(57)【要約】【課題】溶接施工中に溶接条件を変更した場合においても、溶接トーチ先端位置や開先の端部の検出結果の精度を低下させずに溶接狙い位置を計測する。【解決手段】実施形態の溶接狙い位置計測装置は、溶接トーチ１０と開先とを同じ画角内で撮影する撮影装置１１と、撮影装置１１の前面に配置される光学フィルタ１２と、画像の中で設定された画像重ね合わせ部分について所定の枚数の画像を加算することにより画像重ね合わせ部分の輝度を高めた輝度調整済み画像を作成する溶接画像作成部１３と、輝度調整済み画像から溶接トーチ１０の先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出部１４と、輝度調整済み画像から開先の両端部の位置を検出する開先検出部１５と、検出した溶接トーチ１０の先端位置および開先の両端部の位置とに基いて溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測部１６と、を備える。【選択図】図１
2014079774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して時系列画像を出力する撮影装置と、
前記撮影装置の前面に配置されて、前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタと、
前記撮影装置から出力される前記時系列画像の中であらかじめ設定された少なくとも一つの画像重ね合わせ部分について所定の枚数の画像を加算することにより、前記画像重ね合わせ部分の輝度を相対的に高めた輝度調整済み画像を作成する溶接画像作成部と、
前記輝度調整済み画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出部と、
前記輝度調整済み画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出部と、
前記溶接トーチ先端検出部にて検出した前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測部と、
を備えることを特徴とする溶接狙い位置計測装置。
【請求項２】
前記画像重ね合わせ部分は、前記溶接トーチが撮影された部分を含むこと、を特徴とする請求項１記載の溶接狙い位置計測装置。
【請求項３】
前記撮影装置は、前記溶接トーチと、前記開先と、前記開先をはさんで前記開先に隣接する開先上面とを同じ画角内で撮影するものであって、
前記画像重ね合わせ部分は、前記開先上面が撮影された部分を含むこと、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接狙い位置計測装置。
【請求項４】
前記撮影装置から出力される前記時系列画像の各時刻における全体画像の代表的輝度に対する前記画像重ね合わせ部分の輝度が低い場合にその低さの程度に応じて前記溶接画像作成部で画像を加算する枚数を増やして前記画像の重ね合わせの枚数を設定する画像加算枚数設定部をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の溶接狙い位置計測装置。
【請求項５】
溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して時系列画像を出力する撮影装置と、
前記撮影装置の前面に配置されて、前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタと、
前記光学フィルタの開閉を制御する光学フィルタ開閉装置と、
溶接を行っていないときに、前記光学フィルタ開閉装置にて前記光学フィルタを開いた状態で前記撮影装置によって撮影された画像から、前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出部と、
前記溶接トーチ先端検出部の検出結果を記録する溶接トーチ先端記録部と、
溶接を行っているときに、前記光学フィルタ開閉装置にて前記光学フィルタを閉じた状態で撮影された画像から、前記開先の両端部の位置を検出する開先検出部と、
前記溶接トーチ先端記録部に記録された前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測部と、
を備えることを特徴とする溶接狙い位置計測装置。
【請求項６】
前記撮影装置によって撮影される側の前記開先は凹形状をなしており、
前記撮影装置によって撮影される側の前記凹形状の開先の両端部を、溶接を行っていないときに前記光学フィルタ開閉装置にて前記光学フィルタを開いた状態で前記撮影装置によって撮影された画像から検出する開先上面端部検出部と、
前記開先上面端部検出部にて検出した両端部を記録する開先上面端部記録部と、
をさらに備え、
