JPS62176787A - 加工位置検出装置 - Google Patents
加工位置検出装置Info
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- JPS62176787A JPS62176787A JP61247434A JP24743486A JPS62176787A JP S62176787 A JPS62176787 A JP S62176787A JP 61247434 A JP61247434 A JP 61247434A JP 24743486 A JP24743486 A JP 24743486A JP S62176787 A JPS62176787 A JP S62176787A
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- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
- B23Q35/04—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
- B23Q35/08—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
- B23Q35/12—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
- B23Q35/127—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using non-mechanical sensing
- B23Q35/128—Sensing by using optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、被加工材の加工面に対し線状光線を照射し、
この照射された光の反射光から得られる画像に基づき加
工すべきまたは加工した位置を検出する加工位置検出装
置に関する。 〔従来の技術〕 従来、溶接トーチの近傍に設けｒｌれ線状光線を被溶接
材の開先面と交叉するように照射する投光手段と、この
開先面に照射された光の反射光を受光する撮像カメラな
どの受光手段とを備え、この受光手段で得られた画像（
光切断画像）を解析することにより、溶接すべき位置を
検出する溶接位置検出装置が知られている。すなわち、
このような溶接位置検出装置は、米国特許第４４９１７
１９号。 米国特許第４５３２４０５号に開示されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上記した従来公知の溶接位置検出装置は、作
業能動部である溶接トーチと、投光手段および受光手段
からなる検出部とがトーチ・ボディに一体的に固定され
ている。なお１本明細書において作業能動部とは、各種
加工作業を直接的に行う５例えば溶接の際の溶接トーチ
、シーリングの際のシーリングガン、レーザ加工の際の
レーザ光射出部等の機器をいう。また加工とは、溶接。 シーリング、切断、ぼり取、切削、あるいはその他の一
般をいう。このような装置をロボットに適用し、作業能
動部を加工すべき位置に沿わせる位置制御を行う場合、
その作業能動部と、投光手段および受光手段とが一体と
なってロボットアームの先端に取付けられる。ここで、
加工位置（例えば溶接位置）を検出するための投光手段
及び受光手段は、開先面上の限定された領域のみで各々
レーザ光線の照射及び画像観測を行っている。したがっ
て、加工位置（例えば溶接位置）が作業能動部（例えば
溶接トーチ）の進行方向に対して大きく変化しているよ
うな場合には、アーク発生位置を変えずに投光手段と受
光手段を一体に任意方向に回転させ適切な開先検出を行
う必要がある。しかし、ロボットアームの先端に取付け
られる検出装置付作業能動部には、通常多くのケーブル
（例えば通電ケーブルとガスケーブルからなる溶接ケー
ブルや信号ケーブル）が連通されており、検出装置付作
業能動部を回動させると、これらのケーブルも一体とな
って動くことになる。したがって、検出装置付作業能動
部回動用のモータに加わる負荷が大きくなり、ロボット
の位置決め精度に影響を及ぼし、結果として倣い線の精
度が低下する。 メ、ケーブルの取付は状態による制限から、被加工材の
形状や姿勢が制限されることになる。 本発明の目的は、被加工材の加工位置が変化しても精度
よく加工位置が検出できる加工位置検出装置を提供する
ことにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明における加工位置検出装置は、作業能動部の軸ま
わりに回動自在に取付けられた支持体と、この支持体に
取付けられた投光手段および受光手段と、支持体を作業
能動部の軸まわりに回動させる駆動手段とを備えている
。
