(57)【要約】【課題】  管端溶接作業の自動化を図ることが可能な管端溶接装置の制御装置及び制御プログラムを提供する。【解決手段】  複数の管と管板とを管端溶接する管端溶接装置の制御装置であって、前記複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶部２０１と、配列データ記憶部２０１に記憶された配列情報に基づいて、複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めする位置制御部２００とを備える。【選択図】    図１１
2006075872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の管と管板とを管端溶接する管端溶接装置の制御装置であって、
前記複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶部と、
前記配列データ記憶部に記憶された前記配列情報に基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めする位置制御部と、を備えることを特徴とする管端溶接装置の制御装置。
【請求項２】
前記配列情報は、前記複数の管における配列ピッチと配列数とを含むことを特徴とする請求項１に記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項３】
前記配列ピッチと前記配列数とを入力するための第１入力部を備えることを特徴とする請求項２に記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項４】
溶接対象の管に対する溶接トーチの特定位置を検知する検知部を備え、
前記位置制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて、溶接対象の管に対する溶接開始のタイミングと溶接終了のタイミングとを判断することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項５】
溶接トーチの複数の移動パターンを記憶する移動パターン記憶部と、
前記移動パターン記憶部に記憶された前記複数の移動パターンの中から一の移動パターンを選択するための選択情報を入力するための第２入力部と、を備え、
前記位置制御部は、前記第２入力部を介して選択された一の移動パターンに基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項６】
前記選択情報は、前記複数の管の中で最初に溶接を開始する管の位置を選択した情報を含むことを特徴とする請求項５に記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項７】
前記選択情報は、前記複数の管のうちの一列の管を溶接した後に次の溶接先を隣の列にするか他の列にするかを選択した情報を含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の管端溶接装置の制御装置。
【請求項８】
複数の管と管板とを管端溶接する管端溶接装置の制御プログラムであって、
前記複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶処理と、
前記配列データ記憶部に記憶された前記配列情報に基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めする位置制御処理と、をコンピュータに行わせることを特徴とする管端溶接装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所や火力発電所等において使用される熱交換器や圧力容器等の製造に用いられる管端溶接装置を制御する制御装置及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所や火力発電所あるいは石油・天然ガス精製設備等において使用される熱交換器や圧力容器の製造過程では、流体流通用の多数の管と、管支持用の板（以後、管板と称する）とを接合するための溶接作業が行われる。この溶接作業は、各管の端部外周囲と、管が挿通された管板の各孔の周縁とを周溶接（シール溶接）するものであり、管端溶接と呼ばれている。なお、石油・天然ガス精製設備で使用される圧力容器は非常に大型であり、１基当たり数万本の管の溶接が必要である。
【０００３】
