JPS5844973A - 映像を取得する方法および装置 - 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】 本出願と、同時出願中の、′器具を位置決めするだめの
装置、および方法１と題したＪａｎ　Ｈ−Ｋｒｅｍｅｒ
ｓとＲｏｂｅｒｔ　Ｃ，Ｂｏｌｌｅｓ　　の出願は関連
発明の特許請求の範囲を記載している。

本発明は溶接アークが存在する中における工作物の反射
光パターンを検知するだめの装置と方法に関する。より
特定的には、工作物からの反射光パターンと溶接アーク
からの反射光を区別する如き装置および方法に関する。

反射光パターンは、溶接ヘッドに対する工作物の位置決
めを制御する目的のために、工作物の幾何的関係を特徴
づけるために利用される。

溶接ヘッドの位置決めシステムは当該技術において知ら
れており、工作物に投射された反射光は、る目的のため
に、溶接アークからの他の反射光が存在している中で検
知される。たとえばＴ。

Ｎｏｚａｋｉ　、その他による、Ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｎ
ｄ　ＭｅｔａｌＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、　Ｖｏｌ　’
１７．　Ａ　ｑ、ｐｐ、ｂｑｑ−１，！；ｇ（／９７１
年１７月）の１０ボツトは観察し、決定し、そして働く
１と題する論文中で、投射した光の反射光と溶接アーク
の反射光の中で、同じ強さを有する反射光の周波数を遮
断するため、赤外線透過フィルタを使用するシステムを
開示している。か＼るアグローチは、工作物上へ投射さ
れる光が、単純な光の点である場合には可能であるけれ
ども、一方、工作物上へ投射される光がより複雑なパタ
ーンである場合は、投射光と溶接アーク光とを区別する
よりよい能力を必要とする。また、該システムは、溶接
スパークに対しては区別せず、該溶接スパークは、光源
およびカメラの感度に合い、。

致する広い帯域の光の周波数を放射する傾向がある。

したがって、本発明の目的は、溶接アークが存在する中
での工作物からの反射光ノくターンを検知する改善され
た装置および方法を提供することである。

本発明の別な目的は、工作物上に投射された反射光映像
と溶接アークからの反射光とを区別するだめの改善され
た装置および方法を提供することである。

これらおよ、び関連する目的の達成は、こ＼に開示する
新規な映像−検知装置および方法の使用によって得られ
るであろう。本発明の装置は、映像−検知手段を備えて
いる。短い期間、す力わち、本発明の装置に使用される
カメラのフレーム時間、より小さい期間の、１つまたは
それ以上のノくルスで、工作物へ、予め定めたノくター
ンで光を指し向けるための手段が設けられている。各ノ
くルスは溶接子−りの強さよりも大幅に大きいピーク強
さを有している。光指し向は手段からのノくシス中以外
は、検知手段から光吟像を遮断するための手段が設けら
れている。好ましい実施例においては、検知手段として
は、テレビカメラ中における記憶映像配列（５ｚｏｒｅ
ｄ　ｉｍａｇｅ　ａｒｒａｙ）が使用され１そして、テ
レビカメラの一走査フレーム中の光のパルスの間に記憶
された映像は、次のフレームの始まシにおいて読取られ
、一方その間、工作物からの光映像は検知手段から遮断
される。７つ以上の光パルスが迅速に引続いて使用され
るならば、溶接スパークを排除することは容易である。

何となれば引続く映像は、スパークの異なったパターン
を含有するからである。しかしながら、短い期間の１つ
だけのパルスによってでも、スパークは光の点に減少さ
れる。

本発明の方法においては、光は工作物へ１つあるいはそ
れ以上のパルスとして指し向けられ、各々は、溶接アー
クの強さよシも大きい強さを有している。工作物によっ
て反射されたノ（ルスからの光は、該パルス中に検知さ
れ、そして、工作物へ向けられた光のパルスが存在して
いない間は、溶接アークからの光の検知は遮断される。

