JP2019188467A - 記録用装置、溶接支援装置、記録方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、記録媒体に出力することができる記録用装置、溶接支援装置、記録方法及びプログラムを提供する。【解決手段】記録用装置１は、溶接トーチ２に設けられる撮像部１１と、該撮像部１１が撮像した画像に基づいて、前記溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する導出部１２１と、該導出部１２１が導出した前記溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録するために出力する出力部１２２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、記録用装置、溶接支援装置、記録方法及びプログラムに関する。

アーク溶接において、溶接トーチの移動速度は、母材の板厚、継手形状、溶接法等が設定されると適正値が決定される。溶接工が溶接トーチを把持して行う手動溶接の場合、溶接工は、適正値となる移動速度で溶接トーチを移動させる必要があるが、溶接工が熟練者でない場合、溶接トーチの移動速度を適正値に維持して溶接することは困難である。

特許文献１に記載のアーク溶接装置は、溶接トーチに加速度センサを設け、当該加速度センサが検出した加速度に基づき溶接トーチの移動速度を算出する。そして移動速度が適正値を基準とした所定の範囲外にあるとき、アーク溶接装置は溶接工に警報を発する。

特開２０１３−２２３８７９号公報

溶接トーチの移動速度に加え、溶接作業時における溶接トーチの位置及び姿勢の軌跡を記録し、記録した溶接トーチの軌跡を分析することにより、溶接工の溶接作業の質を向上させることが考えられる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、記録媒体に出力することができる記録用装置、溶接支援装置、記録方法及びプログラムを提供することにある。

本開示の一態様に係る記録用装置は、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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する導出部と、該導出部が導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録するために出力する出力部とを備える。

本態様にあたっては、導出部は、撮像部が撮像した画像に基づいて、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する。出力部は、導出部が導出した情報を記録媒体に記録するために出力することによって、当該情報を記録することができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記撮像部は、アークを発する前記溶接トーチの先端部が視野の外に位置するように該溶接トーチに設けられる。

本態様にあたっては、撮像部は、溶接トーチの先端部が視野の外に位置するように設けられているため、前記溶接トーチの先端部から発生されるアークが撮像部の視野から外れ、撮像部がアークの光量により露出オーバーとなることを防止することができる。従って、溶接作業中であっても、導出部は、撮像部が撮像した画像に基づいて溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出することができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、
前記撮像部が撮像した時点に関する情報を含む。

本態様にあたっては、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、撮像部が撮像した複数の時点に関する情報を含むため、各撮像時点夫々における溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を出力することができる。なお、撮像部が撮像した複数の時点に関する情報とは、例えば、撮像部が撮像した時刻又は所定の起算時点から撮像した時点までの経過時間に関する情報である。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、所定の座標系における該溶接トーチの座標及び回転角度を含む。

本態様にあたっては、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、所定の座標系における該溶接トーチの座標及び回転角度を含むため、当該座標系における溶接トーチの位置を特定することができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記導出部は、前記撮像部が撮像した画像から、所定の二つの特徴点を抽出し、抽出した該二つの特徴点に基づいて、前記所定の座標系にて定まる前記二つの特徴点間の長さに関する情報を導出し、前記出力部は、前記長さに関する情報を出力する。

本態様にあたっては、所定の座標系における二つの特徴点間の長さに関する情報は、出力部によって出力される。従って、個々の溶接作業夫々に対応して溶接トーチの位置及び姿勢に関する複数の情報を記録した場合、一の溶接作業の情報と他の溶接作業の情報とを比較する際、導出した長さに関する情報を用いることにより情報夫々における座標系のスケールを合わせることができる。座標系のスケールを合わせることによって、溶接トーチの位置に関する情報の比較を容易に行うことができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記撮像部は、複数時点にて撮像し、前記導出部は、前記撮像部が撮像した画像から、距離が既知の所定の二つの特徴点を抽出し、抽出した該二つの特徴点に基づいて、前記所定の座標系にて定まる前記二つの特徴点間の長さを導出し、導出した前記所定の座標系における長さと、前記二つの特徴点間の距離とに基づいてスケール係数を導出し、導出した前記スケール係数、前記複数時点にて撮像された複数の画像夫々の撮像時点の時間差、及び該複数の画像に基づいて導出した前記溶接トーチの位置に関する情報に基づいて、前記溶接トーチの移動速度に関する情報を導出し、前記出力部は、前記導出部が導出した前記溶接トーチの移動速度に関する情報を出力する。

