JP5131437B2

JP5131437B2 - 溶接装置および溶接方法

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Publication number: JP5131437B2
Application number: JP2007176256A
Authority: JP
Inventors: 圭亮内田; 匡弘西尾; 政喜大野; 宏宮島; 雅樹丹沢; 博成三方; 博紀富士本; 伸士井畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: EP2177301B1; CN101687282B; CN101687282A; EP2177301A1; US20100200554A1; EP2177301A4; WO2009005174A1; JP2009012035A

Description

本発明は、溶接装置および溶接方法に関し、さらに詳しくは、溶接部位に熱エネルギを付与するトーチと、溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段とを備えており、ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給してトーチによって熱エネルギを付与しつつ溶接ラインに沿って移動させて接合対象を互いに接合する溶接装置および溶接方法に関するものである。
なお、ここでいう溶接とは、母材である接合対象を溶融する場合の他に、母材である接合対象をできるだけ溶融しない「ろう接」も本発明に含まれる。

接合対象を互いに接合するために、ワイヤ供給手段によってフィラーワイヤを供給しつつ、トーチによって溶接部位に熱エネルギを付与して溶接することが、従来から広く行われている。そして、産業界においては、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるよう制御して、自動的に接合対象を互いに溶接することが行われている（たとえば特許文献１を参照）。

特許文献１には、図１３にも示すように、ワイヤ供給手段２’によって供給されるフィラーワイヤＦ’を使用して、エネルギビームＢ’、特にレーザービームの手段によってワークピース要素（接合対象）Ｗ’を接合するプロセスであって、ワークピースＷ’によって形成される接合部（溶接ライン）の形状を機械的スキャニングするための要素としてフィラーワイヤＦ’を使用して、前記接合部が少なくとも一つの側方ガイド表面を有していることにより、エネルギビームＢ’内で溶かされるフィラーワイヤＦ’の先端がワークピースＷ’の表面と側方ガイド表面に沿ってガイドされるようにしたものが開示されている。そして、特許文献１には、フィラーワイヤＦ’の接触圧力をセンサによって検出して、ワイヤ供給手段２’のワークピースＷ’表面に対する位置を自動制御すること（第６欄第９行〜同欄第１３行）や、ワイヤＦ’がエネルギビームＢ’に対して移動させるワイヤ供給手段２’によって自動的にガイドされること（第６欄第２０行〜同欄第２２行）なども開示されている。

また、図１４に示すように、ワイヤ供給手段２’などに接触子３０’を設けて、接合対象Ｗ’に接触子３０’を接触させて、トーチとワイヤ供給手段２’を溶接ラインＹ’に倣うよう移動させるメカニカルトラッキング機構３’が従来から知られている手段から考えられる。このメカニカルトラッキング機構３’は、接触子３０’がワイヤ供給手段２’から所定長さで突出させた状態で固定されており、その先端が接合対象Ｗ’に接した状態で、ワイヤ供給手段２’が所定の角度および所定の長さでフィラーワイヤＦ’を溶接部位に供給することができるように構成される。

米国特許第６，５９６，９６２Ｂ２号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献１に開示されたものにあっては、図１３に示したように、一般にフィラーワイヤＦ’はロールが巻き取られた状態から展ばされてワイヤ供給手段２’に送られるために巻き癖がついていることが多く、また、接合対象Ｗ’に対して垂直方向（図１３（Ａ）の矢印を参照）や水平（左右）方向（図１３（Ｂ）の矢印を参照）に強く押しつけるなど、接合対象Ｗ’に接触することなどによりコンタクトチップ２０’から接合対象Ｗ’の間で曲がることがある。したがって、フィラーワイヤＦ’を接合対象Ｗ’に接触させても、トーチおよびワイヤ供給手段２’と溶接ラインＹ’の間にフィラーワイヤＦ’の曲りなどによる誤差が発生するという問題があった。また、特許文献１にあっては、フィラーワイヤＦ’が曲がることによってワイヤ供給手段２’を構成するコンタクトチップ２０’の内周面に部分的に擦れて摩耗することとなり、コンタクトチップ２０’の消耗が早いという問題があった。

