JPH03181812A - 回転走査形測距センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、検査光を被検面へ照射すると共にその検査光
を所定の軌跡に沿って走査し、その検査光を受光素子に
よって受光することにより、走査位置データと反射面か
ら受光面までの距離データにより三角測量データを得て
測距を行う走査形測距センサーに関し、特に、検査光を
一定軸線の周りに回転走査させることにより回転軌跡に
沿う走査位置データを得るようにし、産業用溶接ロボッ
トのアークセンサー等に適用される回転走査形測距セン
サーに関する。

〔従来技術〕

ワーク等の加工位置までの距離を測距センサーにより検
出して加工具を加工位置に対して位置決めする場合があ
る。例えば、産業用溶接ロボットのエンドエフェクタで
あるアーク溶接用トーチを溶接対象ワークの連続する各
溶接点に位置決めする場合には、これから溶接すべき溶
接線を検出するアーク溶接センサーが従来から用いられ
ている。

この産業用溶接ロボットに用いられる従来のアーク溶接
センサーは、溶接トーチに装着したアーク溶接センサー
の検出部に発光素子と受光素子を備え、発光素子を適宜
の走査装置によって溶接ラインに対して交叉する方向へ
走査変位させることにより該走査装置から走査位置デー
タを得るようにし、また受光素子から距離データを得る
ようにする構成を有し、これらの走査位置データと距離
データとから三角測量原理に従って受光素子の受光面か
ら溶接位置までの測距を行い、受光素子とトーチ先端の
アーク発生位置との間の所定の距離を該測距データに加
算して溶接トーチと溶接位置との正確な距離データを求
め、該距離データに従ってトーチの位置をロボットアー
ム、手首等の可動部により制御して所望の溶接作業を行
うようにしている。　ここで、従来のアーク溶接センサ
ーの構成と作用とを第３図及び第４図に示すブロック図
に従って説明する。

第３図を参照すると、この従来のアーク溶接センサー１
００はハウジング１０２内に検査光を発する発光素子１
０４、同発光素子１０４からの検査光を集光するレンズ
１０６、同レンズ１０６を透過した検査光を被検面Ｗへ
指向させる揺動形ミラー１１２、被検面Ｗで反射した検
査光をフォーカスレンズ１１０を透過させて受光する受
光素子１０８、上記揺動形ミラー１１２を直線軌跡に沿
って走査させる、例えば、ガルバノメータ・スキャナ、
レゾナント・スキャナ等によって形成された走査装置１
１４、同走査装置１１４の動作量から揺動形ミラー１１
２の走査位置データを送出する走査位置データ検出器１
１６が組み込まれて形成されており、ハウジング１０２
は図示されていない結合ブラケットにより産業用溶接ロ
ボットのトーチ部に取付けられるように成っている。こ
こで、上記の受光素子１０８は被検面Ｗからの検査光を
固定位置に配置されたフォーカスレンズ１１０を介して
受光するから、同レンズ１１０と被検面Ｗとの間の距離
“し”に対応した電気信号を送出する距離データ検出手
段として機能するようになっている。

上述の構成を有するアーク溶接センサー１００は制御装
置１２０と結合され、同制御装置１２０は走査指令部１
２２、走査位置データ受信部１２４、距離データ受信部
１２６、総合位置データ受・送信部１２８等を備え、走
査位置データ検出器１１６の走査位置データと受光素子
１０８の距離データとが制御部１２０の走査位置データ
受信部１２４と距離データ受信部１２６へ入力される結
合が威されている。　制御１１２０は上記の走査位置デ
ータと距離データとを総合位置データ受・送信部１２８
において、被検面Ｗの各測定点の三次元空間における測
距データを三角測量法により演算、検出して総合データ
化し、解析装置に送出する。

同解析装置は、総合データを基にして溶接線の位置を演
算、検出して溶接ロボットの制御装置へ伝達する。従っ
て、ロボット制御装置はこの検出された測距データに基
づいて予め設定されているトーチとセンサー１００との
距離分を加算補正してトーチの先罐を測距した各測定点
へ指向させるように制御するものであり、この制御動作
は被検面の各測定点を先行して測距することにより、ロ
ボットのオンライン制御において実現される。

