JP2000351072A - Measuring unit for position to be welded - Google Patents

Measuring unit for position to be welded

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JP2000351072A
JP2000351072A JP11166696A JP16669699A JP2000351072A JP 2000351072 A JP2000351072 A JP 2000351072A JP 11166696 A JP11166696 A JP 11166696A JP 16669699 A JP16669699 A JP 16669699A JP 2000351072 A JP2000351072 A JP 2000351072A
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welding wire
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imaging
wire
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秀明 水野
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秀夫 河原
Satoru Yamasumi
覚 山角
Takahisa Iizuka
隆久 飯塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To more correctly estimate the three dimensional position of a portion to be welded during arc welding, to control the arc welding while copying properly a groove line, and to estimate its tip position in particular even if a twist and a bend exist on a welding wire. SOLUTION: A measuring unit is equipped with an image pickup device 2 fixed to a welding torch 1 and an arithmetic unit, and the image pickup device 2 is equipped with an image pickup mechanism having an image pickup surface 21 and a filter function and a picture processing mechanism, and performs the image pickup of a welding wire 12 projecting from the welding torch 1. According to relation between the equation of eyes to be obtained from the two dimensional coordinates values of the tip of the welding wire in the image pickup surface of the image pickup device 2 and a surface including the axis of the welding torch, the three dimensional position of the tip of the welding wire is calculated and a position to be welded is estimated by the arithmetic unit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接中の溶接位置
を推定する溶接位置測定装置およびそれを用いた溶接制
御装置に関し、特にアーク溶接における溶接ワイヤ先端
部位を撮像して得られる2次元画像に基づいて正しい3
次元位置を推定するようにした溶接位置計測装置および
それを用いた溶接制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding position measuring device for estimating a welding position during welding and a welding control device using the same, and more particularly, to a two-dimensional image obtained by imaging a tip portion of a welding wire in arc welding. Correct based on 3
The present invention relates to a welding position measuring device for estimating a three-dimensional position and a welding control device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、遠隔制御式溶接機や自動溶接機に
おいて、これから溶接しようとする部材の開先位置をカ
メラで確認しながら溶接トーチを開先線に追従させて溶
接を行っていた。特開平5−138354号公報には、
レーザスリット光を投影して得られる開先の光切断面と
溶接トーチの像をITVカメラにより撮影して取得した
画像に基づいて溶接線に倣うようにした溶接自動倣い装
置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a remote control type welding machine or an automatic welding machine, welding has been performed by following a groove line with a welding torch while checking a groove position of a member to be welded from now on with a camera. JP-A-5-138354 discloses that
There is disclosed a welding automatic copying apparatus in which an image of a light cutting surface of a groove and a welding torch obtained by projecting a laser slit light is captured by an ITV camera and is copied on a welding line based on an image obtained.

【0003】この方法は開先に対する溶接トーチの位置
を制御するものであるため、溶接ワイヤの突出長が変化
したり溶接ワイヤが巻き癖などの影響で曲がって溶接ト
ーチと溶接位置の関係が変化したときには、アーク位置
が開先の狙い位置からずれて欠陥やビード形状不良が発
生し適切な溶接を行うことができない。このため、撮像
装置で取得した画像から正確な溶接位置を求めて溶接の
制御を行いたいとする要求があったが、溶接中の溶接部
位では輝度が大きいため通常のカメラではハレーション
が発生し、溶接位置を正確に計測することはできなかっ
た。
Since this method controls the position of the welding torch with respect to the groove, the projection length of the welding wire changes or the welding wire bends due to the curl and the like, and the relationship between the welding torch and the welding position changes. In this case, the arc position deviates from the target position of the groove, and a defect or a defective bead shape occurs, so that proper welding cannot be performed. For this reason, there has been a request to control the welding by obtaining an accurate welding position from the image acquired by the imaging device, but halation occurs in a normal camera because the brightness is large at the welding portion during welding, Welding position could not be measured accurately.

【0004】特開平10−94872号公報には、溶接
ワイヤあるいはアークの画像に基づいて開先に倣うよう
にした開先倣い方法が開示されている。この方法は、予
め撮影された溶接中の溶接部位の画像データを基準とし
て、倣い溶接中に撮影して取得した画像データとの相関
係数を求めて相関が高いところを溶接ワイヤや溶融池や
開先などそれぞれ対象とする物の位置と認定するように
した手法である。この開先倣い方法では、溶接アーク光
の変動による影響が少ないので、テレビカメラを用いた
自動倣い制御の信頼性が向上し、溶接工程の自動化、無
人化に貢献ができるとされている。
Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-94872 discloses a groove copying method in which a groove is copied based on an image of a welding wire or an arc. This method is based on image data of a welding site during welding, which is taken in advance, and obtains a correlation coefficient with image data obtained by imaging during profile welding, and determines a location having a high correlation with a welding wire, a weld pool, or the like. This is a method that recognizes the position of the target object such as a groove. According to this groove copying method, since the influence of the fluctuation of the welding arc light is small, the reliability of the automatic copying control using the TV camera is improved, and it is said that the method can contribute to automation and unmanned welding process.

【0005】しかし、この方法によれば実際の溶接ワイ
ヤの位置を推定することができるが、溶接ワイヤの奥行
き方向の偏差を知ることはできず、また溶接ワイヤの先
端位置を正確に捉えることはできない。したがって、こ
の方法は溶接トーチではなく溶接ワイヤの位置に基づく
といっても、結局は溶接ワイヤが溶接トーチから真っ直
ぐに突出しており突出長が一定であるという仮定の下で
溶接線倣い制御を行うことしかできなかった。また、本
方法は撮像された画像データを僅かずつずらしながら切
り出して基準画面との2次元相関係数を算出し最も相関
が高いところを探索するものであるから、オンラインで
演算処理して制御に使用するためには極めて高速で高度
な演算処理能力が要求される。
However, according to this method, the actual position of the welding wire can be estimated, but the deviation in the depth direction of the welding wire cannot be known, and the tip position of the welding wire cannot be accurately grasped. Can not. Therefore, even though this method is based not on the welding torch but on the position of the welding wire, the welding wire is eventually projected straight from the welding torch and the welding line is controlled under the assumption that the projection length is constant. I could only do it. In addition, since the present method is to cut out the captured image data while shifting it little by little, calculate a two-dimensional correlation coefficient with the reference screen, and search for a place having the highest correlation, the processing is performed online to perform control. In order to use it, an extremely high speed and high arithmetic processing capacity is required.

