CN104874900B - 焊炬检测装置和焊接机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供焊炬检测装置和焊接机器人系统。焊炬检测装置具备：摄像部，其从多个方向拍摄焊炬和焊丝来获取图像信号；图像识别部，其基于获取到的图像信号来识别焊丝图像和焊炬图像；设定部，其在识别出的焊丝图像上设定与焊丝瞄准位置对应的目标点；位置检测部，其基于识别出的焊丝图像来检测目标点在三维空间中的位置；以及倾斜度检测部，其基于识别出的焊炬图像来检测焊炬在三维空间中的倾斜度。

Description

焊炬检测装置和焊接机器人系统

技术领域

本发明涉及一种检测设置于焊接机器人的焊炬的倾斜度的焊炬检测装置和焊接机器人系统。

背景技术

以往以来，已知如下一种装置：将焊炬安装于焊接机器人的臂顶端部，检测从焊炬送出的焊丝的顶端位置与焊丝的规定瞄准位置之间的偏离量。例如在日本专利第4665243号公报(JP4665243B)所记载的装置中，通过激光传感器测量焊丝的顶端位置，并求出焊丝顶端位置相对于规定瞄准位置的偏离量。并且，通过测量单元测量焊炬的顶端位置，并求出炬顶端位置相对于基准位置的偏离量。

另外，由于安装于臂顶端部的焊炬比较长，因此例如在机器人示教后焊炬因变形而弯曲的情况下，焊炬有可能会干扰焊接夹具、周边设备。对这一点而言，JP4665243B所记载的装置只不过测量焊丝的顶端位置和焊炬的顶端位置，难以防止焊炬发生变形时的焊炬的干扰。

发明内容

作为本发明的一个方式的焊炬检测装置具备：摄像部，其从多个方向拍摄焊炬和焊丝来获取焊炬和焊丝的图像信号，该焊炬安装于焊接机器人的臂顶端部，从该焊炬送出该焊丝；图像识别部，其基于由摄像部获取到的图像信号来识别表示从多个方向观察到的焊丝的多个焊丝图像和表示从多个方向观察到的焊炬的多个焊炬图像；设定部，其在由图像识别部识别出的焊丝图像上设定与焊丝的瞄准位置对应的目标点；位置检测部，其基于由图像识别部识别出的多个焊丝图像来检测目标点在三维空间中的位置；以及倾斜度检测部，其基于由图像识别部识别出的多个焊炬图像来检测焊炬在三维空间中的倾斜度。

作为本发明的另一个方式的焊接机器人系统具备：上述的焊炬检测装置；炬移动部，其移动焊炬；送丝部，其从焊炬送出焊丝；以及控制部，其对炬移动部、送丝部以及摄像部进行控制，其中，控制部对摄像部进行控制使得从多个方向拍摄焊炬和焊丝。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下的实施方式的说明会变得更进一步明确。在该附图中，

图1是表示本发明的实施方式所涉及的焊接机器人系统的整体结构的图，

图2是表示本发明的实施方式所涉及的焊接机器人系统的控制结构的框图，

图3是表示本发明的实施方式所涉及的焊炬检测装置的结构的框图，

图4是表示由图3的照相机得到的照相机图像的一例的图，

图5是表示图4的照相机图像中包含的焊丝图像上的目标点的设定例的图，

图6是表示图5的变形例的图，

图7是表示机械坐标系与用户定义坐标系之间的关系的图，

图8是表示工具顶端坐标的一例的图，

图9是表示与图8不同的工具顶端坐标的一例的图，

图10是表示与图8、图9不同的工具顶端坐标的一例的图，

图11是用于说明图3的丝判定部中的处理的图，

图12是用于说明图3的炬判定部中的处理的图，

图13是表示在图2的机器人控制装置中执行的处理的一例的流程图，

图14是表示接着图13之后的处理的一例的流程图，

图15是表示本发明的实施方式所涉及的焊接机器人系统的动作的一例的图。

具体实施方式

下面，参照图1～图15来说明本发明的实施方式所涉及的焊接机器人系统。图1是表示本发明的实施方式所涉及的焊接机器人系统的整体结构的图。焊接机器人系统具有进行电弧焊接的焊接机器人1和控制焊接机器人的机器人控制装置10。

