JP2018138309A - 溶接装置、溶接方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】非消耗式電極を用いる自動溶接装置における溶接をより高精度に行えるようにする。【解決手段】溶接装置が、溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとを撮影する撮影部と、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行う第１制御部と、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行う第２制御部と、前記撮影部の撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行う第３制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、溶接装置、溶接方法およびプログラムに関する。

自動溶接装置に関連して幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１の技術では、自動溶接装置は、溶接部分の画像を撮像し、画像の輝度差に基づいて溶融池の位置を求める。そして、この自動溶接装置は、開先内における溶融池の左端位置と開先表層部における溶融池の左端位置との差、及び、開先内における溶融池の右端位置と開先表層部における溶融池の右端位置との差に基づいて、左右方向における溶接ワイヤの先端位置を調節し、開先表層部における溶接線倣いを制御する。

特許第３４０８７４９号公報

特許文献１に記載の技術によれば、消耗式電極を用いる自動溶接装置にて、溶接線倣いを行って溶接を高精度に行うことができる。
一方、非消耗式電極を用いる自動溶接装置では、電極と溶接ワイヤとが別々に設けられている点で制御がより複雑になる。

本発明は、非消耗式電極を用いる自動溶接装置における溶接をより高精度に行うことができる、溶接装置、溶接方法およびプログラムを提供する。

本発明の第１の態様によれば、溶接装置は、溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとを撮影する撮影部と、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行う第１制御部と、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行う第２制御部と、前記撮影部の撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行う第３制御部と、を備える。

前記第３制御部は、前記溶接ワイヤの先端部分の状態に基づいて、前記ワイヤの上下の位置制御を行うようにしてもよい。

前記溶接装置が、前記撮影部の撮影画像の輝度値を抑制するバンドパスフィルタを備えるようにしてもよい。

前記撮影部は、異なるシャッタースピードで複数の画像を撮影するようにしてもよい。

本発明の第２の態様によれば、溶接方法は、溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとの撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行い、前記撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行い、前記撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行う処理を含む。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、撮影部に、溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとを撮影させる制御を行わせ、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行わせ、前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行わせ、前記撮影部の撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行わせる、ためのプログラムである。

上記した溶接装置、溶接方法およびプログラムによれば、非消耗式電極を用いる自動溶接装置における溶接をより高精度に行うことができる。

本発明の実施形態に係る溶接装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態に係る本体部の構成例を示す斜視図である。 同実施形態に係る撮影部が撮影した画像の例を示す図である。 同実施形態に係る溶接制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態に係る撮影部が比較的遅いシャッタースピードで撮影した画像の例を示す図である。 同実施形態に係る撮影部が比較的速いシャッタースピードで撮影した画像の例を示す図である。 同実施形態でアーク電流がベース電流のタイミングで撮影部が撮影した画像の例を示す図である。 同実施形態に係る撮影部がバンドパスフィルタを用いて撮影した画像の例を示す図である。 同実施形態に係る溶接装置が、溶接対象物を溶接する処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る溶接装置が溶接個所付近を撮影して各部の位置を検出する処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る溶接装置が各部の位置制御を行う処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る画像処理部が電極先端位置を検出する処理手順の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が検出する直線の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が開先位置を検出する処理手順の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が設定する位置の例を示す図である。 同実施形態に係る水平プロファイルの例を示すグラフである。 同実施形態に係る画像処理部がワイヤ先端位置を検出する処理手順の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が抽出する領域の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が溶融池を検出する処理手順の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が検出する輝度境界の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が溶滴を検出する処理手順の例を示す図である。 同実施形態に係る画像処理部が検出する領域の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る溶接装置の機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、溶接装置１は、本体部１００と、溶接制御装置２００とを備える。

溶接装置１は、鋼板など溶接対象をアーク溶接する。具体的には、本体部１００が、溶接制御装置２００の制御に従ってアーク溶接を実行する。
図２は、本体部１００の構成例を示す斜視図である。図２では、本体部１００のうち溶接個所付近における構成を示している。
図２に示す例で、本体部１００は、電極１１０と、ワイヤ送り機構１２０と、撮影部１３０とを備える。また、撮影部１３０のレンズ群には、赤外線のみを通すバンドパスフィルタ１３１が装着されている。
また、図２には、方向の定義を３次元直交座標で示している。図２に示すように、水平方向のうち溶接対象物９００の隙間の長手方向を前後方向と称する。水平方向のうち溶接対象物９００の隙間の幅方向（長手方向に直交する方向）を左右方向と称する。垂直方向を上下方向と称する。

ワイヤ送り機構１２０には溶接ワイヤ８００がセットされており、電極１１０からのアーク放電にて溶接ワイヤ８００の先端部分が溶融される。溶接ワイヤ８００が溶融した液相の金属が、溶接対象物９００である２枚の鋼板の隙間に溶融池を形成する。この液相の金属が冷えて固化することで、溶接対象物９００が溶接される。
電極１１０及びワイヤ送り機構１２０が溶接対象物９００の隙間に沿って相対移動することで、溶接対象物９００の隙間全体が溶接される。電極１１０及びワイヤ送り機構１２０が移動するようにしてもよいし、溶接対象物９００が移動するようにしてもよい。

