(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、
前記被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を算出する開先計測センサと、
前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めする位置決め装置と、
前記被溶接物を軸心線が回転装置の回転軸心線と略一致するように配置して、前記位置決め装置によって位置決めされた開先計測センサに対して被溶接物を回転させる回転装置と、
当該回転装置の回転軸心線を中心とする回転角度を計測する回転角度計測装置と、
前記開先計測センサと前記回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記回転角度計測装置から前記回転装置の回転角度に関する回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第一受付手段と、
前記回転角度情報を前記第一受付手段で受け付けた第一受付時間と関連付けて格納する第一バッファと、
少なくとも前記回転装置の回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報の回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第一バッファに格納された回転角度情報とに基づいて、前記第一受付時間の位相遅れ時間前に対応する前記回転装置の回転角度を補正回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、
前記三次元開先位置を、前記位置決め装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える、開先計測システム。
【請求項２】
前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、補正回転角度間の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を補間する第一補間手段をさらに備える、請求項１記載の開先計測システム。
【請求項３】
前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正回転角度と１つ前の補正回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置情報が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第一判定手段をさらに備えており、
当該第一判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正回転角度に基づいて、少なくとも第一判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間すべくなしてある、請求項１記載の開先計測システム。
【請求項４】
複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、
ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第二受付手段と、
複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第一平均・分散算出手段と、
前記第二受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第一回転速度変更手段とをさらに備える、請求項１記載の開先計測システム。
【請求項５】
前記位置決め装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付けてなる、請求項１記載の開先計測システム。
【請求項６】
前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体である、請求項１記載の開先計測システム。
【請求項７】
中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、
前記被溶接物を、被溶接物の軸心線と載置面の中心を載置面の垂直方向に通る中心線とが略一致するように載置して固定する載置台と、
当該載置台上の被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を計測するように構成された開先計測センサと、
前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めして、前記被溶接物の軸心線を中心に公転または自転させるセンサ回転装置と、
当該センサ回転装置の回転軸心線を中心とするセンサ回転角度を計測するセンサ回転角度計測装置と、
前記開先計測センサと前記センサ回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記センサ回転角度計測装置から前記センサ回転装置のセンサ回転角度に関するセンサ回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第三受付手段と、
前記センサ回転角度情報を前記第三受付手段で受け付けた第二受付時間と関連付けて格納する第二バッファと、
少なくとも前記センサ回転装置のセンサ回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報のセンサ回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第二バッファに格納されたセンサ回転角度情報とに基づいて、前記第二受付時間の位相遅れ時間前の前記センサ回転装置のセンサ回転角度を補正センサ回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、
前記三次元開先位置を、前記センサ回転装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える、開先計測システム。
【請求項８】
前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、補正センサ回転角度間の被溶接物の三次元開先位置を補間する第二補間手段をさらに備える、請求項７記載の開先計測システム。
【請求項９】
前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正センサ回転角度と１つ前の補正センサ回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第二判定手段をさらに備えており、
当該第二判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正センサ回転角度に基づいて、第二判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間すべくなしてある、請求項７記載の開先計測システム。
【請求項１０】
複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、
ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第四受付手段と、
複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正センサ回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第二平均・分散算出手段と、
前記第四受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第二回転速度変更手段とをさらに備える、請求項７記載の開先計測システム。
【請求項１１】
前記センサ回転装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付けてなる、請求項７記載の開先計測システム。
【請求項１２】
