JP3117291B2 - ワイヤタッチセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワイヤタッチセンサに関
し、特に溶接ロボットの位置決めに適用して有用なもの
である。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットの位置決めにはワイヤタッ
チセンサが用いられている。このワイヤタッチセンサと
は溶接トーチがワークに接触したことを検知するもので
ある。

【０００３】この種のワイヤタッチセンサの従来技術を
図３に示す。同図に示すように、溶接電源１は、整流素
子であるダイオード１ａ，１ｂで整流した直流電圧を供
給する直流電源であり、そのプラス側の出力端子１ｃに
は電磁開閉器２を介して溶接トーチ３が接続してあり、
またマイナス側の出力端子１ｄには直接ワーク４が接続
してある。

【０００４】ワイヤタッチセンサの交流電源５は、一方
が電磁開閉器２を介して溶接トーチ３に、また他方が溶
接電源のマイナス側を介してワーク４にそれぞれ接続し
てある。リレー６は、交流電源５を含む閉回路が形成さ
れてこの閉回路に所定の電流が流れたとき動作して溶接
トーチ３とワーク４とが接触したことを検知するもので
ある。この検知結果はリレー６の端子６ａ，６ｂから取
り出すことができる。

【０００５】かかるワイヤタッチセンサを用いて溶接ト
ーチ３のワーク４に対する接触を検知する際、電磁開閉
器２は接点２ａを選択している。このとき、溶接トーチ
３の先端には、交流電源５によって電圧が印加されるの
で、溶接トーチ３がワーク４に接触することによって電
流が流れリレー６が動作する。この結果、端子６ａ，６
ｂを介して溶接トーチ３がワーク４に接触したことを表
わす検知信号を得る。

【０００６】溶接作業を行なう場合、電磁開閉器２は接
点２ｂを選択して交流電源５を切り離す。

【０００７】この場合にはワーク４である被検知物の表
面は酸化物や汚れ等の絶縁物に覆われている場合が多
く、確実な検知を行なうために溶接トーチ３の先端に印
加される電圧は数百Ｖ、周波数は数百Hzの交流電圧が通
常用いられる。

【０００８】一方、溶接トーチ３の先端は、溶接中は溶
接電源１に接続されなければならないが、交流電源５を
溶接電源１に接続したまま検知のための電圧を印加する
と電流が溶接電源１側に逆流し、ダイオード１ａ，１ｂ
の耐圧を越えた場合、溶接電源１が破壊される。

【０００９】このため、図３に示す従来技術では、電磁
開閉器２を用い、溶接時には溶接トーチ３が溶接電源１
と接続され、接触検知時にのみ検知のための電圧が溶接
トーチ３に印加されるように接続を切り換えている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
おいて使用される電磁用開閉器２は、溶接電源１の出力
が大きい場合、発熱が問題となり、この発熱に耐え得る
ものでなければならないことに基因して大形で場所をと
るばかりでなく高価であるという欠点を有する。

【００１１】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、接
触検知のための電源を溶接電源から切り離すことなく所
定の接触検知を行ない得るワイヤタッチセンサを提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 １） 溶接トーチが接続された一方の出力端子に、この
溶接電源の整流素子の耐圧以下の検知電圧を供給する定
電流電源と、前記一方の端子と、ワークが接続される溶
接電源の他方の出力端子との間の電圧を検出して増幅す
る電圧検出・増幅手段と、 この検知電圧を監視し、所定
時間この電圧が低い状態にあることが検知された場合
に、前記定電流電源の電流設定値を増加させて検知電圧
を一定に保つ定電流値自動調整回路とを有することを特
徴とするワイヤタッチセンサ。２ ） 上記１）に記載するワイヤタッチセンサにおい
て、定電流電源の最大電流を制限する電流制限回路を有
すること。３ ） 上記１）乃至２）に記載する何れか一つのワイヤ
タッチセンサにおいて、検知電圧が設定値を越えて低下
したときは定電流電源の電流設定値を零とすること。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明によれば、溶接トーチがワー
クに接触したときには溶接電源の出力端子間の電圧が急
激に低下するので、この変化を検出することにより溶接
トーチのワークに対する接触を検知する。また、溶接電
源にはその整流素子の耐圧以下の低圧の検知電圧が印加
されるので、この検知電圧で溶接電源を破損することは
ない。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。なお、従来技術と同一部分には同一番号を付し
て重複する説明は省略する。

