JPS63256280A - 円筒容器用溶接装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、円筒容器の胴部の円周方向ｉｊよび長手方
向に沿う継手部を内面または外面から７−り溶接する円
筒容器用溶接装置に関するものであり、特に溶接の開始
から終了までのプロセスをマイクロコンピュータによっ
て完全自動で行オ）せるのに適した自動溶接装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、ステンレス密閉容器などの円筒容器の溶接は、仮
り付は溶接された容器の胴部の円周方向（ンーム）およ
び長子方向（バット）に沿う継手部を内面または外面か
ら手溶接或いは台車式などの自走溶接機によって行って
おり、特に内面の溶接に際しては作業員が容器内に入っ
て手溶接したり、或いは容器内で自走溶接機を組み立て
て溶接していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

円筒容器胴部の曲面上での手溶接は能率の点で望ましく
なく、また容器曲面上を自走する台車式自動溶接機は走
行が不安定であって高速ｒａ接に適しておらず、さらに
容器内面における溶接は作業員が容器内に入らないと溶
接できないという不都合が避けられない。

従ってこの発明の目的は、溶接の開始から終了までのプ
ロセスをマイクロコンピュータによって完全自動で制御
して円筒容器の胴部の円周方向および長子方向に沿う継
手部を内面または外面から高速でアーク溶接することの
できる自動溶接装置・を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の円筒容器用溶接装置では、前述の目的を達成
するために、円筒容器の胴部の円周方向および長子方向
に沿う継手部を内面または外面からアーク溶接するもの
において、前記円筒容器を支持してその軸心回りに回動
させる支持手段と、該支持手段に支持された円筒容器の
一端面側にて前記軸心方向に沿って進退可能な水平コラ
ムを高さ位置調節可能に装備し且つ前記コラムの先端に
おいて該コラムの長さ方向と直交する水平軸回りに回動
可能でしかも該水平軸と直交する方向に伸縮可能なアー
ムを備えたマニピュレータと、前記アームの先端に取り
付けられアーム長さ方向にほぼ沿ったｙ軸做い及びそれ
と直交する方向のＸ軸做い機構を介して溶接トーチを保
持する溶接ヘッドと、前記Ｘ軸做い機構の做い方向が前
記軸心と平行な向きとなる位置と直角な向きとなる位置
との二位ｎ間にて前記溶接ヘッドを前記アームの軸心回
りに回動させる回ｆｌＪ機構と、前記溶接ヘッドに取り
付けられてトーチの溶接進行方向前方位置をｗｉ影して
画像データを出力する撮影ｌｉ像処理手段と、溶接中の
アークの電気的特性に関述した測定量からトーチと前記
継手部の溶接開先との相対位置関係を検出するアークセ
ンサ手段と、前記画像データに基づいて前記マニビ、し
一夕と前記支持手段を制御することにより溶接始終端位
置の制御と溶接開先に対するトーチの粗做いを制御する
制御手段と、前記アークセンサ手段の検出データに基づ
いて前記Ｘ軸およびｙ軸做い機構を制御することにより
前記トーチを溶接開先に対して精密做いさせる精密做い
制御手段とを備えている。

この発明の好ましい一実施態様によれば、前記溶接トー
チは、回転軸心から偏心した位置でアークを発生する回
転アークトーチである。

またこの発明の別の好岸しい実施態様によれば、前記溶
接ヘッドは、前記アーム軸心に対する・＼ラドの傾きを
変化させるトーチ狙い角度調ｗｊ機構を有している。

この発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、前記
マニピュレータは台車上に搭載されている。

〔作用〕

前述の構成を有するこの発明の円筒容器用溶接装置にお
いて、前記支持手段は、溶接対象の円筒容器をｔｉｎ例
しにした状態で支持してその軸心回りに回動させる例え
ばターニングローラであり、この容器の回動によって該
容器の胴部の円周方向に溶接トーチが相対移動される。

