格子状構造物の溶接装置
【課題】人の手溶接による施工が不可能である溶接を自動溶接により可能とし、特に長尺で狭隘な格子の内側を、遠隔で自動制御により、確実かつ高精度で、しかも安全に自動隅肉溶接することができるようにする。
【解決手段】狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このこのマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備える。
【解決手段】狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このこのマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、格子状空間の内側にて隅肉溶接し、格子状構造物とする溶接装置に係り、特に人間が入り込むことができない狭隘な格子状空間をもつ格子状構造物の溶接を円滑かつ確実に行うことを可能とした溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力プラントにおいて、原子炉で使用済みとなった燃料は燃料キャスクに収納されて移送・保管される。燃料キャスクは、遮蔽材等により構成された外殻体としての円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の内部に収容されて複数の使用済み燃料を１本ずつ区画収納する長尺な燃料収納格子とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）
従来ではバスケット格子が外筒であるキャスク本体内に収容され、各格子状空間にそれぞれ使用済み燃料１本ずつ収容する構成となっている。このような燃料収納用の格子状構造物は角パイプを束ねた構成とされ、溶接士の手作業等により溶接接続が行われていたが、近年では複数の板材を十字形に交差させて組立てる構成が採用されるようになっている。
【０００３】
このように、格子状構造物複数の板材を十字形には十字状に交差させた板材を相互に溶接することにより構成されるが、格子間隙が狭隘であるため人間が入り込むことができず、溶接トーチを搭載したマニプレータを適用せざるを得ないものである。
【特許文献１】特開平１１−３０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、格子状の長尺で狭隘なヶ所の内側の溶接は人の手溶接では不可能である。長尺で狭隘な箇所の内側の溶接を施工するには、遠隔による自動溶接および狭隘な箇所に挿入できる溶接トーチとトーチ支持構造物が不可欠である。
【０００５】
また、人の直接監視ができないため、遠隔による監視が必要であることと、溶接する姿勢を一定にするため適切な位置にワークを回転させる必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、人の手溶接による施工が不可能である溶接を自動溶接により可能とし、特に長尺で狭隘な格子の内側を、遠隔で自動制御により、確実かつ高精度で、しかも安全に自動隅肉溶接することができる溶接装置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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明では、複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備えたことを特徴とする格子状構造物の溶接装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、人の手溶接での施工が不可能である長尺で狭隘な格子の内部の隅肉溶接を遠隔で手動制御し、施工することができる。また、自動制御でも溶接することが可能であり、自動溶接中は人の関与が不必要となり、格子状構造物の製作コストを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る格子状構造物の溶接装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では格子状構造物として使用済み燃料キャスクのバスケット格子を適用した場合について説明する。
【００１０】
図１は本実施形態による溶接装置１の全体構成を示す側面図である。この図１に示すように、溶接装置１は、ワークとしての格子状構造物となる組立体２を外周側から支持するワーク支持装置３と、このワーク支持装置３の両側位置に対向配置された１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）とを備え、これらの溶接機４ａ，４ｂは作業床５上に設置されている。
【００１１】
ワーク支持装置３は基台６上にターニングローラ７および回転部８を設けたものであり、ワーク（組立体）２を水平軸心廻りに回転および停止可能に支持できる構成となっている。このワーク支持装置３は、作業床５上に固定配置されている。
【００１２】
