JP3203507B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビーム照射用
の出射光学系あるいはワークを変位させてワークに対す
る溶接や切断加工を行うレーザ加工装置に関する。
の出射光学系あるいはワークを変位させてワークに対す
る溶接や切断加工を行うレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図12を参照して、この種のレーザ加工
装置の一例について概略的に説明する。図12におい
て、第1のボールネジ機構61によりワーク(図示せ
ず)を搭載したワークテーブル65を一方向(ここでは
x軸方向と呼ぶ)に移動可能にしている。また、第2の
ボールネジ機構62に第1のボールネジ機構61を搭載
してy軸方向に移動可能にしている。更に、第3のボー
ルネジ機構63にアーム64を取り付けてz軸方向に移
動可能としている。アーム64にはレーザビーム照射用
の出射光学系とこれをx,y,zの3軸方向に駆動する
駆動部とから成るレーザ照射部100を取り付けてい
る。
装置の一例について概略的に説明する。図12におい
て、第1のボールネジ機構61によりワーク(図示せ
ず)を搭載したワークテーブル65を一方向(ここでは
x軸方向と呼ぶ)に移動可能にしている。また、第2の
ボールネジ機構62に第1のボールネジ機構61を搭載
してy軸方向に移動可能にしている。更に、第3のボー
ルネジ機構63にアーム64を取り付けてz軸方向に移
動可能としている。アーム64にはレーザビーム照射用
の出射光学系とこれをx,y,zの3軸方向に駆動する
駆動部とから成るレーザ照射部100を取り付けてい
る。
【0003】レーザ発振源等を内蔵した駆動ユニット6
6からケーブル状に被覆された光ファイバ67が導出さ
れ、この光ファイバ67はアーム64、レーザ照射部1
00の動きに連動して変形可能な状態でレーザ照射部1
00に接続されている。レーザ発振源としては、例えば
YAGレーザ装置が用いられる。
6からケーブル状に被覆された光ファイバ67が導出さ
れ、この光ファイバ67はアーム64、レーザ照射部1
00の動きに連動して変形可能な状態でレーザ照射部1
00に接続されている。レーザ発振源としては、例えば
YAGレーザ装置が用いられる。
【0004】この種のレーザ加工装置では、教示あるい
は教示支援のためにティ−チングボックス68が用いら
れる。このティ−チングボックス68は、教示と実際の
レーザ加工との切り換えを行うためのスイッチ、装置の
起動、停止を行うためのスイッチやリモコン操作用のボ
タン等を実装していることにより、各ボールネジ機構や
出射光学系の変位を操作できる。なお、ティ−チングボ
ックスは、主制御部69に取り付けられたり、有線で遠
隔操作できるようにされている。主制御部69は、各種
の設定値等を入力したりする操作パネル69−1や、各
種データを表示するためのモニタ69−2を備えてい
る。
は教示支援のためにティ−チングボックス68が用いら
れる。このティ−チングボックス68は、教示と実際の
レーザ加工との切り換えを行うためのスイッチ、装置の
起動、停止を行うためのスイッチやリモコン操作用のボ
タン等を実装していることにより、各ボールネジ機構や
出射光学系の変位を操作できる。なお、ティ−チングボ
ックスは、主制御部69に取り付けられたり、有線で遠
隔操作できるようにされている。主制御部69は、各種
の設定値等を入力したりする操作パネル69−1や、各
種データを表示するためのモニタ69−2を備えてい
る。
【0005】ところで、レーザ加工、例えば溶接を行う
場合、ワーク毎にティーチングボックス68を用いてあ
らかじめ教示が行われる。すなわち、自動制御による溶
接を始める前に、オペレータがティーチングボックス6
8を操作して教示を行う。
場合、ワーク毎にティーチングボックス68を用いてあ
らかじめ教示が行われる。すなわち、自動制御による溶
接を始める前に、オペレータがティーチングボックス6
8を操作して教示を行う。
【0006】図13〜図16をも参照して、出射光学系
にCCDカメラを搭載している場合の教示について説明
する。オペレータがティ−チングボックス68のスイッ
チを教示モードに選択すると、出射光学系70から教示
ビームが照射される。オペレータは、図13に示される
ように、この教示ビームを参照しながらモニタ69−2
に表示されたCCDカメラの視界内にワーク71におけ
る溶接線(被加工線)L1が入るように出射光学系70
あるいはワークテーブル65(図12)を移動させる
(第1ステップ)。なお、教示ビームは、案内の機能を
有していれば良いので、通常、レーザビームとは異なる
ビーム、例えばHe−Neビームが使用される。また、
教示ビームは第1ステップが終了すると、一旦停止され
る。
にCCDカメラを搭載している場合の教示について説明
する。オペレータがティ−チングボックス68のスイッ
チを教示モードに選択すると、出射光学系70から教示
ビームが照射される。オペレータは、図13に示される
ように、この教示ビームを参照しながらモニタ69−2
に表示されたCCDカメラの視界内にワーク71におけ
る溶接線(被加工線)L1が入るように出射光学系70
あるいはワークテーブル65(図12)を移動させる
(第1ステップ)。なお、教示ビームは、案内の機能を
有していれば良いので、通常、レーザビームとは異なる
ビーム、例えばHe−Neビームが使用される。また、
教示ビームは第1ステップが終了すると、一旦停止され
る。
【0007】次に、オペレータは、図14に示すよう
に、CCDカメラの画像に設定された中心点(参照点)
C1が溶接線L1の上に位置するように、出射光学系7
0の位置を微調整する。なお、図14では、溶接線L1
は拡大されて、間隔の狭いハッチングで表されている。
中心点C1は、実際の溶接においてはレーザビームの光
