JP2006110571A - 全姿勢自動溶接ヘッドとその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トーチ7を支持するトーチ台10を先端部に設け、被溶接チューブ22の中心軸と一致させてチューブ22の外周を回転するトーチ回転用リング1と該リング1の内側でリング1と同心円上に配置されたトーチ上下移動用リング2と、リング1をチューブ22の回りに回転駆動させる第1の歯車群及び第1の歯車群と並列配置され、リング2をチューブ22の回りに回転駆動させる第2の歯車群及び前記2組の歯車群を共に駆動させる駆動軸27と該駆動軸27を駆動させるトーチ回転用モータ4と、リング2をチューブ22の回りに回転駆動させ、かつトーチ7を上下移動させるために第1の歯車群と等速又は第1の歯車群より高速又は低速で、リング1に対して同方向又は逆方向に回転しながらリング2を駆動可能な第2の歯車群と該第2の歯車群を駆動させるトーチ上下移動用モータ5とを備えた溶接ヘッドである。
【選択図】図1
Description
請求項1記載の発明は、溶接用のトーチ7と、該トーチ7を支持するトーチ台10と、トーチ台10の一端部を先端部で支持し、かつ被溶接チューブ22の中心軸と一致させて該チューブ22の外周を回転する馬蹄形のトーチ回転用リング1と、該トーチ回転用リング1の内側で、トーチ台10の他端部を先端部で支持し、かつトーチ回転用リング1と同心円上に配置された馬蹄形のトーチ上下移動用リング2と、前記トーチ回転用リング1を被溶接チューブ22の回りに回転可能な第1の歯車群(30,27a,27b,24a,23,29a,29c,29e,29d,29f)及び該第1の歯車群と並列配置され、かつ前記トーチ上下移動用リング2を前記第1の歯車群の一部歯車(30,27a)と共に被溶接チューブ22の回りに回転可能な第2の歯車群(27c,24b,29b,29g,29i,29h,29j)及び前記第1の歯車群と第2の歯車群を共に駆動可能な駆動軸27と該駆動軸27を駆動させるトーチ回転用モータ4とを備えたトーチ回転用リング兼トーチ上下移動用リング駆動機構と、トーチ上下移動用リング2を前記歯車27cを除く第2の歯車群と共に被溶接チューブ22の回りに回転駆動させ、かつ前記第1の歯車群が駆動中に第1の歯車群より高速又は低速で前記リング2を前記リング1の回転方向と同じ方向又は逆転方向に駆動可能な第3の歯車群(35,28)と該第3の歯車群を駆動させる駆動用のトーチ上下移動用モータ5とを備えたトーチ上下移動用リング駆動機構と、前記トーチ回転用リング駆動機構とトーチ上下移動用リング駆動機構をそれぞれ駆動制御させる制御装置100と、トーチ7の近傍へフィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給機構20と、前記2つの馬蹄形リング1,2とは別の位置で被溶接チューブ22を把持するクランプ機構を備えたチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
請求項1〜14記載の発明によれば、トーチ回転用リング1とトーチ上下移動用リング2の(1)溶接前のトーチ位置合わせ等の機能動作と(2)溶接中のトーチの機能動作は、大略次のようになる。なお、リング1,2の作動方向又はトーチ7の作動方向は図6、図9に示された矢印A,Bの方向とする。
(1)溶接前のトーチ7の位置合わせ等の機能動作
(a)トーチ上下移動用モータ5を停止させた状態でトーチ7が矢印A方向に回転するようにトーチ回転用モータ4を駆動させると、トーチ7の上下方向への移動が停止された状態で、リング1、2は矢印A方向に等速回転する。
溶接前のトーチ7の位置合わせが終わると溶接を始めるが、ワイヤの挿入方向が溶接進行方向になる。すなわち矢印B方向が溶接方向になるので、溶接中はトーチ回転用リング1とトーチ移動用リング2は矢印B方向に回転させる。また、トーチ回転用リング1の回転速度が溶接速度になり、溶接速度を変更しない限り、常にトーチ回転用リング1は一定速度で回転させる。
このとき、リング1,2の回転速度はリング2>リング1とする。なお、リング1とリング2の回転速度差が大きい程、トーチ7の下方向への移動速度が速くなる。
トーチ回転用モータ4が駆動し、トーチ上下移動モータ5が停止していると、トーチ回転用モータ4が歯車(30,27a)を介して駆動軸27を駆動させると、該駆動軸27に連動するトーチ回転用リング1を駆動させる歯車30、27a,23を除く第1の歯車群(27b,24a,29a,29c,29e,29d,29f)も駆動させ、トーチ回転用リング1が被溶接チューブ22の回りを回転する。また駆動軸27は第1の歯車群の一部の歯車(30,27a)を介してトーチ上下移動用リング2を駆動させる第2の歯車群(27c,24b,29b,29g,29i,29h,29j)も前記第1の歯車群と等速で駆動させるので、トーチ上下移動用リング2もトーチ回転用リング1と被溶接チューブ22の回りを回転する。
