JP6476584B2 - 溶接装置および溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置および溶接方法に関する。

従来から、ワークの溶接時における溶接部裏面の酸化を抑制するために、溶接部裏面をガス（バックシールドガス）によって大気からシールドするように構成した溶接装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の溶接装置においては、光センサで溶接光を検出しつつ、溶接部裏面を覆ってバックシールドガスを封止する保護カバーを移動させることにより、ワークの溶接時における溶接部裏面の酸化をピンポイントで抑制するようにしている。

実開平４−１１３１６４号公報

前記特許文献１に記載の溶接装置においては、光センサ、保護カバーを移動させるためのアクチュエータや、このアクチュエータを制御するためのコントローラなどが必要であり、構造が複雑となると共に、設備コストが比較的高くなるという問題点がある。

そこで、本発明は、ワークの溶接時における溶接部裏面の酸化を比較的簡素な構造で抑制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。

本発明に係る溶接装置および溶接方法においては、ガス供給部を、溶接トーチが取り付けられたロボットアームに取り付けている。

本発明によれば、前記ロボットアームによって前記ガス供給部を前記溶接トーチと同時に動かすことが可能であり、ガス供給部を溶接トーチとは別に単独で移動させるための別途のアクチュエータなどの使用の必要性はない。よって、ワークの溶接時における溶接部裏面の酸化を比較的簡素な構造で抑制することができる。

本発明の実施形態に係る溶接装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係る溶接装置を図１とは反対側から見た斜視図である。 バックガス装置の正面図である。 バックガス装置の側面図である。 図２の部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る溶接装置は、溶接ロボット１と、溶接トーチ２と、バックガス装置３と、から主に構成されている。

被溶接材であるワーク４は、車両のサスペンションメンバーである。具体的には、このサスペンションメンバー（ワーク４）は、図１に示すように、２つの部材４ａ，４ｂを重ね合わせて、これらの部材４ａ，４ｂの外周縁部を溶接（いわゆる隅肉溶接）することにより接合されてなる。なお、ワーク４は、いわゆる隅肉溶接が施されるものに限定されず、いわゆる突合せ溶接などが施されるものであってもよい。

溶接ロボット１は、アーム（ロボットアーム）５を少なくとも有しており、このアーム５の先端に溶接トーチ２が取り付けられている。

溶接トーチ２は、溶接トーチブラケット６を介して溶接ロボット１のアーム５の先端部に取り付けられている。具体的には、溶接ロボット１のアーム５の先端部に、ブロック状の溶接トーチ取付治具７が取り付けられており、この溶接トーチ取付治具７の一側面に、溶接トーチ２が溶接トーチブラケット６を介して取り付けられている。溶接トーチ２は、ガスシールド式のアーク溶接等に用いられるものであり、内部に溶接用ワイヤＷおよびシールドガスを通すための通路を持つトーチボディ８を少なくとも有している。本実施形態では、トーチボディ８は、長手方向の途中で屈曲された形状とされている。また、溶接トーチブラケット６は、略逆Ｌ字状に形成されている。

図１から図４に示すように、バックガス装置３は、バックガス噴出治具（バックガス供給部）９を少なくとも有しており、このバックガス噴出治具９には、バックガス供給配管１０が接続されている（図２参照）。バックガス噴出治具９は、溶接ロボット１のアーム５の先端部に、後述する固定治具１１、脱着機構１３、可動機構１４、アーム部１５および揺動機構１６を介して取り付けられている。具体的には、溶接ロボット１のアーム５の先端部に取り付けられた溶接トーチ取付治具７の前記一側面に、固定治具１１が溶接トーチブラケット６と共にボルト１２で共締めされている。この固定治具１１に、アーム５の先端部側から順に、脱着機構１３、可動機構１４、アーム部１５、揺動機構１６、バックガス噴出治具９が連結されている。バックガス供給配管１０を経由してバックガス噴出治具９に供給されるバックガス（バックシールドガス）としては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、バックガス噴出治具９には、溶接トーチ２に供給されるシールドガスと同一種類のガスが供給されるようになっている。このため、溶接トーチ２およびバックガス噴出治具９は、ガス供給源が同じである。なお、バックガス噴出治具９に供給されるバックガスは、溶接トーチ２に供給されるシールドガスとは異なる種類のガスであってもよい。

