JPS6395306A - レ−ザを用いた姿勢センサ - 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、トーチを用いた加工用ロボットに作業動作を
記憶させるためのティーチングを行う際等に、トーチの
代りに取り付けて使用するのに通したレーザを用いたセ
ンサに関する。

〔従来技術） この種の加工用ロボットにおいては、トーチの先端を、
多くの場合三次元形状をなす工作物の加工面から所定距
離だけ離し、かつトーチの軸心が前記加工面と直交する
ようにして作動させる必要があり、このために例えば特
開昭６１−１０８４８４号公報に示されているようなレ
ーザを用いた姿勢センサが用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の姿勢センサは、投光部
と受光部とをそれぞれ複数個（前述の例においては各４
個）必要とするので外形が大型となり、姿勢センサが工
作物等の凹部内に入る場合には工作物等と干渉を生じて
姿勢の検出が不能になることがあるという問題がある。

本発明はレーザを用いた姿勢センサを小型化してこのよ
うな問題を解決したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このために、本発明によるレーザを用いた姿勢センサは
、第１図及び第２図に例示する如く、支持本体３１にレ
ーザ発振器Ｓ１と同レーザ発撮器からのレーザ光１−を
所定距離だけ離れた位置に集束させる集束レンズＳ２を
互いに同軸的に配置して設け、前記集束レンズＳ２の周
囲に前記集束位置に光軸を向けて複数の受光レンズＡ２
〜Ｄ２を配置すると共に、この受光レンズによる前記集
束位置に対応する各結像位置に、それぞれ受光位置に対
応する電気信号を出力する受光素子Ａ１〜Ｄ１を配置し
てなるものである。

〔作用〕

レーザ発振器Ｓ１からのレーザ光りは集束レンズＳ２に
より集束されて工作物の加工面等の被照射面に照射され
、被照射面より反射されたレーザ光は各受光レンズＡ２
〜Ｄ２を通って各受光素子Ａ１〜Ｄ１上に結像される。

被照射面に対するレーザ光りの入射角が垂直な場合には
各受光素子ＡＩ−Ｄｉの受光量は互いに等しいが、前記
入射角が傾斜すれば、被照射面に対する入射角が大きい
方の側の受光素子への受光量が増大し、反対側の受光素
子への受光量が減少し、これにより各受光素子Ａ１〜Ｄ
ｉの間に出力の差が生じるので被照射面に対する垂直線
からの照射角度の偏位が検出される。また、被照射面が
レーザ光の集束位置付近の所定の位置にあれば反射され
たレーザ光は、各受光素子Ａ１〜Ｄ１上の所定の受光位
置に結像されて所定の出力を行うが、被照射面の位置が
レーザ光の照射方向に偏位すれば各受光素子Ａ１〜Ｄ１
上における受光位置が何れも同様に変化するので各出力
は同様に変化し、これにより被照射面の前記方向の偏位
が検出される。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明は被照射面に対するレーザ光の照射
角度の偏位と、レーザ光の照射方向における被照射面の
位置の偏位を同時に検出し、これにり姿勢を検出するも
のであるが、本発明においてはレーザ発振器と集束レン
ズによりなる投光部は中心部に一組を設けるのみで、そ
の周囲に受光レンズと受光素子よりなる複数の受光部を
配置しているので外形が小型化され、工作物等の狭い凹
部内に入り込んでも工作物等の干渉により姿勢の検出が
不可能になることがない。

〔実施例〕

以下に、添付図面の簡単な説明をする。

先ず、第４図及び第５図により本発明のレーザを用いた
姿勢センサの利用対象の一例であるレーザ加工装置につ
き説明すれば、レーザ加工用のトーチ２３はロボット１
０のリスト部２２に取り付けられている。ロボット１０
は直交座標系の部分と極座標系の部分により構成されて
いる。直交座標系の部分は、ベッドに固定された一対の
案内部材１１と、これにより縦方向に案内支持された第
１直動部材１２と、これにより横方向に案内支持された
第２直動部材１３と、これにより鉛直方向に案内支持さ
れた昇降部材１４よりなり、各部材１２．１３．１４の
移動は、それぞれサーボモータ１５，１６．１７を介し
て回路のロボット制御装置により制御されている。極座
標系の部分は、主として第５図に示す如く、昇降部材１
４により鉛直軸線２１回りに回動可能に支持された第１
旋回部材２０と、これにより水平軸線２２回りに回動可
能に支持された第２旋回部材２１と、これにより軸線７
３回りに回動可能に支持されたリスト部２２よりなり、
各部材２０，２１．２２の回動はそれぞれ回路のサーボ
モータを介してロボット制御装置により制御されている
。

リスト部２２に取り付けられたトーチ２３には、加工用
レーザ発振器２５により発振されたレーザ光Ｌａが、各
折曲部に反射鏡を内蔵した光学案内路２６．２７を通し
て導かれ、加工用レンズにより集束されて作物の加工面
に照射される。

