JPH0141438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、アーク溶接ロボツトに用いる溶接
線、即ち溶接ギヤツプ（溶接すべき部品間の空
隙）を検出する装置に関するものである。

先づ、アーク溶接ロボツトで、一般に使用が検
討されているセンサーを２例紹介する。

第１図は、市販されている溶接線の磁界センサ
ーの概略構造を示したものである。この磁界セン
サーは、検出ヘツド２とコントローラ１で構成さ
れている。検出ヘツド２は、内部にコイルを３ケ
並べた構造となつており、真中の送信用のコイル
３から両側の受信用のコイル４へ低周波磁界５を
発生させる。もし、被検出物体６が送信用コイル
３と受信用コイル４との間で、左右均一である
と、低周波磁界５は左右で同一となり、バランス
状態にあるが、溶接線７が送信用のコイル３の真
下から左右どちらかにずれると、渦電流損、磁気
抵抗に変化が生じ、上述のバランス状態がくずれ
る。この低周波磁界５の左右の差信号をコントロ
ーラ１で解析し、溶接線７を検出しようとするの
がこの磁界センサーの原理である。しかしなが
ら、この磁界センサーは、後述するような溶接ア
ークの自己磁界のため、センサーの倣い精度が著
しく低下することや、溶接線７が検出ヘツド部２
の底面寸法厳密に言えば、２つの受信用コイル４
間距離の約1/2より大きくずれると、溶接線７の
位置が検出できないなどの欠点がある。

次に、第２図は溶接線を視覚的に検出しようと
する、いわゆる視覚センサーの代表例を示したも
のである。

通常、視覚センサー１０は、光源１４、レンズ
１６，１７、走行ミラー１５、検出器１８などで
構成され、１つの容器の中に納められている。原
理は、光源１４から放出された光をコリメーテイ
ングレンズ１６で集光し、光スポツトを走行ミラ
ー１５によつて、被溶接物６の溶接線７を横断的
に振り、スポツト化された光ビームの軌跡１３を
光学レンズ１７を通して、検出器１８で受けよう
とするものである。

検出器１８からの信号処理は、検出器１８外で
行なわれるのが一般的である。このような視覚セ
ンサーは人間の作業機能に近いという意味で非常
に汎用性のあるものである。実際、アーク溶接の
母材の継ぎ手形状に適用した場合、突き合せ、重
ね合せ、隅肉、開先などの溶接線の検出がきれい
に行なえることが分つている。しかしながら、継
ぎ手形状のパターン認識も含めたこの種の視覚セ
ンサーは、実用化に際して、センサーが大き過ぎ
ること、コストが高くなることなどの難点をもつ
ている。例えば、光源１４に発光ダイオードのよ
うな小形部品を使つたとしても、視覚センサー１
０の大きさは、一辺が約10cmの箱形となり、実際
の溶接アークトーチに比べるとはるかに大きなも
のとなり、このような寸法の視覚センサーをアー
ク溶接ロボツトに装着すると作業性が損なわれる
欠点がある。

この発明は、以上のような従来のセンサーの欠
点の解消を目的としてなされたもので、アーク電
流により生じる磁界分布が溶接線の存在する位置
で大きく変化する現象を溶接線を挾んで対をなす
よう配置された複数の磁界検出センサーでとら
え、その検出信号の差によつて溶接線の位置を検
出するようにしたものである。

まず、溶接アークにおける磁界発生の現象につ
いて説明する。

第３図に示すように、２枚の被溶接物６の突き
合せ溶接を例にとり、溶接アークがｘ方向（即ち
溶接の進行方向）に、溶接ビード２２を形成しな
がら、点２４まで進んだ状態を考える。この状態
における溶接線７上におけるｘ方向の磁界分布を
ガウスメータで測定する。磁界分布の測定方法と
して、例えば、溶接アークが点２４まで進んだ
時、即座に溶接アークを消し、点２４に電極（図
示省略）を接触して通電し、ガウスメータのプロ
ーブ２３を溶接線７に沿つてすばやく走行するこ
とによつて、実際の溶接アークが点２４まで進ん
だ時とほぼ同じ状態での磁界分布を求めることが
できる。