バックガス噴出治具９は、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられ、ワーク４における溶接トーチ２による溶接部裏面にバックガスを供給するものである。バックガス噴出治具９は、ワーク４に対向する側が開口し、開口部１７ａ側をワーク４の溶接部裏面に接触（密着）させるバックガス収容部１７ｂを有する。バックガス収容部１７ｂは、溶接進行方向（図５中に矢印Ｘで示す方向）に沿って長い直方体形状であり、周囲四方の側壁と、底壁とを備えている。前記バックガス供給配管１０は、バックガス収容部１７ｂにおける溶接進行方向（Ｘ方向）前方側の側壁に接続されている。バックガス噴出治具９は、ワーク４を間に挟んで溶接トーチ２とは反対側にあり、溶接トーチ２の先端が、バックガス噴出治具９の開口部１７ａにおける溶接進行方向前方側端部近傍にある。ワーク４の溶接時には、バックガスがバックガス供給配管１０を経由してバックガス噴出治具９に供給され続け、バックガス噴出治具９のバックガス収容部１７ｂにバックガスが溜められる。

バックガス噴出治具９の開口部１７ａは、例えば、溶接進行方向（Ｘ方向）に沿って長い長穴形状に形成される。この開口部１７ａにおける溶接幅方向の長さＬ１（図５参照）は、ワーク４における溶接部（ビード部）の幅と同程度の長さ（例えば、１０ｍｍ程度）とするのが好ましい。一方、前記開口部１７ａにおける溶接進行方向（Ｘ方向）の長さＬ２は、溶接進行速度に応じて決定するのが望ましく、例えば、前記開口部１７ａにおける溶接幅方向の長さＬ１の約２倍の長さ（例えば、２０ｍｍ程度）とする。要するに、前記開口部１７ａにおける溶接進行方向の長さＬ２は、溶接進行速度が速ければより長くてもよく、溶接進行速度が遅ければより短くてもよい。

脱着機構１３は、バックガス噴出治具９、可動機構１４およびアーム部１５などを含むバックガス装置３を溶接ロボット１のアーム５に脱着可能に取り付けるものである。つまり、バックガス噴出治具９を含むバックガス装置３は、脱着機構１３を介して溶接ロボット１のアーム５に脱着可能に取り付けられている。この脱着機構１３は、例えば、エアロック１８を有する。エアロック１８は、エア圧により作動され、図３中の一点鎖線Ｙで示す部分を境に分割可能なものである。脱着機構１３にエアロック１８を用いることにより、既存の溶接ロボットへの取付けが容易であり、かつ、オートツールチェンジャーによるバックガス装置３（バックガス噴出治具９）の自動脱着にも対応することが可能となる。なお、脱着機構１３は、エアロック１８に限定されず、種々の構成を採用することができる。

可動機構１４は、溶接ロボット１のアーム５に対して、バックガス噴出治具９およびアーム部１５などを含むバックガス装置３を上下方向（図５中に矢印Ｚで示す方向）に相対的に動かすものである。つまり、バックガス噴出治具９は、可動機構１４を介して溶接ロボット１のアーム５に取り付けられている。この可動機構１４は、例えば、エアシリンダ１９を有する。エアシリンダ１９は、エア圧により作動され、エアシリンダ１９の長手方向に伸縮可能なものである。可動機構１４にエアシリンダ１９を用いることにより、既存の溶接ロボットへの取付けが容易である。可動機構１４は、エアシリンダ１９を伸縮させることにより、バックガス噴出治具９を上下方向（図５に示すＺ方向）に対して動かすことができる。このため、エアシリンダ１９を伸縮させることにより、溶接トーチ２の先端とバックガス噴出治具９との間隔を調整することができる。なお、可動機構１４は、エアシリンダ１９に限定されず、種々の構成を採用することができる。

バックガス装置３のアーム部１５は、エアシリンダ１９の下端部から下方に延在する第１アーム部材２０と、第１アーム部材２０の先端部から横方向に溶接トーチ２に向けて延在する第２アーム部材２１と、第２アーム部材２１の先端部からトーチボディ８の下方でトーチボディ８に沿って斜め下方に延在する第３アーム部材２２と、を有する。そして、第３アーム部材２２の先端部に、バックガス噴出治具９が揺動機構１６を介して取り付けられている。なお、バックガス装置３のアーム部１５は、本実施形態の構成に限定されず、溶接トーチ２の形状や先端位置などに応じて適宜選択することができる。

