JPS6343772A - 下向き自動溶接装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接線が傾斜していて、そのままでは下向溶
接ができない被溶接部材の溶接作業を、全て下向Ｎで行
う乙とのできろ自動溶接機とそのｔ古１）支方法に関す
る、。

〔従来の技術〕

例えば、第２，３図（こ示ず被溶接部材Ａを溶接線Ｗに
沿、、て開先取り溶接する場合、作業者ば溶接１−−チ
を持って溶接線方向に移動する。このとき、溶接の品質
を高くするには溶接線を常に水平に保ち、溶接姿勢を下
向きとすることが望ましい。

なお、開先角度は一般的には６０°〜９０°とされてい
るが、これに限定されるものではない。また、人′は裏
当板である。

このため、従来は第４図に示すように、シー゛ノー形の
受台Ｂに被溶接部材Ａをのせ、溶接線を常に水平に保つ
よう順次被溶接部材Ａを傾斜させる方法がとられている
。しかしながら、傾斜を変えるごとに溶接作業は中断さ
れ、連続溶接ができないため、作業時間が長くなり、能
率は低下する。

また、上面溶接が完了した後は、被溶接部材Ａを反転さ
せ、再び同じ作業を繰り返す必要があるので、作業に手
間取る。たとえ、溶接を自動溶接機に置換えた場合でも
、溶接線を常時水平に維持するため、順次被溶接部材Ａ
を傾斜させる必要がなるので、作業者が操作することと
なり、その都度溶接作業が中断する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の方法では、溶接作業そのものが非能率
的どなるほか、−・般に溶接の開始点や終了点ては融合
不良、溶込み不足、ブローホールなどの溶接欠陥が多発
するため、溶接の断続は溶接品質１−好、Ｌしくない１
．さらに溶接の継目では、ビードの形状がこぶ状となっ
て製品の美観も悪く、グライノタによって滑らかに修正
する必要がある。

さらに前述のように、作業者は被溶接部材Ａのセット、
溶接の監視、傾斜調整、溶接機のセソテイノグなど数々
の作業を行うため、非効率的な作業とな−）でいる、。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、以上のような従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、第一の発明は、溶接１・−ヂを
支持し、該１〜−チのワイヤの先端部を通る第一の軸線
を中心に回転する第一の回転手段と、前記第一の軸線に
直交する第一の方向に移動１１■能な第一の移動手段と
、第一の移動手段に設けらｉｌ、前記第一・の回転手段
を前記第一の軸線および前記第一の方向と直交する第二
の方向に移動可能に設けた第二の移動手段と、第一の移
動手段に設けられ、第一の回転手段を前記第一の軸線の
方向に移動可能に設けた第三の移動手段と、第一の移動
手段を移動可能に支持する架台と、該架台を前記第一の
軸線方向と並行な第二の軸線で回転可能に支持する第二
の回転手段と、主たる溶接線の方向が第一の方向と並行
に被溶接部材を架台に支持固定する手段と、前記第一・
ないし第三の移動手段および第一、第二の回転手段を制
御する制御装置を設けたことを特徴とするものである。

また、第二の発明は、 被溶接部材を架台にセラｌ−ｊ、　ｔ：のち、溶接開始
点の設定と終了点の設定を行い、センサーによって被溶
接部材の形状情報を読取り記憶し、その終了後、センサ
ーに変えて溶接１・−チをセットシ、溶接条件の設定完
了後に溶接作業を前記条件と被溶接部材の形状情報とに
よって実施することを特徴とするものである。

〔作　　用〕

次にこの発明の詳細な説明する。第一の発明において、
支持固定する手段は、被溶接部材の形状に起因１７て溶
接線が傾斜している被溶接部材を架台にセ・ソトする。

第二の回転手段は、被溶接部材の溶接線を常に水平状態
に保持し、第一の回転手段は、溶接トーチの向きを常に
垂面方向に保持する。第一の移動手段は、被溶接部材の
主たる溶接線の方向に溶接１・−チを動かして溶接する
。第二の移動手段（Ｊ゛、溶接１・−手を被溶接部材に
対して常に−・定の間隔に保つ。第三の移動装置は、溶
接）、−千が溶接線から外寸１ないようにするととも（
こ、ウィービ、ゲさせる役目をもつ。制御装置は、溶接
（こ先立ら被溶接部材の形状を記憶するととＶ〕に、溶
接時に各移動手段、および、各回転手段を適正に制御す
る？）のである。。

