JPH067935A

JPH067935A - 溶接装置

Info

Publication number: JPH067935A
Application number: JP12766992A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 孝司原; Yuji Yamaguchi; 裕治山口; Shinji Yamazaki; 信二山崎; Masayuki Ishikawa; 正幸石川; Norio Kitamura; 紀夫北村; Akio Makago; 昭夫真籠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】伝熱管２が管板１内に引き込まれている場合
でも、作業工数をかけることなく、機械的性質や耐食性
の優れた溶接を行うことができることである。【構成】溶接トーチ５と、溶接トーチ５がその溶接ア
ークの向きを変更できるよう取付けられ、溶接トーチ５
を管板１に対して相対的に移動させると共に、溶接アー
クが環状の境界部２３に沿って移動して行くよう溶接ト
ーチ５を回転させる溶接トーチ移動機構５０と、管板１
を撮像するカメラ１５と、カメラ１５の画像から管穴２
４の位置を求める画像処理装置３４と、境界部２３まで
の距離を測定するレーザ測長器７と、画像処理装置３４
により得られた管穴の位置および測長器７により得られ
た境界部２３までの距離に基づいて、マニピュレータ２
２による溶接トーチ５の移動量に対する補正量を溶接ト
ーチ移動機構に出力する溶接トーチ位置制御装置３３
と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管板の管穴に差し込ま
れた管を該管板に溶接する溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱交換器における伝熱管と管板と
の溶接をおこなる溶接装置としては、例えば、特開昭４
９−３５２５０号公報に記載されているものがある。こ
の溶接装置は、ティグ溶接を行う溶接トーチと、管穴に
差し込まれるガイドロッドと、ガイドロッドをＸ，Ｙ，
Ｚ方向（Ｘ方向は鉛直方向、Ｙ方向は管板に平行でかつ
水平方向、Ｚ方向は管板に垂直方向）に移動させるマニ
ピュレータとを備えているものである。この溶接トーチ
は、ガイドロッドに回転可能に取付けられている。ま
た、ガイドロッドは、マニピュレータに対してＸ，Ｙ方
向に僅かに移動できるよう、弾性体等を介してマニピュ
レータに設けられている。

【０００３】伝熱管と管板との溶接の際には、マニピュ
レータを駆動して、ガイドロッドを目的の伝熱管に差し
込む。このとき、マニピュレータの機構のみでは、管穴
の加工位置誤差、マニピュレータ自体の位置決め誤差等
で、ガイドロッドを目的の伝熱管に確実に導くことがで
きないので、ガイドロッドをマニピュレータに対して
Ｘ，Ｙ方向に僅かに移動させて、位置補正する。ガイド
ロッドが伝熱管に差し込まれると、溶接トーチをガイド
ロッド回りに回転させて、溶接アークを伝熱管の外側か
ら中心軸方向に向け、ティグ溶接を実行する。

【０００４】ところで、伝熱管の先端部が管板表面から
突出している場合には、このような溶接が直ちに可能で
あるが、伝熱管の先端部が管板内に引き込まれている場
合には、管穴にガイドロッドを差し込んだ状態で溶接を
行うため、管と管板との境界部を直接溶接することがで
きない。そこで、このような場合には、伝熱管の先端部
が管板表面側に現われるまで、管穴を面取りした後、溶
接を実行するか、または、溶接電流を高く設定すると共
に溶接速度を遅くして、伝熱管の先端部回りの管板を溶
かしつつ伝熱管と管板とを溶接しなければならない。

【０００５】なお、従来の溶接装置として、ガイドロッ
ドを有するものとしては、特開昭５２−２２５４４号公
報や、特開昭５９−２２３１７８号公報に記載されてい
るものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、ガイドロッドを用いているため、溶
接トーチを目的の溶接位置に正確に導くことが可能であ
るものの、伝熱管が管板内に引き込まれている場合に
は、前述したように、管板部を十分に溶融させるため、
高溶接電流、低溶接速度での高入熱溶接を行う必要があ
り、伝熱管や管板の機械的性質が劣化し易くなるという
問題点がある。特に、耐食性の要求されるオ−ステナイ
ト系、またはフェライト系ステンレス製等の伝熱管と管
板との溶接では、高入熱での溶接による溶接熱影響部の
結晶粒の粗大化、組織の鋭敏化等が生じ、溶接部の耐食
性の劣化が生じ易くなってしまう。