【0006】さらに、本願出願人は、既に特願平10−
98528号により溶接部位の撮像画面から開先、溶接
ワイヤ、溶融池、溶接アークなどの状態を視覚化する方
法を開示している。この方法は、感度の異なる撮像装置
を複数用いてほぼ同じ方向から溶接部位を撮像しこれら
の画像を合成して溶接状況を監視できるようにするもの
である。この開示方法によれば溶接ワイヤの先端位置も
視覚化して把握することができる。しかし、こうして撮
像装置で取得した1枚の2次元画像から3次元的な位置
を測定することは難しかった。特にワイヤが曲がってい
るときにその先端位置を正確に推定することは困難であ
る。
Further, the present applicant has already filed Japanese Patent Application No.
No. 98528 discloses a method of visualizing the state of a groove, a welding wire, a molten pool, a welding arc, and the like from an imaging screen of a welding portion. In this method, a plurality of imaging devices having different sensitivities are used to image a welded portion from almost the same direction, and these images are combined so that a welding state can be monitored. According to the disclosed method, the tip position of the welding wire can also be visualized and grasped. However, it has been difficult to measure a three-dimensional position from one two-dimensional image acquired by the imaging apparatus. Particularly when the wire is bent, it is difficult to accurately estimate the tip position.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、アーク溶接中の溶接ワイヤ先端位
置など溶接部位の3次元位置をより正確に推定すること
であり、特に捻れや曲がりを持つ溶接ワイヤでもその先
端位置を推定して、開先線に適正に倣ってアーク溶接を
制御することである。
The problem to be solved by the present invention is to more accurately estimate the three-dimensional position of a welding site such as the position of the tip of a welding wire during arc welding, and in particular, torsion and bending. The purpose is to estimate the tip position of a welding wire having a shape and control the arc welding appropriately following the groove line.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の溶接位置計測装置は、溶接トーチに対して
固定した撮像装置と演算装置を備え、撮像装置が撮像機
構と画像処理機構を備えて溶接トーチから突き出してい
る溶接ワイヤを撮像し撮像画面中の溶接ワイヤ先端の2
次元座標値を求め、演算装置が溶接ワイヤ先端の2次元
座標値と溶接トーチの軸が含まれる面の関係に基づいて
溶接ワイヤ先端の3次元位置を算出して、溶接位置を推
定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a welding position measuring device according to the present invention includes an image pickup device and an arithmetic device fixed to a welding torch, and the image pickup device includes an image pickup mechanism and an image processing mechanism. Image of the welding wire protruding from the welding torch in preparation for
Calculating the three-dimensional position of the tip of the welding wire based on the relationship between the two-dimensional coordinate value of the tip of the welding wire and the plane including the axis of the welding torch, and estimating the welding position. Features.

【0009】撮像装置の撮像面に形成される映像は、被
写体を撮像装置の光学中心(主点)から見透した投影像
と相似の関係がある。したがって、溶接トーチから突き
出している溶接ワイヤが撮影されている撮像画面中でそ
の先端位置を特定して撮像面上に固定された2次元座標
系における座標値を求めることにより、溶接ワイヤの先
端位置と光学中心を結ぶ直線すなわち視線を算出するこ
とができる。さらに溶接ワイヤ先端の3次元位置を知る
ためには、溶接ワイヤが存在する面と上記の視線が交わ
る位置を求めればよい。本発明では、溶接ワイヤが溶接
トーチの軸に沿って突き出されることと、溶接トーチが
撮像装置と相対的に一定の関係にあることから、溶接ト
ーチの軸が含まれる面を基準として溶接ワイヤの先端位
置を推定するようにしている。
The image formed on the imaging surface of the imaging device has a similar relationship to a projected image of the subject viewed from the optical center (principal point) of the imaging device. Accordingly, the position of the tip of the welding wire is determined by specifying the tip position of the welding wire protruding from the welding torch in the imaging screen where the welding wire is being captured and determining the coordinate value in the two-dimensional coordinate system fixed on the imaging surface. , Ie, a line of sight connecting the optical center with the optical center. Further, in order to know the three-dimensional position of the tip of the welding wire, the position where the above-mentioned line of sight intersects with the surface on which the welding wire exists may be obtained. In the present invention, since the welding wire is protruded along the axis of the welding torch and the welding torch has a relatively constant relationship with the imaging device, the welding wire is determined based on the plane including the axis of the welding torch. Is estimated.

【0010】たとえば、第1次近似として溶接ワイヤが
溶接トーチの軸に沿って真っ直ぐに突き出されるものと
仮定すれば、溶接ワイヤの先端位置は上記視線と溶接ト
ーチの軸を含む面の交点にあることになり、本発明の装
置により推定ができる。なお、上記演算に用いる溶接ト
ーチの軸を含む面を撮像装置の光軸に対して直交する水
平線を含む面とすれば、溶接ワイヤ先端が溶接トーチ軸
から左右にずれたときばかりでなく前後方向にずれたと
きにも補正計算を比較的容易に行うことができる。
For example, assuming that the welding wire is projected straight along the axis of the welding torch as a first approximation, the position of the tip of the welding wire is at the intersection of the line of sight and the plane containing the axis of the welding torch. That is, it can be estimated by the apparatus of the present invention. If the plane including the axis of the welding torch used for the above calculation is a plane including a horizontal line perpendicular to the optical axis of the imaging device, not only when the tip of the welding wire is shifted left and right from the welding torch axis, but also in the front-rear direction. The correction calculation can be performed relatively easily even when the position is deviated.

【0011】また、本発明において使用する撮像装置
は、それぞれ分光感度の異なるフィルターを備えてそれ
ぞれ溶接部位をほぼ同じ方向から撮影するように配置さ
れた感度の異なる複数の撮像機構を備えるものであるこ
とが好ましい。画像処理機構が各撮像機構で取得した画
像情報を合成した合成画像を生成することにより、周囲
の事物と輝度の高い溶接アークなどの部分がそれぞれ適
当な明るさで表現されるので、溶接状態を正確に把握す
ることができ、溶接ワイヤの先端も明瞭に認識できる。
Further, the image pickup apparatus used in the present invention includes a plurality of image pickup mechanisms having different sensitivities, each having a filter having a different spectral sensitivity and arranged so as to photograph the welded portion from substantially the same direction. Is preferred. The image processing mechanism generates a composite image that combines the image information obtained by each imaging mechanism, so that the surrounding objects and portions such as the high-intensity welding arc are each expressed with appropriate brightness, so that the welding state can be determined. It can be grasped accurately and the tip of the welding wire can be clearly recognized.

