WO1988000508A1

WO1988000508A1 - Method of detecting position data in arc welding

Info

Publication number: WO1988000508A1
Application number: PCT/JP1987/000517
Authority: WO
Inventors: Shinji Okumura; Hiroaki Ito; Seigo Nishikawa; Tatsumi Nakazato
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1988-01-28
Also published as: US4951218A; US5040124A; EP0275322B1; EP0275322A1; DE3786447D1; US5038292A; EP0275322A4; US5040125A

Description

明細書

アーク溶接における位置情報の検出方法

〔技術分野〕

本発明は、アーク溶接において、溶接アーク光の形状及び Z又は位置を監視することにより、溶接開先位置，溶接トーチ高さ，溶接開始点，溶接終了点，外回りコーナ—点又は内回りコーナー点，溶接ワイヤのワーク接触点，溶接開先隙間等の位置情報を検出する方法に関する。

〔背景技術〕

アーク溶接では、溶融池、通電チップ、ワイヤ、溶接開先等を含む溶接部分を工業用テレビカメラ（ I T V ) で撮像し、これによつて得た画像を解析することにより、溶接位置、溶接条件等を制御する方法が古くから知られている。

ところが、アーク光は、周囲（例えば溶融池) の明るさに比べて強烈であり、しかも赤外線及び紫外線を多量に含んでいるため、溶接部分を検出することには困難な問題点が多い。

そこで、従来は、次のような解決策を講じていた。

すなわち、その一つは、撮像装置又は光学フィルタに工夫を加える方法である。例えば、特開昭 51- 72938号公報では、赤外線、熱線、色、光量を制限する各フィルタを設けるとともに、テレビカメラにシリコンビジコン撮像管を使用して、溶接部からの輻射線を可視光領域及び近赤外線領域でのみ通過させるようにしている。また、特開昭 59— 212172号公報では、赤外線のみを通すフィルタを介して赤外線テレビカメラで撮像している。更に、特開昭 58— 159980号公報では、撮像装置として C C D (固体イメージセンサ）を用いることにより、フィルタを不要にしている。

アーク光による影響を解決する他の方法は、工業用テレビカメラに高速シャツタを設ける方法である。例えば、特開昭 58— 7776号公報では、アークの短絡時にアークが消滅する機会を捉えて、短絡時のみシャツタを開けるようにしている。また、特開昭 59— 202178号公報では、パルス溶接において、ベース電流時期のアーク光が減衰したときだけシャツタを開けるようにしている。

更に、溶接部をアーク光と区別して撮像する方法としては、撮像のための光源を設ける方法がある。例えば、特開昭 55-42185号公報では、アーク光等の外乱光のスぺクトル分布と異なる光源を設け、外乱光の光量が前記光源の光量に比較して小さくなる波長帯を検出波長としている。また、特開昭 59— 191574号公報では、溶接トーチの走行方向前方に光を投射して、溶接開先の像を陰影で区画した輪郭で表すための光源を設けている。

以上に述べた各種の従来例において共通していることは、撮像したい目的物は溶融池等の溶接部分であり、アーク光はそれを邪魔する外乱光であるので、撮像したい映像とアーク光との分離、除去を行おうとするものであると言える。

しかしながら、アーク光の強度は強烈であり、しかもその波長もほぼ全域にわたるものであるから、完全な除去は困難で、装置も複雑且つ高価とならざるを得ない。

一方、狭開先溶接の場合には、アーク光自体を監視する例もある _c 例えば、特開昭 55-45554号公報では、アーク光の輝度分布を求め、溶接心線の開先内での回転中心を求めている。また、特開昭 58— 18 7268号公報では、トーチ先端に光検出器を設け、この検出器出力を比較することより、トーチを移動制御している。

ところが、以上の例は、狭開先溶接の場合に限られるものであり- 本発明が適用しょうとする重ね继手溶接、隅肉继手溶接、突合せ继手溶接には適用できない。本発明の第 1の目的は、以上の諸問題を解決し、特殊な装置を付加せず、アーク自体を観察することにより、アーク溶接の溶接開先位置を検出することにある。

一方、溶接トーチからのワイヤーの繰り出しは、垂直面に対して斜め方向から行うため、溶接トーチの高さが適正位置でないと、ヮィヤーの先端が溶接線と一致しなくなり、正確な溶接を行うことができない。したがって、溶接トーチの高さを制御することも、正確な溶接を行う上で重要なフアクターである。

そこで、本発明の第 2の目的は、アーク光を直接観察して得た 2 値化画像を用いて、溶接トーチの高さが適正かどうかを検出して精度の高い溶接を行うことを目的とする。

前に述べたように、従来においては、撮像した映像から如何にァーク光の影響を除去しようとする努力が払われてきた。しかしながら、アーク光の強度が強く、しかもその波長もほぼ全域にわたるものであるから、完全な除去は困難である。除去できたとしても、一般の工業用デレビカメラを使用して画像を取り込むのは非常に困難である。そして、取り込んだ画像、例えば溶融池の画像解析より、溶接終了点あるいはコーナ一部を検出しようとしても、検出には複雑な解析を行わなければならない。特に、溶接トーチが終了点又はコーナー点に到達したのか、あるいは位置ずれを起こしたのかの区別を行わなければならない。

また、レーザー光等の外部光源を使用したセンサーでは、現在、線の情報（スリット光）で溶接開先の段差を検出する方法がほとんどであるため、溶接終了点，コーナー点の検出を安定して行うことができない。レーザー光方式やワイヤ接触方式では、溶接による熱ひずみ等による誤差が検出できない。

本発明の第 3の目的は、レーザ等の外部光源を必要とせず、またアーク光の分離，除去のための特殊な装置を用いず、一般的な工業用テレビカメラで可視光領域のアーク光を検出して、そのアーク光のパターン解析を行うことにより、重ね继手溶接、隅肉继手溶接の溶接^了点及び内回り，外回りコーナ一点を検出することにある。先に述べた溶接位置を検出する従来の方法に対し、溶接開先隙間を検出する方法には、レーザー光を用いて、ワークの段差の変化を検出する方法があるが、溶接中に工業用テレビ力メラで撮像して得た画像からワークの段差の高さ方向の変化を検出しているものはない。また、隙間を直接撮像して隙間を検出する方法も、アーク光は周囲の明るさに比べて余りにも強烈であるため、多くの問題点がある α

次に、検出した隙間に対して隙間を埋める方法があるが、溶接条件（電流，電圧，速度）の変更だけでは、ワークの溶け落ちの間題があるため、溶接条件の設定が難しく、また条件の変更だけでは隙間の許容量も小さい。その他、ウイ一ビング可能な自動溶接装置によりウィービングを行い、隙間を埋める方法もあるが、ウイ一ビング振幅が一定であるため、溶接中の熱歪等による隙間量のリアルタィムの変化には対応することができない。

