JPH08304026A - エリアセンサを使用してなる溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動溶接でのエリアセンサ視覚システムにお
いて、実際の現場のように外的状況の変化が存在する環
境においても、精度が良く安定した溶接線検出を可能と
し、高精度で高品質の溶接を可能とする。 【構成】 鋼管Ｐi とプレートＰl とリングＲi からな
るワークをプレートが４５°で傾斜するようにし、隅肉
溶接継手部ｗを臨むようにエリアセンサ（ＣＣＤカメ
ラ）１を真上に配置し、照明２をプレートから角度θが
３０°以下となるようにし、溶接継手部の溶接線、溶接
開始点または終端部を撮像し、エリアセンサからの画像
信号をＨough変換を用いて画像処理し、得られた溶接線
情報に基づいて溶接トーチを制御する。Ｈough変換によ
り、溶接線、溶接開始点等の端点を雑音の多い画像中か
ら確実に精度良く検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、隅肉溶接継手部分を
視覚センサであるエリアセンサにより撮像し、画像処理
により溶接線を検出し、得られた溶接線情報に基づいて
自動溶接を行う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接作業は、熱，ヒューム，スパッタ，
アーク光などの過酷な環境のもとで行われる。近年、溶
接作業者をこのような環境から解放すると共に、品質の
安定化，生産コストの低減，将来的な溶接技能者の不足
に対応するため、溶接作業の自動化およびロボット化の
研究・開発が進められている。

【０００３】溶接作業，特にアーク溶接の自動化におい
ては、溶接トーチを溶接線に沿って適切に移動させるこ
とが重要な課題である。従来一般に使用されている自動
溶接のセンサシステムとしては、 図１５（ａ）に示
すように、トーチ高さＨの変化に伴うアークの電流もし
くは電圧変化を利用し、溶接線を追従するアークセン
サ、 図１５（ｂ）に示すように、溶接トーチ１００
の溶接ワイヤ１０１が母材と接触したときに流れる電流
または電圧の変化を検知して溶接線の始終端検出を行う
ワイヤタッチセンサ、 図１５（ｃ）に示すように、
溶接部位に触針１０２を接触させ、距離変化を検出コイ
ル１０３で検出して電気信号で出力し、この距離変化信
号を利用して溶接線を追従する接触プローブなどが挙げ
られる。

【０００４】しかし、実際のワークには、溶接開先寸法
・溶接線位置の変化などによる形状誤差あるいは障害物
や組立溶接（仮付け）ビードが存在し、上記センサでは
形状誤差の小さいものに対してはウィービング等により
溶接線の追従が可能であるが、形状誤差の著しいもの
や、溶接線が組立溶接ビードにより途切れる場合には対
処が困難であった。

【０００５】このようなものに対して、最近注目されて
いるものに視覚センサがあり、この視覚センサは、形状
誤差や組立溶接ビードの存在等の外的要因の変化に対し
て柔軟に対応でき、また薄板等の高速溶接への対応にも
有効であった。特に、エリアセンサの利用は、外的状況
の変化に柔軟に対応でき、画像処理と組合わせることで
高精度な溶接線検出が期待できる。

【０００６】図１６に、視覚センサによる溶接トーチの
制御システム概念図を示す。ここで、視覚センサにより
溶接部の検出を行う時期は、(i) 溶接前、(ii)溶接中に
分けることができ、溶接前の溶接部検出用センサとして
は、 図１７（ａ）に示すように、突合わせ溶接に幅
広く用いられている光切断法を用いた開先位置の高精度
検出であり、スリット光源２００とエリアセンサ（カメ
ラ）２０１と処理装置２０２とモニタＴＶ２０３からな
るもの、 図１７（ｂ）に示すように、溶接線を横切
るようにフォトトランジスタ２０４を揺動あるいは回転
させ、このときの受光量とセンサ位置を２次元化するこ
とにより、開先位置・ギャップの検出を行うポイントセ
ンサ、 図１７（ｃ）に示すように、発光素子（半導
体レーザ）２０５・集光レンズ２０６と光位置検出器
（リニアＰＳＤ）２０７・受光レンズ２０８とからな
り、薄板の重ね継手の溶接線を検出するリニアセンサ等
がある。

