(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象物でのプラズマ溶接状況を画像情報として取込むとともに、前記プラズマ溶接の溶接線方向に回転可能に支持された画像情報取込み手段と、
この画像情報取込み手段より取込まれた画像情報より輝度の変化にしたがって溶接線上の複数の認識点を検出し、これら認識点を平均化した結果から溶接線を認識する溶接線位置認識手段と、
前記溶接線位置認識手段で認識された溶接線の傾き角度が所定の誤差内にあるかを判断し前記画像情報取込み手段を回転させる制御手段と
を具備したことを特徴とするプラズマ溶接装置。
【請求項２】
プラズマ溶接トーチのウィービング軸のウィービング位置に応じて前記画像情報取込み手段での画像情報取込みのタイミングを設定可能にしたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動的に溶接部位を認識しながらプラズマ溶接を行なうプラズマ溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄板などの溶接を行なうプラズマ溶接装置として、溶接部位に対してプラズマ溶接トーチを左右にウィービングまたは回転させ、溶接部位との位置関係で変化する電流や電圧を検出することにより溶接線を認識し、この溶接線に倣って溶接を行なうものが知られている。この場合、例えば、溶接部位が薄板の重ね部である場合は、この重ね部の段差に比例して表われる電流や電圧変化から、段差を挟んだ左右部位での電流の差、もしくは電圧の差が等しくなるように制御することで、溶接線に倣った溶接を可能にしている。
【０００３】
ところが、このような装置によると、薄板の厚さが小さくなり、例えば、２ｍｍ以下になって、重ね部での段差が小さくなると、検出感度が低下し、溶接線に倣った精度のよい溶接ができなくなる。また、プラズマ溶接では、特に、電圧変化に対する感度特性が得られないことで、薄板の溶接には不利な傾向もあった。
【０００４】
そこで、例えば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように溶接対象物１上方のスリット光源２からのレーザスリット光を溶接部と直交するように照射するとともに、このレーザスリット光の照射面を斜め前方からＣＣＤカメラ３で撮像し、この撮像した画像を処理してスリット光の光った線を２値化するなどして線画化し、この線画の屈曲点から重ね部の形状を得るとともに、その重ね部の位置から溶接線４を認識し、その後、溶接対象物１の溶接線４の位置を確認しながらプラズマ溶接トーチ５によりアーク溶接を行なうようにしたものが考えられている。
【０００５】
また、図１２に示すように溶接対象物１の上方にレーザ発光ダイオード８を設け、このレーザ発光ダイオード８からのレーザスポット光を回転ミラー９を介してスキャニングしつつ溶接対象物１に照射させ、溶接対象物１からの乱反射光をレンズ１０を介して集光して、ＣＣＤラインセンサ１１で捕らえ、このときの溶接対象物１上でのスポット光の位置の違いによる溶接対象物１面とＣＣＤラインセンサ１１との間の距離の違いにより溶接対象物１上での段差を認識し、溶接部１２を判断するようなものも考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の場合、一般的に、スリット光源２からのスリット光の強度は、プラズマ溶接トーチ５のアーク光より劣るため、溶接前に一度、スリット光源２からのレーザスリット光を溶接対象物１上で走査し、溶接位置を認識するという教示動作を行ない、その後、その教示情報に従ってアーク溶接を行なうようにしている。このため、事前に空運転、つまり、溶接位置を認識するための作業が必要なことから無駄な時間が発生し、また、溶接位置の認識と溶接作業とを時間をおいて行なうようにすると、特に、薄板溶接では、溶接中に溶接対象物１に歪みが発生して、前もって認識した溶接位置にずれを生じることがあり、精度の高い溶接ができないという問題があった。
【０００７】
