JP2011218391A - Automatic welding method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、母管の円周方向及び長手方向に多数の枝管を溶接するために用いる自動溶接方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to an automatic welding method and apparatus used for welding a large number of branch pipes in a circumferential direction and a longitudinal direction of a mother pipe.
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(スタブ管)を接続した形式のものがある。 As one type of header (heading) in a boiler or the like, there is a type in which a plurality of branch pipes (stub pipes) are connected to the outer peripheral surface of the mother pipe in the circumferential direction and the longitudinal direction (axial direction).
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。 When manufacturing this type of header, a plurality of circumferentially arranged mother pipes at one circumferential position, for example, at the upper end position of the outer circumferential face, are arranged at a required interval in the longitudinal direction of the mother pipe. A branch pipe is welded and attached, and then the mother pipe is rotated at a required angle in the circumferential direction and then newly arranged at a position at the upper end side of the outer peripheral surface of the mother pipe at a required interval in the longitudinal direction. A method is often used in which a plurality of branch pipes are attached in the circumferential direction and the longitudinal direction of the outer peripheral surface of the mother pipe by welding and attaching a plurality of branch pipes, and then repeating the above procedure in sequence.
更に、上記横向きに配置した母管の外周面における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枝管を取り付けるための溶接作業を、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種々提案されている。 Further, a welding operation for attaching branch pipes arranged at a required interval in the longitudinal direction of the mother pipe to the upper end side position on the outer peripheral surface of the mother pipe arranged in the lateral direction is automated using a robot equipped with a welding torch. Various automatic welding apparatuses that can be used have been proposed.
この種の自動溶接装置の1つとして、たとえば、母管に対する枝管の取り付けピッチが小さくて、枝管の間隔が狭隘となっている場合に用いるための自動溶接装置(自動溶接機)としては、たとえば、上記母管に対して取り付ける枝管を挟んだ位置にそれぞれ配置した個別の溶接トーチを備えた2基のロボットにより、1つの枝管の基端部の周方向の全周に亘る母管との溶接個所を、半円周ずつ順次溶接を行わせるようにした形式のものがある(たとえば、特許文献1参照)。 As one of automatic welding apparatuses of this type, for example, as an automatic welding apparatus (automatic welding machine) for use when the mounting pitch of the branch pipes with respect to the mother pipe is small and the distance between the branch pipes is narrow, For example, the mother over the entire circumference in the circumferential direction of the base end portion of one branch pipe by two robots having individual welding torches arranged at positions sandwiching the branch pipe attached to the mother pipe. There is a type in which the welded portion with the pipe is sequentially welded semi-circularly (see, for example, Patent Document 1).
又、上記ヘッダ製造時における母管と枝管との溶接作業を行う際に、通常の溶接トーチではアクセスが困難な狭隘部であっても、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隅肉溶接を行うことができるようにした形式の自動溶接装置としては、図6及び図7に示す如きものが提案されている。 In addition, when performing the welding operation between the main pipe and the branch pipe at the time of manufacturing the header, a welding torch is applied to the entire circumference in the circumferential direction of the branch pipe even if it is a narrow part that is difficult to access with a normal welding torch. As an automatic welding apparatus of a type that can perform fillet welding while being moved, an apparatus as shown in FIGS. 6 and 7 has been proposed.
これは、図6に示すように、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移動可能に設けた多関節ロボット3の先端側に、枝管溶接機(スタブ管溶接機)4を取り付けた構成としてある。
As shown in FIG. 6, this is an articulated robot provided so as to be movable along the longitudinal direction of the
更に、上記枝管溶接機4は、図7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リングギア6と、上記馬蹄型ガイド5に対し上記リングギア6を相対的に回転駆動させる駆動機構7と、上記リングギア6に固定されていて該リングギア6と同じ方向の位置に切欠部8aを備えたトーチ取付部材8と、該トーチ取付部材8の下側にスライドガイド10を介して径方向にスライド可能に取り付けたトーチ支持ブロック9と、該トーチ支持ブロック9に下向きに取り付けると共に下端部が上記リングギア6の中心側に向くように取り付けた溶接トーチ11とからなる構成としてある。
Further, as shown in FIG. 7, the
これにより、上記枝管溶接機4では、上記リングギア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、上記多関節ロボット3の操作により枝管溶接機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、該枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5及びリングギア6の切欠部5a,6aを、上記枝管2に外嵌させ、これにより、上記リングギア6にトーチ取付部材8、スライドガイド10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11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。
Thereby, in the branch
その後、上記駆動機構7によりリングギア6を駆動させると、該リングギア6と一緒に上記溶接トーチ11は、上記枝管2の周りで、上記馬蹄型ガイド5の切欠部5aを越えて周回動作させられるようにしてある。
Thereafter, when the
したがって、この周回動作する溶接トーチ11により、上記馬蹄型ガイド5の内側に配置させている枝管2とその下方の母管1との溶接個所を、周方向の全周に亘って溶接できるようにしてある(たとえば、特許文献2参照)。
Therefore, the
上記のような自動溶接装置における溶接トーチを備えたロボットを用いて母管に対する枝管の溶接作業を自動化させる場合は、上記ロボットにより、溶接トーチを、枝管と母管との間の溶接個所、すなわち、枝管の基端部の周方向に延びる溶接個所に正確に沿わせて移動させる制御を行う必要がある。 When the welding operation of the branch pipe to the mother pipe is automated using the robot equipped with the welding torch in the automatic welding apparatus as described above, the welding torch is welded between the branch pipe and the mother pipe by the robot. That is, it is necessary to perform control to move along the welded portion extending in the circumferential direction of the base end portion of the branch pipe accurately.
