JPS59184816A - 溶接線等の検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、被溶接物等の三次元的外形状認識を含む溶接
線等の検出装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 視覚による溶接線の検出において、ＴＶ左カメラ式は、
（１）三次元の距離情報を得にくい、（２）照明条件が
躊しい、（３）処理装置が複雑で高価になるなどの問題
点があった。このため光学距離計を使用し、溶接線とほ
ぼ直角方向に横切るように被溶接物の表面までの距離を
順次測定し得られたデータから溶接線を検出することが
考えられていた。これを重ね継手の溶接線の検出に関す
る例で具体的に説明する。第１図において、１は光学距
離計、２（は取付金具、３は基板、４はボールねじ、５
は支持金具、６はステップモータまたはサーボモ−タと
エンコーダで構成される駆動装置、７は支柱、８は支持
金具、９は被溶接物、１０は溶接線である。そして前記
光学距離計１を取付金具２を介して基板３に取付け、支
持金具５に取付けたボールねじ４と支柱７により基板３
を支持し、前記駆動装置６によって被溶接物９の溶接線
１０のほぼ直角方向（Ｘ方向）に光学距離計１が揺動（
往復移動）するようにしている。さらに支持金具８を溶
接線方向（Ｚ方向）に沿って動くことができる台車やロ
ボットのアームに取付けて使用している。

Ｚ方向のある点での溶接点の検出は光学距離計１をＸの
正の方向に移動させるとともに一定間隔て被溶接物９０
表面までの距離を順次検出したデータから行っている。

第２図は前記データのプロット点をなめらかに結んだも
のであり、被溶接物９０表面形状を表わしている。段差
部は光学距離計１に使用するスポット光に大きさがある
ためにゆるやかになる。この中央部のＷ点のＸ座標を求
めることができるので、溶接線を構成する溶接点が検出
できた。このような従来の光学距離計１を揺動するよう
な方法では、測定じた距離データはその！、まＹ座標デ
ータとして、また駆動装置６からの測定位置データばＸ
座標データとして実寸法が得られるため使用できるとい
う利点がある反面、次のような欠点があった。

（１）光学距離計１　、取付金具２．基板３を揺動させ
る必要があり、光学距離計１の重量のみと比較して２倍
以上の重量を動かすことになるので、大きなパワーの駆
動装置を必要とする。

（２）　　ボールねじを使用する時、０，１ｒｌｆｆｉ
程度でＸ方向の移動を制御しようとすると、揺動中４０
闘として２往復１Ｓｅｃの速度すなわち１６０ｍｍ／ｓ
　ｅ　ｃの速度では行うのが難しいし、前記速度を実現
しようとすると０．１ｍ７１＋で制御するのが難しい。

（３）光学距離計１全体を大きく動かすため、動作中に
振動し易く、対策として固定を十分に行わねばならない
。

以上のように、従来では装置が大型・重量・高価で移動
が低速なため一走査あたりの距離データ入力時間が遅く
なるという問題点があった。

発明の目的 本発明は、光学距離計を測定対象の溶接線等と平行な直
線を回転軸として回転させることにより、前記従来の問
題点を除去して、小型・軽量・安価で溶接点の位置の検
出を高速にできる溶接線等の検出装置を堤供しようとす
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、光源の光をレンズ
系を用いてスポット光として照射するスポット光照射装
置の照射光軸と視野内の光像をレンズ系により一次元の
受光センサ上に結像させるようにした受光装置の受光軸
が一定の角度で交わるように配設し、前記受光装置の受
光センサを前記照射光軸と前記受光軸を含む測定面上に
配設し、前記スポ１．／）光照射装置と前記受光装置を
一体化した光学距離計を前記測定面上で溶接線等の輪郭
線捷たは被溶接物等の輪郭線を形成する物体の表面とほ
ぼ平行になる直線を回転軸として往復回転させる駆動装
置を設け、輪郭線とほぼ直角方向に横切るように前記測
定面までの距離測定を前記元形状を検出するデータ処理
装置を設けたものである。

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７図に沿
って説明する。

光学距離計についてまず説明する。

第３図において、ＬＥＤまたは半導体レーザを光源１１
とし、その光源１１の光を検出精度に応じた（９例えば
Ｘ方向にＱ、１　ｍＭの精度で検出したいときＨｘＸ方
向１．０闘以下のサイズのもの）サイズのスポット光と
するだめのレンズ系１２とからスポット光照射装置１３
を形成している。そして受光装置１４はレンズ系１５で
視野内の光像を集光し、−次元の受光センサ１６上に結
像させる。

