JP7036632B2 - アーク溶接支援装置、アーク溶接支援方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接支援装置、アーク溶接支援方法及びプログラムに関する。

非消耗電極アーク溶接、消耗電極アーク溶接、プラズマアーク溶接等のアーク溶接において、溶接トーチの移動速度である溶接速度は、母材の板厚、継手形状、溶接法等が設定されるとその適正値が決定される。溶接作業者が溶接トーチを手で把持して行う手動溶接の場合、溶接作業者は、この適正値となるように溶接トーチを移動させる必要があるが、溶接作業者が熟練者でない場合、溶接速度を適正値に維持して溶接することは困難である。

これに対し、特許文献１に記載のアーク溶接装置は、溶接トーチに３軸加速度センサを設け、当該センサからの各軸の加速度信号を積分し、これらの積分信号を合成して溶接トーチの移動速度信号を算出する。そして、定常状態における移動速度信号の値が所定速度範囲外にあるときは警報を発生して、溶接作業者に対し溶接トーチの移動速度を適正範囲に維持することを支援するとしている。

特開２０１３－２２３８７９号公報

しかしながら、溶接速度が低速の場合、３軸加速度センサによって出力される加速度の値の精度が悪くなるため、特許文献１のアーク溶接装置によっては、溶接トーチの移動速度を精度良く導出することが困難となり、誤警報を発生する等の問題点がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接トーチの移動速度を精度よく導出することができるアーク溶接支援装置等を提供することにある。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援装置は、アーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられる撮像部と、該撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出する速度導出部と、該速度導出部が導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力する信号出力部とを備え、前記速度導出部は、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得する画像取得部と、取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する静止物特定部とを含み、前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、前記撮像部はステレオカメラであり、前記速度導出部は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する距離導出部を含み、前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出するので、溶接トーチの移動速度が低速の場合であっても、精度良く溶接トーチの移動速度を導出することができる。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援装置は、前記速度導出部は、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得する画像取得部と、取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する静止物特定部とを含み、前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像に基づいて、静止物を特定し、特定した静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出するため、精度よく溶接トーチの移動速度を導出することができる。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援装置は、前記撮像部はステレオカメラであり、前記速度導出部は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する距離導出部を含み、前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が所定距離以内の静止物に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出し、溶接トーチとの距離が所定距離以内の静止物に基づいて、移動速度を導出するため、精度良く溶接トーチの移動速度を導出することができる。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援装置は、前記特定した複数の静止物は、仮止め溶接部又は溶接線の端点部を含み、前記速度導出部は、該仮止め溶接部又は溶接線の端点部に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、仮止め溶接部又は溶接線の端点部に基づいて移動速度を導出するため、溶接現場における特有の形状を用いて、精度よく溶接トーチの移動速度を導出することができる。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援方法は、アーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられ撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出し、導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力し、前記移動速度を導出する処理は、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得し、取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する処理を含み、前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、前記撮像部はステレオカメラであり、前記移動速度を導出する処理は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する処理を含み、前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出するので、溶接トーチの移動速度が低速の場合であっても、精度よく溶接トーチの移動速度を導出するアーク溶接支援方法を提供することができる。

本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータにアーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられる撮像部が撮像した画像を取得し、取得した前記画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出し、導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力し、前記移動速度を導出する処理は、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得し、取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する処理を含み、前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、前記撮像部はステレオカメラであり、前記移動速度を導出する処理は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する処理を含み、前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する処理を実行させる。

本態様にあたっては、コンピュータを、溶接トーチの移動速度が低速の場合であっても精度よく溶接トーチの移動速度を導出するアーク溶接支援装置として機能させることができる。

本開示の一態様に係るアーク溶接支援装置は、溶接トーチ及び母材の被溶接部を視野角に含むように設けられる撮像部と、該撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出する速度導出部と、該速度導出部が導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力する信号出力部とを備え、前記速度導出部は、第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得する画像取得部と、取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する静止物特定部とを含み、前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、前記撮像部はステレオカメラであり、前記速度導出部は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する距離導出部を含み、前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する。

本態様にあたっては、撮像部は、溶接トーチ及び前記母材の被溶接部を視野角に含むように設けられているため、溶接トーチの重量を軽減して溶接者の負荷を低減しつつ、精度よく溶接トーチの移動速度を導出することができる。

溶接トーチの移動速度を精度よく導出することができるアーク溶接支援装置等を提供することができる。

実施形態１に係るアーク溶接支援装置を備える溶接トーチの一例を示す模式図である。 実施形態１に係るアーク溶接支援装置（単眼カメラ）の一構成例を示すブロック図である。 アーク溶接支援装置による移動速度の導出に関する説明図である。 実施形態１に係る演算部の処理手順（メイン）を示すフローチャートである。 実施形態１に係る演算部の処理手順（サブルーチン）を示すフローチャートである。 実施形態２に係るアーク溶接支援装置（ステレオカメラ）の一構成例を示すブロック図である。 実施形態２に係る演算部の処理手順を示すフローチャートである。 仮止め溶接部の輝度に関する説明図である。 仮止め溶接部との距離の導出に関する説明図である。 変形例１に係るアーク溶接支援装置（別筐体にカメラ）の一構成例を示すブロック図である。

