JPH06142928A

JPH06142928A - 自動溶接装置

Info

Publication number: JPH06142928A
Application number: JP29046392A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Hagiwara; 原友郎萩; Kaoru Hoashi; 足薫帆; Shinya Kizaki; 崎 ▲しん▼ 哉木
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ト−チを旋回しながらその先端を溶接線に倣
って位置決めするとともに、定速で移動させる場合の制
御を単純化する。【構成】楕円歯車対などを用いて、（１／ｃｏｓθ）
の角速度変換を機械的に実施する。モ−タを一定速度で
駆動するだけで、ト−チ先端は溶接線方向に一定の速度
で移動する。カム等を用いてト−チの旋回軸３の回転角
度θを（１−ｃｏｓθ）の偏位量に変換し、その偏位量
をに応じて、溶接線に直交する軸方向に溶接装置を移動
させる。制御が容易になり、制御装置が小型化及び軽量
化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接トーチを旋回させな
がら溶接を行なう自動溶接装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば鋼船の船底に用いられる構造物を
組立てる場合には、水平な鋼板の上に垂直に立てた鋼板
をます目状に配置し、水平板と各縦板とを実当てた隔部
分に溶接トーチを倣わせ、水平面内で溶接トーチを移動
しながら溶接する。この場合、溶接トーチを縦板に平行
に移動させると、ト−チ先端が溶接範囲の始端又は終端
（角部）に達する前に、溶接トーチの側面が、溶接中の
縦板と直交する他の縦板に接触する。したがって、始端
及び終端において、溶接トーチの巾の１／２だけは自動
的に溶接が出来ない。

【０００３】始終端の溶接残しをなくするためには、溶
接トーチを、その先端から離れた支持部材を中心にして
水平面内で旋回させる必要があるが、溶接トーチを旋回
すると、ト−チ先端位置が溶接線から離れる方向又は接
近する方向に移動するので、ト−チ先端の倣いのため
に、旋回と同時にトーチ中心を溶接線に近づける方向に
移動しなければならない。また、溶接線上の移動速度、
すなわち溶接速度も、溶接トーチの旋回に伴なって変化
するので、それを一定に保つように特別な制御が必要に
なる。そこで例えば、実公昭５２−１８７１号公報で
は、溶接トーチをガイドカム溝によって支え、旋回と同
時に前進させる方法を提案している。しかしながら、作
用の円滑性と耐久性の問題から実用化は困難である。

【０００４】この種の旋回中心の移動と旋回回転数の調
節を行なう場合、一般には、旋回角度を検出し、検出し
た旋回角度に基づいて旋回中心の移動量と旋回速度を定
める数値を、演算し、あるいは函数発生装置を作動さ
せ、ないしは記憶装置より読出す等の方法で求める。し
かしこのような方法では、溶接装置の機構部分は比較的
簡略化されるが、制御装置の複雑化と大型化はさけられ
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動溶接装置は工場据
付型のものを除いて、なるべく小型で移動し易いものが
望まれる。また作業環境の面から、なるべく機構が単純
で、制御工程も単純なものが保守上有利である。

【０００６】近時制御技術の進歩により機械部分の小型
化が容易になっており、小型の自動溶接装置では機械本
体より制御装置の方が大きくなる場合もある。しかし、
制御装置自体も更に小型化および簡略化がはかられるべ
きである。

【０００７】もし溶接トーチの旋回機構の大きさをあま
り変えることなしに、それ自体で旋回中心の移動と旋回
速度の変更を自動的に行なう機能をもたせるか、あるい
は制御工程の一部を代替しうる機能をもたせることが出
来れば、制御装置を簡略化して調整保守を容易にし、容
積を小さくして移動および取扱いに便利な装置とするこ
とができる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、溶接ト−チの旋回中心の移動と旋回速度の変更を
複雑な制御なしに実現し、制御装置の簡略化をはかるこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、溶接トーチを旋回させながら、
直線上の溶接を行なう自動溶接装置において：溶接トー
チの旋回駆動系に結合した信号発生器（８）；該信号発
生器より発生する信号に従って、溶接トーチの旋回中心
位置を、溶接線と実質上直交する軸の方向に移動する、
移動手段（１０）；及び溶接トーチの旋回駆動系中に介
在された異形歯車対（４，５）；を設ける。

【００１０】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１１】

【作用】本発明においては、移動手段が、信号発生器が
出力する信号に従って、溶接トーチの旋回中心位置を、
溶接線と実質上直交する軸の方向に移動するので、溶接
トーチ先端の移動軌跡を溶接線に一致させることがで
き、また異形歯車対を溶接トーチの旋回駆動系中に介在
することによって、溶接速度を一定に保つことができ
る。つまり本発明は、機構的に旋回中心の移動と旋回速
度の変更の機能を実現することによって、制御装置の簡
略化をはかるものである。