【0012】なお、演算装置では、6点以上の既知点の
撮像結果に基づいて求めたカメラパラメータを記憶して
おいて、溶接ワイヤ先端の撮像画面中の2次元位置と空
間における3次元位置をこのカメラパラメータによって
関連付けるようにしてもよい。これらの関連は、たとえ
ば、撮像装置から対象点を見通す視線に関わる下式
(1)によって表すことができる。
The arithmetic unit stores the camera parameters obtained based on the imaging results of six or more known points, and determines the two-dimensional position of the tip of the welding wire on the imaging screen and the three-dimensional position in space. You may make it associate by this camera parameter. These relationships can be expressed, for example, by the following equation (1) relating to the line of sight that sees the target point from the imaging device.

【数2】 (Equation 2)

【0013】なお、溶接ワイヤが曲がっているときに
は、撮像画面中の溶接ワイヤの径に基づいて推定される
溶接トーチの軸が含まれる面からの距離を加味すること
により、溶接ワイヤの先端位置を算出することができ
る。溶接ワイヤの径は上から下まで変わらないから、上
記溶接トーチ軸が含まれる面にある場合に期待される撮
像画面中の径と実際に撮影された溶接ワイヤの径を比較
することにより、前後方向のずれを評価することができ
るからである。このとき、溶接トーチと撮像装置の相対
位置は溶接工程中に変化しないから、実際に写っている
溶接トーチ先端位置における溶接ワイヤの径を基準とし
て撮像画面中の溶接ワイヤ径を評価するようにしてもよ
い。このようにして溶接ワイヤの先端位置が正確に推定
できるようになると、溶接ワイヤ先端の捻れなどに伴い
従来見られた開先倣いのずれを防止して、正確な溶接線
倣い制御が行える。
When the welding wire is bent, the position of the tip of the welding wire is determined by taking into account the distance from the plane including the axis of the welding torch, which is estimated based on the diameter of the welding wire in the image screen. Can be calculated. Since the diameter of the welding wire does not change from top to bottom, by comparing the diameter in the imaging screen expected when the welding torch axis is included with the diameter of the actually captured welding wire, This is because the deviation in the direction can be evaluated. At this time, since the relative position of the welding torch and the imaging device does not change during the welding process, the welding wire diameter in the imaging screen is evaluated based on the diameter of the welding wire at the welding torch tip position actually reflected. Is also good. When the tip position of the welding wire can be accurately estimated in this way, the displacement of the groove copying that has been conventionally seen due to the twisting of the welding wire tip can be prevented, and accurate welding line copying control can be performed.

【0014】また、本発明の溶接制御装置は、上記溶接
位置計測装置に加えて制御装置を備え、溶接位置計測装
置により算出された溶接ワイヤの突き出し長に基づいて
溶接条件を制御することを特徴とする。溶接が進む間に
溶接ワイヤの消費速度が変動したり溶接対象までの距離
が変動することにより繰り出し長が変化するが、溶接ワ
イヤの突き出し長が変化すると溶接トーチ内部の給電点
から溶接ワイヤ先端までの電気抵抗が変わるので適正な
溶接電流を維持するための調整が必要である。溶接ワイ
ヤ先端などで代表される溶接位置を計測することにより
溶接ワイヤの突き出し長を知るようにした溶接制御装置
は、その推定値に基づいて溶接条件を制御して品質の高
い溶接をすることができる。
Further, the welding control device of the present invention is provided with a control device in addition to the welding position measuring device, and controls welding conditions based on the protrusion length of the welding wire calculated by the welding position measuring device. And As the welding wire progresses and the distance to the welding object fluctuates while the welding progresses, the payout length changes.However, when the protrusion length of the welding wire changes, the distance from the feeding point inside the welding torch to the welding wire tip is changed. Therefore, it is necessary to make an adjustment to maintain an appropriate welding current. The welding control device, which knows the welding wire protrusion length by measuring the welding position represented by the welding wire tip, etc., can perform high-quality welding by controlling welding conditions based on the estimated value. it can.

【0015】本発明の溶接制御装置は、さらに開先位置
測定装置を備え、開先位置測定装置により計測される開
先位置と溶接位置計測装置により推定された溶接位置に
基づいて開先倣い制御を行うようにしてもよい。開先位
置測定装置により溶接機に対する開先位置を実測して、
開先位置情報を溶接部位の3次元位置情報と複合するこ
とにより、より精密な開先倣い制御が可能になる。開先
位置情報と溶接位置情報は、たとえば溶接装置が使用す
る座標系など、1個の座標系に座標変換することにより
容易に複合することができる。
The welding control device of the present invention further includes a groove position measuring device, and the groove tracing control based on the groove position measured by the groove position measuring device and the welding position estimated by the welding position measuring device. May be performed. The groove position for the welding machine is actually measured by a groove position measuring device,
By combining the groove position information with the three-dimensional position information of the welding part, more precise groove scanning control becomes possible. The groove position information and the welding position information can be easily combined by performing coordinate conversion into one coordinate system such as a coordinate system used by a welding device.

【0016】[0016]

【発明の実施の態様】以下、図面を参照して本発明を実
施例に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、本実施例の部品配置を説明する構成
図、図2は測定の原理を説明する斜視図、図3は本実施
例の構成を説明するブロック図、図4は座標変換の手法
を説明する概念図、図5は溶接時の制御動作を説明する
概念図である。本実施例は、溶接トーチに対して固定さ
れた撮像装置を備える溶接位置計測装置である。撮像装
置としては、CCDカメラやITVカメラなど映像の位
置が撮像面に固定された2次元座標系により表現できる
ものが利用される。また、本実施例では、開先線倣いを
可能にするため開先の状態を把握するレーザ測距機など
の開先位置測定装置を付属している。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the arrangement of components in the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view illustrating the principle of measurement, FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the present embodiment, and FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a conversion method, and FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a control operation at the time of welding. This embodiment is a welding position measuring device including an imaging device fixed to a welding torch. As the imaging device, a device such as a CCD camera or an ITV camera that can express a position of an image in a two-dimensional coordinate system fixed on an imaging surface is used. Further, in the present embodiment, a groove position measuring device such as a laser distance measuring device for grasping the state of the groove is provided to enable the groove line to be traced.