また、上記従来の技術のうち、図１４に示したようにワイヤ供給手段２’から所定長さで突出させた状態で接触子３０’を固定したメカニカルトラッキング機構３’にあっては、溶接ラインＹが図１４において高さ方向に変化するような場合、接触子３０’の先端を接合対象Ｗ’に接した状態でワイヤ供給手段２’を溶接部位に対して所定の角度および距離に保つような姿勢で移動させようとすると、エネルギービームＢ’の照射位置とフィラーワイヤＦ’の供給位置がずれるという問題や、またこれを回避するために溶接できる接合対象Ｗ’の溶接ラインＹ’が限定されるなどの問題があった。

さらに、たとえば、図９の（ｂ）や図１１および図１２に参照されるように、接合対象Ｗが成形誤差などによりその間に隙間Ｓが生じる場合には、ビードＣが凹んだり穴があくなどして外観が良好でなく接合強度が不足するなどの溶接不良が発生することとなるが、従来の技術では、生じた隙間に対応することができるものはなかった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに正確に倣って制御することができ、しかも、溶接ラインの高さ方向の変化にも追従して移動させて接合対象を適切に接合することができる溶接装置および溶接方法を提供することを目的とする。
また本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、成形誤差などによって接合対象間に隙間が形成される場合であっても、その隙間に応じて接合対象を互いに適切に接合することができる溶接装置および溶接方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の溶接装置に係る発明は、溶接部位に熱エネルギを付与するトーチと、溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるトラッキング手段とを備えており、ワイヤ供給手段によって溶接部位にフィラーワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接装置であって、トラッキング手段が、棒状に成形されてなり接合対象に対して弾性的に接触される接触子を有しており、該接触子は、前記ワイヤ供給手段に設けられており、且つ、該ワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能に設けられていることを特徴とするものである。

上記の課題を解決するために、請求項２の溶接装置に係る発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出して、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する制御手段を有することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するために、請求項３の溶接方法に係る発明は、ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接方法であって、トラッキング手段として、棒状に成形されてなり溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能な接触子を、ワイヤ供給手段に設け、進退可能または回動可能な接触子を接合対象に対して弾性的に接触させることにより、トーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させることを特徴とするものである。

上記の課題を解決するために、請求項４の溶接方法に係る発明は、請求項３に記載の発明において、さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御することを特徴とするものである。

請求項１に係る溶接装置によれば、トラッキング手段が、棒状に成形されてなり接合対象に対して弾性的に接触される接触子を有しており、該接触子は、前記ワイヤ供給手段に設けられており、且つ、該ワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能に設けられているという簡単な構成により、溶接ラインが高さ方向に変化する場合であっても、トーチおよびワイヤ供給手段を確実且つ正確に溶接ラインに倣って移動させて、ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給してトーチによって熱エネルギを付与して、接合対象を互いに適切に接合することが可能な溶接装置を提供することができる。

請求項２に係る溶接装置によれば、請求項１に記載の発明において、さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出して、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する制御手段を有するという簡単な構成により、成形誤差などによって接合対象間に隙間が生じている場合であっても、かかる隙間の大きさに応じて接合対象を互いに適切に接合することが可能な溶接装置を提供することができる。

また、請求項３に係る溶接方法によれば、トラッキング手段として、棒状に成形されてなり溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能な接触子を、ワイヤ供給手段に設け、進退可能または回動可能な接触子を接合対象に対して弾性的に接触させることにより、トーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させるという簡単な構成により、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに正確に倣わせることができ、したがって、接合対象を互いに適切に接合することが可能な溶接方法を提供することができる。

請求項４に係る溶接方法によれば、請求項３に記載の発明において、さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御するという簡単な構成により、成形誤差などによって接合対象間に隙間が生じている場合であっても、かかる隙間の大きさに応じて接合対象を互いに適切に接合することが可能な溶接方法を提供することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（３）項が請求項２に相当し、（５）項が請求項３に相当し、（６）項が請求項４に相当する。

（１）溶接部位に熱エネルギを付与するトーチと、溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるトラッキング手段とを備えており、ワイヤ供給手段によって溶接部位にフィラーワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接装置であって、
トラッキング手段が、進退可能または回動可能に設けられ接合対象に対して弾性的に接触される接触子を有することを特徴とする溶接装置。

