JPH074743B2 - 自動倣い検知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明自動倣い検知器を以下の項目に従って説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術［第７図及び第８図］ D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.実施例 a.概観［第１図］ b.筒体［第１図］ c.検知棒［第１図］ d.光検知手段［第１図乃至第４図］ e.動作［第３図、第４図］ f.両利き倣い、片利き倣い［第５図］ g.検知器を自動倣い溶接機に用いた使用例［第６図］ h.自動倣い溶接機の動作［第６図］ G.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は自動倣い溶接機における溶接トーチを溶接開先
に倣って正しく案内するために好適な自動倣い検知器に
関する。詳しくは、溶接開先等をトレースする検知棒の
傾動状態を光学的に検知する方式の自動倣い検知器にお
いて、小型でかつ、動作が確実で、また検知棒の傾きを
正確に検出し、延いては溶接開先線等の微小な変化でも
検知できるようにしようとするものである。

（B.発明の概要） 本発明自動倣い検知器は、筒体内に同一円周上に等間隔
に複数の発光体を配置するとともに、各発光体と同軸上
に対応した夫々の位置に受光体を配置することにより、
筒体の外径寸法を小さくし、また、構造を簡単にしよう
とするとともに、各受光体の受光量を検知棒の傾動に伴
ない移動するシャッタにて変化せしめることにより、検
知棒の傾きを正確に検出しようとするものである。

（C.従来技術）［第７図及び第８図］ 従来、自動倣い溶接機の溶接トーチを溶接開先に正しく
案内させるための自動倣い検知器において、溶接開先と
これをトレースする検知棒との相対的ずれを光学的に検
出するものとしては、例えば特開昭57−102736号公報に
示すものがある。

これは、円筒状の筒体ａと、該筒体ａ内の下端部におい
て傾動自在に支持され、かつ、その一端が筒体から突出
れた検知棒ｂと、該検知棒ｂの反突出端側の端面にその
軸線と直角に形成した反射鏡面ｃと、該反射鏡面ｃに対
向し前記検知棒ｂが中立状態にあるときの軸線上に配置
された発光体ｄと、該発光体ｄ周囲の同一円周上に配置
された複数の受光体ｅ、ｅ、・・・とから構成されるも
のである。しかして、検知棒ｂとこれが摺接する溶接開
先との間に相対的ずれが生じたときに、検知棒ｂが中立
状態から傾動せしめられ、その傾動角に応じて反射鏡面
ｃも発光体ｄの光軸に対して傾斜する。そして、発光体
ｄからの光は検知棒ｂの傾動角と同一の入射角で反射鏡
面ｃに入射し、また、これと同一の反射角で反射するた
め、発光体ｄの周囲に配置された受光体ｅが４個である
とすれば、検知棒ｂ上端部の傾動方向にある受光体e₁に
照射される光量が多くなり、これと対角線上に対向する
受光体e₂への照射光量が減少するとともに、他の一対の
受光体e₃、e₄に対する照射光量はその両者間において差
が生じない。しかして、上記照射光量に差のある受光体
e₁、e₂間の差出力信号により倣い駆動装置を動作せし
め、溶接トーチが溶接開先に正しく沿うように制御する
ものである。

（D.発明が解決しようとする問題点） ところが、自動倣い検知器にあっては、受光体e₁、e₂、
e₃、e₄を発光体ｄを中心にその円周上に配置したので、
受光体ｅ、ｅ、・・・の夫々の間隔を狭くすることに限
りがあり、その分筒体ａの外径寸法を大きくせざるを得
ず、装置の小型化を図ることができなかった。また、受
光体が受光する光は反射光であるため、その反射面に曇
りが生ずると検知棒の傾動を正確に検知することができ
ないという問題があった。更に、このような自動倣い検
知器にあっては検知棒の反突出端を鏡面加工する必要が
あるが、当該反射面は検知棒の軸心に対して正確に垂直
でなければならず、また、乱反射の殆ど無い鏡面でなけ
ればならず、そのような鏡面は容易に製造することはで
きず、コスト高を招来するという問題もあった。

（E.問題点を解決するための手段） 本発明自動倣い検知器は、筒体内に検知棒を傾動自在に
配置し、筒体の軸心を中心として複数の発光体を同一円
周上に等間隔に配置するとともに、各発光体と同軸上の
対応した夫々の位置に各別に受光体を配置し、発光体と
受光体との間に前記検知棒の傾動に伴ない各発光体と受
光体との光路を遮断又は開放するシャッタを設けたもの
である。

