(57)【要約】【課題】溶接ワークの開先角が９０°以下で様々な角度をとる場合に、溶接対象部における反射スリット光を特定領域に集めるようにカメラ及び投光器を配置することで、本来のスリット光を容易に検出して、安定的に溶接ワークの開先形状を計測する。【解決手段】溶接ワークＷの開先Ｋにある溶接線Ｌに対して直交するように投光器２からスリット光Ｓを照射し、スリット光Ｓが照射された溶接ワークＷの開先Ｋをカメラ３で撮像する場合に、投光器２とカメラ３とを、溶接ワークＷの開先Ｋがなす開先角θの２等分線Ｒと溶接線Ｌとを含む平面Ｈ上で、且つ撮像画像Ｇ中においてスリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側に存在するように配置して、撮像画像Ｇを投光器２の照射方向の基側から探索してスリット光Ｓを抽出することにより、溶接ワークＷの開先Ｋの形状を計測する。【選択図】図１
2011200931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワークの開先の間に在する溶接線に対して直交するように投光器からスリット光を照射し、スリット光が照射された前記溶接ワークの開先をカメラで撮像し、撮像された撮像画像中のスリット光の位置を抽出して前記溶接ワークの開先の形状を計測する溶接ワーク形状計測装置であって、
前記投光器とカメラとを、前記溶接ワークの開先がなす開先角の２等分線と前記溶接線とを含む平面上に配置すると共に、撮像画像中においてスリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に存在するように配置しておき、
前記撮像画像を投光器の照射方向の基側から探索してスリット光の位置を抽出することにより、前記溶接ワークの開先の形状を計測することを特徴とする溶接ワーク形状計測装置。
【請求項２】
前記投光器の照射光軸と溶接線とのなす角を投光器照射角αとし、前記カメラの光軸と溶接線とのなす角をカメラ主軸角βとした上で、
前記撮像画像中において前記スリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に存在するように、投光器照射角α及びカメラ主軸角βを設定することを特徴とする請求項１に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【請求項３】
前記溶接ワークの開先角が３０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧４．２°としていることを特徴とする請求項２に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【請求項４】
前記溶接ワークの開先角が５０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧２１°としていることを特徴とする請求項２に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【請求項５】
前記溶接ワークの開先角が７０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧２８°としていることを特徴とする請求項２に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【請求項６】
前記溶接ワークの開先角が９０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β≧９０°としていることを特徴とする請求項２に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【請求項７】
β−α≧５０°としていることを特徴とする請求項２に記載の溶接ワーク形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワークに存在する開先の形状を計測する溶接ワーク形状計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、突き合わせた溶接ワークに、Ｖ型開先やレ型開先など開先が必要な場合は、機械によって開先を加工することが多い。このような開先は、溶接前に錆を落とすためにグラインダ掛けされることもあり、溶接ワークの開先面は鏡面状態となる。また、溶接ワークの開先が隅肉開先（両溶接ワークの開先における開き角度が９０°）であっても、アルミ部材などでは開先が鏡面状態になることがある。
