JP2018169212A - 部材の溶接位置検出装置、及び、部材の溶接位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部材の最適な溶接位置を簡便に検出することが可能な部材の溶接位置検出装置を提供する。【解決手段】互いに当接する当接面を有する二つの線状部材１２を溶接可能な溶接装置１は、二つの線状部材１２の画像を線状部材１２のそれぞれが有する側面に沿う方向から撮像可能なカメラ２５、カメラ２５が出力する画像に基づいて仮想座標面上における線状部材１２の側面の位置座標を取得する座標取得部４１、形状演算部４３、及び、位置演算部４４を備える。形状演算部４３は、座標取得部４１によって取得される線状部材１２の側面の位置座標に基づく最小二乗法によって、線状部材１２のそれぞれの側面形状を表す二つの二次曲線を演算する。位置演算部４４は、形状演算部４３によって演算される二つの二次曲線の交点に基づいて二つの線状部材の溶接位置を演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の部材を溶接可能な溶接位置を検出する部材の溶接位置検出装置、及び、部材の溶接位置検出方法に関する。

従来、互いに当接する当接面を有する二つの部材に対して、当該二つの部材を溶接可能な溶接位置を検出する部材の溶接位置検出装置が知られている。部材の溶接位置検出装置では、当接面に沿う方向から見た二つの部材の画像に基づいて最適な溶接位置を検出する。このとき、部材の溶接位置検出装置では、二つの部材のそれぞれの当接面の形状を仮想座標面上における座標の集合として取得し、当該座標の集合に基づいて当接面同士が当接する点を溶接位置として検出する。例えば、特許文献１には、二次元座標における部材の当接面を検出する当接面検出部、当接面検出部が検出した部材の当接面の曲率を演算する曲率演算部、及び、曲率が最大となる点を境に当接面の形状をブロック分けするブロック検出部を備える画像認識装置が記載されている。

特開平１０−９１７２４号公報

特許文献１に記載の画像認識装置では、ブロック分けの結果に基づいて求められる位相幾何学的特徴によって画像を分類する。しかしながら、特許文献１に記載の画像認識装置を部材の溶接位置の検出に適用する場合、部材の当接面の形状は比較的単純な形状であるため、曲率が最大となる点が算出されないおそれがある。このため、部材の当接面の形状を認識することができない。また、それぞれの当接面の形状に合わせて演算された曲率に基づいてブロック分けし画像を分類することによって当接面の形状を認識するため、所望の情報を得るまでの時間が長くなる。
また、部材の溶接位置を検出する場合、仮想座標面上で取得された部材の当接面の形状を表す座標の集合における最大値と最小値との平均から溶接位置を検出する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、部材の形状や当接面の表面状態によっては最適な溶接位置を検出することができない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部材の最適な溶接位置を簡便に検出することが可能な部材の溶接位置検出装置を提供することにある。

本発明は、複数の部材（１１，１２）を溶接可能な溶接位置を検出する部材の溶接位置検出装置であって、画像撮像部（２５）、座標取得部（４１）、第一演算部（４３）、及び、第二演算部（４４）を備える。
画像撮像部は、複数の部材の画像を部材の当接面（１１１，１２１）に沿う方向から撮像可能に設けられる。
座標取得部は、画像撮像部が出力する画像に基づいて仮想座標面上における当接面の位置座標を取得する。
第一演算部は、座標取得部によって取得される当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の部材のそれぞれの当接面の形状を表す複数のｎ次曲線（ｎ≧２）を演算する。
第二演算部は、第一演算部によって演算される複数のｎ次曲線の交点に基づいて溶接位置を演算する。

本発明の部材の溶接位置検出装置では、第一演算部は、座標取得部によって取得される部材の当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の部材のそれぞれの当接面の形状を表すｎ次曲線（ｎ≧２）を演算する。ｎ次曲線は、部材の当接面の形状の近似曲線となるため、第二演算部は、第一演算部において演算された複数のｎ次曲線の交点に基づいて溶接位置を演算する。これにより、本発明の部材の溶接位置検出装置は、部材の形状に影響されることなく最適な溶接位置を簡便に検出することができる。

また、本発明は、部材の溶接位置検出方法であって、画像撮像工程、座標取得工程、第一演算工程、及び、第二演算工程を含む。
画像撮像工程では、複数の部材の画像を部材の当接面に沿う方向から撮像する。
座標取得工程では、画像撮像工程において撮像された画像に基づいて仮想座標面上における部材の当接面の位置座標を取得する
第一演算工程では、座標取得工程において取得された部材の当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の部材のそれぞれの当接面の形状を表す複数のｎ次曲線（ｎ≧２）を演算する。
第二演算工程では、第一演算工程において演算された複数のｎ次曲線の交点に基づいて溶接位置を演算する。

本発明の部材の溶接位置検出方法では、第一演算工程において、部材の当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の部材のそれぞれの当接面の形状を表す複数のｎ≧２のｎ次曲線を演算する。次に、第二演算工程において、第一演算部において演算された複数のｎ次曲線の交点に基づいて溶接位置を演算する。これにより、本発明の部材の溶接位置検出方法は、部材の形状に影響されることなく最適な溶接位置を簡便に検出することができる。

