JPS5842788B2 - 溶接用倣い検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接用倣い検出装置に関し、その精度が向上す
るとともに誤動作などの異常を検出し得るよう企図した
ものである。

第１図は従来の溶接用倣い検出装置を示すブロック構成
図である。

同図に示すように溶接用倣い検出装置はセンサ１と発振
回路２と検波出力部３とからなる。

このうちセンサ１は、溶接機に備えられて金属性の被検
体４に接近・離反するとともに検出コイル５を有してい
る。

そしてこの検出コイル５【こは発振回路２から高周波電
流が流れ込んでいる。

このとき被検体４への接近・離反に起因して前記発振回
路２の負荷となっている検出コイル５のインダクタンス
が変化する結果、前記高周波電流の電流値が変化する。

このためこの電流値に対応した出力を送出する検波出力
部３の検出出力Ｅ。

は、前記センサ１の被検体４への接近・離反に従い変化
することとなる。

したがって検出出力Ｅ。

の出力値により溶接機に備えられたセンサ１と被検体４
との距離りが算出され、この算出値に基づき溶接機の位
置が制御されて適正な溶接が行なわれる。

ところでかかる従来技術では次のイ）９口）、ハ）。

→に述べるような欠点があった。

イ）縦軸に検出出力Ｅ。

を、横軸に検出コイル５の温度θを採った第２図かられ
かるように、般に検出コイル５の温度が変化すると主と
してそのキャパシタンスが変化するため、検出出力Ｅｏ
が変化するといういわゆる温度ドリフトが発生する。

そこで従来では温度ドリフトに対処すべく、第３図ａに
示す如く検出コイル５の温度ドリフトをちょうど打ち消
すような温度係数を有する補償用コンデンサｃｌ、ｃ２
を検出コイル５に接続したり、第３図すに示す如く冷却
水が強制循環せしめられる水冷ジャケット６内に検出コ
イル５を備え検出コイル５の温度を一定ｌこ保持するよ
うｌこしたり、第３図ｃｌこ示す如く検出コイル５ａと
励磁コイル５ｂと差動コイル５Ｃとで差動トランスを構
成して温度ドリフトを補償するようにしたりしていた。

ところが第３図ａに示すものでは検出コイル５の温度が
８０℃を越えた場合には密度ドリフトを打ち消すことが
できず、また第３図すに示すものでは水冷ジャケット６
により検出感度が劣化するとともに寸法が大きくなり、
更に第３図Ｃに示すものでは複雑な構成になるとともに
寸法が大きくなっていた。

口）縦軸に検出出力Ｅ。

を、横軸にセンサ１と被検出体４との距離りを採った第
４図かられかるように、一般番こ溶接用倣い検出装置で
は検出出力Ｅ。

と距離りとの関係が非線形であるため、円滑且つ高精度
に醇接機の位置を制御することがむつかしかった。

そこで従来では検出コイル５の寸法を大きくすることに
より、第４図に示す特性のうちの線形特性を示す部分が
大きくなるようにしてこの線形特性を示す範囲内におい
て制御を行なうようにしたり、溶接用倣い検出装置に補
正用非線形増幅器（一般にリニヤライザと呼ばれる装置
）を接続して検出出力Ｅ。

の非線形特性が線形特性となるように補正したりしてい
た。

ところが前者の手段では検出コイル５の寸法が大きくな
るとともに制御範囲が制限され、また後者の手段では装
置構成が複雑になるとともに補正用非線形増幅器の微妙
な調整作業を要していた。

ハ）検出コイル５が溶接の熱等により過熱されたり断線
したりする異常が発生すると、溶接用倣い検出装置が誤
動作したり所期の機能を喪失してしまうが、従来の溶接
用倣い検出装置では上述した異常を検出する手段がなか
°つた。

