專利名稱:焊接坡口截面積檢測裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于作為以電弧焊接的高質(zhì)、高效率，低成本為目的之自動焊接機(jī)器或焊接機(jī)械人等的非接觸傳感器而使用的焊接坡口截面積檢測裝置。
現(xiàn)有技術(shù)，在電弧焊接，特別是在中，厚板工件的焊接時(shí)，如圖1所示，開了坡口進(jìn)行焊接。在這情形下，由于焊接工件1的設(shè)定精度、定位焊精度或坡口的加工精度的偏移，坡口的截面積和坡口中心線2(焊接線，圖1)的位置將會變動。因此，為了坡口焊接的自動化，必須檢測坡口的截面積，進(jìn)行適當(dāng)焊接條件的控制，并檢測出坡口中心線，使焊接焊炬與焊接線相一致。以前的焊接用傳感器，例如以接觸式的傳感器來檢測焊接線是比較容易的，并已有多種實(shí)用化?？墒牵_地檢測坡口斷面積的傳感器還未有制成，如圖2所示，將觸頭了插入坡口內(nèi)，以接觸于觸頭3的傳感器4，檢測其上下方向的位置變動，在這數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以運(yùn)算電路5近似地求出坡口截面積?？墒?，以這種根據(jù)接觸式近似運(yùn)算處理的方法，由于坡口內(nèi)的塵粒焊接飛濺，或定位焊焊道等的障礙物及坡口的不規(guī)則和焊盤差等的緣故，要得到必需精度的檢測是困難的，而且在信賴性方面也有很多問題。
本發(fā)明是鑒于本來的實(shí)施例而作成的，目的在于提供一以非接觸方式，高精度，高信賴度地檢測坡口截面積的焊接坡口截面積檢測裝置，以有助于電弧焊接的自動化、機(jī)械人化。
本發(fā)明裝置，是由將光點(diǎn)投射于焊接工件上的投光手段，以及將被投在上述焊接件上的光點(diǎn)接收的受光手段而構(gòu)成的傳感器裝置，計(jì)算上述受光手段的光點(diǎn)像位置的手段，將上述傳感器裝置在上述焊接工作的焊接線上大致上成直角地掃描的掃描手段，將上述每掃描單位節(jié)距的上述光點(diǎn)，像位置檢測手段的輸出作為距離數(shù)據(jù)而存儲的距離數(shù)據(jù)變換存儲手段，將存儲的數(shù)據(jù)變換為以上述焊接工件的母材面為基準(zhǔn)的距離數(shù)據(jù)的距離數(shù)據(jù)變換手段，以及將上述距離數(shù)據(jù)變換手段的輸出積分，以求出上述焊接工件的坡口截面積的積分手段向構(gòu)成的焊接坡口截面積檢測裝置。
作為本發(fā)明的投光手段，可考慮的有激光，發(fā)光二極管(LED)、鎢絲燈、瑩絲燈、閃光燈等，但對于將投光光束(即光點(diǎn))從焊接工件表面投向底面時(shí)，例如，距離為數(shù)10mm時(shí)，收縮成直徑為0.5mm的圓，或短軸是0.5mm，長軸約為短軸的3倍的橢圓，激光是有效的。作為集光的手段，可使用光學(xué)透鏡。
其次，作為受光手段，可使用將投到上述焊接工件上的光集中的光學(xué)透鏡、半導(dǎo)體或攝象管式的光電敏感元件。這里所說的半導(dǎo)體傳感器可以是圖象傳感器或在光電二極管上形成有一層均勻電阻層的光半導(dǎo)體位置檢出傳感器(別名位置感測裝置，簡稱PSD)，但為了除去外來光干擾，在上述點(diǎn)光上加上變調(diào)，而在以后將其變調(diào)信號回復(fù)時(shí)，PSD則比圖象傳感器更好。其次，光點(diǎn)像位置檢測手段，將上述在傳感器表面上結(jié)像的光點(diǎn)位置變換成時(shí)間或電壓值而輸出。