JPH0160390B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明自動倣い検知器を以下の項目に従つて説
明する。

Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 発明の概要 Ｃ 従来技術［第７図乃び第８図］ Ｄ 発明が解決しようとする問題点 Ｅ 問題点を解決するための手段 Ｆ 実施例 ａ 検知器［第１図乃至第４図］ ｂ 動 作［第１図乃至第４図］ ｃ 検知器を自動倣い溶接機に用いた使用例
［第６図］ ｄ 自動倣い溶接機の動作 Ｇ 発明の効果 （Ａ 産業上の利用分野） 本発明は自動倣い溶接機における溶接トーチを
溶接開先に倣つて正しく案内するために好適な自
動倣い検知器に関する。詳しくは、溶接開先等を
トレースする検知棒の傾動状態を光学的に検知す
る方式の自動倣い検知器において、検知棒の傾き
を正確に検出し、延いては溶接開先線等の微小な
変化でも検知できるようにしようとするものであ
る。

（Ｂ 発明の概要） 本発明自動倣い検知器は、検知棒の筒体内側端
部に配置された反射部を錐体状反射鏡にて形成す
ることにより、当該反射部の頂点を分水嶺とし
て、検知棒の僅かな傾動に伴う反射部頂点の移動
によつても相対向する受光素子の受光量に大きな
差を生ぜしめるようにして、検知器の検出精度を
向上せしめるようにしたものである。

（Ｃ 従来技術）［第７図及び第８図］ 従来、自動倣い溶接機の溶接トーチを溶接開先
に正しく案内させるための自動倣い検知器におい
て、溶接開先とこれをトレースする検知棒との相
対的ずれを光学的に検出するものとしては、例え
ば特開昭57−102736号公報に示すものがある。

これは、内筒状の筒体と、該筒体内の下端部に
おいて傾動自在に支持され、かつ、その一端が筒
体から突出された検知棒と、該検知棒の反突出端
側の端面にその軸線と直角に形成した反射鏡面
と、該反射鏡面に対向し前記検知棒が中立状態に
あるときの軸線上に配置された発光体と、該発光
体周囲の同一円周上に配置された複数の受光素子
とから構成されるもので、検知棒とこれが摺接す
る溶接開先との間に相対的ずれが生じたときに、
検知棒が中立状態から傾動せしめられ、その傾動
角に応じて反射鏡も発光体の光軸に対して傾斜す
る。そして、発光体からの光は検知棒の傾動角と
同一の入射角で反射鏡面に入射し、また、これと
同一の反射角で反射するため、発光体の周囲に配
置された受光素子が４個であるとすれば、検知棒
上端部の傾動方向にある受光素子に照射される光
量が多くなり、これと対角線上に対向する受光素
子の照射光量は減少するとともに、一方の、他の
一対の受光素子に対する照射光量はその両者間に
おいて差が生じない。しかして、上記照射光量差
のある受光素子間の差出力信号により倣い駆動装
置を動作せしめ、溶接トーチが溶接開先に正しく
沿うように制御されるものである。

（Ｄ 発明が解決しようとする問題点） ところが、自動倣い検知器において、検知棒の
傾動量は微小でしかなく、通常、反射部と検知棒
の傾動支点が50ｍ／ｍであるとき、反射部は0.1
ｍ／ｍ程しか移動しない。従つて、検知棒が傾動
するとき、反射部は近似的に横方向へ微小量だけ
平行移動したと見ることができる。

そして、上記従来の自動倣い検知器にあつて
は、発光体からの光を受光素子に照射させるため
の反射鏡が、検知棒の軸線と垂直な平面であるた
め、その反射光のスポツトは第７図及び第８図に
示すようになる。

