JP6441101B2 - Plasma welding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、母材と電極との間でプラズマアークを発生させて母材の溶接を行うプラズマ溶接装置に関する。 The present invention relates to a plasma welding apparatus for welding a base material by generating a plasma arc between the base material and an electrode.
一般に、金属材料から成る母材（被加工物）を溶接する装置の従来技術の１つとして、プラズマ溶接装置が知られている。この種のプラズマ溶接装置は、溶接トーチを用いて内部の電極と母材との間でプラズマアークを発生させ、このプラズマアークによって母材の突合せ部分を加熱して溶融することにより、母材の溶接を行うものである。 Generally, a plasma welding apparatus is known as one of the prior arts of an apparatus for welding a base material (workpiece) made of a metal material. This type of plasma welding apparatus generates a plasma arc between an internal electrode and a base material using a welding torch, and heats and melts the butt portion of the base material by this plasma arc. Welding is performed.
このようなプラズマ溶接は、母材から直接電極にアークを移行させるティグ溶接（ＴＩＧ溶接）と比べてエネルギー密度が高く、アークの形状も円柱状に絞られているので、ティグ溶接よりも高速度かつ定電流の溶接が可能となる。これにより、母材に形成されたビードの幅が狭くなり、溶接歪みを低減すると共に、優れたアークの安定性と方向性を得ることができる。 Such plasma welding has a higher energy density than TIG welding (TIG welding), in which the arc is transferred directly from the base metal to the electrode, and the arc shape is also reduced to a columnar shape, so it is faster than TIG welding. In addition, constant current welding is possible. Thereby, the width | variety of the bead formed in the base material becomes narrow, and while being able to reduce welding distortion, the stability and directionality of the outstanding arc can be obtained.
一方、プラズマ溶接は、溶接トーチの電極が消耗し難く、プラズマ溶接装置を長時間連続して使用できることからＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御等による自動溶接に適しているが、この自動溶接を用いて高精度な母材の加工を実施するためには、母材の溶接線上において溶接トーチの位置決めを的確に行う必要がある。 On the other hand, plasma welding is suitable for automatic welding by NC (Numerical Control) control because the electrodes of the welding torch are not easily consumed and the plasma welding apparatus can be used continuously for a long time. In order to perform accurate base metal processing, it is necessary to accurately position the welding torch on the base metal weld line.
そこで、第１のベース部材と、第１のベース部材に対して水平な一方向への移動が可能な第２のベース部材と、第２のベース部材に対して水平で、かつ、一方向とは垂直な方向への移動が可能な第３のベース部材と、第３のベース部材に設けられて溶接トーチを支持するトーチホルダと、第３のベース部材に設けられて先端に溶接トーチと非加工物との距離を正確に設定する接触式スイッチを有するトーチ位置設定用治具とを備えたプラズマ溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, the first base member, the second base member capable of moving in one direction horizontal with respect to the first base member, the horizontal with respect to the second base member, and in one direction Is a third base member that is movable in a vertical direction, a torch holder that is provided on the third base member and supports the welding torch, and a welding torch that is provided on the third base member and is not processed at the tip. There has been proposed a plasma welding apparatus including a torch position setting jig having a contact-type switch for accurately setting a distance from an object (for example, see Patent Document 1).
上述した特許文献１に開示された従来技術のプラズマ溶接装置では、接触式スイッチが溶接トーチの軸線から左右方向において離れた位置に設けられているので、接触式スイッチを母材に接触させて母材と溶接トーチとの距離を位置決めした後、溶接トーチを母材の溶接線の上方に戻す手順が行われる。その際、第３のベース部材を左右方向へ移動させるレバーを操作して溶接トーチの先端の位置を手動で母材の溶接位置に合わせるようにしているので、溶接トーチの位置ずれが発生する可能性があり、プラズマ溶接に対する品質が不安定になることが懸念されている。 In the plasma welding apparatus of the prior art disclosed in Patent Document 1 described above, the contact type switch is provided at a position away from the axis of the welding torch in the left-right direction. After positioning the distance between the material and the welding torch, a procedure for returning the welding torch above the weld line of the base material is performed. At that time, a lever for moving the third base member in the left-right direction is operated so that the position of the tip of the welding torch is manually adjusted to the welding position of the base material. There is a concern that the quality for plasma welding becomes unstable.
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、溶接トーチの位置ずれの発生を抑制し、安定した溶接品質を確保することができるプラズマ溶接装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the situation of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a plasma welding apparatus that can suppress the occurrence of misalignment of the welding torch and ensure stable welding quality. is there.
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ溶接装置は、先端からプラズマガスを噴射する噴射孔が穿設され、母材と内部に挿入された電極との間でプラズマアークを発生させる溶接トーチと、所定の軌跡プログラムに従って前記溶接トーチを前記母材の溶接線上で移動させて前記母材の溶接を行うよう制御する制御装置とを備えたプラズマ溶接装置において、先端が前記母材の開先の形状に合わせて予め形成され、前記噴射孔に嵌め込まれる凸部を有する治具と、前記凸部を前記噴射孔に嵌め込んだ状態で、前記治具を前記溶接トーチに固定する固定部材とを備え、前記制御装置は、前記溶接トーチを前記母材に近づけて前記治具の先端を前記母材の開先の内面に当接させることにより前記溶接時における前記溶接トーチの始点及び終点の位置を決定することを備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the plasma welding apparatus of the present invention is a welding in which an injection hole for injecting plasma gas is formed from the tip, and a plasma arc is generated between a base material and an electrode inserted therein. A plasma welding apparatus comprising: a torch; and a control device configured to control the welding of the base metal by moving the welding torch on the base metal welding line in accordance with a predetermined trajectory program. A jig formed in advance in accordance with the previous shape and having a convex portion that fits into the injection hole, and a fixing member that fixes the jig to the welding torch while the convex portion is fitted into the injection hole with the door, the control device, the starting point of the welding torch during the by Rukoto a welding torch tip of the jig closer to the base material is brought into contact with GMA inner surface of the base material welded and End It is characterized by comprising determining the position.
