JP6411828B2 - カメラ位置調整装置、溶接ロボットシステムおよびカメラ位置調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ位置調整装置、溶接ロボットシステムおよびカメラ位置調整方法に関する。

ワークが溶接過程で歪んだり、ワークの精度があまり良くない場合、溶接トーチと開先中心との距離が、当初想定していた値からずれることがある。この場合、安定した溶接を行うことが難しく、溶接不良を生じる恐れがある。この対策として、例えば、溶接領域をカメラで撮像し、撮像により得られた画像から開先位置のずれ量を検出することにより、溶接トーチ位置を補正することが行われる（特許文献１参照）。

特開２０００−３０１３４０

カメラを溶接ロボットシステムに組み込む際には、カメラ位置や、絞り、露光時間などを設定することが必要となる。しかし、撮像対象の溶接領域は、アーク光が発せられる領域を含むことから、コントラストが大き過ぎて、カメラが露光過多になってしまう場合がある。そのため、カメラには、通常、アーク光を減衰させるフィルタが取り付けられる。アーク光には可視光が多く含まれているので、可視光を選択的に減衰させるフィルタがカメラに取り付けられる。このようなフィルタが取り付けられるカメラの設定は、例えば、以下のようにして行われる。

まず、フィルタを取り外した状態で、ワークの溶接ビードにピントが合うように、カメラ位置を調整する。その後、フィルタを取り付け、アーク溶接を行いながら、絞りや露光時間を調整する。必要に応じて、この一連の作業を何度か、繰り返し行う。

保守などにより、カメラが一旦、取り外されることがある。この場合、カメラを取り付け直す際には、上述の一連の作業が行われる。しかし、この一連の作業には、人の判断が介在する。そのため、調整した人に依って、カメラの設定がばらついてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラの設定ばらつきを低減することの可能なカメラ位置調整装置、溶接ロボットシステムおよびカメラ位置調整方法を提供することにある。

本発明のカメラ位置調整装置は、判定部と、信号生成部とを備えている。判定部は、溶接領域にピントの合った第１画像と、第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、溶接領域に向けられた単焦点カメラの、溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定するようになっている。信号生成部は、単焦点カメラの撮像位置を合焦カメラ位置に設定させる制御信号を生成するようになっている。判定部は、複数の第２画像の中から第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を合焦カメラ位置と判定する。

本発明の溶接ロボットシステムは、移動部と、判定部と、信号生成部と、調整部とを備えている。移動部は、溶接電極を含む溶接トーチを有しており、溶接トーチを移動させることによりアーク溶接を行うようになっている。判定部は、溶接電極の先端を含む溶接領域にピントの合った第１画像と、第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、溶接領域に向けられた単焦点カメラの、溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定するようになっている。信号生成部は、単焦点カメラの撮像位置を合焦カメラ位置に設定させる制御信号を生成するようになっている。調整部は、信号生成部からの制御信号に基づいて、単焦点カメラの撮像位置を設定するようになっている。判定部は、複数の第２画像の中から第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を合焦カメラ位置と判定する。

本発明のカメラ位置調整方法は、以下の２つのステップを含んでいる。
（１）溶接領域にピントの合った第１画像と、第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、溶接領域に向けられた単焦点カメラの、溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定する判定ステップ
（２）単焦点カメラの撮像位置を合焦カメラ位置に設定させる制御信号を生成する信号生成ステップ
上記判定ステップにおいて、複数の第２画像の中から第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を合焦カメラ位置と判定する。

本発明のカメラ位置調整装置、溶接ロボットシステムおよびカメラ位置調整方法では、溶接領域にピントの合った第１画像と、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とが対比される。これにより、複数の第２画像の中から、溶接領域にピントの合った画像を選択することができる。単焦点カメラの撮像位置を、選択した第２画像が撮像されたときのカメラ位置に設定することにより、単焦点カメラのピントを溶接領域に合わせることができる。本発明では、単焦点カメラの撮像位置を合焦カメラ位置に設定させる制御信号が生成される。これにより、単焦点カメラの撮像位置の設定を、制御信号に基づいて単焦点カメラの撮像位置を設定する調整部に担わせることができる。

本発明のカメラ位置調整装置、溶接ロボットシステムおよびカメラ位置調整方法によれば、複数の第２画像の中から、溶接領域にピントの合った画像を選択し、単焦点カメラの撮像位置を、選択した第２画像が撮像されたときのカメラ位置に設定させる制御信号を生成するようにしたので、単焦点カメラの撮像位置の設定に際して、人の判断を介在させなくて済む。その結果、単焦点カメラの設定ばらつきを低減することができる。

本発明の一実施の形態の溶接ロボットシステムの概略構成の一例を表す図である。 基準ワークおよび対象ワークの断面構成の一例を表す図である。 対象ワークの位置ずれについて説明するための図である。 アーク溶接の様子の一例を斜視的に表す図である。 撮像装置により得られる画像の一例を表す図である。 図１のロボット制御装置の概略構成の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 図１の画像処理装置の概略構成の一例を表す図である。 初期のカメラ位置調整手順の一例を表す図である。 再度のカメラ位置調整手順の一例を表す図である。 再度のカメラ位置調整手順の他の例を表す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜１．実施の形態＞
最初に、本発明の一実施の形態に係る溶接ロボットシステム１の概要について説明する。図１は、溶接ロボットシステム１の概略構成の一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。溶接ロボットシステム１が本発明の「溶接ロボットシステム」の一具体例に相当する。

ワークＷは、例えば、図２に示したように、同一面内に配置された２つの母材Ｂ１，Ｂ２からなる。母材Ｂ１の側面Ｓ１と母材Ｂ２の側面Ｓ２とが互いに近接して配置されている。側面Ｓ１および側面Ｓ２によって、Ｖ字型の開先形状が形成されている。なお、ワークＷは、Ｖ字型の開先形状を有するものに限定されるものではない。

溶接ロボットシステム１は、いわゆるティーチング＆プレイバック方式を採用している。ティーチング＆プレイバック方式とは、教示データとして予め作業員等によって設定された、ワークＷの溶接位置（開先位置）に沿った溶接トーチの座標情報等を利用して、溶接トーチによる溶接作業を行う方式を指している。溶接ロボットシステム１は、さらに、倣い制御を採用している。倣い制御とは、ワークＷが位置ずれを起こしたときに、予め設定された教示データに対して、ワークＷの位置ずれに応じた補正を行うことにより、溶接トーチをより正確にワークＷの開先位置に沿わせる制御を指している。溶接ロボットシステム１は、倣い制御に用いる補正データを、後述の撮像装置２０によって得られた画像データから得るようになっている。

