JP3098007B1 - 溶接トーチ用センサ取付ブラケット - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 溶接トーチに付設させるセンサおよび保護筐
体に冷却媒体を循環させないで、効果的にセンサを冷却
して保護する簡便なセンサ取付ブラケットを提供する。 【解決手段】 水***接トーチ３の側壁に取り付ける把
持部１１と、センサ２を搭載固定する支持面１６と、溶
接部分３１からセンサに照射する輻射を遮る遮光板１３
を備え、実質的に伝熱性材料で形成すると共に、支持面
１６は電気絶縁性を備えた断熱性材料１４を介装してセ
ンサを支持し、さらに把持部１１が溶接トーチ３に熱的
に密着できるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接トーチにセン
サを付設するためのセンサ支持装置に関し、特に水***
接トーチに取り付けたセンサを冷却して保護するセンサ
取付ブラケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットを利用した自動溶接装置の
発展が著しいが、より高速に精密な溶接をしたい、複雑
な溶接線でも高品位の溶接をしたいなど、さらに高度な
要求に対応するため、溶接部分や溶接部周辺をできるだ
け近いところから測定・観察する要求が高まり、溶接ト
ーチ近傍に視覚センサや接触センサなど精密な測定器を
固定して用いる必要が強くなっている。しかし、精密測
定器を溶接トーチ近傍に設置すると、溶接に伴って発生
する高熱により障害を受けて測定精度が低下するばかり
でなく故障する懼れがある。

【０００３】このため従来、例えば図２に示すように、
センサ類を保護筐体に収納し内部に冷却水路を形成した
専用の計測器を準備し、この計測器を溶接トーチに固定
し、計測器自体に冷却水や冷却ガスなど冷却媒体を流通
させて除熱する方法が用いられてきた。図２は従来用い
られていたセンサ取付部分の構成例を示すブロック図で
ある。ここに例示した方法では、計測器を固定した取付
ブラケットを溶接トーチに取り付けることにより、溶接
トーチに接近して計測器を設置する。

【０００４】計測器の内部には循環経路が形成されてお
り、クーラントが入口から供給され内部を循環して熱を
奪い出口から排出される。計測器の先端部には取付台を
介して遮光板が取り付けられていて、アーク光からの輻
射が計測器に入射するのを防止する。取付台は計測器の
検出口を覆って保護する透明板を支持固定する。透明板
は測定に係る光線を透過するアクリル板などで形成され
る。取付ブラケットはエポキシ樹脂など電気絶縁性の良
い材料で形成され、計測器を溶接電流から絶縁する機能
を兼ねている。

【０００５】遮光板がアークから受ける放射熱は周囲に
放射されたり冷却媒体に伝熱して排出されて、計測器が
昇温しないようになっている。また、遮光板にはパージ
口が設けられている。パージエアは計測器の背面から供
給され計測器と取付台を経由して周囲を冷却し、最後に
パージ口から計測器の検出口と平行に噴き出して透明板
にヒュームが付着することを防止する。

【０００６】なお、計測器は精密電気装置なので、水な
どの電気良導体をクーラントとして使用することは、万
一漏洩したときには重大な故障事故を引き起こす懼れが
あり好ましくない。従って、通常クーラントとして絶縁
油か冷却空気が使用される。絶縁油を使用する場合は運
転費が大きくなり、また空気を使用する場合は十分な冷
却効果が得にくい傾向がある。実際、積層溶接など熱負
荷が大きい溶接作業に適用することは困難である。

【０００７】また、媒体による冷却を用いると、専用の
計測器を作製しなければならない上に、計測器構造が複
雑で大型になり、センサ専用の冷却装置を必要とするな
ど設備費用が高騰する。さらに、冷却媒体を取り扱うこ
とに伴い運転上の困難が生じ、冷却水が漏洩すれば計測
器の絶縁劣化があり、また保全に手間が掛かることにな
る。なお、センサを大型の筐体に収納して熱容量を増や
し放熱を盛んにしたり、センサ自体の壁を二重構造にし
て断熱機能を持たせることにより昇温を抑える方法も用
いられる。しかし、これらいずれの方法も測定器の構造
が複雑化してコスト上昇を招いたり、測定器が大型化し
て溶接トーチへの取付が困難になったりする問題があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、溶接トーチに付設させるセンサお
よび保護筐体に冷却媒体を循環させないで、効果的にセ
ンサを冷却して保護するセンサ取付ブラケットを提供す
ることである。また、溶接状態のモニター用に製作され
る特殊な耐熱構造品の代わりに普通のセンサを直接利用
できるようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のセンサ取付ブラケットは、水***接トーチ
に取り付けて使用するものであって、溶接トーチの側壁
に取り付ける把持部と、センサを搭載固定する支持部
と、溶接部分からセンサに照射する輻射を遮る遮光板を
備え、実質的に伝熱性材料で形成されると共に、支持部
とセンサの間には電気絶縁性を備えた断熱性材料が介装
され、さらに把持部が溶接トーチに熱的に密着するよう
に形成されることを特徴とする。また、センサ取付ブラ
ケットの支持部にはエアの導入ノズルを設け、かつ内部
にエアの流通経路を形成して、センサの前面にエアを噴
出させるようにしてもよい。

