JPH079373A - 溶接ロボットおよびそのトラッキングセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でしかも容易に、起伏部を有する
ワーク板材の溶接の進行方向に沿う端面に斜め方向から
レーザ光を投射していま一つのワーク板材に連続的に重
ね溶接する溶接ロボットおよびそのトラッキングセンサ
を提供する。 【構成】 トラッキングセンサ１８により、溶接加工が
進行するＸ軸方向にほぼ一定の間隔をおいて起伏部２ａ
が形成されてなるワーク板材２の上記Ｘ軸方向に沿う端
面２ｃのＹ軸方向の変化およびワーク板材２のワーク表
面の位置のＺ軸方向の変化から上記起伏部２ａを検出
し、上記端面２ｃに加工用レーザノズル１７からレーザ
光を投射する。このレーザ光は、上記ワーク板材２のワ
ーク表面に立てた法線を含むとともにワーク板材２の上
記端面に対して直角なレーザ光投射面内で斜め方向に投
射される。これによりワーク板材２がそれに接して接合
部分３ｂが配置されたいま一つのワーク板材３に連続し
て重ね溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接加工の加工進行方
向にほぼ一定の間隔をおいて起伏部を有する被溶接物を
互いに溶接する溶接ロボットおよびそのトラッキングセ
ンサに関し、より詳しくは、溶接の加工進行方向に沿う
被溶接物の端面を検出し、この端面に加工用レーザノズ
ルからレーザ光を投射して溶融させ、被溶接物をそれに
接して接合部分が配置されたいま一つの被溶接物に連続
して重ね溶接する溶接ロボットおよびそのトラッキング
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば図１０に示すように、起伏部２
ａ，３ａを有するワーク板材２，３を重ね溶接する場
合、従来、ワーク板材２，３は、その溶接部分２ｂ，３
ｂを互いに重ね合わせ、この溶接部分２ｂ，３ｂをアー
ク溶接等により手作業で溶接していた。

【０００３】しかしながら、このような手作業による溶
接では、溶接作業の効率が低いうえに、上記ワーク板材
２，３は起伏部２ａ，３ａを有しており、これら起伏部
２ａ，３ａにおいてその溶接の接合線は複雑な形状を有
しているので、溶接の品位にもばらつきが生じやすいと
いう問題がある。したがって、上記のような起伏部２
ａ，３ａを有するようなワーク板材２，３の溶接にも、
たとえばレーザ溶接ロボット等の溶接ロボットを採用
し、溶接の自動化を図ることが望ましい。

【０００４】ところで、３次元の自由曲面の任意点に対
し、任意の方向から溶接ビームを照射するための溶接ロ
ボットのロボットアームには、一般に、１点指向型ヘッ
ドと呼ばれるものやスイングアーム型ヘッドと呼ばれる
ものがある。これらのものは、一般に５つの制御軸を有
しており、その制御には高度な制御技術を必要とする。
図１１にスイングアーム型ヘッドの構成の一例を示す。

【０００５】上記スイングアーム型ヘッド４は、３次元
空間のＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能な
アーム支持部５を有し、このアーム支持部５に第１アー
ム部６，第２アーム部７および第３アーム部８を支持し
てなるものである。

【０００６】上記第１アーム部６は、アーム支持部５に
一端が固定されて上記Ｚ軸方向に伸びる軸６ａを有する
とともにこの軸６ａのまわりに矢印Ａ₁で示すように回
動自在となっている。また、上記第２アーム部７は、第
１アーム部６の他端に一端が固定されて上記Ｚ軸方向に
対して直角に伸びる軸７ａを有するとともにこの軸７ａ
のまわりに矢印Ａ₂で示すように回動自在となってい
る。さらに、上記第３アーム部８は、この第２アーム部
７の他端に一端が固定されて上記第２アーム部７の軸７
ａに対して直角に伸びる軸８ａを有する。

【０００７】上記のような軸構成を有するスイングアー
ム型ヘッド４を有する溶接ロボットを、図１０のワーク
板材２，３をレーザ溶接するためのレーザ溶接ロボット
として採用することが考えられる。このレーザ溶接ロボ
ットでは、図１１の上記スイングアーム型ヘッド４の第
３アーム部８の上記軸８ａに沿い、この第３アーム部８
の他端の加工用レーザノズル９からレーザ光１を出射さ
せる。また、上記第３アーム部８には、ワーク板材２の
溶接加工の加工進行方向に沿う端面２ｃを検出するため
のトラッキングセンサ（図示せず。）を支持する。

【０００８】上記レーザ溶接ロボットは、たとえばつぎ
のようにして、ワーク板材２，３の溶接を行なう。すな
わち、ワーク板材２，３を上記溶接ロボットの図示しな
いベッド上に載置し、上記ワーク板材２，３をこのベッ
ドにより加工進行方向に移動させる。そして、上記スイ
ングアーム型ヘッド４を、図１０に示すように、ワーク
板材３のワーク表面に立てた法線ｎを含むとともにワー
ク板材２，３の溶接の加工進行方向に沿う端面２ｃに対
して直角なレーザ光投射面Ｐ内で、上記法線ｎに対して
たとえば４５度の角度を有して上記端面２ｃにレーザ光
１が入射するように、アーム支持部５，第１アーム部６
ないし第３アーム部８を制御する。この場合の第１アー
ム部６ないし第３アーム部８の姿勢を図１２に示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１２からも分かるよ
うに、スイングアーム型ヘッド４を有する溶接ロボット
では、ワーク板材２，３の平坦部分２ｄ，３ｄから起伏
部２ａ，３ａ（図１０参照）の頂部を経て再びワーク板
材２，３の平坦部分２ｄ，３ｄに至る（イ）ないし
（リ）の過程で、アーム支持部５は、Ｘ軸、Ｙ軸および
Ｚ軸方向の位置がそれぞれ変化している。また、第１ア
ーム部６はその軸６ａのまわりに矢印Ａ₁で示すように
回動して第２アーム部７をＸＹ平面内で方向を変化させ
る。さらに、第２アーム部７もその軸７ａのまわりに矢
印Ａ₂で示すように回動して第３アーム部８をＹＺ平面
内で方向を変化させる。さらにまた、第３アーム部８
は、それに支持された図示しないトラッキングセンサが
常に、溶接光（プラズマ光）を避けて上記ワーク板材３
のワーク表面の法線ｎ方向から溶接の加工点にやや先立
つ端面２ｃを観察するようにするために、すなわち上記
トラッキングセンサの視野補正のために、その軸８ａの
まわりに図１１において矢印Ａ₃で示すように回動させ
る必要がある。

【００１０】このため、スイングアーム型ヘッド４を有
する溶接ロボットを、レーザ溶接ロボットとして上記の
ようなワーク板材２，３の溶接に採用する場合には、Ｘ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸，第１アーム部６の軸６ａおよび第２ア
ーム部７の軸７ａの５軸の制御に加えて、トラッキング
センサの視野補正のために、第３アーム部８の軸８ａを
加えた合計６軸を、各々が相互に関連する複合した制御
が必要であり、制御が非常に複雑となるという問題があ
った。