この照射された光の反射光から得られる画像に基づき加
工すべきまたは加工した位置を検出する加工位置検出装
置に関する。 〔従来の技術〕 従来、溶接トーチの近傍に設けｒｌれ線状光線を被溶接
材の開先面と交叉するように照射する投光手段と、この
開先面に照射された光の反射光を受光する撮像カメラな
どの受光手段とを備え、この受光手段で得られた画像（
光切断画像）を解析することにより、溶接すべき位置を
検出する溶接位置検出装置が知られている。すなわち、
このような溶接位置検出装置は、米国特許第４４９１７
１９号。 米国特許第４５３２４０５号に開示されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上記した従来公知の溶接位置検出装置は、作
業能動部である溶接トーチと、投光手段および受光手段
からなる検出部とがトーチ・ボディに一体的に固定され
ている。なお１本明細書において作業能動部とは、各種
加工作業を直接的に行う５例えば溶接の際の溶接トーチ
、シーリングの際のシーリングガン、レーザ加工の際の
レーザ光射出部等の機器をいう。また加工とは、溶接。 シーリング、切断、ぼり取、切削、あるいはその他の一
般をいう。このような装置をロボットに適用し、作業能
動部を加工すべき位置に沿わせる位置制御を行う場合、
その作業能動部と、投光手段および受光手段とが一体と
なってロボットアームの先端に取付けられる。ここで、
加工位置（例えば溶接位置）を検出するための投光手段
及び受光手段は、開先面上の限定された領域のみで各々
レーザ光線の照射及び画像観測を行っている。したがっ
て、加工位置（例えば溶接位置）が作業能動部（例えば
溶接トーチ）の進行方向に対して大きく変化しているよ
うな場合には、アーク発生位置を変えずに投光手段と受
光手段を一体に任意方向に回転させ適切な開先検出を行
う必要がある。しかし、ロボットアームの先端に取付け
られる検出装置付作業能動部には、通常多くのケーブル
（例えば通電ケーブルとガスケーブルからなる溶接ケー
ブルや信号ケーブル）が連通されており、検出装置付作
業能動部を回動させると、これらのケーブルも一体とな
って動くことになる。したがって、検出装置付作業能動
部回動用のモータに加わる負荷が大きくなり、ロボット
の位置決め精度に影響を及ぼし、結果として倣い線の精
度が低下する。 メ、ケーブルの取付は状態による制限から、被加工材の
形状や姿勢が制限されることになる。 本発明の目的は、被加工材の加工位置が変化しても精度
よく加工位置が検出できる加工位置検出装置を提供する
ことにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明における加工位置検出装置は、作業能動部の軸ま
わりに回動自在に取付けられた支持体と、この支持体に
取付けられた投光手段および受光手段と、支持体を作業
能動部の軸まわりに回動させる駆動手段とを備えている
。
投光手段と受光手段とからなる検出部を作業能動部の軸
まわりに回動自在に設置された支持体に取付けており、
この支持体を駆動手段によって回動させるので、上記検
出部が作業能動部の軸を中心として正確な画像を得るに
適した位置に回動できる。 〔実施例〕 以下、本発明装置の実施例を図面を参照して説明する。 なお、以下では、溶接位置を検出する場合を例にとり説
明するが１本発明はこれに限定されない。第１図は、本
発明の一実施例の原理を説明するための概略的に示す斜
視図であり、溶接トーチ１を用いて被溶接材２の開先面
３をアーク溶接する状態を示す。作業能動部である溶接
トーチ１は、被溶接材２の開先面３と対向する電極部４
を有し、この電極部４と開先部３間に電気アークを発生
させる。支持体５は、溶接トーチ１の外周に配設され、
溶接トーチ１の中心軸１ａを軸中心とする回転可能構造
となっている。この支持体５には、投光手段６と受光手
段９が取付けられている。投光手段６は第１の投光部７
と第２の投光部８を有し、これらは、スリット状に鋭く
集光させた光（ａ状光線）を被溶接材１の開先面３のア
ーク点Ｐに先行するアーク点近傍位置に互いに一部が重
なるように照射する。図中、線分Ｑ １ ＝ Ｑ ４は
、前述の投光部７，８による線状光線によって開先面：
３上に生じる光切断線を表わす。前述の受光手段９は、
例えばＩＴＶカメラのようなものであり、前述の光切断
線を観測し、溶接倣い線を検出する。 支持体５の上部のモータ支持部２７には、モータ１２が
取付けられている。このモータ１２の回転軸には、歯車
３５が取付けられている。一方、溶接トーチ１を取付け
ている取付金具３１の下端部には、溶接トーチ１の軸ま
わりに歯が設けられた固定歯車コ３６が取付けられてい
る。歯車３５と歯車：３６とは係合しており、モータ１
２の回転力を支持体５に伝達する伝達機構が形成される
。すなわち、モータ１２が駆動すると、歯車３５が固定
