特許 7564790 溶接線検出方法およびこれを使用する自動溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-01

(45)【発行日】2024-10-09

(54)【発明の名称】溶接線検出方法およびこれを使用する自動溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/127 20060101AFI20241002BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

B23K9/127 508B

G01B11/00 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021145074

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2023038398

(43)【公開日】2023-03-17

【審査請求日】2023-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田村 光亮

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 要輔

(72)【発明者】

【氏名】中谷 光良

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－２７７８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－２１２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－８０７６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００－９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１母材の面および第２母材の面から形成される角部に、少なくとも初めの溶接ビードおよび次の溶接ビードを有する、一層または多層盛りの隅肉溶接を施工する際に、溶接線を検出する溶接線検出方法であって、
前記角部を撮影する撮影工程と、
前記撮影で得られた画像の輝度に基づいて、前記溶接線を仮検出する仮検出工程と、
前記仮検出された溶接線から、前記初めの溶接ビードから次の溶接ビードにずれる方向であるＹ軸方向に設定された範囲と、当該Ｙ軸方向の反対方向に設定された範囲とで本検出範囲を設定する本検出範囲設定工程と、
前記本検出範囲において、前記溶接線を本検出する本検出工程とを備え、
前記本検出範囲設定工程が、
［１］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが隅肉溶接における各層の初めのものである各層初ビードの場合、前記仮検出された溶接線から、前記Ｙ軸方向よりもＹ軸方向の反対方向に短い範囲を本検出範囲として設定し、
［２］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが隅肉溶接における各層初ビード以外の場合、前記仮検出された溶接線から、前記Ｙ軸方向よりもＹ軸方向の反対方向に長い範囲を本検出範囲として設定し、
前記本検出工程が、
［１］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが各層初ビードの場合、前記本検出範囲において、前記輝度がＹ軸方向に一次微分された値の最大値となる箇所を溶接線として本検出し、
［２］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが各層初ビード以外の場合、前記本検出範囲において、前記輝度がＹ軸方向に一次微分された値の最小値となる箇所を溶接線として本検出する工程であることを特徴とする溶接線検出方法。

【請求項2】

仮検出工程が、
想定される溶接線から、Ｙ軸方向に設定された範囲と、当該Ｙ軸方向の反対方向に設定された範囲とで仮検出範囲を設定し、
前記仮検出範囲において、輝度の最小値となる箇所を溶接線として仮検出する工程であることを特徴とする請求項１に記載の溶接線検出方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の溶接線検出方法と、
溶接ビードを形成する装置から溶接線検出方法で検出された溶接線までの距離を算出する移動距離算出工程と、
前記移動距離算出工程で算出された距離に基づいて、前記溶接ビードを形成する装置を溶接線まで移動させる移動工程と、
前記移動工程で溶接線まで移動した溶接ビードを形成する装置により、自動で溶接ビードを形成する自動溶接工程とを備えることを特徴とする自動溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の溶接ビードを重ねる隅肉溶接を施工する際の溶接線検出方法およびこれを使用する自動溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動溶接方法では、溶接ビードを形成しようとする位置、つまり溶接線を検出する必要がある。溶接線を検出する装置として、母材を撮影し、撮影された母材における画像の明暗から溶接線を検出する溶接線検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に記載の溶接線検出装置では、検出した溶接線を適切に補正することで、精度を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５９－１２５２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前記特許文献１に記載の溶接線検出装置は、当該特許文献１の第１図および第２図から明らかなように、溶接ビードが形成されていない母材を前提とし、すなわち、既に溶接ビードが形成された母材を前提としていない。このため、前記特許文献１に記載の溶接線検出装置は、既に溶接ビードが形成された母材に使用されれば、既に形成された溶接ビードの影響により、精度の低い溶接線を検出するおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、複数の溶接ビードを形成する隅肉溶接においても、高精度に溶接線を検出し得る溶接線検出方法およびこれを使用する自動溶接方法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】

