JPH06344167A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物を撮影するＣＣＤカメラの焦点ボケ
を防止し、レーザヘッドを精度良く移動制御してレーザ
加工の品質向上を図る。 【構成】 被溶接物２１は溶接加工部位２２を突き合わ
せた状態で矢印Ａ方向に移動される。溶接ヘッド２３は
溶接加工部位２２を溶接するように配設される。位置検
出装置２６は溶接ヘッド２３の前方に位置され、照明部
２７，２８により帯状の光を被溶接物２１に照射し、そ
の光切断像をＣＣＤカメラ２９により撮影する。データ
処理部３１は、その画像情報に基いて溶接加工部位２２
を推定すると共に、垂直距離を推定し、距離補正モータ
３０によりＣＣＤカメラ２９の垂直位置を移動制御して
その被写界深度内に入るように制御するので、常に、精
度良く被溶接物２１を撮影して溶接加工部位２２を正確
に認識して溶接加工を行うことができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工物の加工部位を
非接触で検出してレーザヘッドからレーザ光を照射する
ようにしたレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、例えば、
図５に示すようなレーザ溶接機がある。被加工物として
の被溶接物１は、直線状の溶接加工部位２を突き合わせ
た状態でセットされ、その突き合わせギャップ部１ａの
方向（図中矢印Ａ方向）に移動されるようになってい
る。溶接ヘッド３はレーザ光を下方に向けて照射して被
溶接物１の溶接加工部位２を溶接加工するもので、その
レーザ光の照射位置は、垂直位置補正モータ４により被
溶接物１との対向する方向（図中矢印Ｂ方向）の移動制
御を行って距離が補正され、水平位置補正モータ５によ
り被溶接物１の突き合わせギャップ１ａのラインとほぼ
直交する水平方向（図中矢印Ｃ方向）に移動制御される
ようになっている。

【０００３】この溶接ヘッド３よりも反矢印Ａ方向の位
置には、被溶接物１の突き合わせギャップ部１ａを検出
する位置検出装置６が配設されている。この位置検出装
置６は、被溶接物１にスリットを介した帯状の光を同一
平面内で照射する２つの照明部７，８と、被溶接物１の
照明部位を撮影するＣＣＤカメラ９とから構成される。
ＣＣＤカメラ９は矢印Ｂ方向に光軸が設定されており、
被溶接物１を真上から撮影するようになっており、照明
部７，８からの帯状の光の照射位置が被溶接物１の表面
の凹凸に応じて変化するように斜め上方に配置されてい
る。

【０００４】データ処理部１０はＣＣＤカメラ９からの
画像信号に基いて、被溶接物１の溶接加工部位２を検出
し、被溶接物１が矢印Ａ方向に移動していま検出した溶
接加工部位２が溶接ヘッド３のレーザ光照射位置に達す
るときに適切な位置に来るように駆動回路１１を介して
前記垂直位置補正モータ４および水平位置補正モータ５
を駆動制御する。

【０００５】上記構成によれば、矢印Ａ方向に移動され
る被溶接物１に対して、位置検出装置６の照明部７，８
から溶接加工部位２に交互に照明光を照射し、それぞれ
の照射タイミングに応じた画像をＣＣＤカメラ９で撮影
し、その画像信号に基いて被溶接物１と溶接ヘッド３と
の相対的な位置を検出する。この場合、照明部７，８か
ら照射された帯状の光は、被溶接物１の表面の凹凸に応
じて屈曲された状態に被溶接物１に投影される。帯状の
光は、被溶接物１の表面の高さ方向（矢印Ｂ方向）の位
置が基準高さ位置にある部分は所定の基準線に投影さ
れ、その基準高さ位置からの高さ方向の寸法が大きくな
るに従って、基準線からのずれ量が大きくなる。

【０００６】したがって、データ処理部１０において
は、ＣＣＤカメラ９から得られた画像信号に基いて被溶
接物１の表面形状とその高さ方向の距離の分布を検出す
ることができ、その検出結果に基いて、あらかじめ記憶
された被溶接物１のデータと比較して溶接加工部位２の
位置を求める。そして、駆動回路１１を介して垂直位置
補正モータ４および水平位置補正モータ５を駆動制御
し、被溶接物１が溶接ヘッド３の下部に達するときに溶
接加工部位２にレーザ光が照射されるように制御する。