本発明の第 4の目的は、以上の諸問題を解決し、特殊な装置を付加せず、アーク自体を直視し、そのパターンを認識することにより溶接開先隙間を検出し、開先隙間に対する適応制御を行うことにあ ο

ロボットを利用した自動溶接において、溶接ワイヤのワーク接触検出は、溶接開始点を検出するために必要である。

このワイヤのワーク接触検出方法には、ワイヤがヮ一グに接触したことを、電気の導通によって検出する方法がある。

すなわち、溶接トーチとワークとの間に通電回路を形成し、第 31 図のように、ロボッ卜の手首を水平方向及び垂直方向に移動させる _c そして、溶接トーチ 4から突出している導電性のワイャ 5がワーク 7の壁 7a， 7bに接触したときに通電回路が形成される。このときの水平方向及び垂直方向の座標 P _x， P y をロボットに記憶させることにより、壁の交差した点、すなわち溶接開始点 Aを検出するものであ O o

しかし、この電気の導通によつてヮィャ接触を検出する方法は、ワイヤ又はワークに錡等の酸化皮膜等が付いている場合は、電気的に絶縁されるため、単にワイヤとワークが物理的に接触しても電気的に検出することができない。そこで、この絶縁皮膜の影響を解消するためには、通電回路に、絶縁を破壊するだけの大きな電源が必要となる。

また、溶接開始点検出の他の方法として、 C C Dカメラによる画像処理により、溶接開始点を検出する方法があるが、 C C Dカメラの情報は 2次元情報であるため、水平方向の精度は出るが、高さ方向の精度は出にくいという欠点がある。

本発明の第 5の目的は、画像情報より、ワイヤのワーク接触を検出することにある。

さて、一般に溶接ロボッ卜の制御点は、手首部に装着した溶接トーチ先端より供給される電極ワイヤの先端である。そして、所望の長さの電極ワイヤ先端が所望の軌跡をたどるように、軌跡制御、軌跡修正制御が行われる。

溶接を開始するには、現在の溶接ロボットのワイヤの位置を検出することがまず必要である。この溶接開始点を検出する方法には、溶接用ワイヤをワークにタツチさせてヮ一クのズレを検出する方法、あるいは、レーザ光を用い、ロボッ卜とワーク間の距離を監視することにより、溶接開始点を検出する方法がある。しかしながら、前者のヮィャをヮ一クにタツチさせる方法は、溶接用ワイャの先端の状態に左右されるため、 1画以内の精度でヮークのズレを検出することは難しい。

また、レーザ光による方法の場合、システムが高価であり、セッティングは非常に微妙である。このため、ロボット用センサとして現場で利用するのは難しい。

本発明の第 6の目的は、カメラ，光源及び溶接トーチの相対位置が変化せず、またワイヤィンチングを必要とせずに高精度の溶接開始点位置の検出を可能とし、併せてシステムを安価に構成することにある。

〔発明の開示〕

本発明は、溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿うァーク溶接を行うに際し、被溶接部材の继手部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によつて撮像し、この撮像されたァーク光形状を 2値化する。このアーク光形状は、溶接の諸条件により特異なパタ —ンを呈する。本発明では、これを利用することにより、各種の特異点を検出する。すなわち、前記の 2値化されたアーク光形状の輪廓部の特異点を解析することにより、溶接開先位置を検出し、ァーク光形状及び位置により、溶接トーチの高さを検出し、前記 2値化したアーク光形状のパターン解析により溶接線における特異点を検出し、また溶接開先隙間を検出する。さらに、溶接時においては、前記の 2值化映像には、ワイヤの影が観察される。これを利用して溶接開始点を検出し、またワイャの先端画像の変化によりワイヤのワーク接触を検出する。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は本願の第 1の発明を実施するフローチャート、第 2図は本発明の実施装置の構成図、第 3図は重ね继手溶接の例を示す説明図、第 4図は同溶接におけるアーク光を撮像して 2値化した状態を示す説明図、第 5図は隙間なく突き合わせたときの継手溶接の例を示す説明図、第 6図はそのときのアーク光の 2値化画像を示す説明図、第 7図〜第 10図は各種の継手溶接におけるアーク光の形状を示す説明図である。

第 11図は本願の第 2の発明を実施するフローチャート、第 12図〜第 14図はそれぞれト一チ高さの変化によるアーク光形状の変化を示すものであり、第 12図は重ね継手溶接，第 13図は隅肉継手溶接，第 14図は突き合わせ継手溶接の場合をそれぞれ示す。

第 15図は本願の第 3の実施例を示すブロック図、第 16図〜第 20図はそれぞれアーク光の 2値化バタ一ン形状を示し、第 16図は溶接線上にアークがある場合、第 17図は溶接線から外れた場合、第 18図は溶接終了点にアークがある場合、第 19図は外回りコーナー点にァークがある場合、第 20図は内回りコーナ一点にアークがある場合をそれぞれ示す。

第 21図は本願の第 4の発明の実施例による全体の流れを示すフ口一チャート、第 22図及び第 23図はそれぞれ本発明による隙間検出の原理を示す説明図、第 24図は隙間がある場合のワークのアーク光を示す図、第 25図は本発明の隙間検出方法のフローチャート、第 26図は方法 Cのフ口一チャート、第 27図は隙間に対するウイ一ビングの振幅の適否を検出するフローチャートである。

第 28図は本願の第 5の発明の方法を適用するロボットシステムの概略図、第 29図は C C Dカメラで捉えた映像の説明図、第 30図は本発明の画像処理のフ口一チャート、第 31図はワークに対するワイヤの接触点と溶接開始点との関係を示す説明図である。

第 32図は本願の第 6の発明を実施する装置の概要を示すプロック図、第 33図はロボット手首回りの要部拡大図、第 34図はテレビジョン画像の説明図、第 35図は本発明のフローチャート、第 36図は本願の出願人が先に提案したシステムの概略図、第 37図は本発明による作業フロー図、第 38図は本発明の開始点検出動作フロー図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕以下に、本願の第 1の目的を達成するための第 1の発明について説明する。

本発明者らは、先ず、重ね继手溶接の場合に、溶接继手部分の上方にテレビカメラを設置して溶接状況を撮像するという単純な実験を繰り返し行ったところ、強烈なアーク光のため、テレビ画像では、そのアーク光の輪郭しか識別できなかった。ところが、溶接線には继手の段差があるため、ビ一ドによって埋められていないトーチ前方の溶接線では、アーク自体にも段差が生じ、それがアーク光撮像形状の輪郭の一部に特徴ある形状を呈することを見出した。

さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉继手溶接、突合せ继手溶接の場合も生じることを確認した。

本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は外乱光として除去すべきものと考えられていたアーク光自体に注目し、继手部分において、そのアーク光を上方から見た形状を撮像し、その形状を解析して溶接開先位置を求めるものである。

第 3図は、重ね綞手溶接の例であり、 1 はトーチ、 2はワイヤ、 3は撮像装置、 4及び 5は被溶接部材、 6はアーク光である。

なお、トーチ 1 は、アークを飛ばしながら進行方向（図面の奥へ向かう方向）に移動しているものとする。

このとき、撮像装置 3で撮像された映像を、アーク部が「白 _[ 、その他が「黒（斜線部）」となるように 2値化したものが第 4図での。

比較のため、突合せ綞手溶接であって、隙間なく突合せた場合を第 5図、それを同様に撮像して 2値化したものを第 6図に示す。すなわち、第 4図と第 6図を比べると、第 4図の突起部（A点）と凹部（B点）が特徴となっていることがわかる。

すなわち、進行方向側（第 4図の上半分）の被溶接部材は、当然まだ溶接されていないから段差があるのに対し、既に溶接が終わつた部分（第 4図の下半分）は、段差がビードで埋まっている。

つまり、進行方向側にある段差によって突起部（A点）と凹部（B 点〉が生じているのである。ただし、進行していない状態でも、瞬間的には A点， B点とも検出されるが、ビードによって埋まるため、すぐ検出されなくなる。したがって、 A点又は B点の位置は、溶接線に対し、ある特定の関係を有しているため、これらの点を認識できれば、溶接線（溶接開先位置）を検出できることになる。

なお、第 4図と第 6図の右側の大きな湾曲状部 Cは、ワイヤー 2 の影により生じているものである。

また、第 7図には隅肉継手溶接のアーク光を、第 8図には I型突合わせ継手溶接のアーク光を、そして第 9図には V型突合わせ継手溶接のアーク光を、それぞれ第 4図と同様に示す。

I型突合わせ继手溶接のアーク光は、裏当がある場合は第 8図のようにアーク先端が伸びるが、裏当が無い場合はアークは継手の隙間より非溶接部材の裏に回り込もうとするため、第 8図とは逆に、アーク先端が凹形状となる。この形状を第 10図に示す。

第 2図は本発明を実施するための構成例である。第 2図において、 21はロボット、 22はロボット制御装置、 23は検出制御装置、 24は C R T表示装置である。

トーチ 1及び撮像装置 3はロボット 21の手首部に取付けられており、トーチ 1の動きにつれて撮像装置の視点も追従し、常に溶接部を相対的に同じ位置から撮像するようになっている。これは、画像処理を容易にするためである。撮像装置 3は、 C C Dカメラ等から構成され、それで撮像された画像は、検出制御装置 23へ送られて、ロボット制御装置 22の開始措令により画像処理されるとともに、 C

R T表示装置 24にも送られて表示される。

検出制御装置 23は、ロボット制御装置 22の溶接開始指令により、溶接開先位置を求める処理を実行し、もしトーチ 1がそれにより求まつた位置から外れているようであれば、ロボット制御装置 22に对し修正指令を発し、トーチ位置を修正させる。

ロボット制御装置 22が溶接^了指令を発すると、検出制御装置 23 は溶接開先位置を求める処理を^了する。

以上が、本発明を実施するための概略構成の一例である。

次に、第 3図に示す隅肉继手溶接の場合を例にとり、具体的に溶接開先位置を求める方法を説明する。第 1図は、その処理のフローチャートである。 ■

予め、検出制御装置 23は、まず溶接線を検出する（第 1図 101)。これは、撮像装置 3で撮像した画像から、検出される。第 1図 (a)は, その画像であり、溶接線 31、ワイヤ 32、ワイヤーの影 33及びトーチ 34が映っている。溶接線 31は、 2つの被溶接部材が接触する線のことである。

次に、溶接線の画面上（画面に設定された座標上）の位置を記憶する（"第 1図 102)。

また、溶接線を基準とするウィンドウ（画像処理すべき画像の領域）を設定する（第 1図 103)。

このウインドゥは、第 1図 (b)に示すように、溶接線を Y軸とし、特異な形状を呈する個所が含まれるように設定する。

以上が、予め行われておくべき処理である。

さて、 σボット制御装置 22が溶接開始指令を発すると、検出制御装置 23は画像データを取り込む（第 1図 104)。

次に、撮像画像をビデオ R A M上にラッチして、アーク光部を白その他を黒とする 2値化を行う（第 1図 105,第 1図 (c) ) 。

次に、第 1図 (d)に示すように、ウィンドウに対し、左上から水平にスキャンニングを行い、 2値化レベルの変化を検出する（第 1図 106)。この最初の 2値化レベルの最初の変化点 Aが、溶接開先位置又はそれを算定する基準となる点である（第 1図 107)。

この A点は、溶接線に対して所定のオフセットを保ち、溶接線の移動とともに移動するため、この A点を検出することにより、溶接開先位置を検出することができる（第 1図 108,第 1図 (e) ) 。

そのため、画面上に予め記憶されている溶接線とアークの特異点である A点より得られた溶接開先位置を比較し（第 1図 109)、その A点より得られた溶接開先位置を画面上の記憶された溶接線に一致させるように、ロボットを制御する（第 1図 110)ことにより、 .ワイャ先端を溶接開先位置に追従させることができる。

なお、オフセットは溶接条件、撮像装置とトーチとの角度によつて定まる定数であり、本発明者らの実験結果によると、 0. 6 國程度以内であった。

このように、この第 1の発明においては、アーク光自体を溶接開先位置を検出する対象とし、アーク光の輪郭の特異点を解析することにより溶接部分を検出することとしている。したがって、レーザ等の高価な外部光源を必要とせず、構成が極めて簡素化される。また、アーク光はそれ自体が強烈な光源であるので、他の外乱光に影響されにくく、特別な力ットオフフィルタ、ノンドパスフィルタ等を要せず、光量を減じるための溶接用フィルタ等を使用するのみでよい。また、アーク光を外乱光とみなす方式に用いるパルス溶接のベース電流時や、短絡了ーク状態の短絡時のような同期をとるシャッタ一等を必要としない。これにより、溶接機，ワイヤの種類，溶接条件等の制約を受けない。アーク光の特別な波長を見るものではないため、テレビカメラの仕様の制約を受けず、一般の C C Dカメラ（感度が 300 〜 1000nmの可視光領域) を用いることが可能となる _c 更に、アーク光のパターン解析に基づくものであるため、 l mm以下の薄板重ね继手溶接での検出も可能となる。

