JPS5953149A - ロボツト用計測ヘツド - 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】 本発明は、作業用ロボットにおいて、作業対象物とロボ
ットとの関係位置を正しく計測するロボットの計測ヘッ
ドに関するものであって、特に作業対象となる物体表面
が平面あるいは緩い曲率の面で構成されている、例えば
、厚板のアーク溶接等で有効に利用できるものである。

アーク溶接ロボットで、溶接線に削って、溶接を進める
場合の従来例を第１図ないし第３図により説明する。図
においてＧ１＋０２は被溶接物（ＧＩ。

Ｇ、を区別する必要のない時は単に物体Ｇで示す。）、
Ｊ、　、　Ｊ、はＧ、、Ｇ２の表面（Ｊ、　、　Ｊ、を
区別する必要のない時は単に表面Ｊで示す。）、Ｔは溶
接トーチ、Ｗは溶接すべき線（以下、溶接線Ｗという）
である。

−５− 第１図は溶接トーチＴの両側に磁気センサ５１ｔＳ！を
有し、これによってＪＩＩＪ！　との関係位置を検出し
て、溶接トーチＴを正しい溶接位置において作業を進め
るものである。また第２図（イ）は光ビーム投光器りよ
シ、光ビームＬ′を適当な振幅で横に振って被溶接物Ｇ
の表面Ｊに照射し、被溶接物Ｇ上の輝点Ａの軌跡を２次
元のイメージセンサ■に結像させ、その画像を処理して
溶接線Ｗを検出しながら作業を進めるものである。図（
ロ）に、この時得られる像を示しである。この場合、測
定点と溶接点との距離ＤＴは、イメージセンサＩに対す
るアークの妨害雑音のため、かなりの距離、例えばｌＯ
ｌ程度にとることが必要になるので、溶接線が曲ってい
る時などは、溶接トーチＴと溶接線Ｗとの関係位置を正
確に保つことが難しくなる。

第３図は、溶接トーチＴを左右に一定角だけ振シ動かし
、左と右とでアーク電流が等しくなるように溶接トーチ
Ｔの位置を制御して、溶接線Ｗに浴うようにしたもので
ある。図０）は溶接トーチＴの位置が制御されない状態
図、図（ロ）は溶接トーチ−６− Ｔの位置が正しく位置された制御後の状態図である。

上記の第１図及び第３図で示した方法は、何れも溶接作
業開始の時に、ロボットをほぼ正しい位置においてから
後の制御であり、完全自動化には用い難い欠点がある。

また第２図の場合は、測定点と溶接トーチ　Ｔ・との距
離Ｄ７か大きく曲った溶接線Ｗでは追随精度が落ちる等
の欠点がある。

本発明は、このような従来の欠点を除き比較的簡単な構
成で物体表面が平面あるいは緩い曲率の面で構成されて
いる浴接線の検出を行い、その測定値をマイクロコンピ
ュータに入れて必要な処理を行うことによシ、計測ヘッ
ドと、対象物との関係位置を定量的に求めることによっ
て、計測ヘッドの位置決めを行ない、完全自動化された
溶接ができるようにしたものでおる。以下これについて
説明する。

本発明のロボット用計測ヘッドの基本構成を第φ図にも
とづいて説明する。図において、Ｂはロボットの計測ヘ
ッドで、支持部によシ、三軸ξη、この回シに回転でき
るように支持され、この三軸は互いに直交している。ま
た支持部は空間座標Ｘ。

ｙ、ｚ方向に平行移動できるものとする。つまシ計測ヘ
ッドＢはＸ＋ｙ＋２による平行移動（矢印）と、ξ、η
、ζ軸のまわりの回転（矢印）によって空間内の任意の
場所で任意の方向にむくことができる。Ｘ＋）’＋Ｚ　
方向の移動の代シに極座標を用いて、アームの回転によ
ってもよいが、ここでは、Ｘ＋　ｙ＋　１を用いて説明
する。

計測ヘッドＢの面Ｓは、図のようにξ軸を含み、計測ヘ
ッドＢとともに回転される。面Ｓのξ軸の回シの回転角
を基準位置に対して、θξとする。

このθξは当然計測ヘッドＢのξ軸の回りの回転となっ
ている。同様に計測ヘッドＢのη軸の回りの回転角を０
７．ξ軸の回りの回転角をθ、とする。

面Ｓのξ軸上の点ＯＩ、、ＯＲにそれぞれ光ビーム投光
器りおよび受光器比が設置され、Ｌおよび几は点ＯＬ、
ＯＲを中心として面Ｓ内において回転できる。ＯＩ、、
ＯＲの距離をｄ、投光器りとξ軸のなす角を０１、受光
器Ｒとξ軸とのなす角をθ、とする。Ｄはアークの光が
輝点Ａに入り雑音光となるのを軽減するための遮光板で
あシ、以下の図面には省略しである。投光器りよシ発す
る光ビームＬ′は十分細く、受光器比の受光感度の指向
性は鋭い形となっておシ、凡の視野は狭小艶るとする。

ＬとＲとは面Ｓ内にあるので０１十〇、くπ　ならば必
ず交わる。

光ビームＬ′が物体Ｇに入射して表面につくる輝点の形
および受光器比の視野の物体Ｇ上での形は、例えば第５
図（イ）に示すようにスリッ）、！：菱形、あるいは菱
形と菱形というような組合せとして、また受光器Ｒの電
気的出力が、重なシに対して、第５図（ロ）のような形
、すなわち、重なシ中心で極太で、中心から外れるにし
たがって小さくなるような形であることが望ましい。こ
れは、光ビームＬ′の輝点人と視野とを重ねる場合、θ
、あるいはθ、の変化に対して受光器Ｒの出力が増加す
るよう調整し、極太値で止めればよいからである。

第６図は、第≠図に示す計測ヘッドの基本構成−９− にもとづく測定原理の説明図で、図に示すように光ビー
ムＬ′が表面Ｊ上につくる輝点Ａ４　（ｉ　＝０．　／
。

２・・・）に受光器Ｒの方向を合わせると、ｄは一定で
、θ”ｌ＋θＲ２は読みとることができるので、八Ａ１
０ＬＯＲが定まシ、ＡｉからＯＬ、ＯＲ（つまシミ軸）
に下ろした垂線の長さｈｉ、垂線の足Ｈ１の座標ξｌお
よびＯＬ、Ａｉは（１）式によシ求められる。

同様に０ＲＡｌおよび０ＲＨＩも（１）式の方法で求め
られる０ したがって、原理的には光ビームｆ、Ｌの方向を変化さ
せて、物体Ｇの表面Ｊをくまなく走査すれば（この場合
はθＬ＋＋θξを細かく変えて、測定することになる）
、物体Ｇの表面の・形を知ることかで−】〇　　　　− きる。