本発明のプラズマ溶接装置によれば、溶接トーチの位置ずれの発生を抑制し、安定した溶接品質を確保することができる。なお、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the plasma welding apparatus of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of misalignment of the welding torch and ensure stable welding quality. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明に係るプラズマ溶接装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing the plasma welding apparatus which concerns on this invention is demonstrated based on figures.
図１に示すように、本発明に係るプラズマ溶接装置１は、金属材料から成る母材１１に対向した位置に配置される溶接トーチ１２と、この溶接トーチ１２を保持するトーチホルダ１３と、このトーチホルダ１３に連結され、溶接トーチ１２を母材１１の溶接線１１Ａ上に沿って移動させる溶接ロボット１４と、プラズマアーク２（図２参照）を生成するためのプラズマガス（動作ガス）、及び母材１１の溶接部分を保護するためのシールドガスを、ホース１５Ａ，１５Ｂを介して溶接トーチ１２へ供給するガス供給装置１５とを備えている。 As shown in FIG. 1, a plasma welding apparatus 1 according to the present invention includes a welding torch 12 disposed at a position facing a base material 11 made of a metal material, a torch holder 13 for holding the welding torch 12, and the torch holder. 13, a welding robot 14 that moves the welding torch 12 along the welding line 11 </ b> A of the base material 11, a plasma gas (operating gas) for generating the plasma arc 2 (see FIG. 2), and the base material And a gas supply device 15 for supplying a shielding gas for protecting the welded portion 11 to the welding torch 12 via the hoses 15A and 15B.
また、プラズマ溶接装置１は、冷却水を溶接トーチ１２へ供給する冷却水供給装置１６と、プラズマ溶接の電力の供給源となり、母材１１及び溶接トーチ１２に対して出力を行う電源装置１７と、これらの溶接ロボット１４、ガス供給装置１５、冷却水供給装置１６、及び電源装置１７を含む当該プラズマ溶接装置１全体の動作を制御する制御装置１８とを備えている。 Further, the plasma welding apparatus 1 includes a cooling water supply apparatus 16 that supplies cooling water to the welding torch 12, and a power supply apparatus 17 that serves as a power supply source of plasma welding and outputs to the base material 11 and the welding torch 12. And a control device 18 that controls the operation of the entire plasma welding apparatus 1 including the welding robot 14, the gas supply device 15, the cooling water supply device 16, and the power supply device 17.
そして、本実施形態に係るプラズマ溶接装置１は、水平に置かれた作業台（図示せず）上に母材１１を載置し、プラズマ溶接中に溶接トーチ１２を移動させる軌跡が予め設定された軌跡プログラム（例えば、ＮＣプログラム）に従って溶接トーチ１２を母材１１の溶接線１１Ａ上で移動させて母材１１の溶接を行うものである。以下、上述したプラズマ溶接装置１の各構成要素について、図２〜図１１を参照しながら詳細に説明する。 In the plasma welding apparatus 1 according to the present embodiment, a trajectory for placing the base material 11 on a horizontal work table (not shown) and moving the welding torch 12 during plasma welding is set in advance. The base metal 11 is welded by moving the welding torch 12 on the weld line 11A of the base material 11 according to the trajectory program (for example, NC program). Hereafter, each component of the plasma welding apparatus 1 mentioned above is demonstrated in detail, referring FIGS.
図２に示すように、溶接トーチ１２は、先端からプラズマガスを噴射する噴射孔１２１Ａが穿設されたチップ１２１と、このチップ１２１の内部に挿入され、母材１１との間でプラズマアーク２を発生させる電極としての電極棒１２２と、チップ１２１の外周を囲み、外殻を形成するノズル１２３とから構成されている。これらのチップ１２１、電極棒１２２、及びノズル１２３は共通の軸線Ａを有する同心円状に配置されている。 As shown in FIG. 2, the welding torch 12 includes a plasma arc 2 between a tip 121 having an injection hole 121 </ b> A for injecting plasma gas from the tip and the inside of the tip 121, and the base material 11. The electrode rod 122 serves as an electrode for generating an electric field, and the nozzle 123 surrounds the outer periphery of the chip 121 and forms an outer shell. These chip 121, electrode rod 122, and nozzle 123 are arranged concentrically with a common axis A.
チップ１２１は、母材１１側の先端へ向かうに従って縮径し、電極棒１２２の周囲を包み込むように円筒状に形成されている。また、チップ１２１は、内部に冷却水を流通させる水路（図示せず）が形成されており、この水路内を冷却水が循環することにより、母材１１と電極棒１２２との間で発生したプラズマアーク２を冷却し、プラズマアーク２のエネルギー密度を高めている。 The tip 121 is reduced in diameter toward the tip on the base material 11 side, and is formed in a cylindrical shape so as to wrap around the electrode rod 122. Further, the chip 121 is formed with a water channel (not shown) for circulating cooling water therein, and is generated between the base material 11 and the electrode rod 122 by circulating the cooling water in the water channel. The plasma arc 2 is cooled to increase the energy density of the plasma arc 2.
チップ１２１の噴射孔１２１Ａは、溶接トーチ１２の軸線Ａ上に位置し、プラズマガスをプラズマジェットとして噴射し、プラズマアーク２を細く絞る機能を有している。なお、チップ１２１の長さは、先端がノズル１２３の外側（母材１１側）へ突出するように、ノズル１２３及び電極棒１２２の長さよりも大きく設定されている。 The injection hole 121A of the tip 121 is located on the axis A of the welding torch 12 and has a function of injecting plasma gas as a plasma jet and narrowing the plasma arc 2 finely. Note that the length of the tip 121 is set larger than the length of the nozzle 123 and the electrode rod 122 so that the tip protrudes to the outside of the nozzle 123 (base material 11 side).
