JP6689134B2 - シールドガスチェックシステム及びシールドガスチェック方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールドガスチェックシステム及びシールドガスチェック方法に関する。

アーク溶接作業では、溶接部で発生するスパッタ（高温の溶融金属粒）が飛散して、その一部が溶接ノズルの先端開口部に付着する。先端開口部にスパッタが堆積すると、溶接ノズルの先端開口部から噴射されるシールドガスに乱流が発生するため、シールドガスのシールド効果が低下してブローホールなどの溶接不良が生じてしまう。

そこで、溶接ノズルの先端開口部に付着したスパッタを除去するために、溶接ノズルの先端開口部をノズルクリーナでクリーニングすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−６０４４８号公報

しかしながら、ノズルクリーナによるクリーニングによってスパッタを完全に除去できない場合があるため、クリーニング後にスパッタが十分に除去されていること、すなわち溶接ノズルのクリーニング度が高いことを目視確認する必要がある。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、溶接ノズルのクリーニング度を簡便に判定可能なシールドガスチェックシステム及びシールドガスチェック方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係るシールドガスチェックシステムは、溶接ロボットと、ノズルクリーナと、シールドガスチェック装置と、ロボットコントローラとを備える。溶接ロボットは、先端開口部からシールドガスを噴射可能な溶接ノズルを有する。ノズルクリーナは、溶接ノズルの先端開口部をクリーニングする。シールドガスチェック装置は、溶接ノズルの先端開口部の正面視における第１乃至第４象限のうち少なくとも２つの象限から噴射されるシールドガス中の酸素濃度を検出可能な酸素濃度センサを有する。ロボットコントローラは、酸素濃度センサによって検出される第１乃至第４象限のうち少なくとも２つの象限から噴射されるシールドガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

本発明の第１態様に係るシールドガスチェックシステムによれば、ノズルクリーナでのクリーニングによって先端開口部のスパッタが十分に除去されていること、すなわち溶接ノズルのクリーニング度が高いことを簡便に判定できる。

本発明の第２態様に係るシールドガスチェックシステムは、第１態様に係り、溶接ノズルは、先端開口部から酸素濃度センサに向かって、鉛直方向に対して傾斜した方向にシールドガスを噴射する。

本発明の第２態様に係るシールドガスチェックシステムによれば、先端開口部から酸素濃度センサに向かって下向きにシールドガスを噴射する場合と比較して、先端開口部から落下する異物が酸素濃度センサに付着することを抑制できる。

本発明の第３態様に係るシールドガスチェック方法は、溶接ノズルの先端開口部の正面視における第１乃至第４象限のうち少なくとも２つの象限から噴射されるシールドガス中の酸素濃度を検出する工程と、第１乃至第４象限のうち少なくとも２つの象限から噴射されるシールドガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるか否かを判定する工程とを備える。

本発明の第３態様に係るシールドガスチェック方法によれば、ノズルクリーナでのクリーニングによって先端開口部のスパッタが十分に除去されていること、すなわち溶接ノズルのクリーニング度が高いことを簡便に判定できる。

本発明によれば、溶接ノズルのクリーニング度を簡便に判定可能なシールドガスチェックシステム及びシールドガスチェック方法を提供することができる。

実施形態に係るシールドガスチェックシステムのブロック図 実施形態に係るシールドガスチェック装置の構成を示す模式図 実施形態に係るシールドガスチェック方法を説明するための模式図 実施形態に係るシールドガスチェック方法を説明するためのフロー図

（シールドガスチェックシステム１の構成）
図１は、シールドガスチェックシステム１を上方から見たブロック図である。

シールドガスチェックシステム１は、溶接ロボット１０、シールドガス供給源２０、ワイヤパック３０、ポジショナ４０、ノズルクリーナ５０、シールドガスチェック装置６０、及びロボットコントローラ７０を備える。

溶接ロボット１０は、本体１１、溶接ノズル１２、及び溶接チップ１３を有する。

本体１１は、鉛直方向の軸心を中心として左右に回動可能に構成される。本実施形態において、本体１１は、ポジショナ４０を基準として、ワイヤパック３０側とノズルクリーナ５０及びシールドガスチェック装置６０側に回動可能である。

