JPH05285654A - 溶接ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極を自動交換可能とすることにより、安定
した品質の溶接を行なえる溶接ロボットを提供する。 【構成】 電極２９を着脱自在に把持するコレットチャ
ック３０を内蔵する溶接トーチ７と、水平面上を回転す
る研磨円板４５と研磨面が円錐状になるように斜めに立
設された複数の研磨棒４６を有する研磨装置１４と、電
極２９の突出し量を調整する基準面を有する突出し調整
台１５と、電極交換用治具１７ａ、１７ｂとを具備して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極先端の研磨調整お
よび電極交換を自動で行なえるようにした溶接ロボット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接ロボットの導入により、自動
車工業、電気機器工業などでは、溶接工程の自動化が進
展している。従来、タングステンイナートガス溶接（以
下、ＴＩＧ溶接という。）用の溶接ロボットは、多関節
ロボットの手首部に溶接トーチを設けたもので、溶接ワ
イヤを所定の速度で溶接部へ連続的に送る供給装置を備
えている。ＴＩＧ溶接では、溶接作業を繰り返し行なう
につれて、電極先端が磨耗等により次第に丸みを帯び、
また、電極先端に溶接中の析出部が付着していく。この
まま、溶接を継続していくと、不安定なアークにより溶
接品位の低下が生ずる。このため、従来は、電極の交換
時期に達すると、ロボットの運転を一時停止し、新品の
先端を鋭角に研磨した電極に手作業で交換している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極の
消耗には、電極の突出し量、先端の研磨角度、溶接条件
などの多くの因子が影響を与えるため、交換寿命にばら
つきがあり、交換時期の設定が難しい。また、電極を交
換する段となると、ロボットの運転の一時停止は勿論の
こと、生産ラインの上流の流れをも停止しなければなら
ず、生産効率が大幅に低下する。一方、消耗した電極の
研磨、また、突き出し量の調整は、電極の寿命に大きな
影響を与えるため非常に面倒なもので、適切な研磨、調
整をして安定した電極寿命を保つようになるには、高度
の熟練を要する。従って、しばしば電極寿命のばらつき
のため、電極の交換が必要となってラインを停止しなけ
ればならない問題があった。そこで、本発明の目的は、
上記従来技術の有する問題点を解消し、電極を自動交換
可能とすることにより、安定した品質の溶接を行なえる
溶接ロボットを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、溶接トーチを手首部に有し溶接トーチの
電極まで溶接ワイヤを自動供給するようにした溶接ロボ
ットにおいて、電極を着脱自在に把持するコレットチャ
ックを内蔵する溶接トーチと、水平面上を回転する研磨
円板と研磨面が円錐状になるように斜めに立設された複
数の研磨棒を有する研磨装置と、電極の突出し量を調整
する基準面を有する突出し調整台と、電極交換用治具と
を具備したことを特徴とするものである。

【０００５】

【作用】溶接回数が規定の回数または規定時間に達する
と、溶接トーチは、突出し量調整台の真上に移動し、コ
レットチャックが開いて電極が真上に落下したのちこれ
を把持して電極の突出し量を研磨に適した長さに調節す
る。次に、溶接トーチが研磨装置に移動し、研磨円板は
電極の先端を平らに研削し、研磨棒は電極の先端を尖頭
状に研磨する。研磨が済むと溶接トーチが突出し量調整
台に移動し、電極の突出し量を調整する。こうした電極
研磨が規定回数だけ行なわれると、溶接トーチが電極交
換用治具に移動し、コレットチャックが開閉されて新品
の電極に交換される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明による溶接ロボットの一実施例
について添付の図面を参照して説明する。図１におい
て、符号１は、溶接ロボットの全体を示している。この
溶接ロボット１は、固定台２上に設置される。符号３
は、ロボットの旋回自在な胴体部で、この胴体部３に第
１アーム４、第２アーム５が回動自在に連結され、第２
アーム５の先端の手首部６には溶接トーチ７が取り付け
られている。この実施例の溶接ロボット１は、ＴＩＧ溶
接作業用のロボットで、溶接電流を流す溶接ケーブル、
冷却水を溶接トーチ７に導く水ホース、イナートガスを
供給するガスホース等はトーチケーブル８内にまとめて
集束されている。また、溶接トーチ７に溶接ワイヤを送
るワイヤ供給装置９は胴体部３に取り付けられており、
ワイヤリール１０から繰り出された溶接ワイヤはコンジ
ット１１を通ってワイヤガイド１２を介して溶接トーチ
７の電極の近傍にまで供給されるようになっている。

