JPH0767618B2

JPH0767618B2 - 下向き自動溶接装置

Info

Publication number: JPH0767618B2
Application number: JP61186677A
Authority: JP
Inventors: 良介毛利
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPS6343772A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、溶接線が傾斜していて、そのままでは下向溶
接ができない被溶接部材の溶接作業を、全て下向きで行
うことのできる自動溶接装置に関する。

［従来の技術］例えば、第2,3図に示す被溶接部材Ａを溶接線Ｗに沿っ
て開先取り溶接する場合、作業者は溶接トーチを持って
溶接線方向に移動する。このとき、溶接の品質を高くす
るには溶接線を常に水平に保ち、溶接姿勢を下向きとす
ることが望ましい。なお、開先角度は一般的には60゜〜
90゜とされているが、これに限定されるものではない。
また、Ａ′は裏当板である。

このため、従来は第４図に示すように、シーソー形の受
台Ｂに被溶接部材Ａをのせ、溶接線を常に水平に保つよ
う順次被溶接部材Ａを傾斜させる方法がとられている。
しかしながら、傾斜を変えるごとに溶接作業は中断さ
れ、連続溶接ができないため、作業時間が長くなり、能
率は低下する。また、上面溶接が完了した後は、被溶接
部材Ａを反転させ、再び同じ作業を繰り返す必要がある
ので、作業に手間取る。たとえ、溶接を自動溶接機に置
換えた場合でも、溶接線を常時水平に維持するため、順
次被溶接部材Ａを傾斜させる必要があるので、作業者が
操作することとなり、その都度溶接作業が中断する。

［発明が解決しようとする課題］このような従来の方法では、溶接作業そのものが非能率
的となるほか、一般に溶接の開始点や終了点では融合不
良，溶込み不足，ブローホールなどの溶接欠陥が多発す
るため、溶接の断続は溶接品質上好ましくない。さらに
溶接の継目では、ビードの形状がこぶ状となって製品の
美観も悪く、グラインダによって滑らかに修正する必要
がある。さらに前述のように、作業者は被溶接部材Ａの
セット，溶接の監視，傾斜調整，溶接機のセッティング
など数々の作業を行うため，非効率的な作業となってい
る。

［課題を解決するための手段］この発明は、以上のような従来技術の課題を解決する本
発明の構成は、支持台に回動可能に軸支され、かつ、溶
接トーチを支持した架台に、該溶接トーチのワイヤの先
端部を通る第一の軸線を中心に回転する第一の回転手段
と、前記第一の軸線に直交する第一の方向に移動可能な
第一の移動手段と、第一の移動手段に設けられ、前記第
一の回転手段を前記第一の軸線および前記第一の方向と
直交する第二の方向に移動可能に設けた第二の移動手段
と、第一の移動手段に設けられ、第一の回転手段を前記
第一の軸線の方向に移動可能に設けた第三の移動手段
と、第一の移動手段を移動可能に支持する架台と、該架
台を前記第一の軸線方向と並行な第二の軸線で回転可能
に支持する第二の回転手段と、主たる溶接線の方向が第
一の方向と並行に引溶接部材を架台に支持固定する手段
と、前記第一ないし第三の移動手段および第一，第二の
回転手段を制御する制御装置を設けたものである。

［作用］次にこの発明の作用を説明する。支持固定する手段は、
被溶接部材の形状に起因して溶接線が傾斜している被溶
接部材を架台にセットする。第二の回転手段は、被溶接
部材の溶接線を常に水平状態に保持し、第一の回転手段
は、溶接トーチの向きを常に垂直方向に保持する。第一
の移動手段は、被溶接部材の主たる溶接線の方向に溶接
トーチを動かして溶接する。第二の移動手段は、溶接ト
ーチを被溶接部材に対して常に一定の間隔に保つ。第三
の移動装置は、溶接トーチが溶接線から外れないように
するとともに、ウィービングさせる役目をもつ。制御装
置は、溶接に先立ち被溶接部材の形状を記憶するととも
に、溶接時に各移動手段、および、各回転手段を適正に
制御するものである。

［実施例］以下、実施例を図面によって説明する。第１図ならびに
第5,6図は、本発明の概要を表す実施例の一つである。

第一の移動手段１は溶接トーチT,第一の回転手段4,第二
の移動手段2,第三の移動手段３、および、ワイヤ送給装
置8a、あるいは、必要に応じて溶接機８を装備して、架
台７上を被溶接部材Ａの主たる溶接線方向に移動する。
移動はラック12とピニオン13で滑りなく行われるのが望
ましく、駆動はサーボモータ1aなどを利用するとよい。
また、架台７が傾斜するので、移動手段１が架台７から
外れないような防護手段を設けておく必要がある。

