JP2004358491A

JP2004358491A - 自動溶接装置

Info

Publication number: JP2004358491A
Application number: JP2003157644A
Authority: JP
Inventors: Tateo Miyazaki; 建雄宮崎; Yoshio Nakajima; 義男中島; Noriaki Shinohara; 紀昭篠原
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】センサレス方式の自動隅肉溶接装置において、溶接トーチの倣いを下板走行−立板倣い方式とし、その上で立板または下板が湾曲したり傾斜している場合であっても自動的にトーチ先端位置、姿勢を修正し、また立板の側面の状態やフランジの有無など立板の形態等に依存せずに安定した隅肉溶接が可能な自動溶接装置を提供する。
【解決手段】センサレス方式で自動的に隅肉溶接を行う自動溶接装置において、溶接トーチ倣い機構１２が立板２と下板１のコーナ部に沿って移動する溶接線倣いローラ１１を有するとともに、回転軸１３と直動軸１４を介して下板上を走行する台車本体１０に上下回動自在および立板に対して進退自在に支持される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁、造船などの鋼構造物の隅肉溶接に使用する自動溶接装置に関し、特に鋼構造物のパネル部材とロンジ材あるいはスティフナなどの補剛材の隅肉継手をセンサレス方式で自動溶接する簡易な自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
距離センサや変位センサなどを使用しない、いわゆるセンサレス方式の自動溶接装置では、溶接トーチの倣いをどのようにするかが特に重要になる。従来の溶接トーチ倣い方式としては、台車が下板（例えば、外板、パネル部材等）上を走行し、ガイド倣いローラを立板（例えば、ロンジ材、スティフナ等）の側面に当接させて移動させる、下板走行−立板倣い方式（例えば、特許文献１参照）と、台車が立板側面もしくは立板のフランジ部上を走行し、ガイド倣いローラを下板もしくは下板と立板のコーナ部に当接させて移動させる、立板走行−下板倣い方式（例えば、特許文献２参照）とがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２１２６７０号公報（段落［０００７］−［０００９］、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１１−１９７８３３号公報（請求項１、２、図４、図１２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の技術では、下板と立板の隅肉継手の接合角は９０゜等のごとく一定の角度で取り付けられたワークにしか適用することができない。これは、通常の簡易自動溶接機は下板走行−立板倣い方式であるため、立板の取付角度が変化するとトーチ先端の狙い位置がコーナ部の溶接線からずれてくるためである。
特許文献２の技術はこの問題を解消し、下板あるいは立板の曲がりや傾斜に対して自動的にトーチ先端の位置、姿勢（トーチ角度）を修正するようにしている。しかしながら、特許文献２の装置では、立板が高くなるにつれて溶接トーチを保持する機構自体も長くなり立板の仮付け強度、剛性の面で問題が出てくる。また、台車の走行に立板側面に吸着するマグネットローラや立板フランジ部を挾持するピンチローラを使用して牽引力を確保する方式になっているため、立板側面の状態に依存したり、フラットバーなどフランジのない部材に対しては適用できないなどの問題がある。