JPS60203370A - 管体の自動溶接装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、被溶接材としての母管と枝管とを直交して溶
接する管体の自動溶接装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、液体、気体、粉体等の流体を移送するこの種の
管体は、輸送経路の用途により、分岐したシ、又は直交
して接続配管されている。又、これらの管体は、母管と
枝管との接合面を形成するゝくら型“と称せられる溶接
曲線を人手によって溶接を行っていた。

又一方、従来の自動溶接装置は、第１図に示されるよう
に、チャンネル状をなす機枠ａに一対のガイドレールｂ
を水平に並設し、この両ガイドレール℃に跨って摺動体
Ｃを摺動自在に設け、この摺動体０に主柱ｄを立設し、
との主柱ｄに腕杆θを上記両ガイドレールｂに直交する
ようにして摺動自在にしかも水平に嵌装し、この腕杆ｅ
の自由端部ｅ、に駆動モータｆで回転する旋回軸ｇを垂
設し、この旋回軸ｇの下部に溶接用トーチｈを備えた作
動杆１を設゛けて構成したものでおる。

従って、上述した自動溶接装置は、母管上ａと枝管Ｉｔ
）の接合面１ｃを溶接する場合、上記溶接用トーチｈに
通電して上記接合面ＩＣをくら型の溶接曲線に倣って上
記作動杆１を上記枝管よりの周シに旋回しながら、しか
も、上記ガイドレールｂの水平方向（Ｘ方向）と腕杆ｅ
の前・後方向（Ｙ方向）と主柱ｄに対して上・下方向（
２方向）に制御しながら溶接するようにしたものである
。

又一方、第２図に示される自動溶接装置は、大型のマニ
プレータｊの先端部ｊ、に駆動モータ及びエンコーダを
組合せて構成される駆動制御部ｋを設け、この駆動制御
部ｋに連動する溶接用トーチｈを付設したものであって
、これによって、上記母管Ｉａと枝管よりの接合面ＩＣ
をくら型の溶接曲線に倣って上記溶接用トーチｈを旋回
させながら、ｘ、ｙ、ｚ方向へ移動しながら溶接するよ
うにしたものである。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上述した管体の自動溶接装置は、装置全
体が大型化して、設置場所の場所的な制限を受けるはか
シでなく、配管現場へ移送して自動溶接作業をすること
は難しいばかシでなく、構造も複雑であり、被溶接体と
しての母管上ａと装置との段取シ設置も面倒である等の
難点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、被溶接体としての母管と枝管とを溶接するくら型の溶
接曲線の近傍の上記母管上に一対の鞍馬を載置して設け
、この両鞍馬に揺動リング体を揺動自在に軸装し、この
揺動リング体に位置検出器（位置センサー）及び溶接用
トーチを付設して、装置全体を小型軽量化すると共に、
運搬を容易にして配管現場で簡単に、しかも、高精度の
自動溶接をするようにしたことを目的とする管体の自動
溶接装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、被溶接体としての母管と枝管との接合面の近
傍の上記母管上に一対の鞍馬を載置して設け、この両鞍
馬に上記枝管を嵌装した揺動リング体の一対の水平軸を
揺動自在に軸装し、この揺（３） 動リング体の上面に旋回部材と一体の保持ローラを転動
し得るようにして設け、この旋回部材の垂下片に上記枝
管の半径方向へ水平フレームを付設し、この水平フレー
ムに可動支持体を上記半径方向へ移動できるようにして
設け、上記可動支持体に位置検出器及び溶接用トーチを
伺設し、この位置検出器及び溶接用トーチを制御装置で
制御して上記接合面をトレースしながら自動溶接するよ
うに構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明するＣ 第３回乃至第り図において、符号ｌに、被溶接体として
の母管上ａと枝管Ｉｂとのくら型の接合面ＩＣの近傍の
上記母管Ｉａ上に載置して設けられる一対の鞍馬であっ
て、この両鞍馬／の軸受ｌａには揺動リング体λと一体
をなす一対の水平軸２ａが揺動自在に軸装されると共に
、上記揺動リング体２は上記枝管よりに嵌装されている
。又、この一方の水平軸２ａには歯車３が軸装されてお
（１ υ、この歯車３に噛合するピニオングは、上記一方の鞍
馬／に設置されたタコジェネレータヲ備えた揺動用モー
タ５の出力軸ｊａに軸着されている。