管端溶接では、溶接トーチの周方向の移動が自動化された装置を用いるのが一般的である（特許文献１、２参照）。この溶接装置は、モータ駆動される回転部材に溶接トーチが取り付けられた自動溶接部を備え、この自動溶接部が把持しやすい形態となっている。また、自動溶接部における溶接トーチの前方には、シャフト状の治具が突出して配設されており、この治具を溶接対象の管の内部に挿入することで、管の軸と溶接トーチの移動中心軸（回転軸）とが位置決め（軸合わせ、芯出し）されるようになっている。こうした溶接装置は、自動溶接部が約１０ｋｇと重く、自動溶接部を吊り下げ保持するために、ガイドレール機構、スプリングバランサーなどの付帯設備を併用している場合が多い。
【０００４】
上記溶接装置の使用に際して、複数の管間における自動溶接部の移動、並びに各管に対する自動溶接部の位置決めは、従来、作業者の手持ち作業によって行われている。すなわち、１つの管に対する溶接が終了すると、作業者が自動溶接部を手で持ってそれを次の管まで移動させている。さらに、作業者が自動溶接部を手で持ち、軸合わせ用芯金治具を管内に挿入している。
【０００５】
なお、上記軸合わせ用芯金治具は、径方向の大きさが変化する構造からなり、作業者は、レバー等を介して軸合わせ用芯金治具の大きさを適宜変化させる。具体的には、作業者は、上記軸合わせ用芯金治具を管内に挿入するときはその径を小さくし、管内に挿入した後にその径を大きくする。軸合わせ用芯金治具の径が管内で拡大することにより、イ）管が拡管され溶接部の管穴内壁と管の外面が密着される、ロ）溶接対象の管に対して自動溶接部が固定される、ハ）管の軸と溶接トーチの移動中心軸とが位置決め（軸合わせ、芯出し）される。
【特許文献１】特開２００１−１５０１３２号公報
【特許文献２】特開２００３−８８９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動溶接部の移動や位置決めを作業者の手持ちによって行う方法は、溶接対象の管の数が非常に多いことなどから、作業者の肉体的負担が大きい。また、ガイドレール機構やスプリングバランサー等の付帯設備の準備に多くの労力や時間を要する。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、管端溶接作業の自動化を図ることが可能な管端溶接装置の制御装置及び制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の管端溶接装置の制御装置は、複数の管と管板とを管端溶接する管端溶接装置の制御装置であって、前記複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶部と、前記配列データ記憶部に記憶された前記配列情報に基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めする位置制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の制御装置において、前記配列情報は、前記複数の管における配列ピッチと配列数とを含むとよい。
【００１０】
また、前記配列ピッチと前記配列数とを入力するための第１入力部を備えるとよい。
【００１１】
また、溶接対象の管に対する溶接トーチの特定位置を検知する検知部を備え、前記位置制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて、溶接対象の管に対する溶接開始のタイミングと溶接終了のタイミングとを判断するとよい。
【００１２】
また、上記の制御装置において、溶接トーチの複数の移動パターンを記憶する移動パターン記憶部と、前記移動パターン記憶部に記憶された前記複数の移動パターンの中から一の移動パターンを選択するための選択情報を入力するための第２入力部と、を備え、前記位置制御部は、前記第２入力部を介して選択された一の移動パターンに基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めするとよい。
【００１３】
この場合、前記選択情報は、前記複数の管の中で最初に溶接を開始する管の位置を選択した情報を含むとよい。
【００１４】
また、前記選択情報は、前記複数の管のうちの一列の管を溶接した後に次の溶接先を隣の列にするか他の列にするかを選択した情報を含むとよい。
【００１５】
