JP2006200899A - 開先計測方法、開先計測装置および開先計測システム - Google Patents
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- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
- B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
- B23K9/1274—Using non-contact, optical means, e.g. laser means
Abstract
【解決手段】 一の板状体2に重ね隅肉溶接される状態に配置された他の板状体3の開先位置を計測する開先計測方法であって、他の板状体3の開先4を横切るように両板状体2、3に亘ってスリット光14を照射し、各板状体2、3上に投映されるスリット光画像14aを識別可能に撮影して二次元画像情報として取得し、当該二次元画像情報のそれぞれを予め設定された三次元変換パラメータを用いて三次元画像情報に変換し、前記各スリット光画像14aに対応する三次元画像情報と、前記両板状体2、3の少なくとも形状および配置から決まる各三次元画像間の相対位置関係に関する相対位置関係情報とに基づいて、前記他の板状体3の開先位置を算出する。
【選択図】 図10
Description
その結果、計測点の数が少なくても、回転テーブル11aの所望の補正回転角度に対応する被溶接物3の三次元開先位置を容易に推定することが可能となる。これにより前記回転装置11の回転速度に拘わらず、回転テーブル11aの所望の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を得ることが可能となる。以上により被溶接物3の三次元開先位置を迅速にかつ精度良く計測することが可能となる。
式(5)を用いて、R、D側スリット光画像104、105にそれぞれ対応する三次元画像情報の細線化データから算出された近似直線式を
a・Y+b・Z=c …(6)
とすると、この近似直線に垂直な近似直線の式は、式(7)で与えられる。
なお、ここでは、式(6)で表される直線に垂直な直線を算出する例を示しているが、これに限定されることなく、式(6)で表される直線に任意の角度で交差しうる直線の式も算出することができる。
2…中空円筒体
3…中空円筒体(被溶接物)
4…開先
4a…開先面
5…被溶接物の内面の開先面側の角部
10…開先計測システム
11…回転装置
11a…回転テーブル
11b…駆動装置
11c…回転角度計測装置
12…開先計測センサ(開先計測装置)
13…位置決め装置
14…スリット光
14a…スリット光画像
15…照射装置
16…画像取得装置
17…アーム
COM…演算処理装置
18…入力装置
19…演算装置
20…記憶装置
21…出力装置
22…バッファ
23…位相遅れ補正部
24…変換部
25…補間部
26…判定部
27…平均・分散算出部
28…回転速度変更部
29…センサ異常検出部
30…キャリブレーションプレート
31…光画像
50…演算処理装置
51…入力装置
52…演算装置
53…記憶装置
54…出力装置
55…三次元変換部
56…算出部
57…切り換え部
Claims (24)
- 一の板状体に重ね隅肉溶接される状態に配置された他の板状体の開先位置を計測する開先計測方法であって、
他の板状体の開先面を横切るように両板状体に亘ってスリット光を照射する照射工程と、
各板状体上に投映されるスリット光画像を識別可能に撮影して二次元画像情報として取得する二次元画像取得工程と、
当該二次元画像情報を予め設定された三次元変換パラメータを用いて三次元画像情報に変換する三次元変換工程と、
前記スリット光画像に対応する三次元画像情報と、前記両板状体の少なくとも形状および配置から決まる三次元画像間の相対位置関係に関する相対位置関係情報とに基づいて、前記他の板状体の開先位置を算出する算出工程とを有する、開先計測方法。 - 前記他の板状体の開先面が前記各板状体のスリット光照射側の面とそれぞれ略直角に形成される場合において、
前記照射工程が、前記スリット光を前記他の板状体の開先面と略同じ高さから開先面と略平行に照射する工程を有し、
前記二次元画像取得工程が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と、前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、第一スリット光画像と第二スリット光画像とを撮影して、これら両画像を二次元画像情報として取得する工程を有し、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出工程が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する工程と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する工程と、
前記第二近似直線式に基づいて前記第二近似直線の開先側の端点に対応する端点位置を算出する工程と、
当該端点位置を通り、かつ第二近似直線と略垂直であって前記第一近似直線と交差しうる第三近似直線の第三近似直線式を算出する工程と、
前記第一近似直線式および前記第三近似直線式に基づいて前記第一近似直線と第三近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する工程とを有する、請求項1記載の開先計測方法。 - 前記他の板状体の開先面が前記各板状体のスリット光照射側の面とそれぞれ略直角に形成される場合において、
前記照射工程が、前記スリット光を前記他の板状体の開先面に対して斜め上方から照射する工程を有し、
