JPH09216059A

JPH09216059A - 電極非消耗式溶接ロボット及びそれによるアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH09216059A
Application number: JP2095796A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Marumoto; 泰秀丸本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-19
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JP3765861B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アーク溶接を自動的に行なう溶接ロボットにお
いて、被溶接物の位置を確実に検知でき、かつ、狭隘部
の溶接も可能にし、また、タングステン電極の磨耗量を
自動的に計測して、そのタングステン電極を自動的に交
換できる溶接ロボットを実現する。【解決手段】この溶接ロボットは、ロボット本体１の先
端に装着されているアーク溶接用のタングステン電極８
を被溶接物の位置を検知するタッチセンシング用の接触
子として利用する。さらに、この溶接ロボットには基準
ブロックが設けられており、この表面をタングステン電
極８でタッチセンシングして、タングステン電極８の磨
耗量を自動的に測定し、その値が一定値を越えた場合に
は、タングステン電極自動交換装置６により新品と交換
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接を行な
う溶接ロボットに係り、特に、アークを発生させる電極
にタングステン電極を用いた電極非消耗式溶接ロボット
及びそれを用いたアーク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接の実作業に先立って、予め、
溶接ロボット本体に作動順序を記憶させ、その作動プロ
グラムに基づいて溶接ロボットを制御し、被溶接物に溶
接を行なう。このとき、まず、溶接ロボットの基準位置
と被溶接物との相対位置関係を検知することが必要であ
り、その被溶接物の位置検出には、一般に、周知の技術
であるタッチセンシングの方法が用いられている。この
タッチセンシング方法とは、溶接ロボットの接触子と位
置検出される被溶接物との間に電圧を印加しておき、接
触子が被溶接物に接触した時に起きる両者間の通電を検
知して接触を認識し、被溶接物の位置を検出する方法で
ある。ところで、従来の技術では、図８に示すように、
溶接ロボットに溶接トーチ３とタングステン電極８とは
別に接触子１２を設けて、センシングの際には、図８
（ａ）のように、この接触子１２をタングステン電極８
よりも前方に突出させて被溶接物にタッチセンシングさ
せ、被溶接物の位置を検出している。そして、溶接の際
には、図８（ｂ）のように、この接触子１２を後退さ
せ、タングステン電極８によりアーク溶接を行なう。

【０００３】ところで、電極非消耗式溶接、例えば、Ｔ
ＩＧ溶接法（タングステンイナートガスアーク溶接
法）の場合には、研磨されたタングステン電極８の先端
と被溶接物である母材との間にアークを発生させ、母材
を溶融して金属を接合するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような溶
接ロボットにおいては、接触子１２が溶接トーチ３とは
別に設けられているので、溶接トーチ３回りが複雑にな
り、かつ、場所を占めるので、例えば、図９に示すよう
に、ボイラの製造において、枝管３１と母管３０とを溶
接する際に、枝管３１のピッチが狭いため枝管３１と接
触子１２とが接触し、溶接トーチ３及びタングステン電
極８が溶接部３２に届かない問題があった。また、溶接
トーチ３と接触子１２との相対的な位置関係（図８
（ａ）における寸法Ａ、Ｂ、Ｃ）を一定に保持するのが
難しく、例えば、溶接トーチ３を損傷した場合の復旧に
は時間が掛かるばかりではなく、損傷前の溶接トーチ３
と接触子１２との位置関係を正しく再現できない場合も
発生し、それまでの制御用データがそのまま使用でき
ず、データを変更しなければならない問題も発生してい
た。

【０００５】さらに、従来の溶接ロボットでは、タング
ステン電極８の先端は時間と共に磨耗するが、その先端
部の磨耗状態のチェックは人手により行なわれていた。
しかし、なかには、磨耗量が特に激しく、それに気付く
ことなく先端部が磨耗した状態で溶接を続けると、図７
（ａ）（ｂ）に示すように、アーク３３の集中性が低下
し、また、アーク３３の長さが変化し、溶接欠陥が発生
する原因にもなっていた。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、溶接トーチ回りを簡素にして被溶接物
との相対位置関係を確実に検知できる電極非消耗式溶接
ロボット、及びそれによるアーク溶接方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】また、タングステン電極先端部の磨耗量を
正確に計測でき、かつ、そのタングステン電極を簡単に
交換できる電極非消耗式溶接ロボット、及びそれによる
アーク溶接方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、自動的にアーク溶接を行なう電
極非消耗式溶接ロボットにおいて、アーク溶接用のタン
グステン電極と被溶接物との間に、電圧を印加する電源
とタングステン電極と被溶接物とが接触した瞬間に流れ
る電流を検知する電流検知器とを設ける。そして、アー
ク溶接に先立って、上記タングステン電極をタッチセン
シングによって被溶接物の位置を検出する接触子として
作動させる。

