JP4371741B2 - Welding head with multiple torches and welding method - Google Patents
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Description
この発明は、トーチ先端相互を近接させて複数の溶接トーチを並設した溶接ヘッド、及び溶接ロボットに当該溶接ヘッドを装着して行う溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a welding head in which a plurality of welding torches are arranged side by side with the torch tips close to each other, and a welding method performed by mounting the welding head on a welding robot.
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溶接を行う技術は公知である。 In order to improve the welding quality by controlling the voltage value and the wire feed speed given to multiple welding torches, the welding head mainly focuses on improving the productivity of welding work by increasing the moving speed of the welding head. A technique for carrying out welding by mounting a plurality of welding torches on the surface is known.
この種の従来技術においては、複数の溶接トーチの先端部に1プール(溶融溜)が形成されるようにトーチ先端相互を近接させ、その近接した位置関係を保持した状態で溶接ヘッドをワークの溶接線に沿って移動させて溶接を行っている。従って一般的には、複数の溶接トーチは、その相互の位置関係を固定して装着されているが、溶接トーチ相互の位置関係を変更できるようにしたものが、下記特許文献に開示されている。
溶接工場に設けられる汎用の自動溶接装置は、ワークを搭載して常に下向き溶接が行われるように、ワークの姿勢を変換するポジショナーと、NC装置の制御の下で予め登録された加工プログラムに従って溶接トーチの先端をワークの溶接線に沿って移動させる溶接ロボットとで構成されている。 General-purpose automatic welding equipment provided in a welding factory is equipped with a positioner that converts the posture of the workpiece so as to always carry out downward welding with the workpiece mounted, and welding according to a machining program registered in advance under the control of the NC device. It comprises a welding robot that moves the tip of the torch along the welding line of the workpiece.
このような汎用的な溶接装置では、母材の材質や板厚、開先形状などの異なる種々のワークに対応する必要があり、またその溶接部位も狭い入り組んだ部分であったり、長い直線部分であったりと様々である。そのような種々の態様での溶接を高品質にかつ高速で行うためには、1種類の溶接トーチのみで溶接を行うことは困難であり、必要に応じて溶接トーチを交換しながら溶接を行っている。 In such general-purpose welding equipment, it is necessary to handle various workpieces with different base materials, plate thicknesses, groove shapes, etc., and the welded part is also a narrow intricate part or a long straight part There are various kinds. In order to perform welding in such various modes with high quality and high speed, it is difficult to perform welding with only one type of welding torch, and welding is performed while replacing the welding torch as necessary. ing.
例えば、前述した複数の溶接トーチを備えたものは、直線部分を高速で溶接するのに適しているが、込み入った箇所の溶接は困難であり、また母材の種類や開先形状によっては、従来の複数トーチを用いた溶接方法では、溶接品質の低下が生ずるということも起こる。このような場合、従来は溶接トーチを交換したり、複数トーチの一本を退避させて1本トーチで溶接を行っているが、トーチ交換や溶接速度の低下によって生産性が低下するのは避けられなかった。 For example, the above-described one having a plurality of welding torches is suitable for welding a straight portion at a high speed, but it is difficult to weld a complicated portion, and depending on the type of the base material and the groove shape, In the conventional welding method using a plurality of torches, the welding quality may be deteriorated. In such a case, conventionally, the welding torch is replaced, or one torch is retracted and welding is performed with one torch. However, it is avoided to reduce productivity due to torch replacement or a decrease in welding speed. I couldn't.
そこでこの発明は、多様なワークの多様な溶接部位に対応して、トーチを交換することなく、高品質の溶接を能率よく行うことが可能な汎用的な溶接ヘッドを提供すること、及びそのような溶接ヘッドの複数本の溶接トーチで複数プールの溶接を高品質で行うことが可能な溶接方法を提供することを課題としている。 Therefore, the present invention provides a general-purpose welding head capable of efficiently performing high-quality welding without changing the torch corresponding to various welding sites of various workpieces, and so on. It is an object of the present invention to provide a welding method capable of high-quality welding of a plurality of pools with a plurality of welding torches of a simple welding head.