【0006】

前記課題を解決するため、第１の発明に係る溶接線検出方法は、第１母材の面および第２母材の面から形成される角部に、少なくとも初めの溶接ビードおよび次の溶接ビードを有する、一層または多層盛りの隅肉溶接を施工する際に、溶接線を検出する溶接線検出方法であって、
前記角部を撮影する撮影工程と、
前記撮影で得られた画像の輝度に基づいて、前記溶接線を仮検出する仮検出工程と、
前記仮検出された溶接線から、前記初めの溶接ビードから次の溶接ビードにずれる方向であるＹ軸方向に設定された範囲と、当該Ｙ軸方向の反対方向に設定された範囲とで本検出範囲を設定する本検出範囲設定工程と、
前記本検出範囲において、前記溶接線を本検出する本検出工程とを備え、
前記本検出範囲設定工程が、
［１］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが隅肉溶接における各層の初めのものである各層初ビードの場合、前記仮検出された溶接線から、前記Ｙ軸方向よりもＹ軸方向の反対方向に短い範囲を本検出範囲として設定し、
［２］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが隅肉溶接における各層初ビード以外の場合、前記仮検出された溶接線から、前記Ｙ軸方向よりもＹ軸方向の反対方向に長い範囲を本検出範囲として設定し、
前記本検出工程が、
［１］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが各層初ビードの場合、前記本検出範囲において、前記輝度がＹ軸方向に一次微分された値の最大値となる箇所を溶接線として本検出し、
［２］前記溶接線に沿って形成する溶接ビードが各層初ビード以外の場合、前記本検出範囲において、前記輝度がＹ軸方向に一次微分された値の最小値となる箇所を溶接線として本検出する工程である。

【0007】

また、第２の発明に係る溶接線検出方法は、第１の発明に係る溶接線検出方法における仮検出工程が、
想定される溶接線から、Ｙ軸方向に設定された範囲と、当該Ｙ軸方向の反対方向に設定された範囲とで仮検出範囲を設定し、
前記仮検出範囲において、輝度の最小値となる箇所を溶接線として仮検出する工程である。

【0008】

さらに、第３の発明に係る自動溶接方法は、第１または第２の発明に係る溶接線検出方法と、
溶接ビードを形成する装置から溶接線検出方法で検出された溶接線までの距離を算出する移動距離算出工程と、
前記移動距離算出工程で算出された距離に基づいて、前記溶接ビードを形成する装置を溶接線まで移動させる移動工程と、
前記移動工程で溶接線まで移動した溶接ビードを形成する装置により、自動で溶接ビードを形成する自動溶接工程とを備える方法である。

【発明の効果】

【0009】

前記溶接線検出方法によると、複数の溶接ビードを形成する隅肉溶接においても、高精度に溶接線を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る溶接線検出方法で使用する溶接ロボットと当該溶接ロボットにより隅肉溶接が施工される角部との概略斜視図である。

【図2】溶接ロボットおよび角部の側面図であり、角部に形成される溶接ビードを破線で示す。

【図3】初めの溶接ビードが形成される前の角部を溶接ロボットのデジタルカメラで撮影した画像を示す写真である。

【図4】初めの溶接ビードが形成された角部を溶接ロボットのデジタルカメラで撮影した画像を示す写真である。

【図5】上段が図３の画像から切り抜かれた領域、中段が当該領域の輝度を示すグラフ、および、下段が輝度の一次微分を示すグラフである。

【図6】上段が図４の画像から切り抜かれた領域、中段が当該領域の輝度を示すグラフ、および、下段が輝度の一次微分を示すグラフである。

【図7】第１ビードおよび第５ビードについての輝度の一次微分を説明するためのグラフである。

【図8】第２ビードおよび第６ビードについての輝度の一次微分を説明するためのグラフである。

【図9】自動溶接方法のブロック図である。

【図10】溶接ロボットおよび角部の位置関係を示す側面図である。

【図11】自動溶接方法で使用される自動溶接システムの構成図である。

【図12】自動溶接方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態に係る溶接線検出方法について説明し、その後、当該溶接線検出方法を使用する自動溶接方法について図面に基づき説明する。

【0012】

まず、前記溶接線検出方法が使用される前提について説明する。

【0013】

図１に示すように、前記溶接線検出方法は、例えば、重ねて配置された筒身１（第１母材の一例）および当板２（第２母材の一例）に隅肉溶接を施工する際に使用される。前記隅肉溶接の施工には、例えば、入力された指示に従って溶接ビードを形成していく溶接ロボット４０が使用される。なお、以下では、前記筒身１から当板２への板厚方向をＹ軸方向として説明する。このＹ軸方向は、初めの溶接ビードから次の溶接ビードにずれる方向となる。

