JPH08300178A - Laser beam machine - Google Patents
Laser beam machineInfo
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- JPH08300178A JPH08300178A JP8001829A JP182996A JPH08300178A JP H08300178 A JPH08300178 A JP H08300178A JP 8001829 A JP8001829 A JP 8001829A JP 182996 A JP182996 A JP 182996A JP H08300178 A JPH08300178 A JP H08300178A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザビーム照射用
の出射光学系あるいはワークを変位させてワークに対す
る溶接や切断加工を行うレーザ加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for displacing an emission optical system for irradiating a laser beam or a work for welding or cutting the work.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8を参照して、この種のレーザ加工装
置の一例について概略的に説明する。図8において、第
1のボールネジ機構61によりワーク(図示せず)を搭
載したワークテーブル65を一方向(ここではx軸方向
と呼ぶ)に移動可能にしている。また、第2のボールネ
ジ機構62に第1のボールネジ機構61を搭載してy軸
方向に移動可能にしている。更に、第3のボールネジ機
構63にアーム64を取り付けてz軸方向に移動可能と
し、このアーム64にはレーザビーム照射用の出射光学
系とこれをx,y,zの3軸方向に駆動する駆動部とか
ら成るレーザ照射部100を取り付けている。2. Description of the Related Art An example of this type of laser processing apparatus will be schematically described with reference to FIG. In FIG. 8, the first ball screw mechanism 61 allows a work table 65 on which a work (not shown) is mounted to be moved in one direction (herein referred to as the x-axis direction). Further, the first ball screw mechanism 61 is mounted on the second ball screw mechanism 62 so as to be movable in the y-axis direction. Further, an arm 64 is attached to the third ball screw mechanism 63 so as to be movable in the z-axis direction, and an emission optical system for laser beam irradiation and this is driven in the x-, y-, and z-axis directions on the arm 64. A laser irradiation unit 100 including a drive unit is attached.
【0003】レーザ発振源等を内蔵した駆動ユニット6
6からケーブル状に被覆された光ファイバ67が導出さ
れ、この光ファイバ67はアーム64、レーザ照射部1
00の動きに連動して変形可能な状態でレーザ照射部1
00に接続されている。レーザ発振源としては、例えば
YAGレーザ装置が用いられる。A drive unit 6 incorporating a laser oscillation source and the like
A cable-shaped optical fiber 67 is led out from the optical fiber 6, and the optical fiber 67 is connected to the arm 64 and the laser irradiation unit 1.
Laser irradiation unit 1 in a deformable state in conjunction with movement of 00
00 is connected. For example, a YAG laser device is used as the laser oscillation source.
【0004】この種のレーザ加工装置では、教示あるい
は教示支援のためにティ−チングボックス(図示せず)
が用いられる。このティ−チングボックスは、教示と実
際のレーザ加工との切り換えを行うためのスイッチ、装
置の起動、停止を行うためのスイッチやリモコン操作用
のボタン等を実装していることにより、各ボールネジ機
構や出射光学系の変位を操作できる。なお、ティ−チン
グボックスは、主制御部69に取り付けられたり、有線
で遠隔操作できるようにされている。主制御部69は、
各種の設定値等を入力したりする操作パネル69−1
や、各種データを表示するためのモニタ69−2を備え
ている。In this type of laser processing apparatus, a teaching box (not shown) is used for teaching or teaching support.
Is used. This teaching box is equipped with a switch for switching between teaching and actual laser processing, a switch for starting and stopping the device, buttons for remote control operation, etc. And the displacement of the output optical system can be controlled. The teaching box is attached to the main controller 69 or can be remotely operated by wire. The main control unit 69 is
Operation panel 69-1 for inputting various setting values
And a monitor 69-2 for displaying various data.
【0005】ところで、レーザ加工、例えば溶接を行う
場合、ワーク毎にティーチングボックスを用いてあらか
じめ教示が行われる。すなわち、自動制御による溶接を
始める前に、オペレータがティーチングボックスを操作
して教示を行う。When performing laser processing, for example, welding, teaching is performed in advance for each work using a teaching box. That is, before starting welding by automatic control, the operator operates the teaching box to teach.
【0006】図11〜図14をも参照して、出射光学系
にCCDカメラを搭載している場合の教示について説明
する。オペレータがティ−チングボックス68のスイッ
チを教示モードに選択すると、出射光学系70から教示
ビームが照射される。オペレータは、図11に示される
ように、この教示ビームを参照しながらモニタ69−2
に表示されたCCDカメラの視界内にワーク71におけ
る溶接すべき被加工線L1が入るように出射光学系70
あるいはワークテーブル65(図8)を移動させる(第
1ステップ)。なお、教示ビームは、案内の機能を有し
ていれば良いので、通常、レーザビームとは異なるビー
ム、例えばHe−Neビームが使用される。また、教示
ビームは第1ステップが終了すると、一旦停止される。With reference to FIGS. 11 to 14 as well, teachings when a CCD camera is mounted in the emission optical system will be described. When the operator selects the teaching mode with the switch of the teaching box 68, the teaching beam is emitted from the emission optical system 70. The operator refers to this teaching beam as shown in FIG. 11 and monitors 69-2.
The output optical system 70 is arranged so that the work line L1 to be welded on the work 71 is within the field of view of the CCD camera displayed in FIG.
Alternatively, the work table 65 (FIG. 8) is moved (first step). Since the teaching beam only needs to have a guiding function, a beam different from the laser beam, for example, a He-Ne beam is usually used. Further, the teaching beam is once stopped when the first step is completed.
