管用自動溶接装置
【課題】 溶接トーチの位置制御の制御ロジックを簡単にさせる。
【解決手段】 馬蹄型ガイド５に切欠部５ａを越えて回転できるように保持させた切欠付リングギア６に、溶接トーチ１４を取り付けて枝管溶接機４Ａを形成する。多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６先端側の手首フランジ面１８に、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａとは反対側の端部を、取付ベース部材２０を介して取り付ける。先端アーム部材１６の先端側に突出する多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６との間に、回転伝達手段１９を備えて、管用自動溶接装置を形成する。多関節ロボット３Ａに元来備わる手首軸１７以外の各軸の制御機能と、手首軸１７の制御機能により、枝管溶接機４Ａの位置の制御と、その溶接トーチ１４の円周動作の制御をそれぞれ行わせる。
【解決手段】 馬蹄型ガイド５に切欠部５ａを越えて回転できるように保持させた切欠付リングギア６に、溶接トーチ１４を取り付けて枝管溶接機４Ａを形成する。多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６先端側の手首フランジ面１８に、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａとは反対側の端部を、取付ベース部材２０を介して取り付ける。先端アーム部材１６の先端側に突出する多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６との間に、回転伝達手段１９を備えて、管用自動溶接装置を形成する。多関節ロボット３Ａに元来備わる手首軸１７以外の各軸の制御機能と、手首軸１７の制御機能により、枝管溶接機４Ａの位置の制御と、その溶接トーチ１４の円周動作の制御をそれぞれ行わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母管に枝管を溶接するために用いる管用自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（ヘッダ管）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。
【０００３】
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或る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。
【０００４】
又、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或る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開発されてきている。
【０００５】
そこで、本出願人は、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するための装置として、図５及び図６に示す如き管用の自動溶接装置を従来提案している。
【０００６】
すなわち、図５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上記母管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を取り付けた構成のものを提案している。
【０００７】
上記枝管溶接機４は、図６に示すように、枝管２を半径方向に沿わせて挿入するための切欠部５ａを備えて該切欠部５ａに挿入した枝管２を包囲可能なガイドとしての馬蹄型ガイド５を備え、上記枝管２を半径方向に沿わせて挿入するための切欠部６ａを備えて該切欠部６ａに挿入した枝管２を包囲可能な切欠付リングギア６を、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せてある。
【０００８】
更に、回転駆動用のモータ８とシーブ９と外周側に歯を有するタイミングベルト１０とからなる駆動機構７を備えて、該駆動機構７により、上記切欠付リングギア６を、上記馬蹄型ガイド５に対して相対的に回転駆動させることができるようにしてある。
【０００９】
上記切欠付リングギア６には、該リングギア６の切欠部６ａと同じ周方向の位置に切欠部１１ａを備えたトーチ取付部材１１が固定してあると共に、該トーチ取付部材１１の下側に、トーチ支持ブロック１２をスライドガイド１３を介して径方向にスライド可能に取り付けて、該トーチ支持ブロック１２に、溶接トーチ１４を、該溶接トーチ１４の下端部（先端部）が上記リングギア６の中心側に向くよう下向きに取り付けてなる構成としてある。
【００１０】
これにより、上記枝管溶接機４では、上記切欠付リングギア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及び切欠付リングギア６の各切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させ、これにより、上記切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けてある上記溶接トーチ１４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。
【００１１】
その後、上記駆動機構７におけるモータ８の運転により上記切欠付リングギア６を駆動させると、該切欠付リングギア６と一緒に上記溶接トーチ１４が、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（周回動作）させられるようにしてある。
【００１２】
したがって、この円周動作する溶接トーチ１４により、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置させてある枝管２と母管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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１９３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、前記したヘッドを製造する際、母管における枝管の取り付け部分には、該枝管に連通させるための図示しない孔が設けてあるが、この孔自体の加工精度により、該母管に枝管を溶接するときの実際の溶接個所について、設計データからの誤差（位置ずれ）が生じる虞がある。又、枝管を溶接するときに母管に作用する熱の影響により、該母管自体が撓んだり、歪んだりすることがあり、このことによっても、枝管と母管との実際の溶接個所に、設計データからの誤差（位置ずれ）が生じる虞がある。
【００１５】
そのため、図５及び図６に示した管用の自動溶接装置では、枝管２を母管１に対して溶接する作業を実施するときには、予めタッチセンシング等の所要の計測手段を用いて枝管２と母管１との実際の溶接個所についての位置計測を行い、その後、得られた計測結果（計測データ）を基に、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の内側に配置させた枝管２の周りで溶接トーチ１４の円周動作を行わせるときに、必要に応じて多関節ロボット３による枝管溶接機４自体の位置の調整（制御）も並行して行わせることにより、上記溶接トーチ１４を、上記枝管２と母管１との溶接個所の実際の位置に追従させながら円周動作させるようにすることが求められる。
【００１６】
しかし、図５及び図６に示した従来の管用の自動溶接装置では、枝管溶接機４における溶接トーチ１４の円周動作は、多関節ロボット３の外部に付加された軸（付加軸）となる上記枝管溶接機４に装備した回転駆動用のモータ８の制御によって行わせるようにしてあるため、この枝管溶接機４における溶接トーチ１４の円周動作と、多関節ロボット３による枝管溶接機４自体の位置の調整（制御）との連係を図るためには、上記多関節ロボット３の各軸（各関節部の旋回軸）の制御を行うようにしてある図示しないロボットコントローラと、上記枝管溶接機４のモータ８の運転を制御するための図示しない制御手段との同期をとる必要があり、そのために、上記溶接トーチ１４の位置を制御するために必要とされる自動溶接装置全体での制御ロジックが、複雑になっている。
【００１７】
そこで、本発明は、多関節ロボットによる枝管溶接機の位置の調整と、枝管溶接機にて円周動作させる溶接トーチの位置の制御をより簡単な制御ロジックで実施することができる管用自動溶接装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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、溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成とする。
【００１９】
又、上記構成において、多関節ロボットのロボットアームにおける先端アーム部材の先端側に、枝管溶接機を、該枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の中心軸が、上記多関節ロボットの手首軸の軸心と平行になる配置で取り付けるようにした構成とする。
【００２０】
更に、上記構成において、回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動ギアを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動ギアより動力伝達用ギアを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした構成とする。
【００２１】