【０００７】また、低入熱の溶接を行うために、伝熱管
の引込み量に応じた管穴の面取りを行い、伝熱管と管板
との境界を直接溶融する方法では、この管穴毎の面取り
加工が甚だ面倒で、非常に工数が嵩んでしまうという問
題がある。なお、この方法では、管穴ピッチが狭い場合
や管引き込み量が大きい場合には、十分な面取りができ
ず、結局、高入熱溶接を実行してしまうことになる。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、伝熱管が管板内に引き込まれてい
る場合でも、作業工数をかけることなく、溶接トーチを
目的の溶接位置に正確に導くことができ、かつ機械的性
質や耐食性の優れた溶接を行うことができる溶接装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の溶接装置は、管板の複数の管穴にそれぞれ差し込まれ
た複数の管を該管板に溶接する溶接装置において、前記
管と前記管板との環状の境界部を溶接する溶接トーチ
と、前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アー
クの向きを変更できるよう取付けられ、該溶接トーチを
前記管板に対して相対的に移動させると共に、該溶接ト
ーチの溶接アークが環状の前記境界部に沿って移動して
行くよう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ移動手段
と、前記管板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によ
り得られた画像から、前記管板上の前記管穴の位置を求
める画像処理手段と、前記境界部までの距離を測定する
測長手段と、予め得られている複数の前記管穴の位置デ
ータに基づいて、前記溶接トーチが複数の該管穴近傍に
順次導かれるよう、前記溶接トーチ移動手段の駆動量を
制御すると共に、前記画像処理手段により得られた前記
管穴の位置および前記測長手段により得られた前記境界
部までの距離に基づいて、前記溶接トーチの溶接アーク
が該境界部に向き、かつ該溶接トーチの先端から該境界
部までの距離が所定の距離になるよう、前記駆動量に対
する補正量を前記溶接トーチ移動手段に出力する溶接ト
ーチ位置制御装置と、を備えていることを特徴とするも
のである。

【００１０】

【作用】ここでは、管の先端部が管板内に引き込まれて
いるものを溶接する場合の動作について説明する。ま
ず、複数の管のうち、いずれかの管を直ちに溶接できる
よう、溶接トーチを初期設定する。この溶接トーチの初
期設定では、溶接トーチの位置のみならず、溶接トーチ
の先端が回転中心軸に対して外方向を向き、かつ溶接ト
ーチの先端と環状の境界部との距離がこの溶接に適切な
距離になるよう、溶接トーチの向きも設定する。

【００１１】続いて、溶接トーチ移動手段により、溶接
トーチを回転させつつ、管と管板との環状の境界部を溶
接する。この際、少なくとも、次に溶接する部分を撮像
手段で撮像し、次に溶接する管穴の管板上の位置を求め
ると共に、そこの管と管板との境界部までの距離を測長
手段により実測する。最初の境界部を溶接すると、予め
得られている複数の管穴の位置データ、例えば、管穴加
工の際に用いた管穴加工用ＮＣデータに基づいて、溶接
トーチを溶接トーチ移動手段により移動させる。ところ
で、このような管穴加工用ＮＣデータのみを用いて溶接
トーチを移動させた場合には、管穴加工時の加工位置誤
差や移動機構自体の位置決め誤差により、溶接トーチを
正確に境界部に導くことができない。そこで、撮像手段
により得られた管穴の位置および測長手段により得られ
た境界部までの距離に基づき、溶接トーチの溶接アーク
が境界部に向き、かつ溶接トーチの先端が境界部まで所
定の距離離れるよう、溶接トーチを補正移動させる。

【００１２】そして、溶接トーチを回転させて、境界部
を溶接して行く。この際にも、次に溶接する部分の撮像
および測長を行い、これにより得たデータをさらに次に
溶接する際の溶接トーチの補正移動に用いる。以上の動
作を繰り返して実行し、複数の管を順次管板に溶接す
る。