上記および関連する目的の達成および本発明の利点と特
徴は、図面を参照すると共に、以下の本発明のよシ詳細
な説明を検討することによシ、当該技術に従事するもの
によってよシ容易に明らかとなろう。

さて、図面を参照すると、そして特に第１図を参照する
と、本発明が使用する自動溶接機が示されている。第１
図に示されている溶接機の構造および作動のよシ完全な
記載は、上述したＫｒｅｍｅｒｓとＢｏｌｔ（’！Ｓ　
　の出願中に記載されておシ、その開示は本明細書の参
考として採用する。しかしながら、本発明をより完全に
理解するだめの背景を提供するため、便宜上、第１図に
ついて下記の記載を行なう。

該装置は、ステップモータ／２および／ｌＩで駆動され
るｘ−ｙテーブル１０を備えている。溶接される工作物
／乙ばｘ−ｙテーブル１０上に位置される。溶接ワイヤ
フィーダを組込んだ既知の形式の溶接ガン／ｇは、Ｘ−
Ｙテーブル１０の上方に取付けられている。したがって
この実施例では、工作物／乙は、固定している溶接ガン
／ｇの乍に位置するように移動される。勿論、溶接する
ために、工作物／６を固定させておいて、工作物／乙に
沿って溶接ガン／ｇを移動させることもまた可能である
。溶接ガン／ｇを２軸２２のまわりにピボット回転させ
るため、第３のステップをモータコ０が溶接ガン／ｇに
接続されている。実際問題としては、溶接ガン／ｇがｘ
−ｙテーブル１０の平面となす角度を調整するために、
手動操作可能なロータリステージ（図示せず）もまた設
けられている。

溶接される工作物／６を光パターン２６で照明するため
に、ｘ−ｙテーブル１０の上方に光源ユｑが位置してい
る。光パターンコ乙の性質に関するよシ詳細な点は、第
２図の説明と関連して下記に、そして上記したＫｒｅｍ
ｅｒｓとＢｏｌｌｅｓ　　の出願に記載されている。光
源２グは、下記に記載する特性を有する光パターンを、
工作物／６上に投射する如何なる光源によってでも実施
できるが、光源２’１は、光パターン２乙の発生のため
の適切な映像を有するスライドを受入れる、小さな機械
的に頑丈な投影器ヘッドを備える、電子的に制御された
キセノンフラッシャ（ｘｅｎｏｎ　ｆｌａｓｈｅｒ　）
として実施することか好ましい。

４よ テレビカメラ２ｇが、工作物／６から反射された光パタ
ーンコ乙を受取るために、光源２ｑから遠隔して位置し
ている。カメラ２ｇは工作物１６に対して異なった角度
を与えるように、光源２ｑから遠隔して位置しているこ
とが重要である。何となれば、該装置は、二次元の映像
から工作物／４の三次元、特性を決定するために三角測
量を利用するからである。実質的には如何なるテレビカ
メラも適切であるが、好ましい実施例においては、ジェ
ネラルエレクトリック社のモデルＴ、Ｍ　２！；００Ｃ
ＩＤンリツドステートカメラが採用された。カメラ２ｇ
の出力３０はカメラインターフェース回路３２へ接続さ
れておシ、該カメラインターフェース回路は、コンピュ
ーター３ｇから線３７上で、該１ンタ一フエース回路３
ａへの制御入力如何により、出力３’ｌ上に、生彩色ス
ケール（ｒａｗ　ｇｒｅｙｓｃａｌｅ　）か、限界二元
映像（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｂｉｎａｒｙｉｍａｇｅ　
）かのいずれかを在来のテレビモニタ３Ｓへ供給する。

カメラ１ンターフエース回路３２はまたコンピューター
３ｇへの直接メモリアクセス（ｄｉｒｅｃｔ　ｍｅｍｏ
ｒｙ　ａｃｃｅｓｓ、　ＤＭＡ）として出力３６を有し
ている。

