JPH10193112A - スタブ管自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれ及
び傾きを自動的に調整できるようにして、スタブ管の溶
接作業を高能率で行えるようにする。 【解決手段】 管寄３に複数配置されるスタブ管２に半
径方向から嵌合が可能な馬蹄型ガイド８と該馬蹄型ガイ
ド８に支持されてスタブ管２の外周を回転しながらスタ
ブ管２の周方向の隅肉溶接を行う溶接トーチ１９とを備
えているスタブ管溶接機１を、ロボットアーム２６に取
付け、且つ馬蹄型ガイド８にスタブ管２に対する馬蹄型
ガイド８の軸心ずれと傾きとを検出するセンサ装置２７
を取付け、センサ装置２７からの検出信号３２に基づい
てロボットアーム２６を作動することによりスタブ管２
に対する馬蹄型ガイド８の軸心ずれと傾きを制御する制
御器３３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管寄に複数配置さ
れるスタブ管を能率的に溶接するためのスタブ管自動溶
接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばボイラなどには、ボイラから発生
した蒸気を集めるための管寄が備えられており、このよ
うな管寄は、以下のようなスタブ管溶接機を用いて製造
している。

【０００３】即ち、図１１中、１はスタブ管２を管寄３
に対して隅肉溶接するためのスタブ管溶接機であり、該
スタブ管溶接機１は、クランプ部４，５及び支持アーム
６を備えた支持体７によりスタブ管２に位置決めして固
定されるようになっている。

【０００４】前記スタブ管溶接機１は、図１１〜図１３
に示すように、スタブ管２を半径方向から外嵌・包囲可
能な切欠部８ａを備えた馬蹄型ガイド８と、軸受９を介
して馬蹄型ガイド８に回転自在に支持され、スタブ管２
を外嵌・包囲可能な切欠部１０ａを備えた切欠付リング
ギア１０と、モータ１１、シーブ１２及び１３、外周に
歯１４’を有するタイミングベルト１４を備えて切欠付
リングギア１０を回転駆動する装置と、切欠付リングギ
ア１０の下側に固定されて一緒に回転し且つ切欠付リン
グギア１０の切欠部１０ａと同一位置に切欠部１５ａ’
を有したトーチ取付部材１５ａと、該トーチ取付部材１
５ａに取付ボルト１５ｂにより傾斜して固定され、且つ
前記切欠付リングギア１０の切欠部１０ａと同一位置に
切欠部１５ｃ’を有した固定部材１５ｃと、固定部材１
５ｃにスタブ管２の半径方向へスライド可能に支持され
たトーチ支持ブロック１６と、トーチ支持ブロック１６
の半径方向１７へのスライドをガイドするスライドガイ
ド１８と、トーチ支持ブロック１６に垂直に取付けられ
た溶接トーチ１９とを備えている。

【０００５】尚、２０は管寄３の軸方向に所要の間隔を
有して多数のスタブ管２を溶接固定するために、管寄３
に予め設けられている開口２１に形成された開先、２２
は溶接ワイヤなどの溶接電極、２３はガスノズルであ
る。

【０００６】そして、管寄３に形成された開先２０にス
タブ管２を溶接する場合は、先ず切欠付リングギア１０
の切欠部１０ａの位相を、馬蹄型ガイド８の切欠部８ａ
の位相に合わせた状態として、前記切欠部８ａ，１０ａ
がスタブ管２に外嵌・包囲するように、スタブ管２にお
ける開先２０から離れた位置に支持体７を固定すること
によりスタブ管溶接機１を取付ける。このとき、前記馬
蹄型ガイド８の軸心（切欠付リングギア１０の回転中
心）がスタブ管２の略軸心になり、且つ馬蹄型ガイド８
の平面がスタブ管２の軸心に対して略直交した状態とな
るように、クランプ部４，５を調節してスタブ管溶接機
１の姿勢を調整する。