【０００９】また、上記溶接ロボットの動作範囲内に、
通電可能な基準ブロックとタングステン電極の自動交換
装置とを設ける。そしてタングステン電極でのアーク溶
接の前と後で、固定されている上記基準ブロックをタン
グステン電極でタッチセンシングすることにより、該タ
ングステン電極のアーク溶接による磨耗量を計測し、そ
の磨耗量がある一定値を越えた場合には、前記タングス
テテン自動交換装置によってタングステン電極を自動的
に新品と交換する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る電極非消耗
式溶接ロボットの一実施形態について図を用いて説明す
る。

【００１１】まず、図１は、本発明に係るタングステン
電極先端の磨耗量を測定することのできる溶接ロボット
の全体図である。この溶接ロボットは、概略的には、ロ
ボット本体１、ロボット制御装置２、溶接トーチ３、溶
接電源４、タッチセンサ制御装置５、タングステン電極
自動交換装置６等から構成されている。

【００１２】そして、ロボット本体１は、３軸方向の手
首軸７を備えており、手首軸７の先端部には溶接トーチ
３が装着されている。また、タングステン電極８の先端
を接触させる通電可能な基準ブロック９が、ロボットの
動作範囲内に設置されている。溶接電源４の二次側は、
溶接トーチ３と被溶接物とにケーブルで接続されてお
り、更に、溶接トーチ３は、タッチセンサ制御装置５に
も配線されている。このタッチセンサ制御装置５には、
溶接トーチ３と被溶接物との間に電圧を印加するための
電源と、溶接トーチ３の先端部に装着されているタング
ステン電極８と被溶接物とが接触した時に流れる電流を
検知する電流検知器とが設けられている。また、ロボッ
ト制御装置２は、ロボット本体１、溶接電源４、タッチ
センサ制御装置５、タングステン電極自動交換装置６等
を制御する。

【００１３】次に、図２（ａ）（ｂ）は、溶接トーチ３
の断面図である。図２（ａ）に示すように、トーチ本体
２１はトーチケース２２内に挿着され、トーチ本体２１
の先端部外側には、アルミナノズル２３が取付けられて
いる。トーチ本体２１は、トーチケース２２に固定さ
れ、トーチケース２２から突き出した部分のトーチ本体
２１は、アルミナノズル２３でカバーされている。アル
ミナノズル２３は、トーチ本体２１に設けられたネジ２
４でトーチ本体２１にネジ止めされている。また、タン
グステン電極８は、アルミナノズル２３からその一部が
突き出すように、トーチ本体２１の中心軸線上の電極挿
入孔２５に着脱可能に取り付けられている。そして、タ
ングステン電極８は、図２（ｂ）に示されるように、ト
ーチ本体２１の電極挿入孔２５の接線方向に設けられた
貫通孔内にセットされているテーパーピン２７の押圧力
により、トーチ本体２１に支持固定される。

【００１４】また、トーチ本体２１には、アルゴンガス
導入継手２８と冷却水出入用継手２９とが備えられてい
る。そして、アーク溶接の際には、これによりアルゴン
ガスを導入し、ガスレンズ２６で拡散し、溶接アーク及
び溶接個所を均等に不活性ガスで包み込む。また、冷却
水は水冷路２０を流れ、トーチ本体２１を冷却する。

【００１５】次に、上記実施形態の装置による溶接方法
及び作用、効果等について述べる。

【００１６】まず、溶接ロボットに溶接作業をティーチ
ングするには、公知のティーチング方法によって、ロボ
ット本体と被溶接物との相対位置を検出する、タッチセ
ンシングプログラムを作成し、更に、被溶接物に溶接を
行なう、溶接プログラムを作成する。そして、この溶接
ロボットの動作は、操作パネルを有する操作箱１０を介
してロボット制御装置２に記憶される。次に、プレイバ
ック動作によって溶接ロボットに溶接作業を行なわせる
には、予め操作箱１０で溶接電流、溶接電圧、溶接速度
等の溶接条件を設定しておき、これをロボット制御装置
２に入力しておく。