マニピュレータは、前記支持手段（こ支持された円筒容
器の一端面側に配置され、その水平コラムは高さ位置を
調節されたうえで前記容器の軸心方向に沿って軸方向移
動され、これによりコラム先端が容器刷部の外面上また
は容器端面の口から容１３内部の胴部内面上に位置され
る。このコラムの水平移動によって該容器の胴部の長さ
方向に溶接トーチが相対移動されろ。

水平コラムの先端において、該コラムの長さ方向と直交
する水平軸回りに回動可能でしかも該水平軸と直交する
方向に伸縮可能なアームは、例えば前述水平移動によっ
てコラム先端が容器端面の狭い口から容器内に進入する
際にはコラム軸心方向に揃えられ、口から容器内に入っ
た後に前記水平軸回りに回動されてコラムとほぼ直角を
なすように向きを変えられる。このアームの先端の溶接
ヘッドは、はぼアーム長さ方向に沿ったＸ軸做い機構及
びそれと直交する方向のＸ軸做い機構を介して溶接トー
チを保持しており、回動４１構によって前記Ｘ軸做い機
構の做い方向が前記軸心と平行な向きとなる位置と直角
な向きとなる位置との二位置間にて前記アームの軸心回
りに回動させられ、これによって溶接進行方向の選択、
すなわち容器胴部の円周方向（レーム）か長さ方向（バ
ノ＋−）かが選ばれる。

前記撮影画像処理手段は、溶接・＼ラドに取り付けられ
た撮像素子、例えばテレビジョンカメラを含み、ｌ・−
チの溶接進行方向前方の容器面位置を撮影して画像デー
タを出力する。一方、溶接中のアークの電気的特性に関
連した測定量からトーチと前記継手部の溶接開先との相
対位置関係がアークセンサ手段で検出される。

制御手段は、前記画像データに基づいて前記マニピュレ
ータと前記支持手段を制御することによしＷ！Ｉ接始終
始終端位置御と溶接開先に対するトーチの粗做いを制御
し、その他にｒｆＩ接部の画像データからピード溶は落
ち防止のための溶接条件を制御しなり、開先形状変化や
仮り付は部の検出を画像データから行ってそれに応じた
溶接条件制御を行ったりしてもよい。

精密做いＩ制御手段ば、前記アークセンサ手段の検出デ
ータに基づいて前記Ｘ軸およびＸ軸做い機構を制御する
ことにより前記トーチを溶接開先に対して精密做いさせ
る。

この発明の自動溶接装置は特に高速溶接に適しており、
このため好ましくは溶接トーチとして、例えば特開昭６
１−２４９６６７号公報などに開示されたような回転軸
心から偏心した位置でアークを発生する回転アークトー
チを用いる。

この発明の特徴と利点を一層明確にするために、好まし
い実施例について図面と共に説明すれば以下の通りであ
る。

〔実施例〕

第１図にこの発明の実施例に係る円筒容器用溶接装置の
全体構成を示す。この装置は大きくわけて円筒容器８を
横倒し状態に支持してその軸心回りにｒｆＲｒＪｈさせ
るターニングローラ５と、台車９上に装備された自動溶
接ロボット１０とから構成されている。容器８は一端面
側に口８１を有し、この口のある端面側に前記溶接ロボ
ット１ｏが対置されている。

溶接四ボット１０は、溶接制御装置２と、に接電源装置
３と、マニピュレータ４とを備えている。

マニピュレータ４はポスト４１に昇降位置調節可能に支
持されたガイドブロック４２を有し、このブロック４２
には図示しないＷＪＡ勤装置によって水平移動可能に水
平コラム４３が案内支持されている。水平コラム４３１
よ、この場合、容器８の軸心と同心、またはコラム先端
が回動する容器８の口８１の縁と８＆減的に干渉しない
範囲内で平行に配置されている。尚、８ａ、８ｂは直径
の異なる容器の仮想線であり、このような容器の直径の
変化による口の高さ位置の変更に対しては、水平コラム
４３の高さ位置を変えればよく、或いはまたターニング
ローラ５の高さ位置を変えてもよい。

