JPS6088306A - 光学センサ - Google Patents
光学センサInfo
- Publication number
- JPS6088306A JPS6088306A JP19632083A JP19632083A JPS6088306A JP S6088306 A JPS6088306 A JP S6088306A JP 19632083 A JP19632083 A JP 19632083A JP 19632083 A JP19632083 A JP 19632083A JP S6088306 A JPS6088306 A JP S6088306A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- light
- signal
- sensor
- projected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
- B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
- B23K9/1274—Using non-contact, optical means, e.g. laser means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Geometry (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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
本発明は加工2組立、検査などの製造工程の自動化のた
めに産業用ロボ1.トに使用する光学センサに関するも
のである。
めに産業用ロボ1.トに使用する光学センサに関するも
のである。
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
接用の光学センサの場合、アーク光ノイズにより、溶接
線や開先形状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
接用の光学センサの場合、アーク光ノイズにより、溶接
線や開先形状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。1は溶接ワーク、2は開先中心線(溶接線)
、3はスリ・ント状の光を投光する投光器、4は前記投
光器3を制御する制御回路、6は溶接ワーク1上に投光
した投光光像、6は前記投光光像6を撮影するITvカ
メラ、7は前記ITVカメラ6の映像信号を2値化し、
投光光像5を抽出するための前処理回路、8はマイクロ
コノピュータなどで構成した画像処理回路で、前処理回
路7の信号から溶接線2の位置を検出する。そして、ア
ーク溶接の自動化の場合、この溶接線2の検出は、溶接
を行いながらリアルタイムに行うことが要求される。従
来のこのような光学センサ(センシング装置)では、ア
ーク光に対し、検出信号のS/Nf:あげるため、検出
位置をアーク発生煮から遠ざけ、複雑な画像処理を行う
必要があった・それ故に、センシング後の熱歪みなどで
、検出データが使用できないことやロボット、などへの
フィードバック制御か複雑化した仄光学センザそのもの
か大きくなり、かつきわめて高価になるなどの問題点が
あり、光学センサの適用を阻害する大きな原因になって
いた。
のである。1は溶接ワーク、2は開先中心線(溶接線)
、3はスリ・ント状の光を投光する投光器、4は前記投
光器3を制御する制御回路、6は溶接ワーク1上に投光
した投光光像、6は前記投光光像6を撮影するITvカ
メラ、7は前記ITVカメラ6の映像信号を2値化し、
投光光像5を抽出するための前処理回路、8はマイクロ
コノピュータなどで構成した画像処理回路で、前処理回
路7の信号から溶接線2の位置を検出する。そして、ア
ーク溶接の自動化の場合、この溶接線2の検出は、溶接
を行いながらリアルタイムに行うことが要求される。従
来のこのような光学センサ(センシング装置)では、ア
ーク光に対し、検出信号のS/Nf:あげるため、検出
位置をアーク発生煮から遠ざけ、複雑な画像処理を行う
必要があった・それ故に、センシング後の熱歪みなどで
、検出データが使用できないことやロボット、などへの
フィードバック制御か複雑化した仄光学センザそのもの
か大きくなり、かつきわめて高価になるなどの問題点が
あり、光学センサの適用を阻害する大きな原因になって
いた。
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
センン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
センン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、物体に光を投光し
、その投光光像を光電センサで検出して前記物体の位置
、形状を検知する光学センサにおいて、前記投光光の変
調周波数を10 KHz以上にする投光器制御回路を設
け、前記光電センサの受光光量が予め定めた値以下の場
合の受光信号を有効データとして採用する信号処理回路
を設けたものである。
、その投光光像を光電センサで検出して前記物体の位置
、形状を検知する光学センサにおいて、前記投光光の変
