JPH09264713A - 開先検出方法 - Google Patents

開先検出方法

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JPH09264713A
JPH09264713A JP7617096A JP7617096A JPH09264713A JP H09264713 A JPH09264713 A JP H09264713A JP 7617096 A JP7617096 A JP 7617096A JP 7617096 A JP7617096 A JP 7617096A JP H09264713 A JPH09264713 A JP H09264713A
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JP
Japan
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groove
image data
grayscale image
pattern
control
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JP7617096A
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Toshio Aoki
俊雄 青木
Yuji Suzuki
雄二 鈴木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 開先をテレビカメラの画像信号を用いて高速
に検出できる開先位置検出方法を提供する。 【解決手段】 倣い制御前の開先近傍濃淡画像を記憶す
るとともに一定領域を教示パターンとし、倣い制御中の
開先近傍濃淡画像から教示パターンと等しいサイズの領
域を順次取り出し入力パターンとし、教示パターンと入
力パターンの対応する画素データの差が、あらかじめ決
められた一致判別値以内である画素数が最も大きい入力
パターンの位置から開先位置を決定することを特徴とす
る開先検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は開先をテレビカメラ
で撮影し、テレビカメラの画像信号を用いて自動溶接機
を倣い制御するための開先検出方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】開先をテレビカメラで撮影した画像信号
を用いて自動溶接機を倣い制御するための開先位置検出
方法は、特開平7−266043号公報に示すように、
開先の特徴を示す領域の濃淡画像データを教示パターン
として記憶し、倣い制御中に撮影した濃淡画像データを
記憶し、前記倣い制御中の濃淡画像データから前記教示
パターンと等しいサイズの領域を画面上の位置を変えて
順次取り出し入力パターンとし、前記教示パターンと前
記入力パターンの相関係数Rを算出して開先位置を決定
していた。しかし、相関係数Rの計算方法は
【数1】 で膨大な計算を伴う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このため、倣い制御間
隔に必要な時間内に計算処理を行うために、高速のコン
ピュータが必要になり、個々の自動溶接機に搭載する倣
い制御装置としては大変高価となり、実機への普及の障
害になっていた。
【0004】本発明は相関係数Rの計算時間を短縮する
方法として、相関係数Rと同等の判定が可能で、計算処
理が簡単な判定手段を知見し、これを基礎とした開先検
出方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、教示パターンと入力パターンの一致の度合
いを判定する方法として(1)テレビカメラの画像信号
電圧を用いて溶接用開先の位置を検出する方法におい
て、倣い制御前に撮影した開先近傍の濃淡画像をアナロ
グからデジタル変換し、2次元の画像信号電圧からなる
倣い制御前開先近傍濃淡画像データを記憶し、該倣い制
御前開先近傍濃淡画像データの中から開先を含む領域の
濃淡画像データを教示パターンPとし、倣い制御中に撮
影した開先近傍の濃淡画像をアナログからデジタル変換
し、2次元の画像信号電圧からなる倣い制御中開先近傍
濃淡画像データを記憶し、前記倣い制御中開先濃淡画像
データから前記教示パターンPと等しいサイズの領域を
画面上の位置を変えて順次取り出し入力パターンQと
し、前記教示パターンPと前記入力パターンQの対応す
る各画素の濃淡画像データの差が予め決められた一致判
別値K以内である画素を一致画素とし、前記入力パター
ンQにおける一致画素数Vを計数し、一致画素数Vが最
も大きい前記入力パターンQの位置から開先位置を決定
することを特徴とする開先検出方法と、(2)倣い制御
前および倣い制御中に撮影した開先近傍の濃淡画像が開
先にスリット光を照射し開先での屈折部または端部の光
切断像が含まれ、屈折部または端部のどちらかを含む領
域の濃淡画像データを教示パターンPとして記憶するこ
とを特徴とする(1)記載の開先検出方法と、(3)倣
い制御前に倣い制御前開先近傍濃淡画像データの中から
明るさ補正領域Bを設定した濃淡画像データDb とし、
倣い制御中に、倣い制御中開先近傍濃淡画像データの中
から明るさ補正領域Bと位置とサイズが等しい領域Cの
濃淡画像データDc とすれば、Db とDc に応じて、教