【０００７】また、溶接中の溶接部検出用センサとして
は、図１７（ｄ）に示すように、エリアセンサ２０１に
よるアーク溶接部近傍の画像を処理し、溶接位置，溶接
ワイヤ位置，溶融池の大きさなど、溶接状況の把握に利
用されているものが挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の視覚センサによる溶接線検出は、局所的な画像
処理によって、エッジ・線を検出しており、照明条件，
ワークの表面性状の変化から多大な影響を受けることが
知られている。また、全体にわたって溶接継手部を把握
することができない。

【０００９】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、実際の現場のように
外的状況の変化が存在する環境においても、精度良く安
定して溶接線全体を検出可能とし、高精度で高品質の溶
接が可能なエリアセンサを使用してなる溶接方法を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るエリアセ
ンサを使用してなる溶接方法は、ワークの隅肉溶接継手
部を臨むように配置したエリアセンサ（ＣＣＤカメラな
ど）と照明により、溶接継手部の溶接線、溶接開始点ま
たは終端部を撮像し、エリアセンサからの画像信号をＨ
ough変換を用いて画像処理し、得られた溶接線情報に基
づいて溶接トーチを制御することを特徴とする。

【００１１】鋼管にプレートをその軸方向を一致させて
接合するワークの場合には、プレートを鉛直線に対して
４５°傾けて、隅肉溶接継手部を通る鉛直線上における
真上にエリアカメラを配置するのが好ましい。また、エ
リアセンサのレンズを変えることで画像領域を調整し、
検出精度の向上を図ることができるが、エリアセンサお
よび照明の隅肉溶接継手部からの距離は、エリアセンサ
のレンズが１６ｍｍ程度では、１ｍ程度の距離とする。
また、照明の配置角度θは、隅肉溶接継手部を構成する
プレートの撮像面からエリアセンサ方向に３０°以下の
角度とするのが計測精度の向上の面で好ましい。

【００１２】Ｈough変換は、画像解析・認識において点
の集合から直線の方程式を求める方法であり、このＨou
gh変換を用いてエリアセンサからの画像信号から近似直
線・分割近似直線（以下、Ｈough変換によって検出され
た近似直線をＨough線と呼ぶ）を得る。さらに、ギャッ
プの中央部で濃度が最低となる場合には、Ｈough線上の
画素を、その数画素近傍の最低濃度画素への移動により
精度の高い検出溶接線を得る。

【００１３】溶接継手部の画像が垂直方向と水平方向の
線分を主な特徴とする場合、溶接開始点は、原画像から
垂直方向・水平方向のエッジを抽出し、このエッジ抽出
画像を垂直方向・水平方向にスキャンして得られたエッ
ジ点数から始点・端点らしき領域であることを認識し、
リング等により遮られて溶接開始点が存在する場合に
は、エッジ抽出画像から得た垂直Ｈough線と溶接線近似
Ｈough線とからその交点を算出し、この交点を溶接開始
点とする。

【００１４】終端部は、溶接開始点と同様に、基本的に
は主溶接線である直線状溶接線が見掛け上、リング等に
より遮られている点であり、このような終端点は入力デ
ータにより予めその存在は分かっているが、溶接線を追
尾していくと、突然現れる形となるため、常に終端部の
検出を考えていなければならない。形状は溶接開始点と
同様であり、前述と同様の方法で検出することができ
る。

【００１５】また、鋼管にプレートとリングが交差して
接合される場合には、終端部は分岐部となり、この終端
部を鋼管軸方向の斜めから撮像して、２本の直線状溶接
線と１本の曲線状溶接線の交点である分岐点を検出す
る。この場合にも、それぞれの直線のＨough線あるいは
曲線のＨough線を求め、それぞれの交点を計算すること
により、分岐点が得られる。

