溶接位置検出装置
【課題】 亜鉛メッキ鋼板等の変形のし難い被溶接部材にスポット溶接を施した場合にも、撮像画像から溶接部（スポット痕）の位置を適切に検出することのできる溶接位置検出装置を提供する。
【解決手段】 本願発明の溶接位置検出装置は、スポット溶接が施されたワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出するためのものであって、スポット痕Ｓに対して光を照射するための照明装置９と、スポット痕Ｓを撮像する撮像装置８と、撮像装置８によって撮像されたスポット痕Ｓの撮像画像に基づいて、ワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出する位置検出制御装置３と、を備え、照明装置９は、ワークＷの表面に対して５°〜４５°の角度でスポット痕Ｓを照明する位置に配置され、撮像装置８は、スポット痕Ｓを挟む照明装置９と対向する側であって、ワークＷの表面に対して５°〜４５°の角度方向からスポット痕Ｓを撮像する位置に配置されている。
【解決手段】 本願発明の溶接位置検出装置は、スポット溶接が施されたワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出するためのものであって、スポット痕Ｓに対して光を照射するための照明装置９と、スポット痕Ｓを撮像する撮像装置８と、撮像装置８によって撮像されたスポット痕Ｓの撮像画像に基づいて、ワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出する位置検出制御装置３と、を備え、照明装置９は、ワークＷの表面に対して５°〜４５°の角度でスポット痕Ｓを照明する位置に配置され、撮像装置８は、スポット痕Ｓを挟む照明装置９と対向する側であって、ワークＷの表面に対して５°〜４５°の角度方向からスポット痕Ｓを撮像する位置に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、例えばスポット溶接が施されることによって形成された溶接部（スポット痕）の位置を検出するための溶接位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の製造ライン等における鋼構造物の接合において、従来、スポット溶接が汎用的に用いられている。このスポット溶接では、鋼構造物としての被溶接部材（以下、「ワーク」という。）の溶接部分において「スポット痕」と呼称される溶接打痕が形成される。
【０００３】
図１８は、スポット溶接において形成されるスポット痕を示す断面図である。スポット溶接においては、ワークＷである上板４３と下板４４とを溶接すると（この場合のワークＷは、下記特許文献１のものと異なり平板状である）、通常、上板４３と下板４４との間にナゲットＮが形成され、上板４３の表面及び下板４４の表面にスポット痕Ｓが形成される。スポット痕Ｓは、ごくわずかな深さを有する略円形の凹部状とされる。
【０００４】
製造ライン等において製造される自動車には、複数のスポット痕Ｓが形成されるが、製造過程においては、スポット痕Ｓの形成後、これらのスポット痕Ｓにおけるスポット溶接が適切に行われているか否かの検査が行われる。
【０００５】
ワークＷに形成されたスポット痕Ｓに基づいてスポット溶接の良否判定の検査を行う場合、スポット痕ＳのワークＷにおける位置を検出する必要がある。スポット痕Ｓの位置を検出する方法としては、例えば下記に示す特許文献１に記載されているように、撮像装置によって撮像された撮像画像に基づいてスポット痕Ｓの輪郭を抽出して、抽出されたスポット痕Ｓの輪郭からスポット痕Ｓの中心位置を算出する方法が考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５-５４１０７号公報
【０００７】
図１９及び図２０は、上記特許文献１に記載された、スポット溶接の良否判定の検査を行う場合の構成を示す図であり、２つのワーク同士を溶接するときの溶接前後の状態を示している。これらの図によれば、各ワークＷ１，Ｗ２の上方に撮像装置４１が配置され、この撮像装置４１の周囲に光源(図示せず)が配置されている。より詳細には、光源は、ワークＷ１，Ｗ２の表面で反射される反射光が撮像装置４１に入射するような位置に配置されている。
【０００８】
この構成により、ワークＷ１，Ｗ２の溶接部Ｓ１（図２０参照）の表面状態は、その上方に配置された撮像装置４１によって撮像され、撮像装置４１には溶接部Ｓ１の真上から見た画像が取り込まれることになる。撮像装置４１が溶接部Ｓ１に対して上方から撮像され、撮像装置４１の周囲に設けられた光源によって溶接部Ｓ１が照射されているため、取り込まれた画像には、溶接部Ｓ１の表面の凹凸が明瞭に現れにくくなっている。
【０００９】
そのため、例えば上記特許文献１の構成を、図１８に示すスポット痕Ｓを撮像する場合に適用したときを考えると、スポット痕Ｓの凹部のエッジ部分Ｓａ（図１８に示す開口面Ｓｂの周囲及び底面Ｓｃ周囲の屈曲する部分）には影が生じにくくなる。そのため、その影に基づいてスポット痕Ｓの輪郭を抽出して、スポット痕Ｓの中心位置を特定することは困難となる。
【００１０】
特にスポット溶接において用いられる亜鉛メッキ鋼板では、一般鉄鋼板に対するスポット溶接と同条件でスポット溶接を施しても一般鉄鋼板に比べてスポット痕Ｓの凹部の深さが浅く、スポット痕Ｓの凹部のエッジ部分Ｓａに影が生じにくく、凹部状のスポット痕Ｓの輪郭が判別し難い。また、亜鉛メッキ鋼板は、そのエッジ部分Ｓａが一般鉄鋼板に比べて湾曲しており、エッジ部分Ｓａの濃淡の変化が緩やかで濃淡の差が明瞭に出ないため、濃淡のコントラストから輪郭線を抽出することは困難である。
【００１１】
また、スポット痕Ｓの凹形状の内側面は、開口面Ｓｂから底面Ｓｃに向けて先窄まりの傾斜面となり、仮に傾斜面で濃淡が生じたとしてもその濃淡のコントラストがかなり強くなければ、この部分を輪郭線として認識することは難しい。
【００１２】
このように、深さの浅いスポット痕Ｓを略正面に近い角度から光を照射した場合は、スポット痕Ｓの輪郭部分に濃淡のコントラストが生じにくく、しかもその濃淡の幅は極めて狭いので、仮に濃淡が生じたとしてもその濃淡部分を輪郭線として識別することは困難である。特に、スポット痕Ｓの凹形状が極めて小さいものである場合は、殆ど肉眼では識別できず、撮像装置４１で撮像した場合にもその撮像画像からスポット痕Ｓを検出することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、亜鉛メッキ鋼板等の変形のし難い被溶接部材にスポット溶接を施した場合にも、撮像画像から溶接部（スポット痕）の位置を適切に検出することのできる溶接位置検出装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１５】
本願発明によって提供される溶接位置検出装置は、スポット溶接が施された被溶接部材の溶接部の位置を検出するための溶接位置検出装置であって、前記溶接部に対して光を照射するための照明手段と、前記溶接部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された前記溶接部の撮像画像に基づいて、前記被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、を備え、前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して所定の照明角度で斜め方向から前記溶接部を照明する位置に配置され、前記撮像手段は、前記溶接部を挟む前記照明手段と対向する側であって、前記被溶接部材の表面に対して所定の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されていることを特徴としている（請求項１）。
【００１６】
本願発明の溶接位置検出装置によれば、被溶接部材の溶接部が当該被溶接部材の表面に対して所定の角度傾斜した方向から照明されるので、例えば溶接部のスポット痕が底の極めて浅い凹形状であっても、当該凹形状の照明手段に近い側の段差部分（エッジ部分）に影による円弧状の暗部分を生じさせるとともに、照明手段に遠い側の段差部分（エッジ部分）に高反射による円弧状の明部分を生じさせることができる。従って、このようなスポット痕の撮像画像には、溶接部の輪郭に沿って略円弧状の暗部分と明部分とが含まれるから、画像処理によってこれらの部分から溶接部の輪郭形状を抽出することができ、更には輪郭形状から溶接部の中心位置を適切に検出することができる。
【００１７】
なお、上記溶接位置検出装置において、前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の照明角度で前記溶接部を照明する位置に配置されているとよい（請求項２）。また、上記溶接位置検出装置において、前記撮像手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されているとよい（請求項３）。
【００１８】
また、上記溶接位置検出装置において、前記位置検出手段は、前記撮像手段によって撮像された略円形の凹部状に形成された前記溶接部の撮像画像の、当該溶接部に対して前記照明手段に近い側の段差部分に生じる略円弧状の暗部分と、前記溶接部の前記照明手段から遠い側の段差部分に生じる略円弧状の明部分とを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された暗部分及び明部分に基づいて前記溶接部の輪郭を求め、この輪郭によって決定される前記溶接部の中心位置を前記被溶接部材の溶接部の位置として算出する算出手段と、によって構成されているとよい（請求項４）。
【００１９】
また、上記溶接位置検出装置において、前記抽出手段は、前記溶接部の撮像画像の暗部分又は明部分に相当する位置に暗部分又は明部分を判別するための判別点とこの近傍の比較点を複数点設け、各判別点における濃度とその近傍の比較点における濃度とを比較することにより、各判別点における暗又は明を判別する第１判別手段と、前記第１判別手段によって判定された暗部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に前記撮像画像の暗部分を前記溶接部の暗部分の画像であると判別し、明部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に、前記撮像画像の明部分を前記溶接部の明部分の画像であると判別する第２判別手段と、によって構成されているとよい（請求項５）。
【００２０】
また、上記溶接位置検出装置において、前記撮像手段及び照明手段を複数のスポット溶接が施された被溶接部材の当該被溶接部材上の溶接部に沿って搬送させる搬送手段と、前記搬送手段によって前記撮像手段及び照明手段が搬送されているとき、前記撮像手段による撮像画像に基づいて、撮像画面内に前記溶接部が存在するか否かを検出する溶接部有無検出手段と、前記溶接部有無検出手段によって撮像画面内に前記溶接部が存在することが検出されたとき、前記搬送手段による前記撮像装置及び照明装置の搬送を停止させる搬送停止手段と、をさらに備えるとよい（請求項６）。
【００２１】
また、上記溶接位置検出装置において、前記溶接部有無検出手段は、予め定められた撮像画面内の基準となる溶接部の画像サイズと、前記撮像装置で撮像された溶接部の撮像画面内の画像サイズとを比較することにより、撮像画面内に前記溶接部が存在することを検出するとよい（請求項７）。
【００２２】
また、上記溶接位置検出装置において、前記搬送手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなるとよい（請求項８）。
【００２３】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本願発明に係る溶接位置検出装置が適用される溶接検査システムの構成図である。この溶接検査システムは、スポット溶接によって例えば鋼構造物としてのワークＷに形成されるスポット痕Ｓにおいて、そのスポット痕Ｓの状態を検査することにより、スポット溶接が適切に施されているか否かの検査を行うものである。溶接位置検出装置は、この溶接検査システムにおいてスポット溶接の良否を検査する際に、ワークＷ上に形成されたスポット痕Ｓの位置を検出するために用いられるものである。
【００２６】
ここで、上記スポット痕Ｓとは、例えば被構造物等のワークＷに対してスポット溶接を行うことによる溶接打痕であり、図１８に示したように、ワークＷの表面において略円形の凹部状に形成されるものである。この凹部は、その溶接打痕の深さが約０．１ｍｍ前後であり、その直径が亜鉛メッキ鋼板では約３〜５．５ｍｍとされ、一般鉄鋼板では約２．５〜６．５ｍｍとされている。したがって、肉眼ではスポット痕Ｓの有無、形状、位置等を見分けることは非常に困難であるため、本実施形態で説明する溶接位置検出装置が必要とされる。
【００２７】
溶接検査システムは、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、位置検出制御装置３、検査判定装置４、揺動駆動装置５、検査プローブユニット６、及び撮像受信装置７等によって大略構成されている。マニピュレータ１には、撮像装置８、照明装置９、及び揺動検査装置１０等が取り付けられている。なお、本願発明に係る溶接位置検出装置は、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、撮像装置８、照明装置９、撮像受信装置７、及び位置検出制御装置３等によって構成される。また、揺動検査装置１０は、エアシリンダ２１、水平揺動装置２２、移動板２３、弾性部材２４、及び検査プローブ２５によって構成される。
