JP4667706B2 - アーク溶接方法及びアーク溶接装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接線を倣いながらアークによるアーク熱により溶接を行うアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アーク溶接により複数の母材の溶接を行う際には、溶接電極を溶接方向に進ませつつ、溶接線の左右方向に正弦波ウィービング動作をさせながら溶接するウィービング溶接が採用されるようになっている。このウィービング溶接は、従来から、溶接トーチ自体を左右に揺動させるか、または溶接トーチ自体を中心として左右に傾動させることにより行っている。
【0003】
例えば、溶接ワイヤ(溶接電極)をウィービングさせる技術が、特許文献1に記載されている。特許文献1の技術においては、溶接トーチに保持される溶接ワイヤが母材の平坦面との傾斜角度を一定に保持しながら所定の振幅で揺動させる方法(特許文献1の図10)と、溶接トーチに保持される溶接ワイヤが母材の平坦面との所定の傾斜角度を中心線として、溶接ワイヤの先端が円弧状に所定の角度触れるように溶接トーチ自体を中心として傾動させる方法(特許文献1の図11)と、により溶接トーチを駆動制御するようにしている。
【0004】
また、従来のウィービング溶接において、常に溶接電圧又は溶接電流を検知することにより溶接ワイヤ(溶接電極)と母材との高さ(以下、「溶接高さ」と略する。)を測定しており、ウィービングの中心と溶接方向とがずれた場合、溶接高さの変化からずれを検知することにより、溶接方向を修正するような駆動制御が行われている。
【0005】
従来のアーク溶接装置の具体例として、図9に示すような、先端部に溶接電極103を備えた溶接トーチ102と、溶接トーチ102を上下方向、左右方向、及び前後方向の任意の方向及び任意の角度に移動させる図示しないロボットとを有しており、溶接電極103の先端部を母材105・105同士が接合される溶接線104に沿わせて移動させることにより溶接するようになっているアーク溶接装置101を用いて説明する。図10に示すように、溶接トーチ102を▲2▼の位置を揺動の中心として▲1▼の位置から▲3▼の位置まで揺動させた場合、溶接高さが変化し、それに伴って図11に示すように溶接電圧又は溶接電流も変化する。そして、図12に示すように揺動の中心である▲2▼の位置と溶接方向とがずれた場合、▲1▼と▲3▼との位置における溶接高さが同じである図10と比べて、▲1▼と▲3▼と位置で溶接高さの違いが生じ、図13に示すように溶接電圧又は溶接電流に違いが生ずることによって、ずれを検知することができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−239723号公報(図10、図11)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、母材が薄板の場合、アーク溶接を行う際にアークによるアーク熱によって母材の角が溶けてしまう場合がある。そして、図14に示すように、母材の角(図示の一点鎖線の部分)が溶けてしまった場合、揺動の中心である▲2▼の位置と溶接方向とがずれたとしても、上述の図12と比較してもわかるように、▲1▼の位置と母材105の角の位置にある▲3▼の位置との溶接高さの違いがなくなり、ずれを検知することができなくなってしまう。
【0008】
従って、かかる場合にはアークによるアーク熱によって母材の角が溶けてしまうのを防ぐため、溶接ビードの幅を狭くしつつウィービング溶接を行う必要があるが、特許文献1に記載されている技術によれば、溶接トーチ自体を揺動または溶接トーチ自体を中心として傾動することにより、溶接トーチに保持されている溶接電極である溶接ワイヤが所定幅又は所定角度内の複数の向きに振れてしまい、溶接ビードの幅を最小限に抑えることが難しい。
【0009】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、溶接ビードの幅を自由に設定することができる、アーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1のアーク溶接方法は、溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、溶接線を構成する複数の母材を溶融させるアーク溶接方法において、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある前記複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行うステップを有することを特徴とする。
