(57)【要約】【課題】溶接ロボットによる溶接施工中に溶接アークや溶融池等を的確に監視する。【解決手段】本発明の溶接施工監視システム１は、その先端に溶接ワイヤが取り付けられた垂直６軸多関節型のロボットマニピュレータ２と、ロボットマニピュレータ２を制御するロボットコントローラ３と、溶接施工を監視可能な位置に設置され自由な方向に光軸を向けることが可能なＣＣＤカメラ及びロボット先端部の座標をカメラ座標系に変換してＣＣＤカメラの光軸中心をロボット先端部に合わせる制御部６を備えたカメラユニット４と、カメラユニット４により撮像された画像を表示するモニタ７と、を有する。【選択図】図１
2010253553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置され、且つ自由な方向に光軸が向くように姿勢を変更可能な撮像手段と、
前記溶接ロボットの先端部の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸を溶接ロボットの先端部に合わせるように、前記撮像手段の姿勢を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする溶接施工監視システム。
【請求項２】
前記撮像手段はズームレンズを備え、
前記制御部は、撮像手段による撮像領域が一定となるように前記ズームレンズのズーム率を調整することを特徴とする請求項１に記載の溶接施工監視システム。
【請求項３】
１台の溶接ロボットに対して前記撮像手段が複数台配置され、
前記制御部は、前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から１の画像を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接施工監視システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記撮像手段により撮像された画像の明るさを評価値として出力する視界評価器と、
前記視界評価器の評価値に基づいて、前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から１の画像を選択する画像選択器と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の溶接施工監視システム。
【請求項５】
前記溶接ロボットが複数台設置されているに際し、前記制御部は、各溶接ロボットの先端部の位置情報を基に、複数の溶接ロボットの中から１台の溶接ロボットを監視することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接施工監視システム。
【請求項６】
前記制御部は、溶接ロボットの先端部に発生した溶接アークの位置情報を前記撮像手段における座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基に、撮像手段の光軸をロボットの先端部に合わせるように前記撮像手段の姿勢を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶接施工監視システム。
【請求項７】
溶接ロボットの先端部に発光体が設けられており、
前記制御部は、前記発光体の位置情報を前記撮像手段における座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基に、撮像手段の光軸をロボットの先端部に合わせるように前記撮像手段の姿勢を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶接施工監視システム。
【請求項８】
前記撮像手段は光学フィルタを備え、
前記制御部は、溶接ロボットの溶接開始及び溶接終了のタイミング、又は発光体の発光のタイミングに連動して、前記光学フィルタの使用状態を切り換えることを特徴とする請求項６又は７に記載の溶接施工監視システム。
【請求項９】
溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置され、且つ自由な方向に光軸が向くように姿勢を変更可能な撮像手段と、
前記溶接ロボットの先端部が移動した後にできる軌跡上の所定位置の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸を前記軌跡上の所定位置に合わせるように、前記撮像手段の姿勢を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする溶接施工監視システム。
【請求項１０】
溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置され、且つ自由な方向に光軸が向くように姿勢を変更可能な撮像手段と、