上述の第３図に示した従来のアーク溶接センサー１００
は溶接ロボットのトーチに対して結合ブラケットにより
固定状態に装着するものであるが、固定装着であるがた
めに、所望の溶接方向が走査方向と直交する場合はよい
が、走査方向と平行に溶接方向が変化する場合等は溶接
線が視野に入らなくなる。このために、第４図に示す他
の従来のアーク溶接センサー２００はそのハウジング１
０２を別に設けた回転駆動機構２０２に結合し、この回
転駆動機構２０２は、ロータリエンコーダ等の回転位置
検出器２０４を備えた電動モータ２０６から歯車機構等
の伝動機構２０８を介してアーク溶接センサー２００を
溶接ロボットのトーチに対して回転可能に構成し、以て
、上述した走査方向の条件による視野制限を受けたとき
には、アーク溶接センサー２００をトーチの周りに回転
させ、視野を確保してから、第３図のアーク溶接センサ
ー１００と同じように測距作用を行う構成に戒っている
ものである。このとき、制御部１２０には、視野制限に
応じて電動モータ２０６に視野確保位置まで回転指令を
発する回転指令部１３０と、上記電動モータ２０６の回
転位置検出器２０４からセンサー２００の回転量データ
を受信して総合位置データ受送信部１２８へ該回転量デ
ータを送出する回転位置データ受信部１３２が設けられ
ている。即ち、総合位置データの演算、検出時にセンサ
ー２００の回転量を補正し得る構成に戊っている。

〔発明が解決すべき課題〕

然しなから、上述した２つのアーク溶接センサー１００
または２００においては、検査光を走査装置１１４によ
り走査する方式であり、従って、走査指令に対する実際
の走査動作には遅れが存在し、その遅れ量を検出する機
構（走査位置データ検出器１１６）が必要になり、故に
それらの機構がアーク溶接センサー自体の小型化と簡略
化の阻害となり、トーチの動作機能に悪影響を与える不
具合がある。また、走査装置１１４には必ず、揺動ミラ
ー１１２を揺動させる機構として機械的可動部分を持つ
ため、ロボット動作中に生ずる外部機器との接触による
外部からの衝撃やロボット自体の加減速に伴う衝撃等に
弱く、故に、機能上、信頼性に欠ける欠点が有る。

また、第４図に示したアーク溶接センサー２００では、
総合位置データに作成段階で回転駆動機構２０２からの
回転位置データを補正加算する方式を採られているため
に、誤差が介入する余地が増加し、走査位置データ、距
離データに含まれる誤差分等との累積誤差により、測距
データを得る性能上からは分解能が低下すると言う欠点
も生じる。

依って、本発明は上述した従来の欠点を解消し得る共に
アーク溶接ロボットのトーチの測距センサーとしてばか
りでなく、材料切断、パリ取り作業、シール作業等を遂
行する周知の各種産業用ロボットにも装着して適用可能
な走査形測距センサーを提供せんとするものである。

また、本発明の他の目的は、検査光の走査動作を複雑な
走査装置の内蔵により遂行することなく検査光の発光素
子、検査光の受信素子を固定状態で内蔵したセンサーハ
ウジングを外部から回転動作させることにより検査光を
被検面上で円軌跡に沿って走査させる回転走査形測距セ
ンサーを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の発明目的に鑑み、本発明は、検査光の発光要素と
、被検面からの反射検査光を受光する受光要素とを固定
取付けでハウジング内に保持させ、同ハウジングを駆動
モータで一定軸線周りに往復動作式に回転動作させるこ
とにより、検査光の走査作用を遂行し、同駆動モータは
回転位置データの検出器を備えた電動モータにより形成
し、回転位置データの検出器から走査位置データを得る
ようにし、これを受光要素から得る距離データと総合し
て各測定点の測距データを得るようにするものである。

即ち、本発明によれば、検出光を発する発光要素と、そ
の検出光の被検面からの反射光を受光する受光要素とを
備え、定点から該被検面上の各測定点までの測距用三角
測量データを得る回転走査形測距センサーであって、 上記発光要素と受光要素とを離間した一定の固定位置に
取付けて保持するセンサー保持手段と、紫衣センサー保
持手段を回転可能に保持する回転軸と、 上記センサー保持手段を上記回転軸の周りに走査回転さ
せると共にその回転量の検出器を備えた回転駆動手段と
、 上記回転軸を保持すると共に所望の機械への取付は部を
有したブラケットとを具備して構成され、上記受光要素
からの距離データと上記回転量検出器の走査回転位置デ
ータとを測距用三角測量データにする回転走査形測距セ
ンサーを提供するものである。これにより、測距センサ
ーに結合される制御部の構成も簡略化することができる
。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づき、更に
詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明による回転走査形測距センサーの基本
的構成ど制御部との結合関係を示したブロック図、第２
図は同センサーの具体的構造を示した斜視図である。

