JPS6088306A - 光学センサ - 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】 産業上の利用分野 本発明は加工２組立、検査などの製造工程の自動化のた
めに産業用ロボ１．トに使用する光学センサに関するも
のである。

従来の光学センサの問題点の一つは、光ノイズの影響を
受け検出精度が低下することである。例えば、アーク溶
接用の光学センサの場合、アーク光ノイズにより、溶接
線や開先形状の検出が困難であった。

第１図は光学センサによる溶接線検出の従来例を示すも
のである。１は溶接ワーク、２は開先中心線（溶接線）
、３はスリ・ント状の光を投光する投光器、４は前記投
光器３を制御する制御回路、６は溶接ワーク１上に投光
した投光光像、６は前記投光光像６を撮影するＩＴｖカ
メラ、７は前記ＩＴＶカメラ６の映像信号を２値化し、
投光光像５を抽出するための前処理回路、８はマイクロ
コノピュータなどで構成した画像処理回路で、前処理回
路７の信号から溶接線２の位置を検出する。そして、ア
ーク溶接の自動化の場合、この溶接線２の検出は、溶接
を行いながらリアルタイムに行うことが要求される。従
来のこのような光学センサ（センシング装置）では、ア
ーク光に対し、検出信号のＳ／Ｎｆ：あげるため、検出
位置をアーク発生煮から遠ざけ、複雑な画像処理を行う
必要があった・それ故に、センシング後の熱歪みなどで
、検出データが使用できないことやロボット、などへの
フィードバック制御か複雑化した仄光学センザそのもの
か大きくなり、かつきわめて高価になるなどの問題点が
あり、光学センサの適用を阻害する大きな原因になって
いた。

発明の目的 本発明は、前記従来の欠点を除去するもので、特にアー
ク光などのように外乱光ノイズが大きい環境下での光学
センンングを可能にすることを目的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するため、本発明は、物体に光を投光し
、その投光光像を光電センサで検出して前記物体の位置
、形状を検知する光学センサにおいて、前記投光光の変
調周波数を１０　ＫＨｚ以上にする投光器制御回路を設
け、前記光電センサの受光光量が予め定めた値以下の場
合の受光信号を有効データとして採用する信号処理回路
を設けたものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例につき図面の第２図〜第６図に沿
って説明する。１，２は従来と同様の酸液ワーク、溶接
線、９は半導体レーザなどの投光光源を１０　ＫＨｚ以
上の周波数に変調制御する投光器制御回路、１ｏは半導
体ンーザなどの光臨とその光をスポット状に絞る光学系
を有する投光器である。ところで、第３図の実線Ａはア
ーク溶接のアーク光の周波数分析を行った結果を示す特
性曲線である。これよりアーク光は１ｏ　ＫＨｚ以上の
低周波成分が多いことが判明した。したがって、投光光
として１０　ＫＨｚ以上、例えば第３図の波線Ｂて示す
ような６０　ＫＨｚに変調した光を用いると、投光信号
（第３図Ｉａ）とアーク光ノイズ（第３図Ｉｂ　）との
Ｓ／Ｎ（−一／Ｉｂ）は、犬ＩＪに向上する。これが本
発明で投光光を１０　Ｋｌ（ｚ以上に変調する理由であ
る。

つぎに、溶接ワーク１に投光したスポット光像１１を、
集光レンズ１２を介して、光電センサ１３で検出するよ
うな第２図の一点鎖線で示すセンサヘッド１４を構成す
ると、スポット光像１１の位置は、光電センサ１３上の
スポット光像１１の結像位置に対応するので、この結像
位置を検出すれば、センサヘッド１４からワーク面上ス
ポット光像１１丑での距離をめることができる。またこ
のセンサヘッド１４を溶接線２に直角方向にスキャンす
ると、センサヘッド１４がらワーク面までの距離パター
ンが得られ、これから溶接線２や開先形状を計測するこ
とは容易である。また光電センサとして、光半導体装置
センサ（ＰＳＤ・・・。

ｘ２）は微弱であるので、これを増ｌ］回路１５により
増１フし、電圧信号に変換する。この変換した信号（Ｘ
１′、Ｘ２′）を変調周波数のバンドパスフィルタ１６
に入力し、アーク光成分をカットし、変調信号のみを取
出す。この信号（Ｘ１″、Ｘ２″）をさらに演算回路１
７に入力し、ここで石”、Ｘ２′の和と差をとり、この
差を和で割算して、ＰＳＤ上でのスポット光像１１の結
像位置（Ｘ）をめ１、マイクロコンピュータなどで構成
した信号処理回路１８に入力する。ところで、アーク光
の投光光と同じ周波数成分は、アーク光強度が強くなる
程、大きくなるので前記Ｓ／Ｎはそ八だけ低下する。