本態様にあたっては、導出したスケール係数と、複数時点にて撮像された画像に基づいて導出した溶接トーチの位置に関する情報とに基づくことによって、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記録用装置は、前記二つの特徴点は、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するための送給装置又は前記溶接トーチに電力を供給するための溶接電源に含まれる。

本態様にあたっては、二つの特徴点は、送給装置又は溶接電源に含まれるため、専用の目印物は不要である。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記溶接トーチに設けられ、重力方向に対する前記溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、前記出力部は、前記傾きセンサが検出した傾きに関する情報を出力する。

本態様にあたっては、重力方向に対する溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、出力部は傾きセンサが検出した傾きに関する情報を記録媒体に出力するため、重力方向に対する溶接トーチの傾きに関する情報を出力することができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記溶接トーチに設けられ、重力方向に対する前記溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、前記導出部は、前記傾きセンサが検出した傾き及び前記撮像部が撮像した画像に基づいて、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する。

本態様にあたっては、重力方向に対する溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、導出部は、傾きセンサが検出した傾き及び撮像部が撮像した画像に基づいて、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する。従って、重力方向に対する溶接トーチの傾きが反映された溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出することができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記撮像部は複数設けられており、複数の前記撮像部夫々は互いに視野が異なる。

本態様にあたっては、互いに視野が異なるよう複数の撮像部が設けられており、撮像部夫々によって撮像された画像に基づいて、導出部は溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する。複数の撮像部による異なる画像に基づくことによって、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報の精度を向上させることができる。

本開示の一態様に係る記録用装置は、前記出力部は、溶接を開始させるためのトーチスイッチのオン又はオフに応じて、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報の出力を開始又は停止する。

本態様にあたっては、トーチスイッチのオン又はオフに応じて、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報の出力を開始又は停止するため、溶接工による記録用装置の操作作業を軽減することができる。

本開示の一態様に係る溶接支援装置は、記録媒体は溶接作業における溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録しており、前記溶接トーチに設けられた撮像部にて撮像して得られた画像から導出される該溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報と、前記記録媒体が記録する前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を比較する比較部と、前記比較部による比較結果に関する情報を含み、溶接作業を支援するための支援情報を出力する支援情報出力部とを備える。

本態様にあたっては、比較部は、記録媒体が記録した溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報と、溶接トーチに設けられた撮像部による画像から導出される溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報とを比較し、比較結果に関する情報を含んだ支援情報を出力する。従って、記録した溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報と比較することで、溶接工の溶接作業の質を向上させるための支援を行うことができる。

本開示の一態様に係る記録方法は、溶接トーチに設けられた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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録する。

本態様にあたっては、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、記録媒体に記録することができる。

本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータに、溶接トーチに設けられた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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録するために出力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位置及び姿勢に関する情報を導出し、記録媒体に出力する記録用装置として機能させることができる。

本発明によれば、溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、記録媒体に出力することができる。

実施形態１に係る記録用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に係る記録用装置の一構成例を示すブロック図である。 記録用装置の使用例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を示すフローチャートである。 実施形態２に係る記録用装置の一構成例を示すブロック図である。 実施形態３に係る記録用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４に係る演算部の処理手順を示すフローチャートである。 支援情報出力の一例を示す説明図である。

（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に係る記録用装置１を備える溶接トーチ２の一例を示す模式図である。溶接トーチ２は、アークが発生する溶接ワイヤ５１を送出する筒状のトーチノズル２１、溶接工が把持するトーチハンドル２２及びトーチスイッチ２３を含む。

記録用装置１は、溶接トーチ２に設けられており、溶接トーチ２の位置及び姿勢を導出するための情報として、周囲を撮像する撮像部１１を備える。記録用装置１は、例えば、トーチノズル２１の先端部２１１が撮像部１１の視野外となるように、トーチハンドル２２に固定されている。具体的には、記録用装置１は、溶接工がトーチノズル２１の先端部２１１を下方に向けてトーチハンドル２２を把持した際、撮像部１１の視野方向が上方を向くようにトーチハンドル２２の上面に固定されている。

なお、記録用装置１の取り付け位置及び向きは、上記形態に限定されるものではなく、溶接トーチ２の先端部２１１から発せられるアークが撮像部１１の視野内に入らなければ、溶接トーチ２の任意の位置に設けても良い。
具体的には、撮像部１１の光軸が溶接ワイヤ５１の送給方向もしくはトーチノズル２１の中心線方向に関して交差するように、又は撮像部１１の視野方向が溶接ワイヤ５１の送給方向に対し逆方向となるように、撮像部１１はトーチハンドル２２に固定されていれば良い。