【００１３】このように、本発明では、撮像手段等を用
いて溶接部分の位置等を実際に測定して、溶接トーチの
位置を補正しているので、溶接トーチを溶接部分である
境界部に正確に導くことができる。さらに、溶接トーチ
を溶接部分に正確に導くことができることに起因して、
従来技術のようにガイドロッド等を用いる必要がなくな
るため、溶接アークを管の中心軸側から外方向に向ける
ことができ、管の先端部が管板内に引き込まれていて
も、管板に面取りを施すことなく、直接境界部分を溶接
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る管と管板とを溶接する溶
接装置の一実施例について図面を用いて説明する。本実
施例の溶接装置は、図１に示すように、熱交換器６０の
外径φ１５〜２３mmの伝熱管２と管板１との境界部２３
をティグ溶接するものである。この伝熱管２は、管板１
の表面から伝熱管肉厚に応じて１.２〜３.０mm程度引き
込まれており、境界部２３は管穴２４内に存在してい
る。

【００１５】本溶接装置は、図１、図２および図３に示
すように、伝熱管２と管板１との境界部２３をティグ溶
接する溶接トーチ５と、溶接トーチ５を移動させる溶接
トーチ移動機構５０と、溶接トーチ移動機構５０を制御
するトーチ位置制御装置３３と、溶接用ワイヤー１３を
溶接トーチ５のタングステン電極３近傍に送給する溶接
用ワイヤー送給装置５２と、ティグ溶接用の電力を供給
する溶接電源装置３１と、溶接電源装置３１を制御する
溶接制御装置３０と、シールガスとしてのアルゴンガス
を供給するガスボンベ（図示されていない）と、小型カ
メラ１５と、カメラ１５で撮像した画像に特定の処理を
施す画像処理装置３４と、境界部２３までの距離等を測
定するレーザ測長器７と、レーザ測長器７による測定タ
イミングを制御すると共に測長データを一時的に記憶す
るレーザ測長制御装置３７と、溶接トーチ移動機構５０
を３方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に移動させる３軸
マニピュレータ２２と、３軸マニピュレータ２２を制御
するＮＣ制御装置３２と、を有して構成されている。

【００１６】溶接トーチ移動機構５０は、図１に示すよ
うに、溶接トーチ５を回転させる減速機付きトーチ回転
用スッテピングモータ１６と、これを支持する回転用モ
ータケース２５と、トーチ回転用モータ１６の軸に取付
けられているトーチ回転シャフト８と、溶接トーチ５を
Ｚ方向に移動させるトーチＺ方向移動用サーボモータ１
１と、溶接トーチ５を保持するトーチ保持体６と、Ｚ方
向移動用モータ１１の軸に取付けられトーチ保持体６の
一端側に形成されているネジ１０に係合するギア９と、
回転用モータケース２５を回転シャフト８や溶接トーチ
５等と共に鉛直方向（Ｘ方向）に移動させるＸ方向スラ
イドユニット１９およびＸ方向移動用サーボモータ１８
ａと、Ｘ方向スライドユニット２０を水平方向（Ｙ方
向）に移動させるＹスライドユニット２０およびＹ方向
移動用サーボモータ１８ｂと、を有している。

【００１７】トーチ回転シャフト８は、回転用モータケ
ース２５に設けられているラジアル軸受１７に、回転可
能に支持されている。トーチ保持体６は、その一端側が
回転シャフト８内に設けられ、回転しながらＺ方向に移
動可能にベアリング２９に支持されている。したがっ
て、トーチ保持体６および溶接トーチ５は、回転シャフ
ト８に固設されているＺ方向移動用モータ１１が駆動す
ることにより、ギア９およびギア９が回転して、回転し
ながらＺ方向に移動することになる。

【００１８】Ｚ方向移動用サーボモータ１１、Ｘ方向移
動用サーボモータ１８ａおよびＹ方向移動用サーボモー
タ１８ｂは、溶接トーチ５を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方
向、Ｚ方向に関して、０．１mm以下の精度で位置決めで
きるものを用いている。なお、Ｚ方向移動用サーボモー
タ１１の電力ケーブルとレーザ測長器７の制御信号ケー
ブルとには、両者が同軸になっている同軸ケーブル２６
を用いてる。回転用モータケース２５には、この同軸ケ
ーブル２６を巻き取るケーブル巻き取り装置２７が設け
られている。

【００１９】トーチ保持体６は、溶接トーチ５のタング
ステン電極３がトーチ回転シャフト８の回転中心軸に対
して斜め外方向を向くよう、溶接トーチ５をその前後２
ヵ所で支持している。この２ヵ所の支持部分の一方には
長孔（図示されていない）が形成され、一方の支持部分
を中心として、溶接トーチ５が揺動可能になっている。
すなわち、溶接トーチ５は、トーチ回転シャフト８の回
転中心軸に対する角度を一定の範囲内で変えられるよう
になっている。

