JP4576134B2

JP4576134B2 - 溶接装置

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Publication number: JP4576134B2
Application number: JP2004052288A
Authority: JP
Inventors: 児玉　　克; 正数松井; 穂積郷田; 浩史藤村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: KR20060034234A; JP2005238294A; WO2005082566A1; KR100736236B1

Description

本発明は、２つの板材が交差するように組み合わされたその隅部に沿って隅肉溶接を行う溶接装置に関するものである。

図１４は、従来のアーク溶接装置の概略図である。

従来のアーク溶接装置において、図１４に示すように、走行台車００１は、複数の走行車輪００２を有して自走可能であり、走行方向に交差する前後移動台００３及び上下昇降台００４を有しており、それぞれ駆動モータ００５，００６により移動調整可能となっている。そして、上下昇降台００４には溶接トーチ００７が傾斜した状態で装着されており、オシレータ００８によりオシレート可能となっている。

走行台車００１の近傍には、ワイヤ供給装置００９が設置されており、溶接ワイヤやシールドガスを供給するコンジットケーブル０１０を介して溶接トーチ００７の基端部に連結されている。また、ワイヤ供給装置００９に隣接して溶接電源０１１、アークセンサ制御装置０１２、駆動モータドライバ０１３、オシレータドライバ０１４、シールドガスボンベ０１５が設置されており、それぞれワイヤ供給装置００９、駆動モータ００５，００６、溶接トーチ００７に連結されている。なお、０１６は電流センサであり、０１７はアース線、０１８は遮光ボックスである。

従って、走行台車００１を走行した状態で、溶接トーチ００７の先端部からワイヤを送り出し、シールドガスを供給すると共に電圧を付加すると、ワイヤ先端と隅部との間でアークが発生し、被溶接物Ａ，Ｂの隅部に対して溶接を行うことができる。

なお、このようなアーク溶接装置として下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平０６−０１５４４９号公報

ところで、底板に対して立板を直交するように組み合わせると共に、横板を直交するように組み合わせて升状とし、その隅部を溶接する場合がある。しかし、上述した従来の溶接装置にあっては、溶接トーチ００７が走行台車００１の走行方向におけるほぼ中間部に搭載され、溶接方向にほぼ直行する方向を向いている。そのため、３つの板が交差する隅部まで溶接トーチ００７の先端部を移動することができず、自動による隅部の溶接を途中でやめ、その後、発生した溶接残し部を手動により溶接しなければならず、溶接作業が面倒なものになると共に、作業に長時間を要してしまい、作業効率が低下してしまうという問題がある。

また、前述した溶接作業では、アークが発生して溶接が可能となるものであるが、このアークからは作業者が直視不可能な強烈な光を発生すると共に、溶融金属の火粉や蒸発金属及びその酸化物が飛散して作業環境を悪化させてしまう。そのため、溶接トーチ００７に遮光ボックス０１８を装着して溶接作業を行っている。ところが、溶接トーチ００７は溶接精度を高めるためにオシレートしながら移動するため、溶接トーチ００７のオシレート動作に遮光ボックス０１８を追従させることが困難となってしまう。

本発明はこのような問題を解決するものであって、隅部の溶接可能範囲を拡大して作業効率の向上を図った溶接装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための請求項１の発明の溶接装置は、複数の板材が交差するように組み合わされたその隅部に沿って溶接を行う溶接装置において、溶接方向に沿って走行可能な走行台車と、該走行台車を走行させる台車走行手段と、前記走行台車に所定角度傾斜した状態で搭載され、前記走行台車の走行方向に直交する水平方向に沿った揺動軸により揺動自在に支持されると共に前記走行台車の走行方向に沿った連結軸により回動アームを介して上下に回動自在に支持された溶接トーチと、該溶接トーチを前記揺動軸を回動することで揺動可能なトーチ揺動手段と、前記溶接トーチを前記揺動軸と同心上の回動駆動軸により前記回動アームを回動することで回動可能なトーチ移動手段と、前記溶接トーチの先端部に装着されたアーク遮蔽フードと、前記走行台車の移動位置に応じて前記トーチ揺動手段及び前記トーチ移動手段を駆動して前記溶接トーチの先端部の位置を所定位置に制御する溶接制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の溶接装置では、前記溶接トーチは、筒形状をなすトーチ本体と、該トーチ本体の内部に中間部を支点として揺動自在に支持されて内部に溶接ワイヤが挿通される振動子と、該振動子の基端部に設けられた一対の磁性金属と、該一対の磁性金属の外側に対向して設けられた一対の電磁コイルとを有し、該電磁コイルに交互に電圧を印加することで前記一対の磁性金属を介して前記振動子を揺動可能であり、前記アーク遮蔽フードは、前記トーチ本体の先端部に設けられたことを特徴としている。

