(57)【要約】【課題】溶接士の溶接作業を補助して信頼度の高い溶接を可能とする装置を提供すること。【解決手段】溶接トーチに２眼カメラおよび運動センサ群を設け、カメラ画像およびセンサ出力に基づき開先の溶接開始位置から終了位置までのギャップ幅、目違い高さを得て第１記憶保持部に保持し、各位置、開先ギャップ幅、目違い高さに対応付けて溶接電流電圧ほかからなる各基準溶接条件をあらかじめ第２記憶保持部に保持しておき、溶接時の２眼カメラの画像およびセンサ出力に基づき現溶接位置のほか所定溶接状況を第１の、溶接の電流電圧を第２の溶接状況として、それぞれ時々刻々得、現溶接位置をキーに第１記憶保持部を参照して対応する現ギャップ幅、現目違い高さを取り出し、現溶接位置、現ギャップ幅、現目違い高さをキーに第２記憶保持部を参照して対応する適正溶接条件を時々刻々取り出し、第１、第２の溶接状況を適正溶接条件と比較して教示情報を溶接士に提示する。【選択図】図１
2017185503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチに取り付けられている、加速度センサおよび角速度センサを含む運動センサ群からのセンサ出力信号が入力される運動センサ信号入力部と、
前記センサ出力信号に基づいて、前記溶接トーチの位置および姿勢を獲得する、前記運動センサ信号入力部に後置されたトーチ位置姿勢獲得部と、
溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチに取り付けられている２眼カメラからの画像が入力される画像入力部と、
開先を備えた溶接対象物の該開先に沿って前記溶接トーチで該開先を溶接するときを模倣して該溶接トーチを移動させたとき、前記画像入力部に入力された画像ならびに前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢に基づいて、該開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた該開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得する、前記画像入力部および前記トーチ位置姿勢獲得部に後置された開先現況獲得部と、
前記開先現況を記憶保持するための、前記開先現況獲得部に後置された第１の記憶保持部と、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接するときの基準溶接条件を、前記開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の前記各位置ならびに前記開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、前記基準溶接条件としてアーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、および溶接電圧からなる群より選択された少なくとも１種が用意されるようにあらかじめ記憶保持しておく第２の記憶保持部と、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているとき、前記画像入力部に入力された画像ならびに前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢に基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、および溶接速度からなる群より選択された少なくとも１種とを第１の溶接状況として獲得する、前記画像入力部および前記トーチ位置姿勢獲得部に後置された溶接状況獲得部と、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているときに前記溶接トーチと前記溶接対象物との間に流れている電流および前記溶接トーチと前記溶接対象物との間の電圧を第２の溶接状況として検出するように、前記溶接トーチおよび前記溶接対象物に電気的に接続された電流電圧検出部と、
前記現溶接位置をキーとして前記第１の記憶保持部を参照し、該現溶接位置に対応するギャップ幅および目違い高さを現ギャップ幅および現目違い高さとして取り出す、前記溶接状況獲得部に後置された第１の参照部と、
前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さをキーとして前記第２の記憶保持部を参照し、前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さに対応する基準溶接条件を適正溶接条件として取り出す、前記溶接状況獲得部および前記第１の参照部に後置された第２の参照部と、
前記第１、第２の溶接状況を前記適正溶接条件と比較する、前記溶接状況獲得部、前記電流電圧検出部、および前記第２の参照部に後置された比較部と、
前記第１、第２の溶接状況と前記適正溶接条件との比較結果に基づいて溶接士への教示情報を表示する、前記比較部に後置された表示部と
を具備する溶接作業補助装置。
【請求項２】
前記溶接領域のうちの溶接士が直接視認できない領域を視野に捉えるべく前記溶接対象物に対し相対的に固定して取り付けられている第２の２眼カメラからの画像が入力される第２の画像入力部をさらに具備し、
前記第２の記憶保持部が、前記開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の前記各位置ならびに前記開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、前記基準溶接条件として、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、および溶接電圧からなる群より選択された少なくとも１種のほか、溶接棒の位置および姿勢が用意されるようにあらかじめ記憶保持しておき、
前記溶接状況獲得部が、前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで溶接棒を用いて前記開先を溶接しているとき、前記画像入力部に入力された画像、前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢、ならびに前記第２の画像入力部に入力された画像に基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、および溶接速度からなる群より選択された少なくとも１種とのほか、溶接棒の位置および姿勢を前記第１の溶接状況として獲得する
請求項１記載の溶接作業補助装置。
【請求項３】
前記溶接領域に先行する未溶接領域を視野に捉えるべく前記溶接トーチに取り付けられている第２の２眼カメラからの画像が入力される第２の画像入力部と、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで該開先を溶接しているとき、前記第２の画像入力部に入力された画像ならびに前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢に基づいて、該開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた該開先のギャップ幅および目違い高さを前記開先現況として獲得する、前記第２の画像入力部および前記トーチ位置姿勢獲得部に後置された第２の開先現況獲得部と
をさらに具備する請求項１記載の溶接作業補助装置。
【請求項４】
前記溶接対象物に対し相対的に固定して取り付けられている第２の２眼カメラからの画像が入力されることにより該画像を立体表示するヘッドマウントディプレイをさらに具備し、