【０００７】被溶接物であるワークＷが搬送ローラ１３
の上をつぎつぎと流れてくると、溶接ロボットの溶接ト
ーチ７は作業原点から溶接位置まで移動する。一連の溶
接作業が終了すると、溶接トーチ４は作業原点に戻りワ
ークＷは次の工程へ移動する。なお、符号１４は、電極
を研磨する研磨装置、符号１５は電極の溶接トーチ７か
らの突出し量を調整するため基準面を有する突出し調整
台で、研磨装置１４とともにプレート１６を介して固定
台２に取り付けられている。また、プレート１６上には
電極交換治具１７ａ、１７ｂが固定されている。

【０００８】次に、溶接トーチ７の詳細な構成を図２に
示す。符号２０は、円筒状の溶接トーチ本体で、その先
端にイナートガスを吹き出すノズルの役割を果たすガス
カップ２１が固定され、他端にはトーチボディ２２が内
側に密着するように液密に装着されている。溶接トーチ
本体２０の内部には第１の室２３が、トーチボディ２２
の内側には第２の室２４が区画されている。このトーチ
ボディ２２には、ガイド２５が固定され、このガイド２
５の上端部にシリンダ２６が取り付けられている。シリ
ンダ２６のロッド２７は、ガイド２５の内部に上下に移
動自在に収装されたテーパブロック２８と連結されてお
り、このテーパブロック２８で電極２９を把持するコレ
ットチャック３０の開閉操作を行なう構成となってい
る。この場合、テーパブロック２８のコレットチャック
３０側の端部には、先端に向けて径が拡大するテーパ部
２８ａが形成され、このテーパ部２８ａに対応する形状
で、かつ、図３に示すようにすり割り３０ａが形成され
たテーパ状のコレットチャック３０の頭部が嵌合するよ
うになっている。

【０００９】この実施例では、溶接時に必要な溶接電流
は、溶接ケーブル（図示せず）からトーチボディ２２に
継手３１を介して給電され、トーチボディ２２と結合し
ているガイド２８から、コレットチャック３０を通して
電極２９に流れるようになっている。また、溶接ケーブ
ル、電極２９の加熱を防ぐため、水道またはポンプより
供給される冷却水は水ホース（図示せず）が接続される
継手３１からトーチボディ２２内の第２室２４に流入
し、コレットチャック３０と電極２９とを冷却した後、
継手３２から再び別の水ホースを通り、廃水またはポン
プ内に戻る。イナートガスは溶接時にガスホース（図示
せず）から、継手３３を通ってトーチ本体部２０内部の
第１室２３へ送られ、ガスカップ２１の開口２１ａから
溶接部へ向けて噴出する。なお、符号３４、３５、３６
は、第２室２４に流入した冷却水がトーチボディ２２外
部へ漏れることを防止するために所定位置に装着されて
いるＯリングを示す。このＯリング３４、３５、３６は
トーチボディ２２、コレット３０が加熱されるので、耐
熱性のものが使用される。また、符号３７は第１室２３
に流入するイナートガスの漏れ防止のためのＯリングを
示している。

【００１０】次に、電極研磨装置１４について図４およ
び図５を参照して説明する。符号４０は、ベース４１に
固定されている回転駆動源としてのモータで、このモー
タ４０の回転軸に取着された主歯車４２は、左右に配置
された歯車４３、４４と噛合しており、モータ４０を
正、逆回転に切換えることによって、いずれか一方の歯
車４３、４４を介して選択的に研磨円盤４５または研磨
棒４６に回転トルクを伝達する機構として構成されてい
る。すなわち、歯車４３はワンウェイクラッチ４７を介
してシャフト４８に装着されており、モータ４０が正回
転のときに歯車４３に回転トルクが伝わってシャフト４
８の先端に連結された研磨円盤４５が回転するようにな
っている。