なお、アーク光の直径は約 5 誦であり、従来はこのような微小な画像に着目しょうとした例は無く、当然このような特異な形状を呈していることは全く知られていなかった。

本発明は、このようにアーク光の撮像画像が溶接線に対し特定の関係を有する形状を呈することに着目して、溶接開先位置を求めるという画期的な発明ということができる。

次に、本願の第 2の目的を達成するための第 2の発明について説明する。

本発明者らは、先ず、重ね縫手溶接の場合に、溶接維手部分の上方にテレビカメラを設蜜して溶接状況を撮像するという単钝な実験を繰り返し行ったところ、強烈なアーク光のため、テレビ画像では, そのアーク光の輪郭しか識別できなかった。ところが、溶接線には継手の段差があるため、ビードによって埋められていないトーチ前方の溶接線では、アーク自体にも段差が生じ、それが了一ク光撮像形状の輪郭の一部に特徵ある形状を呈することを見出した。

さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉继手溶接、突合せ継手溶接の場合も生じることを確認した。

本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は外乱光として除去すべきものと考えられていたアーク光自体に注目し、縫手部分において、そのアーク光を上方から見た形状を撮像し、その形状及び位置を解析して溶接ト一チ高さを求めるものである。溶接を行っているときのアークをテレビカメラ等の撮像装置で観察する構成を第 3図に示す。第 3図は、重ね継手溶接の例であり、 1 はトーチ、 2はワイヤ、 3は撮像装置、 4及び 5は被溶接部材、 6はアーク光である。なお、トーチ 1 は、アークを飛ばしながら進行方向（図面の奥へ向かう方向）に移動しているものとする。

このとき、撮像装置 3で撮像された映像を、アーク部が「白」、その他が「黒（斜線部）」となるように 2値化したものが第 4図でめ。

つまり、進行方向側にある段差によって突起部（A点）と凹部（ B点）が生じているのである。ただし、進行していない状態でも、瞬間的には A点， B点とも検出されるが、ビードによって埋まるため、すぐ検出されなくなる。したがって、 A点又は B点の位置は、溶接線に対し、ある特定の関係を有しているため、これらの点を認識できれば、溶接線（溶接開先位置）を検出できることになる。なお、第 4図の大きな湾曲状部 Cは、ワイヤ一 2の影により生じているものである。

さて、トーチの高さが適当でないと、ワイヤー 2の先端から飛ぶアークの形状が変化する。

第 12図は重ね継手溶接の場合のトーチの高さとアーク光の 2値化パタ一ンとの関係を示すものである。（al)はトーチが適正な高さの場合、（a2)はそのときのアーク光パターンを示している。（bl)に示すようにトーチが適正位置よりも上にあると、被溶接部材 5の上面にアークが及んでくるため、（b2)に示すように、アークの特異点 A より左側の幅 W1が、 2)の場合の幅よりも伸びてくる。また、（c l) に示すようにト一チの高さが適正位置よりも低くなると、（c2)に示すようにアークの特異点 Aより右側の幅 W2が、（a2)の場合よりも伸びてくる。

このように、アークの形状及び幅が変化したことを解析することによって、トーチの高さが適正か否かを検出することができる。第 13図は隅肉继手溶接の場合を、第 14図は突合わせ继手溶接の場合をそれぞれ第 12図と同様に示している。

第 2図は、本発明を実施するための構成例である。第 2図において、 21はロボット、 22はロボット制御装置、 23は検出制御装置、 24 は C R T表示装置である。

トーチ 1及び撮像装置 3はロボット 21の手首部に取付けられており、トーチ 1の動きにつれて撮像装置の視点も追従し、常に溶接部を相対的に同じ位置から撮像するようになっている。

これは、画像処理を容易にするためである。

撮像装置 3は、 C C Dカメラ等から構成され、それで撮像された画像は、検出制御装置 23へ送られて、 πボット制御装置 22の開始指令により画像処理されるとともに、 C R T表示装置 24にも送られて表示される。

—検出制御装置 23は、ロボット制御装置 22の溶接開始指令により、溶接開先位置を求める処理を実行し、もしトーチ 1がそれにより求まった位置から外れているようであれば、ロボット制御装置 22に対し修正指令を発し、トーチ位置を修正させる。

ロボット制御装置 22が溶接終了指令を発すると、検出制御装置 23 は溶接開先位置を求める処理を終了する。

次に、第 3図に示す隅肉縫手溶接の場合を例にとり、具体的に溶接開先位置を求める方法を説明する。第 11図は、その処理のフローチャートである。予め、検出制御装置 23は、まず溶接線を検出する（第 11図 101)。これは、撮像装置 3で撮像した画像から、検出される。第 11図 (a)はその画像であり、溶接線 31、ワイヤ 32、ワイヤ一の影 33及びトーチ 34が映っている。溶接線 31は、 2つの被溶接部材が接触する線のことである。

次に、溶接線の画面上（画面に設定された座標上）の位置を記憶する（第 11図 102)。

また、溶接線を基準とするウィンドウ（画像処理すべき画像の領域）を設定する（第 11図 103)。

このウィンドウは、第 11図 (b)に示すように、溶接線を Y軸とし、特異な形状を呈する個所が含まれるように設定する。

以上が、予め行われておくべき処理である。

さて、口ボット制御装置 22が溶接開始指令を発すると、検出制御装置 23は画像データを取り込む（第 Π図 104)。

次に、撮像画像をビデオ R A M上にラッチして、アーク光部を白, その他を黒とする 2値化を行う（第 11図 105,第 11図 (c) ) 。

次に、第 11図 (d)に示すように、ウィンドウに対し、左上から水平にスキャンニングを行い、 2値化レベルの変化を検出する（第 11図 106)。この最初の 2値化レベルの最初の変化点 Aが、溶接開先位置又はそれを算定する基準となる点である（第 11図 107)。

この A点は、溶接線に対して所定のオフセットを保ち、溶接線の移動とともに移動するため、この A点を検出することにより、溶接開先位置を検出することができる（第 11図 108)。

そのため、画面上に予め記憶されている溶接線とアークの特異点である A点より得られた溶接開先位置を比較し（第 11図 109)、その A点より得られた溶接開先位置を画面上の記憶された溶接線に一致させるように、ロボットを制御する（第 11図 110)ことにより、ワイャ先端を溶接開先位置に追従させることができる。