前記ヘッドマウントディスプレイが、前記第２の２眼カメラからの前記画像を立体表示するとともに前記画像入力部に入力された画像をワイプ表示する
請求項１記載の溶接作業補助装置。
【請求項５】
溶接トーチに加速度センサおよび角速度センサを含む運動センサ群を取り付け、
溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチに２眼カメラを取り付け、
前記運動センサ群からのセンサ出力信号に基づいて、前記溶接トーチの位置および姿勢を獲得し、
開先を備えた溶接対象物の該開先に沿って前記溶接トーチで該開先を溶接するときを模倣して該溶接トーチを移動させたとき、前記２眼カメラで得られる画像ならびに前記トーチの位置および姿勢に基づいて、該開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた該開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得し、
前記開先現況を第１の記憶保持部に記憶保持し、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接するときの基準溶接条件を、前記開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の前記各位置ならびに前記開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、前記基準溶接条件として少なくともアーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、および溶接電圧からなる群より選択された少なくとも１種が用意されるようにあらかじめ第２の記憶保持部に記憶保持しておき、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているとき、前記２眼カメラで得られる画像ならびに前記トーチの位置および姿勢に基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、および溶接速度からなる群より選択された少なくとも１種とを第１の溶接状況として獲得し、
前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているとき、前記溶接トーチと前記溶接対象物との間に流れている電流および前記溶接トーチと前記溶接対象物との間の電圧を第２の溶接状況として検出し、
前記現溶接位置をキーとして前記第１の記憶保持部を参照して、該現溶接位置に対応するギャップ幅および目違い高さを現ギャップ幅および現目違い高さとして取り出し、
前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さをキーとして前記第２の記憶保持部を参照して、前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さに対応する基準溶接条件を適正溶接条件として取り出し、
前記第１、第２の溶接状況を前記適正溶接条件と比較し、
前記第１、第２の溶接状況と前記適正溶接条件との比較結果に基づいて溶接士への教示情報を提示する
溶接作業補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接作業補助装置、溶接作業補助方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接士による溶接作業（手溶接）は、空間が狭隘で自動溶接機では施工できない箇所においては今日でも数多くの製造工程で用いられている。このような手溶接は、場合によって溶接範囲の一部を直接視認できない場合があり、信頼度は溶接士の技量に負うところが大きい。したがって、施工できる溶接士が限定される場合が多く、さらには溶接後の非破壊検査等で欠陥が発見された場合には限られた溶接士による補修作業を要し、製造工程を停滞させコスト増を生む大きな原因になる。
【０００３】
手溶接を必要とする例としては、例えば、チューブ（小径配管）を多数、狭ピッチでヘッダ（管寄せ）につないだり、あるいはそのチューブの端部どうしを突き合わせてつないだりする工程（例えば、排熱回収ボイラなどの多種類の管群を構成に有するプラント製品を製造する工程）がある。溶接では、一般に、開先ギャップや目違い高さが溶接品質に大きく関連するため、直接視認できるか否かにかかわらずこれらを加味した適切な溶接条件で溶接を進行することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８１５７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、溶接士の溶接作業を補助して信頼度の高い溶接を可能とする溶接作業補助装置、溶接作業補助方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の溶接作業補助装置は、溶接トーチに取り付けられている、加速度センサおよび角速度センサを含む運動センサ群からのセンサ出力信号が入力される運動センサ信号入力部と、前記センサ出力信号に基づいて、前記溶接トーチの位置および姿勢を獲得する、前記運動センサ信号入力部に後置されたトーチ位置姿勢獲得部と、溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチに取り付けられている２眼カメラからの画像が入力される画像入力部と、開先を備えた溶接対象物の該開先に沿って前記溶接トーチで該開先を溶接するときを模倣して該溶接トーチを移動させたとき、前記画像入力部に入力された画像ならびに前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢に基づいて、該開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた該開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得する、前記画像入力部および前記トーチ位置姿勢獲得部に後置された開先現況獲得部と、前記開先現況を記憶保持するための、前記開先現況獲得部に後置された第１の記憶保持部と、前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接するときの基準溶接条件を、前記開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の前記各位置ならびに前記開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、前記基準溶接条件としてアーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、および溶接電圧からなる群より選択された少なくとも１種が用意されるようにあらかじめ記憶保持しておく第２の記憶保持部と、前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているとき、前記画像入力部に入力された画像ならびに前記トーチ位置姿勢獲得部で獲得された前記トーチの位置および姿勢に基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、および溶接速度からなる群より選択された少なくとも１種とを第１の溶接状況として獲得する、前記画像入力部および前記トーチ位置姿勢獲得部に後置された溶接状況獲得部と、前記溶接対象物の前記開先に沿って前記溶接トーチで前記開先を溶接しているときに前記溶接トーチと前記溶接対象物との間に流れている電流および前記溶接トーチと前記溶接対象物との間の電圧を第２の溶接状況として検出するように、前記溶接トーチおよび前記溶接対象物に電気的に接続された電流電圧検出部と、前記現溶接位置をキーとして前記第１の記憶保持部を参照し、該現溶接位置に対応するギャップ幅および目違い高さを現ギャップ幅および現目違い高さとして取り出す、前記溶接状況獲得部に後置された第１の参照部と、前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さをキーとして前記第２の記憶保持部を参照し、前記現溶接位置ならびに前記現ギャップ幅および前記現目違い高さに対応する基準溶接条件を適正溶接条件として取り出す、前記溶接状況獲得部および前記第１の参照部に後置された第２の参照部と、  