(57)【要約】【課題】遮光板を介した溶接工の視野内の空間に、溶接箇所を示す溶接線画像をワークの位置に合わせて表示することができ、溶接作業を支援することが可能な溶接面を提供する。【解決手段】溶接面１は、ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板２１を有し、溶接工Ａの顔面を保護する溶接面本体２と、遮光板を介した溶接工Ａの視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部４と、溶接中に非溶接箇所が撮像されるように溶接面本体２に設けられた撮像部３と、表示部４が画像を表示する空間におけるワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する溶接線情報取得部を有し、溶接中に撮像部３にて撮像された画像に基づいて、表示部４が画像を表示する空間におけるワークとの位置を推定し、推定されたワークの位置に合わせて、溶接線情報取得部にて取得した溶接線位置情報に基づく溶接線画像を表示部４に表示させる制御部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、
前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部と、
少なくとも溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、
前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する溶接線情報取得部を有し、溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、推定された該ワークの位置に合わせて、前記溶接線情報取得部にて取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる制御部と
を備える溶接面。
【請求項２】
前記溶接線情報取得部は、
非溶接中に前記撮像部にて撮像された前記ワークの画像における前記溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する
請求項１に記載の溶接面。
【請求項３】
前記制御部は、
前記撮像部にて撮像して得られる画像に基づいて、所定座標系における前記ワークの位置を特定する第１特定部と、
前記撮像部にて撮像して得られる画像に基づいて、前記所定座標系における前記撮像部の位置及び姿勢を特定する第２特定部と、
前記所定座標系における前記ワークの位置と、前記第２特定部が特定した前記撮像部の位置及び姿勢とに基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの位置を推定する推定部と
を有する請求項２に記載の溶接面。
【請求項４】
前記制御部は、
前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの輪郭線の位置を示す輪郭線位置情報を取得する輪郭線情報取得部を有し、前記表示部が画像を表示する空間における推定された前記ワークの位置に合わせて、前記輪郭線情報取得部にて取得した前記輪郭線位置情報に基づく輪郭線画像を前記表示部に表示させる
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載の溶接面。
【請求項５】
ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部とを用意し、
前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得し、
少なくとも溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、
推定された前記ワークの位置に合わせて、取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる
溶接支援方法。
【請求項６】
ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部と、少なくとも溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、前記表示部の動作を制御する制御部とを備える溶接面における前記制御部の動作を制御するための制御プログラムであって、
前記制御部に、
前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する溶接線情報取得部を有し、溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、推定された該ワークの位置に合わせて、前記溶接線情報取得部にて取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる
ための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接工を保護すると共に溶接作業を支援する溶接面、溶接支援方法及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接を行う際、溶接工は溶接面を装着して作業を行う。溶接面には、溶接中に発生するアーク光から溶接工の目を保護する遮光板が取り付けられている。遮光板の遮光度数が高すぎると、溶接開始前の視野は暗くなり、ワークを視認し難くなる。また溶接中もアーク近傍しか視認できず、非常に作業効率が悪い。
ワークの視認性の問題を解消する対策として遮光度数を下げることも考えられるが、アーク光の眩しさで逆に作業性が下がり溶接工の目にも負担がかかる。
【０００３】
また、遮光度を自動で調整する機能を有する溶接面を使用すれば溶接前の視認性は改善されるものの、溶接中の作業性については上記従来技術と同様であり、アーク近傍しか視認できない。また、アーク光発生から、自動遮光機能が起動するまでにタイムラグが存在するため、アーク光が溶接工の目に入るおそれがあり、溶接工の目に対する負担は同様に存在する。
【０００４】
更に、溶接面を装着して作業を行う溶接工の視認性を補完する技術として、特許文献１には、溶接面本体に設けられた撮像装置にて溶接工の視野を捕捉し、拡張現実（AR:Augmented Reality）技術を用いて、溶接工に視覚的合図を提供するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３９１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のシステムは溶接工の視野を撮像装置によって捕捉する構成であるため、溶接中に発生する強いアーク光が撮像装置に入射し、溶接中の撮像画像から溶接対象のワークを認識することは困難である。このため、溶接工の視野内にあるワークを適切に捕捉し、視覚的合図を適切に提供することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、遮光板を介した溶接工の視野内の空間に、溶接箇所を示す溶接線画像をワークの位置に合わせて表示することができ、溶接作業を支援することが可能な溶接面、溶接支援方法及び制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る溶接面は、ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部と、少なくとも溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する溶接線情報取得部を有し、溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、推定された該ワークの位置に合わせて、前記溶接線情報取得部にて取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる制御部とを備える。
【０００９】
本発明に係る溶接支援方法は、ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部とを用意し、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得し、少なくとも溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、推定された前記ワークの位置に合わせて、取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる。
【００１０】
本発明に係る制御プログラムは、ワークの溶接中に発生するアーク光を遮る遮光板を有し、溶接工の顔面を保護する溶接面本体と、前記遮光板を介した溶接工の視野内の空間に視認可能な画像を拡張現実として表示させる表示部と、少なくとも溶接中に非溶接箇所が撮像されるように前記溶接面本体に設けられた撮像部と、前記表示部の動作を制御する制御部とを備える溶接面における前記制御部の動作を制御するための制御プログラムであって、前記制御部に、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する溶接線情報取得部を有し、溶接中に前記撮像部にて撮像された画像に基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークとの位置を推定し、推定された該ワークの位置に合わせて、前記溶接線情報取得部にて取得した前記溶接線位置情報に基づく溶接線画像を前記表示部に表示させる。
