JPH10162149A - アーク溶接工程で溶接線自動追跡のためのビジョンセンサー及びビジョン処理技法 - Google Patents

アーク溶接工程で溶接線自動追跡のためのビジョンセンサー及びビジョン処理技法

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JPH10162149A
JPH10162149A JP9308498A JP30849897A JPH10162149A JP H10162149 A JPH10162149 A JP H10162149A JP 9308498 A JP9308498 A JP 9308498A JP 30849897 A JP30849897 A JP 30849897A JP H10162149 A JPH10162149 A JP H10162149A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接光、スパター及びいろんな雑光による雑
音に強い溶接線追跡用ビジョン処理技法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 自分の形状を維持しながら外部から作用
する力により形状変化及び位置移動の可能な概念を有す
る形状記憶弾性コンツアーモデル２８を形成する段階
と、形状記憶弾性コンツアーモデル２８を捕捉しようと
する物体の映像に近似するように作り、大略捕捉された
物体の映像が置かれるべき予想位置に置く初期化段階
と、捕捉された物体の映像から発生する外部力３０に対
応して形状記憶弾性コンツアーモデル２８を変形させる
段階と、変形されたモデル２８で捕捉された物体の映像
座標を導出する段階とを行う方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接工程に
おける溶接線自動追跡のためのビジョン処理技法に係る
もので、特にロボットを用いたアーク溶接工程で溶接ト
ーチが溶接線を自動追跡するように溶接トーチ制御装置
に提供される溶接線の位置及び形状情報を得るようにし
た溶接線自動追跡のためのビジョンセンサー及びビジョ
ン処理技法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、ロボットを用いた自動アーク溶接
工程は、レーザー光を用いて溶接線の形状を撮影し、該
映像をコンピューターで処理して溶接線の位置及び形状
情報をデータ化した後、これを用いて溶接トーチの移動
を制御している。従来、このような溶接線の映像を処理
するビジョン処理技法においては、図５（Ａ）から図５
（Ｃ）に示すように、３段階に分けられて順次進行され
る。まず、トーチ先端部に投影されたライン形状のレー
ザー帯をＣＣＤカメラにより観測して得た図５（Ａ）に
示すようなレーザー帯のデータと、該レーザー帯の図５
（Ｂ）に示すような中心座標リストと、該中心座標を複
数のラインにフィッティングして得たライン及びそれら
ライン間の図５（Ｃ）に示すような交点リストと、から
なっている。この時、映像上での溶接ジョイントの位置
は図５（Ｃ）の交点リスト情報から直接得る。
【０００３】一層詳しく説明すると、前記図５（Ａ）の
レーザー帯の映像は溶接中トーチ先端部投影されたレー
ザー帯をＣＣＤカメラで撮影して得、図５（Ｂ）のレー
ザー帯中心座標リストは図５（Ａ）の２次元映像データ
を、図６に示すような各垂直座標に従う加重値分布を有
するレーザー帯検出フィルタを適用させてレーザー帯映
像で最大の出力を発生する複数の点によりなる。このと
き、前記レーザー帯の検出フィルタの加重値の和はゼロ
になるようにし、所定の厚さを有する明るい帯が水平方
向に置かれる時に最大の反応度を示す。又、前記交点リ
ストを複数のラインにフィッティングした図５（Ｃ）の
結果から溶接ジョイントの位置及び形状が得られ、この
ようなデータを基に溶接トーチを制御してアーク溶接工
程を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
従来技術は、アーク光及びスパターなどの溶接雑音に敏
感に反応し、アーク光及びスパターの影響を大きく受け
る高出力アーク溶接工程では実質的に使用することが難
しいという問題点があった。このような問題点を解決す
るため本発明の目的は、溶接光、スパター及びいろいろ
な雑光のような雑音に強い溶接線追跡用ビジョンセンサ