前記第１、第２の溶接状況を前記適正溶接条件と比較する、前記溶接状況獲得部、前記電流電圧検出部、および前記第２の参照部に後置された比較部と、前記第１、第２の溶接状況と前記適正溶接条件との比較結果に基づいて溶接士への教示情報を表示する、前記比較部に後置さ���た表示部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１の溶接作業補助装置を示す機能ブロック図。
【図２】図１に示す溶接作業補助装置で溶接される溶接対象物３０およびその開先の態様を模式的に示す断面図。
【図３】図２に示す溶接対象物が溶接された後に得られるアセンブリの例を示す斜視図。
【図４】図１に示す溶接作業補助装置を用いて溶接士が図２に示した溶接対象物３０を溶接するときの体勢の一例を示す斜視図。
【図５】図１中に示した運動センサ群２の構成および機能を示す説明図。
【図６】図１中に示した溶接対象物３０および溶接トーチ１（２眼カメラ３）に設定される局所的な各座標系を示す斜視図。
【図７】図６に示した各座標系についてこれらを変換する座標変換行列を説明する斜視図。
【図８】図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像で行われ得る３角測量の原理を示す説明図（その１）。
【図９】図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像で行われ得る３角測量の原理を示す説明図（その２）。
【図１０】図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像中の同一注目点についてその３次元座標を得る原理を示す説明図。
【図１１】図１中に示す開先現況獲得部１２が獲得する開先現況の内容を示す説明図。
【図１２】図１１中に示した開先角度位置θを獲得する手順の一例を示す流れ図。
【図１３】図１１中に示した開先角度位置θを獲得する手順の一例を示す流れ図（別の例）。
【図１４】図１１中に示したギャップ幅ｇおよび目違い高さｍの獲得手順の一例を示す流れ図。
【図１５】図１中に示す記憶保持部１４が記憶保持する基準溶接条件の内容を例示する説明図。
【図１６】図１中に示す表示部２０に表示させるべき教示情報の内容を例示する説明図。
【図１７】実施形態２の溶接作業補助装置を示す機能ブロック図。
【図１８】実施形態３の溶接作業補助装置を示す機能ブロック図。
【図１９】実施形態４の溶接作業補助装置を示す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態１）
実施形態の溶接作業補助装置を図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態１の溶接作業補助装置を機能ブロックで示している。同図に示すように、この溶接作業補助装置は、画像入力部１１、開先現況獲得部１２、記憶保持部１３、記憶保持部１４、溶接状況獲得部１５、電流電圧検出部１６、参照部１７、参照部１８、比較部１９、表示部２０、運動センサ信号入力部２１、トーチ位置姿勢獲得部２２を有する。この溶接作業補助装置を利用して溶接される溶接対象物３０の近傍には、溶接トーチ１、溶接電源４が用意される。溶接トーチ１には、２眼カメラ３、運動センサ群２が取り付けられている。
【０００９】
以下、機能ブロック図である図１を参照して説明を進めるが、適宜、より詳細に説明するため図２ないし図１６を参照する場合がある。
【００１０】
画像入力部１１は、溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチ１に取り付けられた２眼カメラ３からの画像が入力されるインターフェースである。溶接トーチ１には２眼カメラ３が取り付けられており、２眼カメラ３は、溶接トーチ１の先端から溶接対象物３０に対して発生されるアークを含む溶接領域を視野に捉えるように固定されている（詳しくは後述）。２眼カメラ３は、溶接時とこれに先立つ事前工程（後述する）とにおいてそれぞれ視野を撮影して画像生成を行う。なお溶接時はアークが高輝度であるため２眼カメラ３に減光フィルタ（不図示）が適宜用いられる。２眼カメラ３により、溶接領域は立体視され得る。
【００１１】
溶接トーチ１は、溶接士が手に持って溶接対象物３０に対して溶接を行うための本体道具であり、溶接時には、溶接電源４により溶接トーチ１（の先端）と溶接対象物３０との間にアーク電流が流れる。溶接には、一般に、溶接トーチ自体が溶接金属の供給元にもなって、アークにより高温化した溶接対象物にビード（溶接部）を形成していく場合と、溶接トーチとは別に用意された溶接棒を用い、この溶接棒を溶接金属の供給元として、溶接トーチにより溶接対象物にビードを形成していく場合とがある。この実施形態は前者を想定している。後者については別の実施形態として後述する。
【００１２】
運動センサ信号入力部２１は、溶接トーチ１に取り付けられた、角速度センサおよび加速度センサを含む運動センサ群２からのセンサ出力信号が入力されるインターフェースである。溶接トーチ１には２眼カメラ３のほか運動センサ群２が取り付けられており、運動センサ群２の出力信号は、運動センサ信号入力部２１を介して、トーチ位置姿勢獲得部２２に送られる。
【００１３】
トーチ位置姿勢獲得部２２は、運動センサ信号入力部２１に後置され、運動センサ信号入力部２１を経たセンサ出力信号に基づいて、溶接トーチ１の位置および姿勢を時々刻々獲得する。
【００１４】
開先現況獲得部１２は、画像入力部１１およびトーチ位置姿勢獲得部２１に後置され、開先を備えた溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接するときを模倣して溶接トーチ１を移動させたとき、画像入力部１に入力される画像ならびにトーチ位置姿勢獲得部２２で獲得されたトーチ１の位置および姿勢に基づいて、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得する。開先現況獲得部１２はこのため所定の計算処理動作を行う。この動作は、溶接するときを模倣して溶接トーチ１を移動させつつ、実際の溶接に先立って事前工程として行う。
【００１５】
図２は、想定している溶接対象物３０およびその開先の態様を模式的に断面で示している。図２（ａ）は、チューブ（小径配管）３１ａ、３１ｂを突き合わせる溶接の場合を示している。この場合、溶接しやすいようにチューブ３１ａ、３１ｂの溶接される部分には例えばＶ溝を設ける。この溝が開先である。開先の深さ方向奥側をルートと呼び、ルートにおける２つの溶接対象物の幅をここではギャップ幅と呼ぶ。開先の目違い高さは、図示するように、開先のルートにおける高さ方向の食い違いの寸法である。また、ルートにおける２つの溶接対象物のエッジをそれぞれルートエッジと呼び、開先の深さ方向手前側のエッジを開先エッジと呼ぶ。ルートエッジは２眼カメラ３で撮る対象（＝注目点）として重要である。