【0007】次に、オペレータは、図12に示すよう
に、CCDカメラの画像に設定された中心点(参照点)
C1が被加工線L1の上に位置するように、出射光学系
70の位置を微調整する。なお、図12では、被加工線
L1は拡大されて、間隔の狭いハッチングで表されてい
る。中心点C1は、実際の溶接においてはレーザビーム
の光軸位置となるようにあらかじめ設定されている。そ
して、この状態を維持しながら、出射光学系70あるい
はワークテーブル65を移動させることで中心点C1を
被加工線L1の延在方向に所定距離だけ移動させる(第
2ステップ)。Next, as shown in FIG. 12, the operator sets the center point (reference point) set in the image of the CCD camera.
The position of the emission optical system 70 is finely adjusted so that C1 is located on the line L1 to be processed. In FIG. 12, the line L1 to be processed is enlarged and is shown by hatching with a narrow interval. The center point C1 is set in advance so as to be the optical axis position of the laser beam in actual welding. Then, while maintaining this state, the output optical system 70 or the work table 65 is moved to move the center point C1 by a predetermined distance in the extending direction of the line L1 to be processed (second step).
【0008】図13は、照射されるべき加工用のレーザ
ビームの焦点を被加工線L1上の加工点に一致させるス
テップ(第3ステップ)を示し、図14は、ワーク71
の加工面が曲面のような場合に照射されるべき加工用の
レーザビームの光軸をワーク71に対して垂直にするス
テップ(第4ステップ)を示しているが、これらはそれ
ぞれ、オートフォーカス機能、オートノルマル機能と呼
ばれる機能により、自動化が実現されている。いずれに
しても、オペレータは上記第1〜第4ステップを、所定
距離、通常は100mm刻みで実行し、その都度教示デ
ータの入力指定を行って教示データを記憶装置に記憶さ
せる。すなわち、オペレータは、上記のようにして得ら
れた被加工線L1の始点から終点までの出射光学系70
とワークテーブル65の位置データを上記所定距離毎に
教示データとして主制御部69に内蔵された記憶装置に
記憶させる。実際の溶接においては、主制御部69が記
憶装置から教示データを読み出し、読み出した教示デー
タを用いて出射光学系70あるいはワークテーブル65
の移動を自動制御する。FIG. 13 shows a step (third step) in which the focal point of the laser beam for processing to be irradiated is made to coincide with the processing point on the line L1 to be processed, and FIG.
Shows a step (fourth step) of making the optical axis of the laser beam for processing to be irradiated perpendicular to the work 71 when the processed surface of the object is a curved surface, each of which has an autofocus function. Automation is realized by a function called the auto normal function. In any case, the operator executes the above-mentioned first to fourth steps at a predetermined distance, usually at intervals of 100 mm, inputs teaching data each time, and stores the teaching data in the storage device. That is, the operator operates the exit optical system 70 from the start point to the end point of the line L1 to be processed obtained as described above.
The position data of the work table 65 is stored in the storage device built in the main control unit 69 as teaching data for each predetermined distance. In actual welding, the main control unit 69 reads the teaching data from the storage device and uses the read teaching data to output the optical system 70 or the work table 65.
Control the movement of.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CCD
カメラで撮影された拡大表示画面を見ても、出射光学系
70あるいはワークテーブル65の移動操作はオペレー
タが行うので、画像の中心点C1が常に溶接すべき被加
工線L1と一致するように出射光学系70あるいはワー
クテーブル65を移動させるのは難しく、教示のための
時間も長くなる。これは、特にYAGレーザによる高精
度の加工において大きな問題点となる。However, the CCD
Even when looking at the enlarged display screen imaged by the camera, since the operator performs the movement operation of the emission optical system 70 or the work table 65, the emission is performed so that the center point C1 of the image always coincides with the work line L1 to be welded. It is difficult to move the optical system 70 or the work table 65, and the time for teaching becomes long. This poses a serious problem particularly in high-precision processing with a YAG laser.
【0010】以上のような問題点に鑑み、本発明の課題
は、簡単な教示操作で高い加工精度を得るための教示デ
ータを得ることのできるレーザ加工装置を提供すること
にある。In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus which can obtain teaching data for obtaining high processing accuracy with a simple teaching operation.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、出射光学系か
ら出射されるレーザビームの光軸がワークの被加工線上
を移動するように、前記出射光学系及び前記ワークを搭
載したワークテーブルの少なくとも一方を移動させてレ
ーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記ワークの
前記被加工線を含む所定範囲の領域を撮影するためのC
CDカメラを前記出射光学系に設け、該出射光学系ある
いは前記ワークテーブルの移動に伴ない前記CCDカメ
ラからの前記被加工線を含む画像に対してあらかじめ定
められた線検出処理を行なって前記被加工線に重なるよ
うな加工線を検出するための画像処理部と、前記CCD
カメラの画像内にあらかじめ設定されて前記レーザビー
ムの光軸となるべき参照点と、前記検出された加工線上
の最近点との位置ずれを検出し、この位置ずれを補正す
るように前記出射光学系あるいは前記ワークテーブルの
駆動部を制御するコントローラとを備え、その結果得ら
れた前記出射光学系あるいは前記ワークテーブルの位置
データを教示データとして以後のレーザビームによる自
動溶接や切断加工を行うことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a work table equipped with the emitting optical system and the work so that an optical axis of a laser beam emitted from the emitting optical system moves on a work line of the work. In a laser processing apparatus that performs laser processing by moving at least one of the two, C for photographing an area of a predetermined range including the line to be processed of the workpiece
A CD camera is provided in the emitting optical system, and a predetermined line detection process is performed on an image including the processed line from the CCD camera according to the movement of the emitting optical system or the work table to perform the line detection processing. An image processing unit for detecting a processing line overlapping the processing line, and the CCD
Detecting a positional deviation between a reference point that is preset in the image of the camera and should be the optical axis of the laser beam, and the closest point on the detected machining line, and the exit optics is configured to correct this positional deviation. A controller for controlling a system or a drive unit of the work table, and performing subsequent automatic welding or cutting with a laser beam using the resulting position data of the emission optical system or the work table as teaching data. Characterize.
