JPH0117524B2 - - Google Patents

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JPH0117524B2
JPH0117524B2 JP57196795A JP19679582A JPH0117524B2 JP H0117524 B2 JPH0117524 B2 JP H0117524B2 JP 57196795 A JP57196795 A JP 57196795A JP 19679582 A JP19679582 A JP 19679582A JP H0117524 B2 JPH0117524 B2 JP H0117524B2
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JP
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angle
plane
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light
fan
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JP57196795A
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JPS5987304A (ja
Inventor
Giichi Ito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Advanced Technology Corp
Original Assignee
NTT Technology Transfer Corp
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Publication date
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Publication of JPS5987304A publication Critical patent/JPS5987304A/ja
Publication of JPH0117524B2 publication Critical patent/JPH0117524B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/04Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
    • B23Q35/08Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
    • B23Q35/12Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
    • B23Q35/127Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using non-mechanical sensing
    • B23Q35/128Sensing by using optical means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接用ロボツトあるいは自動加工設
備等において、加工される物体の形状測定用セン
サの測定法として用いられる物体形状測定法に関
するものである。
〔従来の技術の問題点〕
従来のアーク溶接用ロボツトにおいて溶接線を
検知する方法の例を第1図イ,ロおよびハに示
す。図においてG1,G2は被溶接物(G1,G2を区
別する必要のない場合は単にGで示す)、J1,J2
はその表面(J1,J2を区別する必要のない場合は
単にJで示す)、W0は溶接線、Tは溶接トーチで
ある。
第1図イは溶接トーチTの両側に設けた磁気セ
ンサU1,U2により、J1,J2との関係位置を検出
し、Tの位置を正しく保とうとするものであり、
図ロはウイービング法と称せられ溶接トーチTを
左右に定振幅で振つて、左右の位置で溶接電流が
等しくなるようにTの位置を調整しようとするも
のである。図ハは投光器Lの発射する光ビームを
左右に振つて、Gの表面Jに生ずる輝線をテレビ
カメラIに結像させ、その映像を処理して、溶接
線W0を求めるものであり、この場合生ずる映像
を図の右に示しておいた。
前記の測定法において、図イ,ロに示した方法
は簡単な場合にしか適用できず、高度の自動化に
は適しない。図ハに示した方法は得られた映像の
処理に時間がかかり面倒である。
〔本発明が解決しようとする課題〕
本発明は光ビームによる切断法により、物体の
断面形状を、比較的簡単かつ短時間で測定し、測
定値を計測ヘツドに固定した座標系の座標値で与
える方法を提供するものである。
〔問題を解決するための本発明の方法〕
本発明の物体の形状測定法について説明する。
第2図において、Bは投光器BLおよび受光器BR
を搭載した計測ヘツドで、作業工具例えば溶接ト
ーチTとは一定の関係に保たれ、計測ヘツドBで
溶接線W0の位置座標を測定すれば、溶接トーチ
は所定の作業位置を占めるように制御されるもの
とする。
計測ヘツドB上に図のように、OLを原点とす
る座標軸ξ,ηL,ζLを設け、軸ξ上で点OL(0、
0、0)に投光器BL、点OR(d、0、0)に受光
器BRを設ける。さらにORを通る補助の軸ηR,ζR
を設けηR‖ηL,ζR‖ζLとする。計測ヘツドBは面
