JPS5835087A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は材料の表面がメッキ面であるか非メッキ面で
あるかを自動的に判別して１重ね合せ抵抗溶接における
溶接条件を自動的に変更するようにした溶接装置に関す
る。

たとえば自動車の製造工程において、仕様によってはメ
ッキなしの鋼板どうしの溶接、亜鉛メッキ鋼板どうしの
溶接、メッキ鋼板と非メツキ鋼板との溶接が行なわれる
。

一方スポット溶接においては溶接電極の溶接材への押圧
力や溶接電流は溶接される材料の表面によって変化させ
る必要がある。しかるに従来の自動車の溶接工程におい
ては、流れて来る材料が非メツキ鋼板か亜鉛メッキ鋼板
かを人の目視判断により判別して、溶接条件を変更して
いた。しかしながら人の目視判断作業は作業者に与える
精神的負担を重くし、また誤操作を招くおそれがあった
。

この発明は上述の問題を解決するためになされたもので
あって、光学的方法によって鋼板の表面を判別して溶接
条件を変更しようとするものである。

この発明の原理を第１図と第２図について説明すると、
非メッキ面をもった鋼板１０表面には。

圧延マークと呼ばれる一種のキズ２が多数並んで形成さ
れている。

したがって光源３から鋼板ｌの表面に投光すると、その
表面からの反射は乱反射となり、光軸が鋼板１に直角を
なすように配置された受光素子４にも反射光が入来して
、該受光素子４は所定の出力信号を生じる。

これに対して第２図に示すように亜鉛メッキした鋼板１
はその表面は一様に滑らかであって、光源３から光を入
射したとき、入射角に等しい反射角でほとんどの光が反
射され、受光素子４には反射光は殆んど入射しない。し
たがって受光素子の出力は０″となる。

上述のように材料面からの反射光によって、メッキ面で
あるか非メッキ面であるかを判別できるが、溶接現場に
おいては複数の溶接装置によるアーク光等の外乱光が常
に発生しており、この外乱光により、上記のような材料
表面の判別に誤動作を伴なう。

光学的処理において外乱からの影響を無くするために、
一般的に使用される方法として、予想される外乱光の周
波数の整数倍の周波数で光をチョッピングし、受光信号
を同期整流する方法が知られている。この方法は商用電
源で点灯される白熱灯や螢光灯および直流的な太陽光な
ど点滅に規則性のある外乱光に対しては有効である。し
かし溶接現場においては随時性なわれるスポット溶接時
におけるスパッタなど規則性のない外乱光があり、上述
の方法は不適当である。

この発明は上述の種々の問題を解決するためになされた
ものであり、その第１の目的は、材料面がメッキ面であ
るか、非メッキ面であるかを光学的に自動的に判別でき
る判別装置を備えた溶接装置を提供することである。

この発明の他の目的は不規則な外乱光に対しても誤動作
なしに材料表面を判別し得る判別装置を備えた溶接装置
を提供することである。

この発明のさらに他の目的は判別装置の判別結果にした
がって、表面状態の異なる材料に対して溶接条件を自動
的に変更する溶接装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、この発明においては、材
料表面に一定角度で投光する投光器と、投光器の光の材
料表面からの反射光を一定の角度で受光する受光器とを
備え、投光器を一定の周期で間欠的に発光させるととも
に、発光直前の受光器の出力と発光時の受光器の出力と
をそれぞれサンプリングして比較し、その差が一定の大
きさを越えたときに判別出力を生じる。

上記の構成に上り外乱光による誤動作を防止する。そし
て溶接接合される２枚の材料にそれぞれ判別装置を設け
て、その判別出力の論理処理によって、メッキ面どうし
の溶接か、非メッキ面どうしの溶接か、メッキ面と非メ
ッキ面との溶接かを自動的に判断し、その判断結果にし
たがって溶接条件を変更する装置を備えている。

