JP2018149586A - ろう付け作業支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経験不足の作業者が手作業によるろう付け作業を実施する場合に、作業中の作業者に対して適切な作業のタイミング，作業継続期間などをその都度に自動的に与えることができるろう付け作業支援装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のろう付け作業支援装置は、母材材質とろう材材質などのろう付け情報を、入力操作６を介して制御部５に入力することによって、第１，第２検出部７ａ，７ｂ，８の出力を制御部５が処理して、ろう材の差し込み開始時期，加熱状態，ろう材差し込み終了時期，再加熱終了時期を、出力装置９を介して作業者に提供することが出来るため、熟練していない作業者による手作業であっても、ろう付け品質の維持が期待できる。【選択図】図１

Description

本発明は、第１部材と第２部材の接続箇所を、作業者がバーナによって加熱しながらろう材を手作業で差してろう付けする作業を支援するろう付け作業支援装置に関する。

径が互いに異なる第１部材と第２部材をろう付けする作業は、各種の産業用機械などの製造工程に存在している。具体的には、図２６（ｂ）に示すように第１部材としての外管１と第２部材としての内管２をろう付けしてフレア接続する場合を挙げることができる。

この作業は図２６（ａ）のように、端部を拡張した外管１に内管２の端部を差し込み、接続箇所をバーナによって加熱しながら、図２６（ｂ）のように、外管１の内周に内管２の外周の間の隙間にろう材４を差して融解したろう材４を流し込み、そして母材を冷まし、ろう材４を凝固させることで接続することが行われている。

このろう付け作業は、専用自動ろう付け装置を採用することによってろう付け品質を一定にできるが、多品種少量生産の場合には、作業者による手作業によって処理することが必要である。

特開２０１０−２４７１８０号公報

手作業によるろう付けの品質は作業者の熟練度によって決まる。経験不足の作業者の場合には、接続箇所ごとの作業時間が不必要に長くかかったり、バーナによって母材を加熱し過ぎて発生する母材の融解、図２７（ａ）のように隙間への周方向のろう材の浸透の不均等やフィレットの一部未形成の発生頻度が多い。また、図２７（ｂ）のように作業の初期に差して隙間に流れ込んだろう材４ａと作業の終了間際に差したろう材４ｂとの不連続による隙１４が残った不良が発生する。

本発明は、経験不足の作業者が手作業によるろう付け作業を実施する場合に、作業中の作業者に対して適切な作業のタイミング，作業継続期間などをその都度に自動的に与えることによって良好なろう付けに寄与して、ろう付け品質の向上を目的とする。

本発明のろう付け作業支援装置は、第１部材と第２部材の接続箇所を周方向に複数の作業区域に分割して、前記作業区域を順にバーナによって加熱しながら前記第１部材の内周と前記第２部材の外周の間の隙間にろう材を充填する作業を支援するろう付け支援装置であって、前記第１，第２部材および前記ろう材によって決まるろう付け情報の入力操作を受け付ける入力装置と、前記バーナによって加熱されている作業中の前記作業区域の温度を測定する第１検出部と、差し込み中の前記ろう材の消費量から前記作業区域ごとのろう材差込済み量を検出する第２検出部と、前記入力装置の出力と前記第１，第２検出部の出力に基づいて作業の進行を判別する制御部と、前記ろう材の差し込みと前記バーナを操作する作業者に、前記制御部の判定結果を通報する出力装置とを設け、前記制御部は、前記第１，第２部材および前記ろう材によって決まるろう付け情報に応じて前記ろう材の融解温度，前記第１部材の融解温度，前記作業区域ごとのろう材差込必要量と加熱必要時間を出力する第１ステップと、前記第１ステップの出力と前記第１検出部の出力に基づいて前記作業区域ごとの前記ろう材の差込開始の時期と、前記第２検出部の出力と前記第１ステップが出力したろう材差込必要量から作業中の前記作業区域におけるろう材差込終了の時期を出力する第２ステップと、前記バーナによる作業中の前記作業区域の加熱を終了して次の前記作業区域を前記バーナによって加熱を開始する時期を、前記第１，第２ステップの出力に基づいて出力し、前記作業区域の全てに前記ろう材の差込完了を検出した後に、前記作業区域ごとの前記第１検出部の検出温度が前記ろう材の融解温度以上の状態が加熱必要時間に達した加熱終了時期を出力する第４ステップを有している、ことを特徴とする。

この構成によると、母材材質とろう材材質などのろう付け情報を入力操作を介して制御部に入力することによって、第１，第２検出部の出力を前記制御部が処理して、ろう材の差し込み開始時期，加熱状態，ろう材差し込み終了時期，再加熱終了時期を出力装置を介して作業者に提供することが出来るため、熟練していない作業者による手作業であっても、ろう付け品質の維持が期待できる。