溶接ノズル１２は、本体１１によって支持される。本実施形態において、溶接ノズル１２は、本体１１に直接固定されているが、１以上のアームを介して本体１１に取り付けられていてもよい。溶接ノズル１２は、本体１１から水平方向に沿って延びているが、溶接ノズル１２の配置は適宜変更可能である。

溶接ノズル１２は、先端開口部１４を有する。本実施形態において、先端開口部１４は、水平方向に開口している。溶接ノズル１２は、先端開口部１４からシールドガスを噴射可能に構成されている。先端開口部１４から噴射されるシールドガスは、シールドガス供給源２０から溶接ロボット１０に供給される。シールドガスは、本体１１から溶接ノズル１２の内部を通過した後、先端開口部１４から水平方向に噴射される。

溶接チップ１３は、溶接ノズル１２の先端開口部１４から突出する。溶接チップ１３は、先端からワイヤ１５を連続的に繰り出し可能に構成される。溶接チップ１３から繰り出されるワイヤ１５は、ワイヤパック３０から溶接ロボット１０に供給される。

溶接ロボット１０は、ロボットコントローラ７０からの指令に基づき、ポジショナ４０に搬送されたワーク４１に対してシールドガスを噴射しながらワイヤ１５を繰り出すことによってワーク４１を溶接する。

この際、溶接ノズル１２の先端開口部１４には、ワーク４１の溶接部で発生するスパッタ（高温の溶融金属粒）が付着する。先端開口部１４にスパッタが堆積すると、先端開口部１４から噴射されるシールドガスに乱流が発生して、シールドガスに空気が混入するおそれがある。シールドガスに空気が混入すると、空気中の窒素が溶接部に供給されることによって、溶接部にブローホールなどの溶接不良が生じてしまう。そこで、本実施形態では、ノズルクリーナ５０が溶接ノズル１２の先端開口部１４をクリーニングする。

ノズルクリーナ５０は、スパッタ付着防止剤タンク５１、バキューム部５２、ブラシクリーニング部５３、ノズルセンタクリーニング部５４、及びノズル内部クリーニング部５５を有する。

スパッタ付着防止剤タンク５１は、スパッタ付着防止剤（液状）を貯留する。溶接ロボット１０は、後述するブラシクリーニング部５３、ノズルセンタクリーニング部５４、及びノズル内部クリーニング部５５によるスパッタのクリーニングが完了した後、溶接ノズル１２の先端開口部１４をスパッタ付着防止剤タンク５１に浸漬することによって、スパッタ付着防止剤を溶接ノズル１２の先端開口部１４に塗布させる。

バキューム部５２は、空気を吸引可能に構成される。溶接ロボット１０は、溶接ノズル１２をバキューム部５２に挿入することによって、塗布されたスパッタ付着防止剤を溶接ノズル１２の内周面に広げる。

ブラシクリーニング部５３は、溶接チップ１３の先端部に付着したスパッタをクリーニングする。ノズルセンタクリーニング部５４は、溶接ノズル１２の先端開口部１４に付着したスパッタをクリーニングする。ノズル内部クリーニング部５５は、溶接ノズル１２の内周面に付着したスパッタをクリーニングする。溶接ロボット１０は、ブラシクリーニング部５３、ノズルセンタクリーニング部５４及びノズル内部クリーニング部５５に溶接ノズル１２を順次移動させる。

ノズルクリーナ５０（具体的には、ブラシクリーニング部５３、ノズルセンタクリーニング部５４、及びノズル内部クリーニング部５５）は、ロボットコントローラ７０からの指令に基づき、溶接ノズル１２の内外をクリーニングする。しかしながら、ノズルクリーナ５０によるクリーニングによってスパッタを完全に除去できない場合がある。そこで、本実施形態では、シールドガスチェック装置６０及びロボットコントローラ７０が、溶接ノズル１２のクリーニング度を確認する。

