JP2006122919A - スパッタ除去装置とスパッタ除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボット側溶接トーチの位置決めや保持が容易で、刃具の噛み込みもなく、円滑にスパッタの除去ができ、除去したスパッタも円滑に排出できる、作業性のよいスパッタ除去装置とスパッタ除去方法を提供する。
【解決手段】 先端が矢尻状に削落された２枚の弾性ブレードが相互に所定間隔をもって対設された刃具４３をノズルＮ内で往復回転させ、ノズルＮ内面などに付着したスパッタＳを除去することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、消耗電極式アーク溶接の溶接トーチに付着したスパッタを除去するスパッタ除去装置とスパッタ除去方法に関する。

一般に、消耗電極式のアーク溶接は、先端の円筒状ノズル内に電極を保持する溶接チップが設けられた溶接トーチを使用し、ノズルからシールドガスを流しつつ電極と被溶接物との間でアーク放電し溶接を行なう。

しかし、溶接を行なっているときに、溶接トーチのノズルの内面や溶接チップ外面には、溶融スラグや溶融金属からなるスパッタが付着し、スパッタによりシールドガスの流れが乱され、溶接品質が低下する虞がある。

このため、定期的にノズル内面や溶接チップ外面をスパッタ除去装置により清掃しスパッタを除去する必要があるが、使用されるスパッタ除去装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されているものがある。この装置は、ロボット側に設けられた溶接トーチのノズルをクランパーによりクランプし、ノズルと同一軸線上にスパッタ除去用の刃具を配置し、刃具をノズル内で回転させることによってノズル内面や溶接チップ外面のスパッタを取り除くものである。

ところが、このスパッタ除去装置は、溶接トーチのノズルをクランパーによりクランプする場合、装置自体が固定されているため、溶接トーチをクランパーに対して高精度に位置決めしなければならない。特に、ロボットを高精度に位置決めするには高精度なロボット制御用のプログラムが必要となるのみでなく、仮に位置決め中に何らかの原因でズレが生じた場合、クランプ時に溶接トーチに負荷がかかる虞もある。

また、刃具は、上端に刃部が形成された円筒状をしたものであるため、ノズルに付着したスパッタが固く多量であれば、除去したスパッタがノズル内面と刃具との間に噛み込み、刃具を回転不能とし、しかも、除去したスパッタが刃具内に入り蓄積し、刃具の噛み込みを一層生じやすくし、スパッタ除去作業の迅速性が損なわれるという問題もある。
特開２００３−３２６３６６号公報（図１〜図４参照）

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ロボット側溶接トーチの位置決めや保持が容易で、円滑にスパッタの除去ができ、刃具の噛み込みも少なく、仮に噛み込みが生じても自動復帰でき、除去したスパッタも円滑に排出できる、作業性のよいスパッタ除去装置とスパッタ除去方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明装置は、消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチに付着したスパッタを除去するスパッタ除去装置であって、前記溶接トーチのノズルと電極を保持する溶接チップとの間に挿入し得るように先端が斜めに削落されかつ少なくとも１枚のブレードからなる刃具を有し、当該刃具を前記ノズル内で回転駆動手段により回転させることを特徴とする。

上記目的を達成する本発明方法は、消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチに付着したスパッタを除去するスパッタ除去方法であって、前記溶接トーチを溶接トーチ把持手段が把持することにより当該溶接トーチのノズルの下部位置にスパッタ除去用の刃具を移動させた後、前記刃具を往復回転させつつ上昇し、前記ノズルと溶接チップとの間に挿入し、スパッタを除去することを特徴とする。

本発明装置は、先端が斜めに削落された少なくとも１枚のブレードからなる刃具をノズル内で回転させることによりスパッタを除去するので、刃具がノズル内に入り易く、刃具への噛み込みも少なく、円滑にスパッタの除去ができ、除去したスパッタも円滑に排出でき、スパッタ除去作業の作業性が向上する。

