JP5974791B2 - 自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアームに、枝管の周方向の全周に亘り溶接トーチを移動させながら枝管と母管の隅肉溶接を行うことが可能な枝管溶接機を取り付けてなる構成を有する自動溶接装置にて、溶接狙い位置のずれの発生を防止する自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法に関するものである。

ボイラ等におけるヘッダ（管寄せ）の１つの形式として、母管の外周面に、円周方向及び長手方向（軸心方向）に複数の枝管を接続した形式のものがある。

この種のヘッダを製造する場合、横向きに配置した母管の外周面における周方向の１個所、たとえば、外周面の上端側位置に、該母管の長手方向に所要間隔で配列される複数の枝管を溶接して取り付け、次いで、上記母管を、周方向に所要角度回転させてから、新たに該母管の外周面の上端側となる位置に、長手方向に所要間隔で配列される複数の枝管を溶接して取り付け、以降、上記手順を順次繰り返して行うことで、上記母管の外周面の円周方向及び長手方向に多数の枝管を取り付ける手法が多く用いられている。

そのため、上記ヘッダ製造時における母管と枝管との溶接作業は、通常の溶接トーチではアクセスが困難な狭隘部での溶接作業が必要になることから、溶接トーチを備えたロボットを用いて自動化できるようにした自動溶接装置が提案されている。

この種の自動溶接装置の１つとしては、溶接対象となる枝管に外嵌させるための切欠部を有する馬蹄型のガイドと、該馬蹄型ガイドに保持され且つ上記切欠部を越えて円周動作できるようにした切欠部を有するリングギヤと、該リングギヤに取り付けられて該リングギヤと共に円周動作可能な溶接トーチとを備えてなる枝管溶接機を、ロボットのロボットハンドの先端部に取り付けた構成としたものがある。

かかる構成としてある上記自動溶接装置によれば、予め、母管に仮付けされた溶接対象の枝管の位置がセンサにより検出されると、その枝管の位置に応じて、ロボットハンドの動作により上記枝管溶接機の馬蹄型ガイドを、母管の長手方向に直交する方向から移動させて、該馬蹄型ガイドの切欠部とそれに合わせて配置した上記リングギヤの切欠部を、溶接対象の枝管に外嵌させる。

その後、上記ガイドの内側に配置させた枝管の周りを、上記リングギヤと一緒に上記溶接トーチを円周動作させて、該枝管と母管との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接作業できるようにしてある。

更に、上記自動溶接装置では、上記枝管溶接機の馬蹄型ガイドを上記母管に仮付けしてある溶接対象の枝管に外嵌させた状態で、該枝管溶接機の溶接トーチに供給するワイヤを探触子として、上記溶接対象の枝管や、その下方に位置する母管のタッチセンシングを行う考えも提案されている。このタッチセンシングの結果からは、上記ロボットのロボット制御盤（ロボットコントローラ）により、該ロボット制御盤で制御している上記ロボットハンドの先端部の位置情報と、上記枝管溶接機における上記溶接トーチの円周動作位置の情報と、該枝管溶接機の形状及びワイヤの突出量についての既知のデータとを基に、上記溶接対象の枝管と、その下方に存在する母管についての位置情報を、ＸＹＺの３軸方向についての座標に関して検出でき、よって、より正確な位置合わせを行うことができるとされている（たとえば、特許文献１参照）。

又、上記と同様の構成としてある自動溶接装置において、上記と同様のタッチセンシングにより枝管の傾きが検出されると、枝管溶接機を取り付けたロボットにて、溶接トーチの円周動作の軸心位置に座標軸を備えた座標系を、検出された枝管の傾きのずれ量に対応させて傾けるように補正する考えが従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２０１１−１７３１３８号公報 特開２０１１−２５５４０２号公報

上記特許文献１、２に示された自動溶接装置は、母管に対して枝管を良好に溶接することができるものである。

ところで、上記自動溶接装置では、枝管溶接機における溶接トーチの円周動作により、枝管の母管との接続個所を枝管の周方向の全周に亘り溶接を行うときには、溶接トーチは、先端側を溶接個所に押し込むように配置しながら溶接作業を行う必要がある。

そのために、上記枝管溶接機は、溶接トーチの円周動作の軌道の中心を、枝管の軸心に単に一致させて配置することはできず、実際には、該枝管溶接機で溶接トーチを円周動作させて上記溶接作業を行うときには、上記ロボットハンドにより、枝管溶接機全体を移動させて、上記溶接トーチの枝管の径方向に沿う方向の位置を調節する必要がある。