焊接机器人1是具有能够转动的多个臂2的多关节机器人。在臂2的各关节部20处设置有伺服电动机21(图2)，通过伺服电动机21的驱动来变更臂顶端部的位置和姿势。在臂2的顶端部安装有焊炬3，通过臂2的转动来变更焊炬3的位置和姿势。焊炬3具有第一延伸部3a和第二延伸部3b，能够从第二延伸部3b的顶端喷射氩、二氧化碳等保护气体，其中，该第一延伸部3a从臂基端部延伸，该第二延伸部3b从第一延伸部3a的顶端相对于第一延伸部3a形成规定角度地延伸。

焊丝4从焊炬3(第二延伸部3b)的顶端突出。焊丝4经由送丝机6而卷绕在焊丝架5上，通过送丝机6从焊炬3的顶端送出该焊丝4。焊接机7与机器人控制装置10进行通信，根据来自机器人控制装置10的指令来使焊丝4带电，并且控制送丝机6。

在焊接机器人1的侧方设置有用于拍摄焊炬3和焊丝4的摄像装置30。摄像装置30具有防尘罩31、设置于防尘罩31的内部的照相机32以及对拍摄区域进行照明的灯33，焊炬3能够经由开口部34进出防尘罩31内。照相机32具有CCD等摄像元件，由照相机32获取到的图像信号被输入到机器人控制装置10。

机器人控制装置10对焊接机器人1的臂驱动用的伺服电动机21(图2)输出控制信号来对焊炬3的位置和姿势进行控制，并且对照相机32输出控制信号来对照相机32的拍摄动作进行控制。此外，机器人控制装置10还能够对用于驱动送丝机6的机器人附加轴进行控制。在机器人控制装置10上连接有示教操作盘8。示教操作盘8具有输入部8a和显示部8b，该输入部8a输入用于对焊接机器人1的动作进行示教的各种指令，该显示部8b显示与动作示教有关的各种信息。

图2是表示焊接机器人系统的控制结构的框图。如图2所示，在机器人控制装置10上连接有照相机32、焊接机7以及臂驱动用的伺服电动机21。机器人控制装置10构成为包括具有CPU、ROM、RAM、其它外围电路等的运算处理装置，作为功能性结构包括：照相机控制部11，其对照相机32的拍摄动作、即照相机32和灯33的动作进行控制；焊接机控制部12，其控制由焊接机7进行的焊丝4的送出；电动机控制部13，其对伺服电动机21的驱动进行控制；以及图像处理部14，其基于来自照相机32的图像信号来执行规定的处理。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的焊炬检测装置100的结构的框图。如图3所示，焊炬检测装置100具有照相机32和图像处理部14。图像处理部14具有图像识别部141、设定部142、位置检测部143、倾斜度检测部144、丝判定部145、炬判定部146以及校正部147。

照相机32通过拍摄动作来获取规定的拍摄区域的图像信号。图4是表示在使焊炬3的顶端部进入防尘罩31内的状态下得到的、拍摄区域40a的内侧的照相机图像40的一例的图。在图4中，焊炬3(第二延伸部3b)的顶端3c位于拍摄区域40a的大致中心处，照相机图像40包括焊丝4的整体图像(焊丝图像41)和焊炬3的顶端部的图像(焊炬图像42)。此外，在本实施方式中，如后所述，通过使焊炬3相对于照相机32相对移动，来利用照相机32从多个方向(第一方向、第二方向)拍摄焊炬3的顶端部。因而，照相机32获取两个照相机图像40(第一照相机图像、第二照相机图像)。

图像识别部141基于由照相机32获取到的图像信号，通过模式匹配(patternmatching)来识别焊丝4的形状和焊炬3的形状。即，图像识别部141将表示预先决定的焊丝4和焊炬3的形状的图像图案与照相机图像40进行比较。然后，在第一照相机图像40内识别焊丝图像41(第一焊丝图像)和焊炬图像(第一焊炬图像)42，在第二照相机图像40内识别焊丝图像41(第二焊丝图像)和焊炬图像42(第二焊炬图像)。

设定部142在由图像识别部141识别出的第一焊丝图像41和第二焊丝图像41上分别设定与焊丝4的瞄准位置(丝瞄准位置)对应的目标点43。丝瞄准位置是指焊丝4的顶端的目标位置，焊丝图像41上的目标点43规定丝瞄准位置。在进行焊接作业时，对焊丝4的位置进行控制使得目标点43(工具顶端点)与丝瞄准位置一致。

