(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧトーチと、該ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間にフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤガイドと、多関節ロボットとを備えたＴＩＧ溶接装置において、
前記多関節ロボットのアームに保持され、且つ、前記ＴＩＧトーチを前記アームに対して往復運動させ、ワーク表面に接近する方向と離間する方向とに前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させるＴＩＧトーチ移動手段と、
前記フィラーワイヤガイドを前記アームに固定するフィラーワイヤガイド保持手段とを有する
ことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載のＴＩＧ溶接装置において、
前記ＴＩＧトーチ移動手段は、回転直動機構を有している
ことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項３】
フィラーワイヤガイドを固定した多関節ロボットのアームに、ワーク表面に沿った倣い動作を行わせながら、ＴＩＧトーチを前記アームに対して往復運動させて、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させる
ことを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給しながら、ワーク表面においてＴＩＧ溶接を行い、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間に、フィラーワイヤを供給して、前記ワーク表面にビードを形成するＴＩＧ溶接が知られている。
【０００３】
例えば、２輪車のフレームでは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる薄肉のワークの一部と厚肉のワークの一部とを重ね合わせて溶接部位を構成し、前記溶接部位にＴＩＧ溶接を行うことによって、該溶接部位に鱗状のビードが形成され、前記２つのワークが接合される。
【０００４】
このとき、前記２つのワークの溶接には、鉄等からなるワークを溶接するのと比較して、前記ＴＩＧ溶接に多大な熱量を必要とする。
【０００５】
また、前記２輪車のフレームは、顧客の目に触れる箇所に配置されるため、前記鱗状のビードの良否によって、該２輪車の顧客吸引力が左右される。
【０００６】
従って、前記フレームのＴＩＧ溶接は、ＴＩＧ溶接作業の熟練技術者によって行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熟練技術者が有するＴＩＧ溶接作業の技能を、一般的な溶接技術者に伝承することは容易ではない。また、前記熟練技術者が前記ＴＩＧ溶接作業を行っても、前記フレームの生産効率を大幅に向上させることは困難である。
【０００８】
そこで、従来、前記熟練技術者が行っていたＴＩＧ溶接作業を、多関節ロボットに行わせ、前記フレームの生産効率を向上させる試みが行われている。
【０００９】
この場合、前記多関節ロボットのアームに、ＴＩＧトーチとフィラーワイヤガイドとを保持させ、前記ＴＩＧトーチと前記２つのワークの溶接部位との間のアーク形成空間に、前記フィラーワイヤガイドからフィラーワイヤを供給し、前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させることによって、ＴＩＧ溶接を行うことが考えられる。
【００１０】
しかしながら、前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させると、前記２つのワーク表面に対する前記ＴＩＧトーチの位置と前記フィラーワイヤの位置とが変動するので、前記ビードを形成するために要するフィラーワイヤの量が変動する。そのため、前記ビードの形成中に、前記溶接部位に形成されたフィラーワイヤの溶融池の状態が不安定となり、不良状態のビードが形成され、前記不良状態のビードによって、該２輪車の顧客吸引力が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、多関節ロボットを用いても、ワーク表面に良好な鱗状のビードを形成することができるＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＴＩＧ溶接装置は、ＴＩＧトーチと、該ＴＩＧトーチとワークとの間のアーク形成空間にフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤガイドと、多関節ロボットとを備えたＴＩＧ溶接装置であり、前記多関節ロボットのアームに保持され、且つ、前記ＴＩＧトーチを前記アームに対して往復運動させ、ワーク表面に接近する方向と離間する方向とに前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させるＴＩＧトーチ移動手段と、前記フィラーワイヤガイドを前記アームに固定するフィラーワイヤガイド保持手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
