JPH0435267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接トーチ等に用いる明確な構造を持
つた投光装置に関するものである。

一体化した視覚センサ２を有するガスタングス
テンアーク溶接トーチは、A.W.Case.N.R.
Kuchar，D.C.Peroutky等の1982年７月27日に出
願された米国特許出願第401471号（特願第58−
135274号（特開昭59−47068号公報）に対応）に
記載されている。トーチの中央部から障害物を取
除いてあり、且つ内蔵した光学系のレンズをタン
グステン電極の上方に設けてある。溶接パドル及
び溶接領域の画像が光学繊維束によつてビデオカ
メラ更にコントローラへ伝達される。本願発明者
の発明に関わる米国特許出願第401473号（特願第
58−135274号（特開昭59−47068号公報）に対応）
は、電極上にモリブデンスリーブを設け、それに
より強烈に明るいアークからの光をブロツクし画
像を改善することを開示している。

視覚によつて案内されながら溶接を行なう上で
の主要な目的は、自動的に高品質の溶接を形成す
ることである。この為に、アーク近傍からの情報
が必要である。良品質の溶接を形成する為には、
溶接パドル（溶接中の溶融金属からなる溶接池）
が接合部の中央に位置されたままである様に溶接
されるべき接合部に沿つて位置決め装置が進行せ
ねばならない。トーチ電極の前方に於ける接合溝
をトラツキングする幾つかの市販されている装置
が存在している。その幾つかは機械的なものであ
り、情景分析を使用したり又は明確な構造を有す
る光分析を使用しているが、その何れもがアーク
の近傍に於いて機能するものではなく、従つてそ
れらのものは溶接パドルの動作情報及び接合部の
形状情報の何れをも利用するものではない。

検査及びロボツト制御を行なう上での多くの問
題に対してコンピユータ視覚処理が適応されてい
る。通常、その目的とするところは１個又はそれ
以上の点を測定することである。センサ直下のラ
インに沿つて高さが測定される場合には、高さ分
布が得られ、且つ多数のこの様な平行なラインに
沿つて測定が行なわれる場合には、陸地に対する
地勢図に類似した表面高さマツプが得られる。コ
ンピユータ視覚を使用してこの様な高さ乃至は範
囲の測定を行なう方法の１つは、明確な製造を有
する照明によるものである。これは視差効果を使
用して範囲即ちレンジを測定する技術である。光
束が或る角度で観測点の下側に位置した表面へ当
たると、その表面に当たつた場所に光のドツトを
形成する。その表面が上下移動し観測点へ近付い
たりそこから遠ざかつたりすると、ドツトの見掛
けの位置は前後に並進運動する。この並進運動を
測定し、高さを計算することが可能である。シー
ト状の光を使用して点の代りにラインを形成する
ことが可能である。

この技術の中心を成すものは、光パターンの形
成とその光パターンを狭隘であつたり危険であつ
たりする様な遠隔地域への伝送である。３次元検
査技術に於いては、投光器及びセンサがロボツト
によつて空間を移動されることが屡々要求され従
つて投光器が計量であり、可及的に小型なもので
あつて、且つ移動部分がないということが要求さ
れる。

ロボツト（自動）溶接装置に於いては、ロボツ
トがトーチを溶接すべき接合部に沿つて移動させ
る際に溶接トーチの位置を適合的に制御すること
が必要である。コンピユータ視覚はこの問題に対
して適応され始めている。通常、上述したガスタ
ングステンアーク溶接トーチの視覚系が、溶接部
に対するトーチ電極の位置に対する情報及び電極
に対する溶融した溶接池の位置及び状態に関する
情報を供給するものと期待されている。接合位置
及び接合されるべき板（プレート）の形状を判別
する為に、明確な構造を有する照明が使用され
る。この投光器はシールされており、明るく、よ
く焦点が合わされており、極めて小型でなければ
ならず、且つ可動部分を有するものでないことが
要求される。

