JP2024070449A

JP2024070449A - 溶接装置

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Publication number: JP2024070449A
Application number: JP2022180954A
Authority: JP
Inventors: 博于; 英樹井原; 宏太堀江
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2024-05-23

Abstract

【課題】溶接作業に不慣れな作業者であっても、溶接トーチの姿勢に応じた最適な溶接条件で溶接作業を行うことができるようにする。【解決手段】検出部１２は、溶接作業中に溶接トーチ１０の傾きを検出する。溶接電源３０は、溶接トーチ１０に電流を供給する。制御部３２は、検出部１２で検出された検出角度に基づいて、溶接電源３０から出力される電流値を調整するように、溶接電源３０の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接装置に関するものである。

特許文献１には、溶接トーチの先端とワークとの距離や角度を一定に保った状態で、作業者が溶接トーチを手動で操作しながらアーク溶接を行うアーク溶接装置が開示されている。

国際公開第２０２０／０５９１８６号

ところで、溶接作業中に溶接トーチの姿勢を変更した場合、それに応じて、溶接条件を変更する必要がある。しかしながら、溶接作業に不慣れな作業者の場合、どのような角度であれば、どのような溶接条件が最適であるのかを判断することが困難である。その結果、ビード不良が発生して溶接品質が悪化するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接作業に不慣れな作業者であっても、溶接トーチの姿勢に応じた最適な溶接条件で溶接作業を行うことができるようにすることにある。

第１の発明は、溶接トーチを備えた溶接装置であって、前記溶接トーチの傾きを検出する検出部と、前記溶接トーチに電流を供給する溶接電源と、前記検出部で検出された検出角度に基づいて、前記溶接電源から出力される電流値を調整するように、前記溶接電源の動作を制御する制御部と、を備える。

第１の発明では、溶接トーチの検出角度に基づいて、溶接トーチに供給する電流値を調整するようにしている。これにより、溶接トーチの姿勢に応じた最適な溶接条件で溶接作業を行うことができる。

具体的に、溶接トーチの角度によって、最適な溶接条件のパラメータは変化する。例えば、溶接トーチの先端を下向きにした姿勢と、溶接トーチの先端を立向きにした姿勢とを比較すると、立向き姿勢では、溶融金属の垂れ落ち等の現象が発生する。そのため、溶接トーチを立向き姿勢とした場合には、電流値を小さくして溶融金属の溶融量を少なくすることで、垂れ落ちを抑えることが好ましい。

第２の発明は、第１の発明の溶接装置において、所定の警報動作を行う警報部を備え、前記制御部は、所定時間内における前記検出角度の変化を示す偏移角度が、所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、前記警報動作を行うように前記警報部の動作を制御する。

第２の発明では、溶接作業中の溶接トーチの傾きを検出し、所定時間内における検出角度の変化を示す偏移角度が、所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、警報動作を行うようにしている。これにより、溶接作業に不慣れな作業者であっても、ワークに対する溶接トーチの角度を維持しながら溶接作業を行うことができる。

警報動作は、例えば、ブザー音を鳴らす動作や、溶接トーチを振動させる動作である。これにより、作業者は、警報動作に基づいて、ワークに対する溶接トーチの現在の傾き姿勢が不適切であることを認識することができる。

そして、作業者は、警報動作が行われないように、溶接トーチの姿勢を調整しながら、溶接トーチの角度を許容角度の範囲内に維持することで、ビード不良の発生を抑え、溶接品質を向上させることができる。

第３の発明は、第１又は２の発明の溶接装置において、複数の溶接条件が記憶された記憶部を備え、前記溶接トーチは、所定の入力操作を行う入力操作部を有し、前記制御部は、前記検出角度が所定の条件設定角度である場合に、前記入力操作部の操作回数に応じて選択された前記溶接条件を前記記憶部から読み出して前記溶接条件を変更する。

第３の発明では、検出角度が所定の条件設定角度である場合に、入力操作部の操作回数に応じて溶接条件を選択することで、記憶部に記憶された溶接条件を読み出すようにしている。

これにより、作業者が溶接トーチ側で溶接条件を変更することができるので、作業者が溶接電源側まで移動する必要が無く、作業効率が向上する。また、溶接トーチの角度を条件設定角度に変更した後で、入力操作部による溶接条件の選択動作を受け付けるようにしたから、作業者が意図せずに溶接条件を変更してしまうのを抑えることができる。

