JPH091338A - 溶接線自動認識法及び装置 - Google Patents
溶接線自動認識法及び装置Info
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- JPH091338A JPH091338A JP3911596A JP3911596A JPH091338A JP H091338 A JPH091338 A JP H091338A JP 3911596 A JP3911596 A JP 3911596A JP 3911596 A JP3911596 A JP 3911596A JP H091338 A JPH091338 A JP H091338A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接ロボットによる溶接に際し、溶接部材位
置を非接触で高精度かつ高速に認識する方法及び装置に
関するもので、従来のような溶接線のずれによる溶接不
良を直すための補修を要することなく高品質で高能率な
溶接を可能としたもの。 【解決手段】 母材１上に溶接すべき部材２をセット
し、溶接ロボット３で自動溶接するに際し、部材２を撮
像するＣＣＤカメラ４とこの画像を入力して処理する画
像処理装置５により正面及び側面の２方向から部材を撮
像した画像を利用したパターンマッチング法を用いてそ
の部材の取り付け位置ずれを３次元的に検出し、その事
前に教示された溶接開始点や終了点を補正して溶接する
もの。
置を非接触で高精度かつ高速に認識する方法及び装置に
関するもので、従来のような溶接線のずれによる溶接不
良を直すための補修を要することなく高品質で高能率な
溶接を可能としたもの。 【解決手段】 母材１上に溶接すべき部材２をセット
し、溶接ロボット３で自動溶接するに際し、部材２を撮
像するＣＣＤカメラ４とこの画像を入力して処理する画
像処理装置５により正面及び側面の２方向から部材を撮
像した画像を利用したパターンマッチング法を用いてそ
の部材の取り付け位置ずれを３次元的に検出し、その事
前に教示された溶接開始点や終了点を補正して溶接する
もの。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ロボットによ
る溶接に際し、溶接部材位置を非接触で高精度かつ高速
に認識する方法及び装置に関する。
る溶接に際し、溶接部材位置を非接触で高精度かつ高速
に認識する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、溶接ロボットを用いた溶接部材の
溶接方法の１例としては、母材上に溶接すべき部材を正
確にセットして置いておき、溶接ロボットを教示通り動
作させて溶接する方法が普通に知られている。
溶接方法の１例としては、母材上に溶接すべき部材を正
確にセットして置いておき、溶接ロボットを教示通り動
作させて溶接する方法が普通に知られている。
【０００３】また、別の方法として、その事前に教示さ
れた溶接開始点や終了点を溶接時に補正するものとし
て、ワイヤタッチセンサ法がある（現在も主流をなして
いる）。これは、溶接ワイヤと部材間に電位をかけてお
き、溶接ワイヤを部材にタッチさせることで電位が生じ
る。そのタッチした瞬間の位置を検知して、これを部材
位置として補正（認識）する方法である。
れた溶接開始点や終了点を溶接時に補正するものとし
て、ワイヤタッチセンサ法がある（現在も主流をなして
いる）。これは、溶接ワイヤと部材間に電位をかけてお
き、溶接ワイヤを部材にタッチさせることで電位が生じ
る。そのタッチした瞬間の位置を検知して、これを部材
位置として補正（認識）する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術における前者の方法では、溶接部材は、機械加
工されるものは少なく、そのほとんどがガス加工された
ものや鋳物である。また、部材の組み付けも溶接による
仮付けがほとんどである。
従来技術における前者の方法では、溶接部材は、機械加
工されるものは少なく、そのほとんどがガス加工された
ものや鋳物である。また、部材の組み付けも溶接による
仮付けがほとんどである。
【０００５】この場合、部材を正確に精度良く教示点と
全く同じ位置にセットするというのは不可能であった。
従って、ある程度の誤差を含んで溶接するが溶接線がず
れてしまって不良となり、補修を必ず必要とする不具合
があった。
全く同じ位置にセットするというのは不可能であった。
従って、ある程度の誤差を含んで溶接するが溶接線がず
れてしまって不良となり、補修を必ず必要とする不具合
があった。
【０００６】また、後者の場合には、溶接ワイヤを用い
ることでワイヤ癖による曲がりが生じ、その方向が一定
しないことから、必ず誤差を生じる。
ることでワイヤ癖による曲がりが生じ、その方向が一定
しないことから、必ず誤差を生じる。
【０００７】更に、高速でセンシングしようとすると溶
接ワイヤが曲がってしまうことになり、そんなにセンシ
ング速度を上げることも出来ないため、センシングのた
めの無駄時間が生じてしまう不具合があった。
接ワイヤが曲がってしまうことになり、そんなにセンシ
ング速度を上げることも出来ないため、センシングのた
めの無駄時間が生じてしまう不具合があった。
【０００８】また、部材面にスケールやスラグなどの絶
縁体があるとそこで電位が生じず、タッチミスをおこし
てしまう不具合も存在した。
縁体があるとそこで電位が生じず、タッチミスをおこし
てしまう不具合も存在した。
【０００９】本発明は上記従来技術の各不具合点を解消
するため、タッチセンサ法に変わるセンシング法とし
て、非接触で部材の位置を認識しようとする新たな溶接
線自動認識法とそのために用いる装置を提供することを
目的としている。
するため、タッチセンサ法に変わるセンシング法とし