シールドガスチェック装置６０は、ノズルクリーナ５０に隣接する。図２（ａ）は、シールドガスチェック装置６０の正面図である。図２（ｂ）は、シールドガスチェック装置６０を側方から見た断面図である。図２（ｂ）には、溶接ロボット１０の溶接ノズル１２と溶接チップ１３が図示されている。

シールドガスチェック装置６０は、センサ支持部６１、ブラケット６２、及び酸素濃度センサ６３を有する。

センサ支持部６１は、環状に形成される。センサ支持部６１の内側には、酸素濃度センサ６３が嵌め込まれている。ブラケット６２は、棒状に形成される。ブラケット６２は、センサ支持部６１を支持する。

酸素濃度センサ６３は、溶接ノズル１２の先端開口部１４から噴射されるシールドガス中の酸素濃度を検出する。酸素濃度センサ６３は、検出した酸素濃度を示す信号（電流値）をロボットコントローラ７０に出力する。

図２（ａ）に示すように、酸素濃度センサ６３は、対向面Ｓ１と第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４を有する。対向面Ｓ１は、溶接ノズル１２の先端開口部１４と対向する面である。対向面Ｓ１は、平面状に形成される。第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４は、対向面Ｓ１に形成される。第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４は、先端開口部１４から噴射されるシールドガスとそれに混入した空気とを吸入する。第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４は、酸素濃度センサ６３の内部で互いに連結されている。

図２（ｂ）に示すように、酸素濃度センサ６３の対向面Ｓ１と溶接チップ１３との間隔Ｄ１は、ポジショナ４０に搬送されたワーク４１と溶接チップ１３との間隔と同等であることが好ましい。ワーク４１と溶接チップ１３との間隔は、一般的には約３０ｍｍ程度である。本実施形態において、間隔Ｄ１は３０ｍｍである。

図２（ｂ）に示すように、先端開口部１４の中心と酸素濃度センサ６３の中心との間隔Ｄ２は、先端開口部１４の外径Ｅ１の約１／２程度が好ましい。本実施形態において、先端開口部１４の外径Ｅ１は２２ｍｍであり、間隔Ｄ２は１１ｍｍである。

ここで、図３（ａ）〜（ｄ）は、酸素濃度センサ６３によるシールドガスチェック方法を説明するための模式図である。

まず、図３（ａ）に示すように、溶接ロボット１０は、溶接ノズル１２の先端開口部１４の第１吸入口Ｃ１が、先端開口部１４の正面視における第１象限Ｑ１と対向するように、先端開口部１４の位置を調整する。溶接ロボット１０は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かってシールドガスを噴射する。溶接ロボット１０は、鉛直方向に対して傾斜した方向にシールドガスを噴射することが好ましい。本実施形態において、溶接ロボット１０は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって水平方向にシールドガスを噴射する。先端開口部１４の第１象限Ｑ１が酸素濃度センサ６３の第１吸入口Ｃ１と対向しているため、第１象限Ｑ１から噴射されたシールドガスが第１吸入口Ｃ１から吸入される。酸素濃度センサ６３は、第１象限Ｑ１から噴射されたシールドガス中の第１酸素濃度Ｇ１を示す信号をロボットコントローラ７０に出力する。なお、酸素濃度センサ６３の検出値が安定するまで、およそ数十秒程度、酸素濃度センサ６３による検出を待機することが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、溶接ロボット１０は、溶接ノズル１２の先端開口部１４の第２吸入口Ｃ２が、先端開口部１４の正面視における第２象限Ｑ２と対向するように、先端開口部１４の位置を調整する。溶接ロボット１０は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって水平方向にシールドガスを噴射する。先端開口部１４の第２象限Ｑ２が酸素濃度センサ６３の第２吸入口Ｃ２と対向しているため、第２象限Ｑ２から噴射されたシールドガスが第２吸入口Ｃ２から吸入される。酸素濃度センサ６３は、第２象限Ｑ２から噴射されたシールドガス中の第２酸素濃度Ｇ２を示す信号をロボットコントローラ７０に出力する。