【００２０】溶接トーチ５と溶接電源装置３１とは、溶
接電源装置３１から溶接トーチ５へアルゴンガスおよび
溶接用電力を供給できるよう、ガスホースと電力ケーブ
ルとが同軸になっている同軸メインケーブル２８により
接続されている。この同軸メインケーブル２８は、トー
チ回転シャフト８内に形成されているケーブル挿通孔
（図示されていない）を通り、溶接トーチ５に接続され
ている。なお、アルゴンガスは、ガスボンベから溶接電
源装置３１に送られ、そこでガス供給調整が行われる。

【００２１】溶接用ワイヤー送給装置５２は、溶接用ワ
イヤー１３が巻き付けられているワイヤーリール１４
と、ここからタングステン電極３の近傍まで溶接用ワイ
ヤー１３を送給する溶接用ワイヤー送給機１２と、溶接
用ワイヤー送給機１２とタングステン電極近傍までの間
の溶接用ワイヤー１３をガイドするワイヤー送給ガイド
４とで、構成されている。ワイヤーリール１４およびワ
イヤー送給機１２は、トーチ回転シャフト８に固設され
ている。

【００２２】レーザ測長器７は、境界部２３までの距離
を検出するため、回転用シャフト８の先端部分に取付け
られている。このレーザ測長器７は、その測定方向を変
えられるよう回転シャフト８に取付けられている。溶接
トーチ移動機構５０は、固定治具２１を介して、３軸マ
ニピュレータ２２に設けられている。また、カメラ１５
は、その撮像方向を変えられるよう固定治具２１に取付
けられている。

【００２３】次に、本実施例の溶接装置の動作について
図４に示すフローチャートに従って説明する。まず、各
機器の原点調整および各種データの初期設定を行う（ス
テップ１）。ステップ１においては、最初に、管板１と
溶接装置とが対向するように、熱交換器６０をターニン
グロール６１上に置き、管板１の水平および垂直のレベ
ルを±１０mm／２０００mm以下程度に調整する。

【００２４】３軸マニピュレータ２２の原点合わせを行
う。３軸マニピュレータ２２を制御するＮＣ制御装置３
２のＮＣ制御用座標データには、管板１への管穴加工用
のＮＣ座標データを流用する。この原点合わせでは、タ
ングステン電極３が伝熱管２の中心軸に対し、３０°〜
７０°程度の角度になるよう、溶接トーチ５の向きを調
整した後、３軸マニピュレータ２２を駆動して、最初に
溶接する伝熱管２と管板１との境界部２３に溶接トーチ
５を移動させると、その境界部２３からタングステン電
極３の先端までの距離が０.５〜１.５mm程度になり、か
つ管板１の管穴内面からタングステン電極３の先端まで
の距離が０.５mm以下になるよう手動にて調整する。

【００２５】３軸マニピュレータ２２の原点合わせが終
了すると、最初に溶接する境界部２３に対するタングス
テン電極３の前述した位置を２番目に溶接する境界部２
３に対するタングステン電極３の原点とする。具体的に
は、レーザー測長器７と管板１までの距離を基準とし、
レーザー測長制御装置３７およびトーチ位置制御装置３
３の原点調整を行る。また、図８に示すように、最初の
溶接部分の管板表面３６ａからレーザ測長器７までの距
離Ｌｐ₁および管端面３５ａからレーザ測長器７までの
距離Ｌｔ₁をノギス等で実測し、これを初期データとし
てレーザー測長制御装置３７およびトーチ位置制御装置
３３に設定する。さらに、レーザー測長の測長待時間お
よび測長時間もレーザー測長制御装置３７に初期設定す
る。

【００２６】カメラ１５の次溶接位置への焦点調整を手
動で行う。このカメラ１５は、３軸マニピュレータ２２
に設けられている固定治具２１に取付けてあるため、３
軸マニピュレータ２２による溶接トーチ５の管列方向へ
の移動に伴い、常に、次溶接位置を向いた状態を維持す
る。

