JPH035914B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば溶接用ロボツトなどに使用し
て有効な、溶接線センサに係り、特に光学的手段
を用いて正確な位置検出をなしうるべくしたもの
に関する。

前述したようなセンサは従来から種々提案され
ている。しかしながら対象の溶接線の絶対位置を
検出して、溶接線を３次元にならい得るようにし
たものは、ITVなどを使用して２次元の情報の
処理を要し、構成複雑となる欠点があつた。

この発明は、こうした欠点に着目したもので、
溶接線の絶対位置を簡単な構成で検出しようとす
るものである。

この発明の溶接線センサでは、平面内で揺動中
心線の両側に適宜範囲で揺動する投光手段を設
け、この投光手段の前方の同じ平面内における揺
動中心線と直交する直線上で、揺動中心線との交
点の両側等距離に、投光方向を向いた受光手段を
設けてあり、この平面上、両受光手段の背後にあ
る受像位置に両側同じ複数個の光電変換素子また
は両側同じ複数個の光電変換素子に接続された光
フアイバの開口部を列設して、センサ本体を形成
している。そして、このセンサ本体は、溶接対象
物に対して所定の位置姿勢をとらせるための駆動
機構に装着されている。

そして、これら光電変換素子の出力は、制御装
置に入力されており、その制御装置は、投光手段
によつて溶接対象物上に形成される光点に対する
各光電変換素子からの入力が所定レベルにあるこ
とを判断する手段、それによりどの位置の光電変
換素子またはどの位置の光フアイバで光点が結像
しているかを判断する手段、それらにより溶接対
象物上の光点位置を演算する手段を含んだもので
ある。

以下、溶接トーチと前述センサ本体を一体に結
合し、溶接ワークの溶接線をまたいで投光させて
光点位置を検出することによつて、溶接トーチに
溶接線をならわせるのに利用した実施例につい
て、図面を用いて説明する。

１はこの実施例センサの本体である。

２は対象ワークＷの検出すべき溶接線WLとは
ほぼ直角方向に揺動するべくした、かつ本体１の
前面に設けられた投光手段である。手段２は、レ
ーザ光線２ａから光フアイバ２ｂを介して、投光
端２ｃにレーザ光が導かれ、かつ投光されるべく
構成される。さらに投光端２ｃは、前述揺動可能
ならしめるため、揺動動力２ｄによつて支承され
る。かくして、投光端２ｃからは細い（例えば１
〜３mm）レーザビームが中立方向から角θづつ揺
動しうるものとする。この揺動は後述のように光
点Ｐを溶接線の両側に振らせるためのものである
から、揺動中心線の両側に所定量平行移動させる
ものであつてもよい。

３および４は、投光端２ｃを等距離にはさみ、
かつ前述直角方向にｌだけ隔離して設けられた、
受光手段である。光学系３および４は、対象物の
多少の遠近においても、後述する受像面に対象物
上の光点が結像しうるものであればよく、ピンホ
ールや微小レンズなどが使用しうる。後述のよう
に光点位置を三角測量の手法で演算する際、揺動
中心の両側における受光出力を必要とするため、
受光手段は揺動中心に対して一方側のものと他方
側のものが必要である。

５ａ，５ｂは、光学系３によつて、揺動するレ
ーザビームによるワークＷ上の移動光点Ｐの像を
むすぶ面（光学系３および４からの距離をｒとす
る）１ａに、２列に並列された受光光フアイバ束
５の受光端である。

６ａ，６ｂは同様光学系４によつて受像する面
１ａに２列に並列された受光光フアイバ束６の受
光端である。

そして受光端５ｂに連なる光フアイバ５b′は、
その配列のまま各フアイバ毎に光電変換素子Ｋを
介して、Ａ／ＤコンバータＡに接続される。一方
受光端５ａに連なる光フアイバ５a′は、その配列
のまま１本毎に光電変換素子Ｋを介して２値化回
路Ｎに接続される。

同様にして、受光端６ｂに連なる光フアイバ６
b′は、光電変換素子Ｋを介してＡ／Ｄコンバータ
Ａに接続され、受光端６ａに連なる光フアイバ６
a′は１本毎に光電変換素子Ｋを介して２値化回路
Ｎに接続される。

COは演算手段としての公知のコンピユータで
あり、CPUとメモリを含む。

そしてコンピユータCOのバスラインＢには、
動力２ｄ、Ａ／ＤコンバータＡおよび２値化回路
Ｎなどが接続される。

本体１にはまた溶接トーチ７を一体に連結す
る。トーチ７には公知の溶接電流検知手段（図示
せず）を内設する溶接電源Ｓが接続される。さら
に本体１とトーチ７の一体構成は、図示しない溶
接ロボツトの端末にエンドエフエクタとして支承
され、詳細は図示しない公知のサーボ系Ｖによつ
て位置および姿勢が制御されるものとする。なお
電源Ｓおよびサーボ系ＶもバスラインＢに接続さ
れる。

以上の実施例につき、その作用を述べる。

図示のように溶接線WLを図示しないロボツト
により溶接するものとし、コンピユータCOの指
令により図示の相対位置からトーチ７が溶接線
WLにほぼ沿つて移動する。

このとき、コンピユータCOの指令により、動
力２ｄが作動し、ニユートラル位置から角θずつ
揺動する。そしてこの揺動に伴ない、ワークＷ上
の交点Ｐも往復動し、その像は光学系３によつて
受光端５ａ，５ｂ上を往復動し、光学系４によつ
て受光端６ａ，６ｂ上を往復動する。そして光フ
アイバ５a′および６a′による光情報は素子Ｋによ
つて電気情報に変換され、さらに２値化回路Ｎに
よつてあるレベル以上の信号を１として取り出
す。