以下にこの発明の一実施例を図面とともに詳細に説明す
る。

表面判別機構 第３図に示すように水平方向に張り出すように固定され
た支柱ＩＯには下向きに開口１１を有する短円筒状の受
光筒１２が固定されている。受光筒１２の中心には光軸
を垂直方向に向け、かつ下向きに受光面を有する受光素
子４が固定されている。

受光筒１２の外周には旋回アーム１３の環状部１４がこ
ろがり軸受１５を介して水平面内で回転自在に嵌入、支
持されている。

旋回アーム１３の自由端には光軸が垂直方向に対して所
定角度だけ傾いた光源３が固定されている０ また支柱１０にはモータ１６が下向きに固定され、その
回転軸に設けたピニオン１７／′ｉ旋回アー゛　ム１３
の環状部１４の外周に設けたギア１８と係合しており、
モータ１６を回転すると、旋回アーム１３は紙面に直角
な水平面内で回転できるようになっている。

１９は旋回アームの一回転を検出するリミットスイッチ
、２０は該リミットスイッチに作用するストライカであ
る。

第４図は第３図の装置の制御回路図で、２１はシーケン
サでありスタートスイッチ２２をオンとするとモータ１
６に回転指令を与える。このスタート指令は速度調節器
２３に印加され、モータ１６を所定速度で回転させる。

モータ１６の速度は速度発電機２４で検出され、速度調
節器２３に負帰還きれ、モータ速度を一定に保つ。

一方エンコーダ２５は、モータ１６の回転に対応したパ
ルスを発生し、回転角検出装置２６によって旋回アーム
１３の回転角度を検出する。２７はストップスイッチで
ある。

リミットスイッチ１９はシーケンサ２１に接続され５旋
回アーム１３が３６００回転すると逆転するようになっ
ている。

いま受光素子４の直下に判別しようとする鋼材１を配置
して、投光器３を点灯するとともにモータ１５を起動す
ると、ビニオン１６が回転し、こノ回転カバギア１８を
介して旋回アーム１３の環状部１４に伝達され、旋回ア
ーム１３は紙面に垂直な面内で回転する。

一方投光器３から投射された光は鋼材１０表面に所定量
の傾きθをもって入射され、鋼材１の表面で反射される
。

もし鋼材１０表面がメッキされておれば反射光はすべて
入射角と等しい反射角で反射され、受光素子４には光は
入射しない。またもし非メッキ面であれば、乱反射によ
って鋼材１の面に垂直な方向に乱反射が生じて、受光素
子４に光が投射され、該受光素子４は出力信号を生じる
。一方旋回アーム１８の旋回によって、鋼材１への入射
角度は受光素子４の光軸Ｘのまわりで３６００回転し、
したがって鋼材の圧延マークがどの方向に向いていても
、旋回アームの旋回位置のどこかで、上記光軸Ｘ方向の
乱反射が最大になる点が生じ、その最大値を後述の検出
回路で検出して表面判別を行なう。

、光学系の制御装置 第５図において発掘回路３ｏの出力端子３ｏ−１から生
じる第６図すに示す第１パルスは投光器３に印加され、
投光器３を所定のパルス間隔で間欠的に明滅する。一方
同じタイミングに生じるパルスはサンプリングパルスと
して、第１サンプルホールド回路３１に印加される。発
振器３ｏの出力端子３０−２からは第６図１に示すよう
に投光器用の第１パルスの直前に発生する第２パルスが
第２サンプルホールド回路３２に印加される。

各サンプルホールド回路８１．８２には受光素子４から
の出力信号が増幅器３３を介して印加され、かつサンプ
ルされた出力は減算回路３４に印加され、投光器３の発
光直前の光の強さと投光器３の発光時における材料から
の反射光の強さとの差が演算され、ノイズ成分を除去す
る。