【００１５】図１に示すように、検知電圧供給手段であ
る定電流電源１１はダイオード１２を介して溶接電源１
のプラス側（溶接トーチ３側）に接続してある。したが
って、溶接電源１が出力を出していないときにはこの定
電流電源１１により溶接トーチ３の先端に検知電圧が印
加されている。

【００１６】溶接トーチ３がワーク４に接触すると電流
が流れ出力端子１ｃ，１ｄ間の電圧が低下するが、交流
増幅器１３は前記出力端子１ｃ，１ｄ間の微少電圧変化
を増幅するとともに、この出力をＯＮ，ＯＦＦ信号に変
換するコンパレータである出力回路１４を介して接触信
号Ｓを送出するように構成してある。

【００１７】溶接トーチ３とワーク４の間の電圧は、検
知能力を高める上ではできるだけ高い方が望ましいが、
あまり高圧になると溶接電源１のダイオード１ａ，１ｂ
を破壊してしまうので制限される。そこで、本実施例で
はダイオード１ａ，１ｂの耐圧を考慮した可及的な高電
圧とした。また、電流の変化を電圧に変換するため、抵
抗を使用することも考えられるが、感度を高めるために
高抵抗を使用すると、逆に接触検知のための電圧が低下
してしまうので、本実施例では、内部抵抗が高く、検知
電圧の低下の少ない定電流電源１１を使用した。

【００１８】一般に溶接電源１の内部回路は図のように
単純ではなくさまざまな漏れ電流が存在する。また、溶
接トーチ３側のケーブルやワーク４と溶接電源１を接続
するケーブルにも漏れ電流が存在し、これらはケーブル
長さや設置状況、気候、湿度によっても変化する。これ
らの変動要因によって溶接トーチ３とワーク４間の抵抗
が低下してしまうと、検知のための電圧も低下してしま
い検出感度を低下する。かかる問題を解決するため本実
施例では定電流値自動調整回路１５を設けている。これ
は検知電圧を監視し、所定時間この電圧が低い状態にあ
ると定電流電源１１の電流設定値を増加させ、検知電圧
を常に一定に保つ役割をはたす。

【００１９】溶接トーチ３とワーク４間の電気抵抗が低
下した時に無制限に定電流電源１１の電流を増加させる
と定電流回路が発熱によって破壊されるので、本実施例
では電流制限回路１６を設けている。この電流制限回路
１６によって定電流回路の最大電流が制限される。

【００２０】溶接トーチ３がワーク４に接触した時、場
合によっては０Ωとなることがある。この状態が長く続
くと、定電流値自動調整回路１５と電流制限回路１６の
作用によって定電流電源１１の電流値は最大の状態で保
たれ、この状態で定電流電源１１が破壊に至ることはな
いが、寿命と信頼性の点では望ましくない。そこで、本
実施例では、溶接トーチ３とワーク４とが短絡状態にあ
ることを検知して定電流電源１１の電流値をきわめて低
い値に抑えるべく短絡保護回路１７を設けている。この
短絡保護回路１７は、溶接トーチ３とワーク４間電圧が
設定値を越えて低下したとき、定電流電源１１の電流設
定を零にする。

【００２１】図２は定電流電源１１、定電流値自動調整
回路１５、電流制限回路１６及び短絡保護回路１７の具
体的な回路構成を示す。同図に基づき、これらの回路の
作用を説明する。

【００２２】同図中、２１，２２は、定電流電源１１と
定電流値自動調整回路１５のオペアンプ、２３は定電流
電源１１の電流の範囲を拡大するためのトランジスタで
あるが、ポイント２４の電圧を固定するとオペアンプ２
１，２２の特性によりポイント２５の電圧はポイント２
６の電圧に依存せず、ポイント２５の電圧と等しくなり
抵抗２７を流れる電流が一定となる定電流電源１１とな
る。一方、溶接電源１の出力端子１ｃ，１ｄ間に抵抗が
接続されたと仮定すると、出力端子１ｃから電流が流れ
出し、その結果ポイント２６の電圧は低下する。このと
き、オペアンプ２１のプラス側入力は抵抗２８，２９に
よってポイント２６と接続されているので、ポイント２
６の電圧が低下するとオペアンプ２１のプラス側入力の
電圧も低下し、ポイント２５の電圧も低下するので抵抗
２７を流れる電流が増加してポイント２６の電圧の低下
を打ち消そうとする。つまり出力端子１ｃに出力される
検知電圧が出力端子１ｃ，１ｄに接続される負荷に依存
せず一定値となる電圧自動調整の機能を持つ。また、ポ
イント２４にコンデンサ３０が接続されているのでポイ
ント２６の電圧が短時間低下しても定電流の設定値は変
化しないが、長時間低下しているとポイント２４の電圧
が低下し、この結果定電流電源１１の電流設定値が増大
して検知電圧の低下を防ぐ。オペアンプ２２とダイオー
ド３１はポイント２４の電圧が低い状態から出力端子１
ｃ，１ｄ間の抵抗値が急激に大きくなった時、トランジ
スタ２３が飽和状態になるのを防止するためのものであ
り、コンデンサ３０を充電して急速にこの状態を解消す
る。

