(57)【要約】【課題】一対の配管の端部を突き合わせた突合部の外周面を溶接して溶接部を形成したときの溶接部の内面焼けの原因を解析、特定し、溶接部の内面焼けを極力抑制することができる自動溶接管理システムを提供する。【解決手段】自動溶接管理システム１は、ガス供給ユニット２と、溶接ユニット４と、シールドライン６と、バックシールドライン８とを備え、溶接ユニット４は、バックシールドライン８の二次側酸素濃度を検出する二次側酸素センサ３８と、二次側酸素濃度の検出値を少なくとも含む監視対象のデータを監視する溶接コントローラ４４とを有し、溶接部１８の内周面に溶接焼けが発生したときの監視対象のデータを参照し、参照した監視対象のデータと溶接焼け発生との相関を解析し、この解析結果に基づいて、溶接焼けが発生した原因を特定するデータ処理機能５６を備える。【選択図】図２
2018167293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスの供給源を有するガス供給ユニットと、
一対の配管の端部を突き合わせた突合部を外周面から溶接して溶接部を形成する溶接機を有する溶接ユニットと、
前記供給源から前記溶接機に至るまで延び、前記溶接機に前記突合部の外周面に向けて前記不活性ガスをシールドガスとして供給するシールドラインと、
前記供給源から前記一対の配管内を介してライン開口端に至るまで延び、前記供給源から前記一対の配管内に前記不活性ガスをバックシールドガスとして供給すると共に、前記突合部近傍の前記配管内部の気体をバックシールドガスで置換するバックシールドラインと
を備え、
前記溶接ユニットは、
前記溶接機の二次側において、前記バックシールドガスの二次側酸素濃度を検出する二次側酸素センサと、
前記バックシールドラインの前記二次側酸素濃度の検出値を少なくとも含む監視対象のデータを監視する溶接コントローラと
を有し、
前記監視対象のデータを収集、蓄積し、前記溶接部の内周面に溶接焼けが発生したときの前記監視対象のデータを参照し、参照した前記監視対象のデータと前記溶接焼け発生との相関を解析し、この解析結果に基づいて、前記溶接焼けが発生した原因を特定するデータ処理機能を備えることを特徴とする、自動溶接管理システム。
【請求項２】
前記溶接コントローラは、前記監視対象のデータがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かを判定し、前記監視対象のデータが前記正常範囲外にあるとき、前記溶接機の起動を阻止するインターロック手段を備える、請求項１に記載の自動溶接管理システム。
【請求項３】
前記溶接ユニットは、
前記バックシールドラインの前記供給源と前記突合部との間に設けられ、前記供給源から供給される前記バックシールドガスを減圧する第１減圧弁と、
前記バックシールドラインの前記第１減圧弁と前記突合部との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記第１減圧弁で減圧後の前記バックシールドガスの一次側圧力を検出する第１圧力センサと、
前記バックシールドラインの前記第１減圧弁と前記突合部との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記バックシールドガスの流量を検出する第１流量制御器と、
前記バックシールドラインの前記二次側酸素センサと前記ライン開口端との間に設けられ、前記溶接機の二次側において、前記バックシールドガスと大気との差圧に基づいて前記バックシールドラインの内圧を検出する差圧センサと、
前記バックシールドラインの前記差圧センサと前記ライン開口端との間に設けられ、前記ライン開口端から前記バックシールドガスを開放することにより前記バックシールドラインの内圧を調整する圧力調整弁と
をさらに含み、
前記溶接コントローラで監視すると共に前記データ処理機能でデータ収集する前記監視対象には、前記バックシールドラインの前記一次側圧力、前記流量、及び前記内圧のそれぞれの検出値が含まれる、請求項２に記載の自動溶接管理システム。
【請求項４】
前記ガス供給ユニットは、
前記供給源自体の前記不活性ガスの元圧力を検出する元圧力センサと、
前記供給源から供給される前記不活性ガスの供給圧力を検出する供給圧力センサと、
前記バックシールドラインの前記供給源と前記第１減圧弁との間に設けられ、前記不活性ガスを前記バックシールドガスに精製するガス精製機と、
前記バックシールドラインの前記ガス精製機と前記第１減圧弁との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記ガス精製機で精製後の前記バックシールドガスの一次側酸素濃度を検出する一次側酸素センサと、
前記バックシールドラインの前記ガス精製機と前記第１減圧弁との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記ガス精製機で精製後の前記バックシールドガスの水分量を検出する水分センサと、
前記元圧力、前記供給圧力、前記一次側酸素濃度、及び前記水分量のそれぞれの検出値と、前記ガス精製機の異常の有無とに基づいて、前記ガス供給ユニットが異常か否かを判定するガスコントローラと
を備え、