【００２７】次に、原点調整用テンプレートにて工業用
カメラ１５の画像データの画像処理装置３４上での原点
調整、およびトーチ位置制御装置３３の原点調整を行
う。原点調整用テンプレートには、図５に示すように、
公称の管穴径と同じ径の２つの基準穴４１ｂ，４３ｂ
が、相互の中心点４１ａ，４３ａ間の距離が公称ピッチ
Ｐとなるよう描かれている。この原点調整用プレートを
管板１に張付ける（最初に溶接する部分の管穴と一方の
基準穴４１ｂとを一致させる）。カメラ１５は、その撮
像方向が管板１をやや斜めの方向から撮像するよう調整
されているため、例えば、実際の管穴ピッチと画像デー
タから得られる管穴ピッチとは異なってしまう。そこ
で、管板１に張付けた原点調整用テンプレートを撮像し
て、その画像データから得られる管穴ピッチＰを公称ピ
ッチとして把握できるよう、画像処理装置３４やトーチ
位置制御装置３３を調整する。なお、この画像データか
ら得られる２つの基準円４１ｂ，４３ｂの中心点４１
ａ，４３ａの座標値および管穴ピッチＰは、画像処理装
置３４に初期設定される。溶接電流、溶接速度、溶接ワ
イヤー送給量等の溶接条件を溶接制御装置３０に入力す
る。

【００２８】ステップ２では、溶接開始のスタートボタ
ンを押し、最初の境界部２３の溶接を開始させる。する
と、溶接制御装置３０から、溶接電源３１に対して溶接
トーチ５へアルゴンおよび溶接電流を供給する指令、お
よびワイヤー送給機１２に対してワイヤー送給指令が発
進されると共に、減速機付きトーチ回転用スッテピング
モータ１６に対して溶接トーチ５の回転開始の時期およ
び回転速度に関する制御用パルス信号が発進される。こ
れにより、回転用モータ１６は駆動し始め、溶接トーチ
５は、回転シャフト８の回転中心軸を中心として回転
し、伝熱管２と管板１との境界部２３のティグ溶接を開
始する。この際、タングステン電極３はトーチ回転シャ
フト８の回転中心軸に対して斜め外方向を向いているの
で、伝熱管２の管中心側から境界部２３を直接溶接する
ことができ、管板１を不必要に溶かすことはない。

【００２９】ステップ３では、ステップ２の開始と並行
して、溶接制御装置３０からレーザ測長制御装置３７に
対して測長制御指令が送信され、レーザ測長制御装置３
７は、初期設定した測長待時間経過後にレーザー測長器
７に対して測長開始指令を出力する。レーザー測長器７
は溶接トーチ５と共に回転し、図７に示すように、レー
ザ測長器７が発進するレーザビームは管板１上に円軌道
４０を形成する。なお、同図中、３８は溶接トーチ５の
溶接アークの軌道を示している。レーザ測長器７が回転
すると、レーザビームは次に溶接する伝熱管３９を横切
ることになる。レーザ測長器７は、レーザー測長制御装
置３７が初期設定した測長時間経過後に測長停止指令を
出力するまで、測長を行い、測長データをレーザ測長制
御装置３７に送信する。レーザ測長制御装置３７は、
０.１秒毎程度の頻度で測長データを内部メモリに一旦
記憶し、記憶したデータのうち、図８に示すように、Ｌ
ｐ₁±１．５mmのデータのみを抽出し、これらを平均し
て、この平均値を２番目の溶接部分の管板表面３６ｂか
らレーザ測長器７までの距離Ｌｐ₂とする。さらに、記
憶したデータのうち、Ｌｔ₁±１．５mmのデータのみを
抽出し、これらを平均して、この平均値を２番目の溶接
部分の管端面３５ｂからレーザ測長器７までの距離Ｌｔ
₂とする。レーザ測長制御装置３７は、初期設定値であ
る距離Ｌｐ₁，Ｌｔ₂を内部メモリから消去する一方で、
求めた距離Ｌｐ₂，Ｌｔ₂を内部メモリに記憶すると共
に、トーチ位置制御装置３３ヘ送信する。

【００３０】トーチ位置制御装置３３は、初期設定され
ている距離Ｌｐ₁と距離Ｌｐ₂との差Ｄｐ₁を求めると共
に、初期設定されている距離Ｌｔ₁と距離Ｌｔ₂との差Ｄ
ｔ₁を求め、これらの値Ｄｐ₁，Ｄｔ₁を２番目の溶接部
分を溶接する際における溶接トーチ５のＺ方向の位置補
正量とする。ところで、測長器自体は、レーザを用いる
ものでなくてもよいが、高熱、高電磁波領域近傍におい
て、距離測定を実施することになるので、光学式の測長
器が好ましい。