同様に、上記構成において、回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動シーブを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動シーブよりタイミングベルトを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした構成とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の管用自動溶接装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成としてあるので、多関節ロボットのロボットアームにおける手首軸を除く各軸の動作により枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させ、この状態で、上記多関節ロボットの手首軸の回転により、回転伝達手段を介して切欠付リングギアを回転させて、この切欠付リングギアの回転に伴って、溶接トーチを、上記ガイドを外嵌させた溶接対象の枝管の周りで円周動作させることができる。このため、溶接対象の枝管と、母管との溶接個所を、上記円周動作する溶接トーチにより周方向の全周に亘って溶接することができる。
（２）上記枝管溶接機における溶接トーチの円周動作は、上記多関節ロボットの手首軸の回転により行わせることができるため、枝管溶接機のガイドに、上記溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要をなくすことができる。
（３）これにより、上記枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の制御を、多関節ロボットに元来備えられている手首軸の制御機能によって実施することができて、溶接トーチの円周動作を専用の駆動用モータで制御する場合に付加することが必要とされていた外部の制御装置を不要にすることができる。
（４）したがって、枝管溶接機の位置の制御と該枝管溶接機における上記溶接トーチの円周動作の制御とを、多関節ロボットの制御機能で処理することができるため、枝管溶接機の位置の制御と該枝管溶接機における上記溶接トーチの円周動作の制御の組み合わせで実施される溶接トーチの位置制御の制御ロジックを、従来に比して簡単なものとすることができる。
（５）枝管溶接機のガイドに溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機の装置構成をより簡略化することができて、該枝管溶接機の小型化を図るのに有利な構成とすることができる。よって、本発明の管用自動溶接装置が、狭隘個所の溶接により有利なものとなる効果が期待できる。
（６）上記溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータがなくなることで、故障の発生が懸念される個所を削減できる。
（７）上記溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータと、その制御装置が不要になることに伴い、電源の数を削減することができる。
（８）上記溶接トーチの円周動作を行わせるための手首軸の駆動源は、多関節ロボットに装備されているため、枝管溶接機のガイドに、上記溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを直接装備する場合に比して、該溶接トーチの円周動作のための駆動源が溶接部周辺の高温環境に曝される虞を抑制することができて、該駆動源の耐久性、信頼性の向上化を図ることが可能になる。
（９）枝管溶接機に溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータを装備する必要がなくなることで、枝管溶接機の重量を従来に比して軽減することができ、よって、枝管溶接機を先端側に取り付けた多関節ロボットの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の管用自動溶接装置の実施の一形態を示す概略側面図である。
【図２】図１の管用自動溶接装置における多関節ロボットのアームの先端側を拡大して示す一部切断側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示すもので、図３に対応する図である。
【図５】従来の枝管溶接用の自動溶接装置を示す概略斜視図である。
【図６】図５の自動溶接装置における枝管溶接機を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１乃至図３は本発明の管用自動溶接装置の実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２６】
すなわち、多関節ロボットとして、たとえば、図１に示す如き６軸の多関節ロボット３Ａを備えて、該多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における最も先端側のアーム部材（以下、単に先端アーム部材と云う）１６の先端部にて第６軸となる手首軸１７の周りに設けてある手首フランジ面１８に、図６に示した枝管溶接機４と同様のガイドとしての馬蹄型ガイド５と、該馬蹄型ガイド５に回転自在に支持させた切欠付リングギア６と、該切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けた溶接トーチ１４を備えてなる枝管溶接機４Ａを支持させる。更に、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、上記枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６との間に、上記手首軸１７の回転（旋回）を上記切欠付リングギア６へ伝えるための回転伝達手段１９を備えた構成とする。これにより、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の回転に伴って、上記回転伝達手段１９を介して、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６を回転させ、この切欠付リングギア６の回転と一緒に、上記溶接トーチ１４を円周動作させることができるようにする。
【００２７】
詳述すると、上記６軸の多関節ロボット３Ａは、ロボットアーム１５の先端アーム部材１６の先端部の外周位置に、該先端アーム部材１６に固定された手首フランジ面１８を備えると共に、旋回可能な手首軸１７を、上記手首フランジ面１８より先端アーム部材１６の先端側へ突出させて設けた構成としてある。
【００２８】
上記先端アーム部材１６の手首フランジ面１８には、平板状として中央部に軸挿通孔２０ａを備え、且つ上記軸挿通孔２０ａを中心とする周方向の一部の外周部に溶接機取付座２０ｂを備えてなる取付ベース部材２０が、軸挿通孔２０ａに上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７を挿通させた状態で取り付けてある。この際、上記取付ベース部材２０は、図２に示すように、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６を先端側が下向き、すなわち、上記手首軸１７が下向きとなる姿勢に配置させた状態とするときに、該先端アーム部材１６の先端側に取り付けてある該取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂが、上記先端アーム部材１６の基端側に連結されているロボットアーム１５の先端側から２番目のアーム部材２１の延びる方向に対してほぼ１８０度対向する方向へ突出した配置となるように取り付けてある。
【００２９】
更に、上記取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂにおける上記手首フランジ面１８に取り付けた側とは反対側の面部には、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部が取り付けてある。この際、上記枝管溶接機４Ａは、溶接トーチ１４の円周動作の中心軸となる上記切欠付リングギア６の軸心の方向が、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の軸心方向と平行になり、且つ上記溶接トーチ１４の先端側が、上記先端アーム部材１６より離反する方向へ向く姿勢で、上記取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂに取り付けるようにしてある。上記のように多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、溶接トーチ１４の円周動作の中心軸である切欠付リングギア６の軸心の方向を平行に配置することにより、上記回転伝達手段１９は、平行な軸間で回転力の伝達を行うようにすればよいため、該回転伝達手段１９の構成を、後述するように単純な構成とすることができるようにしてある。
【００３０】
