JPH10311706A - 突合せ位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開先加工がなされておらず、突き合わせ形状
が一定でない場合にも、高い精度及び信頼性をもって突
合せ線位置を検出する。 【解決手段】 距離計５０および形状測定装置５６で２
鋼板Ｗ１，Ｗ２の突合せ端部を突合せ線を横切る方向に
走査して鋼板表面レベルが最底のｘ位置を突合せ部と検
出し、そこを中心に±Δｘの領域を、撮影装置１１によ
る突合せ線（溶接線）検出ウィンドウに設定し、画像処
理装置１２が該ウィンドウ内の画像デ−タに基づいて溶
接線を検出しそのｘ位置を算出し、このｘ位置にト−チ
２の加工指向線を合すようにト−チ２をｘ駆動する。形
状計５０，５６で検出した突合せ境界の、ｘ方向で向こ
う側と手前側の鋼板表面レベルを比較して、高レベルの
鋼板Ｗ１の上方にある照明灯１ａを点灯して鋼表面に対
して傾斜して突合せ部を照明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、突合わされた２物
体間の突合せ位置を検出する装置に関し、特に、これに
限定する意図ではないが、鋼板等の溶接に適した金属材
料あるいは樹脂材料等の突合せ位置を自動検出し、そこ
にレーザー，プラズマ，ア−ク等の高エネルギ−ビ−ム
を照射する自動倣い溶接に用いて好適な突合せ位置検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】倣い位置検出装置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。これら従来の倣
いセンサは、図１１に示すように、溶接トーチ１１４前
方の突合せ線１０１上に、１本あるいは複数本の計測用
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、その像を突合せ線の鉛直上方に設置し
た撮影装置１０６によって撮影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
を施こされ、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、撮影装置１０６の撮影
画面１０６ｉｆ上で、スリット光１０２の光像１０２ｉ
は、図２３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１１）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、撮影装置１０６
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および撮影装置１０６は、一体に結合されｙ方向
移動機構によって突合せ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】上述の光切断式の突合せ位置（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
同様にして突合せ位置を計測するセンサが存在する。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−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、開先部に十分な
開口幅がなく、突き合わせ部にはごく微小なギャップし
か存在しないため、特に設置スペ−スが限られている溶
接ト−チと一体となって動作する測定装置としては、レ
−ザ−溶接に必要な測定精度を確保することが不可能で
あった。

【０００５】上述の問題を改善するためには、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。連続的な生産ラインでは速度的な律速になり、生産
効率が低下する要因にもなる。

【０００６】加えて、溶接対象の表面に凹凸がある場
合、撮影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問題もある。

【０００７】以上の各種の問題により、従来の突合せ位
置倣いセンサでは、溶接対象材（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、しかもワ−クと
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。

【０００８】このような問題を解決するため、特願平０
７−１７８３４１号に突合せ位置倣いセンサが提案され
ている。この提案によれば、突合せ線に対して略垂直な
平面上の、突合せ線を挾んで相対する位置に２個のスポ
ットライトを設け、該ライトに挾まれる位置に２次元画
像撮影カメラを配置する。このカメラによる撮影画面上
で、突合せ線と垂直な方向に長い、長方形のウインドウ
を３つ以上切り出し、各ウインドウ内で突合せ線の位置
の代表値を求め、これより突合せ線を近似する線を求め
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように２次元画像
撮影カメラを用いる方法では測定精度は高く、狭いスペ
−スでも実現できるものの、突き合わせ部の信号レベル
は低く、表面のシワやシャ−切断によるエッジ跡などを
誤検出する場合がある。

【００１０】本発明は、誤検出を低減して計測の信頼性
を向上することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の突合せ位置検出装置は、ｘ方向に突合わ
された溶接対象材(W1,W2)の表面の、ｙ方向に延びる突
合せ部を撮影する撮影手段(11)；前記溶接対象材の表面
の形状を検出する形状計測手段(50,56,10)；該形状計測
手段が検出した表面形状に基づいて突合せ部のｘ方向位
置(P2)を求めるｘ位置算出手段(10)；および、前記撮影
手段の撮影信号の、前記ｘ位置算出手段が求めたｘ方向
位置を含むｘ方向所定幅(±Δx)内の、像エッジのｘ位
置を突合せ位置と検出する突合せ位置検出手段(12,1
0)；を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内
には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号を参
考までに付記した。

