JP3613708B2 - Sectional shape measuring device - Google Patents

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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、倣い溶接などに利用する溶接用レーザセンサの計測精度向上技術に関する。 The present invention relates to the measurement accuracy art welding laser sensor utilizing such a profiling welding.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
溶接ロボットを利用した自動溶接装置の発展が著しいが、より高速に精密で高品位の溶接を行うため、ビームスキャン型レーザセンサを導入してできるだけ近いところから溶接部の形状を測定しながら倣い溶接するものが用いられるようになってきた。 Although remarkable development of automatic welding apparatus utilizing a welding robot, in order to perform high-quality welding precision faster, scanning while measuring the shape of the welded portion from as close as possible to introduce the beam scanning type laser sensor welding one that has come to be used.
ビームスキャン型レーザセンサは、赤色あるいは赤外線のレーザ光ビームを放出するレーザ放射装置と、対象物で反射したレーザ光が入射する素子の位置が対象物までの距離に対応するように配置されたCCDリニアセンサと、レーザ光路中に挿入され揺動することによりレーザ光を走査させるスキャニングミラーとを備えて、対象物を走査し表面までの距離を求めて輪郭を計測するようにしたものである。 Beam scanning type laser sensor includes a laser emitting device for emitting a laser light beam of red or infrared, the position of the element where the laser beam is incident reflected by the object is disposed so as to correspond to the distance to the object CCD and linear sensor, and a scanning mirror for scanning the laser beam by oscillating inserted into the laser beam path, in which so as to measure the contour seeking distance to the surface to scan the object.
なお、レーザ放射装置には普通、小型安価でかつ制御が容易なため半導体レーザ素子が利用される。 Note that the laser emitting device usually small inexpensive semiconductor laser device and for control is easy is used. また、検出光学系に照射するレーザ光の波長に合わせたバンドパスフィルタを利用することにより、環境から侵入するノイズ光の影響を抑制して信号雑音比(SN比)を向上させて、より正確な測定ができるように構成されている。 Moreover, by utilizing the band-pass filter matched to the wavelength of the laser light irradiated on the detecting optical system, thereby improving signal-to-noise ratio by suppressing the influence of the noise light entering from the environment of the (SN ratio), more precisely and it is configured to allow Do measurement.
【0003】 [0003]
ところが、レーザ光の強度が変動しなくても対象物の材質やレーザ光が当たる面の向きなど表面状態によってCCDセンサに入射する反射光の強度が変化するため、安定した表面形状測定ができない。 However, since the intensity of the reflected light by the surface conditions such as the orientation of the material and the surface where the laser beam strikes the object without change the intensity of the laser light enters the CCD sensor changes, it can not be stable surface shape measurement. すなわち、反射光が強すぎれば多数のCCD素子が感応し輪郭が太線で表されるため実際の位置を正確に判定することが難しい。 That is, the reflected light too strong many CCD elements it is difficult sensitive to contour to accurately determine the actual position for which is represented by a thick line. また、反射光が弱いとCCD素子出力が検出閾値より低くなって輪郭線が切れるので、正しい形状が検出できない。 Moreover, weak and CCD element output the reflected light because the contour is lower than the detection threshold expires, it can not be detected correctly shaped.
従来、レーザ距離計などでは、計測対象からの反射光の光量に応じてレーザ出力や検出素子の露光時間を調整し、受光素子の飽和や反射光の不足など光度変動に対処する方法が用いられていた。 Conventionally, in such a laser rangefinder, by adjusting the exposure time of the laser output and the detection device in accordance with the amount of reflected light from the measurement object, how to deal with intensity variations such as insufficient saturation and reflected light of the light receiving element is used which was. この方法は対象が移動しないことを前提として目的の距離を測定するものであるから、時間に制約を受けることはない。 Since this method is to measure the object distance on the assumption that the subject does not move, not be constrained to time.
【0004】 [0004]
しかし、溶接用のビームスキャン型レーザセンサでは、走査中に走査方向の分解能に対応して数100回の距離計測を行う。 However, the beam scanning type laser sensors for welding, performs distance measurement for several hundreds times corresponding to the resolution in the scanning direction during scanning. さらに、レーザ光を照射したときの反射位置を検出するため、距離分解能に対応する数だけ直線配置された受光素子について受光量走査を行う。 Furthermore, in order to detect the reflection position at the time of irradiation with laser light, the number corresponding to the distance resolution performs light quantity scanned for linear arranged receiving element. 1回の受光量走査には数10μs程度かかる。 It takes several 10μs to one received light amount scan.
光走査中に光照射位置が変わり、計測対象表面の変化に従って入射光量が変動するから、CCD素子に入射する光量に従って直ちにレーザ出力を制御するようにすることは、制御回路の演算速度や最適な調整量の算出論理の複雑さという観点から容易でなかった。 Light irradiation position is changed during the optical scanning, since the amount of incident light is varied according to the change of the measurement object surface, be adapted to control the immediate laser output in accordance with the amount of light incident on the CCD elements, calculation speed and optimal control circuit It not found easily from the viewpoint of the adjustment amount calculation logic complexity.
【0005】 [0005]
また、レーザ放射装置に用いられる半導体レーザ素子の使用温度はたとえば0−40℃と範囲が狭いので、溶接部近くに位置して高温に晒される溶接用レーザセンサは使用範囲に収まるように強制的に冷却して使用する。 Further, since the temperature used in the semiconductor laser device used in the laser emitting device, for example 0-40 ° C. and narrow range of forces as will fit in use range laser sensor exposed welded to a high temperature is located near the weld cooling to be used for. なお、外気温が低いところで使用するときには、始動時など素子が十分暖まるまで作動しないこともある。 Incidentally, when using at the outside air temperature is low, sometimes elements such as during start-up is not activated until sufficient warming.
さらに、半導体レーザは温度の影響が大きくレーザ光のピーク波長は通常10℃の温度差について5nm程度の変動する一方、センサの実際温度は環境により変化するので、バンドパスフィルタの透過波長幅は20nmなどある程度広く取る必要がある。 Moreover, while varying the order of 5nm for the temperature difference of the semiconductor laser is the peak wavelength of the temperature effects is large laser beam usually 10 ° C., the actual temperature of the sensor changes due to environmental, the transmission wavelength width of the bandpass filter 20nm it is necessary to take some extent widely like. このため、環境から侵入するノイズ光の除去率が低下しSN比を十分抑えることができない。 Therefore, the removal rate of the noise light entering from the environment can not be suppressed sufficiently reduced SN ratio. したがって、レーザ高強度を十分に強くし輪郭線検出に用いる閾値を下げて検出感度を高めるため、輪郭線を細く鮮明に画定することは困難である。 Therefore, in order to increase the detection sensitivity by lowering a threshold value used for the laser high strength sufficiently strong to contour detecting, it is difficult to narrow sharply define the contour.
【0006】 [0006]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
そこで、本発明が解決しようとする課題は、自動倣い溶接装置など溶接部に接近して設けられるビームスキャン型レーザセンサにおいて、測定対象部位の条件変化によりセンサに入射する反射光が変動する場合にも、溶接形状を高精度で計測できる装置を提供することであり、半導体素子のように温度の影響を受けやすいレーザ発生素子を使用した場合にも、精度よく形状計測できる装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved The present invention is, in the beam scanning type laser sensor provided close to the weld, such as automatic copying welding device, when the reflected light incident on the sensor by changing conditions of the site to be measured varies also, the welding shape is to provide a device capable of measuring with high precision, even when using a susceptible laser generating element the effect of the temperature as the semiconductor element, to provide a high accuracy can shape measuring device is there.
