JP3765861B2 - Electrode non-consumable welding robot and arc welding method using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接を行なう溶接ロボットに係り、特に、アークを発生させる電極にタングステン電極を用いた電極非消耗式溶接ロボット及びそれを用いたアーク溶接方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アーク溶接の実作業に先立って、予め、溶接ロボット本体に作動順序を記憶させ、その作動プログラムに基づいて溶接ロボットを制御し、被溶接物に溶接を行なう。このとき、まず、溶接ロボットの基準位置と被溶接物との相対位置関係を検知することが必要であり、その被溶接物の位置検出には、一般に、周知の技術であるタッチセンシングの方法が用いられている。このタッチセンシング方法とは、溶接ロボットの接触子と位置検出される被溶接物との間に電圧を印加しておき、接触子が被溶接物に接触した時に起きる両者間の通電を検知して接触を認識し、被溶接物の位置を検出する方法である。ところで、従来の技術では、図8に示すように、溶接ロボットに溶接トーチ3とタングステン電極8とは別に接触子12を設けて、センシングの際には、図8(a)のように、この接触子12をタングステン電極8よりも前方に突出させて被溶接物にタッチセンシングさせ、被溶接物の位置を検出している。そして、溶接の際には、図8(b)のように、この接触子12を後退させ、タングステン電極8によりアーク溶接を行なう。
【0003】
ところで、電極非消耗式溶接、例えば、TIG溶接法(タングステン イナートガス アーク溶接法)の場合には、研磨されたタングステン電極8の先端と被溶接物である母材との間にアークを発生させ、母材を溶融して金属を接合するのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような溶接ロボットにおいては、接触子12が溶接トーチ3とは別に設けられているので、溶接トーチ3回りが複雑になり、かつ、場所を占めるので、例えば、図9に示すように、ボイラの製造において、枝管31と母管30とを溶接する際に、枝管31のピッチが狭いため枝管31と接触子12とが接触し、溶接トーチ3及びタングステン電極8が溶接部32に届かない問題があった。また、溶接トーチ3と接触子12との相対的な位置関係(図8(a)における寸法A、B、C)を一定に保持するのが難しく、例えば、溶接トーチ3を損傷した場合の復旧には時間が掛かるばかりではなく、損傷前の溶接トーチ3と接触子12との位置関係を正しく再現できない場合も発生し、それまでの制御用データがそのまま使用できず、データを変更しなければならない問題も発生していた。
【0005】
さらに、従来の溶接ロボットでは、タングステン電極8の先端は時間と共に磨耗するが、その先端部の磨耗状態のチェックは人手により行なわれていた。しかし、なかには、磨耗量が特に激しく、それに気付くことなく先端部が磨耗した状態で溶接を続けると、図7(a)(b)に示すように、アーク33の集中性が低下し、また、アーク33の長さが変化し、溶接欠陥が発生する原因にもなっていた。
【0006】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、溶接トーチ回りを簡素にして被溶接物との相対位置関係を確実に検知できる電極非消耗式溶接ロボット、及びそれによるアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【0007】
また、タングステン電極先端部の磨耗量を正確に計測でき、かつ、そのタングステン電極を簡単に交換できる電極非消耗式溶接ロボット、及びそれによるアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明においては、自動的にアーク溶接を行なう電極非消耗式溶接ロボットにおいて、アーク溶接用のタングステン電極と被溶接物との間に、電圧を印加する電源とタングステン電極と被溶接物とが接触した瞬間に流れる電流を検知する電流検知器とを設け、上記溶接ロボットの動作範囲内に、通電可能な基準ブロックとタングステン電極の自動交換装置とを設ける。そして、アーク溶接に先立って、上記タングステン電極をタッチセンシングによって被溶接物の位置を検出する接触子として作動させる。
【0009】
また、タングステン電極でのアーク溶接の前と後で、固定されている上記基準ブロックをタングステン電極でタッチセンシングすることにより、該タングステン電極のアーク溶接による磨耗量を計測し、その磨耗量がある一定値を越えた場合には、前記タングステン自動交換装置によってタングステン電極を自動的に新品と交換する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電極非消耗式溶接ロボットの一実施形態について図を用いて説明する。
