特開2023-170426溶接品質判定装置、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023170426
(43)【公開日】2023-12-01
(54)【発明の名称】溶接品質判定装置、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 31/00 20060101AFI20231124BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20231124BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20231124BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20231124BHJP
G01N 21/88 20060101ALI20231124BHJP
B23K 9/095 20060101ALI20231124BHJP
【ＦＩ】
B23K31/00 K
B23K26/00 P
B23K26/21 G
G01N21/27 B
G01N21/88 Z
B23K9/095 510Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022082175
(22)【出願日】2022-05-19
(71)【出願人】
【識別番号】515086908
【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング
(74)【代理人】
【識別番号】110002516
【氏名又は名称】弁理士法人白坂
(72)【発明者】
【氏名】椛島 治樹
【テーマコード（参考）】
2G051
2G059
4E168
【Ｆターム（参考）】
2G051AA37
2G051AB12
2G051CA04
2G051CB01
2G051EA12
2G051EA14
2G051EA17
2G059AA05
2G059AA10
2G059BB08
2G059EE13
2G059HH02
2G059JJ01
2G059KK01
2G059MM09
2G059MM10
4E168BA02
4E168CA03
4E168CA05
4E168CA06
4E168CB02
4E168CB22
4E168EA11
4E168KA15
(57)【要約】
【課題】 溶接の品質とは無関係の材料の色味の情報が含まれるのを抑制することで、精度良く溶接の品質を判定する。
【解決手段】 溶接品質判定装置は、溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定部とを備える。
【選択図】図２
【解決手段】 溶接品質判定装置は、溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定部とを備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定部と、
を備えることを特徴とする溶接品質判定装置。
前記画像取得部が取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定部と、
を備えることを特徴とする溶接品質判定装置。
【請求項2】
予め定められた前記溶接品質の評価項目に基づく評価と、前記焼き色幅測定部により測定された前記焼き色の幅寸法との相関性に基づき、前記所定波長の電磁波の波長を予め選定する波長選定部を、
備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項3】
前記波長選定部により選定された前記所定波長の電磁波を前記溶接部及び前記溶接部近傍に照射する電磁波照射部を、
備えることを特徴とする請求項２に記載の溶接品質判定装置。
備えることを特徴とする請求項２に記載の溶接品質判定装置。
【請求項4】
前記画像取得部は、前記波長選定部により選定された前記所定波長の電磁波のみを透過するフィルタを備えられたカメラから前記画像を取得する、
ことを特徴とする請求項３に記載の溶接品質判定装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の溶接品質判定装置。
【請求項5】
移動平均値算出部は、前記移動平均値の算出に際し、
前記走査方向において連続する所定数の反射強度取得位置を包含させて、当該所定数の前記反射強度取得位置における反射強度の平均値を算出するとともに、前記反射強度取得位置を一定距離ごとに移動させながら、各移動の都度、当該所定数の前記反射強度取得位置の反射強度の平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
前記走査方向において連続する所定数の反射強度取得位置を包含させて、当該所定数の前記反射強度取得位置における反射強度の平均値を算出するとともに、前記反射強度取得位置を一定距離ごとに移動させながら、各移動の都度、当該所定数の前記反射強度取得位置の反射強度の平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項6】
前記所定数は、前記反射波分布を示すグラフと前記移動平均値分布を示すグラフとの交点位置の前記反射強度が、前記反射波分布の直近の前記走査方向における極大値及び極小値から算出される中間値から所定量の増減内に収束される値になるように設定されることを特徴とする請求項５に記載の溶接品質判定装置。
【請求項7】
前記反射強度は相対反射率であることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項8】
前記所定波長は２以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項9】
前記溶接はアーク溶接であることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項10】
前記溶接は抵抗溶接であることを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定装置。
【請求項11】
コンピュータが、
所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにおいて取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得ステップと、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出ステップと、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出ステップと、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定ステップと、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定ステップと、
を実行することを特徴とする溶接品質判定方法。
所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにおいて取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得ステップと、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出ステップと、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出ステップと、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定ステップと、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定ステップと、
