JPH01136004A - 溶接位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は自動溶接ロボットの溶接線倣い装置における被
溶接物の開先中心位置を検出するための溶接位置検出装
置に関する。

（従来の技術） 自動溶接ロボットに使われる溶接線倣い装置のための溶
接位置検出装置としては光切断方式を用いて三次元物体
の形状を検出し１画像処理によって開先中心位置を抽出
して溶接トーチの位置決めを行うシステムが広く知られ
ている。すなわち第８図に示すように、矢印１方向を被
溶接物の移動方向とし、溶接点２において隣接する２つ
の被溶接物１ａ、　ｌｂに対し、光源３から矢印ν方向
を長手方向とする直線状の光束（以下、スリット光と呼
ぶ）４を照射し、被溶接物１ａ、　ｌｂの表面における
パターン像をＩＴＶカメラ等の撮像装置（以下カメラと
呼ぶ）５で撮影すると、カメラ５から出力される影像信
号Ｓｖを入力信号とするビデオモニタ６には第９図のよ
うに被溶接物１ａ、　ｌｂの断面形状を表わす光切断像
３０が得られる。同図において、χ軸は被溶接物１ａ、
　ｌｂの移動方向、ｙ軸はスリット光４の長手方向であ
り、区間ａｂおよびｄｅは被溶接物１ａ、　ｌｂの平坦
部を、また区間ｂｅｄは開先部を示し、ｂおよびｄは肩
部、Ｃは開先中心部である。この影像信号Ｓｖを画像処
理装置７に入力し、開先の両肩部す、ｄの位置を求めて
両者の中間位置を開先中心位置とし、その信号ＳＣをト
ーチ駆動装置１０に入力することにより、溶接トーチ８
をν方向に移動させ、レーザビーム９のスポット位置が
溶接点２に合致するように作動させ、溶接線の自動倣い
制御をしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の構成による溶接位置検出装置では、１画面分
の画像情報から開先肩部の位置を検出し、演算により開
先中心位置を求めるもので、画像処理に時間がかかり、
実時間での倣い制御が困難であるとともに高価なものに
なっていた。また処理時間を短縮させるためには、カメ
ラの画素数を少なくする必要があり、その結果検出精度
が低下するという欠点があった６一方、被溶接物の表面
で反射されたスリット光の光強度は平坦部に比べ、傾斜
をもつ開先部では著しく減少するために、第９図の区間
ｂｅｄでは光切断像の欠除が生じ、肩部の位置が不明瞭
になる。また、開先形状には無関係にｍ部の位置から演
算により開先中心位置を求めているために、溶接点に対
し非対称な開先断面形状の被溶接物については、両肩部
の中間位置と真の開先中心位置とは必らずしも一致しな
いために検出誤差が生じる不具合があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的は被溶接物の開先断面形状には無関係に簡単な
構成で開先中心位置を高精度に検出でき、かつ安価な溶
接位置検出装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段と作用） 本発明は上記目的を達成するため、被溶接物の開先部に
光切断線を照射する光源、前記被溶接物から反射する光
切断線を撮影するカメラ、前記カメラの画像データによ
り画面の端部から光切断線像までの距離を１次元距離情
報に変換して検出する距離検出手段、検出された距離デ
ータから画像データの欠除、ノイズを補正する移動平均
距離を計算する移動平均演算手段、前記移動平均距離か
ら仮の開先中心位置を計算する第１の演算手段、前記板
の開先中心位置の近傍の距離データを分析して真の開先
中心位置を求める第２の演算手段を設け、光切断線像の
欠除や雑音的影像信号を含む場合でも悪影響を受けるこ
となく高速応答で検出するように構成した溶接位置検出
装置である。

（実施例） 第１図は本発明による一実施例を示すブロック図である
。図において、３，５．６はスリット光源、カメラおよ
びビデオモニタであり、第８図における同一番号のもの
と同じ機能をもつものである。

２０はカメラ５の視界内のＩ方向端部から被溶接物表面
の光切断線までの距離Ｄｃｙ）を水平走査νの度に検出
する距離検出手段、２１は水平走査線の本数をＮとする
距離データＤ（ｙＡν＝１．２．・・・。

Ｎ）を記憶するための距離データ記憶部、２２は距離デ
ータＤ（ｙ）から移動平均演算によりスムージングされ
た距離データＤＡｔｙ＞　を得るための移動平均演算手
段、２３は上記の演算結果を記憶するための移動平均距
離データ記憶部、２４は１画面分の上記移動平均距離デ
ータから仮の開先中心位置ν′を求める第１の演算手段
、２５は仮の開先中心位置ν′と距離データＤ（ｙ、か
ら真の開先中心位置ソ。