示パターンPあるいは入力パターンQの濃淡画像データ
を補正することを特徴とする(1)又は(2)記載の開
先検出方法、にある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明方法は教示パターンPと入力パターンQの
対応する各画素の輝度を示す濃淡画像データWijとUij
の差が、あらかじめ決められた一致判別値K以内である
画素を一致画素とし、入力パターンQにおける一致画素
数Vを計数し、教示パターンPと入力パターンQの一致
の程度を数値化する方法である。この方法を処理手順で
示せば図1となる。また、従来の相関係数を算出する式
1の処理手順は図2となる。
【0007】このように処理手順から明らかに本発明方
法は処理が簡素化されているが、さらに、図1に示す本
発明方法では8ビット(0〜255の正数)であるW
(i,j)、U(i,j )、一致判別値Kの加算、減算だけ
であるため、アセンブリ言語でそのまま記述でき、非常
に高速に処理できる。
【0008】一方、図2に示す従来の相関係数算出に
は、SM、SI、SMM、SII、Rの計算には浮動小
数点の加算、減算、乗算、除算、平方根が必要であるた
め、BASIC、C等の高級言語で処理、あるいは、ア
センブリ言語で処理する場合には、浮動小数点の加算、
減算、乗算、除算、平方根のサブルーチンプログラムが
必要で、図1に比べ、プログラムのステップ数は非常に
多く、長時間処理が必要となる。
【0009】開先形状を計測する場合、開先をそのまま
撮影しても、深さ方向の情報は得にくい。この場合、図
3にしめすスリット光源1にて開先21を照射し、スリ
ット光軸と一定の角度を取り、テレビカメラ2にて開先
の光切断像を撮影する。この光切断像の屈折部や端部な
どの特徴部分の位置を計測することで、開先位置、ギャ
ップ、開先角度など算出できる。
【0010】図4(a)は倣い制御前開先近傍濃淡画像
で設定した領域B40を示し、図4(b)はXX′間の
1次元輝度データをグラフ42に示す。図5(a)は倣
い制御中開先近傍濃淡画像で領域C41を示し、図5
(b)はXX′間の1次元輝度データをグラフ43に示
す。開先画像が似ていても、図5(b)のように倣い制
御中開先近傍濃淡画像が教示パターンを記憶した倣い制
御前開先近傍濃淡画像に比べ大きく暗い場合、一致判別
値Kの範囲を越え、一致画素数Vが小さく、開先の検出
が困難になる。これを防ぐ方法として、領域Bと領域C
の画像データDbとDc の差から、図5(b)のグラフ
43の補正グラフ44に示すように画像データを補正す
れば開先検出が可能になる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例に用いた自動溶接装置の構成
を図6に、制御装置の構成図を図7に示す。テレビカメ
ラ2と溶接トーチ3を取り付けた倣い軸4を搭載した走
行台車35とテレビカメラ2からの画像信号を取り込
み、A/D変換器11で8ビット(0〜255)変換
し、1画面分の画像データとして画面の縦480画素×
横512画素、合計245760画素分の画像データを
記憶する画像メモリー12、画像データを処理するとと
もに倣い軸4の駆動モータ13を制御するサーボアンプ
14に指令するマイクロコンピュータ15で構成した。
なお、画像メモリー12のデータは必要に応じてD/A
変換器16を介してモニタテレビ17で観察した。溶接
トーチ3はサブマージアーク溶接、TIG溶接、CO2
溶接に応じて専用トーチあるいはフラックス散布装置を
付け変えた。
【0012】本発明方法1と本発明方法2は、 開先21が画面18の中央に撮影するとともに画像メ
モリー12に記憶した。 画面18中央部の縦100画素×横100画素に描か
れた、画像データをマイクロコンピュータ15内に教示
パターンとして記憶した。 走行台車35を走行させ溶接を開始した。 マイクロコンピュータ15の指令に応じて撮影された
開先画像を画像メモリー12に記憶した。 マイクロコンピュータ15は画像メモリー12から縦
100画素×横100画素の入力パターンQi を位置を
変え順次取り出した。 一致した画素数を図1に示す処理手順のアセンブリ言
語プログラムを用いてもとめた。一致判別値K=32と
した。 最も一致した画素数が大きい位置を開先と判断し、開
先が画面18の左右の中央になる方向に左右倣い制御し
た。
【0013】本発明方法3は下記の操作を付け加えた。
上記において明るさ補正領域Bを画面18右側の縦5
0画素×横50画素を設定し、その画像データDbの平
均値Adbを算出。上記において明るさ補正領域Bと
位置・サイズの等しい領域Cの画像データDcの平均値
Adcを算出し、AdbとAdc差にて画像メモリー1
2に記憶した画像データを補正した。
【0014】比較方法として従来方法は下記の操作に変
更した。上記において教示パターンとの相関係数を図
2に示す処理手順のC言語プログラムを用いて算出し
た。上記において最も大きい相関係数が0.6以上の
場合は開先と判断し、開先が画面18の左右の中央にな
る方向に左右倣い制御した。
【0015】実施例1、2、3および4では表1にしめ
す溶接法、開先、教示パターンにて実施した。I開先は
図8に示すように、厚さT:15mm、幅S:300mm、
長さL:1000mm開先で線倣いズレを10mm変化させ
た。重ねすみ肉開先は図9に示すように、厚さT:3m
m、幅S:300mm、長さL:1000mm開先で線倣い
