JPH0658214B2

JPH0658214B2 - 光学繊維式継ぎ目探知装置

Info

Publication number: JPH0658214B2
Application number: JP60500520A
Authority: JP
Inventors: ルイスジーアルスター
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: DE3580915D1; EP0203073A1; IT8553930V0; EP0203073B1; IT1182607B; WO1986002452A1; JPS62500398A; US4614868A; EP0203073A4; IT8567864A0

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は一般に被加工物面上の異常を検出するための装
置に関し、更に詳細には、溶接開先の深さ、形状、及び
位置を検出するための感知装置に関する。

背景技術視覚式誘導装置の分野、更に詳細には自動アーク溶接の
領域においては、感知装置の個装が極めて重大な点とな
って来ており、真に柔軟な自動溶接装置を開発しようと
する試みを失敗させ続けている。現在の感知装置設計
は、感知装置自体が、一つの次元において、トーチブラ
ケットと同程度に細っそりしており、該感知装置が、ト
ーチを、該トーチだけならば通過することのできる全て
の狭い開口部を通って進ませることのできるようにする
という点に向けて開発が行なわれてきている。しかし、
第１の次元を最小限化すると、第２及び第３の次元が増
大することとなり、従って、回転可能性が減り、且つ、
トーチが障害物にどの程度まで接近できるかが制限され
る。この形式の感知装置を自動溶接装置に対して用いる
と、最も到達困難である接近不能領域を操作員が手作業
で溶接することが必要となる。

トーチの操縦性は、感知装置を、溶接トーチから更に遠
く離れた更に遠隔の場所へ移動させることにより、増大
させることができる。このようにすると、限られた狭い
場所へのトーチの接近可能性は増すが、何等かの特別の
予備的作用がなくなり、被加工物の反射係数が高度に可
変的となり、光のスポットを形成するためにかなりのエ
ネルギー密度が必要になるということが認められてい
る。感知装置によって受取られる光の量は、光のスポッ
トと該感知装置との間の距離の関数であり、従って、こ
の距離が増すと光源からのより多くのパワーが必要とな
る。必要とするパワーが増すと、機械的大きさが増大す
ることになり、そのために、感知装置を溶接ヘッドから
遠く離すことによって得られる操縦性を相殺するという
可能性が多きい。

溶接トーチの極めて苛酷な環境から感知装置を遠く離す
と、更に他利点が得られる。例えば、温度の両極端値の
強烈さが減るので、特別の冷却上の考慮が不要となり、
熱に特に敏感である電子部品をもっと安価なソリッドス
テート部品で構成することができる。

本発明は、上記の利点を有し、及び上述した問題を克服
することを目的とするものである。

発明の開示本発明の一つの態様によれば、この装置は、被加工物の
面上の異常を光学的に検出するために平面Ｐに沿って第
１の方向に移動可能である。この装置は、第１及び第２
の光学繊維束と投射光源とを備える。投射光源からの光
を第１の光学繊維束の一方の端部から上記第１の光学繊
維束に入射させるために第１の光学手段が設けられる。
そして、第１の光学繊維束の他方の端部から射出される
光を上記被加工面にスポット状に映し出す第２の光学手
段と、この光のスポットからの反射光を第２の光学繊維
束の一方の端部に導く第３の光学手段とが設けられ、該
第２の光学繊維束の他方の端部から射出される光が該光
に対応する電子信号を発生する検出手段により検出され
る。本発明の装置の特徴は、投射光源からの光を第１の
光学繊維束に入射させる第１の光学手段が、上記光を第
１の光学繊維束の実質的に単一の繊維上に映し出す手段
と光の通路を第１の光学繊維束の上記一方の端部を横切
って走査させるための走査手段とを備えること、及び上
記光のスポットからの反射光を第２の光学繊維束の一方
の端部に導く上記第３の光学手段が、上記反射光を上記
第２の光学繊維束の実質的に単一の繊維上に映し出す手
段を備えること、にある。