揺動機構１６は、ワーク４の溶接部裏面との接触状態を維持するようにバックガス噴出治具９を揺動可能とするものである。つまり、バックガス噴出治具９は、揺動機構１６を介してアーム部１５の先端部に取り付けられている。この揺動機構１６は、バックガス噴出治具９の下端部と第３アーム部材２２の先端部との間に介在するジョイント（本実施形態では、ボールジョイント）２３と、ボールジョイント２３に装着される弾性体（本実施形態では、スプリング）２４と、を有する。本実施形態では、ボールジョイント２３の受け皿部分が第３アーム部材２２の先端部に取り付けられ、ボールジョイント２３のボール部分がバックガス収容部１７ｂの底壁に取り付けられ、第３アーム部材２２の先端部とバックガス収容部１７ｂの底壁との間にスプリング２４が介在している。バックガス噴出治具９と第３アーム部材２２の先端部との間に配設されるボールジョイント２３およびスプリング２４により、バックガス噴出治具９は、上下方向（図５に示すＺ方向）に対して３６０度全方位に揺動することが可能となる。なお、揺動機構１６は、ボールジョイント２３およびスプリング２４から構成されるものに限定されず、種々の構成を採用することができる。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）本発明の実施形態に係る溶接装置は、ロボットアーム（溶接ロボット１のアーム５）に取り付けられた溶接トーチ２と、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられ、ワーク４における溶接トーチ２による溶接部裏面にバックガスを供給するバックガス供給部（バックガス噴出治具）９と、を備える。このバックガス噴出治具９は、ワーク４に対向する側が開口し、開口部１７ａ側をワーク４の溶接部裏面に接触させるバックガス収容部１７ｂを有する。

これにより、ワーク４の溶接時に、溶接ロボット１によってバックガス噴出治具９を溶接トーチ２と同時に動かすことが可能となる。このため、溶接トーチ２によるワーク４の溶接と連動しながら、バックガス噴出治具９によりワーク４の溶接部裏面を覆って密閉することが可能となり、ワーク４の溶接部裏面をバックガスによって大気からシールドすることができる。よって、溶接部裏面における大気の遮断、ワーク４の温度上昇抑制により、溶接部裏面の酸化を抑制することができる。ワーク４の溶接部裏面における酸化スケールの発生を抑えることができるので、酸化スケールを除去する作業が不要となる。酸化スケールが発生した場合に酸化スケールを除去するのは、酸化スケールがあると、その後の塗装に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。

また、溶接ロボット１によって溶接トーチ２およびバックガス噴出治具９が同時に移動されるため、バックガス噴出治具９を溶接トーチ２とは別に単独で移動させるための別途のアクチュエータなどの使用の必要性はない。よって、溶接装置の構造が複雑になることはない。

以上より、本実施形態によれば、ワーク４の溶接時における溶接部裏面の酸化を比較的簡素な構造で抑制することができる。

（２）バックガス噴出治具９に供給されるバックガスが、ワーク４の溶接時に溶接トーチ２による溶接部に供給されるシールドガスと同一種類のガスであってもよい。

これにより、バックガス噴出治具９にバックガスを供給するガス供給源を、溶接トーチ２にシールドガスを供給するガス供給源と共通化することができ、設備を簡素化して、設備コストを低減することができる。

（３）溶接トーチ２の先端が、バックガス噴出治具９の開口部１７ａにおける溶接進行方向前方側端部近傍にあってもよい。

これにより、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられたバックガス噴出治具９が溶接トーチ２による溶接部裏面に確実にバックガスを供給することができる。

（４）バックガス噴出治具９は、脱着機構１３を介して溶接ロボット１のアーム５に脱着可能に取り付けられていてもよい。

これにより、ワーク４におけるバックガス噴出治具９を使用する必要がある部位を溶接するときにのみ、バックガス噴出治具９を溶接ロボット１のアーム５に取り付けておくことができる。その一方で、ワーク４におけるバックガス噴出治具９を使用する必要のない部位を溶接する際には、バックガス噴出治具９を溶接ロボット１のアーム５から容易に取り外すことができる。

（５）バックガス装置３が、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられるアーム部１５を有し、バックガス噴出治具９は、ワーク４の溶接部裏面との接触状態を維持するように揺動可能とする揺動機構１６を介してアーム部１５の先端部に取り付けられていてもよい。

アーム部１５とバックガス噴出治具９との間に揺動機構１６が介在しているので、ワーク４の溶接部裏面が、バックガス噴出治具９をワーク４の溶接部裏面に接触させた状態からバックガス噴出治具９に対して傾いても、この傾きにバックガス噴出治具９が追随することができる。