これを防ぐために、本実施例では、第４図に示すように
、センサの受光光量Ｓが予め定めた値Ｓ。

よりも小さい期間（１，３）で検出した信号を有効な信
号として採用する。このだめの回路として、例えば第２
図に示すように、加算回路１９で、信号Ｘ１’ｌＸ２’
の和Ｓをとり、このＳと基準値設定回路２０で設定した
値Ｓ。とを比較回路２１に入園に示すように、フィルタ
回路２２を増１１コ回路１６とバンドパスフィルタ１６
との間に設け、ある程度アーク光ノイズの低周波成分を
カットした信号（Ｘ１ＬＬＪ　、　Ｘ２′ＬＩ）からめ
ることも有効である。寸だ信号処理回路１８は比較回路
２１の信号にもとついて、演算回路１７の信号の選択を
行うとノーもに、この選択した信号をもとにして、セン
サヘッド１４から溶接ワーク１ｔでの距離データに変換
する処理も行う。

なお、光電センサ１３としてＰＳＤを使用した実施例を
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく他
の光学センサへも適用可能である。

同様に、投光光の形状についても、これをスポット状に
限定するものではない。

次に第２図の実施例をアーク溶接の溶接線検出ＫＨｚの
半導体レーザと、レーザ光を０．５胴ψのスポットに絞
るコリノートレンズで構成し、受光器は干渉フィルタと
組み合わせた集光レンズとＰＳＤとで構成した。検出処
理回路としては、第２図のブロック図の通りであるが、
具体的には、オペアンプを主体に構成し、特に信号処理
回路１８には、８ビツトマイクロコンピユータを用いた
。

さて、溶接ワーク１として、■開先、ギヤツブ巾１．０
ｍのものを使用し、センサヘッド１４の下の面と溶接ワ
ーク１の面までの距離を１２０Ｍに固定し、投光位置後
方ｄｍ＋ｑのところでＣＯ２アークをたき、その溶接電
流と検出可能距離ｄとの関係をめた。ここで、検出可能
距離ｄとは、演算処理してめた溶接ワーク１とセンサヘ
ッド１４間のｆｆｉ離の変動が±０．６駒以内のアーク
・センシング間の最小距離をいう。この結果を第６図に
示す。

これより、変調周波数Ｉ　ＫＨｚ　でセンサデータのサ
ンプリング制限制御を行わない場合（Ｐ）に比し、本実
施例の光学センサの方（曲線ｌ）か耐アーク性に優れて
いることがわかる。

つぎに、本実施例のセンサヘッド１４を溶接線２に直角
にスキャン（パルスモータを用い、スキそれを他のマイ
クロコンピュータで処理して開先中心位置やギヤツブ巾
を開側したところ、アーク光条件として、ｄ　＝　２０
　ｍｎ、溶接電流２０ＯＡの場合、それぞれ±０．３＋
＋＋ｍの検出精度を得ることかできた。

発明の効果 以上のように本発明によれば、非接触で物体の位置や形
状の検知が可能で、特にアーク溶接などのように外乱光
ノイズの影響が大きい環境下でのセンシングに特に有効
であり、従来から困難祝されていたアーク光近傍の溶接
線や開先形状のセンシングが高精度、高信頼、コンパク
トかつ低コストで可能となり、アーク溶接の大巾な自動
化、ロボット化が図れることや他の光ノイズ環境下での
視覚センシング分野への展開が図れる優れた効果を奏す
るものである・

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接線検出用の光学センサの説明図、第
２図は本発明の実施例における光学センサの説明図、第
３図はアーク光の周波数分析結果を示す特性図、第４図
は同光学センサにおけるデータサノプル期間の説明図、
第６図は同光学センサの池の実施例を示す一８１１回路
図、第６図は同光学センサの耐アーク光特性図である。 ア ト・・・痕培今−クー　２・・・・溶接線、９・・・投
光器制御回路、１０・・・・投光器、１１・・・　・ス
ポット光像、１２　・・集光レンズ、１３−・−巻電セ
ンサ、１４　・・センサヘッド、１５・・・・・・増１
〕回路、１６・・　バンドパスフィルタ、１７・・・・
演算回路、１ｓイルク回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ４ 第３図 １１Ｍ１７９．（ｋＨ２Ｊ 第　４５！Ｉ 第　５　図 ／ゾ 第６図 Ａし琲習浦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体に光を投光し、その投光光像を光電センサで
   検出して前記物体の位置、形状を検知する光学センサに
   おいて、前記投光光の変調周波数を１０　ｌｏ（ｚ以上
   にする投光器制御回路を設け、前記光電センサの受光光
   量が予め定めた値以下の場合の受光信号を有効データと
   して採用する信号処理回路を設けた光学センサ。
2. （２）投光光としてレーザ光を、光電センサとして光半
   導体装置センサをそれぞれ用いた特許請求の範囲第（１
   ）項記載の光学センサ。