JP2017138297A - ロボット加工工具の位置を監視するための距離測定装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対するロボット加工工具の３Ｄ位置を監視できる距離測定装置を提供すること。【解決手段】 ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対するロボット加工工具の３Ｄ位置を監視するための距離測定装置が開示される。追跡装置に取り付け可能な本体は、レーザーユニットと、カメラユニットを支持する。レーザーユニットは、ロボット加工工具の目標領域上に三角測量レーザーマークを投影する。マーク、工具中心点及び加工領域が、カメラユニットの視野内にある。制御ユニットは、レーザーユニットの動作を制御し、イメージ分析回路を有し、カメラユニットにより生成されるイメージ信号を受け、イメージ信号の三角測量レーザーマークから三角測量レーザ測定データを生成し、三角測量レーザ測定データの関数としてロボット加工工具を示す信号を生成し、及びカメラユニットにより生成されるイメージ信号を送る。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットによる材料加工に関し、より詳細には、距離測定装置及びロボット加工工具の近くに装着される追跡カメラに対するロボット加工工具の位置を監視する方法に関する。ロボット加工工具は、特に溶接用トーチとしても良く、追跡カメラは、特に溶接継手追跡カメラである。

溶接継手追跡レーザカメラは、通常、溶接用トーチの前を固定距離だけ前方を注視する三角測量レーザを備えるように設計されている。このカメラは、付加的な２Ｄカラービデオカメラを備え、当該カメラが、三角測量レーザと同じ領域を見るカメラの同じ前面に配置される。

米国特許第６，３４６，７５１号公報 米国特許第５，３２９，０９２号公報

この追跡レーザカメラは、溶接トーチの先端の領域を監視できない、又は追跡カメラ及び溶接継手に対する溶接トーチの位置を監視できない。溶接トーチがワーク又は近くの構造物に衝突することが時々起きると、永続的な変形及び当該レーザカメラに対する溶接トーチの変位を生じることがあり、ロボットの工具中心点（ＴＣＰ）の初期較正を狂わせる。この相対的な変位は、仮に検出されず、そして修正されないと、溶接継手の追跡ができないことや、溶接欠陥を生じる恐れがある。このような変位または永続的な変形は、特許文献１に開示されるように装着された衝突防止安全工具を備えるロボットにおいても依然として生じる。特許文献２は、溶接ロボットに対して、固定された位置に装着されるアライメントゲージブロックを提案している。当該ブロックは、Ｖ字形の刻み目を備え、この刻み目内に溶接ワイヤが周期的に通過するようにプログラムされている。ワイヤが当該ゲージブロックの側壁に接触すると、溶接ワイヤのずれが検出される。ロボットの加工動作は、アライメント確認が求められる度に停止しなければならず、ゲージブロックの方向へトーチ先端を移動させることは、時間を要し、場所を取る。

本発明の一の態様によれば、ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対する前記ロボット加工工具の位置を監視するための距離測定装置が提供され、当該距離測定装置は、
前記追跡装置に取り付け可能な本体と、
前記本体により支持されるレーザーユニットと、前記レーザーユニットは、レーザと、前記ロボット加工工具の所定の目標領域上に三角測量レーザーマークを投影するための作動投影構成部とを有し、
前記本体により指示されるカメラユニットと、前記カメラユニットは、イメージセンサーと、光学視認構成部とを有し、前記ロボット加工工具の前記目標領域上の前記三角測量レーザーマーク、前記ロボット加工工具の工具中心点及び加工領域が、前記カメラユニットの視野内にあり、
前記レーザーユニット及び前記カメラユニットに接続される制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、
前記レーザーユニットの動作を制御するためのレーザ制御回路と、
イメージ分析回路とを有し、前記イメージ分析回路は、前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成されるイメージ信号を受け、前記イメージ信号の前記三角測量レーザーマークから三角測量レーザ測定データを生成し、前記三角測量レーザ測定データの関数として前記ロボット加工工具を示す信号を生成し、及び前記カメラユニットにより生成される前記イメージ信号を送る距離測定装置である。