（ワークＷの位置ずれ）
なお、上述の「ワークＷの位置ずれ」とは、例えば、図３に示したように、教示点に基づいて溶接トーチ１３（後述）が配置されたときに、ワークＷの開先位置（溶接線ＷＬ）が、溶接トーチ１３に固定された溶接電極１４（後述）の先端位置からずれていることを指している。「ワークＷの位置ずれ」は、例えば、ワークＷの溶接線ＷＬが、溶接電極１４の先端位置との関係で、左右方向（図３のＤ１方向）および上下方向（図３のＤ２方向）の少なくとも一方の方向へ変位していることを指している。

[構成]
次に、溶接ロボットシステム１の構成について説明する。溶接ロボットシステム１は、図１に示したように、マニピュレータ１０と、撮像装置２０と、調整装置３０と、ロボット制御装置４０と、ティーチペンダント５０と、溶接機６０と、画像処理装置７０とを備えている。マニピュレータ１０が本発明の「移動部」の一具体例に相当する。撮像装置２０が本発明の「単焦点カメラ」の一具体例に相当する。調整装置３０は本発明の「調整部」の一具体例に相当する。ロボット制御装置４０と画像処理装置７０とを含む装置が本発明の「カメラ位置調整装置」の一具体例に相当する。ロボット制御装置４０が本発明の「信号生成部」の一具体例に相当する。画像処理装置７０が本発明の「判定部」の一具体例に相当する。ロボット制御装置４０および画像処理装置７０は、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよいし、互いに一体に構成されていてもよい。また、ロボット制御装置４０およびティーチペンダント５０は、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよいし、互いに一体に構成されていてもよい。

溶接ロボットシステム１は、例えば、各種装置同士を互いに接続するケーブルＬ１〜Ｌ８を備えている。ケーブルＬ１は、ロボット制御装置４０とマニピュレータ１０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置４０およびマニピュレータ１０に接続されている。ケーブルＬ２は、ロボット制御装置４０とティーチペンダント５０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置４０およびティーチペンダント５０に接続されている。ケーブルＬ３は、ロボット制御装置４０と溶接機６０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置４０および溶接機６０に接続されている。ケーブルＬ４は、ロボット制御装置４０と画像処理装置７０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置４０および画像処理装置７０に接続されている。ケーブルＬ５は、ロボット制御装置４０と調整装置３０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置４０および調整装置３０に接続されている。ケーブルＬ６，Ｌ７は、後述の溶接電極１４とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するための電源ケーブルである。ケーブルＬ６は、溶接機６０および後述の作業台１５に接続されており、ケーブルＬ７は、溶接機６０および後述の溶接トーチ１３に接続されている。ケーブルＬ８は、画像処理装置７０と撮像装置２０との間で通信するための通信ケーブルであり、画像処理装置７０および撮像装置２０に接続されている。

（マニピュレータ１０）
マニピュレータ１０は、ロボット制御装置４０からの制御信号に基づいて溶接トーチ１３を移動させることによって、ワークＷに対してアーク溶接を行うようになっている。マニピュレータ１０は、フロア等に固定されるベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた多関節アーム部１２と、多関節アーム部１２の先端に連結された溶接トーチ１３と、作業台１５とを有している。溶接トーチ１３は、溶接電極１４を含んで構成されている。溶接電極１４は、溶接トーチ１３の先端部分に固定されている。溶接トーチ１３が本発明の「溶接トーチ」の一具体例に相当する。溶接電極１４が本発明の「溶接電極」の一具体例に相当する。

多関節アーム部１２は、例えば、複数のアーム１２Ａと、２つのアーム１２Ａ同士を回動可能に連結する関節軸（図示せず）とを有している。多関節アーム部１２は、さらに、例えば、アーム１２Ａごとに１つずつ設けられ、対応するアーム１２Ａを駆動する複数の駆動モータ（図示せず）と、各駆動モータに連結され、各アーム１２Ａの現在位置を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。各駆動モータは、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置４０から入力される制御信号によって駆動される。このようにして各駆動モータが駆動されることにより、各アーム１２Ａが変位し、結果的に溶接トーチ１３が上下前後左右に移動する。エンコーダは、検出した各アーム１２Ａの現在位置（以下、「位置情報」と称する。）を、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置４０に出力するようになっている。

多関節アーム部１２の一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されており、多関節アーム部１２の他端がベース部材１１に連結されている。溶接電極１４は、非溶極式の電極であり、例えば、タングステン等の高硬度の金属材料で構成されている。溶接トーチ１３は、溶接電極１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、そのアークの熱でワークＷ（さらには、溶加棒）を溶融させることにより、ワークＷに対してアーク溶接を行うものである。なお、アーク溶接に溶加棒が使用される場合には、マニピュレータ１０は、溶加棒を溶接トーチ１３に供給するワイヤ送給装置をさらに有していてもよい。溶接トーチ１３は、ケーブルＬ６に電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有している。コンタクトチップは、ケーブルＬ６から供給される溶接電圧Ｖｓを溶接電極１４に供給するように構成されている。

作業台１５は、フロア等に固定されており、ワークＷを設置する台座として使用される。作業台１５は、ワークＷに対するトーチ姿勢を最適に維持するためのポジショナであってもよい。作業台１５が上述のポジショナである場合には、ロボット制御装置４０によってポジショナの軸が駆動制御される。作業台１５は、ケーブルＬ５を介して溶接機６０に接続されており、作業台１５に設置されるワークＷとケーブルＬ５とを互いに電気的に接続するように構成されている。

（撮像装置２０）
撮像装置２０は、焦点位置の固定されたカメラであり、例えば、単焦点カメラである。撮像装置２０は、溶接トーチ１３との関係で不動位置に固定されている。撮像装置２０は、ケーブルＬ８を介して画像処理装置７０から入力される制御信号に基づいて撮像を行うことにより、画像Ｉを取得するようになっている。撮像装置２０は、可視光を選択的にカットするフィルタ２０Ａを撮像装置２０の光入射面に有している。フィルタ２０Ａは、例えば、撮像装置２０の光入射面に対して着脱可能な状態で固定されている。フィルタ２０Ａは、アーク溶接時に発生するアーク光に含まれる高強度の可視光線を減衰させるように構成されている。また、フィルタ２０Ａは、アーク溶接時に溶接電極１４の先端から放射された近赤外線を透過するように構成されている。従って、撮像装置２０では、フィルタ２０Ａが装着された状態では、画像Ｉとして、近赤外領域の画像が得られる。撮像装置２０は、撮像により得られた画像Ｉを、ケーブルＬ８を介して画像処理装置７０に出力するようになっている。

撮像装置２０は、例えば、調整装置３０を介して溶接トーチ１３に固定されている。撮像装置２０は、例えば、調整装置３０に対して着脱可能に固定されており、調整装置３０によって撮像装置２０の光軸方向に変位可能となっている。撮像装置２０の視点方向は、後述する溶接領域ＷＡに向けられている。撮像装置２０は、溶接領域ＷＡにピントの合う位置（合焦カメラ位置Ｐｏ（図示せず））に配置されている。溶接領域ＷＡとは、溶接電極１４の先端や、アーク溶接時に生じる電極反射像ＩＲを含む領域を指している。溶接領域ＷＡは、本発明の「溶接領域」の一具体例に相当する。合焦カメラ位置Ｐｏは、本発明の「合焦カメラ位置」の一具体例に相当する。