【0012】なお、前記画像処理部は、前記あらかじめ
定められた線検出処理としてハフ変換処理等の線検出処
理を行うことにより、前記加工線を検出する。The image processing unit detects the processed line by performing line detection processing such as Hough conversion processing as the predetermined line detection processing.
【0013】また、前記コントローラは、前記参照点と
前記検出された加工線上の最近点との位置ずれを算出し
て、この位置ずれを補正するために移動すべき位置を加
工点座標で表して出力する演算装置と、前記加工点座標
にもとづいて前記出射光学系あるいは前記ワークテーブ
ルの駆動部を制御する制御部とで構成される。Further, the controller calculates a positional deviation between the reference point and the closest point on the detected machining line, and expresses a position to be moved in order to correct the positional deviation in machining point coordinates. It is composed of an arithmetic unit for outputting and a control unit for controlling the drive unit of the emitting optical system or the work table based on the processing point coordinates.
【0014】[0014]
【作用】本発明によれば、CCDカメラによる視界を加
工すべき被加工線から外れないように出射光学系あるい
はワークテーブルを移動させるだけで教示作業を行うこ
とができ、被加工線上への精密な位置合わせは自動的に
行われる。According to the present invention, the teaching work can be performed only by moving the emitting optical system or the work table so that the field of view by the CCD camera does not deviate from the work line to be processed. Alignment is done automatically.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態によるレーザ加工装置を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】[実施の形態1]図1は本発明において使
用される出射光学系10の概略構成を示し、図8で説明
した出射光学系の代わりに使用されても良い。レーザ発
振源からのレーザビームB1は光ファイバを通して出射
光学系10に導入され、ミラー11で角度を変えられて
加工レンズ12を通してワーク20に照射される。ティ
ーチングボックスを用いて教示を行う場合には、後述す
るように光ファイバを通してHe−NeビームB2が供
給され、ワーク20に照射される。出射光学系10の上
部にはCCDカメラ13が設けられ、このCCDカメラ
13は観測用レンズ14を通して溶接すべき被加工線を
含む所定範囲の領域を撮影する。[First Embodiment] FIG. 1 shows a schematic structure of an emission optical system 10 used in the present invention, and may be used instead of the emission optical system described in FIG. The laser beam B1 from the laser oscillation source is introduced into the emission optical system 10 through the optical fiber, the angle is changed by the mirror 11, and the work 20 is irradiated through the processing lens 12. When teaching is performed using a teaching box, the He-Ne beam B2 is supplied through an optical fiber and irradiated onto the work 20, as described later. A CCD camera 13 is provided above the emission optical system 10, and the CCD camera 13 takes an image of a predetermined area including a work line to be welded through the observation lens 14.
【0017】CCDカメラ13の光軸とレーザビームB
1の光軸はあらかじめ一致するように設定されており、
しかもレーザビームB1の焦点位置にCCDカメラ13
のピントが合うように調整されている。言い換えれば、
CCDカメラ13の光軸、ピントをワーク20上の被加
工線に合わせると、レーザビームB1の光軸、焦点もそ
れに一致するようにされている。これはHe−Neビー
ムB2についても同じである。Optical axis of CCD camera 13 and laser beam B
The optical axis of 1 is set in advance to match,
Moreover, the CCD camera 13 is placed at the focus position of the laser beam B1.
The focus is adjusted to fit. In other words,
When the optical axis and the focus of the CCD camera 13 are aligned with the line to be processed on the work 20, the optical axis and the focus of the laser beam B1 are also aligned with them. This is the same for the He-Ne beam B2.
【0018】なお、CCDカメラ13による画像の分解
能は256×256画素で、1画素は約0.02(m
m)である。また、CCDカメラ13の視界は5×5
(mm)である。これは、視界を狭くすると撮影された
領域が拡大されて検出精度は向上するが、教示に伴うオ
ペレータの作業が微細になって作業量が増えることを考
慮している。本発明はこの作業量を少なくするものであ
る。画像は光の強度に応じて256階調の色(輝度)で
表わされている。The resolution of the image by the CCD camera 13 is 256 × 256 pixels, and one pixel is about 0.02 (m
m). Also, the field of view of the CCD camera 13 is 5 × 5.
(Mm). This considers that when the field of view is narrowed, the photographed region is enlarged and the detection accuracy is improved, but the work of the operator accompanying the teaching becomes fine and the work amount increases. The present invention reduces this workload. The image is represented by 256 gradations of color (luminance) according to the intensity of light.
【0019】図2は本発明によるレーザ加工装置のう
ち、ティーチングボックスを用いて教示あるいは教示支
援を行う場合に必要な構成を示す。CCDカメラ13か
らの画像は主制御部69に設けられたモニタ69−2に
送られて表示される他、画像処理装置21に送られる。
画像処理装置21は、後述する画像処理を行ってワーク
20上の被加工線に一致するような加工線を検出する。
検出された加工線は演算装置22に送られる。演算装置
22は、検出された加工線とCCDカメラ13に設定さ
れた画像の中心点(参照点、すなわち図12の中心点C
1)、すなわちレーザビームの焦点位置とのずれを検出
し、このずれを補正するためには出射光学系10あるい
はワークテーブル65をどの程度移動させるべきかを示
す加工点の座標を算出する。FIG. 2 shows a structure of the laser processing apparatus according to the present invention, which is necessary for teaching or teaching support using a teaching box. The image from the CCD camera 13 is sent to the monitor 69-2 provided in the main controller 69 for display, and is also sent to the image processing device 21.
