JP2003311412A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦板部材の水平部材に対する角度が変化した
ときに溶接トーチの角度及び位置を自動的に調節するよ
うにした自動溶接装置を提供する。 【解決手段】 水平部材Ｈと縦板部材Ｖとの当接部Ｐを
溶接する自動溶接装置１において、縦板部材Ｖの水平部
材Ｈに対する角度θを検出するための角度検出手段４
と、当接部Ｐを溶接する溶接トーチ３と、溶接トーチ３
を左右方向へ移動させる左右位置調節手段５と、溶接ト
ーチ３を上下方向に移動させる上下位置調節手段６と、
溶接トーチ３の角度を調節する角度調節手段７とを備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ほぼ水平に配置さ
れた水平部材と、その水平部材に対して角度を有して当
接された縦板部材との当接部を連続的に溶接する自動溶
接装置に係り、特に、縦板部材の水平部材に対する角度
が変化したときに溶接トーチの角度及び位置を自動的に
調節するようにした自動溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８に従来の自動溶接装置の概略を示
す。

【０００３】図示するように、自動溶接装置４２は、ほ
ぼ水平に配置された水平部材Ｈとその水平部材Ｈに対し
て角度θ（図では９０°）で当接された縦板部材Ｖとの
当接部Ｐに沿って移動する走行台車４０と、走行台車４
０上に搭載された溶接トーチ４１とを備えている。溶接
トーチ４１は、その角度及び上下左右位置が手動により
調節できるようになっている。

【０００４】この自動溶接装置４２で溶接を行う場合、
まず自動溶接装置４２を溶接開始位置にセットし、作業
者が溶接トーチ４１の角度及び位置を調節する。その後
は、走行台車４０が当接部Ｐに沿って移動しつつ溶接ト
ーチ４１によって当接部Ｐを連続的に溶接する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、縦板部材Ｖ
の水平部材Ｈに対する角度θは常に９０°とは限らず、
様々な角度で溶接を行うことがあるが、この角度θが異
なると、当然、溶接トーチ４１の最適な角度も異なる。
また、溶接トーチ４１の角度が変化すると、溶接トーチ
４１による溶接点が変化するため、それに伴って溶接ト
ーチ４１の位置（上下及び左右方向）も調節して溶接点
が当接部Ｐからずれないように調節する必要がある。要
するに、溶接トーチ４１の最適な角度及び位置は、縦板
部材Ｖの水平部材Ｈに対する角度θによって異なるので
ある。

【０００６】しかしながら、従来の自動溶接装置４２で
は、縦板部材Ｖの水平部材Ｈに対する角度θが途中で変
化した場合には対応できず、連続的に溶接することがで
きなかった。即ち、角度θが途中で変化した場合、溶接
作業を中断して作業者が溶接トーチ４１の角度及び位置
を調節する必要があったのである。その結果、作業者は
常に自動溶接装置４２を監視していなければならず、完
全な無人運転を行うことができなかった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、縦板部材の水平部材に対する角度が変化したときに
溶接トーチの角度及び位置を自動的に調節するようにし
た自動溶接装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、略水平に配置された水平部材と、その水平
部材に対して角度を有して当接された縦板部材との当接
部に沿って移動してその当接部を溶接する自動溶接装置
において、上記縦板部材の上記水平部材に対する角度を
検出するための角度検出手段と、上記当接部を溶接する
溶接トーチと、上記溶接トーチを上記当接部と垂直な左
右方向へ移動させる左右位置調節手段と、上記溶接トー
チを上下方向に移動させる上下位置調節手段と、上記溶
接トーチの角度を調節する角度調節手段とを備えたもの
である。

【０００９】この構成によれば、縦板部材の水平部材に
対する角度を常に検出し、その結果に応じて溶接トーチ
の角度及び位置を自動的に調節することができ、縦板部
材と水平部材との角度が途中で変化しても連続的・自動
的に溶接を行うことができる。

【００１０】ここで、上記角度検出手段からの検出値に
応じて、上記溶接トーチによる溶接点が上記当接部から
ずれないように上記左右位置調節手段、上下位置調節手
段及び角度調節手段とを制御する制御装置を備えること
が好ましい。

【００１１】また、上記制御装置は、上記角度検出手段
により検出された上記縦板部材の上記水平部材に対する
角度に対して上記溶接トーチが最適な角度になるように
上記角度調節手段を制御し、かつ、溶接トーチの角度調
整に伴う溶接点のずれを補正すべく上記左右位置調節手
段及び上下位置調節手段を制御することが好ましい。