【００１２】これによれば、溶接対象材に開先加工がな
されていない場合や、突合せ部撮影画像上に、突合せ部
とは別にそれと類似の線像が現われる場合でも、形状計
測手段(50,56,10)とｘ位置算出手段(10)により突合せ部
の窪みが正確に検知され、その位置から所定範囲内の線
像のｘ位置を突合せ部として検知するので、突合せ部を
外れた領域の線像を突合せ線と誤検知する可能性が低減
する。すなわち、表面のシワやシャ−切断によるエッジ
跡などがある場合にも、突合せ位置検出の精度および信
頼性が高い。なお、シャ−切断のまま開先加工が無い場
合、突き合わせ部において段差，ア−ルあるいは窪み
（例えば図３）があるので、形状計測手段(50,56,10)は
それを検知しうる解像度であればよく、比較的に簡易な
距離計を用い得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（２）前記突合せ位置検出手段(12,10)は、前記撮影手
段(11)の撮影信号に、画像のエッジを明瞭にするエッジ
強調処理を施し、エッジ強調処理による得られる撮影画
像上のエッジ画素のｙ方向同一列上の画素数を累算し、
累算値が最高の列のｘ位置を突合せ位置と検出する。

【００１４】（３）エッジ強調処理は、撮影信号をデジ
タル変換した画像デ−タのｘ方向の差分演算である。

【００１５】（４）形状計測手段(50,56,10)は、突合せ
部を横切って溶接対象材表面のｘ方向各位置との距離Ｌ
を走査計測する距離計(50)、および、距離Ｌが最長のｘ
位置を突合せ部と検出するデ−タ処理手段(56,10)、を
含む。

【００１６】（５）前記溶接対象材の突合せ部が延びる
ｙ方向と直交し溶接対象材の表面に実質上平行な方向ｘ
で、突合せ部の手前側と向こう側にあって、前記突合せ
部を溶接対象材の表面に対して斜め方向から照明するた
めの複数個ｍの投光手段(1a,1b)；および、前記突合せ
位置検出手段(12,10)が検出した突合せ部のｘ位置より
ｘ方向で設定短距離手前側および向こう側の、前記形状
計測手段(50,56,10)が求めた溶接対象材の表面形状を対
比して、突合せ部直近の高レベル側の溶接対象材(図3の
W1)の上方に位置する投光手段(図3の1a)を突合せ部照明
のために選択的に点灯する照明モ−ド選択手段(10)；を
更に備える。

【００１７】これによれば、例えば投光手段(1a,1b)を
点灯して斜めから光を照射すると、溶接線すなわち溶接
対象材(W1,W2)の突合せ部に存在する段差又はア−ルに
よって、影が生じる。今、図３に示す様に、突合せ部直
近において溶接対象材(W1)が溶接対象材(W2)より高い位
置（高レベル）にある場合には、投光手段(1a)を点灯す
ると溶接対象材(W2)上に影が生じる。投光手段(1b)を点
灯した時には影は発生しない。投光手段(1a)及び投光手
段(1b)を共に点灯した時には投光手段(1a)により発生し
た影の上を投光手段(1b)で照らした状態となるので、薄
い影となる。これらの状態を真上に設置した撮影手段(1
1)で撮影すると、影が在る時にはコントラスト（明暗
比）の明瞭なエッジ画像が得られ、影の無い時には明部
のみの画像になる。

【００１８】本装置では形状計測手段(50,56,10)の信号
から材の高低差を算出して高い方の上方に設置した投光
手段(1a)のみを点灯させるようにしており、図９の
（ａ）はこのようにして撮影した画像を示し、図９の
（ｂ）は撮影手段(11)で撮影して得られた画像信号を示
し、図９の（ｃ）は画像信号を微分した信号を示す。画
像上の位置Ｐ１からＰ２までの明部は溶接対象材(W1)の
表面を撮影したものであり、画像の位置Ｐ２からＰ３ま
での暗部は影を撮影したものであり、画像の位置Ｐ３か
らＰ４までの明部は溶接対象材(W2)の表面を撮影したも
のである。この場合には、影が強く画像上に現われるの
で、溶接線対応のエッジの明瞭度がきわめて高い。特
に、材の突合せの高低差が小さいときには２つの投光手
段(1a,1b)を両方とも点灯する事により、突き合わせ位
置の輝度が低い画像を得る。

【００１９】この様にして形状計測手段(50,56,10)の信
号から高低差を明確にし、最適な投光手段を選択するこ
とが出来る。図３の例では、投光手段(1a)が選択され
る。選択された投光手段(1a)が作る影の位置は、図３に
於いて影の左端すなわち画像上のエッジが突合せ線と一
致している（位置Ｐ２）。従って撮影手段(11)が認識し
た影部分画像の左端が突合せ位置を示す。影部分画像の
突合せ位置に対応するエッジ(P2)を選択したならば、ワ
−ク上の対応位置Ｐ２を求め、これに溶接レーザ−の照
射位置を合せることにより、突合せ線倣い溶接が実現す
る。開先加工がなされておらず突き合わせ形状が一定で
ない場合にも、突合せ位置検出の精度および信頼性が高
い。