本発明方法は、溶接トーチを溶接トーチ把持手段が把持することによりノズルの下部位置に刃具を移動させた後、刃具を往復回転させつつ上昇し、ノズルと溶接チップとの間に挿入し、スパッタを除去するので、ロボット側溶接トーチの位置決めや保持が容易となり、スパッタの除去も刃具の噛み込みもなく、仮に噛み込みが生じても自動復帰でき、スパッタ除去作業が円滑で、作業性も向上する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１はスパッタ除去装置の概略斜視図、図２はノズルと刃具の先端部分を示す側面図、図３はノズルと刃具との関係を示す概略断面図、図４は図１の概略平面図である。なお、図１において、刃具の水平面での所定の移動方向を「Ｘ」、Ｘ方向に直交する方向を「Ｙ」、Ｘ，Ｙに直交する鉛直方向（図１で上下方向）を「Ｚ」とする。

図１において、本実施形態のスパッタ除去装置は、概して、基台１０上に載置され水平面内で直交するＸ，Ｙの２方向に移動するスライド機構２０と、スライド機構２０上に載置された本体３０と、本体３０の前面部に設けられた刃部４０と、本体３０の上部に設けられた溶接トーチ把持手段５０とを有し、溶接トーチ把持手段５０により把持したアーク溶接装置の溶接トーチ１内に刃部４０を挿入し回転させることによりスパッタＳを除去する構成となっている。

さらに詳述する。基台１０は、図外のアーク溶接装置近傍にボルトなどを用いて位置固定的に設置される平板である。なお、このアーク溶接装置は、ロボットに溶接トーチ１が取付けられ、当該ロボットの作動により、例えば、ラインに沿って流れている部品に溶接を施す位置と、前記スパッタ除去装置との間を移動する構成となっている。

スライド機構２０は、基台１０に固定された第１固定プレート２１に対しＹ方向にスライド可能に載置された第１移動プレート２２を有する第１移動手段２３と、第１移動プレート２２に固定された第２固定プレート２４に対しＸ方向にスライド可能に載置された第２移動プレート２５を有する第２移動手段２６とから構成され、基台１０に対して縦横にスライド可能とされている。

本体３０は、第２移動プレート２５上に設けられた底板３１と、底板３１の前面に立設された前面板３２と、前面板３２の頂部に設けられた頂板３３と、これらを外側から覆うケーシング３４とを有し、内部に制御部６０や後述の各種シリンダに対するエアーの供給や停止を制御するソレノイドバルブ（不図示）が設置されている。

本体３０の前面板３２には、エアシリンダ３５によって複数本のロッドＲ_１を同時に上下にスライドさせる上下スライド手段３６が固定されている。なお、上下スライド手段３６は、ロッドＲ_１の下端に連結された昇降プレート３７を確実に上下にスライドさせるガイド機構（不図示）付きである。

昇降プレート３７には、刃部４０が取付けられる刃部受け板４１が取付けられ、刃部受け板４１の上面には刃部４０が載置され、下面には刃部４０を回転させるエアシリンダなどからなる回転駆動手段４２が設けられている。

刃部４０は、一対のブレードからなる刃具４３と、各刃具４３の下端部を保持する取付けブロック４４とから構成されている。

刃具４３のブレードは、図２，３に示すように、弾性を有する比較的薄肉の板材であり、先端部４３ａが矢尻状に削落されている。各斜面の傾斜角αとしては、スパッタＳを有するノズルＮ内への挿入容易性やスパッタＳを除去するための強度などを考慮すれば、約４５度程度が好ましいことが実験により判明している。なお、この刃具４３の先端部４３ａは、矢尻状のみでなく、ノズルＮ内への挿入が容易であれば、単に斜に削落したものであってもよい。

両刃具４３相互間の間隔Ｍは、図３に示すように、溶接トーチ１の溶接チップ２の外径Ｄと同等程度であることが好ましく、各刃具４３の側端部４３ｂは、スパッタＳの除去性を高めるためには、ノズルＮの内周面に当接した状態であることが望ましいが、円滑な回転を考慮すれば、当接せずノズルＮの内周面に可及的に近接していることが好ましい。

取付けブロック４４は、図１に示すように、側面に各刃具４３の下端部が嵌合される挿入ガイド溝４４ａが形成されている。これにより薄肉のブレードであっても、取付けが容易で確実となり、支持も強固で、スパッタＳを除去するに十分な強度を発揮できる。また、挿入ガイド溝４４ａ内に嵌合した状態の各刃具４３をビスなどにより着脱自在に取付けているが、これは、刃具４３が消耗品だからである。取付けブロック４４の上面４４ｂは、除去されたスパッタが円滑に外部に排出されるように、矢尻状に略４５度の角度をもって削落されている。

