JP3178984B2 - 溶接線位置検出装置 - Google Patents
溶接線位置検出装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的手段を用いて被
溶接物の溶接線の位置を高速に、かつ高精度に検出する
溶接線位置検出装置に係り、特に溶接用ロボットなどの
自動溶接装置に好適な溶接線位置検出装置に関する。
溶接物の溶接線の位置を高速に、かつ高精度に検出する
溶接線位置検出装置に係り、特に溶接用ロボットなどの
自動溶接装置に好適な溶接線位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ティーチングプレイバック方式の溶接ロ
ボットで溶接作業を行う際には、被溶接物のワークセッ
ティングのずれや、被溶接物の仮付けあるいは溶接作業
中の熱歪による被溶接物の変形などにより、教示された
溶接線位置と実際に溶接を施すべき溶接線の位置が異な
っていて、溶接不良を引き起こすという可能性がある。
この問題点を解消すべく、光学的手段を用いて溶接線を
検出して、教示された溶接線位置の補正を行い、溶接品
質の向上を実現する装置が数多く提案されている。
ボットで溶接作業を行う際には、被溶接物のワークセッ
ティングのずれや、被溶接物の仮付けあるいは溶接作業
中の熱歪による被溶接物の変形などにより、教示された
溶接線位置と実際に溶接を施すべき溶接線の位置が異な
っていて、溶接不良を引き起こすという可能性がある。
この問題点を解消すべく、光学的手段を用いて溶接線を
検出して、教示された溶接線位置の補正を行い、溶接品
質の向上を実現する装置が数多く提案されている。
【０００３】このような溶接線位置検出装置として、た
とえば特開昭５４−５３６４６号公報などに記述されて
いるような、光切断法を適用した装置が提案されてい
る。これは投光部からレーザ光などの光をスリット状に
集光しこれを溶接線方向に直交するように溶接線を含む
領域に照射して、その反射光をＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣ
ｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどの撮像部で撮
像し、撮像した画像に画像処理を行い、溶接位置を同定
するというものであった。しかし、このような構成の溶
接位置検出装置で図１３で示されるようなＴ字継手の被
溶接物に適用した場合に、スリット光投光部２０と撮像
部３０によって得られる画像は、本来検出されるべき縦
板９ｅおよび下板９ｆからの１次反射像だけではなく、
図３のように、前記１次反射像が互いに他の被溶接部材
でさらに反射した２次反射像が同時に撮像されてしま
う。この２次反射像の明度は、検出装置の検出姿勢次第
では１次反射像以上の明度となって検出されてしまうた
め、溶接線位置の検出のための画像処理は複雑となり、
また検出精度の低下をもたらしていた。
とえば特開昭５４−５３６４６号公報などに記述されて
いるような、光切断法を適用した装置が提案されてい
る。これは投光部からレーザ光などの光をスリット状に
集光しこれを溶接線方向に直交するように溶接線を含む
領域に照射して、その反射光をＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣ
ｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどの撮像部で撮
像し、撮像した画像に画像処理を行い、溶接位置を同定
するというものであった。しかし、このような構成の溶
接位置検出装置で図１３で示されるようなＴ字継手の被
溶接物に適用した場合に、スリット光投光部２０と撮像
部３０によって得られる画像は、本来検出されるべき縦
板９ｅおよび下板９ｆからの１次反射像だけではなく、
図３のように、前記１次反射像が互いに他の被溶接部材
でさらに反射した２次反射像が同時に撮像されてしま
う。この２次反射像の明度は、検出装置の検出姿勢次第
では１次反射像以上の明度となって検出されてしまうた
め、溶接線位置の検出のための画像処理は複雑となり、
また検出精度の低下をもたらしていた。
【０００４】上記課題を解決するために、特開平２−１
８４７０５号公報では、円偏光を被検出体表面に対し照
射する投光手段と、この円偏光の物体からの反射光を受
光可能な位置に配され、前記反射光を入射して撮像する
受光手段とを備えており、前記受光手段は、前記反射光
を入力して直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直
