(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装機（３）を被塗物（Ｗ）の塗装面に沿って移動させながら当該被塗物（Ｗ）を塗装する自動塗装装置において、
塗装機（３）で塗装しようとする面に任意のマーク（Ｍ）を投影するレーザポインタ（４）と、被塗物（Ｗ）に投影されたマーク（Ｍ）を撮像する撮像装置（５）が、塗装機（３）に同期して移動するように取り付けられると共に、前記撮像装置（５）の画像信号に基づいてマーク（Ｍ）のピントが合ったか否かを検出してマーク（Ｍ）のピントが合ったときに異常接近信号を出力する合焦検出装置（６）を備え、
前記撮像装置（５）は、前記塗装機（３）が被塗物（Ｗ）から所定距離以上離れた安全使用領域（Ｓ）にあるときは撮像したマーク（Ｍ）のピントが合わず、前記安全使用領域（Ｓ）から逸脱して被塗物（Ｗ）に近接したときに撮像マーク（Ｍ）のピントが合うように焦点距離（ｆ）及び焦点深度が設定されたことを特徴とする自動塗装装置。
【請求項２】
塗装機（３）又は被塗物（Ｗ）のいずれか一方に高電圧を印加し、他方をアース電位にして塗装機（３）と被塗物（Ｗ）の間に静電場を形成し、塗装機（３）から噴霧された塗料を被塗物（Ｗ）に静電塗着させる自動塗装装置において、
塗装機（３）で塗装しようとする面に任意のマーク（Ｍ）を投影するレーザポインタ（４）と、被塗物（Ｗ）に投影されたマーク（Ｍ）を撮像する撮像装置（５）が、塗装機（３）に同期して移動するように取り付けられると共に、前記撮像装置（５）の画像信号に基づいてマーク（Ｍ）のピントが合ったか否かを検出してマーク（Ｍ）のピントが合ったときに高電圧遮断信号を出力する合焦検出装置（６）を備え、
前記撮像装置（５）は、前記塗装機（３）が被塗物（Ｗ）から所定距離以上離れた安全使用領域（Ｓ）にあるときは撮像したマーク（Ｍ）のピントが合わず、前記安全使用領域（Ｓ）から逸脱して被塗物（Ｗ）に近接したときに撮像マーク（Ｍ）のピントが合うように焦点距離（ｆ）及び焦点深度が設定されたことを特徴とする自動塗装装置。
【請求項３】
塗装機（３）を被塗物（Ｗ）の塗装面に沿って移動させながら当該被塗物（Ｗ）を塗装する自動塗装装置において、
塗装機（３）で塗装しようとする面に任意のマーク（Ｍ）を投影する光学マーカ（20）と、被塗物（Ｗ）に投影されたマーク（Ｍ）を撮像する撮像装置（５）が塗装機（３）に同期して移動するように取り付けられると共に、前記撮像装置（５）の画像信号に基づいてマーク（Ｍ）のピントが合ったか否かを検出してマーク（Ｍ）のピントが合ったときに異常接近検出信号を出力する合焦検出装置（６）を備え、
前記光学マーカ（20）は、前記塗装機（３）が被塗物（Ｗ）から所定距離以上離れた安全使用領域（Ｓ）にあるときに被塗物（Ｗ）に投影されるマーク（Ｍ）のピントが合わず、前記安全使用領域（Ｓ）から逸脱して被塗物（Ｗ）に近接したときに被塗物（Ｗ）に投影されるマーク（Ｍ）のピントが合うように焦点距離及び焦点深度が設定され、
前記撮像装置（５）は、少なくとも前記光学マーカで投影されたマーク（Ｍ）のピントが合う範囲内に焦点深度が重なるように形成されたことを特徴とする自動塗装装置。
【請求項４】
前記合焦検出装置（６）が、撮像装置で撮像された画面内におけるマーク（Ｍ）の信号強度のコントラストの変化率を算出する算出手段（９）を備え、当該変化率の最大値が予め設定した基準値に達したときにマーク（Ｍ）のピントが合ったものと判断するようになされた請求項１又は２記載の自動塗装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装機又は被塗物のいずれか一方に高電圧を印加し、他方をアース電位にして塗装機と被塗物の間に静電場を形成し、塗装機から噴霧された塗料を被塗物に静電塗着させる静電塗装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電塗装装置は大きく分けて、間接加電方式，ガン直接加電方式，ワーク加電方式の三つの方式がある。
