JPS62183969A - 溶接位置検出装置 - 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、溶接位置検出装置に係り、特に、被溶接部の
開先面にシート状の扇状集光光線を照射して得られる光
切断画像を検出して溶接すべき位置を検出する、例えば
全自動アーク溶接ロボットの溶接線倣い装置などの自動
溶接装置に好適な溶接位置検出装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の全自動アーク溶接ロボットなど自動溶接装置の溶
接位置検出装置については、例えば、日経メカニカル１
９８４．３．１２における武岡義彦・佐伯裕史による技
術レポート［アーク溶接、本格的ロボット時代へ、セン
シング技術が新分野を開拓」に記載されている。

その溶接位置検出装置について、第５図を参照して説明
する。

第５図は、従来の溶接位ｆＬＴｔ検出装置の略示構成図
であり、溶接線は突合わせ溶接の例を示している。

第５図に示す装置は、投光手段１から、例えば、レーザ
光を扇状のシート状に鋭く集光させた扇状集光光線（以
下シート状光線という）を被溶接材２の開先面３３に、
破線で示すように斜め上方から照射し、開先面３からの
反射光を、例えばテレビカメラなどの受光手段４で％）
Ｉ　ＩＩ＋し、得られた明暗の２値化画像による光切断
画像を解析することによって溶接すべき溶接線の位置を
求めるものであった。

このようにして溶接線を検知したのち、溶接線倣い装置
の溶接トーチ５によって、溶接ワイヤ６と被溶接材２と
の間に電圧を加えアーク７を発生させて溶接を行うもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の従来の溶接位置検出方式では、投光手段１および
受光手段４を正確に配置するか、あるいは相互の配置関
係を正確に計測しておいて画像解析をする必要があるが
、いずれも困難であった。

溶接線検出用のシート状光線の光源には、装置を小形化
あるいは低価格化をはかるため半導体レーザを用いる場
合が多い、半導体レーザは、通常７百数十国以−ヒの赤
外光を発する。このような場合、赤外光は目視できない
ため、複雑な形状の被溶接材（ワーク）の倣い線位置を
検出するときに、ワークにシート状光線が遮られたり、
観測視野が遮られることを監視するのが困難であった。

そこで、本発明は、前述の従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、溶接線の位置を迅速に検出調整
でき、その検出結果をもとに、溶接トーチの位置の制御
を行うことができ、特に、複雑な形状のワークに対して
、シート状光線や観測視野が遮られたりすることをあら
かじめ目視して溶接トーチの位置の制御を行いうる溶接
位置検出装置の提供を、その目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点砂解決するために、本発明に係る溶接位置
検出装置の構成は。

自動溶接装置の溶接トーチ手段と連動すべき装置であっ
て、扉状集光光線の照射光学系と、その照射部を１１ｉ
１！測するための観Ｘｌ’ｌ光学系とを備え、被溶接部
の開先面に扇状集光光線を照射して得られる光切断画像
を検出して、溶接すべき溶接線の位置を検出する溶接位
置検出装置において、前記扇状集光光線の照射光学系の
光軸上に、その扇状集光光線と異なる波長の可視領域の
光ビームを照射する手段を設けたものである。

そして、照射光学系とｍ測光学系とは、自動溶接装置の
溶接トーチ手段に着脱可能に装備されて溶接線検出位置
に位置すべき模擬の基準面を備え、光ビームをこの基準
面に照射して得られる散乱光の位置および光量を検出し
て、前記扇状集光光線の照射位置およびｍ測光学系の焦
点位置をあらかじめ調整しうるように構成されている。

ｗ４測光学系は、光ビームが基準面を照射して得られる
散乱光を２次元位置出力として観測しうる第１の光検出
器を備え、この散乱光位置検出結果にもとすいて、照射
光学系の位置を調整するための第１の位置制御部を備え
ているとともに、観ａ＋ＩＩ光学系は、光ビームが基準
面を照射して得られる散乱光の結像を観測しうる第２の
光検出器を備え、その結像を検出結果にもとすいて、前
記散乱光の結像する結像レンズの焦点位置を調整するた
めの第２の位置制御部を備えているものである。