【００１１】
本態様にあっては、溶接面本体に設けられた撮像部は、溶接工の視野から外れた方向を撮像する。溶接工がワークに目を向けても、ワークの溶接箇所は撮像部の撮像範囲に含まれず、溶接作業現場の周囲等、非溶接箇所が撮像される。一方、溶接開始前の非溶接中、溶接工が様々な方向を向くと、撮像部の撮像範囲にワークが入り込む。このように、撮像部にて撮像されたワーク及び作業現場周囲の画像は、ワークに対する溶接面及び表示部の位置関係を反映したものである。溶接中、撮像部は非溶接箇所を向いているため、撮像部にて撮像された画像を利用することにより、溶接中であっても表示部が画像を表示する空間、つまり溶接工の視野内の空間におけるワークの位置を推定することができる。
制御部は、上記の通り、溶接工の視野内の空間におけるワークの位置を推定し、推定されたワークの位置に合わせて、溶接線画像を表示部に表示させる。溶接工は、遮光板を介してワークを認識すると共に、視野内の空間に表示された溶接線画像を視認することができる。従って、溶接工は、遮光板及びアーク光によって、溶接箇所を良好に確認できない状態にあっても、視野内の空間に表示された溶接線画像を頼りに溶接を行うことができる。
なお、本態様に係る表示部は、例えば溶接工が遮光板を通して認識する視覚内の空間に支援画像、即ち溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を表示するホログラフィック光学素子である。いわゆる光学透過型の溶接面によって拡張現実を実現することができる。溶接工はワークの一部を自身の目で見ながら、視野空間に表れる溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を視認することができるため、仮想空間に対する心理的違和感を覚えること無く、視野が補完された環境で効率的に溶接作業を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る溶接面は、前記溶接線情報取得部は、非溶接中に前記撮像部にて撮像された前記ワークの画像における前記溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する。
【００１３】
本態様にあっては、制御部は、非溶接中、撮像部にて撮像されたワークの画像を用いて、当該ワークの画像における溶接箇所を示した溶接線位置情報を取得する。
【００１４】
本発明に係る溶接面は、前記制御部は、前記撮像部にて撮像して得られる画像に基づいて、所定座標系における前記ワークの位置を特定する第１特定部と、前記撮像部にて撮像して得られる画像に基づいて、前記所定座標系における前記撮像部の位置及び姿勢を特定する第２特定部と、前記所定座標系における前記ワークの位置と、前記第２特定部が特定した前記撮像部の位置及び姿勢とに基づいて、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの位置を推定する推定部とを有する。
【００１５】
本態様にあっては、第１特定部は、撮像部にて撮像された画像に基づいて、所定座標系におけるワークの位置を特定する。ワークの位置は、非溶接中に特定される。
第２特定部は、撮像部にて撮像された画像に基づいて、所定座標系における撮像部の位置及び姿勢を特定する。溶接中に発生するアーク光は撮像部に入射しないため、溶接中においても第２特定部は所定座標系における撮像部の位置及び姿勢を特定することができる。
そして、推定部は、所定座標系におけるワークと、撮像部との位置関係から、表示部が画像を表示する空間におけるワークの位置、つまり、溶接工の視野内の空間におけるワークの位置を推定する。溶接面に設けられた撮像部、表示部及び溶接工の位置関係が一定であれば、ワークと、撮像部の位置関係から、公知の座標変換により、溶接工の視野内の空間におけるワークの位置を推定することができる。
従って、制御部は、溶接中であっても上記の通り推定されたワークの位置に合わせて、溶接線画像を表示部に表示させることができる。つまり、溶接中においても、ワークの溶接箇所を示す溶接線画像を溶接工に視認させることができ、溶接工の視認性及び作業性を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る溶接面は、前記制御部は、前記表示部が画像を表示する空間における前記ワークの輪郭線の位置を示す輪郭線位置情報を取得する輪郭線情報取得部を有し、前記表示部が画像を表示する空間における推定された前記ワークの位置に合わせて、前記輪郭線情報取得部にて取得した前記輪郭線位置情報に基づく輪郭線画像を前記表示部に表示させる。