線偏光に変換された反射光を透過するようにその透過軸
を合わせた偏光板を介して得られた反射光を受光して画
像信号に変換する撮像手段と、前記画像信号に基づいて
被検出物の位置を検出する画像処理部を設けた位置検出
装置を提案している。
８４７０５号公報では、円偏光を被検出体表面に対し照
射する投光手段と、この円偏光の物体からの反射光を受
光可能な位置に配され、前記反射光を入射して撮像する
受光手段とを備えており、前記受光手段は、前記反射光
を入力して直線偏光に変換する１／４波長板と、前記直
線偏光に変換された反射光を透過するようにその透過軸
を合わせた偏光板を介して得られた反射光を受光して画
像信号に変換する撮像手段と、前記画像信号に基づいて
被検出物の位置を検出する画像処理部を設けた位置検出
装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平２−１８４７０
５号公報で提案されている位置検出装置では、前記の構
成により、２次反射の影響を受けずに被検出体の位置を
検出するという目的に対して、一定の成果は得られるも
のと推測されるが、２次反射光の直線偏光も偏光板を透
過して撮像されてしまい、完全に２次反射像の除去が実
現できるというものではない。また、これは前記特開昭
５４−５３６４６号公報などに記載の構成に加えて、高
価な１／４波長板や偏光板を用いる必要があり、必然的
に検出装置は高価なものになってしまい、検出装置の大
きさも大きなものになってしまう。
５号公報で提案されている位置検出装置では、前記の構
成により、２次反射の影響を受けずに被検出体の位置を
検出するという目的に対して、一定の成果は得られるも
のと推測されるが、２次反射光の直線偏光も偏光板を透
過して撮像されてしまい、完全に２次反射像の除去が実
現できるというものではない。また、これは前記特開昭
５４−５３６４６号公報などに記載の構成に加えて、高
価な１／４波長板や偏光板を用いる必要があり、必然的
に検出装置は高価なものになってしまい、検出装置の大
きさも大きなものになってしまう。
【０００６】さらに、投光部ではスリット光の直線偏光
が円偏光に変換されるように、スリット光と１／４波長
板の位置調整が必要であり、撮像部では１／４波長板で
変換された直線偏光が偏光板を透過できるように、その
透過軸を合わせるという組立調整が必要となる。すなわ
ち、このような構成の位置検出装置では、特開昭５４−
５３６４６号公報などで提案された方式に比べて、組立
調整の際にかなりの工数を要することがわかる。
が円偏光に変換されるように、スリット光と１／４波長
板の位置調整が必要であり、撮像部では１／４波長板で
変換された直線偏光が偏光板を透過できるように、その
透過軸を合わせるという組立調整が必要となる。すなわ
ち、このような構成の位置検出装置では、特開昭５４−
５３６４６号公報などで提案された方式に比べて、組立
調整の際にかなりの工数を要することがわかる。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するもので、簡
易な構成で２次反射の影響下においても高速に、高精度
に溶接線位置検出が可能な溶接線位置検出装置を提供す
ることを目的としている。
易な構成で２次反射の影響下においても高速に、高精度
に溶接線位置検出が可能な溶接線位置検出装置を提供す
ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の溶接線位置検出装置は、被溶接物の溶接線
に対してスリット光を照射する投光部と、前記投光部か
ら照射されるスリット光のなす平面に対し、一定の角度
をなす方向から被溶接物の反射光を撮像する撮像部と、
この撮像部に接続されて撮像部で受光された反射光の光
量分布に基づいて前記被溶接物の溶接線位置を求める画
像処理部と、前記投光部と画像処理部を制御する検出装
置制御部とを備え、前記画像処理部は、受光された反射
光の２次元の光量分布を水平投影分布と垂直投影分布に
分け、各投影分布の極値が示す２次元位置を前記被溶接
物の溶接線位置として同定を行うように構成されている
ものである。
め、本発明の溶接線位置検出装置は、被溶接物の溶接線
に対してスリット光を照射する投光部と、前記投光部か
ら照射されるスリット光のなす平面に対し、一定の角度
をなす方向から被溶接物の反射光を撮像する撮像部と、
この撮像部に接続されて撮像部で受光された反射光の光
量分布に基づいて前記被溶接物の溶接線位置を求める画
像処理部と、前記投光部と画像処理部を制御する検出装
置制御部とを備え、前記画像処理部は、受光された反射
