JPH09101113A - 開先位置，形状の計測方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開先の開先位置，形状を、開先にスリット光を
照射し、その反射像を撮像し、その画像を画像処理し
て、物***置，形状を計測する方法で、スリット光の１
次反射像と２次反射像を区別して、開先の位置，形状を
計測する開先位置，形状の計測方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】被溶接物の外表面部に相当する線要素を検
出し、外表面部に相当する線要素の斜面部側の端点を検
出し、開先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素群
を検出し、斜面部に相当する線要素の候補の線要素群と
外表面部に相当する線要素との交点をそれぞれ計算し、
斜面部に相当する線要素の候補が複数である場合、少な
くとも、外表面部に相当する線要素の斜面部側の端点か
ら、斜面部に相当する線要素の候補の線要素と外表面部
に相当する線要素との交点までの距離を考慮して、斜面
部に相当する線要素を一つに決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外表面部と、外表
面部と９０度より大きく１８０度より小さい角度で交わ
る斜面部を有する二つの被溶接物を突き合わせた開先の
開先位置，形状を、スリット光照射手段から開先にスリ
ット光を照射し、この際、被溶接物の表面から反射する
光切断像を撮像手段で撮像し、画像処理して、物***
置，形状を計測する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被溶接物を突き合わせた開先の位置を検
出する従来の方法を例に上げると、特開平6−331332 号
公報に開示されるように、スリット光をスリット光照射
手段から照射して、開先に反射されたスリット光の反射
光を撮像手段で撮像して、そして、撮像した画像を画像
処理して開先位置の計測を行うものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スリット光と被溶接物
（被溶接物が円筒の配管の場合、被溶接物の接線）のな
す角が直角でない場合、スリット光の２次反射像が発生
する。

【０００４】例えば、図２に示すような装置において、
スリット光２５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１
（本明細書で、なす角は、撮像手段２６側の角度とす
る）が、９０度より小さく０度より大きく、撮像手段２
６の中心線と被溶接物２１，２２とのなす角φ２が、ス
リット光２５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１より
小さく０度より大きくなった場合は、図３のようなスリ
ット光の反射画像が検出される。ここで、３Ａは、スリ
ット光２５が外表面Ａに反射した１次反射像、３Ｂは、
スリット光２５が斜面Ｂに反射した１次反射像、３Ｃ
は、スリット光２５が外表面Ｃに反射した１次反射像、
３Ｄは、スリット光２５が斜面Ｄに反射した１次反射
像、４Ｂは、スリット光２５が斜面Ｄに反射し、さら
に、斜面Ｂに反射した２次反射像、４Ｄは、スリット光
２５が斜面Ｂに反射し、さらに、斜面Ｄに反射した２次
反射像である。

【０００５】また、スリット光２５と被溶接物２１，２
２とのなす角φ１が、１８０度より小さく、９０度より
大きい場合は、図４のような反射画像が検出される。

【０００６】特に、被溶接物が円筒の配管の場合、開先
位置，形状の計測装置を搭載した溶接機の走行レールと
配管の中心軸の不一致や、姿勢が一定でないことによる
たわみの変化などにより、スリット光の照射角を一定に
保つことが難しく、２次反射像が開先の斜面部に発生す
る場合が生じる。

【０００７】特開平6−331332 号公報に開示される方法
では、１次反射像と２次反射像を同様に処理し、１次反
射像と２次反射像を区別する処理が含まれていないた
め、スリット光の１次反射像３Ｂと２次反射像４Ｂ、及
び、１次反射像３Ｃと２次反射像４Ｃを区別することが
できない。そのため、２次反射像４Ｂを誤って１次反射
像３Ｂとして検出する場合や、２次反射像４Ｃを誤って
１次反射像３Ｃとして検出する場合が生じ、誤った開先
位置，形状を出力する場合が発生する。

