JP3890256B2

JP3890256B2 - Ｔｉｇ溶接装置及びｔｉｇ溶接方法

Info

Publication number: JP3890256B2
Application number: JP2002137618A
Authority: JP
Inventors: 薫北村; 直次山岡; 繁谷水; 恵一島崎; 紘史森田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP2003326365A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながらワーク表面においてＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤを供給して、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接が知られている。
【０００３】
例えば、２輪車のフレームでは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる薄肉のワークの一部と厚肉のワークの一部とを重ね合わせて溶接部位を構成し、前記溶接部位にＴＩＧ溶接を行うことによって、該溶接部位に鱗状のビードが形成され、前記２つのワークが接合される。
【０００４】
このとき、前記２つのワークの溶接には、鉄等からなるワークを溶接するのと比較して、前記ＴＩＧ溶接に多大な熱量を必要とする。
【０００５】
また、前記２輪車のフレームは、顧客の目に触れる箇所に配置されるため、前記鱗状のビードの良否によって、該２輪車の顧客吸引力が左右される。
【０００６】
従って、前記フレームのＴＩＧ溶接は、ＴＩＧ溶接作業の熟練技術者によって行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熟練技術者が有するＴＩＧ溶接作業の技能を、一般的な溶接技術者に伝承することは容易ではない。また、前記熟練技術者が前記ＴＩＧ溶接作業を行っても、前記フレームの生産効率を大幅に向上させることは困難である。
【０００８】
そこで、従来、前記熟練技術者が行っていたＴＩＧ溶接作業を、多関節ロボットに行わせ、前記フレームの生産効率を向上させる試みが行われている。
【０００９】
この場合、前記多関節ロボットのアームに、ＴＩＧトーチとフィラーワイヤガイドとを保持させ、前記ＴＩＧトーチと前記２つのワークの溶接部位との間のアーク形成空間に、前記フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給し、前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させることによって、ＴＩＧ溶接を行うことが考えられる。
【００１０】
しかしながら、前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させると、前記２つのワークの表面に対する前記ＴＩＧトーチの位置と前記フィラーワイヤの位置とが変動するので、前記ビードを形成するために要するフィラーワイヤの量が変動する。そのため、前記ビードの形成中に、前記溶接部位に形成されたフィラーワイヤの溶融池の状態が不安定となり、不良状態のビードが形成され、前記不良状態のビードによって、該２輪車の顧客吸引力が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、多関節ロボットを用いても、ワーク表面に良好な鱗状のビードを形成することができるＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＴＩＧ溶接装置は、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながらワーク表面でＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接装置であり、前記ワーク表面に沿って前記ＴＩＧトーチの倣い動作を行わせながら、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させる多関節ロボットと、前記多関節ロボットに保持され、且つ、前記フィラーワイヤガイドを、前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向に移動可能とするフィラーワイヤガイド移動手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