本発明の管端溶接装置の制御プログラムは、複数の管と管板とを管端溶接する管端溶接装置の制御プログラムであって、前記複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶処理と、前記配列データ記憶部に記憶された前記配列情報に基づいて、前記複数の管のそれぞれに対して溶接トーチを位置決めする位置制御処理と、をコンピュータに行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の管端溶接装置の制御装置及び制御プログラムによれば、管端溶接作業の自動化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態例に係る自動管端溶接装置の全体構成を模式的に示す図であり、図２は、自動管端溶接装置の要部正面図、図３は、自動管端溶接装置の要部側面図である。
なお、以下の説明においては、図１に示したＸＹＺ直交座標系を設定している。本例では、ＸＹ平面が鉛直方向に平行な面にされている。また、符号１は管板、符号２は管板に挿通された流体流通用の管２（円管）、符号１０は本例に係る自動管端溶接装置を示している。本例では、管板１の壁面は、鉛直方向に略平行であり、管板１の壁面の広い領域にわたって多数の管２が所定の配列ピッチで配設されている。
【００１８】
管板１には、図３に示すように、複数の管穴１ａ（貫通孔）が形成されており、各管穴１ａに管２が挿通されている。自動管端溶接装置１０は、管２の端部外周に沿って溶接トーチ３０を周方向に移動させることで、各管２の端部外周囲と、管板１の各管穴１ａの周縁とを周溶接（シール溶接）するものである。
【００１９】
本例の自動管端溶接装置１０は、図１に示すように、自動溶接部１１、溶接部移動機構１２、ベースプレート１３、軸合わせ機構１４（芯金前後駆動機構、拡管機構）、フローティング機構１５、及び全体制御装置１６（制御盤）等を含んで要部が構成されている。なお、自動溶接部１１には、溶接制御装置２０（溶接機）が接続されている。また、全体制御装置１６には、操作盤２１が接続されており、この操作盤２１を介して条件や動作パラメータ等の各種情報の入力が行われる。
【００２０】
自動溶接部１１は、図３に示すように、溶接トーチ３０（溶接ヘッド）と、溶接トーチ３０が取り付けられるブラケット３１と、回転軸３２を中心にブラケット３１を回転させるモータ３３とを含んで構成されている。モータ３３が駆動され、ブラケット３１が回転すると、回転軸３２を中心として溶接トーチ３０が周方向に移動する。溶接時においては、溶接トーチ３０の先端（溶接トーチ先端）が管２の端部外周に沿って周方向に移動することにより、管２の端部外周囲と管板１の管穴１ａの周縁とが連続溶接（シール溶接）される。
【００２１】
溶接部移動機構１２は、図２に示すように、溶接対象である複数の管２のそれぞれに対して、自動溶接部１１を位置決めするものであり、Ｘ軸ガイド部４０と、Ｘ軸モータ４１と、Ｙ軸ガイド部４２と、Ｙ軸モータ４３とを含んで構成されている。Ｘ軸モータ４１及びＹ軸モータ４３はともにＡＣサーボモータである。本例において、溶接部移動機構１２は、自動溶接部１１を移動させる範囲（稼動範囲、ストローク）が、複数の管２が配列された全体領域のうちの一部の領域（図２に示す領域３）に対応している。なお、図２では、主に領域３の内側にのみ複数の管２を描いているが、実際には、図２に示す領域３の外側の領域にも多数の管２が配置されている。
【００２２】
ベースプレート１３は、溶接部移動機構１２を管板１に取り付けるためのものである。本例では、図２に示すように、管板１上にベースプレート１３が固定され、ベースプレート１３上に溶接部移動機構１２におけるＸ軸ガイド部４０が固定され、Ｘ軸ガイド部４０のスライド部分にＹ軸ガイド部４２が固定されている。また、本例では、ベースプレート１３は、３つの固定治具５０、５１、５２を介して管板１に固定されている。
【００２３】
図４は、ベースプレート１３の取り付け構造を説明するための図である。なお、図４では、図３に示す３つの固定治具５０、５１、５２のうちの２つの固定治具５０、５２が代表的に描かれている。
【００２４】
図３において、前述したように、管板１には複数の管穴１ａが形成されており、各管穴１ａには管２が挿通されている。固定治具５０は、管２の内径に比べてわずかに小さい外径の円柱状の挿入部材５５、５６と、大外径の結合部材５７、５８とを含む。挿入部材５５、５６はそれぞれ、一方の端面が軸方向に対して斜め（約４５°）に形成されている（斜面５５ａ、５６ａ）。
【００２５】
