(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接ビード形状および溶接欠陥の有無を、高速で精度よく計測し、検査する装置および方法を提供する。【解決手段】光切断法にて検査対象物１１を撮像したカメラ画像情報を得る検査ユニット１５と、ディジタル画像情報に変換する信号変換手段２０と、ディジタル画像情報から形状データ行列を作成する一方、形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を算出する画像取得手段２１と、画像メモリ２２からの画像データ値を処理して輝度分布データ画像、線幅データ画像および形状データ画像を取得する画像処理手段２６とを有し、画像処理手段２６で処理された輝度データ画像、線幅データ画像および形状データ画像の少なくとも１つのデータ処理画像の濃度分布から溶接ビード幅および形状を計測し、検査する構成としたことを特徴とする。【選択図】図１
2013213733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光切断法にて検査対象物を撮像したカメラ画像情報を得る検査ユニットと、
前記カメラ画像情報をディジタル画像情報に変換する信号変換手段と、
前記ディジタル画像情報から形状データ情報の形状データ行列を作成する一方、前記形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を算出する画像取得手段と、
前記形状データ行列、輝度分布データ行列および線幅データ行列を蓄積し、画像データ値として記録する画像メモリと、
前記画像メモリからの画像データ値を処理して輝度分布データ画像、線幅データ画像および形状データ画像を取得する画像処理手段とを有し、
前記画像処理手段で処理された輝度データ画像、線幅データ画像および形状データ画像の少なくとも１つのデータ処理画像の濃度分布から溶接ビード幅および形状を計測し、検査する構成としたことを特徴とする検査対象物の検査装置。
【請求項２】
前記検査ユニットは、スリット光源から検査対象物に照射されるスリット光の拡散反射光を光切断法にて撮影するカメラ画像を取得する一方、
前記検査ユニットのカメラ撮像範囲が多段階の画素濃度を有する多数の画素をＸ−Ｙ二次元配列して構成され、
前記検査ユニットは、所要の間隔毎に移動走査させながら前記検査対象物を走査方向全面に亘り撮影するように構成された請求項１に記載の検査対象物の検査装置。
【請求項３】
前記検査ユニットは、スリット光源から検査対象物に垂直にスリット光が照射される請求項２に記載の検査対象物の検査装置。
【請求項４】
前記画像メモリは、前記カメラ画像の濃度分布を表示する形状データ情報の代表画素のＸ座標位置を作成し、記録する形状データ画像メモリと、
前記形状データ画像の代表画素の画素濃度値を作成し、記録する輝度データ画像メモリと、
前記画素濃度値が規定値以上のＸ座標方向の画素数を作成し、記録する線幅データ画像メモリとを有する請求項１に記載の検査対象物の検査装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、画像メモリから送られる輝度データ値画像および線幅データ値画像を合成して反射率分布画像を取得し、広い画素濃度諧調の画像を構成した請求項１に記載の検査対象物の検査装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、画像メモリから送られる形状データ値画像を微分処理して形状データ微分画像を取得する一方、この形状データ微分画像を前記反射率分布画像と画像処理して合成画像を構成した請求項５に記載の検査対象物の検査装置。
【請求項７】
光切断法の検査ユニットで検査対象物を撮像してカメラ画像情報を取得し、
前記カメラ画像情報を信号変換手段によりディジタル画像情報に変換し、
前記ディジタル画像情報から形状データ情報の形状データ情報を作成するとともに、前記形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を画像取得手段で算出し、
前記形状データ行列、輝度分布データ行列および線幅データ行列を蓄積して画像メモリに画像データ値として記録し、
前記画像データ値を画像処理手段で処理して輝度データ画像、線幅データ画像および形状データ画像を取得しており、
前記輝度分布データ画像、線幅データ画像および形状データ画像の少なくとも１つのデータ処理画像の濃度分布から溶接ビード幅および形状を計測し、検査することを特徴とする検査対象物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の溶接ビードの溶接形状および溶接欠陥の有無を画像処理にて精度よく計測し、検査する検査対象物の検査装置およびその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象物が板状ワークを突合せ溶接により構成されるテーラードブランクである場合、検査対象物の溶接ビードは光切断法による形状計測検査が一般的である。この種の検査対象物の突合せ溶接部のビード形状検査には特許文献１および２に記載された光切断形状計測技術が知られている。
【０００３】
引用文献１の光切断形状計測技術は、検査対象物の突合せ溶接部から盛り上がり部を除去した後、溶接線に対して略直交方向にスリット光を照射し、前記検査対象物表面からの反射光の輝度分布データを算出し、このスリット光の輝度分布をそれぞれ連ねて輝度分布画像を生成し、この輝度分布画像の輝度低下部分を溶接ビード領域として特定する計測技術が記載されている。
【０００４】