また、本発明の別の態様によれば、当該距離測定ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対する前記ロボット加工工具の位置を監視するための方法が提供され、当該方法は、
前記距離測定装置を前記追跡装置に取り付け、前記距離測定装置は、レーザと三角測量レーザーマークを投影するための作動投影構成部とを有するレーザーユニットと、イメージセンサーと光学視認構成部とを有するカメラユニットと、前記レーザーユニット及び前記カメラユニットに接続される制御ユニットとを備え、
前記三角測量レーザーマークが前記ロボット加工工具の目標領域上に投影できるように前記レーザーユニットを位置決めし、
前記三角測量レーザーマーク、前記ロボット加工工具の工具中心点及び加工領域が、前記カメラユニットの視野内にあるように前記カメラユニットを位置決めし、
前記三角測量レーザーマークが前記ロボット加工工具の前記所定の目標領域上に投影されるように前記レーザーユニットの動作を制御し、
前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成されるイメージ信号を受け、
前記イメージ信号の前記三角測量レーザーマークから三角測量レーザ測定データを生成し、
前記三角測量レーザ測定データの関数として前記ロボット加工工具の前記位置を示す信号を生成し、及び
前記カメラユニットにより生成される前記イメージ信号を送る、工程を備え、よって前記ロボット加工工具の前記位置が前記イメージ信号及び前記ロボット加工工具の前記位置を示す前記信号により監視される方法である。

本発明の実施形態に係る距離測定装置を備えるロボット溶接トーチ及び溶接継手追跡カメラを模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置を備えるロボット溶接トーチ及び溶接継手追跡カメラを模式的に示す側面図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置を模式的に示す正面図である。 本発明の実施形態に係る距離測定装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る三角測量レーザーマークを有する目標ブロックのイメージを模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る三角測量レーザ測定データを模式的に示すグラフである。 本発明の実施形態に係る距離測定装置の較正シーケンスを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る距離測定装置の動作モードを示すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１及び図２には、ロボット溶接トーチ２（例えば、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）用のトーチ）の典型的な機構が示されている。ロボット溶接トーチ２は、ロボット手首４に取り付けられ、そして、ロボット溶接トーチ２の近くに又は隣接し、例えば、機械的結合及び治具１０を介しロボット手首４に取り付けられる装着ブラケット組立体８を用いて、装着される溶接継手追跡カメラ６を備える。溶接継手カメラ６は、例えば、ワーク１６上にある角度で投影されるレーザーライン１４や溶接継手監視カメラ６により取得されるイメージに適切な三角測量分析を用いることで、ロボット溶接トーチ２の前であって、固定された前方注視距離で（図１に示されるように）溶接継手１２を追跡するように構成されている。

本発明の実施形態は、ロボット溶接トーチ及び溶接継手監視カメラを有する溶接の態様を参照しつつ以下に説明するが、他の材料を加工する態様においても本発明が企図されることは理解すべきである。封止剤用の銃、切断又は加工工具は、溶接トーチの代わりに利用しても良いロボット加工工具の例であり。同様に、溶接継手追跡カメラの代わりに、ロボット加工工具の変位をガイドするための縁部又は他の追跡可能要素を追跡する追跡装置は、溶接継手追跡カメラの代わりに利用しても良い。

本発明の実施形態によると、溶接継手追跡カメラ６は、溶接継手追跡カメラ６に対するロボット溶接トーチ２の相対位置を監視するための距離測定装置１８を備える。

図３を参照すると、距離測定装置１８は、（例えば、図１に示されるように）溶接継手追跡カメラ６に取付け可能な本体２０を備える。レーザーユニット２２は、本体２０に支持されている。レーザーユニット２２は、レーザ装置２４と、三角測量レーザーマーク２８をロボット溶接トーチ２（例えば図１に示すような）の所定の目標領域上に投影するための、レーザドットをレーザーラインに変換するラインレンズのような作動投影構成部２６とを備える。カメラユニット３０は、本体２０に支持されている。カメラユニット３０は、イメージセンサー３２及び光学観察構成部３４を備え、（図１に示されるように）ロボット溶接トーチ２の目標領域上の三角測量レーザーマーク２８、ロボット溶接トーチ２の工具中心位置（ＴＣＰ）３６及び溶接領域３８をイメージセンサー３２で視ることができる。

図６を参照すると、制御ユニット４０は、レーザーユニット２２及びカメラユニット３０に連結されている。制御ユニット４０は、レーザーユニット２２の動作を制御するためのレーザ制御回路を有する。制御ユニット４０はまた、カメラユニット３０のイメージセンサー３２により生成されるイメージ信号を受け、例えば、図７に示されるように、イメージ信号の三角測量レーザーマーク２８から三角測量レーザ測定データを生成し、三角測量レーザ測定データの関数として、（例えば、図１に示されるように）ロボット溶接トーチ２の位置を表す信号を発生し、例えばビデオ出力コネクタ５８を介しカメラユニット３０により生成されるイメージ信号を送るイメージ分析回路を有する。レーザ制御回路及びイメージ分析回路は、構成可能性が高く種々の機能を実行するために利用可能であるということからプロセッサー４６及びメモリ４８（又は必要なら複数のプロセッサー及びメモリモジュール）を有する処理ユニット（ＣＰＵ）に接続される現場プログラム可能ゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）４２により具現化できる。しかし、レーザ制御回路は、必要であれば異なる態様で、例えばマイクロコントローラー又は個別の電気及び電子部品から作製される回路を利用し、実装しても良いことは理解されたい。

