JPS58202979A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鞍形ケなす開先の溶接線を自動的かつ連続的に
多層盛溶接するだめの自動溶接装置に関する。

この種の溶接装装置としては従来より多くの装置が提供
さ１、でおり、本出願人において先に提案したＩｔ８開
昭５５−１９５９号公報における装置もその１例であっ
て、この装置５は第４図に１鍾示するように、大径円管
からなるシェルに小径円管かうｆ、するノズル（２）を
直交叉し接続する際の接合部に形成される・液形開先の
溶接線を多層盛溶接するための溶接トーチ（６）′を固
定基部（４１′の中心軸周りに旋回するＲ軸、該Ｒ軸に
直交１−前記中心軸に平行な上Ｆ方向の直線運転を行う
Ｚ軸、該２軸と直交する方向に直線運動するＸ軸ならび
にｉｊ’ｉｌ記Ｘ、２両軸を含む面直こ平行な面内で揺
動運転するＳ軸の４自由度を溶接トーチ（６）′に与え
る主軸系と、溶接トーチ（６）′の軸方向に直線運動す
るＶ軸、Ｘ−２両軸を含む面に平行でかつ前記Ｖ軸と直
交する方向に直線運動するＲ軸の２自由度を溶接トーチ
（６）′に与える補正軸系とを具備していて、合計６自
由度を必要とする可成り複雑な構造である。

そして溶接機に対する溶接トーチ（６）′の位：ｄをＰ
。

Ｔ、Ｐ　（ｐｏｉｎｔ　ｔ、ｏ　ｐｏｉｎｔ）方式によ
って主油系のＲｌＺ、Ｘ、Ｓ　の４油に教示した後、溶
接線倣いセンサを溶接トーチ（６）′の先端に取り１１
けて溶接線番こ沿って一周トレースさせる間に溶接トー
チ（６ヒの位置を前記補正軸系のｖ、ＨＩ′ｄ３１１軸
に倣い教示させ、その後、クローズトループ制御方式に
よって目動溶接を行うよう番こしたものであ：：矛。

ところでこのように、６自由度の制呻盆行わ睦ることは
制御装置の構造および作動が複雑となり、しかもＰ、Ｔ
、Ｐ教示作業を必要とし、かつトレースを行わねばなら
ないので、取扱いが面倒である不利は免れ得ないもので
ある。

本発明は上述の如き従来装置が構造複雑かつ取扱いの面
倒な問題点を有していた事実に対処して成されたもので
あって、主軸系を３自由度、補正軸系を１自由度の合計
４自由度とすることによって制御軸を減少せしめ、もっ
て制御の６易さならびに取扱いの簡素化をはたし得るご
とくする点を＠要な目的とするものである。

しかして本発明はか＼る目的を達成するべく、特に主軸
系をＲ軸、Ｚ軸、Ｘ軸の３自由度により形成する一方、
補正軸系をＺ軸に平行な線を中心軸とし、該軸周りに揺
ｖＪ１１Ｊ能となしたＦ軸の１自由１ｆにより形成して
、該Ｆ軸に溶接トーチおよび検出器保持部を収り付け、
該検出器保持部にはＺ軸に平行な上下方向に直線運動す
る検出器保持軸を枢支して、１対の倣い検出器を各検出
軸が前記・：：・：。

ノズルの軸に合致させた装置基軸としての固定基　　　
１部中心軸の延長方向に指向し、かつ溶接トーチを挾み
両側方に対称的に配置した状態で前記検出器保持軸に対
し垂直に固定してなり、それ等１対の倣い、検出器で前
記ノズルの側面を検出するこ七で溶接トーチの位置およ
び向≦を制御する一方、計算制御、Ｚ軸のメモリ値の再
生、高さ検出器Ｉこよる制御又は溶接トーチにおけるア
ーク電流の定電流制御によって高さを制御する如くｉ成
したことを特徴とし、かくして制ｉ４１軸は４ｔｉ！ｔ
ｉｌｌでよく、またＰ、Ｔ、Ｐ教示および倣い検出器に
よるトレースを不要となしたものである。

か＼る特徴を有する本発明装置の媒体的な一実稲列とし
ての狭開先肉厚ノズルネック溶接装置を添付図面にもと
づいて以下詳？Ｂｌに説明する。

第１図は自動溶接装備例えば倣い溶接機を遣綻ボしたも
のであって、厚肉大径円當からなるシェルｆｉｌ　ｉこ
、小径円管からなるノズル（２）紮直交叉して接続する
に際して、シェル（１）、ノズル（２）間の凄キ邪が形
成する液形の溶接１線（３）を短冊状の溶接トーチ（６
）によって多層盛溶接を行うものである。