【０００３】
その場合、溶接ワークの開先形状を計測するために光切断法によるレーザスリット光を照射しても、レーザスリット光が鏡面によって多重反射し、本来のレーザスリット光の検出が困難となり、安定したワーク形状計測ができない。この多重反射の課題に対応している従来技術としては以下の特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載された隅肉溶接位置センシング装置は、溶接ワークの隅肉開先において、本来のレーザスリット光の像と、二次反射スリット像とが重ならずに出来るだけ離れるように、レーザ照射軸とカメラ光軸を配置させるとしている。具体的には、レーザ照射軸とカメラ光軸を９０°以上開くように配置させる。また、撮像画像においては、本来のレーザスリット像が現れると期待する位置に関心領域を設定し、レーザスリット光を抽出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０２２４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、隅肉溶接部において本来のレーザスリット光の像と、二次反射スリット像とが重ならないように、レーザスリット光の照射軸とカメラの光軸を９０°以上開くように設定しているが、その根拠は何も記載されていない。
また、多重反射の像の現れ方は、後述するように、レーザ照射軸とカメラ光軸だけでなく、溶接ワークの開先角や、溶接ワークとカメラ等との相対関係も関係しているが、特許文献１では、この点について何も触れていない。
【０００６】
つまり、特許文献１に記載の隅肉溶接位置センシング装置は、溶接ワークによって形成される開先角が一定で、いつも同じ方向からスリット光を照射してカメラで撮像した場合でなくては、画面の同じ位置にスリット光像を得ることができないため、開先角やスリット光の照射方向、カメラの撮像方向が変わった場合に、関心領域を予め設定して二次反射光像の影響を除去することができない。
【０００７】
上述した問題に鑑み、本発明は、溶接ワークの開先角が９０°以下で様々な角度をとる場合に、溶接対象部においてスリット光の多重反射が発生しても、多重反射した反射スリット光を特定領域に集めるように、光学系、つまりカメラと投光器とを配置させることで、本来のスリット光を検出でき、安定した溶接ワークの開先形状を計測できる溶接ワーク形状計測装置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】
【０００８】
前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る溶接ワーク形状計測装置は、溶接ワークの開先の間に在する溶接線に対して直交するように投光器からスリット光を照射し、スリット光が照射された前記溶接ワークの開先をカメラで撮像し、撮像された撮像画像中のスリット光の位置を抽出して前記溶接ワークの開先の形状を計測する溶接ワーク形状計測装置であって、前記投光器とカメラとを、前記溶接ワークの開先がなす開先角の２等分線と前記溶接線とを含む平面上に配置すると共に、撮像画像中においてスリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に存在するように配置しておき、前記撮像画像を投光器の照射方向の基側から探索してスリット光の位置を抽出することにより、前記溶接ワークの開先の形状を計測することを特徴とする。
【０００９】
これによって、溶接ワークの開先角が様々な角度をとる場合に、溶接ワークの開先間の溶接線付近においてスリット光が反射した反射スリット光や、鏡面に写りこんだスリット光が発生しても、カメラと投光器とを、撮像画像中においてスリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に存在するように配置し、撮像画像を投光器の照射方向の基側から探索してスリット光の位置を抽出することにより、本来のスリット光を最初に検出でき、安定した溶接ワークの開先形状の計測が可能となる。
【００１０】
好ましくは、前記投光器の照射光軸と溶接線とのなす角を投光器照射角αとし、前記カメラの光軸と溶接線とのなす角をカメラ主軸角βとした上で、前記撮像画像中において前記スリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に存在するように、投光器照射角α及びカメラ主軸角βを設定するとよい。