コンピューター３ｇは実質的に如何なる市販のミニコン
ピユータ−でもよく、好ましい実施例においては、デジ
タルイクイップメント社のＰＤＰ−／／／３’ｌが提供
されている。使用者のコンピューター３ｇへのアクセス
は、たとえばチックトロニックｙ、、　（Ｔｅｋｔｒｏ
ｎｉｘ　）社から得られるＴｅｋｔｒｏｎｉｘｔＩｏｏ
ｂデスプレーターミナルの如きデスプレーターミナルｑ
Ｏの手段によって提供される。デスプレーターミナル１
１０は線ｔＩ２によシコンピユータ−３ｇに接続される
。コンピューター３ｇは、線３６上で、カメラ４ンター
フエース回路３２によって供給されるデータの分析を実
行する。ターミナルｌＩＯは、線３６上でコンピュータ
ー３ｇへ供給された映像データに関して実施された演算
の結果を表示するために使用され、そして、使用者のコ
ンピューター３ｇへアクセスを爵容する。

データ分析に基づくコンピューター３ｇからのる。線ｑ
ｌＩは望ましくは、／　２００−　Ｂａｕｄ、　Ｒ８，
２３２タ１プシリアルラ４ンとして実施される。

コントローラｑ６は、ｘ−ｙテーブルおよび溶接ガン／
ｇの位置決めを制御するため、線ｑｇ、ｓｏ。

および、Ｓ２によって、それぞれステップモータ／２、
／ＩＩ、および２０へ接続されている。コンドローラＩ
Ｉ乙、は、好ましい実施例においては、Ｓｕｍｍｉｔ　
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社のモデｈｇ／３ｇコントロー
ラによって実施されている。線５ｑはさらに、線Ｓｇに
よって溶接ガン１ｇに接続されている、たとえば、Ｍｉ
ｌｌｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のモデル３３０　ＡＢＴ
一定電流溶接動力源の如き、溶接動力源５乙へ、コント
ローラｌＩ６を接続している。

第１図に示すシステムは、溶接ガン／ｇの運動を指揮す
るための制御信号を提供する。これらの制御信号はコン
ピューター３ｇ内のコンピュータープログラムによって
つくられ、該プログラムは、テレビカメラ２ｇによって
供給される電気的映像を分析する。テレビカメラ２ｇは
溶接される部品間の接合部を含む工作物／６の区域を観
察する。

映像分析プログラムに関するさらに詳細な点は、上記し
たＫｒｅｍｅｒｓとＢｏｌｌｅｓ　　の特許出願で提供
されている。

第１図に示すシステムにおいて分析されるべきテレビ映
像を得るための、本発明による装置の実施例は、第一図
に示しである。第１図の如く、光源２’ｌは工作物／６
上に既知の形態の光パターン２乙を投射する。第２図に
おいて、光源２’ｌば、ｆｉ　子制御されたキセノンの
フラッシュニットトシて示されている。示されているよ
うに、該光パターン２６は、複数個の光の棒線（ｌｉｇ
ｈｔ　ｂａｒ　）１００よりなり、Ωつの光の棒はその
間で異なった間隔を有して基準となる光の棒線を構成し
ている。テレビカメラ２ｇは光パターン２乙によって照
明されている工作物／６の部分に焦点が合わされ、そし
てテレビカメラ２ｇは光パターン２乙からの反射光を受
取る。カメラ２ｇはまた、溶接ガン／ｇ’ｔｌｃよって
つくられる溶接アーク１０２からの反射光を受取る。し
かしながら、カメラ２ｇはため、アークから直接光を受
取らない。カメラ２ｇは、／θダで示す記憶映像フォト
セル中で２　ｔＩ／　×２’ｌ　／像要素の分解能を有
してジェネラルエレクトリック社のモデルＴＮ２！；０
０として実施されている。フォトセル配列１０ＩＩＩＩ
ｉ線１０ｇでカメラ制御回路１０６へ接続されている。