【0018】図面を参照すると、溶接トーチ1に固定さ
れた取付け用ブラケット11に撮像装置2が固定されて
いる。取付け用ブラケット11にはまた開先位置計測装
置3が取り付けられている。溶接トーチ1の先端からは
中心軸に沿って溶接ワイヤ12が延出して溶接トーチ制
御装置13の溶接電源装置から供給される溶接電流によ
り溶接ワイヤ先端と被溶接物4の表面との間に溶接アー
ク14を形成する。なお、溶接は図中に太い矢印で表し
たように、図1では図中右側方向に、図2では図中左方
向に進行するものとする。
Referring to the drawings, an imaging device 2 is fixed to a mounting bracket 11 fixed to a welding torch 1. The groove position measuring device 3 is also mounted on the mounting bracket 11. The welding wire 12 extends from the tip of the welding torch 1 along the central axis, and is welded between the tip of the welding wire and the surface of the workpiece 4 by a welding current supplied from a welding power supply of the welding torch control device 13. An arc 14 is formed. It is assumed that the welding proceeds in the right direction in the drawing in FIG. 1 and in the left direction in the drawing in FIG. 2, as indicated by thick arrows in the drawing.

【0019】撮像装置2は、光学系を介して投影される
映像を2次元位置情報に変換するCCD素子などの撮像
面21を備えた撮像部22と被写体の各部を明瞭に表示
するための画像処理部23を備えている。撮像部22
は、溶接部位を含む領域を撮影して2次元画像を生成す
る。画像処理部23は対象により異なる値を有する明度
や色情報などに関する適当な閾値を用いて、溶接管理に
利用される対象、たとえば溶接ワイヤ先端や溶接アーク
などを明瞭に区分けできるようにする。
An image pickup device 2 includes an image pickup section 22 having an image pickup surface 21 such as a CCD device for converting a video projected through an optical system into two-dimensional position information and an image for clearly displaying each part of a subject. The processing unit 23 is provided. Imaging unit 22
Generates a two-dimensional image by photographing an area including a welding portion. The image processing unit 23 uses an appropriate threshold value regarding brightness, color information, and the like having different values depending on the target, so that the target used for welding management, such as the tip of a welding wire or a welding arc, can be clearly classified.

【0020】なお、特願平10−98528号に開示し
た方法に基づいて、それぞれ分光感度特性の異なるフィ
ルタを備えて感度を変えた複数のCCDカメラをほぼ同
じ視野で撮影するように配置し、それぞれ輝度の異なる
部分を適当な明るさに変換して画像信号を出力し、画像
処理部23でこれらの画像信号を重ね合わせて1画面に
合成するようにしたものは、輝度の異なる開先、溶融
池、溶接トーチ、溶接ワイヤ、溶接アークなど全ての要
素をそれぞれ区別して表示したり画像データにすること
ができる。
Based on the method disclosed in Japanese Patent Application No. 10-98528, a plurality of CCD cameras having filters having different spectral sensitivity characteristics and having different sensitivities are arranged so as to capture images in substantially the same field of view. An image signal is output by converting portions having different luminances into appropriate brightnesses, and the image processing section 23 superimposes these image signals and synthesizes them on one screen. All elements such as a molten pool, a welding torch, a welding wire, and a welding arc can be separately displayed or image data.

【0021】このようにして得られた画像データから周
知の画像処理方法を用いて溶接ワイヤの先端などの特徴
点を抽出し、撮像面に設定された撮像座標系上でその特
徴点の2次元座標を求める。次に、この撮像座標を対象
物体に設定された3次元の物体座標系に変換する。物体
座標系は任意に定めることができるが、自動溶接装置な
どを用いる場合は、溶接機を搭載した台車の軌道に沿っ
てZ軸を設定しこれに垂直にX−Y面を決めたり、アク
チュエータの軸を基準に座標系を設定することが好まし
い。上記特徴点の物体座標は、撮像座標から求めて物体
座標系で表したカメラの視線と、物体を基準として物体
座標系空間に設定した平面に基づいて決定する。
A feature point such as a tip of a welding wire is extracted from the image data obtained in this manner by using a well-known image processing method, and the two-dimensional feature point on the imaging coordinate system set on the imaging surface is extracted. Find coordinates. Next, the imaging coordinates are converted into a three-dimensional object coordinate system set for the target object. The object coordinate system can be arbitrarily determined. However, when an automatic welding device or the like is used, the Z-axis is set along the track of the bogie on which the welding machine is mounted, and the XY plane is determined perpendicular to the Z-axis. It is preferable to set the coordinate system with reference to the axis. The object coordinates of the feature points are determined based on the camera's line of sight obtained in the object coordinate system obtained from the imaging coordinates and a plane set in the object coordinate system space with the object as a reference.

【0022】撮像座標からカメラ視線を求める手法は、
同次座標系を用いた線形化手法に基づいて導出されたカ
メラパラメータを使って行う座標変換法である。撮像装
置の光学的関係を理想化すると、図4に示すように、光
学系の主点Fにピンホールを設けた透視変換モデルで表
現することができる。この透視変換モデルでは、カメラ
視線はピンホールを通る1本の直線として定義される。
実際の撮像装置では対象−レンズ系−撮像面の順に配置
されるが、簡単のため仮想的に撮像面をレンズの前面す
なわち対象が存在する側に配置した仮想結像面Vにある
ものとする。仮想結像面Vとレンズ主点Fの距離は焦点
距離fにとり、実際の撮像面Iとレンズ主点Fの間と同
じ距離とする。
The method of obtaining the camera line of sight from the imaging coordinates is as follows.
This is a coordinate conversion method performed using camera parameters derived based on a linearization method using a homogeneous coordinate system. If the optical relationship of the imaging device is idealized, it can be represented by a perspective transformation model in which a pinhole is provided at the principal point F of the optical system as shown in FIG. In this perspective transformation model, the camera line of sight is defined as one straight line passing through a pinhole.
In an actual image pickup apparatus, the object, the lens system, and the image pickup surface are arranged in this order. However, for simplicity, it is assumed that the image pickup surface is virtually on the front surface of the lens, that is, on a virtual imaging plane V arranged on the side where the object exists. . The distance between the virtual imaging plane V and the lens principal point F is a focal length f, which is the same as the distance between the actual imaging plane I and the lens principal point F.

【0023】カメラに固定した撮像座標系を考え、仮想
結像面Vをこの撮像座標系の基準にとり、原点Oを仮想
結像面の中心に置き、仮想結像面Vを撮像座標系の2軸
(X,Y)が含まれる面とする。また、光学軸の方向に
残りの1軸(Z)を取るものとする。空間中のある1点
P(x,y,z)を仮想結像面Vに投影した点P’(x
,y,z)は、測定点Pへ向かう視線と仮想結像
面との交点であり、下式(2)で与えられる。
Considering the imaging coordinate system fixed to the camera, taking the virtual imaging plane V as a reference of this imaging coordinate system, the origin O is set at the center of the virtual imaging plane, and the virtual imaging plane V is defined as the 2nd of the imaging coordinate system. The plane includes the axis (X, Y). It is also assumed that the remaining one axis (Z) is taken in the direction of the optical axis. A point P ′ (x) obtained by projecting a point P (x, y, z) in the space onto the virtual imaging plane V
c, y c, z c) is the intersection of the virtual image plane and the line of sight directed toward the measuring point P, is given by the following equation (2).