を実行することを特徴とする溶接品質判定方法。
【請求項12】
コンピュータに、
所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得機能と、
前記画像取得機能において取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得機能と、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出機能と、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出機能と、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定機能と、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定機能と、
を発揮させることを特徴とする溶接品質判定プログラム。
所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得機能と、
前記画像取得機能において取得した前記画像から、前記走査方向に沿って、前記溶接部及び前記溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得機能と、
前記反射波分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出機能と、
前記反射波分布及び前記移動平均値分布に基づき、前記走査方向における前記反射強度を前記移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出機能と、
前記表面特徴分布に基づき、前記溶接部及び前記溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定機能と、
前記焼き色の幅寸法に基づき前記溶接の品質を判定する溶接品質判定機能と、
を発揮させることを特徴とする溶接品質判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接品質判定装置、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラムに関し、特に対象物を破壊すること無く溶接の品質を判定することができる溶接品質判定装置、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、肉眼では分からない対象物に生じた不具合などの現象を、分光技術を用いて検出することが行われている。この場合、例えばハイパースペクトルカメラを用いて当該対象物からの反射波は波長ごとに分析される。一方で、溶接の品質を外観観察による非破壊検査で判定する手法が求められている。
【0003】
溶接時に対象物の内部に伝わる熱量がその溶接の品質に密接に関係していることが分かっている。ここで問題となるのは、分光技術を用いて取得した溶接ビード周りに生じた焼き色の色味に関する情報に、溶接の品質とは無関係の色味、例えば、対象物の材料に元々備わっている色味に関する情報が含まれてしまうことである。
【0004】
特許文献１は、撮像された溶接ビードの画像に基づいて溶接不良を検知するものであり、撮像された溶接ビードの画像中の一部の領域内における輝度値のばらつきを算出し、当該輝度値のばらつきに基づいて、溶接ビード上の当該一部の領域に対応した部位についての欠陥の有無を判定するものとしている。
【0005】
特許文献１において、算出された輝度値のばらつきには、欠陥の有無の判定とは無関係の輝度値が含まれている虞があり、このため、欠陥の有無の判定を正確に行えないという虞があった。
【0006】
しかし、特許文献１においては、撮像された溶接ビードの画像中に含まれる、欠陥の有無の判定とは無関係の輝度値についての対策はなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１７－１４８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本開示は、取得した溶接部及び溶接部近傍の画像に基づいて溶接の品質を判定する際に、溶接の品質とは無関係の材料の色味の情報が含まれるのを抑制することで、精度良く溶接の品質を判定することができる溶接品質判定装置、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
すなわち、第１の態様に係る溶接品質判定装置は、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、反射波分布に基づき、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定部とを備える。
【0010】
第２の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置は、予め定められた溶接品質の評価項目に基づく評価と、焼き色幅測定部により測定された焼き色の幅寸法との相関性に基づき、所定波長の電磁波の波長を予め選定する波長選定部を備えることとしてもよい。
【0011】
第３の態様は、第２の態様に係る溶接品質判定装置において、波長選定部により選定された前記所定波長の電磁波を前記溶接部及び前記溶接部近傍に照射する電磁波照射部を備えることとしてもよい。
【0012】
第４の態様は、第３の態様に係る溶接品質判定装置において、画像取得部は、波長選定部により選定された所定波長の電磁波のみを透過するフィルタを備えられたカメラから画像を取得することとしてもよい。
【0013】
第５の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置において、移動平均値算出部は、移動平均値の算出に際し、走査方向において連続する所定数の反射強度取得位置を包含させて、当該所定数の反射強度取得位置における反射強度の平均値を算出するとともに、反射強度取得位置を一定距離ごとに移動させながら、各移動の都度、当該所定数の反射強度取得位置の反射強度の平均値を算出することとしてもよい。
【0014】
第６の態様は、第５の態様に係る溶接品質判定装置において、所定数は、反射波分布を示すグラフと移動平均値分布を示すグラフとの交点位置の反射強度が、反射波分布の直近の走査方向における極大値及び極小値から算出される中間値から所定量の増減内に収束される値になるように設定されることとしてもよい。
【0015】
第７の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置において、反射強度は相対反射率であることとしてもよい。
【0016】
第８の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置において、所定波長は２以上であることとしてもよい。
【0017】
第９の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置において、溶接はアーク溶接であることとしてもよい。
【0018】
第１０の態様は、第１の態様に係る溶接品質判定装置において、溶接は抵抗溶接であることとしてもよい。
【0019】
第１１の態様に係る溶接品質判定方法は、コンピュータが、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得ステップと、画像取得ステップにおいて取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得ステップと、反射波分布に基づき、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出ステップと、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出ステップと、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定ステップと、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定ステップとを実行する。
