JPS6365303A - 溶接線検出装置 - 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、光学的に溶接線の位置を検出する溶接線検出
装置に係り、特に溶接ロボットなどの自動溶接装置に好
適な溶接線検出装置に関する。

〔従来の技術〕

このような溶接線検出装置として、スリットを介して射
出されるスリット光を、溶接線を含みかつ溶接線の延在
方向に直交する線状領域に照射し、その反射光による前
記線状領域の反射像に基づいて溶接線の位置を検出する
ものが知られている。

そして、溶接部に開先が形成されている場合や、隅肉溶
接等のように、溶接線に接する２つの母材表面が角度を
有している場合には、スリット光を照射する光照射装置
と、反射光を受光して反射像を得る受光装置を、線状照
射域に対し、溶接線の延在方向に沿って対称的に配置し
、線状照射域に対応する反射像の曲折点の位置を検出す
ることにより、溶接線の位置を検出することがなされて
いる。

また、特開昭５５−３０３３９号公報に記載されたもの
によれば、上記と同様の光照射装置と受光装置を有して
なる溶接線検出装置を溶接トーチの支持部材に取り付け
、隅肉溶接に係る縦板反射像と横板反射像のそれぞれの
１回反射像の光量の差に基づいて溶接線の位置を検出す
るようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した従来の溶接線検出装置によれば
、溶接線近傍の２つの母材表面がなす角度によっては（
例えば、はぼ直角）　、１ｕ材表面で反射される１回反
射光が再び他の母材表面にて反射される２回反射を起こ
す場合があり、受光装置によって得られる反射像は、１
回反射像と２回反射像の重なったものとなる場合があっ
た。このように、２回反射像が重なると、１回反射像に
」、（づいて溶接線の位置を検出することができなかっ
たり、誤検出をするおそれがあるという問題があった。

本発明の目的は、−ヒ艷従来の問題点を解決すること、
いい換えれば、溶接線を含む母材表面にスリット光を照
射し、その１回反射像の曲折点を検出するにあたって、
２回反射像の悪影響を排除することができる溶接線検出
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〕

本発明は、」−記目的を達成するため、溶接線に接する
２つの母材表面が角度を有してなる当該溶接線を含む母
材表面の線状域に光を照射する光照射装置と、前記線状
域を含む母材表面の反射光を受光して反射像を得る受光
装置と、この反射像の前記線状照射域に対応する像の曲
折点の位置を検出する曲折点検出装置とを含んでなり、
前記光照射装置は線状照射域と溶接線のなす角度を可変
設定する照射角設定手段を有してなるものとしたことを
特徴とする。

〔作用〕

このように構成することにより、溶接線近傍の母材表面
から２回反射像が受光装置に入射されて１回反射像と重
なるような場合、またはおそれがある場合には、線状照
射域と溶接線のなす角度を適宜調整することにより、２
回反射像が１回反射像に重なるのを防止することができ
る。これによって、２回反射像の影響を排除して、１回
反射像の曲折点を正しく検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図（、）に本発明に係る溶接線検出装置を溶接ロボ
ットに適用してなる一実施例の概要構成図を示し、第１
図にその要部詳細構成図を示す。

第２図（ａ）に示すように、溶接トーチ１は、アーム２
の先端に図示矢印３方向に揺動可能に、がつ図示矢印４
方向に回転可能に垂下されてなる支持軸５に、取付具６
を介して固定されている。また、溶接トーチ１の内部を
通って送給される溶接ワイヤ７の先端位置は、前記支持
軸５の回転中心軸０に一致するように配設されている。

前記支持軸５の下端部に第１図に示す詳細構成を有する
溶接線検出装置１０が取り付けられている。な才９、溶
接トーチ軸にと支持軸５の回転中心軸Ｑは一定の角度δ
　（例えば４５°）に設定されている。

溶接線検出装置１０は、光照射装置２０と曲折点検出装
置３０とを含んで形成されている。光照射装置ｌ￥２０
は、光源としての半導体レーザ２１、凸レンズ２２、凹
レンズ２３、シリンドリカルレンズ２４、ミラー２５．
２６を含んで形成されており、半導体レーザ２１から出
射された光は、凸レンズ２２と凹レンズ２３を介してシ
リンドリカルレンズ２４に導かれ、スリット光（線状照
射光）に形成される。このスリット光は、ミラー２５゜
２６によって反射され、溶接線検出装置１０の底抜に開
口された出射穴から検出すべき溶接線を含む母材表面に
照射されるようになっている。また、曲折点検出装置３
０は、ミラー３１、干渉フィルタ３２、凸レンズ３３、
受光センサ３４を含んで形成されており、溶接線検出装
置１０の底板に開口された入射穴を通って入射される母
材表面がらの反射光をミラー３１を、干渉フィルタ３２
、凸レンズ乏３３を介して受光センサ３４に導き、ここ
において母材表面の反射像を電気信号等に変換して２次
元反射像として検出するようになっている。

