JP3245234U - 溶接設備 - Google Patents

Abstract

【課題】光学ユニット内の関連コンポーネントをより適切に保護することができる溶接設備を提供する。【解決手段】溶接設備は、光学ユニットが走査ハウジングに取り付けられ、走査中、光学ユニットはスキャニングウィンドウを通して光ビームを発光および受光する。この時点で走査機能は動作するが、溶接装置は動作を停止し、走査窓を介して光学ユニットに影響を与えることはなく、遮蔽装置を移動させることで走査窓を開き、光走査作業を完了することができる。光走査が完了すると、溶接装置は新しい溶接経路に従ってワークを溶接するが、このとき、溶接により発生する高温やスパッタがスキャニングウィンドウから光学ユニットに侵入するのを防ぐために、移動可能な遮蔽装置でスキャニングウィンドウを覆う。【選択図】図１

Description

本考案は溶接設備に関するものである。

溶接プロセスには、金属の製造および修理業界で少なくとも２つの金属部品を接合するために使用されるさまざまな技術、材料、条件が含まれる。関連する溶接技術には、アーク溶接、ガス溶接、フロー溶接、炭素電極誘導溶接、抵抗溶接、サーマルエージェント溶接などが含まれるが、これらに限定されない。溶接継手の用途に応じて、突合せ溶接、重ね溶接、隅肉溶接、エッジ溶接の５つの一般的な溶接継手があり、最も一般的に使用されるのは突合せ溶接で、２つのエッジをプレートまたは表面に接続するために使用される。型材が重い場合は、さまざまな種類の溶接エッジが処理された溝を使用して突合せ溶接を行うことができる。溶接エッジは、火炎切断、せん断、火炎溝入れ、機械加工、はつり加工、カーボンアークカット、またはかんな加工を使用することができる。厚さが３／８乃至１／２インチのプレートの場合は、シングルＶ溝突合せ溶接結合部を使用でき、１／２乃至２インチなどのより重い型材の場合は、ダブルＶ溝突合せ溶接結合部を使用できる。厚さが３／４インチ以上の場合は、二重Ｕ溝突合せ溶接を使用する必要がある。一般に、重い型材のエッジでは、エッジのみに溶接接合部を処理するよりも、型材のエッジに突き合わせ溶接接合部（つまり、二重Ｖ字型または二重Ｕ字型溝）を個別に処理する方が良いと考えられるが、場合によっては、たとえば、垂直壁の治具を修理する場合、2つの型材の端部での溶接が不可能な場合がある。

溶接継手の断面構造に関して、最も一般的に使用される開先は普通開先であり、通常肉厚は４乃至２２ｍｍ程度である。突合せ溶接継手の別のタイプの開先は、壁厚が２２ｍｍを超える複合開先である。
２つのプレートが垂直位置で壁に溶接され、溶接の長手方向の軸が比較的水平方向にある場合、通常は２つのプレートの隣接する２つの端部の間の溶接線を手動で観察し、対応する溶接装置を使用する。溶接中に使用される溶接溝の輪郭は、溶接装置の操作者がこの溶接線に沿って作業中に大まかに推定する。ただし、溶接部の形状を肉眼で正確に測定することは困難である。

溶接作業前に溶接接合部を測定し、および／または実際の溶接接合部の形状を推定するためのいくつかの自動溶接装置または方法を提供しようと試みている。その中で、ＵＳ２０１１／０１５５７１１は、ラインレーザーセンサーを使用して、固定操作ウィンドウ内に「レーザーライン」を投影し、レーザーセンサーから物体の距離を推定するために、その操作ウィンドウ内でレーザーラインによって「見える」オブジェクトの反射位置を生成してレーザーラインに沿って溶接開先の対応する部分を位置決めし、その形状を推定する。測定されたデータは、溶接設備の動作時に溶接パラメータを調整するために使用される。
ＵＳ９，２２１，１１８号は、溶接部トラッカーと制御システムが含まれており、溶接前に隣接するワークピースの溶接部特性を測定し、レーザーおよびアーク溶接機の溶接パラメータまたはレーザーとアーク間の間隔の変更に応じて測定する、制御されたハイブリッド溶接システムを開示している。溶接部の特性は溶接部に沿った可変ギャップである。