軸位置となるようにあらかじめ設定されている。そし
て、この状態を維持しながら、出射光学系70あるいは
ワークテーブル65を移動させることで中心点C1を溶
接線L1の延在方向に所定距離だけ移動させる(第2ス
テップ)。
に、CCDカメラの画像に設定された中心点(参照点)
C1が溶接線L1の上に位置するように、出射光学系7
0の位置を微調整する。なお、図14では、溶接線L1
は拡大されて、間隔の狭いハッチングで表されている。
中心点C1は、実際の溶接においてはレーザビームの光
軸位置となるようにあらかじめ設定されている。そし
て、この状態を維持しながら、出射光学系70あるいは
ワークテーブル65を移動させることで中心点C1を溶
接線L1の延在方向に所定距離だけ移動させる(第2ス
テップ)。
【0008】図15は、照射されるべき加工用のレーザ
ビームの焦点を溶接線L1上の加工点に一致させるステ
ップ(第3ステップ)を示し、図16は、ワーク71の
加工面が曲面のような場合に照射されるべき加工用のレ
ーザビームの光軸をワーク71に対して垂直にするステ
ップ(第4ステップ)を示しているが、これらはそれぞ
れ、オートフォーカス機能、オートノルマル機能と呼ば
れる機能により、自動化が実現されている。いずれにし
ても、オペレータは上記第1〜第4ステップを、所定距
離、通常は100mm刻みで実行し、その都度教示デー
タの入力指定を行って教示データを記憶装置に記憶させ
る。すなわち、オペレータは、上記のようにして得られ
た溶接線L1の始点から終点までの出射光学系70とワ
ークテーブル65の位置データを上記所定距離毎に教示
データとして主制御部69に内蔵された記憶装置に記憶
させる。その結果、記憶装置には、多数の教示データか
ら成る軌跡プログラムが作成されて記憶されることにな
る。実際の溶接においては、主制御部69が記憶装置か
ら軌跡プログラムを読み出し、読み出した教示データを
用いて出射光学系70あるいはワークテーブル65の移
動を自動制御する。
ビームの焦点を溶接線L1上の加工点に一致させるステ
ップ(第3ステップ)を示し、図16は、ワーク71の
加工面が曲面のような場合に照射されるべき加工用のレ
ーザビームの光軸をワーク71に対して垂直にするステ
ップ(第4ステップ)を示しているが、これらはそれぞ
れ、オートフォーカス機能、オートノルマル機能と呼ば
れる機能により、自動化が実現されている。いずれにし
ても、オペレータは上記第1〜第4ステップを、所定距
離、通常は100mm刻みで実行し、その都度教示デー
タの入力指定を行って教示データを記憶装置に記憶させ
る。すなわち、オペレータは、上記のようにして得られ
た溶接線L1の始点から終点までの出射光学系70とワ
ークテーブル65の位置データを上記所定距離毎に教示
データとして主制御部69に内蔵された記憶装置に記憶
させる。その結果、記憶装置には、多数の教示データか
ら成る軌跡プログラムが作成されて記憶されることにな
る。実際の溶接においては、主制御部69が記憶装置か
ら軌跡プログラムを読み出し、読み出した教示データを
用いて出射光学系70あるいはワークテーブル65の移
動を自動制御する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、教示デ
ータにより出射光学系70あるいはワークテーブル65
の移動を自動制御して行われる実際の溶接においては、
レーザビームの焦点位置が溶接線に精密に一致するよう
に制御することは難しい。すなわち、レーザビームの焦
点位置が溶接線上から外れてしまうことが避けられな
い。溶接線からのレーザビームの焦点位置のずれはシー
ム外れと呼ばれ、溶接品質を左右するので、補正されな
ければならない。
ータにより出射光学系70あるいはワークテーブル65
の移動を自動制御して行われる実際の溶接においては、
レーザビームの焦点位置が溶接線に精密に一致するよう
に制御することは難しい。すなわち、レーザビームの焦
点位置が溶接線上から外れてしまうことが避けられな
い。溶接線からのレーザビームの焦点位置のずれはシー
ム外れと呼ばれ、溶接品質を左右するので、補正されな
ければならない。
【0010】そこで、本発明の課題は、あらかじめ作成
された軌跡プログラムに基づいて実際にレーザ加工を行
っている最中に、被加工線からのレーザビームの焦点位
置の位置ずれを検出することのできる位置ずれ検出機能
を持つレーザ加工装置を提供することにある。
された軌跡プログラムに基づいて実際にレーザ加工を行
っている最中に、被加工線からのレーザビームの焦点位
置の位置ずれを検出することのできる位置ずれ検出機能
を持つレーザ加工装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、出射光学系か
ら出射されるレーザビームの光軸がワークの被加工線上
を移動するように、前記出射光学系及び前記ワークを搭
載したワークテーブルの少なくとも一方を移動させてレ
ーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記ワーク上
の前記被加工線を含む所定範囲の領域を撮影するための
CCDカメラを設け、あらかじめ作成された軌跡プログ
ラムに基づいて前記出射光学系あるいは前記ワークテー
ブルを移動させるコントローラと、該出射光学系あるい
は前記ワークテーブルの移動に伴ない前記CCDカメラ
からの前記被加工線を含む画像に対してあらかじめ定め
られた線検出処理を行なって前記被加工線を検出するた
めの画像処理部と、前記CCDカメラにより撮影された
前記所定範囲の領域における前記レーザビームの焦点位
置と、前記検出された被加工線上の最近点との位置ずれ
を検出するための演算手段とを有し、前記画像処理装置
は、前記あらかじめ定められた線検出処理に際し、前記
軌跡プログラムに基づいて、前記CCDカメラにより撮
影された前記所定範囲の領域内に更に、該所定範囲の領