また、第二の発明において、最初に架台の固定手段に被
溶接部材をセ＝ｔ　ｌ・シたら、溶接条件を制御装置に
設定入力するか、または、溶接１・−チをセノ乃−に変
えて、まずティ一部ノゲを行う３．そののち、溶接１・
−ヂをセットして溶接条件を設定人力するか、：したは
ずでに入力していれば溶接作業をスタートさせる。一連
の溶接作業が終了したら、被溶接部材の他面を溶接する
ために被溶接部材を回転させ再セ・ントする。再び前記
手順を繰り返したのち、すべての手順が終了したなら被
溶接部材を取出す。

〔実施例〕

以下、実施例を図面によって説明する。第１図ならびに
第５，６図は、本発明の概要を表す実施例の一つである
。

第一の移動手段１１９丁溶接１・−チＴ、第一の回転手
段４．第二の移動手段２．第三の移動１段３、および、
ワイヤ送給装置８ａ、あるいは、必要に応じて溶接機８
を装備して、架台７上を被溶接部材Ａの主たる溶接線方
向に移動する。移動はラック１２とビニ詞ン１３で滑り
なく行わわるのが望ましく、駆動はサーボモー々１ａな
どを利用するとよい。また、架台７が傾斜するので、移
動手段１が架台７から外れないような防護手段を設けて
おく必要がある。

第一・の回転手段４は溶接１・−チＴを支持し、溶接ワ
イヤ８ｂの先端部１゛Ｏを通り、前記第一の移動手段１
の移動方向に直交し、かつ、水平な軸線αを中心に回転
して溶接１・−チ゛ｒを常時垂直に向くよう→ノーボモ
ークなどで制御する。

第一・の移動手段１に第二の回転手段４の間には、第二
および第三の移動手段２，３が設けられる。

第二の移動手段２ば、溶接トーチＴが被溶接部材Ａに対
して常に　定の間隔を保つよう溶接１−−−チ′ｒ゛を
移動さぜるためのもので、サーボモータなどによ−、・
て制御する。第三の移動手段３は、溶接１・−チ′１゛
が溶接線Ｗから外れないよう、また、ウイービングする
よう、軸線αの方向に溶接トーチＴを移！助さぜるもの
で、同じくサーボモー“夕などによって制御する。実施
例では第一の移動手段１に第三の移動手段３を設ζす、
これに第二の移動手段２を設けているが、第二と第三の
移動手段を入替えてもその作用ア効采は変わらない。

第一・の移動手段１を支持する架台７は、そのほぼ中央
付近−Ｃ＋ＩＩＩ線αと同方向の軸線βによって回転ｏ
ｆ能に支持台１０によ−、て支持される。乙の軸線βは
被溶接部材Ａの溶接線Ｗを常に水平に維持するために被
溶接部材Ａを傾けろための基準となろ３゜第二の回転手
段５ば、この軸線βを中心に架台７を回転させるための
もので、前記同様、その回転はサーボモータ１８などで
行うのがよい。被溶接部材Ａは溶接すべき状態のものを
前記架台に設けた固定手段６にセットする。これらの固
定手段６は、被溶接部材Ａの主たる溶接線Ｗの方向が前
記第一・の移動手段１の移動方向と一致するＪ、うにし
てあり、該方向と並行な軸線γを中心に被溶接部材Ａを
所望の角度に回転、固定自在に支持する。ここで、主た
る溶接線とｌ：Ｌ溶接線が被溶接部材Ａ上で必ずしも直
線ではないが、主として向いた溶接線の方向をいう。