一方、ワーク支持装置３の両側に対向配置された１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）は、互いに同一構成のものであり、作業床５上に設けた支持レール９上に走行台車１０を介して水平移動（ｙ方向）できる縦長な支持スタンド１１を備えている。この支持スタンド１１には垂直方向（ｚ方向）に昇降可能な昇降装置１２が設けられ、この昇降装置１２には枚プレータである溶接ヘッドアーム１３が水平方向（ｘ方向）に移動可能に取付けられている。溶接ヘッドアーム１３の一端側（先端側）はワーク支持装置３側に向って突出し、この部分に溶接トーチ部Ａが設けられている。溶接トーチ部Ａは、ワーク支持装置３に支持されるワークである組立体２に対し、ｘ方向に沿って進退動作できる構成となっている。
【００１３】
図２は図１に示した溶接装置１を示す平面図である。この図２に示すように、ワーク支持装置３の近傍には、遠隔操作装置としての制御装置２１および作業用架台２２が配置されている。また、ワーク支持装置３を挟む１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）は、互いに平行な方向（ｙ方向）に移動可能であり、溶接トーチ部Ａをワーク支持装置３の回転軸心Ｏと直交する方向に移動可能となっている。図２に示すように、走行台車１０はガイドレール２２上に沿って移動することができる。
【００１４】
図３は図１に示した溶接トーチＡを拡大して示す平面図であり、図４は同側面図である。これらの図３および図４に示すように、溶接ヘッドアーム１３には支持アーム１４が連結されている。支持アーム１４の基端部分には溶接トーチヘッド１５が設けられ、溶接トーチヘッド１５の先端部にはモータおよびギア等により構成された駆動部１６が設けられている。
【００１５】
駆動部１６には、ブラケットを介してワイヤ供給部１７が設けられ、ワイヤ供給部１７には溶接ワイヤ１８が装着されている。溶接ワイヤ１８が臨む部位には溶接トーチ３０が設けられている。溶接トーチ３０は図３（側面図）に示すように下向き略垂直配置のものであり、垂直下向きに溶接を施す構成となっている。
【００１６】
溶接トーチ３０の先端側には倣いローラ３１が設けられている。この倣いローラ３１は水平軸３２に支持されており、ローラ下縁が露出してワークに接して回転する構成となっている。
【００１７】
倣いローラ３１のさらに先端側には、溶接状態を監視するための１対のＣＣＤカメラ３３（３３ａ，３３ｂ）が配置されている。これらのＣＣＤカメラ３３（３３ａ，３３ｂ）は溶接方向前後位置から溶接部を監視できる配置で設けられている。
【００１８】
さらに、ＣＣＤカメラ３３の先端側に、タッチセンサ３４と、ティーチングピン３５とが設けられている。タッチセンサ３４は図４に示すように、支持アーム１４と直交する方向かつ水平方向に相対する状態で突出した針状のセンサであり、具体的には昆虫の触覚の如く構成され、両側に離反する方向に向って１対突出している。ティーチングピン３５は垂直上向きに針状に突出した１本のピンである。
【００１９】
図５は、図１に示したワークとしての格子状組立体２を長手方向端面から見た拡大図である。この図５に示すように、組立体２は複数の板材を十字形に組立てたものであり、狭隘かつ長尺な格子状空間４０を形成している。この組立体２の格子状空間の内側にて隅肉溶接を施すことにより格子状構造物が構成されるものである。
【００２０】
図５には、組立体の接作業初期状態における姿勢が示してある。すなわち、組立体２はワーク支持装置３により中心部を支点として水平軸心廻りに回動可能に支持されており、組立体の４つの角部ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は回転により垂直上向きの頂部位置に順次に配置できる。そこで、上述の上向きのティーチングピン３５は、組立体２を回転および停止させつつ、停止時に４つの角部ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の頂部に接触させることにより、ワークの各角部の位置を順次に知ることができる。この機能は遠隔制御装置により実施される。これにより、溶接トーチ３０を配置すべき位置設定が可能となる。
【００２１】
図６には、隅肉溶接時における溶接トーチヘッド１５の配置状態が示してある。この図６に示すように、倣いローラ３１はワークである格子状の組立体２の一格子部の下隅角部２ａに転接してワークの長さ方向に回転移動することができる。これにより溶接時の進行方向への移動が可能である。倣いローラ３１が移動した後方部位において溶接ビード５０が形成されることになる。
【００２２】
また、図６にはタッチセンサ３４も示してある。このタッチセンサ３４は格子部の横方向で対向する横向き隅角部に向く設定とされている。このタッチセンサ３４がワーク２の格子部に非接触である場合に溶接が設定位置で進行することになる。もし、タッチセンサ３４がワーク２の格子部に接触した場合には、溶接位置不良と判断されて、溶接が停止される。
【００２３】
図７には、溶接進行状況が拡大斜視図として示してある。上述したＣＣＤカメラ３３ａ，３３ｂが溶融池６０および溶接ビード５０を溶接方向前後方向から監視する状態を示している。このように、溶接進行に伴って常時溶接状態を監視しつつ溶接作業を進行させることができる。具体的には、ワーク２である組立体の長さ方向中央位置に溶接トーチ（図示省略）の先端を配置し、この溶接トーチをワーク２の端部側に引き抜く方向（図７の右方向）に沿って溶接を実行する。これにより、溶接時の加熱はワーク中央位置から端部側に排出される状態となり、過熱防止が図れる。