さらに、上記揺動用リング体コの外周には歯車ｄｂが設
けられておシ、この揺動リング体！の上面、２ｃは山形
に形成されている。さらに又、この上面コＣには、旋回
部材６と一体をなす逆Ｙ字形の一対をなす保持ローラ７
が均衡を保持しながら転動し得るようにして設けられて
おり、この旋回部＠６上には、タコジェネレータを備え
た旋回用モータｇが設置されている。又、この旋回用モ
ータｔの出力軸♂ａには小歯車りが軸装されておシ、こ
の小歯車りは前記歯車）ｂに噛合しており、この小歯車
りが回転すると、この小歯車りは、自転しながら、上記
歯車２ｂの周シを公転し得るようになっている。

一方、上記旋回部材乙の一部には、垂下片６ａが上記揺
動リングツの内がわの間隙を通して、との揺動リングλ
の下位まで垂設されておシ、この垂下片６ａの下端部に
は、水平フレーム１０が上記枝管Ｉｂの半径方向に向っ
て水平に付設されている。又、この水平フレームＩＯに
は送りねじ／／が水平に設けられており、この送りねじ
／ｌにはタコジェネレータを備えた送り用モータ゛／２
が接続して付設されている。さらに、上記送りねじ／／
には、可動支持体／３が上記半径方向に往復移動できる
ようにして螺装されており、この可動支持体１３の下部
には、第ｊ図（Ａ）に示されるように、溶接用トーチ／
ダ及び接触子／！；　ａ　ｆｆ有する位置検出器（位置
センサー）１５が前記溶接面ＩＣに接触するようにして
取付けられている。

なお、上記溶接用トーチ／ｑ及び接触子／ｊａを有する
位置検出器／Ｓは、第ｊ図（Ｂ）に示されるように、着
脱自在に設計変更して構成【２てもよい。

他方、上記位置検出器／Ｓ及び溶接用トーチ／４（には
、操作パネルに組込まれた制御器Ｍｌ！のスイッチ回路
／６、及び溶接電源／７が接続されており、このスイッ
チ回路１６及び溶接電源１７は演算器／ｇｔｌ−備えた
制御器１９に接続、されている。

以下、本発明の作用について説明する。従って、今、予
め、被溶接体としての母管工ａと枝管Ｉ　’ｔ）との接
合面ＩＣの近傍の上記母管Ｉａ上に一対をなす鞍馬ｌを
備えた本発明を設置する。

次に、上記位置検出器ｉｓの接触子／！ｉａＶ、（上記
溶接面Ｉｃに接触させると共に、上記溶接用トーチ／ｌ
を所定の位置に所要の傾斜角度を伺して設定する。

しかして、上記操作パネルの制御装置Ｕを操作すること
により、上記揺動用モータｊ１旋回用モータｇ及び送９
用モータ／２の三者を同時に駆動することにより、第ｊ
図乃至第７図に示されるように、上記位置検出器／Ｓは
、くら形をなす溶接面ＩＣに倣って、上記溶接用トーチ
／４’で上記溶接面ＩＣを溶接するようになっている。

即ち、上記揺動用モータｊは、ビニオン≠に噛合する歯
車３を往復回動することにより、この歯車３と一体金な
す揺動リング体コがその水平軸コａの周りを一定の周期
で揺動する。と同時に、上記旋回用上−タｌが駆動する
ので、この旋回用モータｒの小歯車りがこれに噛合する
前記歯車２１３（７） の周シを自転しながら公転する。っまシ、上記旋回用モ
ータｒを設置している旋回部材６は、保持ロー２７によ
ってバランスを保持しながら上記枝管Ｉｂの周りを揺動
されながら旋回するようになっており、これによって、
上記旋回部材乙の垂下片６ａの下部に設けられた上記溶
接用トーチｌｌＩ及び位置検出器／Ｓも共々、上記枝管
Ｉｂの周シを揺動し麦がら旋回する。さらに又、上記送
りモータ／２が駆動するので、この送シモータ／２の送
Ｑね／コは、これに螺装された可動支持体１３を上記枝
管Ｉｂの半径方向に移動するようになっている。