前記データ処理機能の前記監視対象には、前記ガスコントローラで判定した前記ガス供給ユニットの異常の有無が含まれる、請求項３に記載の自動溶接管理システム。
【請求項５】
前記溶接コントローラは、前記インターロック手段により、前記ガスコントローラが前記ガス供給ユニットに異常があると判定したとき、前記溶接機の起動を阻止する、請求項４に記載の自動溶接管理システム。
【請求項６】
前記溶接ユニットは、
前記シールドラインの前記供給源と前記溶接機との間に設けられ、前記供給源から供給される前記シールドガスを減圧する第２減圧弁と、
前記シールドラインの前記第２減圧弁と前記溶接機との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記第２減圧弁で減圧後の前記シールドガスの一次側圧力を検出する第２圧力センサと、
前記シールドラインの前記第２減圧弁と前記溶接機との間に設けられ、前記溶接機の一次側において、前記シールドガスの流量を検出する第２流量制御器と
をさらに含み、
前記溶接コントローラで監視すると共に前記データ処理機能でデータ収集する前記監視対象には、前記シールドラインの前記一次側圧力、及び前記流量のそれぞれの検出値が含まれる、請求項３から５の何れか一項に記載の自動溶接管理システム。
【請求項７】
前記データ処理機能の前記監視対象には、前記監視対象のデータが前記正常範囲外にあるときに発せられる警報履歴、前記溶接機の起動毎の所定の管理値、前記溶接機の起動回数及び起動時間、前記溶接機の起動時の担当者履歴、前記溶接機の起動時の温度及び時間帯が含まれる、請求項１から６の何れか一項に記載の自動溶接管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動溶接管理システムに関し、特に配管同士の突き合わせ溶接を自動で行う溶接機を備えた自動溶接管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の配管の端部を突き合わせた突合部の外周面を溶接して溶接部を形成する際、シールドラインを介して突合部の外周面に向けてアルゴンガスなどの不活性ガスをシールドガスとして供給することにより、溶接部の外周面の酸化による溶接焼けを抑制する。一方、一対の配管内にバックシールドラインを介して不活性ガスをバックシールドガスとして供給することにより、突合部の内周面をバックシールドガスで置換し、溶接部の内周面の酸化による溶接焼け（以下、内面焼けとも称する）を抑制することが知られている。
【０００３】
そして、特許文献１には、一対の配管の端部に可撓性チューブを備えたアタッチメントを接続し、一対の配管の他端部に閉塞部材を接続し、一対の配管内にバックシールドガスを供給するチューブを閉塞部材に接続し、アタッチメントに酸素センサを接続した溶接装置が開示されている。この溶接装置では、アタッチメントを用いることにより、配管に酸素センサを短時間で取付可能となり、酸素センサと配管との間を確実に密封可能となるため、配管内をバックシールドガスに迅速に置換することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５７２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の溶接装置は、突き合わせ溶接を行う一対の配管が、複雑に分岐して多数の開口端を有する配管ユニットの一部を構成する場合については適用が困難である。この場合には、バックシールドラインも複雑に分岐し、そのライン開口端も多数存在することとなる。このため、多数のライン開口端の一部を閉塞部材で塞いだとしても、塞いでいないライン開口端の近傍に空気が滞留することにより、突合部におけるバックシールドガスの置換が不十分となったり、或いは、滞留した空気が突合部に逆流したりするおそれがある。
【０００６】
また、ライン開口端への閉塞部材の装着は作業者によって行われるが、閉塞部材の装着が不十分で隙間が生じた場合、その隙間から空気が流入し、突合部におけるバックシールドガスの置換が十分に行われないおそれもある。
【０００７】
このように、特許文献１に記載のように突き合わせ溶接を行う一対の配管の突合部の近傍の酸素濃度を検出するだけでは、バックシールドラインが複雑に分岐し、多数のライン開口端を有する配管ユニットの配管を溶接する場合、溶接部の内面焼けを抑制できないおそれがあり、また、内面焼けの原因特定は困難を極める。
【０００８】
特に半導体製造装置では、溶接部の内面焼けに起因するパーティクルの発生を抑制し、半導体製造装置の信頼性を高める必要がある。このため、溶接部の内面焼けの原因特定と効果的な抑制対策、ひいては内面焼けの無い信頼性の高い配管ユニットの提供が望まれている。
【０００９】