图5是表示目标点43的设定例的图。如图5所示，由于焊丝4有弯曲特性，因此焊丝4的顶端部偏离于焊炬3的穿过长边方向的中心的中心线L1。因而，若将目标点43设定在中心线L1上，则目标点43偏离于丝瞄准位置。因此，设定部142将沿中心线L1同焊炬图像42的顶端421相离规定长度ΔL的虚拟线L2与焊丝图像41之间的交点设定为目标点43。规定长度ΔL与得到期望的焊接质量所需的焊丝4的突出长度(设计值)相当。

图6是表示目标点43的其它设定例的图。在图6中，将以焊炬图像42的顶端421为中心的规定半径R的圆弧与焊丝图像41之间的交点设定为目标点43。规定半径R例如与图5的焊丝突出长度ΔL相当。

位置检测部143基于由图像识别部141识别出的第一焊丝图像41和第二焊丝图像41来检测目标点43在三维空间中的位置。在该情况下，位置检测部143首先计算用户定义坐标系下的目标点43的位置，之后，计算机械坐标系下的目标点43的位置。图7是表示机械坐标系与用户定义坐标系之间的关系的图。机械坐标系是具有以焊接机器人1的规定位置P0为原点的XYZ坐标轴的三维正交坐标系，臂顶端部P1的位置(X1，Y1，Z1)由机械坐标系来表示。另外，在臂顶端部P1处设定XYZ坐标轴，并使该坐标轴随着臂顶端部P1的姿势变化而旋转，由此臂顶端部P1的姿势也由机械坐标系来表示。机械坐标系使用于焊接机器人1的位置姿势控制，臂顶端部P1的位置姿势是按照预先决定的程序来控制的。能够通过内置于伺服电动机21的编码器来检测臂顶端部P1的位置姿势。

另一方面，用户定义坐标系是在拍摄区域40a的规定位置P2处具有原点的正交三轴的三维坐标系。用户定义坐标系的各坐标轴(αβγ轴)例如与机械坐标系的各坐标轴(XYZ轴)平行。用户定义坐标系的原点P2设定于机械坐标系的规定位置(X2，Y2，Z2)。因而，能够通过将规定值(X2，Y2，Z2)与用户定义坐标系的坐标值相加来将用户坐标系的坐标值转换为机械坐标系的坐标值。

具体地说，位置检测部143首先基于第一照相机图像(第一焊丝图像41)来计算目标点43在用户定义坐标系中的二维坐标值。接着，使用机械坐标系的原点P0与用户定义坐标系的原点P2的位置关系，将用户定义坐标系中的二维坐标值转换为机械坐标系中的坐标值。并且，求出该坐标值与机械坐标系的臂顶端部P1的坐标值之差，来计算以第一方向为基准的、目标点43相对于臂顶端部P1的相对位置。同样地，基于第二照相机图像(第二焊丝图像41)来计算以第二方向为基准的、目标点43相对于臂顶端部P1的相对位置。位置检测部143使用这两个以第一方向和第二方向为基准的相对位置来计算目标点43相对于臂顶端部P1的三维位置。通过像这样使用从两个方向拍摄的照相机图像40，能够求出目标点43相对于臂顶端部P1的正确位置。

倾斜度检测部144基于由图像识别部141识别出的第一焊炬图像42和第二焊炬图像42来检测焊炬3相对于臂顶端部P1的三维空间中的倾斜度。在该情况下，倾斜度检测部144首先基于第一焊炬图像42来计算二维图像上的焊炬3的中心线L1的倾斜角θ。例如，如图4所示，计算焊炬3的中心线L1相对于与用户定义坐标系的规定坐标轴(例如γ轴)平行的虚拟线L3所形成的角来作为倾斜角θ。同样地，基于第二焊炬图像42来计算二维图像上的焊炬3的中心线L1的倾斜角。使用这两个二维图像上的倾斜角来求出三维空间的倾斜角。使用该倾斜角，以工具顶端坐标系来表示目标点43。即，如图7所示，在目标点43处设定工具顶端坐标系，该工具顶端坐标系具有使用户定义坐标系的坐标轴(αβγ轴)倾斜由倾斜度检测部144检测出的倾斜角后得到的正交三轴的坐标轴。也就是说，设定以目标点43为原点的工具顶端坐标系，利用工具顶端坐标系来表示焊炬3的倾斜度。