前記開先検出部は、前記開先上面端部記録部にて記録した開先の表面側両端部をもとに前記開先の底面側の両端部を検出すること、
を特徴とする請求項５に記載の溶接狙い位置計測装置。
【請求項７】
入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を光学フィルタにより選択的に透過させながら、溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して時系列画像を出力する撮影ステップと、
前記撮影装置から出力される前記時系列画像の中であらかじめ設定された少なくとも一つの画像重ね合わせ部分について所定の枚数の画像を加算することにより、前記画像重ね合わせ部分の輝度を相対的に高めた輝度調整済み画像を作成する溶接画像作成ステップと、
前記輝度調整済み画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出ステップと、
前記輝度調整済み画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出ステップと、
前記溶接トーチ先端検出ステップにて検出した前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出ステップにて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測ステップと、
を備えることを特徴とする溶接狙い位置計測方法。
【請求項８】
溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを、溶接していないときに一つの撮影装置の同じ画角内で撮影して時系列的にフィルタ開画像を出力するフィルタ開撮影ステップと、
前記フィルタ開画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出ステップと、
前記溶接トーチ先端検出部の検出結果を記録する溶接トーチ先端記録ステップと、
前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタを取り付ける光学フィルタ閉ステップと、
前記光学フィルタ閉ステップの後に、前記フィルタ開撮影ステップにおける前記溶接トーチと前記撮影装置との相対位置を変えずに、溶接をしながら、前記溶接トーチおよび前記開先を前記撮影装置の同じ画角内で撮影して時系列的にフィルタ閉画像を出力するフィルタ閉撮影ステップと、
前記フィルタ閉画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出ステップと、
前記溶接トーチ先端記録部に記録された前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測ステップと、
を備えることを特徴とする溶接狙い位置計測方法。
【請求項９】
前記撮影装置によって撮影される側の前記開先は凹形状をなしており、
前記撮影装置によって撮影される側の前記凹形状の開先の両端部を前記フィルタ開画像から検出する開先上面端部検出ステップと、
前記開先上面端部検出ステップにて検出した両端部を記録する開先上面端部記録ステップと、
をさらに備え、
前記開先検出ステップは、前記開先上面端部記録ステップにて記録した開先の表面側両端部をもとに前記開先の底面側の両端部を検出すること、
を特徴とする請求項８に記載の溶接狙い位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、開先を用いた溶接における溶接トーチと開先との位置関係を計測する溶接狙い位置計測装置およびその溶接狙い位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電設備などで利用される機器の溶接接合では、熱応力を低減するために開先幅の狭い狭開先が用いられることがある。特に狭開先の溶接では、溶接時の熱にて開先の形状が変形し溶接狙い位置がずれることで溶接欠陥が発生する可能性があり、溶接施工中に開先形状の変形に応じて溶接狙い位置を補正する必要がある。
【０００３】
