JP7346123B2 - 自動溶接方法及び自動溶接装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置を用いる溶接システムの一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す溶接ロボット本体を上から見下ろした平面図である。図3は、図1に示す溶接ロボット本体を前方から見た正面図である。図4は、図1に示す溶接ロボット本体の右側から見た右側面図である。図5は、図1に示す溶接ロボット本体に装備したY走行台車、Z駆動機構及びX駆動機構の概要を示すX-Z断面図である。図6は、図2に示すトーチ姿勢調整機構を上から見下ろした拡大平面図である。図1~図6のそれぞれにおいて、Y方向が溶接線の延びる方向、X方向が溶接線に直交する水平方向、Zが上下(垂直)方向、そしてTは、開先が延びるY方向に溶接トーチが首振りする回動方向である。
ガイドレール9は、4個の吸着具7で支持されて溶接対象材5上に固定されている。図2を参照すると、ガイドレール9の一辺にラック8があり、図5に示されるように、ラック8に、Y走行台車20の台車基台21で回動自在に支持されたピニオン23が、噛みあっている。
台車基台21の底面下に4個の倣いローラ22があり、それらの中の1対はガイドレール9の、ラック8がある辺を受け入れ、該1対の倣いローラのY方向中間点に、該ラック8と噛みあうピニオン23がある。他の1対の倣いローラは、ガイドレール9の、ラック8がある辺と対向する辺を受け入れている。ピニオン23が回転すると台車基台21がY方向に移動する。
台車基台21には、4角筒形の内側ケース11の下端が固定されている。内側ケース11にはそれを内部に受け入れる逆さ箱型の外側ケース12が被さっており、外側ケース12は内側ケース11に対してZ方向に昇降できる。台車基台21上に、出力軸にピニオン23が結合した減速機構25が搭載されており、減速機構25の入力軸を電気モータ24が回転駆動する。電気モータ24はステッピングモータであり、図1に示す制御盤内のコンピュータは電気モータ24を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量(Y移動量)を把握してY位置を把握する。
台車基台21には、Z駆動機構30のねじ棒31の下端が固定されている。ねじ棒31の上端は、U形の回転支持具32の底辺部に固定されている。回転支持具32は内側ケース11に固定されている。ねじ棒31にナット33が螺合しており、このナット33を支持ベアリング34が回転自在に支持しており、これによりナット33はねじ棒31を中心に回転できる。ナット33と一体の歯車35に駆動歯車36が噛み合っており、駆動歯車36は電気モータ37で回転駆動される。この回転駆動によってナット33が回転して上昇又は降下する。支持ベアリング34及び電気モータ37は外側ケース12に装着されているので、電気モータ37が正転又は逆転するとナット33が正転又は逆転して上昇又は降下し、これによって外側ケース12が上昇又は降下する。電気モータ37もステッピングモータであり、図1に示す制御盤内のコンピュータが電気モータ37を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量(Z移動量)を把握してZ位置を把握する。
外側ケース12には、軸受42及び電気モータ48が装着されている。軸受42でX方向に延びるねじ棒41が回転自在に支持され、ねじ棒41の一端に被駆動歯車45があり、ねじ棒41にはナット43が螺合している。ナット43にはX駆動バー44aが固着されており、X駆動バー44aにトーチ駆動バー44bが連結されている。被駆動歯車45には中間歯車46が噛合い、中間歯車46に駆動歯車47が噛合っている。駆動歯車47は電気モータ48の出力軸に固着されている。電気モータ48が正転又は逆転すると、駆動歯車47、中間歯車46及び被駆動歯車45を介してねじ棒41が正転又は逆転し、これによりナット43が、X方向でトーチ駆動バー44bを外側ケース12から外方に突き出す方向又は外側ケース12内に引き込む方向に移動する。電気モータ48もステッピングモータであり、図1に示す制御盤内のコンピュータがモータ48を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量(X移動量)を把握してX位置を把握する。