これによって、投光器の照射角αと、カメラの主軸角βとを適切な角度に設定することで、スリット光の照射方向や範囲、撮像画像の中心や範囲を決定する投光器の照射光軸及びカメラの光軸を直接調節できるため、撮像画像中において、投光器やカメラの高さ等を調節した場合よりも、スリット光が確実に反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側（照射方向とは反対側）に存在するようになり、本来探索すべき真のスリット光の位置を抽出することにより、溶接ワークの開先形状を正確に且つ安定的に計測することができる。
【００１１】
さらに好ましくは、前記溶接ワークの開先角が３０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧４．２°としたり、前記溶接ワークの開先角が５０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧２１°としたり、前記溶接ワークの開先角が７０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β−α≧２８°としてもよい。
【００１２】
また、前記溶接ワークの開先角が９０°であって、投光器照射角αが４０°〜８０°の場合には、β≧９０°としてもよい。
これらにより、溶接ワークの開先角が３０°、５０°、７０°、９０°であっても、それぞれの開先角に応じて、投光器の照射角α及びカメラの主軸角βを設定することが可能となり、確実にスリット光が反射スリット光よりも投光器の照射方向の基側に位置することとなって、より安定的に真のスリット光の位置を抽出ができ、溶接ワークの開先形状の計測精度を向上させることができる。
【００１３】
そして、β−α≧５０°とすることも好適である。
このように、溶接ワークの溶接対象部である開先の開先角が９０°以下で且つ様々な角度となる場合にも、上述した技術的手段を用いることで、溶接ワークの開先形状を正確に且つ安定的に計測することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、溶接ワークの開先部において、形状計測のために照射されたスリット光の多重反射が発生しても、反射スリット光を特定領域に集めるように投光器及びカメラを配置させることで、本来のスリット光を検出でき、安定して溶接ワークの開先形状を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る溶接ワーク形状計測装置を備えた溶接マニピュレータの構成図である。
【図２】溶接ワークの開先と、投光器及びカメラとを示す概要図である。
【図３】スリット光を照射した溶接ワークの開先の実物写真である。
【図４】部材Ａが拡散面、部材Ｂが鏡面である場合において、カメラ主軸角βを変化させたときの本来のスリット光、鏡面に写りこんだスリット光及び鏡面で正反射したスリット光を示す図である。
【図５】部材Ａ、部材Ｂがともに鏡面である場合において、カメラ主軸角βを変化させたときの本来のスリット光、写りこんだスリット光、正反射したスリット光を示す図である。
【図６】溶接ワークの開先角が３０°の場合に、カメラ主軸角βを変化させたときのスリット光の見え方の移変りを示すグラフである。
【図７】溶接ワークの開先角が５０°の場合に、カメラ主軸角βを変化させたときのスリット光の見え方の移変りを示すグラフである。
【図８】溶接ワークの開先角が７０°の場合に、カメラ主軸角βを変化させたときのスリット光の見え方の移変りを示すグラフである。
【図９】溶接ワークの開先角が９０°の場合に、カメラ主軸角βを変化させたときのスリット光の見え方の移変りを示すグラフである。
【図１０】撮像画像における本来のスリット光の抽出処理を示す概要図である。
【図１１】スリット光位置抽出プログラムのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図１１に基づき説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
本発明に係る溶接ワーク形状計測装置１は、溶接ワークＷの開先Ｋ付近において、形状計測のために照射されたスリット光Ｓの多重反射が発生しても（図３参照）、スリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側に存在するように投光器２及びカメラ３を配置し、カメラ３で撮像した撮像画像Ｇを投光器２の照射方向の基側から探索することで、本来のスリット光Ｓを検出し、安定的に溶接ワークＷの開先Ｋ形状を計測するものである。