域よりも十分に小さくしかも前記被加工線が含まれるお
おまかな領域を設定してから線検出を行うことを特徴と
する。
ら出射されるレーザビームの光軸がワークの被加工線上
を移動するように、前記出射光学系及び前記ワークを搭
載したワークテーブルの少なくとも一方を移動させてレ
ーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記ワーク上
の前記被加工線を含む所定範囲の領域を撮影するための
CCDカメラを設け、あらかじめ作成された軌跡プログ
ラムに基づいて前記出射光学系あるいは前記ワークテー
ブルを移動させるコントローラと、該出射光学系あるい
は前記ワークテーブルの移動に伴ない前記CCDカメラ
からの前記被加工線を含む画像に対してあらかじめ定め
られた線検出処理を行なって前記被加工線を検出するた
めの画像処理部と、前記CCDカメラにより撮影された
前記所定範囲の領域における前記レーザビームの焦点位
置と、前記検出された被加工線上の最近点との位置ずれ
を検出するための演算手段とを有し、前記画像処理装置
は、前記あらかじめ定められた線検出処理に際し、前記
軌跡プログラムに基づいて、前記CCDカメラにより撮
影された前記所定範囲の領域内に更に、該所定範囲の領
域よりも十分に小さくしかも前記被加工線が含まれるお
おまかな領域を設定してから線検出を行うことを特徴と
する。
【0012】なお、前記画像処理部は、前記あらかじめ
定められた線検出処理として、ハフ変換処理、線追跡処
理、プロジェクション処理、および最小二乗法処理のう
ちのいずれかを行うことにより、前記被加工線を検出す
ることを特徴とする。
定められた線検出処理として、ハフ変換処理、線追跡処
理、プロジェクション処理、および最小二乗法処理のう
ちのいずれかを行うことにより、前記被加工線を検出す
ることを特徴とする。
【0013】また、前記コントローラは、検出された前
記位置ずれに基づいて、該位置ずれを補正するように前
記出射光学系あるいは前記ワークテーブルの駆動部を制
御することを特徴とする。
記位置ずれに基づいて、該位置ずれを補正するように前
記出射光学系あるいは前記ワークテーブルの駆動部を制
御することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よるレーザ加工装置を溶接装置に適用した場合の実施の
形態について説明する。
よるレーザ加工装置を溶接装置に適用した場合の実施の
形態について説明する。
【0015】図2は本発明において使用される出射光学
系10の概略構成を示し、図12で説明したレーザ照射
部100の一部として使用できる。以下では、図12で
説明したように、出射光学系10を移動させて溶接を行
う場合について説明する。レーザ発振源からのレーザビ
ームB1は光ファイバを通して出射光学系10に導入さ
れ、ミラー11で角度を変えられて加工レンズ12を通
してワーク20に照射される。ティーチングボックスを
用いて教示を行う場合には、光ファイバを通してHe−
NeビームB2が供給され、ワーク20に照射される。
出射光学系10の上部にはCCDカメラ13が設けられ
る。CCDカメラ13は観測用レンズ14を通して溶接
線を含む所定範囲の領域を撮影する。
系10の概略構成を示し、図12で説明したレーザ照射
部100の一部として使用できる。以下では、図12で
説明したように、出射光学系10を移動させて溶接を行
う場合について説明する。レーザ発振源からのレーザビ
ームB1は光ファイバを通して出射光学系10に導入さ
れ、ミラー11で角度を変えられて加工レンズ12を通
してワーク20に照射される。ティーチングボックスを
用いて教示を行う場合には、光ファイバを通してHe−
NeビームB2が供給され、ワーク20に照射される。
出射光学系10の上部にはCCDカメラ13が設けられ
る。CCDカメラ13は観測用レンズ14を通して溶接
線を含む所定範囲の領域を撮影する。
【0016】CCDカメラ13の光軸とレーザビームB
1の光軸はあらかじめ一致するように設定されており、
しかもレーザビームB1の焦点位置にCCDカメラ13
のピントが合うように調整されている。言い換えれば、
CCDカメラ13の光軸、ピントをワーク20上の溶接
線に合わせると、レーザビームB1の光軸、焦点もそれ
に一致するようにされている。これはHe−Neビーム
B2についても同じである。
1の光軸はあらかじめ一致するように設定されており、
しかもレーザビームB1の焦点位置にCCDカメラ13
のピントが合うように調整されている。言い換えれば、
CCDカメラ13の光軸、ピントをワーク20上の溶接
線に合わせると、レーザビームB1の光軸、焦点もそれ
に一致するようにされている。これはHe−Neビーム
B2についても同じである。
【0017】なお、CCDカメラ13による画像の分解
能は256×256画素で、1画素は約0.02(m
m)である。また、CCDカメラ13の視界は5×5
(mm)である。これは、視界を狭くすると撮影された
領域が拡大されて検出精度は向上するが、教示に伴うオ
ペレータの作業が微細になって作業量が増えることを考
慮している。画像は光の強度に応じて256階調の色
(輝度)で表わされる。
能は256×256画素で、1画素は約0.02(m
m)である。また、CCDカメラ13の視界は5×5
(mm)である。これは、視界を狭くすると撮影された
領域が拡大されて検出精度は向上するが、教示に伴うオ
ペレータの作業が微細になって作業量が増えることを考
慮している。画像は光の強度に応じて256階調の色
(輝度)で表わされる。
【0018】図1は本発明によるレーザ加工装置のう
ち、出射光学系10の移動制御に必要な構成を示してい
る。CCDカメラ13からの画像は、加工点確認用モニ
タ2に送られて表示される他、シームはずれ検出装置3
に送られる。シームはずれ検出装置3は画像処理装置3
1と演算装置32とを含み、CCDカメラ13からの画