そこで、溶接施工中に溶接狙い位置を補正する方法として、例えば特許文献１に記載されているように、カメラの映像を利用したシステムが提案されている。また、溶接箇所はアークの光量が強いために、アークを発生している電極先端の位置と開先などその周辺では光量の差が大きくカメラ単体では視認性の良い画像を撮影することが困難である。このため特許文献１に記載された技術では、部分的に異なる透過率分布の減光フィルタを用いて監視カメラに受光される光量を部分的に調整し視認性の良い画像を撮影できるようにしており、この画像から電極先端位置と開先底面の両端を画像処理にて検出するとともに、検出結果から電極狙い位置のずれを判断し電極狙い位置の制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０１３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アークの光量や電極の明るさは、溶接電圧や溶接電流などの溶接条件による入力量により変動するものである。また、監視カメラの画像の明るさの変化は、監視カメラの画像から検出している電極先端位置や開先底面の両端の検出結果の精度を低下させる可能性がある。このため、溶接条件を変えた場合でも監視カメラの画像から精度の良い検出を行おうとすると、減光フィルタの種類やカメラの設定を調整するなどの調整作業が発生するため、溶接施工中に溶接条件を変更した際にリアルタイムでの対応が難しかった。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、溶接施工中に溶接条件を変更した場合においても、溶接トーチ先端位置や開先の端部の検出結果の精度が低下せずに溶接狙い位置を計測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶接狙い位置計測装置の一つの態様は、溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して時系列画像を出力する撮影装置と、前記撮影装置の前面に配置されて、前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタと、前記撮影装置から出力される前記時系列画像の中であらかじめ設定された少なくとも一つの画像重ね合わせ部分について所定の枚数の画像を加算することにより、前記画像重ね合わせ部分の輝度を相対的に高めた輝度調整済み画像を作成する溶接画像作成部と、前記輝度調整済み画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出部と、前記輝度調整済み画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出部と、前記溶接トーチ先端検出部にて検出した前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る溶接狙い位置計測装置の他の一つの態様は、溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して時系列画像を出力する撮影装置と、前記撮影装置の前面に配置されて、前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタと、前記光学フィルタの開閉を制御する光学フィルタ開閉装置と、溶接を行っていないときに、前記光学フィルタ開閉装置にて前記光学フィルタを開いた状態で前記撮影装置によって撮影された画像から、前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出部と、前記溶接トーチ先端検出部の検出結果を記録する溶接トーチ先端記録部と、溶接を行っているときに、前記光学フィルタ開閉装置にて前記光学フィルタを閉じた状態で撮影された画像から、前記開先の両端部の位置を検出する開先検出部と、前記溶接トーチ先端記録部に記録された前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る溶接狙い位置計測方法の一つの態様は、入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を光学フィルタにより選択的に透過させながら、溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを同じ画角内で撮影して前記時系列画像を出力する撮影ステップと、前記撮影装置から出力される時系列画像の中であらかじめ設定された少なくとも一つの画像重ね合わせ部分について所定の枚数の画像を加算することにより、前記画像重ね合わせ部分の輝度を相対的に高めた輝度調整済み画像を作成する溶接画像作成ステップと、前記輝度調整済み画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出ステップと、前記輝度調整済み画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出ステップと、前記溶接トーチ先端検出ステップにて検出した前記溶接トーチの先端位置と、前記開先検出ステップにて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る溶接狙い位置計測方法の他の一つの態様は、溶接トーチとこの溶接トーチを用いて溶接される開先とを、溶接していないときに一つの撮影装置の同じ画角内で撮影して時系列的にフィルタ開画像