調周波数を10 KHz以上にする投光器制御回路を設
け、前記光電センサの受光光量が予め定めた値以下の場
合の受光信号を有効データとして採用する信号処理回路
を設けたものである。
実施例の説明
以下、本発明の実施例につき図面の第2図〜第6図に沿
って説明する。1,2は従来と同様の酸液ワーク、溶接
線、9は半導体レーザなどの投光光源を10 KHz以
上の周波数に変調制御する投光器制御回路、1oは半導
体ンーザなどの光臨とその光をスポット状に絞る光学系
を有する投光器である。ところで、第3図の実線Aはア
ーク溶接のアーク光の周波数分析を行った結果を示す特
性曲線である。これよりアーク光は1o KHz以上の
低周波成分が多いことが判明した。したがって、投光光
として10 KHz以上、例えば第3図の波線Bて示す
ような60 KHzに変調した光を用いると、投光信号
(第3図Ia)とアーク光ノイズ(第3図Ib )との
S/N(−一/Ib)は、犬IJに向上する。これが本
発明で投光光を10 Kl(z以上に変調する理由であ
る。
って説明する。1,2は従来と同様の酸液ワーク、溶接
線、9は半導体レーザなどの投光光源を10 KHz以
上の周波数に変調制御する投光器制御回路、1oは半導
体ンーザなどの光臨とその光をスポット状に絞る光学系
を有する投光器である。ところで、第3図の実線Aはア
ーク溶接のアーク光の周波数分析を行った結果を示す特
性曲線である。これよりアーク光は1o KHz以上の
低周波成分が多いことが判明した。したがって、投光光
として10 KHz以上、例えば第3図の波線Bて示す
ような60 KHzに変調した光を用いると、投光信号
(第3図Ia)とアーク光ノイズ(第3図Ib )との
S/N(−一/Ib)は、犬IJに向上する。これが本
発明で投光光を10 Kl(z以上に変調する理由であ
る。
つぎに、溶接ワーク1に投光したスポット光像11を、
集光レンズ12を介して、光電センサ13で検出するよ
うな第2図の一点鎖線で示すセンサヘッド14を構成す
ると、スポット光像11の位置は、光電センサ13上の
スポット光像11の結像位置に対応するので、この結像
位置を検出すれば、センサヘッド14からワーク面上ス
ポット光像11丑での距離をめることができる。またこ
のセンサヘッド14を溶接線2に直角方向にスキャンす
ると、センサヘッド14がらワーク面までの距離パター
ンが得られ、これから溶接線2や開先形状を計測するこ
とは容易である。また光電センサとして、光半導体装置
センサ(PSD・・・。
集光レンズ12を介して、光電センサ13で検出するよ
うな第2図の一点鎖線で示すセンサヘッド14を構成す
ると、スポット光像11の位置は、光電センサ13上の
スポット光像11の結像位置に対応するので、この結像
位置を検出すれば、センサヘッド14からワーク面上ス
ポット光像11丑での距離をめることができる。またこ
のセンサヘッド14を溶接線2に直角方向にスキャンす
ると、センサヘッド14がらワーク面までの距離パター
ンが得られ、これから溶接線2や開先形状を計測するこ
とは容易である。また光電センサとして、光半導体装置
センサ(PSD・・・。
x2)は微弱であるので、これを増l]回路15により
増1フし、電圧信号に変換する。この変換した信号(X
1′、X2′)を変調周波数のバンドパスフィルタ16
に入力し、アーク光成分をカットし、変調信号のみを取
出す。この信号(X1″、X2″)をさらに演算回路1
7に入力し、ここで石”、X2′の和と差をとり、この
差を和で割算して、PSD上でのスポット光像11の結
像位置(X)をめ1、マイクロコンピュータなどで構成
した信号処理回路18に入力する。ところで、アーク光
の投光光と同じ周波数成分は、アーク光強度が強くなる
程、大きくなるので前記S/Nはそ八だけ低下する。
増1フし、電圧信号に変換する。この変換した信号(X
1′、X2′)を変調周波数のバンドパスフィルタ16
に入力し、アーク光成分をカットし、変調信号のみを取
出す。この信号(X1″、X2″)をさらに演算回路1
7に入力し、ここで石”、X2′の和と差をとり、この
差を和で割算して、PSD上でのスポット光像11の結
像位置(X)をめ1、マイクロコンピュータなどで構成
した信号処理回路18に入力する。ところで、アーク光
の投光光と同じ周波数成分は、アーク光強度が強くなる
程、大きくなるので前記S/Nはそ八だけ低下する。
これを防ぐために、本実施例では、第4図に示すように
、センサの受光光量Sが予め定めた値S。
、センサの受光光量Sが予め定めた値S。
よりも小さい期間(1,3)で検出した信号を有効な信
号として採用する。このだめの回路として、例えば第2
図に示すように、加算回路19で、信号X1’lX2’
の和Sをとり、このSと基準値設定回路20で設定した
値S。とを比較回路21に入園に示すように、フィルタ
回路22を増11コ回路16とバンドパスフィルタ16
との間に設け、ある程度アーク光ノイズの低周波成分を
カットした信号(X1LLJ 、 X2′LI)からめ
ることも有効である。寸だ信号処理回路18は比較回路
21の信号にもとついて、演算回路17の信号の選択を
行うとノーもに、この選択した信号をもとにして、セン
サヘッド14から溶接ワーク1tでの距離データに変換
する処理も行う。
号として採用する。このだめの回路として、例えば第2
図に示すように、加算回路19で、信号X1’lX2’