ー及びビジョン処理技法を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明に係る溶接線追跡用ビジョン処理技法は、
捕捉された物体の映像を処理して物体の位置及び形状情
報を導出するビジョン処理技法において、自分の形状を
維持しながら外部から作用する力により形状変化及び位
置移動の可能な概念を有する形状記憶弾性コンツアーモ
デルを形成する段階と、該形状記憶弾性コンツアーモデ
ルを捕捉しようとする物体の映像に近似するように作っ
た後、大略捕捉された物体の映像が置かれるべき予想位
置に置く初期化段階と、前記捕捉された物体の映像から
発生する外部力に対応して前記形状記憶弾性コンツアー
モデルを変形させる段階と、該変形されたモデルから捕
捉された物体の映像座標を導出する段階と、を行うこと
を特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対し
添付図面を用いて説明する。本発明に係るビジョン処理
技法に使用されるビジョンセンサーにおいては、図１に
示すように、レーザー光を放出するレーザーダイオード
１０と、線形光を作る円筒形レンズ１２と、前記レーザ
ー光の経路を斜線形状に変化させる鏡１４と、前記線形
レーザー光１６の投影された溶接試片１８を撮影するカ
メラ２４と、前記レーザー光を選択的に通過させる狭帯
域パスフィルタ（帯域フィルタ）２０と、から構成され
ている。即ち、溶接トーチ（図示されず）の一方側に装
着されて溶接線の映像を捕捉する本発明に係るビジョン
センサーは、線形化されたレーザー光１６が溶接トーチ
から約１０ー５０mm先端部の溶接ジョイント工作物に投
影されると、これをレーザー光の波長帯域のみを選択的
に投光する狭帯域パスフィルタ２０を通して見るＣＣＤ
カメラ（カメラ）２４が備えられている。
【０００７】該ビジョンセンサーで得た映像のレーザー
帯領域から雑音を分離する本発明に係るビジョン処理技
法は、自分の形状を維持しながら外部作用力（外部力）
３０により形状変化及び位置移動の可能な概念を有する
形状記憶弾性コンツアー２８が核心である。即ち、形状
記憶弾性コンツアー２８は、図２に示すように、レーザ
ー帯２６に該当する明るい領域へ導かれる力を受けて変
位運動及び形状が変化され、最終的に前記形状記憶弾性
コンツアー２８がレーザー帯２６と重複される状態で安
定状態に到達して、レーザー帯２６から映像雑音が分離
される。
【０００８】前記外部作用力３０は、図３に示すよう
に、レーザー帯の中心部に弾性コンツアーを導く作用力
である。即ち、図３（Ａ）に示すようにレーザー帯の周
囲に置かれた弾性コンツアーはレーザー帯の中心部から
弾性コンツアーまでの距離に従い図３（Ｃ）に示すよう
な大きさの作用力を受け、該作用力は、図３（Ｂ）に示
すように、コンピューターで典型的な明暗分布を有する
レーザー帯映像情報により適切に作られる。その特徴
は、弾性コンツアーがレーザー帯の中心部に正確に置か
れていると作用力はゼロとなり、中心部から遠くなるに
従いレーザー帯の方向に導かれる力は大きくなるが、距
離が所定値よりも大きくなると、その作用力は段々小さ
くなる。
【０００９】そして、このような形状記憶弾性コンツア
ー２８は、図４に示すような概念を有する機械的システ
ムに表現される。図４中符号３８は弾性コンツアーの固
有形状を示す剛体であって、外部からシステムに全く力
が作用しないと、前記弾性コンツアー２８は固有形状を
維持し、外部からある力が作用すると、該力と弾性ロー
ド４０が無摩擦スライダ３４により拘束されて、弾性変
形反発力が平衡をなすときに安定した状態を維持する。
【００１０】一方、本発明は、溶接中に溶接トーチの先
端部でビジョンセンサーより得たレーザー帯映像中、溶
接ジョイントのプロファイルを示すレーザー帯から溶接
雑音を分離することを目的とし、前記図４に示した概念
を有する形状記憶弾性コンツアーを初期化することから
始まる。該初期化作業は、弾性コンツアーの固有形状モ
デルをＣＣＤカメラに投影されたジョイントプロファイ
ル（即ち、投影されたレーザー帯の形状）に近似するよ
うに作って、大略レーザー帯の置かれるべき予想位置に
おくことによりなる。
【００１１】又、適当な弾性特性を有する弾性ロード４
０からなる弾性コンツアー２８は、直前のビジョン処理
段階で探索されたレーザー帯の位置に置かれ、溶接ジョ