【0007】 [0007]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するため、本発明の断面形状計測装置は、レーザ放射装置と1次元光センサと、レーザ放射装置からのレーザ光を測定対象に導きながら対象表面を1方向走査し表面から反射するレーザ光を1次元光センサに導くスキャニング機構を備えて、スキャニング機構を対象に対して相対的に移動させて必要な領域面を走査するものであって、さらに、 レーザ放射装置の出力と1次元光センサの露光条件を調整して入射光量を調節する入射光量調節器を備えて、 入射光量調節器が調整のための操作量と入射光量の間の関数関係を記憶した記憶装置を備え、スキャニング機構によるスキャニングに連動してレーザ光照射方向が以前に同じ照射方向であったときに1次元光センサが検出した1次元光センサ全体の受光量を明るさ評価値と To solve the above problems, the cross-sectional shape measuring apparatus of the present invention, the reflection from the laser emitting device and a one-dimensional optical sensor to scan the object surface in one direction while guiding the laser beam to be measured from the laser emitting device surface the laser beam includes a scanning mechanism that leads to the one-dimensional optical sensor, be one which scans the required region surface by relatively moving the scanning mechanism to the object, further, the output of the laser emitting device 1 It includes a quantity of incident light adjuster for adjusting the amount of incident light by adjusting the exposure conditions of the dimension optical sensor includes a storage device in which the incident light amount adjuster and stored by the functional relation between the incident light quantity and the operation amount for adjusting, and brightness evaluation value received light amount of the entire one-dimensional optical sensor is one-dimensional optical sensor detects when the laser beam irradiation direction is the same irradiation direction previously in conjunction with the scanning by the scanning mechanism て、該明るさ評価値が所定の目標値に近づく方向に入射光量を調整するための1周期のスキャニングに亘る調整値の列を前記関数関係を用いて準備して、該調整値の列に基づいて入射光量を調整することを特徴とする。 Te, the column of the adjustment value the brightness evaluation value over one cycle scanning for adjusting the amount of incident light toward the predetermined target value to prepare by using the functional relationship, the column of the adjustment value based and adjusting the amount of incident light.
【0008】 [0008]
スキャニング機構には、ガルバノミラーなどを用いてミラー面の向きから直接にレーザ照射方向を得る機構を用いることができるが、また、揺動角度センサを備えたスキャニングミラーを使用する機構を用いることもできる。 The scanning mechanism, can be used a mechanism to obtain a laser irradiation direction directly from the orientation of the mirror surface by using a galvanometer mirror, also possible to use a mechanism that uses a scanning mirror having a swing angle sensor it can. このスキャニングミラーは回動軸を中心として揺動するものであって、角度センサにより揺動角度を検出してレーザ光放射方向を知ることができる。 The scanning mirror has been made to swing about the pivot shaft, it is possible to detect the swing angle by the angle sensor know laser beam emission direction. スキャニングミラーが揺動している間であって以前に同じ位相角を取った時における検出光量を入射光量調整のために用いる規準受光量とすることができる。 Can be scanning mirror is a reference light amount to be used for the incident light quantity adjusting the quantity of detected light at the time of taking the same phase angle before a while swinging.
なお、入射光量調整は、スキャニングミラーの揺動の往路と復路の両方で実施するようにしてもよい。 Incidentally, the amount of incident light adjustment may be carried out both forward and return oscillation of the scanning mirror.
【0009】 [0009]
本発明の断面形状計測装置は、レーザ光を対象物表面に照射し、反射光を測定光学系を介してたとえばCCD素子を1列に並べた1次元光センサに入射させ、反射光に感応した素子の位置からレーザ光の反射位置を算定する。 Sectional shape measuring apparatus of the present invention irradiates the laser beam on the object surface, the reflected light through the measurement optical system of the CCD element, for example by entering the one-dimensional optical sensors arranged in a row, and responsive to the reflected light calculating the reflection position of the laser beam from the position of the element. こうして得られた反射位置、すなわち対象物の表面位置のデータをレーザビームのスキャン方向に集約することにより1スキャン毎の輪郭線を作成する。 Thus obtained reflection positions, i.e. to create an outline of each scan by aggregating data of the surface position of the object in the scanning direction of the laser beam. さらに、装置を前進させながら対象物全面について輪郭線を形成することにより表面形状を計測するようになっている。 Further adapted to measure the surface shape by forming a contour for the object over the entire surface while advancing the device.
【0010】 [0010]
本発明の断面形状計測装置によれば、装置のスキャニング方向に沿って変化する測定対象物の状態は1次元光センサで受光量情報として取得してある。 According to the cross-sectional shape measuring apparatus of the present invention, the state of the measuring object which varies along the scanning direction of the apparatus are acquired as received amount information in one-dimensional optical sensor. そこで、新しいスキャニングを行うときには以前に取得した受光量情報に基づいて、反射光が明るい位置では光量レベルを下げ、反射光が暗い位置では光量レベルを上げるようにして、1次元光センサの入射光量を調整する。 Therefore, based on the received light amount information obtained previously when making new scanning, lower the light level in the reflected light is bright position, so as to increase the light level in the reflected light is dark location, the incident light amount of the one-dimensional optical sensor to adjust. このように、1次元光センサの受光量が所定の目標値に近づくようにして、受光量の平準化をし検出感度を適当な水準に保持すると、センサで検出する対象物表面の光切断線が適当な太さを維持するので、対象物形状計測の精度を確保することができる。 Thus, as the received light amount of the one-dimensional light sensor approaches a predetermined target value, when held in the appropriate level of sensitivity to the leveling received light amount, the light section line of the object surface to be detected by the sensor since maintaining a the appropriate thickness, it is possible to ensure the accuracy of the object shape measurement.
【0011】 [0011]
対象物の表面状態はレーザ光のスキャン方向に沿って変化するので、入射光量調整はレーザ光の照射方向ごとに行う必要がある。 Since the surface state of the object varies along the scanning direction of the laser light, incident light quantity adjustment it is necessary to perform for each irradiation direction of the laser beam. このため、本発明では、1次元光センサが以前に取得した同じ照射方向における受光量情報に基づき、新たな測定で受光量が所定の値に近づく方向に入射光量を調整する。 Therefore, in the present invention, based on the amount of received light information in the same irradiation direction one-dimensional optical sensor previously obtained, to adjust the amount of incident light in the direction in which the amount of received light approaches a predetermined value in a new measurement.
入射光量は、レーザ発生素子の駆動電流、レーザのパルス点灯時間、カメラ露光時間、あるいはこれらを組み合わせた要素を変化させることにより調整することができる。 The amount of incident light can be adjusted by driving current of the laser generating elements, pulse lighting time of the laser, changing the camera exposure time, or a combination of these elements. レーザ発生素子と光センサの両方を用いて制御する場合は、入射光量の調整幅が拡大して、より大きなダイナミックレンジを持つようにすることができる。 When controlling using both laser generating device and the optical sensor can be adjusted width of the incident light quantity to expand, to have a greater dynamic range.