上記回転伝達手段１９は、たとえば、取付ベース部材２０の軸挿通孔２０ａに挿通させた多関節ロボット３Ａの手首軸１７に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６が配置されている平面と同一の平面内に配置した駆動シーブ２２を取り付けると共に、図６に示したものと同様に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の外周近傍で且つ切欠付リングギア６の周方向に切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる位置に配置した２つの従動用のシーブ９を、上記馬蹄型ガイド５に回転自在に取り付け、更に、上記駆動シーブ２２と各従動用のシーブ９に、外周側に歯を有する無端状のタイミングベルト１０を掛け回して、該タイミングベルト１０における上記２つの従動用のシーブ９の間に位置する部分の歯を、上記切欠付リングギア６の外周部の歯に噛合させた構成としてある。これにより、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、該手首軸１７と一体に回転する上記駆動シーブ２２より、該駆動シーブ２２と各従動用のシーブ９の周りを循環移動する上記タイミングベルト１０を介して上記切欠付リングギア６へ伝えて、該切欠付リングギア６を回転させることができるようにしてあり、よって、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４を、上記切欠付リングギア６の回転に伴って円周動作させることができるようにしてある。
【００３１】
更に、上記タイミングベルト１０は、上記切欠付リングギア６の周方向に切欠部６ａの幅よりも広い間隔で配置した２つの従動用のシーブ９の間に位置する部分を、切欠付リングギア６に噛合させるようにしてあるため、該切欠付リングギア６の回転に伴って切欠部６ａが周方向のいかなる位置に配置された場合であっても、上記手首軸１７の回転を、上記回転伝達手段１９により常に切欠付リングギア６へ伝達することができるようにしてある。
【００３２】
なお、図示してないが、上記多関節ロボット３Ａは、リニアステージ等の直動機構を介して、図５に示したものと同様に、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上記母管１の長手方向に沿って移動可能に設けてあるものとする。その他、図５及び図６に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３３】
以上の構成としてある本発明の管用自動溶接装置を使用する場合は、予め、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の回転角度を調整して、上記枝管溶接機４Ａにおける上記切欠付リングギア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としておく。
【００３４】
次に、この状態で、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の操作により、上記先端アーム部材１６を、その先端側が下方に向くように配置させて、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５や切欠付リングギア６がほぼ水平に配置されるようにしながら、該ロボットアーム１５における手首軸１７以外の各軸の操作により、上記枝管溶接機４Ａを、母管１の外周面の上端側位置に仮止めしてある溶接対象となる枝管２に対し側方より近接させて、該枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５及び切欠付リングギア６の切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させて、上記枝管溶接機４Ａにて上記切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けてある上記溶接トーチ１４の先端側を、上記切欠付リングギア６の軸心位置に配置された上記枝管２と、母管１との溶接個所の周方向の１個所に向けて配置させるようにする。
【００３５】
ここで、仮に、６軸の多関節ロボットの手首軸の先端側に、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを、該手首軸の軸心方向に沿って取り付けた構成とする場合について考えてみると、この構成では、多関節ロボットの動作により枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象となる枝管に側方より外嵌させて配置した状態とするときに、上記多関節ロボットの手首軸は、溶接対象となる枝管と母管との溶接個所（溶接線）の作る平面とほぼ平行な配置となり、殆ど動作（回転）させる必要がない。
【００３６】
したがって、上記本発明の管用自動溶接装置のように、６軸の多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７を、枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作用の駆動軸として用いる構成としてあっても、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における上記手首軸１７以外の各軸での回転（旋回）動作に基づいて、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を溶接対象となる枝管２に側方より外嵌させる操作に支承が生じることはない。
【００３７】
その後、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７を回転させると、この手首軸１７の回転に伴って、上記切欠付リングギア６が回転駆動されて、該切欠付リングギア６と一緒に、上記溶接トーチ１４が上記溶接対象となる枝管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られるようになる。よって、この円周動作する溶接トーチ１４により、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置させてある溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘って溶接するようにする。
【００３８】
このように、本発明の管用自動溶接装置によれば、溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、上記枝管２の周りで円周動作させる溶接トーチ１４により周方向の全周に亘って溶接することができる。
【００３９】
しかも、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作は、上記６軸としてある多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転により行わせることができるようにしてあるため、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要をなくすことができる。
【００４０】
このため、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作の制御を、多関節ロボット３Ａの制御を行うための図示しないロボットコントローラに元来備えられている手首軸１７の制御機能によって実施することができる。これにより、従来、溶接トーチ１４の円周動作を専用の駆動用モータで制御するためにロボットコントローラの外部に付加することが必要とされていた制御装置を不要にすることができる。
【００４１】
したがって、たとえば、枝管２と母管１との溶接個所の設計データからの誤差（位置ずれ）を補正する場合等のように、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作と、多関節ロボット３Ａによる枝管溶接機４Ａ自体の位置の調整とを連係して制御する必要が生じる場合であっても、上記枝管溶接機４Ａの位置の制御と該枝管溶接機４Ａにおける上記溶接トーチ１４の円周動作の制御とを、上記多関節ロボット３Ａの図示しないロボットコントローラの内部で処理することができるため、該図示しないロボットコントローラの外部に溶接トーチ１４の円周動作を制御するための制御装置を別途設ける場合に比して、制御ロジックをより簡単なものとすることができる。
【００４２】
又、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機４Ａの装置構成をより簡略化することができて、該枝管溶接機４Ａの小型化を図るのに有利な構成とすることができる。よって、狭隘個所の溶接により有利なものとなる効果が期待できる。
【００４３】
更に、上記溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータがなくなることで、故障の発生が懸念される個所を削減できる。
【００４４】
上記溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータと、その制御装置が不要になることに伴い、該溶接トーチ１４の円周動作専用の駆動用モータと、その制御装置のための電源も不要にできるため、電源の数を削減することができる。
【００４５】
しかも、溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための手首軸１７の駆動源が、上記多関節ロボット３Ａの先端アーム部材１６に装備されているため、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを直接装備する場合に比して、該溶接トーチ１４の円周動作のための駆動源が溶接部周辺の高温環境に曝される虞を抑制することができるため、該駆動源の耐久性、信頼性の向上化を図ることが可能になる。
【００４６】
更には、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機４Ａの重量を従来に比して軽減することができ、よって、上記枝管溶接機４Ａを先端側に取り付けた多関節ロボット３Ａの負担を軽減することができる。
【００４７】
