JP2014208354A - アーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶込み不足を抑えたアーク溶接を行うにあたり、狭隘空間内に設定された溶接部にも溶接トーチを容易にアクセスさせる。【解決手段】 アーク溶接装置１が、母材１００を支持するための溶接治具１１と、母材１００の溶接時に、溶接を行うべき溶接部上の所定部位で非溶極式アークを発生させて母材１００を加熱する非溶極式トーチ１３と、母材１００の溶接時に、非溶極式トーチ１３による加熱後に所定部位から溶接部の延在方向に沿って溶極式アーク溶接を行う溶極式トーチ１４と、非溶極式トーチ１３を装着した多関節型の非溶極式溶接ロボット１５と、溶極式トーチ１４を装着した多関節型の溶極式溶接ロボット１６と、を備える。非溶極式溶接ロボット１５及び溶極式溶接ロボット１６が、溶接治具１１を平面視で略対角方向に挟むように設置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ＭＩＧ溶接等の溶極式アーク溶接を行うアーク溶接装置に関する。

熱伝導のよい金属を溶極式アーク溶接すると、アークの発生と同時に電極が溶融するので、溶接部の始点で溶込み不足が発生する。そこで従来、ＴＩＧアークを発生させて母材を必要な温度に加熱してからＭＩＧ溶接を行う、という溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この溶接装置は、単一の溶接トーチを備えている。この溶接トーチに、ＴＩＧアークを発生させるタングステン電極と、タングステン電極を出没させる電極駆動コイル及びバネと、ＭＩＧ溶接用のチップと、ＭＩＧワイヤとが組み込まれている。

特開平３−２６４１６１号公報

単一の溶接トーチにタングステン電極とＭＩＧ溶接用チップとを組み込むと、溶接トーチが大型重量物となる。このため、狭隘空間内に設定された溶接部に溶接トーチをアクセスすることが困難となる。

そこで本発明は、溶込み不足を抑えたアーク溶接を行うにあたり、狭隘空間内に設定された溶接部にも溶接トーチを容易にアクセス可能にすることを目的としている。

本発明に係るアーク溶接装置は、母材を支持するための溶接治具と、前記母材の溶接時に、溶接を行うべき溶接部上の所定部位で非溶極式アークを発生させて前記母材を加熱する非溶極式溶接トーチと、前記母材の溶接時に、前記非溶極式トーチによる加熱後に前記所定部位から前記溶接部の延在方向に沿って溶極式アーク溶接を行う溶極式溶接トーチと、前記非溶極式トーチを装着した多関節型の非溶極式溶接ロボットと、前記溶極式トーチを装着した多関節型の溶極式溶接ロボットと、を備え、前記非溶極式溶接ロボット及び前記溶極式溶接ロボットが、前記溶接治具を平面視で略対角方向に挟むように設置されている。

前記構成によれば、アーク溶接を行うためのトーチが、これに先立って母材を加熱するためのトーチと分離され、２つのトーチが、別々の多関節型ロボットにそれぞれ装着される。このため、溶接部が狭隘空間内に設定されていても、２つのトーチは両方とも容易にアクセス可能になる。

２つの多関節型ロボットは溶接治具を平面視で略対角方向に挟むように設置され、これにより水平方向に極力離れて配置されることとなる。このため、トーチの可動域が極力広くなり、トーチ同士が干渉しにくくなる。

また、このように設置すると、非溶極式アークの停止後に非溶極式トーチを所定部位から退避させる動線が、溶極式トーチを所定部位にアクセスさせる動線やアーク溶接時の溶極式トーチの動線と干渉しにくくなり、干渉回避のための迂回移動や速度抑制を抑えることができる。したがって、２つのトーチが分離されていても、非溶極式アークの停止後速やかに母材が加熱又は溶融された状態で溶極式アーク溶接を開始することができ、溶極式アーク溶接での溶込み不足を抑えることができる。

前記非溶極式トーチがＴＩＧ溶接トーチであり、前記溶極式トーチがＭＩＧ溶接トーチであってもよい。

前記溶接治具を変位させる治具ロボットと、前記溶極式溶接ロボットを制御する溶極式用制御器と、前記非溶極式溶接ロボットを制御する非溶極式用制御器と、を備え、前記溶極式用制御器は、前記治具ロボットも制御し、前記非溶極式用制御器との間における動作許可信号の入出力に応じて、前記溶極式溶接ロボット及び前記治具ロボットを駆動して前記溶極式トーチ及び前記溶接治具を変位させてもよい。

前記構成によれば、溶極式用制御器と非溶極式用制御器との間における動作許可信号の入出力に応じて溶極式溶接ロボットを制御するので、２組のロボット及びトーチが互いに干渉するのを避けることができる。

溶極式トーチを溶接部に沿って母材に対して相対変位させるにあたり、母材も能動的に変位可能であるので、溶接部形状が複雑だったり溶接部が狭隘空間内に設定されていたりしても、溶極式アーク溶接を容易に行うことができ、溶接適用範囲を広げることができる。