このようなレーザ加工装置においては、レーザ光の集束
部が丁度加工面付近となるようにトーチ２３の先端を加
工面から所定距離だけ離し、かつトーチ２３の軸心が加
工面と直交するようにしてトーチ２３を移動させる必要
がある。本発明のレーザを用いた姿勢センサ３０は、こ
のような動作をロボットｌＯに記憶させるためのティー
チングに際して、第３図に示す如く、トーチ２３の代り
にリスト部２２に取り付けて使用するものである。

次に、本発明のレーザを用いた姿勢センサ３０の説明を
する。

第１図及び第２図に示す如く、円筒状をなす姿勢センサ
３０の支持本体３１の中心には一組の固体レーザ発振器
Ｓｌと集束レンズＳ２が同軸に配置して設けられ、レー
ザ発振器Ｓ１からのレーザ光りは集束レンズＳ２により
、同レンズＳ２から所定距離ｌだけ離れた位置に集束さ
れるようになっている。集束レンズＳ２の周囲には４個
の受光レンズＡ２〜Ｄ２（第１図には２個の受光レンズ
Ａ２．Ｃ２のみを示す）が、円周に沿って９０度間隔で
配置され、各光軸が前記レーザ光りの集束位置に向くよ
うに支持部材３１に支持されている。

また、集束位置を光源とする光が各受光レンズＡ２〜Ｄ
２を通って再び集まる各結像位置には受光素子Ａ１〜Ｄ
Ｉが、その受光面が前記光軸に対し垂直となるように設
けられている。各受光素子Ａ１〜ＤＩは光位置検出器（
ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄｅｖｉｃｅ
　）よりなり、この光位置検出器は、その受光量に応じ
、かつその受光面上における光スポットの当る位置すな
わち受光位置に応じた電流が、両端の電極ａ１．ａ２〜
ｄｌ、ｄ２から出力されるものである。また、各受光素
子Ａ１〜Ｄ１は受光位置が支持本体３１の中心に対し半
径方向に移動した場うに配置されている。

次に本実施例の作動につき説明する。

第°１図に示す如く、レンズ発振器Ｓｌからのレーザ光
りは集束レンズＳ２により集束されて工作物Ｗの加工面
Ｗａに照射され、加工面Ｗａより各方向に乱反射された
各レーザ光１．ａ−Ｌｄ（第１図には反射レーザ光Ｌａ
及びＬｃのみを示す）は各受光レンズＡ２〜Ｄ２により
各受光素子Ａ１〜ＤＩ上に結像されて光スポットを生じ
、各電極ａｌ。

８２〜ｄｌ、ｄ２に出力電流が生ずる。

第１図に実線で示す工作物Ｗの加工面Ｗａは、集束レン
ズＳ２から所定距離ｌたけ離れたレーザ光りの集束位置
にあり、かつレーザ光りは加工面Ｗａに対して垂直であ
る。この状態では、加工面Ｗａに対するレーザ光りの入
射角度は垂直であるので各受光素子Ａ１〜Ｄ１に対する
受光量は互いに等しく、従って各受光素子の両電極から
の出力電流の和ｉａｌ　＋　ｉａ２．ｉｂｌ　＋　ｉｂ
２．ｉｃｌ　＋　ｉｃ２．ｉｄｌ　＋ｉｄ２は全て等し
くなる。しかしながら、加工面Ｗａが第１図の２点鎖線
Ｗａｌに示す如く、紙面に垂直な軸線Ｘ回りに回動すれ
ば、減少する入射角α１側の受光素子ＡＩの受光量は減
少するので出力電流の和ｉａｌ＋ｉａ２は減少し、増大
する入射角α２例の受光素子Ｃ１の受光量は増大するの
で出力電流の和ｉｃ１＋　ｉｃ２は増大する。すなわち
、次式１式％） による電流■１の値は、レーザ光りが軸線Ｘを含みかつ
工作面Ｗａに対し垂直な面内にあるときは０となり、レ
ーザ光りが垂直面に対し傾斜すれば、その傾斜偏位置に
応じて増大する。

同様に、次式 ％式％（２） による電流Ｉ２の値は、レーザ光りが軸線Ｙを含む垂直
面内にあるときはＯとなり、この垂直面に対し傾斜すれ
ばその傾斜偏位置に応じて増大する。

従って、各受光素子Ａ１〜Ｄ１からの各出力電流ｉａｌ
〜ｉｄｌを演算処理装置３５に入力し、上記各式（１１
，（２）に基づき電流値ＩＩ、１２を演算してその結果
によりロボット１０のリスト部２２の加工面Ｗａに対す
る垂直面からの偏位を検出することができ、これを回路
の表示装置に出力してＸ。

Ｙ方向における垂直面からのレーザ光りの入射角度の偏
位を表示し、あるいはロボット１０のサーボモータに出
力してレーザ光りの入射角度が加工面Ｗａに対し垂直に
なるように制御することができる。

