JP2007275952A - Non-contact automatic method for detecting welding line and apparatus therefor - Google Patents

Non-contact automatic method for detecting welding line and apparatus therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a non-contact automatic method for detecting a welding line and an apparatus therefor, that can improve detection accuracy by reducing effects on sensing caused by change in the automatic detecting environment. <P>SOLUTION: This invention is a method for automatically detecting the welding line of a workpiece in a non-contact state using a laser beam. The method is characterized in that it includes: a step of emitting a laser beam to the workpiece for welding and receiving the reflection light; a step of determining the three-dimensional coordinate of the workpiece based on the laser beam received and storing it in a storage means; a step of calculating the intensity of the laser beam received; a step of adjusting the irradiation intensity and receiving sensitivity of the laser beam based on the calculated receiving intensity of the laser beam; a step of judging the continuity of the laser beam irradiation; and a step of calculating, after completion of the laser beam irradiation, the welding line of the workpiece on the basis of the three-dimensional coordinate data stored in the storage means. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、切断、接合、塗装、配材、取付け等を自動的に行う際に、対象点を被接触で自動検出する方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for automatically detecting a target point in a contacted manner when automatically performing cutting, joining, painting, distributing, attaching and the like.

従来、『溶接位置をより迅速に、より正確に求める』技術として、『投影手段１０は、被溶接体とトーチとの位置関係を判定するのに好適な形状の所定の投影映像を被溶接体の表面に投影する。画像解析手段２０は、撮像手段１４により撮像された前記投影映像に対する所定の画像解析処理を行って、トーチ３と被溶接体との位置関係を判定して、これにより溶接位置を求める。従って、被溶接体に非接触で、効果的に、より迅速に又より正確に溶接位置を求めることができる。』というものがある（特許文献１）。
また、『光沢のある部材に対しても隅肉溶接位置およびギャップ長をスリット光を用いて精度よく検出する』技術として、『光学的センサ３０から、スリット光２５を部材２１，２２の溶接部２３に照射し、スリット光像３１，３２をカメラ２６で撮像する。光源２４とカメラ２６とは、スリット光像３１，３２とその二次反射光像３３，３４とが離れるような角度に設定する。カメラ２６が撮像する画像は、画像入力部４２を含む画像処理ボードで対応する直線に変換され、ＣＰＵボード４６で交点とギャップ長とが求められる。
』というものがある（特許文献２）。
さらには、『溶接ロボットによる溶接に際し、溶接部材位置を非接触で高精度かつ高速に認識する方法及び装置に関するもので、従来のような溶接線のずれによる溶接不良を直すための補修を要することなく高品質で高能率な溶接を可能とした』技術として、『母材１上に溶接すべき部材２をセットし、溶接ロボット３で自動溶接するに際し、部材２を撮像するＣＣＤカメラ４とこの画像を入力して処理する画像処理装置５により正面及び側面の２方向から部材を撮像した画像を利用したパターンマッチング法を用いてその部材の取り付け位置ずれを３次元的に検出し、その事前に教示された溶接開始点や終了点を補正して溶接するもの。』というものがある（特許文献３）。
特開平５−７７０４６号公報（要約） 特開平１１−３３７２５号公報（要約） 特開平９−１３３８号公報（要約） Conventionally, as a technique for “determining the welding position more quickly and accurately”, “the projection means 10 displays a predetermined projection image having a shape suitable for determining the positional relationship between the object to be welded and the torch. Project onto the surface of the. The image analysis means 20 performs a predetermined image analysis process on the projection image picked up by the image pickup means 14 to determine the positional relationship between the torch 3 and the welded body, thereby obtaining the welding position. Therefore, the welding position can be obtained effectively, more quickly and more accurately without contact with the workpiece. (Patent Document 1).
Further, as a technique of “detecting fillet welding position and gap length with high accuracy using a slit light even for a glossy member”, “slit light 25 from the optical sensor 30 is welded to the members 21 and 22. 23, and slit light images 31 and 32 are captured by the camera 26. The light source 24 and the camera 26 are set at such an angle that the slit light images 31 and 32 and the secondary reflected light images 33 and 34 are separated from each other. An image captured by the camera 26 is converted into a corresponding straight line by an image processing board including the image input unit 42, and an intersection point and a gap length are obtained by the CPU board 46.
(Patent Document 2).
Furthermore, “It relates to a method and apparatus for recognizing the position of a welding member in a non-contact manner with high accuracy and high speed at the time of welding by a welding robot. As a technology that enables high quality and high efficiency welding, a CCD camera 4 that images the member 2 when the member 2 to be welded is set on the base material 1 and is automatically welded by the welding robot 3, and this The image processing apparatus 5 that inputs and processes the image detects the displacement of the attachment position of the member three-dimensionally using a pattern matching method using an image obtained by imaging the member from the front and side directions. Welding by correcting the taught welding start and end points. (Patent Document 3).
JP-A-5-77046 (summary) JP 11-33725 A (summary) Japanese Patent Laid-Open No. 9-1338 (Abstract)

上記の従来技術は、スリットレーザーをＣＣＤ素子で受光することにより、溶接対象箇所を自動的に検出するものである。これらの技術を用いる場合は、溶接対象物の表面状態が良好であること、レーザー光による自動検出に適した検出環境にて検出を行うこと、といった条件の下で、検出を行う必要がある。   The above-described conventional technology automatically detects a welding target portion by receiving a slit laser with a CCD element. When these techniques are used, it is necessary to perform detection under conditions such that the surface state of the welding object is good and detection is performed in a detection environment suitable for automatic detection using laser light.

