JPH0569133A

JPH0569133A - 加工位置検出装置および加工位置検出方法

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Publication number: JPH0569133A
Application number: JP23010191A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shibata; 信雄柴田; Akira Hirai; 明平井; Toshio Akatsu; 利雄赤津; Atsuhiko Kashima; 淳彦鹿島; Hisataka Takano; 悠敬高野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JP2899642B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被溶接部材間にギャップがあった場合に、そ
のギャップを正確に検出すること。【構成】溶接部の画像データを任意の時間間隔をあけ
て取り込み、ある時刻の画像データをａ１’〜ａ４’と
し、その時刻から任意の時間経過した時刻の画像データ
をｂ１’〜ｂ４’とする。そして、ａ３’，ａ４’，ｂ
３’，ｂ４’のうちから３点を選び出し、その３点から
下板８の平面式を算出する。さらに、縦板９の端点ｂ
４’から前記平面式に垂線を下ろし、この垂線の長さを
読み取ることにより縦板と下板とのギャップを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全自動溶接ロボットに
使用される溶接線倣い装置として好適な加工位置検出装
置および加工位置検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶接ロボットでは、ティ−チング
・プレ−バック方式によって溶接する場合、実際の溶接
ワ−クが予めティ−チングにより教示された位置に正確
に設置されたときのみ正常な溶接作業が行われるが、そ
うでないときには溶接が正しく施工されない。このた
め、センサにより実際の溶接線を検出し、そのセンサか
らの信号を使ってティ−チングラインを補正する方法が
一般にとられている。

【０００３】このようなセンサとして、これまでに各種
の方式のものが考案されているが、光学的に溶接線を検
出する代表的ものとして、例えば図１１に示したよう
に、スリット光とそのスリット光を受光する２次元受光
手段によるものが知られている。これは、投光器２から
スリット状に鋭く集光させたレ−ザ光１１を、被溶接部
材８、９のア−ク点に先行する開先部に照射し、開先部
からの反射光１２をＩＴＶカメラなどの２次元受光器３
で検出するように構成されている。そして、得られた光
切断線像から下板側の線分Ｑ１Ｑ２と縦板側の線分Ｑ２
Ｑ３を画像処理により検出し、各々の線分の交点を演算
することにより、溶接すべき位置Ｑ２を求めるものであ
る。

【０００４】上記のような装置を溶接ロボットに適用
し、溶接ト−チを制御する場合には、例えば図１２に示
したように溶接ト−チ１と投光器２と受光器３が一体と
なった検出装置付ト−チがロボット５のア−ム先端に取
付けられる。なお、図１２において、４は画像処理装
置、６はロボット制御装置、７は溶接機である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、２つの被溶接部材の間にギャップがあって
も、それを正確に検出することが難しいという問題があ
る。すなわち、図１３に示すように、被溶接部材８、９
の開先間にギャップがある場合、受光器３で開先画像を
観測して画像処理によってギャップの端点に相当する位
置９ａを検出できたとしても、受光器３と開先面との相
対的な姿勢が不明なため、ギャップの大きさを正確に知
ることはできない。

【０００６】また、溶接ロボットにより自動溶接する際
は、あらかじめギャップがない開先での溶接条件（溶接
速度、溶接電流、ア−ク電圧等）を設定して行うので、
溶接方向にギャップが生じた場合、適正とする溶接条件
が変化して溶接品質が低下するといった問題もある。

【０００７】本発明の目的は、２つの被加工部材（被溶
接部材）間にギャップがあった場合に、そのギャップを
正確に検出することができる加工位置検出装置および加
工位置検出方法を提供することである。

【０００８】また、本発明の他の目的は、上記の加工位
置検出装置および加工位置検出方法をそれぞれ応用した
溶接位置検出装置および溶接位置検出方法、並びに溶接
装置および溶接方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表面が略直角に交わる２つの被加工部材
に対して、その接触部近傍にスリット状の光を照射する
投光手段と、前記接触部近傍からの反射光を受光する受
光手段とを備え、前記受光手段で受光した反射光を画像
処理して前記接触部の位置を検出する加工位置検出装置
において、任意の時間間隔をあけて前記受光手段が受光
した画像データを取り込み記憶する記憶手段と、その記
憶した画像データのうち少なくとも３点の座標から、一
方の被加工部材表面に対応した平面式を演算する演算手
段と、前記変換手段で変換した画像データから他方の被
加工部材の端点位置を検出するとともに、その端点位置
から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記両被加
工部材間のギャップを検出する検出手段と、を備えたも
のである。

