JPH0829413B2 - 溶接ト−チの駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トーチ中心よりアークを偏向させトーチ又
は電極を回転させてオシレートを行う為の溶接トーチの
駆動機構に関するものである。

［従来の技術］ 溶接能率を上げる為には狭開先とするのが好ましい
が、従来のトーチ中心位置でアークを発生させる方法で
はトーチノズル先端部が開先壁面に衝突するのでオシレ
ートすることができない。従って第７図に示す様に電極
１直下の開先中央部に入熱が集中し、開先壁面２近傍を
充分に加熱することができず周辺部の溶込不足、融合不
良３等の溶接欠陥を生ずることが多い。

この為、消耗電極式のアーク溶接法に於いてフィラー
ワイヤに波形の癖をつけて送給する様にし、この癖によ
りトーチノズルを出たフィラーワイヤ先端がつぶれるの
でアークが移動するという溶接方法もあるが、塑性変形
内でつけられる癖にも限度があって充分なアーク移動量
は得られない。更に、この方法は非消耗電極式の溶接法
には採用できないという欠点がある。

そこで、本発明者等はアークの発生点をトーチの中心
よりずらして偏向させトーチを回転させることによりア
ークの発生点を移動させ、トーチ自体に振幅を与えるこ
となくオシレートさせる方法を提案している。

該方法を可能とする消耗電極式のトーチ形状として第
８図（イ）（ロ）に示す如く、コンタクトチップ４のワ
イヤ送通孔５の出口部を中心軸に対して傾斜させ、該送
通孔５の開口位置が中心軸に対して偏心する様にしたも
のであり、斯くの如くしたトーチを回転させれば、第９
図に示す様に狭開先内でのオシレートが可能であり均一
な溶込み、周辺部の充分な加熱により融合不良の解消が
図れる。

更に、トーチの回転（アーク点の回転）は、従来のア
ーク力による溶滴移行の他に遠心力の作用によって溶滴
移行が促進するので、その分だけ、同一電流であっても
ワイヤ供給を増すことが可能となり、溶着速度が増加
し、周辺の予熱効果が増し溶接速度も増すと共にプール
の攪拌等の効果があり能率品質とも著しく改善できる。

又、非消耗電極式の溶接方法では第10図（イ）（ロ）
で示す様に電極12の先端部を成形してアーク発生点を偏
心させれば、上述同様トーチの回転によるオシレートが
可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記したトーチを回転させてオシレートを行うことは
狭開先でのオシレートを可能とするばかりでなく溶接
性、溶接品質を向上させる為の種々の効果があるが、ト
ーチを回転させ狭開先でのオシレートを行う方法は未だ
充分に実用化されておらず、トーチを回転させる為の手
段も具体化されていないのが実情である。

本発明は、斯かる実情に鑑みトーチを所望の状態に回
転させ得る溶接トーチの駆動機構を提供しようとするも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、溶接線に沿って走行可能な溶接台車に、溶
接線に対して直角な方向に滑動自在に設けられたアーム
と、 該アームを溶接線に対して直角な方向に駆動する直線
オシレートモータと、 該直線オシレートモータに連結され且つ直線オシレー
トモータの駆動速度を検出するパルスジェネレータと、 前記アームにアーク長コントロールユニットを介して
取り付けられたトーチブロック保持部と、 アーク発生点が中心に対して偏心するよう電極を支持
し且つ前記トーチブロック保持部に回転自在に支持され
たトーチと、 該トーチに嵌着された従動ギアと、 該従動ギアに噛合せしめた駆動ギアと、 該駆動ギアに連結されたトーチ回転モータと、 該トーチ回転モータに連結され且つトーチ回転モータ
の駆動速度を検出するパルスジェネレータと、 前記従動ギアに噛合せしめた回転角度検出ギアと、 該回転角度検出ギアに連結され且つ前記トーチ軸心に
対して偏心させたアーク発生点の予め設定された基準点
に対する回転角を検出する角度検出器と、 前記トーチの溶接線に対して直角な方向への移動位置
を検出する位置検出器と、 予め回転オシレートの回転角度並びに回転速度と、直
線オシレートの振幅並びに移動速度とが設定され、前記
角度検出器からの検出信号と前記トーチ回転モータのパ
ルスジェネレータからの検出信号に基づき前記トーチ回
転モータへ制御信号を出力して前記トーチを設定された
回転角度並びに回転速度で駆動せしめる回転オシレート
を前記トーチに行わせると共に、前記位置検出器からの
検出信号と前記直線オシレートモータのパルスジェネレ
ータからの検出信号に基づき前記直線オシレートモータ
へ制御信号を出力して前記トーチを設定された振幅並び
に移動速度で駆動せしめる直線オシレートを前記トーチ
に行わせる制御装置と を備えたことを特徴とするものである。