この発明では、ワークの溶接線に沿う方向の複数本の溶接トーチの間隔を変更可能にし、更に一方の溶接トーチを他方に対してトーチの軸方向、即ち溶接ギャップを広狭する方向に進退可能にすると共に、一方を他方に対してウィービング可能にした溶接ヘッドを提供することにより、上記課題を解決している。
すなわち、上記課題を解決した本願請求項1の発明に係る複合溶接ヘッドは、並設された複数の溶接トーチ1a、1bを備えた複合溶接ヘッドにおいて、当該複数の溶接トーチ相互の間隔を拡縮する拡縮装置8を備え、更に、前記複数の溶接トーチの一方を他方に対してトーチの軸方向に相対的に進退させる進退装置4と、前記拡縮する方向と直交するウィービング方向に往復動させる往復動装置9を介して装着された溶接トーチ1bとそのような往復動装置を介さないで装着された溶接トーチ1aとを備え、前記往復動装置が溶接ロボットを制御するNC装置で制御されることを特徴としている。
In this invention, the interval between a plurality of welding torches in the direction along the workpiece welding line can be changed, and further, one welding torch can advance and retreat in the axial direction of the torch, that is, in the direction of widening or narrowing the welding gap. In addition, the above-mentioned problems are solved by providing a welding head in which one of the other can be weaved.
That is, the composite welding head according to the first aspect of the present invention that solves the above-described problem is a composite welding head that includes a plurality of
本願請求項2の発明に係る複合溶接ヘッドは、上記手段を備えた複合溶接ヘッドにおいて、前記拡縮装置8が、前記複数の溶接トーチが1プールを形成する近接した間隔と、複数の溶接トーチがそれぞれ1プールを形成する広い間隔とに、トーチ間隔を変更可能であることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a composite welding head comprising the above means, wherein the expansion /
また上記課題を解決した本願請求項3の発明に係る溶接方法は、NC装置で制御される溶接ロボットに本願請求項1又は2記載の溶接ヘッドを装着し、その複数の溶接トーチが前後方向となる方向にして当該溶接ヘッドをワークの溶接線に沿って移動させる溶接方法であって、前記複数の溶接トーチの移動方向後側のものを前側のものに対してトーチ軸方向に所定距離退避させると共に、当該退避により生ずる前後の溶接トーチ先端部における開先幅の偏差δに対応する振幅で前記往復動装置9を介して装着した溶接トーチ1bをロボットのウイービング動作に同期させて当該往復動装置で往復動させることを特徴とする、複数トーチを用いる溶接方法である。
The welding method according to the invention of claim 3 in which the above-described problems, a welding head of the claims 1 or 2, wherein mounted on the welding robot which is controlled by the N C device, the plurality of welding torch front-rear direction A welding method in which the welding head is moved along the welding line of the workpiece in the direction of together is, before and after the welding torch
複数の溶接トーチの先端相互を近接させて1プールを形成しながら溶接を行う場合であっても、母材の種類や開先形状などによって最適な溶接品質を得るトーチ間隔が若干相違することが本願発明者らの試験によって見出された。この発明の溶接ヘッドによれば、このような場合に複数本の溶接トーチの溶接線に沿う方向の間隔を最適間隔に設定して、より高品質の溶接を行うことが可能になる。 Even in the case where welding is performed while forming one pool by bringing the ends of a plurality of welding torches close to each other, the torch interval for obtaining the optimum welding quality may be slightly different depending on the type of the base material and the groove shape. It was found by the test of the present inventors. According to the welding head of the present invention, in such a case, it is possible to perform the welding with higher quality by setting the interval in the direction along the welding line of the plurality of welding torches to the optimum interval.