ズレを10mm変化させた。V開先では図10に示すよう
に、厚さT:15mm、幅S:300mm、長さL:100
0mm、開先角度40゜の開先で線倣いズレを10mm変化
させた。各溶接法の溶接条件を表2に示す。
【0016】評価方法は倣い軸4に取り付けたポテンシ
ョンメータ5に定電圧電源とペンコーダ接続し、溶接中
の倣い制御過程を記録した。このとき、最大左右、上下
倣いズレが±1mm以内を良好と評価した。実施結果を表
1に示す。本発明方法は処理時間が短く倣い制御は良好
だったが、従来方法は処理時間に多くの時間がかかり制
御が遅れ倣いズレが大きく不良だった。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上本発明によれば、画像による開先位
置検出が従来方法に比べ処理時間が短く良好検出できる
ため、テレビカメラを利用した自動倣い制御を安価に提
供できると共に、単体の自動溶接機器にも普及でき、溶
接工程の自動化、無人化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の画像処理手順を示すフローチャー
ト。
【図2】従来方法の画像処理手順を示すフローチャー
ト。
【図3】スリット光源、テレビカメラ、開先、溶接トー
チの配置図。
【図4】(a)は倣い制御前開先近傍濃淡画像と設定し
た領域Bを示す模式図、(b)は(a)のXX′間の1
次元輝度データを示すグラフ。
【図5】(a)は倣い制御中開先近傍濃淡画像と領域C
を示す模式図、(b)は(a)のXX′間の1次元輝度
データを示すグラフと補正グラフ。
【図6】本発明を一態様で実施する装置の機構部外観を
示す斜視図。
【図7】図6に示す倣い溶接装置に結合された倣い制御
システムを示すブロック図。
【図8】(a)はI開先の平面図、(b)はI開先の側
面図。
【図9】(a)は重ねすみ肉開先の平面図、(b)は重
ねすみ肉開先の側面図。
【図10】(a)はV開先の平面図、(b)はV開先の
側面図。
【符号の説明】
1 スリット光源 2 テレビカメラ 3 溶接トーチ 4 倣い軸機構 5 ポテンションメータ 11 A/Dコンバータ 12 画像メモリー 13 倣い軸モータ 14 サーボアンプ 15 マイクロコンピュータ 16 D/Aコンバータ 17 モニターテレビ 18 画面 19 アーク光 21 開先 35 走行台車 40 領域B 41 領域C 42 図4(a)のXX′間の1次元輝度データグラフ 43 図5(a)のXX′間の1次元輝度データグラフ 44 図5(a)のXX′間の1次元輝度データ補正グ
ラフ
───────────────────────────────────────────────────── 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 G01B 11/24 G01B 11/24 K

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テレビカメラの画像信号電圧を用いて溶
    接用開先の位置を検出する方法において、倣い制御前に
    撮影した開先近傍の濃淡画像をアナログからデジタル変
    換し、2次元の画像信号電圧からなる倣い制御前開先近
    傍濃淡画像データを記憶し、該倣い制御前開先近傍濃淡
    画像データの中から開先を含む領域の濃淡画像データを
    教示パターンPとし、倣い制御中に撮影した開先近傍の
    濃淡画像をアナログからデジタル変換し、2次元の画像
    信号電圧からなる倣い制御中開先近傍濃淡画像データを
    記憶し、前記倣い制御中開先濃淡画像データから前記教
    示パターンPと等しいサイズの領域を画面上の位置を変
    えて順次取り出し入力パターンQとし、前記教示パター
    ンPと前記入力パターンQの対応する各画素の濃淡画像
    データの差があらかじめ決められた一致判別値K以内で
    ある画素を一致画素とし、前記入力パターンQにおける
    一致画素数Vを計数し、一致画素数Vが最も大きい前記
    入力パターンQの位置から開先位置を決定することを特
    徴とする開先検出方法。
  2. 【請求項2】 倣い制御前および倣い制御中に撮影した
    開先近傍の濃淡画像が開先にスリット光を照射し開先で
    の屈折部または端部の光切断像が含まれ、屈折部または
    端部のどちらかを含む領域の濃淡画像データを教示パタ
    ーンPとして記憶することを特徴とする請求項1記載の
    開先検出方法。
  3. 【請求項3】 倣い制御前に倣い制御前開先近傍濃淡画
    像データの中から明るさ補正領域Bを設定した濃淡画像
    データDb とし、倣い制御中に、倣い制御中開先近傍濃
    淡画像データの中から明るさ補正領域Bと位置とサイズ
    が等しい領域Cの濃淡画像データDc とすれば、Db と
    Dc に応じて、教示パターンPあるいは入力パターンQ
    の濃淡画像データを補正することを特徴とする請求項1
    又は2記載の開先検出方法。
JP7617096A 1996-03-29 1996-03-29 開先検出方法 Withdrawn JPH09264713A (ja)

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Effective date: 20030603