JPS60191663A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動溶接装置に係り、特に直線部と曲線部と
からなる周継手を有する溶接構造物の溶接に好適な自動
溶接装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、直線部と曲線部とからなる周継手部の溶接は、ワ
ークを直立させ溶接作業者がワークの周囲を移動しなが
ら下向または横向姿勢でワーク全周の溶接を行い１次い
でワークを反転して同一の方法で他側を溶接する装置、
あるいはワークを水平状態で回転装置に取付け、溶接作
業者がワーク上に位置し、ワークの回転に対応してワー
ク上に移動しながら下向姿勢でワーク全周の溶接を行う
′装置が知られている。

しかるに前者の装置は、横向姿勢の溶接作業およびワー
ク反転作業を必要とし、後者の装置は安全性に欠けるな
どの欠点があった。

また、両装置とも、手動または半自動溶接が行われ、全
周連続溶接が不可能のため、ビード継ぎが避けられず、
溶接部の品質の信頼性と溶接作業の生産性に欠けるなど
の問題点を有していた６〔発明の目的〕　・ 本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもの
で、直線部と曲線部からなる溶接線全周を連続して溶接
することができ、溶接作業の生産性と溶接部の品質、信
頼性を向上しうる自動溶接装置の提供を、その目的とし
ている。

〔発明の概要〕

本発明に係る自動溶接装置の構成は、左、右の画板間に
ワークを取付けて回転させるワーク回転装置と、そのワ
ークの回転速度の検出する回転速度検出器と、先端部に
溶接施工手段を具備して前記ワークの溶接を操作するマ
ニプレータと、そのマニプレータの先端部に配設され、
ワーク姿勢を検知するワークの傾斜角検出装置を具備し
、前記ワークの傾斜角検出装置で検出したワーク姿勢に
対応する溶接角によって前記溶接施工手段を連動せしめ
る溶接倣い装置とから構成さＪｘたものである。

なお付記すると、本発明は、ワーク回転装置と溶接倣い
装置とを組み合わせた構成のもので、開側変化するワー
クの傾斜をワークの傾斜角検出装置でとらえ、かつ溶接
速度検出装置で溶接速度を制御することにより全姿勢の
溶接条件制御を行い、ワーク全周の溶接線を自動溶接す
るもので、異なる形状の溶接線についても自動的に対応
する機能を有するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る自動溶接装置
の全体構成図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、
第３図は、第１図のトーチ倣ｂ１装置部の拡大詳細図で
、（ａ、）の側面図、（ｂ）　ｔよ正面図であり、これ
ら各回により装置の構成を説明する。

第１．２図において、■は、左、右両面間にワーク９を
支持する面板、２は、面板１を取付けた回転軸、３は、
回転軸２を駆動する回転モータで、これらでワーク回転
装置５が構成されてし）る。

ワニク９は、胴板１．　Ｏａと側板１０ｂからなるもの
で、第２図に示すように取伺具１６を介して面板１と側
板１０ｂとが固定されている。

４は、回転モータ３の回転からワーク９の回転を検出す
る回転速度検出器である。

６は、前記ワーク回転装置５に設置され、先端部に溶接
施工手段に係る溶接トーチ１１を具備してワーク９の溶
接按操作するマニプレータである。

マニプレータ６は、マニプレータ上下駆動装置７とマニ
プレータ前後駆動装置８により、ワーク９の胴板１０ａ
と側板１０ｂの交線である溶接線に溶接トーチ１１を設
定する。

溶接トーチ１１は、後述する溶接倣い装置１２を介して
、上下スライド装置１３によりマニプレータ６と連結さ
れている。

さらに、溶接倣い装置１２には、後述するワークの傾斜
角検出装置１４および溶接速度検出装置１５が具備され
、前記回転速度検出器４とにより自動溶接を行う構成と
なっている。

次に、溶接倣い装置１２部の構成を説明する。

第３図において、マニプレータ前後軸１７の先端に設け
た上下スライドベース１８に、自由に上下移動が可能に
ように上下スライド軸１９が取付けられ、その下端にギ
ヤボックス２０が設置されている。

