(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  光を照射して照射方向と異なる方向においてその反射光を検出することにより、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元の断面形状データを得るワーク断面形状計測手段と、
（ｂ）  前記ワーク断面形状計測手段により得られた２次元のワーク断面形状データに基づいて、複数個の線分によりワーク断面形状を近似する線分近似手段と、
（ｃ）  前記線分近似手段による前記複数個の線分を所定の規則に従ってグループ化する線分グルーピング手段と、
（ｄ）  前記線分グルーピング手段によりグループ化された線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出することにより、前記ワークの前記溶接線を形成する一方の部材の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンと、前記溶接線を形成する他方の部材の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンとを得る溶接線位置絞込み手段と、
（ｅ）  前記第１部材断面形状パターンの前記第２部材断面形状パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワーク断面形状データと、前記第２部材断面形状パターンの前記第１部材断面形状パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワーク断面形状データとに基づいて、前記溶接線の位置を演算し検出する溶接線位置演算検出手段と、を備えていることを特徴とする溶接線位置検出装置。
【請求項２】
前記溶接線演算検出手段は、前記第１部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿って延びる第１直線を演算するとともに、前記第２部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿って延びる第２直線を演算し、次いで前記両直線の交点を演算してから、前記２つの端点及び前記交点のこれら３点の位置関係を判定し、前記溶接線の位置を検出するものである請求項１記載の溶接線位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接ロボットに備えられて好適な溶接線位置検出装置に関し、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有し、そのワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を自動検出するようにした溶接線位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記憶・再生型のアーク溶接ロボットでは、あらかじめ、基準となるワークの溶接線位置をティーチングしてメモリに記憶させておき、次いで、前記基準ワークと同形のワークを次々に溶接する際には、前記ティーチングされた溶接線位置データに基づき溶接トーチを溶接線に沿って移動させ、各ワークを自動溶接するようにしている。ところで、（イ）ワーク（溶接すべき溶接継手）には組立誤差があったり、また溶接すべきワークをポジショナに固定するときにワークの取付け誤差があったりすることから、基準ワークにてティーチングされた溶接線位置とこれから溶接しようとしているワークの溶接線位置との間に位置ずれが生じることがある。また、（ロ）溶接中のワークの熱歪みによる該ワークの変形により位置ずれが生じることがある。
【０００３】
そのため、前記位置ずれを解消するために、各ワーク毎にその溶接開始に先立ちワークの所要箇所（例えば溶接開始設定箇所及び溶接停止設定箇所）の溶接線位置を自動検出したり、アークが発生している溶接中において所要箇所におけるアーク発生点前方の溶接線位置を自動検出するための溶接線位置検出装置が備えられている。そして、アーク溶接ロボットでは、溶接線位置検出装置により検出した所要箇所の実際の溶接線位置データに基づいて前記ティーチングされている溶接線の位置データを修正することにより、これから溶接しようとしているワークの溶接線の正しい真の位置データを得るようにしている。
【０００４】
このような溶接線位置検出装置の一例として、従来、ワーク表面に該ワークＷの溶接線ＷＬを横切るようにレーザスポット光を走査しながら照射して照射方向と異なる方向においてその反射光を検出することにより、溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元のワーク断面形状データを得るレーザ式形状計測器５１を有し、ワーク断面形状データに基づいて溶接線ＷＬの位置を検出するようにしたものが知られている。
【０００５】