【０００７】更に、モータ１１を駆動することにより、
シーブ１２、タイミングベルト１４、シーブ１３を介し
て切欠付リングギア１０を回転させ、該切欠付リングギ
ア１０にトーチ支持ブロック１６を介して支持された溶
接トーチ１９を回転させながら、スタブ管２の軸心と馬
蹄型ガイド８の軸心（切欠付リングギア１０の回転中
心）とがずれている場合の軸心ずれの調整と、スタブ管
２に対して馬蹄型ガイド８が傾斜している場合の傾きの
調整とを、溶接電極２２の先端と開先２０との間隔を見
ながら前記クランプ部４，５にて行い、前記溶接電極２
２が常に開先２０に対して均一な角度と距離で対向する
ように調整する。

【０００８】上記馬蹄型ガイド８の軸心ずれと傾きの調
整が終了すると、再びモータ１１を駆動して溶接トーチ
１９をスタブ管２の外周に沿って回転させながら、溶接
電極２２と開先２０との間にアークを飛ばすことによ
り、開先２０を溶接する。

【０００９】尚、溶接トーチ１９を連続的に周回させる
と、図示しないワイヤやケーブル類がスタブ管２に巻付
くので、１周ごとに溶接トーチ１９を反転させることに
より、巻付きを防止させるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スタブ管溶接機１は、前記したようにスタブ管溶接機１
を支持体７にてスタブ管２に固定する方式をとっている
ために、切欠付リングギア１０の回転時に溶接電極２２
が開先２０に対して均一な角度と距離を保って回転でき
るように、クランプ部４，５を介して馬蹄型ガイド８の
軸心ずれと傾きを調節する作業が非常に煩雑で時間が掛
かり、しかも多数備えられるスタブ管２の夫々に対し
て、上記した取付け調整作業をその都度行わねばなら
ず、作業能率が非常に悪いという問題を有していた。

【００１１】又従来方式においてはスタブ管２に対する
スタブ管溶接機１の位置決めが支持体７を用いた手作業
によって行われているために、位置決め精度の誤差が生
じ易く、そのために溶接が不均一になってしまうという
問題を有していた。

【００１２】本発明は、上述の実情に鑑み、スタブ管に
対する馬蹄型ガイドの軸心ずれ及び傾きを自動的に調整
できるようにして、スタブ管の溶接作業を高能率で行え
るようにしたスタブ管自動溶接装置を提供することを目
的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、管寄に複数配置されるスタブ管に半径方向から嵌合
が可能な馬蹄型ガイドと該馬蹄型ガイドに支持されてス
タブ管の外周を回転しながらスタブ管の周方向の隅肉溶
接を行う溶接トーチとを備えているスタブ管溶接機を、
ロボットアームに取付け、且つ前記馬蹄型ガイドにスタ
ブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれと傾きとを検出す
るセンサ装置を取付け、該センサ装置からの検出信号に
基づいて前記ロボットアームを作動することによりスタ
ブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれと傾きを制御する
制御器を備えたことを特徴とするスタブ管自動溶接装
置、に係るものである。

【００１４】請求項２に記載の発明は、ロボットアーム
を、管寄に沿って設けたレール上を走行する走行台車に
備えたことを特徴とする請求項１に記載のスタブ管自動
溶接装置、に係るものである。

【００１５】請求項１に記載の発明では、スタブ管溶接
機をロボットアームに取付け、且つ馬蹄型ガイドに備え
たセンサ装置によりスタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸
心ずれと傾きとを検出し、制御器によりロボットアーム
を作動させてスタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれ
と傾きを制御するようにしているので、スタブ管に対す
る馬蹄型ガイドの位置合わせを自動的に迅速且つ高精度
に行うことができ、よってスタブ管の溶接作業の高能率
化を図ることができる。