図３、４、５を参照すると、本体２０は、（図１及び２に示されるように）ロボット溶接トーチ２に面する溶接継手追跡カメラ６の側部を５２に本体２０装着するためのピン及びボルト５０のような装着組立体を有することが好ましい。装着組立体は、本体２０の傾き角度を溶接トーチ２に対する監視追跡カメラ６の傾き角度に合わせることができるように構成され、距離測定装置１８が追跡カメラ６に装着されると、レーザーユニット２２及びカメラユニット３０は、トーチ角度及び前方注視距離（ｌｏｏｋｉｎｇ−ａｈｅａｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ：ＬＡＤ）に適合するように向けられるとともに位置決めされる。これは、この目的のために、本体２０の追跡カメラ６側に適切な装着角度を有する装着面を設けることや、追跡カメラ６に距離測定装置１８の設置面を設けることにより達成しても良い。装着組立体は、追跡カメラ６に関する距離測定装置１８の角度が必要に応じて適合するように調整可能にしても良い。好ましくは、装着組立体は、可能性のある煙の侵入を防ぐために気密にすべきである。

図１及び２を再び参照すると、ロボット溶接トーチ２の目標領域は、ロボット溶接トーチ２の、溶接継手追跡カメラ６に面する前側部に延在する目標５４を有することが好ましい。目標５４は、ロボット溶接トーチ２の前側部に刻設される（不図示）マーク、又は適当なブラケット構成５５によりロボット溶接トーチ２に取り付けられるブロックとしても良く、それらは、三角測量法に良く適合する形状を有することが好ましい。当該形状は、図１及び図２に示されるように、ロボット溶接トーチ２から溶接継手追跡カメラ６の方向へ突出する三角形状に相当すると有利である。このような目標要素は、例えば、トーチ本体のＸＹＺ方向に関する位置を０．２ｍｍより良く三角測量の精度を向上させる。ブロックは、硬質陽極酸化アルミニウム、真ちゅう又高い耐スパッタ性の他の材料から作製されると有利である。

図６に戻り、メモリ４８は、（例えば図１に示されるように）ロボット溶接トーチ２の参照位置データを保存するためのイメージ分析回路により使用されても良い。メモリ４８に接続されるプロセッサー４６は、ロボット溶接トーチ２の位置を示す信号と参照位置データを比較し、ロボット溶接トーチ２の位置を示す信号と、参照位置データとの間で検出される差異が予め設定された変位閾値を超えると警告信号を発生する構成としても良い。タイムスタンプを備える検出位置の差異及び警告データは、必要な場合にはメモリ４８に保存しても良い。警告信号は、コネクタ５６を介し外部へ送っても良い。代替的に又は追加的に、警告信号は、スピーカー（不図示）により出力される可聴音又は光表示装置（不図示）により出力される可視信号の形態を取ってもよい。プロセッサー４６は、警告信号が発生されると、カメラユニット３０のイメージセンサー３２により生成されるイメージ信号からのイメージをメモリ４８に保蔵する構成としても良い。例えばタブレット又は表示画面（不図示）上で操作者が見るために、例えば同軸線４９でビデオ出力コネクタ５８を介し外部へ当該イメージが送られても良い。制御ユニット４０は、Ｍ２Ｍ(エム・ツー・エム：Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）やＩｏＴ（アイ・オー・ティー：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）のように、外部装置（不図示）と必要なときに通信するために無線通信モジュール（不図示）を備えてもよい。コネクタ５６は、制御ユニット４０と、例えば制御回線４３及びイーサネット（登録商標）回線４５を介し通信し、例えば電源線４７を介し電源を供給するために使用しても良い。

