(57)【要約】【課題】ＣＣＤカメラで撮像した画像を処理することで仮付溶接ビードがあっても仮付溶接ビードを識別して溶接目標線への倣い溶接をすることができる自動溶接機を提供すること。【解決手段】自動溶接機の仮付溶接ビード判定部１４１は、開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ４の有無を判定する濃度値判定部Ｄ、開先エッジ領域画像中で濃度が変化する領域の境界線への接線と開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３と直交する線との成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ４の有無を判定するエッジ角度判定部Ａ、前記境界線に沿う検出セグメント位置の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ４の有無を判定する標準偏差値判定部Σの少なくとも一つ備える。【選択図】図４
2019063841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチをもつ溶接ロボットと、前記溶接ロボットに支持され、二つの開先エッジが突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードをもつ被溶接部材の溶接する部分より先の開先エッジ領域画像を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した前記開先エッジ領域画像を処理して溶接目標線を設定する画像処理装置と、前記画像処理装置で設定した前記溶接目標線に前記溶接トーチが倣うように前記溶接ロボットを制御するロボット制御部と、を有し、
前記画像処理装置は、仮付溶接ビード判定部と、前記溶接目標線と前記溶接トーチで溶接加工される溶接予定点とのズレを演算するズレ演算部と、を備え、
前記仮付溶接ビード判定部は、前記開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する濃度値判定部、前記開先エッジ領域画像の中で濃度が変化する境界線に沿う複数の検出セグメントを通る近似直線と基準線との成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定するエッジ角度判定部、前記境界線に沿う複数の検出セグメント位置の前記溶接目標線と交差する方向の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する標準偏差値判定部の少なくとも一つを備え、
前記ロボット制御部は、前記仮付溶接ビード判定部で仮付溶接ビード無と判定され且つ前記ズレ演算部でズレが演算されると、前記溶接トーチをズレが小となるように補正制御し、前記仮付溶接ビード判定部で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないことを特徴とする自動溶接機。
【請求項２】
前記濃度値判定部は、前記所定の濃度閾値をρkとρm（＞ρk）とすると、前記開先エッジ領域画像の濃度値ρが、ρk≦ρ、ρ＜ρmの少なくとも一方を満たすとき、仮付溶接ビード有と判定する請求項１に記載の自動溶接機。
【請求項３】
前記エッジ角度判定部は、前記所定のエッジ角度閾値をθｓとθｌ（＞θｓ）とすると、前記エッジ角度θが、θｓ以上及び或いはθｌ以下であるとき、仮付溶接ビード無と判定する請求項１又は２に記載の自動溶接機。
【請求項４】
溶接トーチをもつ溶接ロボットに支持された撮像部で、二つの開先エッジが突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードをもつ被溶接部材の溶接する部分より先の開先エッジ領域画像を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した前記開先エッジ領域画像を処理して溶接目標線を設定する溶接
目標線設定工程と、
前記溶接目標線設定工程で設定した前記溶接目標線に前記溶接トーチが倣うように前記溶接ロボットを制御するロボット制御工程と、を備え、
前記溶接目標線設定工程は、前記仮付溶接ビードの有無を判定する仮付溶接ビード判定工程と、前記溶接目標線と前記溶接トーチで溶接加工される溶接予定点とのズレを演算するズレ演算工程と、を備え、
前記仮付溶接ビード判定工程は、前記開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する濃度値判定工程、前記開先エッジ領域画像の中で濃度が変化する境界線に沿う複数の検出セグメントを通る近似直線と基準線との成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定するエッジ角度判定工程、前記境界線に沿う複数の検出セグメント位置の前記溶接目標線と交差する方向の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する標準偏差値判定工程の少なくとも一つを備え、
前記ロボット制御工程は、前記仮付溶接ビード判定工程で仮付溶接ビード無と判定され且つ前記ズレ演算工程でズレが演算されると、前記溶接トーチをズレが小となるように補正制御し、前記仮付溶接ビード判定工程で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないことを特徴とする自動溶接方法。
【請求項５】
前記ロボット制御工程は、前記補正制御を行わないとき、前記溶接トーチが予め設定された溶接予定線に倣うように前記溶接ロボットを制御する請求項４に記載の自動溶接方法。
【請求項６】