歯車３６の周りを回動し、この結果支持体５が溶接トー
チ１の軸まわりに回動する。投光手段６と受光手段９と
は、この支持体５に取付けられているので、支持体５と
共に一体的に回転する。つまり、溶接トーチ１を静止さ
せたまま、この溶接トーチ１の中心軸を軸中心として、
投光手段６と受光手段９とが一体的に回転することがで
きる。 第２図は、第１図に示した装置が適用された全自動アー
ク溶接ロボットの一例の概略構成図である。検出部１１
は第１図に示した投光手段６の第１の投光部７、第２の
投光部８及び受光手段９を内蔵している。そして、この
検出部１１は支持体５に取付けられている。この支持体
５は、駆動モータ１２によって溶接トーチ１の中心軸を
軸中心として回転する。この検出部１１で得られる開先
光切断画像の信号は１画像処理装置１３に入力される。 そして、画像処理装置１３で所定の画像処理を行い、開
先位置を検出し、この信号を遅延回路１４を介して遅延
処理をした後、ロボット制御表＠１５に出力させる。ロ
ボット制御装置１５は、前述の遅延処理後の開先位置情
報に基づいて溶接トーチ１の位置を制御する。 前述の駆動モータ１２を作動させて支持体５を溶接トー
チ１回りに公転させることにより前述の検出部１１も一
体となって公転する。これによって、開先の検出位置は
、溶接トーチｌを軸中心とした同心円状の任意に選定す
ることが可能となる。 すなわち、画像処理装置１３に入力される開先画像を観
測した際に、溶接線が視野から外される度合いを遂次モ
ータ制御回路】６に伝送し、駆動モータ１２を駆動制御
して、溶接倣い線の変動に対しても追従して開先画像の
検出が可能となる。次に、この点について更にくわしく
説明する。 第３図は、前述した溶接倣い線の変動に追従して開先画
像を検出制御する方法の一実施例を示したものである。 この図は、被溶接部材２に重ね扱２ａ、２ｂを用いた場
合の光切断画像である。実線で示した光切断画像の線分
Ｑ Ｉ Ｑ ｘは、下側板２ａの上面で生成される光切
断画像である。又、線分Ｑ ２ Ｑ ｓ及びＱ８Ｑ４は
上側板２ｂの端面及び上面で各々生成される光切断画像
である。この画像から、第１図、第２図で示す投光手段
６と受光手段９を内蔵している検出部１１とこの検出部
１１を備えた本発明装置を支持するロボットとの相対位
置関係が既知であるという条件のもとで、ｒＡ先位置Ｑ
８の座標を求めることができ、前述したように、開先位
置情報をもとに、遅延回路１４により一定の遅延処理を
してロボット制御装置１５に信号を伝送し、トーチ位置
の制御を行う。 第１図に示すように、光切断線Ｑ Ｉ Ｑ Ｚ Ｑ ａ
Ｑ ４は溶接倣い線方向Ｘに対して直交方向となるが
、投光手段６の投光部７，８及び受光手段９が一体的に
Ｘ方向の軸（以下Ｘ軸という）を中心として回転させて
設置するため、観測される光切断画像は第３図に示した
ようにＸ方向と直交するＹ方向の軸（以下Ｙ軸という）
に対して傾斜する。開先位置を実際に検出する際は、投
光手段６．受光手段９及び溶接トーチ１の姿勢の変化、
投光手段６、受光手段９と開先位置の相対的変化により
１例えば第３図に併示した破線で示す位置に像が移動す
る。 同図においてΔＸは主に第１図に示す投光手段６゜受光
手段７及び溶接トーチ１と被溶接材２とがＹ軸を中心と
した方向に相対的に回転したために生じたものである。 又ΔＹは受光手段７の向きに対する開先位置の変化であ
る。開先画像が観測視野の中に常に入るようにするため
にΔＸの変化を検出してロボットの姿勢を制御すると同
時に、ΔＹの開先位置のずれによる投光手段６及び受光
手段９の検出方向の制御を行う必要がある。本発明にお
いては、後考の制御を行うためにｔｍ ８１１１画面上
での任意の許容検出位置ずれＭを設定し、遂次算出され
るΔＹの値が許容値Ｍを越えると第２図に示す駆動モー
タ１２を作動して支持体５を回転して。 投光手段６及び受光手段９を内蔵する検出部１１の回転
方向制御を行う。 上述したように、本発明では、開先画像が常に観測視野
内に入るように開先倣い検出を行えるため、開先位置の
三次元の変動に対しても追従して検出が可能となり、被
加工材の形状や姿勢に制限されにくいので、従来の方法
に比べて適用範囲が拡大される。 次に、本発明装置の一実施例の具体的構造について第４
図及び第５図を用いて説明する。第４図はこの具体的構
造の縦断面図、第５図は第４図の右側からみた側面図で
ある。 先端側に溶接ワイヤ２０を支持する支持電極２１からな
る電極部４を備える溶接トーチ１は。 その外周に絶縁部材２２．２３を介して第１の円筒部材
２４が配設されている。前述の支持体５は内部に円筒状
中空部を有しており、トーチ１の円筒部材２４外周に、
軸受２５，２６を介在して回転回能に支持されている。 この支持体５の。ヒ部支持体５ａには駆動モータ１２を
支持するためのモータ取付部材２７が固着されている。 又、このモータ取付部材２７の円筒部２７ａは、軸受２