本発明によれば、溶接作業に不慣れな作業者であっても、ワークに対する溶接トーチの角度を維持しながら溶接作業を行うことができる。

本実施形態に係る溶接装置の全体構成図である。溶接トーチを下向き姿勢とした状態を説明する図である。表示部の構成を示す図である。溶接ナビゲーションの操作手順を説明する図である。溶接トーチの角度を維持するための手順を示すフローチャート図である。溶接トーチを立向き姿勢とした状態を説明する図である。溶接トーチの角度に応じて溶接条件を変更する手順を示すフローチャート図である。複数の溶接条件を含むテーブルを説明する図である。溶接トーチの角度を条件設定角度とした状態を説明する図である。トーチスイッチの操作回数に応じて溶接条件を変更する手順を示すフローチャート図である。複数のチャンネル番号及び溶接条件を変更する手順を説明する図である。本変形例に係る検出部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、溶接装置１は、溶接トーチ１０と、トーチケーブル１５と、送給装置２０と、ガス供給部２５と、溶接電源３０と、を備える。溶接装置１は、ワークＷに対してアーク溶接を行う。

溶接トーチ１０は、トーチケーブル１５を介して送給装置２０に接続される。溶接トーチ１０は、送給装置２０から送給された溶接ワイヤ２１を、ワークＷに対して供給する。

溶接トーチ１０は、トーチスイッチ１１と、検出部１２と、を有する。トーチスイッチ１１は、アーク溶接の開始又は停止を操作するためのスイッチである。なお、トーチスイッチ１１は、後述するように、溶接装置１の溶接条件を選択するための入力操作部としても用いられる。

検出部１２は、溶接トーチ１０の傾きを検出する。検出部１２は、例えば、加速度センサで構成される。検出部１２で検出された検出角度を示す信号は、信号線５を介して溶接電源３０の通信部３３に送られる。

図２に示すように、垂直方向の下方を０°とし、垂直方向の上方を１８０°とする。水平方向に延びるワークＷに対して溶接を行う場合、溶接トーチ１０の先端部は、垂直方向の下方を向いた下向き姿勢となる。この場合、溶接トーチ１０の角度は０°となる。

図１に示すように、トーチケーブル１５の内部には、溶接ワイヤ２１が挿通される。トーチケーブル１５は、溶接トーチ１０に向かって溶接ワイヤ２１を案内する。トーチケーブル１５は、図示しないコンジットケーブル、ガスホース、通信線などを含む。トーチケーブル１５のガスホースは、ガス供給部２５のガスホース２６に接続される。

ガス供給部２５は、ガスホース２６を介して送給装置２０に接続される。ガス供給部２５から供給されたシールドガスは、トーチケーブル１５のガスホース内部を流通して、溶接トーチ１０の先端部からワークＷに対して噴出される。

送給装置２０は、溶接ワイヤ２１と、送給モータ２２と、を有する。溶接ワイヤ２１は、図示しないワイヤリールに巻き付けられる。送給モータ２２は、図示しない送給ローラを回転駆動することで、溶接ワイヤ２１を送給する。送給装置２０は、送給モータ２２の電流値を示す信号を、信号線５を介して溶接電源３０の通信部３３に送る。

溶接電源３０は、出力部３１と、制御部３２と、通信部３３と、操作部３４と、記憶部３５と、表示部３６と、警報部３７と、を有する。

出力部３１は、第１パワーケーブル７を介して送給装置２０に電力を供給する。出力部３１は、第２パワーケーブル８を介してワークＷに電圧を印加する。溶接ワイヤ２１には、プラスの電圧が印加される。ワークＷには、マイナスの電圧が印加される。これにより、溶接ワイヤ２１の先端とワークＷとの間にアーク放電を生じさせ、アーク溶接を行う。

制御部３２は、送給装置２０の動作を制御する。制御部３２は、信号線５を介して送給装置２０に送給指令を与える。送給装置２０は、指示された指令速度で送給モータ２２を定速制御して、溶接ワイヤ２１を送給する。

制御部３２は、操作部３４で設定された溶接に関するパラメータに応じて条件を修正して溶接制御を行う。

通信部３３は、信号線５を介して、溶接電源３０と送給装置２０との間で信号を送受信する。通信部３３で受け取った信号は、記憶部３５に記憶される。

操作部３４は、溶接電流や溶接電圧を設定するための操作ボタンである。操作部３４は、例えば、タッチパネルで構成される。操作部３４では、溶接条件のパラメータとして、ワークＷの継手形状、ワークＷの板厚、溶接速度等の入力を行う。