【0012】 [0012]
スキャニング機構に揺動角度センサを備えたスキャニングミラーを使用するときは、角度センサにより揺動角度を検出してレーザ光放射方向を画定して、以前に同じ位相角を取った時における検出光量を入射光量調整のために用いる規準受光量として、入射光量の調整をすることができる。 When using scanning mirror having a swing angle sensor for scanning mechanism is to define a laser beam emission direction by detecting the swing angle by the angle sensor, the detected light intensity at the time of taking the same phase angle previously as reference received light amount used for the incident light quantity adjustment it can be to adjust the amount of incident light.
なお、スキャニングミラーを揺動させてスキャンする方式では、往路と復路では交互に出現し対称的な動きを示すので、往復共に対象物の表面輪郭測定を行うことができる。 In the method of scanning by swinging a scanning mirror, the forward and backward path exhibits a symmetrical movements appear alternately, can be surface profilometry of the reciprocating both the object. この場合は、往路と復路それぞれ独立に揺動角毎の受光量を評価して入射光量を調整することが好ましい。 In this case, it is preferable to adjust the amount of incident light by evaluating the amount of light received by each rocking angle to each forward path and the backward path independently.
【0013】 [0013]
レーザ照射位置毎の反射位置は光に感応した受光素子の位置から求められる。 Reflection position of the laser irradiation each position is determined from the position of the light receiving element that is sensitive to light. 従って、一定の入射光量があれば1次元光センサ全体の受光量は一定になる。 Therefore, the light receiving amount of the entire one-dimensional optical sensor if there is a certain amount of incident light is constant. そこで、1次元光センサを構成する受光素子の全素子の出力を総合した、積算値あるいは平均値などをもって入射光量調整の規準受光量としてもよい。 Therefore, total output of all elements of the light receiving elements constituting the one-dimensional optical sensor, may reference received light quantity of the incident light quantity adjusting with such integrated value or the average value.
もちろん、簡単のため、受光素子のうち最高強度を示す素子の検出光量とすることもできる。 Of course, for simplicity, it is also possible to detect light quantity of the device shown the highest intensity among the light receiving elements.
【0014】 [0014]
さらにまた、入射光量調節器は、受光光量に対応する調整量を記載した変換テーブルを記憶する記憶装置を備え、この変換テーブルを参照して入射光量の調整を行うようにしてもよい。 Furthermore, the amount of incident light adjuster includes a storage device for storing a conversion table which describes the adjustment amount corresponding to the amount of received light, may be performed to adjust the amount of incident light by referring to the conversion table. 対象物の材質や形状によって、関数関係が異なるため場合によって適切な関数を選択して使用することが好ましいからである。 Depending on the material and shape of the object, because it is preferable to use by selecting the appropriate function sometimes for the functional relationship is different. また、対象が変化したときにも、ソフトウエア手段によって容易に適当な関数を設定することができるので、広く種々の対象に対処することができる。 Further, even when the target is changed, it is possible to easily set the appropriate function by software means, it is possible to widely cope with various objects.
なお、入射光量調整値は、前回のスキャニングで同じ照射方向であったときに得られた受光量情報を処理して算出すればよいので、個々の演算はスキャニングの1周期の間に行えばよい。 Incidentally, the incident light intensity adjustment value, so may be calculated by processing the received light amount information obtained when was the same irradiation direction in a previous scanning, the individual operations may be performed during one cycle of scanning . したがって、測定結果入力処理と調整値演算を並列的に実行することができる。 Accordingly, the adjustment value calculation and the measurement result input process can be performed in parallel.
【0015】 [0015]
さらに、本発明における課題を解決するため、本発明の断面形状計測装置は、レーザ放射装置に半導体レーザ発生素子を用いたものであって、半導体レーザ発生素子の筐体に温度検出素子と熱移動素子を密着させ、これらと接続された温度調節器を備える。 Furthermore, for solving the problems in the present invention, the cross-sectional shape measuring apparatus of the present invention, which uses a semiconductor laser generating device to a laser emitting device, the temperature sensing element and heat transfer to the housing of the semiconductor laser generating device brought into close contact element comprises these and connected to temperature control. この温度調節器は、温度検出素子の出力に基づいて熱移動素子の発吸熱量を調整することにより、半導体レーザ発生素子を所定の温度に保持するようにする。 The temperature regulator, by adjusting the outgoing heat absorption amount of the thermal transfer elements on the basis of the output of the temperature detecting element, so as to hold the semiconductor laser generating device to a predetermined temperature. すると、半導体レーザ発生素子の特性の温度変動を抑制するため、1次元光センサに設けるバンドパスフィルターの透過波長幅をより狭くすることができ、環境から漏れ込むノイズ光の影響を除去することができるので、光センサの測定出力のSN比が著しく改善され、輪郭線が鮮鋭になり正確な輪郭線を得て精度よく対象物表面形状を画定することができるようになる。 Then, in order to suppress the temperature fluctuation of the characteristics of the semiconductor laser generating device, it is possible to narrow the transmission wavelength width of the band-pass filter provided in the one-dimensional optical sensor, it is possible to eliminate the influence of noise light leaking from the environment since it, SN ratio of the measured output of the optical sensor is significantly improved, outline it is possible to obtain an accurate contour becomes sharply define accurately the object surface shape.
【0016】 [0016]
熱移動素子にペルチェ効果素子を利用すると、電流の向きを制御することにより加熱と冷却のいずれも可能になるので便利である。 Utilizing Peltier effect element to the heat transfer element, which is convenient because it is possible both heating and cooling by controlling the direction of the current.
このような半導体レーザ発生素子の温度管理と入射光量の調整を併せて採用することにより、溶接部近傍の高温環境中に装置を置いて倣い溶接する場合にも、より精度の高い輪郭測定が可能となり、高品質の溶接を行うことができる。 By adopting together such adjustment of the semiconductor laser generating temperature control and the amount of light incident on the element, even when the copying welded at a device in a high temperature environment of the weld vicinity, higher accuracy can be profilometry it can be performed, and the welding quality.
【0017】 [0017]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to the drawings based on examples for the present invention.
図1は本実施例の断面形状計測装置のブロック図、図2は本実施例に用いられるセンサヘッドの構成を示す概念図、図3は本実施例における画像合成結果の例を表す図面、図4は本実施例におけるレーザ走査方向の受光量変化の例を表す分布図、図5は本実施例で制御量を求めるために用いる変換テーブルの例を示す図面、図6は本実施例における入射光量制御手順を説明するフロー図、図7は画像スキャンと制御量決定タイミングの関係を説明する図面、図8は本実施例に使用するレーザ投光器の温度制御系のブロック図、図9はレーザ投光器の温度制御に使用するペルチェ素子の原理図、図10はレーザ投光器の温度制御の効果を説明するレーザ波長分布とバンドパスフィルタの波長特性の関係を示した図面である。 Figure 1 is a block diagram of a cross-sectional shape measurement apparatus of the present embodiment, conceptual diagram showing a configuration of a sensor head used in the present embodiment 2, FIG. 3 is diagram showing an example of image synthesis results in the present embodiment, FIG. 4 is distribution diagram showing an example of received light amount variation of the laser scanning direction in the present embodiment, the drawings FIG. 5 is a diagram showing an example of the conversion table used for determining the control quantity in this embodiment, FIG. 6 is incident in this embodiment flow diagram illustrating light amount control procedure, Figure 7 is block diagram illustrating an exemplary relationship between the image scan control amount determining timing, FIG. 8 is a block diagram of a temperature control system of the laser projector used in the present embodiment, FIG. 9 is laser projector principle diagram of a Peltier device used for temperature control of, FIG. 10 is a view illustrating a relationship between the wavelength characteristics of the laser wavelength distribution and a bandpass filter for explaining the effect of the temperature control of the laser projector.