即ち、第７図、第８図において、a₁，a₂は反射
光スポツト、b₁乃至b₄は受光素子であり、第７図
は検知棒が中立状態における反射光のスポツトa₁
を、第８図は検知棒が傾動した状態における反射
光のスポツトa₂を夫々示すものである。そして、
第８図から解るように、検知棒が傾動した状態に
おけるスポツトa₂はそのスポツトa₂の中心を上記
中立状態におけるスポツトa₁のものより傾動側に
稍ずれた位置にて略円形を呈するように位置す
る。従つて、相対向する受光素子b₁，b₃間の受光
量の差は反射光のスポツトa₂が平行移動しただけ
なので微量でしかなく、受光素子b₁乃至b₄に受光
される光がよほど強い光でないと検知することは
できない。しかも、反射部が平面鏡である場合、
最も強い光は光源に向つて反射されてしまうた
め、各受光素子にて受光する光は弱くなつてしま
つていた。従つて、上記従来例にあつては、光源
の光に強いものを使用したり、受光素子の高感度
のものを使用したりしなければ、自動溶接機の自
動倣い検知器として使用に供することができない
という問題があつた。

（Ｅ 問題点を解決するための手段） 本発明自動倣い検知器は、筒体内に検知棒を傾
動自在に配置し、該検知棒の筒体内端面に錐体状
の反射鏡を設け、また、前記筒体内には前記反射
鏡に向け、光を出射する光源を配置するととも
に、該光源を中心とする周囲には上記反射鏡から
の反射光を受ける複数の受光素子を配置したもの
である。

従つて、本発明自動倣い検知器によれば、検知
棒の一端に配置された反射部が錐体状の反射面か
ら形成されているため、この反射部の頂点を分水
嶺として、光を分けることができ、検知棒の傾動
に伴い、上記分水嶺を移動せしめることができ、
その分、相対向する受光素子に夫々反射する反射
光の光量に差を生ぜしめることができ、両受光素
子間の受光量の差を大きくすることができ、結果
として、検知器の検出精度を高くすることができ
るものである。

（Ｆ 実施例） 以下、本発明自動倣い検知器の実施の一例を第
１図乃至第５図に従つて詳細に説明する。

（ａ 検知器）［第１図乃至第４図］ 第１図において、１は自動倣い検知器であ
り、該自動倣い検知器１は金属製の筒体２と、
該筒体２の下端開口においてその中間部が自在
軸受３により傾動自在に支承された検知棒４を
備え、該検知棒４は筒体２内において、押駒５
を介してばね６に当接され、一方向に付勢され
るとともに、ばね６に対向した位置で筒体に設
けられたストツパねじ７により、検知棒４の傾
動状態が一定以上にならないように規制されて
いる。

また、検知棒４の反突出側端面には所望の頂
角を有する円錐状の反射鏡８が形成されてお
り、後述する光源９からの光を反射せしめるよ
うになつている。

光源９は発光ダイオード等から成り、前記反
射鏡８と対向する筒体２内の上部に配置され、
該光源９の光軸は筒体２の中心軸線とほぼ一致
し、光源９からの光は反射鏡８に向けて照射さ
れるようになつている。１０₁乃至１０₄はフオ
トトランジスタ等から成る受光素子で、上記光
源９を中心とする所望半径の同一円周上に等間
隔に配置され、その受光面は第１図に示す如く
反射鏡８に向けられ、反射鏡８で反射される光
源９からの光を受け得るようになつている。こ
れらの光源９及び受光素子１０₁乃至１０₄の上
記配置状態は支持枠体１１及び筒状体１２によ
つて保持されている。

即ち、支持体１１は、その中心部に前後方向
に貫通し前記光源９を嵌合保持する嵌合孔１１
ａが形成され、また、該嵌合孔１１ａを中心に
同一円周上に等間隔に穿設され、前記受光素子
１０₁乃至１０₄を各別に嵌合保持する嵌合孔１
１ｂ，１１ｂ，…を備え、前記筒状体１２の一
端に嵌合固定されている。そして、支持体１１
が嵌合固定された筒状体１２は前記筒体２の反
検知棒突出端側の開口を閉塞するように、か
つ、支持体１１に固着された光源９及び受光素
子１０₁乃至１０₄が、夫々、検知棒４に形成さ
れた反射鏡８に夫々対向するように配置されて
いる。

１３は光源９及び受光素子１０₁乃至１０₄と
図示しない外部動作電源及び倣い動作のための
スライドユニツトの制御回路等との間を電気的
に接続するためのコネクタであつて、前記筒状
体１２の反支持体１１側に螺合されている。

