JPH0191976A - 溶接２次ケーブルの断線検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、溶接ガンと変圧器とを接続する溶接２次ケー
ブルを構成する複数の内部導体の断線を検出する検出方
法に関する。

ｒ従来の技術」 本件出願人は既に溶接用２次ケーブルの断線検出方法と
して磁気センサの磁界強度信号を統計的手法により処理
し°〔磁界強度のバラツキ量（標準偏差、分散等の統計
値）を求め、このバラツキ策と予め設定したしきい値と
の比較により、溶接２次テーブルを構成する内部導体の
断線を検出する方法を提案し、迅速かつ連続的な断線検
出を可能にして常時監視Ｒｖｐを採り、突発的な作業中
断を未然に防止するとともに点検工数の削減を図った。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、実際の溶接作業現場においては、溶接２
次ケーブル、は溶接位置に応じて複雑に曲げられたり、
大きくねしられることが多く、ケーブル外周上に固設し
た磁気センサの位置関係が変化し、磁気センサの検出出
力が変化することがある。

また、通電中に発生ずる内部導体間の反発力で内部導体
が振動し、その結果外部の磁界強度が変動して、センサ
出力信号に誤差を生じることもある。

このため各磁気センサにより検出される磁力線の変化が
、内部導体の断線率に変化がなくてもバラツキを生じ、
内部導体の断線による磁力線の変化であるか、その他の
原因による変化であるかの判定が困難となり、スポット
溶接の各打点毎の判定によっては誤判定の可能性が増大
して、正確かつ確実に溶接２次ケーブルを構成する内部
導体の断線を検出することができない等の解決すべき問
題点があった。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決し溶接２次ケーブルの内部
導体の断線による溶接品「の低下、及び突発的な作業中
断を未然に防１トすることを目的とするもので、その具
体的構成は、溶接ガンと変圧器とを接続する複数の正側
内部導体と、複数の負側内部導体とをケーブル断面に対
して交互にリング状に配列して構成１７た溶接２次ゲー
ブルの外周に、前記各内部導体に対応させて複数の磁気
センサを配置し、その各磁気センサから出力される磁界
強度信号を統計的手法により処理して磁界強度のバラツ
キ量を求めるとともに、このバラツキ量を毎回記憶し、
過去Ｎ同のバラツキ呈の平均を算出して求めた特性値と
予め設定したしきい値との比較により、前記溶接２次ケ
ーブルを構成する各内部導体の断線を検出することを特
徴とするものである。

「作用」 本発明方法は、前記具体的構成の説明により明らかにし
たように、内部導体に対応させて配置した磁気センサか
ら出力される磁界強度信号を統計的手法により処理して
磁界強度のバラツキ量を定量的に求めるとともに、過去
の一定の測定回数におけるバラツｌｉ１の平均値と、予
め設定したしきい値との比較により、溶接２次ケーブル
を構成する内部導体の断線の有無を、明確な有意差をら
って確実に検出する。

ｒ実施例」 本件発明方法及びその装置の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

第１図は、溶接２次ケーブル１（以下ケーブルという）
の断面構造の一例を示したもので、それぞれＴｌ流方向
が相反する正側内部導体２ａ、２ｂ。

２Ｃと負側内部導体３ａ、３ｂ、３ｅとを、交互にケー
ブル断面に対してリング状に平行に配置し、各内部導体
間を絶縁セパレータ４により分障区画するとともに、交
流インピーダンスを下げるため各内部導体にケーブル長
手方向の撚りをかけ、外装チューブ５に収める。このケ
ーブル１の使用時には、外装チューブ５内の空隙６に冷
却水を通して冷却する。

第２１’７１は、本発明方法の基礎となる前記ケーブル
１の近傍磁界の計測方法を示したもので、同図矢線に示
すように各内部導体に通電した場合に、ケーブル１の中
心から放射方向に発生する磁力線ｇで形成される磁界の
強さを、ガウスメータＧにより計測する。