ところで、実際の溶接作業時には、枝管の溶接時の熱の影響により母管自体が撓んだり、歪んだりすることがある。又、上記母管における枝管取り付け部分には、該枝管に連通させるための孔が設けてあるが、その加工精度により孔自体の位置に多少の誤差が生じることもある。 By the way, during actual welding work, the mother pipe itself may be bent or distorted due to the influence of heat during the welding of the branch pipes. In addition, a hole for communicating with the branch pipe is provided in the branch pipe attachment portion of the mother pipe, but some errors may occur in the position of the hole itself depending on the processing accuracy.
そのため、自動溶接装置における溶接トーチを備えたロボットにて、溶接トーチの移動の制御を、上記母管及び各枝管により製造するヘッダについてのCADデータのような設計データを基に実施しようとしても、実際の母管と枝管との溶接個所に対して溶接トーチを正確に配置できなくなる可能性がある。 Therefore, even if a robot equipped with a welding torch in an automatic welding apparatus is used to control the movement of the welding torch based on design data such as CAD data for the header manufactured by the mother pipe and each branch pipe. In addition, there is a possibility that the welding torch cannot be accurately arranged at the actual weld location between the main pipe and the branch pipe.
そこで、たとえば、図7に示した自動溶接装置では、上記多関節ロボット3に取り付けた枝管溶接機4における馬蹄型ガイド5の先端部に、光学センサ等の非接触式、又は、タッチセンサ(探触子)の如き接触式のセンサ装置(図示せず)を装備してなる構成として、上記多関節ロボット3により上記枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5と一緒に移動させる該センサ装置を用いて、溶接対象とする枝管2の位置や、枝管2の馬蹄型ガイド5に対する相対的な傾き等を検出して、その検出結果を基に該枝管2と母管1との溶接個所の計測を行い、該計測された溶接個所の位置情報に基づいて上記馬蹄型ガイド5や溶接トーチ11の配置の調整を行うことにより、母管1と枝管2の実際の溶接個所に対し、上記枝管溶接機4の溶接トーチ11の正確な位置決めを実施できるようにしてある(たとえば、特許文献2参照)。
Therefore, for example, in the automatic welding apparatus shown in FIG. 7, the tip of the horseshoe-
ところが、特許文献2に示された自動溶接装置のように、枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5の先端部に装備した位置決め用のセンサ装置により枝管2の位置や馬蹄型ガイド5に対する相対的な傾き等を検出する手法は、その検出結果に応じて上記枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5や溶接トーチ11の配置を調整することができて、母管1と各枝管2との溶接個所に対して上記枝管溶接機4の溶接トーチ11を正確に配置するのに有効であるが、母管1に複数の枝管2を溶接する際の単位時間当たりの処理能力(スループット)に限界があるというのが実状である。
However, as in the automatic welding apparatus disclosed in
すなわち、上記のようなセンサ装置を用いて行う母管1と枝管2との溶接個所を計測するためのセンシング作業は、各枝管2について、母管1の長手方向、及び、それに直角な水平方向の位置を検出する必要があると共に、該各枝管2の馬蹄型ガイド5に対する相対的な傾きを検出するためには、上記母管1の長手方向と、それに直角な水平方向の位置検出を、各枝管2の上下方向の複数個所で行う必要がある。そのため、1つの枝管2に対するセンシング作業に要する時間が、該枝管2と母管1との溶接個所を上記枝管溶接機4の溶接トーチ11を用いて溶接する溶接作業に要する時間とほぼ同等となることがある。更には、上記1つの枝管2についてのセンシング作業に、該枝管2の溶接作業の倍の時間を要することもある。
That is, the sensing operation for measuring the welded portion between the
しかし、上記特許文献2に示された自動溶接装置では、1つの多関節ロボット3に溶接トーチ11を備えた枝管溶接機4とセンサ装置を共に取り付けているため、或る枝管2について、上記1つの多関節ロボット3によるセンサ装置を用いた溶接個所のセンシング作業と、該センシング作業により計測された溶接個所に対する枝管溶接機4の溶接トーチ11を用いた溶接作業とをすべて完了した後、溶接順序が次の枝管2を対象として、上記と同様の多関節ロボット3を用いた溶接個所のセンシング作業と、枝管溶接機4の溶接トーチ11を用いた溶接作業を行う必要がある。
However, in the automatic welding apparatus shown in the above-mentioned
したがって、上記母管1に対して該母管1の長手方向に配列された複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間は、1つの枝管についてのセンシング作業に要する時間と溶接作業に要する時間の和に、溶接すべき複数の枝管の本数を掛けた値となる。しかも、上記1つの枝管についてのセンシング作業に要する時間、及び、溶接作業に要する時間の短縮化を図ろうとしても、自ずから限界があるため、上記母管1に複数の枝管2を溶接する溶接処理時間の短縮化が望まれても、単位時間当たりの処理能力を向上させることには限界が生じてしまう。