【0018】 [0018]
本実施例の断面形状計測装置は、図1に示すように、レーザセンサのセンサヘッド1とコントローラ2とディスプレー3から構成され、測定対象物4の表面形状を測定する。 Sectional shape measuring apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1, is composed of the sensor head 1 of the laser sensor and the controller 2 and the display 3, to measure the surface shape of the measuring object 4.
レーザヘッド1の内には、図2に示すように、レーザ投光器11と1次元光センサ12とスキャニングミラー13が組み込まれている。 Within the laser head 1, as shown in FIG. 2, the laser projector 11 and the one-dimensional optical sensor 12 and the scanning mirror 13 is incorporated. レーザ投光器11は、半導体レーザ発生素子を利用して波長690nmの赤色レーザを発生する。 Laser projector 11 generates a red laser having a wavelength of 690nm using a semiconductor laser generating element. 発生したレーザビームは、測定対象4に照射される。 The laser beam generated is irradiated to the measurement object 4. 測定対象4の表面で反射した光は、集光光学系14を介して1次元光センサ12に入射する。 Light reflected from the surface of the measured object 4 is incident on the one-dimensional light sensor 12 through the condensing optical system 14.
【0019】 [0019]
なお、1次元光センサの入射光路中には、照射したレーザ光の波長を挟んだ領域を透過するバンドパスフィルタが設けられていて、周囲から侵入するノイズ光を排斥して信号雑音比を向上させ、より精度の高い測定ができるようにしてある。 Note that the incident light path of the one-dimensional optical sensor, have a band-pass filter is provided for transmitting a region across the wavelength of the laser light irradiation, improving signal-to-noise ratio to reject noise light entering from the periphery it is, are to allow more accurate measurement.
1次元光センサ12は、CCD素子を多数直線上に配列したリニアセンサで、集光光学系14によりレーザ反射光をセンサに入射させると、集光光学系14の光学中心とレーザ照射位置を結んだ直線上にあるCCD素子に光が照射するので、受光したCCD素子の位置がレーザ照射位置に対応することになり、入射光量が大きい素子の配列上の位置に基づいて物体の表面位置を知ることができる。 One-dimensional optical sensor 12 is a linear sensor having an array of CCD elements in many straight line, when the incident laser light reflected to the sensor by the condenser optical system 14, signed a optical center and the laser irradiation position of the condensing optical system 14 since light is irradiated on the CCD elements in it a straight line, will be the position of the CCD elements received corresponds to the laser irradiation position, knowing the surface position of the object based on the position on the array of large elements incident light quantity be able to.
【0020】 [0020]
物体の断面形状を計測するためには、上記三角測量を用いた測定機構を切断面方向に走査し、走査線に沿って位置測定結果を配置する必要がある。 To measure the object sectional shape scans the cut surface direction measurement mechanism using the triangulation, it is necessary to arrange the position measurements along the scanning line. この目的でスキャニングミラー13がレーザ光路中に介装されている。 Scanning mirror 13 is interposed in the laser beam path for this purpose. レーザ投光器11から放射されるレーザビームを屈折して測定対象4に照射し、測定対象の表面で反射して戻ってくる光を再び屈折して1次元光センサ12に入射させる。 And refracts the laser beam emitted from the laser projector 11 is irradiated to the measurement object 4, again refract the light reflected back by the surface of the measurement target is incident on the one-dimensional optical sensor 12. スキャニングミラー13は、揺動軸15を中心として往復動するので、レーザ光は揺動軸に垂直の方向に走査し、表面位置測定結果は走査方向に沿って順次取得される。 Scanning mirror 13, so reciprocates around the pivot shaft 15, the laser beam is scanned in a direction perpendicular to the rocking axis, the surface position measurement results are sequentially obtained along the scanning direction. なお、図には示していないが、スキャニングミラー13の揺動は正弦波関数的変化をするため時間とレーザ照射方向は必ずしもリニアの関係にないので、スキャニングミラー反射面の向きを実際に検出して測定方向を画定するようにして測定精度を確保している。 Although not shown, oscillation of the scanning mirror 13 because it is not necessarily a linear relationship time and laser irradiation direction to the sine wave function change, actually detected the orientation of the scanning mirror reflecting surface It has secured measuring accuracy so as to define a measuring direction Te.
【0021】 [0021]
上記構成により、1回の走査により1個の断面形状計測ができ、計測装置を移動させながら連続的に走査を繰り返すことにより、対象物の表面形状を面として計測することができる。 With the above configuration, by one scan can one cross-sectional shape measurement by repeating the scanned continuously while moving the measuring apparatus can measure the surface shape of the object as a face.
図3は、1回のレーザスキャンにより得られる1個の断面形状計測結果を表示した例を示す図面である。 Figure 3 is a diagram showing an example of displaying one cross-sectional shape measurement result obtained by the laser scanning once.
スキャニングミラー13がある角度を持っているときに対象物表面に現れる光点から計器までの距離は、受光量が大きなCCD素子のリニア光センサ12中の素子列中の位置を用いた三角測量法により求めることができる。 Triangulation distance from the light spot appearing on the object surface to the instrument, using the position in the element array in linear photosensor 12 of the light receiving amount is large CCD element when having an angle with the scanning mirror 13 it can be obtained by. 受光した素子の位置は、光センサを走査して各素子毎の出力を観察することにより求めることができる。 Position of the received element can be obtained by scanning the optical sensor to observe the output of each element.
【0022】 [0022]
さらに、スキャニングミラー13を揺動させて測定範囲全域にわたってスキャンし、所定の照射角毎に上記計測を繰り返した結果を表示画面に展開して示すと、図3に示すような光点が連続した輪郭線が現れる。 Furthermore, by swinging the scanning mirror 13 scans over the entire measurement range, indicating expand the display screen the results of repeating the above measured every predetermined illumination angle, the light spot as shown in FIG. 3 are consecutive outline appears. この輪郭線は、対象物の1断面について、スキャニングミラーの揺動軸15から対象物表面までの距離を放射状に計測した結果を表すことになる。 This outline is for one section of the object, will represent the measurement results of the distance to the object surface radially from the pivot axis 15 of the scanning mirror.
実際の断面形状情報は、ミラー表面の向きに関する情報を用い、簡単な変換処理を行うことによって、たとえば1平面からの高さで表した輪郭として与えることが好ましい。 The actual cross-sectional shape information, using the information on the orientation of the mirror surface, by performing a simple conversion process, for example, it is preferable to present a contour in terms of height from one plane.
【0023】 [0023]
また、対象物14の表面特性は一定でないため、同じ強度の光を照射すると場所により表面反射率や反射面の傾きが異なり光センサに入射する反射光の強度が変化する。 Further, since the surface properties of the object 14 is not constant, the intensity of the reflected light inclination of the surface reflectance and the reflection surface by the location is irradiated with light of the same intensity are incident on different optical sensor changes.
