JP6645854B2

JP6645854B2 - ワイヤバッファ形成装置およびワイヤ送給装置

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Publication number: JP6645854B2
Application number: JP2016018580A
Authority: JP
Inventors: 森田　幸也; 幸也森田; 雅博井上
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: JP2017136613A

Description

本発明は、ワイヤバッファ形成装置およびワイヤ送給装置に関する。

従来から、ワイヤを用いて溶射や溶接を行う方法が知られている。このような方法においては、各々がワイヤを送り出すプッシュローラとプルローラとの間に、ワイヤバッファ形成装置が配置されることがある。このようなワイヤバッファ形成装置としては、たとえば、特許文献１に示されたものがある。

同文献に示されているワイヤバッファ形成装置では、可撓性チューブからなるワイヤコアに包囲された溶接ワイヤが収容室内でアーチ状に配置される。収容室内では、プッシュローラとプルローラの送り量の相違により、アーチの形状が変化する。アーチの形状が変化することにより、収容室内の溶接ワイヤの収容量が変化し、これによりプッシュローラとプルローラによる溶接ワイヤの送り量の相違が吸収され、送り量の高速変化を伴うプルローラによる溶接ワイヤの送給が円滑に行われる。

ところで、特許文献１に示されたワイヤバッファ形成装置では、次のような問題点がある。

すなわち、ワイヤコアの湾曲部ではワイヤの送給抵抗が増大してワイヤ送給が不安定になりやすい。また、ワイヤコア内面が溶接ワイヤと接触することにより摩耗変形して接触面積が増大し、その結果ワイヤの送給抵抗がさらに増大し、ワイヤ送給がさらに不安定になる。特にワイヤを高速で送給する場合においては、短時間のうちにワイヤコアが摩耗してワイヤ送給が不安定になる傾向が顕著となる。

また、ワイヤコアの湾曲部に生じる大きなワイヤ送給抵抗に打ち勝つために十分な送給力を確保するため、プッシュローラやプルローラを駆動するためのモータの容量を大きくする必要があった。

特許第４４９０９７６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ワイヤ送給抵抗を増大させることのないワイヤバッファ形成装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によって提供されるワイヤバッファ形成装置は、入口部および出口部を有するハウジングと、前記ハウジング内の前記入口部側に配置され、前記入口部から導入されるワイヤをガイドする第１ガイドローラと、前記ハウジング内の前記出口部側に配置され、前記出口部に向かう前記ワイヤをガイドする第２ガイドローラと、を備え、前記第１ガイドローラと前記第２ガイドローラとの間を前記ワイヤがアーチを形成して通過するワイヤバッファ形成装置であって、前記ハウジング内の前記第１ガイドローラと前記第２ガイドローラとの間に配置され、前記アーチを含む面内方向であって前記ワイヤの軸線方向と交差する方向における前記ワイヤの位置を検出するバッファ量検出手段を備えることを特徴とする。

好ましい実施の形態では、前記バッファ量検出手段は、前記アーチを含む面内方向両側から前記ワイヤを挟む２つのローラと、当該２つのローラを支持する支持部材と、当該支持部材の変位を検出するセンサと、を含む。

好ましい実施の形態では、前記２つのローラは、前記支持部材に対して前記アーチを含む面と直交するアーム支持軸を中心として搖動可能に支持された搖動アームを介して支持されている。

好ましい実施の形態では、前記アーム支持軸は、前記２つのローラの回転支持軸の間に位置する。

好ましい実施の形態では、前記支持部材は、所定の回動中心を中心として回動する。

好ましい実施の形態では、前記センサは、前記支持部材の回動量を検出する回転センサである。

好ましい実施の形態では、前記回転センサは、前記２つのローラよりも前記ハウジングの入口部側に位置する。

本発明の第２の側面によって提供されるワイヤ送給装置は,前記第１の側面に係るワイヤバッファ形成装置を含み、前記ハウジングの出口部から導出される前記ワイヤを送るプル側送給ローラと、前記ハウジングの入口部に向かう前記ワイヤを送るプッシュ側送給ローラを備えること特徴とする。

好ましい実施の形態では、前記プッシュ側送給ローラを制御する制御装置を備えており、当該制御装置は、前記バッファ量検出手段によって検出される前記ワイヤの位置が適正となるように前記プッシュ側送給ローラを制御する。