二）従来では、合成樹脂製コイルボビンに検出コイル５
を装着した後これらを合成樹脂でモールド成型してセン
サ１を形成していた。

したがって溶接の熱によりセンサ１が変形しこれに伴な
い検出コイル５の特性が変わってしまう虞があり誤動作
の一因となっていた。

また溶接スパッタリングがセンサ１に付着してこのセン
サ１が焼損する虞もあった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、高精度で且つ異常の際
にはこの異常を検出し得る溶接用倣い検出装置を提供す
ることを目的とする。

かかる目的を達成する本発明の構成は、醇接機に備えら
れて金属性の被検体に接近・離反するセンサの検出コイ
ルに発振回路から高周波電流を流すとともに、前記被検
体への接近・離反に起因する前記検出コイルのインダク
タンスの変化により発生する高周波電流の電流値の変化
を検出して前記鼎接機と被検体との距離に対応した検出
出力を送出する溶接用倣い検出装置において、前記検出
コイルに微小な直流電流を流すとともに、この直流電流
による検出コイルにおける電圧降下に基づく電圧を検出
する検出回路と、この電圧降下を比較弁別するための比
較回路と閾値設定回路とから成る判定回路とここの判定
結果により発振出力を開閉することのできる発振回路と
を備え更に前記検出回路で検出された前記電圧を増幅す
る増幅回路と、この出力電圧に対応してキャパシタンス
が変化することにより温度変化に起因する前記検出コイ
ルのキャパシタンスの増減をちょうど相殺する可変容量
回路と、コンダクタンスの特性が前記検出出力の非線形
特性を線形に補正するような非線形特性となっている補
正回路とを前記検出コイル及び発振回路を含む回路に接
続する一方、前記検出コイルが内蔵されるセンサの外殻
を耐熱性材料で形成したことを特徴とする。

以ｆ本発明の実施例を図面に基づき詳細番こ説明する。

なお従来技術と同一部分には同一番号を付し重複する説
明は省略する。

第５図及び第６図は夫々本発明の実施例を示すブロック
構成図及び回路図である。

両図に示すように本実施例では、センサ１と発振回路２
とを結ぶライン１に検出回路８が接続されている。

そして通常時には発振回路２から検出回路８を介してセ
ンサ１に高周波電流が流れ込み、従来と同様に、センサ
１が被検体４に接近・離反するに伴い高周波電流の電流
値が変化する結果、検波出力部３から検出出力Ｅ。

が送出される。このとき検出コ・ｆル５には検出回路８
の抵抗Ｒを介して微小な直流電流が流されるとともに、
検出回路８のコンデンサＣの両端には前記直流電流ｌこ
よる検出コイル５における電圧降下に対応した電圧ａが
生起される。

そしてこの電圧ａは検出コイル５の温度に比例して変化
する。

これは縦軸に検出コイル５の抵抗を、横軸に検出コイル
５の温度を採った第７図かられかるように、検出コイル
５の抵抗とその温度とが比例しているからである。

なお第７図の特性は、合成エナメル銅線を９０回巻回し
てなる検出コイル５を実測して得られたものである。

増幅回路９には、非反転入力端子が接地された演算増幅
器１０が設けられており、この演算増幅器１０には、そ
の反転入力端子シこ検出回路８のコンデンサＣが接続さ
れるとともに増幅度調整用の可変抵抗ＶＲＩ 、ＶＲ２
及びヌル調整用の可変抵抗ＶＲ３が外付けされている。

即ち演算増幅器１０等により反転増幅器が構成されてい
る。

したがって演算増幅器１０の出力電圧すの電圧値は、前
記電圧ａの電圧値が上昇すると下降し、逆に電圧ａの電
圧値が下降すると上昇する。

可変容量回路１１には可変容量ダイオードＤ１．Ｄ２が
設けられており、この可変容量ダイオードＤ１．Ｄ２の
カソードはライン７に接続されるとともに、そのアノー
ドは可変容量ダイオードＤ１．Ｄ２の基準動作点を調整
するための可変抵抗ＶＲ４を介して負の電源に接続され
ている。