たとえば、対象物の表面が入射レーザ光に対して傾いているときには、面積当たりの入射光が弱くなり、光センサがキャッチする反射散乱光エネルギは小さくなる。 For example, when the surface of the object is inclined with respect to the incident laser beam is made weak incident light per area, reflected scattered light energy light sensor to catch decreases. このため、CCD素子における蓄積電荷量が少なくなり、閾値の設定によっては輪郭線が途切れる場合もある。 Thus, the accumulated charge amount decreases in the CCD element, sometimes contour interrupted depending on the selected threshold value. また、対象物表面の光吸収率が高い場合は光センサに入射する光が少なくなって輪郭線の検出が困難になる。 Further, when the optical absorptance of the target surface is high, the detection of the contour line becomes difficult when there are fewer active light incident on the light sensor. さらに、光反射率が高い場合にも面の向きによっては光センサに入射する光が少なくなる。 Moreover, light incident on the light sensor is reduced by also surface orientation when the light reflectance is high.
一方、対象物表面状態によっては大きな光エネルギーが光センサに入射して、CCD素子が飽和したり近隣の多数のCCD素子が検出出力を生じて太い検出帯になったりして、正確な表面位置を知ることが難しくなる。 On the other hand, by the object surface condition and enters a large light energy to the light sensor, a large number of CCD elements close or CCD element is saturated or becomes thicker detection zone caused the detection output, the exact surface position it is difficult to know.
【0024】 [0024]
光センサのCCD素子の出力をレーザ光の走査方向にプロットすると、明るさ評価値である入射光強度が、たとえば図4に示すように、変化することが分かる。 Plotting the output of the CCD element of the optical sensor in the scanning direction of the laser beam, the incident light intensity is the brightness evaluation value, for example, as shown in FIG. 4, it can be seen that change. プロットする出力値は、CCD素子が1列に並んだ光センサ全体について出力を積算した値あるいはCCD素子の出力平均値であってもよく、また1列中の最大出力を有するCCD素子の出力値であってもよい。 Output value plot may be the average output of the CCD element value or CCD device by integrating the output for the whole optical sensor arranged in a row, and the output value of the CCD element having a maximum output in a row it may be.
本実施例の断面形状計測装置では、明るさ評価値に所定の基準値を設定して、基準値より高い明るい領域についてはCCD素子に入射する光量を低下させ、基準値より低い暗い領域についてはCCD素子入射光量を増加させるように調整している。 In the cross-sectional shape measurement apparatus of the present embodiment, by setting the predetermined reference value to brightness evaluation value, the higher the bright area than the reference value reduces the amount of light incident on the CCD element, the lower dark areas than the reference value It is adjusted so as to increase the CCD element amount of incident light.
【0025】 [0025]
なお、調整は、CPUボード21、画像入力ボード22、インターフェースボード23、これらを連結するバス24などを備えたコントローラ2によって、前回のレーザ光スキャンにおいて同じ照射角位相を持つときに得られた光センサ受光量を明るさ評価値として、この評価値が基準値に近づく方向にレーザ発生素子の出力や光センサの露光条件を調整することによって行われる。 The adjustment is, CPU board 21, an image input board 22, interface board 23, by the controller 2 having a like bus 24 connecting these, obtained when having the same illumination angle phase in the previous laser beam scanning light the sensor received light amount as the brightness evaluation value, is performed by adjusting the exposure conditions of the output and the optical sensor of the laser generating elements in the direction of the evaluation value approaches the reference value.
レーザ光スキャンは極めて高速で繰り返されるため、前回のスキャンと今回のスキャンでは測定対象位置が余り変化しないので、前回の測定条件に基づいた改善動作により今回の測定条件を改善することができる。 Since the laser beam scanning repeated at very high speed, since the measurement target position in the previous scan and the current scan does not change much, it is possible to improve the current measurement conditions by improving operation based on the previous measurement conditions.
また、測定装置が移動して測定位置が変化するにつれて、測定対象の表面性状が変化するが、前回のスキャンで得られた測定結果を利用するので、位置変化に追従した的確な調整をすることができる。 Further, as the measuring device measured position moves is changed, the surface properties of the measurement object is changed, since the use of the measurement results obtained in the previous scan, that an accurate adjustment to follow the positional change can.
【0026】 [0026]
図5は、本実施例で行う調整の手順を表す。 Figure 5 represents the procedure of adjustment carried out in this embodiment.
すなわち、計測が始まると、初めの条件に基づいて1断面についてレーザをスキャンさせる。 That is, when measurement starts, to scan the laser for one section on the basis of the first condition. 初めにレーザビームを測定対象領域に照射し(S1)、各照射点について光センサの測定結果を記録し(S2)、第1回目のレーザ光スキャンが終了したか否かを判定する(S3)。 First a laser beam irradiates the measurement target region (S1), the measurement result of the optical sensor was recorded for each illuminated point (S2), the first laser beam scanning is determined whether or not it is completed (S3) . 終了しない限り上記ステップS1、S2を繰り返し、1画面分の情報を取得した後にステップS4に進む。 Repeat the above steps S1, S2 unless terminated, the process proceeds to step S4 after acquiring the information of one screen.
【0027】 [0027]
1回のレーザ光スキャンが終了すると、図3に示したような断面輪郭線が得られるので、輪郭線情報を画像入力ボード22で取り込み、CPUボード21に設けられる画像処理回路によって、取り込んだ輪郭線情報に対して変換処理などを含む画像処理を施して、実空間における対象物表面形状を表す情報とする。 When one laser beam scan is completed, the cross-sectional contour as shown in FIG. 3 can be obtained, captures contour information by the image input board 22, the image processing circuit provided in the CPU board 21, taken contour It performs image processing, including conversion to the line information, and information representing the object surface shape in the real space.
対象物表面形状の情報はインターフェースボード23に送られ、ディスプレー3に表示されたり、図外の溶接倣い制御装置に供給される。 Information of the object surface shape is sent to the interface board 23, or displayed on the display 3, it is supplied to the welding copying control device outside the FIG. また、画像処理によって求められたスキャンラインに沿った明るさ分布を検出し(S5)、明るさ評価値を基準値と比較し、その偏差に基づいて光センサ1に入射する光量を調整するための指令値を算出する(S6)。 Also detects the brightness distribution along the scan lines obtained by the image processing (S5), the brightness evaluation value is compared with a reference value, to adjust the amount of light incident on the light sensor 1 on the basis of the deviation calculating a command value (S6).
【0028】 [0028]
1次元光センサの入射光量は、レーザ投光器11の入力電流、レーザのパルス点灯のデューティ比、1次元光センサ12の露光時間などを調整することにより、あるいはこれらの組合せにより制御することができる。 Incident light amount of the one-dimensional optical sensor, the input current of the laser projector 11, the duty ratio of the laser pulse light, by adjusting the like one-dimensional optical sensor 12 of the exposure time, or can be controlled by a combination thereof.
計測対象4の性状や、1次元光センサ12やレーザ投光器11の特性の影響により、図6(a)(b)(c)に概念的に示したように、それぞれの操作量と1次元光センサ12の入射光量の間にはそれぞれ異なる関数関係を有するので、予め求めた変換テーブルあるいは計算式をCPUボード21に備えた記憶装置に保持しておいて、この変換テーブルや計算式を参照してそれぞれに適当な調整値を求める必要がある。 Properties and the measurement object 4, the influence of the characteristic of the one-dimensional optical sensor 12 and the laser projector 11, as schematically shown in FIG. 6 (a) (b) (c), each of the operation amount and the one-dimensional optical since during the amount of light incident on the sensor 12 have a different functional relationship respectively, keep holding the previously determined conversion table or calculation formula in the storage device provided in the CPU board 21, with reference to the conversion table or calculation formula it is necessary to find a suitable adjustment value to each Te.