【００２８】
この溶接検査システムでは、ワークＷにスポット溶接が行われたことにより形成されたスポット痕Ｓに対して、揺動検査装置１０として構成される検査プローブ２５をロボット制御により順次、移動させて、溶接位置検出装置によってその都度スポット痕Ｓの位置を検出し、各スポット痕Ｓのスポット溶接の良否を自動的に判定することができるようになっている。
【００２９】
マニピュレータ１は、ワークＷ上のスポット痕Ｓを検出するために、撮像装置８及び照明装置９を例えば図１のＲ方向に搬送させるとともに、スポット痕Ｓを検査するための検査プローブ２５を搬送させるものである。マニピュレータ１は、いわゆる６軸ロボットであり、図２に示すように、フロア等に固定されるベース部材１１と、それに６本の軸を介して連結された６本のアーム１２と、６本のアーム１２の両端又は片端に設けられた６個の駆動モータ（サーボモータ）１３（一部図示略）とによって構成されている。
【００３０】
マニピュレータ１は、６個の駆動モータ１３がそれぞれロボット制御装置２からの駆動信号によって回転駆動され、これにより各アーム１２が変位し、検査プローブ２５を所定の待機位置からワークＷのスポット痕Ｓの上方位置に移動させる。なお、各駆動モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられており、エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。ロボット制御装置２では、エンコーダの出力によって各駆動モータ１３の回転位置が検出される。したがって、ロボット制御装置２では、各駆動モータ１３の回転位置から各アーム１２の変位状態と先端のアーム１２に取り付けられた検査プローブ２５の現在位置を認識するようになっている。
【００３１】
ロボット制御装置２は、マニピュレータ１の動作を制御するためのものである。ロボット制御装置２は、図示しないメモリに予め記憶されている制御プログラム、及び図示しないエンコーダからの現在位置情報に基づいて、マニピュレータ１の各駆動モータ１３を駆動制御する。すなわち、ロボット制御装置２のメモリには、制御プログラムとともに、マニピュレータ１の動作軌跡を表す教示データが予め記憶されており、ロボット制御装置２は、作業者の操作部材（図略）の操作によりワークＷのスポット痕Ｓのスポット溶接の検査開始が指示されると、その教示データに基づいて所定のタイミングでマニピュレータ１を動作させる。
【００３２】
また、ロボット制御装置２は、位置検出制御装置３からの検出信号に基づいて、スポット痕Ｓの位置を検出したときに、撮像装置８からスポット痕Ｓの画像を取り込むために、マニピュレータ１を停止させる。また、ロボット制御装置２は、スポット溶接の良否を検査するために検査プローブ２５を上下させるとき、エアシリンダ２１の駆動を制御する。
【００３３】
マニピュレータ１の先端のアーム１２には、断面視で略Ｖ字状のブラケット１５を用いて撮像装置８が取り付けられている。ブラケット１５は、先端のアーム１２に取り付けられた本体部１５ａと、本体部１５ａから下方向に所定の角度で折り曲げられて延びた延設部１５ｂとからなり、撮像装置８は、延設部１５ｂの先端に当該延設部１５ｂの長手方向に対して垂直方向に取り付けられている。
【００３４】
撮像装置８は、例えばＣＣＤカメラからなり、ワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出するためにワークＷを撮像するためのものである。撮像装置８は、ワークＷの表面を撮像することができるように、その撮像方向ｒ１がワークＷの表面方向に対して所定の傾斜角θ１（例えば約５°〜４５°、好ましくは約４５°）となるように図示しない固定部材によって保持されている。
【００３５】
撮像装置８は、マニピュレータ１によって搬送される際、ワークＷに対して一定の高さを保持して水平に移動される。そのため、撮像装置８は、水平移動される際、ワークＷの各スポット痕Ｓが明瞭に撮像し得るようにその焦点が調整されている。すなわち、図１の状態では、撮像装置８の焦点は、ワークＷの検査プローブ２５の真下に位置するスポット痕Ｓに調節されている。例えば、撮像装置８とワークＷのスポット痕Ｓとの距離は、約２００ｍｍに設定されている。
【００３６】
ブラケット１５には、取付部材１６を用いて照明装置９が設けられている。すなわち、ブラケット１５の本体部１５ａの他端（撮像装置８の取付位置とは反対側）には、上下方向に延びた取付部材１６が固定され、この取付部材１６の先端に照明装置９が取り付けられている。詳細には、照明装置９は、ワークＷの表面を照射することができるように、その照射方向ｒ２がワークＷの表面方向に対して所定の傾斜角θ２となるように図示しない固定部材によって保持されている。照明装置９の発光面中心とワークＷのスポット痕Ｓとの距離は、適度な光量が得られる約１２０ｍｍに設定されている。また、照明装置９の照射角度（傾斜角θ２）は、約５°〜４５°に設定されている。
【００３７】
照明装置９は、ワークＷのスポット痕Ｓに対して光を照射させるものであり、図３に示すように、格子状に配列された複数の赤色ＬＥＤ９ａを有している。照明装置９は、複数の赤色ＬＥＤ９ａを保持する筐体９ｂを備えており、赤色ＬＥＤ９ａが並列配置された筐体９ｂの発光面のサイズは、例えば縦Ｈが約２７．２ｍｍ、横Ｗが約７４ｍｍとされている。赤色ＬＥＤ９ａは、例えば６行１８列の計１０８個備えられている。なお、照明装置９の赤色ＬＥＤ９ａの個数、配列、筐体９ｂのサイズ等は、この実施形態の構成に限るものではない。
【００３８】
撮像装置８と照明装置９とは、図１に示すように、ワークＷのスポット痕Ｓを両側から挟み込むようにして互いに対向する位置に配置されている。これは、スポット痕Ｓに対して光を斜め方向から照射することにより生じるコントラストを撮像装置８がより適切に撮像することができるようにしたためである。
【００３９】
すなわち、図１８に示したように、スポット痕Ｓは、略円形状の凹部として形成されるが、図４及び図５に示すように、この凹部に対して斜め方向から光が照射されるとスポット痕Ｓの凹部周縁のエッジ部分Ｓａであって照明装置９に近い側の部分に、影が生じて黒く映る略円弧状の暗部分Ｄと、凹部周縁のエッジ部分Ｓａであって照明装置９から遠い側の部分に、光が直接的に照射されて白く映る略円弧状の明部分Ｂとが生じる。
【００４０】
本実施形態の溶接位置検出装置では、撮像装置８及び照明装置９を互いに対向させ、かつ斜め方向からスポット痕Ｓを照射させることにより、スポット痕Ｓの凹部の暗部分Ｄと明部分Ｂとを生じさせ、これらのスポット痕Ｓの凹部の暗部分Ｄと明部分Ｂとを利用して、スポット痕Ｓの輪郭形状（凹部の形状）を求めるようにしている。溶接位置検出装置では、このスポット痕Ｓの輪郭形状からスポット痕Ｓの中心位置を求め、スポット痕Ｓの凹部の深さが極めて浅いものであってもスポット痕ＳのワークＷ上における位置を適切に検出するようにしている。
【００４１】
なお、照明装置９の照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度（傾斜角）θ２は、上記暗部分Ｄと、明部分Ｂとを積極的に生じさせるために、可及的にスポット痕Ｓに対して低い位置から照射することが好ましい。すなわち、図６及び図７に示すように、凹部の開口面Ｓｂに対して斜めから光を照射すると、凹部の周縁位置近傍の底面Ｓｃには光が照射されないから、この部分が暗部分Ｄとなる。凹部の開口面Ｓｂに対して照射角度を小さくして光を照射した場合（θ21＞θ22）、凹部の周縁位置から底面Ｓｃの照射光が到達する位置までの距離は長くなり、暗部分Ｄの面積は広くなるため、画像処理によってこの暗部分Ｄを抽出し易くなるからである。
【００４２】
このため、照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度（傾斜角）θ２は、スポット痕Ｓの開口面Ｓｂに対して可及的に小さい角度（可及的に０度に近い角度）に設定することが好ましい。出願人が行った実験によれば、照射角度を４５°程度まで高くしても後述する輪郭形状抽出処理によってスポット痕Ｓの輪郭線を算出することができた。すなわち、照射角度を４５°以下に設定して輪郭形状抽出処理を行うとスポット痕Ｓの形状を適切に抽出することができたが、上記照射角度を４５°を越えて設定すると、輪郭形状抽出処理によるスポット痕Ｓの形状の抽出ができなくなった。そのため、照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度は、少なくとも５°〜４５°に設定すればよい。
【００４３】
また、照明装置９の照明光としては、出願人が行った実験によれば、紫外線（例えば波長が約３００ｎｍ）及び赤外線（例えば波長が約１０００ｎｍ）の光を使用することができた。この場合、照明装置９及び撮像装置８のコストを考慮すれば、可視光領域（例えば波長が６６０ｎｍ）の光を照明光とすることが好ましく、赤色を用いることがより好ましい。
【００４４】
図１に戻り、撮像装置８には、撮像受信装置７が接続されている。撮像受信装置７は、撮像装置８によって撮像された画像を処理するものであり、撮像装置８から出力される撮像信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換した後、例えばフィルタ処理等の所定のディジタル信号処理を施し、位置検出制御装置３に加工処理後の撮像データを送信する。
【００４５】
位置検出制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなり、図示しないメモリに記憶された動作プログラム、及び撮像受信装置７からの撮像信号に基づいてスポット痕Ｓの位置の検出を行うものである。位置検出制御装置３は、スポット痕Ｓの位置を検出するとき、撮像装置８による撮像画像に基づいてワークＷのスポット痕Ｓの有無を検出する処理（以下、「スポット痕有無検出処理」という。）を行う。また、位置検出制御装置３は、そのスポット痕Ｓの中心位置を特定するために、スポット痕Ｓの輪郭形状を抽出する処理を行う（以下、「輪郭形状抽出処理」という。）。さらに、位置検出制御装置３は、抽出されたスポット痕Ｓの輪郭形状に基づいてスポット痕Ｓの中心位置を計算により求め、マニピュレータ１を用いてスポット痕Ｓの中心位置に検査プローブ２５の長手方向の中心軸Ｍを合わす処理を行う。これらの処理の詳細については、後述する。
【００４６】
ブラケット１５の本体部１５ａの下部には、揺動検査装置１０が設けられている。揺動検査装置１０としてのエアシリンダ２１は、検査プローブ２５をワークＷに押し当てる押し当て機構として機能するものであり、図１における上下方向に伸縮自在とされている。エアシリンダ２１は、ロボット制御装置２からの駆動信号により駆動される。
【００４７】
エアシリンダ２１の下部には、水平揺動装置２２が設けられ、水平揺動装置２２は、それに接続された検査プローブ２５を中心軸Ｍに対して直交する方向に変位させるものである。水平揺動装置２２は、所定の方向（この方向を「Ｘ方向」とする）と、Ｘ方向と直交する方向（この方向を「Ｙ方向」とする）とに検査プローブ２５を変位させる２つの揺動装置からなる。
【００４８】
水平揺動装置２２は、図示しないモータを有しており、揺動駆動装置５からの駆動信号によりモータが駆動されることにより、２つの揺動装置をＸ方向又はＹ方向にそれぞれ変位する。
【００４９】
揺動駆動装置５は、水平揺動装置２２を駆動させるものであり、位置検出制御装置３から制御信号が入力されることによって、水平揺動装置２２を駆動させる。水平揺動装置２２の下部には、移動板２３が設けられ、移動板２３は、Ｘ方向及びＹ方向並びにそれらの方向が組み合わされた方向に変位される。
【００５０】
移動板２３の下面には、略直方体形状の例えば樹脂からなる弾性部材２４が取り付けられている。弾性部材２４は、弾性変形自在とされ、水平揺動装置２２と検査プローブ２５との間に介在される。
【００５１】
弾性部材２４の下部には、検査プローブ２５が設けられている。検査プローブ２５は、ウォーターチャンバー（Water Chamber）式フレキシブルメンブレンプローブ（Flexible membrane Probe）からなる。すなわち、検査プローブ２５は、先端に超音波の出射とその反射波の入射をするための開口が形成された本体と、ワークＷのスポット痕Ｓに接触させる接触部とからなる。本体には、超音波を発するための発信部（図略）が設けられ、発信部は、接触部に向かって超音波を発することにより、超音波が接触部を介してワークＷのスポット痕Ｓに照射される。また、スポット痕Ｓ内で反射した超音波は、接触部を介して本体に入射され、本体内の受信部（図略）に受信される。
【００５２】
上記した揺動検査装置１０の構成により、検査プローブ２５の先端がワークＷに圧接されていないときは、検査プローブ２５の中心軸Ｍの位置をＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位させる。この変位制御は、検査プローブ２５の中心軸Ｍの位置をスポット痕Ｓの中心位置に正確に位置合せする際の微調整に使用される。
【００５３】