【００１１】また、トラッキングセンサに関して、一般
の溶接ロボットにおいて、２次元平面上のほぼ直線に近
い溶接の接合線の伸長方向を検出するものは、従来より
提案されている。しかしながら、図１０に示すような起
伏部２ａ，３ａを有するワーク板材２，３を溶接する上
記レーザ溶接ロボットに使用することができるトラッキ
ングセンサについては、従来より知られていなかった。

【００１２】本発明の目的は、被溶接物の溶接の加工進
行方向に沿う端面に対し、所定の角度を保ちながら被溶
接物をいま一つの被溶接物の溶接部に重ね溶接する際
に、トラッキングセンサからのフィードバックにより、
レーザ光の投射位置の補正制御を簡単な構成でしかも容
易に行うことができる溶接ロボットおよびそのトラッキ
ングセンサを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる溶接ロボットは、金属製の板材よ
りなり、溶接加工が進行する方向に起伏部が形成されて
なる被溶接物の端面に加工用レーザノズルからレーザ光
を、上記被溶接物のワーク表面に立てた法線を含むとと
もに被溶接物の上記端面に対して直角なレーザ光投射面
内で上記法線に対して零度と９０度との間の角度範囲を
有して投射し、重ね溶接する溶接ロボットであって、そ
れぞれ直交するＸＹＺ３軸方向に移動可能なアーム支持
部と、このアーム支持部に一端が固定されてワーク表面
に向かって垂直方向に伸びる軸を有するとともにこの軸
のまわりに回動自在な第１アーム部と、この第１アーム
部の他端に一端が固定されて上記垂直方向に対して直角
に伸びる軸を有するとともにこの軸のまわりに回動自在
な第２アーム部と、この第２アーム部の他端に一端が固
定されて上記レーザ光投射面内にて上記第２アーム部の
軸と斜交する軸を有し、この軸に沿い他端の加工用レー
ザノズルから被溶接物の上記端面にレーザ光を出射する
第３アーム部とを備えたことを特徴とするものである。

【００１４】また、上記目的を達成するため、請求項２
にかかる溶接ロボットのトラッキングセンサは、金属製
の板材よりなり、溶接加工が進行する方向に起伏部が形
成されてなる被溶接物の端面に加工用レーザノズルから
レーザ光を、上記被溶接物のワーク表面に立てた法線を
含むとともに被溶接物の上記端面に対して直角なレーザ
光投射面内で上記法線に対して零度と９０度との間の角
度範囲を有して投射し、重ね溶接する溶接ロボットのト
ラッキングセンサであって、レーザ光が投射されている
被溶接物の上記端面の加工点から加工進行方向に先行し
た観察点を通るとともに上記法線に平行な方向を有する
結像光軸を有する結像手段と、この結像手段の背後に配
置されてそれにより結像した被溶接物の上記端面の像を
撮像して画像信号に変換する撮像手段と、この撮像手段
に入射する溶接光を減衰させる溶接光減衰手段と、から
なる観察手段を備える一方、上記レーザ光投射面に平行
で上記結像光軸を含む面内に含まれるとともに、上記結
像光軸に対して傾斜した照明光軸を有して被溶接物の上
記端面を照明する端面照明手段と、上記レーザ光投射面
と平行な互いに間隔を有する２つの面にそれぞれ含ま
れ、かつ、上記結像光軸に対して同じ方向に傾斜した投
射光軸をそれぞれ有するスポット光源を有し、これらス
ポット光源からの光を加工進行方向に上記間隔をおいて
上記観察点の近傍に投射する点像投映手段と、これら点
像投映手段の上記スポット光源から出射した光のワーク
表面からの反射光を受けて各々の上記スポット光源のそ
れぞれの点像を撮像手段の撮像画面の一部に光学的に合
成する点像合成光学系とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００１５】さらに、上記目的を達成するため、請求項
３にかかる溶接ロボットのトラッキングセンサは、請求
項２記載の溶接ロボットのトラッキングセンサにおい
て、ワーク表面上には、撮像手段により上記端面が観察
される上記撮像手段の第１の観察領域およびワーク表面
に投映された各々のスポット光源の点像が観察される上
記撮像手段の第２の観察領域が存在し、各々の上記スポ
ット光源のそれぞれの点像が光学的に合成される撮像画
面の上記一部は、第１の観察領域の上記加工点側に設け
た第１の観察領域からの入射光の遮蔽領域であることを
特徴とするものである。

【００１６】さらにまた、上記目的を達成するため、請
求項４にかかる溶接ロボットのトラッキングセンサは、
金属製の板材よりなり、溶接加工が進行する方向に起伏
部が形成されてなる被溶接物の端面に加工用レーザノズ
ルからレーザ光を、上記被溶接物のワーク表面に立てた
法線を含むとともに被溶接物の上記端面に対して直角な
レーザ光投射面内で上記法線に対して零度と９０度との
間の角度範囲を有して投射し、重ね溶接する溶接ロボッ
トのトラッキングセンサであって、レーザ光が投射され
ている被溶接物の上記端面の加工点から加工進行方向に
先行した観察点を通るとともに上記法線に平行な方向を
有する結像光軸を有する結像手段と、この結像手段の背
後に配置されてそれにより結像した被溶接物の上記端面
の像を撮像して画像信号に変換する撮像手段と、この撮
像手段に入射する溶接光を減衰させる溶接光減衰手段
と、からなる観察手段を備える一方、上記レーザ光投射
面に平行で上記結像光軸を含む面内に含まれるととも
に、上記結像光軸に対して傾斜した照明光軸を有して被
溶接物の上記端面を照明する端面照明手段と、スリット
光源を有し、このスリット光源から上記結像光軸に対し
て傾斜した方向からＸ軸方向に伸びるスリット光を上記
観察点の近傍に投射するスリット光投映手段と、このス
リット光投映手段の上記スリット光源から出射した光の
ワーク表面からの反射光を受けて上記スリット光源のス
リット像を撮像手段の撮像画面の一部に光学的に合成す
るスリット像合成光学系とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１７】さらにまた、上記目的を達成するため、請
求項５にかかる溶接ロボットのトラッキングセンサは、
請求項４にかかる溶接ロボットのトラッキングセンサに
おいて、ワーク表面上には、撮像手段により上記端面が
観察される上記撮像手段の第１の観察領域およびワーク
表面に投映されたスリット光源のスリット像が観察され
る上記撮像手段の第２の観察領域が存在し、上記スリッ
ト光源のスリット像が光学的に合成される撮像画面の上
記一部は、第１の観察領域の上記加工点側に設けた第１
の観察領域からの入射光の遮蔽領域であることを特徴と
するものである。

【００１８】

【発明の作用および効果】請求項１にかかる溶接ロボッ
トによれば、アーム支持部がＸ軸方向に対して直角なＹ
軸方向およびＺ軸方向に移動し、第１アーム部がこのア
ーム支持部にその一端が固定されてワーク表面に向かっ
てＺ軸方向に伸びる軸を有するとともにこの軸のまわり
に回動自在であり、第２アーム部がこの第１アーム部の
他端に一端が固定されてＺ軸方向に対して直角に伸びる
軸を有するとともにこの軸のまわりに回動自在であり、
また、第３アーム部がこの第２アーム部の他端に一端が
固定されてレーザ光投射面内にて第２アーム部の軸と斜
交する軸を有し、この軸に沿い他端の加工用レーザノズ
ルから被溶接物の端面にレーザ光を出射するので、第２
アーム部に固定された、第３アーム部の軸がレーザ光投
射面内にあるように制御するには、第２アーム部のその
軸のまわりの回動を制御すればよく、したがって、必要
な制御はＹ軸およびＺ軸に加えて第２アーム部の軸を制
御するいわゆる２．５軸制御であり、溶接ロボットのア
ームの構成が簡単であり、補正制御も容易である。