【０００８】本発明の目的は、外表面部と、前記外表面
部と９０度より大きく１８０度より小さい角度で交わる
斜面部を有する二つの被溶接物を突き合わせた開先の開
先位置，形状を、スリット光照射手段から前記開先にス
リット光を照射して、そのスリットが光被溶接物の表面
に反射した反射像を撮像手段で撮像して、そして、その
撮像手段に撮像された画像を画像処理して、開先位置，
形状を計測する開先位置，形状の計測装置において、ス
リット光の２次反射像を、１次反射像として誤認識せ
ず、開先の位置，形状を正確に計測する開先位置，形状
の計測方法及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】外表面部と、前記外表面
部とのなす角が９０度より大きく１８０度より小さい斜
面部を有する二つの被溶接物を突き合わせた開先の位
置，形状を、スリット光照射手段から前記開先にスリッ
ト光を照射し、前記スリット光が前記開先に反射した反
射像を撮像手段により撮像し、前記撮像手段で検出した
光切断画像を画像処理することによって、計測する開先
位置，形状の計測方法において、被溶接物の外表面部に
相当する線要素を検出する第１のステップと、前記被溶
接物の外表面部に相当する線要素の斜面部側の端点を検
出する第２のステップと、開先の斜面部に相当する線要
素の候補の線要素群を検出する第３のステップと、開先
の斜面部に相当する線要素の候補の線要素群と前記被溶
接物の外表面部に相当する線要素との交点をそれぞれ計
算する第４のステップと、開先の斜面部に相当する線要
素の候補が複数である場合、少なくとも、前記被溶接物
の外表面部に相当する線要素の開先の斜面部側の端点か
ら、開先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素と前
記被溶接物の外表面部に相当する線要素との交点までの
距離を考慮して、開先の斜面部に相当する線要素を一つ
に決定する第５のステップを、有していることにより、
課題を達成できる。

【００１０】また、外表面部と、前記外表面部とのなす
角が９０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有す
る二つの被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状を、
スリット光照射手段から前記開先にスリット光を照射
し、前記スリット光が前記開先に反射した反射像を撮像
手段により撮像し、前記撮像手段で検出した光切断画像
を画像処理することによって、計測する開先位置，形状
の計測装置において、前記スリット光照射手段が、スリ
ット光照射手段と被溶接物とのなす角が０度より大き
く、９０度より小さくなるように配置されており、前記
撮像手段が、撮像手段と被溶接物とのなす角が０度より
大きく、スリット光照射手段と被溶接物とのなす角より
小さくなるように配置されており、前記画像処理手段
が、前記撮像手段により得られるスリット光の反射画像
を画像処理して得られる開先の斜面部に相当する線要素
の候補が複数である場合に、前記開先の斜面部に相当す
る線要素の候補の線要素群のなかで、ヘッセの標準形で
表わした、ｘｙ直行座標系の原点から線要素を延長した
直線に直行するベクトルとｘ軸とのなす角θの絶対値｜
θ｜が最も小さい線要素を前記開先の斜面部に相当する
線要素として検出する手段を有していることによって
も、課題を達成できる。

【００１１】また、外表面部と、前記外表面部とのなす
角が９０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有す
る二つの被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状を、
スリット光照射手段から前記開先にスリット光を照射
し、前記スリット光が前記開先に反射した反射像を撮像
手段により撮像し、前記撮像手段で検出した光切断画像
を画像処理することによって、計測する開先位置，形状
の計測装置において、前記スリット光照射手段が、スリ
ット光照射手段と被溶接物とのなす角が９０度より大き
く、１８０度より小さくなるように配置されており、前
記撮像手段が、撮像手段と被溶接物とのなす角が０度よ
り大きく、９０度より小さくなるように配置されてお
り、前記画像処理手段が、前記撮像手段により得られる
スリット光の反射画像を画像処理して得られる開先の斜
面部に相当する線要素の候補が複数である場合に、前記
開先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素群のなか
で、ヘッセの標準形で表わした、ｘｙ直行座標系の原点
から線要素を延長した直線に直行するベクトルとｘ軸と
のなす角θの絶対値｜θ｜が最も大きい線要素を前記開
先の斜面部に相当する線要素として検出する手段を有し
ていることによっても、課題を達成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて図１ないし図７を用いて説明する。

【００１３】図１は本発明の処理の説明図、図２は本発
明を適用した装置の構成を模式的に示す斜視図、図３，
図４は、図２の撮像手段２６で撮像した開先の光切断像
であり、図３が、スリット光２５と被溶接物２１，２２
とのなす角φ１が９０度より小さく、０度より大きい場
合、図４が、スリット光２５と被溶接物２１，２２との
なす角φ１が１８０度より小さく、９０度より大きい場
合である。図５は開先位置，形状を計測する手順を説明
するためのフローチャート、図６は図３の領域２を図５
の手順５２の処理することにより得られる変化点データ
を示した模式図、図７は図５の手順５４を詳しく説明す
るためのフローチャートである。

