JPS6238775A - 自動溶接機 - 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】 技術分野 本発明は、溶接継手にたとえば波形部を有する被溶接材
を連続的に溶接することができる自動溶接機に関し、さ
らに詳しくは溶接線に対する溶接トーチの姿勢を一定に
保つための溶接トーチの旋回駆動機構に関する。

背景技術 メンブレン方式の液化天然ガスタンクでは、メンブレン
は液化天然ガスの貯蔵時と空のときとにおいて極めて大
きな温度変化を受けることになり、したがって適当な間
隔の格子状などに波形の伸縮しわを設けて過大な熱応力
を生じないようにされている。

メンブレンのような薄板の溶接時には、その溶接継手の
波形部においでも溶接線に対する溶接トーチの姿勢を一
定に保つために、すなわち溶接トーチを溶接面に対して
たとえば垂直に保つために、ｆ＃按トーチを旋回させる
機構を必要とする。溶接　　　　）トーチの旋回時に溶
接トーチの軸線の延長上で被　　　　□溶接材の表面、
すなわち被溶接面との交点である　　　　：溶接アーク
発生点の位置が移動すると、溶接トー「チのねらい位置
および溶接速度が変動し、溶接と　　　　１−ドの品質
が低下する。溶接アーク発生点を移！ｒ！ｌＪ１させる
ことなく、溶接トーチを旋回させるためには、溶接アー
ク発生、αを旋回の中心に一致させればよいけれども、
溶接アーク発生点に旋回軸を設けることは物理的に不可
能である。

発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、溶接トーチの軸線の延長と被溶接面と
の交点である溶接アーク発生点を旋回中心として、その
溶接アーク発生点に旋回軸を設けることなしに、溶接ト
ーチを旋回駆動させることができる自動溶接代を提供す
ることである。

問題点を解決するための手段 本発明は直交する第１、第２および第３の動作軸を有し
、前記第１動作軸に固定した支持部材に第１および第２
リンクの一端部を枢支し、第１および＠２リンクの！４
部に第３リンクを枢支し、これによって第２および第３
動作軸を含む平面内で平行四辺形りンク磯構を構成し、
＃Ｓ１リンクと＠３リンクとの枢支位置″Ｃ−第１巻掛
は輪を第１リンクに固定し、第３リンクに第１８掛は輪
と同一径の第２巻掛は輪を第１動作軸に平行な軸線まわ
りに角変位可能に枢支し、第１および第２巻掛は輪にす
べりを生じない索条を巻掛け、第２巻掛は輪に溶接トー
チを取付けたことを特徴とする自動溶接機である。

作　　用 本発明に従えば、第２および第３動作軸を含む平面内で
平行四辺形リンク機構を構成し、第１リンクと第３リン
クとの枢支位置で、第１リンクに固定した第１巻掛は輪
を配置し、第３リンクにはもう１つの同一径の第２巻掛
は輪を枢支し、これらの第１および第２巻掛は輪にすべ
りを生じない索条を巻掛け、第２８掛は輪に溶接トーチ
を取付けたので、第１リンクに関して仮想上のもう１つ
の平行四辺形リンク機構が構成される。したがって第１
リンクの前記一端部を辿り、第１および第２巻掛は輪の
軸線を結ぶ直線に平行な直線と、第１リンクに平行で第
２巻掛は輪の軸線を通る直線との交点を中心として第１
動作袖に平行な軸線まわりに角変位することが可能とな
り、この交、弘を溶接アーク発生点とすることによって
、溶接トーチノ姿勢を被溶接面に対して、たとえば垂直
にした一定の姿勢に保つことが可能になる。これによっ
て溶接アーク発生、克に旋回軸を設けることなしに、溶
接トーチを旋回することが可能になる。また構成を比較
的単純化することができ、小形化が可能になる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の簡略化した構造を示す図
である。本発明の考え方による自動溶接機によって溶接
されるメンブレンなどの被溶接材１の溶接継手２は、平
坦部２ａと波形部２１〕とを含み重ね継手である。溶接
トーチ３は第１動作紬であるＹ軸と、第２動作軸である
Ｘ柚と、第３動作軸であるＺ紬に沿って移動することが
できるとともに、Ｙ袖に平行な旋回軸線４のまわりに角
変位するθ袖を有する。Ｙ軸とＺ袖とを含む平面内に溶
接トーチ３の軸線が存在し、この平面内にスタイラス５
の軸線が存在する。スタイラス５．の軸線は、溶接トー
チ３の軸線とともにＹ軸とＺ軸のなす平面内にあり、Ｚ
軸方向に変位可能である。溶接トーチ３の軸線に沿って
その先端３ａ側に延ばした直線は、旋回軸＃ｉ４の延長
上で被溶接材２の表面に交わり、この交点は溶接アーク
発生、嶽６である。