しかしながら、例えばサイズの大きい扉や、明り取り窓を備えた天井が存在する工場において、上記のようなレーザー光を用いた溶接対象箇所の自動検出を行う場合、天候や太陽の位置、天井窓の開閉などによって、溶接対象箇所の光量が変化し、レーザー光と溶接対象箇所の光量とが相互に影響しあうことにより、検出の精度が低下するというケースがある。
これは、例えばレーザーの反射光を受光できなかったり、受光時にノイズ成分を拾ってしまったりすることによる、溶接対象箇所のセンシングミスとなって現出する。
本発明は、こうした自動検出環境の変化によるセンシングへの影響を低減して、検出精度を向上することができる、溶接線の非接触自動検出方法及びその装置を得ることを目的としている。 However, for example, in a factory where there is a large door or a ceiling with a light window, when performing automatic detection of the welding target location using laser light as described above, the weather, the position of the sun, the opening and closing of the ceiling window In some cases, the amount of light at the welding target portion changes, and the laser light and the amount of light at the welding target portion interact with each other, thereby reducing the detection accuracy.
This appears as a sensing error at a welding target location, for example, when the reflected light of the laser cannot be received or a noise component is picked up at the time of light reception.
An object of the present invention is to provide a welding line non-contact automatic detection method and apparatus capable of reducing the influence on sensing due to such a change in the automatic detection environment and improving detection accuracy.

本発明に係る溶接線の非接触自動検出方法は、
溶接対象物の溶接線を、レーザー光を用いて非接触で自動検出する方法であって、
前記溶接対象物にレーザー光を照射し、反射光を受光するステップと、
受光したレーザー光を基に、前記溶接対象物の３次元座標を算出して記憶手段に格納するステップと、
受光したレーザー光の強度を算出するステップと、
算出したレーザー光の受光強度を基に、レーザー光の照射強度と受光感度を調整する調整ステップと、
レーザー光照射を継続するか否かを判断するステップと、
レーザー光照射が終了した後に、前記記憶手段に格納された３次元座標データを基に、前記溶接対象物の溶接線を算出する溶接線算出ステップと
を有することを特徴とするものである。 The non-contact automatic detection method of a weld line according to the present invention is
A method of automatically detecting a welding line of a welding object in a non-contact manner using a laser beam,
Irradiating the welding object with laser light and receiving reflected light; and
Calculating the three-dimensional coordinates of the welding object based on the received laser light and storing it in the storage means;
Calculating the intensity of the received laser beam;
An adjustment step for adjusting the irradiation intensity and light receiving sensitivity of the laser light based on the calculated light receiving intensity of the laser light,
Determining whether or not to continue laser light irradiation; and
A welding line calculating step of calculating a welding line of the welding object on the basis of the three-dimensional coordinate data stored in the storage means after the end of the laser beam irradiation.

また、前記調整ステップにおいては、
所定の基準受光強度と、算出したレーザー光の受光強度との比を基準として、受光強度が前記基準受光強度に近づくように、レーザー光の照射強度と受光感度を調整することを特徴とするものである。 In the adjustment step,
The laser light irradiation intensity and light reception sensitivity are adjusted so that the light reception intensity approaches the reference light reception intensity based on the ratio of the predetermined reference light reception intensity and the calculated laser light reception intensity. It is.

また、前記溶接線算出ステップは、
前記記憶手段に格納された３次元座標データの中から、検出対象点近傍の座標データを絞り込んで抽出するステップと、
前記３次元座標データを基に、前記溶接対象物の平面方程式を算出する平面算出ステップと、
前記平面方程式で表される平面の交線を算出するステップと、
前記３次元座標データの中から、算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出するステップと、
絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、算出した交線上へ投影し、当該投影点を端点として算出するステップと
を有することを特徴とするものである。 The welding line calculating step includes:
Extracting and extracting coordinate data in the vicinity of the detection target point from the three-dimensional coordinate data stored in the storage means;
A plane calculating step for calculating a plane equation of the welding object based on the three-dimensional coordinate data;
Calculating an intersection line of planes represented by the plane equation;
Extracting and extracting coordinate data in the vicinity of the calculated intersection line from the three-dimensional coordinate data;
And projecting a point corresponding to the end data from the narrowed down coordinate data onto the calculated intersection line, and calculating the projection point as an end point.

また、前記平面算出ステップにおいては、
平面検出ハフ変換を用いて、前記溶接対象物の平面方程式を算出することを特徴とするものである。 In the plane calculation step,
A plane equation of the welding object is calculated using plane detection Hough transform.

また、本発明に係る溶接線の非接触自動検出装置は、
溶接対象物にレーザー光を照射する照射手段と、
前記照射手段が照射したレーザー光の反射光を受光する受光手段と、
前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整する調整手段と、
前記溶接対象物の３次元座標を格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された３次元座標に基づき、前記溶接対象物の溶接線を算出する演算手段と
を有することを特徴とするものである。 Moreover, the non-contact automatic detection device for a weld line according to the present invention is:
An irradiation means for irradiating a welding object with a laser beam;
A light receiving means for receiving reflected light of the laser light emitted by the irradiation means;
An adjusting means for adjusting the irradiation intensity of the irradiation means and the light receiving sensitivity of the light receiving means;
Storage means for storing the three-dimensional coordinates of the welding object;
And calculating means for calculating a weld line of the welding object based on the three-dimensional coordinates stored in the storage means.