像とコントローラ4からの軌跡プログラム及びレーザビ
ームの焦点の現在位置データに基づいて被加工線、すな
わち溶接線からのレーザビームの焦点位置のずれを検出
する。なお、加工点確認用モニタ2は、図12で説明し
たモニタ69−2に対応し、コントローラ4は図12で
説明した主制御部69に、ティーチングボックス5は図
12で説明したティーチングボックス68にそれぞれ対
応する。
ち、出射光学系10の移動制御に必要な構成を示してい
る。CCDカメラ13からの画像は、加工点確認用モニ
タ2に送られて表示される他、シームはずれ検出装置3
に送られる。シームはずれ検出装置3は画像処理装置3
1と演算装置32とを含み、CCDカメラ13からの画
像とコントローラ4からの軌跡プログラム及びレーザビ
ームの焦点の現在位置データに基づいて被加工線、すな
わち溶接線からのレーザビームの焦点位置のずれを検出
する。なお、加工点確認用モニタ2は、図12で説明し
たモニタ69−2に対応し、コントローラ4は図12で
説明した主制御部69に、ティーチングボックス5は図
12で説明したティーチングボックス68にそれぞれ対
応する。
【0019】画像処理装置31は、後述する画像処理を
行ってワーク20上の溶接線を検出する。検出された溶
接線の位置情報は演算装置32に送られる。演算装置3
2は、検出された溶接線の位置情報とCCDカメラ13
に設定された画像の中心点(参照点、すなわち図14の
中心点C1)、すなわちレーザビームの焦点位置とのず
れを計算して検出する。演算装置32はまた、検出した
ずれを補正するためには出射光学系10をどの程度移動
させるべきかを示す座標データを算出し、これを補正デ
ータとしてコントローラ4に送出する。
行ってワーク20上の溶接線を検出する。検出された溶
接線の位置情報は演算装置32に送られる。演算装置3
2は、検出された溶接線の位置情報とCCDカメラ13
に設定された画像の中心点(参照点、すなわち図14の
中心点C1)、すなわちレーザビームの焦点位置とのず
れを計算して検出する。演算装置32はまた、検出した
ずれを補正するためには出射光学系10をどの程度移動
させるべきかを示す座標データを算出し、これを補正デ
ータとしてコントローラ4に送出する。
【0020】厳密に言えば、演算装置32には、前述し
た軌跡プログラム及びレーザビームの焦点位置の他、図
12の操作パネル69−1や図示しない各種センサから
CCDカメラ13の視界の座標系、加工軸、すなわちレ
ーザビームB1の機械座標系の位置関係を示すデータが
与えられる。そして、加工点確認用モニタ2の画像上で
の溶接線の位置、レーザビームの焦点位置が決定され
る。演算装置32は、ずれの補正に際しては、出射光学
系10のずれを補正するための移動量を算出し、この算
出結果を加工点座標としてコントローラ4に出力する。
コントローラ4は、この加工点座標に基づいて出射光学
系10の移動を制御して、レーザビームの焦点を、検出
された溶接線に一致させる。
た軌跡プログラム及びレーザビームの焦点位置の他、図
12の操作パネル69−1や図示しない各種センサから
CCDカメラ13の視界の座標系、加工軸、すなわちレ
ーザビームB1の機械座標系の位置関係を示すデータが
与えられる。そして、加工点確認用モニタ2の画像上で
の溶接線の位置、レーザビームの焦点位置が決定され
る。演算装置32は、ずれの補正に際しては、出射光学
系10のずれを補正するための移動量を算出し、この算
出結果を加工点座標としてコントローラ4に出力する。
コントローラ4は、この加工点座標に基づいて出射光学
系10の移動を制御して、レーザビームの焦点を、検出
された溶接線に一致させる。
【0021】ティーチングボックス5は、図12で説明
したティーチングボックス68と同じであり、教示動作
も同じであるので、ここではその説明は省略する。簡単
に言えば、オペレータは、教示に際してはティーチング
ボックス5を持ち、加工点確認用モニタ2を見ながら操
作部を操作してCCDカメラ13の画像の中心点が溶接
線上をたどるように出射光学系10を所定距離だけ移動
させる。この教示動作により得られた教示データがコン
トローラ4内の記憶装置に軌跡プログラムとして記憶さ
れる。そして、以後の実際のレーザ溶接では、コントロ
ーラ4は記憶装置に記憶された軌跡プログラムに基づい
て出射光学系10を移動させる。
したティーチングボックス68と同じであり、教示動作
も同じであるので、ここではその説明は省略する。簡単
に言えば、オペレータは、教示に際してはティーチング
ボックス5を持ち、加工点確認用モニタ2を見ながら操
作部を操作してCCDカメラ13の画像の中心点が溶接
線上をたどるように出射光学系10を所定距離だけ移動
させる。この教示動作により得られた教示データがコン
トローラ4内の記憶装置に軌跡プログラムとして記憶さ
れる。そして、以後の実際のレーザ溶接では、コントロ
ーラ4は記憶装置に記憶された軌跡プログラムに基づい
て出射光学系10を移動させる。
【0022】なお、本発明においても、所定距離移動す
る毎に前述したオートノルマル機能とオートフォーカス
機能を起動させることで、レーザビームB1の光軸やH
e−NeビームB2の光軸がワーク20の面に垂直にな
り、焦点が加工点に一致する。なお、出射光学系10の
移動距離は常に一定である必要は無い。
る毎に前述したオートノルマル機能とオートフォーカス
機能を起動させることで、レーザビームB1の光軸やH
e−NeビームB2の光軸がワーク20の面に垂直にな
り、焦点が加工点に一致する。なお、出射光学系10の
移動距離は常に一定である必要は無い。
【0023】実際のレーザ溶接に伴なうシームはずれ検
出動作について説明する。シームはずれ検出装置3は、
コントローラ4が軌跡プログラムに基づいて出射光学系
10の移動制御を行っている間中、レーザビームの焦点
位置の溶接線からのずれを検出している。はじめに、C
