特開 2023-38543 レーザ計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023038543

(43)【公開日】2023-03-17

(54)【発明の名称】レーザ計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20230310BHJP

   B23K 9/095 20060101ALN20230310BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 B

B23K9/095 510E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021145326

(22)【出願日】2021-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】521475989

【氏名又は名称】川崎車両株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 武宏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 與志

(72)【発明者】

【氏名】正川 仁彦

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA01

2F065AA06

2F065CC15

2F065GG04

2F065LL28

2F065MM11

2F065MM15

(57)【要約】

【課題】簡素な構成にて、ワークと干渉することなく、突き合わせ溶接の開先形状とＴ字溶接や十字溶接のような溶接の開先形状との両方を計測可能なレーザ計測装置を提供する。
【解決手段】レーザ計測装置は、レーザ距離センサと、モータと、処理回路と、ケーシングと、を備える。前記ケーシングは、第１外面及び第２外面と、前記レーザ距離センサから出射されたレーザ光を前記ケーシングの内部から外部へ通過させる開口と、を含む。前記処理回路は、前記モータを制御して、前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光を前記第１開口領域から前記第２開口領域へ移動させるように構成されている。前記第１外面及び前記第２外面は、テーパ状に互いに傾斜している。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射する発光部を含むレーザ距離センサと、
前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光の照射角度を所定の軸線周りに変位させるモータと、
前記モータを制御するように構成された処理回路と、
前記レーザ距離センサ、前記モータ及び前記処理回路を収容するケーシングと、を備え、
前記ケーシングは、
前記レーザ光の照射角度の変位方向に沿って互いに並んだ第１外面及び第２外面と、
前記軸線の延在方向において前記第１外面に隣接する第１開口領域と、前記軸線の延在方向において前記第２外面に隣接して前記第１開口領域に接続された第２開口領域とを有する開口であって、前記レーザ距離センサから出射されたレーザ光を前記ケーシングの内部から外部へ通過させる開口と、を含み、
前記処理回路は、前記モータを制御して、前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光を前記第１開口領域から前記第２開口領域へ移動させるように構成され、
前記第１外面及び前記第２外面は、テーパ状に互いに傾斜している、レーザ計測装置。

【請求項2】

前記第１外面と前記第２外面とは、互いに直角に配置されている、請求項１に記載のレーザ計測装置。

【請求項3】

前記軸線は、前記第１外面を含む第１仮想平面と前記第２外面を含む第２仮想平面とのなす角を２等分する第３仮想平面上に位置する、請求項１又は２に記載のレーザ計測装置。

【請求項4】

前記レーザ距離センサを保持し、前記モータの駆動力によって前記軸線周りに回転する回転キャリアを更に備え、
前記軸線は、前記レーザ距離センサの中心に対して前記発光部に向かう方向にずれて配置されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【請求項5】

前記モータから前記レーザ距離センサまでの動力伝達経路に配置された減速機を更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【請求項6】

前記開口は、前記軸線の延在方向における前記ケーシングの中心に対して前記延在方向の片側に配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【請求項7】

前記レーザ距離センサの検出動作と前記モータの駆動とを前記処理回路に指令する操作スイッチを更に備え、
前記操作スイッチは、前記ケーシングの外面に配置されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【請求項8】

前記レーザ距離センサと前記モータと前記処理回路とを支持し、前記ケーシング内に収容された支持フレームを更に備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【請求項9】

前記ケーシングに着脱自在に取り付けられ、前記第１外面及び前記第２外面を覆うカバーを更に備え、
前記カバーは、前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光が前記開口のうち前記第１開口領域と前記第２開口領域との間の部分を通過する場合における前記レーザ光に直交する外底面を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレーザ計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一対の板材同士を溶接して溶接継手を製作する際、溶接の前段階で、各板材の組合せが設計通りの形状をなすように各板材を配置し、開先形状を設計通りの形状にすることが要求される。特許文献１には、溶接対象の開先形状をレーザ光を用いたレーザ変位計によって検出するレーザ計測装置が開示されている。特許文献１の装置では、レーザ変位計が溶接線に交差する方向に走査するので、同一平面上に配置された板材同士を溶接する突き合わせ溶接の場合には、開先形状を計測できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－１９７２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の装置では、Ｔ字溶接継手や十字溶接継手のように、一対の板材の一方がレーザ変位計に向かって突出して配置される場合には、走査するレーザ変位計が板材と干渉して計測できない。また、特許文献１の装置では、レーザ変位計が直線的に走査するため、走査構造が大型化する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るレーザ計測装置は、レーザ光を出射するレーザ距離センサと、前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光の照射角度を所定の軸線周りに変位させるモータと、前記モータを制御するように構成された処理回路と、前記レーザ距離センサ、前記モータ及び前記処理回路を収容するケーシングと、を備える。前記ケーシングは、前記レーザ光の照射角度の変位方向に沿って互いに並んだ第１外面及び第２外面と、前記軸線の延在方向において前記第１外面に隣接する第１開口領域と、前記軸線の延在方向において前記第２外面に隣接して前記第１開口領域に接続された第２開口領域とを有する開口であって、前記レーザ距離センサから出射されたレーザ光を前記ケーシングの内部から外部へ通過させる開口と、を含む。前記処理回路は、前記モータを制御して、前記レーザ距離センサから出射されるレーザ光を前記第１開口領域から前記第２開口領域へ移動させるように構成される。前記第１外面及び前記第２外面は、テーパ状に互いに傾斜している。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様によれば、簡素な構成にて、ワークと干渉することなく、突き合わせ溶接の開先形状とＴ字溶接や十字溶接のような溶接の開先形状との両方を計測可能なレーザ計測装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るレーザ計測システムのブロック図である。