一実施形態による部材の溶接位置検出装置の模式図である。 （ａ）図１のＩＩａ矢視図であって、（ｂ）図２（ａ）のＩＩｂ部拡大図である。 一実施形態による部材の溶接位置検出装置において撮像される画像の一例である。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法のフローチャートである。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法のフローチャートであって、図４に示すフローチャートに続くフローチャートである。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法のフローチャートであって、図５に示すフローチャートに続くフローチャートである。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法における部材の当接面の位置座標を取得する方法を説明する概念図である。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法における部材の当接面の位置座標を取得する方法を説明する概念図であって、図７とは異なる領域の部材の当接面の位置座標を取得する方法を説明する概念図である。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法において演算されるｎ次曲線を示す概念図である。 一実施形態による部材の溶接位置検出方法における溶接位置の検出方法を説明する概念図である。

以下、部材の溶接位置検出装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
一実施形態による「部材の溶接位置検出装置」としての溶接装置１は、二つの線状部材を溶接する装置であって、例えば、二つの「部材」としての線状部材１１，１２から熱電対１０を形成するために用いられる。

最初に、溶接装置１によって形成される熱電対１０の形状について説明する。
熱電対１０は、図２（ｂ）に示すように、線状部材１１，１２、充填剤１３、及び、筒状部材１４を有する。
線状部材１１，１２は、筒状部材１４に収容されている。線状部材１１，１２は、異なる金属から形成されている。線状部材１１，１２は、長手方向に対して垂直な断面が、図２（ｂ）に示すように、略円形状となるよう形成されている。線状部材１１，１２の一端は、図１に示すように、筒状部材１４から突出するよう設けられている。
充填剤１３は、線状部材１１，１２と筒状部材１４との間において筒状部材１４内を充填するよう設けられている。充填剤１３は、例えば、無機の絶縁材料から形成され、線状部材１１，１２と筒状部材１４との絶縁状態を維持する。

次に、溶接装置１の構成を図１，２に基づいて説明する。
溶接装置１は、支持部２０，「画像撮像部」としてのカメラ２５、ライト３１，３２、溶接用レーザ３５、及び、制御部４０を備える。

支持部２０は、線状部材１１，１２及び充填剤１３を収容する筒状部材１４を支持するよう設けられている。支持部２０に支持されている筒状部材１４内の線状部材１１，１２は、図２（ｂ）に示すように、線状部材１１の長手方向に沿う「当接面」としての側面１１１と線状部材１２の長手方向に沿う「当接面」としての側面１２１とが当接している。ここで、側面１１１とは、線状部材１１の側面において線状部材１２側に位置する側面のことを指す。また、側面１２１とは、線状部材１２の側面において線状部材１１側に位置する側面のことを指す。

カメラ２５は、線状部材１１，１２の長手方向に沿った方向（図１に示す撮像軸Ａｐ１）に対して略９０度の方向に設けられている。カメラ２５は、撮像軸Ａｐ１に対して略４５度の角度をなす反射面２６１を有するハーフミラー２６を介して、側面１１１と側面１２１とが当接している線状部材１１，１２の撮像軸Ａｐ１に沿う方向からの画像を撮像する。カメラ２５が撮像する画像は、具体的には、図３に示すような画像となる。カメラ２５は、制御部４０と電気的に接続している。カメラ２５は、撮像した画像を制御部４０に出力する。

ライト３１，３２は、二つの線状部材１１，１２が当接している部位を中心として撮像軸Ａｐ１から所定の角度傾いた位置に設けられている。本実施形態では、ライト３１とライト３２とは、図２に示すように、撮像軸Ａｐ１を挟んだ位置に設けられている。ライト３１，３２は、二つの線状部材１１，１２が当接している部位を照らす照明であって、具体的には、図３に示す画像において、線状部材１１，１２が位置する領域と、充填剤１３が位置する領域との明度のコントラストが大きくなるよう光を照射する。本実施形態では、ライト３１，３２は、充填剤１３が位置する領域の明るさに比べ線状部材１１，１２が位置する領域の明るさが暗くなるよう熱電対１０に光を照射する。ライト３１，３２は、制御部４０と電気的に接続している。ライト３１，３２は、制御部４０の指令に応じて熱電対１０に光を照射する。

溶接用レーザ３５は、撮像軸Ａｐ１上においてハーフミラー２６を挟んで線状部材１１，１２とは反対側に設けられている。溶接用レーザ３５は、制御部４０と電気的に接続している。溶接用レーザ３５は、溶接用レーザ３５のレーザの照射方向を所望の方向に変更可能な位置調整部３５１に支持されている。溶接用レーザ３５は、制御部４０が検出する線状部材１１と線状部材１２との溶接位置に撮像軸Ａｐ１に沿う方向からハーフミラー２６を介してレーザを照射可能である。溶接用レーザ３５は、制御部４０が検出する溶接位置において線状部材１１と線状部材１２とを溶接する。

制御部４０は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ及びＲＡＭ、ならびに、入出力手段などを有する小型のコンピュータである。制御部４０は、座標取得部４１、「記憶部」としてのメモリ４２、「第一演算部」としての形状演算部４３、「第二演算部」としての位置演算部４４、及び、レーザ制御部４５を有する。制御部４０は、線状部材１１と線状部材１２との溶接位置を検出し、線状部材１１と線状部材１２との溶接を行う指令をレーザ制御部４５に出力する。

座標取得部４１は、カメラ２５と電気的に接続している。座標取得部４１は、カメラ２５が出力する画像に基づいて仮想座標面上における線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標を取得する。座標取得部４１の詳細な作用は、後述する。