また、引用文献２に記載の光切断形状計測技術は、検査対象物の板状ワークと溶接ビードから写る二次元画像と、スリット光のみが写る線画像を撮像し、前記二次元画像により溶接ビードのビード範囲を特定した後、線画像と照らし合せて溶接ビードの形状計測を行なう計測技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４５９３５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引用文献１に記載の光切断形状計測技術は、突合せ溶接部に照射されるスリット光の反射光の輝度分布画像から必要な形状計測情報を得るためにはスリット光による輝度が低下する条件下では溶接ビードの形状計測の品質が大きく低下したり、あるいは形状計測が不能になる虞がある。
【０００７】
また、引用文献２に記載の光切断形状計測技術で溶接ビードの形状計測を行なうためには、同じアングルで線画像と二次元画像をそれぞれ得る必要がある。２種類の画像を違うタイミングで撮像すると、間欠動作にて撮像する必要があり、高速で緻密な画像走査を行なうことは困難であるという問題がある。
【０００８】
さらに、引用文献２では、２種類の画像を同時に撮像すると、スリット光付近の二次元画像は画素濃度が飽和してしまい、濃度情報を取ることが困難となり、スリット光による形状検査部分とは違う場所の溶接ビード幅から推察して溶接ビードの形状計測を行なうことになるという問題点がある。
【０００９】
いずれにしても、検査対象物がテーラードブランクの溶接接合物のように板状ワークを突合せ溶接により構成したものである場合、突合せ溶接される板状ワーク同士の板厚が略同程度の厚さ条件で、突合せ溶接部の溶接ビードに凹凸形状が少なかったり、溶接ビードのビード幅が狭い場合には、断面形状から溶接部のビード形状検査を正確に精度よく行なうことが困難であった。
【００１０】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、検査対象物の溶接ビード形状および溶接欠陥の有無を、検査対象物に照射されたスリット光を光切断法により撮像し、撮影したカメラ撮像画像を画像処理して形状データ画像、輝度データ画像および線幅データ画像の少なくとも１つの処理画像を取得することにより、精度よく高速で計測し、検査することができる検査対象物の検査装置およびその検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、光切断法にて検査対象物を撮像したカメラ画像情報を得る検査ユニットと、前記カメラ画像情報をディジタル画像情報に変換する信号変換手段と、前記ディジタル画像情報から形状データ情報の形状データ行列を作成する一方、前記形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を算出する画像取得手段と、前記形状データ行列、輝度分布データ行列および線幅データ行列を蓄積し、画像データ値として記録する画像メモリと、前記画像メモリからの画像データ値を処理して輝度分布データ画像、線幅データ画像および形状データ画像を取得する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段で処理された輝度データ画像、線幅データ画像および形状データ画像の少なくとも１つのデータ処理画像の濃度分布から溶接ビード幅および形状を計測し、検査する構成としたことを特徴とする検査対象物の検査装置を提出する。
【００１２】
また、本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、光切断法の検査ユニットで検査対象物を撮像してカメラ画像情報を取得し、前記カメラ画像情報を信号変換手段によりディジタル画像情報に変換し、前記ディジタル画像情報から形状データ情報の形状データ行列を作成するとともに、前記形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を画像取得手段で算出し、前記形状データ行列、輝度分布データ行列および線幅データ行列を蓄積して画像メモリに画像データ値として記録し、前記画像データ値を画像処理手段で処理して輝度データ画像、線幅データ画像および形状データ画像を取得しており、前記輝度分布データ画像、線幅データ画像および形状データ画像の少なくとも１つのデータ処理画像の濃度分布から溶接ビード幅および形状を計測し、検査することを特徴とする検査対象物の検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る検査対象物の検査装置およびその検査方法においては、光切断計測の一般的な検査装置の機器構成を用いて検査対象物の溶接ビードおよび溶接欠陥の有無を迅速に精度よく計測し、検査することができ、さらに、カメラ画像情報の形状データ情報の代表画素をベースにして、形状データ画像、輝度分布データ画像および線幅データ画像が作成され、これらの画像データ情報の相互の比較・処理を容易に行なうことができ、光切断計測では判別しにくい溶接ビードの形状や欠陥の有無を精度よく迅速に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光切断法を適用した検査対象物の検査装置の一実施形態を示す構成図。
【図２】検査対象物の検査装置に用いられ、検査ユニットで撮像されるカメラ撮像画像例を示す構成図、（Ａ）は検査対象物の板状ワーク部分の光切断法線方向（Ｘ座標方向）に沿う画素濃度分布を示す図、（Ｂ）は検査対象物の溶接ビード部分の光切断法線方向に沿う画素濃度分布を示す図。
【図３】検査対象物に照射されるスリット光の画素濃度分布から形状（位置）データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃの導出方法を説明する説明図。