【００１７】
そこで、上述したような溶接ワーク形状計測装置１を用いて、２つの溶接ワークＷを溶接する装置の全体構成について、まずはじめに説明する。
図１は、本発明に係る溶接ワーク形状計測装置１を備えた溶接マニピュレータ６によって溶接している様子を示している。
この溶接マニピュレータ６は、溶接ワークＷの開先Ｋの形状を計測する前記溶接ワーク形状計測装置１と、溶接ワークＷを溶接する溶接トーチ６ａとを先端部に備えた垂直６軸多関節ロボットであって、２枚の板状の溶接ワークＷ間の溶接線Ｌ（溶接進行方向）に沿ってアーク溶接を行う。溶接マニピュレータ６は、溶接ワーク形状計測装置１で溶接ワークＷの開先Ｋの形状を計測した下流側で、計測された開先Ｋの形状データに基づいて、溶接ワークＷ同士を溶接する。
【００１８】
なお、図１中には、溶接トーチ６ａによるアーク点と、溶接時に飛散するスパッタも示している。
溶接ワークＷ同士の継手形状は、図２にて示した隅肉継手（開先角θが約９０°）や、図１で示した断面Ｖ字型、図示しない断面レ型状のレ型継手（開先角θが９０°以下）、板状の溶接ワークＷを２枚重ね合わせた際の角継手（こちらも開先角θが約９０°）等であってもよく、また、溶接方法はガス溶接等であってもよく、溶接マニピュレータ６は垂直６軸多関節ロボットに限定されない。
【００１９】
溶接ワークＷは、２つの部材を突き合わせた溶接箇所である溶接対象部に開先加工がされている。開先加工はガスで切断する場合や、機械加工される場合があり、特に機械加工されると表面が鏡面状態になる。また、溶接前に開先Ｋの錆を落とすためにグラインダ掛けすることもあり、この場合も表面が鏡面状態になることが多い。
なお、図２（ａ）に示された如く、２つの溶接ワークＷの開先Ｋがなす角を開先角θとしている。
【００２０】
前記溶接ワーク形状計測装置１は、溶接ワークＷの溶接対象部（開先Ｋ）にスリット光Ｓ（レーザスリット光）を照射して、光切断法により溶接ワークＷの開先Ｋの形状を計測する装置である。溶接ワーク形状計測装置１は、溶接ワークＷの開先Ｋにスリット光Ｓを照射する投光器２と、スリット光Ｓが照射された溶接ワークＷの開先Ｋを撮像するカメラ３と、このカメラ３により撮像した撮像画像Ｇを画像処理する画像処理装置４と、画像処理された撮像画像Ｇをオペレータが視認可能に出力するモニタ５とを有している。
【００２１】
投光器２は、溶接ワークＷの開先角θの２等分線Ｒ（図２（ａ）参照）と溶接線Ｌとを含む平面Ｈ上に配置されており、スリット光Ｓを溶接線Ｌ（溶接進行方向）と直交するように照射できる。
照射されるスリット光Ｓ（例えば波長６８０ｎｍの赤色レーザ）は、所定の拡がり角（例えば５０°以上）をもったワイドスリットタイプで、歪曲率が所定の値（０．５％以下）であるレーザスリット光である。なお、スリット光Ｓの波長は、可視光線、赤外線のいずれであってもよく、溶接ワークＷの開先Ｋの幅や形状に合わせて、拡がり角も３°〜５０°であってもよい。
【００２２】
カメラ３は、所定範囲の２次元画像（例えば６４０×４８０画素で構成）を撮像できるＣＣＤカメラ等であって、溶接ワークＷにおける溶接箇所（溶接マニピュレータ６の溶接トーチ６ａの先端）から溶接線Ｌに沿った前方（上流側）数十ｍｍであって、スリット光Ｓが照射された溶接ワークＷ表面を撮像するものである。
カメラ３も、投光器２と同様に、溶接ワークＷの開先角θの２等分線Ｒ（図２（ａ）参照）と溶接線Ｌとを含む平面Ｈ上に配置されており、カメラ３の向きは、撮像画像Ｇにおいて溶接線Ｌが左右方向（Ｘ方向）にのびるように設定されている。なお、カメラ３は、前記平面Ｈ上に配置されているのであれば、溶接線Ｌが上下方向（Y方向）に向くように設定されていてもよい。
【００２３】
カメラ３は、一定の撮像間隔（例えば１／３０秒ごとに）で撮像画像Ｇを出力し、この撮像画像Ｇが画像処理装置４内の画像メモリに蓄えられる。カメラ３で溶接作業中のＶ型状の開先Ｋを撮像すると、図１におけるモニタ５中のような撮像画像Ｇとなる。この撮像画像Ｇが示すように、溶接ワークＷの形状に応じてスリット光Ｓが屈曲するので、撮像画像Ｇ中のスリット光Ｓの位置を抽出することで、溶接ワークＷの開先Ｋの形状を算出することができる。
【００２４】
なお、カメラ３のレンズ３ａには、スリット光Ｓの波長（６８０ｎｍ）のみを透過する干渉フィルタが装着されている。