前記溶接ロボットの先端部が移動した軌跡全体の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸が、溶接施工終了後に前記軌跡全体をたどるように、前記撮像手段の姿勢を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする溶接施工監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボットによる溶接施工状態の監視を遠隔で監視することができる監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、溶接作業の自動化のために溶接ロボットが用いられている。溶接ロボットによる溶接施工中においては、ロボットアームに設けられた各軸駆動モータの作動制御によりロボット姿勢が変化しつつ溶接作業が行なわれる。かかる溶接作業において、溶接アークや溶融池近傍を直接見ることができる場合には、オペレータによる直接観察により、溶接電流等の溶接条件の変更や溶接位置の修正を行っている。
【０００３】
しかしながら、溶接対象であるワークが大型である場合には、オペレータによる直接観察ができないことが多く、仮にできたとしても、ポジショナによりワークの姿勢も変化することもあるので、オペレータ作業に危険が伴うことも否めない。
このような問題に対して、特開２００３−２３０９５９号公報（特許文献１）は、溶接ロボットの先端部に、溶接部材の形状を撮影する撮像手段（ＣＣＤカメラ）を設けて、このＣＣＤカメラからの映像をモニタ装置に表示する遠隔操作型溶接ロボットシステムを開示する。
【０００４】
この遠隔操作型溶接ロボットシステムは、移動可能なロボット本体から突出した多関節連結構造のアーム機構に、溶接トーチを装着した溶接作業部を取り付けて三次元的に動作させる溶接ロボットと、溶接部材の形状寸法に基づいて予め作成した教示データを記憶し、その教示データに基づいて溶接ロボットを作動制御するロボット制御装置と、溶接トーチに取付けられ、溶接部材の形状を撮影する撮像手段と、撮像手段からの画像を表示するモニタ装置と、溶接施工時に溶接条件を修正し、ロボット制御装置に入力するティーチングシステムと、溶接トーチの溶接狙い位置ならびに溶接ワイヤ供給位置を溶接中に調整できるツールコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００５】
この遠隔操作型溶接ロボットシステムにおいては、三次元的な動きが可能な多関節の溶接作業ロボットを用い、溶接作業ロボットの動作に必要な教示作業は、予め教示したデータをロボット制御装置に記憶させることにより行ない、溶接施工中の溶接条件の修正作業は、撮像手段からの映像に基づいてティーチングシステムおよびツールコントローラを用いて遠隔操作で行なう。これにより、溶接オペレータが危険な環境下に曝されることなく溶接最中における溶接トーチの溶接狙い位置や溶接ワイヤ供給位置の調整ができ、溶接アンダーカットやブローホールなどの溶接欠陥を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された遠隔操作型溶接ロボットシステムには、以下のような問題点がある。
まず、溶接トーチに固定された撮像手段を用いて、斜め上方のみから溶融池を監視するため、ワイヤが視野を妨げることがあるとともに視野が限定される。すなわち、常に監視する方向が最適とは限らない。
【０００８】
また、溶接トーチに取り付けられた撮像手段から溶融池を監視するため、溶融池を一方向からしか監視することしかできない。すなわち、撮像手段の視野が固定されている。
さらに、溶接施工箇所の近傍に撮像手段が取り付けられているため、溶接時に発生するヒュームやスパッタが撮像手段のレンズ又は保護ガラスに付着し、短い間隔でメンテナンスが必要となる。つまり、撮像手段のメンテナンス性が悪い。
【０００９】
加えて、撮像手段は溶接ロボットの先端部に取り付けられているため、当該溶接ロボットの溶接施工しか監視することができない。すなわち、１つのカメラでは１つのロボットしか監視できない、などの問題が存在する。
そこで、本発明は、上記問題点を回避し、溶接ロボットによる溶接施工状況を的確に監視することができる溶接施工監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る溶接施工監視システムは、溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置され、且つ自由な方向に光軸が向くように姿勢を変更可能な撮像手段と、前記溶接ロボットの先端部の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸を溶接ロボットの先端部に合わせるように、前記撮像手段の姿勢を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
