自動溶接装置
【課題】 枝管と母管の溶接個所を溶接トーチで正確に溶接する。
【解決手段】 ロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に、馬蹄型ガイド５と円周動作する溶接トーチ１１を備えた枝管溶接機４を取り付け、その反対側に探触子１４を設ける。ロボットコントローラ１９に、探触子１４に接続したタッチセンサ１６の接触検出信号を入力可能とし、更に外部の制御装置２０を接続する。ロボットコントローラ１９で多関節ロボットを制御して枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときに、制御装置２０により、馬蹄型ガイド５と予め探触子１４で検出した溶接対象の枝管２ａの位置のずれ量を求め、このずれ量を解消するための馬蹄型ガイド５の位置補正量を求めてロボットコントローラ１９へ与えることで、馬蹄型ガイド５を外嵌させた溶接対象の枝管２ａを、溶接トーチ１１の円周動作の軌道の中心に配置させる。
【解決手段】 ロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に、馬蹄型ガイド５と円周動作する溶接トーチ１１を備えた枝管溶接機４を取り付け、その反対側に探触子１４を設ける。ロボットコントローラ１９に、探触子１４に接続したタッチセンサ１６の接触検出信号を入力可能とし、更に外部の制御装置２０を接続する。ロボットコントローラ１９で多関節ロボットを制御して枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときに、制御装置２０により、馬蹄型ガイド５と予め探触子１４で検出した溶接対象の枝管２ａの位置のずれ量を求め、このずれ量を解消するための馬蹄型ガイド５の位置補正量を求めてロボットコントローラ１９へ与えることで、馬蹄型ガイド５を外嵌させた溶接対象の枝管２ａを、溶接トーチ１１の円周動作の軌道の中心に配置させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母管の長手方向に沿って配列した複数の枝管を該母管に溶接するために用いる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。
【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提案されている。
【０００５】
上記のような母管に対する枝管の溶接作業について、ロボットを用いて自動化させる場合は、該ロボットに備えた溶接トーチを、枝管と母管との間の溶接個所に対し周方向の全周に沿わせて正確に移動させる必要があるため、ロボットにより枝管と母管との溶接個所を予め検出させて、その検出された溶接個所の位置に対して溶接トーチを正確に配置させることが重要となる。
【０００６】
そのために、たとえば、ロボットに備えた溶接トーチの先端に設けてあるチップを探触子として、上記母管の長手方向に配列される複数の枝管のうちから選んだ１つの基準枝管と、その近傍の母管の位置をタッチセンシングにより検出し、上記基準枝管についての位置データと、上記母管の長手方向に配列する各枝管の配列ピッチを基に、他の枝管と、該枝管近傍の母管の位置を算出して、溶接トーチによる溶接位置を定める手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
又、ロボットに備えた溶接トーチの近傍に、探触子（触針センサ）を設けて、母管と枝管の溶接を行う際は、予め母管の所定位置に仮付けしてある溶接対象となる枝管について、上記探触子によるタッチセンシングを行い、その検出結果を基に、溶接対象となる枝管を鉛直に配置させ且つ上記ロボットの移動方向が上記母管の軸心方向に対して平行になるようにするための補正量を求めて、該求められた補正量に応じて上記母管の周方向角度と上下方向の傾き、及び、水平面内での位置（角度）を補正させる手法も従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
ところで、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に、図５及び図６に示す如き自動溶接装置を従来提案している。
【０００９】
図５に示す自動溶接装置は、母管１の長手方向に沿って該母管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。
【００１０】
更に、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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との溶接個所は、周方向の全周に亘って溶接できるようにしてある。
【００１４】
なお、上記図５及び図６に示した自動溶接装置において、上記枝管２と母管１との溶接個所に対する溶接トーチ１１の位置決め精度を高めるためには、枝管２に対する馬蹄型ガイド５の軸心ずれ及び傾きを調整する必要がある。
【００１５】
そこで、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａのＵ字状開口を挟んだ先端部に、互いに対抗する光学センサ、又は、探触子を取り付けて、上記枝管２の位置や該馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾きを検出し、該検出された枝管２の位置や相対的な傾きに応じて上記馬蹄型ガイド５の配置を調整させるようにすることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３３８５３９０号公報
【特許文献２】特公平４−３１７８４号公報
【特許文献３】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】
【００１７】
ところが、特許文献１に示されたように、基準枝管についてのみタッチセンシングによる位置検出を行い、該基準枝管の位置データからその他の枝管の位置を算出する手法では、基準枝管以外の個々の枝管のずれや母管の歪み等による誤差が考慮されない。
【００１８】
しかも、実際には、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り、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誤差が生じることもあるため、基準枝管以外の枝管については、母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。
【００１９】
特許文献２に示されたように、母管に仮付けされた枝管の位置をタッチセンシングにより検出し、その検出結果に応じて母管側を動かすことで枝管の位置の補正を実施する手法では、母管が大型になると、該母管を移動させる大掛かりな位置決め装置が必要になるという問題が生じてしまう。
【００２０】
なお、特許文献３に示された自動溶接装置における枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の先端部に、光学センサ又は探触子を取り付けて、枝管２の位置や馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾きを検出する手法は、該検出された枝管２の位置や相対的な傾きに応じて上記馬蹄型ガイド５の配置を調整することができて、各枝管２と母管１との溶接個所に対し上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を正確に配置するのに有効である。
【００２１】
そこで、本発明は、上記特許文献３に示された自動溶接装置を更に発展させて、母管の周方向及び長手方向に枝管を密に配置する場合であっても、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる前に、該溶接対象の枝管の位置を検出することができて、上記馬蹄型ガイドを上記溶接対象の枝管に正確に外嵌させることができ、上記枝管溶接機の円周動作する溶接トーチの円周軌道の中央に、上記溶接対象の枝管を正確に配置させることができて、上記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沿って正確に溶接することができる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】
【００２２】
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、母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成とする。
【００２３】
又、上記構成において、制御装置を、枝管溶接機の溶接トーチの円周動作を制御する機能を備えてなるものとした構成とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の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）母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成としてあるので、母管に取り付ける枝管の隣接するもの同士の間隔が狭くなる場合であっても、ロボットに取り付けてある枝管溶接機のガイドを、母管の長手方向に沿って仮付けされた複数の枝管のうちの溶接対象の枝管に正確に外嵌させることができ、このガイドの溶接対象の枝管に対する外嵌の際に、該ガイドが溶接対象の枝管や、母管に既設又は仮付けされた他の枝管に対して干渉する虞を防止することができる。
（２）溶接対象の枝管と母管との溶接個所に、母管の撓みや歪み、母管における枝管の取付部分に設けてある孔の加工精度、母管に仮付けされている溶接対象の枝管の傾き等に起因する様々な誤差が生じていても、該溶接対象の枝管と母管との溶接個所を、周方向の全周に亘り正確に溶接することができる。
（３）更に、溶接対象の枝管と、枝管溶接機のガイドの位置のずれ量を補正するための該ガイドの位置補正量を求める演算処理を、ロボットコントローラの外部に設けた制御装置で行うようにしてあるため、上記ロボットコントローラでは、複雑な演算処理が不要になる。よって、一般的に用いられている多関節ロボットのロボットコントローラでは新たなプログラムが必要になる等、処理が煩雑になる複雑な補正演算処理を、容易に行うことができる。又、上記ロボットコントローラではブラックボックス化される虞のある補正結果等の外部管理や確認を、上記制御装置で行うことが可能になり、更には、上記制御装置により、補正値の外部設定を行うことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の自動溶接装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１の自動溶接装置を用いて溶接処理を実施する手順を示すもので、（イ）は溶接対象の枝管の母管の長手方向の位置のセンシングを行う状態を、（ロ）は溶接対象の枝管の母管の長手方向と直角な水平方向の位置のセンシングを行う状態をそれぞれ示す概要図である。
【図３】図１の自動溶接装置を用いて、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象の枝管に外嵌させた状態を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【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】
【００２６】
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。
【００２７】
図１乃至図３は本発明の自動溶接装置の実施の一形態として、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、１基の多関節ロボットで行う形式の適用例を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２８】
すなわち、本発明の自動溶接装置は、母管１の長手方向に沿って図示しない移動機構により移動可能に設けた多関節ロボットにおけるロボットハンド１２の先端部に、旋回台１３を設けて、該旋回台１３を、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部に備えた旋回機能により旋回できるようにする。
【００２９】
上記旋回台１３の旋回軸心１３ａと直交する方向に位置する旋回台１３の側面の所要個所には、図５及び図６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（図６参照）と共に円周動作可能な溶接トーチ１１を備えてなる枝管溶接機４を取り付ける。なお、図１乃至図３では、図示する便宜上、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部以外の部分の記載は省略してある。又、上記枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１１以外の構成の記載は省略してある。上記図１乃至図３に一点鎖線で描いた円弧は、上記溶接トーチ１１の円周動作の軌道の概要を示すものである。
【００３０】