【００１０】また、本発明は、表面が略直角に交わる２
つの被溶接部材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリ
ット状の光を照射する投光手段と、前記溶接線近傍から
の反射光を受光する受光手段とを備え、前記受光手段で
受光した反射光を画像処理して前記溶接線の位置を検出
する溶接位置検出装置において、任意の時間間隔をあけ
て前記受光手段が受光した画像データを取り込み記憶す
る記憶手段と、その記憶した画像データのうち少なくと
も３点の座標から、一方の被溶接部材表面に対応した平
面式を演算する演算手段と、前記変換手段で変換した画
像データから他方の被溶接部材の端点位置を検出すると
ともに、その端点位置から前記平面式までの垂線の長さ
を算出して前記両被溶接部材間のギャップを検出する検
出手段と、を備えたものである。

【００１１】また、本発明は、表面が略直角に交わる２
つの被溶接部材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリ
ット状の光を照射する投光手段と、前記溶接線近傍から
の反射光を受光する受光手段とを備え、前記受光手段で
受光した反射光を画像処理して前記溶接線の位置を検出
し、その検出結果に基づいて溶接を行う溶接装置におい
て、任意の時間間隔をあけて前記受光手段が受光した画
像データを取り込み記憶する記憶手段と、その記憶した
画像データのうち少なくとも３点の座標から、一方の被
溶接部材表面に対応した平面式を演算する演算手段と、
前記変換手段で変換した画像データから他方の被溶接部
材の端点位置を検出するとともに、その端点位置から前
記平面式までの垂線の長さを算出して前記両被溶接部材
間のギャップを検出する検出手段と、ギャップの大きさ
に対応した種々の溶接条件を予め記憶した溶接条件記憶
手段と、前記検出手段で検出したギャップに対応した溶
接条件を前記溶接条件記憶手段から読み込んで、その溶
接条件に基づいて溶接を行う手段と、を備えたものであ
る。

【００１２】さらに、本発明は、表面が略直角に交わる
２つの被加工部材に対して、その接触部近傍にスリット
状の光を照射するとともに、前記接触部近傍からの反射
光を受光し、その受光した反射光を画像処理して前記接
触部の位置を検出する加工位置検出方法において、前記
接触部近傍からの反射光を任意の時間間隔をあけて画像
データとして受光し、その受光した画像データを同一の
座標系に変換して、変換した画像データのうち少なくと
も３点の座標から、一方の被加工部材表面に対応した平
面式を演算し、次に前記変換した画像データから他方の
被加工部材の端点位置を検出するとともに、その端点位
置から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記両被
加工部材間のギャップを検出するようにしたことであ
る。

【００１３】また、本発明は、表面が略直角に交わる２
つの被溶接部材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリ
ット状の光を照射するとともに、前記溶接線近傍からの
反射光を受光し、その受光した反射光を画像処理して前
記溶接線の位置を検出する溶接位置検出方法において、
前記溶接線近傍からの反射光を任意の時間間隔をあけて
画像データとして受光し、その受光した画像データを同
一の座標系に変換して、変換した画像データのうち少な
くとも３点の座標から、一方の被溶接部材表面に対応し
た平面式を演算し、次に前記変換した画像データから他
方の被溶接部材の端点位置を検出するとともに、その端
点位置から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記
両被溶接部材間のギャップを検出するようにしたことで
ある。

【００１４】また、本発明は、表面が略直角に交わる２
つの被溶接部材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリ
ット状の光を照射するとともに、前記溶接線近傍からの
反射光を受光し、受光した反射光を画像処理して前記溶
接線の位置を検出し、その検出結果に基づいて溶接を行
う溶接方法において、前記溶接線近傍からの反射光を任
意の時間間隔をあけて画像データとして受光し、その受
光した画像データを同一の座標系に変換して、変換した
画像データのうち少なくとも３点の座標から、一方の被
溶接部材表面に対応した平面式を演算し、次に前記変換
した画像データから他方の被溶接部材の端点位置を検出
するとともに、その端点位置から前記平面式までの垂線
の長さを算出して前記両被溶接部材のギャップを検出
し、さらに、予め記憶しておいた種々の溶接条件の中か
ら前記ギャップの大きさに対応した溶接条件を読み込ん
で、その溶接条件によって溶接を行うようにしたことで
ある。