前記ロボット制御工程は、前記補正制御を行わないとき、前記溶接トーチが直前の溶接目標線の延長線に倣うように前記溶接ロボットを制御する請求項４に記載の自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮付溶接が行われた二つの開先エッジを有する継手を溶接する自動溶接機及び自動溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
仮付溶接ビードがあると、溶接が仮付溶接ビードに影響されるため、溶接ラインに倣って溶接することが容易でなかった。この点において、これまでも仮付溶接が行われた開先エッジを有する継手を溶接する自動溶接機が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この従来の自動溶接機は、溶接ラインに沿って左右に溶接ライン検出センサを２個ずつ計４個配置して、仮付溶接ビードを検出し、仮付溶接ビードの影響を無くそうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の自動溶接機は、多数の溶接ライン検出センサ（レーザ式光電センサ）を備えており、自動溶接機が高価になるという問題があった。また、多数の検出センサからの信号を処理する必要があり、且つ検出センサからの信号レベルは溶接ラインでも仮付溶接ビードでもキズ付き領域でも低レベルになるので、倣い制御処理が複雑になってしまう。倣い制御処理が複雑になると自動溶接機の信頼性が低くなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、倣い制御処理を単純化した自動溶接機及び自動溶接方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、倣い制御処理を単純化すべく、溶接目標線検出に撮像装置を用いることを想起して本発明を完成した。
【０００７】
課題を解決するためになされた本発明の自動溶接機は、溶接トーチをもつ溶接ロボットと、前記溶接ロボットに支持され、二つの開先エッジが突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードをもつ被溶接部材の溶接する部分より先の開先エッジ領域画像を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像した前記開先エッジ領域画像を処理して溶接目標線を設定する画像処理装置と、前記画像処理装置で設定した前記溶接目標線に前記溶接トーチが倣うように前記溶接ロボットを制御するロボット制御部と、を有し、前記画像処理装置は、仮付溶接ビード判定部と、前記溶接目標線と前記溶接トーチで溶接加工される溶接予定点とのズレを演算するズレ演算部と、を備え、前記仮付溶接ビード判定部は、前記開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する濃度値判定部、前記開先エッジ領域画像の中で濃度が変化する境界線に沿う複数の検出セグメントを通る近似直線と基準線との成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定するエッジ角度判定部、前記境界線に沿う複数の検出セグメント位置の前記溶接目標線と交差する方向の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する標準偏差値判定部の少なくとも一つを備え、前記ロボット制御部は、前記仮付溶接ビード判定部で仮付溶接ビード無と判定され且つ前記ズレ演算部でズレが演算されると、前記溶接トーチをズレが小となるように補正制御し、前記仮付溶接ビード判定部で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないことを特徴とする。
【０００８】
課題を解決するためになされた本発明の自動溶接方法は、溶接トーチをもつ溶接ロボットに支持された撮像部で、二つの開先エッジが突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードをもつ被溶接部材の溶接する部分より先の開先エッジ領域画像を撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した前記開先エッジ領域画像を処理して溶接目標線を設定する溶接目標線設定工程と、前記溶接目標線設定工程で設定した前記溶接目標線に前記溶接トーチが倣うように前記溶接ロボットを制御するロボット制御工程と、を備え、前記溶接目標線設定工程は、前記仮付溶接ビードの有無を判定する仮付溶接ビード判定工程と、前記溶接目標線と前記溶接トーチで溶接加工される溶接予定点とのズレを演算するズレ演算工程と、を備え、前記仮付溶接ビード判定工程は、前記開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する濃度値判定工程、前記開先エッジ領域画像の中で濃度が変化する境界線に沿う複数の検出セグメントを通る近似直線と基準線との成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定するエッジ角度判定工程、前記境界線に沿う複数の検出セグメント位置の前記溶接目標線と交差する方向の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して前記仮付溶接ビードの有無を判定する標準偏差値判定工程の少なくとも一つを備え、前記ロボット制御工程は、前記仮付溶接ビード判定工程で仮付溶接ビード無と判定され且つ前記ズレ演算工程でズレが演算されると、前記溶接トーチをズレが小となるように補正制御し、前記仮付溶接ビード判定工程で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