【００１２】本発明を図を参照して詳細に説明する。図
１において、ｘ−ｘ’なる直線に沿って、右向きに溶接
する場合を想定する。ｏ点を旋回中心とし、先端がｃ点
でｘ−ｘ’に接する長さＬの溶接トーチを時計方向に旋
回させると、ト−チ先端の軌跡はｂ−ｃ−ｄを通る円弧
を描くので、旋回にともなって溶接線ｘ−ｘ’から離れ
る。

【００１３】ト−チ先端と溶接線ｘ−ｘ’との距離ｙ
は、ｂ−ｃ−ｄ上の任意の点ａにおいて、ｙ＝Ｌ（１−
ｃｏｓθ）である。そこで、旋回に伴なってｏ点を、ｂ
−ｃ間ではＬ（１−ｃｏｓθ）ずつ前進させ、ｃ−ｄ間
では後退させれば溶接トーチ先端の軌跡はｘ−ｘ’に一
致する。

【００１４】また、溶接トーチの旋回角速度をωとすれ
ば、ａ点における溶接トーチ先端の接線方向の速度はω
Ｌであり、これを溶接線ｘ−ｘ’上に投影した速度、即
ち溶接速度ｖは、ｖ＝ωＬｃｏｓθである。そこで、旋
回に伴なって、ｂ−ｃ間では旋回角速度を１／ｃｏｓθ
ずつ減速（ｃ−ｄ間では増速）すればｘ−ｘ’上の溶接
速度ｖはｖ＝ωＬｃｏｓθ×（１／ｃｏｓθ）＝ωＬ
で、角度θとは無関係に一定になる。

【００１５】ト−チ先端を溶接線ｘ−ｘ’の位置に合わ
せるために移動すべき、旋回中心の前後進距離ｙは上記
のようにＬ（１−ｃｏｓθ）であるが、例えば三角函数
形可変抵抗器を旋回軸に直結すれば、ｃｏｓθの函数が
得られるので、それに基づいて距離ｙを求めうる。ま
た、（１−ｃｏｓθ）を変位曲線とする板カムまたはみ
ぞカムを用い、これに接するローラを介して直線型可変
抵抗器を変位させてもｙの値が得られる。なおこの場
合、接触ローラの運動を円滑にするために、旋回角度を
拡大して変位曲線の傾斜をゆるやかにするのが有利であ
る。

【００１６】溶接速度ｖを一定にするための旋回角速度
ωの修正係数１／ｃｏｓθは、同じく三角函数型可変抵
抗器を用いても得ることができるが、１／ｃｏｓθを速
度比とする異形歯車対を旋回駆動系中に介在することに
より、該旋回駆動系の出力に直接、修正された速度が得
られる。つまり、異形歯車対を旋回駆動系中に介在する
ことによって、特別な速度制御が不要になる。

【００１７】この場合溶接トーチの旋回角度が４５度以
下であるので、専用の歯車を用意しなくても、市販の異
形歯車の回転角の一部分を利用することにより、旋回速
度の修正をすることができる。一例を図２を参照して説
明する。図２においてＥ，Ｅ’は一対の楕円歯車のピッ
チ円である楕円、Ｐ，Ｐ’は各楕円の焦点であり、Ｅ，
Ｅ’は各々Ｐ，Ｐ’を中心に回転する。焦点Ｐから歯車
のピッチ円までの最大距離をＡとし、最小距離をＢとす
ると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値（以下、離心率と称
する）が０．３となる楕円Ｅ，Ｅ’の場合、Ｅを一定角
速度で図示の位置より時計方向に回転させれば、Ｅ’は
次第にＥより大きい角速度で回転する。Ｅを反時計方向
に回転しても同様である。図２に示すＥの位置を０度と
すると、Ｅが０度〜±５５度まで回転する間のＥ’の角
速度比の変化は、０度〜±４０度の間の１／ｃｏｓθの
変化と近似的に一致する。従って、離心率０．３の楕円
歯車対を等速度で駆動し、従動側に適当な減速比の歯車
対を介すれば、溶接トーチの旋回角速度比の変化割合を
近似的に１／ｃｏｓθにすることができる。

