JPH0751869A - 接合線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被溶接物の接合線を被溶接物のワーク面に存
在するごみや傷と確実に識別することができる信頼性の
高い接合線検出装置を提供する。 【構成】 照明装置６，７の各々が散乱光を発射して被
溶接物２，３の接合線４を異なる方向からそれぞれ照明
する。被溶接物２，３の観察領域１１を撮像装置５によ
り撮像し、照明装置６，７により照明される観察領域１
１の共通部分の画像情報について画像処理を行なって接
合線４を検出する。照明方向の変化により生じる接合線
４の近傍に存在するごみや傷の明暗部の変化は、接合線
の明暗部の変化と異なる。また、異なる照明装置６，７
で照明された被溶接物２，３の領域の共通部分に存在す
る接合線４とごみや傷とを見分ける情報も多くなる。こ
れにより、接合線とごみや傷とを簡単かつ確実に見分け
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ロボット等の溶接
装置の溶接ヘッドとともにロボットアームに取り付けら
れ、レーザビーム等により互いに溶接される被溶接物の
接合線を検出する接合線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザビームを用いるレーザ溶
接は、レーザ光を非常に小さい領域に集束させてこの集
束領域にレーザ光のエネルギを集中させることにより、
被溶接物を溶接するものである。したがって、２つの被
溶接物を突き合わせて溶接（突合せ溶接）したり、重ね
合わせて溶接（重ね溶接）する場合、接合線検出装置に
より２つの被溶接物の接合線を検出し、その上にレーザ
ビームの上記集束領域が合致するようにレーザビームを
制御しなければならない。

【０００３】従来より、上記接合線検出装置としては、
接触式のセンサを用いて溶接すべき被溶接物の接合線を
検出するものや、予め入力したデータに基づいて被溶接
物の接合線を演算するもの等が一般に知られている。

【０００４】しかしながら、上記従来の接合線検出装置
においては、いずれのものも被溶接物を溶接装置に正確
に設定する必要があるため、溶接の段取りに多くの時間
と労力を必要とし、作業能率がわるいばかりでなく、溶
接する被溶接物の接合線の状況などにより、必ずしも所
定の位置にレーザビームが正確に照射されないので、信
頼性に欠けるといった問題があった。

【０００５】かかる問題を解消するため、接合線の溶接
部と接合線とを同時に工業用テレビジョンで監視し、得
られた映像信号に基づいて、レーザビームを制御するこ
とにより、接合線にならってレーザビームをトラッキン
グするようにした、接合線検出装置も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な工業用テレビジョンを用いた接合線検出装置では、被
溶接物のワーク表面にごみが付着していたり、あるいは
ワーク表面に傷があると、接合線検出装置がこれらごみ
や傷を接合線と誤って認識してしまうという問題があっ
た。このように、接合線検出装置が、ごみや傷を接合線
と誤って認識してしまうと、安定して接合線のトラッキ
ングを行なうことが困難になる。

【０００７】本発明の目的は、従来の接合線検出装置に
おける上記問題を解消すべくなされたものであって、被
溶接物の接合線を被溶接物のワーク面に存在するごみや
傷と確実に識別することができる信頼性の高い接合線検
出装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる接合線検出装置は、溶接ヘッドと
ともにロボットアームに取り付けられ、被溶接物が溶接
されて接合される接合線を検出する接合線検出装置にお
いて、各々が散乱光を発射して上記接合線を異なる方向
からそれぞれ照明する複数の光源を備えてなる接合線照
明手段と、溶接の加工点から先行した接合線上の観察点
から溶接の加工進行方向に傾いた結像光軸を有する結像
手段と、この結像手段の背後に配置されてなる撮像素子
を有し、上記接合線照明手段の各光源でそれぞれ照射さ
れたときの上記接合線上の上記観察点を含む被溶接物の
領域をそれぞれ撮像する撮像手段と、上記撮像手段から
の画像情報のうち上記接合線照明手段の異なる光源でそ
れぞれ照射された上記領域の共通部分の画像情報につい
て画像処理を行なって上記接合線を検出する画像処理手
段と、を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】また、上記目的を達成するため、請求項２
にかかる接合線検出装置は、請求項１に記載の接合線検
出装置において、上記接合線照明手段が、複数の散乱光
の光源の照明光をそれぞれ遮断する光遮断手段を有し、
この光遮断手段は、照明光の遮断のタイミングが上記撮
像手段の撮像のタイミングと同期して、各々の光源の照
明光を交互に遮断する第１の光照射モードと各々の光源
の照明光を同時に連続照射する第２の光照射モードとを
有し、これら第１の光照射モードと第２の光照射モード
とを選択するようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】さらに、上記目的を達成するため、請求項
３にかかる接合線検出装置は、請求項１に記載の接合線
検出装置において、上記接合線照明手段の複数の光源の
各々が異なる波長特性を有することを特徴とするもので
ある。

【００１１】さらにまた、上記目的を達成するため、請
求項４にかかる接合線検出装置は、請求項３に記載の接
合線検出装置において、異なる波長特性を有する上記接
合線照明手段により照明される被溶接物からの反射光を
選択的に取り込む光学系を有することを特徴とするもの
である。