即ち第２サンプリング回路３２は第６図ｄの信号ｅ１を
受信し、第１サンプリング回路３１は第各回路３１，３
２．８４の出力ｅ、ｆ、ｇを示す。

判別回路 第７図において、第５図の減算回路３４の出力は最大値
検出回路４１．４２、第３、第４サンプリングホールド
回路４Ｂ、４４、最小値検出回路４５にそれぞれ印加さ
れる。

第７図の第１回路系列１００は減算回路３４の出力の最
大値が設定値を越えたかどうかにより表面を判別する回
路、第２回路系列２００は減算回路８４の出力の最大値
と最小値との差が設定値を越えたかどうかによって表面
を判別する回路、第３回路系列３００は投光器３の単位
回転角度の変化に対する減算回路３４．の出力の変化量
が設定値を越えたか否かにより表面を判別する回路であ
る。

第１回路系列において、最大値検出回路４１の出力は比
較回路４６に印加され、レベル設定回路４７から印加さ
れる基準値と比較され、最大値がこの基準値を越えたと
き、比較回路４６の出力が”　１　”となり、材料表面
が非メッキ面であることを表わす信号がオアゲート４８
に印加される。

第２回路系列２００において、最大値検出回路４２と最
小値検出回路４５の出力は減算回路４９に印加され、１
回の測定の間の最大値と最小値との差が比較回路５０に
印加され、レベル設定回路５１から印加される基準値と
比較され、その最大値と最小値との差が基準値を越えた
とき、比較回路５０の信号は”　１　”となシ、材料表
面が非メッキ面であることを表わす信号がオアゲート４
８に印加σれる。

第３回路系列３００において、第４図の回転検出回路２
６から生じる旋回アーム１３の回転角を表わす信号が単
位回転角パルス発生回路５２に印加され、旋回アーム１
３が単位角度α回転する毎にパルスをサンプリングホー
ルド回路４８．４４は旋回アーム１３がｎα（ｎ＝１．
２．８．・・・・）度回転したときに減算回路３４の出
力をサンプリングして記憶し、−力筒３サンプリングホ
ールド回路４３は旋回アーム１３が（ｎ＋１　）α度回
転したときに減算回路３４の出力信号をサンプリングす
る。

各サンプリングホールド回路４３と４４の出力は減算回
路５３に印加され、減算回路５３は旋回アーム１３がｎ
αα度回転た位置における減算回路３４の出力と（ｎ＋
１）α度回転した位置における減算回路３４の出力との
差、即ち旋回アーム１３のある位置での材料表面からの
反射光の強σと、旋回アーム１３がそれより角度α回転
した位置における材料表面からの反射光の強さとの差を
演算する。

減算回路５３の出力は絶対値回路５４を介して比較回路
５５に印加され、レベル設定回路５６から印加される基
準値と比較され、上記減算回路５３で演算された差が基
準値を越えたとき、比較細路５５の出力は１゛となり、
材料表面が非メッキ面であることを表わす信号をオアゲ
」ト４８に印加する。

上記の構成によって、オアゲート４８の出力が０のとき
は材料表面はメッキ面　ｒｒ　１　ｕのときは非メッキ
面であると判定される。

判別動作 第３図から第７図に示した装置において、いま判別しよ
うとする鋼板を受光素子４の光軸に対面させて、旋回ア
ーム■３を回転させるとともに。

発振回路３０から第６図３．第６図す、第６図Ｃに示す
パルスを発生させて、投光器３を所定の時間間隔で点滅
させる。

投光器３が消灯しているタイミングで第６図３に示すパ
ルスによって第２サンプリングホールド回路３２を動作
させて受光器４の出力信号ｅ１をこの第２サンプリング
ホールド回路３２にホールドする。

こあときの信号ｅ１は外乱光の強さを表わす。

次に第６図すのパルスによって投光器３が点灯すると、
その投光器３の光は鋼材１に投射されて、その反射光が
受光素子４により検出される。鋼材１がメッキ面であれ
ば、反射光は受光素子４に到達せず、非メッキ面であれ
ば乱反射が生じて。