従来の誘導装置は大形のかさばったものであり、この装
置は、例えば溶接ヘッドに取付けられた場合に溶接装置
の移動性を抑制する。これらの誘導装置は、反射信号
を、一般に製造環境に付随して特に溶接フラッシュから
発生する光学的「ノイズ」から区別することのできるよ
うにするために、必然的に、溶接開先に至近近接して配
置されなければならない。本発明装置は、誘導装置を溶
接開先の至近領域から遠く離すことが信号対雑音比に悪
影響を与えることのないように許容エネルギー密度を保
持することを目的とするものである。

図面の簡単な説明第１図は本発明装置の構成部材の相対的配置を示す略図
であり、第２図は本発明装置の光学系を示す略図であり、第３図は本発明装置の断面図であり、第４図は溶接ヘッドに直接取付けられた感知装置の断面
図であり、第５図は光学繊維束の断面図である。

発明を実施するための最良の態様次に図面について説明すると、図面には本発明装置の好
ましい実施例が示されており、第１図は、被加工物１１
の面上の異常を光学的に検出するために平面Ｐに沿って
第１の方向に移動可能である装置１０を示すものであ
る。第１図は、溶接ヘッド１３及び被加工物面１１に対
して近接関係にある装置１０を示すものである。第２図
は装置１０の光学装置を詳細に示すものであり、以下の
説明において第１図及び第２図の両方を参照することに
より、本発明をより理解することができる。

装置１０は、各々が第１及び第２の端部１６、１８；２
０、２２を有している第１及び第２の光学繊維束１２、
１４を有す。光源２４は、例えば、レーザダイオード２
６及び８３０ナノメートルの波長を有する直径１０mmの
単色光を投射する出力光学装置、６２８ナノメートルの
波長を有する単色光の0.８mmビームを投射するヘリウム
・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ２８、上記Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ光を直角に反射するための第１のミラー３０、並び
に上記Ｈｅ−Ｎｅレーザ光を通過させ且つ上記レーザダ
イオード光を直角に反射するためのダイクロイックミラ
ー３２から成る。上記Ｈｅ−Ｎｅ及び上記ダイオードの
光はいずれも視準されて互いに実質的に同軸的に整列さ
せられる。但し、レーザダイオード２６は発散的楕円ビ
ームを投射し、例えばレンズ３３によって視準すること
が必要である。第１の手段３４が上記投射された光を受
入れ、そして第１の光学繊維束１２の第１の端部１６を
横切って上記光を線走査させることによって上記光の通
路を変更する。第１の手段３４は、光源２４と第１の光
学繊維束１２の第１の端部１６との中間に配置された検
流計３６を有す。上記検流計は、第１の光学繊維束１２
の第１の端部１６に対して角度的に位置決め可能な軸３
７を有し、上記検流計軸に固定されている第１のミラー
３８をもって上記２つの視準された光源２６、２８の入
射角を変化させるようになっている。検流計３６は、該
検流計３６に与えられる電流の量を変化させることによ
り、遠隔プロセッサ３９の制御の下で２°の角度にわた
ってミラー３８を振動させる。上記入射角が変化する
と、第２の手段４０を横切る平面において上記光が反射
され、該光は第１の光学繊維束１２の実質的に単一の繊
維上に収束させられる。第２の手段４０は球面レンズ４
２を有しており、該レンズは、例えば、２５mmの焦点距
離を有し、第１の光学繊維束１２から２５mmの位置に配
置されている。上記２５mmレンズと８３０nm光との組合
せにより、上記の１０mm径のレーザ光は約４ミクロンの
直径に縮小して映し出され、その結果、使用可能パワー
の約９５％が単一の１０ミクロン繊維に与えられる。ま
た、８３０nm以外の波長を有するレーザを用いる場合に
は、同様寸法の像を得るために、レンズ４２の位置及び
焦点距離を適切に調節することが必要となる。