CDカメラ13からの画像が画像処理装置31に取り込
まれ、取り込んだタイミングでのレーザビームの焦点の
現在位置及び軌跡プログラムによる教示データにより画
像中での出射光学系10の移動方向が検出される。次
に、取り込まれた画像に対し、画像処理装置31により
溶接線の検出処理を行う。この検出処理の流れを図3に
示す。
出動作について説明する。シームはずれ検出装置3は、
コントローラ4が軌跡プログラムに基づいて出射光学系
10の移動制御を行っている間中、レーザビームの焦点
位置の溶接線からのずれを検出している。はじめに、C
CDカメラ13からの画像が画像処理装置31に取り込
まれ、取り込んだタイミングでのレーザビームの焦点の
現在位置及び軌跡プログラムによる教示データにより画
像中での出射光学系10の移動方向が検出される。次
に、取り込まれた画像に対し、画像処理装置31により
溶接線の検出処理を行う。この検出処理の流れを図3に
示す。
【0024】図3において、ステップS1では、CCD
カメラ13によりワーク20に対する所定領域の撮像が
行われ、得られた画像はアナログ信号からディジタル信
号に変換される。画像処理装置31は、演算装置32を
通して送られてくる出射光学系10の移動方向とレーザ
ビームの焦点の現在位置とから溶接線が存在すると思わ
れる方向を算出することができ、この算出結果を基にお
おまかに溶接線検出のための画像処理領域を設定する。
すなわち、ステップS2では、図4に示すように、レー
ザビームの焦点位置を外して、出射光学系10の移動方
向領域を適当な幅の矩形領域により溶接線検出のための
画像処理領域として設定する。このように、CCDカメ
ラ13から得られたワーク20の所定領域の画像に対し
て更に、所定領域より十分に狭い画像処理領域を設定す
ることにより、ワーク20の所定領域の画像全体から溶
接線の検出を行う必要が無くなり、溶接線検出のための
画像処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
加えて、溶接箇所において生じるスパッタ等によるノイ
ズの影響も軽減することができる。
カメラ13によりワーク20に対する所定領域の撮像が
行われ、得られた画像はアナログ信号からディジタル信
号に変換される。画像処理装置31は、演算装置32を
通して送られてくる出射光学系10の移動方向とレーザ
ビームの焦点の現在位置とから溶接線が存在すると思わ
れる方向を算出することができ、この算出結果を基にお
おまかに溶接線検出のための画像処理領域を設定する。
すなわち、ステップS2では、図4に示すように、レー
ザビームの焦点位置を外して、出射光学系10の移動方
向領域を適当な幅の矩形領域により溶接線検出のための
画像処理領域として設定する。このように、CCDカメ
ラ13から得られたワーク20の所定領域の画像に対し
て更に、所定領域より十分に狭い画像処理領域を設定す
ることにより、ワーク20の所定領域の画像全体から溶
接線の検出を行う必要が無くなり、溶接線検出のための
画像処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
加えて、溶接箇所において生じるスパッタ等によるノイ
ズの影響も軽減することができる。
【0025】画像処理装置31は次に、ステップS3に
おいて画像処理領域のディジタル信号に前処理を施す。
ここでは、前処理として、溶接線の特徴を生かして線強
調、及びノイズ除去処理を行う。次に、ステップS4に
移行して2値化処理を行う。この2値化処理は、ある適
当な輝度をしきい値として、それ以上の輝度の画素を
白、しきい値未満の画素を黒にして白黒画像にする処理
であり、図5に示すように、溶接線L1が黒(ハッチン
グ領域)で表示される。この表示は、演算装置32に接
続された表示装置6で行われる。
おいて画像処理領域のディジタル信号に前処理を施す。
ここでは、前処理として、溶接線の特徴を生かして線強
調、及びノイズ除去処理を行う。次に、ステップS4に
移行して2値化処理を行う。この2値化処理は、ある適
当な輝度をしきい値として、それ以上の輝度の画素を
白、しきい値未満の画素を黒にして白黒画像にする処理
であり、図5に示すように、溶接線L1が黒(ハッチン
グ領域)で表示される。この表示は、演算装置32に接
続された表示装置6で行われる。
【0026】ステップS5では、画像処理装置31は、
2値化処理後の黒部分を対象に溶接線検出を行い、ステ
ップS6で溶接線を決定する。このような溶接線検出を
行うために、本形態では後述する「ハフ変換処理」とい
う直線検出アルゴリズムを採用している。
2値化処理後の黒部分を対象に溶接線検出を行い、ステ
ップS6で溶接線を決定する。このような溶接線検出を
行うために、本形態では後述する「ハフ変換処理」とい
う直線検出アルゴリズムを採用している。
【0027】上記のようにして溶接線が検出されると、
演算装置32は次に、図6に示すように、CCDカメラ
13の画像の中心点、すなわちレーザビームの焦点位置
と検出されたワーク20上の溶接線の最近点とのずれを
算出する。演算装置32は更に、算出したずれ量にもと
づいてCCDカメラ13の画像の中心点を、検出した溶
接線上の次の加工位置に移動させるために必要な移動量
を算出し、加工点座標としてコントローラ4に送る。こ
のようにして、コントローラ4は、演算装置32から画
像処理の都度送られてくる補正のための加工点座標にも
とづいて出射光学系10を移動させるための各駆動部を
制御することにより、レーザビームの焦点が検出された
溶接線上を移動するように出射光学系10を移動させる
ことができる。
演算装置32は次に、図6に示すように、CCDカメラ
13の画像の中心点、すなわちレーザビームの焦点位置
と検出されたワーク20上の溶接線の最近点とのずれを
算出する。演算装置32は更に、算出したずれ量にもと
づいてCCDカメラ13の画像の中心点を、検出した溶
