JP2004314104A - 複合溶接ヘッド及び並設トーチを用いた溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速溶接が可能な複数本の溶接トーチを備えた複合溶接ヘッドで、狭い箇所から広い箇所への連続的な１工程での溶接作業を可能にし、さらに溶断トーチと溶接トーチとを備えた複合溶接ヘッドにおいて、溶断のみの作業や溶接のみの作業を行うときの作業性を向上させる。
【解決手段】複数の溶接トーチ又は溶接トーチと溶断トーチとの複数のトーチを備えた溶接ヘッドにおいて、トーチの一方を他方に対して進退自在に設ける。複数本の溶接トーチ２を設けた溶接ヘッドで、細部や狭隘部の溶接を行うときは、その内のいずれか１本の溶接トーチを前進させた状態で溶接を行う。広い部分の溶接を高速で行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作させて溶接を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、複数の溶接トーチ又はプラズマトーチその他の溶断トーチと溶接トーチとを並設した複合溶接ヘッド、及び溶接ロボットの溶接ヘッドに複数の溶接トーチを装着して行う溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ヘッドの移動速度を高速化できることによる溶接作業の生産性向上を主眼とし、加えて複数の溶接トーチに与える電圧値やワイヤ送り速度を制御することで溶接品質の向上を図るために、溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを搭載して、その先端相互の位置関係を一定に保持した状態で同期移動させて溶接を行う技術は公知である。
【０００３】
また、プラズマトーチで２枚合せにした鋼板の１枚を切欠き、その切欠部にトーチ先端に供給した溶接ワイヤを溶かして流し込むことによって、２枚の鋼板を栓溶接するプラズマスポット溶接装置も公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを装着すると、その先端相互の間には絶縁やアークの分離のためのある程度の距離を必要とするため、溶接ヘッドの先端がその移動方向に幅広くなるのを避けることができない。そのため、溶接開始位置や溶接終了位置に、溶接トーチと干渉するような障害物がない場合には問題がないが、例えば溶接開始位置や終了位置に、トーチと干渉する壁や段差があるときは、溶接開始位置や終了位置への溶接ヘッドの接近性が低下し、これらの端部に不良溶接箇所が生ずる。このような場合に溶接の完全を期そうとすれば、複数本のトーチを設けた並設トーチで溶接できない隅部を予め１本の溶接トーチで溶接しておく必要があり、溶接工程が２工程となるばかりでなく、２台の溶接ロボットが必要であったり、工程間で１本トーチのものと２本トーチのものとの溶接ヘッドの交換が必要となるなどの、設備負担ないし作業負担が生ずる。
【０００５】
また、１台のロボットで長い距離の溶接と細かい部分の溶接とを行うときには、細かい部分の溶接においては、溶接トーチの接近性が問題となり、長い溶接線の溶接においては、溶接速度が問題となるために、１本トーチと２本トーチとの使い分けが必要となり、前記と同様に溶接工程を２工程として、その工程間で溶接ヘッドの交換作業が必要になるという問題がある。
【０００６】
また、溶断トーチの先端に溶接トーチを臨ませて、材料の溶断と溶接とを連続して行うようにした複合溶接ヘッドにおいて、例えば溶断のみを行うときには、溶断トーチに並設されている溶接トーチが邪魔になって溶断トーチの移動軌跡が制限されることがあり、またこのような複合溶接ヘッドを用いて溶接のみを行いたいというような場合に、比較的寸法の大きなプラズマトーチなどの溶断トーチが邪魔になって作業性が悪く、この種の複合溶接ヘッドで溶接のみの作業を行うことは、一般的には困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決して、高速溶接が可能な複数本の溶接トーチを備えた複合溶接ヘッドで、狭い箇所から広い箇所への連続的な１工程での溶接作業を可能にし、さらに溶断トーチと溶接トーチとを備えた複合溶接ヘッドにおいて、溶断のみの作業や溶接のみの作業を行うときの作業性を大幅に向上させることができる技術手段を得ることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数の溶接トーチ又は溶接トーチと溶断トーチとの複数のトーチを備えた溶接ヘッドにおいて、トーチの一方を他方に対して進退自在に設けることにより、上記課題を解決している。
