JP2005324250A - 溶接ロボット用トーチ取付治具及びタンデム溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本のトーチを使用してタンデム溶接する際、溶接線に対するトーチの姿勢が異なる場合であっても、２本のトーチのみを使用してタンデム溶接することができ、また狭隘部への適用も可能であると共に、トーチ形状は湾曲していなくてもよく、製造が容易なトーチを使用することができる溶接ロボット用トーチ取付治具及びタンデム溶接方法を提供する。
【解決手段】 タンデム溶接用の第１のトーチ１及び第２のトーチ２を溶接ロボットのアーム３に取り付ける。アーム３に取り付けられたブラケット７に第１のトーチ１及び第１の連結具１０を取付け、第１の連結具１０の第１の脱着部１１に第２の連結具３０の第３の脱着部３１を結合し、第２の連結具３０の第４の脱着部３２に取付部材２０の第２の脱着部２１を結合し、そのクランプ部２２に第２のトーチ２を取り付ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、２本のトーチを溶接線方向に所定間隔を隔てて組み合わせて、タンデム溶接する際に使用される溶接ロボット用トーチ取付治具及びタンデム溶接方法に関する。

建設機械、産業機械及び重電機器等の構造物の製造工程では溶接ロボットによる自動溶接が実施され、溶接時間の短縮及び自動化率の向上に寄与している。しかし、近年、更に一層の溶接時間の短縮を目的とした高溶着溶接による溶接速度の高速化が求められている。そこで、溶接トーチを溶接線方向に２連で配置し、先行ワイヤ(先行電極)と後行ワイヤ(後行電極)により一つの溶融プールを形成するタンデム溶接が注目されている。タンデム溶接においては、大電流で高速溶接できるので、シングルトーチに比べて溶接速度を約４倍程度にすることも可能になり、このような利点から、作業時間の短縮、ロボット台数の削減及びコスト低減等が期待されている。

図１２は従来のタンデム溶接用トーチの取付治具を示す図である。タンデム溶接用の２本のトーチ１０１、１０２が取付治具１０３ａに取り付けられており、この取付治具１０３ａがロボットのアーム１０４に取り付けられている。図１２に示す取付治具１０３ａは、２本のトーチ１０１，１０２を、ロボットのアーム１０４を中心として対称となるように、またトーチ先端のワイヤ供給側端部を接近させて支持している。このアーム１０４をトーチ１０１，１０２の並列方向（図面上の上下方向）に移動させることにより、トーチ１０１，１０２から送給された先行ワイヤ及び後行ワイヤと被溶接材との間で発生する２つのアークによって１つの溶融プールを形成してタンデム溶接が行われる。

このようなタンデム溶接に使用するトーチが特許文献１に開示され、タンデム溶接方法が特許文献２に開示されている。特許文献１に開示された技術は、タンデム溶接用トーチにおいて、コンタクトチップの冷却性能を改善したものである。即ち、例えば１対のトーチ本体を溶接方向に所定間隔を隔てて配置し、１つのジャケットにより前記１対のトーチ本体をそのトーチ本体先端部にて一体に包囲して保持し、各トーチ本体のトーチ内筒に接続されたチップボディに取り付けられるコンタクトチップの先端部方向にシールドガスを導く１つのシールドガスノズルを、前記ジャッケトの先端部に取り付けるようにしたトーチが特許文献１に開示されている（特許文献１の図１）。

特許文献２に開示された技術は、所定間隔隔てた２本のトーチを有するタンデム溶接用トーチで溶接する場合に、溶接線の始端と終端に溶接干渉部材が存在するときにも、タンデム溶接を可能にしようとする方法である。この特許文献２に開示された技術は、溶接線始点より溶接線終点側における所定長さ離れた位置に始端処理溶接開始点とタンデム溶接開始点とを設け、また溶接線終点より溶接線始点側における所定長さ離れた位置にタンデム溶接終了点と終端処理溶接終了点を設け、始端処理溶接開始点Ｐ１、溶接線始点Ｐｓ及びタンデム溶接開始点Ｐ２に基づいて溶接線の始端部においてトーチを往復走行させて所定溶接条件にて後行電極によるシングルアーク溶接を行い、次いでタンデム溶接開始点Ｐ２からタンデム溶接終了点Ｐ３までトーチを走行させて先行及び後行電極によるタンデム溶接を行い、その後、タンデム溶接終了点Ｐ３、溶接線終点Ｐｅ及び終端処理溶接終了点Ｐ４までトーチを往復走行させて所定の溶接条件によって先行電極によるシングルアーク溶接を行うタンデムアーク溶接方法である(特許文献２の図１)。

特開２００３−３９１７２号公報 特開２００３―５３５３２号公報

ところで、図１２に示すように、２本のトーチ１０１，１０２をアーム１０４の両側に並列させたタンデム溶接用トーチでは、水平方向に延びる溶接線を溶接する際に、図１３に示すように、ロボットのアーム１０４を挿入するために障害となる物が存在すると、溶接作業ができないという問題点がある。