て、非接触で部材の位置を認識しようとする新たな溶接
線自動認識法とそのために用いる装置を提供することを
目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の請求項１記載の溶接線自動認識法は、部材を溶
接ロボットなどの溶接装置で自動的に溶接するに際し、
部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入力して処理
する画像処理装置により、正面及び側面の２方向から部
材を撮像した画像を利用したパターンマッチング法（正
規化相関法）を用いてその部材の取り付け位置ずれを３
次元的に検出し、その事前に教示された溶接開始点や終
了点を補正して溶接することを特徴としている。
本発明の請求項１記載の溶接線自動認識法は、部材を溶
接ロボットなどの溶接装置で自動的に溶接するに際し、
部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入力して処理
する画像処理装置により、正面及び側面の２方向から部
材を撮像した画像を利用したパターンマッチング法（正
規化相関法）を用いてその部材の取り付け位置ずれを３
次元的に検出し、その事前に教示された溶接開始点や終
了点を補正して溶接することを特徴としている。
【００１１】またこの方法に使用するための装置として
は、先端に部材撮像用のＣＣＤカメラを取付けるととも
に溶接トーチを併設した位置移動可能の溶接ロボットを
溶接ロボット制御装置に接続し、さらに該溶接ロボット
制御装置を、前記ＣＣＤカメラにより撮像された画像を
処理し、正面及び側面の２方向の登録画像としてメモリ
する画像処理装置に接続した溶接線自動認識装置が好ま
しい。
は、先端に部材撮像用のＣＣＤカメラを取付けるととも
に溶接トーチを併設した位置移動可能の溶接ロボットを
溶接ロボット制御装置に接続し、さらに該溶接ロボット
制御装置を、前記ＣＣＤカメラにより撮像された画像を
処理し、正面及び側面の２方向の登録画像としてメモリ
する画像処理装置に接続した溶接線自動認識装置が好ま
しい。
【００１２】さらに本発明の請求項３記載の溶接自動認
識法は、部材を溶接ロボットなどの溶接装置で自動的に
溶接するに際し、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画
像を入力して処理する画像処理装置により、正面からレ
ーザスリット光の写ってない画像でパターンマッチング
法（正規化相関法）によりＸＹ平面上の部材取付位置ず
れを検出し、さらに同じ正面からレーザスリット光を照
射した画像でレーザスリット光の位置ずれをパターンマ
ッチングさせてＺ方向の部材の取付位置ずれを検出し
て、３次元的な位置ずれを求め、その事前に教示された
溶接開始点や終了点を補正して溶接することを特徴とし
ている。
識法は、部材を溶接ロボットなどの溶接装置で自動的に
溶接するに際し、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画
像を入力して処理する画像処理装置により、正面からレ
ーザスリット光の写ってない画像でパターンマッチング
法（正規化相関法）によりＸＹ平面上の部材取付位置ず
れを検出し、さらに同じ正面からレーザスリット光を照
射した画像でレーザスリット光の位置ずれをパターンマ
ッチングさせてＺ方向の部材の取付位置ずれを検出し
て、３次元的な位置ずれを求め、その事前に教示された
溶接開始点や終了点を補正して溶接することを特徴とし
ている。
【００１３】また、この方法に使用するための装置とし
ては、先端に部材撮像用のＣＣＤカメラと部材の奥行き
方向の位置を認識するためのレーザスリット光センサを
取り付けると共に溶接トーチを併設した位置移動可能の
溶接ロボットを溶接ロボット制御装置に接続し、さらに
該溶接ロボット制御装置を、前記ＣＣＤカメラにより撮
像された画像を処理しレーザスリット光のＯＦＦ画像
（部材の特徴画像）とＯＮ画像（レーザスリット光照射
位置認識のための画像）を登録画像としてメモリする画
像処理装置に接続した溶接線自動認識装置が好ましい。
ては、先端に部材撮像用のＣＣＤカメラと部材の奥行き
方向の位置を認識するためのレーザスリット光センサを
取り付けると共に溶接トーチを併設した位置移動可能の
溶接ロボットを溶接ロボット制御装置に接続し、さらに
該溶接ロボット制御装置を、前記ＣＣＤカメラにより撮
像された画像を処理しレーザスリット光のＯＦＦ画像
（部材の特徴画像）とＯＮ画像（レーザスリット光照射
位置認識のための画像）を登録画像としてメモリする画
像処理装置に接続した溶接線自動認識装置が好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の請求項１および２項
記載の発明の好適な実施の形態の一例につき図１〜図３
により説明する。
記載の発明の好適な実施の形態の一例につき図１〜図３
により説明する。
【００１５】図１は、上記発明の最良と思われる実施の
形態の一例に係わる溶接線自動認識装置の全体構成図、
図２は同発明のパターンマッチング説明図で、（ａ）は
母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−１は正面
登録画像、（ｂ）−２は正面比較画像、（ｂ）−３は正
面図パターンマッチングを示し、また（ｃ）−１は側面
登録画像、（ｃ）−２は側面比較画像、（ｃ）−３は側
面図パターンマッチングを示す。
形態の一例に係わる溶接線自動認識装置の全体構成図、
図２は同発明のパターンマッチング説明図で、（ａ）は
母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−１は正面
登録画像、（ｂ）−２は正面比較画像、（ｂ）−３は正