【００１７】
本態様にあっては、溶接工の視野内の空間におけるワークの位置に合わせて、溶接線画像と共に、ワークの輪郭を表した輪郭線画像を重畳させて表示することができる。従って、ワーク及び溶接箇所を示す輪郭線画像及び溶接線画像を溶接工に視認させることができ、溶接工の視認性及び作業性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、遮光板を介した溶接工の視野内の空間に、溶接箇所を示す溶接線画像をワークの位置に合わせて表示することができ、溶接作業を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る溶接面の構成例を模式的に示す側断面図である。
【図２】本実施形態に係る溶接面の構成例を示すブロック図である。
【図３】溶接支援に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】撮像部の撮像範囲を示す模式図である。
【図５】撮像部にて特定される特徴点を示す模式図である。
【図６】実施形態に係る溶接線画像及び輪郭線画像溶接線画像の表示例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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は本実施形態に係る溶接面１の構成例を模式的に示す側断面図、図２は本実施形態に係る溶接面１の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る溶接面１は、溶接工Ａの顔面及び頭頂部を覆い、溶接工Ａの顔面及び目を保護する耐熱性部材からなる溶接面本体２を備え、溶接面本体２には撮像部３、表示部４、制御部５及び通信部６が設けられている。溶接面本体２の正面側部分に開口部が形成され、当該開口部にアーク光を遮る遮光板２１が設けられている。本実施形態に係る溶接面１は、３次元ＳＬＡＭ（Simultaneous localization and mapping）技術にて、溶接面１の自己位置推定並びに周囲構造物Ｂ（図４参照）及びワーク形状のマッピングを行い、溶接の作業性を向上させるための溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２（図６参照）を溶接工Ａに提供するものである。
溶接線画像Ｃ１１は、ワークＷの溶接箇所である溶接線を示す画像である。例えば、溶接線画像Ｃ１１は溶接箇所の始点及び終点を結ぶ直線の画像である。輪郭線画像Ｃ１２は、ワークＷの輪郭線を示す画像である。輪郭線画像Ｃ１２は、例えば、ワークＷの頂点を結び、ワークＷの輪郭を表現する直線の画像である。
【００２１】
溶接面本体２は、例えばキャップ型であり、その内側に図示しないヘッドバンドが設けられている。ヘッドバンドは、衝撃吸収のための空間を設けて、溶接面本体２を溶接工Ａの頭部に保持するためのものである。なお、溶接面本体２は、強化プラスチック製ヘルメットに取り付けるヘルメット取り付け型であっても良い。
【００２２】
撮像部３は、単眼ビデオカメラであり、溶接中にワークＷの非溶接箇所が撮像されるように溶接面本体２に設けられている（図４参照）。例えば、撮像部３は、溶接工Ａの頭頂部を保護している溶接面本体２の上面部分の後側に取り付けられ、撮像方向が、溶接工Ａの視線方向と逆向きになるような姿勢で固定されている。撮像部３の撮像方向は、溶接中に発生するアーク光が入射しない位置及び姿勢で溶接面本体２に取り付けられていれば十分である。撮像部３は、図示しない撮像レンズ及び撮像素子を備える。撮像レンズは、被写体の光学像を撮像素子の受光面に結像させる。撮像素子は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等であり、動画の画像データを出力する。
【００２３】
表示部４は、透過型のディスプレイであり、例えば溶接工Ａが遮光板２１を通して認識する視覚空間に視認可能な溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を表示するホログラフィック光学素子を備える。表示部４は溶接面本体２の正面側部分、即ち溶接面１を装着した溶接工Ａの目に相対する部分に設けられている。表示部４に形成される光学像は、溶接工Ａの目に入射し、当該溶接工Ａの視野内の空間に拡張現実として表れる。表示部４は、後述するように制御部５の制御に従って、溶接作業を支援するための溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２（図６参照）を、溶接工Ａの視野内の空間に表示することができる。
【００２４】
