JPH0571930A

JPH0571930A - 溶接線検出装置及び溶接線検出方法

Info

Publication number: JPH0571930A
Application number: JP3230517A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Niwa; 嘉明丹羽
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP3162749B2

Abstract

(57)【要約】【目的】多様な継手形状への対応が要求される板金溶
接において、自動溶接機又は溶接ロボットに用いた自動
溶接に適用できる溶接線検出装置及び溶接線検出方法を
提供する。【構成】光源（投光器）１から被溶接部材Ｗへ投光さ
れた光の反射光をエリアセンサ（受光部）７が受光し、
この受光信号から制御部９が被溶接部材Ｗ表面までの距
離を測定して表面形状及び溶接線ＷＬを検出する。ま
た、被溶接部材Ｗからの反射光の明度分布により溶接線
ＷＬを検出することもできる。そして、被溶接部材Ｗの
突き合わせ部に間隙Ｇがある場合には被溶接部材Ｗまで
の距離から溶接線ＷＬを検出し、隙間Ｇがない場合には
反射光の明度分布により溶接線ＷＬの検出ができるた
め、種々の継手形状に対応して溶接線ＷＬを検出するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は溶接線検出装置及び溶
接線検出方法に係り、特に、自動溶接機や溶接ロボット
等を用いた自動溶接における溶接線の検出に好適な溶接
線検出装置及び溶接線検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学式の溶接線倣いセンサが
各種考案されており、特に、鉄骨、造船関係むけの構造
物溶接や、自動車ボディ溶接向けといった特定用途向け
のセンサは実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、各種継手形状に広く適応で
きるセンサの実用化がなされていないため、各種の継手
形状に対する溶接が要求される一般の板金溶接分野にお
いては溶接を自動化するために特にその開発が待たれて
いる。

【０００４】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、多様な継手形状への対
応が要求される板金溶接において、自動溶接機又は溶接
ロボットを用いた自動溶接に適用できる溶接線検出装置
及び溶接線検出方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る溶接線検
出装置は、溶接部位に光を投光する投光器と、この溶接
部位からの反射光を受光する受光部と、この受光部から
の受光信号を受けて前記溶接部位の表面形状を検出する
と共に溶接線を検出する制御部と、を有するものであ
る。

【０００６】そして、溶接部位からの反射光によりこの
溶接部位表面までの距離を測定して、この距離の変化に
より溶接部位の表面形状及び溶接線を検出したり、或い
は、溶接部位からの反射光の明度分布により溶接部位の
表面形状を検出すると共に溶接線を検出するものであ
る。

【０００７】

【作用】この発明に係る溶接線検出装置及び溶接線検出
方法によれば、投光器から投光される光により溶接部位
表面までの距離を測定して表面形状及び溶接線を検出
し、また、溶接部位からの反射光の明度分布により溶接
線を検出することができる。そして、溶接部位表面に間
隙がある場合には溶接部位までの距離の変化から溶接線
を検出し、隙間がない場合には反射光の明度分布により
溶接線の検出ができるため、種々の継手形状に対応して
溶接線を検出することができる。

【０００８】

【実施例】以下この発明に係る溶接線検出装置の好適な
実施例を図１に基づいて説明する。この溶接線検出装置
は、光源１から発せられた光（可視光線又は赤外光線）
をレンズ３を通して被溶接部材Ｗの表面にスリット状の
光Ｌ１を投光する投光器５と、この被溶接部材Ｗの表面
からの反射光Ｌ２を受光する受光部としてのエリアセン
サ７と、このエリアセンサ７からの受光信号を受けて被
溶接部材Ｗの表面形状を検出すると共に溶接線ＷＬを検
出する制御部９とを有しており、三角測量の原理を用い
て溶接部の断面形状及び溶接線ＷＬを検出する装置であ
る。

