(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設された複数本の溶接トーチとその一方を他方に対して軸方向に進退させる進退駆動装置とを備えた溶接ヘッドを用い、溶接動作を行いながら一本の溶接線に沿って溶接ヘッドを移動させている途中において、複数本の溶接トーチのいずれか１本のみを他に対して進出させた状態で当該一本のみが溶接動作を行う溶接と、複数本の溶接トーチを等しい位置にしてすべての溶接トーチが溶接動作を行う溶接との切り替えを行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置を設け、一本の溶接線に沿って移動している溶接ヘッドの移動方向前側の溶接トーチを退避させた状態で後側の溶接トーチによる溶接動作で溶接を行い、溶接ヘッドが所定量移動したあと前記前側の溶接トーチを進出させて当該前側トーチの溶接動作を開始し、前側トーチの溶接動作を開始してから前側トーチと後側トーチとの間隔に相当する距離以上溶接ヘッドが移動した後のタイミングで溶接ヘッドの移動速度を増速することを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置を設け、前記溶接ヘッドを一本の溶接線に沿って移動させながら並設された複数本の溶接トーチを溶接動作させて溶接を行い、溶接ヘッドが所定距離移動したあとその移動速度を減速し、その減速動作を終了してから溶接ヘッドがその移動方向前側の溶接トーチと後側の溶接トーチとの間隔に相当する距離移動する前のタイミングで、その移動方向後側の溶接トーチの溶接動作を停止して当該後側トーチを退避させることを特徴とする、溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、複数本の溶接トーチを並設した溶接ヘッドを用いる溶接方法、及び溶接ロボットの溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを装着して行う溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ヘッドの移動速度を高速化できることによる溶接作業の生産性向上を主眼とし、加えて複数本の溶接トーチに与える電圧値やワイヤ送り速度を制御することで溶接品質の向上を図るために、溶接ヘッドに複数本の溶接トーチを搭載して、その先端相互の位置関係を一定に保持した状態で同期移動させて溶接を行う技術は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ヘッドに同時に溶接動作を行う複数本の溶接トーチを装着すると、その先端相互の間には絶縁やアークの分離のためのある程度の距離を必要とするため、溶接ヘッドの先端がその移動方向に幅広くなるのを避けることができない。そのため、溶接開始位置や溶接終了位置に、溶接トーチと干渉するような障害物がない場合には問題がないが、例えば溶接開始位置や終了位置に、トーチと干渉する壁や段差があるときは、溶接開始位置や終了位置への溶接ヘッドの接近性が低下し、これらの端部に不良溶接箇所が生ずる。このような場合に溶接の完全を期そうとすれば、複数本の溶接トーチを備えた溶接ヘッドで溶接できない隅部を予め１本の溶接トーチで溶接しておく必要があり、溶接工程が２工程となるばかりでなく、２台の溶接ロボットが必要であったり、工程間で１本トーチの溶接ヘッドと複数本トーチの溶接ヘッドとの交換が必要となるなどの、設備負担ないし作業負担が生ずる。
【０００４】
また、１台のロボットで長い距離の溶接と細かい部分の溶接とを行うときには、細かい部分の溶接においては、溶接トーチの接近性が問題となり、長い溶接線の溶接においては、溶接速度が問題となるために、１本トーチと複数本トーチとの使い分けが必要となり、前記と同様に溶接工程を２工程として、その工程間で溶接ヘッドの交換作業が必要になるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決して、高速溶接が可能な複数本の溶接トーチを備えた溶接ヘッドで、狭い箇所から広い箇所への連続的な１工程での溶接作業を可能にし、溶接作業の作業性を大幅に向上させることができる技術手段を得ることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数本の溶接トーチを備えた溶接ヘッドを用いる溶接において、トーチの一方を他方に対して進退自在に設けることにより、上記課題を解決している。
【０００７】
