(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部及び短辺部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップと、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップと、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップと、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップと、
前記第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップと、
前記補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップとからなる平板と円筒体との円周溶接方法。
【請求項２】
平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部及び短辺部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップと、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップと、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から前記第１の円周位置偏差だけ位置補正した第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップと、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップと、
前記第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップと、
前記補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップとからなる平板と円筒体との円周溶接方法。
【請求項３】
平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部、短辺部及び平板検出部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップと、
前記接触部材の平板検出部を平板表面の検出開始位置から平板表面に接触する位置まで垂直に移動させ平板表面の位置を検出する平板表面検出ステップと、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出する第１の円筒体円周検出ステップと、
前記接触部材の長辺部を９０度回転させて第１の円筒体円周に接する平面と垂直な方向に向けるとともに、第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の長辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出する第２の円筒体円周検出ステップと、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップと、
前記第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップと、
前記補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップとからなる平板と円筒体との円周溶接方法。
【請求項４】
平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部、短辺部及び平板検出部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップと、
前記接触部材の平板検出部を平板表面の検出開始位置から平板表面に接触する位置まで垂直に移動させ平板表面の位置を検出する平板表面検出ステップと、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップと、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から第１の円周位置偏差だけ位置補正した第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップと、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップと、
前記第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップと、
前記補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップとからなる平板と円筒体との円周溶接方法。
【請求項５】
平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接ロボットにおいて、