面図パターンマッチングを示し、また（ｃ）−１は側面
登録画像、（ｃ）−２は側面比較画像、（ｃ）−３は側
面図パターンマッチングを示す。
【００１６】これらの図において、母材１上には部材２
が仮付けされており、これを、溶接ロボット３の先端に
取り付けられたＣＣＤカメラ４により、基準とする部材
（以下２ａと略す）を撮像する。
が仮付けされており、これを、溶接ロボット３の先端に
取り付けられたＣＣＤカメラ４により、基準とする部材
（以下２ａと略す）を撮像する。
【００１７】撮像は、部材から一定距離だけ離れた正面
位置（以下Ｐａ1 と略す）に溶接ロボット３を移動さ
せ、ＣＣＤカメラ４により撮像する。
位置（以下Ｐａ1 と略す）に溶接ロボット３を移動さ
せ、ＣＣＤカメラ４により撮像する。
【００１８】撮像された画像は、画像処理装置５で処理
され図２（ｂ）−１に示すように正面の登録画像（以下
Ｌａ1 と略す）としてメモリされる。
され図２（ｂ）−１に示すように正面の登録画像（以下
Ｌａ1 と略す）としてメモリされる。
【００１９】同様に溶接ロボット３を部材２ａの一定距
離離れた側面位置（以下Ｐａ2 と略す）に移動し、撮像
する。これも同様に図２（ｃ）−１に示すように側面の
登録画像（以下Ｌａ2 と略す）としてメモリされる。
離離れた側面位置（以下Ｐａ2 と略す）に移動し、撮像
する。これも同様に図２（ｃ）−１に示すように側面の
登録画像（以下Ｌａ2 と略す）としてメモリされる。
【００２０】この基準となる部材２ａで溶接開始点Ｗａ
1 、終了点Ｗａ2 を教示する。
1 、終了点Ｗａ2 を教示する。
【００２１】次にこれらの画像を基にパターンマッチン
グ法にて位置ずれを検出する。すなわち、新たな部材２
ｂを溶接することを想定すると、まず部材２ａを撮像し
たときと同様に溶接ロボット３を部材正面の位置Ｐａ1
に移動する。
グ法にて位置ずれを検出する。すなわち、新たな部材２
ｂを溶接することを想定すると、まず部材２ａを撮像し
たときと同様に溶接ロボット３を部材正面の位置Ｐａ1
に移動する。
【００２２】ここで、ＣＣＤカメラ４により部材２ｂを
撮像する。この画像Ｌｂ1 と登録画像Ｌａ1 と比較し、
パターンマッチングさせる。
撮像する。この画像Ｌｂ1 と登録画像Ｌａ1 と比較し、
パターンマッチングさせる。
【００２３】ここで得られる、図２（ｂ）−３に示す横
方向のずれΔＸ、上下方向のずれΔＹを記憶する。
方向のずれΔＸ、上下方向のずれΔＹを記憶する。
【００２４】この時相関係数ｒが小さい場合は、マッチ
ング不良として処理出来る。
ング不良として処理出来る。
【００２５】次に、溶接ロボット３を部材の側面の位置
Ｐａ2 に移動後、ＣＣＤカメラ４により、部材２ｂを側
面方向から撮像する。
Ｐａ2 に移動後、ＣＣＤカメラ４により、部材２ｂを側
面方向から撮像する。
【００２６】この画像Ｌｂ2 と登録画像Ｌａ2 と比較
し、パターンマッチングさせる。そしてここで得られ
る、図２（ｃ）−３に示す奥行き方向のずれΔＺを記憶
する。この時相関係数ｒが小さい場合は、上記同様にマ
ッチング不良として処理出来る。
し、パターンマッチングさせる。そしてここで得られ
る、図２（ｃ）−３に示す奥行き方向のずれΔＺを記憶
する。この時相関係数ｒが小さい場合は、上記同様にマ
ッチング不良として処理出来る。
【００２７】次に、今求められたずれ量ΔＸ，ΔＹ，Δ
Ｚをカメラ焦点距離、カメラと部材間距離、カメラ撮像
角度などからずれ量をロボット座標系に変換して、溶接
ロボット制御装置６に補正量として出力する。
Ｚをカメラ焦点距離、カメラと部材間距離、カメラ撮像
角度などからずれ量をロボット座標系に変換して、溶接
ロボット制御装置６に補正量として出力する。
【００２８】溶接ロボット３は、この補正量を基に溶接
開始点と溶接終了点を補正量分平行移動させて溶接を行
う。このことにより、部材２ｂの溶接線に沿った正確な
溶接が可能となる。
開始点と溶接終了点を補正量分平行移動させて溶接を行
う。このことにより、部材２ｂの溶接線に沿った正確な
溶接が可能となる。
【００２９】また、この時、溶接終了点も正確な位置が
必要な場合は、部材２の終端部をパターンマッチングさ
せることで溶接終了点用の補正をかけることが出来る。
必要な場合は、部材２の終端部をパターンマッチングさ
せることで溶接終了点用の補正をかけることが出来る。
【００３０】なお本発明においては、ＣＣＤカメラによ
り非接触に部材位置ずれを認識出来ることより、従来の
タッチセンサ法に比べ高速にセンシングが可能となる。
り非接触に部材位置ずれを認識出来ることより、従来の
タッチセンサ法に比べ高速にセンシングが可能となる。
【００３１】つぎに上記請求項１，２項記載の発明の作
用につき詳細に説明すると、上記構成よりなる同発明に
おいては、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入
力して、処理する画像処理装置により、パターンマッチ
ング法にて部材位置ずれを認識して、教示点を補正す
る。そして溶接ロボットは、この補正された位置データ
を用いて溶接を行うもので、このことにより部材の取り
付け精度に無関係に部材位置ずれを補正でき、正確な溶
接が行えることになる。
用につき詳細に説明すると、上記構成よりなる同発明に
おいては、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入
力して、処理する画像処理装置により、パターンマッチ
ング法にて部材位置ずれを認識して、教示点を補正す
る。そして溶接ロボットは、この補正された位置データ
を用いて溶接を行うもので、このことにより部材の取り
付け精度に無関係に部材位置ずれを補正でき、正確な溶
接が行えることになる。
【００３２】そのためまず、教示の時点では、溶接対象