次に、溶接ワークＷの開先Ｋ近傍でスリット光Ｓの多重反射が発生しても、撮像画像Ｇ中においては、スリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側に存在するような投光器２及びカメラ３の適切な配置について、以下詳解する。
【００２５】
図３は、隅肉継手状（つまり、開先角θが９０°）に突き合わされた溶接ワークＷにおける一方（部材Ａ）の表面が拡散面で、他方（部材Ｂ）の表面が鏡面であって、これにスリット光Ｓを照射したときの実物写真である。
図３中において、部材Ａ側に直接照射された本来のスリット光Ｓの部分を「スリットＡ」、部材Ｂ側に直接照射された本来のスリット光Ｓの部分を「スリットＢ」としており、スリットＡが溶接ワークＷの溶接線Ｌの中途部から部材Ａ上で右上にのび、スリットＢが溶接線Ｌの中途部（スリットＡと溶接線Ｌとの交点）から部材Ｂ上で右下にのびている様子が示されている。
【００２６】
図３では、本来のスリットＡが鏡面である部材Ｂに写りこんだものを「スリットＡ’」とし、本来のスリットＢが鏡面である部材Ｂで正反射して拡散面である部材Ａに照射されたものを「スリットＢ”」としている。
スリットＡ’は、前記スリットＢの左方であって、溶接線Ｌの中途部（スリットＡと溶接線Ｌとの交点）から部材Ｂ上で右下方にのびており、スリットＢ”は、前記スリットＡの左方であって、溶接線Ｌの中途部から部材Ａ上で左上方にのびている。
【００２７】
ここで、スリットＡ’は、鏡面（部材Ｂ）に映りこんだスリットＡを見ているため、スリットＡ’の位置は、見る位置、すなわちカメラ３の位置によって、撮像画像Ｇ中における位置（特に本来のスリットＢに対する位置）が変化する。
一方、スリットＢ”は、部材Ａでの乱反射により生じているため、カメラ３がどの位置にあっても、撮像画像Ｇ中において、本来のスリットＡに対して見える位置は変化しない。
【００２８】
なお、本発明においては、鏡面に写りこんだスリット光や、鏡面で正反射したスリット光をまとめて「反射スリット光Ｓ’」とする。
図４、図５は、溶接ワークＷの開先角θ、投光器照射角α、カメラ主軸角βをそれぞれ所定の値に設定したときにカメラ３で撮像した撮像画像Ｇをコンピュータシミュレーションにて計算したスリット光を示す図である。
【００２９】
なお、図２（ｂ）に示すように、投光器２の照射光軸ＳＬと溶接線Ｌとのなす角を投光器照射角αとし、カメラ３の光軸ＧＬ（撮像光軸）と溶接線Ｌとのなす角をカメラ主軸角βとしている。
図４は、部材Ａが拡散面、部材Ｂが鏡面である場合において、カメラ主軸角βを変化させたときに、本来のスリット光（スリットＡ、スリットＢ）、鏡面（部材Ｂ）に写りこんだスリット光（スリットＡ’）、鏡面（部材Ｂ）で正反射して拡散面（部材Ａ）に照射されたスリット光（スリットＢ”）を示す図である。
【００３０】
カメラ主軸角βが投光器照射角αより小さい又は略同じ大きさである状態（図４（ａ）参照）のとき、撮像画像Ｇ中におけるスリットＡ’の位置は、本来のスリットＢよりも右側に存在している。
図４（ａ）の状態からカメラ主軸角βを大きくして、主軸角βが投光器照射角αと略同じ大きさ又は若干大きい状態（図４（ｂ）参照）になると、スリットＡ’と、本来のスリットＢとは略一致する。
【００３１】
なお、本来のスリットＢと、写りこんだスリットＡ’とが一致するときのカメラ主軸角を境界主軸角βとし、この境界主軸角βは、開先角θ、投光器照射角αを決めると一意に決定することができる。
さらにカメラ主軸角βを大きくして、主軸角βが投光器照射角αよりも所定角度以上大きい状態（図４（ｃ）参照）になると、図４（ａ）のときとは、スリットＡ’と、スリットＢとの位置が左右逆転して、スリットＡ’は、本来のスリットＢよりも左方に見えることとなる。
【００３２】
つまり、図４（ｃ）の状態となるように、投光器２及びカメラ３を配置することで、撮像画像Ｇにおいて、本来のスリットＢが一番右側に見えることとなり、撮像画像Ｇを右側から探索すれば、一番最初に探索されたスリットの位置が、本来のスリット光Ｓの位置を表すこととなる。
ここで、撮像画像Ｇ中で本来のスリットＢが一番右側に見えているときには、撮像画像Ｇ中の溶接線ＬとスリットＢとがなす角（以下「見え方角度」）が、スリットＡ’の見え方角度や、スリットＢ”の見え方角度より小さいことを表す。
【００３３】
なお、図３は、図４中においては（ｃ）の状態に対応している。