通信部６は、制御部５の制御に従って、外部の通信端末７と無線通信を行う通信機であり、通信端末７との間で各種情報を送受信する。通信端末７は例えばスマートフォンであり、通信部６は通信端末７にてワークＷの溶接箇所、輪郭線に係る情報を取得する。
具体的には、通信部６は、撮像部３にて撮像して得た画像データを通信端末７へ送信する。通信端末７は、図示しない表示ディスプレイ、タッチパネル等の入力装置を備え、通信部６から送信された画像データを受信し、受信した画像データに基づいて画像を表示ディスプレイに表示する。非溶接中、撮像部３をワークＷに向けると、撮像部３によって撮像されたワークＷの画像が通信端末７の表示ディスプレイに表示される。そして、通信端末７は、表示されたワークＷの画像における溶接箇所、つまり溶接されるべき溶接線の位置を示す溶接線位置情報、ワークＷの輪郭線の位置を示す輪郭線位置情報をタッチパネルにて受け付け、受け付けた溶接線位置情報及び輪郭線位置情報を無線送信する。例えば、通信端末７は、溶接線の一端及び他端の位置の入力をタッチパネルにて受け付け、受信したワークＷの画像、つまり撮像部３にて撮像された画像に表れている溶接線の両端の座標位置を受け付ける。ワークＷの輪郭線の位置も同様にして受け付ける。通信部６は、通信端末７から送信された溶接線位置情報及び輪郭線位置情報を受信し、制御部５は通信部６を通じて各情報を取得する。
【００２５】
制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース等を有するコンピュータである。入出力インタフェースには、撮像部３、表示部４、通信部６及び記憶部５１が接続されており、制御部５は撮像部３から出力される画像データを取得し、表示部４による溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２の表示を制御する。また、制御部５は通信部６による通信を制御する。
制御部５は、後述の制御プログラム５１ａを実行することによって、画像取得部５ａ、第１特定部５ｂ、第２特定部５ｃ、推定部５ｄ、表示処理部５ｅ、溶接線情報取得部５ｆ及び輪郭線情報取得部５ｇとして機能する。特に、第１特定部５ｂ及び第２特定部５ｃは、３次元ＳＬＡＭ（Simultaneous localization and mapping）技術にて、溶接面本体２の自己位置推定並びに周囲構造物Ｂ及びワークＷ形状のマッピングを行う機能部である。各機能部は、すべてソフトウェア的に構成しても良いし、全部又は一部をハードウェア的に構成しても良い。以下、各機能部が有する機能の概要を説明する。
【００２６】
第１特定部５ｂは、撮像部３にて撮像して得られる画像に基づいて、世界座標系（所定座標系）における撮像部３の位置及び姿勢、並びにワークＷの複数の特徴点Ｐ（図５参照）の位置を特定する。特徴点Ｐは、ワークＷの頂点、開先等である。撮像部３の位置及び姿勢、並びにワークＷの特徴点Ｐの位置は３次元ＳＬＡＭ技術によって特定することができる。第１特定部５ｂは、非溶接中にワークＷの位置を特定する。
世界座標系は、ワークＷを静止物とする３次元座標系であり、撮像部３の位置及び姿勢、並びにワークＷの特徴点Ｐの位置を定めるための座標系である。言い換えると、世界座標系は、ワークＷ、撮像部３の位置及び姿勢を統一的に取り扱うための３次元座標系である。世界座標系の設定方法は特に限定されるものでは無いが、例えば、撮像部３が撮像を開始した時点における撮像部３の位置を原点とし、撮像部３の光軸、撮像方向をＺ軸とする直交座標系を世界座標系として設定すれば良い。
【００２７】
第２特定部５ｃは、同様にして撮像部３の位置及び姿勢、並びに周囲構造物Ｂの特徴点Ｐの位置を３次元ＳＬＡＭ技術によって特定することができる。第２特定部５ｃは、非溶接中及び溶接中にかかわらず、撮像部３及び周囲構造物Ｂの位置を特定することができる。
【００２８】
推定部５ｄは、第１特定部５ｂが特定した世界座標系におけるワークＷの特徴点Ｐの位置と、溶接中に第２特定部５ｃが特定した撮像部３の位置及び姿勢とに基づいて、溶接工Ａの視野内の空間における画像におけるワークＷの位置を推定する。
溶接中は強いアーク光により、ワークＷの鮮明な画像データが得られないため、推定部５ｄは、撮像部３にて撮像された画像データに基づいて、撮像部３の位置及び姿勢を追跡する。そして、推定部５ｄは、ワークＷと、撮像部３との位置関係から、溶接工Ａの視野内の空間におけるワークＷの位置を推定する。撮像部３、表示部４及び溶接工Ａの位置関係が一定であると仮定すると、推定部５ｄは、座標変換により、溶接工Ａの視野内におけるワークＷの位置を把握することができる。
【００２９】
表示処理部５ｅは、第１特定部５ｂにて特定されたワークＷの位置に合わせて、溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を表示させる。