【０００９】この制御部９は、受光信号をディジタル量
に変換するＡ／Ｄ変換器１１、メモリ１３に記憶させる
さいのタイミング回路１５等を有している。

【００１０】このような溶接線検出装置では、投光器５
が発するスリット状の光Ｌ１が溶接線ＷＬをできるだけ
直角に横切る状態で投光し、この反射光Ｌ２をレンズ１
７を介してエリアセンサ７が受光する。そして、エリア
センサ７は受光信号を制御部９へ伝達する。制御部９で
は、Ａ／Ｄ変換器１１が受光信号を受けてディジタル量
に変換した後、タイミング回路１５によりエリアセンサ
７の図示しない転送クロックに同期してメモリ１３に記
憶される。

【００１１】次に、溶接線ＷＬの検出方法を図に基づい
て説明する。図２（Ａ）は溶接線検出装置を示してい
る。制御部９では、図２（Ｂ）に示すように、記憶され
た信号から被溶接部材Ｗの断面形状を認識する。すなわ
ち、図２（Ｃ）に示すように、各走査ライン毎の反射光
Ｌ２のピーク位置がスリット状の光Ｌ１が投光されてい
る位置における断面形状に相当する。この位置を全走査
ライン毎に検出して、図２（Ｄ）に示す断面形状を得
る。

【００１２】以下に、突き合わせ部の形状の違う場合に
ついて、各ケース毎に溶接線ＷＬの検出方法を図に基づ
いて説明する。

【００１３】検出ケース１このケース１では、図３（Ａ）に示すように、被溶接部
材Ｗの突き合わせ部に間隙Ｇがある場合について説明す
る。このように、被溶接部材Ｗの突き合わせ部に間隙Ｇ
がある場合には、その部分からの反射光Ｌ２は全く無い
ことになるため、図３（Ｂ）に示すように得られた断面
形状には欠除部ｇが生じることになる。そこで、欠除部
ｇの直前直後の二点Ｐ１(x1,y1) 、Ｐ２(x2,y2) の中点
Ｐａ(xa,ya) を溶接線ＷＬ位置とみなす。ここで、この
中点Ｐａの各座標は、xa＝(x1+x2)/２、ya＝(y1+y2)/２
から得られる。以下の説明における便宜上、この場合
の検出方法により溶接線ＷＬを検出する手段を”第１の
検出手段”と呼ぶ。

【００１４】検出ケース２このケース１では、図４（Ａ）に示すように、突き合わ
せ部の間隙Ｇの下側に裏あて材（治具を含む）１９等が
ある場合について説明する。この場合には、被溶接部材
Ｗ表面までの距離の変化は図４（Ｂ）に示すように断面
形状は窪み形状となるので、この窪みの直前直後の二点
Ｐ３(x3,y3) 、Ｐ４(x4,y4) の中点Ｐｂ(xb,yb) を溶接
線ＷＬ位置とみなす。ここで、この中点Ｐｂの座標は、
xb＝(x1+x2)/２、yb＝(y1+y2)/２から得られる。

【００１５】そして、この窪みの直前直後の二点Ｐ３、
Ｐ４を認識するには、例えば、Ｙ軸方向に被溶接部材Ｗ
表面までの距離の差分ΔＹをとると、図４（Ｃ）に示す
ように図４（Ｂ）に示した形状と同様のグラフとなる。
このグラフのおいて、この差分値ΔＹが最大となる点を
二点Ｐ３、Ｐ４とする。すなわち、ＭＡＸ［x(i)−x(i+
1)］であるx(i)をx3とし、ＭＡＸ［x(i+1)−x(i)］であ
るx(i)をx4とすればよい。以下の説明における便宜上、
この場合の検出方法により溶接線ＷＬを検出する手段
を”第２の検出手段”と呼ぶ。

【００１６】検出ケース３次に、図５（Ａ）に示すように、突き合わせ部の間隙Ｇ
が非常に狭いか、若しくは無い場合について説明する。
この場合は、図５（Ｂ）からわかるように、特徴とする
形状の変化は見られない。すなわち、間隙Ｇが小さすぎ
て密着した状態となるため、図６（Ａ）に示すように被
溶接部材Ｗ表面までの距離の変化が検出できないためで
ある。しかしながら、被溶接部材Ｗ端部には切断時等に
おける”だれ”や”かえり”が発生しており、このため
に突き合わせ部においては、図６（Ｃ）に示す様な乱反
射が発生する。すなわち、エリアセンサ７へ入射する光
の反射率が低下するので、反射光の明度は、図６（Ｂ）
に示すようにこの部分の明度が低下する。従って、この
明度分布の変化より溶接線ＷＬを認識することができ
る。