寸、たこの計測方法によりケーブル１を構成する内部導
体のｔｔｔｒ線を検出することができる原理を簡単に説
明する。

平行に置かれた２本の導体に、それぞれ逆方向に電流を
流すと、各導体の周りには磁力線の方向が逆方向の磁界
が発生し、２本の導体の中間位置の磁界強度は両者を重
ね合わせた強度を示す、この中間位置に磁気センサを配
置すると２本の導体に流れる電気址の変化を、磁界強度
の変化として捉えることができる。さらにこれをケーブ
ル１を構成する３組の内部導体束に適用すると、３個の
磁気センサにより、各３組の導体束に流れる電流量の変
化を捉えることかり能となり、各内部導体を形成する細
ｑ線が徐／／に破断して内部導体の抵抗が変化し電流の
分流比率が変化するから、これを磁界強度の変化として
捉え、内部導体の断線を検出することができる。

第３図（イ）、（ロ）は、前記計測方法及び計測原理に
従い、ケーブルを構成する内部導体の断線モード及びそ
の近傍磁界の磁界強度の分布をケーブルの円周上に沿っ
て計測した結果を示す。

第３図（イ）において、縦軸に磁界強さを、横軸に内部
導体を配列順に並べて表す、横軸の導体に付した番号は
、同図（ロ）のＡに示すように第１図に示した各内部導
体について時計廻り順に付した番号であり、Ｂ、Ｃ，Ｄ
において番号を付していないものは、断線した内部導体
を示す。第３図（イ）、（ロ）によれば、内部導体に断
線のない正常なケーブルでは、各内部導体の中間におい
て、磁界の強さが等しくかつ最大となる周期的パターン
を示し、内部導体に断線のあるケーブルでは、磁界の強
さが変化し周期的パターンを呈することもなく両者に大
きな相違がある。

尚、ケーブルの断線パターンとして内部導体の全てが同
時に断線することはなく、１〜２本の内部導体が徐々に
断線していくのが普通である。従って、磁界強度の乱れ
を定量的に捉えることによりケーブルの内部導体の断線
を検出できる。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は、第１図に示す構造のケーブル
１に配置する磁気センサの配置位置を示したもので、正
側内部導体と負側内部導体例えば２ａと３ａ、２ｂと３
ｂ、２ｃと３ｃの三組の内部導体の各ペアの中間に磁気
センサを配置するもので、同図（Ａ）の場合はケーブル
１の外装チューブ５の同一円周上に１２０°角間隔に３
個の磁気センサＳａ、Ｓｂ、Ｓｃを配：ｉ７シ、各内部
導体の通電時に発生する放射方向の最大磁束を捉えるよ
うにし、また同図（Ｂ）の場合は、ケーブル１を構成す
る各内部導体には直配のように長手方向に沿って撚りが
かけられているなめ、円周上の一点で長手方向の断面を
考えると、図に示す如く各内部導体が一列に・■ぶこと
から、３個の磁気センサＳａ、Ｓｂ。

Ｓｃを外装チューブ５の外側で長手方向の一１σ線−に
に配？りして、各内部導体の通電時に発生する垂直方向
の最大磁束を捉えるようにする。

尚、磁気センサとして、本実施例においてはポール素子
を用いているが、磁気抵抗素子、コイル等の磁；変換素
子を使用することらできる。

第５図は本発明方法を適用する装置のブロックダイヤグ
ラムを示す。

１０は前置増幅器であって、ケーブル１に嵌めたセンサ
リング７内に前記第４１１Ｚ（Ａ＞に示すように配置し
た３個の磁気センサＳａ、Ｓｂ、Ｓｃからの磁界強度信
号を、信号処理可能レベルまで増幅するもので、各磁気
センサに対応して３個の増幅器１０ａ、ｆｏｂ、ｌｏｃ
を有する。１１は特定の溶接電流す・イクルの信号のみ
を通過させるサンプルスイッチで３個のスイッチ１１ａ
、ｉｌｂ。