メモリ４２は、座標取得部４１と電気的に接続している。メモリ４２は、座標取得部４１が取得する位置座標を記憶する。メモリ４２の作用の詳細は、後述する。

形状演算部４３は、メモリ４２と電気的に接続している。形状演算部４３は、メモリ４２に記憶されている線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標に基づく最小二乗法によって二つの線状部材１１，１２のそれぞれの側面形状を表す二次曲線を演算する。形状演算部４３の作用の詳細は、後述する。

位置演算部４４は、形状演算部４３において演算された二つの二次曲線の交点に基づいて線状部材１１と線状部材１２との溶接位置を演算する。位置演算部４４の詳細な作用は、後述する。

レーザ制御部４５は、位置演算部４４と電気的に接続している。レーザ制御部４５は、位置演算部４４が検出する線状部材１１と線状部材１２との溶接位置にレーザを照射する指令を溶接用レーザ３５及び位置調整部３５１に出力する。

次に、溶接装置１における線状部材１１と線状部材１２との溶接位置の検出方法について、図４〜１０に基づいて説明する。図４〜６には、線状部材１１と線状部材１２との溶接位置の検出方法のフローチャートを示す。

最初に、「画像撮像工程」としてのステップ（以下、「Ｓ」という）１０１において、線状部材１１，１２の画像を撮像する。Ｓ１０１では、撮像軸Ａｐ１に沿った方向からみた線状部材１１，１２の画像をカメラ２５によって撮像する。カメラ２５が撮像する画像は、具体的には、図３に示すような画像であって、長手方向からみた二つの線状部材１１，１２が隣り合うよう位置し、二つの線状部材１１，１２の周囲は、充填剤１３が位置している範囲の画像である。撮像された画像は、座標取得部４１に入力される。

次に、「画像処理工程」としてのＳ１０２において、撮像された画像を二値化する。Ｓ１０２では、座標取得部４１は、Ｓ１０１において撮像された画像を白と黒との二階調に変換する。本実施形態では、ライト３１，３２による光の照射の仕方によって、線状部材１１，１２が黒く表示され、充填剤１３が白く表示されるよう変換される。
白と黒との二階調に変換された画像は、特定の位置に原点を有しｘ軸とｘ軸に直交するｙ軸との仮想座標上に配置される。本実施形態では、原点は、ｘ軸上及びｙ軸上に線状部材１１，１２が位置しないよう設定される。

次に、Ｓ１０３において、二値化した画像を補正する。Ｓ１０３では、座標取得部４１は、Ｓ１０２において二値化された画像の傾きを補正する。具体的には、仮想座標面上において、二値化された画像を大まかに走査し、線状部材１１のおおよその中心と線状部材１２のおおよその中心とを結ぶ線がｘ軸またはｙ軸に略平行となるよう画像を補正する。本実施形態では、図７に示すように、線状部材１１のおおよその中心Ｃ１１と線状部材１２のおおよその中心Ｃ１２とを結ぶ線ＶＬ１０がｙ軸に略平行となるよう画像が補正される。

次に、Ｓ１０４において、ｘ軸のプラス方向に画像を走査する。Ｓ１０４では、座標取得部４１は、ｙ座標を一定とする走査線に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明度に関する情報を取得する。具体的には、図７に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ１に一定とした走査線Ｓｃｙ＋１に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。このとき、ｙ座標ｙ１は、Ｓ１０３において検出された線状部材１１のおおよその中心Ｃ１１のｙ座標に比べ大きいｙ座標とする。

次に、「座標取得工程」としてのＳ１０５において、明度の変化点の座標をメモリ４２に格納する。Ｓ１０５では、座標取得部４１は、画像の明度が所定の値以下となる点を変化点とし、当該変化点のｘ座標ｘ１とｙ座標ｙ１とを線状部材１１の側面１１１の位置座標として取得する。取得された線状部材１１の側面１１１の位置座標は、メモリ４２に格納される。

次に、Ｓ１０６において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であるか否かを判定する。Ｓ１０６では、座標取得部４１は、メモリ４２に格納された位置座標のｘ座標の最大値が直前のＳ１０５における位置座標のｘ座標の格納にかかわらず不変であるか否かを判定する。位置座標のｘ座標の最大値が不変である場合、Ｓ１０８に進む。位置座標のｘ座標の最大値が変化している場合、Ｓ１０７に進む。１回目のＳ１０５における位置座標のｘ座標の格納の直後では、比較する位置座標のｘ座標がないため、Ｓ１０７に進む。

次に、Ｓ１０７において、走査線をｙ軸のプラス方向に移動する。具体的には、図７に示すように、ｙ座標がｙ座標ｙ１であった走査線Ｓｃｙ＋１を規定ピッチ分プラスに移動し、ｙ座標がｙ座標ｙ２である走査線Ｓｃｙ＋２を設定する。
次に、Ｓ１０４において、図７に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ２に一定とした走査線Ｓｃｙ＋２に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。
次に、Ｓ１０５において、変化点のｘ座標ｘ２とｙ座標ｙ２とを線状部材１１の側面１１１の位置座標として取得し、メモリ４２に格納する。

次に、２回目のＳ１０６において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であるか否かを判定する。２回目のＳ１０６では、走査線Ｓｃｙ＋２の走査における位置座標のｘ座標ｘ２と、走査線Ｓｃｙ＋１の走査における位置座標のｘ座標ｘ１との大きさを比較する。ｘ座標ｘ２の大きさがｘ座標ｘ１の大きさに比べ大きい場合、Ｓ１０７に進む。ｘ座標ｘ２の大きさがｘ座標ｘ１の大きさに比べ小さい場合、位置座標のｘ座標の最大値が不変であると判定し、Ｓ１０８に進む。本実施形態では、図７に示すように、ｘ座標ｘ２の大きさはｘ座標ｘ１の大きさに比べ大きいため、Ｓ１０７に進む。

