JP2013525117A

JP2013525117A - ティグ溶接装置

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Publication number: JP2013525117A
Application number: JP2013507867A
Authority: JP
Inventors: ソンギュオ，; ソンホラ，
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-06-20
Also published as: RU2012151631A; US20130048620A1; BR112012027709A2; WO2011136494A2; WO2011136494A3; EP2594356A2; CN102939181A; CA2797891A1; KR20110121221A; KR101178995B1

Abstract

本発明はティグ溶接装置に関する。本発明によるティグ溶接装置は、電極（６３２）とワイヤ（６３４）とウェービングユニット（４１０）とが配置されたトーチユニット（４００）と、トーチユニット（４００）の進行方向を基準にトーチユニット（４００）より先行されるようにトーチユニット（４００）を上下左右方向に旋回させて溶接姿勢を制御する溶接姿勢制御ユニット（１００）と、溶接姿勢制御ユニット（１００）に設置されて、溶接母材が置かれた状態を検出して、溶接線を追跡する溶接線追跡ユニット（２００）と、溶接線追跡ユニット（２００）で追跡された溶接線の情報に基づいて、トーチユニット（４００）を移動させるトーチ移送ユニット（３００）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明はティグ溶接装置に関し、さらに詳しくは、溶接線をリアルタイムに追跡して、追跡された溶接線の情報に基づいて、トーチを移動させてティグ溶接を行うことができるようにするティグ溶接装置に関する。

一般に、ティグ（ＴＩＧ）溶接は「不活性ガスタングステンアーク溶接（Tungsten Inert Gas arc welding）」を略した名称である。

上述したティグ溶接はタングステン棒を電極として用いてアークを発生させ、溶剤（Flux）をアークで溶融しながら溶接し、電極はタングステン棒が用いられ、溶剤は銅（Ｃｕ）材質のワイヤが用いられる。

上述したタングステン棒はほとんど消耗されないで、上述した銅材質のワイヤのみ消耗される。

また、ティグ溶接はアークが発生する部分には溶接ホルダーを通じてアルゴン（Ａｒ）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給され、このような不活性ガス雰囲気の中で上述した溶剤と母材が溶融されながら溶接される。

この時、溶接中に発生する高温によって母材に熱変形が発生し、このような熱変形は溶接線を変化させる虞があり、溶接線の変化によって電極と母材との間の間隔が一定しない場合には、過大電流及び過小電流によって溶接部に結合が発生したり、溶接不良が発生する。

また、電極と母材との間の距離と、トーチと母材とが成す角度など溶接姿勢に非常に敏感で、溶接姿勢がずれて溶接線が変化した時には変化する溶接線に能動的に対応する必要がある。

特に、母材と電極棒の間隔が１ｍｍ〜２ｍｍの差によって溶接電流の強さが変化するため、溶接するトーチの間隔や角度が理想的である時に最上の溶接品質を期待することができるが、上述したように、溶接姿勢の不良によってアークが非正常的に発生するとティグ溶接が正常に行われないため、高度の熟練が要求される。

他方で、炭素アーク溶接装置に溶接線を自動的に追跡するようにする技術として、レーザースキャナを利用して溶接線を追跡するようにする技術が提案された。

しかし、炭素アーク溶接装置ではスパッター（spatter）が発生し、このようなスパッターは飛散してレーザースキャナなどの光学レンズを汚染させ、スパッターが大気中でレーザー追跡線と干渉して溶接母材の状態を正確に測定することができないという問題点があり、不正確な測定により溶接経路の基礎となる溶接線情報が間違って溶接が正常に行われないという問題点がある。

また、他方で、溶接作業環境によって母材が置かれた方向及び姿勢はそれぞれ異なり、この時、溶接棒の姿勢または方向によって溶接品質に影響を及ぼすため、溶接作業環境に適するように溶接姿勢を能動的に迅速に変更させることが要求される。

従って、本発明が解決しようとする技術的課題は、溶接対象の母材の状態が若干ずれたり、高さが均一でなくても溶接線を追跡してトーチを最適の溶接経路に進行させることができるようにするティグ溶接装置を提供することにその目的がある。

