JPH0423724B2 - - Google Patents
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- JPH0423724B2 JPH0423724B2 JP13562284A JP13562284A JPH0423724B2 JP H0423724 B2 JPH0423724 B2 JP H0423724B2 JP 13562284 A JP13562284 A JP 13562284A JP 13562284 A JP13562284 A JP 13562284A JP H0423724 B2 JPH0423724 B2 JP H0423724B2
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- modulation frequency
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、アーク溶接用の光学センサに関する
ものである。
ものである。
従来例の構成とその問題点
従来のアーク溶接用光学センサの最大の問題点
は、アーク光ノイズの影響を受けて検出精度が低
下することである。
は、アーク光ノイズの影響を受けて検出精度が低
下することである。
第１図は、被溶接物（以下ワークという）まで
の距離を非接触で検出する光学距離センサの従来
例を示すものである。１は10kHz変調回路、２は
レーザダイオード３をドライブするドライブ回
路、４はレーザダイオード３の出力光をスポツト
光に絞るコリメータレンズ、５はワーク、６は集
光レンズ、７は半導体位置センサ（PSD）、８と
９はオペアンプで構成した電流電圧変換回路、１
０と１１はオペアンプなどて構成した10kHzのバ
ンドパスフイルタ、１２と１３はそれぞれオペア
ンプなどで構成した加算回路と引き算回路、１４
はアナログの割算回路である。この例における距
離検出の原理は、次の通りである。10kHzに変調
したレーザスポツト光をワーク５に照射し、その
像をPSD７で受光すると、PSD７の結像位置に
対応した光電流がPSD７の出力端子から流れ出
る。これを電流電圧変換回路８および９で電圧に
変換し、さらに10kHzのバンドパスフイルタ１０
と１１を介することにより通常照明光などの外乱
光ノイズをカツトし、10kHzに変調したレーザ光
信号のみ取り出す。この各々の出力の和と差をと
り、差で和を割算するとある程度の受光光量の変
動に無関係にPSD７上での結像位置を求めるこ
とができる。したがつてワーク５の変異はPSD
７上のスポツト光の結像位置の変位として検知で
きるので、ワーク５までの距離を検知できる。し
かるに、アーク光の場合には、通常照明光に比べ
格段に強度が強く、かつ第２図に示すようにレー
ザの変調周波域までその周波数成分が存在するの
で、第１図に示したような従来方法や回路では、
バンドパスフイルタを通した後の信号出力は、第
２図に示すようにレーザ光の成分とアーク光の成
分の合成されたものになり、検出精度が低下する
ことになる。なお、変調周波数はPSDの応答特
性の制限から30kHz程度以上には上げられない。
そのため、従来の光学センサをアーク溶接用に適
用するのは困難であつた。
の距離を非接触で検出する光学距離センサの従来
例を示すものである。１は10kHz変調回路、２は
レーザダイオード３をドライブするドライブ回
路、４はレーザダイオード３の出力光をスポツト
光に絞るコリメータレンズ、５はワーク、６は集
光レンズ、７は半導体位置センサ（PSD）、８と
９はオペアンプで構成した電流電圧変換回路、１
０と１１はオペアンプなどて構成した10kHzのバ
ンドパスフイルタ、１２と１３はそれぞれオペア
ンプなどで構成した加算回路と引き算回路、１４
はアナログの割算回路である。この例における距
離検出の原理は、次の通りである。10kHzに変調
したレーザスポツト光をワーク５に照射し、その
像をPSD７で受光すると、PSD７の結像位置に
対応した光電流がPSD７の出力端子から流れ出
る。これを電流電圧変換回路８および９で電圧に
変換し、さらに10kHzのバンドパスフイルタ１０
と１１を介することにより通常照明光などの外乱
光ノイズをカツトし、10kHzに変調したレーザ光
信号のみ取り出す。この各々の出力の和と差をと
り、差で和を割算するとある程度の受光光量の変