【００１９】また、請求項２にかかる溶接ロボットのト
ラッキングセンサによれば、観察手段により被溶接物の
端面の加工進行方向に対して直角な方向のずれを検出す
る一方、点像投映手段のスポット光源からの光を、レー
ザ光投射面と平行な互いに間隔を有する２つの面にそれ
ぞれ含まれ、かつ、結像光軸に対して同じ方向に傾斜し
た投射光軸をそれぞれ有して加工進行方向に間隔をおい
て観察点の近傍に投射し、これらスポット光源から出射
した光のワーク表面からの反射光によるスポット光源の
点像の位置関係により被溶接物のワーク面の傾きを検出
することができるので、これら情報を溶接ロボットの制
御装置にフィードバックすることにより、加工進行方向
に起伏部がある被溶接物の端面に、常に、レーザ光投射
面内にて加工用レーザノズルからレーザ光を出射するこ
とができる。

【００２０】さらに、請求項３にかかる溶接ロボットの
トラッキングセンサによれば、点像合成光学系により点
像投映手段のスポット光源から出射した光のワーク面の
反射光を受けてスポット光源の点像が撮像手段の撮像画
面の一部に光学的に合成されるので、一つの撮像手段で
被溶接物の端面の加工進行方向に対して直角な方向のず
れに関する情報およびワーク表面の傾きに関する情報検
出ができ、構成が簡単かつコンパクトになり、溶接ロボ
ットの第３アーム部へのトラッキングセンサの取り付け
の制約も少なくなり、しかも、一つの画面内に二つの情
報があるので一度に画像処理ができ、画像処理時間も一
つの画像処理の時間しか必要とせず、画像処理時間が短
縮され、溶接速度が速くなっても、端面の位置を小さい
間隔でサンプリングすることができ、端面のトラッキン
グを高精度で行える。

【００２１】さらにまた、請求項４にかかる溶接ロボッ
トのトラッキングセンサによれば、スリット光源のワー
ク表面から反射したスリット像を用いて被溶接物のワー
ク表面の傾きを検出しているので、スポット光源を用い
るものに比較して光源が一つで済み、構成がさらに簡単
になる。

【００２２】さらにまた、請求項５にかかる溶接ロボッ
トのトラッキングセンサによれば、一つの撮像手段で被
溶接物の端面の加工進行方向に対して直角な方向のずれ
に関する情報およびワーク表面の傾きに関する情報検出
ができ、構成がコンパクトになり、溶接ロボットの第３
アーム部へのトラッキングセンサの取り付けの制約も少
なくなり、しかも、一つの画面内に二つの情報があるの
で一度に画像処理ができ、画像処理時間も一つの画像処
理の時間しか必要とせず、画像処理時間が短縮され、溶
接速度が速くなっても、端面の位置を小さい間隔でサン
プリングすることができ、端面のトラッキングを高精度
で行える。

【００２３】

【実施例】以下に、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。本発明にかかる溶接ロボットの一実施例
のアーム部分を図１に示す。

【００２４】なお、以下では、溶接ロボットの溶接の加
工進行方向をＸ軸方向といい、このＸ軸方向に対して直
角でワーク板材のワーク表面に対して平行な方向をＹ軸
方向といい、また、このＹ軸方向と上記Ｘ軸方向とに直
角な方向をＺ軸方向という。

【００２５】上記溶接ロボットは、Ｘ軸方向に所定の間
隔で起伏部２ａ，３ａを有するワーク板材（被溶接物）
２，３をレーザ溶接するためのものである。上記溶接ロ
ボットのアーム部分１１は、アーム支持部１２、第１ア
ーム部１３、第２アーム部１４および第３アーム部１５
から構成される。

【００２６】上記アーム支持部１２は、図示しない門型
フレーム等に支持されており、上記Ｙ軸方向および上記
Ｚ軸方向に移動可能である。

【００２７】このようにＹ軸方向およびＺ軸方向に移動
可能である上記アーム支持部１２に対し、上記ワーク板
材２，３を支持するベッド１６を上記Ｘ軸方向に移動可
能に設けている。したがって、溶接部分２ｂ，３ｂで互
いに重ね合わされたワーク板材２，３は、上記ベッド１
６上に保持されてＸ軸方向に移動する。

【００２８】上記第１アーム部１３は、図２に示すよう
に、アーム支持部１２に一端が固定されてワーク板材
２，３のワーク表面に向かって上記Ｚ軸方向に伸びる軸
１３ａを有するとともにこの軸１３ａのまわりに矢印Ａ
₁₁で示すように回動自在となっている。また、上記第２
アーム部１４は、第１アーム部１３の他端に一端が固定
されて上記Ｚ軸方向に対して直角に伸びる軸１４ａを有
するとともにこの軸１４ａのまわりに矢印Ａ₁₂で示すよ
うに回動自在となっている。

【００２９】上記第３アーム部１５は、第２アーム部１
４の他端に一端が固定されてこの第２アーム部１４に支
持されている。上記第３アーム部１５は、図２において
実線で示すように、上記第２アーム部１４の軸１４ａと
いわゆる鈍角をなして斜交する軸１５ａを有する。

【００３０】なお、上記第３アーム部１５は、図２にお
いて点線で示すように、その軸１５ａが上記第２アーム
部１４の軸１４ａといわゆる鋭角をなして斜交していて
もよい。これは、上記第１アーム部１３をその軸１３ａ
のまわりに１８０度回転させれば、図２において実線で
示した第３アーム部１５の軸部１５ａの方向を点線で示
した第３アーム部１５の軸部１５ａの方向に合致させる
ことができるからである。

【００３１】したがって、以下の説明では、軸１５ａが
図２において実線で示される第３アーム１５部と点線で
示される第３アーム部１５とは同等もしくは同じものと
して扱う。

【００３２】第３アーム部１５は、図３の（イ）ないし
（リ）に示すように、その上記軸１５ａがワーク板材３
のワーク表面に立てた法線ｎを含むとともに上記Ｘ軸方
向に沿うレーザ光が投射されるワーク板材２の端面２ｃ
に対して直角なレーザ光投射面Ｐ内にて上記第２アーム
部１４の軸１４ａと上記のように斜交する。

【００３３】上記第３アーム部１５は、その上記軸１５
ａに沿い他端の加工用レーザノズル１７（図１，図２参
照）からワーク板材２の上記端面２ｃにレーザ光を出射
する。上記第３アーム部１５には、トラッキングセンサ
１８（図１参照）が支持される。