を求める第２の演算手段、２６は開先中心位置ν。

をモニタ６に表示する位置表示手段である。

第２図は距離検出手段２０の具体的な実施例である。

この回路の作用を第３図〜第５図を用いて以下に説明す
る。溶接位置を高速で検出するためにビデオモニタ６に
映し出される光切断像が第３図（ａ）の３１に示すよう
に平坦部ａｂとｄｅの線がモニタ画面の垂直（ν）方向
で開先部Ｃが平坦部より右側（水平軸走査方向）になる
ようにカメラの位置を配設する。

なお、光学系は第８図の構成図と同様で、スリット光源
３により光切断像３１を得ている。第３図（ａ）におい
て矢印工はカメラの水平走査方向、矢印νは垂直走査方
向に一致する。いま１番目の水平走査時（す＝ｉ）にお
ける影像信号を観察すると、同図（ｂ）のように、光切
断像３１が現われる時点に同期して影像信号５Ｖ（Ｌ）
が出力される。　ｋ番目についても同様に５ｖ（ｋ）が
出力する。すなわち。

水平同期信号の発生時点ｔ。を基点にして、影像信号Ｓ
ｖの発生時点までの時間Ｔ（ｉｌｔ　Ｔ（ｋ）はカメラ
の視界における工方向の端部から被溶接物表面の光切断
線までの距離に対応する。したがって、１垂直走査期間
の各水平走査毎の時間Ｔ（ｙ、を測定すれば開先断面形
状を知ることができ、時間Ｔ（ｙ）が最大となるときの
水平走査番号°νが開先中心位置に相当する。

第２図は上記技術思想に基づいて距離を検出するもので
カメラ５から出力される影像信号Ｓｖは同期分離回路１
２により、水平同期信号１（ＳＹＮと垂直同期信号ＶＳ
ＹＮに分離して抽出されるとともに、２値化回路１１に
より、影像信号Ｓｖに同期した２値化信号ＳＢを出力す
る。これらの信号のうちＨＳＹＮおよびＳＢをＲ−Ｓフ
リップフロップ回路１３の入力端子Ｓ（セット）および
Ｒ（リセット）にそれぞれ入力することにより、第４図
に示す時間Ｔの幅をもつパルス信号ＳＧが出力される。

このパルス信号ＳＧは期間Ｔだけアンゲート回路１４を
開いて一定周波数のクロックパルスＣＰ１　をカウンタ
１５に供給する。

カウンタ１５は水平同期信号Ｈ５ＹＮの立下りエツジで
計数値ＴＣがリセットされると同時に、その後のクロッ
クパルスＣＰ１を計数し、　その計数値ＴＣをラッチ回
路１６に入力する。ラッチ回路１６は水平同期信号Ｈ３
ＹＮの立上り時点における計数値を保持し、距離情報を
Ｄとして出力する。このように水平走査を開始してから
影像信号Ｓｖが入力されるまでの時間、すなわちカメラ
の視界の工方向端部から被溶接物表面の光切断線までの
距離に対応した情報が距離情報りとして得られることに
なる。以上の動作を１垂直走査期間繰り返すことにより
第３図（ａ）の光切断像３１に対応した開先形状を示す
距離情報りが第５図の波形図のように１次元距離情報と
して得られる。

第６図は第１図の構成による溶接位置検出装置の演算処
理手順を示すフローチャートである。

まず、距離検出手段２０は垂直同期信号ＶＳＹＮを検出
して１画面走査のスタートとし、水平同期信号Ｈ３ＹＮ
を検出する毎に、そのときの水平走査番号すに対する距
離データＤ　＋ｙｌ　を検出して距離データ記憶部２１
に記憶する。この動作を１画面分の水平走査線本数分の
回数Ｎだけ繰り返すことにより、データメモリ部２１に
は距離データＤ（ｙ）（）　＝　１　。

２、・・・、Ｎ）が記憶される。

移動平均演算手段２２は１画面分の距離データＤ、ｙ）
から次式〇を計算して移動平均距離ＤＡを求める。

ここで２には１回の移動平均演算におけるνの範囲であ
る。たとえばに＝４とし、現在の水平走査線番号νをｌ
Ｏとすると、 となる。すなわち、シ＝３．４，５．・・・、９．１０
における距離データＤ（３，〜Ｄ（１゜）の加算平均距
離を加算期間における移動平均距離ＤＡ（１）として表
わす。