【０００７】これにより、被溶接物１は、矢印Ａ方向に
移動されながら、適切な溶接位置に溶接ヘッド３からレ
ーザ光が照射され、連続的に溶接加工が施されるように
なるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来構成のものでは、被溶接物１の加工表面に大
きな凹凸がある場合や、上下方向の相対位置がずれてＣ
ＣＤカメラ９の焦点距離範囲から外れている場合には、
撮影される画像自体が不鮮明となり、その画像データに
基いてギャップ部２ａの位置を推定する際に正確な位置
を検出することができず、加工不良が生じてしまう不具
合があった。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、撮像手段による被加工物の加工対象部
位の画像を焦点ボケをなくして常に鮮明なものとし、レ
ーザヘッドによる加工を常に正確に実施できるようにし
たレーザ加工装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被加工物の加
工部位の所定範囲に照明手段により帯状の光を照射して
これを撮像手段により撮影し、その撮像手段からの画像
情報に基きレーザヘッドと前記被加工物との間の相対位
置を制御することにより前記加工部位にレーザ光を照射
して加工を行うようにしたレーザ加工装置を対象とする
ものであり、前記撮像手段と前記被加工物との間の相対
距離を制御するための撮像距離補正手段と、前記撮像手
段からの画像情報に基いて前記被加工物との間の相対距
離がその撮像手段の被写界深度内に入るように前記撮像
距離補正手段を制御する制御手段とを設けて構成したと
ころに特徴を有する。

【００１１】また、上記構成に加え、前記撮像手段から
の画像情報に基いて前記照明手段による帯状の光の輝度
分布および所定方向に対する距離分布を検出する検出手
段と、この検出手段の検出結果に基いてその画像の特徴
を抽出する抽出手段と、この抽出手段による抽出結果に
基いて前記撮像手段による撮影部位が加工対象部位であ
るか否かを判定する判定手段と、この判定手段による判
定結果に基いて前記レーザヘッドによる加工を決定する
決定手段とを設けて構成することもできる。

【００１２】

【作用】請求項１記載のレーザ加工装置によれば、レー
ザヘッドからレーザ光を照射して被加工物を加工すると
きに、あらかじめ照明手段により被加工物の所定部位に
照射し、被加工物の凹凸に起因してそのときの帯状の光
により生ずる光切断像を撮像手段により撮影して被加工
物とレーザヘッドとの間の距離と加工部分を検出する。
そして、被加工物とレーザヘッドとの間の相対位置を移
動制御して加工部分にレーザ光が照射されるようにして
レーザ加工を行う。このとき、制御手段は、撮像手段の
画像情報に基いて被加工物と撮像手段との間の距離につ
いても検出しており、検出した距離が撮像手段の被写界
深度から外れている場合には撮像距離補正手段に制御信
号を出力してそれらの間の相対距離を補正して被写界深
度内に入るようにする。したがって、撮像手段により撮
影される被加工物の加工部位は、常に正確な画像として
入力することができ、この結果、画像情報に基くレーザ
加工を精度良く行うことができるものである。

【００１３】請求項２記載のレーザ加工装置によれば、
検出手段により前記撮像手段からの画像情報に基いて前
記照明手段による帯状の光の輝度分布および所定方向に
対する距離分布を検出し、その検出結果に基いて抽出手
段によりその画像の特徴を抽出し、さらに、判定手段お
よび決定手段により、抽出結果に基いて前記撮像手段に
よる撮影部位が加工対象部位であるか否かを判定すると
共に、レーザヘッドによる加工を決定する。このとき、
上述同様に、撮像手段は被加工物が被写界深度内に入る
ように被加工物との間の相対距離が制御されているの
で、撮像手段の画像情報に基いた被加工物の加工部位の
推定を確実に行ってレーザ加工を実施することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をレーザ溶接機に適用した場合
の一実施例について図１ないし図４を参照しながら説明
する。図１は全体構成を示すもので、被加工物としての
被溶接物２１は、湾曲した面を有する２つの部材２１
ａ，２１ｂを直線状の溶接加工部位２２を突き合わせた
状態でセットされており、この被溶接物２１は、図示し
ない駆動機構によりその突き合わせギャップ部２２ａの
方向（図中矢印Ａ方向）に移動されるようになってい
る。

【００１５】溶接ヘッド２３はレーザ光を下方に向けて
照射して被溶接物２１の溶接加工部位２２を溶接加工す
るもので、そのレーザ光の照射位置は、垂直位置補正モ
ータ２４により被溶接物２１との対向する方向（図中矢
印Ｂ方向）の移動制御を行って距離が補正され、水平位
置補正モータ２５により被溶接物２１の突き合わせギャ
ップ２２ａと直交する水平方向（図中矢印Ｃ方向）に移
動制御されるようになっている。