また、バックシールドガスは、配管内部の圧力（以下、内圧とも称する）を外気に対して与圧することで、配管内部に外気の酸素が流入するのを防いで内面焼けを防止するとともに、溶接時に突合部が表面張力等により内側に凹んでしまうのを防止する機能も担っている。配管溶接部に凹みが生じてしまうと、内部を流れる流体にとって圧力損失となったり、配管内部にパーティクルが滞留する原因となったり、配管の機械強度が低下する原因となったりするため、溶接時に配管内に所定の内圧がかかっていることが保障されることが望まれている。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一対の配管の端部を突き合わせた突合部の外周面を溶接して溶接部を形成したときの溶接部の内面焼けの原因を解析、特定し、溶接部の内面焼けを極力抑制することができる自動溶接管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の自動溶接管理システムは、不活性ガスの供給源を有するガス供給ユニットと、一対の配管の端部を突き合わせた突合部をその外周面から溶接して溶接部を形成する溶接機を有する溶接ユニットと、供給源から溶接機に至るまで延び、溶接機に突合部の外周面に向けて不活性ガスをシールドガスとして供給するシールドラインと、供給源から一対の配管内を介してライン開口端に至るまで延び、供給源から一対の配管内に不活性ガスをバックシールドガスとして供給すると共に、突合部近傍の配管内部の気体をバックシールドガスで置換するバックシールドラインとを備え、溶接ユニットは、溶接機の二次側において、バックシールドガスの二次側酸素濃度を検出する二次側酸素センサと、バックシールドラインの二次側酸素濃度の検出値を少なくとも含む監視対象のデータを監視する溶接コントローラとを有し、監視対象のデータを収集、蓄積し、溶接部の内周面に溶接焼けが発生したときの監視対象のデータを参照し、参照した監視対象のデータと溶接焼け発生との相関を解析し、この解析結果に基づいて、溶接焼けが発生した原因を特定するデータ処理機能を備える。
【００１２】
好ましくは、溶接コントローラは、監視対象のデータがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かを判定し、監視対象のデータが正常範囲外にあるとき、溶接機の起動を阻止するインターロック手段を備える。
【００１３】
好ましくは、溶接ユニットは、バックシールドラインの供給源と突合部との間に設けられ、供給源から供給されるバックシールドガスを減圧する第１減圧弁と、バックシールドラインの第１減圧弁と突合部との間に設けられ、溶接機の一次側において、第１減圧弁で減圧後のバックシールドガスの一次側圧力を検出する第１圧力センサと、バックシールドラインの第１減圧弁と突合部との間に設けられ、溶接機の一次側において、バックシールドガスの流量を検出する第１流量制御器と、バックシールドラインの二次側酸素センサとライン開口端との間に設けられ、溶接機の二次側において、バックシールドガスと大気との差圧に基づいてバックシールドラインの内圧を検出する差圧センサと、バックシールドラインの差圧センサとライン開口端との間に設けられ、ライン開口端からバックシールドガスを開放することによりバックシールドラインの内圧を調整する圧力調整弁とをさらに含み、溶接コントローラで監視すると共にデータ処理機能でデータ収集する監視対象には、バックシールドラインの一次側圧力、流量、及び内圧のそれぞれの検出値が含まれる。
【００１４】
好ましくは、ガス供給ユニットは、供給源自体の不活性ガスの元圧力を検出する元圧力センサと、供給源から供給される不活性ガスの供給圧力を検出する供給圧力センサと、バックシールドラインの供給源と第１減圧弁との間に設けられ、不活性ガスをバックシールドガスに精製するガス精製機と、バックシールドラインのガス精製機と第１減圧弁との間に設けられ、溶接機の一次側において、ガス精製機で精製後のバックシールドガスの一次側酸素濃度を検出する一次側酸素センサと、バックシールドラインのガス精製機と第１減圧弁との間に設けられ、溶接機の一次側において、ガス精製機で精製後のバックシールドガスの水分量を検出する水分センサと、元圧力、供給圧力、一次側酸素濃度、及び水分量のそれぞれの検出値と、ガス精製機の異常の有無とに基づいて、ガス供給ユニットが異常か否かを判定するガスコントローラとを備え、データ処理機能の監視対象には、ガスコントローラで判定したガス供給ユニットの異常の有無が含まれる。
【００１５】
好ましくは、溶接コントローラは、インターロック手段により、ガスコントローラがガス供給ユニットに異常があると判定したとき、溶接機の起動を阻止する。
好ましくは、溶接ユニットは、シールドラインの供給源と溶接機との間に設けられ、供給源から供給されるシールドガスを減圧する第２減圧弁と、シールドラインの第２減圧弁と溶接機との間に設けられ、溶接機の一次側において、第２減圧弁で減圧後のシールドガスの一次側圧力を検出する第２圧力センサと、シールドラインの第２減圧弁と溶接機との間に設けられ、溶接機の一次側において、シールドガスの流量を検出する第２流量制御器とをさらに含み、溶接コントローラで監視すると共にデータ処理機能でデータ収集する監視対象には、シールドラインの一次側圧力、及び流量のそれぞれの検出値が含まれる。
【００１６】