取付けブロック４４の下部は、回転駆動手段４２と連結されているが、回転駆動手段４２は、刃具４３をノズルＮ内で所定の回転角度（例えば、１３５度）で往復回転させるエアシリンダなどにより構成されている。刃具４３を所定角度だけ回転して反転させる往復回転動させると、スパッタＳによる刃具４３の噛み込みあるいは停止を防止でき、円滑にスパッタＳを除去できることになる。

なお、回転駆動手段４２は常時往復回転してもよいが、本実施形態では、刃具４３が所定位置まで上昇した時点で回転を開始するようになっている。つまり、回転駆動手段４２の回転開始時点を、刃具４３上昇時に、刃具４３の先端位置とノズルＮ下端との間の距離Ｌ（図２参照）が所定長になった時点としている。なお、刃具４３の先端位置は、エアシリンダ３３に設けられたセンサー４５により検知する。

溶接トーチ把持手段５０は、図４に示すように、頂板３３に固定されたクランプ用エアシリンダ５１と、エアシリンダ５１にある程度位置調整可能に取付けられた２枚の当り板５２と、エアシリンダ５１により往復動される移動板５３と、移動板５３に取付けられた押えブロック５４とを有している。なお、押えブロック５４には、当り板５２と対向する面にＶ字状の切欠５５が形成され、この切欠５５に溶接トーチ１のノズルＮが当接するようになっている。

溶接トーチ把持手段５０では、溶接トーチ１が当りブロック５２と押え板５４との間に設置されると、溶接トーチ１を基準として本体３０側がスライド機構２０により移動し、当り板５２と押えブロック５４との間で溶接トーチ１を挟持することになる。つまり、円筒状のノズルＮであっても押えブロック５４のＶ字状切欠５５で確実に保持し、溶接トーチ１を基準として本体側の刃具４３が溶接トーチ１のノズルＮの下部位置に位置するように本体３０をＸ，Ｙ方向にスライドさせ、回転駆動手段４２の軸心とノズルＮの中心とを自動調心している。

次に、作用を説明する。なお、図５は本実施形態の作動を示すフローチャートである。

まず、スパッタ除去装置の本体３０を設置する。この設置は、基台１０をアーク溶接装置近傍にボルトなどを用いて位置固定的に取付ける（Ｓ１）。そして、溶接トーチ１が本体３０の当り板５２と押えブロック５４との間に位置するようにティーチングする（Ｓ２）。ティーチングは、予め溶接ロボットの溶接トーチ１をスパッタＳの除去作業を行う位置にセットした状態の位置を溶接ロボットの制御部に記憶させることにより行なう。つまり、回転駆動手段４２の軸心の位置とノズルＮの中心位置が一致するように溶接ロボットにティーチングする。

ティーチング後、スパッタ除去装置の溶接トーチ把持手段５０である当りブロック５２と押え板５４との間を開いた状態とし、溶接作業によりスパッタＳが付着した溶接トーチ１をティーチング位置に移動すると、溶接トーチ１は当りブロック５２と押え板５４との間に搬入される（Ｓ３）。

この搬入後、溶接トーチ１の溶接ロボット側からのアプローチ信号が制御部６０に入力される（Ｓ４）。このときの停止位置の精度は、ティーチング位置に対し±３ｍｍ程度であれば、許容範囲内である。したがって、多少の位置ズレは十分吸収できる。

アプローチ信号が入力されると、溶接トーチ把持手段５０のクランプ用エアシリンダ５１が作動し、当りブロック５２と押え板５４とによりノズルＮをクランプする（Ｓ５）。このクランプは、位置固定的なノズルＮに対し本体３０側がスライド機構２０によりスライドするので、ノズルＮの位置に回転駆動手段４２の軸心が一致するように自動調心されることになり、刃具４３がノズルＮの下部位置に位置する。また、このクランプ時に、溶接トーチ１に負荷が掛かることもないため、後の溶接作業に悪影響を及ぼすこともない。

当り板５２と押え板５４とによるノズルＮのクランプが制御部６０において確認されると（Ｓ６）、上下スライド手段３６のエアシリンダ３５と、刃具４３を往復回転させる回転駆動手段４２が作動を開始する（Ｓ７）。この結果、刃具４３は、往復回転しつつノズルＮに向って上昇しノズルＮ内に入り、スパッタＳの除去を開始する。

