特許 5994511 多点作業装置とその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5994511

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】多点作業装置とその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 41/08 20060101AFI20160908BHJP

【ＦＩ】

   B23Q41/08 B

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-205642(P2012-205642)

(22)【出願日】2012年9月19日

(65)【公開番号】特開2014-58026(P2014-58026A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年7月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】高濱 雄一

(72)【発明者】

【氏名】片桐 智之

(72)【発明者】

【氏名】前野 潤

【審査官】 五十嵐 康弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−２０１７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０６６７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０１４３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０５４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ ４１／０８

Ｇ０５Ｂ １９／４１５５

Ｇ０５Ｂ １９／４１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業位置においてワークを検査又は施工する複数のツール装置と、
前記ツール装置を前記作業位置に位置決めする複数の位置決め装置と、
前記ツール装置及び前記位置決め装置を制御する制御装置と、
前記制御装置と前記ツール装置及び前記位置決め装置とを双方向に通信する通信ネットワークと、を備え、
各ツール装置は、その情報を示す共通のツール信号を出力し、
各位置決め装置は、その情報を示す共通の位置決め信号を出力し、
共通の前記ツール信号は、前記作業位置又は原点位置に位置することを示す位置情報と、作動中又は停止中を示す作動情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、作動中又は停止中を示す作動情報を含んでおり、
前記制御装置により、共通の前記ツール信号と共通の前記位置決め信号に基づき、前記位置決め装置の作動中は対応する前記ツール装置が作動せず、かつ前記ツール装置が作動中又は前記作業位置に位置するときは対応する前記位置決め装置が作動しないようにインターロックする、ことを特徴とする多点作業装置の制御方法。

【請求項2】

共通の前記ツール信号は、前記制御装置との接続を示す接続情報と、検査又は施工の種類を示すツール情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、前記制御装置との接続を示す接続情報と、前記位置決め装置の種類の情報とを含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の多点作業装置の制御方法。

【請求項3】

前記制御装置に前記位置決め装置とそれが対象とする前記ツール装置の組み合わせを予め登録し、前記制御装置により前記組み合わせをチェックし、
前記位置決め装置にそれが対象としない前記ツール装置が取り付けられている場合には、前記制御装置により、その前記位置決め装置が作動しないようにインターロックする、ことを特徴とする請求項２に記載の多点作業装置の制御方法。

【請求項4】

前記制御装置の作動中に、前記ツール装置の組み合わせが変更された場合に、その前記ツール装置が作動しないようにインターロックし、
前記制御装置の再起動後に前記ツール装置と前記位置決め装置の組み合わせを設定することにより、前記インターロックを解除してその前記ツール装置を作動可能にする、ことを特徴とする請求項１に記載の多点作業装置の制御方法。

【請求項5】

作業位置においてワークを検査又は施工する複数のツール装置と、
前記ツール装置を前記作業位置に位置決めする複数の位置決め装置と、
前記ツール装置及び前記位置決め装置を制御する制御装置と、
前記制御装置と前記ツール装置及び前記位置決め装置とを双方向に通信する通信ネットワークと、を備え、
各ツール装置は、その情報を示す共通のツール信号を出力し、
各位置決め装置は、その情報を示す共通の位置決め信号を出力し、
共通の前記ツール信号は、前記作業位置又は原点位置に位置することを示す位置情報と、作動中又は停止中を示す作動情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、作動中又は停止中を示す作動情報を含んでおり、
前記制御装置により、共通の前記ツール信号と共通の前記位置決め信号に基づき、前記位置決め装置の作動中は対応する前記ツール装置が作動せず、かつ前記ツール装置が作動中又は前記作業位置に位置するときは対応する前記位置決め装置が作動しないようにインターロックする、ことを特徴とする多点作業装置。

【請求項6】

前記位置決め装置は、複数の前記ツール装置が取り付けられたヘッドの移動を数値制御する多軸ＮＣ制御装置又はロボットである、ことを特徴とする請求項５に記載の多点作業装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多数の箇所を複数のツール装置で検査又は施工する多点作業装置とその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明において、作業とは検査又は施工を意味する。
ワークを検査又は施工するツール装置と、そのツール装置をワークに位置決めする位置決め装置とを備えた、種々の自動作業装置が既に提案されている（例えば特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６２−３５２３８号公報