このように、位置座標のｘ座標の最大値が不変となるまでＳ１０４〜Ｓ１０７の工程を繰り返す。図７に示す具体例では、走査線を走査線Ｓｃｙ＋１から走査線Ｓｃｙ＋２，Ｓｃｙ＋３，Ｓｃｙ＋４，Ｓｃｙ＋５のように移動させる（図７の白抜き矢印Ｆ７１）と、位置座標のｘ座標がｘ座標ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５と大きくなる。その後、図が煩雑になるため図示していないが、走査線をｙ軸のプラス方向にさらに移動したときの位置座標のｘ座標はｘ座標ｘ５に比べ小さくなるため、Ｓ１０６において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であると判定し、Ｓ１０８に進む。

次に、「記憶工程」としてのＳ１０８において、ｘ座標の最大値が不変となるまで繰り返されたＳ１０４〜Ｓ１０７の工程において取得された位置座標をメモリ４２の第１ブロックに格納する。第１ブロックに格納された位置座標の情報は、図７から明らかなように、線状部材１１の側面１１１のうちｘ軸のマイナス方向側に関する情報となっている。

次に、Ｓ１０９において、ｘ軸のプラス方向に画像を走査する。Ｓ１０９では、座標取得部４１は、Ｓ１０６においてｘ座標が最大となるときの位置座標のｙ座標に比べて大きいｙ座標ｙ６に設定された走査線に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明度に関する情報を取得する。具体的には、図７に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ６に一定とした走査線Ｓｃｙ−６に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。このとき、ｙ座標ｙ６は、Ｓ１０３において検出された線状部材１２のおおよその中心Ｃ１２のｙ座標に比べ小さいｙ座標とする。

次に、「座標取得工程」としてのＳ１１０において、明度の変化点の座標をメモリ４２に格納する。Ｓ１１０では、座標取得部４１は、画像の明度が所定の値以下となる点を変化点とし、当該変化点のｘ座標ｘ６とｙ座標ｙ６とを線状部材１２の側面１２１の位置座標として取得する。取得された線状部材１２の側面１２１の位置座標は、メモリ４２に格納される。

次に、Ｓ１１１において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であるか否かを判定する。Ｓ１１１では、Ｓ１０６と同様に、座標取得部４１は、メモリ４２に格納された位置座標のｘ座標の最大値が直前のＳ１１０における位置座標のｘ座標の格納にかかわらず不変であるか否かを判定する。位置座標のｘ座標の最大値が不変である場合、Ｓ１１３に進む。位置座標のｘ座標の最大値が変化している場合、Ｓ１１２に進む。

Ｓ１１２に進んだ場合、走査線をｙ軸のマイナス方向に移動する。具体的には、図７に示すように、ｙ座標がｙ座標ｙ６であった走査線Ｓｃｙ−６を規定ピッチ分マイナスに移動し、ｙ座標がｙ座標ｙ７である走査線Ｓｃｙ−７を設定する。

次に、Ｓ１０９において、ｙ座標をｙ座標ｙ７に一定とした走査線Ｓｃｙ−７に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。
次に、Ｓ１１０において、変化点のｘ座標ｘ７とｙ座標ｙ７とを線状部材１２の側面１２１の位置座標として取得し、メモリ４２に格納する。
次に、Ｓ１１１において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であるか否かを判定する。

このように、位置座標のｘ座標の最大値が不変となるまでＳ１０９〜Ｓ１１２の工程を繰り返す。図７に示す具体例では、走査線を走査線Ｓｃｙ−６から走査線Ｓｃｙ−７，Ｓｃｙ−８，Ｓｃｙ−９，Ｓｃｙ−１０のように移動させる（図７の白抜き矢印Ｆ７２）と、位置座標のｘ座標がｘ座標ｘ６，ｘ７，ｘ８，ｘ９，ｘ１０と大きくなる。その後、走査線をｙ軸のマイナス方向にさらに移動したときの位置座標のｘ座標はｘ座標ｘ１０に比べ小さくなるため、Ｓ１１１において、位置座標のｘ座標の最大値が不変であると判定し、Ｓ１１３に進む。

次に、「記憶工程」としてのＳ１１３において、ｘ座標の最大値が不変となるまで繰り返されたＳ１０９〜Ｓ１１２の工程において取得された位置座標をメモリ４２の第２ブロックに格納する。第２ブロックに格納された位置座標の情報は、図７から明らかなように、線状部材１２の側面１２１のうちｘ軸のマイナス方向側に関する情報となっている。

次に、Ｓ１１４において、ｘ軸のマイナス方向に画像を走査する。Ｓ１１４では、座標取得部４１は、ｙ座標を一定とする走査線に沿ってｘ軸のマイナス方向に画像を走査し、画像の明度に関する情報を取得する。具体的には、図８に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ１１に一定とした走査線Ｓｃｙ＋１１に沿ってｘ軸のマイナス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。このとき、ｙ座標ｙ１１は、Ｓ１０３において検出された線状部材１１のおおよその中心Ｃ１１のｙ座標に比べ大きいｙ座標とする。

