JPS59125274A - 自動溶接装置 - Google Patents

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】 本発明は溶接トーチ等に用いる明確な構造を持った投光
装置に関するものである。

一体化した視覚センサを有するガスタングステンアーク
溶接トーチは、Ａ、Ｗ、Ｃａ５ｅ、　　Ｎ、Ｒ。

Ｋ　ｕｃｈａｒ、　　［）　、　Ｃ、Ｐ　ｅｒｏｕｔｋ
ｙ等の１９８２年７月２７日に出願された米国特許出願
箱４０１，４７１号（特願昭第５８−１３５２７４号に
対応）に記載されている。

トーチの中央部から障害物を取除いてあり、且つ内蔵し
た光学系のレンズをタングステン電極の上方に設けであ
る。溶接パドル及び溶接領域の画像がオプチカルファイ
バ束によってビデオカメラ更にコントローラへ伝達され
る。本願発明者の発明に関わる米国特許出願箱４０１，
４７３号（特願昭第５８−１３５２７５号に対応）は、
電極上にモリブデンスリーブを設け、それにより強烈に
明るいアークからの光をブロックし画像を改善すること
を開示している。

視覚によって案内されながら溶接を行なう上での主要な
目的は、自動的に高品質の溶接を形成することである。

この為に、アーク近傍からの情報が必要である。良品質
の溶接を形成する為には、溶接パドルが接合部の中央に
位置されたままである様に溶接されるべき接合部に沿っ
て位置決め装置が進行せねばならない。トーチ電極の前
方に於ける接合溝を１〜ラツキングする幾つかの市販さ
れている装置が存在している。その幾つかは機械的なも
のであり、情景分析を使用したり又は明確な構造を有す
る光分析を使用しているが、その何れもがアークの近傍
に於いて機能するものではなく、従ってそれらのものは
溶接パドルの動作情報及び接合部の形状情報の何れをも
利用するものではない。

検査及びロボット制御を行なう上での多くの問題に対し
てコンピュータ視覚処理が適応されている。通常、その
目的とするところは１個又はそれ以上の点を測定するこ
とである。センサ直下のラインに沿って高さが測定され
る場合には、高さ分布が得られ、且つ多数のこの様な平
行なうインに沿って測定が行なわれる場合には、陸地に
対する地勢図に類似した表面高さマツプが得られる。コ
ンピュータ視覚を使用してこの様な高さ乃至は範囲の測
定を行なう方法の１つは、明確な構造を有する照明によ
るものである。これは視差効果を使用して範囲即ちレン
ジを測定する技術である。光束が成る角度で観測点の下
側に位置した表面へ当たると、その表面に当たった場所
に光のドツトを形成する。その表面が上下移動し観測点
へ近付いたりそこから遠ざかったりすると、ドツトの見
掛けの位置は前後に並進運動する。この並進運動を測定
し、高さを計算することが可能である。シート状の光を
使用して点の代りにラインを形成することが可能である
。

この技術の中心を成すものは、光パターンの形成とその
光パターンを狭隘であったり危険であったりする様な遠
隔地域への伝送である。３次元検査技術に於いては、投
光器及びセンサがロボットによって空間を移動されるこ
とが屡々要求され従って投光器が軽量であり、可及的に
小型なものであって、且つ移動部分がないということが
要求される。

ロボット（自動）溶接装置に於いては、ロボットがトー
チを溶接すべき接合部に沿って移動させる際に溶接トー
チの位置を適合的に制御することが必要である。コンピ
ュータ視覚はこの問題に対して適応され始めている。通
常、上述したガスタングステンアーク溶接トーチの視覚
系が、溶接部に対するトーチ電極の位置に対する情報及
び電極に対する溶融した溶接部の位置及び状態に関する
情報を供給するものと期待されている。接合位置及び接
合されるべき板（プレート）の形状を判別する為に、明
確な構造を有する照明が使用される。

この投光器はシールされており、明るく、よく焦点が合
わされており、極めて小型でなければならず、且つ可動
部分を有するものでないことが要求される。

小型のスライドプロジェクタに類似したポータプルで比
較的コンパクトな投光装置が組立てられた。該装置は光
源と、マスクと、レンズとを担持しており、かなり大型
なものであり、その光学パワーが制限されており、且つ
電力線と、冷却用のパワーとファンを必要としているに
も拘わらず、スタティックなパターンを発生するもので
ある。