いよ、第一の移動手段１が移動中に、溶接線の傾斜した
区間に入った場合、後述する形状情報に基づき、第二の
回転手段５は溶接線Ｗを水平に保持するよう架台７を回
転傾斜させると同様に第一の回転手段４６回転をはしめ
、溶接トーチＴｆｅ垂直に保持する。まｔ：、第二の移
動手段２はワイヤ８ｂの先９１ｋｉ部゛１゛ｏと被溶接
部材Ａの間隔を一定にするように溶接１・−チＴを移動
させ、第三の移動手段３　（：ｔ　、溶接１・−チＴが
溶接線より外れないよう、同様に形状情報に基づき移動
する。

これによって、被溶接部材Ａの溶接線は常に水平を維持
しつつ、溶接）・−チＴは常（こ被溶接部材Ａとの間隔
を正く保持する。

次に、被溶接部材Ａの回転による傾斜と溶接速度、およ
び、各移動速度の関係について述へる。

第７〜９図は、溶接線が常に水平になるよう被溶接部材
Ａを回転傾斜した場合の図で、第一の移動手段１の移動
速度をＶｌ、第二の移動手段２の移動速度をＶ２．被溶
接部材への傾斜角度をθとすると、必要な溶接速度Ｖを
得るための必要な各方向の移動速度は次のとおりである
。

θ＝０の場合、　　Ｖ１＝Ｖ ■２−　Ｏ ｏ　＝　−＋−０（７）場合、　Ｖｌ　＝　Ｖｃｏｓ　
（ｉθ）Ｖ２−”　Ｖｓ　ｉ　ｎ　（！θ） １７たがって、−射的には、必要な溶接速度■が判明し
ていれば、第一、および、第二の移動速度Ｖ１．　Ｖ２
は架台の傾斜角度θによって求める乙とができ、前式Ｚ
こよって算出した速度に制御すればＪ：い乙と（こなる
。

本発明では、溶接線を水平に保つため、架台を軸線βを
中心に第二の回転手段で回転傾斜させている。この第二
の回転手段にバックラッシが存在すれば、第一の移動手
段が架台上を往復するためバランスが悪くなり、回転傾
斜の応答性も悪くなって、溶接の品質にも影響を及ぼず
。このため本発明では次のような手段で機械的なバック
ラッシを防止している。

即ち、第１０．１１図において、架台の下に第一の移動
手段によって移動する重量Ｗと等しいカウンタウェイト
Ｗを設けて、相互に循環的な連結具１１によって連結し
、同じ量だけ逆向きに動くようにする。このとき、夫々
の重心Ｇ、Ｇ間の距離の中点Ｃが軸線βに対してＥだけ
ずれるようにセラｌ〜する。

これによって、常に図で時計回りのモーメントＭ　−２
ｗ　Ｆ、が作用する乙とになり、第二の回転手段５の伝
達機構、たとえば歯ＪＶやチェーンにバックラッシがあ
っても、伝達機構が片当たりするので、実質的にその影
響を無くすることができる。また、両者の重量が等しい
ので、第一の移動手段が架台」二を移動しても、架台は
全くその影響をうけず、その位置関係にかかわらず、作
用するモーメンｊ・が常に一定であるので、回転傾斜の
動きが円滑となる。

次に、溶接作業をその手順に従って説明する。

まず、溶接前の形状記憶のためのティーチングについて
述べる。

一般に精度良く仕上げられた被溶接部材Ａは別として、
溶接の対象となる被溶接部材は、個々の精度上のバラツ
キや支持固定の具合によっても、溶接線を正確にトレー
スできない場合が多い。そこで溶接に先立ち、被溶接部
材の形状を予め制御装置に記憶させ、このデータに基づ
いて溶接すればＪ、り精度の高い溶接が可能どなる。こ
の記憶作業をことてはティーチングと呼ぶ。

ティーチングは、被溶接部材Ａを架台の固定手段６によ
って固定した後、溶接１−−チと同じ位置関係をもつセ
ンサーＳで、被溶接部材Ａの表面、開先取りされていれ
ば、この開先に接触して溶接線をトレースする。このと
き、センサーＳはその先端部が針状の触手、あるいは、
ボールとするか、または、第一の移動手段の移動に伴い
回転するローラがよい。第１２図のように、特に開先を
設けた被溶接部材Ａに対してはローラＳ１、または、ボ
ールＳ２が好ましい。

