JPS5837502A - すみ肉溶接線の位置検出用センサ - 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】 この発明は、第１ワークと第２ワークとを９０度にして
すみ肉溶接するにあたシ、そのすみ肉溶接線の位置を光
学的に検出するべくしたセンサに関するものである。

従来、すみ肉溶接線の位置を光学的に検出するべくした
センナは種々提案されているが、いずれも２つの投光軸
と２つの受光手段を用いたものであるため、センサ全体
がコンパクトにならない。

ＪＩ６３ また自動溶接ロボットに装着して満足な結果の得られる
ものがなく１課題となっている。

この発明は前述事情に鑑みなされたものであって、１つ
の投光軸と２つの受光手段とを用いた。

以下実施例を詳述するがもまず第１−１１図の実施例を
説明する。ｗｌ、ｗ２は、−すみ自溶接線ＷＬを形成す
る第１−ワークと第２ワークである。ワークＷ１＋Ｗ２
は、その表面が相互に９０度の角をなすよう適宜仮付は
溶接されている。

１は、光源（実施例ではレーザ光源）であり、その後段
には公知の変調器２が接続されている。

８は、変調器２を経由−した光を案内する光学繊維でア
リ、その先端部は、支持部材４に支持されてい−る。な
お部材４は、図示しない公知の自動溶接ロボットのトー
チ−Ｔの取付具に一体に設けられている。そして繊−維
８の光軸（投光軸）Ａは、ワークｗ、　、　ｗ２のいず
れか一方（この実施例ではワークＷｌ　）の表面を照射
するべく彦され、その入射角１柵６８−３７５０２（２
） は実施例では４５度に設定されている。

５．６は、繊維８に対し、他方のワーク（実施例ではＷ
２　）表面からの反射光軸Ｂ、側において、部材４にそ
の先端部を支持したそれぞれ光学繊維である。側繊維５
．６は、部材４においては繊維８の方向と平行であり、
かつ光軸Ａを含む同一平面上に距離Ｌｌを有して設けら
れている。なお繊維５．６先端面は光軸Ａとは直交する
同一平面上に位置されている。

そしてこの実施例におけるトーチＴの溶接点の位置は、
部材４における各繊維３．５．６を含む平面上で、かつ
繊維５と６との距離Ｌｌを２分する線Ｃ１と、繊維８と
の距離Ｌ２を２分する線ｃ２上に一致され、−シかも部
材４先端面から距離Ｌ３の点に位置される。

７．８ｉ、部材４にその先端部が支持され、繊維８．５
．６を含む平面とは直角方向で、がっ線Ｃ１を中心とし
て゛対称的な位置に設けたそれぞれ光学繊維である。側
繊維７．８は１部材４においては繊維８の方向と平行で
あシ、その先端面は、前５ 述繊維５．６の画先端面と同一平面上に位置されている
。

９は、繊維５〜８先端を覆うごとく部材４に取付けた遮
光レンズ（ノイズ光に対する遮゛光用フィルタ）である
０ １０〜１３は、各繊維５〜８に接続した公知の光電変換
素子である。そして繊維５と素子１０で第１受光手段Ｄ
１が、繊維６と素子１１で第２受光手段Ｄ２が、繊維７
と素子１２で第３受光手段Ｄ３カニ、繊維８と素子１８
で第４受光手段Ｄ４が１、それぞれ構成されている。′ １４〜１７は、各素子ｌＯ〜１３の出力側に接続したフ
ィルタ（バンド／くスフイルり）であり、変調器２の出
力に同調する同調器としての機能を有する。

１８〜２１は、各フィルタ１４〜１７の出力側に接続し
た増幅器（ＡＣアシプ）である。

接続したそれぞれ検波器でおり、ｉ÷−奉Φ榛整流器と
しての機能を有する。なお検波器２２〜２５／Ｉ６６ には、変調器２からの同６期信号が入力される。

２６．２′７は、それぞれ演算手段であり、手段２６は
両検波器２２．２Ｂの出力側に接続され、手段２７は両
検波器２４．２５の出力側に接続されている。

さらにこの実施例の作用を述べる。

今この実施例センサは、ワークｗ１．ｗ２に対して第１
．２．９図のような位置にあるものとす−る０そこで光
源ｌからレーザ光を発すると、その光は変調器２により
一定の周波数に変調され、さらに−維３を通過してワー
クＷ１表面を照射することになる。そしてその照射され
た光はワークＷ１表面で反射され、さらに？−りＷ２表
面で反射され、さらにはフィルタ９を通過して繊維５〜
８に至る。