撮影部１３０は、溶接個所の付近を撮影する。撮影部１３０が撮影した画像は、各部の位置を検出するために用いられる。位置制御の対象を同一の画像に撮影するために、図２の例では撮影部１３０は、電極１１０及び溶接ワイヤ８００を斜め上から覗き込む位置に設置されている。
以下では、撮影部１３０が撮影した画像を、撮影部１３０の撮影画像とも称する。

図３は、撮影部１３０が撮影した画像の例を示す図である。図３の例で、電極１１０と、溶接ワイヤ８００と、溶融池８１０と、溶接対象物９００の開先とが撮影されている。ここでいう開先は、溶接対象物９００と隙間との境界である。図３の例のように、撮影部１３０は、溶接対象物９００の溶接個所に向けて設置された電極１１０と溶接ワイヤ８００とを撮影する。

溶接制御装置２００は、撮影部１３０が撮影した画像における電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３、および、溶融池先端位置Ｐ１４を検出する。開先位置Ｐ１３は、溶接対象物９００の開先のうち、電極１１０との相対位置で定められる所定箇所の位置である。
溶融池先端位置Ｐ１４は、溶融池８１０の先端部分の位置である。図３の例では、溶接対象物９００に対して電極１１０及び溶接ワイヤ８００が図の下側へ相対移動する。従って、溶融池８１０の下端の位置であるＰ１４が、溶融池先端位置である。
なお、撮影部１３０に対する電極１１０及びワイヤ送り機構１２０の相対位置は固定されており、撮影部１３０が撮影する画像では、溶接対象物９００の像が画像の上側へ移動する。

図４は、溶接制御装置２００の機能構成を示す概略ブロック図である。図４に示すように、溶接制御装置２００は、通信部２１０と、操作入力部２２０と、表示部２３０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、撮影制御部２９１と、画像処理部２９２と、第１制御部２９３と、第２制御部２９４と、第３制御部２９５と、溶接制御部２９６とを備える。

通信部２１０は、他の装置と通信を行う。特に、通信部２１０は、撮影部１３０が撮影した画像を画像データにて受信する。また、通信部２１０は、本体部１００の各部へ制御信号を送信する。
操作入力部２２０は、例えばキーボード及びマウス又は操作パネル等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。
表示部２３０は、例えば液晶パネル等の表示画面又は表示盤等の表示装置を備え、各種情報を表示する。

記憶部２８０は、溶接制御装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成され、各種情報を記憶する。
制御部２９０は、溶接制御装置２００の各部を制御して各種機能を実行する。制御部２９０は、例えば溶接制御装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。

撮影制御部２９１は、撮影部１３０を制御して撮影を行わせる。
特に、撮影制御部２９１は、撮影部１３０を制御して異なるシャッタースピードで複数の画像を撮影させる。
図５は、撮影部１３０が比較的遅いシャッタースピードで撮影した画像の例を示す図である。撮影部１３０が比較的遅いシャッタースピードで撮影を行った場合、図５の例のように画像が明るくなる。これにより、溶接制御装置２００が溶融池先端位置Ｐ１４を検出し易くなる。

図６は、撮影部１３０が比較的速いシャッタースピードで撮影した画像の例を示す図である。撮影部１３０が比較的速いシャッタースピードで撮影を行った場合、図６の例のように画像がアーク光の影響を比較的受けにくくなる。これにより、溶接制御装置２００が、電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２及び開先位置Ｐ１３を検出し易くなる。

撮影制御部２９１が、シャッタースピードの制御に加えて、或いは代えて、アーク電流との関係で撮影部１３０の撮影タイミングを制御するようにしてもよい。
アーク電流がピーク電流のタイミングで撮影部１３０が撮影を行った場合、図５の例のように、アーク光によって画像が比較的明るくなる。

図７は、アーク電流がベース電流のタイミングで撮影部１３０が撮影した画像の例を示す図である。アーク電流がベース電流のタイミングで撮影部１３０が撮影を行った場合、図７の例のように、画像がアーク光の影響を比較的受けにくくなる。
シャッタースピードの場合と同様、溶接制御装置２００が、撮影タイミングに基づいて画像を使い分けるようにしてもよい。具体的には、溶接制御装置２００が、アーク電流がベース電流のタイミングで撮影された画像では溶融池先端位置Ｐ１４を検出し、アーク電流がベース電流のタイミングで撮影された画像では電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２及び開先位置Ｐ１３を検出するようにしてもよい。

また、図２の例のように、撮影部１３０のレンズ群にはバンドパスフィルタ１３１が装着されている。撮影部１３０が、バンドパスフィルタ１３１を装着された状態に固定されていてもよい。あるいは、バンドパスフィルタ１３１が着脱可能になっていてもよい。撮影部１３０が撮影を行う際、撮影制御部２９１が、バンドパスフィルタ１３１の適用の有無を切り替えるようにしてもよい。