従って、本発明自動倣い検知器によれば、各受光体の配
置位置の中心に発光体を配置していないため、その分各
受光体を近接配置することができ、筒体の外径を小さく
し、装置の小型化を図ることができるとともに、各受光
体の受光量の変化を検知棒の傾動に伴なうシャッタの移
動による光路の遮断又は開放により生ぜしめているた
め、その構造が簡単であるとともに検知棒の傾動を正確
に検出することができるものである。

（F.実施例） 以下に、本発明自動倣い検知器の実施の一例を第１図乃
至第５図に従って詳細に説明する。

（a.概観）［第１図］ 図中１は自動倣い検知器であり、該自動倣い検知器１は
金属製の筒体２と、該筒体２の下端開口においてその中
間部が自在軸承３により傾動自在に支承された検知棒４
と、前記筒体２の内部後方に配設された光検知手段５と
から構成されている。

（b.筒体）［第１図］ 筒体２は、検知棒４を支持する自在軸承３を備えた前半
部2aと光検知手段５を備えた後半部2bとに分割されてお
り、前半部2aと後半部2bとはその一方が他方に対して円
周方向に回動自在になるように結合され、更に、その回
動は、略45度間隔で３点においてクリックストップがか
かるようになっている。

（c.検知棒）［第１図］ 前記検知棒４の筒体２の前半部2aからの突出端には溶接
開先６と接触する接触子７が同軸に取着されており、ま
た、反突出端はその径が細径に形成され、該細径部８の
先端部が前記光検知手段５内に挿入され、更に、光検知
手段５内に挿入された細径部８には円板状のシャッタ９
が細径部８の軸心に対して垂直に取着されている。

10、10は傾動自在に支承された検知棒４を一方向に付勢
するためのバネであって、両バネ10、10は共に筒体２の
中心軸に向って付勢力が働くようになっており、かつ、
その力の方向が為す中心角が略直角になるように筒体２
の前半部2aの後端側に支持されている。

11、11は前記２つのバネ10、10に付勢された検知棒４を
受け止める受けピンであって、各受けピン11は夫々前記
バネ10の延長上に位置するように筒体２に取着されてい
る。

（d.光検知手段）［第１図乃至第４図］ 光検知手段５は筒体２の軸心を中心に同一円周上に等間
隔に配置された４つの発光体12₁、12₂、12₃、12₄と、各
発光体12₁、12₂、12₃、12₄に対して、同軸上に各別に対
向して配置された４つの受光体13₁、13₂、13₃、13₄と、
このように対置された各発光体12、12、・・・と受光体
13、13、・・・との間の夫々の光路を検知棒４の傾動に
伴ない遮断又は開放するシャッタ９とから構成されてい
る。

14は前記発光体12₁、12₂、12₃、12₄を保持し、筒体２の
後端部2bに内嵌される発光体保持具であり、該発光体保
持具14の軸心には前記検知棒４の細径部８が貫通する貫
通孔15が形成されているとともに該貫通孔15を中心に同
一円周上に４個の発光体挿入孔16₁、16₂、16₃、16₄が貫
通状に形成されている。更に、発光体保持具14の両端面
には扁平凹部17、17が形成されている。

18は前記受光体13₁、13₂、13₃、13₄を保持する受光体保
持具であって、前述した発光体保持具14と同一形状をし
ている。即ち、受光体保持具18の軸心には貫通孔19が形
成され、該貫通孔19を中心に同一円周上に４個の受光体
挿通孔20₁、20₂、20₃、20₄が貫通状に形成され、更に、
受光体保持具18の両端面には扁平凹部21、21が形成され
ている。

そして、前記発光体保持具14にはその発光体挿入孔1
6₁、16₂、16₃、16₄に発光体12₁、12₂、12₃、12₄が嵌入
装着されているとともに、各発光体12、12、・・・の各
リード線は発光体保持具14の前側扁平凹部17₁内に取着
されたプリント基板22の図示しない回路に接続され、か
つこれによってプリント基板22に支持されている。

また、前記受光体保持具18にはその受光体挿入孔20₁、2
0₂、20₃、20₄に受光体13₁、13₂、13₃、13₄が嵌入装着さ
れているとともに、各受光体13、13、・・・の各リード
線が受光体保持具18の後側扁平凹部21₂に取着されたプ
リント基板23の図示しない回路に接続され、、かつこれ
によってプリント基板23に支持されている。

そして、前記発光体保持具14と受光体保持具18とは、発
光体保持具14の後端と受光体保持具18の前端とが当接さ
れ、かつ、各発光体12、12、・・・が夫々対応する各受
光体13、13、・・・と同軸上に位置する状態で筒体２の
後半部2bに内嵌固定されている。