小型のスライドプロジエクタに類似したポータ
ブルで比較的コンパクトな投光装置が組立てられ
た。該装置は光源と、マスクと、レンズとを担持
しており、かなり大型なものであり、その光学パ
ワーが制限されており、且つ電力線と、冷却用の
パワーとフアンを必要としているにも拘わらず、
スタテイツクなパターンを発生するものである。
光源として発光ダイオード（LED）が使用され
ており、その像は回転ミラー等によつて移動され
る。このアプローチは、通常、限定的な光学的パ
ワーを有する単一の光のラインを発生する。これ
らの技術によつては時間と共に変化しプログラム
可能なパターンは発生されない。

本発明は、以上の点に鑑み成されたものであつ
て、上述した如く従来技術の欠点を解消した自動
溶接装置及びプログラム可能な光パターン投光器
を提供することを目的とする。一体的なパドル観
測光学系を有する溶接トーチによつて確立されて
いるアークの近傍へ付加的な光エネルギパターン
を入射させ、その情景を処理することにより、ト
ーチの移動を案内し、溶接パラメータを制御し、
且つ溶接の品質を評価する為に必要な２種類のタ
イプのデータが発生される。それは、溶融したパ
ドルの動作を特徴付けると共に、加工物、接合部
パドル及び再溶接ゾーン（溶接によつて一体化さ
れた部材間に形成されるゾーン）の形状を特性付
けるものである。

本アーク溶接トーチは投光系を具備しており、
該投光系は遠隔光源と前記トーチ上に設けられて
おり観測用光学系の視野内の加工物上へ明確な構
造を有する光パターンを投光する出口光学組立体
とを有している。この明確な構造を有する光パタ
ーンとは、例えば、複数個の薄く平行で広く離隔
された光線条である。少なくとも２個の光線条を
パドル前方の加工物及び接合部の上に結像させる
ことにより、画像処理を行なつた後に、横断方向
の輪郭及び運転情報が与えられる。溶接パドル上
に光線条を投光させることにより、その形状、大
きさ、位置に関する情報を供給し、溶接工程を制
御する一方、再溶融ゾーン上に投光させて溶接後
の品質分析を行なう為の情報を発生させる。これ
ら３種類のタイプのデータを同時的に採取する為
に、これら３つの領域の全てをカバーする大きな
パターンを使用することが可能である。例えば、
光路内に周波数選定フイルタを設けることによつ
て、光源のエネルギをアークのエネルギから弁別
する。

可干渉な光学繊維束の入口部に於けるマスクを
介して光を通過させることによつてスタテイツク
パターンが得られ、且つターミナル端に於いてレ
ンズがそのパターンを目標の表面上へ投光させ
る。しかしながら、プログラム可能なレザーパタ
ーン投光器を設けることが望ましく、これは表面
欠陥検知等の様なその他のタスクを行なう上で有
用性がある。通常レーザである光源が随意に幅狭
のビームを形成し、強度変調器を通過させ、更に
ビーム偏向器へ入射される。入力レンズ系が偏向
されたビームを可干渉な光学繊維束の１表面上へ
結像させる。自動溶接に適用した場合のトーチに
取付けられている出口投光器とリレー光学組立体
が明確な構造を有する光パターンを目標の表面上
へ結像させる。ビーム偏向器及びオプシヨンによ
り変調器もコンピユータ又はその他のｘ，ｙデー
タ源によつて制御され、遠隔ビームがその径路に
沿つて移動される。変調器が空間的乃至は時間的
にパターン強度を変化させる。可動部分及びター
ミナル端に於いて電気的接続を設けることなし
に、任意のパターン及び一連のパターンを遠隔的
に形成し且つ投射させることが可能である。