本実施例のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドの側面図を図10に、平面図を図11に、背面図を図12にそれぞれ示す。また図11のA−A線断面矢視図の一部を図1に示し、図1のA−A線断面矢視図を図2に示し、図1のB−B線断面矢視図を図3に示し、図1のC−C線断面矢視図を図4に示し、図1のD−D線断面矢視図を図5に示す。図1のE−E線断面矢視図を図6に示し、図4のF−F線断面矢視図を図7に示し、図6のG−G線断面矢視図を図8に示し、図11の一部拡大図を図9(a)に示し、図9(a)の矢印S方向からの矢視図を図9(b)に示す。
なお、本明細書ではトーチ駆動部ボディ3に接続したトーチ台10のある方を前方と呼び、トーチ駆動部ボディ3に対してトーチ台10の反対側を後方と呼ぶことにする。
さらに、本溶接ヘッドのリング1、2の後方部位にチューブ22を把持するためのクランプ機構が設けられており、該クランプ機構はトーチ駆動部ボディ3の後側下方部に接続されている。
そのため、トーチ回転用モータ4とトーチ上下移動用モータ5などのサイズの大きな部品の設計の自由度が高くなり、比較的低コストの部品を用いることができる。
なお、駆動軸27はトーチ駆動部ボディ3にベアリング26a,26fを介して回転自在に支持されている。
従って、トーチ回転用モータ4のみが駆動していると、トーチ回転用リング1の回転とトーチ上下移動用リング2が共に等速で、チューブ22の回りを回転する。
(1)溶接前のトーチ7の位置合わせ等の機能動作
(a)トーチ7を矢印A方向に回転(上下移動は停止)
トーチ回転用リング1 矢印A方向の回転
トーチ上下移動用リング2 矢印A方向の回転
リング1と2の回転速度は等速
トーチ回転用モータ4 駆動
トーチ上下移動用モータ5 停止
トーチ回転用リング1 矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング2 矢印B方向の回転
リング1と2の回転速度は等速
トーチ回転用モータ4 駆動
トーチ上下移動用モータ5 停止
トーチ回転用リング1 停止
トーチ上下移動用リング2 矢印A方向の回転
トーチ上下移動用リング2の回転速度が速い程、トーチ7の上移動速度が速くなる。
トーチ回転用モータ4 停止
トーチ上下移動用モータ5 駆動
トーチ回転用リング1 停止
トーチ上下移動用リング2 矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング2の回転速度が速い程、トーチ7の下移動速度が速くなる。
トーチ回転用モータ4 停止
トーチ上下移動用モータ5 駆動
ワイヤの挿入方向が溶接進行方向になる。すなわち矢印B方向が溶接方向になる。
トーチ回転用リング1 矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング2 矢印B方向の回転
リング1と2の回転速度は等速
トーチ回転用モータ4 駆動
トーチ上下移動用モータ5 停止
トーチ回転用リング1 矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング2 矢印B方向あるいはA方向の回転
リング2が矢印B方向に回転する場合には回転速度はリング2<リング1とする。なお、リング1と2の回転速度差が大きい程、トーチ7の上方向移動速度が速くなる。また、リング2が矢印A方向に回転する場合にはトーチ7の上方向移動速度がより速くなる。
トーチ回転用モータ4 駆動
トーチ上下移動用モータ5 駆動
トーチ回転用リング1 矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング2 矢印B方向の回転
リング1とリング2の回転速度はリング1<リング2
リング1とリング2の回転速度差が大きい程、トーチ7の下方向移動速度が速くなる。
トーチ回転用モータ4 駆動
トーチ上下移動用モータ5 駆動
4 トーチ回転用モータ 5 トーチ上下移動用モータ
7 トーチ 11 トーチ支持ピン
17 クランプブロック 18 クランプ18
22 被溶接チューブ 24a,24b 遊星歯車
27 駆動軸 28 トーチ上下移動用伝達歯車
35 ウォームギア
30,27a,27b,24a,23,29a,29c,29e,29d,29f
第1の歯車群
27c,24b,29b,29g,29i,29h,29j 第2の歯車群
35,28 第3の歯車群
Claims (14)
- 溶接用のトーチ7と、
該トーチ7を支持するトーチ台10と、
トーチ台10の一端部を先端部で支持し、かつ被溶接チューブ22の中心軸と一致させて該チューブ22の外周を回転する馬蹄形のトーチ回転用リング1と、
該トーチ回転用リング1の内側で、トーチ台10の他端部を先端部で支持し、かつトーチ回転用リング1と同心円上に配置された馬蹄形のトーチ上下移動用リング2と、
前記トーチ回転用リング1を被溶接チューブ22の回りに回転可能な第1の歯車群(30,27a,27b,24a,23,29a,29c,29e,29d,29f)及び該第1の歯車群と並列配置され、かつ前記トーチ上下移動用リング2を前記第1の歯車群の一部歯車(30,27a)と共に被溶接チューブ22の回りに回転可能な第2の歯車群(27c,24b,29b,29g,29i,29h,29j)及び前記第1の歯車群と第2の歯車群を共に駆動可能な駆動軸27と該駆動軸27を駆動させるトーチ回転用モータ4とを備えたトーチ回転用リング兼トーチ上下移動用リング駆動機構と、
