JPS60220888A - 光学センサ - Google Patents
光学センサInfo
- Publication number
- JPS60220888A JPS60220888A JP59077940A JP7794084A JPS60220888A JP S60220888 A JPS60220888 A JP S60220888A JP 59077940 A JP59077940 A JP 59077940A JP 7794084 A JP7794084 A JP 7794084A JP S60220888 A JPS60220888 A JP S60220888A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- laser light
- wavelength range
- range including
- optical
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
- G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
- G01V8/20—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、溶接１組立、検査などの自動化に応用される
産業用ロボットや自動機器に使用する光学センサに関す
るものである。
産業用ロボットや自動機器に使用する光学センサに関す
るものである。
従来例の構成とその問題点
従来の光学センサの問題点の一つは、光ノイズの影響を
受け検出精度が低下することである。例えば、アーク溶
接にこの種の光学センサを適用した場合、アーク光の影
響により、溶接線の検出が困難であった。
受け検出精度が低下することである。例えば、アーク溶
接にこの種の光学センサを適用した場合、アーク光の影
響により、溶接線の検出が困難であった。
第１図は、光学センサによる溶接線検出の従来例を示す
ものである。レーザ光をスポット光状に絞り、溶接ワー
ク１に投光する投光器２と、このワーク１上に投光され
たスポット光像３を受光するための集光レンズ４と干渉
フィルタ６と半導体装置検出素子（以下ＰＳＤという）
６とで構成した受光器７を含むセンサヘッド８を構成す
ると、ワーク１上のスポット光像３はＰＳＤｅ上の６Ａ
の′位置に結像する。ＰＳＤｅでは、この結像の照度重
心位置で光電荷が発生し、その電流はこの照度重心位置
からＰＳＤｅの両端の出力取り出し端までの距離に反比
例する関係で、各々の取り出し端より、１１．Ｉ２とし
て取り出される。したがって、Ｉ１と１２とによりＰＳ
Ｄｅ上の結像位置を検出することができる。スポット光
像３の位置の変化は、ＰＳＤｅ上の結像位置の変化＼す
なわち１１とＩ２の電流の変化として検出できるので、
３角測量の原理によりセンサヘッド８からスポット光像
３までの距離を計測することができる。故に、このセン
サヘッド８を溶接線１Ａに直角方向にモータ９にて走査
させると、センサヘッド８からワーク１までの距離パタ
ーンが得られ、このパターンをマイクロコンピュータ等
で処理すれば、溶接線１Ａを検出することは容易である
。さて、このための回路として、回路１０．１１はＰＳ
Ｄの出力信号が電流（＋１．Ｉ２）であるので、これを
電圧に変換するための電流−電圧変換回路、回路１２お
よび１３は電流−電圧変換回路１０．１１の出力（ｖｌ
、ｖ２）から、その和と差をめる和演算回路および差演
算回路である。回路１４は回路１２゜１３の出力（Ｓｌ
、Ｓ２）をアナログ割算（Ｓ２÷８１）する割算回路で
ある。この割算処理により、ＰＳＤｅ上の結像位置６Ａ
が受光光量にある範囲で影響されずにめられる。この割
算回路１４の出力Ａを、ＡＤ変換回路１６に入力し、さ
らにその出力りをマイクロコンピュータ１６に入力する
。マイクロコンピュータ１６はＰＳＤｅ上の結像位置デ
ータから、３角測量の原理でセンサヘッド８からスポッ
ト光像３までの距離を演算し、さらにモータ９を制御し
て、センサヘッド８を走査し、順次距離データをとり込
み、その距離パターンからパターン認識のソフトを用い