図１３は正面図であり、左下から右上に向けて傾斜した縦板部材１０５に垂直に横板部材１０６が溶接されており、この横板部材１０６の端縁に開先３６を形成し、この横板部材１０６と縦板部材１０５に平行の縦板部材１０７とを溶接する場合を示している。この場合、開先３６により形成される溶接線は、水平方向に延びているが、図１３に示すように、トーチ１０１，１０２が水平方向に並列するようにトーチ姿勢を定めて、ロボットのアーム１０４を溶接部の近傍に挿入することは、縦板部材１０５が障害となって不可能であり、このため、縦板部材１０５がアーム１０４の動きを干渉して溶接ができない。シングルアームの場合は、トーチの姿勢を９０°変えることにより、図１３のような溶接線も溶接が可能である。即ち、図１３に示す溶接態様は、トーチが溶接線にほぼ垂直な面上に配置されるように、アーム１０４を溶接線に垂直な方向に挿入するものである。これに対し、トーチが溶接線にほぼ平行な面上に配置されるように、アーム１０４を溶接線に平行な方向に挿入することにより、シングルトーチの場合は、図１３に示すような縦板部材１０５が干渉するような溶接線でも溶接が可能である。しかし、タンデム溶接の場合は、２本のトーチを溶接線上に配置する必要があるため、溶接線に対するトーチ姿勢が自ずと決定されてしまうという制約がある。このことにより、シングルトーチでは障害物を回避して適用可能であった溶接線に対しても、タンデム溶接の場合は、自由度がないために適用不可能になる場合がある。

このような問題点は、前述の特許文献１及び２には開示されておらず、従って、その解決手段も開示されていない。しかし、図１３の溶接態様において、シングルトーチの場合になされているように、アーム１０４の挿入方向を、９０°回転させ、この挿入姿勢で、トーチ１０１，１０２の先端部が開先３６により規定される溶接線の方向に並ぶように、トーチ１０１，１０３を配置すれば、縦板部材１０５による干渉を回避できると考えられる。図１４乃至１６は、アーム１０４の挿入方向を図１３の場合に対して９０°回転させてアーム１０４を溶接線に沿う方向に挿入することを可能にするトーチの取付治具を示すものである。図１４及び図１５は平面図、図１６は側面図である。図１４に示すように、固定トーチ１０１は、アーム１０４の先端に対し、取付部材１０３ｂを介して、平面視でアーム１０４の中心線上に配置されるように、取り付けられている。取付部材１０３ｂはトーチ１０１を平面視でアーム１０４の中心線と平行になるように配置し、トーチ１０２を平面視でトーチ１０１の側方に配置するが、トーチ１０２については、トーチ１０２のワイヤ供給先端がトーチ１０１のワイヤ供給先端の近傍になるようにトーチ１０２を若干アーム１０４の中心線に対して傾斜させて配置するような形状及び構造を有している。一方、第３のトーチ１０８は、図１５(平面図)及び図１６(側面図)に示すように、その形状が側方に曲がると共に上下にも湾曲するものであり、トーチ１０８の取付位置は、トーチ１０１の側方でありながら、トーチ１０８のワイヤ供給先端部は、トーチ１０１の若干上方に位置することを可能にする形状を有している。

従って、通常の水平の溶接線をタンデム溶接する場合は、図１４に示すように、トーチ１０１及び１０２を使用し、トーチ１０１，１０２を横並びに配置して溶接し、アーム１０４の挿入方向を９０°回転させた状態で溶接する場合には、図１５、１６に示すように、トーチ１０１，１０８を使用し、トーチ１０１，１０８を縦並びに配置して溶接する。つまり、溶接態様に合わせてトーチ１０２とトーチ１０８とを切り替える。いずれの場合も、１対のトーチの並列方向は溶接線に沿う方向であるが、アーム１０４の挿入方向は、図１４の場合は溶接線に垂直の方向、図１５、１６の場合は溶接線に平行の方向である。

しかしながら、このように３本のトーチ１０１，１０２，１０８を用意し、これらのトーチを切り替えて取付部材１０３ｂに取り付ける場合も、以下に示すような問題点があった。即ち、（１）図１５，１６に示すように、アーク点を縦並びにした場合にも、トーチ根元部分（アームに対するトーチの取付部）は横並びのままであるために、狭隘部への適用性が阻害される。（２）固定トーチ１本(トーチ１０１)と交換トーチ２本(トーチ１０２，１０８)の合計３本のトーチが必要になる。また、溶接ワイヤについても３本分のワイヤ送給装置が必要となり、その分、溶接ワイヤコイルの置き場所として広いスペースが必要となる。更に、溶接ワイヤコイルを移動装置に搭載する場合には、コイルが一つ増えて重量が増加するため、駆動部容量及び搭載部のフレーム剛性を増加させる必要がある。（３）湾曲トーチ１０８は、２つの湾曲点を有する特殊形状であるため、製造工程が複雑になる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、２本のトーチを使用してタンデム溶接する際、溶接線に対するトーチの姿勢が異なる場合であっても、２本のトーチのみを使用してタンデム溶接することができ、また狭隘部への適用も可能であると共に、トーチ形状は湾曲していなくてもよく、製造が容易なトーチを使用することができる溶接ロボット用トーチ取付治具及びタンデム溶接方法を提供することを目的とする。

本願第１発明（請求項１）に係る溶接ロボット用トーチ取付治具は、溶接ロボットのアームに取り付けられた第１のトーチに対し、タンデム溶接用の第２のトーチを取り付けるための溶接ロボット用トーチ取付治具において、一端が前記溶接ロボットのアーム又は前記第１のトーチに取り付けられ他端に第１の脱着部が設けられた第１の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第２の脱着部が設けられ前記第２のトーチが取り付けられる取付部材と、一端に前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第３の脱着部が設けられ他端に前記第２の脱着部が連結される第４の脱着部が設けられた第２の連結具と、を有することを特徴とする。

