特許 6562671 溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6562671

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 3/00 20060101AFI20190808BHJP

   B23K 3/06 20060101ALI20190808BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20190808BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   B23K3/00 310B

   B23K3/06 K

   B23K1/00 G

   B23K9/167 A

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-60271(P2015-60271)

(22)【出願日】2015年3月24日

(65)【公開番号】特開2016-179478(P2016-179478A)

(43)【公開日】2016年10月13日

【審査請求日】2018年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】508242263

【氏名又は名称】鬼頭 和仁

(74)【代理人】

【識別番号】100121773

【弁理士】

【氏名又は名称】相原 正

(72)【発明者】

【氏名】鬼頭 和仁

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平９−３０８９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１９７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第８６／０４８４４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １／００ − ３／０８

Ｂ２３Ｋ ９／１６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接位置において溶加材ワイヤを溶融して複数の母材を一体にする溶接装置において、
前記溶加材ワイヤに内部を通過させて前記溶接位置に案内するワイヤガイドと、
前記溶接位置において前記母材及び前記溶加材ワイヤを加熱するための加熱用トーチと、
前記ワイヤガイドに対して、前記加熱用トーチを複数のスライド軸方向にスライド駆動自在に支持する多軸スライダと、
前記ワイヤガイド及び前記多軸スライダを支持して、前記ワイヤガイド及び加熱用トーチを前記溶接位置に対向する位置へ案内する支持装置と、
溶接中に、前記溶接位置において溶加材ワイヤ及び母材への給熱量をそれぞれ適切に制御するために、前記多軸スライダと前記支持装置との駆動制御を行う制御装置と、を備え、
前記多軸スライダは、前記スライド軸として、前記加熱用トーチの中心軸である加熱中心軸と平行な第一スライド軸を備えることを特徴とする溶接装置。

【請求項2】

前記多軸スライダは、前記スライド軸として、前記加熱中心軸と、前記ワイヤガイドの中心軸であるガイド中心軸とを含む平面に平行な第二スライド軸であって、前記加熱用トーチを当該第二スライド軸上でスライドさせることで、前記ワイヤガイドに近付けたり、前記ワイヤガイドから遠ざけたりする第二スライド軸をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の溶接装置。

【請求項3】

前記多軸スライダは、前記スライド軸として、前記加熱中心軸と前記ガイド中心軸とを含む平面と交差する第三スライド軸であって、当該第三スライド軸に沿って前記加熱用トーチをスライドさせることで、前記加熱中心軸を一方の母材に近付けたり、他方の母材に近付けたりする第三スライド軸をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の溶接装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記支持装置から取得した溶接が進んだ距離に基づいて、前記多軸スライダを駆動制御することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の溶接装置。

【請求項5】

前記母材の温度を測定する温度センサをさらに備えており、
前記制御装置は、前記温度センサが測定した母材温度に基づいて前記多軸スライダを制御することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱を加えて複数の母材を一体に接合する溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アーク溶接装置、ガス溶接装置、ロウ付け装置等、従来から様々な溶接装置が提供されている。例えば、下記特許文献１には、ロウ付けの溶接装置において、溶加材ワイヤの状態を把握しながら溶接位置に適切に溶加材ワイヤを供給する構成が開示されている。

【0003】

また、下記特許文献２には、多軸ロボットアームの先端に、溶加材ワイヤを溶接位置に案内するワイヤガイドと、母材及び溶加材ワイヤを加熱するための加熱機が設置されたロウ付け装置が開示されている。

【0004】

ロウ付け装置では、接合される母材の境界である溶接位置を加熱機によって溶加材の融点以上となるように加熱し、そこへ溶加材ワイヤをワイヤガイドによって案内することで溶加材を溶融させ、溶接を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１３７２４１号公報

【特許文献2】特開２０１３−９９８２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、溶加材を用いる溶接においては、接合される母材をそれぞれ適温に加熱し、母材からの伝熱及び加熱機からの直接の給熱によって溶加材ワイヤを適温に加熱することで、溶加材ワイヤを適量溶かして溶接位置に供給する必要がある。

【0007】

しかし、従来の溶接装置では、加熱機とワイヤガイドとが相対的に固定されており、加熱機とワイヤガイドを一体に母材に対して移動させるだけであるため、加熱機から各母材及び溶加材ワイヤへの給熱量をそれぞれ適切に制御することができない。