また、前記演算手段は、
前記受光手段が受光したレーザー光を基に、前記溶接対象物の３次元座標を算出して前記記憶手段に格納し、
前記受光手段が受光したレーザー光の強度を算出し、
算出したレーザー光の受光強度を基に、前記調整手段に対して、前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整するように指示を出し、
レーザー光照射を継続するか否かを判断し、
レーザー光照射が終了した後に、前記記憶手段に格納された３次元座標データを基に、前記溶接対象物の溶接線を算出することを特徴とするものである。 Further, the calculation means includes:
Based on the laser light received by the light receiving means, the three-dimensional coordinates of the welding object are calculated and stored in the storage means,
Calculate the intensity of the laser beam received by the light receiving means,
Based on the calculated light reception intensity of the laser beam, the adjustment means is instructed to adjust the irradiation intensity of the irradiation means and the light reception sensitivity of the light reception means,
Determine whether to continue laser light irradiation,
After the laser light irradiation is completed, a welding line of the welding object is calculated based on the three-dimensional coordinate data stored in the storage means.

また、前記調整手段は、
所定の基準受光強度と、算出したレーザー光の受光強度との比を基準として、受光強度が前記基準受光強度に近づくように、レーザー光の照射強度と受光感度を調整することを特徴とするものである。 The adjusting means includes
The laser light irradiation intensity and light reception sensitivity are adjusted so that the light reception intensity approaches the reference light reception intensity based on the ratio of the predetermined reference light reception intensity and the calculated laser light reception intensity. It is.

また、前記演算手段は、
前記溶接対象物の溶接線を算出する際には、
前記記憶手段に格納された３次元座標データの中から、検出対象点近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
前記３次元座標データを基に、前記溶接対象物の平面方程式を算出し、
前記平面方程式で表される平面の交線を算出し、
前記３次元座標データの中から、算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、算出した交線上へ投影し、当該投影点を端点として算出する
ことを特徴とするものである。 Further, the calculation means includes:
When calculating the weld line of the welding object,
From the three-dimensional coordinate data stored in the storage means, the coordinate data near the detection target point is narrowed down and extracted,
Based on the three-dimensional coordinate data, a plane equation of the welding object is calculated,
Calculate the intersection line of the plane represented by the plane equation,
From the three-dimensional coordinate data, the coordinate data near the calculated intersection line is narrowed down and extracted,
A point corresponding to the end data among the narrowed down coordinate data is projected onto the calculated intersection line, and the projection point is calculated as an end point.

また、前記演算手段は、
前記溶接対象物の平面方程式を算出する際には、
平面検出ハフ変換を用いて、前記溶接対象物の平面方程式を算出することを特徴とするものである。 Further, the calculation means includes:
When calculating the plane equation of the welding object,
A plane equation of the welding object is calculated using plane detection Hough transform.

本発明に係る溶接線の非接触自動検出方法及びその装置によれば、
画像認識を用いた手法による自動検出ではセンシングミスが発生していた溶接対象物でも、センシングミスの発生確率を低減することができる。また、レーザー光のハレーションや強度不足等が検出精度に及ぼす影響を低減することができる。 According to the non-contact automatic detection method and apparatus for welding lines according to the present invention,
The automatic detection by the technique using image recognition can reduce the probability of occurrence of a sensing error even for a welding object in which a sensing error has occurred. In addition, it is possible to reduce the influence of laser light halation, insufficient intensity, etc. on detection accuracy.

図１は、本発明の実施の形態に係る溶接線の非接触自動検出装置の全体構成図を示すものである。
図１に示す非接触自動検出装置１００は、本実施の形態に係る溶接線の非接触自動検出装置である。
非接触自動検出装置１００は、演算手段１０１、記憶手段１０２、調整手段１０３、レーザートラッキングセンサ１０６を有する。
非接触自動検出装置１００とレーザートラッキングセンサ１０６は、信号線１０４とモータ線１０５で接続されている。
図１においては、溶接対象物１０７は、溶接線１０８で接しており、溶接線１０８が本実施の形態における自動検出対象である。
レーザートラッキングセンサ１０６は、溶接対象物１０７にレーザー光１０９を照射し、内蔵する受光部（図２で後述）が反射光を受光する。
調整手段１０３は、演算手段１０１の指示に基づき、レーザートラッキングセンサ１０６のレーザー照射強度及び受光部の受光感度を調整する。
記憶手段１０２は、レーザートラッキングセンサ１０６が受光した反射光に基づき演算手段１０１が算出する、溶接対象物１０７の３次元座標を格納する。
演算手段１０１は、非接触自動検出装置１００全体の動作を制御するとともに、記憶手段１０２に格納された３次元座標に基づき、溶接線１０８を算出する。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a non-contact automatic detection apparatus for welding lines according to an embodiment of the present invention.
A non-contact automatic detection device 100 shown in FIG. 1 is a non-contact automatic detection device for a weld line according to the present embodiment.
The non-contact automatic detection apparatus 100 includes a calculation unit 101, a storage unit 102, an adjustment unit 103, and a laser tracking sensor 106.
The non-contact automatic detection device 100 and the laser tracking sensor 106 are connected by a signal line 104 and a motor line 105.
In FIG. 1, a welding object 107 is in contact with a welding line 108, and the welding line 108 is an automatic detection target in the present embodiment.
The laser tracking sensor 106 irradiates the welding object 107 with a laser beam 109, and a built-in light receiving unit (described later in FIG. 2) receives the reflected light.
The adjusting unit 103 adjusts the laser irradiation intensity of the laser tracking sensor 106 and the light receiving sensitivity of the light receiving unit based on an instruction from the calculating unit 101.
The storage unit 102 stores the three-dimensional coordinates of the welding object 107 calculated by the calculation unit 101 based on the reflected light received by the laser tracking sensor 106.
The calculation means 101 controls the operation of the entire non-contact automatic detection device 100 and calculates the weld line 108 based on the three-dimensional coordinates stored in the storage means 102.

