(57)【要約】【課題】溶接法を改善するためのロボットプログラミング方法を提供すること。【解決手段】物品（１００）を補修する方法（２００）が提供され、該方法は、補修されることになる物品を識別する識別ステップ（２１０）を含む。タッチオフステップ（２２０）は、物品の複数の空間座標を定位置に対して位置特定してマーキングする。計算するステップ（２３０）は、物品の所望の形状を得るための所望の溶接シーケンスを計算するために実施される。検証するステップ（２４０）は、複数の空間座標の所望の位置を検証する。溶接するステップ（２５０）は、物品（１００）の表面上に第１の溶接補修層を堆積させ、該物品（１００）は、物品の表面の少なくとも一部を所望の形状又は輪郭に肉盛りすることによって補修される。【選択図】      図２
2010120086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品（１００）を補修する方法（２００）であって、
補修されることになる前記物品を識別するステップ（２１０）と、
前記物品の複数の空間座標を定位置に対して位置特定してマーキングすることを含むタッチオフステップ（２２０）と、
前記物品の所望の形状を得るための所望の溶接シーケンスを計算するステップ（２３０）と、
前記複数の空間座標の所望の位置を検証するステップ（２４０）と、
前記物品（１００）が、該物品の表面の少なくとも一部を所望の形状又は輪郭に肉盛りすることによって補修されるように、前記物品の表面上に少なくとも第１の溶接補修層を溶接するステップ（２５０）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記タッチオフステップに続いて、定位置に対して前記複数の空間座標をメモリ内に記憶することによって記録するステップを更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記記録ステップに続いて、補修されることになる前記物品（１００）を前記定位置に対して固定位置に配置するステップを更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記タッチオフステップに続いて実施される配置ステップを更に含み、該配置ステップが、補修されることになる前記物品（１００）を前記定位置に対して固定位置に配置するステップを更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記計算ステップが、コントローラにプログラムされたエンジニアリング規則を用いて、溶接ステップの成功を確保するようにする、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記計算ステップが更に、前記コントローラに予めロードされている表形式部品データと対照させてデータを計算するステップを更に含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記物品（１００）が、蒸気タービン構成部品、ガスタービン構成部品、風力タービン構成部品、及びバイパス弁を含む群から選択される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記タッチオフステップ（２２０）、前記計算するステップ（２３０）、前記検証するステップ（２４０）、及び前記溶接するステップ（２５０）の少なくとも１つを実施するためにロボットシステムを用いる、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接法に関する。より詳細には、本発明は、溶接法を改善するためのロボットプログラミング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、同じ自動化作業を何回も繰り返して実施するのに特に適している。補修サービス機構などの一部の産業では、加工物（又は部品）は１つ１つが異なっている。その結果として、自動化プログラムを常に調整する必要がある。従来の制御プログラムでは、自動運転モードでのこのような調整が可能ではなく、むしろ、運動制御コードのセクション全体を書き換える必要がある。
【０００３】
一例として、蒸気タービン用途では、高温高圧の蒸気によって引き起こされる腐食及び損傷に起因して、バイパス弁の補修が必要となることが多い。バイパス弁は通常、特定の厚みにまで肉盛りされた１つ又はそれ以上の表面を有する。オペレータは、各溶接パスの厚み及び必要なパスの回数を計算して、弁上の各溶接パスの物理的位置を決定しなければならない。プログラミング溶接方法を用いた場合でも、この手法は、各バイパス弁上で個々にプログラミングされることになる１００を上回るポイントが生じる。この方法の別の欠点は、各バイパス弁が異なる溶接要件を有しており、補修される弁毎に上記手法を繰り返さなければならないことである。これは極めて時間を要し、且つ高コストの手法となる。
【０００４】
代替として、バイパス弁全てを最小材料状態から復元させることが提案されてきた。この手法では、母材の大部分を機械加工で取り除き、続いて大型の溶着を実施して所望の形状に復元することを必要とする。しかしながら、この動作には、実施される作業の材料コスト及び時間が大幅に付加されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，２３４，７７７号公報