【0011】
まず、図1は、本発明に係るタングステン電極先端の磨耗量を測定することのできる溶接ロボットの全体図である。この溶接ロボットは、概略的には、ロボット本体1、ロボット制御装置2、溶接トーチ3、溶接電源4、タッチセンサ制御装置5、タングステン電極自動交換装置6等から構成されている。
【0012】
そして、ロボット本体1は、3軸方向の手首軸7を備えており、手首軸7の先端部には溶接トーチ3が装着されている。また、タングステン電極8の先端を接触させる通電可能な基準ブロック9が、ロボットの動作範囲内に設置されている。溶接電源4の二次側は、溶接トーチ3と被溶接物とにケーブルで接続されており、更に、溶接トーチ3は、タッチセンサ制御装置5にも配線されている。このタッチセンサ制御装置5には、溶接トーチ3と被溶接物との間に電圧を印加するための電源と、溶接トーチ3の先端部に装着されているタングステン電極8と被溶接物とが接触した時に流れる電流を検知する電流検知器とが設けられている。また、ロボット制御装置2は、ロボット本体1、溶接電源4、タッチセンサ制御装置5、タングステン電極自動交換装置6等を制御する。
【0013】
次に、図2(a)(b)は、溶接トーチ3の断面図である。図2(a)に示すように、トーチ本体21はトーチケース22内に挿着され、トーチ本体21の先端部外側には、アルミナノズル23が取付けられている。トーチ本体21は、トーチケース22に固定され、トーチケース22から突き出した部分のトーチ本体21は、アルミナノズル23でカバーされている。アルミナノズル23は、トーチ本体21に設けられたネジ24でトーチ本体21にネジ止めされている。また、タングステン電極8は、アルミナノズル23からその一部が突き出すように、トーチ本体21の中心軸線上の電極挿入孔25に着脱可能に取り付けられている。そして、タングステン電極8は、図2(b)に示されるように、トーチ本体21の電極挿入孔25の接線方向に設けられた貫通孔内にセットされているテーパーピン27の押圧力により、トーチ本体21に支持固定される。
【0014】
また、トーチ本体21には、アルゴンガス導入継手28と冷却水出入用継手29とが備えられている。そして、アーク溶接の際には、これによりアルゴンガスを導入し、ガスレンズ26で拡散し、溶接アーク及び溶接個所を均等に不活性ガスで包み込む。また、冷却水は水冷路20を流れ、トーチ本体21を冷却する。
【0015】
次に、上記実施形態の装置による溶接方法及び作用、効果等について述べる。
【0016】
まず、溶接ロボットに溶接作業をティーチングするには、公知のティーチング方法によって、ロボット本体と被溶接物との相対位置を検出する、タッチセンシングプログラムを作成し、更に、被溶接物に溶接を行なう、溶接プログラムを作成する。そして、この溶接ロボットの動作は、操作パネルを有する操作箱10を介してロボット制御装置2に記憶される。次に、プレイバック動作によって溶接ロボットに溶接作業を行なわせるには、予め操作箱10で溶接電流、溶接電圧、溶接速度等の溶接条件を設定しておき、これをロボット制御装置2に入力しておく。
【0017】
ところで、従来のティーチング方法では、ロボットと被溶接物との相対位置を検出するタッチセンシングは、溶接トーチ3とは別に設けた接触子12を用いて行なっていた。しかし、この方法では、溶接トーチ3回りの構造が複雑となり、例えば、図9に示したように、枝管31が林立しているような狭隘部の溶接には、接触子12が障害となって溶接部32に溶接トーチ3が届かない問題があった。また、溶接トーチ3と接触子12との相対的な位置関係を一定に保持するのが難しく、例えば、トーチを損傷した際の復旧に時間がかかり、損傷前の溶接トーチ3と接触子12との位置関係(図8(a)の寸法A、B、C)に戻らないことも発生し、それまでのティーチングデータがそのまま使用できず、データを変更しなければならない問題が発生していた。しかし、本発明では、溶接トーチ3のタングステン電極8をそのまま接触子として兼用しているので、溶接トーチ3回りは簡素化され、このような問題は生じない。
【0018】
次に、図8は、本発明に係るタングステン電極8による位置センシング方法を示す図である。このセンシングを行なう前に、タングステン電極自動交換装置6によって、先端が研磨されたタングステン電極8を溶接トーチ3に装着しておく。そして、タングステン電極8と被溶接物に電圧を印加しておき、タングステン電極8が被溶接物に接触することにより、タングステン電極8と被溶接物との間に電流が流れ、被溶接物の位置が検出される。次に、図4を用いて、タッチセンシングのステップを説明する。まず、図4(a)に示すように、タングステン電極8が母管30の管表面30aに接触する。管表面30aに接触することにより、タングステン電極8と母管30との間に電流が流れることが電流検知器により検知され、管表面30aの位置が検知される。この位置をZ方向の位置として、ロボット制御装置2に記憶しておく。次にZ方向に続いてX、Y方向のセンシングを行なう。図4(b)(c)に示すように、タングステン電極8が枝管表面31b、31cに接触することにより、X、Y方向の位置が求められ、ロボット制御装置2に記憶される。以上のステップで求められた(X、Y、Z)は、ロボット1と枝管31及び母管30との相対位置を示し、ロボット1はこのデータ(X、Y、Z)に基づいて枝管31と母管30との溶接を行なう。