図８は、撮影部１３０がバンドパスフィルタ１３１を用いて撮影した画像の例を示す図である。図８（Ａ）は、バンドパスフィルタ１３１を適用しない場合の画像の例を示す。図８（Ｂ）は、バンドパスフィルタを適用した場合の画像の例を示す。図８（Ｂ）では、撮影部１３０が、アーク電流がピークのタイミング、かつ、比較的遅いシャッタースピードで、バンドパスフィルタ１３１を適用して撮影を行った画像の例を示している。
撮影部１３０が、アーク電流がピークのタイミング、かつ、比較的遅いシャッタースピードで撮影を行った場合、バンドパスフィルタ１３１を適用しなければ図８（Ａ）の例のようにアーク光の影響を受けて画像が明るくなる。
一方、撮影部１３０が、バンドパスフィルタ１３１を用いて撮影を行った場合、図８の例のようにアーク光の反射が抑制され、溶接個所付記の各部の位置を検出し易くなる。

シャッタースピードの場合と同様、溶接制御装置２００が、バンドパスフィルタ１３１の適用の有無に基づいて画像を使い分けるようにしてもよい。具体的には、溶接制御装置２００が、バンドパスフィルタ１３１が適用されていない画像では溶融池先端位置Ｐ１４を検出し、バンドパスフィルタ１３１が適用されている画像では電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２及び開先位置Ｐ１３を検出するようにしてもよい。
画像処理部２９２は、撮影部１３０が撮影した画像に対して画像処理を行う。特に、画像処理部２９２は、撮影部１３０が撮影した画像から電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３、及び、溶融池先端位置Ｐ１４を検出するための画像処理を行う。

第１制御部２９３は、撮影部１３０の撮影画像に基づいて、溶接個所の位置に対する電極１１０の左右の位置制御を行う。具体的には、第１制御部２９３は、撮影部１３０の撮影画像に示される電極先端位置Ｐ１１及び開先位置Ｐ１３に基づいて、電極１１０が左右の開先の中央に位置するように、電極１１０の左右の位置制御を行う。

第２制御部２９４は、撮影部１３０の撮影画像に基づいて、溶接個所の位置に対する溶接ワイヤ８００の左右の位置制御を行う。具体的には、第２制御部２９４は、撮影部１３０の撮影画像に示される電極１１０及びワイヤ先端位置Ｐ１２に基づいて、画像の左右方向についてワイヤ先端位置Ｐ１２を電極１１０に揃えるように、溶接ワイヤ８００の左右の位置制御を行う。

第３制御部２９５は、撮影部１３０の撮影画像から判定される溶接ワイヤ８００の溶融状況に基づいて、溶接ワイヤ８００の位置制御を行う。特に、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００の先端部分の状態に基づいて、溶接ワイヤ８００の上下の位置制御を行う。
ここで、非消耗式電極を用いる自動溶接装置では、溶接ワイヤ８００の左右方向の位置制御に加えて溶接ワイヤ８００の上下方向の位置制御を行う必要がある。

例えば溶接ワイヤ８００のそり癖等により先端が上方に浮き上がり、溶融池８１０中に挿入される前にアーク熱で溶接ワイヤ８００の先端が溶融した場合、溶接ワイヤ８００が溶融した液相の金属が玉状になった後に溶融池８１０に落下する。この場合、玉状になった液相の金属は、溶滴と称される。
溶接ワイヤ８００の先端が更に浮き上がると、溶接ワイヤ８００が溶融しきれず電極１１０に衝突する可能性がある。溶接ワイヤ８００が電極１１０に衝突すると、電極１１０と溶接ワイヤ８００とが短絡してアーク放電が中断される。また、溶接ワイヤ８００が電極１１０に衝突することで、電極１１０が損傷する可能性がある。

溶接ワイヤ８００が電極１１０に衝突することを避けるために、溶滴が発生した状態で溶接ワイヤ８００を下方に動かすことが求められる。
一方、溶接ワイヤ８００が溶融池の中心に対して下方にずれ過ぎると、溶接ワイヤ８００がアーク熱源から離れ過ぎて溶融が不十分となり溶融不良の原因となる。
そこで、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００の先端の位置を溶融池の先端Ｐ１４に対して適切な位置に保つよう、溶接ワイヤ８００の上下方向の位置制御を行う。第３制御部２９５は、溶融池先端位置Ｐ１４の平均位置とワイヤ先端位置Ｐ１２との上下方向の相対位置の差を一定に保つように溶接ワイヤ８００の上下方向制御を行う。第３制御部２９５は、相対位置の差が小さい場合は溶接ワイヤ８００を上方向へ移動させ、差が大きい場合は溶接ワイヤ８００を下方向へ移動させる。
溶接ワイヤ８００の先端の適切な位置は、撮影部１３０の撮影画像では電極１１０の先端の位置から画像の下方向に所定距離移動した位置となる。撮影画像におけるこの位置が目標位置として設定され、第３制御部２９５が、撮影画像における溶接ワイヤ８００の先端の位置を目標位置に近づける制御を行うようにしてもよい。