本発明の実施の形態のろう付け作業支援装置の構成図 制御部のテーブルの中身の説明図 （ａ）〜（ｉ）ろう付け作業工程図 制御部の構成を示す大まかな構成を示すフロー図 制御部のステップＳ２の構成を示すフロー図 制御部のステップＳ４の構成を示す前半部分のフロー図 制御部のステップＳ４の構成を示す後半部分のフロー図 制御部のステップＳ５の構成を示すフロー図 （ａ）（ｂ）スマートグラスを装着した作業者が作業対象の接続箇所を見ている状態を示す正面図と平面図 作業者が母材材質の設定操作を指示した時にステップＳ１で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する母材材質の選択項目とろう材材質の選択項目の説明図 母材径の選択を要求する制御部によってスマートグラスの右眼の視界に表示される選択項目の説明図 ステップＳ２で制御部が温度計の自動較正前にスマートグラスの右眼の視界に表示する凡例の説明図 ステップＳ２で制御部が温度計の自動較正後にスマートグラスの右眼の視界に表示する凡例の説明図 ステップＳ４で制御部が温度計の指示値が母材の融解危険温度：Ｘを超えている場合にスマートグラスの右眼の視界に表示する「温度超え」表示の説明図 ステップＳ４で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「前面へのろう材の差込開始」表示の説明図 ステップＳ４で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「前面へのろう材の差込終了」表示の説明図 ステップＳ４で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「温度超え」表示の説明図 ステップＳ４で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「後面へのろう材の差込開始」表示の説明図 ステップＳ４で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「後面へのろう材の差込終了」表示の説明図 ステップＳ５で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「後面への加熱継続作業開始」表示の説明図 ステップＳ５で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「後面 加熱終了」表示の説明図 ステップＳ５で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「前面加熱継続作業開始」表示の説明図 ステップＳ５で制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する「作業完了」表示の説明図 作業区域を８つに分割した別の実施の形態において、制御部がスマートグラスの右眼の視界に表示する温度表示画像表示の説明図 図２４の場合の母材と複数の温度計の配置と各温度計の測定範囲を説明する平面図 （ａ）（ｂ）ろう付け作業の工程を説明する断面図 （ａ）（ｂ）ろう付け不良の断面図 制御部のテーブル１３ｃの説明図 （ａ）（ｂ）（ｃ）温度表示画像３４に展開する過程の説明図

以下、本発明のろう付け作業支援装置を、具体例に基づいて説明する。

図１は本発明のろう付け作業支援装置を示す。ここでは作業対象が図２６（ａ）に示した第１部材としての外管１と第２部材としての内管２のろう付けの場合を例に挙げて説明する。図１では作業対象の接続箇所が管の長手方向と交差する断面として図示されている。この実施の形態では、作業者が作業対象に向かって手前側の１８０°範囲を前面Ｆ、後ろ側の１８０°範囲を後面Ｂの２つの作業区域に分けて手作業でろう付けする場合を例にしている。３は作業者が手操作しているバーナを示す。作業者が手操作で接続箇所に差すろう材４は仮想線で図示されている。

ろう付け作業支援装置は、マイクロコンピュータを要部とした制御部５と、この制御部５に接続された入力装置６と、第１検出部としての赤外線放射温度計７ａ，７ｂと、第２検出部としての撮像装置８と、第１出力部としてのスマートグラス９と、第２出力部としてのスピーカ１０で構成されている。

赤外線放射温度計７ａは作業区域の前面Ｆを測定し、赤外線放射温度計７ｂは作業区域の後面Ｂを測定する。

図９（ａ）（ｂ）は、両眼・シースルー構造のスマートグラス９を装着した作業者が作業対象の接続箇所を見ている状態を模式的に図示したものである。スマートグラス９の右眼の視界には、制御部５からの情報が表示される。

撮像装置８は、作業者が手差しする棒状のろう材４を撮影している。使用するろう材４には等間隔で目盛り１１が記録されており、隣接する目盛り１１の色が異なっている。

作業対象の前面Ｆの一部には、図９（ａ）に示すように放射率が既知の耐熱塗料の黒体（以降、黒体と称す）で記録されたマーク１２が記録されている。マーク１２の形状は、中央１２ｓで母材の外管１の表面が直接に露出している。この実施の形態では放射率が０．９５の黒体でマーク１２が記録されている。

各入力に応じて信号を出力する制御部５には、中央処理装置と処理プログラムの他に、記憶部に第１〜第４テーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。各テーブル１３ａ〜１３ｄの中身の一部を図２に示す。

テーブル１３ａには、各種の母材材質ごとの融解温度が予め書き込まれている。テーブル１３ｂには、各種のろう材材質ごとの融解温度が予め書き込まれている。テーブル１３ｃには、各種の母材材質ごとに溶接径ごとに作業区域へのろう材の必要差し量と加熱必要時間が予め書き込まれている。さらに詳しくは図２８に示すように、溶接径とその長さ毎に作業区域へのろう材の必要差し量と加熱必要時間が予め書き込まれている。なお、外管１と内管２の間の隙間を０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの範囲の実用的な寸法ｇを決定し、これら基づいて計算している。ここでは溶接径としては内管２の直径ｄが設定され、ｄ＋ｇを外管１の内径としている。

テーブル１３ｄには、赤外線放射温度計７ａ，７ｂにおける測定箇所の放射率ごとの指示温度が予め書き込まれている。具体的には、赤外線放射温度計７ａ，７ｂの初期状態が放射率０．９５の測定ポイントが５００℃になった状態の赤外線を基準として放射率が０．９３，０．９１，０．８９，・・・の場合の正確な指示較正値４８０℃，４６０℃，４４０℃，・・・が書き込まれている。制御部５には、この他にも使用するバーナ３の単位時間の熱量なども設定されている。