間接加電方式は、塗装機の周囲に配した針状のグリッド電極に高電圧を印加すると共に塗装機及び被塗物をアース電位として、グリッド電極と被塗物の間に静電場を形成し、塗装機から噴霧された塗料粒子をその静電場で帯電させて被塗物に塗着させる方式であり、ガン直接加電方式は、塗装機自体に高電圧を印加すると共に被塗物をアース電位として、当該塗装機と被塗物との間に静電場を形成し、帯電された塗料粒子を塗装機から噴霧させて被塗物に塗着させる方式である。また、ワーク加電方式は、前二方式とは全く異なり、塗装機側に高電圧を印加するのではなく、塗装機をアース電位にすると共に被塗物に高電圧を印加することにより静電場を形成し、帯電された塗料粒子を塗装機から噴霧させて被塗物に塗着させる方式である。
【０００３】
ところで、静電塗装を行う場合において、塗装機が被塗物に接近しすぎると絶縁破壊を生じスパークを起こすおそれがある。
このため、グリッド電極又は塗装機と、被塗物との間に流れる暗電流を検出し、これが絶縁破壊を起こす電流値より低い所定の電流値を超えたときに、塗装機やグリッドに供給される高電圧を遮断してスパークの発生を未然に防止している。
この場合に、間接加電方式やガン直接加電方式のものにあっては、塗装機一台ごとに高電圧が供給され、各塗装機ごとに電流検出器を取り付けることにより、暗電流を一台ずつ検出することができるので、いずれかの塗装機が一台でも被塗物に異常接近したときに高電圧を遮断することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワーク加電方式の場合は、ワークに高電圧を印加すると同時に複数の塗装機が被塗物に対して近づいたり離れたりするので、例えば一台の塗装機のみが被塗物に異常接近したときの暗電流よりも、複数台の塗装機が火花放電を起こさない範囲で被塗物に接近したときの暗電流の方が、電流値が高いこともあり、暗電流の電流値を検出するだけでは、塗装機が被塗物に異常接近したことを検知することが困難であった。
また、非静電塗装を行う自動塗装装置では、塗装機と被塗物との間に静電場が形成されていないので、塗装機が被塗物に近付き過ぎたときにスパークを生ずることはないが、暗電流が流れていないのでその電流値によって異常接近したか否かを検出することもできず、塗装機の移動中に当該塗装機が被塗物に近付き過ぎたときに塗料が付着し過ぎて塗装不良を生じたり、さらに、塗装機が移動中に被塗物に衝突するおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、例えば、静電塗装を行う場合でも、非静電塗装を行う場合でも、塗装機が被塗物に異常接近したことを確実に検出して、塗装中のスパークの発生，塗装機の異常接近による塗装不良，塗装機と被塗物との衝突などを未然に防止できるようにすることを技術的課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、塗装機を被塗物の塗装面に沿って移動させながら当該被塗物を塗装する自動塗装装置において、塗装機で塗装しようとする面に任意のマークを投影するレーザポインタと、被塗物に投影されたマークを撮像する撮像装置が塗装機に同期して移動するように取り付けられると共に、前記撮像装置の画像信号に基づいてマークのピントが合ったか否かを検出する合焦検出装置と、マークのピントが合ったときに異常接近信号を出力する異常接近信号出力手段を備え、前記撮像装置は、前記塗装機が被塗物から所定距離以上離れた安全使用領域にあるときは撮像したマークのピントが合わず、前記安全使用領域から逸脱して被塗物に近接したときに撮像マークのピントが合うように焦点距離及び焦点深度が設定されたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、レーザポインタと撮像装置が塗装機と同期して移動するように例えば塗装機と一体的に取り付けられているので、塗装機をどこへ移動してどの方向を向けても、塗装機で塗装しようとする面にレーザポインタでマークがはっきりと投影され、当該マークが撮像装置で撮像される。
