JP4331011B2 - 溶接方法及び溶接トーチの装着構造 - Google Patents

Description

この発明は、同時動作する複数本の溶接トーチを用いる溶接方法及び溶接ロボットへの当該複数本の溶接トーチの装着構造に関するものである。

溶接ヘッドの移動速度を高速化できることによる溶接作業の生産性向上を主眼とし、加えて複数の溶接トーチに与える電圧値やワイヤ送り速度を制御することで溶接品質の向上を図るために、溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを搭載して、その先端相互の位置関係を一定に保持した状態で同期移動させて溶接を行う技術は公知である。

溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを装着すると、その先端相互の間には絶縁やアークの分離のためのある程度の距離を必要とするため、溶接ヘッドの先端相互間にトーチ移動方向の間隔を持たせる必要がある。そのため、例えば溶接開始位置や終了位置にトーチと干渉する壁や段差があったり、溶接途中に細かい溶接部分や狭隘部があると、溶接開始位置や終了位置、あるいは細かい部分や狭隘部への溶接ヘッドの接近性が低下し、これらの部位に不良溶接箇所が生ずる。

この問題を避けるため、本願出願人は、２本の溶接トーチを装着した溶接ヘッドにトーチを個別に後退させる進退装置を設け、接近性が問題となる箇所では、１本の溶接トーチを残して他を後退させ、残った１本のトーチで溶接を行う方法を提案している。

すなわち図９に示すように、溶接開始位置（ａ）や終了位置（ｆ）に溶接トーチと干渉する壁や段差Ｈ、狭隘部Ｋがあるとき、溶接開始位置（ａ）においては、図に矢印で示すトーチ移動方向に対して前側となる先行トーチ２ａを後退させ、後側となる後行トーチ２ｂの先端をワーク９の段差部９ａに接近させるようにフレームを傾斜させた状態で溶接を開始する。そして、先行トーチ２ａとワークとの干渉がなくなる距離までトーチが移動したら（（ｂ）の位置）、先行トーチ２ａを進出させ、トーチのフレーム１の傾斜を戻し、２本のトーチ２ａ、２ｂで広い区間Ｌ（（ｃ）〜（ｄ））の溶接を高速で行う。また、溶接トーチが狭隘部Ｋに近づいたら（位置（ｅ））、後行トーチ２ｂを後退させ、トーチ先端を狭隘部Ｋに近づけるように傾斜させて、１本トーチで溶接を行うのである。

溶接ロボットでワークの溶接を行う際には、溶接線に添うトーチ先端の移動軌跡をティーチングないし溶接プログラムによりロボットに指示しなければならない。ロボットは、記憶した移動軌跡に添ってトーチ先端を移動させるが、複数トーチを装着したときは、複数のトーチ先端の中心が溶接線に沿って移動することとなる。この状態で１本のトーチを残して他のトーチを後退させてシングル溶接状態にすると、溶接を行うトーチの先端が溶接線からずれてしまう。

このずれを修正する手段として、ロボットに複数トーチのときと１本トーチのときのツールデータを登録して、１本トーチにしたときにツールデータを変更することにより、残った１本トーチの先端を所定の溶接線上に持ってくることは可能である。しかし、トーチ先端の間隔が３〜５ｃｍあり、ロボットの制御できない方向にトーチ先端が曲がっていることもあり、更に溶接ロボットはシングルトーチを基本としているため、制御するための自由度がない。そのため、ツールデータを変更すると、ロボットの動作範囲外への移動指令やワークとの干渉、溶け込み不良などの問題が発生し、従来のプログラムが使用できなくなり、ティーチングや溶接プログラムの作成をやり直さなければならないことも往々にして生ずるという問題がある。

この発明は、先端を溶接箇所に向けて近接配置した同時移動する複数本の溶接トーチを当該近接しているトーチ先端の中心位置を所定の溶接線に沿って移動させる溶接方法において、トーチとワークないし固定具その他の部材との干渉により複数トーチで溶接できない溶接箇所を、一方のトーチを退避させて１本トーチで溶接を行い、かつ当該溶接を行う１本のトーチの先端が前記中心位置に来るように当該１本トーチを傾動ないし平行移動させ、ツールデータを複数トーチのときと同一にして１本トーチによる溶接を行うという溶接方法を提供することにより、上記課題を解決している。