【図2A】図２Ａは、図１のレーザ計測装置をカバー離脱状態で一方向から見た斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、図１のレーザ計測装置をカバー離脱状態で他方向から見た斜視図である。

【図3A】図３Ａは、図２Ａのレーザ計測装置のカバー装着状態での斜視図である。

【図3B】図３Ｂは、図２Ｂのレーザ計測装置のカバー装着状態での斜視図である。

【図4A】図４Ａは、図２Ａのレーザ計測装置を一方向から見た断面斜視図である。

【図4B】図４Ｂは、図２Ａのレーザ計測装置を他方向から見た断面斜視図である。

【図5】図５は、図４Ａの軸線等の位置を説明する模式図である。

【図6】図６は、図３Ａのレーザ計測装置による突き合わせ溶接の開先形状の計測を説明する断面図である。

【図7】図７は、図２Ａのレーザ計測装置によるＴ字溶接の開先形状の計測を説明する断面図である。

【図8】図８は、図３Ａのレーザ計測装置による突き合わせ溶接の開先形状の計測の別の例を説明する断面図である。

【図9】図９は、図６の計測の原理を説明する模式図である。

【図10】図１０は、図７の計測の原理を説明する模式図である。

【図11】図１１は、図８の計測の原理を説明する模式図である。

【図12A】図１２Ａは、図９又は図１１の計測データを示すグラフである。

【図12B】図１２Ｂは、図１２Ａの計測データのデータ処理装置による処理を説明するグラフである。

【図13A】図１３Ａは、図１０の計測データを示すグラフである。

【図13B】図１３Ｂは、図１３Ａの計測データのデータ処理装置による処理を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、本実施形態では、溶接前段階の開先形状を計測対象とした例を説明するが、開先以外の形状、例えば隅肉溶接の脚長やのど厚を計測対象としてもよい。図１は、実施形態に係るレーザ計測システム１のブロック図である。図１に示すように、レーザ計測システム１は、レーザ計測装置２及びデータ処理装置３を備える。レーザ計測装置２は、溶接前のワークの開先形状をレーザ計測する。レーザ計測装置２は、作業者によって持ち運ばれて計測対象に設置される。

【0009】

データ処理装置３は、レーザ計測装置２が計測したデータを無線で受信する。データ処理装置３は、受信したデータを演算処理して開先形状を特定し、特定された開先形状の良否を判定することで、開先形状を診断する。データ処理装置３は、例えば、パーソナルコンピュータに所定の診断プログラムをインストールすることで実現され得る。

【0010】

レーザ計測装置２は、レーザ距離センサ１１、回転キャリア１２、モータ１３、減速機１４、磁気センサ１５、処理回路基板１６、電源スイッチ１８、操作スイッチ１９及び光源２０を備える。

【0011】

レーザ距離センサ１１は、レーザ光を出射する発光部１１ａと、レーザ距離センサ１１から出射されたレーザ光がワークに反射した反射光を受光する受光部１１ｂとを含む。本実施形態では、受光部１１ｂは、発光部１１ａと略同じ箇所に配置されている。

【0012】

回転キャリア１２は、発光部１１ａ及び受光部１１ｂを露出させた状態で、レーザ距離センサ１１を保持する。即ち、回転キャリア１２は、発光部１１ａからのレーザ光Ｌの出射経路と受光部１１ｂへの反射光の入射経路とが通過する開口を含む。回転キャリア１２は、所定の軸線Ｃ周りに回転可能に支持されている。回転キャリア１２は、ホルダ１２ａ、シャフト１２ｂ及び磁石１２ｃを含む。ホルダ１２ａは、レーザ距離センサ１１を保持する。シャフト１２ｂは、ホルダ１２ａから突出して後述の減速機１４に連結されている。軸線Ｃは、シャフト１２ｂの軸心を通っている。磁石１２ｃは、ホルダ１２ａの外面のうち軸線Ｃが延びる方向に向いた面に配置されている。

【0013】

モータ１３は、レーザ距離センサ１１から出射されるレーザ光Ｌの照射角度を軸線Ｃ周りに変位させるために駆動する。減速機１４は、モータ１３からレーザ距離センサ１１までの動力伝達経路に介在している。減速機１４がモータ１３の回転動力を減速して回転キャリア１２に伝達することで、回転キャリア１２が軸線Ｃ周りに回転し、回転キャリア１２に保持されたレーザ距離センサ１１が揺動する。

【0014】

磁気センサ１５は、回転キャリア１２の磁石１２ｃに隙間をあけて対向している。磁気センサ１５及び磁石１２ｃは、磁気エンコーダとして機能する。磁気センサ１５は、磁石１２ｃの磁力を利用して回転キャリア１２の回転角度を検出する。

【0015】

処理回路基板１６は、センサインタフェース回路３１、モータ制御回路３２、中央処理回路３３、無線通信機３４及び電源回路３５を含む。センサインタフェース回路３１は、レーザ距離センサ１１及び磁気センサ１５に電気的に接続されている。モータ制御回路３２は、モータ１３に電気的に接続されている。中央処理回路３３は、センサインタフェース回路３１を介してレーザ距離センサ１１の検出動作を制御する。中央処理回路３３は、モータ制御回路３２を介してモータ１３の回転動作を制御する。

【0016】

中央処理回路３３は、レーザ距離センサ１１の検出信号である電流値又は電圧値を高さデータに変換する。中央処理回路３３は、モータ１３の回転角に基づいてワーク上のレーザ光の反射位置座標すなわち検査位置座標を特定する。中央処理回路３３は、当該高さデータを当該検査位置座標に関連付ける。即ち、中央処理回路３３は、計測データとして、高さデータ及び検査位置座標のセットを出力する。