【０００９】
すなわち本願請求項１の発明に係る複合溶接ヘッドは、並設された複数の溶接トーチ２を備えた複合溶接ヘッドにおいて、１個の溶接トーチを他方に対して相対的に進退させる進退駆動装置４を備えている。
【００１０】
また本願請求項２の発明に係る複合溶接ヘッドは、並設された溶断トーチ１０と溶接トーチ２とを備えた複合溶接ヘッドにおいて、溶接トーチを溶断トーチに対して相対的に進退させる進退駆動装置４を備えている。
【００１１】
進退駆動装置４は、流体圧シリンダ、リニアモータ、モータと送りねじなどの直線運動機構を用いるのが好ましいが、リンクを用いた揺動運動機構を採用することもできる。この進退駆動装置は、溶接ロボットを制御するＮＣ装置で進退動作のタイミングを制御できるものを用いる。
【００１２】
進退駆動装置４は、各々のトーチ毎に設ける構造が、制御が単純で溶接ヘッドを定位置に保持したままトーチのみを進退させてトーチの変換を行うことができる点で優れているが、例えば２本のトーチを設けたものにおいて、そのうちの１本を後退位置と中間位置と前進位置との３位置に位置決めできる進退駆動装置を設ける構造とすることもできる。この場合には、進退動作を行うトーチが前進位置と中間位置の間で移動するとき、溶接ヘッドの前後動作が必要になる。しかし、例えばプラズマトーチ１０と溶接トーチとを設けたようなときは、溶接トーチ２のみを前後させることで、大型のプラズマトーチの前後動作が不要になるという利点がある。
【００１３】
複数本の溶接トーチ２を設けた溶接ヘッドで、細部や狭隘部の溶接を行うときは、その内のいずれか１本の溶接トーチを前進させた状態で溶接を行ってやればよい。広い部分の溶接を高速で行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作させて溶接を行う。一般的には２本の溶接トーチを設けるが、３本以上の溶接トーチを設けてやれば、溶接速度を更に高速化できる。
【００１４】
溶接トーチ２の進退動作は、溶接途中においても行うことができるので、例えば隅部から隅部への溶接を行うような場合、途中に溶接トーチと干渉する障害物があるような場合には、請求項３、４記載の溶接方法を採用することにより、狭隘部による障害を受けることなく、複数本のトーチを用いた高速溶接が可能である。
【００１５】
請求項３の発明に係る溶接方法は、溶接ロボットの溶接ヘッド１に複数本の溶接トーチ２を並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置４を設けた溶接ヘッド１を用いて、狭隘部から広い部分へと溶接を進める際の溶接方法で、溶接ヘッド１の進行方向前側の溶接トーチを後退させた状態で後側の溶接トーチによる溶接動作を行い、溶接ヘッド１が所定量移動したあと前記前側の溶接トーチを進出させて当該前側トーチの溶接動作を開始し、前側トーチの溶接動作を開始してから前側トーチと後側トーチとの間隔に相当する距離以上溶接ヘッド１が移動した後のタイミングで溶接ヘッド１の移動速度を増速するというものである。
【００１６】
また請求項４の発明に係る溶接方法は、溶接ロボットの溶接ヘッド１に複数本の溶接トーチ２を並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置４を設けた溶接ヘッド１を用いて、広い部分から狭隘部へと溶接を進める際の溶接方法で、溶接ヘッド１を移動させながら並設された複数本の溶接トーチ２を動作させて溶接を行い、溶接ヘッド１が所定距離移動したあとその移動速度を減速し、その減速動作を終了してから溶接ヘッド１がその移動方向前側の溶接トーチと後側の溶接トーチとの間隔に相当する距離移動する前のタイミングで、その移動方向後側の溶接トーチの溶接動作を停止して当該後側トーチを後退させて継続して溶接を行うというものである。
【００１７】
また、溶断トーチ１０と溶接トーチ２を設けたものにおいて、溶断のみを行うときは、溶接トーチ２を後退させ、溶接のみを行うときは、溶接トーチ２を前進させた状態で行う。更に１本の溶断線に沿って溶断トーチ１０を移動させながら必要箇所で溶接トーチ２を進退させて、所望部分の溶接を連続的に行うという溶接動作も可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は２本の溶接トーチを用いた複合溶接ヘッドを示す図で、１は図示しない溶接ロボットのアーム先端に取り付けられた溶接ヘッド、２ａ及び２ｂは溶接トーチ、３ａ及び３ｂは、溶接ヘッド１に固定されて溶接トーチ２ａ、２ｂをそれぞれ個別に軸方向移動自在に保持しているリニアガイド、４ａ及び４ｂは、溶接ヘッド１に装着されて伸縮ロッド５ａ、５ｂの先端を溶接トーチ２ａ、２ｂに連結したシリンダである。