治具ロボットを制御するため専用の制御器を省略することができ、アーク溶接装置の制御系ハードウェアを簡素化することができる。

溶極式用制御器が治具ロボットを制御する制御器を兼ねている。このように制御器が統合されれば、溶極式用制御器と非溶極式用制御器が互いの信号入出力に応じてロボットを駆動するという干渉回避対策を採りながら、溶接治具を溶極式トーチと同時に変位させるのを許容することもできる。

このように、２組のロボット及びトーチの干渉回避と、溶接適用範囲の拡大と、制御系ハードウェアの簡素化とを同時に達成することができる。

前記非溶極式用制御器は、非溶極式アークによる加熱中又は加熱終了時に、前記動作許可信号を出力し、前記溶極式用制御器は、当該動作許可信号の出力に応じて前記溶極式溶接ロボットを駆動して前記溶極式トーチを前記所定部位まで移動させ、前記非溶極式用制御器は、前記溶極式トーチの変位と並行して、前記非溶極式溶接ロボットを駆動して前記非溶極式トーチを前記所定部位から退避させてもよい。

前記構成によれば、非溶極式アークの停止後に非溶極式トーチの退避を待たずに溶極式トーチが溶接部始点に近付いていくので、非溶極式アークの停止後速やかに溶極式アーク溶接を開始することができ、溶極式アーク溶接での溶込み不足を抑えることができる。

本発明によれば、溶込み不足を抑えたアーク溶接を行うにあたり、狭隘空間内に設定された溶接部にも溶接トーチが容易にアクセス可能になる。

実施形態に係るアーク溶接装置を用いて製造され得る自動二輪車のフレーム組立体を示す図である。図１（ａ）が左側面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のｂ矢視図、図１（ｃ）が図１（ａ）のｃ矢視図である。 実施形態に係るアーク溶接装置の外観を示す斜視図である。 図２に示すアーク溶接装置の平面図である。 図３に示すアーク溶接装置の構成を示すブロック図である。 図４に示す制御系により実行されるアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るアーク溶接装置を用いて製造され得る自動二輪車のフレーム組立体１５０を示す図である。図１（ａ）は、フレーム組立体１５０の左側面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ矢視図（すなわち、フレーム組立体１５０をヘッドパイプ部１５１の軸線方向下側から見て示す図）、図１（ｃ）は、図１（ａ）のｃ矢視図（すなわち、フレーム組立体１５０の背面図）である。なお、図１を参照して説明するフレーム組立体１５０の方向の概念は、当該フレーム組立体１５０を備えた自動二輪車に騎乗した運転者から見た方向を基準としている。

図１（ａ）〜（ｃ）において、図示例によるフレーム組立体１５０は、円筒状のヘッドパイプ部１５１と、ヘッドパイプ部１５１から左右に分かれて後方へと延びる一対のメインフレーム部１５２，１５３（図１（ａ）では右メインフレーム部１５３の図示を省略）とを有する。図１（ｃ）に示すように、図示例によるフレーム組立体１５０は、メインフレーム部１５２，１５３をその前後中央部にて左右方向に接続するセンタクロスバー部１５４と、メインフレーム部１５２，１５３をその後端部にて左右方向に接続するリアクロスバー部１５５とを有している。

図１（ａ）〜（ｃ）において、フレーム組立体１５０は、５つの金属材１６１〜１６５を母材とするアーク溶接を行うことで製造される。第１金属材１６１は、ヘッドパイプ部１５１に概略対応し、ヘッドパイプ部１５１を成す部位から左右に分かれて後方に突出する継手部１６１ａ，１６１ｂを有する。第２金属材１６２は、左メインフレーム部１５２に概略対応し、前端部に形成されて継手部１６１ａと溶接される継手部１６２ａと、左メインフレーム部１５２を成す部位の前後中央部及び後端部それぞれにおいて当該部位の内面から車幅方向内側へと突出する継手部１６２ｂ，１６２ｃとを有する。第３金属材１６３は、右メインフレーム部１５３に概略対応し、第２金属材１６２と同様にして継手部１６３ａ〜ｃを有する。第４金属材１６４は、センタクロスバー部１５４に概略対応し、左端部に形成されて継手部１６２ｂと溶接される継手部１６４ａと、右端部に形成されて継手部１６３ｂと溶接される継手部１６４ｂとを有する。第５金属材１６５は、リアクロスバー部１５５に概略対応し、左端部に形成されて継手部１６２ｃと溶接される継手部１６５ａと、右端部に形成されて継手部１６３ｃと溶接される継手部１６５ｂとを有している。

図１（ａ）〜（ｃ）において、フレーム組立体１５０は、合計６つの溶接個所１７１〜１７６にアーク溶接を行うことで製造される。当該溶接個所１７１〜１７６には、継手部１６１ａ，１６２ａを溶接する第１溶接個所１７１と、継手部１６１ｂ，１６３ａを溶接する第２溶接個所１７２と、継手部１６２ｂ，１６４ａを溶接する第３溶接個所１７３と、継手部１６３ｂ，１６４ｂを溶接する第４溶接個所１７４と、継手部１６２ｃ，１６５ａを溶接する第５溶接個所１７５と、継手部１６３ｃ，１６５ｂを溶接する第６溶接個所１７６とが含まれる。