第７図は厚板の溶接における各種の形状例であって、図
（イ）では溶接線Ｗは表面Ｊ１とＪ２との字形交叉線で
あわ、これを型面交叉と呼称する。

このＶ型面交叉の外側のＵ、　、　Ｕ２は面と面の交叉
線が山の頂上になっておシ、これを△型面交叉と呼称す
る。図（ロ）の溶接線Ｗは、■型面交叉、図（ハ）の溶
接線Ｗは、平らな部分であるが、図でＵ、の交叉は△型
面交叉である。

ロボットで溶接を自動的に行うには、面交叉の型を識別
し、溶接線Ｗを確め、それにそって、溶接作業を自動的
に行えるようにすることである。

図の（イ）、（ロ）で溶接線Ｗは、型面交叉線、（ハ）
の溶接線Ｗは△型交叉線よシ板の厚みだけずらした位置
となる。

この第７図ではξ軸を溶接線Ｗの方向としたが、η軸を
溶接線Ｗの方向とし、溶接トーチＴをそれに適した位置
にするのも合理的である。

（１）　　計測ヘッドＢの初期設定Ｉ −１１− 第２図は平面交叉の測定原理を説明するための図であっ
て、図ピ）に示すようなコ面Ｊ１＋Ｊ３の平面交叉の存
在および交叉型、および交叉線の位置の自動的識別法に
ついて以下説明する。

図（イ）に示すよ５に面Ｓの方向を固定し、（θξを一
定）、θＬを変えて順次３つの輝点Ａ１　ｍ　ｋｇ・Ａ
Ｉについて測定したとする。θξを一定にしてθＬを変
えた時の輝点の軌跡は、明らかに面Ｓで、物体Ｇを切断
した時の断面の形に欧る。この時のξ１．ξ３．ξ、ノ
値ハ式（１）により容易に算出される。

今Ａ４　＋　４　＋　Ａｓが同一平面上にあるとしてＡ
Ｈ＋　Ａ４の値からＡ、　（ξ、）におけるり、の値を
推定すると （ｉ） ｈ、の値はＡ、がＪ、、Ｊ！の何れの面上にあるかによ
って、Ａ′、・人；のような位置になる。

−Ｉｌｌ　　　− したがって、次のような識別が可能になる。

■・　面交叉識別法１ （ｉ） Δｈ、ミｈ、−ｈ、　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（３）ここにΔは高さの増分 をとって、 （イ）　Δｈ、＞Ｏならば△型交叉、交叉線Ｗｏは区間
（Ａ１゜Ａ、　）　Ｋある。

（ロ）　△ｈ、＜Ｏならば型面交叉、交叉線Ｗｏは区間
（ＡＩＩＡｓ　）にある。

（Ｉ→　Δｈ、＝ｏならばＡＩ　＋　ＡＩ・Ａ、は同一
平面上にあり、交叉線Ｗｏは区間（Ａｔ、Ａｍ）にない
。

上記（・）の場合は、測定を区間（ＡＩＩ　ＡＩ）外に
延長して測定する。それでも交叉線Ｗ。

の存在が不明のときは、交叉線Ｗｏとξ軸とが同一平面
内にある場合であるから、計測ヘッドＢをξ軸のまわシ
に“４回転して前記測定を行うか、あるいは後で述べる
面交叉識別法■による。このような、面交叉の識別を簡
単に行うことは、形状の複雑な物−１３一 体の溶接線Ｗの検出には大切なことである。

上記の面交叉識別で区間（Ａｌ　ｌ　ＡＩ　）に面の交
叉線Ｗｏがあると判断された場合、鶴の位置を決定する
には次の方法による。

区間（ＡＩＩＡ８）の外側にム、Ａ４を第２図（ロ）に
示すようにとシ、測定を行えば交叉線Ｗ、はＡ、　Ａｏ
とＡＩ　Ａ４のと交点として求められ、そのｂｗ６．ξ
Ｗ６は次によシ与えられる。

−１４− 次にロボットの計測ヘッドＢを溶接線Ｗに対して正しい
位置（ξ軸〔又はη軸〕が溶接線Ｗに平行で、かつ２面
Ｊｌ・Ｊ！のなす色歪の２等分面上にあシ、計測ヘッド
Ｂと溶接線Ｗとの距離が所定の値ｈｅになる）にもって
くる過程を第り図を用いて説明する。

〔計測ヘッドＢの位置の初期設定ｌ〕

（１）面交叉線Ｗｏと面Ｓとの交点ＡＷ（＋）　　を求
める（面交叉識別方法！による） （１１）　　面Ｓの方向Ｕξ（。）をそのままとし、計
測ヘッドＢをξ軸方向に平行移動して、Ｂの回転軸ζ（
このξ軸は面Ｓにふくまれている）をＡ−１）をとおる
位置まで移動させる。ξ軸の位置をＣ＝Ｏとすれば、ξ
軸方向の計測ヘッドＢの移動距離は、 −６ｗ（１）である。（１）は初期値で上の（１）項に
対応する。以下同様に行う。

（ｉｉＤ　　計測ヘッドＢをξ軸の回シに回転し、面Ｓ
と２面Ｊ１＋Ｊ１　との交叉線をＪ＠＋Ｊ＠の交叉線Ｗ
ｏに重ねる。これによυξ軸。

−１，５− ξ軸、交叉線ＷＯが同一面内に含まれる。

この回転角をΔθ３とする。面Ｓとλ面Ｊｌ　＋　Ｊｌ
との交叉線Ａ、、　Ａｗ（ｌｌ　、Ａ、とＪ、、Ｊ。

の交叉線Ｗｏとの重なシは、面交叉識別法！で用いた１
△ｈｌ−＋Ｏによシ行えばよい。

４ｖ）　　計測ヘッドＢ（すなわちξ軸）をη軸のまわ
りに回転し、ξ軸を交叉線Ｗｅ　ｖｃ平行にする。これ
は”ｅ＝ｔ−ｈｅ＝ｏ　””　’にするようθ、７を変
えればよい。その回転角を△θ７とする。

（ｖ）計測ヘッドＢを平行移動して、ξ軸を面Ｊ、とＪ
、のなす角の２等分面内におく。

このためには面Ｓをξ軸の左右、〔θξ＋へ・、θξ□
−Δ〕の範囲に振って、両端におけるｈが等しくなれば
、すなわち ｈ（θξユ＋△）−ｈ（θＣ−△）＝Ｏになるようにす
ればよい。この関係を第１Ｏ図に示しである。

（ｖｉ）　　計測ヘッドＢと交叉線Ｗ０とが所定の距離
になるよう計測ヘッドＢをＣ軸方向−１６− に沿うて平行移動する。この場合のＪ の測定は式（１）で述べたところによる。