このような構成のワイヤバッファ形成装置においては、ハウジングの内部をアーチを形成して通過するワイヤは、ハウジングの入口部近傍と出口部近傍とにおいて、第１ガイドローラと第２ガイドローラとによってガイドされるので、ハウジング内にワイヤコアを導入する必要がない。したがって、ハウジングの内部においてワイヤの送給抵抗が増大する要因をなくして、ワイヤ送給の安定を図ることができる。また、これにより、ワイヤ送給ローラを駆動するためのモータの容量を小さくし、ワイヤ送給装置の簡略化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

本発明のワイヤバッファ形成装置を備えた溶接システムの全体構成図である。本発明の一実施形態に係るワイヤバッファ形成装置の縦断面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。図２のIV-IV線に沿う断面図である。図２における要部の拡大図であり、ワイヤバッファ量検出手段の構成を示す。図２のVI-VI線に沿う断面図である。図２に示すワイヤバッファ形成装置の作用説明図である。図２に示すワイヤバッファ形成装置の作用説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明のワイヤバッファ形成装置Ａ１が適用される溶接システムＣ１を模式的に示す。この溶接システムＣ１は、ワイヤ供給部３０と、プッシュ側送給ローラ１０と、ワイヤバッファ形成装置Ａ１と、プル側送給ローラ２０と、溶接トーチ４０と、を含む。

ワイヤ供給部３０は、たとえばワイヤＷが巻かれたワイヤリールである。プッシュ側送給ローラ１０は、ワイヤＷを挟んで対向する１対のローラ１１，１２で構成され、いずれか一方のローラ１１が速度制御可能なモータ１３によって回転駆動される。ワイヤバッファ形成装置Ａ１は、プッシュ側送給ローラ１０によるワイヤ送給速度とプル側送給ローラ２０によるワイヤ送給速度の差を吸収するものであり、後に詳説する。プル側送給ローラ２０は、ワイヤＷを挟んで対向する１対のローラ２１，２２で構成され、いずれか一方のローラ２１がモータ２３によって回転駆動される。溶接トーチ４０は、プル側送給ローラ２０によって送給されるワイヤＷに給電しつつこのワイヤＷを対象物に向けて送り、対象物Ｑとの間に生じるアークによってワイヤＷを溶融させ、この溶融物によって所望の溶接を行う。

プッシュ側送給ローラ１０を経たワイヤＷは、第１のケーブル６１に案内されてワイヤバッファ形成装置Ａ１に導入される。ワイヤバッファ形成装置Ａ１を経たワイヤＷは、第２のケーブル６２に案内されて溶接トーチ４０に導かれる。図１に示す例では、プッシュ側送給ローラ１０はワイヤ供給部３０の近傍に配置されているが、ワイヤバッファ形成装置Ａ１までの間であればワイヤバッファ形成装置Ａ１の近傍など、ワイヤＷの送給経路のいずれの位置に配置してもよい。また、図１に示す例では、プル側送給ローラ２０は溶接トーチ４０の基端部に配置されているが、ワイヤバッファ形成装置Ａ１から溶接トーチ４０までの間であれば、ワイヤＷの送給経路のいずれの位置に配置してもよい。

図に示す例ではまた。溶接トーチ４０は多関節ロボット５０のエフェクタとして当該ロボットに搭載されており、ワイヤバッファ形成装置Ａ１もまた、当該多関節ロボット５０に搭載されている。

図２〜図６は、ワイヤバッファ形成装置Ａ１の一例を示す。このワイヤバッファ形成装置Ａ１は、入口部１１０および出口部１２０を有するハウジング１００と、ハウジング１００内の入口部１１０側において、入口部１１０から導入されるワイヤＷをガイドする第１ガイドローラ２００と、ハウジング１００内の出口部１２０側において、出口部１２０に向かうワイヤＷをガイドする第２ガイドローラ３００と、を備える。

