JPS5855876B2 - 位置ぎめ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子銃のグリッドの位置決め装置に関する。

一般にレーザ光による重ね合わせ溶接をする場合を第１
図により説明すると、加工レーザ発振器１から送出され
た加工レーザ光２は反射鏡３で反射され、集光体４例え
ば凸レンズで集光され、薄板５，６から構成される物品
７の重ね合わせ部Ｔａ上の薄板５上に焦点８を結ぶ。

これにより薄板５は加熱され薄板６と溶接される。

この際加工レーザ光２が物品７の重ね合わせ部７ａから
すれると、薄板５のみ加工されて、溶接不良を生じるの
で、正確に加工レーザ光２を重ね合わせ部Ｔａ上の薄板
５上の中心に集光させなければならない。

従来は、顕微鏡９で観測しながら加工レーザ光２の焦点
８の位置に、重ね合わせ部Ｉａ上の薄板５上の中心が来
るように物品７を移動させて位置ぎめを行なっていた。

′しかし近時電子銃のグリッドを他の部品とレーザ溶接
することが行なわれているが上述のように顕微鏡による
方法は正確であるが、位置合わせに時間がかかり、多数
の同様な物品を処理する場合には作業者の疲労がはなは
だしく、結局加工コストが高くなり、また自動化、高速
化が困難であるという大きな不都合があった。

本発明は、上述の不都合を除去するためになされたもの
で、同様な形状、寸法の電子銃のグリッドを溶接のため
繰返し位置きめする際に好適な位置きめ装置であって、
作業者の疲労を伴うことなく迅速容易に位置ぎめができ
るしかも位置ぎめ基準部分がやや円弧状をなす場合にも
不都合のない位置ぎめ装置である。

そして本装置は位置ぎめされる電子銃のグリッドに検出
光を照射する投光体と、電子銃と投光体との相対移動に
より検出光がグリッドの稜部の所定部位（稜部）を照射
したとき、その反射光を受光する位置に設けられた受光
体とをそなえて、受光量の極太を検出して位置ぎめし、
さらに投光体とグリッドとの間に円柱レンズを介挿して
、上記移動と直角方向に所定部位が変位している場合に
も、安定した受光が得られるようにしたことを特徴とす
るものである。

以下本発明の詳細を第２図ないし第７図に示す実施例に
より説明する。

第２図において、位置ぎめされる物品１１は薄板部材１
２ａｔ１２ｂｔ・・・（グリッド）を複数段並列させ、
その上部に薄片１４を載置し、それらの重ね合わせ部の
中心１５ａ。

１５ｂ・・・をレーザ光により溶接して組立てられたも
のである。

位置ぎめに際しての基準となる所定部位１６ａ、１６ｂ
は重ね合わせ部に近接したグリッド外周縁の綾部であり
、円弧状に形成されている。

次に本発明の装置は、第２図において電子銃（未完成品
）１１を載置するテーブル２１およびこれを矢印２２方
向に移動させる駆動機構２３からなる移動装置２４と、
電子銃１１に検出光２６を投射する投光装置２７と、反
射光２８を受光し、この強弱を電気信号に変換する受光
装置２９と、上記電気信号により移動装置２４を制御す
る検出装置３０とから構成されている。

各部につき詳述すると、移動装置２４のテーブル２１は
矢印２２方向（以下Ｘ方向と称す）に移動自在に支持さ
れていて、さらにＸ方向と直角方向（以下Ｙ方向と称す
）端部に当接治具３５が設けられている。

これはテーブル２１の上面に電子銃１１を載置した際、
これの１１のＹ方向の位置ぎめをするためのものである
。

駆動機構２３は、パルスモータとその他テーブル２１を
移動させる伝導機構とから構成されていて、検出装置３
０の指令によりパルスモータが回転してテーブル２１が
Ｘ方向に進退する。

投光装置２７は、検出光２６としての検出レーザ光を発
振する投光体３６と、反射鏡３７と、凸レンズからなる
集光体３８と、集光体３８と電子銃１１との間に介挿さ
れた円柱レンズ３９（本実施例においては半円柱レンズ
）とから構成されている。

投光体３６から発振された検出光２６は反射鏡３Ｔによ
りほぼ直角に曲げられ集光体３８および円柱レンズ３９
により電子銃１１の所定部位１６ａ上に焦点を結ぶ。

受光装置２９は、結像レンズ４１と、開口片４２と、光
電変換素子を内蔵した受光体４３とから構成されていて
、電子銃１１からの検出光２６の反射光２８は結像レン
ズ４１により結像され、その像４５の位置に置かれた開
口片４２の開口を通って、その後方に置かれた受光体４
３に入り、受光量に応じた電気信号がこの受光体４３か
ら出力される。