光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されており
、その像は回転ミラー等によって移動される。このアプ
ローチは、通常、限定的な光学的パワーを有する単一の
光のラインを発生する。これらの技術によっては時間と
共に変化しプログラム可能なパターンは発生されない。

本発明は、以上の点に鑑み成されたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消した自動溶接装置及びプ
ログラム可能な光パターン投光器を提供することを目的
とする。一体内なパドル観測光学系を有する溶接トーチ
によって確立されているアークの近傍へ付加的な光エネ
ルギパターンを入射させ、その情景を処理することによ
り、トーチの移動を案内し、溶接パラメータを制御し、
且つ溶接の品質を評価する為に必要な２種類のタイプの
データが発生される。それは、溶融したパドルの動作を
特徴付けると共に、加工物、接合部。

パドル及び再溶融ゾーンの形状を特性付けるものである
。

本アーク溶接トーチは投光系を具備しており、該投光系
は遠隔光源と前記トーチ上に設けられており観測用光学
系の視野内の加工物上へ明確な構造を有する光パターン
を投光する出口光学組立体とを有している。この明確な
構造を有する光パターンとは、例えば、複数個の薄く平
行で広く離隔された光線条である。少なくとも２個の光
線条をパドル前方の加工物及び接合部の上に合焦させる
ことにより、画像処理を行なった後に、横断方向の輪郭
及び運転情報が与えられる。溶接パドル上に光線条を投
光させることにより、その形状、大きさ、位置に関する
情報を供給し、溶接工程を制御する一方、再溶融ゾーン
上に投光させて溶接後の品質分析を行なう為の情報を発
生させる。これら３種類のタイプのデータを同時的に採
取する為に、これら３つの領域の全てをカバーする大き
なパターンを使用することが可能である。例えば、光路
内に周波数選定フィルタを設けることによって、光源の
エネルギをアークのエネルギから弁別する。

コヒーラントなオプチカルファイバ束の入口部に於ける
マスクを介して光を通過させることによってスタティッ
クパターンが得られ、且つターミナル端に於いてレンズ
がそのパターンを目標の表面上へ投光させる。しかしな
がら、プログラム可能なレーザパターン投光器を設ける
ことが望ましく、これは表面欠陥検知等の様なその他の
タスクを行なう上で有用性がある。通常レーザである光
源が随意に幅狭のビームを形成し、強度変調器を通過さ
せ、更にビーム偏向器へ入射される。入力レンズ系が偏
向されたビームをコヒーラントなオプチカルファイバ束
の１表面上へ結像させる。自動溶接に適用した場合のト
ーチに取付けられている出口投光器とリレー光学組立体
が明確な構造を有する光パターンを目標の表面上へ合焦
させる。

ビーム偏向器及びオプションにより変調器もコンピュー
タ又はその他のｘ、ｙデータ源によって制御され、遠隔
ビームがその径路に沿つて移動される。変調器が空間的
乃至は時間的にパターン強度を変化させる。可動部分及
びターミナル端に於いて電気的接続を設けることなしに
、任意のパターン及び一連のパターンを遠隔的に形成し
且つ投射させることが可能である。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。第１図は、内蔵したパドル観
測光学系を有すると共に、明確な構造を有する光パター
ン投光系１３の出口光学系を収納する投光器ハウジング
１３−を取付けたガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡ
Ｗ）　トーチ１２を有しており加工物１０及び１１をシ
ーム溶接する状態を示している。溶接パドル１４と、再
溶融ゾーン１５の１部と、溶接パドルの直ぐ前方に於け
る加工物間の接合部１６とを典型的に数個の平行なうイ
ンで形成される明らかな構造を有する光パターンとがコ
ヒーラントなオプチカルファイバ束１７の端面上に結像
され、その像が遠隔して位置されているカメラ及び溶接
制御器へ伝送される。この像はレンズ系１８によって拡
大され、例えばゼネラル　エレクトリック社のＴ　Ｎ　
２５００電荷注入デバイスカメラ又はビジコン等の様な
テレビジョン型のカメラ１９ヘリレーされる。そのビデ
オ出力がコンピユータ化された制御器２０へ供給され、
フィードバック構成に於いて使用されて、トーチの運動
を案内すると共に、溶接工程を制御して、終始−員して
良品質の溶接を行なわしめる。