このとき両ワークｗ１．ｗ２は相互に９−０度であるた
め、光軸Ａの入射角に関係なく光軸Ｂが光軸Ａと平行で
あること、および各繊維５〜８先端面が光軸Ａと直交す
る同一平面上にあることによυ、部材４と溶接［ＷＬと
の距離の′変化にかかわらず、各繊維５〜８間の受光率
に★化はない。またフイ４フ ルタ９は、外部の照明器具や溶接火花などによるノイズ
光をほぼ遮断するので、各繊維５〜８にはほぼ光源ｌか
らのレーザ光のみがはいってくるということになる。そ
して繊維５〜８を通過した光は、素子１０〜１３におい
て電気信号に変換され、さらにフィルタ１４〜１７によ
って変調器２に同調する信号のみが通過され（ノイズ除
去）、さらにはアンプ１８−２１、検波器２２〜２５を
経て演算手段２６．２７に入力される０そしてこの演算
手段２６．２７からの出力信号により、線Ｃａｌに溶接
線ＷＬが存在し、かつ部材４と溶接線ＷＬとの距離がＬ
３となるように、さらには光軸Ａ、Ｂｌを含む平面が溶
接線ＷＬと直交するように、部材４とワークＷｌ、Ｗ２
とが相互位置制御される。

（１）そこでまず溶接線ＷＬを線ＣＺＩに一致させるた
めのＸ方向位置制御作用を第２〜６図に基づき説明する
。

今仮りに第３図のように溶接線ＷＬが図において左上４
５度の方向に若干変位したとすると、当然トーチＴの溶
接点の位置は溶接線ＷＬから右にはずれてしまうことに
なる。すると光軸Ｂ１は若干繊維５寄りと々るため、繊
維５を通過する光の強さは繊維６を通過する光の強さよ
り強となる。そして素子１０．１１はその光の強さに応
じた電気信号を出力し、フィルタ１４．１５を経てアン
プ１８．１９に入力される。これらアンプ１８．１９か
らは、第４図（イ）のような信号（実線がアンプ１８の
出力信号、破線がアンプ１９の出力信号）が出力される
。さらに各アンプ１８．１９の出力が検波器２２．２３
に入力されると、各検波器２２．２３には変調器２から
の同期信号が入力されている関係上、各検波器２２．２
３からは、第４図（ロ）のような同期検波信号（実線が
検波器２２の出力信号、破線が検波器２３の出力信号）
が出力される。さらには各検波器２２．２３の出力が演
算手段２６に入力されると、減算の結果、手段２６から
は第４図（ハ）のような正の信号が出力される。そして
この正の出力信号により、図示しない公知のサーボ系を
介してワークｗ１．ｗ２の図示しない取付具は第３図の
位置から右下４５度の方向に移動さ／Ｉ６９ れ、前記第４図（ハ）の正の信号がゼロとなるように、
すなわち光軸Ｂｌが線Ｃ１と一致して各繊維５．６を通
過する光の強さが等しくなるように、応じて線Ｃ２上に
溶接線ＷＬが存在するようにＸ方向位置制御される。

また逆に第５図のように溶接線ＷＬが図において右下４
５度の方向に若干変位したとすると、トーチＴの溶接点
の位置は溶接線ＷＬから上にはずれてしまうことになる
。すると光軸Ｂｌは若干繊維６寄りとなるため、繊維６
を通過する光の強さが繊維５を通過する光の強さより強
となり、素子１０゜、１１はその光の強さに応じた電気
信号を出力し、フィルタ１４．１５を経てアンプ１８．
１９に入力される。するとアンプ１８．１９からは、第
６図（イ）のような信号（実線がアンプ１８の出力信号
、破線がアンプ１９の出力信号）が出力される。さらに
アンプ１８．１９の出力が検波器２２．２３に入力され
ると、各検波器２２．２Ｂからは、第６図仲）のような
同期検波信号（実線が検波器２２の出力信号、破線が検
波器２３の出力信号）が出馬ｌＯ 力される。さらには各検波器２２．２３の出力が演算手
段２６に入力されると、減算の結果、手段２６からは第
６図（ハ）のような負の信号が出力される１〕そしてこ
の負の出力信号により、図示しない公知のサーボ系を介
してワークＷｌ、Ｗ２の図示しない取付具は第５図の位
置から左上４５度の方向に移動され、前記第６図ｅ→の
負の信号がゼロとなるように、すなわち光軸Ｂ１が線Ｃ
Ｉと一致して各繊維５．６を通過する光の強さが等しく
なるように、応じて線Ｃ２上に溶接線ＷＬが存在するよ
うにＸ方向位置制御される。