記憶部３５は、溶接電流値や溶接電圧値などを含む複数の溶接条件を示すデータを記憶する。複数の溶接条件は、複数のチャンネル番号に対応付けられ、テーブルとして記憶される。溶接条件は、ワークＷの板厚や溶接トーチ１０の角度に応じて最適な出力が得られるように設定される。

表示部３６は、文字情報等を表示するための液晶画面で構成される（図３参照）。表示部３６は、例えば、タッチパネル式のモニタで構成される。作業者は、表示部３６に表示されるパラメータを確認しながら、各種設定を行うことができる。

図３に示すように、表示部３６には、溶接ナビゲーションが表示される。溶接ナビゲーションは、作業者が溶接条件を選択していくことで、最適な溶接電流及び溶接電圧などの溶接パラメータの設定が可能とするものである。

具体的に、作業者は、ワークＷの継手形状を選択する（図４の［１］参照）。図４に示す例では、Ｔ字継手を選択している。

作業者は、Ｔ字継手において垂直方向に延びるワークＷの板厚を入力する（図４の［２］参照）。図４に示す例では、板厚を１．６ｍｍと入力している。

作業者は、Ｔ字継手において水平方向に延びるワークＷの板厚を入力する（図４の［３］参照）。図４に示す例では、板厚を２．３ｍｍと入力している。

作業者は、溶接速度を選択する（図４の［４］参照）。図４に示す例では、溶接速度を０．５ｍ／ｍｉｎとしている。

このように、溶接ナビゲーションにおいて、作業者がワークＷの継手形状、ワークＷの板厚、溶接速度を選択していくことで、最適な溶接電流及び溶接電圧などの溶接パラメータの設定が自動的に可能となっている。

制御部３２は、選択された溶接条件を記憶部３５から読み出し、設定された溶接電流及び溶接電圧が出力されるように、出力部３１の動作を制御する。

警報部３７は、所定の警報動作を行う。警報動作は、例えば、ブザー音を鳴らす動作である。なお、図１に示す例では、警報部３７を溶接電源３０に設けるようにしているが、例えば、警報動作が溶接トーチ１０を振動させる動作である場合、警報部３７を溶接トーチ１０に設けるようにする。詳しくは後述するが、制御部３２は、検出部１２で検出された検出角度が、所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、警報動作を行うように警報部３７の動作を制御する。

〈溶接作業中の検出角度について〉
作業者は、溶接トーチ１０のトーチスイッチ１１を押すことで溶接ワイヤ２１の送給動作を開始する。作業者は、溶接トーチ１０の先端とワークＷとの距離や角度を一定に保った状態で、溶接トーチ１０をワークＷに沿って移動させながらアーク溶接を行う。

ところで、溶接作業に不慣れな作業者の場合、ワークＷに対する溶接トーチ１０の角度がどのような角度であれば最適であるのかを判断することが困難である。そのため、溶接作業中における溶接トーチ１０の姿勢がばらついてしまい、ビード不良が発生して溶接品質が悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態では、溶接作業に不慣れな作業者であっても、ワークＷに対する溶接トーチ１０の角度を維持しながら溶接作業を行うことができるようにした。

図５に示すように、ステップＳ１０では、溶接作業が開始又は停止されたかを判定する。ステップＳ１０の判定が「ＹＥＳ」の場合、ステップＳ１１に分岐する。ステップＳ１０の判定が「ＮＯ」の場合、溶接作業が開始又は停止されるまで待機する。

ステップＳ１１では、制御部３２は、検出部１２の検出角度を示す情報に基づいて、溶接作業中の溶接トーチ１０の偏移角度Δθを算出する。ここで、偏移角度Δθは、所定時間内に変化した溶接トーチ１０の角度を示す。

ステップＳ１１で算出された偏移角度θがΔθ≧５°の場合、ステップＳ１２に分岐する。ステップＳ１１で算出された偏移角度θがΔθ＜５°の場合、ステップＳ１０に分岐する。