【特許文献2】特開２０００−３４６９７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば１万箇所を超える多数の孔を有する大型の熱交換器や蒸気発生装置の管板のように、多数の箇所を複数のツール装置で検査又は施工する場合には、位置決めと複数の作業を短時間で完了する必要があった。

【0005】

しかし従来の自動作業装置は、検査又は施工するワークと、ツール装置の種類に応じて専用の位置決め装置と専用の制御装置を準備していた。この場合、新たに別のツール装置を使用する場合や、位置決め装置を変更する場合などに、装置全体を新規に再構築する必要があった。

【0006】

また、従来の自動作業装置において、あるツール装置がワークに対してある作業（検査又は施工）をしているときに、位置決め装置が作動すると、ツール装置を破損するおそれがあった。
また、逆に位置決め装置が作動中に、あるツール装置がワークに対して検査位置に移動してもツール装置を破損するおそれがあった。
さらに、あるツール装置の電源を途中で切断したときに、ツール装置が作業位置にあるまま、位置決め装置を作動させてしまい、ツール装置を破損するおそれもあった。

【0007】

そのため、従来の自動作業装置では、ツール装置の種類ごとに、かつ位置決め装置の種類ごとに、種々の組み合わせでインターロックを設定する必要があった。
しかし、複数のツール装置と複数の位置決め装置を用いる場合には、組み合わせが多く、インターロックの設定が複雑となる問題点があった。
また、新たに別のツール装置を使用する場合や、位置決め装置を変更する場合などに、インターロック全体を新規に再構築する必要があった。

【0008】

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のツール装置と複数の位置決め装置を用いる場合でも、インターロックの設定が容易であり、かつ新たに別のツール装置を使用する場合や、位置決め装置を変更する場合でもインターロック全体の再構築が不要である多点作業装置とその制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、作業位置においてワークを検査又は施工する複数のツール装置と、
前記ツール装置を前記作業位置に位置決めする複数の位置決め装置と、
前記ツール装置及び前記位置決め装置を制御する制御装置と、
前記制御装置と前記ツール装置及び前記位置決め装置とを双方向に通信する通信ネットワークと、を備え、
各ツール装置は、その情報を示す共通のツール信号を出力し、
各位置決め装置は、その情報を示す共通の位置決め信号を出力し、
共通の前記ツール信号は、前記作業位置又は原点位置に位置することを示す位置情報と、作動中又は停止中を示す作動情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、作動中又は停止中を示す作動情報を含んでおり、
前記制御装置により、共通の前記ツール信号と共通の前記位置決め信号に基づき、前記位置決め装置の作動中は対応する前記ツール装置が作動せず、かつ前記ツール装置が作動中又は前記作業位置に位置するときは対応する前記位置決め装置が作動しないようにインターロックする、ことを特徴とする多点作業装置の制御方法が提供される。

【0010】

本発明の実施形態によれば、共通の前記ツール信号は、前記制御装置との接続を示す接続情報と、検査又は施工の種類を示すツール情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、前記制御装置との接続を示す接続情報と、前記位置決め装置の種類の情報とを含んでいる。

【0011】

また、制御装置に位置決め装置とそれが対象とするツール装置の組み合わせを予め登録し、制御装置により前記組み合わせをチェックし、
位置決め装置にそれが対象としないツール装置が取り付けられている場合には、制御装置により、その位置決め装置が作動しないようにインターロックする。

【0012】

また、制御装置の作動中に、ツール装置の組み合わせが変更された場合に、そのツール装置が作動しないようにインターロックし、
制御装置の再起動後にツール装置と位置決め装置の組み合わせを設定することにより、前記インターロックを解除してそのツール装置を作動可能にする。

【0013】

また、本発明によれば、作業位置においてワークを検査又は施工する複数のツール装置と、
前記ツール装置を前記作業位置に位置決めする複数の位置決め装置と、
前記ツール装置及び前記位置決め装置を制御する制御装置と、
前記制御装置と前記ツール装置及び前記位置決め装置とを双方向に通信する通信ネットワークと、を備え、
各ツール装置は、その情報を示す共通のツール信号を出力し、
各位置決め装置は、その情報を示す共通の位置決め信号を出力し、
共通の前記ツール信号は、前記作業位置又は原点位置に位置することを示す位置情報と、作動中又は停止中を示す作動情報とを含んでおり、
共通の前記位置決め信号は、作動中又は停止中を示す作動情報を含んでおり、
前記制御装置により、共通の前記ツール信号と共通の前記位置決め信号に基づき、前記位置決め装置の作動中は対応する前記ツール装置が作動せず、かつ前記ツール装置が作動中又は前記作業位置に位置するときは対応する前記位置決め装置が作動しないようにインターロックする、ことを特徴とする多点作業装置が提供される。