【００１６】なお、溶接中の溶接部位における溶接部の
領域状態をエリアセンサで撮像し、これをＨough変換を
用いて画像処理し、自動溶接に反映させることもでき
る。

【００１７】

【作用】以上のような構成において、エリアセンサによ
り隅肉溶接継手部の主溶接線，溶接開始点部あるいは終
端部を撮像し、これをＨough変換を利用して画像処理す
るため、雑音の多い画像中から溶接線のみを確実に精度
良く検出することができ、実際の溶接現場のように外的
状況の変化が存在する環境においても、精度良く安定し
た溶接線全体の検出が可能となり、これを自動溶接に反
映することにより高精度で高品質の自動溶接が可能とな
る。

【００１８】また、端点検出処理を行うことにより、溶
接線終了点や分岐点などの検出が可能であり、組立溶接
においても、複数の溶接線を確実に精度良く検出するこ
とができ、高精度で高品質の自動溶接が可能となる。さ
らに、照明の配置角度を適当な位置とすることにより、
より精度良く溶接線のみを検出することができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明を図示する一実施例に基づい
て説明する。これは、鉄塔構造部材の鋼管におけるプレ
ートとリングの溶接継手部の自動計測・自動隅肉溶接に
適用した例である。図１に、この発明に係る溶接ロボッ
ト用視覚センサシステムおよびＨough変換による溶接線
検出の原理を示し、図２にその原画像，図３に鉄塔構造
部材用の鋼管例を示す。

【００２０】図３に示すのは、鉄塔構造部材用鋼管の試
験体の例であり、鋼管Ｐi とプレートＰl _i と リング
Ｒi _i とから構成されている。自動溶接に際しては、例
えば、鋼管Ｐi をターニングローラなどにより回転させ
て溶接継手部を上に向けた状態とし、溶接ロボットの溶
接トーチあるいは鋼管Ｐi をＸ軸方向（鋼管軸方向）に
移動させ、あるいはＹ軸方向に移動させて、鋼管Ｐi と
プレートＰl _i の溶接継手部，鋼管Ｐi とリングＲi _i
の溶接継手部，プレートＰl _i とリングＲi _iの溶接継
手部を自動溶接する。

【００２１】このようなワークに対して、本発明では、
図１に示すように、エリアセンサ（ＣＣＤカメラ）１と
照明（２００Ｗ）２を使用して溶接継手部を真上から撮
像し、得られた映像信号を画像処理装置３に入力し、Ｈ
ough変換を適用した画像処理により溶接線を検出する。
得られた溶接線情報は溶接ロボットのロボット制御コン
ピュータに出力され、溶接ロボットの自動制御に使用さ
れる。

【００２２】ワークは、ターニングローラで回転させる
ことにより、検出しようとする隅肉溶接継手部ｗのプレ
ートＰl が鉛直線に対して４５°で傾斜するように位置
決めされる。エリアセンサ１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方
向に移動可能に、またＸ軸方向に揺動可能に設置されて
いる。

【００２３】このエリアセンサ１を、Ｙ軸方向に関して
は、隅肉溶接継手部ｗを通る鉛直線Ｌ上に設置し、Ｘ軸
方向に関しては、隅肉溶接部全体を撮像可能な位置に配
置する。照明２は、Ｙ軸方向に関しては、鉛直線Ｌとプ
レートＰl との間でプレートＰl との成す角度がθとな
るように設置する。このような状態で、鋼管Ｐi とプレ
ートＰl とによる主溶接線としての直線状の隅肉溶接継
手部ｗの全体が撮像される。

【００２４】エリアセンサ１のレンズは１６ｍｍレンズ
であり、この場合に、エリアセンサ１と照明２は、隅肉
溶接継手部ｗから１ｍ離して設置するのがよく、また実
験の結果から、照明２の角度θは３０°以下とするの
が、好ましい計測精度に結びつくことがわかった。