【００１１】一方、歯車４４はワンウェイクラッチ５１
を介してシャフト５２の一端に連結され、このシャフト
５２の他端には歯車５３が連結されている。この歯車５
３には、研磨機４６を支持する回転ボディ５４が固定さ
れているフランジ５５と一体の歯車５６が噛合してお
り、モータ４０の逆回転のときにそのトルクが歯車４
４、５３、５６によって回転ボディ５４に伝達される構
成となっている。なお、回転ボディ５４のフランジ５５
には、中空の回転軸５７が一体的に連結されており、こ
の回転軸５７の内部には個々の研磨棒４６に回転を伝え
るための中間シャフト５８が同軸的に内装されている。

【００１２】この実施例では、研磨棒４６は、四つ一組
にて研磨面が円錐面になるように回転ボディ５４に斜め
に立設されており、個々の研磨棒４６についても、モー
タ４０の逆回転のときに回転する構成となっている。す
なわち、歯車４４に噛合する歯車６０は図示しないワン
ウェイクラッチを介して上記中間シャフト５８の一端に
連結され、この中間シャフト５８の他端に歯車６２が装
着される。この歯車６２は、それぞれの研磨棒４６、４
６、…のシャフト６３、６３、…に連結された歯車６
４、６４、…と噛み合っているので、モータ４０の逆回
転トルクは歯車６４まで伝達されて、それぞれ研磨棒４
６が回転する機構となっている。回転ボディ５４と研磨
棒４６とでは、研磨棒４６が早く回転するように歯車の
回転比が設定されている。なお、符号６５ａ、６５ｂ
は、研磨完了の信号を伝える投過型の光電センサを示し
ている。

【００１３】本実施例は、以上のように構成されるもの
であり、次に、その作用について図６乃至図１３を参照
して説明する。ここで、図１３は、工程全体の流れ図
で、溶接工程の他、電極研磨調整工程、電極交換工程の
プログラムが予め溶接ロボットに記憶されている。そこ
で、まず図６は、溶接工程での溶接トーチ７を示す図で
ある。通常、溶接トーチ７では、その先端から電極２９
の先端が一定量突出した状態に保持され、溶接ロボット
は、予め設定された溶接プログラムに従って動作して繰
り返し溶接作業を遂行する。溶接作業を繰り返していく
と、電極２９の先端は、磨耗してしだいに丸みを帯び、
また、析出物が付着してくる。従って、電極２９を研磨
すめため、溶接の回数がカウントされ規定の溶接回数に
達したら、溶接作業は中断される。溶接トーチ７は、図
７に示すように、突出し量調整台１５まで移動する。溶
接トーチ７が突出し調整台１５の真上の所定高さの位置
まで来て一旦停止すると、シリンダ２６が作動してテー
パブロック２８が上昇するので、電極２９を把持してい
るコレットチャック３０が解放される結果、電極２９は
自重で落下する。そして、同時に溶接トーチ７は規定の
高さまで垂直に上昇するので、溶接トーチ７からの電極
突出し量が研磨に適した規定の長さに調整されたところ
で、シリンダ２６が再び作動して、電極２９が把持され
る。

【００１４】次に、溶接トーチ７は、研磨装置１４まで
水平に移動したのち、図８において、回転している研磨
円盤４５に対して電極２９が垂直に接触する位置で停止
する。この位置から溶接トーチ７は、規定の距離（α）
だけ徐々に下降し、電極２９は研磨円盤４５によって先
端の丸みが削られ、また、析出物が削り落とされる。こ
うして、電極２９の先端が平らかに研削されると、図９
において、溶接トーチ７は研磨棒４６側に移動し、電極
２９の先端を４つの研磨棒４６の間に挿入させる。この
とき、モータ４０の回転が逆回転に切り替わって、研磨
棒４６自体も回転するほか、これらを支持する回転ブロ
ック５４も回転するので、電極２９の先端が鋭角に研磨
されていく。この場合、わずかづつ、研磨の進行に従っ
て溶接トーチ７は下降していくので、光電センサ６５
ａ、６５ｂを介して検出されていたパルス信号が研磨終
了とともに検出されなくなるので、研磨終了を判別する
ことができる。

【００１５】研磨完了の信号が検出された後は、溶接ト
ーチ７は突出し量調整台１５まで再び移動する。溶接ト
ーチ７は、図１０に示すように、所定の高さで停止し
て、シリンダ２６の作動によりコレットチャック３０が
解放されるので、電極２９は自重で落下する。そして、
図１１に示すように、規定の電極突出し量になるまて、
溶接トーチ７は垂直に下降し、規定量になったところで
電極２９が把持される。又、電極の先端を鋭角に研磨し
ていく際ロボットのプログラムに最初から書き込んでい
るもので実施してもよい。