好ましくは、データ処理機能の監視対象には、監視対象のデータが正常範囲外にあるときに発せられる警報履歴、溶接機の起動毎の所定の管理値、溶接機の起動回数及び起動時間、溶接機の起動時の担当者履歴、溶接機の起動時の温度及び時間帯が含まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の自動溶接管理システムによれば、一対の配管の端部を突き合わせた突合部の外周面を溶接して溶接部を形成したときの溶接部の内面焼けの原因を解析、特定し、溶接部の内面焼けを極力抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動溶接管理システムの構成図である。
【図２】図１の自動溶接管理システムのシステム構成図である。
【図３】図２のガスコントローラが実行するガス供給ユニットの異常判定制御を示すフローチャートである。
【図４】図２の溶接コントローラが実行するインターロック制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係る自動溶接管理システムについて説明する。
図１は自動溶接管理システム１の構成図を示す。自動溶接管理システム１は、ガス供給ユニット２、複数の溶接ユニット４、シールドライン６、及びバックシールドライン８等を備える。なお、図１においては後述するデータ収集ユニット５６を省略して図示している。
【００２０】
ガス供給ユニット２は、不活性ガスの一例であるアルゴンガスが充填されたボンベ１０を有する。ボンベ１０はアルゴンガスの供給源となる。溶接ユニット４は溶接機１２を備え、溶接機１２は一対の配管１４ａ、１４ｂの端部を突き合わせた突合部１６を外周面から溶接して溶接部１８を形成する。なお、図１では、溶接ユニット４は例えば同様の３つの溶接ユニットＡ〜Ｃから構成され、以下、溶接ユニットＡを代表してその詳細を説明する。
【００２１】
また、一対の配管１４ａ、１４ｂは、それぞれが、単管又は単管部を有する継手、或いは、単管又は単管部が溶接により結合され、複数の分岐や複数の開口を有する配管経路にて形成されることもある。この場合には、単管又は単管部の溶接を繰り替えすことで複数のパーツを結合させていき、配管ユニットが構成される。
【００２２】
シールドライン６は、ボンベ１０から溶接機１２に至るまで延び、溶接機１２において突合部１６の外周面に向けて、突合部１６の溶接の際に発生するアークのシールドガスとしてアルゴンガスを供給する。これにより、溶接の際に突合部１６の外周面側が酸欠状態となり、溶接部１８の外周面の溶接焼けが抑制される。一方、バックシールドライン８は、ボンベ１０から一対の配管１４ａ、１４ｂ内を介してライン開口端８ａに至るまで延びている。
【００２３】
バックシールドライン８は、ボンベ１０から一対の配管１４ａ、１４ｂ内にバックシールドガスとしてアルゴンガスを供給する。これにより、突合部１６近傍の配管１４ａ、１４ｂ内部の気体がバックシールドガスで置換され、一対の配管１４ａ、１４ｂ内の少なくとも突合部１６の周辺が酸欠状態となり、溶接部１８の内面焼けが抑制される。
【００２４】
より詳しくは、ガス供給ユニット２は、上述したボンベ１０の他、元圧力センサ２０、供給圧力センサ２２、ガス精製機２４、一次側酸素センサ２６、水分センサ２８、及びガスコントローラ３０を備えている。元圧力センサ２０は、ボンベ１０に取り付けられ、ボンベ１０に充填されたアルゴンガスの残圧、つまりボンベ１０自体のアルゴンガスの元圧Ｐ０を検出する。
【００２５】
供給圧力センサ２２は、ボンベ１０に取り付けられ、ボンベ１０からシールドライン６又はバックシールドライン８に供給されるアルゴンガスの供給圧ＰＳを検出する。ガス精製機２４は、バックシールドライン８のボンベ１０と後述する第１減圧弁３２との間に設けられ、ボンベ１０のアルゴンガスを精製して高純度のアルゴンガスからなるバックシールドガスを生成する。
【００２６】
一次側酸素センサ２６は、バックシールドライン８のガス精製機２４と第１減圧弁３２との間に設けられ、溶接機１２の一次側において、ガス精製機２４で精製後のバックシールドガスの一次側酸素濃度ＣＴ１を検出する。水分センサ２８は、バックシールドライン８のガス精製機２４と第１減圧弁３２との間に設けられ、溶接機１２の一次側において、ガス精製機２４で精製後のバックシールドガスの水分量Ｗを検出する。
【００２７】
ガスコントローラ３０は、上述した元圧力センサ２０、供給圧力センサ２２、ガス精製機２４、一次側酸素センサ２６、及び水分センサ２８と電気的に接続されている。
一方、溶接ユニット４は、バックシールドガスの流れ方向の順に、第１減圧弁３２、第１圧力センサ３４、第１流量制御器３６、二次側酸素センサ３８、差圧センサ４０、及び圧力調整弁４２をバックシールドライン８に備えている。
【００２８】
第１減圧弁３２は、バックシールドライン８のボンベ１０と突合部１６との間に設けられ、ボンベ１０から供給されるバックシールドガスを減圧する。第１圧力センサ３４は、バックシールドライン８の第１減圧弁３２と突合部１６との間に設けられ、溶接機１２の一次側において、第１減圧弁３２で減圧後のバックシールドガスの一次側圧力Ｐ１を検出する。
【００２９】
第１流量制御器３６は、いわゆるマスフローコントローラ（熱式によるものに限られず、圧力式等他の方式も含む）であって、バックシールドライン８の第１圧力センサ３４と突合部１６との間に設けられ、溶接機１２の一次側において、バックシールドガスの流量Ｆ１を検出し、この流量Ｆ１が予め設定された目標流量となるように図示しない弁体が駆動される。なお、第１流量制御器３６は、バックシールドライン８の第１減圧弁３２と突合部１６との間に設けられていれば良く、つまり第１圧力センサ３４の一次側に設けても良い。
【００３０】
二次側酸素センサ３８は、バックシールドライン８の突合部１６とライン開口端８ａとの間に設けられ、溶接機１２の二次側において、バックシールドガスの二次側酸素濃度ＣＴ２を検出する。差圧センサ４０は、バックシールドライン８の二次側酸素センサ３８とライン開口端８ａとの間に設けられ、溶接機１２の二次側において、バックシールドガスと大気との差圧に基づきバックシールドライン８の内圧Ｐｉを検出する。
【００３１】
圧力調整弁４２は、一端側にバックシールドライン８のライン開口端８ａが形成され、すなわちバックシールドライン８の差圧センサ４０とライン開口端８ａとの間に設けられ、ライン開口端８ａからバックシールドガスを開放することによりバックシールドライン８の内圧Ｐｉを調整する。
さらに、溶接ユニット４は、上述した溶接機１２の他、溶接コントローラ４４を備え、さらに、シールドガスの流れ方向の順に、第２減圧弁４６、第２圧力センサ４８、第２流量制御器５０をシールドライン６に備えている。
【００３２】
溶接機１２はヘッド５２を備え、ヘッド５２に突合部１６が位置付けられている。ヘッド５２は上下のクランプ５２ａ、５２ｂを有し、一対の配管１４ａ、１４ｂはクランプ５２ａ、５２ｂで挟み込むことで固定される。溶接機１２は、例えばティグ溶接により母材である配管１４ａ、１４ｂを直接溶融させて溶接部１８を形成する溶接方式（非消耗電極式）を採用している。ヘッド５２内には、アークを発生するタングステン電極５４が設けられている。溶接部１８の形成の際、シールドライン６からヘッド５２内のタングステン電極５４の周囲にシールドガスが導入される。
【００３３】
第２減圧弁４６は、シールドライン６のボンベ１０と溶接機１２との間に設けられ、ボンベ１０から供給されるシールドガスを減圧する。
第２圧力センサ４８は、シールドライン６の第２減圧弁４６と溶接機１２との間に設けられ、溶接機１２の一次側において、第２減圧弁４６で減圧後のシールドガスの一次側圧力Ｐ２を検出する。
【００３４】
第２流量制御器５０は、シールドライン６の第２圧力センサ４８と溶接機１２との間に設けられ、第１流量制御器３６と同様のマスフローコントローラであって、溶接機１２の一次側において、シールドガスの流量Ｆ２を検出し、この流量Ｆ２が予め設定された目標流量となるように図示しない弁体が駆動される。なお、第２流量制御器５０は、シールドライン６の第２減圧弁４６と溶接器１２との間に設けられていれば良く、つまり第２圧力センサ４８の一次側に設けても良い。
【００３５】
溶接コントローラ４４は、溶接機１２と、バックシールドライン８の第１圧力センサ３４、第１流量制御器３６、二次側酸素センサ３８、及び差圧センサ４０と、シールドライン６の第２圧力センサ４８、及び第２流量制御器５０と電気的に接続されている。
【００３６】
図２は自動溶接管理システム１のシステム構成図である。自動溶接管理システム１では、ガスコントローラ３０は、各センサ２０、２２、２６、２８の元圧Ｐ０、供給圧力ＰＳ、一次側酸素濃度ＣＴ１、及び水分量Ｗのそれぞれの検出値を監視し、ガス精製機２４の異常の有無を監視している。また、溶接コントローラ４４は、バックシールドライン８の各センサ３４、３８、４０の一次側圧力Ｐ１、二次側酸素濃度ＣＴ２、及び内圧Ｐｉと、第１流量制御器３６の流量Ｆ１とのそれぞれの検出値を監視している。
【００３７】
また、溶接コントローラ４４は、シールドライン６の第２圧力センサ４８の一次側圧力Ｐ２と、第２流量制御器５０の流量Ｆ２とのそれぞれの検出値を監視している。このような溶接コントローラ４４による検出値等の監視は、図１に示した各溶接ユニット４（溶接ユニットＡ〜Ｃ）にてそれぞれ行われる。そして、本実施形態では、ガスコントローラ３０及び溶接コントローラ４４の上位にデータ処理機能を有するデータ収集ユニット５６が接続されている。
【００３８】
データ収集ユニット５６は、ガスコントローラ３０及び溶接コントローラ４４で監視する上述した監視対象のデータを収集、蓄積する。そして、溶接部１８の内周面に溶接焼け（内面焼け）が発生したときの監視対象のデータを参照し、参照した監視対象のデータと内面焼け発生との相関を解析し、この解析結果に基づいて、内面焼けが発生した原因を特定可能に構成されている。
【００３９】
なお、データ収集ユニット５６は、論理的にユニットが存在するに過ぎず、ガスコントローラ３０や溶接コントローラ４４と同じプロセッサ内で処理が行われていたり、ネットワークを介してそれらと離れた場所で処理が行われていたりしても良い。また、データ収集ユニット５６は、ネットワークを介して遠隔的に収集・解析したデータを送信したり、解析に必要なパラメータを操作したりする機能を有することができる。
【００４０】
一方、ガスコントローラ３０及び各溶接コントローラ４４の下位には、それぞれタッチパネル５８が電気的に接続されている。タッチパネル５８には、上述した監視対象のデータが所定の正常範囲外にあるときに警報が表示され、溶接機１２の起動毎の所定の管理値を設定可能であり、溶接機１２の起動時の担当者を登録可能となっている。これらのタッチパネル５８での設定登録データの他、発せられた上記警報履歴、溶接機１２の起動回数及び起動時間、起動時の温度及び時間帯のデータもデータ収集ユニット５６に収集、蓄積される。