ＵＳ１０，４４８，６９２号は、溶接作業用のヘッドマウント拡張現実ディスプレイまたは複合現実ディスプレイを開示しており、これは、光学センサと組合せて、溶接環境の画像を収集し、ＡＲコントローラと組合せてシミュレートされたオブジェクト（例えば、１つまたは複数のレーザー）の位置および空間方位、着用者とシミュレートされたオブジェクトとの位置関係、および着用者に関連する応答などを推定する。その表示は、溶接作業前にワークピースの２つの先端部の間の溶接面の軸に沿った溶接経路を調整するというよりも、主にトレーニングと学習を目的としている。
他のいくつかの先行技術は、例えば、ＵＳ１０，５３７，９４０号などのように、傾斜面の機械加工、または傾斜面加工中のワークピースの傾斜エッジの幾何学的形状の調整を目的としている。

発明者は、光学設備を介して溶接機の経路を走査し、それを完全自動溶接と組み合わせて、手動介入なしで溶接作業を実現できる設備を発明した。ただし、本システムで使用する光学設備は比較的精密な機器であるため、使用温度や使用環境に対する要求が高く、溶接工程で発生する高温や粉塵が光学機器に影響を与えないよう、適切な取り付け構造を設ける必要がある。

したがって、本考案は溶接設備を提供し、光学設備と溶接設備の構造は、光学ユニットが溶接経路の走査を完了し、溶接作業中の光学ユニットへの溶接プロセスの影響を回避できるように合理的に設計されている。

溶接端モジュール、ロボット制御モジュールを少なくとも備える、溶接装置であって、
前記溶接端モジュールは、ターゲット溶接部の溶接領域に沿って光学的に走査するための複数の光学ユニット、溶接作業を実行するための溶接装置、およびロボット制御モジュールに接続するための補助コネクタを備え、
ロボット制御モジュールは、複数の平面内で溶接端モジュールの動きを実現するための１つまたは複数の動き機構を備え、
前記光学ユニットは走査ハウジングに取り付けられ、走査ハウジングは溶接装置に接続され、
走査ハウジングのスキャニングウィンドウには移動可能な遮蔽装置が設けられている。

いくつかの実施形態では、複数の光学ユニットは、少なくとも発光ユニットおよび光センサユニットを含む。
いくつかの実施形態では、溶接装置と走査ハウジングのスキャニングウィンドウとの間の角度は、垂直または鈍角に設定される。
いくつかの実施形態では、溶接装置は、溶接ガンと溶接ガンホルダとを備え、前記溶接ガンホルダは、溶接材料を貯蔵して前記溶接ガンに送り込んで溶接部を形成するためのキャビティを備える。
いくつかの実施形態では、移動可能な遮蔽装置は、光学ユニットが光走査時に光線を出射し、被走査対象物からの反射光を受光する位置である遮蔽カバーを備え、前記遮蔽カバーは、走査ハウジングのスキャニングウィンドウを覆い、走査ハウジング内に配置された光学ユニットを周囲環境から遮蔽する。
いくつかの実施形態では、前記遮蔽カバーの回転軸は、スキャニングウィンドウの対応する走査ハウジングに設けられ、モータが回転軸を介して遮蔽カバーを走査ハウジングに対して回転させ、スキャニングウィンドウを開放または遮断する位置まで回転させる。
いくつかの実施形態では、前記溶接端モジュールの移動または回転をガイドするために、1つまたは複数の方向に回転または移動できる機械アームを少なくとも含む。
いくつかの実施形態において、機械アームと溶接設備はコネクタを介して接続され、前記コネクタは、接続端に設けられた複数の結合部および受け部からなり、結合部は対応する受け部と適合して接続される。

本考案の有益な効果は、光学ユニットを走査ハウジングに取り付けることで、光学ユニット内の関連コンポーネントをより適切に保護できるようになり、走査光学ユニットはスキャニングウィンドウを通して溶接領域を光学的に走査する必要があることを考慮すると、スキャニング機能を実現するには、光学ユニットがスキャニングウィンドウを通して光ビームを発光および受光する必要があるが、この時点では溶接装置は動作を停止しており、スキャニングウィンドウを通して光学ユニットに影響を与えることはない。このとき、移動可能な遮蔽装置はスキャニングウィンドウを開いて光走査作業を完了させることができる。光走査が完了した後、溶接装置は新しい溶接経路に従って溶接作業をするとき、溶接により発生する高温やスパッタがスキャニングウィンドウから光学ユニットに侵入するのを有効に防ぐため、光学ユニットを効果的に保護するには可動式遮蔽装置でスキャニングウィンドウを遮蔽する必要がある。

