JPS6030583A - 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】 本発明は複数の溶接トーチを備えた自動溶接装置に関し
、円又は矩形断面のワークを合理的に溶接出来るように
したものである。

近年、産業用ロボットの発達で、溶接トーチをロボット
の手首に持たせ、テーチングプレイハノク方式により、
任意形状のワークに対して溶接作業を行う、溶接ロボッ
トが普及している。また、特定形状のワークを１組乃至
数組の溶接トーチで溶接作業する専用機化した自動溶接
装ばか提供されており、この自動溶接装置を単独使用で
搬送パレットによりワークを自動給排させるようにした
ものが見られる。上記自動溶接装置における長所は、Ｃ
ＮＣ数値制御装置により、溶接すべきワークのプログラ
ムや各種補正機能により高精度な溶接ができるように工
夫されている。而しながら、ＣＮＣ制御装置が高価であ
ると共に、複数のトーチを備え、同時溶接を行うときは
、複数台の制御装置や溶接ロボットを必要とし、プルグ
ラミングと設備費が膨大なものとなってしまう欠点があ
る。

これを防ぐため、１組の溶接トーチで多数箇所の溶接作
業を行うと、時間がが〜るばがりでな（、何回も加熱を
繰返すためワークに熱歪みを生ｊこてしまうという、問
題が発生ずる。

本発明者は、従来の自動溶接装置に見られる上述欠点を
解消すべく（１）、ＣＮＣ制御装置を使用しなくても、
円又は矩形断面等のワーク溶接ができること。（２）、
複数組の溶接トーチを使用時においても、これと同数の
ロボットを必要としないこと。（３）、１つのワークの
複数溶接箇所を１回の溶接サイクルで終了すること。（
４）、ワーク忙熱歪みが発生しないこと、等を達成する
溶接技術の開発に成功した。

先ず、本発明は、溶接部が円又は矩形断面を呈している
形状を対象とし、溶接トーチをワーク溶接部の外周に円
軌跡で周回させる溶接方式とした。

即ち、溶接トーチは、１つの駆動源で旋回及び昇降動す
る回動軸に吊設され、必要に応じて首振り機構によって
トーチの方向がかえられるようになし、高価なＣＮＣ制
御装置を使用しなくても、単純な円又は矩形外周面のほ
か、溶接部が変化する円又は矩形外周面の複雑な溶接を
簡便な手段で達成させた。

そして、本発明は、工つのワークに複数箇所の溶接部を
持つときは、上記溶接トーチを溶接箇所に対応して配置
した作動部材の回動軸に取付け、これらの回動軸は個々
に駆動されると共に１つの７クチエータによってワーク
交換時に大きく退避させるようになした。これで、１つ
のワークに複数箇所の溶接部があっても、１回の溶接サ
イクルで終了し、ワークの熱歪ノブが最少に抑えられる
と共に、溶接１・−チと同数のロボットを必要としない
など、安価で操作性の良い自動溶接装置を提供すること
ができる。

以下、本発明の自動溶接装置を図面の簡単な説明する。

第１図は本発明自動溶接装置ＡＷを示し、バレンｌ−Ｐ
で搬入されたワークＷの溶接部（４箇所）Ｗ′に各溶接
トーチＴ・・・が吊架設置されている。上記各溶接トー
チＴ・・・は、本体作動部月１０・・・の下端に突出す
る回動軸１１・・・に取付けられている。この作動部材
１０・・・は、機台１の四隅に植立させた支柱２・・・
の上部ガイ１′杆２ａ・・・に軸受部３α・・・を嵌合
係止させた昇降台３に載置している。各ガイド杆、２（
Ｚ・・・の頂端間に架絡した２枚の板材４α、４４には
、板材５が架設され、この中央に７クチエー、夕となる
シリンダｃｏが取付けられている、上記シリンダｃｏの
垂下する長身なロッド６は昇降台３の上面中央位置の取
付フランジ３ｂに連結されており、シリンダＣｏの作動
でロッド６が上死点にあるとき、各溶接１・−チＴ・・
・は図示のように上昇した退避位置にあって、ワークＷ
を載せたバレン）Ｐのテーブル５０への搬入、搬出が行
われる。また、シリンダｃｏのロッド６が下死点位置に
あるとき、溶接トーチＴ′・・・はワークＷの外側に接
近して対面し、電極先端ｔをワークＷの溶接部Ｗ′に極
液させている。旋回駆動部材となる減速機付モータＩＶ
ＩＩ　ｒ　Ｍ２　、Ｍ３　、Ｍ４の正転駆動で回動軸１
１・・・が低速回転すると、トーチＴ′・・・は第９図
のように矩形断面の溶接部Ｗｌの外周をａ、ｈ、ｃ、ｔ
ｔのように半径γの円軌跡２を描いて約２７０°旋回す
る。上記溶接トーチＴ・・・・は２７０°までの旋回時
に、溶接部の高さ変動に応じて内蔵するカム手段の昇降
部材で上下に変位すると共に、溶接面の傾き加減に応じ
てシリンダＣＩでリンク式の首振機構Ｋを介してトーチ
なＴ’の如く下向きに変更される。