図５は、部材Ａ、部材Ｂがともに鏡面である場合において、カメラ主軸角βを変化させたときに、本来のスリット光、鏡面に写りこんだスリット光、鏡面で正反射して照射されたスリット光を示す図である。
片方が拡散面であるもの（つまり図４）との違いは、写りこんだスリット光として、前記スリットＡ’の他に、本来のスリットＢが鏡面である部材Ａに写りこんだ「スリットＢ’」が１本増え、正反射したスリット光として、前記スリットＢ”の他に、本来のスリットＡが鏡面である部材Ａで正反射して鏡面である部材Ｂに照射された「スリットＡ”」が１本増えている点である。
【００３４】
つまり、図５では、撮像画像Ｇにおける反射スリット光Ｓ’が全部で４本見えている。
また、部材Ａ、部材Ｂがともに鏡面である場合においても、同様に、カメラ主軸角βを投光器照射角αに対して比較的小さいときから徐々に大きくなるように変化させるにつれて、写りこんだスリット光であるスリットＡ’、スリットＢ’が撮像画像Ｇ中において位置が変化する。
【００３５】
写りこんだスリットＡ’は、図５においても上述と同様の動きをするため、以降は、もう一つの写りこんだスリットＢ’について詳解する。
スリットＢ’は、カメラ主軸角βが投光器照射角αより小さい又は略同じ大きさである状態（図５（ａ）参照）のとき、撮像画像Ｇ中において、本来のスリットＡよりも左方に存在している。
【００３６】
図５（ｂ）の状態からカメラ主軸角βを大きくしていくにつれて、スリットＢ’と、本来のスリットＡとが略一致した状態（図５（ｂ）参照）をすぎ、主軸角βが投光器照射角αよりも所定角度以上大きい状態（図５（ｃ）参照）になれば、左右逆転して、スリットＢ’は、本来のスリットＡよりも左方に見えることとなる。
したがって、部材Ａ、部材Ｂがともに鏡面である場合も同様に、図５（ｃ）の状態となるように投光器２及びカメラ３を配置することで、撮像画像Ｇ中で本来のスリットＡ、スリットＢが一番右側に見え、例え、反射スリット光Ｓ’が発生していたとしても、撮像画像Ｇを右側から探索した際に一番最初に探索されるスリットの位置が、本来のスリット光Ｓの位置を表すこととなる。
【００３７】
すなわち、図５（ｃ）の状態であれば、本来のスリットＡ、スリットＢの見え方角度が、写りこんだスリットＡ’、スリットＢ’の見え方角度や、正反射したスリットＡ”、スリットＢ”の見え方角度より小さくなる。
また、上述した境界主軸角βは、開先角θ、投光器照射角αが決まれば、溶接ワークＷの開先Ｋが両鏡面である場合も、溶接ワークＷの開先Ｋの片方だけが鏡面の場合と共通の値となる。
【００３８】
図６〜図９は、溶接ワークＷの開先角θを所定の値とし、投光器照射角αが４０°、５０°、６０°、７０°、８０°である場合において、カメラ主軸角βを変化させたときの本来のスリット光、写りこんだスリット光、正反射したスリット光の見え方角度を示すグラフである。
なお、予め溶接作業の対象物（溶接ワークＷ）は決まっており、本実施形態においては、溶接ワークＷの開先角θとして、θ＝３０°、５０°、７０°、９０°の場合を想定している。
【００３９】
また、各開先角θにおける各投光器照射角α、各投光器照射角αに対する境界主軸角β及びβ−αの値を以下の表１〜表４にて示す。
【００４０】
【表１】
2011200931.tif 000003
【００４１】
【表２】
2011200931.tif 000004
【００４２】
【表３】
2011200931.tif 000005
【００４３】
【表４】
2011200931.tif 000006
【００４４】
開先角θ＝３０°のときは、表１に示したように、カメラ３の境界主軸角βと、投光器２の各投光器照射角αとの差は４．２°以下である。つまり、カメラ３を、そのカメラ主軸角βが投光器照射角αより少なくとも４．２°以上大きくなるように配置すれば、図６の（ａ）〜（ｅ）にて示したように、投光器照射角αが４０°〜８０°（４０°≦α≦８０°）の場合において、本来のスリット光Ｓの見え方角度が、他の反射スリット光Ｓ’（写りこんだスリット光、正反射したスリット光）の見え方角度よりも小さくなる、すなわち、撮像画像Ｇ中において、本来のスリット光Ｓが一番右側に位置することとなる。
【００４５】
これと同様に、開先角θ＝５０°、７０°、９０°のときは、表２〜表４に示したように、カメラ３の境界主軸角βと、投光器２の各投光器照射角αとの差であるβ−αは、それぞれ２１°、２８°、５０°以下となる。