水平コラム４３の先端にはコラム長さ方向と直交する水
平軸回りで図示しない駆動装置ζζよって回動可能なア
ーム４４が取り付けられており、ア−ム先端には溶接７
＼ツド１が回動機構４５によってアーム軸回りに少なく
とも９０°の角度範囲で回動され１するように装備され
ている。尚、水平コラム４３の先端近傍には溶接ワイヤ
送給装置６が取り付けられ、また台車９上にはンールド
ガス供給用のボンベ７が箔載されている。

前記アーム４４は、第２図及び第３図に示されているよ
うに入れ子式の１１１ｍシリンダ装置からなり、その基
部が水平コラム４３の二叉先端に枢支され、第２図に破
線で示すようにコラム４３と軸を揃えてまっすぐに水平
姿勢をとると、台車９の移動で・ｈラド１を容器８の口
８１を通して出し入れでき、容謬内などの溶接部位の上
でコラム４３と直角に回動させて第２図の実線のように
垂直姿勢をとると、その伸縮長さのＦＪｆｆｆｌでヘッ
ドを溶接部に近づけたり離したりできる。

溶接へ・ソド１は、第４図に示すように、アーム４４の
先端に回！ｌ１ｌｌ＋！１構４５を介してアームと直交
して固定された溶接開先幅方向に向いたＸ軸１１Ｘに案
内支持されたＸ軸スライドブロック１１と、アーム軸お
よびＸ軸と直交する軸心回りに回動角度を調整可能に前
記Ｘ軸スライドブロック１１に取り付けられた１−−チ
狙い角度設定ブロック１７と、このブロック１７に固定
されたＹ軸１２Ｙに支持案内されたＹ軸スライドプロ・
ツク１２と、前記Ｙ軸１２Ｙと平行な向きにＹ軸スライ
ドブロック１２に取り付けられた回転アークトーチ１３
と、トーチ前方を照明するためにブロック１２に取り付
けられた照明用ライト１５と、ライト１５の照らす部分
をＣＣＤ撮像素子で撮影するＣＯＤカメラ１４と、トー
チ前方にて溶接中に発生するヒユームを除去するエアー
ノズル１６とを備えている。

ここで前記Ｙ軸１２ＹはＸ軸１１ｘに対してほぼ直角で
あって厳密にはトーチ角度設定ブロック１７による傾斜
角度だけ直角からずれることになるがこれは実際上は差
支えない。

溶接・＼ラド１のトーチ１３へは第１図に示したワイヤ
送給装置６から溶接ワイヤが供給され、このワイヤには
溶接電源装ｒ！１３から溶接電流が供給される。またボ
ンベ７からはトーチェ３ヘシールドガスが供給され、さ
らに台車上の図示しないエアー源からノスル１６に加圧
エアーが供給されるようになっている。

溶接ヘッド１の各軸ブロック１１，１２．１７の変位や
アーム４４の伸縮と水平・垂直姿勢変え回動、およびコ
ラム４３の水平移動とブロック４２の高さ位置調整、そ
してターニング四−ラ５の回動などの制御は、溶接制御
装Ｍ２がカメラ１４からの画像データとトーチ１３のア
ーク自体の電気的特性データとに基づいて制御する。す
なわち第１図において、制御装置２は、画像処理制御装
置２１と、溶接パラメータ制御装置２２と、画像処理開
先做い制御装置２３と、アークセンサ開先做い制御装置
２４と含んでいる。画像処理制御装置１１２１はカメラ
１４からの画像データを処理して開先位置、開先形状、
仮り付は部位置、溶融池形状等の情報を出力し、予め設
定・記憶された情報との比較等で溶接始終端位置の検出
も行う。溶接パラメータ制御装置２２は画像処理制御装
置２１からの情報を受けて適正な溶接電流・電圧・速度
の指令信号を出力し、ピード溶は落ち防止のための溶接
条件制御や開先形状変化に対応した溶着量一定制御を含
む実質的な溶接条件の制御を行う。