溶接開始位置を検出するために制御装置のＣＰＵに教示プログラムを実行する起動信号を入力し、接触検出器駆動回路の出力信号によって接触検出器を突出させて、予め定めた平板の接触位置の方向に検出器を移動させ、センサユニットが平板との接触位置を検出し、前記検出した平板の位置を記憶回路に記憶し、ＣＰＵは前記記憶した平板の位置と予め定めた平板の接触位置とから平板位置偏差を演算し、
次に、検出器を予め定めた第１の円筒体円周接触位置の方向に移動させ、センサユニットが円筒体との接触位置を検出し、前記検出した第１の円筒体円周位置を記憶回路に記憶し、前記記憶した第１の円筒体円周位置と予め定めた第１の円筒体円周接触位置とから第１の円筒体円周位置偏差を演算し、
次に、検出器を予め定めた第２の円筒体円周接触位置の方向に移動させ、センサユニットが円筒体との接触位置を検出し、前記検出した第２の円筒体円周位置を記憶回路に記憶し、前記記憶した第２の円筒体円周位置と予め定めた第２の円筒体円周接触位置とから第２の円筒体円周位置偏差を演算し、
前記演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータと接触検出器とを退避させると共にＣＰＵは、記憶回路に記憶している予め教示した各溶接位置に前記演算値の位置偏差を加算して補正し、
マニピュレータを被溶接物近傍まで移動させて、前記補正した溶接位置に沿って溶接する溶接ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板（フランジ面）とこの平板に垂直に配置した複数の円筒体（パイプ）とが形成する円周の溶接線を、順次溶接する溶接方法および溶接ロボットに関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アーク溶接ロボットは、図１に示すように、ロボット本体であるマニピュレータ１０と、その先端に取り付けられた溶接トーチ２０と、マニピュレータ１０のアーム１１に設置されているワイヤ送給装置３０と、溶接条件を設定して予め作成された教示プログラムを溶接時に実行させる制御装置６０と、この制御装置６０に接続され、教示の際に用いるティーチングボックス６５および溶接電源５０とから構成されている。
【０００３】
また、被溶接物ＷＫの溶接線の各位置が被溶接物の制作加工精度のバラツキ、配置位置のバラツキ等のために各被溶接物の配置ごとに、予め作成したプログラムの溶接線の各位置を修正しなければならないことが多く、最初に教示した各位置をセンサで検出して誤差分を補正しなければならない。これらの誤差分を補正するために前述の溶接ロボットに接触検出器、アークセンサ、印加用電源等から形成されるセンサユニット７０を溶接電源５０の２次出力端子と溶接トーチ２０との間に溶接ケーブル５１と５２とを用いて接続する。
【０００４】
このセンサユニット７０から溶接ワイヤ４０と被溶接物ＷＫとの間に接触検出用電圧を供給し、両者を接触させて溶接開始位置を検出して補正を行う。また、溶接中は溶接トーチ２０を揺動させて得られる溶接電流、アーク電圧等の電気的変化を検出して溶接線を倣うアークセンサによって実際の溶接位置を検出して補正する。
【０００５】
例えば、図１に示すように被溶接物ＷＫである熱交換器の溶接線を、アーク溶接ロボットを用いて溶接する場合について説明する。図２は、図１に示す被溶接物の部分拡大図であり、熱交換器の１本のパイプＷＫＰとその近傍のフランジＷＫＦとの溶接線ＷＬを示す拡大図である。溶接線ＷＬを順次溶接するとアークによって加熱された部分が膨張し熱影響が発生し、フランジＷＫＦが時間の経過とともに変形してしまう。これらの熱による影響は主に熱収縮および熱歪がある。
【０００６】
図３は、溶接後における熱収縮を説明する熱交換器の正面図であり、図４は、溶接後における熱歪を説明する熱交換器のフランジ部の側面図である。図３および図４において、破線は溶接開始前のパイプＷＫＰとフランジＷＫＦとの位置を示し、実線は溶接後のパイプＷＫＰとフランジＷＫＦとの位置を示す。これは、すべてのパイプを溶接した後にある程度の冷却期間が経過した後の状態であって、例えばフランジＷＫＦの長さ１[m] 当たり３[mm]乃至５[mm]程度の熱収縮が発生することがある。これらの熱収縮は、フランジＷＫＦの材質又は板厚、溶接線ＷＬを溶接する順序、そのときの溶接条件等によって異なる。また、パイプＷＫＰの溶接前と溶接後との位置変化は、図３に示す水平方向、即ちＸ１、Ｘ２およびＹ１、Ｙ２方向の変化と上下方向、即ちＺ１、Ｚ２方向の変化とを受ける。
【０００７】
また、図４における溶接後のフランジＷＫＦの熱歪みは、既知の固定治具でフランジＷＫＦの周囲を固定して溶接したり、溶接線ＷＬを熱歪みの発生が少なくなる順序で溶接すること等によって、熱歪みの影響を受けないように溶接を行っていた。
【０００８】
以上の説明のように、パイプの溶接線ＷＬを順次溶接したときの熱収縮や熱歪みによって、溶接線ＷＬの位置が変化する場合、溶接したパイプの数が少ない間は熱収縮又は熱歪みは小さく、従来技術の接触検出器、アークセンサ等によって容易に補正することができる。しかし、溶接したパイプの数が多くなると熱収縮が大きいために、従来技術の検出器によって溶接開始位置を検出することは困難になる。