前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体である、請求項７記載の開先計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スリット光センサやスポット光を走査する方式のセンサなどを用いて被溶接物の開先位置を計測する開先計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットなどを用いた従来の自動溶接システムでは、ワークの個体差や位置決め誤差を吸収するために、溶接前にレーザスポット光をスキャニングする方式のセンサやレーザスリット光センサ（光切断法）などを用いて予めワークの開先位置を計測し、当該計測データに基づいて溶接ロボットへの指令値を演算する（補正する）ように構成されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されている装置は、ワークの開先（溶接線）と直交するレーザスリット光をワーク上に照射する光源と、ワーク上からの反射光を受光するエリアセンサとを有している。この装置は、前記反射光の輝度信号に基づいた二次元位置データを用いてワークの開先位置を算出している。しかしながら特許文献１の第５図のような重ね隅肉溶接の場合、レーザスリット光の端点がワークの開先ギャップ幅、ワーク開先端面の形状、２次反射像などにより影響を受けるため、二次元位置データを用いるだけではワークの開先位置を精度良く計測することができない場合がある。具体的には例えばワークの開先ギャップ幅が大きい場合、レーザスリット光の端点が開先ギャップ内まで延びて真の開先位置からずれることがある。
【０００４】
また特許文献２に開示されている装置は、配管の開先形状を二次元形状計測する変位センサと、配管内に取り付けられ変位センサを回転させる回転装置とを有する。この装置の変位センサは、配管の開口部の淵にレーザビームスポットを径方向内方から径方向外方に走査しながら、配管の径方向のそれぞれの位置における配管の軸方向の高さを計測するものである。しかしながらこの装置は配管の開先形状を計測するには適切であるが、略同じ形態を有する多数のワークを所定のタクトタイム内に順次溶接する必要がある場合、すなわちタクトタイムが重視される場合には不向きである。つまりこのような場合に上記装置を用いると、上記変位センサを一々溶接完了のワークから取り外し次のワークに取り付けなければならないので、その作業に時間が掛かり、タクトタイムを所定のタクトタイム内に抑えることができないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２２８７７７号公報 （第２−３頁、第１図、第２図、第５図）
【特許文献２】特開２０００−３４６６３７号公報 （第４頁、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、被溶接物の開先位置を精度良く、および／または迅速に計測することができる開先計測システム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】
【０００７】
本発明に係る開先計測システムは、中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、前記被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を算出する開先計測センサと、前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めする位置決め装置と、前記被溶接物を軸心線が回転装置の回転軸心線と略一致するように配置して、前記位置決め装置によって位置決めされた開先計測センサに対して被溶接物を回転させる回転装置と、当該回転装置の回転軸心線を中心とする回転角度を計測する回転角度計測装置と、前記開先計測センサと前記回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記回転角度計測装置から前記回転装置の回転角度に関する回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第一受付手段と、前記回転角度情報を前記第一受付手段で受け付けた第一受付時間と関連付けて格納する第一バッファと、少なくとも前記回転装置の回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報の回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第一バッファに格納された回転角度情報とに基づいて、前記第一受付時間の位相遅れ時間前の前記回転装置の回転角度を補正回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、前記三次元開先位置を、前記位置決め装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える。
【０００８】
この構成によれば、位相遅れ補正手段を用いて、前記回転装置の回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度などに起因する、前記三次元開先位置情報と回転角度情報との位相ずれを解消することが可能となる。その結果、被溶接物の開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【０００９】
ところで被溶接物は、その開先位置を本発明に係る開先計測システムによって計測した後、回転装置上に載置して固定したまま溶接エリアに搬送される。そしてこの被溶接物は、その開先に沿って溶接ロボットなどによって溶接される。その際溶接ロボットのコントローラは、開先計測システムから前記被溶接物の三次元開先位置情報を受け付ける。そしてこのコントローラは、予め設定された、被溶接物の座標系の基点と、溶接ロボットの座標系の基点との相対位置関係を用いて、前記三次元開先位置情報を溶接ロボットの座標系に変換する。このようにするのは、被溶接物と溶接ロボットとの間の離隔距離が、開先計測システムの位置決め装置と溶接ロボットとの離隔距離に比べてかなり短いことから、三次元開先位置を被溶接物の座標系から溶接ロボットの座標系に変換する方が、三次元開先位置を開先計測システムの位置決め装置の座標系から溶接ロボットの座標系に変換する場合よりも精度良く変換することが可能であるからである。
【００１０】
またこの構成では、前記回転装置を用いて開先計測センサに対して被溶接物を回転させて被溶接物の開先位置を計測するようになっている。すなわち、開先計測センサを一旦所定位置に設置したあと、被溶接物を回転させるだけで開先計測センサの位置を調整する必要がない。その結果、被溶接物の開先位置を迅速に計測することが可能となる。
【００１１】
またこの発明に係る開先計測システムでは、前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、当該補正回転角度間の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を補間する第一補間手段をさらに備えることが望ましい。
【００１２】
一般的に、開先計測センサの画像処理速度は、フレームレートが上限となり、30Hzまたは60Hz程度である。このように開先計測センサの画像処理速度はフレームレートによって制限されるので、60Hzで計測した場合でも、１°間隔のデータを得るためには、回転速度は６０°／ｓ以下にしなければならず、１周３６０°を計測するのに６秒以上を要する。一方、タクトタイムを短縮するため回転速度を上げると、計測間隔が大きくなり、所望の計測点における被溶接物の三次元開先位置を得ることができない場合がある。これに対処するため本発明では、補正回転角度および被溶接物の座標系に変換された三次元開先位置に基づいて、当該補正回転角度間の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を補間している。その結果、回転装置の回転速度によらず、所望の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を得ることが可能となる。これにより、被溶接物の三次元開先位置を迅速にかつ精度良く計測することが可能となる。