溶接トーチ２は、電力を供給する溶接電源４及び、溶接ワイヤ５１を送給する送給装置５（図３参照）に接続されている。トーチスイッチ２３がオンにされることにより、溶接電源４からの溶接電圧が、電極となる溶接ワイヤ５１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は、実施形態１に係る記録用装置１の一構成例を示すブロック図である。記録用装置１は、撮像部１１、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、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の撮像素子を有し、動画を撮像する単眼カメラである。撮像部１１は、所定のフレームレートで撮像して得た動画像の画像データを演算部１２に出力する。

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、計時部を有する。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。図２に示すごとく記憶部１３に記憶されたプログラム１３１Ｐは、記録用装置１が読み取り可能な記憶媒体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。演算部１２は、撮像部１１から出力された画像データを記憶部１３に記憶させ、画像に関する制御処理及び演算処理を行う。演算部１２は、画像データに基づき導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記憶部１３へ出力することにより、当該位置及び姿勢に関する情報を記憶部１３に記憶させる。

記憶部１３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不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予め記憶してある。記憶部１３は、ＳＤカード（エスディーメモリーカード）、ＵＳＢ（登録商標）メモリ（Universal Serial Bus Memory）等の着脱自在な外部記録媒体を含む。なお、記憶部１３は、演算部１２から溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報が出力される記録媒体に相当する。記憶部１３には、送給装置５又は溶接電源４等に含まれる後述の目印物の形状及び目印物に含まれる所定の二つの特徴点間の距離が記憶されている。

報知部１４は、例えばスピーカ、回転ランプ、表示ディスプレイ等を含む。演算部１２は、プログラム１３１Ｐを実行することにより報知情報を報知部１４に出力するように構成されており、報知部１４は演算部１２から出力された報知情報に基づいて、音声出力又は表示を行う。

演算部１２は、プログラム１３１Ｐを実行することによって、導出部１２１及び出力部１２２として機能する。導出部１２１は、撮像部１１が撮像した画像に基づいて、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する機能部である。以下、導出部１２１の機能に関し、演算部１２による処理に基づき説明する。

プログラム１３１Ｐは、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する処理に関し、例えば公知の３次元ＳＬＡＭ（Simultaneous localization and mapping）技術に基づいた処理ルーチンを実行させる位置導出プログラムを含む。演算部１２は、３次元ＳＬＡＭ技術が適用されたプログラム１３１Ｐを実行することにより、撮像部１１が撮像した周辺環境の画像に基づき、撮像部１１の自己位置の推定を行う。自己位置の推定等は、撮像した画像において特徴点を抽出し、以降に撮像された画像においても当該特徴点の抽出を繰り返す追跡処理を行うことによって、継続される。この特徴点を抽出する処理は、例えば公知のＫＬＴ(Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker)法を用いることにより、行うことができる。

演算部１２は、所定周期で撮像された複数の画像データにおいて共通の特徴点を抽出し、各画像データ夫々におけるカメラ座標系での当該特徴点の座標を算出する。カメラ座標
系での座標は、画像座標系の座標及び撮像部１１の焦点距離等により決定される既知の内部パラメータ（Ａ）に基づき公知の方法で導出される。カメラ座標系は、撮像部１１からの視点に基づいた座標系、すなわち撮像部１１の位置を原点とし光軸をＺ軸とした座標系であるため、撮像部１１が移動することにより異なる座標系となる。そこで、演算部１２は、撮像部１１が移動することにより異なるカメラ座標系を、統一的な座標系となる世界座標系に座標変換する。世界座標系は、例えば、撮像部１１が撮像を開始した時点での撮像部１１の位置を原点とし、撮像部１１の光軸をＺ軸としてもよい。これ以降に撮像部１１が撮像した画像と、撮像を開始した時点の画像において、共通の特徴点（世界座標系にて同一の座標となる）を抽出し、両画像夫々のカメラ座標系における特徴点の座標に基づいて、世界座標系と、以降に撮像した時点でのカメラ座標系とにおける回転ベクトル（Ｒ）及び並進ベクトル（Ｔ）を導出することができる。このような座標変換は、上述の３次元ＳＬＡＭ技術に含まれるものであり、世界座標系（Ｐｗ）に対するカメラ座標系（Ｐｃ）の回転ベクトル（Ｒ）を乗算し並進ベクトル（Ｔ）を加算することにより、カメラ座標系から世界座標系に変換（ベクトルＰｗ＝ベクトルＰｃ×回転ベクトルＲ＋並進ベクトルＴ）することができる。撮像部１１の自己位置に関する情報は、これら回転ベクトル（Ｒ）及び並進ベクトル（Ｔ）に基づき導出され、演算部１２は、撮像部１１が撮像した時点における世界座標系での撮像部１１の位置（ｘ、ｙ、ｚ）及び回転角度（φ、θ、ψ）を導出する。なお、上述のごとく撮像部１１は溶接トーチ２に設けられているため、撮像部１１の位置及び姿勢は溶接トーチ２の位置及び姿勢とみなすことができる。演算部１２は、撮像部１１が撮像した画像に基づいて、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する導出部１２１の一例である。

