JPH09103880A - アーク溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子管の被溶接部材11の回転偏心を非接触で
測定し、被溶接部材11の品質を向上させ、測定に伴う位
置決め作業を削減して作業性を向上させる。 【解決手段】 回転ステージ22にて、外周に溶接部14を
有する被溶接部材11をその軸心を中心として回転させ
る。測定手段31にて、回転ステージ22で回転される被溶
接部材11の回転偏心による径方向への溶接部14の変位量
を非接触で測定する。溶接手段32にて、被溶接部材11の
溶接部14を溶接する。移動手段23にて、溶接手段32を回
転ステージ22の回転中心に対して径方向に移動させる。
制御部34にて、測定手段31で測定された変位量に基づい
て移動手段23を制御し、被溶接部材11の溶接部14に対す
る溶接手段32の距離を一定に保たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被溶接部材をアー
ク溶接するアーク溶接方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、Ｘ線イメージ管は、真空
容器となる外囲器、入力基板、出力基板、グリッドなど
を備え、Ｘ線像を可視像に変換する電子管である。

【０００３】このＸ線イメージ管の組立手順は、外囲器
とグリッド関係を抵抗溶接などで結合して組み立てた
後、出力基板、入力基板の順で外囲器にＴＩＧ溶接など
のアーク溶接で結合して組み立てる。

【０００４】図４には、外囲器と出力基板とをアーク溶
接する従来のアーク溶接装置の構成図を示す。外囲器と
出力基板とを組み合わせた真空容器１を回転ステージ２
上に装着し、その真空容器１上に外囲器と出力基板との
密着度を高めるとともにアーク溶接の一方の電極を兼ね
る錘体３を載せる。溶接トーチ４を回転ステージ２の軸
方向および回転中心に対する径方向にそれぞれ移動させ
る移動機構５に装着し、この溶接トーチ４の溶接電極を
真空容器１の外囲器と出力基板とが接合する溶接部1aに
対して所定の距離位置に位置決め配置する。そして、回
転ステージ２にて真空容器１をその軸心を中心として回
転させながら、溶接トーチ４の溶接電極と溶接部1aとの
間でアーク放電させて溶接部1aをアーク溶接する。

【０００５】ところで、真空容器１を回転させながら溶
接部1aの全周をアーク溶接するが、溶接部1aと溶接トー
チ４の溶接電極との位置関係は常に一定であることが良
好なアーク溶接の条件である。しかし、真空容器１の組
立精度、回転ステージ２への取付誤差などから真空容器
１に回転偏心が生じるため、この回転偏心による径方向
への溶接部1aの変位に溶接トーチ４の位置を追従させる
必要がある。

【０００６】そのため、錘体３を真空容器１と同軸上に
配置し、真空容器１の回転偏心による溶接部1aの変位と
錘体３の変位とが同等になるようにし、そして、錘体３
の外周部に接触する接触式測定器６で錘体３の外周部の
変位を測定し、測定される変位量を制御部７にて移動機
構５の移動量に変換し、移動機構５で溶接トーチ４の位
置を追従させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、真空容器１の回転偏心による径方向への溶接
部の変位量を測定する際、錘体３に対して接触する接触
式測定器６が擦られるため、その磨耗によって磨耗粉な
どが発生し、その磨耗粉などが真空容器１に付着してＸ
線イメージ管の特性を低下させるおそれがある。

【０００８】しかも、回転ステージ２に対して真空容器
１を付け換える毎に、真空容器１上に載せる錘体３に対
して、接触式測定器６を位置決め接触させなければなら
ず、位置決めに手間がかかり、作業性が悪い問題があ
る。

【０００９】また、接触式測定器６の不具合や、溶接ト
ーチ４による溶接位置と接触式測定器６による測定位置
とが異なることにより、溶接トーチ４の溶接電極が溶接
部1aに接触してしまう場合があり得るとともに、逆に離
れてしまう場合もあり得る。