１１Ｃからなる。１２はサンプルスイッチ１１を通過し
た磁界強度信号の最大値を記憶するピークホールド回路
で３個の回路１２　ａ　、　　１２　ｂ　、　１２Ｃか
らなる。］３はピークホールド回路に記憶されたアナロ
グ電圧をマイクロコンピュータ１４の処理しやすいデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、１４はＡ／Ｄ変換
Ｒ’ｉｒ　１３からのデジタル信号を用いて、統計、１
（桧準１０差、偏差平方和、分散、範囲等）の演算や、
その演＋￥紡果に基づきケーブル１を構成する内部導体
の断線の有無の判定を行うマイクロコンピュータであっ
て、ＣＰＵ。

ＲＡＭ、ＲＯＭ、アドレスデコーダ回路１５及び人出力
インターフェイス１６からなる。１７はパルス化回路で
あって、溶接電流サイクルをＮｔ′Ｊ′１．する積算回
路２１を作動させるための信号を前置増幅器１０の増幅
信号により作るため、最大値セレクタ回路１８、比軸回
路１９及びしきい値電圧設定回路２０とからなる。また
積算回路２１は１位の積算回路２１ａと１０位の積算回
路２１ｂとからなる。２２はサンプルサイクル数設定回
路、２３は該回路２２がらの信号と１位の積算回路２１
ａの信号とから、設定したサイクル数に達したことを判
別する比軸回路である。２４はサンプルスイッチ駆動信
号発生回路で比絞回路２３の信号をジけて出力信号を発
し、萌記サンダルスイッチ１１を０Ｎ１０ＦＦさせて、
特定の溶接電流サイクルの１サイクル分の電流によって
発生する磁界強度を示す信号を通過せしめる。２５は加
圧パルプ信号入力回路であって、溶接機からの溶接プロ
セスの始動、完了の情報を加圧バルブ信号として人力し
、溶接終了信号発生回路２６、リセット信号発生回路２
７に信号を送る。ｌｆ１接終了信号発生回路２６は無通
電判別を行う無通電判別フリップフロ１１回路２９にリ
セット信号を送る。リセット信号発生回路２７は溶接開
始時に、ピークホールド回路１２、積算回路２１等をリ
セットするリセット信号を送る。２８は判定開始判別フ
リップフロップ回路であって、前記マイクロコンピュー
タ１４に、演算処理、断線判定処理を開始するタイミン
グ情報を送る。その他３０は断線判定結果を表示するラ
ンプ３１．．３２を点灯するランプ点灯回路、３３は電
源回路であって、前記各回路に所定電圧を供給する。

以下に本発明装置の作動を第５図のブロックダイヤグラ
ム及び第６図の本発明装置のタイミングチャートに従い
説明する。

溶接用自動機（ロボット、＊　ＪＨ［等）や溶接作業者
から、溶接制御装＆４０に溶接指令信号が加えられると
、溶接動作が開始され第６図Ａで示す加圧バルブ信号が
、溶接′：４極による被溶接部材圧接のためのシリンダ
を制御する制御バルブに発せられる。また本発明装置の
Ｕｒｎ検出装置（以下単に装置という）に加えられた前
記加圧バルブ信号は、加圧バルブ信号入力回路２５でス
クイズ動作による誤動作を防止するため若干の遅延を加
えた後（第６図Ｂ）、リセット信号発生回路２７により
リセット信号を発する（同図Ｄ）。このリセット信号は
装置のピークホールド回路１２．積算回路２１．判定開
始判別フリップフロップ回路２８．ゲート制御フリップ
フロップ回路３４等に供給され、それらの回路の初期化
を行う。続いて初期加圧時間終了後通電時間に入ると、
ケーブル１には溶接電流が流れケーブル１の近傍に磁界
が発生し、これをセンサリング７に配置した磁気センサ
Ｓａ、Ｓｂ。