本願の請求項１の発明に係る溶接方法は、並設された複数本の溶接トーチとその一方を他方に対して軸方向に進退させる進退駆動装置とを備えた溶接ヘッドを用い、溶接動作を行いながら一本の溶接線に沿って溶接ヘッドを移動させている途中において、複数本の溶接トーチのいずれか１本のみを他に対して進出させた状態で当該一本のみが溶接動作を行う溶接と、複数本の溶接トーチを等しい位置にしてすべての溶接トーチが溶接動作を行う溶接との切り替えを行うことを特徴とする溶接方法である。
【０００８】
進退駆動装置４は、流体圧シリンダ、リニアモータ、モータと送りねじなどの直線運動機構を用いるのが好ましいが、リンクを用いた揺動運動機構を採用することもできる。この進退駆動装置は、溶接ロボットを制御するＮＣ装置で進退動作のタイミングを制御できるものを用いる。
【０００９】
進退駆動装置４は、各々のトーチ毎に設ける構造が、制御が単純で溶接ヘッドを定位置に保持したままトーチのみを進退させてトーチの変換を行うことができる点で優れているが、例えば２本のトーチを設けたものにおいて、そのうちの１本を退避位置と中間位置と進出位置との３位置に位置決めできる進退駆動装置を設ける構造とすることもできる。この場合には、進退動作を行うトーチが進出位置と中間位置の間で移動するとき、溶接ヘッドの進退動作が必要になる。
【００１０】
複数本の溶接トーチ２を設けた溶接ヘッドで、細部や狭隘部の溶接を行うときは、その内のいずれか１本の溶接トーチを進出させた状態で溶接を行ってやればよい。広い部分の溶接を高速で行うときは、複数本の溶接トーチを等しい位置にして、すべての溶接トーチを動作させて溶接を行う。一般的には２本の溶接トーチを設けるが、３本以上の溶接トーチを設けてやれば、溶接速度を更に高速化できる。
【００１１】
溶接トーチ２の進退動作は、溶接途中においても行うことができるので、例えば隅部から隅部への溶接を行うような場合や、途中に溶接トーチと干渉する障害物があるような場合には、本願の請求項２、３に記載の溶接方法を採用することにより、狭隘部による障害を受けることなく、複数本のトーチを用いた高速溶接が可能である。
【００１２】
本願の請求項２の発明に係る溶接方法は、溶接ロボットの溶接ヘッド１に複数本の溶接トーチ２を並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置４を設けた溶接ヘッド１を用いて、狭隘部から広い部分へと溶接を進める際の溶接方法で、一本の溶接線に沿って移動している溶接ヘッド１の移動方向前側の溶接トーチを退避させた状態で移動方向後側の溶接トーチによる溶接動作で溶接を行い、溶接ヘッド１が所定量移動したあと前記前側の溶接トーチを進出させて当該前側トーチの溶接動作を開始し、前側トーチの溶接動作を開始してから前側トーチと後側トーチとの間隔に相当する距離以上溶接ヘッド１が移動した後のタイミングで溶接ヘッド１の移動速度を増速するというものである。
【００１３】
また本願の請求項３の発明に係る溶接方法は、溶接ロボットの溶接ヘッド１に複数本の溶接トーチ２を並設すると共に、その一方を他方に対して進退させる進退駆動装置４を設けた溶接ヘッド１を用いて、広い部分から狭隘部へと溶接を進める際の溶接方法で、溶接ヘッド１を一本の溶接線に沿って移動させながら並設された複数本の溶接トーチ２を溶接動作させて溶接を行い、溶接ヘッド１が所定距離移動したあとその移動速度を減速し、その減速動作を終了してから溶接ヘッド１がその移動方向前側の溶接トーチと後側の溶接トーチとの間隔に相当する距離移動する前のタイミングで、その移動方向後側の溶接トーチの溶接動作を停止して当該後側トーチを退避させて継続して溶接を行うというものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は２本の溶接トーチを備えた溶接ヘッドを示す図で、１は図示しない溶接ロボットのアーム先端に取り付けられた溶接ヘッド、２ａ及び２ｂは溶接トーチ、３ａ及び３ｂは、溶接ヘッド１に固定されて溶接トーチ２ａ、２ｂをそれぞれ個別に軸方向移動自在に保持しているリニアガイド、４ａ及び４ｂは、溶接ヘッド１に装着されて伸縮ロッド５ａ、５ｂの先端を溶接トーチ２ａ、２ｂに連結したシリンダである。
【００１５】
溶接トーチ２ａ、２ｂは、従来一般に用いられている溶接トーチと基本的な構造は同一であって、トーチ基部の金属円筒部６の露出部分を長くして、内部に転動するボールを備えたリニアガイド３で当該部分を軸方向に進退可能に支持している。
【００１６】
進退駆動装置であるシリンダ４は、ロッドの伸長時に両トーチ２ａ、２ｂの先端が溶接動作を行う位置となるように装着されており、いずれか一方のシリンダを縮退させることにより、当該側のトーチが退避する。溶接動作は、トーチ２を進出させた状態で行われる。従って、一方のトーチを退避させたときは、他方のトーチ１本で溶接が行われ、両方のトーチを進出させたときは、原則として両側のトーチで溶接が行われる。