光の２次元の光量分布を水平投影分布と垂直投影分布に
分け、各投影分布の極値が示す２次元位置を前記被溶接
物の溶接線位置として同定を行うように構成されている
ものである。
【０００９】また、被溶接物の溶接線に対してスリット
光を照射する投光部と、前記投光部から照射されるスリ
ット光のなす平面に対し、一定の角度をなす方向から被
溶接物の反射光を撮像する撮像部と、この撮像部に接続
されて撮像部で受光された反射光の光量分布に基づいて
前記被溶接物の溶接線位置を求める画像処理部と、前記
投光部と画像処理部を制御する検出装置制御部とを備
え、前記画像処理部は、受光された反射光の２次元の光
量分布のうち、２次反射の影響を受けていない画面の上
部および下部において、互いに適当な間隔を有した複数
の走査線を設定し、各走査線上の光量分布の極大位置を
求め、各極大位置から推定される直線の交点を前記被溶
接物の溶接線位置として同定を行うように構成されてい
るものである。
光を照射する投光部と、前記投光部から照射されるスリ
ット光のなす平面に対し、一定の角度をなす方向から被
溶接物の反射光を撮像する撮像部と、この撮像部に接続
されて撮像部で受光された反射光の光量分布に基づいて
前記被溶接物の溶接線位置を求める画像処理部と、前記
投光部と画像処理部を制御する検出装置制御部とを備
え、前記画像処理部は、受光された反射光の２次元の光
量分布のうち、２次反射の影響を受けていない画面の上
部および下部において、互いに適当な間隔を有した複数
の走査線を設定し、各走査線上の光量分布の極大位置を
求め、各極大位置から推定される直線の交点を前記被溶
接物の溶接線位置として同定を行うように構成されてい
るものである。
【００１０】また、画像処理部は、受光された反射光の
２次元の光量分布から被溶接物の溶接線の概略位置を同
定し、前記溶接線の概略位置を中心とする検出処理領域
を定めて、この処理領域内で溶接線位置の同定を行うよ
うに構成され、また、検出装置制御部は、外部から設定
されたパラメータに基づいて、画像処理部における検出
処理領域の大きさを定めるように構成され、また、投光
部は、光量制御部により照射する光量を制御される構成
とされ、外部から設定されたパラメータまたは画像処理
部で求められた受光光量の投影分布に基づいて、検出装
置制御部は、前記光量制御部を介して照射するスリット
光の強度を制御可能であるように構成されているもので
ある。
２次元の光量分布から被溶接物の溶接線の概略位置を同
定し、前記溶接線の概略位置を中心とする検出処理領域
を定めて、この処理領域内で溶接線位置の同定を行うよ
うに構成され、また、検出装置制御部は、外部から設定
されたパラメータに基づいて、画像処理部における検出
処理領域の大きさを定めるように構成され、また、投光
部は、光量制御部により照射する光量を制御される構成
とされ、外部から設定されたパラメータまたは画像処理
部で求められた受光光量の投影分布に基づいて、検出装
置制御部は、前記光量制御部を介して照射するスリット
光の強度を制御可能であるように構成されているもので
ある。
【００１１】
【作用】本発明は、上記した構成により、画像処理部
は、受光された反射光の２次元の光量分布から求めた投
影分布を用いて被溶接物の溶接線位置の同定を行うの
で、簡易な構成で２次反射の影響下においても高速に、
しかも高精度に溶接線位置検出が可能となる。
は、受光された反射光の２次元の光量分布から求めた投
影分布を用いて被溶接物の溶接線位置の同定を行うの
で、簡易な構成で２次反射の影響下においても高速に、
しかも高精度に溶接線位置検出が可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例の溶接線位置検出装置
の要部を示す詳細構成図、図２は同溶接線位置検出装置
を溶接用ロボットに適用した全体構成図である。図中１
２は溶接用ロボットのマニピュレータ１１の手首部に装
着された溶接トーチである。この溶接トーチ１２に溶接
線位置検出装置１が取り付けられ、溶接線位置検出装置
１は被溶接部材９ａおよび９ｂからなる被溶接物の溶接
線位置を検出し、溶接線位置の位置データは検出装置制
御部６を介してロボット制御部７に送られる。ロボット
制御部７では、あらかじめ記憶されている溶接位置と溶
接線位置検出装置１で検出された溶接線位置との偏差を
求めて、教示位置あるいは複数の教示位置を補間計算し
て得られる補間位置から、この偏差分だけシフトさせて
マニピュレータを駆動する。その結果、溶接トーチ１２
の先端アーク点が被溶接物の溶接線１０を倣うことがで
きるという構成をとっている。
