JP2002028786A - 溶接用レーザセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レーザセンサを大量の溶接熱が発生するアー
ク溶接時にも長時間使用できる冷却構造を有するレーザ
センサ。 【解決手段】 レーザセンサ１０を冷却するための冷却
用エアー注入口１４と注入された冷却用エアーをレーザ
センサ１０から排出するための冷却用エアー第１排出口
１５、冷却用エアー第２排出口１６とを備え、溶接中は
溶接ヒューム、スパッタがレーザセンサの保護窓１３に
付着しないよう外部に設けられた排気ガイドシャッタ２
７が保護窓１３を覆うように閉じ、溶接線の位置を検出
する際はレーザ光を被溶接物に照射できるよう移動させ
る開閉式の排気ガイドシャッタ２７とからなる冷却構造
を有するレーザセンサにおいて、冷却用エアー第２排出
口１６から排出された冷却用エアーが排気ガイドシャッ
タ２７に衝突後、レーザセンサ１０の外部に吹き付けら
れるようにシャッタをレーザセンサ側に折り曲げた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット、
特にアーク溶接用ロボットの溶接用トーチ付近に設けら
れて、溶接位置を検出するレーザセンサの冷却装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、アーク溶接用ロボットは、被溶接
物の位置をセンサで検出し、この検出した信号に従って
ロボットの可動部がロボットの先端に装着された溶接用
トーチを移動させ、被溶接物の設置誤差及び被溶接物の
加工誤差を補正し、所望の溶接線に沿うアーク溶接を行
う。

【０００３】このようなアーク溶接用ロボットにおい
て、溶接線の位置を検出するセンサには、レーザ光を被
溶接物に照射し、その反射光を受光し、溶接線の位置を
検出するいわゆる、レーザセンサが用いられている。ま
た、これらのセンサは、正確な溶接線の位置を検出する
ために、溶接用トーチの付近に設置されている。

【０００４】このようなレーザセンサは、レーザセンサ
の内部にレーザ発信部とレーザ受光部とを格納し、これ
らをアーク溶接時に発生するスパッタ、溶接ヒューム等
から保護し、さらにレーザ光を透過させる透明樹脂材等
から成る保護窓によって被覆する構造になっている。そ
のため、この保護窓のレーザ光を透過させる部分にスパ
ッタ、溶接ヒューム等が付着すると、正確な位置を測定
できなくなる。また、アーク溶接時に発生する高熱に対
するレーザセンサの耐熱、耐久性を向上させるために、
レーザセンサの内部に冷却ガス、冷却クリーンエアー、
エアー等の冷却用エアーを供給して脱熱する構造にもな
っている。

【０００５】レーザセンサには、溶接線の位置を検出す
る時期によって、溶接中にリアルタイムに溶接線の位置
を検出し溶接線の位置を補正する溶接中検出レーザセン
サと、溶接前に溶接線の位置を検出し教示された溶接線
の位置を補正する溶接前検出レーザセンサとがある。

【０００６】前者の溶接中検出レーザセンサの場合に
は、上述した保護窓にスパッタ、溶接ヒューム等が付着
しないように、いかに防塵性を保つかが重要となる。し
かし、後者の溶接前検出レーザセンサの場合には、溶接
中にレーザセンサを使用しないので、上述した保護窓の
外部に開閉式のシャッタを設け、溶接中はシャッタによ
って直接スパッタが保護窓に付着しない構造となってい
る。また、このシャッタは、溶接の輻射熱が直接レーザ
センサに到達しないように、輻射熱を遮る役割も担って
いる。

【０００７】出願時の本発明は、溶接前に溶接線の位置
を検出し教示された溶接線の位置を補正する溶接前検出
レーザセンサに関するもので、図１乃至図３は、上述し
た従来技術を使用したレーザセンサの冷却装置を説明す
る図である。

【０００８】図１は、アーク溶接中に発生するスパッ
タ、溶接ヒューム等をレーザセンサの保護窓に付着しな
いようにシャッタが閉じられた状態のレーザセンサの構
造図である。１はロボットの先端に装備された溶接用ト
ーチで、レーザセンサ１０はブラケット２によって溶接
用トーチ１と固着されている。レーザセンサ１０は、レ
ーザ発信部１１、レーザ受光部１２と、これらをスパッ
タ、溶接ヒューム等から保護する透明樹脂等等から成る
保護窓１３とで形成されている。また、冷却用エアー注
入口１４は、レーザセンサに載設され、レーザ発信部１
１及びレーザ受信部を溶接時の輻射熱による温度上昇を
低減するための冷却ガス、冷却クリーンエアー、エアー
等の冷却用エアーを注入するためのものである。平板状
のシャッタ２５は、ボルト２６によってレバー２０に取
付けられており、レバー２０は直動シリンダ２２によっ
て支点２１を中心に回転する構造となっている。２３は
直動シリンダ２２にエアーを注入するエアー注入口、２
４は直動シリンダ２２からエアーを吸い出すエアー吸出
口で、直動シリンダ２２を動作させる。

