、前記分割された前記各ブロック内の画素輝度値の平均値及び積分値を求め、該平均値及び積分値を前記金属板表面の各ブロックの並び順に並べた数列とし、該数列の変化を前記金属板表面の特徴量として抽出する抽出手順を含み、前記抽出手順を用いて、予め用意された金属板表面の溶接状態が良好である複数の金属板について金属板表面の前記特徴量を抽出し、抽出した前記溶接状態が良好な金属板の前記特徴量の集合体を用いてマハラノビス空間を設定し、前記抽出手順を用いて、検査対象となる前記金属板表面の前記特徴量を抽出し、前記検査対象製品毎に前記特徴量を用いて前記マハラノビス空間とのマハラノビス距離を計算し、該計算されたマハラノビス距離を所定の閾値と比較することにより、前記検査対象である金属板表面の溶接痕の良否を判定することを特徴とする溶接痕の外観判定方法である。
【０００９】
このようにしてなる本発明によれば、複数の溶接痕の各々の中心を結んで形成される領域を単位ブロックとし、該単位ブロックで前記金属板表面のすべての溶接痕に対して連続的に単位ブロック分割処理を施して複数のブロックに分割しているので、各ブロック内には一定個数の溶接痕が存在するため、背景（ブロック内の溶接痕以外の部分）が一定の特徴を示すと仮定すればブロック全体の特徴を把握することにより溶接痕の特徴を把握することが可能であり、ブロックのサイズで溶接痕の画素ズレによる影響を吸収することができ、従来の方法のもののように溶接痕の正確な位置合わせが不要となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の溶接痕の外観検査方法を図面を参照して詳細に説明する。尚、各図は、金属板１と金属板２を重ねて、これに複数箇所の溶接を施した例を示しているが、いずれも金属板２が下で金属板１が上であることを示している。
【００１２】
図１（a）は本発明で基礎となる単位ブロックの形と大きさを示している。２枚重ねた金属板１及び金属板２に対して碁盤の目状に複数の溶接痕３が存在している。ここで碁盤の目状に複数の溶接痕が存在する、とは、横方向及び縦方向に所定のピッチで溶接痕が存在する状態をいい、横方向のピッチと縦方向のピッチは同じであってもよいし、異なるピッチであってもよい。
さていまこの溶接痕３を仮にa、b、c、d、e、f、g・・・・とする。金属板１の表面にあってこれらの溶接痕３のうち横方向の隣接する２つの溶接痕e,fと、この２つの溶接痕e、fのうちの一つ、いまこれを溶接痕eとすると、この溶接痕eを含む縦方向の隣接する２つの溶接痕e、gからなる３つの溶接痕e、f、gの各々の中心を結んで形成される直角三角形、または横方向の隣接する２つの溶接痕a、bとこれら２つの溶接痕a、bと隣接する縦方向の２つの溶接痕c、dとからなる４つの溶接痕a、b、c、dの各々の中心を結んで形成される矩形（この場合は長方形）のいずれかを単位ブロック４とする。
【００１３】
前記直角三角形か矩形のいずれを単位ブロック４としてもよいが、以下の実施例では溶接痕a、b、c、dの中心を結んで形成される矩形を単位ブロック４として、金属板１の表面のすべての溶接痕３に対して連続的に単位ブロック分割処理を施し、複数のブロックに分割した。これを図１(b)に示す。
【００１４】
ここで図２により本発明では溶接痕３の位置合わせを正確に行う必要がない理由を説明する。
図２が示すように、いま仮に単位ブロック４Ａにおいて溶接痕３の画素数を９個とする。この単位ブロック４Ａから矢印方向に数画素離れた単位ブロック４Ｂでの溶接痕３の画素数も９個である。換言すると単位ブロック４Ａと単位ブロック４Ｂは溶接痕３（ここでは溶接痕Ｔ）に対して、溶接痕３の画素ズレによる影響がない。すなわちブロックのサイズで溶接痕３の画素ズレを吸収している。尚、図２で小さな升目（図２左辺部の升目５）が１画素を示している。
【００１５】
本発明ではこのような原理を利用して、溶接痕３の画像の中から画素と形状のズレによる影響に強い特徴量を抽出して、予め溶接状態が良好のものを基準にして溶接痕３の外観の良否の判定基準を作成し、この判定基準と検査対象製品の特徴量とを比較することで検査対象製品の溶接状態の良否を判定する。
【００１６】
図３に溶接状態を判定する溶接痕３のモデル画像を示す。前述したように金属板１と金属板２を重ねて溶接した際形成された複数の溶接痕３が金属板１の表面に碁盤の目状に存在している。これを図１(a)で示したような矩形を単位ブロック４として、この単位ブロック４により金属板１の表面上のすべての溶接痕３に対して連続的に単位ブロック分割処理を施し、複数のブロックに分割した。
【００１７】
しかる後、単位ブロック４毎に画素輝度値の平均値と積分値を求めた。求めた平均値と積分値を任意の順番で組み合わせて数列を形成し、この数列の形状を検査対象製品の金属板１表面の特徴量とした。この特徴量抽出の作業の流れを図４のフローチャートに示す。
【００１８】
一方、金属板１の表面の溶接状態を判定する場合、予め溶接状態が良好である金属板１を複数枚用意しておき、図５（ａ）のフローチャートに示す手順に従って溶接状態が良好な製品の特徴量の集合体を形成する。
図５（ａ）が示すように、これら複数枚の良品の金属板１の表面画像をカメラで撮影してその画像を取り込んで、前述した図４の手順と同様にして矩形の単位ブロック４を用いて、金属板１の表面のすべての溶接痕３に対して連続的に単位ブロック分割処理を施し、各ブロック毎に画素輝度値の平均値と積分値を求めた。求めたこれらの値を図３に示す順番で組み合わせて数列を形成し、この数列の形状を溶接状態が良好な金属板１表面の特徴量の集合体とした。
【００１９】
そして前記溶接状態が良好な製品の特徴量の集合体を用いてマハラノビス空間を設定した。
しかる後、図５(b)のフローチャートが示すように、検査対象製品の金属板１の表面から読み取った画像により作成した特徴量、すなわち、図４に示すフローチャートに従って求めた各検査対象製品毎の特徴量を用いて、マハラノビス空間とのマハラノビス距離を計算する。計算したマハラノビス距離を所定の閾値と比較することで金属板１の表面の溶接状態についてその良否を判定する。