溶接制御装置２００は、撮影部１３０が撮影した画像における電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３、および、溶融池先端位置Ｐ１４を検出する。開先位置Ｐ１３は、溶接対象物９００の開先のうち、電極１１０との相対位置で定められる所定箇所の位置である。
溶融池先端位置Ｐ１４は、溶融池８１０の先端部分の位置である。図３の例では、溶接対象物９００に対して電極１１０及び溶接ワイヤ８００が図の下側へ相対移動する。従って、溶融池８１０の下端の位置であるＰ１４が、溶融池先端位置である。

撮影画像における溶接ワイヤ８００の先端の目標位置は、溶融池の先端の位置に基づいて定められていてもよい。図２に示すように撮影部１３０が溶接個所付近を斜め上から撮影することで、溶接ワイヤ８００の先端が上下すると、撮影画像における溶融池の先端と溶接ワイヤ８００の先端との距離が変化する。例えば図３の画像で、溶接ワイヤ８００の先端の位置が低くなるほど、ワイヤ先端位置Ｐ１２と溶融池先端位置Ｐ１４との距離が小さくなる。また、溶接ワイヤ８００の先端の位置が高くなるほど、ワイヤ先端位置Ｐ１２と溶融池先端位置Ｐ１４との距離が大きくなる。そこで、第３制御部２９５が、撮影画像にて溶融池先端位置Ｐ１４から所定距離だけ上の位置を目標位置に設定し、ワイヤ先端位置Ｐ１２が目標位置に近づくように、溶接ワイヤ８００の先端の上下方向の位置制御を行うようにしてもよい。

溶接制御部２９６は、本体部１００を制御して溶接を行わせる。特に、溶接制御部２９６は、電極１１０に流す電流の大きさを制御する。また、溶接制御部２９６は、電極１１０及びワイヤ送り機構１２０が溶接対象物９００の隙間に沿って相対移動するように、溶接対象物９００を移動させる。あるいは、溶接制御部２９６が、電極１１０及びワイヤ送り機構１２０を移動させるようにしてもよい。また、溶接制御部２９６はワイヤ送り機構１２０を制御して、溶接ワイヤ８００の溶融分だけ溶接ワイヤ８００を送出させる。

次に、図９〜図２３を参照して、溶接装置１の動作について説明する。
図９は、溶接装置１が、溶接対象物９００を溶接する処理手順の例を示すフローチャートである。溶接装置１は、例えば溶接開始を指示するユーザ操作を受けると図９の処理を開始する。
図９の処理で、撮影部１３０が撮影制御部２９１の制御に従って撮影を行い、撮影された画像に対して画像処理部２９２が画像処理を行う（ステップＳ１０１）。画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像に対して画像処理を行って、電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３及び溶融池先端位置Ｐ１４を検出する。

そして、第１制御部２９３、第２制御部２９４及び第３制御部２９５が、検出された電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３及び溶融池先端位置Ｐ１４に基づいて各部の位置制御を行う（ステップＳ１０２）。各部の位置制御が行われた状態で、本体部１００は、溶接制御部２９６の制御に従って溶接を行う。
その後、制御部２９０は、溶接終了を指示するユーザ操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
溶接終了を指示するユーザ操作が行われていないと判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０１へ戻る。
一方、溶接終了を指示するユーザ操作が行われたと判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、図９の処理を終了する。

図１０は、溶接装置１が溶接個所付近を撮影して各部の位置を検出する処理手順の例を示すフローチャートである。溶接装置１は、図９のステップＳ１０１で図１０の処理を行う。
図１０の処理で、撮影部１３０は、撮影制御部２９１の制御に従って、シャッター速度を変化させて撮影を行う（ステップＳ２０１）。撮影部１３０が、ステップＳ２０１の１回分の処理で１枚の画像を撮影するようにしてもよいし、複数枚の画像を撮影するようにしてもよい。

次に、制御部２９０は、撮影部１３０が撮影した画像の明るさを判定する（ステップＳ２０２）。例えば、制御部２９０は、撮影部１３０の撮影画像の輝度値（例えば、各画素における輝度値の平均値）が所定の閾値以上か否かを判定する。
画像が暗画像であると判定した場合（ステップＳ２０２：暗画像）、画像処理部２９２が、電極先端位置Ｐ１１の検出処理（ステップＳ２１１）、開先位置Ｐ１３の検出処理（ステップＳ２１２）、及び、ワイヤ先端位置Ｐ１２の検出処理（ステップＳ２１３）を行う。
図１０に示すステップＳ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３の処理順序は一例であり、これに限らない。また、画像処理部２９２が、ステップＳ２１１、Ｓ２１２、Ｓ１２３の各処理を並列処理するようにしてもよいし逐次処理するようにしてもよい。

