JP2001062566A - 溶接線位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 仮付け溶接部がある箇所の場合、一方の部材
に開先があるような場合、ワーク断面形状が直線でなく
上に凸の円弧を示すものになる場合、などにおいても溶
接線位置を検出できるようにすること。 【解決手段】 溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面
の断面形状を示す２次元断面形状データを得るレーザ式
形状計測器１と、２次元ワーク断面形状データに基づい
て複数個の線分によりワーク断面形状を近似する線分近
似手段と、前記複数個の線分をグループ化する線分グル
ーピング手段と、グループ化された線分グループより、
溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パター
ンと、他方の部材Ｗ２の断面形状パターンとを得る溶接
線位置絞込み手段と、前記各断面形状パターンの端点の
位置等に基づいて溶接線ＷＬの位置を演算し検出する溶
接線位置演算検出手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接ロボッ
トに備えられて好適な溶接線位置検出装置に関し、溶接
線を横切って延びるワーク表面の断面形状データを得る
光学式のワーク断面形状計測手段を有し、そのワーク断
面形状データに基づいて溶接線位置を自動検出するよう
にした溶接線位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】記憶・再生型のアーク溶接ロボットで
は、あらかじめ、基準となるワークの溶接線位置をティ
ーチングしてメモリに記憶させておき、次いで、前記基
準ワークと同形のワークを次々に溶接する際には、前記
ティーチングされた溶接線位置データに基づき溶接トー
チを溶接線に沿って移動させ、各ワークを自動溶接する
ようにしている。ところで、（イ）ワーク（溶接すべき
溶接継手）には組立誤差があったり、また溶接すべきワ
ークをポジショナに固定するときにワークの取付け誤差
があったりすることから、基準ワークにてティーチング
された溶接線位置とこれから溶接しようとしているワー
クの溶接線位置との間に位置ずれが生じることがある。
また、（ロ）溶接中のワークの熱歪みによる該ワークの
変形により位置ずれが生じることがある。

【０００３】そのため、前記位置ずれを解消するため
に、各ワーク毎にその溶接開始に先立ちワークの所要箇
所（例えば溶接開始設定箇所及び溶接停止設定箇所）の
溶接線位置を自動検出したり、アークが発生している溶
接中において所要箇所におけるアーク発生点前方の溶接
線位置を自動検出するための溶接線位置検出装置が備え
られている。そして、アーク溶接ロボットでは、溶接線
位置検出装置により検出した所要箇所の実際の溶接線位
置データに基づいて前記ティーチングされている溶接線
の位置データを修正することにより、これから溶接しよ
うとしているワークの溶接線の正しい真の位置データを
得るようにしている。

【０００４】このような溶接線位置検出装置の一例とし
て、従来、ワーク表面に該ワークＷの溶接線ＷＬを横切
るようにレーザスポット光を走査しながら照射して照射
方向と異なる方向においてその反射光を検出することに
より、溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面の断面形
状を示す２次元のワーク断面形状データを得るレーザ式
形状計測器５１を有し、ワーク断面形状データに基づい
て溶接線ＷＬの位置を検出するようにしたものが知られ
ている。

【０００５】この従来の溶接線位置検出装置は、ワーク
断面形状データに基づいて２本の直線によりワークＷの
断面形状を近似し、該２本の直線の交点を溶接線位置と
して検出するようにしたものである。したがって、すみ
肉のＴ継手（下板と立板により構成されるすみ肉継手）
の場合、図２０に示すように、ワーク断面形状は２本の
直線で近似でき、この２本の直線の交点ｑを溶接線位置
として求めることができる。なお、図２０（ｂ）に示す
ワーク断面形状データは、実際は２次元座標（Ｙ，Ｚ）
を持つ点データの多数の集まりであるが（図２参照）、
理解を容易にするため連続する実線で示してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来の溶接
線位置検出装置では、溶接ロボットの対象ワークとして
最も多用されるすみ肉溶接を行う継手に適用するに際
し、次のような〜の場合には溶接線位置を検出でき
ないという問題点がある。

【０００７】 図２１（ａ）に示すように、レーザ式
形状計測器５１の視野内にワークＷの溶接線ＷＬの形成
に関与しない無関係な第３部材Ｗ３が入るような場合に
は、図２１（ｂ）に示すように、ワーク断面形状が２本
の直線により近似できず、２つの交点（屈曲点）ｑ，
ｑ’が存在することとなり、ワークＷを構成する第１部
材Ｗ１と第３部材Ｗ３との継ぎ目であって、偽りの溶接
線位置を示す交点ｑ’を除外することができない。

【０００８】 図２２（ａ）に示すように仮付け溶接
部における溶接線位置を検出しようとする場合には、図
２２の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状データにお
ける仮付け溶接部の部分が曲線（上に凸の円弧）を示す
ものとなるので、溶接線位置を検出することができな
い。