【００１３】
またこの発明に係る開先計測システムでは、前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正回転角度と１つ前の補正回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第一判定手段をさらに備えており、当該第一判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正回転角度に基づいて、少なくとも第一判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間するように構成してもよい。
【００１４】
通常被溶接物の開先は滑らかであり連続的に形成されている。従って被溶接物の計測された三次元開先位置も連続性を有する。本発明では、このような性質を用いて三次元開先位置情報が異常であるか否かを判定している。そして正常であると判定された三次元開先位置情報を用いて、当該第一判定手段によって異常であると判断された被溶接物の三次元開先位置を補間する。これにより、被溶接物の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００１５】
またこの発明に係る開先計測システムでは、複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第二受付手段と、複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第一平均・分散算出手段と、前記第二受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第一回転速度変更手段とをさらに備えることが望ましい。
【００１６】
上述した２つのパラメータ（平均値、分散値）は開先計測システムの計測値のばらつきを表すものである。従ってこの２つのパラメータを算出することにより当該計測値のばらつきを把握することが可能となる。そして本発明では、この計測値のばらつきに応じて前記回転装置の回転速度を上げている。具体的には、開先計測システムの計測値のばらつきが小さい場合、回転装置の回転速度を上げ、逆に開先計測システムの計測値のばらつきが大きい場合、回転装置の回転速度を下げる。ここで、開先計測システムの計測値のばらつきが大きい場合とは、例えば被溶接物の品種を変更した直後のような場合をいう。以上により、回転装置の回転速度を変更する場合においても、開先計測システムの計測精度を所定範囲内に維持することが可能となる。換言すれば、開先計測システムの計測精度を所定範囲内に維持しながら、回転装置の回転速度を変更することが可能となる。
【００１７】
またこの発明に係る開先計測システムにおいて、前記位置決め装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付ける構成としてもよい。これにより、開先計測センサを、被溶接物の三次元開先位置を計測するのに好適な位置に容易に移動させることができる。その結果、被溶接物の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００１８】
またこの発明に係る開先計測システムにおいて、前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体であり、前記開先計測センサが上述した開先計測装置であってもよい。これにより、被溶接物の開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００１９】
また本発明に係る別の開先計測システムは、中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、前記被溶接物を、被溶接物の軸心線と載置面の中心を載置面の垂直方向に通る中心線とが略一致するように載置して固定する載置台と、当該載置台上の被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を計測するように構成された開先計測センサと、前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めして、前記被溶接物の軸心線を中心に公転または自転させるセンサ回転装置と、当該センサ回転装置の回転軸心線を中心とするセンサ回転角度を計測するセンサ回転角度計測装置と、前記開先計測センサと前記センサ回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記センサ回転角度計測装置から前記センサ回転装置のセンサ回転角度に関するセンサ回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第三受付手段と、前記センサ回転角度情報を前記第三受付手段で受け付けた第二受付時間と関連付けて格納する第二バッファと、少なくとも前記センサ回転装置のセンサ回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報のセンサ回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第二バッファに格納されたセンサ回転角度情報とに基づいて、前記第二受付時間の位相遅れ時間前のセンサ回転角度を補正センサ回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、前記三次元開先位置を、前記センサ回転装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える。
【００２０】
この構成では、上記回転装置に代えて開先計測センサを被溶接物に対して回転させるセンサ回転装置を備える。これにより、中空円筒状の被溶接物の開先位置を確実に計測することが可能となる。また位相遅れ補正手段および変換手段を備えるので、既述した理由とと同様の理由により、被溶接物の開先位置を精度良くかつ迅速に計測することが可能となる。
【００２１】
また本発明に係る別の開先計測システムでは、前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、補正センサ回転角度間の被溶接物の三次元開先位置を補間する第二補間手段をさらに備えることが望ましい。この構成によれば、既述した理由と同様の理由により、被溶接物の三次元開先位置を迅速にかつ精度良く計測することが可能となる。
【００２２】
また本発明に係る別の開先計測システムでは、前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正センサ回転角度と１つ前の補正センサ回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第二判定手段をさらに備えており、当該第二判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正センサ回転角度に基づいて、第二判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間するように構成することが望ましい。この構成によれば、既述した理由と同様の理由により、被溶接物の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００２３】
また本発明に係る別の開先計測システムでは、複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第四受付手段と、複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正センサ回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第二平均・分散算出手段と、前記第四受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第二回転速度変更手段とをさらに備えることが望ましい。この構成によれば、既述した理由と同様の理由により、被溶接物の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００２４】