（溶接領域ＷＡ、電極反射像ＩＲ）
電極反射像ＩＲは、溶融池ＷＰまたはワークＷに映る、溶接電極１４の先端の反射像である。溶融池ＷＰは、本発明の「溶融池」の一具体例に相当する。図４は、アーク溶接時の溶接領域ＷＡの一例を斜視的に表したものである。溶接時、溶接電極１４の先端から放射された近赤外線が溶融池ＷＰや、ワークＷの側面Ｓ１，Ｓ２で反射する。その結果、溶融池ＷＰや、ワークＷの側面Ｓ１，Ｓ２に、電極反射像ＩＲが表れる。電極反射像ＩＲの位置および大きさは、ワークＷの変位に応じて変化する。例えば、ワークＷが溶接電極１４に対して下方に変位すると、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲが小さくなり、ワークＷに映る電極反射像ＩＲが小さくなると共に開先中心から遠ざかる。また、例えば、ワークＷが溶接電極１４に対して左方向に変位すると、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲが溶融池ＷＰ内で右方向に変位し、ワークＷに映る電極反射像ＩＲもワークＷ内で右方向に変位する。

（画像Ｉ）
図５は、画像Ｉの一例を表したものである。画像Ｉは、例えば、溶接電極１４の先端と、溶融池ＷＰと、溶融池ＷＰに映る電極反射像ＩＲと、ワークＷの側面Ｓ１に映る電極反射像ＩＲと、ワークＷの側面Ｓ２に映る電極反射像ＩＲとを含む画像である。なお、画像Ｉは、溶接電極１４の先端、溶融池ＷＰおよび上述した３つの電極反射像ＩＲのうち、少なくとも１つだけを含む画像であってもよい。

（調整装置３０）
調整装置３０は、ロボット制御装置４０からの制御信号に基づいて、撮像装置２０の撮像位置を設定するものである。調整装置３０は、撮像装置２０を、撮像装置２０の光軸方向に変位可能に構成されている。つまり、調整装置３０は、撮像装置２０のピント合わせに用いられる。調整装置３０は、例えば、溶接トーチ１３に固定されている。

（ロボット制御装置４０）
図６は、ロボット制御装置４０の概略構成の一例を表したものである。ロボット制御装置４０は、ティーチペンダント５０からの指示に従って多関節アーム部１２、溶接機６０、画像処理装置７０および調整装置３０を制御するものである。ロボット制御装置４０は、制御部４１と、サーボ制御部４２と、通信部４３と、記憶部４４とを有している。以下では、記憶部４４、サーボ制御部４２、通信部４３、制御部４１の順に説明する。

記憶部４４は、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能に構成されている。記憶部４４は、多関節アーム１２の動作を制御する制御ソフトウェア４４Ａを記憶している。制御ソフトウェア４４Ａは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。記憶部４４は、さらに、マニピュレータ１０の溶接作業の手順が教示された複数の作業プログラム４４Ｂと、倣い制御プログラム（図示せず）と、カメラ位置調整プログラム４４Ｃとを記憶している。倣い制御プログラムは、上述の倣い制御を実施する手順が記述されたものである。カメラ位置調整プログラム４４Ｃは、撮像装置２０のピント合わせを実施する手順が記述されたものである。カメラ位置調整プログラム４４Ｃについては、後に詳述するものとする。

複数の作業プログラム４４Ｂは、例えば、カメラ調整モードで使用される１または複数の作業プログラム４４Ｂと、倣い溶接モードで使用される１または複数の作業プログラム４４Ｂとを含んでいる。複数の作業プログラム４４Ｂ、倣い制御プログラムおよびカメラ位置調整プログラム４４Ｃは、例えば、ハードディスクに格納されている。作業プログラム４４Ｂには、例えば、移動命令や溶接命令等が記述されている。移動命令には、例えば、移動開始命令、移動停止命令、作業経路（教示点）、およびトーチ姿勢などが含まれ得る。溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、および溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。

記憶部４４は、さらに、カメラ位置調整プログラム４４Ｃが実行されることにより生成される各種データを記憶可能に構成されている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、カメラ位置ファイル４４Ｄが挙げられる。カメラ位置ファイル４４Ｄには、撮像装置２０の現在位置データ（カメラ位置Ｐｉ）が格納され得る。カメラ位置Ｐｉは、調整装置３０における撮像装置２０の位置調整に使用されるデータであり、調整装置３０に送信する制御信号に含まれ得る。

サーボ制御部４２は、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するものである。サーボ制御部４２は、カメラ調整モードのときは、例えば、作業プログラム４４Ｂに記載の移動命令と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて制御信号を生成するようになっている。サーボ制御部４２は、倣い溶接モードのときは、例えば、作業プログラム４４Ｂに記載の移動命令と、倣い制御プログラムの実行によって生成された、溶接トーチ１３位置の補正データと、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて制御信号を生成するようになっている。サーボ制御部４２は、生成した制御信号をマニピュレータ１０に出力することにより、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するようになっている。

通信部４３は、ケーブルＬ２を介してティーチペンダント５０と通信を行ったり、ケーブルＬ３を介して溶接機６０と通信を行ったり、ケーブルＬ４を介して画像処理装置７０と通信を行ったり、ケーブルＬ５を介して調整装置３０と通信を行ったりするものである。通信部４３は、ティーチペンダント５０からの作業指令を受信し、受信した作業指令を制御部４１に出力するようになっている。ティーチペンダント５０からの作業指令には、例えば、再生する作業プログラム４４Ｂの番号や、カメラ調整ステータスなどが含まれ得る。カメラ調整ステータスには、例えば、初期調整または再調整が含まれ得る。また、通信部４３は、制御部４１からの溶接命令を、溶接機６０に送信するようになっている。制御部４１からの溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、または溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。また、通信部４３は、制御部４１からの調整開始命令または倣い開始命令を、画像処理装置７０に送信するようになっている。調整開始命令には、例えば、カメラ調整ステータスが含まれ得る。

制御部４１は、ティーチペンダント５０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラム４４Ｂや、倣い制御プログラム、カメラ位置調整プログラム４４Ｃを読み出し、その内容を解析するようになっている。制御部４１は、作業プログラム４４Ｂの解析結果に基づいて、作業プログラム４４Ｂに記載の指示に応じて、命令通知を生成するようになっている。制御部４１は、生成した命令通知の内容に応じて、例えば、移動命令、溶接命令、調整開始命令または倣い開始命令を生成するようになっている。制御部４１は、移動命令を、サーボ制御部４２に出力するようになっている。制御部４１は、溶接命令を、通信部４３を介して溶接機６０に出力するようになっている。制御部４１は、調整開始命令または倣い開始命令を、通信部４３を介して画像処理装置７０に出力するようになっている。制御部４１は、画像処理装置７０から入力されたカメラ位置送信命令に応じて、撮像装置２０の現在位置データ（カメラ位置Ｐｉ）をカメラ位置ファイル４４Ｄから読み出すようになっている。制御部４１は、カメラ位置Ｐｉを、通信部４３を介して画像処理装置７０に出力するようになっている。