撮像部で撮像した開先エッジ領域画像を処理することで、仮付溶接ビードの有無を確実に判定して溶接トーチを溶接目標線に正確に沿わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る自動溶接機の概略構成図である。
【図２】図１の被溶接部材５０の上面視図であり、仮付溶接ビードの判定を説明する図である。
【図３】実施形態１に係る自動溶接機の動作のフローチャートである。
【図４】ＣＣＤカメラ１３で撮像した開先エッジ領域画像の部分拡大図である。
【図５】通常の画像処理で図形の境界をセンシングする様子を模式的に示すセンシングエリアＳＥ２である。
【図６】開先エッジ領域画像を画像処理して開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３を消去したセンシングエリアＳＥ１を模式的に示す図である。
【図７】開先エッジ領域画像を画像処理して開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３を消去したセンシングエリアＳＥ２を模式的に示す図である。
【図８】仮付溶接ビードが無いセンシングエリアＳＥ１において、検出セグメントＳの標準偏差値で仮付溶接ビードの有無を判定する様子を模式的に示す図である。
【図９】仮付溶接ビードが有るセンシングエリアＳＥ２において、検出セグメントＳの標準偏差値で仮付溶接ビードの有無の判定する様子を模式的に示す図である。
【図１０】仮付溶接ビードが無いセンシングエリアＳＥ１において、濃度が変化する境界線に沿う検出セグメントＳの近似直線と基準線Ｌｂとの成す角で仮付溶接ビードの有無の判定をする様子を模式的に示す図である。
【図１１】仮付溶接ビードが有るセンシングエリアＳＥ２において、濃度が変化する境界線に沿う検出セグメントＳの近似直線と基準線Ｌｂとの成す角で仮付溶接ビードの有無の判定をする様子を模式的に示す図である。
【図１２】実施形態４に係る自動溶接機の操作画面を示す図である。
【図１３】検証実験１の被溶接試験片を示す図である。
【図１４】検証実験１の結果で、仮付溶接ビード判定部を動作させないときの溶接線追従精度を示すグラフである。
【図１５】検証実験１の結果で、仮付溶接ビード判定部を動作させ、濃度値、エッジ角度、標準偏差の３つで仮付領域を判定したときの溶接線追従精度を示すグラフである。
【図１６】検証実験２の被溶接試験片を示す図である。
【図１７】検証実験２の方法を示す図である。
【図１８】検証実験２で仮付溶接ビードの有無を判定させるための濃度、標準偏差、エッジ角度のそれぞれの閾値を入力する画面であり、濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θの現在値を表示する画面でもある。
【図１９】検証実験２の結果で、濃度値判定部のみを動作させたときの溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【図２０】検証実験２の結果で、標準偏差値判定部のみを動作させたときの溶接線追従精度を示すグラフである。
【図２１】検証実験２の結果で、エッジ角度判定部のみを動作させたときの溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【図２２】検証実験３の結果で、濃度値判定部又は標準偏差値判定部を動作させたときの溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【図２３】検証実験４の結果で、濃度値判定部又はエッジ角度判定部を動作させたときの溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【図２４】検証実験５の結果で、標準偏差値判定部又はエッジ角度判定部を動作させたときの溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【図２５】検証実験６の被溶接試験片を示す図である。
【図２６】検証実験６の結果で、溶接目標線追従精度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施する形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
本実施形態の自動溶接機は、図１、２、４に示すように、溶接トーチ１２をもつ溶接ロボット１１と、溶接ロボット１１に支持され、二つの開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３が突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３をもつ被溶接部材５０の溶接する部分より先の開先エッジ領域画像を撮像する撮像部１３と、撮像部１３で撮像した開先エッジ領域画像を処理して溶接目標線ＷＬを設定する画像処理装置１４と、画像処理装置１４で設定した溶接目標線ＷＬに溶接トーチ１２が倣うように溶接ロボット１１を制御するロボット制御部１５を備え、画像処理装置１４は、仮付溶接ビード判定部１４１及び溶接目標線ＷＬと溶接トーチ１２で溶接加工される溶接予定点Ｐとのズレを演算するズレ演算部１４２を備えている。ロボット制御部１５は、仮付溶接ビード判定部１４１で仮付溶接ビード無と判定され且つズレ演算部１４２でズレが演算されると、溶接トーチ１２をズレが小となるように補正制御し、仮付溶接ビード判定部１４１で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないようになっている。また、本実施形態の仮付溶接ビード判定部１４１は、撮像部１３で撮像した開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定する濃度値判定部Ｄ（不図示）を備えている。