明する。図１は本発明の一実施例の溶接線位置検出装置
の要部を示す詳細構成図、図２は同溶接線位置検出装置
を溶接用ロボットに適用した全体構成図である。図中１
２は溶接用ロボットのマニピュレータ１１の手首部に装
着された溶接トーチである。この溶接トーチ１２に溶接
線位置検出装置１が取り付けられ、溶接線位置検出装置
１は被溶接部材９ａおよび９ｂからなる被溶接物の溶接
線位置を検出し、溶接線位置の位置データは検出装置制
御部６を介してロボット制御部７に送られる。ロボット
制御部７では、あらかじめ記憶されている溶接位置と溶
接線位置検出装置１で検出された溶接線位置との偏差を
求めて、教示位置あるいは複数の教示位置を補間計算し
て得られる補間位置から、この偏差分だけシフトさせて
マニピュレータを駆動する。その結果、溶接トーチ１２
の先端アーク点が被溶接物の溶接線１０を倣うことがで
きるという構成をとっている。
【００１３】溶接線位置検出装置１は、スリット光８を
被溶接物に照射する投光部２と照射光量を制御する光量
制御部４、被溶接物からの反射像を撮像する撮像部と撮
像された画像データを処理する画像処理部５、および検
出装置制御部６からなる。投光部２は半導体レーザ素子
２０１、コリメータレンズ２０２、集光レンズ２０３お
よびシリンドリカルレンズ２０４から構成され、これら
の光学素子によりスリット光８を形成する。撮像部３は
干渉フィルタ３０３、結像レンズ３０２およびＣＣＤカ
メラ３０１からなり、投光部から照射されたスリット光
の反射像を撮像する。ここで干渉フィルタ３０３は、半
導体レーザ素子２０１の発光波長近傍の光のみを透過さ
せるフィルタであり、外乱光の影響を軽減する目的で用
いている。また、図１中の線分ＰＱおよびＰＲはスリッ
ト光８によって被溶接物表面に形成される光切断線を表
す。
被溶接物に照射する投光部２と照射光量を制御する光量
制御部４、被溶接物からの反射像を撮像する撮像部と撮
像された画像データを処理する画像処理部５、および検
出装置制御部６からなる。投光部２は半導体レーザ素子
２０１、コリメータレンズ２０２、集光レンズ２０３お
よびシリンドリカルレンズ２０４から構成され、これら
の光学素子によりスリット光８を形成する。撮像部３は
干渉フィルタ３０３、結像レンズ３０２およびＣＣＤカ
メラ３０１からなり、投光部から照射されたスリット光
の反射像を撮像する。ここで干渉フィルタ３０３は、半
導体レーザ素子２０１の発光波長近傍の光のみを透過さ
せるフィルタであり、外乱光の影響を軽減する目的で用
いている。また、図１中の線分ＰＱおよびＰＲはスリッ
ト光８によって被溶接物表面に形成される光切断線を表
す。
【００１４】図１に示すような被溶接部材９ａと９ｂで
形成されるＴ字継手の被溶接物に、スリット光８を照射
した反射像を、ＣＣＤカメラ３０１で撮像した画像を図
３に示す。この図３で示すように、ＣＣＤカメラ３０１
では、１次反射像と２次反射像が混在して撮像される。
この両者の光量がほとんど差異がない場合が多いため、
１次反射像だけを抽出して画像解析を施すことは事実上
困難である。そこで、本発明では図３のような１次反射
像と２次反射像が混在した画像データをもとに溶接線位
置を高速に高精度に検出できる検出装置を提案してい
る。
形成されるＴ字継手の被溶接物に、スリット光８を照射
した反射像を、ＣＣＤカメラ３０１で撮像した画像を図
３に示す。この図３で示すように、ＣＣＤカメラ３０１
では、１次反射像と２次反射像が混在して撮像される。
この両者の光量がほとんど差異がない場合が多いため、
１次反射像だけを抽出して画像解析を施すことは事実上
困難である。そこで、本発明では図３のような１次反射
像と２次反射像が混在した画像データをもとに溶接線位
置を高速に高精度に検出できる検出装置を提案してい
る。
【００１５】図３に示されるような２次元の画像は、図
４で示されるＣＣＤカメラ３０１を構成する２次元の光
検出素子３１０により、光量が電気信号に変換され、こ
の電気信号がビデオ信号として画像処理部５に入力され
る。画像処理部５は、Ａ／Ｄ変換器５０１、メモリ５０
２および演算部５０３からなり、画像処理部５に入力さ
れたビデオ信号はＡ／Ｄ変換器５０１によりデジタル量
に変換されて、メモリ５０２に書き込まれる。図５は、
２次元の画面上におけるアドレスの割付け方法の一例を
示している。この例では前記の光検出素子３１０の有効
画素数に対応して縦×横で５１２×５１２に画面を分割
して、各画素で検出される画像の明るさを電気量に変換
し、さらにこれをＡ／Ｄ変換器５０１で８ビットのデジ
タル量に変換して、メモリ５０２にこれを記憶してい