次に、図４は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１乃至図３に示したと同様の構成において、多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６に伝えるための回転伝達手段１９を、上記手首軸１７に取り付けた駆動シーブ２２と、上記切欠付リングギア６の外周近傍位置に配設した２つの従動用のシーブ９と、該駆動シーブ２２及び各従動用のシーブ９に掛け回して切欠付リングギア６に噛合させたタイミングベルト１０とからなる構成とすることに代えて、多関節ロボット３Ａの手首軸１７に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６が配置されている平面と同一の平面内に配置した駆動ギア２３を取り付け、更に、同一径の２つの動力伝達用ギア２４を、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の外周部の歯に対して該切欠付リングギア６の周方向における切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる２個所で個別に噛合し、且つ上記手首軸１７に取り付けた駆動ギア２３にもそれぞれ噛合するように配置して、該各動力伝達用ギア２４を、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５の対応する個所にそれぞれ回転自在に支持させて回転伝達手段１９ａを構成してある。
【００４８】
これにより、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、該手首軸１７と一体に回転する上記駆動ギア２３より、各動力伝達用ギア２４を介して上記切欠付リングギア６へ伝えて、該切欠付リングギア６を、上記手首軸１７の回転方向と同一の方向に回転させることができるようにしてあり、よって、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４を、上記切欠付リングギア６の回転に伴って円周動作させることができるようにしてある。
【００４９】
更に、上記２つの動力伝達用ギア２４は、上記切欠付リングギア６に対し、切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる２個所で噛合させるようにしてあるため、該切欠付リングギア６の回転に伴って切欠部６ａがいずれか一方の動力伝達用ギア２４に臨む配置とされて、該一方の動力伝達用ギア２４が上記切欠付リングギア６の外周部の歯から離脱した状態であっても、上記手首軸１７と一体の駆動ギア２３の回転は、他方の動力伝達用ギア２４を介して上記切欠付リングギア６へ伝えることができるようになる。よって、上記手首軸１７の回転を、上記回転伝達手段１９ａにより常に切欠付リングギア６へ伝達することができるようにしてある。
【００５０】
更に、図４の実施の形態では、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７に取り付けた駆動ギア２３の径を、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の径と同一径としてある。これにより、上記手首軸１７を３６０度強回転させることで、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６を３６０度強回転させることができ、よって、溶接トーチ１４を、枝管２と母管１との溶接個所の周方向の全周に亘る溶接に必要とされる３６０度強の円周動作を行わせることができるようになる。
【００５１】
したがって、一般的な産業用ロボットとして用いられている多関節ロボットでは、手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている場合があるが、この種の手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている一般的な作業用ロボットとして用いられている多関節ロボットを、本発明の管用自動溶接装置を構成するための多関節ロボット３Ａとして適用する場合に有利な構成とすることができる。
【００５２】
その他の構成は図１乃至図３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。
【００５３】
以上の構成としてある本実施の形態の管用自動溶接装置によれば、多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転により、回転伝達手段１９ａを介して枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６を回転させて、該切欠付リングギア６の回転に伴って溶接トーチを円周動作させることができるため、図１乃至図３の実施の形態の管用自動溶接装置と同様に用いることで、溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、上記枝管２の周りで円周動作させる溶接トーチ１４により周方向の全周に亘って溶接することができ、よって、図１乃至図３に示した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
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、上記各実施の形態では、多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６の先端側に設けてある手首フランジ面１８に、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部を、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７を挿通させるための軸挿通孔２０ａを備えた取付ベース部材２０を介して取り付ける構成を示したが、取付ベース部材２０は、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の先端アーム部材１６の手首フランジ面１８に、手首軸１７に干渉することなく枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を取り付けることができるようにしてあれば、いかなる形状のものを採用してもよい。更に、取付ベース部材２０は、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の先端アーム部材１６の先端部に取り付けることができるようにしてあれば、上記馬蹄型ガイド５を、先端アーム部材１６の先端部の側面等、手首フランジ面１８以外の個所に取り付ける形式のものとしてもよい。更には、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部を、取付ベース部材２０を介在させることなく、上記多関節ロボット３Ａの先端アーム部材１６の手首フランジ面１８等の先端部に直接取り付ける構成としてもよい。
【００５５】
図１乃至図３の実施の形態における駆動シーブ２２の径、及び、図４の実施の形態における駆動ギア２３の径は、枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６と一緒に溶接トーチ１４を、枝管２と母管１の溶接個所の周方向の全周に亘る溶接を行うために必要となる少なくとも３６０度強の範囲で円周動作させることができるようにしてあれば、多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の旋回ストロークと、上記切欠付リングギア６の径に応じて適宜変更してもよい。
【００５６】
更に、図１乃至図３の実施の形態において、駆動シーブ２２の径を、枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の径と同一径としてもよい。このようにすれば、上記手首軸１７を３６０度強回転させることで、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６と共に溶接トーチ１４を、枝管２と母管１との溶接個所の周方向の全周に亘る溶接に必要とされる３６０度強の円周動作を行わせることができるようになるため、手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている一般的な作業用ロボットとして用いられている多関節ロボットを、本発明の管用自動溶接装置を構成するための多関節ロボット３Ａとして適用する場合に有利なものとする効果が期待できる。
【００５７】
多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６へ伝えることができるようにしてあれば、回転伝達手段１９，１９ａは、たとえば、チェーンを用いる形式や、その他、図３及び図４に示した以外のいかなる形式のものを採用してもよい。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
２ 枝管
３Ａ 多関節ロボット
４Ａ 枝管溶接機
５ａ 切欠部
５ 馬蹄型ガイド（ガイド）
６ 切欠付リングギア
１０ タイミングベルト
１４ 溶接トーチ
１５ ロボットアーム
１６ 先端アーム部材
１７ 手首軸
１９，１９ａ 回転伝達手段
２２ 駆動シーブ
２３ 駆動ギア
２４ 動力伝達用ギア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母管に枝管を溶接するために用いる管用自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（ヘッダ管）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。
【０００３】
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或る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。
