JPH081364B2 - ギャップ検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はギャップ検出装置に係り、特に円筒物の突き
合せ部溶接を行う溶接熱源を突き合せ部に誘導するのに
好適なギャップ検出装置に関する。

［従来の技術］ 金属等の突き合せ溶接を行う場合にはギャップ検出装
置を使用して突き合せ部のギャップを検出し、この検出
結果に基づき溶接熱源を高精度に突き合せ部に誘導する
ことが行われている。第３図は従来のギャップ検出装置
を示したもので、ギャップ検出装置本体１には、被測定
物であるパイプ２に光束３を照射する線光線４と、この
パイプ２からの正反射光５を受光する受光器６とが夫々
取付けられている。このパイプ２は第４図に示されたよ
うにギャップ７を形成する突き合せ部を有し、線光源４
はギャップ７よりも大きい線状の光束３を振動させなが
らギャップ７を跨ぐように斜めから照射する。この照射
光束３はギャップ７の両端のパイプ外周面で正反射さ
れ、この正反射光５が受光器６に入射する。この正反射
光５はギャップ７によって分断され正反射光5Aと5Bとし
て受光器６に入射する。第５図は受光器６に入射した正
反射光5A,5Bのスポット5a、5bを示したものである。ギ
ャップ検出装置は受光器６の反射光スポット5aと反射光
スポット5bとの間隙をギャップ７として検出する。この
検出結果に基づき、溶接熱源が正確に誘導され突き合せ
部を溶接することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のギャップ検出装置では照射光束３の
一部がギャップ７を通過し、パイプ２の内周面８で正反
射し正反射光９として受光器６に入射する。従って、受
光器６には第５図に示されたように正規の反射光スポッ
ト5aと反射光スポット5bとの他に、反射光９による反射
光スポット9aが形成され、この反射光スポット9aが検出
結果に著しい悪影響を及ぼす。このため、従来のギャッ
プ検出装置はギャップを通過した照射光がギャップ後方
の面で反射して受光器に入射するような形状の被測定物
については高精度のギャップ検出ができないという問題
がある。

この問題の解決方法として、第５図に示されたような
電気的なソフトフィルタ10を受光器６の出力に掛けて反
射光スポット9aに関する電気信号を弱めてこの反射光ス
ポット9aによる悪影響を除去する方法が考えられる。し
かしながら、この電気的なソフトフィルタを用いる方法
は反射光スポット9aの強度が大きい場合には充分な効果
を発揮できず、高精度のギャップ検出は不可能である。

そこで、本発明の目的はギャップを通過した照射光が
ギャップ後方の面で反射して受光器に入射するような形
状の被測定物についてもギャップを高精度に検出するこ
とができるギャップ検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明のギャップ検出装
置は、軸線方向に延びるギャップを突き合わせ溶接する
ことにより成形される円筒状パイプの上記ギャップを検
出するギャップ検出装置であって、上記ギャップに対向
する位置に配設され、上記ギャップの幅方向に上記ギャ
ップを跨ぐよう延びかつ上記ギャップの幅よりも長い線
状の光束を上記ギャップが延びる方向に沿って斜め上方
から照射する光源と、上記光束が上記パイプの外周面若
しくは内周面で正反射した反射光束を受光する受光器
と、前記受光器の前面に配設され、上記反射光束の内、
上記パイプ外周面で正反射した反射光束を受け入れる、
上記ギャップの幅方向に延びるスリット部、および上記
反射光束の内、上記ギャップから上記パイプ内に進入し
た上記光束が上記パイプの内周面で反射し、再び上記ギ
ャップを通過して上記パイプ外に達する反射光束を遮る
遮蔽部を有する遮蔽板とを備え、このギャップ検出装置
から上記光束が射出される射出部と上記スリット部との
間の上記パイプの軸線方向の距離をＣとし、上記射出部
と上記遮蔽部との間の前記パイプの軸線方向の距離をＤ
とし、上記射出部の上記パイプ外周面に対する距離、お
よび上記スリット部又は上記遮蔽部の上記パイプ外周面
に対する距離をそれぞれＥとし、前記パイプの外径寸法
から肉厚寸法を差し引いた値をＦとし、上記射出部から
射出された光束の上記パイプ外周面に対する入射角をθ
としたときに、Ｃ＝2Etanθなる関係を満たす位置に前
記スリット部を配設するとともに、Ｄ＝２（Ｅ＋Ｆ）ta
nθなる関係を満たす部分を覆うように上記遮蔽部を配
設したことを特徴とするものである。

