JPS60166175A - 自動シ−ル溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動シール溶接方法に関し、主に溶接部の高品
質化と、使用するマニプレータ及び溶接トーチ（あるい
は溶接ヘッド）の汎用化とを企図したものである。

従来、熱交換器や蒸気発生器の管板と管とのシール溶接
は、全て手作業で行うか、あるいは溶接機を用いるがそ
の位置決めは手作業による方法で行うか、であった。し
かし、前者の手作業で祉作業者に熟練を要する欠点があ
シ、後者の溶接機の手作業による位置決めでは溶接機を
用いる割に非能率であシ、更にいずれの場合も手作業が
入るのでヒユーマンエラーの介入する恐れがある。

また最近は、溶接機をＮＣａ軸制御のマニプレータに搭
載し、管板と管とを自動シール溶接することができるよ
うにした装置が市販されだした。しかし、この種の自動
シール溶接装置にも種々の問題点があるので、第１図〜
第３図によりその構造と共に説明する。第１図は装置全
体の概略正面図、第２図はその側面図、第３図は調芯方
法の説明図である。

第１図、第２図において％ｌは溶接ヘッドであ）、マニ
プレータ本体２に搭載されている。

マニラレーク２本体は、ベッド３に対して第１図で左右
即ちＸ軸に移動するコラム４と、このコラム４に対して
第１．２図で上下即ちＹ軸に移動するプーム５とを有す
る。従って溶接ヘッド１は、コラム４によってＸ軸に移
動し、ブーム５によってＹ＠ＩＣ移動し、また溶接ヘッ
ド自体の前後即ちＺ軸移動機能によって所定の溶接対象
管の位置まで移動する。これらのマニプレータ本体２及
び溶接ヘッドｌ自体による位置決めの他、位置決めの微
詞整機能即ち溶接ヘッドと管との調芯機能が備えられて
いる。即ち、管板と管とを連続してシール溶接している
間には。

溶接による熱のため管板の大きさ及び形状に変化をきた
すので、この熱変形に対応するＦＣｔｊ：マニプレータ
本体２による溶接ヘッドｌの位置決めを微調整する必要
がある。従来装置では第３図に示すように、溶接ヘッド
ｌに７０−ティング機能と接触式調芯機構を持たせて溶
接ヘッドｌと管６とを調芯することをもって解決策とし
ていた。第３図において、７はフローティング機構でｔ
Ｄｂ、これに先端に円錐状テーパのついた案内ｎ８が取
付けられ、溶接ヘッドの電極９はこの案内棒８の先端付
近に位置するよう配置されて回転される。１ｏｔｓｔ管
板である。調芯とｔ、テは、マニプレータ本体２による
ＸＹ平面上の位置決めと溶接ヘッド１自体の前進とＫよ
って、まず案内棒８の先端を管６内に挿入する。

このとき、両者の中心線がずれていると、フローティン
グ機構７があるので、管６の端面内径部と案内棒８のテ
ーパ部とが両者の全周において接触する１で案内棒８が
前進し、両者の中心線が一致したところで停止する。こ
の手順で調芯が完了した後、アークをスタートさせてシ
ール溶接を行う。

第１図〜第３図によシ説明した従来装置には、その１４
芯方法が案内棒８を用いた接触式であるため、次のよう
な問題点がある。

（ａ）　案内棒８によって管６が管板ｌＯの奥の方へ押
し込まれる恐れがある。

（ｂ）　溶接中には案内棒８と管６とが常時接触してい
るので、溶接時のたれこみによって案内棒８と管６とが
溶着する恐れがあシ、これは溶接品質を著しく劣化させ
る。

（Ｃ）　位置決め時に案内棒８の中心線が管６の外側に
あると、即ちマニプレータ本体２による位置決めが不適
切であると調芯が不可能である。従ってマニプレータ本
体２の位置決め精度祉相当良くないといけ々い。

（ｄ）　更に、溶接ヘッドｌがフローティング機構７と
案内棒８とを備え九構造であシ且つ溶接ヘッド１とマニ
プレータ本体２とが一体化した状態でｘＹｚの位置決め
が行われる構造であるから、上述した従来装置はシール
溶接専用機となっておシ−ル溶接機構を要しない期間中
はマニプレータとしての機能を拡管作業、他の溶接作業
、位置決め作業に利用することができず、装置を遊ばせ
ておくことになって不経済である。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、溶接部の高
品質化と、使用するマニプレータ及び溶接ヘッドの汎用
化とを達成することができる自動シール溶接方法を提供
することを目的とする。

この目的を達成する本発明の自動シール溶接方法の構成
は、荒い精度の位置決め装置と、この位置決め装置とは
別体で　− 寮暑備遥シール溶接機構及び当該位置決め装置の精度を
補正するイメージセンナを用いた非接触式の精密な位置
決め機構を有する自動シール溶接装置とを用い、上記位
置決め装置に自動シール溶接装置を搭載して自動シール
溶接装置をシール溶接部に荒く位置決めし、次いで自動
シール溶接装置自体の位置決め機構で溶接ヘッドをシー
ル溶接部に精密に位置決めしてシール溶接を行うことで
ある。