【００１０】特にアーク溶接ではセンサの温度が上昇す
る主因はアークからの直接的な輻射熱である。溶接環境
における温度が特別に高くない限り、周囲の雰囲気から
センサに伝えられる伝熱量は、アーク光からの放射受熱
量と比較して問題となる量ではない。したがって、セン
サの温度上昇を効果的に防止するには、アーク光がセン
サに直接照射しないようにすることが重要になる。ま
た、自動溶接機に使用される大型の溶接トーチは溶接時
の発熱から保護するため冷却水を使用して昇温を防いで
いる。トーチ部分の内部に設けた循環経路中に冷却水を
通して、たとえばトーチ先端部で２００℃、トーチボデ
ィでは６０℃程度に冷却している。

【００１１】本発明は、溶接トーチが冷却水で強力に冷
却されていることに注目して、計測器自体に冷却機能を
備える代わりに、水***接トーチを冷熱源として扱うこ
とにより行われたものである。本発明のセンサ取付ブラ
ケットは、遮光板を備えるためセットされたセンサに溶
接アークからの光が届かず、またブラケットは伝熱性材
料で形成されるため遮光板に射入された熱がブラケット
を通って冷却された溶接トーチに逃げるようになってい
るので、ブラケットの温度がトーチボディ温度に制約さ
れ取り付けられたセンサの部分が昇温することも抑制で
きる。

【００１２】センサ支持面には断熱性材料を用いること
により、センサ取付ブラケットの温度が多少上がること
があってもセンサへの伝熱が抑制されるので、センサは
過熱せず測定精度を維持することができる。さらに、溶
接トーチには大電流が流され、アークを形成するのに伴
い電気的雑音を発生する。したがってセンサ取付ブラケ
ットを熱伝導性がよいと同時に電導性のよい金属などの
材料で形成すると、測定器の測定精度に重大な影響を与
えることになる。そこで、センサ支持面を電気絶縁性材
料で形成し計測器への影響を遮断することにより、測定
精度を維持することが好ましい。

【００１３】従来のセンサ取付方法ではセンサ筐体や保
護筐体に冷却液や冷却空気を導入して除熱していたた
め、センサ本体や筐体における媒体通路の形成、センサ
までの冷却媒体配管、媒体漏洩の防止、漏洩時の処置、
冷却装置の運転など、装置自体の構造の複雑化や操業上
の困難性の増大を避けることができなかったところ、本
発明のセンサ取付ブラケットを用いることによりこれら
の問題を解消することができた。また、センサを本発明
のセンサ取付ブラケットに取り付ければ、センサは通常
の使用温度を維持することができるので、センサやこれ
を組み込んだ計測器は高温に対する対策を施した特殊で
高価なものでなく、安価で信頼性の高い常用されるもの
を利用することができる。なお、センサ取付ブラケット
の支持部にエアの導入ノズルとエア流通経路を形成して
パージエアを通すようにした場合は、ブラケットの伝熱
による冷却に加えて内部を低温エアが流通することによ
り冷却機能が強化され、かつセンサ前面をエアパージす
ることにより溶接スパッタなどが付着してセンサ機能を
低下させることを防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施例の
センサ取付ブラケットの装着状態を示す側面図である。
本実施例のセンサ取付ブラケット１は、計測器２を搭載
し溶接トーチ３に固定して、溶接部の極く近傍を測定で
きるようにする。計測器２は測距用１次元レーザセンサ
やエリア測定用２次元レーザセンサ、あるいは溶接部監
視用ＣＣＤカメラなど光学的な測定器であってよい。

【００１５】センサ取付ブラケット１は、把持部１１と
ブリッジ１２と遮光板１３とセンサ当て板１４とシール
シート１５からなる。把持部１１は溶接トーチ３の胴を
挟み込んでセンサ取付ブラケット１を溶接トーチ３に固
設する。ブリッジ１２は断面がＬ字形になっていて、把
持部１１と遮光板１３をつなぐと共に、把持部１１が設
けられる辺の内側に計測器２を止める取付面１６を形成
する。把持部１１とブリッジ１２は熱伝導の良いアルミ
合金で形成される。ブリッジ１２の内部にはパージエア
の流通経路が設けられていて、上端に設けられた供給ノ
ズル１８から導入されたパージエアが流通経路を通って
ブリッジ１２を冷却した上で遮光板１３の根元から開孔
１７の前面に噴出するようになっている。

【００１６】遮光板１３はブリッジ１２のもう１辺の外
側に取り付けられている。取付面１６に取り付けられた
計測器２の観察口に対応した位置に当たる部分には、開
孔１７が設けられる。開孔１７はブリッジ１２と遮光板
１３とシールシート１５を貫通しているが、計測の障害
にならない範囲でできるだけ小さく形成される。開孔１
７の内部には図示しないアクリル透明板を設けて計測器
の光学系を保護する。遮光板１３には溶接トーチ３の側
に適当な高さの擁壁が突設されていて、溶接トーチ３に
より形成されるアーク３１からの光が開孔１７の奥に配
設された計測器２まで射入しないようになっている。遮
光板１３はクロム銅など溶接スパッタが付着しにくい材
料で形成されている。