トーチ上下移動用リング2を前記歯車27cを除く第2の歯車群と共に被溶接チューブ22の回りに回転駆動させ、かつ前記第1の歯車群が駆動中に第1の歯車群より高速又は低速で前記リング2を前記リング1の回転方向と同じ方向又は逆転方向に駆動可能な第3の歯車群(35,28)と該第3の歯車群を駆動させる駆動用のトーチ上下移動用モータ5とを備えたトーチ上下移動用リング駆動機構と、
前記トーチ回転用リング駆動機構とトーチ上下移動用リング駆動機構をそれぞれ駆動制御させる制御装置100と、
トーチ7の近傍へフィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給機構20と、
前記2つの馬蹄形リング1,2とは別の位置で被溶接チューブ22を把持するクランプ機構を備えたことを特徴とするチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。 - 前記トーチ回転用リング1を被溶接チューブ22の回りに回転可能な第1の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ4の回転軸に直結した歯車30と、該歯車30に噛合する駆動軸27の端部に設けられた歯車27aと、該駆動軸27の軸上に設けられた太陽歯車27bと、該太陽歯車27bの回転駆動力により駆動される遊星歯車24aと、該遊星歯車24aに噛合する内周側の歯車を有し、回転不能の内歯歯車23と、前記該遊星歯車24aの回転軸25aを側面に遊嵌させ、駆動軸27の回りの遊星歯車24aの公転で回転する歯車29aと、該歯車29aからの駆動力を順次に伝達する1以上の歯車29c、29eの組と歯車29d、29fの組と、該歯車29e,29fに噛合する前記トーチ回転用リング1の外周に設けられた歯車とを備え、
前記トーチ上下移動用リング2を前記第1の歯車群の一部の歯車30,27aと共に被溶接チューブ22の回りに回転可能な第2の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ4で駆動される駆動軸27に設けられた太陽歯車27cと、該太陽歯車27cの回転駆動力により駆動される遊星歯車24bと、該遊星歯車24bの回転軸25bを側面に遊嵌させ、駆動軸27の回りの遊星歯車24bの公転で回転する歯車29bと、該歯車29bからの駆動力を順次に伝達する1以上の歯車29g、29iの組と29h、29jの組と、該歯車29i,29jに噛合する前記トーチ上下移動用リング2の外周に設けられた歯車とを備え、
トーチ上下移動用リング2を前記太陽歯車27cを除く第2の歯車群と共に被溶接チューブ22の回りに回転駆動可能な第3の歯車群は、トーチ上下移動用モータ5の回転軸に直結した歯車35と、外周側の歯車で前記歯車35を噛合させ、また内周側の歯車で前記遊星歯車24bを噛合させる回転可能なトーチ上下移動用伝達歯車28とを備え、
駆動軸27で駆動される第1の歯車群の遊星歯車24aと第2の歯車群の遊星歯車24bの組と、第1の歯車群の歯車29aと第2の歯車群の歯車29bの組と、第1の歯車群の歯車29c,29d,第2の歯車群の歯車29g,29hの組と、第1の歯車群の歯車29e,29f,第2の歯車群の歯車29i,29jの組はそれぞれ同一半径を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。 - トーチ回転用リング1はトーチ回転用モータ4で駆動され、トーチ上下移動用リング2はトーチ回転用モータ4及び/又はトーチ上下移動用モータ5で駆動される歯車機構を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- トーチ上下移動用伝達歯車28は1回転以下の回転となるように、その回転範囲が制限された構成からなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- 前記トーチ回転用モータ4の回転軸に直結した歯車30に噛合する駆動軸27の歯車27aは共に傘歯車であり、前記トーチ上下移動用モータ5の回転軸に直結した歯車35は円筒ウォームギアであり、該歯車35に噛合するトーチ上下移動用伝達歯車28はウォームホイールギアであり、前記2つのモータ4,5の回転軸が前記2つのリング1,2の中心軸に直交する方向に配置されることを特徴とする請求項1ないし4にいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- 