また、請求項2のアーク溶接方法は、溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、溶接線を構成する複数の母材を溶融させるアーク溶接方法において、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある点であって、前記複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行うステップを有することを特徴とする。
【0011】
請求項5のアーク溶接装置は、先端に溶接電極が設けられた溶接トーチと、先端に前記溶接トーチを傾動自在に設け、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある前記複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービングさせる動作を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御手段と、を備え、前記溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、前記溶接線を構成する複数の母材を溶融させることを特徴とする。
また、請求項6のアーク溶接装置は、先端に溶接電極が設けられた溶接トーチと、先端に前記溶接トーチを傾動自在に設け、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある点であって、前記複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービングさせる動作を行うロボットと、前記ロボットを制御する制御手段と、を備え、前記溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、前記溶接線を構成する複数の母材を溶融させることを特徴とする。
【0012】
請求項1、5によると、溶接トーチを、溶接電極の延長線側にある複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点を、溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行っている。従って、溶接電極の向きを、溶接電極の延長線側にある複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点に固定して溶接電極の振れ幅を小さくしつつ、複数の母材をアーク溶接するため、母材に対する溶接ビードの幅を最小限に抑えつつ、溶接トーチを直線状にウィービング移動することができる。即ち、溶接トーチの傾動の中心点を、溶接電極の延長線側にある複数の母材同士が接合される溶接線と一致させて、溶接トーチを傾動させる動作を行わせることにより、溶接電極の向きが溶接線上に固定され、溶接線に沿わせて倣う。従って、溶接ビードの幅が最小となり、溶接ビードの幅を広くできない薄板に対しても適用することができる。また、アークによるアーク熱により母材を溶かしてしまうのを防止することができる。
また、請求項2、6によると、溶接トーチを、溶接電極の延長線側にある点であって、複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点を、溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行っている。従って、溶接電極の向きを、溶接電極の延長線側にある点であって、複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点に固定して溶接電極の振れ幅を小さくしつつ、複数の母材をアーク溶接するため、溶接線に対して所定の溶接ビードの幅を有しながら、溶接トーチを溶接線に沿わせて移動することができる。即ち、溶接トーチの傾動の中心点を、溶接電極の延長線側にある点であって、複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点として、溶接トーチを傾動させる動作を行わせることにより、溶接電極の向きが溶接線の左右方向にも振れ、溶接線を跨ぎながら倣う。従って、ウィービング動作により溶接線を倣う必要がある場合にも適用することができる。また、溶接トーチの傾動の中心点の位置を調整することにより、溶接ビードの幅を調整することができる。以上のように、溶接ビードの幅を自由に設定することができる。
【0013】
請求項3のアーク溶接方法は、請求項1または2に記載のアーク溶接方法であって、前記溶接トーチを傾動させつつ、前記溶接電極による溶接電圧又は溶接電流により、前記溶接電極と前記母材の溶接面との距離を測定して、測定した前記距離の変化から、前記溶接トーチの傾動の中心点として予め設定されている点に対する、実際にウィービング溶接を行なっている溶接トーチの傾動の中心点のずれを検知し、前記ずれを補正するように溶接トーチの移動を制御するステップを更に有することを特徴とする。