［作 用］ 光源により照射された光束の一部はパイプの外周面で
正反射するが、光束の残りの部分はギャップを通過して
パイプ内に進入し、パイプの内周面で正反射する。

この時、パイプ内周面上で正反射した反射光束は、ギ
ャップを通過する際にギャップにより絞り込まれて乱反
射成分がカットされる。したがって、光源により照射さ
れた光束の内、ギャップを通過してパイプ内に進入する
とともに、パイプ内周面で正反射して再びギャップを通
過する反射光束が進む経路を幾何学的に求め、この経路
上に遮蔽部分を配設することにより、パイプ内周面上で
正反射した反射光束を確実に遮蔽し、パイプの外周面で
正反射した反射光束から分離することができる。

一方、パイプ外周面は円筒状の曲面となっているの
で、パイプ外周面に照射された光束の内、パイプ外周面
の頂点、すなわちギャップ近傍部分で正反射した反射光
束はギャップが延びる方向に沿って進む。これに対し
て、ギャップの幅方向にギャップから離れた位置で正反
射した反射光束は、ギャップの幅方向に遠ざかるように
進む。これにより、パイプ外周面の頂点部分で正反射さ
れる反射光束が進む経路を幾何学的に求め、この経路上
に反射光束を受け入れる、ギャップの幅方向に延びるス
リット部を配設することにより、ギャップ近傍部分で正
反射した反射光束を、ギャップから離れた位置で正反射
した反射光束から分離して受光器取り込むことができ
る。

したがって、受光器はギャップ部分を、ギャップの内
側部分が暗黒で、かつパイプ外周面の内のギャップに近
い部分ほどより明るい画像として認識することができる
から、この画像を適切に処理することにより、パイプ外
周面とギャップとの境界部分を明確に識別することがで
き、ギャップの位置を高い精度で検出することができ
る。

［実施例］ 以下に本発明によるギャップ検出装置の一実施例を第
２図乃至第４図と同部分には同一符号を付して示した第
１図及び第２図を参照して説明する。

第１図及び第２図において、ギャップ検出装置本体１
にはレーザダイオード等の線光源４とCCDセンサー等の
受光器６とが夫々取付けられている。線光源４の前方に
はシリンドリカルレンズ11が配置され、このシリンドリ
カルレンズ11は線光源４からの光束３を紙面に垂直方向
に引伸ばし線状光束にする。この線状光束の大きさ、即
ち径は第２図に示されたようにパイプ２のギャップ７よ
りも大きくなるように選定される。

受光器６の前面には遮蔽板12が配置され、この遮蔽板
12はパイプ２の外周面からの正反射光5A、5Bのみを透過
するスリット12aを有する。このスリット12aの大きさ及
び位置は次のように定められている。即ち、照射光束３
がギャップ装置本体１から射出する位置をP1とし、パイ
プ２の外周面からの正反射光５がギャップ装置本体１に
入射する位置をP2とし、パイプ２の内周面８からの正反
射光９がギャップ装置本体１に入射する位置をP3とし、
位置P1とP2との距離をＣとし、位置P1とP3との距離をＤ
とする。また、ギャップ検出装置本体１の下面とパイプ
２の上面との距離をＥとし、パイプ２の上面からこれが
対向するパイプ内周面までの距離（即ち、パイプ２の外
径からパイプ肉厚を引いた値）をＦとする。パイプ２の
外周面及び内周面８への照射光束３の入射角をθとす
る。すると、距離ＣとＤは以下の式によって表すことが
できる。

Ｃ＝2Etanθ ……（１） Ｄ＝２（Ｅ＋Ｆ）tanθ ……（２） 従って、諸値Ｅ、Ｆ、θが特定されれば、上記の式
（１）、（２）から距離Ｃ及びＤを求めることができ
る。このようにして算出された位置P2にスリット12aが
位置しかつ位置P3を含めたその他の領域を遮蔽するよう
に遮蔽板12を配置する。