て溶接線１Ａの位置を検出し、結果をロボット等の外部
機器１７に出力する。
ものである。レーザ光をスポット光状に絞り、溶接ワー
ク１に投光する投光器２と、このワーク１上に投光され
たスポット光像３を受光するための集光レンズ４と干渉
フィルタ６と半導体装置検出素子（以下ＰＳＤという）
６とで構成した受光器７を含むセンサヘッド８を構成す
ると、ワーク１上のスポット光像３はＰＳＤｅ上の６Ａ
の′位置に結像する。ＰＳＤｅでは、この結像の照度重
心位置で光電荷が発生し、その電流はこの照度重心位置
からＰＳＤｅの両端の出力取り出し端までの距離に反比
例する関係で、各々の取り出し端より、１１．Ｉ２とし
て取り出される。したがって、Ｉ１と１２とによりＰＳ
Ｄｅ上の結像位置を検出することができる。スポット光
像３の位置の変化は、ＰＳＤｅ上の結像位置の変化＼す
なわち１１とＩ２の電流の変化として検出できるので、
３角測量の原理によりセンサヘッド８からスポット光像
３までの距離を計測することができる。故に、このセン
サヘッド８を溶接線１Ａに直角方向にモータ９にて走査
させると、センサヘッド８からワーク１までの距離パタ
ーンが得られ、このパターンをマイクロコンピュータ等
で処理すれば、溶接線１Ａを検出することは容易である
。さて、このための回路として、回路１０．１１はＰＳ
Ｄの出力信号が電流（＋１．Ｉ２）であるので、これを
電圧に変換するための電流−電圧変換回路、回路１２お
よび１３は電流−電圧変換回路１０．１１の出力（ｖｌ
、ｖ２）から、その和と差をめる和演算回路および差演
算回路である。回路１４は回路１２゜１３の出力（Ｓｌ
、Ｓ２）をアナログ割算（Ｓ２÷８１）する割算回路で
ある。この割算処理により、ＰＳＤｅ上の結像位置６Ａ
が受光光量にある範囲で影響されずにめられる。この割
算回路１４の出力Ａを、ＡＤ変換回路１６に入力し、さ
らにその出力りをマイクロコンピュータ１６に入力する
。マイクロコンピュータ１６はＰＳＤｅ上の結像位置デ
ータから、３角測量の原理でセンサヘッド８からスポッ
ト光像３までの距離を演算し、さらにモータ９を制御し
て、センサヘッド８を走査し、順次距離データをとり込
み、その距離パターンからパターン認識のソフトを用い
て溶接線１Ａの位置を検出し、結果をロボット等の外部
機器１７に出力する。
さて、この光学センサを溶接用に利用する場合、溶接能
率の向上と、溶接熱歪みに対する対応から溶接をしなが
らセンシングする制御に利用される。
率の向上と、溶接熱歪みに対する対応から溶接をしなが
らセンシングする制御に利用される。
したがって、アーク光等の外乱光ノイズの影響を受ける
ので、これを軽減するため、第１図に示したように、レ
ーザ光を投光光源として用い、レーザ波長の近傍波長領
域の光のみを透過させる干渉フィルタを用いていた。し
かし、第２図に示すようにアーク光のスペクトル１８は
、レーザ光のスペクトル１９の領域（例えば、λ。＝８
３０ｎｍ近傍）でも、十分に大きいパワーをもち、前記
干渉フィルタを用いて、λ。近傍以外の光を除去しても
、Ｓ／Ｎのきわめて低い信号しか検出できず、検出精度
を上げることは困難であった。
ので、これを軽減するため、第１図に示したように、レ
ーザ光を投光光源として用い、レーザ波長の近傍波長領
域の光のみを透過させる干渉フィルタを用いていた。し
かし、第２図に示すようにアーク光のスペクトル１８は
、レーザ光のスペクトル１９の領域（例えば、λ。＝８
３０ｎｍ近傍）でも、十分に大きいパワーをもち、前記
干渉フィルタを用いて、λ。近傍以外の光を除去しても
、Ｓ／Ｎのきわめて低い信号しか検出できず、検出精度
を上げることは困難であった。
発明の目的
本発明は、前記従来の欠点を除去するもので、特にアー
ク光などのように外乱光ノイズが大きい環境下での光学
センシングを可能にすることを目的とするものである。
ク光などのように外乱光ノイズが大きい環境下での光学
センシングを可能にすることを目的とするものである。
発明の構成
この目的を達成するため本発明は、レーザ光を投光する
投光手段と、前記レーザ光の波長を含む一定波長領域の
光を透過させる光学手段（１）を備えた光電センサ（１