ギヤボックス２０の下部、第３図（ａ）に向って右側に
は支持軸２１が固定され、支持軸２１に回転可能にワー
ク傾斜検出円板２２が装着されている。

そのワーク傾斜検出円板２２には、偏心した位置に倣い
ローラ軸２３が固定され、倣いローラ軸２３に回転可能
に倣いローラ２４が装着されている。

また、前記ワーク傾斜検出円板２２に、傾斜角検出ギヤ
ー２５ａが固定さ狂ており、これに噛合う傾斜角検出ギ
ヤ２５ｂが傾斜角検出器２６に取付けられている。

前記倣いローラ軸２３と倣いローラ２４とには、後述す
る構成で溶接速度検出装置１５が装着さＪしている。

ギヤボックス２０の上部、第３図（ａ）に向って右側に
は、溶接倣い装置１２の全体構成を制御するための傾斜
用モータ２７および回転検出器２８が設置されている。

傾斜用モータ２７のモータ軸２９には、回転ギヤ３０ａ
が嵌着されており、ギヤボックス２０内で、回転ギヤ３
０ａ、３０ｂ。

３０ｃの噛合いによって傾斜軸３１に回転を伝達するよ
うに構成されている。

傾斜軸３１には、ウィービング装置３３を取付けるため
の保持板３２が固定さｈており、溶接トーチ１１は、ト
ーチ支持具３４を介してウィービング装置３３に装着さ
九ている。

前記６支持軸２１、傾斜軸３１、および保持板３２は同
一軸心上にある。

このような溶接倣い装置１２は、回転するワーク９上を
滑動する倣いローラ２４に、溶接トーチ１１を従動可能
に植成されたもので、前述の倣いローラ２４、倣いロー
ラ軸２３、ワーク傾斜検出円板２２、支持軸２１傾斜角
検出用ギヤ２５ａ。

２５ｂ、傾斜角検出器２６等で構成されたワークの傾斜
角検出装置１４を具備し、ワークの傾斜角検出装置１４
で検出した傾斜角に対一応する溶接角に係るトーチ角で
溶接トーチ１１を連動仕しめる連動手段に相当するもの
である。すなわち、前記ワークの傾斜角度検出装置１４
、傾斜モータ２７、回転検出器２８、回転ギヤ３０ａ、
３０ｂ、３０ｃ、傾斜軸３１、保持板３２、ウィービン
グ装ｒｒｔ３３、トーチ支持具３４、溶接トーチ１１等
をちって溶接倣い装置１２が構成されている。

次に、このような構成の溶接倣い装置１２の作用を第３
図に合わせて第４図を参照して説明する。

第４図は、第３図（ａ）のＢ−Ｂ！Ｆ、視断面からみた
溶接倣い装置の主要部の略示動作説明図で、（、）はワ
ークが水平状態にあるとき、（ｂ）はワークが右下りの
傾斜状態にあるとき、（Ｃ）はワークが左下りの傾斜状
態にあるときを示している。

第４図（ａ）のワーク９が水平状態にあるときは、倣い
ローラ２４は２０点で接触している。この状態において
は、前述のギヤボックス２０に固定された支持軸２１の
鉛直線上に倣いローラ軸２３が位置するため、ワーク傾
斜検出円板２２とこれに固定された傾斜角検出ギヤー２
５ａ、２５ｂとは回転せず、傾斜角検出器２６はワーク
９の傾斜を零と判断する。

第４図（ｂ）はワーク９が時計方向に回転し右下り傾斜
状態にあるときで、倣いローラ２４はＰ８点で接触して
いる。この状態における倣いローラ軸２３は、支持軸２
１の鉛直線に対し時計方向にプラス０度だけ回転移動す
る。すなわち、この作用はワーク傾斜検出円板２２を回
転させたこさになり、傾斜角検出ギヤー２５ａ、２５ｂ
を介して傾斜角度検出器２６に伝達されワークの傾斜を
プラス０度と検出する。

第４図（ｃ）はワーク９がさらに時計方向に回転し左下
すの傾斜状態になったときで、倣いローラ２４は２２点
で接触している。−ヒ記と同様に倣いローラ＠２３が鉛
直線に対し反時計方向にマイナス０度だけ回転すること
で、ヴ−り傾斜検出円板２２、傾斜角検出ギヤー２５ａ
、２５ｂを介して傾斜角検出器２６がワークの傾斜をマ
ーｒナスθ度と検出する。

上述したワークの傾斜角は常時傾斜角検出器２６で検出
し、後述する演算制御装置により前記第３図（ａ）の傾
斜用モータ２７を作動させることで、モータｌｌｌＩ２
９、回転ギヤー３０ａ、３０１）。

３０ｃを介して傾斜軸３１を回転させ、さらに保持板３
２、ウィービング装置３３、トーチ支持具３４を介して
溶接トーチ１１に作用させることで、ワークの傾斜角と
同一の溶接トーチ角度を得る。

