JP2005081376A - 複数トーチを備えた溶接ヘッド及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様なワークの多様な溶接部位に対応して、トーチを交換することなく、高品質の溶接を能率よく行うことが可能な汎用的な溶接ヘッドを提供する。
【解決手段】 ワークの溶接線に沿う方向の複数本の溶接トーチの間隔を変更可能にし、更に一方の溶接トーチを他方に対してトーチの軸方向、即ち溶接ギャップを広狭する方向に進退可能にすると共に、一方を他方に対してウィービング可能にした溶接ヘッドを、ＮＣ装置で制御される溶接ロボットに装着して溶接を行う。２プールの溶接を行うときは、複数の溶接トーチの移動方向前後のトーチ先端部における開先幅の偏差に対応する振幅で一方の溶接トーチをロボットのウイービング動作に同期させて往復動させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、トーチ先端相互を近接させて複数の溶接トーチを並設した溶接ヘッド、及び溶接ロボットに当該溶接ヘッドを装着して行う溶接方法に関するものである。

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溶接を行う技術は公知である。

この種の従来技術においては、複数の溶接トーチの先端部に１プール（溶融溜）が形成されるようにトーチ先端相互を近接させ、その近接した位置関係を保持した状態で溶接ヘッドをワークの溶接線に沿って移動させて溶接を行っている。従って一般的には、複数の溶接トーチは、その相互の位置関係を固定して装着されているが、溶接トーチ相互の位置関係を変更できるようにしたものが、下記特許文献に開示されている。
特開平７−２８４９２７号公報

溶接工場に設けられる汎用の自動溶接装置は、ワークを搭載して常に下向き溶接が行われるように、ワークの姿勢を変換するポジショナーと、ＮＣ装置の制御の下で予め登録された加工プログラムに従って溶接トーチの先端をワークの溶接線に沿って移動させる溶接ロボットとで構成されている。

このような汎用的な溶接装置では、母材の材質や板厚、開先形状などの異なる種々のワークに対応する必要があり、またその溶接部位も狭い入り組んだ部分であったり、長い直線部分であったりと様々である。そのような種々の態様での溶接を高品質にかつ高速で行うためには、１種類の溶接トーチのみで溶接を行うことは困難であり、必要に応じて溶接トーチを交換しながら溶接を行っている。

例えば、前述した複数の溶接トーチを備えたものは、直線部分を高速で溶接するのに適しているが、込み入った箇所の溶接は困難であり、また母材の種類や開先形状によっては、従来の複数トーチを用いた溶接方法では、溶接品質の低下が生ずるということも起こる。このような場合、従来は溶接トーチを交換したり、複数トーチの一本を退避させて１本トーチで溶接を行っているが、トーチ交換や溶接速度の低下によって生産性が低下するのは避けられなかった。

そこでこの発明は、多様なワークの多様な溶接部位に対応して、トーチを交換することなく、高品質の溶接を能率よく行うことが可能な汎用的な溶接ヘッドを提供すること、及びそのような溶接ヘッドの複数本の溶接トーチで複数プールの溶接を高品質で行うことが可能な溶接方法を提供することを課題としている。

この発明では、ワークの溶接線に沿う方向の複数本の溶接トーチの間隔を変更可能にし、更に一方の溶接トーチを他方に対してトーチの軸方向、即ち溶接ギャップを広狭する方向に進退可能にすると共に、一方を他方に対してウィービング可能にした溶接ヘッドを提供することにより、上記課題を解決している。
すなわち、上記課題を解決した本願請求項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１ａ、１ｂを備えた複合溶接ヘッドにおいて、当該複数の溶接トーチ相互の間隔を拡縮する拡縮装置８を備えている。

本願請求項２の発明に係る複合溶接ヘッドは、上記手段を備えた複合溶接ヘッドにおいて、複数の溶接トーチ１ａ、１ｂの一方を他方に対して相対的に進退させる進退装置４と、一方又は他方の溶接トーチを前記拡縮する方向と直交する方向に往復動させる往復動装置９とを備えているものである。