【０００９】 図２３（ａ）に示すように、すみ肉Ｔ
継手（ワークＷ）において溶接部の強度を高めるために
第１部材（立板）Ｗ１に開先面ＷＧが設けられている場
合には、図２３の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状
が２本の直線により近似できず、２つの交点ｑ，ｑ’が
存在することとなり、ワークＷを構成する第１部材Ｗ１
と第２部材Ｗ２とにより形成される溶接線ＷＬの位置を
示す交点ｑを検出することができない。また、鋼板表面
の酸化皮膜を除去すべく開先面ＷＧがグラインダ等で磨
かれて鏡面状態になっていると、レーザ式形状計測器５
１の配置位置によっては計測器５１の２次元受光アレイ
に開先面ＷＧから十分な反射光が返ってこなくなり、図
２３の（ｃ）に示すように、ワーク断面形状データにお
ける開先面ＷＧ部分のデータ欠落が発生する。このた
め、溶接線ＷＬの位置を検出することができない。

【００１０】 図２４（ａ）に示すようにワークＷが
円形パイプ材Ｗ１と平板Ｗ２とにより構成されている場
合には、図２４の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状
データにおける円形パイプ材Ｗ１部分が直線でなく曲線
（上に凸の円弧）を示すものとなるので、溶接線位置を
検出することができない。また、図２５（ａ）に示すよ
うにワークＷが第１部材である円形パイプ材Ｗ１と第２
部材である円形パイプ材Ｗ２とにより構成されている場
合には、図２５（ｂ）に示すように、ワーク断面形状デ
ータにおける両方の円形パイプ材Ｗ１，Ｗ２部分が直線
でなく曲線（上に凸の円弧）を示すものとなるので、溶
接線位置を検出することができない。

【００１１】そこで本発明の目的は、前記従来の問題点
を解消し、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形
状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有
し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を
検出する溶接線位置検出装置において、対象ワークとし
てすみ肉溶接を行うワークに適用するに際し、前記光学
式の計測手段の視野内にワークの溶接線の形成に関与し
ない無関係な第３の部材が入るような場合でも該第３の
部材に邪魔されて誤ることなく溶接線位置を検出でき、
また、仮付け溶接部がある箇所の場合でも該仮付け溶接
部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設けら
れている場合や該開先の断面形状データが得られないよ
うな場合でも溶接線位置を検出でき、さらにワークが中
空あるいは中実の円柱状部材で構成され、ワーク断面形
状が直線でなく上に凸の円弧を示すものになる場合でも
溶接線位置を検出することができる溶接線位置検出装置
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、（ａ）光を照射して照射方向
と異なる方向においてその反射光を検出することによ
り、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状を示
す２次元の断面形状データを得るワーク断面形状計測手
段と、（ｂ）前記ワーク断面形状計測手段により得られ
た２次元のワーク断面形状データに基づいて、複数個の
線分によりワーク断面形状を近似する線分近似手段と、
（ｃ）前記線分近似手段による前記複数個の線分を所定
の規則に従ってグループ化する線分グルーピング手段
と、（ｄ）前記線分グルーピング手段によりグループ化
された線分グループから長さの長い順に２つの線分グル
ープを抽出することにより、前記ワークの前記溶接線を
形成する一方の部材の断面形状パターンを示す第１部材
断面形状パターンと、前記溶接線を形成する他方の部材
の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンと
を得る溶接線位置絞込み手段と、（ｅ）前記第１部材断
面形状パターンの前記第２部材断面形状パターン側に位
置する端点と、該端点近傍のワーク断面形状データと、
前記第２部材断面形状パターンの前記第１部材断面形状
パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワーク断面
形状データとに基づいて、前記溶接線の位置を演算し検
出する溶接線位置演算検出手段と、を備えていることを
特徴とする溶接線位置検出装置である。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１記載の溶接線
位置検出装置において、前記溶接線演算検出手段は、前
記第１部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部
分に沿って延びる第１直線を演算するとともに、前記第
２部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に
沿って延びる第２直線を演算し、次いで前記両直線の交
点を演算してから、前記２つの端点及び前記交点のこれ
ら３点の位置関係を判定し、前記溶接線の位置を検出す
るものであることを特徴とするものである。

【００１４】本発明による溶接線位置検出装置において
は、まず、光学式のワーク断面形状計測手段により、ワ
ークＷの溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面の断面
形状を示す２次元断面形状データを得る。線分近似手段
は、このワーク断面形状計測手段からの２次元断面形状
データに基づいて、一連をなす複数個の線分により、ワ
ーク断面形状を該ワーク断面形状の直線性はもとより屈
曲性，曲線性をも反映しうる程度に近似する（図１０，
図１１参照）。

【００１５】次いで線分グルーピング手段は、前記線分
近似手段にて求めた複数個の線分について、隣り合う２
つの線分がなす角度差（屈曲度合い）と、隣り合う２つ
の線分が上あるいは下のいずれに凸をなしているかとを
解析することにより、２つ以上の線分グループにグルー
プ化する（図１２参照）。線分グループそれぞれは、一
連をなす複数個の線分で構成される。これにより、線分
近似手段にて求めた複数個の線分は、ワークＷの溶接線
ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状を示す部分
と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状
を示す部分と、これら以外の部位（溶接線ＷＬの形成に
関与しない無関係な第３部材Ｗ３や、溶接線ＷＬの部位
にある仮付け溶接部など）を示す部分とにグループ分け
がなされる。このグループ化の際には、すみ肉溶接を行
う継手を対象ワークとすると、溶接線ＷＬを形成する部
材Ｗ１，Ｗ２の断面形状が、長さの長い直線、あるいは
長さが長く上に凸の円弧になるという特性（性質）を利
用している。