請求項３の発明の溶接装置では、前記台車走行手段及び前記トーチ揺動手段は共通の駆動モータを有し、該駆動モータの駆動力を前記揺動軸または前記走行台車の走行車輪に伝達する駆動力伝達手段と、前記走行台車の走行状態に基づいて前記駆動力伝達手段による駆動力の伝達先を前記揺動軸または前記走行車輪に切り換える駆動力切換手段を設けたことを特徴としている。

請求項４の発明の溶接装置では、前記駆動力切換手段により選択されていない前記揺動軸または前記走行車輪のいずれか一方の駆動系を停止するストッパ手段が設けられたことを特徴としている。

請求項１の発明の溶接装置によれば、走行台車を台車走行手段により溶接方向に沿って走行可能とし、この走行台車に溶接トーチを所定角度傾斜した状態で、走行台車の走行方向に直交する水平方向に沿った揺動軸により揺動自在に支持すると共に走行台車の走行方向に沿った連結軸により回動アームを介して上下に回動自在に支持し、この溶接トーチを揺動軸を回動することで揺動可能なトーチ揺動手段と、溶接トーチを揺動軸と同心上の回動駆動軸により回動アームを回動することで回動可能なトーチ移動手段と、溶接トーチの先端部に装着されたアーク遮蔽フードとを設け、溶接制御手段により走行台車の移動位置に応じてトーチ揺動手段及びトーチ移動手段を駆動して溶接トーチの先端部の位置を所定位置に制御するようにしたので、障害物により走行台車が走行できない部位に対して、溶接トーチの揺動動作及び移動動作により溶接トーチの先端部を移動させて隅肉溶接を行うことができ、隅部の溶接可能範囲を拡大することで、溶接作業の作業効率を向上することができる。

請求項２の発明の溶接装置によれば、溶接トーチを、筒形状をなすトーチ本体と、トーチ本体の内部に中間部を支点として揺動自在に支持されて内部に溶接ワイヤが挿通される振動子と、振動子の基端部に設けられた一対の磁性金属と、一対の磁性金属の外側に対向して設けられた一対の電磁コイルとから構成し、アーク遮蔽フードをトーチ本体の先端部に設け、電磁コイルに交互に電圧を印加することで一対の磁性金属を介して振動子を揺動可能としたので、アークを高速で揺動することで溶接作業の高効率化を達成することができ、また、揺動機構を簡素化することができると共に、磁性金属と及び電磁コイルを振動子の基端部側に配設したことで、加熱を防止し、且つ、振幅幅の寸法精度を向上することができる。

請求項３の発明の溶接装置によれば、台車走行手段及びトーチ揺動手段を共通の駆動モータとし、駆動モータの駆動力を揺動軸または走行台車の走行車輪に伝達する駆動力伝達手段と、走行台車の走行状態に基づいて駆動力伝達手段による駆動力の伝達先を揺動軸または走行車輪に切り換える駆動力切換手段を設けたので、台車走行手段及びトーチ揺動手段の駆動減を共通化することで、装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。

請求項４の発明の溶接装置によれば、駆動力切換手段により選択されていない揺動軸または走行車輪のいずれか一方の駆動系を停止するストッパ手段を設けたので、揺動軸または走行車輪の停止状態を確実に維持することができ、安定した溶接作業を行うことができる。

以下に、本発明に係る溶接装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る溶接装置の全体構成を表す概略図、図２は、実施例１の溶接装置における溶接トーチの断面図、図３は、実施例１の溶接装置の一部切欠側面図、図４は、実施例１の溶接装置の平面図、図５は、実施例１の溶接装置の正面図、図６は、実施例１の溶接装置の内部構造を表す正面図、図７は、実施例１の溶接装置における走行台車の内部構造を表す断面図、図８は、実施例１の溶接装置の作用を表す正面図、図９は、実施例１の溶接装置における溶接トーチの揺動回動動作の説明図、図１０は、図９におけるＤ'面を表す概略図である。

実施例１の溶接装置は、図１に示すように、立板Ａ、底板Ｂの２つの板材がほぼ直交するように組み合わされた被溶接物の隅部に沿って溶接を行うものであり、特に、立板Ａと底板Ｂが直交をなして組み合わされた隅部から、立板Ａと底板Ｂと横板Ｃとが直交をなして組み合わされた角部まで連続して溶接を行うことが可能となっている。

そして、本実施例の溶接装置は、溶接方向に沿って走行可能な走行台車１１と、この走行台車１１に所定角度傾斜した状態で搭載された溶接トーチ１２と、この走行台車１１を走行させる台車走行手段及び溶接トーチ１２を溶接方向に沿って揺動可能なトーチ揺動手段としての走行揺動用駆動モータ１３と、溶接トーチ１２を溶接方向に交差する方向に移動可能なトーチ移動手段としての回動用駆動モータ１４と、走行台車１１の移動位置に応じて各駆動モータ１３，１４を駆動して溶接トーチ１２の先端部の位置を所定位置に制御する溶接制御手段としてのアークセンサ制御装置１５とから構成されている。