図２は、図１のレーザートラッキングセンサ１０６の内部構成を示すものである。
レーザー発信器２０１は、調整手段１０３が指示する強度でレーザー光を出力し、ガルバノミラー２０２に照射する。
ガルバノミラー２０２は、レーザービームスキャンなどに用いられるミラーであり、ミラーに軸を付けて、電気信号に応じてミラーの回転角を変えられるようにした、レーザー光の偏向器である。レーザー発信器２０１が照射した光は、ガルバノミラー２０２で反射され、照射点２０３に到達する。本実施の形態においては、照射点２０３は図１の溶接対象物１０７の表面である。
なお、ガルバノミラー２０２の駆動は、図示しないモータによってなされ、駆動指示はモータ線１０５を介して、演算手段１０１が行う。
レーザー光は、照射点２０３で反射し、レーザートラッキングセンサ１０６に戻ってくる。
受光素子２０４は、反射光を受光する。受光したレーザー光は、受光素子２０４により受光信号に変換され、信号線１０４を介して演算手段１０１に戻される。 FIG. 2 shows the internal configuration of the laser tracking sensor 106 of FIG.
The laser transmitter 201 outputs a laser beam with an intensity indicated by the adjusting unit 103 and irradiates the galvanometer mirror 202.
The galvanometer mirror 202 is a mirror used for laser beam scanning or the like, and is a laser beam deflector in which the mirror is attached with an axis so that the rotation angle of the mirror can be changed according to an electric signal. The light irradiated by the laser transmitter 201 is reflected by the galvanometer mirror 202 and reaches the irradiation point 203. In the present embodiment, the irradiation point 203 is the surface of the welding object 107 in FIG.
The galvano mirror 202 is driven by a motor (not shown), and a driving instruction is given by the calculation means 101 via the motor line 105.
The laser light is reflected at the irradiation point 203 and returns to the laser tracking sensor 106.
The light receiving element 204 receives reflected light. The received laser light is converted into a light reception signal by the light receiving element 204 and returned to the computing means 101 via the signal line 104.

なお、本発明における照射手段は、レーザートラッキングセンサ１０６が相当する。
また、受光手段は、受光素子２０４が相当する。
調整手段１０３がレーザー照射強度を調整する際には、例えばレーザー発信器２０１への印加電圧を調整することにより調整を行なうことができるが、特にこれに限定されるものではなく、レーザー発信器２０１の仕様に応じた方法で調整をすればよい。
同様に、受光素子２０４の受光ゲイン調整も、受光素子２０４の仕様に応じて調整を行えばよい。 Note that the laser tracking sensor 106 corresponds to the irradiation means in the present invention.
The light receiving means corresponds to the light receiving element 204.
When the adjustment unit 103 adjusts the laser irradiation intensity, for example, the adjustment can be performed by adjusting the voltage applied to the laser transmitter 201. However, the adjustment is not limited to this, and the laser transmitter 201 is not limited thereto. Adjustments can be made according to the specifications.
Similarly, the light receiving gain adjustment of the light receiving element 204 may be adjusted according to the specification of the light receiving element 204.

図３は、図１の非接触自動検出装置１００の全体動作フローを説明するものである。以下、各ステップについて説明する。
（Ｓ３０１）
レーザー発信器２０１は、レーザー光を出力し、ガルバノミラー２０２に向けて照射する。ガルバノミラー２０２は、レーザー光を溶接対象物１０７に向けて反射する。
溶接対象物１０７で反射した反射光は、受光素子２０４が受光する。
（Ｓ３０２）
受光素子２０４が受光したレーザー光は、受光素子２０４により受光信号に変換され、信号線１０４を介して演算手段１０１に戻される。
演算手段１０１は、受光信号を基に、溶接対象物１０７の３次元座標を算出して、記憶手段１０２に格納する。
（Ｓ３０３）
演算手段１０１は、受光信号を基に、受光素子２０４が受光したレーザー光の強度を算出する。
（Ｓ３０４）
演算手段１０１は、ステップＳ３０３で算出したレーザー光の受光強度を基に、レーザー発信器２０１のレーザー光照射強度及び受光素子２０４の受光感度の調整量を算出する。
ここで、レーザー光の照射強度の調整量は、「受光強度／基準強度」の値が１．０より大きい場合にはレーザー光の照射強度を下げ、１．０より小さい場合にはレーザー光の照射強度を上げるように設定するものとする。
同様に、受光素子２０４の受光感度、即ち受光時のゲインの変更指示は、「受光強度／基準強度」の値を基準に設定する。
基準強度は、平均的な自動検出環境における照度の値を基に、あらかじめ定めて設定しておけばよい。
（Ｓ３０５）
演算手段１０１は、ステップＳ３０４で設定した調整量を基に、調整手段１０３に対して、レーザー発信器２０１のレーザー光照射強度及び受光素子２０４の受光感度を調整すべき旨を指示する。
調整手段１０３は、演算手段１０１の指示に基づき、レーザートラッキングセンサ１０６のレーザー照射強度及び受光部の受光感度を調整する。
（Ｓ３０６）
演算手段１０１は、以上のステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理が所定回数繰り返して行われたか否かを判断する。
ここで、所定回数は、あらかじめ定めたサンプリング時間を、サンプリング周期で除算することで求められる。 FIG. 3 illustrates an overall operation flow of the non-contact automatic detection device 100 of FIG. Hereinafter, each step will be described.
(S301)
The laser transmitter 201 outputs laser light and irradiates the galvano mirror 202. The galvanometer mirror 202 reflects the laser beam toward the welding object 107.
The light reflected by the welding object 107 is received by the light receiving element 204.
(S302)
The laser light received by the light receiving element 204 is converted into a light reception signal by the light receiving element 204 and returned to the computing means 101 via the signal line 104.
The calculation means 101 calculates the three-dimensional coordinates of the welding object 107 based on the received light signal and stores it in the storage means 102.
(S303)
The calculation means 101 calculates the intensity of the laser beam received by the light receiving element 204 based on the light reception signal.
(S304)
The calculation means 101 calculates the adjustment amount of the laser light irradiation intensity of the laser transmitter 201 and the light reception sensitivity of the light receiving element 204 based on the light reception intensity of the laser light calculated in step S303.
Here, the adjustment amount of the laser beam irradiation intensity is such that when the value of “light reception intensity / reference intensity” is greater than 1.0, the laser beam irradiation intensity is lowered, and when the value is less than 1.0, the laser beam irradiation intensity is adjusted. It shall be set to increase the irradiation intensity.
Similarly, the light reception sensitivity of the light receiving element 204, that is, a gain change instruction at the time of light reception is set based on the value of “light reception intensity / reference intensity”.
The reference intensity may be determined and set in advance based on the illuminance value in the average automatic detection environment.
(S305)
The calculation unit 101 instructs the adjustment unit 103 to adjust the laser light irradiation intensity of the laser transmitter 201 and the light reception sensitivity of the light receiving element 204 based on the adjustment amount set in step S304.
The adjusting unit 103 adjusts the laser irradiation intensity of the laser tracking sensor 106 and the light receiving sensitivity of the light receiving unit based on an instruction from the calculating unit 101.
(S306)
The calculation means 101 determines whether or not the above steps S301 to S304 have been repeated a predetermined number of times.
Here, the predetermined number of times is obtained by dividing a predetermined sampling time by a sampling period.

