JPS62259011A

JPS62259011A - 距離検出器

Info

Publication number: JPS62259011A
Application number: JP61102461A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Suyama; 俊光須山; Naoto Sano; 直人佐野; Kunio Miyahara; 宮原　邦雄; Yoshio Ogawa; 小川　禅雄; Akira Morikawa; 彰森川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-11-11

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えば、レーザ加工機、産業用ロボット等を
初めとする自動機械のｌ＼ラッドワーク（対象物）との
間の対向距離を測定し、当該対向距離を所定に促つため
に用いる距離検出器に関する。

（従来の技術）例えば、ＣＯ２レーザ加工瀘等のレーザ加工機を、ワー
クの切断、加工等を行う手段として用いる製造ラインで
は、切断、加工作業に先立って、所望の切断、加工作業
を行うべくワークの形状に対応してヘッドの移動経路等
の動作手順を加工機に対して教え込むことが行なわれる
。通常、このような動作手順の教え込みをティーチング
く教示）と称しているが、この教示の後に加工機のｌ＼
ラッド加工工具としてレーザ加工ノズル等を取Ｃ１けし
、このノズルを前記町示による経路（教示経路）に沿っ
て移動させることにより、教示に対応したワークの切断
、加工作業が行なわれることになる。

この場合、例えば、ワーク毎の寸法の個体差、ヘッドへ
のノズル取付けの取付誤差等により、ヘッドとワークと
の位日関係は、教示時と実際の加工作業時とは異なる場
合がある。

ここで、ヘッドとワークとの装置関係が教示時と実際の
加工作業時とで異ってしまうと、ワークに対して所望の
加工がなされないので、通常は、ヘッドの（ｔｌｌｌ壁
に距離検出器を取付けて、ヘッドとワークとの位置関係
つまり対向距離を測定し、この測定データにより、ヘッ
ドとワークとの位置関係が教示に対応するように距［補
正することが行なわれている。

従来、この種の距離検出器として（ユ、−組の投光器及
び受光器を有し計測ビームが雫−の先方式のものが代表
的であり、投光器からの光をワーク上の加工点から優か
に離れた位置に投光し、その反射光を投光器と所定の位
置関係に配置された受光器により受光することにより、
ヘッドとワークとの対向距離が非接触に測定１′ること
ができるものである。

このような従来の距離検出器では、平坦面の二次元状ワ
ークでは反射光は受光器に受光されるので正確な計測デ
ータが青られるが、複雑な三次元状ワークでは、計測ビ
ーム（光）が中−であることから、反射光が受光器に正
しく受光されないことがあり、このため正確な計測デー
タが得られなかった。また、ビーム照射位置が加工点か
ら離れているので、ヘッドとワークとの本来の測定すべ
き対向距離を計測しているものではなかった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の距ｆｉｔ！出器では、ワークの種類に
よっては正確な対向距離を測定できない、という問題が
あった。

そこで、本発明の目的は、どのようなワークであっても
ヘッドとワークとの対向距離を正確に測定できる距離検
出器を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は前記問題点を解決し且つ目的を達成　　　゛す
るために次のような手段を講じたことを特徴としている
。すなわち、本発明による距離検出器は、対像物上に投
光により複数の計１１用輝点を形成する複数の投光器と
、航記複数の計測用輝点を三角測量の原理で距離測定す
るように前記複数の投光器に対してそれぞれ所定の傾斜
角を有して設けられた？５！数の受光器と、この複数の
受光器からの輝点位置データに基づき三角１ｆｆｉの原
理で前記対象物との間の対向距離を求める信号処理手段
とを具漏したことを特徴とする。

（作用）このような手段を講じたことにより、投光器は対象物に
複数の計測用輝点を形成し、この複数の計測用輝点を受
光器により受光して輝点位置データを得、信号処理手段
では輝点位置データに基づき三角測Ｓの原理で対ｇＡ物
との間の距離データを演埠することになり、複雑な三次
元状の対象物であっても複数の計測用輝点データに基づ
く計測データであるので、対象物との対向距離を正確に
測定することができる。

（実施例）以下本発明の一実流例を口面を参照して説明する。本実
施例の距離検出器はＣＯ２レーザ加工機のヘッドに適用
したものである。

第１図は本実施例の正面図、第２図は同１ｔｌｌ１面図
、第３図は同上平面図、第４図は第２図のＸ−Ｘ断面図
である。

第１図乃至第４図において、ＣＯ２レーザ加工機のヘッ
ド本体１の先端部にはレーザ加工ノズルが２が取着され
ており、さらにこのノズル２の外周部には距離検出器本
体３がねじ４により取着されている。