第１ｒ！！Ｊを参照すると、本発明による回転走査形測
距センサー１０はハウジング１２を有し、このハウジン
グ１２内には予め既知の離間距離を匿いて固定配置によ
り設けた発光要素１４と受光要素１８とが保持されてい
る。発光要素１４は、集光レンズ１６を介して検査光を
被検面Ｗへ照射するように、例えば、図示のごとく一定
の傾き姿勢により取り付けられている。他方、受光要素
１８は被検面Ｗから反射した検査光をフォーカスレンズ
２０を介して受光するように設けられている。このとき
、受光要素１８とフォーカスレンズ２０の距離は固定距
離に設定されているから、該フォーカスレンズ２０と被
検面Ｗとの間の距離“Ｌ″の変化に応じて、受光要素１
８の受光位置が変化する。故に、同受光要素１８からは
変化する都度の距離“Ｌ”を示す距離データの信号が送
出される。

他方、本発明によれば、センサーハウジング１２は軸２
２を介して回転駆動装置３０の筐体３２に回転可能に保
持され、かつ、歯車機構又はベルトブーり機構等の適宜
の伝動機構３４を介して駆動モータ３６に結合され、し
かも、この駆動モータ３６は回転位置検出器３８を有し
て構成されている。つまり、駆動モータ３６と回転検出
器３８とは、周知のロータリエンコーダを備えた電動サ
ーボモータによって形成されている。従って、駆動モー
タ３６によりセンサーハウジング１２を軸２２の軸心周
りに回転させると、発光要素１４から出射される検査光
は軸２２の軸心周りに旋回することになり、検査光は回
転走査作用を受けることになる。このとき、走査量、つ
まり、走査位置データは駆動モータ３６に備えられた回
転位置検出器３８の位置検出データが直接、走査位置デ
ータを形成することになる。つまり、受光要素１８から
送出される距離データと、駆動モータ３６の回転位置検
出器３８の走査位置データとが得られることになり、こ
れらの両データは三角測量原理により被検面Ｗ上の走査
軌跡に沿う各測定点の三次元位置データを測距できるの
である。

上記センサー１０は制御部４０に結合されており、この
制御部１０は、実質的に従来の制御部１２０　（第３図
、第４図〉と略同機能を有するが、受光要素Ｉ８から距
離データを受信する距離データ受信部４２、駆動モータ
３６に回転指令信号を送出する回転指令部４４、回転位
置検出器３Ｂから回転走査位置データを受信する走査位
置データ受信部４６、上記距離データと回転走査位置デ
ータとを総合する総合位置データ受・送信部４８とを有
して構成されている。そして、この制御部４０の総合位
置データ受・送信部４８からの総合位置データが解析装
置（図示なし）に送られて測距データを解析を得る構成
にある点は従来と変わりはない。なお、回転駆動装置３
０によりセンサーハウジング１２を回転駆動するときは
、検査光を走査する目的から、往復回転動作により、被
検面Ｗの各測定点（例えば、アーク溶接センサーにおけ
るトーチの中心点から被検面に下ろした直線と該被検面
との交点）の周りに所定の基準点に対して３６０°回転
させる。その結果、回転走査軌跡の位置データから被検
面Ｗにおける軌跡の２次元形状データ（平面上の直交座
標系における座標値）を得、かつ、軌跡上の各点からフ
ォーカスレンズ２０までの距離“Ｌ”を得る。そして、
このような２次元形状データと距離データとから上記各
測定点の３次元座標値を解析装置で演算、検出して測距
データを得るのである。

