(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法において、ワーク上のティーチングポイントで交差角θで交差する線分Ａと線分Ｂからなるレーザ加工ラインをレーザ加工ヘッドに設けた撮像手段にて撮像することにより前記レーザ加工ラインを特徴点として原画像を抽出して表示器に表示すると共に前記レーザ加工ラインの交差角θを計測し、前記レーザ加工ラインの一方の線分Ａを前記表示器に表示されたクロスターゲットのＹ軸に平行に位置させ、この線分ＡのＸ軸方向のピクセル座標を算出すると共に前記レーザ加工ラインの他方の線分Ｂを前記クロスターゲットのＹ軸に平行な位置になるべく前記交差角θ分回転させて、この線分ＢのＸ軸方向のピクセル座標を算出し、前記原画像を回転させて得た前記線分Ａと線分Ｂのピクセル座標のデータを元に、前記原画像の回転前のピクセル座標に変換することにより前記線分Ａと線分Ｂの交点のピクセル座標を求めることを特徴とするＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法。
【請求項２】
前記原画像を撮像手段にて空間フィルタを介して撮像すると共に前記表示器の検出レベルを最大値に対して決定することを特徴とする請求項１記載のＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法。
【請求項３】
レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング装置において、ワーク上のティーチングポイントを撮像する撮像手段を設けると共にこの撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器を設け、この表示器に表示されたティーチングポイントの原画像における交差角θで交差する線分Ａと線分Ｂからなるレーザ加工ラインの一方の線分Ａを前記表示器に表示されたクロスターゲットのＹ軸に平行に位置させ、この線分ＡのＸ軸方向のピクセル座標を算出すると共に前記レーザ加工ラインの他方の線分Ｂを前記クロスターゲットのＹ軸に平行な位置になるべく前記交差角θ分回転させて、この線分ＢのＸ軸方向のピクセル座標を算出し、前記原画像を回転させて得た二つの線分Ａと線分Ｂの前記ピクセル座標のデータを元に、前記原画像の回転前のピクセル座標に変換する演算処理装置を備えた制御装置を設け、前記線分Ａと線分Ｂの交点のピクセル座標を求めることを特徴とするＹＡＧレーザ加工機のティーチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元レーザ加工を行うＹＡＧレーザ加工機においてＹＡＧレーザ光の焦点位置をワークのレーザ加工点に合わせるティーチング方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＹＡＧレーザにより三次元ワークを溶接加工するＹＡＧレーザ加工機は、通常ティーチングプログラムに基づいて自動的に行われる、いわゆるティーチングプレイバック方式が採用されている。
【０００３】
実際、ＹＡＧレーザによる溶接線は細いためにティーチングポイントの精度は高精度が要求される。また、板金製品には精度的に限界があるのでセッティング時にワーク毎に溶接線を一致させることは困難であるために、各ティーチングポイントをＣＣＤカメラで画像を取得し、画像処理により溶接線を検出して補正したティーチングプログラムを作成するシステムが試作されている。
【０００４】
この画像処理システムでは、ティーチング時に、ワークのレーザ加工点をＹＡＧレーザ光と同軸上で撮影できるようにミラーが用いられ、このミラーに反射されたワークのレーザ加工点をＣＣＤカメラで撮像し、この撮像された画像は電気的に送られてモニタに表示される。
【０００５】
モニタ上にはクロスターゲットが備えられており、このクロスターゲットにＹＡＧレーザ光の光軸を一致するように設定可能に設けられている。このようにＹＡＧレーザ光の光軸に一致させたクロスターゲットをモニタ上でワークの溶接線に合わせるようにレーザ加工ヘッドを前後左右方向（ワークの表面上を二次元的な方向）に移動せしめることにより、ＹＡＧレーザ光の光軸をワークの溶接線に一致させるべくティーチングする。
【０００６】
また、レーザ加工ヘッドのＺ方向（高さ方向）を調整する方法としては、予めＣＣＤカメラのピントがＹＡＧレーザ光の焦点位置に一致するように調整しておき、実際のワークのレーザ加工点にＹＡＧレーザ光の焦点位置を合わせるにはＣＣＤカメラのピントが合う位置で決定する。
【０００７】
上記の方法を順次繰り返しながらティーチングポイントが蓄積されてティーチングプログラムが作成される。
【０００８】
上記のようなティーチング方法を用いて溶接線を検出するための画像処理アルゴリズムは、パターンマッチングやライン検出などがある。また、ラインを検出するために特徴を出すための各種空間フィルタが準備されている。空間フィルタを各種組み合わせることによりラインを強調することが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のティーチング方法における画像処理による溶接線の検出方法には予め取得したパターンに対してパターンマッチングを実行し、その相関値により判断して検出する方法がある。