［作用］ トーチ回転モータによりトーチを回転させるとアーク
発生点がトーチの中心より偏心しているのでアーク発生
点が偏心量を回転半径としてオシレートする。

このとき、角度検出器からの検出信号とトーチ回転モ
ータのパルスジェネレータかの検出信号に基づき、制御
装置からトーチ回転モータへ制御信号が出力され、トー
チが設定された回転角度並びに回転速度て駆動され、所
望の回転オシレートが行われる。

又、直線オシレートモータによりアームを溶接線に対
して直角な方向に移動させると、位置検出器からの検出
信号と直線オシレートモータのパルスジェネレータから
の検出信号に基づき、制御装置から直線オシレートモー
タへ制御信号が出力され、トーチが設定された振幅並び
に移動速度で駆動され、所望の直線オシレートが行われ
る。

［実施例］ 以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

第１図、第２図は非消耗電極のトーチに本発明を実施
した場合を示し、溶接線Ｘに沿って走行する溶接台車25
の後述するアーム29に、溶接トーチ支持装置33を構成す
るトーチブロック保持部６をアーク長コントロールユニ
ット34を介して取付け、該トーチブロック保持部６には
トーチブロック７をブッシュ8,9を介して回転自在に設
け、トーチブロック７の下端にトーチノズル10を軸心を
合致させて取付け、上部には従動ギア11を嵌着する。ト
ーチノズル10には前記した様な尖端をトーチ軸心に対し
て偏心させ成形した電極12を把持せしめる。前記トーチ
ブロック保持部６の１側面には受板13を突設せしめて角
度検出ユニット14を取付け、他側面にはギアボックス15
を取付ける。

角度検出ユニット14はロータリポテンショメータ16の
回転軸17に回転角検出用のバックラッシ防止ギア18、回
転角度検出ギア19を嵌着し、該バックラッシ防止ギア1
8、回転角度検出ギア19を前記従動ギア11に噛合させた
ものである。

前記ギアボックス15は傘歯車20,21によって入力と出力
方向の変換をしており、出力軸22には前記従動ギア11と
噛合する駆動ギア23を嵌着し、入力側の傘歯車20にはト
ーチ回転モータ24の出力軸を固着してある。

而して、トーチ回転モータ24により傘歯車20,21を介
し出力軸22を回転させれば、その回転力は駆動ギア23、
従動ギア11を介してトーチブロック７に伝達されて、ト
ーチブロック即ち電極12を回転させる。トーチブロック
７の回転は回転角度検出ギア19を介してロータリポテン
ショメータ16に伝達される。ロータリポテンション16で
は、トーチブロック７の回転角を検出し、該検出結果に
より回転量とその回転中心を演算し得る。尚、前記トー
チブロック７即ち電極12の回転角は、図４に示す如く、
トーチ軸心に対して偏心させたアーク発生点の予め設定
された基準点（０°）に対する回転角を、その回転方向
に応じて正負の値として表わすようにしてあり、例え
ば、フルスケール10Vのロータリポテンショメータなら
ば5Vを基準点とし、電圧の変位量から前記回転角を求め
るようにしてある。

従って、制御装置に於いて、回転オシレートの振幅
（回転量）、回転オシレートの中心（回転中心）を設定
入力しておき、前記ロータリポテンショメータ16からの
フィードバックを受けトーチ回転モータ24を制御するこ
とにより所望のオシレートが可能となる。又、ロータリ
ポテンショメータ以外の検出器例えばパルスセンサー、
ロータリエンコーダなどでも可能である。尚、本実施例
においては、回転オシレートの速度をも制御するため
に、後述するようにトーチ回転モータ24に、該トーチ回
転モータ24の駆動速度を検出するパルスジェネレータ58
（第３図参照）を連結してある。

一方、溶接台車25に設けられた走行モータ27に設けた
走行ギア28は、溶接線Ｘに沿って敷設したラック26と噛
合しており、走行モータ27を駆動することによって走行
し得る様になっている。又、該溶接台車25には走行方向
に対して直角な方向にアーム29が滑動自在に設けられて
おり、該アーム29は直線オシレートモータ30によりピニ
オン31、ラック32を介して駆動される様になっている。

而して、トーチ回転モータ24によるトーチ回転のオシ
レートと直線オシレートモータ30によるアーム29の往復
動オシレートとを同期組合せれば、特に開先壁面近傍の
処理に効果を奏し、種々の態様のオシレートが可能とな
る。