【0017】

無線通信機３４は、中央処理回路３３が出力した計測データをデータ処理装置３に無線送信する。なお、無線通信機３４は、処理回路基板１６に搭載されずに処理回路基板１６から離れていてもよい。処理回路基板１６は、無線通信機３４の代わりに有線通信インターフェースを含んでもよく、中央処理回路３３が出力した計測データは有線通信でデータ処理装置３に送信されてもよい。

【0018】

電源回路３５は、センサインタフェース回路３１、モータ制御回路３２、中央処理回路３３及び無線通信機３４に電力を供給する。電源回路３５は、処理回路基板１６に搭載されずに処理回路基板１６から離れていてもよい。

【0019】

二次電池１７は、レーザ計測装置２から取り外して充電可能である。二次電池１７は、レーザ計測装置２に搭載された状態で処理回路基板１６に電気的に接続される。二次電池１７は、電源回路３５に電力を供給する。なお、二次電池１７の代わりに充電ケーブルを使って給電されてもよい。

【0020】

電源スイッチ１８は、電源回路３５に電気的に接続されている。電源スイッチ１８は、作業者によって操作される。電源スイッチ１８がＯＮ操作されるとレーザ計測装置２の電源がＯＮとなり、電源スイッチ１８がＯＦＦ操作されるとレーザ計測装置２の電源がＯＦＦとなる。

【0021】

操作スイッチ１９は、中央処理回路３３に電気的に接続されている。操作スイッチ１９は、作業者によって操作される。操作スイッチ１９が操作されると、中央処理回路３３は、センサインタフェース回路３１を介してレーザ距離センサ１１に検出動作を開始させ、かつ、モータ制御回路３２を介してモータ１３に回転動作を開始させる。操作スイッチ１９が操作されて所定の計測動作が終了した後は、レーザ距離センサ１１及びモータ１３は停止する。

【0022】

光源２０は、例えばＬＥＤとし得る。光源２０は、例えば、中央処理回路３３に電気的に接続されている。中央処理回路３３は、レーザ距離センサ１１及びモータ１３の動作中と、レーザ距離センサ１１及びモータ１３の停止中との間で、光源２０の表示態様を異ならせる。例えば、中央処理回路３３は、レーザ距離センサ１１及びモータ１３の動作中に光源２０を点滅させ、レーザ距離センサ１１及びモータ１３の停止中に光源２０を点灯させる。なお、光源２０は、センサインタフェース回路３１に接続されてレーザ距離センサ１１の動作及び停止に連動して点滅及び点灯してもよいし、モータ制御回路３２に接続されてモータ１３の動作及び停止に連動して点滅及び点灯してもよい。

【0023】

図２Ａは、図１のレーザ計測装置２をカバー離脱状態で一方向から見た斜視図である。図２Ｂは、図１のレーザ計測装置２をカバー離脱状態で他方向から見た斜視図である。図２Ａ及びＢに示すように、以下の説明では、回転キャリア１２の回転の軸線Ｃ（図１及び７参照）の延在方向をＸ方向とし、第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとが並ぶ方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向の各々に直交する方向をＺ方向とする。レーザ計測装置２は、ケーシング２２を備える。

【0024】

ケーシング２２は、ハンドル４１、テーパ外面４２、開口４３、電池レセプタ４４等を備える。ケーシング２２は、例えば非導電性樹脂である。ケーシング２２は、一対のケーシング要素に二分割されており、互いにＹ方向に合体した一対のケーシング要素がケーシング２２を構成している。

【0025】

ハンドル４１は、作業者が手で把持できるバーを有する。ハンドル４１は、省略されてもよい。レーザ計測装置２は、ロボットアームに保持されてロボットによって操作されてもよい。ケーシング２２は、Ｚ方向におけるハンドル４１の反対側に配置されたテーパ外面４２を有する。テーパ外面４２は、先端面４２ａ、第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃを有する。先端面４２ａは、Ｙ方向において第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとに挟まれている。第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃの各々は、平坦面である。先端面４２ａは、平坦面でも円弧面でもよい。第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃには、金属板４６が貼り付けられている。なお、第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃ自体が金属であってもよい。

【0026】

第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃは、テーパ状に互いに傾斜している。例えば、テーパ外面４２のテーパ角すなわち第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとのなす角は、９０°である。第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとのなす角は、９０°に限られず他の角度にしてもよい。例えば、ケーシング２２のテーパ外面４２のテーパ角を鋭角として、９０°のテーパ角を有するテーパ外面を含むカバーがケーシング２２に取り付けられるようにしてもよい。先端面４２ａは、省略されてもよく、第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとが互いに直接的に隣接してもよい。

【0027】

開口４３は、ケーシング２２の内部を外部に連通させる。開口４３は、レーザ距離センサ１１（図１及び図４（Ａ）参照）から出射されるレーザ光Ｌを、ケーシング２２の内部から外部に向けて通過させる。開口４３は、テーパ外面４２に対して軸線方向Ｘに隣接している。開口４３は、例えば、テーパ外面４２の切欠きである。開口４３は、軸線方向Ｘにおけるケーシング２２の中心に対して軸線方向Ｘの片側に配置されている。開口４３は、Ｙ方向においてテーパ外面４２の全体にわたって延びている。

【0028】

開口４３は、先端開口領域４３ａ、第１開口領域４３ｂ及び第２開口領域４３ｃを有する。先端開口領域４３ａは、Ｙ方向において第１開口領域４３ｂと第２開口領域４３ｃとに挟まれている。先端開口領域４３ａは、軸線方向Ｘにおいて先端面４２ａに隣接している。第１開口領域４３ｂは、Ｘ方向において第１外面４２ｂに隣接している。第２開口領域４３ｃは、Ｘ方向において第２外面４２ｃに隣接している。第１開口領域４３ｂ、先端開口領域４３ａ及び第２開口領域４３ｃは、この順で互いに接続されて１つの開口４３を構成している。先端面４２ａが省略される場合には、先端開口領域４３ａも省略され、第１開口領域４３ｂと第２開口領域４３ｃとが互いに直接的に接続されて１つの開口を構成することになる。