即ち、図１に示すように、走行台車１１は箱型形状をなし、内部に前述した各駆動モータ１３，１４を搭載しており、４つの駆動輪２１により底板Ｂ上を走行可能となっている。この走行台車１１の一方の側部には前後一対の保持アーム２２を介してアーク遮光フード２３が固定されており、このアーク遮光フード２３に溶接トーチ１２が所定角度で傾斜した状態で固定されている。このアーク遮光フード２３は、図３乃至図５に詳細に示すように、箱型をなして傾斜面に矩形状の開口部２４が形成され、溶接トーチ１２の先端部が上方からこの開口部２４を介してアーク遮光フード２３の内部に挿入されており、溶接トーチ１２とアーク遮光フード２３との間には蛇腹状のカバー２５が取付けられている。

また、アーク遮光フード２３の上部には、前後一対の倣いローラ２６が回転自在に支持され、立板Ｂの平面部上を転動可能となっている。そして、アーク遮光フード２３の上部には、各倣いローラ２６の間に位置して倣い磁石２７が固定されており、立板Ｂに吸着可能となっている。本実施例では、倣いローラ２６及び倣い磁石２７により倣い手段が構成されており、立板Ｂに対する倣い磁石２７の吸着力により、倣いローラ２６が立板Ｂの平面部上を転動することで、走行台車１１を溶接方向に沿って倣い走行させることができる。

図１に示すように、２８はオシレートドライバであり、ケーブル２９を介して溶接トーチ１２に接続されている。３０はモータドライバであり、ケーブル３１を介して走行台車１１内の各駆動モータ１３，１４に接続されている。３２は溶接電源であり、キャブタイヤ３３を介してワイヤ供給装置３４に接続されると共に、アース線３５を介して底板Ａに接続されており、キャブタイヤ３３には電流検出センサ３６が装着されている。３７はシールドガスを貯蔵するガスボンベであり、ガス管３８を介してワイヤ供給装置３４に連結されており、溶接ワイヤ及びシールドガスは、コンジットケーブル３９内を通って溶接トーチ１２に供給可能となっている。

ここで、溶接トーチ１２の詳細について説明する。図２に示すように、トーチ本体４１は円筒形状をなし、前述したように、外周部にアーク遮蔽フード２３が取付けられる一方、内部に所定隙間を空けて振動子４２が配設され、長手方向の中間部が支持軸４３により揺動自在に支持されている。この振動子４２は、内部に溶接ワイヤＷの挿通孔４４が形成され、下端部（先端部）に給電チップ４５が取付けられており、この給電チップ４５から溶接ワイヤＷを突出可能となっている。トーチ本体４１の上端部には導電筒４６が形成され、スプリングライナ４７を介して溶接ワイヤＷを保持可能となっている。この導電筒４６は下端部が振動子４２内に侵入し、編銅線からなる可撓性導電体４８を介して振動子４２に連結されている。また、振動子４２の基端部外周には一対の磁性金属４９が固定される一方、トーチ本体４１の基端部内周には、一対の磁性金属４９に対向して一対の電磁コイル５０が固定されており、この電磁コイル５０に前述したケーブル２９が接続されている。

従って、コンジットケーブル３９を通して溶接ワイヤＷ及びシールドガスＧが溶接トーチ１２に供給すると、溶接ワイヤＷは導電筒４６から振動子４２の挿通孔４４を通して給電チップ４５の先端部から送出し、シールドガスＧは導電筒４６から可とう性導電体４８の網目を抜けて振動子４２の外側に挿通し、給電チップ４５の外側を通して供給することができる。そして、電力をコンジットケーブル３９から溶接トーチ１２に供給すると、導電筒４６、可撓性導電体４８、振動子４２、給電チップ４５を通して溶接ワイヤＷに給電され、アークを発生させて溶接を行うことができる。また、オシレートドライバ２８により一対の電磁コイル５０に交互に電圧を印加すると、一対の磁性金属４９が交互に吸着されることとなり、振動子４２を揺動してオシレート溶接を実行することができる。

走行台車１１において、図３乃至図７に示すように、内部の底面には左右一対の軸受５１を介して車軸５２が回転自在に支持され、この車軸５２の左右端部には駆動輪２１が連結されており、中間部に従動歯車５３が固結されている。内部の底面には固定台５４を介して支持台５５が固定されており、この支持台５５には摺動台５６が車軸５２の軸方向に沿って所定距離移動自在に支持され、摺動台５６には車軸５２と平行をなす中間軸５７が回転自在に支持されている。この中間軸５７には駆動用歯車５８、揺動用歯車５９、伝達用歯車６０が固結されており、駆動用歯車５８は、軸受６１に回転自在に支持された中間歯車６２と選択的に噛み合い可能であり、この中間歯車６２は従動歯車５３と噛み合っている。