【０００９】
図５は、アークセンサの追従角度を説明する図である。予め作成された教示プログラム内の溶接開始前の検出指令に従い破線で示すように、熱収縮の位置変化が生じていない（溶接開始前の）パイプＷＫＰの中心Ｏに向かって、検出開始位置ＡＰから検出動作方向ＭＶに移動する。
【００１０】
ところが、溶接後の熱収縮が生じている場合、パイプＷＫＰは実線の位置に変化している。したがって、検出動作方向ＭＶに動作させると接触検出位置ＢＰを検出するが、教示プログラム内に予め定められた溶接開始位置ＡＰの溶接方向ベクトルｖａとパイプＷＫＰにおける接触検出位置ＢＰを実際の溶接開始位置とする溶接方向ベクトルｖｂとは、角度差θを有する。
【００１１】
アークセンサの角度の追従能力は、検出方法、溶接条件等によって多少の差はあるが、実用的には５度乃至１０度程度であり、特に熱交換器等に用いられる比較的小径のパイプ溶接の場合には、熱収縮又は熱歪みによるわずかな位置の変化で大きな角度差θが発生する。このために、アークセンサを用いて溶接すると、追従能力を越えてしまい溶接線を逸脱するので、アークセンサの適用を困難にしているのが現状である。
【００１２】
また従来技術では、上記の他にタングステンイナートガス（ＴＩＧ）溶接で行われているが、この方法を使用すると溶接時間が長くかかり効率が悪いという欠点があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
溶接したパイプの数が多くなると、溶接の影響によってフランジに熱収縮又は熱歪みが生じ、これによるパイプの位置変化がアークセンサの追従能力角度を越える場合は、従来の接触検出器又はアークセンサでは適切な機能が発揮できず、溶接結果は著しく悪くなる。そのために、パイプとフランジとの溶接接合部の手直し溶接作業を行ったり、熱収縮の位置変化が大きくなった時点で教示プログラムを修正し直す作業を行っていた。このような作業は、溶接加工の生産性を著しく低下させる原因となっている。
【００１４】
本発明は、フランジ面の熱収縮又は熱歪みによってパイプの位置が予め定めた教示位置から変化しても、接触検出器を用いて溶接開始位置を検出しパイプの位置の変化分を補正することによって溶接線を正しく認識させ、溶け込み形状および肉盛り厚さを均一にして、安定した品質の溶接結果が得られる溶接方法及び溶接ロボットを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の請求項は、図９のクレーム対応図に示すように、平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部及び短辺部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップＳＴ１０と、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップＳＴ３０と、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップＳＴ４０と、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップＳＴ５０と、
第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップＳＴ６０と、
補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップＳＴ７０とからなる溶接方法である。
【００１６】
第２の請求項は、図１０のクレーム対応図に示すように、平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部及び短辺部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップＳＴ１０と、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップＳＴ３０と、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から第１の円周位置偏差だけ位置補正した第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップＳＴ４０と、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップＳＴ５０と、
第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップＳＴ６０と、
補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップＳＴ７０とからなる溶接方法である。
【００１７】