【００１９】
溶接トーチ２ａ、２ｂは、従来一般に用いられている溶接トーチと基本的な構造は同一であって、トーチ基部の金属円筒部６の露出部分を長くして、当該部分を軸方向に転動するボールを内面に備えたリニアガイド３で軸方向に進退可能に軸支している。
【００２０】
進退駆動装置であるシリンダ４は、ロッドの伸長時に両トーチ２ａ、２ｂの先端が同一位置となるように装着されており、いずれか一方のシリンダを縮退させることにより、当該側のトーチが後退する。溶接動作は、トーチ２を進出させた状態で行われる。従って、一方のトーチを後退させたときは、他方のトーチ１本で溶接が行われ、両方のトーチを前進させたときは、原則として両側のトーチで溶接が行われる。
【００２１】
２本の溶接トーチ２ａ、２ｂには、給電装置７ａ、７ｂ、ワイヤ送り装置８ａ、８ｂがそれぞれ個別に設けられ、給電電圧の制御や給電のオンオフ、ワイヤ送り速度の制御、シリンダ４ａ、４ｂの進退動作などは、溶接ロボットを制御している図示しないＮＣ装置の制御の元に行われる。
【００２２】
図２は、図１で示した溶接ヘッドを用いて、溶接開始位置（ａ）と終了位置（ｆ）とに溶接トーチと干渉する壁や段差Ｈ、狭隘部Ｋがあるときの溶接動作を説明した図である。溶接開始位置（ａ）においては、図で矢印で示す溶接ヘッドの移動方向に対して前側となる先行トーチ２ａを後退させ、後側となる後行トーチ２ｂの先端をワーク９の段差部９ａに接近させるため、溶接ヘッド１を図２で時計回りに傾斜した状態で溶接を開始する。そして、先行トーチ２ａとワークの段差９ａとの干渉がなくなる距離まで溶接ヘッドが移動したら（（ｂ）の位置）、先行トーチ２ａを進出させ、溶接ヘッドの傾斜を元に戻し、先行トーチのアークを開始し、両方のトーチ２ａ、２ｂで溶接を行う状態とする。そして、先行トーチ２ａのアークを開始してから先行トーチ２ａと後行トーチ２ｂの先端間隔ｗだけ溶接ヘッド１が移動したタイミングで溶接ヘッド１の移動速度を上げ、障害のない区間Ｌの溶接を高速で行う。
【００２３】
そして、溶接線の終端の狭隘部Ｋに近づいたら、溶接ヘッド１を減速して、その減速動作が終了した後、前記間隔ｗだけ移動した時点で後行トーチ２ｂのアークを停止し、シリンダ４ｂを縮退して後行トーチ２ｂを後退させ、溶接ヘッド１を図２で反時計方向に傾斜させる。この状態で溶接終端（ｆ）まで移動し、先行トーチ２ａのアークを終了して１パスの溶接を終了する。
【００２４】
複数層の溶接を往復移動で行うときは、図２の（ｆ）の位置が次のパスの溶接開始位置となるので、先行トーチ２ａのアークを停止することなく、溶接ヘッド１の逆方向移動を開始し、前記と同様な順序で先行トーチ２ａと後行トーチ２ｂの進退を行いながら（ａ）地点までの溶接を行う。以上の動作を所定回数繰り返して所望層の溶接を行う。
【００２５】
以上の溶接動作は、本願発明の溶接ヘッドの有利性が顕著に発揮される溶接動作のひとつであり、溶接パスの途中に溶接トーチと干渉する狭隘部（図２のＫ参照）がある場合には、当該狭隘部でいずれか一方の溶接トーチを後退させ、溶接ヘッドの傾斜とその移動速度を遅くした状態で溶接を行う。
【００２６】
溶接パスが全体的に狭隘であったり、複雑に屈曲したりしているときは、いずれか１本の溶接ヘッドを後退した状態で、他の１本の溶接ヘッドのみで従来の１本トーチによる溶接と同様な溶接を行うことができる。また、溶接線に沿う障害物がないときには、最初から最後まで従来の２本トーチで行うと同様な操作で高速溶接を行うことができる。そして、必要に応じて１本トーチと２本トーチの切り替えを溶接途中においても行うことができるので、１台の溶接ロボットで溶接ヘッドの交換をすることなく、複数トーチでは困難な狭隘部を含む溶接線に沿う溶接を適時複数トーチによる高速化を図りながら、一連の動作で行うことが可能である。
【００２７】
以上は２本の溶接トーチを用いた例であるが、図３に示すように、溶接トーチ２を３本用いて、必要に応じてその１本又は２本を後退させた溶接動作を連続的に行うことも可能である。溶接トーチ２の数が多くなれば、溶接ヘッドが大型となり、制御も複雑になるため、トーチ数を多くすることについての一定の限界はあるが、トーチ本数を多くすれば、溶接速度を更に高速化できるので、ワークの種類や形状によっては、３本や４本の溶接トーチを搭載した複合溶接ヘッドを用いるのが全体として溶接コストを低減できることもある。