【００２０】本発明の他の目的及び特徴は、図面を参照
した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２１】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の構成を示す。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において、Ｗ１，Ｗ２は溶接ワ−クエリアに搬
入された溶接対象である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。従って鋼板Ｗ１，Ｗ２の突合せ線は直線
である。この突合せ線をレ−ザ−ト−チ２で溶接する。
突合せ線が溶接すべき線であるので、以下においてはこ
の意味で、突合せ線を溶接線とも表現する。

【００２２】鋼板（Ｗ１，Ｗ２）のシャー刃先で剪断
（押下）される面側は下方に引き込まれる力を受けて丸
まるように下がるが、架台で下支えされる面側はシャー
刃先で引下げられるので下方にやや突出する。すなわち
シャーで切断直後の鋼板の切断端部の上面端はア−ルが
あるかのようにやや下り、下面端はバリが起きたかのよ
うにやや下っている（突起となっている）。したがって
鋼板Ｗ１とＷ２の突合せ部には微視的には厚み方向に
山，谷となっており、突合せ部の鋼板Ｗ１とＷ２の表面
レベル（高さ）は、相対的に大なり小なりずれている。

【００２３】図１において、溶接ワ−クエリアには門型
の架台２０が配置されている。架台２０は図示しないｘ
走行装置を備えており、ｘ方向に移動することが出来
る。この架台２０には、水平部（ビ−ム）に沿ってｙ方
向に走行可能なｙ移動ステ−ジ３０が装備されており、
更にｙ移動ステ−ジ３０にはｘ方向に走行可能なｘ移動
ステ−ジ４０が装備されている。ｘ移動ステ−ジ４０の
下面には、レ−ザ−ト−チ２及び本実施例の突合せ位置
検出装置１が垂下して取付けてある。レ−ザ−ト−チ２
は溶接対象Ｗ１及びＷ２の突合わせ端面、即ち溶接線を
溶接するためのものであり、ｙ移動ステ−ジ３０により
溶接速度にてｙ方向に走行する。突合せ位置検出装置１
が溶接線の位置を検出し、該位置にレ−ザト−チ２の加
工指向線を合わすようにｘ移動ステ−ジ４０のｘ方向移
動を制御して、レ−ザト−チ２を溶接線に倣わせる。

【００２４】溶接ワ−クエリアに搬入された溶接対象鋼
板Ｗ１及びＷ２を溶接する場合には、架台２０のｘ方向
中心線と溶接対象Ｗ１及びＷ２の溶接線とが略一致する
様に架台２０をｘ方向に駆動する。そして溶接装置が溶
接するに適した速度でｙ移動ステ−ジ３０の駆動モ−タ
を制御して、ｙ移動ステ−ジ３０（レ−ザ−ト−チ２及
び位置検出装置１）をｙ方向に駆動しつつレ−ザ−ト−
チ２で溶接線を溶接する。この時位置検出装置１が溶接
線位置を検出し、レ−ザ−ト−チ２のレ−ザ−ビ−ムが
溶接線と一致する様にｘ移動ステ−ジ４０を駆動する。

【００２５】図２に、鋼板Ｗ１及びＷ２を溶接する溶接
線、及びその位置を検出する位置検出装置１の配置を示
す。位置検出装置１は、第１投光器１ａ，第２投光器１
ｂ，撮影装置１１，画像処理装置１２，距離計５０，形
状測定装置５６，コントロ−ラ１０，及び遮光箱１３で
構成される。第１投光器１ａ及び第２投光器１ｂの光源
にはキセノンランプを使用しており、各投光器はコント
ロ−ラ１０により、第１投光器１ａのみ点灯，第２投光
器１ｂのみ点灯，第１投光器１ａ及び第２投光器１ｂ共
に点灯，全て消灯の何れかとされる。

【００２６】撮影装置１１は、ｘ，ｙ方向を電子走査す
る２次元ＣＣＤカメラを備え、前面に配置されたレンズ
により溶接線に焦点を合わせてある。投光器１ａおよび
又は１ｂの光で照明された鋼板Ｗ１，Ｗ２及び溶接線を
撮影した画像は、画像処理装置１２で信号処理装置から
の概略の突き合わせ位置から一定幅のみ画像処理し、そ
の出力をコントロ−ラ１０に供給する。