第３の請求項は、図１１のクレーム対応図に示すように、平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部、短辺部及び平板検出部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップＳＴ１０と、
前記接触部材の平板検出部を平板表面の検出開始位置から平板表面に接触する位置まで垂直に移動させ平板表面の位置を検出する平板表面検出ステップＳＴ２０と、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出する第１の円筒体円周検出ステップＳＴ３０と、
前記接触部材の長辺部を９０度回転させて第１の円筒体円周に接する平面と垂直な方向に向けるとともに、第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の長辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出する第２の円筒体円周検出ステップＳＴ４０と、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップＳＴ５０と、
第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップＳＴ６０と、
補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップＳＴ７０とからなる溶接方法である。
【００１８】
第４の請求項は、図１２のクレーム対応図に示すように、平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接方法において、
接触検出器に設けられ長辺部、短辺部及び平板検出部を備えた接触部材を接触可能状態に突出させる接触部材突出ステップＳＴ１０と、
前記接触部材の平板検出部を平板表面の検出開始位置から平板表面に接触する位置まで垂直に移動させ平板表面の位置を検出する平板表面検出ステップＳＴ２０と、
前記接触部材の長辺部を予め定めた第１の円筒体円周検出開始位置から円筒体円周方向に移動させて円筒体円周の第１の位置を検出して第１の円周位置偏差を算出する第１の円筒体円周検出ステップＳＴ３０と、
前記接触部材の短辺部を第１の円筒体円周検出位置から第１の円周位置偏差だけ検出位置補正した第２の円筒体円周検出開始位置に移動させ、円筒体円周に接する位置まで前記接触部材の短辺部を移動させ円筒体円周の第２の位置を検出して第２の円周位置偏差を算出する第２の円筒体円周検出ステップＳＴ４０と、
接触検出器の接触部材を収納する収納ステップＳＴ５０と、
第１及び第２の円周位置偏差が予め定めた値よりも大きいときは、第１の円周位置偏差、第２の円周位置偏差又は第１の円周位置偏差と第２の円周位置偏差を予め定めた溶接位置に加算する補正ステップＳＴ６０と、
補正ステップで補正した溶接位置を溶接する溶接ステップＳＴ７０とからなる溶接方法である。
【００１９】
第５の請求項は、平板に略垂直に配置された円筒体の円周を溶接する溶接ロボットにおいて、
溶接開始位置を検出するために制御装置のＣＰＵに教示プログラムを実行する起動信号を入力し、接触検出器駆動回路の出力信号によって接触検出器を突出させて、予め定めた平板の接触位置の方向に検出器を動かし、センサユニットが平板との接触位置を検出し、この検出した平板の位置を記憶回路に記憶し、ＣＰＵは記憶した平板の位置と予め定めた平板の接触位置とから平板位置偏差を演算する。
次に、検出器を予め定めた第１の円筒体円周接触位置の方向に動かし、センサユニットが円筒体との接触位置を検出し、この検出した第１の円筒体円周位置を記憶回路に記憶し、記憶した第１の円筒体円周位置と予め定めた第１の円筒体円周接触位置とから第１の円筒体円周位置偏差を演算する。
次に、検出器を予め定めた第２の円筒体円周接触位置の方向に動かし、センサユニットが円筒体との接触位置を検出し、この検出した第２の円筒体円周位置を記憶回路に記憶し、記憶した第２の円筒体円周位置と予め定めた第２の円筒体円周接触位置とから第２の円筒体円周位置偏差を演算する。
演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータと接触検出器とを退避させる。検出器退避後ＣＰＵは、記憶回路に記憶している予め教示した各溶接位置に前述の演算値の位置偏差を加算して補正する。
マニピュレータを被溶接物近傍まで移動させて、補正した溶接位置に沿って溶接する溶接ロボットである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、フランジに略垂直に配置されたパイプの円周を溶接する溶接ロボットにおいて、
溶接開始位置を検出するために制御装置６０のＣＰＵに教示プログラムを実行する起動信号を入力し、接触検出器駆動回路の出力信号によって接触検出器８０を突出させて、予め定めたフランジ面の接触位置Ｂ１ａの方向に検出器を移動させ、センサユニット７０がフランジ面との接触位置Ｂ１ｂを検出し、この検出したフランジ面の位置Ｂ１ｂを記憶回路に記憶し、ＣＰＵは記憶したフランジ面の位置Ｂ１ｂと予め定めたフランジ面の接触位置Ｂ１ａとからフランジ面位置偏差ΔＢ１を演算する。
