JPH01104475A

JPH01104475A - 自動溶接制御用視覚ヘツド

Info

Publication number: JPH01104475A
Application number: JP63224899A
Authority: JP
Inventors: L Marc Dufour; エル．マーク　ドゥフォアー
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1989-04-21
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: CA1280807C; DE3886316D1; JP2637501B2; EP0307236B1; EP0307236A1; DE3886316T2; US4859829A

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】発明の背景ロボット視覚装置は、自動溶接装置の適応可能な制御の
適用の際に非常に重要になりつつある。

これ等の装置が克服せねばならない重大な問題は、溶接
環境の苛酷さであや。溶接工程の適応可能な制御に使用
される光学装置は、溶接アークから外方へ投射される溶
融金属の粒子のスノ２＜ツタと、光学レンズに煤状残渣
を残し得る溶接工程からのフユームと、光学装置を歪ま
せ得るアークからの熱とのために損傷されるかまたは役
に立たなくなる高度な危障がある。

声温お・よび飛来する粒子の環境で光学装置を保護する
方法は、１９６７年５月２３日付のサージおよびマルセ
ルクラベによる米国特許第３，３２１，２６５　号と、
１９６７年３月２１日付のウイリイボーベルグによる米
国特許第３，３１０，３５６号とに述べられている。こ
れ等の特許は、光学装置を保護するために使用される特
別な囲いの例である。他の例は、１９８４年５月２２日
付のネルソンＲ，コルビイジュニアによる米国特許第４
，４５０，３３９号に見出される。これ等の特許は、能
動的視覚装置に必要な光の投射を与えない。

１９８５年２月５日イ寸のチャールスＪ、リビイジュニ
アによる米国特許第４，４９７，９９６号は、光の投射
を与、えるが、頻繁な清掃を必要とする様な態様に愕成
される。

発明の目的発明の目的は、光源および光監視装置の形態の光学装置
が頻繁でない清掃を必閑とする様に溶接ヘッドに取付け
られるのを可能にする装置を提供することである。

一本発明の別の目的は、溶接工程９飛来する粒子と、フ
ユームと、熱とから光学装置を保碑４する装置を燐供す
ることであや。１〜　　、　　、発明の要約　　　−、
。

該目的は、適応可能な溶接制御装置の視覚制御に必要な
信号を供給する様に視覚ヘッドを設けることによって本
発明により達成される。該視覚ヘッドは、溶接ヘッドに
取付けるための金属囲いを有している。該溶接ヘッドは
、加工品に溶融金属の溶接プールを生じる。前記囲いは
、加工品に面する側部を有し、該側部は、第１孔および
第２孔を有し、該溶接プールを通って加工品に接する平
面に所定の角度を形成する様に溶接ヘッドから外方へ傾
斜する。好ましい結果を与えることが判明した角度の範
囲は、５°かつ４５°までであった。形状を与えられた
光線パターンを第１孔を経て加工品へ投射する投射装置
は、金属囲い内に装着される。また、形状を与えられた
光線が加工品によった散乱された後、該光線を第２孔を
経て監視して、適応可能な溶接制御装置の視覚制御に必
要な電気信号に散乱光線像を変換する監視装置は、囲い
内に装着される。また、視覚ヘッドは、囲い内に正の空
気圧を維持する加圧装置と、囲いの温度を維持する冷却
装置とを備えている。

本発明の他の実施例では、囲いに面する側部の外側面は
、溶接トーチから投出される溶融金属の粒子が該面に付
着するのを防止するために油塗膜で被われる。

実施例第１図は、視覚ヘッドの断面を示す。加工品１７に面す
る囲い４の側部１は、溶接点プール１６を通って加工品
１７に接する平面１８に対して１４°の角度を形成する
様に溶接ヘッド１５から外方へ傾斜する。該側部１には
、第１孔１０と、第２孔１１とがある。これ等の孔１０
，１１は、該側部１に対して垂直に方向づけられる。該
側部１の外側面は、溶接ヘッドの保護に一般に使用され
るスパッター防護塗膜と同一の油塗膜１９で被われる。