【0029】

電池レセプタ４４は、ケーシング２２に外面が窪んでなる凹所である。電池レセプタ４４には、ケーシング２２の外部から二次電池１７が着脱自在に挿入される。ケーシング２２の外面には、電源スイッチ１８が配置されている。ケーシング２２の外面には、操作スイッチ１９が配置されている。操作スイッチ１９は、電源スイッチ１８よりもハンドル４１に近い。操作スイッチ１９は、光源２０を内蔵している。なお、光源２０は、操作スイッチ１９に内蔵されずに、操作スイッチ１９から離れた位置でケーシング２２の外面に配置されてもよい。

【0030】

図３Ａは、図２Ａのレーザ計測装置２のカバー装着状態での斜視図である。図３Ｂは、図２Ａのレーザ計測装置２のカバー装着状態での斜視図である。図３Ａ及びＢに示すように、カバー２４は、テーパ外面４２を覆うようにケーシング２２に着脱自在に装着される。二次電池１７、電源スイッチ１８、操作スイッチ１９、光源２０及びハンドル４１は、ケーシング２２のうちカバー２４が装着される領域の外側にある。カバー２４は、例えば、上壁が省略されたボックスのような凹形状を有する。

【0031】

カバー２４は、外底面５２、第１側面５３及び第２側面５４を有する。外底面５２は、Ｚ方向に直交し、先端面４２ａに対向している。外底面５２は、Ｙ方向において第１側面５３と第２側面５４との間にある。第１側面５３は、Ｙ方向において第１外面４２ｂに対向している。第２側面５４は、Ｙ方向において第２外面４２ｃに対向している。

【0032】

カバー２４は、開口５５を有する。開口５５は、カバー２４の内部を外部に連通させる。開口５５は、ケーシング２２の開口４３に対向している。開口５５は、外底面５２、第１側面５３及び第２側面５４に対してＸ方向に隣接している。本実施形態では、開口５５は、外底面５２、第１側面５３及び第２側面５４の切欠きである。開口５５は、レーザ距離センサ１１（図１及び図４Ａ参照）から出射されて開口４３を通過したレーザ光Ｌを、カバー２４の内部から外部に向けて通過させる。外底面５２は、レーザ距離センサ１１から出射されるレーザ光Ｌが先端開口領域４３ａ（図２Ａ参照）を通過する場合におけるレーザ光Ｌに直交する面である。

【0033】

カバー２４は、ケーシング２２にカバー２４を係止するリテーナ５１を有する。本実施形態では、リテーナ５１は、ケーシング２２の金属板４６に磁力で吸着する磁石である。なお、リテーナ５１は、ケーシング２２に対してカバー２４を機械的に係止する構造であってもよく、例えば、フック又は爪等でもよい。

【0034】

図４Ａは、図２Ａのレーザ計測装置２を一方向から見た断面斜視図である。図４Ｂは、図２Ａのレーザ計測装置２を他方向から見た断面斜視図である。図４Ａ及びＢに示すように、ケーシング２２には、レーザ距離センサ１１、回転キャリア１２、モータ１３、減速機１４、磁気センサ１５、処理回路基板１６、支持フレーム２３及びコネクタ４５が収容されている。

【0035】

回転キャリア１２は、ホルダ１２ａ、シャフト１２ｂ及び磁石１２ｃを有する。ホルダ１２ａは、レーザ距離センサ１１を固定的に保持する。ホルダ１２ａは、レーザ距離センサ１１の発光部１１ａ（図５参照）を開口４３に向けて露出させる形状を有する。シャフト１２ｂは、ホルダ１２ａから減速機１４に向けて軸線方向Ｘに突出している。シャフト１２ｂの軸心線が、回転キャリア１２の回転中心線となる軸線Ｃと一致している。軸線Ｃは、減速機１４の出力軸の軸線と一致している。シャフト１２ｂは、減速機１４の出力軸と結合されている。

【0036】

減速機１４は、レーザ距離センサ１１及び回転キャリア１２に対して軸線方向Ｘに並んでいる。モータ１３は、減速機１４に対して高さ方向Ｚに隣接している。モータ１３及び減速機１４は、レーザ距離センサ１１に対して軸線方向Ｘに並んでいるので、ケーシング２２が軸線方向Ｘに大きくなり、第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃの面積が軸線方向Ｘに広くなっている。

【0037】

減速機１４は、モータ１３からレーザ距離センサ１１までの動力伝達経路に介在している。減速機１４は、モータ１３の回転動力を減速してシャフト１２ｂに伝達する。モータ１３が回転することで、回転キャリア１２が軸線Ｃ周りに回転し、回転キャリア１２に保持されたレーザ距離センサ１１が軸線Ｃ周りに揺動する。これにより、レーザ距離センサ１１から出射されるレーザ光Ｌの照射角度は、軸線Ｃ周りに変位する。レーザ距離センサ１１の揺動によって、レーザ光Ｌが開口４３のうち第１開口領域４３ｂ（図２Ａ参照）から第２開口領域４３ｃ（図２Ａ参照）まで移動する。

【0038】

磁石１２ｃは、ホルダ１２ａの外面のうちシャフト１２ｂと反対側の面に取り付けられている。磁石１２ｃは、回転キャリア１２の回転とともに軸線Ｃ周りに回転する。磁気センサ１５は、軸線方向Ｘにおいて磁石１２ｃに対向している。処理回路基板１６は、レーザ距離センサ１１に対して高さ方向Ｚに並べられている。処理回路基板１６は、レーザ距離センサ１１よりもテーパ外面４２から離れて配置されている。