また上記課題を解決した本願請求項３の発明に係る溶接方法は、本願請求項２の複合溶接ヘッドを用いた溶接方法であって、ＮＣ装置で制御される溶接ロボットに本願請求項２記載の溶接ヘッドを装着し、その複数の溶接トーチが前後方向となる方向にして当該溶接ヘッドをワークの溶接線に沿って移動させる溶接方法であって、前記複数の溶接トーチの移動方向後側のものを前側のものに対して所定距離退避させると共に、当該退避により生ずる前後の溶接トーチ先端部における開先幅の偏差δに対応する振幅で一方の溶接トーチをロボットのウイービング動作に同期させて前記往復動装置で往復動させることを特徴とする、複数トーチを用いる溶接方法である。

複数の溶接ヘッドの先端相互を近接させて１プールを形成しながら溶接を行う場合であっても、母材の種類や開先形状などによって最適な溶接品質を得るトーチ間隔が若干相違することが本願発明者らの試験によって見出された。この発明の溶接ヘッドによれば、このような場合に複数本の溶接トーチの溶接線に沿う方向の間隔を最適間隔に設定して、より高品質の溶接を行うことが可能になる。

更にこの発明の溶接ヘッドでは、複数本の溶接トーチ相互の間隔をそれぞれの溶接トーチが１プールずつ、即ち複数プールを形成する程度にまで間隔を広げ、溶接ヘッドの１回の移動で複数の溶接肉盛が行われるような溶接動作を行うこともできる。即ち、従来方法では、１本の溶接トーチの複数パス（溶接ヘッドの移動）で溶接を行わなければならなかった箇所が１パスで複数層を溶接できるので、溶接速度の向上を図ることができる。

そして、このような溶接を行う場合に、溶接ヘッドの進行方向後側の溶接トーチを前側の溶接トーチによる肉盛分だけトーチ軸方向に退避させると共に、その退避に伴う溶接先端部の開先幅の増大に対応して、後側の溶接ヘッドのウィービングの振幅が前側の溶接トーチのウィービングの振幅より広くなるように、前又は後の溶接トーチにロボットのウィービング動作の振幅を減少又は増大ないし変位させる方向の付加的なウィービング動作を行わせることによって、離隔させた複数トーチのいずれのトーチにおいても最適な溶接動作を行わせることが可能になる。

そして、一方の溶接トーチをトーチ軸方向に退避させた１本トーチのみによる溶接、複数本の溶接トーチ先端を近接させた複数トーチ１プールの溶接、及び複数の溶接トーチ先端を離隔させて複数プールを形成する溶接を、ＮＣ装置の制御によってワーク溶接中に適宜変換しながら連続的に行うことができるので、多種多様なワークに対する高品質の溶接を高速で行うことが可能になるという効果がある。

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ないし図３は、この発明の第１実施形態を示した図で、図１は側面図、図２は正面図（溶接トーチ側から見た図）、図３は平面図である。図において１ａ、１ｂは溶接トーチ、２は溶接ロボットのアーム先端の手首フランジ（溶接ヘッドを取り付ける取付部）である。２本の溶接トーチ１ａ、１ｂは、図２に示すように、その先端３ａ、３ｂ相互を近接させて、平行に２本並べて装着されている。溶接ロボットによる溶接トーチ１ａ、１ｂの移動方向は、図２の左右方向である。溶接トーチ１ａ、１ｂは、それぞれの背後に平行に設けた伸縮シリンダ４ａ、４ｂのロッド先端に装着したトーチクランパ５で首部を挟持して装着されている。

２本の伸縮シリンダ４の内の一方４ａは、手首フランジ２にショックセンサ６を介して装着された第１ブラケット７に固定されている。他方の伸縮シリンダ４ｂは、拡縮シリンダ８及び往復動シリンダ９を介して第１ブラケット７に装着されている。伸縮シリンダ４ａ、４ｂ、拡縮シリンダ８及び往復動シリンダ９は、図３に明示されているように、それぞれが他の２つに対して直交する方向に配置されており、伸縮シリンダ４ａ、４ｂのロッドの伸縮方向は、溶接トーチ１ａ、１ｂの軸方向（図１、２の上下方向）、拡縮シリンダ８のロッドの伸縮方向は、溶接トーチの移動方向（図２の左右方向）、往復動シリンダ９のロッドの伸縮方向は、トーチの移動方向と直行する方向（図１の左右方向）である。