【0029】 [0029]
このようにして準備した調整値の列を用いて、レーザスキャンの各タイミング毎にレーザ投光器11の光出力制御を行って、レーザビームを放射させ対象物4に照射する(S7)。 Using rows of adjustment values ​​prepared in this way, by performing the light output control of the laser projector 11 for each timing of the laser scan, irradiating the object 4 to radiate the laser beam (S7). また、レーザスキャンの各タイミング毎に、1次元光センサ12のCCD素子列について画像データを取り込む(S8)。 Also, for each timing of the laser scan, capturing image data for CCD lines of one-dimensional optical sensor 12 (S8).
1次元光センサ12は調整値を用いてたとえばシャッタスピードを調整し、露光時間制御を行ったものであってもよい。 One-dimensional optical sensor 12 to adjust the shutter speed, for example, using the adjustment value may be one subjected to exposure time control. レーザ投光器11と1次元光センサ12の両方を用いて入射光量調整を行う場合は、調整範囲が極めて大きくなる利点がある。 When performing incident light quantity adjustment using both the laser projector 11 and the one-dimensional optical sensor 12 has the advantage of adjustment range becomes extremely large.
【0030】 [0030]
1断面についてレーザ光スキャンが終了したか否かを判定し、終了しない限り上記ステップS7、S8を繰り返し、1画面分の情報を取得し終えたらステップS4に進んで(S9)、断面形状表示や溶接制御装置への形状情報提供を行い(S4)、さらに次回のレーザスキャンのための調整値を準備する(S5、S6)。 1 the laser beam scanning is determined whether or not it is completed sectional, repeat the above steps S7, S8 unless terminated, the process proceeds to step S4 After you get the information for one screen (S9), Ya sectional shape display It performs shape information provision to welding control unit (S4), further preparing an adjustment value for the next laser scanning (S5, S6).
光点距離は通常、図7に示すように、往復動するスキャンイングミラー13によりレーザビームが対象を走査する間の往路または復路の一方のみを使い、比較的速度が一定している部分で計測するように構成されている。 Point distance is normally as shown in FIG. 7, using only one of the forward or backward while the laser beam scans a subject by scanning viewing mirror 13 reciprocates, measured at a portion where a relatively velocity is constant It is configured to. したがって、制御機構に供給する調整値は、前回のスキャニングで光センサ12が光点距離測定が終了した後、スキャニングミラー13が計測開始位置に戻る間に算出しておいて、次の画像計測が始まる時には全て準備されていることが好ましい。 Accordingly, the adjustment value supplied to the control mechanism, after the optical sensor 12 is finished point distance measurement in the previous scanning, the scanning mirror 13 is allowed to calculate while returning to the measurement start position, the next image measurement it is preferred that are ready all the time to begin.
【0031】 [0031]
ただし、実際に調整を行うのは、スキャニング中の各位相位置にあるときであるから、その時までに調整データが整っていれば足りるので、計測結果を演算装置に逐次取り込み並列的に調整値を算出して制御機構に供給するようにしてもよいことはいうまでもない。 However, to carry out the actual adjustment, since it is when in the phase position in the scanning, so sufficient that until the adjustment data is equipped at that time, the sequential uptake parallel adjustment value to the processing unit the measurement result calculated to be may be supplied to the control mechanism of course.
また、スキャニングミラー13の往路と復路の両方で断面形状を計測するようにすれば、測定密度が倍増するのでより綿密な形状計測ができる。 Further, if to measure the cross-sectional shape in both forward and return of the scanning mirror 13, it is more elaborate shape measurement because the measurement density is doubled. 往復両方で計測するようにした場合は、往路と復路ではスキャン方向が逆転するので、それぞれ別々に調整値を算出して調整値データ列が同じ方向に並ぶようにすることが演算および装置制御の単純化のために好ましい。 If so as to measure a reciprocating both, since the forward and backward scan direction is reversed, that adjustment value data train and calculates the adjustment value separately each to be aligned in the same direction of operation and device control It preferred for simplicity.
【0032】 [0032]
なお、半導体レーザ素子は温度により特性が著しく変化するため、安定して使用できる範囲がたとえば0−40℃の間に制約される上、可用範囲内でもレーザ光のピーク波長が変動する。 The semiconductor laser device since the characteristics by temperature changes significantly, on stable range that can be used is limited to for example between 0-40 ° C., the peak wavelength of the laser beam varies in the available range. ところが、溶接装置に使用する断面形状計測装置は、溶接部のごく近傍にセンサ類を配置して使用しなければならないため、測定中は高温に晒され温度管理が難しい。 However, the cross-sectional shape measuring apparatus for use in welding apparatus, since the immediate vicinity of the weld must be used to place the sensors in the measurement temperature control difficult exposed to high temperatures.
したがって、半導体レーザ発生器を組み込んだレーザ投光器を用いるときには、レーザ光波長を挟んだ領域を透過させるバンドパスフィルタはピーク波長の変動を見込んで設定するため、透過波長幅をたとえば20nm程度までしか狭めることができず、高精度の測定結果を得ることが難しい場合がある。 Therefore, when using a laser projector incorporating a semiconductor laser generator, a bandpass filter for transmitting region across the laser beam wavelength to set in anticipation of variation in the peak wavelength, narrowed only the transmission wavelength width for example up to about 20nm it can not, it may be difficult to obtain accurate measurement results.
また、寒冷時の始動など装置温度が可用範囲に入らない場合には測定ができないことがある。 Further, there is that the device temperature such as cold weather startup can not measure if not enter the available range.
【0033】 [0033]
そこで、本実施例の断面形状計測装置では、半導体レーザ発生器の温度を一定に制御することにより、バンドパスフィルタの透過幅を狭隘化することを可能にしてノイズ光の侵入を抑制し、測定精度をより向上させるようにすることができる。 Accordingly, in the cross-sectional shape measurement apparatus of the present embodiment, the semiconductor by a laser generator of the temperature to be controlled to be constant, the penetration of noise light is suppressed thereby enabling to narrow the transmission width of the band-pass filter, measured it can be made to further improve the accuracy. また、環境温度が低すぎる場合にも正しく測定することができる。 It can also be measured correctly when the environmental temperature is too low.
レーザ投光器の温度制御系は、図8に示すように、半導体レーザ発生器が組み込まれたレーザ投光器の筐体51に貼付した熱電対やサーミスタなどの温度測定素子52とペルチェ素子などの熱移動素子56、およびこれらを接続する温度調整器53とから構成される。 Temperature control system of the laser projector, as shown in FIG. 8, the heat transfer element, such as a temperature measuring element 52 and a Peltier element such as a thermocouple or a thermistor which is attached to the housing 51 of the laser projector to a semiconductor laser generator is incorporated 56, and a temperature controller 53 for connecting these.
【0034】 [0034]
温度調整器53は、温度比較回路54と印加電流調整回路55を備え、温度測定素子52の出力を温度信号に変換して目標温度値と比較し、偏差に基づいて算出した電流値を熱移動素子56に供給する。 Temperature controller 53 is provided with a temperature comparison circuit 54 and the applied current adjusting circuit 55, is compared with the target temperature value to convert the output of the temperature measuring element 52 to the temperature signal, heat transfer current value calculated on the basis of the deviation supplied to the element 56.