前記二次元画像取得工程が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ前記他の板状体の開先面上に投映される第三スリット光画像が前記表示画面上で前記第一スリット光画像および第二スリット光画像の間に亘って配置されるように、第一スリット光画像、第二スリット光画像および第三スリット光画像を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得する工程を有し、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出工程が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する工程と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する工程と、
前記第三スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて、第三スリット光画像上の予め設定された設定点の設定点位置を算出する工程と、
前記第二近似直線に略垂直で設定点位置を通る第四近似直線の第四近似直線式を算出する工程と、
前記第一近似直線式および前記第四近似直線式に基づいて、前記第一近似直線と前記第四近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する工程とを有する、請求項1記載の開先計測方法。 - 前記他の板状体の開先面が他の板状体のスリット光照射側の面と所定角度をなしている場合において、
前記二次元画像取得工程が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と、前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ前記他の板状体の開先面上に投映される第三スリット光画像が前記表示画面上において前記第一スリット光画像および第二スリット光画像の間に亘って配置されるように、第一スリット光画像、第二スリット光画像および第三スリット光画像を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得する工程を有し、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出工程が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する工程と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する工程と、
前記第一近似直線式に基づいて前記第一近似直線の開先側の第一端点に対応する第一端点位置を算出する工程と、
前記第二近似直線式に基づいて前記第二近似直線の開先側の第二端点に対応する第二端点位置を算出する工程と、
前記第三スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて前記第一端点位置と第二端点位置との間の第三スリット光画像を直線近似した第五近似直線の第五近似直線式を算出する工程と、
前記第一近似直線式および前記第五近似直線式に基づいて前記第一近似直線と第五近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する工程とを有する、請求項1記載の開先計測方法。 - 一の板状体に重ね隅肉溶接される状態に配置された他の板状体の開先位置を計測する開先計測装置であって、
他の板状体の開先面を横切るように両板状体に亘ってスリット光を照射する照射手段と、
各板状体上に投映されるスリット光画像を識別可能に撮影して二次元画像情報として取得する二次元画像取得手段と、
当該二次元画像情報を予め設定された三次元変換パラメータを用いて三次元画像情報に変換する三次元変換手段と、
前記各スリット光画像に対応する三次元画像情報と、前記両板状体の少なくとも形状および配置から決まる三次元画像間の相対位置関係に関する相対位置関係情報とに基づいて前記他の板状体の開先位置を算出する算出手段とを有する、開先計測装置。 - 前記他の板状体の開先面が前記各板状体のスリット光照射側の面とそれぞれ略直角に形成される場合において、
前記照射手段が、前記スリット光を前記他の板状体の開先面と略同じ高さから開先面と略平行に照射するように構成されており、
前記二次元画像取得手段が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と、前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、第一スリット光画像と第二スリット光画像とを撮影して、これら両画像を二次元画像情報として取得するように構成されており、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出手段が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する手段と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する手段と、
前記第二近似直線式に基づいて前記第二近似直線の開先側の端点に対応する端点位置を算出する手段と、
当該端点位置を通り、かつ第二近似直線と略垂直であって前記第一近似直線と交差しうる第三近似直線の第三近似直線式を算出する手段と、
前記第一近似直線式および前記第三近似直線式に基づいて前記第一近似直線と第三近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する手段とを備えてなる、請求項5記載の開先計測装置。 - 前記他の板状体の開先面が前記各板状体のスリット光照射側の面とそれぞれ略直角に形成される場合において、
前記照射手段が、前記スリット光を前記他の板状体の開先面に対して斜め上方から照射するように構成されており、
前記二次元画像取得手段が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ前記他の板状体の開先面上に投映される第三スリット光画像が前記表示画面上で前記第一スリット光画像および第二スリット光画像の間に亘って配置されるように、第一スリット光画像、第二スリット光画像および第三スリット光画像を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得するように構成されており、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出手段が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する手段と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する手段と、
