JPH0381604A - 加工品表面からプロセスパラメータを決定するる方法 - Google Patents
加工品表面からプロセスパラメータを決定するる方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、一般に数値制御機械の分野に関する。さら
に詳しくは、この発明は加工品の画像から機械加工（プ
ロセス）パラメータを決定または修正する方法に関する
。
に詳しくは、この発明は加工品の画像から機械加工（プ
ロセス）パラメータを決定または修正する方法に関する
。
発明の背景。
数値制御（ＮＣ）により、加工品に切削、切断、溶接そ
の他の加工を施す際の速度、信頼性および均一さは著し
く向上したが、まだ多くの製造および修理作業が時間の
かかる作業のままである。たとえば、航空機のジェット
エンジンに用いられている高圧タービンブレードは先端
が摩耗しやすい。
の他の加工を施す際の速度、信頼性および均一さは著し
く向上したが、まだ多くの製造および修理作業が時間の
かかる作業のままである。たとえば、航空機のジェット
エンジンに用いられている高圧タービンブレードは先端
が摩耗しやすい。
現在、エンジン可動部品の先端の修理は時間のかかる作
業で、熟練した溶接工が手作業で肉盛溶接をタービンブ
レードのブレード先端にほどこしている。このプロセス
を自動化することは困難であった。タービンブレード先
端の摩耗が均一でなく、ブレード先端表面力？ブレード
ごとに違い、各ブレードの修理に先立って溶接パラメー
タを調節しなければならないからである。溶接経路を規
定するのに、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）技術を適
用することにより先端修理プロセスを自動化しようとす
る試みがなされているが、°先端摩耗にばらつきがあり
、ブレードごとに応力に差があるので、ブレード先端の
修理状態が一様でない。
業で、熟練した溶接工が手作業で肉盛溶接をタービンブ
レードのブレード先端にほどこしている。このプロセス
を自動化することは困難であった。タービンブレード先
端の摩耗が均一でなく、ブレード先端表面力？ブレード
ごとに違い、各ブレードの修理に先立って溶接パラメー
タを調節しなければならないからである。溶接経路を規
定するのに、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）技術を適
用することにより先端修理プロセスを自動化しようとす
る試みがなされているが、°先端摩耗にばらつきがあり
、ブレードごとに応力に差があるので、ブレード先端の
修理状態が一様でない。
多くの自動化機械システムが加工品の位置または寸法を
確認するのにプローブ（探針）システムを採用しており
、プローブの測定結果を利用して加工品の公称寸法また
は座標に加えるべきずれ（オフセット）を決定する。た
とえば、プローブ計測サイクル後に、加工品にドリル穴
あけすべき穴の位置を規定する座標を調節して、穴の位
置を部品のエツジから所定の距離に維持する。加工品の
位置や寸法を確認するのに、プローブなしの非接触式検
査システム（ここでは視覚処理システム（ｖｌｓｌｏｎ
５ｙｓｔｅ會）と呼ぶ）も同様に使用されている。そ
れ以外に、従来、視覚処理システムは比較的簡単な物体
にその形状を認識し確認する目的で用いられてきた。一
部の自動化機械システムは、この認識工程の結果を用い
て実行用の機械プログラムを選んだり、メモリ装置内の
記憶から所定のプロセスパラメータを選びだす（リドリ
ーブ）。
確認するのにプローブ（探針）システムを採用しており
、プローブの測定結果を利用して加工品の公称寸法また
は座標に加えるべきずれ（オフセット）を決定する。た
とえば、プローブ計測サイクル後に、加工品にドリル穴
あけすべき穴の位置を規定する座標を調節して、穴の位
置を部品のエツジから所定の距離に維持する。加工品の
位置や寸法を確認するのに、プローブなしの非接触式検
査システム（ここでは視覚処理システム（ｖｌｓｌｏｎ
５ｙｓｔｅ會）と呼ぶ）も同様に使用されている。そ
れ以外に、従来、視覚処理システムは比較的簡単な物体
にその形状を認識し確認する目的で用いられてきた。一
部の自動化機械システムは、この認識工程の結果を用い
て実行用の機械プログラムを選んだり、メモリ装置内の
記憶から所定のプロセスパラメータを選びだす（リドリ
ーブ）。
この発明で想定している視覚処理システムは、後述する
ように加工品の幾何形状を実際に測定じ、数学的に記述
じ、加工品表面の画像からプロセスパラメータを生成す
る点で、上述した従来のプローブシステムや視覚処理シ
ステムとは相違している。
ように加工品の幾何形状を実際に測定じ、数学的に記述
じ、加工品表面の画像からプロセスパラメータを生成す
る点で、上述した従来のプローブシステムや視覚処理シ
ステムとは相違している。
発明の目的
この発明の主な目的は、加工品表面の画像からプロセス
パラメータを自動的に決定することにより、機械加工プ
ロセスを自動化する新規な改良された方法および装置を
提供することにある。
パラメータを自動的に決定することにより、機械加工プ
ロセスを自動化する新規な改良された方法および装置を
提供することにある。
この発明の別の目的は、プロセスパラメータを自動的に
調節して加工品幾何形状の部品ごとのばらつきを補償す
る、自動化機械加工プロセス用の方法および装置を提供
することにある。
調節して加工品幾何形状の部品ごとのばらつきを補償す
る、自動化機械加工プロセス用の方法および装置を提供
することにある。
この発明の他の目的は、溶接バラメークを自動的に調節
して、加工品幾何形状の部品ごとのばらつきを補償じ、
これにより得られる製品の品質と均一性を向上させた、
肉盛溶接プロセスを自動化する新規な改良された方法お