この従来の溶接線位置検出装置は、ワーク断面形状データに基づいて２本の直線によりワークＷの断面形状を近似し、該２本の直線の交点を溶接線位置として検出するようにしたものである。したがって、すみ肉のＴ継手（下板と立板により構成されるすみ肉継手）の場合、図２０に示すように、ワーク断面形状は２本の直線で近似でき、この２本の直線の交点ｑを溶接線位置として求めることができる。なお、図２０（ｂ）に示すワーク断面形状データは、実際は２次元座標（Ｙ，Ｚ）を持つ点データの多数の集まりであるが（図２参照）、理解を容易にするため連続する実線で示してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記従来の溶接線位置検出装置では、溶接ロボットの対象ワークとして最も多用されるすみ肉溶接を行う継手に適用するに際し、次のような▲１▼〜▲４▼の場合には溶接線位置を検出できないという問題点がある。
【０００７】
▲１▼  図２１（ａ）に示すように、レーザ式形状計測器５１の視野内にワークＷの溶接線ＷＬの形成に関与しない無関係な第３部材Ｗ３が入るような場合には、図２１（ｂ）に示すように、ワーク断面形状が２本の直線により近似できず、２つの交点（屈曲点）ｑ，ｑ’が存在することとなり、ワークＷを構成する第１部材Ｗ１と第３部材Ｗ３との継ぎ目であって、偽りの溶接線位置を示す交点ｑ’を除外することができない。
【０００８】
▲２▼  図２２（ａ）に示すように仮付け溶接部における溶接線位置を検出しようとする場合には、図２２の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状データにおける仮付け溶接部の部分が曲線（上に凸の円弧）を示すものとなるので、溶接線位置を検出することができない。
【０００９】
▲３▼  図２３（ａ）に示すように、すみ肉Ｔ継手（ワークＷ）において溶接部の強度を高めるために第１部材（立板）Ｗ１に開先面ＷＧが設けられている場合には、図２３の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状が２本の直線により近似できず、２つの交点ｑ，ｑ’が存在することとなり、ワークＷを構成する第１部材Ｗ１と第２部材Ｗ２とにより形成される溶接線ＷＬの位置を示す交点ｑを検出することができない。また、鋼板表面の酸化皮膜を除去すべく開先面ＷＧがグラインダ等で磨かれて鏡面状態になっていると、レーザ式形状計測器５１の配置位置によっては計測器５１の２次元受光アレイに開先面ＷＧから十分な反射光が返ってこなくなり、図２３の（ｃ）に示すように、ワーク断面形状データにおける開先面ＷＧ部分のデータ欠落が発生する。このため、溶接線ＷＬの位置を検出することができない。
【００１０】
▲４▼  図２４（ａ）に示すようにワークＷが円形パイプ材Ｗ１と平板Ｗ２とにより構成されている場合には、図２４の（ｂ）に示すように、ワーク断面形状データにおける円形パイプ材Ｗ１部分が直線でなく曲線（上に凸の円弧）を示すものとなるので、溶接線位置を検出することができない。また、図２５（ａ）に示すようにワークＷが第１部材である円形パイプ材Ｗ１と第２部材である円形パイプ材Ｗ２とにより構成されている場合には、図２５（ｂ）に示すように、ワーク断面形状データにおける両方の円形パイプ材Ｗ１，Ｗ２部分が直線でなく曲線（上に凸の円弧）を示すものとなるので、溶接線位置を検出することができない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、前記従来の問題点を解消し、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を検出する溶接線位置検出装置において、対象ワークとしてすみ肉溶接を行うワークに適用するに際し、前記光学式の計測手段の視野内にワークの溶接線の形成に関与しない無関係な第３の部材が入るような場合でも該第３の部材に邪魔されて誤ることなく溶接線位置を検出でき、また、仮付け溶接部がある箇所の場合でも該仮付け溶接部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設けられている場合や該開先の断面形状データが得られないような場合でも溶接線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実の円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上に凸の円弧を示すものになる場合でも溶接線位置を検出することができる溶接線位置検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、（ａ）光を照射して照射方向と異なる方向においてその反射光を検出することにより、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元の断面形状データを得るワーク断面形状計測手段と、（ｂ）前記ワーク断面形状計測手段により得られた２次元のワーク断面形状データに基づいて、複数個の線分によりワーク断面形状を近似する線分近似手段と、（ｃ）前記線分近似手段による前記複数個の線分を所定の規則に従ってグループ化する線分グルーピング手段と、（ｄ）前記線分グルーピング手段によりグループ化された線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出することにより、前記ワークの前記溶接線を形成する一方の部材の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンと、前記溶接線を形成する他方の部材の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンとを得る溶接線位置絞込み手段と、（ｅ）前記第１部材断面形状パターンの前記第２部材断面形状パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワーク断面形状データと、前記第２部材断面形状パターンの前記第１部材断面形状パターン側に位置する端点と、該端点近傍のワーク断面形状データとに基づいて、前記溶接線の位置を演算し検出する溶接線位置演算検出手段と、を備えていることを特徴とする溶接線位置検出装置である。