JP2015167951A - 溶接電極角度支援装置及び溶接電極角度支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価かつ容易に、溶接ガンによる正確な溶接打点を実現することができる溶接電極角度支援装置を提供する。【解決手段】 一対の電極１３，１４を有する溶接ガン１０を用いて溶接を行う際に、溶接ガン１０から離間して設けられたレーザ装置３０からメインガイドレーザ光４０を射出し、ワーク１２の被溶接箇所に対する電極１３，１４の角度が垂直である場合に、溶接ガン１０に設けられた目標面１１の所定領域の中心部にメインガイドレーザ光４０が照射されるようにメインガイドレーザ光４０の向きを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接電極角度支援装置及び溶接電極角度支援方法に関する。

従来より、持ち運び可能な溶接ガンが知られている。この溶接ガンを用いてワークの被溶接箇所を溶接する場合、溶接ガンの位置および角度が被溶接箇所に対して適正であることが求められる。そこで、特許文献１では、溶接ガンに３つの発光素子を取り付け、カメラで発光素子を撮影する。そして、撮影した発光素子の位置に基づいて、溶接ガンが被溶接箇所に対して正しい位置および角度であるか否かを判定する。

特開２００６−３２０９５０号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、設備が大掛かりになるためコストの面で不利である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価かつ容易に、溶接ガンによる正確な溶接打点を実現することができる溶接電極角度支援装置及び溶接電極角度支援方法を提供することである。

本発明の一態様に係る溶接電極角度支援装置は、角度調整光を射出し、被溶接箇所に対する電極の角度が垂直である場合に、溶接ガンに設けられた受光部の所定領域の中心部に角度調整光が照射されるように角度調整光の向きを制御する。

本発明によれば安価かつ容易に、溶接ガンによる正確な溶接打点を実現することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスポット溶接システムの一例の構成を概略的に示す図である。 図２は、目標面とメインガイドレーザ光の関係を説明する図である。 図３は、溶接電極角度支援方法を説明するフローチャートである。 図４は、レーザ光の射出方向の変更を説明する図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る注意喚起光を説明する図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る順番指示光を説明する図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係る打点の位置合わせを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、溶接電極角度支援装置を含む、スポット溶接システム１の一例の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、スポット溶接システム１は、溶接ガン１０と、トランス２０と、レーザ装置３０，３１と、ワーク１２と、制御装置５０から構成される。

溶接ガン１０は、作業者によって操作され、自動車フレーム等のスポット溶接を行うために用いられるものである。また、溶接ガン１０には、一対の電極１３，１４と、レーザ光を受光する目標面１１が設けられている。電極１３，１４は、ワーク１２を把持しつつ電流を流すものである。また、電極１３，１４は、ワーク１２を垂直に貫通する軸上に配置されている。目標面１１は、作業者が目視できるように、溶接ガン１０の電極１３より上部に設けられている。

図１において、作業者は、溶接ガン１０をワーク１２の被溶接箇所（以下、打点と称する）にセットし、電極１３，１４が打点に対して垂直（いわゆる面直）になるように調整する。このように、電極１３，１４がワーク１２の打点に対して垂直である状態を、以下では、面直状態と称する。

トランス２０は、溶接ガン１０に電力を供給するものである。また、トランス２０には、溶接電流値及びその通電時間を制御し、溶接する度に打点カウンタを制御装置５０に出力する溶接タイマ（図示せず）が設けられている。

レーザ装置３０，３１は、それぞれ発光素子を備え、この発光素子から可視光線などのレーザ光を射出する。レーザ装置３０は、メインガイドレーザ光４０を射出する。また、レーザ装置３１は、サブガイドレーザ光４１を射出する。メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の色、波長は同じでもよいし、異なっていてもよい。また、外部の環境光とを区別するため、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の波長を外部の環境光と異なる波長にしてもよい。なお、本実施形態で用いるレーザ光は、日本工業規格「レーザ製品の放射安全基準」ＪＩＳ Ｃ６８０２で規定されているクラス１のレーザ光とする。

制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成され、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の光の向きを制御する。具体的には、制御装置５０は、レーザ装置３０からメインガイドレーザ光４０を目標面１１に射出させ、レーザ装置３１からサブガイドレーザ光４１を打点に射出させる。すなわち、制御装置５０は、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の角度を調整する角度調整手段としての機能を備えている。なお、本実施形態では、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１は、ワーク１２の打点に応じて、射出される方向が予め設定されているものとする。

