JP2010247184A - Tig溶接ヘッド及び該tig溶接ヘッドを備えた自動溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上記課題を解決するために本発明のTIG溶接ヘッド3は、先端部の中心にタングステン電極21、先端部の周囲にガスノズル23を備えた溶接トーチ25と、フィラーワイヤFの供給を案内するワイヤガイド27と、該ワイヤガイド27を保持するフィラーホルダ29とを備えたフィラーユニット31と、上記溶接トーチ25とフィラーユニット31とを連結して一体に保持する連結アーム33と、を具備し、上記ワイヤガイド27には、フィラーワイヤFがワークWの被溶接部17に対して所定の低い進入角度θで円弧状に繰り出されるように案内する円弧状屈曲部39が形成されており、上記円弧状屈曲部39の下流の近傍位置には、作用長Lが短かく、内部のガイド穴47に絞り部43と拡径部45とが形成された先端チップ41が取り付けられることによって構成されている。
【選択図】 図3
Description
そして、上記フィラーワイヤは母材に対して45°〜60°の高い進入角度で斜め上方から直線的に供給されるか、屈曲部で一旦角度を変えてから母材の被溶接部に供給される。
そして、上記TIG溶接ヘッドは、母材であるワークの被溶接部に沿って移動し、溶接トーチから発せられるアークによってワークの被溶接部に溶融池を形成し、上記フィラーユニットから供給されるフィラーワイヤを上記溶融池に挿入することによって所望の溶接が実行される。
このような場合には、上記フィラーワイヤは軸線方向に沿ってフィラーユニット側に押し戻される力を受けることになるが、上記高い進入角度と、屈曲部での力の作用方向の変化と、フィラーワイヤの直線案内作用長が長いこと等が関係して途中で座屈して詰まってしまい、ビードずれが発生することがある。そして、このようなビードずれが発生したワークは商品価値を失って不良品になってしまい、頻繁な不良品の発生は、加工コストが比較的高い溶接部品等の製造において大きな損失となる。
また、上記円弧状屈曲部の下流の近傍位置に作用長が短く、内部のガイド穴に絞り部と拡径部とが形成された先端チップを取り付けたことにより、上記円弧状屈曲部を通過したフィラーワイヤは、絞り部において僅かにワイヤガイドのガイド穴に接して方向が規制された後、下流の拡径部ではガイド穴に接することなく、そのまま円弧状に繰り出されるようになる。
また、上記連結アームの上記フィラーユニットとの連結部に、フィラーユニットの上下方向、前後方向及び左右方向への調整移動を可能にする長穴が形成された調整金具を設けた場合には、フィラーワイヤが上記溶融池の底部に突き当たった時の後退方向の移動量の一部または全部が上記長穴によって吸収されるため、フィラーワイヤの座屈による詰まりは、より確実に防止されるようになる。
また、移動したフィラーユニットは付勢手段の付勢力によって瞬時に元の正規の位置に復帰できるようになる。
また、上記付勢手段の付勢力を異ならせたものを予め複数用意しておき、ワークの種類や形状、大きさの違いあるいは使用条件に応じて最適なものを選択して使用するように構成した場合には、ワークの種類や大きさあるいは使用条件が異なったとしても、常に最適な状態でフィラーユニットを保持できるようになる。
また、上記フィラーユニットを上記連結アームに対して揺動軸を中心に揺動して接近離反方向に進退移動するように構成した場合には、フィラーワイヤが上記溶融池の底部に突き当たった時の衝撃の大部分を上記フィラーユニットの揺動方向の動きによって吸収することが可能になる。
(1)第1の実施の形態(図1〜8参照)
最初に図1に基づいて本発明の自動溶接装置1の概略について説明する。
図示の自動溶接装置1は後述する本発明のTIG溶接ヘッド3と、上記TIG溶接ヘッド3を先端部に備え、目標の溶接ポイントに向けて3次元的に移動するロボットアーム5と、上記ロボットアーム5の基端部に設けられ、上記ロボットアーム5に駆動力を付与する駆動装置7と、上記ロボットアーム5の移動を制御するコントロール装置9と、を具備することによって構成されている。
また、上記駆動装置7は、旋回、上下揺動、前後揺動、回転、曲げ及びひねりを各別に実行する複数のモータMによって構成されており、コントロール装置9への数値入力データ等に基づいて上記3つの関節11、13、15が適宜の方向、そして角度、動作することによってTIG溶接ヘッド3をワークWの被溶接部17に倣うように移動させる。
尚、ガスノズル23内に供給される不活性ガス(イナートガス)Gは、シールドガスとも呼ばれ、ワークWの被溶接部17への酸素(空気)の流入を防いでワークWの酸化を防止する役割を有している。
また、上記円弧状屈曲部39の下流の近傍位置には、先端チップ41が取り付けられている。
