JP2017159343A

JP2017159343A - 溶接装置および溶接方法

Info

Publication number: JP2017159343A
Application number: JP2016048078A
Authority: JP
Inventors: 建史福山; Kenji Fukuyama
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】端子上に配置した導線に電極を当接し、端子と電極との間を通電して、導線と端子とを溶接する際、電極と導線との当接位置に応じて、端子と導線とを良好に溶接することを可能にする。【解決手段】電極を導線に当接する前に、端子上に配置した導線の先端を撮像して撮像データを取得し、取得した撮像データから、電極に当接する導線の先端位置を算出し、導線の先端位置を基に、端子と前記電極との間の電圧あるいは電流を決定する【選択図】図１

Description

本発明は、端子上に配置した導線に電極を当接し、端子と電極との間を通電して導線と端子とを溶接する溶接装置および溶接方法に関する。

自動車のドア縁部に、手足の挟まれ検知センサとして感圧センサを備えることがある。この感圧センサは、中空被覆撚り線からなるセンサケーブルを検出部にし、このセンサーケーブル端部には、抵抗体回路が接続される。

抵抗体回路の接続工程では、まず、センサケーブルの一端に導線を露出し、その導線を回路基板の端子上に配置する。そして、導線と端子との間を通電することにより導線を溶融し、導線と端子とを溶接する。（例えば、特許文献１。）

特開２００３−１６２９３３号公報

特許文献１では、センサケーブルの一端に露出した導線を、回路基板の端子上に配置した後、配置した導線に電極を当接し、電極と端子との間を通電して導線と端子とを溶接している。しかし、露出した導線には、曲り癖が付いていることがある。また、導線は、アーク放電により先端を溶融して供されるが、導線先端の溶融量が多くなると、先端の玉径が大きくなり、電極に当接する導線部分が短くなる。また、導線先端の溶融量が少なくなると、先端の玉径が小さくなり、電極に当接する導線部分が長くなる。

したがって、センサケーブルと回路基板との溶接では、導線と端子とを、高精度に位置決めすることが必要であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、端子上に配置した導線に電極を当接し、端子と電極との間を通電して、導線と端子とを溶接する溶接装置および溶接方法であって、電極と導線との当接位置に応じて、端子と導線とを良好に溶接することが可能な、溶接装置および溶接方法の提供を目的とする。

本発明の溶接装置は、端子上に配置した導線に当接可能な電極と、前記端子と前記電極との間を通電させる電源と、前記電極を当接する前に、前記端子上に配置した前記導線の先端を撮像して撮像データを取得可能な撮像装置と、取得した撮像データから、前記電極に当接する前記導線の先端位置を算出可能な画像解析装置と、前記導線の先端位置を基に、前記端子と前記電極との間の電圧あるいは電流を決定する制御装置と、を有している。

また、本発明の溶接方法は、端子上に配置した導線に電極を当接し、前記端子と前記電極との間を通電して、前記端子と前記導線とを溶接する溶接方法であって、前記電極を前記導線に当接する前に、前記端子上に配置した前記導線の先端を撮像して撮像データを取得するステップと、取得した撮像データから、前記電極に当接する前記導線の先端位置を算出するステップと、前記導線の先端位置を基に、前記端子と前記電極との間の電圧あるいは電流を決定するステップと、を有している。

また、本発明の溶接方法では、予め、前記導線の先端位置と良好に溶接できる通電条件との関係を求めておき、この関係に基づき前記電圧あるいは前記電流を決定することが好ましい。

本発明によれば、電極と端子との間の通電条件（電圧あるいは電流）を、導線の先端位置に応じて決定することができ、端子と導線とを良好に溶接することができる。

本実施形態である溶接装置の概念図。図１の装置において、端子５２上に導線３２を配置した状態を示す概念図。本実施形態である溶接方法のフローチャート。本実施形態において、導線３２の先端位置と印加する電圧との関係を示すマップを説明する図。

以下、本発明の一実施形態である溶接装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の装置は、感圧センサの製造工程に用いられる溶接装置であり、本発明を、センサケーブル端部に露出した導線と、抵抗体回路基板との接続装置に適用した例である。

図１に示すように、本実施形態の溶接装置は、電極１、２と電源３、撮像装置４、画像解析装置５、制御装置６を備えている。そして、テーブル７上のストッパ８の位置に、抵抗体回路基板５１（以下、単に基板５１と称す）を載置し、基板５１の端子５２上に、センサケーブル３１から露出した導線３２を配置できるようにしている。

［電極］
電極１、２は、テーブル７の上方にて、それぞれ、支柱１１から伸びる支持腕９、１０に支持されている。そして、電極１は、支持腕９を支柱１１に沿って上下に移動させることにより、テーブル７の上方から端子５２の定位置に移動することができ、これにより端子５２上に配置した導線３２に当接できるようにしている。また、電極２は、支持腕１０を支柱１１に沿って上下に移動させることにより、テーブル７の上方から端子５２の定位置に移動することができ、これにより端子５２に当接できるようにしている。

