JP2596576B2 - 溶接装置における溶接トーチ保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばアーク溶接やガス溶接等の溶接装
置における溶接トーチを保持する装置に係り、更に詳細
には、例えば箱状のワークのように溶接すべき各稜辺が
三次元のものを溶接する場合に、容易に溶接トーチの位
置、方向を調整することのできる溶接トーチ保持装置に
関する。

（従来の技術） 従来、例えば箱状のワークをｘ軸,y軸,z軸方向の溶接
線に沿って溶接する場合、溶接工によって手動的に行う
こともあったが、熟練さを必要としていた。このため、
自動化するには例えばロボットのごとき自動溶接装置の
アーム部に溶接トーチを取付けて方向自在に溶接線に沿
って溶接を行っていた。

（発明が解決しようとする課題） 前述のごとき構成において、ロボット等により箱物の
ワークのｘ軸,y軸,z軸方向の溶接線に沿って溶接を行う
場合に、溶接線の方向が変わるごとにロボット等を操作
し溶接トーチの位置、方向を変えなければならず、手間
と時間がかかり、また、最適な溶接トーチ姿勢の再現が
困難であるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は前述の問題点を解決すること
を課題として、ｘ軸,y軸,z軸方向の溶接線の方向が変っ
ても適宜に対処でき、かつ、最適な溶接トーチ姿勢の再
現が容易である溶接装置における溶接トーチ保持装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、互に直
交するＸ軸,Y軸及びＺ軸の３軸方向へ移動可能に設けた
移動体に、上記Ｘ軸,Y軸およびＺ軸の３軸方向に対して
等しく傾斜した回転軸を回転自在に支承して設け、この
回転軸に支持された支持部材に、前記Ｘ軸又はＹ軸ある
いはＺ軸に平行な溶接トーチを支持して設け、前記回転
軸の軸心の延長線と前記溶接トーチの先端部側の延長線
とが一点で交差する構成としてなるものである。

（実施例） 第４図を参照するに、自動溶接機１は上部フレーム３
と下部フレーム５を備えており、この下部フレーム５の
上面には箱物状のワークＷを支持するワークテーブル７
が設けられている。

このワークテーブル７の上面には、詳細な図示は省略
するが、溶接熱によるゆがみを軽減するために上下動自
在かつ開閉度調節自在な一対の冷却ユニット９が設けら
れている。この冷却ユニット９が対向した部分には上下
方向の間隙が形成してあり、この間隙をとおして、後述
する溶接トーチによってワークの上下方向の溶接が行わ
れる。更に、ワークテーブル７上面には、箱物ワークＷ
をクランプし、かつ溶接面の酸化を防止するためのクラ
ンプユニット11が上部フレーム３に設けた支持アーム12
から吊設されている。

上部フレーム３の上面に設けたアーム13には、溶接作
業を自動的に行うための操作盤15が設けてある。

また、ワークテーブル７の上方には、ｘ軸,y軸,z軸方
向に移動自在な移動体が設けられ、この移動体に回転自
在に支承された支持部材に溶接トーチ17が設けられてい
る。

第１図を参照するに、溶接トーチ17はｘ軸,y軸,z軸方
向に移動自在に構成されている。すなわち、移動体の１
例としてのｙ軸キャレッジ19に取付けた溶接トーチ17
は、ｚ軸キャレッジ21によりｚ軸方向の移動がなされ、
ｘ軸キャレッジ23によりｘ軸方向の移動がなされ、ｙ軸
キャレッジ19によりｙ軸方向の移動がなされる。

上記溶接トーチ17の作動をなすべく、Ｚ軸,x軸,y軸キ
ャレッジ21,23,19は以下のごとく構成される。

ｚ軸方向に延伸した上部フレーム３には、ｚ軸方向に
移動自在な箱状のｚ軸キャレッジ21が設けられている。

より詳細には、上部フレーム３の上部、下部にはブラ
ケット25,27が設けられており、このブラケット25,27と
の間には、回転自在なｚ軸駆動ボールネジ29が回転自在
に支承されている。