因みに先端チップ41の作用長Lを短かくすることで、上記円弧状屈曲部39を通過したフィラーワイヤFの円弧状の移送軌跡を規制することなく、自然な状態でフィラーワイヤFを繰り出すことができるようになる。また、絞り部43を形成することでフィラーワイヤFとの接触長を短かくして接触抵抗を減少させ、拡径部45を形成することで、上記フィラーワイヤFの円弧状の移送軌跡をそのまま維持してワークWの被溶接部17に対して、無理なく円滑にフィラーワイヤFを供給できるようになる。
尚、上記支持アーム49とワイヤガイド27間の固定と、上記支持アーム49と上記2枚の調整板53A、53B間の固定と、上記2枚の調整板53A、53Bと後述する連結アーム33間の固定は、固定ボルト55を使用して行われている。
そして、上記接続穴73、73には、図6〜8に示す接続固定ボルト75が貫通状態で挿嵌され、接続固定ナット77によって該アームブロック57は、上記トーチ本体19に対して強固に固定される。
調整金具61A、は側面視逆T字状をしたブロック状の部材で、垂直部79には上下方向Zに延びる長穴59Aが形成され、水平部81には上記2枚の調整板53A、53B間に取り付けられるガイドボルト56を受け入れる前後方向Yに延びる長穴59Aと、上記2枚の調整板53A、53Bを当該連結アーム33に締結固定する固定ボルト55と螺合するネジ穴83とが形成されている。
調整金具61Cは、矩形平板状の座金様の部材で、上下方向Zに延びる短い2本の長穴59C、59Cが上下に間隔を隔てて形成されている。
組付けボルト65は、上記圧縮コイルバネ63、調整金具61A、61B、61Cを挿嵌して使用する長寸のボルトで、上記アームブロック57のすり割69が形成されていない先端面側に形成されているネジ穴89に螺合されることによって固定される。
そして、上記圧縮コイルバネ63を上記組付けボルト65に介在させることによって上記フィラーユニット31は、上記連結アーム33に対して接近離反方向に進退移動できるように構成されている。
一方、フィラーユニット31に垂直方向の成分を幾らか含んだ水平方向の力が作用した場合には、上述した長穴59、59、…と、圧縮コイルバネ63とによる作用によって、図4に示すようにフィラーユニット31は、揺動方向に揺動しながら後退するようになる。
TIG溶接ヘッド3が図5中、Aの方向に進行している時、通常はフィラーユニット31から繰り出されたフィラーワイヤFの先端は、ワークWの被溶接部17から1mm程度、上方に離れた位置を移動する。
したがって、フィラーワイヤFの先端はワークWの被溶接部17に形成される溶融池91の底部に突き当たることなく溶融し、上記被溶接部17の形状に沿った美しいビード93が形成される。
しかし、このような場合でも、上記調整板53A、53Bの長穴59、59、…と圧縮コイルバネ63、63との作用によって当該フィラーワイヤFは座屈して詰まることなくフィラーユニット31と一体になって後退方向Bに移動する。
したがって、フィラーワイヤFの詰まりに起因する溶接作業の中断は生ぜず、ビードずれのない高精度のTIG溶接が効率良く実行されて高品質の溶接部品ないし溶接製品が歩留まり良く製造されるようになる。
次に、上記第1の実施の形態によるTIG溶接ヘッド3と部分的構成を異にする第2の実施の形態によるTIG溶接ヘッド3Aの構造を図9に基づいて説明する。
尚、第2の実施の形態によるTIG溶接ヘッド3Aの基本的構成は、上記第1の実施の形態によるTIG溶接ヘッド3と同様であるので、ここでは第1の実施の形態と異なる構成に絞って説明する。
具体的には、調整金具95は、上記調整金具61と同様、長穴59、59、…の形成方向や長さを異ならせた3種類の調整金具95A、95B、95Cを組み合わせることによって構成されている。
調整金具95Bは、上記調整金具61Bと同様、平面視コの字状に折り曲げられた板状の部材で、左右の耳部115、115には前後方向Yに延びる長穴159Bが形成されている。
調整金具95Cは、上記調整金具61Cと同様の矩形平板状の座金様の部材で、上下方向Zに延びる図示しない長穴が形成されている。
また、本実施の形態では、付勢手段として捩りコイルバネ97が使用されており、該捩りコイルバネ97の一端は、上記調整金具95Aに係止され、捩りコイルバネ97の他端は、上記調整金具95Bあるいは次に述べるアームブロック103に係止されている。
また、このような構成のTIG溶接ヘッド3Aを使用した場合にも、上記第1の実施の形態と同様の作動態様が実行され、高品質の溶接部品ないし溶接製品が歩留まり良く製造されるようになる。
例えば、自動溶接装置1のロボットアーム5は、多関節式のロボットアーム5に限らず、直交座標系や円筒座標系のスライド式やスライドと旋回を組み合わせた方式のロボットアーム5等を採用することも可能である。