【0008】

このため、従来の溶接装置では、母材を加熱しすぎて溶接箇所に焼けが発生したり、溶加材ワイヤへの給熱不足により融点以上に加熱できず溶加材ワイヤが溶けないことによる溶接不良が発生したりする場合があった。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、溶接位置において溶加材ワイヤ及び母材への給熱量をそれぞれ適切に制御して、適切な溶接を行うことのできる溶接装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係る溶接装置は、溶接位置において溶加材ワイヤを溶融して複数の母材を一体にする溶接装置において、前記溶加材ワイヤに内部を通過させて前記溶接位置に案内するワイヤガイドと、前記溶接位置において前記母材及び前記溶加材ワイヤを加熱するための加熱用トーチと、前記ワイヤガイドに対して、前記加熱用トーチを複数のスライド軸方向にスライド駆動自在に支持する多軸スライダと、前記ワイヤガイド及び前記多軸スライダを支持して、前記ワイヤガイド及び加熱用トーチを前記溶接位置に対向する位置へ案内する支持装置と、溶接中に、前記溶接位置において溶加材ワイヤ及び母材への給熱量をそれぞれ適切に制御するために、前記多軸スライダと前記支持装置との駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記多軸スライダは、前記スライド軸として、前記加熱用トーチの中心軸である加熱中心軸と平行な第一スライド軸を備えることを特徴とする溶接装置。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る溶接装置によれば、溶加材ワイヤ及び母材への給熱量を細かく制御することができ、高精度で高品質な溶接を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る溶接装置の斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る溶接装置による溶接作業を概略的に示す模式正面図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係る溶接装置による溶接作業を概略的に示す模式右側面図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係る溶接装置におけるＸ軸方向のスライドを説明するための模式正面図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係る溶接装置におけるＹ軸方向のスライドを説明するための模式正面図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係る溶接装置におけるＺ軸方向のスライドを説明するための模式右側面図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係るＸ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係るＹ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係るＺ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態に係るＸ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態に係るＹ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の実施形態に係るＺ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。

【図13】図１３は、本発明の実施形態の変形例１に係る溶接装置を概略的に示す模式正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る溶接装置について説明する。本実施形態では、二つの母材をロウ付けにより溶接する溶接装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る溶接装置の斜視図である。図２は、本実施形態に係る溶接の様子を概略的に示す模式正面図である。図３は、本実施形態に係る溶接の様子を概略的に示す模式右側面図である。

【0014】

溶接装置１は、支持装置１０と、支持装置１０の先端部に設置されるワイヤガイド装置３０と、加熱機４０と、ワイヤガイド装置３０に対して加熱機を三軸方向にスライド駆動自在に支持する三軸スライダ５０と、制御装置６０と、温度センサ７１，７２とを備える。

【0015】

溶接装置１は、加熱機４０により母材Ａ６、母材Ｂ７及び溶加材ワイヤ８を加熱することで、母材Ａ６と母材Ｂ７の境界線である溶接ライン上の溶接位置に溶融した溶加材ワイヤ８を供給し、母材Ａ６と母材Ｂ７とを溶接により一体に接合する。

【0016】

支持装置１０は、先端アーム部材１１、第二アーム部材１２、第三アーム部材１３及び関節軸１４を備える６軸ロボットアームであり、図１では、先端側の一部のみが開示されている。支持装置１０は、制御装置６０の制御により、先端アーム部材１１に設置されたワイヤガイド装置３０及び加熱機４０の先端が溶接ライン上の所定の溶接位置に対向するように関節軸１４等を動かして案内する。

【0017】

ワイヤガイド装置３０は、中空のワイヤガイド３１と、ワイヤチューブ３５と、ワイヤガイド３１を先端アーム部材１１に固定するためのアーム固定部材３７と、カバー３８を備えている。ワイヤチューブ３５は、図示しないワイヤ供給装置から溶加材ワイヤ８をワイヤガイド３１向けて案内する中空のチューブである。

【0018】

ワイヤガイド装置３０は、溶加材ワイヤ８にワイヤガイド３１の内部を通過させ、その先端から溶加材ワイヤ８を溶接位置に案内する。ワイヤガイド３１の先端部の中心軸がガイド中心軸である。制御装置６０は、ワイヤガイド装置３０に案内される溶加材ワイヤ８が溶接ライン上の溶接位置に供給されるように、ワイヤガイド３１が溶接位置に対向してそのガイド中心軸が溶接位置を通るように支持装置１０を制御する。

【0019】

加熱機４０は、燃焼ノズル４３と、ガスホース４５と、酸素ホース４６と、燃焼ノズル４３を三軸スライダ５０のスライド部材５６に固定するための固定部材４７とを備えている。加熱機４０は、図示しない供給源からガスホース４５及び酸素ホース４６を介して供給されるガス及び酸素を燃焼ノズル４３の先端で燃焼させて火炎を発生させる。

【0020】

燃焼ノズル４３の先端の中心軸が加熱中心軸である。加熱中心軸と母材６，７との交点が最も温度が高くなるので、溶接時には、加熱中心軸が母材Ａ６と母材Ｂ７の溶接ライン上の溶接位置を通るように支持装置１０の姿勢が制御される。