【特許文献２】米国特許第４，２５５，６４３号公報
【特許文献３】米国特許第４，３５６，３７８号公報
【特許文献４】米国特許第４，４４７，６９７号公報
【特許文献５】米国特許第４，９２０，２４８号公報
【特許文献６】米国特許第４，９３７，４１９号公報
【特許文献７】米国特許第５，５１０，５９５号公報
【特許文献８】米国特許第６，６０９，０３３  Ｂ１号公報
【特許文献９】米国特許出願公開第２００８／００５８９９０  Ａ１号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の１つの態様によれば、物品を補修する方法が提供され、該方法は、補修されることになる物品を識別する識別ステップを含む。タッチオフステップは、物品の複数の空間座標を定位置に対して位置特定してマーキングする。計算するステップは、物品の所望の形状を得るための所望の溶接シーケンスを計算するために実施される。検証するステップは、複数の空間座標の所望の位置を検証する。溶接するステップは、物品の表面上に第１の溶接補修層を堆積させ、該物品は、物品の表面の少なくとも一部を所望の形状又は輪郭に肉盛りすることによって補修される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の態様に従って補修することができるバイパス弁の断面図。
【図２】本発明の態様による方法を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明の方法に従って補修することができるバイパス弁を断面図で示している。このような物品の１つの実施例は、蒸気タービンの構成部品、ガスタービン構成部品、風力タービン構成部品、及びバイパス弁であるが、本発明の方法によって広範な構成部品を補修することができる。図１に示すように、バイパス弁１００は一般に、弁本体の下側部分の影付き区域で図示された損傷領域１１０を含む。使用中、蒸気及び蒸気内の汚染物質が、弁の下側部分１１０を腐食し、破砕又は亀裂を引き起こし、或いは他の損傷を生じる可能性がある。
【０００９】
この損傷領域１１０は取り除く必要があり、この取り除きは、通常は、損傷を受けていない層１２０にまで機械加工又はフライス加工することによって得られる。従って、弁は、元の表面１３０を復元するために新しい材料を溶接することによって肉盛りすることができる。溶接補修は一般に、母材の表面上に堆積して表面溶接補修をもたらす１つ又はそれ以上の溶接補修層を含む。本発明の態様によれば、蒸気タービン構成部品を形成するのに使用されるタイプのＣｒＭｏＶ及びＣｒＭｏ合金（この１つの実施例は、１．２５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．２５Ｖ（重量％））の補修時には、溶接補修に好適な材料は、ＣｒＭｏ、ＣｒＭｏＶ、及びＮｉＣｒＦｅ合金を含む。特に好適なニッケルクロム鉄合金はＮｉＣｒＦｅ−３である。限定ではないが、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  ｇｒｏｕｐ  ｏｆ  ｃｏｍｐａｎｉｅｓの登録商標）の合金８２（ＥＲＮｉＣｒ−３）、１８２（ＥＮｉＣｒＦｅ−３）、６２５（ＥＲＮｉＣｒＭｏ−３）、７１８（ＥＲＮｉＦｅＣｒ−２）コバルト基合金、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）（Ｄｅｌｏｒｏ  Ｓｔｅｌｌｉｔｅ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標）６（ＳＦＡ５．２１ＥＲＣｏＣｒ−Ａ）、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）２１（（ＳＦ）Ａ５．２１ＥＲＣｏＣｒ−Ｅ）などの他の合金、溶加剤、又は溶接電極を用いることもできる。
【００１０】
本発明の１つの態様によるバイパス弁を補修するための方法は、部品をマーキングし識別する段階を含むことができる。例えば、作業番号をバイパス弁の一部にスタンプすることができる。次いで、ボアサイズを調べることができる。ボアが検査をパスしない場合、溶接が必要となる場合がある。
【００１１】
次いで、弁は、表面層を除去することができる。例えば、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）材料全てを機械加工で除去することができる。この第１のパスが全ての場所において母材に到達したかどうかを検証するためのチェックを実施してもよい。必要に応じて、第１のカット中にＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）材料全てが完全に除去されていない場合には、本体材料に達するまで弁を引き続き機械加工することもできる。
【００１２】
Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）及びその前に施工されている３０８ステンレス鋼の下張り全ては、実質的に除去されるのが好ましく、残りの材料に関して何らかの問題がある場合、潜在的な溶接性及び亀裂問題に起因して何らかの元のＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）が残存しているときには補修を完全に行うことがより困難になるので、この材料を切除することがある。