一般に自動二輪車のフレーム組立体１５０では、その製造において母材となる金属材１６１〜１６５が、略角形状断面を有する管状に成形されるので、前記６つの溶接部位１７１〜１７６ではいずれも溶接を行うべき溶接部（又は溶接線）１８１〜１８６が無端状になる。更に、６つの溶接部１８１〜１８６は、左右のメインフレーム部１５２，１５３に囲まれ且つメインフレーム部１５２，１５３の内面と近接した狭隘空間に設定される。また、一般に金属材１６１〜１６５には、アルミニウム合金のように熱伝導のよい材料が適用され、溶接部１８１〜１８６に沿ってアーク溶接を行う際には、その始点にて溶込み不足を生じやすい。

本実施形態に係るアーク溶接装置１によれば、例えば図１に示す自動二輪車の車体フレームのように母材に熱伝導のよい材料が適用されていたり、溶接を行うべき溶接部が複雑形状であったり狭隘空間に設定されたりしても、溶込み不足を抑え且つ円滑にアーク溶接を行うことができる。

図２は、実施形態に係るアーク溶接装置１の外観を示す斜視図である。図３は、図２に示すアーク溶接装置１の平面図である。図２及び図３において、アーク溶接装置１は、溶接空間３を形成するフレーム２を有し、この溶接空間３内で母材１００の継手部にアーク溶接を施す。図１に示した第１〜第５金属材１５１〜１５５は、この母材１００の好適な一例であり、図１に示した第１〜６溶接個所１７１〜１７６は、母材１００の継手部の好適な一例である。

図２において、フレーム２は、略矩形状の底板材４及び天井板材５と、底板材４及び天井板材５の四隅同士を上下方向に接続する４本の柱材６とを備え、溶接空間３は、これら部材４〜６の内側に形成されて平面視で矩形状である。以降の説明では、溶接空間３の平面視矩形輪郭一辺が延在する水平方向を「横方向Ｘ」とし、当該一辺に直角な矩形輪郭他辺が延在する水平方向であって当該横方向Ｘに直交する水平方向を「縦方向Ｙ」とする。図示便宜のため溶接空間３を外界から隔絶せずに図示しているが、溶接空間３は、アーク光の散乱防止や風防のため、母材１００にアーク溶接を施す際には外界から遮蔽される。

アーク溶接装置１は、更に、溶接治具１１と、治具ロボット１２と、非溶極式トーチ１３と、溶極式トーチ１４と、非溶極式溶接ロボット１５と、溶極式溶接ロボット１６とを備えている。これら装置１１〜１６は、溶接空間３内に配置されている。

母材１００は、溶接治具１１に対する位置及び姿勢が変わらないようにして溶接治具１１に支持される。溶接治具１１は、フレーム２に設けられた治具ロボット１２に装着されている。治具ロボット１２は、溶接治具１１をフレーム２に対して変位させ、それにより溶接治具１１に支持された母材１００のフレーム２に対する位置及び姿勢を変位させる。

一例として、治具ロボット１２は、フレーム２に対して水平な走行方向（図示例では縦方向Ｙ）に直進走行可能な走行体２１と、走行体２１に対して水平な傾動軸線周りに傾動可能な傾動体２２とを有し、溶接治具１１は、傾動体２２に対して傾動軸線に非平行の旋回軸線周りに旋回可能に装着されている。治具ロボット１２は、走行体２１をフレーム２に対して直進走行させるための走行アクチュエータ２３（図４参照）と、傾動体２２を走行体２１に対して傾動させるための傾動アクチュエータ２４（図４参照）と、溶接治具１１を傾動体２２に対して旋回させるための旋回アクチュエータ２５（図４参照）とを備える。これらアクチュエータ２３〜２５が動作すると、溶接治具１１及びこれに支持された母材１００が走行方向Ｙに位置を変えることができ、傾動軸線及び旋回軸線周りに姿勢を変えることができる。

なお、図２において、走行体２１は、底板材４に走行方向に直進走行可能に支持されたスライダ２１ａと、スライダ２１ａから上方に延びる一対の立設部２１ｂとを有する。スライダ２１ａは、溶接空間３内で走行方向に直交する水平方向（図示例では横方向Ｘ）において中央部に配置される。立設部２１ｂは、当該走行直交方向に対向している。傾動体２２は、一対の立設部２１ｂそれぞれに傾動可能に支持され、走行直交方向に向けられた傾動軸線周りにスライダ２１ａの上方で傾動する。溶接治具１１は、このような傾動体２２に装着され、溶接空間３内で上下方向において中央部に位置する。

非溶極式トーチ１３は、非溶極式アーク溶接を行える溶接トーチである。本実施形態に係る非溶極式トーチ１３は、母材１００を溶接するときに、溶接を行うべき溶接部（又は溶接線）上の所定部位で非溶極式アークを発生させる。このように非溶極式トーチ１３は、非溶極式アーク溶接を行うために利用されるのではなく、溶極式トーチ１４を用いた溶極式アーク溶接の前に前記所定部位を非溶極式アークで加熱するために利用される。そのため非溶極式トーチ１３は、溶加材送給のための装置を備えている必要はない。