（ティーチペンダント５０）
図７は、ティーチペンダント５０の概略構成の一例を表したものである。ティーチペンダント５０は、作業者がマニピュレータ１０の動作を教示するものである。ティーチペンダント５０は、例えば、制御部５１、表示部５２、入力部５３、通信部５４および記憶部５５を有している。

表示部５２は、映像信号に基づく映像を表示するものである。表示部５２は、映像を表示する表示面を有する表示パネルと、映像信号に基づいて表示パネルを駆動する駆動部とを有している。入力部５３は、作業者からの教示を受け付けるものである。入力部５３は、例えば、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部５１に出力するようになっている。通信部５４は、ケーブルＬ２を介してロボット制御装置４０と通信を行うものである。通信部５４は、制御部５１からの作業指令を、ロボット制御装置４０に送信するようになっている。通信部５４は、ロボット制御装置４０からの画像Ｉを受信して、制御部５１に出力するようになっている。記憶部５５は、各種のモードで種々の表示や作業指示を可能にする教示ソフトウェア５５Ａを記憶する。教示ソフトウェア５５Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

制御部５１は、映像信号を生成し、表示部５２に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部５４に出力するものである。制御部５１は、読み出した教示ソフトウェア５５Ａに従って映像信号を生成したり、ロボット制御装置４０から受信した画像Ｉを含む映像信号を生成したりするようになっている。制御部５１は、また、必要に応じて作業指令を生成したりするようになっている。例えば、入力部５３から入力された入力信号が、加工作業を実施する再生モードの選択信号であった場合、制御部５１は、教示ソフトウェア５５Ａに従って、記憶部４４に格納されている１または複数の作業プログラム４４Ｂのリストを表示するための映像信号を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、再生する１つの作業プログラム４４Ｂが選択されたときには、制御部５１は、教示ソフトウェア５５Ａに従って、再生する作業プログラム４４Ｂの番号等を含む作業指令を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、制御部５１は、通信部５４から監視情報を取得したときには、取得した監視情報を表示するための映像信号を生成するようになっている。

（溶接機６０）
溶接機６０は、ロボット制御装置４０による制御信号に基づいて、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓ等を緻密に制御することにより、溶接電極１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させるものである。

（画像処理装置７０）
図８は、画像処理装置７０の概略構成の一例を表したものである。画像処理装置７０は、撮像装置２０から得られた画像Ｉを処理するものである。画像処理装置７０は、制御部７１と、通信部７２と、記憶部７３とを有している。

記憶部７３は、各種ソフトウェアを記憶可能に構成されている。記憶部７３は、画像Ｉを処理する画像処理ソフトウェア７３Ａを記憶している。画像処理ソフトウェア７３Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。画像処理ソフトウェア７３Ａについては、後に詳述するものとする。記憶部７３は、さらに、画像処理ソフトウェア７３Ａが実行されることにより生成される各種データを記憶可能に構成されている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、画像ファイル７３Ｂおよび設定ファイル７３Ｃが挙げられる。画像ファイル７３Ｂには、例えば、撮像装置２０によって撮像された複数の画像Ｉが格納され得る。設定ファイル７３Ｃには、例えば、カメラ設定値（例えば、合焦カメラ位置Ｐｏ、絞り、および露光時間など）などが格納され得る。

通信部７２は、ケーブルＬ４を介してロボット制御装置４０と通信を行ったり、ケーブルＬ８を介して撮像装置２０と通信を行ったりするものである。通信部７２は、ロボット制御装置４０からの調整開始命令または倣い開始命令を受信して、受信した調整開始命令または倣い開始命令を制御部７１に出力するようになっている。通信部７２は、制御部７１からの撮像開始命令を、撮像装置２０に送信するようになっている。通信部７２は、撮像装置２０から複数の画像Ｉを受信して、受信した複数の画像Ｉを制御部７１に出力するようになっている。通信部７２は、制御部７１で導出されたカメラ設定値（例えば、合焦カメラ位置Ｐｏ、絞り、および露光時間など）を、撮像装置２０に出力するようになっている。

制御部７１は、ロボット制御装置４０から入力された調整開始命令または倣い開始命令に基づいて、画像処理ソフトウェア７３Ａを読み出し、その内容を解析するようになっている。制御部７１は、その解析結果に基づいて、画像処理ソフトウェア７３Ａに記載の指示に応じて、命令通知を生成したり、所定の演算処理を実行したりするようになっている。

制御部７１は、生成した命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。制御部７１は、例えば、カメラ調整ステータスとして初期調整を含む調整開始命令を受信したとき（初期のカメラ調整モードのとき）には、所定のタイミングで１または複数の画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。この命令通知は、初期のカメラ調整においてアーク溶接を実行する際に出力される。以下では、このときの画像Ｉを画像Ｉｒと称するものとする。

制御部７１は、初期のカメラ調整モードのときには、さらに、例えば、以下のような演算処理を実行するようになっている。例えば、撮像装置２０から複数の画像Ｉｒが得られた場合に、各画像Ｉｒ間にばらつきがあるときには、制御部７１は、複数の画像Ｉｒに対して移動平均処理を行うようになっていてもよい。制御部７１は、最終的に１枚の画像Ｉｒを選択し、選択した画像Ｉｒを溶接領域ＷＡにピントの合った画像Ｉｆとするようになっている。画像Ｉｆが、本発明の「第１画像」の一具体例に相当する。画像Ｉｆは、溶接領域ＷＡにピントの合った画像である。画像Ｉｆは、例えば、溶接電極１４の先端、溶融池ＷＰもしくはワークＷに映る電極反射像ＩＲ、または、溶融池ＷＰにピントの合った画像である。

制御部７１は、例えば、カメラ調整ステータスとして再調整を含む調整開始命令を受信したとき（再度のカメラ調整モードのとき）には、所定のタイミングごとに画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。以下、再度のカメラ調整モードで得られた画像Ｉを画像Ｉｓと称するものとする。画像Ｉｓが、本発明の「第２画像」の一具体例に相当する。制御部７１が、所定のタイミングごとに画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力している間、ロボット制御装置１はアーク溶接を実行している。そのため、撮像装置２０で得られる複数の画像Ｉｓは、画像Ｉｆの視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の画像である。