第一の回転手段４は溶接トーチＴを支持し、溶接ワイヤ
8bの先端部Toを通り、前記第一の移動手段１の移動方向
に直交し、かつ、水平な軸線αを中心に回転して溶接ト
ーチＴを常時垂直に向くようサーボモータなどで制御す
る。

第一の移動手段１に第二の回転手段４の間には、第二お
よび第三の移動手段2,3が設けられる。第二の移動手段
２は、溶接トーチＴが被溶接部材Ａに対して常に一定の
間隔を保つように溶接トーチＴを移動させるためのもの
で、サーボモータなどによって制御する。第三の移動手
段３は、溶接トーチＴが溶接線Ｗから外れないよう、ま
た、ウィービングするよう軸線αの方向に溶接トーチＴ
を移動させるもので、同じくサーボモータなどによって
制御する。実施例では第一の移動手段１に第三の移動手
段３を設け、これに第二の移動手段２を設けているが、
第二と第三の移動手段を入替えてもその作用，効果は変
わらない。

第一の移動手段１を支持する架台７は、そのほぼ中央付
近で軸線αと同方向の軸線βによって回転可能に支持台
10によって支持される。この軸線βは被溶接部材Ａの溶
接線Ｗを常に水平に維持するために被溶接部材Ａを傾け
るための基準となる。第二の回転手段５は、この軸線β
を中心に架台７を回転させるためのもので、前記同様、
その回転はサーボモータ1aなどで行うのがよい。被溶接
部材Ａは溶接すべき状態のものを前記架台７に設けた固
定手段６にセットする。これらの固定手段６は、被溶接
部材Ａの主たる溶接線Ｗの方向が前記第一の移動手段１
の移動方向と一致するようにしてあり、該移動方向と並
行な軸線γを中心に被溶接部材Ａを所望の角度に回転，
固定自在に支持する。ここで、主たる溶接線とは溶接線
が被溶接部材Ａ上で必ずしも直線ではないが、主として
向いた溶接線の方向をいう。

いま、第一の移動手段１が移動中に、溶接線Ｗの傾斜し
た区間に入った場合、後述する形状情報に基づき、第二
の回転手段５は溶接線Ｗを水平に保持するよう架台７を
回転傾斜させると同様に第一の回転手段４も回転をはじ
め、溶接トーチＴを垂直に保持する。また、第二の移動
手段２はワイヤ8bの先端部Toと被溶接部材Ａの間隔を一
定にするように溶接トーチＴを移動させ、第三の移動手
段３は、溶接トーチＴが溶接線Ｗより外れないよう、同
様に形状情報に基づき移動する。

これによって、被溶接部材Ａの溶接線Ｗは常に水平を維
持しつつ、溶接トーチＴは常に被溶接部材Ａとの間隔を
正しく保持する。

次に、被溶接部材Ａの回転による傾斜と溶接速度、およ
び、各移動速度の関係について述べる。第７〜９図は、
溶接線Ｗが常に水平になるよう被溶接部材Ａを回転傾斜
した場合の図で、第一の移動手段１の移動速度をV1,第
二の移動手段２の移動速度をV2,被溶接部材Ａの傾斜角
度をθとすると、必要な溶接速度Ｖを得るための必要な
各方向の移動速度は次のとおりである。

θ＝０の場合、 V1＝Ｖ V2＝０ θ＝±θの場合、 V1＝Vcos（±θ） V2＝Vsin（±θ）したがって、一般的には、必要な溶接速度Ｖが判明して
いれば、第一、および、第二の移動速度V1,V2は架台の
傾斜角度θによって求めることができ、前式によって算
出した速度に制御すればよいことになる。

本発明では、溶接線Ｗを水平に保つため、架台を軸線β
を中心に第二の回転手段５で回転傾斜させている。この
第二の回転手段５にバックラッシが存在すれば、第一の
移動手段１が架台７上を往復するためバランスが悪くな
り、回転傾斜の応答性も悪くなって、溶接の品質にも影
響を及ぼす。このため本発明では次のような手段で機械
的なバックラッシを防止している。

即ち、第10,11図において、架台７の下に第一の移動手
段１によって移動する重量ｗと等しいカウンタウエイト
ｗを設けて、相互に循環的な連結具11によって連結し、
同じ量だけ逆向きに動くようにする。このとき、夫々の
重心G,G間の距離の中心Ｃが軸線βに対してＥだけずれ
るようにセットする。