非溶極式トーチ１３には、不活性ガス（例えば、アルゴン）をシールドガスとして噴射しながらタングステン電極からＴＩＧアークを発生してＴＩＧ溶接を行うことができるＴＩＧ溶接トーチを好適に適用することができる。また、タングステン等の材料からなる電極からプラズマジェットを噴出してプラズマアーク溶接を行うことができるプラズマアーク溶接トーチを適用してもよい。

溶極式トーチ１４は、溶極式アーク溶接を行うことができる溶接トーチである。本実施形態に係るアーク溶接装置１では、溶極式トーチ１４は、母材１００を溶接するときに、非溶極式トーチ１３による加熱後に前記所定部位から溶接部の延在方向に沿って溶極式アーク溶接を行う。

溶極式トーチ１４には、不活性ガス（例えば、アルゴン）をシールドガスとして噴射しながらアークを発生させるための電極であり且つ溶接材である溶接ワイヤを送給し、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチを好適に適用することができる。その他、炭酸ガス（例えば、二酸化炭素）をシールドガスに用いる炭酸ガスアーク溶接トーチ、不活性ガス及び炭酸ガスの混合ガスをシールドガスに用いるＭＡＧ溶接トーチを適用してもよい。また、サブマージアーク溶接を行うことができるトーチや、セルフシールドアーク溶接を行うことができるトーチを適用することもできる。

母材１００が図１に例示したようにアルミニウム合金である場合には、非溶極式トーチ１４にＴＩＧ溶接トーチを適用して溶極式トーチ１４にＭＩＧ溶接トーチを適用すると好適である。これにより、コストを抑えて溶接品質を高くすることができる。

なお、詳細図示を省略するが、母材１００を溶接治具１１に固定するときには、母材１００が非溶極式トーチ１３の溶接機アース電極（図示せず）及び溶極式トーチ１４の溶接機アース電極（図示せず）それぞれとケーブル（図示せず）を介して接続される。それにより２つのトーチ１３，１４がアークを発生することができる。

図３において、非溶極式溶接ロボット１５は、基台１５ａと、基台１５ａに設けられた多関節アーム１５ｂとを備える多関節型の産業ロボットであり、多関節アーム１５ｂの先端に非溶極式トーチ１３が装着される。溶極式溶接ロボット１６も、基台１６ａと、基台１６ａに設けられた多関節アーム１６ｂとを備える多関節型の産業ロボットであり、多関節アーム１６ｂの先端に溶極式トーチ１４が装着される。本実施形態では、多関節アーム１５ｂ，１６ｂが垂直多関節型であり、多関節アーム１５ｂ，１６ｂの動作に応じて非溶極式トーチ１３及び溶極式トーチ１４の位置及び姿勢が溶接空間３内で三次元的に変化する。

２つの溶接ロボット１５，１６は、天吊り状態で溶接空間３内に配置される。すなわち、溶接ロボット１５，１６は、基台１５ａ，１６ａが天井板材５の内面に固定されて多関節アーム１５ｂ，１６ｂが基台１５ａ，１６ａから下方に屈曲可能に延在する状態で、フレーム２に支持される。

図３において、２つの溶接ロボット１５，１６は、平面視で溶接治具１１を挟むようにして略対角方向に離れて配置されている。より詳細には、基台１５ａ，１６ａは、平面視で略矩形状である溶接空間３の４つの隅部のうち対角を成す２つの隅部それぞれに離れて設置される。基台１５ａ，１６ａは、当該２つの隅部同士を結ぶ対角線の延在方向に対向している。溶接治具１１は、溶接空間３内で走行方向Ｙと直交する方向Ｘにおいて中央部に配置され、基台１５ａ，１６ａはこのような溶接治具１１を平面視で挟むように配置される。

なお、多関節アーム１５ｂ及びトーチ１３は、対応する基台１５ａを設置した隅部から横方向Ｘにも縦方向Ｙにも離れるように変位可能であり、多関節アーム１６ｂ及びトーチ１４もこれと同様である。すなわち、２つのトーチ１３，１４は、必ずしも略対角方向に離れて配置されるとは限らないし、アーク溶接を行う場合のように溶接治具１１と平面視で重なる場合もある。

図４は、図２に示すアーク溶接装置１の構成を示すブロック図である。図４において、アーク溶接装置１は、その制御系の主要素として、非溶極式用制御器３１及び溶極式用制御器３２を備える。アーク溶接装置１は送受信器３３を更に備えていてもよい。

非溶極式用制御器３１は、非溶極式溶接ロボット１５を制御する。詳細には、非溶極式溶接ロボット１５の関節１５ｃそれぞれに対応した複数のアームアクチュエータ１５ｄを制御し、それにより多関節アーム１５ｂ及び非溶極式トーチ１３の位置及び姿勢を制御する。非溶極式用制御器３１は、非溶極式トーチ１３の動作（すなわち、アークの発生及び停止）を併せて制御してもよい。

