WO2006095428A1 - シングルトーチとタンデムトーチの変換方法 - Google Patents

Abstract

　シングルトーチとタンデムトーチの変換を、少ない数のトーチでかつ簡単な構造で可能にする技術を提供する。また、溶接途中におけるトーチの交換作業を少なくする技術を提供する。溶接ロボットのアーム先端５１にジョイント受４を備えた第１ブラケット５２を介して第１トーチ６を支持する。そして、当該アーム先端５１が移動できる範囲内に設けたトーチホルダ１０に、ジョイント１３を備えた第２ブラケット１２で支持した第２トーチ１５を待機させる。そして、アーム先端５１をトーチホルダ５の位置に移動して当該アーム先端とトーチホルダとの間で第２トーチ１５の受渡しを行うことにより、シングルトーチとタンデムトーチとの変換を行う。

Description

明 細 書

シングルトーチとタンデムトーチの変換方法

技術分野

[0001] この発明は、溶接ロボットによるワークの溶接において、溶接ロボットに 1本のトーチ を装着するシングルトーチと、 2本以上のトーチを装着するタンデムトーチとの変換方 法に関するものである。

背景技術

[0002] 溶接ロボットに 1本のトーチを装着して行うシングルトーチによる溶接と、 2本以上の トーチを装着してそれらを同時に動作させて行うタンデムトーチによる溶接は、共に 公知である。タンデムトーチによる溶接は、溶接速度を速くできるので、溶接線の長 い大型のワークの溶接を短時間で行うことができるという長所がある。

[0003] し力しタンデムトーチは、狭い箇所や曲がりくねった箇所の溶接ができない。そのた め、大型のワークにタンデムトーチでは溶接できない箇所があるときは、当該ワークの 溶接箇所全体をシングルトーチで行うか、または、溶接できない箇所をスキップしてタ ンデムトーチで溶接を行 ヽ、溶接をスキップした箇所を後で作業者が手作業で溶接 を行うと ヽぅ方法が採用されて 、た。

[0004] し力し上記の方法では、大型ワークの一部にタンデムトーチで溶接できない箇所が あると、全体をシングルトーチで溶接しなければならず、ワークによっては溶接能率が 非常に悪くなる。また、タンデムトーチによる溶接と手作業による溶接とを併用する方 法は、溶接作業全体の自動化ができないという問題がある。

[0005] この問題を解決するため、溶接途中でタンデムトーチの一方を後退させて狭い箇所 や曲がりくねった箇所を溶接する技術が、この出願の出願人に係る日本国公開特許 公報 2004— 314104号で提案されている。

[0006] この文献で提案された技術は、複数の溶接トーチ又は溶接トーチと溶断トーチとの 複数のトーチを備えた溶接ヘッドにおいて、トーチの一方を他方に対して進退自在 に設ける。複数本の溶接トーチを設けた溶接ヘッドで、細部や狭い箇所の溶接を行う ときは、 1本の溶接トーチを前進させた状態で溶接を行う。広い部分の溶接を高速で 行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作さ せて溶接を行う、というものである。

[0007] 図 10を参照して、上記文献記載の溶接方法の一例を説明する。図の例では、溶接 開始位置 (a)と終了位置 (f)とに、トーチと干渉する高さ Hの段差 9aと、狭い箇所 Kと がある。溶接開始位置 (a)では、図で矢印で示す移動方向の前側となる前側トーチ 2 aを後退させ、溶接ヘッド 1を図の時計回りに傾斜させて、移動方向の後側となる後側 トーチ 2bの先端をワーク 9の段差 9aに接近させて溶接を開始する。

[0008] そして、前側トーチ 2aと段差 9aとの干渉がなくなる距離まで溶接ヘッドが移動したら

( (b)の位置）、前側トーチ 2aを進出させ、溶接ヘッドの傾斜を戻し、前側トーチのァ ークを開始し、両方のトーチ 2a、 2bで溶接を行う状態とする。そして、前側トーチ 2a のアークを開始してから前側トーチ 2aと後側トーチ 2bの先端の間隔 wだけ溶接へッ ド 1が移動したタイミングで、溶接ヘッド 1の移動速度を上げ、平坦な区間 Lの溶接を 高速で行う。

