JP6405168B2 - 倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法に関する。

ワークが溶接過程で歪んだり、ワークの精度があまり良くなかったりする場合、溶接トーチと開先中心との距離が、当初想定していた値からずれることがある。この場合、安定した溶接を行うことが難しく、溶接不良を生じる恐れがある。この対策として、例えば、アークセンサを用いて溶接電圧や溶接電流を計測し、その計測値から、溶接トーチを開先中心に倣わせる倣い制御が行われる（特許文献１参照）。例えば、ＣＯ₂／ＭＡＧ溶接では、開先内で溶接電極を所定の振幅で左右もしくは上下に揺動させ、溶接電極と母材との距離の変動に応じて溶接電圧等に生じる変動量をアークセンサで計測し、それにより得られたずれ量に応じて溶接トーチ位置が補正される。また、例えば、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接でも、上記と同様の方法で得られた、開先位置の上下方向のずれ量に応じて溶接トーチ位置が補正される。

特許第５０８１１３４号明細書

しかし、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などの、非溶極式のアーク溶接では、アークセンサを用いて開先位置の左右方向のずれを検出することが難しい。また、ＭＩＧ溶接では、そもそも、溶接電極と母材との距離と、溶接電圧等との間に相関性がない。アークセンサの代わりにレーザセンサを用いれば、これらの溶接においても、開先位置の左右方向および上下方向のずれ量を検出することは可能である。しかし、レーザセンサは、これから溶接する箇所の開先位置を検出するので、溶接電極の位置ずれや曲がりを考慮して倣い制御を行うことが難しい。また、レーザセンサは非常に高価である。そのため、レーザセンサを用いないで溶接トーチの倣い制御を行うことがユーザから望まれている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザセンサを用いずに倣い溶接を行うことの可能な倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法を提供することにある。

本発明の倣い制御装置は、画像処理装置と、制御装置とを備えている。画像処理装置は、撮像画像から得られた、溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出するようになっている。制御装置は、シフト量に基づいて溶接トーチの位置座標を補正することにより、溶接トーチの倣い制御を行うようになっている。

本発明の溶接ロボットシステムは、移動装置と、画像処理装置と、制御装置とを備えている。移動装置は、溶接電極を含む溶接トーチを有しており、制御信号に基づいて溶接トーチを移動させるようになっている。画像処理装置は、撮像画像から得られた、溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出するようになっている。制御装置は、シフト量に基づいて溶接トーチの位置座標を補正するとともに制御信号を生成し、生成した制御信号を移動装置に出力し、これにより溶接トーチの倣い制御を行うようになっている。

本発明の倣い制御方法は、以下のステップを含んでいる。
倣い制御装置が、撮像画像から得られた、溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出し、導出したシフト量に基づいて溶接トーチの位置座標を補正することにより、溶接トーチの倣い制御を行うステップ

本発明の倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法において、「溶接電極の反射像の位置座標に基づいて」とは、溶接電極の反射像の位置座標そのものを用いてシフト量を導出することだけでなく、溶接電極の反射像の位置座標を用いて得られた座標を用いてシフト量を導出することも含む概念である。

本発明の倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法では、撮像画像から得られたシフト量を利用して溶接トーチの倣い制御が行われる。撮像画像は、例えば、溶接電極との関係で不動位置に固定された撮像装置によって得られる。従って、レーザセンサを用いなくても、シフト量を導出することができる。

本発明の倣い制御装置、溶接ロボットシステムおよび倣い制御方法によれば、撮像画像から得られたシフト量を利用して溶接トーチの倣い制御を行うようにしたので、レーザセンサを用いずに倣い溶接を行うことができる。

本発明の一実施の形態の溶接ロボットシステムの概略構成の一例を表す図である。 基準ワークおよび対象ワークの断面構成の一例を表す図である。 対象ワークの位置ずれについて説明するための図である。 アーク溶接の様子の一例を斜視的に表す図である。 図１のロボット制御装置の概略構成の一例を表す図である。 試行溶接モードにおける座標データの一例を概念的に表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 図１の画像処理装置の概略構成の一例を表す図である。 撮像装置により得られる画像の一例を表す図である。 倣い溶接モードにおける電極反射像の座標の一例を表す図である。 倣い溶接モードにおける電極反射像の座標差の一例を表す図である。 試行溶接モードにおける電極反射像の座標の一例を表す図である。 試行溶接モードにおける電極反射像の座標差の一例を表す図である。 補正式の一例を概念的に表す図である。 補正式の一例を概念的に表す図である。 試行溶接モードにおける溶接ロボットシステムの動作手順の一例を表す図である。 倣い溶接モードにおける溶接ロボットシステムの動作手順の一例を表す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜１．実施の形態＞
最初に、本発明の一実施の形態に係る溶接ロボットシステム１の概要について説明する。図１は、溶接ロボットシステム１の概略構成の一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。ワークＷは、例えば、対象ワークＷｔ、または、基準ワークＷｒである。溶接ロボットシステム１が本発明の「溶接ロボットシステム」の一具体例に相当する。対象ワークＷｔが本発明の「対象ワーク」の一具体例に相当する。基準ワークＷｒが本発明の「基準ワーク」の一具体例に相当する。

基準ワークＷｒとは、教示データの取得に用いられるワーク、もしくは、教示データの取得に用いられるワークと同等の精度を持つワークである。対象ワークＷｔは、基準ワークＷｒの設計データ（例えば、寸法や材料など）と同一の設計データに従って製造されたワークであり、本来、溶接を行うべきワークである。基準ワークＷｒおよび対象ワークＷｔは、例えば、図２に示したように、同一面内に配置された２つの母材Ｂ１，Ｂ２からなる。母材Ｂ１の側面Ｓ１と母材Ｂ２の側面Ｓ２とが互いに近接して配置されている。側面Ｓ１および側面Ｓ２によって、Ｖ字型の開先形状が形成されている。なお、基準ワークＷｒおよび対象ワークＷｔは、Ｖ字型の開先形状を有するものに限定されるものではない。

溶接ロボットシステム１は、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などの、非溶極式のアーク溶接に好適に適用されるものである。溶接ロボットシステム１は、いわゆるティーチング＆プレイバック方式を採用している。ティーチング＆プレイバック方式とは、教示データとして予め作業員等によって設定された、基準ワークＷｒの溶接位置（開先位置）に沿った溶接トーチの座標情報等を利用して、溶接トーチによる溶接作業を行う方式を指している。

溶接ロボットシステム１は、さらに、倣い制御を採用している。倣い制御とは、対象ワークＷｔが位置ずれを起こしたときに、予め設定された教示データに対して、対象ワークＷｔの位置ずれに応じた補正を行うことにより、溶接トーチをより正確に対象ワークＷｔの開先位置に沿わせる制御を指している。特に、溶接ロボットシステム１は、対象ワークＷｔに対してアーク溶接を行いながら、対象ワークＷｔの位置ずれを検出し、検出した位置ずれの情報に基づいて、予め設定された教示データに対して、リアルタイムに補正を行うようになっている。溶接ロボットシステム１は、そのようなリアルタイムの補正を実現するために、「試行溶接モード」および「倣い溶接モード」の、２つのモードを備えている。これら２つのモードについては、後に詳述する。