【００１６】このグループ化の後、溶接線位置絞込み手
段により、前記２つ以上の線分グループから長さの長い
順に２つの線分グループを抽出することにより、溶接線
ＷＬの位置検出に支障となる前記第３部材Ｗ３や仮付け
溶接部などの部分を除外し、溶接線ＷＬを形成する一方
の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状
パターンＰＳ１と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材
Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パター
ンＰＳ２とを得ることができる。

【００１７】これにより、第１部材断面形状パターンＰ
Ｓ１の第２部材断面形状パターンＰＳ２側の端点（溶接
線側に位置する端点）をＰ1Lとする一方、第２部材断面
形状パターンＰＳ２の第１部材断面形状パターンＰＳ１
側の端点（溶接線側に位置する端点）をＰ2Rとすると、
検出すべき溶接線位置は、前記両方の端点Ｐ1L，Ｐ2Rが
重なり同一位置にある場合にはこの位置となり、そうで
ない場合にはこれらの端点Ｐ1L，Ｐ2Rの近傍に存在する
ことから、溶接線位置の存在範囲を絞り込むことができ
る。

【００１８】次いで、溶接線位置演算検出手段は、第１
部材断面形状パターンＰＳ１における端点Ｐ1L近傍部分
に沿って延びる第１直線Ｌ１を演算するとともに、第２
部材断面形状パターンＰＳ２における端点Ｐ2R近傍部分
に沿って延びる第２直線Ｌ２を演算し、しかる後に前記
両直線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｑを演算して求める。そして溶
接線位置演算検出手段により、２つの端点Ｐ1L，Ｐ2R及
び交点Ｑのこれら３点の位置関係を解析し判定すること
により、ワークの溶接線位置を検出することができる
（図１４〜図１９参照）。例えば、３点Ｐ1L，Ｐ2R，Ｑ
が同一位置にある場合、交点Ｑを溶接線位置とする。

【００１９】なお、前記の線分近似手段、線分グルーピ
ング手段、線分グルーピング手段、溶接線位置絞込み手
段及び溶接線位置演算検出手段は、プログラムされたコ
ンピュータにより実現することができる。

【００２０】このように本発明による溶接線位置検出装
置によると、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面
形状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有
し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を
検出するに際し、前記光学式の計測手段の視野内にワー
クの溶接線の形成に関与しない無関係な第３の部材が入
るような場合（図２１参照）でも該第３の部材に邪魔さ
れて誤ることなく溶接線位置を検出でき、また、仮付け
溶接部がある箇所の場合（図２２参照）でも該仮付け溶
接部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設け
られている場合（図２３参照）や該開先の断面形状デー
タが得られないような場合（図２３（ｃ）参照）でも溶
接線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実
の円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく
上に凸の円弧を示すものになる場合（図２４，２５参
照）でも溶接線位置を検出することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
による溶接線位置検出装置の全体構成を示す図である。

【００２２】図１に示すように、溶接線位置検出装置
は、レーザ式形状計測器（ワーク断面形状計測手段）１
とコンピュータ２とにより構成されている。レーザ式形
状計測器１は、後述するアーク溶接ロボット３の手先部
に溶接トーチとともに搭載され、すみ肉溶接を行うワー
クＷの近くに位置決めされる。このレーザ式形状計測器
１は、レーザスポット光を発射するレーザ投光器１１
と、レーザ投光器１１からのレーザスポット光をワーク
Ｗの表面上を移動させるためのミラー１２付きの回動可
能なスキャナ１３と、ミラー１２による照射方向とは異
なる方向においてワーク表面からの反射光を受光レンズ
１４を通して集めて検出するＣＣＤ（受光素子）よりな
る２次元受光アレイ１５とを有している。ここで、ミラ
ー１２を介してワークＷの表面にレーザスポット光を照
射し、ワーク表面からのその反射光を２次元受光アレイ
１５で検出すると、ミラー１２の角度，２次元受光アレ
イ１５におけるレーザスポット光の受光位置などから、
三角測量法の原理により、ワーク表面における照射され
たレーザスポット光の位置を求めることができる。この
レーザ式形状計測器１では、スキャナ１３でミラー１２
を回動させ、ワーク表面に該ワークＷの溶接線ＷＬを横
切るようにレーザスポット光を移動させながら照射し、
その反射光を検出することにより、溶接線ＷＬを横切っ
て延びるワーク表面の断面形状を示す２次元のワーク断
面形状データが得られるようになっている。

【００２３】コンピュータ２は、線分近似手段、線分グ
ルーピング手段、溶接線位置絞込み手段及び溶接線位置
演算検出手段を構成し、レーザ式形状計測器１からのワ
ーク断面形状データが入力され、出力として検出した溶
接線ＷＬの位置データを後述のロボット制御盤４に出力
するものである。

【００２４】図２は図１におけるレーザ式形状計測器に
より得られ、２次元座標（Ｙ，Ｚ）を持つ点位置のデー
タよりなるワーク断面形状データを模式的に示す図であ
る。ここでＹＺの座標系については、レーザ式形状計測
器１に向かう方向にＺ軸、その直交方向にＹ軸を設定し
ている。