【００４１】
以下、図３のフローチャートを参照して、ガスコントローラ３０が実行するガス供給ユニット２の異常判定制御について説明する。本制御が開始されると、先ず、ステップＳ１では、元圧力センサ２０が検出したボンベ１０の元圧Ｐ０が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ２に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ７に移行し、ガス供給ユニット２が異常であるとして異常判定を行い、本制御をリターンする。例えば、下限警報の発報により、ボンベ１０におけるアルゴンガスの残量が少ない、或いはボンベ１０の交換中であること等が疑われる。
【００４２】
ステップＳ２では、供給圧力センサ２２が検出したボンベ１０の供給圧ＰＳが正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ３に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ７に移行して異常判定を行い、本制御をリターンする。例えば、下限警報の発報により、ボンベ１０からのアルゴンガス漏洩が疑われ、上限警報の発報により、供給圧力センサ２２にて正常範囲とする圧力の設定間違いや、第１減圧弁３２又は第２減圧弁４６の故障等が疑われる。
【００４３】
ステップＳ３では、水分センサ２８が検出した水分量Ｗが正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ４に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ７に移行して異常判定を行い、本制御をリターンする。例えば、上限警報の発報により、ガス精製機２４の故障、能力低下、メンテナンス要求、シールドライン６又はバックシールドライン８からのアルゴンガス漏洩、ボンベ１０交換時におけるシールドライン６又はバックシールドライン８への大気流入、アルゴンの置換不良等が疑われる。
【００４４】
ステップＳ４では、一次側酸素センサ２６が検出した一次側酸素濃度ＣＴ１が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ５に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ７に移行して異常判定を行い、本制御をリターンする。上限警報の発報により、上述した水分量Ｗの警報のときと同様の不具合が疑われる。
【００４５】
ステップＳ５では、ガス精製機２４が正常か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ６に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ７に移行して異常判定を行い、本制御をリターンする。例えば、警報の発報により、ガス精製機２４で使用される反応材（ゲッター材）の交換要求等が疑われる。
【００４６】
ステップＳ６では、ステップＳ１〜Ｓ５の判定結果が全て正常範囲内であるため、ガス供給ユニット２が正常であるとして正常判定を行った後、本制御をリターンする。本実施形態では、ステップＳ１〜Ｓ６で得られた情報をデータ収集ユニット５６に送信してログを保存している。
【００４７】
以下、図４のフローチャートを参照して、溶接コントローラ４４が実行するインターロック制御について説明する。このインターロック制御では、溶接コントローラ４４が監視する監視対象のデータがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かを判定し、監視対象のデータが正常範囲外にあるとき、溶接機１２の溶接開始が阻止される。
【００４８】
具体的には、本制御が開始されると、先ず、ステップＳ１１では、図示しない溶接開始ボタンが押下されたか否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、作業者が溶接開始ボタンを押下したと判定し、ステップＳ１２に移行する。一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、ステップＳ１１に戻って再度の判定を行う。なお、溶接開始ボタンは例えばタッチパネル５８に設けられる。
【００４９】
ステップＳ１２では、図２に示したガス供給ユニット２の異常判定制御の結果に基づいて、ガス供給ユニット２が正常であるかを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１３に移行する一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。ステップＳ２１では、異常発生を作業者に知らせるための表示を行った後にステップ２０に移行し、監視対象のデータを収集し、データ収集ユニット５６にエラーログを残す。
【００５０】