また、請求項7のアーク溶接装置は、請求項5または6に記載のアーク溶接装置であって、前記溶接トーチを傾動させつつ、前記溶接電極による溶接電圧又は溶接電流により、前記溶接電極と前記母材の溶接面との距離を測定する測定手段を更に備え、前記制御手段は、前記測定手段で測定した前記距離の変化から、前記溶接トーチの傾動の中心点として予め設定されている点に対する、実際にウィービングを行っている溶接トーチの傾動の中心点のずれを検知し、前記ずれを補正するように前記ロボットを制御することを特徴とする。
【0014】
請求項3、7によると、前記溶接トーチの傾動の中心点として予め設定されている点と、実際にウィービングを行っている溶接トーチの傾動の中心点とがずれた場合、溶接トーチの傾動の所定箇所における溶接電極と溶接線に沿った母材の溶接面との距離が変化し、測定される溶接電圧又は溶接電流に違いが生じる。従って、測定した溶接電圧又は溶接電流の変化から前記ずれを検知して補正することにより、溶接線近傍の任意の点(即ち、溶接電極の延長線側にある複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点、または、溶接電極の延長線側にある点であって、複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点)を中心(即ち、溶接トーチの傾動の中心点)として溶接線を倣いながら溶接することができる。
【0015】
請求項4のアーク溶接方法は、請求項3に記載のアーク溶接方法であって、測定した前記距離の平均値から前記溶接電極と前記母材の溶接面の溶接高さのずれを検知して、適切な前記溶接高さを維持するように溶接トーチの移動を制御するステップを更に有することを特徴とする。
また、請求項8のアーク溶接装置は、請求項7に記載のアーク溶接装置であって、前記制御手段は、更に、前記測定手段で測定した前記距離の平均値から前記溶接電極と前記母材の溶接面の溶接高さのずれを検知して、適切な前記溶接高さを維持するように前記ロボットを制御することを特徴とする。
【0016】
請求項4、8によると、溶接電極と溶接線に沿った溶接面との距離(溶接高さ)の平均値が測定される。従って、溶接高さの平均値と比較することにより現時点の溶接高さのずれを検知することができ、適正な高さに補正することができる。
【0023】
請求項9に記載のアーク溶接装置は、請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置であって、前記ロボットは、前記溶接トーチを保持すると共に、前記溶接電極を挿入することができる孔を有した円盤状の回転板と、前記回転板と同心であって、中心に前記溶接電極を挿入することができる孔が形成されている円環状のスライド板と、前記回転板の縁端と係合して前記回転板を回転させるモータと廻動軸により接続された廻動板と、から構成されたウィーバーであることを特徴とする。
請求項10に記載のアーク溶接装置は、請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置であって、前記ロボットは、前記溶接トーチの上端に前記溶接トーチと水平方向に延在した傾動板と、ボルトを介して前記傾動板の両端を傾動自在に把持した円環状のスライダーと、傾動軸を介して前記溶接トーチの上端部と連結される連結レバーと、ヒンジ軸を介して連結レバーと連結される水平レバーと、前記水平レバーを前記溶接トーチと水平の方向に移動させるアクチュエータと、から構成されたウィーバーであることを特徴とする。
請求項11に記載のアーク溶接装置は、請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置であって、前記ロボットは、前記溶接トーチの上端に固定され、前記溶接トーチと垂直方向に延在した垂直レバーと、前記垂直レバーの上端部に設けられ、駆動軸を介して前記垂直レバーに連結された傾動レバーと、ヒンジ軸を介して前記傾動レバーと接続された水平レバーと、前記水平レバーの動きに合わせて傾動レバーを平行にスライドさせるスライダーと、前記水平レバーを動作させる軸位置変更用アクチュエータと、から構成される溶接トーチ軸位置変更機構と、前記水平レバーの中央部に設けられたヒンジ軸を介して前記垂直レバーに連結された水平レバーと、ヒンジ軸を介して前記水平レバーと連結された連結レバーと、前記連結レバーを動作させる角度変更用アクチュエータと、から構成される溶接トーチ角度変更機構と、から構成されたウィーバーであることを特徴とする。