る。演算分５０３は、メモリ５０２上に記憶されたデジ
タル情報に基づいて溶接線位置の検出のための演算を行
う。
４で示されるＣＣＤカメラ３０１を構成する２次元の光
検出素子３１０により、光量が電気信号に変換され、こ
の電気信号がビデオ信号として画像処理部５に入力され
る。画像処理部５は、Ａ／Ｄ変換器５０１、メモリ５０
２および演算部５０３からなり、画像処理部５に入力さ
れたビデオ信号はＡ／Ｄ変換器５０１によりデジタル量
に変換されて、メモリ５０２に書き込まれる。図５は、
２次元の画面上におけるアドレスの割付け方法の一例を
示している。この例では前記の光検出素子３１０の有効
画素数に対応して縦×横で５１２×５１２に画面を分割
して、各画素で検出される画像の明るさを電気量に変換
し、さらにこれをＡ／Ｄ変換器５０１で８ビットのデジ
タル量に変換して、メモリ５０２にこれを記憶してい
る。演算分５０３は、メモリ５０２上に記憶されたデジ
タル情報に基づいて溶接線位置の検出のための演算を行
う。
【００１６】次に、図１に示すＴ字継手に対して得られ
る図３のような光切断像を用いて、演算部５０３で溶接
線位置を求める処理方法について説明する。メモリ５０
２に記憶された５１２×５１２の全画面分の情報をもと
に以下と同様の検出処理を行うことも可能であるが、画
像のノイズ成分の除去と検出の高速化のため、次のよう
に画像処理を施す領域（以下ウィンドウと記す）を設定
し、このウィンドウ内の画像データをもとに溶接線位置
検出処理を行うこととする。
る図３のような光切断像を用いて、演算部５０３で溶接
線位置を求める処理方法について説明する。メモリ５０
２に記憶された５１２×５１２の全画面分の情報をもと
に以下と同様の検出処理を行うことも可能であるが、画
像のノイズ成分の除去と検出の高速化のため、次のよう
に画像処理を施す領域（以下ウィンドウと記す）を設定
し、このウィンドウ内の画像データをもとに溶接線位置
検出処理を行うこととする。
【００１７】図６に上記のウィンドウ設定方法の一例を
示す。図６に示すように各画素のアドレスを、光検出素
子５１０の２次元の物理的な空間に対応して、２次元的
に（Ｍ，Ｎ）（Ｍ，Ｎは共に０以上５１１以下の整数）
で表現することにする。このアドレス（Ｍ，Ｎ）は図５
で示す絶対アドレスではＮ×５１１＋Ｍに換算される。
図６（ａ）のように２次反射の影響を受けていない画面
の上部および下部において、互いに適当な間隔を有した
水平走査線ＡＡ′，ＢＢ′，ＣＣ′，ＤＤ′を設定す
る。図６（ｂ）は走査線ＡＡ′上の断面光量分布を示し
ている。縦軸は画像の明るさを示し、横軸は走査線Ａ
Ａ′上の位置を表している。走査線ＡＡ′上の断面光量
分布の極大位置をａとするとａのアドレスは（Ｍａ，Ｎ
ａ）（Ｍａ，Ｎａは０以上５１１以下の整数）のように
定まる。同様にして走査線ＢＢ′，ＣＣ′，ＤＤ′上の
断面光量分布の極大位置ｂ，ｃ，ｄが定まる。そこで、
図６（ｃ）に示すような２点ａ，ｂを通る直線ａｂおよ
び２点ｃ，ｄを通る直線ｃｄの交点Ｐ′の２次元のアド
レス値（Ｍｐ′，Ｎｐ′）（Ｍｐ′，Ｎｐ′は０以上５
１１以下の整数）は、先に求めたａ，ｂ，ｃ，ｄ４点の
２次元のアドレス値から、容易に求めることができる。
示す。図６に示すように各画素のアドレスを、光検出素
子５１０の２次元の物理的な空間に対応して、２次元的
に（Ｍ，Ｎ）（Ｍ，Ｎは共に０以上５１１以下の整数）
で表現することにする。このアドレス（Ｍ，Ｎ）は図５
で示す絶対アドレスではＮ×５１１＋Ｍに換算される。
図６（ａ）のように２次反射の影響を受けていない画面
の上部および下部において、互いに適当な間隔を有した
水平走査線ＡＡ′，ＢＢ′，ＣＣ′，ＤＤ′を設定す
る。図６（ｂ）は走査線ＡＡ′上の断面光量分布を示し
ている。縦軸は画像の明るさを示し、横軸は走査線Ａ
Ａ′上の位置を表している。走査線ＡＡ′上の断面光量
分布の極大位置をａとするとａのアドレスは（Ｍａ，Ｎ
ａ）（Ｍａ，Ｎａは０以上５１１以下の整数）のように
定まる。同様にして走査線ＢＢ′，ＣＣ′，ＤＤ′上の
断面光量分布の極大位置ｂ，ｃ，ｄが定まる。そこで、
図６（ｃ）に示すような２点ａ，ｂを通る直線ａｂおよ
び２点ｃ，ｄを通る直線ｃｄの交点Ｐ′の２次元のアド
レス値（Ｍｐ′，Ｎｐ′）（Ｍｐ′，Ｎｐ′は０以上５
１１以下の整数）は、先に求めたａ，ｂ，ｃ，ｄ４点の
２次元のアドレス値から、容易に求めることができる。
【００１８】ウィンドウ１３は点Ｐ′を基準点とし、こ
の基準点Ｐ′を中心に適当な大きさの２次元の画素の領
域として定義する。図３の画像に対して、上述の手段を