動に無関係にPSD７上での結像位置を求めるこ
とができる。したがつてワーク５の変異はPSD
７上のスポツト光の結像位置の変位として検知で
きるので、ワーク５までの距離を検知できる。し
かるに、アーク光の場合には、通常照明光に比べ
格段に強度が強く、かつ第２図に示すようにレー
ザの変調周波域までその周波数成分が存在するの
で、第１図に示したような従来方法や回路では、
バンドパスフイルタを通した後の信号出力は、第
２図に示すようにレーザ光の成分とアーク光の成
分の合成されたものになり、検出精度が低下する
ことになる。なお、変調周波数はPSDの応答特
性の制限から30kHz程度以上には上げられない。
そのため、従来の光学センサをアーク溶接用に適
用するのは困難であつた。
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な外乱光ノイズが大きい
環境下での光学センシングを可能にすることを目
的とするものである。
特にアーク光などのような外乱光ノイズが大きい
環境下での光学センシ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に本発明は、相異なる
変調周波数1と区間と2の区間を周期的に設定す
る変調周波数設定手段と、前記変調周波数設定手
段によりレーザ光を変調しワークに投光する投光
手段と、前記ワークからのレーザ光の反射光を受
光する受光手段と、前記受光手段の出力を電気信
号に変換する電気信号変換手段と、前記電気信号
変換手段に接続され前記変調周波数1を通すフイ
ルタと、前記フイルタの出力のうち前記変調周波
数1の区間に対応する出力Ａと前記変調周波数2
の区間に対応する出力Ｂとを検出する出力サンプ
ル手段と、前記出力Ａと出力Ｂの差を求める演算
手段と、前記演算の出力から前記受光手段上
のレーザ光の結像位置を求める演算手段とから
構成した光学センサである。
変調周波数1と区間と2の区間を周期的に設定す
る変調周波数設定手段と、前記変調周波数設定手
段によりレーザ光を変調しワークに投光する投光
手段と、前記ワークからのレーザ光の反射光を受
光する受光手段と、前記受光手段の出力を電気信
号に変換する電気信号変換手段と、前記電気信号
変換手段に接続され前記変調周波数1を通すフイ
ルタと、前記フイルタの出力のうち前記変調周波
数1の区間に対応する出力Ａと前記変調周波数2
の区間に対応する出力Ｂとを検出する出力サンプ
ル手段と、前記出力Ａと出力Ｂの差を求める演算
手段と、前記演算の出力から前記受光手段上
のレーザ光の結像位置を求める演算手段とから
構成した光学センサである。
実施例の説明
以下、本発明の実施例につき、図面の第３図〜
第５図に沿つて説明する。第１図の同一部分には
同一番号を付し説明を省略する。第３図におい
て、１５は変調周波数設定手段（変調回路）、１
６は干渉フイルタ、１７，１８はバンドパスフイ
ルタ、１９，２０はサンプルホールド回路、２
１，２２はＡ／Ｄ変換回路、２３は演算手段（マ
イクロコンピユータ）である。そして変調周波数
設定手段１５は第５図にその一例を示すような変
調周波数1＝30kHzと変調周波数2＝1kHzを合成
した変調周波数を設定するために、発振回路とカ
ウンタ回路とゲート回路とで構成する。投光手段
は波長830nｍのレーザ光を発生するレーザダイ
オード３とそれらをドライブするドライブ回路２
とレーザ光を0.8mmφに絞るコリメータレンズ４
で構成する。受光手段は集点距離30mmの凸レンズ
６と、810nｍから840nｍの波長の光を通過させ
る干渉フイルタ１６とPSD７とで構成する。こ
の干渉フイルタ１６により、第４図に示すよう
に、アーク光の大部分をカツトできるので、
PSD７やそれに接続される電気信号変換回路の
飽和を防止でき、かつレーザ光のアーク光に対す
るＳ／Ｎを飛躍的に向上させることができる。電
気信号変換手段は、オペアンプなどで構成した電
流電圧変換回路８および９で構成する。フイルタ
は、オペアンプなどで構成したバンドパスフイル
タ１７および１８を用い、通過周波数は30kHz、
Ｑは10である。出力サンプル手段は、前記フイル
タ出力をサンプルホールドするサンプルホールド
回路１９および２０（サンプルタイミングは、第
５図の変調周波数1＝30kHzを区間の略中間のタ
イミングで行い、このサンプリング信号はマイク
ロコンピユータ２３から出力される）と高速８ビ