上記溶接機の基部を形成する部材である固定基部（４）
は、ノズル（２１上部に嵌着し固定せしめる。

この場合、シェルｆｉ＋とノズル（２）とは仮溶接を行
って動かないように一体化させておくことは言うまでも
ない。

また、基部（４）には後述のサー？ご夕（１１１のモー
タｍ　ｔ５＋　＝固定し、該モータ軸（５）を貫通して
水平架台（１４）を設け、該水平架台（１（イ）′上≦
とサーボモータ（ＩＢ１回転発１１８ｉ１Ｆ１２１　、
エンコーダ（１３１および図示しない減速機を塔載して
いて、前記サーボモータ（１１）を駆動するとモータ軸
（５）の周りに水平架台（１４１が旋回せしめられる。

上記水平架台（１４）は−水平面内で制御指令ｌこ応じ
所定角宜旋回するものであって、゛これをＲ軸と称する
。

（１５）は水平架台（１４）の旋回先端部に固定せしめ
て水平方向に延ばした固定アームであり、前記中心軸（
５）を中心として一水平面内での回動が成される結果、
該固定アーム（１８先端が溶接線（３）の上方、すなワ
チノスル１２１の周りを旋回するようシこナル。

（１６）および（１ηは前記固定アーム（１ωの先端部
を挾んで上下に設けた上板および下板であって、固定ア
−ム（１５１に上下方向の摺動自在番こ貫挿してなるガ
イド！Ｐ４ｔＮ１８１．　＋１９１で相互を連結するこ
とにより、両板１１１ｉ１　。

（１７１間の距離は一定であって、固定アーム（１５）
に対し上下方向に、すなわちノズル（２）に平行な方向
に画板＋１６）、　（ｌηを一体移動可能となしている
。

（２υはねじ軸であって、上板（１６）と下板（１７）
との間蕃ζ亘らせてガイドｉｉｉ［ｌｌｌ１８１．　＋
１９１に平行に配設すると共感こ、固定アーム（１５）
に設けたねじ孔に螺挿せしめて、画板ｔ＋６１．　＋１
７）に設けた軸受（図示せず）に両端部を油支させた後
、上端部を上板＋１６１に奴付けた減速４　＋！＋１の
出力軸に連結せしめている。

減速（幾（２１）の入力軸には、回転発電線１２３ｉ　
＊同軸直結して有するサーボそ一タ（２渇の出力軸を連
結しており、従ってサーボモータＱ渇を正転、逆転する
と、ねじ軸（２０）が同方間に正転、逆転して１が定ア
ーム＋１５１のねし孔を螺進退する結果、上板ｆ１６１
．下板＋＋７１はし下方向に移動する。　　　　　；、
１１′−・：、。

なお、この両板１６］、αηの上下・方向最大移動ｔは
、溶接トーチ（６）・ｉ）高さ方向の所要移動纜以上で
あることが必要であって、ガイド軸ｕ８１．　（１９）
およびねじ軸＋２３の長さをこの移動量番こ見合って余
裕がイギする如く設定するものであり、ねじ軸（２ｏ）
をノズル（２１に平行な上下方向に直線運動するＺ軸と
称する。

前記下板（Ｉηには、軸受ブロック（２）を固定させて
いて、該軸受ブロック（２４１にガイド軸＋２５）、　
（２６）およびねじ軸（２７）を固定アームａ９との平
行を保たせて貫挿している。

ガイド軸１．！５１．　＋２Ｂは前記軸受ブロック（２
滲に摺動自在Ｉこ貫挿しており、端部を支持部材ｃ２Ｆ
ｊ４こ固定する一方、ねじ−（２ηは軸受ブロック（財
）に設けたねじ孔に螺挿すると共に、減速機（３υの出
方軸に一端を連結し、他端を支持部材（２稀の軸受部に
支持せしめている。

上記減〕＊機（３Ｉ）の入力軸は、回転発電、１４（廊
を備えたサーボモータ（２９）と連結しており、該モー
タ（２９）を正、逆転すると、ねじ軸り２７）が同様に
正、逆転して軸、受ブロック（２菊のねじ孔を螺進退す
る結果、支持部材（２印は前記固定デームｏ籠平行でＺ
軸と直交す　　　　する水平方間に移動する。