[0009] そして、溶接線の終端の狭隘部 Kに近づ ヽたら、溶接ヘッド 1を減速して、その減 速動作が終了した後、前記間隔 wだけ移動したタイミングで後側トーチ 2bのアークを 停止し、後側トーチ 2bを後退させ、溶接ヘッド 1を図の反時計方向に傾斜させる。こ の状態で溶接終端 (f)まで移動し、前側トーチ 2aのアークを停止して溶接を終了する 特許文献 1：特開 2004-314104号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] シングルトーチによる溶接とタンデムトーチによる溶接を自動変換するため、 1本の トーチを設けたトーチユニットと 2本のトーチを設けたトーチユニットとを自動交換する 方法は、総計 3本のトーチが必要で、それぞれのトーチに溶接ワイヤ、シールドガス 及び溶接電源の供給装置を装着する必要があり、装置がコスト高になり、トーチの着 脱構造も複雑になる。

[0011] また、トーチ交換にも時間がかかり、この間は溶接が中断されるので、溶接時間を 短縮しかつ溶接品質を向上させるために、溶接途中でのトーチ交換を可能な限り回 避するのが望ましい。

[0012] 一方、トーチの進退によるシングルトーチとタンデムトーチの変換は、シングルトー チでの溶接時にも溶接ワイヤ、ガスホース、電源ケーブルなどが 2組接続されたまま になるので、溶接ロボットの動きに制限が生じる。そのため、ワークの形状にもよる力 溶接できない箇所が残り、 自動溶接後の手作業による溶接が必要になることが往々 にして起こる。

課題を解決するための手段

[0013] この発明は、シングルトーチとタンデムトーチの変換を、少ない数のトーチでかつ簡 単な構造で可能にする技術を提供する。またこの発明は、溶接途中におけるトーチ の交換作業を少なくし、必要に応じたレベルでのシングルトーチとタンデムトーチの 変換を可能にする技術を提供する。

[0014] この発明の溶接トーチの変換方法では、溶接ロボットが備える溶接動作用のアーム の先端 51にジョイント受 4を備えた第 1ブラケット 52を取付け、この第 1ブラケット 52に 第 1トーチ 6を支持する。そして、当該溶接ロボットのアーム先端 51が移動できる範囲 内に設けたトーチホルダ 10に、ジョイント 13を備えた第 2ブラケット 12で支持した第 2 トーチ 15を保持して待機させる。そして、前記アーム先端 51を前記トーチホルダ 5の 位置に移動して当該アーム先端とトーチホルダとの間で第 2トーチ 15の受渡しを行う ことにより、前記アーム先端 51に第 1トーチ 6のみを装着するシングルトーチと、前記 アーム先端に第 1トーチ 6と第 2トーチ 15とを装着するタンデムトーチとの変換を行う。

[0015] シングルトーチカもタンデムトーチへの変換は、アーム先端 51の動作により、トーチ ホルダ 5に保持されて待機して!/、る第 2ブラケット 12のジョイント 13を第 1ブラケット 52 のジョイント受 4に結合することにより行われる。タンデムトーチカ シングルトーチへ の変換は、アーム先端 51をトーチホルダ 5の位置に移動し、第 2ブラケット 12のジョイ ント 13を第 1ブラケット 52のジョイント受 4から離脱して、第 2ブラケット 12をトーチホル ダ 5に保持させることにより行われる。

[0016] 上記のこの発明の溶接トーチの変換方法において、前記第 2ブラケット 12に前記 第 2トーチ 15をその長手方向、すなわち溶接トーチの先端をワークに対して進出しま た退避する方向に適時移動させる進退駆動装置 14を設けることにより、トーチ交換 によるシングルトーチとタンデムトーチの変換が可能であると共に、第 1トーチ 6と第 2 トーチ 15の相対的な進退動作による簡易な形態でのシングルトーチとタンデムトーチ の変換が可能になる。

[0017] この簡易な形態でのシングルトーチとタンデムトーチの変換は、第 1ブラケット 52に 第 1トーチ 6をその長手方向に進退させる第 1進退駆動装置 5を設けることにより実現 することちでさる。

[0018] 第 2ブラケットに設けた進退駆動装置 14の駆動は、前記ジョイント受 4及びジョイント 13に、これらを結合したときに連通される流体通路を設け、溶接ロボット側に装着さ れて 、るジョイント受 4に空気圧や油圧などの流体圧を供給し、この流体圧を前記連 通された流体通路を通して進退駆動装置 14に供給することにより行うことができる。 発明の効果