前記受光センサ１６としてはＰＳＤ（ポジションセンザ
と呼ばれ光像の光量の重心位置を出力する）やＣＣ，Ｄ
等のイメージセンサを用い、光信号を電気信号に変換す
る。またスポット光照射装置１３の照射光軸１７と受光
装置１４の受光軸１８が角度Ａで交わるように配設し、
照射光軸１７と受光軸１８を含む測定面Ｐ上に受光セン
サ１６を配設し、スポット光照射装置１３と受光装置１
４を取付金具１９で一体化して光学距離計としている。

距離の測定は測定対象物上の光像の光学距離計からの位
置と受光センサ１６上の結像位置が１対１に対応する原
理を応用している。点Ｔ、Ｓの位置にある光像は各々受
光センサ１６上の点り、Ｃで結像する。なお、照射光軸
１７と受光軸１８の角度Ａは受光センサ１６の受光量、
測定範囲によって決定ｆる。また２０は回転軸中心線で
ある。前記光学距離計から得られたー走査あたりの複数
個の距離データをマイコンで構成したデータ処理装置２
１にて処理をし溶接点を検出するものである。

第４図において、光学距離計２２を測定対象である溶接
線１０とほぼ平行で受光センサ１６の中点（第３図の０
点）を通る回転軸２３に取付け、ステソプモ＝りまたは
サーボモータとエンコーダから構成される装置 ぼ直角方向（Ｘ方向）に横切ってスポツト光により走査
し被溶接物９０表面までの距離測定を行えるように光学
距離計２２を往復回転運動させる。

支持金具２４（ｌ−ｊ．駆動装置６，光学路・離計２２
を支持し、取付金具２５でロボツトの・・ンドや台車等
に取付けて溶接線方向（Ｚ方向）に沿って動かし、後に
取付けたトーチ（図示せず）を溶接線１０に倣わせる。

Ｚ方向の任意の点での溶接点の検出はつぎのようにする
。光学距離計２２を駆動装置６によりＸ方向を走査する
ように回転させるとともに回転が安定になる所で距離測
定開始スイツチ（図示せず）を入れるようにし、ここか
ら被溶接物９までの距離を回転角に応じて順次検出する
。

第５図はこのようにして重ね継手部の距離データを第６
図は隅肉継手部の距離データをブロノトしてなめらかな
線で表わしたものであり、被溶接物９の平担部が少し曲
った線として検出されるが、データ処理装置２１にてそ
の中の段差点の中央のＷ点を、隣りのデータの差分値を
とる方法により溶接点として位置検出することができる
。なお、ｄは距離で、回転軸２Ｑから被溶接物９までの
距離を表わし、受光装置１４の受光センサ１６で結像位
置に応じた光信号を電気信号に変換し、さらにこの電気
信号から距離データに変換するときにテーブルを使用し
、このテーブルに電気信号に対応したｄの距離をいれて
お・く。θは回転角で、Ｙ軸に平行な時θ一Ｑとし、Ｘ
の正の方向に走査するときを子符号で、その反対方向の
時を一符号で表わすとデータ処理し易い。そしてｄが大
きく（ｓｏｍｍ以上）でθが小さい場合・（出２ｏ０以
下）。

Ｙ方向距離？ｄ，Ｘ方向距離−にθ（ｋは定数）として
も問題怖い。特に重ね継手や隅肉継手の場合、通常倣い
を行ってθ！；０付近で溶接線１ｏを検出するようにな
っており、回転角θは非常に小さくてよい。Ｘ方向，Ｙ
方向の正確々距離が必要とあれば、Ｘ　＝＝　ｄｓｉｎ
θ　Ｙ＝ｄｃｏｓθとすればよく、第６図のような距離
データを第２図のような距離データに変えることができ
る。なお、回転角θはステンプモータの制御に用いるパ
ルス数またはエンコーダなどの角度検出器により知るこ
とができ、このパルスと同期させて距離測定を行う。ま
たＸの正の方向に走査させるときに距離測定をし、その
反対の方向に走査させるときは距離測定は行わないで、
データ処理装置２１にて溶接点の位置を検出させる。さ
らに光学距離計の回転軸中心線２０はスポソト光照射光
軸１了と受光軸１８を含む測定面Ｐ上で隅肉・重ね　開
先等の継手のように直線状の溶接線であれば溶接線に平
行に、重ね継手で溶接線が曲線の場合は被溶接物の表面
に平行にすれ社よい。また回転軸中心線２０は前記実施
例のように受光センサ１６の中点（第３図の点Ｃ）を通
るようにした方が、距離測定の基準点である受光センサ
１６を動かさないことに相当するので、溶接点を検出す
るのにデータを補正する必要がない。なお駆動装置６の
パワーは、殆んど光学距離計２２を回転するだけでよく
、しかもほぼ重心のある位置が回転中心となるので慣性
モーメントが小さく、往復回転運動をさせるのに小さな
ものでよく、従来のものより動かす重量は約＋になる。