このねじ軸ｃ２７）をＸ軸と称し、以上述べたＸ軸。

Ｚ軸およびＲ軸の３軸によって溶接トーチ（６）會動か
すための主軸系に形成せしめている。

しかして、上記支持部材（至）は溶接トーチ（６）と、
倣い検出器（７Ａ）、（７Ｂ’）とを支持するだめの部
材であって、減速機＋３９）をその出力軸が垂直下向き
になるよう固定すると共に、回転発電１４（（２）を有
するサーボモータ（３２１を減速機１：３９）に直結せ
しめている。

そして減速機ｔ３９）の出力軸に対して、Ｚ軸（鵬に平
行に垂設してなるＦ軸（８）を直結しており、サーボモ
ータ（３２を正、逆転すると前記Ｆ軸（８１はＺ軸（２
０）に平行な線を中心として揺動せしめられる。

このＦ軸（８（は単独で補正軸系５こ形成せしめている
。

上記Ｆ軸（８）には溶接トーチ（６）を垂ド状態で取り
付けると共に、検出器１呆持部（９）を取り付けて、こ
の検出器保持部（９）に設けた縦軸孔に検出器保持軸（
１０）を摺動可能に嵌装せしめて、該保持ｄｌｌｌＯｉ
をＺ軸＋ｙＱ）　ｉこ平行な方向に昇降可能となしてい
る。

（７Ａ’＞、（７Ｂ）は対をなす倣い検出器であって保
持軸に垂直方間に、かつ、溶接トーチ（６）を挾み両側
方に対称的な配置となるよう番こ、前記検出器保持軸０
０）の下端に枢支せしめている。

かく配設した１対の倣い検出器（７Ａ）、（７Ｂ）は、
ノズル（２１の側面下方部のスカート部分に接触して両
検出器（７ｈ）、（７Ｂ）が同時に中立状態となるよう
（こ前記ナーボモータ（３りに訂正信号を送るようにな
っており、ノズル側面と同志に予め機械加工された溶接
線（３）に対しノズル（２１側面を検知対象としながら
、溶接個所の検出ならびに溶接トーチ（６）の向きの制
御を行うことができる。

ナオ、第１図中、に匈は溶接用ワイヤーリール。

１１！＋ｌは溶接用ワイヤー退治装置ｉであって、該送
給装・イＣ３５１は前記支持部材（２８）に取り付けて
溶接用ワイヤーをＦ軸（８）と同心に送給するように設
けている。

また、１．ｉ６）は溶接トーチ（６）の扁さを決めるだ
めの高さ検出器、Ｂカは２軸ポテンシヨメータ、（隔は
Ｘ軸ポテンショメータを夫々示している。

叙上の構成になる倣い溶接機の溶接作業を、第゛１図お
よび制御系統を示す第２図を参照しながら次に説明する
。

上記溶接機をクレーン等で吊り上げて溶接対家ワークで
あるノズル（２）のフランジ面上に置き、ボルト締めで
固定する。

次いで自動−手動モードセレクタ・４０）、（４■・・
を手動側に切り換えて、手動操作武こて溶接トーチ（６
）をＲｄｌｆ１４）の原点まで復帰（移動）させて、こ
の位置情報を原点としてメモリー（４１）に記憶させる
。

Ｒ１１ＩｌｌＩ（１４１についてはエンコーダ（１３）
によって増量形での位置検出を行っているので、電源投
入の際Ｖは絶対的な１京点を決める作業が必要である。

相貫曲線をなす鞍形１容接線（３）の計算を行うたｄ）
に、操作盤インタフェースｆ４２）上のデジタルスイッ
チを操作してシェルｆｉ＋の径（溶接を行う位１ａの上
下方向の変位６と関係する値）およびノズル（２）の径
（固定基部（４）に対する溶接を行う位置の回転半径に
関係する値）の情−７ｊｉ（４３）をメモリー＋４１）
ｌこ記・臆させ、また、浴接パス数、溶接速度弯更位置
の各情報（４３１″：・： を同じ（デジタルスイッチの操作２こよりメモリー（４
υに記憶させ、さらに溶接速度の情報ｉ、１３をｂ」変
抵抗器の操作番こより同様記憶せしめる。