【００１６】請求項２に記載の発明では、ロボットアー
ムを管寄と平行に走行する走行台車に備えているので、
多数のスタブ管を管寄に溶接する際のスタブ管溶接機の
位置決め作業を効率的に行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００１８】図１は本発明を実施する形態の一例を示し
たもので、溶接を行う多数のスタブ管２を配置するよう
にした管寄３を、支持架台２４上に載置している。図中
２５はスタブ管２据付のための拘束板を示す。

【００１９】前記支持架台２４の近傍には、前記管寄３
に沿ってレール２５ａが設けられており、該レール２５
ａ上には該レール２５ａに沿って走行できるようにした
走行台車２５が設けてあり、該走行台車２５上にロボッ
トアーム２６が設けられている。

【００２０】上記ロボットアーム２６の先端に、前記図
１１〜図１３に示したと同様のスタブ管溶接機１を取付
け、ロボットアーム２６の作用により前記スタブ管溶接
機１の前後、左右、上下の位置及びスタブ管２に対する
傾きを自由に調整できるようにしている。

【００２１】更に、図１〜図３に示すように、前記スタ
ブ管溶接機１の馬蹄型ガイド８に、スタブ管２の軸心と
馬蹄型ガイド８の軸心（図１２の切欠付リングギア１０
の回転中心）とがずれている場合の軸心ずれを検出する
と共に、スタブ管２に対して馬蹄型ガイド８が傾斜して
いる場合の傾きを検出するようにしたセンサ装置２７を
備える。

【００２２】図２及び図３では、センサ装置２７とし
て、馬蹄型ガイド８の上面におけるスタブ管２を挟むよ
うに略Ｕ字状に形成されている一方の先端部２８ａに投
光器２９ａを備え、他方の先端部２８ｂに受光器２９ｂ
を備えた透過型光センサ２９の場合を示している。

【００２３】また、前記馬蹄型ガイド８の上面における
Ｕ字状開口３０の底部位置には、スタブ管２の直径をカ
バーして検出できる反射型光変位センサ３１を備えてい
る。

【００２４】前記センサ装置２７からの検出信号３２は
制御器３３に導かれるようになっており、該制御器３３
は、前記検出信号３２に基づいて前記ロボットアーム２
６を作動させて、スタブ管２に対する馬蹄型ガイド８の
軸心ずれと傾きとを制御するようになっている。

【００２５】以下、上記図に示した実施の形態例の作用
を説明する。

【００２６】図２に示すように、馬蹄型ガイド８のＵ字
状開口３０の前方にスタブ管２が位置するようにロボッ
トアーム２６の調整を行った後、馬蹄型ガイド８をＹ方
向に前進させると、スタブ管２のＹ方向の一側（図２で
は上側）の周面が前記投光器２９ａから受光器２９ｂに
向けて発せられている光を遮るようになることにより遮
光開始位置が検出され、更に馬蹄型ガイド８がＳ₁方向
に前進されると完全に遮光され、その後再び受光器２９
ｂに受光が開始されるようになることにより受光再開位
置が検出され、この遮光開始位置と受光再開位置とか
ら、スタブ管２のＹ方向の管径が検出されると共に、ス
タブ管２のＹ方向の位置が検出される。

【００２７】また、反射型光変位センサ３１がスタブ管
２に所定距離まで接近すると、反射型光変位センサ３１
はスタブ管２との間の距離（位置）が検出されると共
に、その検出距離の時における反射光からスタブ管２の
Ｘ方向の直径が検出される。即ち、反射型光変位センサ
３１はＸ方向に広い幅を有して光を投射するようになっ
ており、投射した光が戻ってくるまでの時間と、反射し
てくる光の幅とによって、スタブ管２とのＹ方向の位置
とＸ方向の管径およびＸ方向管両端位置とが検出される
ようになっている。