【0039】

レーザ距離センサ１１、回転キャリア１２、モータ１３、減速機１４及び磁気センサ１５は、支持フレーム２３に固定されて支持フレーム２３によって支持されている。本実施形態では、処理回路基板１６は、ケーシング２２に支持されている。なお、処理回路基板１６は、支持フレーム２３に固定されて支持フレーム２３によって支持されてもよい。

【0040】

処理回路基板１６は、高さ方向Ｚにおいて電池レセプタ４４とレーザ距離センサ１１との間に配置されている。即ち、処理回路基板１６に搭載された無線通信機３４（図１参照）は、レーザ距離センサ１１を基準として開口４３とは反対側に配置されている。ケーシング２２のうち処理回路基板１６を覆う部分は非導電性樹脂である。本実施形態では、ケーシング２２の全体が非導電性樹脂である。

【0041】

電池レセプタ４４は、ケーシング２２の外面からケーシング２２の内部に向けて軸線方向Ｘに延びている。電池レセプタ４４は、有底の電池収容空間を画定している。電池レセプタ４４には、電池レセプタ４４に挿入された二次電池１７の端子と導通するコネクタ４５が配置されている。コネクタ４５は、処理回路基板１６に電気的に接続されている。

【0042】

図５は、図４Ａの軸線Ｃ等の位置を説明する模式図である。図５に示すように、ケーシング２２の第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとは、互いに直角に配置されている。軸線Ｃは、第１外面４２ｂを含む第１仮想平面Ｖ１と第２外面４２ｃを含む第２仮想平面Ｖ２とのなす角を２等分する第３仮想平面Ｖ３上に位置する。図５では、軸線Ｃは紙面奥行方向に延びている。ケーシング２２の中心を示すケーシング中心Ｑ１と、レーザ距離センサ１１の中心を示すセンサ中心Ｑ２と、レーザ距離センサ１１の発光部１１ａにおけるレーザ光Ｌの出射原点を示すレーザ原点Ｑ３とは、第３仮想平面Ｖ３上に位置している。

【0043】

軸線Ｃは、センサ中心Ｑ２に対して発光部１１ａに向かう方向にずれて配置されている。軸線Ｃは、センサ中心Ｑ２よりも発光部１１ａに近い。本実施形態では、レーザ原点Ｑ３は、軸線Ｃ上に位置している。これにより、レーザ距離センサ１１が軸線Ｃ周りに揺動しても、レーザ原点Ｑ３は軸線Ｃ上に維持される。なお、レーザ原点Ｑ３は、軸線Ｃからずれていてもよい。

【0044】

図６は、図３Ａのレーザ計測装置２による突き合わせ溶接の開先形状の計測を説明する断面図である。図６に示すように、ワークＷ１は、金属製の一対の板材Ｐ１，Ｐ２を同一平面上で互いに突き合わせてなる。ワークＷ１は、第１板材Ｐ１と第２板材Ｐ２の間に開先Ｇ１を有する。ワークＷ１は、突き合わせ溶接の前段階のものである。ワークＷ１の裏面のうち開先Ｇ１に対応する部分には、第１板材Ｐ１と第２板材Ｐ２とに跨ぐように裏当金が配置され得る。なお、開先形状は片開先形状を例示したが、Ｖ形、Ｕ形等のような他の形状であってもよい。

【0045】

突き合わせ溶接が適用される開先Ｇ１の場合には、作業者は、レーザ計測装置２においてケーシング２２にカバー２４を装着する。カバー２４のリテーナ５１である磁石が、ケーシング２２の金属板４６に磁力で吸着されることで、カバー２４が安定して位置決めされる。

【0046】

作業者は、レーザ計測装置２のハンドル４１を把持し、カバー２４の外底面５２がワークＷ１の表面に当接するようにレーザ計測装置２をワークＷ１に載せる。その際、作業者は、軸線Ｃが開先Ｇ１の延在方向に沿うようにレーザ計測装置２を配置する。開口５５は、カバー２４の外底面５２のＹ方向の全体に延びており、レーザ光Ｌは、外底面５２のＹ方向の全体にわたって変位するため、作業者は、レーザ計測装置２が開先Ｇ１を覆うようにレーザ計測装置２を配置すればよい。

【0047】

レーザ距離センサ１１の発光部１１ａが出射するレーザ光Ｌは、開口４３，５５を通過してワークＷ１に到達する。レーザ光Ｌの照射角度は、レーザ距離センサ１１の軸線Ｃ周りの揺動によって、レーザ光Ｌが開先Ｇ１を横断するように変位する。なお、カバー２４は、金属製のワークＷ１に対して安定的に位置決めされるように、外底面５２に磁力を付与する磁石を備えてもよい。

【0048】

図７は、図２Ａのレーザ計測装置２によるＴ字溶接の開先形状の計測を説明する断面図である。図７に示すように、ワークＷ２は、金属製の一対の板材Ｐ３，Ｐ４を直交配置したＴ字形状を有する。ワークＷ２は、第１板材Ｐ３と第２板材Ｐ４の間に開先Ｇ２を有する。ワークＷ２は、Ｔ字溶接の前段階のものである。ワークＷ２の裏面のうち開先Ｇ２に対応する部分には、第１板材Ｐ３と第２板材Ｐ４とに跨ぐように裏当金が配置され得る。