しかして、上記揺動モータｊ、旋回モータｒ及び送り用
モータ／２の三者が同時に、上記制御装置］によって制
御されて駆動すると、第７図のグラフに示されるように
、旋回モータｒの出力軸ｆａ、両水平軸Ｊａ及び可動支
持体１３は運動をするようになっている。

次に、上記溶接用トーチ／ＩＩの動作は、上記操作パネ
ルにおける制御回路ｎに組込まれた制御器／９や演算器
／ｊ等によって制御されながら、上記旋回（ｌｒ） モータｔの出力軸（Ｘ軸）ｆａ、両水平軸（Ｒ軸）Ｊａ
及び可動支持体（Ｙ軸）１３を動作するようになってい
る。

即ち、第ｊ図及び第り図において、上記演算器／Ｉｆの
動作教示データ（溶接教示データ）は、上記制御器ｌｔ
内に組込まれた分岐回路／９’ｌ）にて上記各Ｘ、Ｙ、
Ｒ軸ごとの動作教示データに分岐され、それぞれランダ
ムアクセスメモリー（以下、これをＲＡＭという）７９
ｃに記憶される。このとき、溶接信号（溶接媒体）の供
給条件も、同時に上記ＲＡＭ／９ｃに書込み保存される
。又、上記Ｘ、Ｙ、Ｒ軸の動作教示データ及び上記溶接
信号の供給条件は、同期処理回路／９（ｌに送出され、
この同期処理回路／ｑ（ｉでは、被溶接体における溶接
信号の供給条件と溶接用トーチ／４’を取付けた可動支
持体／３の位置とを同期させ、この可動支持体／３全体
を駆動するための各Ｘ、Ｙ％Ｅ軸の教示データを指令パ
ルスドライノ々−／９ａを介して身へコンノ々−タ／９
ｆに送出し、と＼で、上記溶接信号をアナルグ化し、サ
ーボアンプ／９ｇにより増幅し、これを駆動モータｓ（
１，７ｏ）としての各モータＭ１にそれぞれ駆動する。

この駆動モータｓ（ｒ、１０）による各モータＭ、によ
シ駆動された各Ｘ、Ｙ、Ｒ軸は、その移動量をエンコー
ダＭ２“によ郵検出し・この検出データを上記”／Ａコ
ンバータ／？ｆにフィードツマツクし、上記各Ｘ、Ｙ、
ｆ’ｌ軸の位置法め制御を行う。

一方、上記同期制御回路／９（ｌからは、上記溶接教示
データに同期した溶接信号の供給条件の指令値を、イン
ターフェイス／？ｈ’ｉ介して溶接電源１７に与えて通
電し、これによって、上記溶接用トーチ／４’に対して
ｎｆ定の溶接信号を供給する。なお、上記駆動モータ５
（ざ、／θ）の駆動と溶接信号の供給条件の指令値とは
、被溶接体に対して溶接用トーチ／ダのトーチ位置及び
溶接信号の供給条件ごとに上記同期処Ｗ口路／？ｄにて
同期制御されるようになっている。

他方、第ｒ図に示されるように、位置検出器／！ｒ及び
スイッチ回路１７から正転指令が出力されると、サーボ
アンプ／９ｇｉ作動させて、上記駆動モータｊ（ｒ、１
０）のモータＭ、を正転駆動し、又、逆転指令が出力さ
れると、上記サーボアンプ／９ｇを作動させて、上記駆
動モータｊ（♂、／θ）のモータＭ、を逆転駆動する。

さらに、とのモータＭ。

の回転量は、上記エンコーダＭ２によって検出され、そ
の検出信号は、”／Ａコン・々−タ／ｑｆを介してデー
タ修正回路／９１に与えられる。又、このデータ修正回
路／９１では、上記位置検出器１５及びスイッチ回路／
６の動作によυ、駆動モータｓ（１゜ＩＯ）によるモー
タＭ、の回転量に基づいて上記ＦＡ　Ｍ　／ｆ　ｃ内に
記憶されている溶接教示データを修正する。

なお、上記位置検出器／Ｓは、第り図に示されるように
、有底筒体／Ｓｆの開口部に支承部／！；ｂ、／！ｆＣ
を設け、この支承部１５’ｂ　、　／ｊｏに接触子／ｊ
ａを軸支し、この接触子／ｊａの内端部の回動通路に位
置する上記有底筒体１５ｆに正転用スイッチ１ｓｒｓ及
び逆転用スイッチ／Ｓθを付設したものである。