【００３０】
溶接線情報取得部５ｆは、撮像部３にて撮像された画像におけるワークＷの溶接箇所を示す溶接線位置情報を、通信部６にて取得する。
【００３１】
輪郭線情報取得部５ｇは、撮像部３にて撮像された画像におけるワークＷの輪郭を示す輪郭位置情報を、通信部６にて取得する。
【００３２】
記憶部５１は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部５１は、制御部５の動作に必要な制御プログラム５１ａを記憶する。また、記憶部５１は、制御部５によって算出された撮像部３の位置及び姿勢、ワークＷ及び周囲構造物Ｂ（図４、図５参照）の特徴点Ｐの座標、並びに溶接線位置情報及び輪郭位置情報を記憶する。
【００３３】
図３は溶接支援に係る制御部５の処理手順を示すフローチャート、図４は撮像部３の撮像範囲を示す模式図、図５は撮像部３にて特定される特徴点Ｐを示す模式図である。溶接面１の電源がオンになった場合、又は所定の動作開始操作が行われた場合、制御部５は以下の処理を実行し、電源がオフになった場合、処理を終了する。溶接面１を用意し、制御部５が下記の処理を実行することによって、本実施形態に係る溶接支援方法が実現される。
【００３４】
まず、制御部５の画像取得部５ａは、撮像部３から時系列的に出力される複数の画像データを取得する（ステップＳ１１）。図４に示すように、撮像部３は溶接工Ａの視線方向と反対方向を撮像している。撮像部３にて撮像される画像には周囲構造物Ｂの画像が含まれる。また、溶接開始前の非溶接中に溶接工Ａが様々な方向を向くことにより、撮像部３の視野内にワークＷを含めることができる。
【００３５】
次いで、制御部５の第１特定部５ｂは、画像取得部５ａが取得した画像データに基づいて、当該画像に含まれる複数の特徴点Ｐを抽出する（ステップＳ１２）。制御部５は、複数フレームの画像データ毎に３つ以上の特徴点Ｐを抽出する。特徴点Ｐは、静的な構造物に係る画像であり、例えば公知のＫＬＴ（Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker）法にて抽出することができる。ここで抽出される特徴点Ｐの位置は撮像部３のデジタル画像座標系における座標で表される。
【００３６】
次いで、制御部５の第１特定部５ｂは、溶接面１の位置及び姿勢の変化に伴って、変化する各画像データにおける特徴点Ｐの位置変化に基づいて、世界座標系における撮像部３の位置及び姿勢、並びにワークＷの特徴点Ｐの位置を特定する（ステップＳ１３）。
【００３７】
また、制御部５の第２特定部５ｃは、溶接面１の位置及び姿勢の変化に伴って、変化する各画像データにおける特徴点Ｐの位置変化に基づいて、世界座標系における撮像部３の位置及び姿勢、並びに周囲構造物Ｂの位置を特定する（ステップＳ１４）。
【００３８】
そして、制御部５は、通信部６にてワークＷの溶接箇所を示す溶接線位置情報と、ワークＷの輪郭線を示す輪郭線位置情報とを取得する（ステップＳ１５）。溶接線位置情報及び輪郭線位置情報は、撮像部３にて撮像された画像における溶接線及び輪郭線の位置であるため、制御部５は、世界座標系における溶接線及び輪郭線の座標位置に変換しておくと良い。
【００３９】
次いで、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理で特定される撮像部３の位置及び姿勢、ワークＷ及び周囲構造物Ｂの特徴点Ｐの座標、溶接線位置情報及び輪郭線位置情報を記憶部５１に記憶させる（ステップＳ１６）。
【００４０】
次いで、制御部５は、準備が完了したか否かを判定する（ステップＳ１７）。つまり、ワークＷ及び周囲構造物Ｂの特徴点Ｐを特定でき、ワークＷの輪郭線を示す輪郭線位置情報の取得を完了したか否かを判定する。準備が完了していないと判定した場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、制御部５は処理をステップＳ１１へ戻す。
【００４１】
準備が完了したと判定した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制御部５は、撮像部３から時系列的に出力される複数の画像データを取得する（ステップＳ１８）。そして、制御部５は、画像取得部５ａが取得した画像データに基づいて、当該画像に含まれる複数の特徴点Ｐを抽出し（ステップＳ１９）、溶接面１の位置及び姿勢の変化に伴って、変化する各画像データにおける特徴点Ｐの位置変化に基づいて、世界座標系における撮像部３の位置及び姿勢を特定する（ステップＳ２０）。そして、制御部５は、溶接工Ａの視野内の空間におけるワークＷの特徴点Ｐの位置、つまり、表示部４が画像を表示する空間におけるワークＷの特徴点Ｐの位置を推定する（ステップＳ２１）。