ステップＳ１３では、第１圧力センサ３４が検出した一次側圧力Ｐ１が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１４に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。一次側圧力Ｐ１の正常範囲は、例えば０．１６Ｍｐａ〜０．２０ＭＰａに設定され、例えば、下限警報の発報により、ボンベ１０からのアルゴンガス漏洩や、ボンベ１０におけるアルゴンガスの残量減少等が疑われる。また、上限警報の発報により、第１圧力センサ３４にて正常範囲とする圧力の設定間違いや、第１減圧弁３２の故障が疑われる。
【００５１】
ステップＳ１４では、第２流量制御器５０が検出した流量Ｆ２が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１５に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。流量Ｆ２の正常範囲は８Ｌ／ｍｉｎ±５％に設定され、警報の発報により、例えば第２減圧弁４６や第２流量制御器５０の故障等が疑われる。
【００５２】
ステップＳ１５では、第１流量制御器３６が検出した流量Ｆ１が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１６に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。流量Ｆ１の正常範囲は４Ｌ／ｍｉｎ±５％に設定され、例えば、警報の発報により、第１減圧弁３２や第１流量制御器３６の故障等が疑われる。
【００５３】
ステップＳ１６では、二次側酸素センサ３８が検出した二次側酸素濃度ＣＴ２が正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１７に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。二次側酸素濃度ＣＴ２の正常範囲は、規定値の＋１０％以内に設定され、例えば、警報の発報により、バックシールドライン８がバックシールドガスにより十分に置換されていないこと等が疑われる。
【００５４】
ステップＳ１７では、差圧センサ４０が検出した内圧Ｐｉが正常範囲内か否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１８に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。内圧Ｐｉの正常範囲は、規定値の±１０％以内に設定され、例えば、警報の発報により、溶接機１２のヘッド５２への配管１４ａ、１４ｂの組み付け不良等が疑われる。
【００５５】
ステップＳ１８では、データ収集ユニット５６が収集、蓄積した監視対象のデータに基づき解析、特定された溶接部１８の内面焼け発生の原因をファクターＸとしたとき、このファクターＸが内面焼け発生を招かない状態、すなわちファクターＸが正常であるか否かを判定する。判定結果がＹｅｓ（真）であるとき、ステップＳ１９に移行し、一方、判定結果がＮｏ（偽）であるとき、警報を発報した後にステップＳ２１に移行して異常判定を行う。
【００５６】
ステップＳ１９では、ステップＳ１２〜Ｓ１８の判定結果が全て正常範囲内であるため、溶接コントローラ４４が監視する溶接機１２の起動に係る監視対象のデータの正常範囲内にあると判定し、溶接機１２が起動されて溶接部１８が形成され、ステップＳ２０に移行する。
【００５７】
ステップＳ２０では、溶接部１８の形成時の監視対象のデータをデータ収集ユニット５６に収集して蓄積する。その後、溶接部１８の内周面を目視等により検査し、溶接部１８に内面焼けが生じていた場合、その内面焼けが生じた溶接時の監視対象のデータを参照し、次回以降の溶接時におけるファクターＸの特定に利用する。
【００５８】
以上のように本実施形態の自動溶接管理システム１では、データ収集ユニット５６によって、ガスコントローラ３０や溶接コントローラ４４で監視する監視対象のデータと内面焼け発生との相関を解析し、この解析結果に基づいて、内面焼けが発生した原因（ファクターＸ）を特定する。これにより、溶接部１８の内面焼けの原因を特定するための主たる監視対象の一つであるバックシールドライン８の二次側酸素濃度ＣＴ２は勿論のこと、それ以外の内面焼けの原因と想定されるファクターＸをも監視することができる。
【００５９】
データ収集ユニット５６で蓄積される監視対象のデータ量が多くなる程、いわゆるビッグデータに基づくデータマイニングの手法を用いた多変数予測制御が可能となり、内面焼けの原因となるファクターＸを高精度に特定可能となる。従って、溶接部１８の内面焼けに起因するパーティクルの発生を抑制し、配管ユニットを適用する半導体製造装置等の信頼性を高めることができる。
【００６０】
また、溶接コントローラ４４は、監視対象のデータがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かを判定し、監視対象のデータが正常範囲外にあるとき、溶接機１２の溶接開始を阻止するインターロック制御を行う。これにより、溶接部１８に内面焼けを生じると予測される配管ユニットを予め排除可能となるため、配管ユニットの歩留まりが向上し、内面焼けの無い信頼性の高い配管ユニットを提供することができる。