熟練技術者が一方の手に保持したフィラーワイヤガイドと、他方の手に保持したＴＩＧトーチとによって従来行われていたＴＩＧ溶接作業を、ＴＩＧトーチとフィラーワイヤガイドとを備えた前記多関節ロボットで行うので、前記熟練技術者が有していた技能を自動化することが可能となり、前記ワークに対してＴＩＧ溶接によって生産された製品に対する生産効率を向上することができる。
【００１４】
また、前記フィラーワイヤガイドは、前記フィラーワイヤガイド移動手段によって所定の方向に移動可能であるので、前記ＴＩＧトーチがウィービング動作を行っていても、前記フィラーワイヤを前記アーク形成空間に安定して供給することが可能となる。
【００１５】
前記フィラーワイヤガイドを所定の方向に移動可能とするため、前記フィラーワイヤガイド移動手段は、回転直動機構を有している。
【００１６】
このように、前記回転直動機構によって、前記フィラーワイヤガイドの動作を、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作とは反対の動作とすることによって、前記ワーク表面に対する前記フィラーワイヤガイドの見掛け上の高さを一定にすることができる。
【００１７】
上記した前記フィラーワイヤガイドの動作によって、従来、問題とされていた前記ワーク表面における前記フィラーワイヤの溶融池の不安定な状態は発生しない。従って、より良好で且つ顧客吸引力の高いビードを容易に得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係るＴＩＧ溶接方法は、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながらワーク表面でＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接方法であり、前記ワーク表面に沿って前記ＴＩＧトーチの倣い動作を行わせながら、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させると共に、前記フィラーワイヤガイドを、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作とは反対の方向に移動させることを特徴としている。
【００１９】
このように、前記フィラーワイヤガイドの動作を、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作とは反対の方向に移動させる動作としてＴＩＧ溶接を行えば、前記ワーク表面に対する前記ＴＩＧトーチ及び前記フィラーワイヤガイドの見掛け上の高さを一定にすることができる。このようにすれば、ＴＩＧ溶接作業の間、前記アーク形成空間に前記フィラーワイヤを安定して供給することができる。そのため、従来、問題とされていた前記ワーク表面における前記フィラーワイヤの溶融池の不安定な状態は発生しない。従って、より良好で且つ顧客吸引力の高いビードを容易に得ることができる。
【００２０】
また、前記フィラーワイヤガイドは、フィラーワイヤガイド移動手段を介して多関節ロボットのアームに保持され、前記ＴＩＧトーチは、ＴＩＧトーチ保持手段を介して前記多関節ロボットのアームに保持され、前記フィラーワイヤガイド移動手段の任意の方向への移動によって、前記フィラーワイヤガイドの移動が行われ、前記多関節ロボットの任意の方向への移動によって、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作が行われ、前記ワーク表面に沿った前記多関節ロボットの移動によって、前記ＴＩＧトーチの倣い動作が行われる。
【００２１】
前記多関節ロボットのアームが、前記ＴＩＧトーチと前記フィラーワイヤガイドとを保持し、前記ワーク表面に対する前記ＴＩＧトーチのウィービング動作及び倣い動作を行わせ、且つ、前記ワーク表面に対する前記フィラーワイヤガイドの任意の方向への移動を行わせるので、これまで熟練技術者が行ってきた前記ＴＩＧ溶接作業が自動化され、前記ＴＩＧ溶接作業によって生産された製品に対する生産効率を向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法の好適な実施の形態について、図１〜図６を参照しながら、詳細に説明する。
【００２３】
本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０は、図１に示すように、第１のアーム１２を有し、且つ第１のアーム１２を任意の方向に移動させる第１の多関節ロボット１４と、第１のアーム１２に取り付けられ、ＴＩＧトーチ１６を所望の位置に保持するＴＩＧトーチ保持手段１８と、ＴＩＧトーチ保持手段１８の一部を取り囲むように第１のアーム１２に取り付けられ、フィラーワイヤガイド２０を保持しながら、前記フィラーワイヤガイド２０をワークに対して接近する方向又は離間する方向（Ｚ軸方向）に移動させるフィラーワイヤガイド移動手段２２とを有している。