【0020】
第１２の態様に係る溶接品質判定プログラムは、コンピュータに、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得機能と、画像取得機能において取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得機能と、反射波分布に基づき、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出機能と、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出機能と、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定機能と、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定機能とを実行する。
【発明の効果】
【0021】
本開示に係る溶接品質判定装置等は、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材と第２部材との溶接における溶接部及び溶接部近傍の画像を走査方向に取得する画像取得部と、画像取得部が取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部及び溶接部近傍における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する反射波分布取得部と、反射波分布に基づき、走査方向における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する移動平均値算出部と、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する表面特徴抽出部と、表面特徴分布に基づき、溶接部及び溶接部近傍における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する焼き色幅測定部と、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する溶接品質判定部とを備えるので、取得した溶接部及び溶接部近傍の画像に基づいて溶接の品質を判定する際に、溶接の品質とは無関係の材料の色味の情報が含まれるのを抑制することで、精度良く溶接の品質を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１実施形態に係る溶接品質判定装置の概要を示す図である。
【図2】第１実施形態に係る（１）アーク溶接後の様子を示す断面模式図、（２）アーク溶接後の様子を示す平面模式図、（３）アーク溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（４）アーク溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
【図3】第１実施形態に係る溶接品質判定装置の機械的構成を示すブロック図である。
【図4】第１実施形態に係る溶接品質判定装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図5】第１実施形態に係る溶接品質判定装置の移動平均算出部が移動平均値を算出する際の所定値の設定方法を説明するための図である。
【図6】第１実施形態に係るアーク溶接の品質管理の項目の一例を説明するための図である。
【図7】第１実施形態に係るアーク溶接後の推定力図の一例を説明するための図である。
【図8】第１実施形態に係るアーク溶接後の継手溶込と焼き色の幅寸法との高い相関性の一例を示す分布図である。
【図9】第１実施形態に係るアーク溶接後の継手溶込と焼き色の幅寸法との低い相関性の一例を示す分布図である。
【図10】第１実施形態に係る溶接品質判定プログラムのフローチャートである。
【図11】第２実施形態に係る（１）抵抗溶接後の様子を示す平面模式図、（２）抵抗溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（３）抵抗溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
（溶接品質判定装置１の概要）
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る溶接品質判定装置１の概要について説明する。図１は第１実施形態に係る溶接品質判定装置の概要を示す図であり、図２の模式図は、第１実施形態に係る（１）アーク溶接後の様子を示す断面模式図、（２）アーク溶接後の様子を示す平面模式図、（３）アーク溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（４）アーク溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る溶接品質判定装置１の概要について説明する。図１は第１実施形態に係る溶接品質判定装置の概要を示す図であり、図２の模式図は、第１実施形態に係る（１）アーク溶接後の様子を示す断面模式図、（２）アーク溶接後の様子を示す平面模式図、（３）アーク溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（４）アーク溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
【0024】
第１実施形態に係る溶接品質判定装置１は、非破壊検査によって溶接の品質を判定する装置である。第１実施形態では、溶接の方法の一例としてアーク溶接による溶接について説明する。なお、溶接品質判定装置１は、アーク溶接以外の溶接、例えば、抵抗溶接（後述の第２実施形態）、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマアーク溶接などの品質の判定についても適宜、応用可能である。
【0025】
溶接品質判定装置１は、第１部材Ｗ１（母材）と第２部材Ｗ２（継手）とがアーク溶接により溶接されて生じた溶接部２０及び溶接部近傍２１に対して所定波長の電磁波を照射し、その反射波を分析することで溶接の品質を判定する装置である。
【0026】
なお、第１実施形態では、溶接継手の一例として第２部材Ｗ２を重ね継手として用いたが、溶接品質判定装置１は、他の溶接継手、例えば突き合わせ継手、Ｔ継手、角継手などを用いた溶接の品質の判定についても適宜、応用可能である。
【0027】
溶接品質判定装置１は、図１参照の通り、外部装置として電磁波照射部２、及びカメラ３などを備える。また、溶接品質判定装置１は、その周辺機器としてディスプレイ５、キーボード６、及びマウス７を備える。溶接品質判定装置１は、これらの外部装置及び周辺機器とは有線若しくは無線により接続されている。
【0028】
溶接品質判定装置１は、電磁波照射部２より所定波長の電磁波を溶接部２０及び溶接部近傍２１に対して照射し、その反射波をカメラ３によって撮像する。
【0029】
第１実施形態に係るアーク溶接は、重ね溶接であり、継手（第２部材Ｗ２）の端部２２に肉盛り部２３を形成するすみ肉溶接である。図２に示す様に、アーク溶接時の加熱により溶接材料と第１部材Ｗ１及び第２部材Ｗ２が溶融して端部２２の付近に肉盛り部２３が形成され、肉盛り部２３の下部には母材である第１部材Ｗ１の一部と融合し溶け込み部２４が形成される。肉盛り部２３のうち、表面から盛り上がっている部分（見える部分）を、溶接ビード（溶接部２０）とする。
【0030】