【００２８】
図４は、プラズマトーチ１０と溶接トーチ２とを備えた複合溶接ヘッドの例を示した図である。この例では、プラズマトーチ１０は溶断ヘッド１１に固定されており、溶接トーチ２は直列接続した２本のシリンダ１２に連結されている。図４（ａ）に示すように、２本のシリンダ１２ａ、１２ｂが共に伸長したときは、溶接トーチ２がプラズマトーチ１０の前方に進出し、いずれか一方のシリンダを伸長して他方を縮退させたときは、同図（ｂ）に示すように溶接トーチ２の先端がプラズマトーチ１０の先端部に位置する。そして、２本のシリンダ１２ａ、１２ｂを後退させたときは、溶接トーチ２が退避状態となる。
【００２９】
従って、従来のプラズマスポット溶接装置で行うような板の切断と溶接とを伴う作業には、プラズマトーチ１０と溶接トーチ２の先端を一致させた図４（ｂ）の状態で作業を行い、溶接のみの作業を行うときは、図４（ａ）の状態で作業を行い、切断のみを行うときは、図４（ｃ）の状態で作業を行ってやればよい。
【００３０】
また一続きの溶接線に沿って開先加工が必要な区間と開先加工が不要な区間とがあるとき、開先加工する区間は、プラズマトーチ１０と溶接トーチ２の先端を一致させた図４（ｂ）の状態で、先行するプラズマトーチ１０のガウジングで開先加工を行ったあと、後行する溶接トーチ２で溶接を行い、開先加工しない区間にきたらプラズマトーチ１０を後退させて溶接トーチ２のみで溶接を行い、再び開先加工が必要な区間にきたらプラズマトーチ１０を進出して開先加工するという動作により、連続的に溶接を行ってゆくことが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によれば、１台のロボットに装着された１個の溶接ヘッドで狭隘部の溶接と、長い溶接線に沿う高速溶接とが共に可能になるばかりでなく、両者が交互に現れる複雑な溶接に対しても、一連の動作で狭隘部の溶接と高速溶接とを連続的に変換しながら行うことができ、そのようなワークの溶接における生産性を大幅に向上させることができ、設備負担や作業負担も大幅に軽減できるという効果がある。
【００３２】
また、溶断トーチと溶接トーチを設けたものでは、この種のトーチでは従来困難であった溶接のみの作業を溶断ヘッドを交換することなく行うことができると共に、溶断のみの作業を行うときに、溶接トーチが邪魔にならず、溶断トーチの移動軌跡をより広く取ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】２本溶接トーチの例を示す模式図
【図２】２本溶接トーチでの溶接動作の例を示す模式図
【図３】３本溶接トーチを備えた溶接ヘッドの例を示す図
【図４】溶断トーチと溶接トーチとを備えた溶接ヘッドの例とその進退動作を示す模式図
【符号の説明】
２ 溶接トーチ
４ シリンダ
１０ 溶接トーチ

Claims (4)

1. 並設された複数の溶接トーチを備えた複合溶接ヘッドにおいて、１個の溶接トーチを他方に対して相対的に進退させる進退駆動装置を備えている、複合溶接ヘッド。
2. 並設された溶断トーチと溶接トーチとを備えた複合溶接ヘッドにおいて、溶接トーチを溶断トーチに対して相対的に進退させる進退駆動装置を備えている、複合溶接ヘッド。
3. 溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置を設け、溶接ヘッドの進行方向前側の溶接トーチを後退させた状態で後側の溶接トーチによる溶接動作を行い、溶接ヘッドが所定量移動したあと前記前側の溶接トーチを進出させて当該前側トーチの溶接動作を開始し、前側トーチの溶接動作を開始してから前側トーチと後側トーチとの間隔に相当する距離以上溶接ヘッドが移動した後のタイミングで溶接ヘッドの移動速度を増速することを特徴とする溶接方法。
4. 溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置を設け、前記溶接ヘッドを移動させながら並設された複数本の溶接トーチを動作させて溶接を行い、溶接ヘッドが所定距離移動したあとその移動速度を減速し、その減速動作を終了してから溶接ヘッドがその移動方向前側の溶接トーチと後側の溶接トーチとの間隔に相当する距離移動する前のタイミングで、その移動方向後側の溶接トーチの溶接動作を停止して当該後側トーチを後退させることを特徴とする、溶接方法。

Images