傳感器是圖象傳感器的情形，作為光點(diǎn)像位置的檢測手段，例如，由圖象傳感器驅(qū)動電路，將圖象傳感器的輸出增幅的增幅電路，設(shè)定基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)值設(shè)定電路，將上述增幅電路與基準(zhǔn)設(shè)定電路的輸出比較，以檢測上述增幅電路的輸出大于基準(zhǔn)值的范圍的比較電路，根據(jù)上述比較電路的輸出，計(jì)測從上述圖象傳感器的一掃描開始點(diǎn)至上述比較電路的輸出倒置之間的時(shí)間的計(jì)數(shù)器等構(gòu)成的時(shí)間計(jì)測回路等所構(gòu)成。還有，傳感器是PSD的時(shí)候，則由將從PSD兩電極流出的電流分別變換成電壓的電流電壓變換電路，只檢出特定的變調(diào)頻率的帶通濾波器、將帶通濾波器的輸出的和及差以運(yùn)算放大器等模擬地求出的電路，以及將上述的差除以上述的和作模擬的除法的模擬除法IC所構(gòu)成，并把PSD上面的光點(diǎn)結(jié)像位置作為電壓值而檢出。
其次，作為傳感器裝置的掃描手段，例如，使AC或DC馬達(dá)反復(fù)回轉(zhuǎn)，并通過螺桿使之成為滑尺的平行運(yùn)動，使附于滑尺上的傳感器裝置與焊接線路略成直角地掃描，為了檢出掃描的位置，可在螺桿上附上編碼器，或用脈沖馬達(dá)，藉著齒輪而使傳感器裝置在平行于焊接工件表面的平面內(nèi)橫切焊接線地作圓弧運(yùn)動。這時(shí)，由于脈沖馬達(dá)的緣故，傳感器裝置的掃描位置可通過檢出脈沖馬達(dá)的驅(qū)動脈沖而加以檢測。
其次距離數(shù)據(jù)變換存儲手段，由于通過將上述以掃描手段進(jìn)行的每掃描節(jié)距單位的傳感器裝置的位置，用檢出上述編碼信號及脈沖馬達(dá)驅(qū)動脈沖的位置檢測電路加以檢出，在每單位節(jié)距處將上述光點(diǎn)像位置檢測手段的輸出加以A/D(模擬到數(shù)字)變換，并參照預(yù)先作成的距離表，換變成從傳感器裝置至焊接工件的距離數(shù)據(jù)并將之存儲所以藉微型計(jì)算機(jī)等是可容易地實(shí)現(xiàn)的。還有，將上述作為距離數(shù)據(jù)而存儲的數(shù)據(jù)變換成以焊接工件母材面為基準(zhǔn)的距離數(shù)據(jù)的變換手段通過上述的微型計(jì)算機(jī)，例如將傳感器裝置的掃描開始時(shí)的距離數(shù)據(jù)看作是至焊接母材面的距離數(shù)據(jù)，從存儲的距離數(shù)據(jù)中將這個(gè)值順次地減去，就可以容易地求得。再者，積分手段是將上述距離數(shù)據(jù)變換后的數(shù)據(jù)順次地累加，在所得的總和上乘以比例系數(shù)，就可求得焊接工件的坡口截面積。這通過上述的微型計(jì)算機(jī)是很容易實(shí)現(xiàn)的。
其次，在微型計(jì)算機(jī)中，實(shí)行將上述距離數(shù)據(jù)順次地取差分的程序，就能檢出坡口的間隙幅度及間隙中心位置，這個(gè)間隙中心位置就是焊接線位置。
還有，至于那些沒有上述間隙的焊接坡口，將對應(yīng)于距離數(shù)據(jù)中的最大值的位置看作是焊接線位置也就很容易檢出焊接線。只是，由于考慮到也有可能因塵?；蚝附语w測而造成焊接線位置的錯誤檢出，所以在焊接線檢出處理時(shí)，須作多次的數(shù)據(jù)讀出而取其平均值，或采用多數(shù)算法而單方面地決定的程序。