（対象ワークＷｔの位置ずれ）
なお、上述の「対象ワークＷｔの位置ずれ」とは、例えば、図３に示したように、教示点に基づいて溶接トーチ１３（後述）が配置されたときに、対象ワークＷｔの開先位置（溶接線ＷＬ）が、溶接トーチ１３に固定された溶接電極１４（後述）の先端位置からずれていることを指している。「対象ワークＷｔの位置ずれ」は、例えば、対象ワークＷｔの溶接線ＷＬが、溶接電極１４の先端位置との関係で、左右方向（図３のＤ１方向）および上下方向（図３のＤ２方向）の少なくとも一方の方向へ変位していることを指している。

[構成]
次に、溶接ロボットシステム１の構成について説明する。溶接ロボットシステム１は、図１に示したように、マニピュレータ１０と、撮像装置２０と、ロボット制御装置３０と、ティーチペンダント４０と、溶接機５０と、画像処理装置６０とを備えている。マニピュレータ１０が本発明の「移動装置」の一具体例に相当する。撮像装置２０が本発明の「撮像装置」の一具体例に相当する。ロボット制御装置３０が本発明の「制御装置」の一具体例に相当する。画像処理装置６０が本発明の「画像処理装置」の一具体例に相当する。ロボット制御装置３０および画像処理装置６０は、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよいし、互いに一体に構成されていてもよい。また、ロボット制御装置３０およびティーチペンダント４０は、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよいし、互いに一体に構成されていてもよい。

溶接ロボットシステム１は、例えば、各種装置同士を互いに接続するケーブルＬ１〜Ｌ７を備えている。ケーブルＬ１は、ロボット制御装置３０とマニピュレータ１０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置３０およびマニピュレータ１０に接続されている。ケーブルＬ２は、ロボット制御装置３０とティーチペンダント４０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置３０およびティーチペンダント４０に接続されている。ケーブルＬ３は、ロボット制御装置３０と溶接機５０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置３０および溶接機５０に接続されている。ケーブルＬ４は、ロボット制御装置３０と画像処理装置６０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置３０および画像処理装置６０に接続されている。ケーブルＬ５，Ｌ６は、後述の溶接電極１４とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するための電源ケーブルである。ケーブルＬ５は、溶接機５０および後述の作業台１５に接続されており、ケーブルＬ６は、溶接機５０および後述の溶接トーチ１３に接続されている。ケーブルＬ７は、画像処理装置６０と撮像装置２０との間で通信するための通信ケーブルであり、画像処理装置６０および撮像装置２０に接続されている。

（マニピュレータ１０）
マニピュレータ１０は、ロボット制御装置３０からの制御信号に基づいて溶接トーチ１３を移動させることによって、ワークＷに対してアーク溶接を行うようになっている。マニピュレータ１０は、フロア等に固定されるベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた多関節アーム部１２と、多関節アーム部１２の先端に連結された溶接トーチ１３と、作業台１５とを有している。溶接トーチ１３は、溶接電極１４を含んで構成されている。溶接電極１４は、溶接トーチ１３の先端部分に固定されている。溶接トーチ１３が本発明の「溶接トーチ」の一具体例に相当する。溶接電極１４が本発明の「溶接電極」の一具体例に相当する。

多関節アーム部１２は、例えば、複数のアーム１２Ａと、２つのアーム１２Ａ同士を回動可能に連結する関節軸（図示せず）とを有している。多関節アーム部１２は、さらに、例えば、アーム１２Ａごとに１つずつ設けられ、対応するアーム１２Ａを駆動する複数の駆動モータ（図示せず）と、各駆動モータに連結され、各アーム１２Ａの現在位置を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。各駆動モータは、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置３０から入力される制御信号によって駆動される。このようにして各駆動モータが駆動されることにより、各アーム１２Ａが変位し、結果的に溶接トーチ１３が上下前後左右に移動する。エンコーダは、検出した各アーム１２Ａの現在位置（以下、「位置情報」と称する。）を、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置３０に出力するようになっている。

多関節アーム部１２の一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されており、多関節アーム部１２の他端がベース部材１１に連結されている。溶接電極１４は、非溶極式の電極であり、例えば、タングステン等の高硬度の金属材料で構成されている。溶接トーチ１３は、溶接電極１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、そのアークの熱でワークＷ（さらには、溶加棒）を溶融させることにより、ワークＷに対してアーク溶接を行うものである。なお、アーク溶接に溶加棒が使用される場合には、マニピュレータ１０は、溶加棒を溶接トーチ１３に供給するワイヤ送給装置をさらに有していてもよい。溶接トーチ１３は、ケーブルＬ６に電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有している。コンタクトチップは、ケーブルＬ６から供給される溶接電圧Ｖｓを溶接電極１４に供給するように構成されている。

作業台１５は、フロア等に固定されており、ワークＷを設置する台座として使用される。作業台１５は、ワークＷに対するトーチ姿勢を最適に維持するためのポジショナであってもよい。作業台１５が上述のポジショナである場合には、ロボット制御装置３０によってポジショナの軸が駆動制御される。作業台１５は、ケーブルＬ５を介して溶接機５０に接続されており、作業台１５に設置されるワークＷとケーブルＬ５とを互いに電気的に接続するように構成されている。

（撮像装置２０）
撮像装置２０は、焦点位置の固定されたカメラであり、例えば、単焦点カメラである。撮像装置２０は、溶接トーチ１３との関係で不動位置に固定されている。撮像装置２０は、ケーブルＬ７を介して画像処理装置６０から入力される制御信号に基づいて撮像を行うことにより、画像Ｉを取得するようになっている。撮像装置２０は、可視光を選択的にカットするフィルタ２０Ａを撮像装置２０の光入射面に有している。フィルタ２０Ａは、例えば、撮像装置２０の光入射面に対して着脱可能な状態で固定されている。フィルタ２０Ａは、アーク溶接時に発生するアーク光に含まれる高強度の可視光線を減衰させるように構成されている。また、フィルタ２０Ａは、アーク溶接時に溶接電極１４の先端から放射された近赤外線を透過するように構成されている。従って、撮像装置２０では、フィルタ２０Ａが装着された状態では、画像Ｉとして、近赤外領域の画像が得られる。撮像装置２０は、撮像により得られた画像Ｉを、ケーブルＬ７を介して画像処理装置６０に出力するようになっている。撮像装置２０は、溶接領域に向けられており、溶接領域にピントの合う位置に配置されている。溶接領域とは、溶接電極１４の先端や、アーク溶接時に生じる電極反射像ＩＲを含む領域を指している。