【００１２】さらにまた、上記目的を達成するため、請
求項５にかかる接合線検出装置は、溶接ヘッドとともに
ロボットアームに取り付けられ、被溶接物が溶接されて
接合される接合線を検出する接合線検出装置において、
各々が散乱光を発射して上記接合線を異なる方向からそ
れぞれ照明する複数の光源を備えてなる接合線照明手段
と、溶接の加工点から先行した接合線上の観察点から溶
接の加工進行方向に傾いた結像光軸を有する結像手段
と、この結像手段の背後に配置されてなる撮像素子を有
し、上記接合線照明手段の各光源でそれぞれ照射された
ときの上記接合線上の上記観察点を含む被溶接物の領域
をそれぞれ撮像する撮像手段と、上記撮像手段からの画
像情報のうち上記接合線照明手段の異なる光源でそれぞ
れ照射された上記領域の共通部分の画像情報について画
像処理を行なって上記接合線を検出する画像処理手段
と、予め複数の照明モードを記憶してなる照明モード記
憶手段と、上記撮像手段から入力する被溶接物の接合線
の画像情報から被溶接物の接合の種類を判定し、この判
定結果と被溶接物の材質とに基づいて上記照明モード記
憶手段に記憶された複数の照明モードから接合線を照明
する最適照明モードを選択する最適照明モード選択手段
と、を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の作用および効果】請求項１にかかる接合線検出
装置によれば、接合線照明手段の各々が散乱光を発射し
て被溶接物の接合線を異なる方向からそれぞれ照明し、
接合線照明手段の異なる光源でそれぞれ照射された被溶
接物の領域の共通部分の画像情報について画像処理を行
なって接合線を検出しているので、照明方向の変化によ
り生じる接合線の近傍に存在するごみや傷の明暗部の変
化が接合線の明暗部の変化と異なり、また、異なる光源
でそれぞれ照射された被溶接物の領域の共通部分に存在
する接合線とごみや傷とを見分ける情報も多くなり、接
合線とごみや傷とを簡単かつ確実に見分けることができ
る。

【００１４】請求項２にかかる接合線検出装置によれ
ば、被溶接物がそれぞれ有している表面の光の反射の性
状に応じて、複数の光照射モードから最適な光照射モー
ドが選択されて被溶接物に光が照射されるので、被溶接
物の接合線とごみや傷とを確実に見分けることができ、
被溶接物を構成する材料に対する適合範囲が広くなる。

【００１５】請求項３および請求項４にかかる接合線検
出装置によれば、接合線を照明する複数の接合線照明手
段の各々が異なる波長特性を有しているので、接合線照
明手段の照明を区別するために必要なそれぞれの照明の
切替のための手段とその撮像手段との連動手段が不要
で、しかも、被溶接物からの反射光を選択的に取り込む
光学系により、照明光の区別が撮像手段側の１箇所で行
え、接合線照明手段の構成が簡単になる。また、被溶接
物の観察画面の全域が異なる接合線照明手段で照明され
た領域の共通部分となり、加工進行方向により多くの情
報を得ることができるとともに、より速い加工速度に対
応することができる。

【００１６】請求項５にかかる接合線検出装置によれ
ば、撮像手段から出力する被溶接物の接合線の画像情報
から被溶接物の接合の種類が判定され、この判定結果と
被溶接物の材質とに基づいて照明モード記憶手段に記憶
された複数の照明モードから接合線を照明する最適照明
モードが選択されるので、各種材料の被溶接物に対して
予め設定された最適の照明モードを自動的に選択して対
処することができ、接合線検出精度が高くなる。

【００１７】

【実施例】以下に、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。本発明にかかる接合線検出装置の一実施
例のセンサ光学ヘッド部の構成を図１に示す。また、こ
のセンサ光学ヘッド部を構成する構成要素の幾何学的な
配置関係を図２に、さらに全体のシステム構成を図３に
それぞれ示す。

【００１８】なお、以下では、溶接の加工進行方向をＸ
軸方向といい、また被溶接物のワーク面を含む平面にお
いて上記Ｘ軸方向に直角な方向をＹ軸方向といい、さら
に被溶接物のワーク面を含む上記平面に立てた法線の方
向をＺ軸方向という。

【００１９】上記センサ光学ヘッド部１は、図１に示す
ように、被溶接物２，３の接合線４を撮影してその上記
Ｙ軸方向の位置を検出するＹ軸センサとしての撮像装置
５、および接合線４を照明するための第１照明装置６お
よび第２照明装置７を備える。

【００２０】上記撮像装置５は、図２において内周に斜
線を付して示した四角形状の被溶接物２，３のワーク面
における観察領域１１に含まれる接合線４を撮像する。
上記撮像装置５の具体的な構成の詳細を図４に示す。上
記撮像装置５は、観察領域１１（図２参照）を撮像する
ための結像レンズ１５、この結像レンズ１５の背後に配
置された結像レンズ１６、この結像レンズ１６の背後に
配置されて被溶接物２，３の接合線４を含む上記観察領
域１１の像が結像する光電変換面（撮像画面）を有し、
この結像した像に対応する画像信号を出力するＣＣＤカ
メラ１７および溶接光減衰フィルタ１８，１９を備え
る。