次に、本発明の各部詳細構成を説明する。先ず、第２，
３図において昇降台３上の４組の溶接トーチＴの作動部
材１０・・・は、座板７・・・上に明けた通孔７ａに挿
通させた形態で本体中腹部が載置され、この左右外側に
は減速機伺モータＭ、−Ｍ、ｌが各々の座板７上に据付
けられている。上記座板７・・・は四隅にばか穴７ｈ・
・・が明けられ、第５図のように大きな座金９・・・を
介してボルト８で昇降台３上に締着され、ばか穴７ｂと
ボルト８との間隙１分だけ昇降台上の締付位置を調節で
きる。なお、各座板７・・・の二方向（左右、前後方向
）の正確な位置決めは、外側二面と対向するプラケット
１２．１３の各２本のセットスクリュ１４．１５−・−
に座板７・・の外側二面を当接してボルト８−・・を締
付けることで行う。即ち、パレットＰ上のワークＷの溶
接部Ｗ′に対する溶接トーチＴの電極先端ｔとの相対距
離を微調節することができる。

続いて、下端に備える溶接Ｉ・−チＴを旋回、昇降、首
振りさせる作動部材１０を説明する。２０は中腹部の円
筒ハウジングで、上側のフランジ２０．が座板７にボル
ト締めされていて、中心に回動軸１１が挿通し、上下端
の軸受スリーブ２１．２２によって回動軸を承持させて
いる。２３は円筒ハウジング２０内の回動軸１１に嵌着
する円筒カムで、カム溝２３゜にはハウジング２０の側
壁に固定したカムフォロワ２４が係合しており、モータ
Ｍ１〜Ｍ４によつ又回動されると、該回動軸１１はカム
溝２３ａの高低に従い上下の軸芯方向に移動する。上記
回動軸１１の駆動系は、モータＭｌ−Ｍ４の減速出力軸
２５のプーリ２６がベルト２７を介して従動軸２８のプ
ーリ２９と連結されている。この従動軸２８は円筒ハウ
ジング２００頂面に連接したブラケット３０の頂部軸受
３０ａに中腹部を承持され、下端大径部２８ａの盲孔２
８ｂ内に回動軸１１の頂部が挿嵌している。３１は下端
大径部２８．０側壁に付設したキ一部材で、盲孔２８ｂ
内に挿入した回動軸１１の切欠面（キーとの係合面）１
１ａをキ一部材３１の内面３１ａと対面している。而し
て、モータＭ３の起動で従動軸２８が低速回転（溶接速
度）すると、これに連結している回動軸１１も一体とな
って回動すると共に円筒カム２３のカム溝２３（Ｚの高
低で軸方向にも移動する。その移動量ｙはキ一部材３１
と対面係合する回動軸１１の切欠面との間隙分である。