また、ミラー２６から出射されるスリット光の光軸ｍと
ミラー３１に入射される反射光の光軸Ｔｌは、溶接トー
チ軸にと支持軸５の回転中心軸Ｑのなす平面に対し、一
定の角度α傾斜させて面対称とされ、かつ溶接トーチ軸
にの溶接ワイヤ７の先端から一定寸法（例えば、５＋ｍ
＋）ｌ長して設定された観測系原点Ｏを通り、さらに光
軸ｎｌ、Ｈのなす半面を回転中心軸Ｑに対して、溶接１
・−す１側に一定角度β（例えば、１３°）傾斜させて
配設されている。そしてまた、観測系原点０を通り、回
転中心軸Ｑに直交する仮想平面４０にスリン１〜光が照
射されてなる線状照射域４１は、溶接トーチ軸にと回転
中心軸Ｑのなす平面と仮想ｉ１／面４０との交線４２に
対し、観８１！Ｉｉ！＋原点０を中心として一定角度γ
ひねって照射されるようになっている。

この角度γは、シリンドリカルレンズ２４を、光軸回り
に回転することにより可変設定可能となっている。つま
り、通常溶接線（仮想線）、ｊに対して、溶接トーチ軸
ｋを略直交（一定の範囲で振ることがある）させ、また
溶接トーチ軸にと回転中心軸Ｑのなす面を、略直交（一
定′の範囲で傾けることがある）させて用いることから
、線状照射域４１は、溶接線に対してなす角度γを調整
して設定することが可能となっている。

このように構成される実施例の作用について、第：３図
に示した隅肉溶接の場合を例にして説明する。同図に示
すように、母材４５に対して母材４６を直角に隅肉溶接
する場合の例であり、溶接線４７は、第１図に示す仮想
線ｊに対応する位置に設置されている。また、母材４５
の上表面は、第１図の仮想面４０に対応する位置に設置
されている。溶接線検出装ＮＩＯから出射されたスリッ
ト光は、縦板母材４６および横板母材４５の表面に線状
照射域ａｏ、ｏｃが形成される。このとき、溶接線、ｊ
と線状照射域ｏｃとのなす角は９０°−γ（例えば、γ
＝２０〜２５°）に設定する。

それらの線状照射域ａｏ、ｏｃから反射される１回反射
像は、ミラー３１を介して受光装置３０に入射される。

一方、縦板母材４６の線状照射域Ｑ− ａｏの正反射光は、図示ａ　−ｂの経路を通って、また
、横板母材４５の線状照射域ｏｃの正反射光は、図示ｃ
　−ｄの経路を通って、それぞれ２回反射像ｄｏ、ｏｂ
として受光装置：３０に入射される。

第４図（ａ）は、このとき母材表面に形成される反射像
のなす角を示したものであり、縦板母材上の反射像が成
す角ζは次式で与えられる。

ζ＝　ｊａｎ−１（ｔａｍ　ｐ　ｔａｎγ）これら各反
射像をミラー３１の光軸ｎツノ向から観測する。ここで
、幾何条件から光軸ｎと、線分ｄｏ、線分Ｏｂが同一平
面となり、ｎ方向から観測すると線分ｄｏ、線分ｏｂは
一直線−１−に並び、第４図（ｂ）に示したようにａｏ
、ｏｃの曲折した反射像と、２回反射像が分離して結像
される。

この画像に基づいて、ａｏ、ＯＱの交点、この画像に基
づいて、ａｏ、ｏｃの交点、すなわち溶接線４７の位置
を検出する。

なお、第４図（ｂ）において、母材４５，４６、通常の
金属表面を有したものである場合には、線状照射域ａｏ
の散乱反射光が弱く、受光装置３０に入射されろ光にで
は検出することができない場合がある。このような場合
には、線分ｄｂとｏｃの交点を検出することによって、
容易に溶接線４７の位置を検出することができる。この
位置検出は、周知の画像処理装置、例えばビデオ信号に
基づいて座標を検出することにより、容易に求めること
ができる。

一方、溶接トーチ１と一体となった検出装置を使用して
溶接線のずれを検出する場合、溶接トーチ１をひねり、
前進角あるいは後退角をつけ溶接するために、光学系の
配置は第２図（ｂ）の理想的な配置とは異なったものと
なる。

第４１Ｘ　（ｃ）は、第２（ｂ）図の回転中心軸Ｑのま
わりにトーチを」一方から見て反時計回りにＯ回転した
際の反射像を示したものであり、また、第４図（ｃ）は
このとき観測される画像を示したものである。