（Ｓ３０７）
演算手段１０１は、ステップＳ３０５で所定回数の繰り返しを行ったと判断したら、記憶手段１０２が格納している溶接対象物１０７の３次元座標に基づき、溶接線１０８の端点等を算出する。算出処理の詳細は、図４で説明する。
図４は、図３のステップＳ３０７の詳細を説明するものである。以下、各ステップについて説明する。
（Ｓ４０１）
演算手段１０１は、記憶手段１０２に格納された溶接対象物１０７の３次元座標データの中から、検出対象点である溶接線１０８の近傍の座標データを絞り込んで抽出する。
検出対象点の座標は、図示しない別システム等より、あらかじめ入力しておく。
（Ｓ４０２）
演算手段１０１は、図示しない溶接ロボットと溶接対象物１０７の相対的位置を算出して、溶接方向を設定する。
（Ｓ４０３）
演算手段１０１は、ステップＳ４０１で記憶手段１０２より抽出した３次元座標データを基に、溶接対象物１０７の平面方程式を算出する。
平面方程式の算出は、平面検出に用いられるハフ変換等の演算手法で求めることができる。算出イメージは、後述の図５に示す。
（Ｓ４０４）
演算手段１０１は、ステップＳ４０３で算出した、溶接対象物１０７の平面方程式で表される平面の交線を算出する。
（Ｓ４０５）
演算手段１０１は、ステップＳ４０１で記憶手段１０２より抽出した３次元座標データの中から、ステップＳ４０４で算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出する。
（Ｓ４０６）
演算手段１０１は、ステップＳ４０５で絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、ステップＳ４０４で算出した交線上へ投影する。
次に、演算手段１０１は、当該投影点を交線の端点として算出する。
ここでいう投影とは、一般には立体的な形状を平面的な図に描くことを言い、本ステップにおいては、端点を交線上に描くことを言う。
即ち、演算手段１０１がステップＳ４０４で算出した交線上における端点位置を、演算により特定するものであり、従来技術のように、光学的手法により溶接対象物１０７へ端点を描画することを言うものではない。 (S307)
If the calculation means 101 determines that the predetermined number of repetitions has been performed in step S305, the calculation means 101 calculates the end points of the welding line 108 based on the three-dimensional coordinates of the welding object 107 stored in the storage means 102. Details of the calculation process will be described with reference to FIG.
FIG. 4 explains details of step S307 in FIG. Hereinafter, each step will be described.
(S401)
The calculation means 101 narrows down and extracts the coordinate data in the vicinity of the welding line 108 that is the detection target point from the three-dimensional coordinate data of the welding object 107 stored in the storage means 102.
The coordinates of the detection target point are input in advance from another system (not shown).
(S402)
The calculating means 101 calculates the relative position between a welding robot (not shown) and the welding object 107 and sets the welding direction.
(S403)
The calculation means 101 calculates a plane equation of the welding object 107 based on the three-dimensional coordinate data extracted from the storage means 102 in step S401.
The calculation of the plane equation can be obtained by a calculation method such as a Hough transform used for plane detection. The calculation image is shown in FIG.
(S404)
The calculating means 101 calculates the plane intersection represented by the plane equation of the welding object 107 calculated in step S403.
(S405)
The computing unit 101 narrows down and extracts the coordinate data near the intersection calculated in step S404 from the three-dimensional coordinate data extracted from the storage unit 102 in step S401.
(S406)
The calculation unit 101 projects the point corresponding to the end data from the coordinate data narrowed down in step S405 onto the intersection line calculated in step S404.
Next, the calculation means 101 calculates the projection point as an end point of the intersection line.
The term “projection” as used herein generally refers to drawing a three-dimensional shape on a planar view, and in this step, it refers to drawing an end point on an intersection line.
That is, the calculation means 101 specifies the position of the end point on the intersection line calculated in step S404 by calculation, and does not mean that the end point is drawn on the welding object 107 by an optical method as in the prior art. Absent.