メモリ４８は、溶接トーチのＩＤデータや対応する溶接トーチの形態データを保存するために使用しても良い。そして、プロセッサー４６は、カメラユニット３０のイメージセンサー３２により生成されるイメージ信号、例えばバーコードから検出されるＩＤマークより（図１に示すような）ロボット溶接トーチ２のＩＤを検出する機能や三角測量レーザ測定データを生成するために使用される、メモリ４８から対応する溶接トーチの形態データを抽出する機能を有する構成しても良い。イメージ信号のＩＤマークは、図１に示されるように、例えばロボット溶接トーチ２に貼付されるＩＤラベル６０に由来するようにしても良い。任意に、ロボット溶接トーチ２及び距離測定装置１８の両方は、ＩｏＴ通信を備えても良い。

レーザーユニット２２により投影される（例えば図１に示されるように）三角測量レーザーマーク２８は、三角測量の精度を向上するために、平行又は交差するラインから構成しても良い。

カメラユニット３０は、イメージ信号を前処理するためのセンサーインターフェースボード１７０を有しても良い。カメラユニット３０は、制御ユニット４０により制御可能な対象の領域の調整機能やオートフォーカス機能を有することが好ましい。カメラユニット３０は、図３に示すように、制御ユニット４０により作動でき、イメージセンサー３２の前に延在するシャッター７１を備えることが好ましい。シャッター７１は、溶接電気アークからイメージセンサー３２上に到達する強力な放射線をカットするために溶接時に作動するＬＣＤシャッターであると有利である。

プロセッサー４６は、カメラユニット３０から受けるイメージ信号のイメージ分析によりＴＣＰの位置を計算するように好ましくは構成されている。このようなＴＣＰ位置は、座標系の原点を規定するために使用しても良い。

図７及び図８を参照しつつ、イメージ分析回路は、ロボット溶接トーチ２の目標領域上の三角測量レーザーマーク２８の投影に起因する、イメージ信号の強度のピーク及び（例えば図１に示す）区分された三角測量レーザーマーク２８内の二つの中断点６８、７０を検出するように構成しても良い。ロボット溶接トーチ２の位置は、多項式較正パラメータを調整し２つの中断点６８、７０の間の距離の関数で決定できる。図８は、カメラユニット３０で見るプロファイルの例を示す。

図４及び図５を参照すると、距離測定装置１８は、好ましくは更に、本体２０により指示され、（図３に示されるような）イメージセンサー３２により見られる光景を照らすように向けられるＬＥＤ６２（複数）を有しても良い。

図３に戻ると、距離測定装置１８は、好ましくは、レーザーユニット２２及びカメラユニット３０の前に延在する保護窓６４と、図５に示されるように、保護窓６４の外側部に延在するエアー噴射構成部６６とを有する。保護窓６４は、レーザーユニット２２及びカメラユニット３０の固定された保護レンズ２７、３３を隔離する。結果として、距離測定装置１８のすべての光学開口が、冷却され、そして、開口領域の回りすべてに一体的に設計される複数のエアー噴射構成部６６とともに、光学的に透明な保護窓６４により、汚染物質や煙から保護される。