を出力するフィルタ開撮影ステップと、前記フィルタ開画像から前記溶接トーチの先端の位置を検出する溶接トーチ先端検出ステップと、前記溶接トーチ先端検出部の検出結果を記録する溶接トーチ先端記録ステップと、前記撮影装置に入射される光のうちの所定の波長の範囲の光を選択的に透過させる光学フィルタを取り付ける光学フィルタ閉ステップと、前記光学フィルタ閉ステップの後に、前記フィルタ開撮影ステップにおける前記溶接トーチと前記撮影装置との相対位置を変えずに、溶接をしながら、前記溶接トーチおよび前記開先を前記撮影装置の同じ画角内で撮影して時系列的にフィルタ閉画像を出力するフィルタ閉撮影ステップと、前記フィルタ閉画像から前記開先の両端部の位置を検出する開先検出ステップと、前記溶接トーチ先端記録部に記録された溶接トーチの先端位置と、前記開先検出部にて検出した開先の両端部の位置とに基いて、溶接狙い位置を計測する溶接狙い位置計測ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、溶接施工中に溶接条件を変更した場合においても、溶接トーチ先端位置や開先の端部の検出結果の精度が低下せずに溶接狙い位置を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第１の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第１の実施形態における撮影装置で撮影される画像の例を示す図である。
【図３】図２の画像における画像加算範囲・検出範囲を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第１の実施形態におけるエッジ検出用の重み係数テーブルの例を示す図である。
【図５】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第１の実施形態における溶接トーチ先端検出部の動作の例を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第２の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第３の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。
【図８】本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第３の実施形態における動作の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第１の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、第１の実施形態における撮影装置で撮影される画像の例を示す図である。図３は、図２の画像における画像加算範囲・検出範囲を説明する説明図である。図４は、第１の実施形態におけるエッジ検出用の重み係数テーブルの例を示す図である。図５は、第１の実施形態における溶接トーチ先端検出部の動作の例を説明する説明図である。
【００１５】
図１に示すように、第１の実施形態の溶接狙い位置計測装置は、撮影装置１１と、光学フィルタ１２と、撮影装置１１で得られた画像データを処理する画像データ処理装置８０とを備えている。画像データ処理装置８０は、たとえば１台または複数台のコンピュータによって構成され、溶接画像作成部１３と、溶接トーチ先端検出部１４と、開先検出部１５と、溶接狙い位置計測部１６とを含んでいる。
【００１６】
撮影装置１１は、溶接トーチ１０の前方に設置されて、溶接トーチ１０と開先８１（図２）を同じ画角内で撮影する。光学フィルタ１２は、撮影装置１１の前面に配置され、撮影装置１１に入射される光のうちの所定の波長範囲の光を選択的に透過させるものである。
【００１７】
溶接画像作成部１３は、撮影装置１１から出力される時系列画像を、部分ごとに設定した画像数加算することにより部分的に画像の輝度を上昇させた画像（輝度調整済み画像）を作成する。溶接トーチ先端検出部１４は、溶接画像作成部１３にて作成した輝度調整済み画像から溶接トーチ１０の溶接トーチ先端２１の位置を検出する。開先検出部１５は、溶接画像作成部１３にて作成した輝度調整済み画像から、図２に示すように、開先底面８２の左右の開先底面端部２５の位置を検出する。溶接狙い位置計測部１６は、溶接トーチ先端検出部１４にて検出した溶接トーチ先端２１の位置と、開先検出部１５にて検出した左右の開先底面端部２５の位置から溶接狙い位置を計測する。
【００１８】
次に動作について説明する。撮影装置１１の前面に配置された光学フィルタ１２は、アーク光のピーク波長から離れた帯域の波長のみを透過するもので、これによりアーク光が撮影装置１１に受光されることを抑制し溶接トーチ先端２１と開先８１（図２）などの周辺との光量差をなくし視認性の向上を図っている。