接線上の次の加工位置に移動させるために必要な移動量
を算出し、加工点座標としてコントローラ4に送る。こ
のようにして、コントローラ4は、演算装置32から画
像処理の都度送られてくる補正のための加工点座標にも
とづいて出射光学系10を移動させるための各駆動部を
制御することにより、レーザビームの焦点が検出された
溶接線上を移動するように出射光学系10を移動させる
ことができる。
【0028】次に、図7、図8を参照して、ハフ変換に
よる溶接線検出アルゴリズムの原理について簡単に説明
する。図7のX−Y平面が撮影された画像の座標系であ
り、各画素に(x,y)の座標が与えられる。ある座標
(xi,yi)の画素を通る直線群は、次の数式(1)
により、 ρ=xi cosθ+yi sinθ (1) と表される。ここでρ,θは原点から直線への距離と角
度である。数式1をρ,θに関する方程式と考え、その
軌跡をθ−ρ空間に描くと図8のようになる。こうした
軌跡をハフ曲線という。溶接線L1部分は画像中では輝
度の低い画素(特徴点と呼ぶ)となるが、画像中のそれ
らすべてに対し、この写像を行い、θ−ρ空間に描いて
いく。図7の(a,b)はθ−ρ平面では、 ρ=acoaθ+bsinθ の曲線となる。多くのハフ曲線が交差する点は同一直線
上に多数の特徴点がのっていることを示している。θ−
ρ空間内のハフ曲線上の1点で、交差本数の多い点を
(ρ0 ,θ0 )とした時、(ρ0 ,θ0 )を用いた下記
の数式(2)によって定義される直線 ρ0 =xcosθ0 +ysinθ0 (2) が画像中に存在するとみなすことができる。この原理を
利用して直線を検出する。
よる溶接線検出アルゴリズムの原理について簡単に説明
する。図7のX−Y平面が撮影された画像の座標系であ
り、各画素に(x,y)の座標が与えられる。ある座標
(xi,yi)の画素を通る直線群は、次の数式(1)
により、 ρ=xi cosθ+yi sinθ (1) と表される。ここでρ,θは原点から直線への距離と角
度である。数式1をρ,θに関する方程式と考え、その
軌跡をθ−ρ空間に描くと図8のようになる。こうした
軌跡をハフ曲線という。溶接線L1部分は画像中では輝
度の低い画素(特徴点と呼ぶ)となるが、画像中のそれ
らすべてに対し、この写像を行い、θ−ρ空間に描いて
いく。図7の(a,b)はθ−ρ平面では、 ρ=acoaθ+bsinθ の曲線となる。多くのハフ曲線が交差する点は同一直線
上に多数の特徴点がのっていることを示している。θ−
ρ空間内のハフ曲線上の1点で、交差本数の多い点を
(ρ0 ,θ0 )とした時、(ρ0 ,θ0 )を用いた下記
の数式(2)によって定義される直線 ρ0 =xcosθ0 +ysinθ0 (2) が画像中に存在するとみなすことができる。この原理を
利用して直線を検出する。
【0029】図8はハフ変換を行ったθ−ρ平面画像で
あり、このθ−ρ平面内の最高点を数式(2)の直線で
表してCCDカメラ13の画像に重ねたものが図9であ
り、この直線は別の色、例えば黄色で表示される。
あり、このθ−ρ平面内の最高点を数式(2)の直線で
表してCCDカメラ13の画像に重ねたものが図9であ
り、この直線は別の色、例えば黄色で表示される。
【0030】なお、上記の説明は溶接の場合で、この場
合には溶接線、すなわち継ぎ目が被加工線部分として存
在することで直線検出を行うことができる。一方、切断
加工の場合にも、ワークの切断すべき部分にけがき等に
より切断線を被加工線として描き入れることで、同様の
処理により切断線を検出して自動位置合わせを行うこと
ができる。
合には溶接線、すなわち継ぎ目が被加工線部分として存
在することで直線検出を行うことができる。一方、切断
加工の場合にも、ワークの切断すべき部分にけがき等に
より切断線を被加工線として描き入れることで、同様の
処理により切断線を検出して自動位置合わせを行うこと
ができる。
【0031】本発明によるレーザ加工装置において、画
像処理装置31は、そのあらかじめ定められた線検出処
理として、上記の実施の形態にて説明したハフ変換処理
方式の他にも、線追跡処理方式、プロジェクション処理
方式、最小二乗法処理方式等の線検出処理方式を採用し
てもよい。
像処理装置31は、そのあらかじめ定められた線検出処
理として、上記の実施の形態にて説明したハフ変換処理
方式の他にも、線追跡処理方式、プロジェクション処理
方式、最小二乗法処理方式等の線検出処理方式を採用し
てもよい。
【0032】以下では、これら線検出処理方式のそれぞ
れについて、説明する。尚、これら、線追跡処理、プロ
ジェクション処理、最小二乗法処理等の線検出処理方式
を採用した場合にも、溶接線検出動作の前半のフロー
は、ハフ変換処理方式と同様である。即ち、以下に説明
するいずれの線検出処理方式においても、図3に示した
溶接線検出動作のフローのうちのステップS1〜S4と
同じ処理を行う。
れについて、説明する。尚、これら、線追跡処理、プロ
ジェクション処理、最小二乗法処理等の線検出処理方式
を採用した場合にも、溶接線検出動作の前半のフロー
は、ハフ変換処理方式と同様である。即ち、以下に説明
するいずれの線検出処理方式においても、図3に示した
溶接線検出動作のフローのうちのステップS1〜S4と
同じ処理を行う。
【0033】(1) 線追跡処理方式 線追跡処理方式では、まず前処理において微分画像を作
成する。次に、この微分画像中で微分値の高い画素を逐
次繋ぎ合わせることにより、線を抽出する。例えば、図
10のごとく、点Aから点Bへ追跡が進んできた場合に
は、次の線の候補としては点C、D、Eがある。そこ
で、あらかじめ、微分値の大きさや画素の連結に対する
評価関数を設定しておき、この評価関数を用いて上記三
点から次候補として最も適当な画素を選択する。この処
理を逐次反復していくことにより、線が求まる。
成する。次に、この微分画像中で微分値の高い画素を逐