更に、上記旋回台１３において、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を母管１に仮付けされた溶接対象の枝管２ａに対して横方向から外嵌させるときに上記母管１に既設又は仮付けされている他の枝管２と干渉しない範囲、すなわち、上記旋回台１３の旋回軸心１３ａを中心として上記枝管溶接機４の取付位置の方向を０度とした場合に周方向に９０度以上且つ２７０度以下となる角度範囲の領域に、上記溶接対象の枝管２ａの位置を検出するためのセンサ装置として、たとえば、該旋回台１３の旋回軸心１３ａに直交する方向に沿って外方へ所要寸法延びる直線状の探触子１４を配置して、該探触子１４を、上記旋回台１３の側面における対応する個所に取付部材１５を介して取り付ける。これにより、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに対して横方向から外嵌させるときには、上記探触子１４が、該馬蹄型ガイド５の進行方向に対し直角な方向よりも前側に突出配置されないようにしてあり、よって、溶接対象の枝管２ａに対して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた状態で溶接作業を実施する際に、上記センサ装置としての探触子１４が母管１に既設或いは仮付けされている他の枝管２に干渉することがないようにしてある。
【００３１】
なお、上記多関節ロボットによる旋回台１３の制御や、後述する溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触する個所の位置情報の検出を行う際の演算等の処理を容易なものとするという観点からすると、上記旋回台１３における上記探触子１４の取付位置は、上記枝管溶接機４の取付位置に対して旋回軸心１３ａを中心に周方向に９０度又は１８０度又は２７０度となる方向に設定することが望ましい。図１乃至図３では、上記旋回台１３における上記枝管溶接機４の取付位置に対して旋回軸心１３ａを中心に１８０度となる方向の側面に探触子１４を取り付けた構成が示してある。
【００３２】
上記探触子１４には、通電検出式のタッチセンサ１６の一方の電極（図では正極）１６ａを、通電ライン１７を介して接続すると共に、該タッチセンサ１６の他方の電極（図では負極）１６ｂに一端部を接続した通電ライン１８の他端部を、上記母管１に接続する。 更に、上記タッチセンサ１６による接触検出信号を、上記多関節ロボットの制御を行うためのロボットコントローラ１９に入力できるようにする。これにより、上記探触子１４が上記母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２ａに接触すると、その時点で、上記タッチセンサ１６により両者の接触を通電により検出できるようにしてある。更に、この接触検出信号が入力される上記ロボットコントローラ１９により、該ロボットコントローラ１９で制御している上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置及び向きの情報と、該旋回台１３に取り付けてある上記探触子１４の形状（長さ）等についての既知のデータとを基に、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所についての位置情報を、たとえば、上記母管１の長手方向となるＸ軸方向と、それに直角な水平方向であるＹ軸方向と、上下方向であるＺ軸方向についての座標に関して検出できるようにしてある。
【００３３】
上記ロボットコントローラ１９は、ＰＬＣやＰＣ等の演算処理機能とデータ通信機能を備えた外部の制御装置２０に通信線２１を介して接続する。これにより、上記ロボットコントローラ１９より、該ロボットコントローラ１９で制御している上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置及び向きの情報、及び、上記溶接対象の枝管２ａに上記探触子１４が接触したときに検出された接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報を、上記通信線２１を介して上記制御装置２０へ向けて外部出力させることができるようにする。
【００３４】
更に、上記ロボットコントローラ１９は、上記多関節ロボットを制御して、ロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に取り付けてある上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させる操作を行うときには、後述するように制御装置２０で演算して一旦記憶してある上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を該制御装置２０より取得し、且つ母管１の寸法、枝管２の寸法、上記母管１に対し接続する枝管２の配置等に関する既知のデータ、たとえば、ＣＡＤデータ等の設計データに基づく溶接対象の枝管２ａの位置に応じて定まる上記馬蹄型ガイド５を配置させるべきＸＹＺ座標軸系の位置に、上記制御装置２０より取得した位置補正量の演算結果を加えて、該馬蹄型ガイド５の位置（配置）を補正し、該位置補正された馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させるようにした機能を備えた構成としてある。
【００３５】
上記制御装置２０は、上記ロボットコントローラ１９より、上記溶接対象の枝管２ａに上記探触子１４が接触したときの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報が入力されると、その位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系における位置と、Ｚ軸方向からの傾きを測定する機能を備える。
【００３６】
更に、上記制御装置２０は、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系での位置と、Ｚ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について、上記設計データに基づく位置からのずれ量を検出する機能を備えると共に、このずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を一旦記憶する機能を備える。該制御装置２０に記憶した上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果は、上記したように、ロボットコントローラ１９により上記多関節ロボットを制御して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させる操作を行うときに呼び出して、上記通信線２１を介して上記ロボットコントローラ１９へ出力できるようにしてあるものとする。
【００３７】
上記制御装置２０は、更に、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５に保持させた溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能を備えてなる構成とする。
【００３８】
上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１に供給するワイヤ２２には、上記タッチセンサ１６の一方の電極１６ａを、通電ライン２３を介して接続した構成とする。これにより、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、該ワイヤ２２と、上記溶接対象の枝管２ａや、その下方近傍に位置する母管１との接触を、上記タッチセンサ１６で検出できるようにしてある。
【００３９】
したがって、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、上記制御装置２０により該枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を制御して、該溶接トーチ１１を溶接対象の枝管２ａの周りで円周動作の軌道の周方向所要間隔の複数個所にそれぞれ配置させた状態で、該各個所ごとに上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として上記溶接対象の枝管２ａとその下方近傍に位置する母管１に接触させるようにすることにより、上記タッチセンサ１６で接触が検出された時点でその接触検出信号が入力される上記ロボットコントローラ１９で、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置情報を基に上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４のＸＹＺ座標軸系での位置情報を検出させ、このロボットコントローラ１９で検出された上記枝管溶接機４のＸＹＺ座標軸系での位置情報と、制御装置２０で制御している上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の軌道上での位置情報と、該枝管溶接機４の形状及び溶接トーチ１１のワイヤ２２の突出量についての既知のデータを基に、上記溶接対象の枝管２ａや母管１における上記溶接トーチ１１のワイヤ２２が接触した個所について、ＸＹＺ座標軸系の位置情報を検出できるようにしてある。
【００４０】
更に、上記制御装置２０では、上記のようにして溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として周方向所要間隔の複数個所でそれぞれ検出した上記溶接対象の枝管２ａとその下方近傍の母管１の位置情報を互いに連係させることで、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所、すなわち、他の枝管２の溶接時の熱により生じた母管１の撓みや歪み、及び、母管１における各枝管２の取付部分に設けてある図示しない孔の加工精度、更には、上記母管１に仮付けされている溶接対象の枝管２ａの傾き等に起因する様々な誤差を含んだ状態の実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測できるようにしてある。
【００４１】
以上の点に鑑みて、上記制御装置２０は、上記したように溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所について得られている詳細な位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１により上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記円周動作する溶接トーチ１１が、該溶接個所に沿って周方向の全周に亘り正確に移動するようにするために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、上記ロボットコントローラ１９へ与える機能も備えるようにしてある。これにより、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させて上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記制御装置２０による溶接トーチ１１の円周動作の制御と同時に、上記ロボットコントローラ１９による上記多関節ロボットの制御を介してロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に取り付けてある枝管溶接機４の位置を、上記制御装置２０より与えられる位置補正量の演算結果を基に補正することで、上記円周動作する溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に向けて周方向の全周に亘り正確に配置できるようにしてある。
【００４２】
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。
【００４３】
以上の構成としてある本発明の自動溶接装置を使用する場合は、母管１の外周面の上端側位置に、該母管１の長手方向に所要間隔で配列した複数の枝管２，２ａを予め仮付けしておく。
【００４４】
この状態で、先ず、母管１の寸法、枝管２の寸法、上記母管１に対し接続する枝管２の配置等に関する設計データを基に、上記多関節ロボットを操作して、ロボットハンド１２の先端部の上記旋回台１３を、母管１に仮付けした溶接対象の枝管２ａに対し上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させるときの高さ位置に対応する所定のＺ座標平面内に、母管１よりＹ軸方向の一方へ所要寸法離して配置させる。又、この状態で、上記旋回台１３の旋回操作により、上記探触子１４を、母管１側へ向けてＹ軸方向に平行に配置させる。
【００４５】
次に、上記母管１の長手方向（Ｘ軸方向）の枝管２，２ａの取付個所に関する設計データを基に、上記多関節ロボットを操作して、上記探触子１４を、図２（イ）に二点鎖線で示すように、溶接対象の枝管２ａと、そのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２との間に挿入する。この際、上記Ｘ軸方向に配列された各枝管２，２ａの位置が設計データより大幅に変化していることはなく、一方、上記探触子１４は直線状として、水平方向の幅寸法を上記各枝管２，２ａのＸ軸方向の配列間隔に比して大幅に小さくなるようにしてあるため、上記探触子１４が上記溶接対象の枝管２ａやそのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２に接触する虞はない。
【００４６】
次いで、図２（イ）に矢印ａで示すように、上記多関節ロボットの操作により、上記探触子１４を溶接対象の枝管２ａの側面に近接する方向へ移動させる。この移動に伴って、図２（イ）に実線で示すように、上記探触子１４が上記溶接対象の枝管２ａの側面に接触すると、通電開始に基づいてタッチセンサ１６により両者の接触が検出される。よって、その接触検出信号が入力されるロボットコントローラ１９では、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所、すなわち、溶接対象の枝管２ａの上記所定のＺ座標平面内におけるＸ軸方向の一方の端部位置についてのＸ座標が求まる。よって、その求められたＸ座標が、ロボットコントローラ１９より制御装置２０へ入力されるようになるため、該制御装置２０では、上記Ｘ座標と上記設計データより既知となっている上記溶接対象の枝管２ａの半径の寸法から、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標を求めて、一時記憶する。