一方、走行台車１１内の上部には、左右一対の揺動軸６３が走行台車１１の走行方向とほぼ直交する水平方向に沿って配設され、それぞれ軸受６４を介して走行台車１１に回転自在に支持されている。揺動台６５は左右端部がそれぞれ各揺動軸６３に連結され、下方への垂下アーム６６が一体に形成され、この垂下アーム６６の下端部には揺動台６５と同心状をなす扇歯車６７が固結されており、この扇歯車６７は揺動用歯車５９と選択的に噛み合い可能となっている。そして、支持台５５には走行揺動用駆動モータ１３が搭載され、駆動歯車６８が伝達用歯車６０と常時噛み合っている。

また、中間歯車６２と扇歯車６７の側面にはブレーキパッド６９，７０が固定される一方、中間軸５７には各ブレーキパッド６９，７０に対向してブレーキシュー７１，７２が取付けられている。そして、支持台５５には切換用電磁ソレノイド７３が搭載され、ソレノイド遊動子７４が摺動台５６に連結されている。また、走行台車１１の前端部及び後端部には第１、第２リミットスイッチ７５，７６が装着されており、走行台車１１が横板Ｃに当接して各リミットスイッチ７５，７６がＯＮされることで、走行台車１１の移動位置を検出することができる。更に、走行台車１１の内部には第３リミットスイッチ７７が装着されており、この第３リミットスイッチ７７が揺動台６５の検出部７８を検出することで、揺動台６５の揺動位置を検出することができる。

従って、図７に実線示す状態は、摺動台５６が一方方向（図７にて左方向）に移動し、駆動用歯車５８が中間歯車６２に噛み合い、ブレーキシュー７１がブレーキパッド６９から離間する一方、揺動歯車５９が扇歯車６７から外れ、ブレーキシュー７２がブレーキパッド７０に密着した状態である。そのため、駆動モータ１３の駆動力は、駆動歯車６８、伝達用歯車６０、中間軸５７、駆動用歯車５８、中間歯車６２、従動歯車５３を介して車軸５２に伝達されることとなり、駆動輪２１を回転駆動して走行台車１１を走行させることができる。一方、揺動台５６はブレーキシュー７２により揺動しないようにその位置を保持することができる。

一方、図７に実線示す状態から切換用電磁ソレノイド７３に通電すると、遊動子７４が引き込まれて摺動台５６を他方方向（図７にて右方向）に移動し、図７に二点差線で示すように、揺動用歯車５９が扇歯車６７に噛み合い、ブレーキシュー７２がブレーキパッド７０が離間する一方、駆動歯車５８が中間歯車６２から外れ、ブレーキシュー７１がブレーキパッド６９に密着した状態である。そのため、駆動モータ１３の駆動力は、駆動歯車６８、伝達用歯車６０、中間軸５７、揺動用歯車５９、扇歯車６７、揺動台６５を介して揺動軸６３に伝達されることとなり、後述する揺動アーム７９及び回動アーム８１等を介して溶接トーチ１２を揺動させることができる。一方、車軸５２はブレーキシュー７１により回転しないようにその位置を保持することができる。

なお、本実施例では、伝達用歯車６０、中間軸５７、駆動用歯車５８、中間歯車６２、従動歯車５３、揺動用歯車５９、扇歯車６７などにより駆動力伝達手段が構成されている。また、摺動台５６、切換用電磁ソレノイド７３等により駆動力切換手段が構成され、走行台車１１の走行状態は、各リミットスイッチ７５，７６、７７により検出される。更に、ブレーキパッド６９，７０及びブレーキシュー７１，７２によりストッパ手段が構成されている。

また、一方の揺動軸６３の先端部は走行台車１１の外方に突出し、揺動アーム７９の基端部が連結され、この揺動アーム７９の先端部には走行台車１１の走行方向に沿った連結軸８０を介して回動アーム８１の基端部が回動自在に連結されている。そして、この回動アーム８１の中間部に連結部材を介して溶接トーチ１２が取付けられている。なお、溶接トーチ１２と揺動アーム７９と回動アーム８１はほぼ同様の傾斜角度をもって支持されている。また、一方の揺動軸６３には、その同心上に回動駆動軸８２が貫通して回動自在となっており、揺動台６５に搭載された回動用駆動モータ１４の駆動軸８３が連結部材８４を介してこの回動駆動軸８２の基端部に連結されている。回動駆動軸８２の先端部は走行台車１１の外方に突出し、回動用ねじ部８５に連結駒８６が螺合しており、この連結駒８６は回動アーム８１の二又間に侵入し、両側に突出した連結ピン８７が回動アーム８１の先端部に形成された長孔８８に係合している。

従って、回動用駆動モータ１４を駆動すると、その駆動力が駆動軸８３及び連結部材８４を介して回動駆動軸８２に伝達されて回転し、回動用ねじ部８５により連結駒８６を回動駆動軸８２の軸方向に沿って移動し、この連結駒８６に連結ピン８７及び長孔８８を介して連結された回動アーム８１を連結軸８０を支点として回動し、溶接トーチ１２を回動することができる。