【００１０】溶接トーチ４の溶接電極が溶接部1aに接触
すると、溶接電極と溶接部1aとが結合し、真空容器１、
溶接トーチ４、溶接装置に破損などの異常を生じる。ま
た、溶接トーチ４の溶接電極が溶接部1aから離れ過ぎる
と、溶接アークが不安定になり、溶接不良を生じる。

【００１１】そこで、本発明は、このような点を解決す
るものであり、溶接部に対する溶接手段の距離を一定に
保つようにするとともに、仮にその距離がずれた場合に
も対処できるアーク溶接方法および装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のアーク溶接方法
は、外周に溶接部を有する被溶接部材を回転させる工程
と、回転する被溶接部材の回転偏心による径方向への溶
接部の変位量を非接触で測定する工程と、回転する被溶
接部材の溶接部を溶接手段でアーク溶接するとともに、
測定された変位量に応じて溶接手段を径方向に移動させ
て溶接部との距離を一定に保たせる工程とを具備してい
るものである。

【００１３】このアーク溶接方法を用いるアーク溶接装
置は、外周に溶接部を有する被溶接部材を回転させる回
転ステージと、この回転ステージで回転される被溶接部
材の回転偏心による径方向への溶接部の変位量を非接触
で測定する測定手段と、前記被溶接部材の溶接部をアー
ク溶接する溶接手段と、この溶接手段を前記回転ステー
ジの回転中心に対して径方向に移動させる移動手段と、
前記測定手段にて測定された変位量に基づいて前記移動
手段を制御し、前記被溶接部材の溶接部に対する前記溶
接手段の距離を一定に保たせる制御部とを具備している
ものである。

【００１４】そして、被溶接部材の回転偏心による径方
向への溶接部の変位量を非接触で測定することにより、
溶接部に対する溶接手段の距離を一定に保つ。さらに、
回転ステージに被溶接部材を装着したとき、測定手段の
位置決めは必要なく、溶接手段のみを溶接部に対して位
置決めすればよい。

【００１５】また、本発明のアーク溶接方法は、溶接手
段に一定の溶接電流を出力して被溶接部材の溶接部をア
ーク溶接する工程と、溶接手段に出力される溶接電圧を
検出する工程と、検出される溶接電圧が正常なアーク溶
接時の溶接電圧と異なるときに溶接手段への溶接電流の
出力を停止させる工程とを具備しているものである。

【００１６】このアーク溶接方法を用いたアーク溶接装
置は、被溶接部材の溶接部をアーク溶接する溶接手段
と、この溶接手段に一定の溶接電流を出力する溶接電源
部と、この溶接電源部から出力される溶接電圧を検出す
る溶接電圧検出部と、この溶接電圧検出部にて検出され
る溶接電圧が正常なアーク溶接時の溶接電圧と異なると
きに前記溶接電源部からの溶接電流の出力を停止させる
制御部とを具備しているものである。

【００１７】そして、溶接中において、溶接電源部から
出力される溶接電圧を検出して、溶接状況を監視する。
例えば、溶接部と溶接手段とが接触した場合には、溶接
部と溶接手段との間の抵抗値が下がって溶接電圧も下が
り、逆に、溶接部と溶接手段とが離れ過ぎた場合には、
溶接部と溶接手段との間の抵抗値が上がって溶接電圧も
上がる。溶接電圧が正常なアーク溶接時の溶接電圧と異
なることにより、溶接電源部からの溶接電流の出力を停
止させる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアーク溶接方法お
よび装置の第１の実施の形態を図１および図２を参照し
て説明する。

【００１９】図において、11は被溶接部材としての電子
管の真空容器である。電子管としては、例えば、Ｘ線イ
メージ管であり、真空容器11として外囲器12、入力基
板、出力基板13、グリッドなどを備え、Ｘ線像を可視像
に変換するものである。なお、図には真空容器11の外囲
器12と出力基板13とを示し、これら外囲器12と出力基板
13の溶接による結合を行なう。

【００２０】図２に示すように、外囲器12の出力基板13
を取り付ける上端部にはフランジ形状のリング12a が形
成されているとともに、出力基板13にはリング12a に接
合されるフランジ形状のリング13a が形成され、これら
リング12a ，13a が接合する外周部が溶接部14とされ
る。