電極棒１２２は、例えば、タングステンから成る金属棒が用いられ、先端を含む全体がチップ１２１の内側に収容されている。さらに、電極棒１２２の直径は、チップ１２１の内径よりも小さく設定されており、電極棒１２２がチップ１２１の内面と離隔して配置されることにより、プラズマガスを流通させるガス経路１２４がチップ１２１と電極棒１２２との間に形成されている。 For example, a metal rod made of tungsten is used as the electrode rod 122, and the whole including the tip is accommodated inside the chip 121. Furthermore, the diameter of the electrode rod 122 is set to be smaller than the inner diameter of the tip 121, and the electrode rod 122 is arranged away from the inner surface of the tip 121, whereby the gas path 124 through which the plasma gas flows is provided in the tip 121. And the electrode rod 122.
ノズル１２３は、チップ１２１と同様に、母材１１側の先端へ向かうに従って縮径し、チップ１２１の周囲を包み込むように円筒状に形成されている。また、ノズル１２３の直径は、チップ１２１の外径よりも大きく設定されており、チップ１２１がノズル１２３の内面と離隔して配置されることにより、シールドガスを流通させるガス経路１２５がチップ１２１とノズル１２３との間に形成されている。 As with the tip 121, the nozzle 123 is reduced in diameter toward the tip on the base material 11 side, and is formed in a cylindrical shape so as to wrap around the tip 121. The diameter of the nozzle 123 is set to be larger than the outer diameter of the tip 121, and the tip 121 is arranged apart from the inner surface of the nozzle 123. It is formed between the nozzle 123.
図１に示す溶接ロボット１４は、例えば、図示されないが、鉛直方向に沿う中心軸（回動軸）の周りに旋回可能に固定された円柱状の基台と、この基台にリンクを介して接続され、制御装置１８からの制御指令に応じた姿勢に変形する複数のアームとから構成されている。 The welding robot 14 shown in FIG. 1 is, for example, not shown, but a columnar base fixed so as to be rotatable around a central axis (rotating axis) along the vertical direction, and a link to the base via a link. A plurality of arms connected to each other and deformed into a posture in accordance with a control command from the control device 18 are configured.
基台には、旋回角度を検出する旋回角度センサが取付けられており、この旋回角度センサの検出結果は制御装置１８へ出力される。複数のアームのうち先端には、トーチホルダ１３の基端側（図１に示すトーチホルダ１３の上部側）が連結されている。また、複数のアームの各接続部分には、モータが取付けられており、制御装置１８からの制御指令を受けてモータが回転することにより、各アームが鉛直方向へ回動して屈曲する。モータには、回転角を検出する回転角センサが取付けられており、この回転角センサの検出結果は制御装置１８へ出力される。 A turning angle sensor for detecting a turning angle is attached to the base, and a detection result of the turning angle sensor is output to the control device 18. The proximal end side of the torch holder 13 (the upper side of the torch holder 13 shown in FIG. 1) is connected to the distal ends of the plurality of arms. In addition, a motor is attached to each connecting portion of the plurality of arms, and each arm rotates and bends in the vertical direction when the motor rotates in response to a control command from the control device 18. A rotation angle sensor that detects a rotation angle is attached to the motor, and a detection result of the rotation angle sensor is output to the control device 18.
このような構成の溶接ロボット１４は、制御装置１８からの制御指令に応じて、基台の旋回動作とアームの屈曲動作を組み合わせることにより、溶接トーチ１２を母材１１側へ接近させ、プラズマアーク２を発生させながら母材１１の溶接線１１Ａに沿って的確に移動させることができる。 The welding robot 14 having such a configuration causes the welding torch 12 to approach the base material 11 side by combining the turning operation of the base and the bending operation of the arm in accordance with a control command from the control device 18, thereby causing a plasma arc. 2 can be accurately moved along the weld line 11 </ b> A of the base material 11.
ガス供給装置１５は、例えば、図示されないが、プラズマガスが封入され、ホース１５Ａの一端に連結されたプラズマガス用ボンベと、ホース１５Ａのプラズマガス用ボンベ側に設けられ、制御装置１８からの制御指令に応じて開閉し、プラズマガス用ボンベから溶接トーチ１２へ向かってホース１５Ａ内を流通するプラズマガスの供給量を調整するプラズマガス用電磁弁とを含んでいる。 Although not shown, the gas supply device 15 is provided with a plasma gas cylinder sealed with plasma gas and connected to one end of the hose 15A, and the plasma gas cylinder side of the hose 15A. It includes a plasma gas solenoid valve that opens and closes in response to a command and adjusts the supply amount of plasma gas flowing through the hose 15A from the plasma gas cylinder toward the welding torch 12.
また、ガス供給装置１５は、シールドガスが封入され、ホース１５Ｂの一端に連結されたシールドガス用ボンベと、ホース１５Ｂのシールドガス用ボンベ側に設けられ、制御装置１８からの制御指令に応じて開閉し、シールドガス用ボンベから溶接トーチ１２へ向かってホース１５Ｂ内を流通するシールドガスの供給量を調整するシールドガス用電磁弁とを含んでいる。 The gas supply device 15 is provided with a shield gas cylinder sealed with a shield gas and connected to one end of the hose 15B, and the shield gas cylinder side of the hose 15B, and according to a control command from the control device 18. A shield gas solenoid valve that opens and closes and adjusts the amount of shield gas supplied from the shield gas cylinder toward the welding torch 12 through the hose 15B.
プラズマガスには、例えば、アルゴン（Ａｒ）を主成分とするアルゴンガスに少量の水素（Ｈ２）が含有された混合ガスが用いられている。シールドガスには、例えば、アルゴンを主成分とするアルゴンガス又は二酸化炭素（ＣＯ２）を主成分とする炭酸ガスが用いられる。このシールドガスは、溶接トーチ１２のガス経路１２５を流通して先端から外部へ噴出されることにより、母材１１の溶接部分の周辺を包み込むようになっている。これにより、母材１１の溶接部分を大気から遮断して保護しながら、母材１１と電極棒１２２との間に発生したプラズマアーク２の状態を安定させている。 As the plasma gas, for example, a mixed gas in which a small amount of hydrogen (H 2 ) is contained in an argon gas mainly containing argon (Ar) is used. As the shielding gas, for example, argon gas mainly containing argon or carbon dioxide gas mainly containing carbon dioxide (CO 2 ) is used. The shield gas is circulated through the gas path 125 of the welding torch 12 and ejected from the tip to the outside, so that the periphery of the welded portion of the base material 11 is wrapped. Thereby, the state of the plasma arc 2 generated between the base material 11 and the electrode rod 122 is stabilized while protecting the welded portion of the base material 11 from the atmosphere.