ノズルＮ内への刃具４３の進入が困難なほどスパッタＳが多量に蓄積していたとしても、刃具４３は往復回転しつつスパッタＳ内に入るので、入り込みが不可能となることはない。仮に入り込み不可能な状態が生じたとしても、刃具４３自体が弾性を有する一対のブレードから構成されているので、２枚の刃具４３は、自動的に間隔が狭まるように適宜変形するので、ノズルＮ内に進入できる。

また、ノズルＮ内に入り込んだ後においても、刃具４３は往復回転しているので、噛み込みが生じることは少ない。つまり、ノズルＮ内で噛み込みがあっても、刃具４３の回転方向は、一定周期で切り替わるため、噛み込み状態は自動的に解消されることになり、いわば、自動復帰することになる。

さらに、ノズルＮ内にスパッタＳが多量に蓄積していたとしても、最終的にはノズル内のスパッタを取り除くことができる。つまり、ノズルＮ内への刃具４３の進入が困難な場合には、２枚の刃具４３の間隔が狭まった状態でノズルＮ内に進入でき、しかも、溶接チップ２の外周面の形状は、図６，７に示すように、刃具４３がノズルＮ内へ進入する方向に向って拡径されるテーパ面とされているので、最終的には２枚の刃具４３は、このテーパ面によって押し拡げられ、ノズルＮ内のスパッタＳを確実に取り除くことができる。

しかし、上記動作によっても刃具４３がスパッタＳに邪魔されノズルＮ内に進入できない場合には、上下スライド上昇命令から指定時間内に上昇確認が取れなかったと判断し（Ｓ８）、装置は上下スライド手段３６のエアシリンダ３５により昇降プレート３７を一旦下降し（Ｓ９）、再度昇降プレート３７を上昇させ、刃具４３の上昇確認が確認されるまで動作を続ける。

刃具４３の上昇端が所定値に到達したことがセンサー４５により確認されると、スパッタＳの除去作業は終了する。

このようにしてスパッタＳを除去する一連の作業が終了すると、制御部６０は、上下スライド手段３６のエアシリンダ３５により昇降プレート３７を下降し、刃具４３をノズルＮ内から抜き出した後、クランプ解除信号を出力し、当りブロック５２と押え板５４とによるノズルＮのクランプを解除する（Ｓ１０）。そして、作業完了信号を出力し（Ｓ１１）、溶接トーチ１が元の溶接作業位置に戻る信号を出力する（Ｓ１２）。

上述したように本実施形態では、先端が矢尻状に削落された２枚の弾性ブレードが相互に所定間隔をもって対設された刃具４３を往復回転させ、スパッタＳを除去するが、除去されたスパッタＳは、図６，７に矢印で示すように、刃具４３間より外部に排出され、また、取付けブロック４４の上面４４ｂも矢尻状に削落されているので、刃具４３内に蓄積することはなく、円滑に外部に排出され、スパッタ除去作業の作業性も向上する。しかも、２枚の刃具が消耗すると、簡単に交換できるので、コスト的にも有利となる。

刃具４３は、弾性板材により形成しているので、ノズルＮに付着したスパッタＳが固く多量であっても、刃具４３が変形してノズル内に入り、刃具４３の噛み込みも少なく、円滑にスパッタＳを除去できる。

刃具４３は、相互に対設された一対のブレードからなる刃具の先端を矢尻状に削落し、相互の間隔が溶接チップ２の外径と同等で、各ブレードの側端部がノズル内周面に可及的に近接するようにしたので、刃具４３のノズルＮへの挿入性がよく、また、スパッタＳに押されて刃具４３の間隔が狭くなった場合にも、通常ノズルＮの挿入方向に次第に拡径された溶接チップ２のテーパ面を利用し刃具４３が元の状態に戻され、スパッタＳの除去を円滑かつ確実に行なうことができ、除去されたスパッタＳも蓄積せず排出できる。しかも、消耗品である２枚のブレードの構造が簡単なため、ランニングコストを抑えることができ、コスト的にも有利となる。