【００２１】図１には真空容器11の溶接を行なう製造装
置の構成図を示し、21は基台で、この基台21上には回転
ステージ22および移動手段としての移動ステージ23が設
置されている。

【００２２】回転ステージ22は、真空容器11を位置決め
保持して、その真空容器11の軸心を中心として図示しな
いモータの駆動により回転させるものであり、真空容器
11の回転位置を検知するための図示しないエンコーダを
備えている。

【００２３】回転ステージ22上に位置決め保持された真
空容器11上には、外囲器12と出力基板13との密着度を高
めるためとアーク溶接の一方の電極を兼ねる錘体24が載
せられる。錘体24は、例えば銅製であり、図２に示すよ
うに、下面に真空容器11の出力基板13と嵌合する嵌合凹
部25が形成され、上面に電極26が接続され、上部側周面
に白色のアクリルからなる円筒体27が嵌合固定されてい
る。この円筒体27の表面は平滑に形成されている。

【００２４】移動ステージ23は、図１に示すように、回
転ステージ22の回転中心に対して径方向に移動されるＸ
軸ステージ28を備えるとともに、このＸ軸ステージ28に
対して上下方向に移動されるＺ軸ステージ29を備えてい
る。

【００２５】Ｚ軸ステージ29には水平な支持台30が取り
付けられ、この支持台30上には測定手段としてのレーザ
測定器31と溶接手段としての溶接トーチ32が取り付けら
れている。レーザ測定器31は、レーザ光線を錘体24の円
筒体27に照射するとともに円筒体27から反射するレーザ
光線を受光し、円筒体27との間の相対的な距離を測定す
る。溶接トーチ32は、ＴＩＧ溶接などのアーク溶接用で
あり、先端部には溶接部14を溶接する溶接電極33を備え
ている。

【００２６】また、34は制御部で、この制御部34は、装
置全体を制御するものであり、各種データを書込読出可
能とする記憶部35を備えている。そして、制御部34は、
制御用ケーブル36，37，38を介して接続された回転ステ
ージ22、Ｘ軸ステージ28およびＺ軸ステージ29をそれぞ
れ制御する。また、記憶部35には、回転ステージ22のエ
ンコーダから得られる角度データが通信ケーブル39を介
して入力されるとともに、レーザ測定器31から得られる
測定データが通信ケーブル40を介して入力される。な
お、制御部34と記憶部35とは相互通信可能となってい
る。

【００２７】次に、第１の実施の形態の作用を説明す
る。

【００２８】まず、真空容器11を溶接するためのセット
作業を行なう。外囲器12と出力基板13とを重ね合わせた
真空容器11を回転ステージ22上に位置決め装着するとと
もに、真空容器11上に錘体24を載せる。なお、錘体24
は、嵌合凹部25を真空容器11の出力基板13に嵌合するこ
とにより、真空容器11と同軸上に位置決めされる。

【００２９】移動ステージ23により溶接トーチ32の先端
の溶接電極33を真空容器11の溶接部14に対して良好な溶
接が可能な所定の距離位置に移動させて位置決めする。

【００３０】その後、図示しない制御盤のスタートスイ
ッチなど操作することにより、制御部34による溶接動作
が自動的に行なわれる。

【００３１】制御部34の制御による溶接動作では、ま
ず、真空容器11の回転偏心の測定を行なう。これは、真
空容器11の組立精度、回転ステージ22への取付誤差など
から真空容器11に回転偏心が生じるため、この回転偏心
による径方向への溶接部14の変位量を測定する。

【００３２】回転ステージ22により真空容器11を溶接時
の回転方向とは逆回転に回転させながら、レーザ測定器
31から錘体24の円筒体27に対してレーザ光線を照射する
とともに反射光を受光し、その測定値を回転ステージ22
のエンコーダから得られる回転角度と対応させて記憶部
35に記憶させる。これにより、錘体24と同軸上に位置決
めされた真空容器11の溶接部14の全周について、真空容
器11の回転偏心による径方向への変位量が求められる。
回転ステージ22は１回転後に停止される。