第４図は、被溶接物６としていずれも板厚が６
mmの鋼材を使用し、溶接線７の空隙が約１mm以下
で、溶接電流が約350Aの条件で、被溶接物６の
上面からの距離が約３mm上方におけるｙ方向の磁
界強度をｘ軸に沿つて測定した結果の１例を示し
たものである。図で、ｘ軸座標の原点は点２４に
ある。第４図から、未溶接側での磁界が強いこ
と、更に、点２４から溶接アークの進行方向（未
溶接側）10cm前方での磁界強度が約100ガウスも
あることなどがわかる。

このような溶接線７の上方における磁界の出現
は、被溶接物６の内部と溶接線７の空隙部の磁気
抵抗の違いによるものと考えられる。

ここで、次のような疑問が生じるかも知れな
い。即ち、第３図では、ｚ軸方向に溶接電流を流
しているので、第４図の結果はｚ軸まわりの磁束
を測定しているのではないか、或は溶接ビード２
２で一応磁気回路ができているのに、その上方で
漏れ磁界があるのは理解しかねるなどの疑問であ
る。これに対して、発明者等は次の様な実験を試
みた。第３図で、被溶接物６を溶接線７という空
隙のない一枚の鋼材とし、同様の実験、同様の磁
界強度の測定を行なつた。この磁界強度のｘ方向
の分布は第５図の破線のようになる。第５図で、
実線は第４図との差、即ち、ｙ方向の正味の漏れ
磁界強度のｘ方向の分布を、多くの実験データの
平均値として表わしたものである。ちなみに、溶
接電流は約350Aである。

第５図の実線は、ほぼ予想通り、即ち、溶接ビ
ード２２側の漏れ磁界強度はほぼ０で、未溶接側
にはほぼ一定の漏れ磁界があるとはいえ、未溶接
側に約90〜110ガウスのｙ方向の漏れ磁界がある
という事実は、当面する溶接線２５の検出法に、
非常に有力な武器を提示しているという意味にお
いて注目に値する。

さて、上述のような一連の磁界測定において、
発明者等は、また、第３図でｚ方向の磁界強度の
Ｘ方向の分布も測定した。第６図は溶接電流が約
350Aの条件で、被溶接物６の上面近傍のｚ方向
の磁界強度のｘ方向の分布を実測した結果を示し
たものである。第６図で、点２４の近傍の磁界強
度にかなりのばらつきはあるが、いずれも検出が
容易な磁界強度であるということをここで指摘し
ておきたい。

このような未溶接側の磁界発生は、被溶接物６
の溶接線７を検出しようとする、正にその空隙の
真上の限られた狭い範囲に見られる現象である。
このような磁界発生の現象は、第３図のような２
枚の被溶接物６の突き合せの場合の他、重ね合せ
や隅肉、或は開先などの場合においても、磁界強
度に多少の差はあれ、同様に生ずることを確認し
ている。

ここで１例として、第７図に、重ね合せ溶接の
場合で、被溶接物の表面に対して45度の方向の漏
れ磁界強度のｘ方向の分布を示しておこう。

次に、溶接線の漏れ磁界を検出する具体的な実
施例について説明する。

第８図は溶接線７近傍のｙ方向の漏れ磁界分布
を示しており、漏れ磁界は溶接線７上でピークを
有している。この漏れ磁界の強さは、磁界検出器
３２の検出端３４と被溶接物６との距離や溶接電
流の値などによつて変わることは言うまでもな
い。