【００１７】そこで、図６（Ａ）に示すように、明度の
最低位置ycを明度分布データより求め、断面形状データ
においてycに相当する断面形状位置xcを求める。これに
より、溶接線ＷＬ位置Ｐｃ(xc,yc) を検出することがで
きる。以下の説明における便宜上、この場合の検出方法
により溶接線ＷＬを検出する手段を”第３の検出手段”
と呼ぶ。

【００１８】次に、前述の検出手段を用いた制御部９の
処理手順を、図に基づいて説明する。

【００１９】処理ケース１この場合には、図７に示すように制御部９はセレクター
手段ＳＬをもち、上記三つの検出手段の内どの検出手段
を用いて溶接線ＷＬ等の検出を行うかを、オペレータが
継手形状に応じて選択することができるようになってい
る。すなわち、オペレータの判断により、被溶接部材Ｗ
の突き合わせ部に間隙Ｇがある場合には第１の検出手段
を選択し、突き合わせ部の間隙Ｇの下側に裏あて材（治
具を含む）１９等がある場合には第２の検出手段を選択
する。また、突き合わせ部の間隙Ｇが非常に狭いか、若
しくは無い場合には第３の検出手段を選択することによ
り、各ケースに合った検出手段を採用する。ここで、こ
れらの検出手段によって検出される溶接位置は、前述の
ように各々Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃで与えられる。

【００２０】これにより、オペレータの経験等を生かし
て迅速に溶接線ＷＬ等を検出することができる。

【００２１】処理ケース２この場合には、図８に示すように、まず、第１の検出手
段による処理を行い（ステップＳ２１）、溶接線ＷＬが
検出されたか否かを判断する（ステップＳ２２）。そし
て、溶接線ＷＬが検出された場合には溶接線ＷＬ位置と
してＰａを出力する（ステップＳ２３）。一方、ステッ
プＳ２２において溶接線ＷＬが検出されなかった場合に
は、第２の検出手段による処理を行い（ステップＳ２
４）、溶接線ＷＬが検出されたか否かを判断する（ステ
ップＳ２５）。そして、溶接線ＷＬが検出された場合に
は溶接線ＷＬ位置としてＰｂを出力する（ステップＳ２
６）。一方、ステップＳ２５において溶接線ＷＬが検出
されなかった場合には、断面形状の明度分布データを作
成して（ステップＳ２７）、第３の検出手段による処理
を行い（ステップＳ２８）、溶接線ＷＬ位置としてＰｃ
を出力する（ステップＳ２９）。

【００２２】このように、溶接線ＷＬの検出処理が容易
な場合から処理を行い、溶接線ＷＬの検出が達成されな
かった場合にのみ次の検出処理を行うため、処理時間の
節約につながる。また、オペレータが行う処理がないた
め、自動溶接に用いることが可能となる。

【００２３】処理ケース３この場合には、図９に示すように、第１、第２、第３の
検出手段による検出処理を並行して全て行い、その内の
最も適正な溶接線ＷＬ位置を採用するものである。すな
わち、前記三つの検出手段による検出処理を並行して処
理し、これら各検出手段に対して設定した認識評価値Ｌ
ａ、Ｌｂ、Ｌｃを算出する（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３ス
テップ）。そして、これら認識評価値Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ
をを比較して（Ｓ３４ステップ）、この認識評価値が最
も大きくなる検出手段による処理結果を溶接線ＷＬ位置
として採用する（Ｓ３５ステップ）ものである。

【００２４】ここで、それぞれの検出処理における認識
評価値Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを得るには、例えば以下のよう
にして決定することができる。