【００１９】
撮影装置１１は、図２に示すように溶接トーチ先端２１と開先８１を同じ画角内で撮影する。
【００２０】
溶接画像作成部１３は、溶接トーチ１０と開先底面端部２５を検出しやすくするために、撮影装置１１から出力される時系列画像をたとえば図３に示す溶接トーチ先端検出範囲３０や開先検出範囲３１ａ、３１ｂのみを予め個別に設定した画像数加算する。
【００２１】
溶接トーチ１０はその周辺よりも温度が高いため、撮影装置１１の画像上、溶接トーチ１０はその周辺よりも輝度が高くなる。また、開先底面端部２５は、撮影装置１１の画像上、温度が高く輝度の高い溶融池２７とアーク２６の光が反射し輝度の高い開先壁面２２間にあり周辺よりも輝度が低くなる。よって、溶接画像作成部１３にて撮影装置１１の時系列画像を加算して輝度調整済み画像を生成することにより、輝度差が増幅され溶接トーチ１０と開先底面端部２５を検出しやすくなる。
【００２２】
溶接トーチ１０と開先底面端部２５ではその周辺との輝度差が異なるため、加算する画像数を範囲ごとに設定することで適切な輝度の増幅が図れるようにしている。また、溶接条件に合わせて加算する画像数を予め複数設定しておき、溶接条件に応じて加算する画像数を変更しても良い。
【００２３】
溶接トーチ先端検出部１４は、溶接画像作成部１３の輝度調整済み画像から画像処理により溶接トーチ１０とその周辺との輝度差を用いて溶接トーチ先端２１を検出する。溶接トーチ先端検出部１４は、はじめに図４に示すような横方向の輝度差を求める重み係数テーブルにて空間フィルタ処理を実行し、図５に示す溶接トーチ１０の側面５０の縦のエッジを強調する。
【００２４】
次に２値化処理にて輝度差がしきい値以上のエッジを抽出し、ハフ（Hough）変換などの直線を検出する信号処理により溶接トーチ１０の左右の側面５０（図５）を検出する。検出した左右の側面５０から溶接トーチの中心５１を求め、輝度プロファイル５２を計測する。計測した輝度プロファイル５２では、溶接トーチ１０とアーク２６の境界が溶接トーチ先端２１となり、溶接トーチ１０よりもアーク２６の方が輝度が高くなる。そこで、溶接トーチ先端検出部１４では、計測した輝度プロファイル５２を任意のしきい値にて２値化処理し、溶接トーチ１０とアーク２６の境界を求め、溶接トーチ先端２１の位置を検出する。
【００２５】
開先検出部１５は、溶接画像作成部１３の画像から画像処理により、温度が高く輝度の高い溶融池２７とアーク２６の光が反射し輝度の高い開先壁面２２間の開先底面端部２５を検出する。この検出方法は溶接トーチ先端検出部１４における処理と同様である。すなわち、開先検出部１５は、はじめに図４に示すような横方向の輝度差を求める重み係数テーブルにて空間フィルタを実行し、開先底面端部２５のエッジを強調する。次に２値化処理にて輝度差がしきい値以上のエッジを抽出し、ハフ変換などの直線を検出する信号処理により開先底面端部２５の直線を検出する。
【００２６】
溶接狙い位置計測部１６は、開先検出部１５にて検出した左右の開先底面端部２５の位置から開先８１の中央を求め、この開先中央を溶接狙い位置として溶接トーチ先端検出部１４にて検出した溶接トーチ先端２１の開先中央に対するずれ量を算出し、溶接トーチ先端２１を溶接狙い位置に移動させるための補正量を計算する。
【００２７】
以上の説明では、溶接狙い位置を開先中央として説明したが、開先中央を基準として左右に規定量ずらした位置を溶接狙い位置としても良い。
【００２８】
この第１の実施形態によれば、溶接条件を変更することで撮影装置１１から得られる画像が暗くなり溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺との輝度差が小さくなった場合においても、撮影装置１１の画像を溶接画像作成部１３にて画像加算することで、溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺との輝度差を増幅させることができる。これにより、溶接トーチ先端２１と開先底面端部２５を検出しやすくし、検出結果の精度低下を抑制することができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第２の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。図６において、図１と同一または相当の部分については同一符号を付し説明を省略する。
【００３０】
この第２の実施形態は、図１に示す第１の実施形態の画像データ処理装置８０に、その一部として、画像加算数算出部７０を追加して設けたものである。画像加算数算出部７０は、撮影装置１１から得られた画像に基いて、溶接画像作成部１３において画像加算を行う溶接トーチ先端検出範囲３０や開先検出範囲３１ａ、３１ｂの撮影装置１１から出力される画像の明るさの指標となる平均輝度などを算出し、算出した平均輝度を用いて溶接トーチ先端検出範囲３０、開先検出範囲３１ａ、３１ｂごとに個別に設定した目標輝度に到達するために必要な画像加算枚数を算出し出力するものである。