出力部１２２は、演算部１２（導出部１２１）が導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記憶部１３に出力する機能部である。演算部１２は、プログラム１３１Ｐを実行することによって導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記憶部１３に出力し、記憶部１３に溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記憶させる。記憶部１３に溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記憶することにより、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報は記録される。

図３は、記録用装置１の使用例に関する説明図である。図３の説明図において、二つの母材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を互いに接触させることにより、溶接線が形成されている。

溶接工により把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、その視野にトーチノズル２１を含まないように設けられており、すなわち溶接作業時において、溶接トーチ２の先端部２１１から発せられたアークが、視野に含まれないようにしてある。従って、アークの発光により撮像部１１が露出オーバーになることを防止することができる。

これら溶接線の形状、溶接現場に設けられた溶接電源４、送給装置５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、窓等の静止物は、撮像部１１によって撮像された画像における特徴点として、抽出される。送給装置５又は溶接電源４の形状及び実寸値を予め記憶部１３に記憶しておき、演算部１２は、これら送給装置５等を後述する目印物（マーカー）として用いてもよい。

図４は、実施形態１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。記録用装置１の演算部１２は、所定の指令又は信号等の入力に基づき、以下の処理を開始する。

演算部１２は入力された溶接条件を記憶部１３に記憶する（Ｓ１０）。溶接条件は、母材３の材質、被溶接部３１の形状、溶接電流、溶接ワイヤ５１の種類を含む。これら溶接
条件は、演算部１２に接続された入力インターフェイス等を介して入力され、演算部１２は、入力された溶接条件を記憶部１３に記憶する。この溶接条件は、以降の処理によって記憶部１３に記憶される溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報と関連付けられることにより、当該溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を検索する場合の検索項目として用いられる。

溶接条件を記憶部１３に記憶する処理は、最初に実行される場合に限定されず、例えば全ての処理、すなわちＳ１７の処理が終了後に後述する溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報と関連付けて、記憶部１３に記憶するものであってもよい。

演算部１２は、撮像処理を開始する（Ｓ１１）。すなわち、演算部１２は、撮像部１１から出力された画像データを取得する。

演算部１２は、目印物の特徴点を抽出する（Ｓ１２）。演算部１２は、記憶部１３に予め記憶されている目印物の形状に関する情報を読み出し、取得した画像データから当該目印物の形状を、例えばエッジ検出等によって抽出する。演算部１２は、抽出した目印物における複数の特徴点を抽出する。演算部１２は、抽出した複数の特徴点の座標を導出し、当該座標に基づいて、所定の二つの特徴点間の距離、すなわち当該座標系における長さを算出する。以下、当該長さを寸法値と呼ぶ。この座標は、カメラ座標系又は世界座標系の座標である。

演算部１２は、スケール係数を導出する（Ｓ１３）。演算部１２は、算出した目印物の寸法値等と、記憶部１３に記憶してある目印物の所定の二つの特徴点間の距離（実寸値）とに基づいて、スケール係数を導出する。スケール係数の導出は、例えば、記憶部１３に記憶してある実寸値を、算出した寸法値で除算することにより行われる。世界座標系における移動量、すなわち２点による移動ベクトルに導出したスケール係数を乗算することによって、実際の移動量、すなわち移動距離を算出することができる。演算部１２は、導出したスケール係数を、Ｓ１０で記憶した溶接条件等と関連付けて、記憶部１３に記憶する。演算部１２は、例えばＳＬＡＭ技術を適用した処理ルーチンを含むプログラム１３１Ｐを実行することにより、スケール係数を導出する等のキャリブレーションを行う。

本処理を行うにあたり、撮像部１１の視野に目印物が入るように溶接トーチ２は、移動されている。当該目印物は、例えば図３に示す送給装置５又は溶接電源４等の溶接に特有な装置としてもよい。送給装置５又は溶接電源４の実寸値を含む３次元データを記憶部１３に記憶しておき、送給装置５又は溶接電源４の所定の部位の形状の実寸値を用いるものであってもよい。又は、溶接電源４等に貼付したラベル４１の実寸値を用いるものであってもよい。送給装置５又は溶接電源４等の溶接に特有な装置を目印物とすることで、専用の目印物を不要とすることができる。