【００３４】上記トラッキングセンサ１８の構成を図４
および図５により説明する。上記トラッキングセンサ１
８は、ワーク板材２，３のうちのレーザ光が投射される
側のワーク板材２の端面２ｃを撮影し、そのエッジを溶
接の接合線として検出し、その上記Ｙ軸方向の位置を検
出するＹ軸センサとしての撮像装置２１、上記端面２ｃ
を照明するための照明装置２２および上記ワーク板材
２，３のワーク表面の傾きを検出し、ワーク板材２，３
の上記起伏部２ａ，３ａを検出するための点像投映装置
２３を備える。

【００３５】上記撮像装置２１は、図６において内周に
斜線を付して示した四角形状のワーク板材２，３のワー
ク面における第１観察領域２４およびこの第１観察領域
２４内に含まれるワーク板材２の端面２ｃを撮像する。
なお、この第１観察領域２４のレーザビーム光１が照射
される加工点２５寄りの端部領域２６には強度の強い溶
接光（プラズマ光）が入射して反射されるので、上記撮
像装置２１は、この端部領域２６からの反射光のマスク
領域２６としている。このマスク領域２６からの反射光
をマスクするための構成については、後に図７とともに
説明する。

【００３６】上記撮像装置２１は、その具体的な構成の
詳細を図４に示すように、上記第１観察領域２４（図６
参照）を撮像するための結像レンズ２７、この結像レン
ズ２７の背後に配置された結像レンズ２８、この結像レ
ンズ２８の背後に配置されてそれにより結像したワーク
板材２の端面２ｃのエッジを含む上記第１観察領域２４
の像が結像する光電変換面（撮像画面）を有し、この結
像した像に対応する画像信号を出力するＣＣＤカメラ２
９およびこのＣＣＤカメラ２９に入射する溶接の加工点
２５からの溶接光を減衰させるための２枚の干渉フィル
タ３１，３２を備える。

【００３７】上記結像レンズ２７，結像レンズ２８は、
干渉フィルタ３１，３２および加工点２５から入射する
赤外線をカットするための赤外カットフィルタ３３とと
もに、一つのレンズ鏡胴３４に組み込まれる。このレン
ズ鏡胴３４は主鏡胴３５の先端部に取り付けられる。こ
の主鏡胴３５の後端部には上記ＣＣＤカメラ２９が取り
付けられ、全体が一つの外装ケース３６内に収容され
る。上記干渉フィルタ３１，３２は、レンズ鏡胴３４内
にて結像レンズ２７に関して第１観察領域２４側に配置
されており、また、上記赤外線カットフィルタ３３は、
レンズ鏡胴３４内にて上記結像レンズ２７，２８に関し
てＣＣＤカメラ２９側に配置される。

【００３８】上記結像レンズ２７の光軸、結像レンズ２
８の光軸およびＣＣＤカメラ２９の軸が主鏡胴３５の光
軸に合致するように、レンズ鏡胴３４およびＣＣＤカメ
ラ２９が上記主鏡胴３５に取り付けられる。以下、主鏡
胴３５の上記光軸を撮像装置２１の光軸３７という。

【００３９】撮像装置２１は、その上記外装ケース３６
にて、支持部材３８（図１および図４参照）により、第
３アーム部１５に固定される。このとき、撮像装置２１
は、その上記光軸３７が、図５に示すように、加工点２
５から距離ｄ₁だけ先行した第１観察領域２４の中心点
３９（図６参照）において立てたワーク板材２，３のワ
ーク表面の法線の方向を有して、あるいはＸ軸方向（加
工進行方向）に角度θ₁傾斜して、第３アーム部１５に
固定される。本実施例では、上記距離ｄ₁はたとえば６
ｍｍに設定される。また、撮像装置２１の光軸３７を上
記角度θ₁傾斜させる場合は、上記角度θ₁はたとえば１
０度に設定される。

【００４０】撮像装置２１の上記外装ケース３６には、
図４に示すように、レーザ溶接に伴って加工点２５で発
生する金属蒸気から上記干渉フィルタ３１，３２を防護
するため、上記レンズ鏡胴３４の前方部分に防護カバー
４１を設けるとともに、具体的に図示しないが、上記外
装ケース３６の前部にはドライエアー噴出装置を設けて
いる。このドライエアー噴出装置からは、防護カバー４
１の側方からこの防護カバー４１の面に沿ってドライエ
アーを噴出し、防護カバー４１に上記金属蒸気が蒸着す
るのを防止している。

【００４１】一方、ワーク板材２の端面２ｃを照明する
照明装置２２は、ワーク板材２のワーク表面上を散乱光
による照明を行う。

【００４２】この照明装置２２の２枚の上記照明レンズ
４３，４４のうち、ライトガイド４６の上記一端と反対
側の照明レンズ４３の前には、撮像装置２１と同様に、
レーザ溶接に伴って加工点２５で発生する金属蒸気から
上記照明レンズ４３を防護するため、上記レンズケース
４２の前方部分に防護カバー４７を設けている。また、
具体的には図示しないが、上記レンズケース４２の前部
に取り付けたドライエアー噴出装置により、防護カバー
４７の側方から防護カバー４７の面に沿ってドライエア
ーを噴出し、この防護カバー４７に上記金属蒸気が蒸着
するのを防止している。

【００４３】図６に示すように、上記照明装置２２の照
明光軸４８は、第１観察領域２４の中心点３９を含ん
で、レーザ光投射面Ｐに平行で、撮像装置２１の上記光
軸３７を含む面Ｐ₁内に含まれるとともに、Ｚ軸方向に
対して角度θ₂の角度をなす。これにより、上記照明装
置６は、上記ワーク板材２の端面２ｃを斜め上方から照
明する。本実施例では、たとえばθ₂＝２０度に設定さ
れる。このように、ワーク板材２の端面２ｃをその側方
斜め上方から照明すると、照明装置２２のワーク板材
２，３のワーク表面における輝度変化の大きい鏡面反射
光が撮像装置２１に入射することがなく、撮像装置２１
には輝度の変化の少ない光が入射し、かつ、端面２ｃの
エッジを強調できる。

【００４４】上記照明装置２２は、図１に示すように、
撮像装置２１とともに支持部材３８により、上記関係を
満すように、第３アーム部１５に取り付けられて支持さ
れる。

【００４５】点像投映装置２３は、図４に示すように、
２つのスポット光源として第１および第２の半導体レー
ザ５１ａ，５１ｂを備える（図４では、半導体レーザ５
１ｂはあらわれていない。）。これら第１および第２の
半導体レーザ５１ａ，５１ｂのうち、第１の半導体レー
ザ５１ａは、図６に示すように、その投射光軸５２ａが
撮像装置２１の光軸３７を含む上記面Ｐ₁内にて、Ｚ軸
方向に対して角度θ₃傾斜した投射光軸５２ａを有し、
上記第１観察領域２４の中心点３９から距離ｄ₂の位置
にレーザ光を投射する。本実施例では、上記角度θ₃は
３０度に設定され、また上記距離ｄ₂は４ｍｍに設定さ
れる。

【００４６】点像投映装置２３の第２の半導体レーザ５
１ｂは、その投射光軸５２ｂが上記面Ｐ₁と平行な面Ｐ₂
内にある。すなわち、第２の半導体レーザ５１ｂは、第
１の半導体レーザ５１ａのレーザ光の投射位置から加工
点２５と反対側に距離ｄ₃だけ、第１の半導体レーザ５
１ａのレーザ光の上記投射光軸５２ａを平行移動した投
射光軸５２ｂを有する。