〔作用〕

被溶接材の溶接位置を検知し、溶接線に従って倣い溶接
を行うには、まず、自動溶接装置の溶接トーチと一体的
に連動する照射光学系および観８１す光学系の位置調整
を行わなければならない。

自動溶接装置の溶接トーチ手段に着脱可能に装備された
レバー光端にある模擬の基準面を溶接線検出位置に配置
する。照射光学系から可視領域の光ビームを扇状集光光
線に係るシート状光線と同一光軸で前記基準面を照射す
る。基準面での散乱光は、第１の光検出器および第２の
光検出器で検出される。

第１の光検出器では、散乱光を２次元位置出力として捉
え、その結果を第１の位置制御部である照射光源位置制
御部にフィードバックして照射光源を正しい位置に調整
する。

第２図の光検出器では、散乱光の光景によって結像状態
を捉え、その結果を第２の位置制御部にフィードバック
して結像レンズを正しい位置に調整する。

このようにして照射光学系およびｗｔ８１１１光学系を
溶接線に対して正しく位置調整したのち、模擬的に基準
として用いた基準面を溶接トーチ手段から取り外し、位
置決められた照射光学系および観測光学系により溶接倣
い線を検知しながら、位置決められた溶接トーチにより
溶接線の倣い溶接が行われろ。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る溶接位置検出装置の
略示構成図、第２図は、そのｍ測光学系の原理図、第３
図は、光検出器の受光面を示す正面図、第４図は、第１
図の溶接位置検出装置による溶接倣い線の検出要領を示
す説明図である。

第１図において、８は１例えば半導体レーザなどの照射
光源、９は、照射光源８から発せられるレーザ光を扇状
のシート状に鋭く集光させる扇状集光光（以下シート状
光線という）にするためのシリンドリカルレンズ、１０
は、シート状光線と異なる波長の可視領域の光ビームを
発する光ビーム照射光源、１１は全反射ミラー、１２は
ハーフミラ−で、これらり部品は、筺体１３の中に一体
的に装着されて扇状集光光線の照射光学系を構成してい
る０図から、明らかなように、光ビームは、シート状光
線の照射される光軸上に発光するように構成されている
。

１５は、全自動アーク溶接ロボットなどのロボット手首
を示し、このロボット手首１５は、溶接トーチを取付け
る部材となるから溶接トーチ手段として機能する。

ロボット手首１５には、基準面１４ａを一体に形成した
レバー１４が着脱可能に装着される。このレバー１４は
、後述するように、溶接開始に先立ち、照射光学系およ
び観測光学系の位置調整のために用いるものであり、基
準面１４ａは、溶接線検出位置に位置して模擬の基準面
となるべきものである。したがって、溶接倣い線を検知
するときには、このレバー１４は取外される。なおＸ。

Ｙ軸は、溶接線方向を示す２次元座標軸、Ｚ軸はＸ、Ｙ
軸に直交する座標軸でロボット手首１５の軸１５に相当
する。

１６は、テレビカメラなどの受光手段、１７は結像レン
ズ１８および１９はハーフミラ−である。

２０は、第１の光検出器に係る２次元光検出器で、この
２次元光検出器２０は、当該検出器の受光面上の光点の
動きを、光点の大きさに無関係に光点の重心の位置を光
点の位置として、座標軸Ｘ。