このとき、撮像装置は、塗装機が被塗物から所定距離以上離れた安全使用領域ではマークのピントが合わず、前記安全使用領域から逸脱して被塗物に近接したときにピントが合うように焦点距離及び焦点深度が設定されているので、塗装機が被塗物から安全な距離だけ離れているときは、塗装面に投影されたマークのピントが合わずにぼやけて撮像され、塗装機が前記安全使用領域から逸脱して被塗物に近接すると、撮像装置で撮像しているマークのピントが合ってはっきりと撮像される。
そして、その画像信号に基づきピントが合ったと判断されたときに異常接近信号出力手段から異常接近信号が出力されるので、この信号により高電圧を遮断すればスパークの発生が防止され、塗料噴霧を中断すれば塗装機の異常接近による塗装不良が防止され、塗装機を停止すれば被塗物との衝突が防止される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る自動塗装装置を示す概略説明図、図２（ａ），（ｂ）はマークを撮像した画面を示す図、図３（ａ），（ｂ）はその信号強度を示すグラフ、図４（ａ），（ｂ）は信号強度の変化率を示すグラフである。
【０００９】
本例に係る自動塗装装置１は、絶縁支持された被塗物Ｗに高電圧発生器２が接続されると共に塗装機３がアースに接続され、被塗物Ｗに高電圧を印加し塗装機３をアース電位にして塗装機３と被塗物Ｗの間に静電場を形成した状態で、塗装機３から噴霧された塗料を被塗物Ｗに静電塗着させるワーク加電方式のものである。
塗装機３には、その正面に向かって例えば「十」字形のマークＭを投影するレーザポインタ４と、被塗物Ｗに投影されたマークＭを撮像する撮像装置５が、当該塗装機３と同期して移動するように一体的に取り付けられている。
そして、撮像装置５には、その画像信号に基づいてマークＭのピントが合ったか否かを検出してマークＭのピントが合ったときに高電圧遮断信号（異常接近信号）を出力する合焦検出装置６が接続されて、当該合焦検出装置６が前記高電圧発生器２と接地スイッチ７に接続されている。
【００１０】
前記撮像装置５は、例えば、塗装機３が被塗物Ｗから所定の安全距離以上離れた安全使用領域Ｓにあるときは撮像したマークＭのピントが合わず、塗装機３が被塗物Ｗから所定の安全距離以上離れた安全使用領域Ｓ内の最も被塗物Ｗ寄りに位置したときに撮像したマークＭのピントが合うように、焦点距離ｆ及び焦点深度が設定されており、したがって、マークＭのピントによって塗装機３の位置を検出することができる。
合焦検出装置６は、マークＭのピントによって塗装機３の位置を検出するもので、撮像装置５で撮像した画面におけるマークの信号強度を記憶するフレームメモリ８と、その画面におけるコントラストの変化率の最大値を算出する算出手段９と、ピントが合ったときのコントラストの変化率の最大値より僅かに低い基準値を予め設定した基準値設定器１０と、前記算出手段９の算出結果を基準値設定器１０に設定された基準値と比較する比較器１１と、比較器１１の出力信号に基づいて算出結果が基準値以上になったときにピントが合ったものと判断して高電圧遮断信号を出力する高電圧遮断信号出力手段１２を備えている。
【００１１】
以上が本発明の一例構成であって、次にその作用について説明する。
被塗物Ｗが所定の塗装開始位置に到来すると、高電圧発生器２から当該被塗物Ｗに高電圧が印加され、アース電位に維持された塗装機３から塗料が噴霧されて静電塗装が行われる。
このとき、レーザポインタ４から例えば「十」字形のレーザ光が出力されて、塗装機３の正面に位置する被塗面上にマークＭが投影される。このマークＭはレーザポインタ４のレーザ光により投影されるので、塗装機３と被塗物Ｗとの距離にかかわらずその被塗面上にはっきりと投影される。
【００１２】
一方、撮像装置５は被塗物Ｗに投影されたマークＭを撮像し、塗装機３が被塗物Ｗから所定の安全距離以上離れた安全使用領域Ｓにあるときは、図２（ａ）に示すように、撮像したマークＭのピントが合わず、塗装機３が被塗物Ｗから所定の安全距離以上離れた安全使用領域Ｓ内の最も被塗物Ｗ寄りに位置したときに、図２（ｂ）に示すように、撮像したマークＭのピントが合うように、焦点距離ｆ及び焦点深度が設定されている。