【００１８】

【実施例】一実施例の自動溶接装置の外観を図５に示
し、その主要部の構造を図３に示す。また、制御係統図
を図４に示す。各図を参照して説明する。図３におい
て、１は等角速度ωで回転する旋回用モータ、２は中間
軸、３は旋回軸である。旋回用モータ１の出力軸には楕
円歯車４、中間軸２には楕円歯車５と平歯車６、旋回軸
３には平歯車７と前後進位置設定器８と溶接トーチ１４
がそれぞれ取付けられている。これらは枠体９に支持さ
れている、１０は枠体９を前後進させるためのボールネ
ジ、１１はボールねじ１０を駆動する前後進モータ、１
２は枠体９の位置を検出する前後進位置検出器、１３は
ボールネジ１０，前後進モータ１１及び前後進位置検出
器１２を取付け、かつ図示しない摺動装置を介して枠体
９を支持する架台である。

【００１９】前後進位置設定器８は、旋回軸３の回転角
度θに応じて、（１−ｃｏｓθ）に比例する信号を出力
するセンサである。この前後進位置設定器８は、旋回軸
３の回転角度θに応じて（１−ｃｏｓθ）の変位を生ず
る板カム（あるいは溝カム）とその位置を検出する直線
型可変抵抗器で構成してある。なお、旋回軸３の回転角
度θを直接、三角函数型可変抵抗器で検出するように構
成しても、（１−ｃｏｓθ）に比例する信号を出力する
ことができる。また、前後進距離検出器１２は多回転型
可変抵抗器であるが、直線型可変抵抗器を枠体９と架台
１３との間に設けてもよい。１５は溶接線、Ｌは旋回軸
３より溶接トーチ１４の先端に至る水平距離である。楕
円歯車４及び５と平歯車６及び７は、互いに噛合ってい
るので旋回モータ１を一定角速度ωで回転させれば、旋
回軸３は楕円歯車４の回転角度θに従って、ω（１／ｃ
ｏｓθ）の角速度で旋回する。旋回モータの角速度ω
は、図４に示す溶接速度設定器により設定される。

【００２０】旋回軸３の先端には、前後進位置設定器８
が取付けられているので、楕円歯車４の回転角度θに応
じて、前後進所要距離であるＬ（１−ｃｏｓθ）に比例
した信号電圧が発生する。一方、前後進位置検出器１２
からは、枠体９、すなわち旋回軸３の位置を示す信号電
圧が発生するので、溶接速度設定器は両電圧の差を増巾
して前後進モータを駆動する。即ち、いわゆるサーボ制
御により枠体９が移動する。従って、旋回軸３と溶接線
１５との距離はＬ（１−ｃｏｓθ）になる。

【００２１】図１において溶接トーチ先端位置ｃを原
点、ｂを左回転端、ｄを右回転端とし、溶接トーチが原
点に存在する時に、楕円歯車４及び５が図２に示される
位置関係にある場合を想定する。この状態において、溶
接トーチ１４の先端を溶接線１５に一致させたのち、旋
回モータ１を回転して、溶接トーチ１４を左回転端ｂに
向って旋回させると、旋回軸３、すなわち図１の旋回中
心ｏはＬ（１−ｃｏｓθ）に従って前進するから、溶接
トーチ１４の先端は、ｃ点から溶接線ｘ−ｘ’上を左進
しｘに至る。この点で溶接を開始し、旋回モータを一定
の角速度ωで回転させ、溶接トーチ１４を右回転端ｄに
向わせると、溶接トーチ１４の先端は、一定速度ωＬで
溶接線ｘ−ｘ’上を移動し、ｘ−ｘ’間の溶接が行なわ
れる。つまり、この実施例では、旋回モータ１を一定の
角速度ωで駆動するとともに、前後進モータ１１を前後
進位置設定器８の出力と前後進位置検出器１２の出力と
が一致するように駆動するだけで、溶接トーチ１４の先
端を溶接線ｘ−ｘ’に倣うように移動させることができ
る。

【００２２】溶接線ｘ−ｘ’の長さが溶接トーチ１４の
旋回軌跡ｂ−ｃ−ｄの弦長ｂ−ｄより長い場合には、長
い距離分だけ旋回中心ｏの位置、すなわち架台１３をｘ
−ｘ’に沿って移動させ、この間は溶接トーチ１４の旋
回を中止すればよい。

【００２３】図５を参照して説明する。この例では、電
気モータの駆動力により溶接線と平行な軸に沿って自走
する長さ２８ｃｍ、巾２０ｃｍの走行台車１６上に、前
後進機構１７を取付け、同架台上に溶接トーチ旋回機構
１８を搭載した。溶接トーチ旋回機構１８には、旋回中
心からトーチ先端までの水平投影長さ(Ｌ)が２５ｃｍの
溶接トーチ１４を取付けた。溶接トーチ１４は、予め設
定された一定の角速度ωで回転する電気モータ１により
旋回駆動される。電気モータ１の駆動力は、離心率０．
３の楕円歯車対４，５と、５２：３０の比をもつ減速歯
車対６，７を介して溶接トーチ１４の旋回軸３に伝達さ
れるので、溶接トーチ１４の旋回速度はω（１／ｃｏｓ
θ）になる。