１４は上記検知棒４の筒体２外突出端に連結
金具１５を介して交換可能に取付られた接触子
であり、該接触子１４は被溶接物の溶接開先を
トレースするものである。

１６は上記筒体２の検知棒４の突出端側の開
口を閉塞するキヤツプで、筒体２に螺合されて
おり、また、キヤツプ１６と前記連結金具１５
との間には防塵用のゴムパツキン１７が介挿さ
れている。

（ｂ 動 作）［第１図乃至第４図］ しかして、検知器１において、光源９から検
知棒４の円錐状反射鏡８に向けて出射された光
は、その反射鏡８により反射されてその一部は
受光素子１０₁乃至１０₄に入射される。そし
て、検知棒４の軸心が筒体２の軸心とほぼ一致
する状態、即ち中立状態（傾動角０度）にある
ときは、円錐状反射鏡８の頂点は光源９の光軸
と一致し、反射鏡８と各受光素子１０₁乃至１
０₄との相対位置関係は全て同一状態におかれ、
反射鏡８により反射されて各受光素子１０₁乃
至１０₄に入射される光量は等しくなる。

即ち、検知棒４が中立状態にあるときの反射
光の反射方向を模式的に図示すると第３図ａの
ように、光源から出射された光が、反射鏡８の
頂点を分水嶺として、受光素子１０₁方向及び
受光素子１０₃方向に夫々同量の光が反射する
ことが解る。そして、検知棒４が中立状態にあ
るときの各受光素子１０₁乃至１０₄に対する反
射光スポツト１８の照射状態は、第３図ｂのよ
うに、各受光素子１０₁乃至１０₄の受光窓１０
₁a乃至１０₄aに対する反射光スポツト１８の照
射面積は各受光窓１０₁a乃至１０₄aにおいて等
しくなり、これに伴い各受光素子１０₁乃至１
０₄で光−電変換される電気出力信号の出力レ
ベルも等しいことになる。従つて、上記各電気
出力信号を受けたスライドユニツト制御回路
（図示しない。）は検知棒４が中立状態にあると
判断する。

一方、検知棒４が傾動状態、例えば、検知棒
４が第１図の矢印Ａ方向に任意の角度傾動され
た場合は、一方の相対向する受光素子１０₁と
１０₃との間でその受光量に差が生じ、他方の
相対向する受光素子１０₂と１０₄との間ではそ
の受光量に差は生じない。

即ち、検知棒４が傾動した状態にあるときの
反射光の反射方向を模式的に図示すると第４図
ａのように、光源から出射された光は、反射鏡
８を分水嶺として受光素子１０₁方向により多
く、かつ、受光素子１０₃方向により少なく反
射することが解る。そして、検知棒４がＡ方向
に傾動した状態にあるときの各受光素子１０₁
乃至１０₄に対する反射光スポツト１８の照射
状態は、第４図ｂのように、各受光素子１０₁
乃至１０₄に対して均等状態から全体的に受光
素子１０₁側へ移動し、受光素子１０₁への照射
光量が増大するとともに、受光素子１０₁の反
対側にある受光素子１０₃への照射光量が大幅
に減少する。なお、このときの受光素子１０₂
及び１０₄に対する照射光量はその両者間にお
いて差が生じない。しかして、受光素子１０₁
と１０₃間の相対的光量差が大きくなり、これ
により制御回路は検知棒４が矢印Ａ方向に傾動
されたことを判断することとなる。

（ｃ 検知器を自動倣い溶接機に用いた使用例）
［第６図］ 第６図は本発明の自動倣い検知器１を用いた
自動倣い溶接機の全体図を示すものである。

該溶接機は一方向（左右方向）の移動を行な
う第１のスライド機構１９と、該スライド機構
１９による移動方向に対して直角の方向（上下
方向）の移動を行なう第２のスライド機構２０
とを備えている。

上記第１のスライド機構１９は溶接母材２
１，２１の開先２２のラインに沿つて動作され
る送り機構（図示せず）に保持されていると共
に、第１のスライド機構１９の可動部２３はス
ライド機構１９に搭載した左右動用モータ２４
により回転される送りねじ（図示せず。）等に
より左右方向に摺動され、そして可動部２３に
は上記第２のスライド機構２０が固着されてい
る。