【００４７】
上記のようにして所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標が判明すると、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを操作して、上記探触子１４を、上記溶接対象の枝管２ａとそのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２との間からＹ軸方向の一方（溶接対象の枝管２ａから離れる方向）へ一旦引き出し、その後、Ｙ軸方向に平行な配置としてある該探触子１４を、上記所定のＺ座標平面内で、上記溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標と同一のＸ座標位置に配置させる。
【００４８】
次いで、上記多関節ロボットの操作により、上記探触子１４を、Ｙ軸方向の他方（溶接対象の枝管２ａに接近する方向）へ移動させる。この移動に伴い、図２（ロ）に示すように、上記探触子１４の先端部が溶接対象の枝管２ａの外周面に接触すると、タッチセンサ１６より両者の接触検出信号が上記ロボットコントローラ１９へ入力されるため、該ロボットコントローラ１９では、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所、すなわち、上記所定のＺ座標平面内にて、上記溶接対象の枝管２ａの外周面におけるＹ軸方向の一方へ最も突出した個所についてのＹ座標が求まる。よって、その求められたＹ座標が、ロボットコントローラ１９より制御装置２０へ入力されるようになるため、該制御装置２０では、上記Ｙ座標と上記溶接対象の枝管２ａの既知の半径寸法から、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＹ座標を求めて、一時記憶する。これにより、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸＹ座標が明らかとなる。
【００４９】
更に、上記と同様の探触子１４を用いたセンシング作業を、Ｚ軸方向の位置を変えて行うことにより、上記制御装置２０では、高さ位置の異なる２つのＺ座標平面内で計測された溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸＹ座標のずれから、該溶接対象の枝管２ａについて、Ｚ軸方向からの傾きが明らかとなる。
【００５０】
その後、上記制御装置２０では、上記明らかとなった溶接対象の枝管２ａの位置と傾きについて、該溶接対象の枝管２ａの設計データからのずれ量を検出した後、この設計データからのずれ量を有する溶接対象の枝管２ａに対し、該ずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させるために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を該制御装置２０自身に一旦記憶する。
【００５１】
次いで、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを制御して、上記探触子１４を上記溶接対象の枝管２ａの外周面よりＹ軸方向の一方へ所要寸法離反させた後、上記旋回台１３を１８０度旋回させて、図１に示すように、上記枝管溶接機４を、馬蹄型ガイド５の切欠部５ａ（図６参照）がＹ軸方向に沿って上記溶接対象の枝管２ａに臨むように配置する。この際、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を取得して、この位置補正量のＸ軸方向成分を反映した位置に上記枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５を配置させるようにする。これにより、該枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＸ座標が、上記センシング作業により検出された溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＸ座標と一致するようになる。更に、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より取得した馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を基に、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接対象の枝管２ａのＺ軸方向からの傾きに応じた傾斜角度で配置させるようにする。
【００５２】
その後、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを制御して、上記枝管溶接機４を、上記所定のＺ座標平面内でＹ軸方向の他方へ移動させて、図３に示すように、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させる。この際、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より取得した馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果のＹ軸方向成分を反映した位置に上記馬蹄型ガイド５を配置させるようにする。これにより、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＹ座標が、上記センシング作業により検出された溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＹ座標と一致するようになる。したがって、上記溶接対象の枝管２ａが、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の軌道の中央に正確に配置させられるようになる。
【００５３】
なお、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときには、上記所定のＺ座標平面内で、上記枝管溶接機４における溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＸ座標を、上記予めセンシング作業により検出した溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＸ座標に一致させた状態としてから、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５をＹ軸方向の他方へのみ移動させるようにしてあるため、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５が、上記溶接対象の枝管２ａや、母管１に既設又は仮付けしてある他の枝管２に干渉する虞はない。
【００５４】
上記のようにして溶接対象の枝管２ａに、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させると、上記制御装置２０は、該枝管溶接機４の溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａの周りで円周動作させると共に、周方向の複数個所で、溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、上記溶接対象の枝管２ａの下端部や、その下方近傍に位置する母管１と接触させて、上記溶接対象の枝管２ａや母管１における上記溶接トーチ１１のワイヤ２２が接触した各個所についての、ＸＹＺ座標軸系の位置情報を検出すると共に、該各個所の位置情報を互いに連係させて、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測する。更に、上記制御装置２０では、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について得られた詳細な位置情報を基に、上記溶接トーチ１１を該溶接個所に周方向の全周に亘り正確に沿わせて円周動作させるために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、一旦記憶する。
【００５５】
その後、上記制御装置２０により上記溶接対象の枝管２ａに馬蹄型ガイド５を外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作による該溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の溶接作業を行うときには、同時に、上記ロボットコントローラ１９により上記制御装置２０より取得した位置補正量に基づいて上記多関節ロボットを制御して上記枝管溶接機４の位置の補正を行わせる。なお、上記溶接トーチ１１の円周動作に伴う位置補正は、実際の溶接作業の前に予めティーチングを行うか、又は、溶接トーチ１１の位置補正を行いながら溶接作業を行わせるようにすればよい。
【００５６】
これにより、上記枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１によって、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所が、周方向の全周に亘り適切に溶接（隅肉溶接）されるようになる。
【００５７】
したがって、上記母管１に仮付けされた各枝管２について、上記と同様の手順を順次繰り返して実施することにより、上記各枝管２は、該各枝管２ごとに個別に行われる上記探触子１４を用いたセンシング作業により計測される位置情報を基に測定される設計データからの位置ずれに応じて、枝管溶接機４及びその溶接トーチ１１の位置が補正された状態で母管１に対する溶接作業が順次行われるようになる。
【００５８】
このように、本発明の自動溶接装置によれば、母管１の周方向及び長手方向に枝管２を密に配置した構成のヘッダを製造するために、上記母管１に取り付ける枝管２の隣接するもの同士の間隔が狭くなる場合であっても、多関節ロボットのロボットハンド１２に旋回台１３を介して取り付けてある枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、母管１の長手方向に沿って仮付けされた複数の枝管２のうちの溶接対象の枝管２ａに正確に外嵌させることができる。又、この馬蹄型ガイド５の溶接対象の枝管２ａに対する外嵌の際に、該馬蹄型ガイド５が溶接対象の枝管２ａや、母管１に既設又は仮付けされた他の枝管２に対して干渉する虞は解消することができる。
【００５９】
又、溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に、他の枝管２の溶接時の熱により生じた母管１の撓みや歪み、及び、母管１における各枝管２の取付部分に設けてある図示しない孔の加工精度、更には、上記母管１に仮付けされている溶接対象の枝管２ａの傾き等に起因する様々な誤差が生じていても、該溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘り正確に溶接することができる。
【００６０】
更に、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標系での位置の設計データからの位置ずれ（ＸＹ軸方向の位置ずれ、Ｚ軸方向からの傾き）の検出や、該検出された位置ずれに応じて枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の位置を補正するための位置補正量を求める演算処理を、ロボットコントローラ１９の外部に設けた制御装置２０で行うようにしてあるため、上記ロボットコントローラ１９では、複雑な演算処理を要することなく、上記設計データに、上記制御装置２０より取得する枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を加えた位置情報に基づいて、上記多関節ロボットを制御するようにすればよい。よって、一般的に用いられている（汎用の）多関節ロボットのロボットコントローラ１９では新たなプログラムが必要になる等、処理が煩雑になる複雑な補正演算処理を、容易に行うことができる。又、上記ロボットコントローラ１９ではブラックボックス化される虞のある補正結果等の外部管理や確認を、上記制御装置２０で行うことが可能になる。更には、上記制御装置２０により、補正値の外部設定を行うことも可能になる。
【００６１】
又、本実施の形態においては、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を、上記制御装置２０により制御させるようにしてあるため、上記多関節ロボットとしては、ロボットハンド１２の先端部までに複数の制御軸を備えた６軸ロボット等の通常の多関節ロボットを採用することができる。よって、通常の多関節ロボットに新たな軸の追加や、この追加する新たな軸のための制御プログラムの追加等を要することなく本発明の自動溶接装置を構成することができる。これにより、本発明の自動溶接装置の製造に要する手間及びコストを抑える効果も期待できる。
【００６２】
上記実施の形態においては、本発明の自動溶接装置を、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、１基の多関節ロボットで行うものとして説明したが、本発明の自動溶接装置は、図４に示すように、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、個別の多関節ロボットで行わせる形式としてもよい。
【００６３】
すなわち、図４に示す本発明の自動溶接装置は、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２４を設置して、該ガイドレール２４に、２基の多関節ロボット２５と２６を独立して往復動可能に取り付ける。