【００１２】また、上記角度検出手段が、上記縦板部材
に当接される固定スタイラスと、その固定スタイラスよ
りも上方で上記縦板部材に当接され、縦板部材の上記水
平部材に対する角度変化に伴って伸縮する伸縮スタイラ
スと、その伸縮スタイラスの伸縮量を検出するセンサー
とを備え、上記制御装置は、上記センサーの検出値に基
づいて上記縦板部材の上記水平部材に対する角度を算出
するようにしても良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１は本実施形態に係る自動溶接装置の平
面図であり、図２は図１の自動溶接装置の正面図であ
り、縦板部材の水平部材に対する角度が９０°の状態を
示している。図３は図１の自動溶接装置の正面図であ
り、縦板部材の水平部材に対する角度が図２の状態から
鋭角側に傾斜した状態を示している。

【００１５】図示するように、自動溶接装置１は、ほぼ
水平に配置された水平部材Ｈとその水平部材Ｈに対して
角度θで当接された縦板部材Ｖとの当接部Ｐに沿って移
動する走行台車２と、その走行台車２上に搭載され、当
接部Ｐを溶接する溶接トーチ３と、縦板部材Ｖの水平部
材Ｈに対する角度θ（以下、縦板部材角度という）を検
出するための角度検出手段４と、溶接トーチ３を当接部
Ｐと垂直な左右方向（矢印Ａ方向）へ移動させる左右位
置調節手段５と、溶接トーチ３を上下方向（矢印Ｂ方
向）へ移動させる上下位置調節手段６と、溶接トーチ３
の角度を調節する角度調節手段７（図１参照）と、上記
角度検出手段４の検出値に応じて、溶接トーチ３による
溶接点が当接部Ｐからずれないように左右位置調節手段
５、上下位置調節手段６及び角度調節手段７を制御する
制御装置８とを備えている。なお、図３では明瞭化の目
的から、溶接トーチ３は省略されている。

【００１６】走行台車２は車輪２ａを有しており、図示
しないモータによって車輪２ａが駆動されることによっ
てほぼ直線状の当接部Ｐに沿って自動的に走行する。

【００１７】角度検出手段４は、一端が走行台車２に固
定され、他端が縦板部材Ｖの下部に当接される固定スタ
イラス９と、その固定スタイラス９よりも上方で縦板部
材Ｖに当接され、縦板部材角度θの変化に応じて伸縮す
る伸縮スタイラス１０とを備えている。

【００１８】固定スタイラス９はアーム１１と、アーム
１１の先端部に設けられたガイド１２とを備えている。
走行台車２は、固定スタイラス９のガイド１２が常に縦
板部材Ｖと当接するように運転・走行される。従って、
縦板部材Ｖから走行台車２までの距離は常に一定に確保
される。

【００１９】一方、伸縮スタイラス１０は、走行台車２
上に固定されたシリンダー１３と、シリンダー１３のロ
ッド１４の先端部に回転自在に設けられたガイドローラ
１５とを備えている。またシリンダー１３は、ガイドロ
ーラ１５及びロッド１４を縦板部材Ｖ側へ付勢するスプ
リング（図示せず）を備えている。従って、ガイドロー
ラ１５は常に縦板部材Ｖに当接され、縦板部材角度θの
変化に伴ってロッド１４が伸縮する。より具体的には、
図３に示すように縦板部材角度θが鋭角側に変化すると
ロッド１４は縮退し、逆に鈍角側に変化すると伸張す
る。

【００２０】また伸縮スタイラス１０は、ロッド１４の
伸縮量を検出するストロークセンサー（図示せず）を備
えており、そのストロークセンサーによる検出値が常に
制御装置８へと送信される。ロッド１４の伸縮量は、伸
縮スタイラス１０のガイドローラ１５が固定スタイラス
９のガイド１２の垂直上方に位置したとき、即ち、縦板
部材角度θが９０°であるときを基準とする。従って、
ロッド１４が基準値よりも縮退した場合は、縦板部材Ｖ
が鋭角側に傾斜したと判定し、伸張した場合には鈍角側
に傾斜したと判定する。

【００２１】なお図１に示すように、本実施形態では角
度検出手段４が走行台車２の前後二カ所に設けられてい
るが、これは走行台車２が前方又は後方のどちら側に走
行する場合であっても対応できるようにしたものであ
り、必ずしも二つ設ける必要はない。例えば、走行台車
２の進行方向前方側（少なくとも、溶接トーチ３よりも
前）に角度検出手段４を一つだけ設けても良い。