（実施形態１）
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、実施形態１に係るアーク溶接支援装置１を備える溶接トーチ２の一例を示す模式図である。図２は、実施形態１に係るアーク溶接支援装置１（単眼カメラ）の一構成例を示すブロック図である。

アーク溶接支援装置１は、溶接トーチ２のトーチホルダ２２の上面に固定され、後述する撮像部１１の視野角（視野方向）が、トーチ本体２１側に向くように設けられている。溶接トーチ２は、アークが発生する筒状のトーチ本体２１、溶接者が担持するトーチホルダ２２及びトーチスイッチ２３を含む。

溶接トーチ２は、溶接電源装置４（図１０参照）に接続されており、トーチスイッチ２３がオンにされることにより、溶接電源装置４からの溶接電圧が電極（図示せず）に印加され、電極と母材３（図３参照）との間にてアーク放電が行われる。

図２に示すごとく、アーク溶接支援装置１は、撮像部１１、撮像部１１が撮像した画像を処理するための演算部１２、記憶部１３及び報知部１４を含む。撮像部１１、演算部１２、記憶部１３及び報知部１４は内部バス１５により通信可能に接続されている。

撮像部１１は、レンズ１１１、イメージセンサ１１２、及びＡＤ変換部１１３を含み、例えば単眼レンズによるカメラである。レンズ１１１は、例えば凸レンズ等の光学レンズである。

イメージセンサ１１２は、レンズ１１１の焦点位置となるようにアーク溶接支援装置１の筐体内に配置されている。イメージセンサ１１２は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等であり、レンズ１１１から入射された光を受光し、複数の画素によって受光した光を露光することによって撮像し、撮像した画像をＡＤ変換部１１３に出力する。イメージセンサ１１２の画素数、画素のピッチは、撮像する画像の解像度に合わせて適宜決定される。

ＡＤ変換部１１３は、入力された画像（アナログ信号）を一定時間ごとに区切ってサンプリングし、サンプリングした値をデジタル信号に変換できるように量子化し、量子化された値を予め指定された２進数の桁数で出力する。ＡＤ変換部１１３は、サンプリングレート及び分解能に応じて、フラッシュ形、パイプライン形等の方式が適宜決定される。

演算部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等により構成してあり、時計機能を有する。演算部１２は、記憶部１３に予め記憶されたプログラム１３１Ｐ及びデータを読み出して実行することにより、種々の制御処理及び演算処理等を行う。演算部１２は、画像に関するデータ（画像データ）を処理するにあたり、記憶部１３に当該画像データ等を記憶するようにしてある。

記憶部１３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、又はＲＡＭ等の揮発性メモリにより構成してあり、プログラム１３１Ｐ及び処理時に参照するデータがあらかじめ記憶してある。記憶部１３に記憶されたプログラム１３１Ｐは、演算部１２が読み取り可能な記録媒体１３１から読み出されたプログラム１３１Ｐを記憶したものであってもよい。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部コンピュータからプログラム１３１Ｐをダウンロードし、記憶部１３に記憶させたものであってもよい。

報知部１４は、例えばスピーカ、回転ランプ、及び表示ディスプレイを含み、演算部１２から出力された所定の信号に基づいて、溶接者に対し報知する。

アーク溶接支援装置１は、速度導出部、信号出力部を有する。速度導出部は、撮像部１１が撮像した画像に基づいて、溶接トーチ２の移動速度を導出するものであり、画像取得部、静止物特定部及び距離導出部を含む。演算部１２は、プログラム１３１Ｐを実行することにより、速度導出部として機能する。信号出力部は、導出した溶接トーチ２の移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を報知部１４に出力する。演算部１２は、プログラム１３１Ｐを実行することにより、信号出力部として機能する。演算部１２が、速度導出部及び信号出力部として機能するにあたり、プログラム１３１Ｐの実行に関する処理については、後述するフローチャートにて説明する。

本実施形態にて、撮像部１１は、アーク溶接支援装置１の筐体内に設けられ、撮像部１１と演算部１２とを内部バス１５によって接続し、撮像部１１及び演算部１２等は一体化された構造としているが、これに限定されない。アーク溶接支援装置１は、撮像部１１と、演算部１２、記憶部１３及び報知部１４とを別体として構成し、撮像部１１を収納する筐体を溶接トーチ２に設けるものであってもよい。この場合、撮像部１１を収納する筐体には、別体として設けられた演算部１２と通信するための通信部が設けられ、撮像部１１のＡＤ変換部１１３から出力された画像に関するデータは、当該通信部を介して演算部１２に送信される。通信部は、シリアルケーブル等の有線通信、及びＷｉＦｉ（登録商標）等の無線通信を含む。