以下、添付の図面を参照に、本発明の具体的実
施の態様について詳細に説明する。第１図は、内
蔵したパドル観測光学系を有すると共に、明確な
構造を有する光パターン投光系１３の出口光学系
（光学繊維束４８の出口に設けられた光学系）を
収納する投光器ハウジング１３′を取付けたガス
タングステンアーク溶接（GTAW）トーチ１２
を有しており加工物１０及び１１をシーム溶接す
る状態を示している。溶接パドル１４と、再溶融
ゾーン１５の１部と、溶接パドルの直ぐ前方に於
ける加工物間の接合部１６とを典型的に数個の平
行なラインで形成される明らかな構造を有する光
パターンとが可干渉な光学繊維束１７の端面上に
結像され、その像が遠隔して位置されているカメ
ラ及び溶接制御器へ伝送される。この像はレンズ
系１８によつて拡大され、例えばゼネラルエレク
トリツク社のTN2500電荷注入デバイスカメラ又
はビジコン等の様なテレビジヨン型のカメラ１９
ヘリレーされる。そのビデオ出力がコンピユータ
化された制御器２０へ供給されて、フイードバツ
ク構成に於いて使用され、トーチの運動を案内す
ると共に、溶接工程を制御して、終始一貫して良
品質の溶接を行なわしめる。オプシヨンとして、
光学フイルタ２１をカメラの光路内に設けること
が可能である。

本光学的トーチの１構成例を第２図に示してあ
り、それに関して以下簡単に説明する。これは、
従来のガスタングステンアーク溶接トーチが使用
される略全ての適用画面に於いて溶接を行なう為
に使用することが可能なものである。金属ハウジ
ング２２の下端部に、円筒状でセラミツクのガス
カツプ乃至はノズル２３が設けられており、それ
は金属カツプ２４によつて取囲まれている。交換
可能なタングステン電極２５がガスノズルの中央
に位置しており、且つその上にモリブデンスリー
ブ２６が設けられており、該スリーブは画像阻止
体として機能し電極と加工物との間に形成される
強烈に明るいアーク２７（第１図）の１部が存在
することによつて発生される歪を除去している。
水冷却されている銅製のトーチ本体２８は、一体
的でスリムな形態をした電極保持体２９を有する
と共に、ガスと水と電力の接続部３０乃至３２を
有している。小型の構造とする為に、トーチ本体
及びスリムな形態をした電極保持体は電極２５を
光学的中央線上に位置させており、且つガスと水
と電力の接続部は互いに近接し且つ光学系と平行
に延在して位置している。３部構成からなる電極
保持体２９は、光軸と垂直な方向に於いてその断
面が最小とされており、電極を堅固に保持すると
共に、例えば、200A電極電流を与える為に適切
な導電面積を与えている。円筒状のトーチ本体２
８は内部水部屋３３を有しており、その中には中
央バツフルが設けられていて、トーチ本体と水と
が最大限に接触する様にされており、本組立体に
最適の冷却効果を与えている。被覆ガスが別個の
流路３４へ流入し、且つオリフイスを通過して本
溶接トーチの内部へ流入し、従つてガスノズル２
３を通過して電極及び溶接パドルを大気によつて
汚染されることから保護している。この被覆ガス
は、通常、不活性ガスであつて、例えばアルゴン
又は不活性ガスの混合ガスである。スリムな形態
をした銅製の電極保持体２９は突出しているアー
ム乃至はチヤツクであつて、そのアームの端部に
設けたリングを有しており、その中にタングステ
ン棒電極２５が挿入されており、該保持体の上部
アーム及び下部アームは静止状態であり且つトー
チ本体２８と一体的に設けられる一方、中央アー
ムは可動状態であつて電極をクランプすると共に
電極を交換することを可能とする。スリーブ３５
はトーチ本体２８を金属ハウジング２２から電気
的に絶縁しており、且つ高電圧溶接アークの開始
時に於けるアーク発生を防止する為の十分なフラ
ツシユオーバー距離を与えている。絶縁性の管３
６はガスと水と電力用の接続部を収納している。
ガス供給ライン３０′（第１図）、水供給ライン３
１′、水／電力ケーブル３２′及び光学繊維束１７
が溶接領域から外部へ延在して設けられている。
取付用ブラケツト３７がハウジング２２へ取付け
られており、本光学溶接トーチ１２を任意の可能
な取付状態で例えばロボツト装置の手首又は腕等
へ装着することを可能としている。尚、溶接ワイ
ヤは従来公知の態様で、電極２５の進行方向前方
の所定の位置に供給される。トーチ１２に装着可
能な溶接ワイヤ供給装置は市販されているものを
使用することが可能である。