請求項12に記載のアーク溶接装置は、請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置であって、前記ロボットは、垂直型多関節ロボットであることを特徴とする。
【0024】
請求項9によると、溶接電極の先端が常に傾動の中心点を向きながら円を描いて動くように、溶接トーチの傾動を制御することができる。請求項10、11によると、溶接電極の先端が常に傾動の中心点を向きながら円弧を描いて動くように、溶接トーチの傾動を制御することができる。請求項12によると、垂直多関節型ロボットを制御することにより溶接トーチの動きが精度の高いものとなる。従って、複雑な溶接作業にも対応することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【0026】
まず、本実施形態に係るアーク溶接方法について説明する。本実施形態に係るアーク溶接方法は、自動車や船舶、その他の設備機器などを製造する際に使用されるようになっている。
本実施形態に係るアーク溶接方法に用いられるアーク溶接装置1として、例えば、図1及び図3に示すように、開先Yの断面形状となるように、母材5・5同士を溶接する下方すみ肉溶接に適用した場合について説明する。アーク溶接装置1は、先端部に溶接電極3を備えた溶接トーチ2と、溶接トーチ2を上下方向、左右方向、及び前後方向の任意の方向及び任意の角度に移動させる図示しないロボットとを有しており、溶接電極3の先端部を母材5・5同士が接合される溶接線4に沿わせて移動させることにより溶接するようになっている。
【0027】
溶接トーチ2は、溶接電極3又は溶接電極3の延長線側にある溶接線4近傍の任意の点を中心に、例えば円弧状にまたは左右に傾動されるようになっており、傾動による溶接トーチ2と母材5との距離の変化が溶接電圧または溶接電流を変化させることを利用して、アーク倣いにより補正されながら移動されるようになっている。尚、アーク倣いの一回当たりの補正量は、一般的に0.1〜0.2mm程度である。また、アーク倣いは、溶接電源の特性、傾動の速さ、溶接材料等を考慮することにより、溶接電圧または溶接電流を使用するかを決定する。
【0028】
ここで、溶接トーチ2の傾動の方法について説明する。図1は、溶接トーチ2の傾動の中心Pを、溶接線4上の点Q1に一致させた例である。溶接トーチ2の傾動の中心Pを、溶接線4上の点Q1に一致させると、図1に示すように、溶接トーチ2を▲2▼の位置を中心として▲1▼の位置から▲3▼の位置までの間で傾動させた場合、溶接トーチ2の先に設けられた溶接電極3が、常に溶接線4上の点Q1に向くことになる。従って、母材5に対する溶接ビードの幅を最小限に抑えつつ、溶接トーチ2を直線状にウィービング移動するようになっている。
この場合のアーク倣いは、溶接線4を挟んで傾動の右側の位置▲1▼と、傾動の中心の位置▲2▼と、傾動の左側の位置▲3▼における溶接電圧または溶接電流を比較することにより行われる。即ち、傾動の中心Pと溶接線4上の点Q1とが一致している場合は、図1に示すように▲1▼と▲3▼の位置における溶接高さが同じため、溶接電圧または溶接電流がほぼ同じである。しかし、図2に示すように、傾動の中心Pと溶接線4上の点Q1とがずれた場合、図1の場合と比較して、▲1▼と▲3▼の位置における溶接高さが異なるため、溶接電圧または溶接電流に違いが生じる。以上により、ずれを検知して、補正することができる。更に、▲1▼〜▲3▼の位置における溶接電圧または溶接電流の値と平均値(溶接高さの平均値)とを比較することにより、溶接トーチ2即ち溶接電極3が母材5側に近づいたり遠ざかったり場合の溶接高さのずれを検知して、適切な溶接高さを維持することができる。
【0029】
また、図3は、溶接トーチの傾動の中心Pを、溶接線4の下方の点Q2に設けた例である。溶接トーチの傾動の中心Pを、溶接線4の下方の点Q2に設けると、図3に示すように、溶接トーチ2を▲2▼の位置を中心として▲1▼の位置から▲3▼の位置までの間で傾動させた場合、溶接トーチ2の先に設けられた溶接電極3が、常に溶接線4の下方の点Q2に向くことになる。従って、所定の並進成分の振幅を有しながら、溶接線4に対して、溶接トーチ2を左右に傾動させた場合は正弦波を、溶接トーチ2を回転して傾動させた場合は螺旋を描きながらウィービング移動するようになっている。