図４は制御部５の構成を示す大まかな全体フロー図である。これを図３（ａ）〜（ｉ）に示すろう付け作業工程に基づいて説明する。

ろう付け作業は、作業者がバーナ３によって作業区域の前面Ｆを図３（ａ）〜（ｅ）において手作業で加熱しながら前面Ｆの隙間に手作業でろう材４を差す作業の後、図３（ｆ）（ｇ）において作業者が手作業でバーナ３によって後面Ｂを加熱しながら後面Ｂの隙間に手作業でろう材４を差し、図３（ｈ）（ｉ）で作業者が手作業でバーナ３によって後面Ｂ，前面Ｆを加熱しながらろう材４を手作業で更に差してフィレット形成を実行する。

図３（ａ）で作業者が前面Ｆをバーナ３で加熱を開始するに際しては、作業者によって作業内容が入力される。制御部５はこの入力を図４のステップＳ１で読み込む。ステップＳ１では、入力装置６を介して入力された母材材質とろう材材質の設定操作と、ろう材の設定操作と、外管１と内管２の間の隙間の長さ設定との受付を実行する。

作業者が母材材質の設定操作を入力装置６に指示すると、スマートグラス９の右眼の視界に図１０に示すように母材材質の選択項目とろう材材質の選択項目が文字表示される。ここでは母材材質：アルミＡ，ろう材材質：アルミ１を作業者が選択すると、制御部５はこの入力を認識すると共にスマートグラス９の右眼の視界に図１１に示すように溶接径の設定項目を表示する。ここで溶接径は母材の径の細い方である内管２の径：１０〜１５ｍｍを選択して入力したとする。

図４のステップＳ２では、制御部５は赤外線放射温度計７ａ，７ｂに対する自動較正を開始する。ステップＳ２の詳細を図５に示す。図５のステップＳ２−１において制御部５は、赤外線放射温度計７ａから作業区域の前面Ｆの指示値を読み取り、指示値が３５０℃以上かをステップＳ２−２で判別する。バーナ３による加熱開始前の状態では指示値が３５０℃未満であるため、ステップＳ１の直後のこの段階ではステップＳ２では、指示値が３５０℃以上になったことを検出するまでステップＳ２−１，Ｓ２−２を繰り返して実行する。

バーナ３によって作業区域の前面Ｆの加熱を開始して赤外線放射温度計７ａの測定温度が３５０℃を超えたことをステップＳ２−２で検出すると、ステップＳ２−３，Ｓ２−４を実行して赤外線放射温度計７ａの測定レンジ内を複数の温度区分に分割して、図１２に示すように温度区分ごとに表示色を違えた凡例１５と、この凡例１５に沿った表示色で溶接箇所の実際の温度分布状態１６を、スマートグラス９の右眼の視界にカラー表示する。具体的に凡例１５のカラー表示は、６６０℃から２０℃ごとに低温の５２０℃まで、暖色系の６６０℃エリアから寒色系の５２０℃エリアまで複数に色分けして表示されている。

そして赤外線放射温度計７ａがマーク１２の放射率０．９５の黒体部分を測温して指示値が５００℃になったことをステップＳ２−５で検出すると、ステップＳ２−６で赤外線放射温度計７ａが次にマーク１２の中央１２ｓで外管１の表面が直接に露出している部分を測温する。

ステップＳ２−６での指示値が５００℃であった場合には、制御部５は今回の作業対象の母材の放射率が０．９５であるとステップＳ２−７で判定する。続いてステップＳ２−８では、制御部５がテーブル１３ｄに基づいて赤外線放射温度計７ａ，７ｂに放射率０．９５に再較正して外管１の表面が直接に露出している部分を測温するよう自動制御する。

ステップＳ２−６での指示値が例えば５００℃では無くて４８０℃であった場合には、制御部５がテーブル１３ｄに基づいて今回の作業対象の母材の放射率が０．９３であるとステップＳ２−７で判定する。続いてステップＳ２−８では、赤外線放射温度計７ａ，７ｂに放射率０．９３に再較正して外管１の表面が直接に露出している部分を測温するよう自動制御する。

このように制御部５が赤外線放射温度計７ａ，７ｂの自動較正を実行するので、非接触の測温であるにもかかわらず、母材の反射率が既知でなくても正確な温度測定を実施できる。

図４のステップＳ２に次いで実行されるステップＳ３では、制御部５はステップＳ１で認識済みの母材材質：アルミＡ，ろう材材質：アルミ１，溶接径：１０〜１５ｍｍなどに基づいてろう材必要量を計算し、入力を認識したろう材材質：アルミ１の目盛り１１の情報をテーブル１３ｃから読み出して、ろう材必要量を得るに必要な目盛り１１の数と、ろう材必要量を前面Ｆと後面Ｂへの適正な分配割合などを計算し、スマートグラス９の右眼の視界に図１２に示すようにろう材必要量などの作業準備情報１７を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１２の作業準備情報１７の表示内容から適正に実行すべき作業の内容を知ることができる。作業者は、作業準備情報１７からろう材４の融解温度：５８０℃，母材の融解温度：６６０℃，前面Ｆへのろう材の差し量が目盛り２つ分、後面Ｂへのろう材の差し量が目盛り１つ分、前面Ｆ，後面Ｂのそれぞれの加熱必要時間４秒であることを確認できる。作業準備情報１７にはさらに２つの凡例１８ａ，１８ｂが表示される。凡例１８ａの温度帯の表示色は、母材の融解危険温度：Ｘの表示である。凡例１８ｂの温度帯の表示色は、ろう材の融解必要温度：Ｙの表示である。