【００３１】ステップ４では、ステップ２の開始と並行
して、溶接制御装置３０から溶接開始情報がトーチ位置
制御装置３３に送信される。これを受信したトーチ位置
制御装置３３は、画像処理装置３４に対して撮像指令を
出力し、カメラ１５は、２番目に溶接する部分を中心と
して、撮像を開始し、画像データを画像処理装置３４に
出力する。ところで、図６に示すように、管板表面４４
ａは反射光により白く、管内部４４ｂは黒く、管端面４
４ｃは灰色に撮像される。そこで、画像処理装置３４
は、画像データをデジタル変換して、白い部分を示すデ
ータ群と黒い部分を示すデータ群とに２値化する。さら
に、画像処理装置３４は、黒い部分を示すデータ群の座
標値から黒色部分の中心座標を求める。この中心座標
は、図５に示すように、２番目に溶接する部分の中心位
置４２ａの座標であるから、初期設定された基準円４３
ｂの中心位置４３ａの座標値とを比較し、両者のＸ方向
に関する値の差ＤｘおよびＹ方向に関する値の差Ｄｙを
求め、これらの値Ｄｘ，ＤｙをそれぞれＸ方向およびＹ
方向に関する溶接トーチ５の位置補正量とし、内部メモ
リ内に一時的に記憶しておく。

【００３２】ステップ５では、初期設定した溶接終了位
置まで、溶接トーチ５が回転した時点で、溶接制御装置
３０が、溶接電源３１に対し、アルゴンガスおよび溶接
電流の供給終了指令を出力すると共に、減速機付きトー
チ回転用スッテピングモータ１６に回転終了指令を出力
し、最初の溶接位置における溶接を終了させる。

【００３３】ステップ７では、溶接制御装置３０からの
溶接終了情報を受けたＮＣ制御装置３２が管穴加工用の
ＮＣ座標データのうち２番目に溶接する部分の座標デー
タを３軸マニピュレータ２２に出力する。３軸マニピュ
レータ２２は駆動して、溶接トーチ５を２番目の溶接位
置に移動させる。この移動過程において、溶接トーチ５
が管板１から所定距離離れた時点で、溶接制御装置３０
が回転用モータ１６に対し、反転指令を出力する。回転
用モータ１６が駆動し、トーチ回転シャフト８が反転し
ている際には、ケーブル巻き取り装置２７が駆動する。
これは、トーチ回転シャフト８の回転と共に、Ｚ方向移
動用モータ１１およびレーザ測長器７も回転するため、
これらに電力や制御信号を送る同軸ケーブル２６が、反
転時に弛み、巻き込まれるのを防止するためである。

【００３４】ステップ７において、溶接トーチ５をほぼ
次溶接位置に移動させると、ステップ８では、ステップ
３で求めた溶接トーチ５のＺ方向の位置補正量Ｄｔ₁に
基づき、溶接トーチ５のタングステン電極３のＺ方向の
位置を補正する。このＺ方向の位置補正量Ｄｔ₁はＺ方
向移動用モータ１１の回転量に換算されて、Ｚ方向移動
用モータ１１に出力される。Ｚ方向移動用モータ１１が
駆動すると、ギヤ９が回転し、トーチ保持体６が回転し
つつＺ方向に移動して、溶接トーチ５はＺ方向に補正移
動する。この移動の結果、タングステン電極３の先端か
ら伝熱管２と管板１との境界部２３までのＺ方向の距離
が０．５〜１．５mmとなる。

【００３５】ステップ９では、ステップ４で求めた溶接
トーチ５のＸ方向およびＹ方向の位置補正量Ｄｘ，Ｄｙ
に基づき、溶接トーチ５のタングステン電極３のＸ方向
およびＹ方向Ｚ方向の位置を補正する。このＸ方向およ
びＹ方向の位置補正量Ｄｘ，Ｄｙは、それぞれＸ方向移
動用モータ１８ａの回転量およびＹ方向移動用モータ１
８ｂの回転量に換算されて、Ｘ方向移動用モータ１８
ａ、Ｙ方向移動用モータ１８ｂに出力される。Ｘ方向移
動用モータ１８ａおよびＹ方向移動用モータ１８ｂが駆
動すると、Ｘ方向スライドユニット１９およびＹ方向ス
ライドユニット２０が移動して、溶接トーチ５はＸ方向
およびＹ方向に僅かに補正移動する。この移動の結果、
伝熱管２の中心軸と回転シャフト８の回転中心軸とが一
致する。なお、この一致により、ＸＹ平面内のあらゆる
方向において、伝熱管２のタングステン電極３の先端か
ら境界部２３までのＸＹ平面内での距離は０．５mm以下
になる。