制御部７１は、再度のカメラ調整モードのときには、さらに、例えば、以下のような演算処理を実行するようになっている。制御部７１は、例えば、画像Ｉｆと、撮像距離の互いに異なる複数の画像Ｉｓとを対比することにより、撮像装置２０の、溶接領域ＷＡにピントの合った合焦カメラ位置Ｐｏを判定するようになっている。制御部７１は、例えば、複数の画像Ｉｓの中から、画像Ｉｆと所定の相関関係を持つ画像Ｉｓを選出し、選出した画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっている。制御部７１は、例えば、画像Ｉｆに含まれる被写体と、各画像Ｉｓに含まれる被写体とのパターンマッチングを行い、それにより選出した画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっている。

ここで、画像Ｉｒおよび各画像Ｉｓは、被写体として、溶接電極１４の先端、溶融池ＷＰもしくはワークＷに映る電極反射像ＩＲ、および溶融池ＷＰのうち少なくとも１つを含んでいる。制御部７１は、例えば、画像Ｉｆと各画像Ｉｓとの相違度と、画像Ｉｆと各画像Ｉｓとの特徴点（つまり被写体）とを求め、複数の画像Ｉｓの中で相違度が最小となる画像Ｉｓを選択することにより、パターンマッチングを行うようになっている。

制御部７１は、例えば、倣い開始命令を受信したとき（倣い溶接モードのとき）には、所定のタイミングごとに画像Ｉを撮像する命令通知を、撮像装置２０に出力するようになっている。制御部７１は、倣い溶接モードのときに、さらに、例えば、取得した複数の画像Ｉに基づいて、溶接トーチ１３位置の補正データを導出するようになっている。

［動作］
次に、カメラ調整モードにおける溶接ロボットシステム１の動作手順について説明する。

（初期のカメラ調整モード）
図９は、初期のカメラ調整モードにおけるロボット制御装置４０、画像処理装置７０および撮像装置２０の動作手順の一例を表したものである。

まず、作業者が、開先位置に溶接ビードが形成された（つまり、溶接済みの）ワークＷを作業台１５に設置する。次に、作業者が、撮像装置２０からフィルタ２０Ａを取り外すとともに、撮像箇所に照明を当て、その状態で、撮像装置２０によって撮像された画像Ｉを確認しながら、撮像装置２０のピントを合わせる。このとき、作業者が、例えば、溶接ビードにピントを合わせる。次に、作業者が、溶接済みのワークＷの代わりに、開先位置に溶接ビードが形成されていない（つまり、未溶接の）ワークＷを作業台１５に設置する。次に、作業者が、撮像装置２０にフィルタ２０Ａを取り付け、ティーチペンダント５０に、初期のカメラ調整の開始を指示する。すると、ティーチペンダント５０は、作業者から入力された、初期のカメラ調整の開始の指示に従って、カメラ調整ステータスとして初期調整を含む作業指令を生成し、生成した作業指令をロボット制御装置４０に送信する。

ロボット制御装置４０が、ティーチペンダント５０から、カメラ調整ステータスとして初期調整を含む作業指令を受信する（ステップＳ１０１）。すると、ロボット制御装置４０は、該当する番号の作業プログラム４４Ｂを読み出し、作業プログラム４４Ｂに記載の指示に応じて命令通知を生成する。ロボット制御装置４０は、移動命令をマニピュレータ１０に送信し、溶接命令を溶接機６０に送信する。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置３０からの制御信号に応じて、溶接トーチ１３を制御する。溶接機５０は、ロボット制御装置３０から溶接命令を受信すると、その内容に従って、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御する。その結果、アーク溶接が開始される。ロボット制御装置４０は、さらに、カメラ調整ステータスとして初期調整を含む調整開始命令を画像処理装置７０に送信する（ステップＳ１０２）。

画像処理装置７０は、ロボット制御装置４０から、そのような調整開始命令を受信すると（ステップＳ１０３）、例えば、内部状態を初期化する。その後、画像処理装置７０は、撮像開始指令を撮像装置２０に送信する（ステップＳ１０４）。撮像装置２０は、画像処理装置７０から撮像開始指令を受信すると（ステップＳ１０５）、所定のタイミングで撮影を行い、１枚の画像Ｉｒを取得する（ステップＳ１０６）。つまり、撮像装置２０は、初期のカメラ調整においてアーク溶接が実施されている期間に、１枚の画像Ｉｒを取得する。このとき、撮像装置２０は、所定の位置に固定されている。その後、撮像装置２０は、取得した画像Ｉｒを画像処理装置７０に送信する（ステップＳ１０７）。画像処理装置７０は、撮像装置２０から画像Ｉｒを受信する（ステップＳ１０８）。

画像処理装置７０は、撮像装置２０から画像Ｉｒを受信すると、受信した画像Ｉｒを撮像したときのカメラ位置Ｐｉをロボット制御装置４０に要求する（ステップＳ１０９）。ロボット制御装置４０は、カメラ位置Ｐｉの要求を受信すると（ステップＳ１１０）、カメラ位置ファイル４４Ｄからカメラ位置Ｐｉを読み出し、読み出したカメラ位置Ｐｉを画像処理装置７０に送信する（ステップＳ１１１）。画像処理装置７０は、カメラ位置Ｐｉをロボット制御装置４０から受信すると（ステップＳ１１２）、カメラ位置Ｐｉを画像Ｉｒと関連付けて、記憶部７３に記憶させる。

このとき、画像Ｉｒの明るさが所望の範囲内となっている場合には、作業者は、初期のカメラ調整を終了する。具体的には、作業者が、ティーチペンダント５０に、初期のカメラ調整の終了を指示する。すると、ティーチペンダント５０は、作業者から入力された、初期のカメラ調整の終了の指示に従って、調整終了の作業指令を生成し、生成した作業指令をロボット制御装置４０に送信する。ロボット制御装置４０が、ティーチペンダント５０から、調整終了の作業指令を受信する（ステップＳ１１３）。すると、ロボット制御装置４０は、調整終了命令を生成し、生成した調整終了命令を画像処理装置７０に送信する（ステップＳ１１４）。

画像処理装置７０は、ロボット制御装置４０から調整終了命令を受信すると（ステップＳ１１５）、画像Ｉｒを溶接領域ＷＡにピントの合った画像Ｉｒ’と判断し、この画像Ｉｒ’と関連付けられたカメラ位置Ｐｉを、合焦カメラ位置Ｐｏとする。画像処理装置７０は、画像Ｉｒ’の中から、ピントの合った被写体を抽出するための領域を決定し、決定した領域の画像を画像Ｉｆとして、画像Ｉｒ’から抽出する。画像処理装置７０は、抽出した画像Ｉｆを画像ファイル７３Ｂに保存させる（ステップＳ１１６）。画像Ｉｆは、溶接領域ＷＡにピントの合った画像であり、本発明の「第１画像」の一具体例に相当する。画像処理装置７０は、さらに、合焦カメラ位置Ｐｏをロボット制御装置４０に送信する（ステップＳ１１７）。ロボット制御装置４０は、画像処理装置７０から合焦カメラ位置Ｐｏを受信すると、合焦カメラ位置Ｐｏをカメラ位置ファイル４４Ｄに保存させる（ステップＳ１１８）。このようにして、初期のカメラ調整モードが実行されることにより、画像Ｉｆおよび合焦カメラ位置Ｐｏが得られる。