【００２１】上記結像レンズ１５，１６は、溶接光減衰
フィルタ１８，１９および加工点１３から入射する赤外
線をカットするための赤外カットフィルタ２１ととも
に、一つのレンズ鏡胴２２に組み込まれる。このレンズ
鏡胴２２は主鏡胴２３の先端部に取り付けられる。この
主鏡胴２３の後端部には上記ＣＣＤカメラ１７が取り付
けられ、全体が一つの外装ケース２４内に収容される。
上記溶接光減衰フィルタ１８，１９は、レンズ鏡胴２２
内にて結像レンズ１５に関して観察領域１１側に配置さ
れており、また、上記赤外線カットフィルタ２１は、レ
ンズ鏡胴２２内にて上記結像レンズ１５に関してＣＣＤ
カメラ１７側に配置される。

【００２２】上記結像レンズ１５の光軸、結像レンズ１
６の光軸およびＣＣＤカメラ１７の軸が主鏡胴２３の光
軸に合致するように、レンズ鏡胴２２およびＣＣＤカメ
ラ１７が上記主鏡胴２３に取り付けられる。以下、主鏡
胴２３の上記光軸を撮像装置５の光軸２５という。

【００２３】溶接光減衰フィルタ１８，１９は、上記第
１照明装置６および第２照明装置７による被溶接物２，
３のワーク面の照明光の反射光は透過させるが、上記加
工点１３からの溶接光の強い波長領域を遮断し、溶接光
を減衰させる。

【００２４】なお、上記溶接光減衰フィルタ１８，１９
は、図４に示すように、その光軸が撮像装置５の光軸２
５に対して傾いた状態でレンズ鏡胴２２に取り付けられ
る。これは、溶接光が上記溶接光減衰フィルタ１８，１
９の表面から反射して観察領域１１（図２参照）内に投
映され、この観察領域１１内でのこの反射光が加工点１
３のいわゆるゴーストとしてＣＣＤカメラ１７に入射し
て撮影されるのを避けるためである。この構成により、
観察画像のコントラストが改善されるとともに、溶接光
の強度変化による画像信号への影響も改善される。

【００２５】また、上記ゴーストを避けるために、撮影
レンズ１５や結像レンズ１６を、その各光軸が撮像装置
５の上記光軸２５に対して傾いた別の光学平面を設けて
もよい。

【００２６】撮像装置５は、その上記外装ケース２４に
て、支持部材２６（図１参照）により、図示しないレー
ザ溶接装置のロボットアームの加工用レーザノズル８の
支持部に固定される。このとき、撮像装置５は、その上
記光軸２５が、図４に示すように、加工点１３から距離
ｄ₁だけ先行した観察領域１１の中心点（観察点）２７
から、この中心点２７において立てた被溶接物２，３の
ワーク面の法線（Ｚ軸）に対して上記加工進行方向に角
度θ₁傾斜して、上記ロボットアームの加工用レーザノ
ズル８の上記支持部材２６に支持される。

【００２７】撮像装置５を上記のように傾斜させて支持
するのは、次の理由による。すなわち、レーザビーム１
２が被溶接物２，３の接合線４を正確にトラッキングし
つつ被溶接物２，３を溶接するためには、理想的には、
撮像装置５の観察領域１１の中心点２７を現在の加工点
１３の位置に合致させて撮像装置５により現在の加工点
１３を検出し、この検出位置に基づいて加工用レーザノ
ズル８を制御するのが最も好ましい。しかしながら、撮
像装置５を加工用レーザノズル８とともに溶接装置のロ
ボットアームに取り付ける場合、撮像装置５が加工用レ
ーザノズル８と干渉するとともに、現在の加工点１３の
位置からは強い溶接光が出ているので、撮像装置５によ
り現在の加工点１３を撮像してその位置を検出すること
は困難である。

【００２８】そこで、本実施例では、上記中心点２７が
加工点１３に先行してこの加工点１３にできるだけ近い
位置にあり、しかも、上記溶接光の影響ができるだけ及
ばない領域を、観察領域１１として設定するために、撮
像装置５を上記のように傾斜させて支持しているのであ
る。また、撮像装置５を傾斜させて支持することによ
り、被溶接物２，３の僅かの傾き変化によっても輝度が
著しく変化する照明光のワーク面における鏡面反射光が
撮像装置５に入射することがない。本実施例において
は、上記距離ｄ₁は６ｍｍに設定され、また、上記角度
θ₁は２７度に設定される。

【００２９】撮像装置５の上記外装ケース２４には、レ
ーザ溶接に伴って加工点１３で発生する金属蒸気から上
記溶接光減衰フィルタ１８，１９を防護するため、上記
レンズ鏡胴２２の前方部分に防護カバー３１を設けると
ともに、上記外装ケース２４の前部にドライエアー噴出
装置３２を設けている。そして、このドライエアー噴出
装置３２により、上記防護カバー３１の側方から上記防
護カバー３１の面に沿ってドライエアーを噴出し、防護
カバー３１に上記金属蒸気が蒸着するのを防止してい
る。