図面を参照して２本の溶接トーチ１ａ、１ｂの装着構造をより詳しく説明する。手首フランジ２にショックセンサ６を介して固定されている第１ブラケット７は、拡縮シリンダ８を囲むように屈曲した板金製のブラケットで、その手前側（トーチ側）の屈曲端に伸縮シリンダ４ａの胴部が固定され、当該シリンダのロッド先端に固定したトーチクランパ５により、溶接トーチ１ａの首部が固定されている。拡縮シリンダ８は、そのロッド側フランジ部分で第１ブラケット７に固定され、そのロッド先端に第２ブラケット１０が固定されている。往復動シリンダ９はロッドレスシリンダで、その固定の胴部分が第２ブラケット１０に固定され、その往復動ピース９ａに伸縮シリンダ４ｂの胴部が固定されている。溶接トーチ１ｂは、伸縮シリンダ４ｂのロッド先端に固定したトーチクランパ５に挟持されて固定されている。

なお、伸縮シリンダ４ａ、４ｂ、拡縮シリンダ８及び往復動シリンダ９は、いずれも溶接ロボットを制御しているＮＣ装置で制御されるサーボシリンダである。ショックセンサ６は、溶接トーチ１ａ、１ｂに例えばワークとの衝突などによる衝撃が作用したときに、当該衝撃を吸収すると共に、当該衝撃を検出して、ロボットを停止させるためのものである。

上記装着構造から理解されるように、溶接トーチ１ａは、伸縮シリンダ４ａの伸縮によって、軸方向に進退自在である。また、溶接トーチ１ｂは、伸縮シリンダ４ｂの伸縮により、進退自在であり、拡縮シリンダ８の伸縮により、他方の溶接トーチ１ａとの間隔を変更可能であり、かつ往復動シリンダ９の伸縮により、溶接時のトーチ移動方向と直交する方向に往復動自在である。

上記構造の溶接ヘッドにおいては、溶接トーチ１ａ、１ｂのいずれかを退避させた状態で１本トーチによる溶接が可能である。また、両者を共に伸長又は縮退させた状態で、かつ拡縮シリンダ８を縮退させ、往復動シリンダ９を停止した状態でトーチ２本で１プールを形成する溶接が可能であり、このとき必要に応じて伸縮シリンダ４ａ、４ｂ及び拡縮シリンダ８の微小動作によって、トーチ先端の出入り及び間隔を必要に応じて調整できる。

２本のトーチ１ａ、１ｂがそれぞれ１プールを形成する２プール溶接を行うときは、拡縮シリンダ８を伸長して、トーチ先端３ａ、３ｂを離隔させ、かつ図４に示すように、トーチの移動方向後側となる溶接トーチ１ｒ（１ａ又は１ｂ）を前側となる溶接トーチ１ｆの肉盛厚さに対応する高さだけ縮退させる。

大きな開先を設けた溶接線に沿って溶接を行うときは、溶接ロボットは溶接ヘッドをトーチの進行方向と直交する方向に往復動（ウイービング）させて、トーチ先端をジグザグに移動させてゆく。このような溶接を行うとき、進行方向後側のトーチ１ｒ（図４参照）を退避させると、図５に示すように、退避させた側のトーチ先端部の開先幅Ｗｒが前側のトーチ先端の開先幅Ｗｆよりδだけ大きくなる。そこでトーチ１ａを前側にして溶接を行うときは、図６に示すように、前側トーチに必要なウィービング幅Ｗｆに対応する往復動をロボット側で与え（図６（ａ））、これと同期する同方向の振幅δの往復動を往復動シリンダ９で発生させて、後側の溶接トーチ１ｂを振幅Ｗｒ＝Ｗｆ＋δでウィービングさせ（図６（ｂ））、前後の溶接トーチが共に最適な幅Ｗｆ及びＷｒでウィービングされるようにする。一方、溶接トーチ１ｂを前側にして溶接を行うときは、図７に示すように、後側の溶接トーチ１ａのウィービング幅Ｗｒに対応する往復動をロボット側で与えて（図７（ａ））、往復動シリンダ９によりロボットのウィービングと同期する振幅δの逆方向の往復動を与えて、前側トーチ１ｂのウィービング幅Ｗｆ＝Ｗｒ−δが狭くなるように制御して（図７（ｂ））、前後のトーチが共にそれぞれのトーチ先端部の開先幅に対応する適正な幅でウィービングさせるようにして溶接を行う。