また、後者の場合は、構成が複雑なため、価格的に高価であり、また、溶接部１２の認識をプラズマ溶接トーチなどの溶接手段の直近（約２５ｍｍ手前）でできるものの、直下ではないことから、やはり溶接の際に溶接対象物１に歪みの影響を受けるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、精度の高い溶接を能率よく行なうことができるプラズマ溶接装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、溶接対象物でのプラズマ溶接状況を画像情報として取込むとともに、前記プラズマ溶接の溶接線方向に回転可能に支持された画像情報取込み手段と、この画像情報取込み手段より取込まれた画像情報より輝度の変化にしたがって溶接線上の複数の認識点を検出し、これら認識点を平均化した結果から溶接線を認識する溶接線位置認識手段と、前記溶接線位置認識手段で認識された溶接線の傾き角度が所定の誤差内にあるかを判断し前記画像情報取込み手段を回転させる制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、プラズマ溶接トーチのウィービング軸のウィービング位置に応じて前記画像情報取込み手段での画像情報取込みのタイミングを設定可能にしたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従い説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
この第１の実施の形態は、溶接姿勢が下向きや横向きで、ウィービングを伴わない溶接で、かつ走行軸とほぼ平行に置かれた直線部の溶接に適用される例である。
【００１４】
図１は、本発明が適用される自動プラズマ溶接装置の概略構成を示している。
図において、２１は溶接対象物で、この溶接対象物２１は、上板２１ａと下板２１ｂの２枚の薄板からなり、これら上板２１ａと下板２１ｂの溶接線２２をプラズマ溶接トーチ２３により溶接されるようになっている。この場合、プラズマ溶接トーチ２３は、プラズマからアーク２４を発生し、これにより溶接対象物２１を溶かしながら溶接線２２に沿った溶接を行なうようにしている。
【００１５】
プラズマ溶接トーチ２３には、溶接機２５が接続されている。溶接機２５は、制御装置２６の指令によりプラズマ溶接トーチ２３のアーク２４の発生を制御するものである。また、プラズマ溶接トーチ２３は、溶接走行される方向の走行軸２８ｂの他に、溶接対象物２１面に対し垂直方向の上下軸２８ａ、溶接線２２に対するプラズマ溶接トーチ２３位置のずれ方向の左右軸２８ｃにそれぞれ移動可能にしている。
【００１６】
溶接対象物２１の斜め上方には、ＣＣＤカメラ２９１とフィルタ２９２により構成された視覚センサ２９が配置されている。
【００１７】
この視覚センサ２９は、プラズマ溶接トーチ２３からのアーク２４の光をフィルタ２９２で軽減するとともに、アーク２４直下の溶接対象物２１をＣＣＤカメラ２９１により撮像するようにしている。
【００１８】
ＣＣＤカメラ２９１には、カメラ制御盤３０を介して画像処理装置３１が接続され、この画像処理装置３１には、制御装置２６およびＴＶモニタ３２が接続されている。
【００１９】
カメラ制御盤３０は、ＣＣＤカメラ２９１の撮像方向などを制御するものである。画像処理装置３１は、ＣＣＤカメラ２９１の撮像画像が取込まれ、画像処理により溶接対象物２１の溶接線２２を認識するものである。そして、画像処理装置３１で認識された画像をＴＶモニタ３２に表示すると同時に、制御装置２６に与え、駆動制御装置２７により溶接線２２に沿った溶接を行なうようにプラズマ溶接トーチ２３を駆動するリアルタイム制御を実行させるようにしている。
【００２０】
なお、図２は、溶接対象物２１に対向して配置されるプラズマ溶接トーチ２３および視覚センサ２９の位置関係を詳細に示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００２１】
次に、以上のように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００２２】
この場合、視覚センサ２９のＣＣＤカメラ２９１によりフィルタ２９２を介してアーク２４直下の溶接対象物２１面を撮像し、カメラ制御盤３０を介して画像処理装置３１に入力する。画像処理装置３１は、この撮像画像を解析し、その処理結果をＴＶモニタ３２に表示させるとともに、制御装置２６に送出する。制御装置２６では、画像処理装置３１での画像処理結果から溶接対象物２１上での溶接線２２を認識し、駆動制御装置２７により溶接線２２に対する溶接を行なうようにプラズマ溶接トーチ２３を駆動させる。