【００３３】続いて、真空容器11の溶接部14の溶接を行
なう。なお、溶接スタート点においては、溶接部14に対
して良好な溶接が可能な所定の距離位置に溶接トーチ32
が位置されている。

【００３４】溶接トーチ32の溶接電極33と錘体24の電極
26との間に溶接電流を流し、溶接トーチ32の溶接電極33
と真空容器11の溶接部14との間でアーク放電させて、溶
接部14の溶接を開始する。

【００３５】溶接を開始するのと同時に、記憶部35に記
憶されたデータ、すなわち真空容器11の回転角度と回転
偏心による径方向への変位量との関係に基づいて、制御
部34により、回転ステージ22を溶接時の所定の回転方向
に回転させるとともに、その回転ステージ22の回転角度
に応じてＸ軸ステージ28を移動させ、回転する真空容器
11の溶接部14に対して溶接トーチ32が常に一定の距離を
保つようにして、溶接部14を溶接する。回転ステージ22
の１回転後に、回転ステージ22の回転を停止するととも
に、溶接を停止する。

【００３６】以上のように、真空容器11の回転偏心によ
る径方向への溶接部14の変位量をレーザ測定器31にて非
接触で測定するため、従来のように錘体と測定器との接
触がなくて磨耗による磨耗粉などの発生が無く、真空容
器11の品質を向上させることができる。

【００３７】さらに、回転ステージ22に真空容器11を装
着したときには、レーザ測定器31の位置決めは必要な
く、溶接トーチ32のみを溶接部14に対して位置決めすれ
ばよく、作業性が向上する。

【００３８】しかも、真空容器11の回転偏心による径方
向への溶接部14の変位量を測定して記憶した後に、その
記憶されたデータに基づいて実際にアーク溶接を行なう
ため、アーク溶接時の電気的ノイズ、溶接時に発生する
強力なアーク放電光などの影響を受けず、レーザ測定器
31による測定を正確に行なえる。

【００３９】なお、溶接時のアーク放電光などがレーザ
測定器31に干渉を及ぼさなければ、測定と溶接とを同時
に行ない、測定結果に対応して溶接トーチ32の位置を直
接追従させるようにしてもよい。

【００４０】また、測定時の回転ステージ22の回転方向
を溶接時の回転方向とは逆としているため、溶接アース
ケーブルなどの絡み付きを防止できる。

【００４１】次に、第２の実施の形態を図３を参照して
説明する。

【００４２】制御部34には、回転モータ41、溶接電源部
42、溶接電圧検出部43、倣い機構44が接続されている。

【００４３】回転モータ41は、制御部34から出力される
制御信号により動作し、回転ステージ22を回転させる。

【００４４】溶接電源部42は、制御部34から出力される
制御信号により動作する電源制御部45を有し、この電源
制御部45によりボリュームなどで予め設定された溶接電
流を出力するように溶接電流出力部46を制御する。溶接
電流出力部46は、溶接電源部42の外部に臨ませた（−）
と（＋）の出力端子間に溶接電流を出力するもので、
（−）の出力端子側には高周波出力がトランスTrを介し
て与えられ、（＋）の出力端子側には溶接電流を検出す
る電流検出部47が接続され、この電流検出部47らの溶接
電流検出信号が入力される。そして、溶接電流出力部46
は、電流検出部47からの溶接電流検出信号を入力し、溶
接電流が一定（設定値）となるように出力する溶接電圧
を制御する。

【００４５】溶接電源部42の（−）の出力端子側に接続
されたケーブル48が溶接トーチ32の溶接電極に接続さ
れ、（＋）の出力端子側に接続されたケーブル49が錘体
24に接続される。

【００４６】溶接電圧検出部43は、溶接電流出力部46の
溶接電流出力部間に接続された一対の分圧抵抗R1，R2を
有し、これら分圧抵抗R1，R2により溶接電流出力部46か
ら出力される溶接電圧を分圧することで制御部34が溶接
電圧を読み取る。分圧抵抗R1は分圧抵抗R2より高い抵抗
値に設定される。