の和Sをとり、このSと基準値設定回路20で設定した
値S。とを比較回路21に入園に示すように、フィルタ
回路22を増11コ回路16とバンドパスフィルタ16
との間に設け、ある程度アーク光ノイズの低周波成分を
カットした信号(X1LLJ 、 X2′LI)からめ
ることも有効である。寸だ信号処理回路18は比較回路
21の信号にもとついて、演算回路17の信号の選択を
行うとノーもに、この選択した信号をもとにして、セン
サヘッド14から溶接ワーク1tでの距離データに変換
する処理も行う。
なお、光電センサ13としてPSDを使用した実施例を
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく他
の光学センサへも適用可能である。
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく他
の光学センサへも適用可能である。
同様に、投光光の形状についても、これをスポット状に
限定するものではない。
限定するものではない。
次に第2図の実施例をアーク溶接の溶接線検出KHzの
半導体レーザと、レーザ光を0.5胴ψのスポットに絞
るコリノートレンズで構成し、受光器は干渉フィルタと
組み合わせた集光レンズとPSDとで構成した。検出処
理回路としては、第2図のブロック図の通りであるが、
具体的には、オペアンプを主体に構成し、特に信号処理
回路18には、8ビツトマイクロコンピユータを用いた
。
半導体レーザと、レーザ光を0.5胴ψのスポットに絞
るコリノートレンズで構成し、受光器は干渉フィルタと
組み合わせた集光レンズとPSDとで構成した。検出処
理回路としては、第2図のブロック図の通りであるが、
具体的には、オペアンプを主体に構成し、特に信号処理
回路18には、8ビツトマイクロコンピユータを用いた
。
さて、溶接ワーク1として、■開先、ギヤツブ巾1.0
mのものを使用し、センサヘッド14の下の面と溶接ワ
ーク1の面までの距離を120Mに固定し、投光位置後
方dm+qのところでCO2アークをたき、その溶接電
流と検出可能距離dとの関係をめた。ここで、検出可能
距離dとは、演算処理してめた溶接ワーク1とセンサヘ
ッド14間のffi離の変動が±0.6駒以内のアーク
・センシング間の最小距離をいう。この結果を第6図に
示す。
mのものを使用し、センサヘッド14の下の面と溶接ワ
ーク1の面までの距離を120Mに固定し、投光位置後
方dm+qのところでCO2アークをたき、その溶接電
流と検出可能距離dとの関係をめた。ここで、検出可能
距離dとは、演算処理してめた溶接ワーク1とセンサヘ
ッド14間のffi離の変動が±0.6駒以内のアーク
・センシング間の最小距離をいう。この結果を第6図に
示す。
これより、変調周波数I KHz でセンサデータのサ
ンプリング制限制御を行わない場合(P)に比し、本実
施例の光学センサの方(曲線l)か耐アーク性に優れて
いることがわかる。
ンプリング制限制御を行わない場合(P)に比し、本実
施例の光学センサの方(曲線l)か耐アーク性に優れて
いることがわかる。
つぎに、本実施例のセンサヘッド14を溶接線2に直角
にスキャン(パルスモータを用い、スキそれを他のマイ
クロコンピュータで処理して開先中心位置やギヤツブ巾
を開側したところ、アーク光条件として、d = 20
mn、溶接電流20OAの場合、それぞれ±0.3+
++mの検出精度を得ることかできた。
にスキャン(パルスモータを用い、スキそれを他のマイ
クロコンピュータで処理して開先中心位置やギヤツブ巾
を開側したところ、アーク光条件として、d = 20
mn、溶接電流20OAの場合、それぞれ±0.3+
++mの検出精度を得ることかできた。
発明の効果
以上のように本発明によれば、非接触で物体の位置や形
状の検知が可能で、特にアーク溶接などのように外乱光
ノイズの影響が大きい環境下でのセンシングに特に有効
であり、従来から困難祝されていたアーク光近傍の溶接
線や開先形状のセンシングが高精度、高信頼、コンパク
トかつ低コストで可能となり、アーク溶接の大巾な自動
化、ロボット化が図れることや他の光ノイズ環境下での
視覚センシング分野への展開が図れる優れた効果を奏す
るものである・
状の検知が可能で、特にアーク溶接などのように外乱光
ノイズの影響が大きい環境下でのセンシングに特に有効
であり、従来から困難祝されていたアーク光近傍の溶接
線や開先形状のセンシングが高精度、高信頼、コンパク
トかつ低コストで可能となり、アーク溶接の大巾な自動
化、ロボット化が図れることや他の光ノイズ環境下での
視覚センシング分野への展開が図れる優れた効果を奏す
るものである・
第1図は従来の溶接線検出用の光学センサの説明図、第
2図は本発明の実施例における光学センサの説明図、第
3図はアーク光の周波数分析結果を示す特性図、第4図
は同光学センサにおけるデータサノプル期間の説明図、
第6図は同光学センサの池の実施例を示す一811回路
図、第6図は同光学センサの耐アーク光特性図である。 ア ト・・・痕培今−クー 2・・・・溶接線、9・・・投
光器制御回路、10・・・・投光器、11・・・ ・ス
ポット光像、12 ・・集光レンズ、13−・−巻電セ
ンサ、14 ・・センサヘッド、15・・・・・・増1
〕回路、16・・ バンドパスフィルタ、17・・・・