本発明の他の目的は、溶接母材が配置される方向によって溶接姿勢を能動的に変換することができるようにして、自動化された溶接装置の効率性を向上させることができるようにするティグ溶接装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されなく、言及されていないまた他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得ることができる。

上記技術的課題を達するために、本発明によるティグ溶接装置は、電極とワイヤとウェービングユニットとが配置されたトーチユニットと、上記トーチユニットを上下左右方向に旋回させて、溶接姿勢を制御する溶接姿勢制御ユニットと、上記トーチユニットの進行方向を基準に上記トーチユニットより先行するように上記溶接姿勢制御ユニットに設置され、溶接母材が置かれた状態を検出して、溶接線を追跡する溶接線追跡ユニットと、上記溶接線追跡ユニットで追跡された溶接線の情報に基づいてトーチユニットを移動させるトーチ移送ユニットとを含む。

また、上記溶接姿勢制御ユニットは、フレームに設置されて、第１旋回ブラケットを旋回させる第１旋回アクチュエーターと、上記第１旋回ブラケットに設置されて、第２旋回ブラケットを旋回させる第２旋回アクチュエーターと、上記第２旋回ブラケットに設置されて、上記トーチユニットが設置される第３旋回ブラケットを旋回させる第３旋回アクチュエーターとを含むことができる。

また、上記溶接線追跡ユニットは、上記溶接母材の溶接線をスキャニングする視覚センサーユニットと、上記視覚センサーユニットからスキャニングされた情報を演算して溶接線を追跡する移送制御ユニットとを含むことができる。

また、上記トーチ移送ユニットは、上記溶接姿勢制御ユニットの一方に設置され、上記溶接線追跡ユニットで追跡された溶接線に基づいて、上記トーチユニットを第１方向に移動させる第１移送アクチュエーターと、上記第１移送アクチュエーターの一方に設置されて、上記溶接線追跡ユニットで追跡された溶接線に基づいて、上記トーチユニットを上記第１方向と直交される第２方向に移動させる第２移送アクチュエーターとを含むことができる。

その他、実施例の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。

上述したように構成された本発明によるティグ溶接装置は、炭素アーク溶接においてスパッターが発生しないので、より正確に溶接線を追跡することができ、追跡された溶接線の情報に基づいてトーチを移動させることによって溶接姿勢を正確に保持することができ、それによって、溶接品質を向上させることができる。

また、本発明によるティグ溶接装置は、溶接母材が配置される形状または姿勢によってトーチの方向を能動的に変換させることによって溶接作業現場に効率的に対応することができ、完成度の高い自動化された溶接装置を具現することができる。

本発明の一実施例によるティグ溶接装置を説明するための図面である。本発明の一実施例によるティグ溶接装置で溶接姿勢制御ユニット１００を説明するための正面図である本発明の一実施例によるティグ溶接装置で溶接姿勢制御ユニット１００を説明するための平面図である。本発明の一実施例によるティグ溶接装置でトーチ移送ユニット３００を説明するための図面である。本発明の一実施例によるティグ溶接装置でトーチ移送ユニット３００を説明するための図面である。

本発明の利点、特徴及びそれらを達する方法は添付図面と詳細に後述される実施例を通じて明確になる。

明細書全般において同じ符号は同じ構成要素を指称する。

以下、図１を参照して本発明の一実施例によるティグ溶接装置について説明する。

図１は本発明の一実施例によるティグ溶接装置を説明するための図面である。

図１に示すように、本発明の一実施例によるティグ溶接装置は、トーチユニット４００を上下左右方向に旋回させて、溶接姿勢を制御する溶接姿勢制御ユニット１００と、溶接母材が置かれた状態を検出して、溶接線を追跡する溶接線追跡ユニット２００と、溶接線の情報に基づいて上述したトーチユニット４００を移動させるトーチ移送ユニット３００とを含む。

上述したトーチユニット４００は電極６３２とワイヤ６３４とウェービングユニット４１０とが配置される。

上述した電極６３２はタングステン電極棒で、上述したワイヤ６３４は銅（Ｃｕ）材質のワイヤの溶接材であってもよい。

上述したウェービングユニット４１０は上述したトーチユニット４００のトーチ４１２を所定幅の範囲内で左右に往復させる装置で、溶接する際に溶接ビードを形成させる。

トーチ４１２の下端には電極６３２が配置され、トーチ４１２の一方にはワイヤホルダー４１６が配置され、ワイヤホルダー４１６にはワイヤ６３４がアイドル状態に支持されて、上述したワイヤ給送ユニット６１０によってワイヤ６３４が溶接される部分側に提供される。