【００１６】
図２（ｂ）は、チューブ３１をヘッダ（管寄せ）３２につなぐように溶接する場合（一種のＴ継手の場合）を示している。この場合も、溶接しやすいようにヘッダ３２の溶接される部分に溝を設ける場合がある。この溝が開先である。開先の深さ方向奥側をルートと呼び、ルートにおけるヘッダ３２からチューブ３１までの幅をここでは開先のギャップ幅とする。この場合、図２（ａ）では定義できるような開先の目違い高さはないので、便宜上、チューブ３１の全周にわたり目違い高さはゼロとする。また、ルートにおけるヘッダ３２のエッジがルートエッジであり、開先の深さ方向手前側のエッジが開先エッジであるが、この場合のルートエッジも２眼カメラ３で撮る対象（＝注目点）として重要である。
【００１７】
図３は、図２に示す溶接対象物３０が溶接された後に得られるアセンブリの例を斜視で示している（参照符号は図２でのそれと対応）。また、図４は、図１に示す溶接作業補助装置を用いて溶接士が図２に示す溶接対象物３０を溶接するときの体勢の一例を斜視で示している。溶接士による溶接作業（手溶接）は、空間が狭隘で自動溶接機では施工できない箇所では多用され、この場合、溶接範囲の一部は直接視認できない。溶接では、一般に、上述した開先のギャップ幅や目違い高さが溶接品質に大きく関連するため、直接視認できるか否かにかかわらずこれらを加味した適切な溶接条件で溶接を進行することが望まれる。
【００１８】
図５は、図１中に示した運動センサ群２の構成および機能を示している。同図に示すように、運動センサ群２には、加速度センサとして、第１、第２、第３の各方向の加速度をそれぞれ検出する３種が、角速度センサ（ジャイロセンサ）として、第１、第２、第３の各軸回りの角速度を検出する３種が含まれている。第１、第２、第３の各方向は互いに直交する方向であり、第１、第２、第３の各軸も互いに直交する方向である。
【００１９】
これらのセンサで検出されたそのままの加速度および角速度は、溶接トーチ１上の運動センサ群２が取り付けられた位置におけるそれらの量になるが、以下説明するように、実際に必要とされる量は溶接トーチ１上の２眼カメラ３の位置におけるそれらの量である。トーチ１上の運動センサ群２が取り付けられた位置と２眼カメラ３が取り付けられた位置との関係は既知なので、トーチ位置姿勢獲得部２２では、この位置関係を加味して処理することにより２眼カメラ３が取り付けられた位置におけるトーチ１の位置および姿勢を獲得する。以下、単に溶接トーチ１の位置および姿勢という場合は、２眼カメラ３が取り付けられた位置における溶接トーチ１の位置および姿勢を意味する。
【００２０】
一般に、初期位置からの位置の変化分は、変化に要した時間について、加速度センサが検出する時々刻々の加速度を２度時間積分して得られる（加速度→速度→変位）。また、初期姿勢からの姿勢の変化分は、変化に要した時間について、角速度センサが検出する時々刻々の角速度を時間積分して得られる（角速度→角変位）。運動センサ群２によれば、これらの変化分は、対応するセンサが３次元の各方向または各軸に対応して設けられているので、それぞれ３次元の量として得られる。
【００２１】
図６は、図１中に示した溶接対象物３０および溶接トーチ１（２眼カメラ３）に設定される局所的な各座標系を示している。この図で溶接対象物３０は、図２（ａ）のチューブ３１ａ、３１ｂを突き合わせる場合の対象物を示しており、図示簡単化のためチューブ３１ａのみ図示し、チューブ３１ｂは図示省略している。以下、チューブ３１ａ、３１ｂを突き合わせる溶接の場合について説明し、図２（ｂ）に示したＴ継手の場合については要約して追加的に後述する。
【００２２】
図６に示すように、チューブ３１ａの中心軸上の、ルートエッジが描く円図形（以下、ルートエッジ円図形という）との交点Ｐ０を原点としてｘ０軸、ｙ０軸、ｚ０軸を有する第０座標系が仮想的に設定される。第０座標系のｙ０軸は、ルートエッジ円図形上で原点Ｐ０からスタートマーク先端Ｐ１に向かう方向の軸、同じくｘ０軸は、ｙ０軸と直交するルートエッジ円図形上の方向の軸、同じくｚ０軸は、ルートエッジ円図形に直交する方向（＝チューブ３１ａの中心軸方向）の軸である。
【００２３】
また、スタートマーク先端Ｐ１を原点としてｘ１軸、ｙ１軸、ｚ１軸を有する第１座標系が仮想的に設定される。スタートマークは、溶接士が溶接を開始する位置として指定するためにチューブ３１ａ上に実際に設けられたマークであり、その先端Ｐ１が開先エッジが描く円図形（以下、開先エッジ円図形という）上に位置するようにこのスタートマークは設けられている。第１座標のｘ１軸は、開先エッジ円図形の接線方向の軸、同じくｙ１軸は、開先エッジ円図形の主法線方向の軸、同じくｚ１軸は、開先エッジ円図形の従法線方向の軸である。
【００２４】
溶接トーチ１に取り付けられた２眼カメラ３は、初期時、スタートマーク先端Ｐ１付近を撮像する。初期時の２眼カメラ３では、その２つのカメラそれぞれの代表位置を結ぶ線の中央を原点Ｐ２として、２眼カメラ３に固定するｘ２軸、ｙ２軸、ｚ２軸を有する第２座標系が仮想的に設定される。第２座標のｘ２軸は、便宜上、２つのカメラそれぞれの代表位置を結ぶ線の方向の軸、同じくｙ２軸は、ｘ２軸に直交する、２つのカメラの横方向の軸、同じくｚ２軸は、ｘ２軸、ｙ２軸に直交する方向の軸（＝端的に、２眼カメラ３が撮像する方向の軸）である。
【００２５】
溶接トーチ１に取り付けられた２眼カメラ３は、その後、初期位置から移動して、ルートエッジ円図形上の任意の位置Ｐ４付近を撮像する。そのときの２眼カメラ３では、その２つのカメラそれぞれの代表位置を結ぶ線の中央を原点Ｐ３として、２眼カメラ３に固定するｘ３軸、ｙ３軸、ｚ３軸を有する第３座標系が仮想的に設定される。第３座標のｘ３軸、ｙ３軸、ｚ３軸は、２眼カメラ３との関係として、それぞれ、第２座標におけるｘ２軸、ｙ２軸、ｚ２軸と同じ関係である。
【００２６】
上記のようにして２眼カメラ３で撮像されたルートエッジ円図形上では、その図形上の任意の位置Ｐ４（撮像画像上でのＰ４の決め方については後述）を原点としてｘ４軸、ｙ４軸、ｚ４軸を有する第４座標系が仮想的に設定される。第４座標のｘ４軸は、ルートエッジ円図形上の接線方向の軸、同じくｙ４軸は、ルートエッジ円図形上の主法線方向の軸、同じくｚ４軸は、ルートエッジ円図形上の従法線方向の軸である。
【００２７】
図７は、図６に示した各座標系についてこれらを変換する座標変換行列を説明している。図７に示すように、第０座標系から第１座標系への変換行列をＴ１、第２座標系から第１座標系への変換行列をＲ１、第２座標系から第３座標系への変換行列をＴ３、第３座標系から第４座標系への変換行列をＲ２、第０座標系から第４座標系への変換行列をＴ４とする。例えば変換行列Ｔ１は、図７中に示すように定義される４×４の行列である。つまり、ある点Ｐの第０座標系におけるｘ０成分、ｙ０成分、ｚ０成分をこの式に代入すると、その点Ｐの第１座標系におけるｘ１成分、ｙ１成分、ｚ１成分が求められる。ほかの座標変換行列も同様である。
【００２８】
端的に言うと、一般に座標変換行列の左上３行３列の要素部分は２つの座標系の方向の違い（ねじれ）を示しており（ねじれがないなら３行３列は単位行列）、右上３行１列の要素部分は２つの座標系の原点のずれを示している（原点一致なら３行１列はすべてゼロ）。なお、この行列の第４行は一般に（０  ０  ０  １）であり、このように座標変換行列を定義することにより、複数回の座標変換や反対方向の座標変換を座標変換行列の積や逆行列を用いて簡単に取り扱うことができる（積や逆行列も第４行は（０  ０  ０  １）になる）。