第２図は溶接トーチ３およびスタイラス５に関連する旋
回ｆｉ　６ｍを示す断面図であり、第３図は第２図に示
された旋回磯槽の左側面図であり、第４図はその旋回機
構の原理を示す図である。Ｙ軸に固定されている支持部
材７１二は、Ｘ軸方向に間隔をあけてビン８，９によっ
て第１リンク１０と第２リンク１１との一端部がそれぞ
れ枢支される。

ビン８は、モータ１２の出力軸１３に同軸に連結される
。第１リンクおよび第２リンク１０．１１の他端部には
大略的にＬ字状に形成された第３リンク１４がビン１５
．１６によって枢支される。

ビン８．９；　１５，１　（３はＹ軸に平行である。第
１、第２および第３リンク１０，１１．１４は、Ｘ軸お
よＶＺ袖を含む平面内で平行四辺形リンク８！構を構成
する。ビン１′、は＃Ｓ１リンク１０に固定されており
、このビン１５にはスプロケットホイール１７が固定さ
れる。ピン１５と軸受１８によって相互に角変位可能な
第３りンク１４には、もう１つのスプロケットホイール
１９がピン２０によって軸受２２を介して取付けられる
。スプロケットホイール１７．１９闇には、チェーン２
３が巻掛けられる。第３リンク１４のスプロケットホイ
ール１７．１９間にわたって延びる部分１４ａ、１４ｂ
には、ポル）２４．２５によって伸縮調整可能となって
おり、これによってチェーン２３を緊張してスプロケッ
トホイール１７．１９を、すべりを生じることな（、正
確に連動して回転することを可能にする。スプロケット
ホイール１７．１９のピッチ円は同一径である。ピン１
５．１６の軸線を結ぶ直線と、ピン１５．２０の軸線を
結ぶ直線とは、Ｘ軸およびＺ軸を含む平面内で相互に直
交する。

スプロケットホイール１９には取付は部材２６が固定さ
れており、この取付は部材２６には溶接トーチ３が固定
される。取付は部材２６にはまたスタイラス５がＺ袖に
平行に変位可能にして取付けられる。スタイラス５のＺ
軸方向の変位は検出素子２７によって検出されることが
できる。ピン８．１５．２０および溶接アーク発生点６
はＸ袖およりＺ袖を含む平面内で仮想上の平行四辺形リ
ンク８！構の頂点である。したがってモータ１２によっ
てピン８を第３図のように角度θ１の範囲で角変位する
ことによって、スタイラス５は溶接アーク発生点６を通
ろ７輪に平行な旋回軸ｍ４　　（第１図参照）のまわり
に同一角度θ１だけ変位することができる。このスタイ
ラス５の角変位した状態は仮想線５ａ、５ｂｔ’ｔＩＩ
Ｊ３図に示されている。ピン９もまたピン８と同様にし
て角度θ１だけ角変位する。このピン９は第２リンク１
１に固定されており、このピン９には角度θ１を検出す
るための回転角度検出用ポテンショメータ２８が備えら
れる。

この実施例ではピン８．１５間の距離はピン１５．１６
間の距離よりも短く、モータ１２に五つてピン８．１５
の軸線を通る直線の左右に、たとえば対称に約±９０度
の範囲内で角変位される。　　　　′□したがって平行
四辺形リンクにおける思案点を生じることなく旋回駆動
することができる。これによって溶接トーチ３の確実な
旋回が可能になる。

第３リンク１４の部分１４ｂには、ｔＡｓ図に示される
アクチュエータ３０がＸ軸方向に変位可能に案内部材３
１によって案内される。７クチユエータ３０は、ばね３
２によってＸ輪の正方向にばね付勢される。アクチュエ
ータ３０の端部はリミットスイッチ３３の揺動片３４に
係合している。

アクチュエータ３０の先端部が被溶接材２の波形部２ｂ
に突出し、ばね３２のばね力に抗して第５図の左方に変
位したとき揺動片３４はリミットスイッチ３３の作動片
３５の抑圧状態を解除し、リミットスイッチ３３のスイ
ッチング態様が変化する。