Therefore, the welding processing time required to weld all the plurality of branch pipes arranged in the longitudinal direction of the
なお、特許文献1に示された自動溶接装置では、1つの枝管の基端部の周方向の全周に亘る母管との溶接個所を、個別の溶接トーチを備えた2基のロボットにより半円周ずつ溶接を行わせるようにしてあるが、上記2基のロボットの溶接トーチによる溶接ビードの継ぎ部に内部欠陥が生じる虞を防止するために、該2基のロボットの溶接トーチによる上記溶接個所の半円周ずつの溶接作業は、アークを引き継ぐことができるように交互に行わせる必要があるため、溶接作業に要する時間を短縮できるものではない。しかも、母管に対して複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間の短縮化を図る考えは特に示されていない。
In addition, in the automatic welding apparatus shown by
そこで、本発明は、母管に該母管の長手方向に配列した複数の枝管を取り付けるための溶接作業の作業効率を高めて、溶接処理時間の短縮化を図ることができるようにするための自動溶接方法及び装置を提供しようとするものである。 In view of the above, the present invention increases the working efficiency of a welding operation for attaching a plurality of branch pipes arranged in the longitudinal direction of the mother pipe to the mother pipe so that the welding processing time can be shortened. An automatic welding method and apparatus are provided.
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、母管の長手方向の一端側より他端側へ配列した複数の枝管について、母管の長手方向に移動可能なロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールの該センサ装置によるセンシング作業を、上記母管の長手方向に移動可能な別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールによる溶接作業に先行して行って、該各枝管についての位置計測結果の情報を、制御装置に一旦記憶させ、その後、上記溶接モジュールにより、上記制御装置に記憶された各枝管の位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報に基づいた枝管溶接機の溶接トーチの位置を制御しながら、上記各枝管の母管に対する溶接作業を行うようにする自動溶接方法とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention can move in the longitudinal direction of the mother pipe with respect to a plurality of branch pipes arranged from one end side in the longitudinal direction of the mother pipe to the other end side, corresponding to
又、請求項2に対応して、ロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールと、別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールとを、複数の枝管を取り付けるための母管の片側に、該母管の長手方向に沿って独立して移動可能に設け、更に、上記センシングモジュールの上記センサ装置によるセンシング作業によって得られる各枝管についての位置計測結果の情報を一旦記憶して該一旦記憶した各枝管についての位置計測結果の情報を上記溶接モジュールへ与える機能を備えた制御装置を備えてなる構成を有する自動溶接装置とする。 According to a second aspect of the present invention, a plurality of sensing modules having a sensor device at the tip of a robot and a welding module having a branch pipe welder having a welding torch at the tip of another robot are provided. The branch pipe is provided on one side of the mother pipe for mounting the branch pipes so as to be independently movable along the longitudinal direction of the mother pipe, and for each branch pipe obtained by sensing work by the sensor device of the sensing module. The automatic welding apparatus is configured to include a control device having a function of temporarily storing the position measurement result information and providing the position measurement result information for each branch pipe once stored to the welding module.