また、第２のスライド機構２０はこれに搭載
された上下動用モータ２５によつて回転される
送りねじ（図示せず。）等により上下方向に摺
動される可動部２６を備えており、該可動部２
６にはこれより水平方向に延びるブラケツト２
７の基部が固着され、さらにブラケツト２７の
先端部には、左右方向及び上下方向に位置を微
調整するための調節ブロツク２８および保持具
２９を介して母材２１，２１の溶接開先２２を
倣う前記検知器１が保持されている。すなわ
ち、上記位置調節ブロツク２８はこれに設けた
つまみ３０により第１のスライド機構１９によ
る移動方向と同一の左右方向に微調整すること
ができる構造になつていると共に、位置調節ブ
ロツク２８には第２のスライド機構２０による
移動方向と同一の上下方向に微移動されるつま
み３１付きの軸３２が設けられ、該軸３２の下
端に金具３３を介して上記保持具２９が一体に
連結され、上記つまみ３０，３１を操作するこ
とによつて保持具２９に把持された検知器１の
検知棒４を母材２１，２１の開先２２に位置合
せすることができるようになつている。

また、上記ブラケツト２７には前記調節ブロ
ツク２８の稍後方の位置にて溶接トーチ３４が
母材２１に対して垂直に対置するように固定さ
れている。

そして、検知器１の保持具２９への取付け
は、保持具２９に形成した取付孔３５内に検知
器１の筒体２を斜め方向から挿通し、締付ねじ
３６を締め付けることによつて行う。その取付
後、つまみ３０，３１の操作によつて検知棒４
の位置を溶接トーチ３４に対して適宜な位置関
係を保つように調節する。尚、この場合、検知
器１は溶接母材２１に対する垂直線に対して上
端が溶接機の送り方向（第６図の矢印Ｘの方
向）に適宜な角度で傾けられて支持されてい
る。

（ｄ 自動倣い溶接機の動作） 上述した自動倣い溶接機は次のように動作す
る。

検知器１の接触子１４の先端が溶接開先２２
に圧接されないときは、検知棒４はばね６によ
り第１図の矢印Ａと逆の方向に付勢され、スト
ツパねじ７に突き当るまで傾動された状態にあ
り、反射鏡８で反射される光スポツト１８は受
光素子１０₃側へ片寄つて照射されている。従
つて、相対向する受光素子１０₁と１０₃、１０
_２と１０₄間の照射光量の大きさ関係は、受光素
子１０₁＜受光素子１０₃、受光素子１０₂＝受
光素子１０₄となり、これに伴い各受光素子１
０₁乃至１０₄から出力されるそれぞれの光量に
応じた電気信号がコネクタ１３を通して図示し
ない制御回路に送り込まれ、検知棒４の傾動状
態が判定される。そして、上述の状態にあつて
は検知棒４が自在軸受３を中心にして下方向へ
傾動されていると判断し、上下動用モータ２５
に駆動指令を与え、該モータ２５を逆転方向へ
起動し、可動部２６を下降せしめる。そして、
可動部２６の下降に伴いブラケツト２７と一体
的な溶接トーチ３４及び検知器１が開先２２に
向けて下降され、接触子１４の先端が開先２２
に当接して検知棒４がばね６の弾発力に抗して
軸受３を支点に第１図の矢印Ａ方向に僅かに回
動されかつ検知棒４が中立状態になり、反射鏡
８からの光スポツト１８が第３図に示す如く各
受光素子１０₁乃至１０₄に対し均等に当るよう
になると、上下動用モータ２５の回転が停止さ
れ、同時にスライド機構２０の可動部２６の下
降動作も停止する。これにより溶接トーチ３４
は母材２１，２１の溶接開先２２に対し最適な
位置にセツトされたことになる。

そして、第１及び第２のスライド機構１９，
２０を含む倣い溶接機に図示しない送り機構に
より送りがかかれば、検知器１は母材２１，２
１の開先２２に倣い、これに案内されて溶接ト
ーチ３４は開先２２を順次溶接して行くのであ
る。