（電極反射像ＩＲ）
電極反射像ＩＲは、溶融池ＷＰまたはワークＷに映る、溶接電極１４の先端部分の反射像である。図４は、アーク溶接時の溶接領域の一例を斜視的に表したものである。溶接時、溶接電極１４の先端から放射された近赤外線が溶融池ＷＰや、ワークＷの側面Ｓ１，Ｓ２で反射する。その結果、溶融池ＷＰや、ワークＷの側面Ｓ１，Ｓ２に、電極反射像ＩＲが表れる。電極反射像ＩＲの位置および大きさは、ワークＷの変位に応じて変化する。例えば、対象ワークＷｔが溶接電極１４に対して下方に変位すると、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲが小さくなり、対象ワークＷｔに映る電極反射像ＩＲが小さくなると共に開先中心から遠ざかる。また、例えば、対象ワークＷｔが溶接電極１４に対して左方向に変位すると、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲが溶融池ＷＰ内で右方向に変位し、対象ワークＷｔに映る電極反射像ＩＲも対象ワークＷｔ内で右方向に変位する。

（ロボット制御装置３０）
図５は、ロボット制御装置３０の概略構成の一例を表したものである。ロボット制御装置３０は、ティーチペンダント４０からの指示に従って多関節アーム部１２、溶接機５０および画像処理装置６０を制御するものである。ロボット制御装置３０は、制御部３１と、サーボ制御部３２と、通信部３３と、記憶部３４とを有している。以下では、記憶部３４、サーボ制御部３２、通信部３３、制御部３１の順に説明する。

記憶部３４は、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能に構成されている。記憶部３４は、多関節アーム１２の動作を制御する制御ソフトウェア３４Ａを記憶している。制御ソフトウェア３４Ａは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。記憶部３４は、さらに、マニピュレータ１０の溶接作業の手順が教示された複数の作業プログラム３４Ｂと、倣い制御を行う倣い制御プログラム３４Ｃとを記憶している。複数の作業プログラム３４Ｂは、例えば、試行溶接モードや倣い溶接モードで使用される１または複数の作業プログラム３４Ｂを含んでいる。複数の作業プログラム３４Ｂおよび倣い制御プログラム３４Ｃは、例えば、ハードディスクに格納されている。作業プログラム３４Ｂには、例えば、移動命令や溶接命令等が記述されている。移動命令には、例えば、移動開始命令、移動停止命令、作業経路（教示点）、およびトーチ姿勢などが含まれ得る。溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、および溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。

倣い制御プログラム３４Ｃは、試行溶接モードにおける教示軌道シフトデータとして、例えば、図６に概念的に示したような座標データＤｔ１を有している。図６は、試行溶接用の座標データＤｔ１の一例を概念的に表したものである。座標データＤｔ１は、例えば、教示線Ｋ上の座標（Ｘ０，Ｙ０）に対するシフト量ΔＳ（ΔＳｘもしくはΔＳｙ）を表す座標データである。Ｘ０は、例えば、図３のＤ１方向に平行な方向（以下、単に「左右方向」と称する。）の座標データである。Ｙ０は、例えば、図３のＤ２方向に平行な方向（以下、単に「上下方向」と称する。）の座標データである。

シフト量ΔＳのシフト方向は、区間ごとに異なる。座標データＤｔ１は、左右変位区間Ｔｘにおいては、座標（Ｘ０，Ｙ０）に対する、左右方向のシフト量ΔＳｘを表す座標となっている。つまり、左右変位区間Ｔｘにおいては、座標データＤｔ１は、座標（ΔＳｘ，０）で表される。シフト量ΔＳｘは、教示線Ｋを基準とした、左右方向の変位量である。シフト量ΔＳｘは、正・負・ゼロの値を取り得る。座標データＤｔ１は、例えば、上下変位区間Ｔｙにおいては、座標（Ｘ０，Ｙ０）に対する、上下方向のシフト量ΔＳｙを表す座標となっている。つまり、上下変位区間Ｔｙにおいては、座標データＤｔ１は、座標（０，ΔＳｙ）で表される。シフト量ΔＳｙは、教示線Ｋを基準とした、上下方向の変位量である。シフト量ΔＳｙは、正・負・ゼロの値を取り得る。

左右変位区間Ｔｘは、例えば、ΔＳｘ＝０の区間、ΔＳｘ＝＋ｈ／２の区間（右方向にｈ／２シフトする区間）、ΔＳｘ＝＋ｈの区間（右方向にｈシフトする区間）、ΔＳｘ＝−ｈ／２の区間（左方向にｈ／２シフトする区間）、およびΔＳｘ＝−ｈの区間（左方向にｈシフトする区間）で構成される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｘ＝０の区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｘ＝＋ｈ／２の区間において、座標（Ｘ０＋ｈ／２，Ｙ０）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｘ＝＋ｈの区間において、座標（Ｘ０＋ｈ，Ｙ０）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｘ＝−ｈ／２の区間において、座標（Ｘ０−ｈ／２，Ｙ０）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｘ＝−ｈの区間において、座標（Ｘ０−ｈ，Ｙ０）で表される。

上下変位区間Ｔｙは、例えば、ΔＳｙ＝０の区間、ΔＳｙ＝＋ｖ／２の区間（上方向にｖ／２シフトする区間）、ΔＳｙ＝＋ｖの区間（上方向にｖシフトする区間）、ΔＳｙ＝−ｖ／２の区間（下方向にｖ／２シフトする区間）、およびΔＳｙ＝−ｖの区間（下方向にｖシフトする区間）で構成される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｙ＝０の区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｙ＝＋ｖ／２の区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０＋ｖ／２）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｙ＝＋ｖの区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０＋ｖ）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｙ＝−ｖ／２の区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０−ｖ／２）で表される。座標データＤｔ１は、例えば、ΔＳｙ＝−ｖの区間において、座標（Ｘ０，Ｙ０−ｖ）で表される。

倣い制御プログラム３４Ｃは、倣い溶接モードにおける教示軌道シフトデータとして、座標データＤｔ２を有している。座標データＤｔ２は、例えば、教示線Ｋ上の座標（Ｘ０，Ｙ０）に対するシフト量ΔＳ（ΔＳｘおよびΔＳｙ）を表す座標データである。つまり、座標データＤｔ２は、座標（ΔＳｘ，ΔＳｙ）で表される。シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙは、当初、ゼロとなっている。倣い溶接モードが実施されることにより、溶接トーチ１３に対する開先位置のずれを補正する補正量ΔＣ（ΔＣｘおよびΔＣｙ）が導出されると、シフト量ΔＳｘが補正量ΔＣｘとなり、シフト量ΔＳｙが補正量ΔＣｙとなる。補正量ΔＣｘは、教示線Ｋを基準とした、左右方向の変位量である。補正量ΔＣｘは、正・負・ゼロの値を取り得る。補正量ΔＣｙは、教示線Ｋを基準とした、上下方向の変位量である。補正量ΔＣｙは、正・負・ゼロの値を取り得る。

サーボ制御部３２は、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するものである。サーボ制御部３２は、試行溶接モードのときは、例えば、試行溶接用の作業プログラム３４Ｂに記載の移動命令と、座標データＤｔ１と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて制御信号を生成するようになっている。サーボ制御部３２は、倣い溶接モードのときは、例えば、倣い溶接用の作業プログラム３４Ｂに記載の移動命令と、座標データＤｔ２と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて制御信号を生成するようになっている。サーボ制御部３２は、生成した制御信号をマニピュレータ１０に出力することにより、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するようになっている。これにより、サーボ制御部３２は、溶接トーチ１３の倣い制御を行うようになっている。