入口部１１０は、筒状の接続部材１１１によって構成され、この接続部材１１１は、ワイヤＷを挿通する通路１１２を有するとともに、第１のケーブル６１が接続される。出口部１２０もまた、筒状の接続部材１２１によって構成され、ワイヤＷを挿通する通路１２２を有するとともに、第２のケーブル６２が接続される。入口部１１０における接続部材１１１の軸線Ｌ１と出口部１２０における接続部材１２１の軸線Ｌ２は、９５〜１５０°の鈍角をなして交差している。ハウジング１００は、入口部１１０から出口部１２０まで連通する内部空間１３０を有し、内部空間１３０は、入口部１１０から出口部１２０にかけて湾曲するとともに、この内部空間１３０の上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面内方向Ｐ（図４参照）の幅ｗ１がハウジング１００の長手方向中央付近で最大となっている。なお、内部空間１３０の上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面Ｐと直交する方向の幅ｗ２は、図６に示すように、上記第１ガイドローラ２００や、第２ガイドローラ３００、あるいは後記するバッファ量検出手段４００が配置される領域を除いては、ワイヤＷが通過するに必要十分なものに設定するのが望ましい。

第１ガイドローラ２００は、ハウジング１００の内部空間１３０における入口部１１０の近傍において、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面内方向（Ｐ）においてワイヤＷを両側から挟む２つのローラ２１０，２２０で構成されている。２つのローラ２１０，２２０は、ローラ支持軸２１１，２２１に対して回転自由である。２つのローラ２１０，２２０の外周には、図３に示すように、ワイヤＷが嵌まり込む凹溝２１２，２２２が形成されている。これにより、第１ガイドローラ２００によって案内されるワイヤＷは、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面Ｐ内の一定位置で移動するように拘束される。第２ガイドローラ３００は、ハウジング１００の内部空間１３０における出口部１２０の近傍において、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面Ｐ内方向においてワイヤＷを両側から挟む２つのローラ３１０，３２０で構成されている。２つのローラ３１０，３２０は、ローラ支持軸３１１，３２１に対して回転自由である。２つのローラ３１０，３２０の外周には、図３に示すように、ワイヤＷが嵌まり込む凹溝３１２，３２２が形成されている。これにより、第２のガイドローラ３００によって案内されるワイヤＷは、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面Ｐ内の一定位置で移動するように拘束される。

このような構成を有するハウジング１００内を通過するワイヤＷは、図２に示すように、第１ガイドローラ２００から第２ガイドローラ３００にかけて、アーチＡｒを形成する。

ワイヤバッファ形成装置Ａ１はまた、バッファ量検出手段４００を有する。このバッファ量検出手段４００は、アーチＡｒを形成するワイヤＷの上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面内方向（Ｐ）の位置を検出することにより、ハウジング１００内でのワイヤＷのバッファ量を検出するものである。バッファ量検出手段４００は、ハウジング１００内において、第１ガイドローラ２００と第２ガイドローラ３００との間に配置される。

本実施形態においては、バッファ量検出手段４００は、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面（アーチＡｒを含む面）内方向においてワイヤＷを両側から挟む２つのローラ４１０，４２０と、当該２つのローラ４１０，４２０を支持する支持部材４４０と、当該支持部材４４０の変位を検出するセンサ４５０と、を含んで構成されている。２つのローラ４１０，４２０は、ハウジング１００の内部空間１３０の長手方向略中央において、ワイヤＷを挟んでいる。２つのローラ４１０，４２０の外周には、図４に示すように、ワイヤＷが嵌まり込む凹溝４１２，４２２が形成されている。これにより、２つのローラ４１０，４２０によって案内されるワイヤＷは、上記２つの軸線Ｌ１，Ｌ２を含む面Ｐ（図４参照）内の所定位置で移動するように拘束される。

２つのローラ４１０，４２０は、支持部材４４０に対してアーム支持軸４３１を中心として搖動可能に支持された搖動アーム４３０を介して支持されている。より具体的には、図４および図５に良くあらわれているように、二つのローラ４１０，４２０は、搖動アーム４３０に設けられた２つのローラ支持軸４１１，４２１にそれぞれ回転自由に支持されており、搖動アーム４３０は、基端が回転センサ４５０の検出軸４５１に連結されたアーム状の支持部材４４０の先端において、アーム支持軸４３１周りに搖動可能に支持されている。本実施形態において、アーム支持軸４３１は、２つのローラ支持軸４１１，４２１の間に位置する。回転センサの検出軸４５１、アーム支持軸４３１および２つのローラ支持軸４１１，４２１は、すべて、上記アーチＡｒを含む面Ｐと直交する方向に延び、互いに平行をなす。上記第１ガイドローラ２００および第２ガイドローラ３００を構成するローラ２１０，２２０，３１０，３２０のローラ支持軸２１１，２２１，３１１，３２１についても、同様に上記アーチＡｒを含む面Ｐと直交する方向に延びている。また、本実施形態では、回転センサ４５０は、２つのローラ４１０，４２０に対してハウジング１００の入口部１１０寄りに配置されている。