【００３０】一方、被溶接物２，３の接合線４を照明す
る第１照明装置６および第２照明装置７は、被溶接物
２，３のワーク面の照明を行うものである。第１照明装
置６は、図５に示すように、レンズケース３６内に２枚
の照明レンズ３７，３８が配置されるとともに、レンズ
ケース３６に設けたライトガイド挿入部３９に、たとえ
ばグラスファイバ製もしくは樹脂製のライトガイド４１
の一端が接続される。また、このライトガイド４１の他
端は、図示しない光源ユニットに接続される。上記照明
レンズ３７，３８は、ライトガイド４１により導光され
る上記光源ユニットからの光を、観察領域１１附近へ収
束させて照射する。

【００３１】第２照明装置７も第１照明装置６と同じ構
成を有し、そのライトガイド４１の他端も上記光源ユニ
ットに接続される。上記光源ユニットは、具体的には図
示しないが、光源としてたとえばハロゲンランプを内蔵
するとともに、このハロゲンランプと上記第１照明装置
６のライトガイド４１および第２照明装置７のライトガ
イド４１の各他端との間には、モータにより回転駆動さ
れるチョッパが配置されてなるものである。上記チョッ
パは、上記ハロゲンランプから第１照明装置６のライト
ガイド４１の他端に入射する光と上記ハロゲンランプか
ら第２照明装置７のライトガイド４１の他端に入射する
光とを交互に切り替えている。

【００３２】２枚の上記照明レンズ３７，３８のうち、
ライトガイド４１の上記一端と反対側の照明レンズ３７
の前には、撮像装置５と同様に、レーザ溶接に伴って加
工点１３で発生する金属蒸気から上記照明レンズ３７を
防護するため、防護カバー４２を設けている。また、上
記レンズケース３６の前部に取り付けたドライエアー噴
出装置４３により、防護カバー４２の側方から防護カバ
ー４２の面に沿ってドライエアーを噴出し、防護カバー
４２に上記金属蒸気が蒸着するのを防止している。

【００３３】上記第１照明装置６および第２照明装置７
は、図２および図５に示すように、その各照明光軸４４
が観察領域１１の中心点２７を含んで被溶接物２，３の
接合線４を直角に横断する平面４５上にあり、かつ、Ｚ
軸方向に対して角度θ₂およびθ₃をなして、上記被溶接
物２，３の接合線４をその側方斜め上方から照明する。
本実施例では、θ₂＝θ₃＝４５度に設定される。このよ
うに、接合線４をその側方斜め上方から照明すると、第
１照明装置６および第２照明装置７の被溶接物２，３の
ワーク面における輝度変化の大きい鏡面反射光が撮像装
置５に入射することがなく、撮像装置５には輝度変化の
少ない光が入射し、かつ、接合線４を強調できる利点が
ある。

【００３４】上記第１照明装置３６および第２照明装置
３７は、撮像装置５とともに支持部材２６（図１参照）
に取り付けられ、この支持部材２６により、上記の関係
を満すように、図示しないレーザ溶接装置のロボットア
ームの加工用レーザノズル８の支持部に取り付けられて
支持される。

【００３５】被溶接物２，３のワーク面の第１照明装置
６による照明と第２照明装置７による照明とが、既に述
べた図示しない光源ユニットのチョッパにより、ＣＣＤ
カメラ１７の光電変換面から出力する画像信号の１フレ
ームの時間（１／３０秒）毎に交互に切り替えられる。
したがって、たとえば第１照明装置６により被溶接物
２，３のワーク面が照明されると、１／３０秒後に、第
２照明装置７により被溶接物２，３のワーク面が照明さ
れ、その間に、被溶接物２，３が加工進行方向へ移動す
る。これにより、図１０に示すように、被溶接物２，３
のワーク面の上記観察領域１１は、１／３０秒毎に加工
進行方向へ移動する。

【００３６】上記図１０はまた、被溶接物２，３のワー
ク面における上記観察領域１１と、撮像装置５のＣＣＤ
カメラ１７の光電変換面６１に投映される像１１ｉとの
関係を示している。本実施例では、第１照明装置６およ
び第２照明装置７はともに散乱光照明を行うものである
ので、第１照明装置６により照明される観察領域１１と
第２照明装置７により照明される観察領域１１との共通
部分７２の画像情報を、接合線の検出のための情報とし
て用いることができる。上記共通部分７２は、被溶接物
２，３の移動に伴って連続的に移動するので、トラッキ
ングすべき接合線４を溶接の加工進行方向に連続した状
態でとらえることができる。

【００３７】なお、図１０において、第１照明装置６に
より照明される観察領域１１と第２照明装置７により照
明される観察領域１１は、両者を区別できるようにする
ため、Ｙ軸方向に僅かにずらせて示している。また、上
記両観察領域のＣＣＤカメラ１７の光電変換面６１上の
像１１ｉ，１１ｉについても、同様に僅かにずらせて示
している。

【００３８】第１照明装置６により照明される観察領域
１１と、第２照明装置７により照明される観察領域１１
との共通部分７２に対応するＣＣＤカメラ１７の光電変
換面６１の領域７３には、幅がａ₁の第１画像処理エリ
ア７４およびこの第１画像処理エリア７４から距離ｆを
おいて幅がａ₂の第２画像処理エリア７５が設定されて
いる。上記光電変換面６１の中心線Ｘｉが観察領域１１
の中心線であるＸ軸に対応する。