熟練技術者が一方の手に保持したフィラーワイヤガイドと、他方の手に保持したＴＩＧトーチとによって従来行われていたＴＩＧ溶接作業を、ＴＩＧトーチとフィラーワイヤガイドとを備えた前記多関節ロボットで行うので、前記熟練技術者が有していた技能を自動化することが可能となり、前記ワークに対するＴＩＧ溶接によって生産された製品に対する生産効率を向上することができる。
【００１４】
また、前記フィラーワイヤガイド保持手段によって前記フィラーワイヤガイドが保持されるので、前記ワーク表面に対する前記フィラーワイヤの位置を一定に保持することができる。そのため、前記フィラーワイヤを前記アーク形成空間に安定した状態で供給することが可能となる。従って、従来、問題とされていた前記ワーク表面における前記フィラーワイヤの溶融池の不安定な状態は発生しない。
【００１５】
また、前記ＴＩＧトーチ移動手段は、前記ワーク表面に接近する方向と離間する方向とに、前記ＴＩＧトーチをウィービング動作させる。このようなウィービング動作によって、良好な鱗状のビードを前記ワーク表面に形成することができ、顧客吸引力を向上することができる。
【００１６】
また、本発明に係るＴＩＧ溶接方法は、フィラーワイヤガイドを固定した多関節ロボットのアームに、ワーク表面に沿った倣い動作を行わせながら、ＴＩＧトーチを前記アームに対して往復運動させて、前記ＴＩＧトーチを前記ワーク表面に接近する方向又は離間する方向にウィービング動作させることを特徴としている。
【００１７】
前記ＴＩＧトーチがウィービング動作と倣い動作とを同時に行っているので、良好であり且つ顧客吸引力の高いビードを容易に得ることができる。
【００１８】
このとき、前記フィラーワイヤガイドは、フィラーワイヤガイド保持手段を介して多関節ロボットのアームに保持され、前記ＴＩＧトーチは、ＴＩＧトーチ移動手段を介して前記多関節ロボットのアームに保持され、前記ＴＩＧトーチ移動手段の任意の方向への移動によって、前記ＴＩＧトーチのウィービング動作が行われ、前記多関節ロボットのアームの前記ワーク表面に沿った方向への移動によって、前記ＴＩＧトーチの倣い動作が行われる。
【００１９】
このように、前記多関節ロボットのアームによって、前記フィラーワイヤガイドが保持され、前記ワーク表面に対する前記ＴＩＧトーチのウィービング動作と倣い動作とが行われるので、ＴＩＧ溶接作業の間、前記アーク形成空間に前記フィラーワイヤが安定した状態で供給される。そのため、従来、問題とされてきた前記ワーク表面における前記フィラーワイヤの溶融池の不安定な状態は発生しない。
【００２０】
また、これまで熟練技術者が行ってきたＴＩＧ溶接作業が自動化され、前記ＴＩＧ溶接作業によって生産された製品に対する生産効率を向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法の好適な実施の形態について、図１〜図６を参照しながら、詳細に説明する。
【００２２】
本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０は、図１に示すように、第１のアーム１２を有し、且つ第１のアーム１２を任意の方向に移動させる第１の多関節ロボット１４と、第１のアーム１２に取り付けられ、ＴＩＧトーチ１６を保持しながら、前記ＴＩＧトーチ１６をワークに対して接近する方向又は離間する方向（Ｚ軸方向）に移動させるＴＩＧトーチ移動手段１８と、ＴＩＧトーチ移動手段１８の一部を取り囲むように第１のアーム１２に取り付けられ、フィラーワイヤガイド２０を所定の位置に保持するフィラーワイヤガイド保持手段２２とを有している。
【００２３】
第１の多関節ロボット１４は、図２に示すように、コントローラ２４からの第１の制御信号Ｓ１によって、第１のアーム１２を任意の方向に移動できるように制御される。
【００２４】
ＴＩＧトーチ１６は、その先端にタングステン電極２６を有する。このタングステン電極２６には、第１のケーブル２８を介してＴＩＧ溶接機３０から出力された数百Ａまでの交流電流が供給される。コントローラ２４からＴＩＧ溶接機３０に第２の制御信号Ｓ２が供給されたときに、前記交流電流がタングステン電極２６に供給される。次いで、前記交流電流の供給によって、ＴＩＧトーチ１６によるＴＩＧ溶接が開始される。
【００２５】
フィラーワイヤガイド保持手段２２は、図１に示すように、第１の多関節ロボット１４の第１のアーム１２に保持された固定枠３２と、この固定枠３２の内部に固定され、Ｚ軸方向に沿って形成されたガイドレール部材３４とを有する。
【００２６】
ＴＩＧトーチ移動手段１８は、ガイドレール部材３４に沿って移動するスライドテーブル３６と、このスライドテーブル３６に固定され、ＴＩＧトーチ１６を把持する第１のホルダー３８と、スライドテーブル３６の上部に固定され、サーボモータ４０を把持する第２のホルダー４２と、サーボモータ４０の回転軸４４に取り付けられたカム４６とを有している。