図4に示すように、トーチ駆動バー44bの先端に、垂直アーム51の上端が固着されており、垂直アーム51の下部に、垂直アーム51を挟むように(図6)、水平アーム52、53が固着されている。昇降ガイドアーム55を貫通する傾動ロックねじ56が水平アーム53にねじ込まれており、傾動ロックねじ56を時計方向に回すことにより、昇降ガイドアーム55が水平アーム53に圧接して昇降ガイドアーム55を水平アーム53に固定する。傾動ロックねじ56を反時計回りに回すことにより、昇降ガイドアーム55が水平アーム53に対して回動可能となり、水平アーム53に対する昇降ガイドアーム55の昇降方向の傾斜角度が調整可能となる。昇降ガイドアーム54も同様に、水平アーム52に対して傾斜角度を調整することができる。手操作(手動)による傾斜角度調整により、調整された溶接トーチ70を、図4上に2点鎖線で示す、前方傾斜姿勢70wf及び後方傾斜姿勢70wrならびにそれらの間の任意の傾斜に設定することができる。
昇降板57には、T軸駆動機構60のモータケース61及び軸受ケース62が装着されている。T軸駆動機構60は、特許文献4に記載のトーチ角度変動機構による溶接トーチの首振り回動と同様に、溶接トーチを電動で首振り回動させるものである。軸受ケース62内軸受で回動可能に支持されたT軸63は、モータケース61内の減速機構付き電気モータの出力軸に結合している。T軸63にはトーチホルダ64が結合しており、このトーチホルダ64で溶接トーチ70が保持されている。モータケース61内電気モータの正転で溶接トーチ70を図3上に2点鎖線で示す右傾斜姿勢70Trに、逆転で左傾斜姿勢70Tlに定めることができる。この電気モータもステッピングモータであり、図1に示す制御盤内のコンピュータが該モータを駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量(T軸回転量)を把握して首振り回動の傾斜を把握する、
図1に示す制御盤には、コンピュータ(制御部、演算器、記憶部等を含む)、ディスプレイ、入力キー、操作スイッチ、表示灯等がある。無線ペンダントにもコンピュータ、ディスプレイ、入力キー、操作スイッチ、表示灯等がある。また、制御盤及び無線ペンダントは、両者のコンピュータ間の通信を行う各無線通信装置を内蔵している。制御盤内のコンピュータは、制御盤及び無線ペンダントに対する作業者の入力操作に応答して、溶接条件の設定、開先端検出、開先形状検出、溶接条件の算出、補正、溶接データの蓄積、編集などの電子的処理、ならびに、溶接ロボット本体10、ワイヤ送給装置、溶接電源及び電磁開閉器の自動制御を行う。
無線ペンダントは、溶接開始前の作業者の、溶接トーチの位置及び姿勢の設定又は調整を容易にし、溶接開始後は溶接ロボット本体10の動作を見ながらの各種調整もしくは修正を容易にするために、作業者が携帯する入出力端末であるとともに、上記電子的処理及び自動制御の一部を負担する。溶接開始前に無線ペンダントの入力キーは、トーチのT軸回動調整、X方向位置調整、Y方向調整及びZ方向位置調整に自動的に割り付けられているが、溶接の開始後は電流・電圧調整、切換え、オシレート幅調整、狙い一X方向調整、Z方向調整及びY方向走行速度調整(溶接速度調整)に割り付けが自動的に変更される。
<メイン制御フロー>
図7は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置を用いる溶接システムが実行する機能の一例を示すフローチャートである。図7には、制御盤及び無線ペンダント(の各コンピュータ)の協同処理によるメイン制御機能と制御の流れを示す。
図8は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置が実行する「全自動計測溶接」の一例を示すフローチャートである。図10は、溶接対象材の一例を示す斜視図である。図11及び図12はそれぞれ、溶接対象材の一例を示す断面図である。
図9は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置が実行する「条件生成」の一例を示すフローチャートである。「条件生成」は、図7には“条件生成(s13)”として示され、図8には“条件生成(s29)”として示されている。
図14は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置が実行する「自動計測溶接」の一例を示すフローチャートである。
図15は、本発明の一実施形態に係る自動溶接装置が実行する「手動計測溶接」の一例を示すフローチャートである。
5、6 :溶接対象材
7 :吸着具
8 :ラック
9 :ガイドレール
10 :溶接ロボット本体
11 :内側ケース
12 :外側ケース
20 :Y走行台車
21 :台車基台
22 :倣いローラ
23 :ピニオン
24 :電気モータ
25 :減速機構
30 :Z駆動機構
31 :ねじ棒
32 :U形回転支持具
33 :ナット
34 :支持ベアリング
35、36:歯車