【図４】検査ユニットのカメラ撮像画像の二次元座標表示例を示す図。
【図５】（Ａ）は検査対象物の検査装置を用いて検査ユニットを既知の間隔毎に移動走査させながら検査対象物を撮影する例を示す構成図、（Ｂ）は検査対象物に対して検査ユニットのカメラ撮像範囲と撮影位置との関係を示す説明図。
【図６】板状ワーク同士の溶接部分に形状変化がある場合を示すもので、（Ａ）はカメラ撮像画像の画素濃度分布を示す図、（Ｂ）はカメラ撮像画像のＸ座標方向の画素濃度分布から算出される形状（位置）データ値、輝度データ値および線幅データ値の一次元配列を示す図。
【図７】（Ａ）〜（Ｈ）は図６（Ａ）のカメラ撮像画像の画素濃度分布を光切断法線方向（Ｘ座標方向）に切断した形状（位置）データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃの関係をそれぞれ示す図。
【図８】（Ａ）は形状データ行列を表わす形状（位置）データ値画像の作成例、（Ｂ）は輝度分布データ行列を表わす輝度データ値画像の作成例および（Ｃ）は線幅データ行列を表わす線幅データ値画像の作成例をそれぞれ示す図。
【図９】（Ａ）は検査対象物であるテーラードブランクの溶接ビードの輝度データ画像例および（Ｂ）は検査対象物であるテーラードブランクの溶接ビードの線幅データ画像例をそれぞれ示す図。
【図１０】図９に示された検査対象物のテーラードブランクと同じ条件で、スリット光量を低下させた場合において、（Ａ）はテーラードブランク溶接ビードの輝度データ画像例、（Ｂ）はテーラードブランク溶接ビードの線幅データ画像例をそれぞれ示す図。
【図１１】板状ワーク同士の溶接部分に形状変化がない場合におけるカメラ撮像画像を示すもので、（Ａ）はカメラ撮像画像の画素濃度分布を示す図、（Ｂ）はカメラ撮像画像のＸ座標方向の画素濃度分布から算出される形状（位置）データ値、輝度データ値および線幅データ値の一次元配列を示す図。
【図１２】図１１に基づいて作成されたもので、（Ａ）は形状データ行列を表わす形状（位置）データ値画像の作成例、（Ｂ）は輝度分布データ行列を表わす輝度（分布）データ値画像の作成例、および（Ｃ）は線幅データ行列を表わす線幅データ値画像の作成例をそれぞれ示す図。
【図１３】板状ワーク同士の溶接部分における溶接ビード範囲をスリット光を弱くした場合におけるカメラ撮像画像を示すもので、（Ａ）はカメラ撮像画像の画素濃度分布を示す図、（Ｂ）はカメラ撮像画像のＸ座標方向の画素濃度分布から算出される形状（位置）データ値、輝度データ値および線幅データ値の一次元配列を示す図。
【図１４】図１３に基づいて作成されたもので、（Ａ）は形状データ行列を表わす形状（位置）データ値画像の作成例、（Ｂ）は輝度分布データ行列を表わす輝度（分布）データ値画像の作成例、および（Ｃ）は線幅データ行列を表わす線幅データ値画像の作成例をそれぞれ示す図。
【図１５】検査対象物からの拡散反射光が強く変化した場合におけるカメラ撮像画像を示すもので、（Ａ）はカメラ撮像画像の画素濃度分布を示す図、（Ｂ）はカメラ撮像画像のＸ座標方向の画素濃度分布から算出される形状（位置）データ値、輝度データ値および線幅データ値の一次元配列を示す図。
【図１６】図１５に基づいて作成されたもので、（Ａ）は形状データ行列を表わす形状（位置）データ値画像の作成例、（Ｂ）は輝度分布データ行列を表わす輝度（分布）データ値画像の作成例、および（Ｃ）は線幅データ行列を表わす線幅データ値画像の作成例をそれぞれ示す図。
【図１７】図９に示された検査対象物のテーラードブランクと同じ条件で、拡散反射光量が変った場合における、（Ａ）はテーラードブランク溶接ビードの輝度データ画像の反射率分布画像例、（Ｂ）はテーラードブランク溶接ビードの線幅データ画像の反射率分布画像をそれぞれ示す図。
【図１８】図９に示された検査対象物のテーラードブランクと同じ条件で撮像したカメラ撮像画像を示すもので、（Ａ）はテーラードブランク溶接ビードの形状データ画像例、（Ｂ）は図１８（Ａ）の示された形状データ画像をＸ座標方向に微分処理して形状データ画像例、をそれぞれ示す図。
【図１９】テーラードブランクの溶接ビードの形状を微分処理した微分画像と図１７（Ａ）に示す形状データの反射率分布画像を合成処理した画像例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る検査対象物の検査装置の一実施形態を示す構成図である。
【００１７】
この検査装置１０は、板状ワーク１０ａ，１０ｂを突合せ溶接して接合されたテーラードブランク等の検査対象物１１の溶接ビード１２における溶接状態や溶込み状況の形状検査および溶接欠陥の有無を画像処理にて計測し、外観検査を行なうものである。
【００１８】
検査対象物の検査装置１０は、検査対象物１１に投射されるスリット光１３を撮像し、光切断法により撮像されたカメラ画像を検査ユニット（撮像ユニット）１５と、撮像されたカメラ画像のアナログ画像信号を入力し、Ａ／Ｄ変換する信号変換手段２０と、Ａ／Ｄ変換されたディジタル画像信号のディジタル画像情報信号処理する画像処理装置１６と、この画像処理装置１６で画像処理されたディジタル画像情報から検査対象物１１の溶接ビード１２の形状測定および溶接欠陥の検査結果を表示する表示装置１７とから主に構成される。
【００１９】
検査ユニット１５は、検査対象物１１にレーザ光等のスリット光１３を投射するスリット光源１８と、検査対象物１１に照射されたスリット光１３の照射部分をカメラ撮像する撮像手段としてのカメラ１９とを一体的に備える。検査ユニット１５は、図示しない移動走査装置により検査対象物１１上をワーク平面に並行にステップバイステップで間欠移動走査自在に設けられる。スリット光源１８は、検査対象物１１のワーク平面から例えば垂直に設けられており、スリット光源１８からのスリット光１３はスリット光線と溶接ビード線が垂直になるように板状ワーク１１ａ，１１ｂに投光される。スリット光源１８からのスリット光１３は検査対象物１１の板状ワーク１１ａ，１１ｂに所要の傾斜状態で照射されてもよい。