図３は、アーク溶接支援装置１による移動速度の導出に関する説明図である。図３の説明図において、２つの母材３を平坦な台上に並設させ、これら母材３夫々における直線状の被溶接部３１を互い接触させることにより、溶接線が形成されている。この溶接線上には、複数の仮止め溶接部（仮止めポイント）３２が設けられており、すなわち、アーク溶接を開始するにあたり、これら母材３夫々の被溶接部３１は、複数箇所において、仮止めとしてのスポット溶接が行われている。

溶接者により担持された溶接トーチ２は、紙面上、手前側から溶接線に沿って移動されるものとなる。撮像部１１は、その視野方向がトーチ本体２１を向くように設けられており、望ましくは、溶接作業時において、いずれかの仮止め溶接部３２又は溶接線の終端が、視野角（視野範囲）に含まれるように設けられている。すなわち、溶接者がアーク溶接を開始してから完了するまでの間、撮像部１１は、いずれかの仮止め溶接部３２又は溶接線の終端の画像を撮像できるように設けられていることが望ましい。これら仮止め溶接部３２又は溶接線の終端は、後述する静止物として、演算部１２によって抽出される。なお、静止物は、仮止め溶接部３２又は溶接線の終端に限定されず、溶接現場に設けられた溶接電源装置４等の設備等、又は溶接現場の環境風景に含まれる蛍光灯、ドア又は、窓等であってもよい。

図４は、実施形態１に係る演算部１２の処理手順（メイン）を示すフローチャートである。図５は、実施形態１に係る演算部１２の処理手順（サブルーチン）を示すフローチャートである。アーク溶接支援装置１の演算部１２は、記憶部１３に記憶されているプログラム１３１Ｐを実行することによって、以下に示す処理を開始する。演算部１２は、例えば、溶接トーチ２のトーチスイッチ２３がオンにされることにより、当該プログラム１３１Ｐを実行するものであってもよい。

演算部１２は、第１の静止物の画像（静止物データ）を構成する（Ｓ０１）。このＳ０１の処理は、図５に示すサブルーチンの処理として、演算部１２によって実行される。

演算部１２は、撮像部１１から出力された画像データを取得し、連続する２つの画像から２つの特徴点の組みを選択する（Ｓ１０１）。撮像部１１から出力された画像データには、溶接現場の環境風景が含まれている。溶接現場の環境風景とは、上述のとおり母材３の被溶接部３１、又は母材３の周辺に配置されている設備等を含む。撮像部１１から出力された画像データが動画である場合、所定の分解能で撮像された連続する静止画の画像フレーム（連続フレーム）により構成される。

演算部１２は、連続して撮像された２つの画像（画像１、画像２）を取得する。画像２は、画像１の次のフレームであり、画像１の撮像時刻（ｔ）に対し、画像１の撮像時刻は、（ｔ＋１）に相当する。この＋１とは、次フレームであることを意味する。

演算部１２は、２つの画像（画像１、画像２）夫々において、輝度量に基づいた特徴点の集合（画像１：（ｐ０、ｐ１、・・・ｐｎ）、画像２：（ｐ’０、ｐ’１、・・・ｐ’ｎ））を導出し、これら特徴点の集合を記憶部１３に記憶する。演算部１２は、これら特徴点の集合から対応する特徴点の組みを２つ選択する。例えば、演算部１２は、画像１の（ｐ０、ｐ１）と、画像２の（ｐ’０、ｐ’１）を選択し、夫々の輝度量の和（ｐ０＋ｐ１、ｐ’０＋ｐ’１）をマッチングスコアとし、当該マッチングスコアが所定量以上であれば、選択した特徴点の組みは、マッチすると判定する。以下の説明において、画像１の（ｐ０、ｐ１）と、画像２の（ｐ’０、ｐ’１）は、マッチしたペアであるとして、演算部１２は、２つの特徴点の組みを選択する。

演算部１２は、選択された２つの特徴点のベクトルを算出する（Ｓ１０２）。演算部１２は、Ｓ１０１の処理で選択した２つの特徴点の組みに基づき、２つの画像夫々における選択された２つの特徴点によるベクトル（画像１：（Ｖ１＝ｐ０－ｐ１）、画像２：（Ｖ２＝ｐ’０－ｐ’１））を算出する。

演算部１２は、算出した２つのベクトルが類似しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。演算部１２は、Ｓ１０２の処理で算出したベクトル（画像１：Ｖ１、画像２：Ｖ２）を比較し、これらベクトルの類似性を判定する。演算部１２は、当該判定として、例えば、これらベクトルの差異の絶対値が所定値以内であるかにより行う。