本願第２発明（請求項８）に係るタンデム溶接方法は、上記第１発明の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用し、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結することによる第１使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記第２の連結具の第３の脱着部とを連結すると共に前記第２の連結具の第４の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第２使用態様のタンデム溶接とを切替えることを特徴とする。

前記第１使用態様(所謂横並び)は、例えば、溶接線にほぼ垂直にロボットのアームを挿入する場合、第２使用態様(所謂縦並び)は、例えば、溶接線にほぼ平行にロボットのアームを挿入する場合である。いずれの使用態様においても、２本のトーチのみを用意すればよく、第１の使用態様は第１の連結具と取付部材とを使用し、第２の使用態様は第１の連結具、第２の連結具及び取付部材を使用することにより、この２本のトーチを使用して実現することができる。従って、溶接ワイヤの供給装置も２機で足りる。また、第２使用態様においては、第１の連結具と取付部材との間に、第２の連結具を設けることにより、第２のトーチを配置するので、第１のトーチのワイヤ送給先端と第２のトーチのワイヤ送給先端とを溶接線方向に並べた場合に、第２のトーチを支持する箇所も、第１のトーチに対して溶接線方向に離隔した位置となる。このため、本発明においては、図１３に示すように干渉部材がある場合の狭隘部に対するタンデム溶接が可能である。更に、本発明においては、第１使用態様及び第２使用態様のいずれの場合も、同一形状及び構造のトーチを使用することができる。つまり、本発明においては、２つの湾曲点を有する複雑に形状に湾曲したトーチを使用する必要がなく、トーチの製造が容易であると共に、多種類のトーチを用意しておく必要がない。

本願第３発明（請求項２）に係る溶接ロボット用トーチ取付治具は、溶接ロボットのアームに取り付けられた第１のトーチに対し、タンデム溶接用の第２のトーチを取り付けるための溶接ロボット用トーチ取付治具において、一端が前記溶接ロボットのアーム又は前記第１のトーチに取り付けられ他端に第１の脱着部が設けられた第１の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第２の脱着部が設けられ前記第２のトーチが取り付けられる取付部材と、一端に前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第３の脱着部が設けられ他端に前記第２の脱着部が連結される第４の脱着部が設けられた第２の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第５の脱着部が設けられたダミー部材とを有することを特徴とする。

本願第４発明（請求項９）に係るタンデム溶接方法は、上記第２発明の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用し、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結することによる第１使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記第２の連結具の第３の脱着部とを連結すると共に前記第２の連結具の第４の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第２使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記ダミー部材の第５の脱着部とを連結し前記第２のトーチを使用しない第３使用態様のシングル溶接とを切替えることを特徴とする。

この第３発明及び第４発明の場合も、前述と同様に、前記第１使用態様(所謂横並び)は、例えば、溶接線にほぼ垂直にロボットのアームを挿入する場合、第２使用態様(所謂縦並び)は、例えば、溶接線にほぼ平行にロボットのアームを挿入する場合である。しかし、この第３発明及び第４発明の場合は、第２のトーチを使用せず、第１のトーチのみで溶接するシングル溶接の第３使用態様を含むものである。この場合は、ダミー部材を第１の連結具に連結する。よって、本発明においては、シングル溶接にも適用することができ、多様な溶接に適用することができる。

本願第５発明（請求項３）及び本願第６発明（請求項１０）は、第２の連結具を具備せず、また、第２使用態様を使用しないものである。つまり、これらの発明は、第１使用態様の横並びのタンデムトーチ配置と、第３使用態様のシングルトーチ配置とを選択するものである。この場合も、本発明をタンデム溶接及びシングル溶接の双方に適用することができ、多様な溶接に適用することができる。

上記第１乃至第６発明において、前記各脱着部は、夫々、第１及び第２の圧縮空気の入力端を有し、第１の圧縮空気の入力により相互に結合した状態で保持され、第２の圧縮空気の入力により相互に離脱するように構成することができる。

このように、各脱着部の結合及び離脱を、第１の圧縮空気及び第２の圧縮空気の入力により行うこととすれば、第１及び第２の連結具及び取付部材を使用する第１及び第２のトーチの組立て作業を、容易に自動化することができる。つまり、これらの第１及び第２の連結具及び取付部材をツールスタンドに載置しておき、ロボットのアームをこれらの治具に接触させ、第１及び第２の圧縮空気を供給することにより、これらの治具をアームに容易に連結し、また離脱させることができる。

本発明で使用される第１及び第２のトーチは、その取付位置より先端側が同一方向に曲がったトーチであることが好ましい。つまり、第２のトーチも湾曲点が１箇所の単純な形状を有するものとすることができる。また、第１のトーチと第２のトーチとを、同一形状にすることもできる。

第１及び第２のトーチが、その取付位置より先端側が同一方向に曲がったトーチである場合に、第１のトーチを含む第１平面と、第２のトーチを含む第２平面とが、想定される。そして、溶接線が水平である場合は、第１の使用態様においては、第１平面と第２平面とは、所定の角度をなして交差し、溶接線にほぼ垂直である。一方、第２の使用態様においては、第１平面と第２平面とが重なり、溶接線に平行である(溶接線を含む)。このようにすることにより、第１のトーチと第２のトーチとを可及的に小さなスペースに配置することができる。

