JPH106057A

JPH106057A - フィラ供給装置

Info

Publication number: JPH106057A
Application number: JP8157830A
Authority: JP
Inventors: Sadahiko Kimura; 定彦木村; Seiji Aoki; 誠二青木; Akira Sugawara; 彰菅原; Yasuhiro Horikawa; 泰弘堀川; Yasuaki Matsumoto; 泰彰松本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】フィラワイヤの座屈を防止できるフィラ供給
装置を提供する。【解決手段】フィラワイヤ１００を主に送給する押出
ローラと、押出ローラを駆動する押出モータ３４と、フ
ィラワイヤ１００を補助的に送給する引出ローラ４４
と、引出ローラ４４を駆動する定電流型の引出モータ４
３とを有し、溶接の際にワークに対してフィラワイヤ１
００を供給するフィラ供給装置である。引出モータ４３
の電圧を監視し、監視電圧が所定値以上に上昇した異常
状態のときに、押出モータ３４および引出モータ４３の
うちの少くとも押出モータ３４への電源供給を停止する
ように制御を行う制御部７０を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接装置による溶
接の際にワークに対してフィラワイヤを供給するフィラ
供給装置に関し、特に、レーザ溶接に用いることに適し
たフィラ供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接のタイプには、アーク溶接や、レー
ザ溶接等があるが、これら各タイプの溶接はさらに、手
作業による溶接と、機械的、自動的に行う溶接とに分類
される。機械的、自動的に溶接を行うための溶接装置に
は、通常、その溶接動作に際し、ワークに対して適量の
フィラワイヤを自動的に供給するフィラ供給装置が用い
られる。

【０００３】アーク溶接装置に用いるフィラ供給方式と
しては、プッシュ方式、プル方式、およびプッシュ−プ
ル方式が、一般に知られている。

【０００４】プッシュ方式は、モータを接続した押出ロ
ーラと、溶接トーチと、押出ローラと溶接トーチとの間
を接続したフレキシブルな材質から成るワイヤコンジッ
トとを有する構造である。プル方式は、大型パック入り
などの多量のフィラワイヤを連続的に供給する場合や、
ワイヤコンジットを長く（例えば、数メートル以上）設
定して溶接トーチの動作範囲を広く確保する場合に適し
ている。しかし、プッシュ方式では、アルミニウム等か
ら成る軟質のフィラワイヤや、細径のフィラワイヤを供
給する場合に、ワイヤコンジットをも含む押出ローラか
ら溶接トーチ先端までの間におけるフィラワイヤに対す
る摩擦抵抗により、押出ロールの下流側にてフィラワイ
ヤが座屈する虞があるという問題点がある。

【０００５】プル方式は、溶接トーチと、溶接トーチ内
に備えられたモータを接続した引出ローラとを有する構
造である。プル方式には、プッシュ方式の上述したよう
な問題点はおおよそない。反面、プッシュ方式が適して
いる用途、即ち、多量のフィラワイヤを連続的に供給す
る用途やワイヤコンジットを長く設定して溶接トーチの
広い動作範囲を確保する用途には不向きである。これ
は、プッシュ方式は、フィラワイヤの引出側の構成、即
ち、溶接トーチがワーク上を移動できるように小型であ
ることが要求され、大型の引出モータを使用できずに、
トルクが小さい小型の引出モータを用いざるを得ないた
めである。よって、溶接トーチ内に少量のフィラワイヤ
を装填するような小型ガン形の溶接装置に適していると
いえる。

【０００６】プッシュ−プル方式は、図５に示すよう
に、押出モータ５３４が減速手段５３７を介して接続さ
れ、加圧ローラ５３６と協働してフィラワイヤ１００を
押し出す押出ローラ５３５と、溶接トーチ５４７と、溶
接トーチ５４７内に備えられ、引出モータ５４３が減速
手段５４６を介して接続され、加圧ローラ５４５と協働
してフィラワイヤ１００を引き出す引出ローラ５４４
と、押出ローラ５３５側と溶接トーチ５４７との間を接
続したフレキシブルな材質から成るワイヤコンジット５
６０とを有する構造である。プッシュ−プル方式は、大
型パック入りなどの多量のフィラワイヤ１００を連続的
にワーク３００へ供給する場合や、ワイヤコンジット５
６０を長く（例えば、数メートル以上）設定して溶接ト
ーチ５４７の動作範囲を広く確保することにより大型の
ワーク３００を溶接する場合に適している。プッシュ−
プル方式は、押出モータ５３４および引出モータ５４３
のうちのいずれか一方のモータによって所定の速度で回
転することでフィラワイヤ１００を定速で送給し、他方
のモータが送給速度に関係なく定トルクでもって送給を
助けるように構成されているので、ワイヤコンジット５
６０内でのフィラワイヤ１００のたわみが少く、細径の
フィラワイヤ１００でも長距離の送給が可能である。

