JP2018069272A - レーザ加工位置の撮像方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工位置の明るさに拘りなく、撮像手段によって常に適正明るさに撮像することができる撮像方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置に備えた撮像手段によってレーザ加工位置を撮像する際、レーザ加工装置に備えた照度センサによって前記レーザ加工位置の明るさを検出し、この照度センサによって検出した明るさに対応して、前記撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を調節して撮像する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工位置を撮像する撮像手段及び上記撮像手段によって撮像した画像（映像）を表示する表示手段を備えたレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、レーザ加工位置の照明が明るすぎたり、暗すぎる場合であっても、撮像した画像（映像）を、表示手段に適正な明るさでもって表示することができるレーザ加工位置の撮像方法及びレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置の１例としての溶接用レーザ加工装置がある。この種のレーザ加工装置においては、レーザ加工位置のティーチングを行う際に、又はフィラーワイヤとレーザ加工位置との位置関係を確認する際に、撮像手段によってレーザ加工位置を撮像することが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１３−１２８９６８号公報 特開２０１５−１９９１２７号公報

ところで、溶接用のレーザ加工装置は、例えば産業用ロボットにおけるロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッドを備えた構成が一般的である。そして、前記レーザ加工ヘッドの先端部が指向する方向は、溶接姿勢によって種々の方向である。前記レーザ加工装置によってレーザ加工（溶接加工）を行うワークの形状は種々の形状であり、ワークは室内照明によって照明されている。

したがって、ワークの加工位置は、室内照明によって直接照射されて極めて明るい部分や、ワークやレーザ加工ヘッド、ロボットアーム等の影となって暗くなる部分がある。よって、撮像手段によってレーザ加工位置を撮像し、撮像した画像（映像）を表示手段に表示する場合、例えばハレーションを生じたり、暗くなったり、適正の明るさでもって表示することが難しいものである。

ところで、撮像画面を表示手段に表示するに際しては、ワークのレーザ加工位置の照明を行う室内照明の明るさを適正な明るさに調節することも考えられる。ところが、室内照明は複数箇所に備えられるのが普通である。そして、例えば立体構造のワークにおける角部付近の溶接を行うような場合、溶接姿勢は大きく変化するものである。したがって、溶接姿勢の変化によってレーザ加工ヘッドやロボットアーム等の影がレーザ加工位置に生じる場合や、生じない場合がある。また、室内照明の、レーザ加工位置からの反射光が撮像手段内に直接的に入り易い場合や、そうでない場合が頻繁に生じることがある。

したがって、室内照明の明るさを適正明るさに調節することは難しいものである。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工装置に備えた撮像手段によってレーザ加工位置を撮像する際、レーザ加工装置に備えた照度センサによって前記レーザ加工位置の明るさを検出し、この照度センサによって検出した明るさに対応して、前記撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を調節して撮像する。

また、前記レーザ加工位置の撮像方法において、望ましくは、レーザ加工位置の明るさの検出は、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルのノズル口を通して行う。

また、前記レーザ加工位置の撮像方法において、望ましくは、前記シャッター速度の調節は、レーザ加工位置の明るさとシャッター速度との関係を予め関連付けしたデータに基づいて行われる。

また、レーザ加工ヘッドと、レーザ加工位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、を備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工位置の明るさを検出する照度センサと、前記撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を、前記照度センサによって検出した明るさに対応して調節するシャッター速度調節手段と、を備えている。

また、前記レーザ加工装置において、望ましくは、前記照度センサは、レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの内部に備えられている。

また、前記レーザ加工装置において、望ましくは、前記レーザ加工ヘッド内に照明手段が備えられている。

また、前記レーザ加工装置において、望ましくは、前記シャッター速度調節手段は、前記照度センサの検出値とシャッター速度とを予め関連付けたデータテーブルを備えている。

また、前記レーザ加工装置において、望ましくは、前記データテーブルは、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに着脱交換されるレーザノズルの種類に対応して備えている。

本発明によれば、レーザ加工位置の明るさを照度センサによって検出し、検出した明るさに対応して、撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を調節するものである。したがって、レーザ加工位置の明るさが、例えばハレーションを生じ易いほどに明るいような場合であっても、適正な明るさでもってレーザ加工位置を撮像し、表示手段に表示することができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの主要な構成を示す断面説明図である。 機能ブロック図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置（全体的構成は図示省略）におけるレーザ加工ヘッド１の主要部分の断面説明図である。このレーザ加工ヘッド１は、例えば産業用ロボットにおけるロボットアームの先端部に備えて使用されるものである。したがって、前記レーザ加工ヘッド１は、ワーク（図示省略）の形状、構成に対応して、先端部の指向方向を種々の所望方向に変更して使用されるものである。