此外，由于用户定义坐标系的各坐标轴(αβγ轴)与机械坐标系的各坐标轴(XYZ轴)是平行的，因此如图7所示那样工具顶端坐标系的坐标轴能够表示为机械坐标系的坐标轴(XYZ轴)的倾斜度。由此能够检测焊炬3相对于臂顶端部P1的倾斜度，从而能够掌握焊炬3是否变形以及变形的程度、即焊炬形状相对于初始状态的偏离量。目标点43是工具顶端点，下面有时将目标点43的位置和焊炬3的倾斜度称为工具顶端点的位置和倾斜度。

图8～图10是表示工具顶端坐标的一例的图。如图8所示，若焊炬3的中心线L1与用户定义坐标系的γ轴平行，则中心线L1的倾斜角θ为0。因而，能够通过将用户定义坐标系的坐标轴(αβγ轴)平行移动到目标点43来得到工具顶端坐标系的坐标轴(XYZ)。焊炬3的倾斜度由以目标点43为中心的各坐标轴(αβγ轴)的旋转角(θx，θy，θz)来表示。在图8的例子中，倾斜角为0，倾斜度检测部144检测出旋转角(0，0，0)。

如图9所示，当焊炬3的中心线L1(Z轴)以β轴为中心倾斜了角度θ1时，工具顶端坐标系变成以β轴为中心旋转了角度θ1后得到的正交三轴(XYZ轴)的坐标系，α轴与X轴以及γ轴与Z轴所形成的角分别为θ1。在该情况下，倾斜度检测部144检测出旋转角(θ1，0，θ1)。

如图10所示，当焊炬3的中心线L1(Z轴)以α轴为中心倾斜了角度θ2时，工具顶端坐标系变成以α轴为中心旋转了角度θ2后得到的正交三轴(XYZ轴)的坐标系，β轴与Y轴以及γ轴与Z轴所形成的角分别为θ2。在该情况下，倾斜度检测部144检测出旋转角(0，θ2，θ2)。

丝判定部145判定是否通过图像识别部141识别出规定范围的焊丝图像41。规定范围与能够设定目标点43的程度的丝突出量、即图5的ΔL相当。例如当如图11所示那样丝突出量比ΔL短时，无法在焊丝图像41上设定目标点43。在该情况下，丝判定部145输出未识别出规定范围的焊丝图像41这样的判定结果。焊接机控制部12(图2)接收该判定结果，对焊接机7输出控制信号，送丝部6送出规定量的焊丝4。

炬判定部146判定是否通过图像识别部141识别出规定范围的焊炬图像42。规定范围是能够检测焊炬3的倾斜度的范围。例如当如图12所示那样由于焊炬3的位置偏离而焊炬顶端部的规定范围40b未包含在拍摄区域40a内时，无法良好地检测焊炬3的倾斜度。在该情况下，炬判定部146输出未识别出规定范围40b的焊炬图像42这样的判定结果。电动机控制部13(图2)接收该判定结果，对伺服电动机21输出控制信号，将焊炬3向拍摄区域40a的中心(图12的箭头A方向)平行移动。

校正部147使用由位置检测部143检测出的位置检测值和由倾斜度检测部144检测出的倾斜度检测值对预先示教的工具顶端点(目标点43)的位置和倾斜度的指令值进行校正。例如，将所示教的指令值改写为位置检测值和倾斜度检测值。或者，求出所示教的指令值与位置检测值及倾斜度检测值之差，使用该差对工具顶端点的位置和倾斜度的指令值进行校正。也可以改写动作程序的内容使得在特定的动作时进行校正。也可以对作为焊接对象物的工件或将工件固定的夹具等的位置信息进行校正，以此代替对工具顶端点的位置和倾斜度进行校正。

并且，校正部147使用不同时间点的照相机图像对工具顶端点的位置和倾斜度进行校正。例如，电动机控制部13在第一时间点对伺服电动机21进行控制使得将焊炬3移动到防尘罩31内。照相机控制部11对照相机32和灯33进行控制使得获取第一时间点的焊炬3和焊丝4的图像信号。位置检测部143和倾斜度检测部144检测第一时间点的工具顶端点相对于臂顶端部P1的位置和倾斜度，并将它们作为基准值存储在机器人控制装置10的存储部中。