イントが溶接中に熱変形を受けるか、又は溶接物の装着
誤差により溶接トーチが溶接線をずれる時に撮像された
レーザー帯から発生し、外部力を受けて変形されるかレ
ーザー帯の回りに導かれる変位運動を行う。レーザー帯
が導く外部力と弾性変形抑止力間に均衡がなされると
き、前記弾性コンツアーの運動は止まり、均衡をなした
弾性コンツアーからジョイントプロファイルの情報を得
る。
【００１２】ジョイントの以前段階で正常状態に至る弾
性コンツアーを次の段階の初期弾性コンツアーに設定
し、撮像されたレーザー帯映像でジョイントプロファイ
ルデータの探索過程を反復する。次いで、サンプル時間
毎に得られたプロファイルデータは既存の考案のような
複数の直線にフィッティングした後、それらライン間の
交点座標を用いて溶接トーチに対する溶接線の位置を求
める。
【００１３】このような過程により得た溶接線映像情報
は、溶接トーチ制御システムにフィードバックされて正
確な溶接トーチの移動が行われる。そして、本発明は、
溶接線追跡のためのビジョン処理技法として開発された
が、時間の経過に従い連続的に変動する物体を追跡する
全てのシステムに適用できるビジョン処理技法である。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、溶接中に
発生するスパター、アーク光、及びいろんな雑光による
影響を排除して、劣悪な作業条件の高出力アーク溶接工
程中高精度の自動溶接が可能で、生産性の向上及び溶接
工程の信頼性を図り得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るビジョン処理技法に使用される
ビジョンセンサーを示した図である。
【図２】 本発明に係るビジョン処理技法によりレーザ
ー帯を追跡する状態を説明するための図である。
【図３】 （Ａ）〜（Ｃ）は、弾性コンツアーに作用す
る外部力を説明するための図である。
【図４】 本発明に係るビジョン処理技法に使用される
形状記憶弾性コンツアーモデルを説明するための図であ
る。
【図５】 （Ａ）〜（Ｃ）は、従来のビジョン処理技法
を説明するための図である。
【図６】 従来のビジョン処理技法に使用される映像検
出フィルタを説明するための図である。
【符号の説明】
１０ レーザーダイオード １２ 円筒形レンズ １４ 鏡 １６ 線形化されたレーザー光 ２０ 狭帯域パスフィルタ（帯域フィルタ） ２４ ＣＣＤカメラ（カメラ） ２８ 形状記憶弾性コンツアー ３０ 外部作用力（外部力） ３４ 無摩擦スライダ ３６ オイルダンパー ３８ 剛体 ４０ 弾性ロード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 捕捉された物体の映像を処理して物体の
    位置及び形状情報を導出するビジョン処理技法におい
    て、自分の形状を維持しながら外部から作用する力によ
    り形状変化及び位置移動の可能な概念を有する形状記憶
    弾性コンツアーモデルを形成する段階と、該形状記憶弾
    性コンツアーモデルを捕捉しようとする物体の映像に近
    似するように作った後、大略捕捉された物体の映像が置
    かれるべき予想位置に置く初期化段階と、前記捕捉され
    た物体の映像から発生する外部力に対応して前記形状記
    憶弾性コンツアーモデルを変形させる段階と、該変形さ
    れたモデルで捕捉された物体の映像座標を導出する段階
    と、を行うビジョン処理技法。
  2. 【請求項２】 前記形状記憶弾性コンツアーモデルは、
    固有形状を示す剛体と、該剛体に対し変位運動を行う弾
    性ロードと、該弾性ロードの運動を干渉する無摩擦スラ
    イダと、前記弾性ロードの質量中心点と前記剛体とを連
    結するオイルダンパーと、を備えて物体の位置及び形状
    を導出するように作用することを特徴とする請求項１記
    載のビジョン処理技法。
  3. 【請求項３】 レーザー光を放出するレーザーダイオー
    ドと、線形光を作る円筒形レンズと、前記レーザー光の
    経路を斜線形状に変化させる鏡と、線形レーザー光の投
    影された溶接試片を見るカメラと、前記レーザー光を選
    択的に通過させる帯域フィルタと、を備えたことを特徴
    とするビジョンセンサー。
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