図５は、受光素子２０４が受光した反射光に基づき、図１の溶接対象物１０７の３次元座標を算出したイメージを示すものである。
図５の格子状の線の各交点が、算出した３次元座標である。
演算手段１０１は、算出した３次元座標に基づき、空間上の線方程式や、平面方程式を算出する。算出した平面の交線１０８が、検出対象である溶接線１０８に相当する。
溶接線１０８を算出した後は、その端点５０１を、溶接開始点として設定する。 FIG. 5 shows an image in which the three-dimensional coordinates of the welding object 107 in FIG. 1 are calculated based on the reflected light received by the light receiving element 204.
Each intersection of the grid-like lines in FIG. 5 is the calculated three-dimensional coordinates.
The calculation means 101 calculates a linear equation or a plane equation in space based on the calculated three-dimensional coordinates. The calculated plane intersection line 108 corresponds to the welding line 108 to be detected.
After calculating the weld line 108, the end point 501 is set as the welding start point.

このように、反射光の受光強度に応じてレーザー光の照射強度や受光素子２０４の受光感度を調整するようにしたので、従来技術ではセンシングミスが４０％程度の確率で発生していた検出環境下においても、センシングミスを１％程度に抑えることに成功した。   As described above, since the irradiation intensity of the laser light and the light receiving sensitivity of the light receiving element 204 are adjusted according to the light receiving intensity of the reflected light, a detection environment in which sensing errors occur with a probability of about 40% in the conventional technology. Below, we succeeded in reducing sensing errors to about 1%.

なお、本実施の形態においては、溶接対象物の３次元座標に基づく平面方程式の算出にハフ変換を用いたが、本発明において使用できる平面方程式の算出方法はこれに限られるものではなく、任意の平面検出アルゴリズムを用いることができる。   In the present embodiment, the Hough transform is used to calculate the plane equation based on the three-dimensional coordinates of the welding object. However, the plane equation calculation method that can be used in the present invention is not limited to this, and is arbitrary. The plane detection algorithm can be used.

以上のように、本実施の形態に係る溶接線の非接触自動検出装置によれば、
溶接対象物にレーザー光を照射する照射手段と、
前記照射手段が照射したレーザー光の反射光を受光する受光手段と、
前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整する調整手段と、
前記溶接対象物の３次元座標を格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された３次元座標に基づき、前記溶接対象物の溶接線を算出する演算手段と
を有するので、
画像認識を用いた手法による自動検出ではセンシングミスが発生していた溶接対象物でも、センシングミスの発生確率を低減することができる。 As described above, according to the non-contact automatic detection device for welding lines according to the present embodiment,
An irradiation means for irradiating a welding object with a laser beam;
A light receiving means for receiving reflected light of the laser light emitted by the irradiation means;
An adjusting means for adjusting the irradiation intensity of the irradiation means and the light receiving sensitivity of the light receiving means;
Storage means for storing the three-dimensional coordinates of the welding object;
And calculating means for calculating a weld line of the welding object based on the three-dimensional coordinates stored in the storage means.
The automatic detection by the technique using image recognition can reduce the probability of occurrence of a sensing error even for a welding object in which a sensing error has occurred.

また、前記演算手段は、
前記受光手段が受光したレーザー光を基に、前記溶接対象物の３次元座標を算出して前記記憶手段に格納し、
前記受光手段が受光したレーザー光の強度を算出し、
算出したレーザー光の受光強度を基に、前記調整手段に対して、前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整するように指示を出し、
レーザー光照射を継続するか否かを判断し、
レーザー光照射が終了した後に、前記記憶手段に格納された３次元座標データを基に、前記溶接対象物の溶接線を算出するので、
反射光の受光強度に応じてレーザー光の照射強度や受光素子２０４の受光感度を調整することにより、従来技術でセンシングミスが発生するような環境下においても、環境の影響を低減し、検出精度を向上させることができる。 Further, the calculation means includes:
Based on the laser light received by the light receiving means, the three-dimensional coordinates of the welding object are calculated and stored in the storage means,
Calculate the intensity of the laser beam received by the light receiving means,
Based on the calculated light reception intensity of the laser beam, the adjustment means is instructed to adjust the irradiation intensity of the irradiation means and the light reception sensitivity of the light reception means,
Determine whether to continue laser light irradiation,
After the laser light irradiation is completed, based on the three-dimensional coordinate data stored in the storage means, the welding line of the welding object is calculated.
By adjusting the irradiation intensity of the laser beam and the light receiving sensitivity of the light receiving element 204 according to the light receiving intensity of the reflected light, the influence of the environment can be reduced and detection accuracy can be achieved even in an environment where a sensing error occurs in the conventional technology Can be improved.

また、前記調整手段は、
所定の基準受光強度と、算出したレーザー光の受光強度との比を基準として、受光強度が前記基準受光強度に近づくように、レーザー光の照射強度と受光感度を調整するので、
レーザー光のハレーションや強度不足等が検出精度に及ぼす影響を低減することができる。 The adjusting means includes
Since the laser light irradiation intensity and light receiving sensitivity are adjusted so that the light receiving intensity approaches the reference light receiving intensity based on the ratio of the predetermined reference light receiving intensity and the calculated laser light receiving intensity,
It is possible to reduce the influence of laser light halation and insufficient intensity on detection accuracy.