ここで、固定治具５０の使用方法を説明すると、まず、挿入部材５５、５６を、斜面５５ａ、５６ａ同士を合わせた状態で管２の内部に一部挿入する。ボルト５９で挿入部材５５、５６同士を締結することにより、斜面５５ａ、５６ａに沿って挿入部材５５と５６との間で軸心がずれ、これに伴って挿入部材５５と５６とを含む全体の大きさが管２の内部で径方向に拡大する。そして、挿入部材５５、５６の外周面と管２の内周面とが互いに密接することで、管２に対して挿入部材５５、５６が固定される。続いて、管２に固定された挿入部材５６の端部に一方の結合部材５７をボルトで固定し、ベースプレート１３を間に挟んで結合部材５７と５８とをボルトで締結する。固定治具５１の使用方法もほぼ同様である。すなわち、挿入部材５５、５６をボルト５９を用いて管２の内部で固定した後に、挿入部材５６の端部に結合部材６０をボルトで固定する。そして、結合部材６０の一面にベースプレート１３の一面を押し当ててボルトで両者を締結する。なお、ベースプレート１３と各固定治具５０、５１、５２とは、ベースプレート１３に形成された貫通孔を介して結合される。また、図４では描かれていないが、図３に示す固定治具５１も、固定治具５０とほぼ同様の構造からなる。また、図４に示す符号６５は、管板１とベースプレート１３との距離を一定に保つためのピン部材である。
【００２６】
このように、本例では、ベースプレート１３の各固定治具５０、５１、５２を管２の内部に一部挿入することで、管２の内部（内周面）を利用して管板１にベースプレート１３を固定している。そのため、管板１に対してベースプレート１３が安定的に取り付けられる。
【００２７】
また、ベースプレート１３の取り付けに際しては、先に固定治具５０、５１、５２を管板１（管２）に固定しておき、次にベースプレート１３の貫通孔を固定治具５０、５１に係合させ、その後にボルトを用いた締結を行う。ベースプレート１３の貫通孔を固定治具５０、５１に係合させることで、ベースプレート１３が支持されることから、ベースプレート１３の設置や着脱が行いやすい。なお、図２に示す符号６６は、ベースプレート１３を吊り下げ支持するための吊下部材である。
【００２８】
図５は、軸合わせ機構１４を説明するための図である。
軸合わせ機構１４は、溶接対象の管２の中心軸２ａと自動溶接部１１の回転軸３２とを軸合わせするためのものであり、自動溶接部１１における溶接トーチ３０の前方に突出して配設される軸合わせ用芯金治具７０（芯金）と、溶接対象の管２に対して軸合わせ用芯金治具７０を挿脱移動させる駆動部としてのシリンダ７１と、軸合わせに伴う自動溶接部１１の移動を案内するスライドガイド部７２と、軸合わせ用芯金治具７０の挿脱状態を確認するための検知部７３とを含んで構成されている。なお、シリンダ７１は、軸合わせ用芯金治具７０とともに自動溶接部１１を軸方向に移動させる。また、本例では、検知部７３は、シリンダ７１のピストン位置を検知する近接スイッチである。
【００２９】
図６は、軸合わせ用芯金治具７０の構造を示す断面図である。
軸合わせ用芯金治具７０は、先端部の径方向の大きさが変化する構造からなる。すなわち、軸合わせ用芯金治具７０は、筒状部材８０と、筒状部材８０の内部でその軸方向に移動可能に支持される移動シャフトとしての引込み軸８１と、筒状部材８０に対して引込み軸８１を尾端方向（引込み方向、図６に示す矢視ａ方向）に付勢するコイルばね８２と、引込み軸８１の先端外周で軸方向に互いに離間して配されるコーン８５、８６と、コーン８５と８６との間に配設される分割スリーブ８７とを含んで構成されている。
【００３０】
上記構成の軸合わせ用芯金治具７０において、引込み軸８１に対して外力を与えない状態では、引込み軸８１がコイルばね８２の付勢力によって筒状部材８０に対して尾端方向（ａ方向）に移動する。そして、コーン８５と８６との距離が狭まり、コーン８５、８６の斜面に押されて分割スリーブ８７が径方向外側に突出する。その結果、軸合わせ用芯金治具７０の先端部が径方向に拡大する。一方、コイルばね８２に抗して、引込み軸８１に対して外力を与え、引込み軸８１を筒状部材８０に対してｂ方向に移動させると、コイル８５と８６との距離が広がって分割スリーブ８７が重力またはスプリング８８の力によって径方向内側へ移動する。その結果、軸合わせ用芯金治具７０の先端部が径方向に縮小する。
【００３１】
図７は、軸合わせ機構１４における、軸合わせ用芯金治具７０の先端部の径を変化させる構成を説明するための模式図である。