また、発光体保持具14と受光体保持具18との当接部にお
いて、発光体保持具12の後側扁平凹部17₂と受光体保持
具18の前側扁平凹部21₁とによって画成された収納室24
内に前記シャッタ９が収納されているととともに、発光
体保持具14の貫通孔15をその前側から貫通された前記検
知棒５の細径部８にシャッタ９が取着されている。

尚、円形状のシャッタ９はその直径が４つの発光体12₁
乃至12₄の内の対角線上にある発光体12₁と12₃又は12₂と
12₄の距離と略同一であるように形成され、検知棒４が
中立状態（傾動角０度）のときにシャッタ９の上方から
見てシャッタ９の外周縁が各発光体12、12、・・・の略
中心軸上に位置されるようになっている。

25は各発光体12、12、・・・及び受光体13、13、・・・
と図示しない外部動作電源及び倣い動作のためのスライ
ドユニットの制御回路等との間を電気的に接続するため
のコネクタであって、筒体２の後半部2bの後端部に取着
されている。

（e.動作）［第３図、第４図］ しかして、検知器１において、各発光体12₁乃至12₄から
出射された光束は、それぞれ各発光体12₁乃至12₄に対置
された各受光体13₁乃至13₄に入射される。そして、検知
棒４の軸心が筒体２の軸心とほぼ一致する状態、即ち、
中立状態（傾動角０度）にあるときは、発光体12₁乃至1
2₄と受光体13₁乃至13₄との間に配置された前記シャッタ
９が第３図（ａ）に示すように、各発光体12₁乃至12₄と
受光体13₁乃至13₄との各光路を一定量づつ遮断している
ため、各受光体13₁乃至13₄に入射される光量は等しくな
る。

そして、検知棒４が中立状態にあるときの各受光体13₁
乃至13₄の受光状態は第３図（ｂ）に示すように、同量
の光束を受けている状態となり、これに伴ない各受光体
13₁乃至13₄で光−電変換される電気出力信号の出力レベ
ルも等しいことになる。従って、上記各電気出力信号を
受けたスライドユニット制御回路（図示しない。）は検
知棒４が中立状態にあると判断する。

一方、検知棒４が傾動状態、例えば、検知棒４が第１図
の矢印Ａ方向に任意の角度傾動された場合は、一方の相
対向する受光体13₁と13₃との間でその受光量に差が生
じ、他方の相対向する受光体13₂と13₄との間ではその受
光量に差が生じない。

即ち、検知棒４が傾動した状態にあるときのシャッタ９
の位置は第４図（ａ）に示すようにその中心が筒体２の
軸心からずれ、例えば、受光体13₃側へ傾き、発光体12₃
から受光体13₃へ向う光路は対向する発光体12₁から受光
体13₁へ向う光路に比してより多く遮断されることとな
る。そして、検知棒４がＡ方向に傾動した状態にあると
きの各受光体13₁乃至13₄の受光量は、受光体13₁の受光
量が増大し、これに相対向する受光体13₃の受光量が減
少する。なお、このとき受光体13₂と13₄の受光量はその
両者間において差が生じない。しかして、受光体13₁と1
3₃間の受光量の相対的光量差が大きくなり、これにより
制御回路は検知棒４が矢印Ａ方向に傾動されたことを判
断することとなる。

また、検知棒４が矢印Ａ方向と逆の方向に傾動したとき
には、受光体13₃の受光量が受光体13₁の受光量に比して
より多くなり、前記制御回路が、検知棒４が矢印Ａ方向
と逆方向に傾動されたことを判断し、更に、検知棒４が
矢印Ａ方向と垂直な方向に傾動されたときは、受光体13
₂と13₄の受光量に相対的光量差が生じ、検知棒４が矢印
Ａ方向と垂直な方向に傾動されたことが判断される。

（f.両利き倣い、片利き倣い）［第５図］ この自動倣い検知器１は倣いを両利きにするか、右利き
にするか、あるいは左利きにするかによって発光体12₁
乃至12₄及び受光体13₁乃至13₄と、バネ10、10及び受け
ピン11、11との間の筒体２の周方向における相対的位置
関係を変更させなければならない。その相対的位置関係
の変更は筒体２の前半部2aを後半部2bに対して周方向に
回転せしめて行なえば良い。