【0014】

前記溶接ロボット４０は、溶接トーチ４１と、当該溶接トーチ４１に取り付けられたデジタルカメラ４３とを有する。前記溶接トーチ４１は、溶接ワイヤ４２を送出しながら溶融させることで、溶接ビードを形成するものである。前記デジタルカメラ４３は、レンズ４４を有する。また、前記デジタルカメラ４３は、撮影により電子的に画像を得るカメラであれば特に制限されないが、ＣＭＯＳカメラまたはＣＣＤカメラなどであり、費用の面からＣＭＯＳカメラが好ましい。

【0015】

図２に示すように、前記隅肉溶接が施工される場所は、具体的に、前記筒身１の外面１０と、当該筒身１の外面１０に重ねられた当板２の端面２０とから形成される、角部１０，２０である。以下、前記当板２の端面２０において、前記筒身１側のエッジを内側エッジ２１と言い、前記筒身１とは反対側のエッジを外側エッジ２２と言う。前記隅肉溶接の施工として、前記溶接トーチ４１により形成される溶接ビードは、複数重ねられる。図２に示す例では、前記隅肉溶接の施工として、１３本の溶接ビードが図２で付された数字の順に形成される。以下、Ｎ番目に形成される溶接ビードを第Ｎビードと称する。第１ビード（初めの溶接ビード）から第２ビード（次の溶接ビード）の方向は、前記Ｙ軸方向となる。前記隅肉溶接は、一層盛りでもよく、多層盛りでもよく、図２に示す例だと６層盛りＬ１～Ｌ６である。図２に示す例では、第１ビード～第４ビードが第１層Ｌ１を構成し、第５ビード～第７ビードが第２層Ｌ２を構成し、第８ビードおよび第９ビードが第３層Ｌ３を構成し、第１０ビードおよび第１１ビードが第４層Ｌ４を構成し、第１２ビードが第５層Ｌ５を構成し、第１３ビードが第６層Ｌ６を構成する。以下、各層の初めの溶接ビードを、各層初ビードと称する。図２に示す例だと、各層初ビードは、第１層Ｌ１での初めの溶接ビードである第１ビード、第２層Ｌ２での初めの溶接ビードである第５ビード、第３層Ｌ３での初めの溶接ビードである第８ビード、第４層Ｌ４での初めの溶接ビードである第１０ビード、第５層Ｌ５での初めの溶接ビードである第１２ビード、第６層Ｌ６での初めの溶接ビードである第１３ビードである。

【0016】

図２に示すように、前記第１層Ｌ１での各層初ビード（第１ビード）を形成するための溶接線は、前記筒身１と当板２との内側エッジ２１，Ｗ１である。前記第１層Ｌ１での各層初ビード以外の溶接ビード（第２ビード～第４ビード）を形成するための溶接線は、それぞれ直前の溶接ビード（第１ビード～第３ビード）と当板２との境界Ｗ２～Ｗ４である。前記第１層Ｌ１以外での各層初ビード（第５ビード、第８ビード、第１０ビード、第１２ビードおよび第１３ビード）を形成するための溶接線は、前記筒身１と非直前の溶接ビード（第１ビード、第５ビード、第８ビード、第１０ビードおよび第１２ビード）との境界Ｗ５，Ｗ８，Ｗ１０，Ｗ１２，Ｗ１３である。前記第１層Ｌ１以外での各層初ビード以外の溶接ビード（第６ビード、第７ビード、第９ビードおよび第１１ビード）を形成するための溶接線は、それぞれ直前の溶接ビード（第５ビード、第６ビード、第８ビードおよび第１０ビード）と非直前の溶接ビード（第２ビード、第３ビード、第６ビードおよび第９ビード）との境界Ｗ６，Ｗ７，Ｗ９，Ｗ１１である。
［溶接線検出方法］

【0017】

以下、前記溶接線検出方法について詳細に説明する。

【0018】

前記溶接線検出方法は、前記角部１０，２０（筒身１の外面１０および当板２の端面２０）を撮影する撮影工程を備える。当該撮影工程による撮影は、例えば、前記デジタルカメラ４３により行われる。ここで、図３は、第１ビードの溶接線を検出するための撮影で得られた画像である。図３に示される画像から明らかなように、前記当板２の端面２０には、溶接ビードが形成されていない。一方で、図４は、第２ビードの溶接線を検出するための撮影で得られた画像である。図４に示される画像から明らかなように、前記当板２の端面２０には、既に第１ビード１１が形成されている。図３および図４に示すように、前記撮影で得られた画像は、前記当板２の端面２０における内側エッジ２１および外側エッジ２２が含まれる領域３０で切り抜かれる。なお、図３および図４に示すＹ軸は、図１および図２に示すＹ軸をデジタルカメラ４３で撮影したものであるから、図１および図２に示すＹ軸を斜め上から見下ろしたものとなる。