また、上述したトーチユニット４００はメインコントロールユニット６００とホルダーケーブル６２０で連結され、上述したメインコントロールユニット６００の一方には上述したワイヤ６３４を給送するようにする給送ユニット６１０が配置されることができる。

また、上述したホルダーケーブル６２０は上述したトーチユニット４００に不活性ガスを供給するようにするホースとアークを発生させるための電源線とが配置されることができる。

また、上述した給送ユニット６１０はワイヤ６３４を給送し、特に溶接の進行速度に適するように適正な速度を保持してワイヤ６３４を給送する。

上述した溶接線追跡ユニット２００は溶接する方向を基準に上述したトーチユニット４００より先行される位置に配置される。

また、上述した溶接線追跡ユニット２００は溶接母材の溶接線をスキャニングする視覚センサーユニット２１０と、上述した視覚センサーユニット２１０からスキャニングされた情報を演算して溶接線を追跡する移送制御ユニット２２０とを含んで構成される。

従って、溶接する時、溶接線追跡ユニット２００はトーチユニット４００より先行して第１母材５１２及び第２母材５１４の表面をスキャニングすることができ、それによって、第１母材５１２及び第２母材５１４の間の溶接線５１６を追跡することができる。

また、上述した視覚センサーユニット２１０は測定対象物との距離を測定することができるので、溶接線５１６の高さが変化したり、左右にずれる形態を検出することができ、このような情報は上述した移送制御ユニット２２０で演算され、追跡された溶接線情報は高さ変位と左右変位の値として出力することができる。

上述した溶接姿勢制御ユニット１００は図２及び図３を参照してさらに詳しく説明する。

図２及び図３は本発明の一実施例によるティグ溶接装置で溶接姿勢制御ユニット１００を説明するための正面図及び平面図である。

図２及び図３に示すように、溶接姿勢制御ユニット１００は第１旋回アクチュエーター１１０、第２旋回アクチュエーター１２０及び第３旋回アクチュエーター１３０を含む。

さらに詳しくは、フレーム１０２に上述した第１旋回アクチュエーター１１０が設置され、上述した第１旋回アクチュエーター１１０には第１旋回ブラケット１１２が設置されて、第１旋回アクチュエーター１１０の駆動によって第１旋回ブラケット１１２が旋回する。

また、上述した第１旋回ブラケット１１２には上述した第２旋回アクチュエーター１２０が設置され、上述した第２旋回アクチュエーター１２０には第２旋回ブラケット１２２が設置されて、第２旋回アクチュエーター１２０の駆動によって第２旋回ブラケット１２２が旋回する。

また、上述した第１旋回アクチュエーター１１０の作動軸と上述した第２旋回アクチュエーター１２０の作動軸は直交する方向に配置されることができる。

また、上述した第２旋回ブラケット１２２には上述した第３旋回アクチュエーター１３０が設置され、上述した第３旋回アクチュエーター１３０には第３旋回ブラケット１３２が設置されて、第３旋回アクチュエーター１２０の駆動によって第３旋回ブラケット１３２が旋回する。

また、上述した第２旋回アクチュエーター１２０の作動軸と上述した第３旋回アクチュエーター１３０の作動軸は直交する方向に配置されることができる。

一方、上述した第３旋回ブラケット１３２には、図１及び図４に示すように、固定ブラケット２０２が設置され、その固定ブラケット２０２の前方に上述した溶接線追跡ユニット２００が配置され、その固定ブラケット２０２の後方に上述したトーチ移送ユニット３００が配置される。

従って、上述した第１旋回アクチュエーター１１０、第２旋回アクチュエーター１２０及び第３旋回アクチュエーター１３０の駆動によってトーチユニット４００は何れの方向に姿勢を取ることができ、それによって、多様な姿勢、例えば、下向き溶接、上向き溶接、水平溶接、垂直溶接など母材が置かれる方向に対応して能動的に姿勢を取ることができる。