軸ηを交叉線Ｗｏと平行にする場合は、上述の■につい
で次の９１カを行えばよい。

＆ｉＤ　　計測ヘッドＢすなわちξ軸をξ軸のまわりに
πＡ回転する。

上記はＪ１＋Ｊ２が平面としたのであるが、Ｊｌ　ｒ　
Ｊｌが曲面の場合は、面ＳとＪ、・Ｊ、との交線をそれ
ぞれλ次曲線で近似して、前と同様の推定をすることに
よって、ＪｌとＪ！の交線に関する推定をすることがで
きる。

（２）計測ヘッドＢの初期設定■ 計測ヘッドＢの初期設定について、面Ｓのξ軸のまわり
の回転、つまりθξを利用する方法について述べる。

−１７− 第１Ｉ図に示すように光ビームを例えば面Ｊ、に投射し
、その輝点Ａ１につき　θ）、、ＵＲを求めると、式（
１）により、ｈｌ、ξ１が得られる。ξ、の値を一定に
保ちながら、θξ　をかえて輝点な人、→Ａ、→Ａ３と
移動させると、この輝点の軌跡は、ξ、を通り、ξ軸に
垂直な平面で物体Ｇを切断した場合の断面形状を表わし
ている。

上の測定は特に０１−π／１１に保って、０ξを−ＩＩ
Ｉ　　　　− 変えて行えば、さらに簡単で、取扱い易いので今後は θ−一　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（
５）　　　　Ｂ にとって説明する。

△ＨＡ、　Ａ！とＡ３との関係をみると、Ａ、がＪ。

上にある時Ａ！（Ｊｌ）とＪｔ上にある時Ａｔ（Ｊｔ）
とによって図のような関係位置になる。

したがって、θξ　を小刻みにかえて上記測定を繰返せ
ば、断面形状は完全に求められる。

面Ｓをずらせて同様の断面形状を求めれば、Ｇの表面の
形が求められる。

今、Ａ、　ｌ　Ａ２１　Ａ、が同一平面上にあるものと
−１９− して、Ａ４　＋　Ａ４における実測値を用いてθξ８に
おけるγ！およびへを推定すると、 図かられかるように、ｈ、（ｉ　）と実測値り、との比
較によシ、面Ｊ、とＪ、との交叉の型および交叉線Ｗｏ
の存在区間がわかる。

■・　面交叉識別法■ （１） △ｂ、　＝ｉ：　ｈ、　−ｈ、　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
を求め （イ）　△ｈ、＞Ｏならば、△型交叉、交叉線Ｗｏは区
間（Ａ、ＩＡ、）にある。

ｇｏ　　　＋ （ロ）　　△ｈ、〈０ならば、型交叉、交叉線Ｗ。は区
間（Ａｌ、Ａ３）にある。

（ハ）　△ｈ、＝ｏならは、Ａ１・Ａ２・Ａ、は同一平
面上にあシ、交叉線Ｗ。は区間（Ａｔ・Ａｓ＞にない。

上記（ハ）の場合は測定を区間（ＡＩＩＡｓ）外に延長
して同様のことを行う。それでも交叉線ＷＯの存在が不
明のときは、ξ軸と交叉線Ｗｏとが垂直なる場合である
ので、ξ軸を（軸のまわりに約πｈ回転して、前記測定
を行うか、あるいは、前述の面交叉識別法■による。

このような面交叉の型を簡単に識別することは、形状の
複雑な物体の溶接線Ｗの検出上大切なことである。

面交叉識別により交叉線Ｗ０の存在を確認してから、交
叉線ＷＯの位置を決定する方法につき述べる。

第１２図に示すように、区間（Ａ、ＩＡ、）の外に、λ
つの輝点Ａ、ｏ　Ａ、４　ｋとって、測定すれば、交叉
線Ｗ。はＡｏ　ＡｔとＡ、　Ａ、の延長の−２１− 交点として求められ、交叉線Ｗｏ　の位置は図の〜。＝
θ評−θξ。を求めることにょシきめられ、次により算
出される。

またｈｗは式（９）のθＷＯを用いて求められ、・・・
・・・・・・Ｃ１Ｏ したがって、面Ｓの方向ヲ６さ＝θξ０＋θＷＱにとれ
ば、その線上に交叉線Ｗ。が存在する。

〔計測ヘッドＢの位置の初期設定Ｉｎ（検出にθξを用
いる場合） −２ａ　　− 上述の結果を用いて計測ヘッドＢを溶接作業位置にもっ
てくる過程を第１３図によ＃）説明する。θ１＝π４と
して行なう。

（１）　　、２面ＪＩＩＪ！の交叉線Ｗ。と点０１にお
けるξ軸の法平面との交点Ａｗ（１）　ｋ求め（前記方
法による）、輝点をＡ賢１）におけば、ｃ軸はＯＬ　Ａ
ｙ（０に一致する。

（ＩＩ）　　ｃ軸のまわりに計測ヘッドＢ（すなわちξ
軸の方向）を回転し、θξ　を左右に振った時の輝点の
軌跡を交叉線Ｗ。に重ねる。式（８）のΔ旧をＯＹＣす
ればよい。ξ軸と交叉線Ｗ０とが垂直になる。

０１１）面Ｓをξ軸のまわりにθξ±Δだけ変えて、θ
ξ＋Δとθξ−△におけるｈの値が等しくなるように、
θξを調整する。この時ＡＷ（１）は交叉線Ｗ０上でＡ
Ｗ（ＩｉＤにうツシ、ξ軸、Ｃ軸、交叉線Ｗ。が互に直
交する。

Ｏｖｌ　　面Ｓ（ξ軸）をｃ軸のまわり“／Ｂ回転すれ
ば、ξ軸と交叉線Ｗｏとは平行になる。

（ｖ）　　ξ軸を平行移動して２面のなす角の２−　２
８　− 等分間上にのせ、ｈを所定の値になるようにしθξを調
整して而Ｓが交叉線Ｗ０を含むようにする。

また、η軸を交叉線Ｗ。と平行にするには、０１１）で
すでにη軸は交叉線Ｗｏと平行になっている。したがっ
て計測ヘッドＢを平行移動して点ＯＬを２面Ｊ、、Ｊ、
のなす角の２等分面上にもって来てさらに所定の距離ｈ
’６とればよい。

〔計測ヘッドＢの位置の初期設定■〕

上記計測ヘッドＢの位置の初期設定では、前記Ｉの場合
は主としてθ１．を変えてｈＩｔξｉを求めてＢの位置
設定を行い、前記■では主としてθξを変えてＪ、ξｌ
を測定して計測ヘッドＢの初期設定を行うものである。

しかしθ１を変えるのと、θξを変えるのとを適当に組
合せることにより、さらに簡易な設定法がいろいろ考え
られる。

これまではξ軸を浴接線Ｗに平行にして浴接を進める場
合について述べたが、（軸−２４− を溶接線Ｗに平行にし、ｃ軸の方向に溶接を進めること
も可能である。これは前に述べたように、θ１の変化に
よる検出方法と、θξの変化による検出方法とが、互に
対応していることから明らかであシ、何れを用いるかは
、その場合の使い勝手による。

