JPS6046875A - 溶接用倣い検出装置 - 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】 本発明は溶接継手位置を自動的に確認でさるワイヤセン
ス方式を採用した溶接用倣い検出装置に関する。

溶接ワイヤ式アーク溶接ロボット或は自動アーク溶接機
においては、溶接ワイヤと被溶接材との間に適当な電源
電圧を印加しておき、予め設定された手順（プログラム
）でワイヤ先端と被溶接材表面との間を短絡してその回
路電流（或は電圧）の変化を検出するとともに、そのと
きの座標を読み込むことによって溶接継手（開先）位置
を自動的に確認することが出来るいわゆるワイヤセンス
方式が採用されている。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来のかかるワイヤセンス
方式を説明するための異々る構成例を示すものである。

同図（、）においては、溶接用電源Ｐｗとワイヤセンス
用電源Ｐ８を別個に設け、これらを切替スイッチ歴によ
シ切替えて溶接ワイヤ２と被溶接材１との間に電源電圧
を印加するようにしたものである。つまり、切替スイッ
チＳＷを接点ａ−１，ａ−２１１１ｊに切替えてワイヤ
センス用電源Ｐ８の電圧を溶接ワイヤ２と被溶接材１と
の間に印加し、そのときの回路電流（又は電圧）をワイ
ヤセンス検出器Ｉ８（又はｖ８）で検出するものである
。また第１図（ｂ）においては、溶接用電源Ｐｗと溶接
ワイヤ２、被溶接材１とを結ぶ電源回路にワイヤセンス
用直列抵抗ＲＢを並列接続した溶接用コンタクタＣを設
けて、溶接用電源ＰＷをワイヤセンス用電源にも共用す
るようにしたもので、溶接用コンタクタＣを開いてワイ
ヤセンス状態とし、そのときの回路電流（又は電圧）を
ワイヤセンス検出器■（又はＶ）で検出するものである
。

しかし、第１図（−）に示す構成のものは、ワイヤセン
ス用１Ｍ、源ＰＢと溶接用電源Ｐ１とを切替えて溶接ワ
イヤ２と被溶接材１との端子間に電源電圧を印加するよ
うにしているため、上記ワイヤセンス用電源Ｐ８と溶接
用電源Ｐｗとの切替スイッチＳＷを必要とする。

また、第１図（ａ）　、　（ｂ）に示す構成で共通して
言えることは、溶接ワイヤ先端或は被溶接材継手付近の
表面状態のバラツキにより両者の電気的接触抵抗にパラ
ツギがあり、そのバラツキを吸収するためには、かなり
高い電圧を印加ｌ〜なければならない。これは機器の絶
縁性能と、場合によっては人体への安全性にも特別な配
慮を要することにもなり、複雑且つコスト高の袂因にな
っている。

本発明はこのような欠点を緩和し、簡学な機構で装着取
扱いの容易な、且つ溶接ワイヤと被溶接材との間の接触
状態に左右されることなく安定な検出機能を発揮させ得
る溶接用倣い検出装置を提供することを目的としている
。

本発明はかかる目的を達成するため、ワイヤセンス方式
に於いて溶接ワイヤ先端と被溶接材との間が接触すると
、溶接ワイヤ、被溶接材。

溶接側ケーブルを通して高周波短絡閉回路が形成される
ように高周波パイ・ぐス手段を設けるとともにその閉回
路にインダクタンスが変化するような誘導コイルを設け
ておき、さらに本訪導コイルに予め印加された微弱高周
波電流の変化によるインダクタンスの変化に関し滑らか
で且つ直線的に変化させる手段を設けてこの手段から得
られる出力を検出することにより溶接ワイヤと被溶接材
との間の接触を検知することができる構成とするもので
、次のような特徴がある。