特に、前記制御部は、溶接ロボットの先端部に発生した溶接アークの位置情報を前記撮像手段における座標系での位置情報に変換し、該変換後の位置情報を基に、撮像手段の光軸をロボットの先端部に合わせるように前記撮像手段の姿勢を制御するとよい。
本発明の撮像手段は、溶接ロボットの先端部に取り付けられるのではなく溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置されている。制御部は、溶接ロボットの先端部の位置情報を撮像手段の座標系での位置情報に変換し、撮像手段の光軸中心を溶接ロボットの先端部に合わせる。
【００１２】
これにより、溶接ロボットから離隔された撮像手段で溶接施工の状態を撮像できる。溶接ロボットの先端部近傍に撮像手段を配置していないため、好ましい方向から溶接施工箇所を監視することが可能となる。撮像手段の取り付け位置の自由度は高いため、最適な場所から溶接施工箇所を監視することが可能となる。撮像手段は溶接施工部から離れるため、ヒューム、スパッタの付着はなくなりメンテナンスが容易になる。
【００１３】
なお、前記撮像手段はズームレンズを備え、前記制御部は、撮像手段による撮像領域が一定となるように前記ズームレンズのズーム率を調整するとよい。
制御部が、撮像手段に備えられたズームレンズを操作し、監視領域が一定（厳密に一定である必要はなく略一定であってもよい）となるように、溶接ロボットの先端部と撮像手段との距離に応じてズーム率を自動調整することで、常に適切な領域を監視することが可能となる。
【００１４】
１台の溶接ロボットに対して、前記撮像手段が複数台配置され、前記制御部は、前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から１の画像を選択することを特徴とする。
この場合、前記制御部は、前記撮像手段により撮像された画像の明るさを評価値として出力する視界評価器と、前記視界評価器の評価値に基づいて、前記複数の撮像手段により撮像された複数の画像から１の画像を選択する画像選択器と、を有するとよい。
【００１５】
このようにすると、複数の撮像手段を用いて、異なるアングルから溶融池を監視する場合に、視界評価器からの評価値（画像の明るさ、すなわち、溶融池の見え具合）を用いて、画像選択器により最良の画像を自動的に選択することができるようになる。
前記溶接ロボットが複数台設置されているに際し、前記制御部は、各溶接ロボットの先端部の位置情報を基に、複数の溶接ロボットの中から１台の溶接ロボットを監視することを特徴とする。
【００１６】
このようにすると、１台のカメラユニットでは１台の溶接ロボットしか監視できないという問題を解決して、複数の溶接ロボットに対応することが可能となる。
また、溶接ロボットの先端部に発光体が設けられており、前記制御部は、前記発光体の位置情報を前記撮像手段における座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基に、撮像手段の光軸をロボットの先端部に合わせるように前記撮像手段の姿勢を制御されていてもよい。
【００１７】
このようにすると、複数の撮像手段を用いて異なるアングルから溶融池を観察する場合に、実際に溶接する前に、複数画像の切り換え状態を確認しつつ、撮像手段の取り付け位置を調整することが可能となる。このため、無駄なく、効率的に溶接施工条件を調整することが可能となる。
なお好ましくは、前記撮像手段は光学フィルタを備え、前記制御部は、溶接ロボットの溶接開始及び溶接終了のタイミング、又は発光体の発光のタイミングに連動して、前記光学フィルタの使用状態を切り換える構成とされるとよい。
【００１８】
光学フィルタの使用状態を切り換えるので、撮像時において最適な輝度状態を確保でき適切な画像を取り込むことが可能となる。
また、溶接ロボットから離隔した位置であって溶接施工を監視可能な位置に設置され、且つ自由な方向に光軸が向くように姿勢を変更可能な撮像手段と、前記溶接ロボットの先端部が移動した後にできる軌跡上の所定位置の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸を前記軌跡上の所定位置に合わせるように、前記撮像手段の姿勢を制御する制御部と、を備えることも好適である。
【００１９】