【００２５】第１の検出手段の場合は、突き合わせ部の
間隙Ｇの大きさを評価値Ｌａとし、これが小さければ評
価値Ｌａが下がるように設定する( 図３参照）。例え
ば、次式のように設定することができる。

【００２６】Ｌａ＝ｋａ・[(x1-X2)²＋(y1-y2）²］^1/2 ここで、ｋａは重み係数である。

【００２７】第２の検出手段の場合は、差分値ΔＹの大
きさを評価値Ｌｂとし、窪みが小さければ差分値ΔＹが
小さくなるので、評価値Ｌｂが下がるように設定する(
図４参照）。例えば、次式のように設定することができ
る。

【００２８】Ｌｂ＝ｋｂ・[max[x(i)-X(i+1)] ＋max[X(i+1)-x(i)]] ここで、ｋｂは重み係数である。

【００２９】第３の検出手段の場合、明度分布の平均値
γと明度最下点での明度γｐの差をとり、最下点のピー
クが小さいと評価値Ｌｃが下がる下がるように設定する
〔図６（Ｂ）参照〕。

【００３０】Ｌｃ＝ｋｃ・[max(r-rp)] ここで、ｋc は重み係数である。

【００３１】これらＬａ、Ｌｂ、Ｌｃを評価値として、
これらの値が所要値以下であれば、溶接線ＷＬの検出が
成功であり、以下であれば不成功とする。

【００３２】このように、三つの検出手段を全て並行し
て処理し、それらの検出結果を比較して最も良い結果を
与える検出手段による検出結果を溶接線ＷＬ位置として
採用するため、適正な検出処理を行うことができる。ま
た、オペレータによる作業及び判断が必要でないため、
自動溶接における溶接線ＷＬの検出に適する。

【００３３】次に、本発明に係る溶接線検出装置の別の
実施例を図１０に基づいて説明する。ここで、前述の実
施例と共通する構成には共通する符号を用い、説明を省
略する。この溶接線検出装置では、スポット光を発する
光源２１と、モータ２３により一体で往復回動する投光
ミラー２５及び受光ミラー２７と、ラインセンサ２９
と、制御部３１とから構成されている。すなわち、光源
２１から発せられたスポット状の光（可視光線又は赤外
光線）Ｌ２１は、モータ２３によりクロックと同期して
往復回動する投光ミラー２５に照射され、その反射光Ｌ
２２が被溶接部材Ｗの表面に照射される。従って、光Ｌ
２２は被溶接部材Ｗの表面上を直線的に往復移動するこ
とになるが、この際に溶接線ＷＬをできるだけ直角に横
切るようにしておく。そして、被溶接部材Ｗの表面で反
射した光Ｌ２３は、投光ミラー２５と同期して往復回動
する受光ミラー２７を介してラインセンサ２９に受光さ
れる。このラインセンサ２９は受光信号を制御部３１に
伝達する。

【００３４】このような溶接線検出装置を用いても、前
述の実施例で説明したような手順により同様に溶接線Ｗ
Ｌ等を検出することができるので、同様な効果を得るこ
とができる。

【００３５】尚、上記二つの実施例においては、突き合
わせ継手のみについて行ったが、他の面継手や隅肉継
手、重ね継手においても認識可能である。

【００３６】また、処理ケース３における認識評価値Ｌ
ａ、Ｌｂ、Ｌｃを求める式を例示したが、本発明はこれ
に限るものではなく、同様の考え方に従った種々の式を
採用することができる。

【００３７】

【発明の効果】この発明に係る溶接線検出装置は以上説
明したような構成のものであり、投光器から投光される
光により溶接部位表面までの距離を測定して表面形状及
び溶接線を検出し、また、溶接部位からの反射光の明度
分布により溶接線を検出することができる。そして、溶
接部位表面に間隙がある場合には溶接部位までの距離か
ら溶接線を検出し、隙間がない場合には反射光の明度分
布により溶接線の検出ができるため、種々の継手形状に
対応して溶接線を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る溶接線検出装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】（Ａ）は、この発明に係る溶接線検出方法によ
り検出している全体の状態を示す説明図である。（Ｂ）は、制御部が検出した被溶接部材の表面形状を示
す図である。（Ｃ）は、被溶接部材からの反射光の状態を示すグラフ
である。（Ｄ）は、検出された被溶接部材の表面形状を示す図で
ある。