前記レーザ加工ヘッド１は、適宜のブラケット（図示省略）を介して産業用ロボット（図示省略）におけるロボットアームの先端部に装着されるもので、このレーザ加工ヘッド１には、筒状のハウジングボックス３が備えられている。このハウジングボックス３内にはレンズホルダ５が備えられている。そして、このレンズホルダ５には、レーザ光ＬＢの集光を行う集光レンズ７が備えられている。

前記ハウジングボックス３の下部には、照明ハウジング９が備えられている。この照明ハウジング９内には、レーザ光ＬＢが透過自在な円筒部材１１が備えられている。この円筒部材１１の下部外周面は、下側が小径になるテーパ面に形成してある。そして、このテーパ面の上部側には、下部外周面のテーパの角度よりも大きな角度のテーパ面が形成してある。そして、この大きな角度のテーパ面の下側には、ワークＷのレーザ加工位置ＬＰの照明を行う照明手段としての複数の点光源１３が接触するように配置してある。この点光源１３は、例えばＬＥＤから構成してある。したがって、各点光源１３からの光は、前記円筒部材１１の外周面（テーパ面）に反射されて、また、直接下方向へ照射されるものである。そして、例えば電流値を調節することによって、点光源１３の明るさを調節することができるものである。

すなわち、前記複数の点光源１３は、ワークＷのレーザ加工位置ＬＰの照明を行う機能を奏するものである。したがって、前記点光源の明るさを調節することにより、レーザ加工位置の照度を調節することができるものである。

前記照明ハウジング９の下部には、スパッタ等を外方へ吹き飛ばすエアを噴出するためのエア噴出ハウジング１５が備えられており、このエア噴出ハウジング１５と前記照明ハウジング９との間には、保護ガラス１７が着脱交換自在に備えられている。そして、前記エア噴出ハウジング１５の下部に備えた筒状のノズルホルダ１９の下端部には、レーザノズル２１が着脱交換自在に備えられている。したがって、複数の前記点光源１３によるレーザ加工位置ＬＰの照明は、レーザノズル２１におけるノズル口２１Ａを通して行われるものである。

前記レーザ加工ヘッド１には、ワークＷの前記レーザ加工位置ＬＰの撮像を行う撮像手段の１例としてＣＣＤカメラ２３を、前記ハウジングボックス３の外側面に備えている。そして、このＣＣＤカメラ２３によって前記レーザ加工位置ＬＰの撮像を行うために、前記ハウジングボックス３内には反射鏡２５が備えられている。

より詳細には、前記ハウジングボックス３内には、レーザ光ＬＢの光軸に対して直交する方向（図１において紙面に垂直な方向）に移動自在なミラーホルダ２７が備えられている。そして、このミラーホルダ２７には、前記レーザ加工位置ＬＰからの反射光を前記ＣＣＤカメラ２３方向へ反射する前記反射鏡２５が傾斜して備えられている。したがって、前記レーザ加工位置ＬＰを、ＣＣＤカメラ２３によって撮像することができるものである。前記ＣＣＤカメラ２３による撮像は、前記レーザノズル２１のノズル口２１Ａを通して行われる。

ところで、前記ミラーホルダ２７は、ワークＷにレーザ光ＬＢを照射してワークＷのレーザ加工を行うときには、レーザ光ＬＢの光路から退避されるものである。そして、前記ＣＣＤカメラ２３によってレーザ加工位置ＬＰの撮像を行うときには、レーザ光ＬＢの光路内に移動位置決めされるものである。すなわち、ミラーホルダ２７は、例えば流体圧シリンダなどのごときアクチュエータ（図示省略）の作動によって、レーザ光ＬＢの光路に対して進退動作されるものである。

とろこで、前記ＣＣＤカメラ２３によってレーザ加工位置ＬＰの撮像を行う際に、前記レーザ加工位置ＬＰの明るさ検出するための照度センサ２９が備えられている。上記照度センサ２９は、前記レーザ加工ヘッド１内に備えられている。この照度センサ２９は、前記レーザノズル２１のノズル口２１Ａを通してレーザ加工位置ＬＰの明るさを検出する機能を奏すればよいものであって、レーザ加工ヘッド１内の所望位置に備えることができる。

