JPH0924470A - 溶接線倣いセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接対象の形状が一定でなく、かつ開先加工
もなされていず、しかも溶接対象とセンサに多少の位置
関係の変化のあるような場合にも、高速な計測結果の出
力周期と高い計測精度で溶接線位置を検出する。 【解決手段】 溶接線に対して略垂直な平面上の、溶接
線をはさんで相対する位置に溶接線近傍を照明するため
の２つのスポット光投光手段と、溶接線の鉛直上方に前
記投光手段にはさまれるような位置に置いた２次元画像
の撮像手段と、画像処理手段を備える溶接線倣いセン
サ。撮影画面上で、溶接線と垂直な方向に長い長方形の
ウィンドウを３つ以上切りだし、各ウィンドウ内で溶接
線の位置の代表値を求め、これらの代表値より、溶接線
を近似する線を求め、これを出力する。撮像装置はラン
ダム走査可能である。集光レンズとしてテレセントリッ
クレンズを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー等によ
り、鋼板等の溶接に適した金属材料あるいは樹脂材料等
を、溶接線を自動的に検出して倣いながら溶接を行う装
置において、溶接トーチ部とともに設置される溶接線位
置を検出する溶接線倣いセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接を自動的に行うための溶接線倣いセ
ンサに関する公知の技術としては、例えば特開昭６０−
１２１０７２号公報および特開昭６３−８４８５１号公
報がある。これら従来の溶接線倣いセンサは、図６に示
すように、溶接トーチ１１４前方の溶接線１０１上に、
１本あるいは複数本のレーザースリット光１０２をレー
ザー発振器１０３から斜めに投射し、その像を溶接線の
鉛直上方に設置した撮像装置１０６によって撮像する光
切断方式を利用した構成となっている。一般に溶接する
部材は開先加工をされ、溶接部位は開先端部１０５に示
すようにＶ字の形状をなしている。従って、撮像装置１
０６の撮影画面１０６ｉｆ上で、スリット光１０２の光
像１０２ｉは、図７に示すごとくＶ字形状をしており、
Ｖ字型の底の部分である点Ａｉ（撮影画面上）が溶接す
べき目標点Ａ（図６）である。この点の位置（特にｘ方
向位置，必要に応じてｙ，ｚ方向位置）は、撮像装置１
０６に接続された画像処理装置１１０によって算出され
る。

【０００３】一方、溶接トーチ１１４とレ−ザ−発振器
１０３および撮像装置１０６は、一体に結合されｙ方向
移動機構によって溶接線が延びる方向すなわちｙ方向に
駆動される。なお、溶接ト−チ１１４はｘ方向移動機構
およびｚ方向昇降機構で支持され、これらの機構がｙ方
向移動機構で支持される。

【０００４】画像処理装置１１０は溶接トーチ位置であ
る点Ｂから前記点Ａにいたるベクトルを求める。溶接ト
−チ１１４は、このベクトルを目標値とするｘ方向移動
機構の制御により、溶接線上を倣うように位置決めさ
れ、ｙ方向移動機構によって溶接線に沿って駆動され
る。なお、溶接線ＢＡに対してｘ方向に溶接ト−チ１１
４を繰返し往復駆動（ウィ−ビング）する溶接態様もあ
る。

【０００５】上述の光切断式の溶接線位置（開先位置）
検出に類する技術としては特開昭６１−２６２４６３号
公報にあるように、レーザースポット光を用いた１次元
の距離計をスキャンすることによって前記光切断式と同
様にして溶接線位置を計測するセンサが存在する。