また、検査プローブ２５の先端がワークＷに圧接されている状態では、検査プローブ２５の先端はスポット痕Ｓの中心位置に固定され、検査プローブ２５の基端部（検査プローブ２５の弾性部材２４に固定されている端部）だけがＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位される。そのため、上記変位制御は、検査プローブ２５の中心軸Ｍをスポット痕Ｓの中心位置における法線方向nに対して微小角（例えば１°以内の微小角）だけ傾ける動作（揺動動作）に使用される。
【００５４】
検査プローブ２５には、検査プローブユニット６が接続されている。検査プローブユニット６は、検査プローブ２５から出力されるエコーを検出した電気信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を検査判定装置４に送るものである。
【００５５】
検査判定装置４は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータからなり、検査プローブユニット６から送信されるエコーの検出信号に基づいて、ナゲット径の良否判定を行うものである。良否判定の手順は、検査判定装置４内のメモリ（図略）に記憶された専用のソフトウェアプログラムに組み込まれている。検査判定装置４は、モニタ（図略）を有し、モニタには、検査プローブユニット６から送信されるエコーの検出信号を表した波形がリアルタイムで表示される。
【００５６】
ここで、スポット痕Ｓの位置を検出するための、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、撮像装置８、照明装置９、撮像受信装置７、及び位置検出制御装置３によって構成される溶接位置検出装置の動作について説明する。
【００５７】
撮像装置８は、マニピュレータ１によってワークＷ上を沿うように移動されることにより、相対的に移動するワークＷを撮像する。すなわち、マニピュレータ１は、撮像装置８の撮像点に対してスポット痕Ｓを相対的に移動させるので、撮像装置８によって撮像された撮像画面内にスポット痕Ｓの画像が入ってくると、図８(a)〜(c) に示すように、そのスポット痕Ｓの撮像画像は、撮像画面内をスポット痕Ｓが左から右に一定の速度で横移動する動画像となる。位置検出制御装置３のスポット痕有無検出処理では、この動画像の撮像内容にスポット痕Ｓの画像が含まれるか否かが検出される。
【００５８】
位置検出制御装置３は、撮像受信装置７から入力される撮像データに基づく撮像画面を取り込む際に、図９に示すように、撮像装置８の撮像画面内において、撮像画面内を横方向に二分する縦方向の中心線上に、横方向に±１０ピクセルの帯状の領域Ｅ（以下、検出領域Ｅという。）を予め設けている。撮像画面内に含まれる画素数は、例えば７５２×４８５ピクセルであり、検出領域Ｅの幅は撮像画面の横幅に対して２０／７５２≒１／３７．６となるため、検出領域Ｅは、略線分に等しい領域となる。
【００５９】
撮像画面内では、スポット痕Ｓが横移動すると、スポット痕Ｓが略線分の検出領域Ｅを横切って行くように移動することになる。これは、検出領域Ｅによってスポット痕Ｓを周期的に縦方向に切断するスキャン動作を繰り返すことに相当する。従って、位置検出制御装置３は、スポット痕Ｓが検出領域Ｅを横切るか否かを周期的に検出する。スポット痕Ｓが検出領域Ｅを横切る状態が検出されると、スポット痕Ｓが横切るサイズ、すなわち、検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの縦方向の長さＬを判別する。
【００６０】
位置検出制御装置３は、検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの縦方向の長さＬが所定長さに達したか否かを判別し、所定長さに達した場合、スポット痕Ｓを含む凹部を検出したと判別する。ここで、位置検出制御装置３には、標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0が予め設定されており、この標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0が上記所定長さに相当する。
【００６１】
位置検出制御装置３は、このようにして凹部を検出したと判別すると、そのタイミングでロボット制御装置２に対して検出信号を送る。ロボット制御装置２は、その検出信号に基づいてマニピュレータ１の動作、すなわち撮像装置８の搬送を停止させる。
【００６２】
すなわち、仮に、検出領域Ｅを横切る凹部がスポット痕Ｓであれば、各周期で検出される切断されるサイズは漸増し、予め設定された標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に略一致するところで最大値となり、その後漸減するはずである。このため、最大値がスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に略一致した時点で撮像装置８の搬送を停止させることにより、スポット痕Ｓを捕らえることができる。一方、スポット痕Ｓでなく、それよりも小さい凹部であれば、位置検出制御装置３は、最大値がスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に一致することはないから、そのまま撮像装置８の移動を継続する。
【００６３】
位置検出制御装置３は、撮像装置８によって撮像された撮像画面に基づいてスポット痕Ｓの輪郭形状を抽出し、この輪郭形状を予め設定された輪郭形状（基準形状）と比較する輪郭形状抽出処理を行い、輪郭形状抽出処理によって求められた輪郭形状に基づいてスポット痕Ｓが撮像画面の略中心位置にあるか否かを判別する。
【００６４】
すなわち、位置検出制御装置３は、スポット痕有無検出処理においてスポット痕Ｓの存在を検出すると、輪郭形状抽出処理において、撮像装置８によって撮像された撮像画像を再度取り込む。位置検出制御装置３には、標準的なスポット痕Ｓを撮像装置８の位置から撮像したときの当該スポット痕Ｓの輪郭形状（楕円形状）と、そのサイズとが予め設定されている。すなわち、位置検出制御装置３には、図１０に示すように、撮像画面内におけるスポット痕Ｓの画像の形状として物差しとなる楕円形状の枠体Ａが予め設定されている。
【００６５】
撮像装置８の焦点及び画角は、所定サイズのスポット痕Ｓの撮像画像が撮影画面上に所定のサイズで映し込まれるように設定されている。従って、撮像画面内におけるスポット痕Ｓの画像の形状は略一定になることが予定されているからである。
【００６６】
また、上記枠体Ａが楕円形状となるのは、略円形のスポット痕Ｓを約５°〜４５°で斜め方向から撮影することにより、撮像画像が楕円形状になるためである。なお、同一のスポット痕Ｓを斜め方向から撮影しても撮像方向の角度を変化させた場合、撮像画像の楕円形状が変化するので、撮像方向の角度に応じて枠体Ａの楕円形状を変化させて設定しておく必要がある。上記したように、撮像装置８によって約５°〜４５°で斜め方向からスポット痕Ｓを撮影するのは、枠体Ａの楕円形状が極端に扁平になりすぎて輪郭形状抽出処理に支障をきたすことのないようにするためである。また、斜め方向の角度が４５°を越えると、暗部分Ｄは明瞭となるが、明部分Ｂの輪郭がぼやけるようになるからである。
【００６７】
スポット痕Ｓの画像は、図９に示したように、右半分のエッジ部分に略円弧状の暗部分Ｄを有し、左半分のエッジ部分に略円弧状の明部分Ｂを有する画像となり、これらの部分の幅も略一定である。そのため、枠体Ａは、図１０に示すように、暗部分Ｄ及び明部分Ｂの領域を抽出するために、これらの部分の幅より若干大きい間隔を有する、検出領域Ｅ上の任意の点を中心Ｏとした２つの同心状の楕円Ａ1，Ａ2によって構成されている。両楕円Ａ1，Ａ2の中心Ｏからの距離は、Ａ1＞Ａ2の関係にある。
【００６８】
仮にスポット痕有無検出処理によってスポット痕Ｓが検出されたとすると、そのスポット痕Ｓの画像に枠体Ａを重ねると、図１１に示すように、スポット痕Ｓの画像の暗部分Ｄと明部分Ｂとがそれぞれ左側の帯状部分と右側の帯状部分に含まれることになる。
【００６９】
位置検出制御装置３は、枠体Ａの左半分の帯状部分の領域と右半分の帯状部分の領域とにそれぞれ含まれる画像の濃淡を判別することにより、暗部分Ｄと明部分Ｂとが枠体Ａに含まれているか否かを判別する。暗部分Ｄと明部分Ｂとが枠体Ａに含まれていれば、暗部分Ｄと明部分Ｂの略円弧状の画像からスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の輪郭を抽出することができる。この輪郭形状抽出処理は、略円弧状の暗部分Ｄの右側のエッジ部分Ｓａがスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の右側の輪郭に相当し、略円弧状の明部分Ｂの左側のエッジ部分Ｓａがスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の左側の輪郭に相当するとの前提で、それらのエッジ部分Ｓａを抽出することにより行われる。
【００７０】
位置検出制御装置３は、撮像画像中において枠体Ａの帯状部分に含まれる画像の濃淡を判別する指標として、図１２に示すように、帯状部分に複数の判別点Ｐを予め設けている。具体的には、枠体Ａの帯状部分に約１１．２５°ピッチで２２個の判別点Ｐが設けられている。判別点Ｐは、上方向を０°とすると、約３０°〜１５０°の範囲に含まれる１１個の判別点Ｐと、約２１０°〜３３０°の範囲に含まれる１１個の判別点Ｐとによって構成されている。
【００７１】
なお、０°〜３０°、１５０°〜２１０°、３３０°〜３６０°の間には、判別点Ｐが設定されていない。スポット痕Ｓに対する照明光の照射角度によって暗部分Ｄの縦方向の長さと、明部分Ｂの縦方向の長さとは変化するが、凹部の上側部分及び下側部分においては、暗部分Ｄ及び明部分Ｂは生じることがないか、あるいは暗部分Ｄ及び明部分Ｂの幅が極めて狭く、暗部分Ｄ及び明部分Ｂとして検出することができない。そのため、これらの範囲に含まれる判別点は、判別対象にする意味がないからである。
【００７２】
この実施形態では、例えば亜鉛メッキ鋼板をワークＷとして用いられた場合、通常、図１３に示すように、約３０°〜１５０°の範囲に暗部分Ｄが生じ、約２１０°〜３３０°の範囲に明部分Ｂが生じる。そのため、位置検出制御装置３は、それぞれの範囲で明及び暗と判別される判別点Ｐの数をカウントすることにより、スポット痕Ｓの画像の判定を行う。
【００７３】
位置検出制御装置３は、上記判別点Ｐにおいてそれぞれ明および暗と判別されるか否かを、楕円形状の中心Ｏから各判別点Ｐを通る放射線上において、当該判別点Ｐ近傍の濃度変化を調べることにより判別する。具体的には、図１４に示すように、放射線Ｖ上の判別点Ｐを基準にして、その判別点Ｐから中心Ｏに近い第１比較点Ｃ１と、中心Ｏから遠い第２比較点Ｃ２とを設け、これらの第１比較点Ｃ１、判別点Ｐ、及び第２比較点Ｃ２における濃度変化を調べる。
【００７４】
位置検出制御装置３では、暗部分Ｄを調べるための第１濃度閾値が予め設定されており、第１比較点Ｃ１及び第２比較点Ｃ２の濃度が第１濃度閾値より低く、判別点Ｐの濃度が第１濃度閾値より高い場合、暗部分Ｄが検出されたと認識される。また、位置検出制御装置３では、明部分Ｂを調べるための第２濃度閾値（＜第１濃度閾値）が設定されており、第１比較点Ｃ１及び第２比較点Ｃ２の濃度が第２濃度閾値より高く、判別点Ｐの濃度が第２濃度閾値より低い場合、明部分Ｂが検出されたと認識される。
【００７５】
このように、暗部分Ｄ及び明部分Ｂを調べるのに異なる濃度の閾値を有する第１濃度閾値及び第２濃度閾値を用いるのは、スポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂ以外の部分は、暗部分Ｄ及び明部分Ｂの濃度と比べ、中間の濃度を有しており、この中間の濃度と暗部分Ｄの濃度とを比べる、及びこの中間の濃度と明部分Ｂの濃度とを比べる必要があるからである。
【００７６】
位置検出制御装置３は、明部分Ｂの領域における判別点Ｐのうち、明と認識された判別点Ｐが閾値（例えば８０％）以上の割合であり、暗部分Ｄの領域における判別点のうち、暗と認識された判別点が閾値（例えば８０％）以上の割合である場合に、その明部分Ｂ及び暗部分Ｄの範囲の枠体Ａをスポット痕Ｓの輪郭形状として抽出する。つまり、枠体Ａとしての外側の楕円Ａ1を、スポット痕Ｓの輪郭形状として抽出する。
【００７７】
なお、スポット痕Ｓの画像の濃淡、すなわち、コントラストは相対的なものであり、全体的に暗くてもコントラストは正常である場合がある。このため、コントラストだけを見てスポット痕Ｓの画像を判定すると、誤検出となるので、濃淡の絶対値レベルで明部分Ｂ及び暗部分Ｄを判別し、左側の帯部分と右側の帯部分とがそれぞれ絶対値レベルで暗と明に判別されたときに、スポット痕画像が正常に判別されたと判定している。
【００７８】
位置検出制御装置３は、以上のようにして、輪郭形状抽出処理によってスポット痕Ｓの輪郭形状を抽出すると、その輪郭形状からスポット痕Ｓの中心位置Ｏを計算により算出する。そして、位置検出制御装置３は、マニピュレータ１を用いて検査プローブ２５をスポット痕Ｓの中心位置Ｏの上方位置に停止させる。その後、位置検出制御装置３は、ロボット制御装置２からの制御信号に基づいて、揺動駆動装置５を駆動制御して水平揺動装置２２を動作させ、検査プローブ２５を揺動させる。
【００７９】
なお、上記輪郭形状抽出処理は、亜鉛メッキ鋼板をスポット溶接した場合のスポット痕Ｓの位置を検出する方法について説明している。すなわち、亜鉛メッキ鋼板に代えて例えば一般鉄鋼板を検出する場合には、図１５に示すように、亜鉛メッキ鋼板において生じていた左半分の明部分Ｂに相当する部分が暗部分Ｄ１として生じるようになる。すなわち、一般鉄鋼板の場合、スポット痕Ｓには２つの暗部分Ｄ１，Ｄ２が生じるようになる。これは、一般鉄鋼板のスポット溶接においては、スポット痕Ｓの深さが亜鉛メッキ鋼板に比べて深く、明部分Ｂが逆に暗部分Ｄ１となることが多いからである。したがって、一般鉄鋼板を検査する場合には、スポット痕Ｓの左半分の暗部分Ｄ１について、亜鉛メッキ鋼板のスポット痕Ｓの右半分の暗部分Ｄについて行った輪郭形状抽出処理が適用される。
【００８０】
また、撮像装置８によって撮像された撮像画像においては、図１６に示すように、マニピュレータ１の搬送誤差等によって実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂと、枠体Ａの帯状部分とがずれている場合がある。このような場合、位置検出制御装置３は、枠体Ａの帯状部分に実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂが含まれるように、撮像画像を全体的にずらす処理を行う。枠体Ａの帯状部分に実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂが含まれなければ、輪郭形状抽出処理において、枠体Ａの帯状部分において暗部分Ｄ及び明部分Ｂの濃度を判別することができず、スポット痕Ｓの中心位置を特定することができないからである。
【００８１】
すなわち、撮像装置８は、撮像画像の縦方向の検出領域Ｅに直交する水平線Ｘと検出領域Ｅとの交点（枠体Ａの中心位置Ｏ）に、スポット痕Ｓの縦方向の略中間点Ｓ0が合わさるように、撮像画像をずらす処理を行う。スポット痕Ｓの縦方向の略中間点Ｓ0は、上述した標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0の１／２の値によって求められる。
【００８２】
次に、上記構成におけるスポット痕の位置検出手順について、図１７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
まず、スポット痕有無検出処理が開始されると（Ｓ１）、マニピュレータ１がロボット制御装置２によって駆動され、検査プローブ２５がワークＷ上を走査するように教示データに基づいて移動される（Ｓ２）。この移動中では、撮像装置８によってワークＷの表面が撮像され（Ｓ３）、撮像装置８で撮像された撮像信号は、順次、撮像受信装置７に入力され、撮像受信装置７においてディジタル信号に変換された後、位置検出制御装置３に送られる。
【００８４】
位置検出制御装置３では、撮像受信装置７から送られた撮像信号に基づいて、撮像信号による画像が解析され、ワークＷに形成されたスポット痕Ｓが検出されたか否かが判別される（Ｓ４）。具体的には、上述したように、撮像画像中の検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬが所定長さ以上になるか否かが判別される。検出領域Ｅにおける暗部分Ｄの縦方向の長さＬが所定長さ以上になった場合、スポット痕Ｓが検出されたと判別され（Ｓ４：ＹＥＳ）、位置検出制御装置３では、画像の解析動作が一旦停止され（Ｓ５）、位置検出制御装置３からロボット制御装置２に対して、スポット痕Ｓを検出したことを示す検出信号が送られる。
【００８５】
ロボット制御装置２では、位置検出制御装置３から検出信号が送られると、マニピュレータ１の教示データに基づく動作を停止させるとともに（Ｓ６）、折り返し、位置検出制御装置３に対してマニピュレータ１が一旦停止されたことを示す制御信号が送られる。
【００８６】
次いで、位置検出制御装置３では輪郭形状抽出処理が開始される（Ｓ７）。すなわち、位置検出制御装置３では、撮像装置８で撮像した画像の再取り込みが行われ（Ｓ８）、枠体Ａ内に含まれるスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂに基づいてスポット痕Ｓの輪郭形状が抽出されたか否かの判別が行われる（Ｓ９）。
【００８７】
具体的には、暗部分Ｄにおける判別点Ｐにおいて暗と判別された個数、及び明部分Ｂにおける判別点Ｐにおいて明と判別された個数の和と、全体の判別点Ｐの個数との割合が求められ、和の割合が所定の閾値（例えば８０％）を越えていた場合、スポット痕Ｓの輪郭形状が抽出できたと判別される（Ｓ９：ＹＥＳ）。一方、上記和の割合が所定の閾値を下回った場合には（Ｓ９：ＮＯ）、次のスポット痕Ｓの検査を実施する。
【００８８】
スポット痕Ｓの輪郭形状が抽出されれば、スポット痕Ｓの輪郭を表す座標位置に基づいてスポット痕Ｓの輝度重心位置（中心位置）が計算される（Ｓ１０）。そして、検査プローブ２５の本体の中心軸Ｍを中心位置に移動するように、位置検出制御装置３から揺動駆動装置５に対して制御信号が出力される。
【００８９】
揺動駆動装置５では、位置検出制御装置３からの制御信号に基づいて、水平揺動装置２２を駆動し、検査プローブ２５の本体の中心軸Ｍが中心位置に一致するように検査プローブ２５を移動させる（Ｓ１１）。なお、この場合、マニピュレータ１の軌道上にスポット痕Ｓの本来の中心位置が含まれているときには、水平揺動装置２２によって検査プローブ２５を移動させる必要はない。
【００９０】
次いで、スポット痕Ｓの検査判定処理が行われる（Ｓ１２）。すなわち、位置検出制御装置３では、エアシリンダ２１が伸長され、検査プローブ２５がスポット痕Ｓの表面と接触し、検査プローブ２５が、水平揺動装置２２によって揺動動作される。このとき、検査判定装置４では、検査プローブ２５からの受信信号に基づいて検査判定処理が行われ、スポット痕Ｓにおけるナゲット径の良否が判定される。ナゲット径の良否が判定されると、検査プローブ２５の揺動が停止され、エアシリンダ２１が縮退され、検査プローブ２５が上方向に変位される。
【００９１】
その後、ロボット制御装置２では、検査すべきスポット痕Ｓの有無が判別され（Ｓ１３）、検査すべきスポット痕Ｓが残っている場合（Ｓ１３：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻り、マニピュレータ１を起動させ、ワークＷ上の次のスポット痕Ｓの検出が開始される。
【００９２】
一方、ステップＳ１３において、検査すべきスポット痕Ｓが残っていない場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、検査動作の終了となり、ロボット制御装置２では、マニピュレータ１を待機位置に移動させる。
【００９３】
このように、スポット痕Ｓの位置検出動作は自動で行われるとともに、位置検出動作によって位置が検出されたスポット痕Ｓの検査動作も自動で行われるため、検査作業の短縮化を図ることができる。
【００９４】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、被検査対象として上板４３と下板４４とを接合させる場合に生じたスポット痕Ｓに対する検査方法を示したが、被検査対象としては、上記に限るものではない。
【００９５】
また、上記実施形態では、撮像装置８及び照明装置９を搬送させる手段としてマニピュレータ１を用いたが、これに代えて、例えば小型クレーンや検査プローブ２５を直線状に移動させるスライダ等の簡易な他の移載装置を用いるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、ワークＷに施された複数のスポット溶接のスポット痕Ｓを連続的に検査する溶接検査システムに適用される溶接位置検出装置について説明したが、本願発明に係る溶接位置検出装置は、１個のスポット溶接しか行われていないワークＷに対する溶接検査システムにも適用することができる。この場合は、溶接検査システムにワークＷの搭載部を設け、この搭載部に載置されたワークＷのスポット痕Ｓに対して斜め方向からそれを撮像する撮像装置８と、撮像装置８に対向する位置に斜め方向から光を照射する照明装置９とを配置すればよいので、位置検出制御装置３における画像認識ソフトウェアの構成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接部撮像システムの構成図である。
【図２】マニピュレータの外観図である。
【図３】照明装置の外観図である。
【図４】スポット痕の状態を示す図である。
【図５】撮像されたスポット痕を示す図である。
【図６】スポット痕の状態を示す図である。
【図７】スポット痕の状態を示す図である。
【図８】撮像画面におけるスポット痕の移動を示す図である。
【図９】スポット痕の有無を検出する処理を説明するための図である。
【図１０】枠体を説明するための図である。
【図１１】撮像画面における暗部分及び明部分と枠体との関係を示す図である。
【図１２】撮像画面における判別点と枠体との関係を示す図である。
【図１３】撮像画面における判別点と暗部分及び明部分との関係を示す図である。
【図１４】暗及び明を判別する方法を説明するための図である。
【図１５】一般鉄鋼材の場合のスポット痕の状態を示す図である。
【図１６】枠体とスポット痕とがずれた場合の撮像画像を示す図である。
【図１７】スポット痕の位置検出手順を説明するためのフローチャートである。
【図１８】スポット痕を説明するための図である。
【図１９】従来の、２つのワーク同士を溶接するときの溶接前の状態を示す図である。
【図２０】従来の、２つのワーク同士を溶接するときの溶接後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ マニピュレータ
２ ロボット制御装置
３ 位置検出制御装置
４ 検査判定装置
５ 揺動駆動装置
６ 検査プローブユニット
７ 撮像受信装置
８ 撮像装置
９ 照明装置
１０ 揺動検査装置
２５ 検査プローブ
Ａ 枠体
Ｂ 明部分
Ｃ１ 第１比較点
Ｃ２ 第２比較点
Ｄ 暗部分
Ｅ 検出領域
Ｐ 判別点
Ｓ スポット痕
Ｗ 被溶接部材（ワーク）
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、例えばスポット溶接が施されることによって形成された溶接部（スポット痕）の位置を検出するための溶接位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の製造ライン等における鋼構造物の接合において、従来、スポット溶接が汎用的に用いられている。このスポット溶接では、鋼構造物としての被溶接部材（以下、「ワーク」という。）の溶接部分において「スポット痕」と呼称される溶接打痕が形成される。
【０００３】
図１８は、スポット溶接において形成されるスポット痕を示す断面図である。スポット溶接においては、ワークＷである上板４３と下板４４とを溶接すると（この場合のワークＷは、下記特許文献１のものと異なり平板状である）、通常、上板４３と下板４４との間にナゲットＮが形成され、上板４３の表面及び下板４４の表面にスポット痕Ｓが形成される。スポット痕Ｓは、ごくわずかな深さを有する略円形の凹部状とされる。
【０００４】
製造ライン等において製造される自動車には、複数のスポット痕Ｓが形成されるが、製造過程においては、スポット痕Ｓの形成後、これらのスポット痕Ｓにおけるスポット溶接が適切に行われているか否かの検査が行われる。
【０００５】
ワークＷに形成されたスポット痕Ｓに基づいてスポット溶接の良否判定の検査を行う場合、スポット痕ＳのワークＷにおける位置を検出する必要がある。スポット痕Ｓの位置を検出する方法としては、例えば下記に示す特許文献１に記載されているように、撮像装置によって撮像された撮像画像に基づいてスポット痕Ｓの輪郭を抽出して、抽出されたスポット痕Ｓの輪郭からスポット痕Ｓの中心位置を算出する方法が考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５-５４１０７号公報
【０００７】
図１９及び図２０は、上記特許文献１に記載された、スポット溶接の良否判定の検査を行う場合の構成を示す図であり、２つのワーク同士を溶接するときの溶接前後の状態を示している。これらの図によれば、各ワークＷ１，Ｗ２の上方に撮像装置４１が配置され、この撮像装置４１の周囲に光源(図示せず)が配置されている。より詳細には、光源は、ワークＷ１，Ｗ２の表面で反射される反射光が撮像装置４１に入射するような位置に配置されている。
【０００８】
この構成により、ワークＷ１，Ｗ２の溶接部Ｓ１（図２０参照）の表面状態は、その上方に配置された撮像装置４１によって撮像され、撮像装置４１には溶接部Ｓ１の真上から見た画像が取り込まれることになる。撮像装置４１が溶接部Ｓ１に対して上方から撮像され、撮像装置４１の周囲に設けられた光源によって溶接部Ｓ１が照射されているため、取り込まれた画像には、溶接部Ｓ１の表面の凹凸が明瞭に現れにくくなっている。
【０００９】
そのため、例えば上記特許文献１の構成を、図１８に示すスポット痕Ｓを撮像する場合に適用したときを考えると、スポット痕Ｓの凹部のエッジ部分Ｓａ（図１８に示す開口面Ｓｂの周囲及び底面Ｓｃ周囲の屈曲する部分）には影が生じにくくなる。そのため、その影に基づいてスポット痕Ｓの輪郭を抽出して、スポット痕Ｓの中心位置を特定することは困難となる。
【００１０】
特にスポット溶接において用いられる亜鉛メッキ鋼板では、一般鉄鋼板に対するスポット溶接と同条件でスポット溶接を施しても一般鉄鋼板に比べてスポット痕Ｓの凹部の深さが浅く、スポット痕Ｓの凹部のエッジ部分Ｓａに影が生じにくく、凹部状のスポット痕Ｓの輪郭が判別し難い。また、亜鉛メッキ鋼板は、そのエッジ部分Ｓａが一般鉄鋼板に比べて湾曲しており、エッジ部分Ｓａの濃淡の変化が緩やかで濃淡の差が明瞭に出ないため、濃淡のコントラストから輪郭線を抽出することは困難である。
【００１１】
また、スポット痕Ｓの凹形状の内側面は、開口面Ｓｂから底面Ｓｃに向けて先窄まりの傾斜面となり、仮に傾斜面で濃淡が生じたとしてもその濃淡のコントラストがかなり強くなければ、この部分を輪郭線として認識することは難しい。
【００１２】
このように、深さの浅いスポット痕Ｓを略正面に近い角度から光を照射した場合は、スポット痕Ｓの輪郭部分に濃淡のコントラストが生じにくく、しかもその濃淡の幅は極めて狭いので、仮に濃淡が生じたとしてもその濃淡部分を輪郭線として識別することは困難である。特に、スポット痕Ｓの凹形状が極めて小さいものである場合は、殆ど肉眼では識別できず、撮像装置４１で撮像した場合にもその撮像画像からスポット痕Ｓを検出することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、亜鉛メッキ鋼板等の変形のし難い被溶接部材にスポット溶接を施した場合にも、撮像画像から溶接部（スポット痕）の位置を適切に検出することのできる溶接位置検出装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１５】
本願発明によって提供される溶接位置検出装置は、スポット溶接が施された被溶接部材の溶接部の位置を検出するための溶接位置検出装置であって、前記溶接部に対して光を照射するための照明手段と、前記溶接部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された前記溶接部の撮像画像に基づいて、前記被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、を備え、前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して所定の照明角度で斜め方向から前記溶接部を照明する位置に配置され、前記撮像手段は、前記溶接部を挟む前記照明手段と対向する側であって、前記被溶接部材の表面に対して所定の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されていることを特徴としている（請求項１）。
【００１６】
本願発明の溶接位置検出装置によれば、被溶接部材の溶接部が当該被溶接部材の表面に対して所定の角度傾斜した方向から照明されるので、例えば溶接部のスポット痕が底の極めて浅い凹形状であっても、当該凹形状の照明手段に近い側の段差部分（エッジ部分）に影による円弧状の暗部分を生じさせるとともに、照明手段に遠い側の段差部分（エッジ部分）に高反射による円弧状の明部分を生じさせることができる。従って、このようなスポット痕の撮像画像には、溶接部の輪郭に沿って略円弧状の暗部分と明部分とが含まれるから、画像処理によってこれらの部分から溶接部の輪郭形状を抽出することができ、更には輪郭形状から溶接部の中心位置を適切に検出することができる。
【００１７】
なお、上記溶接位置検出装置において、前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の照明角度で前記溶接部を照明する位置に配置されているとよい（請求項２）。また、上記溶接位置検出装置において、前記撮像手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されているとよい（請求項３）。
【００１８】
また、上記溶接位置検出装置において、前記位置検出手段は、前記撮像手段によって撮像された略円形の凹部状に形成された前記溶接部の撮像画像の、当該溶接部に対して前記照明手段に近い側の段差部分に生じる略円弧状の暗部分と、前記溶接部の前記照明手段から遠い側の段差部分に生じる略円弧状の明部分とを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された暗部分及び明部分に基づいて前記溶接部の輪郭を求め、この輪郭によって決定される前記溶接部の中心位置を前記被溶接部材の溶接部の位置として算出する算出手段と、によって構成されているとよい（請求項４）。
【００１９】
また、上記溶接位置検出装置において、前記抽出手段は、前記溶接部の撮像画像の暗部分又は明部分に相当する位置に暗部分又は明部分を判別するための判別点とこの近傍の比較点を複数点設け、各判別点における濃度とその近傍の比較点における濃度とを比較することにより、各判別点における暗又は明を判別する第１判別手段と、前記第１判別手段によって判定された暗部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に前記撮像画像の暗部分を前記溶接部の暗部分の画像であると判別し、明部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に、前記撮像画像の明部分を前記溶接部の明部分の画像であると判別する第２判別手段と、によって構成されているとよい（請求項５）。
【００２０】
また、上記溶接位置検出装置において、前記撮像手段及び照明手段を複数のスポット溶接が施された被溶接部材の当該被溶接部材上の溶接部に沿って搬送させる搬送手段と、前記搬送手段によって前記撮像手段及び照明手段が搬送されているとき、前記撮像手段による撮像画像に基づいて、撮像画面内に前記溶接部が存在するか否かを検出する溶接部有無検出手段と、前記溶接部有無検出手段によって撮像画面内に前記溶接部が存在することが検出されたとき、前記搬送手段による前記撮像装置及び照明装置の搬送を停止させる搬送停止手段と、をさらに備えるとよい（請求項６）。
【００２１】
また、上記溶接位置検出装置において、前記溶接部有無検出手段は、予め定められた撮像画面内の基準となる溶接部の画像サイズと、前記撮像装置で撮像された溶接部の撮像画面内の画像サイズとを比較することにより、撮像画面内に前記溶接部が存在することを検出するとよい（請求項７）。
【００２２】
また、上記溶接位置検出装置において、前記搬送手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなるとよい（請求項８）。
【００２３】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本願発明に係る溶接位置検出装置が適用される溶接検査システムの構成図である。この溶接検査システムは、スポット溶接によって例えば鋼構造物としてのワークＷに形成されるスポット痕Ｓにおいて、そのスポット痕Ｓの状態を検査することにより、スポット溶接が適切に施されているか否かの検査を行うものである。溶接位置検出装置は、この溶接検査システムにおいてスポット溶接の良否を検査する際に、ワークＷ上に形成されたスポット痕Ｓの位置を検出するために用いられるものである。
【００２６】
ここで、上記スポット痕Ｓとは、例えば被構造物等のワークＷに対してスポット溶接を行うことによる溶接打痕であり、図１８に示したように、ワークＷの表面において略円形の凹部状に形成されるものである。この凹部は、その溶接打痕の深さが約０．１ｍｍ前後であり、その直径が亜鉛メッキ鋼板では約３〜５．５ｍｍとされ、一般鉄鋼板では約２．５〜６．５ｍｍとされている。したがって、肉眼ではスポット痕Ｓの有無、形状、位置等を見分けることは非常に困難であるため、本実施形態で説明する溶接位置検出装置が必要とされる。
【００２７】
溶接検査システムは、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、位置検出制御装置３、検査判定装置４、揺動駆動装置５、検査プローブユニット６、及び撮像受信装置７等によって大略構成されている。マニピュレータ１には、撮像装置８、照明装置９、及び揺動検査装置１０等が取り付けられている。なお、本願発明に係る溶接位置検出装置は、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、撮像装置８、照明装置９、撮像受信装置７、及び位置検出制御装置３等によって構成される。また、揺動検査装置１０は、エアシリンダ２１、水平揺動装置２２、移動板２３、弾性部材２４、及び検査プローブ２５によって構成される。
【００２８】
この溶接検査システムでは、ワークＷにスポット溶接が行われたことにより形成されたスポット痕Ｓに対して、揺動検査装置１０として構成される検査プローブ２５をロボット制御により順次、移動させて、溶接位置検出装置によってその都度スポット痕Ｓの位置を検出し、各スポット痕Ｓのスポット溶接の良否を自動的に判定することができるようになっている。
【００２９】
マニピュレータ１は、ワークＷ上のスポット痕Ｓを検出するために、撮像装置８及び照明装置９を例えば図１のＲ方向に搬送させるとともに、スポット痕Ｓを検査するための検査プローブ２５を搬送させるものである。マニピュレータ１は、いわゆる６軸ロボットであり、図２に示すように、フロア等に固定されるベース部材１１と、それに６本の軸を介して連結された６本のアーム１２と、６本のアーム１２の両端又は片端に設けられた６個の駆動モータ（サーボモータ）１３（一部図示略）とによって構成されている。
【００３０】
マニピュレータ１は、６個の駆動モータ１３がそれぞれロボット制御装置２からの駆動信号によって回転駆動され、これにより各アーム１２が変位し、検査プローブ２５を所定の待機位置からワークＷのスポット痕Ｓの上方位置に移動させる。なお、各駆動モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられており、エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。ロボット制御装置２では、エンコーダの出力によって各駆動モータ１３の回転位置が検出される。したがって、ロボット制御装置２では、各駆動モータ１３の回転位置から各アーム１２の変位状態と先端のアーム１２に取り付けられた検査プローブ２５の現在位置を認識するようになっている。
【００３１】
ロボット制御装置２は、マニピュレータ１の動作を制御するためのものである。ロボット制御装置２は、図示しないメモリに予め記憶されている制御プログラム、及び図示しないエンコーダからの現在位置情報に基づいて、マニピュレータ１の各駆動モータ１３を駆動制御する。すなわち、ロボット制御装置２のメモリには、制御プログラムとともに、マニピュレータ１の動作軌跡を表す教示データが予め記憶されており、ロボット制御装置２は、作業者の操作部材（図略）の操作によりワークＷのスポット痕Ｓのスポット溶接の検査開始が指示されると、その教示データに基づいて所定のタイミングでマニピュレータ１を動作させる。
【００３２】
また、ロボット制御装置２は、位置検出制御装置３からの検出信号に基づいて、スポット痕Ｓの位置を検出したときに、撮像装置８からスポット痕Ｓの画像を取り込むために、マニピュレータ１を停止させる。また、ロボット制御装置２は、スポット溶接の良否を検査するために検査プローブ２５を上下させるとき、エアシリンダ２１の駆動を制御する。
【００３３】
マニピュレータ１の先端のアーム１２には、断面視で略Ｖ字状のブラケット１５を用いて撮像装置８が取り付けられている。ブラケット１５は、先端のアーム１２に取り付けられた本体部１５ａと、本体部１５ａから下方向に所定の角度で折り曲げられて延びた延設部１５ｂとからなり、撮像装置８は、延設部１５ｂの先端に当該延設部１５ｂの長手方向に対して垂直方向に取り付けられている。
【００３４】
撮像装置８は、例えばＣＣＤカメラからなり、ワークＷのスポット痕Ｓの位置を検出するためにワークＷを撮像するためのものである。撮像装置８は、ワークＷの表面を撮像することができるように、その撮像方向ｒ１がワークＷの表面方向に対して所定の傾斜角θ１（例えば約５°〜４５°、好ましくは約４５°）となるように図示しない固定部材によって保持されている。
【００３５】
撮像装置８は、マニピュレータ１によって搬送される際、ワークＷに対して一定の高さを保持して水平に移動される。そのため、撮像装置８は、水平移動される際、ワークＷの各スポット痕Ｓが明瞭に撮像し得るようにその焦点が調整されている。すなわち、図１の状態では、撮像装置８の焦点は、ワークＷの検査プローブ２５の真下に位置するスポット痕Ｓに調節されている。例えば、撮像装置８とワークＷのスポット痕Ｓとの距離は、約２００ｍｍに設定されている。
【００３６】
ブラケット１５には、取付部材１６を用いて照明装置９が設けられている。すなわち、ブラケット１５の本体部１５ａの他端（撮像装置８の取付位置とは反対側）には、上下方向に延びた取付部材１６が固定され、この取付部材１６の先端に照明装置９が取り付けられている。詳細には、照明装置９は、ワークＷの表面を照射することができるように、その照射方向ｒ２がワークＷの表面方向に対して所定の傾斜角θ２となるように図示しない固定部材によって保持されている。照明装置９の発光面中心とワークＷのスポット痕Ｓとの距離は、適度な光量が得られる約１２０ｍｍに設定されている。また、照明装置９の照射角度（傾斜角θ２）は、約５°〜４５°に設定されている。
【００３７】
照明装置９は、ワークＷのスポット痕Ｓに対して光を照射させるものであり、図３に示すように、格子状に配列された複数の赤色ＬＥＤ９ａを有している。照明装置９は、複数の赤色ＬＥＤ９ａを保持する筐体９ｂを備えており、赤色ＬＥＤ９ａが並列配置された筐体９ｂの発光面のサイズは、例えば縦Ｈが約２７．２ｍｍ、横Ｗが約７４ｍｍとされている。赤色ＬＥＤ９ａは、例えば６行１８列の計１０８個備えられている。なお、照明装置９の赤色ＬＥＤ９ａの個数、配列、筐体９ｂのサイズ等は、この実施形態の構成に限るものではない。
【００３８】
撮像装置８と照明装置９とは、図１に示すように、ワークＷのスポット痕Ｓを両側から挟み込むようにして互いに対向する位置に配置されている。これは、スポット痕Ｓに対して光を斜め方向から照射することにより生じるコントラストを撮像装置８がより適切に撮像することができるようにしたためである。
【００３９】
すなわち、図１８に示したように、スポット痕Ｓは、略円形状の凹部として形成されるが、図４及び図５に示すように、この凹部に対して斜め方向から光が照射されるとスポット痕Ｓの凹部周縁のエッジ部分Ｓａであって照明装置９に近い側の部分に、影が生じて黒く映る略円弧状の暗部分Ｄと、凹部周縁のエッジ部分Ｓａであって照明装置９から遠い側の部分に、光が直接的に照射されて白く映る略円弧状の明部分Ｂとが生じる。
【００４０】
本実施形態の溶接位置検出装置では、撮像装置８及び照明装置９を互いに対向させ、かつ斜め方向からスポット痕Ｓを照射させることにより、スポット痕Ｓの凹部の暗部分Ｄと明部分Ｂとを生じさせ、これらのスポット痕Ｓの凹部の暗部分Ｄと明部分Ｂとを利用して、スポット痕Ｓの輪郭形状（凹部の形状）を求めるようにしている。溶接位置検出装置では、このスポット痕Ｓの輪郭形状からスポット痕Ｓの中心位置を求め、スポット痕Ｓの凹部の深さが極めて浅いものであってもスポット痕ＳのワークＷ上における位置を適切に検出するようにしている。
【００４１】
なお、照明装置９の照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度（傾斜角）θ２は、上記暗部分Ｄと、明部分Ｂとを積極的に生じさせるために、可及的にスポット痕Ｓに対して低い位置から照射することが好ましい。すなわち、図６及び図７に示すように、凹部の開口面Ｓｂに対して斜めから光を照射すると、凹部の周縁位置近傍の底面Ｓｃには光が照射されないから、この部分が暗部分Ｄとなる。凹部の開口面Ｓｂに対して照射角度を小さくして光を照射した場合（θ21＞θ22）、凹部の周縁位置から底面Ｓｃの照射光が到達する位置までの距離は長くなり、暗部分Ｄの面積は広くなるため、画像処理によってこの暗部分Ｄを抽出し易くなるからである。
【００４２】
このため、照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度（傾斜角）θ２は、スポット痕Ｓの開口面Ｓｂに対して可及的に小さい角度（可及的に０度に近い角度）に設定することが好ましい。出願人が行った実験によれば、照射角度を４５°程度まで高くしても後述する輪郭形状抽出処理によってスポット痕Ｓの輪郭線を算出することができた。すなわち、照射角度を４５°以下に設定して輪郭形状抽出処理を行うとスポット痕Ｓの形状を適切に抽出することができたが、上記照射角度を４５°を越えて設定すると、輪郭形状抽出処理によるスポット痕Ｓの形状の抽出ができなくなった。そのため、照明光のスポット痕Ｓに対する照射角度は、少なくとも５°〜４５°に設定すればよい。
【００４３】
また、照明装置９の照明光としては、出願人が行った実験によれば、紫外線（例えば波長が約３００ｎｍ）及び赤外線（例えば波長が約１０００ｎｍ）の光を使用することができた。この場合、照明装置９及び撮像装置８のコストを考慮すれば、可視光領域（例えば波長が６６０ｎｍ）の光を照明光とすることが好ましく、赤色を用いることがより好ましい。
【００４４】
図１に戻り、撮像装置８には、撮像受信装置７が接続されている。撮像受信装置７は、撮像装置８によって撮像された画像を処理するものであり、撮像装置８から出力される撮像信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換した後、例えばフィルタ処理等の所定のディジタル信号処理を施し、位置検出制御装置３に加工処理後の撮像データを送信する。
【００４５】
位置検出制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータからなり、図示しないメモリに記憶された動作プログラム、及び撮像受信装置７からの撮像信号に基づいてスポット痕Ｓの位置の検出を行うものである。位置検出制御装置３は、スポット痕Ｓの位置を検出するとき、撮像装置８による撮像画像に基づいてワークＷのスポット痕Ｓの有無を検出する処理（以下、「スポット痕有無検出処理」という。）を行う。また、位置検出制御装置３は、そのスポット痕Ｓの中心位置を特定するために、スポット痕Ｓの輪郭形状を抽出する処理を行う（以下、「輪郭形状抽出処理」という。）。さらに、位置検出制御装置３は、抽出されたスポット痕Ｓの輪郭形状に基づいてスポット痕Ｓの中心位置を計算により求め、マニピュレータ１を用いてスポット痕Ｓの中心位置に検査プローブ２５の長手方向の中心軸Ｍを合わす処理を行う。これらの処理の詳細については、後述する。
【００４６】
ブラケット１５の本体部１５ａの下部には、揺動検査装置１０が設けられている。揺動検査装置１０としてのエアシリンダ２１は、検査プローブ２５をワークＷに押し当てる押し当て機構として機能するものであり、図１における上下方向に伸縮自在とされている。エアシリンダ２１は、ロボット制御装置２からの駆動信号により駆動される。
【００４７】
エアシリンダ２１の下部には、水平揺動装置２２が設けられ、水平揺動装置２２は、それに接続された検査プローブ２５を中心軸Ｍに対して直交する方向に変位させるものである。水平揺動装置２２は、所定の方向（この方向を「Ｘ方向」とする）と、Ｘ方向と直交する方向（この方向を「Ｙ方向」とする）とに検査プローブ２５を変位させる２つの揺動装置からなる。
【００４８】
水平揺動装置２２は、図示しないモータを有しており、揺動駆動装置５からの駆動信号によりモータが駆動されることにより、２つの揺動装置をＸ方向又はＹ方向にそれぞれ変位する。
【００４９】
揺動駆動装置５は、水平揺動装置２２を駆動させるものであり、位置検出制御装置３から制御信号が入力されることによって、水平揺動装置２２を駆動させる。水平揺動装置２２の下部には、移動板２３が設けられ、移動板２３は、Ｘ方向及びＹ方向並びにそれらの方向が組み合わされた方向に変位される。
【００５０】
移動板２３の下面には、略直方体形状の例えば樹脂からなる弾性部材２４が取り付けられている。弾性部材２４は、弾性変形自在とされ、水平揺動装置２２と検査プローブ２５との間に介在される。
【００５１】
弾性部材２４の下部には、検査プローブ２５が設けられている。検査プローブ２５は、ウォーターチャンバー（Water Chamber）式フレキシブルメンブレンプローブ（Flexible membrane Probe）からなる。すなわち、検査プローブ２５は、先端に超音波の出射とその反射波の入射をするための開口が形成された本体と、ワークＷのスポット痕Ｓに接触させる接触部とからなる。本体には、超音波を発するための発信部（図略）が設けられ、発信部は、接触部に向かって超音波を発することにより、超音波が接触部を介してワークＷのスポット痕Ｓに照射される。また、スポット痕Ｓ内で反射した超音波は、接触部を介して本体に入射され、本体内の受信部（図略）に受信される。
【００５２】
上記した揺動検査装置１０の構成により、検査プローブ２５の先端がワークＷに圧接されていないときは、検査プローブ２５の中心軸Ｍの位置をＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位させる。この変位制御は、検査プローブ２５の中心軸Ｍの位置をスポット痕Ｓの中心位置に正確に位置合せする際の微調整に使用される。
【００５３】
また、検査プローブ２５の先端がワークＷに圧接されている状態では、検査プローブ２５の先端はスポット痕Ｓの中心位置に固定され、検査プローブ２５の基端部（検査プローブ２５の弾性部材２４に固定されている端部）だけがＸ方向、Ｙ方向又は両方向を組み合せた斜め方向に変位される。そのため、上記変位制御は、検査プローブ２５の中心軸Ｍをスポット痕Ｓの中心位置における法線方向nに対して微小角（例えば１°以内の微小角）だけ傾ける動作（揺動動作）に使用される。
【００５４】
検査プローブ２５には、検査プローブユニット６が接続されている。検査プローブユニット６は、検査プローブ２５から出力されるエコーを検出した電気信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を検査判定装置４に送るものである。
【００５５】
検査判定装置４は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータからなり、検査プローブユニット６から送信されるエコーの検出信号に基づいて、ナゲット径の良否判定を行うものである。良否判定の手順は、検査判定装置４内のメモリ（図略）に記憶された専用のソフトウェアプログラムに組み込まれている。検査判定装置４は、モニタ（図略）を有し、モニタには、検査プローブユニット６から送信されるエコーの検出信号を表した波形がリアルタイムで表示される。
【００５６】
ここで、スポット痕Ｓの位置を検出するための、マニピュレータ１、ロボット制御装置２、撮像装置８、照明装置９、撮像受信装置７、及び位置検出制御装置３によって構成される溶接位置検出装置の動作について説明する。
【００５７】
撮像装置８は、マニピュレータ１によってワークＷ上を沿うように移動されることにより、相対的に移動するワークＷを撮像する。すなわち、マニピュレータ１は、撮像装置８の撮像点に対してスポット痕Ｓを相対的に移動させるので、撮像装置８によって撮像された撮像画面内にスポット痕Ｓの画像が入ってくると、図８(a)〜(c) に示すように、そのスポット痕Ｓの撮像画像は、撮像画面内をスポット痕Ｓが左から右に一定の速度で横移動する動画像となる。位置検出制御装置３のスポット痕有無検出処理では、この動画像の撮像内容にスポット痕Ｓの画像が含まれるか否かが検出される。
【００５８】
位置検出制御装置３は、撮像受信装置７から入力される撮像データに基づく撮像画面を取り込む際に、図９に示すように、撮像装置８の撮像画面内において、撮像画面内を横方向に二分する縦方向の中心線上に、横方向に±１０ピクセルの帯状の領域Ｅ（以下、検出領域Ｅという。）を予め設けている。撮像画面内に含まれる画素数は、例えば７５２×４８５ピクセルであり、検出領域Ｅの幅は撮像画面の横幅に対して２０／７５２≒１／３７．６となるため、検出領域Ｅは、略線分に等しい領域となる。
【００５９】
撮像画面内では、スポット痕Ｓが横移動すると、スポット痕Ｓが略線分の検出領域Ｅを横切って行くように移動することになる。これは、検出領域Ｅによってスポット痕Ｓを周期的に縦方向に切断するスキャン動作を繰り返すことに相当する。従って、位置検出制御装置３は、スポット痕Ｓが検出領域Ｅを横切るか否かを周期的に検出する。スポット痕Ｓが検出領域Ｅを横切る状態が検出されると、スポット痕Ｓが横切るサイズ、すなわち、検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの縦方向の長さＬを判別する。
【００６０】
位置検出制御装置３は、検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの縦方向の長さＬが所定長さに達したか否かを判別し、所定長さに達した場合、スポット痕Ｓを含む凹部を検出したと判別する。ここで、位置検出制御装置３には、標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0が予め設定されており、この標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0が上記所定長さに相当する。
【００６１】
位置検出制御装置３は、このようにして凹部を検出したと判別すると、そのタイミングでロボット制御装置２に対して検出信号を送る。ロボット制御装置２は、その検出信号に基づいてマニピュレータ１の動作、すなわち撮像装置８の搬送を停止させる。
【００６２】
すなわち、仮に、検出領域Ｅを横切る凹部がスポット痕Ｓであれば、各周期で検出される切断されるサイズは漸増し、予め設定された標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に略一致するところで最大値となり、その後漸減するはずである。このため、最大値がスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に略一致した時点で撮像装置８の搬送を停止させることにより、スポット痕Ｓを捕らえることができる。一方、スポット痕Ｓでなく、それよりも小さい凹部であれば、位置検出制御装置３は、最大値がスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0に一致することはないから、そのまま撮像装置８の移動を継続する。
【００６３】
位置検出制御装置３は、撮像装置８によって撮像された撮像画面に基づいてスポット痕Ｓの輪郭形状を抽出し、この輪郭形状を予め設定された輪郭形状（基準形状）と比較する輪郭形状抽出処理を行い、輪郭形状抽出処理によって求められた輪郭形状に基づいてスポット痕Ｓが撮像画面の略中心位置にあるか否かを判別する。
【００６４】
すなわち、位置検出制御装置３は、スポット痕有無検出処理においてスポット痕Ｓの存在を検出すると、輪郭形状抽出処理において、撮像装置８によって撮像された撮像画像を再度取り込む。位置検出制御装置３には、標準的なスポット痕Ｓを撮像装置８の位置から撮像したときの当該スポット痕Ｓの輪郭形状（楕円形状）と、そのサイズとが予め設定されている。すなわち、位置検出制御装置３には、図１０に示すように、撮像画面内におけるスポット痕Ｓの画像の形状として物差しとなる楕円形状の枠体Ａが予め設定されている。
【００６５】
撮像装置８の焦点及び画角は、所定サイズのスポット痕Ｓの撮像画像が撮影画面上に所定のサイズで映し込まれるように設定されている。従って、撮像画面内におけるスポット痕Ｓの画像の形状は略一定になることが予定されているからである。
【００６６】
また、上記枠体Ａが楕円形状となるのは、略円形のスポット痕Ｓを約５°〜４５°で斜め方向から撮影することにより、撮像画像が楕円形状になるためである。なお、同一のスポット痕Ｓを斜め方向から撮影しても撮像方向の角度を変化させた場合、撮像画像の楕円形状が変化するので、撮像方向の角度に応じて枠体Ａの楕円形状を変化させて設定しておく必要がある。上記したように、撮像装置８によって約５°〜４５°で斜め方向からスポット痕Ｓを撮影するのは、枠体Ａの楕円形状が極端に扁平になりすぎて輪郭形状抽出処理に支障をきたすことのないようにするためである。また、斜め方向の角度が４５°を越えると、暗部分Ｄは明瞭となるが、明部分Ｂの輪郭がぼやけるようになるからである。
【００６７】
スポット痕Ｓの画像は、図９に示したように、右半分のエッジ部分に略円弧状の暗部分Ｄを有し、左半分のエッジ部分に略円弧状の明部分Ｂを有する画像となり、これらの部分の幅も略一定である。そのため、枠体Ａは、図１０に示すように、暗部分Ｄ及び明部分Ｂの領域を抽出するために、これらの部分の幅より若干大きい間隔を有する、検出領域Ｅ上の任意の点を中心Ｏとした２つの同心状の楕円Ａ1，Ａ2によって構成されている。両楕円Ａ1，Ａ2の中心Ｏからの距離は、Ａ1＞Ａ2の関係にある。
【００６８】
仮にスポット痕有無検出処理によってスポット痕Ｓが検出されたとすると、そのスポット痕Ｓの画像に枠体Ａを重ねると、図１１に示すように、スポット痕Ｓの画像の暗部分Ｄと明部分Ｂとがそれぞれ左側の帯状部分と右側の帯状部分に含まれることになる。
【００６９】
位置検出制御装置３は、枠体Ａの左半分の帯状部分の領域と右半分の帯状部分の領域とにそれぞれ含まれる画像の濃淡を判別することにより、暗部分Ｄと明部分Ｂとが枠体Ａに含まれているか否かを判別する。暗部分Ｄと明部分Ｂとが枠体Ａに含まれていれば、暗部分Ｄと明部分Ｂの略円弧状の画像からスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の輪郭を抽出することができる。この輪郭形状抽出処理は、略円弧状の暗部分Ｄの右側のエッジ部分Ｓａがスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の右側の輪郭に相当し、略円弧状の明部分Ｂの左側のエッジ部分Ｓａがスポット痕Ｓの斜め方向からの撮像画像の左側の輪郭に相当するとの前提で、それらのエッジ部分Ｓａを抽出することにより行われる。
【００７０】
位置検出制御装置３は、撮像画像中において枠体Ａの帯状部分に含まれる画像の濃淡を判別する指標として、図１２に示すように、帯状部分に複数の判別点Ｐを予め設けている。具体的には、枠体Ａの帯状部分に約１１．２５°ピッチで２２個の判別点Ｐが設けられている。判別点Ｐは、上方向を０°とすると、約３０°〜１５０°の範囲に含まれる１１個の判別点Ｐと、約２１０°〜３３０°の範囲に含まれる１１個の判別点Ｐとによって構成されている。
【００７１】
なお、０°〜３０°、１５０°〜２１０°、３３０°〜３６０°の間には、判別点Ｐが設定されていない。スポット痕Ｓに対する照明光の照射角度によって暗部分Ｄの縦方向の長さと、明部分Ｂの縦方向の長さとは変化するが、凹部の上側部分及び下側部分においては、暗部分Ｄ及び明部分Ｂは生じることがないか、あるいは暗部分Ｄ及び明部分Ｂの幅が極めて狭く、暗部分Ｄ及び明部分Ｂとして検出することができない。そのため、これらの範囲に含まれる判別点は、判別対象にする意味がないからである。
【００７２】
この実施形態では、例えば亜鉛メッキ鋼板をワークＷとして用いられた場合、通常、図１３に示すように、約３０°〜１５０°の範囲に暗部分Ｄが生じ、約２１０°〜３３０°の範囲に明部分Ｂが生じる。そのため、位置検出制御装置３は、それぞれの範囲で明及び暗と判別される判別点Ｐの数をカウントすることにより、スポット痕Ｓの画像の判定を行う。
【００７３】
位置検出制御装置３は、上記判別点Ｐにおいてそれぞれ明および暗と判別されるか否かを、楕円形状の中心Ｏから各判別点Ｐを通る放射線上において、当該判別点Ｐ近傍の濃度変化を調べることにより判別する。具体的には、図１４に示すように、放射線Ｖ上の判別点Ｐを基準にして、その判別点Ｐから中心Ｏに近い第１比較点Ｃ１と、中心Ｏから遠い第２比較点Ｃ２とを設け、これらの第１比較点Ｃ１、判別点Ｐ、及び第２比較点Ｃ２における濃度変化を調べる。
【００７４】
位置検出制御装置３では、暗部分Ｄを調べるための第１濃度閾値が予め設定されており、第１比較点Ｃ１及び第２比較点Ｃ２の濃度が第１濃度閾値より低く、判別点Ｐの濃度が第１濃度閾値より高い場合、暗部分Ｄが検出されたと認識される。また、位置検出制御装置３では、明部分Ｂを調べるための第２濃度閾値（＜第１濃度閾値）が設定されており、第１比較点Ｃ１及び第２比較点Ｃ２の濃度が第２濃度閾値より高く、判別点Ｐの濃度が第２濃度閾値より低い場合、明部分Ｂが検出されたと認識される。
【００７５】
このように、暗部分Ｄ及び明部分Ｂを調べるのに異なる濃度の閾値を有する第１濃度閾値及び第２濃度閾値を用いるのは、スポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂ以外の部分は、暗部分Ｄ及び明部分Ｂの濃度と比べ、中間の濃度を有しており、この中間の濃度と暗部分Ｄの濃度とを比べる、及びこの中間の濃度と明部分Ｂの濃度とを比べる必要があるからである。
【００７６】
位置検出制御装置３は、明部分Ｂの領域における判別点Ｐのうち、明と認識された判別点Ｐが閾値（例えば８０％）以上の割合であり、暗部分Ｄの領域における判別点のうち、暗と認識された判別点が閾値（例えば８０％）以上の割合である場合に、その明部分Ｂ及び暗部分Ｄの範囲の枠体Ａをスポット痕Ｓの輪郭形状として抽出する。つまり、枠体Ａとしての外側の楕円Ａ1を、スポット痕Ｓの輪郭形状として抽出する。
【００７７】
なお、スポット痕Ｓの画像の濃淡、すなわち、コントラストは相対的なものであり、全体的に暗くてもコントラストは正常である場合がある。このため、コントラストだけを見てスポット痕Ｓの画像を判定すると、誤検出となるので、濃淡の絶対値レベルで明部分Ｂ及び暗部分Ｄを判別し、左側の帯部分と右側の帯部分とがそれぞれ絶対値レベルで暗と明に判別されたときに、スポット痕画像が正常に判別されたと判定している。
【００７８】
位置検出制御装置３は、以上のようにして、輪郭形状抽出処理によってスポット痕Ｓの輪郭形状を抽出すると、その輪郭形状からスポット痕Ｓの中心位置Ｏを計算により算出する。そして、位置検出制御装置３は、マニピュレータ１を用いて検査プローブ２５をスポット痕Ｓの中心位置Ｏの上方位置に停止させる。その後、位置検出制御装置３は、ロボット制御装置２からの制御信号に基づいて、揺動駆動装置５を駆動制御して水平揺動装置２２を動作させ、検査プローブ２５を揺動させる。
【００７９】
なお、上記輪郭形状抽出処理は、亜鉛メッキ鋼板をスポット溶接した場合のスポット痕Ｓの位置を検出する方法について説明している。すなわち、亜鉛メッキ鋼板に代えて例えば一般鉄鋼板を検出する場合には、図１５に示すように、亜鉛メッキ鋼板において生じていた左半分の明部分Ｂに相当する部分が暗部分Ｄ１として生じるようになる。すなわち、一般鉄鋼板の場合、スポット痕Ｓには２つの暗部分Ｄ１，Ｄ２が生じるようになる。これは、一般鉄鋼板のスポット溶接においては、スポット痕Ｓの深さが亜鉛メッキ鋼板に比べて深く、明部分Ｂが逆に暗部分Ｄ１となることが多いからである。したがって、一般鉄鋼板を検査する場合には、スポット痕Ｓの左半分の暗部分Ｄ１について、亜鉛メッキ鋼板のスポット痕Ｓの右半分の暗部分Ｄについて行った輪郭形状抽出処理が適用される。
【００８０】
また、撮像装置８によって撮像された撮像画像においては、図１６に示すように、マニピュレータ１の搬送誤差等によって実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂと、枠体Ａの帯状部分とがずれている場合がある。このような場合、位置検出制御装置３は、枠体Ａの帯状部分に実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂが含まれるように、撮像画像を全体的にずらす処理を行う。枠体Ａの帯状部分に実際のスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂが含まれなければ、輪郭形状抽出処理において、枠体Ａの帯状部分において暗部分Ｄ及び明部分Ｂの濃度を判別することができず、スポット痕Ｓの中心位置を特定することができないからである。
【００８１】
すなわち、撮像装置８は、撮像画像の縦方向の検出領域Ｅに直交する水平線Ｘと検出領域Ｅとの交点（枠体Ａの中心位置Ｏ）に、スポット痕Ｓの縦方向の略中間点Ｓ0が合わさるように、撮像画像をずらす処理を行う。スポット痕Ｓの縦方向の略中間点Ｓ0は、上述した標準的なスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬ0の１／２の値によって求められる。
【００８２】
次に、上記構成におけるスポット痕の位置検出手順について、図１７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
まず、スポット痕有無検出処理が開始されると（Ｓ１）、マニピュレータ１がロボット制御装置２によって駆動され、検査プローブ２５がワークＷ上を走査するように教示データに基づいて移動される（Ｓ２）。この移動中では、撮像装置８によってワークＷの表面が撮像され（Ｓ３）、撮像装置８で撮像された撮像信号は、順次、撮像受信装置７に入力され、撮像受信装置７においてディジタル信号に変換された後、位置検出制御装置３に送られる。
【００８４】
位置検出制御装置３では、撮像受信装置７から送られた撮像信号に基づいて、撮像信号による画像が解析され、ワークＷに形成されたスポット痕Ｓが検出されたか否かが判別される（Ｓ４）。具体的には、上述したように、撮像画像中の検出領域Ｅにおけるスポット痕Ｓの暗部分Ｄの縦方向の長さＬが所定長さ以上になるか否かが判別される。検出領域Ｅにおける暗部分Ｄの縦方向の長さＬが所定長さ以上になった場合、スポット痕Ｓが検出されたと判別され（Ｓ４：ＹＥＳ）、位置検出制御装置３では、画像の解析動作が一旦停止され（Ｓ５）、位置検出制御装置３からロボット制御装置２に対して、スポット痕Ｓを検出したことを示す検出信号が送られる。
【００８５】
ロボット制御装置２では、位置検出制御装置３から検出信号が送られると、マニピュレータ１の教示データに基づく動作を停止させるとともに（Ｓ６）、折り返し、位置検出制御装置３に対してマニピュレータ１が一旦停止されたことを示す制御信号が送られる。
【００８６】
次いで、位置検出制御装置３では輪郭形状抽出処理が開始される（Ｓ７）。すなわち、位置検出制御装置３では、撮像装置８で撮像した画像の再取り込みが行われ（Ｓ８）、枠体Ａ内に含まれるスポット痕Ｓの暗部分Ｄ及び明部分Ｂに基づいてスポット痕Ｓの輪郭形状が抽出されたか否かの判別が行われる（Ｓ９）。
【００８７】
具体的には、暗部分Ｄにおける判別点Ｐにおいて暗と判別された個数、及び明部分Ｂにおける判別点Ｐにおいて明と判別された個数の和と、全体の判別点Ｐの個数との割合が求められ、和の割合が所定の閾値（例えば８０％）を越えていた場合、スポット痕Ｓの輪郭形状が抽出できたと判別される（Ｓ９：ＹＥＳ）。一方、上記和の割合が所定の閾値を下回った場合には（Ｓ９：ＮＯ）、次のスポット痕Ｓの検査を実施する。
【００８８】
スポット痕Ｓの輪郭形状が抽出されれば、スポット痕Ｓの輪郭を表す座標位置に基づいてスポット痕Ｓの輝度重心位置（中心位置）が計算される（Ｓ１０）。そして、検査プローブ２５の本体の中心軸Ｍを中心位置に移動するように、位置検出制御装置３から揺動駆動装置５に対して制御信号が出力される。
【００８９】
揺動駆動装置５では、位置検出制御装置３からの制御信号に基づいて、水平揺動装置２２を駆動し、検査プローブ２５の本体の中心軸Ｍが中心位置に一致するように検査プローブ２５を移動させる（Ｓ１１）。なお、この場合、マニピュレータ１の軌道上にスポット痕Ｓの本来の中心位置が含まれているときには、水平揺動装置２２によって検査プローブ２５を移動させる必要はない。
【００９０】
次いで、スポット痕Ｓの検査判定処理が行われる（Ｓ１２）。すなわち、位置検出制御装置３では、エアシリンダ２１が伸長され、検査プローブ２５がスポット痕Ｓの表面と接触し、検査プローブ２５が、水平揺動装置２２によって揺動動作される。このとき、検査判定装置４では、検査プローブ２５からの受信信号に基づいて検査判定処理が行われ、スポット痕Ｓにおけるナゲット径の良否が判定される。ナゲット径の良否が判定されると、検査プローブ２５の揺動が停止され、エアシリンダ２１が縮退され、検査プローブ２５が上方向に変位される。