前記トーチ回転用リング1の馬蹄形の一方の先端部にトーチ7を支持する円弧形状のトーチ台10の一端をトーチ支持ピン11で支持させ、トーチ台10の他端をトーチ上下移動用リング2の馬蹄形の一方の先端部にトーチ上下用ピン12で支持させ、前記トーチ支持ピン11又はトーチ上下用ピン12をトーチ台10の上下動の揺動軸とすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- クランプ機構は、トーチ回転用リング1と同一円心上に被溶接チューブ22の軸心が配置されるように被溶接チューブ22を把持する構成であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- トーチ回転用リング1の基部側と前記トーチ上下移動用リング2の基部側を下方に開口した開口部の内部に収納し、かつ前記リング1,2の駆動用の前記第1〜第3の歯車群とモータ4,5を収納するトーチ駆動用ボディ3を設け、該ボディ3には、前記リング1,2の基部側に該リング1,2の中心軸に直交する方向に沿って設けた溝1a,2a内をそれぞれ摺動する突起部3a,3bを設けたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング1をトーチ回転用モータ4で駆動させ、トーチ上下移動用リング2をトーチ回転用モータ4及び/又はトーチ上下移動用モータ5で駆動させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング1とトーチ上下移動用リング2を、トーチ回転用モータ4だけの駆動で等速で回転させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用リング2をトーチ回転用モータ4とトーチ上下移動用モータ5の駆動力の和になるような回転方向と回転速度で回転させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用モータ5を停止させた状態でトーチ7を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ回転用モータ4を駆動させて、トーチ7の被溶接チューブ22に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向への移動が停止された状態でトーチ回転用リング1とトーチ上下移動用リング2を等速回転させて所定位置にトーチ7を到達させ、その後、トーチ回転用モータ4を停止させた状態でトーチ上下移動用リング2を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ上下移動用モータ5を回転させて、トーチ7を前記上方向又は下方向へ移動させて溶接前のトーチ7の位置合わせを行うことを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、溶接中には、フィラーワイヤの挿入方向に合致する方向にトーチ回転用リング1とトーチ上下移動用リング2を一定速度でトーチ回転用モータ4により回転させてトーチ7を被溶接チューブ22の回りを回転させながら、
(a)アーク長が適切である場合には、トーチ上下移動用モータ5を停止させて前記両リング1、2を等速で前記方向に回転させ、被溶接チューブ22に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向へのトーチ7の移動を停止させた状態で溶接し、
(b)アーク長が短い場合には、トーチ上下移動用リング2がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に又はその反対の方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ5を駆動させ、被溶接チューブ22に対して離れる方向である上方向にトーチ7を移動させながら溶接し、
(c)アーク長が長い場合には、トーチ上下移動用リング2がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ5を駆動させ、被溶接チューブ22に対して近づく方向である下方向にトーチ7を移動させながら溶接する
ことを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。 - トーチ回転用リング1を一定速度で回転させ、それに対してトーチ上下移動用リング2の回転速度を変更する場合であって、
(a)トーチ上下移動用リング2をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ7を前記上方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング2の回転速度をトーチ回転用リング1の回転速度より遅くし、
(b)トーチ上下移動用リング2をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ7を前記下方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング2の回転速度をトーチ回転用リング1の回転速度より速くする
ことを特徴とする請求項13記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
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