Ｓｃが検出して、センサ出力信号として第６図Ｆに示す
信号と同様の信号が前置増幅器１０ａ。

１０ｂ、１０ｃに入力される。ケーブル１の断線モード
によっては、いずれかの磁気センサにおいて殆ど出力信
号が得られないこともあるので、前記３個の前置増幅器
１０ａ、ｉｏｂ、１０ｃの増幅信号のうち最大値を最大
値セレクタ回路１８により選出し、その信号と予めしき
い値電圧設定回路２０により設定したしきい値電圧とを
比較回路１９で比較して、センサ出力パルス信号とする
（第６図Ｇ）、このパルス信号は積算回路２１で積算さ
れるとともに、サンプルサイクル数設定回路２２で設定
されたサンプルサイクル数と比較回路２３で比較し、一
致した場合にはサンプルスイッチ駆動信号発生回路２４
へ一致信号を送る。

比較回路２３において用いるサンプルサイクルは１０進
１桁の数値のため積算回路には、１１サイクル以上のパ
ルス信号が加わらないように、１０位の８Ｆ算回路２１
ｂの最下位ビットがＯＮになった時（１０サイクル目の
パルスを数えた時）以降ゲート回路３５を閉じる。

前記一致信号を受けたサンプルスイッチ駆動信号発生回
路２４は、溶接電源周波数に同期した１サイクル分の時
間幅を持つサンプルスイッチ駆動信号をサンプルスイッ
チ１１に供給する（第６図Ｈ）。その信号を受けた各サ
ンプルスイッチ１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃは前記１サイク
ル分の時間幅の間だけ閉じ前記前置増幅器１ｏの各増幅
出力信号をピークホールド回路１２の各回路１２ａ。

１２ｂ、１２ｃに送る。ピークホールド回路１２は第６
図■に示すように、前記の時間幅内に受けた増幅出力信
号の最大値を、サンプルスイッチ１１が作動しなくなっ
た後も保持する。

前記サンプルスイッチ駆動信号は同時に、判定開始判別
７９１１７０１１回路２８をセットし、マイクロプロセ
ッサＣＩ）　Ｕに信号処理、判定処理の開始を知らせる
（第６図Ｊ）とともに、無通電判別フリップフロップ回
路２９をセットし、前記加圧バルブ信号入力中に、溶接
電流が通電されたことを記憶させる。前記判定開始を通
知されたマイクロプロセッサＣ１）　Ｕは、アドレスデ
コーダ回路１５を介してアナログデジタル変換回路１３
を駆動し、前記ピークホールド回路１２に保持されたセ
ンサ出力電圧をデジタル値として取り込み、その各デジ
タル出力信−号’　Ｘ　＋　＋　Ｘ　ｉ　＋　Ｘ　ｓを
次式くｉ。

ｉｉ、１ｉｉ）に基づき算術演算を行い標準偏差Ｓを算
出する。

平均値ミニ（ｘ＋　＋　ｘ２＋ｘ＊）／　３・・・（ｉ
）偏ＩＬ平方和　５＝（ｘ＋−Ｘ）’＋（Ｘ、−Ｘ）２
＋（Ｘ３−ｘ）”−−−（ｉｉ）分　　　散　■工Ｓ／
’（３−１）　　　　　　・・・（ｉｉｉ　）標準偏差
ｓ＝■　　　　　　・・・（ｉｉ）式（ｉｉ　＞、　（
ｉｉｉ　）、　（ｉｉ）には前記の関係があるため断線
検出のパラメータとしての磁界強度のバラツキ量は標準
偏差に限ることなく、分散、偏差平方和であってもよい
。

尚、ここで示す分散は正確には不偏分散といわれるもの
であるが、データ数３で除した分散、標準偏差でも同様
である。

さらに統計学上データ中の最大値Ｓ　ｗａｘと最小値Ｓ
　ｓｉｎの差で決定される範囲Ｒと標準偏差Ｓとの間に
は、 ｓ＝Ｒ／ｋ　　（但しｋはデータ数により規定される定
数）の関係があるため、範囲Ｒを断線検出のパラメータ
として用いてもよい。

