(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、
前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、
アーク長を設定する設定部と、
を備え、
前記算出部は、３次元座標上の開先の境界位置から前記各撮影装置までの当該各撮影装置の光軸方向に沿った第１の距離と、３次元座標上の電極の先端位置から前記各撮影装置までの前記光軸方向に沿った距離と前記設定されたアーク長とを加算した第２の距離と、を算出し、
前記狙い位置補正部は、前記算出された第１の距離と前記第２の距離との差が閾値を超える場合に、前記画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置を誤検出であると判定する判定部を更に備える溶接装置。
【請求項２】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、
前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、
アーク長を設定する設定部と、
を備え、
前記算出部は、３次元座標上の電極の先端位置から３次元座標系の開先の境界位置までの前記各撮影装置の光軸方向に沿った第３の距離を算出し、
前記狙い位置補正部は、前記算出された第３の距離と前記設定されたアーク長との差が閾値を超える場合に、前記画像処理によって各画像上に検出された電極の先端位置及び／又は開先の境界位置を誤検出であると判定する判定部を備える溶接装置。
【請求項３】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、
前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、
アーク長を設定する設定部と、
を備え、
前記算出部は、３次元座標上の電極の先端位置から３次元座標上の前記開先の境界位置までの前記各撮影装置の光軸方向に沿った第３の距離を算出し、
前記狙い位置補正部は、前記算出された第３の距離が前記設定されたアーク長と等しくなるように、前記光軸方向における前記電極の位置を移動制御する溶接装置。
【請求項４】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、
前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、
を備え、
前記算出部は、溶融池に対する一方の開先の前層の境界位置から前記各撮影装置までの当該各撮影装置の光軸方向に沿った距離と、溶融池に対する他方の開先の前層の境界位置から前記各撮影装置までの前記光軸方向に沿った距離と、の差を算出し、
前記算出された前層の互いの距離の差と、前記互いの距離の差に応じた溶接の狙い位置の制御パターンと、を記憶する記憶部をさらに備え、
前記狙い位置補正部は、前記記憶された前層の互いの距離の差と前記制御パターンとに基づいて、次層の溶接の狙い位置を補正する溶接装置。
【請求項５】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、
前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記画像処理によって各画像上の開先の上端縁の位置をさらに検出し、
前記開先の形状の設計値を含む設計情報を記憶する記憶部と、
前記画像処理によって各画像上に検出された前記開先の境界位置及び前記開先の上端縁の位置と前記記憶された設計情報とに基づいて、３次元座標上の開先の境界位置を推測する推測部と、
をさらに備え、
前記狙い位置補正部は、前記算出部によって算出された３次元座標上の開先の境界位置と前記推測された３次元座標上の開先の境界位置との間の離間距離が閾値を超える場合に、前記画像処理によって各画像上に検出された前記開先の境界位置を誤検出であると判定する判定部を備える溶接装置。
【請求項６】
前記複数の撮影装置は、溶接ワイヤをさらに含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影し、
前記画像処理部は、前記複数の撮影装置により撮影された各画像を画像処理することによって前記各画像上の溶接池に対する溶接ワイヤの挿入位置を検出し、