（１）項に記載の発明では、進退可能または回動可能に設けられた接触子を接合対象に対して弾性的に接触させて、接触子を前方に配置してトーチおよびワイヤ供給手段とともに移動させ、ワイヤ供給手段によってフィラーワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを少なくともフィラーワイヤに付与して溶融させる。このとき、接触子は、進退可能または回動可能に設けられていることにより、トーチおよびワイヤ供給手段に対して相対的に左右方向（接合対象の溶接部位の幅方向）に変位不能に且つ高さ方向（接合対象の溶接部位の鉛直方向）に変位可能となっており、接合対象に接触されていることにより、溶接ラインに沿って移動される。そのため、トーチとワイヤ供給手段も同時に溶接ラインに正確に倣うように移動されることとなる。そして、接触子は、接合対象に対して弾性的に押し当るように接触されていることから、溶接ラインが高さ方向に変化する場合であっても、かかる高さ方向に追従する。したがって、接触子が接合対象に接触した状態を維持して移動するため、トーチとワイヤ供給手段も溶接ラインの高さ方向の変化に影響されることなく溶接ラインに正確に倣うように移動して、接合対象を適切に溶接することができる。

（２）接触子が、その先端を接合対象に接触した状態で、移動方向前方に向かって傾斜していることを特徴とする（１）項に記載の溶接装置。

（２）項に記載の発明では、（１）に記載の発明において、接触子が、その先端を接合対象に接触した状態で、移動方向前方に向かって傾斜していることにより、接触子とトーチおよびワイヤ供給手段とが接合対象の形状により引っ掛かるなどして妨げられることなく、安定して移動することができる。

（３）溶接部位に熱エネルギを付与するトーチと、溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるよう制御するトラッキング手段とを備えており、ワイヤ供給手段によって溶接部位にフィラーワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接装置であって、
進退可能または回動可能に設けられ接合対象に対して弾性的に接触される接触子と、該接触子の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出して、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する制御手段とを有することを特徴とする溶接装置。

（３）項に記載の発明では、接触子を接合する接合対象間に弾性的に接触させて、トーチおよびワイヤ供給手段とともに溶接ラインに沿って移動させる。このとき、接触子は、進退可能または回動可能に設けられ接合対象に対して弾性的に接触されていることにより、接合対象間に形成される隙間に応じて変位することとなる。制御手段は、この接触子の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、この検出された隙間の大きさに応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する。そのため、成形誤差などによって接合対象間に隙間が生じている場合であっても、かかる隙間の大きさに影響されることなく、適切に接合対象を互いに接合することができる。

（４）接触子が、その先端を接合対象に接触した状態で、移動方向と交差する方向に向かって傾斜していることを特徴とする（３）項に記載の溶接装置。

（４）項に記載の発明では、（３）項に記載の発明において、接触子が、その先端を接合対象に接触した状態で、移動方向と交差する方向に向かって傾斜していることにより、接合対象間に形成される隙間に応じた接触子の変位が具現化される。

（５）ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接方法であって、
トラッキング手段として進退可能または回動可能な接触子を設け、
進退可能または回動可能な接触子を接合対象に対して弾性的に接触させることにより、トーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させることを特徴とする溶接方法。

（５）項に記載の発明では、トラッキング手段として進退可能または回動可能に設けられた接触子を接合対象に対して弾性的に接触させて、接触子を前方に配置してトーチおよびワイヤ供給手段とともに移動させ、ワイヤ供給手段によってフィラーワイヤを供給するとともに、トーチによって熱エネルギを少なくともフィラーワイヤに付与して溶融させる。このとき、接触子は、進退可能または回動可能に設けられていることにより、トーチおよびワイヤ供給手段に対して相対的に左右方向（接合対象の溶接部位の幅方向）に変位不能に且つ高さ方向（接合対象の溶接部位の鉛直方向）に変位可能となっており、接合対象に接触されていることにより、溶接ラインに沿って移動される。そのため、トーチとワイヤ供給手段も同時に溶接ラインに正確に倣うように移動されることとなる。そして、接触子は、接合対象に対して弾性的に押し当るように接触されていることから、溶接ラインが高さ方向に変化する場合であっても、かかる高さ方向に追従するため、接合対象に接触した状態を維持して移動することから、トーチとワイヤ供給手段も溶接ラインの高さ方向の変化に影響されることなく溶接ラインに正確に倣うように移動して、接合対象を適切に溶接することができる。

（６）ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接方法であって、
進退可能または回動可能に設けられ接合対象に対して弾性的に接触される接触子を設け、
該接触子の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、
該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御することを特徴とする溶接方法。