【０００９】図２は、上述した図１のシャッタ２５が開
いた状態のレーザセンサの構造図である。シャッタ２５
は、エアー注入口２３にエアーが注入されるとシリンダ
２２がＺ１方向に伸び、シリンダ２２に接続されている
レバー２０が支点２１回りに回転する。これによって、
レーザ光は被溶接物に投射が可能となり、溶接線の位置
を測定できる。

【００１０】図３は、上述した図１のレーザセンサの冷
却装置の略示機構図である。冷却用エアー注入口１４か
ら注入された冷却ガス、冷却クリーンエアー、エアー等
の冷却用エアーは、レーザセンサ内で還流、対流してレ
ーザセンサ内部を冷却し、レーザセンサの下部に設けら
れた冷却用エアー第１排出口１５と空気室１７とを通過
し、レーザセンサ１０の底部に設けられた冷却用エアー
第２排出口１６から排出され、レーザセンサ１０の外部
に設けられたシャッタ２５に衝突した排気流は、外部へ
排気される。

【００１１】他方、溶接中に発生する溶接ヒューム、ス
パッタが、レーザセンサ１０とシャッタ２５との隙間か
ら逆に流入しようとする場合であっても、上述した排気
流によって流入を防止し保護窓１３の表面に付着するこ
とはない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】レーザセンサ内に設け
られたレーザ発信部１１及びレーザ受信部１２は精密な
電子素子で形成されているので、耐熱性が一般的に脆弱
であって、アーク溶接時に発生する高熱に対するレーザ
センサの耐熱性を向上させるには、冷却は不可欠であ
る。

【００１３】上述したレーザセンサを、大量の溶接熱が
発生する環境で長時間使用する際には、レーザセンサを
冷却するための冷却ガス、冷却クリーンエアー、エアー
等の冷却エアーの流量を増加する必要がある。しかし、
前述した従来の構造で、冷却用エアーの流量を増やす
と、冷却用エアーがシャッタに衝突後、溶接点付近まで
到達し、シールドガスの流れを乱してしまい、溶接部に
欠陥が発生していた。その結果、上述したレーザセンサ
を使用するには、レーザセンサが高温にならないように
溶接時間を短くしたり、溶接する間隔をあける等、使用
を制限する必要があった。

【００１４】本発明は、かかる不具合を解消し、レーザ
センサを大量の溶接熱が発生するアーク溶接時にも長時
間使用できる冷却構造を有するレーザセンサを提供す
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】出願時の請求項１記載の
レーザセンサの冷却装置は、図４及び図５に示すように
レーザセンサ１０を冷却するための冷却用エアーを注入
する冷却用エアー注入口１４と上記注入された冷却用エ
アーをレーザセンサ１０から排出するための冷却用エア
ー第１排出口１５、冷却用エアー第２排出口１６とを備
えたレーザセンサ１０と、溶接中は溶接ヒューム、スパ
ッタがレーザセンサの保護窓１３に付着しないようレー
ザセンサ１０の外部に設けられた排気ガイドシャッタ２
７が保護窓１３を覆うように閉じ、溶接線の位置を検出
する際はレーザ光を被溶接物に照射できるよう外部に設
けられた排気ガイドシャッタ２７を移動させる開閉式の
排気ガイドシャッタ２７とからなる冷却構造を有するレ
ーザセンサにおいて、上記排気ガイドシャッタ２７が、
図５に示す冷却用エアー第２排出口１６から排出された
冷却用エアーが排気ガイドシャッタ２７に衝突後、レー
ザセンサ１０の外部に吹き付けられるように上記シャッ
タをレーザセンサ側に折り曲げたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る一実施例であるレーザセンサについて説明する。図
４の（ａ）、（ｂ）は、本発明に係わる冷却装置を備え
たレーザセンサのシャッタを閉じた状態の正面図と側面
図、図５は同レーザセンサの略示機構図である。

【００１７】図４において、レーザセンサ１０はブラケ
ット２によって溶接用トーチに固着されている。冷却用
エアー注入口１４は、レーザセンサの上面に載設され、
レーザセンサ内を溶接時に発生する輻射熱による温度上
昇を低減するために冷却ガス、冷却クリーンエアー、エ
アー等の冷却用エアーを注入するものである。

【００１８】２３は直動シリンダ２２にエアーを注入す
るエアー注入口、２４は直動シリンダ２２に貯蔵された
エアーを吸出すためのエアー吸出口で、エアーを注入ま
たは吸出することによって直動シリンダを伸縮させてい
る。２０は直動シリンダ２２に取付けられたレバーであ
る。２７は溶接時に発生する溶接ヒューム、スパッタ、
輻射熱等からレーザセンサを防御するための排気ガイド
シャッタで、レバー２０の底部に２つのボルト２６で締
着されている。排気ガイドシャッタ２７は、図４（ａ）
に示すように長方形の長手方向の２辺をレーザセンサ側
に折り曲げたコの字形の構造である。