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
(1)母管の長手方向の一端側より他端側へ配列した複数の枝管について、母管の長手方向に移動可能なロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールの該センサ装置によるセンシング作業を、上記母管の長手方向に移動可能な別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールによる溶接作業に先行して行って、該各枝管についての位置計測結果の情報を、制御装置に一旦記憶させ、その後、上記溶接モジュールにより、上記制御装置に記憶された各枝管の位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報に基づいた枝管溶接機の溶接トーチの位置を制御しながら、上記各枝管の母管に対する溶接作業を行うようにする自動溶接方法、及び、ロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールと、別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールとを、複数の枝管を取り付けるための母管の片側に、該母管の長手方向に沿って独立して移動可能に設け、更に、上記センシングモジュールの上記センサ装置によるセンシング作業によって得られる各枝管についての位置計測結果の情報を一旦記憶して該一旦記憶した各枝管についての位置計測結果の情報を上記溶接モジュールへ与える機能を備えた制御装置を備えてなる構成を有する自動溶接装置としてあるので、母管に取り付ける各枝管についてのセンシング作業と、母管に対する溶接作業を、上記センシングモジュールと、溶接モジュールにより独立して行わせることができ、このため、上記センシングモジュールでは各枝管の位置計測を連続して次々に実施することができる一方、溶接モジュールでは、各枝管の溶接作業のみに時間を割くことができる。
(2)したがって、上記溶接モジュールを用いて或る溶接順序の枝管の溶接作業を実施している間に、上記センシングモジュールを用いて溶接順序がより後の枝管についてのセンシング作業を並行して実施することができるため、上記母管に対し上記複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を低減させることができる。これにより、上記母管に複数の枝管を溶接する溶接処理に関する単位時間当たりの処理能力(スループット)を向上させることが可能になる。
According to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) With respect to a plurality of branch pipes arranged from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the mother pipe, by the sensor device of the sensing module provided with a sensor device at the tip of the robot movable in the longitudinal direction of the mother pipe Sensing work is performed prior to welding work by a welding module provided with a branch pipe welder having a welding torch at the tip of another robot movable in the longitudinal direction of the mother pipe. The position measurement result information about is temporarily stored in the control device, and thereafter the position measurement result information of each branch pipe stored in the control device is acquired by the welding module, and the acquired position measurement result An automatic welding method for performing welding work on the master pipe of each branch pipe while controlling the position of the welding torch of the branch pipe welder based on the information, and a sensor device at the tip of the robot A sensing module, and a welding module provided with a branch pipe welder having a welding torch at the tip of another robot, on one side of the mother pipe for attaching a plurality of branch pipes, in the longitudinal direction of the mother pipe In addition, the position measurement result information about each branch pipe obtained by the sensing work by the sensor device of the sensing module is temporarily stored, and each branch pipe once stored is provided. Since it is an automatic welding apparatus having a configuration including a control device having a function of giving position measurement result information to the welding module, sensing work for each branch pipe attached to the mother pipe and welding work for the mother pipe are performed. The sensing module and the welding module can be performed independently. For this reason, the sensing module While that may be implemented one after another in succession position measurement branch pipes, the welding module can spend time only the welding work of each branch pipe.
(2) Therefore, while performing the welding operation of the branch pipes in a certain welding order using the welding module, the sensing operation for the branch pipes in the later welding order is performed in parallel using the sensing module. Therefore, it is possible to reduce the welding processing time required until all of the plurality of branch pipes are welded to the mother pipe. Thereby, it becomes possible to improve the processing capability (throughput) per unit time regarding the welding process which welds a some branch pipe to the said mother pipe.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1乃至図4は本発明の自動溶接方法及び装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。 1 to 4 show an embodiment of the automatic welding method and apparatus of the present invention, which are as follows.