このティーチングは、第一および第二の回転手段を固定
し、第一ないし第三の移動手段のみを作用させて行う。

第１３図において手順１０１で、予め架台にセラＩ−し
てある被溶接部材Ａに対して、溶接条件の設定後、手順
１０３で溶接トーチを溶接の開始点まで導いてくる。そ
して溶接ｊ・−チと被溶接部材Ａとの間隔を適正に調整
し、溶接ワイヤを正しくセットシた時点で、制御装置の
スイッチを扱って原点指示を行う。この時点が初期値の
セラ１、となり、すべての制御の原点となる。

次に、溶接１・−手をセンサーに変換するが、第１図の
ように交互にセ＝ｔ　Ｉ・できる構造としておくのが望
；Ｌしい。センサーＳは第二の移動手段で被溶接部材Ａ
にその先端部を押しつけろように作用させるので、第１
２図のように被溶接部材への開先の間に正しくセ＝ｔ　
Ｉ・する。続いて手順１０４て終了点を設定するが、通
常一般に用いられるようなリミットスイッチ、あるいは
、トゲを用いて第一・の移動手段がこれをピ・ント（７
て終了点を制御装置に知らせ、動きを止める手段が簡便
であり、設定はこれらのイを置を所定の位置にセットす
ることで完了する。

以上が終オ）れば、手順１０５の子ィーチノゲを開始す
る。制御装置にスタート指令を与え゛Ｃ第一の移動手段
を移動させると、第二の移動手段の作用による通常の倣
い機能と同じ働きで、被溶接部材Ａの溶接線に沿ってセ
ンサーが移動し、所定のピッチ毎にその座標を読み取る
。通常０５〜１胴ピ・ソチに座標情報を読取れば十分で
あるが、これに限られずともよい。こねによって溶接線
の形状が三次元的に制御装置に記憶される。手順１０６
でティーチングが終了すれば、センサーをスタート位置
に戻すようプログラムしておくとさらによい。

続いて溶接作業について述へると、スタート位置に戻っ
たセンサーを手順１０７で再び溶接１・−チと入替えて
セ・ソトする。次に原点りセットの指令を制御装置に与
えて、当初セットした原点に溶接１・−チをセットする
と、先はどティーチングした形状と原点との間には、所
定の間隔が生ずる。即ち、乙の間隔を基準とした溶接が
行われる。

第１３図では、手順１０２を手順１０１の次においたが
、１０２は１０７の次にあっても支障がない。後者の場
合、溶接条件の設定を行うわζフて、電流、ｔＴｉ圧、
溶接速度２層数、多層溶接時のシフ１〜量、ウィービン
グの条件ほか種々のデータを制御装置に入力する。

溶接は手順１０８にて乙の条件に基づきティーチング（
７た形状情報を随時読み出し、架台、および、トーチの
姿勢と溶接の制御を行う。勿論、この場合にはティーチ
ング時に固定ｊ７た第一、および、第二の回転手段を活
かして行う。このため、溶接線は常に水平となるよう架
台は回転傾斜し、これに伴って溶接１・−チは常に垂直
に向くよう制御される。また、前記した所定の溶接速度
が得られるよう、第一および第二の移動手段が作用かろ
ほか、溶接線を正確にトレースし、かつ、ウィービング
させるために第三の移動手段が作用する。

手１１１ｉ１０９て溶接が終了すると、自動的に停止し
て待機するので、他の面の溶接が必要な場合は、固定手
段の軸線７回りに被溶接部材Ａを回転させて所定の面に
セットする。（手順１１０および１１０）その後再び手
順１０２にもど９（勿論同じ条件なら設定不要）以下の
手順を実行ｊ７て手順１１０に至り、全ての溶接が終了
１７た場合、手順１１２で被溶接部材Ａを取出す。乙の
ような一連の子イーチンゲと溶接作業に」：って、従来
の方法による手間のかかる作業のほとんどが自動化され
、また、溶接の条件や精度が均質となって製品の品質が
向上するほか、作業時間と労力が大幅に短縮されろ。