この場合、たとえば、枝管溶接機における溶接トーチの円周動作と、ロボットハンドによる枝管溶接機全体の動作について、動作開始タイミングや動作速度の違いが生じる場合は、溶接狙い位置にずれが生じることが考えられる。

そこで、本発明は、上記特許文献１に示された自動溶接装置を更に発展させて、枝管と母管との溶接個所を該枝管の周方向の全周に亘り溶接する際に、溶接トーチの溶接狙い位置のずれを抑制できるようにして、溶接品質の更なる向上化を図ることができる自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ抑制方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、ロボットのロボットハンドの先端部に、枝管に外嵌させるための切欠部を有するガイドと、該ガイドに保持され且つ上記切欠部を越えて円周動作できるようにしてある溶接トーチとを備えてなる枝管溶接機を備えた自動溶接装置により、枝管溶接機による溶接トーチの円周動作と、該溶接トーチの先端部を枝管と母管との溶接個所に押し込むように配置するためのロボットハンドによる枝管溶接機全体の円動作とを行わせて、上記枝管と母管との溶接個所の該枝管の周方向の全周に亘る溶接作業を行うときに、枝管の周方向に、周方向の全周に亘る溶接個所を複数分割した分割点を予め設定すると共に、該分割点に対応して上記枝管溶接機で溶接トーチを配置すべき位置と、上記ロボットハンドで枝管溶接機全体を配置すべき位置を予め設定しておき、溶接作業が上記分割点に達すると、該分割点に対応した枝管溶接機で溶接トーチを配置すべき位置と、ロボットハンドで枝管溶接機全体を配置すべき位置を目標とする位置決め動作を行い、該溶接トーチと枝管溶接機全体の位置決め動作が完了すると、その後の溶接作業を再開させるようにする自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ抑制方法とする。

本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）枝管と母管との溶接個所を該枝管の周方向に沿って全周に亘り溶接する際には、溶接作業が周方向の途中位置に設定された分割点に達した時点で行われる位置決め動作により、枝管溶接機による溶接トーチの円周動作と、ロボットハンドによる枝管溶接機全体の動作との動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれを解消させて、溶接狙い位置のずれを解消させることができる。
（２）これにより、枝管の周方向の全周に亘る溶接作業では、溶接トーチを周方向に移動させる間に、溶接狙い位置のずれが一時的に生じたとしても、その溶接狙い位置のずれが周方向の全周に亘る溶接作業全体に影響したり、溶接狙い位置のずれが蓄積する虞を防止することができる。
（３）したがって、本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法は、枝管の母管に対する溶接作業を行う際に、溶接狙い位置のずれを抑制することができて、溶接品質の更なる向上化を図ることができる。

本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を適用する自動溶接装置の一形態を示す概要図である。 図１の装置における枝管溶接機を拡大して示す平面図である。 図１の装置における溶接機制御装置、及び、ロボット制御盤により自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。 図１の装置で枝管の周方向の溶接作業を行う際のロボットハンドによる枝管溶接装置全体の動作を示すもので、（ａ）は溶接作業の開始時の状態を、（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）は、それぞれ溶接作業を開始してから周方向に４５度ずつ溶接トーチを進行させて溶接作業を行った状態を示す概要図である。 図１の装置にて枝管の周方向に設定する分割点の位置を示す概要図である。 図１の装置における溶接機制御装置、及び、ロボット制御盤により自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を実施するための制御フローの別の例を示す図である。 本発明の実施の他の形態の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を適用する自動溶接装置を示す概要図である。 図７の装置におけるロボット制御盤により自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を実施するための制御フローを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図５は本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

ここで、先ず、本発明を適用する自動溶接装置の構成について説明する。

上記自動溶接装置は、図１に符号Ｉで示すもので、母管１の長手方向に配列して取り付ける複数の枝管２の取付位置に応じて該母管１の長手方向に沿って図示しない移動機構により移動可能に設けた多関節ロボットを備え、該ロボットのロボットハンド３の先端部に、枝管溶接機４を取り付けた構成としてある。

上記枝管溶接機４は、図２に示すように、枝管２を半径方向から挿入して包囲可能な切欠部５ａを備えた馬蹄型のガイド５と、上記枝管２を半径方向から挿入して包囲可能な切欠部６ａを備え且つ上記馬蹄型ガイド５の下側に該馬蹄型ガイド５の切欠部５ａを超えて回転可能に支持された切欠付きのリングギヤ６と、上記馬蹄型ガイド５に対し上記リングギヤ６を相対的に回転駆動させる駆動機構７とを備える。上記リングギヤ６には、該リングギヤ６と同じ位置に切欠部８ａを備える配置で該リングギヤ６に固定されたトーチ取付部材８が取り付けられ、該トーチ取付部材８に、先端部（下端部）が上記リングギヤ６の中心側に向くように配置した溶接トーチ１０が、トーチ支持ブロック９を介して下向きに取り付けられた構成としてある。

