JP2005066620A

JP2005066620A - 複数トーチを用いた溶接方法

Info

Publication number: JP2005066620A
Application number: JP2003297539A
Authority: JP
Inventors: Nagatada Yamamoto; 長忠山本; Kiyotaka Ota; 清隆太田
Original assignee: Komatsu Engineering Corp
Current assignee: Komatsu Engineering Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP4679807B2

Abstract

【課題】ポジショナーの反転動作や溶接トーチの出入りを伴う円弧部分を含むワークの溶接において、溶接品質の低下を伴うことなく、複数本の溶接トーチを用いた高速溶接を可能にする。
【解決手段】溶接ロボットに複数本の溶接トーチを、一方の溶接トーチを他方に対して軸方向に進退自在にして装着し、ワークを搭載したポジショナーの反転時やトーチの出入りを伴う円弧その他の曲線部分の溶接時には、前記一方の溶接トーチを退避させて、他方の溶接トーチのみで溶接を行い、ポジショナーが静止している状態での溶接や直線部分の溶接においては、前記一方の溶接トーチを進出させて、複数本の溶接トーチで溶接を行う。複数本の溶接トーチは、１個の溶融プールを形成するように、その先端相互を接近させて設ける。トーチの移動速度は、使用するトーチの本数に応じて変化させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本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。

工場内における溶接作業は、溶接ロボットを用いた自動溶接により行われるのが一般的である。即ち、溶接ロボットのアーム先端にトーチホルダやショックセンサを介して溶接トーチを装着し、一方、仮溶接したワークをポジショナーに搭載してロボット及びポジショナーをＮＣ装置のプログラムで制御して、ロボットによる溶接トーチの移動とポジショナーによるワークの反転動作で所定の溶接線に沿って下向き溶接を行っている。

図３は、ポジショナーと溶接ロボットを使用する溶接の例として、建築物用鉄骨のコラム（又は柱）１０とダイヤフラム１１の溶接の例を示したものである。コラム１０とダイヤフラム１１とは、治具上で位置決めして仮溶接されており、仮溶接されたものが軸Ｐ回りに回転するポジショナー（図示せず）に搭載され、溶接ロボット（図示せず）に装着したトーチ１２により溶接される。コラム１０は、鋼板を角筒状に屈曲して継目を溶接したもので、稜線部分は円弧状（アール）になっている。従って、コラム１０とダイヤフラム１１の溶接線は、図４に示すように角丸四角形で、厳密に言えば、四隅の頂角やアールの半径には誤差がある。

そこで、溶接に先立ってポジショナーでワークを軸Ｐ回りに４５度ずつ回転させて、角辺上の２点と四隅のアールの頂部をタッチセンサで検出して、各辺の傾き及び直線からアールに移る点ａ₁、ｂ₁・・・ａ₄、ｂ₄と四隅の円弧の半径ｒ₁・・・ｒ₄を求める。

そして、図５に示すように、辺の部分から溶接を開始し、トーチ１２が直線と円弧の繋ぎ目に達したら、ポジショナーの反転動作を開始して、ワークの回転と、それに関連付けたトーチ１２の円弧移動により、ワーク１３を反転させながら円弧部分の溶接を行い、ポジショナーが９０度反転したところで再びポジショナーの反転動作を停止して、トーチ１２の移動のみによる辺部分の溶接に移行するという動作を４回繰り返すことで１周の溶接を行い、更にそれを多数回繰り返して溶接線に沿って多層の肉盛を行うという方法で本溶接を行っている。

一方、溶接ヘッドの移動速度を高速化す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流・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溶接を行う技術は公知である。
特開平７−２８４９２７号公報

複数本の溶接トーチを用いて溶接を行うことにより、溶接速度と溶接品質の向上を図ることができることが知られているが、前述した鉄骨のコラムとダイヤフラムの溶接などにこの溶接方法を採用することはできない。