【０００６】あるいは、特開昭５９−９７７７３号公報
にあるように、溶接部の溶融金属部の先端部を２次元撮
像装置で撮影し、該画像を２値化してその位置を検出す
ることにより溶接位置を検出する技術も存在する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述のレー
ザースリット光を用いる光切断式の開先位置検出では、
スリット光１０２のｙ方向の幅（スリット幅）が非常に
狭い（線１０２が細い）ので、点Ａやエッジ位置ｃの明
確な検出ができない場合がある。すなわち点Ａおよびエ
ッジｃの検出精度が低い。エッジｃを高精度で検出する
には、開先エッジｃの凹凸が非常に小さく、スリット光
１０２が横切るエッジｃが、その前後のエッジの代表点
としての取り扱いが可能であることが必要な前提条件と
なる。さらに光切断方式では開先断面内のスリット光が
上方に設置される撮像装置１０６から明瞭に見え、図７
のように開先の形状を表わすスリット光像１０２ｉを獲
得する必要があるため、撮像装置１０６から見て開先部
の断面形状が見えるだけの開口を持った開先形状でなけ
れば適用が不可能である。従って開先部は溶接前に機械
加工することにより計測可能な形状に加工する必要があ
った。しかし、例えば鉄鋼製造又は加工ラインなどでは
開先部を機械加工せずに、シャーでカットされた断面を
そのまま溶接する場合がある。このような場合、断面に
は切断時のバリ，欠けにより、微細な凹凸がある。この
ような状況においてはレーザースリット光の幅（線径）
の方がバリ，欠けの幅より小さいため、このような凹凸
によって計測精度が大きく影響を受け、さらに検出点
（ｃ）により、溶接線が近似計算されるため、１点の計
測誤差が、溶接線全体の大きな検出誤差に結びつくとい
う第１の問題や、開先部に十分な開口幅がなく、スリッ
ト光が内部に到達しないためその形状が把握できないと
いった第２の問題、さらには前記光切断方式，レーザー
スポットを用いた１次元距離計を用いる場合において
は、受光手段（撮像装置等）は溶接対象からの乱反射光
を受光するものであるため、表面がよく研磨され光が正
反射される表面をもった対象では、計測が不可能であっ
た（第３の問題）。

【０００８】上述の第１の問題を改善するためには、ス
リット光の数を増やしてより多点の計測を行えばよい
が、多数のスリット光を発生させるためにレーザーを多
数設置する場合にはコスト，設置スペ−スが大きくな
り、回折格子によりスリットを生成する場合には、１本
１本のスリットのパワーが落ち、撮像時のＳ／Ｎが低下
し、ノイズの影響を受けやすくなってしまう。

【０００９】上述の第２の問題に対しては、レーザーに
よる光切断方法以外に有効な方法は発明されておらず、
そのため開先をＶ字状に研削加工することが余儀なくさ
れている。これは溶接コストを高くすることになる。

【００１０】第３の問題に対しては、撮像装置の視野を
広く定めることが考えられるが、そうすると撮像装置の
１画素あたりの解像度が下がり、高い精度を得られない
上、撮像全画面のスキャンおよび画像処理が必要とな
り、撮像装置の撮影周期の限界による制約を受ける上、
処理する画素数が多いことから画像処理装置の処理能力
の限界により計測周期が遅くなるため、点Ａの位置検出
周期が長くなり、倣いの制御精度を高くできなくなる、
さらには装置のコストが高くなるといった第４の問題が
ある。

【００１１】また、上述のように、撮像装置の撮影画像
を画像処理によって解析し、対象の寸法形状を測定する
装置においては、一般に溶接対象に近接した位置に撮像
装置を設置したうえ拡大倍率の高いマクロレンズを使用
して像を得るため、光学的な被写界深度は浅く、そのた
め溶接対象と撮像装置の距離は略一定とする必要があ
る。そのためセンサ系には距離計を設置し、撮像装置を
ｚ方向移動機構で支持し、溶接対象と撮像装置の距離を
サーボ制御により一定に保つ、あるいは溶接対象を厳密
に位置決めし、前記距離を一定に保つ装置も併用されて
おり、装置の大型化，高価格化を招く。特にレーザース
リット光を用いる光切断方式を用いた場合、一般にレー
ザー光は斜めから入射されるため、溶接対象とレーザー
装置との距離が変わると、撮像装置から見てスリット光
の位置は大きく変化することから、確実に開先位置を検
出するためには、より一層前記距離の制限は厳しいもの
となる。加えて、溶接対象の表面に凹凸がある場合、撮
像されるスリット光の形状が変わってしまい、Ｖ字型の
底の点Ａの検出ができなくなったり、複数スリットを用
いた場合スリット間の間隔が変化し、近似曲線に誤差が
発生するという第５の問題もある。