【００１６】このようにして、電極研磨調整工程が終了
した後は、溶接工程が再開される。規定溶接回数に達し
たら、上述の電極研磨を行なう。こうして、溶接作業と
電極研磨を繰り返すにつれ、電極は短くなり、把持でき
なくなる。この場合、一回の削り量と、把持できなくな
る電極の長さから、何回研磨工程を経れば、電極の交換
が必要となるか算定されるので、研磨回数が設定回数に
達した後は、図１２に示す電極交換工程に移行する。

【００１７】すなわち、図１２は、電極交換に供される
治具１７ａ、１７ｂを拡大して示した図である。この電
極交換治具１７ａ、１７ｂは、所定数の電極装着孔７０
が形成されたもので、電極２９を装着孔７０に着脱自在
に差し込めるようになっている。通常は、電極交換治具
は、使用済の電極用のもの（１７ａ）と、新品の電極用
のもの（１７ｂ）との２種類が用意される。

【００１８】しかして、電極の交換時には、溶接トーチ
７は電極交換治具１７ａまで移動し、装着穴７０に電極
２９の先端が臨む位置にて停止する。このとき、溶接ト
ーチ７から脱落した使用済の電極２９は交換治具１７ａ
にセットされることになる。

【００１９】その後、溶接トーチ７は新品電極用の交換
治具１７ｂ上の電極２９の真上位置まで移動する。溶接
トーチ７は下降とともに、電極２９を把持して後、図１
０、図１１で示すように突出し量調整台まで移動し、上
述した動作で電極２９の突出し量を調整する。

【００２０】以後、溶接ロボットは、図１３に示す工程
を繰り返し実行することになる。なお、電極交換治具１
７ｂに用意した電極がなくなった場合は、電極を補充し
て、以上の各工程を繰り返しサイクルすることができ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電極が消耗して研磨および突出し量の調節、
あるいは電極の交換が必要となると、これらの作業は自
動的に行なわれるので、溶接ロボットが停止し、また生
産ラインが停止することなく、電極を好適な状態に保っ
て安定した品質を維持しながら溶接工程を継続すること
ができる。しかも、生産ラインの停止がないので生産効
率の向上に大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による溶接ロボットの示す全
体の側面図。

【図２】溶接ロボットの溶接トーチの縦断面図。

【図３】溶接トーチ内蔵のコレットチャックの側面図。

【図４】研磨装置の構成を示す断面図。

【図５】研磨装置の平面図。

【図６】通常の溶接作業時の溶接トーチの側面図。

【図７】電極の研磨に先だって電極の突出し量の調整を
説明する熔接トーチの側面図。

【図８】研磨装置にて電極の先端を平らに研磨している
状態の熔接トーチの側面図。

【図９】研磨装置にて電極の先端を尖鋭に研磨している
状態の熔接トーチの側面図。

【図１０】研磨後の電極の突出し量の調整を説明する熔
接トーチの側面図。

【図１１】熔接用に電極の突出し量を調整された熔接ト
ーチの側面図。

【図１２】電極交換用治具の斜視図。

【図１３】熔接ロボットによる熔接工程の流れを示した
工程図。

【符号の説明】

１ 熔接ロボット ６ 手首部 ７ 熔接トーチ ９ ワイヤ供給装置 １１ コンジット １４ 研磨装置 １５ 突出し量調整台 １７ａ、１７ｂ 電極交換用治具 ２６ シリンダ ２９ 電極 ３０ コレットチャック ４０ モータ ４５ 研磨円板 ４６ 研磨棒 ５６ 回転ボディ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチを手首部に有し溶接トーチの電
   極まで溶接ワイヤを自動供給するようにした溶接ロボッ
   トにおいて、電極を着脱自在に把持するコレットチャッ
   クを内蔵する溶接トーチと、水平面上を回転する研磨円
   板と研磨面が円錐状になるように斜めに立設された複数
   の研磨棒を有する研磨装置と、電極の突出し量を調整す
   る基準面を有する突出し調整台と、電極交換用治具とを
   具備したことを特徴とする溶接ロボット。