在从第一时间点经过规定时间后的第二时间点，电动机控制部13和照相机控制部11进行与第一时间点的处理同样的处理，位置检测部143和倾斜度检测部144检测工具顶端点的位置和倾斜度。校正部147计算第一时间点的工具顶端点的位置及倾斜度(基准值)与第二时间点的工具顶端点的位置及倾斜度之间的偏离量，基于偏离量对工具顶端点的位置和倾斜度的指令值进行校正。由此，在从第一时间点到第二时间点的期间内焊炬3的形状、焊丝4的弯曲特性等发生变化而工具顶端点的位置或倾斜度发生偏离的情况下，能够修正该偏离。

此外，也能够使丝判定部145、炬判定部146以及校正部147中的任一个或全部独立于图像处理部14而设置于机器人控制装置10，而不是包含于图像处理部14内。即，也能够使焊炬检测装置100的结构不包括丝判定部145、炬判定部146以及校正部147。

接着，说明本实施方式所涉及的焊接机器人系统的主要动作。图13、图14是表示由机器人控制装置10执行的焊炬检测处理的一例的图。例如当用户借助与机器人控制装置10连接的输入部输入了焊炬检测指令时，开始该流程图所示的处理。此外，也能够将焊炬检测指令嵌入到焊接机器人1的动作程序中来自动地开始焊炬检测处理。

在图13的步骤S1中，电动机控制部13对伺服电动机21输出控制信号，如图7所示那样将焊炬3的顶端部移动到防尘罩31内的拍摄区域40a(第一机器人位置)。并且，照相机控制部11对照相机32输出控制信号，拍摄焊炬3的顶端部。此外，第一机器人位置是使臂顶端部P1以机械坐标系的XYZ轴为中心旋转规定量后的位置。在此，为了方便起见，将如图7所示那样以使臂顶端部P1的X轴、Y轴、Z轴分别与机械坐标系的Y轴、X轴、-Z轴平行的方式改变臂顶端部的姿势、且将焊炬顶端部配置于拍摄区域40a的中心部的位置设为第一机器人位置。在第一机器人位置，照相机32的拍摄方向与臂顶端部P1的Y轴平行，照相机32通过拍摄动作来获取将焊炬顶端部投影到臂顶端部P1的XZ面所得的第一照相机图像40。

在步骤S2中，通过图像识别部141中的处理，读取由照相机32获取到的第一照相机图像40的图像信号并识别第一焊丝图像41和第一焊炬图像42。并且，通过炬判定部146中的处理来判定图像识别部141是否识别出规定范围40b(图12)的第一焊炬图像42。若步骤S2被否定则进入步骤S3，若被肯定则进入步骤S6。

在步骤S3中，电动机控制部13对伺服电动机21输出控制信号，将焊炬3沿规定方向(例如-Z轴方向)移动规定量。在步骤S4中，再次拍摄焊炬3的顶端部。在步骤S5中，与步骤S2同样地判定是否识别出规定范围40b的第一焊炬图像42。若步骤S5被肯定则进入步骤S6，若被否定则在步骤S7中产生错误来结束处理。

在步骤S6中，通过倾斜度检测部144中的处理来检测焊炬3在第一照相机图像40上的倾斜度。即，计算图7的XZ面上的焊炬3的倾斜度。在步骤S8中，判定所计算出的倾斜度是否处于预先决定的容许范围内。若步骤S8被肯定则进入步骤S9，若被否定则进入步骤S7来结束处理。在步骤S9中，通过丝判定部145中的处理来判定图像识别部141是否识别出规定范围的第一焊丝图像41、即焊丝4的突出量是否足够。例如，根据丝突出量是否为规定长度ΔL以上来判定丝突出量是否足够。若步骤S9被否定则判断为不能在第一焊丝图像41上设定目标点43并进入步骤S10，若被肯定则进入步骤S13。

在步骤S10中，焊接机控制部12对焊接机7输出控制信号，从焊炬3的顶端部送出规定量的焊丝4。在步骤S11中，与步骤S4同样地再次拍摄焊炬3。在步骤S12中，与步骤S9同样地判定焊丝4的突出量是否足够。若步骤S12被肯定则进入步骤S13，若被否定则进入步骤S7来结束处理。