）と、前記レーザ光の波長を含まない一定波長領域の光
を透過させる光学手段（Ｉｔ）を備えた光電センサ（Ｉ
Ｉ）とから構成した前記投光手段による投光像を受光す
る受光手段と、前記光電センサ（すおよび（Ｉｆ）の出
力にもとすいて前記光電センサ（＋）または（Ｉｔ）上
の前記投光像の位置を検出する演算手段とから構成した
光学センサである。そして本発明においては、特にレー
ザ光を変調させることや光電センサにＰＳＤを用いるこ
とがある。
投光手段と、前記レーザ光の波長を含む一定波長領域の
光を透過させる光学手段（１）を備えた光電センサ（１
）と、前記レーザ光の波長を含まない一定波長領域の光
を透過させる光学手段（Ｉｔ）を備えた光電センサ（Ｉ
Ｉ）とから構成した前記投光手段による投光像を受光す
る受光手段と、前記光電センサ（すおよび（Ｉｆ）の出
力にもとすいて前記光電センサ（＋）または（Ｉｔ）上
の前記投光像の位置を検出する演算手段とから構成した
光学センサである。そして本発明においては、特にレー
ザ光を変調させることや光電センサにＰＳＤを用いるこ
とがある。
実施例の説明
以下本発明をその実施例である第３図〜第６図に従って
説明する。
説明する。
まず投光手段は、半導体レーザ（λ。＝８３０ｎｍ。
光出力−２ｏｍＷ）と、その光を長軸１ 、Ｏｍｍ 、
短軸０．５ ｍｍの楕円スポット光に絞るレンズ系とか
ら構成する。このスポット光をワークに投光し、その反
射光を受光する受光手段は、集光レンズ（有効口径＝
２５ ｒａｎ 、焦点距離＝ ３０ Ｈの凸レンズ）と
、前記光学手段（１）として第３図および第４図に示す
ように透過波長域λ２＝８ｏＯｎｍからλ３＝８５０ｎ
ｍの干渉フィルタ２０とそれを受光面にはりつけた光電
センサ（１）としてＰＳＤ２１と、同じく光学手段（Ｉ
］）として透過波長域λ１ ＝７５０ ｎ ｍからλ２
＝＝８００ｎｍもしくはλ３＝８５０ｎｍからλ４４−
９００ｎの干渉フィルタ２２と、それを受光面にはりつ
けた光電センサ（ｎ）としてＰＳＤ２３とから構成する
。本実施例では、ＰＳＤ上の受光像の位置６Ａが第３図
に示すようにＰＳＤ２１と２３の中央になるように光学
系を調整したが、Ｐ Ｓ Ｄ２１上になるようにしても
よい。なお、前記干渉フィルタの透過波長域は本実施例
に適用したものであって、これを制限するものではない
。またＰＦ３Ｄ２１と２３とを必ず並列して接合させて
配置させることも必須の要件ではない。
短軸０．５ ｍｍの楕円スポット光に絞るレンズ系とか
ら構成する。このスポット光をワークに投光し、その反
射光を受光する受光手段は、集光レンズ（有効口径＝
２５ ｒａｎ 、焦点距離＝ ３０ Ｈの凸レンズ）と
、前記光学手段（１）として第３図および第４図に示す
ように透過波長域λ２＝８ｏＯｎｍからλ３＝８５０ｎ
ｍの干渉フィルタ２０とそれを受光面にはりつけた光電
センサ（１）としてＰＳＤ２１と、同じく光学手段（Ｉ
］）として透過波長域λ１ ＝７５０ ｎ ｍからλ２
＝＝８００ｎｍもしくはλ３＝８５０ｎｍからλ４４−
９００ｎの干渉フィルタ２２と、それを受光面にはりつ
けた光電センサ（ｎ）としてＰＳＤ２３とから構成する
。本実施例では、ＰＳＤ上の受光像の位置６Ａが第３図
に示すようにＰＳＤ２１と２３の中央になるように光学
系を調整したが、Ｐ Ｓ Ｄ２１上になるようにしても
よい。なお、前記干渉フィルタの透過波長域は本実施例
に適用したものであって、これを制限するものではない
。またＰＦ３Ｄ２１と２３とを必ず並列して接合させて
配置させることも必須の要件ではない。
さて、第６図は、光電センサとしてのＰＳＤ２１ 。
２３の出力をもとにして、レーザ光以外の光ノイズを除
去し、受光光像の位置６Ａを検出するだめの回路である
。具体的には、ＰＳＤにバイアスを印加するバイアス印
加回路２４ 、２６ （バイアス電圧は、ＤＣｌｏｖ）
と、ＰＳＤ出力電流１１゜＋２．＋１’、＋２’を電圧
に変換する。Ｐアンプで構成した電流−電圧変換回路２
６〜２９と、その出力電圧ｖ１とｖ１′、ｖ２とｖ２′
の各々の差をとり増巾するＯＰアンプで構成した光ノイ
ズ除去のための差動増巾回路３０．３１と、その出力電