【0014】

位置決め装置は、複数のツール装置が取り付けられたヘッドの移動を数値制御する多軸ＮＣ制御装置又はロボットである、ことが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

上記本発明の装置と方法によれば、共通のツール信号、共通の位置決め信号を有しているので、ツール装置の種類、及び位置決め装置の種類が異なっても、制御装置により同一のインターロックをかけることができる。
従って、複数のツール装置と複数の位置決め装置を用いる場合でも、インターロックの設定が容易であり、かつ新たに別のツール装置を使用する場合や、位置決め装置を変更する場合でもインターロック全体の再構築が不要である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明が対象とするワークの一例を示す図である。

【図2】本発明による多点作業装置の全体構成図である。

【図3】本発明による多点作業装置のシステム構成図である。

【図4】ツール装置の作業位置と原点位置を示す図である。

【図5】制御装置の操作画面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0018】

図１は、本発明が対象とするワーク１の一例を示す図である。
この図において、ワーク１は、大型の熱交換器又は蒸気発生装置の管板である。この管板は、例えば直径約４ｍの円板であり、２万箇所を超えるチューブ用の貫通孔２を有する。貫通孔２の直径は、例えば１０〜３０ｍｍである。
なお、本発明のワーク１は、このような管板に限定されず、１０を超える多数の箇所を２以上のツール装置１２（後述する）で検査又は施工するものであればよい。

【0019】

この例で管板は、表面が鉛直に位置決めされ、中心Ｏを原点とする直交２軸（ｘ軸、ｙ軸）が管板の表面に設定されている。また、ｚ軸は管板の表面に直交する軸である。
各貫通孔２には伝熱管（チューブ）が裏面から挿入されている。各貫通孔２のｘ−ｙ座標は、予め計測され既知であり、各貫通孔２における溶接位置も予め既知であるものとする。

【0020】

この場合、本発明による装置により、多数の貫通孔２に対して、（１）チューブ位置を計測し、（２）チューブを管板に溶接し、（３）溶接部のビード形状を計測し、（４）溶接部の写真を撮る必要がある。
この４工程を仮に３０秒で実施できるとすると、２万箇所を実施するには、１万分（約１６７時間、約６．９日）が必要となる。
従って、各貫通孔２において必要なすべての工程（検査又は施工）をできるだけ短時間に自動でできることが重要となる。

【0021】

図２は、本発明による多点作業装置１０の全体構成図であり、図３は本発明による多点作業装置１０のシステム構成図である。
図２、図３に示すように、本発明の多点作業装置１０は、複数のツール装置１２、制御装置１５、管理装置１６、通信ネットワーク１８、及び複数の位置決め装置２０を備える。

【0022】

複数のツール装置１２は、所定の作業位置においてワーク１を検査又は施工する。
複数の位置決め装置２０は、ツール装置１２を所定の作業位置に位置決めする。
制御装置１５は、ツール装置１２及び位置決め装置２０を制御する。
通信ネットワーク１８は、制御装置１５とツール装置１２及び位置決め装置２０とを双方向に通信する。

【0023】

この例で「検査又は施工」とは、例えば、チューブ位置計測、溶接、ビード形状計測、及び写真撮影である。例えば、同一の貫通孔２に対して、（１）チューブ位置の計測、（２）チューブの管板への溶接、（３）溶接部のビード形状の計測、（４）溶接部の写真撮影の４工程を順に実施する。

【0024】

図３において、ツール装置１２は、例えば、形状計測ツール１２Ａ、溶接ツール１２Ｂ、及び撮影ツール１２Ｃである。形状計測ツール１２Ａ、溶接ツール１２Ｂ、及び撮影ツール１２Ｃは、位置決め装置２０Ａ（後述する）により所定の作業位置に位置決めされる。

【0025】

各ツール装置１２は、それぞれのツール本体が貫通孔２の基準位置（例えば中心）に位置決めされたとき、その作業位置においてそれぞれ独立して作動し、それぞれの作業（検査又は施工）を実施し、予め設定された作業データ、解析結果及び終了信号を通信ネットワーク１８へ出力する。