【００２５】また、エリアセンサ１をリングＲｉ上に移
動させて溶接開始点あるいは終端点の近傍が撮像され
る。さらに、エリアセンサ１をリングＲに向けて鋼管軸
方向の角度φで傾斜させることにより、溶接分岐点の近
傍が撮像される。

【００２６】以上のような構成のエリアセンサ１と照明
２により、鋼管Ｐi とプレートＰlとによる直線状の隅
肉溶接継手部ｗを撮像した原画像の例を図２に示す。エ
リアセンサ１で得られた多数の画素（ピクセル）からな
るデジタル画像は、画像処理装置３のコンピューターに
例えば多値（Ｇray スケール）画像として記憶される。
２値画像では、各画素の輝度が白（１）か黒（０）で表
されるが、グレースケール画像では、各画素の輝度が黒
から白までの多数の値のグレーレベルで表される。

【００２７】さらに、画像処理装置３のコンピューター
では、このようなデジタル画像の各画素のグレーレベル
を演算処理して、溶接線・溶接開始点・終端部・分岐点
が次に示すように検出される。

【００２８】(1) 溶接線の求め方 図１（ｃ）に示すように、原画像を加工処理して得られ
た溶接線Ｗのデータすなわち濃度の低い点の集合から、
もしくは、濃度が急激に変化する点の集合から、最初に
Ｈough変換を用いて１点Ｐ₀ を通る溶接線Ｗの近似直線
Ｈ₁ を求め、続いて拠点処理により、このＨough線Ｈ₁
の終端Ｐ_e を求める。次いで、溶接線画像を幾つかのセ
グメントに分割し、それぞれの領域において再びＨough
変換を用いて各領域におけるＨough線Ｈ₂ を求める。そ
の際、各セグメントの始点は、最初のセグメントではＰ
₀ 、２番目以降のセグメントでは直前のセグメントの終
端である。

【００２９】これにより求められた直線群は溶接線のよ
り良い近似となり、２回目のＨough線と溶接線との違い
は数画素程度となる。最後に２回目のＨough線近傍の数
画素の領域の最低濃度の位置を見つけ、最低濃度の画素
の方向にＨough線を画素単位で移動して溶接線の求めを
完了する。これにより検出溶接線ＷＨが得られる。

【００３０】(2) 溶接開始点の求め方 図４（ａ）に示した部分が溶接開始点ＳＰとなる。従っ
て、先ずエリアセンサ１がこの溶接開始点ＳＰ近傍を指
向するようにセットされる。このとき得られる画像とし
て考えられるものは、図４（ｂ）に示されるような画像
であり、溶接開始点が画像内にきちんと入っている場合
（Ｂタイプとする）と、画像内に収まっていない場合
（Ａタイプとする）がある。これらの画像から溶接開始
点ＳＰを認識していく。

【００３１】ここで、溶接開始点近傍の特徴について述
べる。図４（ｃ）に溶接開始点ＳＰ近傍の溶接線近似Ｈ
ough線ＷＨを検出した画像を示す。溶接線近似Ｈough線
ＷＨに沿った濃度値分布を図４（ｄ）に示す。これらか
ら溶接線上に比べてリング部の濃度値が高いことが分か
る。

【００３２】この画像からエッジ抽出画像を得る。図５
（ａ）に、図４（ｃ）の画像からのエッジ抽出画像を示
す。それぞれ、south ＋north,east，west方向のエッジ
画像である。これらのエッジ画像から、図５（ｂ）に示
すように、south ＋north 方向の画像に対しては、Ｙ軸
方向に１画素幅の水平なラインをスキャンさせてエッジ
点数を計数し、east＋west方向の画像に対しては、Ｘ軸
方向に１画素幅の垂直なラインをスキャンさせてエッジ
点数を計数する。

【００３３】また、図４（ｂ）のＡタイプのような画像
の場合で、図６（ａ）に示すように、特に雑音となり得
る仮付けビードｂが存在する場合についてのエッジ点数
を同様に計算したものを、図６（ｂ）に示す。これらの
結果より、次のことが判明した。