（１）　高周波誘導コイルによる間接印加・検出方式な
ので、母機本体の運転操作に伴なって発生ずるノイズに
妨害される可能性が極めて低い。

（２）既存母機への取付けは極めて簡単で、且つ従来方
式のような切替スイッチの取付は等の改造は一切不要で
おる。

（３）誘導コイルを含む高周波発振回路は、溶接ワイヤ
と被溶接材間接触の有焦によシ発振振幅の変化が大きく
なるように回路中のＣ，Ｒ，Ｌ定数を設定しであるので
、検出感度が極めて高く、従ってワイヤ先端或は被溶接
材継手付近の表面状態に左右されることなく、安定な検
出機能を果すことが出来る。

（４）溶接ワイヤと被溶接材との間の接触によ５− る誘導コイルのインダクタンス変化速度を検出しこれを
弁別するので、被検出回路を含む回路のインダクタンス
絶対値には余り影響されず、操作性の優れたものと彦る
。

（５）誘導コイルを含む高周波発振回路は、その出力（
振幅）が回路のインダクタンスの変化に関して略々直線
的に変化するように回路構成されているので、溶接ワイ
ヤ、被溶接材、ケーブル等の回路定数が広範囲に漂動し
ても常に安定した検出機能を発揮させることが出来る。

以下本発明の一笑施例を回向を参照して説明する。

第２図は本発明に係る溶接用倣い検出装置の構成例を示
すものである。同図（、）は突合せ溶接継手に本検出手
段を適用する場合のブロック構成例であって、１は被溶
接材、２は溶接ワイヤ、２ａは溶接側ケーブル、３は誘
導コイル、３ａは接続ケーブル、ＣＨＦは高周波電流迂
回防止用高周波バイパスコンデンサである。また４は整
合トランス、５は特性調整回路、６は高周波発６− 振回路、７は検波回路、８は振幅変化率弁別回路、９）
：ｌ、弁別しきい値設定［ｒ！１路、１０は弁別結果の
ｇ１２憶回路、１）は弁別表示回路、１２は弁別Ｈ旧、
Ｊのリセット回路をそれぞれ示す。同図（ｂ）はすみ肉
溶接継手を対象とする場合を示し検出部の各回路につい
ては第２図のそれらと同じなので省略しである。

第２　ｌｚ：Ｉ　（ｃ）は第２図（ａ）　ｌ　（ｂ）に
於ける誘導コイル３の詳細なＦ構成を示すものである。

次に、第３図ｔ」、第２図（ａ）に示しだブロックト１
４成例に従う具体的電気回路を示すものである。

同図中、３＆目接続ケーブル（第２図（ａ）の３ａに対
応）、４け整合トランス（第２図（ａ）の４に対応）で
、整合用高周波トランスＴ１が用いられている。５は特
性１．！Ｉすｉ〉回路（＠２図（ＩＬ）の５に対応）で
、１１丁変抵抗器ＶＲＩ　、可変コンデンサＶＣＩ及び
可変抵抗器ＶＲ２により高周波回路の電気的特性を調整
するものである。ことで、ＴＲ１は本高周波回路にフレ
キシビリティを与える非線形決素としての高周波トラン
ジスタである。

６は発振回路（第２図（ａ）の６に対応）で、発振コイ
ルＴ２　、発振用高周波トランジスタ１”Ｒ２、エミッ
タフォロワ用高周波トランジスタ１゛Ｒ３等から構成さ
れている。２は検波回路（第２図（ａ）の７に対応）で
、図中、ＤＩ　、　Ｄ２はダイオードを示す。８は振幅
変化率弁別回路（第２図（ａ）の８に対応）で、弁別用
比較器としての演葺増幅器■Ｃ１、この演算増幅器ＩＣ
Ｉ非反転側入力段に設けられた抵抗Ｒ及びコンデンサＣ
からなる積分回路から構成されている。９は弁別し７き
いイ１１′Ｉ設定回路（第２図（ａ）の９に対応）で、
設定しきい値調整用ポテンショメータＶＲ３が用いられ
ている。１０は弁別結果の記憶回路（第２１ｓｉ　（ａ
）の１０に対応）で、トランジスタＴＲ４及びＴＲ５か
らなるフリップ・フロップ回路で１４Ｉ１７１１シ１さ
れている。１１は弁別結果の表示回路（第２図（、）の
１１に対応）で、表示用発光ダイオード（ＬＥｒ）１　
。