【００２５】図３は図１に示す溶接線位置検出装置が備
えられたアーク溶接ロボットを説明するための図であ
る。同図に示すように、アーク溶接ロボット３の手先部
にレーザ式形状計測器１が搭載されている。溶接線位置
検出装置のコンピュータ２により演算されて求められた
溶接線位置データは、ロボット制御盤４に与えられる。
ロボット制御盤４では、先に説明したように、溶接線位
置検出装置のコンピュータ２からの溶接線位置データに
基づいて、これから溶接しようとしているワークＷにつ
いて予めティーチングされている溶接線位置の誤差を修
正し、アーク溶接ロボット３には位置ずれのない実際の
溶接線位置を示す位置データが与えられるようになって
いる。

【００２６】以下、図１に示すように構成される溶接線
位置検出装置において、コンピュータ２による溶接線位
置検出について図面を参照して説明する。図４は図１に
おけるコンピュータ２による溶接線位置検出手順を説明
するための図であり、同図に示すように、コンピュータ
２はレーザ式形状計測器１からの２次元ワーク断面形状
データを受けて、線分近似処理、線分グルーピング処
理、溶接線位置絞込み処理及び溶接線位置演算検出処理
を実施し、溶接線位置の検出を行うようにしている。

【００２７】まず、線分近似処理を図５及び図１０を参
照して説明する。線分近似処理は、レーザ式形状計測器
１により得られ、ＹＺ座標系の２次元座標値を持つ多数
個の点である位置Pk，ｋ＝１〜ｎよりなるワーク断面形
状データを処理し、複数個の線分（S1,S2,…）によりワ
ーク断面形状をこれを倣うように近似する処理である。
ここで、線分近似する手法としては、文献「T.Pavlidis
and S.L.Horowitz ，“Segmentation of Planes Curve
s ”，IEEE Trans.Comput.，vol.c-23，pp.860-870，Au
gust 1974 」に開示されたものが知られており、この手
法を利用している。図５は図４における線分近似処理の
手順を示すフローチャートである。ここで図５、及び後
記の図６〜図９中に使用されているＮ１，Ｎ２，…は手
順（ステップ）の番号を示すものである。図１０は線分
近似処理を説明するための図である。

【００２８】本実施例ではワーク断面形状データは、Ｙ
Ｚ座標系の２次元座標値を持つｎ個の位置Pk，ｋ＝１〜
ｎのデータよりなっている。まず、ステップＮ１では、
ｉ＝１、ｊ＝ｎという初期設定が行われる。次いでステ
ップＮ２では、ワーク断面形状データにおける区間（P
i，Pj）の一方の端点Piと他方の端点Pj（PjのＹ座標値
＞PiのＹ座標値）とを結ぶ直線Ｅの式が計算により求め
られる。１回目は始点P1と終点Pnとを結ぶ直線Ｅの式が
求められる（図１０（ａ）参照）。次のステップＮ３で
は、各点ごとに各点から直線Ｅまでの距離Ｄ（Pk），ｋ
＝ｉ〜ｊがそれぞれ算出される。ここでＤ（Pk）は位置
Pkにおける直線Ｅまでの距離の値を示し、１回目は始点
P1から直線Ｅまでの距離の値Ｄ（P1），点P2から直線Ｅ
までの距離の値Ｄ（P2），……，終点Pnから直線Ｅまで
の距離の値Ｄ（Pn）が算出される（図１０（ｂ）参
照）。

【００２９】次いでステップＮ４では、ステップＮ３で
算出された距離Ｄ（Pk），ｋ＝ｉ〜ｊのうちから距離Ｄ
（Pk）の最大値を求め、そのときの点をPkmax 、距離を
Ｄ（Pkmax ）とする（図１０（ｃ）参照）。そしてステ
ップＮ５において、最大距離Ｄ（Pkmax ）が予め定めら
れた距離のしきい値Ｌthより大きいか否かが判定され
る。最大距離Ｄ（Pkmax ）がしきい値Ｌthより大きい場
合にはステップＮ６に進み、点Pkmax を屈曲点として登
録する（図１０（ｄ）参照）。

【００３０】屈曲点が得られるとステップＮ７では、ｉ
＝ｉ、ｊ＝kmaxとし、区間（Pi，Pkmax ）において前記
のステップＮ２からステップＮ６までと同内容の処理が
なされる一方、ステップＮ８では、ｉ＝kmax、ｊ＝ｊと
し、区間（Pkmax ，Pj）において前記のステップＮ２か
らステップＮ６までと同内容の処理がなされる（図１０
（ｅ）参照）。そして各区間での最大距離Ｄ（Pkmax ）
がしきい値Ｌth以下であると、その区間には屈曲点は存
在しないとして線分近似のための屈曲点の抽出は終了と
なる（ステップＮ９）。

【００３１】このようにして抽出された屈曲点Pkmax を
結ぶ複数個の線分S1，S2，…によりワーク断面形状が線
分近似される（図１１参照）。前記のステップＮ１〜Ｎ
９のようにレーザ式形状計測器１により得られた２次元
座標値を持つワーク断面形状データ（Pk，ｋ＝１〜ｎ）
に基づいて、複数個の線分によりワーク断面形状をこれ
を倣うように近似する手順を実行するのが線分近似手段
である。