これにより、上記枝管溶接機４は、上記リングギヤ６の切欠部６ａの位相を、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａの位相に合わせた状態で、上記ロボットハンドの３の操作により、該枝管溶接機４を母管１の外周面の上端側位置に仮止めしてある枝管２に対し側方より近接させて、上記馬蹄型ガイド５及びリングギヤ６の切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させることができるようにしてある。又、この配置とすることにより、上記枝管溶接機４では、上記リングギヤ６にトーチ取付部材８及びトーチ支持ブロック９を介して取り付けてある上記溶接トーチ１０を、上記枝管２と母管１との溶接個所の周方向の１個所に向けて配置できるようにしてある。

よって、上記枝管溶接機４は、その後、上記駆動機構７の駆動によりリングギヤ６を円周動作させることで、該リングギヤ６と一緒に上記溶接トーチ１０を、上記枝管２の周りで、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａを越えて円周動作させることができるようにしてある。これにより、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置されている枝管２とその下方の母管１との溶接個所は、該枝管２の周りで円周動作する上記溶接トーチ１０により、周方向の全周に亘って隅肉溶接できるようにしてある。

上記多関節ロボットには、上記ロボットハンド３の制御を含めて該多関節ロボット全体の制御を行うためのロボット制御盤（ロボットコントローラ）１５が接続してある。

上記枝管溶接機４には、上記リングギヤ６と一体の溶接トーチ１０の円周動作の制御、及び、溶接トーチ１０による溶接処理の制御を含めて、該枝管溶接機４全体の制御を行うための溶接機制御装置１６が接続してある。

上記ロボット制御盤１５と、溶接機制御装置１６は、一定周期、あるいは、予め設定してあるタイミングで相互通信を実施できるようにしてある。

更に、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１０に供給するワイヤ１１には、通電検出式のタッチセンサ１２の一方の電極（図１では正極）１２ａを、通電ライン１３を介して接続すると共に、該タッチセンサ１２の他方の電極（図１では負極）１２ｂに一端部を接続した通電ライン１４の他端部を、上記母管１に接続する。更に、上記タッチセンサ１２による接触検出信号は、上記ロボット制御盤１５に入力できるようにする。これにより、上記溶接トーチ１０のワイヤ１１を探触子として、該ワイヤ１１が上記母管１や、該母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２に接触すると、その時点で、上記タッチセンサ１２により両者の接触を通電により検出できるようにしてある。

したがって、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２に外嵌させた状態では、上記溶接トーチ１０のワイヤ１１を探触子として、上記溶接対象の枝管２や、その下方近傍に位置する母管１との接触を検出できるようになる。

よって、上記ロボット制御盤１５では、該ロボット制御盤１５で制御している上記ロボットハンド３の先端部の位置及び向きの情報と、該ロボットハンド３の先端部に取り付けてある枝管溶接機４の形状及びワイヤ１１の突出量についての既知のデータ（幾何学的情報）と、上記溶接機制御装置１６より入力される上記枝管溶接機４における上記溶接トーチ１０の円周動作位置の情報とを基に、上記溶接対象の枝管２や母管１における溶接トーチ１０のワイヤ１１が接触した個所の位置情報を、ＸＹＺの３軸方向についての座標に関して検出できるようにしてある。

なお、図１では、図示する便宜上、上記多関節ロボットのロボットハンド３の先端部以外の部分、及び、上記枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１０以外の構成の記載は省略してある。又、図中の一点鎖線で描く円弧は、上記溶接トーチ１０の円周動作の軌道の概要を示すものである（後述の図７も同様）。

ここで、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）を用いて、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１０による枝管２の母管１に対する溶接作業時における該溶接トーチ１０の枝管２の周囲での円周動作と、該溶接トーチ１０の円周動作に伴って上記ロボットハンド３（図１参照）により実施させる枝管溶接機４全体の動作について説明する。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）では、図示する便宜上、枝管溶接機４におけるリングギヤ６と溶接トーチ１０と駆動機構７の一部以外の構成の記載は省略してある。図中の一点鎖線で描く円弧は、上記溶接トーチ１０の円周動作の軌道の概要を示すものであり、図中の黒点は、該溶接トーチ１０の軌道の中心ｔを示している。又、図中の×印は、枝管２の中心ｓを示している。