冷却水供給装置１６は、例えば、図示されないが、ホース１６Ａ，１６Ｂの一端がそれぞれ連結され、冷却水を貯水する貯水槽と、この貯水槽と溶接トーチ１２との間で冷却水を循環させる循環ポンプと、制御装置１８からの制御指令に応じて貯水槽の熱を交換し、貯水槽内の冷却水の温度を低温に保つ熱交換器とから構成されている。 For example, the cooling water supply device 16 is not shown, but one end of each of the hoses 16A and 16B is connected to each other, and a circulation tank that circulates the cooling water between the water storage tank and the welding torch 12 for storing the cooling water. The pump and a heat exchanger that exchanges heat of the water tank according to a control command from the control device 18 and keeps the temperature of the cooling water in the water tank at a low temperature are configured.
電源装置１７は、例えば、図３に示すように、高周波を発生させる高周波発生器１７１と、正極側の端子にチップ１２１が接続されると共に、負極側の端子に電極棒１２２が接続され、これらのチップ１２１と電極棒１２２との間にパイロットアークの電圧を印加するパイロットアーク電源１７２と、正極側の端子に母材１１が接続されると共に、負極側の端子に電極棒１２２が接続され、これらの母材１１と電極棒１２２との間にプラズマアーク２の電圧を印加するプラズマアーク電源１７３と、パイロットアーク電源１７２とチップ１２１とを接続する回路に設けられ、制御装置１８からの制御指令を受けて開閉する開閉スイッチ１７４とから構成されている。 For example, as shown in FIG. 3, the power supply device 17 includes a high frequency generator 171 that generates a high frequency, a chip 121 connected to a positive terminal, and an electrode rod 122 connected to a negative terminal. A pilot arc power source 172 for applying a pilot arc voltage between the tip 121 and the electrode rod 122, the base material 11 is connected to the positive terminal, and the electrode rod 122 is connected to the negative terminal, A plasma arc power source 173 that applies the voltage of the plasma arc 2 between the base material 11 and the electrode rod 122, and a circuit that connects the pilot arc power source 172 and the chip 121, are provided with a control command from the control device 18. And an open / close switch 174 that opens and closes.
このような構成の電源装置１７は、開閉スイッチ１７４を閉じ、高周波発生器１７１を用いてチップ１２１と電極棒１２２との間で定電流のパイロットアークを発生させることにより、溶接トーチ１２内の経路１２４を流通するプラズマガスがパイロットアークの熱でイオン化される。そして、このプラズマガスがチップ１２１の噴射孔１２１Ａから噴射され続けることにより、母材１１と電極棒１２２との間にプラズマアーク２を発生させることができる。 The power supply device 17 having such a configuration closes the open / close switch 174 and generates a constant current pilot arc between the tip 121 and the electrode rod 122 using the high-frequency generator 171, thereby causing a path in the welding torch 12. The plasma gas flowing through 124 is ionized by the heat of the pilot arc. Then, the plasma arc 2 can be generated between the base material 11 and the electrode rod 122 by continuing to inject this plasma gas from the injection hole 121 </ b> A of the chip 121.
制御装置１８は、例えば、プラズマ溶接装置１の動作を制御するための各種の演算等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（図示せず）と、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置１８１（図１０参照）と、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）（図示せず）と、作業者が操作して各種の情報を入力するマウスやキーボート等の入力装置１８２（図１０参照）とを含むハードウェアから構成されている。なお、制御装置１８における溶接ロボット１４の駆動に関する具体的な構成については、後で詳細に述べる。 The control device 18 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) (not shown) that performs various calculations for controlling the operation of the plasma welding apparatus 1 and a ROM that stores a program for executing calculations by the CPU. (Read Only Memory), HDD (Hard Disk Drive) and other storage devices 181 (see FIG. 10), a RAM (Random Access Memory) (not shown), which is a work area when the CPU executes a program, It consists of hardware including an input device 182 (see FIG. 10) such as a mouse or a keyboard that is operated by a person to input various information. A specific configuration relating to driving of the welding robot 14 in the control device 18 will be described in detail later.
本実施形態に係るプラズマ溶接装置１は、図４、図５に示すように、チップ１２１の噴射孔１２１Ａに嵌め込まれる凸部２１１を有する治具２１と、この治具２１の凸部２１１を噴射孔１２１Ａに嵌め込んだ状態で、治具２１を溶接トーチ１２に固定する固定部材２２とを備えている。本実施形態では、治具２１は、固定部材２２から取外し可能に設けられており、後述するように、軌跡プログラムにおける溶接トーチ１２の軌跡を教示する際に、固定部材２２を用いて溶接トーチ１２に装着されるものである。 As shown in FIGS. 4 and 5, the plasma welding apparatus 1 according to the present embodiment injects the jig 21 having the convex portion 211 fitted into the injection hole 121 </ b> A of the tip 121 and the convex portion 211 of the jig 21. A fixing member 22 that fixes the jig 21 to the welding torch 12 in a state of being fitted into the hole 121A is provided. In the present embodiment, the jig 21 is provided so as to be removable from the fixing member 22, and the welding torch 12 is used by using the fixing member 22 when teaching the locus of the welding torch 12 in the locus program as will be described later. It is to be attached to.