【００２７】
前記カム４６は、尖端型の板カムであることが好ましい。また、前記カム４６の尖端側には、前記カム４６の板平面に対して、突出して設けられたロッド４８が固着されている。
【００２８】
一方、固定枠３２の上部には、横長のスリット５０が設けられた拘束部材５２が突出して設けられており、前記スリット５０には、ロッド４８が挿入されている。
【００２９】
ここで、図２に示すように、コントローラ２４からサーボモータ４０に第３の制御信号Ｓ３が供給されたとき、ＴＩＧトーチ１６がどのような運動を行うかについて説明する。
【００３０】
第３の制御信号Ｓ３がサーボモータ４０に供給されると、図１に示すように、サーボモータ４０の回転軸４４は、角度θの範囲内で振動性の運動を行う。この運動に基づき、カム４６の尖端側は、角度θの範囲内でＺ軸方向に往復運動を行う。
【００３１】
カム４６のＺ軸方向への往復運動は、スライドテーブル３６のＺ軸方向への往復運動となる。そのため、スライドテーブル３６は、ガイドレール部材３４に沿って移動することが可能となる。従って、ＴＩＧトーチ１６は、第３の制御信号Ｓ３によって、Ｚ軸方向に移動可能である。
【００３２】
一方、フィラーワイヤガイド２０は、図２に示すように、フィラーワイヤガイドチューブ５４を介してフィラーワイヤ供給装置５６に接続されている。コントローラ２４からフィラーワイヤ供給装置５６に第４の制御信号Ｓ４が供給されたとき、フィラーワイヤ供給装置５６は、フィラーワイヤリール５８に巻かれたフィラーワイヤ６０を、フィラーワイヤガイドチューブ５４を介してフィラーワイヤガイド２０に供給する。また、フィラーワイヤガイド２０は、図１に示すように、固定枠３２の下部において固定された連結部材６２によって把持されている。
【００３３】
以上のようにして構成された本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０のＴＩＧトーチ１６に対向して、図２に示すように、ワーク６４を接近、位置決めすることによって、ワーク６４にＴＩＧ溶接作業を行うことが可能となる。
【００３４】
このとき、ワーク６４は、第２の多関節ロボット６６の第２のアーム６８に取り付けられたフレームホルダー７０によって把持される。また、コントローラ２４から、第５の制御信号Ｓ５が第２の多関節ロボット６６に供給されることにより、第２のアーム６８が動作して、ワーク６４をＴＩＧトーチ１６に相対的に接近、位置決めすることができる。更に、アース線である第２のケーブル７２を介して、ＴＩＧ溶接機３０とフレームホルダー７０とが接続されている。
【００３５】
本実施の形態では、ＴＩＧ溶接装置１０を用いることによって、例えば、図３に示すようなワーク６４から、２輪車の車体を構成するアルミフレームをＴＩＧ溶接で生産することができる。上記したことについて、以下に説明する。
【００３６】
ワーク６４は、図３に示すように、第１及び第２の鋳造成形品７４及び７６とメインパイプ７８とから構成される。
【００３７】
まず、第１の鋳造成形品７４の一部とメインパイプ７８の一部とを重ね合わせて、図４に示すような溶接部位８０を形成する。一方、第２の鋳造成形品７６の一部とメインパイプ７８の一部とを重ね合わせて、溶接部位８０とは別の溶接部位を形成する。
【００３８】
次いで、ワーク６４をフレームホルダー７０で把持し、図５に示すように、溶接部位８０を任意の方向、例えば、Ｘ軸方向（図１参照）に沿うように配置し、ＴＩＧトーチ１６のタングステン電極２６に接近させる。
【００３９】
次いで、タングステン電極２６に交流電流を供給して、溶接部位８０とタングステン電極２６との間にアーク放電が発生しているアーク形成空間８２を形成する。そして、アーク形成空間８２に、フィラーワイヤガイド２０からフィラーワイヤ６０を供給する。
【００４０】
このとき、図１に示したように、回転軸４４の振動性の運動に基づき、カム４６がＺ軸方向に対して往復運動を行うので、ＴＩＧトーチ移動手段１８は、ＴＩＧトーチ１６をＺ軸方向に移動可能である。ＴＩＧトーチ１６は、ワーク６４の溶接部位８０に対して接近する方向と離間する方向とに振動するウィービング動作を行う。
【００４１】
一方、フィラーワイヤガイド２０は、連結部材６２によって把持されているので、ＴＩＧトーチ１６のウィービング動作に関係なく、ワーク６４の溶接部位８０に対して、常に、所定の位置に保持されている。そのため、フィラーワイヤ６０をアーク形成空間８２に安定した状態で供給することができる。
【００４２】
従って、ＴＩＧトーチ１６のウィービング動作と、フィラーワイヤガイド２０からアーク形成空間８２へのフィラーワイヤ６０を安定した状態で供給することによって、良好な鱗状のビード８４を溶接部位８０に形成することができる。
【００４３】
また、第１の多関節ロボット１４の第１のアーム１２をＸ軸方向に移動させながら、ＴＩＧトーチ１６にウィービング動作を行わせると、複数の鱗状のビード８４が一部重なりながら、直線状に沿って形成される。
【００４４】