よび装置を提供することにある。
して、加工品幾何形状の部品ごとのばらつきを補償じ、
これにより得られる製品の品質と均一性を向上させた、
肉盛溶接プロセスを自動化する新規な改良された方法お
よび装置を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、航空機エンジンのエアー
ホイルの機械的に摩耗した先端を修復する新規な改良さ
れた方法および装置を提供することにある。
ホイルの機械的に摩耗した先端を修復する新規な改良さ
れた方法および装置を提供することにある。
発明の要旨
この発明の原理によれば、機械加工プロセスを自動化す
る視覚処理システムが提供される。このシステムは、加
工品表面の画像を生成じ、この加工品画像を電気信号に
変換じ、これらの電気信号からプロセスパラメータを電
子的に決定することにより、加工品表面からプロセスパ
ラメータを自動的に決定する。
る視覚処理システムが提供される。このシステムは、加
工品表面の画像を生成じ、この加工品画像を電気信号に
変換じ、これらの電気信号からプロセスパラメータを電
子的に決定することにより、加工品表面からプロセスパ
ラメータを自動的に決定する。
レーザ溶接工程に適用した場合、この視覚処理システム
は、加工品のエツジをさがしだじ、部品の中心線および
厚さを決定じ、溶接位置、溶接粉末の供給速度、レーザ
強度、溶接速度などのプロセスパラメータを計算する。
は、加工品のエツジをさがしだじ、部品の中心線および
厚さを決定じ、溶接位置、溶接粉末の供給速度、レーザ
強度、溶接速度などのプロセスパラメータを計算する。
この発明を特徴づけると考えられる新規な特徴は特許請
求の範囲に記載した通りである。この発明の上記および
他の目的、特徴および効果をさらに明確にするために、
以下に添付の図面を参照しながらこの発明の実施例を詳
しく説明する。
求の範囲に記載した通りである。この発明の上記および
他の目的、特徴および効果をさらに明確にするために、
以下に添付の図面を参照しながらこの発明の実施例を詳
しく説明する。
具体的な構成
第１図はスクイーラ（鳴き）型の先端を含むロータブレ
ードの斜視図である。ブレード１０は、前縁１２と後縁
１４を含み、ブレードｌＯの半径方向外端にスクイーラ
型ブレード先端１６を有する。スクイーラ先端の壁２８
は外側エツジ２０と内側エツジ２２とを含み、空所２４
を画定する。
ードの斜視図である。ブレード１０は、前縁１２と後縁
１４を含み、ブレードｌＯの半径方向外端にスクイーラ
型ブレード先端１６を有する。スクイーラ先端の壁２８
は外側エツジ２０と内側エツジ２２とを含み、空所２４
を画定する。
先端壁２８、外側エツジ２０、内側エツジ２２および空
所２４は第２図の頂面図にも示されている。
所２４は第２図の頂面図にも示されている。
第２図に示すブレード１０のようなロータブレードのス
クイーラ先端のすりきれた表面の修復は、熟練した溶接
工が手作業でタービンブレードのスクイーラ先端壁に肉
盛溶接をほどこすので時間のかかる仕事である。典型的
には、タービンブレード１枚当り熟練溶接工の１人・時
間の労働を要する仕事である。この修理過程を自動化す
ることは困難であった。タービン先端の摩耗が均一でな
く、スクイーラ先端壁表面がブレード毎に違うからであ
る。ブレード毎にばらつきがあると、各ブレードを修理
する前に溶接過程のパラメータを変更しなければならな
い。
クイーラ先端のすりきれた表面の修復は、熟練した溶接
工が手作業でタービンブレードのスクイーラ先端壁に肉
盛溶接をほどこすので時間のかかる仕事である。典型的
には、タービンブレード１枚当り熟練溶接工の１人・時
間の労働を要する仕事である。この修理過程を自動化す
ることは困難であった。タービン先端の摩耗が均一でな
く、スクイーラ先端壁表面がブレード毎に違うからであ
る。ブレード毎にばらつきがあると、各ブレードを修理
する前に溶接過程のパラメータを変更しなければならな
い。
第３図は、航空機エンジンのエアーホイルのスクイーラ
先端壁に肉盛溶接を行なう自動化レーザ溶接システムの
ブロック図である。このレーザ溶接システムは、この発
明による画像処理システムを含む。レーザシステムで加
工すべきエアーホイル３０の先端表面を清浄にじ、研磨
する。つぎにエアーホイル３０を装着用治具３２に固定
する。
先端壁に肉盛溶接を行なう自動化レーザ溶接システムの
ブロック図である。このレーザ溶接システムは、この発
明による画像処理システムを含む。レーザシステムで加
工すべきエアーホイル３０の先端表面を清浄にじ、研磨
する。つぎにエアーホイル３０を装着用治具３２に固定
する。
材料運ＩＩ （ＭＨ）コンピュータ３４によりコンベヤ
／ブツシュロッド装置ｔ（図示せず）を制御じ、これに
より装着用治具３２およびそれに固定したエアーホイル
３０を数値制御されたＸ−Ｙ軸テーブル３６上に送り出
す。ｘ−Ｙ軸テーブル３６はブツシュロッド装置から治
具３２を受は取り、撮像システムにより検査するために
、エアーホイル３０を固体ＣＣＤカメラ３８、たとえば
パルニックス・アメリカ（Ｐｕｌｎｌｘ Ａｍｅｒｉｃ
ａ）社製の型番２４０−Ｔのカメラの視野内に移動する
。
／ブツシュロッド装置ｔ（図示せず）を制御じ、これに
より装着用治具３２およびそれに固定したエアーホイル
３０を数値制御されたＸ−Ｙ軸テーブル３６上に送り出
す。ｘ−Ｙ軸テーブル３６はブツシュロッド装置から治
具３２を受は取り、撮像システムにより検査するために
、エアーホイル３０を固体ＣＣＤカメラ３８、たとえば
パルニックス・アメリカ（Ｐｕｌｎｌｘ Ａｍｅｒｉｃ
ａ）社製の型番２４０−Ｔのカメラの視野内に移動する
。
視覚処理システムはカメラ３８、視覚プロセッサ４０、
ビデオモニタ４２およびオペレータコンソール４４を含
む。カメラ３８内の走査機構は、エアーホイルの画像（