【００３４】 溶接線上に比べ、リング部は濃度が高
い。

【００３５】 図４（ｂ）のＡタイプ・Ｂタイプとも
に溶接線直交方向（south ＋north)のエッジ点数で１つ
のピークが見られる（溶接線近傍エッジ点群）。

【００３６】 図４（ｂ）のＢタイプの場合、溶接線
方向(east ＋west) のエッジ点数で２つのピークが見ら
れる（リング両端エッジ点群）。

【００３７】 図４（ｂ）のＡタイプの場合、溶接線
方向(east ＋west) のエッジ点数でピークが見られない
（リング両端エッジ点群）。

【００３８】以上から、具体的な認識を図７のフローチ
ャートに従って次のように行う。先ず、エリアセンサが
溶接開始点近傍にセットされ、原画像からnorth ＋sout
h,east＋west方向のエッジを抽出する。ここで、水平方
向に溶接線があれば、(east＋west) 方向のエッジ点数
を水平方向にスキャンして計数し、図４（ｂ）に示すＡ
タイプかＢタイプかを判定する。

【００３９】即ち、図５（ｂ）の溶接方向のＸ軸方向に
スキャンしたグラフのように、設定したしきい値よりも
大きなピークが存在するのならば、Ｂタイプと判定し、
図６（ｂ）のＸ軸方向にスキャンしたグラフのように、
設定したしきい値よりも大きなピークが存在しなけれ
ば、Ｂタイプと判定する。また、（south ＋north)のエ
ッジ点数を垂直方向にスキャンしてゆき、溶接線の検出
領域を決定し、Ｈough線を検出する。

【００４０】Ａタイプであるならば、その画像内には開
始点がないので、カメラを移動し、実際の溶接開始点を
認識する。画像上のＨough線の一番端に仮の開始点とし
てマスクを描き込む。Ｂタイプであるならば、(east ＋
west) のそれぞれのエッジ抽出画像より２本の垂直Ｈou
gh線を検出する。この２本の垂直Ｈough線と溶接線近似
Ｈough線との２交点を計算し、溶接方向と、交点近傍の
Ｈough線上の濃度分布により、２交点から１交点を選択
して決定する。

【００４１】即ち、図４（ｄ）に示すように、リング部
では濃度値が高くなっているので、２交点のそれぞれの
近傍のＨough線上濃度分布を調査し、溶接方向に対して
濃度分布が高→低となっている方の点を溶接開始点とす
る。

【００４２】図８（ａ）に検出溶接線ＷＨと、east，we
stのエッジ画像からそれぞれ認識した垂直Ｈough線を示
す。２つの交点をマスクで示す。図８（ｂ）は溶接方向
を右とした結果を示す。また、図８（Ｃ）にＢタイプの
場合の検出結果を示し、図８（Ｄ）に溶接方向を左とし
た結果を示す。

【００４３】これらの結果から、溶接開始点を含む画像
から溶接開始点を認識することができ、溶接開始点を含
まない画像では、誤認識することなく、溶接開始点が在
るだろうとする方向（溶接方向とは逆方向）に近い点を
仮の開始点として進める。従って、溶接開始点近傍にエ
リアセンサを近づけるときには、溶接開始点より溶接方
向側に移動させれば、溶接開始点の認識を行えることが
わかる。

【００４４】(3) 終端部の検出 終端部の画像は、図８に示す溶接開始点の画像と同様の
ものとなり、その特長もまた同じである。１つの溶接線
を認識し、その線を追尾してゆき終端部を認識する。こ
れは、認識というより、むしろその存在の有無を確認す
る。

【００４５】なお、ここで、仮付けビード部と終端部を
同じ処理により認識しているため、その認識された部分
が仮付けビードか終端部であるかを確認しなければなら
ない。この方法としては、溶接開始点のところで説明し
たように、認識されたeast，west方向エッジを調査する
ことにより、そのピークの有無で仮付けビード部か終端
部かを確認することができる。ここで、終端部と確認さ
れ、より精度良くリング両端の位置座標を知る必要があ
るならば、開始点の認識手法を用い、認識することがで
きる。