通信部３３は、ケーブルＬ２を介してティーチペンダント４０と通信を行ったり、ケーブルＬ３を介して溶接機５０と通信を行ったり、ケーブルＬ４を介して画像処理装置６０と通信を行ったりするものである。通信部３３は、ティーチペンダント４０からの作業指令を受信し、受信した作業指令を制御部３１に出力するようになっている。ティーチペンダント４０からの作業指令には、例えば、再生する作業プログラム３４Ｂの番号等が含まれ得る。また、通信部３３は、制御部３１からの溶接命令を、溶接機５０に送信するようになっている。制御部３１からの溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、および溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。また、通信部３３は、制御部３１からの試行開始命令または倣い開始命令を、画像処理装置６０に送信するようになっている。

制御部３１は、ティーチペンダント４０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラム３４Ｂや倣い制御プログラム３４Ｃを読み出し、その内容を解析するようになっている。制御部３１は、作業プログラム３４Ｂの解析結果に基づいて、作業プログラム３４Ｂに記載の指示に応じて、命令通知を生成するようになっている。制御部３１は、生成した命令通知の内容に応じて、例えば、移動命令、溶接命令、試行開始命令、または倣い開始命令を出力するようになっている。制御部３１は、移動命令を、サーボ制御部３２に出力するようになっている。制御部３１は、溶接命令を、通信部３３を介して溶接機５０に出力するようになっている。制御部３１は、試行開始命令、または倣い開始命令を、通信部３３を介して画像処理装置６０に出力するようになっている。また、制御部３１は、倣い制御プログラム３４Ｃの解析結果に基づいて、倣い制御プログラム３４Ｃに記載の指示に応じて、所定の演算処理を実行するようになっている。制御部３１は、所定の演算処理として、後述の補正量ΔＣｘ，ΔＣｙに基づいて溶接トーチ１３の位置座標を補正し、その結果、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙの考慮された座標データを生成するようになっている。

（ティーチペンダント４０）
図７は、ティーチペンダント４０の概略構成の一例を表したものである。ティーチペンダント４０は、作業者がマニピュレータ１０の動作を教示するものである。ティーチペンダント４０は、例えば、制御部４１、表示部４２、入力部４３、通信部４４および記憶部４５を有している。

表示部４２は、映像信号に基づく映像を表示するものである。表示部４２は、映像を表示する表示面を有する表示パネルと、映像信号に基づいて表示パネルを駆動する駆動部とを有している。入力部４３は、作業者からの教示を受け付けるものである。入力部４３は、例えば、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部４１に出力するようになっている。通信部４４は、ケーブルＬ２を介してロボット制御装置３０と通信を行うものである。通信部４４は、制御部４１からの作業指令を、ロボット制御装置３０に送信するようになっている。記憶部４５は、各種のモードで種々の表示や作業指示を可能にする教示ソフトウェア４５Ａを記憶する。教示ソフトウェア４５Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

制御部４１は、映像信号を生成し、表示部４２に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部４４に出力するものである。制御部４１は、読み出した教示ソフトウェア４５Ａに従って映像信号を生成したり、必要に応じて作業指令を生成したりするようになっている。例えば、入力部４３から入力された入力信号が、試行作業を実施する試行溶接モードの選択信号や、加工作業を実施する倣い溶接モードの選択信号であった場合、制御部４１は、教示ソフトウェア４５Ａに従って、記憶部３４に格納されている１または複数の作業プログラム３４Ｂのリストを表示するための映像信号を生成するようになっている。再生する１つの作業プログラム３４Ｂが選択されたときには、制御部４１は、教示ソフトウェア４５Ａに従って、再生する作業プログラム３４Ｂの番号や、モードの種類などを含む作業指令を生成するようになっている。

（溶接機５０）
溶接機５０は、ロボット制御装置３０による制御信号に基づいて、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓ等を緻密に制御することにより、溶接電極１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させるものである。

（画像処理装置６０）
図８は、画像処理装置６０の概略構成の一例を表したものである。画像処理装置６０は、撮像装置２０から得られた画像Ｉ（図９参照）を処理するものである。図９には、画像Ｉが、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲと、ワークＷの側面Ｓ１に映る電極反射像ＩＲと、ワークＷの側面Ｓ２に映る電極反射像ＩＲとを含む画像となっている場合が例示されている。なお、画像Ｉは、常に、上述した３つの電極反射像ＩＲを含んでいる必要はない。画像Ｉが、上述した３つの電極反射像ＩＲのうち、少なくとも１つだけを含む画像であってもよい。

画像処理装置６０は、制御部６１と、通信部６２と、記憶部６３とを有している。記憶部６３は、各種ソフトウェアを記憶可能に構成されている。記憶部６３は、画像Ｉを処理する画像処理ソフトウェア６３Ａを記憶している。画像処理ソフトウェア６３Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。画像処理ソフトウェア６３Ａについては、後に詳述するものとする。記憶部６３は、さらに、画像処理ソフトウェア６３Ａが実行されることにより生成される各種データを記憶可能に構成されている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、画像ファイル６３Ｂおよび補正ファイル６３Ｃが挙げられる。画像ファイル６３Ｂには、例えば、撮像装置２０によって撮像された複数の画像Ｉが格納され得る。補正ファイル６３Ｃには、例えば、座標差ΔＰｘ，ΔＰｙ、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙ、補正式Ｂｘ，Ｂｙ、および補正量ΔＣｘ，ΔＣｙ等が格納され得る。画像ファイル６３Ｂおよび補正ファイル６３Ｃは、例えば、ＲＡＭに格納される。座標差ΔＰｘ，ΔＰｙ、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙ、補正式Ｂｘ，Ｂｙ、および補正量ΔＣｘ，ΔＣｙについては、後に詳述する。

通信部６２は、ケーブルＬ４を介してロボット制御装置３０と通信を行ったり、ケーブルＬ７を介して撮像装置２０と通信を行ったりするものである。通信部６２は、ロボット制御装置３０からの試行開始命令または倣い開始命令を受信して、受信した試行開始命令または倣い開始命令を制御部６１に出力するようになっている。通信部６２は、制御部６１からの撮像命令を、撮像装置２０に送信するようになっている。制御部６１からの撮像命令には、例えば、撮像開始命令、撮像タイミングの設定値などが含まれ得る。通信部６２は、撮像装置２０からの複数の画像Ｉを受信して、受信した複数の画像Ｉを制御部６１に出力するようになっている。通信部６２は、制御部６１で導出された補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを、ロボット制御装置３０に出力するようになっている。

制御部６１は、ロボット制御装置３０から入力された試行開始命令または倣い開始命令に基づいて、画像処理ソフトウェア６３Ａを読み出し、その内容を解析するようになっている。制御部６１は、その解析結果に基づいて、画像処理ソフトウェア６３Ａに記載の指示に応じて、命令通知を生成したり、所定の演算処理を実行したりするようになっている。