図９を参照すると、（例えば図１に示されるような）距離測定装置１８に対する可能な自動自己較正シーケンスが示されている。まず、距離測定装置１８が、ステップ７２に記載されるように、溶接継手追跡カメラ６の一体部品として又は別個の部品として溶接継手カメラ６に取り付けられる。レーザーユニット２２は、三角測量レーザーマーク２８がロボット溶接トーチ２の目標領域に投影されるように位置決めされるべきである。カメラユニット３０は、三角測量レーザーマーク２８、ロボット溶接トーチ２の工具中心点３６及び溶接領域３８がイメージセンサー３２により見えるように位置決めされえるべきである。そして、較正は、ステップ７４に記載されるように開始される。ステップ７６に記載されるように、設定の特性及びパラメータが確認され、溶接継手追跡カメラ６の前方注視距離（ＬＡＤ）やその角度等を決定又は確認する。ステップ７８に記載される通り、較正を実施するために、レーザーユニット２２の作動は、三角測量レーザーマーク２８がロボット溶接トーチ２の目標領域上に投影されるようにそして、カメラユニット３０の視野が少なくとも、目標領域を含むように制御される。実施形態では、カメラユニット３０の視野は、図２の破線で示されるように、カメラユニット３０から広がる（２Ｄで示されるが、錐体形状は３Ｄの容量を有することは理解すべきである）錐体形状５７を呈する。ステップ８０に記載されるように、カメラユニット３０の焦点が合わされる領域は、ストリーミングモードやチェックモード両方のために調整される。ステップ８２に記載される通り、機構のパラメータ、例えばトーチ軸に対するカメラ角度、追跡レーザーラインの前方注視距離、トーチ目標位置の公差、トーチ目標位置を監視するため及び溶接シーケンス中又は溶接シーケンス間の溶接継手を監視するためのイメージセンサー３２の関心領域が、距離測定装置１８の制御ユニット４０に接続されるタブレットまたはＰＣ（不図示）を介し例えば操作者により入力され、一の較正シーケンスが開始する。パラメータの入力が、トーチ本体上のトーチＩＤラベル６０を読みカメラユニット３０により自動的に行われても良く、そして、パラメータデータは、制御ユニット４０のメモリ４８のデータベースから抽出してもよい。較正シーケンスは、ステップ８４に記載されるように、複数のＬＥＤ６２及びレーザ２４を稼働させ、カメラユニット３０を用い目標５４上の三角測量レーザーマーク２８のイメージを取得することにより、開始してもよい。そして、ステップ８６に記載の通り、制御ユニット４０にプログラムされている視覚アルゴリズムは、例えば強度のピーク及び区分された三角測量レーザーマーク２８内の二つの中断点６８、７０を介し三角測量レーザーマーク２８の位置を決定する。中断点６８、７０間の距離は、目標上の三角測量レーザーマーク２８の位置による。制御ユニット４０は、目標の２Ｄイメージ上の位置、その明確な寸法及び目標上の三角測量レーザーマーク２８の位置を決定する。目標の実寸法から、ステップ８８により記載される通り、目標三角測量レーザーマーク２８上で２つの中断点６８、７０間の測定される距離は、ステップ９０により記載される通り多項式較正パラメータを調整することにより較正される。このようにロボット溶接トーチ２の通常のＸＹＺ座標上の位置は、ロボット溶接トーチ２の参照フレーム上で、中断点６８、７０の位置を用いて決定され、較正がステップ９２に記載されるように実行される。図７に示されるように、中断点６８、７０の鉛直方向位置は、Ｘ軸に沿って測定される変移を提供し、中断点６８、７０の水平方向位置は、Ｙ軸に沿って測定される変移を提供し、一方、中断点６８、７０の距離は、Ｚ軸に沿って測定される変移を提供する。位置の差異（ばらつき：ｖａｒｉａｎｃｅ）は、また、計算され、メモリ４８に保存される。制御ユニット４０は、較正をすべき時期を規定する較正確認ルーティーンに従うように構成しても良い。別の実施形態では、トーチ位置は、トーチ本体のＹ軸中心とトーチ本体の面上に刻設される交差する線上のＸＺ面上の位置を見つける交差する線のレーザにより測定することもできる。

図１０を参照すると、距離測定装置１８による可能な通常動作工程が示されている。溶接シーケンスの前に、カメラユニット３０は、ステップ９４に記載の通りストリーミングモードに入る。リアルタイムビデオが、例えば、（図６に示されるように）ビデオ出力コネクタ５８を介し操作用ディスプレイ（不図示）に送られるようにしても良い。制御ユニット４０は、画像の平均ピクセル強度を計算する。平均ピクセル強度が予め設定された閾値を越えると、ＬＣＤシャッター７１が作動し溶接の開始が検出される。これは、ステップ９６に記載される通り溶接工程の開始、ステップ９８に記載される通り、ＬＣＤシャッター７１が作動し、ＬＥＤ６２がオフにされる自動検出工程、及びステップ１００に記載される通り、カメラユニット３０により取得される画像の平均ピクセル強度に基づき溶接の停止を検出し、この場合には、ＬＣＤシャッター７１は、オフとされＬＥＤ６２が作動する別の自動検出工程に対応してもよい。メモリ４８は、ステップ１０２に記載される通り２Ｄビデオを保存するために使用しても良い。制御ユニット４０は、例えば、ステップ１０６に記載の通り、ロボットまたは操作者により付与される、ステップ１０４に示されるように、位置確認要求を待つ。このような要求を受けると、カメラユニット３０は、ストリーミングを停止し、ステップ１０８に記載されるようにトーチ位置チェックモードに切り替えられる。制御ユニット４０は、ステップ１１０に記載されている通り、イメージセンサー３２の焦点パラメータを変更し、レーザ２４を照射し、２Ｄイメージを取得する。制御ユニット４０は、ステップ１１２に記載されるように、上述した較正シーケンスと同様に、トーチのＸＹＺ座標上の位置を計算し、ログファイルにその値を保存する。制御ユニット４０は、ステップ１１４に記載されるように初期位置と最後に測定された位置とを比較する。両位置の差があらかじめ設定された範囲内である場合には、ステップ１１６に示されるように、溶接作業が継続される。当該範囲内でない場合には、ステップ１１８に記載される通り、操作者に警告する警告信号が発生され、溶接作業は、操作者により停止できる。目標較正を確かめるために命令が制御ユニット４０により又は任意に操作者により送られても良い。トーチ位置ずれが検出されると、補正作業が求められる。位置ずれが検出されない場合、カメラユニット３０は、ストリーミングモードに戻り、溶接が可能となる。他の実施形態では、トーチ位置がチェックモードのみでイメージセンサー３２を用いて溶接シーケンスの間で測定できる。