すなわち、図1は、本発明の自動溶接装置を示すもので、母管1の一側に、該母管1の長手方向に平行に延びるガイドレール12を設置する。
That is, FIG. 1 shows an automatic welding apparatus of the present invention, and a
更に、多関節ロボット14の先端側に、図6及び図7に示した自動溶接装置における枝管溶接機4と同様に、ガイドとしての馬蹄型ガイド5と、該馬蹄型ガイド5に保持された状態でリングギア6と共に円周動作可能な溶接トーチ11(図7参照)を備えてなる枝管溶接機4を取り付けてなる溶接モジュール13、及び、別の多関節ロボット16の先端側に、母管1の長手方向に配列してある各枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所計測用のセンサ装置17を取り付けてなるセンシングモジュール15をそれぞれ形成し、1基ずつの上記溶接モジュール13及びセンシングモジュール15を、上記ガイドレール12の長手方向の一端側(図では右側)より順に並べて配置した状態で、該各モジュール13,15における多関節ロボット14,16を、上記ガイドレール12に、独立して往復動可能に取り付ける。
Further, on the tip side of the articulated
なお、図示する便宜上、上記溶接モジュール13における多関節ロボット14は、上記母管1の長手方向と対応するガイドレール12の長手方向であるX軸方向へ移動する機能と、それに直角な水平方向であるY軸方向へ上記枝管溶接機4を移動させる機能以外の構成は簡略化して記載してある。又、上記枝管溶接機4は、馬蹄型ガイド5以外の構成の記載は省略してある。更に、上記センシングモジュール15における多関節ロボット16は、上記X軸方向へ移動する機能と、上記Y軸方向へ上記センサ装置17を移動させる機能以外の構成は簡略化して記載してある(後述の図2(イ)(ロ)乃至図5も同様)。
For convenience of illustration, the articulated
更に、上記センシングモジュール15より入力される上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの位置計測結果の情報を一旦記憶する機能と、上記溶接モジュール13へ、該溶接モジュール13により溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて記憶してある位置計測結果を与える機能を有する制御装置18を備えた構成とする。
Further, the function of temporarily storing the position measurement result information of the
詳述すると、上記ガイドレール12は、上記母管1に対して取り付けるべき複数の枝管2a,2b,2c,・・・,2nが配列されている個所よりも母管1の長手方向の両側に所要寸法ずつ突出する長さ寸法に設定してある。これにより、図2(イ)に示すように、上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nのうち、最も母管1の長手方向の一端寄り(図では右寄り)に配置される枝管2aと対応する位置に上記センシングモジュール15を配置するときには、上記ガイドレール12の長手方向一端部を溶接モジュール退避個所として、該個所へ上記溶接モジュール13を退避させることができるようにしてある。又、図4に示すように、上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nのうち、最も母管1の長手方向の他端寄り(図では左寄り)に配置される枝管2nと対応する位置に上記溶接モジュール13を配置するときには、上記ガイドレール12の長手方向他端部をセンシングモジュール退避個所として、該個所へ上記センシングモジュール15を退避させることができるようにしてある。
More specifically, the
上記センシングモジュール15におけるセンサ装置17は、上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nを個別に検出できるようにしてあれば、光学センサや磁気センサ等の非接触式、又は、タッチセンサ(探触子)の如き接触式のいずれの形式のセンサ装置17を用いるようにしてもよい。なお、図示したセンサ装置17の形状は一例であり、検出形式等に応じてセンサ装置17の形状は適宜変更してもよい。
As long as the
更に、上記センシングモジュール15は、上記多関節ロボット16の先端部の位置の制御を介して上記センサ装置17の上記X軸方向及びY軸方向と、上下方向であるZ軸方向の位置を制御できるようにしてあり、且つ必要に応じて、上記多関節ロボット16の先端部の角度の制御を介して上記センサ装置17のXYZの各軸方向を中心とする角度姿勢を制御できるようにしてある図示しないロボットコントローラを備えて、該ロボットコントローラに、上記センサ装置17による各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの検出信号を入力できるようにしてある。これにより、上記ロボットコントローラにより、たとえば、上記母管1及び各枝管2a,2b,2c,・・・,2nにより製造しようとするヘッダについてのCADデータ等の設計データを基に、上記多関節ロボット16を制御してセンサ装置17を各枝管2a,2b,2c,・・・,2nに所要の順序で順次近接させ、上記センサ装置17を近接させた枝管2a,2b,2c,・・・,2nが該センサ装置17により検出されて、その検出信号が上記ロボットコントローラへ入力されるようになる時点での上記多関節ロボット16の先端部の上記センサ装置17の位置や角度姿勢を基に、該センサ装置17によって検出された上記枝管2a,2b,2c,・・・,2nのXY軸方向の位置や、Z軸方向に対する傾きを測定し、更に、該枝管2a,2b,2c,・・・,2nの下端部における母管1との溶接個所の位置を計測できるようにしてある。
Further, the
更に又、上記センシングモジュール15は、上記センサ装置17により検出した上記枝管2a,2b,2c,・・・,2nのXY軸方向の位置や、Z軸方向に対する傾きや、該枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所についての位置計測結果の情報を、制御装置18へ送信する機能を備えるようにしてある。
Furthermore, the
上記制御装置18は、上記センシングモジュール15より或る枝管2a,2b,2c,・・・,2nについての位置計測結果の情報や、該枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所についての位置計測結果の情報が入力されると、その位置計測結果の情報を個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nと関連付けた状態、たとえば、各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの溶接順序と関連付けた状態で一旦記憶することができるようにしてある。