用いてウィンドウ１３を設定したのが図７である。ウィ
ンドウ１３の大きさは、あらかじめロボット制御部７で
設定された被溶接物の大きさ、継手形状などのパラメー
タをもとに、検出装置制御部６は適当なウィンドウ１３
の大きさを設定し、画像処理部５に指令を与える構成を
とっている。
の基準点Ｐ′を中心に適当な大きさの２次元の画素の領
域として定義する。図３の画像に対して、上述の手段を
用いてウィンドウ１３を設定したのが図７である。ウィ
ンドウ１３の大きさは、あらかじめロボット制御部７で
設定された被溶接物の大きさ、継手形状などのパラメー
タをもとに、検出装置制御部６は適当なウィンドウ１３
の大きさを設定し、画像処理部５に指令を与える構成を
とっている。
【００１９】次に、図８を用いて、２次元の光量分布か
ら光量の投影分布を求める方法について説明する。図８
には、５０×５０のウィンドウ内の画素が示されてい
る。このウィンドウ内の画素において、２次元の光量の
投影分布を計算する。いま、ウィンドウ内の点（ｉ，
ｊ）（ｉ，ｊは共に０以上４９以下の整数）の画素の光
量をＩ（ｉ，ｊ）とすると、垂直投影分布Ｐｖ（ｊ）
は、Ｉ（ｓ，ｊ）（ｓ＝０，１，…，４９）の総和とし
て求められる。同様に、水平投影分布Ｐｈ（ｉ）はＩ
（ｉ，ｔ）（ｔ＝０，１，…，４９）の総和で与えられ
る。
ら光量の投影分布を求める方法について説明する。図８
には、５０×５０のウィンドウ内の画素が示されてい
る。このウィンドウ内の画素において、２次元の光量の
投影分布を計算する。いま、ウィンドウ内の点（ｉ，
ｊ）（ｉ，ｊは共に０以上４９以下の整数）の画素の光
量をＩ（ｉ，ｊ）とすると、垂直投影分布Ｐｖ（ｊ）
は、Ｉ（ｓ，ｊ）（ｓ＝０，１，…，４９）の総和とし
て求められる。同様に、水平投影分布Ｐｈ（ｉ）はＩ
（ｉ，ｔ）（ｔ＝０，１，…，４９）の総和で与えられ
る。
【００２０】図９には、Ｔ字継手の光切断像に対して、
図７のように設定されたウィンドウ１３内の画素の垂直
投影分布および水平投影分布が示されている。図９のよ
うに、垂直投影分布は凹形状をしており、水平投影分布
は凸形状をしている。この図９において、点Ｐは求める
べき溶接線位置を表しているが、この点Ｐの水平位置は
水平投影分布の極大位置に一致し、点Ｐの垂直位置は垂
直投影分布の極小位置に一致することが、我々の行った
実験により確かめられている。よって水平投影分布の極
大位置を、および垂直投影分布の極小位置を数学的に求
めることで、点Ｐの２次元位置を同定することが可能と
なる。
図７のように設定されたウィンドウ１３内の画素の垂直
投影分布および水平投影分布が示されている。図９のよ
うに、垂直投影分布は凹形状をしており、水平投影分布
は凸形状をしている。この図９において、点Ｐは求める
べき溶接線位置を表しているが、この点Ｐの水平位置は
水平投影分布の極大位置に一致し、点Ｐの垂直位置は垂
直投影分布の極小位置に一致することが、我々の行った
実験により確かめられている。よって水平投影分布の極
大位置を、および垂直投影分布の極小位置を数学的に求
めることで、点Ｐの２次元位置を同定することが可能と
なる。
【００２１】図１０には、撮像された画像の光量が全体
的に強く、光検出素子３１０を構成するいくつかのセル
の検出量が飽和してしまった場合の、水平および垂直方
向の投影分布を示している。図９と比較すれば、明らか
にその分布は平坦化されてしまい、各投影分布の極大値
および極小値を正確に求めることが困難となる。すなわ
ち、溶接線位置の正確な検出が不可能になってしまう。
この原因としては、投光部２で被溶接物に照射されるス
リット光８の光量が強いことと、被溶接物の表面反射率
が高いことが考えられる。そこで、ロボット制御部で設
定された、被溶接部材の材質、表面状態などのパラメー
タにより、検出装置制御部６は検出に最適な照射強度を
設定し、光量制御部４に指令を与える構成をとる。ま
た、画像処理部５において、光量の投影分布が図１０の
ように平坦になって、分布の極大値および極小値が求め
られないときには、投影分布が図９のような好適な分布
形状になるように検出装置制御部６は光量制御部４にフ
ィードバック制御をかけられる構成をとっている。
的に強く、光検出素子３１０を構成するいくつかのセル
の検出量が飽和してしまった場合の、水平および垂直方
向の投影分布を示している。図９と比較すれば、明らか
にその分布は平坦化されてしまい、各投影分布の極大値
および極小値を正確に求めることが困難となる。すなわ
ち、溶接線位置の正確な検出が不可能になってしまう。
この原因としては、投光部２で被溶接物に照射されるス
リット光８の光量が強いことと、被溶接物の表面反射率