オプションとして、光学フィルタ２１をカメラの光路内
に設けることが可能である。

本光学的トーチの１構成例を第２図に示してあり、それ
に関して以下簡単に説明する。これは、従来のガスタン
グステンアーク溶接トーチが使用される略合での適用場
面に於いて溶接を行なう為に使用することが可能なもの
である。金属ハウジング２２の下端部に、円筒状でセラ
ミックのガスカップ乃至はノズル２３が設けられており
、それは金属カップ２４によって取囲まれている。交換
可能なタングステン電極２５がガスノズルの中央に位置
しており、且つその上にモリブデンスリーブ２６が設け
られており、該スリーブは画像阻止体として機能し電極
と加工物との間に形成される強烈に明るいアーク２７（
第１図）の１部が存在することによって発止される歪を
除去している。

水冷却されている銅製のトーチ本体２８は、一体内でス
リムな形態をした電極保持体２９を有すると共に、ガス
と水と電力の接続部３０乃至３２を有している。小型の
構成とする為に、トーチ本体及びスリムな形態をした電
極保持体は電極２５を光学的中央線上に位置させており
、且つガスと水と電力の接続部は互いに近接し且つ光学
系と平行に延在して位置している。３部構成からなる電
極保持体２９は、光軸と垂直な方向に於いてその断面が
最小とされており、電極を堅固に保持すると共に、例え
ば、２００Ａ電極電流を与える為に適切な導電面積を与
えている。円筒状のトーチ本体２８は内部水部屋３３を
有しており、その中には中央バッフルが設けられていて
、トーチ本体と水とが最大限に接触づる様にされており
、本組立体に最適の冷却効果を与えている。被覆ガスが
別個の流路３４へ流入し、且つオリフィスを通過して本
溶接トーチの内部へ流入し、従ってガスノズル２３を通
過して電極及び溶接パドルを人気によって汚染されるこ
とから保護している。この被覆ガスは、通常、不活性ガ
スであって、例えばアルゴン又は不活性ガスの混合ガス
である。スリムな形態をした銅製の電極保持体２９は突
出しているアーム乃至はチャックであって、そのアーム
の端部に設けたリングを有しており、その中にタングス
テン棒電極２５が挿入されており、該保持体の上部アー
ム及び下部アームは静止状態であり且つトーチ本体２８
と一体的に設けられる一方、中央アームは可動状態であ
って電極をクランプすると共覧こ電極を交換することを
可能とする。スリーブ３５はトーチ本体２８を金属ハウ
ジング２２から電気的に絶縁しており、且つ高電圧溶接
アークの開始時に於けるアーク発生を防止する為の十分
なフラッシュオーバー距離を与えている。絶縁性の管３
６はガスと水と電力用の接続部を収納している。

ガス供給ライン３０＝　ｌ！１図）、水供給ライン３１
−１水／電カケ−プル３２′及びオプティカルファイバ
束１７が溶接領域から外部へ延在して設けられている。

取付用ブラケット３７がノ入つジング２２へ取付けられ
ており、本光学溶接トーチ１２を任意の可能な取付状態
で例えばロボット装置の手首又は腕等へ装着することを
可能としている。

トーチと一体的な光学系を３８で示しである。

３枚構成からなるレンズ系３９がレンズハウジング４０
内に装着されており、それは電極をガスカップ２３を超
えて妥当な範囲延出させる為に溶接スポット上に合焦さ
せるべく軸方向に移動させることが可能である。光軸は
ガスカップ及びタングステン電極２５の中心と略整合し
ている。この光路はクォーツ窓４１を貫通しており、一
方眼窓は光学系を被覆ガスからシールしている。この透
明で熱反射性の窓はリング４２によってハウジングに保
持されている。フィルタ領域には１個又はそれ以上の光
学フィルタ４３を収納させることが可能であり、これら
のフィルタは選択透過型のフィルタか又は中性密度フィ
ルタの何れでも良い。フィルタを通過するエネルギがセ
ンサの特性及び特も 定の目的に対して適切なものとする。レンズハウジング
４０は円筒状の空洞を有しており、その空洞はコヒーラ
ントなオプチカルファイバ束１７の端面を光軸上に保持
しており、オプチカルファイバ束の端面で採取された画
像が忠実に他端側へ伝送さ、：叱る。電極保持体２９は
溶接パドル及び溶接領域に於ける光学的焦点領域から十
分に離れた位置に設けられており、オプチカルファイバ
束の端面に於いて発生することのある光学的歪を最小の
ものとしている。阻止装置２６はアークが結像されるこ
とをシールドしており、本トーチ視覚系によって発生さ
れる画像を改善している。上掲した本件特許出願人に関
わる特許出願に更に詳細な情報が与えられており、同心
円状の構成及び屈曲した視覚アタッチメントを有するも
のについて記載されている。