【００２０】
検査対象物１１の板状ワーク１１ａ，１１ｂに照射されたスリット光１３の照射部分はカメラ１９により撮像される。カメラ１９は、検査対象物１１のワーク表面に垂直な平面から所要角度傾斜して設置される。
【００２１】
検査ユニット１５のカメラ１９で撮像された画像信号（アナログ信号）は、増幅器（図示せず）で必要に応じて増幅されて画像処理装置１６に入力され、この画像処理装置１６のＡ／Ｄ変換器等の信号変換手段２０によりディジタル信号に画像変換される。画像ディジタル画像信号は、画像取得手段２１により画像処理され、ディジタル画像情報からカメラ撮像画像の画素濃度分布が作成される。ディジタル画像情報の画素濃度分布はさらに信号処理されて形状データ行列が作成されるとともに、輝度分布データ行列および線幅データ行列が後述するように作成され、続いて画像メモリ２２に送られて記録される。画像メモリ２２は、形状データ画像メモリ２３と輝度分布データ画像メモリ２４と線幅データ画像メモリ２５とを有し、各画像メモリ２３，２４および２５は相互連関にしている。
【００２２】
画像処理装置１６の各画像メモリ２３，２４および２５からの出力画像信号は画像処理手段２６に送られてディジタル画像信号が信号処理される。検査対象物１１の溶接ビード１２を撮像したカメラ画像から、具体的には、形状データ値画像、輝度データ値画像、線幅データ値画像が生成される。この生成画像は判定回路２７に送られ、この判定回路２７で検査対象物１１の溶接ビード１２の溶接形状、例えば溶接ビード範囲の測定が行なわれ、溶接欠陥の有無が判定される。判定回路２７の判定結果は表示装置２８に送られ、判定結果が形状データ画像、輝度分布データ画像および線幅データ画像として表示される。
【００２３】
ところで、図２は検査ユニット１５のカメラ１９で検査対象物１１を撮像したカメラ撮像画像例を示す図、（Ａ）は検査対象物１１の光切断法線方向（Ｘ座標方向）に沿う板状ワーク部分の画素濃度分布を示す図、（Ｂ）は同じく検査対象物１１の光切断法線方向（Ｘ座標方向）に沿う溶接ビード部分の画素濃度分布を示す図である。
【００２４】
図３は、スリット光１３によるカメラ撮像画像の画素濃度分布から、検査対象物１１の溶接ビード１２の形状データ値Ａ、輝度データ値Ｂ、線幅データ値Ｃの各導出例を示す説明図である。図３に示された説明図は、板状ワーク１１ａまたは１１ｂ部分の光切断法線方向における画像濃度分布を示すもので、Ｘ方向（光切断法線方向）座標と画素濃度との関係を示す画素濃度分布図である。なお、符号Ｄは、線幅データ値Ｃを算出するための閾値である。
【００２５】
一般的に光切断法による計測では、光切断法線（Ｘ）方向の画素濃度のピーク値の座標からカメラ１９の設置角度、画角を加味して三角測量法にて高さ方向位置の値を算出し、この高さの値を光切断方向（Ｙ座標方向）に順番に束ねることでスリット光平面にて検査対象物１１をワーク切断した場合の溶接ビード形状および溶接欠陥の有無が検査される。
【００２６】
検査対象物１１としてのテーラードブランクは、板厚の異なる板状ワーク１１ａ，１１ｂを突合せ溶接したものである。テーラードブランクの突合せ溶接のビード検査では、光切断法による形状計測検査が一般的である。テーラードブランクにおいて、突き合される板状ワーク１１ａ，１１ｂ同士が同厚あるいは略同厚である等の理由で、突き合される板状ワーク１１ａ，１１ｂの板面の高さ（板厚）の差が小さくなって断面形状が直線状態に近付くと、検査対象物１１であるテーラードブランクの溶接ビード部分を分別・計測することが困難となる。溶接ビード１２部分のサイズは、検査対象物１１の溶接溶込みの指標として認知されている。したがって、溶接ビード１２の溶接形状や溶接欠陥の有無は、検査対象物１１の材料強度や性質を知る上で重要である。
【００２７】
検査対象物１１における溶接ビード１２の溶接接合状態は、光切断法による計測で行なわれる。光切断法による計測では、図４に示すように、カメラ１９のカメラ撮像範囲をＸ方向（光切断法線方向）にｉピクセル（画素）分を、またＹ方向（光切断方向）にｊピクセル（画素）分配列した二次元画素配列のセンサを用いて行なわれ、各ピクセル（画素）は画素濃度を０〜ｎまでの（ｎ＋１）段階の濃度検出ができるカメラセンサが用いられる。カメラ１９の撮像範囲は、検査対象物１１からのカメラ１９の高さ位置によって特定され、検査ユニット１５を溶接ビード線沿いに移動走査させることで、全溶接ビード領域の検査をすることができる。
【００２８】
本実施形態では、検査ユニット１５を構成するスリット光源１８は板状ワーク１１ａ，１１ｂのワーク平面に垂直方向から照射され、スリット光源１８の反射光はカメラ１９の方向を直接向いていない。このため、カメラ１９に到達する光は拡散反射光が主となる。
【００２９】
検査対象物１１の板状ワーク表面は、スリット光１３の拡散反射成分が強いのに対し、溶接ビード１２部分の表面は鏡面反射成分が強く、拡散反射成分は比較的小さい。
【００３０】
したがって、図２（Ａ）および図３に示すように、板状ワーク１１ａまたは１１ｂ部分のカメラ画像の画素濃度は比較的輝度データ値Ｂが高く、溶接ビード１２部分の画素濃度は輝度データ値Ｂが低い傾向にある。板状ワーク１１ａ（１１ｂ）部分は輝度データ値Ｂが大きい上に拡散反射成分が多いために、線幅データ値Ｃが大きくなる。また、溶接ビード１２部分は輝度データ値Ｂが小さい上に拡散反射成分が少ないため、線幅データ値Ｃは小さくなる。
【００３１】