このようにして形成された鱗状のビード８４を有する２輪車のアルミフレームは、前記２輪車の乗車席の脇部に配置されるので、人目につきやすい。そのため、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０によって形成された鱗状のビード８４を有するアルミフレームを、２輪車のアルミフレームとして使用すれば、前記２輪車の顧客吸引力をより一層向上することができる。
【００４５】
ここで、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０によってＴＩＧ溶接作業を行ったときのＴＩＧトーチ１６のウィービング動作と、タングステン電極２６に供給される交流電流と、フィラーワイヤ６０の供給量との関係について、時間経過の観点から説明する。
【００４６】
ＴＩＧトーチ１６は、図６に示すように、Ｎｓの周期でウィービング動作を行う。具体的には、当初、Ｈ１ｍｍであったＴＩＧトーチ１６の高さは、０．９Ｎｓ後には、Ｈ２ｍｍにまで変化する。即ち、タングステン電極２６の先端は、溶接部位８０からＨ２ｍｍの位置にまで接近する。その後、ＴＩＧトーチ１６の高さは、０．１Ｎｓの間にＨ２ｍｍからＨ１ｍｍに変化する。
【００４７】
一方、アーク形成空間８２の温度は、ＴＩＧ溶接の時間ｔの経過に伴い上昇するので、一定の交流電流をタングステン電極２６に流し続けると、ワーク６４が高温となり、溶接部位８０の溶け込み量が増加してしまう。
【００４８】
そこで、タングステン電極２６に供給する交流電流を、段階的に減少させることによって入熱量を変え、ビード８４を安定させることができる。
【００４９】
このように、本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置１０は、これまで熟練作業者が行っていたＴＩＧ溶接作業を自動化させたので、ＴＩＧ溶接作業によって生産された製品の生産効率を著しく向上させることができる。
【００５０】
なお、本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係るＴＩＧ溶接装置及びＴＩＧ溶接方法によれば、ＴＩＧトーチにウィービング動作させ、且つ前記フィラーワイヤガイドをワーク表面に対して一定位置に保持しているので、前記ＴＩＧトーチと前記ワーク表面との間のアーク形成空間にフィラーワイヤを安定した状態で供給でき、良好且つ顧客吸引力の高い鱗状のビードが、前記ワーク表面において容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るＴＩＧ溶接装置を示す平面図である。
【図３】ＴＩＧ溶接が行われるワークを示す斜視図である。
【図４】図３のワークのＩＶ−ＩＶ方向における断面図である
【図５】図３のワーク表面におけるＴＩＧ溶接作業を示す図である
【図６】ＴＩＧトーチのウィービング動作の時間経過を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＴＩＧ溶接装置              １２…第１のアーム
１４…第１の多関節ロボット        １６…ＴＩＧトーチ
１８…ＴＩＧトーチ移動手段        ２０…フィラーワイヤガイド
２２…フィラーワイヤガイド保持手段
２４…コントローラ                ２６…タングステン電極
２８…第１のケーブル              ３０…ＴＩＧ溶接機
３２…固定枠                      ３４…ガイドレール部材
３６…スライドテーブル            ３８…第１のホルダー
４０…サーボモータ                ４２…第２のホルダー
４４…回転軸                      ４６…カム
４８…ロッド                      ５０…スリット
５２…拘束部材                    ５４…フィラーワイヤガイドチューブ
５６…フィラーワイヤ供給装置      ５８…フィラーワイヤリール
６０…フィラーワイヤ              ６２…連結部材
６４…ワーク                      ６６…第２の多関節ロボット
６８…第２のアーム                ７０…フレームホルダー
７２…第２のケーブル              ７４…第１の鋳造成形品
７６…第２の鋳造成形品            ７８…メインパイプ
８０…溶接部位                    ８２…アーク形成空間
８４…ビード                      Ｈ１、Ｈ２…高さ
Ｎ…周期                          Ｓ１〜Ｓ５…第１〜第５の制御信号
ｔ…時間                          θ…角度
【図１】
0003946570.tif 000002
【図２】
0003946570.tif 000003
【図３】
0003946570.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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