【００１６】この溶接ヘッド２３よりも反矢印Ａ方向の
位置には、被溶接物２１の突き合わせギャップ部２２ａ
を検出する位置検出装置２６が配設されている。この位
置検出装置２６は、被溶接物２１にスリットを介した帯
状の光を同一平面内で照射する２つの照明部２７，２８
と、被溶接物２１の照明部位を撮影する撮像手段として
のＣＣＤカメラ２９とから構成される。ＣＣＤカメラ２
９は矢印Ｂ方向に光軸が設定されており、被溶接物２１
を真上から撮影するようになっている。照明部２７，２
８は被溶接物２１の表面の凹凸に応じて帯状の光の照射
位置が変化するように斜め上方に配置されている。ま
た、位置検出装置２６は、撮像距離補正手段としての距
離補正モータ３０により上下方向つまりＣＣＤカメラ２
９の光軸方向（図中矢印Ｂ方向）に全体が移動可能に設
けられている。

【００１７】制御手段としてのデータ処理部３１は、Ｃ
ＣＤカメラ２９からの画像信号に基いて、被溶接物２１
の溶接加工部位２２を検出し、その検出した被溶接物２
１の溶接加工部位２２がが矢印Ａ方向に移動して溶接ヘ
ッド２３のレーザ光照射位置に達するときに適切な位置
に来るように駆動回路３２を介して前記垂直位置補正モ
ータ２４および水平位置補正モータ２５を駆動制御する
ようになっている。また、ＣＣＤカメラ２９の被溶接物
２１に対する撮影距離がＣＣＤカメラ２９の被写界深度
の範囲内にはいるように前述の距離補正モータ３０を駆
動回路３２を介して駆動制御するようになっている。

【００１８】図２はデータ処理部３１のブロック構成を
示すもので、次のように構成されている。検出手段とし
ての検出部３３は、ＣＣＤカメラ２９から画像信号が入
力されるもので、輝度分布検出部３３ａにおいては撮影
した画面内の溶接加工部位２２の線に直交する方向の輝
度分布を求め、距離分布検出部３３ｂにおいては撮影し
た画面の情報から基準位置に対する被溶接物２１の撮影
面とのずれ量を検出する。抽出手段としての特徴抽出部
３４は、所定の注目範囲を設定し、検出部３３の結果か
らその内外における輝度分布および距離分布の特徴を抽
出する。

【００１９】判定手段としての判定部３５は、溶接線確
度推定部３５ａにおいて特徴抽出部３４の抽出結果に基
いて設定した注目範囲が溶接を行うべき部位であるか否
かの確度を推定すると共に、距離確度推定部３５ｂにお
いてＣＣＤカメラ２９と被溶接物２１との間の距離分布
の抽出結果に基いて溶接加工を行う部位の距離確度を推
定する。そして、決定手段としての位置決定部３６は、
水平位置決定部３６ａと垂直位置決定部３６ｂとからな
り、水平位置決定部３６ａにおいては、判定部３５の結
果に基いて注目範囲に対して推定された確度が最も高い
部位を水平溶接位置として決定し制御信号として出力す
る。また、垂直位置決定部３６ｂにおいては、判定部３
５による距離確度の推定結果に基いて、それらの確度の
うち最も高い位置を垂直溶接位置として決定し制御信号
を出力するようになっている。

【００２０】次に、本実施例の作用について図３および
図４をも参照して説明する。すなわち、まず、矢印Ａ方
向に移動される被溶接物２１に対して、位置検出装置２
６の照明部２７，２８から交互に帯状の光が照射される
と、被溶接物２１の上面にはその凹凸状態に応じて帯状
の光が切断された形状の輝度分布を有する光切断像ＳＬ
が図３のように形成される。ＣＣＤカメラ２９はその光
切断像ＳＬを上面から所定範囲Ｅ内で撮影し、その画像
情報を照明部２７，２８から帯状の光が照射される毎に
データ処理部３１に出力する。このとき、例えば、ＣＣ
Ｄカメラ２９により撮影された画面Ｅは図４に示すよう
に、被溶接物２１の表面の凹凸形状に応じて照明部２
７，２８による帯状の光が切断された形状に輝度分布を
有した状態となっている。