まず、自動溶接部１１について説明する。前述したように、自動溶接部１１では、モータ３３が駆動され、ブラケット３１が回転すると、回転軸３２を中心として溶接トーチ３０が周方向に移動する。モータ３３の回転シャフト３４の同軸上かつ先端に、上記軸合わせ用芯金治具７０が配設されており、回転シャフト３４と軸合わせ用芯金治具７０とはベアリングを介して相対的に回転自在な関係にある。モータ３３の取り付けベース３５には、軸合わせ用芯金治具７０を支持するための支持アーム３６が取り付けられており、この支持アーム３６には、管板１と自動溶接部１１（溶接トーチ３０）との距離を定めるために、管板１に当接される位置決めピン３７が取り付けられている。前述したように、自動溶接部１１（溶接トーチ３０、ブラケット３１、モータ３３等）及び軸合わせ用芯金治具７０はともに、シリンダ７１によって軸方向（Ｚ方向）に移動される。
【００３２】
軸合わせ機構１４は、上記シリンダ７１とは別に、軸合わせ用芯金治具７０の先端部の径を変化させるための複数のシリンダ７５（本例では２つ）を有している。シリンダ７５は、モータ３３の取り付けベース３５に固定されており、流体制御により、作動部材７６（ピストンシャフト）が往復動する構成からなる。モータ３３の回転シャフト３４には、伝達リング７７（拡管リング）が配されており、シリンダ７５の作動部材７６の動きは、この伝達リング７７を介して軸合わせ用芯金治具７０の引込み軸８１に伝達されるようになっている。
【００３３】
図８は、伝達リング７７を説明するための図である。
伝達リング７７は、全体が円環状に形成されるとともに、ベアリング７８等を介して回転シャフト３４に対して摺動自在に配されている。前述したシリンダ７５の作動部材７６は、伝達リング７７の円環部分に当接される。伝達リング７７が円環状に形成されていることにより、回転シャフト３４の回転に伴って伝達リング７７が回転した場合にも、作動部材７６と伝達リング７７との当接が確実になされる。
【００３４】
図７に戻り、軸合わせ機構１４では、、軸合わせ用芯金治具７０の先端部を縮小させるとき（縮小状態）、シリンダ７５の作動部材７６を突出させる。すなわち、シリンダ７５の作動部材７６が突出することにより、伝達リング７７を介して軸合わせ用芯金治具７０の引込み軸８１がｂ方向に移動する。そして、引込み軸８１のｂ方向の移動により、軸合わせ用芯金治具７０の先端部が径方向に縮小する。
【００３５】
一方、軸合わせ機構１４では、軸合わせ用芯金治具７０の先端部を拡大させるとき（拡大状態）、シリンダ７５の作動部材７６を引込ませる。すなわち、シリンダ７５の作動部材７６が引込むことにより、軸合わせ用芯金治具７０の引込み軸８１に対してｂ方向の外力が加わらなくなり、コイルばね８２（図６参照）の付勢力によって引込み軸８１がａ方向に移動する。そして、引込み軸８１のａ方向の移動により、軸合わせ用芯金治具７０の先端部が径方向に拡大する。
【００３６】
ここで、軸合わせ用芯金治具７０の先端部の径を変化させる際、シリンダ７１は、自動溶接部１１及び軸合わせ機構１４を管板１に押し付けた状態にある。すなわち、軸合わせ用芯金治具７０の軸方向（Ｙ方向）の位置を位置決めした状態のまま、シリンダ７５を介して、軸合わせ用芯金治具７０の先端部の拡大や縮小が行われる。このように、本例の軸合わせ機構１４では、軸合わせ用芯金治具７０の軸方向への移動用のシリンダ７１とは別に、先端部拡大・縮小用のシリンダ７５が設けられていることにより、溶接対象の管２の中心軸２ａと自動溶接部１１の回転軸３２との軸合わせの自動化が実現されている。
【００３７】
また、自動溶接部１１による溶接を行う際にも、シリンダ７１は、自動溶接部１１及び軸合わせ機構１４を管板１に押し付けた状態にある。このとき、管板１と自動溶接部１１（溶接トーチ３０）との距離は、位置決めピン３７によって定められた一定の距離に維持される。位置決めピン３７によって管板１と自動溶接部１１（溶接トーチ３０）との距離が一定に維持されることにより、自動溶接部１１による溶接が良好に行われ、溶接品質の向上が図られる。
【００３８】
図９は、フローティング機構１５を説明するための図である。