【００１０】
この方法では、相関値で検出の判断をしているが、似たような画像の場合は誤検出をしたり、照明の具合によっては未検出になったりするという問題点があった。
【００１１】
また、パターンマッチングによる検出では精度的に足りないことが発生するという問題点があった。
【００１２】
また、射影処理を実行することにより、水平または垂直方向に対して濃度の違いから溶接ラインの特徴を抽出することが可能であるが、溶接ラインが垂直または水平方向に限定されてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、溶接ラインが例えば２つの線分からなり、この２つの線分に角度が付いていたり、円弧の線分からなる場合には検出することが難しく、たとえ検出できたとしても誤差をかなり含んでしまう恐れがあるという問題点があった。
【００１４】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、角度の付いた溶接ラインの検出や、円弧部分の溶接ラインの検出や、外部の照明等の影響を受けにくい溶接ラインの検出や、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインの検出を可能とし、検出の応用範囲を拡大してシステム全体の汎用性を向上し得るＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法およびその装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明のＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法は、レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法において、ワーク上のティーチングポイントで交差角θで交差する線分Ａと線分Ｂからなるレーザ加工ラインをレーザ加工ヘッドに設けた撮像手段にて撮像することにより前記レーザ加工ラインを特徴点として原画像を抽出して表示器に表示すると共に前記レーザ加工ラインの交差角θを計測し、前記レーザ加工ラインの一方の線分Ａを前記表示器に表示されたクロスターゲットのＹ軸に平行に位置させ、この線分ＡのＸ軸方向のピクセル座標を算出すると共に前記レーザ加工ラインの他方の線分Ｂを前記クロスターゲットのＹ軸に平行な位置になるべく前記交差角θ分回転させて、この線分ＢのＸ軸方向のピクセル座標を算出し、前記原画像を回転させて得た前記線分Ａと線分Ｂのピクセル座標のデータを元に、前記原画像の回転前のピクセル座標に変換することにより前記線分Ａと線分Ｂの交点のピクセル座標を求めることを特徴とするものである。
【００１６】
したがって、レーザ加工ラインを構成する２つの線分の交差角に応じて各線分の射影処理可能な位置に角度分回転せしめて各線分の座標毎に検出するので、角度の付いた溶接ラインの検出や円弧部分の溶接ラインの検出が容易に行なわれる。したがって、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインの検出が可能となり、検出の応用範囲が拡大されてシステム全体の汎用性が向上する。
【００１７】
請求項２によるこの発明のＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法は、請求項１記載のＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法において、前記原画像を撮像手段にて空間フィルタを介して撮像すると共に前記表示器の検出レベルを最大値に対して決定することを特徴とするものである。
【００１８】
したがって、原画像が撮像手段にて空間フィルタを介して撮像され、表示器の検出レベルが最大値に対して決定されるので、外部の照明等の影響を受けにくい溶接ラインの検出が容易に行われる。
【００１９】
請求項３によるこの発明のＹＡＧレーザ加工機のティーチング装置は、レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング装置において、ワーク上のティーチングポイントを撮像する撮像手段を設けると共にこの撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器を設け、この表示器に表示されたティーチングポイントの原画像における交差角θで交差する線分Ａと線分Ｂからなるレーザ加工ラインの一方の線分Ａを前記表示器に表示されたクロスターゲットのＹ軸に平行に位置させ、この線分ＡのＸ軸方向のピクセル座標を算出すると共に前記レーザ加工ラインの他方の線分Ｂを前記クロスターゲットのＹ軸に平行な位置になるべく前記交差角θ分回転させて、この線分ＢのＸ軸方向のピクセル座標を算出し、前記原画像を回転させて得た二つの線分Ａと線分Ｂの前記ピクセル座標のデータを元に、前記原画像の回転前のピクセル座標に変換する演算処理装置を備えた制御装置を設け、前記線分Ａと線分Ｂの交点のピクセル座標を求めることを特徴とするものである。