さらに、前記制御部は、溶接ロボットの先端部が移動した軌跡全体の位置情報を前記撮像手段の座標系での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にして撮像手段の光軸が、溶接施工終了後に前記軌跡全体をたどるように、前記撮像手段の姿勢を制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、溶接ロボットによる溶接施工状況を的確に監視することができる溶接施工監視システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接施工監視システムの概略を示す図である。
【図２】カメラ追従制御を示すフローチャートである。
【図３】画像選択器によるカメラユニット選択の手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に、本実施形態に係る溶接施工監視システム１の概略を示す。
この溶接施工監視システム１は、溶接ロボットを構成するロボットマニピュレータ２と、このロボットマニピュレータ２を制御するロボットコントローラ３とを備えている。さらに、溶接施工監視システム１は、例えば天井に取り付けられたカメラユニット４（撮像手段）と、カメラユニット４により撮像した画像をオペレータが視認可能に出力するモニタ７を有している。
【００２３】
ロボットマニピュレータ２は、先端部に溶接ワイヤが供給される垂直６軸多関節ロボットである。しかしながら、ロボットマニピュレータ２は垂直６軸多関節ロボットに限定されない。
本実施形態の場合、カメラユニット４は、１台目のカメラユニット４Ａ、２台目のカメラユニット４Ｂ、３台目のカメラユニット４Ｃのように複数台設置されている。なお、個々のカメラユニット４は同一の構成を備えており、本明細書においては、各カメラユニットを説明する際には４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・と表記し、カメラユニットに共通する事項を説明する場合にはカメラユニット４と記載する。
【００２４】
カメラユニット４は、ＣＣＤカメラ５と、そのＣＣＤカメラ５の光軸を上下回転するためのモータ及び左右回転するためのモータ（図示せず）と、これらのモータを制御するとともに撮像した画像データをモニタ７に出力する制御部６とを備える。
ロボットコントローラ３とカメラユニット４との間は、ＬＡＮケーブルで接続されており、ロボットコントローラ３は、一定時間間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）でロボット先端部８（ロボットマニピュレータ２の先端部又は溶接ワイヤの先端部）の座標をロボット座標系で出力している。ロボット座標系は、図１に示すようにロボットの基端部を原点とする直交座標系である。
【００２５】
また、カメラユニット４内の制御部６は、ＬＡＮケーブルでロボットコントローラ３と接続され、ロボットコントローラ３から転送されてきたロボット先端部８の位置情報をカメラユニット４の座標系（カメラ座標系）での位置情報に変換し、変換後の位置情報を基にしてカメラユニット４（ＣＣＤカメラ５）の光軸中心をロボット先端部８に一致させる。光軸一致が行えるように、ＣＣＤカメラ５は左右回転又は上下揺動可能となっている。カメラ座標系は、図１に示すようにＣＣＤカメラ５の揺動中心を原点とする極座標系である。
【００２６】
図２は、カメラユニット４内の制御部６で行われる処理を示したものである。制御部６は、ＣＣＤカメラ５が撮像した画像の略中心にロボット先端部８が常に写り込むように、カメラユニット４を制御する。
図２のＳ１００にて、ロボットコントローラ３からロボット先端部８の位置情報（ロボット座標系）を取得する。
【００２７】
Ｓ２００にて、ロボット先端部８の座標を、カメラ座標系での座標へと変換する。ここで、ロボット先端部８の座標をＰr＝(Ｘr、Ｙr、Ｚr)、カメラユニット４から見たロボット先端部８の座標をＰcn＝（Ｘcn、Ｙcn、Ｚcn)、ＰrからＰcnへの座標変換行列（ロボット座標からカメラ極座標への変換行列）をＴrcnとすると、カメラユニット４から見たロボット先端部８の位置情報は、
位置：Ｐcn＝Ｔrcn×Ｐr
距離：Ｌrc1＝｜Ｐcn｜
方向：Ｐcn／｜Ｐcn｜
となる。
【００２８】
ここで、ｎ台のカメラユニット４の使用を想定している。
Ｓ３００にて、カメラユニット４の制御部６は、光軸を溶接ロボットの先端部に合わせるようにＣＣＤカメラ５を動かす。例えば、ＣＣＤカメラ５が、左右回転と上下回転の２つの可動軸で自由な方向を見ることができるとすると、極座標上でＣＣＤカメラ５がＰcnを向くように、左右回転φ及び上下回転ρの２軸の可動軸を駆動するモータを制御する。
【００２９】
さらに、Ｓ４００にて、カメラユニット４は、レンズの焦点を、ロボットマニピュレータ２の先端部までの距離Ｌrc1に合わせる。