先ず、たとえば、図４（ａ）に示すように、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５（図２参照）及びリングギヤ６の切欠部５ａ，６ａを上記枝管２に外嵌させた状態で、溶接トーチ１０による枝管２の母管１に対する溶接を開始する場合は、上記ロボットハンド３により、枝管溶接機４全体を、上記溶接トーチ１０の円周動作の軌道が上記枝管２と同心状配置となる状態から、上記溶接トーチ１０の配置されている個所が枝管２の中心ｓに近接する配置となる方向（図４（ａ）では図面上、上方向）へ或る寸法シフトさせる。これにより、上記溶接トーチ１０は、先端側が溶接個所に押し込まれるように配置されるため、この状態で、上記枝管２の母管１に対する溶接を開始させる。

上記図４（ａ）のように溶接作業を開始させた後は、上記枝管溶接機４は、上記溶接トーチ１０を、たとえば、図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）を順に経た後、再び図４（ａ）に至るように、上記リングギヤ６と一緒に円周動作の軌道に沿って時計回り方向に一定速度で移動させながら、枝管２を周方向の全周に亘り母管１に溶接する溶接作業を行わせるようにしてある。

この溶接作業の際、上記ロボットハンド３は、枝管溶接機４全体を、上記溶接トーチ１０の配置されている個所が、常に枝管２の中心ｓに近接する配置となる方向（図面上、図４（ｂ）では右上方向、図４（ｃ）では右方向、図４（ｄ）では右下方向、図４（ｅ）では下方向、図４（ｆ）では左下方向、図４（ｇ）では左方向、図４（ｈ）では左上方向、図４（ａ）では上方向）に或る寸法シフトするように配置させることで、枝管溶接機４全体が、上記溶接トーチ１０の円周動作の軌道の中心ｔから偏心した点を中心に円を描くように連続的に移動させるようにしてある。これにより、上記溶接トーチ１０は、上記枝管２の母管１に対する溶接作業を実施する間は、該溶接トーチ１０の先端側が常に溶接個所に押し込まれるように配置された状態となるようにしてある。

次に、上記構成としてある自動溶接装置Ｉに適用する本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法について説明する。

上記自動溶接装置Ｉでは、上記したように、枝管２の母管１に対する溶接作業時には、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作とを同時に（同期して）行うようにしてある。

ところで、上記溶接機制御装置で制御するようにしてある枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作と、上記ロボット制御盤１５で制御するロボットハンド３による上記枝管溶接機４全体の円動作に、動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれが生じる場合は、溶接狙い位置にずれが生じることになる。

このうち、上記動作開始タイミングの差に起因する上記溶接トーチ１０の円周動作と、上記ロボットハンド３による上記枝管溶接機４全体の円動作との同期ずれは、枝管２の周方向に関する溶接開始位置から、溶接終了位置までの溶接品質に継続して影響する。

又、上記溶接トーチ１０の円周動作と、上記ロボットハンド３による上記枝管溶接機４全体の円動作との動作速度の差に起因する同期ずれは、溶接開始位置の近傍では、溶接品質に対する影響は小さいが、溶接作業が周方向に進むにしたがって、溶接品質に対する影響が拡大してしまう。

以上の点に鑑みて、本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法では、枝管２の周方向の溶接作業を行うときに、溶接開始点から溶接終了点までの１周分の溶接行程について、周方向等間隔で複数分割するためのｎ個（ｎは自然数）の分割点を予め設定しておき、上記溶接トーチ１０の円周動作と、上記ロボットハンド３による上記枝管溶接機４全体の円動作を伴う上記溶接作業の途中で、溶接が上記設定された分割点の位置まで進行すると、該分割点を基準として、上記枝管溶接機４にて円周動作させる溶接トーチ１０の位置と、上記ロボットハンド３で円動作させる枝管溶接機４ｎ全体の位置について、位置決め動作を行わせるようにするものとする。

次に、上記本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ方法を実施するためには、上記ロボット制御盤１５及び溶接機制御装置１６に、枝管２の周方向を複数分割した位置に共通の分割点を設定できるようにした機能を備える。たとえば、図４（ａ）に示す溶接トーチ１０の位置を溶接開始点、及び、周方向に１層（１パス）の溶接作業を実施した後の溶接終了点とする場合は、図５に示すように、上記溶接開始点から溶接終了点までの溶接行程について、枝管２の周方向を８等分した位置にそれぞれ分割点Ｐｍ（ｍ＝１，２，３・・・７）を設定する機能を備える。