【００３９】被溶接物２，３の接合線４のＹ軸方向の位
置は、たとえば観察領域１１の第１画像処理エリア７４
および第２画像処理エリア７５の図１０において左側の
各辺と上記中心線Ｘｉとの各交点と、接合線４の像４ｉ
と上記各辺との交点との間の距離Ｙ₁およびＹ₂を検出す
ることにより検出される。

【００４０】なお、図１０において、加工点１３は、突
合せ溶接の場合の観察領域１１に対する位置を示してお
り、１３ｉは、ＣＣＤカメラ１７の光電変換面６１に対
する上記加工点１３の対応位置を示している。また、加
工点１３ａは、重ね溶接の場合の観察領域１１に対する
位置を示しており、１３ａｉは、ＣＣＤカメラ１７の光
電変換面６１に対する上記加工点１３ａの対応位置を示
している。

【００４１】以上に説明した構成を有する上記センサ光
学ヘッド部１は、図３に示すように、その駆動制御部８
１とともにセンサユニット９１を構成する。このセンサ
ユニット９１の駆動制御部８１は、第１照明装置６，第
２照明装置７の電源ユニット内のハロゲンランプやチョ
ッパを駆動するためのモータおよび撮像装置５等への駆
動電源の供給および撮像装置５の撮像の制御等を行う。
また、上記センサ光学ヘッド部１を構成する図４におい
て説明した撮像装置５のＣＣＤカメラ１７からは、被溶
接物２，３の観察領域１１の画像信号が出力する。

【００４２】被溶接物２，３のワーク面に、たとえば図
６に示すように、ごみＰや傷Ｑ，Ｒが存在し、第１照明
装置６により、被溶接物２，３のワーク面がその斜め右
上方から照明されているときには、接合線４，ごみＰ，
傷Ｑ，Ｒにそれぞれ対応して、図７に示すような画像信
号４ｖａ，Ｐｖａ，ＱｖａおよびＲｖａがそれぞれ出力
する。また、図８に示すように、第２照明装置７によ
り、被溶接物２，３の上記ワーク面がその斜め左上方か
ら照明されているときには、接合線４，ごみＰ，傷Ｑ，
Ｒにそれぞれ対応して、図９に示すような画像信号４ｖ
ｂ，Ｐｖｂ，ＱｖｂおよびＲｖｂがそれぞれ出力する。

【００４３】上記図７に示す画像信号４ｖａ，Ｐｖａ，
ＱｖａおよびＲｖａと図９に示す画像信号４ｖｂ，Ｐｖ
ｂ，ＱｖｂおよびＲｖｂからも分かるように、被溶接物
２，３の接合線４の画像信号４ｖａ，４ｖｂは、その左
右の肩部の高さが、第１照明装置６による照明と第２照
明装置７による照明により左右入れ替わる。また、ごみ
Ｐの画像信号Ｐｖａ，Ｐｖｂは、第１照明装置６による
照明と第２照明装置７による照明によっても変化がなく
暗部となる（ごみＰによっては変化なく明部となること
もある）。さらに、傷Ｑの画像信号Ｑｖａ，Ｑｖｂは、
第１照明装置６による照明と第２照明装置７による照明
によっても変化がなく暗部となる（傷Ｑによっては変化
なく明部となることもある）。さらにまた、傷Ｒの画像
信号Ｒｖａ，Ｒｖｂは、被溶接物２，３の接合線４の画
像信号４ｖａ，４ｖｂと同じであるが、明部および暗部
ともに信号の幅が狭い。

【００４４】上記画像信号４ｖａ，Ｐｖａ，Ｑｖａおよ
びＲｖａ，上記画像信号４ｖｂ，Ｐｖｂ，Ｑｖｂおよび
Ｒｖｂは、図３の画像処理部９２の前処理部８３に入力
する。本実施例では、この前処理部８３は、画像信号４
ｖａ，Ｐｖａ，ＱｖａおよびＲｖａ，画像信号４ｖｂ，
Ｐｖｂ，ＱｖｂおよびＲｖｂの上記したような性質に着
目して、画像信号４ｖａ，Ｐｖａ，ＱｖａおよびＲｖ
ａ，画像信号４ｖｂ，Ｐｖｂ，ＱｖｂおよびＲｖｂに対
して、たとえば次のような前処理演算を行う構成を有す
る。すなわち、上記前処理部８３は、第１照明装置６の
照明により得られた図７の画像信号４ｖａ，Ｐｖａ，Ｑ
ｖａおよびＲｖａと、第２照明装置７の照明により得ら
れた図９の画像信号４ｖｂ，Ｐｖｂ，ＱｖｂおよびＲｖ
ｂの差信号を演算する。

【００４５】この差信号の演算により、接合線４部分の
図７の画像信号４ｖａおよび図９の画像信号４ｖｂにつ
いては、その両肩部分の差が強調される。これに対し
て、ごみＰおよび傷Ｑに対応する、図７の画像信号Ｐｖ
ａおよびＱｖａ，図９の画像信号ＰｖｂおよびＱｖｂに
ついては、その差はほぼ零となる。これにより、接合線
４の像４ｉとごみＰおよび傷Ｑの像とが明確に弁別でき
る。