【００１５】

【作用】本発明の加工位置検出装置または溶接位置検出
装置によれば、表面が略直角に交わる２つの被加工部材
を例えばＴ継手溶接で接合する場合、その接合部近傍に
投光手段からスリット状の光を照射して、接合部近傍か
らの反射光を受光手段で受光する。この場合、受光手段
は任意の時間間隔をあけて反射光を受光し、それぞれの
反射光を画像データとして記憶手段に記憶させておく。
演算手段は、記憶手段に記憶された画像データから少な
くとも３点の座標を用いて、前記被加工部材のうちの一
方の被加工部材（下板）表面の平面式を演算する。さら
に検出手段は、前記変換手段で変換された画像データか
ら、前記被加工部材のうちの他方の被加工部材（縦板）
の端点位置、すなわち縦板と下板間のギャップの縦板側
境界位置を画像処理によって算出する。これによって、
下板の表面の平面式が既知であるので、縦板の端点位置
から下板の表面への垂線を求めることができる。この垂
線の値は、開先面と受光手段との相対的な姿勢如何に係
わらずギャップそのものの値を示している。

【００１６】また、本発明の溶接装置によれば、ギャッ
プの大きさに応じた溶接速度、溶接電流、あるいはア−
ク電圧等の溶接条件を予め溶接条件記憶手段に記憶させ
ておくことにより、プレ−バック動作時に、ギャップ検
出結果に対応した溶接条件が溶接条件記憶手段から読み
出され、その溶接条件によって溶接を行うことができ
る。これによって、溶接線方向にギャップの不揃いが生
じても、ギャップ検出結果を基にして最適な溶接条件で
制御することが可能となり、溶接倣いの自動化が実現で
きる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面に従って説
明する。図１〜図３は、本発明の各装置がギャップを検
出できる原理を示した図であり、隅肉溶接でＴ継手の溶
接を行う場合に、図１１に示した投光器２と２次元の受
光器３を用いて溶接部を観測した画像を表わしている。
図１と図２は、任意の時刻ｔ１及びｔ２における開先画
像の概略図を各々示したものである。両画像の検出時刻
ｔ１及びｔ２については、ここでは特に言及しないが、
例えば検出指令時間間隔ごとに決まる時刻である。

【００１８】図４は、図１と図２に示したｔ１、ｔ２の
時刻に検出した２つの検出デ−タを用いてギャップを検
出する手順を示した概略フロ−チャ−トである。以下、
ギャップ検出の手順について、図４のフロ−チャ−ト
と、図１および図２に示した開先光切断像の特徴点を示
すデ−タ（ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３）を用
いてに述べる。まず、図４のステップ１ではｔ１，ｔ２
の時間間隔で第１，第２の各々開先画像を入力する。つ
ぎに、ステップ２では、２つの開先画像を各々画像処理
して受光器３の受光面上での座標系（（Ｕｉ，Ｖｉ）と
する）における縦板９、下板８の開先光切断線上の特徴
点ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４を検出する。ここで、各特徴
点の内容を整理すると以下の通りである。

【００１９】ａ１：第１の画像の光切断線の縦板端点ａ２：第１の画像の光切断線のギャップの境界に相当す
る縦板端点ａ３：第１の画像の光切断線の下板端点ａ４：第１の画像の光切断線の下板端点ｂ１：第２の画像の光切断線の縦板端点ｂ２：第２の画像の光切断線のギャップの境界に相当す
る縦板端点ｂ３：第２の画像の光切断線の下板端点ｂ４：第２の画像の光切断線の下板端点本実施例では、図１２に示す如く溶接ロボットのア−ム
先端に取り付けてリアルタイムに溶接倣い溶接を行う場
合への適用を想定している。したがって、前述したｔ２
の時刻で観測している位置は、ｔ１の時刻で観測したと
きの位置に対して溶接線方向のみでなく溶接ロボットで
リアルタイムに倣い制御された点での観測位置に相当す
る。このようなことから、ステップ３では、ステップ２
で得る検出器３の受光面上での座標系における各特徴点
での値（Ｕｉ，Ｖｉ）を、投光器２と受光器３の光学系
の諸定数及びこれら光学系を溶接ロボットに実装しとき
の配置等の各種パラメ−タを用いて、溶接ロボットを固
定した位置を基準とした３次元の絶対座標系（ｘ，ｙ，
ｚ）に座標変換する。