肉盛り部２３と第１部材Ｗ１との境目付近には酸化皮膜３１が形成される。この酸化皮膜３１は、第１部材Ｗ１の焼き色の主な原因となる。肉盛り部２３と第２部材Ｗ２との境目付近には酸化皮膜３２が形成される。この酸化皮膜３２は、第２部材Ｗ２の焼き色の主な原因となる。
【0031】
第１部材Ｗ１に形成された焼き色を第１焼き色部２６、第２焼き色部２７とし、第２部材Ｗ２に形成された焼き色を第３焼き色部２８、第４焼き色部２９、第５焼き色部３０とする。第１焼き色部２６～第５焼き色部３０は、それぞれ色の違いにより区別される。
【0032】
この色の違いは金属の加熱温度の違いにより生じるものであり、溶接品質判定装置１は、この焼き色を解析することにより溶接時に加えられた熱量の金属内部への伝わり方などを推定し溶接の品質を判定する。具体的には、溶接品質判定装置１は、溶接によりできた複数の焼き色とこの焼き色を撮像する所定波長の電磁波との組み合わせの中から、撮像された焼き色の幅寸法と溶接品質との相関性の高いものを予め選定し、選定された所定波長の電磁波を溶接部２０及び溶接部近傍２１に対して照射し、その反射波をカメラ３により撮像する。そして、取得された画像に写る溶接により生じた焼き色の幅寸法から溶接の品質を判定する。
【0033】
溶接により生じた焼き色は、図２（２）に示す様に、溶接ビード（溶接部２０）に沿って並行する。カメラ３は、予め選定された所定波長の電磁波を用いて、溶接ビードに対してほぼ直交する方向となる走査方向３３に沿って、溶接部２０及び溶接部近傍２１を含む、溶接部２０及び溶接部近傍２１の合計の幅寸法の約２倍の範囲を撮像する。
【0034】
図２（３）のグラフは、予め選定された所定波長の電磁波を照射しカメラ３で撮像した画像より取得された反射波の輝度値に基づいて作成されたグラフであり、横軸を走査方向３３（画像のピクセル）とし、縦軸を輝度値（相対反射率）とする。
【0035】
グラフ線４１は、予め選定された所定波長の電磁波を照射してカメラ３で撮像した画像より取得された反射波の輝度値を、平滑化などすることなく、そのままグラフにしたものであり、後述の反射波分布を示すグラフである。
【0036】
反射波分布とは、後述の画像取得部５０が取得した画像から、走査方向３３に沿って取得した、溶接部２０及び溶接部近傍２１における所定波長の反射波の反射強度の分布のことをいう。なお、本実施形態では、走査方向３３の所定間隔ごとの、溶接部２０及び溶接部近傍２１における所定波長の反射波の反射強度を取得して、当該反射波分布としている。画像取得部５０とは、予め選定された所定波長の電磁波が照射された際の第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との溶接における溶接部２０及び溶接部近傍２１の画像を走査方向に取得するものである。
【0037】
なお、グラフ線４１は、変動が激しい場合などがあり、ノイズの混入が原因であると考えられる場合は、カメラ３で撮像した画像より取得された反射波の輝度値の５ピクセルの移動平均値を用いて生成される場合がある。
【0038】
グラフ線４２は、グラフ線４１に示される反射波分布に基づき、走査方向３３における反射強度（本実施形態では相対反射率、以下同様。）の移動平均値の分布をグラフにしたものであり、後述の移動平均値分布を示すグラフである。
【0039】
移動平均値とは、走査方向３３において連続する所定数の反射強度取得位置を包含させて、当該所定数の反射強度取得位置における反射強度の平均値を算出するとともに、反射強度取得位置を一定距離ごとに移動させながら、各移動の都度、当該所定数の反射強度取得位置における反射強度の平均値のことをいい、移動平均値分布とは当該平均値の走査方向３３における分布のことをいう。
【0040】
なお、反射強度取得位置とは、本実施形態において、画像取得部５０が取得した画像のピクセルで表現される位置のことをいう。
【0041】
移動平均値分布は、画像取得部５０が取得した画像から取得される反射波分布を移動平均することで、溶接によりに付着した焼き色の影響を縮小化して、アーク溶接前の状態の反射強度の分布を推定するものである。
【0042】
表面特徴分布は、反射波分布及び移動平均値分布に基づき得られ、走査方向３３における反射強度取得位置ごとにおいて反射強度を移動平均値で除した値の分布である（図２（４）のグラフ線４５）。表面特徴分布は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味、即ち、溶接前の材料に元々備わっている色味の情報を除去して生成される。
【0043】
なお、図２（４）のグラフは、横軸を走査方向３３（単位：画像のピクセル）とし、縦軸を比率とし、当該比率とは、走査方向３３における反射強度を移動平均値で除した値のことをいう。
【0044】
次に図２（４）ついて説明する。
比率１は、横軸上の位置に対応する反射強度取得位置において、溶接前の反射強度に対して溶接後の反射強度に変化がないことを示す。
ａ（比率１終点Ｐ１～第１極大値Ｐ３）は、図２（２）に示す第１焼き色部２６に対応する図２（４）の第１焼き色の幅の寸法である。
ｂ（第１極大値Ｐ３～第２極小値Ｐ４）は、図２（２）に示す第２焼き色部２７に対応する図２（４）の第２焼き色の幅の寸法である。
ｃ（第２極小値Ｐ４～第３極小値Ｐ６）は、図２（２）に示す溶接部２０に対応する図２（４）の溶接部２０の幅の寸法である。
比率１は、横軸上の位置に対応する反射強度取得位置において、溶接前の反射強度に対して溶接後の反射強度に変化がないことを示す。
ａ（比率１終点Ｐ１～第１極大値Ｐ３）は、図２（２）に示す第１焼き色部２６に対応する図２（４）の第１焼き色の幅の寸法である。
ｂ（第１極大値Ｐ３～第２極小値Ｐ４）は、図２（２）に示す第２焼き色部２７に対応する図２（４）の第２焼き色の幅の寸法である。
ｃ（第２極小値Ｐ４～第３極小値Ｐ６）は、図２（２）に示す溶接部２０に対応する図２（４）の溶接部２０の幅の寸法である。
【0045】
ｄ（第３極小値Ｐ６～第３極大値Ｐ７）は、図２（２）に示す第３焼き色部２８に対応する図２（４）の第３焼き色の幅の寸法である。
ｅ（第３極大値Ｐ７～第４極小値Ｐ８）は、図２（２）に示す第４焼き色部２９に対応する図２（４）の第４焼き色の幅の寸法である。
ｆ（第４極小値Ｐ８～比率１始点Ｐ９）は、図２（２）に示す第５焼き色部３０に対応する図２（４）の第５焼き色の幅の寸法である。
ｅ（第３極大値Ｐ７～第４極小値Ｐ８）は、図２（２）に示す第４焼き色部２９に対応する図２（４）の第４焼き色の幅の寸法である。
ｆ（第４極小値Ｐ８～比率１始点Ｐ９）は、図２（２）に示す第５焼き色部３０に対応する図２（４）の第５焼き色の幅の寸法である。
【0046】
図２（４）の表面特徴分布を示すグラフ４５は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味、即ち、溶接前の材料に元々備わっている色味の情報を除去して生成されており、当該グラフ４５の特徴点であるＰ１～Ｐ９によって定義され数値化されたａ～ｆは、溶接の品質を高い精度をもって表現しているものと言える。本実施形態に係る溶接品質判定装置１は、ａ～ｆに基づいて溶接を判定することで、より精度の高い溶接の品質を判定することができる。
【0047】
【0048】
溶接品質判定装置１は、通信インターフェース１０、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）１２、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）１３、記憶部１４、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）１５、入出力インターフェース１６等を備えて構成されている。
【0049】
溶接品質判定装置１は、通信インターフェース１０を介してインターネットを含む情報通信ネットワーク１１に対しデータの送受信を行う。ＲＯＭ１２及び記憶部１４は、記憶装置として利用でき、後述の溶接品質判定プログラムを利用するための各種データ並びにアプリケーションなどが記憶される。