カメラ制御回路７．０６はまた、第３図と関連して以下
で説明するチョッパーから線／１０上でタイミング信号
を受取る。カメラ制御回路ＩＱ乙は、線／／２上で、カ
メラづンターフェース回路３２へ映像およびタイミング
信号を供給する。カメラインターフェース回路３２は、
映像信号を線３６で、コンピューター３ｇへ供給する。

カメラインターフェース回路３２はまた、線／／’Ｉ上
でタイミング信号をフラッジ動力源／／ｌ、へ供給し、
該フラッジ動力源は光源２ケを励起するため線／／ざ上
に出力パルスを供給する。コンピューター３ｇは、工作
物／６を溶接ガン／ｇ、カメラ２ｇおよび光源に対して
相対関係に位置決めするため、コンドローラグ６を作動
させるように＠ｔｉｌｌ上に制御信号を供給する（第１
図も参照）。

第３図は、本発明にしたがって作動するように、如何に
して市販のＧＥ社のＴＮ　２！；００テレビ力メラ２ｇ
が改造されたかを示している。ＧＥ　ＴＮ２！；００力
メラ２ｇで供給される通常のカメラレンズの代りに、光
密閉ポック／２０が供給され、これはフォトセル配列Ｉ
Ｏ’ｌ上に映像を焦点合わせするために、−組のリレー
レンズ／２２を備えている。チョッパ車／２１１がリレ
ーレンズ系／２２の下方に取付けられておシ、毎秒３０
回転のチョッパモータ／２４によって駆動されている。

ＧＥ社ＴＮ２！；００カメラで通常供給される形式のレ
ンズ／２ｇは、チョッパ車１２１１の下方に位置され、
チョッパ車／２を中の開口が、レンズ／２ｇとリレーレ
ンズ系７２２間中の位置で回転するにつれ、該開口を通
って工作物１６からの映像を指し向ける。笠１３コがレ
ンズ／２ｇのために設けられ、カメラレンズ／２ｇに直
接入る散乱アーク光の量を最小にしておシ、そして、ア
ーク光を直接受取ることなしに、カメラが溶接アークに
より接ｉ斤して焦点合わせするようにする。開１１７３
０は、代表的には、フォトセル配列１０１１に映像を提
供するだめ、チョッパ車１２ｔｉの各回転に対して約／
ミリ秒の間所要位置にある。

カメラ２ｇおよび電子フラッジ２’ｌの作動のためのタ
イミング信号を発生させるため、在来形式の発光ダ１オ
、−ド（ＬＥＤ）−フォトダ１メードビソクオフ１ｌｌ
ｏが、チョッパ車７２ｑの縁部に位置している。ピック
−オフ／ｌｉＯは線／ｑ１７により位相ロックされたル
ーフ回路（ｐｈａｓｃ−Ｉｏｃｋｔ・ｄｌｏｏｐ　ｃｉ
ｒｃｕｉｔ　）　／ｌｌ乙に接続されており、該回路は
チョッパ車／、２１１の回転の結果として、ヒツ々オフ
／’１０から、乙θヘルツの矩形波信号を受取る。位相
ロックされたループ／２乙は、公称の６０ヘルツ矩形波
を新しい６０ヘルツの正弦波に変換し、これが線／１０
上でカメラ制量回路１０１゜に供給される。（第２図も
参照）。