演算回路、1sイルク回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 4 第3図 11M179.(kH2J 第 45!I 第 5 図 /ゾ 第6図 Aし琲習浦
2図は本発明の実施例における光学センサの説明図、第
3図はアーク光の周波数分析結果を示す特性図、第4図
は同光学センサにおけるデータサノプル期間の説明図、
第6図は同光学センサの池の実施例を示す一811回路
図、第6図は同光学センサの耐アーク光特性図である。 ア ト・・・痕培今−クー 2・・・・溶接線、9・・・投
光器制御回路、10・・・・投光器、11・・・ ・ス
ポット光像、12 ・・集光レンズ、13−・−巻電セ
ンサ、14 ・・センサヘッド、15・・・・・・増1
〕回路、16・・ バンドパスフィルタ、17・・・・
演算回路、1sイルク回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 4 第3図 11M179.(kH2J 第 45!I 第 5 図 /ゾ 第6図 Aし琲習浦
Claims (2)
- (1)物体に光を投光し、その投光光像を光電センサで
検出して前記物体の位置、形状を検知する光学センサに
おいて、前記投光光の変調周波数を10 lo(z以上
にする投光器制御回路を設け、前記光電センサの受光光
量が予め定めた値以下の場合の受光信号を有効データと
して採用する信号処理回路を設けた光学センサ。 - (2)投光光としてレーザ光を、光電センサとして光半
導体装置センサをそれぞれ用いた特許請求の範囲第(1
)項記載の光学センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19632083A JPS6088306A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 光学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19632083A JPS6088306A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 光学センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6088306A true JPS6088306A (ja) | 1985-05-18 |
Family
ID=16355851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19632083A Pending JPS6088306A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 光学センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6088306A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62168006A (ja) * | 1986-01-20 | 1987-07-24 | Nachi Fujikoshi Corp | 形状認識装置 |
JPS62213945A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-19 | Toshiba Mach Co Ltd | 工作機械の熱変位補正装置 |
EP0343297A2 (en) * | 1988-05-23 | 1989-11-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical type displacement measuring apparatus |
JP2011247872A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-12-08 | Denso Corp | 距離測定装置、距離測定方法、および距離測定プログラム |
-
1983
- 1983-10-20 JP JP19632083A patent/JPS6088306A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62168006A (ja) * | 1986-01-20 | 1987-07-24 | Nachi Fujikoshi Corp | 形状認識装置 |
JPS62213945A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-19 | Toshiba Mach Co Ltd | 工作機械の熱変位補正装置 |
EP0343297A2 (en) * | 1988-05-23 | 1989-11-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical type displacement measuring apparatus |
JP2011247872A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-12-08 | Denso Corp | 距離測定装置、距離測定方法、および距離測定プログラム |
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