【００１３】
合焦検出装置６では、その画像信号に基づいて、マークＭのピントが合ったか否かを判断する。
このとき、まず、撮像装置５から出力された画像信号に基づいて画面を構成する各画素の信号強度がフレームメモリ８に記憶され、ピントが合っていないときは、図３（ａ）に示すようにマークＭのエッジ部分の立ち上がりが緩やかになり信号強度が低く、ピントが合っているときは、図３（ｂ）に示すようにマークＭのエッジ部分が急峻に立ち上がって信号強度も高い。
ただし、撮像したマークＭの信号強度は被塗物Ｗの塗装面の色，曲率，表面状態によって異なるため、信号強度の高低のみでは、ピントが合ったか否かを判断することはできない。
【００１４】
そこで、算出手段９により画面上のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向と平行な方向に対するマークＭのコントラストの変化率、すなわち信号強度の変化率を求め、その最大値を算出する。
この場合に、ピントが合っていないときは、信号強度の変化が図３（ａ）に示すように緩やかなので変化率は図４（ａ）に示すように全体的に小さく、ピントが合っているときは、信号強度の変化が図３（ｂ）に示すように急峻なのでその変化率は図４（ｂ）に示すように全体的に大きい。
したがって、ピントが合っていないときは信号強度の変化率の最大値も小さく、ピントが合っているときは信号強度の変化率の最大値も大きい。
【００１５】
次いで、算出手段９で算出された信号強度の最大値と基準値設定器１０に設定された基準値とを比較器１１で比較する。このとき、基準値設定器１０には、ピントが合ったときのコントラストの変化率の最大値より僅かに低い値が基準値として設定されており、塗装機３が被塗物Ｗに近づくに従ってピントが合っていくので、信号強度の変化率の最大値が徐々に高くなる。
そして、この比較器１１の出力信号に基づいて、信号強度の変化率の最大値が基準値以上になったときに、高電圧遮断信号出力手段１２ではピントが合ったものと判断して高電圧遮断信号を出力する。
【００１６】
すなわち、塗装機３が被塗物Ｗから所定の安全距離以上離れた安全使用領域ＳにあるときはマークＭのピントが合わないので、合焦検出装置６から合焦検出信号が出力されることはなく、また、安全使用領域Ｓから逸脱して被塗物に近接し、前記安全使用領域Ｓから逸脱して被塗物Ｗに近接し、焦点距離ｆ上に被塗物Ｗが位置したときはマークＭのピントが合うので、高電圧遮断信号出力手段１２から高電圧遮断信号が出力される。
【００１７】
そして、高電圧遮断信号出力手段１２から高電圧遮断信号が出力されると、塗装機３が被塗物Ｗに異常接近したことになるから、高電圧発生器２から被塗物Ｗに印加されている高電圧が遮断されると同時に、接地スイッチ７が導通されて被塗物Ｗに蓄積された電荷がアースに逃がされてスパークの発生が未然に防止され、さらに、塗装機３の移動が緊急停止されて被塗物Ｗへの衝突が防止される。
なお、マークＭは「十」字形に限らず、ドットや「三」字形，「田」字形，円形，三角形，四角形など任意のものを採用できる。ただし、本例のように、水平方向及び垂直方向にクロスするマークＭや円形，四角形などを用いれば、その一部でもピントが合えばその部分の信号強度の変化率が高くなるので、被塗物Ｗの表面が複雑な曲面で形成されている場合でも塗装機３が被塗物Ｗに異常接近したことを確実に検出することができ、さらに、直交する２方向に沿って信号強度の変化率を算出すれば、異常接近したことをより正確に検出できる。
【００１８】
図５は本発明に係る他の自動塗装装置を示す概略説明図である。なお、図１と共通する部分については同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例では、塗装機３として、その内部に高電圧発生器２を配設した静電塗装機を用いており、当該塗装機３で塗装しようとする面にマークＭを投影する光学マーカ２０と、被塗物Ｗに投影されたマークＭを撮像する撮像装置５が塗装機３に同期して移動するように一体的に取り付けられると共に、前記撮像装置５の画像信号に基づいてマークＭのピントが合ったか否かを検出してマークＭのピントが合ったときに高電圧遮断信号（異常接近検出信号）を出力する合焦検出装置６を備えている。