【００６４】
更に、上記母管１の長手方向一端側に位置する一方の多関節ロボット２５のロボットハンド２５ａの先端部に、図１乃至図３に示した枝管溶接機４と同様の枝管溶接機４を取り付けると共に、上記母管１の長手方向他端側に位置する他方の多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部に、図１乃至図３に示した探触子１４と同様の探触子１４を取り付ける。なお、図４では、図示する便宜上、上記各多関節ロボット２５，２６は、上記母管１の長手方向と対応するガイドレール２４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、各ロボットハンド２５ａ，２６の先端部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における馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１１以外の構成の記載は省略してある。上記図４に一点鎖線で描いた円弧は、上記溶接トーチ１１の円周動作の軌道の概要を示すものである。
【００６５】
上記探触子１４を取り付けたセンシング作業用の多関節ロボット２６のロボットコントローラ２７には、一方の電極（図では正極）２８ａを上記探触子１４に通電ライン２９を介して接続し且つ他方の電極（図では負極）２８ｂを母管１に通電ライン３０を介して接続した通電検出式のタッチセンサ２８による接触検出信号を入力できるようにする。
【００６６】
更に、上記ロボットコントローラ２７は、該ロボットコントローラ２７で制御している上記センシング作業用の多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部の位置及び向きの情報と、上記探触子１４の形状（長さ）等についての既知のデータとを基に、母管１に仮付けしてある枝管２における上記探触子１４が接触するときの該接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置を検出して、該検出した位置情報を、通信線３１を介して接続した制御装置２０ａへ向けて外部出力できるようにする。
【００６７】
一方、上記枝管溶接機４を取り付けた溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットコントローラ３２には、一方の電極（図では正極）３３ａを上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１のワイヤ２２に通電ライン３４を介して接続し且つ他方の電極（図では負極）３３ｂを母管１に通電ライン３５を介して接続した通電検出式のタッチセンサ３３による接触検出信号を入力できるようにする。
【００６８】
更に、上記ロボットコントローラ３２は、該ロボットコントローラ３２で制御している上記溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットハンド２５ａの先端部の位置及び向きの情報と、上記枝管溶接機４の形状、溶接トーチ１１の形状、該溶接トーチ１１のワイヤ２２の突出寸法等についての既知のデータとを基に、上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、上記母管１に仮付けしてある枝管２やその下方近傍の母管１に接触させるときに、それぞれの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置を検出して、該検出した位置情報を、通信線３６を介して接続した制御装置２０ａへ向けて外部出力できるようにする。
【００６９】
上記制御装置２０ａは、上記センシング作業用の多関節ロボット２６のロボットコントローラ２７より、或る枝管２に上記探触子１４が接触したときの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報が入力されると、その位置情報を基に、上記或る枝管２のＸＹＺ座標軸系における位置と、Ｚ軸方向からの傾きを測定する機能を備える。
【００７０】
更に、上記制御装置２０ａは、上記或る枝管２のＸＹＺ座標軸系での位置と、Ｚ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記或る枝管２の位置について、設計データに基づく位置からのずれ量を検出する機能を備えると共に、該或る枝管２を溶接対象とする場合に、上記検出された設計データからのずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象とする上記或る枝管２に外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を、各枝管２ごとに一旦記憶する機能を備える。
【００７１】
又、上記制御装置２０ａは、上記溶接作業の多関節ロボット２５をそのロボットコントローラ３２により制御してロボットハンド２５ａに取り付けてある枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときに、該溶接対象の枝管２ａについて予め記憶してある上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を呼び出して、上記ロボットコントローラ３２へ出力できるようにしてある。
【００７２】
更に、上記制御装置２０ａは、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５に保持させた溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能を備える。
【００７３】
更に又、上記制御装置２０ａは、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、該制御装置２０ａにより円周動作を制御する枝管溶接機４の溶接トーチ１１を探触子として円周動作の軌道の周方向所要間隔の複数個所で検出した上記溶接対象の枝管２ａ及びその下方近傍に位置する母管１との接触個所のＸＹＺ座標軸系での位置情報が入力されると、周方向の各個所で検出した位置情報を互いに連係させることで、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測する機能を備えるようにしてある。
【００７４】
上記制御装置２０ａは、更に、上記したように溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所について得られている詳細な位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１により上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記円周動作する溶接トーチ１１が、該溶接個所に沿って周方向の全周に亘り正確に移動するようにするために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、上記溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットコントローラ３２へ与える機能も備えるようにしてある。これにより、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させて上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記制御装置２０ａによる溶接トーチ１１の円周動作の制御と同時に、上記ロボットコントローラ３２による上記溶接作業用の多関節ロボット２５の制御を介してロボットハンド２５ａの先端部に取り付けてある枝管溶接機４の位置を、上記制御装置２０ａより与えられる位置補正量の演算結果を基に補正することで、上記円周動作する溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に向けて周方向の全周に亘り正確に配置できるようにしてある。
【００７５】
その他、図１乃至図３に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００７６】
以上の構成としてある本発明の自動溶接装置によっても、上記図１乃至図３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
上記本発明の実施の形態においては、母管１に取り付ける各枝管２，２ａについてのセンシング作業と、溶接対象の枝管２ａの母管１に対する溶接作業を、個別の多関節ロボット２６と２５で独立して行わせるようにしてあるため、センシング作業用の多関節ロボット２６では、各枝管２，２ａ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、溶接作業用の多関節ロボット２５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。
【００７８】
したがって、上記溶接作業用の多関節ロボット２５の枝管溶接機４を用いて所定の溶接順序にしたがって各枝管２を順次溶接対象の枝管２ａとしてその溶接作業を実施している間に、上記センシング作業用の多関節ロボット２６では、探触子１４を用いて溶接順序が後の枝管２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２，２ａをすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を短縮させることができる。よって、上記母管１に複数の枝管２，２ａ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。
【００７９】
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、枝管２，２ａの位置を検出するためのセンサとして、直線状の探触子１４を示したが、多関節ロボットのロボットハンド１２や、多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部に取り付けて、枝管２，２ａの存在を検出できるようにしてあれば、別の形状の探触子１４を採用してもよい。又、探触子１４に代えて、耐熱型の光学式又は磁気式の変位センサを用いるようにしてもよい。この場合、該変位センサの検出形式に応じてそのロボットハンド１２，２６ａへの取付手段、取付構造は自在に設定してよい。
【００８０】
上記各実施の形態では、制御装置２０，２０ａを、センシングにより検出された溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系での位置とＺ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について設計データの位置からのずれ量を検出する機能と、このずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、枝管溶接機４を備えた多関節ロボット２５のロボットコントローラ１９，３２へ与える機能を備えるものとして示したが、上記制御装置２０，２０ａを、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について設計データの位置からのずれ量を検出して、このずれ量を枝管溶接機４を備えた多関節ロボット２５のロボットコントローラ１９，３２へ与える機能を備えるものとし、一方、該ロボットコントローラ１９，３２に、上記ずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行う機能を持たせるようにしてもよい。
【００８１】
更に、枝管溶接機４を装備して溶接作業に用いる多関節ロボット２５に制御軸を増やす必要がなく、又、その制御を行うロボットコントローラ１９，３２に複雑な位置補正のためのプログラムの追加を不要にできるという観点から考えると、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能は、ロボットコントローラ１９，３２の外部に設けた制御装置２０，２０ａに持たせることが望ましいが、上記ロボットコントローラ１９，３２に持たせるようにしてもよい。
【００８２】
上記溶接対象の枝管２ａに、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた後に、溶接対象の枝管２ａと、その下方近傍の母管１との溶接個所に関し、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を得て、該位置情報を基に、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させるときに位置補正を行うことが望ましいが、溶接時の熱による母管１の撓みや歪みが小さい場合や、母管１における各枝管２の取付部分に設ける図示しない孔の精度が十分に高い場合等には、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた後の溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子とする溶接対象の枝管２ａと、その下方近傍の母管１との溶接個所についてのタッチセンシングは省略してもよい。この場合は、上記溶接トーチ１１のワイヤを探触子として行うタッチセンシングに関する装置構成を省略してもよい。
【００８３】
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】
【００８４】
１ 母管
２ 枝管
２ａ 溶接対象の枝管
４ 枝管溶接機
５ 馬蹄型ガイド（ガイド）
５ａ 切欠部
１１ 溶接トーチ
１４ 探触子（センサ装置）
１６ タッチセンサ（センサ装置）
１９ ロボットコントローラ
２０，２０ａ 制御装置