（再度のカメラ調整モード）
図１０は、再度のカメラ調整モードにおけるロボット制御装置４０、画像処理装置７０および撮像装置２０の動作手順の一例を表したものである。

作業者が、例えば、保守などにより、撮像装置２０を一旦、取り外し、その後、撮像装置２０を取り付け直したとする。次に、作業者が、未溶接のワークＷを作業台１５に設置する。次に、作業者が、撮像装置２０にフィルタ２０Ａが取り付けられた状態で、ティーチペンダント５０に、再度のカメラ調整の開始を指示する。すると、ティーチペンダント５０は、作業者から入力された、再度のカメラ調整の開始の指示に従って、カメラ調整ステータスとして再調整を含む作業指令を生成し、生成した作業指令をロボット制御装置４０に送信する。

ロボット制御装置４０が、ティーチペンダント５０から、カメラ調整ステータスとして再調整を含む作業指令を受信する（ステップＳ２０１）。すると、ロボット制御装置４０は、該当する番号の作業プログラム４４Ｂを読み出し、作業プログラム４４Ｂに記載の指示に応じて命令通知を生成する。ロボット制御装置４０は、移動命令をマニピュレータ１０に送信し、溶接命令を溶接機６０に送信する。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置３０からの制御信号に応じて、溶接トーチ１３を制御する。溶接機５０は、ロボット制御装置３０から溶接命令を受信すると、その内容に従って、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御する。その結果、アーク溶接が開始される。ロボット制御装置４０は、さらに、カメラ調整ステータスとして再調整を含む調整開始命令を画像処理装置７０に送信する（ステップＳ２０２）。このとき、ロボット制御装置４０は、撮像装置２０を所定の位置に設定させる制御信号Ｓａを生成し、生成した制御信号Ｓａを調整装置３０に送信する。調整装置３０は、ロボット制御装置４０から受信した制御信号に応じて、撮像装置２０の位置を設定する。

画像処理装置７０は、ロボット制御装置４０から、そのような調整開始命令を受信すると（ステップＳ２０３）、例えば、内部状態を初期化する。その後、画像処理装置７０は、撮像開始指令を撮像装置２０に送信する（ステップＳ２０４）。撮像装置２０は、画像処理装置７０から撮像開始指令を受信すると（ステップＳ２０５）、所定のタイミングで撮影を行い、１枚の画像Ｉｓを取得する（ステップＳ２０６）。つまり、撮像装置２０は、再度のカメラ調整においてアーク溶接が実施されている期間に、１枚の画像Ｉｓを取得する。このとき、撮像装置２０は、所定の位置に固定されている。その後、撮像装置２０は、取得した画像Ｉｓを画像処理装置７０に送信する（ステップＳ２０７）。画像処理装置７０は、撮像装置２０から画像Ｉｓを受信する（ステップＳ２０８）。

画像処理装置７０は、撮像装置２０から画像Ｉｓを受信すると、受信した画像Ｉｓを撮像したときのカメラ位置Ｐｉをロボット制御装置４０に要求する（ステップＳ２０９）。ロボット制御装置４０は、カメラ位置Ｐｉの要求を受信すると（ステップＳ２１０）、カメラ位置ファイル４４Ｄからカメラ位置Ｐｉを読み出し、読み出したカメラ位置Ｐｉを画像処理装置７０に送信する（ステップＳ２１１）。画像処理装置７０は、カメラ位置Ｐｉをロボット制御装置４０から受信すると（ステップＳ２１２）、カメラ位置Ｐｉを画像Ｉｓと関連付けて、記憶部７３に記憶させる。

続いて、画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとを対比することにより、画像Ｉｓが溶接領域ＷＡにピントの合った画像であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。具体的には、画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとが所定の相間関係を持っているか否か判定する。より具体的には、画像処理装置７０は、画像Ｉｆに含まれる被写体と、画像Ｉｓに含まれる被写体とのパターンマッチングを行う。その結果、画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとのパターンマッチ率が所定の閾値以下となっている場合には、画像Ｉｓが溶接領域ＷＡにピントの合った画像ではないと判定する。このとき、画像処理装置７０は、カメラ位置Ｐｉを所定の量だけ変位させる指令をロボット制御装置４０に送信する。ロボット制御装置４０は、画像処理装置７０から、そのような指令を受信すると、カメラ位置Ｐｉを所定の量だけ変位させる制御信号Ｓａを生成し（ステップＳ２１４）、生成した制御信号Ｓａを調整装置３０に送信する。このときの制御信号Ｓａが、本発明の「単焦点カメラの撮像位置を変移させる第２制御信号」の一具体例に相当する。調整装置３０は、ロボット制御装置４０から受信した制御信号に応じて撮像装置２０の現在位置を調整する。画像処理装置７０は、撮像装置２０の現在位置が変位した後に、上記のステップＳ２０４を実行し、再度、上記のステップＳ２１３を実行する。つまり、撮像装置２０は、ステップＳ２０６において、前回とは異なる位置（カメラ位置Ｐｉ）で、画像Ｉを取得する。画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとのパターンマッチ率が所定の閾値を超えない限り、ステップＳ２０４、Ｓ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２１２、Ｓ２１３を繰り返し実行する。このとき、ロボット制御装置４０は、撮像装置２０の撮像位置が、画像Ｉｆを撮像したときの撮像装置２０の撮像位置を含む所定の範囲内で変位するように、制御信号Ｓａを生成する。

画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとのパターンマッチ率が所定の閾値を超える場合には、その画像Ｉｓが溶接領域ＷＡにピントの合った画像であると判定し、判定により選出された画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定する。つまり、このときの撮像装置２０の位置を設定するために調整装置３０に送信された制御信号Ｓａが、本発明の「単焦点カメラの撮像位置を合焦カメラ位置に設定させる第１制御信号」の一具体例に相当する。このとき、画像処理装置７０は、合焦カメラ位置Ｐｏをロボット制御装置４０に送信する（ステップＳ２１５）。ロボット制御装置４０は、画像処理装置７０から合焦カメラ位置Ｐｏを受信すると、合焦カメラ位置Ｐｏをカメラ位置ファイル４４Ｄに保存させる（ステップＳ２１６）。このようにして、再度のカメラ調整モードが実行されることにより、撮像装置２０が、溶接領域ＷＡにピントの合った位置に自動的に設定される。