母材の融解危険温度：Ｘは、ステップＳ１で認識したアルミＡの融解温度：６６０℃をテーブル１３ａから読み出して、６６０℃−３０℃＝６３０℃によって計算されている。６６０℃から差し引いた３０℃は安全マージ温度である。凡例１８ａの表示色は凡例１５の上から２つ目のエリアの表示色と同じに表示されている。ろう材の融解必要温度：Ｙは、ステップＳ１で認識したアルミ１の融解温度：５８０℃をテーブル１３ｂから読み出して、５８０℃＋３０℃＝６１０℃を計算している。５８０℃に加算した３０℃は安全マージ温度である。凡例１８ｂの表示色は凡例１５の上から３つ目のエリアの表示色と同じに表示されている。

なお、Ｘ，Ｙのそれぞれの算出に使用した安全マージ温度は、母材材質とろう材材質ごとにテーブル１３ａに書き込まれており、ステップＳ１での選択内容に応じて決定されている。

作業者が熟練者でなくてもこの図１２の２つの凡例１８ａ，１８ｂの表示色を確認することによって、ろう材４を差す際の適正な温度帯の表示色を事前に確認できる。

なお、図１２の凡例１５の表示は、ステップＳ３において図１３に示すように最大温度表示が母材の融解危険温度：Ｘ＝６３０℃に更新される。言い換えると、凡例１５の最上段のエリアの表示色が凡例１８ａの表示色と同じになるように凡例１５の表示色が繰り上げられ、６６０℃エリアの表示を無くすように切り替えられる。

作業者が熟練者でなくてもこの図１３の凡例１５の最大温度表示を確認することによって、母材の融解危険温度の温度帯の表示色を確認できる。

図４のステップＳ３に次いでステップＳ４では、制御部５はろう材４の差し込み開始の時期とろう材融解情報を、スマートグラス９の右眼の視界に表示する。ステップＳ４の詳細を図６に示す。

図６のステップＳ４−１において制御部５は、赤外線放射温度計７ａから作業区域の前面Ｆの指示値を読み取り、ステップＳ４−２で温度分布に加工し、ステップＳ４−３では図１３における温度分布状態１６を更新する。

ステップＳ４−４では、撮像装置８の画像情報からろう材４の特定位置（具体的には先端）の目盛り１１の表示色を読み取る。ステップＳ４−５では、制御部５の特定のレジスタの内容を確認する。この状態ではろう材４を差し込み前であるため特定のレジスタの内容の記憶１にはゼロが書き込まれている。

ステップＳ４−５で記憶１＝ゼロであると判定されると、ステップＳ４−６を実行する。ステップＳ４−６では、記憶１の内容を０からステップＳ４−４で読み取ったろう材先端の目盛り１１の表示色に更新する。さらに、差し込み位置フラグの前面差し込み位置フラグをセットするとともに、差込済み量をリセットする。

ステップＳ４−７では、赤外線放射温度計７ａの指示値が母材の融解危険温度：Ｘを超えているかを判別し、超えている場合にはステップＳ４−８で図１４に示すようにスマートグラス９の右眼の視界に「温度超えエラー」１９を表示する。さらにスピーカ１０から警告音を出力する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１４の「温度超えエラー」１９の表示を確認することによって、現状の加熱状態ではＸ℃を超えていることを確認できる。

ステップＳ４−７でＸ℃を超えていないと判定した場合には、ステップＳ４−９で差込位置フラグを確認する。ここでは前面差込位置フラグがステップＳ４−６でセットされているため、次いでステップＳ４−１０で赤外線放射温度計７ａの指示値がＹ℃以上かを判別し、赤外線放射温度計７ａの指示値がＹ℃以上の場合にはステップＳ４−１１でスマートグラス９の右眼の視界に、図１５に示すように前面Ｆへのろう材４の「ろう材差し込み開始」２０を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１５の「ろう材差し込み開始」２０の表示を確認することによって、図３（ｂ）で前面Ｆへのろう材４の差込み開始時期を適正に作業できる。

これを確認した作業者が手作業でろう材４を前面Ｆに差し込んで、融解したろう材４が図３（ｃ）（ｄ）（ｅ）で隙間に流れ込むと、ろう材４の長さが減少する。ステップＳ４−１２では、撮像装置８の画像からろう材４の目盛り１１の１つ分が完了したかどうかを、ろう材４の最新の先端の目盛り１１の色とステップＳ４−４で記憶１に書き込んだ表示色とを比較して、最新の目盛り１１の色が記憶１の内容と同じであればステップＳ４−１に戻ってステップＳ４−１〜ステップＳ４−５を実行して、ステップＳ４−６を飛び越してステップＳ４−７，ステップＳ４−９，ステップＳ４−１０をステップＳ４−１２で最新の目盛り１１の色が記憶１の内容と異なると検出するまで繰り返す。