次に、本実施形態に係るワイヤバッファ形成装置Ａ１の作用について、説明する。

入口部１１０の軸線Ｌ１と出口部１２０の軸線Ｌ２とが鈍角をなして交差しているので、ハウジング１００内を通過するワイヤＷは、ハウジング１００の内部空間１３０において、アーチＡｒをなして湾曲している。内部空間１３０は、上記アーチＡｒを含む面内方向（Ｐ）の所定幅ｗ１を有しているので、ワイヤＷは、図７に示すように、バッファ量が最小となる経路から、図８に示すように、バッファ量が最大となる経路までをとることができる。これにより、プッシュ側送給ローラ１０とプル側送給ローラ２０の送給速度の相違を、ハウジング１００内でのバッファ量が変化することにより吸収することができる。

ワイヤＷは、ハウジング１００の内部空間１３０において、入口部１１０近傍において第１ガイドローラ２００によってガイドされ、出口部１２０近傍において第２ガイドローラ３００によって案内され、中間部においてバッファ量検出手段４００を構成する２つのローラ４１０，４２０によって案内されている。本実施形態ではとくに、第１ガイドローラ２００を構成する２つのローラ２１０，２２０、第２ガイドローラ３００を構成する２つのローラ３１０，３２０およびバッファ量検出手段４００を構成する２つのローラ４１０，４２０は、外周に設けた凹溝２１２，２２２，３１２，３２２，４１２，４２２によってワイヤＷを拘束しつつガイドしている。したがって、ワイヤＷは、いわゆるベア状態であっても、ハウジング１００の内部空間１３０を一定の経路をたどって通過することができる。その結果、本実施形態のワイヤバッファ形成装置Ａ１では、ハウジング１００内にワイヤコアを導入する必要がなく、ワイヤＷとワイヤコアとが擦れることによりワイヤＷの送給抵抗が増大するといったことがない。また、ワイヤＷは、ハウジング１００内において、回転自由なローラ２１０，２２０，３１０，３２０，４１０，４２０によってガイドされるので、ハウジング１００内での送給抵抗を著しく低減することができる。このようなことから、プッシュ側送給ローラ１０を駆動するモータ１３やプル側送給ローラ２０を駆動するモータ２３の容量を小さくすることができる。このことは、ワイヤ送給装置としての構成の簡略化、軽量化、低コスト化につながる。

ハウジング１００内でのワイヤＷのバッファ量が変化すると、アーチＡｒを含む面内方向であって、ワイヤＷの送給方向と交差する方向についてのワイヤＷの位置が変化する。このようにワイヤＷの位置が変化すると、２つのローラ４１０，４２０が追従してその位置が変化することにより、アーム状の支持部材４４０の回動位置が変化する。この変化は、回転センサ４５０によって検出される。これにより、ワイヤＷのバッファ量を検出することができる。本実施形態においては、２つのローラ４１０，４２０を支持する揺動アーム４３０は、支持部材４４０に対して揺動自由であり、とくに本実施形態では、２つのローラ４１０，４２０はアーム支持軸４３１を中心としてシーソー状に揺動する（図５）。ワイヤＷのバッファ量が変化すると、支持部材４４０の回動位置が変化するが、揺動アーム４３０は支持部材４４０に対して揺動可能であるため、支持部材４４０の回動位置が変化しても、揺動アーム４３０および２つのローラ４１０，４２０の姿勢は変化しない。したがって、２つのローラ４１０，４２０がワイヤＷのバッファ量の変化に追従する際に、ワイヤＷに対して曲げ力を与え、ワイヤＷに不要な曲げ癖を与えるといったことがなく、したがって、バッファ量検出手段４００の作動がスムーズになる。