【０００４】
又、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或る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開発されてきている。
【０００５】
そこで、本出願人は、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するための装置として、図５及び図６に示す如き管用の自動溶接装置を従来提案している。
【０００６】
すなわち、図５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上記母管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を取り付けた構成のものを提案している。
【０００７】
上記枝管溶接機４は、図６に示すように、枝管２を半径方向に沿わせて挿入するための切欠部５ａを備えて該切欠部５ａに挿入した枝管２を包囲可能なガイドとしての馬蹄型ガイド５を備え、上記枝管２を半径方向に沿わせて挿入するための切欠部６ａを備えて該切欠部６ａに挿入した枝管２を包囲可能な切欠付リングギア６を、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せてある。
【０００８】
更に、回転駆動用のモータ８とシーブ９と外周側に歯を有するタイミングベルト１０とからなる駆動機構７を備えて、該駆動機構７により、上記切欠付リングギア６を、上記馬蹄型ガイド５に対して相対的に回転駆動させることができるようにしてある。
【０００９】
上記切欠付リングギア６には、該リングギア６の切欠部６ａと同じ周方向の位置に切欠部１１ａを備えたトーチ取付部材１１が固定してあると共に、該トーチ取付部材１１の下側に、トーチ支持ブロック１２をスライドガイド１３を介して径方向にスライド可能に取り付けて、該トーチ支持ブロック１２に、溶接トーチ１４を、該溶接トーチ１４の下端部（先端部）が上記リングギア６の中心側に向くよう下向きに取り付けてなる構成としてある。
【００１０】
これにより、上記枝管溶接機４では、上記切欠付リングギア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及び切欠付リングギア６の各切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させ、これにより、上記切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けてある上記溶接トーチ１４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。
【００１１】
その後、上記駆動機構７におけるモータ８の運転により上記切欠付リングギア６を駆動させると、該切欠付リングギア６と一緒に上記溶接トーチ１４が、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（周回動作）させられるようにしてある。
【００１２】
したがって、この円周動作する溶接トーチ１４により、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置させてある枝管２と母管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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１９３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、前記したヘッドを製造する際、母管における枝管の取り付け部分には、該枝管に連通させるための図示しない孔が設けてあるが、この孔自体の加工精度により、該母管に枝管を溶接するときの実際の溶接個所について、設計データからの誤差（位置ずれ）が生じる虞がある。又、枝管を溶接するときに母管に作用する熱の影響により、該母管自体が撓んだり、歪んだりすることがあり、このことによっても、枝管と母管との実際の溶接個所に、設計データからの誤差（位置ずれ）が生じる虞がある。
【００１５】
そのため、図５及び図６に示した管用の自動溶接装置では、枝管２を母管１に対して溶接する作業を実施するときには、予めタッチセンシング等の所要の計測手段を用いて枝管２と母管１との実際の溶接個所についての位置計測を行い、その後、得られた計測結果（計測データ）を基に、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の内側に配置させた枝管２の周りで溶接トーチ１４の円周動作を行わせるときに、必要に応じて多関節ロボット３による枝管溶接機４自体の位置の調整（制御）も並行して行わせることにより、上記溶接トーチ１４を、上記枝管２と母管１との溶接個所の実際の位置に追従させながら円周動作させるようにすることが求められる。
【００１６】
しかし、図５及び図６に示した従来の管用の自動溶接装置では、枝管溶接機４における溶接トーチ１４の円周動作は、多関節ロボット３の外部に付加された軸（付加軸）となる上記枝管溶接機４に装備した回転駆動用のモータ８の制御によって行わせるようにしてあるため、この枝管溶接機４における溶接トーチ１４の円周動作と、多関節ロボット３による枝管溶接機４自体の位置の調整（制御）との連係を図るためには、上記多関節ロボット３の各軸（各関節部の旋回軸）の制御を行うようにしてある図示しないロボットコントローラと、上記枝管溶接機４のモータ８の運転を制御するための図示しない制御手段との同期をとる必要があり、そのために、上記溶接トーチ１４の位置を制御するために必要とされる自動溶接装置全体での制御ロジックが、複雑になっている。
【００１７】
そこで、本発明は、多関節ロボットによる枝管溶接機の位置の調整と、枝管溶接機にて円周動作させる溶接トーチの位置の制御をより簡単な制御ロジックで実施することができる管用自動溶接装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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、溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成とする。
【００１９】
又、上記構成において、多関節ロボットのロボットアームにおける先端アーム部材の先端側に、枝管溶接機を、該枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の中心軸が、上記多関節ロボットの手首軸の軸心と平行になる配置で取り付けるようにした構成とする。
【００２０】
更に、上記構成において、回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動ギアを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動ギアより動力伝達用ギアを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした構成とする。
【００２１】
同様に、上記構成において、回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動シーブを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動シーブよりタイミングベルトを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした構成とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の管用自動溶接装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成としてあるので、多関節ロボットのロボットアームにおける手首軸を除く各軸の動作により枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させ、この状態で、上記多関節ロボットの手首軸の回転により、回転伝達手段を介して切欠付リングギアを回転させて、この切欠付リングギアの回転に伴って、溶接トーチを、上記ガイドを外嵌させた溶接対象の枝管の周りで円周動作させることができる。このため、溶接対象の枝管と、母管との溶接個所を、上記円周動作する溶接トーチにより周方向の全周に亘って溶接することができる。
（２）上記枝管溶接機における溶接トーチの円周動作は、上記多関節ロボットの手首軸の回転により行わせることができるため、枝管溶接機のガイドに、上記溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要をなくすことができる。
（３）これにより、上記枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の制御を、多関節ロボットに元来備えられている手首軸の制御機能によって実施することができて、溶接トーチの円周動作を専用の駆動用モータで制御する場合に付加することが必要とされていた外部の制御装置を不要にすることができる。
（４）したがって、枝管溶接機の位置の制御と該枝管溶接機における上記溶接トーチの円周動作の制御とを、多関節ロボットの制御機能で処理することができるため、枝管溶接機の位置の制御と該枝管溶接機における上記溶接トーチの円周動作の制御の組み合わせで実施される溶接トーチの位置制御の制御ロジックを、従来に比して簡単なものとすることができる。
（５）枝管溶接機のガイドに溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機の装置構成をより簡略化することができて、該枝管溶接機の小型化を図るのに有利な構成とすることができる。よって、本発明の管用自動溶接装置が、狭隘個所の溶接により有利なものとなる効果が期待できる。