【００１２】
厳密な溶接目標線ＷＬは、図４に示すように開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３の中間線である。なお、図４は、拡大して模式的に示しており、実際は、クロスハッチングが施された開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隙は狭く、溶接目標線ＷＬは開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３と略一致する。
【００１３】
レーザ装置１６は、光導波路１７で溶接トーチ１２と連結されている。溶接トーチ１２には、集光レンズ系が組み込まれている。なお、溶接トーチ１２が、例えば、アーク溶接トーチの場合は、電線１７でアーク溶接電源１６と連結されている。撮像部１３は例えばＣＣＤカメラであり、画像処理装置１４はＣＰＵを備えている。
【００１４】
図２に示すように、被溶接部材５０は、２枚の金属板５２、５３が突き合わされて３カ所飛び飛びに仮付溶接されてなる。図２で、Ｋ１〜Ｋ３が仮付溶接ビードであり、Ｗｂは本実施形態に係る自動溶接機の溶接トーチ１２で溶接加工された溶接ビードを示す。
【００１５】
図４はＣＣＤカメラ１３で撮像した開先エッジ領域画像の部分拡大図で、説明の便宜上、金属板５２、５３の表面は濃度値が高い（白っぽい）ので、１点斜線が施されている。仮付溶接ビードＫ１の表面は、金属板５２、５３の表面より濃度値が低い（グレーぽい）ので、実線の斜線が施されている。金属板５２の開先エッジＯＥ５２と金属板５３の開先エッジＯＥ５３の間の隙間は光を殆ど反射しないので濃度が低く（黒っぽく）なる。よって、この隙間には実線のクロスハッチングが施されている。図４で、矩形領域ＳＥ１、ＳＥ２はセンシングエリアで、この矩形領域内の画像データを処理する。その一例として、仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の外径は３ｍｍのオーダであり、センシングエリアＳＥ１、ＳＥ２は３ｍｍ×３ｍｍ程度の大きさ、開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隙は０．１ｍｍのオーダである。また、矩形状センシングエリアＳＥ１、ＳＥ２において交差する一方の辺は溶接目標線ＷＬと交差し、他方の辺は溶接目標線ＷＬに沿う。
【００１６】
図４に示すように、仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３がないセンシングエリアＳＥ１では、濃度が変化する境界線（開先エッジＯＥ５２）に沿う検出セグメントｓ１、ｓ２を結ぶ線は、開先エッジＯＥ５２に平行となるので、ｓ１とｓ２を結ぶ線を溶接目標線ＷＬとすることができる。しかし、図５に示すように、仮付溶接ビードＫ１があるセンシングエリアＳＥ２では、検出セグメントｓｎ、ｓｎ+1は開先エッジＯＥ５２に沿うが、検出セグメントｓｎ+２、ｓｎ+3、ｓｎ+4・・・は仮付溶接ビードＫ１の輪郭線に沿うようになる。すると、仮付溶接ビードＫ１の輪郭線を溶接目標線と誤検出して、その誤検出した溶接目標線に倣うように溶接してしまう。そこで、本実施形態の自動溶接機は、仮付溶接ビードのあるセンシングエリアでは、溶接目標線の設定をしないようにした。すなわち、本実施形態の自動溶接機は、センシングエリア内の仮付溶接ビードの有無を判定し、仮付溶接ビードがある場合は、予め設定された溶接予定線に沿うように溶接トーチ１２を制御する。図４の符号Ｐは、溶接トーチ１２で溶接加工される溶接予定点である。
【００１７】
本実施形態の濃度値判定部Ｄは、所定の濃度閾値と開先エッジ領域画像のセンシングエリアＳＥ１、ＳＥ２、・・・の平均濃度値ρaveとを比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を次のように判定する。まず、開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隔が所定値より狭い場合、画像処理装置１４が開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３を視認できないように画像処理する。すなわち、画像処理装置１４は、開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隔が広くなるほど黒く表示され、開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隔が狭くなるほど淡く表示されるように処理する。すると、開先エッジＯＥ５２とＯＥ５３の間隔が基準値以下であれば、溶接目標線ＷＬが表示されなくなる。したがって、濃度値判定部Ｄは、画像処理により溶接目標線ＷＬが表示されないようにして、仮付溶接ビードＫ１のみを表示するようにし、仮付溶接ビードＫ１の有無を判定するものである。
【００１８】
図６に濃度値判定部Ｄが所定の濃度基準値の入力により溶接目標線ＷＬが表示されないようにしたセンシングエリアＳＥ１を示す。図７に、濃度値判定部Ｄが所定の濃度基準値の入力により溶接目標線ＷＬが表示されないように画像処理したセンシングエリアＳＥ２を示す。このように溶接目標線ＷＬが表示されないので、仮付溶接ビードＫ１の有無を確実に判定することできる。
【００１９】