更にこの発明の溶接ヘッドでは、複数本の溶接トーチ相互の間隔をそれぞれの溶接トーチが1プールずつ、即ち複数プールを形成する程度にまで間隔を広げ、溶接ヘッドの1回の移動で複数の溶接肉盛が行われるような溶接動作を行うこともできる。即ち、従来方法では、1本の溶接トーチの複数パス(溶接ヘッドの移動)で溶接を行わなければならなかった箇所が1パスで複数層を溶接できるので、溶接速度の向上を図ることができる。 Further, according to the welding head of the present invention, the interval between the plurality of welding torches is increased so that each welding torch forms one pool, that is, a plurality of pools, and a plurality of welding torches are moved by one movement of the welding head. It is also possible to perform a welding operation in which overlaying is performed. That is, according to the conventional method, since a plurality of layers can be welded in one pass at a place where welding has to be performed in a plurality of passes (movement of the welding head) of one welding torch, the welding speed can be improved. .
そして、このような溶接を行う場合に、溶接ヘッドの進行方向後側の溶接トーチを前側の溶接トーチによる肉盛分だけトーチ軸方向に退避させると共に、その退避に伴う溶接先端部の開先幅の増大に対応して、後側の溶接トーチのウィービングの振幅が前側の溶接トーチのウィービングの振幅より広くなるように、前又は後の溶接トーチにロボットのウィービング動作の振幅を減少又は増大ないし変位させる方向の付加的なウィービング動作を行わせることによって、離隔させた複数トーチのいずれのトーチにおいても最適な溶接動作を行わせることが可能になる。 When such welding is performed, the welding torch on the rear side in the traveling direction of the welding head is retracted in the torch axial direction by the amount of the build-up by the front welding torch, and the groove width of the welding front end accompanying the retraction in response to the increase, such that the amplitude of the weaving of the welding torch of the rear is wider than the amplitude of weaving of the front of the welding torch, reducing the amplitude of the weaving operation of the robot to the welding torch before or after or increased to displacement By performing the additional weaving operation in the direction to be performed, it is possible to perform the optimum welding operation in any of the plurality of torches separated from each other.
そして、一方の溶接トーチをトーチ軸方向に退避させた1本トーチのみによる溶接、複数本の溶接トーチ先端を近接させた複数トーチ1プールの溶接、及び複数の溶接トーチ先端を離隔させて複数プールを形成する溶接を、NC装置の制御によってワーク溶接中に適宜変換しながら連続的に行うことができるので、多種多様なワークに対する高品質の溶接を高速で行うことが可能になるという効果がある。 Then, welding with only one torch with one welding torch retracted in the axial direction of the torch, welding with a plurality of pools with a plurality of welding torch tips close to each other, and a plurality of pools with a plurality of welding torch tips spaced apart Can be continuously performed while being appropriately converted during workpiece welding by the control of the NC device, so that it is possible to perform high-quality welding on a wide variety of workpieces at high speed. .