【0019】

前記溶接線検出方法は、さらに、前記撮影で得られた画像の輝度に基づいて、前記溶接線を仮検出する仮検出工程を備える。具体的には、図３および図４で切り抜かれた領域３０の画像を、紙面に垂直な軸を中心にして９０°反時計回りに回転させる（図５および図６の各上段に示す画像を参照）。このため、図３および図４では、内側エッジ２１が紙面上側かつ外側エッジ２２が紙面下側となるのに対し、図５および図６の各上段では、内側エッジ２１が紙面左側かつ外側エッジ２２が紙面右側となる。図５および図６の各上段に示す画像の各白矢印（Ｙ軸に平行）における輝度を、図５および図６の各中段のグラフで示す。

【0020】

図５および図６の各中段に示すグラフは、図５および図６の各上段に示す画像の各白矢印における輝度の生データをそのまま用いてもよく、当該生データをノイズ処理してから用いてもよい。当該ノイズ処理の例としては、Ｙ軸方向に複数点（例えば３点）の移動平均などが挙げられる。図５および図６の各中段に示すグラフから溶接線を仮検出するには、Ｙ軸方向において仮検出範囲４，５を設定する。当該仮検出範囲４，５は、想定される溶接線３１からＹが大きくなる方向でのプラス側仮検出範囲４と、前記想定される溶接線３１からＹが小さくなる方向へのマイナス側仮検出範囲５とからなる。前記想定される溶接線３１は、各層初ビード（例えば第１ビード）が対象の場合、図５に示すように、前記当板２の端面２０における内側エッジ２１であり、各層初ビード以外（例えば第２ビード）が対象の場合、図６に示すように、直前の溶接ビード（例えば第１ビード）の溶接線３２に対象となる溶接ビード（例えば第２ビード）の脚長３３をＹ軸方向に加えた位置である。前記仮検出範囲４，５は、各層初ビード（例えば第１ビード）が対象の場合、図５に示すように、プラス側仮検出範囲４をマイナス側仮検出範囲５以下に設定することが好ましい。また、前記仮検出範囲４，５は、各層初ビード以外（例えば第２ビード）が対象の場合、図６に示すように、プラス側仮検出範囲４をマイナス側仮検出範囲５以上に設定することが好ましい。前記仮検出工程では、図５および図６の各中段に示すように、設定された仮検出範囲４，５において、輝度が最も小さくなる箇所を溶接線として仮検出する。なお、前記仮検出範囲４，５は、対象となる溶接ビードの幅に比例させることが好ましい。一例として、図５および図６に示すプラス側仮検出範囲４およびマイナス側仮検出範囲５のうち、長い方（図５だとマイナス側仮検出範囲５、図６だとプラス側仮検出範囲４）の具体的な範囲が、対象となる溶接ビードの幅の３０％以上７０％以下（より好ましくは、４０％以上６０％以下）、短い方（図５だとプラス側仮検出範囲４、図６だとマイナス側仮検出範囲５）の具体的な範囲が、対象となる溶接ビードの幅の１０％以上長い方の範囲以下（より好ましくは、２０％以上長い方の範囲以下）である。また、他の例として、例えば対象となる溶接ビードの幅が８０ピクセルの場合、長い方の具体的な範囲の例が３０ピクセル以上５０ピクセル以下、短い方の具体的な範囲の例が１５ピクセル以上４０ピクセル以下である。