温度制御系には遅れ要素が存在するため、通常はON/OFF制御により印加電流を調整すれば十分で、制御論理は極めて単純である。 Because the temperature control system present a delay element, usually is sufficient to adjust the applied current by ON / OFF control, the control logic is very simple. なお、いわゆる時間比例式ON/OFF制御を採用して、偏差が大きい時にはON/OFFの一方を選択するが小さい時には切替え間隔を短くするようにして、実効的なエネルギ供給量を偏差に対して比例的に変化させるようにすると、温度変動をより効果的に抑えて高精度な温度制御を達成することができる。 Incidentally, in a so-called time-proportional ON / OFF control, when the deviation is large so as to shorten the switching interval when it selects one of the ON / OFF low, relative deviation effective energy supply amount When so as to proportionally change can be achieved more effectively suppressed by high precision temperature control temperature fluctuations.
温度調整器53は、マイコンなどの電子計算機能を備えた装置により構成することができ、コントローラ2のCPUボード21に組み込むことも可能である。 Temperature controller 53 may be configured by the device having an electronic calculator, such as a microcomputer, it is also possible to incorporate a CPU board 21 of the controller 2.
【0035】 [0035]
ペルチェ素子は、ペルチェ効果に差のある2種の半導体A,Bを図9に示すように交互に直列接続し、交互の接続面の一方を表面に他方を裏面として電気絶縁層Cで挟み、端子Tを直流電源に接続して熱電冷却素子として使用することができる。 Peltier device, the two semiconductor A with a difference in the Peltier effect, the B series connected alternately as shown in FIG. 9, sandwiched between the electrically insulating layer C one alternate connection surface and the other on the surface as a back surface, it can be used as a thermoelectric cooling element to connect the terminal T to the DC power supply. このようなペルチェ素子は、両端子Tに印加する電流の極性を変化させることで加熱と冷却を切替えることができるので、熱移動素子56として使用するとレーザ投光器の温度管理をより高度に行うことができる。 Such Peltier device, it is possible to switch the heating and cooling by changing the polarity of the current applied to both terminals T, be carried out when used as a heat transfer element 56 the temperature control of the laser projector more highly it can.
【0036】 [0036]
上記温度制御系によりレーザ投光器の出力を安定させることにより、図10に示すように、レーザ光のピーク波長が変動しなくなるので、光センサ12に仕込む光学フィルタの帯域幅を5nm程度に狭域化することができる。 By stabilizing the output of the laser projector by the temperature control system, as shown in FIG. 10, the peak wavelength of the laser beam does not fluctuate, narrow-range of the bandwidth of the optical filter to be charged to the light sensor 12 to about 5nm can do.
図10は上段にレーザ投光器が放射するレーザ光の波長分布を示し、下段にレーザ光を透過し外光ノイズを遮断するためのバンドパス光学フィルタの透過波長領域を示す。 Figure 10 shows the wavelength distribution of the laser light laser projector emits the upper shows the transmission wavelength region of the bandpass optical filter for blocking the external light noise transmitted through the laser beam in the lower. 図中、温度制御がなかった状態を点線で示し、温度制御系を導入した結果を実線で示す。 Figure shows a state there is no temperature control by a dotted line shows the result of introducing a temperature control system with a solid line.
【0037】 [0037]
半導体レーザ発生器の可用温度範囲内であっても、ピーク波長は20nm程度変動するので、これを透過させるためバンドパス幅はやはり20nm程度必要とされる。 Even within available temperature range of the semiconductor laser generator, the peak wavelength is so varied about 20 nm, bandpass width for transmitting which is still required about 20 nm. しかし、レーザ投光器11の温度管理を行えば、ピーク波長は変動しなくなるので、レーザ光の広がりをカバーできる程度の透過幅、たとえば5nm程度の透過幅を持てばよくなる。 However, by performing the temperature control of the laser projector 11, the peak wavelength is not varied, so well if able to have transmission width enough to cover the laser beam divergence, for example, a transmission width of about 5 nm.
このため、フィルタを透過する外乱光の絶対量が減少し、透過光におけるレーザ光の割合が増大し、SN比が大幅に改善される。 Therefore, the absolute amount of ambient light transmitted through the filter is reduced, the proportion of the laser beam is increased in transmitted light, SN ratio is greatly improved. したがって、輪郭線を判定するための閾値を厳しく設定しても誤検出が少なくなるので、CCDセンサの受光量の基づいて入射光量を調整する機構と協働して、より鋭い輪郭線を生成して検出することにより、極めて高精度な形状計測ができるようになる。 Therefore, since even erroneous detection by setting strict threshold for determining the contour decreases, and mechanisms cooperate to adjust the amount of incident light on the basis of the amount of light received by the CCD sensor, and generates a sharper outline by detecting Te, thus making it very accurate shape measurement.
【0038】 [0038]
また、外気温度が極く低温である状態で始動させるときにも、レーザ投光器11の温度が管理されているため、測定が不能になることはなくなる。 Further, when the outside air temperature is to start in the state is very low also because the temperature of the laser projector 11 is managed, not be the measurement becomes impossible.
なお、温度検出端と熱移動素子はできるだけ半導体レーザ発生器に近いところに設置して、直接的に作用するようにすることが好ましい。 The temperature detecting end and the heat transfer element is placed in as close as possible to the semiconductor laser generator, it is preferable to directly acting.
従来のレーザ投光器を使用する場合にも、これら要素を付設することにより簡単に温度制御系を構成することができる。 Even when using the conventional laser projector, it is possible to easily configure the temperature control system by attached them elements.
レーザ投光器の温度調整系は入射光量調整機構と独立に使用しても、一定の精度向上効果が得られることはいうまでもない。 Also temperature control system of the laser projector is used independently of the incident light quantity adjusting mechanism, certain accuracy effect can be obtained.
【0039】 [0039]
本実施例の断面形状計測装置は、前回のスキャニングで得られた計測結果を利用して、反射光が明るい部分ではセンサの入射光量を抑制し、反射光が暗い部分では入射光量が増大するようにするので、対象部分の性状の変化にかかわらず取得する光点画像の大きさが変化せず、輪郭線を的確に画定することができ、精度の高い断面形状計測を行うことができる。 Sectional shape measuring apparatus of the present embodiment, by utilizing the measurement results obtained in the previous scanning, as in the bright portion reflected light suppresses the amount of light incident on the sensor, the reflected light amount of incident light is increased in a dark portion because it does not change the size of the light spot image to be acquired regardless of changes in the properties of the target portion, it is possible to accurately define the contour, it is possible to perform a high cross-sectional shape measurement accuracy.
また、入射光量の調整に使用する変換テーブルや計算式をソフトウエアとして記憶装置に格納して利用することにより、テーブルや式の変更を簡単に行うことができるので、対象が変化した場合や変換テーブルなどを修正する場合などにも容易に対処することができる。 Moreover, by utilizing stored in a storage device a conversion table or calculation formula used to adjust the amount of incident light as software, can be performed easily change the tables or formulas, or if the object has changed transform it can easily cope with a case of modifying the table or the like.
【0040】 [0040]
なお、上記実施例の説明では、前回のスキャニングで得られた測定データを用いて調整値を算出したが、現在の測定と状態が変化していないと見ることができる程度の過去のデータであればよく、直近のデータでなくてもよいことはいうまでもない。 In the description of the above embodiment, the calculated adjustment value using the measurement data obtained by the previous scanning, any past data enough to be seen that the current measurement and the state has not changed Bayoku, it is needless to say may not be the most recent data.