37 :電気モータ
40 :X駆動機構
41 :ねじ棒
42 :軸受け
43 :ナット
44a :X駆動バー
44b :トーチ駆動バー
45 :被駆動歯車
46 :中間歯車
47 :駆動歯車
48 :電気モータ
50 :トーチ姿勢調整機構
51 :垂直アーム
52、53:水平アーム
54、55:昇降ガイドアーム
56 :傾動ロックねじ
57 :昇降板
58、59:昇降ロックねじ
60 :T軸駆動機構
61 :モータケース
62 :軸受けケース
63 :T軸
64 :トーチホルダ
70 :トーチ
70wf:前方傾斜姿勢
70wr:後方傾斜姿勢
70Tr:右傾斜姿勢
70Tl:左傾斜姿勢
80 :当て金
Cs1 :開先1点目
Cs2 :開先2点目
Csm :開先中間点
Wp :溶接パス
Wpt :頂上部分
A~F :溶接パスの層
Ta~Tf:溶接パスの層の溶接高さ
Tw :溶接板厚
Href :基準高さ
Hwr :基準余盛高さ
Sa~Se:領域
Claims (12)
- 制御盤のコンピュータを用いて開先の形状に基づいて各溶接パスの溶接条件を自動生成し、前記生成した溶接条件で自動的に前記各溶接パスの溶接を行う自動溶接方法であって、
前記制御盤のコンピュータは、前記溶接の前に、
前記溶接条件から、前記開先の断面における前記溶接パスの層毎に溶接高さを算出し、
前記層毎に算出された溶接高さをそれぞれ積算し、
前記溶接高さの積算値が、溶接板厚に対して設定された基準高さ以上となったとき、前記開先の断面を埋めるに必要な溶接パスの層数と決定し、
最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が基準余盛高さの位置となるように、前記溶接パスの溶接速度を基準溶接速度から修正して決定し、
前記制御盤のコンピュータは、前記溶接の開始後に前記溶接条件を調整することなく、
前記決定した溶接速度で、前記溶接パスの自動溶接を行うこと
を特徴とする自動溶接方法。 - 開先の形状に基づいて各溶接パスの溶接条件を自動生成し、前記生成した溶接条件で自動的に前記各溶接パスの溶接を行う自動溶接方法であって、
開先線上の開先1点目の断面積と開先2点目の断面積とを算出し、
前記開先1点目の断面積と前記開先2点目の断面積とに基づいて、前記開先線の途中の開先中間点の断面積を算出し、
前記開先中間点の断面積から、前記開先中間点の断面を埋めるに必要な中間総溶着量を算出し、
前記溶接条件及び前記中間総溶着量から、前記開先中間点の断面における前記溶接パスの層毎に溶接高さを算出し、
前記層毎に算出された溶接高さをそれぞれ積算し、
前記溶接高さの積算値が、溶接板厚に対して設定された基準高さ以上となったとき、前記開先中間点の断面を埋めるに必要な溶接パスの層数と決定し、
前記開先1点目における最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が基準余盛高さの位置となるように、前記開先1点目における前記溶接パスの溶接速度を基準溶接速度から修正し、
前記開先2点目における最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が前記基準余盛高さの位置となるように、前記開先2点目における前記溶接パスの溶接速度を前記基準溶接速度から修正し、
前記開先線に沿って、前記開先1点目から前記開先2点目までの区間を各領域に区分し、
前記修正された溶接速度を含む前記開先1点目における溶接速度と、前記修正された溶接速度を含む前記開先2点目における溶接速度とを用いて、前記各領域の溶接速度を直線補間により決定し、
前記決定した溶接速度で、前記開先2点目から前記開先1点目までの前記各領域の前記溶接パスの自動溶接を行うこと
を特徴とする自動溶接方法。 - 少なくとも最下層の前記溶接パスは、前記基準溶接速度で自動溶接すること
を特徴とする請求項2に記載の自動溶接方法。 - 前記決定した溶接速度に従い前記各領域のオシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートすること
を特徴とする請求項2又は3に記載の自動溶接方法。 - 開先の形状に基づいて各溶接パスの溶接条件を自動生成し、前記生成した溶接条件で自動的に前記各溶接パスの溶接を行う自動溶接装置であって、
Y方向に延びる開先に平行に配置されるガイドレールと、
前記ガイドレールに沿ってY方向に移動する電動のY走行台車と、
前記Y走行台車上にあって、溶接トーチをX方向に駆動する電動のX駆動機構と、
前記Y走行台車上にあって、前記溶接トーチをZ方向に駆動する電動のZ駆動機構と、