（６）項に記載の発明では、接触子を進退可能または回動可能に設けて接合する接合対象間に弾性的に接触させ、トーチおよびワイヤ供給手段とともに溶接ラインに沿って移動させる。このとき、接触子は、進退可能または回動可能に設けられ接合対象に対して弾性的に接触されていることにより、接合対象間に形成される隙間に応じて変位することとなる。そして、この接触子の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、この検出された隙間の大きさに応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する。そのため、成形誤差などによって接合対象間に隙間が生じている場合であっても、かかる隙間の大きさに影響されることなく、適切に接合対象を互いに接合することができる。

最初に、本発明の溶接装置の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
本発明の溶接装置は、概略、溶接部位に熱エネルギを付与するトーチ１と、溶接部位にフィラーワイヤＦを供給するワイヤ供給手段２と、トーチ１およびワイヤ供給手段２の移動軌跡を溶接ラインＹに倣わせるよう制御するトラッキング手段３とを備えており、トラッキング手段３が、進退可能または回動可能に設けられ接合対象Ｗに対して弾性的に接触される接触子３０Ａまたは３０Ｂを有しており、ワイヤ供給手段２によって溶接部位にフィラーワイヤＦを供給するとともにトーチ１によって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段３の接触子３０Ａまたは３０Ｂを接合対象Ｗに弾性的に接触させることによってトーチ１およびワイヤ供給手段２を溶接ラインＹに倣うように移動させて、接合対象Ｗを互いに接合するものである。

この実施の形態におけるトーチ１は、図７に参照されるように、レーザ発振器１０から所定の出力で発振されたレーザビームＢを照射することにより熱エネルギを付与するものであり、かかるレーザビームＢを所定の焦点距離および所定の径で制御可能に照射するためのレンズ群１１を備えている。

ワイヤ供給手段２は、ロールに巻き取られた状態から展ばされたフィラーワイヤＦを所定の速度で制御可能に送るための送り装置と、この送り装置によって送られたフィラーワイヤＦをレーザビームＢが照射される溶接部位に供給するコンタクトチップ２０を備えている。

接触子３０Ａは、ほぼ棒状成形されたもので、この実施の形態の場合、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０と隣接して設けられたハウジング３１内に保持されており、その軸方向にのみ進退移動可能とされている。そして、接触子３０Ａの基端とハウジング３１との間にはスプリング３２Ａが介装されており、ハウジング３１から接触子３０Ａが弾性的に突出するよう付勢されている。なお、接触子３０Ａは、スプリング３２Ａによりハウジング３１から突出するように付勢されているが、ハウジング３１から抜け出ることがないように抜け止め機構が設けられている。接触子３０Ａの接合対象Ｗに接触される先端の形状は、たとえば錐形や球状など、接合対象の断面形状などに応じて選択することができる。

図１に示すように、トーチ１と、コンタクトチップ２０および接触子３０Ａを保持したハウジング３１とは、ロボット４のアーム４０に設けられたモータまたはバネなどからなる回動付勢手段３６によって支持されており、図１（Ａ）に一点鎖線で示した軸線の周りに回動して、図１（Ｂ）に矢印Ｘで示すように、接合対象Ｗの段差部にフィラーワイヤＦおよび接触子３０Ａ、３０Ｂが横方向から押し付けられるように付勢されており、且つ、共にロボット４のアームに溶接ラインＹに対して左右方向（幅方向）に移動可能に支持されている。また、コンタクトチップ２０および接触子３０Ａを保持したハウジング３１は、トーチ１に設けられたバネなどを備えた伸長付勢手段３７によって支持されており、図１（Ｂ）に矢印Ｚで示すように、接合対象Ｗに対して押し付けられるように付勢されている。回動付勢手段３６と伸長付勢手段３７は、トラッキング手段３に含まれる。トーチ１、コンタクトチップ２０および接触子３０Ａの配置は、溶接ラインＹの溶接終了位置から開始位置に向かって、接触子３０Ａ、コンタクトチップ２０、トーチ１の順に並ぶよう配列されている。そして、この実施の形態では、レーザビームＢを接合対象Ｗの表面に対してほぼ鉛直方向に照射するようトーチ１が配置されており、これに対して移動方向前方から傾斜させてフィラーワイヤＦを供給するようコンタクトチップ２０が配設されている。

次に本発明の溶接方法の第１の実施の形態を、上述したように構成された溶接装置を使用する場合により、その作動とともに詳細に説明する。
本発明の溶接方法は、概略、トラッキング手段３として進退可能または回動可能な接触子３０Ａまたは３０Ｂを設けて、接合対象Ｗに対して弾性的に接触させ、ワイヤ供給手段２によって溶接部位に対してフィラーワイヤＦを供給すると共にトーチ１によって熱エネルギを付与しつつ、溶接ラインＹに倣うように移動させて接合対象Ｗを互いに接合するものである。