第５図に於いて組合せオシレートの一例を示す。

溶接線Ｘに対し、直線オシレートモータ30によって、
所要の振幅によって直線オシレートｙを行う。該直線オ
シレートｙはその振幅端に於いて停止させ、停止状態で
トーチ回転モータ24によって回転オシレートｒを行う。
斯かる組合せオシレートを行えば、入熱の不足がちな開
先壁面部での充分な入熱ができ融合不良等の欠陥を防止
することができる。

次に第３図に於いて回転オシレートと直線オシレート
の組合せオシレートを行う場合に於ける制御装置につい
て説明する。

直線オシレートモータ30に、該直線オシレートモータ
30の駆動速度を検出するパルスジェネレータ48を連結
し、溶接トーチ支持装置33にはトーチの溶接線に対して
直角な方向への移動位置を検出する直線ポテンショメー
タ49を取付け、パルスジェネレータ48の検出信号は、モ
ータフィードバック回路46を介し直線オシレートの移動
速度を表わす信号として比較器44へ入力し、又直線ポテ
ンショメータ49からの信号は移動位置検知回路47を介し
て比較器42へ入力する。

又、比較器42へは振幅設定器40から直線オシレートの
振幅を設定してあり、比較器42は該振幅設定器40、移動
位置検知回路47からの信号を演算して、その結果を位置
と速度の直線オシレートサーボ回路43へ入力する。該サ
ーボ回路43へは移動速度設定器41から直線オシレートの
速度設定信号が入力されている。サーボ回路43からの出
力は比較器44に入力されており、比較器44は該入力信号
と前記モータフィードバック回路46からの信号（直線オ
シレートの移動速度を表わす信号）とを比較演算して制
御信号を直線オシレートモータ駆動回路45へ入力し、該
駆動回路45は制御信号を基に直線オシレートモータ30を
駆動する。

前記トーチ回転モータ24に、該トーチ回転モータ24の
駆動速度を検出するパルスジェネレータ58を連結し、溶
接トーチ支持装置33にロータリポテンショメータ16を取
付け、パルスジェネレータ58の検出信号はモータフィー
ドバック回路56を介し回転オシレートの回転速度を表わ
す信号として比較器54、フィードバック回路53に入力
し、又ロータリポテンショメータ16からの信号は回転位
置検知回路57、反復制御回路60を介して比較器52へ入力
する。

又、比較器52へはトーチ回転角を設定する為角度設定
器50からの信号が入力されており、比較器52は角度設定
器50、反復制御回路60からの信号を演算して、その結果
を位置と速度の回転オシレートサーボ回路53へ入力す
る。該サーボ回路53へは回転速度設定器51から回転オシ
レートの速度設定信号が入力されている。

サーボ回路53からの出力は比較器54へ入力されてお
り、比較器54は該入力信号と前記モータフィードバック
回路56からの信号（回転オシレートの回転速度を表わす
信号）とを比較演算して制御信号を回転オシレートモー
タ駆動回路55へ入力し、該駆動回路55は制御信号を基に
トーチ回転モータ24を駆動する。

更に、直線オシレートサーボ回路43から反復制御回路
60へ、回転オシレートサーボ回路53から直線オシレート
サーボ回路43へそれぞれ同期信号が入力され、直線オシ
レートと回転オシレートとの同期がとられる。

トーチは速度設定器41で設定した速度及び振幅設定器
40で設定した振幅となる様パルスジェネレータ48、直線
ポテンショメータ49からの信号がフィードバックされつ
つ直線オシレートモータ30が駆動される。この直線オシ
レートが行われる過程でオシレート端に達すると直線オ
シレートは休止し、その信号は同期信号として反復制御
回路60へ入力され、該信号の入力によって回転オシレー
トサーボ回路53によるトーチ回転モータ24の駆動制御が
始動される。即ち、回転速度設定器51からの設定速度及
び角度設定器50からの設定角度となる様パルスジェネレ
ータ58、ロータリポテンショメータ16からの信号がフィ
ードバックされつつ回転オシレートが制御される。

又、回転オシレートでオシレート端に達した時（連続
回転オシレートの場合はトーチが所定の回転数だけ回転
した時）に、回転オシレートが完了した旨の同期信号が
回転オシレートサーボ回路53より直線オシレートサーボ
回路43へ入力され、再び直線オシレートが開始される。

而して、半サイクルの直線オシレート毎に直線オシレ
ートが休止して回転オシレートが行われるという組合せ
オシレートが行われる。

尚、上記制御では直線オシレートを半サイクル毎に休
止させたが、特に休止させることなく回転オシレートを
組合せてもよい。

又、第６図は本発明に係る溶接トーチ支持装置の変形
例を示すものである。

トーチブロック７に歯数の異なる従動ギア11a,11b,11
cを嵌着し、又トーチブロック保持部６のギアボックス1
5取付面を前記従動ギア11a,11b,11cのピッチ円直径と対
応させて段階状とし、ギアボックス15の取付位置を変え
ることにより駆動ギア23が任意の従動ギア11a,11b,11c
と噛合する様にしたものである。