【００２８】上記により検出されたスタブ管２のＹ方向
の管径と位置から、スタブ管２のＹ方向の軸心位置が求
められ、またスタブ管２のＸ方向の管径と位置から、ス
タブ管２のＸ方向の軸心位置が求めらるので、上記スタ
ブ管２の軸心と馬蹄型ガイド８の軸心とがＹ方向或いは
Ｘ方向にずれている場合には、この軸心ずれがなくなる
ように制御器３３によりロボットアーム２６が作動され
て、スタブ管２の軸心と馬蹄型ガイド８の軸心とが自動
的に一致される。

【００２９】前記したスタブ管２のＹ方向の管径と位
置、及びスタブ管２のＸ方向の管径と位置を検出した
後、ロボットアーム２６により、スタブ管溶接機１をス
タブ管２の軸方向、即ちＺ方向に所定の距離△ｈ（図４
参照）だけ移動させて、再び前記と同様にしてスタブ管
２のＹ方向の位置と、Ｘ方向の位置とを検出することに
より、スタブ管２に対する馬蹄型ガイド８の傾きを検出
する。

【００３０】図４は、前記透過型光センサ２９により最
初に検出された遮光開始位置Ａと、Ｚ方向に距離△ｈだ
け移動した後に検出した遮光開始位置Ａ’とからスタブ
管２に対する馬蹄型ガイド８のＹ方向の傾きαを求める
際の線図を示すもので、図４から下記式ＩによりＹ方向
の傾きαを求めることができる。

【００３１】

【数１】 α＝ｔａｎ^-1｜Ｙ₀Ａ−Ｙ₀’Ａ’／△ｈ｜…（Ｉ）

【００３２】図５は、前記反射型光変位センサ３１によ
り検出された検出位置Ｂと、Ｚ方向に距離△ｈだけ移動
した後に検出した検出位置Ｂ’とから、スタブ管２に対
する馬蹄型ガイド８のＸ方向の傾きβを求める際の線図
を示したもので、図５から下記式ＩＩによりＸ方向の傾
きβを求めることができる。

【００３３】

【数２】 β＝ｔａｎ^-1｜Ｘ₀Ｂ−Ｘ₀’Ｂ’／△ｈ｜…（ＩＩ）

【００３４】従って、上記式Ｉ、式ＩＩによって求めた
Ｙ方向の傾きα及びＸ方向の傾きβをなくすように、制
御器３３からの指令によりロボットアーム２６を作動さ
せて馬蹄型ガイド８の傾きを自動的に調節する。上記馬
蹄型ガイド８の傾きの調整は、前記センサ装置２７を備
えている面と馬蹄型ガイド８の軸心とが交わる点を中心
として行うようにする。

【００３５】上記したように、スタブ管２に対する馬蹄
型ガイド８の軸心ずれと傾きとが調整されると、スタブ
管溶接機１に溶接開始指令が出されてスタブ管溶接機１
は開先２０の自動溶接を行うようになる。

【００３６】１つのスタブ管２の溶接が終了すると、ロ
ボットアーム２６によりスタブ管溶接機１が図２中Ｓ₂
方向に移動されて馬蹄型ガイド８がスタブ管２から引き
抜かれ、続いて、スタブ管２の相互間隔が予め分ってい
るので、走行台車２５を前記スタブ管２の相互間隔だけ
移動され、再び前記と同様にロボットアーム２６により
スタブ管溶接機１を前進させることにより、スタブ管２
に対する馬蹄型ガイド８の軸心ずれと傾きを検出し、そ
の軸心ずれと傾きを調整した後、当該スタブ管２の溶接
が行われる。

【００３７】尚、上記形態例では、センサ装置２７を馬
蹄型ガイド８の上面に設ける場合について説明したが、
図６に示すように馬蹄型ガイド８の上下面に所要の間隔
を隔ててセンサ装置２７を設けるようにすれば、前記し
たように最初の検出と後の検出の２回の検出を行うこと
なく、１回の操作で傾きを検出することができ、よって
前記したようなＺ方向への移動操作をなくすことができ
て、検出に要する時間を短縮することができる。