【００３１】
次に動作について説明する。撮影装置１１は、第１の実施形態と同様に、溶接トーチ１０と開先８１を同じ画角内で撮影し、得られた画像を画像データ処理装置８０の画像加算数算出部７０に出力する。
【００３２】
画像加算数算出部７０は、溶接画像作成部１３において画像加算を行う溶接トーチ先端検出範囲３０や開先検出範囲３１ａ、３１ｂの撮影装置１１から出力される画像の明るさの指標となる平均輝度などの代表的輝度を算出する。次に、算出した代表的輝度を用いて溶接トーチ先端検出範囲３０、開先検出範囲３１ａ、３１ｂごとに個別に設定した目標輝度に到達するために必要な画像加算枚数を算出し出力する。
【００３３】
溶接画像作成部１３では、溶接トーチ先端検出範囲３０や開先検出範囲３１ａ、３１ｂごとに画像加算数算出部７０にて算出した画像加算数分の画像加算を領域ごとに実行して輝度調整済み画像を生成する。
【００３４】
溶接トーチ先端検出部１４および開先検出部１５では、第１の実施形態と同様に、溶接画像作成部１３の出力である輝度調整済み画像から画像処理により溶接トーチ先端２１および開先底面端部２５を検出する。そして、溶接狙い位置計測部１６にて、溶接トーチ先端検出部１４により検出した溶接トーチ先端２１の位置と、開先検出部１５により検出した開先底面端部２５の位置から溶接トーチ先端２１を溶接狙い位置に移動させるための補正量を計算する。
【００３５】
この第２の実施形態によれば、溶接条件を変更することによって撮影装置１１の画像が暗くなり溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺との輝度差が小さくなった場合においても、画像加算数算出部７０にて算出した画像枚数だけ、撮影装置１１の画像を溶接画像作成部１３にて画像加算することができ、これにより、溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺との輝度差を増幅させることができる。それにより、溶接トーチ先端２１と開先底面端部２５を検出しやすくし、検出結果の精度低下を抑制することができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本発明に係る溶接狙い位置計測装置の第３の実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。図８は、第３の実施形態における動作の手順を示すフロー図である。
【００３７】
図７において、図１と同一または相当の部分については同一符号を付し説明を省略する。この第３の実施形態は、図１に示す第１の実施形態に対して、光学フィルタ１２の開閉を制御する光学フィルタ開閉装置６３を付加する。さらに、画像データ処理装置８０の中で、溶接画像作成部１３をなくし、溶接トーチ先端検出部１４にて検出した溶接トーチ先端２１の位置を記録する溶接トーチ先端記録部６０と、左右の開先上面端部２４の位置を検出する開先上面検出部６１と、開先上面検出部６１にて検出した開先上面端部２４の位置を記録する開先上面記録部６２を付加する。
【００３８】
次に動作手順について、図８に沿って説明する。撮影装置１１では、溶接施工前に光学フィルタ開閉装置６３にて光学フィルタ１２を開いた状態で溶接トーチ１０と開先８１を同じ画角内で撮影する（ステップＳ１）。このとき、撮影装置１１の出力は、画像データ処理装置８０の溶接トーチ先端検出部１４に出力される。
【００３９】
溶接トーチ先端検出部１４は、第１の実施形態と同様に撮影装置１１の画像から溶接トーチ１０とその周辺の輝度差を用いて溶接トーチ先端２１を検出し出力する（ステップＳ２）。
【００４０】
溶接トーチ先端記録部６０は、溶接トーチ先端検出部１４にて検出した溶接トーチ先端２１の位置を記録する（ステップＳ３）。
【００４１】
撮影装置１１が溶接トーチ１０に取り付けてあり溶接トーチ１０とともに動く場合には、撮影装置１１に対する溶接トーチ先端２１の位置が、溶接トーチ１０の位置を再調整しない限り変化しない。そのため、溶接トーチ先端検出部１４と溶接トーチ先端記録部６０による溶接トーチ先端２１の検出と記録は、任意の溶接位置にて溶接施工前に１回実施される。また、取り付け位置の都合上、溶接トーチ１０と撮影装置１１が異なる動きをする場合には、溶接施工前に溶接位置ごとの溶接トーチ先端２１の位置を検出・記録する。
【００４２】