【０００７】以上、アーク溶接装置に用いる各種フィラ
供給方式を説明したが、これらの方式にて、その溶接ト
ーチ等のアーク溶接に特有の装置構成をレーザ照射部等
のレーザ溶接に特有の装置構成にかえれば、各方式とも
に、レーザ溶接にも基本的に適用される。ただし、アー
ク溶接とレーザ溶接とではそれぞれの溶接形態が異なる
ため、各フィラ供給方式についての評価は、これらのフ
ィラ供給方式をレーザ溶接に用いる場合と上述のように
アーク溶接に用いる場合とで異なる。

【０００８】アーク溶接の溶接形態としては、ワーク上
に大きな溶融池を形成した後にこの溶融池中にフィラワ
イヤを導入する形態、フィラワイヤを溶融させて所定の
溶接線上に供給する形態、あるいは前記両形態の中間的
な形態がある。

【０００９】一方、レーザ溶接では、レーザビームを照
射して局所的に溶融を起こして溶融池を形成するため、
溶融池はアーク溶接のものに比べて小さい。この小さな
溶融池にフィラワイヤを的確に導入する必要がある。さ
らに、この溶融池は、アーク溶接のものとは異なり、連
続して形成されない場合がある。導入されたフィラワイ
ヤはワークとほぼ同時に溶融するものであり、フィラワ
イヤはこれにレーザビームが照射されるまでは固体状態
である。また、固体状態にあるフィラワイヤは、その先
端のワークに対する摩擦抵抗が大きい。つまり、レーザ
溶接では、特に、溶融池が連続して形成されない場合
に、供給されるフィラワイヤ先端の摩擦抵抗が大きいと
いう実情にある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて、レーザ溶接の前
述したような溶接形態を考慮すると、レーザ溶接に用い
る場合に、従来のプル方式とプッシュ−プル方式は、次
のように評価される。

【００１１】プル方式では、後に図６を用いて説明する
ように、フィラワイヤのワークに対する位置関係が変化
した場合に、フィラワイヤ先端がワーク上面に押し付け
られることがある。このとき、前述したごとくレーザ溶
接ではフィラワイヤ先端の摩擦抵抗が大きいこともあっ
て、フィラワイヤ先端の摩擦抵抗が変化する。また、レ
ーザ溶接に用いる場合にも、アーク溶接と同様に、フィ
ラワイヤの引出側の構成は、レーザ照射部と共に、ワー
ク上を移動できるように小型であることが要求される。
このため、大型の引出モータを使用できずに、大型のも
のに比べて回転速度が変動しやすく、かつトルクが小さ
い小型の引出モータが用いられることが多い。このた
め、フィラワイヤの供給速度が変動しやすい傾向にあ
る。

【００１２】プッシュ−プル方式は、後に図６を用いて
説明するように、フィラワイヤのワークに対する位置関
係が変化してフィラワイヤ先端がワーク上面に押し付け
られたときは、前述したごとくレーザ溶接ではフィラワ
イヤ先端の摩擦抵抗が大きいことと相まって、フィラワ
イヤが座屈するという問題点がある。

【００１３】図６（ａ）〜（ｃ）は、レーザ溶接装置に
適用したプル方式またはプッシュ−プル方式のフィラ供
給装置の動作時に、ワーク３００とこれに対して供給中
のフィラワイヤ１００との位置関係を示す図である。供
給中のフィラワイヤ１００の先端部は、ワーク３００上
面に対して所定の位置にあるべきである。所定の位置に
ない場合には、上記摩擦抵抗により、後述するような問
題が生ずる。図６（ａ）〜（ｃ）は、ワーク３００とこ
れに対して供給中のフィラワイヤ１００との位置関係を
示す図である。