例えば、白・黒濃度を２５６分割し、真白を２５５、真黒を０とすると、上記したように、金属板５２、５３の表面は白色に近く濃度値ρｍが大きい。仮付溶接ビードＫ１の表面は灰色に近く濃度値ρｋは金属板５２、５３の表面の濃度値ρｍより小さい。すなわち、ρｋ＜ρｍである。よって、図７の仮付溶接ビードＫ１のあるセンシングエリアＳＥ２全体の平均濃度値をρaveとすると、ρｋ≦ρave＜ρｍである。したがって、濃度値判定部Ｄは、所定の濃度閾値をρｋとρｍ（＞ρｋ）とすると、開先エッジ領域画像のセンシングエリアの平均濃度値ρaveが、ρｋ≦ρave、ρave＜ρｍの少なくとも一方を満たすとき仮付溶接ビード有と判定することができる。このようにすることで、仮付溶接ビードの有無を安定して判定することができる。
【００２０】
様々な開先エッジ、仮付溶接ビードをもつ被溶接部材で実験した結果、開先エッジ画像の白・黒濃度を２５６分割し、白を２５５、黒を０としたとき、ρｋ＜２０．０、ρｍ＞１１５．０であることがわかった。そこで、濃度値判定部Ｄは、平均濃度値ρaveが、２０≦ρave、及び又は、ρave＜１１５のとき仮付溶接ビード有りと判定するようにするとよい。
【００２１】
次に本実施形態の自動溶接機の作動について、図３のフローチャートにより説明する。まず、仮付溶接された被溶接部材５０がテーブル２０に載置され、溶接ロボット１１は溶接トーチ１２が溶接開始点Ｗｓと溶接終了点Ｗｅを結ぶ溶接予定線に倣うようにティーチングされて溶接がスタートする。溶接がスタートすると、ステップ１００でＣＣＤカメラ１３が開先エッジ領域画像（開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３を含む領域の画像）を取得する。次に、ステップ１１０で画像処理装置１４が開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３（〜溶接目標線ＷＬ）座標を取得する。次に、ステップ１２０で仮付溶接ビード判定部１４１が仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定する。ステップ１２０で仮付溶接ビードが無と判定されると、ズレ演算部１４２がステップ１３０で開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３（〜溶接目標線ＷＬ）座標位置と溶接トーチ１２で溶接加工される溶接予定点Ｐとのズレ（差）を演算判定する。ステップ１３０で差が大と判定されるとステップ１５０でロボット制御部１５が差を小となるように補正制御し、ステップ１６０で溶接が継続される。ステップ１２０で仮付溶接ビード有と判定されると、ステップ１４０でロボット制御部１５が溶接目標線ＷＬへの倣いをストップし、ステップ１６０に進み、溶接開始点Ｗｓと溶接終了点Ｗｅを結ぶ溶接予定線に倣うように溶接される。
【００２２】
（実施形態２）
本実施形態の自動溶接機は、実施形態１の自動溶接機の仮付溶接ビード判定部１４１が標準偏差値判定部Σ（不図示）を備えるようにしたものである。
【００２３】
図８にセンシングエリアＳＥ１での標準偏差値判定の様子を示す。センシングエリアＳＥ１には仮付溶接ビードＫ１がないので、検出セグメントｓ１、ｓ２、・・・ｓｎは濃度が変化する境界線（開先エッジＯＥ５２）に沿う。したがって、各検出セグメントｓ１、ｓ２、・・・ｓｎのx座標（検出セグメント位置）をｘ１、ｘ２、・・・・ｘｎとしたときの標準偏差値σse1は小さい値になる。
【００２４】
一方、図９に示すセンシングエリアＳＥ２の場合、検出セグメントｓｎ、ｓｎ+１、ｓｎ+２は濃度が変化する境界線（開先エッジＯＥ５２）に沿い、検出セグメントｓｎ+３、ｓｎ+４、ｓｎ+５は仮付溶接ビードＫ１の境界線に沿う。したがって、各検出セグメントｓｎ、ｓｎ+１、ｓｎ+２、ｓｎ+３、ｓｎ+４、ｓｎ+５のｘ座標をｘｎ、ｘｎ+１、ｘｎ+２、・・・ｘｎ+５としたときの標準偏差値σse2は大きくなり、σse2＞σse1である。
【００２５】
本実施形態の標準偏差値判定部Σは、標準偏差値σが所定の標準偏差閾値σｌ未満のとき仮付溶接ビード無と判定する。
【００２６】
様々な開先エッジ、仮付溶接ビードをもつ被溶接部材で実験した結果、σ１＝５０とすると仮付溶接ビードの有無を正確に判定できることがわかった。そこで、変形態様の自動溶接機の標準偏差値判定部Σは、σ１＝５０として仮付溶接ビードの有無を判定する。
【００２７】
（実施形態３）
本実施形態の自動溶接機は、実施形態１の自動溶接機の仮付溶接ビード判定部１４１がエッジ角度判定部Ａ（不図示）を備えるようにしたものである。
【００２８】
図１０にセンシングエリアＳＥ１でのエッジ角度判定の様子を示す。センシングエリアＳＥ１には仮付溶接ビードＫ１がないので、検出セグメントｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４は濃度が変化する境界線（開先エッジＯＥ５２）に沿う。したがって、ｓ１とｓ４を結ぶ近似直線ＳＬ１と基準線Ｌｂとの成すエッジ角度θは９０°に近くなる。
【００２９】
一方、図１１に示すセンシングエリアＳＥ２の場合、検出セグメントｓｎとｓｎ+１を結ぶ近似直線ＳＬ２と基準線Ｌｂとの成すエッジ角度θは９０°より大きくなる。そこで、本実施形態では、９０°を所定のエッジ角度閾値とする。
【００３０】
本実施形態では、基準線Ｌｂを開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３と直交する線（Ｘ軸）としたが、矩形状センシングエリアのＸ軸に平行する辺を基準線としてもよい。
【００３１】
本実施形態のエッジ角度判定部Ａは、θが９０°より大きいとき仮付溶接ビード有と判定し、θが９０°のとき仮付溶接ビード無と判定する。
【００３２】
エッジ角度判定部Ａは、所定のエッジ角度閾値をθｓとθｌ（＞θｓ）とすると、開先エッジ領域画像のエッジ角度θが、θｓ以上及び或いはθｌ以下であるとき、仮付溶接ビード無と判定するようにしてもよい。このようにすることで、仮付溶接ビードの有無を安定して判定することができる。