【００２９】
図７中に示した座標変換行列のうちでは、図６での説明からわかるようにチューブ３１ａの形状が既知の前提で、Ｔ１のみが既知になり、あらかじめトーチ位置姿勢獲得部２２にその情報を記憶保持しておくことができる。Ｒ１、Ｔ３、Ｒ２、Ｔ４はそれぞれ後述で説明するようにして獲得できる。
【００３０】
図８は、図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像で行われ得る３角測量の原理を示している。前提として、２眼カメラ３の一方のカメラＡと他方のカメラＢとは、それらの画面中央から延ばした２つの視軸によってひとつの平面が定義できるように位置姿勢が設定されており、その平面が２つの画面上でそれぞれどの線に相当するかあらかじめわかっているものとする。このような画面上の基準線を一般にエピポーラ線というが、視軸に交わる基準線の場合を特に中央のエピポーラ線と呼ぶことにする。
【００３１】
説明が分かりやすいように、ここで中央のエピポーラ線は、２つの画面上でそれぞれ左右方向（水平方向）に延長している線となるように、カメラＡとカメラＢとはそれらの位置姿勢が設定されているものとする。これにより、画面上で左右方向に延びる水平の線は、すべてエピポーラ線（基準線）として扱うことができる。
【００３２】
図８に示すように、３角測量は、離間して位置している２つのカメラＡ、Ｂで同一注目点を画面上に捉えたときにその点が画面上で画面中央からどれほどずれて撮像されるかが、カメラＡ、Ｂからの距離によって変化することを原理とした測量である。距離のみでなく、２つの画面での画面中央からのずれの違いによって２眼カメラ３から見たその点の方向も特定できる。つまり、２つの画面での画面中央からのずれの違いによって、２つの画面上のエピポーラ線から拡げたひとつの平面上での位置が特定できる。
【００３３】
図９は、図８の続きとして、図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像で行われ得る３角測量の原理を示している。図８における説明では、被写対象上のある点を２つの画面上で同一注目点として把握する方法について説明していないが、画面上で上記のように基準線が設定されている場合、基準線を利用して２つの画面上で被写対象上の同一注目点が容易に把握できる。
【００３４】
すなわち、図９に示すように、基準線に交わるようにルートエッジを捉えた場合、基準線とのその交点は２つの画面上において、被写対象上の同じ点を捉えた同一注目点になる。図９において、カメラＡの画像における注目点ａとカメラＢの画像における注目点ａとは、被写対象上で同じ点（同一注目点）である。また、カメラＡの画像における注目点ｂとカメラＢの画像における注目点ｂとは、やはり被写対象上で同じ点（同一注目点）である。これは、カメラＡの各基準線から視軸方向に広げた平面と、カメラＢの各基準線から視軸方向に広げた平面とが、同一平面になっていることから導かれる帰結である。
【００３５】
補足すれば、ルートエッジのように、捉えた画像で左右方向に輝度が異なる場合は被写対象上で同じ点であることの把握が可能である。基準線上であっても左右方向に画像情報が変化していない領域では同一点の把握は容易にはできない。
【００３６】
図１０は、図１中に示した２眼カメラ３により捉えた画像中の同一注目点についてその３次元座標を得る原理を示しており、図８、図９での説明の続きであり結論を示している。すなわち、何らかの基準座標系における溶接トーチ１の位置と姿勢とが獲得されているとき、２眼カメラ３に固定している座標系（図６に示した第２座標系または第３座標系）が特定されていることになり、そしてその前提で２眼カメラ３による３角測量を用いれば、上記の基準座標系における同一注目点の３次元座標が特定できる。
【００３７】
次に、図１１は、図１中に示す開先現況獲得部１２が獲得する開先現況の内容および形式を示している。開先現況獲得部１２は、トーチ位置姿勢獲得部２２で獲得された溶接トーチ１の位置および姿勢と２眼カメラ３から画像入力部１１に取り込まれた３次元画像とを用いて計算処理を行い、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得する。すなわち、ここで計算処理の内容は、開先の位置（角度位置）の獲得、開先のギャップ幅ｇの獲得、開先の目違い高さｍの獲得である。
【００３８】
図１２は、図１１中（図７も参照）に示した開先角度位置θを獲得する手順の一例を示している。まず、２眼カメラ３のカメラＡ、Ｂそれぞれの画面上に、上から第１〜第３基準線をあらかじめ設定しておく。また、第０座標系（Ｐ０を原点とする座標系；図６参照）から第１座標系（Ｐ１を原点とする座標系；同）への関係を座標変換行列Ｔ１（図７参照）として、あらかじめ開先現況獲得部１２に記憶保持しておく（以上、ステップ７１）。カメラＡ、Ｂは、第１〜第３基準線のそれぞれにおいて、カメラＡのその基準線から視軸方向に広げた平面と、カメラＢのその同じ基準線から視軸方向に広げた平面とが、同一平面になるような関係である。
【００３９】
次に、２眼カメラ３でスタートマーク先端Ｐ１を含むように、かつ各開先エッジが第１〜第３基準線に交わるようにスタートマーク先端Ｐ１付近を撮像する（ステップ７２）。
【００４０】
次に、撮像したスタートマーク先端Ｐ１に載るように引いた画面上の基準線（Ｓ基準線とする）、およびＳ基準線の上側下側にそれぞれ設けたＳ１基準線、Ｓ２基準線と、片側の開先エッジとの各交点Ｐ１、Ｐ１１、Ｐ１２について、トーチ１の位置および姿勢（Ｐ２を原点とする第２座標系；図６を参照）と３角測量の要領とにより、それらの３次元座標（第２座標系における）をそれぞれ求める（ステップ７３）。Ｓ、Ｓ１、Ｓ２各基準線においても、カメラＡのその基準線から視軸方向に広げた平面と、カメラＢのその同じ基準線から視軸方向に広げた平面とは、同一平面である。
【００４１】
次に、求められたＰ１、Ｐ１１、Ｐ１２の３点の３次元座標を用い片側の開先エッジ円図形を計算する。計算された片側の開先エッジ円図形（Ｐ１を含む）により、第２座標系から見た第１座標系が求められる（求められた開先エッジ円図形のＰ１における主法線方向＝ｙ１方向、従法線方向＝ｚ１方向、接線方向＝ｘ１方向）。これにより、第２座標系から第１座標系への変換行列Ｒ１が計算できる（以上、ステップ７４）。
【００４２】
次に、２眼カメラ３（トーチ１）を動かして、各ルートエッジが第１〜第３基準線に交わるように撮像し、その画像中の第２基準線と片側のルートエッジとの交点をＰ４とする。ここで、動かした後のトーチ１の位置および姿勢（Ｐ３を原点とする第３座標系；図６を参照）の動かす前からの変化により、第２座標系から第３座標系への変換行列Ｔ３が計算できる（以上ステップ７５）。
【００４３】
次に、第１〜第３基準線と片側のルートエッジとの各交点Ｐ４１、Ｐ４、Ｐ４２について、トーチ１の位置および姿勢と３角測量の要領とにより、それらの３次元座標（第３座標系における）をそれぞれ求める（ステップ７６）。
【００４４】
次に、求められたＰ４１、Ｐ４、Ｐ４２の３点の３次元座標を用い片側の開先エッジ円図形を計算する。計算された片側の開先エッジ円図形（Ｐ４を含む）により、第３座標系から見た第４座標系（Ｐ４を原点とする座標系：図６を参照）が求まる（求められた開先エッジ円図形のＰ４における主法線方向＝ｙ４方向、従法線方向＝ｚ４方向、接線方向＝ｘ４方向）。これにより、第３座標系から第４座標系への変換行列Ｒ２が計算できる（ステップ７７）。