その理由は、複数本のトーチを用いたときは、トーチの移動速度を速くしなければならない。このことが溶接速度を向上させているのであるが、前述したコラムとダイヤフラムの溶接におけるアール部分の溶接は、ポジショナーの反転動作とロボットのトーチの円弧移動との協働動作によって行われている。従って、溶接速度が速くなれば、それに応じてポジショナーの反転速度も速くしなければならない。ところが、ワークの慣性やポジショナーの駆動力の制限などにより、ポジショナーの反転速度を早くすることが困難な場合がある。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、ワークを搭載したポジショナーの反転動作や溶接トーチの出入りを伴う円弧部分を含むワークの溶接において、溶接品質の低下を伴うことなく、複数本の溶接トーチを用いた高速溶接を可能にする技術手段を提供することを課題としている。

この発明は、一方の溶接トーチを他方に対して軸方向に進退自在にして複数本の溶接トーチを溶接ロボットに装着し、ワークを搭載したポジショナーの反転時やトーチの出入り方向の移動を伴う円弧その他の曲線部分の溶接時には、前記一方の溶接トーチを退避させて、他方の溶接トーチのみで溶接を行い、ポジショナーが静止している状態での溶接や直線部分の溶接においては、前記一方の溶接トーチを進出させて、複数本の溶接トーチで溶接を行うことにより、上記課題を解決したものである。

即ち、本願請求項１の発明に係る複数トーチを用いる溶接方法は、ポジショナーに搭載されたワークをポジショナーの反転動作と溶接ロボットのトーチ移動動作とで自動溶接する溶接方法において、溶接ロボットの溶接ヘッドに、複数本の溶接トーチを装着すると共にその一方を他方に対して進退させる進退装置を設け、ポジショナーの静止時には複数本の溶接トーチで溶接を行い、所定速度を超える速度でのポジショナーの反転時には前記一方の溶接トーチを退避させて他方の溶接トーチのみで溶接を行うというものである。

ここで、所定速度を超える速度でのポジショナーの反転時とは、複数トーチを使用するときの溶接速度にワーク反転速度が追従することができなくなる速度以上でのポジショナーの反転時である。一般的には、ポジショナーを反転させるときは、その速度の如何に関わらず常に一方の溶接トーチを退避させて溶接を行うのが、制御が容易で溶接速度もそれほど低下しないので、実際的である。

また、本願請求項２の発明に係る複数トーチを用いる溶接方法は、角丸多角形状の溶接線に沿って溶接を行う溶接方法において、溶接ロボットの溶接ヘッドに、複数本の溶接トーチを装着すると共にその一方を他方に対して進退させる進退装置を設け、前記多角形の辺部は両方の溶接トーチを用いて溶接を行い、前記多角形の角丸部は前記一方の溶接ヘッドを後退させて前記他方の溶接ヘッドのみで溶接を行うというものである。

複数本の溶接トーチは、１個の溶融プールを形成するように、その先端相互を接近させて設ける。溶接線に沿うトーチの移動速度は、使用するトーチの本数に応じて変化させる。即ち、１本トーチで溶接を行う部分では、トーチの移動速度を遅くし、複数トーチで溶接を行う部分では早くする。一般的には、トーチを２本装着し、その１本を進退させるようにするが、例えば直線部分の割合が多いワークなどにおいては、トーチを３本装着し、そのうちの２本を進退させる方法で溶接を行うこともできる。

上記のような方法で図３に示すようなコラム１０とダイヤフラム１１の溶接を行うと、角丸四角形の溶接線の辺の長さをＬ、四隅の円弧の半径をｒとすると、２本の溶接トーチを用いた場合、直線部分の溶接速度を２倍にできるので（２Ｌ＋π／２ｒ）／（Ｌ＋π／２ｒ）の溶接速度の向上を図ることができ、例えば一辺Ｌが５００ｍｍで四隅の円弧半径ｒが５０ｍｍの角丸四角形の溶接線に沿って溶接を行うとき、溶接速度を約１．８倍にすることができる。

そして、アール部分の溶接を行うときは、トーチ１本で溶接を行うので、溶接速度は低速になり、ポジショナーの反転速度が溶接トーチの移動速度に追いつかなくなって、溶接部への入熱が多くなるという事態を避けることができ、またトーチ先端と母材との間のトーチギャップもロボット側の制御で適正な値に維持することができるため、溶接品質の低下が生ずることがない。