また、上述したように、溶接姿勢制御ユニット１００で具現される多様な姿勢はトーチユニット４００の方向を変換させることによって溶接姿勢を多様に取ることができる。

上述したフレーム１０２は走行可能な自動化溶接機に装着されることができ、自動化溶接機の一例として、ターニングローラー、ターンテーブル、関節ロボット、走行ロボットなどの多様な形態があり、本発明によるティグ溶接装置は、上述したような様々の形態の自動化溶接機に設置されて利用することができる。

他方、上述した第３旋回アクチュエーター１３０によってトーチユニット４００は反転することができ、このように反転した状態で、トーチユニット４００が後退して１次溶接された溶接ビードの上側に２次溶接ビードを繰り返して形成させることもできる。

上述したトーチ移送ユニット３００は図４及び図５を参照してさらに詳しく説明する。

図４及び図５は本発明の一実施例によるティグ溶接装置でトーチ移送ユニット３００を説明するための図面である。

図４及び図５に示すように、トーチ移送ユニット３００は溶接姿勢制御ユニット１００の一方に設置され、さらに詳しくは、第３旋回ブラケット１３２に設置される。

トーチ移送ユニット３００は上述した第３旋回ブラケット１３２に第１ブロック３０２が設置され、第１ブロック３０２内に第１スクリュー３１２が設置され、第１ブロック３０２の一方には上述した第１スクリュー３１２を回転させる第１移送アクチュエーター３１０が設置される。

また、上述した第１スクリュー３１２には第１ナットブロック３１４がねじ結合されており、第１ナットブロック３１４は上述した第１ブロック３０２で線形移動される。

上述した第１ナットブロック３１４には第２ブロック３１６が設置され、第２ブロック３１６内に第２スクリュー３２２が設置され、第２ブロック３１６の一方には上述した第２スクリュー３２２を回転させる第２移送アクチュエーター３２０が設置される。

また、上述した第１スクリュー３１２の軸線と上述した第２スクリュー３２２の軸線は直交する方向に設置されてもよい。

た、上述した第２スクリュー３２２には第２ナットブロック３２４が設置され、第２ナットブロック３２４は上述した第２ブロック３１６で線形移動される。

上述した第２ブロック３１６の一方には上述したトーチユニット４００が装着され、さらに詳しくは、図５に示すように、第２ナットブロック３２４にホルダーアーム４０２が設置され、そのホルダーアーム４０２に上述したトーチユニット４００が配置される。

即ち、上述した溶接線追跡ユニット２００で追跡された溶接線の情報は、上述した第１線形アクチュエーター３１０及び第２線形アクチュエーター３２０に指令を下すことができ、それによって第１線形アクチュエーター３１０及び第２線形アクチュエーター３２０は一例として左右上下に移動される。

さらに詳しくは、上述した溶接線追跡ユニット２００で出力される高さ変位情報に基づいて、上述した第１線形アクチュエーター３１０が駆動されて、トーチユニット４００の高さａが調節され、それによって母材と電極６３２との間の距離を一定に保持することができる。

また、上述した溶接線追跡ユニット２００で出力される左右変位情報に基づいて、上述した第２線形アクチュエーター３２０が左右移動されて、トーチユニット４００が左右方向に移動調節され、それによって、溶接線がずれたり変形されても変更された溶接線追跡して溶接を行うことができる。

上述したように、本発明の一実施例によるティグ溶接装置は、溶接姿勢制御ユニット１００によってトーチユニット４００の姿勢を母材が置かれる方向に従って能動的に溶接姿勢を変えることができ、それによってさらに多様な形態の溶接作業に自動化を具現することができる。

また、本発明の一実施例によるティグ溶接装置は、スパッターが発生しない環境で溶接線を追跡することによって、スパッターによる光学機器の汚染が発生されなくて溶接線を正確に追跡することができる。

特に、溶接母材が傾斜したり、ずれている場合には、追跡された溶接線の情報に基づいて、トーチユニット４００をトーチ移送ユニット３００によって移動させることによって、常に第１母材５１２及び第２母材５１４と電極６３２との間隔ｓを一定に保持させることができ、それによって溶接品質が低下されることを防止して、溶接品質を向上させることができる。