図１を再度参照すると、距離測定装置１８は、このように、溶接トーチの相対位置をオンラインで監視できる、そして、加工物１６又は他の部品との衝突により生じるかもしれない、溶接継手追跡カメラ６に対するロボット溶接トーチ２の偶発的な位置ずれを検出できる。距離測定装置１８を裏面の配置によりＴＣＰ若しくは溶接溜め領域をより良く観ることができ、トーチＩＤ、アーク時間追跡、タイマー機能並びに、継手追跡及び溶接の完了実施を通じて、部品及び継手位置から機械化又はロボット化された溶接加工の完全な自動化に向けた溶接加工の補助に関する情報を提供しても良い。距離測定装置１８は、追跡カメラ６の他の位置又は側部に必要であれば取り付けても良い。距離測定装置１８は、正確な位置決めを必要とする他のロボット工具、例えば、封止剤用の銃、切断又は加工工具等の部位を監視するように利用しても良い。距離測定装置１８は、トーチ又はロボットが衝突により壊れることを防止するために、ロボット手首４上にロボット溶接トーチ２を堅牢性を減じて装着できる。カメラ６の前面は、より小型化され、溶接トーチ２に対する障害物性を下げても良い。（図６に示されるように）制御ユニット４０は、カメラ６の形式によっては、カメラ６の制御ユニット内に設置しても良い。好ましくは、距離測定装置１８は、溶接領域から離され、溶接スパッタ、熱及び煙により曝されないようにするため、カメラ６の上部に配置することが好ましい。距離測定装置１８は、必要があれば装着ブラケット組立体８を介しカメラ６に取り付けても良い。トーチのＸＹＺ座標上の正確な相対位置は、ロボット溶接トーチ２に装着されている目標５４又はトーチ本体の参照マークの助けにより測定できる。トーチ位置は、溶接中又は溶接シーケンス間で監視できる。予め設定された閾値より大きい変位が検出されると、警告信号が表示され、記録され、溶接操作者に送られるようにしても良い。三角測量目標５４の設計は、多くの種類の溶接トーチに適合し、また、ＸＹＺ座標における高解像度をもたらす。他の実施形態では、２重線三角測量レーザーユニット２２を使い、トーチ本体に刻設される簡易な交差線の助けをかり円筒状のトーチ本体の位置を直接測定するように使ってもよい。

操作者は、いつもビデオモニター（不図示）上で、工程管理のために溶接継手追跡カメラ６及びカメラユニット３０の視野を遠隔で監視でき、追跡レーザにより観察される追跡位置が、溶接トーチ先端及び継手上の溶接ワイヤ先端の位置のそばに、要求通りに見えることを確認できる。操作者は、また、トーチ先端周囲のアーク光、煙及びスパッタを溶接中に監視することができる。警告信号の後、操作者は、トーチの位置ずれが検出された時に取得された２Ｄイメージを見ることができ、このイメージの関心領域、カメラユニット３０により取得される三角測量のプロファイル、この時のトーチの位置及びそれ以前のその時間発展を見ることができる。円筒状トーチ先端の中心が溶接継手から大きく変位していることは、レーザ三角測量無しで２Ｄイメージ上でも直接検出される。

一実施形態では、追跡カメラ６は、（例えば図５に示されるように）ボルト５０用にねじ切りされた孔と、一体的なインターフェース接続部を備える、例えば、裏面（又は他の面）の装着構成により距離測定装置１８を設置できるように設計されている。したがって、カメラ６の埋め込み制御ユニットは、その作動のために、距離測定装置１８と共有しても良い。