この場合のアーク倣いも、上述と同様に行われる。但し、図4(a)及び(b)に示すように、溶接トーチ2の傾動の中心Pを溶接線4の下方の点Q2に設けた場合と溶接トーチ2の傾動の中心Pを溶接線4の上方の点Q3に設けた場合とで、傾動の中心Pが溶接線近傍の任意の点Q2,Q3からずれた(図示では左側にずれている)際の、溶接線4を挟んで傾動の右側の位置▲1▼及び左側の位置▲3▼における溶接高さの変化が逆になる。即ち、溶接トーチ2の傾動の中心Pを溶接線4の下方の点Q2に設けた場合に傾動の中心Pがずれると、図4(a)に示すように▲1▼の位置では▲3▼の位置と比較して溶接高さが長くなるのと比較し、溶接トーチ2の傾動の中心Pを溶接線4の上方の点Q3に設けた場合に傾動の中心Pがずれると、図4(b)に示すように▲1▼の位置では▲3▼の位置と比較して溶接高さが短くなる。従って、溶接トーチの傾動の中心が溶接線4の下方にあるか上方にあるかによって、アーク倣いの制御信号を逆転させる処理を行う。
【0030】
次に、溶接トーチの傾動を制御するロボットについて、図5〜図9に基づいて説明する。
【0031】
溶接トーチを傾動させるために、例えば、図5(a)及び(b)に示すように、溶接トーチ2を保持するとともに消耗電極である溶接ワイヤ(溶接電極)3を挿入することができる孔11aを有した円盤状の回転板11と、回転板11と同心であって中心に溶接ワイヤ3を挿入することができる孔12aが形成されている円環状のスライド板12と、回転板11の縁端と係合して回転板11を回転させることができるモータ14と廻動軸14aにより接続された廻動板13と、から構成されたウィーバー10が考えられる。尚、溶接トーチ2は、溶接ワイヤ3を回転板11の孔11a及びスライド板12の孔12aに挿入するとともに、溶接に伴って消耗される溶接ワイヤ3を送り出すようになっている。
このウィーバー10の動作を説明する。まず、モータ14を制御することにより廻動板13が回転させると回転板11が回転し、同時に回転板11に保持された溶接トーチ2も回転する。そして、溶接トーチ2から回転板11の孔11aに挿入された溶接ワイヤ3が、回転板11の回転に伴い、スライド板12の孔12aに拘束されながら、スライド板12の孔12aの外周に沿って動く。以上により、溶接トーチ2が、回転板11及びスライド板12の中心を結ぶ延長線上にある点Aを中心として、傾斜角の振幅ΔRaで回転(傾動)する。尚、溶接ワイヤ3の先端は、常に点Aを向きながら円を描いて動くようになっている。
【0032】
また、例えば、図6に示すように、溶接トーチ2の上端に溶接トーチ2と水平方向に延在した傾動板21と、ボルト21aを介して傾動板21の両端を傾動自在に把持した円環状のスライダー22と、傾動軸23aを介して溶接トーチ2の上端部と連結される連結レバー23と、ヒンジ軸24aを介して連結レバー23と連結される水平レバー24と、水平レバー24を溶接トーチ2と水平の方向に移動させるアクチュエータ25と、から構成されたウィーバー20が考えられる。尚、アクチュエータ25は、溶接トーチ2を所定の幅(溶接ワイヤ3の延長線上にある点Bを中心として傾斜角の振幅ΔRbとなる幅)でスライダー22を左右に移動するように設定される。
このウィーバー20の動作を説明する。まず、アクチュエータ25を制御することにより水平レバー24を溶接トーチ2と水平の方向に移動させると、水平レバー24及び連結レバー23を介して、スライダー22に把持された傾動板21の動きに従って、溶接トーチ2が所定の幅を持ってスライダー22に左右に移動する。以上により、溶接トーチ2が、溶接ワイヤ3の延長線上にある点Bを中心として、傾斜角の振幅ΔRbで左右に移動(傾動)する。尚、溶接ワイヤ3の先端は、常に点Bを向きながら円弧を描いて動くようになっている。
【0033】
更に、例えば、図7(a)に示すように、溶接トーチ2の上端に固定され、溶接トーチ2と垂直方向に延在した垂直レバー31と、垂直レバー31に連結された溶接トーチ軸位置変更機構32と、垂直レバー31に連結された溶接トーチ角度変更機構37と、から構成されたウィーバー30が考えられる。ここで、溶接トーチ軸位置変更機構32は、垂直レバー31の上端部に設けられ、駆動軸33aを介して垂直レバー31と連結された傾動レバー33と、ヒンジ軸34aを介して傾動レバー33と接続された水平レバー34と、水平レバー34の動きに合わせて傾動レバー33を並行にスライドさせるスライダー35と、水平レバー34を動作させる軸位置変更用アクチュエータ36とから構成される。また、溶接トーチ角度変更機構37は、垂直レバー31の中央部に設けられたヒンジ軸38aを介して垂直レバー31と連結された水平レバー38と、ヒンジ軸39aを介して水平レバー38と連結された連結レバー39と、連結レバー39を動作させる角度変更用アクチュエータ40とから構成される。尚、角度変更用アクチュエータ40は、軸位置変更用アクチュエータ36による溶接トーチ2の軸の移動に合わせて、溶接トーチ2が所定の角度(溶接ワイヤ3の延長線上にある点Cを中心とした場合の傾斜角の振幅ΔRc)となるような幅で移動するように設定される。