ツトＡ／Ｄ変換回路２１および２２（Ａ／Ｄスタ
ートタイミングは、マイクロコンピユーア２３か
ら出力される）とで構成する。演算手段および
はマイクロコンピユータ２３で構成する。ただ
し、アナログ回路などでも構成することは可能で
ある。マイクロコンピユータ２３は、変調周波数
設定手段１５から、現在の変調周波数を検出し、
出力サンプル手段のタイミングを出力する。また
変調周波数1＝30kHzの区間（第５図の（t1−t3）
区間）でのＡ／Ｄ変換値V1 1、V2 2と変調周波
2＝1kHzの区間（第５図のt3の区間）でのＡ／Ｄ
変換値V1 1、V2 2とを読み込み、（V1 1−V1 2）
＝ΔV1、（V2 1−V2 2）＝ΔV2を引き算処理を行
う。この処理によりアーク光のうち干渉フイルタ
を通過した30kHz成分（第２図の）をカツト
できる。すなわち変調周波数1＝30kHzの区間で
は、バンドパスフイルタを通過してくるのは、
30kHzに変調したレーザ光と、同じく30kHzの周
波数成分をもつアーク光である。2＝1kHzの区間
にバンドパスフイルタを通過してくるのは30kHz
の周波数成分をもつアーク光のみである。したが
つて、この両周波数域でのバンドパス出力値を前
述のように引き算すれば、アーク光ノイズを除去
できる。こうして求めたΔV1とΔV2とから（ΔV1
−ΔV2）／（ΔV1＋ΔV2）＝Ｘという演算処理を
することにより、受光光量の変動に無関係に、ワ
ーク５に投光したレーザ光のPSD７上での結像
位置Ｘを検出でき、ワークとこのセンサの距離を
検知することができる。なお、バンドパスフイル
タの出力値のサンプリング処理については、複数
回データを取り込んで、その平均値を用いること
も有効で、これらはマイクロコンピユータ２３を
使用すれば容易である。
第５図に沿つて説明する。第１図の同一部分には
同一番号を付し説明を省略する。第３図におい
て、１５は変調周波数設定手段（変調回路）、１
６は干渉フイルタ、１７，１８はバンドパスフイ
ルタ、１９，２０はサンプルホールド回路、２
１，２２はＡ／Ｄ変換回路、２３は演算手段（マ
イクロコンピユータ）である。そして変調周波数
設定手段１５は第５図にその一例を示すような変
調周波数1＝30kHzと変調周波数2＝1kHzを合成
した変調周波数を設定するために、発振回路とカ
ウンタ回路とゲート回路とで構成する。投光手段
は波長830nｍのレーザ光を発生するレーザダイ
オード３とそれらをドライブするドライブ回路２
とレーザ光を0.8mmφに絞るコリメータレンズ４
で構成する。受光手段は集点距離30mmの凸レンズ
６と、810nｍから840nｍの波長の光を通過させ
る干渉フイルタ１６とPSD７とで構成する。こ
の干渉フイルタ１６により、第４図に示すよう
に、アーク光の大部分をカツトできるので、
PSD７やそれに接続される電気信号変換回路の
飽和を防止でき、かつレーザ光のアーク光に対す
るＳ／Ｎを飛躍的に向上させることができる。電
気信号変換手段は、オペアンプなどで構成した電
流電圧変換回路８および９で構成する。フイルタ
は、オペアンプなどで構成したバンドパスフイル
タ１７および１８を用い、通過周波数は30kHz、
Ｑは10である。出力サンプル手段は、前記フイル
タ出力をサンプルホールドするサンプルホールド
回路１９および２０（サンプルタイミングは、第
５図の変調周波数1＝30kHzを区間の略中間のタ
イミングで行い、このサンプリング信号はマイク
ロコンピユータ２３から出力される）と高速８ビ
ツトＡ／Ｄ変換回路２１および２２（Ａ／Ｄスタ
ートタイミングは、マイクロコンピユーア２３か
ら出力される）とで構成する。演算手段および
はマイクロコンピユータ２３で構成する。ただ
し、アナログ回路などでも構成することは可能で
ある。マイクロコンピユータ２３は、変調周波数
設定手段１５から、現在の変調周波数を検出し、
出力サンプル手段のタイミングを出力する。また
変調周波数1＝30kHzの区間（第５図の（t1−t3）
区間）でのＡ／Ｄ変換値V1 1、V2 2と変調周波
2＝1kHzの区間（第５図のt3の区間）でのＡ／Ｄ
変換値V1 1、V2 2とを読み込み、（V1 1−V1 2）
＝ΔV1、（V2 1−V2 2）＝ΔV2を引き算処理を行
う。この処理によりアーク光のうち干渉フイルタ
を通過した30kHz成分（第２図の）をカツト
できる。すなわち変調周波数1＝30kHzの区間で