一方、光切断法による溶接ビード計測において、スリット光１３の幅の値は一般的には計測品質に関連する値として認識されている。図２に示すように、光切断法線方向（Ｘ座標方向）の勾配がスリット光平面に平行に近付いた場合に、スリット光１３の幅が大きくなり、そのスリット光の光幅の状態で光切断計測を行なうと大きな誤差が生じる。
【００３２】
本実施形態で取り扱われる検査対象物１１は、例えばシート状でかつ充分に平坦な板状ワーク形状のテーラードブランクであると、光切断法線方向の勾配に対するスリット光１３の幅の増加の影響は少ない。したがって、線幅データ値Ｃの増加は拡散反射光の強さに起因すると考えられる。
【００３３】
検査対象物１１の溶接ビード１２部分では、部分的に光切断法線方向（Ｘ座標方向）の傾斜（肉盛り）による線幅の増加が生じる可能性があるが、この溶接ビード１２の場合には、溶接ビード形状の変化が充分に大きいと考えられるために、通常の光切断計測にて溶接ビード１２の形状計測が可能である。
【００３４】
輝度データ画像および線幅データ画像は、通常光切断計測の形状データを形状データ画像から算出されるために、カメラ１９を複数台使用したり、同じアングルから複数画像を撮像する必要がない。検査ユニット１５によるカメラ１９の連続的な撮像走査が可能である。
【００３５】
また、カメラ撮像画像の画素濃度分布から得られる形状データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃは、１枚のカメラ撮像画像の画素濃度分布から算出することができ、画像信号処理を容易に行なうことができる。
【００３６】
［撮像画像から各データ画像の作成］
次に、図５に示す検査対象物の検査装置１０を用いて、位置データ画像、輝度データ画像および線幅データ画像を作成する方法を説明する。
【００３７】
図５に示された検査対象物の検査装置１０は、図１に示された検査対象物の検査装置１０を簡略化して示す構成図であり、同じ構成および作用には同一符号を付して説明を省略する。図５（Ａ）は、検査ユニット１５を図示しない移動走査系で検査対象物１１上を溶接ビード１２に沿って順次間欠移動させながら、既知の間隔で順次撮影する例を示すもので、図５（Ｂ）は検査対象物１１としてのテーラードブランクを検査ユニット１５のカメラ１９で順次撮影するカメラ撮像範囲Ｒと撮影位置１〜１０の位置関係を示す平面図である。
【００３８】
カメラ撮像範囲Ｒは、一例としてＸ方向（光切断法線方向）に１０ピクセル（画素）、Ｙ方向（光切断方向）に２０ピクセル（画素）を二次元配列したカメラセンサを用い、センサ画素濃度を０〜３の４段階、テーラードブランク１１の溶接ビード１２を１０箇所順次測定して、形状（位置）データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃを画像処理装置１６で算出し、各データ画像を作成する方法を簡易的に説明する。
【００３９】
図６（Ａ）は、検査ユニット１５のカメラ１９が例えば撮影位置３のカメラ撮像範囲Ｒで撮像されたカメラ画像の画素濃度分布を示す図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のカメラ撮像画像の画素濃度分布から算出される各データ値（形状（位置）データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃ）の一次元配列表を示す図である。図６（Ａ）に表示されるカメラ画像は、カメラ撮像範囲Ｒ毎に、各ピクセル（画素）がセンシングするカメラ画像の画素濃度分布は、例えば４段階の濃度差を付けて表示される。また、図６（Ｂ）に示す各データ値Ａ，Ｂ，Ｃは、図６（Ａ）のＸ座標方向の画素濃度分布に基づいて算出される。
【００４０】
図６（Ｂ）が示された各データ値Ａ，Ｂ，Ｃのうち、形状（位置）データ値Ａは光切断線の代表画素（光切断法線方向（Ｘ座標方向））の各ピクセル列のうち、画素濃度が最も高いピクセル（画素））のＸ座標位置を示すものである。輝度データ値Ｂは、形状データ値Ａを算出した代表画素の画素濃度値、線幅データ値Ｃは、画素濃度１（線幅データ算出閾値）以上の光切断線の幅、言い換えれば、線幅データ算出閾値Ｄでの画素濃度分布曲線の幅の値を示すもので、図６（Ａ）を計算したデータ値が図７（Ａ）〜（Ｈ）にそれぞれ表わされる。
【００４１】
輝度データ値Ｂは、他に画素濃度分布の近似曲線のピーク値から算出する方法や代表画素付近の画素濃度の平均値を算出する手法とすることもできる。また、線幅データ値Ｃの算出方法には他に線幅データ算出閾値Ｄを定数とする手法、輝度データ値Ｂに重み付けして求める手法（Ｄ＝ｆ（Ｂ））、形状データ値Ａに重み付けして求める手法（Ｄ＝ｆ（Ａ））、輝度データ値Ｂと形状データ値Ａにそれぞれ重み付けする方法Ｄ＝ｆ（Ａ，Ｂ）とすることもできる。また、使用する画素濃度分布曲線においても生データを使用する手法と近似曲線を使用する手法が考えられる。
【００４２】
図７（Ａ）は、Ｙ座標ｊ＝１〜７の場合に共通する形状（位置）データ値Ａ＝４、輝度データ値Ｂ＝３、線幅データ値Ｃ＝５を示し、図７（Ｂ）は、Ｙ座標ｊ＝８の場合の形状（位置）データ値Ａ＝５、輝度データ値Ｂ＝３、線幅データ値Ｃ＝３をそれぞれ示す。図７（Ｃ）は、Ｙ座標ｊ＝９の場合のＡ＝５、Ｂ＝３、Ｃ＝１を、図７（Ｄ）は、Ｙ座標ｊ＝１０の場合のＡ＝５、Ｂ＝２、Ｃ＝１を、図７（Ｅ）は、Ｙ座標ｊ＝１１の場合のＡ＝６、Ｂ＝２、Ｃ＝１を、図７（Ｆ）は、Ｙ座標ｊ＝１２の場合のＡ＝６、Ｂ＝３、Ｃ＝１を、図７（Ｇ）は、Ｙ座標ｊ＝１３の場合のＡ＝６、Ｂ＝３、Ｃ＝３を、図７（Ｈ）は、Ｙ座標ｊ＝１４〜２０の場合に共通でＡ＝７、Ｂ＝３、Ｃ＝５の例をそれぞれ示す。
【００４３】