【００４７】倣い機構44は、レーザ測定器31および溶接
トーチ32を備え、レーザ測定器31により錘体24との間の
距離ｘを測定し、この距離データを制御部34に出力する
とともに制御部34から制御信号を入力し、溶接部14に対
して溶接トーチ32が一定の間隔、例えば１．０ｍｍ〜
１．５ｍｍ程度を保つように溶接トーチ32を移動させ
る。なお、図示しないが、溶接トーチ32を移動させるた
めの移動手段23を備えている。また、制御部34では、レ
ーザ測定器31から距離データを入力すると、溶接部14と
溶接トーチ32との間隔を算出するとともにその溶接部14
と溶接トーチ32との間隔が一定となるように制御信号を
倣い機構44に出力するようになっている。

【００４８】次に、第２の実施の形態の作用を説明す
る。

【００４９】まず、真空容器11を溶接するためのセット
作業を行なう。外囲器12と出力基板13とを重ね合わせた
真空容器11を回転ステージ22上に位置決め装着するとと
もに、真空容器11上に錘体24を載せる。なお、錘体24
は、嵌合凹部25を真空容器11の出力基板13に嵌合するこ
とにより、真空容器11と同軸上に位置決めされる。

【００５０】移動ステージ23により溶接トーチ32の先端
の溶接電極33を真空容器11の溶接部14に対して良好な溶
接が可能な所定の距離位置に移動させて位置決めする。

【００５１】その後、図示しない制御盤のスタートスイ
ッチなど操作することにより、制御部34による溶接動作
が自動的に行なわれる。

【００５２】溶接動作を開始すると、回転モータ41によ
り真空容器11を回転させるとともに、倣い機構44により
回転する溶接部14と溶接トーチ32との間隔が一定になる
ように制御する。

【００５３】さらに、制御部34から溶接電源部42の溶接
制御部45に溶接実施信号が出力されることにより、溶接
電流出力部46からボリュームなどで予め設定された溶接
電流を出力し、溶接トーチ32の溶接電極33と錘体24の電
極26との間に溶接電流を流し、溶接トーチ32の溶接電極
33と真空容器11の溶接部14との間でアーク放電させて、
溶接部14の溶接を開始する。

【００５４】そして、溶接実施中は、溶接電流出力部46
により、電流検出部47から出力される溶接電流検出信号
を監視して、溶接電流が一定（設定値）となるように出
力する溶接電圧を制御する。また、溶接電圧検出部48に
より溶接電流出力部46から出力される溶接電圧を監視
し、溶接電圧が正常なアーク溶接時の溶接電圧値にあれ
ば制御部34により溶接を継続させる。

【００５５】そして、溶接実施中において、倣い機構44
の不具合などで、例えば溶接トーチ32の溶接電極33が溶
接部14に接触した場合、溶接トーチ32の溶接電極33と溶
接部14との間の抵抗値が正常時よりも下がるため、溶接
電流出力部46は溶接抵抗が一定（設定値）となるように
溶接電圧を正常時より下げる。制御部34は、この溶接抵
抗の変化を溶接電圧検出部48を介して監視し、異常と判
断する。

【００５６】逆に、溶接トーチ32の溶接電極33と溶接部
14との間隔が正常時よりも離れた場合、溶接トーチ32の
溶接電極33と溶接部14との間の抵抗値が正常時よりも上
がるため、溶接電流出力部46は溶接抵抗が一定（設定
値）となるように溶接電圧を正常時より上げる。制御部
34は、この溶接抵抗の変化を溶接電圧検出部48を介して
監視し、異常と判断する。

【００５７】制御部34が異常を検知すると、制御部34か
ら溶接電源部42の溶接制御部45に溶接停止信号を出力
し、溶接電流出力部46からの溶接電流の出力を停止させ
て、溶接を停止させる。同時に、回転モータ41および倣
い機構44を停止させる。