【００２１】この場合、被溶接物２１の２つの部材２１
ａ，２１ｂの形状のそれぞれに対応して円弧状の投影部
分が突き合わされた状態に光切断像ＳＬが形成されてお
り、その突き合わされた部分Ｄがレーザヘッド２３によ
り溶接を行うべき部位である。図４においては、溶接点
Ｄは、被溶接物２１の移動方向である矢印Ａに沿った中
心線Ｑに対してΔＱだけずれている。

【００２２】そして、幾何学的な関係から、ＣＣＤカメ
ラ２９に対して被溶接物２１の撮影面が例えば高さ方向
の基準位置にあるときには、画面Ｅ上において光切断像
ＳＬが基準位置に対応する基準線Ｐに現れ、被溶接物２
１の撮影面がその基準位置から上下方向に離れる程、基
準線Ｐから離れた位置に光切断像ＳＬが現れるようにな
っている。したがって、図中における溶接点ＤはΔＰだ
け左にずれていることから基準位置から下にΔＰに相当
する距離だけ下がった位置にあることを示している。

【００２３】さて、データ処理部３１においては、ＣＣ
Ｄカメラ２９から与えられた画像信号に基いて、まず、
検出部３３の輝度分布検出部３３ａにおいては、撮影し
た画面Ｅ内の溶接加工部位２２の線に直交する方向の輝
度分布を求め、距離分布検出部３３ｂにおいては撮影し
た画面Ｅ内の画像信号から基準位置に対する被溶接物２
１の撮影面とのずれ量を検出する。次に、特徴抽出部３
４は、所定の注目範囲を設定し、検出部３３の結果から
その内外における輝度分布および距離分布の特徴を抽出
し、判定部３５においては、特徴抽出部３４の抽出結果
に基いて設定した注目範囲が溶接を行うべき部位である
か否かの確度を推定すると共に、ＣＣＤカメラ２９と被
溶接物２１との間の距離分布の抽出結果に基いて溶接加
工を行う部位の距離確度を推定するようになる。

【００２４】次に、位置決定部３６は、水平位置決定部
３６ａにおいては、判定部３５の結果から注目範囲に対
して推定された確度が最も高い部位を水平溶接位置とし
て決定し制御信号として出力するようになり、垂直位置
決定部３６ｂにおいては、判定部３５による距離確度の
推定結果からそれらの確度のうち最も高い位置を垂直溶
接位置として決定して制御信号を出力するようになる。

【００２５】このとき、データ処理部３１においては、
まず、上述の結果に基いて距離補正モータ３０を駆動回
路３２を介して駆動制御し、ＣＣＤカメラ２９を含む位
置検出装置２６を移動させ、被溶接物２１がＣＣＤカメ
ラ２９の被写界深度の範囲内に入るように制御する。こ
れにより、ＣＣＤカメラ２９は、常に被溶接物２１を被
写界深度内つまり焦点ボケが生じない状態で鮮明な画像
で撮影することができるようになる。

【００２６】そして、データ処理部３１は、このように
して得られた制御信号を駆動回路３２を介して垂直位置
補正モータ２４および水平位置補正モータ２５を駆動制
御し、被溶接物２１が溶接ヘッド２３の下部に達すると
きに溶接加工部位２２にレーザ光が照射されるように制
御するようになる。これにより、被溶接物２１は、矢印
Ａ方向に移動されながら、常に適切な溶接位置に溶接ヘ
ッド２３からレーザ光が照射され、連続的に溶接加工が
施されるようになるものである。

【００２７】このような本実施例によれば、位置検出装
置２６によりＣＣＤカメラ２９と被溶接物２１との間の
距離を推定し、その検出結果に基いて距離補正モータ３
０を駆動制御してＣＣＤカメラ２９を移動させ、これに
より、被溶接物２１がＣＣＤカメラ２９の被写界深度の
範囲内に入るようにしたので、ＣＣＤカメラ２９は、常
に被溶接物２１を被写界深度内つまり焦点ボケが生じな
い状態で鮮明な画像で撮影することができるようにな
る。

【００２８】また、位置検出装置２６を、検出部３３，
特徴抽出部３４，判定部３５および位置決定部３６から
構成し、ＣＣＤカメラ２９により得られる光切断像ＳＬ
の画像信号に基いてデータ処理を行い、溶接を行うべき
部位を推定し、駆動回路３２を介して前記垂直位置補正
モータ２４および水平位置補正モータ２５を駆動制御す
るようにしたので、上述の効果に加えて精度良く溶接加
工部位を認識してレーザヘッド２３により溶接加工を行
うことができる。