〔発明の効果〕

この発明によれば、以下のような効果がある。

即ら、第一、第二の発明に共通して、 （、）　　従来の溶接方法に比べて溶接作業の中断がな
く、これに伴う品質上の欠陥がなくなる。

（ｂ）　　常時下向き溶接となるので、溶接の品質が向
上する。

（ｅ）　　溶接速度、１・−チと被溶接部材との間隔。

ウィービングの条件などが機械化によって常に一定とな
るので品質が安定する。

（ｄ）それほど正確なセツティングを必要としないので
、作業が容易で、一度セットすれば作業の完了まですへ
て自動化できる。

（ｅ）　　表、裏画面の溶接が被溶接部材を回転させる
だけで簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の発明の概要を示す斜視図、第２
図ａ【よ本発明を実施する場合の被溶接部材の一側を示
す平面図、温間すは同上一部切欠正面図、第３図ａ、ｂ
は被溶接部材の開先の一例を示す正面図、第４図は従来
の作業状態を示す説明図、第５図は第一・の発明の実施
例を示す正面図。 第６図は第５図の■−■線の断面図、第７〜９図は架台
の回転角度と溶接速度の関係を示す説明図。 第１０．１１図は第一の発明の他の実施例を示す架台の
正面図、第１２図は開先部とセッサーの関係を示す説明
図、第１３図は第二の発明の実施例を示すプロッタ説明
図である。 ′ｒ　溶接１・−チ、　Ｔｏ　　ワイヤの先端部、Ｗ　
溶接線、１　第一の移動手段、　Ｉａ　　サーボモータ
。 ２・第二の移動手段、３　第三の移動手段、４第一・の
回転手段、５　第二の回転手段、６　固定手段、７　架
台、８　溶接機、　８ａ　　ワイヤ送給装置、　８ｂ−
ワイヤ、１０　　支持台、Ａ　粗溶接部材。 Ｓ　セノ・リ−ｐ　ＳＩ　　　ローラ、　Ｓ２　　ポー
ル、α軸線、β　軸線。 特許　出願人　　川崎重工業株式会社 第６図 第７図 ヵ８　図 矛９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔第１項〕 溶接トーチを支持し、該トーチのワイヤの先端部を通る
   第一の軸線を中心に回転する第一の回転手段と、前記第
   一の軸線に直交する第一の方向に移動可能な第一の移動
   手段と、第一の移動手段に設けられ、前記第一の回転手
   段を前記第一の軸線および前記第一の方向と直交する第
   二の方向に移動可能に設けた第二の移動手段と、第一の
   移動手段に設けられ、第一の回転手段を前記第一の軸線
   の方向に移動可能に設けた第三の移動手段と、第一の移
   動手段を移動可能に支持する架台と、該架台を前記第一
   の軸線方向と並行な第二の軸線で回転可能に支持する第
   二の回転手段と、主たる溶接線の方向が第一の方向と並
   行に被溶接部材を架台に支持固定する手段と、前記第一
   ないし第三の移動手段および第一、第二の回転手段を制
   御する制御装置を設けたことを特徴とする下向き自動溶
   接装置。 〔第２項〕 制御装置が、被溶接部材の溶接線を常に水平に保つよう
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   下向き自動溶接装置。 〔第３項〕 被溶接部材を架台に支持固定する手段が、第一の方向に
   並行な軸線回りに被溶接部材を回転固定自在としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１、２項記載の下向き自
   動溶接装置。 〔第４項〕 第一の移動手段によって移動する重量と等しい重量をも
   っカウンタウェイトと、前記第一の移動手段とを循環的
   で、互いに逆向きに動くよう結合し、両者の重心間の距
   離の中点が第二の軸線と一致しないように設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１ないし３項記載の下向き
   自動溶接装置。 〔第５項〕 被溶接部材を架台にセットしたのち、溶接開始点の設定
   と終了点の設定を行い、センサーによって被溶接部材の
   形状情報を読取り記憶し、その終了後、センサーに変え
   て溶接トーチをセットし、溶接条件の設定完了後に溶接
   作業を前記条件と被溶接部材の形状情報とによって実施
   することを特徴とする下向き自動溶接方法。 〔第６項〕 一連の溶接手順の終了後、架台の被溶接部材を再セット
   して再度一連の溶接手順を実行することを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の下向き自動溶接方法。