次に、図２を参照して、目標面１１とメインガイドレーザ光４０の関係を説明する。図２（ａ）に示すように、目標面１１には光の強度を測定可能な受光素子であるフォトダイオード６０が取り付けられ、メインガイドレーザ光４０が、フォトダイオード６０の中心部に照射されている。メインガイドレーザ光４０がフォトダイオード６０の中心部に照射されるのは、上述した面直状態の場合である。すなわち、メインガイドレーザ光４０は、面直状態の場合に、フォトダイオード６０の中心部に照射されるように制御される。このため、メインガイドレーザ光４０は、電極１３，１４が打点に対して垂直か否かを作業者に知らせる角度調整光として機能する。作業者は、メインガイドレーザ光４０を見ながら、電極１３，１４の角度を調整する。なお、目標面１１の中心部とフォトダイオード６０の中心部が一致するように、フォトダイオード６０は目標面１１に取り付けられる。

フォトダイオード６０にメインガイドレーザ光４０が照射されると、フォトダイオード６０は、光信号を電気信号に変換して制御装置５０に送信する。制御装置５０は、この電気信号の受信中に、作業者によって溶接ガン１０のスイッチがオンされると、トランス２０から溶接ガン１０に電力を供給させる。すなわち、制御装置５０は、溶接ガン１０への通電を制御する通電制御手段としての機能を備えている。

また、図２（ｂ）に示すように、複数のフォトダイオード６１を目標面１１上に配列し、それぞれのフォトダイオード６１に受光感度を設定してもよい。電極１３，１４は、ワーク１２の打点に対して垂直であることが好ましいが、作業者が溶接ガン１０を手で持って操作するために、完全に垂直にすることは難しい。そこで、打点に対する電極１３，１４の角度（以下、打角と称する）には、一定の許容範囲が設定されている。しかし、一定の許容範囲においても、打角誤差が±５度まで許容される打点や、±３度以内の精度を求められる打点がある。そこで、許容される打角誤差が小さいほど、目標面１１の中心部周辺のフォトダイオード６１のみメインガイドレーザ光４０を感知するように受光感度を設定することにより、打点に求められる打角誤差に対応することができる。なお、打角誤差は任意で設定される。

次に、図３に示すフローチャートを参照して、溶接電極角度支援方法を説明する。この処理は、例えば、作業者がワーク１２を支持する治具に設けられた溶接開始スイッチをオンにするとスタートする。

まず、ステップＳ１０１において、制御装置５０は、予め設定されたワーク１２の最初の打点に、レーザ装置３１からサブガイドレーザ光４１を照射させる。また、制御装置５０は、この打点に対する電極１３，１４の角度が垂直である場合に、目標面１１の中心部にレーザ光が照射されるように、レーザ装置３０からメインガイドレーザ光４０を照射させる。

次に、ステップＳ１０２において、作業者は、サブガイドレーザ光４１を見ながら、打点に溶接ガン１０をセットする。すなわち、サブガイドレーザ光４１は、打点の位置を作業者に知らせる位置指示光として機能する。その後、作業者は、目標面１１の中心部にメインガイドレーザ光４０が照射されるように、電極１３，１４の角度を調整する。その後、ステップＳ１０３において、作業者は、溶接ガン１０のスイッチをオンにする。これにより、溶接ガン１０のスイッチがオンであることを示す信号が溶接ガン１０から制御装置５０に出力される。

次に、ステップＳ１０４において、溶接ガン１０のスイッチがオンであることを示す信号を受信した制御装置５０は、フォトダイオード６０からの電気信号の有無に基づいて、打角が適正であるか否かを判断する。制御装置５０は、フォトダイオード６０からの電気信号を受信した場合、打角が適正であると判断する。一方、制御装置５０は、フォトダイオード６０からの電気信号を受信していない場合、打角は適正でないと判断する。打角が適正である場合、ステップＳ１０５に処理が進み、制御装置５０は、トランス２０から溶接ガン１０に電力を供給させる。これにより、作業者は、通電した溶接ガン１０を用いて打点への加圧を開始することができる。一方、打角が適正でない場合、溶接ガン１０が作動しないため、作業者は再度打角を調整する（ステップＳ１０２に処理が戻る。）。

溶接が完了すると、ステップＳ１０６に処理が進み、トランス２０は、打点をカウントして、制御装置５０に出力する。制御装置５０は、ワーク１２に対する指定打点数Ｘと累積打点数Ｙとを比較する。Ｘ＞Ｙである場合、制御装置５０は、Ｓ１０１に戻って、次の打点に対する溶接支援を開始する。一方、Ｘ≦Ｙである場合、制御装置５０は、溶接支援を終了する。

以上説明したように、本実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、面直状態の場合に、目標面１１の中心部にメインガイドレーザ光４０が照射される。作業者は、目標面１１の中心部にメインガイドレーザ光４０が照射されるように、電極１３，１４の角度を調整するだけで容易に面直状態を実現することができる。さらに、本実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、特許文献１のような大掛かりな設備は不要であり、コストを抑えることができる。