次に、「座標取得工程」としてのＳ１１５において、明度の変化点の座標をメモリ４２に格納する。Ｓ１１５では、座標取得部４１は、画像の明度が所定の値以下となる点を変化点とし、当該変化点のｘ座標ｘ１１とｙ座標ｙ１１とを線状部材１１の側面１１１の位置座標として取得する。取得された線状部材１１の側面１１１の位置座標は、メモリ４２に格納される。

次に、Ｓ１１６において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であるか否かを判定する。Ｓ１１６では、座標取得部４１は、メモリ４２に格納された位置座標のｘ座標の最小値が直前のＳ１１５における位置座標のｘ座標の格納にかかわらず不変であるか否かを判定する。位置座標のｘ座標の最小値が不変である場合、Ｓ１１８に進む。位置座標のｘ座標の最小値が変化している場合、Ｓ１１７に進む。１回目のＳ１１５における位置座標のｘ座標の格納の直後では、比較する位置座標のｘ座標がないため、Ｓ１１７に進む。

次に、Ｓ１１７において、走査線をｙ軸のプラス方向に移動する。具体的には、図８に示すように、ｙ座標がｙ座標ｙ１１であった走査線Ｓｃｙ＋１１を規定ピッチ分プラスに移動し、ｙ座標がｙ座標ｙ１２である走査線Ｓｃｙ＋１２を設定する。
次に、Ｓ１１４において、図８に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ１２に一定とした走査線Ｓｃｙ＋１２に沿ってｘ軸のプラス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。
次に、Ｓ１１５において、変化点のｘ座標ｘ１２とｙ座標ｙ１２とを線状部材１１の側面１１１の位置座標として取得し、メモリ４２に格納する。

次に、２回目のＳ１１６において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であるか否かを判定する。２回目のＳ１１６では、走査線Ｓｃｙ＋１２の走査における位置座標のｘ座標ｘ１２と、走査線Ｓｃｙ＋１１の走査における位置座標のｘ座標ｘ１１との大きさを比較する。ｘ座標ｘ１２の大きさがｘ座標ｘ１１の大きさに比べ小さい場合、Ｓ１１７に進む。ｘ座標ｘ１２の大きさがｘ座標ｘ１１の大きさに比べ大きい場合、位置座標のｘ座標の最小値が不変であると判定し、Ｓ１１８に進む。本実施形態では、図８に示すように、ｘ座標ｘ１２の大きさはｘ座標ｘ１１の大きさに比べ小さいため、Ｓ１１７に進む。

このように、位置座標のｘ座標の最小値が不変となるまでＳ１１４〜Ｓ１１７の工程を繰り返す。図８に示す具体例では、走査線を走査線Ｓｃｙ＋１１から走査線Ｓｃｙ＋１２，Ｓｃｙ＋１３，Ｓｃｙ＋１４，Ｓｃｙ＋１５のように移動させる（図８の白抜き矢印Ｆ８１）と、位置座標のｘ座標がｘ座標ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３，ｘ１４，ｘ１５と小さくなる。その後、走査線をｙ軸のプラス方向にさらに移動したときの位置座標のｘ座標はｘ座標ｘ１５に比べ大きくなるため、Ｓ１１６において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であると判定し、Ｓ１１８に進む。

次に、「記憶工程」としてのＳ１１８において、ｘ座標の最小値が不変となるまで繰り返されたＳ１１４〜Ｓ１１７の工程において取得された位置座標をメモリ４２の第３ブロックに格納する。第３ブロックに格納された位置座標の情報は、図８から明らかなように、線状部材１１の側面１１１のうちｘ軸のプラス方向側に関する情報となっている。

次に、Ｓ１１９において、ｘ軸のマイナス方向に画像を走査する。Ｓ１１９では、座標取得部４１は、Ｓ１１６においてｘ座標が最小となるときの位置座標のｙ座標に比べて大きいｙ座標ｙ１６に設定された走査線に沿ってｘ軸のマイナス方向に画像を走査し、画像の明度に関する情報を取得する。具体的には、図８に示すように、ｙ座標をｙ座標ｙ１６に一定とした走査線Ｓｃｙ−１６に沿ってｘ軸のマイナス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。このとき、ｙ座標ｙ１６は、Ｓ１０３において検出された線状部材１２のおおよその中心Ｃ１２のｙ座標に比べ小さいｙ座標とする。

次に、「座標取得工程」としてのＳ１２０において、明度の変化点の座標をメモリ４２に格納する。Ｓ１２０では、座標取得部４１は、画像の明度が所定の値以下となる点を変化点とし、当該変化点のｘ座標ｘ１６とｙ座標ｙ１６とを線状部材１２の側面１２１の位置座標として取得する。取得された線状部材１２の側面１２１の位置座標は、メモリ４２に格納される。

次に、Ｓ１２１において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であるか否かを判定する。Ｓ１２１では、Ｓ１１６と同様に、座標取得部４１は、メモリ４２に格納された位置座標のｘ座標の最小値が直前のＳ１２０における位置座標のｘ座標の格納にかかわらず不変であるか否かを判定する。位置座標のｘ座標の最小値が不変である場合、Ｓ１２３に進む。位置座標のｘ座標の最小値が変化している場合、Ｓ１２２に進む。

Ｓ１１２に進んだ場合、走査線をｙ軸のマイナス方向に移動する。具体的には、図８に示すように、ｙ座標がｙ座標ｙ１６であった走査線Ｓｃｙ−１６を規定ピッチ分マイナスに移動し、ｙ座標がｙ座標ｙ１７である走査線Ｓｃｙ−１７を設定する。