【００３２】次に、ワーク断面形状を近似する図１１に
示すような複数個の線分S1，S2，…について２つ以上の
線分グループにグループ化する。グループ化の目的は、
前記の線分近似処理で得られた複数個の線分S1，S2，…
を、ワークＷの溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の
断面形状を示す部分と、該溶接線ＷＬを形成する他方の
部材Ｗ２の断面形状を示す部分と、これら以外の部位
（溶接線ＷＬの形成に関与しない無関係な第３部材Ｗ３
や、溶接線ＷＬの部位にある仮付け溶接部など）を示す
部分とに分けることにある。グループ化においては、溶
接線ＷＬを形成する部材Ｗ１，Ｗ２の断面形状が、長さ
の長い直線、あるいは長さが長く上に凸の円弧になると
いう性質を利用し、隣り合う２つの線分Si，Si+1の角度
差Δθが小さいとき、又は隣り合う２つの線分Si，Si+1
が上に凸をなしているときには、２つの線分Si，Si+1は
同一グループに属するとしてグループ化している。

【００３３】図６は図４における線分グルーピング処理
の手順を示すフローチャート、図１２は線分グルーピン
グ処理を説明するための図、図１３は線分Siと線分Si+1
との角度差Δθの説明図である。以下、線分グルーピン
グ処理について説明する。

【００３４】はじめに、隣り合う２つの線分Si，Si+1が
なす角度差Δθについて図１３を参照して説明してお
く。図１３に示すように、線分Siを構成する点列を用い
て最小二乗法にて直線Siを計算により求める。同様に、
線分Si+1を構成する点列を用いて最小二乗法にて直線Si
+1を求める。そして、求めた直線Siと直線Si+1との角度
差Δθを算出する。角度差Δθの値は、図１３に示すよ
うに反時計回り方向を正（プラス）と定めている。この
ように求められた角度差Δθを線分Si，Si+1の角度差と
している。

【００３５】さてまず、ステップＮ１０では、ｉ＝１、
ｇ＝１という初期設定が行われる。次のステップＮ１１
では、線分Siが属する線分グループの番号をｇと定める
初期設定が行われ、線分S1は線分グループ１に属するも
のとして設定される。

【００３６】次いでステップＮ１２では、線分Siと線分
Si+1との前記した角度差Δθが算出される。そして次の
ステップＮ１３において、角度差Δθが予め設定された
しきい値θthより小さいか否か、又は線分Siと線分Si+1
とが上に凸（角度差Δθ≧０）をなしているか否かが判
定される。ここで、角度差Δθ＜θth、又は角度差Δθ
≧０を満足する場合（ステップＮ１３でＹＥＳ）には、
線分Si+1が線分Siと同一グループに属するので、ステッ
プＮ１４に進み、線分Si+1が属する線分グループの番号
をｇとする。１回目（ｉ＝１）は線分S2は線分グループ
１に属するものとなされる。一方、角度差Δθ＜θth、
又は角度差Δθ≧０を満たさない場合（ステップＮ１３
でＮＯ）には、線分Si+1は線分Siと同一グループに属さ
ないので、ステップＮ１５において線分グループ番号ｇ
を＋１だけインクリメントしてから、前記のステップＮ
１４に進む。例えば１回目（ｉ＝１）においてステップ
Ｎ１３でＮＯの場合には、線分S2は線分グループ２に属
するものとなされる。

【００３７】次いでステップＮ１６においてｉを＋１し
てからステップＮ１７に進み、ステップＮ１７で最終線
分Snまで線分グループ番号を付与した否かをチェックし
てステップＮ１２へ戻る。

【００３８】このようにして線分S1，S2，…，Snのグル
ープ化がなされる。例えば図１２に示す例では、線分S4
と線分S5とは、前記した角度差Δθ＜θth、又は角度差
Δθ≧０を満足しておらず、下に凸をなすことから同一
グループに属さず、よって線分S1〜S6は、線分S1〜S4よ
りなる線分グループ１と、線分S5，S6よりなる線分グル
ープ２との２つの線分グループにグループ化される。前
記のＮ１０〜Ｎ１７のように線分近似処理による複数個
の線分S1，S2，…，Snを所定の規則に従ってグループ化
する手順を実行するのが線分グルーピング手段である。

【００３９】次に溶接線位置絞込み処理について説明す
る。図７は図４における溶接線位置絞込み処理の手順を
示すフローチャートである。溶接線位置絞込み処理は、
前記線分グルーピング処理で得られた２つ以上の線分グ
ループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出す
ることにより、溶接線ＷＬの位置検出に支障となる第３
部材Ｗ３や仮付け溶接部などの部分を除外し、溶接線Ｗ
Ｌを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す
第１部材断面形状パターンＰＳ１と、該溶接線ＷＬを形
成する他方の部材Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部
材断面形状パターンＰＳ２とを得るための処理である。

【００４０】まずステップＮ１８では、各線分グループ
の長さ（当該線分グループに属する線分の長さの総和）
が算出される。次いでステップＮ１９では、予め所定長
さの値のしきい値を設定し、各線分グループについて該
しきい値との比較を行い、これらの線分グループのなか
から所定長さ以上のものを抽出する。そして次のステッ
プＮ２０において、前記ステップＮ１９で抽出された線
分グループの数が２個以上であるか否かが判定される。
ここで２個以上ある場合（ステップＮ２０でＹＥＳ）に
はステップＮ２１に進む。