また、前記演算手段は、
前記溶接対象物の溶接線を算出する際には、
前記記憶手段に格納された３次元座標データの中から、検出対象点近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
前記３次元座標データを基に、前記溶接対象物の平面方程式を算出し、
前記平面方程式で表される平面の交線を算出し、
前記３次元座標データの中から、算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、算出した交線上へ投影し、当該投影点を端点として算出するので、
絞り込んだ３次元座標データに基づき溶接対象物１０７上の溶接線１０８を効率よく検出でき、また溶接開始点５０１を短時間で設定して、自動溶接工程を素早く開始することができる。 Further, the calculation means includes:
When calculating the weld line of the welding object,
From the three-dimensional coordinate data stored in the storage means, the coordinate data near the detection target point is narrowed down and extracted,
Based on the three-dimensional coordinate data, a plane equation of the welding object is calculated,
Calculate the intersection line of the plane represented by the plane equation,
From the three-dimensional coordinate data, the coordinate data near the calculated intersection line is narrowed down and extracted,
Since the point corresponding to the data at the end of the narrowed-down coordinate data is projected on the calculated intersection line, and the projection point is calculated as an end point,
Based on the narrowed-down three-dimensional coordinate data, the welding line 108 on the welding object 107 can be detected efficiently, and the welding start point 501 can be set in a short time, and the automatic welding process can be started quickly.

また、前記演算手段は、
前記溶接対象物の平面方程式を算出する際には、
平面検出ハフ変換を用いて、前記溶接対象物の平面方程式を算出するので、
検出ノイズに強いハフ変換を用いて、ノイズの影響を低減し、検出精度を高めることができる。 Further, the calculation means includes:
When calculating the plane equation of the welding object,
Since the plane equation of the welding object is calculated using the plane detection Hough transform,
By using the Hough transform that is strong against detection noise, the influence of noise can be reduced and the detection accuracy can be increased.

溶接線の非接触自動検出装置の全体構成図を示すものである。1 is an overall configuration diagram of a welding line non-contact automatic detection device. FIG. 図１のレーザートラッキングセンサ１０６の内部構成を示すものである。2 shows an internal configuration of the laser tracking sensor 106 of FIG. 図１の非接触自動検出装置１００の全体動作フローを説明するものである。The whole operation | movement flow of the non-contact automatic detection apparatus 100 of FIG. 1 is demonstrated. 図３のステップＳ３０７の詳細を説明するものである。Details of step S307 in FIG. 3 will be described. 受光素子２０４が受光した反射光に基づき、図１の溶接対象物１０７の３次元座標を算出したイメージを示すものである。3 shows an image obtained by calculating the three-dimensional coordinates of the welding object 107 in FIG. 1 based on the reflected light received by the light receiving element 204.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 非接触自動検出装置
１０１ 演算手段
１０２ 記憶手段
１０３ 調整手段
１０４ 信号線
１０５ モータ線
１０６ レーザートラッキングセンサ
１０７ 溶接対象物
１０８ 溶接線
１０９ レーザー光
２０１ レーザー発信器
２０２ ガルバノミラー
２０３ 照射点
２０４ 受光素子
５０１ 端点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Non-contact automatic detection apparatus 101 Arithmetic means 102 Storage means 103 Adjustment means 104 Signal line 105 Motor line 106 Laser tracking sensor 107 Welding object 108 Weld line 109 Laser light 201 Laser transmitter 202 Galvano mirror 203 Irradiation point 204 Light receiving element 501 End point

Claims (9)