上述した如く本発明の自動シール溶接方法では、調芯機
構を非接触式とし、溶接装置にはシール溶接機構及びこ
の非接触式調芯機構を持たせ、マニプレータには溶接ヘ
ッドを所定の管位置へ移動させる機能を負担させるだけ
にする。

即ち、原子力蒸気発生器の管板と管とのシール溶接部は
一次側の冷却材が流れる個所である等。

一般に管板と管とのシール溶接部は高い溶接品質が要求
される。そこで、先に説明した従来例の如く管を管板の
奥へ押し込んだり、案内棒が管に溶着する恐れのある接
触式調芯は好ましくなく、是非とも非接触式の調芯を行
う必要がある。また、現在では管板と管との取付作業全
般の高能率化を図るため拡管作業をマニプレータによっ
て自動化していることを考えると、拡管とシール溶接と
に同じマニプレータを用いることが経済性などから好ま
しい。そのために、マニプレータには溶接ヘッドを所定
の管位置へ移動させるだけの機能を負担させ、溶接装置
にはマニプレータの精度を補正する非接触式調芯機構と
シール溶接機構とを備える必要がある。このようＫすｎ
ば、マニプレータの位置決め精度は溶接装置の調芯範囲
が広いほど荒くて良いこと忙なシ、且つマニプレータは
非接触式調芯機構付きの溶接装置の重量を支え得るもの
であれば何でも良りことＫなる。このことをマニプレー
タ側から逆に考えれば、その位置決め精度を補正できる
非接触式調芯機構を備え且つ支持限度内の重置の溶接装
置でさえあれば、どんな溶接装置と組み合わせても自動
シール溶接を行うことができるととＫなる。

以下、第４図〜第１Ｏ図によシ本発明の一実施例を説明
する。

荒い精度の位置決め装置（マニプレータ）はこれに搭載
する調芯機構付溶接装置を支え得る耐荷重性能を持って
いれば良く、マニプレータの一例を第４図、第５図に示
す。こ爪らの図において、１１は床面、１２は床面に固
定式若しくは移動式のベッド、１３はＸ軸（左右）移動
のコラム、１４はＹ軸（上下）及びＺ軸（前後）移動の
ブーム、１５はブームに固定の工具類取付用板である。

この取付板１５に取シ付けるべき調芯機購付き溶接装置
の一例を第６図、第７図に示す。これらの図において、
マニプレータのブーム１４先端の取付板１５には、Ｙ軸
（上下）移動テーブル１６が取シ付けられ、このテーブ
ル１６上ＫＸ軸（左右）移動テーブル１７が取シ付けら
れている。更に、このＸ軸移動テーブルエフの上にイメ
ージセンサカメラ２工が固定されている。溶シトーチ１
９４−ｊ；、Ｘ軸移動テーブル１７上の２軸（前後）移
動テーブル１８上に固定されている。前後位置決めセン
サ２２は管板ｌＯと溶接ヘッド２０間の距離測定用（Ｚ
軸）であり、溶接トーチ１９に取シ付けられている。上
下、左右２前後の各Ｙ、Ｘ、Ｚ軸移動ｆ軸移動ルー７’
ル　Ｉ　７．　１８はいずれもサーボモータあるいはパ
ルスモータで駆動され、その移動量はマイクロコンピュ
ータなどの制御装置で制御され、マニプレータよシも精
度の高いものとなっている。なお、溶接トーチ１９ｔ′
ｉ既存のものであシ、溶接中の電流、電圧、速度などの
条件は付属の電源及びタイマによって制御され、シール
溶接ができるよう罠なっている。更に、溶接トーチ１９
はＺ軸移動テーブル１８に対して着脱可能であｐ％常に
最良のシール溶接法を用いて高品質２合理化に役立つよ
うになっている。例えば、レーザー溶接など精度を要す
るシール溶接法を用いることができる。

次に作用を説明する。溶接の手順は第８図のフローチャ
ートに示す通シである。また、調芯のための溶接トーチ
１９とイメージセンナカメラ２１の動きを第９図に模式
的に示す。但し、第８図中の（ａ）〜（ｆ）の符号は第
９図中の同じ符号（ａ）〜σ）に対応している。更に、
第１０図に非接触式飼芯法の原理の一例としてのイメー
ジセンナカメラ２１による管中心のセンシングを第１０
図に示す。ここで祉、成るしきい値を境として明・暗の
判定にイメージセンサカメラ２１を用いておシ、第ｉｏ
図中ノＸｔ、Ｘ＊、ＹｔｓＹＰ　は左右、上下４個のイ
メージセン會各視野を示し。

センｆを用いることによシ、これらの明暗の境界データ
から、管６の中心座標がまる。なお。

このセンシング法Ｆｉ、シール溶接の前工程で行われる
仮拡管によって、管６が略真円になっているので用いる
ことができる。また、調芯範囲はイメージセンサカメラ
２１の視野によって決まるので、この視野の広さが第４
，５図のマニプレータの許容精度を決めることになシ、
それだけマニプレータは粗い精度で良いことになる。