【００１２】以上の各種の問題により、従来の溶接線倣
いセンサでは、溶接対象ワークの形状が一定であり、か
つ開先加工がなされており、しかも溶接対象とセンサが
ほぼ一定の位置関係に拘束されている条件の良い対象に
しか適用が不可能であった。また溶融金属の先端部を撮
像する方法においては、撮像する溶融金属部は溶接部分
直近であるため、スパーク光，スプラッシュ等が多く発
生し、金属部のみを撮像するためにはフィルタ等を工夫
する必要があり、またセンサの耐久性にも影響がでてし
まうという問題がある。

【００１３】本発明は上述の各種の問題を改善すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

（１）金属等を溶接する際に溶接線に沿って自動的に溶
接を行うための溶接線倣いセンサであって、溶接線に対
して略垂直な平面上の、溶接線をはさんで相対する位置
に溶接線近傍を照明するための２つのスポット光投光手
段と、溶接線の鉛直上方に前記投光手段にはさまれるよ
うな位置に置いた２次元画像の撮像手段と、該撮像手段
によって得られる画像を画像処理する画像処理手段とに
よって構成されることを特徴とする溶接線倣いセンサ。

【００１５】（２）溶接線近傍の溶接対象物表面を面状
に照明すべく配置された投光手段と、該溶接対象物表面
にて反射された光を受光するべく配置された撮像手段と
からなる溶接線倣いセンサであって、該撮像装置にて撮
像された画像において溶接線の長さ方向に断面の凹凸を
十分に平均化可能な長さをもち、かつ溶接線と垂直な方
向に対しては溶接線を視野範囲内に捕らえるに十分な長
さをもったウィンドウを溶接線の方向に３つ以上切りだ
し、各ウィンドウ内で溶接線の位置の代表点を求める演
算を行い、これらの代表点近傍を通過する、溶接線を近
似する直線あるいは曲線、すなわち近似溶接線を求め、
該近似溶接線を溶接線倣い軌跡として出力することを特
徴とする溶接線倣いセンサ。

【００１６】（３）上記（２）の撮像手段としてランダ
ム走査可能な撮像手段を具備し、撮像全走査線のうち前
記ウィンドウのみを走査し、その他の領域を読み飛ばす
ことができる撮像手段をもつことを特徴とする溶接線倣
いセンサ。

【００１７】（４）上記（１）あるいは（２）の撮像手
段としてテレセントリックレンズを集光レンズとする撮
像装置を具備することを特徴とする溶接線倣いセンサ。

【００１８】

【作用】上記（１）によれば、溶接部近傍を光源によっ
て照明することによって溶接対象ワーク表面からは乱反
射あるいは正反射によって撮像装置に多くの光量がかえ
ってくるのに対し、開先の開口部からの反射によって得
られる光量は前記反射光に比べて圧倒的に小さくなるた
め、開先部のエッジ部が検出可能となる。従って開先部
の開口部が小さい場合にも、開先位置すなわち溶接線を
正確に計測可能となる。またエッジ部全体の状況を把握
できるため、バリ，欠け等の微小な凹凸の影響を受けな
い溶接線検出が可能となる。したがって、上述の第１〜
第３の問題が改善される。

【００１９】上記（２）によれば、撮像装置の画像全体
から切り出された各ウィンドウは溶接線の長さ方向に断
面の凹凸を十分に平均化可能な長さを持っているため、
断面の凹凸の影響をうけない代表点を抽出可能であり、
かつ、該ウィンドウを溶接線方向に複数配置し、各ウィ
ンドウの代表点を用いてそれらを結ぶ直線あるいは曲線
を求めることにより、誤差なく溶接線を検出することが
可能となる。さらに、前記ウィンドウの部分以外の画像
情報は画像処理装置で処理する必要はなく、取り扱う画
像サイズが小さくなることから、画像処理装置に必要な
メモリの節約ができるため、低コスト化が可能である
上、処理を行う画素数が減ることから画像処理に要する
時間が少なくなるため、溶接線倣いの制御周期を向上す
ることができる。したがって、上述の第４の問題４が改
善される。