前記算出部は、前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記挿入位置に対応した３次元の座標位置を算出し、
前記狙い位置補正部は、算出された３次元座標上における、前記溶接ワイヤの挿入位置、前記電極の先端位置及び前記開先の境界位置に基づいて、前記溶接ワイヤを移動制御する、
請求項１から５のいずれかに記載の溶接装置。
【請求項７】
前層の溶接の狙い位置を記憶する記憶部をさらに備え、
前記狙い位置補正部は、前記記憶された前層の溶接の狙い位置に基づいて、次層の溶接の狙い位置を補正する、
請求項１から５のいずれかに記載の溶接装置。
【請求項８】
溶接条件を設定する設定部をさらに備え、
前記複数の撮影装置は、それぞれの前面に、特定の波長の光を透過させる光学フィルタを備え、
さらに、前記複数の撮影装置は、前記設定された溶接条件に応じて、しぼり、ゲイン、及びシャッタ速度の少なくともひとつを調整する、
請求項１から７のいずれかに記載の溶接装置。
【請求項９】
溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から複数の撮影装置で撮影するステップと、
前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と前記開先の溶融池に対する境界位置とを検出するステップと、
前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出するステップと、
３次元座標上の開先の境界位置から前記各撮影装置までの当該各撮影装置の光軸方向に沿った第１の距離と、３次元座標上の電極の先端位置から前記各撮影装置までの前記光軸方向に沿った距離と前記設定されたアーク長とを加算した第２の距離と、を算出するステップと、
前記算出された第１の距離と前記第２の距離との差が閾値を超える場合に、前記画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置を誤検出であると判定するステップと、
を有する溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接装置及び溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接対象物の開先と溶接トーチの電極との相対位置を計測して溶接狙い位置を制御する自動溶接装置が知られている。自動溶接装置は、溶接対象物の加工精度や組立精度によっては、溶接狙い位置にずれが生じ、この場合、欠陥の発生が懸念される。このため、溶接狙い位置は、溶接中に補正される必要がある。
【０００３】
例えば、一対の溶接対象物における各開先の周辺部分の画像を画像処理することで、溶接池に対する両側の開先境界を検出し、この検出結果に基づいて溶接狙い位置を補正する方法がある。また、溶融池の３次元形状の計測結果に基づいて溶接狙い位置を補正する方法なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７９７７４
【特許文献２】特開２０１２−２５４４７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さらに、レーザスリット光を利用して開先の２次元形状を計測し、この計測結果に基づいて溶接狙い位置を補正する方法も知られている。ただし、この方法では、レーザスリット光の干渉により、溶接の品質評価にとって重要なプール形状、前層のビード形状、開先面などの検出が困難となる。
【０００６】
そこで、前述した画像処理を利用する溶接狙い位置の補正方法の適用が考えられる。しかしながら、この方法は、光源となるアークが溶接条件やシールドガスなどの影響で変化し、このアークの変化が画像処理の結果に与える影響が非常に大きく、このため、開先面を誤検出してしまう場合がある。
【０００７】