また、本実施例の断面形状計測装置は、従来使用してきた倣い溶接装置にコントローラや温度調整システムなどを付加することにより容易に構成することができる。 The cross-sectional shape measuring apparatus of this embodiment can be easily formed by adding a like controller and temperature control system in the copying welding apparatus has been conventionally used.
なお、ここでは赤色レーザを用いた場合について記述したが、赤外線など他の領域の光線を使用してもよいことはいうまでもない。 Here, although described for the case of using a red laser, it is needless to say that may be used light in other areas such as infrared.
【0041】 [0041]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明した通り、本発明の断面形状計測装置は、自動倣い溶接装置など溶接部に接近して設けられるビームスキャン型レーザセンサに適用することにより、測定対象部位の条件変化によりセンサに入射する反射光が変動する場合にも、溶接形状を高精度で計測でき、また、半導体レーザ発生素子を使用した場合にも、精度よく形状計測できるようになる。 As described above, the cross-sectional shape measuring apparatus of the present invention, by applying the beam scanning type laser sensor provided close to the weld, such as automatic copying welding equipment, reflection incident on the sensor by changing conditions stbm even when the light is varied, weld shape can be measured with high accuracy, also in the case of using a semiconductor laser generating device, it becomes possible to accurately shape measurement.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の実施例における断面形状計測装置のブロック図である。 1 is a block diagram of a cross-sectional shape measurement apparatus in the embodiment of the present invention.
【図2】本実施例に用いられるセンサヘッドの構成を示す概念図である。 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a sensor head used in this embodiment.
【図3】本実施例における画像合成結果の例を表す図面である。 It is a diagram showing an example of image synthesis results in FIG. 3 embodiment.
【図4】本実施例におけるレーザ走査方向の受光量変化の例を表す分布図である。 4 is a distribution diagram showing an example of a laser scanning direction of the light receiving amount change in this embodiment.
【図5】本実施例で制御量を求めるために用いる変換テーブルの例を示す図面である。 5 is a diagram showing an example of a conversion table used for determining the control quantity in this embodiment.
【図6】本実施例における入射光量制御手順を説明するフロー図である。 6 is a flow diagram illustrating an incident light quantity control procedure in this embodiment.
【図7】画像スキャンと制御量決定タイミングの関係を説明する図面である。 7 is a diagram illustrating the relationship between the image scan control amount determining timing.
【図8】本実施例に用いるレーザ投光部温度制御系のブロック図である。 8 is a block diagram of a laser projection unit temperature control system used in this embodiment.
【図9】熱移動素子として利用するペルチェ素子の構造を説明する概念図である。 9 is a conceptual diagram illustrating the structure of the Peltier element used as heat transfer element.
【図10】図8の温度制御の効果を説明する図面である。 10 is a diagram illustrating the effect of temperature control of FIG.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 レーザセンサのセンサヘッド2 コントローラ3 ディスプレー11 レーザ投光器12 1次元光センサ13 スキャニングミラー4 測定対象14 集光光学系15 揺動軸21 CPUボード22 画像入力ボード23 インターフェースボード24 バス51 レーザ投光器筐体52 温度測定素子53 温度調整器54 温度比較回路55 印加電流切替回路56 熱移動素子 1 laser sensor the sensor head 2 controller 3 displays 11 laser projector 12 one-dimensional optical sensor 13 scanning mirror 4 measured 14 condensing optical system 15 pivot shaft 21 CPU board 22 an image input board 23 interface board 24 bus 51 laser projector housing 52 temperature measuring element 53 temperature controller 54 the temperature comparator 55 applies a current switching circuit 56 the heat transfer element

Claims (6)

  1. レーザ放射装置と1次元光センサと、該レーザ放射装置からのレーザ光を対象に導いて1方向に走査し該対象から反射するレーザ光を前記1次元光センサに導くスキャニング機構を備えるものであって、さらに、 前記レーザ放射装置の出力と前記1次元光センサの露光条件を調整して入射光量を調節する入射光量調節器を備えて、該入射光量調節器が前記調整のための操作量と前記入射光量の間の関数関係を記憶した記憶装置を備え、前記スキャニング機構によるスキャニング中のレーザ光照射方向に連動して以前に同じ照射方向であったときに前記1次元光センサが検出した該1次元光センサ全体の受光量を明るさ評価値として、該明るさ評価値が所定の目標値に近づくように入射光量を調整するための1周期のスキャニングに亘る調整値 Be those comprising a laser emitting device and the one-dimensional optical sensor, a scanning mechanism for guiding the laser beam reflected from the scanned the subject in one direction leading to the target with a laser beam from the laser emitting device to the one-dimensional optical sensor Te, further comprising an incident light amount adjuster for adjusting the output adjustment to the amount of incident light exposure conditions of the one-dimensional optical sensor of the laser emitting device, and the operation amount for the adjustment incident light amount adjuster comprising a storage device for storing the functional relation between the incident light quantity, the one-dimensional optical sensor when previously was the same illumination direction in conjunction with the laser beam irradiation direction during scanning by the scanning mechanism has detected the received light amount of the entire said one-dimensional optical sensor as the brightness evaluation value, the adjustment value the brightness evaluation value over one cycle scanning for adjusting the amount of incident light so as to approach a predetermined target value 列を前記関数関係を用いて準備して、該調整値の列に基づいて入射光量を調整することを特徴とする断面形状計測装置。 The column was prepared by using the functional relationship, the cross-sectional shape measurement apparatus and adjusting the amount of incident light based on the column of the adjustment value.
  2. 前記入射光量調整の規準となる前記受光量は、前記スキャニング中のレーザ光照射方向が前回のスキャニングで同じ方向であった時の検出光量とすることを特徴とする請求項1記載の断面形状計測装置。 Wherein the light receiving amount as a criterion of the incident light quantity adjusting the cross-sectional shape according to claim 1, characterized in that the quantity of light detected when the laser beam irradiation direction in the scanning are the same direction in the previous scanning measuring device.
  3. 前記スキャニング機構は揺動軸を中心として往復動するスキャニングミラーであって、揺動角度を検出してレーザ光放射方向を推定する角度センサを備えることを特徴とする請求項1または2記載の断面形状計測装置。 The scanning mechanism is a scanning mirror to reciprocate about a rocking axis, the cross-section of claim 1, wherein further comprising an angle sensor that detects a swing angle estimate the laser beam emission direction shape measurement apparatus.
  4. 前記入射光量調整は、前記スキャニングミラーの揺動の往路と復路のいずれにおいても実施することを特徴とする請求項2または3記載の断面形状計測装置。 The incident light amount adjustment, the cross-sectional shape measuring apparatus according to claim 2 or 3, wherein also be implemented in any of oscillation of the scanning mirror forward and backward.
  5. 前記入射光量調整の規準となる前記1次元光センサの受光量は、 前記1次元光センサ全体の受光量に代えて、該センサを構成する受光素子のいずれかが検出した最大の検出光量とすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の断面形状計測装置。 Received light amount of said one-dimensional optical sensor as a criterion of the incident light quantity adjusting, in place of the received light amount of the entire one-dimensional optical sensor, and the maximum detected light intensity either of the light receiving element has detected that constitutes the sensor sectional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized by.
  6. 前記関数関係は変換テーブルの形で前記記憶装置に格納されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の断面形状計測装置。 The functional relationships sectional shape measuring apparatus according to claim 1, characterized in that stored in the storage device in the form of a conversion table 5.
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