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の溶接線位置検出装置において、前記溶接線演算検出手段は、前記第１部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿って延びる第１直線を演算するとともに、前記第２部材断面形状パターンにおける前記端点の近傍部分に沿って延びる第２直線を演算し、次いで前記両直線の交点を演算してから、前記２つの端点及び前記交点のこれら３点の位置関係を判定し、前記溶接線の位置を検出するものであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明による溶接線位置検出装置においては、まず、光学式のワーク断面形状計測手段により、ワークＷの溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元断面形状データを得る。線分近似手段は、このワーク断面形状計測手段からの２次元断面形状データに基づいて、一連をなす複数個の線分により、ワーク断面形状を該ワーク断面形状の直線性はもとより屈曲性，曲線性をも反映しうる程度に近似する（図１０，図１１参照）。
【００１５】
次いで線分グルーピング手段は、前記線分近似手段にて求めた複数個の線分について、隣り合う２つの線分がなす角度差（屈曲度合い）と、隣り合う２つの線分が上あるいは下のいずれに凸をなしているかとを解析することにより、２つ以上の線分グループにグループ化する（図１２参照）。線分グループそれぞれは、一連をなす複数個の線分で構成される。これにより、線分近似手段にて求めた複数個の線分は、ワークＷの溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状を示す部分と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状を示す部分と、これら以外の部位（溶接線ＷＬの形成に関与しない無関係な第３部材Ｗ３や、溶接線ＷＬの部位にある仮付け溶接部など）を示す部分とにグループ分けがなされる。このグループ化の際には、すみ肉溶接を行う継手を対象ワークとすると、溶接線ＷＬを形成する部材Ｗ１，Ｗ２の断面形状が、長さの長い直線、あるいは長さが長く上に凸の円弧になるという特性（性質）を利用している。
【００１６】
このグループ化の後、溶接線位置絞込み手段により、前記２つ以上の線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出することにより、溶接線ＷＬの位置検出に支障となる前記第３部材Ｗ３や仮付け溶接部などの部分を除外し、溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンＰＳ１と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンＰＳ２とを得ることができる。
【００１７】
これにより、第１部材断面形状パターンＰＳ１の第２部材断面形状パターンＰＳ２側の端点（溶接線側に位置する端点）をＰ1Lとする一方、第２部材断面形状パターンＰＳ２の第１部材断面形状パターンＰＳ１側の端点（溶接線側に位置する端点）をＰ2Rとすると、検出すべき溶接線位置は、前記両方の端点Ｐ1L，Ｐ2Rが重なり同一位置にある場合にはこの位置となり、そうでない場合にはこれらの端点Ｐ1L，Ｐ2Rの近傍に存在することから、溶接線位置の存在範囲を絞り込むことができる。
【００１８】
次いで、溶接線位置演算検出手段は、第１部材断面形状パターンＰＳ１における端点Ｐ1L近傍部分に沿って延びる第１直線Ｌ１を演算するとともに、第２部材断面形状パターンＰＳ２における端点Ｐ2R近傍部分に沿って延びる第２直線Ｌ２を演算し、しかる後に前記両直線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｑを演算して求める。そして溶接線位置演算検出手段により、２つの端点Ｐ1L，Ｐ2R及び交点Ｑのこれら３点の位置関係を解析し判定することにより、ワークの溶接線位置を検出することができる（図１４〜図１９参照）。例えば、３点Ｐ1L，Ｐ2R，Ｑが同一位置にある場合、交点Ｑを溶接線位置とする。
【００１９】
なお、前記の線分近似手段、線分グルーピング手段、線分グルーピング手段、溶接線位置絞込み手段及び溶接線位置演算検出手段は、プログラムされたコンピュータにより実現することができる。
【００２０】
このように本発明による溶接線位置検出装置によると、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を検出するに際し、前記光学式の計測手段の視野内にワークの溶接線の形成に関与しない無関係な第３の部材が入るような場合（図２１参照）でも該第３の部材に邪魔されて誤ることなく溶接線位置を検出でき、また、仮付け溶接部がある箇所の場合（図２２参照）でも該仮付け溶接部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設けられている場合（図２３参照）や該開先の断面形状データが得られないような場合（図２３（ｃ）参照）でも溶接線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実の円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上に凸の円弧を示すものになる場合（図２４，２５参照）でも溶接線位置を検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態による溶接線位置検出装置の全体構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、溶接線位置検出装置は、レーザ式形状計測器（ワーク断面形状計測手段）１とコンピュータ２とにより構成されている。レーザ式形状計測器１は、後述するアーク溶接ロボット３の手先部に溶接トーチとともに搭載され、すみ肉溶接を行うワークＷの近くに位置決めされる。このレーザ式形状計測器１は、レーザスポット光を発射するレーザ投光器１１と、レーザ投光器１１からのレーザスポット光をワークＷの表面上を移動させるためのミラー１２付きの回動可能なスキャナ１３と、ミラー１２による照射方向とは異なる方向においてワーク表面からの反射光を受光レンズ１４を通して集めて検出するＣＣＤ（受光素子）よりなる２次元受光アレイ１５とを有している。ここで、ミラー１２を介してワークＷの表面にレーザスポット光を照射し、ワーク表面からのその反射光を２次元受光アレイ１５で検出すると、ミラー１２の角度，２次元受光アレイ１５におけるレーザスポット光の受光位置などから、三角測量法の原理により、ワーク表面における照射されたレーザスポット光の位置を求めることができる。このレーザ式形状計測器１では、スキャナ１３でミラー１２を回動させ、ワーク表面に該ワークＷの溶接線ＷＬを横切るようにレーザスポット光を移動させながら照射し、その反射光を検出することにより、溶接線ＷＬを横切って延びるワーク表面の断面形状を示す２次元のワーク断面形状データが得られるようになっている。
【００２３】
コンピュータ２は、線分近似手段、線分グルーピング手段、溶接線位置絞込み手段及び溶接線位置演算検出手段を構成し、レーザ式形状計測器１からのワーク断面形状データが入力され、出力として検出した溶接線ＷＬの位置データを後述のロボット制御盤４に出力するものである。
【００２４】
図２は図１におけるレーザ式形状計測器により得られ、２次元座標（Ｙ，Ｚ）を持つ点位置のデータよりなるワーク断面形状データを模式的に示す図である。ここでＹＺの座標系については、レーザ式形状計測器１に向かう方向にＺ軸、その直交方向にＹ軸を設定している。
【００２５】
図３は図１に示す溶接線位置検出装置が備えられたアーク溶接ロボットを説明するための図である。同図に示すように、アーク溶接ロボット３の手先部にレーザ式形状計測器１が搭載されている。溶接線位置検出装置のコンピュータ２により演算されて求められた溶接線位置データは、ロボット制御盤４に与えられる。ロボット制御盤４では、先に説明したように、溶接線位置検出装置のコンピュータ２からの溶接線位置データに基づいて、これから溶接しようとしているワークＷについて予めティーチングされている溶接線位置の誤差を修正し、アーク溶接ロボット３には位置ずれのない実際の溶接線位置を示す位置データが与えられるようになっている。
【００２６】
以下、図１に示すように構成される溶接線位置検出装置において、コンピュータ２による溶接線位置検出について図面を参照して説明する。図４は図１におけるコンピュータ２による溶接線位置検出手順を説明するための図であり、同図に示すように、コンピュータ２はレーザ式形状計測器１からの２次元ワーク断面形状データを受けて、線分近似処理、線分グルーピング処理、溶接線位置絞込み処理及び溶接線位置演算検出処理を実施し、溶接線位置の検出を行うようにしている。
【００２７】
まず、線分近似処理を図５及び図１０を参照して説明する。線分近似処理は、レーザ式形状計測器１により得られ、ＹＺ座標系の２次元座標値を持つ多数個の点である位置Pk，ｋ＝１〜ｎよりなるワーク断面形状データを処理し、複数個の線分（S1,S2,…）によりワーク断面形状をこれを倣うように近似する処理である。ここで、線分近似する手法としては、文献「T.Pavlidis and S.L.Horowitz ，“Segmentation of Planes Curves ”，IEEE Trans.Comput.，vol.c-23，pp.860-870，August 1974 」に開示されたものが知られており、この手法を利用している。図５は図４における線分近似処理の手順を示すフローチャートである。ここで図５、及び後記の図６〜図９中に使用されているＮ１，Ｎ２，…は手順（ステップ）の番号を示すものである。図１０は線分近似処理を説明するための図である。
【００２８】
本実施例ではワーク断面形状データは、ＹＺ座標系の２次元座標値を持つｎ個の位置Pk，ｋ＝１〜ｎのデータよりなっている。まず、ステップＮ１では、ｉ＝１、ｊ＝ｎという初期設定が行われる。次いでステップＮ２では、ワーク断面形状データにおける区間（Pi，Pj）の一方の端点Piと他方の端点Pj（PjのＹ座標値＞PiのＹ座標値）とを結ぶ直線Ｅの式が計算により求められる。１回目は始点P1と終点Pnとを結ぶ直線Ｅの式が求められる（図１０（ａ）参照）。次のステップＮ３では、各点ごとに各点から直線Ｅまでの距離Ｄ（Pk），ｋ＝ｉ〜ｊがそれぞれ算出される。ここでＤ（Pk）は位置Pkにおける直線Ｅまでの距離の値を示し、１回目は始点P1から直線Ｅまでの距離の値Ｄ（P1），点P2から直線Ｅまでの距離の値Ｄ（P2），……，終点Pnから直線Ｅまでの距離の値Ｄ（Pn）が算出される（図１０（ｂ）参照）。
【００２９】
次いでステップＮ４では、ステップＮ３で算出された距離Ｄ（Pk），ｋ＝ｉ〜ｊのうちから距離Ｄ（Pk）の最大値を求め、そのときの点をPkmax 、距離をＤ（Pkmax ）とする（図１０（ｃ）参照）。そしてステップＮ５において、最大距離Ｄ（Pkmax ）が予め定められた距離のしきい値Ｌthより大きいか否かが判定される。最大距離Ｄ（Pkmax ）がしきい値Ｌthより大きい場合にはステップＮ６に進み、点Pkmax を屈曲点として登録する（図１０（ｄ）参照）。
【００３０】
屈曲点が得られるとステップＮ７では、ｉ＝ｉ、ｊ＝kmaxとし、区間（Pi，Pkmax ）において前記のステップＮ２からステップＮ６までと同内容の処理がなされる一方、ステップＮ８では、ｉ＝kmax、ｊ＝ｊとし、区間（Pkmax ，Pj）において前記のステップＮ２からステップＮ６までと同内容の処理がなされる（図１０（ｅ）参照）。そして各区間での最大距離Ｄ（Pkmax ）がしきい値Ｌth以下であると、その区間には屈曲点は存在しないとして線分近似のための屈曲点の抽出は終了となる（ステップＮ９）。
【００３１】
このようにして抽出された屈曲点Pkmax を結ぶ複数個の線分S1，S2，…によりワーク断面形状が線分近似される（図１１参照）。前記のステップＮ１〜Ｎ９のようにレーザ式形状計測器１により得られた２次元座標値を持つワーク断面形状データ（Pk，ｋ＝１〜ｎ）に基づいて、複数個の線分によりワーク断面形状をこれを倣うように近似する手順を実行するのが線分近似手段である。
【００３２】
次に、ワーク断面形状を近似する図１１に示すような複数個の線分S1，S2，…について２つ以上の線分グループにグループ化する。グループ化の目的は、前記の線分近似処理で得られた複数個の線分S1，S2，…を、ワークＷの溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状を示す部分と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状を示す部分と、これら以外の部位（溶接線ＷＬの形成に関与しない無関係な第３部材Ｗ３や、溶接線ＷＬの部位にある仮付け溶接部など）を示す部分とに分けることにある。グループ化においては、溶接線ＷＬを形成する部材Ｗ１，Ｗ２の断面形状が、長さの長い直線、あるいは長さが長く上に凸の円弧になるという性質を利用し、隣り合う２つの線分Si，Si+1の角度差Δθが小さいとき、又は隣り合う２つの線分Si，Si+1が上に凸をなしているときには、２つの線分Si，Si+1は同一グループに属するとしてグループ化している。
【００３３】
図６は図４における線分グルーピング処理の手順を示すフローチャート、図１２は線分グルーピング処理を説明するための図、図１３は線分Siと線分Si+1との角度差Δθの説明図である。以下、線分グルーピング処理について説明する。
【００３４】
はじめに、隣り合う２つの線分Si，Si+1がなす角度差Δθについて図１３を参照して説明しておく。図１３に示すように、線分Siを構成する点列を用いて最小二乗法にて直線Siを計算により求める。同様に、線分Si+1を構成する点列を用いて最小二乗法にて直線Si+1を求める。そして、求めた直線Siと直線Si+1との角度差Δθを算出する。角度差Δθの値は、図１３に示すように反時計回り方向を正（プラス）と定めている。このように求められた角度差Δθを線分Si，Si+1の角度差としている。
【００３５】
さてまず、ステップＮ１０では、ｉ＝１、ｇ＝１という初期設定が行われる。次のステップＮ１１では、線分Siが属する線分グループの番号をｇと定める初期設定が行われ、線分S1は線分グループ１に属するものとして設定される。
【００３６】
次いでステップＮ１２では、線分Siと線分Si+1との前記した角度差Δθが算出される。そして次のステップＮ１３において、角度差Δθが予め設定されたしきい値θthより小さいか否か、又は線分Siと線分Si+1とが上に凸（角度差Δθ≧０）をなしているか否かが判定される。ここで、角度差Δθ＜θth、又は角度差Δθ≧０を満足する場合（ステップＮ１３でＹＥＳ）には、線分Si+1が線分Siと同一グループに属するので、ステップＮ１４に進み、線分Si+1が属する線分グループの番号をｇとする。１回目（ｉ＝１）は線分S2は線分グループ１に属するものとなされる。一方、角度差Δθ＜θth、又は角度差Δθ≧０を満たさない場合（ステップＮ１３でＮＯ）には、線分Si+1は線分Siと同一グループに属さないので、ステップＮ１５において線分グループ番号ｇを＋１だけインクリメントしてから、前記のステップＮ１４に進む。例えば１回目（ｉ＝１）においてステップＮ１３でＮＯの場合には、線分S2は線分グループ２に属するものとなされる。
【００３７】
次いでステップＮ１６においてｉを＋１してからステップＮ１７に進み、ステップＮ１７で最終線分Snまで線分グループ番号を付与した否かをチェックしてステップＮ１２へ戻る。
【００３８】
このようにして線分S1，S2，…，Snのグループ化がなされる。例えば図１２に示す例では、線分S4と線分S5とは、前記した角度差Δθ＜θth、又は角度差Δθ≧０を満足しておらず、下に凸をなすことから同一グループに属さず、よって線分S1〜S6は、線分S1〜S4よりなる線分グループ１と、線分S5，S6よりなる線分グループ２との２つの線分グループにグループ化される。前記のＮ１０〜Ｎ１７のように線分近似処理による複数個の線分S1，S2，…，Snを所定の規則に従ってグループ化する手順を実行するのが線分グルーピング手段である。
【００３９】
次に溶接線位置絞込み処理について説明する。図７は図４における溶接線位置絞込み処理の手順を示すフローチャートである。溶接線位置絞込み処理は、前記線分グルーピング処理で得られた２つ以上の線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出することにより、溶接線ＷＬの位置検出に支障となる第３部材Ｗ３や仮付け溶接部などの部分を除外し、溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンＰＳ１と、該溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンＰＳ２とを得るための処理である。
【００４０】
まずステップＮ１８では、各線分グループの長さ（当該線分グループに属する線分の長さの総和）が算出される。次いでステップＮ１９では、予め所定長さの値のしきい値を設定し、各線分グループについて該しきい値との比較を行い、これらの線分グループのなかから所定長さ以上のものを抽出する。そして次のステップＮ２０において、前記ステップＮ１９で抽出された線分グループの数が２個以上であるか否かが判定される。ここで２個以上ある場合（ステップＮ２０でＹＥＳ）にはステップＮ２１に進む。
【００４１】
ステップＮ２１ではこれらの線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出する。そしてステップＮ２２において、前記抽出された２つの線分グループから、ワークＷの溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンＰＳ１と、溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンＰＳ２とを得る。本例ではＹ座標値の小さい方を第１部材断面形状パターンＰＳ１とし、これよりもＹ座標値が大きい方を第２部材断面形状パターンＰＳ２とする（図１４参照）。
【００４２】
一方、前記ステップＮ１９で抽出された線分グループの数が２個未満の場合（ステップＮ２０でＮＯ）には溶接線位置が存在しないこととなり、例えば、ワークＷに対するレーザ式形状計測器１の位置決めが不適切である場合を含めてレーザ式形状計測器１に不具合が発生していると考えられるので、本例ではエラー表示を行って処理を停止するようにしている。
【００４３】
前記のステップＮ１８〜Ｎ２２のように線分グルーピング処理によりグループ化された線分グループから長さの長い順に２つの線分グループを抽出することにより、溶接線ＷＬを形成する一方の部材Ｗ１の断面形状パターンを示す第１部材断面形状パターンＰＳ１と、溶接線ＷＬを形成する他方の部材Ｗ２の断面形状パターンを示す第２部材断面形状パターンＰＳ２とを得る手順を実行するのが溶接線位置絞込み手段である。そしてこれにより、第１部材断面形状パターンＰＳ１の第２部材断面形状パターンＰＳ２側の端点（溶接線側に位置する端点）をＰ1Lとし、第２部材断面形状パターンＰＳ２の第１部材断面形状パターンＰＳ１側の端点（溶接線側に位置する端点）をＰ2Rとすると、検出すべき溶接線位置は、前記両方の端点Ｐ1L，Ｐ2Rが重なり同一位置にある場合にはこの位置となり、そうでない場合にはこれらの端点Ｐ1L，Ｐ2Rの近傍に存在することから、溶接線位置の存在範囲を絞り込むことができる（図１４参照）。
【００４４】
図８及び図９は図４における溶接線位置演算検出処理の手順を示すフローチャートである。溶接線位置演算検出処理は、前記溶接線位置絞込み処理により得られた溶接線位置の存在範囲を解析し、該溶接線ＷＬの位置を検出する処理を行うものである。
【００４５】
ステップＮ２３〜Ｎ２７については図１４を参照しながら説明する。まず、ステップＮ２３では、第１部材断面形状パターンＰＳ１の前記パターンＰＳ２側の端点をＰ1Lとし、第２部材断面形状パターンＰＳ２の前記パターンＰＳ１側の端点をＰ2Rとする。次いでステップＮ２４では、第１部材断面形状パターンＰＳ１における端点Ｐ1Lの近傍部分Ｄthに沿って延びる第１直線Ｌ１（直線式：A1・Ｙ＋B1・Ｚ＝C1）を計算により求める。この第１直線Ｌ１の算出は所定長さの前記近傍部分Ｄthにおける断面形状データを用いて最小二乗法にてなされる。同様に、次のステップＮ２５では、第２部材断面形状パターンＰＳ２における端点Ｐ2Rの近傍部分Ｄth’に沿って延びる第２直線Ｌ２（直線式：A2・Ｙ＋B2・Ｚ＝C2）を計算により求める。第２直線Ｌ２の算出は所定長さの前記近傍部分Ｄth’における断面形状データを用いて最小二乗法にてなされる。ここでステップＮ２４，Ｎ２５において、部材断面形状パターンＰＳ１，ＰＳ２が曲線形状を線分近似してなるものの場合、近傍部分Ｄth，Ｄth’の長さは、大きな値にすると本来の断面形状との間に誤差が発生することになるので、該断面形状を反映し、かつ誤差が許容できる程度に小さな値に設定されている。また、近傍部分Ｄth，Ｄth’の長さは開先面幅よりも小さい値に設定される。
【００４６】
次いでステップＮ２６において第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との交点Ｑを算出し、次のステップＮ２７に進む。ステップＮ２７では、第１部材断面形状パターンＰＳ１の端点Ｐ1Lと交点Ｑとの距離Ｄ１、及び、第２部材断面形状パターンＰＳ２の端点Ｐ2Rと交点Ｑとの距離Ｄ２が算出される。
【００４７】
次にステップＮ２８〜Ｎ３５において、このようにして求められた端点Ｐ1L、端点Ｐ2R及び交点Ｑの３点のついての位置関係を解析し、溶接線ＷＬの位置を検出する。まずステップＮ２８では、前記両距離Ｄ１，Ｄ２のうちの小さい方が予め設定されたしきい値ＬＥＮthより小さいか否かが判定される。ここでしきい値ＬＥＮthより小さい場合（ステップＮ２８でＹＥＳ）には、ステップＮ２９に進み、端点Ｐ1L、端点Ｐ2R及び交点Ｑの３点が極めて接近していることから（３点が重なっている場合を含む）、図１５に示すように、すみ肉Ｔ継手による溶接線ＷＬを有するワークＷ（図２０、図２１（ａ）参照）、円形パイプ材Ｗ１と円形パイプ材Ｗ２とによる溶接線ＷＬを有するワークＷ（図２５参照）又は円形パイプ材Ｗ１と平板Ｗ２とによる溶接線ＷＬを有するワークＷ（図２４参照）、あるいは、図１６に示すように、開先を有するすみ肉Ｔ継手（図２３（ａ）参照）よりなるワークＷ、であると判定する。そしてこれらの場合は先に算出された交点Ｑを溶接線位置とする。この交点Ｑを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力する。
【００４８】
距離Ｄ１，Ｄ２のうちの小さい方がしきい値ＬＥＮth以上である場合（ステップＮ２８でＮＯ）にはステップＮ３０に進み、端点Ｐ1LのＹ座標値＜交点ＱのＹ座標値＜端点Ｐ2RのＹ座標値、という関係を満足しているか否かが判定される。ここで当該関係を満たしている場合（ステップＮ３０でＹＥＳ）には、ステップＮ３１に進み、図１７に示すように仮付け溶接部の箇所（図２２（ａ）参照）であると判定し、先に算出された交点Ｑを溶接線位置とする。この交点Ｑを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力する。
【００４９】
一方、前記の関係を満たしていない場合（ステップＮ３０でＮＯ）にはステップＮ３２に進み、端点Ｐ2RのＹ座標値＜交点ＱのＹ座標値、という関係を満足しているか否かが判定される。ここで当該関係を満たしている場合（ステップＮ３２でＹＥＳ）にはステップＮ３３に進み、図１８に示すように、開先を有し且つ該開先の断面形状データが得られないワークＷであると判定し（図２３（ｃ）参照）、前記端点Ｐ2Rを溶接線位置とする。この端点Ｐ2Rを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力する。
【００５０】
次いで、前記の関係を満たしていない場合（ステップＮ３２でＮＯ）にはステップＮ３４に進み、端点Ｐ1LのＹ座標値＞交点ＱのＹ座標値、という関係を満足しているか否かが判定される。ここで当該関係を満たしている場合（ステップＮ３４でＹＥＳ）にはステップＮ３５に進み、図１９に示すように、開先を有し且つ該開先の断面形状データが得られないワークＷであると判定し、前記端点Ｐ1Lを溶接線位置とする。この端点Ｐ1Lを溶接線位置としてロボット制御盤４に出力する。一方、ステップＮ３４でＮＯの場合には例えばレーザ式形状計測器１に不具合が発生していると考えられるので、本例ではエラー表示を行って処理を停止するようにしている。
【００５１】
前記のステップＮ２３〜Ｎ３５のように第１部材断面形状パターンＰＳ１の第２部材断面形状パターンＰＳ２側に位置する端点Ｐ1Lと、該端点Ｐ1L近傍のワーク断面形状データと、第２部材断面形状パターンＰＳ２の第１部材断面形状パターンＰＳ１側に位置する端点Ｐ2Rと、該端点Ｐ2R近傍のワーク断面形状データとに基づいて、溶接線ＷＬ位置を演算し検出する手順を実行するのが溶接線位置演算検出手段である。
【００５２】
このように以上説明した一実施形態による溶接線位置検出装置によると、対象ワークＷとしてすみ肉溶接を行うワークに適用するに際し、レーザ式形状計測器１の視野内にワークの溶接線ＷＬの形成に関与しない無関係な第３の部材Ｗ３が入るような場合（図２１参照）でも該第３の部材Ｗ３に邪魔されて誤ることなく溶接線ＷＬの位置を検出でき、また、仮付け溶接部がある箇所の場合（図２２参照）でも該仮付け溶接部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設けられている場合（図２３参照）や該開先の断面形状データが得られないような場合（図２３（ｃ）参照）でも溶接線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実の円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上に凸の円弧を示すものになる場合（図２４，２５参照）でも溶接線位置を検出することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