一方、溶融池の３次元形状の計測結果を利用した溶接狙い位置の補正方法では、例えば、アーク周辺の輝度が高い領域を除外し、輝度が比較的低い溶融池の例えば後方部分などの計測結果が利用される。このため、溶接中において最も重要であるアーク周辺の状況をリアルタイムには取得できず、溶接狙い位置における補正の精度が懸念される。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、溶接の狙い位置を適切に補正することができる溶接装置及び溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施の形態の溶接装置は、溶接中の開先と溶接トーチの電極とを含む領域をそれぞれ異なる位置から撮影する複数の撮影装置と、前記複数の撮影装置で撮影された前記領域の各画像を画像処理することによって、前記各画像上の前記電極の先端位置と溶融池に対する前記開先の境界位置とを検出する画像処理部と、前記画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、前記各画像上の前記先端位置及び前記境界位置にそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する算出部と、前記算出部による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する狙い位置補正部と、アーク長を設定する設定部と、を備え、前記算出部は、３次元座標上の開先の境界位置から前記各撮影装置までの当該各撮影装置の光軸方向に沿った第１の距離と、３次元座標上の電極の先端位置から前記各撮影装置までの前記光軸方向に沿った距離と前記設定されたアーク長とを加算した第２の距離と、算出し、前記狙い位置補正部は、前記算出された第１の距離と前記第２の距離との差が閾値を超える場合に、前記画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置を誤検出であると判定する判定部を更に備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る溶接装置の構成を機能的に示すブロック図。
【図２Ａ】図１の溶接装置により溶接される被溶接部分の断面図。
【図２Ｂ】図２Ａとは異なる方向からみた被溶接部分の断面図。
【図２Ｃ】図１の溶接装置が備えた撮影装置で撮影される画像の一例を示す図。
【図３Ａ】図１の溶接装置が備えた撮影装置により、輝度の設定を高めに調整して被溶接部分を撮影した画像。
【図３Ｂ】図１の溶接装置が備えた撮影装置により、輝度の設定を適切に調整して被溶接部分を撮影した画像。
【図４】図１の溶接装置による開先及び電極の検出範囲を例示した平面図。
【図５Ａ】図１の溶接装置によるステレオ視を用いた３次元座標上における開先の境界位置の算出方法を説明するための図。
【図５Ｂ】図５Ａの算出方法により算出された境界位置が誤判定であった場合の処理を説明するための図。
【図６】図１の溶接装置による溶接方法を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態に係る自動溶接装置の構成を機能的に示すブロック図。
【図８】第３の実施形態に係る自動溶接装置の構成を機能的に示すブロック図。
【図９】第４の実施形態に係る自動溶接装置の構成を機能的に示すブロック図。
【図１０Ａ】図９の溶接装置による開先の境界位置の推測方法を説明するための平面図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの推測方法を説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態の溶接装置１０は、溶接対象物２ａ、２ｂにおける開先の溶融池２３に対する境界位置１ａ、１ｂと、溶接トーチの電極２２の先端位置と、の相対的な位置関係に基づいて、溶接の狙い位置を自動制御（補正）する例えば非消耗電極式の自動溶接装置である。
【００１２】
すなわち、溶接装置１０は、複数（例えば２台）の撮影装置１１ａ、１１ｂ、画像入力部１２ａ、１２ｂ、画像処理部１８、３次元情報算出部（算出部）１５、設定部７及び狙い位置補正部１９を備えている。上記した設定部７は、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、アーク長などを含む溶接条件を設定する。
【００１３】
本実施形態の溶接対象物２ａ、２ｂは、ステンレス鋼などの合金鋼や炭素鋼といった鋼材が、溶接対象の母材となる。この溶接対象物２ａ、２ｂには、図２Ａ、図２Ｃに示すように、開先面３ａ、３ｂを有する例えばＶ型の開先（Ｖ型狭開先）が形成されている。なお、開先の形状は、このような狭開先に限定されるものではない。また、本実施形態では、図２Ａに示すように、複数回の溶接パスを経て、これらの溶接対象物２ａ、２ｂを溶接する多層盛溶接が適用される。