【0019】
本発明では、溶接トーチ3回りに接触子を付けなくてすむので、溶接トーチ3が簡素になり、溶接を適用できる範囲が拡大し、これまでにできなかった、ボイラの製作過程の母管30と枝管31との溶接が可能となった。また、タングステン電極8と接触子とが同一物であるため、被溶接物の位置検出に誤差が発生することがない。万一、溶接トーチ3が損傷した場合でも、新しい溶接トーチ3を損傷前の基準位置に復旧すれば、これまでのティーチングデータを変更せずに使用することができる。
【0020】
次に、タングステン電極8先端部のアーク溶接時に生じる磨耗量の測定について説明する。
【0021】
ところで、従来のタングステン電極先端部の磨耗状態の確認は、溶接が終了する度にロボットの自動運転を停止してオペレータが確認しており、生産性が悪い問題、また、確認不足で、磨耗した状態のまま、つまり、アーク集中性が低下し、アーク長も変化した状態で、次の溶接を実行すると、溶接欠陥が発生する問題があった。
【0022】
図5は、タングステン電極磨耗量測定のフローチャートを示す図である。
【0023】
まず、溶接開始前に、先端が研磨されたタングステン電極8をタングステン電極自動交換装置6により、溶接ロボット1の作業腕に取り付けられている溶接トーチ3に装着する。そして、図6(a)に示すように、タングステン電極8を基準ブロック9に接触させる。この接触を予め印加した検出電圧の短絡信号として、タッチセンサ制御装置5内の電流検知器で検出し、ロボット制御装置2により作業腕の移動を停止すると共に、腕の停止位置からタングステン電極8の長さ(L1)を計測する。そして、この長さをロボット制御装置2に記憶させて溶接を実行する。
【0024】
次に、溶接が終了すると、タングステン電極8を再び基準ブロック9に接触させて(図6(b))印加した検出電圧の短絡信号により作業腕の移動を停止し、この停止位置から溶接後のタングステン電極8の長さ(L2)を検出する。この長さをロボット制御装置2に記憶させ、溶接前の長さ(L1)から溶接後の長さ(L2)を引き算(L1−L2=ΔL)する。そして、このΔLの値が予め定められた一定値を越えた場合には、そのタングステン電極8をタングステン電極自動交換装置6により、溶接ロボットが自動的に交換する。
【0025】
このΔLを判別する一定値は、オペレータが予め入力するが、0.01mmの精度で入力することができる。
【0026】
以上のように、タングステン電極先端の磨耗量を自動的に測定することにより、溶接ロボットの稼働を停止させてオペレータがチェックするステップを入れることなく、溶接ロボットにタングステン電極8の交換か、あるいは引き続いてそのまま溶接を続けるかを判断させて溶接を行なうため、常に安定した状態での溶接が可能となり、アーク集中性の低下やアーク長の変化による溶接欠陥を防止できると同時に、生産性を向上することもできる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電極非消耗式溶接ロボット及びそれを用いたアーク溶接方法においては、溶接用のタングステン電極にタッチセンシングの接触子としての機能を持たせることにより、溶接トーチ回りの構造を簡素化することができ、被溶接物の位置を確実に検知できると共に、被溶接物の狭隘部の溶接も可能となる。
【0028】
また、上記溶接ロボットの動作範囲内に通電可能な基準ブロックとタングステン電極の自動交換装置とを設けることにより、タングステン電極の磨耗量を自動的に測定することができ、かつ、その磨耗量が一定値を越えた場合には自動的にそのタングステン電極を新品と交換することができるので、タングステン電極の磨耗によって発生する溶接欠陥を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るタングステン電極の磨耗量の自動測定を可能にした溶接ロボットの構成図である。
【図2】本発明に係る溶接ロボットの溶接トーチの断面図である。
【図3】本発明に係るタングステン電極によるタッチセンシングを説明する図である。
【図4】本発明に係る溶接ロボットにおけるタッチセンシングの方法を説明する図である。
【図5】本発明に係る溶接ロボットにおけるタングステン電極の磨耗量測定のフローチャートである。
【図6】本発明に係る溶接ロボットのタングステン電極の磨耗量の測定を説明する図である。
【図7】タングステン電極の先端部に磨耗が生じた場合の溶接アークの変化を示す図である。