なお、オフセットは溶接条件、撮像装置とトーチとの角度によつて定まる定数であり、本発明者らの実験結果によると、 0. 6画程度以内であった。

この A点又はこの点から所定のオフセットをとつた点が溶接開先位置となる。

更に、本発明の目的とするトーチ高さ検出は、 2値化画像を用いて次のように行う。

すなわち、第 11図において、ステップ 105 において 2値化処理した後、ステップ 102 で得られた溶接線からのアーク光の左右のを検出する（第 11図 111)。次に左右の幅（第 12図の Wl， W2参照）の大小を比较する（第 11図 112)。次に、幅の差が所定の範囲に入るように、ロボッ卜の高さを制御する（第 11図 113)。

このようにして、 2値化された画像のパタ一ンを解析することにより、溶接トーチの高さを検出し、ロボットを適正な高さに制御して正確な溶接を行う。

以上に説明したように、本願の第 2の発明においては、溶接開先位置を検出する対象として用いるアーク光の 2値化パターンを利用してトーチの高さをも同時に検出するようにしている。

したがって、高さを検出するための他の特別な装置を用いる必要がなく、構成を著しく簡素化できる。了一ク光はそれ自体が強烈な光源であるので、他の外乱光に影響されにくく、特別な力ットオフフィルタ、バンドパスフィルタ等を要せず、光量を減じるための一般的な溶接用フィルタ等を使用するのみでよい。

次に、本願の第 3の目的に沿う第 3の発明について述べる。

本発明者らは、先ず、重ね继手溶接の場合に、溶接継手部分の上方にテレビカメラを設置して溶接状況を撮像するという単純な実験を繰り返し行ったところ、強烈なアーク光のため、テレビ画像では- そのアーク光の輪郭しか識別できなかった。ところが、溶接線には継手の段差があるため、ビードによって埋められていないトーチ前方の溶接線では、アーク自体にも段差が生じ、それがアーク光撮像形状の輪郭の一部に特徵ある形状を呈することを見出した。

さらに、本発明者らは、この現象が、隅肉継手溶接、突合せ継手溶接の場合にも生じることを確認した。

本発明は、以上の知見に基づくもので、従来は外乱光として除去すべきものと考えられていたアーク光自体に注目し、継手部分において、そのアーク光を上方から見た形状を撮像し、その形状を解析して溶接線における特異点を求めるものである。

本発明においては、第 15図に示すように、継手上にテレビカメラ等の撮像装置 1を設定する。アーク 3は、ワイヤ 6の先端よりほぼ円錐状に放射されるが、溶接線 7 には段差があるため、ビードによつて埋められていないトーチ前方の溶接線では、アーク 3の段差が生じる。これを継手上の撮像装置 1で撮像すると、アーク 3の段差部が特徵部として検出できる。第 16図は溶接線 7に沿ってアークを進行させている状態、 17図は溶接線からアークが外れた状態のァ一ク形状をそれぞれ示している。

例えば、第 18図に示すように溶接終了点にさしかかると、溶接終了点 8にさしかかったアーク前方ではアーク光を遮っていた壁がなくなるため、アークはワークの壁を回り込む方向に伸びる。このァ一ク前方のみにアークが伸びた特徵部を検出することにより、溶接終了点を検出することができる。

また、第 19図に示すように継手の外回りコーナー点 9にさしかかると、アーク前方においてはアーク光を遮っていた壁が直角に曲がるので、アークは、円の一部を直角に切り取つたような形状となる。これにより、外回りコーナ一点を検出することができる。

なお、第 18図と第 19図のアーク形状はほとんど見分けがつかないが、その溶接線の終点が溶接の終了点であるか更にそこから溶接を続行する外回りコーナ一点であるかは、予め溶接制御のプログラムで設定されているので、その区別は明瞭にできる。

更に、第 20図に示すように縫手の内回りコーナ一点にさしかかると、了一ク前: ^において、広がつでいた了ーク光がワークの前方壁によって遮られるために、前方及び側方が鈍った形状となる。これにより、内回りコーナ一点を検出することができる。

次に、本発明の実施例について述べる。第 15図は、重ね继手溶接の例であり、 1はトーチ、 2はワイヤ、 3は撮像装置、 4及び 5は被溶接部材、 6はアーク光である。なお、トーチ 1は、アークを飛ばしながら進行方向（図面の奥へ向かう方向）に移動しているものとする。

このとき、撮像装盧 3で撮像された映像を、アーク部が「白」、その他が「黒（斜線部）」というように 2値化したものが第 16図である。

撮像装置 3は、 C C Dカメラ等から構成され、それで撮像された画像は、検出制御装置へ送られ、ロボット制御装置の開始指令により画像処理されるとともに、 C R T表示装置にも送られて表示される

溶接に先立って、まず溶接線を検出する（第 15図 101)。これは、撮像装置 3で撮像した画像から検出される。第 15図 (a)は、その画像であり、溶接線 31、ワイヤ 32、ワイヤーの影 33及びトーチ 34が映つている。溶接線 31は、 2つの被溶接部材が接触する線のことである ₍ 次に、溶接線の ®面上（画面に設定された座標上）の位置を記憶する（第 15図 102)。また、溶接線を基準とするゥインドウ（画像処理すべき画像の領域）を設定する（第 15図 103)。

このウインドウは、第 15図 (b)に示すように、溶接線を Y軸とし、特異な形状を呈する個所が含まれるように設定する。

以上が、予め行われておくべき処理である。

さて、ロボット制御装置 22が溶接開始指令を発すると、検出制御装置 23は画像データを取り込む（第 15図 104)。

次に、撮像画像をビデオ R A M上にラッチして、アーク光部を白，その他を黒とする 2値化を行う（第 15図 105)。

次に、ウィンドウに対し、左上から水平にスキャンニングを行い、 2値化レベルの変化を検出する（第 15図 106)。

溶接終了点及び外回りコーナー点を峻別する方法としては、第 18 図及び第 19図に示すように、 2値化アークパターンの変曲点 Aを検出する方法、変曲点 Bを検出する方法、変曲点 Cを検出する方法又は伸びたアーク光の距離を検出する方法等がある。

また、内回りコーナー点を峻別する方法としては、第 16図における特徴部 E部が消失したことにより検出する方法，第 20図の特徵部 F部又は G部より検出する方法，あるいはアーク光の縦の距離 e と横の距離 d及びそれらの比より検出する方法等がある。