【００１４】図２において、２１，２２は溶接により接
合する被溶接物、２３は溶接トーチ、２４は線状のスリ
ット光を照射するスリット光照射手段、２５はスリット
光照射手段２４より照射されたスリット光、２６はスリ
ット光２５が被溶接物２１，２２に反射された反射像を
撮像する撮像手段、２７は撮像手段で撮像された画像を
画像処理する画像処理手段、２８はセンサ座標系であ
る。

【００１５】図２の装置において、スリット光２５と被
溶接物２１，２２とのなす角φ１を９０度になるよう
に、スリット光照射手段２４を配置した場合、その角度
φ１を正確に９０度に保つことは難しい。

【００１６】前でも述べたが、特に、被溶接物が円筒の
配管の場合、開先位置，形状の計測装置を搭載した溶接
機の走行レールと配管の中心軸の不一致や、姿勢が一定
でないことによるたわみの変化などにより、スリット光
の照射角を一定に保つことが難しい。

【００１７】図３は、図２の装置で、スリット光２５と
被溶接物２１，２２とのなす角φ１が９０度より小さ
く、０度より大きくなった場合、図４は、図２の装置に
おいて、スリット光２５と被溶接物２１，２２とのなす
角φ１が１８０度より小さく、９０度より大きくなった
場合に撮像手段２６により撮像される画像である。

【００１８】ここで、図３，図４で、３Ａは、スリット
光２５が外表面Ａに反射した１次反射像、３Ｂは、スリ
ット光２５が斜面Ｂに反射した１次反射像、３Ｃは、ス
リット光２５が外表面Ｃに反射した１次反射像、３Ｄ
は、スリット光２５が斜面Ｄに反射した１次反射像、４
Ｂは、スリット光２５が斜面Ｄに反射し、さらに、斜面
Ｂに反射した２次反射像、４Ｄは、スリット光２５が斜
面Ｂに反射し、さらに、斜面Ｄに反射した２次反射像で
ある。

【００１９】開先の位置，形状を計測する場合、２次反
射像が発生する可能性があることを考慮しないと、１次
反射像３Ｂと２次反射像４Ｂ、および、１次反射像３Ｄ
と２次反射像４Ｄを区別することができず、開先の位
置，形状を誤って計測する場合が生じる。

【００２０】図１は本発明の処理を説明するための模式
図である。まず、図１を用いて、本発明によって１次反
射像３Ｂと２次反射像４Ｂを区別する方法を説明する。
ここで、図１はスリット光２５と被溶接物２１，２２と
のなす角φ１が９０度より小さく、０度より大きい場合
であり、以下、この場合を例にとり説明するが、スリッ
ト光２５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１が１８０
度より小さく、９０度より大きい場合にも適用できる。

【００２１】まず、図２の外表面部Ａに相当する線要素
ａを検出し、その斜面部側の端点ｕを求める。

【００２２】次に、２次反射像も含め、斜面部Ｂに相当
する線要素の候補ｂ１，ｂ２，‥をすべて検出し、斜面
部Ｂに相当する線要素の候補ｂ１，ｂ２，‥と外表面部
Ａに相当する線要素ａとの交点ｐ１，ｐ２、‥をそれぞ
れ求める。

【００２３】そして、交点ｐ１，ｐ２，‥と端点ｕとの
距離を考慮して、斜面部Ｂに相当する線要素に相当する
線要素を決定する。

【００２４】次に、被溶接物２１，２２の接合部（開
先）の位置，形状のうち、一例として、開先幅Ｗを計測
する方法を、図５を用いて処理手順を詳しく説明する。

【００２５】まず、手順５１で、撮像手段２６により撮
像された画像を画像メモリに記憶する。

【００２６】次に、手順５２で、画像メモリに記憶され
たデータを基に、変化点データを作成する。図６に変化
点データの一例を示す。図６は、図３の領域２の部分の
変化点データを示した模式図であり、黒い四角の点が、
検出された変化点である。変化点データを作成する方法
としては、輝度のしきい値を設定して２値化処理する方
法、および、平滑化微分して極大値をとった点と極小値
をとった点の中点を変化点とする方法などがある。これ
らの方法については、特開平6−331332 号公報に開示さ
れていて、特開平6−331332 号公報に開示されている方
法を用いることにより実現できる。