受光素子４に到達し、該受光素子４の出力ｅ２が増加す
る。この点灯の間に第１サンプリングホールド回路３１
は第６図Ｃのパルスによって、受光素子４の出力をサン
プリングホールドする。そして両サンプリングホールド
回路８１．３２の出力は減算回路３４に印加され、ｅ　
２−　ｅ　ｌが演算される。

第６図すのパルスの時間の経過後に投光器３が消灯する
。次いで第６図ａの２番目のパルスが生じると、２回目
の点灯の直前の外乱光を第２サンプリングホールド回路
３２が検出する。

その後第２回目の点灯が行なわれて、第１サンプリング
回路３１は受光素子４の信号をサンプリングして、鋼板
からの乱反射光の強さを検出する。

ソシて両サンプリングホールド回路３１と３２の出力は
減算回路３４に印加され、鋼板からの反射光と外乱光の
信号の差を演算する。

減栃回路３４の出力は外乱光に対応する信号を差し引い
たものであるから、その出力には外乱光の影響がなく、
たとえ、不規則に発生する外乱光が存在する場合でも、
減算回路３４がらは、正確な鋼板からの反射光のみを表
わす信号が得られる。

この減算回路３４の信号は第７図の回路に印加される。

一方旋回アーム１３が旋回するにしたがって、鋼板ｌに
投射される光の入射角も変化する。したがって圧延マー
クの方向と入射光との角度関係に対応して、鋼板１から
の反射光が変化し、受光素子４に入射する光量も変化す
る。

したがって減算回路３４の出力も変化する。

この減算回路の出力の変化は第１ないし第３回路系列１
００，２００，３００に印加される。

そして、旋回アーム１３が、たとえば１周する間に得ら
れた受光素子４の出力の最大値が所定の基準値を越える
か、最大値と最小値の差が他の所定の基準値を越えるか
、旋回アームの回動に伴なう受光素子の出力の変化量が
さらに他の所定の基準値を越えるかのいずれか１つが生
じ九ば、オアケート４８の出力は“１“となり、鋼板が
非メッキであることを示す信号が得られる。オアゲート
４８の出力が“０″であれば鋼板表面はメッキ面である
と判定される。

溶接制御装置 第８図に示すように溶接接合すべき２枚の鋼板Ａ、Ｈの
表面を検出するために、各鋼板Ａ、Ｂに対応して、２組
の第３図ないし第７図に示した判別機構（６０Ａ、６０
Ｂで示す）が設けられている。

各判別機構のオアゲート４８（第７図）の出力は識別回
路６０に印加される。

識別回路６０は、それぞれ鋼板Ａ、Ｈに対応して設けた
判別機構６０Ａ、６０Ｂ　　のオアゲー）　４８Ａ、４
８Ｂの出力状態により、２枚の鋼板Ａ、Ｂの表面がメッ
キ面どうし、非メッキ面どうし、メッキ面と非メッキ面
との組み合せのいずれかに対応して３つの出力端子６０
−１ないし６０−３のいずれかに出力“１゛を生じる。

識別回路６０の一例を第９図に示し、６００．６０’ｌ
はインバータ、６０２ないし６０５はアンドゲート、６
０６はオアゲートであり、両鋼板Ａ、Ｂがともに非メッ
キ面であればアンドゲート６０５の出力が“ｌ゛となシ
、両鋼板Ａ、Ｂがともにメッキ面であればアンドゲート
６０３の出力が“１゛となり、いずれか一方が非メッキ
面、他方がメッキ面であればオアゲート６０６の出力が
ＩＩ　１１１となる。

識別回路６０の出力信号は加圧設定器６１と電流値、印
加サイクル設定器６２に印加される。加圧力設定器６１
は識別回路６０の出力に対応して公知のスポット溶接機
の溶接電極７０ｂに加圧するエアシリンダ６４のピスト
ンの突出量を制御するための設定値、即ち溶接用電極７
０ｂの鋼材に対する圧接力を表わす電圧値を設定し、そ
の設定値は圧力コントローラ６３に印加される。