なお、従動軸（回動軸１１）２８の回動角は、第６図に
示すようブラケット３０の内壁面に取付けたストップビ
ン３２．３３によってキ一部材３１を受止める回動規制
部材６０の構成となし、約２７０°の回動角（溶接トー
チＴの旋回角が２７０°）になるよう設定される。他方
、回動軸１１の下端には、リンク式の首振機構Ｋを備え
たブラケット３４がそのボス３５を嵌着して取付けられ
、該リンク機構の先端に溶接トーチＴが装備され、シリ
ンダＣ，によって実線、鎖線の二方向にトーチＴの向き
がかえられる。即ち、首振機構にとなるリンク機構は、
長短２本の竿杆３６．３７がブラケット３４の上下位置
に中腹及び右端側を支軸３８．３９で枢支され、この竿
杆３６．３７の左端２箇所には同じ長さの中継杆４０．
４１が平行に垂下し、その上端と中腹が４本の支軸で枢
支された平行四辺形のリンクを形成している。」二記２
本の中継杆４０．４ｊの下端にはホルダ４２が枢着され
、このホルダ４２に溶接トーチＴが前記竿杆３６．３７
と同じ向きに取付けられている。上記トーチＴの電極先
端ｔは支軸３８．３９を結ぶ延長線ｙ上にあり、これは
回動軸１１の中心線０よりもγだけ偏心した位置（中心
線から半径τとなる）に定められている。Ｃ１は溶接１
・−チＴの首振りアクチェータとなるシリンダで、シリ
ンダ本体側がボス３５に螺着したボルト４３の下端頭部
に枢着され、ロンド４４の下端（先端）に取付けた二股
連接具４５が竿杆３６の右側任意位置に連結枢支される
ようアジャストスクリュ４６の内端頭部との間で枢支さ
れている。而して、シリンダ自の作動でトーチＴは第３
図の実線と鎖線間を首振り運動し、その首振り角度はア
ジャストスクリュ４６によって調節される。上記作用に
おいて、電極先端は、延長線１上に一致しているから、
首振り運動によって変位することがなく、単にその方向
を変えるだけである。従って、トーチＴの偏心量γより
も半径の小さなワークＷ、例えば第７図に示すよう矩形
断面のワークの溶接部Ｗ′を回動軸１１の中心線０上の
トーチ位置におき、モータＭ１〜Ｍ４の駆動で回動軸を
ゆっくり溶接速度で回動させると、トーチＴの電極先端
ｔが偏心量ｒを半径にして溶接部Ｗ′の外周を旋回する
ことになる。

上記トーチＴの旋回運動に対する上向き下向きの方向転
換のタイミングは、第７図に示すよう始点ａから終点ｄ
までの約２７０°回転角内における任意位置にリミット
スイッチＬＳＩ、ＬＳ２を配置し、このリミットスイッ
チでシリンダＣ１を作動させて首振機構Ｋにより方向を
かえる。図示では始点αから９０°の旋回角度位置すと
２７０°の終点ｄ位置にリミットスイッチＬＳＩ、　Ｌ
Ｓ２が配置され、この２ケ所でトーチＴが上向き下向き
に切換えらＪする。

また、図示では始点αと終点ｄにスイッチ作動万全を期
すために各々２組のりミツトスイッチＬＳＱ、　ＬＳｅ
を備え、いずれか一方のスイッチ作動で旋回用のモータ
Ｍ１〜Ｍ４の起動、停止、逆転を司どらせている。なお
、上記リミットスイッチ群ＬＳＩ〜ＬＳユの取付関係は
、第３図に示す如くであり、ブラケット３００頂部、３
０ｈにリミットスイッチ群ＬＳ１〜ＬＳルが積層され、
従動軸２８０頂端側に嵌着したドッグＤＩ−Ｄｎにより
各リミットスイッチＬＳ、　−ＬＳ、Ｌを作動させる回
動角検出部材７０の構成になっている。（シーケンサと
なる電気制御回路は説明を省略） 本発明の自動溶接装置ＡＷは上述のように構成されてお
り、以下その作用を説明する。本発明装置においては、
最大４箇所の溶接が同時に行えるものであるから、第８
図に示すようＶ字状に緩やかに曲げた部材Ｗ、、Ｗｌと
、この両端間を架絡する細長いコ字状部材ｗ２．ｗ２と
を正方形に枠組みし、その４箇所の半抜縁面を溶接する
ワークＷの実施例で説明する。このワークＷにおける溶
接部Ｗ′・・・は、第７〜９図に示すよう矩形断面を呈
し、旋回区間ａ　−ｂでの高部平坦縁辺と、旋回区間ｂ
　−ｃでの高部から低部への傾斜辺と、旋回区間ｃ　−
ｃｌでの低部平坦縁辺であって、その中心を回動軸１１
の延長線Ｏ上に座板７の移動で一致させろと共に、始点
ａ位置にある各トーチＴ・・・に高さが合わせられる。