【００１９】前述した直動シリンダ２２の伸縮動作によ
って、レバー２０とレバー２０に締着された排気ガイド
シャッタ２７とが支点２１回りに回動し、溶接前に被溶
接物の溶接線の位置を検出する場合は排気ガイドシャッ
タ２７を開き、また溶接中は溶接ヒューム、スパッタか
ら保護窓を防御するために排気ガイドシャッタ２７を閉
じる。

【００２０】図５は、図４で説明したレーザセンサとそ
の冷却装置との略示機構図で、排気ガイドシャッタ２７
が閉じられた状態で冷却用エアーの流れを説明する図で
ある。レーザセンサ冷却用エアー注入口１４から注入さ
れた冷却ガス、冷却クリーンエアー、エアー等の冷却用
エアーは、レーザセンサ内で還流、対流してレーザセン
サ内を冷却し、レーザセンサの下部に設けられた冷却用
エアー第１排出口１５と空気室１７とを通過し、さらに
レーザセンサ１０の底部に設けられた冷却用エアー第２
排出口１６を経てレーザセンサ１０の外部に設けられた
排気ガイドシャッタ２７の底部に向けて排出される。

【００２１】その後、排出された冷却ガス、冷却クリー
ンエアー、エアー等の冷却用エアーは、排気ガイドシャ
ッタ２７の折り曲げ部に衝突し排出方向を換えレーザセ
ンサの外部に沿って上昇する。この気流によってレーザ
センサ１０の外側表面を奪熱し、またこの気流がエアー
カーテンを形成するので溶接による輻射熱を低減させる
働きがある。

【本発明の効果】本発明によれば、アーク溶接用ロボッ
ト先端の溶接用トーチに取付けられたレーザセンサをア
ーク溶接時に発生する高熱から防御し、またレーザセン
サの内部に取付けられたレーザ光を透過させる保護窓に
アーク溶接時に発生する溶接ヒューム、スパッタ等を付
着しない効果を備えている。さらに大量の溶接熱を放出
する厚板溶接、多層盛溶接等の長時間溶接する場合に
は、大量の冷却ガス、冷却クリーンエアー、エアー等の
冷却用エアーをレーザセンサに注入することで、レーザ
センサ内部の冷却効果を増し、さらにレーザセンサから
排出された冷却用エアーがシャッタの折り曲げ部に沿っ
て流れるので、レーザセンサの外部の温度上昇を抑制
し、また冷却用エアーが溶接点付近に到達しないために
溶接部の欠陥を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、アーク溶接中に発生するスパッタ、溶
接ヒューム等をレーザセンサの保護窓に付着しないよう
にシャッタが閉じられた状態のレーザセンサと冷却装置
との構造図である。

【図２】図２は、溶接前に溶接線の位置を検出するため
にレーザ光が透過できるようシャッタを開いた状態のレ
ーザセンサと冷却装置との構造図である。

【図３】図３は、図１に示したレーザセンサと冷却装置
との略示機構図である。

【図４】図４は、本発明に係わる冷却装置を備えたレー
ザセンサのシャッタを閉じた状態の正面図と側面図であ
る。

【図５】図５は、図４に示したのレーザセンサと冷却装
置との略示機構図である。

【符号の説明】

１ 溶接用トーチ ２ ブラケット １０ レーザセンサ １１ レーザ発信部 １２ レーザ受信部 １３ 保護窓 １４ 冷却用エアー注入口 １５ 冷却用エアー第１排出口 １６ 冷却用エアー第２排出口 １７ 空気室 ２０ レバー ２１ 支点 ２２ 直動シリンダ ２３ 直動シリンダ稼動用エアー注入口 ２４ 直動シリンダ稼動用エアー吸出口 ２５ 平面シャッタ（従来） ２６ ボルト ２７ 排気ガイドシャッタ（本発明）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F059 AA05 AA11 BA10 BC07 BC09 CA05 CA06 DA02 DA05 DA08 DD08 DD12 DE04 FA03 FA08 FA10 FB01 FB16 FB17 FB22 FB26 FC02 FC07 FC13 FC14 3F060 AA05 GA05 GA13 GA16 HA03 HA28

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザセンサを冷却するための冷却用エア
   ーを注入する冷却用エアー注入口と注入された冷却用エ
   アーをレーザセンサから排出するための冷却用エアー排
   出口とを備えたレーザセンサと、溶接中は溶接ヒュー
   ム、スパッタがレーザセンサの保護窓に付着しないよう
   にレーザセンサの外部に設けられたシャッタが保護窓を
   覆うように閉じ、溶接線の位置を検出する際はレーザ光
   を被溶接物に照射できるように前記シャッタを移動させ
   る開閉式のシャッタとからなるレーザセンサの冷却装置
   において、前記シャッタは、冷却用エアー排出口から排
   出された冷却用エアーがシャッタに衝突後、レーザセン
   サの外部に吹き付けられるように前記シャッタをレーザ
   センサ側に折り曲げた溶接用レーザセンサ。