前記第三スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて、第三スリット光画像上の予め設定された設定点の設定点位置を算出する手段と、
前記第二近似直線に略垂直で設定点位置を通る第四近似直線の第四近似直線式を算出する手段と、
前記第一近似直線式および前記第四近似直線式に基づいて、前記第一近似直線と前記第四近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する手段とを備えてなる、請求項5記載の開先計測装置。 - 前記他の板状体の開先面が前記他の板状体のスリット光照射側の面と所定角度をなしている場合において、
前記二次元画像取得手段が、前記一の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第一スリット光画像と、前記他の板状体のスリット光照射側の面上に投映される第二スリット光画像とが同一表示画面上で互いに所定距離を隔てて略平行に配置されるように、かつ前記他の板状体の開先面上に投映される第三スリット光画像が前記表示画面上において前記第一スリット光画像および第二スリット光画像の間に亘って配置されるように、第一スリット光画像、第二スリット光画像および第三スリット光画像を撮影して、これらの画像を二次元画像情報として取得するように構成されており、
前記相対位置関係情報に基づいた前記算出手段が、
前記第一スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第一スリット光画像を直線近似した第一近似直線の第一近似直線式を算出する手段と、
前記第二スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて第二スリット光画像を直線近似した第二近似直線の第二近似直線式を算出する手段と、
前記第一近似直線式に基づいて前記第一近似直線の開先側の第一端点に対応する第一端点位置を算出するとともに、前記第二近似直線式に基づいて前記第二近似直線の開先側の第二端点に対応する第二端点位置を算出する手段と、
前記第三スリット光画像に対応する三次元画像情報に基づいて、前記第一端点位置と第二端点位置との間の第三スリット光画像を直線近似した第五近似直線の第五近似直線式を算出する手段と、
前記第一近似直線式および前記第五近似直線式に基づいて前記第一近似直線と第五近似直線との交点位置を前記他の板状体の開先位置として算出する手段とを備えてなる、請求項5記載の開先計測装置。 - 前記照射手段および前記二次元画像取得手段が一体にまたは別体に構成されており、
前記相対位置関係情報に基づいて、前記照射手段および前記二次元画像取得手段を一体的にまたは別個に前記他の板状体の開先面に対して傾動させる傾動手段を備えてなる、請求項5記載の記載の開先計測装置。 - 前記照射手段および前記二次元画像取得手段がレーザセンサである、請求項5記載の開先計測装置。
- 少なくとも請求項6、請求項7および請求項8に記載の開先計測装置を備えており、
当該複数の開先計測装置のうちから、計測対象の板状体に対応した開先計測装置を選択して切り換えるためのユーザによる入力を受け付ける受付手段と、
当該入力に基づいた開先計測装置を選択して切り換えるための切り換え手段とを備えてなる、開先計測装置。 - 前記複数の開先計測装置が一体にまたは別体に形成されてなる、請求項11記載の開先計測装置。
- 中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、
前記被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を算出する開先計測センサと、
前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めする位置決め装置と、
前記被溶接物を軸心線が回転装置の回転軸心線と略一致するように配置して、前記位置決め装置によって位置決めされた開先計測センサに対して被溶接物を回転させる回転装置と、
当該回転装置の回転軸心線を中心とする回転角度を計測する回転角度計測装置と、
前記開先計測センサと前記回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記回転角度計測装置から前記回転装置の回転角度に関する回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第一受付手段と、
前記回転角度情報を前記第一受付手段で受け付けた第一受付時間と関連付けて格納する第一バッファと、
少なくとも前記回転装置の回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報の回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第一バッファに格納された回転角度情報とに基づいて、前記第一受付時間の位相遅れ時間前に対応する前記回転装置の回転角度を補正回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、
前記三次元開先位置を、前記位置決め装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える、開先計測システム。 - 前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、補正回転角度間の補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置を補間する第一補間手段をさらに備える、請求項13記載の開先計測システム。
- 前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正回転角度と1つ前の補正回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置情報が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第一判定手段をさらに備えており、