The
更に、上記制御装置18は、上記記憶してある各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの位置計測結果の情報のうち、溶接モジュール13が溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて記憶してある位置計測結果の情報を読み出して、上記溶接モジュール13へ与える機能を備えるようにしてある。
Further, the
上記溶接モジュール13は、上記多関節ロボット14の先端部に設けてある上記枝管溶接機4のXYZ軸の各軸方向の位置と、各軸方向を中心とする角度姿勢を制御できるようにしてある図示しないロボットコントローラを備えた構成としてある。更に、上記制御装置18より与えられる溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nについての位置計測結果の情報、すなわち、該枝管2a,2b,2c,・・・,2n自体や、該枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所についての位置計測結果の情報を取得すると、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記図示しないロボットコントローラにより、多関節ロボット14の先端部に設けてある上記枝管溶接機4のXYZの各軸方向の位置及び各軸を中心とする角度姿勢を制御することにより、該枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5を、上記溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nに対する傾きを防止した状態で、該溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nに対して側方(Y軸方向の一方)より外嵌させて、該馬蹄型ガイド5の中心に上記溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nが位置するように枝管溶接機4を正確に配置させる機能を備えると共に、上記溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nを、上記枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5の中心に配置させた状態で、溶接トーチ11(図7参照)を上記溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nの周りで円周動作させながら、該溶接トーチ11(図7参照)により上記溶接しようとする枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接作業を実施する機能を備えるようにしてある。
The
以上の構成としてある本発明の自動溶接装置を用いて母管1に対して複数の枝管2a,2b,2c,・・・,2nを取り付ける溶接処理を実施する場合は、予め、上記母管1の外周面の所要個所、たとえば、外周面の上端側位置に、上下方向に延びる枝管2a,2b,2c,・・・,2nを、該母管1の長手方向(X軸方向)に所要間隔で複数配置して、該各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの下端部を、上記母管1の対応する個所に仮付けしておく。
When the welding process for attaching a plurality of
又、上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて、図2(イ)に示すように、母管1の長手方向一端側(図上右側)の枝管2aを1番目とし、長手方向他端側(図上左側)の枝管2nが最後となるように、各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの溶接順序を定めておく。
In addition, for each of the
この状態で溶接処理を開始させると、先ず、図2(イ)に示すように、溶接モジュール13がガイドレール12の長手方向一端部に退避した状態で、センシングモジュール15が、溶接順序が1番目の枝管2aの側方となるガイドレール12上の所要個所まで移動した後、多関節ロボット16の作動によりセンサ装置17を上記溶接順序が1番目の枝管2aに近接させて、該溶接順序が1番目の枝管2aについて、そのXY軸方向の位置や、Z軸方向に対する傾きを測定し、その結果を基に、該枝管2aの下端部における母管1との溶接個所の位置を計測する。
When the welding process is started in this state, first, as shown in FIG. 2 (a), the
上記のようにしてセンシングモジュール15により上記溶接順序が1番目の枝管2aについてのXY軸方向の位置や、Z軸方向に対する傾きや、該枝管2aと母管1との溶接個所の位置計測が行われると、その位置計測結果の情報が、該センシングモジュール15より制御装置18へ送られるようになるため、該制御装置18では、上記センシングモジュール15より入力された位置計測結果の情報を、上記溶接順序が1番目の枝管2aと関連付けた状態で記憶する。
As described above, the
次いで、図2(ロ)に示すように、上記センシングモジュール15は、ガイドレール12に沿って溶接順序が2番目の枝管2bの側方となる所要個所まで移動した後、上記溶接順序が1番目の枝管2aの場合と同様に、センサ装置17による上記溶接順序が2番目の枝管2bについて、そのXY軸方向の位置や、Z軸方向に対する傾きを測定し、その結果を基に、該枝管2bの下端部における母管1との溶接個所の位置を計測し、その位置計測結果の情報を、上記制御装置18へ送る作業(以下、センシング作業と云う)を行う。よって、上記制御装置18では、上記センシングモジュール15より入力された位置計測結果の情報を、上記溶接順序が2番目の枝管2bと関連付けた状態で記憶する。
Next, as shown in FIG. 2 (b), the
上記のようにしてセンシングモジュール15が溶接順序が1番目の枝管2aの側方より溶接順序が2番目の枝管2bの側方へ移動すると、溶接モジュール13が、ガイドレール12に沿って溶接順序が1番目の枝管2aの側方となる位置まで移動する。更に、この状態で、上記溶接モジュール13は、上記制御装置18に記憶してある上記溶接順序が1番目の枝管2aについての位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報を基に、多関節ロボット14の先端部に設けてある上記枝管溶接機4のXYZの各軸方向の位置及び各軸を中心とする角度姿勢を制御して、該枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5を、上記溶接順序が1番目の枝管2aに、傾きを防止した状態で側方より外嵌させて、該馬蹄型ガイド5の中心に上記溶接順序が1番目の枝管2aを正確に配置させ、しかる後、上記制御装置18より取得した上記溶接順序が1番目の枝管2aと母管1の溶接個所についての位置計測結果の情報に基づいて、溶接トーチ11(図7参照)を上記溶接順序が1番目の枝管2aの周りで円周動作させながら、該枝管2aと母管1との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接する。これにより、上記溶接順序が1番目の枝管2aと母管1との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。