２５ 多関節ロボット（ロボット）
２６ 多関節ロボット（ロボット）
２７ ロボットコントローラ
２８ タッチセンサ（センサ装置）
３２ ロボットコントローラ
３３ タッチセンサ（センサ装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母管の長手方向に沿って配列した複数の枝管を該母管に溶接するために用いる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。
【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提案されている。
【０００５】
上記のような母管に対する枝管の溶接作業について、ロボットを用いて自動化させる場合は、該ロボットに備えた溶接トーチを、枝管と母管との間の溶接個所に対し周方向の全周に沿わせて正確に移動させる必要があるため、ロボットにより枝管と母管との溶接個所を予め検出させて、その検出された溶接個所の位置に対して溶接トーチを正確に配置させることが重要となる。
【０００６】
そのために、たとえば、ロボットに備えた溶接トーチの先端に設けてあるチップを探触子として、上記母管の長手方向に配列される複数の枝管のうちから選んだ１つの基準枝管と、その近傍の母管の位置をタッチセンシングにより検出し、上記基準枝管についての位置データと、上記母管の長手方向に配列する各枝管の配列ピッチを基に、他の枝管と、該枝管近傍の母管の位置を算出して、溶接トーチによる溶接位置を定める手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
又、ロボットに備えた溶接トーチの近傍に、探触子（触針センサ）を設けて、母管と枝管の溶接を行う際は、予め母管の所定位置に仮付けしてある溶接対象となる枝管について、上記探触子によるタッチセンシングを行い、その検出結果を基に、溶接対象となる枝管を鉛直に配置させ且つ上記ロボットの移動方向が上記母管の軸心方向に対して平行になるようにするための補正量を求めて、該求められた補正量に応じて上記母管の周方向角度と上下方向の傾き、及び、水平面内での位置（角度）を補正させる手法も従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
ところで、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に、図５及び図６に示す如き自動溶接装置を従来提案している。
【０００９】
図５に示す自動溶接装置は、母管１の長手方向に沿って該母管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。
【００１０】
更に、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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との溶接個所は、周方向の全周に亘って溶接できるようにしてある。
【００１４】
なお、上記図５及び図６に示した自動溶接装置において、上記枝管２と母管１との溶接個所に対する溶接トーチ１１の位置決め精度を高めるためには、枝管２に対する馬蹄型ガイド５の軸心ずれ及び傾きを調整する必要がある。
【００１５】
そこで、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａのＵ字状開口を挟んだ先端部に、互いに対抗する光学センサ、又は、探触子を取り付けて、上記枝管２の位置や該馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾きを検出し、該検出された枝管２の位置や相対的な傾きに応じて上記馬蹄型ガイド５の配置を調整させるようにすることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３３８５３９０号公報
【特許文献２】特公平４−３１７８４号公報
【特許文献３】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】
【００１７】
ところが、特許文献１に示されたように、基準枝管についてのみタッチセンシングによる位置検出を行い、該基準枝管の位置データからその他の枝管の位置を算出する手法では、基準枝管以外の個々の枝管のずれや母管の歪み等による誤差が考慮されない。
【００１８】
しかも、実際には、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り、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誤差が生じることもあるため、基準枝管以外の枝管については、母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。
【００１９】
特許文献２に示されたように、母管に仮付けされた枝管の位置をタッチセンシングにより検出し、その検出結果に応じて母管側を動かすことで枝管の位置の補正を実施する手法では、母管が大型になると、該母管を移動させる大掛かりな位置決め装置が必要になるという問題が生じてしまう。
【００２０】
なお、特許文献３に示された自動溶接装置における枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の先端部に、光学センサ又は探触子を取り付けて、枝管２の位置や馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾きを検出する手法は、該検出された枝管２の位置や相対的な傾きに応じて上記馬蹄型ガイド５の配置を調整することができて、各枝管２と母管１との溶接個所に対し上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を正確に配置するのに有効である。
【００２１】
そこで、本発明は、上記特許文献３に示された自動溶接装置を更に発展させて、母管の周方向及び長手方向に枝管を密に配置する場合であっても、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる前に、該溶接対象の枝管の位置を検出することができて、上記馬蹄型ガイドを上記溶接対象の枝管に正確に外嵌させることができ、上記枝管溶接機の円周動作する溶接トーチの円周軌道の中央に、上記溶接対象の枝管を正確に配置させることができて、上記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沿って正確に溶接することができる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】
【００２２】
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、母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成とする。
【００２３】
又、上記構成において、制御装置を、枝管溶接機の溶接トーチの円周動作を制御する機能を備えてなるものとした構成とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の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）母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成としてあるので、母管に取り付ける枝管の隣接するもの同士の間隔が狭くなる場合であっても、ロボットに取り付けてある枝管溶接機のガイドを、母管の長手方向に沿って仮付けされた複数の枝管のうちの溶接対象の枝管に正確に外嵌させることができ、このガイドの溶接対象の枝管に対する外嵌の際に、該ガイドが溶接対象の枝管や、母管に既設又は仮付けされた他の枝管に対して干渉する虞を防止することができる。
（２）溶接対象の枝管と母管との溶接個所に、母管の撓みや歪み、母管における枝管の取付部分に設けてある孔の加工精度、母管に仮付けされている溶接対象の枝管の傾き等に起因する様々な誤差が生じていても、該溶接対象の枝管と母管との溶接個所を、周方向の全周に亘り正確に溶接することができる。
（３）更に、溶接対象の枝管と、枝管溶接機のガイドの位置のずれ量を補正するための該ガイドの位置補正量を求める演算処理を、ロボットコントローラの外部に設けた制御装置で行うようにしてあるため、上記ロボットコントローラでは、複雑な演算処理が不要になる。よって、一般的に用いられている多関節ロボットのロボットコントローラでは新たなプログラムが必要になる等、処理が煩雑になる複雑な補正演算処理を、容易に行うことができる。又、上記ロボットコントローラではブラックボックス化される虞のある補正結果等の外部管理や確認を、上記制御装置で行うことが可能になり、更には、上記制御装置により、補正値の外部設定を行うことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の自動溶接装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１の自動溶接装置を用いて溶接処理を実施する手順を示すもので、（イ）は溶接対象の枝管の母管の長手方向の位置のセンシングを行う状態を、（ロ）は溶接対象の枝管の母管の長手方向と直角な水平方向の位置のセンシングを行う状態をそれぞれ示す概要図である。
【図３】図１の自動溶接装置を用いて、枝管溶接機の馬蹄型ガイドを溶接対象の枝管に外嵌させた状態を示す概要図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【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】
【００２６】
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。
【００２７】
図１乃至図３は本発明の自動溶接装置の実施の一形態として、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、１基の多関節ロボットで行う形式の適用例を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２８】
すなわち、本発明の自動溶接装置は、母管１の長手方向に沿って図示しない移動機構により移動可能に設けた多関節ロボットにおけるロボットハンド１２の先端部に、旋回台１３を設けて、該旋回台１３を、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部に備えた旋回機能により旋回できるようにする。
【００２９】
上記旋回台１３の旋回軸心１３ａと直交する方向に位置する旋回台１３の側面の所要個所には、図５及び図６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（図６参照）と共に円周動作可能な溶接トーチ１１を備えてなる枝管溶接機４を取り付ける。なお、図１乃至図３では、図示する便宜上、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部以外の部分の記載は省略してある。又、上記枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１１以外の構成の記載は省略してある。上記図１乃至図３に一点鎖線で描いた円弧は、上記溶接トーチ１１の円周動作の軌道の概要を示すものである。
【００３０】
更に、上記旋回台１３において、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を母管１に仮付けされた溶接対象の枝管２ａに対して横方向から外嵌させるときに上記母管１に既設又は仮付けされている他の枝管２と干渉しない範囲、すなわち、上記旋回台１３の旋回軸心１３ａを中心として上記枝管溶接機４の取付位置の方向を０度とした場合に周方向に９０度以上且つ２７０度以下となる角度範囲の領域に、上記溶接対象の枝管２ａの位置を検出するためのセンサ装置として、たとえば、該旋回台１３の旋回軸心１３ａに直交する方向に沿って外方へ所要寸法延びる直線状の探触子１４を配置して、該探触子１４を、上記旋回台１３の側面における対応する個所に取付部材１５を介して取り付ける。これにより、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに対して横方向から外嵌させるときには、上記探触子１４が、該馬蹄型ガイド５の進行方向に対し直角な方向よりも前側に突出配置されないようにしてあり、よって、溶接対象の枝管２ａに対して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた状態で溶接作業を実施する際に、上記センサ装置としての探触子１４が母管１に既設或いは仮付けされている他の枝管２に干渉することがないようにしてある。
【００３１】
なお、上記多関節ロボットによる旋回台１３の制御や、後述する溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触する個所の位置情報の検出を行う際の演算等の処理を容易なものとするという観点からすると、上記旋回台１３における上記探触子１４の取付位置は、上記枝管溶接機４の取付位置に対して旋回軸心１３ａを中心に周方向に９０度又は１８０度又は２７０度となる方向に設定することが望ましい。図１乃至図３では、上記旋回台１３における上記枝管溶接機４の取付位置に対して旋回軸心１３ａを中心に１８０度となる方向の側面に探触子１４を取り付けた構成が示してある。
【００３２】