具体的には、治具２１は、凸部２１１の他に、先端が母材１１の開先の形状に合わせて予め形成された先端ピン２１２と、一端の下面に先端ピン２１２が取付けられると共に、当該一端の上面に凸部２１１が設けられた平板状の基部２１３と、先端ピン２１２の周囲を照らす光源２１４とから構成されている。 Specifically, in addition to the convex portion 211, the jig 21 has a tip pin 212 whose tip is formed in advance according to the shape of the groove of the base material 11, and a tip pin 212 attached to the lower surface of one end. The flat base portion 213 having a convex portion 211 on the upper surface of the one end, and the light source 214 that illuminates the periphery of the tip pin 212 are configured.
先端ピン２１２は、例えば図６に示すように、正面から見た先端の角度θ１が母材１１の開先角度θ２よりも小さく設定された円錐状に形成されている。基部２１３の他端には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、治具２１と固定部材２２とを連結するための複数の螺子２３，２４（本実施例では、２本の螺子）が収まる一対の螺子孔２１３ａ，２１３ｂが穿設されている。光源２１４は、例えば、凸部２１１の内部に埋め込まれたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）から成っている。なお、先端ピン２１２の形状は、円錐状に限らず、治具２１の先端を母材１１の開先の内面に当接させることが可能であれば、他の形状であっても良い。 For example, as shown in FIG. 6, the tip pin 212 is formed in a conical shape in which the angle θ1 of the tip viewed from the front is set smaller than the groove angle θ2 of the base material 11. At the other end of the base 213, as shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of screws 23 and 24 for connecting the jig 21 and the fixing member 22 (in this embodiment, two screws A pair of screw holes 213a and 213b in which screws are received are formed. The light source 214 is made of, for example, an LED (Light Emitting Diode) embedded in the convex portion 211. The shape of the tip pin 212 is not limited to a conical shape, and may be any other shape as long as the tip of the jig 21 can be brought into contact with the inner surface of the groove of the base material 11.
固定部材２２は、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、溶接トーチ１２の軸線Ａ（図２、図４参照）に対して平行に配置され、溶接トーチ１２の側方から治具２１を支持する支持板２２１と、この支持板２２１にスライド可能に設けられ、溶接トーチ１２の上部に係合する四角柱状の係合部２２２とから構成されている。 For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, the fixing member 22 is arranged in parallel to the axis A (see FIGS. 2 and 4) of the welding torch 12, and from the side of the welding torch 12. A support plate 221 that supports the jig 21 and a quadrangular prism-shaped engagement portion 222 that is slidably provided on the support plate 221 and engages with the upper portion of the welding torch 12 are configured.
支持板２２１の上部には、止め螺子２５，２６（図４参照）の軸部を挿通させる溝部２２１ａが溶接トーチ１２の軸線Ａ方向に沿って上端から中央部分まで形成されており、溝部２２１ａの幅Ｄは各止め螺子２５，２６の軸部よりも大きく、かつ各止め螺子２５，２６の頭部よりも小さく設定されている。支持板２２１の下部には、治具２１の各螺子孔２１３ａ，２１３ｂに挿通させる螺子２３，２４の軸部に形成された雄螺子が螺合する雌螺子部２２１ｂ，２２１ｃが形成されている。 A groove portion 221a through which the shaft portion of the set screw 25, 26 (see FIG. 4) is inserted is formed in the upper portion of the support plate 221 from the upper end to the center portion along the axis A direction of the welding torch 12, and the groove portion 221a The width D is set to be larger than the shaft portions of the set screws 25 and 26 and smaller than the heads of the set screws 25 and 26. Female screw portions 221b and 221c into which male screws formed on shafts of screws 23 and 24 inserted into the screw holes 213a and 213b of the jig 21 are screwed are formed below the support plate 221.
係合部２２２は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、トーチホルダ１３側の端部に形成された開口部２２２ａと、筒状の溶接トーチ１２の外形に合わせて内部に形成された第１中空部２２２ｂ及び第２中空部２２２ｃとを含んでおり、第１中空部２２２ｂは、第２中空部２２２ｃの下側に位置し、この第２中空部２２２ｃの直径よりも大きい直径を有している。開口部２２２ａの大きさは、トーチホルダ１３の幅よりも大きく設定されている。 As shown in FIGS. 9A and 9B, the engaging portion 222 is formed inside according to the opening 222 a formed at the end portion on the torch holder 13 side and the outer shape of the tubular welding torch 12. The first hollow portion 222b and the second hollow portion 222c are located below the second hollow portion 222c and have a diameter larger than the diameter of the second hollow portion 222c. Have. The size of the opening 222 a is set larger than the width of the torch holder 13.
また、係合部２２２は、第１中空部２２２ｂ及び第２中空部２２２ｃの径方向において、外部から第１中空部２２２ｂ及び第２中空部２２２ｃへそれぞれ連通し、各止め螺子２５，２６の軸部に形成された雄螺子が螺合する雌螺子部２２２ｄ，２２２ｅと、開口部２２２ａ側の端部２２２ａ１，２２２ａ２に穿設され、各止め螺子２７，２８の軸部に形成された雄螺子が螺合する雌螺子部２２２ｆ，２２２ｇとを含んでいる。 The engaging portion 222 communicates from the outside to the first hollow portion 222b and the second hollow portion 222c in the radial direction of the first hollow portion 222b and the second hollow portion 222c, respectively. The male screws 222d and 222e into which the male screws formed on the portions are screwed, and the end screws 222a1 and 222a2 on the opening 222a side, and the male screws formed on the shafts of the set screws 27 and 28 are provided. Female screw portions 222f and 222g to be screwed together.
このような構成の治具２１及び固定部材２２を溶接トーチ１２に装着する際には、例えば、作業者は、まず治具２１の凸部２１１を溶接トーチ１２のチップ１２１の噴射孔１２１Ａに挿入して嵌め込んだ後、固定部材２２の支持板２２１を溶接トーチ１２の側方に配置する。 When mounting the jig 21 and the fixing member 22 having such a configuration on the welding torch 12, for example, the operator first inserts the convex portion 211 of the jig 21 into the injection hole 121 </ b> A of the tip 121 of the welding torch 12. Then, the support plate 221 of the fixing member 22 is disposed on the side of the welding torch 12.