フローティング機構１５は、自動溶接部１１の位置または姿勢のずれを吸収するものであり、Ｙ軸ガイド部４２のスライド部分に取り付けられたベース９０上で自動溶接部１１をＹ方向に移動自在に案内するＹ軸サブガイド部９１と、Ｙ軸サブガイド部９１のスライド部分に取り付けられたベース９２上で自動溶接部１１をＸ方向に移動自在に案内するＸ軸サブガイド部９３とを含んで構成されている。Ｙ軸サブガイド部９１を介した自動溶接部１１のＹ方向の基準位置がモータ９４によって規定され、Ｘ軸サブガイド部９３を介した自動溶接部１１のＸ方向の基準位置が不図示のエアシリンダによって規定されている。自動溶接部１１は、通常（無負荷状態）は、上記各基準位置にある。位置や姿勢のずれを生じさせるような無理な力が自動溶接部１１にかかると、各サブガイド部９１、９３に案内されて不図示のエアシリンダによって供給される圧力により均衡を保つため自動溶接部１１が微動あるいは姿勢（配設角度）がわずかに変化する。これにより、動作不良が抑制される。例えば、先の図５で示した管２の内部に軸合わせ用芯金治具７０を挿入する場合において、挿入当初は軸芯が一致していなくても、フローティング機構１５を介して自動溶接部１１の位置及び姿勢が調整されることで、上記挿入が滑らかに行われる。つまり、軸合わせ動作の自動化に際して、動作安定性の向上が図られる。
【００３９】
次に、上記構成の自動管端溶接装置１０を用いた管端溶接方法について説明する。
本例の自動管端溶接装置１０では、管端溶接を開始するにあたって、まず、上述した管板１に対するベースプレート１３の固定を行う。この固定作業はオペレータ（作業者）によって行われ、必要に応じて運搬装置が用いられる。なお、ベースプレート１３には、すでに溶接部移動機構１２が取り付けられているものとする。ベースプレート１３が管板１に固定されると、所定の条件設定がなされた後、全体制御装置１６の指示に基づく自動運転を開始する。
【００４０】
図１０は、自動運転の手順を説明するためのフローチャートである。
全体制御装置１６は、まず、原点復帰を実行し（ステップ１００）、それが終了すると自動シーケンスを開始する（ステップ１０１）。そして、溶接部移動機構１２を介して自動溶接部１１を複数の管２の配列方向であるＸＹ方向に移動させ、溶接対象の最初の管２に対応する溶接位置（溶接開始位置）に位置決めする（ステップ１０２、１０３）。
【００４１】
続いて、全体制御装置１６は、溶接対象の管２に対して、フローティング機構１５におけるＹ方向（上下方向）の基準位置を規定する（ステップ１０４、１０５、１０６）。この位置規定は、溶接対象の管２の中心に自動溶接部１１の回転軸３２が位置するように、モータ９４により自動溶接部１１をＹ方向に微動させることにより行われる。
【００４２】
次に、全体制御装置１６は、自動溶接部１１の軸合わせを行う（ステップ１０７、１０８、１０９）。すなわち、全体制御装置１６は、自動溶接部１１（溶接トーチ３０）とともに、先端部の径を小さくした軸合わせ用芯金治具７０（図５、図６参照）を管２の内部に挿入する（ステップ１０７）。このとき、軸合わせ用芯金治具７０の挿入の完了は、検知部７３を介して確認される（ステップ１０８）。仮に、挿入完了が確認されない場合、全体制御装置１６は、軸合わせ用芯金治具７０の挿入動作をリトライしたりあるいはアラームを報知したりする。そして、挿入完了が確認されると、全体制御装置１６は、軸合わせ用芯金治具７０の先端の径を大きくする（ステップ１０９）。軸合わせ用芯金治具７０の径が管２の内部で拡大することにより、その管２に対して自動溶接部１１が位置決めされるとともに、管２が拡管され、溶接部の管穴１ａ内壁と管２の外面が密着され、管２の軸２ａと自動溶接部１１の回転軸３２（溶接トーチ３０の移動中心軸）とが軸合わせされる。
【００４３】
次に、全体制御装置１６は、自動溶接部１１によって管端溶接を行う（ステップ１１０）。すなわち、全体制御装置１６は、溶接制御装置２０を制御して溶接トーチ３０を溶接可能な状態にならしめた上で、モータ３３の駆動によってブラケット３１を回転させて溶接トーチ３０を周方向に移動させる。溶接トーチ３０が管２の端部外周に沿って周方向に移動することにより、管２の端部外周囲と管板１の管穴１ａの周縁とが連続溶接（シール溶接）される。
【００４４】
１つの管２に対する管端溶接が終了すると、全体制御装置１６は、管２から軸合わせ用芯金治具７０（図５、図６参照）を離脱させる（ステップ１１１、１１２、１１３）。すなわち、全体制御装置１６は、軸合わせ用芯金治具７０の先端部の径を小さくした後（ステップ１１１）、自動溶接部１１（溶接トーチ３０）とともに、軸合わせ用芯金治具７０を管２の内部から取り出す（ステップ１１２）。このとき、軸合わせ用芯金治具７０の離脱の完了は、検知部７３を介して確認される（ステップ１１３）。
【００４５】