【００２４】
第１の多関節ロボット１４は、図２に示すように、コントローラ２４からの第１の制御信号Ｓ１によって、第１のアーム１２を任意の方向に移動できるように制御される。また、第１の多関節ロボット１４は、６つの軸Ｊ１〜Ｊ６を有している。また、第１の制御信号Ｓ１は、軸Ｊ１〜Ｊ６に対する制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を含む。
【００２５】
ＴＩＧトーチ１６は、その先端にタングステン電極２６を有する。このタングステン電極２６は、第１のケーブル２８を介してＴＩＧ溶接機３０から出力された数百Ａまでの交流電流が供給される。コントローラ２４からＴＩＧ溶接機３０に第２の制御信号Ｓ２が供給されたときに、前記交流電流がタングステン電極２６に供給される。次いで、前記交流電流の供給によって、ＴＩＧトーチ１６によるＴＩＧ溶接が開始される。
【００２６】
ＴＩＧトーチ保持手段１８は、図１に示すように、第１の多関節ロボット１４の第１のアーム１２に保持された固定枠３２と、この固定枠３２の内部に固定され、Ｚ軸方向に沿って形成されたガイドレール部材３４とを有する。
【００２７】
また、ＴＩＧトーチ保持手段１８は、固定枠３２に固定され、ＴＩＧトーチ１６を把持する第１のホルダー３６と、固定枠３２の上部に固定され、サーボモータ３８を把持する第２のホルダー４０と、サーボモータ３８の回転軸４２に取り付けられたカム４４とを有している。
【００２８】
前記カム４４は、尖端型の板カムであることが好ましい。また、前記カム４４の尖端側には、前記カム４４の板平面に対して、突出して設けられたロッド４６が固着されている。
【００２９】
一方、フィラーワイヤガイド移動手段２２は、可動枠４８と、この可動枠４８の内部に固定され、ガイドレール部材３４に沿って移動可能なスライド部材５０とを有する。
【００３０】
また、可動枠４８の上部には、横長のスリット５２が設けられた拘束部材５４が突出して設けられており、前記スリット５２には、ロッド４６が挿入されている。
【００３１】
そのため、フィラーワイヤガイド移動手段２２は、スライド部材５０と拘束部材５４とを介して、ＴＩＧトーチ保持手段１８に把持されている。
【００３２】
また、フィラーワイヤガイド２０は、図２に示すように、フィラーワイヤガイドチューブ５６を介してフィラーワイヤ供給装置５８に接続されている。コントローラ２４からフィラーワイヤ供給装置５８に第４の制御信号Ｓ４が供給されたとき、フィラーワイヤ供給装置５８は、フィラーワイヤリール６０に巻かれたフィラーワイヤ６２を、フィラーワイヤガイドチューブ５６を介してフィラーワイヤガイド２０に供給する。また、フィラーワイヤガイド２０は、図１に示すように、可動枠４８の下部において固定された連結部材６４によって把持されている。
【００３３】
ここで、図２に示すように、コントローラ２４からサーボモータ３８に第３の制御信号Ｓ３が供給されたとき、フィラーワイヤガイド２０がどのような運動を行うかについて説明する。
【００３４】
第３の制御信号Ｓ３がサーボモータ３８に供給されると、図１に示すように、サーボモータ３８の回転軸４２は、角度θの範囲内で振動性の運動を行う。この運動に基づき、カム４４の尖端側は、角度θの範囲内でＺ軸方向に往復運動を行う。
【００３５】
このとき、ロッド４６が拘束部材５４のスリット５２によって拘束されている。そのため、カム４４が行っているＺ軸方向の往復運動がロッド４６を介して拘束部材５４に伝達される。これによって、ガイドレール部材３４に沿ってスライド部材５０がＺ軸方向に移動可能となる。また、カム４４が行っているＺ軸方向への往復運動が、可動枠４８をＺ軸方向へ移動可能とする。従って、フィラーワイヤガイド２０は、第３の制御信号Ｓ３によって、Ｚ軸方向に移動可能である。
【００３６】
以上のようにして構成された本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０のＴＩＧトーチ１６に対向して、図２に示すように、ワーク６６を接近、位置決めすることによって、ワーク６６のＴＩＧ溶接作業を行うことが可能となる。
【００３７】
このとき、ワーク６６は、第２の多関節ロボット６８の第２のアーム７０に取り付けられたフレームホルダー７２によって把持される。また、コントローラ２４から、第５の制御信号Ｓ５が第２の多関節ロボット６８に供給されることにより、第２のアーム７０が動作して、ワーク６６をＴＩＧトーチ１６に相対的に接近、位置決めすることができる。更に、アース線である第２のケーブル７４を介して、ＴＩＧ溶接機３０とフレームホルダー７２とが接続されている。
【００３８】