従って、上記位置検出器１５の接触子／ｊａが、例えば
、被溶接体の溶接面ＩＣに位置するように設定する。し
かして、上記位置検出器／Ｓの正転スイッチ１５ｄ、逆
転用スイッチ／ｊｅの出力は、それぞれのスイッチ回路
／乙を構成する止転側リレー／７ａ、逆転側リレーｉｑ
’ｏに与えられる。そして、この正転側リレー／’７ａ
、逆転側リレー７７ｂからの出力によシ、サーボアンプ
／９ｇは動作し、これにより、上記駆動モータｊ（ざ、
１０）のモータＭ１　は正転成は逆転駆動するようにな
っている。

次に、本発明と演算器１ｇとの処理を数式を加えて説明
する。

第５図及び第６図は、本発明の動作を板形化して示した
ものであって、第５図における溶接用トーチｌりの位置
は、溶接開始点となる。この場合、上記母管工ａの半径
をＲ３とし、上記枝管Ｉｂの半径をＲ２とする。又、上
記枝管よりの周りを回転する走行軸ｌｘ軸ｇａ、′ＪＡ
動リング体λを揺動させる両水平軸２ａをＲ軸とし、さ
らに、上記Ｘ軸ざａに直交し、しかも送り軸ｌ／に螺装
された可動支持体／３ｆ：Ｙ軸とし、これらの動作の合
成された位置は、上記溶接用トーチ／ダとなる。又一方
、上記被溶接体としての母管工ａと枝管よりとの接合面
Ｉｏは、３次元空間上の溶接曲線である。これを簡単な
曲線とみなして、溶接曲線の倣いを容易にするために、
上記揺動リング体λによる揺動動作によって解決してい
る。即ち、上記母管工８の表面上にある溶接曲線Ｉｃの
形成する形状は、上記母管工ａを展開して広けたならば
、２次子面内に納まるという特徴を利用して上記２次子
面内の図形とみなすために、上記揺動リング体２を用い
て解決している。

そこで、上記Ｘ＠♂ａが枝管よりの周りを回転する間に
、上記Ｒ軸、Ｙ軸の位置データは、下記の式によ請求め
られる。

即ち、Ｒ軸の鮭大揺れ角ＡＲａｄは、 次に、第５図に示される状態から上記Ｘ軸の位置を上記
枝管よりの周りの回転数αＲａｄで表わすと、上記Ｒ軸
の各位置での揺れ角Ｒは、下記の式％式％ Ｒ−−Ａ　Ｓｉｎ　α 又、上記Ｘ軸に従つ−Ｃ１上舵Ｒ軸が揺動きれたとき、
上配置］動支持体／３が溶接曲線工Ｃを倣うことができ
るように、Ｙ軸の長さｆ：’ｆｌ縮葛せる。又、第Ｓ図
にボされる状態は、上記Ｙ軸の長さを最も組めた位置で
あシ、第６図に示される状態は、上記Ｙ４１１１１を鮫
も伸した位置である。

なお、上記Ｙ軸の伸締出Ｂは、上記揺動リング体λの水
平軸２ａと母管Ｉａとの離間距離をＨとしたとき１ ．２（Ｒ，＋Ｈ）（Ｆｌ、−Ｆｎ口びが−（Ｒ２＋Ｂ）
”からめられ、Ｘ軸の位置αにより、Ｙ軸の位置Ｙに、 となる。

このようにして、与えられた上記被溶接体としての母管
Ｉａの半径Ｒ１と上記枝管よりの半径Ｒ８から、本発明
のＸ、ｙ、Ｂ軸の各動作のための演算式を得ることがで
きる。しかも、これらの演算式を用い、これ全上記演算
器７ｇによって各位置のデータを演舞することによシ、
第７図に示す各動作曲ｍｕｍることかできる。

次に、第１θ図及び第１／図に示される本発明の他の実
施例は、演算器／Ｉｆの代りに、操作箱２０を設けたも
のであって、上記Ｘ、Ｙ、Ｒ軸の各位置における動作情
報は、上記操作箱２０において、溶接教示モードを選択
し、手動でＸ軸を任意の位置まで移動させ、これに見合
うだけ上記Ｂ軸を揺動し、最後に、上記Ｙ軸により、上
記可動支持体１３を上記溶接曲線ＩＣに近づくように調
節する。