７例として、第１グ図に簡単な計測ヘッドＢの位置初期
設定の例をあげる。まず（１）　　θＩ、−２とし、θ
ξを変化させて、交叉線Ｗ。上の点Ａｗ（１）　’ｅ求
める。（式（９）による方法） （１１）　　θ１をｉの両側に変えてΔ旧を求め、ξ軸
をｃ軸のまわ如に回転して式（３）に相等する△ｈｉ　
−？　Ｑとする。この場合、ぐ軸の回転角を△θＣとす
る。（△ｈ−＋Ｏではξ軸と交叉線Ｗｏは同一平面に含
まれる。）（ｉｉｉ）　　ξ軸をη軸のまわシに回転し
、ξ軸を交叉線Ｗ。に平行にする。η軸のまわシの回転
角を△θ７とする。η軸は図では省略した。ξ軸と交叉
線Ｗ。との平行はθ１−　　２５　− をかえてもｈｉが一定になるように０７を調整すればよ
い。

Ｏｖ）　　計測ヘッドＢ（ξ軸）を平行移動して、コ面
Ｊｌ・５２０２等分面上で、交叉線Ｗ。

から所定の距離におく。

この方法では、計測のためθＬ′ｆ：変えても、計測ヘ
ッドＢの回転（θξ、θ７．０３　の変化）をともなわ
ないので計測、制御が容易になる。η軸を交叉線Ｗｏに
平行にするには、上記１１ｖ）について計測ヘッドＢを
ぐ軸の丑わすに一回転すればよいが、直接もつていって
もよい。その方法を第７５図について説明する。

（１）０Ｌ＝気としθξ　を変えて交叉線Ｗ０上の点Ａ
Ｗ（１）を求める。（式（９）による）（ＩＩ）　　ξ
軸をｃ軸のまわりにΔθ、たけ回転して、θξ　の変化
による輝点軌跡を交叉線Ｗｏに重ねる。

６１１）　　θξをθξ±△にかえた時ｈ（θξ＋Δ）
＝ｈ（θξ−△）になるようθξを調整する。

−２１− この時の０ξの変化をΔθξとする。ＡＷ（１）は、Ａ
ｗ（ｌｉＤ　へうつる。この状態では、η軸・　（軸お
よび交叉線Ｗｏはξ軸の０１における法平面に含まれ、
かつη軸上ぐ軸、交叉線Ｗｏ上（軸になるからη軸ｌ交
叉線Ｗ。となる。

４ｖ）　　計測ヘッドＢを平行移動して、点ＯＬをコ面
Ｊｌ　＋　Ｊ！のなす角の２等分面にのせる。このため
にはθ１を調整して輝点を交叉線Ｗｏ上におきながら、
θ１±Δに対して式（１）の４皿をｔｉ（θ、＋Δ）＝
ｔｉ（θ１−Δ）にする。

（ｖ）輝点Ａを交叉線Ｗｏ上においたまま、η軸のまわ
シに計測ヘッドＢを回転し ＯＬ−百にする。

ＧｘＤ　　ｈｗを所定値になるよう計測ヘッドＢを平行
移動する。

一般に厚い板では、溶接線は特別の場合の他は、おおよ
そ平面と平面との交線、すなわち直線とみなしてもよく
、溶接の型と−９？　　　− して第７図（イ）図乎板Ｇ１とＧ、の突合せ溶接、ある
いは（ロ）図乎板Ｇｌ　＋　０１　のＴ字型溶接が多い
ので、以下これを例にとって実際の作業を進める過程を
説明する。

（υ　ロボットの初期位置の設定 まず、ロボットが溶接線Ｗを正しく捕捉し、つぎに溶接
線Ｗに対して正しい位置を占め、これによって溶接トー
チＴが自動的に溶接作業を始められるようにしなければ
ならない。

（ａｌ　　溶接線の捕捉 物体Ｇ、、Ｇｔの表面の各種の線の中から、溶接線Ｗを
識別選定する。第７図（イ）、（ロ）の場合は、溶接線
の近傍のみが断面がｖ型で。

他の線はΔ型になっているので、面交叉識別法■、また
は、面交叉識別法Ｈによって、面交叉が存在するか否か
、また面交叉が存在したとき、その形がＶ型か△型かを
識別し、Ｖ型であれば（ｂｌに進む。

（ｂ）　　ロボット初期位置の設定 −ＳＳ　　　− 面交叉がｖ型であれは、前に述べた方法により、面交叉
上の点の位置を定め、（式（４）または式（９）　）　
、ついで前に述べた方法によって計測ヘッドＢに回転変
位および平行移動を与えて、溶接に適し喪関係位置をと
らせる。

（ｃ）　　溶接始動点の検出 （ｂ）で計測ヘッドＢを溶接に対して正しい位置におい
た後、計測ヘッドＢを溶接線Ｗに旧って、溶接進行の逆
方向に移動し、溶接線Ｗの消失点をもって、溶接始動点
とし、以後は溶接線Ｗにそって溶接を進める。

（２）溶接作業中の位置制御 溶接作業開始前は計測ヘッドＢと、被溶接物との関係位
置がかなりランダムであるので、前記（１ンで述べたよ
うなやや面倒な方法で初期設定を行わなければならなか
ったが、一度計測ヘッドＢが溶接線に正対位置に設定さ
れた後は、次のような簡単な検査と修正制御を行−■　
　− いながら、溶接作業を進めればよい。その方法を第１６
図Ｇ（）　（Ｃ１）について説明する。

（ａ）　　ξ軸を溶接線Ｗ方向に平行にとった場合（第
１乙図０）） （１）溶接線Ｗの位置検出と修正 光ビームをζ軸方向にとシ、０ξを θξ１±Δに変えた時、ｈ（θξ１＋Δ）−ｈ（θξ、
−Δ）かつ、θζでｈが最大ならば、点Ｏ４はコ面Ｊ、
、Ｊ、の２等分面上にある。上の２条件が成立たないと
きは、θξをｈｍａＫ方向にとり、その両側にθξ±Δ
をとった時ｈ（ａξ＋Δ）＝ｈ（θξ−Δ）になるよう
に計測ヘッドＢ’を平行移動する。ここにｈｍａＸ　　
はｈの最大値である。