The image processing device 21 performs image processing described below to detect a processing line that matches the processing line on the work 20.
The detected machining line is sent to the arithmetic unit 22. The arithmetic unit 22 detects the processing line and the center point of the image set in the CCD camera 13 (reference point, that is, the center point C in FIG. 12).
1) That is, the deviation from the focus position of the laser beam is detected, and the coordinates of the processing point indicating how much the emitting optical system 10 or the work table 65 should be moved in order to correct this deviation are calculated.
【0020】すなわち、演算装置22には、操作パネル
69−1や図示しない各種センサから加工点の焦点位置
やCCDカメラ13の視界の座標系、加工軸、すなわち
レーザビームB1の機械座標系の位置関係を示すデータ
が与えられる。そして、モニタ69−2の画像上での加
工線の位置、加工点の位置が決定される。演算装置22
は出射光学系10を次の加工点位置に移動させるための
移動量を算出し、この算出結果を加工点座標として制御
部23に出力する。制御部23は、この加工点座標に基
づいて出射光学系10やワークテーブル65の移動を制
御して、加工用のレーザビームの焦点を、検出された加
工線に一致させる。なお、演算装置22は演算機能を有
していれば良いので、制御部23に含めてコントローラ
と呼んでも良い。That is, in the arithmetic unit 22, the focus position of the processing point, the coordinate system of the field of view of the CCD camera 13, the processing axis, that is, the position of the mechanical coordinate system of the laser beam B1 from the operation panel 69-1 and various sensors (not shown). Data showing the relationship is given. Then, the position of the processing line and the position of the processing point on the image on the monitor 69-2 are determined. Arithmetic unit 22
Calculates the amount of movement for moving the exit optical system 10 to the next processing point position, and outputs the calculation result to the control unit 23 as processing point coordinates. The control unit 23 controls the movement of the emission optical system 10 and the work table 65 based on the processing point coordinates to match the focus of the laser beam for processing with the detected processing line. Since the arithmetic unit 22 only needs to have an arithmetic function, it may be included in the control unit 23 and called a controller.
【0021】本発明で使用されるティーチングボックス
24は、液晶モニタと出射光学系10あるいはワークテ
ーブル65の変位を操作する操作部とを有し、有線ある
いはワイヤレスで主制御部69と結合される。オペレー
タは、教示に際してはこのティーチングボックス24を
持ち、モニタ69−2を見ながら操作部を操作してCC
Dカメラ13の画像の中心点が被加工線に沿うように出
射光学系10あるいはワークテーブル65を所定距離だ
け移動させる。厳密に言えば、オペレータは被加工線が
CCDカメラ13の視界から外れないように出射光学系
10あるいはワークテーブル65を所定距離ずつ移動さ
せるように操作するだけで良い。なお、出射光学系10
あるいはワークテーブル65の移動距離は常に一定であ
る必要は無い。The teaching box 24 used in the present invention has a liquid crystal monitor and an operation unit for operating the displacement of the emission optical system 10 or the work table 65, and is connected to the main control unit 69 by wire or wirelessly. The operator holds the teaching box 24 for teaching, operates the operation unit while watching the monitor 69-2, and operates the CC.
The emitting optical system 10 or the work table 65 is moved by a predetermined distance such that the center point of the image of the D camera 13 is along the line to be processed. Strictly speaking, the operator only needs to operate the emitting optical system 10 or the work table 65 by a predetermined distance so that the line to be processed does not come out of the field of view of the CCD camera 13. The emission optical system 10
Alternatively, the movement distance of the work table 65 need not always be constant.
【0022】なお、本発明においても、所定距離移動す
る毎に前述したオートノルマル機能とオートフォーカス
機能を起動させることで、レーザビームB1の光軸やH
e−NeビームB2の光軸がワーク20の面に垂直にな
り、焦点が加工点に一致する。オペレータは出射光学系
10あるいはワークテーブル65を所定距離だけ移動さ
せた後、画像処理装置21を起動すると、画像処理装置
21では後述する加工線検出によりCCDカメラ13の
画像の中心点を被加工線の最近点に位置合わせする動作
が実行される。このことにより、制御部23はCCDカ
メラ13の画像の中心点を被加工線に合わせるように出
射光学系10あるいはワークテーブル65を微調整す
る。In the present invention as well, the optical axis of the laser beam B1 and the H axis are set by activating the above-described auto-normal function and auto-focus function each time a predetermined distance is moved.
The optical axis of the e-Ne beam B2 becomes perpendicular to the surface of the work piece 20, and the focal point coincides with the processing point. When the operator moves the exit optical system 10 or the work table 65 by a predetermined distance and then activates the image processing device 21, the image processing device 21 detects the processing line to be described later so that the center point of the image of the CCD camera 13 is the processed line. The operation of aligning to the closest point of is performed. As a result, the control unit 23 finely adjusts the emission optical system 10 or the work table 65 so that the center point of the image of the CCD camera 13 is aligned with the line to be processed.
【0023】いずれにしても、教示に伴う出射光学系1
0あるいはワークテーブル65の位置データは検出され
た加工線によって決まり、この位置データは制御部23
内の記憶部に記憶される。そして、以後の実際のレーザ
溶接では、制御部23は記憶部に記憶された位置データ
にもとづいて出射光学系10あるいはワークテーブル6
5を移動させる。In any case, the exit optical system 1 according to the teaching
0 or the position data of the work table 65 is determined by the detected machining line, and this position data is determined by the control unit 23.