［電源］
電源３は、電極１、２に接続し、導線３２に当接した電極１と、端子５２に当接した電極２との間を通電することにより、端子５２と電極１との間を通電できるようにしている。

なお、電源３には、電極１と電極２との間の電圧を制御できる電源、あるいは、電流を制御できる電源、あるいは、電圧と電流を組合わせて制御できる電源のいずれでも用いることができ、電圧あるいは電流は、一定常あるいは周期状、パルス状、のいずれの種類も用いることができる。

［撮像装置］
撮像装置４は、テーブル７の上方にて、支柱１１から伸びる支持腕１２に固定されている。そして、電極１が移動して導線３２に当接する前、すなわち、電極１が導線３２から離れた上方にある状態にて、端子５２上に配置した導線３２を撮像し、撮像データを取得できるようにしている。
なお、ここで言う「撮像データ」とは、撮像により得られた２次元の画像データのことである。例えば、撮像装置４により、デジタル画像を撮像し、撮像データを電子画像データにすることができる。

［画像解析装置］
画像解析装置５は、撮像装置４に接続し、撮像装置４が取得した撮像データから、電極１に当接する導線３２の先端位置を算出できるようにしている。
なお、本実施形態では、電極１は、図１、図２に示す領域Ｓ内において、導線３２に当接し、画像処理装置５は、この領域Ｓ内における導線３２の先端位置を、端子５２上に配置した導線３２の撮像データから算出できるようにしている。この画像解析装置５では、端子５２と導線３２とのコントラストを明確にすることにより、導線３２の先端位置を算出することが好ましい。

［制御装置］
制御装置６は、画像解析装置５と電源３に接続し、画像解析装置５が算出した導線３２の先端位置を基に、電極１、２間の電圧あるいは電流を決定できるようにしている。そして、電源３を制御することにより、決定した電圧あるいは電流の通電条件を実行できるようにしている。

以上のように、本実施形態の溶接装置は、端子５２上に配置した導線３２に当接可能な電極１と、端子５２と電極１との間を通電させる電源３と、電極１を当接する前に、端子５２上に配置した導線３２の先端を撮像して撮像データを取得可能な撮像装置４と、撮像データから、電極１に当接する導線３２の先端位置を算出する画像解析装置５と、導線３２の先端位置を基に、端子５２と電極１との間の電圧あるいは電流を決定する制御装置６とを有している。

これにより、電極１に当接する導線３２部分の長さが変わっても、その長さ変化を、画像解析装置５により、電極１に当接する導線３２の先端位置の変化、すなわち、端子５２面内の位置情報として算出することができる。これにより、制御装置６において、算出した導線３２の先端位置を基に、電源３から電極１、２間の電圧あるいは電流を決定することができ、導線３２と端子５２との間を良好に溶接することができる。

次に、本発明の溶接方法の実施形態について、上記溶接装置を用いた溶接手順により説明する。説明は、図３に示すフローチャートの順に行う。なお、以下の実施形態では、導線の先端位置を基に、電極と端子との間の印加電圧を決定する通電条件にしている。

まず、図３のステップＳ１００にて溶接フローを開始し、次に、ステップＳ１０１にて、基板５１をステージ７上に配置する。基板５１は、ストッパ８の位置に突き当てるようにしてテーブル７上に載置し、電極１の当接領域Ｓに対して端子５２を位置決めする。

次に、ステップＳ１０２にて、センサケーブル３１を基板５１に隣接して配置し、導線３２を端子５２上に配置する。なお、センサケーブル３１は、導線３２を露出した端面近くを基準に、基板５１に対して位置決めされることが好ましい。これにより、端子５２に対する導線３２の位置決め精度を高めることができる。

次に、ステップＳ１０３にて、撮像装置４により、端子５２上に配置した導線３２の先端を撮像して撮像データを取得する。

次に、ステップＳ１０４にて、画像処理装置５により、撮像装置４が取得した撮像データから、電極１に当接する導線３２の先端位置を算出する。

次に、ステップＳ１０５にて、制御装置６により、画像処理装置５が算出した導線３２の先端位置を基に、電極１、２間の印加電圧、すなわち、端子５２と電極１との間の印加電圧Ｖを決定する。

なお、電極１、２間の印加電圧Ｖは、予め、画像処理装置５が算出した導線３２の先端位置と良好に溶接できる印加電圧との関係を求めておき、この関係に基づいて決定してもよい。
例えば、予め、「画像処理装置５が算出した導線３２の先端位置」に対して、「電極１、２間に印加する電圧」を変えた実験を行い、良好に溶接できる印加電圧マップとして、図４（ａ）に示すようなマップを作成して用いることができる。