ＬＥＤ２）から構成されている。１２は弁別ｄ己憶のリ
セット回路（第２図（ａ）の１２に対応）で、リセット
用押釦スイッチＰＲＩが用いられている。

次に上記のように構成された溶接用倣い検出装置１ノの
作用を説明する。

第４図ｄ１、第２図、第３図に示す回路構成により作動
させた場合の、第３図中のＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄ、Ｅ、Ｆの各点に於ける電圧実測結果を示すものであ
る。第４図（ａ）は、第３図のＡ点の電圧実測値を示し
、第２図（ａ）に於ける被溶接材１と溶接ワイヤ２とが
隔離した状態から、両者が接触した場合の高周波発振電
圧（振幅）の変化の状況を表わす。同図（ｂ）は、同図
（、）に示す高周波電圧を検波した直流電圧、すなわち
第３図のＢ点に於ける的−流１＋１．圧を示し、溶接ワ
イヤ２と被溶ｊν材１との朕触による高周波発振電圧の
変化に対応する直流電圧の変化状況を表わす。同図（Ｃ
）は同図（ｂ）に示す検波出力がそのまま振幅変化率弁
別比較器ＩＣＩの反転側入力として印加されている状況
、すなわち第３図のＣ点に於ける印加電圧をボす。同図
（ｄ）は、同図（ｂ）に示す検波出力がＣ，Ｒから成る
積分回路を経て、振幅変化率弁別比較器■Ｃ１の非反転
側入力として印加さ９− れている状況、すなわち第３図のＤ点に於ける印加電圧
を示す。同図（、）は、振幅変化率弁別比較器ＩＣＩが
同相入力に対してその出力が負の値となるような僅かな
オフセット電圧を、第２図（ａ）、第３図に示すしきい
値設定回路９の；に４　整によシ予め付与したものに対
し、第４図の（ｃ）及び（ｄ）に示す入力電圧を反転入
力端子及び非反転入力端子にそれぞれ印加した場合の振
幅変化率弁別比較器ＩＣＩの出力電圧、すなわち第３図
のＥ点に於ける出力電圧の状況を示す。同図から分る如
く、第３図のＥ点の出力電圧は、振幅変化率弁別比較器
ＩＣＩの反転入力電圧より非反転側入力電圧が犬となる
期間だけ正の値となる・ぐルス状出力として得られ、そ
の・♀ルス幅（第４図（ｄ）に於けるΔｔ）は第３図の
Ｄ点に係るＣ、Ｒ積分回路の時間定数によシおおよそ決
捷る。第４図の（ｆ）は同図（、）に示すパルス状出力
電圧によりトリガされたフリツノ・フロッゾ日己憶回路
１０の出力電圧、すなわち第３図のＦ点の出力′電圧の
状況を示し、溶接ワイヤ２と被溶接材１との１０− 接触に伴なう高周波発振電圧の変化量には余り拘りなく
その変化率の大なる点に層目、これを明イ１イ６な自流
電圧の変化として出力する機能を有する。この出力′１
区圧により溶接トーチの当該座標を自動的に読み込み、
正しい溶接継手の位置を記憶するものである。なお光示
回路１１は溶接ワイヤ２と被溶後月１との間が隔離して
いるＪｔｌｊ間表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯し
、また画、１１が接触した瞬間から表示用発光ダイオー
ドＬＥＤＩが点灯するようになっており、両者の相対位
置関係が表示できる機能を有している。