ξζLに対して対称な構造になつているとする。
投光器BLは原点OLを中心とする扇形平面Φ内
において、OLを通り、扇形平面の中心線fM(fM
面ξζL内にある)の両側に時間tの既知関数にし
たがつて方向を変える細い光ビームfを発射し、
fとfMとのなす角をφL(t)とする。扇形平面Φ
は軸ηLを含む平面上にあり、軸ηLを回転軸とし
て、その方向すなわちΦと面ξηLとのなす角θL
(t)を既知関数にしたがつて変化できる。
光ビームfが物体表面Jに入射して生ずる明る
い点を輝点(Aで示す)と称し、輝点の移動軌跡
を輝線(QAで示す)と称する。このQAは扇形平
面Φと物体表面Jとの交線である。
受光器BRは第3図に示すように、写像レンズ
£と直線受光素子Rよりなる。写像レンズ£はそ
の中心がORにあり、その光軸がξζR面内にあるよ
うに設けられ、直線受光素子Rは受光面が細長い
直線状をなし、光入力があつた場合、それに対応
する電気出力を生ずる素子であつて、レンズ£の
写像面内において、軸ηRに平行で、かつRの中点
が光軸上にあるように設けられる。このようにす
れば、受光器BRが外部の光を感知できる空間す
なわち受光器BRの視野は、直線受光子Rとレン
ズの中心ORを含む平面、すなわち第3図のOR
b′とORb″で挾まれた平面になる。この平面を視野
面(Ψで示す)と称し、また、この受光器BR
被測定物方向に向けた場合、視野面Ψと物体表面
Jとの交線を視野線(qで示す)と称することと
する。視野面Ψは面ξζRに対称で、その中心線γM
は面ξζR上にある。視野面Ψと軸ξとのなす角θR
は、例えば直線受光子Rをレンズ£の写像面上
で、軸ηRに平行のままRに直角方向に移動する
か、あるいは受光器BRを軸ηRのまわりに回転す
ることにより、既知の時間関数にしたがつて変化
させることができる。この場合のθRをθR(t)で
示すこととする。
光ビームの方向φL(t)、扇形平面Φの方向θL
(t)、視野面の方向θR(t)は、これらの方向角
を回転するための駆動機構への電気入力により一
義的にきまるので、それぞれの駆動機構へ入る電
気入力を知ればφL(t),θL(t),θR(t)を知

ことができる。
物体の表面形状の測定においては、物体表面に
は、光ビームの扇形平面が物体表面につくる輝線
と、受光器BRが物体表面につくる視野線があり、
その交点Piを輝点が通過する時、直線受光素子R
の電気端子に電気出力が得られるので、これをタ
イミング信号として利用して、φL(t),θL(t),
θR(t)を求めることができる。第4図は、レン
ズ£の写像面における直線受光素子Rと輝線像
aaMa′の例を示し、その交点pi(i=1、2、…)
が前記Piに対応している。
第5図において、光ビームが物体表面Jに入射
して輝点Aを生じた場合におけるθL、θR、φLが測
定されれば、輝点Aの座標は次により与えられ
る。
ここに、HMはAから面ξζLへ下した垂線の足
で、これは扇形平面の中心線と視野面の中心線の
交点と一致する。HはHMから軸ξへ下した垂線
の足である。
また、容易にわかるように、φLの変化周波数
をθL、θRの周波数よりはるかに高くとり、 (イ) θLを固定して、θRを変えて測定すれば、光ビ
ームの扇形平面で物体を切断した場合の断面形
状が求められ (ロ) θRを固定して、θLを変えて測定すれば、視野
面で物体を切断した場合の断面形状が求められ
る。
〔実施例〕
第6図は本発明の測定法の実施例を示す。図に
おいてSGは信号発生回路で、光ビームの発生、
視野面の方向変化、光ビームの方向変化、扇形平
面の方向変化、ならびに、θR、θL、φLの表示に必
要な電気信号を発生送出する。
光ビーム電源回路DfはSGより高周波パルス信
号を受け入れて、光ビームの発光素子に高周波電
力を入力する。発光素子は投光器BLに収められ
ており、高周波変調された光ビームを放射する。
この光ビームは方向を変えるミラ機構により、
φL(t),θL(t)なる方向変化を与えられる。
上記の光ビームfは物体表面Jに輝線を生じ、
この輝線からの乱反射光は周囲の雑音光と重畳さ
れて、受光器BRの直線受光素子Rに入射する。
したがつてRの出力には信号光と雑音光が重畳さ
れているので、受光出力検出回路SDで雑音成分
を除去し、信号成分を検出し、信号成分がある場
合はタイミング信号を作成送出する。
扇形平面方向駆動回路D、光ビーム方向駆動回
路D、視野面方向駆動回路Dはそれぞれ信号発生
回路SGより所要の電気信号を受け入れて、θL
φL、θRの駆動機構を駆動するに必要な電気を発生
する。θR信号発生回路S、θL信号発生回路SL、φL
信号発生回路Sは、それぞれ信号発生回路SGよ
り所要の信号を受け入れて、それぞれθR、θL、φL
を表示する信号を作成し、受光出力検出回路SD
から検出パルスを受け取つた時にのみ、θR、θL
φLを示す信号をマイクロプロセツサμ―Pにに
送る。
マイクロプロセツサμ―Pは扇形平面の方向
θL、扇形平面内における光ビームの方向φL、視野
面の方向θRを示す電気信号を受け入れ、式(1)によ
り輝点Aの位置座標を算出する。このような位置
座標の算出は、光ビームの方向φLの変化にとも
なつて、逐次継続的に行われる。これらの測定点
を結ぶ線が物体の表面の形を表す。
θLを一定にして上記測定を行えば、光ビームの
扇形平面により物体を切断した場合の断面の形が
得られ、θRを一定にして上記測定を行えば視野面
により物体を切断した場合の断面の形が得られ
る。実測において、θLあるいはθRの何れか一方を
一定とし、他方を変化させて測定する。