次繋ぎ合わせることにより、線を抽出する。例えば、図
10のごとく、点Aから点Bへ追跡が進んできた場合に
は、次の線の候補としては点C、D、Eがある。そこ
で、あらかじめ、微分値の大きさや画素の連結に対する
評価関数を設定しておき、この評価関数を用いて上記三
点から次候補として最も適当な画素を選択する。この処
理を逐次反復していくことにより、線が求まる。
【0034】評価関数としては、画素の並びに沿った微
分値や曲率の和や平均値を用いる。即ち、微分値の和が
できるだけ大きく、かつ曲率が小さければ(なめらかで
あれば)、評価関数値が大きくなるようにする。
分値や曲率の和や平均値を用いる。即ち、微分値の和が
できるだけ大きく、かつ曲率が小さければ(なめらかで
あれば)、評価関数値が大きくなるようにする。
【0035】(2) プロジェクション処理方式 プロジェクション処理方式では、まず、溶接線を強調
し、ノイズを除去した画像を作成する。この画像に対し
て所定の間隔でもって全方向からプロジェクションをと
る。プロジェクションをとるとは、即ち、方向を決め、
その方向に沿って画像中の各画素の輝度値を和していく
ことである。例えば、溶接線は黒色であって、その輝度
値は0である(図11参照)。
し、ノイズを除去した画像を作成する。この画像に対し
て所定の間隔でもって全方向からプロジェクションをと
る。プロジェクションをとるとは、即ち、方向を決め、
その方向に沿って画像中の各画素の輝度値を和していく
ことである。例えば、溶接線は黒色であって、その輝度
値は0である(図11参照)。
【0036】そして、すべてのプロジェクションデータ
のうちから、輝度値蓄積値の最低値が低いものを選択す
る。これにより、線は、選択したプロジェクションデー
タの方向の傾きで最低値の位置座標を通過することがわ
かり、線を求めることができる。
のうちから、輝度値蓄積値の最低値が低いものを選択す
る。これにより、線は、選択したプロジェクションデー
タの方向の傾きで最低値の位置座標を通過することがわ
かり、線を求めることができる。
【0037】(3) 最小二乗法処理方式 最小二乗法処理方式は、前処理において、二値化し、ノ
イズを除去した画像を作成し、溶接線の黒い画像を対象
にして、最小二乗法で線の式を算出する方式である。
イズを除去した画像を作成し、溶接線の黒い画像を対象
にして、最小二乗法で線の式を算出する方式である。
【0038】尚、上記の説明も、溶接の場合であって、
溶接線が被加工線部分として存在することで直線検出を
行うことができる。一方、切断加工の場合にも、ワーク
の切断すべき部分にけがき等により切断線を被加工線と
して描き入れることで、同様の処理により切断線を検出
して自動位置合わせを行うことができる。
溶接線が被加工線部分として存在することで直線検出を
行うことができる。一方、切断加工の場合にも、ワーク
の切断すべき部分にけがき等により切断線を被加工線と
して描き入れることで、同様の処理により切断線を検出
して自動位置合わせを行うことができる。
【0039】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
レーザ加工装置では、画像処理装置が被加工線を検出
し、コントローラがCCDカメラに設定された参照点を
この被加工線に一致するように出射光学系あるいはワー
クテーブルを自動的に移動させ、しかも参照点の被加工
線からのずれをリアルタイムで検出してずれを補正しな
がら加工を行う。加えて、0.1mm以下の被加工線を
0.1mm以内の精度で検出できる。更に、本発明にお
いて、線検出処理として例えばハフ変換による直線検出
アルゴリズムを用いれば、被加工線が途中で途切れてい
たり、一部隠蔽されていても検出可能である。
レーザ加工装置では、画像処理装置が被加工線を検出
し、コントローラがCCDカメラに設定された参照点を
この被加工線に一致するように出射光学系あるいはワー
クテーブルを自動的に移動させ、しかも参照点の被加工
線からのずれをリアルタイムで検出してずれを補正しな
がら加工を行う。加えて、0.1mm以下の被加工線を
0.1mm以内の精度で検出できる。更に、本発明にお
いて、線検出処理として例えばハフ変換による直線検出
アルゴリズムを用いれば、被加工線が途中で途切れてい
たり、一部隠蔽されていても検出可能である。
【図1】本発明によるレーザ加工装置の主要部の構成を
示した図である。
示した図である。
【図2】本発明によるレーザ加工装置における出射光学
系の内部構造を概略的に示した断面図である。
系の内部構造を概略的に示した断面図である。
【図3】図1に示す構成の動作を説明するためのフロー
チャート図である。
チャート図である。
【図4】加工点確認用モニタで表示されるレーザビーム
の焦点位置と溶接線の画像の一例を示した図である。
の焦点位置と溶接線の画像の一例を示した図である。
【図5】図1に示した画像処理装置で得られる溶接線部
分の2値化画像を示した図である。
分の2値化画像を示した図である。
【図6】加工点確認用モニタで表示されるレーザビーム
の焦点位置と溶接線とのずれ量を示す画像の一例を示し
た図である。
の焦点位置と溶接線とのずれ量を示す画像の一例を示し
た図である。
【図7】本発明におけるハフ変換の原理を説明するため
のX−Y平面図である。
のX−Y平面図である。
【図8】ハフ変換の原理を説明するためのθ−ρ平面図
である。
である。
【図9】図5に示した溶接線画像に検出した直線をオー
バラップして表示した例を示した図である。
バラップして表示した例を示した図である。
【図10】本発明の他の実施の形態における線追跡処理
方式の原理を説明するための図である。
方式の原理を説明するための図である。
【図11】本発明の他の実施の形態におけるプロジェク
ション処理方式の原理を説明するための図である。
ション処理方式の原理を説明するための図である。