ところで、本実施例の溶接装置は、図８に示すように、立板Ａに底板Ｂが組み合わされると共にその両側に横板Ｃが組み合わされた升の内側の隅部を溶接するものである。即ち、溶接トーチ１２が垂直な基準位置に停止した状態で、走行台車１１を各横板Ｃに当接する第１移動位置１２ａから第２移動位置１２ｂまで走行させることで領域Ｌを溶接することができる。また、走行台車１１を第１移動位置１１ａに停止した状態で、溶接トーチ１２を基準位置１２から第１揺動位置１２ａに揺動させることで領域Ｌａを溶接することができる。更に、走行台車１１を第２移動位置１１ｂに停止した状態で、溶接トーチ１２を基準位置１２から第２揺動位置１２ｂに揺動させることで領域Ｌｂを溶接することができる。

この場合、溶接装置は領域Ｌａ，Ｌ，Ｌｂを連続して溶接することから、全ての領域の溶接品質を均一に維持する必要があり、各領域Ｌａ，Ｌ，Ｌｂを溶接する溶接速度、つまり、溶接トーチ１２の先端部の移動速度を略一定に維持しなければならない、本実施例の溶接装置にて、図７に示すように、揺動軸心としての揺動軸６３の中心から底板Ｂの表面までの高さをｈ１、揺動軸６３の中心から扇歯車６７の歯先までの距離をｈ２、揺動用歯車５９の半径をｒ１、駆動用歯車５８の半径をｒ２、従動歯車５３の半径をｒ３、駆動輪２１の半径をｒ４、揺動用歯車５９及び駆動用歯車５８の回転速度をωとすると、走行台車１１の走行速度Ｖ１と、揺動時における溶接トーチ１２の先端部の移動速度Ｖ２は以下の数式により求めることができる。

Ｖ１＝ω・ｒ２・ｒ４／ｒ３
Ｖ２＝ω・ｈ１・ｒ１／ｈ２

従って、揺動用歯車５９の半径ｒ１と駆動用歯車５８の半径ｒ２を同一とし、ｒ４／ｒ３＝ｒ１／ｈ２とすれば、Ｖ１＝Ｖ２となり、走行台車１１の走行動作のみによる溶接トーチ１２の先端部の移動速度と、溶接トーチ１２の揺動動作のみによる溶接トーチ１２の先端部の移動速度とを同速度とし、全ての領域Ｌａ，Ｌ，Ｌｂでの溶接速度を略一定として均一な溶接品質を確保することができる。

また、走行台車１１が各移動位置１１ａ，１１ｂに停止した状態で、溶接トーチ１２を基準位置１２と揺動位置１２ａとの間で揺動させるとき、溶接トーチ１２の先端部の位置と被溶接位置（立板Ａと底板Ｂの隅部）との距離が変化してしまい、均一な溶接品質を確保することができない。そこで、本実施例の溶接装置では、溶接トーチ１２の揺動動作に伴って溶接装置を回動することで溶接トーチの先端部を上下移動し、溶接トーチ１２の先端部被溶接位置との距離をほぼ一定となるように補正している。

図９に示すように、走行台車１１が横板Ｃに当接した第１移動位置１１ａで停止した状態にあるとき、基準位置に溶接トーチ１２を、走行揺動用駆動モータ１３により揺動軸Ｏ（揺動軸６３の軸心）を支点とした第１揺動位置１２ａまで揺動させた場合を考える。このときの溶接トーチ１２の傾斜角度はδであり、通常、４５〜５５度が適正である。また、溶接トーチ１２の揺動角度はωであり、走行台車１１の全長（走行方向長さ）、ノズル直径、アークの指向性などを考慮すると、３０度程度が望ましい。

隅肉溶接は、立板Ａと底板Ｂとの交差線上で行われるため、走行台車１１が横板Ｃに当接した第１移動位置１１ａで停止した状態で、溶接トーチ１２のアーク点はＰにある。そして、ここから溶接トーチ１２が遥動軸Ｏを支点として揺動角度ωだけ揺動し、第１揺動位置１２ａに移動するとアーク点はＱとなり、立板Ａの表面上に移動して全く溶接できる状態ではなくなってしまう。正常なアーク点Ｓを有する溶接トーチ１２は適正位置１２ｃに移動する必要があり、溶接トーチ１２を現在のアーク点Ｑから正常なアーク点Ｓに戻すにはΔＺ，ΔＸの修正が必要になる。本実施例では、溶接トーチ１２を前述した回動用モータ１４及び回動アーム８１を用いて修正するようにしている。