【００４７】第１の半導体レーザ５１ａからのレーザ光
および第２の半導体レーザ５１ｂからのレーザ光は、図
８に示すように、ワーク板材２のワーク表面に対する加
工用レーザノズル１７のＺ軸方向の距離が規定の値を有
しているときは、ワーク板材２，３のワーク表面の第１
観察領域２４の中心点３９を通るＸ軸から、所定の距離
ｄ₂離れた投射位置５４ａおよび５４ｂに投射される。
これら投射位置５４ａおよび５４ｂは、次に説明するよ
うに、ワーク板材２，３のワーク表面と加工用レーザノ
ズル１７との間の距離並びにワーク板材２，３のワーク
表面の傾きを検出するために設定された四角形状の第２
観察領域５３内にある。

【００４８】上記点像投映装置２３は、その第１の半導
体レーザ５１ａの投射光軸５２ａおよび第２の半導体レ
ーザ５１ｂの投射光軸５２ｂが上記のように傾斜してい
るので、トラッキングセンサ１８（図１参照）がワーク
板材２，３の起伏部（２ａ，３ａ）にさしかかると、こ
のワーク表面における上記点像投映装置２３の第１の半
導体レーザ５１ａおよび第２の半導体レーザ５１ｂのレ
ーザ光の投射位置が変化する。したがって、第１の半導
体レーザ５１ａの投射位置Ｚ₁を検出することにより、
上記ワーク表面と加工用レーザノズル１７との間の距離
を検出することができ、また、第１の半導体レーザ５１
ａの投射位置に対する第２の半導体レーザ５１ｂの投射
位置の変化（Ｚ₂−Ｚ₁）を検出することにより、上記ワ
ーク板材２，３のワーク表面のＸ軸方向の傾きが検出さ
れることになる。

【００４９】図４に示すように、上記点像投映装置２３
の第１の半導体レーザ５１ａおよび第２の半導体レーザ
５１ｂの前部にはいずれも、撮像装置２１と同様に、レ
ーザ溶接に伴って加工点２５で発生する金属蒸気から上
記第１および第２の半導体レーザ５１ａ，５１ｂを防護
するため、前方部分に防護カバー５５を設けている。ま
た、具体的には図示しないが、上記点像投映装置２３の
前部に取り付けたドライエアー噴出装置により、防護カ
バー５５の側方から防護カバー５５の面に沿ってドライ
エアーを噴出し、防護カバー５５に上記金属蒸気が蒸着
するのを防止している。

【００５０】上記点像投映装置２３は、図４に示すよう
に、その投射光軸５２ａおよび５２ｂが上記関係を有し
て、外装ケース５７に設けられた取付部材５８により、
撮像装置２１の外装ケース３６に固定される。

【００５１】上記点像投映装置２３の上記第１の半導体
レーザ５１ａおよび第２の半導体レーザ５１ｂから出射
した光が投射される第２観察領域５３の像は、図８に示
すように、撮像装置２１のＣＣＤカメラ２９の光電変換
面６１における第１観察領域２４の像が投映される投映
領域６２のうち、第１観察領域２４のマスク領域２６に
相当するマスク相当領域６３に、以下に説明する点像合
成光学系により、合成される。

【００５２】上記図７は、撮像装置２１における光軸３
７、第１観察領域２４の中心点３９からＣＣＤカメラ２
９の光電変換面６１に至る光路６４、マスク領域２６か
らＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１のマスク相当領域
６３に至る光路６５および上記点像合成光学系の光路６
６ａ，６６ｂを示している。

【００５３】上記第１観察領域２４の中心点３９からの
光は、上記光路６４に沿い、図４において説明した干渉
フィルタ３１，３２、結像レンズ２７，２８等を透過
し、第１の絞り部材６７の絞り穴６８を通過したのち、
第２の絞り部材６９の絞り穴７１を通過し、ＣＣＤカメ
ラ２９の光電変換面６１における上記第１観察領域２４
の像の投映領域６２に入射する。

【００５４】これに対し、上記第１観察領域２４の加工
点２５寄りのマスク領域２６からの光は、上記光路６５
に沿い、干渉フィルタ３１，３２、結像レンズ２７，２
８等を透過したのち、第１の絞り部材６７の絞り穴６８
は通過するが、第２の絞り部材６９により遮断され、Ｃ
ＣＤカメラ２９の光電変換面６１には入射しない。

【００５５】一方、第１の半導体レーザ５１ａおよび第
２の半導体レーザ５１ｂからのレーザ光のワーク板材２
のワーク表面からの各反射光はいずれも、光路６６ａ，
６６ｂに沿い、干渉フィルタ３１，３２、結像レンズ２
７，２８等を透過したあと、第１の絞り部材６７に設け
たウエッジプリズム７２を透過し、さらに、第２の絞り
部材６９に設けたいま一つのウエッジプリズム７３を透
過して、ＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１における上
記マスク相当領域６３に入射する。

【００５６】これにより、上記ＣＣＤカメラ２９の光電
変換面６１上には、マスク領域２６を除く第１観察領域
２４内の像と第２観察領域５３内の像が形成され、ＣＣ
Ｄカメラ２９からは、これら第１観察領域２４内の像と
第２観察領域５３内の像とが合成された１つの画像信号
が出力する。したがって、ＣＣＤカメラ２９の光電変換
面６１から出力する画像信号の１フレームの時間（３３
ｍｓ）内に、溶接すべきワーク板材２の端面２ｃのＹ軸
方向の位置情報およびワーク板材２，３のＺ軸方向の情
報並びにワーク板材２，３の起伏部２ａ，３ａの情報が
得られることになり、画像情報処理の負担が軽減される
とともに、画像情報処理時間が短くなる。

【００５７】上記のように、画像情報処理時間が短いこ
とは、ワーク板材２，３を高速に溶接する、レーザ溶接
の場合に特に有利である。たとえば、溶接速度が５ｍ／
ｍｉｎ，３．０ｍ／ｍｉｎ，２．０ｍ／ｍｉｎ，１．５
ｍ／ｍｉｎおよび１．０ｍ／ｍｉｎでは、ＣＣＤカメラ
２９の１フレームの時間（３３ｍｓ）内に、溶接がそれ
ぞれ２．７８ｍｍ，１．６７ｍｍ，１．１１ｍｍ，０．
８３ｍｍおよび０．５６ｍｍ進行することになる。した
がって、本実施例では、溶接速度が５ｍ／ｍｉｎであっ
ても、２．７８ｍｍ間隔でワーク板材２の端面２ｃの位
置をサンプリングすることができることになる。

【００５８】上記ＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１に
は、図８に示すように、マスク相当領域６３とともに、
幅がａ₁の第１画像処理エリア７４およびこの第１画像
処理エリア７４から距離ｆ₁をおいて幅がａ₂の第２画像
処理エリア７５が設定されている。上記光電変換面６１
の中心線Ｘｉが第１観察領域２４の中心線であるＸ軸に
対応する。