【００１４】
図２Ａに示すように、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂは、溶接中の開先、溶接トーチの電極２２（電極の先端部分）、溶接ワイヤ２１の先端部、アーク２４及び溶融池２３を含むアーク周辺の領域（被溶接部分）を、それぞれ異なる位置から撮影する複数のカメラである。また、個々の撮影装置１１ａ、１１ｂは、上記したアーク周辺の領域を、それぞれ同じ画角内に収めるようにして撮影する。
【００１５】
複数の撮影装置１１ａ、１１ｂは、それぞれの前面に、特定の波長の光を透過させる光学フィルタ９ａ、９ｂを備えている。この光学フィルタ９ａ、９ｂは、アーク光が撮影装置１１ａ、１１ｂに直接的に受光されることを抑制することで、電極２２や開先面３ａ、３ｂなどとアーク光との光量差を小さくし、視覚的な認識性を向上させている。
【００１６】
アーク光の強さは、設定部７が設定する溶接電流などの溶接条件によって異なり、図３Ａに示すように、撮影された画像の輝度が高い場合、画像処理部１８による画像処理が困難になる可能性がある。そこで、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂは、設定された溶接条件に応じて、しぼり、ゲイン、及びシャッタ速度の少なくともひとつを自動調整する。これにより、図３Ｂに示すように、輝度が適切に調整された、画像処理しやすい画像を得ることが可能となる。
【００１７】
画像入力部１２ａ、１２ｂは、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂによって各々撮影されたアーク周辺の領域の各画像をそれぞれ入力する（入力を受け付ける）。一方、画像処理部１８は、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂで撮影されたアーク周辺の領域の各画像を画像処理することによって、各画像上（２次元座標上）の電極の先端位置と溶融池２３に対する開先の境界位置１ａ、１ｂ（一方の開先の境界位置１ａ及び他方の開先の境界位置１ｂ）とを検出する。
【００１８】
具体的には、画像処理部１８は、電極先端検出部１３ａ、１３ｂ及び開先検出部１４ａ、１４ｂを有する。図４に示すように、開先検出部１４ａ、１４ｂは、画像入力部１２ａ、１２ｂで入力を受け付けた各画像から、一方（図４中の左側）の開先の境界位置１ａに対応した左側開先境界検出範囲５ａと、他方（図４中の右側）の開先の境界位置１ｂに対応した右側開先境界検出範囲５ｂと、を切り出し、この切り出した画像を取り込む。また、電極先端検出部１３ａ、１３ｂは、画像入力部１２ａ、１２ｂで入力を受け付けた各画像から、電極２２の先端位置に対応した電極先端検出範囲６を切り出し、この切り出した画像を取り込む。
【００１９】
電極先端検出部１３ａ、１３ｂ及び開先検出部１４ａ、１４ｂは、このような画像処理によって、誤検出の防止及び画像処理に要する時間の短縮を図っている。具体的には、溶接トーチの電極２２は、温度が高く、その周辺よりも輝度が高い。電極先端検出部１３ａ、１３ｂは、この輝度の違いに基づき、電極２２の２次元座標上の先端位置を検出して出力する。一方、温度が高く輝度の高い溶融池２３とアーク光が反射するため輝度の高い開先面３ａ、３ｂとの間に、開先の境界位置１ａ、１ｂは、存在し、輝度が低い。開先検出部１４ａ、１４ｂは、これらの輝度の違いを基に、一方及び他方の開先における２次元座標上の境界位置１ａ、１ｂ（図４中の溶融池２３の左側及び右側のきわ）をそれぞれ検出して出力する。
【００２０】
３次元情報算出部１５は、画像処理された各画像を用い、三角測量の原理に基づくステレオ視によって、当該各画像上の電極２２の先端位置及び開先の境界位置１ａ、１ｂにそれぞれ対応した３次元（３次元座標系）の座標位置を算出する。この３次元情報算出部１５は、対応付け演算処理部１５ａ、１５ｂを備えている。
【００２１】
例えば、図５Ａに示すように、互いに異なる位置に配置された複数の撮影装置１１ａ、１１ｂは、異なる座標系を有しているといえ、それぞれの投影座標中心（撮影装置１１ａ、１１ｂの前面の中心位置）２５ａ、２５ｂ、検出点（例えば上記した開先の境界位置１ａ、１ｂ、電極２２の先端位置）の画素座標２６ａ、２６ｂ、撮影装置１１ａ、１１ｂの互いの位置関係に基づいて、検出点２７の３次元座標系の座標位置を算出することが可能となる。