付加的な光工オルギパターンをアークの近傍へ導入した
場合には、その情景を処理することにより溶接工程を案
内し、制御し且つ評価する為に必要な２つのタイプのデ
ータが得られる。そのデータは溶融したパドルの動作を
特性付けると共に、加工物と接合部と溶接パドルと再溶
融ゾーンの形態を特性付ける。溶接パドルを包含する一
体的な光学系の視野内の明確な構造を有する光パターン
を処理して、（１）接合部とパドルと再溶融ゾーンの３
次元的な特徴、（２）自動溶接装置の位置及び速度を制
御する為の運転情報、（３）溶接深さや再溶融ゾーンの
特性や溶接品質の全体的な特性等の様な工程パラメータ
を発生させることが可能である。従って、明確な構造を
有する光パターンを分析することにより、３次元的な工
程データを発生することが可能であり、一方情景のパド
ル部分を処理することにより溶接動作データを発生させ
ることが可能である。

第３図乃至第５図は一体的な視覚センサ３８と光学溶接
トーチの視野を示している。タングステン電極２５の位
置を溶接パドル１４の中央乃至はその近傍であって且つ
名目上結像されている溶接領域の中央に近接して示され
ている。第３図に於ける明確な構造を有する光パターン
は１組の３個の薄く広く離隔された平行な光線条４４か
らなり溶接パドル１４の直ぐ前方に於いて加工物と接合
部１６の上に合焦されて視野内に位置している。

前述した視差効果に基づき、この像を処理することによ
り１組の横断方向の輪郭及び溶接トーチの運動を制御す
る為の運転情報が与えられる。溶接パドルに近接したプ
レートの形状を知ることにより一層正確な運転情報を得
ることが可能である。

何故ならば、熱等によって発生される接合部の輪郭に於
ける変化を考慮することが可能だからである。第４図に
於いて、本光パターン投光系によって３個の平行な光線
条４４が溶接パドル１４及び加工物の両側へ合焦されて
おり、パドル形状に関する３次元的情報を与えている。

これら横断方向の輪郭から、溶接池の高さ及び幅、溶接
池の端部及びその形状、範囲方向等の情報が決定される
。

このデータを例えばコンピュータで使用することによっ
て、電流及び電圧等の溶接パラメータを制御し、且つ溶
接パドル範囲及び位置を適合的に制御する。溶接池の形
状は溶接深さ及び溶接品質を表わしている。第５図に於
いて、３個の平行な光線条４４が溶接パドルの直ぐ後方
に於ける再溶融ゾーン１５上に合焦されており、溶接後
の品質分折を行なう為の横断方向の輪郭を与えている。

発生する凝固のタイプを検知し分析することが可能であ
る。全ての部分をカバーする一層大きなパターンを使用
して、これら全てのタイプの情報を同時的に採取するこ
とが可能である。