次に、Ｓ１１９において、ｙ座標をｙ座標ｙ１７に一定とした走査線Ｓｃｙ−１７に沿ってｘ軸のマイナス方向に画像を走査し、画像の明暗に関する情報を取得する。
次に、Ｓ１２０において、変化点のｘ座標ｘ１７とｙ座標ｙ１７とを線状部材１２の側面１２１の位置座標として取得し、メモリ４２に格納する。
次に、Ｓ１２１において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であるか否かを判定する。

このように、位置座標のｘ座標の最小値が不変となるまでＳ１１９〜Ｓ１２２の工程を繰り返す。図８に示す具体例では、走査線を走査線Ｓｃｙ−１６から走査線Ｓｃｙ−１７，Ｓｃｙ−１８，Ｓｃｙ−１９，Ｓｃｙ−２０のように移動させる（図８の白抜き矢印Ｆ８２）と、位置座標のｘ座標がｘ座標ｘ１６，ｘ１７，ｘ１８，ｘ１９，ｘ２０と小さくなる。その後、走査線をｙ軸のマイナス方向にさらに移動したときの位置座標のｘ座標はｘ座標ｘ２０に比べ大きくなるため、Ｓ１２１において、位置座標のｘ座標の最小値が不変であると判定し、Ｓ１２３に進む。

次に、「記憶工程」としてのＳ１２３において、ｘ座標の最小値が不変となるまで繰り返されたＳ１１９〜Ｓ１２２の工程において取得された位置座標をメモリ４２の第４ブロックに格納する。第４ブロックに格納された位置座標の情報は、図８から明らかなように、線状部材１２の側面１２１のうちｘ軸のプラス方向側に関する情報となっている。

次に、Ｓ１２４において、第１グループのデータを作成する。ここで、第１グループのデータとは、線状部材１１の側面１１１に関する情報の集合であって、メモリ４２には、第１ブロック及び第３ブロックとに格納されている。Ｓ１２４では、形状演算部４３は、メモリ４２に格納されている第１ブロック及び第３ブロックのデータを組み合わせ、線状部材１１の側面１１１に関する情報を作成する。

次に、「第一演算工程」としてのＳ１２５において、第１グループのデータに基づいて二次曲線を作成する。Ｓ１２５では、形状演算部４３は、第１グループのデータに基づく最小二乗法によって図９に示す二次曲線Ｑｃ１１を作成する。二次曲線Ｑｃ１１は、線状部材１１の線状部材１２側の側面１１１の形状に近似した形状をなしている。なお、図９には、仮想座標面上における線状部材１１の側面１１１の形状を二点鎖線で示している。

次に、Ｓ１２６において、第２グループのデータを作成する。ここで、第２グループのデータとは、線状部材１２の側面１２１に関する情報の集合であって、メモリ４２には、第２ブロック及び第４ブロックとに格納されている。Ｓ１２６では、形状演算部４３は、メモリ４２に格納されている第２ブロック及び第４ブロックのデータを組み合わせ、線状部材１２の側面１２１に関する情報を作成する。

次に、「第一演算工程」としてのＳ１２７において、第２グループのデータに基づいて二次曲線を作成する。Ｓ１２７では、形状演算部４３は、第２グループのデータに基づく最小二乗法によって図９に示す二次曲線Ｑｃ１２を作成する。二次曲線Ｑｃ１２は、線状部材１２の線状部材１１側の側面１２１の形状に近似した形状をなしている。なお、図９には、仮想座標面上における線状部材１２の側面１２１の形状を二点鎖線で示している。

次に、「第二演算工程」としてのＳ１２８において、二つの二次曲線の関係から線状部材１１と線状部材１２との溶接位置を検出する。二つの二次曲線Ｑｃ１１，Ｑｃ１２を用いた線状部材１１と線状部材１２との溶接位置の検出方法について、図１０に基づいて説明する。図１０は、仮想座標面上における二次曲線Ｑｃ１１，Ｑｃ１２の関係を示している。

図１０（ａ）では、二次曲線Ｑｃ１１と二次曲線Ｑｃ１２とは、一つの交点ｃＰ１を有する関係に位置している。この場合、位置演算部４４は、交点ｃＰ１の座標（ｘｃｐ１，ｙｃｐ１）を線状部材１１と線状部材１２との溶接位置であると検出する。

図１０（ｂ）では、二次曲線Ｑｃ１１と二次曲線Ｑｃ１２とは、二つの交点ｃＰ２１，ｃＰ２２を有する関係に位置している。この場合、本実施形態では、交点ｃＰ２１，ｃＰ２２のそれぞれの座標、及び、二次曲線Ｑｃ１１、Ｑｃ１２変曲点に基づいて線状部材１１と線状部材１２との溶接位置を検出する。具体的には、交点ｃＰ２１と交点ｃＰ２２とを結ぶ仮想線を仮想線ＶＬ２１とし、二次曲線Ｑｃ１１の変曲点ｉｆＰ１１と二次曲線Ｑｃ１２の変曲点ｉｆＰ１２とを結ぶ仮想線を仮想線ＶＬ２２とすると、仮想線ＶＬ２１と仮想線ＶＬ２２との交点ｃＰ２の座標（ｘｃｐ２，ｙｃｐ２）を、線状部材１１と線状部材１２との溶接位置として検出する。