制御部６１は、生成した命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。制御部６１は、例えば、試行開始命令を受信したとき（試行溶接モードのとき）には、所定のタイミングごとに画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。以下、試行開始命令に基づいて得られた画像Ｉを画像Ｉｒと称するものとする。画像Ｉｒが、本発明の「試行撮像画像」の一具体例に相当する。制御部６１は、例えば、倣い開始命令を受信したとき（倣い溶接モードのとき）には、所定のタイミングごとに画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。以下、倣い開始命令に基づいて得られた画像Ｉを画像Ｉｔと称するものとする。画像Ｉｔが、本発明の「撮像画像」の一具体例に相当する。

制御部６１は、例えば、以下のような演算処理を実行するようになっている。制御部６１は、例えば、倣い溶接モードのときには、取得した複数の画像Ｉｔに基づいて補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出するようになっている。制御部６１は、例えば、取得した各画像Ｉｔから、電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を求め、各画像Ｉｔから得られた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）と、補正式Ｂｘ，Ｂｙとに基づいて、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出するようになっている。制御部６１は、例えば、各画像Ｉｔから得られた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）に基づいて座標差ΔＰｔｘ，ΔＰｔｙを求め、座標差ΔＰｔｘ，ΔＰｔｙを補正式Ｂｘ，Ｂｙに代入することにより得られたシフト量ΔＳｘ，ΔＳｙを、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙとするようになっている。

上記の「位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）に基づいて」とは、位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）そのものを用いて補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出することだけでなく、位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を用いて得られた座標を用いて補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出することも含む概念である。位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を用いて得られた座標としては、例えば、位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）と溶接電極１４の先端部分の、画像Ｉｔ上の座標との中間点の座標などが挙げられる。

電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）とは、例えば、図１０Ａに示したように、画像Ｉｔ上の２次元座標を指している。位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）は、電極反射像ＩＲの所定の箇所の座標であり、例えば、電極反射像ＩＲの重心位置の座標である。座標差ΔＰｔｘ，ΔＰｔｙは、例えば、図１０Ｂに示したように、位置座標（Ｘｒ０，Ｙｒ０）と位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）との差分（Ｘｔ−Ｘｒ０，Ｙｔ−Ｙｒ０）で表される。位置座標（Ｘｒ０，Ｙｒ０）は、画像Ｉから導出された基準座標である。基準座標は、例えば、溶接トーチ１３が、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙ＝ゼロとなっているときの制御信号によって位置制御されているときに得られた画像Ｉｒにおける、電極反射像ＩＲの位置座標である。

制御部６１は、例えば、さらに、以下のような演算処理を実行するようになっている。制御部６１は、例えば、試行溶接モードのときには、取得した各画像Ｉｒから、電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を求め、各画像Ｉｒから得られた位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいて、補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出するようになっている。制御部６１は、例えば、各画像Ｉｒから得られた位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいて座標差ΔＰｒｘ，ΔＰｒｙを求め、座標差ΔＰｒｘ，ΔＰｒｙと、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙとに基づいて、補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出するようになっている。

上記の「位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいて」とは、位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）そのものを用いて補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出することだけでなく、位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を用いて得られた座標を用いて補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出することも含む概念である。位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を用いて得られた座標としては、例えば、位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）と溶接電極１４の先端部分の、画像Ｉｒ上の座標との中間点の座標などが挙げられる。

電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）とは、例えば、図１１Ａに示したように、画像Ｉｒ上の２次元座標を指している。座標差ΔＰｒｘ，ΔＰｒｙとは、例えば、図１１Ｂに示したように、位置座標（Ｘｒ０，Ｙｒ０）と位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）との差分（Ｘｒ−Ｘｒ０，Ｙｒ−Ｙｒ０）で表される。

図１２Ａは、補正式Ｂｘの一例を概念的に表したものである。補正式Ｂｘは、シフト量ΔＳｘ（図６参照）と、シフト量ΔＳｘのときの座標差ΔＰｒｘとに基づいて、近似直線を算出することにより得られる。補正式Ｂｘは、例えば、以下の式（１）で表される。ａｘは、近似直線の傾きであり、ｂｘは、近似直線の切片である。図１２Ａにおいて、ΔＰｒｘ１は、シフト量ΔＳｘ＝０のときの座標差ΔＰｒｘである。上述の基準座標が、溶接トーチ１３が、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙ＝ゼロとなっているときの制御信号によって位置制御されているときに得られた画像Ｉｒにおける、電極反射像ＩＲの位置座標である場合、ΔＰｒｘ１は、ゼロである。ΔＰｒｘ２は、シフト量ΔＳｘ＝＋ｈ／２のときの座標差ΔＰｘである。ΔＰｒｘ３は、シフト量ΔＳｘ＝＋ｈのときの座標差ΔＰｘである。ΔＰｒｘ４は、シフト量ΔＳｘ＝−ｈ／２のときの座標差ΔＰｘである。ΔＰｒｘ５は、シフト量ΔＳｘ＝−ｈのときの座標差ΔＰｘである。
ΔＰｒｘ＝ａｘ・ΔＳｘ＋ｂｘ…式（１）

図１２Ｂは、補正式Ｂｙの一例を概念的に表したものである。補正式Ｂｙは、シフト量ΔＳｙ（図６参照）と、シフト量ΔＳｙのときの座標差ΔＰｒｙとに基づいて、近似直線を算出することにより得られる。補正式Ｂｙは、例えば、以下の式（２）で表される。ａｙは、近似直線の傾きであり、ｂｙは、近似直線の切片である。図１２Ｂにおいて、ΔＰｒｙ１は、シフト量ΔＳｙ＝０のときの座標差ΔＰｙである。上述の基準座標が、溶接トーチ１３が、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙ＝ゼロとなっているときの制御信号によって位置制御されているときに得られた画像Ｉｒにおける、電極反射像ＩＲの位置座標である場合、ΔＰｒｙ１は、ゼロである。ΔＰｒｙ２は、シフト量ΔＳｙ＝＋ｖ／２のときの座標差ΔＰｙである。ΔＰｒｙ３は、シフト量ΔＳｙ＝＋ｖのときの座標差ΔＰｙである。ΔＰｒｙ４は、シフト量ΔＳｙ＝−ｖ／２のときの座標差ΔＰｙである。ΔＰｒｙ５は、シフト量ΔＳｙ＝−ｖのときの座標差ΔＰｙである。
ΔＰｒｙ＝ａｙ・ΔＳｙ＋ｂｙ…式（２）

［動作］
次に、試行溶接モードおよび倣い溶接モードにおける溶接ロボットシステム１の動作手順について説明する。

（試行溶接モード）
図１３は、試行溶接モードにおけるロボット制御装置３０、画像処理装置６０および撮像装置２０の動作手順の一例を表したものである。まず、ロボット制御装置３０が、ティーチペンダント４０から、作業プログラム３４Ｂの番号と、試行溶接モードを示す情報とを含む作業指令を受信したとする（ステップＳ１０１）。すると、ロボット制御装置３０は、該当する番号の作業プログラム３４Ｂを読み出し、作業プログラム３４Ｂに記載の指示と、試行溶接モードを示す情報とに応じて命令通知を生成する。ロボット制御装置３０は、例えば図６に記載の座標データＤｔ１を含む制御信号をマニピュレータ１０に送信し、溶接命令を溶接機５０に送信する。ロボット制御装置３０は、さらに、試行開始命令を画像処理装置６０に送信する（ステップＳ１０２）。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置３０からの制御信号に応じて、溶接トーチ１３を制御する。溶接機５０は、ロボット制御装置３０から溶接命令を受信すると、その内容に従って、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御する。その結果、アーク溶接が開始される。