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、センサレス方式の自動隅肉溶接装置において、溶接トーチの倣いを下板走行−立板倣い方式とし、その上で立板または下板が湾曲したり傾斜している場合であっても自動的にトーチ先端位置、姿勢を修正し、また立板の側面の状態やフランジの有無など立板の形態等に依存せずに安定した隅肉溶接が可能な自動溶接装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の自動溶接機は、センサレス方式で自動的に隅肉溶接を行う自動溶接装置において、溶接トーチ倣い機構が立板と下板のコーナ部に沿って移動する溶接線倣いローラを有するとともに、回転軸と直動軸を介して下板上を走行する台車本体に上下回動自在および立板に対して進退自在に支持されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の自動溶接機では、溶接トーチ倣い機構が上記のように構成されているので、下板走行−立板倣い方式のもとで、溶接トーチの先端位置および姿勢を立板または下板の曲がりや傾斜等に応じて適正に（トーチ角度は立板の取付角度のほぼ１／２となる）保持することができる。したがって、隅肉溶接を高精度に行うことができる。
また、下板走行−立板倣い方式であるため、立板の側面の状態やフランジの有無など立板の形態等に依存せずに安定した隅肉溶接が実施可能である。
【０００８】
本発明の自動溶接機は、前記溶接トーチ倣い機構を前記コーナ部に押し付けるアクチュエータをさらに備えたものとすることが適している。
アクチュエータによって常に一定の力で溶接トーチ倣い機構がコーナ部に押し付けられながら溶接線（コーナ部）を倣うことになるので、溶接トーチの先端位置および姿勢をより確実に安定して保持することができる。
【０００９】
本発明の自動溶接機は、前記溶接トーチ倣い機構を立板に正対させる角度調整機構をさらに備えたものである。
この構成により、溶接トーチ倣い機構すなわち溶接トーチを立板に直角に正対させることができるので溶接品質が向上する。
【００１０】
本発明の自動溶接機は、前記溶接線倣いローラは、前記溶接トーチ倣い機構の中心軸回りのローラ取付角度の調整機構をさらに備えたものである。
このローラ取付角度調整機構により、溶接線倣いローラを溶接トーチ倣い機構に対して少し下板側に向けて取り付けることができるので、溶接線倣いローラがコーナ部の軌道から外れることなく正確にコーナ部を倣わせることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態による自動溶接装置の概略平面図で、溶接トーチ倣い機構および溶接トーチは水平状態の場合で示してある。図２は本発明の要部、主に溶接トーチ倣い機構を示す側面図である。また、図３は溶接トーチおよび台車部分の側面図、図４は溶接トーチ倣い機構と溶接トーチの上面図であり、さらにＡ部の拡大断面図を付記してある。
この自動溶接装置においては、下板１と立板２のコーナ部に沿って移動する溶接線倣いローラ（または溶接トーチ倣いローラ）１１を有する溶接トーチ倣い機構１２を、回転軸１３および直動軸１４を介して下板１上を走行する台車本体１０に上下回動自在および立板に対して進退自在に支持する構成となっている。すなわち、溶接トーチ倣い機構１２は、下板１と立板２のコーナ部に当接する溶接線倣いローラ１１と、溶接トーチ倣い機構１２を上下方向に回動させる回転軸１３と、立板２の方向（対向方向）に摺動させる直動軸１４とを備えたものである。
【００１２】
台車本体１０にはブラケット１５が取り付けられ、このブラケット１５に回転軸１３で溶接トーチ倣い機構１２の取付部材１６を上下回動自在に枢着している。そして、例えばボールスプライン軸からなる直動軸１４が取付部材１６を摺動自在に挿通しており、直動軸１４の先端部に設けられたローラ取付部材１７に溶接線倣いローラ１１が回転自在に枢着されている。また、直動軸１４は軸方向へは自由度を有するが軸回りには自由度を持たず固定されている。つまり、直線運動のみを行う軸である。直動軸１４には直動軸保護用のジャバラ１８が設けられている。さらに、取付部材１６上にはエアシリンダのごときアクチュエータ１９が設けられ、そのロッド先端はローラ取付部材１７に連結されて溶接線倣いローラ１１を一定の圧力でコーナ部に押し付けている。