【００１４】図６（ａ）を参照して、ワーク３００に対
して図示しないレーザ照射部からレーザビーム４００が
照射されると共に、フィラ供給装置のコンタクトチップ
（ノズル）６４８からフィラワイヤ１００が供給され
る。本図の例では、フィラワイヤ３００の露出長さＬｆ
は５ｍｍ、ワーク３００上面に対する傾斜角度αは１５
゜である。図６（ａ）は、フィラワイヤ１００の先端が
ワーク３００上面に接した望ましい状態を示す。

【００１５】図６（ｂ）では、フィラワイヤ１００の先
端がワーク３００上面からずれ量ｄだけ離れた状態であ
って、溶接線が不連続となってしまうので、好ましい状
態ではない。ずれ量ｄは、本例の規模ならば、例えば
０．５ｍｍが許容範囲である。

【００１６】図６（ｃ）では、フィラワイヤ１００の先
端が、本来ならば図中二点鎖線で示すごとくワーク３０
０上面よりもずれ量ｄ′だけ下側にある程度に、望まし
い所定位置よりもワーク３００に接近し過ぎた状態であ
る。即ち、フィラワイヤ１００の先端がワーク３００に
押し付けられている。フィラワイヤ１００先端がワーク
３００に押し付けられると、その摩擦抵抗により、それ
以上フィラワイヤ１００を送給することができない。と
ころが、そのような状態になっても、図示しない引出ロ
ーラまたは押出ローラによる送給動作は続行しているの
で、フィラワイヤ１００の先端部において座屈が生ず
る。尚、ずれ量ｄ′は、本例の規模ならば、例えば０．
５ｍｍが許容範囲である。

【００１７】座屈が生じた場合には、レーザ溶接ができ
なくなると共に、溶接にたずさわる作業者が座屈の発生
を確認した上で、一旦、フィラワイヤ１００の供給を停
止し、座屈したフィラワイヤ１００を除去する作業が必
要であるため、作業効率上、好ましくない。

【００１８】本発明の課題は、フィラワイヤの座屈を防
止できるフィラ供給装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、フィラ
ワイヤを送給する引出ローラと、前記引出ローラを駆動
する定電流型の引出モータとを有し、溶接の際にワーク
に対してフィラワイヤを供給するプル方式のフィラ供給
装置において、前記引出モータの電圧を監視し、監視電
圧が所定値以上に上昇した異常状態のときに該引出モー
タへの電源供給を停止する制御を行う制御部を有するこ
とを特徴とするフィラ供給装置が得られる。

【００２０】本発明によればまた、フィラワイヤを主に
送給する押出ローラと、前記押出ローラを駆動する押出
モータと、フィラワイヤを補助的に送給する引出ローラ
と、前記引出ローラを駆動する定電流型の引出モータと
を有し、溶接の際にワークに対してフィラワイヤを供給
するプッシュ−プル方式のフィラ供給装置において、前
記引出モータの電圧を監視し、監視電圧が所定値以上に
上昇した異常状態のときに前記押出モータおよび該引出
モータのうちの少くとも該押出モータへの電源供給を停
止するように制御を行う制御部を有することを特徴とす
るフィラ供給装置が得られる。

【００２１】本発明によればさらに、前記制御部は、前
記異常状態のときにアラームを発生する機能を有するこ
とを特徴とする前記フィラ供給装置が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の一形態によるフィラ供給装置を説明する。

【００２３】図１は、本発明によるフィラ供給装置を適
用したレーザ溶接装置の構成を示す図である。図２は、
本フィラ供給装置の構成を示す図である。図３は、本フ
ィラ供給装置におけるフィラ押出部を詳細に示す図であ
る。図４（ａ）および（ｂ）は、本フィラ供給装置にお
けるフィラ引出部を詳細に示す図である。

【００２４】図１および図２を参照して、本レーザ溶接
装置は、レーザ光を発生し、これを集光して図示しない
ワークに対してレーザビームを照射するレーザ照射部１
０（例えば、ＹＡＧ：Ｎｄレーザ）と、レーザ照射部１
０に取り付けられたフィラ引出部４０と、レーザ照射部
１０およびフィラ引出部４０をワークの溶接を施すべき
箇所上を移動するロボット部２０と、フィラ押出部３０
と、フィラ押出部３０とフィラ引出部４０との間に設け
られたワイヤコンジット６０と、図１〜図３には図示し
ない後述する制御部とを有している。