第１図に示した光パターン投光系１３はスタティックな
パターンを関心のある表面上へ投光させる。レーザ、白
熱電灯又はその他の光源４５がパターンを形成したマス
ク４６、例えば固定した写真光学マスクへ光を送る。こ
の光パターンはレンズ系４７によってコヒーラントなオ
プチカルファイバ束４８の入口表面へ合焦される。ター
ミナル端に於いて（第２図も参照）レンズ系がこのパタ
ーンをアークの近傍に於ける加工物上へ投光させる。こ
のアプローチはかなり高い光パワーレベルを与えるもの
であるが、スタティックなパターンを与えるものであへ
。バンドパスフィルタ等の様な周波数選択性の光学フィ
ルタをカメラの光路内に設けである。照明用にレーザを
使用する場合には、そのレーザのパスバンドにチューニ
ングしたバンド幅の狭いフィルタ２１を使用する。この
フィルタはレーザ周波数で光を通過させその他の周波数
の光を減衰させる。光源からのエネルギをアークからの
エネルギと弁別する為に何らかの構成を施さねばならな
いことが判別した。一方、フィルタ２１は中和型の乙の
又はカメラ性能を向上させるタイプのものとすることも
可能であり、例えば、ＣＩＤシリコン型ソリッドステイ
ト画像形成器用の９００ナノメータ　バンドパスフィル
タを使用することが可能である。次いで、この画像を２
つ又はそれ以上の手法によって処理する。第１に、電極
の周りの領域をコンピュータによって処理し、パドル周
囲、形状、方向２位置等に関する情報を発生させる。こ
の情報は制御用コンピュータ２０へ供給される。第２に
、明確な構造を有する光パターンを使用して溶接領域の
形状に関する３次元的情報を採取することが可能である
。この形状に関する情報も制御用の中央コンピュータへ
供給される。視覚によって検知されたデータを使用して
、溶接径路の変更、溶接パラメータの制卸、及び溶接品
質の評価を行なう。

時間と共に変化しプログラム可能なパターンを第６図に
示したプログラマブルレーザパターン投光器によって発
生させることが可能であり、該投光器は視覚によって案
内されるタングステン不活性ガス（ＴＩＧ＞及び金属不
活性ガス（ＭＩＧ）溶接に於いて使用することが可能で
あり、且つ表面欠陥検出及び寸法測定等の様なその他の
タスクを行なう為に使用することが可能である。連続波
ヘリウム−ネオンレーザ又はＣＷレーザダイオード等の
様なレーザ５０から通常構成される光ビーム源が幅狭の
ビームを形成し、それをオプションのビーム強度変調器
５１を通過させた後に２次元ビーム偏向器５２内へ導入
される。この偏向器は電気−光学型のもの又は一対の回
転可能なミラーであってその各々が精密検流計機構によ
って駆動されるものとすることが可能である。後者の１
例としてはニューヨーク州ウッドサイドの７リークエン
シー・コントロール・プロダクツインコーホレイテッド
によって販売されているＸ−Ｙマウントに取付けられる
タイプＡＬＳ−ＰＳスキャナがある。その目的とすると
ころは、ビームを角度α及びβだけ偏向させることによ
り量ｘ及びｙだけ空間的に偏向させることである。強度
変調器５１はプログラムによって空間的又は時間的に変
化するパターン強度を与えるものである。偏向されたビ
ームは適宜の変倍によって入力レンズ系５３によりコヒ
ーラントなオプチカルファイバ束５４の入口端上べ結像
される。これによりスポット寸法が減少され、一層小さ
な投光パターンとされる。

狭い光ビームが空間的に偏向されてオプチカルファイバ
束の端面上の指定された光パターンをトレースする。最
大１０乃至１５フイートの長さのコヒーラントなオプチ
カルファイバ束に沿って伝送された後に、偏向されたビ
ームはオプチカルファイバ束から射出されて出力レンズ
系５５によってパターン形成されるべき目的の表面上へ
結像される。投光器ハウジング５６がオプチカルファイ
バ束の出口端を保持すると共に投光用レンズを保持して
いる。投光されたパターンの変倍はレンズ系５５によっ
て調節される。

偏向系５２及びオプションによって設けられる変調器５
１はデジタル・アナログ変換器５８乃至６０の出力によ
って駆動され、これらの変換器はコンピュータ６１乃至
は予め計算されたｘ、ｙ軌跡データ源からデジタルデー
タを受取る。従って、コンピュータ内のプログラムによ
って光路が計算され、前記偏向機構のバンド幅のみによ
って制限される速度で前記ビームは前記光路に従って移
動される。