次に溶接トーチ（６）を溶接開始位置上部まで手動操作
番こより移動させ、操作盤面上のＺ軸（２０）の位置表
示器（４４ｚ）を目視しながら溶接トーチ（６）を溶接
面から所定距離隔たった規定高さまで下ける。

この位置を溶接開始点としてＲ軸（１４１，Ｚ軸（２０
）およびｘ軸（２７）のポテンショメータの各情報をメ
モリー（４１）に夫々記憶する。

この状態から本溶接【こ入るに先立ってテスト運転を行
うのであるが、リモコンボックスインタフェース（４５
）のテストスイッチを操作する（４６）と共にランスイ
ッチを操作して１４６）、回転方間を判別した上で倣い
検出器（７Ａ）、（７Ｂ）によりノズル（２）の周面を
倣わせながら溶接線（３）を１周（ノズル＋２１の周り
を１回転）すれば、反転して溶接テストのスタート位置
すなわち溶接開始点まで復帰する。

この場合、溶接機の画定中心すなわちノズル（２）の中
心軸に対する俗接腺（３）の距離ならびに溶接トーチ（
６）の向きは倣い１検出器（７Ａ）、（７Ｂ）によって
制　　　制御されることとなり、一方、Ｚ軸（２０方向
の高さ制御は、（イ）計算制御、（ロ）前に溶接を行っ
たＺ軸（２ｏ）の位置をメモリに記憶していた値の再生
、（ハ）高さ１束出器１鵬による検出制御のいずれかで
行えばよく、特に３通りの制御のうちで（イ）項の計算
制御にま次θ）如く行うものである。第３図（イ）、（
ロ）ＩＣ示す如く、溶接トーチ（６）の回転半径をｒ、
シェル（１）の半径をＲとし、最も低い溶接位置と溶接
を行う任は位１ｄとがノズル（２）の中心に対してなす
中心角の水キーシ影分をθとした場合、最も高い溶接位
置を基準とした高さく△Ｚ）は ムＺ＝Ｒ−，／”下＝７］π可 で表されるので、上式にもとづし）だ１１試て喀乃ｉｆ
ｊ’制御を行えばよい。

このテスト運転が終ると本石接に入るのであるが、リモ
コンボックスインタフェース１４９上の溶（飴スイッチ
を操作しランスイッチを操作して＋４６）、＝＋転方方
間判別した上で溶接用シールドガスを溶＋妾トーチ（６
）の先端から出しながら倣い検出器（７Ａ）。

（７Ｂ）でノズル＋２１の置市を検出して溶接トーチ’
Ｇｌを同曲下で溶接運転させる。

Ｚ軸１２０）についてはテスト運転で述べた３通りの制
御のうちの１つによって行うことは言うまでもなく、こ
の場合、溶接トーチ（６）を一定量逆転した後、指定方
向に回動し、溶接開始点で溶接を開始する（溶接トーチ
（６）は移動しつつアークスタートさせる）。

なお、上述した３通りの２袖制御のほかに、溶接のアー
ク電流と突出長との間には比例関係が成り立つことが既
知であるので、アーク電流を一定にするようＺ軸の制御
を行わせる電流制御方式も好適なものである。

溶接中はＺ軸の位置を逐次メモ！Ｊ　−＋４１）に記憶
する。そして溶接を中断したときは、Ｒ，Ｘ、Ｚの各軸
の位置を溶接中断点までの復帰位置情報としてメモリー
（４１）に記憶しておいて溶接を再開するときに利用す
る。

溶接のパス数を完了するか、中断すればクレータ処理、
アフターフローを行って装置は停止する。

シェル（１）が厚肉であるので、溶接は多層盛でなけれ
ばならなく、高さ制御の場合、溶接を行ったビード厚ざ
分：を考慝にいねる必要がある。

従って、計算制御（イ）では溶、妾を行ったビード厚さ
分だけシェルｆｉｌの径が変るので、その都度半径ｆＲ
１をセットする必要が生じるが、部分的に制御すること
によって自励溶接は可能である。

一方、メモリー値の再生（ロ）による場合は、Ｚ軸のメ
モリーの値は前回溶接を行っているときの位置であるか
ら、次に溶接を行うとき５こは前のビード厚み分をメモ
リー値に加算して再生するようＩ（すればよい。