更に、上記溶接機制御装置１６は、上記各分割点Ｐｍについて、該各分割点Ｐｍの位置の溶接時に上記枝管溶接機４にて溶接トーチ１０を円周動作軌道上のどの位置に配置すべきかを予め算出する機能を備える。

一方、上記ロボット制御盤１５は、上記各分割点Ｐｍについて、該各分割点Ｐｍの位置の溶接時に上記溶接トーチ１０が配置される位置に応じてロボットハンド３で円動作させる枝管溶接機４全体を、どの位置に配置すべきかを予め算出する機能を備える。

更に、上記溶接機制御装置１６と、ロボット制御盤１５には、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１０による枝管２の周方向の全周に亘る母管１への溶接作業を実施するときに、溶接個所が上記各分割点Ｐｍまで進行すると、その時点で、相互通信を行う機能を備えると共に、該各分割点Ｐｍごとに対応させてそれぞれ算出してある上記枝管溶接機４の溶接トーチ１０の円周動作軌道上で配置すべき位置と、ロボットハンド３により枝管溶接機４全体を配置すべき位置について、相互の位置合わせを速やかに行う機能を備えるようにしてある。

なお、上記ロボット制御盤１５には、前記した特許文献２に示されているような、上記溶接トーチ１０のワイヤ１１を探触子とするタッチセンシングにより枝管２の傾きが検出されると、枝管溶接機４が取り付けてあるロボットハンド３側で、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作の軸心位置に座標軸を備えた座標系を、検出された枝管２の傾きのずれ量に対応させて傾けるように補正する機能を備えるようにしてもよい。

以上の機能を備えたロボット制御盤１５と溶接機制御装置１６により溶接作業を実施する場合の制御フローは、図３に示すようにすればよい。なお、図３におけるＡは、上記溶接機制御装置１６の制御フローであり、Ｂは上記ロボット制御盤１５の制御フローを示している。

すなわち、先ず、溶接作業を開始させる前に、上記溶接機制御装置１６では、枝管溶接機４について、溶接条件、該溶接条件に応じた上記溶接トーチ１０の円周動作の条件に加えて、上記各分割点Ｐｍの数と、該各分割点Ｐｍの溶接時に溶接トーチ１０を配置すべき位置についての設定を行う（ステップＡ１）。

一方、上記ロボット制御盤１５では、溶接作業を開始前に、上記溶接条件に基づく溶接トーチ１０の円周動作の条件に応じて、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作の設定を行う（ステップＢ１）。

次に、上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５では、それぞれ対応する枝管溶接機４及びロボットハンド３を起動させる（ステップＡ２，ステップＢ２）。

上記ロボット制御盤１５は、図示しないセンサにより予め検出してある母管１に仮止めされた溶接対象の枝管２の位置に応じて、ロボットハンド３の操作により枝管溶接機４を移動させて、図４（ａ）に示したように、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５（図２参照）及びリングギヤ６の切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させる（ステップＢ３）。

次いで、上記ロボット制御盤１５は、前述した溶接トーチ１０のワイヤ１１を探触子とするタッチセンシングを行い（ステップＢ４）、検出された上記枝管２の傾きのずれ量に応じて、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作の軸心位置に座標軸を備えた座標系を補正する（ステップＢ５）。その後、上記ロボット制御盤１５は、上記溶接機制御装置１６で設定された上記各分割点Ｐｍに応じて、各分割点Ｐｍの位置の溶接時にロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を算出する（ステップＢ６）。

その後、上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、溶接動作を開始させる（ステップＡ３，ステップＢ７）。これにより、上記枝管溶接機４では、溶接トーチ１０が、図４（ａ）に示した状態で、枝管２と母管１との溶接個所についての溶接を開始した後、該溶接トーチ１０の時計回り方向の円周動作が開始されるようになる。又、この際、上記ロボットハンド３では、上記枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作に対応して、枝管溶接機４全体の円動作が開始されるようになる。

よって、上記自動溶接装置Ｉでは、上記枝管２と母管１との溶接個所について、１層目（１パス）の溶接作業が開始される（ステップＢ８）。

上記のようにして溶接作業を開始した後、上記溶接トーチ１０の円周動作による上記枝管２の周方向の溶接作業が、該枝管２の周方向に設定してある１番目の分割点Ｐｍ（ｍ＝１）まで進行すると（ステップＡ４，ステップＢ９）、上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、相互通信を行い、その後、速やかに、上記ステップＡ１とステップＢ６で上記分割点Ｐｍ（ｍ＝１）についてそれぞれ設定（あるいは算出）されている枝管溶接機４で溶接トーチ１０を配置すべき位置と、ロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を目標として、それぞれの位置決め動作を実施する（ステップＡ５，ステップＢ１０）。この位置決め動作では、上記図４（ｂ）に示したと同様の配置について、枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３（図１参照）による枝管溶接機４全体の円動作との動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれが解消されるようになるため、溶接狙い位置のずれが一旦解消されるようになる。