先ず、パンツｌ−Ｐ上に取付けられたワークＷは、自動
溶接装置ＡＷのテーブル上に搬入し、定位置に位置決め
される。このとき、各１・−チＴ・・・は第１図の如く
、シリンダＣＯの上昇作動で昇ンダＣｏが昇降台３を降
下させると、各トーチＴ・・・は第１図の鎖線（第３図
）の如く、電極先端が溶接部Ｗ′の始点ａ位置に対向さ
れる。なお、各トーチＴ・・・はワークＷの溶接部Ｗｌ
の始点ａに第（１図の如く対向している。続いて、各モ
ータＭ１〜Ｍ４を一斉に起動させると、出力軸２５のプ
ーリ２Ｇがベルト２７を介して従動軸２８を低速回転す
る。この結果、始点σ位置のリミタ］・スイッチＬＳＯ
が作動して溶接電流を流しはじめる一方、キ一部拐３１
を介して連結された回動軸Ｊ１の回動で、各溶接トーチ
Ｔ・・・が第９図のように時計及び反時割方向へ円軌跡
μで旋回される。この旋回速度が溶接速度であって、ａ
　−ｂの９０°区間で、各溶接トーチＴは第３図実線の
ように電極先端を上向きとした状態で溶接部Ｗ′の高部
平坦縁辺を例えばＴＬｇ溶接する。

次の９０°区間（ｂ　−ｃ　）では、溶接部Ｗ′が高部
から低部への傾斜辺となっているため、この傾斜辺に電
極先端が沿うよう、回動軸１１０回動に伴ってカムフォ
ロワ２４に係合する円筒カム２３がカム溝２３ｃｌの傾
斜面で下降し、これと一体の回動軸１１及び溶接ｌ・−
チＴも下降する。これらの関係は第１０図の作動フルー
チャートの如くであり、６点でリミットスイッチＬＳ、
が作動して、シリンダＣ１を駆動し、第３図の如く首振
機構にで鎖線の下向きにトーチＴをすばやく向ける。そ
して、ｃ　−ｄの９０°旋回区間は溶接部Ｗ′が低部平
坦縁辺であると共に、部ＨＷ、　、　ｗ、が真下にある
ため、）・−チＴを下向きとしたまＳ上下位置をかえる
ことなく旋回させる。

」二連のように溶接１・−チＴは、円軌跡μを描いてワ
ークＷの溶接部Ｗ′の矩形外周を簡易な旋回運動によっ
て溶接を行うことができる。トーチＴが終点ｄに達する
と、リミットスイッチＬＳ２が作動して溶接電流を切る
一方、シリンダＣｏを起動し、昇降台３を上昇させると
共に、リミットスイッチＬＳｅの作動で各モータＭ１〜
Ｍ４が一斉に逆転駆動され、これで各トーチＴをｄ　−
ａ方向に旋回運転して戻す。この戻り旋回運転中に、シ
リンダｃｏの１−限りミツトスイッチ（図示なし）の作
用でテーブル上の溶接済みワークＷのパレットＰが搬出
され、これに替えて新しい未溶接ワークＷをのせたバレ
ットＰがテーブル上に搬入される。なお、各溶接トーチ
Ｔの戻り旋回運動のｂ点通過時に、ＩＪ　Ｅノドスイッ
チＬＳ、が再び作動してシリンダＣＩを復元動作させ、
溶接トーチＴを第１，３図の実線の如く上向きに復帰さ
せる。勿論、ｃ　−ｂ区間でカムフォロワ２４に係合す
る円筒カム２３が上昇し、これと一体の溶接トーチＴも
上昇して、次回の溶接に備える。この後、シリンダＣｏ
の作動で昇降台３が降下し、各溶接トーチＴの電極先端
ｔを新しいワークＷの溶接部Ｗ／の始点ａに合わせ、以
下前記した自動溶接作用を繰り返す。なお、溶接外周面
が同一高さで、トーチの方向をかえる必要がない対象ワ
ークのときは、昇降部拐や６振機構を取外した状態で使
用する構成となろう 本発明は上記一実施例に限定されることなく、要旨内で
の設計変更が可能である。例えば、溶接部Ｗ／の断面形
状は、円断面が理想的であり、これ′に近似した断面形
状（六角形、五角形、三角形）であれば、溶接対象ワー
クとなる。また、１つのワークＷに対して、数箇所の同
時溶接を複数組の溶接トーチで実行しているが、ワーク
に対応してトーチの増減をすることになる。また、詳細
部分の設計変更も上記一実施例に限定されない。例えば
、モータＭ１〜Ｍ４をブラケット３０に直接取付け、ベ
ルト２７を介することなく従動軸２８を出力軸２５で直
接駆動させる構成としてもよい。そして、回動軸】１の
位置決め停止をリミットスイッチによるモータだけの停
止にめ、回動規制部材６０の省略や回動角検出部材７０
もドッグＤ１〜ＤｒＬとりミツトスイッチＬＳ　１　＝
　ＬＳｎ、の方式だけに限定されない。