【0021】

三軸スライダ５０は、ベース部材５１と、Ｘ軸駆動機構５２と、Ｙ軸駆動機構５３と、Ｚ軸駆動機構５４と、スライド部材５６と、カバー５８とを備えている。ベース部材５１は、支持装置１０の先端アーム部材１１に対して固定されている。

【0022】

Ｘ軸駆動機構５２は、ベース部材５１に対してスライド部材５６をＸ軸方向にスライド自在に駆動する機構である。Ｙ軸駆動機構５３は、ベース部材５１に対してスライド部材５６をＹ軸方向にスライド自在に駆動する機構である。Ｚ軸駆動機構５４は、ベース部材５１に対してスライド部材５６をＺ軸方向にスライド自在に駆動する機構である。

【0023】

このように、ベース部材５１はワイヤガイド３１と一体に支持装置１０の先端に固定され、ベース部材５１に対してＸＹＺの三軸方向にスライド自在なスライド部材５６には、加熱機４０の燃焼ノズル４３が固定されている。よって、三軸スライダ５０を作動させることで、ワイヤガイド３１に対して、燃焼ノズル４３をＸＹＺの三軸方向に相対的に移動させることができる。

【0024】

ここで、図２及び図３を参照しながら、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸について説明する。上述したように、通常、溶接時には、ワイヤガイド３１のガイド中心軸と燃焼ノズル４３の加熱中心軸の双方が溶接ライン上の溶接位置を通るように設置される。すなわち、ワイヤガイド３１のガイド中心軸と燃焼ノズル４３の加熱中心軸は、溶接位置で交差している。

【0025】

本実施形態では、ガイド中心軸と加熱中心軸が溶接ライン上で交差すると共に、ワイヤガイド３１の先端と燃焼ノズル４３の先端が溶接ラインから数cm離れるような位置（図２及び図３参照）を、ワイヤガイド３１と燃焼ノズル４３の相対的な基準位置とする。

【0026】

Ｘ軸は、加熱機４０の加熱中心軸と平行な軸である。よって、燃焼ノズル４３をＸ軸方向に動かすと、ガイド中心軸と加熱中心軸の交差点が溶接位置に固定されたままで、燃焼ノズル４３が溶接位置から遠ざかったり、近付いたりする。

【0027】

Ｙ軸は、加熱中心軸とガイド中心軸を含む平面に対して垂直な軸であり、母材Ａ６と母材Ｂ７を結ぶ方向の線である。よって、燃焼ノズル４３をＹ軸方向に動かすと、加熱中心軸が、母材Ａ６と母材Ｂ７の境界である溶接ラインから外れて、母材Ａ６の方に近付いたり、母材Ｂ７の方に近付いたりする。

【0028】

Ｚ軸は、加熱機４０の加熱中心軸とワイヤガイド３１のガイド中心軸とを含む平面に平行な軸であり、燃焼ノズル４３とワイヤガイド３１とを結ぶ方向の線である。また、Ｚ軸は、溶接ラインと平行な軸である。

【0029】

よって、燃焼ノズル４３をＺ軸方向に動かすと、加熱中心軸がワイヤガイド３１に近付いたり、ワイヤガイド３１から遠ざかったりする。このとき、加熱中心軸とガイド中心軸との交差点は、溶接位置から離れて、ガイド中心軸上をワイヤガイド３１に近付いたり、ワイヤガイド３１から遠ざかったりする。

【0030】

なお、燃焼ノズル４３は、Ｘ軸駆動機構５２、Ｙ軸駆動機構５３及びＺ軸駆動機構５４の各軸において、基準位置から両側に移動可能であり、各軸駆動機構５２，５３，５４のスライド全長は30mmである。

【0031】

制御装置６０は、溶接作業の際に、溶接装置１０を構成する各部材の動作を制御する装置であり、支持装置１０及び三軸スライダ５０と接続されている。また、制御装置６０は、母材Ａ用温度センサ７１及び母材Ｂ用温度センサ７２と接続されており、温度センサ７１，７２の測定温度に基づいて各部材の動作を制御することができる。

【0032】

母材Ａ用温度センサ７１は、母材Ａ６の溶接位置付近の温度（ここでは、表面温度）を測定するための非接触センサであり、ワイヤガイド３１と一体に支持装置１０の先端アーム部材１１に固定されている。また、母材Ｂ用温度センサ７２は、母材Ｂ７の溶接位置付近の温度（ここでは、表面温度）を測定するための非接触センサであり、同じくワイヤガイド３１と一体に先端アーム部材１１に固定されている。

【0033】

以上、溶接装置１の構成について説明したが、続いて、三軸スライダ５０を駆動させてワイヤガイド３１に対して燃焼ノズル４３を相対的に移動させた場合の作用について説明する。

【0034】

図４は、本実施形態において燃焼ノズルがＸ軸方向にスライドした状態を概略的に示す模式正面図である。図５は、本実施形態において燃焼ノズルがＹ軸方向にスライドした状態を概略的に示す模式正面図である。図６は、本実施形態において燃焼ノズルがＺ軸方向にスライドした状態を概略的に示す模式右側面図である。