前述のようにして、線Ｃ２上に溶接線ＷＬを常に存在さ
せるべく、ワークＷｌ、Ｗ２と部材４とは、図において
左上〜右下にかけて４５度の方向（Ｘ方向）で相互に位
置制御される。

（２）次に部材４と溶接線ＷＬとの距離（２方向位置）
制御作用について第２．７．８図に基づき説明する。

今溶接線ＷＬが線Ｃ２Ｊ：に存在しているものとして、
繊維３先端からワークＷｌおよびＷ２表面を反射、転　
１１ して繊維５．６先端に至る光路長りを算出してみるし Ｌ　＝　２　Ｃ１ｌ−１２）　十ｔ３−＋−１４（イ）
そこで光軸ＡとワークＷ１表面とのなす角をθとすると
、 １２＝　　Ｌ２／　　２ｔａｎθ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（コ１ｔ３＝　Ｌ２／　ｓ
ｍ２　Ｆ３　　　−−−−　　・・（ｊ４＝Ｌ２／鰺２
θ　　　　・・・・・　　四（ロ）、ｅ″９、に）を（
イブに代入すると、Ｌ　＝　２　（４−Ｌ２／　２ｔａ
ｎθ）＋Ｌ２／地２θ＋Ｌ２／Ｗ２θ＝　２１１−　Ｌ
２（’／−〇−１／ｓｊｎ　２θ−’／１ａｎ２Ｑ、’
＝２６１ となり、結局、光路長りは、光軸ＡとワークＷ表面との
なす角θに関係なく、部材４先端面と溶接＠ＷＬと−の
距離ｔｌの２倍に等しくなる。よってそつ部材４と溶接
線ＷＬとの相互の接近により光路長りが小となり、側繊
維５．６を通過する光の強さの和は犬となり、逆に相互
遠隔により前記光の強さの和は小となることは明白であ
る。従って部材４と溶接ｉＷＬとの距離は、前記光路長
しが２Ｌ３となるように、前記側繊維５．６を通過する
光の強さの和をある一定値に制御すればよいことになる
っ そこで光路長りが２　Ｌ３であるとして、部材４とワー
クｗ１．ｗ２との相互位置における第７図位置からの図
示矢印Ｘ方向への変位ΔＸと、両横波器２２．２３から
の出力値Ｅとの関係は、第８図Ｆｉｔ　Ｆ２のような曲
線（Ｆｌは検波器２３の出力曲線、Ｆ２は検波器２５の
出力曲線）として得ら也る。曲線Ｆ１、　Ｆ２は第８図
から明らかなように、ΔＸが＋Ｌｌ／４に、おいて光軸
Ｂｌが繊維５と一致し、検波器２２の出力値が最大、Δ
Ｘが−Ｌ１／４において光軸Ｂ１が繊維６と一致し、検
波器２３の出力値が最大であるっそしてこれら検波器２
２．２３の出力値を手段２６で加算すると、第８図Ｆ３
のような曲線が得られる。曲線Ｆ３は、ΔＸが−Ｌ１／
４〜十Ｌ１／４において最大かつほぼ一定出力値ＥＯで
ある。

従って変位ΔＸが−ＬＬ／４〜十Ｌ１／４において、扁
１３ 手段２６からの出力値がＥＯより大となれば、部材４と
溶接線ＷＬとの距離がＬ３より小ということであるから
、図示しない公知のサーボ系を介して、例えば部材４は
ワークＷ１　ｒ　Ｗ２に対して第７図図示力値がＥＯよ
り小となれば、部材４と溶接線ＷＬとの距離がＬ３より
大ということであり、前記図示しない公知つサーボ系を
介して、部材４はワ−りＷｌ、Ｗ２に対して第７図図示
矢印２方向に接近制御されるっ 前述のようにして、手段２６からの出力値がＥＯとなる
ように、すなわち部材４先端面と溶接線ＷＬとの距ＩＦ
ｉ　４をＬ３にするべく、部材４とワークｗｌ、Ｗ２と
は相互にＺ方向で位置制御される。

Ｆ３，１　　最後に光軸Ａ、Ｂｌを含む平面を溶接線Ｗ
Ｌに対して直交させてトーチＴの溶接線ＷＬに対する傾
斜角を一定にするための姿勢制御作用を第９〜１１図に
基づき説明する。