前記溶接の前に、前記溶接条件から、前記開先の断面における前記溶接パスの層毎に溶接高さを算出し、前記層毎に算出された溶接高さをそれぞれ積算し、前記溶接高さの積算値が、溶接板厚に対して設定された基準高さ以上となったとき、前記開先の断面を埋めるに必要な溶接パスの層数と決定し、最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が基準余盛高さの位置となるように、前記溶接パスの溶接速度を基準溶接速度から修正して決定し、前記溶接の開始後に前記溶接条件を調整することなく、前記Y走行台車、X駆動機構及びZ駆動機構の駆動を制御して、前記決定した溶接速度で、前記溶接トーチにより前記溶接パスの自動溶接を行う制御手段と、
を備えたこと
を特徴とする自動溶接装置。 - 前記制御手段は、
開先線上の開先1点目の断面積と開先2点目の断面積とを算出し、
前記開先1点目の断面積と前記開先2点目の断面積とに基づいて、前記開先線の途中の開先中間点の断面積を算出し、
前記開先中間点の断面積から、前記開先中間点の断面を埋めるに必要な中間総溶着量を算出し、
前記溶接条件及び前記中間総溶着量から、前記開先中間点の断面における前記溶接パスの層毎に溶接高さを算出し、
前記層毎に算出された溶接高さをそれぞれ積算し、
前記溶接高さの積算値が、溶接板厚に対して設定された基準高さ以上となったとき、前記開先中間点の断面を埋めるに必要な溶接パスの層数と決定し、
前記開先1点目における最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が基準余盛高さの位置となるように、前記開先1点目における前記溶接パスの溶接速度を基準溶接速度から修正し、
前記開先2点目における最上層の前記溶接パスの頂上部分の位置が前記基準余盛高さの位置となるように、前記開先2点目における前記溶接パスの溶接速度を前記基準溶接速度から修正し、
前記開先線に沿って、前記開先1点目から前記開先2点目までの区間を各領域に区分し、
前記修正された溶接速度を含む前記開先1点目における溶接速度と、前記修正された溶接速度を含む前記開先2点目における溶接速度とを用いて、前記各領域の溶接速度を直線補間により決定し、
前記Y走行台車、前記X駆動機構及び前記Z駆動機構の駆動を制御して、前記決定した溶接速度で、前記溶接トーチにより前記開先2点目から前記開先1点目までの前記各領域の前記溶接パスの自動溶接を行うこと
を特徴とする請求項5に記載の自動溶接装置。 - 前記制御手段は、
少なくとも最下層の前記溶接パスを、前記基準溶接速度で自動溶接すること
を特徴とする請求項6に記載の自動溶接装置。 - 前記制御手段は、
前記決定した溶接速度に従い前記各領域のオシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートすること
を特徴とする請求項6又は7に記載の自動溶接装置。 - 前記溶接トーチを、前記X方向に延びる軸回りに首振り回動駆動する電動のT軸駆動機構を、さらに備え、
前記制御手段は、
前記T軸駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチを、開先先端に指向する傾斜姿勢並びに開先終端に指向する傾斜姿勢に設定すること
を特徴とする請求項5に記載の自動溶接装置。 - 前記溶接トーチを、前記X方向に延びる軸回りに首振り回動駆動する電動のT軸駆動機構を、さらに備え、
前記制御手段は、
前記T軸駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチを、開先先端である前記開先1点目に指向する傾斜姿勢並びに開先終端である前記開先2点目に指向する傾斜姿勢に設定すること
を特徴とする請求項6~8のいずれか1つに記載の自動溶接装置。 - 前記制御手段は、全自動計測が指示されると、
前記T軸駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチを、前記開先1点目に指向する傾斜姿勢にして前記Y走行台車のY往方向走行を開始して前記開先1点目を検出し、そこの開先の形状を計測し、
次に、前記T軸駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチを、前記開先2点目に指向する傾斜姿勢にして前記Y走行台車のY復方向走行を開始して前記開先2点目を検出し、そこの開先の形状を計測すること
を特徴とする請求項10に記載の自動溶接装置。 - 前記制御手段は、
前記開先1点目と前記開先2点目との間の前記Y複方向走行の走行距離を計測し、前記走行距離を溶接する溶接長に定めること
を特徴とする請求項11に記載の自動溶接装置。
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