したがって、カメラ３を、そのカメラ主軸角βが投光器照射角αより、各開先角θの場合における最も大きいβ−αの値以上となるように配置すれば、図７〜図９にて示したように、投光器照射角αが４０°〜８０°のときに、本来のスリット光Ｓの見え方角度が、他の反射スリット光Ｓ’の見え方角度よりも小さくなって、本来のスリット光Ｓが撮像画像Ｇ中で一番右側に位置することとなる。
【００４６】
なお、開先角θ＝９０°のときは、境界主軸角βは常に９０°となる。つまり、開先角θ＝９０°の場合、カメラ主軸角βが境界主軸角βである９０°より大きくなるように、カメラ３を配置すれば、投光器照射角αが４０°〜８０°のときに、本来のスリット光Ｓを撮像画像Ｇ中で一番右側に位置させることができる。
また、β−αが５０°以上となる（すなわち、カメラ主軸角βが投光器照射角αより５０°以上大きくなる）ように、投光器２とカメラ３とを配置すれば、開先角θや投光器照射角αを問わず、本来のスリット光Ｓが撮像画像Ｇ中で一番右側に位置する。
【００４７】
ここで、図１０（ａ）で示したように、本実施形態における「撮像画像Ｇ中における右側」とは、「投光器２の照射方向の基側」の意であって、投光器２やカメラ３の配置の仕方や、大きさによっては、撮像画像Ｇ中における「左側」や、「上側」、「下側」等の場合もあるが、いずれの場合であっても、撮像画像Ｇ中で見える投光器２の照射方向の一番基側（投光器２に一番近い側）に、本来のスリット光Ｓが位置するように、投光器２及びカメラ３を配置すればよい。
【００４８】
なお、図１０は、溶接ワークＷの開先Ｋが両鏡面の場合について示しており、図１０（ａ）は、図５（ｃ）に対応している。
続いて、撮像画像Ｇ中で、スリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側（右側）に存在するように配置できた後、この撮像画像Ｇを右側からスリット光Ｓの位置を抽出することにより、溶接ワークＷの開先Ｋの形状を計測する点について述べる。
【００４９】
溶接ワーク形状計測装置１は、画像処理装置４にてスリット光Ｓの位置を抽出するためのコンピュータプログラム（スリット光位置抽出プログラム）を有している。
スリット光位置抽出プログラムは、図１１のフローチャートに示されたように、本来のスリット光Ｓが一番右側に位置している撮像画像Ｇを、右側から探索して本来のスリット光Ｓの位置を抽出することを、画像処理装置４にさせるために、画像処理装置４、又は溶接マニピュレータ６を制御するコンピュータ（図示省略）に読み取り可能な形式のデータとして図示しない記録媒体に記録している。
【００５０】
スリット光位置抽出プログラムは、輝度しきい値をBthre、スリット幅しきい値をWthreとしており、以下に述べるステップＳ１〜ステップＳ１４によって構成される。
なお、スリット光位置抽出プログラムは、スリット光候補探索工程と、スリット光抽出工程とを有している。スリット光候補探索工程は、ステップＳ１〜ステップＳ７で構成され、本来のスリット光Ｓと思われる高輝度領域を探索するプログラム工程である。また、スリット光抽出工程は、ステップＳ８〜ステップＳ１４で構成され、スリット光Ｓ以外の高輝度領域を排除し、本来のスリット光Ｓのみを抽出するプログラム工程である。
【００５１】
まず、図１１に示した如く、ステップＳ１において、変数Yに０を代入する。
ステップＳ２において、変数XにImageX−１を代入する。ここで、ImageXとは撮像画像Ｇの左右幅サイズ（６４０画素）である。
ステップＳ３において、撮像画像Ｇ中の画素（X， Y）の輝度が、輝度しきい値Bthre以上の場合、スリット光最大輝度抽出部（ステップＳ８）へ移る。また、画素（X， Y）の輝度が輝度しきい値Bthre未満の場合は、次のステップＳ４へ移る。
【００５２】
ステップＳ４において、変数Xの値を１減らす。
ステップＳ５において、変数Xが０以上の場合はステップＳ３へ移る。変数Xが０未満の場合は、撮像画像Ｇにおける横１ライン（右から左の走査）が終了したとして、ステップＳ６へ移る。
ステップＳ６において、変数Yを１増やしてステップＳ７へ移る。
【００５３】
ステップＳ７において、変数YがImageY−１以下の場合は、ステップＳ２へ移る。変数YがImageY−１を超える場合は、撮像画像Ｇにおける右側からの探索、及びスリット光Ｓの位置の抽出が終了したこととなる。
なお、ImageYとは撮像画像Ｇの上下幅サイズ（４８０画素）である。
ステップＳ８において、本来のスリット光Ｓの開始位置を示す変数XRにXの値を代入し、スリット光Ｓの開始位置を記録する。
【００５４】
ステップＳ９において、変数Xを１減らす。