上述したように、トーチ１とコンタクトチップ２０がロボット４のアーム４０に支持されており、また、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０に設けられたハウジング３１内に接触子３０Ａがその軸方向のみ進退移動できるよう保持されていることにより、接触子３０Ａは、トーチ１とコンタクトチップ２０に対して相対的に左右方向（Ｘ方向）に変位不能で、高さ方向（Ｚ方向）に変位することが可能となっている。また、トーチ１と、コンタクトチップ２０および接触子３０Ａを保持したハウジング３１とは、共にロボット４のアーム４０により左右方向（Ｘ方向）に移動可能に支持されている。そのため、ロボット４の駆動により、接触子３０Ａの先端を接合対象Ｗに弾性的に押し当てるよう接触させた状態で、アーム４０に共に支持されたトーチ１とコンタクトチップ２０および接触子３０Ａとを溶接開始位置から終了位置に向かって移動させると、接触子３０Ａは接合対象Ｗの形状に応じた溶接ラインＹに沿って移動されることとなる。そして、トーチ１とコンタクトチップ２０は、接触子３０Ａと相対的に左右方向（Ｘ方向）に変位不能であるため、接触子３０Ａと同様に接合対象Ｗの形状に応じた溶接ラインＹに沿って、すなわち、溶接ラインＹに倣って左右方向（Ｘ方向）に変位しながら移動されることとなる。

さらに、図３に示すように、接合対象Ｗの形状によって溶接ラインＹが高さ方向（図３における上下Ｚ方向）に変化する場合には、接触子３０Ａは、その軸方向のみに進退移動を許容するようにハウジング３１に保持されていると共にスプリング３２Ａによって弾性的に付勢されているため、溶接ラインＹの高さＺ方向への変化に追従して進退移動し、接合対象Ｗに常に接触する状態を維持している。したがって、トーチ１とコンタクトチップ２０は、溶接ラインＹの高さＺ方向の変化に影響されることなく溶接ラインＹに正確に倣うように移動して、接合対象Ｗを適切に溶接することができる。

さらに、接触子３０Ａは、所定の角度で傾斜するよう支持されたコンタクトチップ２０に設けられていることにより、その先端を接合対象Ｗに接触した状態で移動方向前方に向かって傾斜している。そのため、接触子３０Ａをトーチ１およびコンタクトチップ２０と共に移動させるときに、接合対象Ｗの形状により接触子３０Ａが引っ掛かることがなく、したがってその移動を妨げられることがない。

次に、本発明の第１の実施の形態における変形例を、図４に基づいて説明する。なお、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
上述した実施の形態においては、接触子３０Ａが進退可能に設けられていたのに対し、この実施の形態においては、接触子３０Ｂを回動可能に設けている。

コンタクトチップ２０には、ブラケット３３が設けられており、接触子３０Ｂの基端部または中間部には回動軸３４が設けられており、回動軸３４が溶接ラインＹに対して直交する方向に延在するようブラケット３３に回動可能に枢支されている。そして、回動軸３４にはスプリング３２Ｂが設けられており、スプリング３２Ｂの一端はブラケット３３に設けられたストッパ３５に係合されており、これにより、接触子３２Ｂは、トーチ１とコンタクトチップ２０に対して相対的に左右方向に変位不能で、その先端が接合対象Ｗに弾性的に押し当てられるように回動付勢されており、移動方向Ｙ前方に傾斜している。

このように構成された溶接装置では、図４に鎖線で示すように、溶接ラインＹが高さＺ方向に変化した場合であっても、接触子３０Ｂの先端が接合対象Ｗに弾性的に押し当てられるように付勢されているため、溶接ラインＹの高さＺ方向への変化に追従して回動し、接合対象Ｗに常に接触する状態を維持している。したがって、トーチ１とコンタクトチップ２０は、溶接ラインＹの高さＺ方向の変化に影響されることなく溶接ラインＹに正確に倣うように移動して、接合対象Ｗを適切に溶接することができる。そして、先端が接合対象Ｗに接触した状態で移動方向前方に傾斜しているため、接触子３０Ｂをトーチ１およびコンタクトチップ２０と共に移動させるときに、接合対象Ｗの形状により接触子３０Ｂが引っ掛かることがなく、したがってその移動を妨げられることがない。