【００２０】
したがって、請求項１記載の作用と同様であり、レーザ加工ラインを構成する２つの線分の交差角に応じて各線分の射影処理可能な位置に角度分回転せしめて各線分の座標毎に検出するので、角度の付いた溶接ラインの検出や円弧部分の溶接ラインの検出が容易に行なわれる。したがって、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインの検出が可能となり、検出の応用範囲が拡大されてシステム全体の汎用性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工におけるティーチング方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図２３を参照するに、本実施の形態に係わるＹＡＧレーザ加工機１は、制御装置としての例えばロボットコントローラ３とは別に設けられたレーザ発振器５からＹＡＧレーザ光ＬＢが発振され、このＹＡＧレーザ光ＬＢが光ファイバ７に導かれてレーザ自動加工機としての例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元方向に移動可能なロボット９、いわゆる多関節ロボットのアーム１１の先端に設けられたレーザ加工ヘッド１３へ送られる。
【００２３】
また、ロボット９は床面上で水平面方向に回転自在なロボット本体１５の上部にブーム１７が前後方向に回動自在に設けられており、このブーム１７の先端には前記アーム１１が上下方向に回動自在に設けられている。アーム１１の先端にはレーザ加工ヘッド１３がヘッド支持アーム１９により水平面方向に首振り可能に設けられ、且つヘッド支持アーム１９の長手方向に対して直交する方向に旋回自在に設けられている。
【００２４】
なお、光ファイバ７はレーザ発振器５とレーザ加工ヘッド１３の加工点との位置関係は基本的に自由である。
【００２５】
レーザ加工ヘッド１３の先端部には、ＹＡＧレーザ光ＬＢを集光するための集光レンズ（図示省略）が備えられており、このＹＡＧレーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１３に備えられているノズル２１からワークＷに向けて出射されて所望の形状に切断や溶接加工などのレーザ加工が行なわれる。
【００２６】
なお、ロボット９としては上述した多関節ロボットに限定されず、アーム１１が直交座標上を移動自在の直交座標系ロボットでも構わない。この場合のレーザ加工ヘッド１３はアーム１１に昇降自在に設けられる。
【００２７】
図２４を参照するに、光ファイバ７の先端から出射されるＹＡＧレーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１３内に設けられたコリメータレンズ（図示省略）により平行光とされ、この平行光は集光レンズで集光されるよう構成されている。なお、集光レンズとワークＷの間にはスパッタ・ヒュームから保護するための保護ガラス（図示省略）が設けられている。
【００２８】
また、集光レンズで集光されたＹＡＧレーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１３の下部に設けたノズルホルダの先端に備えたノズル２１を通過してワークＷに照射される。
【００２９】
なお、レーザ加工ヘッド１３内にはアシストガス（シールドガス）が供給され、このアシストガスはノズル２１からＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に噴射される。
【００３０】
また、レーザ加工ヘッド１３内には、ティーチングする際にＹＡＧレーザ光ＬＢと同軸上でワークＷ上の溶接線を確認するために画像処理システムを構成する撮像手段としての例えばＣＣＤカメラ２３が配置されている。本実施の形態では、回転ベンドミラー２５が図２４の矢印に示されているようにロータリアクチュエータ２７によりほぼ水平面で回動するように構成されて前述したコリメータレンズと集光レンズとの間のＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に出没自在に設けられており、ティーチング時のみＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に前進し、それ以外は後退する。前記ＣＣＤカメラ２３の下部には固定ベンドミラー２８が設けられている。
【００３１】
再度、図２３を参照するに、ＣＣＤカメラ２３はカメラ用信号ケーブル２９により画像処理システムを構成する画像処理装置３１を経てロボット９に搭載された表示器としての例えばモニタ３３に接続されている。なお、画像処理装置３１はロボットコントローラ３に通信ケーブル３５を介して電気的に接続されている。
【００３２】
したがって、ワークＷ上の溶接線は回転ベンドミラー２５に反射されて固定ベンドミラー２８を経てＣＣＤカメラ２３に撮像され、ＣＣＤカメラ２３で得られた画像はモニタ３３上に表示される。なお、モニタ３３の画面上には上下左右方向に移動位置決め自在なクロスターゲットＣＴが表示されている。