８゜２９を介在して第２の円筒部材３０、ロボットアー
ムの取付金具３１に対し回転可能に支持されている。 前述の支持部材２７は、支持体５の外側において、駆動
モータ１２．減速機３２．エンコーダ３：３を支持して
おり、減速機３２の出力軸３４には歯車：３５が固着さ
れている。この歯車３５は、前述の支持部材２７の円筒
部２７ａに固着された外向歯車３６と噛合している。支
持体５と一体となって回転する支持部材３７には、線状
集光光線照射用である投光手段６の第りの投光部７と第
２の投光部８が取付けられている。これら第１の投光部
７及び第２の投光部８は、各々の照射光線が一本の直線
状になるように溶接トーチｌを挟んで対称位置に配設さ
れている。この第１の投光部７は、発光素子４１と、こ
の発光素子４１からの光線に指向性をもたせるための集
光レンズ４２とシリンドリカルレンズ４３から構成され
ている。又、第２の投光部８も第１の投光部７と同様に
構成されている。 又、支持体５の内部には、画像観測を行うための受光手
段９が取付けられている。この受光手段９は、前述の第
１及び第２の投光部７，８の発光素子４１の発光波長成
分のみの光を通過させるバンドパスフィルタ４５．レン
ズ４６．絞り４７゜検出器４８及び検出器用駆動回路４
９から構成されている。又、支持体５の下部支持体５ｂ
には、その受光手段９の光路部に透明な耐熱ガラス５０
が取付けられている。 このような構造において、駆動モータ１２を作動すると
、減速ｆｉ３２を介して歯車３５に回転力が伝達される
。ここで歯車３５と噛合っている歯車３６は、第２の円
筒部材３０と一体に設置されていて静止状態に拘束され
ている。このため、歯車３５の回転運動は、歯車３５．
駆動モータ１２゜減速機３２．エンコーダ３３及びこれ
らが駆動されている支持部材２７、この支持部材２７に
固着されている支持体５が一体となって溶接トーチ１を
中心として回転させることになる。 又、支持体５の回転により、支持体５に支持されている
投光手段６及び受光手段９も溶接トーチ１を中心として
、溶接トーチ１に接続されている溶接ケーブルや信号ケ
ーブル、支持電極や溶接ワイヤを静止させた状態で回転
運動させることができる。 本実施例では、回転体側（投光手段及び受光手段等を備
えた部分）と静止側（溶接トーチ、溶接ケーブル、信号
ケーブル等を備えた部分）とに基準位置を定めるための
磁気センサあるいは光センサ等の近傍スイッチを一対設
置している（図示せず）。これにより、本装置の始動時
において基準位置を認識してから開先位置の検出動作を
行うことができることから、誤動作のない開先位置検出
及び制御アルゴリズムを組むことが可能となる。 更に、以上説明した実施例においては、投光手段６とし
て第１の投光部７及び第２の投光部８を備えている。こ
れは１個では溶接トーチ１により照射光により形成され
る光切断画像に影ができるためであり、２個の投光部を
溶接トーチ１の両側に互いに影の部分を補うようにして
いるためである。したがって、投光手段は、１個の投光
部を光切断画像に影ができないように配置してもよい。 以上説明した構造によれば、溶接トーチを回転させずに
、線状集光光線照射系及び照射光観測系のみを溶接トー
チ中心軸に同転運動制御する構造となっているため、ア
ーク発生点を動かすことなく溶接位置検出点を変化する
ことができるため精度の良い溶接倣いを実施でき、複雑
な被溶接材形状、被溶接材の取付姿勢に適用できる効果
がある。 又、回転制御時に溶接トーチに接続される溶接ケーブル
や信号ケーブルからの反力を受けないので、ロボット手
首の位置決め制御時の負荷を軽くすることができるので
精度の良い溶接倣いを実施できる効果がある。 さらに、第４図及び第５図に示したように溶接トーチ軸
に対して５回転運動制御用駆動モータが光学系と反対側
に配置されているので、全体的な重量のバランスがとれ
、駆動モータの必要トルクが小さくなるとともに、装置
全体が小型な構成で達成でき、全自動アーク溶接ロボッ
トに適用して大なる効果がある。 上述した実施例では、支持体５に駆動モータ１２を取付
けた例を示したが、本発明はこれに限らず、駆動モータ
１２を１作業能動部を取付けている取付金具側（固定側
）に設置しても良い。すなわち、Ｆｉｇ、６に示すよう
に取付金具３１にモータ１２を取付け、支持体５を伝達
機構（モータ軸に取付けた歯車３５と、支持体５に設け
た歯車３６）を介して、溶接トーチ１の軸まわりに回転
させるものであっても良い。 また、伝達機構は、実施例で述べた歯車機端に限るもの
ではなく、座標ローラの抑圧によるものや、プーリとベ
ルトとの組合せによるものでも良い。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明では、作業能動部の軸まわり
に、投光手段および受光手段を任意に回転することがで
きる。このため、被加工材の加工位置を常に最適な条件