このように、ステップＳ１１では、検出部１２で検出された検出角度が、所定の許容角度（図５に示す例では、５°）の範囲内から外れた場合に、ステップＳ１２に分岐するようにしている。つまり、溶接作業中の作業者の手が大きく振れると、溶接トーチ１０の偏移角度Δθが大きくなり、溶接品質が悪化するおそれがあるため、偏移角度Δθが５°を超えた場合に、警報動作を行うようにしている。

ステップＳ１２では、警報部３７は、所定の警報動作を行い、ステップＳ１０に戻る。所定の警報動作は、ブザー音を鳴らす動作や、溶接トーチ１０を振動させる動作である。

このように、溶接作業中の溶接トーチ１０の傾きを検出し、検出角度の所定時間内における変化を示す偏移角度が所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、警報動作を行うことで、溶接作業に不慣れな作業者であっても、ワークＷに対する溶接トーチ１０の角度を維持しながら溶接作業を行うことができる。

また、作業者は、警報部３７による警報動作に基づいて、ワークＷに対する溶接トーチ１０の現在の傾き姿勢が不適切であることを認識することができる。

そして、作業者は、警報動作が行われないように、溶接トーチ１０の姿勢を調整しながら、溶接トーチ１０の角度を許容角度の範囲内に維持することで、ビード不良の発生を抑え、溶接品質を向上させることができる。

〈溶接作業中の溶接トーチの姿勢について〉
図６に示すように、垂直方向に延びるワークＷに対して溶接を行う場合、溶接トーチ１０の先端部は、垂直方向に直交する水平方向を向いた立向き姿勢となる。この場合、溶接トーチ１０の角度は９０°となる。

ここで、溶接トーチ１０を立向き姿勢にしたままアーク溶接を行うと、溶接ワイヤ２１が溶融した溶融金属の垂れ落ちが発生する。そのため、溶接トーチ１０の先端を下向きにした姿勢と、溶接トーチ１０の先端を立向きにした姿勢とでは、最適な溶接条件のパラメータは変化する。例えば、溶接電流を小さくして溶融金属の溶融量を少なくする等、溶接条件を変更する必要がある。しかしながら、溶接トーチ１０の姿勢に応じて、作業者がその都度、手動で溶接条件を設定し直すのは手間がかかってしまう。

そこで、本実施形態では、溶接トーチ１０の角度に応じて、溶接条件を自動的に変更できるようにした。

図７に示すように、ステップＳ２０では、ナビパラメータを設定して、ステップＳ２１に進む。ナビパラメータは、複数のチャンネル番号と、複数の溶接条件と、を対応付けた溶接ナビテーブルとして、記憶部３５に記憶される（図８参照）。

ステップＳ２１では、溶接トーチ１０の角度を検出する。ステップＳ２１で検出された角度がθ＝０°の場合、溶接トーチ１０が下向き姿勢であると判断して、ステップＳ２２に分岐する。ステップＳ２１で検出された角度がθ＝９０°の場合、溶接トーチ１０が立向き姿勢であると判断して、ステップＳ２３に分岐する。

ステップＳ２２では、制御部３２は、記憶部３５からナビパラメータ１を読み出し、ナビパラメータ１に応じた溶接電流及び溶接電圧を出力するように、出力部３１の動作を制御する（図８参照）。その後、ステップＳ２１に戻る。

ステップＳ２３では、制御部３２は、記憶部３５からナビパラメータ２を読み出し、ナビパラメータ２に応じた溶接電流及び溶接電圧を出力するように、出力部３１の動作を制御する（図８参照）。その後、ステップＳ２１に戻る。

このように、溶接トーチ１０の検出角度に基づいて、溶接トーチ１０に供給する電流値及び電圧値を調整することで、溶接トーチ１０の姿勢に応じた最適な溶接条件で溶接作業を行うことができる。

〈溶接条件の変更動作について〉
ところで、作業者が手動で溶接条件を変更したい場合、作業者が溶接電源３０側まで移動した上で、操作部３４を操作する必要があり、作業性が悪くなるという問題があった。

そこで、本実施形態では作業者が溶接トーチ１０側で溶接条件を変更できるようにした。

具体的に、図９に示すように、作業者は、溶接トーチ１０の角度が所定の条件設定角度となるように、溶接トーチ１０の姿勢を変更する。図９に示す例では、溶接トーチ１０の先端を垂直方向の上方に向けた姿勢、つまり、溶接トーチ１０の角度が１８０°である場合を、条件設定角度とする。作業者は、溶接トーチ１０の角度を条件設定角度とした後、入力操作部としてのトーチスイッチ１１の操作回数に応じて、溶接条件を選択する。