なお、本発明は、接合対象Ｗを溶融させないろう付により接合する場合にも適用することができ、また、フィラーワイヤＦと共に接合対象Ｗを溶融させる場合にも適用することができる。また、本発明は、突合せ継手、かど継手、Ｔ継手、へり継手、重ね継手などに適用することができる。さらに、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、図５に示すように、ＭＩＧアーク溶接に適用することもできる。また、本発明は、図６に示すようなタングステン電極６を有するＴＩＧアーク溶接やプラズマ溶接にも適用することができる。

次に、本発明の溶接装置の第２実施の形態を、図７〜図１２に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
本発明の溶接装置は、概略、溶接部位に熱エネルギを付与するトーチ１と、溶接部位にフィラーワイヤＦを供給するワイヤ供給手段２と、トーチ１およびワイヤ供給手段２の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるよう制御するトラッキング手段３と、進退可能または回動可能に設けられ接合対象Ｗに対して弾性的に接触される接触子３０Ａまたは３０Ｂと、この接触子３０Ａまたは３０Ｂの変位に基づいて接合対象Ｗ間に形成される隙間Ｓを検出して、この検出された隙間Ｓに応じてトーチ１による熱エネルギとワイヤ供給手段２によるフィラーワイヤＦの供給速度との少なくとも一つを制御する制御手段７とを備えており、ワイヤ供給手段２によって溶接部位にフィラーワイヤＦを供給するとともにトーチ１によって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段３によってトーチ１およびワイヤ供給手段２を溶接ラインＹに沿って移動させて、接合対象Ｗを互いに接合するものである。

図７に示すように、トーチ１は、レーザ発振器１０から所定の出力で発振されたレーザビームＢを照射するものであり、かかるレーザビームＢを所定の焦点距離および所定の径で制御可能に照射するためのレンズ群１１を備えている。また、ワイヤ供給手段２は、フィラーワイヤＦをレーザビームＢが照射される溶接部位に供給するコンタクトチップ２０を備えている。

接触子３０Ａは、ほぼ棒状成形されたもので、この実施の形態の場合、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０と隣接して設けられたハウジング３１内に保持されており、その軸方向にのみ進退移動可能とされている。そして、接触子３０Ａの基端とハウジング３１との間にはスプリング３２Ａが介装されており、ハウジング３１から接触子３０Ａが弾性的に突出するよう付勢されている。

図１に参照されるように、トーチ１と、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０および接触子３０Ａを保持したハウジング３１とは、共にロボット４のアーム４０に矢印Ｘで示した左右方向に移動可能に支持されている。トーチ１、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０および接触子３０Ａの配置は、溶接ラインＹの溶接終了位置から開始位置に向かって、接触子３０Ａ、ワイヤ供給手段２のコンタクトチップ２０、トーチ１の順に並ぶよう配列されている。そして、図８および図９に示した実施の形態では、接合対象Ｗが屈曲された板材からなり、図８および図９における水平部Ｗａ１、Ｗａ２が高さを異なる状態で接合される。なお、溶接ラインＹは、図７においては左右方向に、また、図８および図９においてはその紙面に対して垂直方向に延びている。

この実施の形態においては、図８に示したように、接触子３０Ａが溶接ラインＹに対してほぼ直交する方向であって、低い方の水平部Ｗａ２側に傾斜するよう配置されており、両接合対象Ｗの溶接部位に弾性的に接触されている。

次に、本発明の溶接方法の第２の実施の形態を、図７〜図９に示したように構成された溶接装置を使用する場合により、その作動とともに詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
本発明の溶接方法は、概略、ワイヤ供給手段２によって溶接部位にフィラーワイヤＦを供給するとともにトーチ１によって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段３によってトーチ１およびコンタクトチップ２０を溶接ラインＹに沿って移動させて、接合対象Ｗを互いに接合するもので、進退可能または回動可能に設けられ接合対象Ｗに対して弾性的に接触される接触子３０Ａまたは３０Ｂを設け、接触子３０Ａまたは３０Ｂの変位に基づいて接合対象Ｗ間に形成される隙間Ｓを検出し、検出された隙間Ｓに応じてトーチ１による熱エネルギとワイヤ供給手段２によるフィラーワイヤＦの供給速度との少なくとも一つを制御するものである。