【００４６】終端部を認識したら、カメラ角度θを変化
させ、カメラを元の方向に戻し、後述する分岐点の認識
を行う。

【００４７】(4) ギャップ測定と照明との関係 Ｈough変換により溶接線検出は可能であるが、良好な溶
接結果を得るためには、溶接線位置の検出だけではな
く、ギャップの大きさを計測して、その結果をもとに溶
接トーチを適切に制御することが必要である。

【００４８】画像より溶接ギャップを計測する方法で
は、溶接ギャップ近傍においては、図９（ａ）に示すよ
うな２種類の特徴的な濃度変化（それぞれをＡタイプ，
Ｂタイプと呼ぶことにする）が観察される。Ａタイプの
分布は、図９（ｂ）に示すように、照明がプレートＰl
によって遮られることにより生じるもので、ギャップ部
ではＵあるいはＶ字形の濃度分布となる。

【００４９】しかしながら、濃度分布は、図９（ｃ）に
示すように、プレートＰl のエッジ形状（突起と欠け）
と画素のピッチの影響を受けるため、ギャップの大きさ
を画像上から正確に求めることは容易ではない。そこ
で、画像上でのキャップＬ_i を図９（ａ）に示すよう
に、濃度がある一定の値ΔＩだけ減少したときの幅、も
しくは、濃度変化が最大となる２点の幅として計測する
ことにする。このＬ_i から、Ｌ_i ＝Ｌ（１−tan θ）co
s θの式を用いて、ギャップＬが得られる。

【００５０】(5) 分岐点の検出 図１０に分岐点の認識のフローチャートを示す。この認
識の概略を説明すると、図１１（ａ）に示すように、鋼
管Ｐi とプレートＰl による直線状溶接線，プレートＰ
l とリングＲによる直線状溶接線，鋼管Ｐi とリングＲ
とによる曲線状溶接線の３つの溶接線を確認し、それぞ
れの交点を計算する。なお、それぞれの溶接線・交点を
図１１（ａ）・（ｂ）に示す記号を用いて略すことにす
る。

【００５１】また、各溶接線を認識するときに用いるエ
ッジを考慮する必要がある。図１１（ｃ）に、それぞれ
の溶接線とその使用するエッジ方向を示す。ここで、Ａ
タイプはプレートが上側で鋼管が下側，Ｂタイプは鋼管
が上側でプレートが下側のタイプである。エッジを抽出
する際のしきい値は、図１２（ａ）に示す領域でそれぞ
れの規定値Ｎを定め設定する。

【００５２】この時の規定値Ｎは、 Ｐi −Ｐl −Ｓ： ５１２×３＝１５３６ Ｐl −Ｒi −Ｓ： ２５０×６＝１５００ Ｐi −Ｒi −Ｃ： ２５０×６＝１５００ で行った。これらの値は、それぞれの領域の大きさによ
り決定した。

【００５３】これらのエッジ点を利用し、各溶接線の認
識を行う。 Ｐi −Ｐl −Ｓの認識は、これまで述べ
てきたように容易に認識することができる。

【００５４】のＰl −Ｒi −Ｓは直線状の溶接線であ
り、２次元のＨough変換により認識を行う。ここで問題
となるのは、Ｐl −Ｒi −Ｓの認識に必要とするエッジ
を抽出してみると、Ｐl −Ｒi −Ｓ周辺部以外の部分で
多数のエッジ点を検出してしまっていることである。そ
のため、全画像を用いてＰl −Ｒi −Ｓを求めようとす
ると、誤認識する可能性が出てしまい、そこで、この認
識を行う領域を設定しなければならない。

【００５５】その設定は、分岐点ＤＰの認識を行う前
に、終端部の認識を行っている。また、カメラの移動距
離，カメラ角度（θ）が既知であるため、大体の分岐点
の位置が分かる。そこで、その分岐点のおおよその位置
を基点として認識領域を設定する。図１２（ｂ）にＡタ
イプにおけるＰl −Ｒi −Ｓの認識領域を示す。この領
域によりＰl −Ｒi −Ｓを認識し、交点Ｓ−Ｓの座標を
計算する。