運転に際しては、リレーレンズ系／２λは、カメラレン
ズ／２ｇによって供給された映像を、該カメラ２ｇ内の
フォトセル配列上に焦点合わせする。カメラレンズ７２
ｇによってつくられる主映像は実質的にチョッパ車／、
２ＩＩと同一平面内にある。該チョッパ車／、２４は、
電子フラッジ２’１（第１および第２図）が働いている
短期間を除いては、光がフォトセル配列１０’ｌへ到達
するのを防止するシャッターとして働く。電子式フラッ
ジ２ｑからの光はそれが７ラツシする０、！；　ミリ秒
の短期間の間、溶接アーク１０２よシも大幅に輝度が高
い。

フォトセル配列／θｑは映像記憶形式のものであるのが
好ましい。たとえば、電子式フラッジによってつくられ
た対象へ光の分布は、配列ＩＯ’１中のシリコンフォト
セル上に電荷分布をもたらし、該電荷分布はフラッジが
終υ、そして、チョッパ車シャッター／２１１が閉じら
れてからかなシの期間保持される如きものが好ましい。

閉鎖したシャッターは、連続的溶接アーク１０２からの
迷走光線に基づく、フォトセル配列１０１１によって記
憶された映像の品質の低下（崩壊）を防止する。

ζ眩光源（フラッジチューブ）２ｑは、カメラ２ｇ（Ｄ
完全走査フレームの終シにおける垂直再追跡期間（ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ　ｒｅｔｒａｃｅ　ｐｅｒｉｏｄ　）中に
点火される。その結果生ずる映像は、次の完全フレーム
の始まシで、カメラ制御回路ｌＯ６によって、カメラ２
ｇから、読取られる。該機械式チョッパ（ディスク）／
２１Ｉは、同期モータ／２乙によって毎秒３０回、転で
動力ラインと同期して駆動される。しかしながら、その
ようなモータは１ハンチング１をしがちである。すなわ
ち、動力ラインに対して位相が徐々にずれる。そのため
、フォトセルビックオフｌｑＯが使用され、位相ロック
ループ／ｑ６を制御し、該位相ロックループの出力は、
シャッタディスク／２１Ｉの回転と同位相にロックされ
た６０ヘルツの正弦波である。この信号は、カメラの内
部タイミング信号をチョッパディスク／２１１の回転と
同位相に強制するために、カメラの通常のう１ンロツク
信号（１ｉｎｅ　ｌｏｃｋｅｄｓｉｇｎａｌ）の代シに
、カメラ制御回路１０６へ供給される。この運転方式は
、線／／ＩＩ上の、カメラの垂直再追跡信号（ｖｅｒｔ
ｉｃａｌ　ｒｅｔｒａｃｅ　ｓｉｇｎａ！　）からもた
らされるフラッジトリガー信号が、チョッパディスク’
／　２１１中の開口／３０が、レンズ系／２ｇと／２２
の光学軸と一致した際、正確に発生するのを保証するた
めに必要である。カメラ２ｇの配列１０１１中のフォト
セルと関連しているコンデンサを放電することによりつ
くられる電気的映像信号は、チョッパディスクシャッタ
が閉じられている間に発生する。すなわち、その時チョ
ッパディスク中の穴は光学軸と整合していない。

したがって電気的映像信号は、溶接子−りから放射され
る光によって低下（崩壊）　（ｄｅｇｒａｄｅ）　Ｌな
い。

当該技術に従事するものにとっては、今や前述した本発
明の目的を達成することのできる装置と方法が提供され
たことが明らかであろう。該装置と方法とは、溶接アー
クの存在する中で、工作物からの反射光パターンをよシ
よく区別して検知する。これは、工作物上に光パターン
を投射するための光源のパルス操作、および、パルスさ
れた光ｌ４パターンと同期されたシャッタの使用の結果
である。該装置に採用されているシャッタは短期間のみ
開いているため、溶接のスパークは、線というよりはむ
しろ点に減少されるので、問題とはならない。