【００３３】
様々な開先エッジ、仮付溶接ビードをもつ被溶接部材で実験した結果、θｓ＝７５°、θｌ＝１０５°のとき、エッジ角度判定部Ａが確実に仮付溶接ビードの有無を判定できることがわかった。そこでエッジ角度判定部Ａは、θが７５°以上及び或いは１０５°以下のとき、仮付溶接ビード無と判定するようにするとよい。
【００３４】
（実施形態４）
本実施形態の自動溶接機は、実施形態１の自動溶接機の仮付溶接ビード判定部１４１が濃度値判定部Ｄ、標準偏差値判定部Σ、及びエッジ角度判定部Ａを備えるようにしたものである。
【００３５】
図１２に本実施形態に係る自動溶接機の操作画面を示す。図１２では点線円で囲まれたボタンが選択されているので、濃度値、又は標準偏差値、又はエッジ角度のどれか一つでも仮付溶接ビード有の判定が行われた場合にステップ１４０（図３参照）に進むことができる。なお、図１２の例では、濃度値、標準偏差値、エッジ角度のすべてが仮付溶接ビード無と判定しているので（操作画面における状態の仮付判定に表示がないので）、ステップ１３０（図３参照）へ進むことになる。
【００３６】
本実施形態の自動溶接機では、濃度値、標準偏差値、エッジ角度を「ＡＮＤ」或いは［ＯＲ］で自由に組み合わせることにより、様々な状況での仮付溶接ビードの識別が可能となり、溶接ロボットによる溶接施工の安定化につながる。例えば、濃度値、標準偏差値、エッジ角度のどれか一つで仮付溶接ビードの識別を行えば、識別時間が短縮できるが、精度、信頼性を高くすることができない。一方、濃度値、標準偏差値、エッジ角度の三つで仮付溶接ビードの識別を行えば、識別時間が長くなるが、誤識別の確率が低くなり、識別の精度、信頼性が高くなる。溶接施工の種類によっては、濃度値、標準偏差値、エッジ角度のどれか一つで仮付溶接ビードの識別を行えばよい場合もあれば、濃度値、標準偏差値、エッジ角度の三つで仮付溶接ビードの識別を行う必要がある場合もある。溶接施工の種類に応じて、濃度値、標準偏差値、エッジ角度を「ＡＮＤ」或いは［ＯＲ］で自由に組み合わせることにより、溶接を安定して行うことができる。
【００３７】
（実施形態５）
本実施形態の自動溶接方法は、溶接トーチ１２をもつ溶接ロボット１１に支持されたＣＣＤカメラ１３で、二つの開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３が突き合わされて飛び飛びに仮付溶接された仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３をもつ被溶接部材５０の開先エッジ領域画像を撮像する撮像工程Ｐ１と、撮像工程Ｐ１で撮像した開先エッジ領域画像を処理して開先エッジＯＥ５２、ＯＥ５３の中間線である溶接目標線ＷLを設定する溶接目標線設定工程Ｐ２と、溶接目標線設定工程Ｐ２で設定した溶接目標線ＷLに溶接トーチ１２が倣うように溶接ロボット１１を制御するロボット制御工程Ｐ３と、を備え、溶接目標線設定工程Ｐ２は、仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定する仮付溶接ビード判定工程Ｐ４と、溶接目標線ＷLと溶接トーチ１２で溶接加工される溶接予定点Ｐとのズレを演算するズレ演算工程と、を備え、仮付溶接ビード判定工程Ｐ４は、撮像工程Ｐ１で撮像した開先エッジ領域画像の濃度値ρを所定の濃度閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定する濃度値判定工程Ｐ４１、撮像工程Ｐ１で撮像した開先エッジ領域画像の中で濃度が変化する境界線へ沿う複数の検出セグメントｓ１、ｓ２、・・ｓｎを通る近似直線と基準線Ｌｂとの成すエッジ角度θを所定のエッジ角度閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定するエッジ角度判定工程Ｐ４２、前記境界線に沿う複数の検出セグメントｓ１、ｓ２、・・ｓｎ位置の溶接目標線ＷLと交差する方向の標準偏差値σを所定の標準偏差閾値と比較して仮付溶接ビードＫ１〜Ｋ３の有無を判定する標準偏差値判定工程Ｐ４３の少なくとも一つを備え、ロボット制御工程Ｐ３は、仮付溶接ビード判定工程Ｐ４で仮付溶接ビード無と判定され且つズレ演算工程Ｐ５でズレが演算されると、溶接トーチ１２をズレが小となるように補正制御し、仮付溶接ビード判定工程Ｐ４で仮付溶接ビード有と判定されると、前記補正制御を行わないようにする。
【００３８】
変形態様の自動溶接方法は、ロボット制御工程Ｐ３が前記補正制御を行わないとき、溶接トーチ１２を予め設定された溶接予定線に倣うように制御する。また別の変形態様の自動溶接方法は、ロボット制御工程Ｐ３が前記補正制御を行わないとき、溶接トーチ１２を直前の溶接目標線ＷＬの延長線に倣うように制御する。
【００３９】
（検証実験１）
レーザビームを出さないで、仮付溶接ビード判定部１４１が濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θで仮付溶接ビードの有無を判定した場合の溶接トーチの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。すなわち、板厚２．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼板の突合せ継手材を用いて仮付溶接ビードの判定機能を発揮させる場合と発揮させない場合で溶接目標線ＷＬへの追従精度を比較した。
【００４０】