【００２０】上記（３）によれば、前記ウィンドウ以外
の部分を走査する必要がないことから、走査数を減らす
ことができ、従って１フレームの採取に要する時間は小
さくなり、計測周期を高くすることができる。したがっ
て上述の第４の問題がより効果的に改善される。

【００２１】上記（４）によれば、溶接対象と撮像系の
距離が若干変化しても、あるいは対象ワークの表面に若
干凹凸があったとしても撮像装置で得られる画像は略同
じであるため、これらの影響をうけない計測が可能とな
る。すなわち、上述の第５の問題が改善される。

【００２２】

【実施例】

−第１実施例− 図１を用いて、上記（１）の一実施例を説明する。この
実施例は粗熱延後の鋼板の溶接に適用するものである。
図１の（ａ）において、１，２は、溶接対象である２つ
の鋼板であり、この場合特に開先の機械加工は行わず、
溶接工程の前工程においてシャー設備にて端面をカット
されたそのままの端面形状となっている。従って溶接線
は直線的である。端面の断面形状は図１の（ｂ）に示す
ような形状であり、鋼板厚みの中央部分では両鋼板１，
２は接触しているが、上部では幅０．５mm程度のギャッ
プがある。

【００２３】図１の（ａ）において、３は、光源装置で
あり、キセノンランプを使用している。４はライトガイ
ドであり、光ファイバを使用しており、先端部で２方向
に分岐されている。５ａ，５ｂは集光レンズであり、分
岐したライトガイドの各先端部に取り付け、光を必要視
野領域のみに集光するために使用した。なお、ここでは
１つの光源装置３に２分岐されたライトガイド４を用い
たが、２つの光源装置と２つのライトガイドを用いても
良い。あるいはライトガイド４を用いず、光源装置３か
ら直接レンズにより集光する構成でも良い。

【００２４】図１の（ａ）において、６は撮像装置であ
りここでは一般的なＣＣＤカメラを使用した。このよう
な撮像装置６では１フレームの出力周期が一定してお
り、かつ出力終了から次の出力がなされるまで、撮像素
子は常時露光され電荷を蓄積する。ｙ軸に平行な溶接線
８に垂直なｘ，ｚ平面７上に、集光レンズ５ａ，５ｂの
光軸および撮像装置６の光軸がある。集光レンズ５ａ，
５ｂは撮像装置６の光軸に関して対称に配置されてお
り、ｘ軸に対して４５°の入射角で、鋼板１，２間の溶
接線にスポット光を投射する。撮像装置６は溶接線の上
方にある。

【００２５】図１の（ａ）において、９はタイミング制
御回路であり、撮像装置６のフレーム出力周期信号を入
力とし、これと同期して光源装置３に発光制御信号を出
力する。これらのしくみにより光源装置３は、撮像装置
６の１フィードル周期に１回パルス的に発光し、鋼板
１，２上で反射された光の一部が撮像装置６に向かう。
一方、発光していない間は、発光時と比べて非常に暗
く、ほとんど撮像素子には電荷が蓄積されないため、発
光しているごく短い時間の画像を瞬間的にとらえるとい
うことになる。１０は画像処理装置であり、撮像装置６
から各フレームの画像を入力し、これに画像処理を施す
ことによって溶接線を認識しその位置（ｘ方向）を示す
デ−タを倣い制御装置１２に与える。なお、集光レンズ
５ａ，５ｂおよび撮像装置６は、ケース１１に収納され
ている。このように収納したケ−ス１１がセンサヘッド
である。