【0021】

前記溶接線検出方法は、さらに、前記溶接線を本検出するための範囲、つまり、本検出範囲６，７を設定する本検出範囲６，７設定工程を備える。当該本検出範囲６，７は、前記仮検出された溶接線からＹが大きくなる方向へのプラス側本検出範囲６と、前記仮検出された溶接線からＹが小さくなる方向へのマイナス側本検出範囲７とからなる。また、前記本検出範囲６，７は、各層初ビード（例えば第１ビード）が対象の場合、図５に示すように、プラス側本検出範囲６をマイナス側本検出範囲７超に設定し、各層初ビード以外（例えば第２ビード）が対象の場合、図６に示すように、プラス側本検出範囲６をマイナス側本検出範囲７未満に設定する。図５および図６に示すように、前記本検出範囲６，７は、前記仮検出範囲４，５よりも狭く設定される。なお、前記本検出範囲６，７は、対象となる溶接ビードの幅に比例させることが好ましい。一例として、図５および図６に示すプラス側仮検出範囲６およびマイナス側仮検出範囲７のうち、長い方（図５だとマイナス側仮検出範囲６、図６だとプラス側仮検出範囲７）の具体的な範囲が、対象となる溶接ビードの幅の１５％以上５０％以下（より好ましくは、２０％以上４０％以下）、短い方（図５だとプラス側仮検出範囲７、図６だとマイナス側仮検出範囲６）の具体的な範囲が、対象となる溶接ビードの幅の５％以上長い方の範囲以下（より好ましくは、５％以上２０％以下）である。また、他の例として、例えば対象となる溶接ビードの幅が８０ピクセルの場合、図５および図６に示すプラス側本検出範囲６およびマイナス側本検出範囲７のうち、長い方の具体的な範囲の例が１５ピクセル以上３０ピクセル以下、短い方の具体的な範囲の例が５ピクセル以上１５ピクセル以下である。

【0022】

図５および図６の各中段に示すグラフの輝度をＹで一次微分したもの（以下、輝度の一次微分という）を、図５および図６の各下段にグラフで示す。前記溶接線検出方法では、設定された本検出範囲６，７において、各層初ビード（例えば１ビード）が対象の場合であれば、図５の下段に示すように、輝度の一次微分が最も大きくなる箇所を溶接線として本検出する。一方で、前記溶接線検出方法では、設定された本検出範囲６，７において、各層初ビード以外（例えば第２ビード）が対象の場合であれば、図６の下段に示すように、輝度の一次微分が最も小さくなる箇所を溶接線として本検出する。

【0023】

ところで、図５に示すように、第１ビードが対象の場合、当板２の端面２０における外側エッジ２２を仮検出するためのエッジ用仮検出範囲８を設定する。図５の中段に示すように、設定されたエッジ用仮検出範囲８において、輝度が最も大きくなる箇所を外側エッジ２２として仮検出する。仮検出された外側エッジ２２から、Ｙが大きくなる方向および小さくなる方向へのエッジ用仮検出範囲９を設定する。当該エッジ用仮検出範囲９は、前記エッジ用仮検出範囲８よりも狭く設定される。設定されたエッジ用仮検出範囲９において、輝度の一次微分が最も小さくなる箇所を外側エッジ２２として本検出する。外側エッジ２２の位置は不変なので、第２ビード以降が対象の場合、改めて外側エッジ２２を仮検出した後に本検出することなく、既に第１ビードが対象の場合で本検出された外側エッジ２２を使用する。

【0024】

ここで、輝度の一次微分から溶接線を本検出する箇所が、各層初ビードが対象の場合と、各層初ビード以外が対象の場合とで異なるとして説明したが、その理由を以下に説明する。

【0025】

図７および図８に示すように、輝度は、小さい方から順に、ギャップ（筒身１と当板２との隙間）、母材（筒身１または当板２）、非直前ビード（対象とする溶接ビードの直前より前の溶接ビード）、および、直前ビード（対象とする溶接ビードの直前の溶接ビード）となる。

【0026】

まず、図２および図７に示すように、各層初ビードのうち第１ビードが対象の場合、溶接線Ｗ１をＹ軸方向に横切ると、ギャップから輝度のより大きい母材（正確には当板２の端面２０）に至る。このため、各層初ビードのうち第１ビードが対象の場合、溶接線Ｗ１でのＹ軸方向における輝度の変化は上昇（つまり正の傾き）となるので、輝度の一次微分も正になる。また、各層初ビードのうち第１ビード以外（例えば第５ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ５をＹ軸方向に横切ると、母材（正確には筒身１の外面１０）から輝度のより大きい非直前ビード（例えば第１ビード）に至る。このため、各層初ビードのうち第１ビード以外（例えば第５ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ５でのＹ軸方向における輝度の変化は上昇（つまり正の傾き）となるので、輝度の一次微分も正になる。したがって、各層初ビードが対象の場合、設定された本検出範囲６，７において、輝度の一次微分が最も大きくなる箇所を溶接線として本検出する。