As described above, when the
その後、上記センシングモジュール15は、上記した溶接順序が2番目の枝管2bについてのセンシング作業が終了すると、図3に示すように、ガイドレール12に沿って溶接順序が3番目の枝管2cの側方位置まで移動してから、該溶接順序が3番目の枝管2cに対するセンシング作業を行い、以降、同様に、上記センシングモジュール15は、溶接モジュール13による溶接作業の進行状況とは関わりなく、溶接順序に沿って溶接順序が最後の枝管2nに至るまで各枝管2c,・・・,2nについてのセンシング作業を実施する。上記のようにして溶接順序が最後の枝管2nについてのセンシング作業が終了した後は、上記センシングモジュール15は図4に示すように、ガイドレール12の長手方向他端部に退避する。
Thereafter, when the sensing operation for the
なお、上記センシングモジュール15による個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて行うセンシング作業に要する時間よりも、上記溶接モジュール13による1つの枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて個別に行う母管1との溶接作業に要する時間の方が長い場合は、上記センシングモジュール15は、溶接モジュール13により溶接作業を実施している枝管2a,2b,2c,・・・,2nの溶接順序に関わらず、溶接順序がより後の枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて、先行してセンシング作業を実施するようにすればよい。
It should be noted that one
上記のようにしてセンシングモジュール15による溶接順序が3番目の枝管2cから溶接順序が最後の枝管2nまでのセンシング作業が順次行われると、上記制御装置18では、上記センシングモジュール15よりその都度入力される各枝管2c,・・・,2nについての位置計測結果の情報を、それぞれの溶接順序と関連付けて記憶する。
As described above, when the sensing operation from the
一方、上記溶接モジュール13は、上記溶接順序が1番目の枝管2aについての母管1との溶接作業が終了すると、上記ガイドレール12における溶接順序が次となる溶接順序が2番目の枝管2bの側方の位置に上記センシングモジュール15が配置されている間はその場で待機し、上記ガイドレール12における溶接順序が2番目の枝管2bの側方の位置が空いている場合は、該枝管2bの側方位置へ移動する。
On the other hand, when the welding operation with the
上記溶接順序が2番目の枝管2bの側方位置へ移動した溶接モジュール13は、溶接対象となる溶接順序が2番目の枝管2bについて、上記制御装置18に記憶してある位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記溶接順序が1番目の枝管2aについて実施した溶接作業と同様に、多関節ロボット14の先端部に設けてある上記枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5を、上記溶接順序が2番目の枝管2bに外嵌させて、該馬蹄型ガイド5の中心に上記溶接順序が2番目の枝管2bを正確に配置させてから、上記制御装置18より取得した上記溶接順序が2番目の枝管2bと母管1の溶接個所についての位置計測結果の情報に基づいて、溶接トーチ11(図7参照)を円周動作させながら、該枝管2bと母管1との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接する。これにより、上記溶接順序が2番目の枝管2bと母管1との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。
The
その後、上記溶接モジュール13は、溶接順序が3番目の枝管2cから、溶接順序が最後の枝管2nに至るまで、上記センシングモジュール15により予め測定されて、制御装置18に記憶してある各枝管2c,・・・,2nについての位置計測結果の情報を順次取得ながら、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記したと同様の枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5と溶接トーチ11(図7参照)の位置の制御を伴う溶接作業を、上記各枝管2c,・・・,2nに対して順次実施する。これにより、上記溶接順序が3番目の枝管2cから、溶接順序が最後の枝管2nについても、母管1との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。
Thereafter, the
このように、本発明の自動溶接方法及び装置によれば、母管1に取り付ける各枝管2a,2b,2c,・・・,2nについてのセンシング作業と、母管1に対する溶接作業を、センサ装置17を備えたセンシングモジュール15と、枝管溶接機4を備えた溶接モジュール13により独立して行わせるようにしてあるため、上記センシングモジュール15では各枝管2a,2b,2c,・・・,2nの位置計測を連続して次々に実施することができる一方、溶接モジュール13では、溶接作業のみに時間を割くことができるようになる。
As described above, according to the automatic welding method and apparatus of the present invention, the sensing work for each
したがって、上記溶接モジュール13を用いて溶接順序が1番目の枝管2aから、溶接順序が最後から1つ前の枝管(図示せず)の溶接作業を実施している間に、上記センシングモジュール15を用いて溶接順序が後の枝管2b,2c,・・・,2nについてのセンシング作業を並行して(同時作業で)実施することができることから、上記母管1に対して該母管1の長手方向に配列された複数の枝管2a,2b,2c,・・・,2nをすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を、従来に比して大幅に低減させることができるようになる。よって、上記母管1に複数の枝管2a,2b,2c,・・・,2nを溶接する溶接処理に関する単位時間当たりの処理能力(スループット)を向上させることが可能になる。