またｈは所定の値ｈｓになっていなけ ればならぬ。不成立の時は計測ヘッドＢの平行移動で修
正する。

（１１）　　溶接線Ｗ方向の検出と修正（１）の次に、
θ８−１として、その視野に光ビームを重ねθξをθξ
±Δに変えた時、−ｆｉＯ− ｈ　（ｏξ１＋Δ）−ｈ（θξ１−△）、かつθξでｈ
ｍａＸである。この条件不成立のときは、θξをｈｍａ
Ｘになるようにし、その値をθξ２とする０ ６０ξ−“ξｌ　　”’１ を求め、図に示す値を用いて次の△θＣを求め 計測ヘッドＢをξ軸のまわりにΔθ３だけθξ、の方へ
回転して、ξ軸の方向を修正する。

（ｌｌ＋１　　ξ軸と溶接線Ｗとの傾きの検出と修正（
１１）で０Ｒ＝ｉに対して、ｈ、　＝　ｈ、　（＝ｈ、
　）である。不成立のときは計測ヘッドＢをη軸のまわ
りに −８１− だけり、がり、に等しくなるように回転して修正する。

（ｂｌ　　η軸を溶接線Ｗ方向に平行にとった場合（第
１６図（ロ）） （１）溶接線Ｗの位置検出と修正 θ、を二±△に変えた時、ｔ、　＜　Ｋ＋Δ）＝２　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ
１ｌｔｔに−Δ）かつＵＩ、＝ｉでｈ−ｈｍａｘとなら
なければならない。この条件不成立の時は、θ１をｉか
らはずし、ｈを最大にするようなθＬとし、０Ｌ±△に
対してｔｉ（ＯＬ＋Δ）−４ｉ　（θ１−Δ）になるよ
うに計測ヘッドＢを平行移動した後、計測ヘッドＢをη
軸のまわりに回転して、θ１＝ｉにする。この時、ｈは
所定の値ｈｓになっている。

ｈ〜ｈｓの時は、計測ヘッドＢを平行移動して修正する
。

（１１）溶接線Ｗの方向検出と修正（ξ、４面内でのη
軸方向） （１）についで次のことを行う。θξをθξ十△にかえ
て、この状態で０１を変え−ａｌｌ　　　− てｈを最大にした時、θ、−一でなければならぬ。θｌ
［、キｉになる時は、θ１−１とし、計測ヘッドＢをξ
軸のまわりにまわしてｈが最大になるようθ。を修正す
る。これは溶接線Ｗをξ軸の点ＯＬにおける法平面に含
ませることを意味する。（図でＨ宜→０！、） ０１１）　　η軸と溶接線Ｗとの傾きの検出と修正θξ
をθξ±Δに変えた時ｈ（θξ十Δ）−ｈ（θξ−Δ）
である。この条件不成立の時は、計測ヘッドＢをξ軸の
まわシに回転（θξをかえる）して、条件を満足するよ
うに修正する。

（ｃ）　　溶接高さの検出 溶接作業中、溶接部の形状が変るので、低い部分にアー
クを向けなければならない。

第１７図に示すような場合、 ０、　Ｏ’＝ｈ’（２）φ′−ｈ１（２）φ１φ５．φ
は第１６図（イ）の場合はθξの差で−８８− あり、第１ＡＩＮ（ロ）の場合はｕｌｊ　の差となる。

また第１６図（ロ）の場合はθＬを変えて求めると、測
定点の座標がＡ′０′に相等しく、かつｈは直接０１．
Ｃ′を示すことになる。

したがって溶接中の最も深い部分を探して、溶接作業を
進めることは容易である。

溶接作業をξ軸ｌ交叉線Ｗ。で進めるか、η軸ｌ交叉線
Ｗｏで進めるかは何れでもよく都合ノよいようにとれば
よい。計測ヘッドＢがおおよそ正しい位置にあるか否か
はその制御の難易に著しい影響を有している。

以上は専ら点０１に投光器りを付して考えてきたが、こ
の位置を受光器几の位置（点ＯＲ）と交換しても全く同
様のことが成立することは明白である。上述のような、
計測法を実現するための計測ヘッドの具体的実施例を第
ｉｔ図に示す。図（イ）は回転自由度３の最も一般的な
場合、図←）は自由度ｌの簡単な場合である。

図（イ）において、Ｍは計測ヘッドＢの支持部で、ｘ、
ｙ、ｚ方向に平行移動できる構造となり−ａ４　− ている。０は支持部Ｍに固定支持された中空球殻で軟磁
性材料で形成されている。ロボットの計測ヘッドＢは、
図（イ）では球殻の窓を貫いて計測アームＱが設置され
、その両端付近で距離ｄｉへだてた点０．ＯＲＫは、そ
れぞれ投光器り、受光器Ｒを備え、これらは駆動器Ｄ１
．ＤＲによって、同一面Ｓ内において回転駆動され、そ
の回転角θ１．θ、はＤＬ、ＤＲで読みとられる。

投光器りの中心０１は球殻Ｃの中心にあり、これはまた
、計測−＼ラドＢの３軸、すなわちξ軸、η軸、ｃ軸の
交点になっている。

計測ヘッドＢの支持および回転駆動の構成は以下に述べ
るとおりであるが、回転駆動の回転角は、例えばパルス
モータで駆動を行い、その駆動パルスを計数して、直ち
にわかるようになっている。

計測ヘッドＢの回転中心は常に球殻の中心Ｏであり、３
軸は剛体的に構成された腕によって形成されており、そ
の軸の端部の球面に−８５一 対面する部分に、計測ヘッドＢのその軸のまわりの回転
の駆動と、回転角の睨取りを行なうとともに、外部から
の制御信号によって、軸と球殻Ｃの関係位置を剛結した
シ、滑らかにすべるようにする機構Ｄξ０．Ｄ１□＋　
Ｄ７Ｚ＋　ＤＣよ。

Ｄｃ、をもっている。例えば機構Ｄξ１はパルスモータ
のロータが計測ヘッドＢのξ軸に剛結され、ステータの
球殻に対する側にはステータと剛結された磁気吸引部を
有する。ここで計測ヘッドＢをξ軸のまわりに回転する
時は、磁気吸引部を励磁して、それを球殻内面に吸着固
定し、これによってパルスモータのステータを球殻と一
体にして固定し、η軸、ぐ軸の方はそれぞれの機構り、
７．、八ｓ＋Ｄｃｍｌ　Ｄ（Ｂ　　の磁気吸引部を開放
して球殻内面で滑るようにする。次いで機構Ｄξ、のパ
ルスモータにパルスを送って駆動すれば、計測ヘッドＢ
はξ軸のまわりに回転される。その時の回転角は駆動パ
ルス数で直ちに読み取れる。他の機構り、７’　＋　”
７１１＋　ＤＣｌｌ　Ｄ（２も同様な作用を行うもの−
８６− である。

特にξ軸に関する駆動器は、−個しかつけられないか、
または窓をさけて球殻内面対向部につけるには、特に工
夫を要する。−個しかつけられない時は、機構Ｄξ、と
して他のものよシ強力なものを用いる。図のＢ′は計測
ヘッドＢの点ＯＩ、を球殻の中心におくために計測ヘッ
ドＢに中心向の力を加えるとともに、球殻内面で滑らか
にすべるようにするための部分である。