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。

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。

進退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、トーチを進出させた状態で行われる。従って、一方のトーチ２ｂを後退させたときは、他方の１本のトーチ２ａのみで溶接が行われ、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２ａ、２ｂで溶接が行われる。

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ＮＣ装置の制御の元に行われる。

図２は前述した鉄骨のコラムとダイヤフラムとの溶接を例にして、この発明の溶接方法を説明した図である。同図（ａ）に示すように、２本のトーチ２ａ、２ｂを進出させた状態で、溶接線の辺の部分の溶接を開始する。そして、辺の終端ｂに達した時点で、ＮＣ装置からトーチ退避指令を出力して、一方のトーチ２ｂを退避させる。そして、他方のトーチ２ａのみを溶接線に望ませた状態で、ポジショナーによるワークの反転と溶接ロボットによるトーチ２ａ、２ｂの円軌跡を描くような移動により、１本のトーチ２ａのみで溶接線の角丸部分を溶接する。ワークが４５度反転して、溶接トーチ２ｂが次の辺の開始点ａに来たとき、退避させた一方のトーチ２ｂの進出指令をＮＣ装置から出力して、当該トーチを進出させる。そして、２本のトーチで辺の溶接を行う。このような動作を４回繰り返すことによって溶接線の全周を溶接し、更にそれを複数回繰り返すことにより、複数層の肉盛を行って、当該溶接線の溶接を完了する。

なお、一方のトーチ２ｂを進退させる溶接線の辺と円弧との連接部ａｂは、図４で説明したタッチセンサによる辺と円弧の実測値からＮＣ装置に演算記憶されている。コラムの製作誤差やワークをポジショナーに搭載するときの位置決め誤差などのために、辺が傾斜した状態で辺の溶接を行わなければならないとき、２本のトーチのギャップに若干の大小が生ずる。このギャップのずれが溶接品質に悪影響を与えるおそれがあるときは、トーチ２ｂを進退させるシリンダ４ｂとしてサーボモータを用いて、進退させるトーチの進出端を辺の傾斜に合せて制御するようにする。図４で説明した計測動作により、辺の傾斜はＮＣ装置に演算記憶させることができるので、最適な進出端の位置をＮＣ装置で演算させることが可能である。

そして、図２と図５とを対比すれば容易に理解できるように、図２に示すこの発明の方法によれば、ワークを反転させながら行われ、かつトーチの出入りを必要とする四隅の円弧部の溶接時には、図５の従来方法と同様に、１本の溶接トーチで溶接が行われるから、従来方法と同じ条件で溶接を行うことが可能で、アール部の良好な溶接品質が保証できる。また、トーチを直線的に移動させて行う辺の部分の溶接は、複数本のトーチを用いて高速溶接を行うことができ、大多数のワークは、直線溶接の占める割合が大きいので、溶接効率の大幅な向上が可能である。

２本溶接トーチの例を示す模式図この発明の方法による溶接の一例を示す説明図建築鉄骨のコラムとダイヤフラムの溶接を説明する斜視図図２、３の溶接における溶接位置の計測を示す説明図１本トーチによる従来の溶接手順を示す図２と同様な図

符号の説明

１溶接ヘッド
2a,2b 溶接トーチ
4a,4b 伸縮シリンダ

Claims

ポジショナーに搭載されたワークをポジショナーの反転動作と溶接ロボットのトーチ移動動作とで自動溶接する溶接方法において、溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを装着すると共にその一方を他方に対して進退させる進退装置を設け、ポジショナーの静止時には複数本の溶接トーチで溶接を行い、所定速度を超える速度でのポジショナーの反転時には前記一方の溶接トーチを退避させて他方の溶接トーチのみで溶接を行う、複数トーチを用いた溶接方法。
角丸多角形状の溶接線に沿って溶接を行う溶接方法において、溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを装着すると共にその一方を他方に対して進退させる進退装置を設け、前記多角形の辺部は両方の溶接トーチを用いて溶接を行い、前記多角形の角丸部は前記一方の溶接ヘッドを後退させて前記他方の溶接ヘッドのみで溶接を行う、複数トーチを用いた溶接方法。