取付けブロック４４は、上面を矢尻状に削落したので、除去したスパッタＳを刃具４３間から外部に円滑に排出でき、スパッタ除去作業の作業性も向上する。

刃具４３は、ノズルＮ内で所定の回転角度で往復回転させるので、スパッタＳによる刃具４３の噛み込みあるいは停止を防止でき、円滑にスパッタＳを除去できる。

刃具４３は、水平面内で２方向に移動するスライド機構２０上に立設され、ここに設けられた溶接トーチ把持手段５０が溶接トーチ１を把持するので、刃具４３を高い位置決め精度を要することなくノズルＮの下部位置に位置させることができ、また、溶接トーチ１の位置ズレが多少あっても、クランプ時に溶接トーチ１に装置全体が追従して位置ズレを吸収できるので、装置が円滑に作動することになり、停止する確率が低くなり、装置の稼働率も向上する。

また、刃具４３をノズルＮと溶接チップ２との間に挿入するとき、刃具４３の先端が溶接トーチ１内に入らなければ、刃具４３を一旦下降させた後再度刃具４３を挿入し、刃具４３の先端を溶接トーチ１内に入り込ませるので、刃具４３をノズルＮと溶接チップ２との間に挿入し易く、装置が異常停止する確率が低く、装置の稼働率が向上し、スパッタＳを除去することができる。

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々変更使用することができる。例えば、前述した一連の制御動作は、プログラムによって構成されているため、必要に応じて適宜変更することができる。また、刃具４３の肉厚あるいは取付けブロック４４からの突出長などは、スパッタＳの状況などを考慮して適宜選択することができる。さらに、刃具４３のブレードは、１枚あるいは対をなすもののみでなく、複数枚をブロック４４に間歇的に配置されるように取付けてもよい。

本発明は、消耗電極式アーク溶接の溶接トーチに付着するスパッタの除去作業に適している。

スパッタ除去装置の概略斜視図である。 刃具の先端を示す側面図である。 ノズルと刃具との関係を示す概略断面図である。 図１の概略平面図である。 本実施形態の作動を示すフローチャートである。 刃具によりノズルのスパッタを除去する直前の状態を示す概略側面断面図である。 図６の概略正面断面図である。

符号の説明

１…溶接トーチ、
２…溶接チップ、
２０…スライド機構、
４２…回転駆動手段、
４３…刃具、
４４…取付けブロック、
４４ｂ…取付けブロックの上面、
５０…溶接トーチ把持手段、
６０…制御部、
Ｎ…ノズル、
Ｓ…スパッタ。

Claims (8)

1. 消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチに付着したスパッタを除去するスパッタ除去装置であって、
   前記溶接トーチのノズルと電極を保持する溶接チップとの間に挿入し得るように、先端が斜めに削落されかつ少なくとも１枚のブレードからなる刃具を有し、当該刃具を前記ノズル内で回転駆動手段により回転させることを特徴とするスパッタ除去装置。
2. 前記刃具は、弾性を有する板材により形成したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ除去装置。
3. 前記刃具は、先端が矢尻状に削落されかつ相互に対設された一対のブレードからなり、相互の間隔が前記溶接チップの外径と同等で、各ブレードの側端部がノズル内周面に可及的に近接する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ除去装置。
4. 前記刃具は、上面を矢尻状に削落した取付けブロックに着脱自在に取付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタ除去装置。
5. 前記回転駆動手段は、前記刃具を前記ノズル内で所定の回転角度で往復回転させることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ除去装置。
6. 前記刃具は、水平面内で２方向に移動するスライド機構上に立設され、当該スライド機構上に設けられた前記溶接トーチを把持する溶接トーチ把持手段が前記溶接トーチを把持することにより前記溶接トーチのノズルの下部位置にスライド移動するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタ除去装置。
7. 消耗電極式アーク溶接装置の溶接トーチに付着したスパッタを除去するスパッタ除去方法であって、
   前記溶接トーチを溶接トーチ把持手段が把持することにより当該溶接トーチのノズルの下部位置にスパッタ除去用の刃具を移動させた後、前記刃具を往復回転させつつ上昇し、前記ノズルと溶接チップとの間に挿入し、スパッタを除去することを特徴とするスパッタ除去方法。
8. 前記刃具の先端が前記溶接トーチ内に入らないとき、当該刃具を一旦下降させた後再度刃具を挿入するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のスパッタ除去方法。

Images