【0049】

Ｔ字溶接や十字溶接のような溶接が適用される開先Ｇ２の場合には、作業者は、レーザ計測装置２においてケーシング２２からカバー２４を取り外す。作業者は、カバー２４の無いレーザ計測装置２のハンドル４１を把持してレーザ計測装置２をワークＷ２に当てる。その際、作業者は、ケーシング２２の第１外面４２ｂを第１板材Ｐ３の表面に当接させ、ケーシング２２の第２外面４２ｃを第２板材Ｐ４の表面に当接させる。これにより、軸線Ｃが開先Ｇ２の延在方向に沿うようにレーザ計測装置２が配置され、ケーシング２２が第１板材Ｐ３と第２板材Ｐ４とに挟まれた状態でレーザ計測装置２が位置決めされる。レーザ距離センサ１１の発光部１１ａが出射するレーザ光Ｌは、開口４３を通過してワークＷ２に到達する。レーザ光Ｌの照射角度は、レーザ距離センサ１１の軸線Ｃ周りの揺動によって、レーザ光Ｌが開先Ｇ２を横断するように変位する。

【0050】

図８は、図３Ａのレーザ計測装置２による突き合わせ溶接の開先形状の計測の別の例を説明する断面図である。図８に示すように、突き合わせ溶接が適用される開先Ｇ１の場合に、図６の態様の代わりにカバー２４（図６参照）を使わずにレーザ計測装置２による計測を実施してもよい。

【0051】

作業者は、カバー２４（図６参照）の無いレーザ計測装置２のハンドル４１を把持してレーザ計測装置２をワークＷ１に載せる。その際、作業者は、ケーシング２２の第１外面４２ｂを第１板材Ｐ１の表面に当接させる。レーザ距離センサ１１の発光部１１ａが出射するレーザ光Ｌは、開口４３を通過してワークＷ１に到達する。レーザ光Ｌの照射角度は、レーザ距離センサ１１の軸線Ｃ周りの揺動によって、レーザ光Ｌが開先Ｇ１を横断するように変位する。

【0052】

なお、図８の例では、レーザ計測装置２は、ケーシング２２に対するカバー２４の装着を検知する装着センサを備えてもよい。当該装着センサは、カバー２４の装着を、磁気的に検出してもよいし、機械的に検出してもよいし、電気的に検出してもよい。処理回路基板１６の中央処理回路３３（図１参照）は、当該装着センサによってカバー２４の装着が検知されない場合、カバー２４の装着が検知される場合に比べ、レーザ光Ｌの照射角度の変位範囲を増加させるように構成されてもよい。図８の例では、ケーシング２２は、第１外面４２ｂから外方に突出可能なポジショナを備えてもよい。作業者は、当該ポジショナをワークＷ１の開先Ｇ１に突き当てることにより、レーザ計測装置２をワークＷ１に対して位置決めしてもよい。

【0053】

図９は、図６の計測の原理を説明する模式図である。図９に示すように、図６の計測態様では、レーザ原点Ｑ３からワークＷ１に下した垂線ＶＬは、ケーシング中心Ｑ１とセンサ中心Ｑ２とを結ぶ線と一致する。即ち、垂線ＶＬは、第３仮想平面Ｖ３（図５参照）上に位置する。図９中の「ｈ０」は、センサ中心Ｑ２に対するレーザ原点Ｑ３のズレ量であり、予め決められた定数である。なお、本実施形態（図５）では、ズレ量ｈ０がゼロである。図９中の「Ｈ」は、レーザ距離センサ１１が検出するレーザ原点Ｑ３からワークＷ１までの距離である。

【0054】

図９中の「θ」は、垂線ＶＬに対するレーザ光Ｌの揺動角度である。ｘ座標は、ワークＷ１の表面に沿ったレーザ光Ｌの移動方向の座標である。ｙ座標は、ワークＷ１の表面に直交してワークＷ１の表面から裏面に向かう方向の座標である。ｘｙ座標（ｘ，ｙ）の原点（０，０）は、ワークＷ１の表面上の垂線ＶＬが交わる点である。

【0055】

中央処理回路３３（図１参照）は、以下の数式（１）（２）に対し、レーザ距離センサ１１から得られる距離Ｈと、モータ１３の回転角に基づいて算出される揺動角度θと、を入力することで、ワークＷ１の表面のうちレーザ光Ｌが当たった点のｘｙ座標（ｘ，ｙ）を計測データとして算出する。

【0056】

ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎθ ・・・・・（１）
ｙ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓθ ・・・・・（２）

【0057】

図１０は、図７の計測の原理を説明する模式図である。図１０に示すように、図７の計測態様では、図１０中の「ｈ０」「Ｈ」は、図９と同様である。図９中の「θ」は、レーザ原点Ｑ３から第２板材Ｐ４に下した垂線ＶＬに対するレーザ光Ｌの揺動角度である。ｘ座標は、第２板材Ｐ４の表面に沿ったレーザ光Ｌの移動方向の座標である。ｙ座標は、第２板材Ｐ４の表面に直交して第２板材Ｐ４の表面から裏面に向かう方向の座標である。ｘｙ座標（ｘ，ｙ）の原点（０，０）は、第２板材Ｐ４の表面上の垂線ＶＬが交わる点である。

【0058】

中央処理回路３３（図１参照）は、以下の数式（３）（４）、数式（５）（６）又は数式（７）（８）に対し、レーザ距離センサ１１から得られる距離Ｈと、モータ１３の回転角に基づいて算出される揺動角度θと、を入力することで、ワークＷ２の表面のうちレーザ光Ｌが当たった点のｘｙ座標（ｘ，ｙ）を計測データとして算出する。