【0035】

図４に示すように、Ｘ軸駆動機構５２により、燃焼ノズル４３をワイヤガイド３１に対してＸ軸上で相対的にスライドさせると、加熱中心軸はそのままで、すなわち、加熱中心軸とガイド中心軸との交差点は溶接ライン上に位置したままで、溶接位置（交差点）に対して燃焼ノズル４３を遠ざけたり近づけたりすることができる。

【0036】

このように、Ｘ軸上で溶接位置に対して燃焼ノズル４３を遠ざける方向にスライドさせれば、溶接位置へ供給する熱量を減らすことができ、Ｘ軸上で溶接位置に対して燃焼ノズル４３を近付ける方向にスライドさせれば溶接位置へ供給する熱量を増やすことができる。

【0037】

なお、このとき、燃焼ノズル４３をＸ軸上でスライドさせると、燃焼ノズル４３と溶加材ワイヤ８との距離、燃焼ノズル４３と母材Ａ６との距離、燃焼ノズル４３と母材Ｂ７との距離は、それぞれ略同じ比率で変化するため、加熱機４０から溶加材ワイヤ８、母材Ａ６、母材Ｂ７それぞれに供給される熱量の比率は略同じである。

【0038】

よって、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３をスライドさせると、溶加材ワイヤ８、母材Ａ６及び母材Ｂ７へ供給する熱量比は略一定のまま、全体の総熱量を調整することができる。

【0039】

例えば、加熱機４０により同じ熱量で溶接位置を加熱していると、一般的に、溶接が進むに連れて母材６，７が溶接に適した温度よりも高温になってしまうため、通常は溶接速度（先端アーム部材１１の移動速度）を高速化しているが、溶接速度が速くなると、溶加材ワイヤ８の供給量が不足してしまう場合もある。

【0040】

これに対して、燃焼ノズル４３をＸ軸上で溶接位置から離れる方向にスライドさせれば、溶接速度を上げることなく、溶接位置への供給熱量を少なくして、適切な温度での溶接を実現することができる。

【0041】

次に、図５に示すように、Ｙ軸駆動機構５３により、燃焼ノズル４３をＹ軸上でスライドさせると、燃焼ノズル４３の加熱中心軸を母材Ａ６側に近づけたり、反対に母材Ｂ７側に近づけたりすることができる。

【0042】

このとき、燃焼ノズル４３のＹ軸スライドに伴って、母材Ａ６と母材Ｂ７との境界（溶接ライン）上に位置していた加熱中心軸が、母材Ａ６側又は母材Ｂ７側にずれるため、加熱中心軸はガイド中心軸と交差しなくなる。

【0043】

なお、Ｙ軸とＸ軸とは直交しており、燃焼ノズル４３がＹ軸方向にスライドする際、燃焼ノズル４３はＸ軸方向には動いておらず、溶加材ワイヤ８、母材Ａ６及び母材Ｂ７に供給する総熱量は略同じである。

【0044】

このように、加熱中心軸を溶接ラインから母材Ａ６側又は母材Ｂ７側にずらすことで、主として、総熱量は略一定のまま、母材Ａ６と母材Ｂ７への給熱量比を変えることができる。

【0045】

例えば、母材Ｂ７の厚みが母材Ａ６の厚みよりも数倍以上厚いなど、母材Ｂ７と母材Ａ６の溶接ライン付近での熱特性が大きく異なり、溶接位置付近で同じ温度に加熱しようとしても母材Ｂ７のほうが必要な熱量が大きい場合には、加熱中心軸が溶接位置を通るように加熱機４０で均等に加熱しても、母材Ｂ７の温度が低くなってしまう。

【0046】

母材Ｂ７の温度が溶接に適した温度よりも低くなってしまうと、溶加材ワイヤ８が母材Ｂ７において溶融しなかったり、流れなくなったりして、溶接不良になってしまう。

【0047】

これに対して、燃焼ノズル４３をＹ軸上で母材Ｂ７側にスライドさせ、母材Ｂ７への給熱量を母材Ａ６よりも大きくして重点的に加熱することで、溶接位置において母材Ａ６と母材Ｂ７とをともに溶接に適した温度に加熱することが可能となる。

【0048】

次に、図６に示すように、Ｚ軸駆動機構５４により、燃焼ノズル４３をＺ軸上でスライドさせると、加熱中心軸とガイド中心軸とを含む平面に平行な軸上で、ワイヤガイド３１に対して加熱中心軸を近づけたり遠ざけたりすることができる。

【0049】

燃焼ノズル４３がＺ軸上でワイヤガイド３１に近付き、加熱中心軸がワイヤガイド３１に近付くと、燃焼ノズル４３の火炎から放出される熱エネルギーが母材６，７に到達する前に溶加材ワイヤ８に吸収され割合が増えるため、加熱機４０からの給熱のうち、溶加材ワイヤ８に供給される熱量が増加し、母材６，７に供給される熱量が相対的に減少する。