また本発明に係る別の開先計測システムにおいて、前記センサ回転装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付ける構成としてもよい。これにより、開先計測センサを、被溶接物の三次元開先位置を計測するのに好適な位置に容易に移動させることができる。その結果、被溶接物の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００２５】
また本発明に係る別の開先計測システムにおいて、前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体であり、前記開先計測センサが上述した開先計測装置であってもよい。これにより、被溶接物の開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被溶接物の開先位置を精度良く、および／または迅速に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る開先計測システムの概略構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る開先計測システムの演算処理装置の機能を示すブロック図である。
【図３】位相遅れ時間について説明する説明図である。
【図４】計測値（変換された三次元開先位置）と補正回転角度との関係を示すグラフである。
【図５】計測値（変換された三次元開先位置）と補正回転角度との関係を示すグラフである。
【図６】キャリブレーションプレートの正面図である。
【図７】本発明に係る開先計測システムの処理フロー図である。
【図８】開先計測センサと計測対象物との位置関係の一例を示す概略斜視図である。
【図９】画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【図１０】本発明の実施形態に係る開先計測装置の演算処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】三次元変換を説明する説明図である。
【図１２】開先計測プログラム１の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は処理フロー図を示し、（ｂ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【図１３】開先計測プログラム２の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は開先計測センサと計測対象物との位置関係の一例を示し、（ｂ）は処理フロー図を示し、（ｃ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【図１４】開先計測プログラム３の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は処理フロー図を示し、（ｃ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係る開先計測システムの概略構成を示す構成図である。
【００３０】
図１に示すように、例えば計測対象物１は径の異なる２つの中空円筒体（例えば、乗用車の車輪のリムとディスク）から構成される。この計測対象物１は、大径の中空円筒体２内に小径の中空円筒体（以下、被溶接物という）３を重ね合わせるように挿入して両者を重ね隅肉溶接することができるような状態に形成されている。なお、ここでは、計測対象物１が２つの中空円筒体から構成されるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
本発明に係る開先計測システム１０は、計測対象物１を回転させる回転装置１１と、計測対象物１のうちの被溶接物３の開先位置を計測する開先計測センサ１２と、この開先計測センサ１２を支持するとともに被溶接物３の開先位置の計測が可能な位置に位置決めする位置決め装置１３とを備える。
【００３２】
前記回転装置１１は、計測対象物１を載置する回転テーブル１１ａと、この回転テーブル１１ａを回転させる駆動装置１１ｂとを備える。この回転テーブル１１ａは計測対象物１を載置可能な大きさに形成されている。この回転テーブル１１ａ上には、計測対象物１がその軸心線を回転テーブル１１ａの回転軸心線と略一致させるように配置され固定される。これにより計測対象物１は、回転テーブル１１ａの回転軸心線を中心として回転することになる。
【００３３】
またこの回転装置１１には、回転テーブル１１ａの回転軸心線まわりの回転角度を計測する回転角度計測装置１１ｃが設けられている。これにより、計測対象物１の軸心線まわりの回転角度を計測することが可能となる。その理由は、上記のとおり、計測対象物１がその軸心線を回転テーブル１１ａの回転軸心線と略一致させるように回転テーブル１１ａ上に配置されているからである。
【００３４】
一方前記駆動装置１１ｂとしては、公知のステップモータ、サーボモータなどを用いることが望ましい。これにより、回転テーブル１１ａの回転動作、すなわち計測対象物１の回転動作を精度良く制御することができる。
【００３５】
前記開先計測センサ１２は、回転装置１１上の計測対象物１の内側の所定の計測位置に配置される。ここで、所定の計測位置とは、計測対象物１の被溶接物３の開先位置を確実に計測することが可能な位置をいう。
【００３６】
この開先計測センサ１２は、図示されていないが、照射装置１５と画像取得装置１６とを備える。このうち照射装置１５は、被溶接物３の開先４を横切るように前記両中空円筒体２、３に亘ってスリット光または走査可能なスポット光１４などを照射するように構成されている。一方画像取得装置１６は三次元演算装置（図示せず）を備えており、被溶接物３上に投映された光画像を撮影して、この光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物３の三次元開先位置を算出可能に構成されている。さらに画像取得装置１６は、被溶接物３の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、後述の演算処理装置ＣＯＭの入力装置１８に出力するように構成されている。
【００３７】
以上のような開先計測センサ１２としては、たとえば公知のレーザセンサなどを用いることができる。レーザセンサの場合、前記照射装置１５および画像取得装置１６が多くの場合一体に形成されている。また画像取得装置１６には、ＣＣＤ素子、ＣＭＯＳ素子などを備える公知のカメラ装置などを用いることが望ましい。
【００３８】
前記位置決め装置１３は、公知の多関節ロボットなどから構成され、複数の可動アーム１７を備える。もちろんこれに限定するものではない。そしてこの可動アーム１７の先端部１７ａに、前記開先計測センサ１２が取り付け固定される。このように、位置決め装置１３を用いることにより、前記開先計測センサ１２を上述した所定の計測位置に移動させることが可能となる。
【００３９】
なお、ここでは、開先計測センサ１２を所定の計測位置に固定して計測対象物１を開先計測センサ１２に対して回転させているが、これとは逆に開先計測センサ１２を計測対象物１に対して回転させ計測対象物１を所定位置に固定してもよい。この場合前記回転装置１１に代えて、計測対象物１を載せる載置台を用いる。より具体的には、前記計測対象物１の軸心線を、載置台の載置面の中心を通る当該載置面に対して略垂直な中心線と略一致させるように、計測対象物１を載置台上に載置して固定する。また前記位置決め装置１３のアーム１７の先端部に、開先計測センサ１２を回転させるセンサ回転装置を設ける。このセンサ回転装置は、前記計測対象物１の軸心線を中心に開先計測センサ１２を公転または自転させるように構成される。なお開先計測センサ１２の軌跡は、開先計測センサ１２が被溶接物３の開先位置を計測するのに好適なものであり、予め設定されている。
【００４０】
次に本発明に係る開先計測システム１０の演算処理装置について図２ないし図７を用いて説明する。
【００４１】
図２は、本発明に係る開先計測システムの演算処理装置の機能を示すブロック図である。図２に示すように、演算処理装置ＣＯＭは、入力装置１８と、演算装置１９と、記憶装置２０と、出力装置２１とを備える。