が高いことが考えられる。そこで、ロボット制御部で設
定された、被溶接部材の材質、表面状態などのパラメー
タにより、検出装置制御部６は検出に最適な照射強度を
設定し、光量制御部４に指令を与える構成をとる。ま
た、画像処理部５において、光量の投影分布が図１０の
ように平坦になって、分布の極大値および極小値が求め
られないときには、投影分布が図９のような好適な分布
形状になるように検出装置制御部６は光量制御部４にフ
ィードバック制御をかけられる構成をとっている。
【００２２】図１１には、本発明の他の実施例の溶接線
位置検出装置を、９ｃ，９ｄからなる重ね継手の被接物
の溶接線位置検出に適用した例を示す。この重ね継手
に、スリット光８を照射して、撮像部３で撮像した画像
とその光量の投影分布を図１２に示す。図１２の投影分
布は、図９のそれとは分布形状は異なっているが、図９
と同様に溶接線位置Ｐは投影分布が極値をとる位置と一
致していることがわかる。すなわち、本実施例の溶接線
検出装置は、画像処理部５において、対象となる継手形
状に最適な処理を施せば、Ｔ字継手以外の継手の溶接線
位置の検出においても有効であることが分かる。このた
めに、ロボット制御部で設定された継手形状などのパラ
メータにより、検出装置制御部６は画像処理部５に対し
て、最適な画像処理を選択できる構成をとっている。
位置検出装置を、９ｃ，９ｄからなる重ね継手の被接物
の溶接線位置検出に適用した例を示す。この重ね継手
に、スリット光８を照射して、撮像部３で撮像した画像
とその光量の投影分布を図１２に示す。図１２の投影分
布は、図９のそれとは分布形状は異なっているが、図９
と同様に溶接線位置Ｐは投影分布が極値をとる位置と一
致していることがわかる。すなわち、本実施例の溶接線
検出装置は、画像処理部５において、対象となる継手形
状に最適な処理を施せば、Ｔ字継手以外の継手の溶接線
位置の検出においても有効であることが分かる。このた
めに、ロボット制御部で設定された継手形状などのパラ
メータにより、検出装置制御部６は画像処理部５に対し
て、最適な画像処理を選択できる構成をとっている。
【００２３】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、画像処理部は、受光された反射光の２次元の光量分
布から２次元の光量の投影分布を求め、この投影分布を
用いて被溶接物の溶接線位置の同定を行うことにより、
簡易な構成で２次反射の影響下においても高速に、しか
も高精度に溶接線位置の検出が可能となる。
ば、画像処理部は、受光された反射光の２次元の光量分
布から２次元の光量の投影分布を求め、この投影分布を
用いて被溶接物の溶接線位置の同定を行うことにより、
簡易な構成で２次反射の影響下においても高速に、しか
も高精度に溶接線位置の検出が可能となる。
【図１】本発明の一実施例の溶接線位置検出装置の要部
を示す詳細構成図
を示す詳細構成図
【図２】本発明の一実施例の溶接線位置検出装置を溶接
用ロボットに適用した全体構成図
用ロボットに適用した全体構成図
【図３】Ｔ字継手における光切断像を撮像した画像図
【図４】撮像部および画像処理部の詳細説明図
【図５】画像メモリのアドレス割付け例の説明図
【図６】ウィンドウ設定の原理説明図
【図７】Ｔ字継手における光切断画像のウィンドウ設定
図
図
【図８】光量投影分布の定義説明図
【図９】Ｔ字継手の光切断画像による溶接線位置検出原
理の説明図
理の説明図
【図10】受光量過多の場合の光量投影分布図
【図11】本発明の他の実施例の溶接線位置検出装置を重
ね継手に適用したときの要部を示す詳細構成図
ね継手に適用したときの要部を示す詳細構成図
【図12】重ね継手の光切断画像による溶接線位置検出原
理の説明図
理の説明図
【図13】従来例の溶接線位置検出装置の概要を説明する
図
図
【符号の説明】 １ 溶接線位置検出装置 ２ 投光部 ３ 撮像部 ４ 光量制御部 ５ 画像処理部 ６ 検出装置制御部 ７ ロボット制御部 １１ ロボットマニピュレータ １２ 溶接トーチ １３ ウィンドウ ３１０ 光検出素子 ５０１ Ａ／Ｄ変換器 ５０２ メモリ ５０３ 演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/127 B23Q 35/40
Claims (5)
- 【請求項１】 被溶接物の溶接線に対してスリット光を
照射する投光部と、前記投光部から照射されるスリット
光のなす平面に対し、一定の角度をなす方向から被溶接
物の反射光を撮像する撮像部と、この撮像部に接続され
て撮像部で受光された反射光の光量分布に基づいて前記