【００２７】次に、手順５３で、変化点データを基に、
ラベリングと直線化処理を行う。ここで、ラベリングと
は、同一の連結成分に属すると見なされる画素（変化
点）に同一の番号を割り当てる処理である。また、直線
化処理は、ラベリングにより同一の番号を割り当てられ
た画素（変化点）を基に、例えば、ハフ変換処理等を用
い、ヘッセの標準形で表わした、ｘｙ直行座標系（カメ
ラ座標系）１の原点から直線に直行するベクトルの距離
ｒ（以下、原点からの距離ｒと呼ぶ）とｘ軸とのなす角
θ（以下、方向角θと呼ぶ）を求める処理である（図１
参照）。ラベリングと直線化処理についても、特開平6
−331332 号公報に開示されていて、特開平6−331332
号公報に開示されている方法を用いることにより実現で
きる。

【００２８】ここで、ラベリングと直線化処理を終え
て、それぞれのラベル内に設定される直線を線要素と呼
ぶ。それぞれの線要素は、ラベリングで割り当てられた
番号，画素数，始点と終点の座標，原点からの距離ｒ、
及び、方向角θ等のパラメータにより表わされる。ま
た、ラベリングで、同一の連結成分に属するかの判断
は、変化点と線要素の距離が、設定した距離ｌ１より短
いかで判断する。

【００２９】次に、手順５４で、図２の平面Ａに相当す
る線要素ａ，図２の平面Ｂに相当する線要素ｂ、およ
び、その二つの線要素、平面Ａに相当する線要素ａと平
面Ｂに相当する線要素ｂの交点ｐを検出する（図１参
照）。

【００３０】図７に手順５４の詳細フローチャートを示
す。次に、手順５４の詳細について説明する。

【００３１】まず、手順５４１で、図２の平面Ａに相当
する線要素ａを検出する。検出方法は、平面Ａに相当す
る線要素ａの画素数，始点，終点，原点からの距離、お
よび、方向角の範囲を設定しておき、ラベリングと直線
化処理により得られた線要素群の中から、すべてのパラ
メータが設定した範囲内に入る線要素を抽出し、その中
で、最も画素数の多いもの平面Ａに相当する線要素ａと
して検出する。

【００３２】次に、手順５４２で、予め設定した平面Ｂ
に相当する線要素ｂの画素数，始点，終点，原点からの
距離、および、方向角の範囲を基に、すべてのパラメー
タがその範囲内に入る線要素を、平面Ｂに相当する線要
素の候補となる線要素群ｂ１，ｂ２，‥として検出す
る。図１には線要素ｂ１とｂ２の二つしか図示していな
いが、二つより多くてもよい。

【００３３】次に、手順５４３で、平面Ａに相当する線
要素ａの端点（この場合、終点）ｕを検出する。

【００３４】次に、手順５４４で、平面Ａに相当する線
要素ａと、平面Ｂに相当する線要素の候補の線要素群ｂ
１，ｂ２，‥との、それぞれの交点ｐ１，ｐ２，‥を算
出する。

【００３５】次に、手順５４５で、平面Ｂに相当する線
要素ｂ、および、平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに
相当する線要素ｂの交点ｐを確定する。確定する方法の
例を、以下に二つ述べる。

【００３６】一つの方法は、交点ｐ１，ｐ２，‥の中
で、最も平面Ａに相当する線要素ａの端点ｕに距離が近
い交点を、平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに相当す
る線要素ｂの交点ｐとし、その交点ｐを通る平面Ｂに相
当する線要素の候補となった線要素を、平面Ｂに相当す
る線要素ｂとする方法である。

【００３７】この方法によれば、１次反射像により発生
した線要素ｂ１と２次反射像により発生した線要素ｂ２
を区別でき、線要素ｂ２を平面Ｂに相当する線要素ｂと
して誤認識することがなくなる。