【0050】
溶接品質判定装置１は、溶接品質判定プログラムをＲＯＭ１２若しくは記憶部１４に保存し、ＲＡＭ１３などで構成されるメインメモリに溶接品質判定プログラムを取り込む。そして、ＣＰＵ１５は、溶接品質判定プログラムを取り込んだメインメモリにアクセスして、溶接品質判定プログラムを実行する。
【0051】
溶接品質判定装置１は、入出力インターフェース１６を介して外部装置である入力装置１７及び出力装置１８と接続される。入力装置１７は、カメラ３、並びに、溶接品質判定装置１の入力の際に用いられるキーボード６及びマウス７などのことを言い、出力装置１８は、電磁波照射部２、ディスプレイ５、プリンタ８、及びスピーカ９のことを言う。
【0052】
（溶接品質判定装置１の機能的構成）
図４を参照して、溶接品質判定装置１における各機能的構成について説明する。図４は、第１実施形態に係る溶接品質判定装置１の機能的構成を示すブロック図である。溶接品質判定装置１は、後述する溶接品質判定プログラムを実行することで、画像取得部５０、反射波分布取得部５１、移動平均値算出部５２、表面特徴抽出部５３、焼き色幅測定部５４、溶接品質判定部５５、及び波長選定部５６などをＣＰＵ１５に備える。
図４を参照して、溶接品質判定装置１における各機能的構成について説明する。図４は、第１実施形態に係る溶接品質判定装置１の機能的構成を示すブロック図である。溶接品質判定装置１は、後述する溶接品質判定プログラムを実行することで、画像取得部５０、反射波分布取得部５１、移動平均値算出部５２、表面特徴抽出部５３、焼き色幅測定部５４、溶接品質判定部５５、及び波長選定部５６などをＣＰＵ１５に備える。
【0053】
画像取得部５０は、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との溶接における溶接部２０及び溶接部近傍２１の画像を走査方向に取得する。
【0054】
電磁波照射部２から溶接部２０及び溶接部近傍２１に向けて照射された所定波長の電磁波の反射波をカメラ３によって撮像し、溶接部２０及び溶接部近傍２１の画像を取得する。画像取得部５０は、カメラ３によって撮像された当該画像を取得する。
【0055】
画像取得部５０は、波長選定部５６により選定された所定波長の電磁波のみを透過するフィルタを備えられたカメラ３から画像を取得する。
【0056】
この場合、所定波長の電磁波以外の電磁波がカメラ３に撮像されることを防止でき、画像取得部５０はノイズの少ない画像を取得することができる。また、電磁波照射部２が所定波長の電磁波のみを照射するものではなく、所定波長とは異なる波長の電磁波を併せて照射する場合にも、所定波長とは異なる波長の電磁波がカメラ３に撮像されることを防止でき、画像取得部５０はノイズの少ない画像を取得する。
【0057】
反射波分布取得部５１は、画像取得部５０が取得した画像から、走査方向に沿って、溶接部２０及び溶接部近傍２１における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する。
【0058】
本実施形態において反射強度とは相対反射率のことであり、相対反射率とは対象物に対して照射した所定波長の電磁波の量に対する当該対象物で反射した所定波長の電磁波の量のことを言う。また、本実施形態において反射強度とは輝度も含まれており、輝度とは対象物で反射した所定波長の光を画像化した度合い（単位面積当たり明るさ等）のことを言う。
【0059】
移動平均値算出部５２は、反射波分布に基づき、走査方向３３における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する。
【0060】
移動平均値算出部５２は、移動平均値の算出に際し、走査方向３３において連続する所定数の反射強度取得位置を包含させて、当該所定数の反射強度取得位置における反射強度の平均値を算出するとともに、反射強度取得位置を一定距離ごとに移動させながら、各移動の都度、当該所定数の反射強度取得位置の反射強度の平均値を算出する。
【0061】
当該所定数は、反射波分布を示すグラフ（図２（３）内符号４１、及び図５内符号９２参照）と移動平均値分布を示すグラフ（図２（３）内符号４２、及び図５内符号９３）との交点位置（図５内符号９４）の反射強度（本実施形態では相対反射率）が、反射波分布の直近の走査方向における極大値（図５内符号９５）及び極小値（図５内符号９６）から算出される中間値から所定量の増減内に収束される値になるように設定される。
【0062】
本実施形態においては、交点位置（図５内符号９４）の相対反射率が、極大値（図５内符号９５）及び極小値（図５内符号９６）から算出される中間値のマイナス１０％からプラス１０％の範囲内となるように当該所定数が設定される。
【0063】
図５は第１実施形態に係る溶接品質判定装置１の移動平均値算出部５２が移動平均値を算出する際の所定数の設定方法を説明するための図である。図５中、符号９０は縦軸となり相対反射率を示し、符号９１は横軸となり画像のピクセル座標値を示す。図５に示す例では、当該所定数を２１とした場合、交点位置（図５符号９４）の相対反射率は５２となる。また、極大値（図５内符号９５）は８０、極小値（図５内符号９６）は２０であることから算出される中間値は５０である。交点位置（図５符号９４）の相対反射率の５２は、中間値の５０のマイナス１０％からプラス１０％の範囲（４５～５５）内となることから、当該所定数を横軸のピクセル座標値の２１と設定することは妥当であると言える。なお、中間値の範囲は開示の範囲に限らず、狭めても広げても良い。
【0064】
表面特徴抽出部５３は、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向３３における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する。
すなわち、表面特徴抽出部５３は、反射強度取得位置ごとに反射強度を移動平均値で除した値の走査方向３３の分布を表面特徴分布として取得する。
すなわち、表面特徴抽出部５３は、反射強度取得位置ごとに反射強度を移動平均値で除した値の走査方向３３の分布を表面特徴分布として取得する。
【0065】
焼き色幅測定部５４は、表面特徴分布に基づき、溶接部２０及び溶接部近傍２１における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する。
すなわち、焼き色幅測定部５４は、図２の（４）に示すａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを測定する。
すなわち、焼き色幅測定部５４は、図２の（４）に示すａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを測定する。
【0066】
溶接品質判定部５５は、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する。
本実施形態では、溶接品質判定部５５は、アーク溶接の溶接品質の管理項目に沿って溶接品質を判定する。図６を参照して本実施形態で用いるアーク溶接の溶接品質の管理項目について説明する。図６は、第１実施形態に係るアーク溶接の品質管理の項目の一例を説明するための図である。
本実施形態では、溶接品質判定部５５は、アーク溶接の溶接品質の管理項目に沿って溶接品質を判定する。図６を参照して本実施形態で用いるアーク溶接の溶接品質の管理項目について説明する。図６は、第１実施形態に係るアーク溶接の品質管理の項目の一例を説明するための図である。
【0067】
本実施形態で用いるアーク溶接の溶接品質の管理項目は、母材溶込６０、母材長脚６１、継手溶込６２、継手長脚６３、及びのど厚６４の５項目であり、この５項目全てにおいて所定の基準値より大きい場合に、溶接品質が正常と判定される条件になる。なお、溶接の品質の評価項目はこれに限定されるものではなく、他の評価項目を用いて溶接品質を評価しても良く、他の評価項目を用いた溶接品質の評価についても溶接品質判定装置１を用いた評価は可能である。