演算部１２は、トーチスイッチ２３がオンとなっているかの判定を行う（Ｓ１４）。記録用装置１は、溶接トーチ２に設けられており、溶接トーチ２は溶接電源４に電気的に接続されている。演算部１２は、トーチスイッチ２３のオン状態を検知し、トーチスイッチ２３がオンとなっているかの判定を行う。このように、トーチスイッチ２３のオン、オフの状態に基づき、演算部１２は、Ｓ１５以降の処理を開始することにより、溶接工の作業を軽減しつつ、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記録することができる。

トーチスイッチ２３がオンとなっていない、すなわちオフの場合（Ｓ１４：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ１４の処理を実行すべくループ処理を行う。すなわち、演算部１２は、トーチスイッチ２３がオンとなるまで、待機処理を行う。

トーチスイッチ２３がオンとなっている場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、演算部１２は、特徴点を抽出する（Ｓ１５）。演算部１２は、取得した画像データにおいて、例えば公知のＫＬＴ法を用いて、複数の特徴点を抽出する。なお、このＫＬＴ法は、ＳＬＡＭ技術に属するものである。

演算部１２は、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する（Ｓ１６）。演算部１２は、複数の画像データにおいて共通する特徴点に基づき自己位置の推定を行い、上述のごとく世界座標系における座標及び回転角を導出する。溶接トーチ２の位置は世界座標系における座標に相当し、姿勢は世界座標系における回転角に相当する。演算部１２は、連続して出力される複数の画像データに対し、継続して特徴点を抽出する追跡処理を行うことによって、撮像部１１によるフレームレート等の所定の処理周期に基づき座標及び回転角を出力する処理を継続する。本実施形態において、溶接トーチ２の位置は世界座標系における座標としたがこれに限定されない。演算部１２は、溶接トーチ２の位置として、世界座標系の座標にスケール係数を乗算した座標を導出してもよい。

演算部１２は、撮像時点と関連付けて、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を記録する（Ｓ１７）。演算部１２は、導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報と対応する撮像時点とを関連付けて記憶部１３に出力し記憶部１３に記憶する。この対応する撮像時点とは、溶接トーチ２の位置及び姿勢を導出する基となった画像データが撮像された時点である。撮像時点は、撮像部１１が撮像した時点に関する情報に含まれる。

Ｓ１７の処理を行った後、演算部１２は、再度Ｓ１４の処理を実行すべくループ処理を行う。演算部１２は、トーチスイッチ２３のオン状態を検知し、トーチスイッチ２３がオンとなっているかの判定を行う（Ｓ１４）。
トーチスイッチ２３がオンの場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、演算部１２は、再度Ｓ１５の処理を実行すべく、ループ処理を行う。トーチスイッチ２３がオンの状態は、溶接工による溶接作業が継続中であるとして、演算部１２は、Ｓ１５からＳ１７の処理を繰り返すことにより溶接トーチ２の位置、姿勢及び撮像時点に関する情報の出力及び記録を継続する。
トーチスイッチ２３がオンとなっていない、すなわちオフの場合（Ｓ１４：ＮＯ）、演算部１２は、再度Ｓ１４の処理を実行すべくループ処理を行う。すなわち、演算部１２は、トーチスイッチ２３がオンとなるまで、待機処理を行う。
演算部１２は、トーチスイッチ２３がオフとなっている状態が、例えば５分程度の所定期間を越えて継続した場合、撮像処理を停止し本処理を終了させてもよい。又は、演算部１２は、所定の指令又は信号等の入力に基づき、撮像処理を停止し、本処理を終了させてもよい。

撮像部１１が撮像した画像に基づいて、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出するため、加速度センサを不要とすることができる。従って、溶接トーチ２の移動速度が小さく、加速度センサでは検出が困難な場合であっても、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出することができる。

溶接トーチ２の位置、姿勢及び対応する撮像時点に関する情報は、溶接作業における溶接条件の情報と関連付けて記憶されるため、当該溶接条件の情報を検索項目（検索キー）として、これら情報を効率的に検索し、再利用等して活用することができる。従って、記録した溶接トーチ２の位置、姿勢及び対応する撮像時点に関する情報を活用することにより、最適溶接条件の解析、溶接技能の伝承又は溶接技能習得の評価を行うことができる。