如上所述，由于本發(fā)明的裝置能以非接觸的方式，高精度、高速度地檢出焊接坡口的截面積，所以只要加入其構(gòu)成要素的微計(jì)算機(jī)的程序，就能容易地檢出焊接線及坡口間隙幅度，成為工業(yè)上實(shí)用性很高的發(fā)明裝置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下的特征及積極的效果(1)能以非接觸的方式高精度、高速地檢出焊接坡口截面積，且不受坡口內(nèi)的塵粒及焊接飛濺等的影響。
(2)由于是非接觸的感測，所以緩和了感測上的限制，作為坡口焊接的自動化、機(jī)械人化的傳感器是有用的。
(3)通過附加的程序在計(jì)算焊接坡口截面積時(shí)，也可以同時(shí)地檢出焊接線。
(4)只要檢出焊接坡口截面積，進(jìn)行對焊接條件的控制，就可以提高焊接質(zhì)量。此外，與焊接線檢出處理相組合，同時(shí)實(shí)施模仿焊接線處理，就更能提高焊接質(zhì)量。
附圖的說明圖1坡口工件的一例的斷面圖，圖2是本來的接觸式坡口截面積檢出裝置的一例的正面圖，圖3是本發(fā)明裝置的一實(shí)施例的方框圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明裝置的坡口距離數(shù)據(jù)檢測例的示意圖。
以下根據(jù)圖3所示的一實(shí)施例對本發(fā)明裝置加以說明。投光手段由包括半導(dǎo)體激光裝置及將其激光(入＝830nm)集中為04mm中的平行光束的視準(zhǔn)透鏡的投光器6，以及在半導(dǎo)體激光裝置上施加10KHE的變調(diào)，使傳感器7上的受光量一定地進(jìn)行光量控制的激光驅(qū)動電路(光源控制電路)8所構(gòu)成。而受光手段則由集光透鏡9及覆蓋于透過上述半導(dǎo)體激光光線的干涉濾光片(可透過波長入＝800～850nm)的表面涂層的半導(dǎo)體位置檢出元件(PSD)7所構(gòu)成。傳感器裝置10由上述的投光、受光手段所構(gòu)成。在這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中，光點(diǎn)11被結(jié)像于PSD上，由于光點(diǎn)的投光軸方面的變位、對應(yīng)于PSD7上的光點(diǎn)像的結(jié)像位置變位，所以只要檢出PSD7上的光點(diǎn)像位置，就可以檢出至工件面間的距離。光點(diǎn)像位置的檢出手段包括將自PSD7的兩電極流出的光電流輸出(I1，I2)(這根據(jù)結(jié)像位置而決定它們的比值)變換為電壓值(V1，V2)的電流，電壓變換電路12，Q＝7，10KHZ的帶通濾波器13，求出帶通濾波器13的輸出(V1′，V2′)的和與差并進(jìn)行差除以和的除法的運(yùn)算電路14。這些電路12，13，14可通過運(yùn)算放大器等而容易構(gòu)成。掃描手段包括由脈沖馬達(dá)與螺桿構(gòu)成的滑動裝置15及進(jìn)行脈沖馬達(dá)控制的掃描馬達(dá)控制電路16，以將上述的傳感器裝置10掃描，掃描在與焊接線略成直角的方向上進(jìn)行，節(jié)距為0.1mm，掃描幅度為30mm，掃描速度為2次/秒。距離數(shù)據(jù)變換存儲手段包括根據(jù)上述脈沖馬達(dá)控制電路16的信號于每掃描節(jié)距(01mm)設(shè)定脈沖的電路(微型計(jì)算機(jī))17，與上述電路17的輸出同步地將上述電路14的輸出進(jìn)行A/D變換，并將結(jié)果存儲于儲器內(nèi)。