画像取得手段２１は、カメラ画像情報から形状（位置）データ情報の形状データ行列を作成する一方、形状データ情報が得た代表画素の座標をベースに輝度分布データ行列および線幅データ行列を作成し、形状（位置）データ行列を表わす形状（位置）データ値画像および輝度分布データ行列を表わす輝度データ値画像、線幅データ行列を表わす線幅データ値画像が作成される。
【００４４】
図６（Ａ）に示されたカメラ画像の画素濃度分布と図６（Ｂ）に示された各データ値Ａ，Ｂ，Ｃの一次元配列表および、図７（Ａ）〜（Ｈ）に示された画素濃度分布からの形状（位置）データ行列および輝度分布データ行列、線幅データ行列が算出され、各データ行列を表わす二次元の形状（位置）データ値画像および輝度データ値画像、線幅データ値画像が図１に示す画像メモリ２２に送られて記録される。具体的には、図１の画像メモリ２２に送られた各データ値画像のうち、形状（位置）データ画像メモリ２３は、形状（位置）データ行列を表わす形状（位置）データ値画像（図８（Ａ）参照）が記録され、輝度分布データ画像メモリ２４および線幅データ画像メモリ２５には、輝度分布データ行列を表わす輝度データ値画像（図８（Ｂ）参照）および線幅データ行列を表わす線幅データ値画像（図８（Ｃ）参照）がそれぞれ記録される。
【００４５】
このように、画像取得手段２１は、図６（Ａ）に示されたディジタル処理されたカメラ撮像画像の画素濃度分布を演算処理して形状（位置）データ値Ａ、輝度（分布）データ値Ｂ、および線幅データ値Ｃを算出し、各データ値Ａ，Ｂ，Ｃの算出例に基づいて、図８に示すように、各データ値画像（形状データ値画像、輝度データ値画像、線幅データ値画像）が得られる。
【００４６】
図８（Ａ）は、形状データ画像メモリ２３に記録される形状（位置）データ値Ａで表示した形状データ画像の作成例を示すものである。図８（Ｂ）は輝度分布画像メモリ２４に記録される輝度データ値Ｂで表示した輝度データ画像の作成例を、図８（Ｃ）は線幅データ画像メモリ２５に記録される線幅データ値Ｃで表示した線幅データ画像の作成例をそれぞれ示す。
【００４７】
検査対象物１１であるテーラードブランクの板状ワーク１１ａ，１１ｂと溶接ビード１２の形状に差異がある場合は、（検査対象物１１の溶接ビード１２を撮像するカメラ画像から得られる）板状ワーク１１ａ，１１ｂおよび溶接ビード１２が、形状（位置）データ値Ａおよび形状データ画像で判別することができる。また、図８（Ａ）に示される形状データ値画像および形状（位置）データ値Ａでの判別とともに、図８（Ｃ）に示される線幅データ値画像および線幅データ値Ｃからも、溶接ビード位置を明瞭に判別することができる。
【００４８】
一方、画像表示されたテーラードブランクは輝度データ画像で溶接ビード範囲を検出しようとすると、図９に示すように、比較的反射光量の大きい条件では画素濃度の飽和が起こるため、溶接ビード１２の輝度データ画像例（図９（Ａ）参照）やその線幅データ画像例（図９（Ｂ）参照）から溶接ビード範囲を特定することは難しい。そこで、各データ画像でコントラストの高い画像を得ようとすると図１０に示すように、スリット光量を低下させて輝度データ値が低い状態を許容する必要がある。しかし、スリット光量を低下させた状態では、スリット光１３の形状データ値Ａが算出できず形状データ画像を欠損する恐れがある。その点において溶接ビード範囲計測には、図８（Ｃ）や図９（Ｂ）に示すような線幅データ画像の応用が有効であると考えるが、線幅データ単体で使用した場合、図１０に示すように、スリット光量の低下や検査対象物の反射率のバラツキで反射光量が低下した場合に、テーラードブランクの溶接ビード１２の輝度データ画像例（図１０（Ａ）参照）やその線幅データ画像例（図１０（Ｂ）参照）から溶接ビード範囲の検出が困難になる問題が想定される。
【００４９】
［検査対象物の溶接ビード形状の差異が判別不可のカメラ画像と各データ値の算出例］
図５に示す検査対象物の検査装置１０を用いて、検査対象物１１の板状ワーク１１ａ，１１ｂと溶接ビード１２の形状に変化が無かったり、変化が少なく、形状の差異が判別できない場合の取扱い例を示す。
【００５０】
板状ワーク１１ａ，１１ｂと溶接ビード１２の形状に差異が判別できない検査対象物１１の場合にも、図６（Ａ），（Ｂ）に示す場合と同様に検査ユニット１５のカメラ１９でカメラ画像を撮像し、カメラ画像の画素濃度分布を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ｂ）は、カメラ画像（Ｘ座標方向）の画素濃度分布から算出された形状（位置）データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃの各データ値の一次元配列を示す表である。
【００５１】
図１１（Ｂ）に示された輝度データ値Ｂは光切断線の代表画素のＸ座標位置を示すものであり、輝度データ値Ｂは代表画素の画素濃度値を、線幅データ値Ｃは画素濃度１以上の光切断線の線幅を示すもので、図６（Ｂ）に示される各データ値の一次元配列表と同様である。
【００５２】
図１２は、図１１（Ａ）に示されたカメラ画像の画素濃度分布および図１１（Ｂ）に示された各データ値Ａ，Ｂ，Ｃの一次元配列表に基づいて作成された各データ値画像の作成例を示すものである。このうち、図１２（Ａ）は、形状（位置）データ値画像の作成例を、図１２（Ｂ）は輝度データ値画像の作成例を、図１２（Ｃ）は線幅データ値画像の作成例をそれぞれ示す。
【００５３】
図１２（Ａ）に示された形状（位置）データ値画像では、形状（位置）データ値に差異がないために、溶接ビード１２の有無や形状は形状（位置）データ値画像から判別することができない。図１２（Ａ）の形状データ値画像から溶接ビード１２の位置を判別することは困難であるが、この場合でも、図１２（Ｃ）に示された線幅データ値画像および図１１（Ｂ）の線幅データ値Ｃを参照すると、溶接ビード１２の位置および形状幅、線幅を簡単かつ容易に判別することができる。