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ないし図3は、この発明の実施例を示した図で、図1は側面図、図2は正面図(溶接トーチ側から見た図)、図3は平面図である。図において1a、1bは溶接トーチ、2は溶接ロボットのアーム先端の手首フランジ(溶接ヘッドを取り付ける取付部)である。2本の溶接トーチ1a、1bは、図2に示すように、その先端3a、3b相互を近接させて、平行に2本並べて装着されている。溶接ロボットによる溶接トーチ1a、1bの移動方向は、図2の左右方向である。溶接トーチ1a、1bは、それぞれの背後に平行に設けた伸縮シリンダ4a、4bのロッド先端に装着したトーチクランパ5で首部を挟持して装着されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 are views showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a front view (viewed from the welding torch side), and FIG. 3 is a plan view. In the figure, 1a and 1b are welding torches, and 2 is a wrist flange (attachment portion to which the welding head is attached) at the arm tip of the welding robot. As shown in FIG. 2, the two
2本の伸縮シリンダ4の内の一方4aは、手首フランジ2にショックセンサ6を介して装着された第1ブラケット7に固定されている。他方の伸縮シリンダ4bは、拡縮シリンダ8及び往復動シリンダ9を介して第1ブラケット7に装着されている。伸縮シリンダ4a、4b、拡縮シリンダ8及び往復動シリンダ9は、図3に明示されているように、それぞれが他の2つに対して直交する方向に配置されており、伸縮シリンダ4a、4bのロッドの伸縮方向は、溶接トーチ1a、1bの軸方向(図1、2の上下方向)、拡縮シリンダ8のロッドの伸縮方向は、溶接トーチの移動方向(図2の左右方向)、往復動シリンダ9のロッドの伸縮方向は、トーチの移動方向と直行する方向(図1の左右方向)である。
One of the two
図面を参照して2本の溶接トーチ1a、1bの装着構造をより詳しく説明する。手首フランジ2にショックセンサ6を介して固定されている第1ブラケット7は、拡縮シリンダ8を囲むように屈曲した板金製のブラケットで、その手前側(トーチ側)の屈曲端に伸縮シリンダ4aの胴部が固定され、当該シリンダのロッド先端に固定したトーチクランパ5により、溶接トーチ1aの首部が固定されている。拡縮シリンダ8は、そのロッド側フランジ部分で第1ブラケット7に固定され、そのロッド先端に第2ブラケット10が固定されている。往復動シリンダ9はロッドレスシリンダで、その固定の胴部分が第2ブラケット10に固定され、その往復動ピース9aに伸縮シリンダ4bの胴部が固定されている。溶接トーチ1bは、伸縮シリンダ4bのロッド先端に固定したトーチクランパ5に挟持されて固定されている。
The mounting structure of the two
なお、伸縮シリンダ4a、4b、拡縮シリンダ8及び往復動シリンダ9は、いずれも溶接ロボットを制御しているNC装置で制御されるサーボシリンダである。ショックセンサ6は、溶接トーチ1a、1bに例えばワークとの衝突などによる衝撃が作用したときに、当該衝撃を吸収すると共に、当該衝撃を検出して、ロボットを停止させるためのものである。
The
上記装着構造から理解されるように、溶接トーチ1aは、伸縮シリンダ4aの伸縮によって、軸方向に進退自在である。また、溶接トーチ1bは、伸縮シリンダ4bの伸縮により、進退自在であり、拡縮シリンダ8の伸縮により、他方の溶接トーチ1aとの間隔を変更可能であり、かつ往復動シリンダ9の伸縮により、溶接時のトーチ移動方向と直交する方向に往復動自在である。
As understood from the mounting structure, the
上記構造の溶接ヘッドにおいては、溶接トーチ1a、1bのいずれかを退避させた状態で1本トーチによる溶接が可能である。また、両者を共に伸長又は縮退させた状態で、かつ拡縮シリンダ8を縮退させ、往復動シリンダ9を停止した状態でトーチ2本で1プールを形成する溶接が可能であり、このとき必要に応じて伸縮シリンダ4a、4b及び拡縮シリンダ8の微小動作によって、トーチ先端の出入り及び間隔を必要に応じて調整できる。
In the welding head having the above structure, welding with a single torch is possible in a state in which any of the
2本のトーチ1a、1bがそれぞれ1プールを形成する2プール溶接を行うときは、拡縮シリンダ8を伸長して、トーチ先端3a、3bを離隔させ、かつ図4に示すように、トーチの移動方向後側となる溶接トーチ1r(1a又は1b)を前側となる溶接トーチ1fの肉盛厚さに対応する高さだけ縮退させる。
When performing two pool welding in which two