第２図は、溶接トーチの一端側に固定され内側に角度を
付けてガスカップへ螺着されている投光器ハウジング１
３′の内側の出口投光器・リレー組立体を詳細に示して
いる。オプチカルファイバ束５４の端部は内側管６２内
に装着されており、該内側管６２は中間管６３に対し出
入れ摺動自在であり、中間管６３の前端部には投光レン
ズ６４が設けられている。中間管６３はハウジング１３
′内を出入れ摺動自在である。従って、レンズ６４及び
オプチカルファイバ束５４は管６３及び６２に装着され
ており、合焦を行なう為に相対的に調節することが可能
である。オプチカルファイバ束１４は更に管６２内に於
いて回転自在である。ミラー６５の績斜を調節すること
が可能であり、該ミラー６５はパドル観測光学系の視野
内に於いて射出されるビームを加工物上へ偏向させる。

“窓″６６が光学系を被覆ガスからシールしている。組
立てた溶接トーチの１例に於いては、投光された光パタ
ーンとパドル観測光学系の光軸との間の角度は３４度で
ある。明確な構造を有する照明と観測光学系との間に角
度があり且つ視差技術によって計算される高さ分布が存
在する場合には、この投光器ハウジングを溶接トーチの
異なった位置、即ちガスノズルに固着せずに溶接トーチ
上に装着させることが可能である。

第７図はクラディング６７を有するコヒーラントなオプ
チカルファイバケーブル５４の入口端及び出口端を図示
している。幅狭の光ビームがど一ム偏向器５２によって
偏向され且つ、例えば、点Ａから開始され点Ｂで終了す
る大略８の字型を入口端面に於いてトレースさせる。出
口端に於いて、遠隔箇所に於けるビームが略同様な８の
字径路に従って移動する。第８図は、２個の平行な光線
条が必要な場合に光ビームによって形成される閉じた４
つの辺からなるループパターンを示している。

第３図に関し説明すると、接合部に沿う溶接トーチの移
動制御する為の運転情報を得る為には、溶接パドル１４
の前方の接合部１６上に少なくとも２つの薄い平行なう
インを投光させることが必要である。平行な線又はバー
からなるパターンよりも成る目的に対しては１個又はそ
れ以上の円からなる明確な構造を有する光パターンの方
が良好なパターンであると考えられる。異なった直径か
らなる円は本投光系によって容易に形成することが可能
である。

第６図の強度変調器５１をコンピュータ６１によって制
御し、レーザビームをサイクル内又はサイクル間に於い
て変調させることが可能である。

サイクル内変調を行なう１例は、円をトレースする際に
オンオフ制御を行ない、点線からなるリングを形成した
り、又は連続的な円をトレースする際に強度を変化させ
たりするものである。サイクル間変調に於いては、例え
ば、完全な円をトレースした後に次の円の強度を減少さ
せこれを繰返すことによって行なう。その目的とすると
ころは、有用なパターンを形成し、背景となる像から弁
別することである。

以上、遠隔操作により空間に於ける方向を精密に制御し
且つ迅速に変化させることの可能な光束を発生すること
が可能である有用で小型の装置が提供されている。本装
置は、何等礪械的可動部分を必要とすることがなく且つ
ターミナル端に於いて電気的な接続を必要とすることな
しに、遠隔操作により任意の特定の光パターン及び一連
のパターンを形成し且つ投光させることを可能としてい
る。本装置は、遠隔操作によって照明パターンを与える
ことが必要であり且つ小型であること又は環境条件等に
よって大型のレーザや偏向系等を設けることが許されな
い様な条件を有する適用場面に必要なものである。これ
は、特に、コンビュ−夕による視覚案内溶接に於ける場
合がそうであり、又その他にも多くの適用場面が存在す
る。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光パターン投光器及びオプチカルファイバケー
ブルによって遠隔部品へ接続されている視覚センサを有
するガスタングステンアーク溶接トーチによるシーム溶
接の状態を示した説明図、第２図は光学溶接トーチ・投
光器装置の縦断面図、第３図乃至第５図はプレート形状
、パドル形状及び再溶融ゾーン形状に関する情報を夫々
得る為に光学系の視野内に於ける投光された光線条パタ
ーンを示した各説明図、第６図はプログラム可能なレー
ザパターン投光装置の１部断面説明図、第７図及び第８
図はコヒーラントのオプチカルファイバ束の入口端及び
出口端を示すと共にそのオプチカルファイバ束によって
伝送されるレーザビームによってトレースされる光パタ
ーンの例を示した各斜視図、である。 （符号の説明） １３：　光パターン投光装置 １３′二　　投光器ハウジング １４：　溶接パドル １７：　オプチカルファイバ束 １８：　レンズ系 １９：　テレビ型カメラ ２ｏ：　制御器 ２１：　光学フィルタ ２３：　ガスカップ（ガスノズル） ２５：　タングステン電極 ２６：　モリブデンスリーブ ２９：　電極保持体 ３９：　レンズ系 ４０：　レンズハウジング ４１：　クォーツ窓 ５４：　オプチカルファイバ束 ６２：　内側管 ６３：　中間管 ６４：　レンズ ６５：　ミラー ６６：　クォーツ窓 特許出願人　　　　ゼネラル・エレクトリック・カンバ
ニイ ・　＼。 復代理人　　　　　小　　橋　　正　　明　　：・□・
−ｔ゛′□ 代　　理　　人　　　　　　　生　　　　沼　　　　徳
　　　　二図面の浄魯（内容に変更なし） Ｆ／θ　３　　　　　Ｆ／６．４　　　　　Ｆ／θ　５
Ｆ／θ　８ 手続補正口 昭和５９年　２月　７日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示　　昭和５８年　特許願　第　２３９０
２５　　号２、発明の名称　　　特に溶接用の光パター
ン投光器３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、復代理人 ５、補正命令の日付　　自　発