【００４５】
そして、変換行列Ｔ１と、第０座標系から第４座標系への座標変換行列Ｔ４（図７を参照）とを用いて、Ｐ４の角度位置θを求めることができる。ここで、Ｔ４＝Ｔ１・Ｒ１−１・Ｔ３・Ｒ２ である。端的に言うと、角度位置θは、第１座標系のｙ１軸の方向と第４座標系のｙ４軸の方向とにより特定できる角度である。
【００４６】
図１３は、図１１中に示した開先角度位置θを獲得する手順の別の例を示している。図１３において、図１２中に示したステップと同一のものには同一符号を付してある。ステップ７１からステップ７５は図１２での説明と同じである。
【００４７】
次にステップ７６Ａでは、第２基準線と片側のルートエッジとの交点Ｐ４について、トーチ１の位置および姿勢と３角測量の要領とにより、その３次元座標（第３座標系における）を求める。
【００４８】
次に、求められたＰ４の３次元座標を、Ｔ３、Ｒ１、Ｔ１により第０座標系における３次元座標に換算すると、第０座標系から見た第４座標系（Ｐ４を原点とする座標系：図６を参照）が求まる（ｙ４方向＝Ｐ４からｚ０軸に降ろした垂線方向、ｚ４方向＝ｚ０軸と平行の、Ｐ４を通る線の方向、ｘ４方向＝ｙ４、ｚ４それぞれに直交する、Ｐ４を通る線の方向）。求められた、第０座標系から見た第４座標系を、第３座標系から見た第４座標系に換算することにより、第３座標系から第４座標系への変換行列Ｒ２が計算できる（以上、ステップ７７Ａ）。
【００４９】
そして、次のステップ７８については、図１２での説明と同じである。したがって、図１３に示す手順によっても図１２に示した手順と同様に、開先角度位置θを獲得することができる。
【００５０】
次に、図１４は、図１１中（図２（ａ）も参照）に示したギャップ幅ｇおよび目違い高さｍの獲得手順の一例を示している。
【００５１】
まず、図１２または図１３中に示したステップ７５のときに同時に、第１〜第３基準線ともう片側のルートエッジとの各交点について、トーチ１の位置および姿勢（Ｐ３を原点とする第３座標系；図６を参照）と３角測量の要領とにより、それらの３次元座標をそれぞれ求める（ステップ８１）。
【００５２】
次に、求められた３点の３次元座標を用い、もう片側のルートエッジ円図形を計算する（ステップ８２）。続いて、第４座標系（Ｐ４を原点とする座標系：図６を参照）におけるｙ４ｚ４平面と、もう片側のルートエッジ円図形との交点Ｐｃを求める（ステップ８３）。
【００５３】
以上により、求められた交点ＰｃとＰ４とを結ぶ線分のｚ４方向成分がギャップ幅ｇ、同じくｙ４方向成分が目違い高さｍとして求められることになる（ステップ８４）。以上説明した開先角度位置θ、ギャップ幅ｇ、目違い高さｍの獲得手順は、開先が図２（ａ）に示した態様である場合についての説明であった。開先が図２（ｂ）に示すような態様の場合は、図２（ａ）における開先エッジ円図形およびルートエッジ円図形に相当する図形が単純な平面図形ではなく、円筒面上に描いた円図形になる点で少し複雑化する。しかしその形状はあらかじめ把握できるので、その場合の開先角度位置θおよびギャップ幅ｇの獲得は類似の手順で同様に可能である。
【００５４】
次に、図１を参照する説明に戻り、記憶保持部１３は、開先現況獲得部１２に後置されており、これにより開先現況獲得部１２により獲得された開先現況（図１１）を記憶保持する。以上の説明で述べた点により、実際の溶接に先立って行われる事前工程について終了することができる。
【００５５】
記憶保持部１４は、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接するときの適切な溶接条件である基準溶接条件をあらかじめ記憶保持しておくデータベースである。基準溶接条件は、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置、ならびに開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて記憶保持しておく。なお、基準溶接条件が開先の溶接開始位置から溶接終了位置の間の各位置にも依存するのは、各位置により溶接姿勢（溶接姿勢には、下向姿勢、横向姿勢、立向姿勢、上向姿勢などが存在）が異なることになるためである。
【００５６】
データベースである記憶保持部１４を容易に構成しておく意味で、開先のギャップ幅および目違い高さと基準溶接条件との関係に関して、種々の溶接姿勢で異なる基準溶接条件をおのおの記憶保持部１４で記憶保持しておくことが考えられる。そして、開先の溶接開始位置から溶接終了位置の間の各位置によって異なることになる溶接姿勢を、そのときの位置を用いて特定し、その溶接姿勢とギャップ幅および目違い高さとによって記憶保持部１４から基準溶接条件を取り出すようにする。これによれば、溶接姿勢をより細密に分類して装置として改良する場合（例えば、立向姿勢の場合の上進、下進や、斜め姿勢の場合の上進、下進なども想定する場合など）に容易に対応できる。
【００５７】
図１５は、図１中に示す記憶保持部１４が記憶保持する基準溶接条件の内容を例示している。補足すると、「アーク長」は、溶接トーチ１の電極先端から溶接部分までの距離である。「溶融池面積」は、溶接対象物３０をアークで溶かし込んだ部分（溶融池）の面積である。「溶接トーチ角度」は、溶接トーチ１の電極先端が溶接部分に対してなしている角度（例えば、溶接部分を通る溶接対象物３０の法線からの倒れ角度）である。「溶接速度」は、開先に沿って進める溶接の速度である。「溶接電流」は、溶接時に溶接トーチ１と溶接対象物３０との間に流れている電流である。「溶接電圧」は、溶接時に溶接トーチ１と溶接対象物３との間に印加されている電圧である。
【００５８】
図１５に示すように、基準溶接条件は、現溶接位置となり得る開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置、ならびに開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて記憶保持しておく。言い換えると、基準溶接条件は、「現溶接位置」、「ギャップ幅」、「目違い高さ」を３次元の変数（引数）とするデータベースである。ここで、上記で説明した点から「現溶接位置」を「溶接姿勢」で置き換えてデータベース化も可能である。なお、基準溶接条件は、それぞれ、例えば数値幅をもって記憶保持されていてもよくむしろその方が実用的である。また、説明した基準溶接条件は例示であり、少なくともそのひとつを基準溶接条件と設定して構成してもよい。
【００５９】
次に、実際に溶接作業を行うときの流れに沿って図１に示した各機能ブロックをさらに説明する。溶接状況獲得部１５は、画像入力部１１およびトーチ位置姿勢獲得部２２に後置されており、これにより、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接しているときに画像入力部１１に入力される画像とトーチ１の位置および姿勢とに基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度のうちの少なくともひとつを第１の溶接状況として時々刻々獲得する。
【００６０】
すなわち溶接状況獲得部１５は、実際の溶接時、時々刻々と上記の溶接状況を得るため所定の計算処理および画像処理の動作を行う。溶接状況のうちの現溶接位置については、基準線の位置設定を未溶接側に多少ずらせば、開先状況獲得部１２での説明とほぼ同様に可能である。アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度については、２眼カメラ３で立体視されて得られた画像中から、必要な特定の点の３次元的な位置を得、それらの点間の距離を使って適宜演算することで獲得することができる。