また、本発明のTIG溶接ヘッド3は、既存のTIG溶接ヘッドと差し替えてその全部を使用する他、既存のTIG溶接ヘッドの一部の構成部材(例えば、ワイヤガイドと先端チップと連結アーム)を本発明のTIG溶接ヘッド3の構成部材(例えば、ワイヤガイド27と先端チップ41と連結アーム33)と差し替えて使用することも可能である。
3 TIG溶接ヘッド
5 ロボットアーム
7 駆動装置
9 コントロール装置
11 上腕
13 前腕
15 手首
17 被溶接部
19 トーチ本体
21 タングステン電極
23 ガスノズル
25 溶接トーチ
27 ワイヤガイド
29 フィラーホルダ
31 フィラーユニット
33 連結アーム
35 冷却ホース
37 ガスチューブ
39 円弧状屈曲部
41 先端チップ
43 絞り部
45 拡径部
47 ガイド穴
49 支持アーム
51 長穴
52 長穴
53 調整板
54A 取付け穴
54B ネジ穴
55 固定ボルト
56 ガイドボルト
57 アームブロック
59 長穴
61 調整金具
63 圧縮コイルバネ(付勢手段)
65 組付けボルト
67 受入れ穴
69 すり割
71 翼片
73 接続穴
75 接続固定ボルト
77 接続固定ナット
79 垂直部
81 水平部
83 ネジ穴
85 耳部
87 端面部
89 ネジ穴
91 溶融池
93 ビード
95 調整金具
97 捩りコイルバネ(付勢手段)
99 揺動軸
101 揺動長穴
103 アームブロック
105 スリット
107 長穴
109 垂直部
111 嵌合穴
113 水平部
115 耳部
117 端面部
159 長穴
W ワーク
M モータ
F フィラーワイヤ
C 冷却水
G 不活性ガス
L 作用長
Z 上下方向
Y 前後方向
X 左右方向
A 進行方向
B 後退方向
θ 進入角度
Claims (8)
- 先端部の中心にタングステン電極、先端部の周囲にガスノズルを備えた溶接トーチと、
フィラーワイヤの供給を案内するワイヤガイドと該ワイヤガイドを保持するフィラーホルダとを備えたフィラーユニットと、
上記溶接トーチとフィラーユニットとを連結して一体に保持する連結アームと、を具備し、
上記ワイヤガイドには、フィラーワイヤがワークの被溶接部に対して所定の低い進入角度で円弧状に繰り出されるように案内する円弧状屈曲部が形成されており、上記円弧状屈曲部の下流の近傍位置には、作用長が短かく、内部のガイド穴に絞り部と拡径部とが形成された先端チップが取り付けられていることを特徴とするTIG溶接ヘッド。 - 上記ワイヤガイドから繰り出されるフィラーワイヤの進入角度は、45°より小さな角度に設定されていることを特徴とする請求項1記載のTIG溶接ヘッド。
- 上記連結アームの上記フィラーユニットとの連結部には、フィラーユニットの上下方向、前後方向及び左右方向への調整移動を可能にする長穴が形成された調整金具と、移動したフィラーユニットを正規の位置に戻す付勢手段とが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のTIG溶接ヘッド。
- 上記調整金具は、長穴の形成方向や長さを異ならせた複数の調整金具を組み合わせることによって構成されていることを特徴とする請求項3記載のTIG溶接ヘッド。
- 上記付勢手段は、付勢力を異ならせた複数の付勢手段を予め用意しておき、ワークの種類や形状、大きさの違いあるいは使用条件に応じて最適なものを選択して使用するようにしたことを特徴とする請求項3または4に記載のTIG溶接ヘッド。
- 上記フィラーユニットは、上記連結アームに対して接近離反方向にスライドして進退移動するように構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のTIG溶接ヘッド。
- 上記フィラーユニットは、上記連結アームに対して揺動軸を中心に揺動して接近離反方向に進退移動するように構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のTIG溶接ヘッド。
- 溶接トーチと、フィラーユニットと、上記溶接トーチとフィラーユニットとを連結する連結アームと、を備えたTIG溶接ヘッドと、
上記TIG溶接ヘッドを先端部に備え、目標の溶接ポイントに向けて3次元的に移動するロボットアームと、
上記ロボットアームの基端部に設けられ、上記ロボットアームに駆動力を付与する駆動装置と、
上記ロボットアームの移動を制御するコントロール装置と、を具備し、
上記TIG接続ヘッドとして、請求項1〜7のいずれかに記載のTIG溶接ヘッドを使用したことを特徴とするTIG溶接ヘッドを備えた自動溶接装置。
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