次にこの実施例の作用を説明する。

線光源４からの照射光束３はシリンドリカルレンズ11
によって線状光束に変換され、位置P1においてギャップ
装置本体１から射出し、パイプ外周面にギャップ７を跨
ぐように入射角θで入射する。パイプ外周面に入射した
照射光束３の内、パイプの頂点部分、すなわちギャップ
近傍位置に入射した部分は、第１図を示す紙面に沿う方
向に正反射し、位置P2において遮蔽板12のスリット12a
を通過して受光器６に入射する。これに対して、パイプ
外周面に入射した照射光束３の内、ギャップ７から幅方
向に離れた位置に入射した部分は、円筒状のパイプ外周
面上で正反射して第１図を示す紙面に対して斜め方向に
進み、スリット12aから遠ざかる。他方、照射光束３の
一部はギャップ７を通過しパイプ２の内周面８に入射角
θで入射し、そこで正反射し正反射光９として受光器６
に向かうが、遮蔽板12によって遮断され受光器６への入
射が阻止される。すなわち、本発明のギャップ検出装置
は、パイプ２の外周面上で正反射した反射光束とパイプ
内周面８上で正反射した反射光束とを確実に分離するば
かりでなく、パイプ２の外周面上で正反射した反射光束
の内、ギャップ７の近傍部分で正反射した反射光束と、
ギャップ７から離れた位置で正反射した反射光束とを確
実に分離する。

したがって、受光器６はギャップ７の部分を、ギャッ
プ７の内側部分が暗黒で、かつパイプ外周面の内のギャ
ップ７に近い部分ほどより明るい画像として認識するこ
とができるから、この画像を適切に処理することによ
り、パイプ外周面とギャップ７との境界部分を明確に識
別することができ、ギャップ７の位置を高い精度で検出
することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明のギャップ検
出装置は、軸線方向に延びるギャップを突き合わせ溶接
することにより成形される円筒状パイプの上記ギャップ
位置を検出する装置であって、光源から照射された光束
がパイプ外周面で反射した反射光束と、パイプ内周面で
反射した反射光束とを確実に分離するとともに、パイプ
外周面で反射した反射光束の内、ギャップ近傍で反射し
た反射光束とギャップから離れた位置で反射した反射光
束とを確実に分離するように構成したものである。これ
により、受光器はギャップ部分を、ギャップの内側部分
が暗黒で、かつパイプ外周面の内のギャップに近い部分
ほどより明るい画像として認識することができるから、
この画像を適切に処理することにより、パイプ外周面と
ギャップとの境界部分を明確に識別することができ、ギ
ャップの位置を高い精度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるギャップ検出装置の一実施例を示
した概略図、第２図は第１図のパイプの横断面を示した
断面図、第３図は従来のギャップ検出装置を示した概略
図、第４図は第３図のパイプの横断面を示した断面図、
第５図は従来のギャップ検出装置の受光器に入射する光
束のスポットを示した説明図である。 ２……被測定物、３……照射光束、４……光源、４、11
……照射手段、５……正反射光、６……受光手段、７…
…ギャップ、８……後方面、９……正反射光、12……遮
蔽板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関屋 禎三 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭61−27178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−186803（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向に延びるギャップを突き合わせ溶
   接することにより成形される円筒状パイプの上記ギャッ
   プを検出するギャップ検出装置であって、上記ギャップ
   に対向する位置に配設され、上記ギャップの幅方向に上
   記ギャップを跨ぐよう延びかつ上記ギャップの幅よりも
   長い線状の光束を上記ギャップが延びる方向に沿って斜
   め上方から照射する光源と、上記光束が上記パイプの外
   周面若しくは内周面で正反射した反射光束を受光する受
   光器と、前記受光器の前面に配設され、上記反射光束の
   内、上記パイプ外周面で正反射した反射光束を受け入れ
   る、上記ギャップの幅方向に延びるスリット部、および
   上記反射光束の内、上記ギャップから上記パイプ内に進
   入した上記光束が上記パイプの内周面で反射し、再び上
   記ギャップを通過して上記パイプ外に達する反射光束を
   遮る遮蔽部を有する遮蔽板とを備え、このギャップ検出
   装置から上記光束が射出される射出部と上記スリット部
   との間の上記パイプの軸線方向の距離をＣとし、上記射
   出部と上記遮蔽部との間の前記パイプの軸線方向の距離
   をＤとし、上記射出部の上記パイプ外周面に対する距
   離、および上記スリット部又は上記遮蔽部の上記パイプ
   外周面に対する距離をそれぞれＥとし、前記パイプの外
   径寸法から肉厚寸法を差し引いた値をＦとし、上記射出
   部から射出された光束の上記パイプ外周面に対する入射
   角をθとしたときに、Ｃ＝2Etanθなる関係を満たす位
   置に前記スリット部を配設するとともに、Ｄ＝２（Ｅ＋
   Ｆ）tanθなる関係を満たす部分を覆うように上記遮蔽
   部を配設したことを特徴とするギャップ検出装置。