【００４１】ステップＮ２１ではこれらの線分グループ
から長さの長い順に２つの線分グループを抽出する。そ
してステップＮ２２において、前記抽出された２つの線
分グループから、ワークＷの溶接線ＷＬを形成する一方
の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状
パターンＰＳ１と、溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ
２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターン
ＰＳ２とを得る。本例ではＹ座標値の小さい方を第１部
材断面形状パターンＰＳ１とし、これよりもＹ座標値が
大きい方を第２部材断面形状パターンＰＳ２とする（図
１４参照）。

【００４２】一方、前記ステップＮ１９で抽出された線
分グループの数が２個未満の場合（ステップＮ２０でＮ
Ｏ）には溶接線位置が存在しないこととなり、例えば、
ワークＷに対するレーザ式形状計測器１の位置決めが不
適切である場合を含めてレーザ式形状計測器１に不具合
が発生していると考えられるので、本例ではエラー表示
を行って処理を停止するようにしている。

【００４３】前記のステップＮ１８〜Ｎ２２のように線
分グルーピング処理によりグループ化された線分グルー
プから長さの長い順に２つの線分グループを抽出するこ
とにより、溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面
形状パターンを示す第１部材断面形状パターンＰＳ１
と、溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状パ
ターンを示す第２部材断面形状パターンＰＳ２とを得る
手順を実行するのが溶接線位置絞込み手段である。そし
てこれにより、第１部材断面形状パターンＰＳ１の第２
部材断面形状パターンＰＳ２側の端点（溶接線側に位置
する端点）をＰ1Lとし、第２部材断面形状パターンＰＳ
２の第１部材断面形状パターンＰＳ１側の端点（溶接線
側に位置する端点）をＰ2Rとすると、検出すべき溶接線
位置は、前記両方の端点Ｐ1L，Ｐ2Rが重なり同一位置に
ある場合にはこの位置となり、そうでない場合にはこれ
らの端点Ｐ1L，Ｐ2Rの近傍に存在することから、溶接線
位置の存在範囲を絞り込むことができる（図１４参
照）。

【００４４】図８及び図９は図４における溶接線位置演
算検出処理の手順を示すフローチャートである。溶接線
位置演算検出処理は、前記溶接線位置絞込み処理により
得られた溶接線位置の存在範囲を解析し、該溶接線ＷＬ
の位置を検出する処理を行うものである。

【００４５】ステップＮ２３〜Ｎ２７については図１４
を参照しながら説明する。まず、ステップＮ２３では、
第１部材断面形状パターンＰＳ１の前記パターンＰＳ２
側の端点をＰ1Lとし、第２部材断面形状パターンＰＳ２
の前記パターンＰＳ１側の端点をＰ2Rとする。次いでス
テップＮ２４では、第１部材断面形状パターンＰＳ１に
おける端点Ｐ1Lの近傍部分Ｄthに沿って延びる第１直線
Ｌ１（直線式：A1・Ｙ＋B1・Ｚ＝C1）を計算により求め
る。この第１直線Ｌ１の算出は所定長さの前記近傍部分
Ｄthにおける断面形状データを用いて最小二乗法にてな
される。同様に、次のステップＮ２５では、第２部材断
面形状パターンＰＳ２における端点Ｐ2Rの近傍部分Ｄt
h’に沿って延びる第２直線Ｌ２（直線式：A2・Ｙ＋B2
・Ｚ＝C2）を計算により求める。第２直線Ｌ２の算出は
所定長さの前記近傍部分Ｄth’における断面形状データ
を用いて最小二乗法にてなされる。ここでステップＮ２
４，Ｎ２５において、部材断面形状パターンＰＳ１，Ｐ
Ｓ２が曲線形状を線分近似してなるものの場合、近傍部
分Ｄth，Ｄth’の長さは、大きな値にすると本来の断面
形状との間に誤差が発生することになるので、該断面形
状を反映し、かつ誤差が許容できる程度に小さな値に設
定されている。また、近傍部分Ｄth，Ｄth’の長さは開
先面幅よりも小さい値に設定される。

【００４６】次いでステップＮ２６において第１直線Ｌ
１と第２直線Ｌ２との交点Ｑを算出し、次のステップＮ
２７に進む。ステップＮ２７では、第１部材断面形状パ
ターンＰＳ１の端点Ｐ1Lと交点Ｑとの距離Ｄ１、及び、
第２部材断面形状パターンＰＳ２の端点Ｐ2Rと交点Ｑと
の距離Ｄ２が算出される。