即ち、両利きの場合は、第５図（ａ）に示すように、筒
体２の前半部2aの周方向における向きが２つのバネ10、
10の付勢力の合力の力方向が上向きになるようにし、ま
た、筒体２の後半部2bの周方向における向きが、１対の
発光体12₁と受光体13₁との間の光路の延長線と前記バネ
10、10の付勢力の合力の力方向が交差するようにして、
筒体２を固定すれば良い。

片利きの場合は、第５図（ｂ）、（ｃ）に示すように、
上記両利きの場合より筒体２の前半部2aを45度回動した
状態すれば良い。この回動の方向は右利きか左利きかに
よって異なる。

尚、周方向に回動自在に取着された筒体２の前半部2aと
後半部2bとは両利き倣いの位置関係及び各片利き倣いの
位置関係においてクリックストップがかかるようになっ
ており、両利き倣い及び片利き倣いを容易に設定できる
ようになっている。

（g.検知器を自動倣い溶接機に用いた使用例）［第６
図］ 第６図は本発明の自動倣い検知器１を用いた自動倣い溶
接機の全体図を示すものである。

該溶接機は一方向（左右方向）の移動を行なう第１のス
ライド機構26と、該スライド機構26による移動方向に対
して直角の方向（上下方向）の移動を行なう第２のスラ
イド機構27とを備えている。

上記第１のスライド機構26は溶接母材28、28の開先29の
ラインに沿って動作される送り機構（図示せず）に保持
されていると共に、第１のスライド機構26の可動部30は
スライド機構26に塔載した左右動用モータ31により回転
される送りねじ（図示せず。）等により左右方向に摺動
され、そして可動部30には上記第２のスライド機構27が
固着されている。

また、第２のスライド機構27はこれに塔載された上下動
用モータ32によって回転される送りねじ（図示せず。）
等により上下方向に摺動される可動部33を備えており、
該可動部33にはこれより水平方向に延びるブラケット34
の基部が固着され、さらにブラケット34の先端部には、
左右方向及び上下方向に位置を微調整するための調節ブ
ロック35および保持具36を介して母材28、28の溶接開先
29を倣う前記検知器１が保持されている。すなわち、上
記位置調節ブロック35はこれに設けたつまみ37により保
持部36の位置を第１のスライド機構26による移動方向と
同一の左右方向に微細に調整することができる構造にな
っていると共に、位置調節ブロック35には第２のスライ
ド機構27による移動方向と同一の上下方向に微細に移動
されるつまみ38付きの軸39が設けられており、該軸39の
下端に金具40を介して上記保持具36が一体に連結されて
おり、上記つまみ37、38を操作することによって保持具
36に把持された検知器１の検知棒４を母材28、28の開先
29に位置合せすることができるようになっている。

また、上記ブラケット34には前記調節ブロック35の稍後
方の位置にて溶接トーチ41が母材28に対して垂直に対置
するように固定されている。

そして、検知器１の保持具36への取付けは、保持具36に
形成した取付孔42内に検知器１の筒体２を斜め方向から
挿通し、締付ねじ43を締め付けることによって行う。そ
の取付後、つまみ37、38の操作によって検知棒４の位置
を溶接トーチ41に対して適宜な位置関係を保つように調
節する。尚、この場合、検知器１は溶接母材28に対する
垂直線に対して上端が溶接機の送り方向（第６図の矢印
Ｘの方向）に適宜な角度で傾けられて支持されている。

（h.自動倣い溶接機の動作）［第６図］ 上述した自動倣い溶接機は次のように動作する。

検知器１の接触子７の先端が溶接開先29に圧接されない
ときは、検知棒４はバネ10、10により第１図の矢印Ａと
逆の方向に付勢され、受けピン11、11に突き当るまで傾
動された状態にあり、シャッタ９は発光体12₁及び受光
体13₁側に片寄って停止されている。従って、相対向す
る受光体13₁と13₃、13₂と13₄間の受光量の大きさ関係
は、受光体13₁＜受光体13₃、受光体13₂＝受光体13₄とな
り、これに伴い各受光体13₁乃至13₄から出力されるそれ
ぞれの光量に応じた電気信号がコネクタ25を通して図示
しない制御回路に送り込まれ、検知棒４の傾動状態が判
定される。そして、上述の状態にあっては検知棒４が自
在軸承３を中心にして下方向へ傾動されていると判断
し、上下動用モータ32に駆動指令を与え、該モータ32を
逆転方向へ起動し、可動部33を下降せしめる。そして、
可動部33の下降に伴いブラケット34と一体的な溶接トー
チ41及び検知器１が開先29に向けて下降され、接触子７
の先端が開先29に当接して検知棒４がバネ10、10の弾発
力に抗して軸承３を支点に第１図の矢印Ａ方向に僅かに
回動されかつ検知棒４が中立状態になる。そして、シャ
ッタ９が各発光体12₁乃至12₄と受光体13₁乃至13₄とのぞ
れぞれの光路を均等に遮断し、各発光体12₁乃至12₄の光
が各受光体13₁乃至13₄に対し均等に当るようになると、
上記制御部は検知棒４が中立状態になったと判断し上下
動用モータ32の回転を停止し、これによって、スライド
機構27の可動部33の下降動作が停止する。これにより溶
接トーチ41は母材28、28の溶接開先29に対し最適な位置
にセットされたことになる。