次に、検出器８０を予め定めた第１のパイプ円周接触位置Ｂ２ａの方向に移動させ、センサユニット７０がパイプとの接触位置Ｂ２ｂを検出し、この検出した第１のパイプ円周位置Ｂ２ｂを記憶回路に記憶し、記憶した第１のパイプ円周位置Ｂ２ｂと予め定めた第１のパイプ円周接触位置Ｂ２ａとから第１のパイプ円周位置偏差ΔＢ２を演算する。
次に、検出器８０を予め定めた第２のパイプ円周接触位置Ｂ３ａの方向に移動させ、センサユニット７０がパイプとの接触位置Ｂ３ｂを検出し、この検出した第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂを記憶回路に記憶し、記憶した第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂと予め定めた第２のパイプ円周接触位置Ｂ３ａとから第２のパイプ円周位置偏差ΔＢ３を演算する。
演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータ１０と接触検出器８０とを退避させると共にＣＰＵは、記憶回路に記憶している予め教示した各溶接位置に前述の演算値の位置偏差を加算して補正する。
マニピュレータ１０を被溶接物近傍まで移動させて、補正した溶接位置に沿って溶接する溶接方法及び溶接ロボットである。
【００２１】
【実施例】
まず、本発明にかかるロボットの構成について説明すると、図６乃至図８において、ＷＫは被溶接物である熱交換器を示し、その構造は一般に、フランジＷＫＦが熱交換部ＷＫＣに対して上下に取り付けてあり、その方向は１枚のフランジＷＫＦに一定間隔で複数本のパイプＷＫＰが貫通している。この貫通穴の穴あけ加工はＮＣ工作機械等により加工され精度はよい。なお、ロボットの全体的な構成は、１０乃至７０の各部からなり図１と同様であるので説明を省略する。
以下、本発明を図示の実施例によって説明する。
［図６の説明］
図６において、溶接トーチ２０は、ロボット本体であるマニピュレータ１０の先端に取り付けられ、溶接ワイヤ４０がマニピュレータ１０のアーム１１に設置されているワイヤ送給装置３０から送給されると共に、溶接電源５０の２次出力端子に接続さる。溶接を開始すると、制御装置６０の動作指令によってアーク溶接が行われる。
【００２２】
［図７の説明］
図７は、本発明の接触検出器と溶接トーチとの配置図であり、同図（Ａ）は、正面図であり、同図（Ｂ）は側面図である。
図７において８０１は、接触検出用の駆動機構であって、例えば、外郭部材８２と、回転機構例えば回転用のアクチュエータ８３と、第１及び第２のストッパ８４及び８５とから構成され、これらは外郭部材８２によって支持されている。駆動機構８０１は、支持部材８１によって溶接トーチ２０に支持されている。この支持部材８１または外郭部材８２は絶縁材を使用して、溶接トーチ２０と電気的に絶縁されている。
【００２３】
先端に幅広な平面形状を有する接触部材８７が取り付けられた棒材８６は、棒材支持部８９によって回転軸８８に支持されている。この棒材８６は、棒材支持部８９によって長さ調整ができる。
【００２４】
次に、この接触検出器８０の動作について説明する。
まず、接触検出時には、回転軸８８を中心として、棒材８６を時計回りに回転させて、第２ストッパ８５に当接する位置すなわち溶接トーチ２０と平行になる位置で停止させる。この位置で被溶接物の溶接開始位置を検出する。
【００２５】
溶接開始位置検出後、回転軸８８を中心として反時計回りに棒材８６を回転させ、この棒材８６が第１ストッパ８４に当接した位置で停止させ、収納させることによって、溶接動作を妨げることなく、また接触部材８７にスパッタの付着を防止することができる。以後、接触検出時における接触検出器８０の動作を「突出」とし、溶接時における接触検出器８０の動作を「収納」として説明する。
【００２６】
次に、図１１及び図１４乃至図１７を参照して、図６に示す熱交換器ＷＫの複数本のパイプＷＫＰのうちの１本のパイプとフランジとの接合部を溶接する手順について説明する。
【００２７】
図１４乃至図１７は、図１１の実施例の実行手順を説明するフローチャートであり、図１１の請求項３のクレーム対応図の突出ステップＳＴ１０とフランジ面検出ステップＳＴ２０とに対応するフローチャートである。図１５は、図１４の末端の符号Ａに続く図であって、図１１の第１のパイプ円周検出ステップＳＴ３０に対応するフローチャートである。図１６は、図１５の末端の符号Ｂに続く図であって、図１１の第２のパイプ円周検出ステップＳＴ４０に対応するフローチャートである。図１７は、図１６の末端の符号Ｃに続く図であって、図１１の接触検出器収納ステップＳＴ５０、補正ステップＳＴ６０及び溶接ステップＳＴ７０に対応するフローチャートである。
【００２８】
また図１８、図１９において、破線で示すパイプＷＫＰ及びフランジＷＫＦは、予め教示プログラムを作成するときに存在した各々の位置であり、実線のパイプＷＫＰ及びフランジＷＫＦは、実際の溶接で熱収縮又は熱歪みが生じたときの位置の例を示す。
【００２９】
図１４のステップＳＴ１１は、接触検出器８０の接触部材８７の突出ステップで、接触検出器８０の回転機構８３を時計回りに回転させ、先端の接触部材８７を溶接ワイヤ４０の突き出し方向に向ける。
【００３０】
ステップＳＴ２１は、フランジ面を検出するために接触検出器８０の接触部材８７をフランジ面の検出開始位置ＡＰ１へ移動する。そのとき、接触部材８７の長辺部８７ａの向きを第１のパイプ円周検出移動方向ＭＶ２に垂直に向ける。ステップＳＴ２２とＳＴ２３とは平板検出部８７ｃをフランジ面に接触するまでフランジ面の検出移動方向ＭＶ１に動作させ接触検出電圧を検出する。
【００３１】
ステップＳＴ２４は、フランジ面の位置偏差を演算するステップであり、図１８に示す接触検出したフランジ面の位置Ｂ１ｂと教示プログラムに予め定めたフランジ面の接触位置Ｂ１ａとの位置偏差ΔＢ１を演算する。この演算結果のフランジ面の位置偏差ΔＢ１は、ステップＳＴ２５で制御装置６０内の記憶回路に記憶する。
【００３２】
図１５のステップＳＴ３１は、接触部材８７の長辺部８７ａを予め定めた第１のパイプ円周検出開始位置ＡＰ２へ移動するステップである。
【００３３】
ステップＳＴ３２及びステップＳＴ３３は、接触部材８７の長辺部８７ａをパイプ円周に接触するまで第１のパイプ円周検出移動方向ＭＶ２に動作させ、接触検出電圧を検出する。ステップＳＴ３４は、第１のパイプ円周位置偏差を演算するステップであり、接触検出した第１のパイプ円周位置Ｂ２ｂと教示プログラムに予め定めた第１のパイプ円周接触位置Ｂ２ａとの位置偏差ΔＢ２を演算する。この演算結果の第１のパイプ円周位置偏差ΔＢ２は、ステップＳＴ３５で制御装置６０の記憶回路に記憶する。
【００３４】
図１６のステップＳＴ４１は、接触検出器８０をステップＳＴ３１の第１のパイプ円周検出開始位置ＡＰ２に移動するステップであり、ステップＳＴ４２は、接触部材８７の長辺部８７ａの向きを、図１９に示す第２のパイプ円周検出移動方向ＭＶ３に垂直に合わせると共に、予め定めた第２のパイプ円周検出開始位置ＡＰ３へ移動するステップである。
【００３５】
ステップＳＴ４３及びステップＳＴ４４は、接触部材８７の長辺部８７ａをパイプ円周に接触するまで第２のパイプ円周検出移動方向ＭＶ２に動作させ、接触検出電圧を検出する。ステップＳＴ４５は、第２のパイプ円周位置偏差を演算するステップであり、接触検出した第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂと教示プログラムに予め定めた第２のパイプ円周接触位置Ｂ３ａとの位置偏差ΔＢ３を演算する。この演算結果の第２のパイプ円周位置偏差ΔＢ３は、ステップＳＴ４６で制御装置６０の記憶回路に記憶する。
【００３６】
また接触部材８７の幅は、図１９に示すように、熱収縮の位置変化の最大値であれば十分である。
【００３７】
図１７のステップＳＴ５１は、接触部材８７（マニピュレータ）の退避動作で、フランジＷＫＦ及びパイプＷＫＰと干渉しないように離れた位置に退避する。ステップＳＴ５２は、接触部材８７の収納ステップで、接触検出器８０の回転機構８３を反時計回りに回転させ接触部材８７を収納する。
【００３８】
ステップＳＴ６１は、溶接位置補正ステップで、パイプシール溶接のために予め作成される教示プログラム内の溶接開始位置を含む全溶接位置に、上記演算した位置偏差ΔＢ１、ΔＢ２及びΔＢ３を加算する。ステップＳＴ７０は、パイプＷＫＰとフランジＷＫＦとの位置変化を補正した溶接位置に沿ったパイプシール溶接を行うステップである。
【００３９】
ステップＳＴ７１は、パイプシール溶接が終了した後、引続き他のパイプを溶接するために、溶接トーチ２０を溶接部から離れた位置へ移動するステップである。
【００４０】
上述の実施例では、説明を簡単にするために、接触検出器８０とセンサユニット７０との接触検出によって、熱収縮又は熱歪みの位置変化を検出することを記述したが、パイプＷＫＰの部品精度などの比較的小さな他の変化要素を補正する手段として、アークセンサを併用することができる。
【００４１】
図１５のステップＳＴ３１において、接触検出したフランジ面の位置Ｂ１ｂにフランジ面の位置偏差ΔＢ１を加算して補正し、次の予め定めた第１のパイプ円周検出開始位置ＡＰ２に移動してパイプの検出を行うと、フランジ面からのパイプの突出部分が小さいときに、フランジ面の位置偏差を予め補正しているので検出時の空振りを防止することができる。
【００４２】
図１６のステップＳＴ４２において、図２０に示すように、接触部材８７の短辺部８７ｂの向きを直前の第１のパイプ円周検出開始位置ＡＰ２と同一のまま、教示プログラム内の検出開始位置に位置偏差ΔＢ１とΔＢ２とを加算した位置ＡＰ３へ移動させることができる。この場合は、ステップＳＴ４３で、パイプＷＫＰの中心方向である第１のパイプ円周検出移動方向ＭＶ２に垂直な方向の第２のパイプ円周検出移動方向ＭＶ３に短辺部８７ｂを移動させれば、図２０におけるパイプＷＫＰの頂点で第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂを検出できるため、接触部材８７の向きを変えなくても第２のパイプ円周位置偏差ΔＢ３を演算することができる。
【００４３】
フランジの熱歪みが、固定治具等によって無視できる程小さい場合は、図１４のステップＳＴ２１乃至ステップＳＴ２５のフランジ面検出ステップを省略することができると共に、接触検出器８０の接触部材８７は、図２２に示すように接触部材の平板検出部８７ｃを省略することができる。
【００４４】
また、パイプシール溶接時の熱影響が小さく位置変化の微少な部分はフランジ面、第１の円周及び第２の円周のいずれかの検出動作を省略し、全体の溶接作業時間の短縮をはかることができる。
【００４５】
図２１の（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）及び（Ｇ）は、本発明に適用する接触検出器の先端形状の正面図であり、同図（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）及び（Ｈ）は、それぞれに対応する側面図である。いずれも、これらの接触検出器の先端部分の各下部は、突起形状を有し、その上部は板状または十字状の幅のある形状部を有する。
【００４６】
［請求項５の実施例］
図１３は請求項５の回路の構成を示す。同図において、ロボットの制御装置６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、教示プログラム、検出データ、演算結果等を記憶する記憶回路とマニピュレータ駆動回路とから構成されている。また、ＣＰＵにこれらの各回路、接触検出器駆動回路、起動ボタン、ティーチングボックス６５及びセンサユニット７０が接続されている。
【００４７】
教示作業において、ユーザが検出開始位置、接触位置、マニピュレータ退避位置、教示溶接位置等のデータをティーチングボックス６５を用いて制御装置６０内の記憶回路に記憶させる。
【００４８】
ユーザが入力した溶接開始位置の検出動作及び被溶接物の溶接動作からなる教示プログラムを実行するために制御装置のＣＰＵに起動信号を入力して一連のロボット動作を行うことを自動運転という。
【００４９】
実際の自動運転について説明する。
起動ボタン６７を押すと、溶接開始位置を検出するために制御装置６０内のＣＰＵに教示プログラムを実行する起動信号を入力する。ＣＰＵは、駆動回路の出力信号によってマニピュレータをフランジ面の検出開始位置ＡＰ１まで移動させる。次に、接触検出器駆動回路の出力信号によって接触検出器を突出させて、教示プログラムに予め定めたフランジ面の接触位置Ｂ１ａの方向に検出器（マニピュレータ）を動かす。この検出器の動作でセンサユニット７０が、フランジ面との接触位置を検出すると、ＣＰＵがマニピュレータの動作を停止させる。この接触検出したフランジ面の位置Ｂ１ｂを記憶回路に記憶する。ＣＰＵは、記憶したフランジ面の位置Ｂ１ｂと教示プログラムに予め定めたフランジ面の接触位置Ｂ１ａとからフランジ面位置偏差ΔＢ１の演算する。
【００５０】
演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータを一旦退避させ、続いて第１のパイプ円周検出開始位置ＡＰ２まで移動させる。次に、教示プログラムに予め定めた第１のパイプ円周接触位置Ｂ２ａの方向に検出器（マニピュレータ）を動かす。この検出器の動作でセンサユニット７０が、パイプとの接触位置を検出すると、ＣＰＵがマニピュレータの動作を停止させる。この接触検出した第１のパイプ円周位置Ｂ２ｂを記憶回路に記憶する。ＣＰＵは、記憶した第１のパイプ円周位置Ｂ２ｂと教示プログラムに予め定めた第１のパイプ円周接触位置Ｂ２ａとから第１のパイプ円周位置偏差ΔＢ２の演算する。
【００５１】
演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータを一旦退避させ、続いて第２のパイプ円周検出開始位置ＡＰ３まで移動させる。次に、教示プログラムに予め定めた第２のパイプ円周接触位置Ｂ３ａの方向に検出器（マニピュレータ）を動かす。この検出器の動作でセンサユニット７０が、パイプとの接触位置を検出すると、ＣＰＵがマニピュレータの動作を停止させる。この接触検出した第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂを記憶回路に記憶する。ＣＰＵは、記憶した第２のパイプ円周位置Ｂ３ｂと教示プログラムに予め定めた第２のパイプ円周接触位置Ｂ３ａとから第２のパイプ円周位置偏差ΔＢ３の演算する。
【００５２】
演算後、被溶接物に当たらない退避位置にマニピュレータを退避させる。マニピュレータ退避後、接触検出器を収納させる。接触検出器収納後ＣＰＵは、記憶回路に記憶している予め教示した各溶接位置に、記憶している位置偏差ΔＢ１乃至ΔＢ３を加算して補正する。
以上で検出動作を終了して次の溶接動作に入る。マニピュレータを被溶接物近傍まで移動させて、補正した溶接位置に沿って溶接する。溶接が終了するとマニピュレータを退避させる。以上で教示プログラムの実行を終了する。
【００５３】
上述の実施例では溶接の開始点検出を３点で行っているが、位置変化の微少ない部分はフランジ面、第１の円周及び第２の円周のいずれかの検出動作を省略することができる。
【００５４】
【本発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る溶接方法は、フランジ面に多数のパイプを円周溶接する場合に、溶接中の熱収縮と熱歪みとが及ぼすパイプとフランジとの位置変化を補正するために、幅のある形状部を特徴とする接触部材を有する接触検出器を用いて、歪の多いパイプだけ検出することができるので、溶接トーチのねらい位置のずれによる手直し溶接が不要となる。
【００５５】
特に、気密性が重視される熱交換器等は、従来ＴＩＧ溶接によってパイプシール溶接をしていたが、本発明の溶接方法及び溶接ロボットのように接触検出器を使用して位置補正することによって、溶接線を正しく認識させ、溶け込み形状及び肉盛り厚さを均一にして安定した品質の溶接結果を得ることができ、ＣＯ2 溶接で行えるので溶接作業時間が大幅に短縮できる。また、溶接中の熱収縮又は熱歪みの位置変化が大きくなっても、教示プログラムを修正する必要もなくなる。従って、溶接加工の生産性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のアーク溶接ロボットの構成図である。
【図２】図１の被溶接物の部分拡大図である。
【図３】溶接後における熱収縮を説明する熱交換器の正面図である。
【図４】溶接後における熱歪みを説明する熱交換器のフランジ部の側面図である。
【図５】アークセンサ追従角度を説明する図である。
【図６】本発明に係る接触検出器８０を備えたアーク溶接ロボットの構成図である。
【図７】本発明の接触検出器例と溶接トーチとの配置図である。
【図８】対象溶接部と接触検出器の先端との拡大斜視図である。
【図９】請求項１のクレーム対応図である。
【図１０】請求項２のクレーム対応図である。
【図１１】請求項３のクレーム対応図である。
【図１２】請求項４のクレーム対応図である。
【図１３】請求項５の回路の構成を示す。
【図１４】図１０のクレーム対応図のうちの接触平面突出ステップとフランジ面検出ステップとを説明するフローチャートである。
【図１５】図１１の末端の符号Ａに続くフローチャートである。
【図１６】図１２の末端の符号Ｂに続くフローチャートである。
【図１７】図１３の末端の符号Ｃに続くフローチャートである。
【図１８】図８の側面図で、フランジ面の位置の検出を説明する図である。
【図１９】図８の正面図で、第１及び第２のパイプ円周位置の検出を説明する図である。
【図２０】第１及び第２のパイプ円周位置を検出する図１０の変形例を説明する図である。
【図２１】接触検出器先端の接触部材の形状例を示す図である。
【図２２】フランジ面の検出を省略できるときの接触検出器先端の接触部材の形状例を示す図である。
【符号の説明】
１０  マニピュレータ
１１  アーム
２０  溶接トーチ
３０  ワイヤ送給装置
４０  溶接ワイヤ
５０  溶接電源
５１, ５２  溶接ケーブル
６０  制御装置
６５  ティーチングボックス
６７  起動ボタン
７０  センサユニット
７１  電圧印加ケーブル
８０  本発明に係る接触検出器
８０１  駆動機構
８１  支持部材
８２  外郭部材
８３  回転機構（回転用アクチュエータ）
８４  上ストッパ
８５  下ストッパ
８６  棒材
８７  接触部材（長辺部８７ａ、短辺部８７ｂ、平板検出部８７ｃ）
８８  回転軸
８９  棒材支持部
ＷＫ  被溶接物（熱交換器）
ＷＫＦ  平板（フランジ）
ＷＫＰ  円筒体（パイプ）
ＷＫＣ  熱交換部
ＡＰ  検出開始位置
ＭＶ  検出動作方向
ＢＰ  接触検出位置
ＡＰ１  フランジ面の検出開始位置
ＡＰ２  第１のパイプ円周検出開始位置
ＡＰ３  第２のパイプ円周検出開始位置
ＭＶ１  フランジ面の検出移動方向
ＭＶ２  第１のパイプ円周検出移動方向
ＭＶ３  第２のパイプ円周検出移動方向
Ｂ１ａ  教示プログラムに予め定めたフランジ面の接触位置
Ｂ２ａ  教示プログラムに予め定めた第１のパイプ円周接触位置
Ｂ３ａ  教示プログラムに予め定めた第２のパイプ円周接触位置
Ｂ１ｂ  接触検出したフランジ面の位置
Ｂ２ｂ  接触検出した第１のパイプ円周位置
Ｂ３ｂ  接触検出した第２のパイプ円周位置
ΔＢ１  フランジ面の位置偏差
ΔＢ２  第１のパイプ円周位置偏差
ΔＢ３  第２のパイプ円周位置偏差
Ｘ１、Ｘ２  パイプとフランジとの横方向の熱収縮
Ｙ１、Ｙ２  パイプとフランジとの縦方向の熱収縮
Ｚ１、Ｚ２  パイプとフランジとの上下方向の熱歪み
ｖａ  予め作成した溶接開始位置の溶接方向ベクトル
ｖｂ  接触検出動作後の溶接開始位置の溶接方向ベクトル
θ  ベクトルｖａとベクトルｖｂとの角度差
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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