【００４２】
入力装置１８は、前記開先計測センサ１２および回転角度計測装置１１ｃのそれぞれと通信可能に接続されている。この入力装置１８は、開先計測センサ１２から被溶接物３の三次元開先位置情報、および、回転角度計測装置１１ｃから前記回転テーブル１１ａの回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付けるように構成されている。この入力装置１８は、バッファ２２と位相遅れ補正部２３とを備える。また入力装置１８は、図示されていないがユーザによる計測対象物１の品種変更に関する品種変更入力を受け付けることができるように構成されている。
【００４３】
前記バッファ２２は、受け付けた前記回転角度情報を受付時間と関連付けて格納するように構成されている。位相遅れ補正部２３は、少なくとも前記回転装置１１の回転速度および前記開先計測センサ１２の画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報の回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記バッファ２２に格納された回転角度情報とに基づいて、前記受付時間の位相遅れ時間前の回転装置１１の回転角度を補正回転角度として算出するように構成されている。このように、バッファ２２を用いて前記回転角度情報を位相遅れ時間だけ補正することにより、前記三次元開先位置情報と前記回転角度情報との間の位相ずれを解消することが可能となる。これにより、被溶接物３の開先位置を迅速にかつ精度良く計測することが可能となる。
【００４４】
ここで、上記位相遅れ時間について図３の説明図を用いて詳しく説明する。図３に示すように、前記画像取得装置１６は露光から画像入力を経て画像処理を完了するまでに時間Ｔがかかる。この時間Ｔは、画像のぶれにより被溶接物３の開先位置が露光時間のほぼ中間の時間で取得されることから、通常２．５フレーム（すなわち、画像取得装置の処理速度が６０Ｈｚの場合、略４０msec、３０Ｈｚの場合略８０msec）となる。特に計測対象物１を高速に回転させて被溶接物３に開先位置を計測する場合、この時間Ｔが前記三次元開先位置情報の回転角度情報に対する位相ずれとなって現れる。この時間Ｔが位相遅れ時間である。
【００４５】
図２に示した演算装置１９は公知のＣＰＵなどから構成される。この演算装置１９は、変換部２４、補間部２５、判定部２６、平均・分散算出部２７、回転速度変更部２８およびセンサ異常検知部２９を備える。
【００４６】
前記変換部２４は、前記被溶接物３の三次元開先位置を、前記位置決め装置１３の座標系から被溶接物３の軸心線を基軸とする座標系に変換するように構成されている。この変換された被溶接物３の三次元開先位置情報は、例えば溶接ロボットのコントローラ（図示せず）など外部の装置に利用される。具体的には、変換部２４によって変換された被溶接物３の三次元開先位置を、予め設定された、被溶接物３の座標系の基点と、溶接ロボットの座標系の基点との相対位置関係に基づいて、被溶接物３の座標系から溶接ロボットの座標系に変換する。これにより、被溶接物３の三次元開先位置を前記位置決め装置１３の座標系から溶接ロボットの座標系に変換する場合に比べて、被溶接物３の三次元開先位置を精度良く変換することができる。その理由は、被溶接物３と溶接ロボットとの間の離隔距離が、前記位置決め装置１３と溶接ロボットと間の離隔距離に比べて短いからである。
【００４７】
前記補間部２５は、前記回転テーブル１１ａの補正回転角度と当該補正回転角度に対応する被溶接物３の三次元開先位置とに基づいて、これらの補正回転角度間の補正回転角度に対応する被溶接物３の三次元開先位置を補間するように構成されている。以下、図４を用いて詳細に説明する。図４は、計測値（変換部２４によって変換された三次元開先位置）と回転テーブル１１ａの補正回転角度との関係を示すグラフである。図中、○印は計測値を示し、△印は補間値を示している。
【００４８】
図４の測定点ａの補正回転角度および計測値をθａ、Ｙａとする。図４の測定点ｂの補正回転角度および計測値をθｂ、Ｙｂとする。ここで補間点の補正回転角度をθｃとすると、補間値Ｙｃは式（１）を用いて以下のように算出される。
【００４９】
Ｙｃ＝Ｙａ＋（Ｙｂ−Ｙａ）／（θｂ−θａ） …（１）
その結果、計測点の数が少なくても、回転テーブル１１ａの所望の補正回転角度に対応する被溶接物３の三次元開先位置を容易に推定することが可能となる。これにより前記回転装置１１の回転速度に拘わらず、回転テーブル１１ａの所望の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を得ることが可能となる。以上により被溶接物３の三次元開先位置を迅速にかつ精度良く計測することが可能となる。
【００５０】
図２に示した判定部２６は、計測された被溶接物３の三次元開先位置情報が正常であるか否かを判定するように構成されている。以下、図５を用いて詳細に説明する。図５は、計測値（変換された三次元開先位置）と補正回転角度との関係を示すグラフである。
【００５１】
この判定部２６は、図５に示される、計測点ａ、ｂ間、計測点ｂ、ｃ間、計測点ｃ、ｄ間、計測点ｄ、ｅ間、計測点ｅ、ｆ間…の各計測点間のそれぞれの計測点に対応する計測値を順次比較する。すなわち判定部２６は、現計測点（例えば、計測点ｂ）と１つ前の計測点（例えばａ）との間の計測値を比較する。なお、１つ前の計測点に対応する計測値は、記憶装置２０に格納されている。そして判定部２６は、これらの計測点間のそれぞれの計測点に対応する計測値の変動値が、記憶装置２０に予め記憶される設定変動値を超える場合には当該計測値が異常であると判定する。なお、ここでは判定部２６は、計測点ｂ、ｃ間および計測点ｄ、ｅ間のそれぞれの計測点に対応する計測値に異常があると判定する。この判定部２６は、全ての計測点ａ〜ｆを、それぞれの計測値に応じて、例えば計測点ｂの計測値に近いグループと、計測点ｃの計測値に近いグループとに分ける。もちろん計測値に応じて、計測点を２つを超えるグループに分けてもよい。そして判定部２６は、各グループに属する計測点の個数を求めて比較する。この場合、計測点ｂのグループに属する計測点の個数は４個であり、計測点ｃのグループに属する計測点の個数は２個である。そして判定部２６は、この計測点の個数が多いグループに属する計測点の計測値を正常であると判定する。すなわちここでは、判定部２６は計測点ａ、ｂ、ｅ、ｆに対応する計測値を正常であると判定する。その後上記補間部２５が計測点ｃ、ｄに対応する三次元開先位置の正常値を上述した補間法を用いて算出する。具体的に計測点ｃ、ｄに対応する計測値は、前記式（１）を用いて、計測点ｂ、ｅに対応する回転テーブル１１ａの補正回転角度、および、計測点ｂ、ｅに対応する計測値に基づいて算出される。これにより、被溶接物３の三次元開先位置を精度良く計測することが可能となる。
【００５２】
図２に示した前記平均・分散算出部２７は、複数の同一品種の計測対象物１に対して得られた前記補正回転角度および前記三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物３の同一補正回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出するように構成されている。これにより計測対象物１の品質を把握することが可能となる。
【００５３】
前記回転速度変更部２８は、入力装置１８がユーザによる計測対象物１の品種変更に関する品種変更入力を受け付けたときに、その後に前記平均・分散算出部２７によって順次算出される被溶接物３の三次元開先位置の平均値と分散値とに基づいて、前記回転装置１１に対して回転速度の変更指令をするように構成されている。具体的には、被溶接物３の三次元開先位置の分散値が小さい場合、すなわち開先計測システム１０の計測値のばらつきが小さい場合、前記回転速度変更部２８は前記回転装置１１の回転速度を増加させる指令を回転装置１１に対して出力する。逆に被溶接物３の三次元開先位置の分散値が大きい場合、すなわち開先計測システム１０の計測値のばらつきが大きい場合、前記回転速度変更部２８は前記回転装置１１の回転速度を低下させる指令を回転装置１１に対して出力する。ここで、開先計測システム１０の計測値のばらつきが大きい場合とは、例えば被溶接物３の品種を変更した直後のような場合をいう。この場合開先計測システム１０の計測点数が少ないので、計測値のばらつきが大きい。このような場合には、前記回転装置１１を比較的低速で回転する。その後当該計測点数が多くなり開先計測システム１０の計測値のばらつきが小さくなったら、回転速度変更部２８の指令に基づいて回転装置１１の回転速度を徐々に増加させる。以上により、開先計測システム１０の計測精度を所定範囲内に維持することが可能となる。さらに開先計測システム１０の計測精度を所定範囲内に維持しながら、開先計測システム１０の計測時間を短縮することも可能となる。