そして、第１及び第２のスライド機構26、27を含む倣い
溶接機に図示しない送り機構により送りがかかれば、検
知器１は母材28、28の開先29に倣い、これに案内されて
溶接トーチ41は開先29を順次溶接して行くのである。

このとき、開先29のラインに母材平面方向の曲がり、あ
るいは母材厚さ方向の起伏があれば、これに倣って検知
棒４が軸承３を支点にして回動し、シャッタ９の位置が
移動し、各受光体13₁乃至13₄での受光量を検知すること
により検知棒４の変位を検出する。すると、これに応じ
てモータ31及び32の一方又は両方が正回転あるいは逆回
転して各スライド機構26又は27を左右あるいは上下に動
作させ、溶接トーチ41が常に開先ライン上を正しく追随
するようにされている。

（G.発明の効果） 以上に述べたところから明らかなように、本発明自動倣
い検知器は、筒体内に検知棒をその一端部が筒体先端か
ら突出するように挿入し、筒体内にて検知棒の中間部を
傾動自在に支承し、また、筒体内の検知棒の反突出端の
近傍には、筒体の軸心を中心として複数の発光体が同一
円周上に等間隔に配置されているとともに、各発光体と
同軸上の対応した夫々のい位置には、各別に受光体が配
置され、更に、前記発光体と受光体との間には前記検知
棒の傾動に伴ない発光体と受光体との間の光路を遮断又
は開放するシャッタが設けられ、各受光体の受光量の差
により検知棒の傾動状態を検知するようにしたことを特
徴とする。

従って、本発明自動倣い検知器によれば、発光体と受光
体とを夫々相対向して配置しているため、反射鏡を用い
た従来例のように発光体を中心に受光体を配置したもの
と比して、筒体の外径寸法を大きくする必要が無く、装
置の小型化を図ることができるとともに、各受光体の受
光量を検知棒の傾動に伴ない移動するシャッタによって
変化せしめるため、検知棒の傾きを正確に検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明自動倣い検知器の実施例の一
例を示すもので、第１図は縦断面図、第２図は要部の拡
大縦断面図、第３図（ａ）、（ｂ）は中立状態における
各受光体の受光状態を説明するもので、（ａ）図は各発
光体の光束を模式的に表わした説明図、（ｂ）図はシャ
ッタと受光体との関係を示した説明図、第４図（ａ）、
（ｂ）は傾動状態における各受光体の受光状態を説明す
るもので、（ａ）図は各発光体の光束を模式的に表わし
た説明図、（ｂ）図はシャッタと受光体との位置関係を
示した説明図、第５図（ａ）乃至（ｃ）はバネ及び受け
ピンと各光検知手段との各別の位置関係を示す説明図、
第６図は本発明自動倣い検知器を用いた自動倣い溶接機
の一例を示す全体の斜視図、第７図及び第８図は従来の
自動倣い検知器を示すもので、第７図は縦断面図、第８
図は第７図のVIII−VIII線に沿う断面図である。 符号の説明 １……自動倣い検知器、２……筒体、４……検知棒、９
……シャッタ、12₁乃至12₄……発光体、13₁乃至13₄……
受光体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒体内に検知棒をその一端部が筒体先端か
   ら突出するように挿入し、 筒体内にて検知棒の中間部を傾動自在に支承し、 また、筒体内の検知棒の反突出端の近傍には、筒体の軸
   心を中心として複数の発光体が同一円周上に等間隔に配
   置されているとともに、 各発光体と同軸上の対応した夫々の位置には、各別に受
   光体が配置され、 更に、前記発光体と受光体との間には前記検知棒の傾動
   に伴ない発光体と受光体との間の光路を遮断又は開放す
   るシャッタが設けられ、 各受光体の受光量の差により検知棒の傾動状態を検知す
   るようにした ことを特徴とする自動倣い検知器