【００２３】
この場合、駆動制御装置２７により走行軸２８ｂに沿って溶接走行されるとともに、溶接線２２に対してプラズマ溶接トーチ２３の位置がずれていると、左右軸２８ｃが制御される。また、上下方向のずれは、溶接機２５のアーク電圧Ｖにより上下軸２８ａが制御される。
【００２４】
図３は、画像処理装置３１での画像処理手法を説明する図で、この場合、溶接対象物２１は、薄板の上板２１ａと下板２１ｂの重ね溶接で、同図（ａ）のように左側が上板２１ａで右側が下板２１ｂの場合と、同図（ｂ）のように左側が下板２１ｂで右側が上板２１ａとなるケースがあり、それぞれの違いを示している。そして、このときの画像処理は、アーク２４の形状に注目し、このアーク形状から溶接線２２上にある各認識点３３を認識して行く。
【００２５】
まず、重ね溶接で板厚により生じる段差によるアーク２４の形状の出来の違いから特徴形状を認識する。つまり、上板２１ａが高い時は、プラズマ溶接トーチ２３との距離差が小さくなり、アーク２４は、小径となり、下板２１ｂが低い時は、プラズマ溶接トーチ２３との距離差が大きくなってアーク２４が大径となる。次に、段差の高い方から光源であるアーク２４を照らしてやると、この段差で陰ができるとともに、上板２１ａに比べ、下板２１ｂ側では、アーク２４が大径となり前方に延びるため、アーク２４が溶接線２２に沿って下板２１ｂ側に現れることになり、この下板２１ｂ側のアーク２４のエッジを認識することで、溶接線２２の倣い制御が可能となる。
【００２６】
次に、溶接線２２の各認識点３３、つまり溶接線位置を求める方法について、図４を用いて説明する。この場合の画像処理は、高速処理と特徴領域のみの認識のため、図３に示すように認識領域である左端上部（Ｘi ，Ｙi ）と右端下部（Ｘi ＋ｎ１，Ｙj ＋ｎ２）を対角とする長方形をマスクとして画像処理の対象範囲として設定する。
【００２７】
マスクで設定された範囲を順次、画像メモリから濃淡画像を１ライン毎取り出し処理する。ラインは、Ｙ方向のｊライン目からｊ＋ｎ２ライン目までのマスク範囲を処理する。これをｊライン目からＸ方向にｉからｉ＋ｎ１列までの輝度変化を特長量として処理する。
【００２８】
図３（ａ）では、上板２１ａが左にあり、アーク２４は、右の下板２１ｂ側に現れるので右から走査する。また、図（ｂ）は、上板２１ａが右にあり、アーク２４は、左の下板２１ｂ側に現れるので左から走査する。
【００２９】
図４（ａ）（ｂ）は、これを説明しており、１走査ラインの輝度分布状況を示している（輝度レベルが高いほど明るく、低いほど暗い事を示している）。まず、ｊライン目の右のｉ＋ｎ１列からｉ列まで（上板２１ａが右の時は、左のｉ列からｉ＋ｎ１列まで）輝度の変化を見て、明るい所から暗い所に移るその差の最大の所をアーク２４端として、これを仮の溶接線位置Ｘj とする。順次ｊ＋１ライン目のＸj ＋１，ｊ＋２ライン目のＸj ＋２，…と求め、最終のｊ＋ｎライン目のＸj ＋ｎまで求める。
【００３０】
これで、Ｘj からＸj ＋ｎまで仮の溶接線位置が求まったので、これを平均化して最終溶接線位置Ｘa とする。このＸa が初期設定溶接線位置Ｘｏｒに対し、溶接線２２のずれΔＬだけ、溶接線２２がずれていることを表しており、このΔＬが０になるように制御する。
【００３１】
但し、この位置Ｘa は、あくまで部材のエッジであり、溶接は、のど厚確保やアンダーカットのない溶接とするため、これよりも少し上板２１ａ側を溶かしながら溶接する必要がある。
【００３２】
そこで、図５に示すように溶接部材エッジＸa から上板２１ａ側に溶接位置ずらし量Δｘだけずらした所を左右軸２８ｃのＸ方向倣い位置Ｘb として、定義する。
【００３３】
Ｘ方向倣い位置Ｘb ＝溶接部材エッジＸa −溶接位置ずらし量Δｘ
ここで、上板が右側の場合は、
Ｘ方向倣い位置Ｘb ＝溶接部材エッジＸa ＋溶接位置ずらし量Δｘ
となる。
【００３４】
次に、全体の制御処理フローを図６に従い説明する。
【００３５】