【００２２】
詳述すると、例えば２台の撮影装置１１ａ、１１ｂを用いたステレオ視（平行ステレオ視）では、３次元空間中の検出点２７（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における２台の撮影装置１１ａ、１１ｂの撮影画像上への投影点の画素座標を（ｘm，ｙm）、（ｘn，ｙn）とするとき以下の式１が成り立つ。
【００２３】
【数１】
0006755709.tif 000002
【００２４】
ここで、２台の撮影装置１１ａ、１１ｂは、同一仕様のカメラであり、図５Ａに示すように、平行等位に設置されている。平行等位とは、２台の撮影装置１１ａ、１１ｂの光軸を平行にして、撮像面を一致させ、さらに撮像面の横軸（ｘ軸）も一致させた配置である。なお、上記した投影座標中心２５ａ、２５ｂは、それぞれ、撮影装置１１ａ、１１ｂ前面の中心位置である。また、式１中のｆは、撮影装置１１ａ、１１ｂの焦点距離（撮影装置１１ａ、１１ｂの前面から画素座標上までの光軸方向に沿った距離）であり、式１中のＢは、撮影装置１１ａ、１１ｂどうしの離間距離（ベースライン）である。
【００２５】
また、上記した式１は、分母をｘm−ｘnでそろえるようにして書き換えると、下記の式２でも表現できる。
【００２６】
【数２】
0006755709.tif 000003
【００２７】
式２中のｘm−ｘnは、２つの画像上における投影点の横方向のずれ量であり、いわゆる視差である。図５Ａに示すように、検出点２７の奥行きＺ（深さＺE）は、Ｂとｆが一定であれば、視差（ｘm−ｘn）により一意に決まり、それと反比例の関係にある。すなわち、奥行きが小さい（対象が近い）とき、視差は大きな値となり、逆に奥行きが大きい（対象が遠い）と、視差は小さくなる。
【００２８】
３次元情報算出部１５は、このようなステレオ視を利用して、各画像上の電極２２の先端位置及び開先の境界位置１ａ、１ｂにそれぞれ対応した３次元座標上（３次元座標系）の座標位置を算出する。
【００２９】
さらに、狙い位置補正部１９は、３次元情報算出部１５による算出結果に基づいて、溶接の狙い位置を補正する。この狙い位置補正部１９は、誤検出判定部１６及び溶接狙い位置演算部１７を有している。ここで、３次元情報算出部１５は、３次元座標上の開先の境界位置１ａ、１ｂから各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの当該各撮影装置の光軸方向に沿った第１の距離ＺＥと、３次元座標上の電極２２の先端位置から各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの光軸方向に沿った距離と設定部７に設定されたアーク長とを加算した第２の距離と、を算出する。
【００３０】
誤検出判定部１６は、画像処理部１８の開先検出部１４ａ、１４ｂによって検出された２次元座標上の開先の境界位置が、誤検出であるか否かを、３次元情報算出部１５の対応付け演算処理部１５ｂによって算出された３次元の座標位置（開先の３次元の境界位置）に基づいて判定する。具体的には、誤検出判定部１６は、算出された上記第１の距離と第２の距離との差が閾値を超える場合に、開先検出部１４ａ、１４ｂの画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置を誤検出であると判定する。一方、溶接狙い位置演算部１７は、誤検出判定部１６により誤検出ではないと判定された場合に、３次元座標上における開先の境界位置１ａ、１ｂと電極２２の先端位置とに基づいて、溶接の狙い位置を演算により求める。
【００３１】
ここで、一般には、電極２２の先端位置は、外乱の影響が比較的小さいものの、開先の境界位置を検出する際には、アーク光や外乱の影響が大きく、境界位置を誤検出してしまうことが懸念される。作業者が視認して誤検出であるか否かを判断することは容易ではあるものの、溶接装置１０が、誤検出であるか否かを自動で判断をするためには、画像処理により検出された開先の境界位置が妥当であるか否かの判断材料が必要である。この判断材料としては、開先の境界位置における深さの情報（撮影装置１１ａ、１１ｂの光軸に沿った奥行き情報）を適用することが考えられる。この深さの情報は、上記したようにステレオ視によって得ることが可能となる。