ｙ４基準とする連続的な２次元位置情報を出方するもの
である。

２１は、第２の光検出器で、この光検出器２１は、受光
面に現われる散乱光の光量を検出するものである。

これら受光手段１６、結像レンズ１７、ハーフミラ−１
８，１９，２次元光検出器２ｏおよび光量検出用の光検
出器２１を以て観測光学系が荷電　゛されている。

２２は、第１図の位置制御部に係る照射光源位置駆動回
路で、この照射光源位置駆動回路２２は。

２次元光検出器２の検出結果にもとすいて照射光学系の
位置を調整できるように回路構成されている。

２３は、第２の位置制御部に係る結像レンズ位置駆動回
路で、この結像レンズ位置駆動回路２３は、第２図の光
検出器２１による結像検出結果にもとずき散乱光の結像
する結像レンズ１７の焦点位置を調整できるように回路
構成されている。

このような構成溶接位置検出装置の作用を１次に説明す
る。

全自動アーク溶接ロボットの溶接線倣い装置などの自動
溶接装置を稼動させるためには、まず、その自動溶接装
置の溶接トーチと一体的に駆動すぼき照射光学系および
観測光学系の位置調整を行う。

そこで、自動溶接装置の溶接トーチ手段として機能すべ
きロボット手′？￥１５に、レバー１４を取付け、レバ
ー１４の先端に形成されている基準面Ｌ４ａを、溶接線
検出位置に配置する。

照射光学系の光ビーム照射光源１０から発光される光ビ
ームは、基準面１４ａに照射される。基準面１．４　ａ
での散乱光は、１ｉｉＩｌ測光学系の結像レンズ１７、
ハーフミラ−１８，１９を介して前述の２′ＭＴ、類の
光検出器によって検出される。

その原理を、第２図を参照して説明する。

〕、（準圃面４ａからの散乱光は、実線で示したように
、まず、結像レンズ１７により２次元光検出器の受光面
２０ａに結像する。２次元光検出器２０がロボット手段
１５に正確に設置しであるものと仮定すると、２次元光
検出器２０は検出すべき散乱光の位置を２次元位置出力
として検出し、その結果を第１図に示す照射光源位置′
ｒＡ動回路２２にフィードバックして光ビーム照射光源
１０を正しい位置に調整する。シート状光線の照射光源
８およびシリンドリカルレンズ９も一体的に位置調整さ
れる。

次に、ｉ　８１’ｌ光学系の焦点位置の調整について述
べる。

第２図に示すように、基準面１４ａからの散乱光は、結
像レンズ１７、ハーフミラ−１９を介してＡ点に結像す
る。基準面１４ａが１４ａ′あるいは１４ａ’に変化す
ると結像する位置がＡ点からＡ′点あるいはＡ′点に各
々変化する。ここで第２の光検出器２１の受光面２１ａ
の形状を、例えば第３図に示すように、環状部２１ａ′
および円形状部２１ａ′の２種類の受光素子で構成した
ものを用いるものとする。

そして、基準面が第２図に示す１４ａにあるときに後方
錯乱円が前記環状部２１ａ′および円形状部２１ａ＃の
２種類の受光素子の境界線と一致するように第２の光検
出器２１を配置する。

このようにして、２つの受光素子の入射光社の比が最小
となるように、第２の光検出器２１の検知結果を結像レ
ンズ位置駆動回路２３にフィードバックして結像レンズ
１７を正しい位置に調整し、観８ｉｌｌ光学系の焦点位
置の調整ができる。

このようにして照射光学系よおよびＭ）Ｉｌ！光学系を
基準面すなわち溶接線に対して正して位置調整したのち
、模擬的に基準として用いていた基準面１４ａを有する
レバー１４を、ロボット手段１５から取り外す。

照射光学系および１１１８１１光学系を正しく位置決め
した自動溶接装置により溶接倣い線を検出する状態を示
したのが第４図である。なお、第４図では隅肉溶接の例
を示している。

溶接倣い線検出時には、照射光学系の光ビーム照射光源
１０．＆１測光学系の２次元光検出器２０および第２の
光検出器２１をあらためて駆動させず１例えば全自動ア
ーク溶接ロボットの溶接ト−チと同体に作動する。すな
わち、位置決めされた照射光学系および観測光学系によ
り、シート状光線の照射で溶接倣い線を検知しながら、
これら光学系と一体に作動する溶接トーチにより溶接線
の自動倣い溶接が行われる。