図１０に示すように、ステップＳ３０では、溶接作業を開始して、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１では、溶接作業を終了して、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、溶接トーチ１０の角度を検出する。ステップＳ３２で検出された検出角度がθ≧１８０°の場合、ステップＳ３３に分岐する。ステップＳ３２で検出された検出角度がθ＜１８０°の場合、処理を終了する。

ステップＳ３３では、トーチスイッチ１１の操作回数を検出する。ステップＳ３３で検出された操作回数が１回の場合、ステップＳ３４に分岐する。ステップＳ３３で検出された操作回数が２回の場合、ステップＳ３５に分岐する。ステップＳ３３で検出された操作回数が、その他（０回、又は３回以上）の場合、処理を終了する。

ステップＳ３４では、記憶部３５に記憶されたテーブルのチャンネル番号のうち、現在選択されているチャンネル番号の一つ後のチャンネル番号を選択して、処理を終了する。

具体的に、図１１に示すように、記憶部３５には、複数のチャンネル番号ＣＨ１、ＣＨ２、・・と、それに対応した複数の溶接条件を示すパラメータと、を含むテーブルが記憶されている。例えば、現在選択されているチャンネル番号が「ＣＨ１」の場合、トーチスイッチ１１を１回押すことで、ステップＳ３４では、一つ後の「ＣＨ２」が選択される。

ステップＳ３５では、記憶部３５に記憶されたテーブルのチャンネル番号のうち、現在選択されているチャンネル番号の一つ前のチャンネル番号を選択して、処理を終了する。例えば、現在選択されているチャンネル番号が「ＣＨ２」の場合、トーチスイッチ１１を２回押すことで、ステップＳ３５では、一つ前の「ＣＨ１」が選択される。

これにより、作業者が溶接トーチ１０側で溶接条件を変更することができるので、作業者が溶接電源３０側まで移動する必要が無く、作業効率が向上する。また、溶接トーチ１０の角度を条件設定角度に変更した後で、トーチスイッチ１１による溶接条件の選択動作を受け付けるようにしたから、作業者が意図せずに溶接条件を変更してしまうのを抑えることができる。

《変形例》
以下、前記実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図１２に示すように、作業者は、腕にバンド４０を装着する。バンド４０には、検出部１２が設けられる。検出部１２は、作業者が溶接トーチ１０の姿勢を変更した場合に、溶接トーチ１０の角度を検出する。

そして、検出部１２で検出された検出角度が、所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、警報部３７は、ブザー音を鳴らす等の所定の警報動作を行う。これにより、作業者は、警報動作に基づいて、ワークＷに対する溶接トーチ１０の現在の傾き姿勢が不適切であることを認識することができる。

なお、警報部３７をバンド４０に設けるようにしてもよい。この場合、所定の警報動作として、バンド４０を振動させる動作を行うようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、溶接作業に不慣れな作業者であっても、溶接トーチの姿勢に応じた最適な溶接条件で溶接作業を行うことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１溶接装置
１０溶接トーチ
１１トーチスイッチ（入力操作部）
１２検出部
３０溶接電源
３２制御部
３５記憶部
３７警報部

Claims

溶接トーチを備えた溶接装置であって、
前記溶接トーチの傾きを検出する検出部と、
前記溶接トーチに電流を供給する溶接電源と、
前記検出部で検出された検出角度に基づいて、前記溶接電源から出力される電流値を調整するように、前記溶接電源の動作を制御する制御部と、を備える
溶接装置。
請求項１の溶接装置において、
所定の警報動作を行う警報部を備え、
前記制御部は、所定時間内における前記検出角度の変化を示す偏移角度が、所定の許容角度の範囲内から外れた場合に、前記警報動作を行うように前記警報部の動作を制御する
溶接装置。
請求項１又は２の溶接装置において、
複数の溶接条件が記憶された記憶部を備え、
前記溶接トーチは、所定の入力操作を行う入力操作部を有し、
前記制御部は、前記検出角度が所定の条件設定角度である場合に、前記入力操作部の操作回数に応じて選択された前記溶接条件を前記記憶部から読み出して前記溶接条件を変更する
溶接装置。