【００１７】計測器２はセンサ当て板１４を介して取付
面１６に固定される。センサ当て板１４はセラミックス
やエポキシ樹脂など熱と電気を絶縁する材料で形成され
る。なお、計測器２の外壁を二重構造にして、パージエ
ア供給口２１から導入されたパージエアが外壁の空間を
流通してからブリッジ１２に設けられた孔を通って遮光
板１３の根元から開孔１７の前面に噴出するように構成
しても良い。シールシート１５はエポキシ樹脂板などで
形成され、エア漏れを防止しまたブリッジ１２からの熱
伝導を遮断する。

【００１８】計測器２はソケット２２に接続されるケー
ブルを介して駆動電源の供給を受け測定信号を出力す
る。溶接トーチ３は水冷式の大型トーチで、冷却水が供
給口３２から供給されてトーチの先端部まで循環して排
出口３３から図外の冷却装置に還流する。この冷却シス
テムにより、例えば溶接電流を３００Ａとして２０分稼
働させた時でもトーチ先端温度を２００℃、トーチボデ
ィの表面温度を６０℃程度に抑えることができる。把持
部１１は冷却したトーチボディの壁に広い面で接触し熱
的な意味において密着している。

【００１９】本実施例のセンサ取付ブラケット１を用い
て計測器２を溶接トーチ３に取り付けると、溶接トーチ
先端で発生するアーク３１からの輻射を遮光板１３で遮
るので計測器２を直接加熱しない。また、遮光板１３が
受入する輻射熱は熱伝導性の良いブリッジ１２を伝導し
把持部１１を介して、冷却されている溶接トーチ３に流
れ出すので、遮光板１３を含めたセンサ取付ブラケット
１が高温になることがない。さらに、計測器２は断熱性
の良いセンサ当て板１４を介してブリッジ１２の取付面
１６に取り付けられているので、伝熱による加熱も少な
い。

【００２０】なお、従来、絶縁性ブラケットを使用して
計測器を溶接電流から絶縁していたが、本発明のセンサ
取付ブラケット１ではセンサ当て板１４に絶縁性能の高
い材料を使用することにより溶接電流の影響を排除して
いる。本実施例のセンサ取付ブラケット１は、水***接
トーチ３を冷熱源として扱うことにより、特別な冷却装
置や冷却機構を用いないでセンサを冷却して正確な測定
と計測器の長寿命化を達成することができる。また、セ
ンサ内部に冷却媒体を還流されないため、センサの構造
が簡略化でき、通常型の計器も簡単な変成を加えるだけ
で使用することが可能である。さらに、水などの導電性
液体を使用しないので、漏洩による絶縁低下などに煩わ
されることもない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のセンサ取付
ブラケットを用いることにより、センサ冷却用の特殊な
ユーティリティ設備を設けることなく、計測器の冷却を
行って精度の良い溶接部位の計測を行うことができる。
また、冷却機能を強化するための特殊な構造を有する溶
接専用計測器を使う必要が無く、安価で精度の高い通常
の計測器を利用して目的とする測定ができるようにな
る。また水冷式と異なり、絶縁低下の懼れが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサ取付ブラケットの適用例を示す
ブロック図である。

【図２】従来のセンサ取付ブラケットの例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ センサ取付ブラケット １１ 把持部 １２ ブリッジ １３ 遮光板 １４ センサ当て板 １５ シールシート １６ 取付面 １７ 開孔 １８ パージエア供給口 ２ 計測器 ２１ パージエア供給口 ２２ ソケット ３ 溶接トーチ ３１ アーク ３２ 冷却水供給口 ３３ 冷却水排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ１２Ｂ 15/00 Ｇ１２Ｂ 15/00 (56)参考文献 特開 平８−309556（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−141433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−52260（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−80645（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−132235（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−299779（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−15880（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−118516（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/095 B23K 9/29 B23K 9/32 B23K 31/00 G12B 9/08 G12B 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水***接トーチの側壁に取り付ける把持
   部とセンサを搭載固定する支持部と溶接部分から該セン
   サに照射する輻射を遮る遮光板を一体に備え、前記支持
   部が前記把持部と前記遮光板をつなぐと共に前記センサ
   を支持するものであって電気絶縁性を備えた断熱性材料
   を介して前記センサと接触する他は実質的に伝熱性材料
   で形成されると共に、該把持部が実質的に伝熱性材料で
   形成され該溶接トーチに熱的に密着するように形成され
   て、前記水***接トーチを冷熱源として前記溶接部分か
   らの熱を流して昇温を抑えることを特徴とし、水***接
   トーチに取り付けて使用するセンサ取付ブラケット。
2. 【請求項２】 前記支持部にエアの導入ノズルを設けか
   つ支持部の内部にエアの流通経路を形成して前記センサ
   の前面にエアを噴出させるようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のセンサ取付ブラケット。