また、茜さ検出器（部）：こよる場合（ハ）は、−回溶
１灸を行う毎に１妬さ、検出器１’ｔ［ｉ）　ａ）信号
にビードｊ≠み分を加えてＺ軸を制、川１すねばよい。

すなわち、切朋＋ｒセットした篩さ検出器＋、１６）の
信号の基準値にビード厚み分を檀捧的にノＩｌｌμする
よう≦こすればよい。

本発明装置例″′構成１′±び：・、作動は以上述＜　
ｋ　ｎｉりてあり、つづいて本発明の効果を述べる。

（１）　　溶接線の位置は１対の倣い検出器（７ｋ）、
（７Ｂ）によって検出司能であり、Ｚ軸すなわち溶接ト
ーチ（６）の上下動の制御だけを行えばよいので、溶接
装置はノズル中心に対して正確に中心を合致させる必要
がなくなり、収扱いが簡便となる利点がある。

（２）溶接に先立ってＰ、　Ｔ、Ｐ、教示は一切必要で
なく、取扱いが簡単である。また、溶接トーナルこ替え
てセンサを取り付はトレースを行うなどの面倒な操作は
必要なくリアルタイムでの制御が可能である。

（３）　　主軸系がＲ，Ｘ、Ｚ軸の３自由度であり、ま
た補正軸系はＦ軸の１自由度であって合計４自由ばで鞍
形をなす３次元の溶接がβ」能七なったものであり、従
来の主軸４自由度（Ｒ，Ｘ、Ｚ。

Ｓ）、補正軸２自由度（ＨｏＶ）の合計６目由度で行わ
ねばならなかったのに対して構造が１−早となり、かつ
制御が容易となる利点がある。

以上の如く本発明は実用価値に冨むすぐねた効果を奏す
る自動ｉ゛接装置である。　　　　　　　　　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置例の概要示斜視図、第２図は同じく
側部系統図、第３図（イ）、　（（ｆｆ）は高さ方向の
制イ卸を行うだめの一制両方式を説明するための゛Ｙ面
１ス１、正面図、第４図は従来の溶接装置唯の斜視図で
ある。 ｆｉ＋　　・・・・・・・シェル。 （２）・・・・・・・・・・ノズル。 （３）・・・・・・・・・・・・溶接線。 （４）・・・・・・・・固定基部。 （５）・・・・・・・・・モータ軸。 （６）・・・・・・・・・・・溶接トーチ。 （７Ａ）、（７Ｂ’）・・倣い検出器。 （８）・・・・・・・Ｆ軸。 （９）・・・・・・・・・検出器保持部。 （ｌＯ）・・・・・・・・検出器保持軸。 特許出願人　　ダイキン工業株式会社 他２名 第１頁の続き 号日立造船株式会社内 号日立造船株式会社内 大阪市西区江戸堀１丁目６香１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、大径円管からなるシェル（１）に小径円管からなる
   ノズル（２）を直交叉し接続する際の接合部に形成され
   る鞍形開先の溶接線（３）を多層盛溶接する溶接装置で
   あり、該溶接装置はノズル（２１の上部１こ該装置を固
   定するだめの固定紙部（４）と、ノズル１２１の回りに
   溶接装置を旋回させるＲ軸、上下方向に直線運動するＺ
   軸、該Ｚ軸に枢支されてＺ軸と直交する方向に直線連動
   するＸ軸の３自由度を有し、かつ、該Ｘ軸端に溶接トー
   チ（６）を備えていて、前記Ｚ軸に平行な線を中心軸と
   し、該軸周りに揺動可能となしたＲ軸（８）を前記Ｘ軸
   に枢支すると共に、該Ｒ軸（８）に前記溶接トーチ（６
   ）および検出器保持部（９）を取り付けて、検出器保持
   部（９）には垂直方向に直線運動する検出器保持軸ａＯ
   ）を枢支して、１対の倣い検出器（７Ａ）（７Ｂ）を各
   噴出軸が水平方向に指向し、かつ前記溶接トーチ（６）
   を挾み両側方に対称的ｔこ配置した状態で前記検出器保
   持軸００）に固定してなり、＋ｊｉｊ記１対の倣い検出
   器（７Ａ）、（７Ｂ）でノズル１２）の側面を検出する
   こと（こより溶接トーチ（６）のＩｉ、瀘および回きを
   制御する一方、計算制御、Ｚ軸のメモリ値の再生、洲さ
   食出器による１ψ［御又は溶接トーチ（６）番こおける
   アーク電流の定電流側ｉｌ１等により高さを制御する如
   くしたことを特徴とする自動溶接装置。