JP7477849B1 - 作業システム及び溶接システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る作業システムの機能的構成を示すブロック図である。
図1に示すように、一実施形態に係る作業システム100Aは、制御対象12Aを含み、制御対象12Aを所定の作業位置まで移動させ、制御対象12Aを用いて所定の作業を実行する作業装置10Aと、制御対象12Aの移動及び制御対象12Aによる作業を指示する作業プログラムを作成するプログラム作成装置20と、作業プログラムを実行して作業装置10Aを制御する制御部50と、制御対象12Aが作業位置に移動したときに作業位置及びその周囲を撮像して作業位置画像を出力する撮像装置40と、作業位置画像と、作業プログラムによって制御対象12Aが移動すべき基準作業位置における基準画像と、を入力し、作業位置画像で示される作業位置と基準作業位置との間の距離に相当する作業位置の補正量、及び作業位置の信頼度を算出し、作業位置の確認のための画像を出力する画像処理部60と、画像処理部60から出力される画像を表示する表示部80と、画像処理部60から出力される補正量及び信頼度に基づいて作業プログラムを補正するプログラム補正部70と、を備える。
このような作業システム100Aは、溶接システム、工作・加工システム、搬送システム等の種々のシステムに適用可能である。
以下、このような機能的構成を有する作業システム100Aを溶接システムに適用したものを、例に挙げて説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る溶接システムの機能的構成を示すブロック図である。
図2に示すように、一実施形態に係る溶接システム100は、溶接ヘッド12を有し、溶接ヘッド12を溶接位置まで移動させ、溶接ヘッド12を用いて被加工物に対する溶接加工を実行するマニピュレータ(溶接装置)10と、溶接ヘッド12の移動及び溶接ヘッド12による溶接加工を指示する動作プログラムを作成するCAM(CAM:Computer Aided Manufacturing)等のプログラム作成装置20と、動作プログラムを実行してマニピュレータ(溶接装置)10を制御する制御部50と、溶接ヘッド12が溶接位置に移動したときに溶接位置及びその周囲を撮像して溶接位置画像を出力する撮像装置40と、溶接位置画像と、動作プログラムによって溶接ヘッド12が移動すべき基準溶接位置における基準画像と、を入力し、溶接位置画像で示される溶接位置と基準溶接位置との間の距離に相当する溶接位置の補正量、及び溶接位置の信頼度を算出し、溶接位置の確認のための画像を出力する画像処理部60と、画像処理部60から出力される画像を表示する表示部80と、画像処理部60から出力される補正量及び信頼度に基づいて動作プログラムを補正するプログラム補正部70と、を備える。上記制御部50、画像処理部60、プログラム補正部70及び表示部80は、例えば、動作プログラムに基づいてマニピュレータ(溶接装置)10を制御するNC(Numerical Control)装置30に含まれている。
図3は、溶接システムの概略構成及びティーチング処理の流れを示す説明図である。
図3に示すように、溶接システム100は、概略的には、マニピュレータ(溶接装置)10と、溶接CAM27を含むプログラム作成装置20と、NC装置30と、を備える。マニピュレータ10、プログラム作成装置20及びNC装置30は、例えば、イーサネット(Ethernet)等のネットワークで互いに通信可能に接続されている。
図4は、NC装置の基本的なハードウェア構成を示す説明図である。
図4に示すように、NC装置30は、例えば、GPU(画像演算処理装置:Graphics Processing Unit)212と、CPU(中央演算処理装置:Central Processing Unit)201と、RAM(Random Access Memory)202と、ROM(Read Only Memory)203と、HDD(ハードディスクドライブ:Hard Disk Drive)204と、SSD(ソリッドステートドライブ:Solid State Drive)205と、メモリカード206と、FPGA(Field Programable Gate Array)215と、を備えたハードウェアにより実現されている。
図5は、画像処理部における画像処理1の概要を示す説明図である。