【００３３】
上記構成により、まず、レーザ加工ヘッドのＺ方向（高さ方向）を調整する方法としては、予めＣＣＤカメラ２３のピントがＹＡＧレーザ光の焦点位置に一致するように調整しておき、実際のワークのレーザ加工点にＹＡＧレーザ光の焦点位置を合わせるにはＣＣＤカメラ２３のピントが合う位置で決定する。
【００３４】
また、他のレーザ加工ヘッドのＺ方向（高さ方向）を調整する方法としては、高さ方向を検出する高さ方向検出装置としての例えばレーザセンサ、超音波センサ、近接センサ、静電容量センサなどの距離を検出するセンサやその他のセンサを使用しても構わない。あるいはその他のＺ方向を調整する方法を用いても構わない。
【００３５】
Ｘ−Ｙ方向の位置合わせは、クロスターゲットＣＴの中心位置がＹＡＧレーザ光の光軸であるので、クロスターゲットＣＴの中心をレーザ加工位置に合わせるようにレーザ加工ヘッド１３が前後左右方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動される。
【００３６】
上記構成により、図２４を参照するに、ロータリアクチュエータ２７が作動して回転ベンドミラー２５がＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上へ前進するよう回動してＣＣＤカメラ２３によりＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸上の画像が撮像可能となる。
【００３７】
ワークＷのレーザ加工ラインとしての溶接ラインが回転ベンドミラー２５に反射されて固定ベンドミラー２８を経てＣＣＤカメラ２３に撮像され、ＣＣＤカメラ２３で得られた画像がモニタ３３上に表示される。なお、ロボットコントローラ３と画像処理システムの通信ポートは通信ケーブル３５を介して接続される。
【００３８】
図２３を参照するに、前記画像処理装置３１における中央処理装置としての例えばＣＰＵ４１には、レーザ加工条件や加工プログラム等のデータを入力する入力装置４３と表示装置４５が接続されており、この入力されたデータを記憶するメモリ４７と、モニタ３３に表示されたティーチングポイントの原画像における交差角を有する２つの線分からなる溶接ラインＷＬの一方の線分Ａを射影処理可能な位置に角度θの分回転せしめて前記一方の線分Ａのビジョン座標を算出すると共に前記溶接ラインＷＬの他方の線分Ｂを射影処理可能な位置に角度θの分回転せしめて前記他方の線分Ｂのビジョン座標を算出し、前記原画像を回転せしめて得た２つの線分のビジョン座標のデータを元に、回転前の座標に変換する演算処理装置４９とが上記のＣＰＵ４１に接続されている。なお、前記ロボットコントローラ３はロボット９をコントロールするものである。
【００３９】
本発明の実施の形態の主要部をなすＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法としての画像処理アルゴリズムの方法について、図面を参照して説明する。
【００４０】
各ティーチングポイントでは原画像が取得されるのであるが、本実施の形態では図２に示される画像のティーチングポイントを検出することについて説明する。
【００４１】
図２を参照するに、ワーク上の１つのティーチングポイントが前述したようにＣＣＤカメラ２３に撮像されてモニタ３３上に表示されたワークの溶接ラインＷＬの原画像が示されている。溶接ラインＷＬは黒い部分が左側のワークＷ１と右側のワークＷ２との付き合わせ部分の隙間Ｓを表しており、右側のワークＷ２は端縁の板厚が画像として示されている。
【００４２】
この溶接ラインＷＬはほぼ直線をなす２つの線分Ａ，Ｂからなる角継手の角部を示すもので、パターンマッチング処理にて検出されている。しかし、照明の照度により検出しにくかったりすることがある。したがって、照明による影響を受けずに溶接ラインＷＬの特徴を検出する必要性がある。なお、線分Ａ，Ｂの交差角θはほぼ４５°である。検出したいポイントは線分Ａと線分Ｂの交点である。
【００４３】
最初に、線分Ａの位置を求めてピクセル座標系のＸ座標を求める。そのために原画像に空間フィルタft1を使用して第１フィルタ処理が行われる。この場合、 線分Ａは図３において垂直ラインであるので、線分Ａの位置を明確にするために図３において横方向の空間フィルタft1を左から実施したものである。なお、求 める線分が水平ラインの場合は、図３において縦方向の空間フィルタを上から実施される。
【００４４】
上記の第１フィルタ処理の結果として得られた原画像は図３に示されているように溶接ラインＷＬの隙間Ｓに隣接するワークＷ１の縁が白く光った反射線ＲＦ１となる。図３では反射線ＲＦ１を目立たせるためにハッチングで縁取りが施されている。
【００４５】
空間フィルタft1の中身の演算子は、
【数１】
0004395213.tif 000002
となる。
【００４６】
次に、図４を参照するに、原画像に空間フィルタft2を使用して第２フィルタ 処理が行われる。この場合、図４において垂直ラインである線分Ａは、横方向の空間フィルタft2を右から実施したものである。なお、求める線分が図４におい て水平ラインの場合は、図４において縦方向の空間フィルタを下から実施される。