溶接の手順を第８図、第９図によって説明する。まずマ
ニプレータ自体のＮＣ制御によって溶接トーチ１９．イ
メージセンサカメラ２１゜前後位置決めセンサ２２及び
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各テーブル１６．１７．１８を移動させる
（　（ｆ）、　（ａ））。

次いで非接触調芯のため、イメージセンナカメラ２１に
よって管６の軸芯位置（Ｘ、Ｙ座標）を測定する。この
測定データを用いマイクロコンピュータによってＸ、Ｙ
両移動テーブル１７゜１６を制御して溶接トーチ１９を
管６の芯位置へ移動しマニプレータのＸ、Ｙ＠精度を補
正する（Φ））。ここで、前後位置決めセンサ２２で溶
接トーチ１９と管板１１間の距離（Ｚ軸）を測定し、こ
のデータを用いマイクロコンピュータによってＺ軸テー
ブル１８を移動して溶接トーチ１９を前進させ、マニプ
レータのＺ軸精度を補正する（　（Ｃ）　）。以上によ
って精密な位置決めが完了し、溶接トーチをタイマにて
制御してシール溶接を行う（（Ｑ）。溶接が終了すると
マイクロコンピュータ制御によってＺ軸テーブル１８を
移動して溶接トーチ１９を一旦後退させ（（ｅ）　）、
またマニプレータによってイメージセンサカメラ２２が
元のトーチ位置へ来るよう移動させる。この状態で％１
ニブレータが更に移動し、次のシール溶接のために上述
した手順が繰り返される。

以上説明したように本発明によれば次のような利点があ
る。

（１）　ラフな位置決めを行うマニプレータと精密位置
決め及びシール溶接を行う装置を分けたことによシ、自
動シール溶接専用のマニプレータは必要でなくなり、マ
ニプレータを多目的に使える。即ち、コスト低減に効果
がある。

（２）非接触式の調芯法を用いているので、管を管板の
奥へ押し込む心配がなくなシ、また溶接部への他金属の
混入の恐れがない。、即ち溶接部の高品質が保証できる
。

（３）　位置決め精度の良くないマニプレータを用いて
もシール溶接に必要な溶接ヘッドと、管間の位置決め精
度を確保できる。しかも溶接、中の管板の歪による管位
置のズレにも追従できる。即ち、高品質の保証に効果が
ある。

（４）溶接ヘッドを取シ替えても位置決め精度は変化し
ないので、レーザー等信の精度を要するシール溶接法を
用いることもできる。従って、常に最良の溶接法を用い
得るので高品質合理化に効果がある。また、あらゆる材
料の管、管板に対応できる。

（５）位置決め、溶接を自動的に行うので省人効果が大
きい。

（６）あらゆるサイズの管、管ピッチに対応できる。

（７）　調芯が完全であるので、作業者が溶接時にアー
クを監視する必要がない。その為ガスのシールドを二重
三重にすることができる。これは溶接性の悪い材料への
適用を可能にする。

ζこで付言するに１本発明方法は実施例にて説明した管
板と雪間のシール溶接を自動的に行う場合の他、鞍型の
溶接など突出部が比較的短い管台の自動溶接にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動シール溶接専用機の正面図、第２図
はその側面図、第３図はそれに採用されている接触式調
芯法の説明図である。 第４図〜第１θ図は本発明の一実施例に関し。 第４図祉マニプレークの正面図、第５図はその側面図、
第６図は非接触式調芯機構付き自動シール溶接製蓋の側
面図、第７図はその正面図、第８図は溶接手順の７０−
チャート、第９図は溶接トーチとイメージセンサカメラ
の動キヲ模式的に示す説明図、第１θ図はイメージセン
ナカメラによる非接触式調芯法の原理説明図である。 図　面　中、 ６は管。 ｌＯは管板。 １３．１４．１５はそれぞれマニプレータのコラム（Ｘ
軸）、ブーム（Ｙ、Ｚ軸）。 取付板、 １６．１７．１８はそれぞれ精度補正用のｙ、ｘ、ｚ各
軸移動テーブル、 １９は溶接トーチ、 ２０は溶接ヘッド、 ２１は非接触詞芯のためのイメージセンナカメラ、 ２２は前後（Ｚ軸）距離測定用センナである。 特許出願人 三菱重工業株式会社 復代理人 弁理士光石士部 （他１名） ≦ｌｒｓ　／　！悶　第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 Ｙ 第９図 （ａ）　（ｂ）　（ｃ） （ｄ）　（ｅ）　（ｆ） 第１Ｏ図 ２／ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荒い精度の位置決め装置と、この位置決め装するイメー
   ジセンナを用いた非接触式の精密な位置決め機構を有す
   る自動シール溶接装置とを用い、上記位置決め装置に自
   動シール溶接装置を搭載して自動シール溶接装置をシー
   ル溶接部に荒く位置決めし２次いで自動シール溶接装置
   自体の位置決め機構で溶接ヘッドをシール溶接部に精密
   に位置決めしてシール溶接を行う自動シール溶接方法。