第１図に実線で示す加工面Ｗａは、また、レーザ光りの
集束位置にあり、この状態では加工面Ｗａ上に照射され
る光スポットからの反射光は各受光レンズＡ２〜Ｄ２を
通して各受光素子Ａ１〜Ｄ１の受光面上の所定の位置に
光スポットとして結像され、各外側の電極８１〜ｄｌの
出力電流ｉａｌ〜ｉｄ１は互いに等しく、各内側の電極
ａ２〜ｄ２の出力電流ｉａ２〜ｉｄ２は互いに等しく、
従ってｉａｌ＋ｉｂｌ＋　ｉｃｌ　＋　ｉｄｌとｉａ２
　＋　ｉｂ２　＋　ｉｃ２　＋　ｉｄ２の比は所定の値
となっている。しかしながら、加工面Ｗａが第１図の２
点鎖線Ｗａ２に示す如く支持本体３１側に近付けば、反
射レーザ光Ｌ　ａ　−Ｌ　ｄは２点鎖線Ｌａ２〜Ｌｄ２
に示す如く偏位し、各受光素子Ａ１〜Ｄ１の受光面上に
おける受光位置は外側に移動し、外側の電極の出力電流
ｉａｌ〜ｉｄｌが増大し、内側の電極の出力電流ｉａ２
〜ｉｄ２が減少し、外側の出力電流の和と内側の出力電
流の和と内側の出力電流の和の比は増大する。逆に加工
面Ｗａが支持本体３１から離れれば前記比は減少する。

すな但し、ｔ　１　＝ｉａｌ　＋ｉｂｌ　＋ｉｃ１＋１
ｄｌｉ２　＝ｉａ２　＋ｉｂ２　＋ｉｃ２　＋ｉｄ２に
：比例定数 による電流Ｉ３の値は、加工面Ｗａが支持本体３１に近
付けば増大し、離れれば減少する。

従って、演算処理装置３５に入力された各出力電流ｉａ
２〜ｉｄ２により、式（３）に基づき電流値■３を演算
してその結果によりロボット１０のリスト部２２の加工
面Ｗａからの距離を検出することができ、これを閃絡の
表示装置に出力して所定位置からの前記距離の偏位を表
示し、あるいはロボット１０のサーボモータに出力して
加工面Ｗａの位置が支持本体３１から所定距離だけ離れ
た位置となるように制御することができる。

上述の如く作動する本実施例のレーザを用いた姿勢セン
サを使用すれば、ロポッ）１０に所定の作業を記憶させ
るティーチングの際に、手動によりあるいは自動的に、
トーチ２３の先端が加工面Ｗａから所定距離だけ離れ、
かつトーチ２３０軸心が加工面Ｗａと直交するようにし
てロボット１０のリスト部２２を移動させることができ
る。しかして、レーザ発振器Ｓ１と集束レンズＳ２より
なる投光部は支持本体３１の中心部に一組を設けるのみ
で足り、その周囲に受光レンズＡ２〜Ｄ２と受光素子Ａ
１〜Ｄ１よりなる４組の受光部を配置しているので外形
が小型化され、工作物Ｗの狭い凹部内に入り込んでも工
作物と干渉してティーチングが不可能となることがない
。

なお、本発明のレーザを用いた姿勢センサは、上記実施
例の如くレーザ加工用のロボットに限らず、溶接用のロ
ボット等のティーチングにおいても使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明によるレーザを用いた姿勢セン
サの一実施例を示し、第１図は縦断図、第２図は第１図
のｎ−ｎ断面図、第３図は本発明の姿勢センサをロボッ
トのリスト部に取り付けた状態の斜視図、第４図及び第
５図は本発明の使用対象の一例であるレーザ加工装置を
示し、第４図は全体正面図、第５図はリスト部付近の拡
大斜視図である。 符号の説明 ３０・・・レーザを用いた姿勢センサ、３１・・・支持
本体、ＡＩ、Ｂｌ、Ｃ１，Ｄｉ・・・受光素子、Ａ２．
Ｂ２．Ｃ２，Ｃ２・・・受光レンズ、Ｌ・・・レーザ光
、Ｓｌ・・・レーザ発振器、Ｂ２・・・集束レンズ。 出廓人　豊田工機株式会社 代理人　　弁理士　長　谷　照　− （外１名） 第１図 第２図 ３０・・・レーザを用いた姿勢センサ ３１・・・支持本体 ＡＩ、Ｂｌ、Ｃ１，ＤＩ・・・受光素子Ａ２．Ｃ２・・
・受光レンズ Ｌ・・・レーザ光 Ｓｌ・・・レーザ発振器 Ｓ２・・・集束レンズ 第３図 Ｈ，−Ｚｌ ３０・・・レーザを用いた姿勢センサ ３１・・・支持本体 第５図 ヒ、−２１ ；

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 支持本体にレーザ発振器と同レーザ発振器からのレーザ
   光を所定距離だけ離れた位置に集束させる集束レンズを
   互いに同軸的に配置して設け、前記集束レンズの周囲に
   前記集束位置に光軸を向けて複数の受光レンズを配置す
   ると共に、この受光レンズによる前記集束位置に対応す
   る各結像位置に、それぞれ受光位置に対応する電気信号
   を出力する受光素子を配置してなるレーザを用いた姿勢
   センサ。