【００１９】
そして、前記光学マーカ２０は、前記塗装機３が被塗物Ｗから所定距離以上離れた安全使用領域Ｓにあるときに被塗物Ｗに投影されるマークＭのピントが合わず、前記安全使用領域Ｓから逸脱して被塗物Ｗに近接したときに被塗物Ｗに投影されるマークＭのピントが合うように焦点距離及び焦点深度が設定されている。また、撮像装置５は、少なくとも前記光学マーカ２０で投影されたマークＭのピントが合う範囲内に焦点深度が重なるように形成されている。
【００２０】
本例によれば、塗装機３が被塗物Ｗから所定距離以上離れた安全使用領域Ｓにあるときは光学マーカ２０の焦点が合わないので、被塗物Ｗにぼんやりと投影され、に投影されるマークＭのピントが合わず、安全使用領域Ｓから逸脱して被塗物Ｗに近接したときは光学マーカ２０のピントが合うので、被塗物Ｗにハッキリと投影される。
そして、撮像装置５は、少なくとも前記光学マーカ２０で投影されたマークＭのピントが合う範囲内に焦点深度が重なるように形成されているので、被塗物ＷにハッキリとマークＭが投影されたときは、撮像装置５で撮像したマークＭのピントも合う。
したがって、撮像装置５の画像信号に基づいて、マークＭのピントが合ったときに合焦検出装置６から高電圧遮断信号（異常接近検出信号）が出力されて塗装機３に印加されている高電圧が遮断されると同時に、塗装機３の動きが停止される。
【００２１】
なお、本発明はワーク加電方式の静電塗装装置だけでなく、間接加電方式やガン直接加電方式の静電塗装装置にも適用し得ることは勿論である。
また、本発明は非静電塗装装置にも適用することができ、例えば、塗装機３が被塗物Ｗから所定距離離れて塗装不良を生じないで塗装できる領域や、塗装機３が被塗物Ｗから所定距離離れて当該被塗物Ｗに衝突するおそれのない領域を安全使用領域Ｓとして設定すると共に、当該安全使用領域Ｓに応じて撮像装置５及び光学マーカ２０の焦点距離及び焦点深度を任意に設定しておけば、塗装機３が前記安全使用領域Ｓを逸脱して被塗物Ｗに近接したときに異常接近信号が出力される。したがって、この信号により塗料噴霧を中断すれば塗装機３の異常接近による塗装不良が防止され、塗装機３を停止すれば被塗物Ｗとの衝突が防止される。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、撮像装置の画像信号に基づきピントが合ったと判断されたときに異常接近信号が出力されるので、この異常接近信号の出力の有無によって塗装機が異常接近したことを確実に検知することができるという効果を有するだけでなく、異常接近信号に基づいて塗装機又は被塗物に印加されている高電圧を遮断すればスパークの発生が防止され、塗料噴霧を中断すれば塗装機の異常接近による塗装不良が防止され、塗装機を停止すれば被塗物との衝突が防止されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る自動塗装装置の一例を示す概略説明図。
【図２】（ａ），（ｂ）はマークを撮像した画面を示す図。
【図３】（ａ），（ｂ）はその信号強度を示すグラフ。
【図４】（ａ），（ｂ）は信号強度の変化率を示すグラフ。
【図５】  本発明に係る他の自動塗装装置を示す概略説明図。
【符号の説明】
１・・・自動塗装装置
３・・・塗装機
Ｗ・・・被塗物
４・・・レーザポインタ
Ｍ・・・マーク
５・・・撮像装置
６・・・合焦検出装置
７・・・高電圧遮断器
９・・・算出手段
ｆ・・・焦点距離
Ｓ・・・安全使用領域
２０・・・光学マーカ
【図１】
0003652813.tif 000002
【図２】
0003652813.tif 000003
【図３】
0003652813.tif 000004
【図４】
0003652813.tif 000005
【図５】
0003652813.tif 000006