開先上面検出部６１は、撮影装置１１の画像から、開先上面２３の開先上面端部２４を検出する（ステップＳ４）。開先上面検出部６１は、はじめに図４に示すような横方向の輝度差を求める重み係数テーブルにて空間フィルタを実行し、開先上面端部２４のエッジを強調する。次に２値化処理にて輝度差がしきい値以上のエッジを抽出し、ハフ変換などの直線を検出する信号処理により開先上面端部２４の候補となる直線を検出する。開先上面検出部６１は、検出した候補の直線の中から左右それぞれ溶接トーチ１０から最も離れた外側の位置の直線を検索し、開先上面端部２４と判断する。
【００４３】
つぎに、開先上面記録部６２は、開先上面検出部６１にて検出した開先上面端部２４の位置を記録する（ステップＳ５）。開先上面検出部６１と開先上面記録部６２による開先上面端部２４の検出と記録は、溶接施工前に溶接位置ごとの開先上面端部２４の位置を検出・記録する。
【００４４】
つぎに、光学フィルタ開閉装置６３により光学フィルタ１２を閉じる（ステップＳ６）。そして光学フィルタ１２を閉じた状態で溶接を行い、このとき、撮影装置１１は、溶接トーチ１０と開先８１とを同じ画角内で撮影する（ステップＳ７）。
【００４５】
このときに撮影装置１１から得られた画像に基いて、開先検出部１５は、第１の実施形態と同様に、開先８１を検出する（ステップＳ８）。
【００４６】
ここで、この開先８１を検出するステップＳ８をさらに詳述する。開先検出部１５は、はじめに図４に示すような横方向の輝度差を求める重み係数テーブルにて空間フィルタを実行し、開先底面端部２５のエッジを強調する。次に２値化処理にて輝度差がしきい値以上のエッジを抽出し、ハフ変換などの直線を検出する信号処理により開先底面端部２５の候補となる直線を検出する。開先検出部１５は、開先上面記録部６２に記録している現在の溶接位置に応じた開先上面端部２４の位置を参照し、検出した候補の直線の中から開先上面端部２４の位置よりも溶接トーチ１０側で且つ、溶接トーチ１０の側面５０よりも外側の範囲内で最も溶接トーチ１０側の直線を検索し、開先底面端部２５と判断する。
【００４７】
つぎに、溶接狙い位置計測部１６は、第１の実施形態と同様に開先検出部１５にて溶接中に検出した左右の開先底面端部２５の位置から開先中央を求め、開先中央を狙い位置として溶接トーチ先端記録部６０に記録している現在の溶接位置に応じた溶接トーチ先端２１の位置を参照し、開先中央に対するずれ量を算出する。さらに溶接トーチ先端２１を溶接狙い位置に移動させるための補正量を計算して溶接狙い位置計測を行う（ステップＳ９）。
【００４８】
この第３の実施形態によれば、溶接施工前に溶接トーチ先端２１の位置を計測するとともに、開先上面端部２４を計測し、開先底面端部２５の計測領域を限定させる。これにより、溶接条件を変更することで、撮影装置１１の画像が暗くなり溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺の輝度差が小さくなった場合においてもその影響を受けづらくし、精度低下を抑制することができる。
【００４９】
以上説明した第３の実施形態の変形例として、溶接トーチ先端検出ステップＳ２および溶接トーチ先端記録ステップＳ３は、開先上面端部検出ステップＳ４および開先上面端部記録ステップＳ５よりも後に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
【００５０】
以上説明した第３の実施形態のさらなる変形例として、開先上面検出部６１および開先上面記録部６２をなくし、開先上面端部検出ステップＳ４および開先上面端部記録ステップＳ５を省略してもよい。
【００５１】
この場合であっても、溶接施工前に光学フィルタ１２を開いた状態で溶接トーチ先端２１の位置を計測することにより、溶接条件を変更することで撮影装置１１の画像が暗くなり溶接トーチ１０や開先底面端部２５とその周辺の輝度差が小さくなった場合においても、その影響を受けづらくし、精度低下を抑制することができる。
【００５２】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…溶接トーチ、１１…撮影装置、１２…光学フィルタ、１３…溶接画像作成部、１４…溶接トーチ先端検出部、１５…開先検出部、１６…溶接狙い位置計測部、２１…溶接トーチ先端、２２…開先壁面、２３…開先上面、２４…開先上面端部、２５…開先底面端部、２６…アーク、２７…溶融池、３０…溶接トーチ先端検出範囲、３１ａ，３１ｂ…開先検出範囲、５０…側面、５１…溶接トーチの中心、５２…輝度プロファイル、６０…溶接トーチ先端記録部、６１…開先上面検出部、６２…開先上面記録部、６３…光学フィルタ開閉装置、７０…画像加算数算出部、８０…画像データ処理装置、８１…開先、８２…開先底面
【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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