【００３６】２番目に溶接する部分に対する溶接トーチ
５の位置補正が終了すると、再び、ステップ２からステ
ップ９までの処理を繰り返して実行し、順次、伝熱管２
と管板１とを溶接して行く。この過程において、Ｎ番目
に溶接する部分に対する溶接トーチ５の位置補正量は、
（Ｎ−１）番目に溶接する部分の位置に関するデータを
基準にして算出する。また、溶接トーチ５の位置補正量
は、溶接終了後（ステップ５）、ステップ７においてマ
ニピュレータ２２が駆動している間に、０となり、改め
て、次に溶接する部分に対する溶接トーチ５の位置補正
がなされる。すなわち、各溶接部分の溶接が終了するた
びに、溶接トーチ移動機構５０は原点復帰し、その後、
次に溶接する部分に対する溶接トーチ５の位置補正が実
行される。最終的にすべての溶接部分の溶接が終了（ス
テップ６）した時点で、溶接トーチ移動機構５０やマニ
ピュレータ２２等が原点に復帰（ステップ１０）して終
了する。

【００３７】以上のように、本実施例では、単に管穴加
工用のＮＣデータのみならず、実際に測定した溶接位置
（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に基づき、このＮＣデータを補正し
ているので、非常に正確にタングステン電極３を目的の
位置に導くことができる。このため、溶接部の信頼性を
向上させることができると共に、タングステン電極３と
管２および管板１との干渉を防ぐことができ、管２と管
板１との連続自動溶接作業を行うことができる。

【００３８】さらに、従来技術のように管穴２４にガイ
ドロッドを差し込まずとも、タングステン電極３を目的
の位置に正確に導くことができることに起因して、ガイ
ドロッドが存在していた部分に、溶接トーチ５を配し、
溶接アークを伝熱管２の中心側から外方向に向けること
ができるので、管板１を面取りしなくても、境界部分を
直接溶接することができる。したがって、図９に示すよ
うに、本実施例の溶接装置（同図中、実線で示す）によ
れば、従来の溶接装置（同図中、二点破線で示す）より
も遥かに低入熱で、溶け込み不良のない高品質の溶接部
を得ることができる。このため、溶接部の機械的性質の
劣化や耐食性の劣化を非常に小さく抑えることができ
る。なお、手動ティグ溶接（同図中、一点破線で示す）
よりも、低入熱で溶接が可能なのは、溶接トーチの位置
決めが正確で溶接アークを的確に目的の位置に導くこと
ができ、効率良く溶接できるからである。また、溶接ト
ーチ移動機構５０の原点復帰をマニピュレータ２２の駆
動中に実施すると共に、ある伝熱管の溶接中に次溶接部
分の位置等の測定を実行しているので、非常に効率良く
複数の伝熱管を連続溶接することができ、全体の溶接時
間を短くすることができる。

【００３９】なお、本実施例の溶接装置に動作説明にお
いて、伝熱管２が管板１内に引き込まれているものに対
してのみ説明したが、本溶接装置は、トーチ保持体６に
対する溶接トーチ５の角度を変えることにより、伝熱管
２が管板１表面から突出していものに対しても適用する
ことができることは言うまでもない。また、本実施例で
は、ある伝熱管の溶接中に、次溶接部分のみの位置等を
測定しているが、いくつかの溶接部分の位置等をまとめ
て測定するようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、撮像手段等を用いて溶
接部分の位置等を実際に測定して、溶接トーチの位置を
補正しているので、溶接トーチを溶接部分である境界部
に正確に導くことができる。また、溶接アークを管の中
心軸側から外方向に向けることができ、管の先端部が管
板内に引き込まれていても、管板に面取りを施すことな
く、直接境界部分を溶接することができるので、作業工
数をかけることなく、機械的性質や耐食性の優れた溶接
を行うことができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の溶接装置の要部断面図
である。