【００２７】距離計５０は、ｘ方向に距離測定用のレ−
ザ−を振り走査する走査距離計であるが、レ−ザ−がそ
の振り幅中央にあるとき、該レ−ザ−が撮影装置１１の
視野中心線と平行であって、該視野中心線が存在するｙ
ｚ面上に存在する関係に、遮蔽箱１３内に設置されてい
る。距離計５０に接続された形状測定装置５６は、走査
位置（図２上のレ−ザ−振り角θ）デ−タおよび該位置
での測定距離Ｌ（距離計５０に対する振り角θのワ−ク
Ｗ１，Ｗ２表面の距離）デ−タを信号処理装置に与え
る。信号処理装置は測定形状から材の高底差及び概略の
突き合わせ位置を計算し、画像処理装置及びコントロ−
ラ１０に信号を与える。

【００２８】遮光箱１３は、直近で行なわれるレ−ザ−
ト−チ２による溶接の際に発生する光，煙を遮り、ある
いは発生するスパッタ−から撮影装置１１及び投光器１
ａ，１ｂを保護するためのものである。

【００２９】図２及び図３に示す様に、撮影装置１１の
撮影光軸，第１投光器１ａの光軸及び第２投光器１ｂの
光軸は、溶接線が延びる方向ｙに直交するｘｚ垂直面上
にある。第１投光器１ａの光軸及び第２投光器１ｂの光
軸は、撮影装置１１の撮影光軸に関して対称に位置して
おり、ｘ軸に対して４５°の入射角で、鋼板１，２間の
溶接線に光を投射する。撮像装置１１は、溶接線の上方
にある。なお、投光器の投光角度（図示例では４５°）
は、鋼板１，２表面の状態，材質等により適当なところ
に設定して良い。

【００３０】図４および図５に、コントロ−ラ１０の制
御フロ−を示す。電源を投入するとコントロ−ラ１０は
初期設定を行なう（ステップＡ。以後カッコ内に示す記
号にはステップなる語を省略する）。門型架台２０，ｙ
移動ステ−ジ３０及びｘ移動ステ−ジは、オペレ−タが
操作盤の各軸駆動，停止スイッチを操作して、スタ−ト
位置に設定する。そしてオペレ−タは溶接スタ−トを指
令する（Ｂ，Ｃ）。

【００３１】溶接スタ−トが指令されるとコントロ−ラ
１０は、撮影装置１１をオンとし（Ｄ）、ｙステ−ジの
ｙ方向駆動をし（Ｅ）、第１投光器１ａを点灯し
（Ｆ）、画像処理装置１２に先端（側端）検出を指令
し、画像処理装置１２が、ワ−ク（鋼板）の先端（図１
０の（ａ）から（ｂ）への変化）を検出したことを表わ
す情報を転送して来るのを待つ（Ｇ）。

【００３２】図１０は、鋼板Ｗ１（Ｗ２）とその上方を
ｙ移動ステ−ジによりｙ方向に移動する撮影装置１１と
レ−ザ−ト−チ２，及び撮影装置１１により撮影される
画像の関係を示す。尚投光器による照明の表示は省略し
てある。本実施例に於いて、ｙ移動ステ−ジのｙ方向移
動速度は３ｍ／分（５ｃｍ／秒）であり、また鋼板表面
上での撮影装置１１の撮影光軸とレ−ザト−チのビ−ム
軸のｙ方向距離は１０ｃｍである。従って鋼板表面上の
ある一点を撮影装置１１の撮影光軸が撮影してから、２
秒後にレ−ザト−チのビ−ム軸が通過することになる。
又、カメラ視野１１ｓの後端とレ−ザ−ト−チ２のビ−
ム中心は一致している。

【００３３】図１０の（ａ）ではｙ移動ステ−ジ、於ち
撮影装置１１及びレ−ザ−ト−チ２が右側にあり、カメ
ラ視野１１ｓには鋼板Ｗ１は存在しない。従って画像に
鋼板Ｗ１は現われず、また投光器による照明の鋼板表面
での反射も無いので画像は暗い。

【００３４】図１０の（ｂ）では撮影装置１１のカメラ
視野１１ｓに、わずかに鋼板Ｗ１の先端縁（溶接開始側
の側端）が差しかかった状態を示す。撮影画像の上部に
はｘ方向に連続する鋼板Ｗ１の先端縁相当の直線画像
と、ｙ方向に延びる溶接線相当の直線画像が現われる。