【００４６】一方、傷Ｒの画像信号ＲｖａおよびＲｖｂ
については、接合線４部分の図７の画像信号４ｖａおよ
び図９の画像信号４ｖｂと同様の形を有しているので、
上記差信号の演算により、接合線４の場合と同様に、そ
の両肩部分の差が強調される。したがって、上記のよう
な画像信号Ｒｖａ，Ｒｖｂの差演算による処理を行って
も、傷５３は接合線４と誤認される可能性があるが、溶
接線４は連続しており、かつ、急激な位置の変化がない
こと、すなわち、溶接線４の連続性を利用して、接合線
４の像４ｉと傷Ｒの像とが明確に弁別できる。

【００４７】前処理部８３にて上記のように前処理され
た画像信号は、図３の検出位置演算部８４に入力する。
この検出位置演算部８４は、前処理された上記画像信号
に基づいて、接合線４の像４ｉをごみＰ，傷Ｑおよび傷
Ｒ等と弁別するとともに、図１０において説明した距離
Ｙ₁，Ｙ₂の値を演算する。

【００４８】上記画像処理部９２とレーザ溶接装置のロ
ボット制御部８７との間には、制御インタフェース部９
３が設けられる。この制御インタフェース部９３は、補
正量算出部８５およびパルス換算部８６からなる。上記
補正量換算部８５は、画像処理部９２の検出位置演算部
８４から入力する上記距離Ｙ₁，Ｙ₂に基づいて、加工用
レーザノズル８の位置の補正量を算出する。そして、補
正量算出部８５において算出された位置の補正量は、パ
ルス換算部８６でたとえばパルス数に換算され、ロボッ
ト制御部８７にて、加工用レーザノズル８の位置が制御
される。これにより、加工用レーザノズル８は、上記補
正量に応じて位置が補正され、被溶接物２，３の接合線
４上を正確にトラッキングすることができる。

【００４９】なお、上記実施例において、被溶接物２，
３が、たとえばＳＰＣＣ鋼板（冷間圧延鋼板）やボンデ
鋼板等のように、画像処理上じゃまになる細かい凹凸を
有し、散乱反射が多いワーク面を有する素材の場合、接
合線４を検出するために、上記実施例のように、被溶接
物２，３のワーク面を異なる方向から交互に照明する
と、ワーク面にごみＰや傷Ｑ，Ｒがある場合、それから
の反射光が、素材表面の散乱光の中に埋もれてしまい、
接合線４とごみＰや傷Ｑ，Ｒ等との弁別が困難になるこ
とがある。

【００５０】このような場合には、第１照明装置６によ
る照明と第２照明装置７による照明とを交互に切り替え
て、被溶接物２，３のワーク面を異なる方向から交互に
照明する照明モード（第１の光照射モード）に加えて、
第１照明装置６および第２照明装置７により同時に連続
的に被溶接物２，３のワーク面を照明する第２の光照射
モードを設け、被溶接物２，３のワーク面の性状に応じ
て、第１の光照射モードと第２の光照射モードとを選択
するようにしてもよい。

【００５１】このように、第１の光照射モードと第２の
光照射モードとを備えているものでは、被溶接物２，３
が、画像処理上じゃまになる細かい凹凸を有する上記Ｓ
ＰＣＣ鋼板やボンデ鋼板等であるときに、第２の光照射
モードを選択すると、ワーク表面には、２方向から同時
に連続して照明光が照射され、これにより、ワーク表面
の表面反射による散乱光が増加し、ごみＰや傷Ｑ，Ｒに
比較して接合線４が強調される。

【００５２】上記第１の光照射モードと第２の光照射モ
ード選択は、たとえば、本接合線検出装置が装着された
レーザ溶接装置の起動ルーチンにおいて、被溶接物２，
３を撮像装置５で撮像し、その画像情報に基づいて、被
溶接物２，３の材料の種類を判定し、その結果に基づい
て自動的に選択するようにしてもよい。また、上記レー
ザ溶接装置のオペレータがキーボードから入力した、被
溶接物２，３の材料の種類に基づいて、光照射モードの
選択を行うようにしてもよい。

【００５３】以上に説明した実施例では、第１照明装置
６および第２照明装置７の図示しない光源ユニットに設
けたチョッパにより、第１照明装置６による照明と第２
照明装置７による照明とを切り替えるようにしたが、以
下に説明するような構成を採用することもできる。

【００５４】すなわち、図１１に示すように、第１照明
装置６には、その照明レンズ３７の前に一つの波長特性
を有するフィルタ（たとえば赤フィルタ）１０１を設け
る一方、第２照明装置７には、その照明レンズ３７の前
に、上記とは異なる波長特性を有するフィルタ（たとえ
ば青フィルタ）１０２を設置する。そして、これら第１
照明装置６および第２照明装置７により、連続して被溶
接物２，３のワーク面を照明する。