本実施形態においては、前記照度センサ２９は前記ミラーホルダ２７に備えられている。すなわち、照度センサ２９は、ＣＣＤカメラ２３によってレーザ加工位置ＬＰの撮像を行うときには、前記レーザ加工位置ＬＰの明るさを検出する検出位置に位置し、レーザ加工位置ＬＰの撮像を行わないときには、非検出位置に位置するものである。換言すれば、照度センサ２９は、検出位置と非検出位置とへ移動自在に備えられている。したがって、ワークＷのレーザ加工時に、レーザ加工位置ＬＰからのレーザ光ＬＢの反射光から照度センサ２９を保護することができるものである。

以上のごとき説明から理解されるように、撮像手段としてのＣＣＤカメラ２３によってレーザ加工位置ＬＰの撮像を行うとき、レーザ加工位置ＬＰの明るさを照度センサ２９によって検出することができる。したがって、前記点光源１３の明るさを調節してレーザ加工位置ＬＰの明るさを調節して、レーザ加工位置ＬＰの明るさを適正の明るさに調節することも可能である。

しかし、例えば室内照明が非常に明るく、前記レーザ加工位置ＬＰが明るすぎるような場合には、レーザ加工位置ＬＰの明るさを適正の明るさに調節することは難しいものである。したがって、このような場合には、ＣＣＤカメラ２３によってレーザ加工位置の撮像を行って、レーザ加工装置に備えた表示手段（図１には図示省略）にレーザ加工位置ＬＰの画像を表示すると、ハレーションを生じ、映像が真っ白になり易いものである。

また、前記レーザ加工位置ＬＰの部分が、例えば影になって暗くなると、映像が真っ黒になることがある。なお、この場合には、複数の前記点光源１３によってレーザ加工位置ＬＰの照明を行うことによって対処することも可能である。

前述のように、室内照明の照明方向、明るさ及びワークＷの姿勢や溶接姿勢などによるワーク、ロボットアーム、レーザ加工ヘッド等の影の発生などによって、前記レーザ加工位置ＬＰの明るさは種々変化するものである。したがって、例えばハレーションが生じることを防止するために、室内照明の明るさを調節すると、場合によってはレーザ加工位置ＬＰの明るさが必要以上に暗くなることがある。よって、レーザ加工位置ＬＰの明るさを常に適正の明るさに調節することは難しいものである。

そこで、本実施形態においては、例えばＣＣＤカメラなどのごとき撮像手段２３における撮像素子（例えば、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ）に対する入光量を常にほぼ一定に保持して、映像が真っ白になることや、真っ黒になることを防止して、レーザ加工位置ＬＰの映像を、モニタなどの表示手段に常に見易く表示しようとするものである。

すなわち、本実施形態においては、前記レーザ加工位置ＬＰの明るさに対応して、前記撮像手段２３の撮像条件を調節する撮像条件調節装置３１（図２参照）を備えている。この撮像条件調節装置３１は、例えばマイコンから構成してあるものであって、ＣＰＵ３３，ＲＡＭ３５，ＲＯＭ３７を備えている。この撮像条件調節装置３１は、前記照度センサ２９によって検出した、レーザ加工位置ＬＰの照度（明るさ）に対応して、撮像手段２３におけるシャッタのシャッター速度を調節するものである。

したがって、前記撮像条件調節装置３１には前記照度センサ２９が接続してある。そして、この照度センサ２９の検出値（明るさ）に対応して、前記撮像手段２３におけるシャッタのシャッター速度を調節するためのシャッター速度調節手段３９を備えている。前記撮像条件調節装置３１には、前記照度センサ２９によって検出した明るさ（照度）に対応して、前記シャッター速度を調節するために、照度センサ２９の検出値（明るさ）とシャッター速度との関係を、予め実験的に求めたデータテーブル４１が備えられている。

ところで、前記撮像手段２３によってワークＷのレーザ加工位置ＬＰを撮像するときは、レーザノズル２１のノズル口２１Ａを通して撮像されるものである。また、前記照度センサ２９によってレーザ加工位置ＬＰの明るさを検出する場合、前記ノズル口２１Ａを通して行われるものである。ここで、前記レーザノズル２１の種類が代わると、ノズル口２１Ａの大きさも変わるものである。

したがって、前記照度センサ２９によってレーザ加工位置の明るさを検出するとき、レーザノズル２１が代わってノズル口２１Ａの大きさが変わると、絞りが変化したことに等しくなる。よって、レーザ加工位置ＬＰの明るさが同一であっても、レーザノズル２１が代わると、照度センサ２９による検出値が変化することになる。よって、前記テータテーブル４１は、レーザ加工ヘッド１に着脱交換されるレーザノズルの種類に対応して備えられている。