で精度よく検出することができる。
まわりに回動自在に設置された支持体に取付けており、
この支持体を駆動手段によって回動させるので、上記検
出部が作業能動部の軸を中心として正確な画像を得るに
適した位置に回動できる。 〔実施例〕 以下、本発明装置の実施例を図面を参照して説明する。 なお、以下では、溶接位置を検出する場合を例にとり説
明するが１本発明はこれに限定されない。第１図は、本
発明の一実施例の原理を説明するための概略的に示す斜
視図であり、溶接トーチ１を用いて被溶接材２の開先面
３をアーク溶接する状態を示す。作業能動部である溶接
トーチ１は、被溶接材２の開先面３と対向する電極部４
を有し、この電極部４と開先部３間に電気アークを発生
させる。支持体５は、溶接トーチ１の外周に配設され、
溶接トーチ１の中心軸１ａを軸中心とする回転可能構造
となっている。この支持体５には、投光手段６と受光手
段９が取付けられている。投光手段６は第１の投光部７
と第２の投光部８を有し、これらは、スリット状に鋭く
集光させた光（ａ状光線）を被溶接材１の開先面３のア
ーク点Ｐに先行するアーク点近傍位置に互いに一部が重
なるように照射する。図中、線分Ｑ １ ＝ Ｑ ４は
、前述の投光部７，８による線状光線によって開先面：
３上に生じる光切断線を表わす。前述の受光手段９は、
例えばＩＴＶカメラのようなものであり、前述の光切断
線を観測し、溶接倣い線を検出する。 支持体５の上部のモータ支持部２７には、モータ１２が
取付けられている。このモータ１２の回転軸には、歯車
３５が取付けられている。一方、溶接トーチ１を取付け
ている取付金具３１の下端部には、溶接トーチ１の軸ま
わりに歯が設けられた固定歯車コ３６が取付けられてい
る。歯車３５と歯車：３６とは係合しており、モータ１
２の回転力を支持体５に伝達する伝達機構が形成される
。すなわち、モータ１２が駆動すると、歯車３５が固定
歯車３６の周りを回動し、この結果支持体５が溶接トー
チ１の軸まわりに回動する。投光手段６と受光手段９と
は、この支持体５に取付けられているので、支持体５と
共に一体的に回転する。つまり、溶接トーチ１を静止さ
せたまま、この溶接トーチ１の中心軸を軸中心として、
投光手段６と受光手段９とが一体的に回転することがで
きる。 第２図は、第１図に示した装置が適用された全自動アー
ク溶接ロボットの一例の概略構成図である。検出部１１
は第１図に示した投光手段６の第１の投光部７、第２の
投光部８及び受光手段９を内蔵している。そして、この
検出部１１は支持体５に取付けられている。この支持体
５は、駆動モータ１２によって溶接トーチ１の中心軸を
軸中心として回転する。この検出部１１で得られる開先
光切断画像の信号は１画像処理装置１３に入力される。 そして、画像処理装置１３で所定の画像処理を行い、開
先位置を検出し、この信号を遅延回路１４を介して遅延
処理をした後、ロボット制御表＠１５に出力させる。ロ
ボット制御装置１５は、前述の遅延処理後の開先位置情
報に基づいて溶接トーチ１の位置を制御する。 前述の駆動モータ１２を作動させて支持体５を溶接トー
チ１回りに公転させることにより前述の検出部１１も一
体となって公転する。これによって、開先の検出位置は
、溶接トーチｌを軸中心とした同心円状の任意に選定す
ることが可能となる。 すなわち、画像処理装置１３に入力される開先画像を観
測した際に、溶接線が視野から外される度合いを遂次モ
ータ制御回路】６に伝送し、駆動モータ１２を駆動制御
して、溶接倣い線の変動に対しても追従して開先画像の
検出が可能となる。次に、この点について更にくわしく
説明する。 第３図は、前述した溶接倣い線の変動に追従して開先画
像を検出制御する方法の一実施例を示したものである。 この図は、被溶接部材２に重ね扱２ａ、２ｂを用いた場
合の光切断画像である。実線で示した光切断画像の線分
Ｑ Ｉ Ｑ ｘは、下側板２ａの上面で生成される光切
断画像である。又、線分Ｑ ２ Ｑ ｓ及びＱ８Ｑ４は
上側板２ｂの端面及び上面で各々生成される光切断画像
である。この画像から、第１図、第２図で示す投光手段
６と受光手段９を内蔵している検出部１１とこの検出部
１１を備えた本発明装置を支持するロボットとの相対位
置関係が既知であるという条件のもとで、ｒＡ先位置Ｑ
８の座標を求めることができ、前述したように、開先位
置情報をもとに、遅延回路１４により一定の遅延処理を
してロボット制御装置１５に信号を伝送し、トーチ位置
の制御を行う。 第１図に示すように、光切断線Ｑ Ｉ Ｑ Ｚ Ｑ ａ
Ｑ ４は溶接倣い線方向Ｘに対して直交方向となるが
、投光手段６の投光部７，８及び受光手段９が一体的に
Ｘ方向の軸（以下Ｘ軸という）を中心として回転させて
設置するため、観測される光切断画像は第３図に示した
ようにＸ方向と直交するＹ方向の軸（以下Ｙ軸という）
に対して傾斜する。開先位置を実際に検出する際は、投