次に、第５図は、第２図（、）或は第３図に示す特性ｈ
１４整回路５０作用を詳細に説明するものである。第５
図中に示す回路構成（これは第２図（ｂ）の１〜７．第
３図の当該部分と同様の回路構成）であって、第２図（
、）中波溶接材１と溶接ワイヤ２．溶接側ケーブル２ａ
及び高周波バイパスコンデンザＣＨアから構成される被
検出回路を擬似インダクタンスＩｔ　Ｌ”として表わし
である。

かかる回路構成に於いて、特性調整回路５中の抵抗Ｒ及
びコンデンサＣのみで作動させる場合は、同図中に破線
で示す如く、インダクタンスＬの僅かな変化によりＢ点
出力電圧は急峻に変化し、溶接ワイヤの接触検出の目的
で利用出来る範囲は極めて狭く且つ著しく非線形である
。

然るに、抵抗Ｒ，コンデンサＣ及び高周波用トランジス
タＴＲを図示の如く接続した回路トｈ成にて作動させる
場合は、同図中に実線で示す如く、インダクタンスＬの
変化によるＢ点出力電圧の変化は滑らかで且つ近似的に
線形となることにより、溶接ワイヤの接触検出の目的で
利用出来る範囲は著しく広くなる。この現象を巧みに利
用することにより、特に溶接トーチ或は溶接ヘッド及び
被溶接材が大型で、溶接ワイヤによる接触検出箇所が広
範囲に変化することによる高周波回路としてのインダク
タンスの著しい漂動があっても、溶接ワイヤによる接触
検出の機能を極めて安定に且つ確実に遂行させることが
可能となる。

次に、第６図は、第５図で述べた特性調整回路５中の高
周波用トランジスタＴＲの作用を詳細に説明するだめの
ものである。第６図は、ＮＰＮパイｒ」？−ラ高周波ト
ランジスタのコレクタ・エミッタ間′覗圧Ｖ０とコレク
タ電流Ｉ。及びｖｃｏとコレクタ・エミッタ間コンダク
タンスＧｃＥの変化に関する実測例を示す。同図から分
る如く、Ｉ、は”ＣＥの変化に対して飽和特性と々す、
ＧｃＥはｖＣＥの変化に対して著しく非線形特性となる
。

このような非線形特性を有するＧｃＩｉｉを第５図の如
く接続する場合は、コンデンサＣ１抵抗Ｒのみから構成
される場合の著しい非線形特性をちょうど相殺する如く
作用し、高周波発振回路の出力電圧、すなわち図中Ｂ点
の出力電圧は近似的に線形となるわけである。なお、第
５図中のｖＲは、同図中高周波用トランジスタＴＲのペ
ース電流を調整することによりＧｃＩの非線形度を調整
し、高周波発振回路の出力、すなわちＢ点の出力電圧特
性を最も望ましい特性とするために設けるものである。

このように上記した実施例からも明らかなよ１３− うに本発明では、高周波電流誘導印加とインダクタンス
弁別とによる溶接用ワイヤセンス方式を導入するように
したので、次のような効果を得ることができる。

（１）面周波誘導コイルによる間接印加・検出方式とし
であるので、母機本体の運転操作に伴なって発生するノ
イズに妨害される可能性が極めて低い。

（２）既存母機への装着は極めて簡単で、且つ、従来方
式のような切替スイッチの取付は等の改造は一切不要で
ある。

（３）誘導コイルを含む高周波発振回路は、溶接ワイヤ
と被溶接材との間の接触の有無によシ発振振幅の変化が
大きくなるように回路中のＣ１Ｒ，Ｌ定数を設定しであ
るので検出感度が極めて高く、従ってワイヤ失明或は被
溶接材継手付近の表面状態に左右されることなく、安定
な検出機能を発揮させることが出来る。

また溶接ワイヤと被溶接材との間の接触による誘導コイ
ルのインダクタンス変化速度を検出１４− しこれを弁別するようにしているので、被検出回路を含
（−ｒ回路のインダクタンス絶対値には余り影響されず
、操作性に優れたものとなる。