【図8】従来技術のタッチセンシング用接触子の構成を示す図である。
【図9】従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
1 ロボット本体
2 ロボット制御装置
3 溶接トーチ
4 溶接電源
5 タッチセンサ制御装置
6 タングステン電極自動交換装置
7 手首軸
8 タングステン電極
9 基準ブロック
10 操作箱
12 接触子
20 水冷路
21 トーチ本体
22 トーチケース
23 アルミナノズル
24 ネジ
25 電極挿入孔
26 ガスレンズ
27 テーパーピン
28 アルゴンガス導入継手
29 冷却水出入用継手
30 母管
30a 母管表面(Z方向)
31 枝管
31b 枝管表面(Y方向)
31c 枝管表面(X方向)
32 溶接部
33 アーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a welding robot that performs arc welding, and more particularly to an electrode non-consumable welding robot using a tungsten electrode as an electrode for generating an arc and an arc welding method using the same.
[0002]
[Prior art]
Prior to the actual work of arc welding, the welding robot main body stores the operation sequence in advance, and the welding robot is controlled based on the operation program to perform welding on the workpiece. At this time, first, it is necessary to detect the relative positional relationship between the reference position of the welding robot and the workpiece, and generally, a touch sensing method that is a well-known technique is used to detect the position of the workpiece. It is used. In this touch sensing method, a voltage is applied between the contact of the welding robot and the workpiece to be position-detected, and the energization between the two when the contact contacts the workpiece is detected. This is a method for recognizing contact and detecting the position of the workpiece. By the way, in the prior art, as shown in FIG. 8, a
[0003]
By the way, in the case of non-consumable electrode welding, for example, TIG welding method (tungsten inert gas arc welding method), an arc is generated between the tip of the polished
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a welding robot, since the
[0005]
Furthermore, in the conventional welding robot, the tip of the
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems. An electrode non-consumable welding robot capable of reliably detecting a relative positional relationship with an object to be welded by simplifying the periphery of a welding torch, and an arc welding method using the same. The purpose is to provide.