光手段６．受光手段９及び溶接トーチ１の姿勢の変化、
投光手段６、受光手段９と開先位置の相対的変化により
１例えば第３図に併示した破線で示す位置に像が移動す
る。 同図においてΔＸは主に第１図に示す投光手段６゜受光
手段７及び溶接トーチ１と被溶接材２とがＹ軸を中心と
した方向に相対的に回転したために生じたものである。 又ΔＹは受光手段７の向きに対する開先位置の変化であ
る。開先画像が観測視野の中に常に入るようにするため
にΔＸの変化を検出してロボットの姿勢を制御すると同
時に、ΔＹの開先位置のずれによる投光手段６及び受光
手段９の検出方向の制御を行う必要がある。本発明にお
いては、後考の制御を行うためにｔｍ ８１１１画面上
での任意の許容検出位置ずれＭを設定し、遂次算出され
るΔＹの値が許容値Ｍを越えると第２図に示す駆動モー
タ１２を作動して支持体５を回転して。 投光手段６及び受光手段９を内蔵する検出部１１の回転
方向制御を行う。 上述したように、本発明では、開先画像が常に観測視野
内に入るように開先倣い検出を行えるため、開先位置の
三次元の変動に対しても追従して検出が可能となり、被
加工材の形状や姿勢に制限されにくいので、従来の方法
に比べて適用範囲が拡大される。 次に、本発明装置の一実施例の具体的構造について第４
図及び第５図を用いて説明する。第４図はこの具体的構
造の縦断面図、第５図は第４図の右側からみた側面図で
ある。 先端側に溶接ワイヤ２０を支持する支持電極２１からな
る電極部４を備える溶接トーチ１は。 その外周に絶縁部材２２．２３を介して第１の円筒部材
２４が配設されている。前述の支持体５は内部に円筒状
中空部を有しており、トーチ１の円筒部材２４外周に、
軸受２５，２６を介在して回転回能に支持されている。 この支持体５の。ヒ部支持体５ａには駆動モータ１２を
支持するためのモータ取付部材２７が固着されている。 又、このモータ取付部材２７の円筒部２７ａは、軸受２
８゜２９を介在して第２の円筒部材３０、ロボットアー
ムの取付金具３１に対し回転可能に支持されている。 前述の支持部材２７は、支持体５の外側において、駆動
モータ１２．減速機３２．エンコーダ３：３を支持して
おり、減速機３２の出力軸３４には歯車：３５が固着さ
れている。この歯車３５は、前述の支持部材２７の円筒
部２７ａに固着された外向歯車３６と噛合している。支
持体５と一体となって回転する支持部材３７には、線状
集光光線照射用である投光手段６の第りの投光部７と第
２の投光部８が取付けられている。これら第１の投光部
７及び第２の投光部８は、各々の照射光線が一本の直線
状になるように溶接トーチｌを挟んで対称位置に配設さ
れている。この第１の投光部７は、発光素子４１と、こ
の発光素子４１からの光線に指向性をもたせるための集
光レンズ４２とシリンドリカルレンズ４３から構成され
ている。又、第２の投光部８も第１の投光部７と同様に
構成されている。 又、支持体５の内部には、画像観測を行うための受光手
段９が取付けられている。この受光手段９は、前述の第
１及び第２の投光部７，８の発光素子４１の発光波長成
分のみの光を通過させるバンドパスフィルタ４５．レン
ズ４６．絞り４７゜検出器４８及び検出器用駆動回路４
９から構成されている。又、支持体５の下部支持体５ｂ
には、その受光手段９の光路部に透明な耐熱ガラス５０
が取付けられている。 このような構造において、駆動モータ１２を作動すると
、減速ｆｉ３２を介して歯車３５に回転力が伝達される
。ここで歯車３５と噛合っている歯車３６は、第２の円
筒部材３０と一体に設置されていて静止状態に拘束され
ている。このため、歯車３５の回転運動は、歯車３５．
駆動モータ１２゜減速機３２．エンコーダ３３及びこれ
らが駆動されている支持部材２７、この支持部材２７に
固着されている支持体５が一体となって溶接トーチ１を
中心として回転させることになる。 又、支持体５の回転により、支持体５に支持されている
投光手段６及び受光手段９も溶接トーチ１を中心として
、溶接トーチ１に接続されている溶接ケーブルや信号ケ
ーブル、支持電極や溶接ワイヤを静止させた状態で回転
運動させることができる。 本実施例では、回転体側（投光手段及び受光手段等を備
えた部分）と静止側（溶接トーチ、溶接ケーブル、信号
ケーブル等を備えた部分）とに基準位置を定めるための
磁気センサあるいは光センサ等の近傍スイッチを一対設
置している（図示せず）。これにより、本装置の始動時
において基準位置を認識してから開先位置の検出動作を
行うことができることから、誤動作のない開先位置検出
及び制御アルゴリズムを組むことが可能となる。 更に、以上説明した実施例においては、投光手段６とし
て第１の投光部７及び第２の投光部８を備えている。こ
れは１個では溶接トーチ１により照射光により形成され
る光切断画像に影ができるためであり、２個の投光部を
溶接トーチ１の両側に互いに影の部分を補うようにして