このように、本発明においては、アーク光自体を溶接線における特異点を検出する対象とし、アーク光の形状を解析することにより特異点を検出することとしている。したがって、レーザ等の高価な外部光源を必要とせず、構成が極めて簡素化される。また、アーク光はそれ自体が強烈な光源であるので、他の外乱光に影響されにくく、特別な力ットオフフィルタ、バンドパスフィルタ等を要せず、光量を減じるための溶接用フィルタ等を使用するのみでよい。また、アーク光を外乱光とみなす方式に用いるパルス溶接のベース電流時や、短絡アーク状態の短絡時のような同期をとるシャッタ一等を必要としない。これにより、溶接機，ワイヤの種類，溶接条件等の制約を受けない。アーク光の特別な波長を必要としないため、テレビカメラの仕様の制約を受け f、——般の C C Dカメラ（感度が 300 〜 lOOOrnnの可視光領域）を用いること力可能となる。更に、アーク光のパターン解析に基づくものであるため、 1 nra以下の薄板重お維手一溶接での検出も可能となる。

次に、本願の第 4の目的に沿う第 4の発明について説明する。ゥィ一ビング溶接可能な自動溶接装置において、溶接纏手部分のほぼ上方にテレビカメラを設置して溶接状況を撮像すると、強烈なァ一ク光のため、テレビ画像では、そのアーク光の輪郭しか識別できないが、そのアーク光の輪郭は溶接開先状態を強く反映していることが実験により確かめられた。特に、溶接開先に隙間が存在するとァ一ク光撮像形状の輪郭の一部に特徵ある形状を呈することが判明した。本発明は、この現象を利用して、溶接開先隙間の検出を行う。

そして、溶接開先隙間検出はゥィ一ビング溶接でも行えることを実験により確認し、ゥィ一ビング溶接の振幅を隙間に応じて選択することにより、溶接開先隙間に対して適切な溶接を行うものである以下、図面に示す重ね继手溶接の実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。本発明では、アーク光のパターン解析による隙間検出と、ァーグ光のパターン解折によってゥィ一ビング振幅を制御したウイ一ビングにより隙間適応溶接を行うという二つの大きな特徵を有している。

第 21図は、本発明の全体のフローを示すものである。まず、教示動作を開始し、隙間検出を行う。ステップ 120 において隙間を検出すると、ウィービングを開始する。このときの振幅初期値は、ヮークによる隙間のバラツキにより異なるが、重ね継丰の場合には板厚の 2〜 3倍程度とする。ゥィ一ビングの振幅が適当でない場合には振幅を変更し、適正の場合には、ウィービング溶接動作中に隙間検出を行う（ステップ 150)。隙間を検出している間はウィービングを継続し、この動作を教示動作が終了するまで繰り返す。

次に、本発明による隙間検出方法の原理について説明する。

第 22図 (a)のように下板 1 と上板 2 との間に隙間のない場合は、同図 (b)に示すようにアーク光はその半分の幅程度、上板 2の上に出る _c これに対し、第 23図 (a)のように下板 1 と上板 2 との間に隙間 gがあると、同図 (b)に示すようにアーク光は上板 2に余り出ることができない。そこで、ワーク上部のテレビカメラ 3によりアーク光を観察すると、上板側のァーク光の大きさによりワークの隙間を検出することができる。図中 4は溶接トーチ、 5はワイヤー、 Aはアークでまた、実験観察の結果であるが、ワークに隙間が存在すると、上板側のアーク光が小さくなるばかりでなく、第 24図のような ω形状を示すことが確認されている。このことにより、アーク形状に基づいて隙間を検出することが可能である。これらの検出の流れ図の一例を第 25図に示す。まず、初期設定として、溶接線を y座標とするアーク光が含まれるウインドウを設定する。次に、ロボッ卜の教示動作が開始すると、左右方向のズレを修正する。左右方向のズレを修正して隙間検出のルーチンに入る。隙間検出のルーチンの実例を次に説明する。

1 ) 方法 A

左上から Y軸に平行に走査し、 0→ 1→ 0→ 1のレベル変化を検出し、隙間を検出する。上板側のアーク光が隙間が存在することにより凹形状となるのを利用したものである。

2 ) 方法 B • 左上から X軸に平行に走査し、ワイヤによる変曲点 Cを検出し、 • 溶接線までの钜雜^ ^ ₂ を測定する。と £ ₂とを比較し、 a x

• £ ^く £ ₂ ( aは実験により求まる定数）となると隙間を検出する。

♦ これは、第 23図に示すように、隙間が存在すると上板側のアーク光 5 が小さくなることを利用したものである。

• 3 ) 方法 C (第 26図参照）

• 方法 Bと同様に、隙間が存在すると上板側のアーク光が小さくな ♦ るのを利用したものである。上板側のアーク光の面積 Sを求めるこ • とにより、アーク光が小さくなるのを検出している。なお、は 0 実験により求まる定数であり、アーク光の面積 Sが定数 S _t より小 • さくなるとこれを隙間であると判定し、それ以外の場合には第 25図 ♦ のステツプ 230 に戻る。

• 次に、隙間に对してウィービング振幅を変える方法について說明 , する。

5 もし隙間の大きさが変化しなければ、一定のウイ一ビング振幅で • よい。しかし、隙間の大きさが変化した場合は、隙間が大きければ • ウィービング振幅を大きくし、隙間が小さければウイ一ビング振幅 • を小さくするという制御を行う必要がある。

* 本発明は、アーク光のパターンによりウィービングの振幅が隙間 0 に対して適切かどうかを判断し、適切でない（振幅が大きすぎるか

♦ 又は小さすぎる）ならば、振幅を変更させるものである。隙間に対 • するウイ一ビング振幅が適切かどうか検出するフ口一を第 27図に示 • す。

♦ 第 27図のフローチャートにおいて、ロボットウィービング動作中- 5 まず Left max時に同期をとり、画像を取り込む。そして溶接線まで • の距離 H ₂ を測定し、 i、ヒ ₂の比較を行う。〖x a £ ₂

• ならば Lef t方向の振幅が大きいと、 _Jg ₁ x a ₂ < _Jg ₂ ならば Lef t方向の振幅が小さいと判定する。ここで、 a ,， a ₂ は実験により求まる定数である。これは、 Left max時、つまり最も上板側にウイ一ビングした時、上板側のアーク光が隙間を埋めるのに適切な大きさかどうか検出するものである。上板側のアーク光が小さいと隙間を埋めることができず、大きいとビード外観が悪くなる。