なお、カメラユニット４のＣＣＤカメラ５にズームレンズが搭載されている場合には、ロボット先端部８及びその背景が常に同じ視野角で写り込むように、自動的にズームイン、ズームアウトするとよい。これにより、常に同じ大きさのロボット先端部８の画像を得ることができ、適切な領域を監視することが可能となる。
【００３０】
また、レンズ先端にアーク光を適当な強度まで減光するための光学フィルタ９を装着及び脱着する機構を搭載し、溶接のタイミングをロボットから受信して自動的に切り替えるようにしてもよい。こうすることで、溶接時であっても非溶接時であっても略同じ明るさの画像を取り込むことができるようになる。
さらに、ロボットマニピュレータ２の１台に対して、カメラユニット４を複数台配置し、各種方向から監視するようにしてもよい（詳細については後述する）。この逆に、１台のカメラユニット４で複数台のロボットマニピュレータ２を撮像し、最もロボット先端部８が大きく移り込んでいる１台のロボットマニピュレータ２を選択し、その監視を行なうようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明に係る溶接施工監視システム１の様々な変形の例として、例えば、ロボットコントローラ３とカメラユニット４との間のＬＡＮケーブルすなわちＬＡＮ通信をシリアル通信に置き換えることも可能である。これらの通信を有線に変え無線で行ってもよい。その場合、配線のコスト、手間が省ける。また、この溶接施工監視システム１（カメラユニット４及びモニタ７）の電源としてバッテリを用いて、完全にコードレスで行ってもよい。完全にコードレスとなるため、配線が不要で、使い易さが大幅に向上する。
【００３２】
上述した図２に示す処理により、ロボットマニピュレータ２の先端部８にＣＣＤカメラ５の光軸が合致されて、その焦点も合致した状態になる。
ところが、このときに、ロボットマニピュレータ２の先端部８とカメラユニット４との間に障害物Ｈ（例えば、ワーク、ポジショナ等の周辺機器、ロボットマニピュレータ２自体、このシステム１が載置された建屋の柱や梁等）が存在すると、溶接に伴う溶融池がＣＣＤカメラ５により適切に撮像される状態であっても、その障害物Ｈで視野が遮られることがある。このような場合に対応すべく、本実施形態に係る溶接施工監視システム１においては、カメラユニット４において撮像された画像を評価する（溶融池の視認状態を評価する）カメラ画像評価機能を備えている。
【００３３】
このカメラ画像評価機能により、最もよくロボット先端部８を映し出しているカメラユニット４を選び出し、その画像をもって溶接部の観察を行うようにする。すると、ワークやロボットマニピュレータ２の姿勢が如何様に変化したとしても、ロボットマニピュレータ２とカメラユニット４との間に障害物Ｈが存在したとしても、溶接の開始から終了までの間において常時溶接監視を行うことが可能となる。
【００３４】
図３は、カメラ画像評価機能、すなわち、ロボット先端部８（溶接ワイヤ、溶接アーク及び溶融池）を撮像した画像の明るさを評価値として出力し、この評価値を基に最適な画像を選択する機能を説明するための図である。
カメラユニット４の制御部６は、撮像された画像における明るさ（溶融池の見え具合）を定量的な評価値として出力する視界評価器１０と、視界評価器１０から出力された評価値に基づいて、複数のカメラユニット４により撮像された複数の画像から１の画像を選択する画像選択器１１を有する。
【００３５】
まず、カメラユニット４のＣＣＤカメラ５は、光学フィルタ９（減光フィルタ）を介してロボット先端部８の状況を画像として取り込む。
取り込まれた画像は、視界評価器１０に送られ、見え具合が評価される。本実施形態の場合、見え具合の評価値は、画像内の所定閾値以上（例えば、輝度２００〜２５５）の画素数をカウントして、その画素数を見え具合として評価する。この手法によれば、図３に示すように、溶融池は明るく撮像され、障害物Ｈ等は暗く撮像されているので、カウントされた明るい画素が多いほど、障害物Ｈがなく溶融池の全領域が写り込んでいると判定できる。
【００３６】
さらに、この高輝度画素カウント数は、画像選択器１１へ送られる。画像選択器１１では、高輝度画素カウント数が最も大きい画像を出力するカメラユニット４を、監視を行うカメラユニット４として選択するようにし、その画像をモニタ７に出力する。
具体的には、溶接施工監視システム１は、視界評価器１０を有する３台のカメラユニット４（カメラユニット４Ａ〜カメラユニット４Ｃ）を有する。その中で、カメラユニット４Ａ，４Ｂにおいては、溶融池を撮像した画像の一部の視野を遮るように障害物Ｈが存在する。その結果、カメラユニット４Ａにおいて溶融池の見え具合の評価値が１０ピクセル、カメラユニット４Ｂにおいて溶融池の見え具合の評価値が３０ピクセル、カメラユニット４Ｃにおいて溶融池の見え具合の評価値が４０ピクセルとなっている。これらの評価値が画像選択器１１に出力される。画像選択器１１は、溶融池の見え具合の評価値が最も高いカメラユニット４Ｃにおいて最も良い画像が得られていると判定して、このカメラユニット４Ｃにより撮像された画像をモニタ７に出力する。オペレータは、このモニタ７を見ることで溶接施工監視を行うことができる。