【００２０】ここで、この座標変換の方法について図５
と図６を用いて概略説明する。図５は光学式の位置検出
部と溶接ロボット６との位置関係を示している。溶接ロ
ボット５は、溶接ロボット５を固定した位置に絶対座標
系（ｘ，ｙ，ｚ）を持ち、さらに溶接ト−チ１を取り付
ける手首に（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）の手首座標系の移動機
構を持っている。手首座標系の原点は、溶接ト−チ１の
溶接ワイヤ先端位置と一致するように設定されている。
また、溶接ト−チ１はその中心軸がＹｗ軸とＺｗ軸のな
す平面上にあり、Ｚｗ軸と成す角度が４５度となるよう
に取付金具３５により溶接ロボット６の手首に固定され
ている。そして、溶接ト−チ１の中心軸方向にＺｓ軸、
Ｘｗ軸上にＸｓ軸、更にＸｓＺｓ平面に直交する方向に
Ｙｓ軸をそれぞれ持ち、（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）座標系の
原点が溶接ト−チ１のワイヤ先端位置に一致するように
センサ直交座標系がとられている。

【００２１】さらに、Ｚｓ軸と一定距離離れてＸｓＹｓ
平面上に原点を持つカメラ座標系（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）
が支持体３６に一体的に形成されている。支持体３６
は、前述したように溶接ト−チ１のＺｓ軸回りに回転可
能な構造であり、支持体３６の回転と共にカメラ座標系
（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）も溶接ト−チ１の軸回りに回転す
る。なお、回転時にＸｓとＸｃが成す角度をセンサ回転
角θｓと呼ぶ。

【００２２】図６は、カメラ座標系（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚ
ｃ）と投光器２と受光器３との位置関係を示している。
図に示したように、投光器２により形成されるスリット
光１１の中心軸３７並びに受光器３の撮像中心軸３８
は、ＸｃＺｃ平面上にあってカメラ座標系の原点で交わ
り、Ｚｃ軸とそれぞれα、βの角度を成している。さら
にスリット光１１とＸｃＹｃ面との交線がＸｃ軸と成す
角度をγとし、受光器３の撮像部３’が持つ平面座標系
の座標軸ｕ，ｖはＸｃ，Ｙｃ軸と各々平行であるとす
る。

【００２３】前述した光切断像を画像処理して得られる
画像データの各特徴点の値（Ｕｉ，Ｖｉ）は、カメラ座
標系の原点から受光器３までの距離Ｐ、受光器３の撮像
倍率ｍ、さらに前述したα、β、γの各校正デ−タを用
いて、カメラ座標系の画像デ−タ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）
に変換される。そして、変換された画像データは更にセ
ンサの回転軸θｓ、溶接ト−チ１の取付角度（４５度）
を用い、手首座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）に変換され
る。ロボット制御装置６（図１２参照）は、手首座標系
に変換された検出結果を、検出時の各回転軸の角度情報
を用いてロボット座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に座標変換す
る。

【００２４】上述したａ１〜ａ４及びｂ１〜ｂ４を溶接
ロボット６における３次元座標系に変換した点をａ１’
〜ａ４’及びｂ１’〜ｂ４’とする。

【００２５】一般に、Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１，）、Ｐ
２（ｘ２，ｙ２，ｚ２，）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ
３，）の３点を通る平面の式Ｑは、次の（１）式で表わ
される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、各係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは次の
（２）〜（５）式でそれぞれ与えられる。

【００２８】

【数２】

【００２９】

【数３】

【００３０】

【数４】

【００３１】

【数５】

【００３２】図４のステップ４では、後述するト−チ位
置制御装置における３次元座標系に変換した各点ａ
１’，ａ２’，ｂ１’(またはｂ２’)及びａ３’，ａ
４’，ｂ３’（またはｂ４’）の各座標値（ｘｉ、ｙ
ｉ、ｚｉ）を（３．２）〜（３．５）式に代入すること
により、縦板表面及び下板表面について（３．１）式で
示した平面式を求める。ここで得られる縦板表面及び下
板表面の平面式を各々Ｑ１，Ｑ２とする。