【0026】

なお、本発明において、ツール装置１２は、上述した例に限定されず、例えば、管孔内径を計測する内径計測ツール１２Ｄ、溶接部をＸ線検査するＸ線検査ツール１２Ｅ、その他のツール１２Ｆであってもよい。
図３の例において、内径計測ツール１２Ｄ、Ｘ線検査ツール１２Ｅ、及びその他のツール１２Ｆは、位置決め装置２０Ｂ（後述する）により所定の作業位置に位置決めされる。

【0027】

図２、図３において、管理装置１６は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、作業順序及び作業位置を含む作業情報Ａを出力する。また、管理装置１６は、記憶装置を有しており、各ツール装置１２から出力された作業データ及び解析結果を通信ネットワーク１８及び制御装置１５を介して受信し記憶する。
なお、制御装置１５を介さず、通信ネットワーク１８から直接これらのデータを受信してもよい。

【0028】

制御装置１５は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、作業情報Ａの作業順序の順に、作業位置を含む指令信号Ｂを出力する。

【0029】

作業情報Ａは、同時に多数のデータ列を制御装置１５に出力してもよい。この場合、制御装置１５はこの作業情報Ａを記憶装置に記憶する。
指令信号Ｂは、作業情報Ａの作業順序の順に、単一のデータ列である指令信号Ｂを通信ネットワーク１８に出力し、各ツール装置１２から出力された終了信号を受信するまで待機する。

【0030】

通信ネットワーク１８は、例えばＬＡＮであり、制御装置１５から位置決め装置２０及びツール装置１２に指令信号Ｂを通信する。また、双方向の通信が可能であり、各ツール装置１２から出力された作業データ、解析結果及び終了信号は、通信ネットワーク１８を介して制御装置１５及び管理装置１６に送信される。

【0031】

位置決め装置２０は、指令信号Ｂの作業位置に指定されたツール装置１２を位置決めする。

【0032】

図２において、位置決め装置２０Ａは、複数のツール装置１２を一体に移動するヘッド２２を備え、ヘッド２２を直交２軸（ｘ軸、ｙ軸）で２次元的にＮＣ制御で移動するようになっている。なお、ｚ軸方向のＮＣ制御を行ってもよい。すなわち、この例で位置決め装置２０Ａは、複数のツール装置１２が取り付けられたヘッド２２の移動を数値制御する多軸ＮＣ制御装置である。
また、図３において、位置決め装置２０Ｂは、例えば多関節ロボットや６軸ロボットである。

【0033】

図３において、各ツール装置１２は、その情報を示す共通のツール信号Ｃを出力する。「共通のツール信号」とは、ツール信号の間で共通の信号を意味する。

【0034】

図４は、ツール装置１２の作業位置と原点位置を示す図である。
共通のツール信号Ｃは、図４の作業位置又は原点位置に位置することを示す位置情報と、制御装置１５との接続を示す接続情報と、検査又は施工の種類を示すツール情報と、作動中又は停止中を示す作動情報とを含んでいる。

【0035】

また各位置決め装置２０は、その情報を示す共通の位置決め信号Ｄを出力する。「共通の位置決め信号」とは、位置決め装置２０の間で共通の信号を意味する。
共通の位置決め信号Ｄは、制御装置１５との接続を示す接続情報と、作動中又は停止中を示す作動情報と、位置決め装置２０の種類の情報とを含んでいる。

【0036】

制御装置１５は、位置決め装置２０の作動中は対応するツール装置１２が作動しないようにインターロックする。
また制御装置１５は、ツール装置１２が作動中又は作業位置に位置するときは対応する位置決め装置２０が作動しないようにインターロックする。

【0037】

さらに、制御装置１５に位置決め装置２０とそれが対象とするツール装置１２の組み合わせを予め登録し、制御装置１５により前記組み合わせをチェックする。
すなわち、制御装置１５は、位置決め装置２０にそれが対象としないツール装置１２が取り付けられている場合には、その位置決め装置２０が作動しないようにインターロックする。
また、制御装置１５は、その作動中に、ツール装置１２の組み合わせが変更された場合に、そのツール装置１２が作動しないようにインターロックし、制御装置１５の再起動後にツール装置１２と位置決め装置２０の組み合わせを設定することにより、このインターロックを解除してそのツール装置１２を作動可能にするようになっている。