距離検出器本体３の内部には、第１投光器１０と第１受
光器１１とが三角測り可能な所定の角度で内蔵され、同
様に第２投光器１２と第１受光器１３とが前記第１投光
器１０及び第１受光器１１の組と異なる位置でやはり三
角測ｍ可能な所定の角度で内蔵されて′いる。そして、
第１投光器１０からはワーク５に計測光２６が投光され
、この計測光２６によりワーク５上に輝点１２を現わし
、この輝点１２の乱反射光の一部は反射光２７として第
１受光器１１へ届くようになる。一方、第２投光器１３
からはワーク５に計測光２８が投光され、ワーク５上に
は計測光２８により輝点１５を現わし、輝点１５の乱反
射光の一部は反射光２９として第２受光器１４へ届くよ
うになる。ここで、第３図に承りように本実施例を下方
向から見た場合、計１１光２６と計測光２８とがほぼ直
交するように第１投光器１０と第２投光器１３とは配設
されている。

第５図は第３図にお番ブる三角形ＰＱＲで示される光学
系部分の構成を示す断面図である。第５図において、第
１投光器１０は、半導体レーザ２０と、この半導体レー
ザ２０を保持するブツシュ２１と、半導体レーザ２０の
先ｒＭ（投光方向〉に設けられ半導体レー’ｆ２０から
のレーザ光における散乱光を除去するコリメータ２２と
、このコリメータ２２の先側に設けられたスペーサ２３
と、このスペーサ２３の先側に設けられた投光レンズ２
４ど、この投光レンズ２４の先側に設けられたスペーサ
２５とから構成されている。第２投光器１３も第１投光
器１０と異なる位置で同様に構成されている。

同じく第５図に示すように、第１受光器１１は、受光素
子３０と、この受光素子３０を保持するスリーブ３１と
、受光素子３０の前側（受光方向）に設けられ外乱光を
＊ｉする光フィルタ３２と、この光フィルタ３２に接し
て設けられたスペーサ３３と、このスペーサ３３の前側
に設けられた受光レンズ３４と、この受光レンズ３４に
接して第１受光器１１に固定された押えリング３５とか
ら構成されている。第２受光器１４も第１受光器１１と
異なる位置で同様に構成されている。

さらに、第５図に示すように、距離検出器本体３の先端
にはキャップ４０がねじ結合され、このキャップ４０に
は二ｍのカバーガラス４１．４２が取付けられている。

第６図は第１．第２投光器１０．１３のドライバ系乃び
第１．第２受光器１１．１４の検知系の陽酸を示す７０
７９図ある。第６図において、第１、第２投光器１０．
１３及び第１．第２受光器１１．１４を有する距離検出
器本体３には、コントローラ５０が接続されている。こ
のコントローラ５０１．を第１．第２投光器１０．１３
のドライバ５１１．５２及び第１．第２受光器１１．１
４からの受光を検知する検知回路５３．５４を備え、こ
の検知回路５３．５４からの検知信号（Ｔｉ点位置デー
タ）は信号処理回路５５に与えられ、ここで三角ＩＮｆ
ｉの原理でヘッド１とワーク５との間の対向距離を求め
、信号出力５６するようになっている。

さらに、第５図に示すように、第１受光器１１の受光素
子３０は、ワーク５の対向距離が変化すると輝点１２の
像位置が変化してピンボケの原因となるため、所定の計
測２１２＠内でＦＪＩ泣訝の変化に合せて光軸を僅かに
傾斜させることにより、ピントが合うように構成されて
いる。

次に上記のように構成された本実施例の距離検出器の作
用について説明する。

今、第５図において、ＣＯ２レーザ加工加工代ッド本体
１が予め教示された加工経路に沿ってワーク５に対向し
ているものとする。このような状態にある時、ワーク５
がレーザ加工が進につれて変形が生ずる、或いはワーク
５に繰返し同一の加工を施す時に、ノズルに固定高さず
れが生ずる等により、第５゛図に示すように近い位置の
ワーク５′或いは遠い位置のワーク５″のように対向位
′ｒａ（距ｇｎ＞が変化することがある。この場合、本
実施例の距離検出器本体３によれば、第１投光器１０か
ら投光された計測光２６は基準の対向距離のワーク５に
対しては、輝点１２を現わし、近い立置のワーク５′に
対しては輝点１２′を現わし、遠い位置のワーク５″に
対しては輝点１２″を瑛わすことになる。従って、第１
受光器１１上にはそれぞれの輝点１２，１２’　、１２
”に対して反射光２７．２７’　、２７″による象が異
なる位置に現われるため、逆に第１受光器１１が検知し
た輝点位置から三角重量の原理に基づいて対向距離を計
測できることになる。同様に、第２投光器１１と第２受
光器１４も前述の現牟が現われるため、対向距離が計測
できることになる。