【００４７】
上記の第２フィルタ処理の結果として得られた画像は図４に示されているように溶接ラインＷＬの隙間Ｓに隣接するワークＷ２の縁が白く光った反射線ＲＦ２となる。図４では反射線ＲＦ２を目立たせるために縁取りが施されている。
【００４８】
空間フィルタft2の中身の演算子は、
【数２】
0004395213.tif 000003
となる。
【００４９】
上記の空間フィルタft1処理画像と空間フィルタft2処理画像は最大値演算が実行される。この最大値演算結果画像は図５に示されている通りである。
【００５０】
図５の最大値演算結果画像に対して垂直方向に射影演算処理が実行され、あるレベル以上で検索されると、図５における左側ラインと右側ラインに該当する部分が図６に示されているように左側ラインと右側ラインの２つのピークとして検出される。また、検出レベルは最大値の６０〜８０％程度である。
【００５１】
今回、検出したいラインは左側であるので、301が検出点となる。したがって 、ピクセル座標上のＸ座標ＰXは、ＰX＝301となる。
【００５２】
なお、求める線分が水平ラインの場合は、上記のようにして得られた最大値演算結果画像に対しては水平方向に射影演算処理が実行される。なお、この射影演算処理で得られた値が水平ラインの場合Ｙ座標となる。
【００５３】
また、左右上下のどちらを選択するかは予め設定されたパラメータにより決定される。
【００５４】
次に、線分Ｂの位置を求めてピクセル座標系のＸ座標を求める。そのためには図２の原画像が線分Ａ，Ｂの公差角度θの分だけ、つまり本実施の形態では図７に示されているように４５°の角度分だけが反時計回り方向に回転される。回転中心は画像の中心とされる。
【００５５】
上記のような４５°回転画像には、線分Ａの場合と同様に、空間フィルタft1 を使用して第１フィルタ処理が行われ、線分Ｂは図８において垂直ラインであるので、線分Ｂの位置を明確にするために図８において横方向の空間フィルタft1 を左から実施したものである。なお、求める線分が水平ラインの場合は、図８において縦方向の空間フィルタを上から実施される。
【００５６】
上記の第１フィルタ処理の結果として得られた画像は図８に示されているように溶接ラインＷＬに隣接するワークＷ１の縁が白く光った反射線ＲＦ３となる。図８では反射線ＲＦ３を目立たせるためにハッチングで縁取りが施されている。
【００５７】
空間フィルタft3の中身の演算子は、
【数３】
0004395213.tif 000004
となる。
【００５８】
次に、図９を参照するに、４５°回転画像に空間フィルタft2を使用して第２ フィルタ処理が行われる。この場合、図９において垂直ラインである線分Ｂは、横方向の空間フィルタft2を右から実施したものである。なお、求める線分が図 ９において水平ラインの場合は、図９において縦方向の空間フィルタを下から実施される。
【００５９】
上記の第２フィルタ処理の結果として得られた画像は図９に示されているように溶接ラインＷＬに隣接するワークＷ２の縁が白く光った反射線ＲＦ４となる。図９では反射線ＲＦ４を目立たせるために縁取りが施されている。
【００６０】
空間フィルタft4の中身の演算子は、
【数４】
0004395213.tif 000005
となる。
【００６１】
上記の空間フィルタft1処理画像と空間フィルタft2処理画像は最大値演算が実行される。この最大値演算結果画像は図１０に示されている通りである。
【００６２】
図１０の最大値演算結果画像に対して垂直方向に射影演算処理が実行され、あるレベル以上で検索されると、図７における左側ラインに該当する部分が図１１に示されているように隙間Ｓの左側と隙間Ｓの右側の２つのピークとして検出される。また、検出レベルは最大値の６０〜８０％程度である。
【００６３】
隙間Ｓの左側を検出点とした場合、314が検出点となる。４５°回転の中心は （255,239）であるので、図１に示されているようにピクセル座標上のＸ座標ＰX(45°)は上記の回転中心からの距離を算出すると、ＰX(45°)＝314−255=59となる。
【００６４】
なお、求める線分が水平ラインの場合は、上記のようにして得られた最大値演算結果画像に対しては水平方向に射影演算処理が実行される。なお、この射影演算処理で得られた値が水平ラインの場合Ｙ座標となる。
【００６５】
また、左右上下のどちらを選択するかは予め設定されたパラメータにより決定される。
【００６６】
４５°回転前の原画像における標準座標でのピクセル座標の中心からのＹ座標ΔＹを算出すると、Ｙ座標ΔＹはΔＹ＝ΔＰX(45°)×sinθの式で算出できる。
【００６７】
したがって、図１に示されているようにＹ座標ΔＹは、
ΔＹ＝ΔＰX(45°)×sin45°
＝59×sin45°
＝41.719
ΔＹは中心座標からの値であるので、検出点のＹ座標は上記のΔＹに中心座標のＹ座標値を加算することにより算出される。中心座標（255,239）を考慮する と、
Ｙ＝ΔＹ＋239
＝41.719＋239
＝280.719