【００３２】
一方、画像処理によって検出された開先の境界位置が誤検出であると誤検出判定部１６が判定した場合、溶接狙い位置演算部１７は、図５Ｂに示すように、検出点２７と例えば誤検出点（誤検出であると判定さされた開先の境界位置）２８、若しくは、複数の誤検出点（同様に誤検出であると判定された開先の複数の境界位置）２８、に基づいて、疑似検出点２９の深さＺFを算出する。
【００３３】
この場合、画像処理部１８の開先検出部１４ａ、１４ｂは、上記の疑似検出点２９の３次元の座標位置に基づいて、図４に示す左側開先境界検出範囲５ａ及び右側開先境界検出範囲５ｂを制限（前回の切り出し範囲とは別の範囲に再設定）して、画像処理による開先の境界位置の再検出を行う。これにより、再度の誤検出を抑制することが可能になる。
【００３４】
次に、このように構成された溶接装置１０による溶接方法を図６に示すフローチャートに基づき説明する。まず、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂは、溶接中の開先及び溶接トーチの電極２２の先端部分を含むアーク周辺の領域を、それぞれ異なる位置から撮影する（Ｓ１）。次に、画像入力部１２ａ、１２ｂは、撮影されたアーク周辺の領域の各画像の入力を受け付ける（Ｓ２）。
【００３５】
次いで、画像処理部１８は、画像入力部１２ａ、１２ｂで入力を受け付けた各画像を画像処理することによって、各画像上の電極２２の先端位置と溶融池２３に対する開先の境界位置１ａ、１ｂを検出する（Ｓ３）。さらに、３次元情報算出部１５は、画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、各画像上の電極２２の先端位置及び開先の境界位置１ａ、１ｂにそれぞれ対応した３次元の座標位置を算出する（Ｓ４）。
【００３６】
ここで、３次元情報算出部１５は、３次元座標上の開先の境界位置１ａ、１ｂから各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの当該各撮影装置の光軸方向に沿った第１の距離と、３次元座標上の電極２２の先端位置から各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの前記光軸方向に沿った距離と設定されたアーク長とを加算した第２の距離と、を算出する。
【００３７】
続いて、誤検出判定部１６は、前述した第１の距離と第２の距離との差が閾値を超えているか否かを判断する（Ｓ５）。閾値を超えている場合（Ｓ５のＹＥＳ）、誤検出判定部１６は、画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置を誤検出であると判定する（Ｓ６）。さらにこの際、画像処理部１８は、左側開先境界検出範囲５ａ及び右側開先境界検出範囲５ｂを新たに設定して、画像処理による開先の境界位置を再検出する（Ｓ７）。
【００３８】
一方、第１の距離と第２の距離との差が閾値を超えていない場合（Ｓ５のＮＯ）、狙い位置補正部１９は、３次元情報算出部１５による算出結果（３次元座標上の開先の境界位置１ａ、１ｂと３次元座標上の電極２２の先端位置と）に基づいて、溶接の狙い位置を補正する（Ｓ８）。
【００３９】
既述したように、本実施形態の溶接装置１０及び溶接方法をよれば、ステレオ視によって得られる３次元座標上の開先の境界位置１ａ、１ｂ及び電極２２の先端位置を適用することで、溶接の狙い位置を適切に補正することができる。なお、本実施形態では、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂを備えることで、例えば溶接線が直線ではなく、円弧のような場合でも、開先の境界位置の検出を好適に行うことが可能となる。
【００４０】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態を図７に基づき説明する。本実施形態に係る溶接装置３０は、第１の実施形態に係る溶接装置１０の画像処理部１８、３次元情報算出部１５及び狙い位置補正部１９に代えて、図７に示すように、画像処理部３８、３次元情報算出部３５、並びに誤検出判定部３６及び溶接狙い位置演算部３７を含む狙い位置補正部３９を有すると共に、前層処理記憶部３４をさらに備えている。