となる部材をロボット先端に取り付けられたＣＣＤカメ
ラを用いてほぼ正面と横方向の２方向から撮像する。こ
の時の撮像位置への移動は、溶接ロボットにより行う。
この画像を画像処理装置に記憶しておく。
となる部材をロボット先端に取り付けられたＣＣＤカメ
ラを用いてほぼ正面と横方向の２方向から撮像する。こ
の時の撮像位置への移動は、溶接ロボットにより行う。
この画像を画像処理装置に記憶しておく。
【００３３】次に溶接時には、同様に溶接ロボットを同
様の撮像位置に持っていきＣＣＤカメラにより部材を撮
像する。
様の撮像位置に持っていきＣＣＤカメラにより部材を撮
像する。
【００３４】これを登録された画像（正面画と側面図）
と比較し、それぞれの部材のずれ量を検出する。
と比較し、それぞれの部材のずれ量を検出する。
【００３５】正面図では、左右方向と上下方向、側面図
では、奥行き方向を検出することが出来る。この側面方
向から認識することで３次元的に部材位置ずれを検出出
来ることになる。この位置ずれ量は、パターンマッチン
グ法すなわち正規化相関法により行う。
では、奥行き方向を検出することが出来る。この側面方
向から認識することで３次元的に部材位置ずれを検出出
来ることになる。この位置ずれ量は、パターンマッチン
グ法すなわち正規化相関法により行う。
【００３６】これにより、求められた部材位置を登録時
の部材位置と比較して、左右、上下、奥行き方向の位置
ずれとして溶接ロボットに通信して補正をかける。
の部材位置と比較して、左右、上下、奥行き方向の位置
ずれとして溶接ロボットに通信して補正をかける。
【００３７】溶接ロボットは、この補正後の３次元補正
位置データで溶接を行うことで正確なその部材にあった
溶接線上を溶接でき、高品質な溶接を提供できることに
なる。
位置データで溶接を行うことで正確なその部材にあった
溶接線上を溶接でき、高品質な溶接を提供できることに
なる。
【００３８】画像処理の世界では、パターンマッチング
は正規化相関法で求めるのが一般化されているが、ちな
みに正規化相関法について説明すると以下の如くであ
る。
は正規化相関法で求めるのが一般化されているが、ちな
みに正規化相関法について説明すると以下の如くであ
る。
【００３９】登録部材Ｍと比較する部材Ｌとのオフセッ
トのずれ位置（ｕ，ｖ）を持つ画像中の対象部分との相
関係数ｒは、比較画像をＬi （ｘi ，ｙi ）とし（０≦
ｉ＜Ｎ）、登録画像をＭi とすると、次の式（１）で表
される。
トのずれ位置（ｕ，ｖ）を持つ画像中の対象部分との相
関係数ｒは、比較画像をＬi （ｘi ，ｙi ）とし（０≦
ｉ＜Ｎ）、登録画像をＭi とすると、次の式（１）で表
される。
【００４０】
【数１】
【００４１】ここで、 Ｉi ＝Ｉ（ｕ＋Ｘi ，ｖ＋Ｙi ） である。
【００４２】ｒの値は、常に−１≦ｒ≦１の範囲にあ
る。
る。
【００４３】ｒの値が１になるのは、比較画像と登録画
像が完全に一致した場合で、この時すべてのｉに対して
以下の関係を満たすａとｂの値が存在する。 Ｉi ＝ａ＊Ｍi ＋ｂ ａ＞０
像が完全に一致した場合で、この時すべてのｉに対して
以下の関係を満たすａとｂの値が存在する。 Ｉi ＝ａ＊Ｍi ＋ｂ ａ＞０
【００４４】ｒの値が−１になるのは、完全に不一致の
場合でａ＜０になる以外は同様の関係が成り立つ。
場合でａ＜０になる以外は同様の関係が成り立つ。
【００４５】この相関係数ｒが最大となる（ｕ，ｖ）を
求めることでずれ量が検出出来る。
求めることでずれ量が検出出来る。
【００４６】つぎに本発明の請求項３および４項記載の
発明の好適な実施の形態の一例につき図３〜図５により
説明する。
発明の好適な実施の形態の一例につき図３〜図５により
説明する。
【００４７】図３は、上記発明の最良と思われる実施の
形態の一例に係わる溶接線自動認識装置の全体構成図、
図４は同発明のパターンマッチング説明図で、（ａ）は
母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−１はレー
ザスリット光ＯＦＦ登録画像、（ｂ）−２はレーザスリ
ット光ＯＦＦ比較画像、（ｂ）−３はレーザスリット光
ＯＦＦ時のパターンマッチングを示し、また（ｃ）−１
はレーザスリット光ＯＮの登録画像、（ｃ）−２はレー
ザスリット光ＯＮ比較画像、（ｃ）−３はレーザスリッ
ト光ＯＮ時のパターンマッチングを説明した図、また図
５はレーザスリット光センサで奥行き方向を認識する原
理を説明した図である。
形態の一例に係わる溶接線自動認識装置の全体構成図、
図４は同発明のパターンマッチング説明図で、（ａ）は
母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−１はレー
ザスリット光ＯＦＦ登録画像、（ｂ）−２はレーザスリ
ット光ＯＦＦ比較画像、（ｂ）−３はレーザスリット光
ＯＦＦ時のパターンマッチングを示し、また（ｃ）−１
はレーザスリット光ＯＮの登録画像、（ｃ）−２はレー
ザスリット光ＯＮ比較画像、（ｃ）−３はレーザスリッ
ト光ＯＮ時のパターンマッチングを説明した図、また図
５はレーザスリット光センサで奥行き方向を認識する原
理を説明した図である。
【００４８】これらの図において、母材１上に小物部材
２が仮付けされており、これを、溶接ロボット３の先端
に取り付けられた部材撮像用のＣＣＤカメラ４により、
基準とする部材（以下、２ａと称す）を撮像する。なお
溶接ロボット３の先端にはＣＣＤカメラ４と併行して溶
接トーチ７も取り付けられている。
２が仮付けされており、これを、溶接ロボット３の先端
に取り付けられた部材撮像用のＣＣＤカメラ４により、
基準とする部材（以下、２ａと称す）を撮像する。なお
溶接ロボット３の先端にはＣＣＤカメラ４と併行して溶
接トーチ７も取り付けられている。
【００４９】撮像は、部材から一定距離だけ離れた正面