試験片を図１３に示す。板厚２．６ｍｍ、長さ４１０ｍｍ、幅３０ｍｍのＳＰＣＣ鋼板２枚を突合せ継手にして、試験片の溶接開始点Ｗsから溶接終了点Ｗeまで溶接トーチを走行させた。仮付溶接ビードＫ１、Ｋ２、Ｋ３はレーザスポット溶接によるもので、直径３．２ｍｍの円形である。なお、本検証実験では、開先がない突合せ継ぎ手で開先ギャップ０として実験した。溶接ロボットには、溶接開始点Ｗsではネライはずし量を０ｍｍ、溶接終了点Ｗeではネライはずし量を２ｍｍとなるように、溶接目標線ＷLに対して溶接予定線を意図的にずらすようにティーチングした。
【００４１】
図１４は、仮付溶接ビード判定部１４１を機能させないときの溶接トーチ１２の溶接目標線ＷＬからのズレ量の変化を示している。最大で０．７ｍｍのズレが発生している。
【００４２】
図１５は、仮付溶接ビード判定部１４１を機能させたときの溶接トーチ１２の溶接目標線ＷＬからのズレ量の変化を示している。これから、仮付溶接ビード判定部１４１を機能させたときの溶接トーチ１２の溶接目標線ＷＬからのズレ量の最大値が０．０９５ｍｍであることがわかる。このズレ量は、レーザ溶接を行う上で良好な溶接品質を確保するのに問題とならない。
【００４３】
（検証実験２）
レーザ溶接を行って、仮付溶接ビード判定部１４１が濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θのいずれかで仮付溶接ビードの有無を判定した場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。すなわち、板厚１．２ｍｍのＳＰＣＣ鋼板の突合せ継手材を用いて、仮付溶接ビード判定部１４１が濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θのいずれか一つを用いて仮付溶接ビードの有無を判定した場合の溶接トーチの溶接目標線ＷＬへの追従精度を調べた。
【００４４】
試験片を図１６に示す。板厚１．２ｍｍ、長さ３２０ｍｍ、幅３０ｍｍのＳＰＣＣ鋼板２枚を突合せ継ぎ手にして、１００ｍｍピッチで３カ所仮付溶接した。なお、本実験では、開先がない突合せ継ぎ手で開先ギャップを０として実験が行われた。
【００４５】
レーザパワーは２ＫＷで、溶接速度は３ｍ／ｍｉｎである。溶接ロボットには、溶接開始点Ｗsではネライはずし量を０ｍｍ、溶接終了点Ｗeではネライはずし量を１．５ｍｍとなるように、溶接目標線ＷLに対して溶接予定線を意図的にずらすようにティーチングした。溶接後、マイクロスコープを用いて、溶接目標線ＷLの位置と溶接後の溶接ビード中心位置を測定して倣い精度を評価した。全溶接長３００ｍｍに対して、４０ｍｍのピッチで７カ所長さ３０ｍｍの溶接を行った後、溶接目標線ＷLの位置と溶接後の溶接ビード中心位置のズレδを測定した（図１７参照。）。
【００４６】
仮付溶接ビードの有無の判定のために、濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θの閾値を入力した。その入力画面を図１８に示す。濃度値ρが濃度閾値２０以上及び１１５以下のとき、仮付溶接ビード有と判定する。標準偏差値σが標準偏差閾値５０以上のとき仮付溶接ビード有と判定する。エッジ角度θがエッジ角度閾値７５°以上及び１０５°以下のとき仮付溶接ビードが無と判定する。すなわち、エッジ角度θが７５°未満、１０５°を越えるとき、仮付溶接ビード有と判定する。
【００４７】
図１９に濃度値ρ単独で仮付溶接ビードの有無を判定したときの溶接ビードの溶接目標線ＷLからのズレ量を示す。平均ズレ量は０．０８３ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１２０ｍｍ、最小０．０２ｍｍの倣いズレが生じている。最大でも＋０．１２０ｍｍの倣いズレであり、濃度値のみの判定でもレーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００４８】
図２０に標準偏差値σ単独で仮付溶接ビードの有無を判定したときの溶接ビードの溶接目標線ＷLからのズレ量を示す。平均ズレ量は０．０８７ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１３０ｍｍ、最小０．０５ｍｍの倣いズレが生じている。標準偏差値のみの判定でもレーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００４９】
図２１にエッジ角度θ単独で仮付溶接ビードの有無を判定したときの溶接ビードの溶接目標線ＷLからのズレ量を示す。平均ズレ量は０．０８０ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１１ｍｍ、最小０．０５ｍｍの倣いズレが生じている。エッジ角度のみの判定でもレーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００５０】
（検証実験３）
仮付溶接ビード判定部１４１が仮付溶接ビードの有無の判定を、濃度値ρと標準偏差値σとの「ＯＲ」で行った場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。試験片、実験条件等は、検証実験２と同じであるので、説明を省略する。
【００５１】
図２２に実験結果を示す。平均ズレ量は０．０５２ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１３０ｍｍ、最小０．０６ｍｍの倣いズレが生じている。濃度値ρと標準偏差値σを「ＯＲ」で組み合わせた場合でも、仮付溶接ビードによる外乱に影響されることなく、レーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００５２】
（検証実験４）
仮付溶接ビード判定部１４１が仮付溶接ビードの有無の判定を、濃度値ρとエッジ角度θとの「ＯＲ」で行った場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。試験片、実験条件等は、検証実験２と同じであるので、説明を省略する。