以上のことから得られた（Ｘ，Ｙ）が検出点となる。したがって、検出点のピクセル座標での検出座標は図１に示されているように（301，281）である。
【００６８】
本発明の実施の形態の主要部をなすＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法について他のティーチングポイントにおける画像処理アルゴリズムの方法について、図面を参照して説明する。
【００６９】
図１２を参照するに、ティーチングポイントがＣＣＤカメラ２３に撮像され、ワークの溶接ラインＷＬ（継ぎ目ライン）の原画像がモニタ３３上に表示されている。このティーチングポイントの溶接ラインＷＬは直線と曲線とからなっており、黒い部分が左側のワークＷ１と右側のワークＷ２との付き合わせ部分の隙間Ｓを表しており、左側のワークＷ２は端縁の板厚が画像として示されている。
【００７０】
直線と曲線とからなる溶接ラインＷＬの検出したいポイントの変曲点は、図１２に示されているように線分Ａと曲線に近似した線分Ｂの交点である。なお、線分Ｂにおける直線への近似はオペレータの指示によるものである。オペレータが直線を近似すると角度θは自動的に算出される。この実施の形態では、角度θはθ＝１０°である。
【００７１】
なお、角度θは溶接ラインＷＬの曲線の曲率半径Ｒによって変化するものである。例えば曲率半径Ｒが小さくなると角度θは大きくなっていき、曲率半径Ｒが大きくなると角度θは小さくなっていくのであるが、後者の場合は開始点の誤差が溶接線に対する影響が少なくなってくる。曲率半径Ｒが大きい場合、ティーチングポイントを増やして補間精度を向上した方が有効である。
【００７２】
検出点の求め方は、前述した図１における画像の場合とほぼ同様である。
【００７３】
最初に、線分Ａの位置を求めてピクセル座標系のＸ座標を求めるために、原画像に空間フィルタft1を使用して第１フィルタ処理が行われる。この場合、線分 Ａは図１３において垂直ラインであるので、線分Ａの位置を明確にするために図１３において横方向の空間フィルタft1を左から実施したものである。
【００７４】
上記の第１フィルタ処理の結果として得られた原画像は図１３に示されているように溶接ラインＷＬの隙間Ｓに隣接するワークＷ１の縁が白く光った反射線ＲＦ１となる。図１３では反射線ＲＦ１を目立たせるために縁取りが施されている。
【００７５】
空間フィルタft1の中身の演算子は、
【数５】
0004395213.tif 000006
となる。
【００７６】
次に、図１４を参照するに、原画像に空間フィルタft2を使用して第２フィル タ処理が行われる。この場合、図１４において垂直ラインである線分Ａは、横方向の空間フィルタft2を右から実施したものである。
【００７７】
上記の第２フィルタ処理の結果として得られた画像は図１４に示されているように溶接ラインＷＬの隙間Ｓに隣接するワークＷ２の縁が白く光った反射線ＲＦ２となる。図１４では反射線ＲＦ２を目立たせるためにハッチングで縁取りが施されている。
【００７８】
空間フィルタft2の中身の演算子は、
【数６】
0004395213.tif 000007
となる。
【００７９】
上記の空間フィルタft1処理画像と空間フィルタft2処理画像は最大値演算が実行される。この最大値演算結果画像は図１５に示されている通りである。
【００８０】
図１５の最大値演算結果画像に対して垂直方向に射影演算処理が実行され、あるレベル以上で検索されると、図１５における溶接ラインＷＬの隙間Ｓの左側と隙間Ｓの右側に該当する部分が図１６に示されているように２つのピークとして検出される。なお、ワークＷ１の左端も僅かに跳ね上がっている。また、検出レベルは最大値の６０〜８０％程度である。
【００８１】
今回、検出したいラインは隙間Ｓの左側であるので、292が検出点となる。し たがって、ピクセル座標上のＸ座標ＰXは、ＰX＝292となる。
【００８２】
次に、線分Ｂの位置を求めてピクセル座標系のＸ座標を求める。そのためには図１２の原画像が線分Ａ，Ｂ角度θの分だけ、つまり本実施の形態では図１７に示されているように１０°の角度分だけが時計回り方向に回転される。回転中心は画像の中心とされる。
【００８３】
上記のような１０°回転画像には、線分Ａの場合と同様に、空間フィルタft1 を使用して第１フィルタ処理が行われ、線分Ｂは図１８において垂直ラインであるので、線分Ｂの位置を明確にするために図１８において横方向の空間フィルタft1を左から実施したものである。
【００８４】
上記の第１フィルタ処理の結果として得られた画像は図１８に示されているように溶接ラインＷＬに隣接するワークＷ１の縁が白く光った反射線ＲＦ３となる。図１８では反射線ＲＦ３を目立たせるために縁取りが施されている。
【００８５】
この場合の空間フィルタft3の中身の演算子は、
【数７】
0004395213.tif 000008
となる。
【００８６】
次に、図１９を参照するに、１０°回転画像に空間フィルタft2を使用して第 ２フィルタ処理が行われる。この場合、図１９において垂直ラインである線分Ｂは、横方向の空間フィルタft2を右から実施したものである。
【００８７】