画像処理部60の第1の画像処理部61における画像処理1では、上述したように、まず、溶接位置画像(画像W)18及び基準画像(画像M)28それぞれの特徴量として、エッジ情報の抽出が行われる。エッジ情報の抽出には、公知の各種エッジ抽出処理(エッジ抽出フィルタ94を利用した処理等)を利用し得るが、本実施形態の第1の画像処理部61では、溶接位置画像(画像W)18のエッジ情報の抽出に、予め深層学習(例えば、CNN:Convolutional Neural Network又はMLP(Multilayer Perceptron)等の機械学習により作成された第1の学習モデル(モデル(N1))64を利用している。
図6は、画像処理部における画像処理2の概要を示す説明図である。
画像処理部60の第2の画像処理部62における画像処理2では、予め深層学習(CNN又はFCN)により作成された第2の学習モデル(モデル(N2))65が用いられる。すなわち、第2の学習モデル(第2の学習済モデル)(モデル(N2))65は、溶接位置画像(画像W)18を説明変数、溶接位置画像(画像W)18に対応する溶接位置の尤度を示すヒートマップ画像を目的変数とする機械学習(深層学習)によって生成された、学習モデルである。しかし、ここでは、説明変数の教師データとして、撮像装置40で撮像された溶接位置画像(画像W)18だけでなく、CAMデータから生成された基準画像(画像M)28も含めている。すなわち、基準画像(画像M)28には、溶接位置画像(画像W)18と同様のテクスチャに近づけるために、テクスチャ情報が付加され、又は基準画像(画像M)28のテクスチャ情報が変更される。このテクスチャ情報の付加又は変更には、基準画像(画像M)28への影、疑似的ノイズ等のテクスチャ情報の付加、基準画像(画像M)28に予め付加されている影等のテクスチャ情報に溶接位置画像(画像W)18と同様の疑似的なノイズを付加してテクスチャ情報を変更することを含む。第2の学習モデル(第2の学習済モデル)(モデル(N2))65は、これらの溶接位置画像(画像W)18及びテクスチャ情報が付加又は変更された基準画像(画像M)28を説明変数とし、溶接位置画像(画像W)18及び基準画像(画像M)28に対応する溶接位置Pの尤度を示すヒートマップ画像を目的変数とする機械学習によって生成される。
図7は、画像処理部における画像処理3の概要を示す説明図である。
画像処理部60の第3の画像処理部63における画像処理3では、まず、画像処理1で生成された第1ヒートマップ画像(H1)110及び画像処理2で生成された第2ヒートマップ画像(H2)120を取得する(ステップS127)。
図8は、溶接システムのティーチング処理フローを示すフローチャートである。図9は、表示部に表示される画像の一例を示す図である。
図8に示すように、溶接システム100では、まず、溶接に際してプログラム作成装置20により、上位システム(例えば、CADシステム)から製品データが取得される(ステップS100)。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、一実施形態に記載の範囲には限定されない。上述した実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
2 処理引数データ
3 データ
10 溶接装置(マニピュレータ)
12 溶接ヘッド
18 溶接位置画像(画像W)
20 プログラム作成装置
27 溶接CAM
28 基準画像(画像M)
30 NC装置
40 撮像装置
50 制御部
60 画像処理部
61 第1の画像処理部
62 第2の画像処理部
63 第3の画像処理部
70 プログラム補正部
80 表示部
100 溶接システム
110 第1ヒートマップ画像(H1)
120 第2ヒートマップ画像(H2)
130 第3ヒートマップ画像(H3)
140 画像
Claims (8)
- 制御対象を含み、作業プログラムに基づいて、前記制御対象を所定の作業位置まで移動させ、前記制御対象を用いて所定の作業を実行する作業装置と、
前記作業プログラムを実行して前記作業装置を制御する制御部と、
前記作業位置及びその周囲を撮像して作業位置画像を出力する撮像装置と、
前記作業位置画像と、前記作業プログラムによって前記制御対象が移動すべき基準作業位置における基準画像と、を入力し、前記作業位置画像で示される前記作業位置と前記基準作業位置との間の距離に相当する前記作業位置の補正量、及び前記作業位置の信頼度を算出し、前記作業位置の確認のための画像を出力する画像処理部と、
前記画像処理部から出力される画像を表示する表示部と、