[0019] この発明の方法によれば、溶接ロボットのシングルトーチとタンデムトーチの変換を 自動で行うことができる。また、常設のトーチ 6と適時アタッチされるトーチ 15との 2本 のトーチでシングルトーチとタンデムトーチとの変換が可能であり、これらのトーチに 接続される溶接ワイヤ、ガスホース、電源ケーブルなども 2組でよい。

[0020] 更に、請求項 2— 4の方法によれば、完全なシングルトーチでの溶接、すなわち、溶 接ロボットに装着されるトーチ並びにトーチに接続される溶接ワイヤ、ガスホース及び 電源ケーブルがすべてシングルの溶接と、 2本のトーチの内の 1本を後退させた便宜 的なシングルトーチによる溶接と、複数本のトーチを同時に動作させるタンデムトーチ による溶接とを、必要に応じて自動変換して、溶接を行うことができる。便宜的なシン ダルトーチによる溶接では、タンデムトーチによる溶接との変換を溶接を中断しない で行われるので、トーチ変換時にロスタイムがなぐ溶接品質も良くなる。

[0021] 通常はタンデムトーチを装着してタンデムトーチとトーチの後退による便宜的なシン ダルトーチで溶接を行い、便宜的なシングルトーチで溶接できない場合のみ、ァタツ チトーチの取外しを行えばよいので、アタッチトーチの着脱頻度を低減でき、溶接構 造物の生産性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]この発明のトーチの変換方法を示す概念図 [図 2]ロボットアームへのトーチ先端構造を示す側面図

[図 3]図 2の A-A矢視図

[図 4]図 2の B矢視図

[図 5]図 4の C矢視図

[図 6]ジョイント部詳細説明図

[図 7]第 2トーチホルダの正面図

[図 8]図 7の上面図

[図 9]図 7の D-D断面図

[図 10]従来の溶接方法を示す図

符号の説明

[0023] 2 ジョイント受

5 第 1進退駆動装置

6 第 1トーチ

10 トーチホルダ

12 第 2ブラケット

14 進退駆動装置

15 第 2トーチ

51 アーム先端

52 第 1ブラケット

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図 1は、この発明のトーチ の変換方法を示す概念図である。図において、 1は溶接ロボットのアーム先端、 52は ショックァブソーバ 3を介してアーム先端 51に装着された第 1ブラケット、 4は第 1ブラ ケット 52に固定されたジョイント受、 5は第 1ブラケット 52に装着された第 1進退装置、 6は第 1進退装置 5に装着された第 1トーチである。第 1トーチ 6はネック交換式のもの で、そのボディ 7が第 1進退装置 6に取り付けられ、ネック 8はボディ 7に着脱自在で、 図示しない公知のネック交換装置により交換ネック 59と交換可能である。

[0025] 10はロボットの本体ケースなどのアーム先端 51の移動領域内の不動部材 11に装 着されたトーチホルダ、 12はトーチホルダ 10に着脱自在に保持された第 2ブラケット 、 13はこの第 2ブラケットに固定されたジョイント、 14は第 2ブラケット 12に装着された 第 2進退装置、 15は第 2進退装置 14に装着された第 2トーチである。

[0026] 2本の溶接トーチ 6、 15には、給電装置 16a、 16b、ワイヤ送り装置 17a、 17bがそ れぞれ個別に設けられ、給電電圧の制御や給電のオンオフ、ワイヤ送り速度の制御 、進退装置 5、 14の進退動作などは、溶接ロボットを制御している図示しない NC装 置の制御の下で行われる。

[0027] 図 1の実線は、シングルトーチの状態を示しており、第 2トーチ 15は、トーチホルダ 1 0で保持されて、不動位置で待機している。溶接ロボットのアーム先端 51には、第 1ト ーチ 6のみが装着されている。小型のワークや狭い箇所の溶接は、このシングルトー チの状態で、かつ必要に応じてネック 8を交換ネック 59に交換して自動溶接を行う。