位置（以下、Ｐａ1 と略す）に溶接ロボット３を移動さ
せ、ＣＣＤカメラ４により撮像する。
位置（以下、Ｐａ1 と略す）に溶接ロボット３を移動さ
せ、ＣＣＤカメラ４により撮像する。
【００５０】撮像された画像は、画像処理装置５で処理
され図４−（ｂ）−１に示すようにレーザスリット光Ｏ
ＦＦの登録画像（以下、Ｌａ1 と略す）として、部材の
特徴点を認識するための画像としてメモリされる。
され図４−（ｂ）−１に示すようにレーザスリット光Ｏ
ＦＦの登録画像（以下、Ｌａ1 と略す）として、部材の
特徴点を認識するための画像としてメモリされる。
【００５１】同様に溶接ロボット３の先端に取り付けら
れた部材の奥行き方向の位置を認識するためのレーザス
リット光センサ８をＯＮし撮像する。これも同様に図４
−（ｃ）−１に示すようにレーザスリット光ＯＮの登録
画像（以下、Ｌａ2 と略す）として、レーザスリット光
位置を認識するための画像としてメモリされる。
れた部材の奥行き方向の位置を認識するためのレーザス
リット光センサ８をＯＮし撮像する。これも同様に図４
−（ｃ）−１に示すようにレーザスリット光ＯＮの登録
画像（以下、Ｌａ2 と略す）として、レーザスリット光
位置を認識するための画像としてメモリされる。
【００５２】この基準となる部材２ａで溶接開始点Ｗａ
1 、終了点Ｗａ2 を教示する。
1 、終了点Ｗａ2 を教示する。
【００５３】次にこれらの画像を基にパターンマッチン
グ法にて位置ずれを検出する。
グ法にて位置ずれを検出する。
【００５４】すなわち、新たな部材（以下、２ｂと称
す）を溶接することを想定すると、まず部材２ａを撮像
したときと同様に溶接ロボット３を部材正面の位置Ｐａ
1 に移動する。
す）を溶接することを想定すると、まず部材２ａを撮像
したときと同様に溶接ロボット３を部材正面の位置Ｐａ
1 に移動する。
【００５５】ここで、ＣＣＤカメラ４により部材２ｂを
撮像する。この画像（以下、Ｌｂ1と略す）と登録画像
Ｌａ1 と比較し、パターンマッチングさせる。
撮像する。この画像（以下、Ｌｂ1と略す）と登録画像
Ｌａ1 と比較し、パターンマッチングさせる。
【００５６】ここで得られる、横方向のずれΔＸ、上下
方向のずれΔＹを記憶する。この時相関係数ｒが小さい
場合は、マッチング不良として処理出来る。
方向のずれΔＹを記憶する。この時相関係数ｒが小さい
場合は、マッチング不良として処理出来る。
【００５７】次に、レーザスリット光センサ８をＯＮさ
せてレーザ光を照射させ、レーザスリット光ＯＮ画像を
撮像する。
せてレーザ光を照射させ、レーザスリット光ＯＮ画像を
撮像する。
【００５８】この画像（以下、Ｌｂ2 と略す）と前記登
録画像Ｌａ2 とを比較し、パターンマッチングさせる。
そしてここで得られる、図４（ｃ）−３に示す奥行き方
向のずれΔＺを記憶する。この時相関係数ｒが小さい場
合は、上記同様にマッチング不良として処理出来る。
録画像Ｌａ2 とを比較し、パターンマッチングさせる。
そしてここで得られる、図４（ｃ）−３に示す奥行き方
向のずれΔＺを記憶する。この時相関係数ｒが小さい場
合は、上記同様にマッチング不良として処理出来る。
【００５９】ここで、レーザスリット光のみをパターン
マッチングさせた方が良いため、レーザスリット光の写
っている処理したい範囲を限定したマスクを設定して、
そのマスク内でパターンマッチングさせるとレーザスリ
ット光のずれが精度良く求められる。
マッチングさせた方が良いため、レーザスリット光の写
っている処理したい範囲を限定したマスクを設定して、
そのマスク内でパターンマッチングさせるとレーザスリ
ット光のずれが精度良く求められる。
【００６０】また、この時、微分処理後の画像同士でパ
ターンマッチングさせるとさらに正確な処理が期待でき
る。
ターンマッチングさせるとさらに正確な処理が期待でき
る。
【００６１】次に、溶接ロボット３を動かさずに正面か
ら撮像してＺ方向の奥行きが認識出来るかを図５を用い
て説明する。
ら撮像してＺ方向の奥行きが認識出来るかを図５を用い
て説明する。
【００６２】これは、ＣＣＤカメラ４に対し斜めからレ
ーザスリット光を照射するようにレーザスリット光セン
サ８をセットしておく。
ーザスリット光を照射するようにレーザスリット光セン
サ８をセットしておく。
【００６３】そこで、部材位置が登録画像と同じ場合
（ＰＺ（０）の位置とする）には、レーザスリット光
は、登録画像Ｌａ2 と同じ位置に照射されパターンマッ
チングした場合、ずれは０となる。
（ＰＺ（０）の位置とする）には、レーザスリット光
は、登録画像Ｌａ2 と同じ位置に照射されパターンマッ
チングした場合、ずれは０となる。
【００６４】部材２ａが、溶接ロボット３に近い場合
（ＰＺ（＋）の位置とする）には、レーザスリット光の
照射位置は画像上で右側に写ることになり、これをパタ
ーンマッチングするとそのずれがＸＹ平面上の横方向す
なわちＸ方向のずれ量（ΔＸｚ１）として認識出来る。
これをレーザスリット光の傾き角度θから補正して（Δ
Ｚ＝ΔＸｚ１／ｔａｎ（θ））、Ｚ方向のずれ量として
求めることが出来る。
（ＰＺ（＋）の位置とする）には、レーザスリット光の
照射位置は画像上で右側に写ることになり、これをパタ
ーンマッチングするとそのずれがＸＹ平面上の横方向す
なわちＸ方向のずれ量（ΔＸｚ１）として認識出来る。
これをレーザスリット光の傾き角度θから補正して（Δ
Ｚ＝ΔＸｚ１／ｔａｎ（θ））、Ｚ方向のずれ量として
求めることが出来る。
【００６５】また、部材２ａが、溶接ロボット３から遠
い場合（ＰＺ（−）の位置とする）には、レーザスリッ
ト光の照射位置は画像上で左側に写ることになり、これ
をパターンマッチングするとそのずれがＸＹ平面上の横
方向すなわちＸ方向のずれ量（−ΔＸｚ２）として認識
出来る。これをレーザスリット光の傾き角度θから補正