上記により標準偏差Ｓを算出したマイクロプロセッサＣ
ＰＵは、遂次内部メモリーにその標準偏差Ｓを記憶する
とともに、過去Ｎ回の標準偏差Ｓの平均値を算出して、
この平均値を予め定めた判定しきい値と比較し、上まわ
っていればケーブル交換の警告（ＮＧ信号）を、ランプ
駆動回路３０によりＮＧランプ３２を点灯して告知する
。また下まわっていれば正常の表示（Ｇ　ＯＯＤ信号）
を同様にＧＯＯＩ）ランプ３１を点灯して告知する。

上記判定後マイクロプロセッサＣＰＵは、判定終了信号
（第６図Ｋ）を無通電判別フリップフロップ回路２９に
送り該回路２９をリセットするとともに、判定開始判別
フリップフロップ回路２８へのセット信号が通過するセ
ット信号ゲート３６を閉じる。

通電時間、保持時間が終了すると前記加圧バルブ信号の
オフエツジで、溶接終了信号発生回路２６により溶接終
了信号が発生する。゛正常に溶接電流が通電されていれ
ば、前記の様に判定開始判別フリップフロ１１回路２８
へのセット信号ゲート３６が閉じられているので、マイ
クロプロセッサＣＰＵは起動せず、無通電判別フリップ
フロップ回路２９のリセットを行うのみである。

しかし、溶接電流が通電されなかった場合には、前記ゲ
ート３６は開いており、第６図Ｊ°に示すように判定開
始判別フリップ７０ツブ回路２８がセットされ、マイク
ロプロセッサＣＰＵが信号処理を開始して、無通電判別
フリップフロップ回路がセットされていないことを、入
出力インターフェイス１６の入力回路を介して読み取る
。その結果無通電判定を行いケーブル断線検出同様ＮＧ
ランプ３２にて警告する。

本発明装置の作動は」−記の通りであって、通電中に発
生するケーブル１を構成する各内部導体間の反発力で内
部導体が振動し、その結果外部の磁界強度が変動して、
磁気センサのセンサ出力信号に誤差を生じる場合であっ
ても、予め設定した溶接電流１サイクル分の電流によっ
て発生する磁界の強度信号を取り込むため、前記振動に
よって生じる誤差を除去できるばかりでなく、無通電判
別フリップフロップ回路２つを設け、その出力を入出力
インターフェイス１６の入力回路と接続し、マイクロプ
ロセッサで読み取ることにより、溶接電流の兼通電検出
も行うことができる。さらに溶接２次ケーブルの構造的
特徴により、磁気センサの取付けは、ケーブルの周りに
等角度間隔で配置する場合に限定されることなく、ケー
ブルの長手方向昏こ直線状に配置することもできる。

第７図は、１台の溶接スポットガンの車両１自分のスポ
ット溶接位置と断線検出のパラメータとしての磁界強度
のバラツキｋｋ（標準偏差）の実測値例である。同図に
示すように、前記標準偏差はスポット溶接位置によって
、かなり大きなバラツキを持つが、車両１台当たりの溶
接態様（ケーブルの捩れ、曲がり等）が変化しなければ
、高い再現性を有することが分かる。妨記標準偏差のバ
ラツキの原因は、スポット位置によりケーブル１が捩れ
、内部導体とそれを覆う外装チューブ５の外周上に固定
した磁気センサの位置関係がずれるためであると考えら
れる。このように標準偏差がバラツクことから、１回の
溶接工程により採取され算出されるに準偏差から、直ち
にケーブルの断線を判定することは、誤判定の危険性が
高い。