【００５８】そのため、倣い機構44の不具合などで、溶
接トーチ32の溶接電極33と溶接部14とが接触しても、真
空容器11、溶接トーチ32、溶接装置に破損などの異常が
生じるのを未然に防止でき、また、溶接トーチ32の溶接
電極33が溶接部14から離れ過ぎても、溶接アークが不安
定になって溶接不良を生じるのを未然に防止できる。

【００５９】なお、前記各実施の形態において、非接触
で測定する測定手段としては、レーザ光線などを用いた
光学式に限らず、超音波方式など用いた測定手段でもよ
い。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、被溶接部材の回転偏心
による径方向への溶接部の変位量を非接触で測定するこ
とにより、溶接部に対する溶接手段の距離を一定に保つ
ことができ、従来のような接触による磨耗粉などの発生
が無く、被溶接部材の品質を向上させることができる。
さらに、回転ステージに被溶接部材を装着したときに
は、測定手段の位置決めは必要なく、溶接手段のみを溶
接部に対して位置決めすればよく、作業性を向上させる
ことができる。

【００６１】また、溶接中において、溶接手段に出力さ
れる溶接電圧を検出して、溶接状況を監視できるため、
溶接部と溶接手段とが接触したり、逆に離れ過ぎたこと
を判断して、溶接手段への溶接電流の停止や回転停止等
の制御を行なわせることができ、溶接装置の異常や、被
溶接部材の溶接不良を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すアーク溶接装
置の構成図である。

【図２】同上実施の形態の真空容器を示す正面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示すアーク溶接装
置の構成図である

【図４】従来のアーク溶接装置の構成図である。

【符号の説明】 11 被溶接部材としての真空容器 14 溶接部 22 回転ステージ 23 移動手段としての移動ステージ 31 測定手段としてのレーザ測定器 32 溶接手段としての溶接トーチ 34 制御部 42 溶接電源部 43 溶接電圧検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｊ 9/26 Ｈ０１Ｊ 9/26 Ａ (72)発明者 志田 稔 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須電子管工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に溶接部を有する被溶接部材を回転
   させる工程と、 回転する被溶接部材の回転偏心による径方向への溶接部
   の変位量を非接触で測定する工程と、 回転する被溶接部材の溶接部を溶接手段でアーク溶接す
   るとともに、測定された変位量に応じて溶接手段を径方
   向に移動させて溶接部との距離を一定に保たせる工程と
   を具備していることを特徴とするアーク溶接方法。
2. 【請求項２】 溶接手段に一定の溶接電流を出力して被
   溶接部材の溶接部をアーク溶接する工程と、 溶接手段に出力される溶接電圧を検出する工程と、 検出される溶接電圧が正常なアーク溶接時の溶接電圧と
   異なるときに溶接手段への溶接電流の出力を停止させる
   工程とを具備していることを特徴とするアーク溶接方
   法。
3. 【請求項３】 外周に溶接部を有する被溶接部材を回転
   させる回転ステージと、 この回転ステージで回転される被溶接部材の回転偏心に
   よる径方向への溶接部の変位量を非接触で測定する測定
   手段と、 前記被溶接部材の溶接部をアーク溶接する溶接手段と、 この溶接手段を前記回転ステージの回転中心に対して径
   方向に移動させる移動手段と、 前記測定手段にて測定された変位量に基づいて前記移動
   手段を制御し、前記被溶接部材の溶接部に対する前記溶
   接手段の距離を一定に保たせる制御部とを具備している
   ことを特徴とするアーク溶接装置。
4. 【請求項４】 被溶接部材の溶接部をアーク溶接する溶
   接手段と、 この溶接手段に一定の溶接電流を出力する溶接電源部
   と、 この溶接電源部から出力される溶接電圧を検出する溶接
   電圧検出部と、 この溶接電圧検出部にて検出される溶接電圧が正常なア
   ーク溶接時の溶接電圧と異なるときに前記溶接電源部か
   らの溶接電流の出力を停止させる制御部とを具備してい
   ることを特徴とするアーク溶接装置。