【００５３】
図２３に実験結果を示す。平均ズレ量は０．０８８ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１４０ｍｍ、最小０．０４ｍｍの倣いズレが生じている。濃度値ρとエッジ角度θを「ＯＲ」で組み合わせた場合でも、仮付溶接ビードによる外乱に影響されることなく、レーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００５４】
（検証実験５）
仮付溶接ビード判定部１４１が仮付溶接ビードの有無の判定を、標準偏差値σとエッジ角度θとの「ＯＲ」で行った場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。
【００５５】
図２４に実験結果を示す。平均ズレ量は０．０８３ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１２０ｍｍ、最小０．０５ｍｍの倣いズレが生じている。標準偏差値σとエッジ角度θを「ＯＲ」で組み合わせた場合でも、仮付溶接ビードによる外乱に影響されることなく、レーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００５６】
（検証実験６）
仮付溶接ビード判定部１４１が濃度値ρと標準偏差値σ及びエッジ角度θで仮付溶接ビードの有無を判定した場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。
【００５７】
試験片を図２５に示す。板厚１．２ｍｍ、長さ６１０ｍｍ、幅３０ｍｍのＳＰＣＣ鋼板２枚を突合せ継ぎ手にして、１５０ｍｍピッチで４カ所仮付溶接した。なお、本実験では、開先がない突合せ継ぎ手で開先ギャップを０として実験が行われた。
【００５８】
レーザパワーは、２ＫＷで、溶接速度は３ｍ／ｍｉｎである。溶接ロボットには、溶接開始点Ｗsではネライはずし量を０ｍｍ、溶接終了点Ｗeではネライはずし量を２ｍｍとなるように、溶接目標線ＷLに対して意図的にずらすようにティーチングした。溶接後、マイクロスコープを用いて、溶接目標線ＷLの位置と溶接後の溶接ビード中心位置を測定して倣い精度を評価した。全溶接長６００ｍｍに対して、４０ｍｍのピッチで１５カ所長さ３０ｍｍの溶接を行った後、溶接目標線ＷLの位置と溶接後の溶接ビード中心位置のズレδを測定した（図１７参照。）。
【００５９】
仮付溶接ビードの有無の判定のために、濃度値ρ、標準偏差値σ、エッジ角度θの閾値を入力した（図１８参照）。濃度値ρが濃度閾値２０以上及び濃度閾値１１５以下のとき、仮付溶接ビード有と判定する。標準偏差値σが標準偏差閾値５０以上のとき仮付溶接ビード有と判定する。エッジ角度θがエッジ角度閾値７５°以上及びエッジ角度閾値１０５°以下のとき仮付溶接ビードが無と判定する。すなわち、エッジ角度θが７５°未満、１０５°を越えるとき、仮付溶接ビード有と判定する。
【００６０】
濃度値ρ、標準偏差値σ及びエッジ角度θの３つを「ＯＲ」で組み合わせて仮付溶接ビード判定部１４１が仮付溶接ビードの有無を判定した場合の溶接ビードの溶接目標線ＷＬへの追従性を調べた。
【００６１】
図２６に実験結果を示す。平均ズレ量は０．０５０ｍｍであり、溶接目標線ＷLの座標位置に対して最大＋０．１４０ｍｍ、最小−０．０３５ｍｍの倣いズレが生じている。仮付溶接ビードによる外乱に影響されることなく、レーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしている。
【００６２】
溶接速度を１ｍ／ｍｉｎ（レーザパワー：１．２ＫＷ）、５ｍ／ｍｉｎ（レーザパワー：３ＫＷ）、７ｍ／ｍｉｎ（レーザパワー：３．５ＫＷ）、１０ｍ／ｍｉｎ（レーザパワー：５ＫＷ）にして、同様の実験を行った。
【００６３】
それぞれの溶接速度での平均ズレ量は、溶接速度１ｍ／ｍｉｎでは０．０４１ｍｍ、溶接速度５ｍ／ｍｉｎでは０．０６２ｍｍ、溶接速度７ｍ／ｍｉｎでは０．０８２ｍｍ、溶接速度１０ｍ／ｍｉｎでは０．０４５ｍｍであった。いずれの溶接条件でもレーザ溶接で良好な溶接が可能な倣い精度±０．１５ｍｍを満たしていることがわかった。
【００６４】
以上本発明は、このような実施形態、検証実験に何ら限定されるものでなく、突き合わせ継手以外の角継手、重ね継手、隅肉継手、重ね隅肉継手、Ｔ継手、フレア継手、へり継手等に適用可能である。また、本発明は、溶接以外の肉盛、ろう付けする際の倣いにも適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１１・・・・・・・・・・溶接ロボット
１２・・・・・・・・・・溶接トーチ
１３・・・・・・・・・・撮像部
１４・・・・・・・・・・画像処理装置
１４１・・・・・・・・仮付溶接ビード判定部
１４２・・・・・・・・ズレ演算部
１５・・・・・・・・・・ロボット制御部
５０・・・・・・・・・・被溶接部材
Ｄ・・・・・・・・・・・濃度値判定部
Σ・・・・・・・・・・・標準偏差値判定部
Ａ・・・・・・・・・・・エッジ角度判定部
Ｋ１〜Ｋ４・・・・・・・仮付溶接ビード
ＯＥ５２、ＯＥ５３・・・開先エッジ
ｓ１、ｓ２、・・ｓｎ・・検出セグメント
ρ・・・・・・・・・・・濃度値
θ・・・・・・・・・・・エッジ角度
σ・・・・・・・・・・・標準偏差値
【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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【図２６】
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