イメージ）からビデオ信号を発生じ、この信号を視覚プ
ロセッサ４０に送る。
ビデオモニタ４２およびオペレータコンソール４４を含
む。カメラ３８内の走査機構は、エアーホイルの画像（
イメージ）からビデオ信号を発生じ、この信号を視覚プ
ロセッサ４０に送る。
視覚プロセッサ４０は、インターナショナル・ロボメー
ション・インテリジェンス（Ｉｎｔｅｒｎａｔｌｏｎａ
Ｉ Ｒｏｂｏｍａｔｌｏｎ／ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃ
ｅ）社製のモデルＤＸ／ＶＲ視党処理コンピュータを用
いることができ、溶接およびレーザパラメータ、たとえ
ば溶接位置、溶接粉末の供給速度、レーザ出力強度、お
よび溶接速度を決定する。画像プロセッサ４０は材料運
搬コンピュータ３４、数値制御装置４６、そしてレーザ
作動、ビーム送り、溶接粉末供給、およびレーザ５０の
下の加工品の位置決めを制御するレーザ制御装置４８と
のインターフェースをもっている。
ション・インテリジェンス（Ｉｎｔｅｒｎａｔｌｏｎａ
Ｉ Ｒｏｂｏｍａｔｌｏｎ／ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃ
ｅ）社製のモデルＤＸ／ＶＲ視党処理コンピュータを用
いることができ、溶接およびレーザパラメータ、たとえ
ば溶接位置、溶接粉末の供給速度、レーザ出力強度、お
よび溶接速度を決定する。画像プロセッサ４０は材料運
搬コンピュータ３４、数値制御装置４６、そしてレーザ
作動、ビーム送り、溶接粉末供給、およびレーザ５０の
下の加工品の位置決めを制御するレーザ制御装置４８と
のインターフェースをもっている。
モニタ４２を介してオペレータ（作業者）は溶接過程を
観察することができる。コンソール３４を介してオペレ
ータは視覚プロセッサと交信（コミュニケート）シ、視
覚処理システムのプログラムをオーバライドすることが
できる。
観察することができる。コンソール３４を介してオペレ
ータは視覚プロセッサと交信（コミュニケート）シ、視
覚処理システムのプログラムをオーバライドすることが
できる。
第３図の装置に採用されている、溶接パラメータを自動
的に決定する方法を第４図のフロー図に示す。画像情報
を得、それを処理するためには、まずエアーホイル３０
をカメラ３８の視野内の既知の位置に置かなければなら
ない。視覚処理システムは軸制御装置４６と交信して、
エアーホイル３０およびそのエアーホイルを固定したパ
レット３２をカメラ３８の下の適切な位置に位置決めす
る。
的に決定する方法を第４図のフロー図に示す。画像情報
を得、それを処理するためには、まずエアーホイル３０
をカメラ３８の視野内の既知の位置に置かなければなら
ない。視覚処理システムは軸制御装置４６と交信して、
エアーホイル３０およびそのエアーホイルを固定したパ
レット３２をカメラ３８の下の適切な位置に位置決めす
る。
カメラ３８の焦点を合わせ、エアーホイル３０のスクイ
ーラ先端壁の頂面の画像をカメラ内の感光素子アレー上
に形成じ、カメラ内の走査機構によりビデオ信号に変換
する。プルニツクス◆アメリカ社のモデルＴ−２４０Ｃ
ＣＤカメラは２５６×２５６の感光素子アレーマトリッ
クスを有じ、したがって受信画像を６５，５３６個の画
素（ビクセル）に分解する。ビデオ信号を画像プロセッ
サ４０に送ると、画像プロセッサはビデオ信号をデジタ
ル画素データに変換じ、マトリックス内の各画素に黒に
対応する０から白に対応する２５５までの輝度値を割り
当てる。
ーラ先端壁の頂面の画像をカメラ内の感光素子アレー上
に形成じ、カメラ内の走査機構によりビデオ信号に変換
する。プルニツクス◆アメリカ社のモデルＴ−２４０Ｃ
ＣＤカメラは２５６×２５６の感光素子アレーマトリッ
クスを有じ、したがって受信画像を６５，５３６個の画
素（ビクセル）に分解する。ビデオ信号を画像プロセッ
サ４０に送ると、画像プロセッサはビデオ信号をデジタ
ル画素データに変換じ、マトリックス内の各画素に黒に
対応する０から白に対応する２５５までの輝度値を割り
当てる。
部品表面（スクイーラ先端壁の頂面）と背景とを区別す
るために、つぎにデジタル画素情報を部分または２進化
する、すなわち０（黒〉または２５５（白）いずれかの
値に変換する。このプロセスは第５図に示すグラフを参
照すると簡単に理解できる。
るために、つぎにデジタル画素情報を部分または２進化
する、すなわち０（黒〉または２５５（白）いずれかの
値に変換する。このプロセスは第５図に示すグラフを参
照すると簡単に理解できる。
第５図のグラフには、０〜２５５の範囲の輝度値を）ｌ
に沿って表示じ、−コマの走査中にその輝度値をもつと
判定された画素の総数をＹ軸に沿って縦にプロットしで
ある。たとえば、点８０は約４５０個の画素が輝度値４
５をもつことを示す。
に沿って表示じ、−コマの走査中にその輝度値をもつと
判定された画素の総数をＹ軸に沿って縦にプロットしで
ある。たとえば、点８０は約４５０個の画素が輝度値４
５をもつことを示す。
グラフから明らかだように、このグラフには点８０およ
び８２に２つのピークがあり、点８４に点数の少ない谷
がある。スクイーラ先端壁を囲む背景区域から反射され
る光は比較的少なく、したがって大部分の画素が低い輝
度値を有じ、最大数の画素が輝度値４５（点８０）を存
することがわかる。清浄化され、研磨され、カメラの焦
点面内に配置された、スクイーラ先端壁の頂面ば背景区
域より多量の光を反射する。これらの画素はグラフに１
９５前後の輝度値を有じ、点８２でピークに達する部分
を形成している。
び８２に２つのピークがあり、点８４に点数の少ない谷
がある。スクイーラ先端壁を囲む背景区域から反射され
る光は比較的少なく、したがって大部分の画素が低い輝
度値を有じ、最大数の画素が輝度値４５（点８０）を存
することがわかる。清浄化され、研磨され、カメラの焦