上記の第２フィルタ処理の結果として得られた画像は図１９に示されているように溶接ラインＷＬに隣接するワークＷ２の縁が白く光った反射線ＲＦ４となる。図１９では反射線ＲＦ４を目立たせるためにハッチングで縁取りが施されている。
【００８８】
空間フィルタft4の中身の演算子は、
【数８】
0004395213.tif 000009
となる。
【００８９】
上記の空間フィルタft1処理画像と空間フィルタft2処理画像は最大値演算が実行される。この最大値演算結果画像は図２０に示されている通りである。
【００９０】
図２０の最大値演算結果画像に対して垂直方向に射影演算処理が実行され、あるレベル以上で検索されると、図１７における溶接ラインＷＬの隙間Ｓに該当する部分が図２１に示されているように隙間Ｓの１つのピークとして検出される。また、検出レベルは最大値の６０〜８０％程度である。
【００９１】
隙間Ｓを検出点とした場合、293が検出点となる。１０°回転の中心は（255,239）であるので、図２２に示されているようにピクセル座標上のＸ座標ＰX(10°)は上記の回転中心からの距離を算出すると、ＰX(10°)＝293−255=38となる。
【００９２】
１０°回転前の原画像における標準座標でのピクセル座標の中心からのＹ座標ΔＹを算出すると、Ｙ座標ΔＹはΔＹ＝ΔＰX(10°)×sinθの式で算出できる。
【００９３】
したがって、図２２に示されているようにＹ座標ΔＹは、
ΔＹ＝ΔＰX(10°)×sin(-10°)
＝38×sin(-10°)
＝-6.6
ΔＹは中心座標からの値であるので、検出点のＹ座標は上記のΔＹに中心座標のＹ座標値を加算することにより算出される。中心座標（255,239）を考慮する と、
Ｙ＝239＋ΔＹ
＝239−6.6
＝232.4
以上のことから得られた（Ｘ，Ｙ）が検出点となる。したがって、検出点のピクセル座標での検出座標は図２２に示されているように（292，232）である。
【００９４】
以上の２つの実施の形態から、溶接ラインＷＬを構成する２つの線分Ａ，Ｂの交差角θに応じて各線分Ａ，Ｂの射影処理可能な位置に合わせるように任意の角度分だけ回転せしめて各線分Ａ，Ｂの座標毎に検出するので、角度の付いた溶接ラインＷＬの検出や、円弧部分の溶接ラインＷＬの検出や、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインＷＬの検出を容易に行うことができるその結果、検出の応用範囲が拡大されるのでシステム全体の汎用性が向上する。
【００９５】
また、原画像がＣＣＤカメラ２３等の撮像手段にて各種空間フィルタft1，ft2を介して撮像され、モニタ３３等の表示器の検出レベルが最大値に対して決定されるので、外部の照明等の影響を受けにくい溶接ラインＷＬであっても検出が容易に行われる。
【００９６】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００９７】
任意の角度の２つの線分の溶接ラインの検出が可能であり、円弧と円弧の２つの線分からなる交点であっても、直線に近似できれば検出可能である。
【００９８】
また、画像の回転中心は表示器の画面の中心としたが、任意のティーチングポイントを回転中心としても構わない。
【００９９】
また、前述した実施の形態ではモニタの全画面に対して射影処理を行ったが、選択された範囲に対して射影処理を実行して精度向上を行うこともできる。
【０１００】
また、前述した発明の実施の形態では空間フィルタを垂直方向（または水平方向）にするために画像を回転させたが、任意の角度方向に空間フィルタ処理を実施しても構わない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、レーザ加工ラインを構成する２つの線分の交差角に応じて各線分の射影処理可能な位置に角度分回転せしめて各線分の座標毎に検出するので、角度の付いた溶接ラインの検出や円弧部分の溶接ラインの検出を容易に行うことができる。したがって、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインの検出を行うことができ、検出の応用範囲を拡大してシステム全体の汎用性を向上できる。
【０１０２】
請求項２の発明によれば、原画像を撮像手段にて空間フィルタを介して撮像し、表示器の検出レベルを最大値に対して決定するので、外部の照明等の影響を受けにくい溶接ラインの検出を容易に行うことができる。
【０１０３】
請求項３の発明によれば、請求項１記載の効果と同様であり、レーザ加工ラインを構成する２つの線分の交差角に応じて各線分の射影処理可能な位置に角度分回転せしめて各線分の座標毎に検出するので、角度の付いた溶接ラインの検出や円弧部分の溶接ラインの検出を容易に行うことができる。したがって、パターンマッチングなどより検出精度の高い溶接ラインの検出を行うことができ、検出の応用範囲を拡大してシステム全体の汎用性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すもので、ティーチングポイントにおける原画像の検出点を算出した画像模式図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すもので、ティーチングポイントにおける原画像の模式図である。