【００２６】１２は倣い制御回路、１３はｘ，ｙ移動機
構、１４は溶接トーチである。センサヘッド（１１）と
溶接トーチ１４は、ｘ，ｙ移動機構１３上に固定されて
おり、一体となってｘ，ｙ移動機構１３によってｘ，ｙ
方向に移動可能となっている。ｘ，ｙ移動機構１３は、
矢印Ｙａにしめす溶接線方向（ｙ方向）と矢印Ｘａに示
す溶接線に対して直交する方向（ｘ方向）の２方向に移
動可能であり、矢印Ｙａの方向には一定速度で移動する
一方、矢印Ｘａの方向にはセンサ出力である溶接線のｘ
位置に基づいて倣い制御回路１２によって溶接線上を溶
接トーチ１４が倣うように移動量を制御される。

【００２７】図２は、上述の第１実施例の測定原理を示
す。本図の（ａ）は図１のセンサヘッド（１１）周りを
拡大したものである。直線１５ａ，１５ｂはそれぞれレ
ンズ（光源）ａ，５ｂからでて鋼板１，２上で反射され
撮像装置６に届く光路を示す。この第１実施例では、溶
接線近傍の肩部Ｐａ，Ｐｂが傾きを持っているため、光
路１５ａ，１５ｂは図２の（ａ）のように交差しながら
鋼板表面に届き、ここで乱反射された光が撮像装置６に
届く。一方、溶接線のギャップ部においては、図２の
（ｂ）に示すように、端縁部１６ａ，１６ｂにより、光
が深部方向へと拡散反射され、ギャップ内で拡散反射お
よび吸収されることにより、撮像装置６へは光はほとん
どとどかない。従って、撮像装置６の撮影画面６ｉｆ上
では、図３に示すような、鋼板部は明るく、ギャップ部
は暗く見える画像が得られる。エッジ部１７ａ，１７ｂ
の光像上のエッジ１７ａｉ，１７ｂｉの画面上の位置
を、画像処理装置１０が画像処理により検出し、それら
の中間線の位置を溶接線の中心位置として、これを表わ
すデ−タを倣い制御回路１２に与える。

【００２８】なお、この第１実施例のようにスポット光
を溶接線近傍の肩部Ｐａ，Ｐｂに当てるのに代えて、例
えばリング状光源を溶接線上部に配置した場合、ギャッ
プ部１６ａ，１６ｂからの反射量が増え、エッジ部１７
ａ，１７ｂを明瞭に検出できず、また一方向から投光し
た場合、特に投光装置側のエッジ部が高い位置にある場
合、投光装置の反対側のエッジ部は陰となり、やはり明
瞭なエッジの検出が不可能となることから、上述の本発
明の照明方向が最も効果的である。

【００２９】なお、光源の投光角度（図示例では４５
°）は、鋼板１，２表面（特に肩部Ｐａ，Ｐｂ）の傾
き、材質等により適当なところに設定して良い。

【００３０】次に、画像処理装置６における画像処理を
説明する。図４に、図３に示す撮影画面６ｉｆを拡大し
て示す。撮影画面６ｉｆ上の１８，１９は、溶接しよう
とする鋼板１，２部分の画像であり、図３を参照して説
明した通り、明るく見えている。２０は１８，１９の突
き合わせのギャップ部であり、図３を参照して説明した
通り暗く見えている。ここで領域Ａ〜領域Ｇは撮像装置
の水平走査線の一定の位置として固定されている。画像
処理装置６にとりこまれるのはこれらの領域のうち領域
Ｂ，ＤおよびＦの３領域であり、領域Ａ，Ｃ，Ｅおよび
Ｇについては読み飛ばされる。