【００３５】画像処理装置１２は、先端検出が指令され
ると、撮影装置１１が発生する画像信号の１画面分を所
定周期で画像デ−タに変換して装置１２内部の画像メモ
リに書込む。そして１画面分を書込む毎に、ｙ方向の画
像デ−タの差分値（ｙ方向で隣り合う画像の画像デ−タ
の差；微分値）を算出する。この差分値は画像上のエッ
ジ部で大きな値となるので、差分演算はエッジ強調処理
であり、差分値はエッジの明瞭度を表わす。画像処理装
置１２は、差分値のピ−クをしきい値で２値化して、副
走査方向ｙで同一アドレス（位置）にあってしきい値以
上の値となった同一主走査ライン（ｘ方向）上の画素の
数を、ｙアドレス（ライン）毎にカウントする。すなわ
ちｙ軸投影値を算出する。そしてカウント値が設定値以
上となった主走査ライン（アドレスｙ）があるかをチェ
ックする。

【００３６】画像処理装置１２はこの処理を１画面の画
像読込み毎に実施して、カウント値が設定値以上となる
と、そのライン（図１０の（ｂ）の画面上のｘ軸平行
線）がワ−クの先端縁（側端）であるとして、そのｙ位
置デ−タ（撮影装置１１の視野中心からｙ方向距離）と
共に、先端を検出したことをコントロ−ラ１０に報知す
る（Ｇ）。

【００３７】この報知を受けるとコントロ−ラ１０は、
「溶接線画像確認」Ｈを実行する。この内容を図６に示
す。図６を参照すると、ここでコントロ−ラ１０は、ま
ず形状測定装置５６に形状計測（距離計５０オン）を指
示し（Ｈ１）、距離計５０の１走査線分のデ−タ（距離
計５０の走査方向各点の走査角デ−タθと距離デ−タ
Ｌ）を形状測定装置５６より得る（Ｈ２，Ｈ３）。一走
査線分のデ−タを受信するとコントロ−ラ１０は、形状
測定装置５６に形状計測停止（距離計５０オフ）を指示
する（Ｈ４）。次にコントロ−ラ１０は、受信した一走
査線分の距離デ−タＬの走査方向差分値（微分値ｄＬ／
ｄθ）を算出する（Ｈ５）。次に得た差分値（一走査線
分）に平滑化処理を施して（Ｈ６）、差分値の絶対値の
最高値を摘出し、該最高値があったｘ位置をワ−クＷ１
とＷ２の境界（溶接線）と決定する（Ｈ７）。そして該
境界よりワ−クＷ１およびＷ２に所定短距離入ったｘ位
置を比較して、距離計５０に対していずれのワ−クＷ
１，Ｗ２が短距離であるかをチェックする（Ｈ８）。図
３に示す態様では、ワ−クＷ１が短距離と検知される。
次に、短距離のワ−ク（例えばＷ１）の側にある投光器
（１ａ）を照明用に選択し、該投光器（１ａ）を点灯
し、他の投光器（１ｂ）を消灯にする（Ｈ９，Ｈ１
０）。そして「溶接線トラッキング」Ｋに進む。

【００３８】図７に「溶接線トラッキング」Ｋの内容を
示す。ｙ移動ステ−ジ３０はｙ方向に５ｃｍ／秒で駆動
するので、この「溶接線トラッキング」Ｋでは、ｙ移動
ステ−ジ３０が５ｍｍ走行する毎に、コントロ−ラ１０
が「溶接線位置の測定」Ｋ７を行い、溶接線をトラッキ
ングする。

【００３９】図７を参照するとコントロ−ラ１０は、レ
ジスタＡｘ，Ａｙ，Ｅｘ，Ｅｙ，Ｙｓ及びカウンタ−Ｅ
ｎｘ，Ｅｎｙを０（クリア）して（Ｋ１）、レジスタＹ
ｓに５を加算する（Ｋ２）。ｙ移動ステ−ジ３０が１ｍ
ｍ走行する毎にｙエンコ−ダが発生するパルスをカウン
タ−Ｅｎｙで計測し（Ｋ３）、レジスタＥｙに加算する
（Ｋ４）。レジスタＹｓ（初回のル−プでは５）からレ
ジスタＥｙの値を減算し、その値をレジスタＡｙにセ−
ブし（Ｋ５）、レジスタＡｙの値が０になるまでステッ
プＫ３〜Ｋ６を繰返す。

【００４０】レジスタＡｙの値が０になると、コントロ
−ラ１０は、「溶接線位置の測定」Ｋ７を行ない、溶接
線位置をＲ１ｐにセ−ブする。この「溶接線位置の測
定」Ｋ７の内容を図８に示す。