いるためである。したがって、投光手段は、１個の投光
部を光切断画像に影ができないように配置してもよい。 以上説明した構造によれば、溶接トーチを回転させずに
、線状集光光線照射系及び照射光観測系のみを溶接トー
チ中心軸に同転運動制御する構造となっているため、ア
ーク発生点を動かすことなく溶接位置検出点を変化する
ことができるため精度の良い溶接倣いを実施でき、複雑
な被溶接材形状、被溶接材の取付姿勢に適用できる効果
がある。 又、回転制御時に溶接トーチに接続される溶接ケーブル
や信号ケーブルからの反力を受けないので、ロボット手
首の位置決め制御時の負荷を軽くすることができるので
精度の良い溶接倣いを実施できる効果がある。 さらに、第４図及び第５図に示したように溶接トーチ軸
に対して５回転運動制御用駆動モータが光学系と反対側
に配置されているので、全体的な重量のバランスがとれ
、駆動モータの必要トルクが小さくなるとともに、装置
全体が小型な構成で達成でき、全自動アーク溶接ロボッ
トに適用して大なる効果がある。 上述した実施例では、支持体５に駆動モータ１２を取付
けた例を示したが、本発明はこれに限らず、駆動モータ
１２を１作業能動部を取付けている取付金具側（固定側
）に設置しても良い。すなわち、Ｆｉｇ、６に示すよう
に取付金具３１にモータ１２を取付け、支持体５を伝達
機構（モータ軸に取付けた歯車３５と、支持体５に設け
た歯車３６）を介して、溶接トーチ１の軸まわりに回転
させるものであっても良い。 また、伝達機構は、実施例で述べた歯車機端に限るもの
ではなく、座標ローラの抑圧によるものや、プーリとベ
ルトとの組合せによるものでも良い。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明では、作業能動部の軸まわり
に、投光手段および受光手段を任意に回転することがで
きる。このため、被加工材の加工位置を常に最適な条件
で精度よく検出することができる。
第１図は本発明の一実施例の概略を説明する概略的斜視
図、第２図は本発明が適用された全自動アーク溶接ロボ
ットの一例の概略構成図、第３図は本発明における検出
方向制御の原理を説明する図、第４図は本発明の具体的
構成の一例を示す縦断面図、第５図は第４図の側面図で
ある。第６図は本発明の実施例において、モータを固定
側に設置した例を示す図である。 １・・・溶接トーチ、２・・・被溶接材、３・・・開先
部、５・・・支持体、６・・・投光手段、７．８・・・
投光部、９・・・受光手段、１１・・・検出部、１２・
・・モータ、２ｏ・・・溶接ワイヤ、２４・・・第１の
円筒部材、２５，２６゜２８．２９・・・軸受、２７・
・・支持部材、３０・・・第２の円筒部材、３１・・・
取付金具、３２・・・減速機、３５・・・歯車、３６・
・・歯車。 ′ｆＪ１ 図 ＶＪ ４ 日 ５０ 酊？η゛クス ＶＪ５ 図 ｌＦＪ 乙 図 ５ 支１プトイ本 １ｚ七−７ ３１月女イ゛ｉ＊に
図、第２図は本発明が適用された全自動アーク溶接ロボ
ットの一例の概略構成図、第３図は本発明における検出
方向制御の原理を説明する図、第４図は本発明の具体的
構成の一例を示す縦断面図、第５図は第４図の側面図で
ある。第６図は本発明の実施例において、モータを固定
側に設置した例を示す図である。 １・・・溶接トーチ、２・・・被溶接材、３・・・開先
部、５・・・支持体、６・・・投光手段、７．８・・・
投光部、９・・・受光手段、１１・・・検出部、１２・
・・モータ、２ｏ・・・溶接ワイヤ、２４・・・第１の
円筒部材、２５，２６゜２８．２９・・・軸受、２７・
・・支持部材、３０・・・第２の円筒部材、３１・・・
取付金具、３２・・・減速機、３５・・・歯車、３６・
・・歯車。 ′ｆＪ１ 図 ＶＪ ４ 日 ５０ 酊？η゛クス ＶＪ５ 図 ｌＦＪ 乙 図 ５ 支１プトイ本 １ｚ七−７ ３１月女イ゛ｉ＊に
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、作業能動部と、該作業能動部を取付ける取付金具と
、該作業能動部の軸まわりに回転自在に取付けられた支
持体と、該支持体に取付けられており被加工材の加工す
べき面に線状光線を照射する投光手段と、該支持体に取
付けられており、該加工すべき面からの反射光を受光す
る受光手段と、該支持体を回動する駆動力を発生し伝達
機構を介して該支持体を回動させるモータとを備えたこ
とを特徴とする加工位置検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記モータは前記支持体に取付けられていること
を特徴とする加工位置検出装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記伝達機構は、前記取付金具の外周部に設けら
れた固定歯車と、該固定歯車と係合し前記モータの回転