【００５９】ワーク板材２，３の端面２ｃの位置のＹ軸
方向の位置は、たとえば第１画像処理エリア７４のマス
ク相当領域６３側の辺と上記中心線Ｘｉとの交点と、上
記端面２ｃの像２ｃｉと上記辺との交点との間の距離Ｙ
₁を検出することにより検出され、また、上記端面２ｃ
のＹ軸方向に対する傾きは、第２画像処理エリア７５の
マスク相当領域６３側の辺と上記中心線Ｘｉとの交点
と、上記端面２ｃの像２ｃｉと上記辺との交点との間の
距離Ｙ₂と上記距離Ｙ₁との差（Ｙ₂−Ｙ₁）から検出され
る。

【００６０】また、ＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１
のマスク相当領域６３には、幅がｂ₁の第３画像処理エ
リア７６およびこの第３画像処理エリア７６から距離ｆ
₂をおいて幅がｂ₂の第４画像処理エリア７７が設定され
ている。

【００６１】ワーク板材２の加工点２５のＺ軸方向の位
置は、たとえば点像投映装置２３の第１の半導体レーザ
５１ａから投射され、ワーク板材２のワーク表面からの
反射によりＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１のマスク
相当領域６３の上記第３画像処理エリア７６に投映され
る点像７８の上記中心線Ｘｉからの距離Ｚ₁を検出する
ことにより検出される。

【００６２】また、ワーク板材２，３のワーク表面のＸ
軸方向の傾斜は、ＣＣＤカメラ２９の光電変換面６１の
マスク相当領域６３の上記第４画像処理エリア７７に投
映される点像７９の上記中心線Ｘｉからの距離Ｚ₂の上
記距離Ｚ₁に対する変化量（Ｚ₂−Ｚ₁）を検出すること
により検出される。

【００６３】以上に説明した構成を有するトラッキング
センサ１８は、図９に示すように、その駆動制御部８１
とともにセンサユニット９１を構成する。このセンサユ
ニット９１の駆動制御部８１は、照明装置２２、撮像装
置２１や点像投映装置２３等への駆動電源の供給および
撮像装置２１の撮像の制御等を行う。

【００６４】トラッキングセンサ部１８の撮像装置２１
から出力する画像信号は、画像処理部９２の前処理部８
３に入力される。この前処理部８３は、上記撮像装置２
１から入力する画像信号からのノイズ成分の除去等、ワ
ーク板材２，３の端面２ｃの像２ｃｉを確実に検出する
ための前処理を行う。

【００６５】上記前処理部８３にて前処理された画像信
号は、検出位置演算部８４に入力する。この検出位置演
算装置８４は、必要な画像処理アルゴリズムを記憶した
メモリ（図示せず。）を有し、この画像処理アルゴリズ
ムに基づいて、前処理された上記画像信号を処理し、図
８において説明した距離情報Ｙ₁，Ｙ₂，Ｚ₁および（Ｚ₂
−Ｚ₁）の値を演算する。

【００６６】上記画像処理部９２と溶接ロボットのロボ
ット制御部８７との間には、制御インタフェース部９３
が設けられる。この制御インタフェース部９３は、補正
量算出部８５およびパルス換算部８６からなる。

【００６７】上記補正量算出部８５は、画像処理部９２
の上記検出位置演算部８４から入力する上記距離情報Ｙ
₁，Ｙ₂，Ｚ₁および（Ｚ₂−Ｚ₁）に基づいて、ワーク板
材２の溶接すべき端面２ｃの位置に対する加工用レーザ
ノズル１７のＹ軸方向のずれ（横ずれ）の補正量、すな
わちアーム支持部１２（図２参照）のＹ軸方向のずれの
補正量（以下、アーム支持部横ずれ補正量という。）、
上記端面２ｃに対する溶接加工の加工進行方向の傾きの
補正量、すなわち上記端面２ｃに対する第１アーム部１
３（図２参照）の回転角の補正量（以下、第１アーム部
回転角補正量という。）、ワーク板材２のワーク表面に
対する加工用レーザノズル１７のＺ軸方向のづれ（縦ず
れ）の補正量、すなわちアーム支持部１２（図２参照）
のＺ軸方向のずれの補正量（以下、アーム支持部縦ずれ
補正量という。）、およびワーク表面の上記傾斜に基づ
いて回転するレーザ光投射面Ｐ内に、図３の（イ）ない
し（リ）に示すように、常に第３アーム部１５の軸１５
ａが保持されるようにするため、ワーク板材２のワーク
表面の傾斜に基づく第２アーム部１４の回転角の補正量
（以下、第２アーム部回転角補正量という。）を算出す
る。

【００６８】補正量算出部８５において算出された、上
記アーム支持部横ずれ補正量、第１アーム部回転角補正
量、アーム支持部縦ずれ補正量および第２アーム部回転
角補正量は、パルス換算部８６にてたとえばパルス数に
それぞれ換算され、ロボット制御部８７に出力される。

【００６９】上記ロボット制御部８７は、制御インター
フェース部９３のパルス換算部８６から入力するパルス
数に換算された上記アーム支持部横ずれ補正量、アーム
支持部縦ずれ補正量、第１アーム部回転角補正量および
第２アーム部回転角補正量に応じて、上記アーム支持部
１２のＹ軸方向位置およびＺ軸方向位置、第１アーム部
１３の軸１３ａのまわりの回転および第２アーム部１４
の軸１４ａのまわりの回転を制御する。

【００７０】これにより、図１の溶接ロボットの加工用
レーザノズル１７が、図３の（イ）に示す位置から図３
の（ロ）で示すワーク板材２，３の起伏部２ａ，３ａに
さしかかると（図３では、説明の都合上、ロボットアー
ムがＸ軸方向へ移動している如くに図示されてい
る。）、上記距離情報Ｚ₁および（Ｚ₂−Ｚ₁）が変化す
るので、上記距離情報Ｚ₁に応じてアーム支持部１２が
Ｚ軸方向へ変位する一方、上記距離情報（Ｚ₂−Ｚ₁）に
応じて第２アーム部１４がその軸１４ａのまわりに回動
し、図３の（ロ）に示すように、第３アーム部１５はそ
の軸１５ａが常にレーザ光投射面Ｐ内に配置され、加工
用レーザノズル１７がワーク板材２の端面２ｃに入射角
θ₄で入射するように、ロボット制御部８７により制御
されることになる。

【００７１】上記加工用レーザノズル１７が、ワーク板
材２，３の起伏部２ａ，３ａにある間は、上記距離情報
Ｚ₁および（Ｚ₂−Ｚ₁）は連続して変化し、それに応じ
て、アーム支持部１２がＺ軸方向へ連続的に変位する一
方、第２アーム部１４がその軸１４ａのまわりに連続的
に回動し、図３の（ロ）ないし（チ）に示すように、第
３アーム部１５はその軸１５ａが常にレーザ光投射面Ｐ
内に配置され、加工用レーザノズル１７がワーク板材２
の端面２ｃに入射角θ₄で入射するように、ロボット制
御部８７により制御されることになる。