今仮りに第１０図のように、溶接線Ｗ　Ｌが部材扁１４ ４に対して図において左下がりに若干傾いて、光軸Ａが
溶接線ＷＬと直交する平面に対して左に傾斜したとする
と、光軸Ｂ１は若干繊維７寄りとなる。

すると繊維７を通過する光の強さは繊維８を通過する光
の強さより強となる。そして素子１２．１３はその光の
強さに応じた電気信号を出力し、フィルタ１６．１７を
経てアンプ２０．２１に入力される。これらアンプ２０
．２１からは、第１１図（イ）のような信号（実線がア
ンプ２０の出力信号、破線がアンプ２１の出力信号）が
出力される。さらに各アンプ２０．２１の出力が検波器
２４．２５に入力されると、各検波器２４．２５には変
調器２からの同期信号が入力されている関係上、各検波
器２４．２５からは、第１１図（ロ）のような同期検波
信号（実線が検波器２４の出力信号、破線が検波器２５
の出力信号）が出力される。さらには各検波器２４．２
５の出力が演算手段２７に入力されると、減算の結果、
手段２７からは第１１図ｅつのような正の信号が出力さ
れる。そしてこの正の出力信号により、図示しない公知
のサーボ系をＡ　１５ 介して、光軸Ａを溶接線ＷＬと直交する平面上に一致さ
せるべく、例えばワークｗ１．ｗ２は第１０図において
紙面に垂直な軸まわりに右回転制御される。

また逆に図示していないが、溶接線ＷＬが部材４に対し
て若干右下がりに傾いて、光軸Ａが溶接線ＷＬと直交す
る平面に対して右に傾斜したとすると、光軸Ｂ１は若干
繊維８寄りとなる。従ってこの場合は、前述説明に準じ
て手段２７の出力は第１１図にツとは逆に負の信号とな
る。そしてこの負の出力信号により、前記図示しない公
知のサーボ系を介して、光軸Ａを溶接線ＷＬと直交する
平面上に一致させるべく、ワークＷｌ、Ｗ２は前述とは
逆に左回転制御される。

前述のようにして、光軸Ａ、Ｂ１を含む平面を溶接線Ｗ
Ｌに直交させて（・−チＴの溶接線ＷＬに対する傾斜角
を一定にするべく姿勢制御される。

次に第１２図の実施例につき、前述第１−１１図の実施
例との相違点を説明する。

この場合、ワークＷ２表面からの反射光軸Ｂｌ上におい
て、入射角がゼロ度となるように、反射鏡Ｍ（曲率大な
る凹面鏡または凸面鏡）が部材４に取付けられている。

そして鏡Ｍからの反射光は、先に経由したワークｗｌ５
ｗ２表面とは逆の順をたどり、ワ−りＷ１表面から最終
反射光軸Ｂ２が形成されるべくなされている。このため
繊維５．６は、溶接線ＷＬに直交する平面内において光
軸Ａをはさんだ対称位置、すなわち部材４において繊維
３をはさんだ対称位置に配置されている。また図示して
いないが、繊維７．８は、部材４においては、繊維３．
５．６を含む平面とは直交する平面内において繊維３を
はさんだ対称位置に配置されている。

従って今仮シに光軸Ａを含む平面が溶接線ＷＬに対して
直交しているものとすると、光軸ＡとＢ１とを２分する
線Ｃ３上に溶接線ＷＬが存在しておれば、鏡Ｍからの反
射光軸は光軸Ｂ１と一致し、応じて光軸ＡとＢ２とも一
致するが、もし線Ｃ３上がら溶接線ＷＬがＸ方向に変位
すると、鏡Ｍが凹または凸面鏡であるため、鏡Ｍからの
反射光軸は光軸Ｂ１に対して浅く交差し、光軸Ｂ２は繊
維５または６側扁　１７ に片寄ることになる。