[0028] シングルトーチからタンデムトーチへの変換は、ロボットのアーム先端 51をトーチホ ルダ 10の位置に移動し、当該アーム先端の動作により、ジョイント受 4とジョイント 13と を結合することによって行われる。この結合により、第 2トーチ 15は図 1に想像線で示 すように、 2本のトーチ 6、 15の先端相互を近接させた状態でアーム先端 51に支持さ れる。この状態で第 1及び第 2トーチ 6、 15のアークを開始して、アーム先端 51により トーチ 6、 15を移動させることにより、タンデムトーチによる高速溶接が行われる。溶接 途中に 2本のトーチの内の 1本を後退させることによって、トーチヘッドとワークとの干 渉を回避することができる段差部や狭い溶接箇所があるときは、第 1又は第 2進退装 置 5、 14を動作させて、トーチの 1本を後退させた状態で溶接を行う。このときのトー チの動作は、図 10の従来方法で説明した動作と同じである。

[0029] タンデムトーチの 1本を後退させただけでは溶接できな!/、ような狭 、箇所や、複雑 なトーチ動作を必要とする箇所などの溶接を行うときは、アーム先端 51をトーチホル ダ 10の位置に移動し、第 2トーチ 15をトーチホルダ 10で支持した状態でジョイント受 4とジョイント 13とを切り離す。これによりシングルトーチに変換されるので、必要に応 じてネック交換を行って、シングルトーチによる溶接を行う。

[0030] 図 2ないし 5は、溶接ロボットのアーム先端 51へのトーチ 6、 15の具体的な装着構 造の例を示した図である。これらの図は、タンデムトーチの状態で示されている。ァー ム先端 51には、上下方向に揺動するハンド 18及び旋回フィンガ 19を介してショック ァブソーバ 3が装着され、このショックァブソーバにジョイント受 4を備えた第 1ブラケッ ト 52が装着されている。トーチ 6、 15の先端は、旋回フィンガ 19の旋回中心線 20の 延長上に向いている。

[0031] 第 1ブラケット 52には、図 2で上下方向の直線ガイド 21が固定され、この直線ガイド に案内されるスライダ 22に第 1進退装置 5を構成するシリンダ 23が固定されている。 シリンダ 23のロッド 24の先端には、ジョイントブロック 25が取り付けられ、このジョイン トブロックが第 1ブラケット 52の下端に固定されている。第 1トーチ 6のボディ 7は、取り 付けブロック 26を介して第 1シリンダ 23と共にスライダ 22に固定されている。シリンダ 23のヘッドエンド側とロッドエンド側には、フレキシブルホース（図示せず）が連結され ており、このホースを通してロッドエンド側に作動空気を供給することにより、ロッド 24 が伸長して、第 1トーチ 6を後退させる。

[0032] 第 2トーチ 15を支持する第 2ブラケット 12は、図 3に示すように、図 2の上方から見て L形をしており、その基端にジョイント受 4と嵌脱されるジョイント 13が固定されている。 第 2トーチ 15を進退させる第 2進退装置 14は、第 1進退装置 5と同じ構造で、 27は直 線ガイド、 29はそのスライダ 28に装着された第 2シリンダ、 30はそのロッド、 31は連 結ブロックである。図の例では、第 2トーチとしてネック固定式のものが用いられている ため、トーチを固定する固定ブロック 32の形状が第 1トーチのものと異なる力 この固 定ブロック 32がスライダ 28に固定されて、第 2トーチ 15を進退自在に保持して 、る点 は、第 1トーチと同様である。第 2シリンダ 29のヘッドエンド側とロッドエンド側に連結 されたフレキシブルホースの他端は、次に説明するジョイント 13の連結ポート 33、 34 に連結されている。

[0033] 図 6はジョイント 13及びジョイント受 4の断面を示した図である。ジョイント受 4は、中 央に下方に開いた連結孔 35を備え、ジョイント 13は、この連結孔に挿入される連結 ピン 36を備えて 、る。連結ピン 36の先端外周 3箇所にジョイント 13に内蔵したピスト ンによって出没するロックボール 37が設けられており、連結孔 35にはこのロックボー ルに嵌合する凹所が設けられている。連結ピン 36を連結孔 35に差し込んでロックボ ール 37を進出させることにより、ジョイント受 4とジョイント 13とが結合される。 [0034] ジョイント受 4には、外周 2箇所に開口する供給ポート 38、 39に連通して、ジョイント 13と当接するジョイント面 40に開口する通孔 41、 42が設けられている。一方、ジョイ ント 13には、結合されたときにこの通孔に揷入される-ップル 43が設けられており、こ の-ップル 43が第 2シリンダ 29に連結したフレキシブルホースを接続する連結ポート 33、 34に連通している。供給ポート 38、 39は、図示しなしフレキシブルホースにより 、ロボット側の空気源に連結れている。