さらに当該技術に従事するものにとっては、示され記載
された本発明の形式および詳細において、各種の変更が
なされ得ることは明白である。たとえば、上記において
、該シャッタディスク７２グはシステムのマスタクロツ
タとして働く。ピックオフ／グ０と関連して位相ロック
ループが採用さ　−れることは必要欠くべからざること
ではない。位相ロックループの使用は、モデルＴＮ、、
２！；００カメラに対して簡単なインターフェースを許
容する。

フォトセルピックオフ／ｌｌＯから直接もたらされた簡
単なタイミングＪくルスもまた使用することができるが
、カメラのより大幅な変更を必要とする一０他の形式の
シャッタ、たとえば、高速リーフシャッタ、複屈折結晶
（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ　ｃｒｙｓｔａｌ　）、振
動リード（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ　ｒｅｅｄ　）、あるい
は、ゲートされた映像倍増器（ｇａｔｅｄ　ｉｍａｇｅ
　１ｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ　）もまた、回転デ１スクチ
ョッパの代りに使用することができよう。そのような変
更は、特許請求の範囲とその精神内に含まれていること
を意図するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した一部図式形式、かつ、一部透
視形式による自動溶接機のダイヤグラムで、第２図もま
た、一部図式形式、かつ、一部透視形式による、第１図
に示す溶接機の一部分で、かつ、本発明による装置を示
すダイヤグラムで、そして、 第３図は、一部図式形式、かつ、一部所面形式による、
本発明による装置のダイヤグラムである。 １０・・・テーブル、／６・・・工作物、／、２．／グ
。 、２０・・・ステップモータ、７ｇ・・・溶接ガン、２
１１・・・光源、２乙・・・光パターン１．２ｇ・・・
テレビカメラ３．３．２・・・１ンタ一フエース回路、
３改・・テレビモニタ、３ｇ・・・コンピューター、ｑ
Ｏ・・・ターミナル、ｔＩ６・・コントローラ、ＳＬ・
・・溶接動力源、１０２４Ｊ・・溶接アーク、ＩＯ’ｌ
・・・フォトセル配列、１０＆・・・カメラ制御回路、
ｌ／６・・・フラッジ動力源、１．２ＩＩ・・・チョッ
ハ車（チョッパディスクシャッタ）、／２乙・・・チョ
ッパモータ、／３Ｑ・・・開口。 代理人の氏名　　川原１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）工作物へ予め定めたパターンで光を指し向け、工
   作物に関する情報を得るために、工作物より反射された
   パターンから光映像を検知することによって、溶接ヘッ
   ドが、溶接アークを発生している間、工作物の溶接ヘッ
   ドに対する相対的位置決めを制御する装置において、組
   合わせにおいて：映像検知装置と、 溶接アークの強さよシ大幅に大きいピーク強さを有する
   少なくとも１つのパルスで、工作物へ光を指し向ける装
   置と、そして、 眩光を指し向ける装置からのパルス中以外は、検知装置
   から光映像を遮断する装置と、よシなることを特徴とす
   る前記装置。 （２）眩光を指し向ける装置は、電子的に制御さレタ・
   キセノンフラッシュニットよシなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 （５）該光映像を遮断する装置は、光のパルス中、開い
   ているように同期されているシャッタであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （４）該検知装置は、映像記憶フォトセルの配列よシな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 （５）該検知装置は溶接アークから直接光を検知するこ
   とを回避して位置していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 （６）溶接アークが存在している中で、自動溶接装置に
   おける工作物の映像を検知するだめの方法において、溶
   接アークよシも大きい強さを有する少なくとも１つのパ
   ルスで工作物へ光を指し向けることと、該パルス中、工
   作物によって反射される該パルスからの光を検知するこ
   とと、そして、工作物へ指し向けた光のパルスが存在し
   ていない間、溶接アークからの光の検知を遮断すること
   よりなることを特徴とする前記方法。 （７）該溶接アークから光を直接検知する・ことを回避
   していることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載
   の方法。 （８）該溶接子−りからの光検知を遮断している間、検
   知された光のパルスから電気的映像信号が発生されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法
   。