【数3】 ここで、z=0である。また、α=f/(f+z)と
なる。
(Equation 3) Here, z c = 0. Further, α = f / (f + z).

【0024】上記の透視変換は非線形な変換であるが、
媒介変数を加えて1次元高めた同次座標系を用いること
により線形化することができる。Wを媒介変数として
3次元の点(x,y,z)を4次元の点(x,y
,w)で表すと、透視変換は下式(3)の行列演
算で記述することができる。ここで、x=x/w
y=y/w,z=z/wである。また、(x,
y,z,1)は同次座標系表現における物体点Pの座
標、(xch,ych,zch,wch)は撮像面上の
投影点P’の座標である。
The above perspective transformation is a non-linear transformation,
Linearization can be achieved by using a homogeneous coordinate system that is one-dimensionally enhanced by adding a parameter. Using W h as a parameter, a three-dimensional point (x, y, z) is converted to a four-dimensional point (x h , y h ,
z h , w h ), the perspective transformation can be described by the matrix operation of the following equation (3). Here, x = x h / w h ,
y = y h / w h and z = z h / w h . Also, (x,
(y, z, 1) are the coordinates of the object point P in the homogeneous coordinate system representation, and (x ch , y ch , z ch , w ch ) are the coordinates of the projection point P ′ on the imaging surface.

【数4】 (Equation 4)

【0025】実際には測定対象は、撮像装置を基準とし
た撮像座標系ではなく、物体を基準とした物体座標系で
表現した方が都合がよい。特にロボットや自動溶接機で
自動的に倣い溶接を行わせる場合にはロボットやアクチ
ュエータなどの移動軌道と関連付けられた座標系を採用
することが好ましい。物体座標系と撮像座標系を関係付
ける座標変換Tは、同次座標系表現では回転と平行移動
を含めて下式(4)で表される。
Actually, it is more convenient to express the measurement object in an object coordinate system based on an object, rather than in an imaging coordinate system based on an imaging device. In particular, in a case where the profile welding is automatically performed by a robot or an automatic welding machine, it is preferable to employ a coordinate system associated with a movement trajectory of a robot or an actuator. The coordinate transformation T relating the object coordinate system and the imaging coordinate system is expressed by the following expression (4) including rotation and translation in a homogeneous coordinate system.

【数5】 (Equation 5)

【0026】したがって、物体座標系での点Pから撮像
座標系での点P’への変換は下式(5)で表すことがで
きる。
Therefore, the conversion from the point P in the object coordinate system to the point P 'in the imaging coordinate system can be represented by the following equation (5).

【数6】 (Equation 6)

【0027】撮像座標系における撮像面では常にzch
=0なので、上式(5)から、撮像面における像の2次
元位置M(m,m)と空間における3次元位置R
(r,r,r)の変換を表わす下式(6)が得ら
れる。なお、αは媒介変数に相当する。
In the imaging plane in the imaging coordinate system, z ch is always used.
= 0, the two-dimensional position M (m 1 , m 2 ) of the image on the imaging surface and the three-dimensional position R in the space are obtained from the above equation (5).
The following equation (6) representing the conversion of (r 1 , r 2 , r 3 ) is obtained. Note that α corresponds to a parameter.

【数7】 (Equation 7)

【0028】この3行4列の係数行列が位置、姿勢、画
角などカメラに関するデータを全て含むもので、一般に
カメラパラメータと呼ばれており、カメラの視線を表現
するものである。対象の大きさや形態、測定環境などに
より、カメラの配置や使用するレンズの焦点距離などは
異なるので、カメラパラメータは条件が変わるたびにキ
ャリブレーションしなくてはならない。カメラパラメー
タの各係数は、レンズの焦点距離やカメラの位置や姿勢
の実測値から求めることもできるが、不正確であり時間
もかかる。そこで、形状や位置が既知の基準となる物体
を利用し、これを撮像装置で計測した結果を用いてキャ
リブレーションすることが実用的である。
The coefficient matrix of three rows and four columns includes all data relating to the camera, such as the position, posture, and angle of view, and is generally called a camera parameter, and expresses the line of sight of the camera. Since the arrangement of the camera and the focal length of the lens to be used are different depending on the size and form of the object, the measurement environment, and the like, the camera parameters must be calibrated each time the conditions change. Each coefficient of the camera parameter can be obtained from the measured value of the focal length of the lens or the position or orientation of the camera, but it is inaccurate and takes time. Therefore, it is practical to use an object whose shape or position is a known reference and to calibrate using an object measured by an imaging device.

【0029】物体座標系上の基準点(r,r
)と撮像面上の対応する位置(m,m)を1組
与えれば2個の式が成立する。カメラパラメータは12
個の要素を有するので、互いに独立した6個の基準点を
用いればキャリブレーションができる。なお、キャリブ
レーションの精度を高めるために、6個を超える多数の
基準点を用いて最小2乗法によって未知数を推定する方
法を用いることが好ましい。このようにして求めたカメ
ラパラメータにより、撮像面上の映像の位置に基づいて
溶接ワイヤ先端を見通す視線の式が求められる。
Reference points (r 1 , r 2 ,
If two sets of r 3 ) and corresponding positions (m 1 , m 2 ) on the imaging surface are given, two equations are established. Camera parameters are 12
Since there are six elements, calibration can be performed using six mutually independent reference points. In order to improve the accuracy of calibration, it is preferable to use a method of estimating an unknown by the least squares method using a large number of reference points exceeding six. Based on the camera parameters obtained in this manner, a line-of-sight equation that looks through the tip of the welding wire is obtained based on the position of the image on the imaging surface.

【0030】通常は溶接ワイヤの先端は溶接トーチの軸
に沿って真っ直ぐに突出するので、上記の視線が溶接ト
ーチの軸を含む面に当たる点が溶接ワイヤ先端位置であ
る可能性が高い。溶接トーチ軸を含む面を物体座標系上
に形状方程式として表しておけば、視線との交点は容易
に求めることができる。
Normally, the tip of the welding wire projects straight along the axis of the welding torch, so it is highly likely that the point where the above-mentioned line of sight hits the plane including the axis of the welding torch is the welding wire tip position. If the plane including the welding torch axis is represented as a shape equation on the object coordinate system, the intersection with the line of sight can be easily obtained.