溶極式制御器３２は、溶極式溶接ロボット１６を制御する。詳細には、溶極式溶接ロボット１６の関節１６ｃそれぞれに対応した複数のアームアクチュエータ１６ｄを制御し、それにより多関節アーム１６ｂ及び溶極式トーチ１４の位置及び姿勢を制御する。溶極式制御器３２は、溶極式トーチ１４の動作（すなわち、アークの発生及び停止と溶接ワイヤの送給及び停止）を併せて制御してもよい。

溶極式用制御器３２は、治具ロボット１２も制御する。詳細には、治具ロボット１２の各アクチュエータ２３〜２５を制御し、それにより溶接治具１１及びこれに支持された母材１００の位置及び姿勢を制御する。

非溶極式用制御器３１及び溶極式制御器３２は、母材１００に応じて予め定められた順序に従って制御を逐次進めていき（すなわち、母材１００に応じたシーケンス制御を実行し）、それにより母材１００に所要のアーク溶接を施す。なお、ロボット１２，１５，１６の制御プログラムは、例えばティーチングを経て定められる。

制御を実行する際、非溶極式用制御器３１及び溶極式制御器３２は、互いに動作許可信号を入出力し合い、自身に割り当てられた或る順序の実行を完了した後には、相手からの動作許可信号を入力するまで、自身に割り当てられた次の順序を実行せずに待機する。これにより、非溶極式溶接ロボット１５に対応する多関節アーム１５ｂ及びトーチ１３が、溶極式溶接ロボット１６に対応する多関節アーム１６ｂ及びトーチ１４と不所望に接触する事態を防ぐことができる。

送受信器３３は、非溶極式用制御器３１及び溶極式用制御器３２と通信可能に接続されており、２つの制御器３１，３２間における信号の入出力を制御する。送受信器３３は、非溶極式用制御器３１から出力された動作許可信号を入力し、これに応じて溶極式用制御器３２に動作許可信号を出力する。送受信器３３は、溶極式用制御器３１から出力された動作許可信号を入力し、これに応じて溶極式用制御器３２に動作許可信号を出力する。別の見方をすれば、２つの制御器３１，３２は、相手から出力された動作許可信号を送受信器３３を介して入力する。送受信器３３には、例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を好適に適用することができる。

アーク溶接装置１は、オペレータにより手動操作される操作盤３４を備え、オペレータは、操作盤３４にて溶接開始の指令や溶接途中での緊急停止の指令等を入力することができる。オペレータからの指令は、例えば送受信器３３に入力され、送受信器３３は指令に応じた動作を非溶極式用制御器３１及び溶極式用制御器３２に行わせる。

図５は、図４に示すアーク制御装置１により実行されるアーク溶接の手順を示すフローチャートである。詳細図示を省略するが、アーク溶接の実行に先立ち、オペレータが母材１００を溶接治具１１に取り付け、操作盤３４にて溶接開始の指令を入力する。指令が入力されると、図５に示す手順に従って母材１００にアーク溶接が自動的に実行されていく。

図５に示すように、まず、非溶極式用制御器３１は、溶接開始の指令後に溶極式用制御器３２からの動作許可信号を待機する状態となり（Ｓ１０１）、当該信号を入力するまで次順序（すなわち、非溶極式トーチ１３のエアーカット及びその後の加熱）の実行を待機する。

一方、溶極式用制御器３２は、溶接開始の指令（及び必要に応じて送受信器３３から出力される動作許可信号の一例としての第１移動許可信号）に応じて、溶極式トーチ１４及び母材１００のエアーカットを開始する（Ｓ２０１）。すなわち、溶極式用制御器３２は、多関節アーム１６ｂを駆動して溶極式トーチ１４を原点位置から溶極待機位置まで移動させる。溶極式用制御器３２は、各アクチュエータ２１〜２３を駆動して溶接治具１１及びこれに支持された母材１００を原点位置から治具待機位置に移動させる。溶極式トーチ１４及び母材１００のエアーカットは同時に実施されてもよいし順番に実施されてもよい。

溶極式トーチ１４及び母材１００のエアーカットを完了すると（Ｓ２０２）、溶極式用制御器３２は、非溶極式用制御器３１からの動作許可信号を待機する状態となり（Ｓ２０３）、当該信号を入力するまで次順序（すなわち、溶極式アーク溶接）の実行を待機する。

当該エアーカットの完了後又はその直前、溶極式用制御器３２は動作許可信号の一例としての第２移動許可信号を出力する。送受信器３３は溶極式用制御器３２からの第２移動許可信号の入力を受けて、第２移動許可信号を非溶極式用制御器３１に出力する。

非溶極式用制御器３１は第２移動許可信号を入力すると、非溶極式トーチ１３のエアーカットを開始する（Ｓ１０２）。すなわち、非溶極式用制御器３１は、溶接開始の指令から停止させ続けていた多関節アーム１５ｂを駆動し、非溶極式トーチ１３を原点位置から加熱位置まで移動させる。非溶極式トーチ１３が加熱位置まで移動すると、非溶極式トーチ１３が母材待機位置に位置した母材１００と近接する。