投光器りは点ＯＬを中心として面Ｓ内で回転駆動される
ので、図のようにアームをつけて窓の外に出して、点Ｏ
Ｌヲ中心として面Ｓ内で回転できるように設置し、その
回転駆動と回転角読取りを行う駆動器Ｄ！、は、０１部
に設置するか、あるいは図のＤｔの位置におく等の工夫
をすればよい。

上記第１ｔ図（イ）の例は計測ヘッドＢの回転自由度が
３で最も一般的な場合であるが、自由度がｌになれば、
図（ロ）、（ハ）に示すように計−Ｂ？　− 測ヘッドＢの構成は遥かに容易になる。（ロ）はξ軸の
まわりに回転できる構造であシ、（ハ）はη軸のまわυ
に回転できる構造である。ξ軸のまわシに回転できる構
造は（ハ）と類似であるので省略する。

自由度が２の場合の構造は、自由度が３の場合と殆んど
同等の複雑さになるので、ここでは省略した。

実際の溶接作業では、被溶接物の位置、例えば置方彦ど
はかなシ制御された形となっていることが多く、大低の
場合は自由度がｌで間に合う程度の作業となっておシ、
また、溶接工程をそのように工夫することが大切である
。次に輝点Ａの検出法について説明する。

第μ図に示すように、投光器りからの光ビームが被溶接
物表面Ｊにつくる輝点Ａには、信号光のほか、溶接アー
クの強い光および周囲からの室内光が入射して妨害雑音
光となシ、受光器Ｒの信号検出力を著しく減殺する。こ
の妨害雑音の影響を軽減することは、計測へ−８８− ラドの輝点検出力の向上につながり、溶接線Ｗの測定実
施点とアーク溶接実施点の距離ｄの縮少を可能にするの
で、溶接の精度向上および曲った溶接線Ｗの自動溶接の
容易化をもたらすものである。

アーク溶接での妨害雑音軽減のために、光ビームを変調
することにする。変調としては、いろいろ考えられるが
、ここでは第１り図に示すような簡単なパルス変調を用
いることとする。図（イ）は投光器りから送出されるパ
ルス変調された光ビームの波形、図（ロ）は雑音光の波
形、図（ハ）は輝点よシ反射される光の波形で、これは
受光器Ｒへ入力される光の波形、図に）は受光器比の電
気出力を時間区間τごとに積分するときの出力波形を示
し、ｔは時間、τは微小時間を表わしている。

また測定中における光および電気の現象は、ロボットの
機械的動作に比して遥かに速いので、測定中の輝点は、
被溶接物の定点で行われているものとして差支えない。

以下この条−Ｂ９　　− 件のもとで信号光の検出につぎ述べる。

ここで Ｅ　（ｔ）：投光器りへの電気的入力 ｆ（ｔ）：投光器りから被溶接物表面Ｊへの入射光ビー
ムの強さく信号光の強さ） ｎ（０：溶接アークおよび室内光等の表面Ｊへの入射雑
音光の強さ Ｐ（ｔ）　：表面Ｊから反射された反射光の受光器比へ
の入射成分の強さ 「ｆ、二表面Ｊの点Ａにおけるｆ（ｔ）に関する受光器
几方向の反射係数 ＴｎＡ：表面Ｊの点Ａにおけるｎ（【）に関する受光器
几方向の反射係数 Ｋ　：受光器比の光−電気変換係数 Ｉｔ：投光器りの電気−光変換係数 Ｒ（ｔ）　：受光器比の電気的出力 ｆ（υ−ＪＥ＜ｔ＞　　、　几（ｔ）＝　Ｋｐωとする
。

ここで表面Ｊの反射係数は入射光の方向、反射の方向、
および表面Ｊ上の輝点位置Ａに−４０− おける面状況により異る値となるが、ここで取扱う場合
は、ｆ　（ｔ）とｎ　（ｔ）の入射方向の差だけが問題
で、他は同じ条件になっている。

受光器の電気出力は、光の空間伝播中の減衰を無視すれ
ば、次式で与えられる。

几（ｔ）　＝Ｋ　（ＴｔＡｆ（ｔ）　＋Ｔｒ１１　ｎ（
ｔ）　：）　　−−−−−（１１）したがって、第１り
図の場合、区間 ［Ｊｉτ〜（Ｊｉ＋／）τ〕では、上式のｆ　（ｔ）　
　が一定値ＡＢをとり、その他の区間ではｆ　（ｔ）　
＝　０　である。

式α０な用いて雑音光の妨害を軽減して、信号光ｆ　（
ｔ）の有無を検出し、受光器比が正しく輝点Ａを捕えた
か、どうかを識別する方法について考える。ここに雑音
光は定常ランダム過程とみなせるものとし、次のように
相続くτ区間におけるＲ（ｔ）の積分の差の和をとる。

−４１− さらに、時刻をτたけ遅らせて同様の計算を行うと −４１− 式（Ｌ７ＪのＱｍ　（ｓ　＋τ）および式＜１３）のＱ
ｍ（（ａｔ＋１）ｒ）　　は測定値から求められるが、
式（１２の右辺のＳｍ（ａｔτ）とΔＭｍ（ｌｌｉτ）
とは分離できない。しかし、雑音光は定常ランダム過程
であるから、ΔＮｍ（Ｂｉτト八Ｎへ（（ａｉ＋ｘ）τ
）　・・・・・・・・・・・・・・・・・・←→式Ｑ３
．　（１３１，（１４）から次のことがわかる。

（１）　　Ｑｍ（８ｉτ）、Ｑｍ　（（ａム＋１）τ）
　は、測定値より求めることができる。

（１１）式（Ｉりの右辺Ｓｍ（ａ＋τ）は、信号成分で
（ｍ＋１）に比例するが、雑音成分 ΔＮｍ（８ｉτ）は平均値Ｏのまわりに分布する値をと
る。

Ｇ１１）　　ｑｍ（ｓｉτ）の雑音成分ノ大小ハ、Ｑｍ
（（ｓ＋＋１）τ）−八ｍｍ（（８ｉ＋１）τ）の測定
から推定できる。（定常ランダム過程） ０φ　上記（１）（ＩＩ）　（ｉｉｉ）によりｍを適当
にとれば、原理的には信号の存在、つまり輝点の識別が
可能になる。