【００３７】
なお、上述した画像選択器１１は、画像の頻繁な切換えを回避するために、閾値以上の「評価値」が一定時間以上継続して得られた場合のみ、カメラユニット４の切換を行うようにするとよい。こうすることで、画像切換のチャタリングを回避できて（例えば１秒間隔でカメラユニット４が切り換わることが回避できて）、監視者がモニタ７を監視しやすくできる。
【００３８】
また、ロボットコントローラ３が、溶接開始時及び溶接終了のタイミングを、カメラユニット４の制御部６に対して送信することで、制御部６は溶接の監視処理を自動的に開始及び終了させるようにしてもよい。そうすることで、溶接時のみ監視画像の取り込み及び溶接監視が行なわれるため、撮像画像を録画する場合等に好適となる。
以上のようにして、本実施形態に係る溶接施工監視システム１によると、溶接ワイヤ近傍に、ＣＣＤカメラ５を配置していないため、好ましい方向から溶融池を監視することが可能となる。カメラユニット４の取り付け位置の自由度が高いため、最適な場所から溶接池を監視することが可能となる。特に、複数のカメラユニット４を配置することにより、最も好ましいカメラユニット４を選択して、最適な方向から溶融池を監視することが可能となる。
【００３９】
本実施形態に係る溶接施工監視システム１においては、１台のカメラユニット４で１台の溶接ロボットを監視する場合であっても、複数台のカメラユニット４で１台の溶接ロボットを監視する場合であっても、好適に溶接施工状態を監視できる。
ところで、ロボットマニピュレータ２の位置、カメラユニット４の台数及び設置位置については、この溶接施工監視システム１において実際に溶接作業を行なって初めて不具合が発見される場合がある。このような不具合が発見された場合、やみくもにカメラユニット４の台数を変更したり設置位置を調整したりすると、ワークを十分に監視することができない状況となりかねない。
【００４０】
そこで、実際のワークと同じ試験ワークを準備し、不具合発見のための試験溶接を行うことも考えられるが、かかる試験溶接を行うに際しても多大な労力が必要であるばかりか、試験ワーク自体の費用も高額になることが多い。
このため、以下においては、この溶接施工監視システム１において模擬的に溶接作業を行なって、不具合を実際の溶接作業に先立って発見して、システム１の設定を修正すること（リハーサル機能）について説明する。
【００４１】
ロボットマニピュレータ２の先端に例えば、発光体（高輝度ＬＥＤ，電球、小型の蛍光灯など）を取り付け、この発光体を擬似的な溶融池や溶接アークとすることができる。なお、発光体を用いるとその光量がアーク光に比べて大きく減少するため、発光体の波長に合わせた光学フィルタ９（帯域フィルタ）を、ＣＣＤカメラ５に取り付けて画像を取得する。この後の処理は、上述した処理と同じである。
【００４２】
このようにすると、実際に溶接作業を行なうことなく、発光体（擬似的な溶融池）の見え具合を評価し、カメラユニット４の台数の変更、又はカメラユニット４の取り付け位置の調整等が可能となる。また、複数のカメラユニット４を用いて異なるアングルから発光体を監視する場合には、実際に溶接する前に、複数画像の切り替わりを確認しつつ、カメラユニット４の取り付け位置を調整することが可能となり、無駄なく、効率的に溶接施工条件の調整が可能となる。
【００４３】
ところで、本発明に係る溶接施工監視システムは、溶接開始時の溶接画像情報を基に、カメラとロボットとの位置関係を算出可能な構成となっている。そのため、画像情報によるカメラ操作を行うだけで、カメラとロボットとのキャリブレーションが不要となる。
詳しくは、カメラユニット４内部のＣＣＤカメラ５において、ロボット先端部８のアーク光やロボット先端部８に取り付けられた発光体の画像を撮像する。この画像を２値化し、最大面積を有する領域の重心を算出する。算出の結果、画像（フレームメモリ）内の座標（フレームバッファ座標)におけるロボット先端位置が検出される。この点をfＰ1＝（fｘ1，fｙ1）とする。
【００４４】
次に、撮像が行われたと同時刻の「実空間でのロボット先端位置」をロボットコントローラ３から取得する。この点をrＰ1＝（rｘ1，rｙ1，rｚ1）とする。この時点で、ＣＣＤカメラ５側で見たときのフレームバッファ座標fＰ1とロボット座標rＰ1との組み合わせが得られる。
以上の操作を数秒ごとに繰り返すと、式（１）のようにｎ個の点列を得ることができる。