被溶接物の溶接線位置を求める画像処理部と、前記投光
部と画像処理部を制御する検出装置制御部とを備え、前
記画像処理部は、受光された反射光の２次元の光量分布
を水平投影分布と垂直投影分布に分け、各投影分布の極
値が示す２次元位置を前記被溶接物の溶接線位置として
同定を行うように構成されていることを特徴とする溶接
線位置検出装置。 - 【請求項２】 被溶接物の溶接線に対してスリット光を
照射する投光部と、前記投光部から照射されるスリット
光のなす平面に対し、一定の角度をなす方向から被溶接
物の反射光を撮像する撮像部と、この撮像部に接続され
て撮像部で受光された反射光の光量分布に基づいて前記
被溶接物の溶接線位置を求める画像処理部と、前記投光
部と画像処理部を制御する検出装置制御部とを備え、前
記画像処理部は、受光された反射光の２次元の光量分布
のうち、２次反射の影響を受けていない画面の上部およ
び下部において、互いに適当な間隔を有した複数の走査
線を設定し、各走査線上の光量分布の極大位置を求め、
各極大位置から推定される直線の交点を前記被溶接物の
溶接線位置として同定を行うように構成されていること
を特徴とする溶接線位置検出装置。 - 【請求項３】 画像処理部は、受光された反射光の２次
元の光量分布から被溶接物の溶接線の概略位置を同定
し、前記溶接線の概略位置を中心とする検出処理領域を
定めて、この処理領域内で溶接線位置の同定を行うよう
に構成されていることを特徴とする請求項１または２記
載の溶接線位置検出装置。 - 【請求項４】 検出装置制御部は、外部から設定された
パラメータに基づいて、画像処理部における検出処理領
域の大きさを定めるように構成されていることを特徴と
する請求項３記載の溶接線位置検出装置。 - 【請求項５】 投光部は、光量制御部により照射する光
量を制御される構成とされ、外部から設定されたパラメ
ータまたは画像処理部で求められた受光光量の投影分布
に基づいて、検出装置制御部は、前記光量制御部を介し
て照射するスリット光の強度を制御可能であることを特
徴とする請求項１または２記載の溶接線位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05958495A JP3178984B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 溶接線位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05958495A JP3178984B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 溶接線位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08257749A JPH08257749A (ja) | 1996-10-08 |
| JP3178984B2 true JP3178984B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=13117433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05958495A Expired - Lifetime JP3178984B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 溶接線位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178984B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10244367A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-09-14 | Fanuc Ltd | 溶接ロボットシステム |
| JP4519295B2 (ja) * | 2000-09-08 | 2010-08-04 | 株式会社神戸製鋼所 | ワークの位置ずれの測定方法 |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP05958495A patent/JP3178984B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08257749A (ja) | 1996-10-08 |
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