これら投光装置２７、受光装置２９および物品１１の相
互位置関係については後述する。

検出装置３０は増幅器、比較器、パルスモータ駆動回路
などから構成されていて、受光装置２９からの電気信号
が予め設定した設定値を超えるまでパルスモータを駆動
し、一定値を超えたとき停止する。

検出装置３０は受光量の極大値を検出するのが理想的で
、このためには設定値を超えた位置および再び減少して
設定値より減少した位置を検出し、両位置の中間位置を
極大値としてパルスモータを制御するのである。

しかし本実施例のように設定値を超えたときを極太とみ
なしても、設定値を適切に設定すれば、実用上支障のな
い誤差範囲内に位置きめできる。

従って本明細書においては極大値とは本実施例のような
場合も含むものである。

なお、本実施例においては、実験の結果、設定値は検出
回路のノイズの５Ｍの値とした。

また誤差範囲は加工レーザ発振器の位置ぎめ精度により
決まるが、本実施例では精度±２０μｍ以内である。

そして上述の条件において、どの極太値も設定値の３倍
以上であった。

さらにまた、本実施例においては、グリッドは高精度抜
き型で製造されているので、稜部の状態をマクロに見れ
ば類似しており、ミク用こ見れば表面あらさなどで異な
るが、集束された検出レーザ光の焦点径が２５μｍにし
た場合は表面あらさの影響は平均化され、問題はなくな
る。

以上のように設定値や極大値は十分とれ、位置ぎめ精度
も満足すべきものであった。

次に作動につき述べる。

第３図は電子銃１１が位置ぎめされた状態を示すもので
、加工レーザ発振器１からの加工レーザ光２は反射鏡３
、集光体４を経て重ね合わせ部の中心１５ａ上に焦点を
結び加工がなされる状態である。

最初にこの位置に電子銃１１をおいて、投光装置２７お
よび受光装置２９を調節する。

すなわち検出光２６が薄板部材１２ａの稜部である所定
部位１６ａ上に焦点を結ぶように投光装置２７を設ける
。

なお焦点の位置については後に詳述する。

この所定部位１．６ａは稜部でしかも表面が微細な凹凸
状をなしているので反射光２８は散乱光となって反射し
て行く。

受光装置２９は、電子銃１１の移動により所定部位１６
ａ近傍の平面部分が検出光２６の焦点位置に来たときに
検出光２６が正反射する方向を避け、しかも所定部位１
６ａからの散乱光が十分入射する位置に設けられる。

これにより所定部位１６ａが焦点位置に来たときに受光
装置２９から大きな出力が出されるが、電子銃１１（グ
リッド）の移動と出力との関係は第４図に示すようにな
る。

本図は横軸に所定部位１６ａ近傍の部位をとり、縦軸に
各部位が検出光２６の焦点を通過するときの受光装置２
９の出力をとったもので、横軸上の点ｇａは所定部位１
６ａを表わす。

反射光２８は所定部位１６ａ以外では正反射となりほと
んど受光装置２９に入らず、所定部位１６ａにおいては
散乱光となり十分受光装置２９に入るので曲線Ａはｘａ
において極太となり、所定部位１６ａの前後において急
速に出力が減少する。

以上のように加工レーザ光２、投光装置２７、受光装置
２９および位置ぎめされた電子銃１１の間の位置関係を
調節した後作動に入る。

先ずテーブル２１を第３図左方に位置させ、予備組立て
された電子銃１１を当接治具３５に当接させて図示のよ
うに載置する。

検出装置３０の指令により駆動機構２３のパルスモータ
が回転し、テーブル２１は本図右方へ移動する。

移動により所定部位１６ｂが検出光２６の焦点位置（実
際は上述の誤差範囲内の位置）に達すると受光体４３の
出力が検出装置３０の設定値ｙａを超える。

このとき検出装置３０は移動装置２４を停止させ、位置
きめが完了し、加工レーザ光２を発振させて、薄片１４
と薄板部材（グリッド）１２ｂとを溶接する。

溶接が終ったら再び電子銃１１を右方に移動させ所定部
位１６ａについて同様に位置ぎめし、薄片１４と薄板部
材１２ａとの溶接をする。

上述の位置きめにおいては、電子銃１１のＹ方向の位置
ぎめは、当接治具３５によりなされているが、実際には
第５図に破線で示すように電子銃１１がＹ方向にすれて
載置される場合がある。

このような場合でも薄片１４の幅が加工レーザ光２の焦
点径より大きい場合は溶接可能である。

しかし本実施例においては、検出レーザ光２６は所定部
位１６ ａ 、１６ ｂの近傍が稜線に沿って円弧状に
形成されているので、Ｙ方向のすれにより反射光２８の
反射方向が変わるため、散乱光とはいえ受光装置２９に
十分な反射光が入らなくなる。