【００５４】
前記センサ異常検知部２９は、開先計測センサ１２の取付位置のずれ、およびセンサ自体の異常を検出するように構成されている。このようなセンサ異常検知部２９として、キャリブレーションを用いる。このキャリブレーションプレートは、通常、開先計測センサ１２を前記位置決め装置１３に取り付けるときに、その位置関係を校正するために用いられるが、本実施形態では上記のとおりセンサ自体の異常を検知するためにも用いる。以下、図６を参照して詳細に説明する。図６は、キャリブレーションプレートの正面図である。
【００５５】
図６に示すように、キャリブレーションプレート３０は例えば正方形状の板からなる。このキャリブレーションプレート３０は、開先計測センサ１２の検知範囲内の所定の場所に固定されている。センサ異常検知部２９は、固定されたキャリブレーションプレート３０上の同じ場所を開先計測センサ１２を用いて計測することにより、開先計測センサ１２の取付位置のずれ、およびセンサ自体の異常を検出する。
【００５６】
具体的には、開先計測センサ１２がキャリブレーションプレート３０上にスリット光１４を照射し、キャリブレーションプレート３０上に投映された光画像３１を取得して、この光画像３１の位置を計測する。センサ異常検知部２９は、この計測結果を、記憶装置２０に予め記憶される基準位置と比較する。そして両者にずれがある場合、センサ異常検知部２９は開先計測センサ１２の取付位置がずれていると判定する。また開先計測センサ１２は、光画像３１の太さも同時に計測する。センサ異常検知部２９は、この計測結果を、記憶装置２０に予め記憶される基準光画像幅と比較する。そして両者にずれがある場合、センサ異常検知部２９は、照射装置１５から照射されるスリット光１４の出力低下、または画像取得装置１６のレンズ（図示せず）の汚れによる受光感度の低下といったセンサ自体の異常であると判定する。これらの判定結果をユーザに報知する。ユーザはこの判定結果に基づき、開先計測センサ１２の取付位置の調整、照射装置１５の出力調整および撮影装置１６のレンズの清掃などを実施する。これにより、開先計測センサ１２を正常な状態に保つことが可能となる。
【００５７】
図２に示した記憶装置２０は、公知のＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成される。この記憶装置２０は、前記演算装置１９の演算に必要なデータ、プログラムなどを記憶する。
【００５８】
図２に示した出力装置２１は、溶接ロボット（図示せず）など外部の装置のコントローラと通信可能に接続されている。そして出力装置２１は、演算装置２０によって演算された演算結果（被溶接物３の三次元開先位置情報）を、溶接ロボットなどの外部の装置（図示せず）に出力するように構成されている。
【００５９】
以上の構成される開先計測システム１０の処理フローについて図７に基づいて具体的に説明する。
【００６０】
まず開先計測センサ１２を所定の計測位置に移動させる（ステップＳ１０）。開先計測センサ１２の計測を開始する（ステップＳ１１）。回転装置１１によって計測対象物１を回転させる（ステップＳ１２）。または上述したように、前記位置決め装置１３のアーム１７の先端部に取り付けたセンサ回転装置によって開先計測センサ１２を回転させてもよい。その後前記入力装置１８が、開先計測センサ１２からの被溶接物３の三次元開先位置情報、および、前記回転角度計測装置１１ｃまたは前記センサ回転角度計測装置からの回転角度情報を受け付ける（ステップＳ１３）。これらの回転角度情報を一旦バッファ２２に保存し、位相遅れ補正部２３によって位相補正をして、演算装置１９に送る（ステップＳ１４）。判定部２６が、計測された被溶接物３の三次元開先位置情報のなかに異常値が含まれるか否かを検知する（ステップＳ１５）。計測対象物１の回転が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。具体的には、回転角度計測装置１１ｃまたはセンサ回転角度計測装置によって、計測対象物１がその軸心線まわりに３６０度回転したか否かを判定する。ステップＳ１６において計測対象物１の回転が終了していないと判定された場合、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１４およびＳ１５の順に処理を繰り返す。
【００６１】
ステップＳ１６において計測対象物１の回転が終了したと判定された場合、開先計測センサ１２の計測を停止する（ステップＳ１７）。そのあと判定部２６が、計測された被溶接物３の三次元開先位置情報のうちから、正常な被溶接物３の三次元開先位置情報を抽出する。異常値が多く含まれる場合は、ステップＳ１１に戻って再計測を行う（ステップＳ１８ａ）。再計測のときは回転速度を下げる方が好ましい。再計測しない場合は、補間部２５がこの正常な被溶接物３の三次元開先位置情報に基づいて、前記回転テーブル１１ａの所望の補正回転角度間で被溶接物３の三次元開先位置情報の補間処理を行う。変換部２４が、これらの処理によって得られた被溶接物３の三次元開先位置を、前記位置決め装置１３の座標系から被溶接物３の軸心線を基軸とする座標系に変換する（ステップＳ１８）。そのあと出力部２１が、前記変換された被溶接物３の三次元開先位置情報を溶接ロボットなど外部の装置に出力する（ステップＳ１９）。そのあと位置決め装置１３は、開先計測センサ１２を計測対象物１の外側の退避位置まで移動する（ステップＳ２０）。これらの処理は、順次送られてくる計測対象物１に対して同様に実施される。
【００６２】
上述した開先計測センサ１２について図８ないし図１４を用いてさらに詳細に説明する。以下に説明する開先計測センサ１２に係る実施例は、ほんの一例である。従ってこれに限定されるものではない。なお、上述した開先計測センサ１２の構成部品と同等の部品については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図８は、開先計測センサと計測対象物との位置関係の一例を示す概略斜視図である。図８に示すように、開先計測センサ１２の照射装置１５は、重ね隅肉溶接される状態に形成された２つの中空円筒体２、３（計測対象物１）の各内面に向かってスリット光１４を照射したときに、開先４（開先面４ａ）を横切るスリット光画像１４ａが両中空円筒体２、３に亘って形成されるように配置されている。また開先計測センサ１２の画像取得装置１６は、前記スリット光画像１４ａを撮影することが可能な位置に配置されている。これらの照射装置１５および画像取得装置１６は一体または別体に形成される。さらにこれらの装置１５、１６は、上述した位置決め装置１３によって計測対象物１の開先面４ａに対して傾動または移動されるように構成されている。これにより、所望のスリット光画像１４ａを得ることが可能となる。なお、説明の便宜上、外側（大径）の中空円筒体２の内面側をＲ側と称し、内側（小径）の中空円筒体（以下、被溶接物という）３の内面側をＤ側と称する。被溶接物３の内面の開先面４ａ側の角部を符号５で示す。
【００６４】
図９は、画像取得装置１６で取得した２次元画像の一例を示している。図９に示すように、この２次元画像の一例では、計測対象物１のＲ側面上に投映されるスリット光画像（以下、Ｒ側スリット光画像という）１００と、計測対象物１のＤ側面上に投映されるスリット光画像（以下、Ｄ側スリット光画像）１０１とが、所定の距離を隔てて略平行に配置されており、Ｒ側スリット光画像１００の開先４側の端点の位置が、開先４の位置を超えている。これは、主に計測対象物１の開先ギャップ幅が大きい場合に起こりうる現象を模式的に示している。またこの２次元画像の一例では、Ｄ側スリット光画像１００の角部５側の位置が、真の角部５の位置を超えている。これは、主に被溶接物３の角部５にバリ等が存在する場合に起こりうる現象を模式的に示している。またこの２次元画像の一例では、破線で示すスリット光画像１０２が撮影されている。これは、例えば計測対象物１の内面から２次反射の影響により起こりうる現象を示している。本発明に係る実施形態の開先計測センサ（開先計測装置）１２は、これらの現象に対応することができるように構成されている。以下、詳細に述べる。