〔本発明の効果〕
本発明は投光器から扇形平面内で方向を変化す
る光ビームを被測定物の表面に投射して、輝線を
生ぜしめ、それを受光器の視野面でとらえ、輝線
と視野線との交点を輝点が通過する時生ずる受光
器の電気出力をタイミング信号として用いて、扇
形平面の方向θL(t)、光ビームの方向φL(t)、視
野面の方向θR(t)を求め、これらの値を用いて
マイクロプロセツサにより輝線と視野線との交点
の位置座標を算出する方法を与えるものである。
実際の測定においては測定の簡単化と測定結果を
わかり易くするために、θL(t)あるいはθR(t)
の何れか一方を一定値に固定し、他方を変化させ
て測定を行う。θL(t)を一定値に固定すれば、
光ビームの扇形平面により切断した物体の断面形
状が得られ、θR(t)を一定値に固定すれば視野
面により切断した物体の断面形状が得られる。
上記の方法によれば、比較的簡単に、自動継続
的に、かつ三角測量法の測定精度で物体表面の形
が求められるので、自動溶接機(ロボツト)の溶
接線検知用センサ、あるいは工作機械の加工対称
物の検知用センサ等に有効に利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の溶接線測定法を示す図で図イ
は磁気センサを用いる方法を示す図、図ロは溶接
電流の大小の比較による方法を示す図、図ハはテ
レビカメラの映像を利用する方法を示す図であ
る。第2図は本発明の測定法を用いた計測ヘツド
の構成を示す図、第3図は受光器の構成を示す
図、第4図は受光器の映像面における直線受光素
子Rと輝線像との関係を示す図、第5図は測定原
理を示す図、第6図は本発明の実施例の測定系の
構成を示す図である。 G,G1,G2:被測定物、J,J1,J2:被測定
物表面、W0:溶接線、T:溶接トーチ、B:計
測ヘツド、BL:投光器、BR:受光器、Φ:光ビ
ームの扇形平面、f:光ビーム、fM:扇形平面の
中心線、A:輝点、QA:輝線、Ψ:視野面、
γM:視野面の中心線、q:視野線、γ:反射光、
£:写像レンズ、R:直線受光素子、θL(t):扇
形平面の方向、θR(t):視野面の方向、φL(t):
扇形平面内における光ビームの方向、OL:座標
原点、ξ,ηL,ζL:座標軸、OR:受光器位置
(d、0、0)ηR,ζR:ORを通る軸(ηR‖ηL,ζR
‖ζL)、Df:光ビーム電源回路、DR:視野面方向
駆動回路、D:扇形平面方向駆動回路、D:光ビ
ーム方向駆動回路、SD:受光出力検出回路、
SG:信号発生回路、SR:θR信号発生回路、S:
θL信号発生回路、S:φL信号発生回路、μ―p:
マイクロプロセツサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ロボツト計測用ヘツドの中心軸(ξ軸)上
    で、一定距離dをへだてた2点OL,ORにそれぞ
    れ投光器、受光器を設け、 投光器はOLを頂点とし、ξ軸と角θLをなす扇
    形平面内で、頂点OLを通る細い光ビームを放射
    し、光ビームの扇形平面内での方向φL(t)が扇
    形平面の中心軸の両側に既知時間関数にしたがつ
    て変化し、かつ光ビームの扇形平面のξ軸に対す
    る方向を示す角θL(t)が投光器の頂点OLを通り
    ξ軸に垂直な軸ηLを軸として既知時間関数にした
    がつて変化できるような機構を有し、 受光器は点ORに中心をもつ写像レンズとそれ
    の写像面内において前記η軸に平行に設けられた
    直線受光素子を備え、かつ前記直線受光素子と写
    像レンズの中心を含む平面すなわち視野面とξ軸
    とのなす角θR(t)すなわち視野面の方向が時間
    の既知関数にしたがつて変化することができるよ
    うな機構を有し、 光ビームの扇形平面の中心線と視野面の中心線
    が、ξζ面(ζはξ軸、ηL軸に垂直な座標軸)内で
    相交わるように構成した測定手段を用いて、 前記角θL(t)ないしは前記角θR(t)のいずれ
    か一方を一定に保ち、前記角θL(t)、角θR(t)
    のうち角度を一定に保たなかつた他方の角である
    前記角θR(t)ないしは前記角θL(t)のいずれか
    一方及び前記角φL(t)をそれぞれの前記既知時
    間関数にしたがつて変化せしめ、 被測定物表面に生ずる輝線と視野面との交点の
    位置を、輝線と視野面との交点に対応する受光素
    子の電気出力をタイミング信号として用いて角度
    を一定に保たなかつた前記角θR(t)ないしは前
    記角θL(t)のいずれか一方及び前記角φL(t)を
    求めて、算出することを特徴とする物体形状測定
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6067087A (ja) * 1983-09-20 1985-04-17 トキコ株式会社 工業用ロボツト
JPS61128109A (ja) * 1984-11-28 1986-06-16 Nippon Tsushin Gijutsu Kk 異形三角測量法によるロボツトセンサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5390981A (en) * 1977-01-20 1978-08-10 Yokohama Rubber Co Ltd Tension testing apparatus

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