在步骤S13中，通过设定部142中的处理来在第一焊丝图像41上设定目标点43。并且，通过位置检测部143中的处理来计算目标点43在第一焊丝图像41上的位置。即，计算目标点43在XZ面上的位置。在步骤S14中，判定焊丝4的突出量是否处于预先决定的容许范围内。若步骤S14被肯定则进入步骤S21，若被否定则进入步骤S7来结束处理。

在图14的步骤S21中，电动机控制部13对伺服电动机21输出控制信号，将焊炬3的顶端部移动到防尘罩31内的拍摄区域40a的第二机器人位置。并且，照相机控制部11对照相机32输出控制信号，拍摄焊炬3的顶端部。此外，为了方便起见，将如图15所示那样以使臂顶端部P1的X轴、Y轴、Z轴分别与机械坐标系的X轴、-Y轴、-Z轴平行的方式改变臂顶端部的姿势、且将焊炬顶端部配置于拍摄区域40a的中心部的位置设为第二机器人位置。即，将从图7的状态起使臂顶端部P1以Z轴为中心旋转90度后的状态设为第二机器人位置。因而，在第一机器人位置与第二机器人位置之间，臂顶端部P1的位置和姿势不同。在第二机器人位置，照相机32的拍摄方向与X轴平行，照相机32通过拍摄动作来获取将焊炬顶端部投影到臂顶端部P1的YZ面所得的第二照相机图像40。

在步骤S22～步骤S34中，以第二机器人位置为基准来执行与步骤S2～步骤S14相同的处理。即，在步骤S21中获取第二照相机图像40，在步骤S26中计算焊炬3在第二焊炬图像42上的倾斜度，在步骤S33中计算目标点43在第二焊丝图像41上的位置。

在步骤S35中，基于在步骤S6中求出的以第一机器人位置为基准的焊炬3的倾斜度(在XZ面上的倾斜度)、在步骤S26中求出的以第二机器人位置为基准的焊炬3的倾斜度(在YZ面上的倾斜度)以及第一机器人位置和第二机器人位置时的臂顶端部P1的倾斜度(姿势)，通过倾斜度检测部144中的处理来计算焊炬3相对于臂顶端部P1的三维空间中的倾斜度(相对姿势)。并且，基于在步骤S13中求出的以第一机器人位置为基准的目标点43的位置(在XZ面上的位置)、在步骤S33中求出的以第二机器人位置为基准的目标点43的位置(在YZ面上的位置)以及第一机器人位置和第二机器人位置时的臂顶端部P1的位置，通过位置检测部143中的处理来计算目标点43相对于臂顶端部P1的三维空间中的位置(相对位置)。即，在步骤S35中，计算工具顶端点的位置和倾斜度。此外，在步骤S35的处理中，在计算工具顶端点的位置和倾斜度时，使用了臂顶端部P1的位置姿势，而臂顶端部P1的位置姿势能够通过内置于伺服电动机21的编码器的检测值来求出。

根据本实施方式能够起到如下那样的作用效果。

(1)焊炬检测装置100具备：照相机32，其从第一方向和第二方向拍摄焊炬3和焊丝4来获取从第一方向和第二方向观察到的焊炬3和焊丝4的图像信号，该焊炬3安装于焊接机器人1的臂顶端部，从焊炬3送出该焊丝4；图像识别部141，其基于由照相机32获取到的图像信号来识别与第一方向和第二方向对应的焊丝图像41和焊炬图像42；设定部142，其在由图像识别部141识别出的焊丝图像41上设定与焊丝4的瞄准位置对应的目标点43；位置检测部143，其基于由图像识别部141识别出的焊丝图像41来检测目标点43在三维空间中的位置；以及倾斜度检测部144，其基于由图像识别部141识别出的焊炬图像42来检测焊炬3在三维空间中的倾斜度。

由此，即使在焊丝4有弯曲特性的情况下也能够高精度地求出工具顶端点的位置。因而，能够使工具顶端点的位置高精度地与丝瞄准位置一致，从而能够在正确的位置进行焊接作业。另外，使用照相机图像40来检测焊炬3的倾斜度，因此通过使用该检测值，即使在机器人示教后焊炬3因变形而弯曲的情况下也能够防止焊炬3与焊接夹具、周边设备的干扰。

(2)将焊炬3的倾斜度由使用于焊接机器人1的位置控制的机械坐标系的工具顶端点(目标点43)处的倾斜度来表示(图8～图10)，由此工具顶端点的位置姿势的控制变得容易。