【００６５】
図１０は、本発明の実施形態に係る開先計測装置１２の演算処理装置５０の構成を示すブロック図である。なおこの演算処理装置５０は、上述した演算処理装置ＣＯＭと一体であっても良いし、また別体であっても構わない。
【００６６】
図１０に示すように、演算処理装置５０は、入力装置５１、演算装置５２、記憶装置５３および出力装置５４を備える。各装置は互いに通信可能に接続されている。
【００６７】
入力装置５１は、画像取得装置１６と通信可能に接続されており、画像取得装置１６が取得したスリット光画像１４ａを二次元画像情報として受け付けるように構成されている。また入力装置５１は、ユーザ入力を受け付け可能に構成されている。詳細は後述する。
【００６８】
前記演算装置５２は公知のＣＰＵなどから構成される。この演算装置５２は、三次元変換部５５、算出部５６および切り換え部５７を備える。
【００６９】
前記三次元変換部５５は、前記画像取得装置１６から得た前記二次元画像情報を、予め設定された三次元変換パラメータを用いて三次元画像情報に変換するように構成されている。以下、図１１を用いて詳細に説明する。
【００７０】
図１１に示すように、例えば垂直投光型であれば、スリット光投光面をＸ＝０として、次式（２）〜（４）を用いて二次元画像情報を三次元変換することができる。
【００７１】
【数２】
0004783834.tif 000002
ここに、
【００７２】
【数３】
0004783834.tif 000003
【００７３】
【数４】
0004783834.tif 000004
ここで、式（３）、（４）中のＸｃ、Ｙｃは画像取得装置１６（例えば、ＣＣＤ素子）の座標系を示している。またＣijは三次元変換パラメータ、いわゆるカメラパラメータを示している。このカメラパラメータＣijは、照射装置１５と画像取得装置１６との相対位置関係に応じて設定される。より具体的にはカメラパラメータＣijは、これらの装置１５、１６を用いて図１１に示したＸ−Ｙ−Ｚ座標系の複数の既知の位置を計測することにより算出される。そしてこのカメラパラメータＣijは記憶装置５３に格納される。
【００７４】
図１０に示した算出部５６は、前記変換された三次元画像情報と、前記計測対象物１の形状および配置から決まる三次元画像間の相対位置関係に関する相対位置関係情報とに基づいて、前記被溶接物３の開先位置を算出するように構成されている。詳細は後述する。ここで三次元画像間の相対位置関係とは、例えば計測対象物１の開先面４ａが計測対象物１のＲ側面およびＤ側面とそれぞれ略直角または所定角度をなして形成される場合、図９に示したＲ側スリット光画像１００およびＤ側スリット光画像１０１またはその延長線と、計測対象物１の開先面４ａ上に投映されるスリット光画像またはその延長線とが、直交または所定角度で交差するような関係などをいう。
【００７５】
図１０に示した切り換え部５７は、種々の計測対象物１に対して予め設定された開先計測方法から適切な開先計測方法を選択して切り換えるものである。この開先計測方法は、種々の計測対象物１の形状および配置から決まる三次元画像間の相対位置関係に関連付けて、計測対象物１の開先位置を算出する開先計測プログラム１〜３として記憶装置５３に格納されている。この開先計測プログラム１〜３の詳細は後述する。なお、ここでは、開先計測プログラムは３つであるが、これに限定するものではない。
【００７６】
具体的には切り換え部５７は、入力装置５１によって受け付けたユーザによる入力に基づいて、前記複数の開先計測プログラム１〜３のうちから前記相対位置関係に対応する開先計測プログラムを選択して切り換える。ここでユーザ入力は、切り換え部５７に対して、複数の開先計測プログラム１〜３のうちから前記相対位置関係に対応する開先計測プログラムを選択して切り換えさせるための入力信号である。具体的には、例えば、開先計測プログラム１〜３にそれぞれ対応した数字の１、２、３などが入力装置５１から入力されるが、これに限定するものではない。
【００７７】
記憶装置５３は公知のＲＡＭ、ＲＯＭなどから構成される。この記憶装置５３には、上記のとおり、開先計測プログラム１〜３などが記憶されている。
【００７８】
出力装置５４は、演算装置５２で演算した演算結果（計測対象物１の三次元開先位置情報）を、上述した開先計測システム１０の演算処理装置１７などに出力するように構成されている。また出力装置５４は上述した位置決め装置１３と通信可能に接続されている。出力装置５４は、切り換え部５７によって切り換えられた開先計測プログラムに基づいて、照射装置１５および画像取得装置１６を計測対象物１の開先面４ａに対して傾動させるための情報を、前記位置決め装置１３に送る。当該情報に基づいて、位置決め装置１３が照射装置１５および画像取得装置１６を計測対象物１の開先面４ａに対して傾動させる。
【００７９】
次に前記相対位置関係情報に対応した開先計測方法（開先計測プログラム１〜３）について図１２ないし図１４に基づいて詳述する。
【００８０】
図１２は、開先計測プログラム１の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は処理フロー図を示し、（ｂ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【００８１】
この開先計測プログラム１は、計測対象物１の開先面４ａが計測対象物１のＲ側面およびＤ側面とそれぞれ略直角に形成される場合に適用される。特に被溶接物３の内面の開先面４ａ側の角部５の位置と、後述のＤ側スリット光画像１０５の端点の位置とが略一致している場合に適用される。従って、以下においては、この端点に前記角部５と同一の符号を付す。またこの場合、前記照射装置１５は、スリット光１４を計測対象物１の開先面４ａと略同じ高さから開先面と略平行に照射するようになっている。
【００８２】
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記画像取得装置１６は、計測対象物１のＲ側面上に投映されるＲ側スリット光画像１０４と、計測対象物１のＤ側面上に投映されるＤ側スリット光画像１０５とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、Ｒ側スリット光画像１０４とＤ側スリット光画像１０５とを撮影して、これら両画像を二次元画像情報として取得する（ステップＳ６０）。
【００８３】
次に前記三次元変換部５５を用いて、前記二次元画像情報を三次元画像情報に変換する（ステップＳ６１）。
【００８４】
前記算出部５６が、前記Ｄ側スリット光画像１０５に対応する三次元画像情報に基づいてＤ側スリット光画像１０５を直線近似したＤ側近似直線１０６のＤ側近似直線式を算出する。また算出部５６は、前記Ｒ側スリット光画像１０４に対応する三次元画像情報に基づいてＲ側スリット光画像１０４を直線近似したＲ側近似直線１０７のＲ側近似直線式を算出する。前記Ｄ側近似直線式に基づいてＤ側近似直線１０６の開先側の端点５に対応する端点位置を算出する（ステップＳ６２）。
【００８５】
前記算出部５６が、前記Ｄ側近似直線１０６と略垂直で前記端点５の端点位置を通る垂直近似直線１０９の垂直近似直線式を算出する（ステップＳ６３）。
【００８６】
前記Ｒ側近似直線式および前記垂直近似直線式に基づいて前記Ｒ側近似直線１０７と垂直近似直線１０９との交点４の位置を計測対象物１の開先位置として算出する（ステップＳ６４）。
【００８７】
ここで、Ｒ、Ｄ側スリット光画像１０４、１０５にそれぞれ対応する三次元画像情報の細線化データからＲ、Ｄ側近似直線式および垂直近似直線式をそれぞれ算出する方法について概説する。これらの近似直線式を算出するとき、公知のハフ変換法などの手法を用いることができる。このハフ変換法は投票法であり、このハフ変換法を用いることにより少数のノイズの影響を排除した近似直線を求めることができる。具体的には、仮想空間ρθ上で点の集中している場所（ρ、θ）を求めることにより図１１に示したＹＺ空間上の近似直線を検出する。その近似直線は式（５）で表される。