次に、作業者は、支持板２２１の下端を治具２１の基部２１３の両端のうち凸部２１１と反対側の一端の上面に載置し、支持板２２１を前後左右に動かして治具２１の螺子孔２１３ａ，２１３ｂと雌螺子部２２１ｂ，２２１ｃの位置を合わせながら、螺子２３，２４を下方から螺子孔２１３ａ，２１３ｂに通して各螺子２３，２４の軸部を雌螺子部２２１ｂ，２２１ｃに螺合させる。 Next, the operator places the lower end of the support plate 221 on the upper surface of one end opposite to the convex portion 211 of both ends of the base portion 213 of the jig 21, and moves the support plate 221 back and forth and left and right to move the jig 21. While aligning the positions of the screw holes 213a and 213b and the female screw portions 221b and 221c, the screws 23 and 24 are passed through the screw holes 213a and 213b from below and the shaft portions of the screws 23 and 24 are passed through the female screw portions 221b and 221c. Screw together.
その後、作業者は、固定部材２２の係合部２２２を上方から溶接トーチ１２の上部に係合し、係合部２２２の開口部２２２ａ側の端部２２２ａ１，２２２ａ２をトーチホルダ１３の両側方に配置する。次に、作業者は、係合部２２２のうち開口部２２２ａと反対側の側端面を支持板２２１の表面に当接させ、止め螺子２５，２６を支持板２２１の側方から溝部２２１ａに通して各止め螺子２５，２６の軸部を雌螺子部２２２ｄ，２２２ｅに螺合させる。これにより、治具２１が固定部材２２によって溶接トーチ１２に一体に取付けられる。 Thereafter, the operator engages the engaging portion 222 of the fixing member 22 with the upper portion of the welding torch 12 from above, and arranges the end portions 222a1 and 222a2 on the opening 222a side of the engaging portion 222 on both sides of the torch holder 13. To do. Next, the operator makes the side end surface of the engaging portion 222 opposite to the opening 222 a abut on the surface of the support plate 221, and passes the set screws 25 and 26 from the side of the support plate 221 through the groove portion 221 a. Then, the shaft portions of the set screws 25 and 26 are screwed into the female screw portions 222d and 222e. Thus, the jig 21 is integrally attached to the welding torch 12 by the fixing member 22.
そして、作業者は、止め螺子２７，２８を開口部２２２ａ側の端部２２２ａ１，２２２ａ２の側方から雌螺子部２２２ｆ，２２２ｇに螺合させて締め付けることにより、トーチホルダ１３が各止め螺子２７，２８の先端に挟持されるので、固定部材２２によって治具２１を溶接トーチ１２に強固に固定することができる。 The operator then tightens the set screws 27 and 28 by screwing them into the female screw portions 222f and 222g from the sides of the end portions 222a1 and 222a2 on the opening 222a side, thereby tightening the torch holder 13 with the set screws 27 and 28. Therefore, the jig 21 can be firmly fixed to the welding torch 12 by the fixing member 22.
次に、制御装置１８における溶接ロボット１４の駆動に関する具体的な構成について、図１０を参照しながら詳細に説明する。 Next, a specific configuration relating to driving of the welding robot 14 in the control device 18 will be described in detail with reference to FIG.
図１０に示すように、制御装置１８は、上述の記憶装置１８１及び入力装置１８２の他、溶接トーチ１２の位置（例えば、３次元座標）を取得する位置取得部１８３と、溶接トーチ１２を母材１１に近づけて治具２１の先端を母材１１の開先の内面に当接させ、所定の軌跡プログラムとして入力される溶接トーチ１２の軌跡を教示する教示部１８４と、記憶装置１８１に記憶された軌跡プログラムに従って、溶接ロボット１４を駆動する駆動部１８５とを含んでいる。 As shown in FIG. 10, in addition to the storage device 181 and the input device 182, the control device 18 includes a position acquisition unit 183 that acquires the position (for example, three-dimensional coordinates) of the welding torch 12 and the welding torch 12. A teaching unit 184 that teaches the trajectory of the welding torch 12 input as a predetermined trajectory program by bringing the tip of the jig 21 into contact with the inner surface of the groove of the base material 11 close to the material 11 and stored in the storage device 181 And a drive unit 185 that drives the welding robot 14 in accordance with the trajectory program.
位置取得部１８３は、例えば、予め記憶された溶接ロボット１４における基台の大きさやアームの長さ等の基本情報、旋回角度センサによって検出された基台の旋回角度、及び回転角センサによって検出されたモータの回転角に基づいて、溶接トーチ１２の位置を演算して取得する。そして、位置取得部１８３は、取得した溶接トーチ１２の位置を示す位置情報を教示部１８４及び駆動部１８５へ送信する。 The position acquisition unit 183 is detected by, for example, basic information such as the base size and arm length of the welding robot 14 stored in advance, the turning angle of the base detected by the turning angle sensor, and the rotation angle sensor. The position of the welding torch 12 is calculated and acquired based on the rotation angle of the motor. Then, the position acquisition unit 183 transmits position information indicating the acquired position of the welding torch 12 to the teaching unit 184 and the drive unit 185.
教示部１８４は、プラズマ溶接を行う前に、作業者により入力装置１８２から入力される入力信号に応じて、位置取得部１８３を用いて溶接トーチ１２の位置を取得し、記憶装置１８１に記憶された軌跡プログラムを更新する。 The teaching unit 184 acquires the position of the welding torch 12 using the position acquisition unit 183 according to the input signal input from the input device 182 by the operator before plasma welding, and is stored in the storage device 181. Update the trajectory program.