ステップＳ４−１２で最新の目盛り１１の色が記憶１の内容と異なることを検出すると、ステップＳ４−１３で前面Ｆへのろう材４の差込済み量を＋１目盛りに更新すると共に、記憶１の内容を最新の目盛り１１の色に更新する。

前面Ｆへのろう材４の差込済み中のステップＳ４−１４では、前面Ｆへのろう材４の差込終了を判別する。ステップＳ４−１４のルーチンを図７に示す。

図７のステップＳ４−１５では、現在の作業が前面Ｆか後面Ｂであるかを判別するために、ろう材差込位置フラグをチェックする。ここではステップＳ４−６で前面の差込位置フラグがセットされているので前面Ｆへのろう材差込中と判定する。そしてステップＳ４−１６では、直前のステップＳ４−１３で更新した差込済み量が、ステップＳ３で計算した前面Ｆへのろう材４の差込必要量：２目盛になったかを判別する。前面Ｆへのろう材差込済み量が２目盛りになるまでステップＳ４−１に戻って作業者による前面Ｆのバーナ３による加熱とろう材４の差し込みが継続される。

前面Ｆへのろう材４の差込済み量が２目盛りになったことをステップＳ４−１６で検出すると、制御部５はステップＳ４−１７でスマートグラス９の右眼の視界に、図１６に示すように前面Ｆへのろう材４の「ろう材差し込み終了」２１を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１６の「ろう材差し込み終了」２１の表示を確認することによって、前面Ｆへのろう材４の差し込み終了時期を適正に作業できる。

ステップＳ４−１７に次いでステップＳ４−１８では、ステップＳ４−６で０にセットしたろう材４の差込済み量を再び０にセットすると共に、ステップＳ４−６で前面Ｆにセットした差込位置フラグを後面Ｂにセットして図６のステップＳ４−１に戻る。

前面Ｆへの「ろう材差し込み 終了」の表示を確認した作業者は、バーナ３による加熱位置とろう材４の差し込み位置を作業区域の後面Ｂに変更する。

ステップＳ４−１からステップＳ４−５，ステップＳ４−７を実行して、制御部５は差込位置フラグが後面Ｂに設定されているため、赤外線放射温度計７ｂの指示値がＸ℃を超えているかを判別する。Ｘ℃以上である場合には、ステップＳ４−８でスマートグラス９の右眼の視界に図１７に示すように「温度超えエラー」２２を表示する。さらにスピーカ１０から警告音を出力する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１７の「温度超えエラー」２２の表示を確認することによって、現状の加熱状態ではＸ℃を超えていることを確認できる。

ステップＳ４−７を実行してＸ℃未満であると判定された場合、差込位置フラグが後面Ｂにセットされているため、ステップＳ４−９に次いでステップＳ４−１９が実行される。ステップＳ４−１９では、赤外線放射温度計７ｂの指示値がＹ℃以上であるかを判別する。赤外線放射温度計７ｂの指示値がＹ℃以上の場合にはステップＳ４−２０でスマートグラス９の右眼の視界に、図１８に示すように後面Ｂへのろう材４の「ろう材差し込み開始」２３を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの図１８の「ろう材差し込み開始」２３の表示を確認することによって、後面Ｂへのろう材４の差込み開始時期を適正に作業できる。

ステップＳ４−２０に次いでステップＳ４−１２，Ｓ４−１３，Ｓ４−１４，Ｓ４−１５を実行する。ろう材差込位置フラグが後面Ｂにセットされているため、ステップＳ４−１５の次にステップＳ４−２１で、ステップＳ４−１６と同様に、今度は、直前のステップＳ４−１３で更新した差込済み量が、ステップＳ３で計算した後面Ｂへのろう材４の差込必要量：１目盛になったかを判別する。後面Ｂへのろう材差込済み量が１目盛りになるまでステップＳ４−１に戻って作業者による後面Ｂのバーナ３による加熱とろう材４の差込みが継続される。

後面Ｂへのろう材４の差込済み量が１目盛りになったことをステップＳ４−２１で検出すると、制御部５はステップＳ４−２２でスマートグラス９の右眼の視界に、図１９に示すように後面Ｂへのろう材４の「ろう材差し込み終了」２４を表示する。このときの作業工程が図３（ｇ）である。

作業者が熟練者でなくてもこの図１９の「ろう材差し込み終了」２４の表示を確認することによって、後面Ｂへのろう材４の差込み終了時期を適正に作業できる。

このように前面Ｆ，後面Ｂへのろう材差し込み終了の指示がステップＳ４−１７，Ｓ４−２２で制御部５によって出力されるまで実施することによって、作業者が熟練者でなくてもろう材差込量過多によるろう付け作業の不良、ろう材差込量不足によるろう付け作業の不良を回避できる。

ステップＳ４−２２に次いで図４のステップＳ５を実行する。ステップＳ５の詳細を図８に示す。

図８のステップＳ５−１において制御部５は、制御部５のレジスタに記憶されている加熱継続時間をクリアする。先ずここでは、作業区域の後面Ｂの加熱継続時間のカウントを開始するためにクリアする。