（６）上記溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータがなくなることで、故障の発生が懸念される個所を削減できる。
（７）上記溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータと、その制御装置が不要になることに伴い、電源の数を削減することができる。
（８）上記溶接トーチの円周動作を行わせるための手首軸の駆動源は、多関節ロボットに装備されているため、枝管溶接機のガイドに、上記溶接トーチの円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを直接装備する場合に比して、該溶接トーチの円周動作のための駆動源が溶接部周辺の高温環境に曝される虞を抑制することができて、該駆動源の耐久性、信頼性の向上化を図ることが可能になる。
（９）枝管溶接機に溶接トーチの円周動作のための専用の駆動用モータを装備する必要がなくなることで、枝管溶接機の重量を従来に比して軽減することができ、よって、枝管溶接機を先端側に取り付けた多関節ロボットの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の管用自動溶接装置の実施の一形態を示す概略側面図である。
【図２】図１の管用自動溶接装置における多関節ロボットのアームの先端側を拡大して示す一部切断側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示すもので、図３に対応する図である。
【図５】従来の枝管溶接用の自動溶接装置を示す概略斜視図である。
【図６】図５の自動溶接装置における枝管溶接機を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１乃至図３は本発明の管用自動溶接装置の実施の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２６】
すなわち、多関節ロボットとして、たとえば、図１に示す如き６軸の多関節ロボット３Ａを備えて、該多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における最も先端側のアーム部材（以下、単に先端アーム部材と云う）１６の先端部にて第６軸となる手首軸１７の周りに設けてある手首フランジ面１８に、図６に示した枝管溶接機４と同様のガイドとしての馬蹄型ガイド５と、該馬蹄型ガイド５に回転自在に支持させた切欠付リングギア６と、該切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けた溶接トーチ１４を備えてなる枝管溶接機４Ａを支持させる。更に、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、上記枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６との間に、上記手首軸１７の回転（旋回）を上記切欠付リングギア６へ伝えるための回転伝達手段１９を備えた構成とする。これにより、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の回転に伴って、上記回転伝達手段１９を介して、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６を回転させ、この切欠付リングギア６の回転と一緒に、上記溶接トーチ１４を円周動作させることができるようにする。
【００２７】
詳述すると、上記６軸の多関節ロボット３Ａは、ロボットアーム１５の先端アーム部材１６の先端部の外周位置に、該先端アーム部材１６に固定された手首フランジ面１８を備えると共に、旋回可能な手首軸１７を、上記手首フランジ面１８より先端アーム部材１６の先端側へ突出させて設けた構成としてある。
【００２８】
上記先端アーム部材１６の手首フランジ面１８には、平板状として中央部に軸挿通孔２０ａを備え、且つ上記軸挿通孔２０ａを中心とする周方向の一部の外周部に溶接機取付座２０ｂを備えてなる取付ベース部材２０が、軸挿通孔２０ａに上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７を挿通させた状態で取り付けてある。この際、上記取付ベース部材２０は、図２に示すように、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６を先端側が下向き、すなわち、上記手首軸１７が下向きとなる姿勢に配置させた状態とするときに、該先端アーム部材１６の先端側に取り付けてある該取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂが、上記先端アーム部材１６の基端側に連結されているロボットアーム１５の先端側から２番目のアーム部材２１の延びる方向に対してほぼ１８０度対向する方向へ突出した配置となるように取り付けてある。
【００２９】
更に、上記取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂにおける上記手首フランジ面１８に取り付けた側とは反対側の面部には、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部が取り付けてある。この際、上記枝管溶接機４Ａは、溶接トーチ１４の円周動作の中心軸となる上記切欠付リングギア６の軸心の方向が、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の軸心方向と平行になり、且つ上記溶接トーチ１４の先端側が、上記先端アーム部材１６より離反する方向へ向く姿勢で、上記取付ベース部材２０の溶接機取付座２０ｂに取り付けるようにしてある。上記のように多関節ロボット３Ａの手首軸１７と、溶接トーチ１４の円周動作の中心軸である切欠付リングギア６の軸心の方向を平行に配置することにより、上記回転伝達手段１９は、平行な軸間で回転力の伝達を行うようにすればよいため、該回転伝達手段１９の構成を、後述するように単純な構成とすることができるようにしてある。
【００３０】
上記回転伝達手段１９は、たとえば、取付ベース部材２０の軸挿通孔２０ａに挿通させた多関節ロボット３Ａの手首軸１７に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６が配置されている平面と同一の平面内に配置した駆動シーブ２２を取り付けると共に、図６に示したものと同様に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の外周近傍で且つ切欠付リングギア６の周方向に切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる位置に配置した２つの従動用のシーブ９を、上記馬蹄型ガイド５に回転自在に取り付け、更に、上記駆動シーブ２２と各従動用のシーブ９に、外周側に歯を有する無端状のタイミングベルト１０を掛け回して、該タイミングベルト１０における上記２つの従動用のシーブ９の間に位置する部分の歯を、上記切欠付リングギア６の外周部の歯に噛合させた構成としてある。これにより、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、該手首軸１７と一体に回転する上記駆動シーブ２２より、該駆動シーブ２２と各従動用のシーブ９の周りを循環移動する上記タイミングベルト１０を介して上記切欠付リングギア６へ伝えて、該切欠付リングギア６を回転させることができるようにしてあり、よって、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４を、上記切欠付リングギア６の回転に伴って円周動作させることができるようにしてある。
【００３１】
更に、上記タイミングベルト１０は、上記切欠付リングギア６の周方向に切欠部６ａの幅よりも広い間隔で配置した２つの従動用のシーブ９の間に位置する部分を、切欠付リングギア６に噛合させるようにしてあるため、該切欠付リングギア６の回転に伴って切欠部６ａが周方向のいかなる位置に配置された場合であっても、上記手首軸１７の回転を、上記回転伝達手段１９により常に切欠付リングギア６へ伝達することができるようにしてある。
【００３２】
なお、図示してないが、上記多関節ロボット３Ａは、リニアステージ等の直動機構を介して、図５に示したものと同様に、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上記母管１の長手方向に沿って移動可能に設けてあるものとする。その他、図５及び図６に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３３】
以上の構成としてある本発明の管用自動溶接装置を使用する場合は、予め、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の回転角度を調整して、上記枝管溶接機４Ａにおける上記切欠付リングギア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としておく。
【００３４】