圧Ｐ１．Ｐ２の和と差をめるために、ＯＰアンプで構成
した和演算回路３２と、差演算回路３３と、その出力電
圧Ｓ１とＳ２から、Ｓ２をＳｌで割算するアナログ割算
回路３４とから構成する。
去し、受光光像の位置６Ａを検出するだめの回路である
。具体的には、ＰＳＤにバイアスを印加するバイアス印
加回路２４ 、２６ （バイアス電圧は、ＤＣｌｏｖ）
と、ＰＳＤ出力電流１１゜＋２．＋１’、＋２’を電圧
に変換する。Ｐアンプで構成した電流−電圧変換回路２
６〜２９と、その出力電圧ｖ１とｖ１′、ｖ２とｖ２′
の各々の差をとり増巾するＯＰアンプで構成した光ノイ
ズ除去のための差動増巾回路３０．３１と、その出力電
圧Ｐ１．Ｐ２の和と差をめるために、ＯＰアンプで構成
した和演算回路３２と、差演算回路３３と、その出力電
圧Ｓ１とＳ２から、Ｓ２をＳｌで割算するアナログ割算
回路３４とから構成する。
ここで、例えば１０ＫＨｚに変調したレーザ光を用いた
場合、回路３ｏと３２および３１と３３の間ニ１０ Ｋ
Ｈｚのバント−バスフィルタ回路を各々設け、ＰｌとＰ
２信号を復調する構成にすれば、より一層外乱光ノイズ
を除去することができた。第６図（−）（ｂ）は、第６
図の回路の主要出力波形を示したもので、第６図（−）
に示すように、レーザ光とアーク光等の外乱光ノイズの
重畳した出力信号ｖ１（またはｖ２）を、レーザ光のみ
を除去した信号ｖ１′（またはｖ２′）で引き算して増
巾すると、レーザ光のみの信号がＳ／Ｎ比よく検出でき
、センサヘッドの走査時間ｔ。が溶接線位置であること
が容易に検知できた。
場合、回路３ｏと３２および３１と３３の間ニ１０ Ｋ
Ｈｚのバント−バスフィルタ回路を各々設け、ＰｌとＰ
２信号を復調する構成にすれば、より一層外乱光ノイズ
を除去することができた。第６図（−）（ｂ）は、第６
図の回路の主要出力波形を示したもので、第６図（−）
に示すように、レーザ光とアーク光等の外乱光ノイズの
重畳した出力信号ｖ１（またはｖ２）を、レーザ光のみ
を除去した信号ｖ１′（またはｖ２′）で引き算して増
巾すると、レーザ光のみの信号がＳ／Ｎ比よく検出でき
、センサヘッドの走査時間ｔ。が溶接線位置であること
が容易に検知できた。
なお、本実施例でのセンサヘッドとワークの間の標準測
定距離は１００ ｎｍとし、ワークは３１＋Ｄｌｌのス
テンレス材重ね継手で、溶接法はパルスＭＡＧ２０ＯＡ
で行い、センシング点と溶接点との距離はＴｏｎである
。またセンサヘッドの走査中は２゜閣テ、モータはパル
スモータを使用して、０．１ｍｍピンチで走査方向の距
離パターンを検出した。この時の溶接線検出精度は±０
．３＋ａであった。
定距離は１００ ｎｍとし、ワークは３１＋Ｄｌｌのス
テンレス材重ね継手で、溶接法はパルスＭＡＧ２０ＯＡ
で行い、センシング点と溶接点との距離はＴｏｎである
。またセンサヘッドの走査中は２゜閣テ、モータはパル
スモータを使用して、０．１ｍｍピンチで走査方向の距
離パターンを検出した。この時の溶接線検出精度は±０
．３＋ａであった。
発明の効果
本発明によれば、すでに述べたように、ア〜り溶接等の
光ノイズの厳しい環境下でもきわめて高ロボット用、特
にアーク溶接用のセンサとして工学的な価値は大である
。
光ノイズの厳しい環境下でもきわめて高ロボット用、特
にアーク溶接用のセンサとして工学的な価値は大である
。
第１図は従来の光学センサの構成図、第２図はアーク光
およびレーザ光のスペクトル分析結果の一例を示す図、
第３図（ａ） 、 （ｂ）は本発明における光学センサ
の受光手段の一実施例の正面図と下面図、第４図は同受
光手段を構成する光学手段の特性を説明するだめの図、
第６図は本発明における光学センサの演算手段の一実施
例のブロック図、第６図（ａ）＋ （ｂ）は第６図の主
要回路の波形図である。 ２０．２２・・・・・・干渉フィルタ、２１．２３・・
・・・・半導体装置検出素子、２４．２５・・・・・・
バイアス印加回路、２６，２７，２８．２９・・・・・
電流−電圧変換回路、３０．３１・・・・・・差動増巾
回路、３２・・・・・和演算回路、３３・・・・・差演