【００４１】
前層処理記憶部３４は、前層（１パス前）の溶接の狙い位置を含む以前の層の溶接の狙い位置を、時系列情報として記憶している。一方、狙い位置補正部３９は、前層処理記憶部３４に記憶された例えば前層の溶接の狙い位置に基づいて、次層の溶接の狙い位置を補正する。つまり、溶接装置３０では、前層の溶接狙い位置の情報を次層の溶接狙い位置の制御に反映させることができる。
【００４２】
また、前層処理記憶部３４は、画像処理部３８によって検出された前層の開先の境界位置１ａ、１ｂを記憶する。また、狙い位置補正部３９は、前層処理記憶部３４に記憶された前層の開先の境界位置に基づいて、次層の溶接の狙い位置を補正する。
【００４３】
より具体的には、画像処理部３８は、例えば、前層で検出された開先の境界位置が誤検出でなかった場合、前層の左側開先境界検出範囲５ａ及び前層の右側開先境界検出範囲５ｂを基に、次層の左側及び右側の開先境界検出範囲を設定することが可能となる。この結果、狙い位置補正部３９では、誤検出の発生を抑制できることに加え、溶接の狙い位置の精度を高めることができる。
【００４４】
また、本実施形態の３次元情報算出部３５は、溶融池２３に対する一方の開先の前層の境界位置１ａから各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの当該各撮影装置の光軸方向に沿った距離と、溶融池に対する他方の開先の前層の境界位置１ｂから各撮影装置１１ａ、１１ｂまでの前記光軸方向に沿った距離と、の差を算出する。
【００４５】
一方、前層処理記憶部３４は、このように算出された前層の互いの距離の差と、当該互いの距離の差に応じた溶接の狙い位置の制御パターン（狙い位置制御のデータベース）と、をさらに記憶している。また、前述した狙い位置補正部３９は、前層処理記憶部３４に記憶された前層の互いの距離の差と前記の制御パターンとに基づいて、次層の溶接の狙い位置を補正する。これにより、本実施形態の溶接装置３０によれば、前層の溶接が一方又は他方の開先側に寄ってしまった場合などにおいても、次層の溶接でこれを修正することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態の画像処理部３８は、複数の撮影装置１１ａ、１１ｂにより撮影された各画像を画像処理することによって各画像上の溶接池２３に対する溶接ワイヤ２１の挿入位置を検出する。また、３次元情報算出部３５は、この画像処理された各画像を用いるステレオ視によって、各画像上の溶接ワイヤ２１の挿入位置に対応した３次元の座標位置を算出する。さらに、狙い位置補正部３９は、算出された３次元座標上における、溶接ワイヤの挿入位置、電極２２の先端位置及び開先の境界位置１ａ、１ｂに基づいて、溶接ワイヤ２１を移動制御する。
【００４７】
これにより、本実施形態の溶接装置３０では、より正確に溶接の狙い位置を補正できることに加え、補正したこの溶接の狙い位置に溶接ワイヤ２１を正しく配置することが可能となる。
【００４８】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態を図８に基づき説明する。本実施形態に係る溶接装置５０は、第１の実施形態に係る溶接装置１０の３次元情報算出部１５並びに狙い位置補正部１９に代えて、図８に示すように、３次元情報算出部５５、並びに誤検出判定部５６及び溶接狙い位置演算部５７を含む狙い位置補正部５９を備えている。
【００４９】
すなわち、３次元情報算出部５５は、３次元座標上の電極２２の先端位置から３次元座標系の開先の境界位置１ａ、１ｂまでの各撮影装置１１ａ、１１ｂの光軸方向に沿った第３の距離を算出する。一方、誤検出判定部５６は、算出されたこの第３の距離と設定部７に設定されたアーク長との差が閾値を超える場合に、画像処理部１８での画像処理によって各画像上に検出された電極２２の先端位置１ａ、１ｂ及び／又は開先の境界位置を誤検出であると判定する。
【００５０】
さらに、このような誤検出判定部５６及び溶接狙い位置演算部５７を有する狙い位置補正部５９は、上記した第３の距離と設定されたアーク長との差が閾値を超えていない場合、算出された第３の距離が設定されたアーク長と等しくなるように、溶接の狙い位置を補正すると共に、補正した溶接の狙い位置に基づき、撮影装置１１ａ、１１ｂの光軸方向における電極２２の位置を移動制御する。