【００３８】別の方法は、交点ｐ１，ｐ２，‥と平面Ａ
に相当する線要素ａの端点ｕとの距離と、平面Ｂに相当
する線要素の候補の線要素群ｂ１，ｂ２，‥の画素数を
考慮した評価関数を設定し、その評価関数が最小、ある
いは、最大となる線要素ｂｉと交点ｐｉ（ｉは自然数）
をそれぞれ平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに相当す
る線要素との交点ｐと平面Ｂに相当する線要素ｂとする
方法である。

【００３９】一例としては、交点ｐ１，ｐ２，‥と平面
Ａに相当する線要素ａの端点ｕとのそれぞれの距離ｍ
１，ｍ２，‥とし、平面Ｂに相当する線要素の候補とな
る線要素群ｂ１，ｂ２，‥のそれぞれの画素数をｎ１，
ｎ２，‥とし、評価関数ｆｉ＝−ｍｉ＋ｗ×ｎｉ（ｗは
重み係数）を最大とする交点ｐｉ及び線要素ｂｉを、そ
れぞれ、交点ｐ及び平面Ｂに相当する線要素ｂとする方
法である。

【００４０】この方法によれば、ノイズ等により発生し
た短い線要素と平面Ａに相当する線要素ａとの交点と、
平面Ａに相当する線要素ａの端点ｕの距離が、偶然小さ
くなった場合でも、画素数を考慮しているので、ノイズ
等により発生した短い線要素を、平面Ｂに相当する線要
素ｂとして誤認識することがない。

【００４１】以上の手順により、平面Ａに相当する線要
素ａ，平面Ｂに相当する線要素ｂ、および、その二つの
線要素，平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに相当する
線要素ｂの交点ｐを検出し、手順５４が終了する。

【００４２】次に、手順５５で、平面Ｃに相当する線要
素ｃ，平面Ｄに相当する線要素ｄ、および、その二つの
線要素，平面Ｃに相当する線要素ｃ，平面Ｄに相当する
線要素ｄの交点ｑを検出する。なお、検出手順は手順５
４と同様の処理である。

【００４３】次に、手順５６で、点ｐと点ｑの座標を、
図１のカメラ座標系２８から図２のセンサ座標系１に座
標変換する。

【００４４】次に、手順５７で、センサ座標系１に座標
変換した点ｐと点ｑの座標から開先幅Ｗを計算する。

【００４５】ここでは、スリット光２５と被溶接物２
１，２２とのなす角φ１が９０度より小さく、０度より
大きい場合を例にとり手順を説明してきたが、スリット
光２５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１が１８０度
より小さく、９０度より大きい場合でも、誤認識するこ
となく開先幅Ｗを検出できる。

【００４６】次に、本発明の第２の実施例について図
３，図５、および、図８ないし図１０を用いて説明す
る。

【００４７】図８は本発明を適用した装置の構成を模式
的に示す斜視図、図９は第２の実施例における図５の手
順５４を詳しく説明するためのフローチャート、図１０
は本発明の処理を説明するための模式図である。

【００４８】図８を用いて、本実施例のスリット光照射
手段２４と撮像手段２６の配置を説明する。

【００４９】スリット光照射手段２４は、スリット光２
５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１が９０度より小
さく０度より大きくなるように配置し、撮像手段２６
は、撮像手段２６の中心線と被溶接物２１，２２とのな
す角φ２が、スリット光２５と被溶接物２１，２２との
なす角φ１より小さく０度より大きくなるように配置す
る。

【００５０】図８に示した配置にすると、２次反射像
は、図８で、１次反射像より溶接トーチに近いところに
発生するので、撮像手段により撮像される反射像は、図
３に示すように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像３
Ｂ，３Ｄの内側に撮像される。

【００５１】図５の手順５４を、図７に示したフローチ
ャートの手順により行うことによっても、平面Ａに相当
する線要素ａ，平面Ｂに相当する線要素ｂ、および、そ
の二つの線要素，平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに
相当する線要素ｂの交点ｐを求めることができるが、図
３のように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像３Ｂ，
３Ｄの内側に撮像されることを利用し、図９のフローチ
ャートに示した手順により求めることもできる。

【００５２】その手順を説明する。ここで、図５の手順
５４以外の手順は、第１実施例と同じなので、ここでは
説明を省略し、手順５４についてのみ、図９，図１０を
用いて、詳しく説明する。