このウィーバー30の動作を、図7(b)に基づいて説明する。まず、軸位置変更用アクチュエータ36を制御することにより水平レバー34を左右方向に移動させると、スライダー35により駆動レバー33が左右方向にスライドし、垂直レバー31を介して溶接トーチ2の軸が左右方向に移動(傾動)する。一方、角度変更用アクチュエータ40を制御することにより連結レバー39を左右方向に移動させると、水平レバー38を介して溶接トーチ2が溶接ワイヤ3の延長線上にある点Cを中心とした場合の傾斜角の振幅ΔRcを保つようになる。以上により、溶接トーチ2が、溶接ワイヤ3の延長線上にある点Cを中心として、傾斜角の振幅ΔRcで左右に移動(傾動)する。尚、溶接ワイヤ3の先端は、常に点Cを向きながら円弧を描いて動くようになっている。
【0034】
尚、溶接トーチを傾動させるロボットとしては、上述のウィーバー10、20、30以外に、例えば、図8に示すような垂直多関節型ロボット(図示では、J1〜J6の6関節)50が考えられる。図8に示すように、垂直多関節型ロボット50は、J6の先端に溶接トーチ2が設けられ、溶接トーチ2から送りだされる溶接ワイヤ3によりアーク溶接が行われる。
この垂直多関節型ロボット50は、点P1→点P2が溶接作業区間であって、この溶接線P1→P2方向に移動しつつ、溶接ワイヤ3又は溶接ワイヤ3の延長線側にある溶接線P1→P2近傍の任意の点を中心に、傾斜角の振幅ΔRx[rad]、周波数fで傾動するようにセットされている。尚、点P1、P2はロボットベース座標Σbaseから見た並進成分(X,Y,Z)とロール・ピッチ・ヨー姿勢角(α,β,γ)で与えられる。また、並進成分の振幅ΔW[mm]は
、傾動の中心点及び傾斜角の振幅ΔRx[rad]によって定まる。
【0035】
このように、本実施形態のアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、溶接トーチ2を溶接線4方向に移動させつつ溶接線4近傍の任意の点(図1のQ1等)を中心に傾動させて、溶接電極3の向きを溶接線4近傍の任意の点(図1のQ1等)に固定して溶接電極3の振れ幅を小さくしつつ複数の母材5をアーク溶接する。従って、溶接ビードの幅を自由に設定することができる。
【0036】
また、溶接線4近傍の任意の点(図1のQ1等)と溶接トーチの傾動の中心(図1のP等)とがずれた場合、溶接トーチ2の傾動の所定箇所(図1の▲1▼及び▲3▼の位置等)における溶接電極3と溶接線4に沿った母材5の溶接面との距離が変化し、測定される溶接電圧又は溶接電流に違いが生じる。従って、溶接線4近傍の任意の点(図1のQ1等)に対する溶接トーチ2の傾動の中心(図1のP等)のずれを検知して補正することにより、溶接線4近傍の任意の点を中心(図1のQ1等)として溶接線4を倣いながら溶接することができる。
【0037】
また、溶接電極3と溶接線4に沿った溶接面との距離(溶接高さ)の平均値が測定される。従って、溶接高さの平均値と比較することにより現時点の溶接高さのずれを検知することができ、適正な高さに補正することができる。
【0038】
また、溶接線4近傍の任意の点(図1のQ1等)が溶接線4と一致する場合には、溶接トーチ2を傾動させる動作を行わせることにより溶接電極3の向きが溶接線4上に固定され、溶接線4を直線状に倣う。従って、溶接ビードの幅が最小となり、母材5が溶接ビードの幅を広くできない薄板である場合も適用することができる。また、アークによるアーク熱により母材5を溶かしてしまうのを防止することができる。一方、溶接線4近傍の任意の点(図3のQ2等)が溶接線4より溶接トーチ2の反対側に位置する場合には、溶接トーチ2を傾動させる動作を行わせることにより溶接電極3の向きが溶接線4の左右方向にも振れ、溶接線4を跨ぎながら倣う。従って、ウィービング動作により溶接線4を倣う必要がある場合にも適用することができる。また、溶接トーチ2の傾動の中心の位置(図3のP等)を調整することにより、溶接ビードの幅を調整することができる。
【0039】
また、溶接トーチ2を傾動させる動作を行わせることにより溶接電極3の向きが溶接線4の左右方向にも振れるが、溶接線4近傍の任意の点(図3のQ2等)が溶接線4より溶接トーチ2側であるか又は溶接トーチ2の反対側であるかにより、傾動の所定箇所(図4(a)及び(b)の▲1▼及び▲3▼の位置)における溶接トーチ2と溶接線4に沿った母材5の溶接面との距離の高低が逆となり、制御信号の位相が逆転する。従って、いずれかの制御信号を反転させることにより、溶接線4近傍の任意の点(図3のQ2等)が溶接線4より溶接トーチ2側であるか又は溶接トーチ2の反対側であるかに関わらず、溶接トーチ2の傾動の中心(図3のP等)のずれを適切に補正することができる。
【0040】
更に、溶接トーチを傾動させるロボットとして、垂直多関節型ロボット50を用いることにより、溶接トーチ2の動きが精度の高いものとなる。従って、複雑な溶接作業にも対応することができる。