画像処理装置６０は、ロボット制御装置３０から試行開始命令を受信すると（ステップＳ１０３）、例えば、内部状態を初期化する。その後、画像処理装置６０は、撮像開始指令を撮像装置２０に送信する（ステップＳ１０４）。撮像装置２０は、画像処理装置６０から撮像開始指令を受信すると（ステップＳ１０５）、所定のタイミングごとに撮影を行い、複数の画像Ｉｒを取得する（ステップＳ１０６）。撮像装置２０は、例えば、シフト量ΔＳの互いに異なる区間ごとに撮影を行い、複数の画像Ｉｒを取得する。このとき、撮像装置２０は、例えば、アーク溶接時にアーク光が弱まるタイミングで撮影を行う。このとき、溶接トーチ１３は、基準ワークＷｒ上で座標データＤｔ１に従った動作をしている。つまり、マニピュレータ１０は、座標データＤｔ１に従って溶接トーチ１３を制御することにより、溶接トーチ１３を、基準ワークＷｒ上で教示線Ｋと交差する方向に揺動させながら教示線Ｋの進行方向に移動させる。

撮像装置２０は、所定のタイミングごとに撮像された複数の画像Ｉｒを画像処理装置６０に送信する（ステップＳ１０７）。画像処理装置６０は、撮像装置２０から複数の画像Ｉｒを受信する（ステップＳ１０８）。その後、画像処理装置６０は、取得した各画像Ｉｒから、電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を求める。画像処理装置６０は、例えば、取得した各画像Ｉｒから、シフト量ΔＳの互いに異なる区間ごとに位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を求める。画像処理装置６０は、例えば、二値化処理、または、パターンマッチングを用いることにより、各画像Ｉｒ中における、電極反射像ＩＲの探査領域を限定する。画像処理装置６０は、例えば、各画像Ｉｒにおいて、限定された探査領域内で電極反射像ＩＲを探査し、探査により見つけた電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）を求める。画像処理装置６０は、各画像Ｉｒから得られた位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいて、補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出する（ステップＳ１０９）。補正式Ｂｘ，Ｂｙの導出には、例えば、特許５０８１１３４号に記載されているような最小二乗近似直線の導出手順が用いられる。

二値化処理は、例えば、以下のようにして行われる。各画像Ｉｒにおいて、溶接電極１４の先端部分が映り込んでいる場合には、画像処理装置６０は、例えば、ある画像Ｉｒから、溶接電極１４の先端部分の座標と所定の関係にある領域を抜き出す。なお、画像処理装置６０は、ある画像Ｉｒから、あらかじめ設定された領域を抜き出すようになっていてもよい。次に、画像処理装置６０は、ある画像Ｉｒから抜き出した領域内で、輝度が所定の閾値以上となる領域を探索し、該当する１または複数の領域のうち、面積が所定の値以上となっている領域を選択する。画像処理装置６０は、選択した領域の位置座標を求め、求めた位置座標を、電極反射像ＩＲの探査領域を決定する際の基準座標とする。画像処理装置６０は、この基準座標に基づいて、各画像Ｉｒにおける、電極反射像ＩＲの探査領域を限定する。

パターンマッチングは、例えば、以下のようにして行われる。画像処理装置６０は、ある画像Ｉｒと、あらかじめ用意しておいた参照用の電極反射像ＩＲの画像とを対比して、ある画像Ｉｒの中から、参照用の電極反射像ＩＲの画像との関係でパターンマッチ率の高い領域を選択する。画像処理装置６０は、選択した領域の位置座標を求め、求めた位置座標を、電極反射像ＩＲの探査領域を決定する際の基準座標とする。画像処理装置６０は、この基準座標に基づいて、各画像Ｉｒにおける、電極反射像ＩＲの探査領域を限定する。

（倣い溶接モード）
図１４は、倣い溶接モードにおけるロボット制御装置３０、画像処理装置６０および撮像装置２０の動作手順の一例を表したものである。まず、ロボット制御装置３０が、ティーチペンダント４０から、作業プログラム３４Ｂの番号と、と、倣い溶接モードを示す情報とを含む作業指令を受信したとする（ステップＳ２０１）。すると、ロボット制御装置３０は、該当する番号の作業プログラム３４Ｂを読み出し、作業プログラム３４Ｂに記載の指示と、倣い溶接モードを示す情報とに応じて命令通知を生成する。ロボット制御装置３０は、例えば、座標データＤｔ２を含む制御信号をマニピュレータ１０に送信し、溶接命令を溶接機５０に出力する。ロボット制御装置３０は、さらに、倣い開始命令を画像処理装置６０に送信する（ステップＳ２０２）。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置３０からの制御信号に応じて、溶接トーチ１３を動作する。溶接機５０は、ロボット制御装置３０から溶接命令を受信すると、その内容に従って、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御する。その結果、アーク溶接が開始される。

画像処理装置６０は、ロボット制御装置３０から倣い開始命令を受信すると（ステップＳ２０３）、例えば、内部状態を初期化する。その後、画像処理装置６０は、撮像開始指令を撮像装置２０に送信する（ステップＳ２０４）。撮像装置２０は、画像処理装置６０から撮像開始指令を受信すると（ステップＳ２０５）、所定のタイミングごとに撮影を行い、複数の画像Ｉｔを取得する（ステップＳ２０６）。所定のタイミングとは、例えば、アーク溶接時にアーク光が弱まるタイミングを指している。ところで、当初は、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙがまだ導出されていない。そのため、当初は、基準ワークＷｒ上で教示線Ｋ上の座標（Ｘ０，Ｙ０）に沿った動作をしている。つまり、マニピュレータ１０は、溶接トーチ１３を、対象ワークＷｔ上で教示線Ｋ上の座標（Ｘ０，Ｙ０）に沿って移動させる。

撮像装置２０は、所定のタイミングごとに撮像された複数の画像Ｉｔを画像処理装置６０に送信する（ステップＳ２０７）。画像処理装置６０は、撮像装置２０から複数の画像Ｉｔを受信する（ステップＳ２０８）。その後、画像処理装置６０は、取得した１または複数の画像Ｉｔに基づいて補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出する（ステップＳ２０９）。