【００５３】まず、手順５４１，５４２で、図７に示し
たフローチャートの手順と同様に、平面Ａに相当する線
要素ａを検出し、平面Ｂに相当する線要素の候補となる
線要素群ｂ１，ｂ２，‥を検出する（図１０参照）。

【００５４】次に、手順５４６で、平面Ｂに相当する線
要素の候補となる線要素群ｂ１，ｂ２，‥のうちで、方
向角の絶対値｜θ｜（平面Ｂに相当する線要素ｂの方向
角は負の値をとり、平面Ｄに相当する線要素ｄの方向角
は正の値をとるため、絶対値をとっている）が最も小さ
いものを、平面Ｂに相当する線要素ｂとする。

【００５５】そして、手順５４７で、平面Ａに相当する
線要素ａと平面Ｂに相当する線要素ｂの交点ｐを計算す
る。

【００５６】以上により、平面Ａに相当する線要素ａ，
平面Ｂに相当する線要素ｂ、および、平面Ａに相当する
線要素ａと平面Ｂに相当する線要素ｂの交点ｐを検出で
きる。

【００５７】本実施例の方法によれば、２次反射像が、
１次反射像に対して一定の方向に撮像される（図１０の
ように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像３Ｂ，３Ｄ
の内側に撮像される）ので、１次反射像と容易に区別で
き、２次反射像を１次反射像として誤認識することがな
くなる。また、ステップ数も、第１実施例より少なくて
すむ。

【００５８】さらに、本実施例のように、スリット照射
手段２４を配置すれば、スリット照射手段２４と溶接ト
ーチ２３の間に空間ができて、装置の設計で余裕が生ま
れる（例えば、監視用のカメラをその空間に配置できる
など）。

【００５９】次に、本発明の第３の実施例について図
４，図５、および、図１１ないし図１３を用いて説明す
る。

【００６０】図１１は本発明を適用した装置の構成を模
式的に示す斜視図、図１２は第２の実施例における図５
の手順５４を詳しく説明するためのフローチャート、図
１３は本発明の処理を説明するための模式図である。

【００６１】図１１を用いて、本実施例のスリット光照
射手段２４と撮像手段２６の配置を説明する。

【００６２】スリット光照射手段２４は、スリット光２
５と被溶接物２１，２２とのなす角φ１が１８０度より
小さく９０度より大きくなるように配置し、撮像手段２
６は、撮像手段２６の中心線と被溶接物２１，２２との
なす角φ２が、９０度より小さく０度より大きくなるよ
うに配置する。

【００６３】図１１に示した配置にすると、２次反射像
は、図１１で、１次反射像より溶接トーチに近いところ
に発生するので、撮像手段により撮像される反射像は、
図４に示すように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像
３Ｂ，３Ｄの外側に撮像される。

【００６４】図５の手順５４を、図７に示したフローチ
ャートの手順により行うことによっても、平面Ａに相当
する線要素ａ，平面Ｂに相当する線要素ｂ、および、そ
の二つの線要素，平面Ａに相当する線要素ａと平面Ｂに
相当する線要素ｂの交点ｐを求めることができるが、図
４のように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像３Ｂ，
３Ｄの外側に撮像されることを利用し、図１２のフロー
チャートに示した手順により求めることもできる。

【００６５】その手順を説明する。ここで、図５の手順
５４以外の手順は、第１実施例と同じなので、ここでは
説明を省略し、手順５４についてのみ、図１２，図１３
を用いて、詳しく説明する。

【００６６】まず、手順５４１，５４２で、図７に示し
たフローチャートの手順と同様に、平面Ａに相当する線
要素ａを検出し、平面Ｂに相当する線要素の候補となる
線要素群ｂ１，ｂ２，‥を検出する（図１３参照）。

【００６７】次に、手順５４８で、平面Ｂに相当する線
要素の候補となる線要素群ｂ１，ｂ２，‥のうちで、方
向角の絶対値｜θ｜（平面Ｂに相当する線要素ｂの方向
角は負の値をとり、平面Ｄに相当する線要素ｄの方向角
は正の値をとるため、絶対値をとっている）が最も大き
いものを、平面Ｂに相当する線要素ｂとする。

【００６８】そして、手順５４９で、平面Ａに相当する
線要素ａと平面Ｂに相当する線要素ｂの交点ｐを計算す
る。

【００６９】以上により、平面Ａに相当する線要素ａ，
平面Ｂに相当する線要素ｂ、および、平面Ａに相当する
線要素ａと平面Ｂに相当する線要素ｂの交点ｐを検出で
きる。