（６）バックガス噴出治具９は、溶接トーチ２の先端との間隔が可変となるよう移動可能とする可動機構１４を介して溶接ロボット１のアーム５に取り付けられていてもよい。

これにより、溶接トーチ２の先端とバックガス噴出治具９との間隔を容易に調整することができ、多種のワークに対応できる。また、溶接トーチ２をワーク４に対して、近接させたり、離間させたりするときに、バックガス噴出治具９がワーク４と干渉しないように逃がしておくことが可能となる。

（７）本発明の実施形態に係る溶接方法においては、ロボットアーム（溶接ロボット１のアーム５）をワーク４の溶接部に沿って移動させながら、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられた溶接トーチ２によりワーク４を溶接しつつ、溶接ロボット１のアーム５に取り付けられたバックガス供給部（バックガス噴出治具）９が溶接トーチ２による溶接部裏面にバックガスを供給する。

これにより、前述のように、ワーク４の溶接時における溶接部裏面の酸化を比較的簡素な構造で抑制することができる。

ところで、本発明の溶接装置および溶接方法は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

２ 溶接トーチ
４ ワーク
５ 溶接ロボットのアーム（ロボットアーム）
９ バックガス噴出治具（バックガス供給部）
１３ 脱着機構
１４ 可動機構
１６ 揺動機構
１７ａ 開口部
１７ｂ バックガス収容部

Claims (7)

1. ロボットアームに取り付けられた溶接トーチと、前記ロボットアームに取り付けられ、ワークにおける前記溶接トーチによる溶接部裏面にガスを供給するガス供給部と、前記ロボットアームに取り付けられるアーム部と、を備え、
   前記溶接トーチおよび前記ガス供給部を前記ワークに対して移動させて、前記ワークの溶接部裏面にガスを供給しながら、前記ワークに溶接を行うようにした溶接装置において、
   前記ガス供給部は、前記ワークに対向する側が開口し、開口部側を前記ワークの溶接部裏面に接触させるガス収容部と、前記アーム部に取り付けられ、前記ガス収容部にガスを供給するガス供給配管とを有し、
   前記ガス供給部は、前記ワークの溶接部裏面との接触状態を維持するように揺動可能とする揺動機構を介して前記アーム部の先端部に取り付けられており、
   前記揺動機構は、前記ガス供給部を前記アーム部の先端部に対して全方位に揺動可能に構成され、
   前記ガス供給配管は、前記溶接トーチおよび前記ガス供給部を前記ワークに対して移動させる溶接進行方向の前方側に位置するように前記アーム部に取り付けられていることを特徴とする溶接装置。
2. 前記揺動機構は、前記ガス供給部と前記アーム部の先端部との間に介在するボールジョイントと、前記ボールジョイントに装着されるスプリングとを有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記ガス供給部に供給されるガスは、前記ワークの溶接時に前記溶接トーチによる溶接部に供給されるシールドガスと同一種類のガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接装置。
4. 前記溶接トーチの先端が、前記ガス収容部の開口部における溶接進行方向前方側端部近傍にあることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の溶接装置。
5. 前記ガス供給部は、脱着機構を介して前記ロボットアームに脱着可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の溶接装置。
6. 前記ガス供給部は、前記溶接トーチの先端との間隔が可変となるよう移動可能とする可動機構を介して前記ロボットアームに取り付けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の溶接装置。
7. ロボットアームに揺動機構を介してガス供給部が取り付けられ、前記揺動機構は、前記ガス供給部を前記ロボットアームに対して全方位に揺動可能に構成されており、
   前記ガス供給部をワークに対して移動させて、前記ワークの溶接部裏面にガスを供給しながら、前記ワークに溶接を行う溶接方法において、
   前記ロボットアームに、前記ワークの溶接部裏面にガスを供給するガス供給配管が取り付けられ、前記ガス供給配管は、前記ガス供給部を前記ワークに対して移動させる溶接進行方向の前方側に位置するように前記ロボットアームに取り付けられており、
   前記ロボットアームを前記ワークの溶接部に沿って移動させながら、前記ロボットアームに取り付けられた溶接トーチにより前記ワークを溶接しつつ、前記ロボットアームに前記揺動機構を介して取り付けられた前記ガス供給部が前記溶接トーチによる溶接部裏面にガスを供給することを特徴とする溶接方法。

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