【0031】本実施例の溶接位置計測装置によれば、以
下の手順で溶接トーチ、溶接ワイヤなど撮像面21内に
写し込まれた素子の3次元位置を求めて溶接制御に使用
することができる。
According to the welding position measuring apparatus of the present embodiment, the three-dimensional position of an element, such as a welding torch or a welding wire, which is imaged in the imaging plane 21 can be obtained by the following procedure and used for welding control. .

【0032】すなわち、 溶接ロボットなどを搭載する溶接台車が走行する際に
利用する3次元の物体座標系を定める。 溶接トーチ、溶接ワイヤなど溶接機材をその物体座標
系上で表現する形状方程式を確定する。 溶接部位を撮影するカメラの2次元撮像座標系と3次
元固定座標系との変換パラメータを算定する。
That is, a three-dimensional object coordinate system to be used when a welding cart carrying a welding robot or the like travels is determined. A shape equation that expresses welding equipment such as a welding torch and a welding wire on the object coordinate system is determined. A conversion parameter between a two-dimensional imaging coordinate system and a three-dimensional fixed coordinate system of a camera for photographing a welding site is calculated.

【0033】このような準備を行った上で溶接中の溶接
部位を撮影し、 撮像用カメラで取得した画像中で溶接トーチ、溶接ワ
イヤなどの特徴点を抽出し、その特徴点の撮像座標系上
の座標を求める。 特徴点の撮像座標値に変換パラメータを作用させてそ
の点を見通す視線の方程式を求める。 溶接機材の形状方程式と視線方程式の交点として対象
点の3次元固定座標上の座標値を算出する。
After making such preparations, an image of the welded part being welded is taken, and a feature point such as a welding torch or a welding wire is extracted from the image acquired by the imaging camera. Find the coordinates above. A transformation parameter is applied to the imaging coordinate value of the feature point to determine a line-of-sight equation that sees through the point. A coordinate value on the three-dimensional fixed coordinates of the target point is calculated as an intersection of the shape equation of the welding equipment and the line-of-sight equation.

【0034】本実施例の溶接位置計測装置によれば、溶
接中の溶接ワイヤ先端3次元位置を正確に推定して3次
元座標値として出力することができるので、この情報を
自動溶接装置で利用することにより、溶接トーチの位置
で代用して倣い制御するのではなく、溶接ワイヤの先端
位置など溶接位置を基準として制御することができ、溶
接ワイヤの突き出し長が変化したときでも精密な開先倣
い溶接制御を行うことができる。なお、上記の手順で
決める形状方程式は、たとえば溶接ワイヤを対象とする
ときには溶接トーチの軸が含まれる平面を表す方程式な
どを用いることができる。また、手順で算定する変換
パラメータには、先に説明したカメラパラメータとして
知られている3×4の係数行列を用いることができる。
According to the welding position measuring device of the present embodiment, the three-dimensional position of the tip of the welding wire during welding can be accurately estimated and output as three-dimensional coordinate values. By doing this, instead of using the position of the welding torch as a substitute for profiling control, it is possible to control based on the welding position, such as the position of the tip of the welding wire. Profile welding control can be performed. The shape equation determined by the above procedure may be, for example, an equation representing a plane including the axis of the welding torch when targeting a welding wire. Further, as the conversion parameter calculated in the procedure, the 3 × 4 coefficient matrix known as the camera parameter described above can be used.

【0035】なお、図2に先端をB点で示すように、繰
り出し前に付けられた巻き癖などの影響で溶接ワイヤが
曲がり、実際の溶接ワイヤが形状方程式からずれること
がある。このような場合には形状方程式上に位置すると
きの溶接ワイヤと実際の溶接ワイヤの映像にみられるワ
イヤ径の差に基づいて溶接ワイヤの位置ずれを推定する
ことができる。そこで、溶接ワイヤが手順で求めた形
状方程式上に位置するときに撮像面21上に表われるべ
き溶接ワイヤの幅と、実際に測定された撮像面上のワイ
ヤの幅と、実際の位置Bと形状方程式上の位置B’との
ずれ量Lの関係を予め定量化した補正式を演算装置51
に記憶しておく。
As shown by the point B in FIG. 2, the welding wire may be bent due to the influence of the winding habit attached before feeding, and the actual welding wire may deviate from the shape equation. In such a case, the displacement of the welding wire can be estimated based on the difference between the diameters of the welding wire and the actual welding wire when they are located on the shape equation. Therefore, when the welding wire is located on the shape equation obtained by the procedure, the width of the welding wire to be displayed on the imaging surface 21, the width of the actually measured wire on the imaging surface, and the actual position B The correction formula obtained by quantifying the relationship between the displacement L and the position B ′ on the shape equation is calculated in advance by the arithmetic unit 51.
To memorize it.

【0036】そして、撮像された溶接ワイヤの幅が、溶
接ワイヤが形状方程式上にあるときに期待される溶接ワ
イヤの幅と異なる場合は、まず、溶接ワイヤの先端Bを
形状方程式上に位置するものと仮定して3次元位置B’
を求め、次に、予め定量化された補正式に基づいて距離
Lを算出して、視線に沿ってその距離だけ位置補正を行
うことにより正しい3次元位置を求める。上記手法を用
いれば、溶接ワイヤが捻れたり曲がったりしている場合
でも溶接ワイヤ先端の正しい3次元位置を求めて溶接線
倣い制御に利用することができる。
When the width of the imaged welding wire is different from the width of the welding wire expected when the welding wire is on the shape equation, first, the tip B of the welding wire is positioned on the shape equation. Three-dimensional position B '
Then, the distance L is calculated based on a correction expression quantified in advance, and the position is corrected by that distance along the line of sight to obtain a correct three-dimensional position. By using the above method, even when the welding wire is twisted or bent, a correct three-dimensional position of the tip of the welding wire can be obtained and used for welding line profiling control.

【0037】なお、上記実施例の方法により溶接ワイヤ
先端の3次元座標を計測した結果から溶接トーチからの
突き出し長を知ることができる。溶接ワイヤの突き出し
長が変化すると溶接電流が変動して良好な溶接結果を得
ることができないが、溶接ワイヤの突き出し長は溶接中
にも計測できるので、この情報に基づいて溶接電流の直
接的な制御が可能となり、従前より細かい溶接入熱管理
による精密な溶接条件制御を行うことができる。
The protrusion length from the welding torch can be known from the result of measuring the three-dimensional coordinates of the tip of the welding wire by the method of the above embodiment. If the protrusion length of the welding wire changes, the welding current fluctuates and a good welding result cannot be obtained.However, the protrusion length of the welding wire can be measured even during welding. Control becomes possible, and precise welding condition control can be performed by finer control of welding heat input than before.