【００８８】
ρ＝Ｙ・cosθ＋Ｚ・sinθ …（５）
式（５）を用いて、Ｒ、Ｄ側スリット光画像１０４、１０５にそれぞれ対応する三次元画像情報の細線化データから算出された近似直線式を
ａ・Ｙ＋ｂ・Ｚ＝ｃ …（６）
とすると、この近似直線に垂直な近似直線の式は、式（７）で与えられる。
【００８９】
ｂ・Ｙ−ａ・Ｚ＝ｄ …（７）
なお、ここでは、式（６）で表される直線に垂直な直線を算出する例を示しているが、これに限定されることなく、式（６）で表される直線に任意の角度で交差しうる直線の式も算出することができる。
【００９０】
図１３は、開先計測プログラム２の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は開先計測センサと計測対象物との位置関係の一例を示し、（ｂ）は処理フロー図を示し、（ｃ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【００９１】
この開先計測プログラム２は、計測対象物１の開先面４ａが計測対象物１のＲ側面およびＤ側面とそれぞれ略直角に形成される場合に適用される。特に上述した計測対象物１の開先ギャップ幅または被溶接物３の開先面４ａ側の角部５のバリ、だれ等の影響を受けて、被溶接物３の内面の開先面４ａ側の角部５に位置と、後述のＤ側スリット光画像１０５の端点の位置とが略一致しない場合に適用される。もちろん両位置が一致する場合に適用しても構わない。またこの場合図１３（ａ）に示すように、前記照射装置１５は、スリット光１４を計測対象物１の開先面４ａに対して斜め上方から照射するようになっている。
【００９２】
図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記画像取得手段１６が、計測対象物１のＤ側面上に投映されるＤ側スリット光画像１１０と計測対象物１のＲ側面上にに投映されるＲスリット光画像１１１とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ計測対象物１の開先面４ａ上に投映される開先面上スリット光画像１１２が前記表示画面上で前記両画像１１０、１１１間に亘って配置されるように、Ｄ側スリット光画像１１０、Ｒ側スリット光画像１１１および開先面上スリット光画像１１２を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得する（ステップＳ７０）。
【００９３】
次に前記三次元変換部５５を用いて、前記二次元画像情報を三次元画像情報に変換する（ステップＳ７１）。
【００９４】
前記算出部５６が、前記Ｄ側スリット光画像１１０に対応する三次元画像情報に基づいてＤ側スリット光画像１１０を直線近似したＤ側近似直線１１３のＤ側近似直線式を算出する。また算出部５６は、前記Ｒ側スリット光画像１１１に対応する三次元画像情報に基づいてＲ側スリット光画像１１１を直線近似したＲ側近似直線１１４のＲ側近似直線式を算出する。前記開先面上スリット光画像１１２に対応する三次元画像情報に基づいて、開先面上スリット光画像１１２上の予め設定された設定点１１５の設定点位置を算出する（ステップＳ７２）。なおこの設定点は、上述した計測対象物１の開先ギャップ幅または被溶接物３の開先面４ａ側の角部５のバリ、だれ等の影響を排除することが可能な位置に設定される。具体的には、設定点として、被溶接物３の開先面４ａ上の板厚方向の中間の任意の位置に設定されうる。もちろんこれに限定するものではない。例えば、設定点は任意の一点または複数点の重心位置であってもよい。
【００９５】
前記算出部５６は、前記Ｄ側近似直線１１３に略垂直で前記設定点１１５の設定点位置を通る開先面上近似直線１１６の開先面上近似直線式を算出する（ステップＳ７３）。
【００９６】
前記Ｒ側近似直線式および前記開先面上近似直線式に基づいて、前記Ｒ側近似直線１１４またはその延長線と前記開先面上近似直線１１６との交点４の交点位置を計測対象物１の開先位置として算出する（ステップＳ７４）。
【００９７】
図１４は、開先計測プログラム３の処理フローを説明するための説明図であり、（ａ）は処理フロー図を示し、（ｃ）は画像取得装置で取得した２次元画像の一例を示している。
【００９８】
この開先計測プログラム３は、計測対象物１の開先面４ａが計測対象物１のＲ側面およびＤ側面とそれぞれ所定角度をなしている場合に適用される。この場合図１４（ａ）に示すように、前記照射装置１５は、スリット光１４を計測対象物１の開先面４ａ側に向かって照射するようになっている。
【００９９】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記画像取得装置１６は、計測対象物１のＤ側面上に投映されるＤ側スリット光画像１１７と、計測対象物１のＲ側面上に投映されるＲ側スリット光画像１１８とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ計測対象物１の開先面４ａ上に投映される開先面上スリット光画像１１９が前記表示画面上において前記両画像１１７、１１８間に亘って配置されるように、Ｄ側スリット光画像１１７、Ｒ側スリット光画像１１８および開先面上スリット光画像１１９を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得する（ステップＳ８０）。
【０１００】
次に前記三次元変換部５５を用いて、前記二次元画像情報を三次元画像情報に変換する（ステップＳ８１）。
【０１０１】
前記算出部５６が、前記Ｄ側スリット光画像１１７に対応する三次元画像情報に基づいてＤ側スリット光画像１１７を直線近似したＤ側近似直線１２０のＤ側近似直線式を算出する。また算出部５６は、前記Ｒ側スリット光画像１１８に対応する三次元画像情報に基づいてＲ側スリット光画像１１８を直線近似したＲ側近似直線１２１のＲ側近似直線式を算出する。前記Ｄ側近似直線式に基づいてＤ側近似直線１１７の開先側の第一端点５に対応する第一端点位置を算出する（ステップＳ８２）。
【０１０２】
前記Ｒ側近似直線式に基づいてＲ側近似直線１１８の開先側の第二端点４’に対応する第二端点位置を算出する（ステップＳ８３）。
【０１０３】
前記開先面上スリット光画像１１９に対応する三次元画像情報に基づいて、前記第一端点５と第二端点４’との間の開先面上スリット光画像１１９を直線近似した開先面上近似直線１２２の開先面上近似直線式を算出する（ステップＳ８４）。
【０１０４】
前記Ｄ側近似直線式および前記開先面上近似直線式に基づいて、前記Ｄ側近似直線１２０またはその延長線と開先面上近似直線１２２との交点４の位置を計測対象物１の開先位置として算出する（ステップＳ８５）。
【０１０５】
なお、上述した実施形態は一例であり、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１０６】
１…計測対象物
２…中空円筒体
３…中空円筒体（被溶接物）
４…開先
４ａ…開先面
５…被溶接物の内面の開先面側の角部
１０…開先計測システム
１１…回転装置
１１ａ…回転テーブル
１１ｂ…駆動装置
１１ｃ…回転角度計測装置
１２…開先計測センサ（開先計測装置）
１３…位置決め装置
１４…スリット光
１４ａ…スリット光画像
１５…照射装置
１６…画像取得装置
１７…アーム
ＣＯＭ…演算処理装置
１８…入力装置
１９…演算装置
２０…記憶装置
２１…出力装置
２２…バッファ
２３…位相遅れ補正部
２４…変換部
２５…補間部
２６…判定部
２７…平均・分散算出部
２８…回転速度変更部
２９…センサ異常検出部
３０…キャリブレーションプレート
３１…光画像
５０…演算処理装置
５１…入力装置
５２…演算装置
５３…記憶装置
５４…出力装置
５５…三次元変換部
５６…算出部
５７…切り換え部
【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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