図６を再び参照すると、制御ユニット４０は種々の動作モードを備える構成としても良く、例えば、イメージセンサー３２が（例えば図１に示すように）目標５４の連続画像を目標上のレーザーラインとともに取得し、かつ、溶接トーチ２の前方の溶接継手の視認できる光景の画像を取得する。視認アルゴリズムは、ＣＰＵ４４又はＦＰＧＡ４２で実施されても良い。ＣＰＵ４４は、使用者による較正（手順、グラフィカルインターフェース、パラメータの入力、カメラ６のベータ角、ＬＡＤ等）のコードを実施するように使用されても良く、それにより、使用者が焦点を合わせる関心領域（ＲＯＩ）（例えば目標５４の測定領域と監視する他の領域）を規定するために、ＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）を備えること、その結果、ストリーマー／ビデオの保存、許容度の入力、動作が生じた場合の対応の管理を視認するためのインターフェースを備えることや、分析を行うこと、ＬＣＤシャッター７１を自動的に稼働させることができる。包括的な較正の多項式は、制御ユニット４０にハードコードとしても良い。カメラユニット３０により取得された画像は、ピクセル間距離（目標５４は、予め規定された幅及び高さを有する）を計算するために使用しても良く、そして当該包括的な多項式は、ピクセル間の距離の関数として変更することができる。

イメージセンサー３２は、トーチの位置を三角測量により測定するために、そして溶接領域をカラービデオのためにＣＭＯＳカラーセンサーとすると有利であり、そのときにはボード７０は、ＣＭＯＳインターフェースボードである。光学フィルタはＬＣＤシャッター７１を介し実装され、溶接の実施の有無に拘わらず、溶接領域の三角測量及び２Ｄカラービデオを可能とする。

ＬＥＤ６２及びＬＣＤシャッター７１は、制御ユニット４０のＦＰＧＡ４２に接続されるドライバー４１により動作させても良い。

本発明の実施形態は、添付図面に示されそして、上述したが、当業者は、本発明から逸脱しない範囲で変更ができることは明らかである。

ＣＰＵ 処理ユニット
ＲＯＩ 対象領域
ＬＡＤ 前方注視距離
２ ロボット溶接トーチ
４ ロボット手首
６ 溶接継手追跡カメラ
８ 装着ブラケット組立体
１０ 治具
１２ 溶接継手
１４ レーザーライン
１６ 加工物
１８ 距離測定装置
２０ 本体
２２ レーザーユニット
２４ レーザ
２６ 作動投影構成部
２７ 保護レンズ
２８ レーザーマーク
３０ カメラユニット
３２ イメージセンサー
３３ 保護レンズ
３４ 光学観察構成部
３６ 工具中心点（ＴＣＰ）
３８ 溶接領域
４０ 制御ユニット
４３ 制御回線
４１ ドライバー
４５ イーサネット回線
４６ プロセッサー
４７ 電源線
４８ メモリ
４９ 同軸線
５０ ボルト
５２ 側部
５４ 三角測量目標ブロック、目標
５５ ブラケット構成
５６ コネクタ
５８ ビデオ出力コネクタ
５７ 錐体形状
６０ ラベル
６４ 保護窓
６６ エアー噴射構成部
６８、７０ 中断点
７０ ボード
７１ シャッター

Claims (18)

1. ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対する前記ロボット加工工具の位置を監視するための距離測定装置は、
   前記追跡装置に取り付け可能な本体と、
   前記本体により支持されるレーザーユニットと、前記レーザーユニットは、レーザと、前記ロボット加工工具の所定の目標領域上に三角測量レーザーマークを投影するための作動投影構成部とを有し、
   前記本体により指示されるカメラユニットと、前記カメラユニットは、イメージセンサーと、光学視認構成部とを有し、前記ロボット加工工具の前記目標領域上の前記三角測量レーザーマーク、前記ロボット加工工具の工具中心点及び加工領域が、前記カメラユニットの視野内にあり、
   前記レーザーユニット及び前記カメラユニットに接続される制御ユニットとを備え、
   前記制御ユニットは、
   前記レーザーユニットの動作を制御するためのレーザ制御回路と、
   イメージ分析回路とを有し、前記イメージ分析回路は、前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成されるイメージ信号を受け、前記イメージ信号の前記三角測量レーザーマークから三角測量レーザ測定データを生成し、前記三角測量レーザ測定データの関数として前記ロボット加工工具を示す信号を生成し、及び前記カメラユニットにより生成される前記イメージ信号を送ることを特徴とする距離測定装置。
2. 前記本体は、前記ロボット加工工具に面する前記追跡装置の側部に、前記ロボット加工工具に対する前記追跡装置の傾き角度に調整される傾き角度で前記本体を装着するための装着組立体を有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記目標領域は、前記追跡装置に面する前記ロボット加工工具の前側部に延在する目標要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
4. 前記目標要素は、前記ロボット加工工具の前記前側部上に刻設される所定形状のマーク又は前記ロボット加工工具に取り付けられる所定形状のブロックを備えることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
5. 前記形状は、前記ロボット加工工具から前記追跡装置の方向へ突出する三角形状に対応することを特徴とする請求項４に記載の距離測定装置。
6. 前記イメージ分析回路は、前記ロボット加工工具の参照位置データを保存するためのメモリと、前記メモリに連結されるプロセッサーとを有し、前記プロセッサーは、前記ロボット加工工具の位置を示す前記信号と前記参照位置データとを比較し、前記ロボット加工工具の位置を示す前記信号と前記参照位置データとの間の検出される差異が予め設定される変位閾値を超えると警告信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
7. 前記プロセッサーは、前記警告信号が生成されると、前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成される前記イメージ信号からのイメージを前記メモリに保存するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
8. 前記メモリは、加工工具ＩＤデータと、対応する加工工具形態データとを保存し、前記プロセッサーは、前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成される前記イメージ信号から検出されるＩＤマークから前記ロボット加工工具のＩＤを検出し、及び前記三角測量レーザ測定データを生成するために使用される前記メモリから前記対応する加工工具形態データを抽出するための機能を有することを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
9. さらに、前記イメージセンサーにより視認される光景を照らすように向けられ、前記本体により支持されているＬＥＤを備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
10. さらに、前記レーザーユニット及び前記カメラユニットの前に延在する保護窓と、前記保護窓の外側部に延在するエアー噴射構成部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
11. 前記カメラユニットは、前記イメージ信号を前処理するためのセンサーインターフェースボードを有することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
12. 前記カメラユニットは、前記制御ユニットにより制御される自動焦点及び調整可能な関心領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の距離測定装置。
13. 前記カメラユニットは、前記イメージセンサーの前に延在し、前記制御ユニットにより動作可能なシャッターを備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
14. 前記プロセッサーは、前記カメラユニットから受ける前記イメージ信号のイメージ分析により前記工具中心点の位置を計算するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
15. 前記イメージ分析回路は、前記ロボット加工工具の前記所定目標領域上に前記三角測量レーザーマークを投影することに起因する、前記イメージ信号の強度ピークと、区分されたレーザーマーク内の２つの中断点を検出するように構成され、前記ロボット加工工具の位置が多項式較正パラメータを調整することで前記２つの中断点の位置及びその間の距離の関数で決定されることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
16. 前記ロボット加工工具は、溶接トーチを備え、前記追跡装置は、溶接継手追跡カメラを備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
17. ロボット加工工具の近くに装着される追跡装置に対する前記ロボット加工工具の位置を監視するための方法は、
    前記距離測定装置を前記追跡装置に取り付け、前記距離測定装置は、レーザと三角測量レーザーマークを投影するための作動投影構成部とを有するレーザーユニットと、イメージセンサーと光学視認構成部とを有するカメラユニットと、前記レーザーユニット及び前記カメラユニットに接続される制御ユニットとを備え、
    前記三角測量レーザーマークが前記ロボット加工工具の所定の目標領域上に投影できるように前記レーザーユニットを位置決めし、
    前記三角測量レーザーマーク、前記ロボット加工工具の工具中心点及び加工領域が、前記カメラユニットの視野内にあるように前記カメラユニットを位置決めし、
    前記三角測量レーザーマークが前記ロボット加工工具の前記所定の目標領域上に投影されるように前記レーザーユニットの動作を制御し、
    前記カメラユニットの前記イメージセンサーにより生成されるイメージ信号を受け、
    前記イメージ信号の前記三角測量レーザーマークから三角測量レーザ測定データを生成し、
    前記三角測量レーザ測定データの関数として前記ロボット加工工具の前記位置を示す信号を生成し、及び
    前記カメラユニットにより生成される前記イメージ信号を送る、工程を備え、よって前記ロボット加工工具の前記位置が前記イメージ信号及び前記ロボット加工工具の前記位置を示す前記信号により監視されることを特徴とする方法。
18. 前記方法は、前記制御ユニットにより、
    前記ロボット加工工具の前記位置を示す最初の信号の関数として前記ロボット加工工具の参照位置データを最初に保存し、
    加工シーケンス中または前記加工シーケンス間、前記ロボット加工工具の前記位置を示す前記信号と前記参照位置データとを比較し、及び
    前記ロボット加工工具の前記位置を示す前記信号と前記参照位置データとの間の検出さされる差異が予め設定された変位閾値を超えると警告信号を生成する、工程をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
    
    

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