本実施形態において、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を出力し記録するとしたが、これに限定されない。演算部１２は、連続して撮像された二つの画像に基づき導出された溶接トーチ２の位置夫々から、溶接トーチ２の移動量（世界座標系における移動距離）を算出し、算出した移動量、スケール係数及び当該二つの画像の撮像時点の時間差に基づき、溶接トーチ２の移動速度を導出（移動量×スケール係数／時間差）する。また、演算部１２は、同様に連続して撮像された二つの画像に基づき導出された溶接トーチ２の回転角度夫々から溶接トーチ２の回転量を算出し、算出した回転量及び当該二つの画像の撮像時点の時間差に基づき、溶接トーチ２の回転速度を導出（回転角度／時間差）する。そして、演算部１２は、導出した溶接トーチ２の移動速度及び回転速度に関する情報を出力し記憶部１３に記憶するものであってもよい。

本実施形態にて、撮像部１１は、その視野にトーチノズル２１を含まないように設けられてあるとしたが、これに限定されない。撮像部１１は、その視野にトーチノズル２１を含むように設けられてあってもよい。この場合、撮像部１１のレンズの視野方向に減光フィルタ１７（図６参照）を設け、アークによる光量を低減させ、撮像部１１が露出オーバーになることを防止するものであってもよい。

スケール係数を導出するための処理であるＳ１２及びＳ１３は、溶接作業の都度行う必要はなく、最初に一度実施し溶接環境の周囲の風景のスケール係数を導出した後は、以降同じ溶接環境で行う溶接作業において、スケール係数の導出を省略してもよい。

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る記録用装置１の一構成例を示すブロック図である。実施形態２の記録用装置１は、傾きセンサ１６を備え、傾きセンサ１６からの検出値に基づき、重力方向に対する溶接トーチ２の傾きに関する情報を出力し記録する点で実施形態１と異なる。

演算部１２は、実施形態１のＳ１７の処理と同様に撮像時点と関連付けて、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する。更に、演算部１２は、この撮像時点における傾きセンサ１６が検出した検出値に基づき、溶接トーチ２の重力方向に対する傾きに関する情報を導出する。傾きセンサ１６は、例えば加速度センサである。演算部１２は、撮像時点夫々において導出した溶接トーチ２の傾きに関する情報と溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報とを関連付けて出力し、記憶部１３に記憶する。なお、関連付けられる検出値が検出された時刻は、撮像時点と完全に同一時刻である必要はなく、精度上許容される範囲で略同一となる時刻であればよい。

溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報と重力方向に対する溶接トーチ２の傾きに関する情報とを関連付けて記憶部１３に出力し、記憶部１３に記憶させることができるため、溶接トーチ２の位置及び姿勢夫々における重力方向の傾きを特定することができる。

演算部１２は、傾きセンサ１６が検出した検出値に基づき、例えば世界座標系のＺ軸の向きが鉛直上方向に対応するように、撮像部１１の初期位置及び姿勢を定め、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出するものであってもよい。又は、演算部１２は、溶接作業中は実施形態１と同様に溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出し、溶接終了後に世界座標系のＺ軸が鉛直上方向となる座標系に座標変換してもよい。座標変換は、鉛直方向と撮像部１１のレンズの光軸とのなす角度に応じて決定される回転行列を用いることにより行われる。このように構成することによって、溶接トーチ２の位置及び姿勢を示す世界座標系での座標及び回転行列は、鉛直方向に対する溶接トーチ２の傾きに関する情報を含む。

（実施形態３）
図６は、実施形態３に係る記録用装置１を備える溶接トーチ２の一例を示す模式図である。実施形態３の記録用装置１は、互いに視野の異なる二つの撮像部１１を含む点で実施形態１と異なる。

一方の撮像部１１は、実施形態１と同様にトーチノズル２１を視野に含まないように設けられている。他方の撮像部１１は、トーチノズル２１を視野に含むように設けられている。他方の撮像部１１には、その視野方向に減光フィルタ１７が設けられている。減光フィルタ１７を設けることにより、溶接トーチ２の先端部２１１から発せられたアークの光量により、露光オーバーすることを防止することができる。これら二つの撮像部１１は、実施形態１と同様に単眼カメラ、又はステレオカメラであってもよい。

演算部１２は、実施形態１又は実施形態２と同様に夫々の撮像部１１から出力された画像データに基づき、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を出力し記憶部１３に記憶する。演算部１２は、一方の撮像部１１から出力された画像データに基づき導出した位置及び姿勢に関する情報と、他方の撮像部１１から出力された画像データに基づき導出した位置及び姿勢に関する情報との夫々の情報を出力し、記憶部１３に記憶する。又は、演算部１２は、一方の撮像部１１から出力された画像データに基づき導出した位置及び姿勢に関する情報と、他方の撮像部１１から出力された画像データに基づき導出した位置及び姿勢に関する情報との平均値を算出し、当該平均値を出力して、記憶部１３に記憶するものであってもよい。