なお、図１１に示したように、画像処理装置７０は、ステップＳ２１２を実行した後に、撮像装置２０による画像Ｉｓの撮像枚数が所定の枚数（Ｎ枚）となるまで（ステップＳ２１７）、カメラ位置Ｐｉを所定の量ずつ変位させる指令をロボット制御装置４０に送信してもよい。ロボット制御装置４０は、そのような指令を受信すると、画像Ｉｓの撮像枚数が所定の枚数（Ｎ枚）となるまで、カメラ位置Ｐｉを所定の量だけ変位させる制御信号Ｓａを生成する（ステップＳ２１４）。このとき、画像処理装置７０は、撮像装置２０による画像Ｉｓの撮像枚数が所定の枚数（Ｎ枚）となるまで、ステップＳ２０４、Ｓ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２１２、Ｓ２１７を繰り返し実行する。ロボット制御装置４０は、撮像装置２０の撮像位置が、画像Ｉｆを撮像したときの撮像装置２０の撮像位置を含む所定の範囲内で変位するように、制御信号Ｓａを生成する。ロボット制御装置４０は、生成した制御信号Ｓａを調整装置３０に送信する。このときの制御信号Ｓａが、本発明の「単焦点カメラの撮像位置を変移させる第２制御信号」の一具体例に相当する。調整装置３０は、ロボット制御装置４０から受信した制御信号に応じて撮像装置２０の現在位置を調整する。画像処理装置７０は、撮像装置２０の現在位置が変位するごとに、ステップＳ２０４を実行する。つまり、撮像装置２０は、ステップＳ２０６において、前回とは異なる位置（カメラ位置Ｐｉ）で、画像Ｉを取得する。画像処理装置７０は、このようにして、撮像距離の互いに異なる複数の（Ｎ枚の）画像Ｉｓを取得した後に、複数の画像Ｉｓの中から、溶接領域ＷＡにピントの合った画像Ｉｓを選択する（ステップＳ２１８）。

具体的には、画像処理装置７０は、画像Ｉｆに含まれる被写体と、各画像Ｉｓに含まれる被写体とのパターンマッチングを行う。画像処理装置７０は、画像Ｉｆと画像Ｉｓとのパターンマッチ率が所定の閾値を超える画像Ｉｓが溶接領域ＷＡにピントの合った画像であると判定し、判定により選出された画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定する。

複数の画像Ｉｓのパターンマッチ率が所定の閾値を超えた場合には、画像処理装置７０は、例えば、パターンマッチ率が所定の閾値を超えた複数の画像Ｉｓのうち、パターンマッチ率が最大となる画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっていてもよい。また、ある撮像期間において、複数の画像Ｉｓのパターンマッチ率が所定の閾値を超えた場合には、画像処理装置７０は、例えば、その撮像期間の中間に対応する画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっていてもよい。

また、互いに異なる複数の撮像期間において、複数の画像Ｉｓのパターンマッチ率が所定の閾値を超えた場合には、画像処理装置７０は、例えば、それらの撮像期間のうち、パターンマッチ率が所定の閾値を超えた画像Ｉｓの数が最大となる撮像期間を選択し、選択した撮像期間の中間に対応する画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっていてもよい。また、互いに異なる複数の撮像期間において、複数の画像Ｉｓのパターンマッチ率が所定の閾値を超えた場合には、画像処理装置７０は、例えば、それらの撮像期間のうち、パターンマッチ率が所定の閾値を超えた画像Ｉｓの数が最大となる撮像期間を選択し、選択した撮像期間に含まれる各画像Ｉｓのパターンマッチ率を二次曲線近似し、それにより得られた二次曲線の極大値に対応するカメラ位置Ｐｉを合焦カメラ位置Ｐｏと判定するようになっていてもよい。

その後、画像処理装置７０は、合焦カメラ位置Ｐｏをロボット制御装置４０に送信する（ステップＳ２１５）。ロボット制御装置４０は、画像処理装置７０から合焦カメラ位置Ｐｏを受信すると、合焦カメラ位置Ｐｏをカメラ位置ファイル４４Ｄに保存させるとともに（ステップＳ２１６）、合焦カメラ位置Ｐｏを含む制御信号を調整装置３０に送信する。調整装置３０は、画像処理装置７０から受信した制御信号に従って、撮像装置２０の位置を設定する。このようにして、再度のカメラ調整モードが実行されることにより、撮像装置２０が、溶接領域ＷＡにピントの合った位置に自動的に設定される。

（倣い溶接モード）
ロボット制御装置４０は、ティーチペンダント５０から、倣い溶接モード用の作業プログラム４４Ｂの番号を含む作業指令を受信したとする。すると、ロボット制御装置４０は、該当する番号の作業プログラム４４Ｂを読み出し、作業プログラム４４Ｂに記載の指示に応じて命令通知を生成する。ロボット制御装置４０は、例えば、所定の制御信号をマニピュレータ１０に送信し、溶接命令を溶接機６０に出力する。ロボット制御装置４０は、さらに、倣い開始命令を画像処理装置７０に送信する。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置４０からの制御信号に応じて、溶接トーチ１３を動作する。溶接機６０は、ロボット制御装置４０から溶接命令を受信すると、その内容に従って、例えば、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御する。その結果、アーク溶接が開始される。

画像処理装置７０は、ロボット制御装置４０から倣い開始命令を受信すると、撮像開始指令を撮像装置２０に送信する。撮像装置２０は、画像処理装置７０から撮像開始指令を受信すると、所定のタイミングごとに撮影を行い、複数の画像Ｉｔを取得する。ところで、当初は、溶接トーチ１３位置の補正データがまだ導出されていない。そのため、溶接トーチ１３は、当初は、教示線の座標に沿った動作をしている。

撮像装置２０は、所定のタイミングごとに撮像された複数の画像Ｉｔを画像処理装置７０に送信する。画像処理装置７０は、撮像装置２０から複数の画像Ｉｔを受信する。その後、画像処理装置７０は、取得した１または複数の画像Ｉｔに基づいて、溶接トーチ１３位置の補正データを導出する。画像処理装置７０は、導出した補正データを、ロボット制御装置４０に送信する。ロボット制御装置４０は、画像処理装置７０から補正データを受信する。ロボット制御装置４０は、補正データに基づいて溶接トーチ１３の位置座標を補正し、補正データの考慮された座標に基づいて制御信号を生成する。ロボット制御装置４０は、生成した制御信号をマニピュレータ１０に出力する。マニピュレータ１０は、補正データの考慮された制御信号に応じて、溶接トーチ１３を動作させる。従って、これ以降は、溶接トーチ１３は、補正データの考慮された座標に従った動作をする。このようにして、ロボット制御装置４０は、溶接トーチ１３の倣い制御を行う。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム１の効果について説明する。

撮像装置２０を溶接ロボットシステム１に組み込んだ場合に、保守などにより、カメラが一旦、取り外されることがある。この場合、撮像装置２０を取り付け直す際には、例えば、フィルタ２０Ａを取り外した状態で、ワークＷの溶接ビードにピントが合うように、カメラ位置を調整し、その後、フィルタ２０Ａを取り付け、アーク溶接を行いながら、絞りや露光時間を調整する。しかし、この一連の作業には、人の判断が介在する。そのため、調整した人に依って、カメラの設定がばらついてしまう。