点面内に配置された、スクイーラ先端壁の頂面ば背景区
域より多量の光を反射する。これらの画素はグラフに１
９５前後の輝度値を有じ、点８２でピークに達する部分
を形成している。
視覚処理システムはピーク８０と８２の間にある谷を検
索するようにプログラムされている。谷の低い点と関連
した輝度値（たとえば輝度値１５０を有する点８４）を
利用してデジタル画素データを２進化する。輝度値が１
５０未満の画素すべてに値０（黒）を割り当て、輝度値
が１５０より大きい画素すべてに値２５５（白）を割り
当てる。
索するようにプログラムされている。谷の低い点と関連
した輝度値（たとえば輝度値１５０を有する点８４）を
利用してデジタル画素データを２進化する。輝度値が１
５０未満の画素すべてに値０（黒）を割り当て、輝度値
が１５０より大きい画素すべてに値２５５（白）を割り
当てる。
各画素の座標とそれと関連した２進値とを視覚プロセッ
サ内のメモリに記憶する。
サ内のメモリに記憶する。
なお、第５図のグラフは１例にすぎない。グラフの形、
輝度スケールに沿っての画素の分布、１５０に設定した
輝度のしきい値は例示にすぎない。
輝度スケールに沿っての画素の分布、１５０に設定した
輝度のしきい値は例示にすぎない。
実際の画素の計測数やピークと谷の位置は第５図に示し
たものとは異なる。
たものとは異なる。
つぎに視覚処理システムは、スクイーラ先端壁の頂面の
外側境界を規定する画素データを集める。
外側境界を規定する画素データを集める。
境界データを集めるのに用いた境界追跡アルゴリズムは
第６図を参照して説明す条のが簡単である。
第６図を参照して説明す条のが簡単である。
符号９０で表示された形状はタービンブレードの先端の
画像（イメージ）を表わす。「＋」およびｒｗＪはそれ
ぞれ画素（ピクセル）の位置を示す。
画像（イメージ）を表わす。「＋」およびｒｗＪはそれ
ぞれ画素（ピクセル）の位置を示す。
ｒｗＪで示される画素はブレード先端表面と関連してお
り、２５５（すなわち白）の２進値を有する「＋」で示
される画素は物体背景と関連しており、０（すなわち黒
）の２進値を有する。各画素のＸおよびＹ座標は、図面
の下側および左側に沿って示した座標型を求めることに
より決定できる。
り、２５５（すなわち白）の２進値を有する「＋」で示
される画素は物体背景と関連しており、０（すなわち黒
）の２進値を有する。各画素のＸおよびＹ座標は、図面
の下側および左側に沿って示した座標型を求めることに
より決定できる。
たとえば、画素９４はＸ座標２、Ｙ座標５を有する。ブ
レード先端の形状９０および第６図に示す画素の位置は
境界追跡アルゴリズムの作用を説明しやすくするために
、著しく誇張されている。
レード先端の形状９０および第６図に示す画素の位置は
境界追跡アルゴリズムの作用を説明しやすくするために
、著しく誇張されている。
境界追跡アルゴリズムは視覚プロセッサ内のメモリに記
憶された画素データを走査する、すなわち輝度値２５５
を有する画素をさがしだすまで、第６図において左から
右に矢印９°２で示すようにデータを走査する。たとえ
ば、座標ｘ−２およびｙ＝５を有する画素９４を、境界
追跡アルゴリズムによりさがしだした最初の境界点とし
て示しである。この第１画素の座標をセーブ（貯蔵）す
る。
憶された画素データを走査する、すなわち輝度値２５５
を有する画素をさがしだすまで、第６図において左から
右に矢印９°２で示すようにデータを走査する。たとえ
ば、座標ｘ−２およびｙ＝５を有する画素９４を、境界
追跡アルゴリズムによりさがしだした最初の境界点とし
て示しである。この第１画素の座標をセーブ（貯蔵）す
る。
アルゴリズムはつぎに、この第１画素の隣りの画素を調
べて第２の境界点をさがしだす。そのため、第１画素の
まわりに反時計方向にサーチ（探索）する。このサーチ
（探索）ルーチンを第６図の右上の角に示す。画素ｒａ
Ｊを境界点として同定してから、探索ルーチンはｌ）
４Ｃ→ｄ−４ｅ→ｆ→ｇ→ｈ−４ｉの順序で隣りの画素
を検査じ、つぎの境界点を同定する。このあと新に見出
された境界点の座標をセーブじ、この点のまわりの反時
計方向サーチを行なう。再び第１点を見出すまでサーチ
を続け、閉ループを完了する。
べて第２の境界点をさがしだす。そのため、第１画素の
まわりに反時計方向にサーチ（探索）する。このサーチ
（探索）ルーチンを第６図の右上の角に示す。画素ｒａ
Ｊを境界点として同定してから、探索ルーチンはｌ）
４Ｃ→ｄ−４ｅ→ｆ→ｇ→ｈ−４ｉの順序で隣りの画素
を検査じ、つぎの境界点を同定する。このあと新に見出
された境界点の座標をセーブじ、この点のまわりの反時
計方向サーチを行なう。再び第１点を見出すまでサーチ
を続け、閉ループを完了する。
つぎの計算を簡単にじ、処理時間を短くするために、境
界データを再サンプリングして境界点の数を、たとえば
数百からもっと少ない取り扱いやすい数に減らす。再サ
ンプリングでは境界に沿って等間隔離れた点を選択する
。ここで説明したシステムの場合、再サンプリング点数
を６４とするのがよい。
界データを再サンプリングして境界点の数を、たとえば
数百からもっと少ない取り扱いやすい数に減らす。再サ
ンプリングでは境界に沿って等間隔離れた点を選択する
。ここで説明したシステムの場合、再サンプリング点数
を６４とするのがよい。
境界を規定する等式は、６４の再サンプリング点から、
フーリエ解析法を用いて決定することができる。任意の
数の点で働くアルゴリズムを開発することができるが、
境界点の数を２の整数乗、たとえば３２．６４または１
２８に制限することにより計算効率を最大にあげること
ができる。コンピュータアーキテクチャの設計の下とな
った２進系からこのような最大効率が得られる。
フーリエ解析法を用いて決定することができる。任意の
数の点で働くアルゴリズムを開発することができるが、