具体的には、例えば図１１に示すように、作業者が入力装置１８２を操作して溶接トーチ１２に装着された治具２１の先端を母材１１の開先の内面に当接させ、プラズマ溶接を行う箇所、すなわち母材１１の溶接線１１Ａに沿って溶接トーチ１２を移動させながら入力すると、教示部１８４は、プラズマ溶接の開始位置及び終了位置を含む溶接トーチ１２の位置を所定の時間又は所定の距離毎に位置取得部１８３から取得し、記憶装置１８１に記憶された軌跡プログラムに入力する。 Specifically, for example, as shown in FIG. 11, the operator operates the input device 182 to bring the tip of the jig 21 mounted on the welding torch 12 into contact with the inner surface of the groove of the base material 11, and plasma When input is performed while moving the welding torch 12 along the welding line 11A of the base material 11, the teaching unit 184 determines the position of the welding torch 12 including the plasma welding start position and end position for a predetermined time. Alternatively, it is acquired from the position acquisition unit 183 at every predetermined distance, and is input to the trajectory program stored in the storage device 181.
駆動部１８５は、位置取得部１８３によって取得された溶接トーチ１２の位置、及び記憶装置１８１に記憶された軌跡プログラムに基づいて、溶接ロボット１４の動作を制御する。具体例として、駆動部１８５は、記憶装置１８１に記憶された更新後の軌跡プログラムにおける開始位置から終了位置までの溶接トーチ１２の位置を目標位置に設定し、位置取得部１８３によって取得された溶接トーチ１２の位置が目標位置に順に追従するように、溶接ロボット１４における基台の旋回動作及びアームの回動動作を制御する。 The drive unit 185 controls the operation of the welding robot 14 based on the position of the welding torch 12 acquired by the position acquisition unit 183 and the trajectory program stored in the storage device 181. As a specific example, the drive unit 185 sets the position of the welding torch 12 from the start position to the end position in the updated locus program stored in the storage device 181 as the target position, and the welding acquired by the position acquisition unit 183. The turning operation of the base and the turning operation of the arm in the welding robot 14 are controlled so that the position of the torch 12 sequentially follows the target position.
このように構成した本実施形態によれば、プラズマ溶接を行う前に、固定部材２２を用いて治具２１を溶接トーチ１２に装着し、溶接トーチ１２を母材に近づけて治具２１の先端を母材１１の開先の内面に当接させた状態で、記憶装置１８１内の軌跡プログラムに入力される溶接トーチ１２の軌跡を教示するようにしているので、プラズマ溶接中にプラズマアーク２を発生させる溶接トーチ１２のチップ１２１の中心軸と、狙い位置である母材１１の溶接線１１Ａとを的確に合わせることができる。これにより、母材１１の溶接線１１Ａに対して垂直な水平方向（図１に示す左右方向）において、溶接トーチ１２の位置ずれが生じるのを抑制することができる。 According to the present embodiment configured as described above, the jig 21 is attached to the welding torch 12 using the fixing member 22 before the plasma welding is performed, and the welding torch 12 is brought close to the base material and the tip of the jig 21 is placed. Since the trajectory of the welding torch 12 input to the trajectory program in the storage device 181 is taught in a state where it is in contact with the inner surface of the groove of the base material 11, the plasma arc 2 is generated during plasma welding. The center axis of the tip 121 of the welding torch 12 to be generated and the welding line 11A of the base material 11 that is the target position can be accurately aligned. Thereby, it is possible to suppress the displacement of the welding torch 12 in the horizontal direction (left-right direction shown in FIG. 1) perpendicular to the welding line 11A of the base material 11.
また、治具２１は先端ピン２１２を母材１１の開先に当接させる接触式であるため、溶接条件として重要となるチップ１２１と母材１１との距離を調整し易く、溶接トーチ１２の軸線Ａ方向、すなわち高さ方向の位置決めを容易に行うことができる。特に、本実施形態では、先端ピン２１２が円錐状に形成されているので、プラズマ溶接の施工方向に拘わらず、溶接トーチ１２の位置決めを正確に行うことができる。 Further, since the jig 21 is a contact type in which the tip pin 212 is brought into contact with the groove of the base material 11, the distance between the tip 121 and the base material 11, which is important as a welding condition, can be easily adjusted. Positioning in the direction of the axis A, that is, in the height direction can be easily performed. In particular, in this embodiment, since the tip pin 212 is formed in a conical shape, the welding torch 12 can be accurately positioned regardless of the direction of plasma welding.
しかも、治具２１は、後端側の凸部２１１をチップ１２１の噴射孔１２１Ａに嵌め込んで溶接トーチ１２に直接取付けられるので、溶接トーチ１２の軌跡教示において、チップ１２１と治具２１との位置ずれを調整するキャリブレーションを実施しなくて済み、プラズマ溶接の前段階である準備を迅速に実行することができる。さらに、治具２１は、固定部材２２を用いて螺子２３，２４と止め螺子２５〜２８で溶接トーチ１２に固定するだけで良いので、特別な装置を新たに使用することなく、作業者が治具１２の装着及び取外し作業を容易かつ安価に実施することができる。このように、本実施形態は、溶接トーチ１２の位置ずれの発生を抑制し、安定した溶接品質を確保できるので、プラズマ溶接に対する信頼性を向上させることができる。 Moreover, the jig 21 is directly attached to the welding torch 12 by fitting the convex portion 211 on the rear end side into the injection hole 121 </ b> A of the chip 121. It is not necessary to perform calibration for adjusting the misalignment, and the preparation that is the pre-stage of plasma welding can be performed quickly. Furthermore, since the jig 21 only needs to be fixed to the welding torch 12 with the screws 23 and 24 and the set screws 25 to 28 using the fixing member 22, the operator can heal without using a new special device. The attachment and removal work of the tool 12 can be performed easily and inexpensively. Thus, since this embodiment can suppress the occurrence of displacement of the welding torch 12 and ensure stable welding quality, the reliability with respect to plasma welding can be improved.