Therefore, while the
次に、図5は本発明の実施の他の形態を示すもので、図1に示したと同様の構成において、ガイドレール12に、1基の溶接モジュール13と、2基のセンシングモジュール15を、上記ガイドレール12の長手方向の一端側(図では右側)より順に並べて配置した状態で独立して往復動可能に取り付けたものである。
Next, FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In the same configuration as shown in FIG. 1, one
なお、上記ガイドレール12は、上記各枝管2a,2b,2c,・・・,2nのうち、最も母管1の長手方向の他端寄り(図では左寄り)に配置される枝管2nと対応する位置に上記溶接モジュール13を配置するときに、上記ガイドレール12の長手方向他端部に、上記2基のセンシングモジュール15を退避させることができるような長さに設定してあるものとする。
The
その他の構成は図1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。 Other configurations are the same as those shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態によれば、溶接順序が1番目の枝管2aから、溶接順序が最後から2つ前の枝管(図示せず)について、溶接モジュール13を用いて母管1に対する溶接作業を実施している間に、上記2基のセンシングモジュール15を用いて、溶接順序が後の2つの枝管2b,2c,・・・,2nについてのセンシング作業を並行して実施することができる。
According to the present embodiment, the welding operation is performed on the
よって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。 更に、1基のセンシングモジュール15を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて行うセンシング作業に、溶接モジュール13を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nに対して行う溶接作業時間の倍の時間を要する場合に、溶接モジュール13を待機させる時間を短くすることができるようになるため、1基のセンシングモジュール15を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて行うセンシング作業に、溶接モジュール13を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nに対して行う溶接作業時間の倍の時間を要する場合により好適な装置構成とすることができる。
Therefore, the present embodiment can provide the same effects as those of the above embodiment. Further, for the sensing work performed on each
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、ガイドレール12に、複数基の溶接モジュール13と、単数又は複数基のセンシングモジュール15を、上記ガイドレール12の長手方向の一端側より順に並べて配置した状態で独立して往復動可能に取り付けた構成としてもよい。
The present invention is not limited only to the above-described embodiment. A plurality of
更に、この場合、上記溶接モジュール13とセンシングモジュール15の数の比が、1基のセンシングモジュール15を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nについて行うセンシング作業に要する時間と、溶接モジュール13を用いて個々の枝管2a,2b,2c,・・・,2nに対して行う溶接作業に要する時間との比に近くなるようにすると、センシングモジュール15の待機時間と、溶接モジュール13の待機時間を短くする効果が期待できる。
Furthermore, in this case, the ratio of the number of the
枝管溶接機4の馬蹄型ガイド5を溶接対象となる枝管2a,2b,2c,・・・,2nに外嵌させた後に、溶接トーチ11(図7参照)のワイヤを用いたタッチセンシングにより、上記溶接対象の枝管2a,2b,2c,・・・,2nと、その下方近傍の母管1との溶接個所に関し、予め周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を得て、その位置情報を基に、溶接モジュール13の多関節ロボット14にずれ量を補正するためのティーチングを行ってから溶接を行わせるようにしたり、ずれ量の補正を行いながら溶接を行わせるようにしてもよい。
Touch sensing using the wire of the welding torch 11 (see FIG. 7) after the horseshoe-
又、溶接モジュール13に備える枝管溶接機は、枝管2a,2b,2c,・・・,2nと母管1との溶接個所を周方向の全周に亘り溶接することができるようにしてあれば、ガイドとしての馬蹄型ガイド5と、該馬蹄型ガイド5に保持された状態でリングギア6と共に円周動作可能な溶接トーチ11(図7参照)を備えてなる形式の枝管溶接機4以外のいかなる形式の枝管溶接機を採用してもよい。
Further, the branch pipe welder provided in the
溶接モジュール13及びセンシングモジュール15における各多関節ロボット14及び16の母管1の長手方向に沿う移動は、ガイドレール12に沿うものとして示したが、該各多関節ロボット14,16を、上記母管1の長手方向に沿う走行軸を備えてなる形式のものとすれば、上記ガイドレール12は省略してもよい。
Although the movement of the articulated
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。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 母管
2,2a,2b,2c,2n 枝管
4 枝管溶接機
11 溶接トーチ
13 溶接モジュール
14 多関節ロボット(ロボット)
15 センシングモジュール
16 多関節ロボット(ロボット)
17 センサ装置
18 制御装置
DESCRIPTION OF
15
17
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