【００３１】画像処理装置６は、領域Ｂ，ＤおよびＦの
各領域内でラプラシアンフィルタを用いることによっ
て、鋼板のエッジ曲線１７ａ，１７を検出する。次に各
領域ごとに、エッジ部の全点（領域内走査線上）の座標
を、撮影画面のｘｉ（ｘに平行），ｙｉ（ｙ軸に平行）
両軸各々別個に平均化することによって得られる点Ｐａ
Ａ，ＰｂＡ／ＰａＢ，ＰｂＢ／ＰａＣ，ＰｂＣを求め、
さらに点ＰａＡ，ＰａＢおよびＰａＣから最小２乗法を
用いて近似直線１７ａｉを求め、同様に、ＰｂＡ，Ｐｂ
ＢおよびＰｂＣから最小２乗法を用いて近似直線１７ｂ
ｉを求める。そして画像処理装置１０は、最終的に近似
直線１７ａｉ，１７ｂｉの中線として得られる線ＣＬを
溶接線（の中心線）として、これを表わすデ−タを倣い
制御回路１２に出力する。

【００３２】ランダム走査型の撮像素子を用いる撮像装
置においては、水平走査線ごとに通常の走査を行うか、
または高速にスキャンしてよみとばすかを設定可能であ
る。従って、図４において、領域Ｂ，ＤおよびＦの領域
のみを走査（２１）し、領域Ａ，Ｃ，ＥおよびＧを読み
飛ばすことにより、通常の１フレーム走査に必要な時間
に比べて概略Ａ，Ｃ，ＥおよびＧの部分を走査する時間
分を短縮でき、次のフレームの走査を早く行うことが可
能となる。従ってフレーム周期は通常のフルスキャン型
の撮像装置よりも速く行うことが可能となる。第１実施
例は、撮像装置６が上述のランダム走査型の撮像素子を
用いたものであって、領域Ｂ，ＤおよびＦの領域のみを
走査（２１）し、画像処理装置１０が領域Ｂ，Ｄおよび
Ｆの画像デ−タのみを処理するので、上述の溶接線（の
中心線）ＣＬの検出を高速で繰返すことができる。

【００３３】−第２実施例− 第２実施例は、第１実施例の撮像装置６内に、テレセン
トリックレンズを収納し、これを通して溶接線像を撮像
素子に与える。その他の構成および機能は、上述の第１
実施例と同様である。図５に、テレセントリックレンズ
２３と鋼板１，２との相対位置関係を模式的に示す。テ
レセントリックレンズ２３は公知であり、その主光線２
２は全レンズ面にわたり物体に対して垂直となってい
る。従って物体（１，２）との距離が変化しても、撮像
素子上の物体像２４の大きさはほとんど変化しない。一
方通常のマクロレンズであれば、その主光線は点線２５
の如く、レンズの中心軸に対して平行ではない、従って
測定対象が２６の位置にある場合と２６’の位置にある
場合では物体像２４の大きさは２４’の大きさとなり異
なってしまうため、計測誤差が生じてしまう。第２実施
例ではテレセントリックレンズ２３を用いているので、
鋼板１，２と、テレセントリックレンズ２３を内蔵する
撮像装置６との距離（高さ）が変化しても、溶接線部の
鋼板１，２像の大きさが変化せず、鋼板１，２のｚ方向
位置が変動しやすい場合でも、精度の高い計測が可能と
なる。またテレセントリックレンズ２３を用いるので、
公知のごとく、被写界深度が深く、精度の高い計測に有
利である。

【００３４】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、溶接対象の
形状が一定でなく、かつ開先加工もなされていず、しか
も溶接対象とセンサに多少の位置関係の変化のあるよう
な条件の悪い場合も適用可能であり、かつ高速な計測結
果の出力周期と高い測定精度をもつ溶接線倣いセンサが
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明の第１実施例の概要を示す斜
視図、（ｂ）は（ａ）に示す鋼板１，２の側端を矢印１
Ｂ方向で見た拡大側面図である。