【図２】本発明に係る一実施例の溶接装置の全体正面図
である。

【図３】本発明に係る一実施例の溶接装置の構成を示す
ブロック図である。

【図４】本発明に係る一実施例の溶接装置の動作順序を
示すフローチャートである。

【図５】本発明に係る一実施例の管穴中心位置の補正量
を説明するための説明図である。

【図６】本発明に係る一実施例のカメラにより撮像され
た管板の画像を示す説明図である。

【図７】本発明に係る一実施例のレーザ測長器のレーザ
ビームの軌跡を示す説明図である。

【図８】本発明に係る一実施例のレーザ測長器と管板等
との位置関係を示す説明図である。

【図９】伝熱管肉厚と溶接方法毎の入熱量との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…管板、２…管、３…タングステン電極、５…ティグ
溶接トーチ、６…トーチ保持体、７…レーザ測長器、８
…トーチ回転シャフト、１１…トーチＺ方向移動用サー
ボモータ、１２…溶接ワイヤー送給機、１３…溶接ワイ
ヤー、１４…溶接ワイヤリール、１５…小型カメラ、１
６…減速機付きトーチ回転用ステッピングプモータ、１
８ａ…Ｘ方向移動用サーボモータ、１８ｂ…Ｙ方向移動
用サーボモータ、１９…Ｘ方向スライドユニット、２０
…Ｙ方向スライドユニット、２１…固定治具、２２…３
軸マニピュレータ、２３…境界部、２４…管穴、２５…
トーチ回転用モーターケース、２６…同軸ケーブル、２
７…ケーブル巻き取り装置２８…同軸メインケーブル、
３０…溶接制御装置、３１…溶接電源、３２…ＮＣ制御
装置、３３…溶接トーチ位置制御装置、３４…画像処理
装置、５０…トーチ移動機構、５２…溶接用ワイヤー送
給装置、６０…熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川正幸茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者北村紀夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者真籠昭夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管板の複数の管穴にそれぞれ差し込まれた
複数の管を該管板に溶接する溶接装置において、前記管と前記管板との環状の境界部を溶接する溶接トー
チと、前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アークの
向きを変更できるよう取付けられ、該溶接トーチを前記
管板に対して相対的に移動させると共に、該溶接トーチ
の溶接アークが環状の前記境界部に沿って移動して行く
よう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ移動手段と、前記管板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた画像から、前記管板上の前
記管穴の位置を求める画像処理手段と、前記境界部までの距離を測定する測長手段と、予め得られている複数の前記管穴の位置データに基づい
て、前記溶接トーチが複数の該管穴近傍に順次導かれる
よう、前記溶接トーチ移動手段の駆動量を制御すると共
に、前記画像処理手段により得られた前記管穴の位置お
よび前記測長手段により得られた前記境界部までの距離
に基づいて、前記溶接トーチの溶接アークが該境界部に
向き、かつ該溶接トーチの先端から該境界部までの距離
が所定の距離になるよう、前記駆動量に対する補正量を
前記溶接トーチ移動手段に出力する溶接トーチ位置制御
装置と、を備えていることを特徴とする溶接装置。
【請求項２】前記溶接トーチ移動手段は、前記予め得られている複数の前記管穴の位置データに基
づいて、前記溶接トーチを複数の該管穴近傍に順次導く
溶接トーチ粗移動機構と、前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アークの
向きを変更できるよう取付けられ、前記補正量に基づい
て、該溶接トーチの溶接アークが該境界部に向き、かつ
該溶接トーチの先端が該境界部まで前記所定の距離離れ
るよう、該溶接トーチを補正移動させると共に、該溶接
トーチの溶接アークが前記境界部に沿って移動して行く
よう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ補正移動機構
と、を有していることを特徴とする請求項１記載の溶接装
置。
【請求項３】前記測長手段は、光学式の測長器で、その
測定方向を変えられると共に前記溶接トーチの回転に伴
って回転するよう、前記溶接トーチ移動手段に取付けら
れていることを特徴とする請求項１または２記載の溶接
装置。
【請求項４】前記溶接トーチが回転している間に、前記
撮像手段が次に溶接する前記境界部を撮像し、前記測長
手段が次に溶接する該境界部まので距離を測定できるよ
う、該撮像手段および該測長手段が前記溶接トーチ移動
手段に取付けられていることを特徴とする請求項１また
は２記載の溶接装置。