【００２０】
具体的には、ある検査対象の金属板１の表面画像から得たマハラノビス距離が設定した閾値より大きかった場合には、これを溶接不良と判定し、逆に小さかった場合には、これを良品と判定する。
【００２１】
具体的に種々の溶接不良状態に本発明の方法を適用し、その精度を確認した例を図６〜図１１で説明する。
まず溶接状態が良好な製品を複数枚用意し、図５(a)のフローチャートに従って溶接状態が良好な製品の特徴量の集合体を形成し、マハラノビス空間を作成した。一方図６〜図１１が示すように、溶接状態が良好と思われる製品及び意識的に種々の溶接不良状態を作り出した製品を各々８枚づつ用意した。
【００２２】
具体的には図６は溶接状態が良好な製品（事例１）で、図７〜図１１は溶接状態が不良な製品である。
因みに、図７は金属板１が一部１０が欠けていたため溶接不良を起こした製品（事例２）を示しており、図８は金属板１の表面下方に異物１１が付着しているため不良を起こした製品（事例３）を示している。また図９は金属板１の右上方部分に溶接漏れ１２が発生した製品（事例４）の状態を示し、図１０は全体的に溶接不足の状態を起こした製品（事例５）を示している。
そして図１１は金属板１全体が完全に存在しない状態（事例６）、すなわちなんらかの理由で金属板１が金属板２上に乗っていず、金属板２上に溶接をしてしまった状態を示している。
【００２３】
前記各事例を示す製品各々８枚について、図５のフローチャートに従って良否判定を行った。その結果を図１２に示す。図１２が示すように溶接状態が良好な製品を示す事例１は、そのマハラノビス距離が閾値よりも小さいが、溶接不良製品を示す図７〜図１１の各事例２〜事例６のものは、いずれもマハラノビス距離が閾値より遥かに大きな値を示していた。このように本発明によれば種々の溶接不良製品を確実に不良と判定できることが確認された。
【００２４】
上記実施例では、金属板１表面の溶接の良否判定を、マハラノビス空間を設定し、各検査対象製品におけるマハラノビス距離を計算し、その値が閾値より大きいか小さいかで判定を行っているが、例えば図４のフローチャートに従って求めた特徴量を用いて良品のそれとの相関の程度を計算することで溶接状態の良否判定を行ってもよいし、あるいはまた各製品毎にマハラノビス距離を計算することで、求めた値と閾値を比較して溶接状態の良否を判定することもできる。
【００２５】
尚、上記実施例で用いた方法、すなわちマハラノビス距離を計算する方法は、通常ＭＴＳ法（田口メソッド）と呼ばれているものである。
【００２６】
尚、前記実施例では隣接する３個または４個の溶接痕の各々の中心を結んで形成される直角三角形または矩形を単位ブロックとしたが、例えば、隣接する６個の溶接痕３の中心を結んで形成される矩形、あるいはそれ以上の溶接痕の各中心を結んで形成される領域を単位ブロックとすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の溶接痕の外観検査方法によれば、撮像手段内の溶接痕の位置を合わせる必要がない。それ故短時間で溶接痕の外観検査ができ、しかも精度よく溶接痕の外観検査、すなわち溶接状態の良否判定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の溶接痕の外観検査方法において使用する、単位ブロックの形状及び単位ブロック分割方法の一実施例を示すもので、（a）は単位ブロックの形状を、（b）は単位ブロックによる分割方法を示す図である。
【図２】  本発明において、溶接痕の位置合わせが不要である理由を説明するための図である。
【図３】本発明により溶接状態を判定する溶接痕のモデル画像である。
【図４】本発明に用いる検査対象製品の特徴量抽出の作業の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明による溶接状態の良否を判定する手順を示すフローチャートで、（a）は基準となる溶接状態が良好な製品の特徴量の集合体を形成するフローチャートを、(b)は各検査対象製品の溶接状態を（a）で形成したものと比較することで判定を行う手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が良好な製品の平面図である。
【図７】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が不良な製品の一例を示す平面図である。
【図８】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が不良な製品の一例を示す平面図である。
【図９】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が不良な製品の一例を示す平面図である。
【図１０】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が不良な製品の一例を示す平面図である。
【図１１】本発明の判定精度を確認するために使用した溶接状態が不良な製品の一例を示す平面図である。
【図１２】前記図６〜図１１の各製品についてマハラノビス距離を計算した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  金属板
２  金属板
３  溶接痕
４  単位ブロック
１１  異物
１２  溶接漏れ
【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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【図１２】
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