【0038】たとえば、図5の左図に表したように、溶
接トーチ1から突き出した溶接ワイヤ12の先端部とワ
ーク4の間に形成された溶接アーク14により、ある溶
接条件下で溶接電流300A、電圧33V、ワイヤ突き
出し長15mmで溶接している間に、図5の右図に表す
ように溶接対象の形状に伴ってワイヤ突き出し長が20
mmに変化すると溶接ワイヤ部分12の電気抵抗が大き
くなって、ワーク4に接地された溶接電源15から接触
電極16を介して供給される溶接電流が280Aに変化
する。
For example, as shown in the left diagram of FIG. 5, a welding arc 14 formed between the tip of the welding wire 12 protruding from the welding torch 1 and the work 4 causes a welding current of 300 A under certain welding conditions. During welding at a voltage of 33 V and a wire protrusion length of 15 mm, as shown in the right diagram of FIG.
mm, the electric resistance of the welding wire portion 12 increases, and the welding current supplied from the welding power source 15 grounded to the workpiece 4 via the contact electrode 16 changes to 280A.

【0039】その結果、溶接対象への入熱量が低下し、
溶接部位の溶け込みが減少するので継手品質が低下す
る。このような場合には、溶接電源を調整して抵抗発熱
による溶接電流低下分を補い必要な入熱量を確保する
か、溶接トーチを溶接対象に近づけワイヤ突き出し長を
元に戻して溶接電流を確保する必要がある。上記の例で
は、ワイヤ突き出し長が20mmのときに電流330
A、電圧34Vに調整すると溶接品質を維持して継手品
質を確保することができた。
As a result, the amount of heat input to the welding object decreases,
The quality of the joint is reduced due to the reduced penetration of the weld. In such a case, adjust the welding power supply to compensate for the decrease in welding current due to resistance heating, or secure the necessary heat input, or secure the welding current by bringing the welding torch closer to the welding target and returning the wire protrusion length to its original length. There is a need to. In the above example, when the wire protrusion length is 20 mm, the current 330
A. When the voltage was adjusted to 34 V, the welding quality was maintained and the joint quality was secured.

【0040】本実施例の溶接位置計測装置ではワイヤ突
き出し長を正確に評価できるので、ワイヤ突き出し長に
基づいた精密な溶接電流制御が可能となり、溶接入熱を
従前より細かく管理する溶接条件制御が可能となる。ま
た、ワイヤ突き出し長と溶接電源の最適な関係を与える
対照表を溶接制御装置に記憶させておくことにより、ワ
イヤ突き出し長を制御変数に取り込んだ自動溶接が可能
となる。なお、ワイヤ突き出し長を算出して溶接トーチ
の位置に帰還制御する方法はより直接的であるため制御
論理が簡単である。
In the welding position measuring apparatus of the present embodiment, the wire protrusion length can be accurately evaluated, so that precise welding current control based on the wire protrusion length is possible, and the welding condition control for managing the welding heat input more finely than before is possible. It becomes possible. In addition, by storing in the welding control device a comparison table that gives the optimum relationship between the wire protrusion length and the welding power source, automatic welding in which the wire protrusion length is taken into the control variables becomes possible. Since the method of calculating the wire protrusion length and performing feedback control to the position of the welding torch is more direct, the control logic is simple.

【0041】さらに、開先位置計測装置3を付帯させて
その情報を取り込んで利用することにより、開先線に沿
った自動倣い溶接を容易に行うことができる。開先位置
計測装置3はレーザ距離計であって、溶接トーチ1に固
定して使用される。レーザ距離計3は、これから溶接し
ようとする部分にレーザビーム31をスキャンしながら
照射し反射光から開先位置・形状を測定して、その結果
を開先位置座標変換部32により物体座標系の座標値で
表現する。制御装置5は1個の物体座標系上に表現され
た溶接ワイヤ先端位置座標情報と開先位置座標情報に基
づいて溶接トーチの位置を制御して開先倣い制御を行う
ことができる。
Further, by automatically attaching the groove position measuring device 3 and taking in the information, the automatic copy welding along the groove line can be easily performed. The groove position measuring device 3 is a laser distance meter, and is used by being fixed to the welding torch 1. The laser range finder 3 irradiates the portion to be welded with a laser beam 31 while scanning it, measures the groove position and shape from the reflected light, and uses the groove position coordinate conversion unit 32 to convert the result into the object coordinate system. Expressed by coordinate values. The control device 5 can control the position of the welding torch based on the welding wire tip position coordinate information and the groove position coordinate information expressed on one object coordinate system to perform groove tracing control.

【0042】なお、上記実施例では、撮像装置2の撮像
部22にCCD素子を用いたものを採用したが、2次元
座標で対象像を表現することができれば各種真空管式撮
像管であってもよい。また、リニア配列されたCCD素
子を使用したものであっても良いことはいうまでもな
い。また、溶接位置を代表するものとして溶接ワイヤの
先端を利用したが、溶接アークその他の溶接位置と密接
に関係するものを利用することもできる。さらに、開先
位置計測装置としてレーザ距離計を用いたが、レーザな
どをスリット光として照射したときに形成される光切断
線を撮像装置で撮影した結果を用いる方法なお、その他
の方法であってもよい。また、視線を表す直線方程式
は、対象となる視線が撮像面上の座標と光学系の主点を
結ぶ線であることを利用した演算により算出することも
できる。
In the above embodiment, a CCD device is used for the image pickup section 22 of the image pickup apparatus 2. However, as long as a target image can be expressed in two-dimensional coordinates, various vacuum tube type image pickup tubes can be used. Good. Further, it is needless to say that a linearly arranged CCD element may be used. In addition, although the tip of the welding wire is used as a representative of the welding position, a welding arc or another material closely related to the welding position may be used. Further, a laser distance meter was used as a groove position measuring device, but a method using a result obtained by photographing a light cutting line formed by irradiating a laser or the like as slit light with an image pickup device. Is also good. Further, the straight line equation representing the line of sight can also be calculated by calculation using the fact that the target line of sight is a line connecting the coordinates on the imaging surface and the principal point of the optical system.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の溶接位置計
測装置や溶接制御装置を用いれば、溶接中の溶接ワイヤ
先端位置をリアルタイムで得ることができるので、これ
を利用して溶接トーチ位置でなく溶接ワイヤ先端位置に
基づいた正確な溶接線倣い制御を行って、欠陥やビード
形状不良が少なく品質の高い溶接をすることができる。
また、溶接ワイヤの突き出し長に基づいて溶接入熱を管
理する溶接条件制御が可能となり、ワイヤ突き出し長の
管理アルゴリズムを溶接制御装置に組み込むことにより
適切な自動溶接が可能となる。
As described above, if the welding position measuring device and the welding control device of the present invention are used, the position of the tip of the welding wire during welding can be obtained in real time. In addition, accurate welding line scanning control based on the welding wire tip position can be performed, and high quality welding can be performed with few defects and bead shape defects.
Further, welding condition control for managing welding heat input based on the protrusion length of the welding wire can be performed, and appropriate automatic welding can be performed by incorporating a wire protrusion length management algorithm into the welding control device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の溶接位置計測装置の1実施例を示す構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a welding position measuring device of the present invention.