【0038】

さらに、ツール装置１２、制御装置１５、及び複数の位置決め装置２０のいずれかの電源がＯＦＦ（切断状態）の場合は、非常停止状態として、全て装置が作動しないようにしてもよい。

【0039】

図５は、上述した制御装置１５の操作画面の一例を示す図であり、位置決め装置２０、ツール装置１２の接続状態を確認できる例を示している。
この図において、Ｄ１は位置決め装置２０を示しており、例えばグループ１は位置決め装置２０Ａ、グループ２は位置決め装置２０Ｂを意味する。例えば位置決め装置２０Ａを接続すると、位置決め装置２０Ａから位置決め装置２０Ａの種類の信号が制御装置１５へ出力される。
また、Ｄ２は、選択されたグループ（例えば、位置決め装置２０Ａ）が対象とするツール装置１２（例えば、形状計測ツール１２Ａ、溶接ツール１２Ｂ、及び撮影ツール１２Ｃ）とその接続状態を示している。
さらに、Ｄ３は、管理装置１６とその準備状態を示している。

【0040】

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をオペレータが確認し、確認ボタンＤ４にタッチすることで、制御装置１５による制御が開始される。
またこの際、例えば組合せパターンが不一致の場合には、その旨が表示され、組合せの確認が求められる。

【0041】

図５におけるＤ５は、組合せパターン一覧、異常表示、調整モード、組合せパターン登録のタッチ画面である。これらのボタンにタッチすることで、組合せパターンの確認や登録、異常内容の確認、種々の調整を行うことができる。

【0042】

図２、図３において、管理装置１６は、作業順序及び作業位置を含む作業情報Ａを出力し、制御装置１５は、作業情報Ａの作業順序の順に、作業位置を含む指令信号Ｂを出力する。
次いで、位置決め装置２０は、指令信号Ｂの作業位置に指定されたツール装置１２を位置決めし、ツール装置１２は、所定の作業位置においてワーク１を検査又は施工する。

【0043】

上述したツール装置１２の位置決めと、ツール装置１２によるワーク１の検査又は施工の繰り返しにおいて、例えばあるツール装置１２がワーク１に対してある作業（検査又は施工）をしているときに、位置決め装置２０が作動すると、ツール装置１２を破損するおそれがあった。

【0044】

しかし、上述した本発明の装置と方法によれば、共通のインターフェース、共通のツール信号Ｃ、共通の位置決め信号Ｄを有しているので、ツール装置１２の種類、及び位置決め装置２０の種類が異なっても、制御装置１５により共通のインターフェースで同一のインターロックをかけることができる。
従って、複数のツール装置１２と複数の位置決め装置２０を用いる場合でも、個別のインターロックを設定する必要がないため、インターロックの設定が容易であり、かつ新たに別のツール装置１２を使用する場合や、位置決め装置２０を変更する場合でもインターロック全体の再構築が不要である。

【0045】

また、「ツール装置１２の電源をＯＦＦして接続を途中で切断したとき、ツール装置１２を作業位置にした状態のまま、位置決め装置２０を動作させてしまい、装置を破損する。」といった事態を防ぐことができる。
従って、本発明によれば、ハード的なセンサを追加せずに、インターロックを実現できる。

【0046】

また、共通の位置決め信号Ｄが対象とするツール装置１２を含んでいるので、位置決め装置２０（２０Ａ、２０Ｂ）が対象とするツール装置１２（すなわちその組み合わせ）を限定することができる。すなわち、位置決め装置２０にそれが対象としないツール装置１２が取り付けられている場合には、制御装置１５により、その位置決め装置２０が作動しないようにインターロックし、誤った組み合わせによる作動を防止することができる。

【0047】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

【符号の説明】

【0048】

１ ワーク（管板）、２ 貫通孔、
１０ 多点作業装置、１２ ツール装置、
１２Ａ 形状計測ツール、１２Ｂ 溶接ツール、１２Ｃ 撮影ツール、
１２Ｄ 内径計測ツール、１２Ｅ Ｘ線検査ツール、
１２Ｆ その他のツール、
１５ 制御装置、１６ 管理装置、１８ 通信ネットワーク（ＬＡＮ）、
２０、２０Ａ、２０Ｂ 位置決め装置、２２ ヘッド、
Ａ 作業情報、Ｂ 指令信号、
Ｃ ツール信号、Ｄ 位置決め信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】