して（ΔＺ＝−ΔＸｚ２／ｔａｎ（θ））、Ｚ方向のず
れ量として求めることが出来る。
い場合（ＰＺ（−）の位置とする）には、レーザスリッ
ト光の照射位置は画像上で左側に写ることになり、これ
をパターンマッチングするとそのずれがＸＹ平面上の横
方向すなわちＸ方向のずれ量（−ΔＸｚ２）として認識
出来る。これをレーザスリット光の傾き角度θから補正
して（ΔＺ＝−ΔＸｚ２／ｔａｎ（θ））、Ｚ方向のず
れ量として求めることが出来る。
【００６６】この様にして、正面から写した画像からレ
ーザスリット光センサ８を利用することでＺ方向の奥行
き方向のずれ量を認識することが可能となる。
ーザスリット光センサ８を利用することでＺ方向の奥行
き方向のずれ量を認識することが可能となる。
【００６７】この時、レーザスリット光の位置をパター
ンマッチング法で認識したが、これは、レーザスリット
光を２値化してその位置を登録画像の位置と比較して計
算することで認識することも可能である。
ンマッチング法で認識したが、これは、レーザスリット
光を２値化してその位置を登録画像の位置と比較して計
算することで認識することも可能である。
【００６８】以上より、求められたずれ量ΔＸ，ΔＹ，
ΔＺをカメラ焦点距離、ＣＣＤカメラ４と部材２間距
離、カメラ撮像角度などからずれ量をロボット座標系に
変換して、溶接ロボット制御装置６に補正量として出力
する。
ΔＺをカメラ焦点距離、ＣＣＤカメラ４と部材２間距
離、カメラ撮像角度などからずれ量をロボット座標系に
変換して、溶接ロボット制御装置６に補正量として出力
する。
【００６９】溶接ロボット３は、この補正量を基に溶接
開始点と溶接終了点を補正量分ＸＹＺ方向に平行移動さ
せて溶接を行う。このことにより、部材２ｂの溶接線に
沿った正確な溶接が可能となる。
開始点と溶接終了点を補正量分ＸＹＺ方向に平行移動さ
せて溶接を行う。このことにより、部材２ｂの溶接線に
沿った正確な溶接が可能となる。
【００７０】また、この時、溶接終了点も正確な位置が
必要な場合は、部材２の終端部をパターンマッチングさ
せることで溶接終了点用の補正をかけることが出来る。
必要な場合は、部材２の終端部をパターンマッチングさ
せることで溶接終了点用の補正をかけることが出来る。
【００７１】なお、本発明においては、ＣＣＤカメラ４
により非接触に部材位置ずれを認識出来ることにより、
従来のタッチセンサ法に比べ高速にセンシングが可能と
なる。
により非接触に部材位置ずれを認識出来ることにより、
従来のタッチセンサ法に比べ高速にセンシングが可能と
なる。
【００７２】以上本発明の請求項３および４項記載の発
明の好適と思われる実施の形態につき説明したが、該発
明の作用を要約すると以下の通りである。
明の好適と思われる実施の形態につき説明したが、該発
明の作用を要約すると以下の通りである。
【００７３】即ち、上記構成よりなる同発明に置いて
は、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入力し
て、処理する画像処理装置により、パターンマッチング
法にて部材位置ずれを認識して、教示点を補正する。
は、部材を撮像するＣＣＤカメラとこの画像を入力し
て、処理する画像処理装置により、パターンマッチング
法にて部材位置ずれを認識して、教示点を補正する。
【００７４】そして溶接ロボットは、この補正された位
置データを用いて溶接を行うもので、これにより部材の
取付精度に無関係に部材位置ずれを補正でき、正確な溶
接が行えることになる。
置データを用いて溶接を行うもので、これにより部材の
取付精度に無関係に部材位置ずれを補正でき、正確な溶
接が行えることになる。
【００７５】そのため、まず、教示の時点では、溶接対
象となる部材をロボット先端に取り付けられたＣＣＤカ
メラを用いてほぼ正面からレーザスリット光ＯＦＦとＯ
Ｎの２枚の画像を撮像する。この時の撮像位置への移動
は、溶接ロボットにより行う。この２枚の画像を画像処
理装置に記憶しておく。
象となる部材をロボット先端に取り付けられたＣＣＤカ
メラを用いてほぼ正面からレーザスリット光ＯＦＦとＯ
Ｎの２枚の画像を撮像する。この時の撮像位置への移動
は、溶接ロボットにより行う。この２枚の画像を画像処
理装置に記憶しておく。
【００７６】次に溶接時には、同様に溶接ロボットを同
様の撮像位置に持っていきＣＣＤカメラにより部材を撮
像する。
様の撮像位置に持っていきＣＣＤカメラにより部材を撮
像する。
【００７７】これを登録された画像（レーザスリット光
ＯＦＦ画像とＯＮ画像）と比較し、それぞれの画像のず
れ量をパターンマッチング法により検出する。
ＯＦＦ画像とＯＮ画像）と比較し、それぞれの画像のず
れ量をパターンマッチング法により検出する。
【００７８】レーザスリット光ＯＦＦの画像では、ＸＹ
平面上の左右方向と上下方向、レーザスリット光ＯＮの
画像では、Ｚ方向の奥行き方向を検出することが出来
る。
平面上の左右方向と上下方向、レーザスリット光ＯＮの
画像では、Ｚ方向の奥行き方向を検出することが出来
る。
【００７９】このレーザスリット光ＯＦＦとＯＮの画像
から認識することで３次元的に部材位置ずれを検出出来
ることになる。この位置ずれ量は、パターンマッチング
法すなわち正規化相関法により行う。
から認識することで３次元的に部材位置ずれを検出出来
ることになる。この位置ずれ量は、パターンマッチング
法すなわち正規化相関法により行う。
【００８０】これにより、求められた部材位置を登録時
の部材位置と比較して、左右、上下、奥行き方向の位置
ずれとして溶接ロボットに通信して補正をかける。
の部材位置と比較して、左右、上下、奥行き方向の位置
ずれとして溶接ロボットに通信して補正をかける。
【００８１】溶接ロボットは、この補正後の３次元補正
位置データで溶接を行うことで正確なその部材にあった