【００５５】一方、撮像装置５のＣＣＤカメラ１７は、
図１２に示すように、入射する光の波長により入射する
光を透過もしくは反射するミラー１０３と、このミラー
１０３を透過する光を受ける第１の撮像素子１０４と、
上記ミラー１０３で反射する光を受ける第２の撮像素子
１０５とを備える。

【００５６】上記第１の撮像素子１０４には、第１照明
装置６の赤フィルタ１０１を透過して被溶接物２，３の
ワーク面に入射し、それから反射した反射光が上記ミラ
ー１０３を透過した後入射する。これにより、上記第１
の撮像素子１０４は、第１照明装置６により照明される
被溶接物２，３のワーク面の観察領域１１を撮像し、画
像信号を出力する。一方、上記第２の撮像素子１０５に
は、第２照明装置７の青フィルタ１０２を透過して被溶
接物２，３のワーク面に入射し、それから反射した反射
光が上記ミラー１０３で反射した後入射する。これによ
り、上記第２の撮像素子１０５は、第２照明装置７によ
り照明される被溶接物２，３のワーク面の観察領域１１
を撮像し、画像信号を出力する。

【００５７】そして、上記第１の撮像素子１０４および
第２の撮像素子１０５が撮像する画像信号について、図
３において既に述べた画像処理部９２の前処理部８３以
下の処理を行い、被溶接物２，３の接合線４を検出し、
この接合線４をトラッキングするように溶接ロボットの
アームを制御する。

【００５８】このようにすれば、チョッパが不要にな
り、チョッパと撮像装置５のＣＣＤカメラ１７との同期
を取るための構成も不要になる。また、チョッパを用い
たものと異なり、第１の撮像素子１０４と第２の撮像素
子１０５とが同時に同じ観察領域１１の画像情報を出力
することができるので、観察領域１１の全域が第１照明
装置６および第２照明装置７で照明された領域の共通の
領域となり、溶接加工の加工進行方向により多くの情報
を得ることができるばかりでなく、第１の撮像素子１０
４と第２の撮像素子１０５の同期により、１フレーム
（１／３０秒）の時間内に、溶接すべき溶接線４のＹ軸
方向の情報を得ることができ、画像情報処理時間を短く
することができる。

【００５９】なお、図１ないし図１０により説明した接
合線検出装置では、被溶接物２，３のワーク面の第１照
明装置６による照明と第２照明装置７による照明とを、
チョッパにより、ＣＣＤカメラ１７の光電変換面６１か
ら出力する画像信号の１フレームの時間（１／３０秒）
毎に交互に切り替えるようにしているが、上記第１照明
装置６および第２照明装置７による照明法は、次に述べ
るように、被溶接物２，３の接合の種類、被溶接物２，
３の材料等に応じて、最適照明法を選択するようにして
もよい。

【００６０】すなわち、上記第１照明装置６および第２
照明装置７による照明は、図１３にその一例を示すよう
に、突合せ溶接であるか重ね溶接であるかの被溶接物
２，３の接合の種類、被溶接物２，３の材料および被溶
接物２，３の突合せもしくは重ねの際の切断端における
アール（Ｒ）とエッジ（Ｅ）との組合せに応じて、
（１）接合線４の右斜め上方および左斜め上方からの交
互照明、（２）右斜め上方からの片側照明、（３）左斜
め上方からの片側照明のいずれかから、最適な照明法を
選択する。

【００６１】なお、上記図１３においてあげた材料は、
画像処理上問題となるその表面の性状が代表的な性状を
有するものである。すなわち、ＳＰＣＣ鋼板（冷間圧延
鋼板）は、既に述べたように、その表面に画像処理上じ
ゃまになる細かい凹凸を有する。ＳＵＳ（ステンレス鋼
板）は、その表面が比較的滑らかで鏡面状である。ボン
デ鋼板（亜鉛メッキ鋼板）はＳＰＣＣ鋼板とＳＵＳの中
間の性状を有する。

【００６２】上記の（１）ないし（３）の照明法は、本
接合線検出装置が装着されたレーザ溶接機の機動ルーチ
ンにおいて、被溶接物２，３を撮像装置５で撮像し、そ
の画像情報に基づいて、被溶接物２，３の接合の種類、
被溶接物２，３の材料の種類および被溶接物２，３の接
合線４における切断の端面の種類を判定することによ
り、その結果に基づいて、最適なものが選択される。こ
のようにすれば、被溶接物２，３の適合材料の範囲が大
幅に拡大される。

【００６３】本発明は、レーザ溶接のほかに、電子ビー
ム溶接等にも適用することができる。

【００６４】また、加工用レーザノズルとは別に、セン
サ光学ヘッドのみをロボットアームに取り付け、自動テ
ィーチングとしても使用できる。この場合は、溶接光減
衰手段は必要ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる接合線検出装置の一実施例の
センサ光学ヘッド部の構成図である。