境界点の数を２の整数乗、たとえば３２．６４または１
２８に制限することにより計算効率を最大にあげること
ができる。コンピュータアーキテクチャの設計の下とな
った２進系からこのような最大効率が得られる。
部品境界は閉じた曲線を形成じ、その曲線は龜線に沿っ
て反時計方向にトレースすることにより、境界上の最初
の点からの距離ｒｔＪの関数として表示することができ
る。境界は閉ループを形成するので、この関数ぼ周期関
数であり、フーリエ級数（式１）に展開することができ
る。
て反時計方向にトレースすることにより、境界上の最初
の点からの距離ｒｔＪの関数として表示することができ
る。境界は閉ループを形成するので、この関数ぼ周期関
数であり、フーリエ級数（式１）に展開することができ
る。
ここで、
上式中の記号の意味は次の通りである。
Ｃｎ−複索フーリエ係数、
ｊ−Ｊ：］−
Ｔ−閉曲線のまわりの合計距離、
ｎ−係数の数、
この視覚処理システムに用いる曲線フィッティング（適
合）アルゴリズムはフーリエ解析法を用いて、ベクトル
形式で ｆ （ｔ）−ｘ （ｔ）＋ｊ）’ （ｔ） （式
３）として表示できる複素数を発生する。この後、この
式を用いて境界に直交する複数の法線についての式を計
算する。
合）アルゴリズムはフーリエ解析法を用いて、ベクトル
形式で ｆ （ｔ）−ｘ （ｔ）＋ｊ）’ （ｔ） （式
３）として表示できる複素数を発生する。この後、この
式を用いて境界に直交する複数の法線についての式を計
算する。
点ｔ”ｔｌでＥＱＮ３に直交する法線は式；）’−）’
Ｉ ” （−１／ｍ） （ｘ−Ｘｌ ）から求
めることができる。式中のｍはｍ’ｔ ” ｔ ＋での
ｆ （ｔ）のｙ−ｘ勾配である。勾配ｍは、点ｔ”−ｔ
ｌでのｙ （ｔ）の偏微分δｙ／δｔを点ｔ−ｔｌでの
ｘ （ｔ）の偏微分δＸ／δｔで割ることにより求める
ことができる。１式３に直交する法線は６４個の再サン
プリング点のひとつづつに発生する。
Ｉ ” （−１／ｍ） （ｘ−Ｘｌ ）から求
めることができる。式中のｍはｍ’ｔ ” ｔ ＋での
ｆ （ｔ）のｙ−ｘ勾配である。勾配ｍは、点ｔ”−ｔ
ｌでのｙ （ｔ）の偏微分δｙ／δｔを点ｔ−ｔｌでの
ｘ （ｔ）の偏微分δＸ／δｔで割ることにより求める
ことができる。１式３に直交する法線は６４個の再サン
プリング点のひとつづつに発生する。
第７図は、この発明にしたがって視覚処理した後の第２
図のエアーホイルの一部の画像（イメージ〉であり、こ
の図を用いてどのように溶接経路および部品厚さを決定
するかを説明する。各法線に沿ってさがしだされた画素
についての２進化輝度値を調べて、スクイーラ先端壁の
外側エツジ１０２および内側エツジ１０４を位置決めす
る。法線に沿ったある画素の輝度値が隣りの画素の輝度
値と著しく異なるところに”かならずエツジ点が同定さ
れる。たとえば、法１ｉ１１００は外側エツジ点１０６
と内側エツジ点１０７とを含む。下記の２つの式を用い
て６４本の法線の１つづつに沿って溶接点を決める。
図のエアーホイルの一部の画像（イメージ〉であり、こ
の図を用いてどのように溶接経路および部品厚さを決定
するかを説明する。各法線に沿ってさがしだされた画素
についての２進化輝度値を調べて、スクイーラ先端壁の
外側エツジ１０２および内側エツジ１０４を位置決めす
る。法線に沿ったある画素の輝度値が隣りの画素の輝度
値と著しく異なるところに”かならずエツジ点が同定さ
れる。たとえば、法１ｉ１１００は外側エツジ点１０６
と内側エツジ点１０７とを含む。下記の２つの式を用い
て６４本の法線の１つづつに沿って溶接点を決める。
ｘ−ｘ＋ ＋ｐ Ｃｘｚ −’ｘ＋ ）＋ｂ、ｃ
（式４）ｙ−）’Ｉ ＋ｐ （ｙｌ −）’Ｉ ） ＋
１）’ｙ （式５）上式において、ｘｌおよびｙｌ
は法線に沿った外側エツジ点の座標であり、Ｘ２および
ｙｌは同じ法線に沿った内側エツジ点の座標であり、ｐ
およびｂはユーザが設定する変数である。変数ｐはその
値が０〜１の範囲にあり、溶接点と外側エツジ点との間
の距離対外側エツジ点と内側エツジ点との間の合計距離
の比を表わす。たとえば、ｐの値が０．５であると、そ
れは溶接点を点（ｘｌ。
（式４）ｙ−）’Ｉ ＋ｐ （ｙｌ −）’Ｉ ） ＋
１）’ｙ （式５）上式において、ｘｌおよびｙｌ
は法線に沿った外側エツジ点の座標であり、Ｘ２および
ｙｌは同じ法線に沿った内側エツジ点の座標であり、ｐ
およびｂはユーザが設定する変数である。変数ｐはその
値が０〜１の範囲にあり、溶接点と外側エツジ点との間
の距離対外側エツジ点と内側エツジ点との間の合計距離
の比を表わす。たとえば、ｐの値が０．５であると、そ
れは溶接点を点（ｘｌ。
ｙ＋）および点（Ｘ２ ＊ ｙｌ）間の線分の中点に
位置決めすべきであることを意味する。変数すは溶接点
の位置を直接バイアスするのに用いる距離である。ｂｘ
およびｂｙは変数すのＸおよびｙ成分である。
位置決めすべきであることを意味する。変数すは溶接点
の位置を直接バイアスするのに用いる距離である。ｂｘ
およびｂｙは変数すのＸおよびｙ成分である。
６４個の溶接点の座標を上記式を利用して求める。これ
らの６４個の点が溶接経路を規定する。
らの６４個の点が溶接経路を規定する。
ｐｍＱ、５、ｂ−ｏと選択した特殊な場合、溶接経路は
スクイーラ先端壁の中心線または平均線となる。パラメ
ータｐおよびｂを変えることにより、溶接経路をスクイ
ーラ売端壁の外側（または内側）エツジのもっと近くに
位置させることができる。
スクイーラ先端壁の中心線または平均線となる。パラメ
ータｐおよびｂを変えることにより、溶接経路をスクイ
ーラ売端壁の外側（または内側）エツジのもっと近くに
位置させることができる。
任意の法線に沿った部品厚さは、法線に沿って同定され
た２つのエツジ点間の距離を計算することにより、簡単
に求めることができる。
た２つのエツジ点間の距離を計算することにより、簡単