同じタイミング（撮像の時点）で、二つの撮像部１１が撮像した画像データに基づき、溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出するため、精度の高い情報を記憶することができる。本実施形態において、撮像部１１の個数は二つとしたが、これに限定されない。撮像部１１の個数は三つ以上であってもよい。

（実施形態４）
図７は、実施形態４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、支援情報出力の一例を示す説明図である。溶接工による溶接トーチ２を用いた溶接作業に関する情報は、実施形態１と同様に溶接条件と関連付けられて記憶部１３に記憶されている。実施形態４の溶接支援装置は、実施形態１等の記録用装置１が記録した溶接作業に関する情報に基づき、溶接作業を支援するための支援情報を出力する。

溶接支援装置は、記録用装置１が含む演算部１２、記憶部１３及び報知部１４によって構成される。又は、溶接支援装置は、パーソナルコンピュータ等の外部コンピュータ（図示せず）により構成され、記録用装置１と通信、又は記録用装置１が含む記憶部１３に記憶されているデータを読み取ることによって、動作するものであってもよい。溶接支援装置の演算部１２は、所定の指令又は信号等の入力に基づき、以下の処理を開始する。

演算部１２は、比較対象となる溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を特定する（Ｓ３０）。演算部１２は、入力された溶接条件等により、記憶部１３に記憶されている溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報において、当該溶接条件と同一又は類似する溶接条件の溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を特定する。

演算部１２は、実施形態１と同様に撮像部１１が撮像して得られた画像から溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報を導出する（Ｓ３１）。

演算部１２は、Ｓ３１で導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報と、Ｓ３０で特定した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報とを比較する（Ｓ３２）。演算部１２による比較結果は、例えば、Ｓ３１で導出した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情
報と、Ｓ３０で特定した溶接トーチ２の位置及び姿勢に関する情報との差異を含む。比較対象となる情報夫々は、同一又は類似の溶接条件によるものであるが、溶接工の溶接習得度に応じて、これら情報間において差異が存在する。これら情報間の差異は、例えば溶接トーチ２の位置、姿勢及び溶接トーチ２の移動速度の差異を含む。

演算部１２は、Ｓ３２の比較結果に関する情報を含み、溶接作業を支援するための支援情報を出力する（Ｓ３３）。支援情報は、例えば、溶接習得度が高い溶接工（溶接熟練者）の移動速度に対し、溶接習得度が低い溶接工（溶接初心者）の移動速度を近づけるようにするための情報を含み、溶接習得度が低い溶接工の溶接トーチ２の移動速度を適正化するための情報である。

図８に示すごとく、導出した溶接初心者の溶接トーチ２の位置及び姿勢等に関する情報と同一又は類似の溶接条件にて、溶接熟練者の溶接トーチ２の位置及び姿勢等に関する情報が検索された場合、演算部１２は、その差異を例えばグラフにして報知部１４に含まれる表示ディスプレイに表示する。図８のグラフにおいて、横軸は、溶接作業を実施している間の経過時間を示し、単位目盛りは、演算部１２が位置及び姿勢等を導出する周期（分解能）に相当する。縦軸は、溶接トーチ２の移動速度を示す。溶接熟練者の移動速度（四角（□）にてプロット）は、溶接トーチ２の移動速度として適正値となる２０ｃｍ／分を維持しているのに対し、溶接初心者（丸（〇）にてプロット）は、この適正値に対し上下（正負）に振れていることがわかる。溶接初心者による溶接トーチ２の移動速度と適正値との差異を小さくするように、演算部１２は、支援情報を出力する。演算部１２は、生成した支援情報を例えば、スピーカ又は表示ディスプレイ装置等を含む報知部１４に出力し、報知部１４によって、当該支援情報を報知又は表示させる処理を行う。

溶接支援装置は、実施形態１等の記録用装置１が記録した溶接作業に関する情報に基づき、溶接作業を支援するための支援情報を出力する。従って、当該情報を再利用することで、溶接工の溶接作業の質を向上させるための支援を効率的に行うことができる。

本実施形態において、一例として溶接トーチ２の移動速度の差異を導出するものとしたが、これに限定されない。演算部１２は、複数の情報間における差異として、時間経過に伴って変化する溶接トーチ２の位置及び回転角度による軌跡における差異を導出するものであってもよい。