【図２】 センサ光学ヘッド部を構成する構成要素の幾
何学的配置関係を示す説明図である。

【図３】 本発明にかかる接合線検出装置のシステム構
成図である。

【図４】 センサ光学ヘッド部の撮像装置の内部構成を
示す部分断面図である。

【図５】 第１照明装置および第２照明装置の構造およ
び配置の説明図である。

【図６】 第１照明装置により照明されているごみ、傷
を有する被溶接物のワーク面の説明図である。

【図７】 図６の被溶接物のワーク面の画像信号であ
る。

【図８】 第２照明装置により照明されている図６と同
様のワーク面の説明図である。

【図９】 図８の被溶接物のワーク面の画像信号であ
る。

【図１０】 観察領域およびその像が投映されるＣＣＤ
カメラの光電変換面の説明図である。

【図１１】 異なる波長を有する光により被溶接物のワ
ーク面を照明する実施例における第１照明装置および第
２照明装置の説明図である。

【図１２】 図１１の実施例におけるＣＣＤカメラの構
成の説明図である。

【図１３】 被溶接物の接合の種類、材料、材料の切断
端の組合せにより選択される照明法の説明図である。

【符号の説明】

１ センサ光学ヘッド部 ２ 被溶接物 ３ 被溶接物 ４ 接合線 ５ 撮像装置 ６ 第１照明装置 ７ 第２照明装置 ８ 加工用レーザノズル １１ 観察領域 １１ｉ 像 １３ 加工点 １４ マスク領域 １５ 結像レンズ １６ 結像レンズ １７ ＣＣＤカメラ １８ 溶接光減衰フィルタ １９ 溶接光減衰フィルタ ２５ 光軸 ２７ 観察点 ４４ 照明光軸 ６１ 光電変換面 ６２ 投映領域 ７２ 共通部分 ７４ 第１画像処理エリア ７５ 第２画像処理エリア ８１ 駆動制御部 ８３ 前処理部 ８４ 検出位置演算部 ８５ 補正量算出部 ８６ パルス換算部 ８７ ロボット制御部 ９１ センサユニット ９２ 画像処理部 ９３ 制御インタフェース部 １０１ フィルタ １０２ フィルタ １０３ ミラー １０４ 撮像素子 １０５ 撮像素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｂ (72)発明者 浜田 洋一 兵庫県西宮市宮西町10番29号 株式会社コ ーナン内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ヘッドとともにロボットアームに取
   り付けられ、被溶接物が溶接されて接合される接合線を
   検出する接合線検出装置において、 各々が散乱光を発射して上記接合線を異なる方向からそ
   れぞれ照明する複数の光源を備えてなる接合線照明手段
   と、 溶接の加工点から先行した接合線上の観察点から溶接の
   加工進行方向に傾いた結像光軸を有する結像手段と、 この結像手段の背後に配置されてなる撮像素子を有し、
   上記接合線照明手段の各光源でそれぞれ照射されたとき
   の上記接合線上の上記観察点を含む被溶接物の領域をそ
   れぞれ撮像する撮像手段と、 上記撮像手段からの画像情報のうち上記接合線照明手段
   の異なる光源でそれぞれ照射された上記領域の共通部分
   の画像情報について画像処理を行なって上記接合線を検
   出する画像処理手段と、 を備えたことを特徴とする接合線検出装置。
2. 【請求項２】 上記接合線照明手段は、複数の散乱光の
   光源の照明光をそれぞれ遮断する光遮断手段を有し、こ
   の光遮断手段は、照明光の遮断のタイミングが上記撮像
   手段の撮像のタイミングと同期して、各々の光源の照明
   光を交互に遮断する第１の光照射モードと各々の光源の
   照明光を同時に連続照射する第２の光照射モードとを有
   し、これら第１の光照射モードと第２の光照射モードと
   を選択するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   接合線検出装置。
3. 【請求項３】 上記接合線照明手段の複数の光源の各々
   が異なる波長特性を有することを特徴とする請求項１記
   載の接合線検出装置。
4. 【請求項４】 異なる波長特性を有する上記接合線照明
   手段により照明される被溶接物からの反射光を選択的に
   取り込む光学系を有することを特徴とする請求項３記載
   の接合線検出装置。
5. 【請求項５】 溶接ヘッドとともにロボットアームに取
   り付けられ、被溶接物が溶接されて接合される接合線を
   検出する接合線検出装置において、 各々が散乱光を発射して上記接合線を異なる方向からそ
   れぞれ照明する複数の光源を備えてなる接合線照明手段
   と、 溶接の加工点から先行した接合線上の観察点から溶接の
   加工進行方向に傾いた結像光軸を有する結像手段と、 この結像手段の背後に配置されてなる撮像素子を有し、
   上記接合線照明手段の各光源でそれぞれ照射されたとき
   の上記接合線上の上記観察点を含む被溶接物の領域をそ
   れぞれ撮像する撮像手段と、 上記撮像手段からの画像情報のうち上記接合線照明手段
   の異なる光源でそれぞれ照射された上記領域の共通部分
   の画像情報について画像処理を行なって上記接合線を検
   出する画像処理手段と、 予め複数の照明モードを記憶してなる照明モード記憶手
   段と、 上記撮像手段から入力する被溶接物の接合線の画像情報
   から被溶接物の接合の種類を判定し、この判定結果と被
   溶接物の材質とに基づいて上記照明モード記憶手段に記
   憶された複数の照明モードから接合線を照明する最適照
   明モードを選択する最適照明モード選択手段と、 を備えたことを特徴とする接合線検出装置。