【0050】

このように、燃焼ノズル４３をＺ軸上でスライドさせることで、母材６，７と溶加材ワイヤ８への給熱量比を調整することができる。また、溶加材ワイヤ８への給熱量比を増やすことで、溶加材ワイヤ８の溶融量を増やすことができ、溶加材ワイヤ８への給熱量比を減らすことで、溶加材ワイヤ８の溶融量を減らすことができる。

【0051】

例えば、溶接開始直後で母材６，７の温度が十分に溶接温度まで上がっていない場合には、燃焼ノズル４３をＺ軸上でワイヤガイド３１から遠ざけることで、母材６，７への給熱量比を上げて温度上昇を促すと共に、母材６，７が十分に加熱されていないことに対応して溶加材ワイヤ８の溶融量を減らして、適切な溶接を行うことができる。

【0052】

なお、燃焼ノズル４３をＺ軸上でワイヤガイド３１に近付けると、母材６，７への給熱量は相対的に減少し、母材６，７が所望の溶接温度まで上昇する時間が長くなるため、溶接速度は遅くなり、反対にワイヤガイド３１から遠ざけると、母材６，７への給熱量が相対的に増加するため、溶接速度は早くなる。

【0053】

また、燃焼ノズル４３をＺ軸上でスライドさせても、燃焼ノズル４３はＹ軸方向には移動していないため、母材Ａ６及び母材Ｂ７への給熱量比は略同じままである。

【0054】

続いて、溶接の際の制御装置６０による三軸スライダ５０の駆動制御の具体例について説明する。まず、図７〜図９を参照しながら、（１）溶接距離ｌをパラメータとして、駆動制御する場合について説明し、続いて、図１０〜図１２を参照しながら、（２）母材温度ｔａ、ｔｂをパラメータとして駆動制御する場合について説明する。

【0055】

（１）パラメータ：溶接距離ｌ
ここでは、制御装置６０は、溶接開始位置をｌ＝０として、母材Ａ６と母材Ｂ７との境界である溶接ラインに沿って溶接が進んだ距離（溶接距離ｌ）に基づいて、三軸スライダ５０の各軸駆動機構５２，５３，５４の駆動を制御する。

【0056】

図７は、本実施形態に係るＸ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、縦軸がＸ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｘ、横軸が溶接距離ｌを示している。また、縦軸は、基準位置を原点０とし、溶接ラインから離れる方向をプラスとしている。

【0057】

図７（ａ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ1においては、基準位置よりも溶接ラインに近付いたｘ＝−Ｘ1に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ1＜ｌ＜Ｌ2においては、ｘ＝−Ｘ1からｘ＝Ｘ2に向けて溶接ラインから離れる方向に燃焼ノズル４３が距離ｌに対して指数関数的に移動するように、Ｌ2＜ｌにおいては、燃焼ノズル４３がｘ＝Ｘ2の位置から溶接ラインに近付く方向に距離ｌに比例して直線的に徐々に近付くように、Ｘ軸駆動機構５２を制御する。

【0058】

図７（ｂ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ3においては、基準位置よりも溶接ラインに近付いたｘ＝−Ｘ3に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ3＜ｌ＜Ｌ4においては、ｘ＝−Ｘ3からｘ＝Ｘ4に向けて燃焼ノズル４３が距離ｌに比例して直線的に移動するように、Ｌ4＜ｌにおいては、ｘ＝Ｘ4の位置よりも燃焼ノズル４３がさらに溶接ラインから離れる方向に距離ｌに比例して徐々に直線的に移動するように、Ｘ軸駆動機構を制御する。

【0059】

通常、溶接が進むにつれて、母材６，７が溶接に適した温度よりも高温になりがちであるが、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すような制御を行うことで、溶接が進むにつれて、溶接位置への総供給熱量を少なくして、適切な温度で溶接を行うことができる。

【0060】

図８は、本実施形態に係るＹ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、縦軸がＹ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｙ、横軸が溶接距離ｌを示している。また、縦軸は、基準位置を原点０とし、母材Ａ６から母材Ｂ７に近付く方向をプラスとしている。

【0061】

図８（ａ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ5においては、基準位置よりも母材Ａ６に近付いたｙ＝−Ｙ1に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ5＜ｌ＜Ｌ6においては、ｙ＝−Ｙ1からｙ＝Ｙ2に向けて燃焼ノズル４３が母材Ｂ７に近付く方向に距離ｌに対して指数関数的に移動するように、Ｌ6＜ｌにおいては、ｙ＝Ｙ2の位置から燃焼ノズル４３がさらに母材ｂ７へ徐々に距離ｌに比例して直線的に近付くように、Ｙ軸駆動機構５３を制御する。