【００７０】第３実施例の方法によれば、２次反射像
が、１次反射像に対して一定の方向に撮像される（図１
０のように、２次反射像４Ｂ，４Ｄが１次反射像３Ｂ，
３Ｄの外側に撮像される）ので、１次反射像と容易に区
別でき、２次反射像を１次反射像として誤認識すること
がなくなる。また、ステップ数も、第１実施例より少な
くてすむ。

【００７１】さらに、本実施例のように、スリット照射
手段２４を配置すれば、撮像手段２６の中心線と被溶接
物２１，２２とのなす角を９０度に近づけることがで
き、その場合、アーク光の影響を小さくすることができ
る。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、２次反射像を誤検出す
ることなく正確に開先の位置，形状を計測することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の処理手順の説明図。

【図２】本発明の第１の実施例を適用した装置の斜視
図。

【図３】図２の撮像手段で撮像した開先の光切断像の説
明図。

【図４】図２の撮像手段で撮像した開先の光切断像の説
明図。

【図５】開先位置，形状を計測する手順を説明するため
のフローチャート。

【図６】図３の領域２を図５の操作５２の処理すること
により得られる変化点データを示した説明図。

【図７】本発明の第１の実施例の図５の手順のフローチ
ャート。

【図８】本発明の第２の実施例を適用した装置の斜視
図。

【図９】本発明の第２の実施例の図５の手順のフローチ
ャート。

【図１０】本発明の第２の実施例の処理手順の説明図。

【図１１】本発明の第３の実施例を適用した装置の斜視
図。

【図１２】本発明の第３の実施例の図５の手順のフロー
チャート。

【図１３】本発明の第３の実施例の処理手順の説明図。

【符号の説明】

１…カメラ座標系、２１，２２…被溶接物、２３…溶接
トーチ、２４…スリット照射手段、２５…スリット光、
２６…撮像手段、２７…画像処理手段、２８…センサ座
標系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 光明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 今永 昭慈 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小林 正宏 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 上原 壮夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 日野 英司 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外表面部と、前記外表面部とのなす角が９
   ０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有する二つ
   の被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状をスリット
   光照射手段から前記開先にスリット光を照射し、前記ス
   リット光が前記開先に反射した反射像を撮像手段により
   撮像し、前記撮像手段で撮像したスリット光の反射像を
   画像処理手段により画像処理することによって計測する
   開先位置，形状の計測方法において、 被溶接物の外表面部に相当する線要素を検出する第１の
   ステップと、前記被溶接物の外表面部に相当する線要素
   の斜面部側の端点を検出する第２のステップと、開先の
   斜面部に相当する線要素の候補の線要素群を検出する第
   ３のステップと、開先の斜面部に相当する線要素の候補
   の線要素群と前記被溶接物の外表面部に相当する線要素
   との交点をそれぞれ計算する第４のステップと、開先の
   斜面部に相当する線要素の候補が複数である場合、少な
   くとも、前記被溶接物の外表面部に相当する線要素の開
   先の斜面部側の端点から、開先の斜面部に相当する線要
   素の候補の線要素と前記被溶接物の外表面部に相当する
   線要素との交点までの距離を考慮して、開先の斜面部に
   相当する線要素を一つに決定する第５のステップを有し
   ていることを特徴とする開先位置，形状の計測方法。
2. 【請求項２】前記第５のステップが、開先の斜面部に相
   当する線要素の候補が複数である場合、前記被溶接物の
   外表面部に相当する線要素の開先の斜面部側の端点か
   ら、開先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素と前
   記被溶接物の外表面部に相当する線要素との交点までの
   距離の他に、少なくとも、開先の斜面部に相当する線要
   素の候補の画素数も考慮して、開先の斜面部に相当する
   線要素を一つに決定するステップである請求項１に記載
   の開先位置，形状の計測方法。
3. 【請求項３】外表面部と、前記外表面部とのなす角が９