次に第５図を参照して溶接速度検出装置１５の構成と作
用を説明する。

第５図は、第３図（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。

第５図において、倣いローラ２４には、保持具１５ａを
介して溶接速度検出器１５ｂ−が固定されており、倣い
ローラ軸２３には回転検出板１５ｅが固定され、自由に
回転できるようになっている。

倣いローラ２４は、前述の第４ｎ（ａＬ　（ｂ）。

（ｃ）に示したように、ワーク９の回転動作にともない
、これに従動的にＰ点で接しながら回転するため、回転
検出板１５ｃと溶接速度検出器１５ｂとの間で回転速度
が検出さｊ、る。その結果は、後述するように第１図に
示した回転モータ３へ出力することで溶接速度制御を行
わせるようになっている。

以上上述した溶接倣い装置１２は、ワーク９の回転にと
もない支持軸２１の鉛直線上を上下に移動するが、これ
は前記第３図（ａ）に見るように支持軸２１を固定する
ギヤボックス２０、さらにこれを固定保持する上下スラ
イド軸１９により上下スライドベース１８をガイドにし
て自由に上下昇降動作を行わせるものである。

次に、本実施例のｉ動溶接装置の自動溶接の制御につい
て先の第１，３図に合わせて第６図および第７図を参照
して説明する。

第６図に、演算制御機能を示すブロック図、第７図は、
演算制御の説明図で、（ａ）はワーク傾斜角と傾斜角検
出器の検出値との関係線図、（ｂ）は自動溶接の演算制
御フローチャートであり、各ブロック、フローチャート
などの符号は、第１図ないし第３図に示す名該当部の符
号に合致させている。

第６図において、３５は、本実施例の自動溶接作業に装
備される。たとえばマイコンなどの演算制御装置を示し
ている。

演算制御装置３５は、先に説明した傾斜検出器２６のワ
ーク姿勢に係るワーク傾斜角の検出値を入力し、傾斜用
モータ２７に出力して溶接トーチ１１を傾斜させる。そ
の傾ｆＪ頁は回転検出器２８で常時監視し、演算制御装
置３５で上記検出値と比較、誤差補正を行わせている。

同様に、演算制御装置３５は、先に説明した溶接速度検
出装置１５の検出値を入力し、回転モータ３に出力して
回転速度検出器４の監視のもと番；ワーク９の回転を制
御し、溶接速度制御を行わせている。

ワーク姿勢に係るワーク傾斜角αと、傾斜角検出器２６
が検出する検出値に係る傾斜角θの関係は第７図（ａ）
に示すとおりである。

第７図（ａ）において、ワーク傾斜角αは、ワークが水
平状態にあるときをα＝Ｏ″とし、これを基準に＋９０
″から−９０６まで、ワークの傾きの軌跡を抛物線Ｆで
示している。

ワークの傾きＦの変化にともない、倣いローラ２４、ワ
ーク傾斜検出円板２２が連動することで傾斜角検出器２
６の検出する傾斜角の検出値θが得られる。

検出値θは、先の第４図（ａ）に示すようにワーク９が
水平状態にあり１図示しなし１が溶接トーチ１１がワー
ク９に対し垂直位置にあるときをθ−八へＬ、ｌ　ヤｈ
ん翼檜り一笛４園ｒｂ）、（ｃ）で説明したように、ワ
ークが右傾斜のときを十〇、ワークが左傾斜のときを一
〇で示しており、この０で示す傾斜角は、溶接トーチ１
１力１ワーク９番；対する姿勢に係る溶接トーチ角に等
しし）ものである。

第７図（ａ）、（ｂ）に示すよう番；、トーチ姿勢に対
しては、予め傾斜角の範囲、溶接条ヂトカス設定されて
おり、演算制御装置３５（第６回目こ記憶されている。

溶接トーチ１１が下向き姿勢である角度番よ、−θ４°
くθ°≦θ１°の範囲で与えられ、溶接トーチ１１が上
進姿勢である角度は０１６〈θ０≦θ２°で与えられ、
溶接トーチ１］力１下進姿勢である角度は一０４°≦θ
°≦０３°て与えら才している。７ 自動溶接作業は、ワーク傾斜角度検出装置１４（第１図
）により、ワーク９の回転にともなう溶接トーチ１１の
溶接姿勢を検出し、各溶接姿勢に応じて予め設定された
溶接条件を演算制御装置３５により出力して連続自動溶
接をするものである。

すなわち、第７図（ｂ）のフローチャートに示すとおり
、傾斜角度検出器２６の検出値３６は、予め設定しであ
る下向き姿勢３７、上進姿勢３８、上進姿勢３９の各姿
勢に対応する傾斜角と対比判断することで、溶接電流、
電圧、溶接速度などの溶接条件４０をそれぞれ出力４１
し、溶接条件の自動制御を可能にしている。