【００５４】
図１２（Ｂ）に示す輝度データ値画像および図１１（Ｂ）の輝度データ値Ｂに基づいて、溶接ビード１２の範囲内で輝度データ値Ｂに差異があるために、溶接ビード１２位置を判別することが可能であるが、輝度差が小さいために、判別には困難性を伴う。このため、板状ワーク１１ａ，１１ｂと溶接ビード１２の境界を判別するためには、スリット光１３を暗くするような配慮が求められる。
【００５５】
しかし、スリット光１３が暗く（弱く）なると、溶接ビード１２部分でスリット光１３が途切れる虞がある。スリット光１３が途切れると、図１２（Ａ）に示すように、形状（位置）データは判別不能になり、カメラ１９の視野以上の盛上りや、窪みがある場合と判別できないため、実際の溶接ビード１２が検査ＯＫであっても、検査ＮＧとして判別する誤検査が発生する虞がある。
【００５６】
図１１（Ｂ）に示された線幅データ値および図１２（Ｃ）の線幅データ値画像による検査では、この誤検出が図１２（Ｂ）に示された輝度データ値および輝度データ画像に比べて起こりにくいため、優位性がある。
【００５７】
［スリット光を暗くした場合の検査］
図１３は、スリット光源１８からのスリット光１３を暗く（弱く）した場合のカメラ画像の画素濃度分布および各データ値の一次元配列表を示す図である。このうち、図１３（Ａ）はスリット光１３を暗くした場合のカメラ画像の画素濃度分布を示す図であり、図１３（Ｂ）はカメラ画像（Ｘ座標方向）の画素濃度分布から算出された位置データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃの一次元配列表を示すもので、図６（Ａ）および（Ｂ）と同様の図である。
【００５８】
図１４（Ａ）および（Ｂ）および（Ｃ）は、図１３（Ａ）に示されたカメラ画像の画素濃度分布および図１３（Ｂ）の各データ値Ａ，Ｂ，Ｃの一次元配列表に基づいて作成された各データ値画像の作成例を示すもので、図１２（Ａ）および（Ｂ）および（Ｃ）に示す各データ画像と同様の図である。このうち、図１４（Ａ）は、形状（位置）データ値画像の作成例を、図１４（Ｂ）は輝度データ画像の作成例を、図１４（Ｃ）は線幅データ画像の作成例をそれぞれ示す。
【００５９】
図１４（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、スリット光１３が暗くなると、溶接ビード１２部分でスリット光１３が途切れたり、形状（位置）データ値画像では判別不能となり、カメラ１９の視野以上の盛上りや、窪みがあると判別することができず、誤検査が発生する虞がある。
【００６０】
［スリット光を明るくした場合の検査］
検査対象物１１の素材変化や位置関係の変化によって、スリット光１３が明るく（強く）設定された場合の例を図１５および図１６に示す。図１５および図１６はスリット光１３を暗くした場合の図１３および図１４にそれぞれ対応するものである。
【００６１】
図１５（Ａ）は、スリット光を明るくした場合のカメラ画像の画素濃度分布を示す図であり、図１５（Ｂ）は、カメラ画像（Ｘ座標方向）の画素濃度分布から算出された位置データ値Ａ、輝度データ値Ｂおよび線幅データ値Ｃの一次元配列表を示す図である。
【００６２】
スリット光源１８からのスリット光１３を図６に示したカメラ画像の画素濃度分布の例より明るくすると、図１５（Ｂ）に示す輝度データ値Ｂや図１６（Ｂ）に示す輝度データ画像で表わされたように、輝度データ値Ｂおよび輝度データ画像の画素濃度変化が見られなくなり、溶接ビード１２部分と判別することができない。
【００６３】
しかし、スリット光を明るくした場合でも、図１５（Ｂ）に示す線幅データ値Ｃや図１６（Ｂ）に示す線幅データ画像から溶接ビード１２の位置および形状を判別することができる。
【００６４】
［輝度データ値画像と線幅データ値画像の合成例］
検査対象物１１であるテーラードブランクの溶接ビード範囲（溶接形状および線幅）の計測には、線幅データ値画像の応用が優れているが、スリット光量の低下や検査対象物１１の反射率のバラツキで反射光量が低下した場合には、溶接ビード範囲の検出が困難になる場合も考えられる。
【００６５】
反射光量にバラツキがあり、スリット光量が低下した場合には、溶接ビード範囲を安定して検出するために、輝度データ値画像と線幅データ値画像を合成することが考えられる。輝度データ値画像と線幅データ値画像の合成は、それらの各データ値画像の画素濃度の範囲調整を行なった後に行なわれる。輝度データ値画像と線幅データ値画像は、画素濃度の二次元配列で表わすことができるために、行列の数式で表わすことができる。
【００６６】
輝度データ値画像Ａ（ｘ，ｙ）と線幅データ値画像Ｂ（ｘ，ｙ）は二次元配列の行列式で表わすと、画像合成の式は、次式で表わすことができる。  
【数１】
2013213733.tif 000003
【００６７】
上記の（１）式では、輝度データ値画像のヒストグラム伸長化を行なっており、（２）式では、線幅データ値画像Ｂ（ｘ，ｙ）のヒストグラム伸長化を行なっている。ヒストグラム伸長化は、画像処理で取り扱われる画素濃度諧調に対して、得られる値の変化幅を調整することでデータ値の変化をより効果的に判別することを目的に実施される。
【００６８】
輝度データ値画像は反射率の低い部分、また、線幅データ値画像は高い部分の反射率の差を得ることができる傾向により、合成することでより広い画素濃度諧調の画像を効果的に得ることができる。
【００６９】
したがって、画像処理手段２６で輝度データ値画像と線幅データ値画像を、画素濃度の範囲調整を行なった後に合成することで、反射光量のバラツキがある場合にも、溶接ビード範囲を安定して検出することができる。反射光量が減った場合にも、比較的大きなダイナミックレンジを得ることができる反射率分布画像が得られた。