【００２３】電流制限回路１６は、ポイント３２の電圧
が限度を越えて低下した時、オペアンプ３３とダイオー
ド３４によって電圧を上昇させ、限度以下にならないよ
うにする。この結果、設定電流以上の電流がトランジス
タ２３を流れないように制限をかけることができる。こ
の電流は抵抗３５，３６の分割比で設定できる。

【００２４】短絡保護回路１７はポイント２６の電圧が
限度以下に低下した時、短絡したものとみなし、オペア
ンプ３７、ダイオード３８、抵抗３９によってコンデン
サ３０を充電し、定電流電源１１の電流設定値をきわめ
て低い値にし、トランジスタ２３の発熱を防止する。一
方、短絡状態が解消されるとポイント２６の電圧は抵抗
４０と抵抗４１の分割比できまる値まで上昇するので、
オペアンプ３６によるコンデンサ２９への充電が停止
し、元の状態に復帰する。

【００２５】一般に、ワーク４等の金属表面が酸化物で
覆われている場合、きわめて導通が悪いが、酸化物には
水分も含まれており完全な絶縁物ではない。したがっ
て、低電圧を印加しても僅かながら電流が流れ、この電
流を電圧の変化に変えて増幅することにより高電圧を印
加した時と同程度の検知能力を有する。

【００２６】前記実施例は上述の如き原理を利用したも
のである。すなわち、前記実施例では、定電流電源１１
によりダイオード１ａ，１ｂの耐圧以下の低電圧を溶接
トーチ３に印加しているので、溶接電源１を破損するこ
とはないが、溶接トーチ３の先端をワーク４に接触させ
ることで電流が流れ、このときの出力端子１ｃ，１ｄ間
の電圧変化を交流増幅器１３で増幅して出力回路１４に
入力することにより接触状態を検知することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、従来技術の如く接触検知時と溶
接時とで接点を切換えるための電磁開閉器が不要となる
ため、次の様な効果を奏する。

【００２８】すなわち、小形でスペースをとらず、安価
に製作し得るばかりでなく、大電流を切換える接点がな
いので、その分長寿命であり、同時に保守も容易なもの
となる。さらに、電磁開閉器を検出時と溶接時に切換え
るための制御回路や駆動回路が不要となり、電磁開閉器
の接点抵抗による損失を含めた電磁開閉器に起因するエ
ネルギー消費をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック線図である。

【図２】前記実施例の一部を抽出して具体的な回路構成
を示す回路図である。

【図３】従来技術を示すブロック線図である。

【符号の説明】

１ 溶接電源 １ａ，１ｂ ダイオード １ｃ，１ｄ 出力端子 ３ 溶接トーチ ４ ワーク １１ 定電流電源 １３ 交流増幅器

フロントページの続き (72)発明者 堺 英輔 長崎県長崎市深堀町五丁目717番地１ 長菱エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−156673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−44968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−163750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−11183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/127

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチが接続された一方の出力端子
   に、この溶接電源の整流素子の耐圧以下の検知電圧を供
   給する定電流電源と、 前記一方の端子と、ワークが接続される溶接電源の他方
   の出力端子との間の電圧を検出して増幅する電圧検出・
   増幅手段と、 この検知電圧を監視し、所定時間この電圧が低い状態に
   あることが検知された場合に、前記定電流電源の電流設
   定値を増加させて検知電圧を一定に保つ定電流値自動調
   整回路 とを有することを特徴とするワイヤタッチセン
   サ。
2. 【請求項２】 〔請求項１〕に記載するワイヤタッチセ
   ンサにおいて、 定電流電源の最大電流を制限する電流制限回路を有する
   ことを特徴とするワイヤタッチセンサ。
3. 【請求項３】 〔請求項１〕乃至〔請求項２〕に記載す
   る何れか一つのワイヤタッチセンサにおいて、検知 電圧が設定値を越えて低下したときは定電流電源の
   電流設定値を零とすることを特徴とするワイヤタッチセ
   ンサ。