そして、コント０−５５０内の検知回路５３゜５４で検
知した第１受光器１１と第２受光器１４の計測データを
−、信号処理回路５５により目的に応じて信号処理する
ことにより、ワーク５上の凹凸程度を示す情報、輝点が
ワーク５上に無いつまりワーク５が所定位置から外れ一
〇いることを示す情報等を１与ることができる。この情
報をＣＯ２レーデ加工機のコントローラに与えることに
より、対向距離を自動的に修正することが可能となる。

このように、本実施例の距離検出器をＣＯ２レーデ加工
機のレーザ加工ヘッドに設けて、対向距離データを加工
機のコントロール情報として使用するとにより、レーザ
加工を実施しながら対向距離は自動的に法王することが
でき、これにより所望のレーザ加工が実流可能となる。

以下、このことをワーク５の種類毎にそれぞれ説明する
。

従来の一対の投光器と受光器とを用いた甲−の計測ビー
ムの距離検出器は、第７図に示すような平坦面の二次元
状ワーク５に対しては任意の方向の加工経路、例えば加
工経路Ｋｌ及び加工経路に３等に沿った対向距藺は、反
射光が受光器に受光されるので、対向距離は正確に測定
することができるが、第８図に示すような一方に凹凸（
図示では円弧状）があるワーク５に対しては、例えば、
加工経路Ｋｌ上に輝点が形成される場合を除いて、加工
ノズル２とワーク５との実際の距離より計測されるデー
タは曲率の分だけ誤差とな？）。この場合、この誤差に
より対向距離を修正してしまうと加工ノズル２とワーク
５との衝突の原因となる。

これに対し本文論例によれば、第８図の一方に凹凸があ
るワーク５であっても、加工経路１り２上に輝点１２が
現われると加工経路Ｋｌ上にも輝点１５が現われるため
、加工ノズル２とワーク５との実際の距慧を正確に測定
することができる。

また、本実施例の距離検出器を第９図に示すような球状
のワーク５に適用した場合、加工経路に２上に輝点１２
が現われ加工経路Ｋｌ上にも輝点１５が現われるが、そ
の輝点１２．１５は共に曲率面に現われるため、実際の
距離を正確に計測することはできないが、現実にはワー
ク５でこのような箇所は極めて少なく、事前に対向距離
をオフセットすることは希であり、加工機の運転上あま
り支障は生じない。この第９図に示すような球状のワー
ク５に対しては、後述する他の実施例のｔｌ成であれば
正確に測定することできる。

第１０図に示すような凹形状のワーク５の場合、従来の
構成ではヘッド１の側壁に距離検出器３を取付けている
ので、ｌ＼ツド囲りが大形化し且つ複雑となり、ヘッド
１の移動が制限されることがあり、必然的に広い凹形状
のワーク５のみに適用できるものでしかなかった。これ
に対し、本実施例ではヘッド１に距！！！検出器３を一
体的に構成されるので、第１１図に示すような狭い凹形
状のワーク５でもヘッド１の移動がｉｌｌ　［されるこ
となく、レーザ加工が可能となる。

また、本実施例では、複数の輝点を用いて対向距離を計
測するようにしているので、例えば、レーザ切断溝やエ
ツジ付近の加工中に一方の輝点が溝中に落込んでも、残
りの輝点て対向距離を測定することができる。

第１２図は他の実施例の構成を示す上平面図である。第
１２図では第１投光器１０及び第１受光器１１の外側に
、第３投光器１１０及び第３受光器１１１を設けて、こ
れによる輝点１１２とこの輝点１１２からの反射光１２
７とにより対向距離を計測し、また、第２投光器１３及
び第１受光器１４の外側に、第４投光器１１３及び第３
受光器１１４を設けて、これによる輝点１１５とこの輝
点１１５からの反射光１２９とにより対向距離を計測す
る構成としてもよい。このように４つの輝点１２，１５
，１１２，１１５によりワーク５に対して対向距離を計
測すれば、第１３図に示すような球状のワーク５に対し
ても輝点１２と輝点１１２から加工経路に２方向のワー
ク傾斜角が求まり、また、輝点１５と輝点１１５から加
工経路に２方向のワーク傾斜角が求まるので、加工ノズ
ル２とワーク５との実際の対向距離を正確に計測するこ
とができる。