次に、制御部２９０は、暗画像のパス及び明画像のパスの両方について処理を完了したか否かを判定する（ステップＳ２３１）。
処理を完了していないパスがあると判定した場合（ステップＳ２３１：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ戻る。
一方、暗画像のパス及び明画像のパスの両方について処理を完了したと判定した場合（ステップＳ２３１：ＹＥＳ）、図１０の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０２で、画像が明画像であると判定した場合（ステップＳ２０２：明画像）、画像処理部２９２が、溶滴の検出処理（ステップＳ２２１）、溶融池先端位置Ｐ１４の検出処理（ステップＳ２２２）を行う。溶滴が発生していない場合、画像処理部２９２は、ステップＳ２２１で溶滴の画像領域のサイズを縦０×横０と検出してステップＳ２２２へ進む。
図１０に示すステップＳ２２１、Ｓ２２２の処理順序は一例であり、これに限らない。また、画像処理部２９２が、ステップＳ２２１、Ｓ２２２の各処理を並列処理するようにしてもよいし逐次処理するようにしてもよい。
ステップＳ２２１及びＳ２２２の処理の後、ステップＳ２３１へ進む。

なお、撮影部１３０が撮影する画像の明るさは、暗画像及び明画像の２段階に限らない。撮影部１３０が、３段階以上の明るさで撮影を行うようにしてもよい。この場合、画像処理部２９２は、検出対象毎に何れかの明るさを選択して各部検出処理を行う。例えば、画像の明るさ毎に検出対象が予め定められていてもよい。画像処理部２９２は、撮影部１３０が撮影した画像毎に、その画像の明るさに対応付けて定められている検出対象の検出を行う。
また、撮影部１３０が、ステップＳ２０１の１回分の処理で複数枚の画像を撮影した場合、画像処理部２９２が、暗画像のパスの処理と明画像のパスの処理とを並列処理するようにしてもよいし逐次処理するようにしてもよい。

図１１は、溶接装置１が各部の位置制御を行う処理手順の例を示すフローチャートである。溶接装置１は、図９のステップＳ１０２で図１１の処理を行う。
図１１の処理で、第３制御部２９５は、溶滴の有無を判定する（ステップＳ３０１）。具体的には、第３制御部２９５は、図１０のステップＳ２２１で溶滴が検出されたか否かを判定する。
溶滴無しと判定した場合（ステップＳ３０１：溶滴無し）、第１制御部２９３は、電極１１０と開先との位置ずれの有無を判定する（ステップＳ３１１）。具体的には、第１制御部２９３は、画像処理部２９２が検出した電極先端位置Ｐ１１および開先位置Ｐ１３に基づいて、電極１１０が左右の開先の中央に位置しているか否かを判定する。

位置ずれ無しと判定した場合（ステップＳ３１１：ずれ無し）、第２制御部２９４は、溶接ワイヤ８００と電極１１０との位置ずれの有無を判定する（ステップＳ３２１）。具体的には、第２制御部２９４は、画像処理部２９２が検出した電極先端位置Ｐ１１及びワイヤ先端位置Ｐ１２に基づいて、画像の左右方向について電極先端位置Ｐ１１とワイヤ先端位置Ｐ１２とがずれているか否かを判定する。

位置ずれ無しと判定した場合（ステップＳ３２１：ずれ無し）、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００と溶融池８１０との位置ずれの有無を判定する（ステップＳ３３１）。具体的には、第３制御部２９５は、画像処理部２９２が検出したワイヤ先端位置Ｐ１２及び溶融池先端位置Ｐ１４に基づいて、画像の上下方向についてワイヤ先端位置Ｐ１２と溶融池先端位置Ｐ１４との間隔が所定の範囲内か否かを判定する。
ずれ無しと判定した場合（ステップＳ３３１：ＮＯ）、図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０１で溶滴有りと判定した場合（ステップＳ３０１：溶滴有り）、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００の上下位置を制御する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２の場合、第３制御部２９５は、ワイヤ送り機構１２０を下方へ移動させる。例えば、第３制御部２９５は、ワイヤ送り機構１２０を溶接条件に応じた所定の距離だけ下方へ移動させる。
ステップＳ３０２の後、ステップＳ３１１へ進む。

一方、ステップＳ３１１でずれ有りと判定した場合（ステップＳ３１１：ずれ有り）、第１制御部２９３は、電極１１０の左右位置を制御する（ステップＳ３１２）。具体的には、第１制御部２９３は、電極１１０が左右の開先の中央に位置するように、電極１１０を左右に移動させる。
ステップＳ３１２の後、ステップＳ３２１へ進む。

一方、ステップＳ３２１でずれ有りと判定した場合（ステップＳ３２１：ずれ有り）、第２制御部２９４は、溶接ワイヤ８００の左右位置を制御する（ステップＳ３２２）。具体的には、第２制御部２９４は、溶接ワイヤ８００の先端位置が電極１１０の先端位置と画像の左右方向について一致するように、ワイヤ送り機構１２０を左右に移動させる。
ステップＳ３２２の後、ステップＳ３３１へ進む。

一方、ステップＳ３３１でずれ有りと判定した場合（ステップＳ３３１：ずれ有り）、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００の上下位置を制御する（ステップＳ３３２）。具体的には、第３制御部２９５は、画像の上下方向に関してワイヤ先端位置Ｐ１２と溶融池先端位置Ｐ１４とが所定の距離となるように、溶接ワイヤ８００を上下に移動させる。
ステップＳ３３２の後、図１１の処理を終了する。