【００１３】
また、溶接線倣いローラ１１は、図４のＡ部の拡大断面図で示すように、溶接トーチ倣い機構１２の中心軸の回りに回動させて、溶接線倣いローラ１１の取付角度が調整できるようになっている。これは、溶接中に、溶接線倣いローラ１１が立板２と下板１のコーナ部の軌道から外れて立板側に沿って上昇することのないようにするためである。このローラ取付角度調整機構３０は、内面に雌ネジ、外面に雄ネジを刻設したネジリング３１を溶接トーチ倣い機構１２先端部の取付部材１６に設け、このネジリング３１の内側にローラ取付部材１７のネジ部３２をネジ結合するとともに、ネジリング３１の外側にロックナット３３を螺合し、ローラ取付角度の調整後、このロックナット３３をローラ取付部材１７に締め付けて固定する構成となっている。また、ネジリング３１の内面の雌ネジおよびネジ部３２の雄ネジは例えばピッチ１ｍｍのごとき細かいネジのため、軸方向の移動量は少ない。このようなローラ取付角度調整機構３０の構成により、工具レスでローラ取付角度を調整することができる。
【００１４】
したがって、溶接線倣いローラ１１は、直動軸１４により向きを変えることなく、かつアクチュエータ１９によりコーナ部における下板１と立板２の両面に接し一定圧力で押し付けられながらコーナ部を転動する。また、ローラ取付角度の調整機構３０により、溶接トーチ倣い機構１２に対して溶接線倣いローラ１１を少し下板１側に向くように取り付けておくことで、下板１が傾斜あるいは湾曲している場合であっても倣いローラ１１が軌道から外れることなく正確にコーナ部を倣わせることができる。なお、溶接線倣いローラ１１には、円弧状の溝１１ａ（例えばＲ６ｍｍ程度の溝）が設けられており、両側の車輪部がそれぞれ下板１の表面と立板２の側面に接触して転動する。
【００１５】
溶接トーチ２０は、溶接トーチ倣い機構１２に設けられた保持部２１に所定の傾き角すなわちトーチ角度で固定される。通常、トーチ角度は前後進角９０゜、対面角は接合角度の１／２になるように設定される。
保持部２１は溶接進行方向（台車走行方向）の前後どちらでも取り付けられるように２箇所設けられている。溶接線倣いローラ１１と溶接トーチ２０とは溶接進行方向に対して前後にシフトしており、通常、溶接トーチ２０は溶接線倣いローラ１１が先行するように取り付けられる。また、溶接トーチ２０は直動軸１４と平行に、しかも同じ傾斜角で取り付けられているが、トーチ角度は必ずしも直動軸１４の傾斜角と同じでなくてもよく、若干異なるように取り付けてもよい。溶接トーチ２０の後部はエンドプレート２２で支えられており、またこのエンドプレート２２に直動軸１４の後端（図２において上端）が固定されている。
【００１６】
台車本体１０は、例えばゴムローラ等よりなる複数の車輪２３を備えており、さらに進行方向の前後に立板２の側面に当接する一対の走行倣いローラ２４ａ、２４ｂが若干長さの異なるアーム２５ａ、２５ｂを介して台車本体１０に取り付けられている。進行方向に対して先行の走行倣いローラ２４ａは長さの短いアーム２５ａに枢着され、後行の走行倣いローラ２４ｂは長さの長いアーム２５ｂに枢着されている。したがって、台車本体１０は、走行倣いローラ２４ａ、２４ｂが立板２の側面に押し付けられながら下板１上を走行する。また、台車本体１０の底部には図示しないマグネットが取り付けられており、その吸着力を利用して台車走行時のスリップを防いでいる。
【００１７】
アーム長が上記のように若干異なるため、溶接トーチ倣い機構１２を立板２に対して正対させる（直動軸１４の中心線を立板２に対して直角にする）必要がある。そのために溶接トーチ倣い機構１２の後部に角度調整機構２６が設けられている。