このような不都合を避けるため、換言すればＹ方向の感
度を落すため、集光レンズ３８と所定部位１６ａとの間
に半円柱レンズ３９がその円柱の軸線（母線）をＸ方向
に沿わせて介挿されている。

そして焦点位置を所定部位１６ａよりわずか上方に置く
ことにより、綾部に沿って検出光２６を線状に拡げ若干
Ｙ方向にすれていても支障なく位置きめされる。

また本発明は電子銃１１の所定部位１６ａ、１６ｂから
の反射光２８により位置ぎめするので、他部位からの反
射光が受光装置２９に入るのは誤動作の原因となるため
極力避ける必要がある。

開口片４２により外部の照明光に対する誤動作は防げる
が、赤外線の入射を防ぐフィルタを併設すると一層効果
があり、また下記のように投光装置２７、受光装置２９
および電子銃１１の相対位置を決定するのが好ましい。

第６図において、検出光２６は所定部位１６ａ、１６ｂ
と突出部１８，１９の角部１８ａｔ１９ｂとにおいて散
乱光として反射する。

今突出部１９の厚さをｔ、所定部位１６ｂから突出部１
９の上面まで距離をｌとすると１、照射角θはｔａｎθ
〉１なるように設定すれば角部１９ａからの散乱光の悪
影響は防止できる。

第７図において角部１８ａからの散乱は一部は散乱光２
８ａとなり薄板部材１２ｂの背面１９ｂで反射し、一部
は稜部１６ｄ近傍を通って受光装置２９の方へ向かう。

従って突出部１８ａと背面１９ｂとの間隔をｄとすると
、受光角ψはｔａｎφ〉昔なるように設定すれば角部１
８ａの悪影響は防止される。

本実施例においては、θ＝５°、ψ二５０°に二定０°
ている。

以上詳述したように本発明の位置ぎめ装置は円柱レンズ
をもった投光装置と移動装置と受光装置と検出装置とを
設は投光装置の検出光は線状に拡げて所定部位に集光し
その稜部における反射光の極大値を検出して位置ぎめす
るように横取したので、従来の光学的方法のように位置
ぎめされる電子銃に予め位置ぎめのためのマークを付け
るようなことは全く不要であり、稜部を検出位置とする
ので精度が高くまた反射光の受光角を適宜設定すること
により他の稜部による悪影響を受けることなく位置ぎめ
ができる。

さらにまた円柱レンズを介挿し検出光を線状に広げたの
で物品の移動方向に対し傾いた方向例えば直角方向に物
品が変位していても支障を生じることはない。

なお本実施例のように受光量が設定値を超えた点を検出
し、これを極太値としたものは、真の極太値を求めるた
めの複雑な演算処理装置が不要であり、また演算に要す
る時間も不要なので応答時間が短かくなるなど種々な効
果を奏するものである。

また本実施例においては電子銃を移動させて位置ぎめし
たが、電子銃を固定し、検出光を移動させてもよく、ま
た検出光はレーザ光に限らす、／Ｓロゲンランプ、キセ
ノンランプなどを光源としたものでもよい。

さらにまた円柱レンズとは母線が互に平行な２つの円柱
面で構成されたものとか本実施例のように一方の面が平
面で構成された半円柱状のいわゆるかまぼこレンズであ
ってスリット状に光を集束するものであり、その置く位
置は本実施例においては集光体と物品との間に介挿した
が、集光体と投光体との間に介挿してもよいことはいう
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置ぎめ方法の説明斜視図、第２図は本
発明の実施例により溶接された物品の斜視曲、第３図は
同じ〈実施例の構成説明図、第４図は同じ〈実施例の受
光体出力説明図、第５図は同じ〈実施例の円柱レンズの
作用説明図、第６図および第７図は同じ〈実施例の照射
角および受光角の設定説明図である。 １１・・・・・・電子銃、１２ａ、１２ｂ・・・・・・
グリッド、１６ａ、１６ｂ・・・・・・稜部（所定部位
）、２４・・・・・・移動装置、２６・・・・・・検出
光、２９・・・・・・受光装置、３０・・・・・・検出
装置、３６・・・・・・投光体、３８・・・・・・集光
体、３９・・・・・・円柱レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 板状部材で形成されたグリッドを複数段設けた電子
   銃に検出光を集束投射し上記検出光と上記電子銃とを相
   対的に移動させ上記グリッドの外周縁の綾部からの反射
   光の変化により上記電子銃を所定の位置に位置ぎめする
   位置ぎめ装置において、上記検出光の光路中に円柱状レ
   ンズを介挿したことを特徴とする位置ぎめ装置。