続いて、全体制御装置１６は、溶接後の管２に対して、自動溶接部１１のＹ方向（上下方向）の位置調整を行う（ステップ１１４、１１５）。この位置調整は、次の溶接対象の管２までの移動に備えて基準位置を調整するものであり、モータ９４により自動溶接部１１をＹ方向に微動させた後（ステップ１１４）、フローティング機構１５におけるＹ方向及びＸ方向の位置をロックする（ステップ１１５）。
【００４６】
次に、全体制御装置１６は、次の溶接対象の管２の溶接位置に自動溶接部１１を移動させる（ステップ１１６）。そして、上記一連の動作の繰り返しにより、溶接部移動機構１２における稼動範囲内（領域３）におけるすべての管２に対して管端溶接を順次行う。
【００４７】
なお、稼動範囲内（領域３）のすべての管２に対する管端溶接が終了すると、管板１における次の領域に対して溶接部移動機構１２の取り付け位置の変更を行う。すなわち、溶接部移動機構１２が取り付けられているベースプレート１３を管板１から取り外し、次の位置に取り付ける。この段取り替え作業は、オペレータ（作業者）によって行われ、必要に応じて運搬装置が用いられる。その後、再び自動運転を開始し、次の領域の複数の管２のそれぞれに対して管端溶接を行う。
【００４８】
図１１は、全体制御装置１６の構成を部分的に示す図であり、自動溶接部１１の位置制御に関わる構成を示すブロック図である。
図１１において、符号２００は、複数の管の配列方向に沿って自動溶接部１１（図２参照）の位置制御を行う位置制御部、符号２０１は、複数の管の配列に関する配列情報を記憶する配列データ記憶部、符号２０２は、自動溶接部１１の複数の移動パターンを記憶する移動パターン記憶部、符号２０３は、各種情報の入力を行うための入力部（図１に示す操作盤の操作パネル）である。
【００４９】
ここで、前述したように、本例の自動管端溶接装置１０は、溶接部の位置決めのためのＡＣサーボモータであるＸ軸モータ４１及びＹ軸モータ４３を含む。Ｘ軸モータ４１は、位置制御部２００の指令の下で、Ｘ軸モータ駆動部４１ａを介して駆動制御され、Ｙ軸モータ４３は、同様に、Ｙ軸モータ駆動部４３ａを介して駆動制御される。また、前述したように、軸合わせ機構１４のシリンダ７１に取り付けられた検知部７３（図５参照）によって、溶接対象の管に対する溶接開始のタイミングと溶接終了のタイミングとが判断されている。
【００５０】
図１２及び図１３は、入力部２０３（図１に示す操作盤の操作パネル）における操作画面の例を示している。
図１２は、複数の管の配列情報を入力するための画面２１０である。この画面２１０は、原点に近い角（左上）に位置する管（Ｐ１）のＸ方向及びＹ方向の位置座標を入力するための第１位置入力部２１１、２１２と、その管（Ｐ１）に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ１ピッチ進んだ位置（Ｐ１の右下）の管（Ｐ２）のＸ方向及びＹ方向の位置座標を入力するための第２位置入力部２１３、２１４と、ピッチ送りの繰り返し回数（配列数）を入力するための送り回数入力部２１５、２１６とを含む。
【００５１】
第１位置入力部２１１、２１２及び第２位置入力部２１３、２１４における座標位置の入力は、例えば、溶接部を手動運転によって管（Ｐ１）の位置まで動かしてそのときの溶接部の座標位置を取り込むことにより行う。なお、この作業は、センサ等による検出手段を用いて自動で行ってもよい。第１位置入力部２１１、２１２に入力された座標位置と第２位置入力部２１３、２１４に入力された座標位置との距離からＸ方向及びＹ方向の各送りピッチが算出され、ピッチ表示部２１７、２１８に表示される。これらの配列情報は、図１１に示した配列データ記憶部２０１に記憶される。
【００５２】
図１３は、移動パターンを入力するための画面２２０である。この画面２２０は、複数の管の中で最初に溶接を開始する管の位置を選択するための開始位置選択部２２１〜２２４と、複数の管のうちの一列の管を溶接した後に次の溶接先を隣の列にするか他の列にするか（溶接列順）を選択するための移動先選択部２２５、２２６とを含む。
【００５３】
溶接開始位置の入力は、開始位置選択部２２１〜２２４に示す位置の中から選択することにより行う。すなわち、選択部２２１を選択すると、左上の管から溶接が開始され、選択部２２２を選択すると、右上の管から溶接が開始され、以下同様に、選択部２２３は左下の管、選択部２２４は右下の管が溶接開始位置となる。また、移動先選択部２２５、２２６のうち、移動先選択部２２５を選択すると、縦に１列ずつ溶接が繰り返して行われ、移動先選択部２２６を選択すると、１列飛びで溶接が繰り返して行われる。この画面２２０で入力された情報は、図１１に示した位置制御部２００に送られる。