図面において、同様の図の表記番号は同一または機能的に同様の構成を示し、図面には、本考案の上記および他の態様、利点および特徴をさらに図示および明確にするための特定の実施形態の図面が含まれている。これらの図面は本考案の実施形態を示しており、その範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。本考案は、添付の図面を通じてさらに具体的かつ詳細に説明する。
本考案の実施形態に係る溶接設備の正面斜視図である。 本考案の実施形態に係る溶接設備の背面斜視図である。 本考案のいくつかの実施形態による溶接設備の主要な構成を示すブロック図である。

図３に示すように、このシステムの構成は主に溶接端モジュールまたは装置３０とロボット制御モジュール４０に分けることができる。溶接端モジュール３０では、光学アセンブリ３００は、スキャナハウジング３２０内に配置された光学スキャナ３２１と、必要に応じて光学スキャナ３２１を選択的に遮蔽するための移動可能な遮蔽カバー３１０とを含む。光学スキャナ３２１は、溶接経路に沿った複数の溶接線の走査中に検出された物体の表面パラメータを測定するために使用される。移動可能な遮蔽カバー３１０は、光スイッチ３１１およびモータ３１２を含み、ここで、光スイッチ３１１は、光を放射し、物体からの反射光を受信するために使用され、モータ３１２は、制御するために関連する遮蔽カバーが軸の周りを回転し、スキャナハウジング３２０を覆うように使用され、光学スキャナ３２１が前記ウィンドウに任意の走査対象物から画像信号を受信する。光学アセンブリ３００の隣の溶接設備は、溶接ガンホルダ３３０と溶接ガン３３１を含む。溶接設備にはハンドルも含まれる。光学アセンブリ３００および溶接設備への接続は、ロボット制御モジュール４０の機械アーム４１０の一端と係合するためのコネクタ３４０を介して行われる。コネクタ３４０は複数のコネクタを含み、これらは機械アーム４１０と端から端まで適合し、固定光学複合部品／溶接装置とロボット制御モジュールとの間の接続を実現するために使用される。溶接装置と走査ハウジングのスキャニングウィンドウとの角度を垂直または鈍角に設定することで、光学ユニットを溶接装置から遠くに設置したり、溶接時に溶接装置から発生する火花がスキャニングウィンドウに直接注入しにくくしたりすることができる。好ましい実施形態では、光学アセンブリ３００は、溶接装置１０８に取り外し可能に接続される。溶接線／溶接経路の走査中、光学アセンブリ３００と溶接装置は駆動され、接続された機械アーム１０６の動きに従って同じ角度および方向に移動する。他の実施形態では、溶接装置は光学アセンブリ３００から分離されていてもよく、機械アームが移動するときに一体化されたままである必要はない。

図１および図２を参照すると、図３に示されている主要な構成に対応する、特定の実施形態におけるシステムの正面および背面の斜視図が示されている。図１に示すように、溶接端モジュール３０は、光学アセンブリ３００、溶接装置、及び対応するロボット制御モジュール４０を接続するためのコネクタを含む。光学アセンブリ３００は、光スイッチ３１１および光学スキャナ３２１を含む複数の光学ユニットを含み、これらの実施形態では、これらのユニットは別個のハウジング内に設けられる。モータ３１２は、遮蔽カバー３１０に枢動可能に接続され、スキャナハウジング３２０の２つの対向する側壁に固定され、モータ３１２は、遮蔽カバーの上方向と前方向との間の移動を制御するように構成される。遮蔽カバー３１０の主な目的は、はんだ付け作業中に熱が通常発生するため、システムの光学ユニットをはんだ付け作業によって引き起こされる潜在的な損傷から保護することである。したがって、溶接線および溶接経路の走査中、遮蔽カバー３１０は直立位置にあり、溶接作業中、すなわち溶接ガン３３１が動作している間、遮蔽カバー３１０はモータ３１２によってモータ３１２から移動される。これにより、光学スキャナおよび光スイッチの受光領域に対応するスキャナハウジング３２０の開口端または窓が、遮蔽カバー３１０によってほぼ完全に覆われる。