図１１の処理手順は一例でありこれに限らない。ステップＳ３０１、Ｓ３１１、Ｓ３２１、Ｓ３３１の実行順序は図１１に示す順序に限らずいろいろな順序とすることができる。また、溶接制御装置２００が、ステップＳ３０１〜Ｓ３０２の処理と、ステップＳ３１１〜Ｓ３１２の処理と、ステップＳ３２１〜Ｓ３２２の処理と、ステップＳ３３１〜Ｓ３３２の処理とを並列処理するようにしてもよいし逐次処理するようにしてもよい。

図１２は、画像処理部２９２が電極先端位置Ｐ１１を検出する処理手順の例を示す図である。画像処理部２９２は、図１０のステップＳ２１１で図１２の処理を行う。
図１２の処理で、画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像に対してエッジ抽出を行う（ステップＳ４１１）。具体的には、画像処理部２９２は画像にエッジ抽出フィルタを適用して輪郭を抽出する。ステップＳ４１１でのエッジ抽出フィルタとして公知のフィルタを用いることができる。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４１１で得られた画像に対して二値化及びノイズ除去を行う（ステップＳ４１２）。ステップＳ４１２における二値化アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。ステップＳ４１２におけるノイズ除去アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。
次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４１２で得られた画像から直線検出を行う（ステップＳ４１３）。具体的には、画像処理部２９２は、電極１１０の先端の輪郭の斜め線を検出する。

そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４１３で得られた２本の斜め線の交点から上方向に画像を走査して電極先端位置Ｐ１１を検出する（ステップＳ４１４）。画像処理部２９２は、輝度値が所定の閾値以上の画素を検出するまで走査を行い、検出した画素の位置を電極先端位置Ｐ１１とする。
ステップＳ４１４の後、図１２の処理を終了する。
画像処理部２９２が、図１２の処理の前処理として、画像の上半分を切り出す、あるいは、画像のうち輝度値が所定値以上の部分のみをマスキングにて抽出するなど、処理対象領域の絞り込みを行うようにしてもよい。

図１３は、画像処理部２９２が検出する直線の例を示す図である。
図１２のステップＳ４１３で、画像処理部２９２は、電極１１０の先端部の輪郭の直線である線Ｌ１１および線Ｌ１２抽出する。
図１２のステップＳ４１４で、画像処理部２９２は、線Ｌ１１と線Ｌ１２との交点である点Ｐ２１から画像を上方に走査して、輝度値が所定の閾値以上の画素の位置を電極先端位置Ｐ１１として検出する。

図１４は、画像処理部２９２が開先位置Ｐ１３を検出する処理手順の例を示す図である。画像処理部２９２は、図１０のステップＳ２１２で図１４の処理を行う。
図１４の処理で、画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像に対して電極１１０の下部の位置を決定する（ステップＳ４２１）。具体的には、画像処理部２９２は、電極先端位置Ｐ１１から所定の距離だけ下方にずれた位置に、画像の水平方向の位置を設定する。
図１５は、画像処理部２９２が設定する位置の例を示す図である。図１５の例では画像処理部２９２は、線Ｌ２１で示される位置を設定している。線Ｌ２１は、電極先端位置Ｐ１１から所定の距離にある線、かつ、画像の水平方向の線である。

図１４のステップＳ４２１の後、画像処理部２９２は、設定した位置における水平プロファイルを取得する（ステップＳ４２２）。ここでいう水平プロファイルは、画像の水平方向の輝度値のプロファイルである。
そして、画像処理部２９２は、水平プロファイルにおける輝度値が所定の閾値よりも低下する位置を開先位置Ｐ１３として検出する（ステップＳ４２３）。
ステップＳ４２３の後、図１４の処理を終了する。

図１６は、水平プロファイルの例を示すグラフである。図１６は、図１５の線Ｌ１２の位置における水平プロファイルの例を示している。図１６のグラフの横軸は画像における水平方向の位置を示す。縦軸は輝度値を示す。
図１６の例で、水平プロファイルが２箇所で所定の閾値よりも低下している。画像処理部２９２は、この２箇所を開先位置Ｐ１３として検出する。