【００７２】上記加工用レーザノズル１７が、ワーク板
材２，３の起伏部２ａ，３ａから平坦部２ｄ，３ｄに達
すると、上記距離情報Ｚ₁および（Ｚ₂−Ｚ₁）の変化は
ほぼ零となるが、この場合も、上記距離情報Ｚ₁および
（Ｚ₂−Ｚ₁）により、アーム支持部１２のＺ軸方向の位
置および第２アーム部１４の軸１４ａのまわりの回転角
がそれぞれ制御され、図３の（リ）に示すように、第３
アーム部１５がその軸１５ａが常にレーザ光投射面Ｐ内
に配置され、加工用レーザノズル１７がワーク板材２の
端面２ｃに入射角θ₄で入射するように、ロボット制御
部８７により制御される。

【００７３】なお、以上に説明した図３の（イ）ないし
（リ）の過程において、第１アーム部１３の軸１３ａの
まわりの矢印Ａ₁₁で示す回転角度の制御は、たとえば次
のように行われる。すなわち、図３の（イ）が一つのワ
ーク板材２の溶接の初期位置であるとすると、この初期
位置における上記距離情報（Ｙ₂−Ｙ₁）に基づいて、第
１アーム部１３のその軸１３ａのまわりの初期位置を設
定しておけば、第３アーム部１５がその軸１５ａが、す
でに述べたように、第２アーム部１４の軸１４ａに斜交
して第２アーム部１４に固定され、図６に示すように、
レーザ光１が一つの上記ワーク板材２のＸ軸方向に沿う
端面２ｃへの入射角度θ_４＝４５度（この角度θ_４もし
くは９０°−θ_４は、必要により零度から９０度の間の
任意の値、たとえば６０度を取ることができる。）の方
向を有しているので、一つの上記ワーク板材２について
第１アーム部１３の軸１３ａのまわりの矢印Ａ₁₁で示す
回転角度の制御は不要である。これにより、各ワーク板
材２について、上記第１アーム部１３の回転位置を一定
の初期値に固定することができる。

【００７４】上記のことから、本実施例では、高々、ア
ーム支持部１２の２次元の制御に第２アーム部１４の軸
１４ａのまわりの回転角の制御を加えた非常に簡単な制
御（いわゆる２．５次元制御）により、第２アーム部１
４の軸１４ａおよび第３アーム部１５の軸１５ａを常に
レーザ光投射面Ｐ内に保持し、加工用レーザノズル１７
をワーク板材２の端面２ｃのトラッキングを行わせると
ともに、レーザ光１をワーク板材２のＸ軸方向に沿う端
面２ｃへ上記入射角度θ_４で投射し、上記ワーク板材２
をそれに溶接部３ｂが重ねられたいま一つのワーク板材
３に溶接することができる。

【００７５】これに対して、図１１において説明したス
イングアーム型ヘッド４を有する従来の溶接ロボットで
は、既に述べたように、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，第１アーム
部６の軸６ａ，第２アーム部７の軸７ａおよび第３アー
ム部８の軸８ａの合計６軸の制御が必要である。

【００７６】加えて、上記従来の溶接ロボットでは、第
１アーム部６の軸６ａと第２アーム部７の軸７ａが直角
に接続され、かつ、第２アーム部７の軸７ａと第３アー
ム部８の軸８ａが直角に接続されているので、図１２の
（イ）ないし（リ）からも分かるように、レーザ光投射
面Ｐ内でワーク板材２の端面２ａにたとえば４５度の角
度でレーザ光１を入射させるためには、上記第１アーム
部６の矢印Ａ_１で示す回転と第２アーム部７の矢印Ａ_２
で示す回転とを組み合わせる、すなわち両者を複合して
同時に制御する必要がある。

【００７７】さらに、加工用レーザノズル１とワーク板
材２の端面２ｃとの距離を一定に制御する必要があり、
この制御のためには、上記第１アーム部６および第２ア
ーム部７の上記複合した同時の制御に加えて、アーム支
持部５をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向の同時の複合した制
御も必要になる。

【００７８】以上のことから、図１１において説明した
スイングアーム型ヘッド４を有する従来の溶接ロボット
を使用した場合には、６軸の制御に加えて、これら軸の
複合した制御が必要であり、非常に複雑な軸制御が必要
となるが、これに対して、上記実施例のものでは、上記
したように、高々、アーム支持部１２のＹ軸方向の制御
およびＺ軸方向の制御に、第２アーム部１４の軸１４ａ
のまわりの回転角度の制御を加えた、２．５次元制御に
より、起伏部２ａ，３ａを有するワーク板材２，３を、
連続して自動溶接することができるものであるから、本
発明は、産業上極めて有用である。

【００７９】上記実施例では、点像投映装置２３は、第
１の半導体レーザ５１ａおよび第２の半導体レーザ５１
ｂを備えて、距離情報Ｚ_１および（Ｚ_２−Ｚ_１）を得て
いるが、上記第１の半導体レーザ５１ａおよび第２の半
導体レーザ５１ｂに代えて、具体的には図示しないが、
スリット光源を用いることもできる。

【００８０】すなわち、上記スリット光源から、撮像装
置２１の光軸３７に対して傾斜した方向からＸ軸方向に
伸びるスリット光を観察点の近傍に投射し、このスリッ
ト光源から出射した光のワーク表面からの反射光を受け
て上記スリット光源のスリット像をＣＣＤカメラ２９の
光電変換面６１の一部に光学的に合成し、このＣＣＤカ
メラ２９の光電変換面６１のマスク相当領域６３の第３
画像処理エリア７６および第４画像処理エリア３７にお
ける上記スリット像中心線Ｘｉからの距離Ｚ_１およびＺ
_２を検出することにより、これら距離Ｚ_１およびＺ_２か
らワーク表面と加工用レーザノズル１７との間のＺ軸方
向の距離情報および上記ワーク板材２，３のワーク表面
の傾きの情報を得ることができる。

【００８１】このようにスリット光源を採用すれば、第
１および第２の２つの半導体レーザ５１ａ，５１ｂを使
用するものに比較して、上記距離情報Ｚ_１および（Ｚ_２
−Ｚ_１）の検出手段の構成が簡単になり、トラッキング
センサのコストも削減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる溶接ロボットの一実施例のア
ーム部分の外観を示す斜視図である。