ここで、縦板母材上の反射像が成す角ζ′は次式で与え
られる。

第４図（ｂ）からもわかるように、ミラー；３１の光軸
ｎと、反射像ｏｃ、二次反射像ｄｏ、ｏｂが同一平面上
にないため、このようにトーチをひねった状態でも反射
像と２回反射像を容易に分離し観測することができる。

ここで、スリット光のひねり角γは、トーチのひねり角
の許容限界０以上に設定すればよいことになるが、二次
反射像が散乱を２回繰り返すため線に幅を持つ傾向をも
つことから約１０°程度の余裕を持ち設定することが好
ましい。

ちなみに、従来の溶接線検出装置によれば、第１図にお
ける線状照射域４１と溶接線乙とのなす角が９０°であ
ったことから、これにより得られる反射像は第５図に示
すように、線分ｄ　ｂ　Ｉ：に、線状照射域ｏｃから入
射される散乱光による１回反射像ｏｃが重なってしまう
ため、また、１ユ述したように、線分ａｏが検出できな
いような状態になると、曲折点０を検出することができ
ず、溶接線４７の位置を得ることはできないという問題
があったのである。

上述したように、第１図図示実施例によれば、線状照射
域と溶接線のなす角をシリンドリカルレンズ２４により
容易に可変設定する照射角設定手段を有することから、
隅肉溶接などのように、溶接線を挾んで接する２つの母
材表面が角度を有している場合にあっても、上記角度を
調整することによって、母材表面から入射される１回反
射像と、２回反射像とを分離させることができ、これに
より２回反射像の影響を排除して、正確に溶接線の位置
を検出することができるという効果がある。

なお、」―記実施例は隅肉溶接継手に限らず、付は合わ
せ溶接において開先が形成されている場合の溶接線を検
出する場合にも適用することができることは言うまでも
ない。

第６図に、第１図図示実施例を適用してなる溶接ロボッ
トの全体構成図を示す。溶接ロボット本体５０は、ロボ
ット制御装置５１によって溶接トーチ１の姿勢が制御さ
れるようにもなっており、溶接線検出袋Ｗ１０の受光セ
ンサ３４から出力される画像データは、画像処理装置５
２に入力されるようになっている。そして、ロボット制
御装置５１は、予め挾持された溶接開始点（鯵Ｌ　８１
１Ｉ＋！　ｌ’　））’＋Ｌ点に同じ）に対して溶接ワ
イヤの先端が所定の寸法（例えば、５何）位置に達した
点において、溶接線位置検出指令を画像処理装置５２に
指令する。

これにより、画像処理装置５２は、受光センサ３４から
反射像を取り込み、先ず受光センサ：３４上での溶接線
位置を求め、これとスリット光の照射角および反射光の
入射角等に基づいて、溶接ロボットの座標系に換算する
。さらに、検出された溶接線の位置と挾持点の位置ずれ
とを演算し、溶接線の挾持ラインを前記ずれ量で補正し
ながら、溶接トーチ１の位置決めおよび姿勢制御を行い
、溶接を実行するようになっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、線状照射域と溶
接線のなす角度を可変設定する照射角設定手段を有して
いることから、その角度を調節することによって、１回
反射像と２回反射像が重なるのを防止することができ、
２回反射像の影響を排除して正確に反射像の曲折点を検
出することができることから、溶接線の位置を正確に検
出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の主要部構成斜視図、第２図
（ａ）は第１図図示実施例を適用してなる溶接ロボット
の要部構成図、第２図（ｂ）は光学系の配置を示す図、
１３図は第１図図示実施例の作用を説明する図、第４図
（、）〜（ｄ）は第３図例により得られる反射像の一例
図、第５図は比較のための従来例のものにより得られる
反射像の一例図、第６回は第１図図示実施例を適用して
なる溶接ロボットの全体構成図である。 １０・・・溶接線検出装置、 ２０・・・光照射装置、 ３０・・・曲折点検出装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接線に接する２つの母材表面が角度を有してな
   る当該溶接線を含む母材表面の線状域に光を照射する光
   照射装置と、前記線状域を含む母材表面の反射光を受光
   してその反射像の前記線状照射域に対応する像の曲折点
   の位置を検出する曲折点検出装置とを含んでなり、前記
   光照射装置は線状照射域と溶接線のなす角度を可変設定
   する照射角設定装置を有してなるものとしたことを特徴
   とする溶接線検出装置。
2. （２）前記溶接線に接する２つの母材表面のなす角度が
   ９０°近傍であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の溶接線検出装置。
3. （３）前記光照射装置と前記受光装置は溶接ロボットの
   溶接トーチの基部に取り付けられたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の溶接
   線検出装置。