【００２５】本発明によるフィラ供給装置は、プッシュ
−プル方式であって、フィラ押出部３０と、フィラ引出
部４０と、ワイヤコンジット６０と、後述する制御部と
により構成されている。

【００２６】図３を参照して、フィラ押出部３０は、フ
ィラワイヤ１００を巻回したワイヤリール３１と、ボタ
ンダイ３２と、フィラワイヤ１００の巻回による巻きぐ
せを矯正する矯正ローラ３３と、押出モータ３４と、図
示しない減速手段を経て押出モータ３４に駆動される押
出ローラ３５と、押出ローラ３５と協働してフィラワイ
ヤ１００を押し出す加圧ローラ３６とを有している。
尚、押出モータ３４には図示しない電源回路が接続され
ており、さらに、この電源回路には後述する制御部が接
続されている。また、押出モータ３４は、正転逆転が可
能である。また、フィラ押出部３０によるフィラワイヤ
１００の送給速度は、例えば、５００〜３０００ｍｍ／
分である。

【００２７】図４を参照して、フィラ引出部４０は、内
側部６０ａと外側部６０ｂとの二重構造であるワイヤコ
ンジット６０の留金としての第１のコンジットロック４
１ａおよび第２のコンジットロック４１ｂと、コンジッ
トガイド４２と、定電流型の例えばＤＣモータである引
出モータ４３と、図示しない減速手段を経て引出モータ
４３に駆動される引出ローラ４４と、引出ローラ４４と
協働してフィラワイヤ１００を引き出す加圧ローラ４５
と、ワイヤガイド４６と、ガイドノズル４７と、コンタ
クトチップ４８と、加圧ローラ４５によるフィラワイヤ
１００への加圧力を調整する加圧ハンドル４９と、フィ
ラワイヤ１００への加圧力を表示する加圧力目盛り５０
とを有している。

【００２８】引出ローラ４４は、フィラワイヤ１００の
ワイヤコンジット６０等に対する摩擦抵抗による力によ
ってフィラワイヤ１００の送給速度が不安定にならない
ように、前述の押出ローラ３５による送給を補助する機
能を有している。

【００２９】引出モータ４３には、図示しない電源回路
が接続されている。さらに、この電源回路には制御部７
０が接続されている。引出モータ４３はまた、押出モー
タ３４（図３）と連動して、正転逆転が可能である。押
出モータ３４（図３）および引出モータ４３を連動させ
て逆転することにより、フィラワイヤ１００をワイヤコ
ンジット６０から引き出すことができる。

【００３０】制御部７０は、引出モータ４３の電圧を監
視し、監視電圧が所定値以上に上昇したときは、異常状
態として、引出モータ４３および押出モータ３４（図
３）両方への電源供給を停止する制御を行う。

【００３１】フィラワイヤ１００の供給中に、フィラワ
イヤ１００の先端がワークに押し付けられると、両者間
に生ずる摩擦抵抗により、通常のフィラワイヤ１００の
供給速度よりも遅くなり、かつ引出モータ４３の負荷が
増加する。引出モータ４３についての監視電圧は、引出
モータ４３の負荷の増加に応じて変化する。特に、フィ
ラワイヤ１００がそれ以上送給できずに停止する直前に
は、監視電圧は急激に上昇する。よって、その電圧上昇
を考慮した電圧値を制御部に予め記憶しておき、監視電
圧がこの電圧値以上となるときに引出モータ４３および
押出モータ３４（図３）への電源供給を停止することに
より、フィラワイヤ１００の送給動作を停止する。これ
によって、それ以上フィラワイヤ１００の送給動作が続
行した場合に起こるフィラワイヤ１００の座屈が防止さ
れる。尚、制御部７０には、異常状態のときに、溶接に
たずさわる作業者に対してアラームを発生する機能を持
たせることが好ましい。これによって、作業者は、フィ
ラワイヤ１００の座屈が生じ得る状態であることを認知
でき、その原因を点検し、整備を行える。点検、整備の
際には、押出モータ３４（図３）および引出モータ４３
を連動させて逆転することにより、フィラワイヤ１００
をワイヤコンジット６０から引き出してもよい。