【００１３】
ボアは、最終寸法（所望の仕様に従って）に機械加工することができる。ここで、バイパス弁の外側表面を復元することができる。自生溶接法（例えば、ＧＴＡＷ、ＳＭＡＷ、その他）を用いて、ボア内にプラグを追加することができる。予熱／後熱は任意であり、この手法では必要ではない。
【００１４】
図２は、本発明の態様によるロボット溶接法２００のフローチャートを示す。以下のステップは、プラグのロボットシール溶接及び外径の溶接肉盛り用に構成された部品を示すことができる。ステップ２１０では、部品が識別され／マーキングされる。これは、弁の下部にスタンプされた部品番号を作業計画文書に記録されている数字と比較する段階を含むことができる。弁シュラウドの裏面は、チャックの中心の孔を覆ってプレート上に着座させ、固定の基準点を設けて安定した位置決めを確保する必要がある。必要な場合、チャックを締結して部品を固定することもできる。ロボットコントローラ、溶接電源、誘導機、誘導機冷却装置、温度コントローラ（「ロボット」モードに切り替える）、誘導コイルエレベータへの空気源、及びトーチ清浄ステーションへの電源がオンであることをチェックする。
【００１５】
ステップ２２０では、タッチオフプログラムが実施される。タッチオフをオンにする約４つのポイントが存在することができ、これらは、弁の現在の状態を判断し、ロボットの比較ソフトウェアにより、所望の仕様に応じた最終弁サイズ（例えば、表面１２０から表面１３０）まで肉盛りするのに必要な溶接シーケンスを計算することが可能となる。代替の実施形態では、４つよりも多いか又は少ないタッチオフポイントを用いることができる。水平位置の弁及び定位置にあるロボットアームを用いると、上死点を位置特定し、この位置に孔を明ける。全てのタッチオフポイントは、このＸ軸位置で生じることができる。軸位置画面を用いて、タッチオフの残りについてこの値を監視する。ロボットアームからガスノズル及びコンタクトチップを除去する。見えないように電極を引き込む。提供されたタッチオフ先端を手締めで取り付け、これをトーチ本体に完全に着座させて、ネジが見えないように確実にする。タッチオフして、４つのポイント位置を記録する。本発明の追加の実施形態では、タッチオフステップは、溶接を行う同じロボットで実施することができる。本発明の更なる利点は、システムへの大きなコスト増となる特別なトーチプローブ又は複雑な測定装置の使用を避けることができることである。
【００１６】
ステップ２３０では、溶接シーケンスが計算され、プログラムが検証される。プログラム全体をブロック化し、トーチ角度及び位置がコントローラによって理解され且つ適正に記録されたことを検証する。弁の部品番号を入力することにより、適正な部品番号を選択する。溶接ロボットのソフトウェアは、弁を所望の仕様に肉盛りするのに必要な溶接量を計算することができるようになる。
【００１７】
ガスノズル及びコンタクトチップを清浄にし、損傷を検査し、必要に応じて交換する。電極を延ばしてコンタクトチップ及びガスノズルを取り付け、コンタクトチップを越える電極を切り落とす。
【００１８】
ステップ２４０において、ロボットはタッチオフポイントを実行する。これは、間隔が不正確である場合には溶接が要望通りには設定されないので、何らかのエラーが無いか常に監視する必要がある。弁は、その軸がポジショナーにおいて垂直であるようにすることができ、誘導コイルを下げることができる。コイルは、ホールド時間の終了後自動的に引き上げられる。プラグは、所定位置でシール溶接され、ロボットはトーチ清浄ステーションに進む。
【００１９】
ステップ２５０では、ロボットは、プラグに沿ってポイントを次々に溶接し始める。ロボットは、溶接の間にトーチ清浄ステーションに行くことができる。ロボットは、第１のポイントでファーストパスを溶接し、後の操作で溶融池の制御を維持するのを助けることができる。パス間温度に達するために溶接の間に一時停止があってもよい。ロボットは、第２のポイントから第３のポイントまで円錐曲線に沿って溶接することができ、その逆も同様である。ロボットは、第２のポイントから第３のポイントまで外径に沿って溶接することができる。弁は、ワイヤブラシに接して回転し、スラグを振り落とすことができる。このポイントにおいて、ロボットは、必要な材料を計算し、これまでのステップと同様にパスの組み合わせを用いてこの部品について完了することができる。各層の完了時にスラグを除去することができる。何らかのエラーがある場合、ロボットは、インジケータを点灯し、アラームを鳴らすことができる。
【００２０】
全ての層が完了すると、弁は、その軸が垂直である状態に戻すことができ、ロボットは、部品が完了したことを光又は他のインジケータでオペレータに知らせることができる。部品が取り外されるまで該部品を最低予熱を上回って維持するように、誘導コイルを下げることができる。バイパス弁は、溶接をチェックするために目視検査することができる。
【００２１】
現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１００  バイパス弁
１１０  損傷領域
１２０  非損傷領域
１３０  元の表面
２００  溶接法
２１０  識別ステップ
２２０  タッチオフステップ
２３０  計算ステップ
２４０  検証ステップ
２５０  溶接ステップ
【図１】
2010120086.tif 000003
【図２】
2010120086.tif 000004