このためマイクロコンピュータ１４のＣＰＵの内部処理
により、そのメモリー内に過去Ｎ回の標準偏差を記憶し
、常時過去Ｎ回まで遡って得られる標準偏差の平均を算
出して標準偏差のバラツキを低減し、この平均値と予め
設定したしきい値との比較により断線を判定する。

ここでＮの辿切な法定方法は以下の二通りが考えられ、
−の方法は固定値として予めマイクロコンピュータ内部
にセットしておき（但しＮ２２）、池の方法は車両１台
に対してスポット溶接機が打つ打点数をＮとし、外部ス
イッチによりセットするものであり、前置によれば、Ｃ
ＰＵの内部処理により行うことができ、後者によれば１
１両】台毎に前記した特性値のバラツキが周期性をもつ
ため、バラツキの影響を無くすることができる。

ｒ効果」 本発明方法は、前記した具体的構成及び作用の説明で明
らかにしたように、各内部導体に対応させて複数の磁気
センサを配置し、その各磁気セン・す“から出力される
磁界強度信号を統計的手法により処理して磁界強度のバ
ラツキ量を求めるとともに、このバラツキ量を毎回記憶
し、過去Ｎ回のバラツキ量の平均を算出して求めた特性
値と予め設定しなしきい値との比１咬により、前記溶１
′？２次ケーブルを構成する各内部導体のＦＪｒ線を検
出するもので、常に判定時点からｊする過去Ｎ回のバラ
ツキ量の平均を算出して求めた特性値によってＩｔＪｉ
線判定全判定ようにしたから、溶接位置によってたまた
まバラツキ量が大きく変化した場合であっても、過去Ｎ
回のバラツキ量をヱー均化してその影響を低減でき、断
線誤判定の可能性を極力防止して、内部導体の断線検出
を行うことができるばかりでなく、常時監視態゛勢を採
って、断線による溶接品質の低下を招いたり、突発的な
作業中断を未然に防止し、さらに点検工数をも削減でき
る等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図は溶接２次ケーブル１の断面構造図、第
２図は溶接２次ケーブル１の近傍磁界の計測方法を示す
斜視図、第３図（イ）、（ロ）は溶接２次ケーブル１の
断線モード及びその近傍磁界の計測結果を示した図、第
４図（Ａ）、（Ｂ）は磁気センサの配置を示した断面図
であって、同図（Ａ）は円周配置を同図（Ｂ）はケーブ
ルの長手方向配置を示す、第５図は本発明装置のブロッ
クダイヤグラム、第６図は本発明装置作動タイミングチ
ャート、第７図はスポット溶接位置と断線検出のパラメ
ータとしての磁界強度のバラツキ量の実測値の関係を示
した図である。 〕０６．溶接２次ケーブル、　２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃ
、、、内部導体、　Ｓ　ａ　、　Ｓ　ｂ　、　Ｓ　ｃ　
、、、磁気センサ、　７９．、センサリング、　　１０
．、、前置増幅器、　　１１　、、、サンプルスイッチ
、　　１２．、、ピークホールド回路、　１３．、、ア
ナログデジタル回路、　　１４　、、、マイクロコンピ
ュータ、　　１７．。 パルス化回路、　２１　、、、留立回路、　ＣＰ　Ｕ　
、、。 マイクロプロセッサ、　３０　、ランプ駆動回路。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接ガンと変圧器とを接続する複数の正側内部導体と、
   複数の負側内部導体とをケーブル断面に対して交互にリ
   ング状に配列して構成した溶接２次ケーブルの外周に、
   前記各内部導体に対応させて複数の磁気センサを配置し
   、その各磁気センサから出力される磁界強度信号を統計
   的手法により処理して磁界強度のバラツキ量を求めると
   ともに、このバラツキ量を毎回記憶し、過去Ｎ回のバラ
   ツキ量の平均を算出して求めた特性値と予め設定したし
   きい値との比較により、前記溶接２次ケーブルを構成す
   る各内部導体の断線を検出することを特徴とする溶接２
   次ケーブルの断線検出方法。