光学アセンブリ３００と同じ中心軸に沿って、溶接線／溶接経路を走査した後に溶接作業を行うための溶接装置が光学アセンブリ３００に近接して配置され、溶接ガン３３１を固定または保持するための溶接ガンホルダ３３０を含む。溶接材料金属および非金属化合物を含む溶接材料は、溶接ガンホルダ３３０に保管することができる。オプションとしてのハンドル本体３３２は、溶接装置に組み込まれ、溶接ガンホルダ３３０の下に配置され、システムのオペレータが溶接作業を手動で制御する必要がある場合に使用される。好ましくは、溶接経路に沿った溶接装置の移動は完全に自動化されており、これは、対応するコネクタ３４０に接続された機械アームによって達成され、前記対応するコネクタ３４０は溶接装置の近くに配置され、光学アセンブリ３００と同じ中心軸上に位置する。溶接装置の中心軸として。最適な溶接経路／溶接型材をより正確に測定および決定できるようにするために、光学走査から溶接作業まで、システムの任意のモジュールの移動および／または自己調整は、ロボット制御モジュール４０の制御下で実行されることが好ましい。場合によっては、光学スキャナおよび／または溶接装置は、溶接経路のガイド機構の助けを借りてオペレータによって手動で制御できる。たとえば、オペレータは、ターゲット溶接部上の投影された溶接経路を観察でき、投影された経路は次のように決定される。システムのコンピュータは、以前の１つ以上の走査からの検知データに基づいてこれを計算する。機械アーム４１０をシステムのコネクタ３４０に固定するために、コネクタ３４０の接続端には複数の結合部部材３４１が設けられ、これらの結合部部材３４１の形状および大きさは受け部（図には示されていない）と適合する（図１）。

このシステムに含まれる溶接の一部はサイズが比較的大きく、隣接する２つのワークピースおよび/またはターゲット溶接部の向きによって制限されるため、溶接領域全体の対応する画像データを取得するには、このシステムの光学スキャナとしてラインスキャナを選択することが好ましい。実際の溶接前に最適な溶接経路を見つけるために、システムのコンピュータプロセッサによって実行される１つ以上のアルゴリズムによって、溶接領域全体にわたる溶接開先形状の２次元型材が生成および分析される。溶接経路や溶接ライン走査中のラインスキャナの空間情報や温度情報などの他のデータは、IMU(ジャイロスコープ)や熱センサーを含むが、これらに限定されない他のセンサーを通じて同時に取得でき、溶接経路の検索を支援し、ターゲット溶接部の溶接開先等高線マップを生成する。

本考案を特定の実施形態に関して説明してきたが、他の実施形態も本考案の範囲内にあることは当業者には明らかであろう。したがって、本考案の範囲は、添付の実用新案登録の請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (8)

1. 溶接端モジュール、ロボット制御モジュールを少なくとも備える、溶接設備であって、
   前記溶接端モジュールは、ターゲット溶接部の溶接領域に沿って光学的に走査するための複数の光学ユニット、溶接作業を実行するための溶接装置、およびロボット制御モジュールに接続するための補助コネクタを備え、
   ロボット制御モジュールは、複数の平面内で溶接端モジュールの動きを実現するための１つまたは複数の動き機構を備え、
   前記光学ユニットは走査ハウジングに取り付けられ、走査ハウジングは溶接装置に接続され、
   走査ハウジングのスキャニングウィンドウには移動可能な遮蔽カバーが設けられている、ことを特徴とする溶接設備。
2. 前記複数の光学ユニットは、発光ユニットと光センサユニットとを少なくとも備える、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。
3. 前記溶接装置と前記走査ハウジングのスキャニングウィンドウとの間の角度が垂直または鈍角に設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。
4. 前記溶接装置は、溶接ガンと溶接ガンホルダとを備え、前記溶接ガンホルダは、溶接材料を貯蔵して前記溶接ガンに送り込んで溶接部を形成するためのキャビティを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。
5. 前記移動可能な遮蔽装置は、前記光学ユニットが光走査時に光線を出射し、被走査対象物からの反射光を受光する位置である遮蔽カバーを含み、前記遮蔽カバーは、走査ハウジングのスキャニングウィンドウを覆い、走査ハウジング内に配置された光学ユニットを周囲環境から遮蔽する、ことを特徴とする請求項４に記載の溶接設備。
6. 前記遮蔽カバーの回転軸は、スキャニングウィンドウの対応する走査ハウジングに設けられ、モータが回転軸を介して遮蔽カバーを走査ハウジングに対して回転させ、スキャニングウィンドウを開放または遮断する位置まで回転させる、ことを特徴とする請求項５に記載の溶接設備。
7. 前記動き機構は、前記溶接端モジュールの移動または回転をガイドするために、1つまたは複数の方向に回転または移動できる機械アームを少なくとも含む、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接設備。
8. 機械アームと溶接設備はコネクタを介して接続され、
   前記コネクタは、接続端に設けられた複数の結合部および受け部からなり、結合部は対応する受け部と適合して接続される、請求項７に記載の溶接設備。