JPH0780645A - 溶接センサの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接センサの内部室に収納されたセンサユニ
ットを冷却し、同時に検出レーザ光の出射窓と入射窓の
汚れを防止する両機能を遂行する冷却装置を提供するこ
と。 【構成】 一系統のガス流導入管４２から溶接センサ２
０の密閉した容器２２の内部室２４に空気流を導入、還
流させて内蔵したセンサユニットの冷却を図り、次い
で、その空気流を逆流防止弁４８を経て溶接センサ２０
の検出光が出入する窓２２ａ、２２ｂを有した保護窓の
外部前面に噴出し、同窓面にエアブローによるエアカー
テンを形成して溶接スパッタ等からの汚れ防止を図る構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用多関節型ロボッ
ト、特に、アーク溶接ロボットの先端域に設けられてア
ーク溶接位置の検出、測距を行う溶接センサの保護装置
に関し、特に、溶接センサの容器内部に格納、密閉され
た検出光用レーザ光の出射手段と、ＣＣＤ素子から成る
受光手段とを有したセンサユニットを溶接部位からの高
熱から保護するために冷却ガス媒体を用いて奪熱、冷却
する冷却装置に関する。

【０００２】本発明は、更に溶接センサにおける内蔵セ
ンサユニットをガス流によって冷却保護すると共に同溶
接センサの検出用レーザ光の出射口と受光口とを備えた
センサ保護窓を同じ一系統のガスブロー流により形成さ
れるエアカーテン等のガス流カーテンを用いてアーク溶
接時の溶接ヒュームやスパッタ等から保護し、汚れ防止
を図ることを可能にする溶接センサの冷却装置に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】近時、アーク溶接ロボットは、自動車の
製造、組立ラインや建築構造枠の組立て等で多用される
傾向にあり、この種のアーク溶接ロボットでは、ワーク
のアーク溶接位置をアークセンサで検出し、この検出デ
ータに従ってロボットの可動部がロボット先端域に装着
されたアーク溶接トーチの移動を制御してワーク上の所
望の溶接線に沿うアーク溶接を達成するように構成され
ている。

【０００４】このようなアーク溶接ロボットにおいて、
溶接位置ないし部位を検出するアークセンサには、最
近、半導体レーザから出射したレーザ光をワーク上に照
射し、その反射光をＣＣＤ素子からなる受光手段で受光
し、溶接部位の形状データを得るいわゆる、視覚型溶接
センサが用いられる傾向にある。

【０００５】このような視覚型溶接センサは、センサ容
器内部に上述した半導体レーザ、発光レンズ、レーザ出
射光に走査効果を付与するガルバノメータとミラーの組
体、ＣＣＤ素子から成る受光手段、受光レンズ等の光学
要素等を格納し、これらをアーク溶接時に発生するスパ
ッタや溶接ヒュームから保護する透明樹脂材等からなる
保護窓によって被覆する構造を有している。

【０００６】特に、上述した視覚型溶接センサを備えた
アーク溶接ロボットが例えば、自動車組立ラインで自動
車の車体内部の天井域や鉄骨構造物の上方域の隅部等を
アーク溶接する場合には、アーク溶接部位に対してアー
クセンサは、その保護窓を上向き姿勢に維持しながら溶
接位置の検出を行うことになるため、アーク溶接部分か
ら飛散し、落下するスパッタが保護窓の表面に付着、堆
積するのを完全に防止することが困難で、保護窓表面に
スパッタや溶接ヒュームが堆積し、視覚型溶接センサの
レーザ光を媒介にした溶接位置の検出性能を劣化させる
ことに鑑みて保護窓の外表面にエアカーテンを形成する
ガス流、好ましくは加圧空気流を供給して保護窓の清浄
化を図る保護装置が、既に本出願人に係る特願平４−２
４８２５０号により提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、溶接セン
サの内部に設けられた上記のセンサユニットは精密な電
子要素、光学要素等から形成されているために、耐熱性
が一般的に脆弱であり、従って溶接部位から発生する高
熱に対する溶接センサの耐熱、耐久性を向上させて検出
精度の維持を図るためには、冷却が不可欠である。冷却
効果を溶接センサに内蔵されたセンサユニットに付与す
るためには、同センサの容器内部に冷却ガス流、特に、
冷却クリーンエア流を供給して、奪熱を図れば良いが、
上述したガス流のエアカーテンの形成と冷却ガス流の形
成とを夫々別々のガス流を用いて遂行すると２系統化
し、溶接センサがガス流配管の複雑化や流路弁の設置等
に伴って小形化が困難になり、従って狭小な溶接対象域
等においては、溶接部位の検出性能を劣化させる等の不
利が生ずる。

【０００８】依って、本発明の目的は、コンパクトな構
造を有して溶接センサの内部センサユニットの冷却と同
時に溶接スパッタや溶接ヒュームから保護窓の汚れを防
護することが可能な溶接センサの冷却装置を提供せんと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的に
鑑みて、一系統のガス流、それも好ましくは適正に加圧
されたクリーンエア流を用い、溶接センサの密閉した容
器の内部室にクリーンエア流等のガス流を導入し、還
流、対流させて内蔵したセンサユニットの冷却を図り、
次いで、そのクリーンエア流を逆流防止弁を経て溶接セ
ンサの検出光が出入する窓を有した保護窓の外部前面に
エアブロー状に噴出し、同窓口にガス流のカーテンを形
成して溶接スパッタ等からの汚れ防止を図る構成とした
ものである。