本願発明に係る溶接ロボット用トーチ取付治具は、第２の連結具が第２の連結具に対する第２のトーチの取付位置を調整する機構を有することが好ましい。これにより、第２の使用態様において、第２のトーチ位置を第１のトーチ位置と独立して微調整することができる。

本願発明に係る溶接ロボット用トーチ取付治具によれば、取付治具を構成する各構成部材の組み合わせを選択することにより、第１使用態様と第２の使用態様とを切替えて第１及び第２のトーチを組み立てることができ、適用範囲が広がる。

本願発明に係る溶接ロボット用トーチ取付治具において、第１乃至第４の脱着部を、夫々、第１及び第２の圧縮空気の入力端を有し、第１の圧縮空気の入力により相互に結合した状態で保持され、第２の圧縮空気の入力により相互に離脱するものとすることにより、その組立及び分解をロボットにより自動で確実に行うことができる。

本発明の溶接ロボット用トーチ取付治具において、第１及び第２のトーチとして、その取付位置より先端側が同一方向に曲がったトーチを用いることにより、第１使用態様において、第１のトーチを含む平面と第２のトーチを含む平面とが所定角度をなし、アーク点が水平方向に並んだ水平トーチを組み立てることができ、第２の使用態様において、第１のトーチを含む平面と第２のトーチを含む平面とが重なり、アーク点が垂直方向に並んだ垂直トーチを組み立てることができる。また、通電安定性が向上し、スパッタの発生が少なくなる等ストレートトーチでは得られない効果が得られる。

本発明の溶接ロボット用トーチ取付治具において、第２の連結具に対する第２のトーチの取付位置を調整する機構を有することにより、第２使用態様において、第２のトーチ位置を第１のトーチ位置と独立して微調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）乃至（ｄ）、図２（ａ）及び（ｂ）、図３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施形態における第１使用態様を示す図であり、図１（ａ）はトーチ組立後の状態を示す平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢示方向側面図、図１(ｄ)はブラケット７，８の構造を示す側面図であり、図１（ｂ）の一部拡大図である。図２（ａ）は第１トーチ１とその取付機構のみを示す平面図、図２（ｂ）はその側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢示方向側面図である。図３（ａ）は第２のトーチ２を第１のトーチ１に連結する態様を示す平面図、図３（ｂ）は第１のトーチ１を示す側面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線矢示方向側面図である。一方、図４（ａ）及び（ｂ）、図５（ａ）及び（ｂ）、図６（ａ）及び（ｂ）、図７（ａ）及び（ｂ）、図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態における第２使用態様を示す図であり、図４(ａ)はトーチ組立後の状態を示す平面図、図４（ｂ）はその側面図である。図５（ａ）は第１トーチ１とその取付機構のみを示す平面図、図５（ｂ）はその側面図である。図６（ａ）は第２の連結具３０を第１の連結具１０に連結する態様を示す平面図、図６（ｂ）はその側面図である。図７(ａ)は第２の連結具３０が第１の連結具１０に連結された状態を示す平面図、図７（ｂ）はその側面図である。図８(ａ)は第２のトーチ２の取付部材２０を第２の連結具３０に連結する態様を示す平面図、図８（ｂ）はその側面図である。

図１及び図４に示すように、第１のトーチ１及び第２のトーチ２は、取付部とワイヤ供給先端部との間で、１箇所湾曲し、ロボットのアームに設置される場合は、相互に同一方向に湾曲するように設置される。トーチ１及び２は、同一形状でもよいし、湾曲部及び／又は湾曲の大きさが相互に異なっていても良い。トーチ１はアーム３に対して、常に一定の状態で設置される。つまり、図１（第１使用態様）及び図４（第２使用態様）のいずれの場合においても、トーチ１は平面視で、アーム３の中心軸に対して平行であり、トーチ１の平面視における中心軸は、アーム３の中心軸と一致する。

ロボットアーム３の先端には、ショックセンサー４が固定されており、このショックセンサー４の先端側にはブラケット８が固定され、ブラケット８にはブラケット７が固定されている。図１（ｄ）に示すように、ブラケット７におけるブラケット８の連結面には、上下方向に延びる長孔６ａが形成されており、ブラケット７における上面には、前後方向（アーム３の長手方向）に延びる長孔６ｂが形成されている。そして、ブラケット７に対し、ブラケット８が長孔６ａを介してボルト９ａにより固定されており、このボルト９ａの長孔６ａ内の位置を調節することにより、ブラケット７のブラケット８に対する上下方向の位置を調節することができる。また、ブラケット７に対し、クランプ部１３が長孔６ｂを介してボルト９ｂにより固定されており、このボルト９ｂの長孔６ｂ内の位置を調節することにより、クランプ部１３のブラケット７に対する前後方向の位置を調節することができる。そして、第１のトーチ１はクランプ部１３に取付けられている。よって、長孔６ａ、６ｂ内のボルト９ａ、９ｂの位置を調節することにより、第１のトーチ１のアーム３に対する上下方向及び前後方向の位置を調節することができる。