このようにして、任意の回数たけ、溶接教示の操作を終
了した彼、前述した具体例におけるスイッチ回路１６の
動作による修正モードに切換える。

これによって、上記操作箱２０によって適正な位置デー
タが得られるので、予め、溶接教示操作では、厳静な位
置教示を行う必要はなくなる〇さらに、本発明は、上記
スイッチ回路１６と位置検出器１５による溶接曲線ＩＣ
のトレースによυ、予め設定したサンプリング間隔で適
正な溶接データを作成することもできる。

因に、本発明は、深情は込みを必要とする場合、溶接用
トーチ／ＩＩ’ｉ溶接進行方向に傾けたいときや溶接と
逆方向に傾けたいときなどは、可動支持体／３に複数の
トーチ支承軸を設けることは自由である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被溶接体としての母
管工ａと枝管よりとの接合面Ｉｃの近傍の上記母管工注
上に一対の鞍馬ｌを載置して設け、この両鞍馬ｌに上記
枝管工ｔ）を嵌装した揺動リング体λの一対の水平軸２
ａを揺動自在に軸装し、この揺動リング体λの上面λＣ
に旋回部材６と一体の保持ローラ７を転動し得るように
して設け、この旋回部材６の垂下片６ａに上記枝管１　
’ｔ）の半径方向へ水平フレーム１０ｆ付設し、この水
平フレーム１０に可動支持体／３ｆ上記半径方向へ移動
できるようにして設け、上記可動支持体／３に位置検出
器１５及び溶接用トーチ／ｌＩを付設し、この位置検出
器／Ｓ及び溶接用トーチｉ４ｔを制御装置／９で制御し
ながら上記接合商工ｏ　ｆ　）レースしながら自動溶接
するようになっているので、小型軽量化して配管現場で
簡単にしかも、高精度で溶接することができるばかりで
なく、取扱い操作も簡単であるから熟練を要することな
く溶接作業をすることができると共に、母管工ａの直径
に対して溶接される枝管よりの直径を自由に選択して溶
接することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の管体の自動溶接装置の斜面
図、第３図は、本発明による管体の自動溶接装置の正面
図、第ｑ図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に使用される溶接
用トーチと位置検出器の各側面図、第Ｓ図及び第６図は
、本発明の詳細な説明するための各図、第７図は、本発
明に組込まれる各駆動軸の動きを示すグラフ、第ｒ図は
、本発明に組込まれる制御回路の線図、第り図は、本発
明による位置検出器と制御回路の一部を示す線図、第７
０図及び第１／図は、本発明の他の実施例を示す各図で
ある。 ｌ・・・鞍馬、２・・・揺動リング体、ｊ・・・揺動用
モータ、乙・・・旋回部材、７・・・保持口ニラ、ｒ・
・・旋回用モータ、１０・・・水平フレーム、／ｌ・・
・送シねじ、１２・・・送り用モータ、／３・・・可動
支持体、ｌｌＩ・・・溶接用トーチ、／Ｓ・・・位置検
出器、／６・・・スイッチ回路、／７・・・溶接電源、
７ｇ・・・演算器、／９・・・制御器、Ｉａ・・・母管
、Ｉｂ・・・枝管、Ｉｃ・・溶接曲線、■・・・制御装
置。 出願人代理人　猪　股　清 （１９） ４１８− 畦 −Ａつ０− 卸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被溶接体としての母管と枝管との接合面の近傍の上記母
   管上に一対の鞍馬を載置して設け、この両鞍馬に上記枝
   管を嵌装した揺動リング体の一対の水平軸を揺動自在に
   軸装し、との揺動リング体の上面に旋回部材と一体の保
   持ローラを転動し得るようにして設け、この旋回部材の
   垂下片に上記枝管の半径方向へ水平フレームを付設し、
   この水平フレームに可動支持体を上記半径方向へ移動で
   きるようにして設け、上記可動支持体に位置検出器及び
   溶接用トーチを付設し、この位置検出器及び溶接用トー
   チを制御装置で制御して、上記接合面をトレースしなが
   ら自動溶接するようにしたことを特徴とする管体の自動
   溶接装置。