【００５１】
したがって、本実施形態の溶接装置５０によれば、より適切に溶接の狙い位置を補正することが可能であると共に、アーク長に起因する欠陥の発生を抑えることができる。
【００５２】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態を図９、図１０Ａ及び図１０Ｂに基づき説明する。本実施形態に係る溶接装置７０は、第１の実施形態に係る溶接装置１０の画像処理部１８並びに狙い位置補正部１９に代えて、図９に示すように、画像処理部７８並びに誤検出判定部７６及び溶接狙い位置演算部７７を含む狙い位置補正部７９を有すると共に、設計情報記憶部７１及び開先境界位置推測部７２をさらに備えている。
【００５３】
画像処理部７８は、第１の実施形態の画像処理部１８の構成に加え、画像入力部１２ａ、１２ｂで入力を受け付けた各画像を画像処理することによって各画像上の開先の上端縁の位置（図１０Ａ中に示すように、開先の境界位置１ａ、１ｂとＹ座標が等しい開先の上端縁の位置）８ａ、８ｂをさらに検出する。また、設計情報記憶部７１は、開先の形状の設計値を含む設計情報を記憶している。
【００５４】
さらに、開先境界位置推測部７２は、図９、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、画像処理部７８の画像処理によって各画像上に検出された開先の境界位置及び開先の上端縁の位置８ａ、８ｂと設計情報記憶部７１に記憶された設計情報とに基づいて、３次元座標上の開先の境界位置を推測（算出）する。言い換えると、開先境界位置推測部７２は、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、画像処理によってそれぞれ得られた２次元座標上における開先の上端縁の位置８ａ、８ｂから開先の境界位置１ａ、１ａまでの距離ＸGと、２次元座標上の開先の当該上端縁の位置８ａ、８ｂ及び開先の形状の設計情報から算出された、開先の上端面から溶融池２３に対する開先の境界の深さ位置までの前記光軸方向に沿った距離ＺGとに基づいて、３次元座標上の開先の境界位置を推測する。
【００５５】
また、狙い位置補正部７９の誤検出判定部７６は、３次元情報算出部１５によって算出された３次元座標上の開先の境界位置と開先境界位置推測部７２によって推測された３次元座標上の開先の境界位置との間の離間距離が閾値を超える場合に、画像処理部７８の画像処理によって各画像上に検出された２次元座標上の開先の境界位置を誤検出であると判定する。
【００５６】
つまり、本実施形態の溶接装置７０によれば、画像処理による２次元座標上の開先の境界位置についての誤検出をより的確に判定することができ、これにより、溶接の狙い位置を補正する精度を向上させることができる。
【００５７】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、溶接の狙い位置を適切に補正することができる。
【００５８】
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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ…開先の境界位置、２ａ，２ｂ…溶接対象物、３ａ，３ｂ…開先面、５ａ…左側開先境界検出範囲、５ｂ…右側開先境界検出範囲、６…電極先端検出範囲、７…設定部、８ａ，８ｂ…開先の上端縁の位置、９ａ，９ｂ…光学フィルタ、１０，３０，５０，７０…溶接装置、１１ａ，１１ｂ…撮影装置、１２ａ，１２ｂ…画像入力部、１３ａ，１３ｂ…電極先端検出部、１４ａ，１４ｂ…開先検出部、１５，３５，５５…３次元情報算出部、１５ａ，１５ｂ…対応付け演算処理部、１６，３６，５６，７６…誤検出判定部、１７，３７，５７，７７…溶接狙い位置演算部、１８，３８，７８…画像処理部、１９，３９，５９，７９…狙い位置補正部、２１…溶接ワイヤ、２２…溶接トーチの電極、２３…溶融池、２４…アーク、３４…前層処理記憶部、７１…設計情報記憶部、７２…開先境界位置推測部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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