レーザ光はガウス分布を有しているということが知られ
ている。従って、１０ミクロン繊維上に同軸的に映し出
される１５ミクロンの直径を有するスポットであって
も、使用可能パワーの７０％を単一の繊維を通じて伝達
する。光学繊維束１２上に映し出されるスポットの大き
さを制限することにより、上記光のかなりの部分を上記
光学繊維束の単一繊維を通じて伝達することができると
いうことが認められている。これは、伝達される光のエ
ネルギー密度を十分に高いレベルに保持し、被加工物面
１１から反射される光を、溶接機のアークフラッシュに
よって発生する「ノイズ」から区別するのに十分な強度
にあらしめるようにするために重要なことである。即
ち、上記レーザ光の高いエネルギー密度が、高い信号対
雑音比を維持するうえにおいて重要な因子である。

第５図について説明すると、図は光学繊維束１２の端面
図であり、直交行列に配置された個々の繊維を示すもの
である。束１２上に映し出されたレーザ光は破線円４３
で示されており、約３０ミクロンの直径を有す。この像
は、４本の繊維上に完全に落ち、そして８本の分離した
繊維上に部分的に落ちるように示されている。これらの
部分的に照明される繊維はこの部分的照明を保持するこ
とはなく、その光を発散させてその繊維全体を均一に照
明させる。光学繊維束の第２の端部１８から投射される
光は３０ミクロンの入力直径よりもかなり大きくなる。
更にまた、個々の繊維相互間の空間において失われる光
は、直径が大きくなるにつれて益々顕著になる。これに
対して、本発明装置１０は、レーザ光を、破線４４で示
す４ミクロンのスポットに映し出す。この図示からは上
記光の１００％が単一繊維を通って伝達されるように思
われるが、レーザ光はガウス分布で生じているので、固
定した直径内には或る制限された量の光が落ちるだけで
ある。前述したように、使用可能エネルギーの約９５％
が単一の繊維内に結合される。装置１０の構成中に、光
学繊維束の整列に注意を払い、１行の繊維の中心点が全
て、振動するミラー３８によって反射される光の平面内
に落ちるようにする。これにより、レーザ光はこの繊維
行内の各繊維と順次連結され、最大限のエネルギーを被
加工物面１１へ伝達させることができる。

再び第１図及び第２図について説明すると、第３の手段
４５が、第１の光学繊維束１２の第２の端部１８から光
を受入れ、被加工物面１１に対して光を映し出し、光の
スポットを形成する。第３の手段４５は、例えば、第１
の光学繊維束１２の第２の端部１８に隣接配置された球
面レンズ４６、並びに第１及び第２の交差平面５４、５
６によって形成される第１及び第２の面５０、５２を有
するくさびプリズム４８を有す。プリズム４８は球面レ
ンズ４６に隣接配置され、平面５４、５６の交差部は、
平面Ｐとほぼ直角の線５８を形成している。くさびプリ
ズム４８は光を溶接ヘッド１３へ向かう方向に所定の角
度で屈折させるように配置されており、線走査を溶接ヘ
ッド１３にできるだけ近く位置決めする。光学繊維ケー
ブル即ち束１２及び球面レンズ４６をこの同じ所定角度
で配置して光を上記被加工物面へ向かって投射すること
により、くさびプリズム４８の援用なしで同様の結果を
得ることができる。しかし、この角度的配置は、レンズ
４６及びケーブル１２を溶接ヘッド１３からもっと遠く
離すことが必要であり、手段４５に必要な個装が大形化
し、溶接ヘッド１３の移動性が減る。また、被加工物面
１１とプリズム４８との中間に窓６０が配置されてい
る。窓６０は、プリズム４８の光学面を溶接スパッタか
ら保護するために設けられるものであり、サファイヤで
作られてその極めて高い硬さを利用している。この硬さ
が溶接スパッタを窓６０に被着させにくくするだけでな
く、更に、環境条件のために、最終的には、溶接処理に
よって生ずる煙で運ばれる微粒子の集積によって窓６０
が塞がれるようになる。従って、窓６０を定期的に清掃
することが必要であり、この保護窓の硬さがないと、窓
６０の引っ掻きを避けるために多大の注意が必要にな
る。或る期間が過ぎると、窓６０の光学的伝達性は、十
分なレーザ光が窓６０を通過して光のスポットを形成す
るということができなくなるという点まで劣化する。サ
ファイヤで保護用窓６０を構成することにより、簡単に
入手できる清掃材（例えば、紙製品）を、透明性に悪影
響を与えることなしに、使用することができる。