【００３８】図７及び図８は、前記センサ装置２７の他
の例を示したもので、馬蹄型ガイド８の上面におけるス
タブ管２を挟むように略Ｕ字状に形成されている一方の
先端部２８ａとＵ字状開口３０の内奥部との中間部に反
射型光センサ３４ａを備え、他方の先端部２８ｂとＵ字
状開口３０の内奥部との中間部に反射型光センサ３４ｂ
を備えた場合を示している。

【００３９】図７、図８の方式においては、反射型光セ
ンサ３４ａ，３４ｂによりスタブ管２までのＸ方向距離
Ｘ_A，Ｘ_Bを夫々検出する。すると反射型光センサ３４
ａ，３４ｂ間の距離Ｌが予め分っているので、スタブ管
２のＸ方向の管径をＤとした時、Ｄ＝Ｌ−（Ｘ_A＋Ｘ_B）
が最も大きな値になった時が実際のスタブ管２の管径で
あり、更に反射型光センサ３４ａ，３４ｂによるスタブ
管２との距離（位置）と前記管径とから、スタブ管２の
Ｙ方向の軸心が求まる。

【００４０】また、スタブ管２のＸ方向中心ＰはＰ＝Ｘ
_B＋Ｄ／２となる。

【００４１】続いてロボットアーム２６によりスタブ管
溶接機１をＺ方向に所定距離△ｈ（図４参照）だけ移動
させて、上記と同様の検出を行うと、スタブ管２に対す
る馬蹄型ガイド８のＸ方向の傾きとＹ方向の傾きを前記
式Ｉ及び式ＩＩによって求めることができる。従って、
図１の場合と同様に、制御器３３によりロボットアーム
２６を作動して、スタブ管２に対する馬蹄型ガイド８の
軸心ずれと傾きがない状態に迅速に調節することができ
る。なお、図７及び図８の場合も図６に示したように馬
蹄型ガイド８の上下面に距離△ｈをおいてセンサ装置２
７を備えるようにすれば、ロボットアーム２６によりス
タブ管溶接機１を距離△ｈだけ移動させる操作を省略し
て能率を向上させることができる。

【００４２】図９及び図１０は、前記センサ装置２７の
更に他の例を示したもので、馬蹄型ガイド８の上面にお
けるスタブ管２を挟むように略Ｕ字状に形成されている
一つの先端部２８ｂにＹ方向に延びたタッチセンサ３５
を備えている。尚、上記タッチセンサ３５は、該タッチ
センサ３５とスタブ管２との間に溶接回路を利用して電
圧が掛けられていて、タッチセンサ３５がスタブ管２に
接触すると、電流が流れてスタブ管２位置を検出するよ
うになっている。

【００４３】図９に実線で示すように、馬蹄型ガイド８
をＴ₁方向に移動させると、タッチセンサ３５によりス
タブ管２外周面の右側のＸ方向位置が検出され、続いて
仮想線で示すように馬蹄型ガイド８を９０゜旋回させて
上から下に向って移動させると、タッチセンサ３５によ
りスタブ管２外周面の上側のＹ方向位置が検出される。

【００４４】続いて、前記馬蹄型ガイド８をスタブ管２
から引き抜いて、図１０に示すように馬蹄型ガイド８を
Ｔ₂方向に移動させると、タッチセンサ３５によりスタ
ブ管２外周面の左側のＸ方向位置が検出され、続いて図
９に示したように馬蹄型ガイド８を９０゜旋回させて下
から上に向って移動させると、タッチセンサ３５により
スタブ管２外周面の下側のＹ方向位置が検出される。

【００４５】これによりスタブ管２の管径と位置とが検
出されることになるので、この検出されたスタブ管２の
軸心と馬蹄型ガイド８の軸心とがずれている場合には、
制御器３３によりロボットアーム２６を作動して、心合
わせを自動的に行う。