このため可変容量ダイオードＤＩ、Ｄ２には逆電圧ｖｒ
が印加されることとなる。

このとき縦軸に可変容量コンデンサＤＩ、Ｄ２の端子間
のキャパシタンスＣ０を、横軸に逆電圧■、を採った第
８図かられかるように、キャパシタンＣ０と逆電圧■、
とは反比例する。

なお第８図における特性は、可変容量ダイオードＤＩ、
Ｄ２の周囲の温度が２５℃で且つ高周波電流の周波数が
ＩＭＨ，におけるものを示している。

また前記可変容量ダイオードＤＩ 、Ｄ２のアノード側
が前記演算増幅器１０の出力端子に接続されているため
、可変容量ダイオ、−ドＤＩ。

Ｄ２に印加された逆電圧ｖｒの電圧値は、出力電圧すの
電圧値が上昇すると下降し、逆に出力電圧すの電圧値が
下降すると上昇する。

そこで例えば、検出コイル５の温度が上昇してそのキャ
パシタンスが増加すると、温度の上昇に伴い電圧ａの電
圧値が上昇するため、出力電圧すの電圧値が下降して逆
電圧Ｖ、の電圧値が上昇する結果、可変容量ダイオード
Ｄ１．Ｄ２のキャパシタンスＣ１が減少する。

このとき検出コイル５の特性に合わせて可変抵抗ＶＲ４
により可変容量ダイオードＤ１Ｄ２の基準動作点が適当
に調整されているため、検出コイル５におけるキャパシ
タンスの増加ハ、可変容量ダイオードＤＩ 、Ｄ２のキ
ャパシタンスＣｔの減少によりちょうど相殺される。

もちろん検出コイル５の温度が下降した場合にも、上述
したのと逆の動作により検出コイル５のキャパシタンス
の変化がちょうど相殺されることはいうまでもない。

したがって検出コイル５のキャパシタンスの変化に起因
する温度ドリフトの悪影響を除去し得る。

因に第９図に従来の特性（図中点線で示す）と本実施例
の特性（図中実線で示す）とを比較して示しておく。

なお同図においては、縦軸に検出出力Ｅ。

を、横軸にセンサ１の温度θを採っている。

そして第９図から本実施例では略−３００〜５０００に
亘り温度ドリフトの悪影響を除去できることが理解され
る。

補正回路１２には、コレクタ及びエミッタがラインＴに
接続されたトランジスタＴＲ１が設けられており、これ
のベースにはトランジスタＴＲ１のコレクタ・エミッタ
間のコンダクタンス特性を調整するための可変抵抗ＶＲ
５が接続されている。

そして第１０図に前記トランジスタＴＲ１の特性を示し
ておく。

なお同図においてはベース電流■８が一定であるときに
おけるコレクタ電流■。

−コレクタ・エミッタ電圧■。

特性を実線で、またこの特性から算出されたコレクタ・
エミッタコンダクタンスＧ。

Ｅ −コレクタ・エミッタ電圧■ＣＥ特性を点線で示し
ている。

そしてこの図からコレクタ・エミッタコンダクタンスＧ
ｃＥ−コレクタ・エミッタ電圧■。

Ｅ特性が非線形であることが理解される。

したがって可変抵抗ＶＲ５にテヘース電流■８を調整し
てコレクタ・エミッタ間のコンダクタンスＧ。

。の特性を適当なものに設定することにより、前記検出
出力Ｅ。

の特性は、補正回路１２で補正されて線形となる。

これは従来では非線形であった検出出力Ｅ。

（第４図参照）が、これの非線形特性を線形に補正する
ような非線形特性を有するコンダクタンスＧ。

Ｅによりちょうど補正されるからである。

なお本実施例ではトランジスタＴＲｉを用いたが、電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いても同様の効果を得
ることができる。