【図２】 （ａ）は図１の（ａ）に示す鋼板１，２の側
端を矢印１Ｂ方向で見た拡大側面図であり、（ｂ）は、
（ａ）の丸囲い２Ｂ部の拡大側面図である。

【図３】 図１に示す撮像装置６の撮影画面を示す平面
図である。

【図４】 図１に示す撮像装置６の撮影画面を拡大して
示す平面図である。

【図５】 本発明の第２実施例で用いるテレセントリッ
クレンズ２３と鋼板１，２との相対関係を示す側面図で
ある。

【図６】 従来の、光切断方式の溶接線倣いセンサの概
要を示す斜視図である。

【図７】 図６に示す撮像装置１０６の撮影画面を示す
平面図である。

【符号の説明】

１，２：鋼板 ３：光源装置 ４：ライトガイド ５ａ，５ｂ：
集光レンズ ６：撮像装置 ７：ｘ，ｚ平
面 ８：溶接線 ９：タイミン
グ制御回路 １２：倣い制御回路 １３：ｘ，ｙ
移動機構 １４：溶接トーチ １５ａ，１５
ｂ：光路 １６ａ，１６ｂ：断面部 １７ａ，１７
ｂ：エッジ部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】加工されたＶ字の開先全体を撮像するため
には、撮像装置の視野を広く定めることが考えられる
が、そうすると撮像装置の１画素あたりの解像度が下が
り、高い精度を得られない上、撮像全画面のスキャンお
よび画像処理が必要となり、撮像装置の撮影周期の限界
による制約を受ける上、処理する画素数が多いことから
画像処理装置の処理能力の限界により計測周期が遅くな
るため、点Ａの位置検出周期が長くなり、倣いの制御精
度を高くできなくなる、さらには装置のコストが高くな
るといった第４の問題がある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】上記（２）によれば、撮像装置の画像全体
から切り出された各ウィンドウは溶接線の長さ方向に断
面の凹凸を十分に平均化可能な長さを持っているため、
断面の凹凸の影響をうけない代表点を抽出可能であり、
かつ、該ウィンドウを溶接線方向に複数配置し、各ウィ
ンドウの代表点を用いてそれらを結ぶ直線あるいは曲線
を求めることにより、誤差なく溶接線を検出することが
可能となる。さらに、前記ウィンドウの部分以外の画像
情報は画像処理装置で処理する必要はなく、取り扱う画
像サイズが小さくなることから、画像処理装置に必要な
メモリの節約ができるため、低コスト化が可能である
上、処理を行う画素数が減ることから画像処理に要する
時間が少なくなるため、溶接線倣いの制御周期を向上す
ることができる。したがって、上述の第４の問題が改善
される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】図１の（ａ）において、６は撮像装置であ
りここではランダム走査型の撮像素子を用いたものを使
用した。このような撮像装置６では１フレームの出力周
期が一定しており、かつ出力終了から次の出力がなされ
るまで、撮像素子は常時露光され電荷を蓄積する。ｙ軸
に平行な溶接線８に垂直なｘ，ｚ平面７上に、集光レン
ズ５ａ，５ｂの光軸および撮像装置６の光軸がある。集
光レンズ５ａ，５ｂは撮像装置６の光軸に関して対称に
配置されており、ｘ軸に対して４５°の入射角で、鋼板
１，２間の溶接線にスポット光を投射する。撮像装置６
は溶接線の上方にある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】図２は、上述の第１実施例の測定原理を示
す。本図の（ａ）は図１のセンサヘッド（１１）周りを
拡大したものである。直線１５ａ，１５ｂはそれぞれレ
ンズ（光源）５ａ，５ｂからでて鋼板１，２上で反射さ
れ撮像装置６に届く光路を示す。この第１実施例では、
溶接線近傍の肩部Ｐａ，Ｐｂが傾きを持っているため、
光路１５ａ，１５ｂは図２の（ａ）のように交差しなが
ら鋼板表面に届き、ここで乱反射された光が撮像装置６
に届く。一方、溶接線のギャップ部においては、図２の
（ｂ）に示すように、端縁部１６ａ，１６ｂにより、光
が深部方向へと拡散反射され、ギャップ内で拡散反射お
よび吸収されることにより、撮像装置６へは光はほとん
どとどかない。従って、撮像装置６の撮影画面６ｉｆ上
では、図３に示すような、鋼板部は明るく、ギャップ部
は暗く見える画像が得られる。エッジ部１７ａ，１７ｂ
の光像上のエッジ１７ａｉ，１７ｂｉの画面上の位置
を、画像処理装置１０が画像処理により検出し、それら
の中間線の位置を溶接線の中心位置として、これを表わ
すデ−タを倣い制御回路１２に与える。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】次に、画像処理装置１０における画像処理
を説明する。図４に、図３に示す撮影画面６ｉｆを拡大
して示す。撮影画面６ｉｆ上の１８，１９は、溶接しよ
うとする鋼板１，２部分の画像であり、図３を参照して
説明した通り、明るく見えている。２０は１８，１９の
突き合わせのギャップ部であり、図３を参照して説明し
た通り暗く見えている。ここで領域Ａ〜領域Ｇは撮像装
置の水平走査線の一定の位置として固定されている。画
像処理装置１０にとりこまれるのはこれらの領域のうち
領域Ｂ，ＤおよびＦの３領域であり、領域Ａ，Ｃ，Ｅお
よびＧについては読み飛ばされる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】画像処理装置１０は、領域Ｂ，ＤおよびＦ
の各領域内でラプラシアンフィルタを用いることによっ
て、鋼板のエッジ曲線１７ａ，１７を検出する。次に各
領域ごとに、エッジ部の全点（領域内走査線上）の座標
を、撮影画面のｘｉ（ｘに平行），ｙｉ（ｙ軸に平行）
両軸各々別個に平均化することによって得られる点Ｐａ
Ａ，ＰｂＡ／ＰａＢ，ＰｂＢ／ＰａＣ，ＰｂＣを求め、
さらに点ＰａＡ，ＰａＢおよびＰａＣから最小２乗法を
用いて近似直線１７ａｉを求め、同様に、ＰｂＡ，Ｐｂ
ＢおよびＰｂＣから最小２乗法を用いて近似直線１７ｂ
ｉを求める。そして画像処理装置１０は、最終的に近似
直線１７ａｉ，１７ｂｉの中線として得られる線ＣＬを
溶接線（の中心線）として、これを表わすデ−タを倣い
制御回路１２に出力する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 26/02 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４００