ステップＳ１０において、撮像画像Ｇ中の画素（X， Y）の輝度が、輝度しきい値Bthre以上の場合は、ステップＳ９へ移る。画素（X， Y）の輝度が輝度しきい値Bthre未満の場合は、ステップＳ１１へ移る。
ステップＳ１１において、スリット光Ｓの終了位置を示す変数XLもXの値を代入し、スリット光Ｓの終了位置を記録する。
【００５５】
ステップＳ１２において、撮像画像Ｇ中で上下位置が変数Yの地点における、スリット光Ｓの左右幅SWに、XR−XLの値を代入する。
ステップＳ１３において、上下位置が変数Yでのスリット光Ｓ左右幅SWが、スリット幅しきい値Wthre以下であれば、ステップＳ１４に移る。左右幅SWがスリット幅しきい値Wthreを越える場合は、スリット光Ｓではないと判断し、スリット光候補探索部中のステップＳ４に処理を戻す。
【００５６】
ステップＳ１４において、終了位置XLから開始位置XRまでの範囲内で最大輝度を有する画素（X， Y）を探し、この画素（X， Y）を最大輝度画素XPとし、ステップＳ４に処理を戻す。
図１０（ｂ）に示した如く、スリット光位置抽出プログラムが算出した最大輝度画素XPのみを表示することによって、撮像画像Ｇ中には本来のスリット光Ｓだけが残ることとなる。
【００５７】
残った本来のスリット光Ｓは、撮像画像Ｇ中において折れ曲がった線（折れ線）で表され、この折れ線の折れ曲がった点の画素（X， Y）から、三角測量法の原理により、スリット光Ｓを照射した開先Ｋの形状（実際の角度、幅、深さ、）が計測できる。
したがって、溶接ワークＷの開先Ｋにスリット光Ｓを照射することで、反射スリット光Ｓ’が発生しても、撮像画像Ｇ中においてスリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側に存在するように投光器２及びカメラ３を配置しているので、撮像画像Ｇを投光器２の照射方向の基側から探索すれば、本来のスリット光Ｓを最初に検出でき、確実に本来のスリット光Ｓの位置を抽出できるため、安定した溶接ワークＷの開先Ｋ形状の計測が可能となる。
【００５８】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。溶接ワーク形状計測装置１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
溶接ワーク形状計測装置１は、撮像画像Ｇ中においてスリット光Ｓが反射スリット光Ｓ’よりも投光器２の照射方向の基側に存在するように配置できるのであれば、上述したように、投光器照射角αやカメラ主軸角βを基準として投光器２及びカメラ３の配置を決定しなくとも、投光器２とカメラ３とを、それぞれの高さ（溶接ワークＷの溶接線Ｌからの距離）を基準として配置してもよい。
【００５９】
スリット光位置抽出プログラムは、撮像画像Ｇの右側から探索しなくとも、撮像画像Ｇの左側、上側又は下側等から探索するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１    溶接ワーク形状計測装置
２    投光器
３    カメラ
３ａ  カメラのレンズ
４    画像処理装置
５    モニタ
６    溶接マニピュレータ
６ａ  溶接マニピュレータの溶接トーチ
Ｗ    溶接ワーク
Ｋ    溶接ワークの開先
Ｌ    溶接ワークの溶接線
θ    溶接ワークの開先がなす開先角
Ｒ    開先角の２等分線
Ｈ    開先角の２等分線と溶接線とを含む平面
Ｇ    撮像画像
Ｓ    スリット光
Ｓ’  反射スリット光
α    投光器照射角
β    カメラ主軸角
【図１】
2011200931.tif 000007
【図２】
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【図５】
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【図１１】
2011200931.tif 000010
【図３】
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【図４】
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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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