【００２２】次に、左右位置調節手段５は、走行台車２
上に固設されたブラケット１６に対して左右方向にスラ
イド可能に取り付けられたスライドユニット１７と、モ
ータ１８とを備えている。スライドユニット１７は、モ
ータ１８の回転軸に接続されたネジ３４と螺合してお
り、モータ１８によってネジ３４が回転されるとブラケ
ット１６に対して左右方向に移動する。モータ１８は、
制御装置８からの信号に応じてスライドユニット１７を
左右方向に移動させる。

【００２３】上下位置調節手段６は、左右位置調節手段
５のスライドユニット１７に対して上下方向にスライド
可能に取り付けられたスライドユニット１９と、モータ
２０とを備えている。スライドユニット１９は、モータ
２０の回転軸に接続された図示しないネジと螺合してお
り、モータ２０によってネジが回転されるとスライドユ
ニット１９がスライドユニット１７に対して上下方向に
移動する。モータ２０は、制御装置８からの信号に応じ
てスライドユニット１７を上下に移動させる。溶接トー
チ３は、角度調節手段７を介して上下位置調節手段６の
スライドユニット１９に取り付けられている。従って、
溶接トーチ３は、スライドユニット１７のスライドに伴
って左右方向に移動し、スライドユニット１９のスライ
ドに伴って上下方向に移動する。

【００２４】角度調節手段７は、溶接トーチ３を軸Ｃ周
りに回転させてトーチ角度を変化させるモータ２１を備
えており、モータ２１は制御装置８からの信号に応じて
溶接トーチ３の角度を変化させる。

【００２５】制御装置８は、角度検出手段４からの検出
値（より詳しくは、伸縮スタイラス１０のストロークセ
ンサーの検出値）に基づいて縦板部材角度θを算出し、
その結果に応じて、左右位置調節手段５、上下位置調節
手段６及び角度調節手段７を制御して溶接トーチ３の角
度及び上下左右位置を自動的に調節する。

【００２６】図４を用いて、縦板部材角度θの算出方法
を説明する。

【００２７】図４は、縦板部材Ｖが水平部材Ｈに対して
鋭角側に傾斜した状態を示しており、図中、点ａは固定
スタイラス９のガイド１２と縦板部材Ｖとの当接点であ
り、点ｂは伸縮スタイラス１０のガイドローラ１５と縦
板部材Ｖとの当接点である。また、距離ｘは固定スタイ
ラス９と伸縮スタイラス１０間の距離であり、予め制御
装置８内に入力されている。

【００２８】ここで、縦板部材Ｖの垂直線に対する角度
をθ’とし、縦板部材Ｖの傾斜に伴う伸縮スタイラス１
０のロッド１４の縮退量をｙとすると、θ’＝tan^-1 (y
/x)となり、縦板部材角度θは、θ＝９０°−θ’の式
から算出できる。なお、ロッド１４が伸張した場合に
は、縦板部材Ｖが鈍角側に傾斜したことを意味している
ので、θ＝９０°＋θ’の式に基づいて縦板部材角度θ
を算出する。このように、制御装置８は、角度検出手段
４から入力された検出値ｙと、予め入力されたデータｘ
とを用いて縦板部材角度θを算出する。

【００２９】次に、縦板部材角度θに対する溶接トーチ
３の最適な角度及び位置について図５を用いて説明す
る。図５（ａ）は、縦板部材角度θが９０°である状態
を示しており、図５（ｂ）は、縦板部材角度θが９０°
よりも小さい鋭角である状態を示している。図示するよ
うに、溶接トーチ３の最適角度αは、縦板部材角度θが
減少すると小さくなり、逆に縦板部材角度θが増加すれ
ば大きくなる。つまり、溶接トーチ３の最適角度αは縦
板部材角度θと同方向に変化させることが好ましい。

【００３０】縦板部材角度θに対する溶接トーチ３の最
適角度αの一例を挙げると、例えば、縦板部材角度θが
９０°でトーチ角度αを４０°、縦板部材角度θが８５
°〜８９°でトーチ角度αを３９°、縦板部材角度θが
８０°〜８４°でトーチ角度αを３８°、縦板部材角度
θが７５°〜７９°でトーチ角度αを３７°、縦板部材
角度θが７０°〜７４°でトーチ角度αを３６°、縦板
部材角度θが６５°〜６９°でトーチ角度αを３５°に
制御することが好ましい。

【００３１】しかしながら、本発明はこの点において制
約はなく、溶接トーチ３の径など、様々な要素を考慮し
て最適な値に設定すれば良い。また、上記例のようにト
ーチ角度αをステップ的（段階的）に変化させるのでは
なく、縦板部材角度θの変化に対してリニア（直線的）
に変化させるようにしても良い。例えば、トーチ角度α
が常に縦板部材角度θの半分となるように制御しても良
い。