このように本実施例によれば、刻々変化するワークの姿
勢を検出するでけで自動溶接に必要な溶接トーチ角、溶
接速度を自動制御し、かつ各姿勢に応じた適正溶接電流
、電圧を選定して出力するため、均一なビードが溶接線
全周にわたり自動的に得られる。

また、この自動溶接装置では自動的にワーク姿勢、形状
に従動し自己制御されるため、ワーク形状の多様化にも
対応でき、溶接前の段取り作業時間の短縮、溶接部の品
質、信頼性向上、溶接作業の生産性向上ならびに作業の
安全性の確保など数多のくの効果が得られる。

なお、前記の実施例では、溶接倣い装置について、第３
図に示す倣いローラ２４、ワーク傾斜検出円板２２、支
持軸２１、傾斜角検出器２６、傾斜用モータ２７、回転
ギヤ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、傾斜１ｉ１１１３１など
の一連の連動手段を説明したが、本発明は、これに限る
ものではなく、同等の効果が期待される他の連動手段を
採用することを妨げない。

また、溶接施工手段、溶接速度検出装置、ワークの傾斜
角検出装置も、前記の実施例に限らず、同等の効果が期
待される他の機構のものを用いてもよいことはいうまで
もない。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、直４Ｈ￥部と曲線
部からなる溶接線全周を連続して溶接することができ、
溶接作業の生産性と溶接部の品質、信頼性を向上しうる
自動溶接装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る自動溶接装置の全体
構成図、第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視断面図、第３図
は、第１図の溶接倣し）装置部の拡大詳細図で、（ａ）
は側面図、（ｂ）は正面図、第４図は、第３図（、）の
Ｂ−Ｂ矢視断面からみた溶接倣い装置の主要部の略示動
作説明図で、（、）はワークが水平状態にあるとき、（
ｂ）はワークが右下りの傾斜状態にあるとき、（Ｃ）は
ワークが左下りの傾斜状態にあるときを示し、第５図は
、第３図（ｂ）のｃ−ｃ矢視断面図、第６−図は、演算
制御機能を示すブロック図、第７図は、演算制御の説明
図で、（ａ）はワーク傾斜角と傾斜角検出器の検出値と
の関係線図、（ｂ）は自動溶接の演算制御フローチャー
トである。 ｌ・・・面板、２・・・回転軸、３・・・回転モータ、
４・・・回転速度検出器、５・・・ワーク回転装置、６
・・・マニプレータ、９・・・ワーク、１１・・・溶接
トーチ、１２・・・溶接倣い装置、１４・・・ワークの
傾斜角検出装置、１５・・・溶接速度検出装置、２２・
・・ワーク傾斜検出円板、２４・・・倣いローラ、２５
ａ、２５ｂ・・・傾斜角検出ギヤ、２６・・・傾斜角検
出器、２７・・・傾斜用モータ、２８−・・回転検出器
、３０ａ、３０ｂ。 ３０ｃ・・・回転ギヤ、３４・・・トーチ支持具、３５
・・・演算制御装置。 代理人　Ｇ′ｌｌ′ｉ″　＆ｗ′〜ｒ−（・ 又− 第　１　口 第　２　艮 第　３　目 ＜ａ） 第　３　目 （θ） 第　４　日 （ｃｌ、） ３− １ 第　５　口 伸余手角ネ灸土器（±θつ （６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、左、右の面板間にワークを取付けて回転させるワー
   ク回転装置と、そのワークの回転速度を検出する回転速
   度検出器と、先端部に溶接施工手段を具備して前記ワー
   クの溶接を操作するマニプレータと、そのマニプレータ
   の先端部に配設され、ワーク姿勢を検知するワークの傾
   斜角検出装置を具備し、前記ワークの傾斜角検出装置で
   検出したワーク姿勢に対応する溶接角によって前記溶接
   施工手段を連動せしめる溶接倣い装置とから構成された
   ことを特徴とする自動溶接装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、溶接倣
   い装置が１回転するワーク上を滑動する倣いローラに、
   溶接施工手段に係る溶接トーチを従動可能の連動手段−
   を介して配設したものである自動溶接装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれかにおいて、倣いローラに溶接速度検出装置を装着
   するとともに、ワークの傾斜角検出装置により、ワーク
   の回転にともなう溶接トーチの溶接姿勢を検出し、各溶
   接姿勢に応じて予め設定された溶接速度を含む溶接条件
   を出力して、連続自動溶接をなさしめる演算制御装置を
   備えたものである自動溶接装置。