JPS61270055A - 自動倣い検知器 - 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】 木発明自動倣い検知器を以下の項目に従って説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術［第７図及び第８図］ Ｄ９発明が解決しようとする問題点 Ｅ９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］ Ｃ１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 Ｇ１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
に倣っ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っ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）［８７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１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、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０．１ｍ／ｍ程しか移動しない、従って
、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っては、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、その反射光のスポッ
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、ａｌ、ａｌは反射光ス
ポット、ｂｌ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ット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ット＆２
を夫々示すものである。そして、＄８図から解るように
、検知棒が傾動した状態におけるスボッ）ａｌはそのス
ポットａ２の中心を上記中立状態におけるスボッ）ａｌ
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。従って、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ットａ２が平行移動した
だけなので微量でしかなく、受光素子ｂｌ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
は光源に向っ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ってしまっていた。従って、上記従
来例にあっては、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
いという問題があった。

（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。

従って、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図に従って詳細に説明する。

（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
トッパねじ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っている。

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っている。１０１乃至１
０４はフォ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からの光を受は得る
ようになっている。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１
２によって保持されている。

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１１ａ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ｌｏｔ乃至１０４を各別に嵌合保持す
る嵌合孔１１ｂ、１１ｂ、−−・を備え、前記筒状体１
２の一端に嵌合固定されている。そして、支持体ｌｌ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ｌｏｔ乃至ｔｏ４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ット
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
であって、前記筒状体１２の反支持体ｌｌ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けた接触子であり、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
るキャップで、筒体２に螺合されており、また、キャッ
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１０を乃至１０４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
て番受光素子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１０を方向及び受光素子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
にあるときの番受光素子１０１乃至１０４に対する反射
光スポット１８の照射状態は、第３図（ｂ）のように、
番受光素子１０１乃至１０４の受光窓１０１ａ乃至１０
４ａに対する反射光スポット１８の照射面積は番受光窓
１０１ａ乃至１０４ａにおいて等しくなり、これに伴い
番受光素子ｌｏｔ乃至１０４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。従って、上記
各電気出力信号を受けたスライドユニット制御回路（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　　　　
　１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１０．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番受光素
子１０１乃至１０４に対する反射光スポット１８の照射
状態は、第４図（ｂ）のように、番受光素子１０１乃至
１０４に対して均等状態から全体的に受光素子ｌＯ１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の反射側にある受光素子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１ 第６図は本発明の自動倣い検知器ｌ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２１．２１の開
先２２のラインに沿っ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に塔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はこれに塔載された上下
動用モータ２５によっ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２６にはこれより水平方向に延びるブラ
ケット２７０基部が固着され、さらにブラケット２７の
先端部には、左右方向及び上下方向に位４を微調整する
ための調節ブロック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ｌが保持さ
れている。すなわち、上記位置調節ブロック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
構造になっていると共に、位置調節ブロック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３０．３】を操作することによ
って保持具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
になっている。

また、上記ブラケット２７には前記調節ブロック２８の
積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２
９に形成した取付孔３５内に検知器ｌ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って
行う、その取付後、つまみ３０．３１の操作によって検
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ｖｃ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、ストッパねじ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ット
１８は受光素子１０　　　１３側へ片寄って照射されて
いる。従って、相対向する受光素子１０１と１０３，１
０２と１０４間の照射光量の大きさ関係は、受光素子１
０１く受光素子１０３、受光素子１０２−受光素子１０
４となり、これに伴い番受光素子１０．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、上述の状態にあっ
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に駆動指令を手
元、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ッ
ト２７と一体的な溶接トーチ３４及び検知器１が開先２
２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からの光スポット１８が第３
図に示す如く番受光素子ｔｏｉ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ットされたことに
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２１．２１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、これに倣って検
知棒４が軸受３を支点にして回動し、円錐反射鏡８で照
射される光スポットの位置を受光素子１０．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ッ
トは第５図のように容量光素子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って
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って検知
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。

従って、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
る受光素子に向って夫々反射する光の光量に大きな差を
生せしめることかできるとともに、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　　　　
１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
）図は反射光スポッ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）図は反射光スポットと受光
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
射光スポッ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ッ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・・φ錐体状反射鏡、９・・φ光源。 １０１乃至１０４・・・光検知手段 出　　願　　人　　　鈴　　　木　　　兼　　　吉第５
図 （ｃｙ）　　　　　　　　　　　（ａ）第６図 第７図 ｈス 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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っ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