It is stored in the internal storage unit. Then, in the subsequent actual laser welding, the control unit 23 controls the emitting optical system 10 or the work table 6 based on the position data stored in the storage unit.
Move 5
【0024】以上の説明で理解できるように、本実施の
形態で対象とする教示方式は、オペレータ操作により出
射光学系10を所定距離ずつワーク上を移動させ、その
都度、画像処理を行うと共にその結果に基いて位置の補
正制御を行い、補正された位置データを記憶してゆくと
いう方式である。As can be understood from the above description, in the teaching method of the present embodiment, the output optical system 10 is moved by a predetermined distance on the work by the operator's operation, and the image processing is performed at each time. According to this method, position correction control is performed based on the result, and the corrected position data is stored.
【0025】図3を参照して、加工線検出動作の流れを
説明する。ステップS1では、図11において説明した
ようなHe−NeビームB2によるおおまかな位置合わ
せを行った後に、CCDカメラ13により被加工線を含
む領域が撮影される。ステップS2では、CCDカメラ
13からのアナログ画像信号がディジタル信号に変換さ
れて画像処理装置21に取り込まれる。画像処理装置2
1では、まず、ステップS3においてディジタル信号に
前処理を施す。ここでは、前処理として、被加工線の特
徴を生かして線強調、及びノイズ除去処理を行う。次
に、ステップS4に移行して2値化処理を行う。この2
値化処理は、ある適当な輝度をしきい値として、それ以
上の輝度の画素を白、しきい値未満の画素を黒にして白
黒画像にする処理であり、図4に示すように、溶接すべ
き被加工線L1部分は黒(ハッチング領域)で表示され
る。The flow of the machining line detecting operation will be described with reference to FIG. In step S1, after the rough alignment by the He-Ne beam B2 as described in FIG. 11, the CCD camera 13 captures an image of the region including the line to be processed. In step S2, the analog image signal from the CCD camera 13 is converted into a digital signal and taken into the image processing device 21. Image processing device 2
In step 1, first, the digital signal is preprocessed in step S3. Here, as preprocessing, line enhancement and noise removal processing are performed by making the best use of the characteristics of the processed line. Next, the process shifts to step S4 and binarization processing is performed. This 2
The binarization process is a process in which a certain brightness is used as a threshold value, pixels having brightness higher than that are white, and pixels below the threshold value are blackened to obtain a black and white image. As shown in FIG. The portion to be processed L1 to be processed is displayed in black (hatched area).
【0026】ステップS5では、画像処理装置21は、
2値化処理後の黒部分を対象に加工線検出を行い、ステ
ップS6で加工線を決定する。このような線検出を行う
ために、本実施の形態では後述する「ハフ変換処理」と
いう直線検出アルゴリズムを採用している。検出された
ワーク20上の加工線は、演算装置22においてCCD
カメラ13の画像の中心点、すなわちレーザビームの光
軸位置とのずれが算出される。そして、このずれ量にも
とづいてCCDカメラ13の画像の中心点を、検出した
加工線上の次の加工位置に移動させるための移動量を算
出し、加工点座標として制御部23に送る。In step S5, the image processing device 21
The processing line is detected for the black portion after the binarization process, and the processing line is determined in step S6. In order to perform such line detection, in the present embodiment, a straight line detection algorithm called “Hough transform process” described later is adopted. The detected machining line on the work 20 is CCD in the arithmetic unit 22.
The deviation from the center point of the image of the camera 13, that is, the position of the optical axis of the laser beam is calculated. Then, based on this shift amount, a movement amount for moving the center point of the image of the CCD camera 13 to the next processing position on the detected processing line is calculated and sent to the control unit 23 as processing point coordinates.
【0027】図5には被加工線L1の始点から終点に至
るまでの間に検出された加工線を、ここでは1本の直線
で被加工線L1部分にオーバーラップさせて示してい
る。このようにして、制御部23は、演算装置22から
画像処理の都度送られてくる補正のための加工点座標に
もとづいて出射光学系10あるいはワークテーブル65
を移動させるための各駆動部を制御することにより、加
工用のレーザビームの焦点が検出された加工線上に移動
するように出射光学系10あるいはワークテーブル65
を移動させることができる。移動後、オペレータは、テ
ィーチングボックス24から位置データ取り込みの指定
操作を行うことにより、出射光学系10あるいはワーク
テーブル65の位置データを記憶装置に記憶させる。こ
のようにして、オペレータは、教示に際しては被加工線
L1部分がCCDカメラ13の画像から外れないように
出射光学系10あるいはワークテーブルを所定距離ずつ
移動させ、その都度、画像処理開始、位置データの取り
込みの指定操作を行うだけで良く、CCDカメラ13の
画像の中心点を被加工線L1に一致させるための精密な
位置合わせ操作は不要である。In FIG. 5, the machining line detected from the starting point to the end point of the machining line L1 is shown here as a straight line overlapping the machining line L1. In this manner, the control unit 23 causes the exit optical system 10 or the work table 65 to be based on the correction processing point coordinates sent from the arithmetic unit 22 each time image processing is performed.
By controlling each drive unit for moving the laser beam, the emitting optical system 10 or the work table 65 is moved so that the focus of the laser beam for processing moves on the detected processing line.
Can be moved. After the movement, the operator causes the storage device to store the position data of the emission optical system 10 or the work table 65 by performing a designation operation for acquiring the position data from the teaching box 24. In this way, the operator moves the emission optical system 10 or the work table by a predetermined distance so that the portion to be processed L1 does not deviate from the image of the CCD camera 13 at the time of teaching, and each time the operator starts the image processing and the position data. It is only necessary to perform the designation operation of capturing the image, and the precise alignment operation for matching the center point of the image of the CCD camera 13 with the line L1 to be processed is unnecessary.