次に、図３（ｃ）に示すように、溶接ロボット１０は、溶接ノズル１２の先端開口部１４の第３吸入口Ｃ３が、先端開口部１４の正面視における第３象限Ｑ３と対向するように、先端開口部１４の位置を調整する。溶接ロボット１０は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって水平方向にシールドガスを噴射する。酸先端開口部１４の第３象限Ｑ３が酸素濃度センサ６３の第３吸入口Ｃ３と対向しているため、第３象限Ｑ３から噴射されたシールドガスが第３吸入口Ｃ３から吸入される。酸素濃度センサ６３は、第３象限Ｑ３から噴射されたシールドガス中の第３酸素濃度Ｇ３を示す信号をロボットコントローラ７０に出力する。

次に、図３（ｄ）に示すように、溶接ロボット１０は、溶接ノズル１２の先端開口部１４の第４吸入口Ｃ４が、先端開口部１４の正面視における第４象限Ｑ４と対向するように、先端開口部１４の位置を調整する。溶接ロボット１０は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって水平方向にシールドガスを噴射する。先端開口部１４の第４象限Ｑ４が酸素濃度センサ６３の第４吸入口Ｃ４と対向しているため、第４象限Ｑ４から噴射されたシールドガスが第４吸入口Ｃ４から吸入される。酸素濃度センサ６３は、第４象限Ｑ４から噴射されたシールドガス中の第４酸素濃度Ｇ４を示す信号をロボットコントローラ７０に出力する。

ロボットコントローラ７０は、酸素濃度センサ６３から第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４を示す信号を取得する。ロボットコントローラ７０は、第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４それぞれが所定の閾値以下であるか否かを判定する。所定の閾値には、空気中の通常の酸素濃度である約８％よりも十分に小さい値に設定される。第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４それぞれが所定の閾値以下であることは、シールドガスに混入した空気が十分に少なく、空気中の窒素によって溶接部にブローホールなどの溶接不良が生じることを抑制できることを意味する。

ロボットコントローラ７０は、メインＣＰＵ７１とＰＬＣ７２とを有する。メインＣＰＵ７１は、溶接ロボット１０の位置制御、シールドガスの噴射、及びワイヤの繰り出しを含む溶接ロボット１０の全体的な制御を実行する。ＰＬＣ７２は、ノズルクリーナ５０によるクリーニング、シールドガスチェック装置６０による第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４の検出、及び第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４と所定の閾値との比較を含む周辺装置の制御を実行する。

（シールドガスチェック方法）
シールドガスチェックシステム１によるシールドガスチェック方法について説明する。図４は、シールドガスチェック方法を説明するためのフロー図である。

まず、ステップＳ１において、ノズルクリーナ５０は、ノズルクリーナ５０が溶接ノズル１２の先端開口部１４をクリーニングする。

次に、ステップＳ２において、シールドガスチェック装置６０は、溶接ノズル１２の先端開口部１４の正面視における第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４を順次検出する。

次に、ステップＳ３において、ロボットコントローラ７０は、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４が所定の閾値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ３において、第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４の全てが所定の閾値以下である場合、ステップＳ４において、ロボットコントローラ７０は、新たなワーク４１の溶接を溶接ロボット１０に実行させる。一方、ステップＳ３において、第１乃至第４酸素濃度Ｇ１〜Ｇ４のうち少なくとも１つが所定の閾値よりも大きい場合、ステップＳ５において、ロボットコントローラ７０は、溶接ロボット１０による溶接を停止して、溶接ノズル１２のスパッタが十分に除去されていないことを警告する。

（特徴）
（１）本実施形態において、ロボットコントローラ７０は、シールドガスチェック装置６０の酸素濃度センサ６３によって検出される、溶接ノズル１２の先端開口部１４における第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度が、所定の閾値以下であるか否かを判定する。

従って、ノズルクリーナ５０でのクリーニングによって先端開口部１４のスパッタが十分に除去されていること、すなわち溶接ノズル１２のクリーニング度が高いことを簡便に判定できるため、溶接ノズル１２のクリーニング度を目視確認する必要がない。また、窒素濃度センサと比較して、酸素濃度センサは一般的に安価、小型かつ入手可能性も良好である。

（２）本実施形態において、溶接ノズル１２は、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって、鉛直方向に対して傾斜した方向にシールドガスを噴射する。