【0068】
波長選定部５６は、予め定められた溶接品質の評価項目に基づく評価と、焼き色幅測定部５４により測定された焼き色の幅寸法との相関性に基づき、所定波長の電磁波の波長を予め選定する。
波長選定部５６は、２以上の所定波長を設定してもよい。
波長選定部５６は、２以上の所定波長を設定してもよい。
【0069】
図７、図８、及び図９を参照して、波長選定部５６が所定波長の電磁波の波長を予め選定する方法について説明する。図７は第１実施形態に係るアーク溶接後の推定力図の一例を説明するための図であり、図８は第１実施形態に係るアーク溶接後の継手溶込と焼き色の幅寸法との高い相関性の一例を示す分布図であり、図９は第１実施形態に係るアーク溶接後の継手溶込と焼き色の幅寸法との低い相関性の一例を示す分布図である。
【0070】
図７に係る推定力図の縦軸７０は、溶接部２０及び溶接部近傍２１に照射する電磁波の波長を３５０ｎｍから１１０ｎｍまでを５ｎｍ刻み変化させた合計１５１種類の電磁波の波長である。
【0071】
図７に係る推定力図の横軸７１は、図２（４）の表面特徴分布を示すグラフ４５の特徴点であるＰ１～Ｐ９によって定義され数値化されたａ～ｆを用いて表現される焼き色の幅の寸法の数値化した値が摘要され、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ａ＋ｂ、ｂ＋ｃ、ｃ＋ｄ、ｄ＋ｅ、ｅ＋ｆ、ａ＋ｂ＋ｃ、ｂ＋ｃ＋ｄ、ｃ＋ｄ＋ｅ、ｄ＋ｅ＋ｆの合計１５種類の焼き色の幅の寸法である。
【0072】
図７に係る推定力図において、縦軸７０の合計１５１種類の電磁波の波長と横軸７１の合計１５種類の焼き色の幅の寸法とを掛け合わせた全ての組み合わせについて、アーク溶接の溶接品質の管理項目との相関性の高低を調べる。従って、１つの推定力図において、電磁波の波長と焼き色の幅の寸法との２２６５通りの組み合わせについてアーク溶接の溶接品質の管理項目との相関性を調べる。図７に係る推定力図は、アーク溶接の溶接品質の管理項目の５項目ごとに作成される。
相関性の高低は、相関値スケール７２に基づいて表現され、相関値１．０に近づくほど赤色に近づく。
相関性の高低は、相関値スケール７２に基づいて表現され、相関値１．０に近づくほど赤色に近づく。
【0073】
図７に係る推定力図の作成にあたり、電磁波の波長と焼き色の幅の寸法との組み合わせと、アーク溶接の溶接品質の管理項目と、の相関性の高低について、ハイパースペクトルカメラの撮影画像に基づく数値データと、溶接サンプルの顕微鏡観察による実測値データと、を付き合わせた相関分析を行った。
【0074】
具体的には、アーク溶接の溶接品質の管理項目ごとに、電磁波の波長と焼き色の幅の寸法との２２６５通りの組み合わせとの相関性の高低について相関分析を行う。当該相関分析は、ハイパースペクトルカメラの撮像画像に基づき作成された焼き色の幅の寸法の数値化データ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ａ＋ｂ、ｂ＋ｃ、ｃ＋ｄ、ｄ＋ｅ、ｅ＋ｆ、ａ＋ｂ＋ｃ、ｂ＋ｃ＋ｄ、ｃ＋ｄ＋ｅ、ｄ＋ｅ＋ｆ）と、多数の溶接サンプルについてアーク溶接の溶接品質の管理項目の５項目（母材溶込６０、母材長脚６１、継手溶込６２、継手長脚６３、及びのど厚６４）を顕微鏡観察により測定した実測値データとを突き合わせて相関分析を行う。
【0075】
本実施形態で行う相関分析に用いる溶接サンプルは、アーク溶接の溶け込み量の大、中、小についてそれぞれ１０個ずつ、合計３０個用意する。１つの溶接サンプルを３箇所で溶接ビードに直交するように切断し４分割して合計９０個の溶接断面のサンプルを用意する。溶接断面のサンプルは、溶接サンプルを切断した後に、研磨、エッチング処理が行われる。
【0076】
図８及び図９を参照して、相関分析の結果、相関性が高い例（図８）、及び相関性が低い例（図９）について説明する。
図８は、アーク溶接の溶接品質の管理項目の１つである「継手溶込６２」について、ハイパースペクトルカメラで撮像された画像のうち、７５０ｎｍの波長の電磁波により得られた「ａ＋ｂ」と相関性が高いことを示している。
図８は、アーク溶接の溶接品質の管理項目の１つである「継手溶込６２」について、ハイパースペクトルカメラで撮像された画像のうち、７５０ｎｍの波長の電磁波により得られた「ａ＋ｂ」と相関性が高いことを示している。
【0077】
図８の横軸は幅「ａ＋ｂ」（単位：ピクセル）であり、縦軸は「継手溶込６２」（単位：ｍｍ）である。図８では、９０個の溶接断面のサンプルのそれぞれについて、「ａ＋ｂ」（単位：ピクセル）と「継手溶込６２」（単位：ｍｍ）の顕微鏡観察による測定値とを黒点としてグラフ描画エリアに描画する。従って、図８のグラフ描画エリアでは９０個のデータが黒点として描画される。アーク溶接の溶接品質の管理項目の「継手溶込６２」は、０．６ｍｍ以上で正常と判断される。
図８の結果から、回帰直線の式は、「ｙ＝０．０４７８ｘ－０．６１４６・・・（１）」として示される。
図８の結果から、回帰直線の式は、「ｙ＝０．０４７８ｘ－０．６１４６・・・（１）」として示される。
【0078】
【0079】
また、決定係数（Ｒ２）は０．６８６７であるので、「ａ＋ｂ」と「継手溶込６２」との関係は回帰直線を表す式（１）に当てはまる傾向にあり、「ａ＋ｂ」から「継手溶込６２」を予測することができると言える。
【0080】
図９は、アーク溶接の溶接品質の管理項目の１つである「継手溶込６２」について、ハイパースペクトルカメラで撮像された画像のうち、７５０ｎｍの波長の電磁波により得られた「ｆ」と相関性が低いことを示している。
【0081】
図９の横軸は幅「ｆ」（単位：ピクセル）であり、縦軸は「継手溶込６２」（単位：ｍｍ）である。図９では、９０個の溶接断面のサンプルのそれぞれについて、「ｆ」（単位：ピクセル）と「継手溶込６２」（単位：ｍｍ）の顕微鏡観察による測定値とを黒点としてグラフ描画エリアに描画する。従って、図９のグラフ描画エリアでは９０個のデータが黒点として描画される。アーク溶接の溶接品質の管理項目の「継手溶込６２」は、０．６ｍｍ以上で正常と判断される。
図９の結果から、回帰直線の式は、「ｙ＝０．００７４ｘ－０．４３２６・・・（２）」として示される。
図９の結果から、回帰直線の式は、「ｙ＝０．００７４ｘ－０．４３２６・・・（２）」として示される。
【0082】
【0083】
また、決定係数（Ｒ２）は０．０２４３であるので、「ｆ」と「継手溶込６２」との関係は回帰直線を表す式（２）に当てはまらず、「ｆ」から「継手溶込６２」を予測するは出来ないと言える。
【0084】
上記のように、波長選定部５６は、図７に係る推定力図を用いることで電磁波照射部２が溶接部２０及び溶接部近傍２１に照射する所定波長の電磁波の波長を選定することができる。本実施形態では、７５０ｎｍの波長の電磁波を用いて「ａ＋ｂ」の幅寸法を測定することで、アーク溶接の溶接項目の１つである「継手溶込６２」を推測することができる。また、波長選定部５６により選定された波長の電磁波を２以上にすることで、選定された波長の電磁波と相関性の高いアーク溶接の管理項目を２つ以上に増やすことができ、より精度の高い溶接品質の判定をすることができる。
【0085】
溶接品質判定装置１は、波長選定部５６により選定された所定波長の電磁波を溶接部２０及び溶接部近傍２１の照射する電磁波照射部２を備える。
【0086】
電磁波照射部２は、波長選定部５６により選定された所定波長の電磁波が２以上の場合、２以上の選定された波長の電磁波を照射する。
【0087】
（溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラムについて）