【００４１】図８を参照すると、「溶接線位置の測定」
Ｋに進むとコントロ−ラ１０は、「溶接線画像確認」Ｋ
７１を実行する。この内容は図６に示しすでに説明した
「溶接線画像確認」Ｈの内容と同一であり、ここで距離
計５０を用いて、ワ−クＷ１／Ｗ２間の境界のｘ位置を
検出する。次にコントロ−ラ１０は、画像処理装置１２
に１画面の撮影を指令する。これに応答して画像処理装
置１２は、撮影信号を１画面分画像デ−タに変換して画
像メモリに書込む（Ｋ７２）。次にコントロ−ラ１０
は、ワ−クＷ１／Ｗ２間の境界のｘ位置（Ｋ７１で検
出）±Δｘのｘ方向領域デ−タを画像処理装置１２に与
えて溶接線検出を指令する（Ｋ７３）。Δｘは、シャ−
切断された鋼材の突合せ端部の、シャ−による変形領域
のｘ幅相当の固定値（設定値）である。

【００４２】画像処理装置１２は、溶接線検出指令に応
答して、画像デ−タを格納した画像メモリ上の画像処理
対象領域を、境界ｘ位置（Ｋ７１で検出）±Δｘの領域
に定めて、この領域内の画像デ−タをｘ方向に差分演算
（微分）する（Ｋ７４）。すなわち画像上のエッジの強
調処理（差分演算）を行なって、エッジの明瞭度（差分
値）を得る。そして、差分値をしきい値（設定値）で２
値化し（Ｋ７５）、しきい値以上の差分値を得た画素数
を、前記領域内のｘ各アドレス毎に、ｙ方向に累算カウ
ント（ｙ方向に投影：積算）して記憶する（Ｋ７６）。
この様にして得たカウント値の内、最大値を選択しレジ
スタＲ１ｐに記憶し、コントロ−ラ１０に転送する（Ｋ
７７）。これを受信し内部レジスタに読込むとコントロ
−ラ１０は、ト−チ倣い駆動（Ｋ８〜Ｋ１１）を行な
う。

【００４３】再度図７を参照すると、ト−チ倣い駆動に
進むとコントロ−ラ１０は、カウンタ−Ｅｎｘによりｘ
移動ステ−ジ駆動モ−タにより駆動されるｘエンコ−ダ
が発生するパルスを計測する（Ｋ８）。溶接線位置Ｒ１
ｐ（内部レジスタに読込んダデ−タ）よりカウンタ−Ｅ
ｎｘ値を減算し、その結果をレジスタＲ１ｐにセ−ブ
（Ｋ９）すると共に、この値をｘ移動ステ−ジ駆動モ−
タ入力Ａｘとして（Ｋ１０）、ｘ移動ステ−ジ駆動モ−
タを駆動する（Ｋ１１）。駆動モ−タ入力Ａｘの値が０
になるまでステップＫ８〜Ｋ１１を繰返し、駆動モ−タ
入力Ａｘの値が０になると、「ワ−ク先端線画像無？」
Ｌのチェックに進む。

【００４４】この「ワ−ク先端縁画像無し？」Ｌにおい
ては、画像処理装置１２が、画像メモリ上の画像デ−タ
に対してｙ方向の画像デ−タの差分値を算出する。この
差分値は画像上のｘ方向に長いエッジ部で大きな値とな
る。画像処理装置１２は、差分値のピ−クをしきい値で
２値化して、副走査方向ｙで同一アドレスにあってしき
い値以上の値となった画素の数を、副走査１ライン毎に
主走査方向ｘでカウントする。そしてカウント値が設定
値以上となった走査ライン（ｙアドレス）があるかをチ
ェックする。カウント値が設定値以上となったｙアドレ
スがあるとワ−ク先端ありを、無いとワ−ク先端なしを
コントロ−ラ１０に報知する。ワ−ク先端ありの間コン
トロ−ラ１０は、上述の「溶接線トラッキング」Ｋおよ
び「ワ−ク先縁画像無し？」Ｌを繰返すが、ワ−ク先端
なしに変わると、コントロ−ラ１０は、倣い溶接を開始
する（Ｍ：図５）。