【００６１】
電流電圧検出部１６は、溶接トーチ１および溶接対象物３０に電気的に接続されており、これにより、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接しているときに、溶接トーチ１と溶接対象物３０との間に流れている電流および溶接トーチ１と溶接対象物３０との間の電圧を第２の溶接状況として時々刻々検出する。
【００６２】
参照部１７は、溶接現況獲得部１５に後置されており、これにより現溶接位置をキーとして記憶保持部１３を参照し、現溶接位置に対応するギャップ幅および目違い高さを現ギャップ幅および現目違い高さとして取り出す。
【００６３】
参照部１８は、溶接状況獲得部１５および参照部１７に後置されており、これにより、現溶接位置ならびに現ギャップ幅および現目違い高さをキーとして記憶保持部１４を参照し、現溶接位置ならびに現ギャップ幅および現目違い高さに対応する基準溶接条件を適正溶接条件として時々刻々取り出す。
【００６４】
比較部１９は、溶接状況獲得部１５、電流電圧検出部１６、および参照部１８に後置されており、これにより、溶接状況獲得部１５から渡された第１の溶接状況および電流電圧検出部１６から渡された第２の溶接状況を、参照部１８から渡された適正溶接条件と時々刻々比較する。
【００６５】
表示部２０は、比較部１９に後置されており、これにより、第１、第２の溶接状況と適正溶接条件との比較結果に基づいて溶接士への教示情報を時々刻々表示する。表示部２０は、具体的に、溶接士が溶接中に見ることに鑑みてＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）を利用すると好適である。
【００６６】
図１６は、表示部２０に表示させるべき教示情報の内容を例示している。図１６（ａ）は、現状のアーク長が基準条件のアーク長の範囲から長い方にずれていると比較部１９で判定された場合の表示である。この場合には、少なくとも「アーク長」を「短くする」と教示情報を表示する。なおこれ以外に基準条件からの外れがある場合にはそれを表示してもよい。また、図１６（ｂ）は、現状の溶接速度が基準条件の溶接速度の範囲から遅い方にずれていると比較部１９で判定された場合の表示である。この場合もこれ以外に基準条件からの外れがある場合にはそれを表示してもよい。
【００６７】
表示部２０での教示情報の具体的な表示内容、方法は実際に即して種々考えられる。溶接士の技量向上を優先目的とするのであれば、例えば、いくつか基準条件からの外れがある場合には最初にひとつの基準に合わせるべくその項目のみを表示するようにしてもよい。その基準が満足されたら次の基準に関する表示を行うというような手順である。一度にいくつも表示すると溶接士に対処の混乱を招く恐れが考えられる。
【００６８】
以上説明したように、この溶接作業補助装置を活用すれば、空間が狭隘で自動溶接機では施工できない箇所における溶接士による溶接作業において、溶接士が溶接範囲の一部を直接視認できない場合であっても、開先のギャップ幅や目違いに応じて、これらを加味した適切な溶接条件で溶接作業ができるように補助がなされる。すなわち、溶接士の溶接作業を補助して信頼度の高い溶接が可能になる。また、溶接士は狭隘部を覗き込むには及ばず、溶接時の無理な体勢が緩和される。教示を通じて溶接士の溶接技量の向上にも役立つ。
【００６９】
（実施形態２）
次に、図１７は、実施形態２の溶接作業補助装置を機能ブロックで示している。図１７において、すでに説明した図中に示した機能ブロックと同一のものには同一符号を付しその部分については説明を省略する。この形態は、溶接トーチ１を溶接金属の供給元とせずに、溶接トーチ１とは別に溶接棒７を用意して溶接を行う場合に特に好適な形態である。
【００７０】
この形態では、基準溶接条件に、溶接棒７の位置（例えばその溶接側の先端位置）および姿勢（例えば溶接対象物３０に対する、溶接棒７の長手方向の向き、角度）が加わることになる。そこで、記憶保持部１４ａは、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置ならびに開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、適切な溶接条件である基準溶接条件として、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、溶接電圧のうちの少なくともひとつのほか、溶接棒７の位置および姿勢をあらかじめ記憶保持しておく。
【００７１】
また、溶接領域のうちの溶接士が直接視認できない領域を視野に捉えるべく溶接対象物３０に対し相対的に固定して２眼カメラ６を新たに設ける。そして２眼カメラ６からの画像を入力するためのインターフェースである画像入力部２３を新たに設ける。溶接状況獲得部１５ａは、画像入力部１１、画像入力部２３、およびトーチ位置姿勢獲得部２２に後置される。
【００７２】
これにより、溶接状況獲得部１５ａは、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で溶接棒７を用いて開先を溶接しているときに、トーチ１の位置および姿勢のほか、画像入力部１１に入力される画像に加えて画像入力部２３に入力される画像に基づいて、現溶接位置のほか、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度のうちの少なくともひとつ、および溶接棒７の位置および姿勢を第１の溶接状況として時々刻々獲得することができる。以上の溶接状況獲得部１５ａおよび前述の記憶保持部１４ａについての説明内容により、比較部１９での比較は、溶接棒７の位置および姿勢に関してもなされることになる。
【００７３】
溶接棒７の位置および姿勢は、溶接トーチ１に取り付けられた２眼カメラ３による情報のみで得ることが一応は可能であるが、溶接対象物３０に対し相対的に固定して取り付けられている２眼カメラ６からの画像をも活用すれば、高精度に得ることができる。この形態では２眼カメラ６を、特に、溶接領域のうちの溶接士が直接視認できない領域を視野に捉えるべく溶接対象物３０に対し相対的に固定して取り付けているので、溶接士が直接視認できない領域の溶接の信頼度向上に大きく貢献できる。
【００７４】
（実施形態３）
次に、図１８は、実施形態３の溶接作業補助装置を機能ブロックで示している。図１８において、すでに説明した図中に示した機能ブロックと同一のものには同一符号を付しその部分については説明を省略する。この形態は、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接するときを模倣して溶接トーチ１をあらかじめ移動させるという事前工程を省略できる形態である。
【００７５】
画像入力部２４は、溶接領域に先行する未溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチ１に取り付けられている２眼カメラ８からの画像が入力されるインターフェースである。溶接トーチ１には前述の２眼カメラ３のほか、この２眼カメラ８が取り付けられており、２眼カメラ８は、溶接領域に先行する未溶接領域を視野に捉えるように固定されている。２眼カメラ８は、溶接時において２眼カメラ３と同時にその視野を撮影して画像生成を行う。なお溶接時は高輝度のアークに影響されるため２眼カメラ８にも減光フィルタ（不図示）が適宜用いられる。２眼カメラ８により、溶接領域に先行する未溶接領域も立体視され得る。
【００７６】