ステップＳ５−２では赤外線放射温度計７ｂから作業区域の後面Ｂの指示値を読み取り、ステップＳ５−３で温度分布に加工し、ステップＳ５−４で温度分布状態１６を更新するとともに、図２０のように「加熱継続作業開始」２５，「フィレット形成開始」２６をスマートグラス９の右眼の視界に表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの図２０の「加熱継続作業開始」２５の表示を確認することによって、バーナ３による後面Ｂの加熱を継続とともに、「フィレット形成開始」２６の表示を確認することによって、外管１の端部の周囲に沿ってろう材４の差し込み位置を図３（ｈ）のように回しながら差し続けてフレットの形成を開始するタイミングであることを適正に認識して作業できる。また、このときには、作業準備情報１７の「加熱時間：４秒」２７の表示から必要な加熱継続時間が４秒であることを作業者が認識できる。また、作業準備情報の２つの凡例１８ａ，１８ｂの表示色から加熱継続時間の間の加熱温度がＸ℃を超えてはいけないことを再認識できる。

ステップＳ５−４に次いでステップＳ５−５では、最初は後面Ｂの加熱継続時間時間の達成検出した後か前かを判別する。ここでは後面Ｂの加熱継続時間時間の達成前であるためステップＳ５−６を実行する。ステップＳ５−６ではステップＳ５−４の表示を更新して作業者に最新情報を提供する。

ステップＳ５−７では、ステップＳ５−６で読み取った指示値がＹ℃以上Ｘ℃未満であるか判別する。

ステップＳ５−７でＹ℃以上Ｘ℃未満の適正であると判定された場合には、ステップＳ５−１でクリアした内容をそれからの加熱継続時間にステップＳ５−８で加算して更新する。ステップＳ５−８に次いでステップＳ５−９では、ステップＳ５−８で更新した加算継続時間が４秒に達したかを判別する。加算継続時間が４秒に達していない場合には、ステップＳ５−２に戻る。ステップＳ５−７においてＹ℃以上Ｘ℃未満の適正であると判定されるたびにステップＳ５−８で加熱継続時間を加算して、ステップＳ５−９においてステップＳ５−１でクリアしてからの継続時間が適正な加熱継続時間：４秒に達したと判定した場合には、後面Ｂの再加熱時間をステップＳ５−８でカウントしていたレジスタの内容をクリアして前面Ｆの再加熱作業に備えて、次いでステップＳ５−１０を実行する。

ステップＳ５−１０では、スマートグラス９の右眼の視界に図２１のように「後面加熱終了」２８，「前面加熱継続作業開始」２９，「フィレット形成開始」３０を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの「後面 加熱終了」の表示を確認することによって、作業者はバーナ３による後面Ｂの加熱を終了して、前面Ｆの再加熱を開始するタイミングであることを適正に認識して作業できる。また、作業者はフィレット形成を続けるようにろう材４を差し続けることが必要であることを認識できる。

なお、ステップＳ５−７でＹ℃以上Ｘ℃未満でないと判定された場合には、制御部５はステップＳ５−１１で最新の指示値がＸ℃以上であるかを判別する。ステップＳ５−１１で最新の指示値がＸ℃以上であると判定した場合には、ステップＳ５−１２において
「温度超えエラー」をスマートグラス９の右眼の視界に表示するとともに、スピーカ１０から警告を発生する。さらに、ステップＳ５−１でクリアした内容またはステップＳ５−８で加算した内容をステップＳ５−１３で一旦クリアしてステップＳ５−９を実行する。

作業者が熟練者でなくてもこの「温度超えエラー」の表示を確認することによって、作業者はバーナ３による後面Ｂの加熱を弱くすることが必要であることを認識できる。

後面Ｂに対する加熱継続時間が規定の４秒に達したことをステップＳ５−９で検出すると、ステップＳ５−１４では全ての作業区間について加熱作業時間を達成しているか判別する。ここでは後面Ｂに対する再加熱を完了して前面Ｆの再加熱前の状態であるため、ステップＳ５−２に戻る。

後面Ｂの再加熱完了後のステップＳ５−２では赤外線放射温度計７ａから作業区域の前面Ｆの指示値を読み取り、ステップＳ５−３で温度分布に加工し、ステップＳ５−４で温度分布状態１６を更新するとともに、スマートグラス９の右眼の視界に図２２のように「前面加熱継続作業開始」３１，「フィレット形成継続」３２を表示する。

作業者が熟練者でなくてもこの「前面加熱継続作業開始」３１，「フィレット形成継続」３２の表示を確認することによって、作業者はバーナ３による前面Ｆの再加熱を開始するタイミングであることを適正に認識して作業できる。また、作業者はフィレット形成を続けるようにろう材４を差し続けることが必要であることを認識できる。