第２図は、溶接ロボットのトーチによるアーク溶接セン
サーとして使用する場合の具体的実施例の構造を示して
いる。

第２図において、回転走査形測距センサー１０のハウジ
ング１２が箱形に形式され、駆動装置３０のハウジング
を威すブラケット３２′　に対してセンサーｌＯは軸２
２の周りに軸受３５を介して回転可能に設けられ、故に
、ベルト・ブーり機構から戒る伝動機構３４を介して駆
動モータ３６により回転作動されるように設けられてい
る。駆動モータ３６は回転検出器３８を有した上述の如
くロータリエンコーダ付き電動サーボモータ等により形
成されている。また、上記の軸２２には溶接用トーチ５
０が取付けられ、このトーチ５０がワーク（被検面）Ｗ
の溶接線“Ａ″または“Ｂ”に沿う溶接動作を行うとき
に、センサー１０が溶接線“Ａ”または“Ｂ”の各点の
座標を測距するものである。

上記ブラケット３２°　にはロボットとの結合用の取付
は部３３が設けられている。

このような構造を有する回転走査形測距センサー１０は
上記取付は部３３を介して産業用溶接ロボットの機体の
適所に簡単に取付けて使用することができる。この実施
例の測距センサー１０の作用は第１図に基づいて上述し
た測距原理に従って遂行されることは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、本発明による回転走査
形測距センサーは、従来の発光要素からの検査光を揺動
式に直線路に沿って走査させるものと異なり、ハウジン
グ等の取付は手段の固定位置に保持した発光要素と受光
要素とを該取付は手段共々に一定の軸線の周りに旋回さ
せ、以て発光要素からの検査光に走査作用を付与するも
のである。なお、第２図に示した回転走査形測距センサ
ー１０は単に、溶接ロボットのトーチに対してアーク溶
接センサーとして使用するに限らず、その他の例えば、
周知のシールロボットのシールガンによるシール位置や
レーザロボットのレーザ光出射ガンのレーザ光照射位置
を測距するセンサー等として使用することも可能である
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上述から明らかなように、センサー自
体の内部に揺動走査装置を設ける構成ではなく、固定さ
れた発光要素、受光要素を保持した保持手段を回転させ
て検査光の走査作用を得るようにしたから、従来必要と
された走査装置（第３図、第４図の走査装置１１４）は
不要になり、発光要素、受光要素を内蔵したセンサ一部
分を小型化でき、トーチやレーザガンの作用に邪魔にな
らない利点が得られる。また、回転駆動装置の回転位置
検出器（駆動モータに具備されたもの）が走査位置デー
タを送出するから、走査位置データの検出器が不要とな
り、しかも、誤差累積が無くなることでセンサーとして
の分解能の向上が得られると言う効果を奏する。更に、
外部からの衝撃等で機能劣化を来たし易い走査装置が不
要に戒ったから、測距センサーの測距作用における信頼
性を向上させることができると言う効果も得ることがで
きるのである。この結果、延いては、溶接ロボットやそ
の他の産業用ロボット等の機械の作用精度を向上させる
ことに寄与することもできるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による回転走査形測距センサーの基本
的構成と制御部との結合関係を示したブロック図、第２
図は同センサーの具体的構造を示した斜視図、第３図は
従来の走査形測距センサーの第１の方式の例を示す機構
ブロック図、第４図は同第２の方式の例を示す機構ブロ
ック図。 １０・・・回転走査形測距センサー　１２・・・ハウジ
ング、１４・・・発光要素、１８・・・受光要素、２０
・・・フォーカスレンズ、２２・・・軸、３０・・・駆
動装置、３６・・・駆動モータ、３８・・・回転位置検
出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出光を発する発光要素と、その検出光の被検面か
   らの反射光を受光する受光要素とを備え、定点から該被
   検面上の各測定点までの測距用三角測量データを得る回
   転走査形測距センサーであって、 前記発光要素と受光要素とを離間した一定の固定位置に
   取付けて保持するセンサー保持手段と、前記センサー保
   持手段を回転可能に保持する回転軸と、 前記センサー保持手段を前記回転軸の周りに回転走査さ
   せると共にその回転量の検出器を備えた回転駆動手段と
   、 前記回転軸を保持すると共に所望の機械への取付け部を
   有したブラケットとを 具備して構成され、前記受光要素からの距離データと前
   記回転量検出器の走査回転位置データとを測距用三角測
   量データにすることを特徴とした回転走査形測距センサ
   ー。 ２、前記ブラケットの取付け部は、溶接ロボットのトー
   チへの取付け部であり、該トーチのアーク出射点を前記
   定点とする請求項１に記載の回転走査形測距センサー。 ３、前記回転駆動手段はロータリエンコーダを備えた電
   動モータから成る請求項１に記載の回転走査形測距セン
   サー。