開先現況獲得部１２ａは、画像入力部２４およびトーチ位置姿勢獲得部２２に後置され、溶接対象物３０の開先に沿って溶接トーチ１で開先を溶接しているときに画像入力部２４に入力される画像に基づいて、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられた開先のギャップ幅および目違い高さを開先現況として獲得する。開先現況獲得部１２ａはこのため所定の計算処理、画像処理動作を行う。この動作は、図１に示した実施形態とは異なり、実際の溶接時と同時になされる。
【００７７】
開先現況獲得部１２ａに関連して図３ないし図１４の説明、および開先現況獲得部１２ａより先の動作（符号１３〜符号２０）については、図１に示した形態とほとんど同様である。この形態によれば、溶接領域に先行する未溶接領域を視野に捉えるべく溶接トーチ１に２眼カメラ８が取り付けられているので、溶接時と同時に、溶接領域に先行する開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの各位置に対応付けられるように開先のギャップ幅および目違い高さが開先現況として獲得される。全体として、溶接効率を向上することができる。
【００７８】
（実施形態４）
次に、図１９は、実施形態４の溶接作業補助装置を機能ブロックで示している。図１９において、すでに説明した図中に示した機能ブロックと同一のものには同一符号を付しその部分については説明を省略する。この形態は、溶接トーチに取り付けられた２眼カメラ３とは別に、２眼カメラ９が溶接対象物３０に対し相対的に固定して取り付けられている場合に好適なひとつの形態である。
【００７９】
この形態では、表示部２０ａとしてＨＭＤを用いることを前提として、溶接対象物３０に対して相対的に固定して取り付けられている２眼カメラ９からの画像と、溶接トーチ１に固定して取り付けられている２眼カメラ３からの画像とを、溶接作業に資するように、教示情報の表示に重ねて表示させることができる。
【００８０】
より具体的には、溶接対象物３０に対して相対的に固定して取り付けられている２眼カメラ９からの画像を３次元表示（立体表示）用に用いる。この立体表示は、溶接士が直接視認する視野とは異なる視点からの映像になる。また、溶接トーチ１に固定して取り付けられている２眼カメラ３からの画像は、上記の立体表示の一部領域へのワイプ表示とする。このワイプ表示は、溶接の様子が詳細に映し出されるので溶接士の参考になる。ワイプ表示としているのは、ＨＭＤは溶接士の視野全体を覆うので固定した視点が必要であることによる。常時動いている溶接トーチ１からの映像はこの条件を満たさない。
【００８１】
このようにヘッドマウントディスプレイを備えることで、溶接士は狭隘部を覗き込む必要がなくなり無理な溶接体勢を取る必要が大きく緩和される。また、溶接用の遮光面の着脱が不要になるので、全体として溶接効率を向上することが可能になる。
【００８２】
以上説明したように、各実施形態の溶接作業補助装置によれば、次の効果がある。すなわち、溶接前における開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置に対応付けられるように開先のギャップ幅および目違い高さが開先現況として獲得され、この開先現況は記憶保持部１３に記憶保持される。一方、溶接対象物の開先に沿って溶接トーチで開先を溶接するときの適切な溶接条件である基準溶接条件については、あらかじめ、開先の溶接開始位置から溶接終了位置までの間の各位置ならびに開先のギャップ幅および目違い高さに対応付けて、基準溶接条件としてアーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度、溶接電流、溶接電圧のうちの少なくともひとつが用意されるように記憶保持部１４等に記憶保持させておく。
【００８３】
そして、溶接状況獲得部は、溶接対象物の開先に沿って溶接トーチで開先を溶接しているときに画像入力部に入力される画像とトーチの位置および姿勢とに基づいて、現溶接位置と、アーク長、溶融池面積、溶接トーチ角度、溶接速度のうちの少なくともひとつとを第１の溶接状況として時々刻々獲得する。また、電流電圧検出部は、溶接対象物の開先に沿って溶接トーチで開先を溶接しているときに溶接トーチと溶接対象物との間に流れている電流および溶接トーチと溶接対象物との間の電圧を第２の溶接状況として時々刻々検出する。
【００８４】
第１、第２の溶接状況が得られている間、参照部１７は、現溶接位置をキーとして記憶保持部１３を参照し、現溶接位置に対応するギャップ幅および目違い高さを現ギャップ幅および現目違い高さとして取り出す。これにより、参照部１８は、現溶接位置ならびに現ギャップ幅および現目違い高さをキーとして記憶保持部１４等を参照し、現溶接位置ならびに現ギャップ幅および現目違い高さに対応する基準溶接条件を適正溶接条件として時々刻々取り出す。
【００８５】
続いて、比較部は、第１、第２の溶接状況を適正溶接条件と時々刻々比較する。表示部は、第１、第２の溶接状況と適正溶接条件との比較結果に基づいて溶接士への教示情報を時々刻々表示する。したがって、このような一連の流れにより溶接士は溶接を行っている間、時々刻々と教示情報を参照することができ、これにより溶接士の溶接作業を補助して信頼度の高い溶接が実現されることになる。
【００８６】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、溶接士の溶接作業を補助して信頼性の高い溶接が可能になる。
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。これらの新規な実施形態は、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ともに、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】
【００８７】
１…溶接トーチ、２…運動センサ群、３…２眼カメラ、４…溶接電源、６…２眼カメラ、７…溶接棒、８…２眼カメラ、９…２眼カメラ、１１…画像入力部、１２，１２ａ…開先現況獲得部、１３…記憶保持部、１４，１４ａ…記憶保持部、１５，１５ａ…溶接状況獲得部、１６…電流電圧検出部、１７…参照部、１８…参照部、１９…比較部、２０，２０ａ…表示部、２１…運動センサ信号入力部、２２…トーチ位置姿勢獲得部、３０…溶接対象物、３１，３１ａ，１３ｂ…チューブ（小径配管）、３２…ヘッダ（管寄せ）。
【図１】
2017185503.tif 000003
【図２】
2017185503.tif 000004
【図３】
2017185503.tif 000005
【図４】
2017185503.tif 000006
【図５】
2017185503.tif 000007
【図６】
2017185503.tif 000008
【図７】
2017185503.tif 000009
【図８】
2017185503.tif 000010
【図９】
2017185503.tif 000011
【図１０】
2017185503.tif 000012
【図１１】
2017185503.tif 000013
【図１２】
2017185503.tif 000014
【図１３】
2017185503.tif 000015
【図１４】
2017185503.tif 000016
【図１５】
2017185503.tif 000017
【図１６】
2017185503.tif 000018
【図１７】
2017185503.tif 000019
【図１８】
2017185503.tif 000020
【図１９】
2017185503.tif 000021