次に、この状態で、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の操作により、上記先端アーム部材１６を、その先端側が下方に向くように配置させて、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５や切欠付リングギア６がほぼ水平に配置されるようにしながら、該ロボットアーム１５における手首軸１７以外の各軸の操作により、上記枝管溶接機４Ａを、母管１の外周面の上端側位置に仮止めしてある溶接対象となる枝管２に対し側方より近接させて、該枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５及び切欠付リングギア６の切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させて、上記枝管溶接機４Ａにて上記切欠付リングギア６にトーチ取付部材１１、スライドガイド１３及びトーチ支持ブロック１２を介して取り付けてある上記溶接トーチ１４の先端側を、上記切欠付リングギア６の軸心位置に配置された上記枝管２と、母管１との溶接個所の周方向の１個所に向けて配置させるようにする。
【００３５】
ここで、仮に、６軸の多関節ロボットの手首軸の先端側に、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを、該手首軸の軸心方向に沿って取り付けた構成とする場合について考えてみると、この構成では、多関節ロボットの動作により枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象となる枝管に側方より外嵌させて配置した状態とするときに、上記多関節ロボットの手首軸は、溶接対象となる枝管と母管との溶接個所（溶接線）の作る平面とほぼ平行な配置となり、殆ど動作（回転）させる必要がない。
【００３６】
したがって、上記本発明の管用自動溶接装置のように、６軸の多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７を、枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作用の駆動軸として用いる構成としてあっても、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における上記手首軸１７以外の各軸での回転（旋回）動作に基づいて、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を溶接対象となる枝管２に側方より外嵌させる操作に支承が生じることはない。
【００３７】
その後、上記多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７を回転させると、この手首軸１７の回転に伴って、上記切欠付リングギア６が回転駆動されて、該切欠付リングギア６と一緒に、上記溶接トーチ１４が上記溶接対象となる枝管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られるようになる。よって、この円周動作する溶接トーチ１４により、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置させてある溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘って溶接するようにする。
【００３８】
このように、本発明の管用自動溶接装置によれば、溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、上記枝管２の周りで円周動作させる溶接トーチ１４により周方向の全周に亘って溶接することができる。
【００３９】
しかも、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作は、上記６軸としてある多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転により行わせることができるようにしてあるため、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要をなくすことができる。
【００４０】
このため、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作の制御を、多関節ロボット３Ａの制御を行うための図示しないロボットコントローラに元来備えられている手首軸１７の制御機能によって実施することができる。これにより、従来、溶接トーチ１４の円周動作を専用の駆動用モータで制御するためにロボットコントローラの外部に付加することが必要とされていた制御装置を不要にすることができる。
【００４１】
したがって、たとえば、枝管２と母管１との溶接個所の設計データからの誤差（位置ずれ）を補正する場合等のように、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４の円周動作と、多関節ロボット３Ａによる枝管溶接機４Ａ自体の位置の調整とを連係して制御する必要が生じる場合であっても、上記枝管溶接機４Ａの位置の制御と該枝管溶接機４Ａにおける上記溶接トーチ１４の円周動作の制御とを、上記多関節ロボット３Ａの図示しないロボットコントローラの内部で処理することができるため、該図示しないロボットコントローラの外部に溶接トーチ１４の円周動作を制御するための制御装置を別途設ける場合に比して、制御ロジックをより簡単なものとすることができる。
【００４２】
又、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機４Ａの装置構成をより簡略化することができて、該枝管溶接機４Ａの小型化を図るのに有利な構成とすることができる。よって、狭隘個所の溶接により有利なものとなる効果が期待できる。
【００４３】
更に、上記溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータがなくなることで、故障の発生が懸念される個所を削減できる。
【００４４】
上記溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータと、その制御装置が不要になることに伴い、該溶接トーチ１４の円周動作専用の駆動用モータと、その制御装置のための電源も不要にできるため、電源の数を削減することができる。
【００４５】
しかも、溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための手首軸１７の駆動源が、上記多関節ロボット３Ａの先端アーム部材１６に装備されているため、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に、上記溶接トーチ１４の円周動作を行わせるための専用の駆動用モータを直接装備する場合に比して、該溶接トーチ１４の円周動作のための駆動源が溶接部周辺の高温環境に曝される虞を抑制することができるため、該駆動源の耐久性、信頼性の向上化を図ることが可能になる。
【００４６】
更には、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５に溶接トーチ１４の円周動作のための専用の駆動用モータを装備する必要がないため、枝管溶接機４Ａの重量を従来に比して軽減することができ、よって、上記枝管溶接機４Ａを先端側に取り付けた多関節ロボット３Ａの負担を軽減することができる。
【００４７】
次に、図４は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１乃至図３に示したと同様の構成において、多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６に伝えるための回転伝達手段１９を、上記手首軸１７に取り付けた駆動シーブ２２と、上記切欠付リングギア６の外周近傍位置に配設した２つの従動用のシーブ９と、該駆動シーブ２２及び各従動用のシーブ９に掛け回して切欠付リングギア６に噛合させたタイミングベルト１０とからなる構成とすることに代えて、多関節ロボット３Ａの手首軸１７に、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６が配置されている平面と同一の平面内に配置した駆動ギア２３を取り付け、更に、同一径の２つの動力伝達用ギア２４を、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の外周部の歯に対して該切欠付リングギア６の周方向における切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる２個所で個別に噛合し、且つ上記手首軸１７に取り付けた駆動ギア２３にもそれぞれ噛合するように配置して、該各動力伝達用ギア２４を、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５の対応する個所にそれぞれ回転自在に支持させて回転伝達手段１９ａを構成してある。
【００４８】
これにより、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、該手首軸１７と一体に回転する上記駆動ギア２３より、各動力伝達用ギア２４を介して上記切欠付リングギア６へ伝えて、該切欠付リングギア６を、上記手首軸１７の回転方向と同一の方向に回転させることができるようにしてあり、よって、上記枝管溶接機４Ａにおける溶接トーチ１４を、上記切欠付リングギア６の回転に伴って円周動作させることができるようにしてある。
【００４９】
更に、上記２つの動力伝達用ギア２４は、上記切欠付リングギア６に対し、切欠部６ａの幅よりも広い間隔となる２個所で噛合させるようにしてあるため、該切欠付リングギア６の回転に伴って切欠部６ａがいずれか一方の動力伝達用ギア２４に臨む配置とされて、該一方の動力伝達用ギア２４が上記切欠付リングギア６の外周部の歯から離脱した状態であっても、上記手首軸１７と一体の駆動ギア２３の回転は、他方の動力伝達用ギア２４を介して上記切欠付リングギア６へ伝えることができるようになる。よって、上記手首軸１７の回転を、上記回転伝達手段１９ａにより常に切欠付リングギア６へ伝達することができるようにしてある。
【００５０】