図８および図９の（ａ）に示すように、接合対象である屈曲された板材Ｗは、通常、互いの溶接部位が近接するよう位置決め保持される。しかしながら、板材Ｗの成形精度などにより、図８および図９の（ｂ）に示すように、互いの垂直部Ｗｂ１、Ｗｂ２が部分的または全体的に離れて隙間Ｓが生じる場合がある。そこで、この実施の形態では最初に、溶接する前に接触子３０Ａを両板材Ｗの溶接部位に弾性的に接触させたときに、接触子３０Ａの基端面とハウジング３１との間の距離Ｌを検出する。すなわち、図８の（ａ）に示すように、両板材Ｗの溶接部位に隙間Ｓが生じていない状態では、接触子３０Ａの基端面とハウジング３１との間が長さＬａであるのに対して、図８の（ｂ）に示すように、両板材Ｗの溶接部位に隙間Ｓが生じている状態では、接触子３０Ａがハウジング３１からより突出するよう変位して接触子３０Ａの基端面とハウジング３１との間が距離Ｌｂとなる。

制御手段７では、この検出した距離Ｌを受けて、図１０に示すように、距離Ｌが大きい場合にはその大きさに応じた隙間Ｓが生じていると判断して、フィードワイヤＦの供給速度を速くして溶接部位に対する単位時間あたりの供給量を増加させることと、レーザビームＢの溶接部位での径Ｄを隙間Ｓの大きさに応じてＤａからＤｂに拡大し、および／または、レーザビームＢの出力を隙間Ｓの大きさに応じて増大させる。これにより、図９の（ｂ）に示すように、隙間Ｓが生じた両板材Ｗの溶接部位には、ビードＣに凹みが生じたり穴あきが生じることなく外観が良好となり、適切に両板材Ｗを溶接することができる。

なお、本発明は、この実施の形態に限定されることなく、図８に示したように接触子３０Ａを突出させるよう付勢するスプリング３２Ａの負荷あるいは圧力を検出することにより、接触子３０Ａの変位を検出することもできる。

また、本発明は、図８に示したように進退可能に設けられた接触子３０Ａに替えて、図４に示したように回動可能に設けられた接触子３０Ｂを採用することもできる。この場合においては、接触子３０Ｂの角度やスプリング３２Ｂの負荷などに基づいてその変位を検出することができる。

図１１は、接合対象Ｗを重ねすみ肉溶接する場合において、進退可能な接触子３０Ａを設けて、両接合対象Ｗの間に生じた隙間Ｓを検出する場合を説明するために示したものである。両接合対象Ｗの間に隙間Ｓが生じていない場合に、両接合対象Ｗに接している接触子３０Ａの位置は実線で示されている。これに対して、両接合対象Ｗの間に隙間Ｓが生じている場合に、両接合対象Ｗに接している接触子３０Ａの位置は鎖線で示されている。つまり、接合部材Ｗの間に生じる隙間Ｓに応じて接触子３０Ａの位置が異なることとなる。そこで、本発明では、この接触子３０Ａの突出している長さ或は接触子３０Ａの基端面とハウジング３１との間の距離Ｌ、スプリング３２Ａの負荷など、接触子３０Ａの位置の変化すなわち変位を検知することにより、接合対象Ｗの間に生じた隙間Ｓを検出することとしたのである。

図１２は、接合対象Ｗを重ねすみ肉溶接する場合において、回動可能な接触子３０Ｂを設けて、両接合対象Ｗの間に生じた隙間Ｓを検出する場合を説明するために示したものである。両接合対象Ｗの間に隙間Ｓが生じていない場合に、両接合対象Ｗに接している接触子３０Ｂの位置は実線で示されている。これに対して、両接合対象Ｗの間に隙間Ｓが生じている場合に、両接合対象Ｗに接している接触子３０Ｂの位置は鎖線で示されている。つまり、接合部材Ｗの間に生じる隙間Ｓに応じて接触子３０Ｂの位置が異なることとなる。そこで、本発明では、この接触子３０Ｂの回動角度θや接触子３０Ｂを付勢しているスプリング３２Ｂの負荷など（図４を参照）、接触子３０Ｂの変位を検知することにより、接合対象Ｗの間に生じた隙間Ｓを検出することとしたのである。