上記０式の演算を、＝Ｈになるまで繰り返しそれぞれの
移動平均距離ＤＡ（ｙ−にｓ（ｙ　＝に、　Ｋ＋１゜・
・・Ｎ−１，Ｎ）をデータ記憶部２３に記憶させる。こ
の演算により、第７図（ａ）に示すように被溶接物から
の反射光量の低下による光切断像３３の部分的欠除（３
−１部分）や被溶接物の表面に付着しているゴミやホコ
リなどからの反射光による雑音的信号（３−２部分）な
どを含む光切断像に対して、スムージング処理がなされ
、同図（ｂ）のように連続的に補正された光切断像３４
が得られる。このようにして、１画面分の距離データＤ
（ｙ）の読込みおよびＤＡ（ｙ−に）の演算が終了した
ら、第１の演算手段２４は１画面分のＤＡ（ｙ−Ｋ）を
比較し、仮の開先中心位置ν′を求める。すなわち、デ
ータ記憶部２３からスムージングされた距離データＤＡ
（ｙ−に）を読み出し、ｙ＝に、に＋１．・・・、Ｎ−
１，Ｎに対する距離データＤＡ（。）ｐ　ＤＡ（１）、
　−、ＤＡ（Ｎ−１−１）。

Ｄ　Ａ　０ｌ−Ｋ）を比較する。　この結果、ＤＡが最
大となるときのνの近傍に被溶接物開先部の最深部が存
在することがわかり、このときのνを仮の開先中心位置
ν′とする。次に第２の演算手段２５はｙ′を中心とす
る成る設定範囲βにおける（２β＋１）個の距離データ
Ｄ（ｙ′−β１．・・・＋Ｄｌｌ！／’）ｔ・・・、Ｄ
、ｙ’＋β）をデータ記憶部２１から読み出し、それら
の大小関係を比較して、Ｄが最大となるときの輩が真の
開先中心部付近。であると判断して外部の溶接トーチ駆
動装置１０に出力する。この場合、距離データＤ（ア）
の部分的欠除（３−１部分）や雑音的信号（３−２部分
）のデータは無視して変化がないものとし、開先中心部
付近の部分的欠除は欠除した水平走査線の本数を分析し
て真の開先中心位置ソ。を判定する。位置表示手段２６
は上記開先中心位置Ｖｎと水平同期パルスの計数値が一
致した時点でモニタ６に位置表示信号ＰＤを送出しモニ
タ画面中に検の倣い制御をするものである。

〔発明の効果〕

本発明の溶接位置検出装置によれば、溶接位置の検出を
カメラで行っているにもかかわらず一次元距離情報とし
て処理できるので高速応答で位置検出することができる
。

また、移動平均処理を併用しているので傾斜を有する開
先部の反射光が著しく減少し部分的に欠除したり、ゴミ
、ホコリ、油等が被溶接物に付着して光切断像の欠除や
雑音影像信号を含む場合でも悪影響を受けることなく正
確に溶接位置を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接位置検出装置の一実施例のブ
ロック構成図、第２図は第１図に示した距離検出手段２
０の具体的な詳細回路図、第３図〜第５図は距離検出手
段２０の作用を説明するための図、第６図は第１図の全
体の作用を説明するためのフローチャート、第７図は移
動平均処理の作用を説明するための光切断像を示す図、
第８図は溶接位置検出装置の主要部の構成図、第９図は
従来の溶接位置検出装置による光切断像を示す図である
。 ｌａ、　ｌｂ・・・被溶接物　　　３・・・スリット光
源５・・・カメラ　　　　　　６・・・ビデオモニタ８
・・・溶接トーチ　　　　１０・・・トーチ駆動装置１
１・・・２値化回路　　　　１２・・・同期分離回路１
３・・・フリップフロップ回路 １４・・・ゲート回路　　　　１５・・・カウンタ回路
１６・・・ラッチ回路　　　　２１．２３・・・データ
記憶部２２・・・移動平均演算手段　２４・・・第１の
演算手段２５・・・第２の演算手段 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図 ｃｐθ　−“−一−−−　　−”− ｃｐｔ　　　　　−”　　　　　　　　”−一第４図 −ｍ−→−Ｎ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被溶接物の開先部に光切断線を照射する光源、前記被
   溶接物から反射する光切断線を撮影するカメラ、前記カ
   メラの画像データにより画面の端部から光切断線像まで
   の距離を検出する距離検出手段、検出された距離データ
   から移動平均距離を計算する移動平均演算手段、前記移
   動平均距離から仮の開先中心位置を計算する第１の演算
   手段、前記距離データと仮の開先中心位置から真の開先
   中心位置を求める第２の演算手段を設け、光切断線像の
   欠除や雑音的影像信号を含む場合でも悪影響を受けるこ
   となく高速応答で検出することを特徴とする溶接位置検
   出装置。