【図12】本発明が適用されるレーザ加工装置の概略構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図13】従来の教示における出射光学系のおおまかな
位置合わせを説明するための図である。
位置合わせを説明するための図である。
【図14】従来の教示における出射光学系の精密な位置
合わせを説明するための図である。
合わせを説明するための図である。
【図15】従来の教示における出射光学系のレーザビー
ムの焦点位置合わせを説明するための図である。
ムの焦点位置合わせを説明するための図である。
【図16】従来の教示における出射光学系のレーザビー
ムの光軸合わせを説明するための図である。
ムの光軸合わせを説明するための図である。
10 出射光学系 11 ミラー 12 加工レンズ 13 CCDカメラ 14 観測用レンズ 20 ワーク L1 溶接線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−55078(JP,A) 特開 平7−120406(JP,A) 特開 平7−266066(JP,A) 特開 平7−299565(JP,A) 特開 昭59−163091(JP,A) 特開 平1−184403(JP,A) 特開 昭59−125272(JP,A) 特公 平5−4605(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/04 B23K 26/08
Claims (3)
- 【請求項1】 出射光学系から出射されるレーザビーム
の光軸がワークの被加工線上を移動するように、前記出
射光学系及び前記ワークを搭載したワークテーブルの少
なくとも一方を移動させてレーザ加工を行うレーザ加工
装置において、 前記ワーク上の前記被加工線を含む所定範囲の領域を撮
影するためのCCDカメラを設け、 あらかじめ作成された軌跡プログラムに基づいて前記出
射光学系あるいは前記ワークテーブルを移動させるコン
トローラと、 該出射光学系あるいは前記ワークテーブルの移動に伴な
い前記CCDカメラからの前記被加工線を含む画像に対
してあらかじめ定められた線検出処理を行なって前記被
加工線を検出するための画像処理部と、 前記CCDカメラにより撮影された前記所定範囲の領域
における前記レーザビームの焦点位置と、前記検出され
た被加工線上の最近点との位置ずれを検出するための演
算手段とを有し、 前記画像処理装置は、前記あらかじめ定められた線検出
処理に際し、前記軌跡プログラムに基づいて、前記CC
Dカメラにより撮影された前記所定範囲の領域内に更
に、該所定範囲の領域よりも十分に小さくしかも前記被
加工線が含まれるおおまかな領域を設定してから線検出
を行うことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工装置におい
て、前記画像処理部は、前記あらかじめ定められた線検
出処理として、ハフ変換処理、線追跡処理、プロジェク
ション処理、および最小二乗法処理のうちのいずれかを
行うことにより、前記被加工線を検出することを特徴と
するレーザ加工装置。 - 【請求項3】 請求項2記載のレーザ加工装置におい
て、前記コントローラは、検出された前記位置ずれに基
づいて、該位置ずれを補正するように前記出射光学系あ
るいは前記ワークテーブルの駆動部を制御することを特
徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01175298A JP3203507B2 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01175298A JP3203507B2 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11207483A JPH11207483A (ja) | 1999-08-03 |
JP3203507B2 true JP3203507B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=11786744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01175298A Expired - Fee Related JP3203507B2 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3203507B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007275952A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Universal Shipbuilding Corp | 溶接線の非接触自動検出方法及びその装置 |
JP2017135132A (ja) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
JP6861350B2 (ja) * | 2017-09-27 | 2021-04-21 | 株式会社タマリ工業 | レーザ溶接装置 |
CN112872589A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-01 | 深圳联钜自控科技有限公司 | 一种焊接环焊接装配视觉检测装置 |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP01175298A patent/JP3203507B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11207483A (ja) | 1999-08-03 |
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