【００７０】
図１７は、反射光量が変った条件で算出した反射率分布画像例を示すものである。このうち、図１７（Ａ）は、比較的反射光量が大きい条件で輝度データ値画像と線幅データ値画像とを合成させた反射率分布画像の画像処理例、また、図１７（Ｂ）は反射光量が変わり、反射光量が低下した条件で輝度データ値画像と線幅データ値画像とを合成させた反射率分布画像の画像処理例をそれぞれ示す。図１７（Ａ）および（Ｂ）は、いずれの場合にも検査対象物１１であるテーラードブランクの溶接ビード１２の溶接形状、溶接欠陥の有無を明瞭に検出することができる。
【００７１】
［形状データ値画像の画像化］
輝度データ値画像や線幅データ値画像と同様な作成方法で形状（位置）データ値Ａも画像化し、形状（位置）データ値画像を作成することができる。形状データ値画像の座標は、輝度データ値画像および線幅データ値画像に対応して表わすことができ、形状データ画像の例を図１８に示す。
【００７２】
図１８は、図９（Ａ）に示された輝度データ画像例および図９（Ｂ）に示された線幅データ画像例と同じ条件で撮像したカメラ画像より作成された形状データ画像例を示すものである。
【００７３】
検査対象物１１であるテーラードブランクにおいて、突合せ溶接された板状ワーク１１ａ，１１ｂのワーク面間の段差が小さく、溶接ビード１２と板状ワーク１１ａ，１１ｂの区別がつきにくい箇所では、形状（位置）データ値Ａからの情報量が少ないが、溶接ビード範囲での形状変化が顕著な箇所や、板状ワーク１１ａ，１１ｂ同士の突合せ部分に溝がある場合などの比較的大きな形状変化がある箇所については、溶接ビード範囲の形状特定や検査に有用である。
【００７４】
図１８（Ａ）は、検査対象物１１のテーラードブランクの溶接ビード１２部分の形状データ画像例を示すもので、図１８（Ｂ）は、画像処理手段２６で図１８（Ａ）に示す形状データ画像を縦方向に微分処理した例を示す図である。特に、形状データ画像の断面積方向に微分処理を行なうと溶接ビード範囲の認識が比較的容易になる。
【００７５】
また、形状データ画像の微分画像と反射率分布画像を画像処理手段２６でさらに合成画像処理した例を図１９に示す。図１９に示された形状データの微分画像と反射率分布画像を画像処理した合成画像を参照すると、検査対象物１１のテーラードブランクの溶接ビード１２の溶接形状および溶接欠陥の有無を精度よく外観検査することができる。
【００７６】
以上に述べたように、本実施形態の検査対象物の検査装置においては、検査対象物１１のテーラードブランクの溶接ビード１２部分を、輝度データ値画像、線幅データ値画像を用いて画像処理を容易にかつ迅速に外観検査することができ、得られた各データ値画像は、テーラードブランクを垂直方向より撮像したようなデータ値画像となり、板状ワーク１１ａ，１１ｂ部分と溶接ビード１２部分との間に、形状的な特徴が少ない場合にも、光切断計測のみを用いた場合に較べて、溶接ビード幅や形状、溶接欠陥の有無の計測検査を容易にかつ精度よく行なうことができる。
【００７７】
検査対象物の検査装置１０の装置構成としては、図１に示すように、画像処理装置１６の演算処理内容が変化するだけで、基本的な機器構成は光切断計測に用いられる装置と同様である。このため、検査ユニット１５に撮像手段としてのカメラを追加して設置する必要がなく、１台のカメラ１９でテーラードブランクを垂直方向より撮像したような画像を得ることができる。
【００７８】
検査対象物１１のテーラードブランクを垂直方向より撮像したような画像と光切断計測を同時に行なうに当り、カメラ撮像画像を画像処理により計測し、検査することができ、複数回の撮像を必要としないため、連続動作による走査で検査対象物１１の溶接ビード部分の外観検査を精度よく実施することができる。また、光切断計測を行なった位置での反射特性を得て計測データ位置を計測し、検査することができるので、計測データ位置に位置ずれが発生しない。
【符号の説明】
【００７９】
１０…検査対象物の検査装置、１１…検査対象物（テーラードブランク）、１１ａ，１１ｂ…板状ワーク、１２…溶接ビード、１３…スリット光、１５…検査ユニット（撮像ユニット）、１６…画像処理装置、１７…表示装置、１８…スリット光源、１９…カメラ（撮像手段）、２０…信号変換手段（Ａ／Ｄ変換器）、２１…画像取得手段、２２…画像メモリ、２３…形状データ画像メモリ、２４…輝度分布データ画像メモリ、２５…線幅データ画像メモリ、２６…画像処理手段、２７…判定回路、２８…表示装置。
【図１】
2013213733.tif 000004
【図２】
2013213733.tif 000005
【図３】
2013213733.tif 000006
【図４】
2013213733.tif 000007
【図５】
2013213733.tif 000008
【図８】
2013213733.tif 000009
【図１２】
2013213733.tif 000010
【図１６】
2013213733.tif 000011
【図６】
2013213733.tif 000012
【図７】
2013213733.tif 000013
【図９】
2013213733.tif 000014
【図１０】
2013213733.tif 000015
【図１１】
2013213733.tif 000016
【図１３】
2013213733.tif 000017
【図１４】
2013213733.tif 000018
【図１５】
2013213733.tif 000019
【図１７】
2013213733.tif 000020
【図１８】
2013213733.tif 000021
【図１９】
2013213733.tif 000022