算回路、３４・・・・・アナログ割算回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第 ２ 図 第３図 第 ４ 図
およびレーザ光のスペクトル分析結果の一例を示す図、
第３図（ａ） 、 （ｂ）は本発明における光学センサ
の受光手段の一実施例の正面図と下面図、第４図は同受
光手段を構成する光学手段の特性を説明するだめの図、
第６図は本発明における光学センサの演算手段の一実施
例のブロック図、第６図（ａ）＋ （ｂ）は第６図の主
要回路の波形図である。 ２０．２２・・・・・・干渉フィルタ、２１．２３・・
・・・・半導体装置検出素子、２４．２５・・・・・・
バイアス印加回路、２６，２７，２８．２９・・・・・
電流−電圧変換回路、３０．３１・・・・・・差動増巾
回路、３２・・・・・和演算回路、３３・・・・・差演
算回路、３４・・・・・アナログ割算回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第 ２ 図 第３図 第 ４ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （ト） レーザ光を投光する投光手段と、前記レーザ光
の波長を含む一定波長領域の光を透過させる光学手段（
１）を備えた光電センサ（１）と前記レーザ光の波長を
含まない一定波長領域の光を透過させる光学手段（ＩＩ
）を備えた光電センサ（Ｉｔ）とから構成した前記投光
手段による投光像を受光する受光手段と、前記光電セン
サ（１）および（ＩＩ）の出力にもとすいて前記光電セ
ンサ（１）または（Ｉｔ）上の前記投光像の位置を検出
する演算手段とから構成した光学センサ。 い）変調したレーザ光を投光光とした特許請求の範囲第
（１）項記載の光学センサ。 Ｇ３） 光電センサが半導体装置検出素子である特許請
求の範囲第（１）項または第（２）項記載の光学センサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077940A JPS60220888A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | 光学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077940A JPS60220888A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | 光学センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60220888A true JPS60220888A (ja) | 1985-11-05 |
Family
ID=13648059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077940A Pending JPS60220888A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | 光学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60220888A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62150117A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-07-04 | スミス インダストリ−ズ パブリツク リミテツド カンパニ− | 光変換装置 |
-
1984
- 1984-04-18 JP JP59077940A patent/JPS60220888A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62150117A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-07-04 | スミス インダストリ−ズ パブリツク リミテツド カンパニ− | 光変換装置 |
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