は、バンドパスフイルタを通過してくるのは、
30kHzに変調したレーザ光と、同じく30kHzの周
波数成分をもつアーク光である。2＝1kHzの区間
にバンドパスフイルタを通過してくるのは30kHz
の周波数成分をもつアーク光のみである。したが
つて、この両周波数域でのバンドパス出力値を前
述のように引き算すれば、アーク光ノイズを除去
できる。こうして求めたΔV1とΔV2とから（ΔV1
−ΔV2）／（ΔV1＋ΔV2）＝Ｘという演算処理を
することにより、受光光量の変動に無関係に、ワ
ーク５に投光したレーザ光のPSD７上での結像
位置Ｘを検出でき、ワークとこのセンサの距離を
検知することができる。なお、バンドパスフイル
タの出力値のサンプリング処理については、複数
回データを取り込んで、その平均値を用いること
も有効で、これらはマイクロコンピユータ２３を
使用すれば容易である。
本発明により、TIGアーク光近傍のワークまで
の距離測定を行つたところ、300Aのアーク電流
で、アーク前方15mmの位置まで検出可能であつ
た。第１図に示した従来センサでは、500mm以上
である。
の距離測定を行つたところ、300Aのアーク電流
で、アーク前方15mmの位置まで検出可能であつ
た。第１図に示した従来センサでは、500mm以上
である。
発明の効果
以上述べてきたように本発明によれば、従来不
可能であつたアーク溶接下でアーク近傍の溶接線
や溶接継手形状の検出が可能になる。アーク溶接
ロボツトや自動溶接機器に本センサを搭載すれ
ば、溶接熱歪みや継手変動などを正確にかつ高速
に検出できるので、溶接の高品質、高効率、省
力、低コスト化が図れ、この工業的効果は大なる
ものがある。
可能であつたアーク溶接下でアーク近傍の溶接線
や溶接継手形状の検出が可能になる。アーク溶接
ロボツトや自動溶接機器に本センサを搭載すれ
ば、溶接熱歪みや継手変動などを正確にかつ高速
に検出できるので、溶接の高品質、高効率、省
力、低コスト化が図れ、この工業的効果は大なる
ものがある。
第１図は従来の光学センサのブロツク図、第２
図はアーク光とレーザ光の周波数分析特性図、第
３図は本発明による光学センサの一実施例のブロ
ツク図、第４図は干渉フイルタによるアーク光カ
ツト効果の例を示す周波数分析特性図、第５図は
本発明の光学センサにおけるレーザ光変調の一例
を示す出力特性図である。 ２……ドライバ回路、３……レーザダイオー
ド、４……コリメータレンズ、５……被溶接物
（ワーク）、６……集光レンズ、７……半導体位置
センサ（PSD）、８，９……電流電圧変換回路、
１５……変調周波数設定手段（変調回路）、１６
……干渉フイルタ、１７，１８……バンドパスフ
イルタ、１９，２０……サンプルホールド回路、
２１，２２……Ａ／Ｄ変換回路、２３……演算手
段（マイクロコンピユータ）。
図はアーク光とレーザ光の周波数分析特性図、第
３図は本発明による光学センサの一実施例のブロ
ツク図、第４図は干渉フイルタによるアーク光カ
ツト効果の例を示す周波数分析特性図、第５図は
本発明の光学センサにおけるレーザ光変調の一例
を示す出力特性図である。 ２……ドライバ回路、３……レーザダイオー
ド、４……コリメータレンズ、５……被溶接物
（ワーク）、６……集光レンズ、７……半導体位置
センサ（PSD）、８，９……電流電圧変換回路、
１５……変調周波数設定手段（変調回路）、１６
……干渉フイルタ、１７，１８……バンドパスフ
イルタ、１９，２０……サンプルホールド回路、
２１，２２……Ａ／Ｄ変換回路、２３……演算手
段（マイクロコンピユータ）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 相異なる変調周波数1の区間と2の区間を周
期的に設定する変調周波数設定手段と、前記変調
周波数設定手段によりレーザ光を変調し被溶接物
に投光する投光手段と、前記被溶接物からのレー
ザ光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手
段の出力を電気信号に変換する電気信号変換手段
と、前記電気信号変換手段に接続され前記変換周
波数1を通すフイルタと、前記フイルタの出力の
うち前記変調周波数1の区間に対応する出力Ａと
前記変調周波数2の区間に対応する出力Ｂとを検
出する出力サンプル手段と、前記出力Ａと出力Ｂ
の差を求める演算手段と、前記演算手段の出