【0062】

図８（ｂ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ7においては、基準位置よりも母材Ａ６に近付いたｙ＝−Ｙ3に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ7＜ｌ＜Ｌ8においては、ｙ＝−Ｙ3からｙ＝Ｙ4に向けて燃焼ノズル４３が母材Ｂ７に近付く方向に距離ｌに比例して直線的に移動するように、Ｌ8＜ｌにおいては、ｙ＝Ｙ4の位置から燃焼ノズル４３がさらに母材ｂ７に徐々に距離ｌに比例して直線的に近付くように、Ｙ軸駆動機構５３を制御する。

【0063】

溶接される二つの母材の形状や素材が異なる場合には、両者の熱特性が異なるため、同じ熱量を供給したのでは、溶接位置で両者を適切な温度に調整できなくなる場合がある。これに対して、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような制御を行うことで、適宜二つの母材への供給熱量の比率を変えることができるので、それぞれに適切な熱量を供給して適切な溶接温度に加熱することができる。

【0064】

図９は、本実施形態に係るＺ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、縦軸がＺ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｚ、横軸が溶接距離ｌを示している。また、縦軸は、基準位置を原点０とし、ワイヤガイド３１に近付く方向をプラスとしている。

【0065】

図９（ａ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ9においては、基準位置よりもワイヤガイド３１から遠ざかったｚ＝−Ｚ1に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ9＜ｌ＜Ｌ10においては、ｚ＝−Ｚ1からｚ＝Ｚ2に向けて燃焼ノズル４３がワイヤガイド３１に近付く方向に距離ｌに対して指数関数的に移動するように、Ｌ10＜ｌにおいては、ｚ＝Ｚ2の位置から燃焼ノズル４３がワイヤガイド３１から離れる方向に徐々に距離ｌに比例して直線的に移動するように、Ｚ軸駆動機構５４を制御する。

【0066】

図９（ｂ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、０＜ｌ＜Ｌ11においては、基準位置よりもワイヤガイド３１から遠ざかったｚ＝−Ｚ3に燃焼ノズル４３が位置するように、Ｌ11＜ｌ＜Ｌ12においては、ｚ＝−Ｚ3からｚ＝Ｚ4に向けて燃焼ノズル４３がワイヤガイド３１に近付く方向に距離ｌに比例して直線的に移動するように、Ｌ12＜ｌにおいては、ｚ＝Ｚ4の位置から燃焼ノズル４３がワイヤガイド３１にさらに近付く方向に徐々に距離ｌに比例して直線的に移動するように、Ｚ軸駆動機構５４を制御する。

【0067】

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すような制御を行うことで、溶接の進行に応じて、母材６，７及び溶加材ワイヤ８への全体の給熱量はそのままで、母材６，７への給熱量と溶加材ワイヤ８への給熱量の割合を変更することができ、溶加材ワイヤ８の溶融量を調整することで、適切な溶接を実現することができる。

【0068】

以上、溶接距離ｌに基づく三軸スライダ５０の駆動制御において、制御装置６０は、溶接距離ｌを支持装置１０の姿勢から取得する。すなわち、支持装置１０の先端アーム部材１１が溶接ラインに沿って移動することで溶接が進行するため、予め、溶接距離ｌが所定の値（Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3…）を示す際の支持装置１０の姿勢を制御装置６０に設定しておくことで、溶接距離ｌが所定の値まで進んだことを検知することができる。

【0069】

なお、上記制御におけるＬ、Ｘ、Ｙ、Ｚの各値は、予め試験的に溶接を行って決めるようにすれば良い。また、溶接距離ｌの代わりに溶接時間ｔをパラメータとして、溶接の進行状況に基づく同様の制御を行うようにしても良い。

【0070】

（２）パラメータ：母材温度ｔａ、ｔｂ
ここでは、制御装置６０は、母材温度ｔａ、ｔｂの温度に基づいて、三軸スライダ５０の各軸駆動機構５２，５３，５４の駆動を制御する。母材温度ｔａは、母材Ａ６の溶接位置近傍の表面温度であり、母材Ａ用温度センサ７１によって測定される。母材温度ｔｂは、母材Ｂ７の溶接位置近傍の表面温度であり、母材Ｂ用温度センサ７２によって測定される。

【0071】

図１０は、本実施形態に係るＸ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、縦軸がＸ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｘ、横軸が母材温度の平均値ｔｃ＝（ｔａ＋ｔｂ）／２を示している。なお、縦軸は、基準位置を原点０とし、溶接ラインから離れる方向をプラスとしている。

【0072】

図１０（ａ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、Ｔ1＜ｔｃ＜Ｔ2の場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｘ＝０）に位置するように、ｔｃ＜Ｔ1の場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも溶接ラインに近付く方向にｔｃに対して指数関数的に移動するように、Ｔ2＜ｔｃの場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも溶接ラインから離れる方向にｔｃに対して指数関数的に移動するように、Ｘ軸駆動機構５２を制御する。