前記画像処理部から出力される前記補正量及び信頼度に基づいて前記作業プログラムを補正するプログラム補正部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記作業位置画像と前記基準画像との間の特徴量のマッチングによって、両画像の類似度の分布を示す第1ヒートマップ画像を生成する第1の画像処理部と、
前記作業位置画像と学習済モデルとに基づいて前記作業位置の尤度の分布を示す第2ヒートマップ画像を生成する第2の画像処理部と、
前記第1ヒートマップ画像と前記第2ヒートマップ画像とを合成して第3ヒートマップ画像を生成すると共に、前記作業位置の補正量及び信頼度を算出する第3の画像処理部と、を含み、
前記表示部は、前記第3ヒートマップ画像を表示する
作業システム。 - 溶接ヘッドを有し、動作プログラムに基づいて、前記溶接ヘッドを溶接位置まで移動させ、前記溶接ヘッドを用いて被加工物に対する溶接加工を実行する溶接装置と、
前記動作プログラムを実行して前記溶接装置を制御する制御部と、
前記溶接位置及びその周囲を撮像して溶接位置画像を出力する撮像装置と、
前記溶接位置画像と、前記動作プログラムによって前記溶接ヘッドが移動すべき基準溶接位置における基準画像と、を入力し、前記溶接位置画像で示される前記溶接位置と前記基準溶接位置との間の距離に相当する前記溶接位置の補正量、及び前記溶接位置の信頼度を算出し、前記溶接位置の確認のための画像を出力する画像処理部と、
前記画像処理部から出力される画像を表示する表示部と、
前記画像処理部から出力される前記補正量及び信頼度に基づいて前記動作プログラムを補正するプログラム補正部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記溶接位置画像と前記基準画像との間の特徴量のマッチングによって、両画像の類似度の分布を示す第1ヒートマップ画像を生成する第1の画像処理部と、
前記溶接位置画像と学習済モデルとに基づいて前記溶接位置の尤度の分布を示す第2ヒートマップ画像を生成する第2の画像処理部と、
前記第1ヒートマップ画像と前記第2ヒートマップ画像とを合成して第3ヒートマップ画像を生成すると共に、前記溶接位置の補正量及び信頼度を算出する第3の画像処理部と、を含み、
前記表示部は、前記第3ヒートマップ画像を表示する
溶接システム。 - 前記溶接ヘッドの移動及び前記溶接ヘッドによる溶接加工を指示する前記動作プログラムを作成するプログラム作成装置を更に備え、
前記プログラム作成装置は、CAMのデータから前記被加工物及びその溶接位置を含む基準画像を生成する
請求項2記載の溶接システム。 - 前記第3の画像処理部は、前記第1ヒートマップ画像及び前記第2ヒートマップ画像のそれぞれに重みを付けて両画像を合成し、前記第3ヒートマップ画像を生成する
請求項2記載の溶接システム。 - 前記第1の画像処理部は、前記溶接位置画像から第1の学習済モデルを用いてエッジ情報を抽出し、前記基準画像から前記溶接位置を含むエッジ情報からなるテンプレート画像を作成し、前記作成されたテンプレート画像を用いて前記溶接位置画像に対してテンプレートマッチングを行って前記溶接位置画像と前記テンプレート画像との類似度を示す前記第1ヒートマップ画像を生成し、
前記第2の画像処理部は、前記溶接位置画像と第2の学習済モデルとに基づいて前記溶接位置の尤度を示す前記第2ヒートマップ画像を生成する
請求項2記載の溶接システム。 - 前記第1の学習済モデルは、前記溶接位置画像を説明変数、前記溶接位置画像に対応するエッジ画像を目的変数とする機械学習によって生成され、
前記第2の学習済モデルは、前記溶接位置画像を説明変数、前記溶接位置画像に対応する溶接位置の尤度を示すヒートマップ画像を目的変数とする機械学習によって生成される
請求項5記載の溶接システム。 - 前記基準画像には、前記溶接位置画像と同様のテクスチャに近づけるために、テクスチャ情報が付加され、又は前記基準画像のテクスチャ情報が変更され、
前記第2の学習済モデルは、前記溶接位置画像及び前記基準画像を説明変数とし、前記溶接位置画像及び前記基準画像に対応する溶接位置の尤度を示すヒートマップ画像を目的変数とする機械学習によって生成される
請求項6記載の溶接システム。 - 前記表示部は、前記第3ヒートマップ画像と、前記第1ヒートマップ画像及び前記第2ヒートマップ画像の重みを調整する操作画像と、を表示し、
前記第3の画像処理部は、前記操作画像を介した操作入力情報に基づいて、前記第1ヒートマップ画像及び前記第2ヒートマップ画像の重みを変更し、前記第3ヒートマップ画像を生成する
請求項4記載の溶接システム。
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