一方、本実施の形態では、溶接領域ＷＡにピントの合った画像Ｉｆと、撮像距離の互いに異なる複数の画像Ｉｓとが対比される。これにより、複数の画像Ｉｓの中から、溶接領域ＷＡにピントの合った画像Ｉｓを選択することができる。撮像装置２０の撮像位置を、選択した画像Ｉｓが撮像されたときのカメラ位置Ｐｉ（合焦カメラ位置Ｐｏ）に設定することにより、撮像装置２０のピントを溶接領域ＷＡに合わせることができる。本実施の形態では、撮像装置２０の撮像位置を合焦カメラ位置Ｐｏに設定させる制御信号Ｓａが生成される。これにより、撮像装置２０の撮像位置の設定を、制御信号Ｓａに基づいて撮像装置２０の撮像位置を設定する調整機構３０に担わせることができる。その結果、撮像装置２０の撮像位置の設定に際して、人の判断が介在しなくなるので、撮像装置２０の設定ばらつきを低減することができる。

また、本実施の形態では、画像Ｉｆと各画像Ｉｓとの対比に際して、画像Ｉｆに含まれる被写体と、各画像Ｉｓに含まれる被写体とのパターンマッチングが行われる。これにより、複数の画像Ｉｓの中で、画像Ｉｆと各画像Ｉｓとの相違度が最小となる画像Ｉｓが選出され、選出された画像Ｉｓが撮像されたときの撮像装置２０のカメラ位置Ｐｉに、撮像装置２０が設定される。従って、人の判断が全く介在しないので、撮像装置２０の設定ばらつきを低減することができる。

＜２．変形例＞
上記実施の形態において、溶接電極１４が、溶極式の電極であってもよい。また、上記実施の形態において、撮像装置２０は、焦点位置の固定されたカメラであれば、単焦点カメラでなくても構わない。また、上記実施の形態において、撮像装置２０は、倣い溶接に使用されることになっていたが、それ以外の用途に使用されることになっていても構わない。

１…溶接ロボットシステム、１０…マニピュレータ、１１…ベース部材、１２…多関節アーム部、１２Ａ…アーム、１３…溶接トーチ、１４…溶接電極、１５…作業台、２０…撮像装置、２０Ａ…フィルタ、３０…調整装置、４０…ロボット制御装置、４１…制御部、４２…サーボ制御部、４３…通信部、４４…記憶部、４４Ａ…制御ソフトウェア、４４Ｂ…作業プログラム、４４Ｃ…カメラ位置調整プログラム、４４Ｄ…カメラ位置ファイル、５０…ティーチペンダント、５１…制御部、５２…表示部、５３…入力部、５４…通信部、５５…記憶部、５５Ａ…教示ソフトウェア、６０…溶接機、７０…画像処理装置、７１…制御部、７２…通信部、７３…記憶部、７３Ａ…画像処理ソフトウェア、７３Ｂ…画像ファイル、７３Ｃ…設定ファイル、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｉ，Ｉｒ，Ｉｒ’，Ｉｓ，Ｉｔ…画像、ＩＲ…電極反射像、Ｌ１〜Ｌ８…ケーブル、Ｓ１，Ｓ２…側面、Ｗ…ワーク、ＷＢ…溶接ビード、ＷＬ…溶接線、Ｗ…ワーク、ＷＰ…溶融池。

Claims (8)

1. 溶接領域にピントの合った第１画像と、前記第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、前記溶接領域に向けられた単焦点カメラの、前記溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定する判定部と、
   前記単焦点カメラの撮像位置を前記合焦カメラ位置に設定させる第１制御信号を生成する信号生成部と
   を備え、
   前記判定部は、複数の前記第２画像の中から前記第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   カメラ位置調整装置。
2. 前記判定部は、前記単焦点カメラが所定の位置に固定されているときに前記単焦点カメラによって撮像された画像を前記第１画像として取得し、
   前記判定部は、前記単焦点カメラの撮像位置が前記所定の位置を含む所定の範囲内で変位しているときに前記単焦点カメラによって撮像された複数の画像を複数の前記第２画像として取得する
   請求項１に記載のカメラ位置調整装置。
3. 前記信号生成部は、前記判定部が複数の前記第２画像を取得する際に、前記単焦点カメラの撮像位置を変位させる第２制御信号を生成する
   請求項２に記載のカメラ位置調整装置。
4. 前記第１画像および複数の前記第２画像は、被写体として、前記溶接電極の先端、溶融池もしくは母材に映る、前記先端の反射像、または、溶融池を含み、
   前記判定部は、前記第１画像に含まれる前記被写体と、各前記第２画像に含まれる前記被写体とのパターンマッチングを行い、それにより選出した前記第２画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のカメラ位置調整装置。
5. 溶接電極を含む溶接トーチを有し、前記溶接トーチを移動させることによりアーク溶接を行う移動部と、
   前記溶接電極の先端を含む溶接領域にピントの合った第１画像と、前記第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、前記溶接領域に向けられた単焦点カメラの、前記溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定する判定部と、
   前記単焦点カメラの撮像位置を前記合焦カメラ位置に設定させる制御信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部からの制御信号に基づいて、前記単焦点カメラの撮像位置を設定する調整部と
   を備え、
   前記判定部は、複数の前記第２画像の中から前記第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   溶接ロボットシステム。
6. 前記第１画像および複数の前記第２画像は、被写体として、前記溶接電極の先端、溶融池もしくは母材に映る、前記先端の反射像、または、溶融池を含み、
   前記判定部は、前記第１画像に含まれる前記被写体と、各前記第２画像に含まれる前記被写体とのパターンマッチングを行い、それにより選出した前記第２画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   請求項６に記載の溶接ロボットシステム。
7. 溶接領域にピントの合った第１画像と、前記第１画像の視点方向と同じ視点方向から撮像された、撮像距離の互いに異なる複数の第２画像とを対比することにより、前記溶接領域に向けられた単焦点カメラの、前記溶接領域にピントの合った合焦カメラ位置を判定する判定ステップと、
   前記単焦点カメラの撮像位置を前記合焦カメラ位置に設定させる制御信号を生成する信号生成ステップと
   を含み、
   前記判定ステップにおいて、複数の前記第２画像の中から前記第１画像と所定の相関関係を持つ画像を選出し、選出した画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   カメラ位置調整方法。
8. 前記第１画像および複数の前記第２画像は、被写体として、前記溶接電極の先端、溶融池もしくは母材に映る、前記先端の反射像、または、溶融池を含み、
   前記判定ステップにおいて、前記第１画像に含まれる前記被写体と、各前記第２画像に含まれる前記被写体とのパターンマッチングを行い、それにより選出した前記第２画像が撮像されたときのカメラ位置を前記合焦カメラ位置と判定する
   請求項７に記載のカメラ位置調整方法。

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