投射装置２０は、良好に限定された幾何学的形状、この
場合には線の光線パターン２２が加工品へ投射可能な様
に囲い４内に装着される。投射装置２０は、円筒形レン
ズ８と、該レンズを異質粒子から保護する保護板９とを
通り最後に０．５ｍｍＸ１５ｍｍの第１孔１０を通って
加工品１７へ投射する光源７を備えている。光源７は、
光学繊維束およびレーザーダイオードから成るグループ
から選択されてもよい。第１孔１０の寸法の範囲は、長
さが３０ｍｍまでで、巾が０．５　ｍｍから２．０　ｍ
ｍまでである。

また、形勢を与えら−れた光線パターン２２が加工品１
７に当った後に該パターンの散乱光線２３を監視する、
監視装置２１が囲い内に装着される。加工品１７を去る
と、散乱光線２３は、１．５　ｍｍの直径を有する第２
孔１１を通過しで、溶接ト−チ１５から投出される任意
の粒子がレンズ２に当るのを防止する保護板１２を通過
する。第２孔１１の寸法の範囲は、直径で０．５　ｍｍ
から２．０ｍｍまで工ある。次に、散乱光線２３は、精
密レンズ２を通□過した後、投射される光源の散乱光線
以外の光線が検出器５へ、送られるのを防止する干渉フ
ィルタ３を通過し、検出器５は、散乱光線像２３を電気
信号に変換するために囲い内に装着される二次元配列電
荷結合装置である。プリント回路６は、適応可能な溶接
制御装置へ電気信号を送る。

第２孔１１、レンズ２およびフィルタ３の配置は、これ
等が同心状の形状を形成する様に定められる。こ、の型
状は、光線がフィルタ３に達する以前トルウィル欠に対
立するものとして２．５ナノメートルフィル多の使用を
可能にする。第３図に示す様に、第２孔１１とレンズ２
との間の最小距離３０は、充分に広゛い視野を与える様
に充分に小さくなければならず、第２孔を通る通路を見
出し得る飛来する金属粒子の分散を可能にする様に充分
に大きくなければならない。この距離は、１０ｍｍから
４０ｍｍまでであって、２０ｍｍによって好ましい結果
を与えることが判明した。これは、任意の小さい金属粒
子の最も生じ得る衝突点４０がレンズ２の最も使用され
ない部分に生じることを保証する。

空気用結合部１３は、約３ｅ１分の流量で空気が囲い４
に流入して囲い４内に小さい正の空気圧を生じるのを可
能にすることにより加圧装置を提供し、該空気圧は、フ
ユームが孔１０，１１を通って囲い４に進入するのを防
止する。第３図に示す様に、内部の正の小さい空気圧に
よって生じる空気流の方向５０は、溶接アークおよ、び
その周囲の溶接点プールの不活性ガス遮蔽６０から離れ
る方向である。該空気圧は、光学装置をフユームから保
護するのに使用され、スパッターを阻止するのに使用さ
れない。

冷却用結合部１４は、冷却装置を提供する。冷却剤、通
常水の流れは、囲い内の熱の集積を防止する。

第２図は、適応可能な制御装置のブロック図である。囲
い６５内に装着される光源４５は、形状を与えられた光
線パターン８５を加工品７５へ投射する。散乱光線９５
は、監視装置５５によって検知され、監視装置５５は、
第２Ａ図のブロック（Ａ）に示す様な代表的像を生じる
。特有な角度の継手輪郭２５は、ブロック（Ａ）の中心
にある。該像は、溶接アークからの光によって生じる左
の点３５と、視野を横切った溶融金属の２つの粒子の痕
跡１５とによって歪められる。

該像は、解析のためにビデオプロセッサーへ送られる。

第２Ｂ図のブロック（Ｂ）は、監視装置５５によって供
給されるビデオ信号からビデオプロセッサーによってリ
アルタイムに発生されるデジタル化輪郭を示す。プロセ
ッサーは、その結果をマイクロコンピュータへ送り、マ
イクロコンピュータは、溶接パラメータ、即ち、継手の
位置および方向、端縁間の距離等を与えるのに必要な計
算を行う。