これによって、常に図で時計回りのモーメントＭ＝2wE
が作用することになり、第二の回転手段５の伝達機構、
たとえば歯車やチェーンにバックラッシがあっても、伝
達機構が片当たりするので、実質的にその影響を無くす
ることができる。また、両者の重量が等しいので、第一
の移動手段１が架台上を移動しても、架台７は全くその
影響をうけず、その位置関係にかかわらず、作用するモ
ーメントが常に一定であるので、回転傾斜の動きが円滑
となる。

次に、溶接作業をその手順に従って説明する。

まず、溶接前の形状記憶のためのティーチングについて
述べる。

一般に精度良く仕上げられた被溶接部材Ａは別として、
溶接の対象となる被溶接部材は、個々の精度上のバラツ
キや支持固定の具合によっても、溶接線Ｗを正確にトレ
ースできない場合が多い。そこで溶接に先立ち、被溶接
部材の形状を予め制御装置に記憶させ、このデータに基
づいて溶接すればより精度の高い溶接が可能となる。こ
の記憶作業をここではティーチングと呼ぶ。

ティーチングは、被溶接部材Ａを架台７の固定手段６に
よって固定した後、溶接トーチＴと同じ位置関係をもつ
センサーＳで、被溶接部材Ａの表面、開先取りされてい
れば、この開先に接触して溶接線Ｗをトレースする。こ
のとき、センサーＳはその先端部が針状の触手、あるい
は、ボールとするか、または、第一の移動手段１の移動
に伴い回転するローラがよい。第12図のように、特に開
先を設けた被溶接部材Ａに対してはローラS₁、または、
ボールS₂が好ましい。

このティーチングは、第一および第二の回転手段4,5を
固定し、第一ないし第三の移動手段１〜３のみを作用さ
せて行う。第13図において手順101で、予め架台７にセ
ットしてある被溶接部材Ａに対して、溶接条件の設定
後、手順103で溶接トーチＴを溶接の開始点まで導いて
くる。そして溶接トーチＴと被溶接部材Ａとの間隔を適
正に調節し、溶接ワイヤを正しくセットした時点で、制
御装置のスイッチを扱って原点指示を行う。この時点が
初期値のセットとなり、すべての制御の原点となる。

次に、溶接トーチＴをセンサーＳに変換するが、第１図
のように交互にセットできる構造としておくのが望まし
い。センサーＳは第二の移動手段２で被溶接部材Ａにそ
の先端部を押しつけるように作用させるので、第12図の
ように被溶接部材Ａの開先の間に正しくセットする。続
いて手順104で終了点を設定するが、通常一般に用いら
れるようなリミットスイッチ、あるいは、ドグを用いて
第一の移動手段１がこれをヒットして終了点を制御装置
に知らせ、動きを止める手段が簡便であり、設定はこれ
らの位置を所定の位置にセットすることで完了する。

以上が終われば、付順105のティーチングを開始する。
制御装置にスタート指令を与えて第一の移動手段１を移
動させると、第二の移動手段２の作用による通常の倣い
機能と同じ働きで、被溶接部材Ａの溶接線Ｗに沿ってセ
ンサーＳが移動し、所定のピッチ毎にその座標を読み取
る。通常0.5〜1mmピッチに座標情報を読取れば十分であ
るが、これに限られずともよい。これによって溶接線Ｗ
の形状が三次元的に制御装置に記憶される。手順106で
ティーチングが終了すれば、センサーＳをスタート位置
に戻すようプログラムしておくとさらによい。

続いて溶接作業について述べると、スタート位置に戻っ
たセンサーＳを手順107で再び溶接トーチＴと入替えて
セットする。次に原点リセットの指令を制御装置に与え
て、当初セットした原点に溶接トーチＴをセットする
と、先ほどティーチングした形状と原点との間には、所
定の間隔が生ずる。即ち、この間隔を基準とした溶接が
行われる。

第13図では、手順102を手順101の次においたが、102は1
07の次にあっても支障がない。後者の場合、溶接条件の
設定を行うわけで、電流，電圧，溶接速度，層数，多層
溶接時のシフト量，ウィービングの条件ほか種々のデー
タを制御装置に入力する。溶接は手順108にてこの条件
に基づきティーチングした形状情報を随時読み出し、架
台７、および、溶接トーチＴの姿勢と溶接の制御を行
う。勿論、この場合にはティーチング時に固定した第
一、および、第二の回転手段５を活かして行う。このた
め、溶接線Ｗは常に水平となるよう架台７は回転傾斜
し、これに伴って溶接トーチＴは常に垂直に向くよう制
御される。また、前記した所定の溶接速度が得られるよ
う、第一、および、第二の移動手段1,2が作用するほ
か、溶接線Ｗを正確にトレースし、かつ、ウィービング
させるために第三の移動手段３が作用する。