【００２４】前後進位置設定器８においては、図示しな
い平歯車対により旋回軸３の回転角度を４倍に拡大した
回転角度θに応じてＬ（１−ｃｏｓθ）に比例する偏位
を生じる板カム（図示せず）の偏位量を直線型可変抵抗
器で検出している。前後進移動機構１７においては、電
気モータ１１により、図示しないタイミングベルトを介
してボールネジ１０を駆動している。また、前後進位置
検出器１２においては、ボールネジ１０の軸と図示しな
いタイミングベルトを介して連絡される多回転型可変抵
抗器により前後進移動量を電圧として検出している。電
気モータ１１は、前後進位置設定器８の出力する電圧と
前後進位置検出器１２が出力する電圧との差を増巾した
電力によって駆動される。

【００２５】走行台車には被溶接物の縦板にそって回転
するならいローラ１９を設けてあり、また走行車輪２０
を斜行させているので、溶接装置は溶接線に平行に移動
する。また、走行台車先端には、終端検出装置２１が設
けてあり、これが溶接線の終端を検知すると走行台車及
び溶接は停止する。２２は搬送用のハンドルである。こ
の溶接機によって、ます目状構造物の水平板と縦板との
実当った隔部分を溶接した。すなわち溶接トーチ１４旋
回の原点においてトーチ先端を溶接線に一致させ、次
に、トーチを反時計方向に３４度旋回させたのち、走行
台車１６を停止したまま溶接を開始し、同時に溶接トー
チ１４を時計方向に旋回させた、溶接トーチ１４が旋回
の原点に達したところで旋回をやめ、走行台車１６の走
行を開始し、終端検出装置２１が縦板を検出した時に走
行を停止させ、同時に溶接トーチ１４を時計方向に３４
度旋回させ、右回転端に至って停止し、溶接を終了し
た。この間における溶接位置の溶接線からのずれは０．
５ｍｍ以下、溶接速度の変動は±０．４％以下であり、
実際上、溶接線上を、等しい溶接速度で溶接残しなく、
溶接できた。

【００２６】溶接工程の制御にはシーケンスコントロー
ラを用いたが、単純な順序制御のみ行なえばよいため、
演算制御を行なう場合に比べ、容積が１／４ですみ、制
御装置全体の大きさも１５ｄｍ³で、機械本体の占有容
積３２ｄｍ³の１／２以下にすることができた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、従来は、少くとも
溶接トーチの巾の半分は溶接できないか、あるいは複雑
な制御方式を用いなければ溶接残しなしに溶接できなか
った。しかし本発明によれば、簡単な制御により、ます
目構造物の隔の溶接が溶接残しなしに容易に溶接しう
る。溶接速度を規定する溶接トーチ旋回モータは定速度
回転でよいから、その制御は容易で動作は確実である。
溶接トーチ先端を溶接線に倣わせるための溶接線に直交
する軸方向の移動制御も、溶接トーチの回転に直結した
信号発生器（８）から発せられる信号によって制御され
るので、制御は単純かつ確実である。さらに本発明によ
り付加される機構部分は、溶接トーチ旋回機構の一部に
包含させることができるので溶接機の機械本体の大きさ
はほとんど変らず、制御装置は制御内容が簡単になった
分だけ小型にできる。したがって運搬が容易で保守及び
取扱いが簡易、しかも、動作が確実な自動溶接機が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ト−チ先端の移動軌跡と溶接線を示す平面図
である。

【図２】楕円歯車の回転と離心率を示す平面図であ
る。

【図３】実施例の自動溶接装置主要部の構造を示す縦
断面図である。

【図４】図３の自動溶接装置の制御系統を示すブロッ
ク図である。

【図５】図３の自動溶接装置の外観を示す斜視図であ
る

【符号の説明】

１：旋回モータ３：旋回軸４，５：楕円歯車８：前後進位置設定
器１０：ボールネジ１１：前後進モータ１２：前後進位置検出器１４：溶接トーチ１５：溶接線１６：走向台車１７：前後進機構１８：溶接トーチ旋
回機構１９：ならいローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチを旋回させながら、直線上の
溶接を行なう自動溶接装置において：溶接トーチの旋回
駆動系に結合した信号発生器；該信号発生器より発生す
る信号に従って、溶接トーチの旋回中心位置を、溶接線
と実質上直交する軸の方向に移動する、移動手段；及び
溶接トーチの旋回駆動系中に介在された異形歯車対；を
設けて、溶接トーチ先端の移動軌跡を溶接線に一致させ
るとともに、溶接速度を一定に保つように構成したこと
を特徴とする自動溶接装置。