被加工物面１１上に形成された光のスポットは、反射係
数が高度に可変であるので、全ての方向に反射させられ
て光の半球を形成する。この反射光の一部は第４の手段
６２へ導かれてこれに受取られ、そこでこの光は第２の
光学繊維束１４の第２の端部２２における実質的に単一
の繊維上に映し出される。第４の手段６２は、例えば、
窓６０と類似の保護用窓６４、及び球面レンズ６６を有
す。球面レンズ６６は球面レンズ４６に対する対の一方
であり、一方は他方の逆結像特性を有し、且つ、各々は
そのそれぞれの光学繊維束１２、１４の端部１８、２２
から同じ距離に配置されている。これらの逆結像特性を
利用して、被加工物面１１がレンズ４６の焦点面内にあ
ることにかかわりなく、逆加工物面１１上に映し出され
る光のスポットをレンズ６６によって単一繊維の内径に
ほぼ等しい直径に映し出す。例えば、レンズ４６が２０
の倍率を与えるように選定された場合には、レンズ６６
は１／２０の倍率を与える。被加工物面１１上に形成さ
れる光のスポットは、焦点面からのその距離によって定
まる直径を有す。光のスポットが焦点面から遠くなるほ
どその直径は大きくなる。しかし、レンズ６６はレンズ
４６の逆結像特性を有しているので、レンズ４６が焦点
面から遠ざかるにつれてスポット直径が増大するとき
に、レンズ６６はこの投射光の増大を妨害し、上記直径
を、レンズ４６によって受取られるときの元の直径に戻
す。この直径は理想的には単一繊維の直径であるが、レ
ンズにある収差が、上記直径をその正確な元の直径に戻
らせることを妨げ、像の若干のぶれが生ずる。

この反射光は第２の光学繊維束１４を通って伝達され、
そこで、第５の手段６８が第２の光学繊維の第１の端部
２０からのこの光を受取って第６の手段７０上にこの光
を映し出し、該第６の手段は、この光の位置に応答して
電気信号を遠隔プロセッサ３９へ送り出す。第５の手段
６８は、例えば、第２の光学繊維束１４の第１の端部２
０に隣接装置された視準レンズ７２を有す。装置１０の
一実施例においては、第７の手段７４が第６の手段６８
から光を受取り、第１の手段３４と同期してこの光を走
査し、この光を第６の手段７０へ送り出す。第７の手段
７４は、例えば、第５及び第６の手段６８、７０の中間
に配置された第２の検流計７６を有す。検流計７６は軸
７８を有しており、該軸は、第１の検流計３６の軸３７
と同期して第２の光学繊維束１４の第１の端部２０に対
して角度的に位置決め可能である。第２のミラー８０が
軸７８に固定されておってこれと一致的に８°の角度に
わたって回転可能であり、これにより、視準された光
を、第６の手段７０を横切る平面内で反射する。ミラー
８０の上記８°の角度的変位は、視準レンズ７２によっ
て生ずる鋭い振れを補償する。上記の受入れ光学装置
は、受取られる光の量が、送り出された光の量の一小部
分に過ぎないという点において、上記の送出し光学装置
と異なる。従って、上記送出し光学装置においては取る
に足りないものと考えられる可能性のある光学的損失
も、受入れ光学装置においては遥かに重大なものとな
る。この理由のために、視準レンズ７２を、比較的短い
焦点距離及び低いＦ数を持つように選定し、できるだけ
多くの光を伝送される。しかし、短い焦点距離及び低い
Ｆ数は、視準レンズ７２を通って送られる視準済み光の
角度的変位を増大させる。従って、２°の弧にわたって
送り出される光は８°の弧において受取られる。両検流
計３６、７６は遠隔プロセッサ３９の直接制御の下にあ
り、第１の検流計３６の２°の弧と同期して８°の弧を
横切るための第２の検流計７６の適応をソフトウェア制
御の問題とならしめている。