【００３２】さて、溶接トーチ３の角度を調節した場
合、当然、溶接トーチ３による溶接点も変化するため、
制御装置８は溶接トーチ３の角度調整に伴う溶接点のず
れを補正すべく左右位置調節手段５及び上下位置調節手
段６を制御する。即ち、溶接トーチ３の中心線Ｃｔが当
接部Ｐに位置するように、溶接トーチ３の左右及び上下
位置を調整する。

【００３３】更に、制御装置８は、溶接トーチ３の先端
部が縦板部材Ｖ及び水平部材Ｈと接触することのない範
囲で、当接部Ｐから溶接トーチ３の先端部までの距離Ｅ
が最適となるように左右位置調節手段５及び上下位置調
節手段７を制御する。

【００３４】図１〜図３を再び参照して、本発明の作用
を述べる。

【００３５】まず自動溶接装置１を当接部Ｐの近傍に配
置し、固定スタイラス９のガイド１２と伸縮スタイラス
１０のガイドローラ１５とを縦板部材Ｖに当接する。こ
のとき、伸縮スタイラス１０のロッド１４の伸縮量がス
トロークセンサーによって検出され検出値が制御装置８
に送られる。制御装置８はその検出値に基づいて溶接開
始時の縦板部材角度θを算出し、溶接トーチ３の角度及
び位置が最適になるように左右位置調節手段５、上下位
置調節手段６及び角度調節手段７を制御する。

【００３６】その後、走行台車２が当接部Ｐに沿って移
動しつつ溶接トーチ３によって当接部Ｐが連続的・自動
的に溶接される。

【００３７】この間、伸縮スタイラス１０のロッド１４
の伸縮量が常に制御装置８に送信され、縦板部材角度θ
が常に算出される。そして、縦板部材角度θが変化した
ならば、溶接作業を自動的に一時中断し、溶接トーチ３
の角度をその新たな縦板部材角度θに合わせて調節し、
かつ、溶接トーチ３の角度調整に伴う溶接点のずれを補
正すべく左右位置調節手段５及び上下位置調節手段６を
制御する。溶接トーチ３の角度・位置調節が終了したら
再び溶接作業を開始する。

【００３８】このように、本発明の自動溶接装置１によ
れば、縦板部材角度θを常に検出して、その検出値に応
じて溶接トーチ３を自動的に調節することができるた
め、縦板部材角度θが途中で変わる場合であっても作業
者による監視及び手動調整を必要とせず、完全な無人運
転が可能となる。

【００３９】次に図６及び図７を用いて他の実施形態を
説明する。

【００４０】図６に示す自動溶接装置は、伸縮スタイラ
スの構成のみが図１の自動溶接装置１と異なるものであ
り、その他の部分については図示及び説明を省略する。

【００４１】この自動溶接装置の伸縮スタイラス１０’
は、走行台車２の左右方向において複数の位置に取り付
けることを可能にしたものである。伸縮スタイラス１
０’のシリンダ１３’はスライドブラケット２２を介し
て走行台車２に固定される。スライドブラケット２２
は、走行台車２の左右方向に延びる二本のレール２３に
沿ってスライド可能であり、そのレール２３上にボルト
２４によって固定できるようになっている。更にスライ
ドブラケット２２には、位置決め穴２６が形成されてお
り、走行台車２にはその位置決め穴と整合する穴２５が
複数（図６では３個）形成されている。スライドブラケ
ット２２の位置決め穴２６を走行台車２の穴２５のうち
いずれか一つと整合させて、ボルトやピン等を挿入する
ことによりシリンダ１３’を所定位置に固定できる。

【００４２】この構成によれば、伸縮スタイラス１０’
の伸縮量を大きくすることなく、様々な縦板部材角度θ
に対応できる。即ち、縦板部材角度θが鈍角である場合
には、より縦板部材Ｖに近い位置へシリンダ１３’を取
り付け、鋭角側である場合には、縦板部材Ｖから離れた
位置へシリンダ１３’を取り付ければ良い。

【００４３】次に、図７の実施形態を説明する。

【００４４】この形態では、走行台車２上に上下位置調
節手段６’が固設される。上下位置調節手段６’は、モ
ータ２０’と、本体３０と、本体３０に沿って上下に昇
降可能な昇降ブラケット３１とを備えている。昇降ブラ
ケット３１はモータ２０’の回転軸に接続されたネジ１
８’と螺合しており、モータ２０’によってネジ１８’
が回転されると本体３０に対して上下にスライドする。
そして、昇降ブラケット３１上に左右位置調節手段５’
が設けられている。左右位置調節手段５’は昇降ブラケ
ット３１に対して左右方向にスライド可能に取り付けら
れたスライドユニット１７’と、モータ１８’とを備え
ている。スライドユニット１７’は、モータ１８’の回
転軸に接続された図示しないネジと螺合しており、モー
タ１８’によってネジが回転されるとスライドユニット
１７’が左右方向に移動する。