また光学距離計２２は回転運動のために振動がきわめて
小さくなる。つぎに第７図において、駆動装置６のモー
タ２６の連続回転をクランク２γを用いて往復回転運動
に変換し、回転軸２３に伝えることによって光学距離計
２２を往復回転運動させると同時にプーリ２８およびタ
イミングベルト２９によって回転軸２３の回転角θをエ
ンコーダなどの角度検出器３Ｑに伝え、その回転角に対
応した検出パルスに同期して距離データを得ることがで
きる。なお、３１は支持金具である。

そして駆動装置６のモータ２６としては前記実施例より
も小さなパワーで安価なりＣモータやイングクションモ
ータでもよい。さらにプーリ２８は２個使用するが１、
その径比によって回転角の検出精度を調節することがで
きる。また角度検出器３０は回転軸２３に直結してもよ
い。また光学距離計の回転方向が反転するときはなめら
かである。

さらに使用するデータは前記実施例と同様に走査の端部
のものは使用しない。なお、本発明の装置は溶接線に限
らず一般の輪郭線にも適用でき、また被溶接物に限らず
輪郭線を形成する物体の形状認識にも適用できるもので
ある。

発明の効果 本発明によれば、つぎのような効果を奏するものである
。

（１）駆動装置によって移動させるのはほぼ光学距離計
のみであり、かつ回転軸が重心の近傍にあるため慣性モ
ーメントが小さくなり、そのため駆動装置のモータパワ
ーは小さくてよい。

（２）回転運動のため光学距離計が動いているときの振
動は小さい。

（３）付属部品を少なくできるので装置全体として小型
・軽量・安価になる。

（４）モータの連続回転も容易に実現できるとともに角
度検出の精度を調節でき、汎用性が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接線の検出装置の斜視図、第２図は従
来の距離データ例を示す説明図、第３図は光学距離計の
概略説明図、第４図は本発明の実施例における溶接線等
の検出装置の斜視図、第６図、第６図はそれぞれ距離デ
ータ例を示す説明図、′第７図（ａ）　、　（ｂ）は本
発明の他の実施例の正面図および側面図である。 ６・・・・・・駆動装置、９・・・・・・被溶接物、１
０・・・・・・溶接線、１１・・・・・・光源、１２・
・・・・・レンズ系、１３・・・・・・スポット光照射
装置、１４・・・・・・受光装置、１５・・・・・・レ
ンズ系、１６・・・・・・−次元の受光センサ、１了・
・・・・・照射光軸、１８・・・・受光軸、２０・・・
・・回転軸中心線、２１・・・・・・データ処理装置、
２２・・・・・・光学距離計、２３・・・・・・回転軸
、２６・・・・・モータ、２−７・・・・・・クランク
、２８・・・・・・プーリ、２９・・・・・タイミング
ベルト、３０・・・・・・角度検出器、Ａ・・・・角度
、Ｐ・・・・・・測定面。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第５図　　　　　第６図 （α）（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源の光をレンズ系を用いてスポット光として照
   射するスポット光照射装置の照射光軸と視野内の光像を
   レンズ系により一次元の受光センサ上に結像させるよう
   にした受光装置の受光軸が一定の角度で交わるように配
   設し、前記受光装置の受光上ンサを前記照射光軸と前記
   受光軸を含む測定面上に配設し、前記スポット光照射装
   置と前記受光装置を一体化した光学距離計を前記測定面
   上で溶接線等の輪郭線または被溶接物等の輪郭線を形成
   する物体の表面とほぼ平行になる直線を回転軸として往
   復回転させる駆動装置を設け、輪郭線とほぼ直角方向に
   横切るように前記測定面域での距離測定を前記光学距離
   状を検出するデータ処理装置を設けた溶接線等の検出装
   置。
2. （２）駆動装置としてモータの連続回転運動を往復回転
   運動に変換するクランク機構を用いた特許請求の範囲第
   （１）項記載の溶接線等の検出装置。