画像処理装置６０は、例えば、取得した各画像Ｉｔにおいて、例えば、二値化処理、または、パターンマッチングを用いることにより、上述した探査領域内で電極反射像ＩＲを探査し、探査により見つけた電極反射像ＩＲの位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を求める。画像処理装置６０は、例えば、１または複数の画像Ｉｔから得られた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）と、補正式Ｂｘ，Ｂｙとに基づいて、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出する。画像処理装置６０は、例えば、１または複数の画像Ｉｔから得られた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）に基づいて座標差ΔＰｔｘを求め、座標差ΔＰｔｘを補正式Ｂｘに代入することにより得られたシフト量ΔＳｘを、補正量ΔＣｘとする。画像処理装置６０は、また、例えば、１または複数の画像Ｉｔから得られた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）に基づいて座標差ΔＰｔｙを求め、座標差ΔＰｔｙを補正式Ｂｙに代入することにより得られたシフト量ΔＳｙを、補正量ΔＣｙとする。このとき、画像処理装置６０は、必要に応じて、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙの適正を判定する。画像処理装置６０は、例えば、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙが所定の閾値よりも小さい場合、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙが適正であると判断する。画像処理装置６０は、例えば、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙが所定の閾値以上となっている場合、シフト量ΔＳｘ，ΔＳｙが不適正であると判断し、ステップＳ２０４に戻る。画像処理装置６０は、導出した補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを、ロボット制御装置３０に送信する（ステップＳ２１０）。

ロボット制御装置３０は、画像処理装置６０から補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを受信する（ステップＳ２１１）。ロボット制御装置３０は、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙに基づいて溶接トーチ１３の位置座標を補正し（ステップＳ２１１）、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙの考慮された座標に基づいて制御信号を生成する。ロボット制御装置３０は、生成した制御信号をマニピュレータ１０に出力する。

マニピュレータ１０は、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙの考慮された制御信号に応じて、溶接トーチ１３を動作する。従って、これ以降は、溶接トーチ１３は、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙの考慮された座標（Ｘ０＋ΔＣｘ，Ｙ０＋ΔＣｙ）に従った動作をする。このようにして、ロボット制御装置３０は、溶接トーチ１３の倣い制御を行う。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム１の効果について説明する。

従来から、溶接トーチと開先中心との距離が、当初想定していた値からずれた場合に、そのずれを補正する倣い制御が行われている。しかし、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などの、非溶極式のアーク溶接では、アークセンサを用いて開先位置の左右方向のずれを検出することが難しい。また、ＭＩＧ溶接では、そもそも、溶接電極と母材との距離と、溶接電圧等との間に相関性がない。アークセンサの代わりにレーザセンサを用いれば、これらの溶接においても、開先位置の左右方向および上下方向のずれ量を検出することは可能である。しかし、レーザセンサは、これから溶接する箇所の開先位置を検出するので、溶接電極の位置ずれや曲がりを考慮して倣い制御を行うことが難しい。また、レーザセンサは非常に高価である。そのため、レーザセンサを用いないで溶接トーチの倣い制御を行うことがユーザから望まれている。

一方、本実施の形態では、１または複数の画像Ｉｔから得られた補正量ΔＣｘや、１または複数の画像Ｉｔから得られた補正量ΔＣｙを利用して溶接トーチ１３の倣い制御が行われる。各画像Ｉｔは、例えば、溶接電極１４との関係で不動位置に固定された撮像装置２０によって得られる。そのため、レーザセンサを用いなくても、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出することができる。従って、レーザセンサを用いずに倣い溶接を行うことができる。また、本実施の形態では、対象ワークＷｔへの溶接時に、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出することができるので、リアルタイムに倣い制御を行うことができる。

また、本実施の形態では、補正量ΔＣｘの導出に、１または複数の画像Ｉｔから得られた電極反射像ＩＲの位置座標が用いられ、補正量ΔＣｙの導出に、１または複数の画像Ｉｔから得られた電極反射像ＩＲの位置座標が用いられる。電極反射像ＩＲは、対象ワークＷの位置ずれに応じて変位する。また、電極反射像ＩＲは画像Ｉｔにおいて周囲と比べて非常に明るく、電極反射像ＩＲのコントラストは非常に高い。そのため、各画像Ｉｔにおいて電極反射像ＩＲの位置座標を精度よく求めることができ、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを精度よく求めることができる。

また、本実施の形態では、１または複数の画像Ｉｔにおける電極反射像ＩＲの位置座標に基づいて補正量ΔＣｘが導出され、１または複数の画像Ｉｔにおける電極反射像ＩＲの位置座標に基づいて補正量ΔＣｙが導出される。そのため、撮像装置２０の焦点は固定されていることが好ましい。撮像装置２０の焦点が固定されている場合、撮像装置２０の焦点が、常に溶接領域に対してピンとの合った状態となるよう、撮像装置２０が所定の場所に固定されていることが好ましい。本実施の形態では、撮像装置２０は、溶接トーチ１３との関係で不動位置に固定されている。そのため、撮像装置２０の焦点が固定されている場合であっても、撮像装置２０の焦点を、常に溶接領域に対してピンとの合った状態にすることができる。従って、各画像Ｉｔにおいて電極反射像ＩＲの位置座標を精度よく求めることができ、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを精度よく求めることができる。

また、本実施の形態では、基準ワークＷｒ上で溶接トーチ１３を揺動（周期的にシフト）させることにより得られた補正式Ｂｘ，Ｂｙが用いられる。これにより、対象ワークＷｔ上で溶接トーチ１３を揺動（周期的にシフト）させなくても、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを求めることができる。

＜２．変形例＞
［変形例Ａ］
上記実施の形態では、基準座標が、画像Ｉｒにおける電極反射像ＩＲの位置座標である場合が例示されていた。しかし、基準座標は、各画像Ｉにおいて常に固定位置にある被写体の所定の箇所の座標であってもよい。そのような被写体としては、例えば、溶接電極１４が挙げられる。つまり、基準座標は、画像Ｉｒにおける溶接電極１４の所定の箇所（例えば、溶接電極１４の先端部分）の座標であってもよい。基準座標が、各画像Ｉにおいて常に固定位置にある被写体の所定の箇所の座標となっている場合には、ΔＰｒｘ１およびΔＰｒｙ１は、ゼロ以外の値となり得る。

［変形例Ｂ］
また、上記実施の形態およびその変形例において、撮像装置２０が、溶接電極１４の先端を含む領域が撮像範囲となるように設定されている場合に、画像処理装置６０は、画像Ｉｒから、溶接電極１４の先端の、画像Ｉｔ上の位置座標（第１位置座標）を導出し、導出した第１位置座標を記憶部６３に記憶させるようになっていてもよい。このようにした場合に、画像処理装置６０は、画像Ｉｔから、溶接電極１４の先端の、画像Ｉｔ上の位置座標（第２位置座標）を導出し、第１位置座標と第２位置座標との座標差ΔＥｔｘ，ΔＥｔｙが所定の閾値を超えたときに、溶接異常と判定するようにしてもよい。座標差ΔＥｔｘは、画像Ｉｔにおける横方向の座標差である。座標差ΔＥｔｙは、画像Ｉｔにおける縦方向の座標差である。このとき、画像処理装置６０は、溶接停止命令をロボット制御装置３０に送信し、それにより、溶接作業を停止させるようにしてもよい。また、画像処理装置６０は、警告を発し、溶接作業者に、溶接作業の停止の要否を判断させるようにしてもよい。これにより、溶接電極１４の変形や、撮像装置２０の異常を検出することができる。