圧力コントローラ６３の出力信号はエアシリンダ６４の
加圧装置６５に印加され、そのピストンの突出長を制御
する。エアシリンダ６４・の圧力は圧力センサ６６で検
出され、圧力コントローラ６３にフィードバックされる
。そして圧力コントローラ６３で設定器６１の設定値と
圧力センサ６６の出力直との差が演算され、その差に対
応した信号を加圧装置６５に印加して溶接電極７０ａ、
７０ｂと鋼材Ａ、Ｂとの圧接力が設定器６１で設定され
た値に保持されるようになっている。

一方、電流値、印加サイクル設定器６２は識別回路６０
の信号にしたがって、溶接用電極７０ａ。

７０ｂ　　に印加される電流値とその電流パルスの間隔
とを設定する信号をサイリスタと備えた溶接電流制御装
置６７に供給し、そのサイリスタの点弧位相を制御する
。出力電流は電流センサ６８で検出され、溶接電流制御
装置６７に負帰還され、電流制御が行なわれる。

なお６９は溶接電流を出力する出カドランスであり、そ
の出力端子は公知のスポット溶接機の溶接用電極７０ａ
　、７０ｂ　Ｋ接続される。

いま２枚の溶接すべき鋼板Ａ、Ｂのそれぞれを重ねて溶
接用電極７０ａ　、７０ｂ　間にセットし、一方それぞ
れの鋼板Ａ、Ｈに各別に第３図に示した判別装置をセッ
トして、該判別装置を作動させる。

いま２枚の鋼板がともに非メッキのものであれば、オア
ゲー）　４３Ａ、４８Ｂの出力はともに“１″であって
、識別回路６０の出力端子６０−１が“１″となる。

この信号”　１　”はそれぞれ圧力設定器６１と電流値
、サイクル設定器６２に印加される。この信号゛′１゛
によって溶接機は、たとえば次に示すように動作する。

圧力設定器６１の出力電圧は高くなり。

圧力コントローラ６３の出力も増加して、エアシリンダ
６４のピストンの突出量は増加し、溶接電極７０ｂは鋼
材Ｂに強く圧接される。

一方、電流値、印加サイクル設定器６２の出力電圧も増
加して、溶接用電極７０ａ　、７０ｂの電流値は高く、
その印加サイクル数も多くなる。

また板材Ａ、Ｂがともにメッキ面を有しておれば識別回
路６０の出力端子６０−３が“１″となって、設足器６
１，６２の出力電圧も低くなシ、溶接用電極ｉＯｂに加
わる加圧力も低くなり、メッキ面の溶接に適するように
電流値は低下し、印加サイクル数も少くなる。

板材Ａが非メッキ面、Ｂがメッキ面或いはこの逆の場合
には識別回路２０の出力端子６０−２が１゛となり、電
極７０ａ、７０ｂの加圧力は中間となり、また電極に流
れる電流の大きさ、印加サイクル数も中間の値に設定さ
れる。

以上の動作によって、２枚の鋼板の接合面の状態に対応
して適当な溶接条件でスポット溶接が行なわれる。

以上詳述したようにこの発明によれば、溶接しようとす
る鋼板表面に投光して、その反射光を検出することによ
り、表面がメッキ面であるか非メッキ面であるかを表わ
す信号を得て、その信号により抵抗重ね溶接（スポット
溶接）における溶接条件を変更するようにしたから、メ
ッキした鋼板と非メッキの鋼板とが不規則に流れて来る
ような溶接工程においても、溶接条件を自動的に変更し
て最適条件で溶接が行なえるようになるとともに、作業
員の作業負担を軽減し、かつ誤操作をも防止でき、る。