上記探触子１４には、通電検出式のタッチセンサ１６の一方の電極（図では正極）１６ａを、通電ライン１７を介して接続すると共に、該タッチセンサ１６の他方の電極（図では負極）１６ｂに一端部を接続した通電ライン１８の他端部を、上記母管１に接続する。 更に、上記タッチセンサ１６による接触検出信号を、上記多関節ロボットの制御を行うためのロボットコントローラ１９に入力できるようにする。これにより、上記探触子１４が上記母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２ａに接触すると、その時点で、上記タッチセンサ１６により両者の接触を通電により検出できるようにしてある。更に、この接触検出信号が入力される上記ロボットコントローラ１９により、該ロボットコントローラ１９で制御している上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置及び向きの情報と、該旋回台１３に取り付けてある上記探触子１４の形状（長さ）等についての既知のデータとを基に、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所についての位置情報を、たとえば、上記母管１の長手方向となるＸ軸方向と、それに直角な水平方向であるＹ軸方向と、上下方向であるＺ軸方向についての座標に関して検出できるようにしてある。
【００３３】
上記ロボットコントローラ１９は、ＰＬＣやＰＣ等の演算処理機能とデータ通信機能を備えた外部の制御装置２０に通信線２１を介して接続する。これにより、上記ロボットコントローラ１９より、該ロボットコントローラ１９で制御している上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置及び向きの情報、及び、上記溶接対象の枝管２ａに上記探触子１４が接触したときに検出された接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報を、上記通信線２１を介して上記制御装置２０へ向けて外部出力させることができるようにする。
【００３４】
更に、上記ロボットコントローラ１９は、上記多関節ロボットを制御して、ロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に取り付けてある上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させる操作を行うときには、後述するように制御装置２０で演算して一旦記憶してある上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を該制御装置２０より取得し、且つ母管１の寸法、枝管２の寸法、上記母管１に対し接続する枝管２の配置等に関する既知のデータ、たとえば、ＣＡＤデータ等の設計データに基づく溶接対象の枝管２ａの位置に応じて定まる上記馬蹄型ガイド５を配置させるべきＸＹＺ座標軸系の位置に、上記制御装置２０より取得した位置補正量の演算結果を加えて、該馬蹄型ガイド５の位置（配置）を補正し、該位置補正された馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させるようにした機能を備えた構成としてある。
【００３５】
上記制御装置２０は、上記ロボットコントローラ１９より、上記溶接対象の枝管２ａに上記探触子１４が接触したときの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報が入力されると、その位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系における位置と、Ｚ軸方向からの傾きを測定する機能を備える。
【００３６】
更に、上記制御装置２０は、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系での位置と、Ｚ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について、上記設計データに基づく位置からのずれ量を検出する機能を備えると共に、このずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を一旦記憶する機能を備える。該制御装置２０に記憶した上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果は、上記したように、ロボットコントローラ１９により上記多関節ロボットを制御して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させる操作を行うときに呼び出して、上記通信線２１を介して上記ロボットコントローラ１９へ出力できるようにしてあるものとする。
【００３７】
上記制御装置２０は、更に、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５に保持させた溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能を備えてなる構成とする。
【００３８】
上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１に供給するワイヤ２２には、上記タッチセンサ１６の一方の電極１６ａを、通電ライン２３を介して接続した構成とする。これにより、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を母管１に仮付けしてある溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、該ワイヤ２２と、上記溶接対象の枝管２ａや、その下方近傍に位置する母管１との接触を、上記タッチセンサ１６で検出できるようにしてある。
【００３９】
したがって、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、上記制御装置２０により該枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を制御して、該溶接トーチ１１を溶接対象の枝管２ａの周りで円周動作の軌道の周方向所要間隔の複数個所にそれぞれ配置させた状態で、該各個所ごとに上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として上記溶接対象の枝管２ａとその下方近傍に位置する母管１に接触させるようにすることにより、上記タッチセンサ１６で接触が検出された時点でその接触検出信号が入力される上記ロボットコントローラ１９で、上記多関節ロボットのロボットハンド１２の先端部の旋回台１３の位置情報を基に上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４のＸＹＺ座標軸系での位置情報を検出させ、このロボットコントローラ１９で検出された上記枝管溶接機４のＸＹＺ座標軸系での位置情報と、制御装置２０で制御している上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の軌道上での位置情報と、該枝管溶接機４の形状及び溶接トーチ１１のワイヤ２２の突出量についての既知のデータを基に、上記溶接対象の枝管２ａや母管１における上記溶接トーチ１１のワイヤ２２が接触した個所について、ＸＹＺ座標軸系の位置情報を検出できるようにしてある。
【００４０】
更に、上記制御装置２０では、上記のようにして溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として周方向所要間隔の複数個所でそれぞれ検出した上記溶接対象の枝管２ａとその下方近傍の母管１の位置情報を互いに連係させることで、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所、すなわち、他の枝管２の溶接時の熱により生じた母管１の撓みや歪み、及び、母管１における各枝管２の取付部分に設けてある図示しない孔の加工精度、更には、上記母管１に仮付けされている溶接対象の枝管２ａの傾き等に起因する様々な誤差を含んだ状態の実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測できるようにしてある。
【００４１】
以上の点に鑑みて、上記制御装置２０は、上記したように溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所について得られている詳細な位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１により上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記円周動作する溶接トーチ１１が、該溶接個所に沿って周方向の全周に亘り正確に移動するようにするために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、上記ロボットコントローラ１９へ与える機能も備えるようにしてある。これにより、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させて上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記制御装置２０による溶接トーチ１１の円周動作の制御と同時に、上記ロボットコントローラ１９による上記多関節ロボットの制御を介してロボットハンド１２の先端部の旋回台１３に取り付けてある枝管溶接機４の位置を、上記制御装置２０より与えられる位置補正量の演算結果を基に補正することで、上記円周動作する溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に向けて周方向の全周に亘り正確に配置できるようにしてある。
【００４２】
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。
【００４３】
以上の構成としてある本発明の自動溶接装置を使用する場合は、母管１の外周面の上端側位置に、該母管１の長手方向に所要間隔で配列した複数の枝管２，２ａを予め仮付けしておく。
【００４４】
この状態で、先ず、母管１の寸法、枝管２の寸法、上記母管１に対し接続する枝管２の配置等に関する設計データを基に、上記多関節ロボットを操作して、ロボットハンド１２の先端部の上記旋回台１３を、母管１に仮付けした溶接対象の枝管２ａに対し上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させるときの高さ位置に対応する所定のＺ座標平面内に、母管１よりＹ軸方向の一方へ所要寸法離して配置させる。又、この状態で、上記旋回台１３の旋回操作により、上記探触子１４を、母管１側へ向けてＹ軸方向に平行に配置させる。
【００４５】
次に、上記母管１の長手方向（Ｘ軸方向）の枝管２，２ａの取付個所に関する設計データを基に、上記多関節ロボットを操作して、上記探触子１４を、図２（イ）に二点鎖線で示すように、溶接対象の枝管２ａと、そのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２との間に挿入する。この際、上記Ｘ軸方向に配列された各枝管２，２ａの位置が設計データより大幅に変化していることはなく、一方、上記探触子１４は直線状として、水平方向の幅寸法を上記各枝管２，２ａのＸ軸方向の配列間隔に比して大幅に小さくなるようにしてあるため、上記探触子１４が上記溶接対象の枝管２ａやそのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２に接触する虞はない。
【００４６】
次いで、図２（イ）に矢印ａで示すように、上記多関節ロボットの操作により、上記探触子１４を溶接対象の枝管２ａの側面に近接する方向へ移動させる。この移動に伴って、図２（イ）に実線で示すように、上記探触子１４が上記溶接対象の枝管２ａの側面に接触すると、通電開始に基づいてタッチセンサ１６により両者の接触が検出される。よって、その接触検出信号が入力されるロボットコントローラ１９では、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所、すなわち、溶接対象の枝管２ａの上記所定のＺ座標平面内におけるＸ軸方向の一方の端部位置についてのＸ座標が求まる。よって、その求められたＸ座標が、ロボットコントローラ１９より制御装置２０へ入力されるようになるため、該制御装置２０では、上記Ｘ座標と上記設計データより既知となっている上記溶接対象の枝管２ａの半径の寸法から、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標を求めて、一時記憶する。
【００４７】
上記のようにして所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標が判明すると、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを操作して、上記探触子１４を、上記溶接対象の枝管２ａとそのＸ軸方向の一方に隣接する他の枝管２との間からＹ軸方向の一方（溶接対象の枝管２ａから離れる方向）へ一旦引き出し、その後、Ｙ軸方向に平行な配置としてある該探触子１４を、上記所定のＺ座標平面内で、上記溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸ座標と同一のＸ座標位置に配置させる。
【００４８】
次いで、上記多関節ロボットの操作により、上記探触子１４を、Ｙ軸方向の他方（溶接対象の枝管２ａに接近する方向）へ移動させる。この移動に伴い、図２（ロ）に示すように、上記探触子１４の先端部が溶接対象の枝管２ａの外周面に接触すると、タッチセンサ１６より両者の接触検出信号が上記ロボットコントローラ１９へ入力されるため、該ロボットコントローラ１９では、上記溶接対象の枝管２ａにおける上記探触子１４が接触した個所、すなわち、上記所定のＺ座標平面内にて、上記溶接対象の枝管２ａの外周面におけるＹ軸方向の一方へ最も突出した個所についてのＹ座標が求まる。よって、その求められたＹ座標が、ロボットコントローラ１９より制御装置２０へ入力されるようになるため、該制御装置２０では、上記Ｙ座標と上記溶接対象の枝管２ａの既知の半径寸法から、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＹ座標を求めて、一時記憶する。これにより、上記所定のＺ座標平面内における溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸＹ座標が明らかとなる。