また、画像処理装置６０は、画像Ｉｔ上の座標差ΔＥｔｘ，ΔＥｔｙから、教示線Ｋの座標系でのシフト量ΔＥｘ，ΔＥｙを導出するようになっていてもよい。シフト量ΔＥｘは、左右方向のシフト量である。シフト量ΔＥｙは、上下方向のシフト量である。このようにした場合には、ロボット制御装置４０は、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙおよびシフト量ΔＥｘ，ΔＥｙの考慮された座標（Ｘ０＋ΔＣｘ＋ΔＥｘ，Ｙ０＋ΔＣｙ＋ΔＥｙ）に基づいた制御信号を導出することができる。マニピュレータ１０が、その制御信号に応じて、溶接トーチ１３を動作することで、溶接電極１４の変形をも考慮した、より精度の高い倣い溶接を実現することができる。

［変形例Ｃ］
また、上記実施の形態およびその変形例において、画像処理装置６０は、各画像Ｉｔにおいて、パターンマッチングを用いることにより電極反射像ＩＲを探査するようにしてもよい。このとき、画像処理装置６０は、パターンマッチ率が所定の閾値以下となった場合には、溶接異常と判定するようにしてもよい。このとき、画像処理装置６０は、溶接停止命令をロボット制御装置３０に送信し、それにより、溶接作業を停止させるようにしてもよい。また、画像処理装置６０は、警告を発し、溶接作業者に、溶接作業の停止の要否を判断させるようにしてもよい。

［変形例Ｄ］
また、上記実施の形態およびその変形例において、溶接ロボットシステム１は、溶接電極１４を照明する光源（例えば、赤外光源）を備えていてもよい。特に、溶接電極１４が、溶極式の電極である場合には、電極反射像ＩＲのコントラストが十分に高くない可能性がある。そのような場合であっても、光源によって溶接電極１４を照明することにより、電極反射像ＩＲのコントラストを十分な大きさにすることが可能である。

［変形例Ｅ］
また、上記実施の形態およびその変形例において、ロボット制御装置３０は、試行溶接モードにおいて、溶接トーチ１３をウィービングさせてもよい。このようにした場合、画像処理装置６０は、取得した複数の画像Ｉｒに基づいて、ウィービングによる変動する位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）の平均値を求めるようにしてもよい。さらに、画像処理装置６０は、求めた位置座標（Ｘｒ，Ｙｒ）の平均値に基づいて、補正式Ｂｘ，Ｂｙを導出するようにしてもよい。

［変形例Ｆ］
また、上記実施の形態およびその変形例において、ロボット制御装置３０は、倣い溶接モードにおいて、溶接トーチ１３をウィービングさせてもよい。このようにした場合、画像処理装置６０は、取得した複数の画像Ｉｔに基づいて、ウィービングによる変動する位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）の平均値を求めるようにしてもよい。さらに、画像処理装置６０は、求めた位置座標（Ｘｔ，Ｙｔ）の平均値に基づいて、補正量ΔＣｘ，ΔＣｙを導出するようにしてもよい。

１…溶接ロボットシステム、１０…マニピュレータ、１１…ベース部材、１２…多関節アーム部、１２Ａ…アーム、１３…溶接トーチ、１４…溶接電極、１５…作業台、２０…撮像装置、２０Ａ…フィルタ、３０…ロボット制御装置、３１…制御部、３２…サーボ制御部、３３…通信部、３４…記憶部、３４Ａ…制御ソフトウェア、３４Ｂ…作業プログラム、３４Ｃ…倣い制御プログラム、４０…ティーチペンダント、４１…制御部、４２…表示部、４３…入力部、４４…通信部、４５…記憶部、４５Ａ…教示ソフトウェア、５０…溶接機、６０…画像処理装置、６１…制御部、６２…通信部、６３…記憶部、６３Ａ…画像処理ソフトウェア、６３Ｂ…画像ファイル、６３Ｃ…補正ファイル、ａｘ，ａｙ…傾き、ｂｘ，ｂｙ…切片、Ｂ１，Ｂ２…母材、Ｂｘ，Ｂｙ…補正式、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｄｔ１，Ｄｔ２…座標データ、Ｉ，Ｉｒ，Ｉｔ…画像、ＩＲ…電極反射像、Ｓ１，Ｓ２…側面、Ｗ…ワーク、ＷＢ…溶接ビード、ＷＬ…溶接線、Ｗｒ…基準ワーク、Ｗｔ…対象ワーク、ＷＰ…溶融池、ΔＣｘ，ΔＣｙ…補正量、ΔＰｒｘ，ΔＰｒｘ１，ΔＰｒｘ２，ΔＰｒｘ３，ΔＰｒｘ４，ΔＰｒｘ５，ΔＰｒｙ，ΔＰｒｙ１，ΔＰｒｙ２，ΔＰｒｙ３，ΔＰｒｙ４，ΔＰｒｙ５…座標差、ΔＳｘ，ΔＳｙ…シフト量。

Claims (8)

1. 撮像画像から得られた、溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出する画像処理装置と、
   前記シフト量に基づいて前記溶接トーチの位置座標を補正することにより、前記溶接トーチの倣い制御を行う制御装置と
   を備えた
   倣い制御装置。
2. 前記反射像は、溶融池または対象ワークに映る、前記溶接電極の先端部分の反射像である
   請求項１に記載の倣い制御装置。
3. 前記撮像画像は、前記溶接トーチとの関係で不動位置に固定された撮像装置によって撮像された画像である
   請求項１または請求項２に記載の倣い制御装置。
4. 前記画像処理装置は、前記溶接トーチが対象ワーク上で教示線の進行方向に移動している間、所定のタイミングごとに撮像された複数の前記撮像画像を取得し、取得した１または複数の前記撮像画像に基づいて前記シフト量を導出する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の倣い制御装置。
5. 前記画像処理装置は、前記溶接トーチが基準ワーク上で前記教示線と交差する方向に揺動しながら前記教示線の進行方向に移動している間、所定のタイミングごとに撮像された複数の試行撮像画像を取得し、取得した各前記試行撮像画像から得られた、前記溶接電極の反射像の試行位置座標に基づいて補正式を導出し、
   前記画像処理装置は、１または複数の前記撮像画像から得られた前記位置座標と、前記補正式とに基づいて、前記シフト量を導出する
   請求項４に記載の倣い制御装置。
6. 溶接電極を含む溶接トーチを有し、制御信号に基づいて前記溶接トーチを移動させる移動装置と、
   撮像画像から得られた、前記溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出する画像処理装置と、
   前記シフト量に基づいて前記溶接トーチの位置座標を補正するとともに前記制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記移動装置に出力し、これにより前記溶接トーチの倣い制御を行う制御装置と
   を備えた
   溶接ロボットシステム。
7. 前記溶接トーチとの関係で不動位置に固定され、前記撮像画像を取得する撮像装置をさらに備えた
   請求項６に記載の溶接ロボットシステム。
8. 倣い制御装置が、撮像画像から得られた、溶接電極の反射像の位置座標に基づいて、溶接トーチに対する開先位置のシフト量を導出し、導出した前記シフト量に基づいて前記溶接トーチの位置座標を補正することにより、前記溶接トーチの倣い制御を行う
   倣い制御方法。

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