トーチと一体的な光学系を３８で示してある。
３枚構成からなるレンズ系３９がレンズハウジン
グ４０内に装着されており、それは電極をガスカ
ツプ２３を超えて妥当な範囲延出させる為に溶接
スポツト上に結像させるべく軸方向に移動させる
ことが可能である。光軸はガスカツプ及びタング
ステン電極２５の中心と略整合している。この光
路をクオーツ窓４１を貫通しており、一方該窓は
光学系を被覆ガスからシールしている。この透明
で熱反射性の窓はリング４２によつてハウジング
に保持されている。フイルタ領域には１個又はそ
れ以上の光学フイルタ４３を収納させることが可
能であり、これらのフイルタは選択透過型のフイ
ルタか又は中性密度フイルタの何れでも良い。フ
イルタを通過するエネルギがセンサの特性及び特
定の目的に対して適切なものとする。レンズハウ
ジング４０は円筒状の空洞を有しており、その空
洞は加干渉な光学繊維束１７の端面を光軸上に保
持しており、光学繊維束の端面で採取された画像
が忠実に他端側へ伝送される。電極保持体２９は
溶接パドル及び溶接領域に於ける光学的焦点領域
から十分に離れた位置に設けられており、光学繊
維束の端面に於いて発生することのある光学的歪
を最小のものとしている。阻止装置としてのモリ
ブデンスリーブ２６はアークが結像されることを
シールドしており、本トーチ視覚系によつて発生
される画像を改善している。上掲した本件特許出
願人に関わる特許出願に更に詳細な情報が与えら
れており、同心円状の構成及び屈曲した視覚アタ
ツチメントを有するものについて記載されてい
る。

付加的な光エネルギパターンをアークの近傍へ
導入した場合には、その情景を処理することによ
り溶接工程を案内し、制御し且つ評価する為に必
要な２つのタイプがデータが得られる。そのデー
タは溶融したパドルの動作を特性付けると共に、
加工物と接合部と溶接パドルと再溶融ゾーンの形
態を特性付ける。溶接パドルを包含する一体的な
光学系の視野内の明確な構造を有する光パターン
を処理して、(1)接合部とバドルと再溶融ゾーンの
３次元的な特徴、(2)自動溶接装置の位置及び速度
を制御する為の運転情報、(3)溶接深さや再溶融ゾ
ーンの特性や溶接品質の全体的な特性等の様な工
程パラメータを発生させることが可能である。従
つて、明確な構造を有する光パターンを分析する
ことにより、３次元的な工程データを発生するこ
とが可能であり、一方情景のパドル部分を処理す
ることにより溶接動作データを発生させることが
可能である。

第３図乃至第５図は一体的な視覚センサ３８と
光学溶接トーチの視野を示している。タングステ
ン電極２５の位置を溶接パドル１４の中央乃至は
その近傍であつて且つ名目上結像されている溶接
領域の中央に近接して示されている。第３図に於
ける明確な構造を有する光パターンは１組の３個
の薄い広く離隔された平行な光線条４４からなり
溶接パドル１４の直ぐ前方に於いて加工物と接合
部１６の上に結像されて視野内に位置している。
前述した視差効果に基づき、この像を処理するこ
とにより１組の横断方向の輪郭及び溶接トーチの
運動を制御する為の運転情報が与えられる。溶接
パドルに近接したプレートの形状を知ることによ
り一層正確な運転情報を得ることが可能である。
何故ならば、熱等によつて発生される接合部の輪
郭に於ける変化を考慮することが可能だからであ
る。第４図に於いて、本光パターン投光系によつ
て３個の平行な光線条４４が溶接パドル１４及び
加工物の両側へ結像されており、パドル形状に関
する３次元的情報を与えている。これら横断方向
の輪郭から、溶接池の高さ及び幅、溶接池の端部
及びその形状、範囲方向等の情報が決定される。
このデータを例えばコンピユータで使用すること
によつて、電波及び電圧等の溶接パラメータを制
御し、且つ溶接パドル範囲及び位置を適合的に制
御する。溶接池の形状は溶接深さ及び溶接品質を
表わしている。第５図に於いて、３個の平行な光
線条４４が溶接パドルの直ぐ後方に於ける再溶融
ゾーン１５上に結像されており、溶接後の品質分
析を行なう為の横断方向の輪郭を与えている。発
生する凝固のタイプを検知し分析することが可能
である。全ての部分をカバーする一層大きなパタ
ーンを使用して、これら全てのタイプの情報を同
時的に採取することが可能である。