【００４９】
更に、上記と同様の探触子１４を用いたセンシング作業を、Ｚ軸方向の位置を変えて行うことにより、上記制御装置２０では、高さ位置の異なる２つのＺ座標平面内で計測された溶接対象の枝管２ａの中心位置のＸＹ座標のずれから、該溶接対象の枝管２ａについて、Ｚ軸方向からの傾きが明らかとなる。
【００５０】
その後、上記制御装置２０では、上記明らかとなった溶接対象の枝管２ａの位置と傾きについて、該溶接対象の枝管２ａの設計データからのずれ量を検出した後、この設計データからのずれ量を有する溶接対象の枝管２ａに対し、該ずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させるために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を該制御装置２０自身に一旦記憶する。
【００５１】
次いで、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを制御して、上記探触子１４を上記溶接対象の枝管２ａの外周面よりＹ軸方向の一方へ所要寸法離反させた後、上記旋回台１３を１８０度旋回させて、図１に示すように、上記枝管溶接機４を、馬蹄型ガイド５の切欠部５ａ（図６参照）がＹ軸方向に沿って上記溶接対象の枝管２ａに臨むように配置する。この際、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を取得して、この位置補正量のＸ軸方向成分を反映した位置に上記枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５を配置させるようにする。これにより、該枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＸ座標が、上記センシング作業により検出された溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＸ座標と一致するようになる。更に、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より取得した馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を基に、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接対象の枝管２ａのＺ軸方向からの傾きに応じた傾斜角度で配置させるようにする。
【００５２】
その後、上記ロボットコントローラ１９は、多関節ロボットを制御して、上記枝管溶接機４を、上記所定のＺ座標平面内でＹ軸方向の他方へ移動させて、図３に示すように、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させる。この際、上記ロボットコントローラ１９は、上記制御装置２０より取得した馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果のＹ軸方向成分を反映した位置に上記馬蹄型ガイド５を配置させるようにする。これにより、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＹ座標が、上記センシング作業により検出された溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＹ座標と一致するようになる。したがって、上記溶接対象の枝管２ａが、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作の軌道の中央に正確に配置させられるようになる。
【００５３】
なお、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときには、上記所定のＺ座標平面内で、上記枝管溶接機４における溶接トーチ１１の円周動作の中心位置のＸ座標を、上記予めセンシング作業により検出した溶接対象の枝管２ａの実際の中心位置のＸ座標に一致させた状態としてから、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５をＹ軸方向の他方へのみ移動させるようにしてあるため、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５が、上記溶接対象の枝管２ａや、母管１に既設又は仮付けしてある他の枝管２に干渉する虞はない。
【００５４】
上記のようにして溶接対象の枝管２ａに、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させると、上記制御装置２０は、該枝管溶接機４の溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａの周りで円周動作させると共に、周方向の複数個所で、溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、上記溶接対象の枝管２ａの下端部や、その下方近傍に位置する母管１と接触させて、上記溶接対象の枝管２ａや母管１における上記溶接トーチ１１のワイヤ２２が接触した各個所についての、ＸＹＺ座標軸系の位置情報を検出すると共に、該各個所の位置情報を互いに連係させて、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測する。更に、上記制御装置２０では、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について得られた詳細な位置情報を基に、上記溶接トーチ１１を該溶接個所に周方向の全周に亘り正確に沿わせて円周動作させるために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、一旦記憶する。
【００５５】
その後、上記制御装置２０により上記溶接対象の枝管２ａに馬蹄型ガイド５を外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作による該溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の溶接作業を行うときには、同時に、上記ロボットコントローラ１９により上記制御装置２０より取得した位置補正量に基づいて上記多関節ロボットを制御して上記枝管溶接機４の位置の補正を行わせる。なお、上記溶接トーチ１１の円周動作に伴う位置補正は、実際の溶接作業の前に予めティーチングを行うか、又は、溶接トーチ１１の位置補正を行いながら溶接作業を行わせるようにすればよい。
【００５６】
これにより、上記枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１によって、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所が、周方向の全周に亘り適切に溶接（隅肉溶接）されるようになる。
【００５７】
したがって、上記母管１に仮付けされた各枝管２について、上記と同様の手順を順次繰り返して実施することにより、上記各枝管２は、該各枝管２ごとに個別に行われる上記探触子１４を用いたセンシング作業により計測される位置情報を基に測定される設計データからの位置ずれに応じて、枝管溶接機４及びその溶接トーチ１１の位置が補正された状態で母管１に対する溶接作業が順次行われるようになる。
【００５８】
このように、本発明の自動溶接装置によれば、母管１の周方向及び長手方向に枝管２を密に配置した構成のヘッダを製造するために、上記母管１に取り付ける枝管２の隣接するもの同士の間隔が狭くなる場合であっても、多関節ロボットのロボットハンド１２に旋回台１３を介して取り付けてある枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、母管１の長手方向に沿って仮付けされた複数の枝管２のうちの溶接対象の枝管２ａに正確に外嵌させることができる。又、この馬蹄型ガイド５の溶接対象の枝管２ａに対する外嵌の際に、該馬蹄型ガイド５が溶接対象の枝管２ａや、母管１に既設又は仮付けされた他の枝管２に対して干渉する虞は解消することができる。
【００５９】
又、溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に、他の枝管２の溶接時の熱により生じた母管１の撓みや歪み、及び、母管１における各枝管２の取付部分に設けてある図示しない孔の加工精度、更には、上記母管１に仮付けされている溶接対象の枝管２ａの傾き等に起因する様々な誤差が生じていても、該溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘り正確に溶接することができる。
【００６０】
更に、上記溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標系での位置の設計データからの位置ずれ（ＸＹ軸方向の位置ずれ、Ｚ軸方向からの傾き）の検出や、該検出された位置ずれに応じて枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の位置を補正するための位置補正量を求める演算処理を、ロボットコントローラ１９の外部に設けた制御装置２０で行うようにしてあるため、上記ロボットコントローラ１９では、複雑な演算処理を要することなく、上記設計データに、上記制御装置２０より取得する枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を加えた位置情報に基づいて、上記多関節ロボットを制御するようにすればよい。よって、一般的に用いられている（汎用の）多関節ロボットのロボットコントローラ１９では新たなプログラムが必要になる等、処理が煩雑になる複雑な補正演算処理を、容易に行うことができる。又、上記ロボットコントローラ１９ではブラックボックス化される虞のある補正結果等の外部管理や確認を、上記制御装置２０で行うことが可能になる。更には、上記制御装置２０により、補正値の外部設定を行うことも可能になる。
【００６１】
又、本実施の形態においては、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を、上記制御装置２０により制御させるようにしてあるため、上記多関節ロボットとしては、ロボットハンド１２の先端部までに複数の制御軸を備えた６軸ロボット等の通常の多関節ロボットを採用することができる。よって、通常の多関節ロボットに新たな軸の追加や、この追加する新たな軸のための制御プログラムの追加等を要することなく本発明の自動溶接装置を構成することができる。これにより、本発明の自動溶接装置の製造に要する手間及びコストを抑える効果も期待できる。
【００６２】
上記実施の形態においては、本発明の自動溶接装置を、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、１基の多関節ロボットで行うものとして説明したが、本発明の自動溶接装置は、図４に示すように、枝管の位置のセンシング作業と、枝管の母管に対する溶接作業を、個別の多関節ロボットで行わせる形式としてもよい。
【００６３】
すなわち、図４に示す本発明の自動溶接装置は、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２４を設置して、該ガイドレール２４に、２基の多関節ロボット２５と２６を独立して往復動可能に取り付ける。
【００６４】
更に、上記母管１の長手方向一端側に位置する一方の多関節ロボット２５のロボットハンド２５ａの先端部に、図１乃至図３に示した枝管溶接機４と同様の枝管溶接機４を取り付けると共に、上記母管１の長手方向他端側に位置する他方の多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部に、図１乃至図３に示した探触子１４と同様の探触子１４を取り付ける。なお、図４では、図示する便宜上、上記各多関節ロボット２５，２６は、上記母管１の長手方向と対応するガイドレール２４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、各ロボットハンド２５ａ，２６の先端部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における馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１１以外の構成の記載は省略してある。上記図４に一点鎖線で描いた円弧は、上記溶接トーチ１１の円周動作の軌道の概要を示すものである。
【００６５】
上記探触子１４を取り付けたセンシング作業用の多関節ロボット２６のロボットコントローラ２７には、一方の電極（図では正極）２８ａを上記探触子１４に通電ライン２９を介して接続し且つ他方の電極（図では負極）２８ｂを母管１に通電ライン３０を介して接続した通電検出式のタッチセンサ２８による接触検出信号を入力できるようにする。
【００６６】
更に、上記ロボットコントローラ２７は、該ロボットコントローラ２７で制御している上記センシング作業用の多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部の位置及び向きの情報と、上記探触子１４の形状（長さ）等についての既知のデータとを基に、母管１に仮付けしてある枝管２における上記探触子１４が接触するときの該接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置を検出して、該検出した位置情報を、通信線３１を介して接続した制御装置２０ａへ向けて外部出力できるようにする。