【００４５】図１０の（ｃ）では撮影装置１１のカメラ
視野１１ｓは、ほぼ鋼板Ｗ１上にある。撮影画像の下部
にはｘ方向に連続する鋼板Ｗ１の後端縁相当の直線画像
と、ｙ方向に延びる溶接線相当の直線画像が現われてい
る。カメラ視野１１ｓの後端とレ−ザ−ト−チ２のビ−
ム中心は一致しているので、先端縁画像（図１０の
（ｃ）の画面上のｘ軸平行線）が、画面上から消えた
（通過した）ときにレ−ザ−ト−チ２を作動させれば、
レ−ザ−溶接の開始点が、溶接線の先端縁（側端）と合
致する。上述の「ワ−ク先縁画像無し？」は、このタイ
ミングを検出するものである。

【００４６】溶接を開始するとコントロ−ラ１０は、上
述の「溶接線トラッキング」Ｋ（図７）の内容と同一の
「溶接トラッキング」Ｎ，Ｒならびに上述の「ワ−ク先
縁画像無し？」Ｌ（図４）の内容と同一の「ワ−ク先端
縁画像有？」Ｐおよび「ワ−ク先端縁画像無？」Ｒを実
行して、溶接線の検出と検出した溶接線へのレ−ザト−
チの位置合せならびにワ−ク先端縁検出を繰返す（図５
のＮ〜Ｒ）。そして、ワ−ク後端縁が撮影画面に現わ
れ、それが撮影画面から消えるときすなわちレ−ザト−
チの狙い位置がワ−クの後端縁を通過すると、溶接を停
止する（図５のＳ）。

【００４７】図１０の（ｄ）には、撮影装置１１のカメ
ラ視野１１ｓに、わずかに鋼板Ｗ１の後端縁が差しかか
った状態を示す。撮影画像の上部にはｘ方向に連続する
鋼板Ｗ１の後端縁相当の直線画像と、ｙ方向に延びる溶
接線相当の直線画像が現われる。

【００４８】図１０の（ｅ）では撮影装置１１のカメラ
視野１１ｓはほぼ鋼板Ｗ１を通過し、わずかに鋼板Ｗ１
の後端縁が撮影されている。撮影画像の下部にはｘ方向
に連続する鋼板Ｗ１の後端縁相当の直線画像と、ｙ方向
に延びる溶接線相当の直線画像が現われる。該ｘ方向に
連続する鋼板Ｗ１の後端縁相当の直線画像が画面上方に
消え去った後に、上述のようにレ−ザ−ト−チ２による
溶接を停止させればよい。

【００４９】溶接を停止するとコントロ−ラ１０は、ｘ
ステ−ジの駆動を停止し（図５のＴ）、ｙ移動ステ−ジ
３０の駆動を停止し（図５のＵ）、投光器を消灯すると
共に撮影装置１１をオフとして（Ｖ，Ｗ）、ｘ移動ステ
−ジ４０およびｙ移動ステ−ジ３０をスタ−ト位置に戻
し（Ｘ）、次の溶接指令が与えられるのを待つ。

【００５０】以上に説明した実施例によれば、距離計５
０および形状測定装置５６で２鋼板Ｗ１，Ｗ２の突合せ
端部を突合せ線を横切る方向に走査して鋼板表面レベル
が最底のｘ位置を突合せ部と検出し、そこを中心に±Δ
ｘの領域を、撮影装置１１による突合せ線（溶接線）検
出ウィンドウに設定し、画像処理装置１２が該ウィンド
ウ内の画像デ−タに基づいて溶接線を検出しそのｘ位置
を算出し、このｘ位置にト−チ２の加工指向線を合すよ
うにト−チ２をｘ駆動するので、撮影装置１１と画像処
理装置１２による溶接線検出精度と安定性が高い。

【００５１】また、距離計５０および形状測定装置５６
で検出した突合せ境界の、ｘ方向で向こう側と手前側の
鋼板表面レベルを比較して、高レベル（短距離）の鋼板
の上方にある照明灯を点灯して鋼表面に対して傾斜して
突合せ部を照明するので、撮影装置１１の撮影画像上
に、突合せ部対応の影が現われ、この影の明瞭度が高
く、撮影装置１１と画像処理装置１２による溶接線検出
精度と安定性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概要を示す斜視図であ
る。

【図２】 図１に示す突合せ位置検出装置１及びレ−ザ
−ト−チ２の光軸ならびにそれらの相対位置関係を示す
拡大斜視図である。

【図３】 図２に示す距離計５０の主要要素の概要を示
すブロック図である。

【図４】 図２に示すコントロ−ラ１０が実行する制御
の一部を示すフロ−チャ−トである。

【図５】 図２に示すコントロ−ラ１０が実行する制御
の残部を示すフロ−チャ−トである。

【図６】 図４に示す「溶接線画像確認」Ｈの内容を示
すフロ−チャ−トである。

【図７】 図４に示す「溶接線トラッキング」Ｋの内容
を示すフロ−チャ−トである。

【図８】 図７に示す「溶接線位置の測定」Ｋ７の内容
を示すフロ−チャ−トである。

【図９】 （ａ）は図３に示す投光器１ａ，１ｂを順次
点灯した時の、撮影装置１１の撮影画面を示す平面図で
あり、（ｂ）はこの時の画像信号を示す波形図であり、
（ｃ）はこの画像信号を微分した信号の波形図である。