さらに、本発明は、上述した実施の形態に限定されることはない。接合対象Ｗの間に生じる隙間Ｓを検出するために、接触子３０Ａまたは３０Ｂを溶接ラインＴに対して直交する方向に傾斜させることは必ずしも必要ではなく、接触子３０Ａまたは３０Ｂの接合対象Ｗと接触する部分を想定される最大の隙間Ｓよりも大きく形成することにより、接触子３０Ａまたは３０Ｂを接合対象Ｗの表面に対して鉛直方向に延在させるように設けた場合や、移動方向前方に傾斜させるよう設けた場合などでも、接合対象Ｗの間に生じる隙間Ｓを検出することができる。

さらにまた、本発明は、レーザビームＢに替えて電子ビームなど他の高エネルギビームを照射する場合にも適用することができ、また、上述した実施の形態と同様に、ＭＩＧアーク溶接（図５を参照）や、ＴＩＧアーク溶接用あるいはプラズマ溶接（図６を参照）に採用することもできる。接触子３０Ａ、３０Ｂは、スプリング３０Ａ、３２Ｂによって付勢することにより接合対象Ｗに対して弾性的に接触するよう構成する場合に限定されることなく、たとえば接触子３０Ａ、３０Ｂの自重などによって進退または回動することにより接合対象Ｗに対して弾性的に接触するよう構成することもできる。

本発明の溶接装置を説明するために概略で示した横方向から見た状態の図（Ａ）とその進行方向正面から見た図（Ｂ）である。本発明の溶接装置のトラッキング手段の要部を説明するために示した側面図である。溶接ラインが高さ方向に変化する場合に、本発明による溶接装置が適応する状態を説明するために示した側面図である。本発明の溶接装置の、図２とは別の実施の形態を示した要部側面図である。本発明にＭＩＧアーク溶接用のトーチを採用した場合を説明するために示した要部側面図である。本発明にＴＩＧアーク溶接用あるいはプラズマ溶接用のトーチを採用した場合を説明するために示した要部側面図である。本発明の接合対象に生じた隙間を検出することが可能な溶接装置を説明するために示した概略図である。接触子によって隙間を検出する状態を説明するための図である。検出された隙間に応じて溶接されたビードの状態を示した図である。検出された隙間と、トーチの出力、または、ワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度の制御との関係を説明するために示したグラフである。重ねすみ肉溶接される接合対象の隙間を、進退可能に設けられた接触子により検出する状態を示した説明図である。重ねすみ肉溶接される接合対象の隙間を、回動可能に設けられた接触子により検出する状態を示した説明図である。フィラーワイヤを用いてトラッキングさせる従来の技術を説明するために概略で示した横方向から見た状態の図（Ａ）とその進行方向正面から見た図（Ｂ）である。接触子が固定された従来の技術を示した説明図である。

符号の説明

Ｂ：レーザビーム、Ｆ：フィラーワイヤ、Ｗ：接合対象、Ｙ：溶接ライン、Ｃ：ビード、Ｓ：隙間、Ｄ：レーザビームの径、１：トーチ、２：ワイヤ供給手段、３：トラッキング手段、３０Ａ：進退可能に設けられた接触子、３０Ｂ：回動可能に設けられた接触子、７：制御手段、２０：コンタクトチップ

Claims

溶接部位に熱エネルギを付与するトーチと、溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段と、トーチおよびワイヤ供給手段の移動軌跡を溶接ラインに倣わせるトラッキング手段とを備えており、ワイヤ供給手段によって溶接部位にフィラーワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接装置であって、
トラッキング手段が、棒状に成形されてなり接合対象に対して弾性的に接触される接触子を有しており、該接触子は、前記ワイヤ供給手段に設けられており、且つ、該ワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能に設けられていることを特徴とする溶接装置。
さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出して、該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
ワイヤ供給手段によって溶接部位にワイヤを供給するとともにトーチによって熱エネルギを付与しつつ、トラッキング手段によってトーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させて、接合対象を互いに接合する溶接方法であって、
トラッキング手段として、棒状に成形されてなり溶接部位にフィラーワイヤを供給するワイヤ供給手段に対して進退可能または回動可能な接触子を、ワイヤ供給手段に設け、
進退可能または回動可能な接触子を接合対象に対して弾性的に接触させることにより、トーチおよびワイヤ供給手段を溶接ラインに沿って移動させることを特徴とする溶接方法。
さらに、前記接触子の前記ワイヤ供給手段に対する進退または回動の変位に基づいて接合対象間に形成される隙間を検出し、
該検出された隙間に応じてトーチによる熱エネルギとワイヤ供給手段によるフィラーワイヤの供給速度との少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。