上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、相互通信によりそれぞれの位置決め動作の完了が確認されると、上記枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作を再開させて、上記枝管２の周方向に設定してある順序が次の分割点Ｐｍ（ｍ＝２）（図５参照）までの溶接作業を再開するようにしてある。

その後、上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、上記溶接トーチ１０による上記枝管２の周方向の溶接作業が、該枝管２の周方向に順次設定してある分割点Ｐｍ（ｍ＝２，３，４，・・・）まで進行するごとに（ステップＡ６，ステップＢ１１）、上記ステップＡ５，ステップＢ１０と同様に、該分割点Ｐｍに対応した枝管溶接機４で溶接トーチ１０を配置すべき位置と、ロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を目標とする位置決め動作を実施し（ステップＡ７，ステップＢ１２）、該位置決め動作の完了の確認後に、順序が次の分割点Ｐｍに向けての溶接作業を再開させる処理を繰り返すようにしてある。

これにより、上記各分割点Ｐｍでは、枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３（図１参照）による枝管溶接機４全体の円動作との動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれが解消されるため、溶接作業が該各分割点Ｐｍに達するごとに、溶接狙い位置のずれが、それぞれ解消されるようになる。

上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、枝管２の周方向の溶接作業が、すべての分割点Ｐｍを経た後、溶接開始点と一致する溶接終了点に達して、該枝管２の周方向の全周に亘る溶接作業が終了すると、１層目の溶接を終了する（ステップＡ８，ステップＢ１３）。

その後は、上記溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５は、必要に応じて、上記ステップＡ３〜Ａ８、及び、ステップＢ７〜Ｂ１３と同様の処理によるＮ層目の溶接作業を実施し（ステップＡ９，ステップＢ１４）、設定されたすべての層についての溶接作業が完了すると（ステップＡ１０，ステップＢ１５）、それぞれ溶接動作を終了するようにしてある。

このように、本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法によれば、枝管２と母管１との溶接個所を、該枝管２の周方向に沿って全周に亘り溶接する際に、周方向の途中位置に設定してある分割点Ｐｍの位置で、枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作との動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれを解消させて、溶接狙い位置のずれを解消させることができる。

したがって、枝管２の周方向の全周に亘る溶接作業では、溶接トーチ１０を周方向に移動させる間に、溶接狙い位置のずれが一時的に生じたとしても、その溶接狙い位置のずれが周方向の全周に亘る溶接作業全体に影響したり、溶接狙い位置のずれが蓄積する虞を防止することができる。

これにより、本発明の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法では、枝管２の母管１に対する溶接作業を行う際に、溶接狙い位置のずれを抑制することができて、溶接品質の向上化を図ることができるようになる。

上記実施の形態においては、図３に溶接機制御装置１６及びロボット制御盤１５の制御フローを示したように、溶接トーチ１０のワイヤ１１を探触子とするタッチセンシング（ステップＢ４）によって検出された枝管２の傾きのずれ量に応じて、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作の軸心位置に座標軸を備えた座標系を補正する処理は、ロボット制御盤１５のステップＢ５で行わせるものとして示したが、図６に示すように、溶接機制御装置１６で行わせるようにしてもよい（ステップＡ１１）。

この場合も、上記図１乃至図５の実施の形態と同様の処理を行うことができて、同様の効果を得ることができる。

次に、図７及び図８は本発明の実施の他の形態として、図１乃至図５の実施の形態の応用例を示すものである。

すなわち、本実施の形態の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法を適用する自動溶接装置Ｉは、図７に示すように、図１に示したと同様の構成において、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作を制御するための溶接機制御装置１６を、ロボット制御盤１５とは別体に備える構成に代えて、上記枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作を制御するための機能を、ロボット制御盤１５ａに持たせるようにした構成とするものである。

具体的には、上記ロボット制御盤１５ａは、溶接機制御部１７を一体に組み込んで備えてなる構成として、該溶接機制御部１７により、上記枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作を制御することができるようにしてある。

その他の構成は図１乃至図５に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

かかる構成のロボット制御盤１５ａにより溶接作業を実施する場合の制御フローは、図８に示すようにすればよい。なお、図８におけるＣは、上記ロボット制御盤１５ａの溶接機制御部１７による枝管溶接機４の制御用の制御フローであり、図８のＢａは上記ロボット制御盤１５ａにおけるロボットハンド３の制御用の制御フローを示している。