【0027】

次に、図２および図８に示すように、各層初ビード以外のうち第１層Ｌ１の溶接ビード（例えば第２ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ２をＹ軸方向に横切ると、直前ビード（例えば第１ビード）から輝度のより小さい母材（正確には当板２の端面２０）に至る。このため、各層初ビード以外のうち第１層Ｌ１の溶接ビード（例えば第２ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ２でのＹ軸方向における輝度の変化は下降（つまり負の傾き）となるので、輝度の一次微分も負になる。また、各層初ビード以外のうち第１層Ｌ１以外の溶接ビード（例えば第６ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ６をＹ軸方向に横切ると、直前ビード（例えば第５ビード）から輝度のより小さい非直前ビード（例えば第２ビード）に至る。このため、各層初ビード以外のうち第１層Ｌ１以外の溶接ビード（例えば第６ビード）が対象の場合、溶接線Ｗ６でのＹ軸方向における輝度の変化は下降（つまり負の傾き）となるので、輝度の一次微分も負になる。したがって、各層初ビード以外が対象の場合、設定された本検出範囲６，７において、輝度の一次微分が最も小さくなる箇所を溶接線として本検出する。

【0028】

このように、前記溶接線検出方法によると、溶接線を仮検出した後に、対象とする溶接ビードを各層初ビードと各層初ビード以外とに場合分けして、本検出範囲６，７の設定および溶接線の本検出をするので、複数の溶接ビードを形成する隅肉溶接においても、高精度に溶接線を検出することができる。
［自動溶接方法］

【0029】

以下、前記溶接線検出方法を使用する自動溶接方法について詳細に説明する。

【0030】

図９に示すように、前記自動溶接方法１０１は、前記溶接線検出方法５１と、移動距離算出工程６１と、移動工程７１と、自動溶接工程７２とを備える。

【0031】

前記移動距離算出工程６１は、前記溶接トーチ４１（溶接線を形成する装置）から溶接線までの必要な移動距離（以下、必要移動距離という）を算出する工程である。前記移動工程７１は、算出された必要移動距離に基づいて、前記溶接トーチ４１を溶接線まで移動させる工程である。前記自動溶接工程７２は、前記溶接線まで移動した溶接トーチ４１により、自動で溶接ビードを形成する工程である。

【0032】

図１０に示すように、前記移動距離算出工程６１で算出される必要移動距離は、前記デジタルカメラ４３から溶接線Ｗ１までの距離Ｄ１＋Ｄ２（以下、第１距離Ｄ１＋Ｄ２）と、前記溶接トーチ４１からデジタルカメラ４３までの距離ｄ１＋ｄ２（以下、第２距離ｄ１＋ｄ２）とからなる。このため、前記移動距離算出工程６１では、前記第１距離Ｄ１＋Ｄ２を算出してから、既知である第２距離ｄ１＋ｄ２に加算する。

【0033】

前記第１距離Ｄ１＋Ｄ２は、前記デジタルカメラ４３の撮影軸Ａ方向の距離である奥行距離Ｄ１と、当該撮影軸Ａ方向に直交する距離である平面距離Ｄ２とからなる。前記奥行距離Ｄ１および平面距離Ｄ２は、それぞれ次の式（１）および式（２）から算出される。
Ｄ１＝（Ｆ・Ｔ１・Ｐ）／（Ｓ・Ｐｔ）・・・・・（１）
Ｄ２＝（Ｄ１・Ｓ・Ｐｄ２）／（Ｆ・Ｐ）・・・・・（２）

【0034】

ここで、前記式（１）および式（２）のＦ，Ｔ１，Ｐ，Ｓ，ＰｔおよびＰｄ２は、次の通りである。
Ｆ：デジタルカメラ４３が有するレンズ４４の焦点距離
Ｔ１：デジタルカメラ４３から視た当板２の板厚Ｔにおける実寸
Ｐ：平面距離Ｄ２に平行な方向でのデジタルカメラ４３の画素数
Ｓ：平面距離Ｄ２に平行な方向でのデジタルカメラ４３のセンササイズ
Ｐｔ：デジタルカメラ４３から視た当板２の板厚Ｔにおける画素数
Ｐｄ２：デジタルカメラ４３から視た平面距離Ｄ２における画素数

【0035】

なお、Ｆ（デジタルカメラ４３が有するレンズ４４の焦点距離）、Ｐ（平面距離Ｄ２に平行な方向でのデジタルカメラ４３の画素数）、および、Ｓ（平面距離Ｄ２に平行な方向でのデジタルカメラ４３のセンササイズ）は、デジタルカメラ４３およびレンズ４４の仕様から得られる。Ｔ１（デジタルカメラ４３から視た当板２の板厚Ｔにおける実寸）は、当板２の板厚Ｔ、および、当板２の端面２０とデジタルカメラ４３の撮影軸Ａとの角度θから、三角関数により算出される。Ｐｔ（デジタルカメラ４３から視た当板２の板厚Ｔにおける画素数）は、本検出された溶接線Ｗ１（第１ビードが対象）と外側エッジ２２との間の画素数から得られる。Ｐｄ２（デジタルカメラ４３から視た平面距離Ｄ２における画素数）は、撮影により得られた画像の中心（撮影軸Ａ）と本検出された溶接線との間の画素数から得られる。前記式（１）および式（２）において、Ｆ，Ｔ１，Ｓ，Ｄ１およびＤ２は、同じ単位（例えば［ｍｍ］）である。

【0036】

次に、前記自動溶接方法１０１を使用する自動溶接システムについて説明する。

【0037】

図１１に示すように、前記自動溶接システム１００は、前記溶接線検出方法５１を使用する装置として、前記デジタルカメラ４３および溶接トーチ４１を有する溶接ロボット４０と、前記撮影により得られた画像から溶接線を検出するパーソナルコンピュータ５０とを備える。また、前記自動溶接システム１００は、前記必要移動距離を算出するＰＬＣ６０（プログラマブルロジックコントローラ）と、前記必要移動距離に基づいて溶接ロボット４０に溶接トーチ４１を溶接線まで移動させるロボット制御盤７０とを備える。

【0038】

以下、前記自動溶接システム１００の動作について説明する。

【0039】

図１１に示すように、前記溶接ロボット４０のデジタルカメラ４３が、前記筒身１の外面１０および当板２の端面２０を撮影する。当該撮影により得られた画像が、データとしてパーソナルコンピュータ５０に送信される。

【0040】

当該パーソナルコンピュータ５０では、前記画像から溶接線が仮検出の後に本検出される。また、前記パーソナルコンピュータ５０では、第１ビードが対象の場合、外側エッジ２２も仮検出の後に本検出される。

【0041】

前記ＰＬＣ６０には、前記式（１）および（２）に必要な情報がパーソナルコンピュータ５０から入力される。前記必要な情報、つまり、前記パーソナルコンピュータ５０からＰＬＣ６０に入力される情報は、具体的に、前記デジタルカメラ４３およびレンズ４４の仕様、当板２の板厚Ｔ、当板２の端面２０とデジタルカメラ４３の撮影軸Ａとの角度θ、本検出された溶接線Ｗ１（第１ビードが対象）と外側エッジ２２との間の画素数、画像の中心（撮影軸Ａ）と本検出された溶接線Ｗ１（第１ビードが対象）との間の画素数、および、第２距離ｄ１＋ｄ２である。そして、前記ＰＬＣ６０は、前記式（１）および式（２）により、前記第１距離Ｄ１＋Ｄ２を算出し、当該第１距離Ｄ１＋Ｄ２を第２距離ｄ１＋ｄ２に加えることで、必要移動距離を算出する。

【0042】

前記ロボット制御盤７０は、前記必要移動距離に基づいて溶接ロボット４０に溶接トーチ４１を溶接線まで移動させた後、溶接ロボット４０に溶接ビードを形成させる。

【0043】

以下、前記自動溶接方法１０１を図１２に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

【0044】

図１２に示すように、デジタルカメラ４３による撮影に適した位置（以下、撮影位置）まで、溶接ロボット４０のデジタルカメラ４３および溶接トーチ４１を移動させる（Ｓ１）。撮影位置は、ロボット制御盤７０に予め入力された筒身１および当板２の３Ｄ－ＣＡＤデータに基づいて決定される。

【0045】

次に、デジタルカメラ４３により、筒身１の外面１０および当板２の端面２０が撮影される。当該撮影により得られた画像は、データとしてパーソナルコンピュータ５０（ＰＣ）に送信される（Ｓ２）。

【0046】

撮影の予定数は予め決められており、今回の撮影で予定数に達したか否かが判断される（Ｓ３）。今回の撮影で予定数に達していなければ、今回の撮影位置に隣接する撮影位置まで、再び溶接ロボット４０のデジタルカメラ４３および溶接トーチ４１を移動させる（Ｓ１）。一方で、今回の撮影で予定数に達していれば、パーソナルコンピュータ５０（ＰＣ）により、撮影で得られた画像から溶接線が仮検出の後に本検出される（Ｓ４）。