に求めることができる。
各法線に沿った内側エツジ点および外側エツジ点の位置
は、サブピクセレーション（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌａｔ
１ｏｎ）と称される方法によりもっと正確に求めること
ができる。この方法を用いる場合、部品エツジ近傍で法
線に沿った各画素の輝度値を同法線に沿った画素の位置
に対してプロットすることにより、エツジ点の正確な位
置を求める。第８図は輝度値と画素位置との間のこの関
係を表示した図である。
は、サブピクセレーション（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌａｔ
１ｏｎ）と称される方法によりもっと正確に求めること
ができる。この方法を用いる場合、部品エツジ近傍で法
線に沿った各画素の輝度値を同法線に沿った画素の位置
に対してプロットすることにより、エツジ点の正確な位
置を求める。第８図は輝度値と画素位置との間のこの関
係を表示した図である。
ここで第８図について説明すると、ｇ （ｘ）は輝度値
と画素位置との関係を規定する関数であり、変数−Ｘは
画素位置を表わす。物体背景と関連した最小輝度値をｒ
ＨＪで表わす。ブレードの頂面と関連した最大輝度値を
ｒＨ＋ＫＪで表わす。ｇ（ｘ）の値がＨからＨ＋Ｋまで
増加する、関数ｇ（ｘ）のＸ−ＸｌとＸｍＸ２との間の
部分は部品境界に対応する。第８図で「Ｌｒとして同定
されている部品エツジの正確な位置は、関数ｇ （ｘ）
のゼロ次モーメント（ＭＯ〉、１次モーメント（Ｍｌ）
および２次モーメント（Ｍｌ）を計算することにより求
めることができる。
と画素位置との関係を規定する関数であり、変数−Ｘは
画素位置を表わす。物体背景と関連した最小輝度値をｒ
ＨＪで表わす。ブレードの頂面と関連した最大輝度値を
ｒＨ＋ＫＪで表わす。ｇ（ｘ）の値がＨからＨ＋Ｋまで
増加する、関数ｇ（ｘ）のＸ−ＸｌとＸｍＸ２との間の
部分は部品境界に対応する。第８図で「Ｌｒとして同定
されている部品エツジの正確な位置は、関数ｇ （ｘ）
のゼロ次モーメント（ＭＯ〉、１次モーメント（Ｍｌ）
および２次モーメント（Ｍｌ）を計算することにより求
めることができる。
！２
Ｍｏ −−Ｊ ｇ （ｘ）ｄｘ−２Ｈ＋に−ＬＫ１
（式６〉
Ｍｌ
２
＝−Ｊ’ ｘｇ（ｘ）
１
ｄｘ＝Ｋ （１−Ｌ’ ）／２
（式７）
％式％（）
）］
（８）
この後、Ｌについて上記モーメントの式を解くことによ
り、正確な物体エツジ位置を求める。
り、正確な物体エツジ位置を求める。
Ｌ−（３Ｍｚ −Ｍｏ ）／２Ｍ＋ （式９）画
像プロセッサはまた、溶接経路データ、厚さデータ、境
界データその他の座標データを利用して、さらに他の溶
接およびレーザパラメータ、たとえば溶接粉末の供給速
度、レーザ強度および溶接速度を決定する。
像プロセッサはまた、溶接経路データ、厚さデータ、境
界データその他の座標データを利用して、さらに他の溶
接およびレーザパラメータ、たとえば溶接粉末の供給速
度、レーザ強度および溶接速度を決定する。
すべてのプロセスパラメータを計算した後、座標および
プロセスパラメータ情報を数位制御装置およびレーザ制
御装置に送り、加工品を溶接レーザの下方に配置じ、モ
して肉盛溶接をスクイーラ先端壁にほどこす。
プロセスパラメータ情報を数位制御装置およびレーザ制
御装置に送り、加工品を溶接レーザの下方に配置じ、モ
して肉盛溶接をスクイーラ先端壁にほどこす。
上述した説明から、この発明は上に説明し図解した特定
の実施例に限定されないこと、そしてこの発明の要旨を
逸脱しない限りで種々の変更や改変が可能であることが
、当業者には明らかである。
の実施例に限定されないこと、そしてこの発明の要旨を
逸脱しない限りで種々の変更や改変が可能であることが
、当業者には明らかである。
たとえば、曲線上の多数の既知の点から式を生成するた
めの多くの曲線フィッティング（適合）アルゴリズムが
入手でき、あるいは開発できる。また、得られる加工品
画像は可視、紫外または赤外範囲の画像とすることがで
き、あるいは超音波またはＸ線検査を通して決定するこ
とができる。
めの多くの曲線フィッティング（適合）アルゴリズムが
入手でき、あるいは開発できる。また、得られる加工品
画像は可視、紫外または赤外範囲の画像とすることがで
き、あるいは超音波またはＸ線検査を通して決定するこ
とができる。
もっと正確な加工品情報を得るには、もっと高解像度の
カメラおよび対応する画像プロセッサを用いればよい。
カメラおよび対応する画像プロセッサを用いればよい。
加工品を複数の断面にて画像処理することにより、精度
および解像度をさらに高くすることができ、このプロセ
スをカメラの下の加工品のいくつかの異なる位置で繰り
返すことにより加工品全体の検査を行なう。この後、こ
うして得たデータを組合わせて加工品全体の完全な検査
を実現する。
および解像度をさらに高くすることができ、このプロセ
スをカメラの下の加工品のいくつかの異なる位置で繰り
返すことにより加工品全体の検査を行なう。この後、こ
うして得たデータを組合わせて加工品全体の完全な検査
を実現する。
上述した画像処理システムは実施すべき機械加工方法と
は無関係であるので、レーザ溶接作業の自動化に限定さ
れず、他の機械加工方法、たとえば研削、切断、パリと
り、スタンピング、穴あけ、プレス、検査および計測（
ゲージング）と連動するように変更することができる。
は無関係であるので、レーザ溶接作業の自動化に限定さ
れず、他の機械加工方法、たとえば研削、切断、パリと
り、スタンピング、穴あけ、プレス、検査および計測（
ゲージング）と連動するように変更することができる。
これらのまた他の変更、改変、置き換えおよび均等物が
、この発明の要旨から逸脱しない範囲内で当業者に明ら
かである−０