また、上記方法を実施するためのこの発明の溶接ロボットへの複数トーチの装着構造は、先端を近接させて装着した２本の溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒと、その一方を他方に対して相対的に後退させる進退装置２２と、前記後退時に残った１本のトーチの先端を非後退時、すなわち２本のトーチで溶接を行うときの当該２本のトーチ先端の中心位置に移動させるシフト装置２６とを備えているというものである。

この発明によれば、１本トーチにしたときも複数トーチを同時使用するときも、トーチ中心の移動軌跡が変化しない。そのため、複数トーチを１本トーチに変更してもツールデータや溶接プログラムの変更が不要で、従来必要としたティーチングの修正も生じない。

すなわち、複数トーチで溶接ができない部位について１本トーチに変更して溶接を行っても、過去の溶接プログラムがそのまま使用でき、再度のティーチングやプログラム変更の時間が不要となり、それらに要した時間を大幅に短縮することができる。また溶接の仕上がり状態を見て一部の溶接箇所を部分的に複数トーチから１本トーチに変更しても、ロボットの動作を変更する必要がなく、溶接品質を上げるための作業変更が容易にできる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１において、１１は溶接ロボットのアーム先端、１２は当該アーム先端に図１の紙面直角方向の軸回りに揺動自在に取り付けられたチルト部、１３はこのチルト部の先端にその中心軸１４回りに回動可能に装着された手首フランジであり、この手首フランジまでが溶接ロボット側の部材である。

１５は手首フランジ１３にボルト１６で固定された取付板、１７はこの取付板の先端にボディ側を固定して装着されたショックセンサ、１８はこのショックセンサのロッド１７ａに固定された固定ブラケット、１９はこの固定ブラケットのトーチ側を向く面に形成されたガイド溝、２０はこのガイド溝で図１の紙面直角方向に案内されるレール２１を備えたシフトブラケット、２２Ｌ及び２２Ｒはこのシフトブラケットにボディを固定された正面（図１の左側）から見て左右の進退シリンダ、２３Ｌ及び２３Ｒは進退シリンダ２２Ｌ及び２２Ｒのロッドにそれぞれ連結され、かつ進退シリンダ２２Ｌ、２２Ｒに個別にガイドされている進退ブラケット、２４Ｌ及び２４Ｒは進退ブラケット２３Ｌ及び２３Ｒにそれぞれ固定された左右のホルダ、２５Ｌ及び２５Ｒは、左右のホルダ２４Ｌ、２４Ｒにそれぞれ装着された溶接トーチ、２６は固定ブラケット１８とシフトブラケット２０とを図１の紙面直角方向の両側のロッド２７Ｌ、２７Ｒで連結している２連構造のシフトシリンダである。

シフトシリンダ２６は、ロッド２７Ｌ、２７Ｒを平行にし、かつ互いに反対向きにして並べた状態でボディ相互を一体化した構造をしており、図１で上方の第１シリンダ２６ａのロッド２７Ｒが固定ブラケット１８と一体の固定受板２８に固定され、図１で下方の位置にある第２シリンダ２６ｂのロッド２７Ｌがシフトブラケット２０に固定されたシフト側受板２９に固定されている。すなわち、ボディ相互を一体化した第１シリンダ２６ａと第２シリンダ２６ｂからなるシフトシリンダ２６は、全体として両側にロッドを有する３ポジションシリンダとなっており、いずれか一方のロッド２７Ｌ又は２７Ｒを伸長させたときに中立位置となる。

ショックセンサ１７は、溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒやシフトブラケット２０がワークやその固定具などの部材に衝突したときに、その衝撃を検出して溶接ロボットを緊急停止するために設けられているものであり、図１にはその信号検出用のケーブル３０の一部が示されている。固定ブラケット１８は、ボルト３１でショックセンサのロッド１７ａに締着して固定されており、この固定ブラケット１８及びこれに装着されているシフトブラケット２０や溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒは、ショックセンサのロッド１７ａで支持されている。

固定ブラケット１８は、ガイド溝１９とレール２１との摺動案内構造により、シフトブラケット２０を図１の紙面直角方向（図２ないし４の左右方向）に移動自在に支持している。溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒを平行に装着する構造では、ガイド溝１９とレール２１との案内構造は、図１の紙面直角方向の直線案内構造となるが、図示実施例のように、トーチ先端を近付ける方向に溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒを正面視で傾斜させて装着した構造では、図３に示すトーチの中心軸３２Ｌ、３２Ｒと正面から見たときの両トーチの中心線３３との交点を中心とする円弧案内構造となる（図２参照）。