また、本実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、ワーク１２の打点にサブガイドレーザ光４１を射出する。これにより、作業者は、打点の位置を簡単に確認することができ、打点への溶接ガン１０のセットも簡単に行うことができる。

また、本実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、目標面１１にフォトダイオード６０を取り付け、フォトダイオード６０へのメインガイドレーザ光４０の照射と溶接ガン１０への通電とを連動させる。これにより、面直状態が実現されないと溶接ガン１０へ電力が供給されないため、溶接不良による品質の低下を防止することができる。

また、本実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、目標面１１に複数のフォトダイオード６１を配列し、それぞれのフォトダイオード６１に受光感度を設定する。これにより、メインガイドレーザ光４０を感知するフォトダイオード６１を個別に設定することができるため、打点に求められる打角誤差に対応した受光面を構成することができる。

なお、本実施形態において、制御装置５０は、打点ごとにメインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１を射出させる。このようにレーザ光を射出させる場合、レーザ装置３０，３１に複数の発光素子を設置し、制御装置５０は、打点ごとにレーザ光を射出する発光素子を制御してもよい。また、図４に示すように、レーザ装置３０，３１のそれぞれが、１つの発光素子７０と、２つの反射材８０，８１を備えるように構成してもよい。反射材８０，８１は、例えば、ミラーであり、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の射出方向を可変させることができる。反射材８０，８１は、それぞれサーボモータ等の駆動源によって移動動作が可能であり、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、トランス２０から出力される打点カウント数に基づいて、次の打点での溶接支援を行うために、反射材８０，８１を制御して、メインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１の射出方向を変えることができる。これにより、制御装置５０は、１つの発光素子７０のみ用いて、打点ごとにメインガイドレーザ光４０およびサブガイドレーザ光４１を射出させることができる。なお、ミラーの数はこれに限られるものではなく、適宜変更可能である。また、説明の便宜上、レーザ装置３０，３１は、それぞれ同一の発光素子７０を備えているが、異なる発光素子を備えるようにしてもよい。

［第２の実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、目標面１１または打点に、注意喚起光または順番指示光４２を照射する点である。

上述したように、打角誤差が±５度まで許容される打点や、±３度以内の精度を求められる打点がある。また、ワーク１２の材質によっては、作業者に注意を促したい材質がある。このため、溶接する際に、打角に求められる精度やワーク１２の材質を作業者に知らせることができれば、作業者は注意して溶接を行うことができる。これにより、溶接品質が向上する。打角に求められる精度やワーク１２の材質を作業者に知らせる方法の一例として、目標面１１または打点に、図５（ａ）〜（ｃ）に示す注意喚起光を照射する方法がある。

ワーク１２の材質が高張力鋼板である場合、制御装置５０は、図５（ａ）に示す注意喚起光をレーザ装置３０またはレーザ装置３１から射出させる。また、打角誤差が±５度まで許容される打点である場合、制御装置５０は、図５（ｂ）に示す注意喚起光をレーザ装置３０またはレーザ装置３１から射出させる。また、打角誤差が±３度以内の精度を求められる打点である場合、制御装置５０は、図５（ｃ）に示す注意喚起光をレーザ装置３０またはレーザ装置３１から射出させる。このような注意喚起光を照射することにより、作業者は、打角に求められる精度やワーク１２の材質を知ることができるため、溶接品質が向上する。なお、制御装置５０は、このような注意喚起光を、目標面１１と打点の両方に射出させてもよい。また、第１実施形態と同様にレーザ装置３０，３１に反射材を設けて、制御装置５０が打点ごとにこの反射材を制御して注意喚起光を照射させるようにしてもよい。

また、図６に示すように、制御装置５０は、打点の順番を作業者に知らせるために順番指示光４２を、レーザ装置３１から打点に照射させてもよい。順番指示光４２の照射タイミングの一例として、制御装置５０は、打点９０の溶接完了後に、トランス２０から打点をカウントした信号を受信し、次の打点が打点９１であることを示す順番指示光４２を照射させることができる。このような順番指示光４２を照射することにより、作業者は、次の打点を確認しやすくなり、指定の打点での溶接が抜けてしまうこと（いわゆる欠打点）を防止することができる。また、制御装置５０は、順番指示光４２をレーザ装置３０から目標面１１に照射させてもよい。また、第１実施形態と同様にレーザ装置３０またはレーザ装置３１に反射材を設けて、制御装置５０が打点ごとにこの反射材を制御して順番指示光４２を照射させるようにしてもよい。

［第３の実施形態］
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。第３の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、打点の位置を示すサブガイドレーザ光４１に代えて、打点位置合わせ支援台１００を用いることである。