第２Ｃ図のブロック（Ｃ）は、溶接継手の計算された中
心を表わす十字を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は視覚ヘッドの断面図、第２図は適応可能な溶接
制御装置のブロック図、第２Ａ図はブロック・（Ａ）の
図、第２Ｂ図はブロック（Ｂ）の図、第２Ｃ図はブロッ
ク（Ｃ）の図、第３図は視覚ヘッドの特定の幾何学的形
状の利点を説明するための図を示す。ト・側部、２・・・精密レンズ、３・・・干渉フィルタ
、４・・・囲い、５・・・検出器、６・・・プリント回
路、７・・・光源、８・・・円筒形レンズ、９．１２・
・・保護板、１０・・・第１孔、１１・・・第２孔、１
３・・・空気用結合部、１４・・・冷却用結合部：１５
・・・溶接ヘッド、１６・・・溶接点ブー、ル、１７・
・・加工品、１８・・・平面、１９・・・油塗膜、２０
・・・投射装置、２１・・・監視装置、２２・・・光線
パターン、２３・・・散乱光線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶接される加工品に溶接点プールを生じる溶接ヘ
ッドに適応可能な溶接制御装置の視覚制御に必要な電気
信号を供給する視覚ヘッドにおいて、ａ）前記加工品に
面する側部を有し、前記溶接ヘッドに取付けられる金属
囲いを備え、該側部が、第１孔と、第２孔とを有し、前
記溶接点プールを通って該加工品に接する平面に対して
所定の角度を形成する様に該溶接ヘッドから外方へ傾斜
し、さらに、ｂ）形状を与えられた光線パターンを該第１孔を通して
該加工品へ投射する様に前記囲い内に装着される投射装
置と、ｃ）該形状を与えられた光線パターンの該加工品で散乱
された光線を前記第２孔を経て監視して、視覚制御に必
要な電気信号に該散乱光線を変換する様に該囲い内に装
着される監視装置と、ｄ）該囲い内に正の空気圧を維持
する加圧装置と、ｅ）該囲いの温度を維持する冷却装置
とを備える視覚ヘッド。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記第１孔および第２孔が、前記側部に対して垂直
に方向づけられる視覚ヘッド。
（３）特許請求の範囲第２項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記加工品に面する前記側部が、その外側面に油塗
膜を有する視覚ヘッド。
（４）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記投射装置が、ａ）前記囲い内に装着される光源と、ｂ）前記第１孔を経て前記形状を与えられた光線パター
ンとして該光源からの光線を前記加工品に集中する様な
態様で該囲い内に装着されるレンズと、ｃ）該レンズを異質粒子から保護する様に該レンズと該
第１孔との間で該囲い内に装着される保護板とを備える視覚ヘッド。
（５）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記監視装置が、ａ）電気信号を適応可能な溶接制御装置へ送る回路装置
と、ｂ）前記形状を与えられた光線パターンの散乱光線を電
気信号に変換する様に前記囲い内に装着される変換装置
と、ｃ）該散乱光線を該変換装置へ集中する様に該囲い内に
装着されるレンズと、ｄ）前記形状を与えられた光線パターンからの散乱光線
以外の任意の光線が該変換装置に当たるのを阻止する様
に該変換装置と該レンズとの間で該囲い内に装着される
干渉フィルタと、ｅ）該レンズを異質粒子から保護する様に該レンズと前
記第２孔との間で該囲い内に装着される保護板とを備える視覚ヘッド。
（６）特許請求の範囲第４項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記光源が、光学繊維束およびレーザーダイオード
から成るグループから選択される視覚ヘッド。
（７）特許請求の範囲第５項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記変換装置が、二次元配列電荷結合装置である視
覚ヘッド。
（８）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記第１孔が、３０ｍｍまでの長さと、０．５ｍｍ
から２ｍｍまでの巾とを有するスリットである視覚ヘッ
ド。
（９）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにおい
て、前記第２孔が、０．５ｍｍから２ｍｍまでの直径の
孔である視覚ヘッド。
（１０）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにお
いて、前記油塗膜が、前記溶接ヘッドを保護するのに使
用されるスパッタ防護塗膜と同一である視覚ヘッド。
（１１）特許請求の範囲第８項に記載の視覚ヘッドにお
いて、前記第１孔が、１５ｍｍの長さと、０．５ｍｍの
巾とを有するスリットである視覚ヘッド。
（１２）特許請求の範囲第９項に記載の視覚ヘッドにお
いて、前記第２孔が、１．５ｍｍの直径の孔である視覚
ヘッド。
（１３）特許請求の範囲第３項に記載の視覚ヘッドにお
いて、前記加工品に面する前記側部が、前記溶接点プー
ルを通って該加工品に接する平面に対して５゜から４５
゜までの角度を形成する視覚ヘッド。