ミラー８２が、検流計ミラー８０によって反射された光
を受取り、２nm巾の通過帯域を有する帯域フイルタ８４
を通して上記光を直角に反射する。フイルタ８４は、８
３０nmのレーザ光のみを通過させ、溶接アークフラッシ
ュの「ノイズ」または何等かの偶発光によって疑似信号
が発生させられるのを防止する。上記帯域フイルタの通
過帯域の巾は、投射されるレーザダイオードの光の波長
に対応するように選定される。対応的に、レーザダイオ
ード２６の波長の変化には、帯域フイルタ８４における
適切な変化が必然的に付随する。球面レンズ８６が、例
えば５０nmの焦点距離を有しており、フイルタされた光
をシリコンホトダイオードラインアレイ８８上に映し出
すように働く。ダイオードラインアレイ８８は上記映し
出された光を、アレイ８８内のどのダイオードがこのフ
イルタ済み光を受取っているかを表わすディジタル信号
に変換する。電子工学及び光学的設計の当業者には解る
ように、振動式のミラー８０を静止式ミラーで置き換え
てもよく、また、上記ラインダイオードアレイの代りに
マトリックスダイオードアレイを用いてもよい。この装
置は、信号をデスキャンするのではなく、被加工物面１
１についての地形的情報を引き出すために遠隔プロセッ
サ３９が翻訳するｘ及びｙの両座標の移動を許すもので
ある。

第３図は、以後においては光学式プロセッサ９０と呼ぶ
装置１０の一部を示すものである。光学式プロセッサ９
０は溶接ロボット上に配置されているが、溶接トーチか
らは遠く離れて配置されている。可変電流信号が遠隔プ
ロセッサ３９によって検流計３６、７６へ送られる。こ
の遠隔プロセッサは、好ましくは、光学式プロセッサ９
０から分離され、溶接ロボットから遠く離されている。
プロセッサ３９は、ラインダイオードアレイ８８によっ
て与えられるディジタル信号を理解し、視野内の溶接開
先の巾、深さ及び位置を測定するためのソフトウェアル
ーチンを該プロセッサのメモリに内蔵している。次い
で、プロセッサ３９は制御信号を溶接ロボットに与え、
移動の方向及び速度、ワイヤ給送速度、溶接電圧、等を
制御する。上記のソフトウェア制御ルーチンは本発明の
一部とは考えられないものであり、従って、本願におい
ては開示してない。同様に、上記の溶接ロボットは本発
明の一部であるとは考えられないものであり、市販の任
意の産業ロボットの形式であってもよい。

光学式プロセッサ９０は、製造環境に大量に存在して空
気で運ばれてくる微粒子の集積から光学装置を保護する
ために密閉可能な容器９１内に格納されている。Ｈｅ−
Ｎｅレーザ２８は、それぞれの電源９２とともに容器９
１に固定されている。Ｈｅ−Ｎｅレーザ２８からの視準
済み光はミラー３０によって反射されてダイクロイック
ミラー３２を通過させられる。上記Ｈｅ−Ｎｅレーザ
は、被加工物面１１から反射された光の強度に影響を与
えようとするものではなく、不可視のレーザダイオード
光の位置を可視的に表示しようとするものである。レー
ザダイオード２６は、肉眼には見えない８３０nmの単色
光を放出する。レーザダイオード２６は電源９４から電
力を受入れて視準用のレンズ３３を通して光を送り出
し、この光はダイクロイックミラー３２によって反射さ
れる。ダイクロイックミラー３２は上記Ｈｅ−Ｎｅダイ
オード及びレーザダイオードの光を同軸的に位置決め
し、従って、装置１０に対して何等かの調節がなされて
上記の可視Ｈｅ−Ｎｅ光に影響を与えると、上記の不可
視レーザダイオード光にも必ず同様に影響を与えること
になる。ダイクロイックミラー３２からの光は走査用の
ミラー３８によって反射され、球面レンズ４２によって
光学繊維束１２上に映し出される。ジャッキングステー
ジ１００が球面レンズ４２の回りに配置されており、レ
ンズ４２を第１の光学繊維束１２の第１の端部１６に対
して移動させることにより、上記伝達されたレーザ光の
微細合焦を行なうことのできるようになっている。この
走査光によって形成される線分を、束１２の端部１６の
適切な弦１６上に落ちるように適切に位置決めすること
は、レーザダイオード２６に対してシムを入れて適切な
高さにすることによってなされる。回転式ステージ９６
により、光学繊維束１２を回転的に位置決めし、或る一
つの行の繊維の中心点を、上記走査光によって形成され
る線分と整合させることができる。上記の回転式ステー
ジ及びジャッキングステージ（１００、９６）の組合せ
調節可能性により、上記走査光を単一行の繊維に沿って
伝達し、各個別繊維をこの投射レーザ光に順次連結する
ことができる。この調節過程は、映し出されるレーザ光
を操作員が見ることができないと、極めて困難であろ
う。しかし、市販の赤外線集束形ビュアーをこの調節過
程中に用いて８３０nm光を可視することができる。