上記ロボット制御盤１５ａにおけるロボットハンド３の制御フローＢａは、図３に示した制御フローＢと同様の処理手順において、ステップＢ１に代えて、ステップＢ１６を備える。該ステップＢ１６では、図１に示した装置構成では溶接機制御装置１６により行わせていた図３のステップＡ１に示したと同様の処理、すなわち、溶接作業開始前に、枝管溶接機４について、溶接条件、該溶接条件に応じた上記溶接トーチ１０の円周動作の条件、各分割点Ｐｍの数と、該各分割点Ｐｍの溶接時に溶接トーチ１０を配置すべき位置についての設定を、図３に示したステップＢ１と同様の上記溶接条件に基づく溶接トーチ１０の円周動作に対応するロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作の設定と共に行うようにしてある。

更に、上記ロボット制御盤１５ａは、上記制御フローＢａのステップＢ７で、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円運動の開始による溶接動作を開始させるときには、上記溶接機制御部１７により、ステップＣ１として、図３に示した制御フローＡにおけるステップＡ３と同様の枝管溶接機４の溶接動作の開始処理を行う。これにより、上記枝管溶接機４では、溶接トーチ１０が、枝管２と母管１との溶接個所についての溶接を開始した後、該溶接トーチ１０の時計回り方向の円周動作が開始されるようになる。

よって、自動溶接装置Ｉでは、上記枝管２と母管１との溶接個所について、１層目（１パス）の溶接作業が開始されるようになる（ステップＢ８）。

その後、上記ロボット制御盤１５ａは、上記のようにして溶接作業を開始した後、上記溶接トーチ１０の円周動作による上記枝管２の周方向の溶接作業が、該枝管２の周方向に設定してある１番目の分割点Ｐｍ（ｍ＝１）まで進行すると（ステップＢ９）、ステップＢ１０に進んで、上記ステップＢ１６で上記分割点Ｐｍ（ｍ＝１）に対応して算出されているロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を目標として、位置決め動作を実施する。この際、同時に、上記溶接機制御部１７では、ステップＣ２として、図３のステップＡ５と同様に、上記ステップＢ１６で上記分割点Ｐｍ（ｍ＝１）に対応して設定された枝管溶接機４で溶接トーチ１０を配置すべき位置を目標として、位置決め動作を実施する。

上記ステップＢ１０及びステップＣ２で位置決め動作を実施した後は、ロボット制御盤１５ａは、上記枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作を再開させて、上記枝管２の周方向に設定してある順序が次の分割点Ｐｍ（ｍ＝２）（図５参照）までの溶接作業を再開する。

その後、上記ロボット制御盤１５ａと溶接機制御部１７は、上記溶接トーチ１０による上記枝管２の周方向の溶接作業が、該枝管２の周方向に順次設定してある分割点Ｐｍ（ｍ＝２，３，４，・・・）まで進行するごとに（ステップＢ１１）、上記ステップＣ２，ステップＢ１０と同様に、該分割点Ｐｍに対応した枝管溶接機４で溶接トーチ１０を配置すべき位置と、ロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を目標とする位置決め動作を実施してから（ステップＣ３，ステップＢ１２）、順序が次の分割点Ｐｍに向けての溶接作業を再開させる処理を繰り返すようにしてある。

これにより、上記各分割点Ｐｍ（ｍ＝１，２，３，・・・）では、枝管溶接機４による溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３（図１参照）による枝管溶接機４全体の円動作との動作開始タイミングの差や、動作速度の差に起因する同期ずれが解消されるため、溶接作業が該各分割点Ｐｍに達するごとに、溶接狙い位置のずれが、それぞれ解消されるようになる。

上記ロボット制御盤１５ａは、枝管２の周方向の溶接作業が、すべての分割点Ｐｍを経た後、溶接開始点と一致する溶接終了点に達して、該枝管２の周方向の全周に亘る溶接作業が終了すると、１層目の溶接を終了する（ステップＢ１３）。

その後は、上記ロボット制御盤１５ａと溶接機制御部１７は、必要に応じて、上記ステップＢ７〜Ｂ１３、及び、ステップＣ１〜Ｃ３と同様の処理によるＮ層目の溶接作業を実施し（ステップＢ１４）、設定されたすべての層についての溶接作業が完了すると（ステップＢ１５）、溶接動作を終了するようにしてある。