【図３】図２の原画像に第１空間フィルタを施した第１空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図４】図２の原画像に第２空間フィルタを施した第２空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図５】図２の第１空間フィルタ処理画像と第２空間フィルタ処理画像に最大演算を実行した最大値演算結果画像の模式図である。
【図６】図５の最大値演算結果画像を垂直方向に射影演算を実行したときのグラフである。
【図７】図２の原画像を反時計回り方向に４５°回転させたときの４５°回転画像の模式図である。
【図８】図７の４５°回転画像に第１空間フィルタを施した第１空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図９】図７の４５°回転画像に第２空間フィルタを施した第２空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図１０】図７の第１空間フィルタ処理画像と第２空間フィルタ処理画像に最大演算を実行した最大値演算結果画像の模式図である。
【図１１】図１０の最大値演算結果画像を垂直方向に射影演算を実行したときのグラフである。
【図１２】本発明の他の実施の形態を示すもので、ティーチングポイントにおける原画像の模式図である。
【図１３】図１２の原画像に第１空間フィルタを施した第１空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図１４】図１２の原画像に第２空間フィルタを施した第２空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図１５】図１２の第１空間フィルタ処理画像と第２空間フィルタ処理画像に最大演算を実行した最大値演算結果画像の模式図である。
【図１６】図１５の最大値演算結果画像を垂直方向に射影演算を実行したときのグラフである。
【図１７】図１２の原画像を時計回り方向に１０°回転させたときの１０°回転画像の模式図である。
【図１８】図１７の１０°回転画像に第１空間フィルタを施した第１空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図１９】図１７の１０°回転画像に第２空間フィルタを施した第２空間フィルタ処理画像の模式図である。
【図２０】図１７の第１空間フィルタ処理画像と第２空間フィルタ処理画像に最大演算を実行した最大値演算結果画像の模式図である。
【図２１】図２０の最大値演算結果画像を垂直方向に射影演算を実行したときのグラフである。
【図２２】図１２のティーチングポイントにおける原画像の検出点を算出した画像模式図である。
【図２３】本発明の実施の形態に係わるＹＡＧレーザ加工機の全体図である。
【図２４】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ加工ヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
１  ＹＡＧレーザ加工機
３  ロボットコントローラ（制御装置）
９  ロボット（レーザ自動加工機）
１３  レーザ加工ヘッド
２１  ノズル
２３  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３１  画像処理装置（画像処理システム）
３３  モニタ（表示器）
３５  通信ケーブル
ＬＢ  ＹＡＧレーザ光
ＣＴ  クロスターゲット
【図１】
0004395213.tif 000010
【図２】
0004395213.tif 000011
【図３】
0004395213.tif 000012
【図４】
0004395213.tif 000013
【図５】
0004395213.tif 000014
【図６】
0004395213.tif 000015
【図７】
0004395213.tif 000016
【図８】
0004395213.tif 000017
【図９】
0004395213.tif 000018
【図１０】
0004395213.tif 000019
【図１１】
0004395213.tif 000020
【図１２】
0004395213.tif 000021
【図１３】
0004395213.tif 000022
【図１４】
0004395213.tif 000023
【図１５】
0004395213.tif 000024
【図１６】
0004395213.tif 000025
【図１７】
0004395213.tif 000026
【図１８】
0004395213.tif 000027
【図１９】
0004395213.tif 000028
【図２０】
0004395213.tif 000029
【図２１】
0004395213.tif 000030
【図２２】
0004395213.tif 000031
【図２３】
0004395213.tif 000032
【図２４】
0004395213.tif 000033