[0007]
It is another object of the present invention to provide an electrode non-consumable welding robot capable of accurately measuring the wear amount of the tip of the tungsten electrode and easily replacing the tungsten electrode, and an arc welding method using the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the present invention, in an electrode non-consumable welding robot that automatically performs arc welding, a power source for applying a voltage between a tungsten electrode for arc welding and a workpiece to be welded and tungsten A current detector that detects a current that flows at the moment when the electrode and the workpiece are in contact with each other is provided, and a reference block that can be energized and an automatic replacement device for the tungsten electrode are provided within the operation range of the welding robot. Prior to arc welding, the tungsten electrode is operated as a contact for detecting the position of the workpiece by touch sensing.
[0009]
Also, before and after arc welding with a tungsten electrode, the amount of wear due to arc welding of the tungsten electrode is measured by touch sensing the fixed reference block with the tungsten electrode, and the amount of wear is constant. If it exceeds the value, automatically replace it with a new tungsten electrodes by the tungsten autochanger.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electrode non-consumable welding robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
First, FIG. 1 is an overall view of a welding robot that can measure the amount of wear at the tip of a tungsten electrode according to the present invention. This welding robot is roughly composed of a robot body 1, a
[0012]
The robot body 1 includes a
[0013]
Next, FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the
[0014]
Further, the
[0015]
Next, a welding method, an operation, an effect, and the like by the apparatus of the above embodiment will be described.
[0016]
First, in order to teach the welding operation to the welding robot, a known sensing method is used to create a touch sensing program that detects the relative position between the robot body and the workpiece, and further welds the workpiece. Create a welding program. The operation of the welding robot is stored in the
[0017]
By the way, in the conventional teaching method, the touch sensing for detecting the relative position between the robot and the workpiece is performed using the
[0018]
Next, FIG. 8 is a diagram showing a position sensing method using the
[0019]
In the present invention, since it is not necessary to attach a contact around the
[0020]
Next, measurement of the amount of wear that occurs during arc welding of the tip of the
[0021]
By the way, the confirmation of the wear state of the tip of the conventional tungsten electrode is confirmed by the operator that the automatic operation of the robot is stopped every time welding is finished, and the problem is that the productivity is poor, or the wear is not confirmed. When the next welding is performed in a state where the arc concentration is reduced and the arc length is changed, there is a problem that a welding defect occurs.
[0022]
FIG. 5 is a view showing a flowchart of the tungsten electrode wear amount measurement.
[0023]
First, before starting welding, the
[0024]
Next, when welding is completed, the
[0025]
The constant value for determining ΔL is input in advance by the operator, but can be input with an accuracy of 0.01 mm.
[0026]
As described above, by automatically measuring the amount of wear at the tip of the tungsten electrode, the welding robot can be replaced or subsequently replaced without stopping the operation of the welding robot and without the operator checking. Therefore, it is possible to always perform welding in a stable state, preventing welding defects due to reduced arc concentration and changes in arc length, and improving productivity. You can also.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the electrode non-consumable welding robot and the arc welding method using the same according to the present invention, the welding tungsten electrode is provided with a function as a touch sensing contact so that the welding torch The position of the workpiece can be reliably detected, and the narrow portion of the workpiece can be welded.
[0028]
In addition, by providing a reference block that can be energized within the operating range of the welding robot and an automatic tungsten electrode changer, the wear amount of the tungsten electrode can be automatically measured and the wear amount is constant. When the value is exceeded, the tungsten electrode can be automatically replaced with a new one, so that it is possible to prevent a welding defect caused by wear of the tungsten electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a welding robot capable of automatically measuring the wear amount of a tungsten electrode according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a welding torch of a welding robot according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating touch sensing using a tungsten electrode according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a touch sensing method in the welding robot according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for measuring the wear amount of a tungsten electrode in the welding robot according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement of the wear amount of the tungsten electrode of the welding robot according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a change in a welding arc when wear occurs at a tip portion of a tungsten electrode.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a conventional touch sensing contact.
FIG. 9 is a diagram for explaining a problem of the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot
31
31c Branch pipe surface (X direction)
32
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