【図2】本実施例における計測原理を説明する斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a measurement principle in the present embodiment.

【図3】本実施例の構成を説明するブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the present embodiment.

【図4】本実施例における座標変換の手法を説明する概
念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a coordinate conversion method according to the present embodiment.

【図5】本実施例において溶接条件を調整する概念を説
明する図面である。
FIG. 5 is a view for explaining the concept of adjusting welding conditions in the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 溶接トーチ 11 取付け用ブラケット 12 溶接ワイヤ 13 溶接トーチ制御装置 14 溶接アーク 15 溶接電源 16 接触電極 2 撮像装置 21 撮像面 22 撮像部 23 画像処理部 3 開先位置計測装置 31 測定ビーム 32 開先位置座標変換部 4 被溶接部材 5 制御装置 51 演算装置 Reference Signs List 1 welding torch 11 mounting bracket 12 welding wire 13 welding torch control device 14 welding arc 15 welding power source 16 contact electrode 2 imaging device 21 imaging surface 22 imaging unit 23 image processing unit 3 groove position measuring device 31 measuring beam 32 groove position Coordinate conversion unit 4 Member to be welded 5 Controller 51 Calculation unit

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年7月5日(2000.7.5)[Submission date] July 5, 2000 (2007.5.5)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山角 覚 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 飯塚 隆久 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Satoru Sakayama, 118 Futatsuka, Noda-shi, Chiba Kawasaki Heavy Industries Noda Plant (72) Inventor Takahisa Iizuka 118, Futatsuka, Noda-shi, Chiba Kawasaki Heavy Industries Noda Plant

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶接トーチに対して固定した撮像装置と
演算装置を備え、該撮像装置が撮像機構と画像処理機構
を備えて、該撮像機構が前記溶接トーチから突き出して
いるアーク溶接中の溶接ワイヤを撮像し、前記画像処理
機構が前記撮像機構の取得した撮像画像に基づいて撮像
画面中の前記溶接ワイヤ先端の2次元座標値を求め、前
記演算装置が該溶接ワイヤ先端の2次元座標値と前記溶
接トーチの軸が含まれる面の関係に基づいて溶接ワイヤ
先端の3次元位置を算出することにより、溶接位置を推
定する溶接位置計測装置。
1. An arc welding device comprising: an imaging device fixed to a welding torch; and an arithmetic device, wherein the imaging device includes an imaging mechanism and an image processing mechanism, and the imaging mechanism protrudes from the welding torch during arc welding. The image processing mechanism obtains a two-dimensional coordinate value of the tip of the welding wire in the imaging screen based on the captured image acquired by the imaging mechanism, and the arithmetic unit calculates the two-dimensional coordinate value of the tip of the welding wire. A welding position measuring device for estimating a welding position by calculating a three-dimensional position of a tip of a welding wire based on a relationship between the welding torch axis and a plane including the axis of the welding torch.
【請求項2】前記撮像装置がそれぞれ分光感度特性の異
なるフィルタを備えて感度の異なる複数の撮像機構をそ
れぞれ溶接部位をほぼ同じ方向から撮影するように配置
したものであって、前記画像処理機構が各撮像機構で取
得した画像情報を合成した合成画像を生成することを特
徴とする請求項1記載の溶接位置計測装置。
2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein said image pickup device includes filters having different spectral sensitivity characteristics, and a plurality of image pickup mechanisms having different sensitivities are arranged so as to respectively photograph the welding portion from substantially the same direction. 2. The welding position measuring device according to claim 1, wherein the generating unit generates a composite image in which the image information acquired by each imaging mechanism is combined.
【請求項3】 前記演算装置が、前記溶接ワイヤ先端の
撮像画面中の2次元位置M(m,m)と空間におけ
る3次元位置R(r,r,r)がαを媒介変数と
して6点以上の既知点の撮像結果に基づいて算出された
カメラパラメータC(cij(ただしi=1〜3,j=
1〜4))により下式で関連付けられていることを利用
して前記溶接ワイヤ先端と撮像装置の主点を結ぶ直線を
算出することを特徴とする請求項1または2記載の溶接
位置計測装置。 【数1】
3. The arithmetic unit determines that the two-dimensional position M (m 1 , m 2 ) of the tip of the welding wire in the imaging screen and the three-dimensional position R (r 1 , r 2 , r 3 ) in space are α. Camera parameters C (c ij (where i = 1 to 3, j =
The welding position measuring device according to claim 1, wherein a straight line connecting the tip of the welding wire and the principal point of the image pickup device is calculated by using the relations of the following formulas according to 1) to 4)). . (Equation 1)
【請求項4】 前記撮像画面中の溶接ワイヤの径に基づ
いて前記溶接トーチの軸が含まれる面からの距離を推定
して溶接ワイヤ先端の3次元位置を算出することを特徴
とする請求項1から3のいずれかに記載の溶接位置計測
装置。
4. A three-dimensional position of a tip of the welding wire by estimating a distance from a plane including an axis of the welding torch based on a diameter of the welding wire in the imaging screen. The welding position measuring device according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の溶接
位置計測装置と制御装置を備え、前記溶接位置計測装置
により算出された溶接ワイヤの3次元位置から溶接ワイ
ヤの突き出し長を算出し該突き出し長に基づいて溶接条
件を制御することを特徴とする溶接制御装置。
5. A welding position measuring device and a control device according to claim 1, wherein a projection length of the welding wire is calculated from a three-dimensional position of the welding wire calculated by the welding position measuring device. A welding control device for controlling welding conditions based on the protrusion length.
【請求項6】 さらに開先位置測定装置を備え、該開先
位置測定装置により計測される開先位置と前記溶接位置
計測装置により推定された溶接位置に基づいて開先倣い
制御を行うことを特徴とする請求項5記載の溶接制御装
置。
6. A groove tracing control based on a groove position measured by the groove position measuring device and a welding position estimated by the welding position measuring device. The welding control device according to claim 5, wherein:
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