図１７は、画像処理部２９２がワイヤ先端位置Ｐ１２を検出する処理手順の例を示す図である。画像処理部２９２は、図１０のステップＳ２１３で図１７の処理を行う。
図１７の処理で、画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像に対してｍｉｎフィルタを適用し、さらにｍａｘフィルタを適用する（ステップＳ４３１）。ｍｉｎフィルタは、注目している所定画素領域（例えば３×３画素領域）のうち輝度が一番低いものに合わせるフィルタである。ｍａｘフィルタは、注目している所定画素領域（例えば３×３画素領域）のうち輝度が一番高いものに合わせるフィルタである。ｍｉｎフィルタ及びｍａｘフィルタを適用するアルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。
画像処理部２９２は、画像にｍｉｎフィルタ及びｍａｘフィルタを適用することで画像の輝度をなます（画像の周波数を抑制する）。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４３１で得られた画像に対して二値化及びノイズ除去を行う（ステップＳ４３２）。ステップＳ４３２における二値化アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。ステップＳ４３２におけるノイズ除去アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４３２で得られた画像に対して水平／垂直投影を行う（ステップＳ４３３）。具体的には、画像処理部２９２は、二値化画像における白の画素数を、垂直方向の画素ライン毎に計数し、画素数が所定値以上の範囲を検出する。垂直方向の範囲が決まると、画像処理部２９２は、画像の水平方向にスキャンして、抽出した領域における白画素の範囲を検出する。これにより、画像処理部２９２は、白の画素の領域の輪郭を検出する。

そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４３３で得られた白の画素の領域のうち、画像の上下方向で最も上の画素の位置をワイヤ先端位置Ｐ１２として検出する（ステップＳ４３４）。
ステップＳ４３４の後、図１８の処理を終了する。
画像処理部２９２が、図１７の処理の前処理として、電極先端位置Ｐ１１よりも下側、かつ、左右の開先位置Ｐ１３の内側を切り出すことで、処理対象の領域を限定するようにしてもよい。

図１８は、画像処理部２９２が抽出する領域の例を示す図である。
例えば、画像処理部２９２は、図１７のステップＳ４３２で、図１８の二値化画像を取得する。そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４３３で、領域Ａ１１内の白の画素の領域を検出する。さらに画像処理部２９２は、ステップＳ４３４で、白の画素の領域の最上部をワイヤ先端位置Ｐ１２として検出する。

図１９は、画像処理部２９２が溶融池を検出する処理手順の例を示す図である。画像処理部２９２は、図１０のステップＳ２２１で図１９の処理を行う。
図１９の処理で、画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像にて溶融池領域の絞り込みを行う（ステップＳ４４１）。具体的には、画像処理部２９２は、電極先端位置Ｐ１１よりも下側、かつ、左右の開先位置Ｐ１３の内側を切り出す。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４４１で得られた画像に対して二値化及びノイズ除去を行う（ステップＳ４４２）。ステップＳ４４２における二値化アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。ステップＳ４４２におけるノイズ除去アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４４２で二値化された画像における輝度境界を検出する（ステップＳ４４３）。これにより、画像処理部２９２は、溶融池の輪郭線を検出する。
そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４４３で検出した境界上で溶融池先端位置Ｐ１４を検出する（ステップＳ４４４）。具体的には、画像処理部２９２は、ワイヤ先端位置Ｐ１２から左右それぞれに距離間隔進んだ位置から画像の下方向へ走査を開始して、ステップＳ４４３で得られた輝度境界に達するまで走査を行う。
ステップＳ４４４の後、図１９の処理を終了する。

図２０は、画像処理部２９２が検出する輝度境界の例を示す図である。
例えば画像処理部２９２は、図１９のステップＳ４４３で、線Ｌ３１に示される輝度境界を検出する。そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４４４で、点Ｐ３１から画像の下方向に走査を行い、輝度境界に到達した点を溶融池先端位置Ｐ１４として検出する。点Ｐ３１は、ワイヤ先端位置Ｐ１２から左右それぞれに所定距離進んだ位置を示す点である。

図２１は、画像処理部２９２が溶滴を検出する処理手順の例を示す図である。画像処理部２９２は、図１０のステップＳ２２１で図２１の処理を行う。
図２１の処理で、画像処理部２９２は、撮影部１３０の撮影画像から画像処理の対象領域を切り出す（ステップＳ４５１）。溶接ワイヤ８００の先端付近で溶滴が発生することから、画像処理部２９２は、ワイヤ先端位置Ｐ１２を基準とする所定範囲を切り出す。

次に、画像処理部２９２は、ステップＳ４５１で切り出した対象領域のうち、溶滴検出のために予め定められた輝度閾値以下の輝度の領域を抽出する（ステップＳ４５２）。
そして、画像処理部２９２は、画像の二値化及びノイズ除去を行う（ステップＳ４５３）。ステップＳ４５３における二値化アルゴリズムとして公知のアルゴリズムを用いることができる。また、画像処理部２９２は、ステップＳ４５２で得られた領域のうち最大の領域を残すことでノイズを除去する。

そして、画像処理部２９２は、ステップＳ４５３で得られた領域の外矩形のサイズを溶滴サイズとして検出する（ステップＳ４５４）。ここでいう外矩形は、画像の水平方向の２辺と垂直方向の２辺とを有し、対象となる領域全体を囲む矩形のうち最小の矩形である。
ステップＳ４５４の後、図２１の処理を終了する。

図２２は、画像処理部２９２が検出する領域の例を示す図である。
例えば画像処理部２９２は、図２１のステップＳ４５１で領域Ａ２１を切り出す。そして画像処理部２９２は、ステップＳ４５２で、溶滴の像の領域Ａ２２を検出する。そして画像処理部２９２は、ステップＳ４５４で、領域Ａ２２の外矩形の領域Ａ２３のサイズ（縦×横）を溶滴サイズとして検出する。