ブラケット７における側面、つまり、前述のブラケット７における長孔６ａ、６ｂが形成されたブラケット８の連結面及び上面の双方に直交する側面には、第１の連結具１０の一方の端部（第１のトーチ１側の端部）が固定される。第１の連結具１０は、特に、図２（ｃ）に示すように、垂直に延びる長孔６を有する取付部１０ａをブラケット７の垂直側面に重ね、長孔６を介してボルトによりブラケット７に固定されている。この第１の連結具１０は、取付部１０ａから水平方向に延び、更に垂直方向に延びて、その先端に第１の脱着部１１が設けられている。長孔６内のボルトの位置を調節することにより、第１のトーチ１に対する第２のトーチ２の高さ位置を若干調整することができる。

取付部材２０は第１の連結具１０の第１の脱着部１１に脱着自在の第２の脱着部２１を有し、この第２の脱着部２１の他端側には、トーチクランプ部２２が設けられている。第２のトーチ２はこの取付部材２０のトーチクランプ部２２に握持されている。第１の脱着部１１と第２の脱着部２１とは、後述する圧縮空気の供給により着脱することができる。即ち、脱着部１１と脱着部２１との脱着は、例えばボールロック方式によって行われ、上述したように第１の圧縮空気の入力により、ボールロック方式のボールを脱着部の径方向外側に押し出すことにより脱着部１１と脱着部２１を結合し、第２の圧縮空気の入力により前記ボールロック方式のボールを脱着部の径方向内側に移動させ、これによって脱着部１１と脱着部２１が離脱するように構成されている。なお、脱着部１１と脱着部２１との脱着においては一方の脱着部、例えばマスター側に圧縮空気を入力すればよく、本実施形態においては脱着部１１側に第１又は第２圧縮空気を供給する。脱着部１１は脱着部２１に供給する空気圧ポートと電気接点を備えている。

第１のトーチ１は常にアーム３に同一姿勢で取り付けられた位置固定型であり、第２のトーチ２は後述するようにしてその姿勢を変更して取り付けられる位置可変型である。図１に示すように、第２のトーチ２が第１の連結具１０と取付部材２０によりブラケット７に取り付けられた場合は、第２のトーチ２は、図１（ａ）に示す平面視で、アーム３と中心軸が一致する第１のトーチ１に対し、水平方向に隣接するように配置され、第２のトーチのワイヤ供給先端部が第１のトーチのワイヤ供給先端部の近傍になるように、アーム３の中心軸に対して若干傾斜して配置される。一方、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す側面視では、第１のトーチ１と第２のトーチ２とは、そのトーチクランプ部１３及び２２に握持された基部は水平であるが、先端側に向かう途中で若干下方に屈曲又は湾曲している。

第１のトーチ１及び第２のトーチ２が図１に示すように配置された場合は、屈曲又は湾曲した第１のトーチを含む第１の平面が同じく屈曲又は湾曲した第２のトーチ２を含む第２の平面に対して若干傾斜するものであり、溶接線が水平の場合は、第１及び第２の平面は垂直であり、第１の平面は、溶接線に対してほぼ垂直となる。このように配置された第１のトーチ１及び第２のトーチ２は、第１のトーチ１を含む第１平面が溶接線にほぼ垂直となる第１使用態様で、タンデム溶接に使用される。

第２の連結具３０には、図４及び図６に示すように、第１の連結具１０の第１の脱着部１１に着脱可能に連結される第３の脱着部３１と、取付部剤２０の第２の脱着部２１に着脱自在に連結される第４の脱着部３２とが、その両端部に設けられている。これらの脱着部３１，３２も、例えば、ボールロック方式の着脱部材であり、相手方の脱着部１１，２１に対し、第１の圧縮空気の供給により連結され、第２の圧縮空気の供給により連結が解除される（離脱される）。第２の連結具３０は、その第４の脱着部３２の位置が、第３の脱着部３１の位置に対して、上方であってトーチ先端側に向かって左方になるような形状を有する。また、第３の脱着部３１は第１の脱着部１１が平面視でトーチ先端側に向かって若干左方に傾斜していることに合わせて左方に傾斜しており、第４の脱着部３２は、トーチ先端側に向かって若干下方に傾斜している。第２の連結具は、３個の部材を連結して構成されている。つまり、第３の脱着部３１が設けられた部材３４と、第４の脱着部３２が設けられた部材３３と、その中間の部材３５とに分割されており、部材３４には上下方向に延びる長孔３４ａが設けられ、部材３３には前後方向に延びる２個の長孔３３ａ、３３ｂが設けられている。そして、各長孔３４ａ、３３ａ、３３ｂには、２個の六角ボルトが挿入されてこの六角ボルトを緊締することにより、各部材３３，３４，３５が連結固定されている。そして、長孔３３ａ、３３ｂに対するボルトの位置を調節することにより、第３の脱着部３１に対する第４の脱着部３２の前後方向の位置を調整することができ、長孔３４ａに対するボルトの位置を調節することにより、第３の脱着部３１に対する第４の脱着部３２の上下方向の位置を調整することができる。後述するように、第２のトーチ２は取付部材２０を介して第４の脱着部３２に取り付けられるので、長孔３３ａ、３３ｂ、３４ａにより、第２のトーチ２の第１のトーチ１に対する上下位置及び前後位置を調整することができる。

図４乃至図８に示す第２の使用態様においては、第２の連結具３０の第３の脱着部３１は第１の連結具１０の第１の脱着部１１に着脱自在に連結され、第２の連結具３０の第４の脱着部３２は取付部材２０の第２の脱着部２１に着脱自在に連結される。そして、第２のトーチ２は、第１使用態様と同様に、取付部材２０のトーチクランプ部２２に握持されて設置される。このようにして、第１のトーチ１と第２のトーチ２が、第１の連結具１０、第２の連結具３０及び取付部材２０により組み立てられた場合には、第１のトーチ１はアーム３に対し対して第１の使用態様の場合と同一に配置されるが、第２のトーチ２は第１のトーチ１の上方に配置される。即ち、湾曲又は屈曲した第１のトーチ１及び第２のトーチ２を含む夫々第１平面及び第２平面は、図４に示すように、いずれも垂直であり、相互に重なるものである。そして、第２の使用態様においては、第１平面及び第２平面が溶接線に対して垂直になるように、アーム３が溶接部に挿入される。

図１１（ａ）はダミー部材４０を示す平面図、図１１（ｂ）は同じくその側面図である。ダミー部材４０は第１の脱着部１１に着脱自在に連結される第５の脱着部４１が設けられている。この第５の脱着部４１も、例えば、ボールロック方式の着脱部材であり、相手方の脱着部１１に対し、第１の圧縮空気の供給により連結され、第２の圧縮空気の供給により連結が解除される（離脱される）。

なお、第２トーチ２には、２個の円錐台をその小径面で接合したような形状の係合部９（図１（ａ）参照）が設けられている。この係合部９は、第２のトーチ２をツールレスト（図示せず）に格納するための部分であり、この係合部９をツールレストの円形切欠部に係合させ、係合片（図示せず）で係合部９を押さえることにより、第２のトーチ２をこの円形切欠部に保持するようになっている。第２の連結具３０及びダミー部材４０にも同様の係合部９（図６（ａ）、図１１参照）が設けられている。

次に、本実施形態の動作について説明する。ブラケット８を介してロボットアーム３に固定されたブラケット７には、トーチクランプ部１３が固定されており、このトーチクランプ部１３に第１のトーチ１が固定されている。そして、ブラケット７には、更に第１の連結具１０が固定されている。一方、ツールレストには、第２のトーチ２がトーチクランプ部２２を介して取付部材２０に連結された状態で保持されており、更に第２の連結具３０が保持されている。そして、第１の使用態様においては、図１乃至図３に示すように、取付部材２０の第２の脱着部２１を第１の連結具１０の第１の脱着部１１に連結する。この場合は、ロボットのアーム３をツールレストに向け、アーム３に固定されている第１の連結具１０の第１の脱着部１１を、ツールレストの取付部材２０の第２の脱着部２１に重ね合わせ、第１の圧縮空気を供給して、ボールロック方式のボールを第１の脱着部１１の径方向外側に押し出すことにより第１の脱着部１１と第２の脱着部２１とを結合する。これにより、アーム３に対し、第１のトーチ１と第２のトーチ２とが水平方向に並べて配置され、図１（ｂ）に示すように、側面視で第１のトーチ１と第２のトーチ２とが重なる状態に配置される。この第１の使用態様においては、第１トーチ１と第２トーチ２の配列方向が溶接線に沿う方向になるようにその姿勢を設定し、溶接部に対し、アーム２を溶接線に垂直の方向に挿入する。これにより、第１トーチ１及び第２トーチ２が横２列に配列された第１使用態様で、タンデム溶接がなされる。

次に、従来の図１３に示すように、横２列配置ではトーチを溶接部に挿入できない場合には、第１のトーチ１及び第２のトーチ２を第２の使用態様（縦２列配置）に配置する。アーム３をツールレストに移動させ、第１の脱着部１１と第２の脱着部２１とを第２の圧縮空気の供給により離脱させ、第２のトーチ２をツールレストに格納する。その後、アーム３を第２の連結具３０の格納位置まで移動させ、第１の脱着部１１を第２の連結具３０の第３の脱着部３１に重ね合わせる。そして、第１の圧縮空気を供給し、第１の脱着部１１と第３の脱着部３１とをボールロック方式により連結する。次に、アーム３を第２の連結具３０の第４の脱着部３２が取付部材２０の第２の脱着部２１に重なる位置まで移動させ、第１の圧縮空気を供給して第４の脱着部３２と第２の脱着部２１とを連結する。これにより、図４乃至図８に示すように、第１のトーチ１の上に第２のトーチ１が配置され、平面視で、第１のトーチ１と第２のトーチ２とが重なる状態に配置される。この第２使用態様に第１のトーチ１と第２のトーチ２とを配置した場合には、図９に示すように、第１のトーチ１及び第２のトーチ２を含む平面が溶接線を含むようにトーチ１，２を配置して、アーム３を溶接部に挿入することができる。しかも、本発明においては、図４（ａ）に示すように、第１のトーチ１と第２のトーチ２とを平面視で重なるように配置することができ、トーチ１，２のワイヤ供給先端部のみならず、取付部（トーチ支持部）もワイヤ供給先端部の配列方向に配列されているので、このワイヤ供給先端部の配列方向に垂直の方向の幅は極めて小さい。即ち、本実施形態においては、トーチ１，２の取付部を含む全体構造が、ワイヤ供給先端部の配列方向に垂直の方向について極めてスリムであるので、図９に示すように、縦板部材１０５，１０７の間隔が狭く、トーチを挿入しにくい狭隘部の溶接であっても、十分にトーチ１，２を挿入することができ、タンデム溶接することができる。また、本実施形態においては、第１トーチ１と第２トーチ２の２種類のトーチのみを使用し、従来のように３種類のトーチを使用する必要がなく、溶接ワイヤコイルの置き場所を３カ所用意する必要がないので、その分、ロボット周囲のスペースが小さくても足りる。更に、ワイヤコイルを搭載するワイヤ移動装置の駆動部容量及びフレーム剛性を増大させる必要がない。そして、本実施形態の場合は、トーチの湾曲部又は屈曲部は１カ所でよく、従来のような２カ所以上湾曲部又は屈曲部を設けた複雑な形状のトーチを使用する必要がなく、トーチの製造コストが低い。