−４８− 実際の信号の識別は、次の２つの条件が同時に成立する
点を輝点Ａと判断する。

ここに、に、ｒは実験によシあらかじめきめておく定数
λはβが適当な値になるようにきめられる増巾器の定数 α〉に〉ｌ　だけでは輝点の識別はできない。

何となれば、Ｑｍ（（ｓ＋＋１）τ）をＷ（砂）のまわ
シに分布する値であシ、受光器Ｒが輝点をとらえていな
い時は、Ｑｍ（８１τ）は雑音成分のみとなシ、これも
Ｏ（ゼロ）の付近に分布する値となるので、α＝％とな
シネ定値、つ−Ｂ不安定な値となる。したがってβの値
を調べることが必要である。λ−７とすればβ４−　Ａ
ＫＹ′（Ａとなり、これは電気信号がＬ　−＋　Ｊ　−
＋　Ｒなる系を通−４４一 つた時の減衰を示しておシ、また光の空間伝播に損失が
ある時は、その損失係数ψを乗じて、β−＋　１Ｋｒｆ
Ａψと彦る。

輝点の識別およびロボット制御回路の一例ｆ：次に説明
する。

これまで述べてきた輝点の識別およびロボットの制御を
行う回路の一例を第２０図に示す。図における記号は、
これまでに定義したものと同じであシ、また結線に付し
た矢印は、電気信号の流れる方向と、制御の方向を示す
。

両方向に矢印のある線は、駆動または制御が行われると
同時に、測定値が逆方向に送られることを示す。なお、
ＭＤは計測ヘッド支持部Ｍの回転の駆動、計測部、ＲＤ
、　ＬＤ　　はそれぞれ、受光器Ｒのθ８、投光器りの
０１の駆動および計測部、Ｘ、　Ｙ、　Ｚ　Ｄｒｉｖｅ
ｒ　は計測ヘッド支持部ＭのＸ、　Ｙ、　Ｚ方向の駆動
、計測部、ｘ、　ｙ、　ｚ、ξ、ηｌ（、ＲＤ、　ＬＤ
の各Ｃｏｎｔｒｏｌは、それぞれの制御部、呑　は時間
τ毎の積分器、零は１＝ｏ〜ｍの和をとる積分器でめ−
４５− るＯ 図の分配器ＤＶよシ右側の回路は、式←り。

σ籾、（Ｉ！１９の計算と（１５１の２条件の適否の識
別を行い、その結果をマイクロコンピュータＭＯＰに送
りこむ機能を果たすものである。また。

回路ｄＱｍ（Ｂｉτ）／ｄ（＋１τ）は、輝点と視野の
重なシを正しくするために使用するもので、この値を輝
点が、視野と重なった時刻で調べて、ａＱｍ（ｓｔτ）
／ｄ（１１τ）＞０になるように０８あるいはθ１を制
御するために必要な信号をうるための回路である。

マイクロコンピュータＭＯＰは上記信号を受は入れて、
あらかじめきめられた作業のプログラムに従って、各制
御部０ｏｎｔｒｏｌを介して、ＬＤ、几Ｄ＋　ＭＤ＋　
Ｘ＋　Ｙ＋　Ｚ　Ｄｒｉｖｅｒ　を制御するものである
。

他の形の変調光を用いる例として、第２１図に示すよう
な正弦波変調光を間隔てで断続する場合を考えると、光
の入射１反射、雑音光の入る過程は、前述のパルス変調
光の場合−４６− と全く同じであるから、前の式（ＩＩ）はそのまま成立
する。

受光器几の電気出力Ｒ（ｔ３は図ピ）の形の光と、定常
ランダムな雑音光の重なった元図（ロ）により誘起され
た出力である。この出力を変調波周波数を通過帯域にも
つバンドパスフィルタを通すと、はぼ図（イ）と同形の
出力（図（ハ））が得られる。

これを時間間隔τ毎にｆ（ｔ）と同期して、両波検波し
、さらにｆ（ｔ）に同期して時間間隔τごとに積分した
る後（図に））、分配して、例えば、ｍ項毎に総和を求
めると、信号を含む総和Σｍｆは、雑音のみを含む方の
総和Σｍｎより大きくなる筈であるので、例えばΣｍｌ
／Ｌｎをとって、この値がある定値に（〉ｌ）より大き
い時は、受光器几の視線が輝点を捕えていると判断し、
殆んどｌに等しい時は輝点を外れていると判断すればよ
い。これらの測定回路は簡単であるので略す。

−４？　　− さらにまた、第２２図ビ）に示すような間欠正弦波変調
光を用いる場合は、受光器入射光は図（ロ）のようにな
る。受光器の出力をｐ波器に通ずると図（ハ）のような
出力が得られる。図（ハ）の出力を検波して時間τ毎に
積分すれば、図に）の出力が得られる。これを第１り図
で述べたパルス変調の場合と同様にして、信号のある区
間の積分値と、次の無信号区間の積分値との差をとり、
その差の（ｎ＋／　）項の和を求める。さらに、信号の
ない相続く２区間についても同様の（ｍ　＋　／　）項
の和を求め、式ａつにおけると類似の方法で輝点の識別
を行なうことができる。

以上説明したように本発明の計測ヘッドは−　　　４８
　　− 次のような特長を有する。

１、計測ヘッドＢの構成およびその保持が簡単であシ、
計測ヘッドＢはｘ、　ｙ、　ｚ方向に移動可能で、かつ
、ξ、η、ｃ軸に対し、回転しうるので、いわゆる全方
向の回転に応することができる。

１１、計測値が容易確実に得られ、簡単な計算によって
計測ヘッドＢと対象物との関係位置が定量的に求められ
、簡単なプロセスで計測ヘッドＢを所望の位［にセット
できる。

１１１、測定点Ａｉの検出においては （ａ）　　光を変調することによって、測定点で信号と
雑音を分離して、殆んど同時 に計測するので、被測定物の表面の状 態、周囲環境の雑音光、アーク雑音光 等の影響を著しく軽減し、信号の確実 な検出が出来る。

（ｂ）　　投光器、受光器を各１個しか用いないので、
発光素子、受光素子の特性が −４９− 測定結果に影響せず、２次元センサ。

ラインセンサ等におけるように素子特性をそろえる必要
がない。

（ｃ）　　煙、はこ９等の測定結果への影響もλ次元セ
ンサ、ラインセンサ等の場合に比して小さく、かつ、投
光器からの光 ビーム、受光器への反射光路は細いビ ーム状となるから無色の清浄気体で、 その線上をカバーして光路を保護する ことが容易になる。

（ｄ）　　輝点Ａの検出精度がよくなるので、溶接アー
クと計測点との距離を短くで きる。したがって溶接時の追随が正確 になる。

１■・　溶接を始める時は、プログラミングによって、
種々の形の溶接部を検出して計測ごラドＢを溶接作業位
置におくことができるので、全作業を全自動的に進める
ことができる。