該電路17進(jìn)而參照表示電路14的輸出(預(yù)先測定并存儲于ROM內(nèi))與傳感器裝置至工件面的距離的關(guān)系的距離變換表，將這個(gè)A/D變換值變換成距離數(shù)據(jù)(圖4的Z(i))，并將之存儲于存儲器內(nèi)(這可通過帶有A/D變換機(jī)能的微型計(jì)算機(jī)，例如INTEL8022等來加以實(shí)現(xiàn))。再者變換成以焊接工件的母材面，18(圖4)為基準(zhǔn)面的距離數(shù)據(jù)的距離數(shù)據(jù)變換手段以及將該距離數(shù)據(jù)積分的積分手段，同樣地，可通過電路17而容易地達(dá)成。例如，圖4的18所示的工件母材面，在距離數(shù)據(jù)Z(i)的差分值大致上為零的地方而被檢出，將在該位置的Z(i)作為Z TAB而預(yù)先求出、只要從上述的Z(i)中減去這個(gè)Z TAB，就可以得到以上述的工件母材面為基準(zhǔn)的坡口的距離數(shù)據(jù)ZK(i)。至于截面積的計(jì)算，則將這個(gè)ZK(i)的i＝1至300加起來(即是積分)乘以作為比例系數(shù)的0.1(即將0.1mm節(jié)距作為1mm單位)就能求得。在本實(shí)施例中，這些的運(yùn)算是以微型計(jì)算機(jī)來執(zhí)行的，當(dāng)然也可以用模擬電路來執(zhí)行。在本實(shí)施例中，即使在坡口內(nèi)存有塵粒焊接飛濺定位焊焊道成不規(guī)則及焊盤差的情形，也能將坡口截面積，以2%以內(nèi)的精度，高度地(2次/秒)檢出。
再者;圖3的電路8，由于將PSD7的輸出(I1，I2)變換成電壓的值加以全波整流并相加，以與基準(zhǔn)電壓作比較，從而控制半導(dǎo)體激光的輸出，使PSD7的受光量為一定，所以用運(yùn)算放大器等就很容易構(gòu)成。
權(quán)利要求
一焊接坡口截面積檢測裝置，其特征為，該裝置包括由把光點(diǎn)投射于焊接工件上的投光手段及將投射于所說焊接工件上的點(diǎn)光接受的受光手段而構(gòu)成的傳感器裝置；計(jì)算所說受光手段的光點(diǎn)像位置的光點(diǎn)像位置檢出手段；將所說傳感器裝置沿著與所說焊接工件的焊接線大致上成直角方向上掃描的掃描手段；將在所說掃描的每一節(jié)距的所說光點(diǎn)像位置檢出手段的輸出作為距離數(shù)據(jù)而存儲的距離數(shù)據(jù)變換存儲手段；將存儲的數(shù)據(jù)變換為以所說焊接工件的母材面為基準(zhǔn)的距離數(shù)據(jù)的距離數(shù)據(jù)變換手段以及將所說距離數(shù)據(jù)變換手段的輸出積分以求出所說焊接工作的截面積的積分手段。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于坡口焊接的自動化，機(jī)械人化的坡口截面積的檢測裝置，使光學(xué)式距離傳感器裝置沿著與焊接線略成直角的方向上掃描，檢出并記憶每一掃描節(jié)距的從傳感器裝置至焊接坡口間的距離，將該記憶數(shù)據(jù)變換為以焊接工件母材面為基準(zhǔn)的距離數(shù)據(jù)，求出每一掃描節(jié)距的總和，并于此乘以比例系數(shù)，從而成為能以高精度高速度檢出坡口截面積的焊接坡口截面積檢測裝置。
文檔編號G01B11/28GK85106473SQ85106473
公開日1987年3月18日 申請日期1985年8月29日
發(fā)明者玉井誠一郎, 村田正雄, 小林圭一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan