JP2006102776A - アーク溶接装置及びアーク溶接ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接トーチと周辺機器との干渉が少ない、構造が単純なアーク溶接装置を提供する。
【解決手段】 Ｙ字形状のトーチケーブル３４は、その内部に第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂと、それらにそれぞれ接続される導入端部４４ａ及び４４ｂ並びに１つの導出端部４４ｃを備えたＹ字形状のワイヤライナ部４４を備えた分岐ブロック４２とを有する。ワイヤ送給装置から択一的に送られる溶接ワイヤ２６ａ及び２６ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ内を延び、ワイヤライナ部４４内を通って１つの導出端部４４ｃから溶接トーチ１２内に導かれる。従って溶接トーチ１２を単電極とした上で複数の種類のワイヤを切替えて溶接トーチ１２に送給できるので、溶接トーチ１２と周辺機器との干渉が少ないにも関わらず複数種類の溶接ワイヤを使用することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、アーク溶接装置に関し、特にはアーク溶接ロボット及びそれを含むロボットシステムに関する。

従来のアーク溶接装置６０は、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、多電極型の溶接トーチ６２、第１及び第２トーチケーブル６４ａ及び６４ｂ、第１及び第２ワイヤ送給装置６６ａ及び６６ｂを有し、それらはロボット機構部６８に搭載される。溶接トーチ６２はロボット機構部６８の手首要素７０に固定され、複数の種類（図示例では２種類）のワイヤを溶接トーチ６２に送給するために、第１及び第２ワイヤ送給装置６６ａ及び６６ｂが、それぞれ第１及び第２トーチケーブル６４ａ及び６４ｂを介して溶接トーチ６２に接続される。第１及び第２ワイヤ送給装置６６ａ及び６６ｂは、図示しない制御部からの指令に応じて択一的に溶接ワイヤを溶接トーチ６２に送給する。

また別のアーク溶接装置して、溶接トーチ、トーチケーブル及びワイヤ送給装置を含むセットを複数用意し、各セットの溶接トーチのみを、図示しないツール交換手段により付替え可能にした構成もある。この装置においては、例えば、各セットのトーチケーブルとワイヤ送給装置とがそれぞれ接続された状態で、使用しないあるセットの溶接トーチを保持手段に固定し、使用する他のセットの溶接トーチをロボットの手首要素に固定して、２つの溶接トーチを必要に応じ交換して溶接することができる。

特開２００４−２２３５７６号公報

従来のアーク溶接装置では、ロボット先端に多電極溶接トーチが固定され、複数のトーチケーブルが必要となるため、周辺機器の構造が複雑になる。また、溶接トーチが多電極型であるために大きく、他の周辺機器や構造物と干渉しやすいという問題があった。

そこで本発明は、上記の問題を克服する、構造が単純なアーク溶接装置を提供する。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、１つの単電極型の溶接トーチと、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するための複数のワイヤ送給装置と、前記複数のワイヤ送給装置から送給される複数の溶接ワイヤをそれぞれ受容可能な複数のワイヤ導入端部、及び前記複数の溶接ワイヤのいずれか１つを前記溶接トーチに送給するための１つのワイヤ導出端部を有するワイヤ送給路と、を備え、前記複数の溶接ワイヤ送給装置のいずれか１つから選択的に送給された溶接ワイヤを、該１つの溶接ワイヤ送給装置に接続された前記ワイヤ送給路の前記ワイヤ導入端部の１つ及び前記ワイヤ導出端部を通して前記溶接トーチに導いてアーク溶接を行う、アーク溶接装置を提供する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアーク溶接装置において、前記ワイヤ送給路は前記溶接トーチ内に設けられ、前記ワイヤ導入端部の各々と前記ワイヤ送給装置とは複数のトーチケーブルによって接続される、アーク溶接装置を提供する。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のアーク溶接装置において、前記ワイヤ送給路は、前記溶接トーチと前記複数のワイヤ送給装置の各々とを接続する１つのトーチケーブル内に設けられる、アーク溶接装置提供する。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置と、前記溶接トーチを保持するロボット機構部と、前記アーク溶接装置に溶接電流を供給する少なくとも１つの溶接電源と、前記少なくとも１つの溶接電源の動作を制御する制御部と、を有するアーク溶接ロボットシステムを提供する。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接ロボットシステムにおいて、前記複数の溶接ワイヤ送給装置が前記ロボット機構部に搭載される、アーク溶接ロボットシステムを提供する。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接ロボットシステムにおいて、前記複数の溶接ワイヤ送給装置の少なくとも１つは前記ロボット機構部以外の場所に設置される、アーク溶接ロボットシステム提供する。

本発明によれば、従来例に対し、溶接トーチを単電極とした上で複数の種類の溶接ワイヤを溶接トーチに送給できるので、溶接トーチと周辺機器等との干渉が少ないにも関わらず複数の溶接ワイヤを切換えて使用できるアーク溶接装置が提供される。

本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るアーク溶接装置１０の全体構成を示す。アーク溶接装置１０は、溶接トーチ１２と、溶接トーチに接続される第１及び第２トーチケーブル１４ａ及び１４ｂと、第１及び第２トーチケーブル１４ａ及び１４ｂを通して溶接トーチ１２に溶接ワイヤをそれぞれ送給する第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂとを有する。溶接トーチ１２並びに第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂは、ロボット機構部１８に搭載される。ロボット機構部１８は、例えば垂直多関節型が好適であり、溶接トーチ１２を保持する手首要素１８２、手首要素１８２を一端に有するとともに第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂを担持する前腕１８４、前腕１８４の他端に接続される上腕１８６、及び上腕１８６を旋回させる旋回胴１８８を有する。また第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂには、第１及び第２溶接電源２０ａ及び２０ｂがそれぞれ接続され、第１及び第２溶接電源２０ａ及び２０ｂは、それらに指令を送るように構成された制御部２２によって作動する。すなわち第１及び第２溶接電源２０ａ及び２０ｂは、制御部２２からの指令に応じて、溶接トーチ１２に対し、ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂを介しワイヤを送給するワイヤ送給速度、及び、第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂと第１及び第２溶接電源２０ａ及び２０ｂとをそれぞれ接続する第１及び第２給電ケーブル２４ａ及び２４ｂを介してパワーケーブル（後述する図４参照）に流す溶接電流及び溶接電圧を制御する。アーク溶接装置１０、ロボット機構部１８、溶接電源２０ａ及び２０ｂ、並びに制御部２２は、全体としてアーク溶接ロボットシステムを構成する。なお、２つのワイヤ送給装置は、いずれもロボット機構部１８の前腕１８４の後方に搭載されているが、前腕１８４の前方、上腕１８６、旋回胴１８８等のロボット機構部１８の他の部位に設けられてももちろん構わない。別の形態として、２つのワイヤ送給装置をロボット機構部１８の周辺に配置することも可能であるし、いずれか一方をロボット機構部１８に搭載し他方をロボットの周辺に配置することも可能である。

溶接トーチ１２は、単電極型のトーチとして作用する。図２に概略図示するように、溶接トーチ１２に複数の種類の溶接ワイヤ（ここでは２６ａ及び２６ｂの２種類を図示）を送給するために、溶接トーチ１２は、第１及び第２のワイヤ導入端部２８ａ及び２８ｂと、１つのワイヤ導出端部又はチップ２８ｃとを備えた略Ｙ字形状のワイヤ送給路すなわちワイヤライナ２８を有する。第１及び第２のワイヤ導入端部２８ａ及び２８ｂに第１及び第２トーチケーブル１４ａ及び１４ｂを介して第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂをそれぞれ接続することにより、第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂから択一的に送られるワイヤ２６ａ及び２６ｂは、第１及び第２トーチケーブル１４ａ及び１４ｂ内をそれぞれ通って、第１及び第２のワイヤ導入端部２８ａ及び２８ｂをそれぞれ通過し、１つの導出端部２８ｃから突出して溶接に使用される。ワイヤ２６ａ及び２６ｂは、加工すべきワークの種類毎に切換えられて溶接に使用される。

図１の実施形態では２つの溶接電源を使用する場合の例を記載したが、溶接電源、給電ケーブル及びパワーケーブルをいずれも１つとし、複数のワイヤを供給するために必要なワイヤ送給装置を複数準備する方法もある。この場合、溶接電源からのワイヤ送給装置への指令は、図示しないワイヤ送給制御ケーブルの途中に信号出力切替え装置を配置し、ワイヤ送給制御ケーブルを複数に分岐し、分岐された各ワイヤ送給制御ケーブルを複数のワイヤ送給装置の各々に接続する。信号出力切替え装置は、溶接電源からの指令に応じて、どのワイヤを送給するかを選択し、複数のワイヤ送給装置を制御する。

次に、実際の溶接例を説明する。上述のロボットシステム１０において、ワークを溶接する場合、対象となるワークは溶接ロボット機構部１８の前に準備された溶接ジグ（図示せず）に取付けられる。制御部２２に指令を送るシステム制御盤２３からの指令に応じ、ロボット機構部１８はワークの種類を識別し、ワークに応じた条件で溶接を行う。ワークの種類毎に溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、アシストガス及びワイヤ材質等が指定されている。ここで、本発明においてワークの種類毎にワイヤの材質を変更する方法について説明する。図示しないワークＡ及びワークＢに対し、それぞれワイヤ２６ａ及びワイヤ２６ｂが指定されているとする。ここでロボット機構部１８がシステム制御盤２３からワークＡを溶接するよう指令を受けた場合、ワークＡに対してワイヤ２６ａを送給する必要があるから、ロボット機構部１８は第１溶接電源２０ａに対し、ワイヤ２６ａの送給指令も同時に出力する。第１溶接電源２０ａは、ワイヤ２６ａを送給する第１ワイヤ送給装置１６ａにワイヤ送給指令を送る。この指令は、上述のようにワイヤ送給制御ケーブルを介して第１ワイヤ送給装置１６ａに送信されるが、信号出力切替え装置を介して送信される場合もある。ワークＡの溶接が完了すると、次に溶接するワークの種類がシステム制御盤２３から送信される。

ここで次に溶接するワークがワークＡであれば上述と同じ方法で溶接を行うが、次に溶接すべきワークがワークＢである場合は、溶接を開始する前に以下の手順で溶接トーチ１２に供給するワイヤの種類を変更する。第１溶接電源２０ａは、まず、第１ワイヤ送給装置１６ａに対しワイヤ２６ａを溶接トーチ１２から第１ワイヤ送給装置１６ａ側に後退させる操作を行わせる。このとき、第１ワイヤ送給装置１６ａは、ワイヤ２６ａの先端がワイヤライナ２８の分岐点２８ｄよりも第１ワイヤ送給装置１６ａ側にある状態になるように、ワイヤ２６ａを後退させる。次に第２溶接電源２０ｂが、ワイヤ２６ｂを送給する第２ワイヤ送給装置１６ｂに対しワイヤ２６ｂを溶接トーチ１２まで送給するよう指令を送り、それにより第２ワイヤ送給装置１６ｂは、ワイヤ２６ｂの先端が溶接トーチ１２の先端から必要な量突き出す状態になるよう送給を行う。図示しないが、各ワイヤ送給装置には、ワイヤを送給する送給ローラ、送給ローラの回転を制御する送給用モータ、及び送給モータを制御するためのフィードバック装置を搭載することもでき、これらを利用することで正確なワイヤ送給を行うことができる。また、溶接トーチ１２の先端のワイヤ突き出し長さの制御が困難なシステムの場合は、ロボット機構部１８の周辺にワイヤカット（図示せず）を用意し、ロボット機構部１８がワイヤカットに対する所定位置にワイヤを移動させ、そのワイヤをワイヤカットで切断するようにシステムを構成することができる。さらに、次に処理すべきワークがワークＡである場合は、前述と同様にワイヤ２６ｂの先端を分岐点２８ｄよりも送給装置側に後退させ、ワイヤ２６ａを溶接トーチ１２に送給して溶接を開始すればよい。

図３（ａ）及び（ｂ）に示す第２の実施形態のアーク溶接装置３０は、第１の実施形態に対し、ワイヤライナの分岐を溶接トーチ１２内ではなくＹ字形状のトーチケーブル３４内で行う点で異なる。他の構成については、アーク溶接装置１０と同様であってよく、説明は省略する。

次にワイヤライナの分岐構造を、図４を用いて詳細に説明する。第２の実施形態においては、ワイヤライナはトーチ１２内で分岐するのではなく、二股すなわちＹ字形状のトーチケーブル３４内で分岐する。より詳細には、ワイヤ２６ａ及び２６ｂは、トーチケーブル３４内を延びる第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ内を通って延びる。図３に示されるように、Ｙ字形状のトーチケーブル３４は、第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂにそれぞれ接続される２つのワイヤ導入端部３４ａ及び３４ｂと、溶接トーチ１２に接続される１つのワイヤ導出端部３４ｃとを有する。従って、第１及び第２ワイヤ送給装置１６ａ及び１６ｂから選択的に送られるワイヤ２６ａ及び２６ｂは、それぞれ第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ内を延び、さらにワイヤ導出端部３４ｃを通って溶接トーチ１２内に導入される。またトーチケーブル３４は、溶接時に使用するアシストガスの供給管としても作用可能である。アシストガスは、図示するように第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂとそれぞれ好ましくは同心かつ外側に設けられる第１及び第２アシストガスチューブ４０ａ及び４０ｂ内をそれぞれ通る。

第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ、並びに第１及び第２アシストガスチューブ４０ａ及び４０ｂは、トーチケーブル３４内に配置された、分岐構造を持つ分岐部すなわち分岐ブロック４２に接続される。分岐ブロック４２は、第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ内を延びるワイヤをそれぞれ受容可能な第１及び第２開口部４４ａ及び４４ｂを備えたＹ字形状のワイヤライナ部４４を有し、さらに第１及び第２のアシストガスチューブ４０ａ及び４０ｂ内を流通するアシストガスをそれぞれ受容可能な第１及び第２開口部４６ａ及び４６ｂを備えたアシストガス流れ部４６とを有する。ワイヤライナ部４４はＹ字形状を有するので、第１及び第２開口部４４ａ又は４４ｂを通ってワイヤライナ部４４内を延びるワイヤはいずれも、ワイヤライナ部４４の第３開口部４４ｃから突出することになる。同様にアシストガス流れ部４６もＹ字形状又は合流部を備えた形状を有するので、第１及び第２開口部４６ａ又は４６ｂ内に流入したアシストガスはいずれもアシストガス流れ部４６の第３開口部４６ｃから流出することになる。なお第１及び第２ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂ並びにブロック４２は、ワイヤとの接触による摩耗等による交換のために、トーチケーブル３４から取外し可能であることが好ましい。

図４に示すように、ワイヤライナ部４４の第３端部４４ｃは、溶接トーチ１２の第３ワイヤライナ１２２に接続され、第３ワイヤライナ１２２は溶接トーチ１２の先端のチップ１２４に接続される。従って、第１又は第２ワイヤ送給装置１６ａ又は１６ｂから送られてトーチケーブル３４を通過したワイヤ２６ａ又は２６ｂは、溶接トーチ１２の第３ワイヤライナ１２２内を通り、さらにチップ１２４から突出して溶接に使用される。一方アシストガスは、図示しないガス供給源から供給されてトーチケーブル３４の第１又は第２アシストガスチューブ４０ａ又は４０ｂを通り、ブロック４２のアシストガス流れ部４６及び第３ワイヤライナ１２２の外側を通って、溶接トーチ１２のノズル１２６から放出されて溶接に使用される。ここで溶接電流を供給する第１及び第２パワーケーブル４８ａ及び４８ｂは、それぞれアシストガスチューブ４０ａ及び４０ｂに沿ってトーチケーブル３４内を延び、給電ブロックでもある分岐ブロック４２に接続され、溶接トーチ１２に給電するように構成される。もちろん前述のように、第１及び第２のパワーケーブル４８ａ及び４８ｂは１つにまとめることもできる。

ワイヤの切替えにおいて、同時にアシストガスの種類も変更することが望ましい場合は、ワイヤライナ３８ａ及び３８ｂと類似の方法で行うことができる。すなわちワイヤ送給装置にそれぞれ電磁弁（図示せず）を搭載し、それらの電磁弁を制御することで可能であり、ガス配管等により電磁弁に供給されたアシストガスは、第１及び第２アシストガスチューブ４０ａ及び４０ｂを通過し、分岐ブロック４２を介し、溶接トーチ１２の先端まで導かれる。必要に応じ、アシストガスの成分が十分に入れ替わるまでプリフローを行うこともできる。電磁弁を使用しているのでアシストガスが逆流することはないが、さらに万全を期すために逆止弁（図示せず）を分岐ブロック４２のワイヤ送給装置側に配置することも可能であり、これはアシストガスの切替え時間を短縮することも可能にする。

上述の分岐点にはワイヤの磨耗粉が溜まる場合もあるが、これらの磨耗粉は、アシストガスを分岐ブロック４２内でワイヤライナ部４４に合流させる他の構造を採用すれば、アシストガスとともに外部に排出可能である。しかし磨耗粉をさらに積極的に排出したい場合や、図４に示した実施形態のようにアシストガスがワイヤライナ部とは合流しない場合は、図５に示すように分岐部に流入用及び流出用のエアブロー管５０ａ及び５０ｂを設けてブロック４２のワイヤライナ部４４に連通させ、図示しないエアブロー装置をエアブロー管５０ａ及び５０ｂの一方又は双方に接続することで、常に分岐点を清浄に保つことができる。

また、このアーク溶接ロボットシステムにおいて、例えば、特許文献１及び特願２００４−７１３０４号（本願出願人による）明細書に説明されているように、手首要素１８２の出力フランジに対し、溶接トーチ１２を出力フランジ回転軸から所定距離隔てた軸線回りに回転可能に設け、ロボット前腕に設けられてトーチケーブルを移動可能に支持するスライド機構と、そのスライド機構を作業ツールと反対方向に引き寄せる張力発生装置とを有する構成を採用することにより、溶接時のトーチケーブルの挙動を安定させることが可能である。二股のトーチケーブルは通常は嵩張るので周辺装置との干渉が問題となる場合があるが、上記構成によれば、溶接姿勢が大きく変化する溶接動作であっても、トーチケーブルの動きは少なく、トーチケーブルが周辺装置と干渉することなく溶接することが可能となる。なお図示した実施形態はいずれも２つのワイヤ送給装置及びＹ字形状のワイヤライナを備えているが、本発明と同様の考え方により、３つ以上のワイヤ送給装置及び三股以上のワイヤライナを使用することも勿論可能である。

（ａ）本発明に係る第１の実施形態の産業用アーク溶接ロボットシステムの全体構成の正面図であり、（ｂ）右側面図である。 図１のシステムに使用される溶接トーチ及びトーチケーブルの概略の構成を示す図である。 （ａ）本発明に係る第２の実施形態の産業用アーク溶接ロボットシステムの全体構成の正面図であり（ｂ）右側面図である。 図３のシステムに使用されるワイヤライナ分岐部の構造を示す断面図である。 図４のワイヤライナ分岐ブロックをエアブロー可能に構成した変形例を示す図である。 （ａ）従来のアーク溶接ロボットシステムの全体構成の正面図であり、（ｂ）右側面図である。

符号の説明

１０、３０ アーク溶接装置
１２ 溶接トーチ
１４ａ、１４ｂ、３４ トーチケーブル
１６ａ、１６ｂ ワイヤ送給装置
１８ ロボット機構部
２８、３８ａ、３８ｂ ワイヤライナ

Claims (6)

1. １つの単電極型の溶接トーチと、
   前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するための複数のワイヤ送給装置と、
   前記複数のワイヤ送給装置から送給される複数の溶接ワイヤをそれぞれ受容可能な複数のワイヤ導入端部、及び前記複数の溶接ワイヤのいずれか１つを前記溶接トーチに送給するための１つのワイヤ導出端部を有するワイヤ送給路と、を備え、
   前記複数の溶接ワイヤ送給装置のいずれか１つから選択的に送給された溶接ワイヤを、該１つの溶接ワイヤ送給装置に接続された前記ワイヤ送給路の前記ワイヤ導入端部の１つ及び前記ワイヤ導出端部を通して前記溶接トーチに導いてアーク溶接を行う、アーク溶接装置。
2. 前記ワイヤ送給路は前記溶接トーチ内に設けられ、前記ワイヤ導入端部の各々と前記ワイヤ送給装置とは複数のトーチケーブルによって接続される、請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 前記ワイヤ送給路は、前記溶接トーチと前記複数のワイヤ送給装置の各々とを接続する１つのトーチケーブル内に設けられる、請求項１に記載のアーク溶接装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置と、
   前記溶接トーチを保持するロボット機構部と、
   前記アーク溶接装置に溶接電流を供給する少なくとも１つの溶接電源と、
   前記少なくとも１つの溶接電源の動作を制御する制御部と、
   を有するアーク溶接ロボットシステム。
5. 前記複数の溶接ワイヤ送給装置が前記ロボット機構部に搭載される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接ロボットシステム。
6. 前記複数の溶接ワイヤ送給装置の少なくとも１つは前記ロボット機構部以外の場所に設置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接ロボットシステム。

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