大きな開先を設けた溶接線に沿って溶接を行うときは、溶接ロボットは溶接ヘッドをトーチの進行方向と直交する方向に往復動(ウイービング)させて、トーチ先端をジグザグに移動させてゆく。このような溶接を行うとき、進行方向後側のトーチ1r(図4参照)を退避させると、図5に示すように、退避させた側のトーチ先端部の開先幅Wrが前側のトーチ先端の開先幅Wfよりδだけ大きくなる。そこでトーチ1aを前側にして溶接を行うときは、図6に示すように、前側トーチに必要なウィービング幅Wfに対応する往復動をロボット側で与え(図6(a))、これと同期する同方向の振幅δの往復動を往復動シリンダ9で発生させて、後側の溶接トーチ1bを振幅Wr=Wf+δでウィービングさせ(図6(b))、前後の溶接トーチが共に最適な幅Wf及びWrでウィービングされるようにする。一方、溶接トーチ1bを前側にして溶接を行うときは、図7に示すように、後側の溶接トーチ1aのウィービング幅Wrに対応する往復動をロボット側で与えて(図7(a))、往復動シリンダ9によりロボットのウィービングと同期する振幅δの逆方向の往復動を与えて、前側トーチ1bのウィービング幅Wf=Wr−δが狭くなるように制御して(図7(b))、前後のトーチが共にそれぞれのトーチ先端部の開先幅に対応する適正な幅でウィービングさせるようにして溶接を行う。
When welding along a welding line provided with a large groove, the welding robot reciprocates (weaves) the welding head in a direction perpendicular to the traveling direction of the torch, and moves the tip of the torch in a zigzag manner. When performing such welding, if the
以上の説明から理解されるように、この実施例の溶接ヘッドによれば、トーチの一方を退避させて溶接を行う1本溶接、2本のトーチ先端を近接させて1プールを形成する2本溶接、及びトーチ先端を離隔させて2つのプールを形成して2層の溶接を行う2本溶接を自由に切り替えて行うことができると共に、2本溶接の際に2本のトーチ先端の間隔や出入りを微細に調整することが可能であり、かつ2本のトーチを離隔させて行う2プール溶接において、前後のトーチのウィービング幅の最適化を行うことも可能である。 As can be understood from the above description, according to the welding head of this embodiment , one welding for retracting one of the torches for welding, and two for forming one pool by bringing two torch tips close to each other. It is possible to switch between welding and two welding where two pools are formed by separating two torch tips by separating the torch tips, and at the time of two weldings, It is possible to finely adjust the entry / exit, and it is also possible to optimize the weaving width of the front and rear torches in the two-pool welding performed by separating the two torches.
図8ないし図10に示すように、2つの溶接トーチ1a、1bを共に拡縮シリンダ8a、8bを介して装着することもできる。図8は側面図、図9は正面図、図10は平面図である。この例のものは、2つの溶接トーチ1a、1bが共に伸縮シリンダ4a、4b及び拡縮シリンダ8a、8bを介して装着されているが、往復動シリンダは設けられていない。
As shown in FIGS. 8 to 10 , the two
2個の拡縮シリンダ8a、8bは、ロッドの方向を互いに逆方向にしてショックセンサ6に固定した第1ブラケット7にシリンダ部を固定されている。2個の拡縮シリンダ8a、8bのロッドには、それぞれL形の第2ブラケット11a、11bが固定され、この第2ブラケット11a、11bのトーチ側を向く面に伸縮シリンダ4a、4bがそれぞれ固定されている。伸縮シリンダ4a、4bへの溶接トーチ1a、1bの固定構造は、第1実施例のものと同様である。
The cylinder parts of the two expansion /
上記の構造では、拡縮シリンダ8を2個設けて、互いに相手側から離隔する方向の動きが可能であるため、2つの溶接ヘッドをより広く離隔することができるという特徴がある。
In the above structure SL, the
1a,1b 溶接トーチ
4a,4b 伸縮シリンダ
8 拡縮シリンダ
9 往復動シリンダ
δ 開先幅の偏差
1a, 1b welding torch
4a,
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