【００５６】のＰi −Ｒi −Ｃの検出は大きく分けて
次の３段階に分かれる。なお、分岐点の形状としては、
画像取得時の条件によって、図１３（ａ）に示すような
２種類が考えられ、認識する点として３点が考える。

【００５７】イ）近似Ｈough線の検出 ロ）近似Ｓ−Ｃ１，Ｓ−Ｃ２の２点の算出 ハ）多直線での検出 次に、この始点（近似Ｓ−Ｃ１点）と終点で、分割領域
を設定する。図１３（ｂ）にＰi −Ｒi −Ｃ検出の様子
を示してある。ここで、αおよびβの値の設定が問題と
なる。次にαおよびβの値の設定について考える。

【００５８】これらの値を決定するために近似Ｈough線
と実際のＰi −Ｒi −Ｃとの最大誤差を１２枚の画像か
ら計算したものを表１に示す。これより、最大２５画素
の誤差が生じているのが分かる。

【００５９】

【表１】

【００６０】また、実際の点Ｓ−Ｓと点Ｓ−ＣとのＸ方
向とＹ方向の距離を目視で計測した。これを表２に示
す。Ｘ方向は最大１５画素、Ｙ方向は最大６画素である
のが分かる。

【００６１】

【表２】

【００６２】これらより、α，βともに２５画素もとれ
ば良いことが分かる。しかし、Ｙ方向には２５画素も必
要がなく、１０画素程度もとればよい。そこで、αの値
はＸ方向で２５、Ｙ方向で１０とすることにする。この
ような設定した領域でＨough線を認識し、それぞれの認
識点を計算する。

【００６３】図１４（ａ）〜（ｃ）に分岐点におけるエ
ッジ抽出画像を示し、図１４（ｄ），（ｅ）に各点の認
識結果を示す。

【００６４】以上のような構成において、実際の全自動
溶接を行う時の経路が、例えば、Ｐi −Ｐl −Ｓを溶接
し、Ｐi −Ｒi −Ｃを溶接するパターンであるならば、
Ｐi−Ｐl −Ｓを溶接してゆき、図１３（ａ）−（イ）
の場合、その溶接線の最終点Ｓ−Ｓ点まで溶接し、Ｓ−
Ｃ１点まで戻り、Ｐi −Ｒi −Ｃの溶接を行えばよい。
図１３（ａ）−（ロ）の場合には、Ｓ−Ｓ点までゆき、
Ｓ−Ｃ２点までＰl −Ｒi −Ｓを溶接し、次いでＰi −
Ｒi −Ｃの溶接を行えばよい。

【００６５】なお、以上は鋼管・プレート・リングから
なるワークについて説明したが、その他の形状・構成の
ワークにおける隅肉溶接継手部にも本発明を適用できる
ことはいうまでもない。

【００６６】

【発明の効果】この発明は以上のような構成からなるの
で、次のような効果を奏する。

【００６７】(1) エリアセンサにより隅肉溶接継手部の
主溶接線，溶接開始点部あるいは終端部を撮像し、これ
をＨough変換を利用して画像処理するため、溶接領域の
コントラストの低さなどの照明条件、溶接領域や近傍の
マーキングや下孔など画像処理上の不必要な情報の影響
を受けずに、雑音の多い画像中から溶接線のみを確実に
精度良く検出することができ、実際の溶接現場のように
外的状況の変化が存在する環境においても安定した溶接
線検出が可能となり、これを自動溶接に反映することに
より高精度で高品質の自動溶接が可能となる。

【００６８】(2) 溶接線を全体にわたって迅速に検出す
ることができる。

【００６９】(3) 端点検出処理を行うことにより、溶接
線終了点や分岐点などの検出が可能であり、組立溶接に
おいても、複数の溶接線を確実に精度良く検出すること
ができ、高精度で高品質の自動溶接が可能となる。