この角度調整機構２６は、溶接トーチ倣い機構１２のブラケット１５をピン２７で台車本体１０上に枢着するとともに、ピン２７を中心とする円弧状の長穴２８をブラケット１５に設け、長穴２８を通してボルト２９によりブラケット１５を台車本体１０に固定する構成となっている。これによって、溶接トーチ倣い機構１２はピン２７を中心に首振り可能となり、直動軸１４の中心線を立板２に直角に調節することができる。
【００１８】
上記のように構成された本自動溶接装置は、台車本体１０が下板１上を走行し、進行方向の前後に設けられた一対の走行倣いローラ２４ａ、２４ｂが立板２の側面に接しながら移動する。このとき、溶接トーチ倣い機構１２はアクチュエータ１８により立板方向へ付勢されており、回転軸１３により所定の角度、例えば４５゜に傾けられ、また直動軸１４により先端の溶接線倣いローラ１１を下板１と立板２のコーナ部に一定の圧力で押し付け、その状態で溶接線倣いローラ１１がコーナ部に沿って移動する。すなわち、下板走行−立板倣い方式となっている。溶接トーチ２０はこの溶接トーチ倣い機構１２に取り付けられているので、トーチ先端の位置、姿勢は溶接トーチ倣い機構１２によって設定される。すなわち、溶接トーチ２０先端の位置は、溶接線倣いローラ１１をコーナ部に当接することで位置決めされ、溶接トーチ２０の姿勢（トーチ角度）は溶接トーチ倣い機構１２に対する取付角度（通常は溶接トーチ倣い機構１２と同じ傾斜角度）で設定される。
【００１９】
ワーク形状の２次元もしくは３次元的変化、例えば、立板２が最初からあるいは途中から傾斜したり、曲がっていたりするような場合、あるいは下板１が湾曲しているような場合、本溶接トーチ倣い機構１２の動作は次のようになっている。図５は、簡単のため立板２が傾斜している場合を示すものである。ここでは、立板２の取付角度をロンジ角度と呼びθ_Ｌであらわす。溶接トーチは図５には示されていないが、溶接トーチ倣い機構１２と同じ傾き角度とし、トーチ角度をθ_Ｔであらわす。
図５の（Ａ）はロンジ角度が１２０゜の場合、（Ｂ）はロンジ角度が９０゜の場合、（Ｃ）はロンジ角度が６０゜の場合である。
本溶接トーチ倣い機構１２ではロンジ角度θ_Ｌとトーチ角度θ_Ｔは以下の関係がある。すなわち、トーチ角度θ_Ｔはロンジ角度θ_Ｌのほぼ１／２となる。
【００２０】
【数１】

【００２１】
また、ロンジ角度が６０゜〜１２０゜まで変化するときのトーチ角度の変化を図６に示す。ここでは、ロンジ角度６０゜と１２０゜で適正なトーチ角度（３０゜と６０゜）になるようにＨ（Ｈ_Ｔ，Ｈ_Ｒ）とＬの寸法を設定してある。また、Ｈ（特にＨ_Ｒ）に関しては、走行倣いローラがロンジウェブ下部のドレインホールを通過しない位置を考慮して設定している。
図６に示すように、この設定では通常、トーチ角度の適正値されるロンジ角度の１／２に対し最大で約４゜の誤差に収まっている。実際の装置では、溶接トーチ倣い機構をロンジ方向にスライドして微調整できるようになっている。したがって、ロンジ角度が図６のように６０゜〜１２０゜まで大幅に変化するようなことがなければ、最初の本自動溶接装置をワークに設置するときに適正なトーチ角度になるよう微調整することでトーチ角度をほぼロンジ角度の１／２に保持できる。
よって、本自動溶接装置は、溶接線倣いローラ１１と回転軸１３と直動軸１４を有する溶接トーチ倣い機構１２とすることで、ロンジ角度が変化しても溶接トーチ先端を適正な位置および姿勢に保持することができる。
【００２２】
また、ワーク形状が２次元もしくは３次元的に変化しても、図５から推察されるように、本自動溶接装置は、機械的な溶接トーチ倣い機構１２だけで、溶接トーチの位置、姿勢を適正値に保持しつつ溶接線を倣っていくことが理解される。台車本体１０はほぼ一定の走行速度で走行するので、溶接線が３次元的に曲がったり傾斜していてもほぼ一定の溶接速度で溶接が行われる。
したがって、本自動溶接装置を使用することにより、例えば、造船用の曲がり外板のロンジ隅肉継手を高精度に自動溶接することができる。
【００２３】