fＰ1＝（fｘ1，fｙ1），rＰ1＝（rｘ1，rｙ1，rｚ1）
fＰ2＝（fｘ2，fｙ2），rＰ2＝（rｘ2，rｙ2，rｚ2）        (1)
・・・
fＰn＝（fｘn，fｙn），rＰn＝（rｘn，rｙn，rｚn）
これらの点列を使うことで「ロボット座標→カメラ座標」の変換マトリクスrcＴを導出することが可能となる。
【００４５】
変換マトリクスrcＴが得られれば、以下の手順で、随時、ロボット座標をカメラ座標に変換できる。まず、
１）ロボットコントローラ３からロボット先端位置rＰ＝（rｘ，rｙ，rｚ）を得る。
２）rＰを式（２）に基づき座標変換することで、ＣＣＤカメラ５からの見た座標cＰに変換する。
【００４６】
cＰ＝rcＴ・rＰ                (2)
３）cＰは直交座標ＸＹＺで表現されているので、これを上下回転ρ、左右回転φ、距離rとする極座標へ変換する。
４）カメラユニット４を上下回転ρおよび左右回転φで回転させることで、カメラ光軸をロボット先端位置cＰに合わせる。同時に、ＣＣＤカメラ５からロボット先端位置までの距離ｒ（＝Ｌrc1）に応じて、ピント調整及びズーム調整を行う。
【００４７】
以上の如く「ロボット座標→カメラ座標」の変換マトリクスrcＴが求まっておれば、溶接開始前において、変換マトリクスrcＴにより、カメラ光軸をロボット先端位置cＰに合わせることができ、カメラとロボットとのキャリブレーションが不要となる。又、溶接中にロボット先端位置が移動したとしても、変換マトリクスrcＴを用いることで、常にカメラ光軸をロボット先端位置cＰに合わせることが可能となる。
【００４８】
なお、カメラユニット４が複数台存在し、それぞれが独立して動作可能な場合には、カメラユニット４毎に変換マトリクスrcＴを求めることで、上述した画像情報による位置あわせを行うことができる。
以上、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ないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【００４９】
例えば、前記制御部６は、上述したように、カメラユニット４（撮像手段）の光軸がロボットマニピュレータ２（溶接ロボット）の先端部８に合うようにしていたが、ロボットマニピュレータ２の先端部８が移動した後にできる軌跡上の所定位置にカメラユニット４の光軸を合わせることとしてもよい。
なお、前記軌跡上の所定位置とは、ロボットマニピュレータ２の先端部８から所定距離（数十ｃｍ）はなれた地点である。
【００５０】
この場合、カメラユニット４の光軸をロボットマニピュレータ２の先端部８から前記所定距離はなれた地点に合わせるには、カメラユニット４内のメモリ（図示省略）に保存された所定時間前（２〜１０秒前）のロボットマニピュレータ２の先端部８の位置情報を利用する。
これによって、アーク光の影響が大きい先端部８付近からカメラユニット４の光軸を少し離して先端部８の軌跡（溶接ビード）をトレースできるため、アーク光を減光する光学フィルタ９を用いずとも、アーク光の影響をほとんど受けずに溶接ビードの外観を確認できる。
【００５１】
また制御部６は、溶接施工終了後に、ロボットマニピュレータ２の先端部８が移動してできる軌跡全体にカメラユニット４の光軸をたどらせて、全ての溶接ビードをトラッキングさせることとしてもよい。
このとき、上述したカメラユニット４内のメモリから先端部８が移動した軌跡全体の位置情報を順次取り出し、この位置情報に基づいてカメラユニット４の姿勢を制御することで、溶接ビード全体の外観を確認することができる。
【００５２】
したがって、溶接がすべて完了した後に、安全柵等の中に入ってオペレータが直接観察しなくとも、遠隔地からモニタ７上で全溶接ビードを観察することが可能となる。
なお、本発明で述べたロボットマニピュレータ２は床面等に設置されているが、スライダ等の移動装置上に設けられていてもよい。
また、カメラユニット４は、上述の如く、溶接施工監視システム１が載置された建屋の天井などに取り付けられていたが、ロボットマニピュレータ２の基端部や中途部（例えば、第３軸と第４軸との間のアーム部）に取り付けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    溶接施工監視システム
２    ロボットマニピュレータ（溶接ロボット）
３    ロボットコントローラ
４    カメラユニット
５    ＣＣＤカメラ
６    制御部
７    モニタ
８    ロボット先端部
９    光学フィルタ
１０  視界評価器
１１  画像選択器
Ｈ    障害物
【図２】
2010253553.tif 000003
【図１】
2010253553.tif 000004
【図３】
2010253553.tif 000005