【００１７】
２本の溶接トーチ２ａ、２ｂには、給電装置７ａ、７ｂ、ワイヤ送り装置８ａ、８ｂがそれぞれ個別に設けられ、給電電圧の制御や給電のオンオフ、ワイヤ送り速度の制御、シリンダ４ａ、４ｂの進退動作などは、溶接ロボットを制御している図示しないＮＣ装置の制御の元に行われる。
【００１８】
図２は、図１で示した溶接ヘッドを用いて、溶接開始位置（ａ）と終了位置（ｆ）とに溶接トーチと干渉する壁や段差Ｈ、狭隘部Ｋがあるときの溶接方法を説明した図である。溶接開始位置（ａ）においては、図で矢印で示す溶接ヘッドの移動方向に対して前側となる先行トーチ２ａを退避させ、後側となる後行トーチ２ｂの先端をワーク９の段差部９ａに接近させるため、溶接ヘッド１を図２で時計回りに傾斜した状態で溶接を開始する。そして、先行トーチ２ａとワークの段差９ａとの干渉がなくなる距離まで溶接ヘッドが移動したら（（ｂ）の位置）、先行トーチ２ａを進出させ、溶接ヘッドの傾斜を元に戻し、先行トーチのアークを開始し、両方のトーチ２ａ、２ｂで溶接を行う状態とする。そして、先行トーチ２ａのアークを開始してから先行トーチ２ａと後行トーチ２ｂの先端間隔ｗだけ溶接ヘッド１が移動したタイミングで溶接ヘッド１の移動速度を上げ、障害のない区間Ｌの溶接を高速で行う。
【００１９】
そして、溶接線の終端の狭隘部Ｋに近づいたら、溶接ヘッド１を減速して、その減速動作が終了した後、前記間隔ｗだけ移動した時点で後行トーチ２ｂのアークを停止し、シリンダ４ｂを縮退して後行トーチ２ｂを退避させ、溶接ヘッド１を図２で反時計方向に傾斜させる。この状態で溶接終端（ｆ）まで移動し、先行トーチ２ａのアークを終了して１パスの溶接を終了する。
【００２０】
複数層の溶接を往復移動で行うときは、図２の（ｆ）の位置が次のパスの溶接開始位置となるので、先行トーチ２ａのアークを停止することなく、溶接ヘッド１の逆方向移動を開始し、前記と同様な順序で先行トーチ２ａと後行トーチ２ｂの進退を行いながら（ａ）地点までの溶接を行う。以上の動作を所定回数繰り返して所望層の溶接を行う。
【００２１】
以上の溶接方法は、本願発明の溶接ヘッドの有利性が顕著に発揮される溶接方法のひとつであり、溶接パスの途中に溶接トーチと干渉する狭隘部（図２のＫ参照）がある場合には、当該狭隘部でいずれか一方の溶接トーチを退避させ、溶接ヘッドの傾斜とその移動速度を遅くした状態で溶接を行う。
【００２２】
溶接パスが全体的に狭隘であったり、複雑に屈曲したりしているときは、いずれか１本の溶接ヘッドを退避した状態で、他の１本の溶接ヘッドのみで従来の１本トーチによる溶接と同様な溶接を行うことができる。また、溶接線に沿う障害物がないときには、最初から最後まで従来の２本トーチで行うと同様な操作で高速溶接を行うことができる。そして、必要に応じて１本トーチと２本トーチの切り替えを溶接途中においても行うことができるので、１台の溶接ロボットで溶接ヘッドの交換をすることなく、複数トーチでは困難な狭隘部を含む溶接線に沿う溶接を適時複数トーチによる高速化を図りながら、一連の動作で行うことが可能である。
【００２３】
以上は２本の溶接トーチを用いた例であるが、図３に示すように、溶接トーチ２を３本用いて、必要に応じてその１本又は２本を退避させた溶接方法を連続的に行うことも可能である。溶接トーチ２の数が多くなれば、溶接ヘッドが大型となり、制御も複雑になるため、トーチ数を多くすることについての一定の限界はあるが、トーチ本数を多くすれば、溶接速度を更に高速化できるので、ワークの種類や形状によっては、３本や４本の溶接トーチを搭載した溶接ヘッドを用いるのが全体として溶接コストを低減できることもある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によれば、１台のロボットに装着された１個の溶接ヘッドで狭隘部の溶接と、長い溶接線に沿う高速溶接とが共に可能になるばかりでなく、両者が交互に現れる複雑な溶接に対しても、一連の動作で狭隘部の溶接と高速溶接とを連続的に変換しながら行うことができ、そのようなワークの溶接における生産性を大幅に向上させることができ、設備負担や作業負担も大幅に軽減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２本溶接トーチの例を示す模式図
【図２】  ２本溶接トーチでの溶接方法の例を示す模式図
【図３】  ３本溶接トーチを備えた溶接ヘッドの例を示す図
【符号の説明】
２  溶接トーチ
４  シリンダ
10  溶接トーチ
【図１】
0004275447.tif 000002
【図２】
0004275447.tif 000003
【図３】
0004275447.tif 000004