第１図に示した光パターン投光系１３はスタテ
イツクなパターンを関心のある表面上へ投光させ
る。レーザ、白熱電灯又はその他の光源４５がパ
ターンを形成したマスク４６、例えば固定した写
真光学マスクへ光を送る。この光パターンはレン
ズ系４７によつて加干渉な光学繊維束４８の入口
表面へ結像される。ターミナル端に於いて（第２
図も参照）レンズ系がこのパターンをアークの近
傍に於ける加工物上へ投光させる。このアプロー
チはかなり高い光パワーレベルを与えるものであ
るが、スタテイツクなパターンを与えるものであ
る。バンドパスフイルタ等の様な周波数選択性の
光学フイルタをカメラの光路内に設けてある。照
明用にレーザを使用する場合には、そのレーザの
パスバンドにチユーニングしたバンド幅の狭いフ
イルタ２１を使用する。このフイルタはレーザ周
波数で光を通過させその他の周波数の光を減衰さ
せる。光源からのエネルギをアークからのエネル
ギと弁別する為に何らかの構成を施さねばならな
いことが判別した。一方、フイルタ２１は中和型
のもの又はカメラ性能を向上させるタイプのもの
とすることも可能であり、例えば、CIDシリコン
型ソリツドステイト画像形成器用の900ナノメー
タバンドパスフイルタを使用することが可能であ
る。次いで、この画像を２つ又はそれ以上の手法
によつて処理する。第１に、電極の回りの領域を
コンピユータによつて処理し、パドル周囲、形
状、方向、位置等に関する情報を発生させる。こ
の情報は制御用コンピユータ２０へ供給される。
第２に、明確な構造を有する光パターンを使用し
て溶接領域の形状に関する３次元的情報を採取す
ることが可能である。この形状に関する情報も制
御用の中央コンピユータへ供給される。視覚によ
つて検知されたデータを使用して、溶接径路の変
更、溶接パラメータの制御、及び溶接品質の評価
を行なう。

時間と共に変化しプログラム可能なパターンを
第６図に示したプログラマブルレーザパターン投
光器によつて発生させることが可能であり、該投
光器は視覚によつて案内されるタングステン不活
性ガス（TIG）及び金属不活性ガス（MIG）溶
接に於いて使用することが可能であり、且つ表面
欠陥検出及び寸法測定等の様なその他のタスクを
行なう為に使用することが可能である。連続波ヘ
リウム−ネオンレーザ又はCWレーザダイオード
等の様なレーザ５０から通常構成される光ビーム
源が幅狭のビームを形成し、それをオプシヨンの
ビーム強度変調器５１を通過させた後に２次元ビ
ーム偏向器５２内へ導入される。この偏向器は電
気−光学型のもの又は一対の回転可能なミラーで
あつてその各々が精密検流計機構によつて駆動さ
れるものとすることが可能である。後者の１例と
してはニユーヨーク州ウツドサイドのフリークエ
ンシー・コントロール・プロダクツインコーポレ
イテツドによつて販売されているＸ−Ｙマウント
に取付けられるタイプALS−PSスキヤナがある。
その目的とするところは、ビームを角度α及びβ
だけ偏向させることにより量ｘ及びｙだけ空間的
に偏向させることである。強度変調器５１はプロ
グラムによつて空間的又は時間的に変化するパタ
ーン強度を与えるものである。偏向されたビーム
は適宜の変倍によつて入力レンズ系５３により可
干渉な光学繊維束５４の入口端上へ結像される。
これによりスポツト寸法が減少され、一層小さな
投光パターンとされる。狭い光ビームが空間的に
偏向されて光学繊維束の端面上の指定された光パ
ターンを描写する。最大10乃至15フイートの長さ
の可干渉な光学繊維束に沿つて伝送された後に、
偏向されたビームは光学繊維束から射出されて出
力レンズ系５５によつてパターン形成されるべき
目的の表面上へ結像される。投光器ハウジング５
６が光学繊維束の出口端を保持すると共に投光用
レンズを保持している。投光されたパターンの変
倍はレンズ系５５によつて調節される。