【００１０】すなわち、本発明によれば、センサ容器内
から該センサ容器の保護窓を介して発出された検出光を
アーク溶接部位に照射し、反射光を上記保護窓を介して
受光してアーク溶接部位の検出をおこなうセンサユニッ
トを内蔵、具備した溶接センサの該センサユニットを冷
却する冷却装置において、前記センサ容器を器外に対し
て密閉構造に形成すると共に該容器内部に、ガス流を放
出する１系統のガス流導入手段を設け、前記密閉センサ
容器の内部を循環した前記ガス流の入口と、該入口から
流入した前記ガス流を前記保護窓の外表面に沿って噴出
させる出口とを有した逆流防止弁手段を前記センサ容器
の内部に設け、前記ガス流の循環で前記センサユニット
を冷却し、前記逆流防止弁手段の前記出口からの噴出ガ
ス流で前記保護窓の外表面にガス流のカーテンを形成し
て溶接ヒュームやスパッタを遮断できるようにした溶接
センサの冷却装置が提供されるのである。そして、上述
の１系統のガス流は好ましくは、適正圧力下に維持され
たクリーンエア流によって形成される。

【００１１】

【作用】上述の構成によれば、ガス流はセンサ容器内部
を還流してセンサユニットの奪熱、冷却をおこない、そ
の熱を帯びたガス流が逆流防止弁の入口から同弁を経て
出口から噴出され、同噴出流によって保護窓の前面にエ
アカーテンが形成され、保護窓外面を溶接スパッタやヒ
ュームによる汚れから防護するのである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に、詳細に説明する。なお、図中、図１は産業
用ロボット、特に、アーク溶接多関節型ロボットの先端
に取着され、本発明に係る冷却装置を具備した溶接セン
サの構造を示す一部分解斜視図、図２は、同溶接センサ
の冷却装置の略示機構図である。

【００１３】図１において、産業用多関節型ロボットの
手首１０の先端には、取付けブラケット１２を介して溶
接トーチ１６が取着され、例えば、２枚の板状ワークＷ
の結合部を溶接対象とし、その溶接部位Ｗ１をロボット
の制御動作に従ってアーク溶接するように設けられてい
る。このとき、溶接トーチ１６は、溶接センサ２０を備
え、ワークＷの溶接部位Ｗ１を検出し、ロボット制御装
置（図示なし）に検出信号をフィードバックして溶接ト
ーチ１６の溶接軌跡を溶接部位Ｗ１に一致させるように
制御する構成が設けられている。

【００１４】上記溶接センサ２０は、金属箱等の中空容
器２２を有し、この容器２２の内部室２４にはセンサユ
ニットを形成する諸要素が内蔵されている。すなわち、
同センサユニットは、レーザ検出光を発出する半導体レ
ーザ３０、その半導体レーザ３０から発出したレーザ光
を所定の方向に指向される出射レンズ３２、その出射レ
ンズ３２を通過したレーザ検出光を進行方向に対して垂
直な方向に走査させる走査用ミラー３４と走査起動用ガ
ルバノメータ３６、走査用ミラー３４により反射された
レーザ検出光を容器２２の一側に設けられた出射窓２２
ａを経て溶接部位Ｗ１に照射したとき、その反射レーザ
光を入射窓２２ｂを介して受光する受光レンズ３８、同
受光レンズ３８を通過したレーザ検出光の反射光を受
光、検出し、上記走査用ミラー３４の角度と検出座標と
からレーザ検出光の照射位置を２次元的に検出し、それ
によって溶接軌跡を検出する、ＣＣＤから成る検出要素
４０等を備えている。

【００１５】これらのセンサユニットの諸要素は何れも
容器２２の前面の開口２２ｃから内部室２４内に組み込
まれ、これらのセンサユニット要素が組み込まれた後
に、カバー２８により矢印方向に閉鎖され、このとき、
カバー２８の縁部に装着されたシール材２８ａが内部室
２４を外部環境に対して気密に密閉する構造に形成され
ているのである。

【００１６】上述した溶接センサ２０の構造は、従来の
溶接センサのそれと同じである。他方、上述した容器２
２の上面にはガス流導入管４２が適宜の管継手４３を介
して封止結合状態に設けられ、このガス流導入管４２
は、適正圧のガス流、典型的には適正圧のクリーンエア
流を空気圧源から導入して、容器２２内の一側面に設け
られたガス放出口４４（図２参照）から同容器２２の内
部室２４中に放出するように構成されている。

【００１７】放出された圧力クリーンエアは、密閉され
た内部室２４内を還流、対流し、この間に同内部室２４
内部に収納された上述のセンサユニットの諸要素に奪熱
による冷却作用を与え、高熱下で使用不能となる半導体
レーザ３０やガルバノメータ３６の正常機能を維持させ
ると共に熱歪みによってレンズやミラーに位置ずれが発
生し、測定不能や測定精度の劣化を来すことがないよう
にしているものである。