また画像処理開先做い制御装置２３は画像処理制御装置
２１からの情報を受けてトーチ１３が開先に対して過当
な位置にくるようにターニングローラ５やマニピュレー
タ４の各部を制御し、この画像処理開先做い制御装置２
３で制御された範囲内において前記アークセンサ開先做
い制御装置２４がトーチ１３のアーク特性測定データに
基づいてＸ軸スライドブロック１１及びＹ軸スライドブ
ロック１２による精密な閏先做いを行う。

この溶接装置による円筒容部の長手方向および円周方向
の仮り付は済み継手部に対する溶接手順を述べると、継
手の開先形状は例えばＸ開先両面突合せ溶接であり、最
初に制御装置２に容器径や作業唄口および使用ワイヤな
どをキーボードから入力して初期設定を行う。その後台
車９を移動して容器８の口８１に水平コラム４３を対置
させ、コラム４３を容器８の軸心と平行に位置させた後
、各部を原点復帰させてコラム４３の高さ位置を容器８
の口８１に合わせ、且つアーム４４を第２図の実線で示
した姿勢にしてお（。この状態ではコラム４３の先端は
口８１にまっすぐに向かい合っている。

先ず、内面溶接に際して、周継手ζこ合った溶接・＼ラ
ド位置にするために、回動機構４５によって・＼・ソド
１を回動してそのＸ軸１１Ｘが容器８の軸方向に向くよ
うにする。次いでアーム４４をコラム４３の先端で回動
により起こし、第２図に破線で示したようにアームとコ
ラムをまっすぐに軸を揃えた状態とする。この状態で溶
接ヘッド１が口８１の縁からはみださないように前記原
点位置が定められている。

その後コラム４３を水平移動させて容器内部にヘッド１
及びアーム４４を挿入しアーム４４を回動して第２図に
実線で示したように垂直に立て、カメラ１４の画像デー
タに基づいて周方向継手の開先をサーチし、アーム４４
を呻ばしてトーチ高さを合わせ、ターニングローラ５を
回して容器８を回動し、！・−チ１３が開先に正しく指
向するようにする。以上でトーチのセットが完了するの
で、溶接を開始する。アークが発生してからは容器の自
転に伴うトーチの開先做い制御（よアークセンサによる
精密做いであり、Ｘ軸およびＹ軸スライドブロック１１
．１２によろトーチ１３の做い動作が行われながら一周
の溶接が行われる。溶接終端を画像データから検出し、
周方向溶接が一周したらアークを自動的に切る。その後
一連のンーケノスによって先スアーム４４を縮めてヘッ
ド１を引き上げ、アーム４４を回動により起こしてフラ
ノ・４３と軸を揃え、コラム４３を逆方向に水平移動さ
せてヘッドを容器８円からひきだし原点復帰させて終了
する。

尚、溶接）・−チを回転アークＪ・−チとした揚ｈ、前
記アークセンサによる開先做いは、回転アークの電圧波
形を検出して回転の左右での波形が等しくなるようにＸ
軸做いを行い、溶接電流を検出して所定値を保持するよ
うにＹ軸数いを行う乙とで精密な開先做いが達成できる
。

容器内面の長さ方向の継手の溶接については、ヘッド１
の向きを原点復帰状態からそのＸ軸が容器長さ方向と直
交する向きにしてから同様にヘッドを容器内に挿入して
行う。この場合、溶接の送りは水平コラム４３の水平移
動で与えられる。