【図３】（Ａ）は、被溶接部材の突き合わせ部に間隙を
有する場合の溶接線検出方法を示す説明図である。（Ｂ）は、（Ａ）により得られた被溶接部材の表面形状
を示す図である。

【図４】（Ａ）は、被溶接部材の突き合わせ部の間隙の
下側に裏あて材等がある場合の溶接線検出方法を示す説
明図である。（Ｂ）は、（Ａ）により得られた被溶接部材の表面形状
である。（Ｃ）は、（Ｂ）における被溶接部材の表面までの距離
の差分を示すグラフである。

【図５】（Ａ）は、被溶接部材の突き合わせ部の間隙が
非常に狭いか、若しくは無い場合の溶接線検出状態を示
す説明図である。（Ｂ）は、（Ａ）により得られた被溶接部材の表面形状
を示す図である。

【図６】（Ａ）は、図５（Ａ）により得られた被溶接部
材の表面形状を示す図である。（Ｂ）は、図５（Ａ）により得られた被溶接部材表面の
明度分布を示すグラフである。（Ｃ）は、突き合わせ部分の光の反射状態を示す断面図
である。

【図７】制御部がセレクター手段を有し、オペレータが
溶接形状に応じて検出手段を選択して溶接線等の検出を
行う場合のフローチャートである。

【図８】三つの検出手段による検出処理を順次行って溶
接線ＷＬ等の検出を行う場合のフローチャートである。

【図９】三つの検出手段による検出処理を並行して行
い、その内最も適正な溶接線位置を採用する場合のフロ
ーチャートである。

【図１０】この発明に係る溶接線検出装置の別の実施例
を示す構成図である。

【符号の説明】

１、２５光源（投光器）７エリアセンサ（受光部）９、３１制御部２９ラインセンサ（受光部）Ｇ間隙ＷＬ溶接線Ｗ被溶接部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接部位に光を投光する投光器と、この
溶接部位からの反射光を受光する受光部と、この受光部
からの受光信号を受けて前記溶接部位の表面形状を検出
すると共に溶接線を検出する制御部と、を備えてなるこ
とを特徴とする溶接線検出装置。
【請求項２】溶接部位を横断する状態のスリット状の
光線を投光器が投光すると共に、受光部としてエリアセ
ンサ又はラインセンサを使用することを特徴とする請求
項１記載の溶接線検出装置。
【請求項３】溶接部位を横断する方向に往復移動する
スポット状の光線を投光器が投光すると共に、受光部と
してラインセンサを使用することを特徴とする請求項１
記載の溶接線検出装置。
【請求項４】投光器が溶接部位に発した光の反射光を
受光部が受光し、この受光部からの受光信号により制御
部が前記溶接部位の表面形状を検出すると共に溶接線を
検出することを特徴とする溶接線検出方法。
【請求項５】受光部からの受光信号により溶接部位表
面までの距離を測定して、この距離の変化により溶接部
位の表面形状及び溶接線を検出する請求項４記載の溶接
線検出方法。
【請求項６】溶接部位からの反射光の明度分布により
溶接線を検出する請求項４記載の溶接線検出方法。
【請求項７】請求項５記載の溶接線検出方法により、
溶接部位表面に所定幅以上の間隙を検出した場合にはこ
の間隙の中央部を溶接線として認識するが、所定幅以下
の間隙を検出した場合又は間隙を検出しない場合には、
続いて請求項６記載の溶接線検出方法により反射光の明
度分布から溶接線を検出する請求項４記載の溶接線検出
方法。
【請求項８】種々の検出方法による検出結果に対して
評価値を算出し、この評価値が最も大きな検出方法によ
る検出結果を溶接線位置とする請求項４記載の溶接線検
出方法。