【００２９】尚、上記実施例においては、本発明をレー
ザ溶接機に適用した場合について述べたが、これに限ら
ず、例えばレーザ切断加工機など、レーザ光を利用して
被加工物を加工するレーザ加工装置全般に適用できるも
のである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工装置によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、請求項１記載のレーザ加工装置によれば、撮
像手段により被加工物の凹凸に起因して照明手段からの
帯状の光により生ずる光切断像を撮影した画像情報に基
いて、制御手段により、制御手段により、被加工物と撮
像手段との間の距離を検出し、その検出した距離が撮像
手段の被写界深度の範囲から外れている場合には、撮像
距離補正手段に制御信号を出力してそれらの間の相対距
離を補正して被写界深度内に入るようにしたので、撮像
手段により撮影される被加工物の加工部位は、常に正確
な画像として入力することができ、この結果、画像情報
に基くレーザ加工を精度良く行うことができるという優
れた効果を奏する。

【００３１】請求項２記載のレーザ加工装置によれば、
検出手段，抽出手段，判定手段および決定手段を設け、
撮像手段からの画像情報に基いて検出手段により照明手
段から被加工物に照射された帯状の光の輝度分布および
所定方向に対する距離分布を検出し、抽出手段により検
出手段の検出結果に基いてその画像の特徴を抽出し、判
定手段により抽出手段による抽出結果に基いて撮像手段
による撮影部位が加工対象部位であるか否かを判定し、
この後、決定手段により判定手段の判定結果に基いて前
記レーザヘッドによる加工部位を決定するようにしたの
で、撮像手段の画像情報に基いた被加工物の加工部位の
推定を確実に行ってレーザ加工を実施することができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成の概略斜視図

【図２】データ処理部の内部構成を示すブロック図

【図３】被加工物の上面図

【図４】ＣＣＤカメラの撮影画面を示す図

【図５】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

２１は被溶接物（被加工物）、２１ａ，２１ｂは部材、
２２は溶接加工部位、２２ａは突き合わせギャップ部、
２３は溶接ヘッド（レーザヘッド）、２４は垂直位置補
正モータ、２５は水平位置補正モータ、２６は位置検出
装置、２７，２８は照明部（照明手段）、２９はＣＣＤ
カメラ（撮像手段）、３０は距離補正モータ（撮像距離
補正手段）、３１はデータ処理部（制御手段）、３２は
駆動回路、３３は検出部（検出手段）、３３ａは輝度分
布検出部、３３ｂは距離分布検出部、３４は特徴抽出部
（抽出手段）、３５は判定部（判定手段）、３６は位置
決定部（決定手段）、３６ａは水平位置決定部、３６ｂ
は垂直位置決定部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の加工部位の所定範囲に照明手
   段により帯状の光を照射してこれを撮像手段により撮影
   し、その撮像手段からの画像情報に基きレーザヘッドと
   前記被加工物との間の相対位置を制御することにより前
   記加工部位にレーザ光を照射して加工を行うようにした
   レーザ加工装置において、 前記撮像手段と前記被加工物との間の相対距離を制御す
   るための撮像距離補正手段と、 前記撮像手段からの画像情報に基いて前記被加工物との
   間の相対距離がその撮像手段の被写界深度内に入るよう
   に前記撮像距離補正手段を制御する制御手段とを具備し
   たことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 被加工物の加工部位の所定範囲に照明手
   段により帯状の光を照射してこれを撮像手段により撮影
   し、その撮像手段からの画像情報に基きレーザヘッドと
   前記被加工物との間の相対位置を制御することにより前
   記加工部位にレーザ光を照射して加工を行うようにした
   レーザ加工装置において、 前記撮像手段からの画像情報に基いて前記照明手段によ
   る帯状の光の輝度分布および所定方向に対する距離分布
   を検出する検出手段と、 この検出手段の検出結果に基いてその画像の特徴を抽出
   する抽出手段と、 この抽出手段による抽出結果に基いて前記撮像手段によ
   る撮影部位が加工対象部位であるか否かを判定する判定
   手段と、 この判定手段による判定結果に基いて前記レーザヘッド
   による加工を決定する決定手段と、 前記撮像手段と前記被加工物との間の相対距離を制御す
   るための撮像距離補正手段と、 前記検出手段により得られる距離分布結果に基いて前記
   被加工物との間の相対距離を検出し、その相対距離が前
   記撮像手段の被写界深度内に入るように前記撮像距離補
   正手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とす
   るレーザ加工装置。