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスノズルの内側に設けた電極と一体的な光学観測
   系を具備したアーク溶接トーチとが設けられており、前
   記トーチは動作中前記電極と溶接されるべき接合部を持
   った加工物との間に電気的アークを形成させ且つ前記光
   学観測系は形成されるべき溶融溶接パドルを包含する視
   野を有しており、遠隔光源と前記トーチ上に取付けられ
   た出口光学組立体とを有しており前記視野内に於いて前
   記加工物上に明確な構造を有する光パターンを投光させ
   る投光器系が設けられており、前記光学観測系が前記加
   工物溶接パドル及び周囲溶接領域及び投光された光パタ
   ーンの像を供給するものであり、前記像を遠隔制御器へ
   伝送する手段を設けたことを特徴とする自動溶接装置。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、前記投光器系がコ
   ヒーラントなオプチカルファイバ束とＮ配光パターンを
   形成すると共に前記オプチカルファイバ束の一端上へ合
   焦させる手段を有しており、前記トーチ上に取付けられ
   た前記出口光学組立体が前記オプチカルファイバ束の他
   端部を保持すると共に伝送されてきた光パターンを前記
   加工物上へ結像させる手段を有することを特徴とする装
   置。 ３、特許請求の範囲第２項に於いて、前記明確な構造を
   有する光パターンが複数個の広く離隔された薄い平行光
   線条であることを特徴とする装置。 ４、特許請求の範囲第２項に於いて、前記明確な構造を
   有する光パターンが前記加工物上及び前記溶接パドルの
   前方の接合部上に結像される少なくとも２つの薄い平行
   な光線条であって、横断方向の輪郭及び運転に関する情
   報を供給して前記溶接トーチの運動を制御することを特
   徴とする装置。 ５、特許請求の範囲第２項に於いて、前記明確な構造を
   有する光パターンが前記溶接パドル及び加工物上に結像
   された複数個の薄い平行な光線条であって、横断方向の
   輪郭及び溶接パドルの形状及び動作に関する情報を供給
   して溶接工程を制御することを特徴とする装置。 ６、特許請求の範囲第２項に於いて、前記明確な構造を
   有する光パターンが前記加工物上に結像されると共に前
   記溶接パドルの後方の再溶融ゾーン上に結像された複数
   個の薄い平行な光線条であって、溶接後の品質分析を行
   なう為の横断方向の輪郭を供給することを特徴とする装
   置。 ７、特許請求の範囲第１項に於いて、前記投光器系がプ
   ログラム可能な光パターンを発生し且つコヒーラントな
   オプチカルファイバ束と前記オプチカルファイバ束の面
   上で特定のパターンをトレースする為に光ビームを偏向
   させる手段とを有しており、前記トーチ上に取付けられ
   ている前記出口光学組立体が前記オプチカルファイバ束
   の他も 端部を保持すると共に伝送されてくるパターンを前記加
   工物上へ結像させる手段を有することを特徴とする装置
   。 ８、ガスノズルの内側に設けられたタングステン電極を
   具備すると共に光軸が前記ガスノズルを通過する一体的
   な光学観測系を具備するガスタングステンアーク溶接ト
   ーチが設けられており、前記トーチは動作中前記電極と
   溶接されるべき接合部を有する加工物との間に電気的ア
   ークを形成し且つ前記光学観測系は形成される溶接パド
   ルを包含する視野を有しており、プログラム可能な光パ