図４（ａ）のマップは、図１および図２に示す端子５２の領域Ｓ内において、導線３２の先端位置と、良好に溶接できる印加電圧との関係を求めたものである。
領域Ｓは、図の右半分を領域Ａ、中央部分を領域Ｂ、左半分を領域Ｃとしている。そして、図４（ｂ）に示すように、導線３２の先端位置（溶融部分）が、領域Ａに位置したときは、印加電圧をＶ_Ａとし、また、図４（ｃ）に示すように、導線３２の先端位置が、領域Ｂに位置したときは、印加電圧をＶ_Ｂとし、また、図４（ｄ）に示すように、導線３２の先端位置が、領域Ｃに位置したときは、印加電圧をＶ_Cとする。このように、印加電圧を、導線３２の先端位置に応じて変えることにより、良好な溶接にすることができる。

本実施形態の溶接方法では、導線３２の先端位置に応じて、電極１を端子５２面内にて移動させる必要は無い。よって、装置において、電極１の駆動機構をシンプルにすることができ、溶接を素早く行うことができる。

次に、ステップＳ１０６にて、支持腕９、１０を移動して電極１を導線３２に当接し、同時に電極２を端子５２に当接させる。

次に、ステップＳ１０７にて、電源３により、電極１と２との間に、電圧決定装置６が決定した電圧Ｖ（Ｖ_A／Ｖ_B／Ｖ_C）を印加する。

次に、ステップＳ１０８にて、支持腕９、１０を移動することにより、電極１を導線３２から離すとともに、電極２を端子５２から離し、基板５１をステージ７からはずす。そして、ステップＳ１０９にて溶接手順を終了する。

以上のように、本実施形態の溶接方法は、端子５２上に配置した導線３２に電極１を当接し、電極２を端子５２に当接し、端子５２と電極１との間に電圧を印加して、端子５２と導線３２とを溶接する溶接方法であって、電極１を当接する前に、端子５２上に配置した導線３１の先端を撮像して撮像データを取得するステップＳ１０３と、ステップＳ１０３にて取得した撮像データから、電極１に当接する導線３２の先端位置を算出するステップＳ１０４と、ステップＳ１０４にて算出した導線３２の先端位置を基に、電極１、２間の印加電圧Ｖを決定するステップＳ１０５とを有している。

これにより、電極１と導線３２との当接位置の変化を、ステップＳ１０４にて、電極１に当接する導線３２の先端位置の変化として算出することができる。そして、ステップＳ１０５にて、算出した導線３２の先端位置を基に、電源３から電極１、２間の印加電圧を決定することができるので、導線３２と端子５２との間を良好に溶接することができる。

また、本実施形態の溶接方法では、ステップＳ１０５にて説明したように、予め、導線３２の先端位置と良好に溶接できる印加電圧との関係を求めておき、この関係に基づき電極１、２間の印加電圧を決定することもできる。このようにすることで、電極に当接する導線部分の長さを都度計算すること無しに、簡単な形で印加する電圧を決定することができる。

以上、本発明の溶接装置および溶接方法について、上記実施例を用いて説明してきたが、本発明は、上記実施例の説明に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載される技術範囲において、変更することができる。例えば、上記実施形態では、導線の先端位置を基に、電極と端子との間の印加電圧を決定する通電条件にしたが、印加電流を決定する通電条件にすることもできる。

また、上記実施形態の説明では、感圧センサの製造工程に用いられる溶接装置について説明したが、他の用途の溶接装置に適用することも可能である。特に、端子に対して、電極および導線を微調整することが困難な溶接に対しては、より有効な溶接装置であり溶接方法である。

１、２：電極
３：電源
４：撮像装置
５：画像解析装置
６：制御装置
７：テーブル
８：ストッパ
９、１０：支持腕
１１：支柱
１２：支持腕

３１：センサケーブル
３２：導線

５１：抵抗体回路基板
５２：端子

Ｓ：電極当接領域

Claims

端子上に配置した導線に当接可能な電極と、
前記端子と前記電極との間を通電させる電源と、
前記電極を当接する前に、前記端子上に配置した前記導線の先端を撮像して撮像データを取得可能な撮像装置と、
取得した撮像データから、前記電極に当接する前記導線の先端位置を算出可能な画像解析装置と、
前記導線の先端位置を基に、前記端子と前記電極との間の電圧あるいは電流を決定する制御装置と、
を有することを特徴とする溶接装置。
端子上に配置した導線に電極を当接し、前記端子と前記電極との間を通電して、前記端子と前記導線とを溶接する溶接方法であって、
前記電極を前記導線に当接する前に、前記端子上に配置した前記導線の先端を撮像して撮像データを取得するステップと、
取得した撮像データから、前記電極に当接する前記導線の先端位置を算出するステップと、
前記導線の先端位置を基に、前記端子と前記電極との間の電圧あるいは電流を決定するステップと、
を有することを特徴とする溶接方法。
予め、前記導線の先端位置と良好に溶接できる通電条件との関係を求めておき、この関係に基づき前記電圧あるいは前記電流を決定することを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。