【0028】次に、図6、図7を参照して、ハフ変換に
よる加工線検出アルゴリズムの原理について簡単に説明
する。図6のX−Y平面が撮影された画像の座標系であ
り、各画素に(x,y)の座標が与えられる。ある座標
(xi,yi)の画素を通る直線群は、次の数式1によ
り、 ρ=xi cosθ+yi sinθ …数式1 と表される。ここでρ,θは原点から直線への距離と角
度である。数式1をρ,θに関する方程式と考え、その
軌跡をθ−ρ空間に描くと図7のようになる。こうした
軌跡をハフ曲線という。被加工線L1部分は画像中では
輝度の低い画素(特徴点と呼ぶ)となるが、画像中のそ
れらすべてに対し、この写像を行い、θ−ρ空間に描い
ていく。図6の(a,b)はθ−ρ平面では、 ρ=acoaθ+bsinθ の曲線となる。多くのハフ曲線が交差する点は同一直線
上に多数の特徴点がのっていることを示している。θ−
ρ空間内のハフ曲線上の1点で、交差本数の多い点を
(ρ0 ,θ0 )とした時、(ρ0 ,θ0 )を用いた下記
の数式2よって定義される直線 ρ0 =xcosθ0 +ysinθ0 …数式2 が画像中に存在するとみなすことができる。この原理を
利用し、直線を検出する。Next, the principle of the processing line detection algorithm by the Hough transform will be briefly described with reference to FIGS. 6 and 7. The XY plane of FIG. 6 is the coordinate system of the photographed image, and (x, y) coordinates are given to each pixel. A straight line group passing through a pixel of a certain coordinate (x i , y i ) is expressed by the following mathematical expression 1 as ρ = x i cos θ + y i sin θ. Where ρ and θ are the distance and angle from the origin to the straight line. When Equation 1 is considered as an equation relating to ρ and θ, and its locus is drawn in the θ-ρ space, it becomes as shown in FIG. 7. Such a locus is called a Hough curve. The processed line L1 is a pixel with low luminance (called a feature point) in the image, but this mapping is performed for all of them in the image and drawn in the θ-ρ space. In the θ-ρ plane, (a, b) of FIG. 6 is a curve of ρ = acoaθ + bsinθ. The points where many Hough curves intersect indicate that many feature points are on the same straight line. θ−
When a point on the Hough curve in the ρ space with a large number of intersections is (ρ 0 , θ 0 ), a straight line ρ 0 defined by the following equation 2 using (ρ 0 , θ 0 ). = Xcos θ 0 + ysin θ 0 Equation 2 can be regarded as existing in the image. A straight line is detected using this principle.
【0029】図7はハフ変換を行ったθ−ρ平面画像で
あり、このθ−ρ平面内の最高点を数式2の直線で表し
てCCDカメラ13の画像に重ねたものが図5であり、
この直線は別の色、例えば黄色で表示される。FIG. 7 is a θ-ρ plane image subjected to the Hough transform, and FIG. 5 shows the highest point in the θ-ρ plane represented by the straight line of Equation 2 and superposed on the image of the CCD camera 13. ,
This line is displayed in another color, for example yellow.
【0030】なお、上記の説明は溶接の場合で、この場
合には溶接線が被加工線部分として存在することで直線
検出を行うことができる。一方、切断加工の場合にも、
ワークの切断すべき部分にけがき等により切断線を被加
工線として描き入れることで、同様の処理により切断線
を検出して自動位置合わせを行うことができる。The above description is for welding. In this case, the straight line can be detected by the presence of the welding line as the processed line portion. On the other hand, in the case of cutting,
By drawing a cutting line as a work line on the portion of the work to be cut by scribing or the like, the cutting line can be detected and automatic alignment can be performed by the same process.
【0031】[実施の形態2]本発明によるレーザ加工
装置において、画像処理部は、そのあらかじめ定められ
た線検出処理として、実施の形態1にて説明したハフ変
換処理方式の他にも、線追跡処理方式、プロジェクショ
ン処理方式、最小二乗法処理方式等の線検出処理方式を
採用してもよい。本発明の実施の形態2では、これら線
検出処理方式のそれぞれについて、説明する。[Embodiment 2] In the laser processing apparatus according to the present invention, the image processing unit performs line detection in addition to the Hough transform processing method described in Embodiment 1 as the predetermined line detection processing. A line detection processing method such as a tracking processing method, a projection processing method, or a least squares method processing method may be adopted. In the second embodiment of the present invention, each of these line detection processing methods will be described.
【0032】尚、これら、線追跡処理、プロジェクショ
ン処理、最小二乗法処理等の線検出処理方式を採用した
場合にも、加工線検出動作の前半のフローは、ハフ変換
処理方式と同様である。即ち、以下に説明するいずれの
線検出処理方式においても、図3に示した実施の形態1
の加工線検出動作のフローのうちのステップS1〜S4
と同じ処理を行う。Even when these line detection processing methods such as line tracking processing, projection processing, least square method processing, etc. are adopted, the first half flow of the processed line detection operation is the same as that of the Hough transform processing method. That is, in any of the line detection processing methods described below, the first embodiment shown in FIG.
Steps S1 to S4 of the processing line detection operation flow
Perform the same process as.
【0033】(1) 線追跡処理方式 線追跡処理方式では、まず、前処理において微分画像を
作成する。そして、この微分画像中で微分値の高い画素
を逐次繋ぎ合わせることにより、線を抽出する。(1) Line Tracking Processing Method In the line tracking processing method, first, a differential image is created in preprocessing. Then, lines are extracted by successively connecting the pixels having a high differential value in the differential image.