（変形例１）
本実施形態にて、撮像部１１は、記録用装置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。記録用装置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（図示せず）が設けられ、撮像部１１から出力された画像データは、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。この場合、演算部１２、記憶部１３及び報知部１４は、溶接電源４の筐体内に設けられていてもよい。又は、演算部１２、記憶部１３及び報知部１４は、外部サーバ（図示せず）に設けられていてもよい。溶接トーチ２に設けられた撮像部１１と、外部サーバ又は溶接電源４とを含むシステムが、記録用装置１を構成する。

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。上記の実施形態及び変形例の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

１ 記録用装置
１１ 撮像部
１２ 演算部
１２１ 導出部
１２２ 出力部
１３ 記憶部（記録媒体）
１３１ 記憶媒体
１３１Ｐ プログラム
１４ 報知部
１５ 内部バス
１６ 傾きセンサ
１７ 減光フィルタ
２ 溶接トーチ
２１ トーチノズル
２１１ 先端部
２２ トーチハンドル
２３ トーチスイッチ
３ 母材
３１ 被溶接部（溶接線）
４ 溶接電源
４１ ラベル
５ 送給装置
５１ 溶接ワイヤ

Claims (14)

1. 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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する導出部と、
   該導出部が導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録するために出力する出力部と
   を備える記録用装置。
2. 前記撮像部は、アークを発する前記溶接トーチの先端部が視野の外に位置するように該溶接トーチに設けられる
   請求項１に記載の記録用装置。
3. 前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、前記撮像部が撮像した時点に関する情報を含む
   請求項１又は請求項２に記載の記録用装置。
4. 前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報は、所定の座標系における該溶接トーチの座標及び回転角度を含む
   請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の記録用装置。
5. 前記導出部は、
   前記撮像部が撮像した画像から、所定の二つの特徴点を抽出し、
   抽出した該二つの特徴点に基づいて、前記所定の座標系にて定まる前記二つの特徴点間の長さに関する情報を導出し、
   前記出力部は、前記長さに関する情報を出力する
   請求項４に記載の記録用装置。
6. 前記撮像部は、複数時点にて撮像し、
   前記導出部は、
   前記撮像部が撮像した画像から、距離が既知の所定の二つの特徴点を抽出し、
   抽出した該二つの特徴点に基づいて、前記所定の座標系にて定まる前記二つの特徴点間の長さを導出し、
   導出した前記所定の座標系における長さと、前記二つの特徴点間の距離とに基づいてスケール係数を導出し、
   導出した前記スケール係数、前記複数時点にて撮像された複数の画像夫々の撮像時点の時間差、及び該複数の画像に基づいて導出した前記溶接トーチの位置に関する情報に基づいて、前記溶接トーチの移動速度に関する情報を導出し、
   前記出力部は、前記導出部が導出した前記溶接トーチの移動速度に関する情報を出力する
   請求項４に記載の記録用装置。
7. 前記二つの特徴点は、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するための送給装置又は前記溶接トーチに電力を供給するための溶接電源に含まれる
   請求項５又は請求項６に記載の記録用装置。
8. 前記溶接トーチに設けられ、重力方向に対する前記溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、
   前記出力部は、前記傾きセンサが検出した傾きに関する情報を出力する
   請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の記録用装置。
9. 前記溶接トーチに設けられ、重力方向に対する前記溶接トーチの傾きを検出するための傾きセンサを備え、
   前記導出部は、前記傾きセンサが検出した傾き及び前記撮像部が撮像した画像に基づいて、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出する
   請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の記録用装置。
10. 前記撮像部は複数設けられており、複数の前記撮像部夫々は互いに視野が異なる
    請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の記録用装置。
11. 前記出力部は、溶接を開始させるためのトーチスイッチのオン又はオフに応じて、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報の出力を開始又は停止する
    請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の記録用装置。
12. 記録媒体は溶接作業における溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録しており、
    前記溶接トーチに設けられた撮像部にて撮像して得られた画像から導出される該溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報と、前記記録媒体が記録する前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を比較する比較部と、
    前記比較部による比較結果に関する情報を含み、溶接作業を支援するための支援情報を出力する支援情報出力部と
    を備えることを特徴とする溶接支援装置。
13. 溶接トーチに設けられた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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、
    導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録する
    記録方法。
14. コンピュータに、
    溶接トーチに設けられた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、前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を導出し、
    導出した前記溶接トーチの位置及び姿勢に関する情報を記録媒体に記録するために出力する
    処理を実行させるためのプログラム。

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