後面Ｂの再加熱完了後のステップＳ５−８では、後面Ｂの再加熱完了を検出したステップＳ５−９でクリアしたレジスタの内容を加算して更新する。前面Ｆの再加熱作業中に赤外線放射温度計７ａの指示値がＸ℃以上であると判定した場合には、後面Ｂの再加熱の場合と同様にステップＳ５−１２を実行してスマートグラス９の右眼の視界に「温度超えエラー」を表示するとともに、スピーカ１０から警告を発生する。さらに、カウント中の加熱継続時間をステップＳ５−１３で一旦クリアしてステップＳ５−９を実行する。

作業者が熟練者でなくてもこの「温度超えエラー」の表示を確認することによって、作業者はバーナ３による前面Ｆの加熱を弱くすることが必要であることを認識できる。

前面Ｆの再加熱実行中にステップＳ５−９で前面Ｆの再加熱時間が規定時間の４秒に達したことを検出すると、ステップＳ５−１０では「前面加熱終了」「フィレット形成完了」をスマートグラス９の右眼の視界に表示する。さらに、ステップＳ５−１４において、後面Ｂ，前面Ｆの全部の作業区間について規定の継続時間の再加熱が完了したことを検出して、スマートグラス９の右眼の視界に図２３のように「作業完了」３３を表示する。この作業状態が図３（ｉ）である。

後面Ｂ，前面Ｆへの再加熱がこの「作業完了」３３の表示を確認することによって、作業者はバーナ３による前面Ｆの加熱の終了とろう材４を差す作業を終了するタイミングを適切に認識できる。

図４のステップＳ５が完了すると、次いでステップＳ６を実行する。ステップＳ６では入力装置６を介して機種切替指示が入力されたかを判別する。作業者による機種切替指示の入力を検出しない場合には、制御部５はステップＳ２に戻って次の母材のろう付け作業の動作を繰り返す。機種切替指示の入力を検出した場合には、同じ状態のろう付け作業が終了したと判定して作業を終了する。

後面Ｂ，前面Ｆへの再加熱が不足している場合には、図２７（ｂ）のようにろう材４とろう材４との不連続による隙１４が残った不良が発生するが、この実施の形態では制御部５が後面Ｂ，前面Ｆへの再加熱がそれぞれ継続して規定時間だけ実施した時にステップＳ５−１４で検出してステップＳ５−１５で作業完了の指示が出力されるまで再加熱を続けることによって、作業者が熟練者でなくてもろう付け作業の不良を回避できる。

なお、上記の実施の形態では作業区域が前面Ｆと後面Ｂの２つで、前面Ｆの温度を検出する赤外線放射温度計７ａと後面Ｂの温度を検出する赤外線放射温度計７ｂとの２つの赤外線放射温度計を使用した場合を例に挙げて説明したが、各作業区域を複数に分割し、分割した各作業を別々の温度計で測定する場合にも、各温度計の指示値に基づいて作業者に適切な作業指示をその都度に提供することができる。例えば、母材の径が大きくなって、前面Ｆ，後面Ｂをそれぞれ周方向に４つの温度検出区間に分割し、各温度検出区間を別々の赤外線放射温度計で測定する場合には、図２４に示す温度表示画像３４を、図１２〜図２２における温度分布状態１６に代わってスマートグラス９の右眼の視界に表示するように制御部５を構成することもできる。この場合には、図２５に示すように８つの赤外線放射温度計７ａ１〜７ａ４，７ｂ１〜７ｂ４が母材の周囲を取り囲むように配置し、赤外線放射温度計７ａ１が前面Ｆの作業区域Ｆ１の温度を検出し、以下同様に赤外線放射温度計７ａ２〜７ａ４，７ｂ１〜７ｂ４が前面Ｆの作業区域Ｆ２〜Ｆ４，後面Ｂの作業区域Ｂ１〜Ｂ４の温度を検出させる。ステップＳ２で自動温度補正に必要なマーク１２は、前面Ｆの作業区域Ｆ１〜Ｆ４の少なくとも１つの例えば作業区域Ｆ１に記録する。ステップＳ２ではこのマーク１２での赤外線放射温度計７ａ１の指示値に基づいて全ての赤外線放射温度計７ａ１〜７ａ４，７ｂ１〜７ｂ４を自動較正するように制御部５を構成する。テーブル１３ｃには、各種の母材材質ごとに溶接径ごとに作業区域Ｆ１〜Ｆ４，Ｂ１〜Ｂ４へのろう材の必要差し量と加熱必要時間が予め書き込まれている。そしてろう材４の必要差し量が必要となる都度に制御部５がスマートグラス９の右眼の視界に表示するように構成する。

図２４に示した温度表示画像３４への展開の内容を、図２９（ａ）（ｂ）（ｃ）によって説明する。

図２９（ａ）は溶接箇所の正面図である。母材の外管１の端部を中心に矢印４２で示すように外管１の表面を仮想線４１で示すように回転させるとともに、溶接箇所を矢印Ｄ−ＤＤ方向から見た上面図に展開し、さらに赤外線放射温度計７ａ１〜７ａ４，７ｂ１〜７ｂ４の指示値を表示したものが図２９（ｂ）である。４３は内管２の内側の空洞を示している。この図２９（ｂ）の展開表示を、見易く加工して真円表示にしたものが図２９（ｃ）の温度表示画像３４である。