このｚ軸駆動ボールネジ29を適宜に回転させるべく、
ブラケット27の下面には、ｚ軸駆動モータ31が適宜に装
着されており、ｚ軸駆動ボールネジ29の下端部に連動連
結されてある。このｚ軸駆動モータ31の回転数を計測す
るためにｚ軸エンコーダ（図示せず）が適宜位置に装着
してある。

箱状のｚ軸キャレッジ21には突設部33が設けられてお
り、この突設部33の上部には、ｚ軸駆動ボールネジ29と
螺合すべくナット部材35を設ける。

また、ｚ軸キャレッジ21がｚ軸方向に対して平行に往
復動すべく、前記ブラケット25,27の間には、ｚ軸方向
に延伸したｚ軸ガイド37を介在する。また、前記突設部
33には、このｚ軸ガイド37と係合してｚ軸方向に往復動
自在な滑動部材39を設ける。

したがって、ｚ軸駆動モータ31を適宜に回転させるこ
とにより、箱状のｚ軸キャレッジ21はｚ軸方向に往復動
することが可能となる。換言すれば、溶接トーチ17がｚ
軸方向に往復動することが可能となる。なお、ｚ軸エン
コーダを設けているため、溶接トーチのｚ軸方向の位置
を正確に検出することが可能となる。

箱状のｚ軸キャレッジ21には、このｚ軸キャレッジ21
に対してｘ軸方向に往復動自在な箱状のｘ軸キャレッジ
23を設ける。

より詳細には、箱状のＺ軸キャレッジ21の一側面の両
端部には、支持ブラケット41,43が固着されてある。支
持ブラケット41,43の間には、回転自在なｘ軸駆動ボー
ルネジ45が支持されてある。

このｘ軸駆動ボールネジ45を適宜に回転させるべく、
箱状のｚ軸キャレッジ21の内面には、ｘ軸駆動モータ47
が適宜に装着してある。このｘ軸駆動モータ47の回転数
を計測するために、ｘ軸エンコーダ（図示せず）が適宜
位置に設けてある。

ｘ軸駆動モータ47と一体となって回転すべく駆動プー
リ49がｘ軸駆動モータ47と連動連結されている。ｘ軸駆
動ボールネジ45の一端には、従動プーリ51が一体に取付
けてある。ｘ軸駆動モータ47の回動力をｘ軸駆動ボール
ネジ45に伝達すべく、駆動プーリ49と従動プーリ51に
は、ｘ軸駆動ベルト53が巻回されてある。

また、ｘ軸駆動ボールネジ45には箱状のｘ軸キャレッ
ジ23に備えたブラケット55に取付けられたナット部材56
を螺合して設ける。

また、ｘ軸キャレッジ23がｘ軸方向に対して平行に往
復動すべく、ｘ軸キャレッジ23の上面には、ｘ軸方向に
延伸しｘ軸方向に往復動自在な滑動部材57を設ける。ま
た、ｚ軸キャレッジ21の下面には、この滑動部材57を係
合案内支持するｘ軸ガイド59を設ける。

したがって、ｘ軸駆動モータ47を適宜に回転させるこ
とで、駆動プーリ49,x軸駆動ベルト53,従動プーリ51を
介してｘ軸駆動ボールネジ45は適宜に回転し、ｘ軸キャ
レッジ23はｘ軸方向に往復動する。換言すれば、溶接ト
ーチ17がｘ軸方向に往復動することが可能となる。な
お、ｘ軸駆動モータ47に適宜に設けたｘ軸エンコーダに
より、溶接トーチ17のｘ軸方向の位置が正確に検出され
るようになっている。