モータ回転速度の制御範囲はモータの仕様等によって
限定されるが、第６図に示す如くすると、駆動ギアと従
動ギア間の減速比を変えられるので本装置に於ける回転
オシレートの制御範囲を広げることができる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、具体化された機構に
よってトーチを回転させ、回転角度並びに回転速度を可
変とした所望の回転オシレートを行うことができるた
め、狭開先での溶接に適用した場合、溶着速度が増すと
共に溶込み形状の均一化が図れ、プールの攪拌作用も伴
って溶接能率、品質が著しく改善でき、しかも、回転オ
シレートし組合せて振幅並びに移動速度を可変とした所
望の直線オシレートを行うこともできるため、溶着量等
を変化させた多くの溶接施工パターンが選択可能とな
り、例えば、溶接線に対し直角な方向へ所望の振幅で直
線オシレートを行い、その振幅端において直線オシレー
トを一旦停止させ、停止状態で所望の回転オシレートを
行えば、入熱の不足しがちな開先壁面部での充分な入熱
制御ができ融合不良等の欠陥を防止することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ矢視図、第３図は第１図で示した実施例の制御ブ
ロック図、第４図はトーチに支持される電極の回転角を
表わす説明図、第５図は第１図で示した実施例のオシレ
ート軌跡を示す線図、第６図は本発明の溶接トーチの駆
動機構における溶接トーチ支持装置の変形例を示す正面
図、第７図は従来の狭開先に於けるアーク発生状態を示
す説明図、第８図（イ）（ロ）は消耗電極の場合でアー
ク発生点を偏心させる為のコンタクトチップの説明図で
（イ）は正面図、（ロ）は底面図、第９図は偏心させた
アークによるオシレートの状態を示す説明図、第10図
（イ）（ロ）は非消耗電極の形状を示す説明図であり、
（イ）は側面図、（ロ）は正面図である。 ６はトーチブロック保持部、７はトーチブロック、10は
トーチノズル、11は従動ギア、12は電極、16はロータリ
ポテンショメータ（角度検出器）、18はバックラッシ防
止ギア、19は回転角度検出ギア、23は駆動ギア、24はト
ーチ回転モータ、30は直線オシレートモータ、48はパル
スジェネレータ、49は直線ポテンショメータ（位置検出
器）、58はパルスジェネレータを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接線に沿って走行可能な溶接台車に、溶
   接線に対して直角な方向に滑動自在に設けられたアーム
   と、 該アームを溶接線に対して直角な方向に駆動する直線オ
   シレートモータと、 該直線オシレートモータに連結され且つ直線オシレート
   モータの駆動速度を検出するパルスジェネレータと、 前記アームにアーク長コントロールユニットを介して取
   り付けられたトーチブロック保持部と、 アーク発生点が中心に対して偏心するよう電極を支持し
   且つ前記トーチブロック保持部に回転自在に支持された
   トーチと、 該トーチに嵌着された従動ギアと、 該従動ギアに噛合せしめた駆動ギアと、 該駆動ギアに連結されたトーチ回転モータと、 該トーチ回転モータに連結され且つトーチ回転モータの
   駆動速度を検出するパルスジェネレータと、 前記従動ギアに噛合せしめた回転角度検出ギアと、 該回転角度検出ギアに連結され且つ前記トーチ軸心に対
   して偏心させたアーク発生点の予め設定された基準点に
   対する回転角を検出する角度検出器と、 前記トーチの溶接線に対して直角な方向への移動位置を
   検出する位置検出器と、 予め回転オシレートの回転角度並びに回転速度と、直線
   オシレートの振幅並びに移動速度とが設定され、前記角
   度検出器からの検出信号と前記トーチ回転モータのパル
   スジェネレータからの検出信号に基づき前記トーチ回転
   モータへ制御信号を出力して前記トーチを設定された回
   転角度並びに回転速度で駆動せしめる回転オシレートを
   前記トーチに行わせると共に、前記位置検出器からの検
   出信号と前記直線オシレートモータのパルスジェネレー
   タからの検出信号に基づき前記直線オシレートモータへ
   制御信号を出力して前記トーチを設定された振幅並びに
   移動速度で駆動せしめる直線オシレートを前記トーチに
   行わせる制御装置と を備えたことを特徴とする溶接トーチの駆動機構。