打点位置合わせ支援台１００は、ワーク１２の打点９２，９３に対する溶接ガン１０の位置合わせを支援するものであり、溝部１０１，１０２が形成される。溝部１０１，１０２はそれぞれ、打点９２，９３を溶接する際に、溶接ガン１０をセットする場所を示す。打点９２を溶接する際に、作業者は、溝部１０１に溶接ガン１０をセットし、目標面１１の中心部にメインガイドレーザ光４０が照射されるように、電極１３，１４の角度を調整するだけで容易に打点９２に対して面直状態を実現することができる。このように、第３実施形態の溶接電極角度支援装置によれば、サブガイドレーザ光４１を用いることなく、容易に面直状態を実現することができる。

なお、上述した各実施形態は、本発明の一適用例を例示的に示したものであり、本発明の技術的範囲がこれらの実施形態として開示した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

１０ 溶接ガン
１１ 目標面（受光部）
１２ ワーク
１３、１４ 電極
２０ トランス
３０ レーザ装置（第１の光源部）
３１ レーザ装置（第２の光源部）
４０ メインガイドレーザ光（角度調整光）
４１ サブガイドレーザ光（位置指示光）
４２ 順番指示光
５０ 制御装置（第１の光源制御部、第２の光源制御部、通電制御部）
６０、６１ フォトダイオード
７０ 発光素子
８０、８１ 反射材（反射部）
９０、９１、９２、９３ 打点
１００ 打点位置合わせ支援台
１０１、１０２ 溝部

Claims (9)

1. 一対の電極を有する溶接ガンを用いたワークの被溶接箇所の溶接を支援する溶接電極角度支援装置であって、
   角度調整光を射出する第１の光源部と、
   前記溶接ガンに設けられ、前記角度調整光を受光する受光部と、
   前記被溶接箇所に対する前記電極の角度が垂直である場合に、前記受光部の所定領域の中心部に前記角度調整光が照射されるように前記角度調整光の向きを制御する第１の光源制御部とを
   備えることを特徴とする溶接電極角度支援装置。
2. 位置指示光を射出する第２の光源部と、
   前記被溶接箇所に前記位置指示光が照射されるように前記位置指示光の向きを制御する第２の光源制御部とを
   更に備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極角度支援装置。
3. 前記第１の光源部は、第１の注意喚起光を更に射出し、且つ前記第１の光源部は、少なくとも前記第１の注意喚起光を反射する第１の反射部を備え、
   前記第１の光源制御部は、前記受光部に照射される前記第１の注意喚起光が、前記電極の角度に求められる精度に応じて変化するように前記第１の反射部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接電極角度支援装置。
4. 前記第１の光源部は、第１の順番指示光を更に射出し、
   前記第１の反射部は、前記第１の順番指示光を反射し、
   前記第１の光源制御部は、前記受光部に照射される前記第１の順番指示光が、前記被溶接箇所の溶接順番を示すように前記第１の反射部を制御することを特徴とする請求項３に記載の溶接電極角度支援装置。
5. 前記第２の光源部は、第２の注意喚起光を更に射出し、且つ前記第２の光源部は、少なくとも前記第２の注意喚起光を反射する第２の反射部を備え、
   前記第２の光源制御部は、前記受光部に照射される前記第２の注意喚起光が、前記電極の角度に求められる精度に応じて変化するように前記第２の反射部を制御することを特徴とする請求項２に記載の溶接電極角度支援装置。
6. 前記第２の光源部は、第２の順番指示光を更に射出し、
   前記第２の反射部は、前記第２の順番指示光を反射し、
   前記第２の光源制御部は、前記受光部に照射される前記第２の順番指示光が、前記被溶接箇所の溶接順番を示すように前記第２の反射部を制御することを特徴とする請求項５に記載の溶接電極角度支援装置。
7. 前記受光部の所定領域に前記角度調整光が照射された時のみ、前記溶接ガンを通電させる通電制御部を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶接電極角度支援装置。
8. 前記受光部は、前記所定領域に配列された複数のフォトダイオードを備え、
   前記通電制御部は、前記受光部の所定領域に配置された前記フォトダイオードが前記角度調整光を受光した場合に限り、前記溶接ガンを通電させることを特徴とする請求項７に記載の溶接電極角度支援装置。
9. 一対の電極を有する溶接ガンを用いてワークの被溶接箇所の溶接を支援する溶接電極角度支援方法であって、
   前記溶接ガンから離間して設けられた第１の光源部から角度調整光を射出し、
   前記角度調整光を受光する受光部を前記溶接ガンに設け、
   前記被溶接箇所に対する前記電極の角度が垂直である場合に、前記受光部の所定領域の中心部に前記角度調整光が照射されるように前記角度調整光の向きを制御する
   ことを特徴とする溶接電極角度支援方法。

Images