更に、図４の実施の形態では、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７に取り付けた駆動ギア２３の径を、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の径と同一径としてある。これにより、上記手首軸１７を３６０度強回転させることで、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６を３６０度強回転させることができ、よって、溶接トーチ１４を、枝管２と母管１との溶接個所の周方向の全周に亘る溶接に必要とされる３６０度強の円周動作を行わせることができるようになる。
【００５１】
したがって、一般的な産業用ロボットとして用いられている多関節ロボットでは、手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている場合があるが、この種の手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている一般的な作業用ロボットとして用いられている多関節ロボットを、本発明の管用自動溶接装置を構成するための多関節ロボット３Ａとして適用する場合に有利な構成とすることができる。
【００５２】
その他の構成は図１乃至図３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。
【００５３】
以上の構成としてある本実施の形態の管用自動溶接装置によれば、多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転により、回転伝達手段１９ａを介して枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６を回転させて、該切欠付リングギア６の回転に伴って溶接トーチを円周動作させることができるため、図１乃至図３の実施の形態の管用自動溶接装置と同様に用いることで、溶接対象となる枝管２と、母管１との溶接個所を、上記枝管２の周りで円周動作させる溶接トーチ１４により周方向の全周に亘って溶接することができ、よって、図１乃至図３に示した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
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、上記各実施の形態では、多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５における先端アーム部材１６の先端側に設けてある手首フランジ面１８に、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部を、上記多関節ロボット３Ａの手首軸１７を挿通させるための軸挿通孔２０ａを備えた取付ベース部材２０を介して取り付ける構成を示したが、取付ベース部材２０は、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の先端アーム部材１６の手首フランジ面１８に、手首軸１７に干渉することなく枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を取り付けることができるようにしてあれば、いかなる形状のものを採用してもよい。更に、取付ベース部材２０は、枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５を、上記多関節ロボット３Ａのロボットアーム１５の先端アーム部材１６の先端部に取り付けることができるようにしてあれば、上記馬蹄型ガイド５を、先端アーム部材１６の先端部の側面等、手首フランジ面１８以外の個所に取り付ける形式のものとしてもよい。更には、上記枝管溶接機４Ａの馬蹄型ガイド５における切欠部５ａの開口側と離反した端部を、取付ベース部材２０を介在させることなく、上記多関節ロボット３Ａの先端アーム部材１６の手首フランジ面１８等の先端部に直接取り付ける構成としてもよい。
【００５５】
図１乃至図３の実施の形態における駆動シーブ２２の径、及び、図４の実施の形態における駆動ギア２３の径は、枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６と一緒に溶接トーチ１４を、枝管２と母管１の溶接個所の周方向の全周に亘る溶接を行うために必要となる少なくとも３６０度強の範囲で円周動作させることができるようにしてあれば、多関節ロボット３Ａにおける手首軸１７の旋回ストロークと、上記切欠付リングギア６の径に応じて適宜変更してもよい。
【００５６】
更に、図１乃至図３の実施の形態において、駆動シーブ２２の径を、枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６の径と同一径としてもよい。このようにすれば、上記手首軸１７を３６０度強回転させることで、上記枝管溶接機４Ａの切欠付リングギア６と共に溶接トーチ１４を、枝管２と母管１との溶接個所の周方向の全周に亘る溶接に必要とされる３６０度強の円周動作を行わせることができるようになるため、手首軸１７の旋回ストロークが３６０度強に設定されている一般的な作業用ロボットとして用いられている多関節ロボットを、本発明の管用自動溶接装置を構成するための多関節ロボット３Ａとして適用する場合に有利なものとする効果が期待できる。
【００５７】
多関節ロボット３Ａの手首軸１７の回転を、枝管溶接機４Ａにおける切欠付リングギア６へ伝えることができるようにしてあれば、回転伝達手段１９，１９ａは、たとえば、チェーンを用いる形式や、その他、図３及び図４に示した以外のいかなる形式のものを採用してもよい。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
２ 枝管
３Ａ 多関節ロボット
４Ａ 枝管溶接機
５ａ 切欠部
５ 馬蹄型ガイド（ガイド）
６ 切欠付リングギア
１０ タイミングベルト
１４ 溶接トーチ
１５ ロボットアーム
１６ 先端アーム部材
１７ 手首軸
１９，１９ａ 回転伝達手段
２２ 駆動シーブ
２３ 駆動ギア
２４ 動力伝達用ギア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成を有することを特徴とする管用自動溶接装置。
【請求項２】
多関節ロボットのロボットアームにおける先端アーム部材の先端側に、枝管溶接機を、該枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の中心軸が、上記多関節ロボットの手首軸の軸心と平行になる配置で取り付けるようにした請求項１記載の管用自動溶接装置。
【請求項３】
回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動ギアを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動ギアより動力伝達用ギアを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした請求項２記載の管用自動溶接装置。
【請求項４】
回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動シーブを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動シーブよりタイミングベルトを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした請求項２記載の管用自動溶接装置。
【請求項１】
溶接対象の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ガイドの切欠部を超えて回転できるようにしてある切欠付リングギアと、該切欠付リングギアに取り付けて該切欠付リングギアの回転に伴って円周動作できるようにした溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、多関節ロボットのロボットアームの先端アーム部材の先端側に取り付け、更に、該先端アーム部材の先端より突出する多関節ロボットの手首軸と、上記枝管溶接機の切欠付リングギアとの間に、上記手首軸の回転を切欠付リングギアへ伝えるための回転伝達手段を備えてなる構成を有することを特徴とする管用自動溶接装置。
【請求項２】
多関節ロボットのロボットアームにおける先端アーム部材の先端側に、枝管溶接機を、該枝管溶接機における溶接トーチの円周動作の中心軸が、上記多関節ロボットの手首軸の軸心と平行になる配置で取り付けるようにした請求項１記載の管用自動溶接装置。
【請求項３】
回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動ギアを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動ギアより動力伝達用ギアを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした請求項２記載の管用自動溶接装置。
【請求項４】
回転伝達手段を、枝管溶接機の切欠付リングギアと同一径の駆動シーブを多関節ロボットの手首軸に取り付け、且つ該駆動シーブよりタイミングベルトを介して上記切欠付リングギアへ回転を伝える機能を有するものとした請求項２記載の管用自動溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４５５５３（Ｐ２０１２−４５５５３Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８６７９１（Ｐ２０１０−１８６７９１）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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