本発明の自動溶接装置によるときは、機台の上部に架設
され１つの駆動源で上下動する昇降台に、溶接箇所と等
しい溶接トーチな回動軸下端に備えた作動部材を垂下吊
設し、前記作動部材には溶接トーチの旋回駆動部側及び
回動角検出部材等を備え、前記回動軸の中心線延長上に
ワークの溶接部を配置すると共に、溶接トーチの電極先
端を中Ｉし線から外した溶接部外側に対向させ、前記回
動軸の回転駆動で溶接トーチを円軌跡で溶接部の外周に
旋回させて溶接するから、高価なＣＮ　Ｃ制御装置を使
用しなくても単純な円又は矩形外周面の溶接や溶接部が
変化する円又は矩形外周面の複雑な溶接を簡便な手段で
実行できるし、更に、１つのワークに複数箇所の溶接部
があっても、１回の溶接サイクルで終了し、ワークの熱
歪みが最少に抑えられると共に、溶接トーチと同数のｐ
ポットを必要としないなど１つの駆動系と制御系からな
る安価で操作性の良い自動溶接装置を提供できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自動溶接装置の正面図、第２図は第１図
のＩ−Ｉ線断面図、第３図は本発明要部となる作動部材
の断面図、第４図は第３図の１１−Ｉ線断面図、第５図
は座板の取付を示す部分断面図、第６図は第３図のｍ−
１Ｈ線断面図、第７図は溶接部に対する溶接トーチの旋
回軌跡と各リミットスイッチの配置関係を示す作用断面
図、第８図は本発明自動溶接装置に使用される一例を示
す枠組ワークの斜視図、第９図は枠組ワークの各溶接部
に対する溶接トーチの旋回軌跡を示す作用平面図、第１
０図は本発明自動溶接装置のフローチャート図である。 １・・・機台、２・・・支柱、３・・・昇降台、Ｃｏ・
・・シリンダ、１０・・・作動９部材、１１・・・回動
軸、旋回駆動部材（Ｍ１〜Ｍ４・・・減速機付小型モー
タ、２７・・・ベルト、２８・・・従動軸）、昇降部材
（２３・・・円筒カム、２４・・・カムフォロワ、１．
１　ｃｔ・・・切欠面、３１・・・キ一部材）、３４・
・・ブラケット、首振板構Ｋ　（３６，３６・・・竿杆
、４０．４１・・・中継杆、Ｃ１・・・シリンダ）、回
動角検出部材７０（ＤＩ〜Ｄｎ・・・トンク、ＬＳ１〜
ＬＳ？＋、・・・リミットスイッチ）、０・・・中心線
、ｒ・・・偏心量、Ｔ・・・溶接トーチ、ｔ・・・電極
先端、Ｕ・・・円軌跡、Ｗ・・・ワーク、Ｗ′・・・溶
接部。 出願人　達州製作株式会社 藩　４　反 ２０ １５　民 茗　６　面 ｐ 謁　８　圓 １９　団

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機台の上部に架設され１つの駆動源で上下動する昇降台
   に、溶接箇所と等しい溶接トーチを回動軸下端に備えた
   作動部ゝ材を垂下吊設し、前記作動部材には溶接トーチ
   の旋回駆動部材及び回動角検出部材等を備え、前記回動
   軸の中心線延長上にワークの溶接部を配置すると共に、
   溶接トーチの電極先端を中心線から外した溶接部外側に
   対向させ、前記回動軸の回転駆動で溶接トーチを円軌跡
   で溶接部の外周に旋回させて溶接することを特徴とする
   自動溶接装置。