なお、上述した実施例では、教示動作が行なわれる自ｅ
ｌｊｌ械としてレーザ加工機についての適用例を説明し
たが、ロボット等に適用してもよい。

また、距離検出器を中休で用いてもよい。さらに、ワー
ク形状に応じて４組以上の投光器及び受光器を姐込んだ
構成としてもよい。この他に本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で（１々変形して実施できるものである。

［発明の効果］以上詳述したように本発明による距離検出器は、対象物
上に投光により複数の計測用輝点を形成する複数の投光
器と、前記複数の計測用輝点を三角測量の原理で距離測
定するように前記複数の投光器に対してそれぞれ所定の
傾斜角を有して設けられた？！数の受光器と、この？！
数の受光器からの輝点位置データに基づき三角１１１ｆ
ｆｉの原理で前記対蒙吻との間の対向距離を求める信号
処理手段とを具ｔｉ　したことを特徴とする。

このような構成によれは、投光器は対象物に複数の計測
用輝点を形成し、この複数の計測用輝点を受光器により
受光して輝点位置データを得、信号処理手段では輝点位
置データに基づき三角３！１ｆｆｉの原理で対象物との
間の距離データを演算することになり、？！！雑な三次
元状の対↑物であっても複数の計調用１点データに基づ
く計測データであるので、対象物との対向距離を正確に
測定することができ、もってどのようなワークであって
もワークとの対向距離を正確に測定できる距離検出器が
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の距離検出器の一実施例の構成を示す正
面図、第２図は同実施例の側面図、第３０は同実施例の
下平面図、５Ｉ４図は同実施例における第２図のＸ−ｘ
断面図、第５図は同実施例おける第３図の三角形ＰＱＲ
で示される光学系部分の構成を示す断面図、第６図は同
実施例の電気系統の構成を示すブロック図、第７図は平
面状ワークに対する適用例を示す区、第８図は円筒状ワ
ークに対する適用例を示す図、第９図は球状ワークに対
する適用例を示す図、第１０図は従来の距離検出器を取
付けた加工ヘッドとワークとの位置関係を示す図、第１
１図は同実施例の距離検出器を取付けた加工ヘッドとワ
ークとの位置関係を示す図、第１２図は本発明の他の実
施例の距ｍ検出器の構成を示す下平面図、第１３図は第
１２図に示す距離検出器の作用を球状のワークに適用し
て示す図である。１・・・ヘッド本体、２・・・レーザ加工ノズル、３・
・・距離検出器本体、４・・・取付けねじ、５・・・ホ
ーク、１０・・・第１投光器、１１・・・第１受光器、
１２・・・輝点、１３・・・第２受光器、１４・・・第
２受光器、１５・・・１点、２０・・・半導体レーザ、
２１・・・ブツシュ、２２・・・コリメータ、２３・・
・スペーサ、２４・・・投光レンズ、２５・・・スペー
サ、２６・・・計測光、２７・・・反射光、２８・・・
計測光、２９・・・反射光、３０・・・受光素子、３１
・・・スリーブ、３２・・・光フィルタ、３３・・・ス
ペーサ、３４・・・受光レンズ、３５・・・押えリング
、４０・・・キャップ、４１・・・カバーガラス、４２
・・・カバーガラス、５０・・・コントローラ、５１・
・・レーザドライバ、５２・・・レーザドライバ、５３
・・・検知回路、５４・・・検知回路、５５・・・信号
処理回路。出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦第１図第４図第５図第６図第７図第８図第９図第１０図第１１図第１２図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対象物上に投光により複数の計測用輝点を形成す
る複数の投光器と、前記複数の計測用輝点を三角測量の
原理で距離測定するように前記複数の投光器に対してそ
れぞれ所定の傾斜角を有して設けられた複数の受光器と
、この複数の受光器からの輝点位置データに基づき三角
測量の原理で前記対象物との間の対向距離を求める信号
処理手段とを具備したことを特徴とする距離検出器。
（２）前記投光器及び受光器は、自動機械の動作ヘッド
に一体化して組込まれて構成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の距離検出器。