従って、先端開口部１４から酸素濃度センサ６３に向かって下向きにシールドガスを噴射する場合と比較して、先端開口部１４に塗布されたスパッタ付着防止剤が滴下したり、先端開口部１４に残っているスパッタが落下したりすることを抑制できる。従って、酸素濃度センサ６３に異物が付着したり、第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４が異物によって目詰まりすることを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

上記実施形態では、酸素濃度センサ６３が第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４を有することとしたが、酸素濃度センサ６３は、吸入口を１つ以上有していればよい。溶接ロボット１０は、少なくとも１つの吸入口が先端開口部１４の第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれと対向するように溶接ノズル１２の位置を調整すればよい。

上記実施形態では、溶接ノズル１２の先端開口部１４における第１乃至第４吸入口Ｃ１〜Ｃ４が、先端開口部１４の正面視における第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４と対向するように、溶接ロボット１０が先端開口部１４の位置を調整することとしたが、シールドガスチェック装置６０が酸素濃度センサ６３の位置を調整することとしてもよい。

上記実施形態では、酸素濃度センサ６３がセンサ支持部６１に嵌め込まれることとしたが、これに限られるものではない。例えば、酸素濃度センサ６３は、対向面Ｓ１の裏面に直接固定されたブラケットによって支持されることとしてもよい。

上記実施形態では、先端開口部１４の第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４において酸素濃度を検出することとしたが、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４のうち少なくとも２つの象限における酸素濃度を検出することとしてもよい。このように、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４のうち２つ以上の象限において酸素濃度を検出することによって、より簡便に溶接ノズル１２のクリーニング度を判定することができる。なお、検出対象とする象限は、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４から任意に選択することができるが、正面視における先端開口部１４の中心を挟んで互いに対向する２つの象限を含んでいることが好ましい。

上記実施形態では、１つの酸素濃度センサ６３を用いて、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度を、順番に４回に分けて検出することとしたが、これに限られるものではない。例えば、４つの酸素濃度センサを用いて、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度を１回で検出してもよいし、２つの酸素濃度センサを用いて、第１乃至第４象限Ｑ１〜Ｑ４それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度を、順番に２回に分けて検出してもよい。

１ シールドガスチェックシステム
１０ 溶接ロボット
１１ 本体
１２ 溶接ノズル
１３ 溶接チップ
１４ 先端開口部
Ｑ１〜Ｑ４ 第１乃至第４象限
５０ ノズルクリーナ
６０ シールドガスチェック装置
６３ 酸素濃度センサ
Ｃ１〜Ｃ４ 第１乃至第４吸入口
７０ ロボットコントローラ

Claims (3)

1. 先端開口部からシールドガスを噴射可能な溶接ノズルを有する溶接ロボットと、
   前記溶接ノズルの前記先端開口部をクリーニングするためのノズルクリーナと、
   前記溶接ノズルの前記先端開口部の正面視における第１乃至第４象限のうち複数の象限それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度を検出可能な酸素濃度センサを有するシールドガスチェック装置と、
   前記酸素濃度センサによって検出される前記複数の象限それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるか否かを判定するロボットコントローラと、
   を備え、
   前記酸素濃度センサは、前記先端開口部に対向する対向面と、前記対向面に形成され、前記複数の象限とそれぞれ対向する複数の吸入口とを有し、
   前記複数の吸入口それぞれは、前記複数の象限それぞれから噴射されるシールドガスを吸入する、
   シールドガスチェックシステム。
2. 前記溶接ノズルは、前記先端開口部から前記酸素濃度センサに向かって、鉛直方向に対して傾斜した方向にシールドガスを噴射する、
   請求項１に記載のシールドガスチェックシステム。
3. 溶接ノズルの先端開口部の正面視における第１乃至第４象限のうち複数の象限それぞれから噴射されるシールドガスを、酸素濃度センサに形成された複数の吸入口それぞれから吸入することによって、前記複数の象限それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度を検出する工程と、
   前記複数の象限それぞれから噴射されるシールドガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるか否かを判定する工程と、
   を備えるシールドガスチェック方法。