さらに投光器をパルスによって間欠的に点灯するととも
に、点灯直前の受光素子の出力と点灯中の受光素子の出
力とを個別にサンプリングして。

両者の差をとって判別用の信号としたから、他の溶接装
置などから不規則に生じる外乱光が種々存在する溶接現
場においても、対象とする鋼板の反射光の光量を正確に
検出して、表面の判別の誤動作を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の表面判別の原理を示す斜視
図であり、第１図は非メッキ面での光の反射を示す斜視
図、第２図はメッキ面での光の反射を示す斜視図、第３
図は表面判別機構の一例を示す断面図、第４図と第５図
、第７図は第３図の表面判別機構と協働する制御回路を
示す回路図、第６図ａないし第６図ｇは第５図の回路の
要部の波形図、第８図はこの発明の溶接装置の一実施例
を示すブロック図、第９図は第８図の回路に用いられる
識別回路の具体例を示す回路図である。 ■　・・・鋼材 ３・・・・・・投光器 ４・・・・・・受光素子 １０・・・・・・支柱 １１・・・・・・開口 １２・・・・・・受光筒 １″゛ば−・・旋回アーム １４・・・・環状部 １５・・・・・・ころがり軸受 １６・・・・・モータ １７・・・・・ビニオン １８・・・・・・ギア １９・・・・・・リミットスイッチ ２０・・・・・・ストライカ ２１・・・・・・シーケンサ ２２・・・・・・スタートスイッチ ２３・・・・・速度調節器 ２４・・・・・速度発電機 ２７・・・・・・ストップスイッチ ３０・・・・・・発振回路 ３１・・・・・第１サンプｐホールド回路３２・・・・
第２サンプルホールド回路３８・・増幅器 ３４・・減算回路 ノ ４１．４２・・・・最大値検出回路 ４３　・・第３サンプルホールド回路 ４４・・第４サンプルホールド回路 ４５・　・最小値検出回路 ４６・・・・・比較回路 ４７・・・・レベル設定回路 ４８・・・・・・オアゲート ４９・・・・減算回路 ５０・・・・・・比較回路 ５１・・・・　レベル設定回路 ５２・・・・・・単位回転角パルス発生回路５８・・・
・・・減算回路 ５４・・・・・絶対値回路 ５５・・・・・・比較回路 ５６・・・・・・レベル設定回路 ６０・・・・・・識別回路 ６１・・・・・・加圧設定器 ６２・・　電流値、印加サイクル設定器６３・パ・圧力
コントローラ ６４・・・エアシリンダ ６５・・・　加圧装置 ６７　・・・・溶接電流制御装置 ７０ａ　、７０ｂ・・・・・・溶接電極Ａ、Ｂ・・・・
・鋼板 特許出願人　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士青山　葆外２名 第１図　　　　　　　第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のパルスにしたがって所定の時間間隔で間欠
   的に点滅するとともに、材料面に所定の傾斜角をもって
   入射する光を発する投光器と、材料面からの乱反射光を
   受光して、受光量に応じた信号を生じる受光素子と、投
   光器の発光直前の受光素子の信号と投光中の受光素子の
   信号とをそれぞれ抽出して１両信号の差をとって、その
   差に対応した信号から材料表面がメッキ面であるか非メ
   ッキ面であるかを判別する判別装置と１判別装置の出力
   信号によって溶接条件を変更する。溶接部とを備えたこ
   とを特徴とする溶接装置。
2. （２）重ね溶接される２枚の材料の表面を検出するよう
   に、投光器と受光素子と判別装置とを一対にして設けて
   各判別装置の出力から、２枚の材料の表面がメッキ面ど
   うし、メッキ面と非メッキ面との組合せ、非メッキ面ど
   うしのいずれかを識別する装置を備え、識別装置の信号
   により溶接部の溶接条件を変更するものである特許請求
   の範囲第１項に記載の溶接装置。
3. （３）投光器は旋回アームに装着され、受光素子の光軸
   の周囲で回転するものである特許請求の範囲第１項に記
   載の溶接装置。