【００４７】次にステップＮ２８〜Ｎ３５において、こ
のようにして求められた端点Ｐ1L、端点Ｐ2R及び交点Ｑ
の３点のついての位置関係を解析し、溶接線ＷＬの位置
を検出する。まずステップＮ２８では、前記両距離Ｄ
１，Ｄ２のうちの小さい方が予め設定されたしきい値Ｌ
ＥＮthより小さいか否かが判定される。ここでしきい値
ＬＥＮthより小さい場合（ステップＮ２８でＹＥＳ）に
は、ステップＮ２９に進み、端点Ｐ1L、端点Ｐ2R及び交
点Ｑの３点が極めて接近していることから（３点が重な
っている場合を含む）、図１５に示すように、すみ肉Ｔ
継手による溶接線ＷＬを有するワークＷ（図２０、図２
１（ａ）参照）、円形パイプ材Ｗ１と円形パイプ材Ｗ２
とによる溶接線ＷＬを有するワークＷ（図２５参照）又
は円形パイプ材Ｗ１と平板Ｗ２とによる溶接線ＷＬを有
するワークＷ（図２４参照）、あるいは、図１６に示す
ように、開先を有するすみ肉Ｔ継手（図２３（ａ）参
照）よりなるワークＷ、であると判定する。そしてこれ
らの場合は先に算出された交点Ｑを溶接線位置とする。
この交点Ｑを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力
する。

【００４８】距離Ｄ１，Ｄ２のうちの小さい方がしきい
値ＬＥＮth以上である場合（ステップＮ２８でＮＯ）に
はステップＮ３０に進み、端点Ｐ1LのＹ座標値＜交点Ｑ
のＹ座標値＜端点Ｐ2RのＹ座標値、という関係を満足し
ているか否かが判定される。ここで当該関係を満たして
いる場合（ステップＮ３０でＹＥＳ）には、ステップＮ
３１に進み、図１７に示すように仮付け溶接部の箇所
（図２２（ａ）参照）であると判定し、先に算出された
交点Ｑを溶接線位置とする。この交点Ｑを溶接線位置と
してロボット制御盤４に出力する。

【００４９】一方、前記の関係を満たしていない場合
（ステップＮ３０でＮＯ）にはステップＮ３２に進み、
端点Ｐ2RのＹ座標値＜交点ＱのＹ座標値、という関係を
満足しているか否かが判定される。ここで当該関係を満
たしている場合（ステップＮ３２でＹＥＳ）にはステッ
プＮ３３に進み、図１８に示すように、開先を有し且つ
該開先の断面形状データが得られないワークＷであると
判定し（図２３（ｃ）参照）、前記端点Ｐ2Rを溶接線位
置とする。この端点Ｐ2Rを溶接線位置としてロボット制
御盤４に出力する。

【００５０】次いで、前記の関係を満たしていない場合
（ステップＮ３２でＮＯ）にはステップＮ３４に進み、
端点Ｐ1LのＹ座標値＞交点ＱのＹ座標値、という関係を
満足しているか否かが判定される。ここで当該関係を満
たしている場合（ステップＮ３４でＹＥＳ）にはステッ
プＮ３５に進み、図１９に示すように、開先を有し且つ
該開先の断面形状データが得られないワークＷであると
判定し、前記端点Ｐ1Lを溶接線位置とする。この端点Ｐ
1Lを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力する。一
方、ステップＮ３４でＮＯの場合には例えばレーザ式形
状計測器１に不具合が発生していると考えられるので、
本例ではエラー表示を行って処理を停止するようにして
いる。

【００５１】前記のステップＮ２３〜Ｎ３５のように第
１部材断面形状パターンＰＳ１の第２部材断面形状パタ
ーンＰＳ２側に位置する端点Ｐ1Lと、該端点Ｐ1L近傍の
ワーク断面形状データと、第２部材断面形状パターンＰ
Ｓ２の第１部材断面形状パターンＰＳ１側に位置する端
点Ｐ2Rと、該端点Ｐ2R近傍のワーク断面形状データとに
基づいて、溶接線ＷＬ位置を演算し検出する手順を実行
するのが溶接線位置演算検出手段である。

【００５２】このように以上説明した一実施形態による
溶接線位置検出装置によると、対象ワークＷとしてすみ
肉溶接を行うワークに適用するに際し、レーザ式形状計
測器１の視野内にワークの溶接線ＷＬの形成に関与しな
い無関係な第３の部材Ｗ３が入るような場合（図２１参
照）でも該第３の部材Ｗ３に邪魔されて誤ることなく溶
接線ＷＬの位置を検出でき、また、仮付け溶接部がある
箇所の場合（図２２参照）でも該仮付け溶接部における
溶接線位置を検出でき、また、開先が設けられている場
合（図２３参照）や該開先の断面形状データが得られな
いような場合（図２３（ｃ）参照）でも溶接線位置を検
出でき、さらにワークが中空あるいは中実の円柱状部材
で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上に凸の円弧
を示すものになる場合（図２４，２５参照）でも溶接線
位置を検出することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による溶接線
位置検出装置によると、溶接線を横切って延びるワーク
表面の断面形状データを得る光学式のワーク断面形状計
測手段を有し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶
接線位置を検出するに際し、前記光学式の計測手段の視
野内にワークの溶接線の形成に関与しない無関係な第３
の部材が入るような場合でも該第３の部材に邪魔されて
誤ることなく溶接線位置を検出でき、また、仮付け溶接
部がある箇所の場合でも該仮付け溶接部における溶接線
位置を検出でき、また、開先が設けられている場合や該
開先の断面形状データが得られないような場合でも溶接
線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実の
円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上
に凸の円弧を示すものになる場合でも溶接線位置を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による溶接線位置検出装置
の全体構成を示す図である。