【００７０】(4) 照明の配置角度を適当な位置とするこ
とにより、より精度良く溶接線のみを検出することがで
きる。

【００７１】(5) エリアセンサおよび照明の適当な配置
状態で、Ｈough線近傍の濃度情報を利用して溶接ギャッ
プを測定することにより、溶接トーチを適切に制御する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、この発明に係る視覚センサ
システムの実験レイアウトを示す正面図，側面図、
（Ｃ）は、Ｈough変換による溶接線検出を示す概略図で
ある。

【図２】（ａ），（ｂ）は、図１の視覚センサシステム
による原画像を示す概略図である。

【図３】この発明に係るワークの例であり、（ａ）は正
面図、（ｂ）は側面図である。

【図４】（ａ）は溶接開始点の境界線形状を示す斜視
図、（ｂ）は溶接開始点の各形状を示す説明図、（ｃ）
は溶接開始点の画像を示す概略図、（ｄ）は溶接開始点
近傍の溶接線上のグレーレベルを示すグラフである。

【図５】（ａ）は溶接開始点の画像からのエッジ抽出画
像を示す概略図、（ｂ）はそのＸ軸・Ｙ軸スキャンライ
ンにおけるエッジ点数を示すグラフである。

【図６】（ａ）は仮付けビードのある溶接線の画像を示
す概略図、（ｂ）はそのＸ軸・Ｙ軸スキャンラインにお
けるエッジ点数を示すグラフである。

【図７】溶接開始点の認識方法のフローチャートであ
る。

【図８】溶接開始点を認識した結果を示す概略図であ
る。

【図９】（ａ）は溶接ギャップ近傍の濃度変化とギャッ
プの計測方法を示すグラフ、（ｂ）は機器配置とギャッ
プの較正を示す説明図、（Ｃ）は突起と欠けを有するプ
レート間の濃度分布を示すグラフである。

【図１０】分岐点の認識方法のフローチャートである。

【図１１】（ａ）は３つの溶接線の略記号を示す表、
（ｂ）は３つの交点の略記号を示す表、（Ｃ）は各溶接
線の認識のために使用するエッジ方向を示す表である。

【図１２】（ａ）は分岐点認識におけるエッジ認識領域
を示す説明図、（ｂ）はＰl −Ｒi −Ｓの認識領域を示
す概略図である。

【図１３】（ａ）は分岐点認識における分岐点の形状を
示す説明図、（ｂ）はＰl −Ｒi−Ｃの設定・検出を示
す概略図である。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）は分岐点認識におけるエッジ
抽出画像を示す説明図、（ｄ），（ｅ）は各点の検出結
果を示す説明図である。

【図１５】従来一般の溶接用センサシステムの種々の例
を示す概要図である。

【図１６】一般的な視覚センサによる溶接トーチ制御シ
ステムの概念図である。

【図１７】従来の視覚センサシステムの種々の例を示す
概要図である。

【符号の説明】

１…エリアセンサ（ＣＣＤカメラ）、２…照明、３…画
像処理装置、Ｗ…溶接線、Ｈ…Ｈough線、Ｐi …鋼管、
Ｐｌ…プレート、Ｒi …リング、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正岡 典夫 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 白井 薫 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 対馬 健夫 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 毛塚 紳介 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの隅肉溶接継手部を臨むように配
   置したエリアセンサと照明により、溶接継手部の溶接
   線、溶接開始点または終端部を撮像し、エリアセンサか
   らの画像信号をＨough変換を用いて画像処理し、得られ
   た溶接線情報に基づいて溶接トーチを制御することを特
   徴とするエリアセンサを使用してなる溶接方法。
2. 【請求項２】 照明の配置角度θを、隅肉溶接継手部を
   構成するプレートの撮像面からエリアセンサ方向に３０
   °以下の角度としたことを特徴とする請求項１に記載の
   エリアセンサを使用してなる溶接方法。