、この発明の要旨から逸脱しない範囲内で当業者に明ら
かである−０
第１図は、肉盛溶接法により修理すべきスクイーラ型の
先端を含む典型的な航空機エンジンのエアーホイルの斜
視図、 第２図は第１図のエアーホイルの頂面図、第３図はこの
発明による視覚処理システムを含むレーザ溶接装置のブ
ロック図、 第４図はこの発明の詳細な説明するフロー図、第５図は
種々の輝度値についての画素の分布を示すヒストグラム
、 第６図はスクイーラ先端壁の外側エツジと関連した境界
データを集めるのに用いる境界追跡アルゴリズムの説明
図、 第８図はスクイーラ先端壁のエツジをより正確に位置決
めするためのサブピグセレーション法の説明図である。 主な符号の説明 ｌＯニブレード、 １６：ブレード先端、２０：
外側工・ｉジ、 ２２：内側エツジ、３０：エアー
ホイル、 ３２：治具、３４：材料運搬用コンピュー
タ、 ：テーブル、 ３８：カメラ、 ：視覚処理装置、 ４２：ビデオモニタ、：オペレータ
コンソール、 二数値制御装置、 ：レーザ制御装置、５０：レーザ。
先端を含む典型的な航空機エンジンのエアーホイルの斜
視図、 第２図は第１図のエアーホイルの頂面図、第３図はこの
発明による視覚処理システムを含むレーザ溶接装置のブ
ロック図、 第４図はこの発明の詳細な説明するフロー図、第５図は
種々の輝度値についての画素の分布を示すヒストグラム
、 第６図はスクイーラ先端壁の外側エツジと関連した境界
データを集めるのに用いる境界追跡アルゴリズムの説明
図、 第８図はスクイーラ先端壁のエツジをより正確に位置決
めするためのサブピグセレーション法の説明図である。 主な符号の説明 ｌＯニブレード、 １６：ブレード先端、２０：
外側工・ｉジ、 ２２：内側エツジ、３０：エアー
ホイル、 ３２：治具、３４：材料運搬用コンピュー
タ、 ：テーブル、 ３８：カメラ、 ：視覚処理装置、 ４２：ビデオモニタ、：オペレータ
コンソール、 二数値制御装置、 ：レーザ制御装置、５０：レーザ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、自動化機械加工システムにおいて加工品表面からプ
ロセスパラメータを求めるにあたり、加工品表面の画像
を生成する工程と、 上記画像を電気信号に変換する工程と、 これらの電気信号から加工品の幾何形状を電子工学的に
決定する工程と、 この加工品幾何形状からプロセスパラメータを電子工学
的に決定する工程とを含む加工品表面からプロセスパラ
メータを決定する方法。 ２、上記画像生成工程が、上記加工品表面から得た電磁
エネルギーをセンサ上に焦点合わせする工程を含み、 上記画像を電気信号に変換する工程が上記画像を複数の
画素に分割し、上記画素を走査して一連の電気パルスを
発生することを含み、ここで上記パルスそれぞれの振幅
は対応する画素と関連した電磁エネルギーの強度に比例
する請求項１に記載の方法。 ３、上記電磁エネルギーが上記加工品表面から反射され
た光であり、 上記センサがテレビジョンカメラ内の感光素子アレーで
あり、 上記画像を電気信号に変換する工程を上記カメラで行な
う請求項２に記載の方法。 ４、上記加工品幾何形状を決定する工程が上記表面の特
異な特徴と関連した画素の座標を同定する工程を含む請
求項２に記載の方法。 ５、上記特徴が加工品のエッジである請求項４に記載の
方法。 ６、上記加工品幾何形状を電子的に決定する工程が、上
記画素の座標から数式を生成する工程を含む請求項４に
記載の方法。 ７、上記表面がタービンブレードの先端の表面である請
求項１に記載の方法。 ８、自動化溶接システムにおいて加工品表面から溶接パ
ラメータを求めるにあたり、 加工品表面の画像を生成する工程と、 上記画像を電気信号に変換する工程と、 これらの電気信号から加工品の幾何形状を電子的に決定
する工程と、 この加工品幾何形状から溶接パラメータを電子的に決定
する工程と を含む加工品表面から溶接パラメータを決定する方法。 ９、上記溶接パラメータを電子的に決定する工程が、上
記加工品表面に付加すべき溶接材料の量を電子的に決定
する工程を含む請求項８に記載の方法。 １０、上記溶接パラメータを電子的に決定する工程が、
溶接中に供給すべき熱の量を電子的に決定する工程を含
む請求項８に記載の方法。 １１、上記溶接パラメータを電子的に決定する工程が、
溶接中に熱を加えるべき加工品表面上の位置を電子的に
決定する工程を含む請求項８に記載の方法。 １２、上記画像生成工程が、上記加工品表面から得た電
磁エネルギーをセンサ上に焦点合わせする工程を含み、 上記画像を電気信号に変換する工程が、上記画像を複数
の画素に分割し、上記画素を走査して一連の電気パルス
を発生することを含み、ここで上記パルスそれぞれの振
幅は対応する画素と関連した電磁エネルギーの強度に比
例する請求項８に記載の方法。 １３、上記電磁エネルギーが上記加工品表面から反射さ
れた光であり、 上記センサがテレビジョンカメラ内の感光素子アレーで
あり、 上記画像を電気信号に変換する工程を上記カメラで行な
う請求項１２に記載の方法。 １４、上記加工品幾何形状を決定する工程が、上記表面
の特異な特徴と関連した画素の座標を同定する工程を含
む請求項１１に記載の方法。 １５、上記特徴が加工品のエッジである請求項１４に記
載の方法。 １６、上記加工品幾何形状を電子的に決定する工程が、
上記画素の座標から数式を生成する工程を含む請求項１
４に記載の方法。 １７、上記表面がタービンブレードの先端の表面である
請求項８に記載の方法。 １８、タービンブレードのスクイーラ先端壁に肉盛溶接
を行なう自動化システムにおいてプロセスパラメータを
求めるにあたり、 上記タービンブレードのブレード先端表面の画像を生成
する工程と、 上記画像を電気信号に変換する工程と、 これらの電気信号からブレード先端の幾何形状を電子的