【００１７】ところで、従来のティーチング方法では、
ロボットと被溶接物との相対位置を検出するタッチセン
シングは、溶接トーチ３とは別に設けた接触子１２を用
いて行なっていた。しかし、この方法では、溶接トーチ
３回りの構造が複雑となり、例えば、図９に示したよう
に、枝管３１が林立しているような狭隘部の溶接には、
接触子１２が障害となって溶接部３２に溶接トーチ３が
届かない問題があった。また、溶接トーチ３と接触子１
２との相対的な位置関係を一定に保持するのが難しく、
例えば、トーチを損傷した際の復旧に時間がかかり、損
傷前の溶接トーチ３と接触子１２との位置関係（図８
（ａ）の寸法Ａ、Ｂ、Ｃ）に戻らないことも発生し、そ
れまでのティーチングデータがそのまま使用できず、デ
ータを変更しなければならない問題が発生していた。し
かし、本発明では、溶接トーチ３のタングステン電極８
をそのまま接触子として兼用しているので、溶接トーチ
３回りは簡素化され、このような問題は生じない。

【００１８】次に、図８は、本発明に係るタングステン
電極８による位置センシング方法を示す図である。この
センシングを行なう前に、タングステン電極自動交換装
置６によって、先端が研磨されたタングステン電極８を
溶接トーチ３に装着しておく。そして、タングステン電
極８と被溶接物に電圧を印加しておき、タングステン電
極８が被溶接物に接触することにより、タングステン電
極８と被溶接物との間に電流が流れ、被溶接物の位置が
検出される。次に、図４を用いて、タッチセンシングの
ステップを説明する。まず、図４（ａ）に示すように、
タングステン電極８が母管３０の管表面３０ａに接触す
る。管表面３０ａに接触することにより、タングステン
電極８と母管３０との間に電流が流れることが電流検知
器により検知され、管表面３０ａの位置が検知される。
この位置をＺ方向の位置として、ロボット制御装置２に
記憶しておく。次にＺ方向に続いてＸ、Ｙ方向のセンシ
ングを行なう。図４（ｂ）（ｃ）に示すように、タング
ステン電極８が枝管表面３１ｂ、３１ｃに接触すること
により、Ｘ、Ｙ方向の位置が求められ、ロボット制御装
置２に記憶される。以上のステップで求められた（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）は、ロボット１と枝管３１及び母管３０との相
対位置を示し、ロボット１はこのデータ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
に基づいて枝管３１と母管３０との溶接を行なう。

【００１９】本発明では、溶接トーチ３回りに接触子を
付けなくてすむので、溶接トーチ３が簡素になり、溶接
を適用できる範囲が拡大し、これまでにできなかった、
ボイラの製作過程の母管３０と枝管３１との溶接が可能
となった。また、タングステン電極８と接触子とが同一
物であるため、被溶接物の位置検出に誤差が発生するこ
とがない。万一、溶接トーチ３が損傷した場合でも、新
しい溶接トーチ３を損傷前の基準位置に復旧すれば、こ
れまでのティーチングデータを変更せずに使用すること
ができる。

【００２０】次に、タングステン電極８先端部のアーク
溶接時に生じる磨耗量の測定について説明する。

【００２１】ところで、従来のタングステン電極先端部
の磨耗状態の確認は、溶接が終了する度にロボットの自
動運転を停止してオペレータが確認しており、生産性が
悪い問題、また、確認不足で、磨耗した状態のまま、つ
まり、アーク集中性が低下し、アーク長も変化した状態
で、次の溶接を実行すると、溶接欠陥が発生する問題が
あった。

【００２２】図５は、タングステン電極磨耗量測定のフ
ローチャートを示す図である。

【００２３】まず、溶接開始前に、先端が研磨されたタ
ングステン電極８をタングステン電極自動交換装置６に
より、溶接ロボット１の作業腕に取り付けられている溶
接トーチ３に装着する。そして、図６（ａ）に示すよう
に、タングステン電極８を基準ブロック９に接触させ
る。この接触を予め印加した検出電圧の短絡信号とし
て、タッチセンサ制御装置５内の電流検知器で検出し、
ロボット制御装置２により作業腕の移動を停止すると共
に、腕の停止位置からタングステン電極８の長さ（Ｌ
１）を計測する。そして、この長さをロボット制御装置
２に記憶させて溶接を実行する。