このとき、開先２２のラインに母材平面方向
の曲がり、あるいは母材厚さ方向の起伏があれ
ば、これに倣つて検知棒４が軸受３を支点にし
て回動し、円錐反射鏡８で照射される光スポツ
トの位置を受光素子１０₁乃至１０₄で検知する
ことにより検知棒４の変位を検出する。する
と、これに応じてモータ２４及び２５の一方又
は両方が正回転あるいは逆回転して各スライド
機構１９又は２０を左右あるいは上下に動作さ
せ、溶接トーチ３４が常に開先ライン上に正し
く追随するようにされている。

なお、上記実施例では、反射鏡８を円錐にし
た場合について述べたが、各受光素子１０₁乃
至１０₄に対応して独立した反射面を有する四
角錐状の反射鏡としても良い。この場合、反射
鏡により反射された光の反射光スポツトは第５
図のように各受光素子１０₁乃至１０₄に対応し
て４つに分割されるため、反射部の頂点及び稜
線が分水嶺として機能するため、更に、検知棒
の傾動時の各受光素子間における受光量の差を
大きくすることができ、高感度の検知器とする
ことができる。また、反射鏡は四角錐のものに
限らず、配列される受光素子の数によつて任意
に設定しても良い。

（Ｇ 発明の効果） 以上に述べたところから明らかなように、本発
明自動倣い検知器は、筒体内に検知棒をその一端
部が筒体先端から突出するように挿入し、筒体内
にて検知棒の中間部を傾動自在に支承し、光源を
その光出射部が予め中立と設定された状態にある
検知棒の軸の延長線上であつて検知棒からその反
突出端側へ稍離間したところに位置するように設
け、前記光源からの光を反射する反射部を検知棒
の筒体内側端部に設けるとともに、筒体内におい
て検知棒からその反突出端側へ稍離間した位置に
前記反射部からの反射光を受光する複数の光検知
手段を設け、更に、前記反射部を錐体状反射鏡に
より形成したことを特徴とする。

従つて、本発明自動倣い検知器によれば、光源
からの光を反射部の頂点を分水嶺として分けるこ
とができるため、検知棒の傾動に伴ないその傾動
方向において相対向する受光素子に向つて夫々反
射する光の光量に大きな差を生ぜしめることがで
きるとともに、検知棒の傾動方向にない相対向す
る受光素子の受光量には差が生じないようにする
ことができ、結果として、検知器の検出精度を向
上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明自動倣い検知器の実
施の一例を示すもので、第１図は縦断面図、第２
図は第１図の−線に沿う断面図、第３図ａ，
ｂは中立状態における反射方向を説明するもの
で、ａ図は反射光の反射方向を模式的に表わした
説明図、ｂ図は反射光スポツトと受光素子との関
係を示した説明図、第４図ａ，ｂは傾動状態にお
ける反射方向を説明するもので、ａ図は反射光の
反射方向を模式的に表わした説明図、ｂ図は反射
光スポツトと受光素子との関係を示した説明図、
第５図は検知棒の反突出端部の反射面を四角錐体
状の反射鏡に形成したときの反射光スポツトと受
光素子との関係を示す説明図、第６図は本発明自
動倣い検知器を用いた自動倣い溶接機の一例を示
す全体の斜視図、第７図及び第８図は従来の自動
倣い検知器における反射光スポツトと受光素子と
の関係を示すもので、第７図は検知棒の中立状態
における説明図、第８図は検知棒の傾動状態にお
ける説明図である。 符号の説明、１……自動倣い検知器、２……筒
体、４……検知棒、８……錐体状反射鏡、９……
光源、１０₁乃至１０₄……光検知手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒体内に検知棒をその一端部が筒体先端から
   突出するように挿入し、 筒体内にて検知棒の中間部を傾動自在に支承
   し、 光源をその光出射部が予め中立と設定された状
   態にある検知棒の軸の延長線上であつて検知棒か
   らその反突出端側へ稍離間したところに位置する
   ように設け、 前記光源からの光を反射する反射部を検知棒の
   筒体内側端部に設けるとともに、 筒体内において検知棒からその反突出端側へ稍
   離間した位置に前記反射部からの反射光を受光す
   る複数の光検知手段を設け、 更に、前記反射部を錐体状反射鏡により形成し
   た ことを特徴とする自動倣い検知器。