[0035] なお、ロックボール 37を進退させる図示しないピストンを動作させる空気圧も同様な 構造で、ジョイント受 4からジョイント 13側に供給されて！、る。

[0036] 図 7及び 9は、待機時に上記構造の第 2トーチ 15を保持するトーチホルダ 10を示し た図である。ホルダ 10の上面には、第 2ブラケット 12の矩形の基端部 12aを受ける浅 い溝状の凹所 10aが形成されており、その溝の一端を遮るように横方向の係止溝 44 が形成されている。第 2ブラケット 12の基端には、係止溝 44に嵌合する係止爪 45が 形成されている。第 2ブラケット 12は、ロボットアーム先端 51の動作により、その基端 部 12aを溝 10aに嵌合するように搬送され、次いで基端側を進出する方向に移動さ せることによって、係止爪 45が係止溝 44に嵌合した状態でトーチホルダ 10上に載置 される。この状態でジョイント受 4とジョイント 13との結合を解き、アーム先端 51を上昇 させることにより、第 2トーチ 15がロボットアームの先端力も切り離され、トーチホルダ 1 0で保持された状態となる。第 2トーチ 15をアーム先端に装着するときは、この逆の動 作、すなわちアーム先端 51の動作により、第 1ブラケット 52をトーチホルダ 10の上方 で下降させ、ジョイント受 4とジョイント 13とを当接させてロックボール 37により、両者を 結合し、次いで係止溝 44から離れる方向にアーム先端 51を移動させた後、上昇す ることにより、第 2トーチ 15が溶接ロボットのアーム先端に装着される。

産業上の利用可能性

[0037] 上記のこの発明のトーチ交換方法により、シングルトーチとタンデムトーチの変換を 簡単な構造と少ないトーチ数で実現することができる。そして、第 1トーチとしてネック 交換式のものを用いれば、ネック交換とシングルトーチとダブルトーチとの変換を併 用することにより、多様な溶接条件に対応できる。更に実施形態で詳述した進退装置 を設けることにより、タンデムトーチの状態で簡便にシングルトーチによる溶接を実現 することができ、トーチ交換を頻繁に行うことによるロス時間を減少することができる。 従って、この発明により、種々多様なワークを全自動でかつ能率的に溶接することが できるという効果がある。

Claims

請求の範囲

[1] 溶接ロボットのアーム先端 51にジョイント受 4を備えた第 1ブラケット 52を介して第 1 トーチ 6を支持し、当該アーム先端の移動領域内に設けたトーチホルダ 10にジョイン ト 13を備えた第 2ブラケット 12で支持した第 2トーチ 15を保持し、

前記アーム先端を前記トーチホルダ 5に移動して当該アーム先端とトーチホルダとの 間で第 2トーチの受渡しを行うことにより、

前記アーム先端に第 1トーチのみを装着するシングルトーチと、前記アーム先端に第 1トーチ及び前記ジョイントをジョイント受に結合した第 2トーチを装着するタンデムト ーチとの変換を行うことを特徴とする、溶接ロボットにおけるシングルトーチとタンデム トーチの変換方法。

[2] 前記第 2ブラケット 12に前記第 2トーチ 15をその長手方向に進退させる進退駆動 装置 14を設けることを特徴とする、請求項 1記載のシングルトーチとタンデムトーチの 変換方法。

[3] 前記ジョイント受及びジョイントにこれらを結合したときに連通される流体通路を設け 、この流体通路にジョイント受側力 供給される作動流体で前記進退駆動装置を進 退可能にする、請求項 2記載のシングルトーチとタンデムトーチの変換方法。

[4] 前記第 1ブラケット 52に前記第 1トーチ 6をその長手方向に進退させる第 1進退駆 動装置 5を設けることを特徴とする、請求項 2又は 3記載のシングルトーチとタンデムト ーチの変換方法。