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属等を溶接する際に溶接線に沿って自動
   的に溶接を行うための溶接線倣いセンサであって、溶接
   線に対して略垂直な平面上の、溶接線をはさんで相対す
   る位置に溶接線近傍を照明するための２つのスポット光
   投光手段と、溶接線の鉛直上方に前記投光手段にはさま
   れるような位置に置いた２次元画像の撮像手段と、該撮
   像手段によって得られる画像を画像処理する画像処理手
   段とによって構成されることを特徴とする溶接線倣いセ
   ンサ。
2. 【請求項２】溶接線近傍の溶接対象物表面を面状に照明
   すべく配置された投光手段と、該溶接対象物表面にて反
   射された光を受光すべく配置された撮像手段を有する溶
   接線倣いセンサであって、該撮像装置にて撮像された画
   像において、溶接線の長さ方向に開先部の断面の凹凸を
   十分に平均化可能な長さをもち、かつ溶接線と垂直な方
   向に対しては溶接線を視野範囲内に捕らえるに十分な長
   さをもったウィンドウを溶接線の方向に３つ以上切りだ
   し、各ウィンドウ内で溶接線の位置の代表点を求める演
   算を行い、これらの代表点近傍を通過する、溶接線を近
   似する直線あるいは曲線、すなわち近似溶接線を求め、
   該近似溶接線を溶接線倣い軌跡として出力することを特
   徴とする溶接線倣いセンサ。
3. 【請求項３】請求項２の溶接線倣いセンサであって、撮
   像手段はランダム走査可能な撮像手段とし、撮像全走査
   線のうち前記ウィンドウのみを走査し、その他の領域を
   読み飛ばすことができる撮像手段をもつことを特徴とす
   る溶接線倣いセンサ。
4. 【請求項４】請求項１あるいは請求項２の溶接線倣いセ
   ンサであって、撮像手段としてテレセントリックレンズ
   を集光レンズとする撮像装置を具備することを特徴とす
   る溶接線倣いセンサ。