以上のごとき構成において、例えばティーチングを行うために、レーザ加工ヘッド１に備えたノズル２１を、ワークＷのレーザ加工位置ＬＰに指向すると、レーザ加工ヘッド１内に備えた照度センサ２９によってレーザ加工位置ＬＰの明るさが検出される。そして、レーザ加工位置ＬＰの明るさが検出されると、レーザ加工ヘッド１に装着してあるノズル２１に対応したデータテーブル４１を参照して、照度センサ２９によって検出した明るさに対応したシャッター速度が検索される。

そして、シャッター速度調節手段３９によって、撮像手段２３のシャッター速度は、検索された前記シャッター速度に調節される。したがって、前記撮像手段２３によるレーザ加工位置ＬＰの撮像は、調節された前記シャッター速度でもって行われることになる。この場合、レーザ加工位置ＬＰが非常に明るい場合には、シャッター速度は高速シャッターに調節され、暗い場合には低速シャッターに調節されるものである。

したがって、レーザ加工位置ＬＰを撮像したときに、撮像手段２３における撮像素子（図示省略）に対する入光量は、レーザ加工位置ＬＰの明るさに拘わりなく、常にほぼ一定に保持（維持）することができるものである。よって、表示手段４３に映像（画像）を表示するとき、上記表示手段４３の画面が明るすぎたり、暗すぎることなく、常に適正明るさでもって表示することができるものである。

以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、ワークＷのレーザ加工位置ＬＰの撮像を行う際、レーザ加工位置ＬＰの明るさを、照度センサ２９によって検出する。そして、検出した明るさに対応して、撮像手段２３に備えたシャッタのシャッター速度を適正な速度に調節する。よって、レーザ加工位置ＬＰの明るさや暗さに拘わりなく、撮像手段２３に対する入光量をほぼ一定にすることができる。すなわち、レーザ加工位置ＬＰの撮像を、安定した見易い状態に撮像することができるものである。

１ レーザ加工ヘッド
９ 照明ハウジング
１３ 点光源（照明手段）
１９ ノズルホルダ
２１ レーザノズル
２１Ａ ノズル口
２３ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２５ 反射鏡
２９ 照度センサ
３１ 撮像条件調節装置
３９ シャッター速度調節手段

Claims (11)

1. レーザ加工装置に備えた撮像手段によってレーザ加工位置を撮像する際、レーザ加工装置に備えた照度センサによって前記レーザ加工位置の明るさを検出し、この照度センサによって検出した明るさに対応して、前記撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を調節して撮像することを特徴とするレーザ加工位置の撮像方法。
2. 請求項１に記載のレーザ加工位置の撮像方法において、レーザ加工位置の明るさの検出は、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたレーザノズルのノズル口を通して行うことを特徴とするレーザ加工位置の撮像方法。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工位置の撮像方法において、前記シャッター速度の調節は、レーザ加工位置の明るさとシャッター速度との関係を予め関連付けしたデータに基づいて行われることを特徴とするレーザ加工位置の撮像方法。
4. レーザ加工ヘッドと、レーザ加工位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、を備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工位置の明るさを検出する照度センサと、前記撮像手段に備えたシャッタのシャッター速度を、前記照度センサによって検出した明るさに対応して調節するシャッター速度調節手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記照度センサは、レーザ加工装置に備えたレーザ加工ヘッドの内部に備えられていることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項５に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッド内に照明手段が備えられていることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 請求項４，５又は６に記載のレーザ加工装置において、前記シャッター速度調節手段は、前記照度センサの検出値とシャッター速度とを予め関連付けたデータテーブルを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
8. 請求項７に記載のレーザ加工装置において、前記データテーブルは、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに着脱交換されるレーザノズルの種類に対応して備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項６，７又は８に記載のレーザ加工装置において、前記照明手段は、レーザ加工ヘッドの光軸を中心とする円周に沿って配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
10. 請求項４〜９のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドは、前記撮像手段を側面に備えたハウジングボックスを備え、前記撮像手段によってレーザ加工位置を行うために、前記ハウジングボックスに反射鏡を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
11. 請求項１０に記載のレーザ加工装置において、前記反射鏡は、レーザ光の光路に対して出入自在に備えられていることを特徴とするレーザ加工装置。
    

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