２本の溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒは、シフトブラケット２０に個別動作可能に設けた進退シリンダ２２Ｌ、２２Ｒを介して装着されており、両進退シリンダ２２Ｌ、２２Ｒを縮退させた状態では、図３に示すように、２本の溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒの先端が溶接位置Ｐに向けて進出した状態となっており、その先端相互の間には、溶接位置Ｐを中心とするトーチ先端間隔Ｗが存在している。進退シリンダ２２Ｌ、２２Ｒのいずれかを伸長すると、その側の溶接トーチが上動して溶接位置Ｐから退避することになる。

溶接トーチ２５Ｌ、２５Ｒの先端が溶接位置Ｐに向けて進出している図３の複数トーチ溶接の状態では、シフトシリンダ２６の第１シリンダ２６ａ又は第２シリンダ２６ｂのいずれかが伸長して、シフトブラケットは、図４に示す中立位置となり、この状態で図３の複数トーチによる溶接が行われる。一方、図５、６に示すように、溶接トーチの一方２５Ｌを後退させたときには、シフトシリンダの第１及び第２シリンダ２６ａ、２６ｂを共に伸長させて、残った溶接トーチ２５Ｒを中心線３３上へと移動させる。また、図７及び８に示すように、トーチ２５Ｒを後退させたときは、シフトシリンダの第１及び第２シリンダ２６ａ、２６ｂを共に縮退させて、残った溶接トーチ２５Ｌを中心線３３上に移動させる。従って、いずれの側のトーチを後退させたときも、残った溶接トーチの先端は、溶接位置Ｐに向けられる。

なお、溶接位置Ｐは、図１に示すように、溶接ロボットの手首フランジ１３の回転中心軸１４の延長上に位置している。

以上のように、図１ないし８に示した２本トーチの装着構造では、進退シリンダ２２Ｌ、２２Ｒを共に縮退させ、かつシフトシリンダ２６を中立位置にすることで、溶接位置Ｐを中心としてトーチ先端に所定間隔Ｗを持たせた２本トーチ溶接状態を実現でき、またいずれかの進退シリンダ２２Ｌ又は２２Ｒを伸長させ、シフトシリンダの第１シリンダ２６ａと第２シリンダ２６ｂとを共に伸長させるか又は縮退させることにより、残った１本のトーチ先端を溶接位置Ｐに向けた１本トーチによる溶接状態が実現される。

従って、図９に示したような１本トーチと２本トーチとを切換えて溶接を行うとき、トーチの１本を後退させたときにシフトシリンダ２６を動作させて残った１本のトーチの先端を溶接位置に向け、また両方のトーチを進出状態にして溶接を行うときは、進出した２本のトーチ先端の中心に溶接位置が来ることとなるので、１本トーチのときも２本トーチのときもロボットの手首フランジ１３の位置を変更することなく、溶接トーチ先端を正確に溶接位置に向けることができる。

この発明の溶接トーチの装着構造の一実施形態を示す側面図 図１の構造におけるシフトブラケットの円弧案内構造を示す模式的な部分正面図 ２本トーチによる溶接状態を示す２本のトーチの正面図 図３の状態におけるシフトシリンダの動作を示す要部の平面図 右側トーチで１本トーチ溶接を行うときの溶接トーチの正面図 図５の状態におけるシフトシリンダの動作を示す要部の平面図 左側トーチで１本トーチ溶接を行うときの溶接トーチの正面図 図７の状態におけるシフトシリンダの動作を示す要部の平面図 １本トーチと２本トーチを切換えて溶接を行う方法を示す模式図

符号の説明

22 進退シリンダ
25L,R 溶接トーチ
26 シフトシリンダ

Claims (2)

1. 同時移動する複数本の溶接トーチを用いる溶接方法において、トーチとワークないし固定具その他の部材との干渉により複数トーチで溶接できない溶接箇所を、一方のトーチを退避させて１本トーチで溶接を行い、かつ当該溶接を行う１本のトーチの先端が複数トーチ溶接時のトーチ先端の中心に来るように当該１本トーチを傾動ないし平行移動させ、ツールデータを複数トーチのときと同一にして１本トーチによる溶接を行う、溶接方法。
2. 先端を近接させて装着した２本の溶接トーチ(25L,25R)と、その一方を他方に対して相対的に後退させる進退装置(22)と、前記後退時に残った１本のトーチの先端を非後退時の２本のトーチ先端の中心位置に移動させるシフト装置(26)とを備えている、溶接ロボットへの複数トーチの装着構造。

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