偏向系５２及びオプシヨンによつて設けられる
変調器５１はデジタル・アナログ変換器５８乃至
６０の出力によつて駆動され、これらの変換器は
コンピユータ６１乃至は予め計算されたｘ，ｙ軌
跡データ源からデジタルデータを受取る。従つ
て、コンピユータ内のプログラムによつて光路が
計算され、前記偏向機構のバンド幅のみによつて
制限される速度で前記ビームは前記光路に従つて
移動される。

第２図は、溶接トーチの一端側に固定され内側
に角度を付けてガスカツプへ螺着されている投光
器ハウジング１３′の内側の出口投光器・リレー
組立体を詳細に示している。光学繊維束５４の端
部は内側管６２内に装着されており、該内側管６
２は中間管６３に対し出入れ摺動自在であり、中
間管６３の前端部には投光レンズ６４が設けられ
ている。中間管６３はハウジング１３′内を出入
れ摺動自在である。従つて、レンズ６４及び光学
繊維束５４は管６３及び６２に装着されており、
結像を行なう為に相対的に調節することが可能で
ある。光学繊維束５４は更に管６２内に於いて回
転自在である。ミラー６５の傾斜を調節すること
が可能であり、該ミラー６５はパドル観測光学系
の視野内に於いて射出されるビームを加工物上へ
偏向させる。“窓”６６が光学系を被覆ガスから
シールしている。組立てた溶接トーチの１例に於
いては、投光された光パターンとパドル観測光学
系の光軸との間の角度は34度である。明確な構造
を有する照明と観測光学系との間に角度があり且
つ視差技術によつて計算される高さ分布が存在す
る場合には、この投光器ハウジングを溶接トーチ
の異なつた位置、即ちガスノズルに固着せずに溶
接トーチ上に装着させることが可能である。

第７図はクラデイング６７を有する可干渉な光
学繊維ケーブル５４の入口端及び出口端を図示し
ている。幅狭の光ビームがビーム偏向器５２によ
つて偏向され且つ、例えば、点Ａから開始され点
Ｂで終了する大略８の字型を入口端面に於いてト
レースさせる。出口端に於いて、遠隔箇所に於け
るビームが略同様な８の字径路に従つて移動す
る。第８図は、２個の平行な光線条が必要な場合
に光ビームによつて形成される閉じた４つの辺か
らなるループパターンを示している。第３図に関
し説明すると、接合部に沿う溶接トーチの移動制
御する為の運転情報を得る為には、溶接パドル１
４の前方の接合部１６上に少なくとも２つの薄い
平行なラインを投光させることが必要である。平
行な線又はバーからなるパターンよりも或る目的
に対しては１個又はそれ以上の円からなる明確な
構造を有する光パターンの方が良好なパターンで
あると考えられる。異なつた直径からなる円は本
投光系によつて容易に形成することが可能であ
る。