箱状のｘ軸キャレッジ23の内面内にＹ軸方向に往復動
自在な箱状の前記Ｙ軸キャレッジ19を設ける。

より詳細には、箱状のＸ軸キャレッジ23両側面の間に
は、回転自在なｙ軸駆動ボールネジ61を支承して設け
る。

このｙ軸駆動ボールネジ61を適宜に回転させるべく、
箱状のｘ軸キャレッジ23の内面には、ｙ軸駆動モータ
（図示せず）が適宜に装着してある。このｙ軸駆動モー
タの回転数を計測するために、ｙ軸エンコーダ（図示せ
ず）が適宜位置に設けられてある。

ｙ軸駆動モータと一体となって回転すべく、駆動プー
リ63がｙ軸駆動モータに連動連結されている。ｙ軸駆動
ボールネジ61の一端には、従動プーリ65が一体に取付け
てある。ｙ軸駆動モータの回転力をｙ軸駆動ボールネジ
61に伝達すべく、駆動プーリ63と従動プーリ65には、ｙ
軸駆動ベルト67が巻回されてある。

また、ｙ軸駆動ボールネジ61には、Ｙ軸キャリッジ19
に取付けたブラケット69に支承されたナット部材70を螺
合して設ける。

また、ｙ軸キャレッジ19がｙ軸方向に対して平行に往
復動すべく、Ｘ軸キャレッジ23の両側面の間には、ｙ軸
方向に延したｙ軸ガイド71を設ける。また、ｙ軸キャレ
ッジ19の下面には、このｙ軸ガイド71と係合してｙ軸方
向に往復動自在な滑動部材73を設ける。

したがって、ｙ軸駆動モータを適宜に回転させること
で、駆動プーリ63,y軸駆動ベルト67,従動プーリ65を介
してｙ軸駆動ポールネジ61は適宜に回転し、ｙ軸キャレ
ッジ19はｙ軸方向に往復動することが可能となる。換言
すれば、溶接トーチ17はｙ軸方向に往復動することが可
能となる。なお、ｙ軸駆動モータに適宜に設けたｙ軸エ
ンコーダにより、溶接トーチ17のｙ軸方向の位置が正確
に検出されるようになっている。

ｙ軸キャレッジ19の前面には、ブラケット75が固着さ
れており、このブラケット75には、一定の傾斜角をもっ
た支持ブラケット77が固着されてある。この支持ブラケ
ット77には、回転角調節自在なアークチェータ79が装着
されており、アークチェータ79に適宜に角度エンコーダ
（図示せず）が設けられてある。また、アークチェータ
79の回転軸81の軸心81cは互いに直交するｘ軸,y軸,z軸
からそれぞれほぼ等しい角度θ_１を保持すべく設ける
（第２図参照）。

この回転軸81の回転とともに回転すべく、支持部材の
１例としてのトーチ用クランプ83を回転軸81に取付け
る。（第２図参照）。このトーチ用クランプ83には、溶
接トーチ17を設ける。より詳細には、第３図を参照する
に溶接トーチ17の先端部側の延長線と、アークチェータ
の回転軸81の延長線上が同一の交点で交わるように溶接
トーチ17を設ける。換言すれば、溶接トーチ17の延長線
とアークチェータの回転軸81の延長線が常に一定の角度
θ_２を保持するように溶接トーチ17を設ける。

以上のごとき構成において、第２図を参照するに、溶
接トーチ17が例えばｘ軸に垂直なｘ面85に垂直になるよ
うにトーチ姿勢調整できる。また、アークチェータ79と
角度エンコーダにより、適宜に溶接トーチ17をθ_１だけ
回転させると、溶接トーチ17がｙ軸に垂直なｙ面87に垂
直となる。

更に、溶接トーチ17を適宜θ_１だけ回転させると、溶
接トーチ17がＺ軸に垂直なＺ軸89に垂直となる。したが
って、溶接部がX,Y,Zの各面85,87,89に位置する場合で
あっても容易に対応することができる。また、X,Y,Zの
各面85,87,89の接した各稜辺91,93,95に対応することも
容易である。