因に第１１図に従来の特注（図中点線で示す）と本実施
例の特性（図中実線で示す）とを比較して示しておく、
なお同図においては縦軸に検出出力Ｅ。

を、横軸にセンサ１と被検体４との距離りを採っている
。

そしてこの図から本実施例によれば検出出力Ｅ。

が線形特性を示すことが理解される。

比較回路１３には、反転入力端子が接地された比較器１
４．１４ａ及びエミッタが発振回路２のトランジスタＴ
Ｒ２のベースに接続されたトラジスタＴＲ３が設けられ
ている。

そして前記比較器１４は、その反転入力端子が検出回路
８及び閾値設定回路１５の可変抵抗ＶＲ６に接続される
とともに、その出力端子がトランジスタＴＲ３のベース
及び表示回路１６に備えられた発光ダイオードＬＥＤＩ
のカソードに接続されている。

また同様に比較器１４ａは、その反転入力端子が検出回
路８及び閾値設定回路１５の可変抵抗ＶＲ７に接続され
るとともに、その出力端子がトランジスタＴＲ３のベー
ス及び表示回路１６に備えられた発光ダイオードＬＥＤ
２のカソード側に接続されている。

このとき閾値設定回路１５Ｉこより、負の電圧値である
閾値１ 、１１が設定されている。

そして閾値ｔの絶対値は検出コイル５が過熱したときに
おける電圧ａの絶対値と等しくなっており、閾値ｔ１
の絶対値は検出コイル５が断線したときにおける電圧ａ
の絶対値と等しくなっている。

したがって通常時には電圧ａの絶対値が閾値電圧１．１
１の絶対対値よりも小さいため、比較器１４，１４ａの
出力電圧ｄ 、 ｄｌはハイレベルＨとなる。

このため比較回路１３のトランジスタＴＲ２がＯＦＦ状
態となりこれの出力り。

がハイレベルＨとなる。この結果発振回路２のトランジ
スタＴＲ２のＯＮ状態が保持されて発振状態が続行され
、溶接用倣い検出装置としての所期の動作が行なわれる
。

また前記出力り。

がハイレベルＨとなっているため表示回路１６の発光ダ
イオードＬＥＤＩ及び発光ダイオードＬＥＤ２は共に点
灯しない。

−力検出コイル５が過熱されると電圧ａの絶対値が閾値
電圧ｔの絶対値よりも大きくなるため、比較器１４の出
力電圧ｄがロウレベルＬとなる。

このためトランジスタＴＲ２がＯＮ状態となりこれの出
力り。

がロウレベルＬとなる。

したがってトランジスタＴＲ３がＯＦＦ状態となり発振
回路２の発振が停止せしめられる。

この結果検出出力Ｅ。は零となる。

また出力電圧ｄがロウレベルＬになるため発光ダイオー
ドＬＥＤ１が点灯し、検出コイル５が過熱していること
がわかる。

更ｌこ検出コイル５が断線すると電圧ａの絶対値が閾値
電圧１．１１の絶対値よりも大きくなるため、比較ｉ１
４．１４ａの出力電圧ｄ、ｄ１が共にロウレベルＬとな
る。

よってトランジスタＴＲ２がＯＮ状態【こなり発振回路
２の発振が停止せしめられるとともに、発光ダイオード
ＬＥＤ１．ＬＥＤ２が共に発光する。

このように本実施例では検出コイル５が過熱されると発
光ダイオードＬＥＤＩが点灯し、また検出コイル５が断
線すると発光ダイオードＬＥＤ１及び発光ダイオードＬ
ＥＤ１及び発光ダイオードＬＥＤ 加ｉ点灯するため、
過熱や断線等の異常が検出される。

センサ１は、特に第１２図ａｓｂに抽出・拡大して夫々
その断面図及び背面図で示すよう（こ、大力耐熱性セラ
ミックで作製されたコイルボビン１７ａと列部１７ｂと
からなる外殻１７に検出コイル５を内蔵して構成されて
いる。