【0059】

［－４５°≦θ≦４５°のとき］
ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎ（４５°－θ） ・・・・・（３）
ｙ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓ（４５°－θ） ・・・・・（４）
［４５°＜θ＜９０°のとき］
ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎ（θ－４５°） ・・・・・（５）
ｙ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓ（θ－４５°） ・・・・・（６）
［－９０°＜θ＜－４５°のとき］
ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎ（４５°＋θ） ・・・・・（７）
ｙ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓ（４５°＋θ） ・・・・・（８）

【0060】

図１１は、図８の計測の原理を説明する模式図である。図１１に示すように、図８の計測態様では、図１１中の「ｈ０」「Ｈ」は、図９及び１０と同様である。図９中の「θ」は、レーザ原点Ｑ３から第２板材Ｐ２に下した垂線ＶＬに対するレーザ光Ｌの揺動角度である。ｘ座標は、ワークＷ１の表面に沿ったレーザ光Ｌの移動方向の座標である。ｙ座標は、ワークＷ１の表面に直交してワークＷ１の表面から裏面に向かう方向の座標である。ｘｙ座標（ｘ，ｙ）の原点（０，０）は、ワークＷ１の表面上の垂線ＶＬが交わる点である。

【0061】

中央処理回路３３（図１参照）は、以下の数式（９）（１０）又は数式（１１）（１２）に対し、レーザ距離センサ１１から得られる距離Ｈと、モータ１３の回転角に基づいて算出される揺動角度θと、を入力することで、ワークＷ１の表面のうちレーザ光Ｌが当たった点のｘｙ座標（ｘ，ｙ）を計測データとして算出する。

【0062】

［－４５°≦θ≦４５°のとき］
ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎ（４５°＋θ） ・・・・・（９）
ｙ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓ（４５°＋θ） ・・・・・（１０）
［－９０°＜θ＜－４５°又は４５°＜θ＜９０°のとき］
ｘ＝（ｈ０＋Ｈ）・ｓｉｎ（４５°＋θ） ・・・・・（１１）
ｙ＝－（ｈ０＋Ｈ）・ｃｏｓ（４５°＋θ） ・・・・・（１２）

【0063】

図１２Ａは、図９又は図１１の計測データを示すグラフである。図１２Ｂは、図１２Ａの計測データのデータ処理装置３による処理を説明するグラフである。図１２Ａ及びＢは、突き合わせ溶接が適用される開先Ｇ１の例を示している。図１２Ａに示すように、データ処理装置３は、レーザ計測装置２の無線通信機３４から中央処理回路３３が算出した計測データであるｘｙ座標の点列データＤを受信する。図１２Ｂに示すように、データ処理装置３は、図１２Ａの点列データに対して以下の手順で線分化する。

【0064】

（ｉ）データ処理装置３は、点列データＤのｘ座標の一端から順番に４点のデータを評価区間として読み込み、評価区間に１点ずつデータを加えていき、点データが１点加わるごとに評価区間内の点列に対して最小二乗法によって補間線を求める。（ｉｉ）データ処理装置３は、補間線と評価区間の点群との間の統計学上の分散が所定の閾値を超えたら、最後に加えた１点を評価区間から除外した状態での補間線を、ワーク表面を示す形状線Ｍ１として決定する。

【0065】

次に、データ処理装置３は、直前に評価区間から除外された点を新たな始点として、前記（ｉ）（ｉｉ）の処理を繰り返し、形状線Ｍ２，Ｍ３を決定する。データ処理装置３は、この処理が点列データの他端まで到達したら、最後の点を含めた評価区間内の点列に対して最小二乗法によって補間線を算出し、その算出された補間線を、ワーク表面を示す形状線Ｍ４として決定する。

【0066】

データ処理装置３は、形状線Ｍ１のｙ座標と形状線Ｍ４のｙ座標との差を目違い量Ｅとみなし、目違い量Ｅが所定の許容限界値未満であるか否かを判定する。目違い量Ｅが許容限界値未満でないと判定されると、データ処理装置３は、目違いが発生したと判定して異常を示す診断結果を出力する。

【0067】

データ処理装置３は、形状線Ｍ２のｘ方向長さをルートギャップＲＧとみなし、ルートギャップＲＧが所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。ルートギャップＲＧが許容範囲内にないと判定されると、データ処理装置３は、開先Ｇ１のルートギャップが不適切であると判定して異常を示す診断結果を出力する。

【0068】

データ処理装置３は、形状線Ｍ３の角度を開先角度αとみなし、開先角度αが所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。開先角度αが許容範囲内にないと判定されると、データ処理装置３は、開先Ｇ１の傾斜面が不適切であると判定して異常を示す診断結果を出力する。

【0069】

データ処理装置３は、目違い量Ｅが許容限界値未満であると判定され、ルートギャップＲＧが許容範囲内にあると判定され、かつ、開先角度αが許容範囲内にあると判定されると、開先Ｇ１の形状が適切であると判断して正常を示す診断結果を出力する。

【0070】

図１３Ａは、図１０の計測データを示すグラフである。図１３Ｂは、図１３Ａの計測データのデータ処理装置３による処理を説明するグラフである。図１３Ａ及びＢは、Ｔ字溶接が適用される開先Ｇ２の例を示している。データ処理装置３は、図１２Ａ及びＢの場合と同様に、図１３Ａに示された点列データＤに基づいて図１３Ｂに示された形状線Ｎ１－Ｎ４を決定する。

【0071】

データ処理装置３は、形状線Ｎ２のｘ方向長さをルートギャップＲＧとみなし、ルートギャップＲＧが所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。ルートギャップＲＧが許容範囲内にないと判定されると、データ処理装置３は、開先Ｇ２のルートギャップが不適切であると判定して異常を示す診断結果を出力する。

【0072】

データ処理装置３は、形状線Ｎ３の角度を開先角度αとみなし、開先角度αが所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。開先角度αが許容範囲内にないと判定されると、データ処理装置３は、開先Ｇ２の傾斜面が不適切であると判定して異常を示す診断結果を出力する。