類似していない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ１０１の処理を実行すべくループ処理を行う。演算部１２は、再度Ｓ１０１を実行するにあたり、今回選択した特徴点を除外し、他の特徴点の中から新たに２つの特徴点の組みを選択する。

類似している場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、演算部１２は、画像１にて選択した２つの特徴点（ｐ０、ｐ１）を位置不変点として設定する（Ｓ１０４）。すなわち、選択した２つの特徴点（ｐ０、ｐ１）は、静止物の一部であるとして設定され、演算部１２は、当該２つの特徴点（ｐ０、ｐ１）に、例えば位置不変点フラグ等を付加して、記憶部１３に記憶する。演算部１２は、同様に、画像２にて選択した２つの特徴点（ｐ’０、ｐ’１）を位置不変点として設定してもよい。

演算部１２は、２つの特徴点の中点（ベクトルの重心）を算出する（Ｓ１０５）。演算部１２は、画像１及び画像２において選択した２つの特徴点において、これら特徴点の中点をベクトルの重心（画像１：ＶＧＧ１＝（ｐ０＋ｐ１）／２、画像２：ＶＧＧ２＝（ｐ’０＋ｐ’１）／２）として算出し、これらベクトルの重心を記憶部１３に記憶する。

演算部１２は、画像データから、２つの特徴点を削除する（Ｓ１０６）。演算部１２は、Ｓ１０１の処理にて、画像１及び画像２から特徴点の集合を導出している。演算部１２は、これら導出した夫々の集合から、Ｓ１０４で位置不変点として設定した特徴点（（ｐ０、ｐ１）、（ｐ’０、ｐ’１））を削除する。この特徴点の削除は、特徴点のデータそのものを削除することに限定されず、演算部１２は、例えば、これら特徴点に対し除外フラグを付与する等し、以降の特徴点を選択する処理において、これら除外フラグが付与された特徴点を除外するものとしてもよい。

演算部１２は、画像データ夫々から、対応する特徴点夫々を選択する（Ｓ１０７）。
演算部１２は、Ｓ１０１で導出した画像１及び画像２から特徴点の集合から、既に選択した特徴点（（ｐ０、ｐ１）、（ｐ’０、ｐ’１））以外となる他の特徴点（画像１：ｐ２、画像２：ｐ’２）を選択する。

演算部１２は、Ｓ１０７で選択した特徴点と、前回ベクトルの重心とのベクトルを算出する（Ｓ１０８）。演算部１２は、Ｓ１０８の処理を同様に、Ｓ１０７で選択した特徴点と、前回算出したベクトルの重心とに基づき、画像１及び画像２における夫々のベクトル（画像１：（Ｖ１＝ｐ２－ＶＧ１）、画像２：（Ｖ２＝ｐ’２－ＶＧ２））を算出する。

演算部１２は、Ｓ１０３の処理と同様に算出した２つのベクトルが類似しているか否かを判定する（Ｓ１０９）。

類似している場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、選択した特徴点（ｐ２、ｐ’２）を位置不変点として設定し、ベクトルの重心を算出する（Ｓ１１０）。演算部１２は、処理１０４と同様に選択した特徴点（ｐ２、ｐ’２）を位置不変点として設定して、記憶部１３に記憶する。

演算部１２は、Ｓ１０８の処理と同様に、今回選択した特徴点（ｐ２、ｐ’２）及び前回算出したベクトルの重心（ＶＧ１、ＶＧ２）との中点により、ベクトルの重心を算出し、算出したベクトルの重心を、以降の処理で用いるものとする。すなわち、演算部１２は、ＶＧ１及びＶＧ２に対し代入処理（ＶＧ１←（Ｐ２＋ＶＧ１）／２、ＶＧ２←（Ｐ２＋ＶＧ２）／２）を行うことによって、これらベクトルの重心の上書き処理を行う。

類似していない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、演算部１２は、Ｓ１１０の処理をスキップし、Ｓ１１１の処理を行う。演算部１２は、Ｓ１０６の処理と同様に、画像データ夫々からＳ１０７で選択した特徴点（ｐ２、ｐ’２）を削除する（Ｓ１１１）。

演算部１２は、全ての特徴点を選択したか否かの判定を行う（Ｓ１１２）。演算部１２は、Ｓ１０１の処理において、夫々の画像から特徴点の集合を導出しており、この集合において、例えば配列として記憶された特徴点夫々について、選択したか否かの判定を行う。選択された特徴点は、この配列から削除され、又は除去フラグが付与されているため、演算部１２は、記憶部１３を参照することにより、未だ選択されていない特徴点の有無を判定することができる。

全ての特徴点が選択されていない場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ１０７の処理を実行すべく、ループ処理を行う。Ｓ１０７で選択される特徴点は、これまでの処理にて選択されていない特徴点であることは、言うまでもない。従って、Ｓ１１２の判定処理に基づき、再度Ｓ１０７を実行するループ処理を繰り返すことにより、全ての特徴点が選択され、選択された特徴点及び前ルーチンの処理にて算出された重心のベクトルに基づき、位置不変点の設定が順次に行われる。

全ての特徴点が選択された（Ｓ１１２：ＹＥＳ）場合、演算部１２は、設定した位置不変点から静止物の画像（静止物データ）を構成する（Ｓ１１３）。演算部１２は、位置不変点として設定した特徴点に基づき、撮像された画像において、静止物を特定、すなわち静止物の位置画像を構成し、当該静止物の位置画像に関する静止物データを記憶部１３に記憶する。このように静止物の位置画像を構成することによって、溶接環境において位置が変化しない静的特徴量を保存することができる。演算部１２は、サブルーチンとなる第１の静止物データの構成（位置不変点抽出）の処理を終了する。

演算部１２は、所定の時間（ΔＴ）が経過したか否かを判定する（Ｓ０２）。演算部１２は、時計機能を有しており、所定の時間（ΔＴ）が経過したか否かを判定する。または、演算部１２は、所定の時間（ΔＴ）の間、待機処理（スリープ処理）を行うものであってもよい。

所定の時間（ΔＴ）が経過していない場合（Ｓ０２：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ０２の処理を行うべくループ処理を行う。

所定の時間（ΔＴ）が経過した場合（Ｓ０２：ＹＥＳ）、演算部１２は、第２の静止物の画像（静止物データ）を構成する（Ｓ０３）。Ｓ０３の処理は、Ｓ０１の処理と同様に、図２にてサブルーチンとして定義してある静止物データの構成（位置不変点抽出）の処理を行う。すなわち、Ｓ０１の処理に対し、所定の時間（ΔＴ）の経過後に撮像された連続する２つの画像に基づき、静止物を特定、すなわち静止物の位置画像を構成し、当該静止物の位置画像に関する静止物データを記憶部１３に記憶する。

演算部１２は、変動量（移動速度）を導出する（Ｓ０４）。演算部１２は、Ｓ０１で記憶した第１の静止物データと、Ｓ０１２で記憶した第２の静止物データとに基づいて、溶接トーチ２の移動速度を導出する。

演算部１２は、第１の静止物データと、第２の静止物データとを比較し、これらデータの類似度をマッチングすることにより、変動量を導出する。第１の静止物データ及び第２の静止物データは、同じ静止物に関するデータを含むものであり、溶接トーチ２が溶接者の操作によって移動したことにより、これら静止物の画像上の位置が異なるものとなる。演算部１２は、例えば、これら静止物データ間において画素単位の変位量を導出して、類似度のマッチングを行うものであってもよい。または、演算部１２は、予めこれら静止物データ間における類似度又は差異量に基づいた変動量を機械学習等により学習しておき、当該学習結果として記憶部１３に記憶してある学習データに基づき、変動量を導出するものであってもよい。

第１の静止物データ及び第２の静止物データにおいて、複数の静止物が含まれる場合がある。図３に示すごとく、被溶接部３１（溶接線）に沿って、複数の仮止め溶接部３２が設けられている場合、演算部１２は、これら複数の仮止め溶接部３２のうち、溶接トーチ２との距離が最も短い仮止め溶接部３２を、変動量を導出するための静止物としてもよい。溶接トーチ２との距離が最も短い静止物に基づくことにより、精度よく変動量を導出することができる。

仮止め溶接部３２の形状又輝度量に関するデータは、予め記憶部１３に記憶されており、演算部１２は、当該データに基づき、撮像された画像における仮止め溶接部３２を抽出し、当該仮止め溶接部３２を画像解析するためのマーカとして用いて、仮止め溶接部３２及び他の静止物との距離を導出してもよい。なお、溶接トーチ２との距離が最も短い静止物は、仮止め溶接部３２に限定されず、他の静止物であってもよい。

演算部１２は、導出した変動量及びＳ０２での所定時間（ΔＴ）に基づき、溶接トーチ２の移動速度を導出する。導出した変動量は、溶接トーチ２の移動距離との相関を有するため、演算部１２は、導出した変動量に基づき決定される移動距離を、Ｓ０２での所定時間（ΔＴ）で除算することにより、溶接トーチ２の移動速度を導出する。

演算部１２は、変動量（移動速度）が所定の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ０５）。溶接トーチ２の移動速度において、適切速度（例えば、２０ｃｍ／分）が設定されており、溶接品質を担保するため、当該適切速度を基準に所定の範囲が決定される。所定の範囲は、例えば、溶接トーチ２の適切速度の±５％以内として決定してもよい。この適切速度又は所定の範囲に関するデータは、記憶部１３に記憶されている。演算部１２は、記憶部１３を参照し、Ｓ０４で導出された溶接トーチ２の移動速度が、当該所定の範囲内であるか否かの判定を行う。

所定の範囲内である場合（Ｓ０５：ＹＥＳ）、演算部１２は、再度Ｓ０１の処理を行うべくループ処理を行う。

所定の範囲内でない場合（Ｓ０５：ＮＯ）、演算部１２は、報知部１４に所定信号を出力する（Ｓ０６）。演算部１２から出力された所定信号を取得した報知部１４は、例えばスピーカから「溶接トーチ２の移動が速いですよ」等の音声を発して、溶接者を喚起する。または、報知部１４が回転ランプを含む場合、回転ランプを回転点滅させて、溶接者を喚起してもよい。

演算部１２は、Ｓ０６の処理を行った後、再度Ｓ０１の処理を行うべく、ループ処理を行う。演算部１２は、溶接トーチ２のトーチスイッチ２３がオンとなっている場合、Ｓ０１からＳ０６の処理を行うものであってよい。従って、溶接トーチ２のトーチスイッチ２３がオフにされた場合、演算部１２は、本処理を終了する。

アーク溶接支援装置１は、撮像部１１が撮像した画像における静止物に関するデータ（静止物データ）に基づいて、溶接トーチ２の移動速度を導出する。従って、移動速度が低速のため加速度センサ等による移動速度の検出が困難な場合であっても、精度よく溶接トーチ２の移動速度を導出することができる。

アーク溶接支援装置１は、静止物データにおいて複数の静止物が含まれる場合、溶接トーチ２との距離が最も短い静止物に基づくことにより、精度よく溶接トーチ２の移動速度を導出することができる。

アーク溶接支援装置１は、母材３の被溶接部３１（溶接線）に設けられた仮止め溶接部３２を、溶接トーチ２の移動速度を導出するための静止物とするようにしてある。従って、溶接トーチ２の進行方向に沿った静止物となる仮止め溶接部３２を用いることにより、精度よく溶接トーチ２の移動速度を導出することができる。

一般的な仮止め溶接部３２の形状又は輝度量に関するデータを予め記憶部１３に記憶しておくことにより、撮像した画像における仮止め溶接部３２を画像解析のためのマーカとして用い、仮止め溶接部３２等の静止物との距離の導出又は溶接トーチ２の移動速度の導出の精度を向上させることができる。

（実施形態２）
図６は、実施形態２にアーク溶接支援装置１（ステレオカメラ）の一構成例を示すブロック図である。図７は、実施形態２に係る演算部１２の処理手順を示すフローチャートである。図８は、仮止め溶接部３２の輝度に関する説明図である。図９は、仮止め溶接部３２との距離の導出に関する説明図である。実施形態２は、撮像部１１がステレオカメラであり、撮像された画像における静止物に関する処理において実施形態１と異なる。

実施形態２の撮像部１１は、２つのレンズ１１１を含み、これらレンズ１１１は所定の間隔を経て、互いの視野角を一致させて設けられているステレオカメラである。

２つのレンズ１１１夫々には、実施形態１と同様に対応するイメージセンサ１１２夫々が、接続されている。これらイメージセンサ１１２夫々は、レンズ１１１の焦点距離に適合させて配置されている。

これらイメージセンサ１１２夫々には、実施形態１と同様に対応するＡＤ変換部１１３夫々が接続されており、ＡＤ変換部１１３夫々は、内部バス１５を介して演算部１２等と通信可能に接続されている。

演算部１２の処理については、図７に示すフローチャートに基づき説明する。演算部１２は、第１の画像を取得する（Ｓ２０１）。演算部１２は、撮像部１１の２つのレンズ１１１によって、同タイミングで撮像された第１の画像を取得する。当該画像は、２つのレンズ１１１によって撮像された夫々の画像データを含む。

演算部１２は、第１の画像の特徴点を抽出する（Ｓ２０２）。演算部１２は、Ｓ２０１で取得した２つのレンズ１１１によって撮像された夫々の画像データにおいて、特徴点を抽出する。特徴点を抽出は、これら画像データにおいて静止物を抽出するものであり、演算部１２は、例えば、予め記憶部１３に記憶してある仮止め溶接部３２とのパターンマッチングにより、抽出する。図８において、横軸は、溶接の進行方向に対する垂直成分となる距離を示し、縦軸は、輝度量を示す。図８に示すごとく、仮止め溶接部３２は、その中心部に近づくにつれて輝度量が増加する傾向にあり、精度よく抽出することができる。

演算部１２は、予め記憶部１３に記憶してある仮止め溶接部３２の形状又は輝度量に関するデータを参照し、このデータに基づき、取得した画像データに対しエッジ検出処理を行う。演算部１２は、エッジ検出処理の結果に基づき、エッジを構成する点、すなわち輪郭線上の点を、特徴点として抽出する。演算部１２は、この特徴点の抽出を画像データ夫々に行うことにより、一方のレンズ１１１による画像データの特徴点と、対応する他方のレンズ１１１による画像データの特徴点の夫々を導出し、これら特徴点夫々を記憶部１３に記憶する。

演算部１２は、溶接トーチ２と、特徴点との距離を導出する（Ｓ２０３）。演算部１２は、特徴点との距離を例えば、公知の三角測量を用いて、導出する。図９に示すごとく、２つのレンズ１１１は、互いの視野角を一致させて並設してある。これらレンズ１１１夫々の中心間の距離（Ｂ）、レンズ１１１の焦点距離となるイメージセンサ１１２とレンズ１１１の距離（Ｆ）、及び抽出した特徴点夫々により視差（Ｓ）に基づき、レンズ１１１と特徴点との距離（Ｄ）は、算出（Ｄ＝Ｂ×Ｆ/Ｓ）される。レンズ１１１を含む撮像部１１は、溶接トーチ２に設けられているので、このレンズ１１１と特徴点との距離（Ｄ）は、溶接トーチ２と特徴点との距離とみなすことができる。

演算部１２は、実施形態１の処理Ｓ０２と同様に、Ｓ２０４の処理を行う。所定時間が経過していない場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ２０４の処理を行う。

所定時間が経過した場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、演算部１２は、第２の画像を取得する（Ｓ２０５）。演算部１２は、Ｓ２０１の処理と同様に第２の画像を取得する。第２の画像は、第１の画像の撮像時から、所定時間が経過した後に撮像されたものとなる。

演算部１２は、第２の画像の特徴点の抽出する（Ｓ２０６）。演算部１２は、Ｓ２０２の処理と同様に第２の画像の特徴点を抽出する。

演算部１２は、溶接トーチ２と、特徴点との距離を導出する（Ｓ２０７）。演算部１２は、Ｓ２０３の処理と同様に溶接トーチ２と、特徴点との距離を導出する。

演算部１２は、変動量（移動速度）の導出する（Ｓ２０８）。演算部１２は、Ｓ２０３で導出した第１の画像の特徴点との距離と、Ｓ２０７で導出した第２の画像の特徴点の距離との差異（変動量）を導出する。当該差異は、Ｓ２０４における所定時間において、溶接トーチ２が移動した距離に相当する。演算部１２は、これら特徴点において、複数の静止物が含まれる場合、溶接トーチ２との距離が最も短い静止物の特徴点を用いて、変動量を導出するものであってもよい。溶接トーチ２との距離が最も短い静止物の特徴点を用いることによって、精度よく変動量を導出することができる。演算部１２は、導出した変動量（溶接トーチ２が移動した距離）を、Ｓ２０４における所定時間で除算することにより、溶接トーチ２の移動速度を導出する。

演算部１２は、実施形態１の処理Ｓ０５及びＳ０６と同様に、Ｓ２０９及びＳ２１０の処理を行う。

アーク溶接支援装置１の撮像部１１は、２つのレンズ１１１を含むステレオカメラであるため、これらレンズ１１１により撮像された画像データ間による視差等を基づき、公知の三角測量を用いることにより、例えば仮止め溶接部３２等の静止物である特徴点との距離を効率的に導出ことができる。導出した特徴点との距離及び当該特徴点の変動量に基づくため、加速度センサによっては検出が困難な低速度時であっても、精度よく溶接トーチ２の移動速度を導出することができる。

（変形例１）
図１０は、変形例１のアーク溶接支援装置１（別筐体にカメラ）の一構成例を示すブロック図である。実施形態３は、撮像部１１が溶接トーチ２とは、別体に設けられている点で、実施形態１とは異なる。

変形例１のアーク溶接支援装置１は、溶接トーチ２とは別体の装置に設けられている。
この別体の装置は、一例として溶接電源装置４であり、アーク溶接支援装置１は、溶接電源装置４に設けられている。アーク溶接支援装置１は、撮像部１１の視野角（視野範囲）に母材３の被溶接部３１（溶接線）、及び溶接者が溶接作業をする際の溶接トーチ２を含むように設けられている。

アーク溶接支援装置１の撮像部１１は、実施形態２と同様に２つのレンズ１１１を含むステレオカメラで構成されている。演算部１２は、実施形態２の処理と同様に第１の画像を取得し、所定時間の経過後、第２の画像を取得する。

演算部１２は、取得した第１の画像及び第２の画像から抽出する特徴点として、溶接トーチ２のトーチ本体２１を抽出する。溶接トーチ２の形状又は輝度量は、予め記憶部１３に記憶されており、演算部１２は、記憶部１３を参照して、これら画像（レンズ１１１夫々によって撮像された画像データ）から、トーチ本体２１を特徴点として抽出する。

演算部１２は、実施形態２の処理と同様に抽出した特徴点夫々に基づき変動量を導出し、この変動量を所定時間で除算することにより、溶接トーチ２の移動速度を導出し、この移動速度が所定範囲内にない場合、報知部１４により報知が行われるように所定の信号を出力する。

撮像部１１の視野範囲に溶接トーチ２及び母材３の被溶接部３１（溶接線）を含むように、アーク溶接支援装置１は設けられているので、溶接者の溶接作業間において、溶接トーチ２を常に撮像することができる。

被溶接部３１（溶接線）に最も近接するトーチ本体２１を特徴点として抽出することにより、精度よく変動量を導出することができる。

アーク溶接支援装置１は、溶接トーチ２とは別体となる溶接電源装置４等に設けることにより、溶接トーチ２が重たくなることを抑制することができる。

アーク溶接支援装置１は、溶接電源装置４に設けられているとしたが、これに限定されない。アーク溶接支援装置１は、溶接トーチ２とは別体となる消耗電極ワイヤの送給装置等の他の装置、又は溶接現場に据え付けられている設備等に設けられていてもよい。抽出する特徴点をトーチ本体２１としたが、これに限定されない。溶接トーチ２のトーチホルダ２２等、他の部位を特徴点として抽出してもよい。

（変形例２）
本実施形態において、撮像部１１が撮像した画像に基づいて静止物を特定し、特定した静止物の変動量に基づいてトーチの移動速度を導出するとしたがこれに限定されない。溶接を開始する場合、溶接線を撮像した画像の中央になるように撮像部１１を設定し、演算部１２は、当該溶接線と画像における仮想中心線との乖離量を導出し、当該乖離量に基づいて、トーチの移動速度又は移動量を導出するものであってもよい。

本実施形態において、溶接の仮止め溶接部３２を静止物として特定して、特定した静止物の変動量に基づいてトーチの移動速度を導出するとしたがこれに限定されない。溶接線の終端部の形状に関する画像データを記憶部１３に記憶させておき、演算部１２は、溶接線の終端部を静止物として特定して、トーチの移動速度を導出してもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ アーク溶接支援装置
１１ 撮像部
１１１ レンズ
１１２ イメージセンサ
１１３ ＡＤ変換部
１２ 演算部
１３ 記憶部
１３１ 記録媒体
１３１Ｐ プログラム
１４ 報知部
１５ 内部バス
２ 溶接トーチ
２１ トーチ本体
２２ トーチホルダ
２３ トーチスイッチ
３ 母材
３１ 被溶接部（溶接線）
３２ 仮止め溶接部（仮止めポイント）
４ 溶接電源装置

Claims (5)

1. アーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられる撮像部と、
   該撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出する速度導出部と、
   該速度導出部が導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力する信号出力部と
   を備え、
   前記速度導出部は、
   第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得する画像取得部と、
   取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する静止物特定部とを含み、
   前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、
   前記撮像部はステレオカメラであり、
   前記速度導出部は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する距離導出部を含み、
   前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する
   ことを特徴とするアーク溶接支援装置。
2. 前記特定した複数の静止物は、仮止め溶接部又は溶接線の端点部を含み、
   前記速度導出部は、該仮止め溶接部又は溶接線の端点部に基づいて、移動速度を導出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接支援装置。
3. アーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられ撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出し、
   導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力し、
   前記移動速度を導出する処理は、
   第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得し、
   取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する処理を含み、
   前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、
   前記撮像部はステレオカメラであり、
   前記移動速度を導出する処理は、
   該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する処理を含み、
   前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する
   ことを特徴とするアーク溶接支援方法。
4. コンピュータに
   アーク溶接作業時における溶接トーチの移動方向を視野角に含むように該溶接トーチに設けられる撮像部が撮像した画像を取得し、
   取得した前記画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出し、
   導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力し、
   前記移動速度を導出する処理は、
   第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得し、
   取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する処理を含み、
   前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、
   前記撮像部はステレオカメラであり、
   前記移動速度を導出する処理は、
   該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する処理を含み、
   前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する
   処理を実行させるプログラム。
5. 溶接トーチ及び母材の被溶接部を視野角に含むように設けられる撮像部と、
   該撮像部が撮像した画像に基づいて前記溶接トーチの移動速度を導出する速度導出部と、
   該速度導出部が導出した前記移動速度が所定の速度範囲から外れた場合、所定信号を出力する信号出力部と
   を備え、
   前記速度導出部は、
   第１画像及び、第１画像の撮像時から所定時間経過後に撮像した第２画像を取得する画像取得部と、
   取得した前記第１画像及び第２画像に基づいて、静止物を特定する静止物特定部とを含み、
   前記第１画像と第２画像との間での該静止物の変動量及び前記所定時間に基づいて、移動速度を導出し、
   前記撮像部はステレオカメラであり、
   前記速度導出部は、該ステレオカメラで撮像した画像に基づき、前記静止物と溶接トーチとの距離を導出する距離導出部を含み、
   前記特定した複数の静止物のうち、前記溶接トーチとの距離が最も短い静止物に基づいて、移動速度を導出する
   ことを特徴とするアーク溶接支援装置。

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