以上の説明から理解されるように、この第１実施形態の溶接ヘッドによれば、トーチの一方を退避させて溶接を行う１本溶接、２本のトーチ先端を近接させて１プールを形成する２本溶接、及びトーチ先端を離隔させて２つのプールを形成して２層の溶接を行う２本溶接を自由に切り替えて行うことができると共に、２本溶接の際に２本のトーチ先端の間隔や出入りを微細に調整することが可能であり、かつ２本のトーチを離隔させて行う２プール溶接において、前後のトーチのウィービング幅の最適化を行うことも可能である。

図８ないし図１０は、この発明の第２実施形態を示す図で、図８は側面図、図９は正面図、図１０は平面図である。この第２実施形態のものは、２つの溶接トーチ１ａ、１ｂが共に伸縮シリンダ４ａ、４ｂ及び拡縮シリンダ８ａ、８ｂを介して装着されているが、往復動シリンダは設けられていない。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

２個の拡縮シリンダ８ａ、８ｂは、ロッドの方向を互いに逆方向にしてショックセンサ６に固定した第１ブラケット７にシリンダ部を固定されている。２個の拡縮シリンダ８ａ、８ｂのロッドには、それぞれＬ形の第２ブラケット１１ａ、１１ｂが固定され、この第２ブラケット１１ａ、１１ｂのトーチ側を向く面に伸縮シリンダ４ａ、４ｂがそれぞれ固定されている。伸縮シリンダ４ａ、４ｂへの溶接トーチ１ａ、１ｂの固定構造は、第１実施例のものと同様である。

上記第２実施形態の構造では、溶接トーチを離隔して２プール溶接を行うときの前後のトーチのウィービング幅の最適化ができないため、大きな開先を設けた溶接構造物の肉盛厚さの大きい２プール溶接を行うのには不向きである。しかし、拡縮シリンダ８を２個設けて、互いに相手側から離隔する方向の動きが可能であるため、２つの溶接ヘッドをより広く離隔することができるという特徴がある。

第１実施形態の側面図 第１実施形態の正面図 第１実施形態の平面図 前後の溶接トーチを離隔させて２プールによる２層の肉盛溶接を行う状態を示す模式的な正面図 前後の溶接トーチの高さの差と開先幅の関係を示す説明図 前後の溶接トーチのウィービング幅を往復動装置で調整する第１例を示す説明図 同第２例を示す説明図 第２実施形態の側面図 第２実施形態の正面図 第２実施形態の平面図

符号の説明

1a,1b 溶接トーチ
4a,4b 伸縮シリンダ
８ 拡縮シリンダ
９ 往復動シリンダ
δ 開先幅の偏差

Claims (3)

1. 並設された複数の溶接トーチ(1a,1b)を備えた複合溶接ヘッドにおいて、当該複数の溶接トーチ相互の間隔を拡縮する拡縮装置(8)を備えている、複合溶接ヘッド。
2. 前記複数の溶接トーチの一方を他方に対して相対的に進退させる進退装置(4)と、一方又は他方の溶接トーチを前記拡縮する方向と直交する方向に往復動させる往復動装置(9)とを備えている、請求項１記載の複合溶接ヘッド。
3. ＮＣ装置で制御される溶接ロボットに請求項２記載の溶接ヘッドを装着し、その複数の溶接トーチが前後方向となる方向にして当該溶接ヘッドをワークの溶接線に沿って移動させる溶接方法であって、前記複数の溶接トーチの移動方向後側のものを前側のものに対して所定距離退避させると共に、当該退避により生ずる前後の溶接トーチ先端部における開先幅の偏差(δ)に対応する振幅で一方の溶接トーチをロボットのウイービング動作に同期させて前記往復動装置で往復動させることを特徴とする、複数トーチを用いる溶接方法。

Images