に決定する工程と、 このブレード先端の幾何形状からプロセスパラメータを
電子的に決定する工程と を含む自動化システムのプロセスパラメータ決定方法。 １９、上記電磁エネルギーが上記ブレード先端表面から
反射された光であり、 上記センサがテレビジョンカメラ内の感光素子アレーで
あり、 上記画像を電気信号に変換する工程を上記カメラで行な
う請求項１８に記載の方法。 ２０、上記ブレード先端の幾何形状を決定する工程が上
記スクイーラ先端壁の幅を測定することを含み、 上記プロセスパラメータを決定する工程が上記スクイー
ラ先端壁の頂面に付加すべき溶接材料の量を電子的に決
定する工程を含む請求項１８に記載の方法。 ２１、上記プロセスパラメータを決定する工程が、溶接
中に供給すべき熱の量を電子的に決定する工程を含む請
求項２０に記載の方法。 ２２、上記プロセスパラメータを決定する工程が、溶接
中に熱を加えるべき経路を電子的に決定する工程を含む
請求項１８に記載の方法。 ２３、上記経路が上記スクイーラ壁の中心線である請求
項２２に記載の方法。 ２４、上記画像生成工程が、上記表面から得た電磁エネ
ルギーをセンサ上に焦点合わせする工程を含み、 上記画像を電気信号に変換する工程が、上記画像を複数
の画素に分割し、上記画素を走査して一連の電気パルス
を発生することを含み、ここで上記パルスそれぞれの振
幅は対応する画素と関連した電磁エネルギーの強度に比
例する請求項１８に記載の方法。 ２５、上記電磁エネルギーが上記ブレード先端表面から
反射された光であり、 上記センサがテレビジョンカメラ内の感光素子アレーで
あり、 上記画像を電気信号に変換する工程を上記カメラで行な
う請求項２４に記載の方法。 ２６、上記ブレードのスクイーラ先端壁が内側エッジと
外側エッジとを有し、 上記ブレード先端の幾何形状を決定する工程が、上記ス
クイーラ壁の外側エッジと関連した１組の画素の座標を
同定じ、 上記座標から、上記外側エッジが形成する曲線を規定す
る第１数式を生成し、 複数の選択された座標での上記曲線の勾配を電子的に決
定し、 １組の数式を生成し、ここでこれらの数式はそれぞれが
上記外側エッジが形成する上記曲線に直交し、上記選択
された座標の１つで上記曲線と交わる法線を規定し、 上記法線それぞれの上記外側エッジと内側エッジとの間
の距離を測定することにより上記スクイーラ先端壁の幅
を測定する 工程を含む請求項２４に記載の方法。 ２７、上記プロセスパラメータを決定する工程が、 上記スクイーラ先端壁の頂面に付加すべき溶接材料の量
を電子的に決定し、 溶接中に加えるべき熱の量を電子的に決定し、上記法線
それぞれの中点を電子的に決定し、溶接中に熱を加える
べき経路を上記法線それぞれの中点を結ぶ線として電子
的に決定する 工程を含む請求項２６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US290,476 | 1989-05-15 | ||
| US07/290,476 US4998005A (en) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | Machine vision system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381604A true JPH0381604A (ja) | 1991-04-08 |
| JPH07119585B2 JPH07119585B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=23116168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2120169A Expired - Fee Related JPH07119585B2 (ja) | 1989-05-15 | 1990-05-11 | 加工品表面からプロセスパラメータを決定するる方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4998005A (ja) |
| JP (1) | JPH07119585B2 (ja) |
| CA (1) | CA2012449C (ja) |
| DE (1) | DE4014808C2 (ja) |
| FR (1) | FR2646795B1 (ja) |
| GB (1) | GB2234089B (ja) |
| IT (1) | IT1239984B (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5815400A (en) * | 1995-07-10 | 1998-09-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Machining method using numerical control apparatus |
| JP2000356102A (ja) * | 1999-05-12 | 2000-12-26 | Mtu Motoren & Turbinen Union Muenchen Gmbh | 流体工学的表面を適合表面として形成する方法 |
| JP2002139315A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-05-17 | Daimlerchrysler Ag | 構造部分の非破壊壁厚検査方法 |
| JP2005227104A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Honda Motor Co Ltd | 板厚測定方法 |
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