なお、第１の使用態様及び第２の使用態様のいずれの場合も、第１トーチ１と第２のトーチ２との間隔は、トーチ先端から供給されるワイヤにより形成されるアーク点の間隔が、例えば１０乃至３０ｍｍであるように設定される。

また、第１の連結具１０の第１の脱着部１１にダミー部材４０を連結すれば、本実施形態の第１のトーチ１をこの第１のトーチ１のみを使用するシングルトーチの溶接に適用することができる。従って、本実施形態の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用すると、２本のトーチ１，２を水平方向に並べた横２列配置の第１の使用態様と、２本のトーチ１，２を垂直方向に並べた縦２列配置の第２の使用態様と、シングルトーチの第３の使用態様とを選択して、自動溶接に適用することができる。しかも、これらの使用態様の選択は、第１の連結具１０、第２の連結具３０及び取付治具２０を適宜組み合わせて連結するだけでよく、容易にその使用態様に適した構造に組み立てることができる。

また、本実施形態によれば、第１の連結具１０、第２の連結具３０及び取付治具２０の連結及び離脱は、第１の圧縮空気及び第２の圧縮空気の２系統の圧縮空気の供給を制御するだけで足りるので、タンデム溶接用トーチの組み立てを容易に自動化することができ、高効率でトーチを組み立てることができる。このため、本実施形態は、溶接ロボットによる自動溶接に適用する際の整合性が優れており、ロボットによる自動溶接に有効に適用することができる。なお、脱着部においては、一旦接続が完了すると、圧縮空気の供給が停止されても、接合状態が開放されないようにフェールセーフ機構を採用することが好ましい。

本実施形態において、トーチ先端部の水平方向における干渉物との接触はショックセンサー４によって検出され、大事に至る前にロッボトを停止することによって事故を未然に回避することができる。

本実施形態によれば、第１の連結具１０、取付部材２０及び第２の連結具３０を使い分けることにより、２本のトーチを水平方向（横方向）配置及び縦方向（垂直方向）配置のいずれにも容易に組み立てることができ、また、水平方向（横方向）配置及び縦方向（垂直方向）配置のいずれの場合でも、第１のトーチ１と第２のトーチ２とを極めてコンパクトに組み立てることができる。よって、本実施形態によれば、干渉物による溶接困難が大幅に減少し、タンデム溶接の適用範囲を大幅に広げることができる。

本実施形態において、第２連結具３０の形状を変更することにより、第２のトーチ２を第１のトーチ１に対して任意の位置に配置することができる。従って、第２のトーチ２の形状は、第１のトーチ１の形状と同一にすることもでき、そうすると、２種類の形状のトーチを用意する必要がなくなる。また、本実施形態においては、脱着部への圧縮空気の供給については、第１の圧縮空気と第２の圧縮空気の２系統が用意されるが、第２の連結具３０の第４の脱着部３２への圧縮空気の供給は、図１０に示すように、圧縮空気源に接続された空気配管３７を第１の脱着部１１に連結し、更に第３の脱着部３１と第４の脱着部３２とを空気配管３７により接続することにより、第１の脱着部１１及び第３の脱着部３１を経由して行われる。

本実施形態においては、アーム３（ブラケット８）に対する第１の連結具１０の上下方向及び前後方向の位置は、長孔６ａ、６ｂ内のボルト９ａ、９ｂの位置を調節することにより、調整することができるので、図１に示す第１の使用態様において、第１のトーチ１と第２のトーチ２との間の上下方向及び前後方向の相対的位置を調整することができる。また、長孔３３ａ、３３ｂ、３４ａ内のボルトの位置を調節することにより、図４に示す第２の使用態様においても、第１のトーチ１に対する第２のトーチ２の上下方向及び前後方向の相対的位置を調整することができる。これにより、溶接トーチ１，２、取付治具２０及び連結具１０，３０の製作誤差により、溶接トーチ先端部のアーク点位置が設計値からずれた場合にも、このアーク点位置を微調整することができる。

本発明によれば、通常のタンデム溶接に加えて、狭隘部のタンデム溶接にも適用することができ、溶接ロボットによる自動タンデム溶接の適用分野を大幅に広げることができ、種々の技術分野における溶接ロボットの適用を可能とする。