【００３３】次のステップ５では、ギャップの計算を行
う。ギャップの大きさは、図３に示したように縦板端点
ｂ２’（またはａ２’）から下板表面の平面Ｑ２に下し
た垂線の距離で与えられる。ギャップの大きさをＬ、縦
板端点ｂ２’の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とすると、
Ｌは次の（６）式により求まる。

【００３４】

【数６】

【００３５】ここで座標（ｘ２,ｙ２,ｚ２）：縦板端点ａ２’の座標Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２：下板表面の平面Ｑ２を表わす
パラメ−タステップ５までは、ギャップの計算手順である。次のス
テップ６では、溶接線位置の計算を行う。図７はギャッ
プのある開先断面を模式的に表わしたものである。ギャ
ップがある開先での溶接線位置は、（ａ）縦板延長線上
と下板の交点Ｃ１、あるいは（ｂ）上述した縦板端点ｂ
２’（またはａ２’）から下板表面の平面Ｑ２に下した
垂線の下板表面の位置Ｃ２の２通りが考えられる。各々
での溶接線位置の計算手順はここでは省略するが、どち
らの方法を選択するかは、後述する条件テ−ブル２４に
よってあらかじめ作成された手順を参照して計算する。
さらにステップ７では、これと同様に条件テ−ブル２４
を参照して、ステップ６で検出した溶接線位置デ−タを
基準として実際の溶接ト−チの狙い位置を計算し決定す
る。

【００３６】以上の説明はＴ継手の場合のギャップ検出
についてであるが、本発明は重ね継手の場合のギャップ
検出にも応用できる。そのことを図８を参照して説明す
る。重ね継手の場合は、Ｔ継手の縦板の光切断像に相当
するデ−タの代わりに、重ね継手の上板３２の端面３
２’の光切断像のデ−タを用いることによって、ギャッ
プを検出することができる（第１の方法）。しかし、重
ね継手の上板３２が薄板の場合あるいは開先コ−ナ点近
傍で本来必要とするスリット光の１次反射像（Ｓ１−Ｓ
２、Ｓ２−Ｓ３、Ｓ４−Ｓ５）の他に２次反射像（３４
ａ、３４ｂ）が発生したとき等で上板端面の線画像を明
確に抽出できない場合には、上板３２の板厚があらかじ
め既知であるという条件の基で、次の第２の方法を用い
てギャップを検出する。

【００３７】すなわち、前述のＴ継手で（１）式〜
（５）式を用いて計算した手順と同様の手順で下板表面
の平面式と端面のコ−ナ点を検出した後、このコ−ナ点
と下板表面の距離を計算する。そして、この距離と板厚
ｔとの差を計算する。この値が重ね継手での下板３３の
下面から上板３２までのギャップの値となる。

【００３８】図９は本発明の溶接装置の全体構成を示し
ている。図において、１５は溶接ワ−ク、１６はト−チ
位置制御機構、１７はト−チ位置制御装置、１８は溶接
機である。また１９は開先位置検出装置で、２０は画像
処理装置、２１は溶接条件発生装置である。このうち、
ト−チ位置制御機構１６は例えば図１２に示した溶接ロ
ボットの如くものである。開先位置検出装置１９は、例
えば図１１に示した投光器と２次元受光器から成るもの
で、該ト−チ位置制御機構１６に取り付く溶接ト−チと
一体に取り付けられている。画像処理装置２０は２次元
受光器で観測された映像信号をディジタル信号に変換
し、得られた画像を画像処理して所望とする開先位置を
検出するものである。また、ト−チ位置制御装置１７と
画像処理装置２０、溶接機１８と溶接条件発生装置２
１、溶接条件発生装置２１と画像処理装置２０間は、互
いに通信制御回路（２６ａ〜２６ｆ）を介して制御デ−
タ、処理デ−タ等を通信しあうようになっている。溶接
条件発生装置２１は、ＣＰＵ２２，ワ−キングメモリ２
３、溶接条件テ−ブル２４、知識ベ−スロ−ダ２５及び
入出力インタ−フェ−ス２７により構成されている。そ
して作業者は、溶接条件発生装置２１に例えばフロッピ
−デスク等の記憶媒体３０を介して知識ベ−スロ−ダ２
５に多層盛溶接の作業管理デ−タをまず入力する。