【0073】

図１０（ｂ）に示す制御例では、溶接開始後、制御装置６０は、Ｔ3＜ｔｃ＜Ｔ4の場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｘ＝０）に位置するように、ｔｃ＜Ｔ3の場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも溶接ラインに近付く方向にｔｃに比例して直線的に移動するように、Ｔ4＜ｔｃの場合には、Ｘ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも溶接ラインから離れる方向にｔｃに比例して直線的に移動するように、Ｘ軸駆動機構５２を制御する。

【0074】

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すような制御を行うことで、母材６，７の平均温度が下がれば、燃焼ノズル４３を溶接位置へ近付けて母材６，７及び溶加材ワイヤ８への総給熱量を増やすと共に、母材６，７の平均温度が上がると、燃焼ノズルを溶接位置から遠ざけて母材６，７及び溶加材ワイヤ８への総給熱量を減らすことになるので、適切な温度で適切な溶接を行うことができる。

【0075】

図１１は、本実施形態に係るＹ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、縦軸がＹ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｙ、横軸が母材Ａ６と母材Ｂ７の温度差ｔｄ＝ｔａ−ｔｂを示している。なお、縦軸は基準位置を原点０とし、母材Ａ６から母材Ｂ７に近く付く方向をプラスとしている。

【0076】

図１１（ａ）に示す制御では、溶接開始後、制御装置６０は、Ｔ5＜ｔｄ＜Ｔ6の場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｙ＝０）に位置するように、ｔｄ＜Ｔ5の場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも母材Ａ６に近付く方向にｔｄに対して指数関数的に移動するように、Ｔ6＜ｔｄの場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも母材Ｂ７に近付く方向にｔｄに対して指数関数的に移動するように、Ｙ軸駆動機構５３を制御する。

【0077】

図１１（ｂ）に示す制御では、溶接開始後、制御装置６０は、Ｔ7＜ｔｄ＜Ｔ8の場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｙ＝０）に位置するように、ｔｄ＜Ｔ7の場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも母材Ａ６に近付く方向にｔｄに比例して直線的に移動するように、Ｔ8＜ｔｄの場合には、Ｙ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりも母材Ｂ７に近く付く方向にｔｄに比例して直線的に移動するように、Ｙ軸駆動機構５３を駆動制御する。

【0078】

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すような制御を行うことで、母材Ａ６の温度が母材Ｂ７と比べて高温になると、加熱中心軸を母材Ｂ７側へ移動させ、反対に、母材Ｂ７の温度が母材Ａ６と比べ高温になると、加熱中心軸を母材Ａ６側へ移動させることになるので、母材Ａ６及び母材Ｂ７の双方を適切な溶接温度に維持し、適切な溶接を実現することができる。

【0079】

図１２は、本実施形態に係るＺ軸駆動機構の駆動制御例を示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、縦軸がＺ軸上の燃焼ノズル４３の位置ｚ、横軸が母材温度の平均値ｔｃ＝（ｔａ＋ｔｂ）／２を示している。なお、縦軸は、基準位置を原点０とし、ワイヤガイド３１に近付く方向をプラスとしている。

【0080】

図１２（ａ）に示す制御では、溶接開始後、制御装置６０は、Ｔ9＜ｔｃ＜Ｔ10の場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｚ＝０）に位置するように、ｔｄ＜Ｔ9の場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりもワイヤガイド３１から離れる方向にｔｃに対して指数関数的に移動するように、Ｔ10＜ｔｃの場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりもワイヤガイド３１に近付く方向にｔｃに対して指数関数的に移動するように、Ｚ軸駆動機構５４を制御する。

【0081】

図１２（ｂ）に示す制御では、制御装置６０は、Ｔ11＜ｔｃ＜Ｔ12の場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置（ｚ＝０）に位置するように、ｔｃ＜Ｔ11の場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりもワイヤガイド３１から遠ざかる方向にｔｃに比例して直線的に移動するように、Ｔ12＜ｔｃの場合には、Ｚ軸上で燃焼ノズル４３が基準位置よりもワイヤガイド３１に近く付く方向にｔｃに比例して直線的に移動するように、Ｚ軸駆動機構５４を駆動制御する。

【0082】

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すような制御を行うことで、母材６，７の平均温度が所定値よりも下がれば、燃焼ノズル４３を溶加材ワイヤ８から遠ざけ、相対的に母材６，７への給熱量を増やし、母材６，７の平均温度が所定値よりも上がれば、燃焼ノズル４３を溶加材ワイヤ８に近付け、相対的に母材６，７への給熱量を減らすので、母材６，７の温度を適切に制御し、適切な溶接を実現することができる。