次に、 Right max 時に同期をとり、画像を取り込む。そして溶接線までの距離 ^ ₃， ^ ₄ を測定し、 ^ ₃と ^ ₄の比較を行う。 ^ ₃x a ₃ < i のときは Right 方向の振幅が大きいと、 ₃x a ₄〉 ^ ₄ のときは Right 方向の振幅が小さいと判定する。ここで、 a ₃, a ₄ は実験により求まる定数である。これは、 Right max 時、つまり最も下板側にゥィ一ビングした時、下板側のアーク光が隙間を埋めるのに適切な大きさかどうか検出するものである。下板側のアーク光が小さいと隙間を埋めることができず、大きいとビード外観が悪くなる _c ゥィ一ビング中の隙間検出は、溶接トーチがウイ一ビングの中心にきた時に同期をとり、画像を取り込めば、直線溶接の場合と同様な検出方法で隙間を検出することが可能である。

また、ウイ一ビング振幅が振幅制御によりある一定値以下になれば、隙間がないとして、直線溶接に戻す方法により隙間検出と同等な機能をもつことが可能である。

この事例は、ウィービングの 1周期毎に、振幅の適切か否かを検出して、次の 1周期に対して制御する方法である。

以上に説明したように、本発明においては、アーク光を直接観察し、そのアーク光が特異な形状を呈した個所を解析することにより、開先隙間を検出して開先隙間を埋める溶接を行うようにしている。

これにより、隙間の溶接中の熱歪によるリアルタイムの変動に対しても、適応制御が可能となる。したがって、ワーク精度，治具精度の許容度が飛躍的に大きくなり、 πボット溶接の適用範囲を広げることができる。

次に、本願に沿う第 5の発明について説明する。本発明は、ワイャがフレキシブルであるため、ワークと接触すると必ずヮィャ先端位置の座標に変化が生じるという、単純な原理を利用したものである。

すなわち、本発明においては、ロボットの手首に溶接トーチ及び C C Dカメラ等の撮像装置を固定的に取り付ける。したがって、口ボットの手首を垂直，水平又は回転のいずれの運動をさせても撮像装置の視野内においてはヮィャ先端画像の位置は全く動かない。

ロボッ卜の手首をワーク側に移動させたとき、ワイヤ先端がヮ一クに接触すると、ワイヤはフレキシブルであるため、後退するか変形する。この機械的な位置変化は、撮像装置の視野内においてワイャ先端画像の何らかの位置変化として表れる。この位置変化が生じたことを画像処理によって捉え、ヮィャがワークに接触したと判断する。そして、その位置変化発生時点のロボットの座標を記憶しておくことにより、ワークの位置を検出し、これから溶接開始点を検出することができる。

第 28図は本発明の方法を達成するためのシステムの概略図である _c 同図において、 1はロボット、 2はロボット 1の手首、 3は撮像装置の一例である C C Pカメラ、 4は溶接トーチ、 5は溶接トーチ 4 の先端から操り出されるワイヤ、 7はワークである。第 28図に示すように、ロボット 1の手首 2の先端に C C D力メラ 3と溶接トーチ 4を取り付け、 C C Dカメラ 3と溶接トーチ 4の相対位置が常に一定である構成とする。また、前記溶接トーチ 4は C C Dカメラ 3の光軸に対して斜めに、例えば 45度をなすように取り付ける。この斜めに取り付けること自体は本発明の本質とは閱係がない。

第 29図は C C Dカメラ 3が監視しているヮィャ先端部及び溶接線 6の映像の視野を示すものであり、これから判るように、 C C D力メラ 3の視野内では、ロボット 1がどのように動いても、ワイヤ 5 の像の位置は変化しない。

次に、本発明による画像処理の流れを、第 30図に示すフローチヤートに基づいて説明する。まず、ステップ 100 に示すように、 C C Dカメラ 3によつて画像を取込む。次に、ステツプ 110， 120により- ワイヤ先端部を含む領域にウインドウ W (第 29図参照）を設定して C C Dカメラ 3の撮像画像を 2値化する。ステツプ 130 では、 2値化した画像におけるヮィャ先端の座標 a , (x, y)を記憶する。

次に、ステップ 140 により、ロボットをワーク側に所定の距離、例えば 0. 2mm移動させる。移動後のワイヤ先端座標を、ステップ 140 〜170による手順で検出し、 b (x, y)を得る。この新しい座標と初期の座標 a , (x， y)とをステツプ 180 で比較し、同じ座標であれば、ヮィャはワークに接触していないのであるから、更にロボッ卜を 0. 2 mm移動させる。これを繰り返して行い、もし座標に変化が生じればステップ 190 に進み、ワイヤがワークに接触したと判定する。ステップ 200 では、このときの座標をロボッ卜の位置座標として記憶する。この座標に基づいて溶接開始点を検出することになる。

実験結果によると、ワイヤ先端の座標位置の変化は、ロボットの移動速度が 10cm /m i nの低速においても、ワークと接触した瞬間に（2 56 X 256)画素数の C C D素子で 5 ピクセル、距離にして約 0. 4 mraの変化があり、その変化の検出は容易であった。

以上に説明したように、本発明においては、ロボットの手首をヮーク側に移動させたときにワイャ先端画像の位置変化が生じたことを捉えてワイヤのワーク接触を検出するようにしている。

これにより、ワークやワイヤに酸化皮膜が形成されていても物理的に接触状態を検出することができる。したがって、簡単な構成にも拘わらず、非常に信頼性の高い接触検出を行うことができる。

特に、 C C Dカメラを利用したロボットビジョンシステムと複合して利用すると、 2次元情報から高さ方向の変化が得られるため、水平方向の情報しか得られない C C Dカメラを利用して 3次元情報を精度よく得ることができる。

最後に、本願の第 6の目的に沿う第 6の発明について説明する。本発明においては、第 32図に示すように、ロボット 1の手首先端に工業用テレビカメラ 2 , 光源 4，トーチ 8を取り付けた後、ワイヤエクステンションを最適長にセットする。工業用テレビカメラ 2からの画像信号は検出制御装置 5内で画像処理され、その画像データの中から溶接線，溶接ワイヤ 3の影の位置を検出し、ワイヤ 3先端の画像位置，ワイヤ 3とワイャの影 12との相対関係を記憶させる。実際の検出動作時では、 nボット制御装置 6において、前記記憶したワイヤ 3先端位置を利用して演算させることにより、ワイヤ 3の燃え上がり等による長さの変化に対しても対応することができる。画像データは C R T 7に表示され、モニタ一できるようにしている _c 画像上の距離と実際の距離との間には、ずれがあるため、これらの間の関係式を予め求めておぐことで、検出精度を向上させることが！？きる。