【００６１】
また、溶接コントローラ４４で監視すると共にデータ収集ユニット５６でデータ収集する監視対象には、バックシールドライン８の二次側酸素濃度ＣＴ２のみならず、一次側圧力Ｐ１、流量Ｆ１、及び内圧Ｐｉのそれぞれの検出値が含まれる。このように、バックシールドライン８の監視対象を多数用いることにより、溶接部１８の内面焼けの原因特定と、溶接部１８に内面焼けを有する配管ユニット排除とをより効率的に行うことができる。
【００６２】
特に、差圧センサ４０で検出した内圧Ｐｉを監視対象に含めることにより、配管１４ａ、１４ｂの内圧を一定圧力に保持しながら溶接部１８を形成することができる。従って、溶接部１８の内周面に生じる凹凸を抑制し、配管１４ａ、１４ｂ内を流れる流体の整流、ひいては流体の圧力損失低減を図ることができ、配管ユニットを適用する半導体製造装置等の信頼性をさらに高めることができる。
【００６３】
また、データ収集ユニット５６の監視対象には、ガスコントローラ３０で判定したガス供給ユニット２の異常の有無が含まれる。また、溶接コントローラ４４は、インターロック制御において、ガスコントローラ３０がガス供給ユニット２に異常があると判定したとき、溶接機１２の起動を阻止する。これにより、バックシールドライン８の一次側のガス供給ユニット２に内面焼けの原因があることを想定した制御を行うことができるため、溶接部１８の内面焼けの原因特定と、溶接部１８に内面焼けを有する配管ユニット排除とをより効率的に行うことができる。
【００６４】
自動溶接管理システム１では、インターロック制御を一時的にオフにして強制的にステップＳ１９で溶接を開始させても良い。この場合においても、ステップＳ２０で各監視対象のデータを収集し、データ収集ユニット５６に蓄積する。これは、溶接される配管１４ａ、１４ｂの形状によっては、インターロック制御の実行が極めて非効率になる場合があることに対応するものである。
【００６５】
具体的には、配管ユニットにおいて配管１４ａ、１４ｂの先に多くの分岐が存在する場合、突合部１６から離れた分岐では分岐先に対する不活性ガスによる置換を行わなくても溶接部１８に内面焼けを生じないことが知られているため、インターロック制御を行わないことにより、ヘッド５２に配管１４ａ、１４ｂをセットする際の作業時間が大幅に削減することができるからである。
【００６６】
しかし、異常判定制御において、二次側酸素濃度ＣＴ２を検出する際、空気の置換不十分の発生個所が配管ユニットのどこにあるのかを判別できないため、二次側酸素濃度ＣＴ２が所定範囲内にないと、異常と判定されてインターロックが作動し、溶接を開始することができない。そこで、作業者の操作によりインターロック制御を一時的にオフにできるようにしつつ、且つ、インターロック制御を一時的にオフした場合にもデータ収集を行うことで、後から作業状況を検証して溶接部１８の内面焼けの原因追究を行えるようにしている。
【００６７】
このように、本実施形態では、溶接部１８の内面焼けの原因特定と効果的な抑制対策、ひいては内面焼けの無い信頼性の高い配管ユニットの提供が可能となる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００６８】
例えば、溶接コントローラ４４で監視すると共にデータ収集ユニット５６でデータ収集する監視対象には、シールドライン６の第２圧力センサ４８で検出された一次側圧力Ｐ２の検出値を含めても良い。これにより、シールドライン６の圧力に内面焼けの原因があることを想定した制御を行うこともできる。
【００６９】
また、データ収集ユニット５６でデータを収集、蓄積する監視対象、ガス供給ユニット２の異常判定制御で判定する監視対象、溶接コントローラ４４が実行するインターロック制御で判定する監視対象は、上述した内容に限定されるものではなく、本実施形態で説明した他の監視対象を対象に追加しても良い。
また、ガス供給ユニット２及び溶接ユニット４の構成は、上述した内容に厳密に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１    自動溶接管理システム
２    ガス供給ユニット
４    溶接ユニット
６    シールドライン
８    バックシールドライン
８ａ    ライン開口端
１０    ボンベ（供給源）
１２    溶接機
１４ａ、１４ｂ    配管
１６    突合部
１８    溶接部
２０    元圧力センサ
２２    供給圧力センサ
２４    ガス精製機
２６    一次側酸素センサ
２８    水分センサ
３０    ガスコントローラ
３２    第１減圧弁
３４    第１圧力センサ
３６    第１流量制御器
３８    二次側酸素センサ
４０    差圧センサ
４２    圧力調整弁
４４    溶接コントローラ（インターロック手段）
４６    第２減圧弁
４８    第２圧力センサ
５０    第２流量制御器
５６    データ収集ユニット（データ処理機能）
【図１】
2018167293.tif 000003
【図２】
2018167293.tif 000004
【図３】
2018167293.tif 000005
【図４】
2018167293.tif 000006