【図２】図１におけるレーザ式形状計測器により得ら
れ、２次元座標（Ｙ，Ｚ）を持つ点位置のデータよりな
るワーク断面形状データを模式的に示す図である。

【図３】図１に示す溶接線位置検出装置が備えられたア
ーク溶接ロボットを説明するための図である。

【図４】図１におけるコンピュータによる溶接線位置検
出手順を説明するための図である。

【図５】図４における線分近似処理の手順を示すフロー
チャートである。

【図６】図４における線分グルーピング処理の手順を示
すフローチャートである。

【図７】図４における溶接線位置絞込み処理の手順を示
すフローチャートである。

【図８】図４における溶接線位置演算検出処理の手順を
示すフローチャートである。

【図９】図４における溶接線位置演算検出処理の手順を
示すフローチャートである。

【図１０】線分近似処理を説明するための図である。

【図１１】複数個の線分S1,S2,…により近似されたワー
ク断面形状を示す図である。

【図１２】線分グルーピング処理を説明するための図で
ある。

【図１３】線分Siと線分Si+1との角度差Δθの説明図で
ある。

【図１４】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である。

【図１５】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である（すみ肉Ｔ継手による溶接線を有するワーク、円
形パイプ材と円形パイプ材とによる溶接線を有するワー
ク又は円形パイプ材と平板とによる溶接線を有するワー
クの場合）。

【図１６】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である（開先を有するすみ肉Ｔ継手よりなるワークの場
合）。

【図１７】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である（仮付け溶接部での場合）。

【図１８】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である（開先を有し且つ該開先の断面形状データが得ら
れないワークの場合）。

【図１９】溶接線位置演算検出処理を説明するための図
である（開先を有し且つ該開先の断面形状データが得ら
れないワークの場合）。

【図２０】すみ肉Ｔ継手の場合においてレーザ式形状計
測器によるワーク断面形状を説明するための図である。

【図２１】溶接線の形成に関与しない第３部材を有する
すみ肉Ｔ継手の場合においてレーザ式形状計測器による
ワーク断面形状を説明するための図である。

【図２２】仮付け溶接部での溶接線位置を検出しようと
する場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面
形状を説明するための図である。

【図２３】立板に開先面が設けられている場合において
レーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するた
めの図である。

【図２４】ワークが円形パイプ材と平板とにより構成さ
れている場合においてレーザ式形状計測器によるワーク
断面形状を説明するための図である。

【図２５】ワークが円形パイプ材と円形パイプ材とによ
り構成されている場合においてレーザ式形状計測器によ
るワーク断面形状を説明するための図である。

【符号の説明】

１…レーザ式形状計測器 １１…レーザ投光器 １２…
ミラー １３…スキャナ １４…受光レンズ １５…２
次元受光アレイ ２…コンピュータ ３…アーク溶接ロ
ボット ４…ロボット制御盤 Ｗ…ワーク Ｗ１…第１
部材 Ｗ２…第２部材 Ｗ３…第３部材 ＷＬ…溶接線
ＷＧ…開先面 ＰＳ１…第１部材断面形状パターン
ＰＳ２…第２部材断面形状パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 15/62 ４００ (72)発明者 西川 晃平 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA52 CC15 FF09 GG04 GG12 HH05 HH18 JJ03 JJ26 LL13 LL62 MM15 QQ08 QQ17 QQ18 QQ21 QQ29 QQ32 3F059 AA05 DA02 DB05 DB09 FB12 5B057 AA01 AA04 BA21 CF05 DA07 DB03 DC07 DC09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ） 光を照射して照射方向と異なる
   方向においてその反射光を検出することにより、溶接線
   を横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元の
   断面形状データを得るワーク断面形状計測手段と、 （ｂ） 前記ワーク断面形状計測手段により得られた２
   次元のワーク断面形状データに基づいて、複数個の線分
   によりワーク断面形状を近似する線分近似手段と、 （ｃ） 前記線分近似手段による前記複数個の線分を所
   定の規則に従ってグループ化する線分グルーピング手段
   と、 （ｄ） 前記線分グルーピング手段によりグループ化さ
   れた線分グループから長さの長い順に２つの線分グルー
   プを抽出することにより、前記ワークの前記溶接線を形
   成する一方の部材の断面形状パターンを示す第１部材断
   面形状パターンと、前記溶接線を形成する他方の部材の
   断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンとを
   得る溶接線位置絞込み手段と、 （ｅ） 前記第１部材断面形状パターンの前記第２部材
   断面形状パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワ
   ーク断面形状データと、前記第２部材断面形状パターン
   の前記第１部材断面形状パターン側に位置する端点と、
   該端点近傍のワーク断面形状データとに基づいて、前記
   溶接線の位置を演算し検出する溶接線位置演算検出手段
   と、を備えていることを特徴とする溶接線位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記溶接線演算検出手段は、前記第１部
   材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿っ
   て延びる第１直線を演算するとともに、前記第２部材断
   面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿って延
   びる第２直線を演算し、次いで前記両直線の交点を演算
   してから、前記２つの端点及び前記交点のこれら３点の
   位置関係を判定し、前記溶接線の位置を検出するもので
   ある請求項１記載の溶接線位置検出装置。