その他の構成作用は前述実施例と同様であり、その説明
は省略する。

前述説明はいずれも実施例であり、例えば部材４先端面
と溶接線ＷＬとの距離ｔ１がＢ３で変化しない場合は、
前述（２）の距離制御は不要である。また光軸Ａが常に
溶接１ｓＷＬに直交する平面内にあり、トーチＴの溶接
線ＷＬに対する傾斜角が変化しない場合は、前述（３）
の姿勢制御に要する繊維７．８、素子１６．１７、アン
プ２０．２１、検波器２４．２５、手段２７は不要であ
る。さらには例えばワークＷ１がワークＷ２よシ厚板で
ある場合、第１〜ＩＩ図の実施例にあってはトーチＴの
溶接点の位置を線Ｃ２から若干ワークＷ１表面寄りに位
置させればよい。さらにはまた必要ならば、繊維３の画
先端部に公知の集光レンズを設けたり、繊維５〜８の先
願（フィルタ９近辺）にも集光レンズを設けたりして、
受光手段ＤＩ−Ｄ４の受光率を向上させるべくすればよ
い。その他各構成の均等物との置換もこの発明の技術範
囲に含まれることはもちろんで盃　１８ ある。

この発明は前述したように、１つの投光軸Ａと２つの受
光手段Ｄｉ　ｒ　Ｂ２を用いて、９０度の角をなすワー
クｗｌ、ｗ２で形成されるすみ自溶接線ＷＬの位置（Ｘ
および２方向の位置）を検出し得るべくしたので、従来
の２つの投光軸を必要とするものに比しコンパクトであ
る。また光軸Ａを含む平面が溶接線ＷＬと直交したまま
変化しないならば、両ワークＷｌ、Ｗ２は９０度の角を
なしているので、光軸ＡのワークＷｌまたはＷ２への入
射角の変更に関係なく、光軸Ｂｔ、ｉ社光軸Ａと平行で
あり、よって距離ｔ１が変化しても受光手段ＤＩ　＋　
Ｂ２の受光率に変化はなく、特に溶接線ＷＬのＸ方向位
置は正確に検出できる。さらに加えて各受光手段Ｄｉ　
＋　Ｂ２の先端部が光軸Ａと直交する同一平面上に位置
されているので、距離ｔ１が変化しても受光手段Ｄｉ　
＋　Ｂ２の受光率に変化はなく、特に溶接線ＷＬのＸ方
向位置はより一層正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜１１図はこの発明の一実施例を示し、第扁１９ １図は一部省略全体斜視図、第２図は第１図の一部断面
■矢視図、第３〜８図は作用説明図、第９図は第１図の
一部断面■矢視図、第１０．１１図は作用説明図である
。第１２図はこの発明の別の実施例を示す一部省略断面
説明図である。 図において、Ｗｌ・・・第１ワーク、Ｗ２・・・第２ワ
ーク、ＷＬ・・・すみ自溶接線、ｌ・・・光源、３・・
・光学繊維、Ａ・・・投光軸、Ｂ１＋Ｂ２・・反射光軸
、４・・支持部材、Ｄ１＋Ｄ２・・・受光手段、５．６
・・・光学繊維、１０．１１・・・光電変換素子、２２
．２３・・・検波器、２６・・演算手段、Ｔ・・・トー
チ、Ｍ・・・反射鏡、である。 出願人　新明和工業株式会社 代理人　弁上　正　（ほか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　相互に９０度の角をなしてすみ肉溶接線を形
   成する第１ワークおよび第２ワークのいずれか一方のワ
   ーク表面を照射するべく、前記溶接線とは直交する平面
   内に設けた１つの投光軸と、前記平面内において、他方
   の前記第２ワークまたは第１ワーク表面からの反射光軸
   近辺に間隔を有して配置した光電変換素子を含む２つの
   受光手段と、これら各受光手段の出力側に接続され、整
   流機能を有するそれぞれ検波器と、これら両検波器の出
   力値を演算する手段とを備え、前記各受光手段の先端部
   は、前記投光軸とは直交する同一平面上に位置されてな
   る、すみ肉溶接線の位置検出用センサ。
2. （２）相互に９０度の角をなしてすみ肉溶接線を形成す
   る第１ワークおよび第２ワークのいずれか一方のワーク
   表面を照射するべく、前記溶接線とは直交する平面内に
   設けた１つの投光軸と、前記平屋　２ 面内に、かつ他方の前記第２ワークまたは第１ワーク表
   ｍｌからの反射光軸上において、入射角ゼロ度となるよ
   うに設けた凹面または凸面の反射鏡と、前記平面内にお
   いて前記投光軸をはさんだ対称位置に配置した光電変換
   素子を含む２つの受光手段と、これら各受光手段の出力
   側に接続され、整流機能を有するそれぞれ検波器と、こ
   れら両検波器の出力値を演算する手段とを備え、前記各
   受光手段の先端部は、前記投光軸とは直交する同一平面
   上に位置されてなる。すみ肉溶接線の位置検出用センサ
   。