適正な溶接を行うために、溶接トーチ４０へのワイヤＷの送給状態の制御は、プル側送給ローラ２０に対して行われる。ワイヤＷは、ハウジング１００内でバッファを形成しているので、プル側送給ローラ２０によるワイヤ送給の瞬間的な加速、減速、停止、引き戻しを低抵抗で行うことが可能である。プッシュ側送給ローラ１０は、バッファ量検出手段４００により検出されたワイヤＷの位置情報を制御入力情報として、ハウジング１００内でのワイヤＷのバッファ量が適正となるように、制御装置５００によって制御される（図１）。

もちろん、この発明の範囲は上記した実施形態に限定されることはなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に含まれる。

たとえば、バッファ量検出手段４００について、実施形態では、２つのローラを支持する支持部材の回動量を検出するようにしているが、支持部材４４０を直線ガイドに支持して直線上を移動可能とし、この支持部材４４０の移動状態を直線移動センサによって検出するようにしてもよい。

Ａ１ワイヤバッファ形成装置
Ｂ１ワイヤ送給装置
Ｃ１溶接システム
Ａｒアーチ
１０プッシュ側送給ローラ
１１ローラ
１２ローラ
１３モータ
２０プル側送給ローラ
２１ローラ
２２ローラ
２３モータ
３０ワイヤ供給部
４０溶接トーチ
５０ロボット
６１第１のケーブル
６２第２のケーブル
１００ハウジング
１１０入口部
１１１接続部材
１１２通路
Ｌ１軸線
１２０出口部
１２１接続部材
１２２通路
Ｌ２軸線
１３０内部空間
ｗ１幅（面内方向）
ｗ２幅（厚み方向）
Ｐ面（アーチＡｒを含む面）
２００第１ガイドローラ
２１０ローラ
２１１ローラ支持軸
２１２凹溝
２２０ローラ
２２１ローラ支持軸
２２２凹溝
３００第２ガイドローラ
３１０ローラ
３１１ローラ支持軸
３１２凹溝
３２０ローラ
３２１ローラ支持軸
３２２凹溝
４００バッファ量形成手段
４１０ローラ
４１１ローラ支持軸
４１２凹溝
４２０ローラ
４２１ローラ支持軸
４２２凹溝
４３０揺動アーム
４３１アーム支持軸
４４０支持部材
４５０回転センサ
４５１検出軸
５００制御装置

Claims

入口部および出口部を有するハウジングと、
前記ハウジング内の前記入口部側に配置され、前記入口部から導入されるワイヤをガイドする第１ガイドローラと
前記ハウジング内の前記出口部側に配置され、前記出口部に向かう前記ワイヤをガイドする第２ガイドローラと、を備え、
前記第１ガイドローラと前記第２ガイドローラとの間を前記ワイヤがアーチを形成して通過するワイヤバッファ形成装置であって、
前記ハウジング内の前記第１ガイドローラと前記第２ガイドローラとの間に配置され、前記アーチを含む面内方向であって前記ワイヤの軸線方向と交差する方向における前記ワイヤの位置を検出するバッファ量検出手段を備え、
前記バッファ量検出手段は、前記アーチを含む面内方向両側から前記ワイヤを挟む２つのローラと、当該２つのローラを支持し、所定の回動中心を中心として回動する支持部材と、当該支持部材の回動量を検出する回転センサと、を含み、
前記回転センサは、前記２つのローラよりも前記ハウジングの入口部側に位置することを特徴とする、ワイヤバッファ形成装置。
前記２つのローラは、前記支持部材に対して前記アーチを含む面と直交するアーム支持軸を中心として搖動可能に支持された搖動アームを介して支持されている、請求項１に記載のワイヤバッファ形成装置。
前記アーム支持軸は、前記２つのローラの回転支持軸の間に位置する、請求項２に記載のワイヤバッファ形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載のワイヤバッファ形成装置を含み、前記ハウジングの出口部から導出される前記ワイヤを送るプル側送給ローラと、前記ハウジングの入口部に向かう前記ワイヤを送るプッシュ側送給ローラを備えることを特徴とする、ワイヤ送給装置。
前記プッシュ側送給ローラを制御する制御装置を備えており、当該制御装置は、前記バッファ量検出手段によって検出される前記ワイヤの位置が適正となるように前記プッシュ側送給ローラを制御する、請求項４に記載のワイヤ送給装置。