第６図の強度変調器５１をコンピユータ６１に
よつて制御し、レーザビームをサイクル内又はサ
イクル間に於いて変調させることが可能である。
サイクル内変調を行なう１例は、円を描写する際
にオンオフ制御を行ない、点線からなるリングを
形成したり、又は連続的な円を描写する際に強度
を変化させたりするものである。サイクル間変調
に於いては、例えば、完全な円を描写した後に次
の円の強度を減少させこれを繰返すことによつて
行なう。その目的とするところは、有用なパター
ンを形成し、背景となる像から弁別することであ
る。

以上、遠隔操作により空間に於ける方向を精密
に制御し且つ迅速に変化させることの可能な光束
を発生することが可能である有用で小型の装置が
提供されている。本装置は、何等機械的可動部分
を必要とすることがなく且つターミナル端に於い
て電気的な接続を必要とすることなしに、遠隔操
作により任意の特定の光パターン及び一連のパタ
ーンを形成し且つ投光させることを可能としてい
る。本装置は、遠隔操作によつて照明パターンを
与えることが必要であり且つ小型であること又は
環境条件等によつて大型のレーザや偏向系等を設
けることが許されない様な条件を有する適用場面
に必要なものである。これは、特に、コンピユー
タによる視覚案内溶接に於ける場合がそうであ
り、又その他にも多くの適用場面が存在する。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細
に説明したが、本発明はこれら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を
逸脱することなしに種々の変形が可能であること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光パターン投光器及び光学繊維ケーブ
ルによつて遠隔部品へ接続されている視覚センサ
を有するガスタングステンアーク溶接トーチによ
るシーム溶接の状態を示した説明図、第２図は光
学溶接トーチ・投光器装置の縦断面図、第３図乃
至第５図はプレート形状、パドル形状及び再溶融
ゾーン形状に関する情報を夫々得る為に光学系の
視野内に於ける投光された光線条パターンを示し
た各説明図、第６図はプログラム可能なレーザパ
ターン投光装置の１部断面説明図、第７図及び第
８図は可干渉の光学繊維束の入口端及び出口端を
示すと共にそのオプチカルフアイバ束によつて伝
送されるレーザビームによつて描写される光パタ
ーンの例を示した各斜視図、である。 符号の説明、１３……光パターン投光装置、１
３′……投光器ハウジング、１４……溶接パドル、
１７……光学繊維束、１８……レンズ系、１９…
…テレビ型カメラ、２０……制御器、２１……光
学フイルタ、２３……ガスカツプ（ガスノズル）、
２５……タングステン電極、２６……モリブデン
スリーブ、２９……電極保持体、３９……レンズ
系、４０……レンズハウジング、４１……クオー
ツ窓、５４……光学繊維束、６２……内側管、６
３……中間管、６４……レンズ、６５……ミラ
ー、６６……クオーツ窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスノズルの内側に設けた電極と一体的な光
   学観測系を具備したアーク溶接トーチとが設けら
   れており、前記トーチは動作中前記電極と溶接さ
   れるべき接合部を持つた加工物との間に電気的ア
   ークを形成させ且つ前記光学観測系は前記電極の
   端部及び形成されるべき溶融溶接パドルを包含す
   る視野を有しており、遠隔光源と前記トーチに取
   付けられた光学組立体とを有しており前記視野内
   において前記加工物上に明確な構造を有する光パ
   ターンを投光させる投光器系が設けられており、
   前記光学観測系が前記加工物溶接パドル及び周囲
   溶接領域及び投光された光パターンの像を供給す
   るものであり、前記像を遠隔制御器へ伝送する手
   段を設けたことを特徴とする自動溶接装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記投光器
   系が可干渉性な光学繊維束と前記光パターンを形
   成すると共に前記光学繊維束の一端上へ結像させ
   る手段を有しており、前記トーチ上に取付けられ
   た前記光学組立体が前記光学繊維束の他端部を保
   持すると共に伝送されてきた光パターンを前記加
   工物上へ結像させる手段を有することを特徴とす