この場合において、トーチ７が作動しており、
その溶接焔がノイズとなつて光学系３および４よ
り入るおそれがあるが、溶接電流は一定ではな
く、第２図に示すような、電源Ｓのさらに電源で
ある商用電源の交流周波数に起因する脈流とな
る。そこでこの脈流の極小すなわち焔の極小とな
るタイミングを電源Ｓ内の電流検知手段により知
り、このタイミングで各２値化回路Ｎを作動させ
て出力しSN比を良好ならしめる。なお詳細は図
示しないが、光学系３および４もフイルタを設
け、かつトーチ７との間に隔壁を設けるなどし
て、さらにSN比を高めるべく構成してもよい。

かくして時々刻々の光点Ｐの映像位置は、光フ
アイバ５a′および６a′の何番目の光フアイバに結
像しているかを、コンピユータCOが判断し、従
つて、以下の演算により、光点Ｐの位置を知る。

すなわち、本体１の光学系３，４の中点を原点
とするxyz直角座標系（第１図では図示容易のた
め原点は離してあらわされている）を極所座標と
して定める。

そして光学系４および３の位置を ₄＝（ｌ／２、０） ₃＝（−ｌ／２、０） また光点Ｐの面１ａ上の映像位置を _4a＝（x₄、−ｒ） _3a＝（x₃、−ｒ） とする。このとき、xyz座標系における光点Ｐの
位置は、 ＝₄＋α で計算される。

ここで、 α＝ｙ／ｒd₁、ｙ＝lr／d₂−ｌ d₁＝｜₄−_4a｜ d₂＝｜_3a−_4a｜ Ｕ＝Ｘ／―₄−Ｘ／―_4a／d₁ かくして、投光端２ｃの揺動のニユートラル位
置において光点Ｐが溶接線WL上にあるように
（すなわち最遠点であるように）、また光点Ｐの最
近距離が揺動の両端で同一となるように、コンピ
ユータCOはサーボ系Ｖに指令して、本体１およ
びトーチ７の位置姿勢を制御し、−ｚの向きに移
動させてならい溶接が実行される。

前述説明における溶接線WLはすみ肉溶接線で
あつたが、この他、重ね継手、突合せ継手などで
も実施しうる。

ただし、すきまがほとんど無いかきわめて小で
ある場合は、光フアイバ５b′や６b′により、ワー
ク面上の濃淡をＡ／ＤコンバータＡによつて求め
たうえで、この濃淡の境界線を溶接線として検知
して、前述説明と同様にしてならうことができ
る。

この発明は前述実施例の他、下記する変形も可
能である。

(イ) 投光手段の揺動は、回動ではなく平行移動に
よる揺動であつてもよい。

(ロ) ２個の受光手段は２個以上の多数でもよい
が、多少構成が複雑となる。

(ハ) ２個の受光手段を本体に固定するのではな
く、例えば回転板の回転中心より遠隔した箇所
に光学系を備え、これを180度回動して時分割
的に情報を処理するようにしてもよい。

(ニ) 本体から光信号を光フアイバで光電変換素子
迄導くこの実施例では、途中ノイズの入るおそ
れはない。しかしながら、受像面に直接光電変
換素子を並列してもよい。

(ホ) 制御手段はコンピユータ以外に、公知の電子
回路を用いてもよい。

(ヘ) その他この発明の技術的思想の範囲内におけ
る各構成の、均等物との置換えも、また可能で
ある。

この発明は前述したとおりであるから、簡単な
構成で溶接線を検出できる、特有かつ顕著な効果
を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明一実施例を示し、第１
図は全体斜視図およびブロツク図、第２図は作動
説明曲線図である。 ２……投光手段、２ｄ……揺動動力、３および
４……撮像光学系、５および６……受光光フアイ
バ束、Ｋ……光電変換素子、CO……コンピユー
タ（演算手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平面内の揺動中心線の両側に適宜範囲で揺動
   する投光手段を設け、この投光手段の前方の同じ
   平面内における前記揺動中心線と直交する直線上
   で、前記揺動中心線との交点の両側に等距離に離
   隔し、前記投光方向を向いた受光手段を設け、こ
   の平面上、これら受光手段の背後にある受像位置
   に、両側同じ複数個の光電変換素子を列設するか
   または両側同じ複数個の光電変換素子に接続され
   た光フアイバの開口部を列設することによつてセ
   ンサ本体を形成し、 このセンサ本体は、このセンサ本体に溶接対象
   物の溶接線に対向した位置姿勢をとらせるための
   駆動機構に装置され これら光電変換素子の出力を制御装置に入力
   し、この制御装置は、前記投光手段によつて前記
   溶接対象物上に形成される光点に対する各光電変
   換素子からの入力が所定レベルにあることを判断
   する手段、この手段の出力によつてどの位置の光
   電変換素子またはどの位置の光フアイバ開口部で
   前記光点が結像しているかを判断する手段および
   この手段の出力、受光手段間の離隔距離および受
   光手段とその受像位置間距離から前記溶接対象物
   上の光点位置を演算する手段を含んでなる、溶接
   線センサ。 ２ 前記光電変換素子の出力情報は、溶接電流の
   極小時と同一タイミングによつて前記演算手段に
   入力されるべくしてなる、特許請求の範囲第１項
   記載の溶接線センサ。 ３ 前記光フアイバまたは光電変換素子の列設
   は、少なくとも２列とし、前記制御装置はこの一
   方の列の情報を入力して濃淡情報とし、他方の列
   の情報を入力して位置情報を求めるべくしてな
   る、特許請求の範囲第１項記載の溶接線センサ。