以上のように、撮影部１３０は、溶接対象物９００の溶接個所に向けて設置された電極１１０と溶接ワイヤ８００とを撮影する。第１制御部２９３は、撮影部１３０の撮影画像に基づいて、溶接個所の位置に対する電極１１０の左右の位置制御を行う。第２制御部２９４は、撮影部１３０の撮影画像に基づいて、溶接個所の位置に対する溶接ワイヤ８００の左右の位置制御を行う。第３制御部２９５は、撮影部１３０の撮影画像から判定される溶接ワイヤ８００の溶融状況に基づいて、溶接ワイヤ８００の位置制御を行う。

このように、溶接制御装置２００は撮影画像に基づいて電極１１０、溶接ワイヤ８００それぞれの位置制御を行う。これにより、溶接装置１では、非消耗式電極を用いる自動溶接装置における溶接をより高精度に行うことができる。
また、第３制御部２９５が溶接ワイヤ８００の溶融状況に基づいて溶接ワイヤ８００の位置制御を行うことで、溶接ワイヤ８００が電極１１０に近づきすぎて衝突する可能性、及び、溶接ワイヤ８００が電極１１０から離れ過ぎて溶融が不十分になる可能性を低減させることができる。

ここで、非消耗式電極を用いる従来のアーク溶接装置では、溶接士が肉眼で、もしくはカメラを用いて開先と電極の相対位置、溶接ワイヤが溶融池に挿入される位置、及び、電極と溶融池との相対位置を監視し、適正位置からずれた場合は調整作業を実施している。
これに対し、溶接装置１は、撮影部１３０の撮影画像を用いてこれらの位置を自動調節することができ、人的資源の省力化を図ることができる。また、従来のアーク溶接装置では監視調整作業に溶接士の技能が必要であったのに対し、溶接装置１が自動で調整を行うことで、調整技能を有する溶接士がいない場合でも溶接を行い得る。
撮影画像を用いた自動位置制御を可能にするために、溶接装置１では、電極先端位置Ｐ１１、ワイヤ先端位置Ｐ１２、開先位置Ｐ１３及び溶融池先端位置Ｐ１４を画像における特徴量とし、これらを自動溶接のためのパラメータに用いている。

また、第３制御部２９５は、溶接ワイヤ８００の先端部分の状態に基づいて、溶接ワイヤ８００の上下の位置制御を行う。このように、溶滴が生じる可能性のある溶接ワイヤ８００の先端部分に判定対象を限定することで、画像処理部２９２が溶滴を検出する対象領域を限定することができ、画像処理部２９２の処理負荷を軽減することができる。

また、バンドパスフィルタ１３１は、撮影部１３０の撮影画像の輝度値を抑制する。これにより、撮影画像におけるアーク光の影響を低減させることができ、この点で、画像処理部２９２が各部を検出する精度を向上させることができる。

また、撮影部１３０は、異なるシャッタースピードで複数の画像を撮影する。これにより、画像処理部２９２は、検出対象に応じて画像を選択することができ、この点で、画像処理部２９２が各部を検出する精度を向上させることができる。

なお、制御部２９０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 溶接装置
１００ 本体部
１１０ 電極
１２０ ワイヤ送り機構
１３０ 撮影部
１３１ バンドパスフィルタ
２００ 溶接制御装置
２１０ 通信部
２２０ 操作入力部
２３０ 表示部
２８０ 記憶部
２９０ 制御部
２９１ 撮影制御部
２９２ 画像処理部
２９３ 第１制御部
２９４ 第２制御部
２９５ 第３制御部
２９６ 溶接制御部
８００ 溶接ワイヤ
８１０ 溶融池
９００ 溶接対象物

Claims (6)

1. 溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとを撮影する撮影部と、
   前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行う第１制御部と、
   前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行う第２制御部と、
   前記撮影部の撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行う第３制御部と、
   を備える溶接装置。
2. 前記第３制御部は、前記溶接ワイヤの先端部分の状態に基づいて、前記溶接ワイヤの上下の位置制御を行う、
   請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記撮影部の撮影画像の輝度値を抑制するバンドパスフィルタを備える、
   請求項１又は請求項２に記載の溶接装置。
4. 前記撮影部は、異なるシャッタースピードで複数の画像を撮影する、
   請求項１から３の何れか１項に記載の溶接装置。
5. 溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとの撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行い、
   前記撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行い、
   前記撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行う
   処理を含む溶接方法。
6. コンピュータに、
   撮影部に、溶接対象物の溶接個所に向けて設置された電極と溶接ワイヤとを撮影させる制御を行わせ、
   前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記電極の左右の位置制御を行わせ、
   前記撮影部の撮影画像に基づいて、前記溶接個所の位置に対する前記溶接ワイヤの左右の位置制御を行わせ、
   前記撮影部の撮影画像から判定される前記溶接ワイヤの溶融状況に基づいて、前記溶接ワイヤの位置制御を行わせる、
   ためのプログラム。