さらに誘導コイルを含む高周波発振回路は、その出力（
振幅）が回路のインダクタンスの変化に関１．て滑らか
な直線状に変化するように回路構成されているので、溶
接ワイヤ、被溶接イ」、ケーブル等の回路定数が広範囲
に漂動しても常に安定した検出機能を発揮させることが
出来る。

さらに−ｉ、た、生硬部分は簡単なアナログ回路でＮη
成ｌ〜ているので低コストで実現出来るばかりでなく、
溶接関連設備自動化２口がット化による省人化の実現に
有力な手掛りを与えることかり能と在り、しかも溶接ロ
ボット或は自動溶接装置の機能向上とコスト低減によシ
市場競争力が強化されるという利点もある。

以上述べたように本発明によれば、ワイヤセンス方式に
おいて溶接ワイヤ先端と被溶接材との間が接触すると、
溶接ワイヤ、被溶接材１．溶接側ケーブルによｐ高周波
短絡閉回路が形成されるように高周波パイ・ヤス手段を
設けるとともにその閉回路が形成されると、インダクタ
ンスが変化するような誘導コイルを設け、との誘導コイ
ルに予め印加された微弱高周波電流の変化によるインダ
クタンスの変化に関して滑らかで且つ直線的に変化する
ような出力を得る手段を設けてこの手段により得られる
出力を検出し弁別して溶接ワイヤと被溶接材との間の接
触を検知するようにしたので、簡単な槻購で装着取扱い
の容易な且つ溶接ワイヤと被溶接材との間の接触状態に
左右されることなく安定な検出機能を発揮させることが
でき、まだ溶接ワイヤ、被溶接材、ケーブル、高周波２
１７２７士段からなる被検出回路のインダクタンスが広
範囲に漂動してもその検出機能が安定に作動させ得る溶
接用倣い検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来の異なるワイヤセンス
方式を説明するための構成図、第２図（、）〜（ｃ）は
本発明の一実施例を示すもので、（ａ）は突合せ溶接継
手に適用する場合のブロック構成図、（ｂ）はすみ肉溶
接継手に適用する場合の構成図、（Ｃ）は誘導コイルの
詳細を示す構成図、第３図は同実施０） 例の具体的回路構成図、第４図（、）〜０）は同実施例
の作用説明に用いられる第３図の各部の電圧波形図、第
５図及び第６図は同実施例における％１（Ｌｔｉ１７！
ｌ！’ｆ６回路の作用説明図である。 １・・・被溶接材、２・・・溶接ワイヤ、２ａ・・・溶
接側ケーブル、３・・・誘導コイル、３ａ・・・接続ケ
ーブル、４・・・１Ｉｔｔ合トランス、５・・・特性調
整回路、６・・・−周波発振回路、７・・・検波回路、
８・・・振幅変化率弁別回路、９・・・弁別しきい値設
定回路、１０・・・弁別結果の記憶回路、１１・・・弁
別表示回路、１２・・・リセット回路。 １７一 ■　［相］　◎　Ｏ ｒＱ　ＪＪ　Ｌｌ　”０ −ノ　−ノ　−ノ　、１５ ［株］　０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接ワイヤ式アーク溶接ロゴット或は溶接ワイヤ式自動
   アーク溶接機の溶接ワイヤと被溶接材との間が接触する
   と上記溶接ワイヤ、被溶接材、溶接側ケーブルを通して
   高周波用短絡閉回路が形成されるように設けられた高周
   波・１４８７手段と、前記高周波用短絡閉回路に設けら
   れ予め印加される高周波′直流の変化によりそのインダ
   クタンスが変化するよりなｆＪｊ導コ導層イル前記溶接
   ワイヤ・被溶接材間接触による前記誘導コイルのインダ
   クタンスの変化に関して滑らかで且つ直線的に変化する
   ような出力を得る手段と、この手段により得られる出力
   を検出しこれを弁別して上記溶接ワイヤと被溶接材との
   間の接触を検知する手段とから構成される溶接継手位置
   検出装置を備えたことを特徴とする溶接用倣い検出装置
   。