【0041】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
【0042】
例えば、上述の溶接トーチの傾動を制御するロボットにおいては、溶接電極として消耗電極である溶接ワイヤを用いているが、それに限られない。即ち、溶接電極として非消耗電極を用いても良い。
【0043】
また、上述のアーク溶接方法及びアーク溶接装置では、溶接トーチ2の傾動の中心を、溶接線4近傍の任意の点としているが、それに限られない。溶接トーチの2の傾動の中心を、溶接線4近傍に限らず、任意の点としても良い。
この場合、溶接トーチ2の傾動の中心となる任意の点を変化させることにより、溶接電極3の先端の振れ幅が変化する。従って、溶接ビードの幅を自由に設定しつつ、任意の点に対する溶接トーチ2の傾動の中心のずれを検知して補正することにより、任意の点を中心として溶接線4を倣いながら溶接することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、溶接トーチを溶接線方向に移動させつつ任意の点を中心に傾動させて溶接電極の振れ幅及び向きを調整することができるので、溶接ビードの幅を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶接トーチが傾動する状態を示す説明図である。
【図2】溶接トーチの傾動の中心と溶接線近傍の任意の点がずれた場合に、溶接トーチが傾動する状態を示す説明図である。
【図3】溶接トーチが傾動する別の状態を示す説明図である。
【図4】溶接トーチの傾動の中心と溶接線近傍の任意の点がずれた場合に、溶接トーチが傾動する別の状態を示す説明図であり、(a)は溶接線近傍の任意の点が溶接線の下側にある例であり、(b)は溶接線近傍の任意の点が溶接線の上側にある例である。
【図5】溶接トーチを傾動させるロボットとして、ウィーバーの一例を示す図であり、(a)は上面図であり、(b)は側面断面図である。
【図6】溶接トーチを傾動させるロボットとして、ウィーバーの別の一例を示す側面断面図である。
【図7】溶接トーチを傾動させるロボットとして、ウィーバーの別の一例を示す側面断面図であり、(a)は停止時の説明図であり、(b)は傾動時の説明図である。
【図8】溶接トーチを傾動させるロボットの別の一例として、垂直多関節型ロボットの概要を示す概略図である。
【図9】従来のアーク溶接装置を示す側面断面図である。
【図10】従来のアーク溶接方法により溶接トーチが揺動する状態を示す説明図である。
【図11】図10における溶接高さと時間との関係を示す図である。
【図12】溶接トーチの揺動の中心と溶接線近傍の任意の点がずれた場合に、従来のアーク溶接方法により溶接トーチが揺動する状態を示す説明図である。
【図13】図12における溶接高さと時間との関係を示す図である。
【図14】母材の角が溶け、且つ、溶接トーチの揺動の中心と溶接線近傍の任意の点がずれた場合に、従来のアーク溶接方法により溶接トーチが揺動する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 アーク溶接装置
2 溶接トーチ
3 溶接電極
4 溶接線
5 母材
Claims (12)
- 溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、溶接線を構成する複数の母材を溶融させるアーク溶接方法において、
前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある前記複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行うステップを有することを特徴とするアーク溶接方法。 - 溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、溶接線を構成する複数の母材を溶融させるアーク溶接方法において、
前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある点であって、前記複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービング溶接を行うステップを有することを特徴とするアーク溶接方法。 - 前記溶接トーチを傾動させつつ、前記溶接電極による溶接電圧又は溶接電流により、前記溶接電極と前記母材の溶接面との距離を測定して、
測定した前記距離の変化から、前記溶接トーチの傾動の中心点として予め設定されている点に対する、実際にウィービング溶接を行なっている溶接トーチの傾動の中心点のずれを検知し、