また、溶接母材の表面が過度に傾斜された場合には、第１旋回アクチュエーター１１０、第２旋回アクチュエーター１２０及び第３旋回アクチュエーター１３０の作動によって能動的に対応してトーチ４１２と溶接母材とが成す角度ｂ、ｃを常に一定に保持することができ、これによって溶接品質を向上させることができる。

以上、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更しないで他の具体的な形態で実施されることができることを理解すべきである。

そこで、以上で説明した実施例は全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解すべきであり、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲の意味、範囲及びその等価概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。

本発明によるティグ溶接装置は溶接線をリアルタイムに追跡して、追跡された溶接線情報に基づいて、ティグ溶接ホルダーを移動させて精緻なティグ溶接をする際に利用されることができる。

１００：溶接姿勢制御ユニット
１０２：フレーム
１１０：第１旋回アクチュエーター
１２０：第２旋回アクチュエーター
１３０：第３旋回アクチュエーター
１１２：第１旋回ブラケット
１２２：第２旋回ブラケット
１３２：第３旋回ブラケット
２００：溶接線追跡ユニット
２０２：固定ブラケット
２１０：視覚センサーユニット
２２０：移送制御ユニット
３００：トーチ移送ユニット
３０２：第１ブロック
３１０：第１移送アクチュエーター
３２０：第２移送アクチュエーター
３１２：第１スクリュー
３２２：第２スクリュー
３１４：第１ナットブロック
３２４：第２ナットブロック
３１６：第２ブロック
４００：トーチユニット
４０２：ホルダーアーム
４１０：ウェービングユニット
４１２：トーチ
４１６：ワイヤホルダー
５１２：第１母材
５１４：第２母材
５１６：溶接線
６００：メインコントロールユニット
６１０：ワイヤ給送ユニット
６２０：ホルダーケーブル
６３２：電極
６３４：ワイヤ

Claims

電極（６３２）とワイヤ（６３４）とウェービングユニット（４１０）とが配置されたトーチユニット（４００）と、
前記トーチユニット（４００）を上下左右方向に旋回させて、溶接姿勢を制御する溶接姿勢制御ユニット（１００）と、
前記トーチユニット（４００）の進行方向を基準に前記トーチユニット（４００）より先行されるように前記溶接姿勢制御ユニット（１００）に設置され、溶接母材が置かれた状態を検出して、溶接線を追跡する溶接線追跡ユニット（２００）と、
前記溶接線追跡ユニット（２００）で追跡された溶接線の情報に基づいてトーチユニット（４００）を移動させるトーチ移送ユニット（３００）とを含むティグ溶接装置。
前記溶接姿勢制御ユニット（１００）は、
フレーム（１０２）に設置されて、第１旋回ブラケット（１１２）を旋回させる第１旋回アクチュエーター（１１０）と、
前記第１旋回ブラケット（１１２）に設置されて、第２旋回ブラケット（１２２）を旋回させる第２旋回アクチュエーター（１２０）と、
前記第２旋回ブラケット（１２２）に設置されて、前記トーチユニット（４００）が設置される第３旋回ブラケット（１３２）を旋回させる第３旋回アクチュエーター１３０）とを含む請求項１に記載のティグ溶接装置。
前記溶接線追跡ユニット（２００）は、
前記溶接母材の溶接線をスキャニングする視覚センサーユニット（２１０）と、
前記視覚センサーユニット（２１０）からスキャニングされた情報を演算して、溶接線を追跡する移送制御ユニット（２２０）とを含む請求項１に記載のティグ溶接装置。
前記トーチ移送ユニット（３００）は、
前記溶接姿勢制御ユニット（１００）の一方に設置されて、前記溶接線追跡ユニット（２００）で追跡された溶接線に基づいて、前記トーチユニット（４００）を第１方向に移動させる第１移送アクチュエーター（３１０）と、
前記第１移送アクチュエーター（３１０）の一方に設置されて、前記溶接線追跡ユニット（２００）で追跡された溶接線に基づいて、前記トーチユニット（４００）を前記第１方向と直交する第２方向に移動させる第２移送アクチュエーター（３２０）とを含む請求項１に記載のティグ溶接装置。