溶接線上を溶接でき、高品質な溶接を提供できることに
なる。
位置データで溶接を行うことで正確なその部材にあった
溶接線上を溶接でき、高品質な溶接を提供できることに
なる。
【００８２】以上本発明の実施の形態の一例について縷
々説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
でなく本発明技術思想の範囲内において種々変更が可能
であり、それらは、いずれも本発明の技術的範囲に属す
る。
々説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
でなく本発明技術思想の範囲内において種々変更が可能
であり、それらは、いずれも本発明の技術的範囲に属す
る。
【００８３】
【発明の効果】本発明の溶接ロボットによる溶接方法及
び装置によれば、ＣＣＤカメラにより非接触で溶接部材
位置を正確かつ高速に認識できることにより、従来のよ
うな溶接線のずれによる溶接不良を直すための補修も必
要とせず、高品質で、高能率な溶接を提供できる効果が
ある。
び装置によれば、ＣＣＤカメラにより非接触で溶接部材
位置を正確かつ高速に認識できることにより、従来のよ
うな溶接線のずれによる溶接不良を直すための補修も必
要とせず、高品質で、高能率な溶接を提供できる効果が
ある。
【図１】本発明の請求項１，２記載の発明に係る装置の
全体説明図である。
全体説明図である。
【図２】同発明のパターンマッチング説明図を示し、
（ａ）は母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−
１正面登録画像、（ｂ）−２は正面比較画像、（ｂ）−
３は正面図パターンマッチングを示し、また、（ｃ）−
１は側面登録画像、（ｃ）−２は側面比較画像、（ｃ）
−３は側面図パターンマッチングを示す。
（ａ）は母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−
１正面登録画像、（ｂ）−２は正面比較画像、（ｂ）−
３は正面図パターンマッチングを示し、また、（ｃ）−
１は側面登録画像、（ｃ）−２は側面比較画像、（ｃ）
−３は側面図パターンマッチングを示す。
【図３】本発明の請求項３および４項記載の発明に係る
溶接線自動認識装置の全体説明図である。
溶接線自動認識装置の全体説明図である。
【図４】同発明のパターンマッチングの説明図で、
（ａ）は母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−
１はレーザスリット光ＯＦＦ登録画像、（ｂ）−２はレ
ーザスリット光のＯＦＦ比較画像、（ｂ）−３はレーザ
スリット光ＯＦＦ時のパターンマッチング説明図、
（ｃ）−１はレーザスリット光ＯＮの登録画像、（ｃ）
−２はレーザスリット光ＯＮ比較画像、（ｃ）−３はレ
ーザスリット光ＯＮ時のパターンマッチング説明図であ
る。
（ａ）は母材上に仮付けされた部材の斜視図、（ｂ）−
１はレーザスリット光ＯＦＦ登録画像、（ｂ）−２はレ
ーザスリット光のＯＦＦ比較画像、（ｂ）−３はレーザ
スリット光ＯＦＦ時のパターンマッチング説明図、
（ｃ）−１はレーザスリット光ＯＮの登録画像、（ｃ）
−２はレーザスリット光ＯＮ比較画像、（ｃ）−３はレ
ーザスリット光ＯＮ時のパターンマッチング説明図であ
る。
【図５】同発明におけるレーザスリット光センサにより
奥行き方向（Ｚ方向）を認識する原理の説明図である。
奥行き方向（Ｚ方向）を認識する原理の説明図である。
１ 母材 ２ 部材 ３ 溶接ロボット ４ ＣＣＤカメラ ５ 画像処理装置 ６ 溶接ロボット制御装置 ７ 溶接トーチ ８ レーザスリット光センサ
Claims (4)
- 【請求項１】 部材を溶接ロボットなどの溶接装置で自
動的に溶接するに際し、部材を撮像するＣＣＤカメラと
この画像を入力して処理する画像処理装置により、正面
及び側面の２方向から部材を撮像した画像を利用したパ
ターンマッチング法（正規化相関法）を用いてその部材
の取り付け位置ずれを３次元的に検出し、その事前に教
示された溶接開始点や終了点を補正して溶接することを
特徴とする溶接線自動認識法。 - 【請求項２】 先端に部材撮像用のＣＣＤカメラを取付
けるとともに溶接トーチを併設した位置移動可能の溶接
ロボットを溶接ロボット制御装置に接続し、さらに該溶
接ロボット制御装置を、前記ＣＣＤカメラにより撮像さ
れた画像を処理し、正面及び側面の２方向の登録画像と
してメモリする画像処理装置に接続したことを特徴とす
る溶接線自動認識装置。 - 【請求項３】 部材を溶接ロボットなどの溶接装置で自
動的に溶接するに際し、部材を撮像するＣＣＤカメラと
レーザスリット光センサによりこの画像を入力して処理
する画像処理装置により、正面から部材を撮像した画像
を利用したパターンマッチング法（正規化相関法）を用
いてその部材のＸＹ平面での部材の取付位置ずれを検出
し、さらに、レーザスリット光を照射し、そのレーザス
リット光の照射位置ずれから部材の奥行き（Ｚ）方向の
取付位置のずれ量を検出し、これによって３次元的に部
材の取付位置を計算し、その事前に教示された溶接開始
点や終了点を補正して溶接することを特徴とする溶接線
自動認識法。 - 【請求項４】 先端に部材撮像用のＣＣＤカメラと部材
の奥行き方向の位置を認識するためのレーザスリット光
センサを取り付けると共に溶接トーチを併設した位置移
動可能の溶接ロボットを溶接ロボット制御装置に接続
し、さらに該溶接ロボット制御装置を、前記ＣＣＤカメ
ラにより撮像された画像を処理し、レーザスリット光の
ＯＦＦ画像（部材の特徴画像）とＯＮ画像（レーザスリ
ット光照射位置認識のための画像）を登録画像としてメ
モリする画像処理装置に接続したことを特徴とする溶接