【００３９】作業管理デ−タとしては、例えば以下に示
す内容のものがある。

【００４０】（１）溶接のパス数（２）各溶接パスでのセンシングの有無（３）各溶接パスでのギャップ、開先画像処理ソフト
（開先形状及び検出個所）（４）各溶接パスでの溶接電流、ア−ク電圧（５）各溶接パスでの溶接速度（６）各溶接パスでの狙い位置の修正量以上の作業管理デ−タのうち（２）、（３）は画像処理
装置２０に関する情報、（４）は溶接機１８に関係する
情報であり、さらに（５）、（６）はト−チ位置制御装
置１７に関する情報である。ＣＰＵ２２は、ギャップの
大きさ、溶接線位置の検出結果をもとにこれらの作業管
理デ−タの内容を参照して各溶接パスにおける溶接条件
を作成し、さらにワ−キングメモリ２３に伝送して記憶
される。プレ−バック動作時には、通信制御回路（２６
ａと２６ｆ）、（２６ｂと２６ｆ）及び（２６ｄと２６
ｅ）を介して（溶接機１８と溶接条件発生装置２１
間）、（ト−チ位置制御装置１７と溶接条件発生装置２
１間）及び（画像処理装置２０と溶接条件発生装置２１
間）で互いに必要とする制御デ−タ等を通信し合い、溶
接倣い作業を実施する。

【００４１】図１０は、ギャップの大きさに応じて溶接
の条件を制御する方法の一例の概念図を示したものであ
る。図において、図９と同一部品は同じ符号を用いてい
る。本発明の溶接装置では、図に示したようにワ−キン
グメモリ２３内にギャップの大きさに対応した適正溶接
速度条件を示すテ−ブルを持っている。また、このテ−
ブルはワ−クの板厚の大きさ、溶接電流あるいはア−ク
電圧ごとに参照できるテ−ブルを複数枚具備している。
図１０の場合、ワ−キングメモリ２３から溶接機へ送信
さる溶接電流あるいはア−ク電圧の信号：ＣＴＲ１は、
あらかじめティ−チング時に与えた値としている。一
方、画像処理装置２０から送信されてきた信号すなわち
ギャップの大きさＳ１に応じてワ−キングメモリ２３内
のテ−ブルを参照し適正溶接速度を選択する。そして、
この値をト−チ位置制御装置１７送信し、制御するよう
にする。この制御を溶接線進行方向にたいして溶接中に
リアルタイムに実行することによって、溶接線方向にギ
ャップがあっても品質の良い溶接ビ−ドを得ることがで
きる。以上の溶接条件制御の例では、溶接電流あるいは
ア−ク電圧の信号：ＣＴＲ２をテイ−チング時に設定し
た値に固定し、溶接速度信号：ＣＴＲ１をパラメ−タと
して制御するようにしている。しかし、本発明はこれに
限定するもではなく溶接速度信号をテイ−チング時に設
定した値に固定し、溶接電流あるいはア−ク電圧をギャ
ップの値に応じて制御するようにしても良い。

【００４２】本実施例では、図４のフロ−チャ−トに示
したように、開先画像の検出はｔ１及びｔ２の時間間隔
ごとに画像を観測しギャップを検出すようにしている。
しかし、ワ−キングメモリ２３にギャップを検出した
後、３次元座標系に変換した値ｂ１’〜ｂ４’を記憶
し、次のギャップ検出点でこのｂ１’〜ｂ４’の記憶値
をａ１’〜ａ４’の値として置き換えて計算処理するこ
とで最初の検出点はやむおえないが二回目検出以降は各
画像のサンプリングタイムごとにギャップ検出が可能と
なる。

【００４３】また、本実施例では、図９に示したよう
に、従来のト−チ位置制御機構１６、ト−チ位置制御装
置１７及び溶接機１８から成る装置構成に開先位置検出
装置１９、画像処理装置２０及び溶接条件発生装置２１
を付加した構成と成っている。従って、溶接位置を検出
して倣う機能、ギャップ検出・溶接条件を決定する機能
を作動させなければ、従来のティ−チング〜プレ−バ
ックの方法でもそのまま使うことが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ギャップを正確に検出することが可能となり、このギャ
ップの情報を基にして、溶接中に溶接条件を適正な条件
に替えたり、溶接を中断してギャップをなくすようにワ
−ク位置を修正したり、あるいはギャップを埋めたりす
る処置を前もってできるので、品質の良い溶接ビ−ドを
得ることが可能となる。