【００６７】
一方、上記枝管溶接機４を取り付けた溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットコントローラ３２には、一方の電極（図では正極）３３ａを上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１のワイヤ２２に通電ライン３４を介して接続し且つ他方の電極（図では負極）３３ｂを母管１に通電ライン３５を介して接続した通電検出式のタッチセンサ３３による接触検出信号を入力できるようにする。
【００６８】
更に、上記ロボットコントローラ３２は、該ロボットコントローラ３２で制御している上記溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットハンド２５ａの先端部の位置及び向きの情報と、上記枝管溶接機４の形状、溶接トーチ１１の形状、該溶接トーチ１１のワイヤ２２の突出寸法等についての既知のデータとを基に、上記溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子として、上記母管１に仮付けしてある枝管２やその下方近傍の母管１に接触させるときに、それぞれの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置を検出して、該検出した位置情報を、通信線３６を介して接続した制御装置２０ａへ向けて外部出力できるようにする。
【００６９】
上記制御装置２０ａは、上記センシング作業用の多関節ロボット２６のロボットコントローラ２７より、或る枝管２に上記探触子１４が接触したときの接触個所についてのＸＹＺ座標軸系に関する位置情報が入力されると、その位置情報を基に、上記或る枝管２のＸＹＺ座標軸系における位置と、Ｚ軸方向からの傾きを測定する機能を備える。
【００７０】
更に、上記制御装置２０ａは、上記或る枝管２のＸＹＺ座標軸系での位置と、Ｚ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記或る枝管２の位置について、設計データに基づく位置からのずれ量を検出する機能を備えると共に、該或る枝管２を溶接対象とする場合に、上記検出された設計データからのずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象とする上記或る枝管２に外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その演算結果を、各枝管２ごとに一旦記憶する機能を備える。
【００７１】
又、上記制御装置２０ａは、上記溶接作業の多関節ロボット２５をそのロボットコントローラ３２により制御してロボットハンド２５ａに取り付けてある枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、溶接対象の枝管２ａに外嵌させるときに、該溶接対象の枝管２ａについて予め記憶してある上記馬蹄型ガイド５の位置補正量の演算結果を呼び出して、上記ロボットコントローラ３２へ出力できるようにしてある。
【００７２】
更に、上記制御装置２０ａは、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５に保持させた溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能を備える。
【００７３】
更に又、上記制御装置２０ａは、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた状態で、該制御装置２０ａにより円周動作を制御する枝管溶接機４の溶接トーチ１１を探触子として円周動作の軌道の周方向所要間隔の複数個所で検出した上記溶接対象の枝管２ａ及びその下方近傍に位置する母管１との接触個所のＸＹＺ座標軸系での位置情報が入力されると、周方向の各個所で検出した位置情報を互いに連係させることで、溶接対象の枝管２ａと母管１との実際の溶接個所について、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を計測する機能を備えるようにしてある。
【００７４】
上記制御装置２０ａは、更に、上記したように溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所について得られている詳細な位置情報を基に、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の円周動作する溶接トーチ１１により上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記円周動作する溶接トーチ１１が、該溶接個所に沿って周方向の全周に亘り正確に移動するようにするために必要とされる枝管溶接機４の位置補正量を求める補正演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、上記溶接作業用の多関節ロボット２５のロボットコントローラ３２へ与える機能も備えるようにしてある。これにより、上記溶接対象の枝管２ａに外嵌させた枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させて上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所の実際の溶接作業を行うときには、上記制御装置２０ａによる溶接トーチ１１の円周動作の制御と同時に、上記ロボットコントローラ３２による上記溶接作業用の多関節ロボット２５の制御を介してロボットハンド２５ａの先端部に取り付けてある枝管溶接機４の位置を、上記制御装置２０ａより与えられる位置補正量の演算結果を基に補正することで、上記円周動作する溶接トーチ１１を、上記溶接対象の枝管２ａと母管１との溶接個所に向けて周方向の全周に亘り正確に配置できるようにしてある。
【００７５】
その他、図１乃至図３に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００７６】
以上の構成としてある本発明の自動溶接装置によっても、上記図１乃至図３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
上記本発明の実施の形態においては、母管１に取り付ける各枝管２，２ａについてのセンシング作業と、溶接対象の枝管２ａの母管１に対する溶接作業を、個別の多関節ロボット２６と２５で独立して行わせるようにしてあるため、センシング作業用の多関節ロボット２６では、各枝管２，２ａ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、溶接作業用の多関節ロボット２５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。
【００７８】
したがって、上記溶接作業用の多関節ロボット２５の枝管溶接機４を用いて所定の溶接順序にしたがって各枝管２を順次溶接対象の枝管２ａとしてその溶接作業を実施している間に、上記センシング作業用の多関節ロボット２６では、探触子１４を用いて溶接順序が後の枝管２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２，２ａをすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を短縮させることができる。よって、上記母管１に複数の枝管２，２ａ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。
【００７９】
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、枝管２，２ａの位置を検出するためのセンサとして、直線状の探触子１４を示したが、多関節ロボットのロボットハンド１２や、多関節ロボット２６のロボットハンド２６ａの先端部に取り付けて、枝管２，２ａの存在を検出できるようにしてあれば、別の形状の探触子１４を採用してもよい。又、探触子１４に代えて、耐熱型の光学式又は磁気式の変位センサを用いるようにしてもよい。この場合、該変位センサの検出形式に応じてそのロボットハンド１２，２６ａへの取付手段、取付構造は自在に設定してよい。
【００８０】
上記各実施の形態では、制御装置２０，２０ａを、センシングにより検出された溶接対象の枝管２ａのＸＹＺ座標軸系での位置とＺ軸方向からの傾きの測定結果を基に、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について設計データの位置からのずれ量を検出する機能と、このずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行い、その位置補正量の演算結果を、枝管溶接機４を備えた多関節ロボット２５のロボットコントローラ１９，３２へ与える機能を備えるものとして示したが、上記制御装置２０，２０ａを、上記溶接対象の枝管２ａと母管１の位置について設計データの位置からのずれ量を検出して、このずれ量を枝管溶接機４を備えた多関節ロボット２５のロボットコントローラ１９，３２へ与える機能を備えるものとし、一方、該ロボットコントローラ１９，３２に、上記ずれ量を解消して上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象の枝管２ａに外嵌させることができるようにするために必要とされる該馬蹄型ガイド５の位置補正量を求める演算処理を行う機能を持たせるようにしてもよい。
【００８１】
更に、枝管溶接機４を装備して溶接作業に用いる多関節ロボット２５に制御軸を増やす必要がなく、又、その制御を行うロボットコントローラ１９，３２に複雑な位置補正のためのプログラムの追加を不要にできるという観点から考えると、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の円周動作を制御する機能は、ロボットコントローラ１９，３２の外部に設けた制御装置２０，２０ａに持たせることが望ましいが、上記ロボットコントローラ１９，３２に持たせるようにしてもよい。
【００８２】
上記溶接対象の枝管２ａに、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた後に、溶接対象の枝管２ａと、その下方近傍の母管１との溶接個所に関し、周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を得て、該位置情報を基に、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を円周動作させるときに位置補正を行うことが望ましいが、溶接時の熱による母管１の撓みや歪みが小さい場合や、母管１における各枝管２の取付部分に設ける図示しない孔の精度が十分に高い場合等には、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を外嵌させた後の溶接トーチ１１のワイヤ２２を探触子とする溶接対象の枝管２ａと、その下方近傍の母管１との溶接個所についてのタッチセンシングは省略してもよい。この場合は、上記溶接トーチ１１のワイヤを探触子として行うタッチセンシングに関する装置構成を省略してもよい。
【００８３】
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】
【００８４】
１ 母管
２ 枝管
２ａ 溶接対象の枝管
４ 枝管溶接機
５ 馬蹄型ガイド（ガイド）
５ａ 切欠部
１１ 溶接トーチ
１４ 探触子（センサ装置）
１６ タッチセンサ（センサ装置）
１９ ロボットコントローラ
２０，２０ａ 制御装置
２５ 多関節ロボット（ロボット）
２６ 多関節ロボット（ロボット）
２７ ロボットコントローラ
２８ タッチセンサ（センサ装置）
３２ ロボットコントローラ
３３ タッチセンサ（センサ装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成を有することを特徴とする自動溶接装置。
【請求項２】
制御装置を、枝管溶接機の溶接トーチの円周動作を制御する機能を備えてなるものとした請求項１記載の自動溶接装置。
【請求項１】
母管に仮付けした枝管の位置を検出するためのセンサ装置と、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切欠部を超えて円周動作できるようにしてある溶接トーチを具備してなる枝管溶接機を、個別の又は共通のロボットに取り付け、更に、上記ロボットの制御を行うためのロボットコントローラと、上記ロボットコントローラの外部に設けて該ロボットコントローラと接続した制御装置とを備え、且つ上記制御装置は、上記ロボットコントローラによりロボットを制御して上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させるときの該ガイドの位置と、上記センサ装置により検出された枝管の位置とのずれ量を検出して、該検出されたずれ量を解消するための上記ガイドの位置補正量を求める機能と、該求めた位置補正量を上記枝管溶接機のガイドを溶接対象の枝管に外嵌させる操作を行う上記ロボットコントローラへ与える機能を備えてなるものとした構成を有することを特徴とする自動溶接装置。
【請求項２】
制御装置を、枝管溶接機の溶接トーチの円周動作を制御する機能を備えてなるものとした請求項１記載の自動溶接装置。
【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２０１１−２１８３６５（Ｐ２０１１−２１８３６５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６７４６（Ｐ２０１０−８６７４６）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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