光学プロセッサ９０の受入れ部も回転式ステージ９８及
びジャッキングステージ１０２を有し、反射光をデスキ
ャニングミラー８０の回転軸と垂直の平面内でほぼ掃引
するように、及び受入れた光の微細収束を可能ならしめ
るようになっている。視準レンズ７２が、反射されたレ
ーザ光を、該光が回転式ステージ９８及びジャッキング
ステージ１０２によって適切に方向づけらた後に受入
れ、そして視準された光を振動式のミラー８０へ送る。
上記視準済み光は、次いで、ミラー８０、８２から反射
され、帯域フイルタ８４を通過させられ、そして球面レ
ンズ８６によってラインダイオードアレイ８８上に映し
出される。振動式ミラー３８と同期するミラー８０の振
動運動は、被加工物から反射した光が光学ヘッドからの
所定の距離に留まっているようになっている単一の場所
へ上記視準済み光を反射するように働く。上記所定の場
所からの上記視準済み光の変位は、被加工物面１１が上
記光学ヘッドから或る異る距離にあるということを示
す。この変位の大きさは、上記光学ヘッドと被加工物面
１１との間の距離を示す。例えば、レーザ光が被加工物
面１１を横切って走査させられると、この光は溶接開先
内に落ち、そして、上記送出し光学装置及び上記受入れ
光学装置が互いに角度的にずれているので、上記レーザ
光によって被加工物面１１上に形成される線分は不連続
となって見える。その点及び途切れの大きさは上記溶接
開先の位置及び深さを示す。

次に第４図について説明すると、図は、以下においては
光学ヘッド１０４と呼ぶ装置１０の一部を示す断面図で
あり、該ヘッドはボルト１０６、１０８で溶接ヘッド１
３に取付けられている。光学繊維束１２、１４は通路１
１０を通って光学ヘッド１０４に入り、光学ヘッド１０
４内で球面レンズ４６、６４に隣接して終端している。
保護窓６０、６６が光学ヘッド１０４の第１の端部１１
２に隣接装置され、くさびプリズム５０が、窓６０とレ
ンズ４６との中間で第１の保護窓６０に隣接配置されて
いる。送り出されて反射する光の光学路を破線１１４で
示してあり、これは三角測量の原理を示すものである。
例えば、破線１１６で示す溶接開先において被加工物面
１１の高さに変化が生ずると、反射光は別の通路を通
り、そして、これに対応して別の繊維を照明する。その
結果、ホトダイオードラインアレイ８８内の異なるダイ
オードが照明され、被加工物の面１１が予め選定された
測定可能な量だけそれているということを遠隔プロセッ
サ３９に示す。