−３０−

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来のアーク溶接ロボット
の計測法の説明図、第参図は本発明のロボット用計測ヘ
ッドの基本構成図、第５図は被溶接物体上における光ビ
ームの輝点と受光器の視野の説明図、第を図は本発明の
測定原理の説明図、第７図は厚板溶接における各種の形
状側図、第ｒ図は平面交叉の測定原理の説明図、第り図
は計測ヘッドＢの位置の初期設定過程の説明図、第１Ｏ
図は計測ヘッドＢを２面の交叉角２等分面上におくため
の説明図、第１／図は平面交叉の存在とその型の求め方
の説明図、第１２図は平面交叉線の位置の求め方の説明
図、第１３図、第１４４図及び第７．５′図は計測ヘッ
ド初期設定過程の説明図、第１乙図は溶接作業中におけ
る計測ヘッドＢの制御例の説明図、第７７図は溶接中の
溶接高さの測定法の説明図、第１♂図は本発明にかかる
計測ヘッドの具体的実施例の構成側図、第１り図は計測
用光信号の検出における各部の波形図、第２０図は輝点
を識別し、計測ヘッドを制御するための電気回路の一例
、第２／図は光ビームを正弦波で変調した場合の各部の
波形図、第２２図は光ビームを間欠正弦波で変調した場
合の各部の波形図である。 Ｇ、ＩＧ、：被溶接物、ＪＨ＋　Ｊｌ　：Ｇｌ　＋　Ｇ
！の表面、Ｗ　：　Ｊ、・Ｊ！の交叉線（型）・・・浴
接線、Ｕ：面の交叉線（△型）、Ｔ：溶接トーチ、Ｉ：
２次元イメージセンサ、Ｌ：光ビーム投光器、Ｌ′：光
ビーム、Ｒ：受光器、Ｒ′：受光器の視線、Ｂ：計測ヘ
ッド、Ｄ：遮光板、Ｓ：投光器りと受光器Ｒの取付面、
ξ、η、’ｃ：Ｂに固定した回転軸、θ１．θ８　：投
光器り、受光器Ｒとξ軸とのなす角、θξ　０，７．θ
Ｃ：Ｂの軸ξ、η、この回転角、ＡＨ（ｉ−〇、／、２
．３・−・）：光ビームが表面Ｊｌにつくる輝点、”　
：Ｊｌ　＋　Ｊ２の交わる角、　ｈ：輝点Ａの軸ξから
の距離、６１回転角、高さ等の増分、ｄ：点ＯＬとＯＲ
の距離、・馬　・ＤＬ：几、Ｌの回転駆動器、Ｄξ０．
Ｄ１□、Ｄｃｏ、Ｄ７ｊ８．Ｄｃｗ：それぞれ計測ヘッ
ドＢを軸ξ、η、ぐのまわシに回転駆動したシ、球殻Ｏ
内面に固定するための機構、Ｂ’：Ｂを球殻０内に保持
するための部品、Ｃ：中空球殻、Ｍ：Ｂの支持部、ＭＤ
：Ｍの回転駆動計測部、Ｘ、　Ｙ、　Ｚ　Ｄｒｉｖｅｒ
　：　　Ｍのｘ、　ｙ、　ｚ　方向の駆動計測部、ＲＤ
　０ｏｎｔｒｏｌ　：几りの制御部、Ｌ　Ｄ　０ｏｎｔ
ｒｏｌ　：ＬＤの制御部、Ｊτ：時間λ毎の積分器、零
：１−０〜ｍの和をとる積分器。 −５８− ヤ／図 才３図 囁ｇ［ ヤ９図 オ／θ図 ヤ／／閃 ０７ ヤ／３聞 才／２区 第２０閏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細い光ビーム投光器および指向性の鋭い受光器を、
   一定距離をへだてて取付け、投光器の光ビームおよび受
   光器の視線をそれぞれの取付点を中心として、同一平面
   内で回転できるようにし、投光器からの光ビームを被測
   定物に投射したときできる輝点な受光器の視線で捕える
   か、あるいは受光器の被測定物上の視野に投光器の光ビ
   ームを投射して、その時の投光器の光ビームの方向角、
   受光器視線の方向角、ならびに光ビームおよび視線の回
   転中心間の距離から、物体上の輝点の位置を算出するよ
   うにしたことを特徴とするロボット用計測ヘッド。 ２、投光器および受光器を保持するレバーを、投光器、
   受光器の何れか一方の回転中心を中心として、レバーに
   固定した３つの直交回転軸、あるいは２つの直交回転軸
   、あるいは７つの回転軸のまわシに回転できるようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロボッ
   ト用計測ヘッド。 ８、指向性の鋭い光ビーム投光器から発射される光ビー
   ムを時間的な波で変調し、指向性の鋭い視線を有する受
   光器で受光し、受光器の出力を復調するようにして、雑
   音光の妨害軽減をはかったことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のロボット用計測ヘッド。 ４、前記特許請求の範囲第１項において、投光器の光ビ
   ームの光路および受光器の視線に溢うて、光に対して透
   明な媒体流を流すことによシ、光路への妨害物の介入を
   防止したことを特徴とする特許請求範囲第１項記載のロ
   ボット用計測ヘッド。 ５６　　前記特許請求の範囲第２項において、投光器お
   よび受光器を保持するレバーの回転自由度が２および３
   の場合に、回転軸の中心を喬←ｍ球殻の中心に位置する
   ようにし、レバーの回転軸に、それを回転駆動するため
   に、相対的に回転しうる２部分よシなる軸駆動器を取付
   け、軸駆動器の２部分の一方をレバーに剛結し、他の部
   分には、外部信号で球殻内面に確≠酌雫吸着されたシ、
   開放されたりする部品を剛結して、レバーをその軸のま
   わシに回転する場合は、軸駆動器の回転駆動作用と、球
   殻内面への吸着固定作用を働かせ、他の軸に属する軸駆
   動器の球殻内面吸着機能を開放して、すべるようにし、
   回転運動を行なわせるようにしたことを特徴とする特許
   請求範囲第１項記載のロボット用計測ヘッド。 ６、前記特許請求の範囲第３項において、光ビームを信
   号光あり・なし、なし、０３つの時間間隔の繰返しとし
   、各時間間隔に対応する受光出力には全く同じ処理を施
   したる後、信号光ありの処理量から、その次の信号光な
   しの処理量を差し引き、ついで第２．第３の信号光のな
   い場合について、全く同様な差をとり、上記２つの差を
   それぞれ積分して積分値を比較することにより、信号検
   出して、輝点識別を行うようにしたことを特徴とする特
   許請求範囲第１項記載のロボット用計測ヘッド。 ７、投光器の光ビームの方向を変えて、物体表面へ投射
   したとき得られる輝点の軌跡を、−次あるいはそれ以上
   の次数の曲線で近似できるものとして、−次曲線近似の
   場合は３点、２次曲線近似の場合は≠意思上の測定を行
   ない、その数値を用いて面と面との交線の有無を推定し
   、さらに測定点を追加して面と面との交線位置を算出し
   て求めるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のロボット用計測ヘッド。