第６図（１）は被溶接材２の平坦部２ａと波形部２ｂの
表面を示し、ｔｊＳ６図（２）はこの被溶接材２の表面
における法線３６とＺ柚に平行な直線３７との成す角度
θ「を示す、第６図（２）で示されるＸ袖の原点Ｏにお
いて、アクチュエータ３０が波形部２ｂの表面に当接し
て変位し、リミットスイ　　　　ニッチ３３のスイッチ
ング態様が変化し、この原点　　　１位置から溶接トー
チ３がＸ軸方向に変位するとき、　　　“角度θｒは基
準位ｌｔＯからＸ軸方向への変位量の　　　　）関数ｆ
（ｘ）として表される。′Ｉ θｒ＝ｆ（ｘ）　　　　　　　　　　　　・−（１）’
　　　　　　　）被溶接材２における第１式の関係は予
め設定さ　　　□れる。後述の第８図における関係発生
回路３９に　　　゛ストアされる。

第７図は溶接トーチ３によって被溶接材２の波　　　［
形部２ｂを溶接している状態を簡略化して示す図　　　
１、である、溶接トーチ３の軸線の延長と波形部２ｂ　
　　　　’の被溶接面との交点である溶接アーク発生点
６におけるＸ軸お上り２輪を含む平面内の溶接速度Ｖ　
　　Ｗは予め定めた一定値に保たれる。溶接速度ｖＷ　
　　：のＸ輪に対する方向余弦はＶＸｒで示され、２輪
に対する方向余弦はＶＺｒで示される。溶接トー゛チ３
の軸線は被溶接面に垂直であり・２紬８″成　　　）す
角度は参照符θで示されている。溶接トーチ３　　　；
の先端３ｍと溶接７−り発生点６との間の溶接ト　　　
（−千３の軸線に沿う距離は予め定めたＳに保たれるよ
うに後述のように制御され、この値Ｓはたとえば０．３
＋ａｍであって、その誤差ΔＳのＸ軸にｔ−ｔする方向
余弦はΔＸであり、Ｚ紬に対する方向余弦はΔＺである
。

第８図は、本発明の一実施例のブロック図であり、溶接
トーチ３の位置速度および姿勢を予め定めた値に保つた
めの構成を示す。溶接トーチ３のＸ軸方向に沿ってアク
チュエータ３０が波形部２１】に当接した後における変
位量は、ポテンショメータなどによって検出されるＸ軸
変位量検出素子４０によって検出され、関数発生回路３
９に入力される。関数発生回路３９は第１式に基づき、
溶接トーチ３の旋回軸線４まわりの旋回角度θｒを演算
して減算回路４１に与える。減算回路４１には旋回角度
を検出する０輪ポテンショメータ２８からの出力が与え
られる。減算回路４１は関数発生回路３９の出力とθ袖
ボテンンヨメータ２８の出力との差を演算し、その差を
表す信号をサーボ増幅回路４２に与える。そ−タ゛１２
はこの差θｒとθとの差が零となるように駆動する。こ
のようにして溶接トーチ３の角度θは予め定めた角度θ
「に一致し、これによって溶接トーチ３の軸線は波形部
２ｂおよびそれだけでなく、平坦部２ａにおける被溶接
面に垂直な姿勢に保たれる。

Ｘ袖に関してスタイラス検出素子２７からの出力は溶接
トーチ３の先端位置３ａと溶接アーク発生、く６との間
の予め定めた距離Ｓの誤差ΔＳを表わす信号を導出し、
演算回路４３に与える。演１回路４３は誤差ΔＳのＸ輪
に対する方向余弦ΔＸを演算する。

ΔＸ＝Δ５−ｑｉｎθ　　　　　　　・・・（２）演算
回路４３からの出力は補償回路４４に与えられて比例お
よび積分などの補償動作が行なわれて応答速度が向上さ
れ、その出力は加算回路４５に与えられる。可変抵抗器
などによって実現される設定回路４６は溶接速度ＶＷを
設定し、その出力は演算回路４７に与えられてＸ釉に対
する方向余弦ＶＸｒが演算される。

■Ｘｒ＝ＶＷ−ｃｏｓθ　　　　　　・（３）演算回路
４７からの出力は加算回路４５に与えられる。加算回路
４５の出力はＸ軸速度制御系に含まれる減算回路４８に
与えられる。タフゼネレータ４９はＸ輪に対する実際の
速度ＶＸを検出して減算回路４８に与える。減算回路４
８の減算出力は補償回路５０に与えられ、これによって
サーボ増幅回路５１に信号が与えられてＸ釉を駆動する
モータ５２が駆動される。こうして減算回路４８におけ
る出力が零となるように、溶接トーチ３がモータ５２に
よって駆動される。