【0083】

なお、なお、上記制御におけＴの各値は、予め試験的に溶接を行って決めるようにすれば良い。

【0084】

以上、制御装置６０による三軸スライダ５０の駆動制御例について説明したが、制御装置６０における制御方法は適宜変更可能であり、複数の制御方法を組み合わせても良い。例えば、上述した溶接距離ｌに基づく駆動制御をメインで行いながら、母材温度ｔａ、ｔｂに基づく制御により補正するようにしても良い。

【0085】

以上、詳細に説明した本実施形態に係る溶接装置１によれば、燃焼ノズル４３をワイヤガイド３１に対して相対的にＸＹＺの三軸上でスライド自在に構成することで、加熱機４０から各母材６，７、溶加材ワイヤ８への給熱量や熱量比を細かく制御することができ、適切な溶接を実現することができる。

【0086】

次に、本実施形態の変形例１について説明する。図１３は、変形例１に係る溶接装置を概略的に示す模式正面図である。変形例１に係る溶接装置２は、ワイヤガイド装置３０、加熱機４０及び三軸スライダ５０の配置位置が異なるだけで、その他の構成は上記実施形態と同様である。よって、ここでは、異なる構成についてのみ説明し、共通の構成について同じ番号を付して説明を省略する。

【0087】

溶接装置２は、支持装置１０と、ワイヤガイド装置３０と、加熱機４０と、三軸スライダ５０と、制御装置６０とを備えている。図１３では、支持装置１０と制御装置６０とを省略している。

【0088】

上記実施形態では、ワイヤガイド装置３０のガイド中心軸と、加熱機４０の加熱中心軸とを含む平面が溶接ラインと平行な面となるようにワイヤガイド３１と燃焼ノズル４３が並んで設置されていたが、本実施形態では、ガイド中心軸と加熱中心軸とを含む平面が溶接ラインと垂直な面となるようにワイヤガイド３１と燃焼ノズル４３が並んで設置されている。

【0089】

本変形例１においても、燃焼ノズル４３をＸ軸上でスライドさせると、加熱中心軸はそのままで、溶接位置に対して燃焼ノズル４３を遠ざけたり近付けたりすることができる。

【0090】

燃焼ノズル４３をＹ軸上でスライドさせると、加熱中心軸が溶接ラインから外れて母材Ａ６の方に近付いたり、母材Ｂ７の方に近付いたりする。さらに、燃焼ノズル４３をＹ軸上でスライドさせた場合には、加熱中心軸がワイヤガイド３１に近付いたり、ワイヤガイド３１から遠ざかったりする。

【0091】

燃焼ノズル４３をＺ軸上でスライドさせると、加熱中心軸がワイヤガイド３１から遠ざかることになり、相対的に母材６，７への給熱が増えることになる。本変形例１においても、上記実施形態と同様に、加熱機４０から各母材６，７、溶加材ワイヤ８への給熱量や熱量比を細かく制御することができ、適切な溶接を実現することができる。

【0092】

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、溶接装置として、ロウ付け装置を例に挙げて説明したが、溶接位置を加熱するための加熱用のトーチ（燃焼ノズル）と、溶加材ワイヤを溶接位置にガイドするためのワイヤガイドとを備える溶接装置であれば、本発明を適用することができる。

【0093】

例えば、アーク溶接であるＴＩＧ溶接では、加熱用トーチとしての電極（タングステン棒）と、溶加材ワイヤをガイドするワイヤガイドとを備える溶接装置が提供されており、本発明を適用することができる。

【0094】

また、上記実施形態では、ＸＹＺ軸上でスライド駆動自在な三軸スライダを採用しているが、ワイヤガイドと加熱用トーチを二軸や四軸等、複数のスライド軸において相対的にスライド駆動自在な多軸スライダであれば良い。多軸スライダであれば、加熱用トーチから各母材や溶加材ワイヤへの給熱量や熱量比を制御し、適切な溶接を実現することができる。

【0095】

また、多軸スライダのスライド軸は、直線状の軸に限らず、円弧状等、曲線状のスライド軸を含んでいても良い。

【符号の説明】

【0096】

１，２ 溶接装置
１０ 支持装置
１１ 先端アーム部材
１２ 第二アーム部材
１３ 第三アーム部材
１４ 関節軸
３０ ワイヤガイド装置
３１ ワイヤガイド
３５ ワイヤチューブ
３７ アーム固定部材
３８ カバー
４０ 加熱機
４３ 燃焼ノズル
４５ ガスホース
４６ 酸素ホース
４７ 固定部材
５０ 三軸スライダ
５１ ベース部材
５２ Ｘ軸駆動機構
５３ Ｙ軸駆動機構
５４ Ｚ軸駆動機構
５６ スライド部材
５８ カバー
６０ 制御装置
７１ 母材Ａ用温度センサ
７２ 母材Ｂ用温度センサ
６ 母材Ａ
７ 母材Ｂ
８ 溶加材ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】