本実施例によれば、シート状光線と別に設けた可視領域
の光ビームの照射により溶接線検出位置を目視できるの
で、シート状光線あるいは観測視野がワークに遮られた
りすることをあらかじめ目視できる効果があり、複雑な
形状の被溶接材すなわちワークの溶接作業にも適用でき
る。

また、シート状光線が正しい位置を照射しているかどう
かを迅速に検出、調整できるとともに、溶接倣い線を精
度よく検出することができる。

さらに、観測光学系の焦点位置を迅速に調整でき、高精
度な溶接倣い線検出を行うことができる。

なお、前述の実施例では、全自動アーク溶接ロボットの
例を説明し、模擬の基準面１４ａは、ロボット手首１５
に装着したレバー１４に形成されているものを説明した
が、本発明は、溶接ロボットに限らず、自動溶接装置に
汎用的に適用できるものであり、模擬の基準面は溶接ト
ーチ手段に装置されるものである。

また、第１の位置制御部に係ろ照射光源位置駆動回路２
２、第２の位置制御部に係る結像レンズ位置駆動回路２
３第は、マイコンなど演算制御手段に回路構成してもよ
いことはいうもでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、溶接線の位置を迅
速に検出調整でき、その検出結果をもとに、溶接トーチ
の位置の制御を行うことができ、特に、複雑な形状のワ
ークに対して、シート状光線や観測視野が遮られたりす
ることをあらかじめ目視して溶接トーチの位置の制御を
行いうろ溶接位置検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る溶接位置検出装置の
略示構成図、第２図は、そのｍ測光学系の原理図、第３
図は、光検出器の受光面を示す正面図、第４図は、第１
図の溶接位置検出装置による溶接倣い線の検出要領を示
す説明図、第５図は、従来の溶接位置検出装置の略示構
成図である。 ２・・・被溶接材、３・・・開先面、５・・・溶接トー
チ、８・・・照射光源、１０・・・光ビーム照射光源、
】４ａ・・・基準面、１５・・・ロボット手首、１６・
・・受光手段、１７・・・結像レンズ、２０・・・２次
元光検出器、２１第　Ｚ　図 Ｚ　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自動溶接装置の溶接トーチ手段と連動すべき装置で
   あつて、扇状集光光線の照射光学系と、その照射部を観
   測するための観測光学系とを備え、被溶接部の開先面に
   扇状集光光線を照射して得られて光切断画像を検出して
   、溶接すべき溶接線の位置を検出する溶接位置検出装置
   において、前記扇状集光光線の照射光学系の光軸上に、
   その扇状集光光線と異なる波長の可視領域の光ビームを
   照射する手段を設けたことを特徴とする溶接位置検出装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、照射光
   学系と観測光学系とは、自動溶接装置の溶接トーチ手段
   に着脱可能に装備されて溶接線検出位置に位置すべき模
   擬の基準面を備え、光ビームをこの基準面に照射して得
   られる散乱光の位置および光量を検出して、前記扇状集
   光光線の照射位置および観測光学系の焦点位置をあらか
   じめ調整しうるように構成したものである溶接位置検出
   装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、観測光
   学系は、光ビームが基準面を照射して得られる散乱光を
   ２次元位置出力として観測しうる第１の光検出器を備え
   、この散乱光位置の検出結果にもとづいて、照射光学系
   の位置を調整するための第１の位置制御部を備えたもの
   である溶接位置検出装置。 ４、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、観測光
   学系は、光ビームが基準面を照射して得られる散乱光の
   結像を観測しうる第２の光検出器を備え、その結像の検
   出結果にもとづいて、前記散乱光の結像する結像レンズ
   の焦点位置を調整するための第２の位置制御部を備えた
   ものである溶接位置検出装置。