図１０（ｃ）では、二次曲線Ｑｃ１１と二次曲線Ｑｃ１２とは、交点を有しない関係に位置している。この場合、エラーと判定し、側面１１１と側面１２１とが当接するよう線状部材１１，１２の位置を調整し、Ｓ１０１からの工程を再度行う。

Ｓ１２８において、線状部材１１と線状部材１２との溶接位置が検出されると、図４〜６のフローチャートに示す線状部材１１と線状部材１２との溶接位置の検出方法は終了する。その後、位置演算部４４は、レーザ制御部４５に検出した線状部材１１と線状部材１２との溶接位置に関する情報に基づいて溶接用レーザ３５の作動を制御し、線状部材１１と線状部材１２とを溶接する。

溶接装置１では、形状演算部４３は、座標取得部４１が取得する線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標に基づく最小二乗法によって線状部材１１，１２のそれぞれの側面形状を表す二次曲線Ｑｃ１１，Ｑｃ１２を演算する。二次曲線Ｑｃ１１，Ｑｃ１２は、線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の形状の近似曲線となるため、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、一つ以上の交点ｃＰ１，ｃＰ２１，ｃＰ２２を有する場合、交点ｃＰ１，ｃＰ２１，ｃＰ２２が線状部材１１と線状部材１２との最適な溶接位置と見なすことができる。そこで、位置演算部４４は、形状演算部４３において演算された二次曲線Ｑｃ１１，Ｑｃ１２の交点ｃＰ１，ｃＰ２１，ｃＰ２２に基づいて線状部材１１と線状部材１２との溶接位置を演算することができる。これにより、溶接装置１は、線状部材１１，１２の形状に影響されることなく最適な溶接位置を簡便に検出することができる。

座標取得部４１は、カメラ２５が撮像した画像を白と黒との二階調に変換する。これにより、座標取得部４１は、二値化した画像の明度が所定の値以下となる点を変化点とし、当該変化点のｘ座標とｙ座標とを線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標として取得することができる。したがって、線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標を比較的容易に取得することができる。

座標取得部４１では、カメラ２５が出力する画像は、直交座標系の仮想座標面上に配置される。これにより、座標取得部４１は、ｙ座標を一定とした走査線に沿って変化点の位置座標を取得することができる。したがって、ｘ座標及びｙ座標のいずれもが変化する走査に比べ、容易に変化点の位置座標を取得することができる。

メモリ４２は、座標取得部４１がｘ軸に沿って画像を走査するとき線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の位置座標のｘ座標が最大値または最小値のまま不変の場合、当該最大値または最小値となるときまでの位置座標の集合を一つのブロックとして記憶する。形状演算部４３では、メモリ４２に記憶されている二つのブロックの位置座標に基づく最小二乗法によって線状部材１１，１２の側面１１１，１２１の形状を表す二次曲線を演算することができる。これにより、走査する領域を小さくすることができるため、線状部材１１と線状部材１２との最適な溶接位置の検出にかかる時間を短くすることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、形状演算部は、線状部材の側面形状を表す近似曲線として二次曲線を演算するとしたが、形状演算部が演算する曲線はこれに限定されない。三次以上の高次の曲線であってもよい。

上述の実施形態では、座標取得部は、線状部材の画像を白と黒との二階調に変換するとした。しかしながら、座標取得部における画像処理の内容はこれに限定されない。

上述の実施形態では、二値化した画像の明度の変化点の位置座標に基づいて二つの線状部材の側面形状を表す二次曲線を演算するとした。しかしながら、二次曲線を演算するための位置座標はこれに限定されない。画像から取得される色相や彩度の変化点の位置座標に基づいて二次曲線を演算してもよい。

上述の実施形態では、座標取得部は、線状部材の画像を直交座標系に配置するとした。しかしながら、座標取得部が画像を配置する座標系はこれに限定されない。

上述の実施形態では、二つの線状部材の側面形状の位置座標を四つのブロックに分けて取得するとした。しかしながら、位置座標の取得の方法はこれに限定されない。

上述の実施形態では、制御部は、レーザ制御部を有するとした。しかしながら、レーザ制御部はなくてもよい。別異に設けられていてもよい。

上述の実施形態では、二つの線状部材の中心を結ぶ仮想線をｙ軸に略平行にした場合、ｙ座標を一定とした走査線に沿って画像を走査するとした。しかしながら、二つの線状部材の中心を結ぶ仮想線をｘ軸に略平行にした場合、ｘ座標を一定とした走査線に沿って画像を走査するとよい。

上述の実施形態では、Ｓ１２８において、二つの二次曲線が二つの交点を有するよう位置するとき、二つの交点を結ぶ仮想線と、二つの変曲点を結ぶ仮想線との交点を二つの線状部材の溶接位置とすることとした。しかしながら、溶接位置の検出方法は、これに限定されない。

上述の実施形態では、「座標取得部」、「第一演算部」、及び、「第二演算部」は、ＣＰＵなどのハードウェアであるとした。しかしながら、「座標取得部」、「第一演算部」、及び、「第二演算部」は、ＲＯＭやＲＡＭなどに事前に入力されているソフトウェアであってもよい。

上述の実施形態では、溶接装置は、二つの線状部材を溶接するために最適な溶接位置を検出可能であるとした。しかしながら、溶接装置が溶接可能な部材の数はこれに限定されない。したがって、溶接装置が備える最適な溶接位置を検出可能な機能では、複数の部材を溶接可能な溶接位置を検出可能である。