非溶極式トーチ１３の加熱位置へのエアーカットを完了すると（Ｓ１０３）、非溶極式アークにより所定期間母材１００を加熱する。すなわち、非溶極式用制御器３１が、非溶極式トーチ１３の電極からアークを発生させ（Ｓ１０４）、所定期間の経過後にアークを停止する（Ｓ１０５）。アークは母材１００に予め溶接を行うべきと定められた溶接部上の所定部位で発生し、それにより当該所定部位が加熱されて溶融し、溶融池が当該所定部位に形成される。

アークが停止すると、非溶極式用制御器３１は、エアーカットを開始する（Ｓ１０６）。すなわち、非溶極式用制御器３１は、多関節アーム１５ｂを駆動して非溶極式トーチ１３を加熱位置から溶接退避位置まで移動させる。溶接退避位置は、次の溶極式アーク溶接において母材１００、溶接治具１１、溶接ロボット１２、溶極式トーチ１４及び溶極式溶接ロボット１６との干渉を避けるためにこれら装置１１，１２，１４，１６から十分に離れた位置であればよく、原点位置と異なっていてもよい。

非溶極式トーチ１３の溶接退避位置へのエアーカットを完了すると（Ｓ１０７）、非溶極式用制御器３１は溶極式用制御器３２からの動作許可信号を待機した状態になり（Ｓ１０８）、当該信号を入力するまで次順序（すなわち、非溶極式トーチ１３のエアーカット及びその後の加熱、又は、原点位置への帰還）の実行を待機する。

非溶極式用制御器３１は、アークによる加熱中又は加熱終了後（すなわち、前記所定期間の経過途中又はその経過後）に動作許可信号の一例としての溶接許可信号を出力する。送受信器３３は非溶極式用制御器３１からの溶接許可信号の入力を受けて、溶接許可信号を溶極式用制御器３２に出力する。

溶極式用制御器３２は溶接許可信号を入力すると、溶極式用制御器３２は、溶極式トーチ１４のエアーカットを開始する（Ｓ２０４）。すなわち、溶極式用制御器３２は、第２移動許可信号の出力後に停止させ続けていた多関節アーム１６ｂを駆動し、溶極式トーチ１４を溶接待機位置から溶接開始位置まで移動させる。溶極式トーチ１４が溶接開始位置まで移動すると、溶極式トーチ１４が母材待機位置に位置した母材１００と近接し、溶接ワイヤからのアークを前記所定部位に発生させることができる。なお、溶接待機位置は溶接開始位置と一致していてもよく、その場合、ここに説明した溶極式トーチ１４のエアーカットを省略可能である。

溶極式トーチ１４の溶接開始位置へのエアーカットを完了すると（Ｓ２０５）、溶極式用制御器３２は、１パス分の溶極式アーク溶接を開始する（Ｓ２０６）。すなわち、溶極式用制御器３２は、溶接ワイヤを送給しながら当該溶接ワイヤからアークを発生させ、前記所定部位内を始点にして溶極式アーク溶接を開始する。この溶極式アーク溶接では、溶極式用制御器３２は、多関節アーム１６ｂ及び治具ロボット１２を駆動し、溶接を行うべき溶接部の延在方向に溶極式トーチ１４を母材１００に対して相対移動させる。この相対移動は、フレーム２に対する溶極式トーチ１４の移動のみによっても実現されるし、フレーム２に対する溶接治具１１及びこれに支持された母材１００の移動のみによっても実現されるし、これら２種の移動の組合せによっても実現される。

溶極式トーチ１４が当該溶接部上に予め定められた終点に達すると、溶極式用制御器３２は、前記１パス分の溶極式アーク溶接を終了する（Ｓ２０７）。すなわち、溶極式用制御器３２は、溶接ワイヤの送給を停止すると共にアークを停止する。

母材１００に未溶接個所が残っていれば（Ｓ３１０：ＮＯ）、溶極式制御器３２が、多関節アーム１６ｂを駆動して溶極式トーチ１４を次に溶接を行うべき溶接部に対応した溶接待機位置への移動を開始すると共に、治具ロボット１２を駆動して溶接治具１１及びこれに支持された母材１００を次に溶接を行うべき溶接部に対応した治具待機位置への移動を開始する（Ｓ２０１）。その後は、前述の手順と同様にして、当該溶接部を対象として非溶極式トーチ１３を用いて母材１００が加熱され、溶極式トーチ１４を用いて母材１００に溶極式アーク溶接が行われる。

所要の溶接が全て行われて母材１００に未溶接個所が残っていなければ（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、非溶極式用制御器３１は引き続き待機状態となる一方（Ｓ１０９）、送受信器３３が溶極式用制御器３２に動作許可信号の一例としての第１帰還許可信号を出力し、溶極式用制御器３２が、第１帰還許可信号の入力を受けて溶極式トーチ１４及び母材１００の原点位置へのエアーカットを開始する（Ｓ２０８）。すなわち、溶極式用制御器３２が、多関節アーム１６ｂを駆動して溶極式トーチ１４を原点位置まで帰還させると共に、治具ロボット１２の各アクチュエータ２１〜２３を駆動して溶接治具１１及びこれに支持された母材１００を原点位置まで帰還させる。