図示の光学ヘッド１０４の全体的寸法は、高さが５イン
チ（１２７mm）であり、溶接ヘッド１３から2.５インチ
（６3.５mm）突き出ている。光学ヘッド１０４が小形で
あるということは、溶接ヘッド１３が溶接開先の端部に
到達することのできる前に垂直の障害物が光学ヘッド１
０４に接触するかもしれない行き止り部内への溶接のよ
うに、限られた狭い領域内へ溶接ヘッド１３が入って行
くことを可能ならしめる。光学ヘッド１０４を小形にす
ると、溶接ヘッド１３が到達することのできない溶接開
先の量が減る。光学ヘッド１３が小形であるということ
は、行き止り領域内への溶接部を仕上げるのに十分な角
度で溶接ヘッド１３を傾斜させることを可能ならしめ、
事実上、行き止り部継ぎ目の入手による溶接を不要なら
しめる。

産業上の適用性装置１０の全体的作動において、溶接ヘッド１３を被加
工物１１内の開先の上に位置させ、ロボットが、遠隔プ
ロセッサ３９からの指令の下て、上記開先に沿って溶接
ヘッド１３を案内しようとしているものとする。上記溶
接開先の位置は、装置１０によってディジタル電気信号
の形式で提供される情報から決定される。

光源２４が、視準された単色光を振動式ミラー３８に与
え、該ミラーは、この光を、第１の光学繊維束１２の端
部１６を横切って線状に走査させる。束１２は、上記走
査光の中心線が束１２内の単一の線形アレイの個々の繊
維の中心と実質的に整合するように機械的に方向づけら
れている。高さが、束１２の第２の端部１８における線
形アレイの繊維から伝達され、被加工物面１１上に映し
出される。任意の時に、光のスポットが被加工物面１１
上に形成されるが、或る時間にわたって上記フポットは
面１１の2.５インチ（６3.５mm）を横切って走査させら
れる。面１１によって反射された光の一部は光学繊維束
１４の第２の端部２２上に映し出され、束１４内の予め
選定された繊維を照明する。上記照明されている繊維
は、上記線状走査内の上記スポットの位置と光学ヘッド
１３からの上記スポットの距離との両方によって決定さ
れる。上記光は、束１４を通って伝達され、第２の束１
４の第１の端部２０から出、振動式ミラー８０上に当た
る。ミラー８０、３８は互いに同期して振動しており、
これにより、第１のミラー３８によって生ずる線状走査
が第２のミラー８０によって無効化されるようになって
いる。例えば、被加工物面１１が完全に平らであれば、
上記第２のミラーによって反射された光は完全に静止し
ており、ホトダイオードアレイ８８内の同一のホトダイ
オードを照明する。従って、被加工物面１１における変
化はホトダイオードアレイ８８上の上記光の変位に翻訳
される。アレイ８８内の別のダイオードが照明され、別
の電気信号を遠隔プロセッサ３９に与える。上記被加工
物面における変化の大きさはホトダイオードアレイ８８
上の上記光の変位の大きさに正比例する。アレイ８８に
よって送り出されるディジタル信号は被加工物１１の面
形状についての情報を含んでいる。

以上においては装置を主として溶接開先の追跡について
説明したが、光学パターン認識の当業者は、視覚的識別
を必要とする任意の形式の装置に装置１０を用いること
ができるということが解るであろう。例えば、本発明装
置１０を用いて、製造工程における部品、特にその特定
の配置方向を識別し、そしてこの情報をマニピュレータ
に与えて該部品を所定位置に置くことができる。或いは
また、この装置１０を品質管理用に用い、製造済み部品
を視覚的に検査して該部品が許容交差内にあることを認
識することができる。