【００４５】また、ギャップの大きさに応じた溶接速
度、溶接電流、あるいはア−ク電圧等々の作業管理用デ
−タをテ−ブル（メモリ）内に予め記憶できるため、プ
レ−バック動作時には、ギャップの検出結果を基にこの
テ−ブルを参照して溶接条件を制御することができる。
これによって、溶接中に溶接線方向にギャップの不揃い
が生じても、ギャップ検出結果を基にして最適な溶接条
件で制御することができ、溶接倣いの自動化を容易に実
現することが可能となる。

【００４６】なお、上記実施例では溶接の場合に限定し
て説明してきたが、本発明は溶接以外にも適用できる。
例えば、２つの被加工部材間のギャップにシールを充填
するような場合に、ギャップの大きさが正確に分かって
いればシール剤の量や充填速度を適正に制御することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ギャップ検出の原理を示す説明図である。

【図２】ギャップ検出の原理を示す説明図である。

【図３】ギャップ検出の原理を示す説明図である。

【図４】ギャップ検出の手順を示すフロ−チャ−トであ
る。

【図５】溶接ロボットと検出部の位置関係を示した斜視
図である。

【図６】カメラ座標系と投光器・受光器の位置関係を示
した説明図である。

【図７】ギャップのある開先断面を模式的に示した図で
ある。

【図８】重ね継手の光切断像の一例を示す図である。

【図９】本発明の溶接装置の全体構成図である。

【図１０】溶接条件の制御方法を示す概念図である。

【図１１】従来の光学式の開先検出方法を示す説明図で
ある。

【図１２】検出部が取付けられた溶接ロボットの概略構
成図である。

【図１３】被加工部材にギャップがある場合の開先画像
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１溶接ト−チ２投光器３受光器４，２０画像処理装置５ロボット６ロボット制御装置７，１８溶接機８，９，１５，３２，３３溶接ワ−ク１１スリット状光線１２開先光切断像１６トーチ位置制御機構１７トーチ位置制御装置１９開先位置検出装置２１溶接条件発生装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｂ 11/00 Ａ 7625−2Ｆ (72)発明者赤津利雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者鹿島淳彦茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者高野悠敬茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が略直角に交わる２つの被加工部材
に対して、その接触部近傍にスリット状の光を照射する
投光手段と、前記接触部近傍からの反射光を受光する受
光手段とを備え、前記受光手段で受光した反射光を画像
処理して前記接触部の位置を検出する加工位置検出装置
において、任意の時間間隔をあけて前記受光手段が受光した画像デ
ータを取り込み記憶する記憶手段と、その記憶した画像
データのうち少なくとも３点の座標から、一方の被加工
部材表面に対応した平面式を演算する演算手段と、前記
変換手段で変換した画像データから他方の被加工部材の
端点位置を検出するとともに、その端点位置から前記平
面式までの垂線の長さを算出して前記両被加工部材間の
ギャップを検出する検出手段と、を備えたことを特徴と
する加工位置検出装置。
【請求項２】請求項１記載の加工位置検出装置におい
て、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された画像データ
を同一の座標系に変換してから、前記平面式を演算する
ことを特徴とする加工位置検出装置。
【請求項３】表面が略直角に交わる２つの被溶接部材
を溶接する際に、その溶接線近傍にスリット状の光を照
射する投光手段と、前記溶接線近傍からの反射光を受光
する受光手段とを備え、前記受光手段で受光した反射光
を画像処理して前記溶接線の位置を検出する溶接位置検
出装置において、任意の時間間隔をあけて前記受光手段が受光した画像デ
ータを取り込み記憶する記憶手段と、その記憶した画像
データのうち少なくとも３点の座標から、一方の被溶接
部材表面に対応した平面式を演算する演算手段と、前記
変換手段で変換した画像データから他方の被溶接部材の
端点位置を検出するとともに、その端点位置から前記平
面式までの垂線の長さを算出して前記両被溶接部材間の
ギャップを検出する検出手段と、を備えたことを特徴と
する溶接位置検出装置。
【請求項４】請求項３記載の溶接位置検出装置におい
て、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された画像データ