【図２】 図１の溶接ロボットのアーム部分を構成する
アーム部の軸構成の説明図である。

【図３】 図１の溶接ロボットの溶接時におけるアーム
部分の姿勢を示す説明図である。

【図４】 図１の溶接ロボットに使用されるトラッキン
グセンサの一例の構成を示す斜視図である。

【図５】 図４のトラッキングセンサをＹ軸方向から見
た側面図である。

【図６】 図４のトラッキングセンサの構成要素の光軸
の幾何学的な配置の説明図である。

【図７】 トラッキングセンサの撮像装置および合成光
学系の光路の説明図である。

【図８】 第１観察領域、第２観察領域およびその像が
投映されるＣＣＤカメラの光電変換面の説明図である。

【図９】 本発明にかかる溶接ロボットのシステム構成
図である。

【図１０】 起伏部を有するワーク板材の説明図であ
る。

【図１１】 従来の溶接ロボットのアーム部分を構成す
るアーム部の軸構成の説明図である。

【図１２】 図１１の溶接ロボットの溶接時におけるア
ーム部分の姿勢を示す説明図である。

【符号の説明】 １ レーザ光 ２ ワーク板材 ２ａ 起伏部 ２ｂ 溶接部分 ２ｃ 端面 ２ｄ 平坦部分 ３ ワーク板材 ３ａ 起伏部 ３ｂ 溶接部分 ３ｄ 平坦部分 １１ アーム部分 １２ アーム支持部 １３ 第１アーム部 １３ａ 軸 １４ 第２アーム部 １４ａ 軸 １５ 第３アーム部 １５ａ 軸 １６ ベッド １７ 加工用レーザノズル １８ トラッキングセンサ ２１ 撮像装置 ２２ 照明装置 ２３ 点像投映装置 ２４ 第１観察領域 ２５ 加工点 ２６ 端部領域（マスク領域） ２７ 結像レンズ ２８ 結像レンズ ２９ ＣＣＤカメラ ３１ 干渉フィルタ ３２ 干渉フィルタ ３７ 光軸 ４８ 照明光軸 ５１ａ 半導体レーザ ５１ｂ 半導体レーザ ５２ａ 投射光軸 ５２ｂ 投射光軸 ５３ 第２観察領域 ６１ 光電変換面 ６２ 投映領域 ６３ マスク相当領域 ７４ 第１処理エリア ７５ 第２処理エリア ７６ 第３処理エリア ７７ 第４処理エリア ７８ 点像 ７９ 点像 ８７ ロボット制御部 ９１ センサユニット ９２ 画像処理部 ９３ 制御インタフェース部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の板材よりなり、溶接加工が進行
   する方向に起伏部が形成されてなる被溶接物の端面に加
   工用レーザノズルからレーザ光を、上記被溶接物のワー
   ク表面に立てた法線を含むとともに被溶接物の上記端面
   に対して直角なレーザ光投射面内で上記法線に対して零
   度と９０度との間の角度範囲を有して投射し、重ね溶接
   する溶接ロボットであって、 それぞれ直交するＸＹＺ３軸方向に移動可能なアーム支
   持部と、 このアーム支持部に一端が固定されてワーク表面に向か
   って垂直方向に伸びる軸を有するとともにこの軸のまわ
   りに回動自在な第１アーム部と、 この第１アーム部の他端に一端が固定されて上記垂直方
   向に対して直角に伸びる軸を有するとともにこの軸のま
   わりに回動自在な第２アーム部と、 この第２アーム部の他端に一端が固定されて上記レーザ
   光投射面内にて上記第２アーム部の軸と斜交する軸を有
   し、この軸に沿い他端の加工用レーザノズルから被溶接
   物の上記端面にレーザ光を出射する第３アーム部とを備
   えたことを特徴とする溶接ロボット。
2. 【請求項２】 金属製の板材よりなり、溶接加工が進行
   する方向に起伏部が形成されてなる被溶接物の端面に加
   工用レーザノズルからレーザ光を、上記被溶接物のワー
   ク表面に立てた法線を含むとともに被溶接物の上記端面
   に対して直角なレーザ光投射面内で上記法線に対して零
   度と９０度との間の角度範囲を有して投射し、重ね溶接
   する溶接ロボットのトラッキングセンサであって、 レーザ光が投射されている被溶接物の上記端面の加工点
   から加工進行方向に先行した観察点を通るとともに上記
   法線に平行な方向を有する結像光軸を有する結像手段
   と、 この結像手段の背後に配置されてそれにより結像した被
   溶接物の上記端面の像を撮像して画像信号に変換する撮
   像手段と、 この撮像手段に入射する溶接光を減衰させる溶接光減衰
   手段と、からなる観察手段を備える一方、 上記レーザ光投射面に平行で上記結像光軸を含む面内に
   含まれるとともに、上記結像光軸に対して傾斜した照明
   光軸を有して被溶接物の上記端面を照明する端面照明手
   段と、 上記レーザ光投射面と平行な互いに間隔を有する２つの
   面にそれぞれ含まれ、かつ、上記結像光軸に対して同じ
   方向に傾斜した投射光軸をそれぞれ有するスポット光源
   を有し、これらスポット光源からの光を加工進行方向に
   上記間隔をおいて上記観察点の近傍に投射する点像投映
   手段と、 これら点像投映手段の上記スポット光源から出射した光
   のワーク表面からの反射光を受けて各々の上記スポット
   光源のそれぞれの点像を撮像手段の撮像画面の一部に光
   学的に合成する点像合成光学系とを備えたことを特徴と
   する溶接ロボットのトラッキングセンサ。
3. 【請求項３】 ワーク表面上には、撮像手段により上記
   端面が観察される上記撮像手段の第１の観察領域および
   ワーク表面に投映された各々のスポット光源の点像が観
   察される上記撮像手段の第２の観察領域が存在し、各々
   の上記スポット光源のそれぞれの点像が光学的に合成さ
   れる撮像画面の上記一部は、第１の観察領域の上記加工
   点側に設けた第１の観察領域からの入射光の遮蔽領域で
   あることを特徴とする請求項２記載の溶接ロボットのト
   ラッキングセンサ。
4. 【請求項４】 金属製の板材よりなり、溶接加工が進行
   する方向に起伏部が形成されてなる被溶接物の端面に加
   工用レーザノズルからレーザ光を、上記被溶接物のワー
   ク表面に立てた法線を含むとともに被溶接物の上記端面
   に対して直角なレーザ光投射面内で上記法線に対して零
   度と９０度との間の角度範囲を有して投射し、重ね溶接
   する溶接ロボットのトラッキングセンサであって、 レーザ光が投射されている被溶接物の上記端面の加工点
   から加工進行方向に先行した観察点を通るとともに上記
   法線に平行な方向を有する結像光軸を有する結像手段
   と、 この結像手段の背後に配置されてそれにより結像した被
   溶接物の上記端面の像を撮像して画像信号に変換する撮
   像手段と、 この撮像手段に入射する溶接光を減衰させる溶接光減衰
   手段と、からなる観察手段を備える一方、 上記レーザ光投射面に平行で上記結像光軸を含む面内に
   含まれるとともに、上記結像光軸に対して傾斜した照明
   光軸を有して被溶接物の上記端面を照明する端面照明手
   段と、 スリット光源を有し、このスリット光源から上記結像光
   軸に対して傾斜した方向からＸ軸方向に伸びるスリット
   光を上記観察点の近傍に投射するスリット光投映手段
   と、 このスリット光投映手段の上記スリット光源から出射し
   た光のワーク表面からの反射光を受けて上記スリット光
   源のスリット像を撮像手段の撮像画面の一部に光学的に
   合成するスリット像合成光学系とを備えたことを特徴と
   する溶接ロボットのトラッキングセンサ。
5. 【請求項５】 ワーク表面上には、撮像手段により上記
   端面が観察される上記撮像手段の第１の観察領域および
   ワーク表面に投映されたスリット光源のスリット像が観
   察される上記撮像手段の第２の観察領域が存在し、上記
   スリット光源のスリット像が光学的に合成される撮像画
   面の上記一部は、第１の観察領域の上記加工点側に設け
   た第１の観察領域からの入射光の遮蔽領域であることを
   特徴とする請求項４記載の溶接ロボットのトラッキング
   センサ。