（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施形態の第１の使用態様を示す図であって、（ａ）はトーチ組立後の状態を示す平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視側面図、(ｄ)はブラケット７，８の構造を示す側面図である。 （ａ）は第１トーチ１とその取付機構のみを示す平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢示側面図である。 （ａ）は第２のトーチ２を第１のトーチ１に連結する態様を示す平面図、（ｂ）は第１のトーチ１を示す側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢示方向側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態の第２の使用態様を示す図であって、(ａ)はトーチ組立後の状態を示す平面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は第１トーチ１とその取付機構のみを示す平面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は第２の連結具３０を第１の連結具１０に連結する態様を示す平面図、（ｂ）はその側面図である。 (ａ)は第２の連結具３０が第１の連結具１０に連結された状態を示す平面図、（ｂ）はその側面図である。 (ａ)は第２のトーチ２の取付部材２０を第２の連結具３０に連結する態様を示す平面図、（ｂ）はその側面図である。 本発明の実施形態の効果を示す図である。 圧縮空気の供給配管を示す図である。 （ａ）はダミー部材を示す平面図、（ｂ）は側面図である。 従来のタンデムトーチ（横並び）の構造を示す平面図である。 従来のタンデムトーチ（横並び）の問題点を示す側面図である。 従来の他のタンデムトーチを横並びにしたときの構造を示す平面図である。 従来の他のタンデムトーチを縦並びにしたときの構造を示す平面図である。 同じく、従来の他のタンデムトーチを縦並びにしたときの構造を示す側面図である。

符号の説明

１：第１トーチ
２：第２トーチ
３：ロボットアーム
４：ショックセンサー
６ａ、６ｂ：長孔
７、８：ブラケット
９ａ、９ｂ：ボルト
１０：第１の連結具
１１：第１の脱着部
１２：ボルト
１３：トーチクランプ部
２０：取付部材
２１：第２の脱着部
２２：トーチクランプ部
３０：第２の連結具
３１：第３の脱着部
３２：第４の脱着部
３３、３４，３５：部材
３３ａ、３３ｂ、３４ａ：長孔
４０：ダミー部材
１０１：シングルトーチ
１０２：シングルトーチ
１０３：タンデム溶接用トーチ
１０４：ロボットアーム
１０５：縦板部材
１０６：横板部材
１０７：縦板部材
１０８：湾曲トーチ

Claims (10)

1. 溶接ロボットのアームに取り付けられた第１のトーチに対し、タンデム溶接用の第２のトーチを取り付けるための溶接ロボット用トーチ取付治具において、一端が前記溶接ロボットのアーム又は前記第１のトーチに取り付けられ他端に第１の脱着部が設けられた第１の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第２の脱着部が設けられ前記第２のトーチが取り付けられる取付部材と、一端に前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第３の脱着部が設けられ他端に前記第２の脱着部が連結される第４の脱着部が設けられた第２の連結具と、を有することを特徴とする溶接ロボット用トーチ取付治具。
2. 溶接ロボットのアームに取り付けられた第１のトーチに対し、タンデム溶接用の第２のトーチを取り付けるための溶接ロボット用トーチ取付治具において、一端が前記溶接ロボットのアーム又は前記第１のトーチに取り付けられ他端に第１の脱着部が設けられた第１の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第２の脱着部が設けられ前記第２のトーチが取り付けられる取付部材と、一端に前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第３の脱着部が設けられ他端に前記第２の脱着部が連結される第４の脱着部が設けられた第２の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第５の脱着部が設けられたダミー部材とを有することを特徴とする溶接ロボット用トーチ取付治具。
3. 溶接ロボットのアームに取り付けられた第１のトーチに対し、タンデム溶接用の第２のトーチを取り付けるための溶接ロボット用トーチ取付治具において、一端が前記溶接ロボットのアーム又は前記第１のトーチに取り付けられ他端に第１の脱着部が設けられた第１の連結具と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第２の脱着部が設けられ前記第２のトーチが取り付けられる取付部材と、前記第１の脱着部に脱着可能に連結される第５の脱着部が設けられたダミー部材とを有することを特徴とする溶接ロボット用トーチ取付治具。
4. 前記各脱着部は、夫々、第１及び第２の圧縮空気の入力端を有し、第１の圧縮空気の入力により相互に結合した状態で保持され、第２の圧縮空気の入力により相互に離脱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具。
5. 前記第１及び第２のトーチは、その取付位置より先端側が同一方向に曲がったトーチであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具。
6. 前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第１使用態様において、前記第１及び第２のトーチが溶接線方向に並ぶように配置されると共に前記第１のトーチを含む平面と前記第２のトーチを含む平面とが所定の角度をなし、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記第２の連結具の第３の脱着部とを連結すると共に前記第２の連結具の第４の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第２使用態様において、前記第１のトーチを含む平面と前記第２のトーチを含む平面とが重なることを特徴とする請求項５に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具。
7. 前記第２の連結具は、この第２の連結具に対する前記第２のトーチの取付位置を調整する機構を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具。
8. 前記請求項１に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用し、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結することによる第１使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記第２の連結具の第３の脱着部とを連結すると共に前記第２の連結具の第４の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第２使用態様のタンデム溶接とを切替えることを特徴とするタンデム溶接方法。
9. 前記請求項２に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用し、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結することによる第１使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記第２の連結具の第３の脱着部とを連結すると共に前記第２の連結具の第４の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結する第２使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記ダミー部材の第５の脱着部とを連結し前記第２のトーチを使用しない第３使用態様のシングル溶接とを切替えることを特徴とするタンデム溶接方法。
10. 前記請求項３に記載の溶接ロボット用トーチ取付治具を使用し、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記取付部材の第２の脱着部とを連結することによる第１使用態様のタンデム溶接と、前記第１の連結具の第１の脱着部と前記ダミー部材の第５の脱着部とを連結し前記第２のトーチを使用しない第３使用態様のシングル溶接とを切替えることを特徴とするタンデム溶接方法。
    
    
    

Images