本発明装置１０はここに例示した用途に限定されるもの
ではなく、上記例は、単に、装置１０の作動を明瞭なら
しめるために記載したものである。

本発明の他の態様、目的、及び利点は、図面、上述の開
示、及び添付の請求の範囲を検討すれば解る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の光学繊維束（12、14）と、投射光源(24)と、上記投射光源からの光を上記第１の光学繊維束(12)の一
方の端部から上記第１の光学繊維束(12)に入射させる第
１の光学手段（34、40）と、上記第１の光学繊維束(12)の他方の端部(18)から射出さ
れる光を上記被加工面にスポット状に映し出す第２の光
学手段(45)と、上記光のスポットからの反射光を上記第２の光学繊維束
(14)の一方の端部に導く第３の光学手段(62)と、上記第２の光学繊維束(14)の他方の端部から射出される
光を受けて該光に対応する電気信号を発生する検出手段
(70)と、を備え、平面Ｐに沿う第１の方向に移動可能であって、
被加工物(11)の面上の異常を光学的に検出する装置(10)
において、上記投射光源からの光を上記第１の光学繊維束(12)に入
射させる上記第１の光学手段（34、40）は、上記光を上
記第１の光学繊維束(12)の実質的に単一の繊維上に映し
出す手段(40)と、上記光の通路を上記第１の光学繊維束
(12)の上記一方の端部を横切って走査させるための走査
手段(34)とを備え、上記光のスポットからの反射光を上記第２の光学繊維束
(14)の一方の端部に導く上記第３の光学手段(62)は、上
記反射光を上記第２の光学繊維束(14)の実質的に単一の
繊維上に映し出す手段(62)を備えることを特徴とする装
置(10)。
【請求項２】上記第２の光学繊維束(14)の上記他方の端
部と上記検出手段(70)との間に設けられ、上記走査手段
(34)と同期して上記第２の光学繊維束からの光を走査さ
せ上記検出手段(70)に導く第４の光学手段(74)を有する
請求の範囲第１項に記載の装置(10)。
【請求項３】上記第２の光学手段(45)と上記第３の光学
手段(62)がいずれも実質的に平面Ｐ内に配置され、且つ
一方が他方から変位させられている請求の範囲第１項又
は第２項に記載の装置(10)。
【請求項４】上記走査手段(34)が、上記投射光源(24)と上記第１の光学繊維束(12)の上記一
方の端部(16)との中間に配置された第１の検流計(36)を
含み、上記第１の検流計(36)は上記第１の光学繊維束(1
2)の上記一方の端部(16)に対して角度的に位置決め可能
な軸(37)を有しており、上記検流計(36)の軸(37)に該軸と一体に回転可能な第１
のミラー(38)が固定され、上記投射光を上記第１の光学
繊維束(12)の上記一方の端部(16)を横切る平面内に反射
するようになっており、上記検流計(36)に与えられる電流の量を変化させて該検
流計(36)の上記軸(37)を回転させる手段が設けられた請
求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の装
置(10)。
【請求項５】上記第４の光学手段(74)が、上記第１の検流計(36)の上記軸(37)に同期して上記第２
の光学繊維束(14)の上記他方の端部(20)に対して角度的
に位置決め可能な軸(78)を有する第２の検流計(76)と、上記第２の検流計(76)の上記軸(78)と一致して回転可能
なように上記第２の検流計(76)の上記軸(78)に固定され
た第２のミラー(80)とを含み、上記検出手段(70)を横切
る平面内に光を反射するようになっており、上記第２の検流計(76)に与えられる電流の量を変化させ
て該検流計(76)の上記軸(78)を回転させる手段が設けら
れた請求の範囲第４項に記載の装置(10)。
【請求項６】上記第２の光学手段(45)が、上記第１の光学繊維束(12)の上記他方の端部(18)に隣接
配置された球面レンズ(46)と、第１及び第２の交差平面（54、56）によって形成される
第１及び第２の面（50、52）を有するくさびプリズム(4
8)とを含んでおり、上記プリズム(48)は上記球面レンズ(46)に隣接配置さ
れ、上記交差平面（54、56）の交差部は、被加工物(11)
の面とほぼ並行であって上記平面Ｐとほぼ垂直である線
(58)を形成する請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
か１項に記載の装置(10)。
【請求項７】上記検出手段(70)が、反射光の平面に沿っ
て上記第２の検流計(76)に隣接配置された線形ダイオー
ドアレイ(33)を含んでいる請求の範囲第５項に記載の装
置(10)。