軸に設けられた歯車とで形成されたことを特徴とする溶
接位置検出装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記モータは前記取付金具に取付けられているこ
とを特徴とする加工位置検出装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記支持体の前記作業能動部軸まわりに歯車を取
付け、該歯車に前記モータ軸に取付けた歯車を係合させ
て前記伝達機構を構成したことを特徴とする加工位置検
出装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記支持体は、内部に前記作業能動部が挿入され
る円筒状中空部を有し、該中空部において前記作業能動
部の外周部に設けた軸受を介して前記作業能動部の軸ま
わりに回動可能に保持されていることを特徴とする加工
位置検出装置。 ７、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記投光手段は、前記作業能動部を挟んで対称に
設けられた第１の投光部と第２投光部を備えていること
を特徴とする加工位置検出装置。 ８、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記投光手段は、発光素子と、該発光素子からの
光線を集光する集光レンズと、該集光された光線を線状
光線にするシリンドリカルレンズとを備えていることを
特徴とする加工位置検出装置。 ９、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置にお
いて、前記投光手段は、被加工材の前記作業能動部先端
部よりも方向に先行する開先面に前記線状光線が照射さ
れるように配置したことを特徴とする加工位置検出装置
。 １０、特許請求の範囲第１項記載の加工位置検出装置に
おいて、前記支持体は、前記取付金具から軸受を介して
前記作業能動部の軸まわりに回動自在に取付けられてい
ることを特徴とする加工位置検出装置。 １１、作業能動部と、該作業能動部の近傍に設けられ、
被加工材の開先面に線状光線を照射するための投光手段
と、該開先面に照射された線状光線の反射光を受光する
受光手段とを備え、該受光手段から得られた画像により
加工位置を検出する加工位置検出装置において、前記作
業能動部の外周部を回動可能な支持体と、該支持体を回
動駆動する支持体駆動手段とを設け、前記投光手段およ
び前記受光手段は、該支持体に取付けられていることを
特徴とする加工、位置検出装置。 １２、特許請求の範囲第１１項記載の加工位置検出装置
において、前記支持体駆動手段は、モータと、該モータ
の回転力を前記支持体に伝達する伝達機構とで構成され
ることを特徴とする加工位置検出装置。 １３、特許請求の範囲第１２項記載の加工位置検出装置
において、前記モータは前記支持体に取付けられている
ことを特徴とする加工位置検出装置。 １４、特許請求の範囲第１２項記載の加工位置検出装置
において、前記モータは、前記作業能動部取付け用の取
付金具側に設置されていることを特徴とする溶接位置検
出装置。 １５、特許請求の範囲第１２項記載の加工位置検出装置
において、前記伝達機構を歯車機構で構成したことを特
徴とする加工位置検出装置。 １６、特許請求の範囲第１１項記載の加工位置検出装置
において、前記支持体に取付けられた前記投光手段は、
前記加工能動部を挟んで対称に設けられた第１の投光部
と第２の投光部からなることを特徴とする加工位置検出
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23325285 | 1985-10-21 | ||
| JP60-233252 | 1985-10-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62176787A true JPS62176787A (ja) | 1987-08-03 |
Family
ID=16952156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61247434A Pending JPS62176787A (ja) | 1985-10-21 | 1986-10-20 | 加工位置検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4724301A (ja) |
| EP (1) | EP0219691B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62176787A (ja) |
| DE (1) | DE3664735D1 (ja) |
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