による溶接線位置検出装置によると、溶接線を横切って延びるワーク表面の断面形状データを得る光学式のワーク断面形状計測手段を有し、前記ワーク断面形状データに基づいて溶接線位置を検出するに際し、前記光学式の計測手段の視野内にワークの溶接線の形成に関与しない無関係な第３の部材が入るような場合でも該第３の部材に邪魔されて誤ることなく溶接線位置を検出でき、また、仮付け溶接部がある箇所の場合でも該仮付け溶接部における溶接線位置を検出でき、また、開先が設けられている場合や該開先の断面形状データが得られないような場合でも溶接線位置を検出でき、さらにワークが中空あるいは中実の円柱状部材で構成され、ワーク断面形状が直線でなく上に凸の円弧を示すものになる場合でも溶接線位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による溶接線位置検出装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１におけるレーザ式形状計測器により得られ、２次元座標（Ｙ，Ｚ）を持つ点位置のデータよりなるワーク断面形状データを模式的に示す図である。
【図３】図１に示す溶接線位置検出装置が備えられたアーク溶接ロボットを説明するための図である。
【図４】図１におけるコンピュータによる溶接線位置検出手順を説明するための図である。
【図５】図４における線分近似処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】図４における線分グルーピング処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図４における溶接線位置絞込み処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図４における溶接線位置演算検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】図４における溶接線位置演算検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】線分近似処理を説明するための図である。
【図１１】複数個の線分S1,S2,…により近似されたワーク断面形状を示す図である。
【図１２】線分グルーピング処理を説明するための図である。
【図１３】線分Siと線分Si+1との角度差Δθの説明図である。
【図１４】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である。
【図１５】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である（すみ肉Ｔ継手による溶接線を有するワーク、円形パイプ材と円形パイプ材とによる溶接線を有するワーク又は円形パイプ材と平板とによる溶接線を有するワークの場合）。
【図１６】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である（開先を有するすみ肉Ｔ継手よりなるワークの場合）。
【図１７】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である（仮付け溶接部での場合）。
【図１８】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である（開先を有し且つ該開先の断面形状データが得られないワークの場合）。
【図１９】溶接線位置演算検出処理を説明するための図である（開先を有し且つ該開先の断面形状データが得られないワークの場合）。
【図２０】すみ肉Ｔ継手の場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【図２１】溶接線の形成に関与しない第３部材を有するすみ肉Ｔ継手の場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【図２２】仮付け溶接部での溶接線位置を検出しようとする場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【図２３】立板に開先面が設けられている場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【図２４】ワークが円形パイプ材と平板とにより構成されている場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【図２５】ワークが円形パイプ材と円形パイプ材とにより構成されている場合においてレーザ式形状計測器によるワーク断面形状を説明するための図である。
【符号の説明】
１…レーザ式形状計測器  １１…レーザ投光器  １２…ミラー  １３…スキャナ  １４…受光レンズ  １５…２次元受光アレイ  ２…コンピュータ  ３…アーク溶接ロボット  ４…ロボット制御盤  Ｗ…ワーク  Ｗ１…第１部材  Ｗ２…第２部材  Ｗ３…第３部材  ＷＬ…溶接線  ＷＧ…開先面  ＰＳ１…第１部材断面形状パターン  ＰＳ２…第２部材断面形状パターン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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