   ターンを発生すると共に光ビーム源と第１コヒーラント
   オプチカルファイバ束と前記オプチカルファイバ束の面
   上に特定の光パターンをトレースするプログラム可能な
   ビーム偏向器と前記トーチ上に取付けられており且つ前
   記オプチカルファイバ束の他端部を取付ける手段を有す
   ると共に伝送されてきた光パターンを前記視野内の前記
   加工物上へ結像させるレンズ系を具備した出口光学組立
   体とを有する投光器系が設けられており、前記光学観測
   系が第２コヒーラントオプチカルファイバ束の面上に像
   を供給し前記第２コヒーラントオプチカルファイバ束を
   介してカメラ及び制御器へ前記像を伝送させ、前記像が
   前記溶接パドルと前記パドルの前方に於ける接合部と後
   方に於ける再溶融ゾーン及び投光された光パターンを包
   含していることを特徴とする自動溶接装置。 ９、特許請求の範囲第８項に於いて、前記光パターンが
   前記加工物上及び前記溶接パドルの前方の接合部上へ合
   焦されており、前記溶接トーチの運動を制御する為の運
   転情報を発生することを特徴とする装置。 １０、特許請求の範囲第８項に於いて、前記光パターン
   が前記溶接パドル上及び加工物上へ合焦されており、溶
   接パドルの形状及び動作及び溶接の品質に関する情報を
   発生することを特徴とする装置。 １１、特許請求の範囲第８項に於いて、前記光パターン
   が前記再溶融ゾーン上及び加工物上へ合焦されており、
   溶接後の品質分析を行なう為の情報を発生させることを
   特徴とする装置。 １２、特許請求の範囲第８項に於いて、前記光ビーム源
   がレーザであり、前記カメラ光路内の周波数選択性光学
   フィルタが前記レーザの周波数に於ける光を通過させる
   と共にそれ以外の周波数の光を減衰させることを特徴と
   する装置。 １３、特許請求の範囲第８項に於いて、前記投光器系が
   前記光源からの光ビ・−ムの強度を可変プログラムに応
   じて変調させる手段を有することを特徴とする装置。 １４、幅狭の光ビーム源が設けられており、コヒーラン
   トなオプチカルファイバ束と入出力レンズ系とが設けら
   れており、前記光ビームを空間的に偏向させ前記入力レ
   ンズ系によって前記オプチカルファイバ束の１面上に結
   像される所定の光パターンをトレースさせその際に出口
   側へ伝送させるプログラム可能なビーム偏向手段が設け
   られており、前記出力レンズ系が前記光パターンを目標
   とする表面上へ結像させることを特徴とするプログラム
   可能な光パターン投光器。 １５、特許請求の範囲第１４項に於いて、前記光ビーム
   源が連続波レーザであることを特徴とする投光器。 １６、特許請求の範囲第１４項に於いて、前記ビーム偏
   向手段がｘ、ｙ軌跡データ源を有しており、該データは
   ２次元ビーム偏向器へ送られて前記光ビームをその径路
   に従って移動させることを特徴とする投光器。 １７、特許請求の範囲第１４項に於いて、前記光パター
   ンの強度を空間的又はＦｆ８間的に変調させる手段を有
   することを特徴とする投光器。 １８、特許請求の範囲第１７項に於いて、前記ビーム偏
   向手段及び変調手段がコンピュータによって制御される
   ことを特徴とする投光器。 １９、特許請求の範囲第１４項に於いて、前記光ビーム
   源とビーム偏向手段との間にビーム強度変調手段を有し
   ており、前記光パターンの強度をプログラムによって変
   化させることを特徴とする投光器。