【００４５】角度調節手段７’は、モータ２１’とモー
タ２１’の回転軸に接続された伸縮ロッド３３とからな
り、スライドユニット１７’上にピン結合されている。
溶接トーチ３’は、その上部が角度調節手段７’の伸縮
ロッド３３の先端部にピン結合されると共に、その略中
央部がスライドユニット１７’に固定されたブラケット
３２にピン結合されている。モータ２１’によって伸縮
ロッド３３が回転・伸縮されると、溶接トーチ３’が軸
Ｃ’周りに回動してトーチ角度が変化する。

【００４６】このように、左右位置調節手段、上下位置
調節手段及び角度調節手段は図示したものに限定され
ず、様々な構成とすることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、縦板部材
の水平部材に対する角度が変化したときに溶接トーチの
角度及び位置を自動的に調節でき、連続溶接が可能とな
るといった優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る自動溶接装置の平面
図である。

【図２】図１の自動溶接装置の正面図であり、縦板部材
の水平部材に対する角度が９０°の状態を示している。

【図３】図１の自動溶接装置の正面図であり、縦板部材
の水平部材に対する角度が図２の状態から鋭角側に傾斜
した状態を示している。

【図４】縦板部材角度の算出方法を説明する説明図であ
る。

【図５】（ａ）は、縦板部材角度とトーチ角度との関係
を示す図であり、縦板部材角度が９０°である状態を示
している。（ｂ）は、縦板部材角度とトーチ角度との関
係を示す図であり、縦板部材角度が９０°よりも小さい
鋭角である状態を示している。

【図６】伸縮スタイラスの他の実施形態を示す正面図で
ある。

【図７】左右位置調節手段、上下位置調節手段及び角度
調節手段の他の実施形態を示す正面図である。

【図８】従来の自動溶接装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 自動溶接装置 ２ 走行台車 ３ 溶接トーチ ４ 角度検出手段 ５ 左右位置調節手段 ６ 上下位置調節手段 ７ 角度調節手段 ８ 制御装置 ９ 固定スタイラス １０ 伸縮スタイラス Ｈ 水平部材 Ｐ 当接部 Ｖ 縦板部材

フロントページの続き (72)発明者 馬場 脩 広島県呉市昭和町２番１号 石川島播磨重 工業株式会社呉総合事務所内 (72)発明者 佐藤 悦司 広島県福山市新涯町５丁目22番20号 有限 会社 泰興内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略水平に配置された水平部材と、該水平
   部材に対して角度を有して当接された縦板部材との当接
   部に沿って移動してその当接部を溶接する自動溶接装置
   において、 上記縦板部材の上記水平部材に対する角度を検出するた
   めの角度検出手段と、上記当接部を溶接する溶接トーチ
   と、 上記溶接トーチを上記当接部と垂直な左右方向へ移動さ
   せる左右位置調節手段と、 上記溶接トーチを上下方向に移動させる上下位置調節手
   段と、 上記溶接トーチの角度を調節する角度調節手段とを備え
   たことを特徴とする自動溶接装置。
2. 【請求項２】 上記角度検出手段からの検出値に応じ
   て、上記溶接トーチによる溶接点が上記当接部からずれ
   ないように上記左右位置調節手段、上下位置調節手段及
   び角度調節手段を制御する制御装置を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の自動溶接装置。
3. 【請求項３】 上記制御装置は、上記角度検出手段によ
   り検出された上記縦板部材の上記水平部材に対する角度
   に対して上記溶接トーチが最適な角度になるように上記
   角度調節手段を制御し、かつ、溶接トーチの角度調整に
   伴う溶接点のずれを補正すべく上記左右位置調節手段及
   び上下位置調節手段を制御する請求項２記載の自動溶接
   装置。
4. 【請求項４】 上記角度検出手段が、上記縦板部材に当
   接される固定スタイラスと、その固定スタイラスよりも
   上方で上記縦板部材に当接され、縦板部材の上記水平部
   材に対する角度変化に伴って伸縮する伸縮スタイラス
   と、その伸縮スタイラスの伸縮量を検出するセンサーと
   を備え、 上記制御装置は、上記センサーの検出値に基づいて上記
   縦板部材の上記水平部材に対する角度を算出する請求項
   ２又は３に記載の自動溶接装置。