JPS6234467B2 - - Google Patents

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きるワ
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ツト或は自動アー
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
み込むことによつて溶接継手（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なる構成例を示すものであ
る。同図ａにおいては、溶接用電源Ｐ_wとワイヤ
センス用電源Ｐ_sを別個に設け、これらを切替ス
イツチSWにより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、切替スイツチSWを接点ａ―
１，ａ―２側に切替えてワイヤセンス用電源Ｐ_s
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Ｉ_s（又はＶ_s）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Ｐ_w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Ｒ_s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Ｐ_w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Ｉ（又はＶ）で検出するものである。

しかし、第１図ａに示す構成のものは、ワイヤ
センス用電源Ｐ_sと溶接用電源Ｐ_w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Ｐ_sと溶接用電源Ｐ_wとの切替スイツチ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
抗にバラツキがあり、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しなければならな
い。これは機器の絶縁性能と、場合によつては人
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要因になつている。

本発明はこのような欠点を緩和し、簡単な機構
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
ように高周波バイパスコンデンサを設けるととも
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、さらに本誘導コイルに
微弱高周波電流を与える高周波発振回路に、溶接
ワイヤ、被溶接材、高周波バイパスコンデンサか
らなる被検出回路のインダクタンスの変化に対し
て検出電圧を滑らかにすると共に近似的に直線化
するコンデンサ、抵抗、トランジスタからなる振
幅変化線形化回路を設けて被検出回路のインダク
タンスが広範囲で漂動してもその検出機能が安定
に作動するように構成して溶接ワイヤと被溶接材
との間の接触を検知できるようにしたので、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つて発生す
るノイズに妨害させ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ツチの取付け等の改造
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
イヤと被溶接材間接触の有無により発振振幅の
変化が大きくなるように回路中のC.R.L定数を
設定してあるので、検出感度が極めて高く、従
つ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
性の優れたものとなる。

(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。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
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ａは突合せ溶接継手
に本検出手段を適用する場合のブロツク構成例で
あつて、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、Ｃ_HF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は高周波発振回路、７は検
波回路、８は振幅変化率弁別回路、９は弁別しき
い値設定回路、１０は弁別結果の記憶回路、１１
は弁別表示回路、１２は弁別記憶のリセツト回路
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ａのそれらと同じなので省略してある。

第２図ｃは第２図ａ，ｂに於ける誘導コイル３
の詳細な構成を示すものである。

次に、第３図は、第２図ａに示したブロツク構
成例に従う具体的電気回路を示すものである。同
図中、３ａは接続ケーブル（第２図ａの３ａに対
応）、４は整合トランス（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は特性調整回路（第２図ａの５に対応）
で、可変抵抗器VR１、可変コンデンサVC１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。ここで、TR１は本高周
波回路にフレキシビリテイを与える非線形要素と
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TR２、
エミツタフオロワ用高周波トランジスタTR３等
から構成されている。７は検波回路（第２図ａの
７に対応）で、図中、Ｄ１，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算増幅器IC
１、この演算増幅器IC１の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は弁別しきい値設定回
路（第２図ａの９に対応）で、設定しきい値調整
用ポテンシヨメータVR３が用いられている。１
０は弁別結果の記憶回路（第２図ａの１０に対
応）で、トランジスタTR４及びTR５からなるフ
リツプ・フロツプ回路で構成されている。１１は
弁別結果の表示回路（第２図ａの１１に対応）
で、表示用発光ダイオード（LED１，LED２）
から構成されている。１２は弁別記憶のリセツト
回路（第２図ａの１２に対応）で、リセツト用押
釦スイツチPB１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
置の作用を説明する。