【００３２】本フィラ供給装置を適用したレーザ溶接装
置によって、ステンレスから成る第１のワーク（SUS30
4、厚さ１．５ｍｍの板材）と、アルミニウムから成る
第２のワーク（A5052 、厚さ２．０ｍｍの板材）につい
て、それぞれ突き合わせ溶接を行う実験を行った。溶接
条件は、第１のワークについては、レーザ条件を６００
ワット、溶接速度を３００ｍｍ／分、フィラ供給速度を
５００ｍｍ／分とした。また、第２のワークについて
は、レーザ条件を８００ワット、溶接速度を２００ｍｍ
／分、フィラ供給速度を１０００ｍｍ／分とした。実験
の結果、第１および第２のワークの場合も、フィラワイ
ヤの座屈が生じなかった。尚、他の種々の条件で同様の
実験を行ったところ、フィラ供給速度が５００〜３００
０ｍｍ／分にて、本発明による座屈防止効果が得られ
た。

【００３３】尚、本発明は、本実施の形態のごとくプッ
シュ−プル方式のフィラ供給装置に限定されるものでは
なく、プル方式のフィラ供給装置にも適用可能である。
この場合は、制御部は、引出モータのみの電圧を監視
し、引出モータへの電源供給を制御することはいうまで
もない。

【００３４】

【発明の効果】本発明によるフィラ供給装置は、フィラ
ワイヤを主に送給する押出ローラと、押出ローラを駆動
する押出モータと、フィラワイヤを補助的に送給する引
出ローラと、引出ローラを駆動する定電流型の引出モー
タとを有し、溶接の際にワークに対してフィラワイヤを
供給するプッシュ−プル方式のフィラ供給装置におい
て、引出モータの電圧を監視し、監視電圧が所定値以上
に上昇した異常状態のときに押出モータおよび引出モー
タのうちの少くとも押出モータへの電源供給を停止する
ように制御を行う制御部を有しているため、それ以上フ
ィラワイヤを送給し続けた場合に起こるフィラワイヤの
座屈を防止できる。これによって、溶接が中断されるこ
とがなく、また、点検、整備工程が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフィラ供給装置を適用したレーザ
溶接装置の構成を示す図である。

【図２】本フィラ供給装置の構成を示す図である。

【図３】本フィラ供給装置におけるフィラ押出部を詳細
に示す図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）共に、本フィラ供給装置に
おけるフィラ引出部を詳細に示す図である。

【図５】従来のプッシュ−プル方式のフィラ供給装置を
示す図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、フィラ供給装置の動作時に
おけるワークとフィラワイヤとの位置関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０レーザ照射部２０ロボット部３０フィラ押出部３１ワイヤリール３２ボタンダイ３３矯正ローラ３４押出モータ３５押出ローラ３６加圧ローラ４０フィラ引出部４１ａ第１のコンジットロック４１ｂ第２のコンジットロック４２コンジットガイド４３引出モータ４４引出ローラ４５加圧ローラ４６ワイヤガイド４７ガイドノズル４８コンタクトチップ４９加圧ハンドル５０加圧力目盛り６０ワイヤコンジット６０ａ内側部６０ｂ外側部１００フィラワイヤ３００ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀川泰弘神奈川県平塚市久領堤１−15 住友重機械工業株式会社レーザ事業センター内 (72)発明者松本泰彰神奈川県平塚市久領堤１−15 住友重機械工業株式会社レーザ事業センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィラワイヤを送給する引出ローラと、
前記引出ローラを駆動する定電流型の引出モータとを有
し、溶接の際にワークに対してフィラワイヤを供給する
プル方式のフィラ供給装置において、前記引出モータの
電圧を監視し、監視電圧が所定値以上に上昇した異常状
態のときに該引出モータへの電源供給を停止する制御を
行う制御部を有することを特徴とするフィラ供給装置。
【請求項２】フィラワイヤを主に送給する押出ローラ
と、前記押出ローラを駆動する押出モータと、フィラワ
イヤを補助的に送給する引出ローラと、前記引出ローラ
を駆動する定電流型の引出モータとを有し、溶接の際に
ワークに対してフィラワイヤを供給するプッシュ−プル
方式のフィラ供給装置において、前記引出モータの電圧
を監視し、監視電圧が所定値以上に上昇した異常状態の
ときに前記押出モータおよび該引出モータのうちの少く
とも該押出モータへの電源供給を停止するように制御を
行う制御部を有することを特徴とするフィラ供給装置。
【請求項３】前記制御部は、前記異常状態のときにア
ラームを発生する機能を有することを特徴とする請求項
１または２に記載のフィラ供給装置。