また、アークチェータ79と角度エンコーダを適宜に操
作し、任意の角度だけ溶接トーチ17を回転させることに
より、溶接部の継手形状が変っても最適な溶接を行うこ
とができる。

更に、例えばｘ軸,y軸キャレッジ23,19を適宜に同期
して作動させることにより、任意の溶接線に対しても溶
接を行うことが可能である。

なお、本発明は前述の実施例にのみに限るものではな
く、例えばアークチェータ79の他に回転装置を用いた
り、ｘ軸,y軸,z軸駆動ボールネジ45,61,29の他にラック
とピニオンを用いたりする等、適宜の変更を行うことに
より、その他種々の態様でも実施可能である。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、互に直交するＸ軸,Y軸及びＺ軸の３軸
方向へ移動可能に設けた移動体に、上記Ｘ軸,Y軸および
Ｚ軸の３軸方向に対して等しく傾斜した回転軸を回転自
在に支承して設け、この回転軸に支持された支持部材
に、前記Ｘ軸又はＹ軸あるいはＺ軸に平行な溶接トーチ
を支持して設け、前記回転軸の軸心の延長線と前記溶接
トーチの先端部側の延長線とが一点で交差する構成とし
てなるものである。

上記構成より明らかなように、本発明において、互に
直交するＸ軸,Y軸,Z軸方向へ移動可能の移動体に支持さ
れた回転軸は、上記Ｘ軸,Y軸,Z軸の３方向に対して等し
く傾斜してあり、この回転軸に設けた支持部材には、例
えばＺ軸方向に平行な溶接トーチが支持されている。そ
して、前記回転軸の軸心の延長線と溶接トーチの先端側
の延長線とは１点で交差する構成としてある。

したがって、本発明によれば、回転軸を中心として支
持部材を回転すると、溶接トーチは、Ｘ軸又はＹ軸ある
いはＺ軸と平行な状態となる。よって、例えば箱体の稜
線の溶接を行うべく、溶接トーチをＺ軸に平行に保持
し、Ｘ軸方向又はＹ軸方向へ移動して溶接を行い、続い
て、例えば溶接トーチをＸ軸に平行に保持してＺ軸方向
に移動して溶接を行うような場合、回転軸の軸心の延長
線と溶接トーチの先端部側の延長線との交互が前記稜線
上に位置するように位置制御して溶接を行うことによ
り、溶接トーチをＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動して溶接
を行い、稜線の交点に達したときに回転軸を中心として
溶接トーチを回動し、その直後に溶接トーチをＺ軸方向
へ移動して溶接を行えば良いものであり、角部の溶接も
良好に行うことができるものである。

よって、本発明によれば、例えば箱体の稜線等を自動
的に連続的に溶接するような場合、溶接トーチの位置制
御および姿勢の制御が容易なものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は溶接トー
チ保持装置の斜視図である。第２図は溶接トーチと箱物
ワークとの概略的な斜視図である。第３図は溶接トーチ
と箱物ワークとの概略的な側面図である。第４図は自動
溶接機の斜視図である。 １……自動溶接機、17……溶接トーチ 19……ｙ軸キャレッジ、83……トーチ用クランプ 81……回転軸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互に直交するＸ軸,Y軸及びＺ軸の３軸方向
   へ移動可能に設けた移動体に、上記Ｘ軸,Y軸およびＺ軸
   の３軸方向に対して等しく傾斜した回転軸を回転自在に
   支承して設け、この回転軸に支持された支持部材に、前
   記Ｘ軸又はＹ軸あるいはＺ軸に平行な溶接トーチを支持
   して設け、前記回転軸の軸心の延長線と前記溶接トーチ
   の先端部側の延長線とが一点で交差する構成としてなる
   ことを特徴とする溶接装置における溶接トーチ保持装
   置。