【００５４】
図１１に戻り、移動パターン記憶部２０２には、予め、溶接開始位置及び溶接列順をパラメータとして、複数の移動パターンが記憶されている。位置制御部２００は、画面２２０（図１３参照）を介して入力された選択情報（溶接開始位置、溶接列順）に基づいて、移動パターン記憶部２０２に記憶された複数の移動パターンの中から一の移動パターンを選択する。そして、位置制御部２００は、配列データ記憶部２０１に記憶された配列情報（配列ピッチ、配列数）と、選択した一の移動パターンとに基づいて、複数の管のそれぞれに対して溶接部の位置決めを順次行う。これにより、管板１に配設された複数の管２の配列方向に沿って、複数の管２のそれぞれに対して溶接部が順次移動しかつ管端溶接がなされる。
【００５５】
以上説明したように、本例の自動管端溶接装置１０を用いた管端溶接では、複数の管２間における自動溶接部１１の移動並びに各管２に対する自動溶接部１１の位置決め（軸合わせ）の自動化を実現している。特に、本例では、自動溶接部１１の稼動範囲を限定し、その限定された範囲（領域３）ごとに管端溶接の自動運転を行うことから、自動化実現のための設備の大型化が抑制される。その結果、本例の自動管端溶接装置１０では、管端溶接作業の自動化により作業労力や作業時間の低減を図りつつ、自動化に伴うコストの増大を抑制すると共に、管板１にたいする自動溶接部１１の位置決め精度を確保することができる。
【００５６】
なお、上記例では、自動溶接部１１のＸＹ方向の移動をＡＣサーボモータ（Ｘ軸モータ４１、Ｙ軸モータ４３）を用いて行っているが、他のアクチュエータ、例えばシリンダにより行ってもよい。
【００５７】
また、１つの全体制御装置１６によって複数の自動溶接部１１を制御するようにしてもよい。すなわち、管板１に複数の自動溶接部１１を移動自在に取り付け、それらを１つの全体制御装置１６によって制御する。この場合、図１に示した操作盤２１で複数の自動溶接部１１を操作するようにするとよい。これにより、構成の簡素化、作業時間の短縮化、及び作業者の省人化が図られる。
【００５８】
また、全体制御装置１６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態例に係る自動管端溶接装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】自動管端溶接装置の要部正面図である。
【図３】自動管端溶接装置の要部側面図である。
【図４】ベースプレートの取り付け構造を説明するための図である。
【図５】軸合わせ機構を説明するための図である。
【図６】軸合わせ用芯金治具の構造を示す断面図である。
【図７】軸合わせ機構における、軸合わせ用芯金治具の先端部の径を変化させる構成を説明するための模式図である。
【図８】伝達リング（伝達部材）を説明するための図である。
【図９】フローティング機構を説明するための図である。
【図１０】自動運転の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】制御装置の構成を部分的に示す図であり、自動溶接部の位置制御に関わる構成を示すブロック図である。
【図１２】入力部における操作画面の例を示している。
【図１３】入力部における操作画面の例を示している。
【符号の説明】
【００６２】
１…管板、２…管、１ａ…管穴、１０…自動管端溶接装置、１１…自動溶接部、１２…溶接部移動機構、１３…ベースプレート、１４…軸合わせ機構、１５…フローティング機構、１６…全体制御装置、２０…溶接制御装置、２１…操作盤、３０…溶接トーチ、３１…ブラケット、３２…回転軸、３３…モータ、３７…位置決めピン、４０…Ｘ軸ガイド部、４１…Ｘ軸モータ、４２…Ｙ軸ガイド部、４３…Ｙ軸モータ、５０、５１、５２…固定治具、７０…軸合わせ用芯金治具、７１…シリンダ、７２…スライドガイド部、７３…検知部、７５…シリンダ、７６…作動部材、７７…伝達リング（伝達部材）、９１…Ｙ軸サブガイド部、９３…Ｘ軸サブガイド部、２００…位置制御部、２０１…配列データ記憶部、２０２…移動パターン記憶部、２０３…入力部、２１０…画面（第１入力部）、２２０…画面（第２入力部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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