【００４２】
次いで、制御部５は、溶接工Ａの視野内の空間におけるワークＷの位置に合わせて、溶接作業を支援するための溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を表示部４に表示させる（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の処理を終えた制御部５は、処理をステップＳ１８へ戻し、撮像部３の自己位置推定、並びに特徴点Ｐのマッピングを継続して実行する。
【００４３】
図６は実施形態に係る溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２の表示例を示す模式図である。図６Ａは溶接開始前、溶接工Ａが遮光板２１を通じて視認するワークＷを示す模式図、図６Ｂは溶接中、溶接工Ａが遮光板２１を通じて視認するワークＷを示す模式図、図６Ｃは溶接工Ａの視野内の空間に表示される溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を示す模式図である。図６中、星印はアーク光を示している。
【００４４】
図６Ａに示すように、溶接工Ａは、遮光度の高い遮光板２１を通じてワークＷを視認しているため、溶接開始前においては、ワークＷを良好な状態で視認することができない。
また図６Ｂに示すように、溶接中はアークの強い光が発生するが、溶接箇所付近が若干見えやすくなる程度である。やはり、溶接開始前においては、ワークＷを良好な状態で視認することができない。
【００４５】
そこで、制御部５は、図６Ｃに示すように、ワークＷの輪郭及び溶接箇所を示す溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２の双方を溶接工Ａの視野内の空間に表示させる。
【００４６】
このように構成された溶接面１によれば、遮光板２１を介した溶接工Ａの視野内の空間に、溶接箇所を示す溶接線画像Ｃ１１をワークＷの位置に合わせて表示することができる。また、遮光板２１を介した溶接工Ａの視野内の空間に、ワークＷの輪郭線を示す輪郭線画像Ｃ１２をワークＷの位置に合わせて表示することができる。
遮光板２１及びアーク光の影響によりワークＷが視認し難い状況で、溶接箇所を示す溶接線画像Ｃ１１、ワークＷの輪郭線を示す輪郭線画像Ｃ１２を表示することによって、溶接工Ａによる溶接作業を支援することができる。
特に、本実施形態によれば、いわゆる光学透過型の表示部４によって拡張現実を実現することができる。溶接工ＡはワークＷの一部を自身の目で見ながら、視野空間に表れる溶接線画像Ｃ１１及び輪郭線画像Ｃ１２を視認することができるため、仮想空間に対する心理的違和感を覚えること無く、視野が補完された環境で効率的に溶接作業を行うことができる。
【００４７】
また、通信端末７を用いて、ワークＷの溶接箇所及び輪郭を示す溶接線位置情報及び輪郭位置情報を受け付けることができる。従って、任意の形状及び溶接箇所を有するワークＷを認識することができ、溶接支援を行うことができる。
【００４８】
更に、溶接面１には遮光板２１が設けられているため、アーク光が溶接工Ａの目に入射することを完全に防ぐことができる。
【００４９】
なお、撮像部３を単眼動画カメラで構成する例を説明したが、撮像部３をステレオカメラで構成しても良い。
また、一つの撮像部３を用いて、ワークＷ、周囲構造物Ｂを撮像し、また溶接線情報及び輪郭線情報を受け付ける例を説明したが、複数の撮像部を備え、それぞれワークＷ及び周囲構造物Ｂを撮像するように構成しても良い。例えば、第２の撮像部を、溶接中に溶接箇所が撮像されるように溶接面本体２に設けても良い。
【００５０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、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。
【符号の説明】
【００５１】
１  溶接面
２  溶接面本体
３  撮像部
４  表示部
５  制御部
５ａ  画像取得部
５ｂ  第１特定部
５ｃ  第２特定部
５ｄ  推定部
５ｅ  表示処理部
５ｆ  溶接線情報取得部
５ｇ  輪郭線情報取得部
６  通信部
７  通信端末
２１  遮光板
５１  記憶部
５１ａ  制御プログラム
Ａ  溶接工
Ｂ  周囲構造物
Ｃ１１  溶接線画像
Ｃ１２  輪郭線画像
Ｐ  特徴点
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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