   る自動溶接装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記明確な
   構造を有する光パターンが複数個の広く離隔され
   た薄い平行光線条であることを特徴とする自動溶
   接装置。 ４ 特許請求の範囲第２項において、前記明確な
   構造を有する光パターンが前記加工物上及び前記
   溶接パドルの前方の接合部上に結像される少なく
   とも２つの薄い平行な光線条であつて、横断方向
   の輪郭及び運転に関する情報を供給して前記溶接
   トーチの運動を制御することを特徴とする自動溶
   接装置。 ５ 特許請求の範囲第２項において、前記明確な
   構造を有する光パターンが前記溶接パドル及び加
   工物上に結像された複数個の薄い平行な光線条で
   あつて、横断方向の輪郭及び溶接パドルの形状及
   び動作に関する情報を供給して溶接工程を制御す
   ることを特徴とする自動溶接装置。 ６ 特許請求の範囲第２項において、前記明確な
   構造を有する光パターンが前記加工物上に結像さ
   れると共に前記溶接パドルの後方の再溶融ゾーン
   上に結像された複数個の薄い平行な光線条であつ
   て、溶接後の品質分析を行なうための横断方向の
   輪郭を供給することを特徴とする自動溶接装置。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記投光器
   系がプログラム可能な光パターンを発生し且つ可
   干渉な光学繊維束と前記光学繊維束の面上で特定
   のパターンを描写するために光ビームを偏向させ
   る手段とを有しており、前記トーチに取付けられ
   ている前記光学組立体が前記光学繊維束の他端部
   を保持すると共に伝送されてくるパターンを前記
   加工物上へ結像させる手段を有することを特徴と
   する自動溶接装置。 ８ ガスノズルの内側に設けられたタングステン
   電極を具備すると共に光軸が前記ガスノズルを通
   過する一体的な光学観測系を具備するガスタング
   ステンアーク溶接トーチが設けられており、前記
   トーチは動作中前記電極と溶接されるべき接合部
   を有する加工物との間に電気的アークを形成し且
   つ前記光学観測系は前記電極の端部及び形成され
   る溶接パドルを包含する視野を有しており、プロ
   グラム可能な光パターンを発生すると共に光ビー
   ム源と第１可干渉性光学繊維束と前記光学繊維束
   の面上に特定の光パターンを描写するプログラム
   可能なビーム偏向器と前記トーチに取付けられて
   おり且つ前記光学繊維束の他端部を取付ける手段
   を有すると共に伝送されてきた光パターンを前記
   視野内の前記加工物上へ結像させるレンズ系を具
   備した光学組立体とを有する投光器系が設けられ
   ており、前記光学観測系が第２可干渉光学繊維束
   の面上に像を供給し前記第２可干渉光学繊維束を
   介してカメラ及び制御器へ前記像を伝送させ、前
   記像が前記溶接パドルと前記パドルの前方におけ
   る接合部と後方における再溶融ゾーン及び投光さ
   れた光パターンを包含していることを特徴とする
   自動溶接装置。 ９ 特許請求の範囲第８項において、前記光パタ
   ーンが前記加工物上及び前記溶接パドルの前方の
   接合部上に結像されており、前記溶接トーチの運
   動を制御するための運転情報を発生することを特
   徴とする自動溶接装置。 １０ 特許請求の範囲第８項において、前記光パ
   ターンが前記溶接パドル上及び加工物上へ結像さ
   れており、溶接パドルの形状及び動作及び溶接の
   品質に関する情報を発生することを特徴とする自
   動溶接装置。 １１ 特許請求の範囲第８項において、前記光パ
   ターンが前記再溶融ゾーン上及び加工物上へ結像
   されており、溶接後の品質分析を行なうための情
   報を発生させることを特徴とする自動溶接装置。 １２ 特許請求の範囲第８項において、前記光ビ
   ーム源がレーザであり、前記カメラ光路内の周波
   数選択性光学フイルタが前記レーザの周波数にお
   ける光を通過させると共にそれ以外の周波数の光
   を減衰させることを特徴とする自動溶接装置。 １３ 特許請求の範囲第８項において、前記投光
   器系が前記光源からの光ビームの強度を可変プロ
   グラムに応じて変調させる手段を有することを特
   徴とする自動溶接装置。