力から前記受光手段上のレーザ光の結像位置を求
める演算手段とから構成した光学センサ。 ２ 投光手段をコリメータレンズとレーザダイオ
ードとで構成した特許請求の範囲第１項記載の光
学センサ。 ３ 受光手段を集光レンズとレーザ光の波長を通
す干渉フイルタと半導体位置センサ（PSD）と
で構成した特許請求の範囲第１項記載の光学セン
サ。 ４ 出力サンプル手段をサンプルホールド回路と
Ａ／Ｄ変換回路とで構成した特許請求の範囲第１
項記載の光学センサ。 ５ 演算手段およびをマイクロコンピユータ
で構成した特許請求の範囲第１項記載の光学セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13562284A JPS6114506A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 光学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13562284A JPS6114506A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 光学センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6114506A JPS6114506A (ja) | 1986-01-22 |
| JPH0423724B2 true JPH0423724B2 (ja) | 1992-04-23 |
Family
ID=15156108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13562284A Granted JPS6114506A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 光学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6114506A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63302314A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-12-09 | Matsushita Electric Works Ltd | 光電センサ |
| JPS6415907U (ja) * | 1987-07-13 | 1989-01-26 | ||
| JP2643166B2 (ja) * | 1987-08-20 | 1997-08-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 後処理装置 |
| JPH022902A (ja) * | 1988-06-14 | 1990-01-08 | Ntt Technol Transfer Corp | 姿勢制御センサ |
| JPH05172738A (ja) * | 1991-12-24 | 1993-07-09 | Jasco Corp | 音響セル |
| JP5461761B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2014-04-02 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
| JP5461762B2 (ja) * | 2006-11-30 | 2014-04-02 | アズビル株式会社 | 距離計および距離計測方法 |
| US10175087B2 (en) * | 2017-02-09 | 2019-01-08 | The Boeing Company | Fuel level sensor having dual fluorescent plastic optical fibers |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP13562284A patent/JPS6114506A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6114506A (ja) | 1986-01-22 |
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