【図１０】 図１に示すｙ移動ステ−ジ３０を順次移動
した状態を示す側面図と、その位置に対応した撮影画面
を示す平面図であり、（ａ）は鋼板Ｗ１が視野に入る
前，（ｂ）は鋼板Ｗ１の先端縁が視野に入った時，
（ｃ）は鋼板Ｗ１の先端縁が視野から外れる時，（ｄ）
は鋼板Ｗ１の後端縁が視野に入った時，（ｅ）は鋼板Ｗ
１の後端縁が視野から外れる時を示す。

【図１１】 従来の、光切断方式の溶接線倣いセンサの
配置概要を示す斜視図である。

【図１２】 図１１に示す撮影装置１０６の撮影画面を
示す平面図である。

【符号の説明】

１：突合せ位置検出装置 １ａ：第１投
光器 １ａｃ：第１投光器光軸 １ｂ：第２投
光器 １ｂｃ：第２投光器光軸 ２：レ−ザ−
ト−チ ２ｃ：レ−ザ−ビ−ム １０：コント
ロ−ラ １１：撮影装置 １１ｃ：撮影
光軸 １１ｓ：カメラ視野 １２：画像処
理装置 １３：遮蔽箱 ２０：門型架
台 ３０：ｙ移動ステ−ジ ４０：ｘ移動
ステ−ジ Ｗ１，２：溶接対象（鋼板） ５０：距離計 ５１：レ−ザ−発光ダイオ−ド ５２：反射鏡 ５３：回転反射鏡 ５４：レンズ ５５：リニアＣＣＤ ５６：形状測
定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 37/04 Ｂ２３Ｋ 37/04 Ｅ Ｇ０６Ｔ 7/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４００

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｘ方向に突合わされた溶接対象材の表面
   の、ｙ方向に延びる突合せ部を撮影する撮影手段；前記
   溶接対象材の表面の形状を検出する形状計測手段；該形
   状計測手段が検出した表面形状に基づいて突合せ部のｘ
   方向位置を求めるｘ位置算出手段；および、 前記撮影手段の撮影信号の、前記ｘ位置算出手段が求め
   たｘ方向位置を含むｘ方向所定幅内の、像エッジのｘ位
   置を突合せ位置と検出する突合せ位置検出手段；を備え
   る突合せ位置検出装置。
2. 【請求項２】前記突合せ位置検出手段は、前記撮影手段
   の撮影信号に、撮影画像のエッジを明瞭にするエッジ強
   調処理を施し、エッジ強調処理による得られる撮影画像
   上のエッジ画素のｙ方向同一列上の画素数を累算し、累
   算値が最高の列のｘ位置を突合せ位置と検出する、請求
   項１記載の突合せ位置検出装置。
3. 【請求項３】エッジ強調処理は、撮影信号をデジタル変
   換した画像デ−タのｘ方向の差分演算である、請求項１
   記載の突合せ位置検出装置。
4. 【請求項４】形状計測手段は、突合せ部を横切って溶接
   対象材表面のｘ方向各位置との距離Ｌを走査計測する距
   離計、および、距離Ｌが最長のｘ位置を突合せ部と検出
   するデ−タ処理手段、を含む請求項１記載の突合せ位置
   検出装置。
5. 【請求項５】前記溶接対象材の突合せ部が延びるｙ方向
   と直交し溶接対象材の表面に実質上平行な方向ｘで、突
   合せ部の手前側と向こう側にあって、前記突合せ部を溶
   接対象材の表面に対して斜め方向から照明するための複
   数個ｍの投光手段；および、 前記突合せ位置検出手段が検出した突合せ部のｘ位置よ
   りｘ方向で設定短距離手前側および向こう側の、前記形
   状計測手段が求めた溶接対象材の表面形状を対比して、
   突合せ部直近の高レベル側の溶接対象材の上方に位置す
   る投光手段を突合せ部照明のために選択的に点灯する照
   明モ−ド選択手段；を更に備える、請求項１，請求項
   ２，請求項３又は請求項４記載の突合せ位置検出装置。