線自動認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08039115A JP3082829B2 (ja) | 1995-04-14 | 1996-02-02 | 溶接線自動認識法及び装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11262795 | 1995-04-14 | ||
| JP7-112627 | 1995-04-14 | ||
| JP08039115A JP3082829B2 (ja) | 1995-04-14 | 1996-02-02 | 溶接線自動認識法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH091338A true JPH091338A (ja) | 1997-01-07 |
| JP3082829B2 JP3082829B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=26378444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08039115A Expired - Fee Related JP3082829B2 (ja) | 1995-04-14 | 1996-02-02 | 溶接線自動認識法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3082829B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003230959A (ja) * | 2002-02-06 | 2003-08-19 | Toshiba Corp | 遠隔操作型溶接ロボットシステム |
| JP2008168299A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Matsumoto Kikai Kk | 溶接ロボットでの溶接制御方法及び溶接制御装置 |
| CN105328304A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-02-17 | 山东中清智能科技有限公司 | 基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法 |
| CN105618976A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-06-01 | 江门健维自动化设备有限公司 | 一种智能焊缝系统 |
| CN107949450A (zh) * | 2015-07-23 | 2018-04-20 | Abb瑞士股份有限公司 | 识别焊接对象的焊缝的方法和装置 |
| CN108857130A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-11-23 | 上海理工大学 | 一种基于图像帧位处理的船舶通用结构件三维定位方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6286276B2 (ja) | 2014-05-09 | 2018-02-28 | 株式会社アマダホールディングス | 溶接機及びその制御方法 |
-
1996
- 1996-02-02 JP JP08039115A patent/JP3082829B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003230959A (ja) * | 2002-02-06 | 2003-08-19 | Toshiba Corp | 遠隔操作型溶接ロボットシステム |
| JP2008168299A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Matsumoto Kikai Kk | 溶接ロボットでの溶接制御方法及び溶接制御装置 |
| CN107949450A (zh) * | 2015-07-23 | 2018-04-20 | Abb瑞士股份有限公司 | 识别焊接对象的焊缝的方法和装置 |
| US10960483B2 (en) | 2015-07-23 | 2021-03-30 | Abb Schweiz Ag | Method and apparatus of identifying welding seams of a welding object |
| CN105328304A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-02-17 | 山东中清智能科技有限公司 | 基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法 |
| CN105618976A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-06-01 | 江门健维自动化设备有限公司 | 一种智能焊缝系统 |
| CN108857130A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-11-23 | 上海理工大学 | 一种基于图像帧位处理的船舶通用结构件三维定位方法 |
| CN108857130B (zh) * | 2018-09-03 | 2021-04-02 | 上海理工大学 | 一种基于图像帧位处理的船舶通用结构件三维定位方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3082829B2 (ja) | 2000-08-28 |
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