第４図は、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。

今、第２図及び第３図において、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
すると被溶接材１、溶接ワイヤ２、高周波バイパ
スコンデンサＣ_CF、溶接ケーブル２ａ、被溶接材
１に至る閉回路が形成され、誘導コイル３のイン
ダクタンスが変化する。この誘導コイル３のイン
ダクタンスが変化すると誘導コイル３、整合トラ
ンス４、特性調整回路５及び高周波発振回路６か
らなる高周波発振回路網の回路定数が変化し、第
３図のＡ点の電圧は第４図ａに示すように発振高
周波の振幅（電圧）が変化する。このＡ点電圧が
検波回路７に入力されると検波作用により検波さ
れ、第３図のＢ点には溶接ワイヤ２と被溶接材１
との接触による高周波発振電圧に対応して変化し
た第４図ｂに示すような直流電圧が現われる。こ
のＢ点の直流電圧は第４図ｂに示すように振幅変
化率弁別回路８の弁別比較器IC１の反転側入力
端に印加され、また弁別比較器IC１の非反転側
入力端にはＢ点電圧をＣ，Ｒからなる積分回路に
より積分された第４図ｄに示すような電圧が印加
される。また、この弁別比較器IC１にはしきい
値設定回路９により予め調整された電圧がオフセ
ツト電圧として与えられている。したがつて、弁
別比較器IC１の反転入力端及び非反転入力端に
第４図ｃ及びｄに示す電圧が印加されると弁別比
較器IC１では同相入力に対してその出力が負の
値となり、また反転側入力電圧より非反転側入力
電圧が大となる入力に対してはその期間だけ正の
値となるパルス状の出力となり、第４図ｅに示す
ような電圧が得られる。この場合、パルス状出力
のパルス幅（第４図ｄにおけるΔｔ）は第３図の
Ｄ点に係わるＣ，Ｒの積分回路の時定数によりお
およそ決まる。このようなパルス状の出力が第３
図のＥ点からフリツプフロツプ記憶回路１０に入
力されると、このフリツプフロツプ記憶回路１０
はセツトされ、第３図のＦ点には第４図ｆに示す
ような出力電圧が現われる。この出力電圧は第４
図ｆからも分るように溶接ワイヤ２と被溶接材１
との接触に伴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着目し、これ
を明確な直流電圧の変化として出力する。したが
つて、この出力電圧により溶接トーチの当該座標
を自動的に読込むことにより、正しい溶接継手の
位置が記憶される。なお表示回路１１は溶接ワイ
ヤ２と被溶接材１との間が隔離している期間表示
用発光ダイオードLED２が点灯し、また両者が
接触した瞬間から表示用発光ダイオードLED１
が点灯するようになつており、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ａ或は第３図に示す特
性調整回路５の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
あつて、第２図ａ中被溶接材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
サＣ_HFから構成される被検出回路を擬似インダク
タンス“Ｌ”として表わしてある。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構成に
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ツド及び
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つても、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
説明するためのものである。第６図は、NPNバ
イボーラ高周波トランジスタのコレクタ・エミツ
タ間電圧Ｖ_CEとコレクタ電流Ｉ_c及びＶ_CEとコレ
クタ・エミツタ間コンダクタンスＧ_CEの変化に関
する実測例を示す。同図から分る如く、Ｉ_cはＶ_C
Ｅの変化に対して飽和特性となり、Ｇ_CEはＶ_CE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Ｇ_CEを第５図の如く接続す
る場合は、コンデンサＣ、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ようど相殺する
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のベース電流を調整すること
によりＧ_CE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) 高周波誘導コイルによる間接印加・検出方式
としてあるので、母機本体の運転操作に伴なつ
て発生するノイズに妨害させる可能性が極めて
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ツチの取付け等の改造
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り発振
振幅の変化が大きくなるように回路中のＣ，
Ｒ，Ｌ定数を設定してあるので検出感度が極め
て高く、従つ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しこ
れを弁別するようにしているので、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
関し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。

さらにまた、主要部分は簡単なアナログ回路で
構成し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、ロボツト化による省
人化の実現に有力な手掛りを与えることが可能と
なり、しかも溶接ロボツト或は自動溶接装置の機
能向上とコスト低減により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、溶接側ケ
ーブルにより高周波短絡閉回路が形成されるよう
に高周波バイパスコンデンサ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、コイルに微弱高周
波電流を与える高周波発振回路に、溶接ワイヤ、
被溶接材、高周波波バイパスコンデンサからなる
被検出回路のインダクタンスの変化に対して検出
電圧を滑らかにすると共に近似的に直線化するコ
ンデンサ、抵抗及びトランジスタからなる振幅変
化線形化回路を設けて被検出回路のインダクタン
スが広範囲で漂動してもその検出機能が安定に作
動するように構成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
出機能を発揮させることができ、また溶接ワイ
ヤ、被溶接材、ケーブル、高周波バイパスコンデ
ンサ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ａ〜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ツク構成図、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図は同実施例の具体的回
路構成図、第４図ａ〜ｆ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特性調整回路の作用
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……整合トランス、５……特性調
整回路、６……高周波発振回路、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、１
１……弁別表示回路、１２……リセツト回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接ワイヤ式アーク溶接ロボツト或は溶接ワ
   イヤ式自動アーク溶接機の溶接ワイヤと被溶接材
   とが接触すると前記溶接ワイヤ、被溶接材、溶接
   ケーブルを経て高周波短絡閉回路が形成されるよ
   うに設けられた高周波バイパスコンデンサと、前
   記高周波短絡閉回路が形成されるとインダクタン
   スが変化するように前記高周波短絡閉回路の電路
   と鎖交配設された誘導コイルと、この誘導コイル
   のインダクタンスの変化に応じて発振周波数の振
   幅が変化した出力を得る高周波発振回路と、この
   高周波発振回路の出力を検波して直流電圧を得る
   検波回路と、比較器或は演算増幅器の反転入力端
   及び非反転入力端にそれぞれ相異なる時定数回路
   が設けられ前記検波回路で検波された直流電圧を
   前記比較器或は演算増幅器の反転入力端及び非反
   転入力端に同相印加して前記誘導コイルのインダ
   クタンス変化に伴う電圧変化速度を弁別し出力す
   る振幅変化速度弁別回路と、前記高周波発振回路
   の入力側に設けられ且つコンデンサ、抵抗及びト
   ランジスタから構成され前記溶接ワイヤ、被溶接
   材及び高周波バイパスコンデンサからなる被検出
   回路のインダクタンスの変化に対して前記検波回
   路の出力電圧の変化を滑らかにすると共に近似的
   に線形化する振幅変化線形化回路とを備えたこと
   を特徴とする溶接用倣い検出装置。