【００２４】次に、溶接が終了すると、タングステン電
極８を再び基準ブロック９に接触させて（図６（ｂ））
印加した検出電圧の短絡信号により作業腕の移動を停止
し、この停止位置から溶接後のタングステン電極８の長
さ（Ｌ２）を検出する。この長さをロボット制御装置２
に記憶させ、溶接前の長さ（Ｌ１）から溶接後の長さ
（Ｌ２）を引き算（Ｌ１−Ｌ２＝ΔＬ）する。そして、
このΔＬの値が予め定められた一定値を越えた場合に
は、そのタングステン電極８をタングステン電極自動交
換装置６により、溶接ロボットが自動的に交換する。

【００２５】このΔＬを判別する一定値は、オペレータ
が予め入力するが、０．０１ｍｍの精度で入力すること
ができる。

【００２６】以上のように、タングステン電極先端の磨
耗量を自動的に測定することにより、溶接ロボットの稼
働を停止させてオペレータがチェックするステップを入
れることなく、溶接ロボットにタングステン電極８の交
換か、あるいは引き続いてそのまま溶接を続けるかを判
断させて溶接を行なうため、常に安定した状態での溶接
が可能となり、アーク集中性の低下やアーク長の変化に
よる溶接欠陥を防止できると同時に、生産性を向上する
こともできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電極
非消耗式溶接ロボット及びそれを用いたアーク溶接方法
においては、溶接用のタングステン電極にタッチセンシ
ングの接触子としての機能を持たせることにより、溶接
トーチ回りの構造を簡素化することができ、被溶接物の
位置を確実に検知できると共に、被溶接物の狭隘部の溶
接も可能となる。

【００２８】また、上記溶接ロボットの動作範囲内に通
電可能な基準ブロックとタングステン電極の自動交換装
置とを設けることにより、タングステン電極の磨耗量を
自動的に測定することができ、かつ、その磨耗量が一定
値を越えた場合には自動的にそのタングステン電極を新
品と交換することができるので、タングステン電極の磨
耗によって発生する溶接欠陥を未然に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタングステン電極の磨耗量の自動
測定を可能にした溶接ロボットの構成図である。

【図２】本発明に係る溶接ロボットの溶接トーチの断面
図である。

【図３】本発明に係るタングステン電極によるタッチセ
ンシングを説明する図である。

【図４】本発明に係る溶接ロボットにおけるタッチセン
シングの方法を説明する図である。

【図５】本発明に係る溶接ロボットにおけるタングステ
ン電極の磨耗量測定のフローチャートである。

【図６】本発明に係る溶接ロボットのタングステン電極
の磨耗量の測定を説明する図である。

【図７】タングステン電極の先端部に磨耗が生じた場合
の溶接アークの変化を示す図である。

【図８】従来技術のタッチセンシング用接触子の構成を
示す図である。

【図９】従来技術の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１ロボット本体２ロボット制御装置３溶接トーチ４溶接電源５タッチセンサ制御装置６タングステン電極自動交換装置７手首軸８タングステン電極９基準ブロック１０操作箱１２接触子２０水冷路２１トーチ本体２２トーチケース２３アルミナノズル２４ネジ２５電極挿入孔２６ガスレンズ２７テーパーピン２８アルゴンガス導入継手２９冷却水出入用継手３０母管３０ａ母管表面（Ｚ方向）３１枝管３１ｂ枝管表面（Ｙ方向）３１ｃ枝管表面（Ｘ方向）３２溶接部３３アーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アーク溶接を自動的に行なう電極非消耗式
溶接ロボットにおいて、溶接用のタングステン電極と被
溶接物との間に電圧を印加する電源と、上記タングステ
ン電極と上記被溶接物とが接触した時に流れる電流を検
知する電流検知器とを備えたことを特徴とする電極非消
耗式溶接ロボット。
【請求項２】上記溶接ロボットの動作範囲内に、通電可
能な基準ブロックと上記タングステン電極の自動交換装
置とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電極非
消耗式溶接ロボット。
【請求項３】上記被溶接物へのアーク溶接に先立ち、上
記タングステン電極により被溶接物へのタッチセンシン
グを行ない該被溶接物の位置を検知することを特徴とす
る請求項１または２に記載の電極非消耗式溶接ロボット
によるアーク溶接方法。
【請求項４】上記アーク溶接の前後において、上記基準
ブロックに対して上記タングステン電極のタッチセンシ
ングを行なうことにより上記タングステン電極の磨耗量
を測定し、該磨耗量が一定値以上になった時には、上記
タングステン電極の自動交換装置により上記タングステ
ン電極を自動的に交換することを特徴とする請求項２に
記載の電極非消耗式溶接ロボットによるアーク溶接方
法。