次に図１０を参照して、本実施形態の溶接品質判定方法について、溶接品質判定プログラムとともに説明する。図１０は本実施形態の溶接品質判定プログラムのフローチャートである。
次に図１０を参照して、本実施形態の溶接品質判定方法について、溶接品質判定プログラムとともに説明する。図１０は本実施形態の溶接品質判定プログラムのフローチャートである。
【0088】
図１０に示す様に、溶接品質判定プログラムは、画像取得ステップＳ５０、反射波分布取得ステップＳ５１、移動平均値算出ステップＳ５２、表面特徴抽出ステップＳ５３、焼き色幅測定ステップＳ５４、及び溶接品質判定ステップＳ５５などを含む。
【0089】
溶接品質判定プログラムは、ＲＡＭ１３などで構成されるメインメモリに取り込まれて、当該メインメモリにアクセスするＣＰＵ１５によって実行される。溶接品質判定プログラムは、ＣＰＵ１５に対して、画像取得機能、反射波分布取得機能、移動平均値算出機能、表面特徴抽出機能、焼き色幅測定機能、及び溶接品質判定機能を実現させる。
【0090】
これらの機能は図１０に示す順序で処理を行う場合を例示したが、これに限らず、これらの順番を適宜入れ替えて溶接品質判定プログラムを実行しても良い。なお、上記した各機能は、前述の溶接品質判定装置１の画像取得部５０、反射波分布取得部５１、移動平均値算出部５２、表面特徴抽出部５３、焼き色幅測定部５４、溶接品質判定部５５、及び波長選定部５６の説明と重複するため、その詳細な説明は省略する。
【0091】
画像取得機能は、所定波長の電磁波が照射された際の第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２との溶接における溶接部２０及び溶接部近傍２１の画像を走査方向に取得する（Ｓ５０：画像取得ステップ）。
【0092】
反射波分布取得機能は、画像取得部５０が取得した画像から、走査方向３３に沿って、溶接部２０及び溶接部近傍２１における所定波長の反射波の反射強度を、反射波分布として取得する（Ｓ５１：反射波分布取得ステップ）。
【0093】
移動平均値算出機能は、反射波分布に基づき、走査方向３３における反射強度の移動平均値の分布を移動平均値分布として算出する（Ｓ５２：移動平均値算出ステップ）。
【0094】
表面特徴抽出機能は、反射波分布及び移動平均値分布に基づき、走査方向３３における反射強度を移動平均値で除した値の分布を表面特徴分布として取得する（Ｓ５３：表面特徴抽出ステップ）。
【0095】
焼き色幅測定機能は、表面特徴分布に基づき、溶接部２０及び溶接部近傍２１における溶接により付着した焼き色の幅寸法を測定する（Ｓ５４：焼き色幅測定ステップ）。
溶接品質判定機能は、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する（Ｓ５５：溶接品質判定ステップ）。
溶接品質判定機能は、焼き色の幅寸法に基づき溶接品質を判定する（Ｓ５５：溶接品質判定ステップ）。
【0096】
（第２実施形態）
図１１を参照して、第２実施形態に係る溶接品質判定装置１について説明する。
図１１は、第２実施形態に係る（１）抵抗溶接後の様子を示す平面模式図、（２）抵抗溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（３）抵抗溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
図１１を参照して、第２実施形態に係る溶接品質判定装置１について説明する。
図１１は、第２実施形態に係る（１）抵抗溶接後の様子を示す平面模式図、（２）抵抗溶接後の反射波分布と移動平均値分布とを示すグラフ、（３）抵抗溶接後の表面特徴分布を示すグラフである。
【0097】
第２実施形態では抵抗溶接の品質の判定について溶接品質判定装置１を用いる例について説明する。本実施形態に係る溶接品質判定装置１は、第１実施形態で説明した溶接品質判定装置１と同様であるので、本実施形態に係る溶接品質判定装置１の説明においては第１実施形態で用いた符号をそのまま採用するものとし、その説明は省略する。
【0098】
第２実施形態は、前述のアーク溶接に代えて抵抗溶接の溶接品質の判定への適用例である。
第２実施形態に係る抵抗溶接は、スポット溶接であり、２つの部材を重ねて加圧した状態で溶接を行う。スポット溶接後には、部材の表面に凹みと変色を伴うスポット溶接痕１００が残る（図１１（１）参照）。図１１（１）に示す様に、走査方向１０１はスポット溶接痕１００を横断する位置・方向に設定される。
第２実施形態に係る抵抗溶接は、スポット溶接であり、２つの部材を重ねて加圧した状態で溶接を行う。スポット溶接後には、部材の表面に凹みと変色を伴うスポット溶接痕１００が残る（図１１（１）参照）。図１１（１）に示す様に、走査方向１０１はスポット溶接痕１００を横断する位置・方向に設定される。
【0099】
図１１に示す様に、抵抗溶接時の通電によって生じる抵抗加熱により２つの部材の内部が溶融し溶け出し、その後の融合によりナゲットが形成される。スポット溶接痕１００、及びその近傍周辺には、抵抗時の加熱により酸化皮膜が形成される。この酸化被膜は、部材の焼き色の主な原因となる。
【0100】
溶接品質判定装置１は、この焼き色を解析することにより溶接時に加えられた熱量の金属内部への伝わり方などを推定し溶接の品質を判定する。具体的には、溶接品質判定装置１は、溶接によりできた複数の焼き色とこの焼き色を撮像する所定波長の電磁波との組み合わせの中から、撮像された焼き色の幅寸法と溶接品質との相関性の高いものを予め選定し、選定された所定波長の電磁波をスポット溶接痕１００及びその近傍周辺に対して照射し、その反射波をカメラ３により撮像する。そして、取得された画像に写る溶接により生じた焼き色の幅寸法から溶接の品質を判定する。
【0101】
溶接により生じた焼き色は、図１１（１）に示す様に、複数の円環状の模様となる。カメラ３は、予め選定された所定波長の電磁波を用いて、スポット溶接痕１００を横断する位置・方向となる走査方向１０１に沿って、スポット溶接痕１００及びその近傍周辺を含む範囲（撮像始点１０５～撮像終点１０６）を撮像する。
【0102】
図１１（２）のグラフは、予め選定された所定波長の電磁波を照射しカメラ３で撮像した画像より取得された反射波の輝度値に基づいて作成されたグラフであり、横軸を走査方向１０１（画像のピクセル）とし、縦軸を輝度値（相対反射率）とする。
【0103】
グラフ線１０７は、予め選定された所定波長の電磁波を照射してカメラ３で撮像した画像より取得された反射波の輝度値を、平滑化などすることなく、そのままグラフにしたものであり、後述の反射波分布を示すグラフである。
【0104】
グラフ線１０８は、グラフ線１０７に示される反射波分布に基づき、走査方向１０１における反射強度の反射強度取得位置を２１個含んだ移動平均値の分布をグラフにしたものであり、後述の第１移動平均値分布を示すグラフである。
【0105】
グラフ線１０９は、グラフ線１０７に示される反射波分布に基づき、走査方向１０１における反射強度の反射強度取得位置を１１個含んだ移動平均値の分布をグラフにしたものであり、後述の第２移動平均値分布を示すグラフである。
【0106】
移動平均値分布は、画像取得部５０が取得した画像から取得される反射波分布を移動平均することで、溶接によりに付着した焼き色の影響を縮小化して、抵抗溶接前の状態の反射強度の分布を推定するものである。
【0107】
表面特徴分布は、反射波分布及び移動平均値分布に基づき得られ、走査方向１０１における反射強度取得位置ごとにおいて反射強度を移動平均値で除した値の分布である（図１１（２）のグラフ線１１０、１１１）。表面特徴分布は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味、即ち、溶接前の材料に元々備わっている色味の情報を除去して生成される。
次に図１１（３）ついて説明する。
次に図１１（３）ついて説明する。
【0108】