また、本実施形態は、治具２１の基部２１３の一端に螺子孔２１３ａ，２１３ｂが設けられ、螺子２３，２４によって治具２１と固定部材２２とを一体に取付けるようにしているので、母材１１の板厚や開先の形状に応じた先端ピン２１２の長さや形状等を有する治具２１に交換することができる。これにより、母材１１の種類が異なっても、母材１１の板厚や開先の相違に十分に対応できるので、汎用性の高いプラズマ溶接装置１を提供することができる。 Further, in the present embodiment, screw holes 213a and 213b are provided at one end of the base 213 of the jig 21, and the jig 21 and the fixing member 22 are integrally attached by the screws 23 and 24. 11 can be replaced with a jig 21 having the length and shape of the tip pin 212 corresponding to the plate thickness and the shape of the groove. Thereby, even if the kind of the base material 11 differs, since it can fully respond to the difference in the plate | board thickness of the base material 11, and a groove | channel, the plasma welding apparatus 1 with high versatility can be provided.
また、本実施形態は、治具２１の凸部２１１の内部にＬＥＤ２１４を有しているので、溶接ロボット１４が設置された工場や実験室等において、プラズマ溶接を行う作業場所が照明の影となり暗くなっても、ＬＥＤ２１４によって母材１１の開先の内面を照らして明るくすることができる。従って、作業者が治具２１の先端を母材１１の所望の位置に当接させて溶接トーチ１２の位置決めを正確に行うことができるので、優れた作業性を確保することができる。 Moreover, since this embodiment has LED214 inside the convex part 211 of the jig | tool 21, in the factory in which the welding robot 14 was installed, the laboratory, etc., the work place which performs plasma welding becomes a shadow of illumination. Even if it becomes dark, the inner surface of the groove of the base material 11 can be illuminated by the LED 214 and brightened. Accordingly, the operator can accurately position the welding torch 12 by bringing the tip of the jig 21 into contact with a desired position of the base material 11, thereby ensuring excellent workability.
なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。 In addition, this embodiment mentioned above was described in detail in order to demonstrate this invention easily, and is not necessarily limited to what is provided with all the demonstrated structures. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.
１ プラズマ溶接装置
２ プラズマアーク
１１ 母材
１２ 溶接トーチ
１３ トーチホルダ
１４ 溶接ロボット
１５ ガス供給装置
１６ 冷却水供給装置
１７ 電源装置
１８ 制御装置
２１ 治具
２２ 固定部材
１２１ チップ
１２１Ａ 噴射孔
１２２ 電極棒
１２３ ノズル
１２４，１２５ ガス経路
１７１ 高周波発生器
１７２ パイロットアーク電源
１７３ プラズマアーク電源
１７４ 開閉スイッチ
１８１ 記憶装置
１８２ 入力装置
１８３ 位置取得部
１８４ 教示部
１８５ 駆動部
２１１ 凸部
２１２ 先端ピン
２１３ 基部
２１３ａ，２１３ｂ 螺子孔
２１４ ＬＥＤ（光源）
２２１ 支持板
２２１ａ 溝部
２２１ｂ，２２１ｃ 雌螺子部
２２２ 係合部
２２２ａ 開口部
２２２ｂ 第１中空部
２２２ｃ 第２中空部
２２２ｄ，２２２ｅ，２２２ｆ，２２２ｇ 雌螺子部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma welding apparatus 2 Plasma arc 11 Base material 12 Welding torch 13 Torch holder 14 Welding robot 15 Gas supply apparatus 16 Cooling water supply apparatus 17 Power supply apparatus 18 Control apparatus 21 Jig 22 Fixing member 121 Tip 121A Injection hole 122 Electrode rod 123 Nozzle 124 , 125 Gas path 171 High frequency generator 172 Pilot arc power source 173 Plasma arc power source 174 Open / close switch 181 Storage device 182 Input device 183 Position acquisition unit 184 Teaching unit 185 Drive unit 211 Protruding part 212 Tip pin 213 Base part 213a, 213b Screw hole 214 LED (light source)
221 Support plate 221a Groove part 221b, 221c Female screw part 222 Engagement part 222a Opening part 222b First hollow part 222c Second hollow part 222d, 222e, 222f, 222g Female screw part
Claims (4)
先端が前記母材の開先の形状に合わせて予め形成され、前記噴射孔に嵌め込まれる凸部を有する治具と、
前記凸部を前記噴射孔に嵌め込んだ状態で、前記治具を前記溶接トーチに固定する固定部材とを備え、
前記制御装置は、前記溶接トーチを前記母材に近づけて前記治具の先端を前記母材の開先の内面に当接させることにより前記溶接時における前記溶接トーチの始点及び終点の位置を決定することを備えたことを特徴とするプラズマ溶接装置。 An injection hole for injecting plasma gas from the tip is formed, and a welding torch for generating a plasma arc between the base material and an electrode inserted therein, and the welding torch is welded to the base material according to a predetermined trajectory program In a plasma welding apparatus comprising a control device for controlling the welding of the base material by moving on a wire,
A jig whose tip is formed in advance in accordance with the shape of the groove of the base material and has a convex portion fitted into the injection hole;
A fixing member for fixing the jig to the welding torch in a state where the convex portion is fitted in the injection hole;
Wherein the control device, the position of the start point and the end point of the welding torch the welding torch during the welding by Rukoto brought into contact with the GMA on the inner surface of the tip of the base material of the jig closer to the base material determining plasma welding apparatus comprising the to.
前記治具の先端は、円錐状に形成されたことを特徴とするプラズマ溶接装置。 The plasma welding apparatus according to claim 1, wherein
A plasma welding apparatus, wherein a tip of the jig is formed in a conical shape.
前記治具は、前記固定部材から取外し可能に設けられたことを特徴とするプラズマ溶接装置。 The plasma welding apparatus according to claim 1, wherein
The plasma welding apparatus, wherein the jig is detachably provided from the fixing member.
前記治具の先端の周囲を照らす光源をさらに備えたことを特徴とするプラズマ溶接装置。 The plasma welding apparatus according to claim 1, wherein
The plasma welding apparatus further comprising a light source that illuminates the periphery of the tip of the jig.
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