【００４６】続いてロボットアーム２６によりスタブ管
溶接機１をＺ方向に所定距離△ｈ（図４参照）だけ移動
させて、上記と同様の検出を行うと、スタブ管２に対す
る馬蹄型ガイド８のＸ方向の傾きとＹ方向の傾きを前記
式Ｉ及び式ＩＩによって求めることができる。従って、
図１の場合と同様に、制御器３３によりロボットアーム
２６を作動して、スタブ管２に対する馬蹄型ガイド８の
軸心ずれと傾きがない状態に迅速に調節することができ
る。なお、図９及び図１０の場合も図６に示したように
馬蹄型ガイド８の上下面に距離△ｈをおいてセンサ装置
２７を備えるようにすれば、ロボットアーム２６により
スタブ管溶接機１を距離△ｈだけ移動させる操作を省略
して能率を向上させることができる。

【００４７】更に、図９、図１０では一つの先端部２８
ｂにタッチセンサ３５を備えた場合を例示したが、両方
の先端部２８ａ，２８ｂにタッチセンサ３５を備えるよ
うにしてもよく、このようにすると図１０のように馬蹄
型ガイド８をスタブ管２から引き抜くという操作を省略
することができる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、スタブ
管溶接機をロボットアームに取付け、且つ馬蹄型ガイド
に備えたセンサ装置によりスタブ管に対する馬蹄型ガイ
ドの軸心ずれと傾きとを検出し、制御器によりロボット
アームを作動させてスタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸
心ずれと傾きを制御するようにしているので、スタブ管
に対する馬蹄型ガイドの位置合わせを自動的に迅速且つ
高精度に行うことができ、よってスタブ管の溶接作業の
高能率化を図ることができるという優れた効果を奏し得
る。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、ロボット
アームを管寄と平行に走行する走行台車に備えているの
で、多数のスタブ管を管寄に溶接する際のスタブ管溶接
機の位置決め作業を効率的に行うことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】馬蹄型ガイドに備えたセンサ装置の一例を示す
平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。

【図４】馬蹄型ガイドのＹ方向の傾きαを求める原理を
示す線図である。

【図５】馬蹄型ガイドのＸ方向の傾きβを求める原理を
示す線図である。

【図６】馬蹄型ガイドの上下にセンサ装置を備えた例を
示す側面図である。

【図７】センサ装置の他の例を示す平面図である。

【図８】図７のセンサ装置によりスタブ管の直径と軸心
を検出する原理を示す線図である。

【図９】タッチセンサによるセンサ装置の例を示す平面
図である。

【図１０】図９のセンサ装置の検出作動の状態を示す平
面図である。

【図１１】従来のスタブ管に対するスタブ管溶接機の取
付け状態を示す側面図である。

【図１２】図１１のスタブ管溶接機の平面図である。

【図１３】図１１のスタブ管溶接機の切断側面図であ
る。

【符号の説明】

１ スタブ管溶接機 ２ スタブ管 ３ 管寄 ８ 馬蹄型ガイド １９ 溶接トーチ ２５ａ レール ２６ ロボットアーム ２７ センサ装置 ３２ 検出信号 ３３ 制御器 α 傾き β 傾き

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管寄に複数配置されるスタブ管に半径方
   向から嵌合が可能な馬蹄型ガイドと該馬蹄型ガイドに支
   持されてスタブ管の外周を回転しながらスタブ管の周方
   向の隅肉溶接を行う溶接トーチとを備えているスタブ管
   溶接機を、ロボットアームに取付け、且つ前記馬蹄型ガ
   イドにスタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれと傾き
   とを検出するセンサ装置を取付け、該センサ装置からの
   検出信号に基づいて前記ロボットアームを作動すること
   によりスタブ管に対する馬蹄型ガイドの軸心ずれと傾き
   を制御する制御器を備えたことを特徴とするスタブ管自
   動溶接装置。
2. 【請求項２】 ロボットアームを、管寄に沿って設けた
   レール上を走行する走行台車に備えたことを特徴とする
   請求項１に記載のスタブ管自動溶接装置。