図１０は、図９のＤ'面を表すものである。この図１０に示すように、溶接トーチ１２を第１揺動位置１２ａ（アーク点Ｑ）から適正位置１２ｃ（アーク点Ｓ）に修正する場合、例えば、溶接トーチ１２上の支点Ｎを中心として下方に回動することで、トーチ中心線が適正なアーク点Ｓを狙うような位置に１３ｄに移動することが考えられる。しかし、回動位置１２ｄでは、溶接トーチ１２の先端部からアーク点Ｓまでの距離が長くなり、アークの不安定化や、シールドガス不足によるブローホール発生など、溶接不具合を発生してしまう。そこで、本実施例では、所定の高さに回動アーム８１の回動中心（連結軸８０）を設定することで、この回動アーム８１を所定角度θ回動することで、溶接トーチ１２を適正位置１２ｃの姿勢に近い揺動回動位置１２ｅに移動することができ、確実にアーク点Ｓを確保することができる。

ここで、上述した本実施例の溶接装置による隅肉溶接作業について説明する。

図１、図３、図８に示すように、まず、走行台車１１の走行速度や揺動角度などの溶接条件を設定し、走行台車１１を横板Ｃに当接した第１移動位置１１ａで停止させると共に、溶接トーチ１２を第１揺動位置１２ａ（図１０の揺動回動位置１２ｅ）に揺動させた状態とし、この状態から溶接を開始する。即ち、アークセンサ制御装置１５は、溶接トーチ１２の先端部から溶接ワイヤＷ及びシールドガスＧを送出して給電することで、アークを発生させると共に、電磁コイル５０に交互に電圧を印加して振動子４２を揺動することでオシレートさせる。そして、この状態で、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力を揺動台６５に伝達し、揺動アーム７９を揺動して溶接トーチ１２を垂直な基準位置に揺動させると同時に、回動用駆動モータ１４により回動アーム８１を回動し、溶接トーチ１２を回動して先端部を上昇させる。すると、溶接トーチ１２の先端部が、立板Ａと底板Ｂと横板Ｃの角部から立板Ａと底板Ｂの隅部に沿って、所定間隔を維持しながら移動し、隅肉溶接を実行することができる。

そして、揺動アーム７９の揺動動作により溶接トーチ１２が基準位置まで揺動すると、第３リミットスイッチ７７が揺動台６５の検出部７８を検出して切換用電磁ソレノイド７３に通電し、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力伝達系を揺動台６５側から車軸５２側に切換える。すると、揺動アーム７９の揺動動作が中断して基準位置で停止し、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力が車軸５２から各駆動輪２１に伝達され、走行台車１１が走行を開始することで、溶接トーチ１２は立板Ａと底板Ｂの隅部に沿って移動し、隅肉溶接を継続することができる。このとき、アークセンサ制御装置１５は、オシレートドライバ２８は電流センサ３６が検出した電流値に基づいてモータドライバ３０を制御し、オシレート両端位置での電流値が等しくなるように、つまり、溶接トーチ１２の先端部が立板Ａと底板Ｂの隅部を狙うように回動用駆動モータ１４により回動アーム８１を回動して位置補正する。

溶接トーチ１２による立板Ａと底板Ｂの隅部の溶接が継続され、走行台車１１が横板Ｃに当接して第２移動位置までくると、リミットスイッチ７５がこれを検出して切換用電磁ソレノイド７３への通電を停止し、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力伝達系を車軸５２側から揺動台６５側に切換える。すると、走行台車１１の走行が中断して第２移動位置１２ｂで停止し、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力が揺動台６５から揺動アーム７９に伝達され、溶接トーチ１２の揺動が開始される。即ち、揺動アーム７９が揺動して溶接トーチ１２を基準位置から第２揺動位置１２ｂまで揺動すると同時に、回動アーム８１が回動して先端部を下降させる。すると、溶接トーチ１２の先端部が、立板Ａと底板Ｂの隅部に沿って移動し、隅肉溶接を継続することができる。そして、溶接トーチ１２が第２揺動位置１２ｂまで揺動すると、各駆動モータ１３，１４を停止して溶接作業を終了する。

このように実施例１の溶接装置にあっては、溶接方向に沿って走行可能な走行台車１１に所定角度傾斜した状態で溶接トーチ１２を搭載し、この溶接トーチ１２を揺動アーム７９により溶接方向に沿って揺動可能に支持すると共に、回動アーム８１により溶接方向に交差する方向に移動可能に支持し、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力を駆動輪２１または揺動アーム７９に選択的に伝達することで、走行台車１１を走行可能とすると共に溶接トーチ１２を揺動可能とし、回動用駆動モータ１４の駆動力を回動アーム８１に伝達することで溶接トーチ１２を回動可能とし、アークセンサ制御装置１５が走行台車１１の移動位置に応じて各駆動モータ１３，１４を駆動して溶接トーチ１２の先端部を所定位置に制御するようにしている。

従って、立板Ａと底板Ｂと横板Ｃとが交差するように組み合わされた升の角部など、走行台車１１が走行できない被溶接部に対して、溶接トーチ１２の揺動動作及び回動動作により溶接トーチ１２の先端部を移動させることで、隅肉溶接を適正に行うことができ、隅部の溶接可能範囲を拡大して溶接作業の作業効率を向上することができる。