【0034】例えば、図9のごとく、点Aから点Bへ追
跡が進んできた場合には、次の線の候補としては点C、
D、Eがある。そこで、あらかじめ、微分値の大きさや
画素の連結に対する評価関数を設定しておき、この評価
関数を用いて上記三点から次候補として最も適当な画素
を選択する。この処理を逐次反復していくことにより、
線が求まる。For example, as shown in FIG. 9, when the tracking has proceeded from the point A to the point B, the next line candidate is the point C,
There are D and E. Therefore, an evaluation function for the magnitude of the differential value and the pixel connection is set in advance, and the most suitable pixel is selected as the next candidate from the above three points using this evaluation function. By repeating this process one by one,
I can find the line.
【0035】評価関数としては、画素の並びに沿った微
分値や曲率の和や平均値を用いる。即ち、微分値の和が
可及的大きく、かつ曲率が小さければ(なめらかであれ
ば)、評価関数値が大きくなるようにする。As the evaluation function, the sum or average of the differential values and the curvatures along the row of pixels is used. That is, if the sum of differential values is as large as possible and the curvature is small (smooth), the evaluation function value is made large.
【0036】(2) プロジェクション処理方式 プロジェクション処理方式では、まず、溶接線を強調
し、ノイズを除去した画像を作成する。この画像に対し
て所定の間隔でもって全方向からプロジェクションをと
る。プロジェクションをとるとは、即ち、方向を決め、
その方向に沿って画像中の各画素の輝度値を和していく
ことである。例えば、溶接線は黒色であって、その輝度
値は0である(図10参照)。(2) Projection Processing Method In the projection processing method, first, the welding line is emphasized to create an image from which noise is removed. Projection is performed on this image from all directions at predetermined intervals. To take a projection means to decide the direction,
That is, the luminance values of the pixels in the image are summed along the direction. For example, the weld line is black and its brightness value is 0 (see FIG. 10).
【0037】そして、全てのプロジェクションデータの
うちから、輝度値蓄積値の最低値が低いものを選択す
る。これにより、線は、選択したプロジェクションデー
タの方向の傾きで最低値の位置座標を通過することがわ
かり、線を求めることができる。Then, from all the projection data, the one having the lowest minimum luminance value accumulation value is selected. As a result, it is found that the line passes the position coordinate of the lowest value due to the inclination in the direction of the selected projection data, and the line can be obtained.
【0038】(3) 最小二乗法処理方式 最小二乗法処理方式は、前処理において、二値化し、ノ
イズを除去した画像を作成し、溶接線の黒い画像を対象
にして、最小二乗法で線の式を算出する方式である。(3) Least-squares method processing method The least-squares method processing method prepares an image in which binarization and noise removal are performed in the pre-processing, and the black image of the welding line is the target and the line is obtained by the least-squares method. This is a method of calculating the equation.
【0039】尚、実施の形態2の説明も、溶接の場合で
あって、溶接線が被加工線部分として存在することで直
線検出を行うことができる。一方、切断加工の場合に
も、ワークの切断すべき部分にけがき等により切断線を
被加工線として描き入れることで、同様の処理により切
断線を検出して自動位置合わせを行うことができる。The description of the second embodiment is also for the case of welding, and the straight line can be detected by the presence of the welding line as the line to be processed. On the other hand, also in the case of cutting processing, by drawing a cutting line as a line to be processed on the portion of the workpiece to be cut by scribing or the like, it is possible to detect the cutting line by the same process and perform automatic alignment. .
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
レーザ加工装置では、教示に際してオペレータはワーク
上の被加工線がCCDカメラの視界から外れないように
出射光学系を被加工線に沿って移動させるだけで良く、
画像処理装置が加工線を検出し、制御部がCCDカメラ
に設定された参照点をこの加工線に一致するように出射
光学系あるいはワークテーブルを移動させるので、オペ
レータの操作は楽であり、作業量及び時間も大幅に少な
くなる。しかも、0.1mm以下の被加工線を0.1m
m以内の精度で検出できる。更に、本発明において、線
検出処理として例えばハフ変換による直線検出アルゴリ
ズムを用いれば、被加工線が途中で途切れていたり、一
部隠蔽されていても検出可能である。As described above, in the laser processing apparatus according to the present invention, when teaching, the operator sets the emitting optical system along the line to be processed so that the line to be processed on the workpiece does not deviate from the field of view of the CCD camera. Just move it,
The image processing device detects a machining line, and the control unit moves the emission optical system or the work table so that the reference point set in the CCD camera coincides with this machining line. Volume and time are also significantly reduced. Moreover, the processed wire of 0.1 mm or less is 0.1 m.
It can be detected with accuracy within m. Further, in the present invention, if a straight line detection algorithm by Hough transform is used as the line detection processing, it is possible to detect even if the line to be processed is interrupted or partially hidden.
【図1】本発明によるレーザ加工装置における出射光学
系の内部構造を概略的に示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing an internal structure of an emission optical system in a laser processing apparatus according to the present invention.
【図2】本発明において加工線の検出に必要な構成を示
した図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration necessary for detecting a processed line in the present invention.
【図3】図2に示す構成の動作を説明するためのフロー
チャート図である。FIG. 3 is a flow chart diagram for explaining the operation of the configuration shown in FIG.
【図4】図2に示した画像処理装置で得られる被加工線
部分の2値化画像を示した図である。4 is a diagram showing a binarized image of a processed line portion obtained by the image processing apparatus shown in FIG.
【図5】図4に示した画像に検出した加工線をオーバラ
ップして表示した例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example in which detected processing lines are overlapped and displayed on the image shown in FIG.
【図6】本発明の実施の形態1におけるハフ変換の原理
を説明するためのX−Y平面図である。FIG. 6 is an XY plan view for explaining the principle of Hough transform according to the first embodiment of the present invention.