を同一の座標系に変換してから、前記平面式を演算する
ことを特徴とする溶接位置検出装置。
【請求項５】請求項３記載の溶接位置検出装置におい
て、前記２つの被溶接部材は、Ｔ継手で溶接されることを特
徴とする溶接位置検出装置。
【請求項６】請求項３記載の溶接位置検出装置におい
て、前記２つの被溶接部材は、重ね継手で溶接されることを
特徴とする溶接位置検出装置。
【請求項７】表面が略直角に交わる２つの被溶接部材
を溶接する際に、その溶接線近傍にスリット状の光を照
射する投光手段と、前記溶接線近傍からの反射光を受光
する受光手段とを備え、前記受光手段で受光した反射光
を画像処理して前記溶接線の位置を検出し、その検出結
果に基づいて溶接を行う溶接装置において、任意の時間間隔をあけて前記受光手段が受光した画像デ
ータを取り込み記憶する記憶手段と、その記憶した画像
データのうち少なくとも３点の座標から、一方の被溶接
部材表面に対応した平面式を演算する演算手段と、前記
変換手段で変換した画像データから他方の被溶接部材の
端点位置を検出するとともに、その端点位置から前記平
面式までの垂線の長さを算出して前記両被溶接部材間の
ギャップを検出する検出手段と、ギャップの大きさに対
応した種々の溶接条件を予め記憶した溶接条件記憶手段
と、前記検出手段で検出したギャップに対応した溶接条
件を前記溶接条件記憶手段から読み込んで、その溶接条
件に基づいて溶接を行う手段と、を備えたことを特徴と
する溶接装置。
【請求項８】請求項７記載の溶接装置において、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された画像データ
を同一の座標系に変換してから、前記平面式を演算する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項９】請求項７記載の溶接装置において、前記２つの被溶接部材は、Ｔ継手で溶接されることを特
徴とする溶接装置。
【請求項１０】請求項７記載の溶接装置において、前記２つの被溶接部材は、重ね継手で溶接されることを
特徴とする溶接装置。
【請求項１１】表面が略直角に交わる２つの被加工部
材に対して、その接触部近傍にスリット状の光を照射す
るとともに、前記接触部近傍からの反射光を受光し、そ
の受光した反射光を画像処理して前記接触部の位置を検
出する加工位置検出方法において、前記接触部近傍からの反射光を任意の時間間隔をあけて
画像データとして受光し、その受光した画像データを同
一の座標系に変換して、変換した画像データのうち少な
くとも３点の座標から、一方の被加工部材表面に対応し
た平面式を演算し、次に前記変換した画像データから他
方の被加工部材の端点位置を検出するとともに、その端
点位置から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記
両被加工部材間のギャップを検出することを特徴とする
加工位置検出方法。
【請求項１２】表面が略直角に交わる２つの被溶接部
材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリット状の光を
照射するとともに、前記溶接線近傍からの反射光を受光
し、その受光した反射光を画像処理して前記溶接線の位
置を検出する溶接位置検出方法において、前記溶接線近傍からの反射光を任意の時間間隔をあけて
画像データとして受光し、その受光した画像データを同
一の座標系に変換して、変換した画像データのうち少な
くとも３点の座標から、一方の被溶接部材表面に対応し
た平面式を演算し、次に前記変換した画像データから他
方の被溶接部材の端点位置を検出するとともに、その端
点位置から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記
両被溶接部材間のギャップを検出することを特徴とする
溶接位置検出方法。
【請求項１３】表面が略直角に交わる２つの被溶接部
材を溶接する際に、その溶接線近傍にスリット状の光を
照射するとともに、前記溶接線近傍からの反射光を受光
し、受光した反射光を画像処理して前記溶接線の位置を
検出し、その検出結果に基づいて溶接を行う溶接方法に
おいて、前記溶接線近傍からの反射光を任意の時間間隔をあけて
画像データとして受光し、その受光した画像データを同
一の座標系に変換して、変換した画像データのうち少な
くとも３点の座標から、一方の被溶接部材表面に対応し
た平面式を演算し、次に前記変換した画像データから他
方の被溶接部材の端点位置を検出するとともに、その端
点位置から前記平面式までの垂線の長さを算出して前記
両被溶接部材のギャップを検出し、さらに、予め記憶し
ておいた種々の溶接条件の中から前記ギャップの大きさ
に対応した溶接条件を読み込んで、その溶接条件によっ
て溶接を行うことを特徴とする溶接方法。