本実施の形態では、ＴＩＧ溶接装置１０を用いることによって、例えば、図３に示すようなワーク６６から、２輪車の車体を構成するアルミフレームをＴＩＧ溶接で生産することができる。上記したことについて、以下に説明する。
【００３９】
ワーク６６は、図３に示すように、第１及び第２の鋳造成形品７６及び７８とメインパイプ８０とから構成される。
【００４０】
まず、第１の鋳造成形品７６の一部とメインパイプ８０の一部とを重ね合わせて、図４に示すような溶接部位８２を形成する。一方、第２の鋳造成形品７８の一部とメインパイプ８０の一部とを重ね合わせて、溶接部位８２とは別の溶接部位を形成する。
【００４１】
次いで、ワーク６６をフレームホルダー７２で把持し、図５に示すように、溶接部位８２を任意の方向、例えば、Ｘ軸方向（図１参照）に沿うように配置し、ＴＩＧトーチ１６のタングステン電極２６に接近させる。
【００４２】
次いで、タングステン電極２６に交流電流を供給して、溶接部位８２とタングステン電極２６との間にアーク放電が発生しているアーク形成空間８４を形成する。そして、アーク形成空間８４に、フィラーワイヤガイド２０からフィラーワイヤ６２を供給する。
【００４３】
このとき、図１に示したように、回転軸４２の振動性の運動に基づき、カム４４がＺ軸方向に対して往復運動を行うので、フィラーワイヤガイド移動手段２２は、フィラーワイヤガイド２０をＺ軸方向に移動可能である。
【００４４】
一方、コントローラ２４から第１の多関節ロボット１４には、第１の制御信号Ｓ１が供給される。第１の制御信号Ｓ１のうち、軸Ｊ５に対し、制御信号Ｓ１５が供給されると、第１の多関節ロボット１４の第１のアーム１２が、Ｚ軸方向に振動する。この振動が、ＴＩＧトーチ保持手段１８に伝達されるので、ＴＩＧトーチ１６は、ワーク６６の溶接部位８２に対して接近する方向と離間する方向とに振動するウィービング動作を行う。
【００４５】
ここで、ＴＩＧトーチ１６のウィービング動作を、フィラーワイヤガイド２０の振動に対して反対の運動となるように制御する。このようなＴＩＧトーチ１６のウィービング動作によって、フィラーワイヤガイド２０の見掛け上の高さは、ワーク６６の溶接部位８２に対し、常に所定の高さに保持される。従って、フィラーワイヤ６２をアーク形成空間８４に安定した状態で供給することができる。
【００４６】
そのため、ＴＩＧトーチ１６のウィービング動作と、フィラーワイヤガイド２０からアーク形成空間８４へのフィラーワイヤ６２を安定した状態で供給することによって、良好な鱗状のビード８６を溶接部位８２に形成することができる。
【００４７】
また、第１の多関節ロボット１４の第１のアーム１２をＸ軸方向に移動させながら、ＴＩＧトーチ１６にウィービング動作を行わせると、複数の鱗状のビード８６が一部重なりながら、直線状に沿って形成される。
【００４８】
このようにして形成された鱗状のビード８６を有する２輪車のアルミフレームは、前記２輪車の乗車席の脇部に配置されるので、人目につきやすい。そのため、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０によって形成された鱗状のビード８６を有するアルミフレームを、２輪車のアルミフレームとして使用すれば、前記２輪車の顧客吸引力をより一層向上することができる。
【００４９】
ここで、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０によってＴＩＧ溶接作業を行ったときのＴＩＧトーチ１６のウィービング動作と、タングステン電極２６に供給される交流電流と、フィラーワイヤ６２の供給量との関係について、時間経過の観点から説明する。
【００５０】
ＴＩＧトーチ１６は、図６に示すように、Ｎｓの周期でウィービング動作を行う。具体的には、当初、Ｈ１ｍｍであったＴＩＧトーチ１６の高さは、０．９Ｎｓ後には、Ｈ２ｍｍにまで変化する。即ち、タングステン電極２６の先端は、溶接部位８２からＨ２ｍｍの高さにまで接近する。その後、ＴＩＧトーチ１６の高さは、０．１Ｎｓの間にＨ２ｍｍからＨ１ｍｍに変化する。
【００５１】
一方、アーク形成空間８４の温度は、ＴＩＧ溶接の時間ｔの経過に伴い上昇するので、一定の交流電流をタングステン電極２６に流し続けると、ワーク６６が高温となり、溶接部位８２の溶け込み量が増加してしまう。
【００５２】
そこで、タングステン電極２６に供給する交流電流を、段階的に減少させることによって、入熱量を変え、ビードを安定させることができる。
【００５３】
このように、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０は、これまで熟練作業者が行っていたＴＩＧ溶接作業を自動化させたので、ＴＩＧ溶接作業によって生産された製品の生産効率を著しく向上させることができる。