また、本実施例にあっては、トーチ本体４１内振動子４２の中間部を揺動自在に支持し、振動子４２の基端部に磁性金属４９を固定する一方、対向するトーチ本体４１に電磁コイル５０を装着して溶接トーチ１２を構成し、電磁コイル５０に交互に電圧を印加することで一対の磁性金属４９を介して振動子４２を揺動可能としている。従って、アークを高速で揺動することで溶接作業の高効率化を達成することができ、また、揺動機構を簡素化することができると共に、磁性金属４９と及び電磁コイル５０を振動子４２の基端部側に配設したことで、加熱を防止し、且つ、振幅幅の寸法精度を向上することができる。また、導電筒４６と振動子４２とを編銅線からなる可撓性導電体４８を介して連結し、これをシールドガスにより冷却可能としたことで、過熱を防止することができる。

更に、本実施例にあっては、筒形状のトーチ本体４１内に振動子４２を揺動自在に支持し、このトーチ本体４１の先端部にアーク遮蔽フード２３を装着しており、振動子４２が揺動してもアーク遮光フード２３が揺動することはなく、アークから発生する強烈な光を遮ることができると共に、溶融金属の火粉や蒸発金属及びその酸化物が飛散を防止し、良好な作業環境を確保することができる。

また、本実施例にあっては、走行揺動用駆動モータ１３の駆動力を切換用電磁ソレノイド７３により駆動輪２１または揺動アーム７９に選択的に伝達可能とし、一つの駆動源で走行台車１１の走行と溶接トーチ１２の揺動を可能としたことで、装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。そして、選択されていない側の駆動系をブレーキシュー７１，７２により停止可能としたことで、駆動輪２１または揺動アーム７９の停止状態を確実に維持することができ、安定した溶接作業を行うことができる。

また、走行台車１１に揺動軸６３を介して揺動アーム７９を揺動可能に支持し、この揺動アーム７９の先端部に連結軸８０を介して回動アーム８１の基端部を回動自在に支持し、また、揺動軸６３と同心上に回動駆動軸８２を回転自在に支持し、この回動駆動軸８２の先端部に回動アーム８１の先端部を連結している。従って、溶接トーチ１２の揺動中心となる揺動軸６３と同心上に溶接アーム７９を回動させる回動駆動軸８２を配設することとなり、溶接トーチ１２の揺動動作と回動動作を円滑に同期させることができる。また、溶接トーチ１２の先端部の位置補正を二つの軸としての揺動軸６３と回動軸（連結軸８０により実行することができ、装置の簡素化並びに小型化に寄与することができる。

また、走行台車１１を溶接方向に沿って走行させる倣いローラ２６及び倣い磁石２７を設けており、走行台車１１の走行を円滑に行うことで溶接作業における高い作業精度を確保することができる。

図１１は、本発明の実施例２に係る溶接装置の平面図、図１２は実施例２の溶接装置の作用を表す平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の溶接装置において、図１１及び図１２に示すように、走行台車１０１の側部には鉛直な連結軸９１を介して保持アーム２２が連結されている。従って、図１１に示すように、走行台車１１が同図下方に向かって走行するときには、この走行台車１１の前端部を立板Ａ側に所定角度傾けた状態で走行させることで、各倣いローラ２６が立板Ａの表面に押し付けられながら転動することとなり、溶接トーチ１２を立板Ａと底板Ｂとが組み合わされた隅部に沿って移動し、適正な隅部溶接を行うことができる。一方、図１２に示すように、走行台車１１が同図上方に向かって走行するときには、この走行台車１１の前端部を立板Ａ側に所定角度傾けた状態で走行させることで、各倣いローラ２６が立板Ａの表面に押し付けられながら転動することとなり、溶接トーチ１２を立板Ａと底板Ｂとが組み合わされた隅部に沿って移動し、適正な隅部溶接を行うことができる。

このように実施例２の溶接装置にあっては、走行台車１０１の側部に連結軸９１を用いて保持アーム２２が連結し、この保持アーム２２に装着されたアーク遮光フード２３に溶接トーチ１２を装着し、走行台車１１の前端部を立板Ａ側に所定角度傾けた状態で走行させることで、倣い手段を構成している。従って、磁石などを用いる必要がなくなって低コスト化を可能とすることができる。

図１３は、本発明の実施例３に係る溶接装置の概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の溶接装置において、図１３に示すように、走行台車１１には前後の車軸５２が回転自在に支持され、各車軸５２の立板Ａ側には小径の駆動輪１０１が固結され、反対側には大径の駆動輪１０２が固結されている。従って、走行台車１１は、立板Ａ側の駆動輪１０１が小径であるために立板Ａ側に回動しながら前進することとなり、各倣いローラ２６が立板Ａの表面に押し付けられながら転動し、溶接トーチ１２を立板Ａと底板Ｂとが組み合わされた隅部に沿って移動し、適正な隅部溶接を行うことができる。