この第１の実施の形態は、直線部の倣いの例で、溶接線倣いは、制御装置２６からの開始指示もしくは、溶接機２５に取り付けられた開始スタートボタンにより溶接機２５の溶接を開始する（走行軸２８ｂは、溶接前に走行するランニングスタート法と溶接と同時にスタートさせる方法がある）。そして、溶接の品質を保つために、溶接が安定する一定時間分経過後、制御装置２６により、プラズマ溶接トーチ２３上に取り付けられた上下軸２８ａや左右倣い左右軸２８ｃにより、倣い制御運転を行う。この際に、初期設定溶接線位置Ｘｏｒを記憶しておく（ステップ６０１）。
【００３６】
次に、ワークの高さ方向や左右方向の変動に対しては、溶接完了するまで、アーク電圧Ｖが一定になるように上下軸２８ａを上下してアーク長を一定化するとか、画像を入手して、その画像に基づき、倣い制御のための左右軸２８ｃを走査させて倣い制御運転という一連の動作を繰り返す（ステップ６０２）。
【００３７】
溶接中の制御は、まずアーク電圧制御であるが、これは、溶接機２５から送られてくる溶接中のアーク電圧Ｖinが指令値（標準アーク電圧）±ΔＶe （不感帯電圧値）内に入るように制御する。すなわち、
｜Ｖin−Ｖstd ｜＞ΔＶe
かを判断し（ステップ６０３）、上式が成立すれば、アーク電圧制御を行い（ステップ６０４）、これ以外の場合は、そのまま溶接を続行させる。
【００３８】
アーク電圧制御は、Ｖin＞Ｖstd なら、この電圧差に応じて、上下軸２８ａを下降させ、逆にＶin＜Ｖstd なら、同様にこの電圧差に応じて、上下軸２８ａを上昇させる。このような上下軸２８ａの制御は、制御装置２６の駆動制御装置２７により、図示しないモータドライバでモータを制御することで行われる。
【００３９】
次に、プラズマ溶接トーチ２３の左右位置の補正は、画像倣いによるが、まず、ステップ６０５で、画像入力する。この場合、画像は、ＣＣＤカメラ２９１とフィルタ２９２で構成された視覚センサ２９により（画像は、溶接中の高輝度なアーク２４の光を軽減するため、ＣＣＤカメラ２９１の前方にフィルタ２９２を設置している）撮像され、カメラ制御盤３０を介して画像処理装置３１に入力されて画像処理される。また、この入力画像や処理画像は、ＴＶモニタ３２により表示される。
【００４０】
次に、処理の対象となる画像を制御装置２６に取り込み、溶接線位置の認識を行なう（ステップ６０６）。この場合、図３および第４で述べたように、画像処理装置３１による「アークのエッジ」（＝「部材のエッジ」）を、あらかじめ設定したマスク内のラインを輝度の変化に従って、認識点Ｘj 〜Ｘj ＋ｎまで求める。そして、これを平均化して「溶接線位置」Ｘaを求める（ステップ６０７）。
【００４１】
さらに、溶接が正常になるように、上板２１ａ側にプラズマ溶接トーチ２３を位置させるための補正計算をする（ステップ６０８）。すなわち、上板２１ａが左にあるなら、Ｘb ＝Ｘa −Δｘ、右にあるなら、Ｘb ＝Ｘa ＋Δｘとして補正計算する。そして、ステップ６０９で、この補正により得られた位置が前の位置と所定値値以上ずれているか判断し、所定値値以上ずれていれば、ステップ６１０で、左右軸２８ｃを動作させる。つまり、前のプラズマ溶接トーチ２３の位置をＸb ′とし、Ｘ方向不感帯幅をΔＸe すると
｜Ｘb ′−Ｘb ｜＞ΔＸe
となるときに左右軸２８ｃを制御する。また、所定値値以上ずれていなければ、左右軸２８ｃの制御は行わない。この際、Ｘb は、画像処理上のドット単位と装置上のｍｍ単位では、異なるためこの変換作業は必ず必要である。
【００４２】
そして、ステップ６１１で、溶接作業が終了したかを判断し、終了していなければ、ステップ６０２に戻って、上述した動作を繰り返し、また、終了していれば、ステップ６１２で、走行軸２８ｂの動きを停止し、溶接を停止して処理を終了する。
【００４３】
従って、このようにすれば溶接対象物２１でのプラズマ溶接の溶接状況を視覚センサ２９により直視して、画像情報としてリアルタイムに画像処理装置３１に取り込み、画像上のアーク形状の特徴より、溶接線２２の位置を検知するようにしたので、溶接線２２が走行軸２８ｂとほぼ平行の直線を有する溶接の倣いを自動的に行うことができ、精度の高い溶接を能率よく行なうことができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態は、溶接姿勢が下向き、横向き以外のウィービングも伴うケースを想定し、任意の方向に溶接線が曲がった直線以外の円弧も含む溶接線を有した溶接に適用される例である。
【００４５】
図７は、第２の実施の形態の自動プラズマ溶接装置の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００４６】
この場合、溶接対象物２１の上方には、ＣＣＤカメラ４１１、フィルタ４１２および反射ミラー（プリズム）４１３により構成された視覚センサ４１が配置されている。
【００４７】
この視覚センサ４１は、プラズマ溶接トーチ２３からのアーク２４の光を反射ミラー４１３で反射させ、フィルタ４１２で軽減するとともに、ＣＣＤカメラ４１１により撮像するようにしている。この場合、反射ミラー４１３は、装置小型化のため鏡により視覚センサ４１のセンシング方向をプラズマ溶接トーチ２３と平行にして省スペース化を図リ、狭隘な箇所でもセンシング可能化して、自動溶接倣いの適用範囲を拡大したものである。
【００４８】
また、溶接線２２の方向が一定してないことから、視覚センサ４１をセンサ回転軸４２を中心に回転可能に設けて溶接線方向に回転させて、視覚センサ４１が常に溶接線２２の方向を向けるようにしている。
【００４９】
視覚センサ４１により撮像された画像は、カメラ制御盤３０を介して画像処理装置３１により解析され、これら入力画像や処理結果は、ＴＶモニタ３２に写し出される。また、画像処理した結果は、制御装置２６に与えられる。そして、溶接線２２に対して、プラズマ溶接トーチ２３の位置がずれている場合は、左右軸２８ｃと前後軸２８ｄを合成して、駆動制御装置２７により溶接線２２に沿って駆動制御され、上下方向のずれは、溶接機２５のアーク電圧Ｖにより上下軸２８ａを駆動される。また、溶接は、走行軸２８ｂにより溶接走行される。この際、溶接姿勢により必要であれば、ウィービング軸２８ｅにより、溶接線２２を直交するように左右ウィービングもしくは回転制御される。
【００５０】
図８は、画像処理装置３１での画像処理手法を説明する図で、この場合、溶接対象物２１は、薄板の上板２１ａと下板２１ｂの重ね溶接で、同図（ａ）のように左側が上板２１ａで右側が下板２１ｂの場合と、同図（ｂ）のように左側が下板２１ｂで右側が上板２１ａとなるケースがあり、それぞれの違いを示している。そして、このときの画像処理は、アーク２４の形状に注目し、このアーク形状から溶接線２２上にある各認識点３３を認識して行く。この際、第１の実施の形態と異なるのは、溶接線２２が垂直ではなく曲がっていることである。
【００５１】
この場合も、重ね溶接で板厚により生じる段差によるアーク２４の形状の出来の違いから特徴形状を認識する。つまり、上板２１ａの板が高い時は、プラズマ溶接トーチ２３との距離差が小さくなり、アーク２４は、小径となり、下板２１ｂが低い時は、プラズマ溶接トーチ２３との距離差が大きくなってアーク２４が大径となる。次に、段差の高い方から光源であるアーク２４を照らしてやると、この段差で陰ができるとともに、上板２１ａに比べ、下板２１ｂ側では、アーク２４が大径となり前方に延びるため、アーク２４が溶接線２２に沿って下板２１ｂ側に現れることになる。この下板２１ｂ側のアーク２４のエッジを認識することで、溶接線２２の倣い制御が可能となる。
【００５２】
次に、溶接線２２の各認識点３３、つまり溶接線位置を求める方法について説明する。この場合の画像処理も、高速処理と特徴領域のみの認識のため、図８に示すように認識領域である左端上部（Ｘi ，Ｙj ）と右端下部（Ｘi ＋ｎ１，Ｙj ＋ｎ２）を対角とする長方形をマスクとして画像処理の対象範囲として設定する。
【００５３】
マスクで設定された範囲を順次、画像メモリから濃淡画像を１ライン毎取り出し処理する。ラインは、Ｙ方向のｊライン目からｊ＋ｎ２ライン目までのマスク範囲を処理する。これをｊライン目からＸ方向にｉからｉ＋ｎ１列までの輝度変化を特長量として処理する。
【００５４】
図８（ａ）では、上板２１ａが左にあるため、アーク２４は、右の下板２１ｂ側に現れるので右から走査する。同図（ｂ）は、上板２１ａが右にあるため、アーク２４は、左の下板２１ｂ側に現れるので左から走査する。
【００５５】
上述した図４（ａ）（ｂ）は、これを説明しており、１走査ラインの輝度分布状況を示している（輝度レベルが高いほど明るく、低いほど暗い事を示している）。まず、ｊライン目の右のｉ＋ｎ１列からｉ列まで（上板２１ａが右の時は、左のｉ列からｉ＋ｎ１列まで）輝度の変化を見て、明るい所から暗い所に移るその差の最大の所をアーク２４端として、これを仮溶接線位置Ｘj とする。順次ｊ＋１ライン目のＸj ＋１、ｊ＋２ライン目のＸj ＋２，…と求め、最終のｊ＋ｎライン目のＸj ＋ｎまで求める。
【００５６】
これで、Ｘj からＸj ＋ｎまで仮の溶接線位置が求まったので、上述した第１の実施の形態では、これを平均化して最終溶接線位置Ｘa とした。つまり、このＸa が初期設定溶接線位置Ｘｏｒに対し、溶接線２２のずれΔＬだけ、溶接線２２がずれていることを表しており、このΔＬが０になるように制御する。
【００５７】
ところが、図８では、溶接線２２は、任意の方向に曲がった直線以外の円弧も含むものであり、このような斜めの直線では、平均化すると誤差が大きくなってしまう。
【００５８】
そこで、この第２の実施の形態では、これら求められた座標値（Ｘj ，Ｙj ）〜（Ｘj ＋ｎ，Ｙj ＋ｎ）より、最小自乗法やハフ変換法などにより直線の式Ｌa を求める。このときのＬa の傾きが垂直になるように、つまり図８では、溶接線傾き角θが０．０（ゼロ）になるように、視覚センサ４１のセンサ回転軸４２をθ分回転させてやる。円弧の場合は、接線Ｌa の溶接線傾き角θを求めて、同様にこのＬa の傾きが垂直になるように、センサ回転軸４２をθ分回転させてやる。
【００５９】
このことにより、図９に示したように視覚センサ４１は、常に溶接線２２の行き先方向からセンシングできる。ここで、センサ回転軸４２の角度は、最終的にθall となる。
【００６０】
このようにして、視覚センサ４１を溶接線２２方向に向けた後、図３で示したような画像を得て、左右方向のずれΔＬ（図９参照方）、溶接線位置（Ｘa ，Ｙa ）を計算する。但し、この位置（Ｘa ，Ｙa ）は、あくまで部材のエッジであり、溶接は、のど厚確保やアンダーカットのない溶接とするため、これよりも少し上板２１ａ側を溶かしながら溶接する必要がある。
【００６１】
そこで、この場合も、上述した図５に準じて、溶接部材エッジ（Ｘa ，Ｙa ）から上板２１ａ側に溶接位置ずらし量Δｘ′，Δｙ′（第１の実施の形態のΔｘに対し、センサ回転角θall だけ方向余弦を掛けた量）だけずらした所を左右軸２８ｃのＸ方向倣い位置Ｘb として定義する。
【００６２】
これは、図９に示す通り、ずれ量ΔＬに対し、上板２１ａ側へのずらし量Δｘを±して（溶接進行方向に向かって、上板２１ａが左にある場合は、マイナス、逆は、プラスとして計算）、左右軸２８ｃ方向ΔＸh 、前後軸２８ｄ方向ΔＹh に合成して、補正する。
【００６３】
左が上板２１ａの場合、
ΔＸh1＝−ΔＬ＊ｃｏｓ（θall ）
ΔＹh1＝−ΔＬ＊ｓｉｎ（θall ）
ΔＸh2＝−Δｘ＊ｃｏｓ（θall ）
ΔＸh2＝−Δｘ＊ｓｉｎ（θall ）
左が下板２１ｂの場合、
ΔＸh1＝ΔＬ＊ｃｏｓ（θall ）
ΔＹh1＝ΔＬ＊ｓｉｎ（θall ）
ΔＸh2＝Δｘ＊ｃｏｓ（θall ）
ΔＸh2＝Δｘ＊ｓｉｎ（θall ）
として計算し、トータルとして、
ΔＸh ＝ΔＸh1＋ΔＸh2
ΔＹh ＝ΔＹh1＋ΔＹh2
を左右軸２８ｃと前後軸２８ｄに補正する。
【００６４】
次に、全体の制御処理フローを図１０に従い説明する。
【００６５】
この第２の実施の形態は、斜めの直線部や曲線を含めた、かつウィービングもある倣いの例で、溶接線倣いは、制御装置２６からの開始指示もしくは、溶接機２５に取り付けられた開始スタートボタンにより溶接機２５の溶接を開始する（走行軸２８ｂは、溶接前に走行するランニングスタート法と溶接と同時にスタートさせる方法がある）。そして、溶接の品質を保つために、溶接が安定する一定時間分経過後、制御装置２６により、プラズマ溶接トーチ２３上に取り付けられた上下軸２８ａ、左右倣い左右軸２８ｃ、前後軸３８ｄ、そしてセンサ回転軸４２により、倣い制御運転を行う。この際に、初期設定溶接線位置Ｘｏｒを記憶しておく（ステップ１００１）。
【００６６】
次に、ワークの高さ方向や左右方向の変動に対しては、溶接完了するまで、アーク電圧Ｖが一定になるように上下軸２８ａを上下してアーク長を一定化するとか、画像を入手して、その画像に基づき、倣い制御のための左右軸２８ｃを走査させて倣い制御運転という一連の動作を繰り返す（ステップ１００２）。
【００６７】
溶接中の制御は、まずアーク電圧制御であるが、これは、溶接機２５から送られてくる溶接中のアーク電圧Ｖinが指令値（標準アーク電圧）±ΔＶe （不感帯電圧値）内に入るように制御する。すなわち、
｜Ｖin−Ｖstd ｜＞ΔＶe
かを判断し（ステップ１００３）、上式が成立すれば、アーク電圧制御を行い（ステップ１００４）、これ以外の場合は、そのまま溶接を続行させる。
【００６８】
アーク電圧制御は、Ｖin＞Ｖstd なら、この電圧差に応じて、上下軸２８ａを下降させる。逆にＶin＜Ｖstd なら、同様にこの電圧差に応じて、上下軸２８ａを上昇させる。このような上下軸２８ａの制御は、制御装置２６の駆動制御装置２７により、図示しないモータドライバでモータを制御することで行なわれる。
【００６９】
次に、プラズマ溶接トーチ２３の左右位置の補正は、画像倣いによるが、この画像は、ＣＣＤカメラ４１１、フィルタ４１２および反射鏡（プリズム）４１３で構成された視覚センサ４１により（画像は、溶接中の高輝度なアーク２４の光を軽減するため、ＣＣＤカメラ４１１の前方にフィルタ４１２を設置している）撮像され、カメラ制御盤３０を介して画像処理装置３１に入力されて画像処理される。この入力画像や処理画像は、ＴＶモニタ３２により表示される。
【００７０】
そして、画像倣いを行なうには、処理の対象となる画像を取り込むが、この際に、溶接姿勢が横向きや下向きでなく、ウィービングを伴う溶接では、アーク３４がウィービングに伴い、左右に揺動するため、画像の取り込みタイミングを設定する必要がある。なお、視覚センサ４１は、ウィービング軸２８ｅに取り付けると、ＣＣＤカメラ４１１が動いてしまうため、他の軸に取り付けている。
【００７１】
そこで、まず、画像の取り込みタイミングを決定するウィービング位置を入手する（ステップ１００５）。つまり、画像の取り込みタイミングは、ウィービング軸２８ｅのフィードバック位置をエンコーダから取り込むことで決定する。
【００７２】
この画像を取り込みタイミングは、ウィービングの中心Ｗｃより、少し上板側Δｗで取り込むようにシャッタトリガを設定する（ステップ１００６）。この場合の上板２１ａの方向は、事前に溶接機２５側の操作により設定できるものとする。また、画像を少し上板２１ａ側で取り込むのは、アーク２４の陰の形状が溶接線２２の認識に最適となる位置のためで、この量は、あらかじめ制御装置２６に設定できるものとする。
【００７３】
そして、ステップ１００７で、画像を入手すると、ステップ１００８で、溶接線位置の認識を行なう。この場合の処理は、画像処理装置３１による「アークのエッジ」（＝「部材のエッジ」）を、あらかじめ設定したマスク内のラインを輝度の変化に従って、認識点（Ｘj ，Ｙj ）〜（Ｘj ＋ｎ１，Ｙj ＋ｎ２）まで求める。
【００７４】
そして、これを平均化して「溶接線位置」Ｘaを求める（ステップ１００９）、続けて、これらの認識した点群を基に、図８に示す溶接線２２の傾きθを最小自乗法やハフ変換法などにより求める（ステップ１０１０）。
【００７５】
そして、この時の傾きθが所定の誤差内にあるかを判断し（ステップ１０１１）、誤差内ならば、そのままステップ１０１３の動作に進むが、所定の誤差より大きければ、ステップ１０１２に進み、センサ回転軸４２をθ分（相対角度として）回転させて、溶接線２２方向からセンシング出来るように視覚センサ４１の向きを変える。このときの最終の回転軸角度（絶対値）をθall とする。
【００７６】
その上で、ステップ１００５に戻って、再度、画像を取り込み、溶接線２２がほぼ垂直となる上述した図３に示すような画像を取り込む。
【００７７】
そして、この画像について、認識点Ｘj 〜Ｘj ＋ｎまで求め、これを平均化して「溶接線位置」Ｘa として求める。
【００７８】
また、これらの認識した点群を基に、溶接線２２の傾きθを求めるが、この場合の傾きθは、所定の誤差内に収まるので、ステップ１０１３に進み、溶接線ずれΔＬを求め（初期設定溶接線位置Ｘｏｒと「溶接線位置」Ｘa の差から求める）、さらに、溶接が正常になるように、上板２１ａ側にプラズマ溶接トーチ２３を位置させるための補正計算を溶接線補正値Δｘを用いて行なう（ステップ１０１４）。すなわち、上板２１ａが左にあるなら、Ｘb ＝Ｘa −Δx 、右にあるなら、Ｘb ＝Ｘa ＋Δx として補正計算する。
【００７９】
そして、ステップ１０１５で、ΔＬが所定値以上ずれているかを判断し、所定値以上ずれている場合は、左右軸２８ｃ、前後軸２８ｄを動作させる。つまり、Ｘ方向不感帯幅をΔＸe とすると
｜ΔＬ｜＞ΔＸe
となるときに左右軸２８ｃ、前後軸２８ｄを制御する（ステップ１０１６）。また、所定値値以上ずれていなければ、左右軸２８ｃ、前後軸２８ｄの制御は行わない。この際、ΔＬは、画像処理上のドット単位と装置上のｍｍ単位では、異なるためこの変換作業は必ず必要である。
【００８０】
そして、ステップ１０１７で、溶接作業が終了したかを判断し、終了していなければ、ステップ１００２に戻って、上述した動作を繰り返し、また、終了していれば、ステップ１０１８で、走行軸２８ｂを停止し、溶接を停止して処理を終了する。
【００８１】
従って、このようにすれば視覚センサ４１を、溶接線方向に回転するセンサ回転軸４２を中心に回転可能に設け、このような視覚センサ４１により溶接対象物２１でのプラズマ溶接の溶接状況を直視して、リアルタイムに画像処理装置３１に取り込み、アーク形状の特徴より、溶接線２２の位置をセンシングするようにしたので、溶接線２２が走行軸２８ｂと平行でなく、斜めの直線や円弧を有する場合にも、溶接に関する溶接線倣いを自動的に行うことができるようになり、さらに精度の高い溶接を能率よく行なうことができる。
【００８２】
また、ウィービングを伴う溶接についても、ウィービング軸２８ｅからのフィードバック位置から溶接線２２に対し少し上板２１ａ側で画像を取込むタイミングを設定できるようにしたので、精度の高い溶接を行なうことができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、溶接対象物でのプラズマ溶接接状況を画像情報としてリアルタイムに取り込み、画像上のアーク形状の特徴より溶接線位置を認識するようにしたので、溶接線が走行軸とほぼ平行の直線を有する溶接の倣いを自動的に行うことができ、精度の高い溶接を能率よく行なうことができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、溶接線が斜めの直線や円弧を有する場合にも、溶接に関する溶接線倣いを自動的に行うことができ、さらに精度の高い溶接を能率よく行なうことができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、ウィービングを伴う溶接についても、画像を取込むタイミングを設定でき、精度の高い溶接を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】図１の要部を詳細に示す概略構成図。
【図３】第１の実施の形態に用いられる画像処理装置の画像処理を説明する図。
【図４】第１の実施の形態での１走査ラインの輝度分布状況を示す図。
【図５】第１の実施の形態を説明するための図。
【図６】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図８】第２の実施の形態に用いられる画像処理装置の画像処理を説明する図。
【図９】第２の実施の形態を説明するための図。
【図１０】第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図１１】従来のプラズマ溶接装置の一例の概略構成を示す図。
【図１２】従来のプラズマ溶接装置の他例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
２１…溶接対象物
２１ａ…上板
２１ｂ…下板
２２…溶接線
２３…プラズマ溶接トーチ
２４…アーク
２５…溶接機
２６…制御装置
２７…駆動制御装置
２８ａ…上下軸
２８ｂ…走行軸
２８ｃ…左右軸
２８ｄ…前後軸
２９…視覚センサ
２９１…ＣＣＤカメラ
２９２…フィルタ
３０…カメラ制御盤
３１…画像処理装置
３２…ＴＶモニタ
３３…認識点
３４…アーク
３８ｄ…前後軸
４１…視覚センサ
４１１…ＣＣＤカメラ
４１２…フィルタ
４１３…反射ミラー
４２…センサ回転軸
【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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