上述の実施形態では、ライトは、充填剤が位置する領域の明るさに比べ線状部材が位置する領域の明るさが暗くなるよう熱電対に光を照射するとした。しかしながら、充填剤が位置する領域の明るさに比べ線状部材が位置する領域の明るさが明るくなるよう熱電対に光を照射してもよい。

上述の実施形態では、カメラが撮像軸に対して９０度の方向から撮像し、溶接用レーザが撮像軸に沿う方向からレーザを照射可能であるとした。しかしながら、カメラ及び溶接用レーザが設けられる位置はこれに限定されない。カメラが撮像軸に沿う方向から撮像してもよいし、撮像軸とは異なる方向からレーザを照射してもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・溶接装置（部材の溶接位置検出装置）
１１，１２・・・線状部材（部材）
１１１，１２１・・・側面（当接面）
２５・・・カメラ（画像撮像部）
４１・・・座標取得部
４３・・・形状演算部（第一演算部）
４４・・・位置演算部（第二演算部）

Claims (9)

1. 複数の部材（１１，１２）を溶接可能な溶接位置を検出する部材の溶接位置検出装置であって、
   複数の前記部材の画像を前記部材の当接面（１１１，１２１）に沿う方向から撮像可能に設けられ、当該画像を出力可能な画像撮像部（２５）と、
   前記画像撮像部が出力する前記画像に基づいて仮想座標面上における前記当接面の位置座標を取得する座標取得部（４１）と、
   前記座標取得部によって取得される前記当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の前記部材のそれぞれの前記当接面の形状を表す複数のｎ次曲線（ｎ≧２）を演算する第一演算部（４３）と、
   前記第一演算部によって演算される複数の前記ｎ次曲線の交点に基づいて前記溶接位置を演算する第二演算部（４４）と、
   を備える部材の溶接位置検出装置。
2. 前記座標取得部は、前記画像を二値化し、前記仮想座標面上における前記画像の明度が所定の値以下、または、所定の値以上となる点である明度の変化点の座標を前記当接面の位置座標として取得する請求項１に記載の部材の溶接位置検出装置。
3. 前記座標取得部は、前記仮想座標面上の位置をｘ軸におけるｘ座標及び前記ｘ軸に直交するｙ軸におけるｙ座標で表す場合、前記ｘ軸または前記ｙ軸に沿って前記画像を走査する請求項１または２に記載の部材の溶接位置検出装置。
4. 前記座標取得部が前記ｘ軸に沿って前記画像を走査するとき前記当接面の位置座標のｘ座標が最大値または最小値のまま不変の場合、または、前記ｙ軸に沿って前記画像を走査するとき前記当接面の位置座標のｙ座標が最大値または最小値のまま不変の場合、当該最大値または最小値となるときまでの位置座標の集合を一つのブロックとして記憶する記憶部（４２）をさらに備え、
   前記第一演算部は、一の前記部材が有する前記当接面の位置座標を含む前記記憶部に記憶されている複数のブロックの位置座標に基づく最小二乗法によって前記ｎ次曲線を演算する請求項３に記載の部材の溶接位置検出装置。
5. ｎは、２である請求項１〜４のいずれか一項に記載の部材の溶接位置検出装置。
6. 複数の部材（１１，１２）を溶接可能な溶接位置を検出する部材の溶接位置検出方法であって、
   複数の前記部材の画像を前記部材の当接面（１１１，１２１）に沿う方向から撮像する画像撮像工程（Ｓ１０１）と、
   前記画像撮像工程において撮像された前記画像に基づいて仮想座標面上における前記当接面の位置座標を取得する座標取得工程（Ｓ１０５，Ｓ１１０，Ｓ１１５，Ｓ１２０）と、
   前記座標取得工程において取得された前記当接面の位置座標に基づく最小二乗法によって複数の前記部材のそれぞれの前記当接面の形状を表す複数のｎ次曲線（ｎ≧２）を演算する第一演算工程（Ｓ１２５，Ｓ１２７）と、
   前記第一演算工程において演算された複数の前記ｎ次曲線の交点に基づいて前記溶接位置を演算する第二演算工程（Ｓ１２８）と、
   を含む部材の溶接位置検出方法。
7. 前記座標取得工程の前に、前記画像撮像工程において撮像された前記画像を二値化する画像処理工程をさらに含み、
   前記座標取得工程において、前記仮想座標面上における前記画像の明度が所定の値以下、または、所定の値以上となる点である明度の変化点の座標を前記当接面の位置座標として取得する請求項６に記載の部材の溶接位置検出方法。
8. 前記座標取得工程において、前記仮想座標面上の位置をｘ軸におけるｘ座標及び前記ｘ軸に直交するｙ軸におけるｙ座標で表す場合、前記ｘ軸または前記ｙ軸に沿って前記画像を走査する請求項６または７に記載の部材の溶接位置検出方法。
9. 前記座標取得工程において、前記ｘ軸に沿って前記画像を走査するとき前記当接面の位置座標のｘ座標が最大値または最小値のまま不変の場合、または、前記ｙ軸に沿って前記画像を走査するとき前記当接面の位置座標のｙ座標が最大値または最小値のまま不変の場合、当該最大値または最小値となるときまでの位置座標の集合を一つのブロックとして記憶する記憶工程をさらに含み、
   前記第一演算工程において、一の前記部材が有する前記当接面の位置座標を含む前記記憶工程に記憶された複数のブロックの位置座標に基づく最小二乗法によって前記ｎ次曲線を演算する請求項８に記載の部材の溶接位置検出方法。

Images