このように実施例３の溶接装置にあっては、走行台車１１の駆動輪にて、立板Ａ側に小径の駆動輪１０１を装着し、反対側に大径の駆動輪１０２を装着することで、倣い手段を構成している。従って、磁石などを用いる必要がなくなって低コスト化を可能とすることができる。

なお、上述した実施例では、走行台車１１が横板Ｃに当接するために升の角部まで隅肉溶接できないため、溶接トーチ１２を揺動すると共に回動して上記問題を解決するようにしたが、適用範囲はこれに限らず、他の障害物により溶接できない部位にも適用することができる。

また、本発明の溶接装置及び方法は、走行台車１１の移動位置や溶接状態に応じて溶接トーチ１２を揺動及び回動して先端部を所定位置に制御するものであり、溶接トーチ１２の支持構造が実施例のものに限定されるものではなく、また、オシレート制御を実施しなくても良いものである。

本発明に係る溶接装置は、走行台車の移動位置に応じて溶接トーチの姿勢を制御することで溶接位置を適正位置に維持するようにしたものであり、一般的なアーク溶接装置に有用である。

本発明の実施例１に係る溶接装置の全体構成を表す概略図である。実施例１の溶接装置における溶接トーチの断面図である。実施例１の溶接装置の一部切欠側面図である。実施例１の溶接装置の平面図である。実施例１の溶接装置の正面図である。実施例１の溶接装置の内部構造を表す正面図である。実施例１の溶接装置における走行台車の内部構造を表す断面図である。実施例１の溶接装置の作用を表す正面図である。実施例１の溶接装置における溶接トーチの揺動回動動作の説明図である。図９におけるＤ'面を表す概略図である。本発明の実施例２に係る溶接装置の平面図である。実施例２の溶接装置の作用を表す平面図である。本発明の実施例３に係る溶接装置の平面図である。従来のアーク溶接装置の概略図である。

符号の説明

１１走行台車
１２溶接トーチ
１３走行用動揺駆動モータ（台車駆動手段、トーチ揺動手段）
１４回動用モータ（トーチ移動手段）
１５アークセンサ制御装置（溶接制御手段）
２１駆動輪
２３アーク遮光フード
２６倣いローラ（倣い手段）
２７倣い磁石（倣い手段）
２８オシレートドライバ
３０モータドライバ
４１トーチ本体
４２振動子
４３支持軸
４９磁性金属
５０電磁コイル
６３揺動軸（揺動軸）
６５揺動台
７１，７２ブレーキシュー（ストッパ手段）
７３切換用電磁ソレノイド（駆動力切換手段）
７９揺動アーム
８１回動アーム
８２回動駆動軸
９１連結軸（倣い手段）
１０２，１０２駆動輪

Claims

複数の板材が交差するように組み合わされたその隅部に沿って溶接を行う溶接装置において、
溶接方向に沿って走行可能な走行台車と、
該走行台車を走行させる台車走行手段と、
前記走行台車に所定角度傾斜した状態で搭載され、前記走行台車の走行方向に直交する水平方向に沿った揺動軸により揺動自在に支持されると共に前記走行台車の走行方向に沿った連結軸により回動アームを介して上下に回動自在に支持された溶接トーチと、
該溶接トーチを前記揺動軸を回動することで揺動可能なトーチ揺動手段と、
前記溶接トーチを前記揺動軸と同心上の回動駆動軸により前記回動アームを回動することで回動可能なトーチ移動手段と、
前記溶接トーチの先端部に装着されたアーク遮蔽フードと、
前記走行台車の移動位置に応じて前記トーチ揺動手段及び前記トーチ移動手段を駆動して前記溶接トーチの先端部の位置を所定位置に制御する溶接制御手段と、
を具えたことを特徴とする溶接装置。
請求項１記載の溶接装置において、前記溶接トーチは、筒形状をなすトーチ本体と、該トーチ本体の内部に中間部を支点として揺動自在に支持されて内部に溶接ワイヤが挿通される振動子と、該振動子の基端部に設けられた一対の磁性金属と、該一対の磁性金属の外側に対向して設けられた一対の電磁コイルとを有し、該電磁コイルに交互に電圧を印加することで前記一対の磁性金属を介して前記振動子を揺動可能であり、前記アーク遮蔽フードは、前記トーチ本体の先端部に設けられたことを特徴とする溶接装置。
請求項１記載の溶接装置において、前記台車走行手段及び前記トーチ揺動手段は共通の駆動モータを有し、該駆動モータの駆動力を前記揺動軸または前記走行台車の走行車輪に伝達する駆動力伝達手段と、前記走行台車の走行状態に基づいて前記駆動力伝達手段による駆動力の伝達先を前記揺動軸または前記走行車輪に切り換える駆動力切換手段を設けたことを特徴とする溶接装置。
請求項３記載の溶接装置において、前記駆動力切換手段により選択されていない前記揺動軸または前記走行車輪のいずれか一方の駆動系を停止するストッパ手段が設けられたことを特徴とする溶接装置。