   ０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有する二つ
   の被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状を、 スリット光照射手段から前記開先にスリット光を照射
   し、前記スリット光が前記開先に反射した反射像を撮像
   手段により撮像し、前記撮像手段で撮像したスリット光
   の反射像を画像処理手段により画像処理することによっ
   て、 計測する開先位置，形状の計測装置において、 前記画像処理手段が、被溶接物の外表面部に相当する線
   要素を検出する第１の手段と、前記被溶接物の外表面部
   に相当する線要素の斜面部側の端点を検出する第２の手
   段と、開先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素群
   を検出する第３の手段と、開先の斜面部に相当する線要
   素の候補の線要素群と前記被溶接物の外表面部に相当す
   る線要素との交点をそれぞれ計算する第４の手段と、開
   先の斜面部に相当する線要素の候補が複数である場合、
   少なくとも、前記被溶接物の外表面部に相当する線要素
   の開先の斜面部側の端点から、開先の斜面部に相当する
   線要素の候補の線要素と前記被溶接物の外表面部に相当
   する線要素との交点までの距離を考慮して、開先の斜面
   部に相当する線要素を一つに決定する第５の手段を有し
   ていることを特徴とする開先位置，形状の計測装置。
4. 【請求項４】前記第５の手段が、開先の斜面部に相当す
   る線要素の候補が複数である場合、前記被溶接物の外表
   面部に相当する線要素の開先の斜面部側の端点から、開
   先の斜面部に相当する線要素の候補の線要素と前記被溶
   接物の外表面部に相当する線要素との交点までの距離の
   他に、少なくとも、開先の斜面部に相当する線要素の候
   補の画素数も考慮して、開先の斜面部に相当する線要素
   を一つに決定する手段である請求項３に記載の開先位
   置，形状の計測装置。
5. 【請求項５】外表面部と、前記外表面部とのなす角が９
   ０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有する二つ
   の被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状を、スリッ
   ト光照射手段から前記開先にスリット光を照射し、前記
   スリット光が前記開先に反射した反射像を撮像手段によ
   り撮像し、前記撮像手段で撮像したスリット光の反射像
   を画像処理手段により画像処理することによって、計測
   する開先位置，形状の計測装置において、前記スリット
   光照射手段が、スリット光照射手段と被溶接物とのなす
   角が０度より大きく、９０度より小さくなるように配置
   されており、前記撮像手段が、撮像手段と被溶接物との
   なす角が０度より大きく、スリット光照射手段と被溶接
   物とのなす角より小さくなるように配置されており、前
   記画像処理手段が、前記撮像手段により得られるスリッ
   ト光の反射画像を画像処理して得られる開先の斜面部に
   相当する線要素の候補が複数である場合に、前記開先の
   斜面部に相当する線要素の候補の線要素群のなかで、ヘ
   ッセの標準形で表わした、ｘｙ直行座標系の原点から線
   要素を延長した直線に直行するベクトルとｘ軸とのなす
   角θの絶対値｜θ｜が最も小さい線要素を前記開先の斜
   面部に相当する線要素として検出する手段を有している
   ことを特徴とする開先位置，形状の計測装置。
6. 【請求項６】外表面部と、前記外表面部とのなす角が９
   ０度より大きく１８０度より小さい斜面部を有する二つ
   の被溶接物を突き合わせた開先の位置，形状をスリット
   光照射手段から前記開先にスリット光を照射し、前記ス
   リット光が前記開先に反射した反射像を撮像手段により
   撮像し、前記撮像手段で撮像したスリット光の反射像を
   画像処理手段により画像処理することによって、計測す
   る開先位置，形状の計測装置において、前記スリット光
   照射手段が、スリット光照射手段と被溶接物とのなす角
   が９０度より大きく、１８０度より小さくなるように配
   置されており、前記撮像手段が、撮像手段と被溶接物と
   のなす角が０度より大きく、９０度より小さくなるよう
   に配置されており、前記画像処理手段が、前記撮像手段
   により得られるスリット光の反射画像を画像処理して得
   られる開先の斜面部に相当する線要素の候補が複数であ
   る場合に、前記開先の斜面部に相当する線要素の候補の
   線要素群のなかで、ヘッセの標準形で表わした、ｘｙ直
   行座標系の原点から線要素を延長した直線に直行するベ
   クトルとｘ軸とのなす角θの絶対値｜θ｜が最も大きい
   線要素を前記開先の斜面部に相当する線要素として検出
   する手段を有していることを特徴とする開先位置，形状
   の計測装置。