当該第一判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正回転角度に基づいて、少なくとも第一判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間すべくなしてある、請求項13記載の開先計測システム。 - 複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、
ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第二受付手段と、
複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正回転角度および当該補正回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第一平均・分散算出手段と、
前記第二受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第一回転速度変更手段とをさらに備える、請求項13記載の開先計測システム。 - 前記位置決め装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付けてなる、請求項13記載の開先計測システム。
- 前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体であり、
前記開先計測センサが請求項5ないし12のいずれかに記載の開先計測装置である、請求項13記載の開先計測システム。 - 中空円筒状に形成された被溶接物の軸方向端部に形成された開先面上の開先位置を計測する開先計測システムであって、
前記被溶接物を、被溶接物の軸心線と載置面の中心を載置面の垂直方向に通る中心線とが略一致するように載置して固定する載置台と、
当該載置台上の被溶接物の開先面を横切るようにスリット光または走査可能なスポット光を照射して、被溶接物上に投映された光画像を撮影し、当該光画像に関連する画像情報に基づいて被溶接物の三次元開先位置を計測するように構成された開先計測センサと、
前記開先計測センサを支持するとともに、当該開先計測センサを前記被溶接物の三次元開先位置の計測が可能な位置に位置決めして、前記被溶接物の軸心線を中心に公転または自転させるセンサ回転装置と、
当該センサ回転装置の回転軸心線を中心とするセンサ回転角度を計測するセンサ回転角度計測装置と、
前記開先計測センサと前記センサ回転角度計測装置とに通信可能に接続されており、前記開先計測センサから前記被溶接物の三次元開先位置に関する三次元開先位置情報を、また前記センサ回転角度計測装置から前記センサ回転装置のセンサ回転角度に関するセンサ回転角度情報を、所定時間間隔で同時に受け付ける第三受付手段と、
前記センサ回転角度情報を前記第三受付手段で受け付けた第二受付時間と関連付けて格納する第二バッファと、
少なくとも前記センサ回転装置のセンサ回転速度および前記開先計測センサの画像処理速度に起因する前記三次元開先位置情報のセンサ回転角度情報に対する位相遅れ時間と、前記第二バッファに格納されたセンサ回転角度情報とに基づいて、前記第二受付時間の位相遅れ時間前の前記センサ回転装置のセンサ回転角度を補正センサ回転角度として算出する位相遅れ補正手段と、
前記三次元開先位置を、前記センサ回転装置の座標系から前記被溶接物の軸心線を基軸とする座標系に変換する変換手段とを備える、開先計測システム。 - 前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、補正センサ回転角度間の被溶接物の三次元開先位置を補間する第二補間手段をさらに備える、請求項19記載の開先計測システム。
- 前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、現補正センサ回転角度と1つ前の補正センサ回転角度との間の被溶接物の三次元開先位置の変動値が予め設定された設定変動値より大きいか否かを判定する手段と、当該変動値が設定変動値を超える場合に当該被溶接物の三次元開先位置が異常であると判定する手段と、当該異常であると判定された三次元開先位置情報を、それぞれの値に応じてグループ分けする手段と、各グループ内の三次元開先位置情報の個数を比較する手段と、当該個数が最も多いグループの属する三次元開先位置情報を正常であると判定する手段とを有する第二判定手段をさらに備えており、
当該第二判定手段によって正常であると判定された被溶接物の三次元開先位置、および、この三次元開先位置に対応する補正センサ回転角度に基づいて、第二判定手段によって異常であると判定された被溶接物の三次元開先位置を補間すべくなしてある、請求項19記載の開先計測システム。 - 複数の被溶接物の開先位置を順次計測する場合であって、
ユーザによる被溶接物の品種変更に関する品種変更入力を受け付ける第四受付手段と、
複数の同一品種の被溶接物に対して得られた前記補正センサ回転角度および当該補正センサ回転角度に対応する被溶接物の三次元開先位置に基づいて、それぞれの被溶接物の同一補正センサ回転角度に対応する複数の三次元開先位置の平均値と分散値とを算出する第二平均・分散算出手段と、
前記第四受付手段がユーザによる被溶接物の品種変更入力を受け付けた場合に、その後に順次算出される前記平均値および分散値に基づいて、前記回転装置に対して回転速度の変更指令をする第二回転速度変更手段とをさらに備える、請求項19記載の開先計測システム。 - 前記センサ回転装置が一または複数の可動アームを有するロボットであり、前記可動アームの先端部に前記開先計測センサを取り付けてなる、請求項19記載の開先計測システム。
- 前記被溶接物が円筒状に形成された一の板状体の内面に重ね隅肉溶接される円筒状に形成された他の板状体であり、
前記開先計測センサが請求項5ないし12のいずれかに記載の開先計測装置である、請求項19記載の開先計測システム。
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