【００１８】ここで、図２を参照すると、溶接センサ２
０に備えられた上述のガス流を利用した冷却装置の構成
が詳示されている。図２において、上記のガス放出口４
４は、容器２２の内部室２４内に臨み、加圧されたクリ
ーンエア流を放出するようになっている。このクリーン
エア流は、溶接センサ２０の使用時に、内部室２４内で
還流、対流するので、溶接部位Ｗ１から発生する熱が容
器２２に伝達し、内部室２４内に収納されたセンサユニ
ットの諸要素に熱影響がおよぶのを防止すべく、奪熱作
用を行うことは上述の通りである。

【００１９】さて、上記のガス放出口４４と対向した容
器２２の内壁には、逆流防止弁４６が設けられており、
この逆流防止弁４６は、容器２２の外部から空気流が逆
流したり、又は外部空気が内部室２４内に流入すること
を阻止する弁手段として設けられているものである。そ
して、この逆流防止弁４６は、内部室２４内にガス入口
４８ａを有し、また、出射窓２２ａ及び入射窓２２ｂを
有した保護窓面の直近位置に設けられたガス出口４８ｂ
を有している。

【００２０】従って、溶接センサ２０の容器内部室２４
内で対流により奪熱、冷却作用を行ったクリーンエア流
は、入口４８ａから逆流防止弁４８を通過し、出口４８
ｂから外部に噴出される。このとき、出口４８ｂから噴
出される空気流はエアブローと成って上記の出射窓２２
ａや入射窓２２ｂの外面を払拭し、かつ、エアカーテン
を形成する。このため、溶接部位Ｗ１から飛散した溶接
スパッタやヒュームは、この噴出空気流によるエアブロ
ー効果とエアカーテン作用により、保護窓面に付着する
ことなく、外部に散逸させられるのである。

【００２１】以上の説明から明らかなように、ガス導入
管４２から導入された加圧された１系統の空気流が、先
ず溶接センサ２０の内部において冷却作用を遂行し、次
に外部へ噴出する過程でセンサ容器の前面の検出レーザ
光の出射窓や入射窓を常時、清浄化された状態に維持す
る作用を遂行するのである。なお、上述した逆流防止弁
４８が空気流の逆流を防止し、かつ、外部の空気が容器
２２の内部室２４内に侵入するのを防止しているため、
溶接センサの使用時および不使用時を問わず、常時、清
浄状態に維持し得るように機能しているのである。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、産業用多関節型溶接ロボットの手首に取着さ
れる溶接センサのセンサユニットを溶接部位から発生す
る高熱から防護する冷却作用と同溶接部位から発出する
スパッタやヒュームによる汚れから防護する汚れ防止作
用との両作用を１系統のガス流、好ましくは加圧された
クリーンエア流で遂行しできるから、溶接センサの溶接
位置検出性能を常に、安定、正常機能状態に維持するこ
とが可能となる。また、１系統のガス流を２つの機能に
巧みに利用することで、装置のコンパクト性を確保し、
溶接センサが狭い溶接対象部位で用いられる場合にも適
用可能にした効果を奏するのである。更に、ガス流の逆
流防止弁を用いた構成により、外部から溶接センサ内部
に汚れが侵入する危惧も解消され、容器の気密々閉性と
相まってセンサユニットの検出機能の低下を防止する効
果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】産業用ロボット、特に、アーク溶接多関節型ロ
ボットの先端に取着され、本発明に係る冷却装置を具備
した溶接センサの基本構造を示した一部分解状態で示す
斜視図である。

【図２】同溶接センサの冷却装置の略示機構図である。

【符号の説明】

１０…手首 ２０…溶接センサ ２２…容器 ２４…内部室 ２２ａ…出射窓 ２２ｂ…入射窓 ２８ａ…シール材 ３０…半導体レーザ ４０…検出要素 ４２…ガス流導入管 ４４…放出口 ４８…逆流防止弁 ４８ａ…ガス入口 ４８ｂ…ガス出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ容器内から該センサ容器の保護窓
   を介して発出された検出光をアーク溶接部位に照射し、
   反射光を上記保護窓を介して受光してアーク溶接部位の
   検出をおこなうセンサユニットを内蔵、具備した溶接セ
   ンサの該センサユニットを冷却する冷却装置において、 前記センサ容器を器外に対して密閉構造に形成すると共
   に該容器内部へガス流を放出する１系統のガス流導入手
   段を設け、 前記密閉センサ容器の内部を循環、対流した前記ガス流
   の入口と、該入口から流入した前記ガス流を前記保護窓
   の外表面に沿って噴出させる出口とを有した逆流防止弁
   手段を前記センサ容器の内部に設け、 前記ガス流の循環で前記センサユニットを冷却し、前記
   逆流防止弁手段の前記出口からの噴出ガス流により、前
   記保護窓の外表面にガス流カーテンを形成して溶接ヒュ
   ームやスパッタを遮断できるようにしたことを特徴とす
   る溶接センサの冷却装置。