【００５４】
なお、本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法によれば、ＴＩＧトーチにウィービング動作させ、フィラーワイヤガイドに前記ＴＩＧトーチと反対の動作を行わせるので、ワーク表面に対する前記ＴＩＧトーチ及び前記フィラーワイヤガイドの見掛け上の高さを、一定の高さに保つことができる。そのため、前記ＴＩＧトーチと前記ワーク表面との間のアーク形成空間に前記フィラーワイヤを安定して供給でき、良好且つ顧客吸引力の高い鱗状のビートが、前記ワーク表面において容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置を示す平面図である。
【図３】ＴＩＧ溶接が行われるワークを示す斜視図である。
【図４】図３のワークのＩＶ−ＩＶ向における断面図である
【図５】図３のワーク表面におけるＴＩＧ溶接作業を示す図である
【図６】ＴＩＧトーチのウィービング動作の時間経過を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＴＩＧ溶接装置１２…第１のアーム
１４…第１の多関節ロボット１６…ＴＩＧトーチ
１８…ＴＩＧトーチ保持手段２０…フィラーワイヤガイド
２２…フィラーワイヤガイド移動手段
２４…コントローラ２６…タングステン電極
２８…第１のケーブル３０…ＴＩＧ溶接機
３２…固定枠３４…ガイドレール部材
３６…第１のホルダー３８…サーボモータ
４０…第２のホルダー４２…回転軸
４４…カム４６…ロッド
４８…可動枠５０…スライド部材
５２…スリット５４…拘束部材
５６…フィラーワイヤガイドチューブ
５８…フィラーワイヤ供給装置６０…フィラーワイヤリール
６２…フィラーワイヤ６４…連結部材
６６…ワーク６８…第２の多関節ロボット
７０…第２のアーム７２…フレームホルダー
７４…第２のケーブル７６…第１の鋳造成形品
７８…第２の鋳造成形品８０…メインパイプ
８２…溶接部位８４…アーク形成空間
８６…ビードＨ１、Ｈ２…高さ
Ｊ１〜Ｊ６…軸Ｎ…周期
Ｓ１〜Ｓ５…第１〜第５の制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６…制御信号
ｔ…時間 θ…角度

Claims

ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながらワーク表面でＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接装置において、
前記ワーク表面に沿って前記ＴＩＧトーチの倣い動作を行わせながら、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させる多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに保持され、且つ、前記フィラーワイヤガイドを、前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向に移動可能とするフィラーワイヤガイド移動手段とを有する
ことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
請求項１記載のＴＩＧ溶接装置において、
前記フィラーワイヤガイド移動手段は、回転直動機構を有している
ことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
請求項１又は２記載のＴＩＧ溶接装置において、
前記フィラーワイヤガイドの動作と、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作とは反対の動作であり、
前記ワーク表面に対する前記フィラーワイヤガイドの見掛け上の高さが一定である
ことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
多関節ロボットのアームに保持されたＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながらワーク上でＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接方法において、
前記ワーク表面に沿って前記ＴＩＧトーチの倣い動作を行わせながら、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させると共に、
前記フィラーワイヤガイドを、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作とは反対の方向に移動させる
ことを特徴とするＴＩＧ溶接方法。