上記の各実施の形態では、複数の作業区域のうちの１つにマーク１２を記録し、このマーク１２の側温に基づいて母材の放射率を検出して全ての赤外線放射温度計を自動較正したが、それぞれの作業区域ごとにマーク１２を記録し、各マーク１２の側温に基づいて各作業区域における母材の放射率をそれぞれ検出して、各赤外線放射温度計を作業区域ごとに検出した放射率で自動較正することによってより側温の精度向上が期待できる。

上記の実施の形態では外管と内管のフレア接続のろう付けの場合を例に挙げて説明したが、２つの管を継手を介して接続する場合のろう付け作業支援や、管にフランジを接続する場合のろう付け作業支援も同様に実現できる。

上記の実施の形態では第２出力部がスピーカ１０であったが、作業者が装着するスマートグラス９に一体に取り付けられたイヤーフォンであっても同様である。

上記の実施の形態では、作業対象の機種を設定してろう付け作業を開始する初期状態を溶接作業の開始として説明したため、入力装置６を介して各種の設定操作などが必要であったが、１台のろう付けが完了して繰り返し同じ機種をろう付けする連続生産の場合には、図４のステップＳ２から次の溶接作業を繰り返すように制御部５が作業者に指示を与えるように構成されており、１台のろう付けが完了するたびに次のろう付け開始に際して入力装置６を介して制御部５に設定操作が必要ではない。さらに具体的には、入力装置６に設定操作した直後には、作業者が作業開始を入力する必要があったが、繰り返し同じ機種をろう付けする連続生産の場合には、制御部５は次の作業対象が規定温度に上昇したことを前記赤外放射温度計の指示値から検出したことをトリガとしてステップＳ２とこれ以降の要部の制御プログラムを実行することによって、入力装置６の操作を必要としない。

本発明はろう付け加工が必要な各種装置の生産性の向上に寄与する。

１ 外管
２ 内管
３ バーナ
４ ろう材
５ 制御部
６ 入力装置
７ａ，７ｂ 赤外線放射温度計
８ 撮像装置
９ スマートグラス
１０ スピーカ
１１ 目盛り
１２ マーク
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ テーブル
１５ 作業準備情報
１６ 温度分布状態
１７ 作業準備情報
１８ａ 母材の融解危険温度：Ｘの表示色を示す凡例
１８ｂ ろう材の融解必要温度：Ｙの表示色を示す凡例
１９ 「温度超えエラー」表示
２０ 「ろう材差し込み開始」表示
２１ 「ろう材差し込み終了」表示
２２ 「温度超えエラー」表示
２３ 「ろう材差し込み開始」表示
２４ 「ろう材差し込み終了」表示
２５ 「加熱継続作業開始」表示
２６ 「フィレット形成開始」表示
２７ 「再加熱時間」表示
２８ 「後面加熱終了」表示
２９ 「前面加熱継続作業開始」表示
３０ 「フィレット形成開始」表示
３１ 「前面加熱継続作業開始」表示
３２ 「フィレット形成継続」表示
３３ 「作業完了」表示

Claims (3)

1. 第１部材と第２部材の接続箇所を周方向に複数の作業区域に分割して、前記作業区域を順にバーナによって加熱しながら前記第１部材の内周と前記第２部材の外周の間の隙間にろう材を充填する作業を支援するろう付け支援装置であって、
   前記第１，第２部材および前記ろう材によって決まるろう付け情報の入力操作を受け付ける入力装置と、
   前記バーナによって加熱されている作業中の前記作業区域の温度を測定する第１検出部と、
   差し込み中の前記ろう材の消費量から前記作業区域ごとのろう材差込済み量を検出する第２検出部と、
   前記入力装置の出力と前記第１，第２検出部の出力に基づいて作業の進行を判別する制御部と、
   前記ろう材の差し込みと前記バーナを操作する作業者に、前記制御部の判定結果を通報する出力装置とを設け、
   前記制御部は、
   前記第１，第２部材および前記ろう材によって決まるろう付け情報に応じて前記ろう材の融解温度，前記第１部材の融解温度，前記作業区域ごとのろう材差込必要量と加熱必要時間を出力する第１ステップと、
   前記第１ステップの出力と前記第１検出部の出力に基づいて前記作業区域ごとの前記ろう材の差込開始の時期と、前記第２検出部の出力と前記第１ステップが出力したろう材差込必要量から作業中の前記作業区域におけるろう材差込終了の時期を出力する第２ステップと、
   前記バーナによる作業中の前記作業区域の加熱を終了して次の前記作業区域を前記バーナによって加熱を開始する時期を、前記第１，第２ステップの出力に基づいて出力し、前記作業区域の全てに前記ろう材の差込完了を検出した後に、前記作業区域ごとの前記第１検出部の検出温度が前記ろう材の融解温度以上の状態が加熱必要時間に達した加熱終了時期を出力する第４ステップを有している、ろう付け作業支援装置。
2. 前記第１ステップは、第１検出部によって検出された温度を、前記出力装置を介して温度帯毎に色表示するとともに、前記検出された時々の温度にかかわらず前記第１検出部によって検出された温度がろう材差込の開始温度に上昇した状態を同じ特定色で表示するよう指示する、請求項１記載のろう付け作業支援装置。
3. 前記出力装置が、スマートグラスである、請求項１記載のろう付け作業支援装置。

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