また容器外面の溶接（ζついては、ブロック４２によっ
てコラム４３の高さ位置を上へ移動させ、容器頂部にて
同様に下向き姿勢の溶接を行えばよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明によれば、溶接の開始か
ら終了までのプロセスをマイクロコンピュータによって
完全自動で制御して円筒容器の胴部の円周方向および長
子方向に沿う継手部を内面または外面から高速でアーク
溶接することができるものであり、容器内に作業員が入
って作業する必要が全くなくなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示す概略の側
面図、第２図は水平コラム先端のアーム部分を示す部分
側面図、第３図は伸長状態のアームを示す部分正面図、
第４図は溶接ヘラ１：部分の拡大側面図である。 図中同一符号は同一または相当部分を示し、１は溶接ヘ
ッド、２は溶接制御装置、３は溶接電源装置！、４はマ
ニピュレータ、５はターニングローラ、６は溶接ワイヤ
送給装置、７はボンベ、８は円筒容器、９は台車、１０
は溶接ロボット、１１はＸ軸スライドブロック、１２ば
Ｙ軸スライドブロック、１３は溶接トーチ、１４はＣＣ
Ｄ力、メラ、１５は照明用ライＴ−１１６はヒユーム除
去用エアーノズル、１７はトーチ狙い角度調整ブロック
、２１は画像処理制御装置、２２は溶接パラメータ制御
装置、２３は画像処理開先做い制御装置、２４はアーク
センサ開先做い制御装置、４１はポス１１．４２はｊイ
ドブロック、４３は水平コラｌ１．４４はアーム、４５
は回！ｌ１ｌ１機構、８１は口を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒容器の胴部の円周方向および長手方向に沿う継
   手部を内面または外面からアーク溶接するものにおいて
   、前記円筒容器を支持してその軸心回りに回動させる支
   持手段と、該支持手段に支持された円筒容器の一端面側
   にて前記軸心方向に沿って進退可能な水平コラムを高さ
   位置調節可能に装備し且つ前記コラムの先端において該
   コラムの長さ方向と直交する水平軸回りに回動可能でし
   かも該水平軸と直交する方向に伸縮可能なアームを備え
   たマニピュレータと、前記アームの先端に取り付けられ
   アーム長さ方向にほぼ沿ったｙ軸倣い及びそれと直交す
   る方向のｘ軸倣い機構を介して溶接トーチを保持する溶
   接ヘッドと、前記ｘ軸倣い機構の做い方向が前記軸心と
   平行な向きとなる位置と直角な向きとなる位置との二位
   置間にて前記溶接ヘッドを前記アームの軸心回りに回動
   させる回動機構と、前記溶接ヘッドに取り付けられてト
   ーチの溶接進行方向前方位置を撮影して画像データを出
   力する撮影画像処理手段と、溶接中のアークの電気的特
   性に関連した測定量からトーチと前記継手部の溶接開先
   との相対位置関係を検出するアークセンサ手段と、前記
   画像データに基づいて前記マニピュレータと前記支持手
   段を制御することにより溶接始終端位置の制御と溶接開
   先に対するトーチの粗倣いを制御する制御手段と、前記
   アークセンサ手段の検出データに基づいて前記ｘ軸およ
   びｙ軸倣い機構を制御することにより前記トーチを溶接
   開先に対して精密倣いさせる精密倣い制御手段とを備え
   たことを特徴とする円筒容器用溶接装置。 ２、溶接トーチが、回転軸心から偏心した位置でアーク
   を発生する回転アークトーチである特許請求の範囲第１
   項に記載の円筒容器用溶接装置。 ３、溶接ヘッドが、前記アーム軸心に対するヘッドの傾
   きを変化させるトーチ狙い角度調節機構を有する特許請
   求の範囲第１項に記載の円筒容器用溶接装置。 ４、前記マニピュレータが台車上に搭載されている特許
   請求の範囲第１項に記載の円筒容器用溶接装置。