通常、溶接線倣いローラは溶接トーチに先行させて溶接を施工するため、このような簡易自動溶接装置では立板に向かって左方向用と右方向用の勝手違いが生じるが、本溶接トーチ倣い機構には倣いローラの左右に溶接トーチホルダがあるため、溶接トーチの取付位置を変えることで勝手違いに対応できる。なお、このとき当然、走行用の倣いローラのアーム長さも変更することになる。また、立板に溶接トーチを正対させるための角度調整も必要になる。
【００２４】
以上に述べた本実施形態はあくまでも一例を示すものである。例えば、直動軸は回り止めされた摺動軸であればよく、ブッシュとスライダ等で構成してもよい。また、アクチュエータは溶接トーチ倣い機構を立板に対して一定の力で押し付ける機能を持つものであればよく、ＤＣモータやスプリングなどを利用してもよい。また、エアシリンダに供給する気体として、圧縮空気に代えて溶接に使用する炭酸ガスなどのシールドガスを一部供給するようにしてもよい。
なお、実際のワークでは、通常、立板は仮付け溶接されている。溶接線倣いローラ１１には溝１１ａが設けられているので、溶接線倣いローラ１１は仮付けビードを通過することができる。また、隅肉継手の脚長が溝１１ａの幅内である場合には、溶接トーチ２０を溶接線倣いローラ１１よりも先行するように取り付けることも可能である。この場合、２本の溶接トーチを用いた多電極溶接が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、センサレス方式で自動的に隅肉溶接を行う自動溶接装置において、溶接トーチ倣い機構が立板と下板のコーナ部に沿って移動する溶接線倣いローラを有するとともに、回転軸と直動軸を介して下板上を走行する台車本体に上下回動自在および立板に対して進退自在に支持されているので、下板走行−立板倣い方式のもとで、溶接トーチの先端位置および姿勢を立板または下板の曲がりや傾斜等に応じて適正に保持することができ、そのため隅肉溶接を高精度に行うことができる。
また、下板走行−立板倣い方式であるため、立板の側面の状態やフランジの有無など立板の形態等に依存せずに安定した隅肉溶接を行うことができる。
さらに、本自動溶接装置はシンプルな構成であるため、コスト低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による自動溶接装置の概略平面図。
【図２】本自動溶接装置の溶接トーチ倣い機構を示す側面図。
【図３】溶接トーチおよび台車部分の側面図。
【図４】溶接トーチ倣い機構と溶接トーチの上面図。
【図５】溶接トーチ倣い機構の動作説明図。
【図６】ロンジ角度とトーチ角度の関係を示す図。
【符号の説明】
１下板
２立板
１０台車本体
１１溶接線倣いローラ
１１ａ溝
１２溶接トーチ倣い機構
１３回転軸
１４直動軸
１５ブラケット
１６取付部材
１７ローラ取付部材
１８ジャバラ
１９アクチュエータ
２０溶接トーチ
２１保持部
２２エンドプレート
２３車輪
２４ａ、２４ｂ走行倣いローラ
２５ａ、２５ｂアーム
２６角度調整機構
２７ピン
２８長穴
２９ボルト
３０ローラ取付角度調整機構
３１ネジリング
３２ネジ部
３３ロックナット

Claims

センサレス方式で自動的に隅肉溶接を行う自動溶接装置において、溶接トーチ倣い機構が立板と下板のコーナ部に沿って移動する溶接線倣いローラを有するとともに、回転軸と直動軸を介して下板上を走行する台車本体に上下回動自在および立板に対して進退自在に支持されていることを特徴とする自動溶接装置。
前記溶接トーチ倣い機構を前記コーナ部に押し付けるアクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の自動溶接装置。
前記溶接トーチ倣い機構を立板に正対させる角度調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の自動溶接装置。
前記溶接線倣いローラは、前記溶接トーチ倣い機構の中心軸回りのローラ取付角度の調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動溶接装置。