【0073】

以上に説明した構成によれば、Ｔ字溶接や十字溶接のような溶接が適用される開先形状を有するワークＷ２の場合、ケーシング２２の開口４３が開先Ｇ２に臨むように第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃをワークＷ２に当てれば（図７参照）、ワークＷ２との干渉なしに、レーザ距離センサ１１が揺動して開先Ｇ２の形状を計測できる。

【0074】

突き合わせ溶接が適用される開先形状を有するワークＷ１の場合、カバー２４を使って計測してもカバー２４を使わずに計測してもよい。カバー２４をケーシング２２に取り付け、カバー２４の開口５５が開先Ｇ１に臨むように外底面５２をワークＷ１の表面に載せれば（図６参照）、レーザ距離センサ１１が揺動して開先Ｇ１の形状を計測できる。更に、カバー２４を使って計測すると、レーザ光Ｌの照射角度の変位範囲を小さくしても良好に計測でき、計測時間を短縮できる。他方、カバー２４をケーシング２２から取り外し、ケーシング２２の開口４３が開先Ｇ１に臨むように第１外面４２ｂをワークＷ１の表面に載せれば（図７参照）、レーザ距離センサ１１が揺動して開先Ｇ１の形状を計測できる。

【0075】

従って、簡素な構成のレーザ計測装置２によって、突き合わせ溶接が適用される開先Ｇ１と、Ｔ字溶接や十字溶接のような溶接が適用される開先Ｇ２と、の両方の開先形状を計測できる。

【0076】

第１外面４２ｂと第２外面４２ｃとが互いに直角に配置されることで、Ｔ字溶接や十字溶接のような溶接が適用されるワークＷ２に対し、ケーシング２２の第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃを押し当ててレーザ計測装置２を容易に位置決めできる。従って、安定した状態で開先形状を計測でき、操作性の良いレーザ計測装置２を提供できる。

【0077】

軸線Ｃは、第１外面４２ｂを含む第１仮想平面Ｖ１と前記第２外面４２ｃを含む第２仮想平面Ｖ２とのなす角を２等分する第３仮想平面Ｖ３上に位置することで、レーザ計測装置２をコンパクトにすることができる。

【0078】

軸線Ｃは、レーザ距離センサ１１のセンサ中心Ｑ２に対して発光部１１ａに向かう方向にずれて配置されることで、レーザ距離センサ１１の可動範囲を小さくしながらレーザ光Ｌの照射範囲を拡げることができる。

【0079】

モータ１３からレーザ距離センサ１１までの動力伝達経路に減速機１４が配置されることで、レーザ距離センサ１１の単位回転角あたりのモータ１３の回転角が増加し、モータ１３の回転角を精度良く検出できるとともに、モータ１３を小型化できる。

【0080】

ケーシング２２の開口４３は、軸線方向Ｘにおけるケーシング２２の中心に対して軸線方向Ｘの片側に配置されることで、ケーシング２２の大型化を防ぎながらも第１外面４２ｂ及び第２外面４２ｃを広くできる。よって、ワークＷ１，Ｗ２に対する第１外面４２ｂ又は第２外面４２ｃの当接面積を大きくすることができ、安定した状態で計測できる。

【0081】

レーザ距離センサ１１の検出動作とモータ１３の駆動とを中央処理回路３３に指令する操作スイッチ１９が、ケーシング２２の外面に配置されることで、作業者がレーザ計測装置２をワークＷ１，Ｗ２に設置して直ぐに操作スイッチ１９を操作して計測を開始できる。従って、操作性の良いレーザ計測装置２を提供することができる。

【0082】

無線通信機３４がレーザ距離センサ１１を基準として開口４３とは反対側に配置され、ケーシング２２のうち少なくとも無線通信機３４を覆う部分は非導電性樹脂であることで、レーザ計測装置２からデータ処理装置３に向けた計測データの送信に無線通信を使うことができる。従って、配線が不要となり、操作性の良いレーザ計測装置２を提供できる。

【0083】

回転キャリア１２、モータ１３、減速機１４、磁気センサ１５及び処理回路基板１６が１つの支持フレーム２３に支持されることで、ケーシング２２の寸法やデザインが変更されても支持フレーム２３を変更しないことで、ケーシング２２内の構造変更を不要にできる。よって、レーザ計測装置２の外観変更の自由度を高めることができる。

【0084】

本明細書で開示する処理要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット若しくは手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、又は、列挙された機能を実行するようにプログラム若しくは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段若しくはユニットは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

【0085】

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。例えば、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれる。

【符号の説明】

【0086】

１ レーザ計測システム
２ レーザ計測装置
３ データ処理装置
１１ レーザ距離センサ
１１ａ 発光部
１２ 回転キャリア
１３ モータ
１４ 減速機
１６ 回路基板
１９ 操作スイッチ
２０ 光源
２２ ケーシング
２３ 支持フレーム
２４ カバー
３３ 中央処理回路
３４ 無線通信機
４２ テーパ外面
４２ａ 先端面
４２ｂ 第１外面
４２ｃ 第２外面
４３ 開口
４３ａ 先端開口領域
４３ｂ 第１開口領域
４３ｃ 第２開口領域
５２ 外底面
５５ 開口
Ｃ 軸線
Ｇ１，Ｇ２ 開先
Ｌ レーザ光
Ｐ１，Ｐ３ 第１板材
Ｐ２，Ｐ４ 第２板材
Ｑ２ センサ中心
Ｑ３ レーザ原点
Ｗ１，Ｗ２ ワーク
Ｖ１ 第１仮想平面
Ｖ２ 第２仮想平面
Ｖ３ 第３仮想平面

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】