(3)设定部142将以由图像识别部141识别出的焊炬图像42的顶端421为中心的规定半径R的圆弧与焊丝图像41之间的交点(图6)、或者沿由图像识别部141识别出的焊炬图像42的中心线L1同该焊炬图像42的顶端421相隔规定距离ΔL的虚拟线L2与焊丝图像41的交点(图5)设定为目标点43。由此，能够容易地识别工具顶端点的位置。另外，能够正确地设定对焊接质量来说重要的从焊炬3的顶端到焊丝4的顶端的距离。

(4)焊接机器人系统具备：伺服电动机21，其移动焊炬3；送丝机6，其从焊炬3送出焊丝4；电动机控制部13，其控制伺服电动机21；焊接机控制部12，其对用于控制送丝机6的焊接机7进行控制；以及照相机控制部11，其控制照相机32，其中，对照相机32进行控制使得从第一方向和第二方向拍摄焊炬3和焊丝4(图13、图14)。由此能够容易地获取从适于计算工具顶端点的位置和倾斜度的多个方向拍摄的照相机图像40。

(5)焊接机器人系统(焊炬检测装置100)具备丝判定部145，该丝判定部145判定是否通过图像识别部141识别出规定范围的焊丝图像41。而且，当由丝判定部145判定为未识别出规定范围的焊丝图像41时，焊接机控制部12对焊接机7进行控制来送出焊丝4，在送出焊丝4后照相机控制部11对照相机32进行控制使得拍摄焊炬3和焊丝4。由此，即使在丝突出量短的情况下也能够设定目标点43。

(6)焊接机器人系统(焊炬检测装置100)具备炬判定部146，该炬判定部146判定是否通过图像识别部141识别出规定范围的焊炬图像42。而且，当由炬判定部146判定为未识别出规定范围的焊炬图像42时，电动机控制部13对伺服电动机21进行控制来将焊炬3向拍摄区域40移动，在焊炬3的移动后照相机控制部11对照相机32进行控制使得拍摄焊炬3和焊丝4。由此，即使在焊炬3的位置发生了偏离的情况下也能够检测焊炬3的倾斜度。

(7)焊接机器人系统(焊炬检测装置100)具备校正部147，该校正部147使用由位置检测部143检测出的位置以及由倾斜度检测部144检测出的倾斜度对预先示教的工具顶端点(目标点43)的位置和倾斜度的指令值进行校正。由此，能够使工具顶端点的实际位置及姿势与指令值一致，从而能够进行良好的焊接作业。

(8)将由位置检测部143检测出的目标点43的位置及由倾斜度检测部检测出的焊炬3的倾斜度与预先决定的容许值进行比较，在未处于容许值内时产生错误(图13、图14)。由此，能够容易地判断在焊炬顶端部的位置偏离大的情况下是否需要进行焊炬3的检查、更换。

此外，在上述实施方式(图7、图15)中，将拍摄焊丝4和焊炬3的第一方向及第二方向分别设为与机械坐标系的Y轴方向及X轴方向平行的方向，但是只要能够获取从不同方向拍摄的多个照相机图像40，则第一方向和第二方向也可以不与机械坐标系的坐标轴平行。在第一方向和第二方向不与机械坐标系的坐标轴平行的情况下，能够使用坐标转换来基于多个照相机图像40计算出工具顶端点的位置和倾斜度。也可以获取多于两个方向的照相机图像40，作为摄像部的照相机32的结构不限于上述的结构。

在上述实施方式中，设为利用伺服电动机21移动臂2来使照相机32与焊炬3相对移动，但是也可以将照相机32设置为能够移动，通过移动照相机32来使照相机32与焊炬3相对移动。也可以在防尘罩31内配置多个照相机32，将来自多个方向的照相机图像40同时获取。

在上述实施方式中，设为通过利用伺服电动机21驱动臂2来移动焊炬3，但是炬移动部的结构不限于此。作为从焊炬3送出焊丝4的送丝部的送丝机6的结构可以为任意结构。在上述实施方式中，设为由照相机控制部11、焊接机控制部12以及电动机控制部13来分别控制照相机32、焊接机7以及伺服电动机21，但是这些控制部的结构不限于上述的结构。焊炬3、焊接机器人1的结构也不限于上述的结构，本发明能够应用于具有各种焊炬3的焊接机器人1。