Ｚ軸に関しても類似した構成となっている。スタイラス
検出素子２７がらの出力は演算回路５３に与えられてＺ
釉に対する誤差ベクトルΔＳの方向余弦ΔＺを演算する
。

ΔＺ：Δ５−ＣＯ５θ　　　　　　・・・（４）補償回
路５４は演算回路５３がらの出力を受信して比例および
積分などの制御を行ない、応答速度の向上を果たす。設
定回路４６からの溶接速度■Ｗｔ−表わす信号は、演算
回路５５に与えられてＺ袖に対する方向余弦ＶＺｒが演
算される。

Ｖ　　Ｚ　ｒ＝　Ｖ　Ｗ　　−ｓｉｎθ　　　　　　　
　　　・　（５）加算回路５６は補償回路５４の出力と
演算回路５５の出力とを加算し、Ｚ軸速度制御系に含ま
れる減算回路５７に与える。減算回路５７にはタコゼネ
レータ５８によって検出されたＺ軸に沿う速度■Ｚで表
わす信号が与えられる。減算回路５７からの出力は補償
回路５９に与えられてサーボ増幅回路６０によってモー
タ６１が駆動され、これによって溶接トーチ３はＺ軸方
向に減算回路５７の出力が零となるように移動される。

このようにして本件実施例によれば被溶接材２の平坦部
２ａと波形部２ｂとの成す角度が９０度に近い場合であ
っても溶接トーチ３の先端部３ａを正確な位置速度およ
び姿勢で制御することが可能になる。また波形部２ｂの
曲率が大きくても、溶接トーチの位置速度および姿勢の
制御が可能となる。

本発明はメンブレンなどの被溶接材だけでなくその他の
被溶接材にｒ！ｌ連してもまた実施することができる。

スプロケットホイール１７．１９とチエン２３との岨合
せに代えて、タイミングベルトとそれが噛み合う歯を有
する輪との組合せが用いられてもよい。

効　　果 以上のように本発明によれば、溶接トーチの軸線のｊ！
長と被溶接面との交、ζである溶接アーク発生点に旋回
軸を設けることなしに、その溶接７−り発生点を中心と
して溶接トーチを旋回駆動することが可能になる。これ
によって被溶接面に対する溶接トーチの姿勢を一定に保
ったままで、溶接を行なうことができ、溶接ビートの品
質を向上することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本的構成を簡略化して示
す図、第２図は溶接トーチ３の旋回をする機構を示す断
面図、第３図は第２図に示された旋回機構の左側面図、
第４図は１１４２図およびｆＪＳ３図に示された旋回Ｒ
構の構成を簡略化しで示す図、第５図はコルゲーシヨン
を検出するための７クチユエータ３０に関連する構成を
示す第２図における右側面図、第６図は被溶接材２の波
形部２ｂにおける設定角度θｒを示す図、＃１７図はＳ
接トー千３に関連する簡略化した図、ｔｌＳ８図は溶接
トーチ３を移動するための電気的構成を示すブロック図
である。 ２・・・被溶接材、２ｍ・・・平坦部、２ｂ・・・波形
部、３・・・溶接トーチ、３ｍ・・・溶接トーチ３の先
端、５・・・スタイラス、６・・・溶接アーク発生点、
７・・・支持部材、ｉ　ｏ　・＠　１リンク、１１・・
・第２リンク、１２・・・モータ、１４・・・第３リン
ク、１７・・・第１スプロケツトホイール、】９・・・
第２スプロケツトホイール、２２・・・チェーン、２７
・・・スタイラス検出素子代理人　　弁理士　画数　圭
一部 ｊｉｌ　　図 図面の浄書（内容に変更なし］ 第３図 第４図 第５図 第７図 手続補正書（方式） 昭和６０年１１月２９日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直交する第１、第２および第３の動作軸を有し、前記第
   １動作軸に固定した支持部材に第１および第２リンクの
   一端部を枢支し、第１および第２リンクの他端部に第３
   リンクを枢支し、これによつで第２および第３動作軸を
   含む平面内で平行四辺形リンク機構を構成し、第１リン
   クと第３リンクとの枢支位置で第１巻掛け輪を第１リン
   クに固定し、第３リンクに第１巻掛け輪と同一径の第２
   巻掛け輪を第１動作軸に平行な軸線まわりに角変位可能
   に枢支し、第１および第２巻掛け輪にすべりを生じない
   索条を巻掛け、第２巻掛け輪に溶接トーチを取付けたこ
   とを特徴とする自動溶接機。