したがって醇接の熱や溶接スパッタリングの付着により
センサ１が損傷することはない。

なお第１３図は本実施例に係る溶接用倣い検出装置１８
．１８ａを自動すみ肉溶接機に搭載した例を示しており
、検出装置１８は垂直面に対する距離を、また検出装置
１８ａは水平面に対する距離を夫々検出する。

更に第１４図は本実施例に係る溶接用倣い検出装置１８
．１８ａを自動突き合わせ溶接機に搭載した例を示して
おり、検出装置１Ｂは上下方向の距離を、また検出装置
１８ａは左右方向の距離を夫々検出する。

以上実施例とともシこ具体的に説明したように本発明に
よれば、可変容量回路、補正回路及び比較回路と閾値設
定回路とからなる判定回路を備えたのみならずセンサの
列殻を耐熱性材料で形成したため、温度ドリフトが発生
せず検出出力の特性が線形になるとともに検出コイルの
過熱や断線を検出し得、更にセンサの損傷をも防止し得
る。

したがって簡単な構成にて従来の欠点を悉く除去し得精
度の高い理想的な溶接用倣い検出装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接用倣い検出装置を示すブロック構成
図、第２図はその検出出力Ｅ。 −検出コイルの温度θ特性を示す特性図、第３図ａ、ｂ
。 Ｃは夫々温度ドリフトの発生を抑えるべ〈従来用いられ
ていたセンサに備えられた構成を示す概略図、第４図は
従来技術の検出出力Ｅ。 −距離り特性を示す特性図、第５図は本発明の実施例を
示すブロック構成図、第６図は本実施例を示す回路図、
第７図は検出コイルの抵抗一温度特性を示す特性図、第
８図は可変容量ダイオードのキャパシタンスＣ０二逆電
圧Ｖｒ特性を示す時世図、第９図は本実施例の検出出力
Ｅ。 −センサの温度θ特性を示す特性図、第１０図はトラン
ジスタのＩ。 −Ｖｃｇ特性及びＧＣＦ、−ＶｏＦ、特性を示す特性図
、第１１図は本実施例と従来技術の検出出力Ｅ。 −距離り特性を比較して示す特性図、第１２図ａ、ｂは
夫夫センサを示す断面図及び背面図、第１３図及び第１
４図は本実施例を自動すみ肉溶接機及び自動突き合わせ
溶接機【こ搭載した例を示す説明図である。 図面中、１はセンサ、２は発振回路、４は被検体、５は
検出コイル、１１は可変容量回路、１２は補正回路、１
３は比較回路、１５は閾値設定回路、１７は外殻である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接機に備えられて金属性の被検体に接近・離反す
   るセンナの検出コイルに発振回路から高周波電流を流す
   とともに、前記被検体への接近・離反に起因する前記検
   出コイルのインダクタンスの変化により発生する高周波
   電流の電流値の変化を検出して前記溶接機と被検体との
   距離に対応した検出出力を送出する溶接用倣い検出装置
   において、前記検出コイルに微小な直流電流を流すとと
   もにこの直流電流による検出コイルにおける電圧降下に
   基づく電圧を検出する検出回路と、この電圧降下を比較
   弁別するための比較回路と閾値設定回路とから成る判定
   回路と、この判定結果により発振出力を開閉することの
   できる発振回路とを備え、更に前記検出回路で検出され
   た前記電圧を増幅する増幅回路と、この出力電圧に対応
   してキャパシタンスが変化することにより温度変化に起
   因する前記検出コイルのキャパシタンスの増減をちょう
   ど相殺する可変容量回路と、コンタクタンスの特性が前
   記検出出力の非線形特性を線形に補正するような非線形
   特性となっている補正回路とを前記検出コイル及び発振
   回路を含む回路に接続する一方、前記検出コイルが内蔵
   されるセンサの舛殻を耐熱性材料で形成したことを特徴
   とする溶接用倣い検出装置。