溶極式トーチ１４及び母材１００の原点位置へのエアーカットの完了（Ｓ２０９）の後又はその直前に、溶極式用制御器３２は、動作許可信号の一例としての第２帰還許可信号を出力する。送受信器３３は溶極式用制御器３２からの第２帰還許可信号の入力を受けて、非溶極式用制御器３１に第２帰還許可信号を出力する。非溶極式用制御器３１は、第２帰還許可信号を入力すると、非溶極式トーチ１３の原点位置へのエアーカットを開始する（Ｓ１１０）。すなわち、非溶極式用制御器３１は、直前の非溶極式トーチ１３の溶接退避位置へのエアーカットの完了後からこれまで待機させ続けていた多関節アーム１５ｂを駆動して、非溶極式トーチ１３を溶接退避位置から原点位置へと帰還させる。非溶極式用制御器３１は、非溶極式トーチ１３が原点位置に到達すると、エアーカットを終了する（Ｓ１１１）。

以上により、アーク溶接装置１を用いた母材１００へのアーク溶接が終了する。なお、制御系としてアーク溶接の終了を把握するために、非溶極式トーチ１３の原点位置へのエアーカットの完了後、非溶極式用制御器３１が帰還完了信号を送受信器３３に出力してもよい。また、溶極式用制御器３２がエアーカットの完了直前に第２帰還許可信号を出力した場合には、エアーカットの完了後に別途帰還完了信号を送受信器３３に出力してもよい。送受信器３３が２つの制御器３１，３２からの帰還完了信号を入力することで、制御系としてアーク溶接の終了を把握し、オペレータにその旨認知させる動作（例えば、開閉扉の開放許可など）を行ってもよい。なお、溶極式トーチ１４及び母材１００のエアーカットの完了後に溶極式用制御器３２が帰還許可信号を出力する場合、当該帰還許可信号を溶極式用制御器３２にとっての帰還完了信号として取り扱うことができる。

上記構成のアーク溶接装置１によれば、アーク溶接を行うためのトーチ１４がこれに先立って母材１００を加熱するためのトーチ１３と物理的に分離され、２つのトーチ１３，１４が、別々の多関節型の溶接ロボット１５，１６にそれぞれ装着される。このため、溶接部が狭隘空間内に設定されていても、２つのトーチ１３，１４を両方とも容易に溶接部にアクセスさせることができる。この２つの溶接ロボット１５，１６は、溶接治具１１を平面視で略対角方向に挟むように設置されており、これにより水平方向に極力離れて配置される。このためトーチ１３，１４の可動域は極力広くなり、トーチ１３，１４同士が干渉しにくくなる。

また、このように設置すると、非溶極式トーチ１３を用いたアークを停止した後に非溶極式トーチ１３を加熱位置から溶接退避位置へと退避させる動線が、溶極式トーチ１４を溶接待機位置から溶接開始位置に移動させる動線と干渉しにくくなる。すなわち、非溶極式トーチ１３の動線は、当該加熱位置から対応する基台１５ａに近付くように設定されることができ、溶極式トーチ１４の動線は、溶接待機位置から対応する基台１６ａと遠ざかるように設定されることができ、非溶極式溶接ロボット１５の基台１５ａに近付く向きと、溶極式溶接ロボット１６の基台１６ａから遠ざかる向きとは、概ね同じになる。このため、干渉回避のための迂回移動や移動速度抑制を行う必要性が低減する。したがって、２つのトーチ１３，１４が物理的に分離されていても、非溶極式トーチ１３を用いたアークを停止した後に速やかに、母材１００が充分に加熱されている状態で、場合により溶融池が残っている状態で、溶極式アーク溶接を開始することができる。よって、溶極式アーク溶接での溶込み不足を抑えながらも、溶極式アーク溶接を開始してから溶極式トーチ１４の母材１００に対する相対移動を速やかに開始することができ、始点における余盛高さを抑えてビードを溶接部上に置くことができる。

また、前述のとおり、非溶極式用制御器３１は、非溶極式トーチ１３を用いたアークによる加熱中又は加熱終了時に、動作許可信号の一例としての溶接許可信号を出力し、溶極式用制御器３２は当該溶接許可信号の出力に応じて溶極式溶接ロボット１６を駆動して溶極式トーチ１４を所定部位と近接する溶接開始位置まで移動させ、非溶極式トーチ１３の変位と並行して非溶極式用溶接ロボット１５を駆動して非溶極式トーチ１３を所定部位から退避させるようにしている。

この構成を採用したことにより、非溶極式トーチ１３を用いたアークを停止した後に、非溶極式トーチ１３の退避を待たずして溶極式トーチ１３が溶接部の始点に向かって近付いていく。前述のとおり、２つの動線は干渉しにくいので、特段の回避移動や速度制限を行うことなく、非溶極式トーチ１３の移動と溶極式トーチ１４の移動とを並行させることができる。このように移動を並行すると、非溶極式トーチ１３を用いたアークを停止した後に速やかに溶極式アーク溶接を開始することができるので、溶極式アーク溶接での溶込み不足を抑えるうえで特に有益である。

また、前述のとおり、アーク溶接装置１は、治具ロボット１２、非溶極式用ロボット１５及び溶極式用ロボット１６の３種のロボットを備える一方、その制御系として、非溶極式用ロボット１５及び溶極式用ロボット１６をそれぞれ制御する非溶極式用制御器３１及び溶極式用制御器３２を備えている。これら２つの制御器３１，３２は互いに動作許可信号を入出力し合うように構成されている。治具ロボット１２は、溶極式用ロボット１６を制御する溶極式用制御器３２により制御されるように構成され、溶極式用制御器３２は、治具ロボット１２を制御する制御器を兼ねている。

このような構成を採用したので、２組のロボット及びトーチが互いに干渉する可能性を極力排除することができる。また、溶極式トーチ１４を溶接部に沿って母材１００に対して相対変位させるにあたり、母材１００を能動的に変位させることができるので、溶接部形状が複雑だったり溶接部が狭隘空間内に設定されたりしても溶極式アーク溶接を容易に行うことができ、溶接適用範囲を広げることができる。治具用ロボット１２を制御するため専用の制御器を省略することができ、アーク溶接装置１の制御系のハードウェアを簡素化することができる。ハードウェアの簡素化にあたり、溶極式用制御器３２が治具ロボット１２の制御器を兼ねている。このようにして制御器を統合すれば、非溶極式用制御器３１と溶極式用制御器３２とが互いの信号入出力に応じて自身に対応したロボット１５，１６を駆動するという干渉回避対策を採りながら、溶接治具１１を溶極式トーチ１４と同時に変位させるのを許容することもできる。このように２組のロボット及びトーチの干渉回避と、溶接適用範囲の拡大と、制御系ハードウェアの簡素化とを同時に達成することができる。

なお、図１に例示したように、溶接部が無端状である場合、母材１００をどのような姿勢で溶接治具１１に取り付けたとしても部分的に溶接治具１１又は傾動体２２で部分的に隠れてしまい、上記作用を奏するアーク溶接装置１を用いても当該溶接部について１パスで処理できないことも生じ得る。このとき、一旦、溶接部のうちトーチがアクセス可能な部分について１パス分の処理を行い、その後、母材１００を裏返して溶接治具１１に固定し直し、当該溶接部の残りの部分について１パス分の処理を行い、全体として連続する１本のビードを無端状の溶接部上に置けばよい。このとき、１回目の処理における溶接始点と、２回目の処理における溶接始点とを重ねると、溶接始点での余盛高さを抑えたビードを置くことができる。

本発明は、溶込み不足を抑えたアーク溶接を行うにあたり、狭隘空間内に設定された溶接部にも溶接トーチが容易にアクセス可能になるとの作用効果を奏し、自動二輪車用フレームの製造などで行われる溶接工程に適用すると有益である。

１ アーク溶接装置
１１ 溶接治具
１２ 溶接ロボット
１３ 非溶極式トーチ
１４ 溶極式トーチ
１５ 非溶極式溶接ロボット
１６ 溶極式溶接ロボット
３１ 非溶極式用制御器
３２ 溶極式用制御器
３３ 送受信器
１００ 母材

Claims (4)

1. 母材を支持するための溶接治具と、
   前記母材の溶接時に、溶接を行うべき溶接部上の所定部位で非溶極式アークを発生させて前記母材を加熱する非溶極式トーチと、
   前記母材の溶接時に、前記非溶極式トーチによる加熱後に前記所定部位から前記溶接部の延在方向に沿って溶極式アーク溶接を行う溶極式トーチと、
   前記非溶極式トーチを装着した多関節型の非溶極式溶接ロボットと、
   前記溶極式トーチを装着した多関節型の溶極式溶接ロボットと、を備え、
   前記非溶極式溶接ロボット及び前記溶極式溶接ロボットが、前記溶接治具を平面視で略対角方向に挟むように設置されている、アーク溶接装置。
2. 前記非溶極式トーチがＴＩＧ溶接トーチであり、前記溶極式トーチがＭＩＧ溶接トーチである、請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 前記溶接治具を変位させる治具用ロボットと、
   前記溶極式溶接ロボットを制御する溶極式用制御器と、
   前記非溶極式溶接ロボットを制御する非溶極式用制御器と、を備え、
   前記溶極式用制御器は、前記治具ロボットも制御し、前記非溶極式用制御器との間における動作許可信号の入出力に応じて、前記溶極式溶接ロボット及び前記治具ロボットを駆動して前記溶極式トーチ及び前記溶接治具を変位させる、請求項１又は２に記載のアーク溶接装置。
4. 前記非溶極式用制御器は、非溶極式アークによる加熱中又は加熱終了時に、前記動作許可信号を出力し、
   前記溶極式用制御器は、当該動作許可信号の出力に応じて前記溶極式溶接ロボットを駆動して前記溶極式トーチを前記所定部位まで移動させ、前記非溶極式用制御器は、前記溶極式トーチの変位と並行して、前記非溶極式溶接ロボットを駆動して前記非溶極式トーチを前記所定部位から退避させる、請求項３に記載のアーク溶接装置。
   

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