第 33図は溶接線付近の拡大図であり、ロボット 1の手首 la先端に工業用テレビ力メラ 2及び光源 4が取り付けられている。図中 8はトーチ、 9はワーク、 10及び 11はワーク 9の下板反び上板、は溶接線である。前記テレビカメラ 2で撮像した溶接開始点近傍の画像は第 34図のようになる。ワイヤ 3の先端から溶接線までの距離 X は画像上では Xに対応し、ワイヤ 3の先端から下板 10までの距離 z は画像上ではヮィャ 3とワイャの影 12の距離 Zに対応する。そこで実距離 x， zと画像上の距離 X， Zとの ¾応関係を求めることにより、画像上の距離 X， Zから実距離 x， zを求めることが可能とな対応関係《，を求める方法のフローを第 35図に示す。すなわち、画像上の距雜 X , Zを測定した後、口ボットを溶接線 £より Δ Xだけ水平移動し、その移動に伴う画像上での移動距離 Δ Xを測定する。これより、 = Δ χ Ζ Δ Χを求める。次に、ロボットを垂直方向に △ ζだけ移動し、画像上での移動距離 Δ Ζを測定して同様に、 β = △ ζ Ζ Δ Ζを求める。

このようにして対応関係，を求めることにより、検出制御装置 5は、画像距離 X , Ζから実距離 x = « x X， z = x Zを求め、ロボット制御装置 6に伝達することができる。

ロボット制御装置 6は、伝達された実距離に補正を行い、ロボット 1を移動させる。この補正量としては、前記の演算により求めた位置と、作業者が実際に開始点検出動作を実行させ、作業者が意図している開始点位置との差を入力する。

具体的な作業フローを第 37図 (a)に示す。同図において、ロボット手首先端に工業用テレビカメラ，光源，トーチをセットする。ワイヤエクステンションを最適長さにセットした後、ワイャ先端の位置座標（ポイント Aの X， y座標），ワイヤとワイヤの影の相対関係（ポイント B , Cの傾きとポイント Bの X座標）を記憶する（第 37図 (b)参照）。相対関係"，を第 35図のフローに従って測定する。ワイヤの影の根元に検出用のウインドウを設定し（第 37図 (c)参照）、開始点検出動作を行い、補正量を測定して入力を行う。

次に、開始点検出動作フローを第 38図 )に示す。まず、ロボット手首先端を開始点検出位置に移動させ、画像を取り込む。ウィンドゥ内でワイヤの影の位置 Dを検出し、記憶した相対関係より計算し、仮想点 Eを検出する。記憶したヮィャ先端 Aと Eの距離 Zを測定する。次に、記憶したワイヤ先端 Aと溶接線の距離 Xを測定する。測定した Z， Xと予め求めておいた対応関係《，より、実際の距離を計算し、補正量より、ロボットの移動距離を計算して、ロボットを開始点位置に移動させる。このときのテレビカメラの画像を第 38 図 (b)に示す。

以上に説明したように、本発明においては、工業用テレビ力メラ等の撮像装置をロボットの手首先端^ Uこ設け、画像処理によってヮィャの影の位置を検出し、これにより溶接開始点を検出するようにしている。このように、ワイヤの影を利用することにより、テレビカメラからの高さ方向の情報を得ることが可能である。また、テレビカメラを利用することにより、ロボット付属装置にメカニカルな駆動部がないため信頼性が高くなる。本発明の方式では、レーザ光を利用した場合のようにワイャ先端とセンサのオフセットが存在しないため、調整が容易である。また、従来のワイヤアース法の—ようなサーチ動作が必要でないため、高速検出が可能である。

さらに、カメラ，光源及び溶接ト一チの相対位置関係が常に一定であるため、始めにワイヤの長さを最適にした状態で、ワイヤの位置、ワイヤの影の傾き、ワイ十の影とワイヤの距離の比 α、溶接線とワイャの距離の比 i?を求めることができる。実際の開始点検出の場合は、ワイヤの影の根元にウィンドウを設定し、より仮想点を検出できるため、ワイヤの長さを一定に保つ必要がない。したがつて、ワイヤインチングを行う必要がない。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、溶接ロボットの制御に必要な色々な溶接位置情報の検出のためのセンサー技術を提供する。本発明は、例えば精密な自動溶接を必要とする自動車産業、制御機器設計及び製造業に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1. 溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によって撮像し、この撮像されたアーク光形状を 2値化し. 当該アーク光形状の輪郭部の特異点を解析することにより溶接開先位置を検出することを特徴とする溶接開先位置検出方法。

2. 撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接トーチの移動に撮像装置の視点を追従させて撮像することを特徵とする請求の範囲第 1項記載の溶接開先位置検出方法。

3. 溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によつて撮像し、この撮像されたアーク光形状を 2値化し、当該アーク光形状及び位置により、溶接トーチの高さを検出することを特徴とする溶接トーチ高さ検出方法。

4. 撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接トーチの移動に撮像装置の視点を追従させて撮像することを特徵とする請求の範囲第 3項記載の溶接トーチ高さ検出方法。

5. 溶接開先位置を検出しながら該溶接開先位置に沿うアーク溶接を行うに際し、被溶接部材の継手部分の上方からアーク光の形状を撮像装置によって撮像し、この撮像されたアーク光形状を 2値化し、当該アーク光形状のパターンを解析することにより、溶接線における特異点を検出することを特徴とする溶接線における特異点検出方法。

6. 撮像装置を溶接トーチと一体構造とし、溶接トーチの移動に撮像装置の視点を追従させて撮像することを特徵とする請求の範囲第

5項記載の溶接線における特異点検出方法。

7. アーク溶接の溶接開先隙間を検出して隙間に对する適応制御溶接をする方法において、溶接部分の上方からアーク光の形状を撮像し、開先隙間によりアーク光が特異な形状を呈した個所を解析することにより、開先隙間を検出し、開先隙間を埋めるために、溶接電流，溶接電圧，溶接速度等の溶接条件、ワイヤの目標位置の変更を行い、かつ検出した開先隙間に応じた振幅を選択してゥィ一ビングを行うことを特徵とする溶接開先隙間に対する適応制御方法。

8. ロボットを利用した自動溶接において、溶接トーチを具備したロボットの手首先端に取り付けた撮像装置によりヮィャ先端位置を監視し、手首をワーク側に移動させたときにワイヤ先端画像の位置変化が生じたことを捉えてワイャのワーク接触を検出することを特徴とする溶接ヮィャのヮーク接触検出方法。

9. 溶接用ロボット手首先端に取り付けた撮像装置によって溶接開始部の画像を取り込み、その画像データを画像処理して溶接線，溶接ワイャの影の位置を検出し、このワイャの影の位置から溶接開始点を検出することを特徴とする溶接開始点検出方法。

10. 画像上の距離と実際の距離の闋係式を求め、この関係式で画像上のワイャの影の位置を修正することにより溶接開始点を検出することを特徴とする請求の範囲第 9項記載の溶接開始点検出方法。