前記ずれを補正するように溶接トーチの移動を制御するステップを更に有することを特徴とする請求項1または2に記載のアーク溶接方法。 - 測定した前記距離の平均値から前記溶接電極と前記母材の溶接面の溶接高さのずれを検知して、
適切な前記溶接高さを維持するように溶接トーチの移動を制御するステップを更に有することを特徴とする請求項3に記載のアーク溶接方法。 - 先端に溶接電極が設けられた溶接トーチと、
先端に前記溶接トーチを傾動自在に設け、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある前記複数の母材同士が接合される溶接線上に一致する点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービングさせる動作を行うロボットと、
前記ロボットを制御する制御手段と、を備え、前記溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、前記溶接線を構成する複数の母材を溶融させることを特徴とするアーク溶接装置。 - 先端に溶接電極が設けられた溶接トーチと、
先端に前記溶接トーチを傾動自在に設け、前記溶接トーチを、前記溶接電極の延長線側にある点であって、前記複数の母材同士が接合される溶接線の下方または上方の点を、前記溶接トーチの傾動の中心点として傾動させた状態で、前記溶接線に沿わせて移動させることにより、ウィービングさせる動作を行うロボットと、
前記ロボットを制御する制御手段と、を備え、前記溶接トーチの先端に設けられた溶接電極のアークにより、前記溶接線を構成する複数の母材を溶融させることを特徴とするアーク溶接装置。 - 前記溶接トーチを傾動させつつ、前記溶接電極による溶接電圧又は溶接電流により、前記溶接電極と前記母材の溶接面との距離を測定する測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記測定手段で測定した前記距離の変化から、前記溶接トーチの傾動の中心点として予め設定されている点に対する、実際にウィービングを行っている溶接トーチの傾動の中心点のずれを検知し、前記ずれを補正するように前記ロボットを制御することを特徴とする請求項5または6に記載のアーク溶接装置。 - 前記制御手段は、更に、前記測定手段で測定した前記距離の平均値から前記溶接電極と前記母材の溶接面の溶接高さのずれを検知して、適切な前記溶接高さを維持するように前記ロボットを制御することを特徴とする請求項7に記載のアーク溶接装置。
- 前記ロボットは、
前記溶接トーチを保持すると共に、前記溶接電極を挿入することができる孔を有した円盤状の回転板と、
前記回転板と同心であって、中心に前記溶接電極を挿入することができる孔が形成されている円環状のスライド板と、
前記回転板の縁端と係合して前記回転板を回転させるモータと廻動軸により接続された廻動板と、
から構成されたウィーバーであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。 - 前記ロボットは、
前記溶接トーチの上端に前記溶接トーチと水平方向に延在した傾動板と、
ボルトを介して前記傾動板の両端を傾動自在に把持した円環状のスライダーと、
傾動軸を介して前記溶接トーチの上端部と連結される連結レバーと、
ヒンジ軸を介して連結レバーと連結される水平レバーと、
前記水平レバーを前記溶接トーチと水平の方向に移動させるアクチュエータと、
から構成されたウィーバーであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。 - 前記ロボットは、
前記溶接トーチの上端に固定され、前記溶接トーチと垂直方向に延在した垂直レバーと、
前記垂直レバーの上端部に設けられ、駆動軸を介して前記垂直レバーに連結された傾動レバーと、ヒンジ軸を介して前記傾動レバーと接続された水平レバーと、前記水平レバーの動きに合わせて傾動レバーを平行にスライドさせるスライダーと、前記水平レバーを動作させる軸位置変更用アクチュエータと、から構成される溶接トーチ軸位置変更機構と、
前記水平レバーの中央部に設けられたヒンジ軸を介して前記垂直レバーに連結された水平レバーと、ヒンジ軸を介して前記水平レバーと連結された連結レバーと、前記連結レバーを動作させる角度変更用アクチュエータと、から構成される溶接トーチ角度変更機構と、
から構成されたウィーバーであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。 - 前記ロボットは、垂直型多関節ロボットであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。
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