也能够将上述实施方式与一个或多个变形例任意组合。

根据本发明，基于焊炬和焊丝的图像信号，不仅检测焊丝的位置，还检测焊炬的倾斜度，因此即使在机器人示教后焊炬发生变形的情况下也能够防止焊炬与焊接夹具、周边设备的干扰。

以上，与本发明的优选实施方式相关联地对本发明进行了说明，但是能够不脱离前述的权利要求书的公开范围地进行各种修正和变更，本领域技术人员会理解这一点。

Claims (8)

1.一种焊炬检测装置，其特征在于，具备：

摄像部，其从多个方向拍摄焊炬和焊丝来获取上述焊炬和上述焊丝的图像信号，该焊炬安装于焊接机器人的臂顶端部，从该焊炬送出该焊丝；

图像识别部，其基于由上述摄像部获取到的图像信号来识别表示上述焊丝的多个方向的焊丝图像和表示上述焊炬的多个方向的焊炬图像；

设定部，其在由上述图像识别部识别出的上述焊丝图像上设定与上述焊丝的瞄准位置对应的目标点；

位置检测部，其基于由上述图像识别部识别出的上述多个方向的焊丝图像来检测上述目标点在三维空间中的位置；以及

倾斜度检测部，其基于由上述图像识别部识别出的上述多个方向的焊炬图像来检测上述焊炬在三维空间中的倾斜度，

其中，上述焊炬的倾斜度是由上述目标点处的、使用于焊接机器人的位置控制的三维正交坐标系的倾斜度来表示的。

2.根据权利要求1所述的焊炬检测装置，其特征在于，

上述设定部将以由上述图像识别部识别出的上述焊炬图像的顶端为中心的规定半径的圆弧与上述焊丝图像之间的交点设定为上述目标点。

3.根据权利要求1所述的焊炬检测装置，其特征在于，

上述设定部将沿由上述图像识别部识别出的上述焊炬图像的中心线同该焊炬图像的顶端相隔规定距离的虚拟线与上述焊丝图像之间的交点设定为上述目标点。

4.一种焊接机器人系统，其特征在于，具备：

根据权利要求1～3中的任一项所述的焊炬检测装置；

炬移动部，其移动焊炬；

送丝部，其从上述焊炬送出焊丝；以及

控制部，其对上述炬移动部、上述送丝部以及上述摄像部进行控制，

其中，上述控制部对上述摄像部进行控制使得从多个方向拍摄上述焊炬和上述焊丝。

5.根据权利要求4所述的焊接机器人系统，其特征在于，

还具备丝判定部，该丝判定部判定是否通过上述图像识别部识别出规定范围的上述焊丝图像，

当由上述丝判定部判定为未识别出上述规定范围的上述焊丝图像时，上述控制部对上述送丝部进行控制使得送出上述焊丝，并且在上述送丝部送出上述焊丝之后对上述摄像部进行控制使得拍摄上述焊炬和上述焊丝。

6.根据权利要求4或5所述的焊接机器人系统，其特征在于，

还具备炬判定部，该炬判定部判定是否通过上述图像识别部识别出规定范围的上述焊炬图像，

当由上述炬判定部判定为未识别出上述规定范围的上述焊炬图像时，上述控制部对上述炬移动部进行控制使得将上述焊炬向上述摄像部的拍摄区域移动，并且在上述炬移动部移动上述焊炬之后对上述摄像部进行控制使得拍摄上述拍摄区域。

7.根据权利要求4或5所述的焊接机器人系统，其特征在于，

还具备校正部，该校正部使用由上述位置检测部检测出的位置以及由上述倾斜度检测部检测出的倾斜度对预先示教的上述目标点的位置和倾斜度的指令值进行校正。

8.根据权利要求7所述的焊接机器人系统，其特征在于，

上述控制部对上述炬移动部和上述摄像部进行控制，使得分别在第一时间点和从该第一时间点经过规定时间后的第二时间点将上述焊炬移动到规定位置并获取上述焊炬和上述焊丝的图像信号，

当在上述第一时间点由上述位置检测部检测出的上述目标点的位置以及由上述倾斜度检测部检测出的上述焊炬的倾斜度偏离于在上述第二时间点由上述位置检测部检测出的上述目标点的位置以及由上述倾斜度检测部检测出的上述焊炬的倾斜度时，上述校正部基于其偏离量来校正上述指令值。