溶接対象物の溶接線を、レーザー光を用いて非接触で自動検出する方法であって、
前記溶接対象物にレーザー光を照射し、反射光を受光するステップと、
受光したレーザー光を基に、前記溶接対象物の３次元座標を算出して記憶手段に格納するステップと、
受光したレーザー光の強度を算出するステップと、
算出したレーザー光の受光強度を基に、レーザー光の照射強度と受光感度を調整する調整ステップと、
レーザー光照射を継続するか否かを判断するステップと、
レーザー光照射が終了した後に、前記記憶手段に格納された３次元座標データを基に、前記溶接対象物の溶接線を算出する溶接線算出ステップと
を有することを特徴とする溶接線の非接触自動検出方法。 A method of automatically detecting a welding line of a welding object in a non-contact manner using a laser beam,
Irradiating the welding object with laser light and receiving reflected light; and
Calculating the three-dimensional coordinates of the welding object based on the received laser light and storing it in the storage means;
Calculating the intensity of the received laser beam;
An adjustment step for adjusting the irradiation intensity and light receiving sensitivity of the laser light based on the calculated light receiving intensity of the laser light,
Determining whether or not to continue laser light irradiation; and
A welding line calculating step of calculating a welding line of the welding object based on the three-dimensional coordinate data stored in the storage means after the laser beam irradiation is completed. Automatic detection method. 前記調整ステップにおいては、
所定の基準受光強度と、算出したレーザー光の受光強度との比を基準として、受光強度が前記基準受光強度に近づくように、レーザー光の照射強度と受光感度を調整することを特徴とする請求項１に記載の溶接線の非接触自動検出方法。 In the adjustment step,
The laser light irradiation intensity and the light receiving sensitivity are adjusted so that the light receiving intensity approaches the reference light receiving intensity based on a ratio between a predetermined reference light receiving intensity and the calculated laser light receiving intensity. Item 2. A method for automatically detecting non-contact of a weld line according to Item 1. 前記溶接線算出ステップは、
前記記憶手段に格納された３次元座標データの中から、検出対象点近傍の座標データを絞り込んで抽出するステップと、
前記３次元座標データを基に、前記溶接対象物の平面方程式を算出する平面算出ステップと、
前記平面方程式で表される平面の交線を算出するステップと、
前記３次元座標データの中から、算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出するステップと、
絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、算出した交線上へ投影し、当該投影点を端点として算出するステップと
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接線の非接触自動検出方法。 The welding line calculating step includes:
Extracting and extracting coordinate data in the vicinity of the detection target point from the three-dimensional coordinate data stored in the storage means;
A plane calculating step for calculating a plane equation of the welding object based on the three-dimensional coordinate data;
Calculating an intersection line of planes represented by the plane equation;
Extracting and extracting coordinate data in the vicinity of the calculated intersection line from the three-dimensional coordinate data;
The method further comprises: projecting a point corresponding to the end data from the narrowed down coordinate data onto the calculated intersection line and calculating the projected point as an end point. The non-contact automatic detection method of the welding line of description. 前記平面算出ステップにおいては、
平面検出ハフ変換を用いて、前記溶接対象物の平面方程式を算出することを特徴とする請求項３に記載の溶接線の非接触自動検出方法。 In the plane calculation step,
4. The non-contact automatic detection method for a weld line according to claim 3, wherein a plane equation of the welding object is calculated using plane detection Hough transform. 溶接対象物にレーザー光を照射する照射手段と、
前記照射手段が照射したレーザー光の反射光を受光する受光手段と、
前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整する調整手段と、
前記溶接対象物の３次元座標を格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された３次元座標に基づき、前記溶接対象物の溶接線を算出する演算手段と
を有することを特徴とする溶接線の非接触自動検出装置。 An irradiation means for irradiating a welding object with a laser beam;
A light receiving means for receiving reflected light of the laser light emitted by the irradiation means;
An adjusting means for adjusting the irradiation intensity of the irradiation means and the light receiving sensitivity of the light receiving means;
Storage means for storing the three-dimensional coordinates of the welding object;
A non-contact automatic detection apparatus for welding lines, comprising: calculation means for calculating a welding line of the welding object based on three-dimensional coordinates stored in the storage means. 前記演算手段は、
前記受光手段が受光したレーザー光を基に、前記溶接対象物の３次元座標を算出して前記記憶手段に格納し、
前記受光手段が受光したレーザー光の強度を算出し、
算出したレーザー光の受光強度を基に、前記調整手段に対して、前記照射手段の照射強度及び前記受光手段の受光感度を調整するように指示を出し、
レーザー光照射を継続するか否かを判断し、
レーザー光照射が終了した後に、前記記憶手段に格納された３次元座標データを基に、前記溶接対象物の溶接線を算出することを特徴とする請求項５に記載の溶接線の非接触自動検出装置。 The computing means is
Based on the laser light received by the light receiving means, the three-dimensional coordinates of the welding object are calculated and stored in the storage means,
Calculate the intensity of the laser beam received by the light receiving means,
Based on the calculated light reception intensity of the laser beam, the adjustment means is instructed to adjust the irradiation intensity of the irradiation means and the light reception sensitivity of the light reception means,
Determine whether to continue laser light irradiation,
6. The non-contact automatic welding line according to claim 5, wherein a welding line of the welding object is calculated based on the three-dimensional coordinate data stored in the storage means after the laser beam irradiation is completed. Detection device. 前記調整手段は、
所定の基準受光強度と、算出したレーザー光の受光強度との比を基準として、受光強度が前記基準受光強度に近づくように、レーザー光の照射強度と受光感度を調整することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の溶接線の非接触自動検出装置。 The adjusting means includes
The laser light irradiation intensity and the light receiving sensitivity are adjusted so that the light receiving intensity approaches the reference light receiving intensity based on a ratio between a predetermined reference light receiving intensity and the calculated laser light receiving intensity. The non-contact automatic detection device for a weld line according to claim 5 or 6. 前記演算手段は、
前記溶接対象物の溶接線を算出する際には、
前記記憶手段に格納された３次元座標データの中から、検出対象点近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
前記３次元座標データを基に、前記溶接対象物の平面方程式を算出し、
前記平面方程式で表される平面の交線を算出し、
前記３次元座標データの中から、算出した交線近傍の座標データを絞り込んで抽出し、
絞り込んだ座標データの中から最も端のデータに該当する点を、算出した交線上へ投影し、当該投影点を端点として算出する
ことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の溶接線の非接触自動検出装置。 The computing means is
When calculating the weld line of the welding object,
From the three-dimensional coordinate data stored in the storage means, the coordinate data near the detection target point is narrowed down and extracted,
Based on the three-dimensional coordinate data, a plane equation of the welding object is calculated,
Calculate the intersection line of the plane represented by the plane equation,
From the three-dimensional coordinate data, the coordinate data near the calculated intersection line is narrowed down and extracted,
8. The point corresponding to the end data among the narrowed-down coordinate data is projected onto the calculated intersection line, and the projection point is calculated as the end point. Non-contact automatic detection device for welding lines. 前記演算手段は、
前記溶接対象物の平面方程式を算出する際には、
平面検出ハフ変換を用いて、前記溶接対象物の平面方程式を算出することを特徴とする請求項８に記載の溶接線の非接触自動検出装置。
The computing means is
When calculating the plane equation of the welding object,
9. The non-contact automatic detection apparatus for a weld line according to claim 8, wherein a plane equation of the welding object is calculated using a plane detection Hough transform.
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