第９図は、この発明の一実施例を示すもので、
溶接線７を跨いで、２つの磁界検出器３２ａ，３
２ｂをトーチ３０に固定して配置し、これらの磁
界検出器３２ａ，３２ｂが受ける漏れ磁界の信号
の差によつて、ワイヤ電極３１の溶接線７からの
ずれを補正しようとするものである。例えば、２
つの信号の差が零となるように磁界検出器３２
ａ，３２ｂの位置を補正すれば、常に溶接線上を
ならうことになる。この一実施例では、２つの磁
界検出器３２ａ，３２ｂの間隔を溶接線７の空隙
巾の約２倍に設定することによつて、溶接アーク
３５は溶接線７上を精度よく倣つて進むことが判
明している。すなわち、２つの磁界検出器３２
ａ，３２ｂは溶接線を挾んで対をなすように配置
されており、これら検出器３２ａ，３２ｂの間の
距離は溶接線７の空隙巾の約２倍というような狭
い巾に設定することが可能となり、従つて小型か
つ高精度の検出装置を構成することができる。ま
た、磁界検出器３２ａ，３２ｂをトーチ３０とは
独立に動くようにして溶接線の位置情報を得るこ
ともできる。漏れ磁界の検出器３２ａ，３２ｂと
して、例えばホール効果を利用した通常のガウス
メータのプローブを取り付けたものがある。

この方式は、磁界検出器３２の作り方にもよる
が、一般的には隅肉などの溶接形状の溶接線を倣
うのはむつかしいものといえる。また、重ね合せ
などの溶接形状では、溶接線からの漏れ磁界のｙ
方向の分布が、第８図のような対称形が得られな
いため、２つの磁界検出器３２ａ，３２ｂからの
信号をあらかじめ補正しておく必要がある。

なお上記実施例では、MIG溶接機を例に説明
したが大きな溶接電流が流れる他の溶接機、例え
ばTIG溶接機、溶接棒を用いるアーク溶接機、更
には抵抗溶接機にも同様に適用できることはいう
までもない。

以上に説明したようにこの発明は、溶接点より
先行する所定の位置に配置され、溶接電流によつ
て生じる漏れ磁界の強さを検出する対をなす磁界
センサー、及び上記磁界センサーの検出信号の差
から上記溶接線からの変位量を検出する検出装置
を備えたもので、特に小形で精度が良く、堅牢
で、且つ取り扱いや信号処理が簡便な磁界センサ
ーを用いうるので溶接トーチに装着しても作業性
が損なわれることがないという実用上大きな効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁界センサーの一例を示す図、
第２図は従来の視覚センサーの一例を示す図、第
３図はこの発明の動作原理を説明するための図、
第４図はアーク電流によるｙ方向のもれ磁束のｘ
軸方向の分布図、第５図はアーク電流によるｙ方
向のもれ磁束のｘ軸方向の分布の溶接ビードの有
無による磁界分布の違いを説明するための分布
図、第６図はｚ軸方向のもれ磁界の強さのｘ軸方
向の分布図、第７図は重ね合せ接手における45゜
の方向のもれ磁界の強さのｘ軸方向の分布図、第
８図はもれ磁界のｙ軸方向の分布図、第９図はこ
の発明の一実施例の斜視図である。 図において６は被溶接物、７は溶接線、２２は
溶接ビード、２３はガウスメータのプローブ、３
０はアーク溶接トーチ、３２は磁界検出器、３１
はワイヤ電極、３５はアークである。なお図中同
一符号はそれぞれ同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク溶接が行なわれている溶接点より先行
   する位置であつて、かつ溶接が行なわれるべき溶
   接線を挾んで対をなすように配置され、上記溶接
   時に上記溶接線に沿つて、溶接電流によつて発生
   する磁界の強さを検出する一組の磁界センサー
   と、これらの磁界センサーの検出信号の差から、
   上記溶接点の上記溶接線からの変位量を検出する
   検出手段と、を備えたことを特徴とする溶接線検
   出装置。 ２ 磁界センサーをホール素子としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装
   置。