【図7】ハフ変換の原理を説明するためのθ−ρ平面図
である。FIG. 7 is a θ-ρ plan view for explaining the principle of Hough transform.
【図8】本発明が適用されるレーザ加工装置の概略構成
を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus to which the present invention is applied.
【図9】本発明の実施の形態2における線追跡処理方式
の原理を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of the line tracking processing method according to the second embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施の形態2におけるプロジェクシ
ョン処理方式の原理を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of the projection processing system according to the second embodiment of the present invention.
【図11】従来の教示における出射光学系のおおまかな
位置合わせを説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the rough alignment of the emission optical system according to the conventional teaching.
【図12】従来の教示における出射光学系の精密な位置
合わせを説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining precise alignment of the emission optical system according to the conventional teaching.
【図13】従来の教示における出射光学系のレーザビー
ムの焦点位置合わせを説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining focusing of a laser beam of an emission optical system according to the conventional teaching.
【図14】従来の教示における出射光学系のレーザビー
ムの光軸合わせを説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining optical axis alignment of a laser beam of an emission optical system in the conventional teaching.
10 出射光学系 11 ミラー 12 加工レンズ 13 CCDカメラ 14 観測用レンズ 20 ワーク L1 被加工線 10 Emitting Optical System 11 Mirror 12 Processing Lens 13 CCD Camera 14 Observation Lens 20 Work L1 Processed Line
Claims (3)
の光軸がワークの被加工線上を移動するように、前記出
射光学系及び前記ワークを搭載したワークテーブルの少
なくとも一方を移動させてレーザ加工を行うレーザ加工
装置において、前記ワークの前記被加工線を含む所定範
囲の領域を撮影するためのCCDカメラを前記出射光学
系に設け、該出射光学系あるいは前記ワークテーブルの
移動に伴ない前記CCDカメラからの前記被加工線を含
む画像に対してあらかじめ定められた線検出処理を行な
って前記被加工線に重なるような加工線を検出するため
の画像処理部と、前記CCDカメラの画像内にあらかじ
め設定されて前記レーザビームの光軸となるべき参照点
と、前記検出された加工線上の最近点との位置ずれを検
出し、この位置ずれを補正するように前記出射光学系あ
るいは前記ワークテーブルの駆動部を制御するコントロ
ーラとを備え、その結果得られた前記出射光学系あるい
は前記ワークテーブルの位置データを教示データとして
以後のレーザビームによる自動溶接や切断加工を行うこ
とを特徴とするレーザ加工装置。1. Laser processing by moving at least one of the emission optical system and a work table on which the work is mounted so that the optical axis of the laser beam emitted from the emission optical system moves along the line to be processed of the work. In the laser processing apparatus for performing the above, a CCD camera for photographing an area of a predetermined range of the workpiece including the line to be processed is provided in the emission optical system, and the CCD is accompanied by movement of the emission optical system or the work table. An image processing unit for performing a predetermined line detection process on an image including the processed line from the camera to detect a processed line that overlaps the processed line, and an image processing unit in an image of the CCD camera. A positional deviation between a reference point that is set in advance and serves as the optical axis of the laser beam and the closest point on the detected machining line is detected, and this positional deviation is detected. And a controller for controlling the drive unit of the output table to correct the output optical system or the work table, and the resulting position data of the output optical system or the work table is used as teaching data for automatic laser beam processing. A laser processing device that performs welding and cutting.
て、前記画像処理部は、前記あらかじめ定められた線検
出処理として、ハフ変換処理、線追跡処理、プロジェク
ション処理、および最小二乗法処理のうちのいずれかを
行うことにより、前記加工線を検出することを特徴とす
るレーザ加工装置。2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing unit includes, as the predetermined line detection process, a Hough transform process, a line tracking process, a projection process, and a least squares method process. A laser processing apparatus, wherein the processing line is detected by performing any of the above.
置において、前記コントローラは、前記参照点と前記検
出された加工線上の最近点との位置ずれを算出して、こ
の位置ずれを補正するために移動すべき位置を加工点座
標で表して出力する演算装置と、前記加工点座標にもと
づいて前記出射光学系あるいは前記ワークテーブルの駆
動部を制御する制御部とから成ることを特徴とするレー
ザ加工装置。3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the controller calculates a positional deviation between the reference point and the closest point on the detected machining line and corrects the positional deviation. A laser comprising: a computing device that outputs the position to be moved to in the form of processing point coordinates and outputs it; and a control unit that controls the emitting optical system or the drive unit of the work table based on the processing point coordinates. Processing equipment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8001829A JP2887656B2 (en) | 1995-03-07 | 1996-01-09 | Laser processing equipment |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP7-47556 | 1995-03-07 | ||
JP4755695 | 1995-03-07 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08300178A true JPH08300178A (en) | 1996-11-19 |
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ID=26335112
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8001829A Expired - Fee Related JP2887656B2 (en) | 1995-03-07 | 1996-01-09 | Laser processing equipment |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000326082A (en) * | 1999-05-20 | 2000-11-28 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam machine |
US7176408B2 (en) * | 2001-03-13 | 2007-02-13 | Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for laser-cutting structural components to be joined |
US8084708B2 (en) * | 2003-08-29 | 2011-12-27 | Trumpf Laser-Und Systemtechnik Gmbh | Remote processing of workpieces |
JP2016521208A (en) * | 2013-03-29 | 2016-07-21 | フォトン・オートメイション・インコーポレイテッド | Laser welding system and method |
-
1996
- 1996-01-09 JP JP8001829A patent/JP2887656B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP2887656B2 (en) | 1999-04-26 |
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