【0047】

パーソナルコンピュータ５０で溶接線が本検出されると、当該溶接線を含めた、前記式（１）および（２）に必要な情報がパーソナルコンピュータ５０からＰＬＣ６０に入力される（Ｓ５）。ＰＬＣ６０では、前記式（１）および（２）から第１距離Ｄ１＋Ｄ２を算出し、当該第１距離Ｄ１＋Ｄ２を第２距離ｄ１＋ｄ２に加えることで、必要移動距離を算出する（Ｓ６）。

【0048】

前記ロボット制御盤７０は、前記必要移動距離に基づいて溶接ロボット４０に溶接トーチ４１を溶接線まで移動させる（Ｓ７）。溶接トーチ４１が溶接線まで移動した後、前記ロボット制御盤７０は、溶接線に沿って溶接ロボット４０に溶接ビードを形成させていく（Ｓ８）。

【0049】

隅肉溶接のための溶接ビードの本数は予め決められており、今回の溶接ビードが予め決められた本数に達したか否かが判断される（Ｓ９）。今回の溶接ビードが予め決められた本数に達していなければ、次の溶接ビードを対象とする溶接線の検出が必要になる。このため、当該溶接線を検出するために、撮影に適した位置まで、再び溶接ロボット４０のデジタルカメラ４３および溶接トーチ４１を移動させる（Ｓ１）。一方で、今回の溶接ビードが予め決められた本数に達していれば、終了となる。

【0050】

このように、前記自動溶接方法１０１によると、高精度に検出された溶接線まで溶接トーチ４１を移動させるので、複数の溶接ビードを形成する隅肉溶接においても、高精度に施工することができる。

【0051】

また、前記自動溶接システム１００の構成を用いることで、前記デジタルカメラ４３および溶接トーチ４１を有する溶接ロボット４０による溶接で、照明、レーザ光および距離センサなどを用いることなく、自動溶接を高精度に施工することができる。

【0052】

ところで、前記実施の形態では、溶接線（または外側エッジ２２）の誤検出について説明しなかったが、好ましくは、パーソナルコンピュータ５０で、外れ値（誤検出）であるかを判断し、外れ値であると判断されれば当該外れ値を是正処理する。当該是正処理としては、当板２の端面２０が平面の位置において、隣接する複数の撮影位置での溶接線（または外側エッジ２２）の平均値を用いる方法がある。隣接する撮影位置の間隔は、例えば２～８ｍｍであり、５ｍｍが好ましい。また、平均値を用いるための撮影位置の数は、複数であればよいが、例えば４～８個であり、６個が好ましい。判断の対象となる撮影位置での溶接線が、隣接する撮影位置での溶接線の平均値から大きく（例えば、２８ピクセル以上または２ｍｍ以上）外れた場合、外れ値（誤検出）と判断される。この場合、判断の対象とした撮影位置での溶接線が、隣接する撮影位置での溶接線の平均値と一致するように是正される。他の是正処理としては、同一の層における直前の溶接ビードと対象とする溶接ビードとの両溶接線との間隔（以下、溶接線間隔）を用いる方法がある。判断の対象となる撮影位置での溶接線間隔が、隣接する撮影位置での溶接線間隔の中央値から大きく（例えば、２８ピクセル以上または２ｍｍ以上）外れた場合、外れ値（誤検出）と判断される。この場合、判断の対象とした撮影位置での溶接線間隔が隣接する撮影位置での溶接線間隔の中央値に一致するように、判断の対象とした撮影位置での溶接線が是正される。なお、溶接線間隔を用いる方法は、当板２の端面２０が平面の位置だけでなく、当板２の端面２０が曲面の位置にも使用できる。

【0053】

また、前記実施の形態では、前記隅肉溶接が施工される場所を、前記筒身１の外面１０および当板２の端面２０から形成される角部１０，２０として説明したが、２つの母材から形成される角部であればよい。

【0054】

さらに、前記実施の形態では、前記溶接線検出方法５１で外側エッジ２２を本検出するとして説明したが、前記溶接線検出方法５１から独立した方法で外側エッジ２２を本検出してもよい。

【0055】

加えて、前記実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記発明を実施するための形態で説明した構成うち、「課題を解決するための手段」での第１の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

Ａ 撮影軸
１ 筒身
２ 当板
４，５ 仮検出範囲
６，７ 本検出範囲
１０ 外面
２０ 端面
４０ 溶接ロボット
４１ 溶接トーチ
４２ 溶接ワイヤ
４３ デジタルカメラ
４４ レンズ
５０ パーソナルコンピュータ
６０ ＰＬＣ
７０ ロボット制御盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】