手順109で溶接が終了すると、自動的に停止して待機す
るので、他の面の溶接が必要な場合は、固定手段６と軸
線γ回りに被溶接部材Ａを回転させて所定の面にセット
する。（手順110および110）その後再び手順102にもど
り（勿論同じ条件なら設定不要）以下の手順を実行して
手順110に至り、全ての溶接が終了した場合、手順112で
被溶接部材Ａを取出す。このような一連のティーチング
と溶接作業によって、従来の方法による手間のかかる作
業のほとんどが自動化され、また、溶接の条件や精度が
均質となって製品の品質が向上するほか、作業時間と労
力が大幅に短縮される。

［発明の効果］この発明によれば、以下のような効果がある。

（ａ）従来の溶接方法に比べて溶接作業の中断がなく、
これに伴う品質上の欠陥がなくなる。

（ｂ）常時下向き溶接となるので、溶接の品質が向上す
る。

（ｃ）溶接速度，トーチと被溶接部材との間隔，ウィー
ビングの条件などが機械化によって常に一定となるので
品質が安定する。

（ｄ）それほど正確なセッティングを必要としないの
で、作業が容易で、一度セットすれば作業の完了まです
べて自動化できる。

（ｅ）表，裏両面の溶接が被溶接部材を回転させるだけ
で簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明溶接装置の概要を示す斜視図，第２図ａ
は本発明を実施する場合の被溶接部材の一側を示す平面
図，第２図ｂは同上一部切欠正面図，第３図a,bは被溶
接部材の開先の一例を示す正面図，第４図は従来の作業
状態を示す説明図，第５図は本発明溶接装置の実施例を
示す正面図，第６図は第５図のVI−VI線の断面図，第７
〜９図は架台の回転角度と溶接速度の関係を示す説明
図，第10,11図は第一の発明の他の実施例を示す架台の
正面図，第12図は開先部とセンサーの関係を示す説明
図，第13図はブロック説明図である。Ｔ……溶接トーチ,To……ワイヤの先端部,W……溶接線,
1……第一の移動手段,1a……サーボモータ,2……第二の
移動手段,3……第三の移動手段,4……第一の回転手段,5
……第二の回転手段,6……固定手段,7……架台,8……溶
接機,8a……ワイヤ送給装置,8b……ワイヤ,10……支持
台,A……被溶接部材,S……センサー,S₁……ローラ,S₂…
…ボール，α……軸線，β……軸線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持台に回動可能に軸支され、かつ、溶接
トーチを支持した架台に、該溶接トーチのワイヤの先端
部を通る第一の軸線を中心に回転する第一の回転手段
と、前記第一の軸線に直交する第一の方向に移動可能な
第一の移動手段と、第一の移動手段に設けられ、前記第
一の回転手段を前記第一の軸線および前記第一の方向と
直交する第二の方向に移動可能に設けた第二の移動手段
と、第一の移動手段に設けられ、第一の回転手段を前記
第一の軸線の方向に移動可能に設けた第三の移動手段
と、第一の移動手段を移動可能に支持する架台と、該架
台を前記第一の軸線方向と並行な第二の軸線で回転可能
に支持する第二の回転手段と、主たる溶接線の方向が第
一の方向と並行に被溶接部材を架台に支持固定する手段
と、前記第一ないし第三の移動手段および第一，第二の
回転手段を制御する制御装置を設けたことを特徴とする
下向き自動溶接装置。
【請求項２】制御装置が、被溶接部材の溶接線を常に水
平に保つよう制御することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の下向き自動溶接装置。
【請求項３】被溶接部材を架台に支持固定する手段が、
第一の方向に並行な軸線回りに被溶接部材を回転固定自
在としたことを特徴とする特許請求の範囲第１又は２項
記載の下向き自動溶接装置。
【請求項４】第一の移動手段によって移動する重量と等
しい重量をもつカウンタウエイトと、前記第一の移動手
段とを循環的で、かつ、互いに逆向きに動くよう結合
し、両者の重心間の距離の中点が第二の軸線と一致しな
いように設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1,2
又は３項記載の下向き自動溶接装置。