このように、本実施の形態の自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ防止方法によれば、溶接機制御部１７がロボット制御盤１５ａに組み込まれているので、枝管溶接機４における溶接トーチ１０の円周動作と、ロボットハンド３による枝管溶接機４全体の円動作の動作開始タイミングに差が生じる虞を低減できる。又、動作タイミングの差や、各動作の動作速度の差に起因する同期ずれは、上記溶接作業の途中の各分割点Ｐｍごとに解消させることができる。よって、各分割点Ｐｍでは、溶接狙い位置のずれを解消させることができる。

したがって、本実施の形態によっても、図１乃至図５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、枝管２の周方向に設定する分割点Ｐｍの数は、１つ以上であれば任意に設定してよい。これにより、枝管溶接機４の溶接トーチ１０の円周動作による枝管２の周方向の全周に亘る溶接作業の途中で、上記分割点Ｐｍに対応させて予め設定してある枝管溶接機４で溶接トーチ１０を配置すべき位置と、ロボットハンド３で枝管溶接機４全体を配置すべき位置を目標とする位置決め動作は１回以上行うことができる。このため、上記位置決め動作の時点で、溶接狙い位置のずれが一旦解消されてから、溶接作業が再開されるようになるため、枝管２の周方向の全周に亘る溶接作業では、溶接狙い位置のずれが一時的に生じたとしても、その溶接狙い位置のずれが周方向の全周に亘る溶接作業全体に影響したり、溶接狙い位置のずれが蓄積する虞を防止することができる。

なお、上記分割点Ｐｍは、多く設定する方が望ましい。これは、枝管２の周方向の溶接作業を開始してから順番が最初の分割点に至るまで、及び、或る分割点Ｐｍから順番が次の分割点Ｐｍに至るまでに生じる溶接狙い位置のずれを小さく抑えることができ、又、各分割点Ｐｍで行う枝管溶接機４による溶接トーチ１０の位置決め動作、及び、ロボットハンド３による枝管溶接機全体の位置決め動作に要する時間を短くすることができる。

上記ロボットハンド３の先端部には、特許文献１に示されたものと同様に、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象となる枝管２に外嵌させる前に、該枝管２の位置をタッチセンシングにより予め検出するための探触子を取り付ける構成としてもよい。

溶接対象の枝管２に、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた後に、溶接トーチ１０のワイヤ１１を用いたタッチセンシングにより、上記溶接対象の枝管２と、その下方の母管１との溶接個所に関し、周方向の全周に亘る位置情報を得るものとして示したが、該溶接個所の周方向の全周に亘る位置情報を得ることができるようにしてあれば、上記タッチセンシングに代えて、耐熱型の光学式又は磁気式の変位センサによるセンシングを行うようにして、その信号をロボット制御盤１５，１５ａに入力させるようにすればよい。

枝管２と母管１との溶接個所を該枝管２の周方向の全周に亘り溶接するときに溶接トーチ１０を円周動作させる方向は、任意の方向でよい。又、多層の溶接を行う場合は、奇数層目の溶接作業時と、偶数層目の溶接作業時で、溶接トーチ１０を円周動作させる方向を反転させるようにすればよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｉ 自動溶接装置
１ 母管
２ 枝管
３ ロボットハンド
４ 枝管溶接機
５ 馬蹄型ガイド（ガイド）
５ａ 切欠部
１０ 溶接トーチ
Ｐｍ 分割点

Claims (1)

1. ロボットのロボットハンドの先端部に、枝管に外嵌させるための切欠部を有するガイドと、該ガイドに保持され且つ上記切欠部を越えて円周動作できるようにしてある溶接トーチとを備えてなる枝管溶接機を備えた自動溶接装置により、枝管溶接機による溶接トーチの円周動作と、該溶接トーチの先端部を枝管と母管との溶接個所に押し込むように配置するためのロボットハンドによる枝管溶接機全体の円動作とを行わせて、上記枝管と母管との溶接個所の該枝管の周方向の全周に亘る溶接作業を行うときに、
   枝管の周方向に、周方向の全周に亘る溶接個所を複数分割した分割点を予め設定すると共に、該分割点に対応して上記枝管溶接機で溶接トーチを配置すべき位置と、上記ロボットハンドで枝管溶接機全体を配置すべき位置を予め設定しておき、
   溶接作業が上記分割点に達すると、該分割点に対応した枝管溶接機で溶接トーチを配置すべき位置と、ロボットハンドで枝管溶接機全体を配置すべき位置を目標とする位置決め動作を行い、
   該溶接トーチと枝管溶接機全体の位置決め動作が完了すると、その後の溶接作業を再開させるようにする
   ことを特徴とする自動溶接装置の溶接狙い位置ずれ抑制方法。

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