比率１は、横軸上の位置に対応する反射強度取得位置において、溶接前の反射強度に対して溶接後の反射強度に変化がないことを示す。
【0109】
図１１（３）の表面特徴分布を示すグラフ１１０、１１１は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味、即ち、溶接前の材料に元々備わっている色味の情報を除去して生成されており、当該グラフ１１０、１１１の特徴点であるＱ１～Ｑ９（図１１（３）参照）によって定義され数値化される抵抗溶接により付着した焼き色の幅の寸法は、溶接の品質を高い精度をもって表現しているものと言える。第２実施形態に係る溶接品質判定装置１は、Ｑ１～Ｑ９によって定義された溶接時に付着した焼き色の幅の寸法に基づいて溶接を判定することで、より精度の高い溶接の品質を判定することができる。
【0110】
上記した第１実施形態に係る溶接品質判定装置１によれば、図２（４）の表面特徴分布を示すグラフ４５は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味、例えば、溶接前から材料に付着していた油膜、材料固有の色味、並びに、薬液、塗料などの物質の色味の情報を除去して生成されており、当該グラフ４５の特徴点であるＰ１～Ｐ９によって定義され数値化されたａ～ｆは、溶接の品質を高い精度をもって表現しているため、ａ～ｆに基づいて溶接を判定することで、より精度の高い溶接の品質を判定することができる。
【0111】
また、上記した第１実施形態に係る溶接品質判定装置１によれば、カメラ３に特定波長の電磁波のみを透過するフィルタが備えられているので、所定波長の電磁波以外の電磁波がカメラ３に撮像されることを防止することができ、画像取得部５０はノイズの少ない画像を取得することができる。
【0112】
また、上記した第１実施形態に係る溶接品質判定装置１によれば、カメラ３に特定波長の電磁波のみを透過するフィルタが備えられているので、電磁波照射部２が所定波長の電磁波のみを照射するものではなく、所定波長とは異なる波長の電磁波を併せて照射する場合にも、所定波長とは異なる波長の電磁波がカメラ３に撮像されることを防止することができ、画像取得部５０はノイズの少ない画像を取得することができる。
【0113】
また、上記した第１実施形態に係る溶接品質判定装置１によれば、波長選定部５６により選定された波長の電磁波を２以上にすることで、選定された波長の電磁波と相関性の高いアーク溶接の管理項目を２つ以上に増やすことができ、より精度の高い溶接品質の判定をすることができる。
【0114】
また、上記した第２実施形態に係る溶接品質判定装置１によれば、図１１（３）の表面特徴分布を示すグラフ１１０、１１１は、画像取得部５０が取得した画像から、溶接の品質とは無関係の材料の色味の情報を除去して生成されており、当該グラフ１１０、１１１の特徴点であるＱ１～Ｑ９によって定義され数値化される抵抗溶接により付着した焼き色の幅の寸法は、溶接の品質を高い精度をもって表現しているので、より精度の高い溶接の品質を判定することができる。
【0115】
本開示は上記した実施形態に係る溶接品質判定装置１、溶接品質判定方法、及び溶接品質判定プログラムに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、若しくは応用例により実施可能である。
【符号の説明】
【0116】
１ 溶接品質判定装置
２ 電磁波照射部
３ カメラ
５ ディスプレイ
６ キーボード
７ マウス
８ プリンタ
９ スピーカ
１０ 通信インターフェース
１１ 情報通信ネットワーク
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 記憶部
１５ ＣＰＵ
１６ 入出力インターフェース
１７ 入力装置
１８ 出力装置
２０ 溶接部
２１ 溶接部近傍
２２ 端部
２３ 肉盛り部
２４ 溶け込み部
２５ 酸化膜
２６ 第１焼き色部
２７ 第２焼き色部
２８ 第３焼き色部
２９ 第４焼き色部
３０ 第５焼き色部
３１ 酸化皮膜
３２ 酸化皮膜
３３ 走査方向
４１ 反射波分布を示すグラフ
４２ 移動平均値分布を示すグラフ
４３ 縦軸
４４ 横軸
４５ 表面特徴分布を示すグラフ
４６ 縦軸
４７ 横軸
５０ 画像取得部
５１ 反射波分布取得部
５２ 移動平均値算出部
５３ 表面特徴抽出部
５４ 焼き色幅測定部
５５ 溶接品質判定部
５６ 波長選定部
６０ 母材溶込
６１ 母材長脚
６２ 継手溶込
６３ 継手長脚
６４ のど厚
７０ 縦軸
７１ 横軸
７２ 相関値スケール
７３ 相関値が高い例
７４ 相関値が低い例
７５ 縦軸
７６ 横軸
７７ 品質ＯＫライン
７８ 回帰直線
７９ データ点
８０ 縦軸
８１ 横軸
８２ 品質ＯＫライン
８３ 回帰直線
８４ データ点
９０ 縦軸
９１ 横軸
９２ 反射波分布を示すグラフ
９３ 移動平均値分布を示すグラフ
９４ 交点位置
９５ 極大
９６ 極小
１００ スポット溶接痕
１０１ 走査方向
１０２ 縦軸
１０３ 横軸
１０４ 縦軸
１０５ 撮像始点
１０６ 撮像終点
１０７ 反射波分布を示すグラフ
１０８ 第１移動平均値分布を示すグラフ
１０９ 第２移動平均値分布を示すグラフ
１１０ 第１表面特徴分布を示すグラフ
１１１ 第２表面特徴分布を示すグラフ
Ｗ１ 第１部材
Ｗ２ 第２部材
ａ 第１焼き色の幅
ｂ 第２焼き色の幅
ｃ 溶接部の幅
ｄ 第３焼き色の幅
ｅ 第４焼き色の幅
ｆ 第５焼き色の幅
Ｐ１ 比率１終点
Ｐ２ 第１極小値
Ｐ３ 第１極大値
Ｐ４ 第２極小値
Ｐ５ 第２極大値
Ｐ６ 第３極小値
Ｐ７ 第３極大値
Ｐ８ 第４極小値
Ｐ９ 比率１始点
２ 電磁波照射部
３ カメラ
５ ディスプレイ
６ キーボード
７ マウス
８ プリンタ
９ スピーカ
１０ 通信インターフェース
１１ 情報通信ネットワーク
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 記憶部
１５ ＣＰＵ
１６ 入出力インターフェース
１７ 入力装置
１８ 出力装置
２０ 溶接部
２１ 溶接部近傍
２２ 端部
２３ 肉盛り部
２４ 溶け込み部
２５ 酸化膜
２６ 第１焼き色部
２７ 第２焼き色部
２８ 第３焼き色部
２９ 第４焼き色部
３０ 第５焼き色部
３１ 酸化皮膜
３２ 酸化皮膜
３３ 走査方向
４１ 反射波分布を示すグラフ
４２ 移動平均値分布を示すグラフ
４３ 縦軸
４４ 横軸
４５ 表面特徴分布を示すグラフ
４６ 縦軸
４７ 横軸
５０ 画像取得部
５１ 反射波分布取得部
５２ 移動平均値算出部
５３ 表面特徴抽出部
５４ 焼き色幅測定部
５５ 溶接品質判定部
５６ 波長選定部
６０ 母材溶込
６１ 母材長脚
６２ 継手溶込
６３ 継手長脚
６４ のど厚
７０ 縦軸
７１ 横軸
７２ 相関値スケール
７３ 相関値が高い例
７４ 相関値が低い例
７５ 縦軸
７６ 横軸
７７ 品質ＯＫライン
７８ 回帰直線
７９ データ点
８０ 縦軸
８１ 横軸
８２ 品質ＯＫライン
８３ 回帰直線
８４ データ点
９０ 縦軸
９１ 横軸
９２ 反射波分布を示すグラフ
９３ 移動平均値分布を示すグラフ
９４ 交点位置
９５ 極大
９６ 極小
１００ スポット溶接痕
１０１ 走査方向
１０２ 縦軸
１０３ 横軸
１０４ 縦軸
１０５ 撮像始点
１０６ 撮像終点
１０７ 反射波分布を示すグラフ
１０８ 第１移動平均値分布を示すグラフ
１０９ 第２移動平均値分布を示すグラフ
１１０ 第１表面特徴分布を示すグラフ
１１１ 第２表面特徴分布を示すグラフ
Ｗ１ 第１部材
Ｗ２ 第２部材
ａ 第１焼き色の幅
ｂ 第２焼き色の幅
ｃ 溶接部の幅
ｄ 第３焼き色の幅
ｅ 第４焼き色の幅
ｆ 第５焼き色の幅
Ｐ１ 比率１終点
Ｐ２ 第１極小値
Ｐ３ 第１極大値
Ｐ４ 第２極小値
Ｐ５ 第２極大値
Ｐ６ 第３極小値
Ｐ７ 第３極大値
Ｐ８ 第４極小値
Ｐ９ 比率１始点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