【００９１】
その後、ロボット制御装置２では、検査すべきスポット痕Ｓの有無が判別され（Ｓ１３）、検査すべきスポット痕Ｓが残っている場合（Ｓ１３：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻り、マニピュレータ１を起動させ、ワークＷ上の次のスポット痕Ｓの検出が開始される。
【００９２】
一方、ステップＳ１３において、検査すべきスポット痕Ｓが残っていない場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、検査動作の終了となり、ロボット制御装置２では、マニピュレータ１を待機位置に移動させる。
【００９３】
このように、スポット痕Ｓの位置検出動作は自動で行われるとともに、位置検出動作によって位置が検出されたスポット痕Ｓの検査動作も自動で行われるため、検査作業の短縮化を図ることができる。
【００９４】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、被検査対象として上板４３と下板４４とを接合させる場合に生じたスポット痕Ｓに対する検査方法を示したが、被検査対象としては、上記に限るものではない。
【００９５】
また、上記実施形態では、撮像装置８及び照明装置９を搬送させる手段としてマニピュレータ１を用いたが、これに代えて、例えば小型クレーンや検査プローブ２５を直線状に移動させるスライダ等の簡易な他の移載装置を用いるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、ワークＷに施された複数のスポット溶接のスポット痕Ｓを連続的に検査する溶接検査システムに適用される溶接位置検出装置について説明したが、本願発明に係る溶接位置検出装置は、１個のスポット溶接しか行われていないワークＷに対する溶接検査システムにも適用することができる。この場合は、溶接検査システムにワークＷの搭載部を設け、この搭載部に載置されたワークＷのスポット痕Ｓに対して斜め方向からそれを撮像する撮像装置８と、撮像装置８に対向する位置に斜め方向から光を照射する照明装置９とを配置すればよいので、位置検出制御装置３における画像認識ソフトウェアの構成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本願発明に係る溶接検査用プローブを含む溶接部撮像システムの構成図である。
【図２】マニピュレータの外観図である。
【図３】照明装置の外観図である。
【図４】スポット痕の状態を示す図である。
【図５】撮像されたスポット痕を示す図である。
【図６】スポット痕の状態を示す図である。
【図７】スポット痕の状態を示す図である。
【図８】撮像画面におけるスポット痕の移動を示す図である。
【図９】スポット痕の有無を検出する処理を説明するための図である。
【図１０】枠体を説明するための図である。
【図１１】撮像画面における暗部分及び明部分と枠体との関係を示す図である。
【図１２】撮像画面における判別点と枠体との関係を示す図である。
【図１３】撮像画面における判別点と暗部分及び明部分との関係を示す図である。
【図１４】暗及び明を判別する方法を説明するための図である。
【図１５】一般鉄鋼材の場合のスポット痕の状態を示す図である。
【図１６】枠体とスポット痕とがずれた場合の撮像画像を示す図である。
【図１７】スポット痕の位置検出手順を説明するためのフローチャートである。
【図１８】スポット痕を説明するための図である。
【図１９】従来の、２つのワーク同士を溶接するときの溶接前の状態を示す図である。
【図２０】従来の、２つのワーク同士を溶接するときの溶接後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ マニピュレータ
２ ロボット制御装置
３ 位置検出制御装置
４ 検査判定装置
５ 揺動駆動装置
６ 検査プローブユニット
７ 撮像受信装置
８ 撮像装置
９ 照明装置
１０ 揺動検査装置
２５ 検査プローブ
Ａ 枠体
Ｂ 明部分
Ｃ１ 第１比較点
Ｃ２ 第２比較点
Ｄ 暗部分
Ｅ 検出領域
Ｐ 判別点
Ｓ スポット痕
Ｗ 被溶接部材（ワーク）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接が施された被溶接部材の溶接部の位置を検出するための溶接位置検出装置であって、
前記溶接部に対して光を照射するための照明手段と、
前記溶接部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記溶接部の撮像画像に基づいて、前記被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、を備え、
前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して所定の照明角度で斜め方向から前記溶接部を照明する位置に配置され、
前記撮像手段は、前記溶接部を挟む前記照明手段と対向する側であって、前記被溶接部材の表面に対して所定の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されていることを特徴とする、溶接位置検出装置。
【請求項２】
前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の照明角度で前記溶接部を照明する位置に配置されている、請求項１に記載の溶接位置検出装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されている、請求項１又は２に記載の溶接位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出手段は、
前記撮像手段によって撮像された略円形の凹部状に形成された前記溶接部の撮像画像の、当該溶接部に対して前記照明手段に近い側の段差部分に生じる略円弧状の暗部分と、前記溶接部の前記照明手段から遠い側の段差部分に生じる略円弧状の明部分とを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された暗部分及び明部分に基づいて前記溶接部の輪郭を求め、この輪郭によって決定される前記溶接部の中心位置を前記被溶接部材の溶接部の位置として算出する算出手段と、
によって構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接位置検出装置。
【請求項５】
前記抽出手段は、
前記溶接部の撮像画像の暗部分又は明部分に相当する位置に暗部分又は明部分を判別するための判別点とこの近傍の比較点を複数点設け、各判別点における濃度とその近傍の比較点における濃度とを比較することにより、各判別点における暗又は明を判別する第１判別手段と、
前記第１判別手段によって判定された暗部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に前記撮像画像の暗部分を前記溶接部の暗部分の画像であると判別し、明部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に、前記撮像画像の明部分を前記溶接部の明部分の画像であると判別する第２判別手段と、
によって構成されている、請求項４に記載の溶接位置検出装置。
【請求項６】
前記撮像手段及び照明手段を複数のスポット溶接が施された被溶接部材の当該被溶接部材上の溶接部に沿って搬送させる搬送手段と、
前記搬送手段によって前記撮像手段及び照明手段が搬送されているとき、前記撮像手段による撮像画像に基づいて、撮像画面内に前記溶接部が存在するか否かを検出する溶接部有無検出手段と、
前記溶接部有無検出手段によって撮像画面内に前記溶接部が存在することが検出されたとき、前記搬送手段による前記撮像装置及び照明装置の搬送を停止させる搬送停止手段と、
をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の溶接位置検出装置。
【請求項７】
前記溶接部有無検出手段は、予め定められた撮像画面内の基準となる溶接部の画像サイズと、前記撮像装置で撮像された溶接部の撮像画面内の画像サイズとを比較することにより、撮像画面内に前記溶接部が存在することを検出する、請求項６に記載の溶接位置検出装置。
【請求項８】
前記搬送手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなる、請求項６又は７に記載の溶接位置検出装置。
【請求項１】
スポット溶接が施された被溶接部材の溶接部の位置を検出するための溶接位置検出装置であって、
前記溶接部に対して光を照射するための照明手段と、
前記溶接部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記溶接部の撮像画像に基づいて、前記被溶接部材の溶接部の位置を検出する位置検出手段と、を備え、
前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して所定の照明角度で斜め方向から前記溶接部を照明する位置に配置され、
前記撮像手段は、前記溶接部を挟む前記照明手段と対向する側であって、前記被溶接部材の表面に対して所定の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されていることを特徴とする、溶接位置検出装置。
【請求項２】
前記照明手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の照明角度で前記溶接部を照明する位置に配置されている、請求項１に記載の溶接位置検出装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記被溶接部材の表面に対して５°〜４５°の角度方向から前記溶接部を撮像する位置に配置されている、請求項１又は２に記載の溶接位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出手段は、
前記撮像手段によって撮像された略円形の凹部状に形成された前記溶接部の撮像画像の、当該溶接部に対して前記照明手段に近い側の段差部分に生じる略円弧状の暗部分と、前記溶接部の前記照明手段から遠い側の段差部分に生じる略円弧状の明部分とを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された暗部分及び明部分に基づいて前記溶接部の輪郭を求め、この輪郭によって決定される前記溶接部の中心位置を前記被溶接部材の溶接部の位置として算出する算出手段と、
によって構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接位置検出装置。
【請求項５】
前記抽出手段は、
前記溶接部の撮像画像の暗部分又は明部分に相当する位置に暗部分又は明部分を判別するための判別点とこの近傍の比較点を複数点設け、各判別点における濃度とその近傍の比較点における濃度とを比較することにより、各判別点における暗又は明を判別する第１判別手段と、
前記第１判別手段によって判定された暗部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に前記撮像画像の暗部分を前記溶接部の暗部分の画像であると判別し、明部分の判定点の暗判定の割合が所定閾値以上である場合に、前記撮像画像の明部分を前記溶接部の明部分の画像であると判別する第２判別手段と、
によって構成されている、請求項４に記載の溶接位置検出装置。
【請求項６】
前記撮像手段及び照明手段を複数のスポット溶接が施された被溶接部材の当該被溶接部材上の溶接部に沿って搬送させる搬送手段と、
前記搬送手段によって前記撮像手段及び照明手段が搬送されているとき、前記撮像手段による撮像画像に基づいて、撮像画面内に前記溶接部が存在するか否かを検出する溶接部有無検出手段と、
前記溶接部有無検出手段によって撮像画面内に前記溶接部が存在することが検出されたとき、前記搬送手段による前記撮像装置及び照明装置の搬送を停止させる搬送停止手段と、
をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の溶接位置検出装置。
【請求項７】
前記溶接部有無検出手段は、予め定められた撮像画面内の基準となる溶接部の画像サイズと、前記撮像装置で撮像された溶接部の撮像画面内の画像サイズとを比較することにより、撮像画面内に前記溶接部が存在することを検出する、請求項６に記載の溶接位置検出装置。
【請求項８】
前記搬送手段は、連結された複数のアームと各アームを連結軸の周りに回転させる駆動部材とを備えたマニピュレータからなる、請求項６又は７に記載の溶接位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−２２０６１３（Ｐ２００６−２２０６１３Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６３２５（Ｐ２００５−３６３２５）
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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