【００２４】
また、図８に示すように、本発明では１対の溶接ヘッドアーム１３の溶接トーチにより、略同時溶接を行う。この場合、一方（図７の左側）の溶接トーチをワーク２の中央位置から開始するため、他方（図８の右側）の溶接トーチは若干ワーク２の中央からずれた位置から溶接が開始される。このようにして、１対の溶接トーチにより略同時に隅肉溶接を実行するものである。この時、図７に示したように、一方のＣＣＤカメラ３３ａで溶融池６０を、また他方のＣＣＤカメラ３３ｂで溶接ビード５０を観察することができる。
【００２５】
なお、溶接作用については、重力の関係から溶接ビード５０が下向きとなる隅肉溶接を行うものであり、溶接トーチ３０は常時、上下方向において一定姿勢を保持することになる。また、溶接は例えばワーク２の各格子部を単位とし、隣接する格子部に移行させて行うことができる。その場合には、ワーク支持装置３の回転動作と、支持スタンド１１による溶接ヘッドアーム１３の水平移動とにより順次に溶接作業を進行させることができる。
【００２６】
図９には、溶接方法の手順を説明するフローチャートが示してある。スタートの後、上述のティーチングが行われる（Ｓ１）。このティーチングは、例えば図５に示した格子状ワーク２の４つの角部Ｃ１〜Ｃ４の最外側端部の隅部分を、回転とともにティーチングピン３５により行う。
【００２７】
次に、ティーチングにより遠隔操作装置としての制御装置２１に位置情報が入力され、ワーク２が所定回転により溶接位置に位置決めされ、停止する（Ｓ２）。
【００２８】
そこで、図８に示したように、一方のマニプレータである溶接ヘッドアーム１３をワーク２に挿入して移動、溶接するとともに（Ｓ３）、他方のマニプレータもワーク２に挿入して移動、溶接する（Ｓ４）。各溶接が終了するごとに（Ｓ５）、（Ｓ６）、次の溶接のために格子状構造物であるワーク２を所定角度中心廻りに回動させる（Ｓ７）。
【００２９】
以上の操作を繰返して、１つのワーク２の全隅角部を溶接した後に、溶接終了となり（Ｓ８）、図１および図２に示したように、ワーク支持装置３およびマニプレータを原点位置に復帰させ（Ｓ９）、１溶接工程の終了となる。
【００３０】
以上のように本実施形態においては、種々の機能が得られる。すなわち、複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体２を、格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とすることができる。そして、組立体２を外周側から支持するワーク支持装置３と、このワーク支持装置３に支持された組立体２の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータとしての溶接ヘッドアーム１３と、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチ３０と、この溶接トーチ３０およびマニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置２１とを備えている。そして、ワーク支持装置３は、組立体２の格子状空間を水平方向に沿う配置で支持するとともに、水平軸心廻りに回動および停止可能に支持する回転支持機構としてのターニングローラ７および回転部８備えている。
【００３１】
また、マニプレータは、支持スタンド１１に溶接ヘッドアーム１３を介して上下方向および横方向に移動可能に支持され、ワーク支持装置３に対して鉛直面上の任意座標位置で移動可能とされている。また、マニプレータは、水平面上で組立体２の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置から端部位置まで移動可能とされている。
【００３２】
また、組立体２の格子状空間は長さ方向に貫通するものとされ、この格子状空間の両端開口部に対応して溶接トーチ３０を有する１対のマニプレータがワーク支持装置３を挟む配置で進退動作可能に配設されている。
【００３３】
遠隔操作装置２１は、予め記憶させたプログラムに基づいて、ワーク支持装置３の回転および停止を行わせるワーク支持装置制御部と、マニプレータの移動および停止を行わせるマニプレータ制御部と、溶接トーチによる溶接開始および停止を行わせる溶接トーチ制御部とを備えている。
【００３４】
溶接トーチ搭載のマニプレータの先端にはティーチングピン３５が設置され、このティーチングピンは格子状構造物に複数箇所接触可能であり、この接触により認識される位置を記憶させたプログラムにより、溶接トーチ搭載マニプレータが格子状構造物の複数の格子内に干渉なく正確に挿入可能とされている。
【００３５】
マニプレータは先端部に溶接ビード監視手段として、溶接による溶融部と溶接後の溶接ビードとを監視する２体の視覚センサ（ＣＣＤカメラ３３）を備えている。
【００３６】
マニプレータは先端部に溶接ガイド手段として、板材同士が組合う隅角部の位置に接触して組立体２の長さ方向に沿って転動する倣いローラ３１を備えている。
【００３７】
マニプレータは先端部に格子状空間内の溶接トーチ挿入方向と直交する方向における溶接位置確認手段として接触式センサであるタッチセンサ３４を有し、この接触式センサが板材と接触した場合に遠隔操作装置のマニプレータ制御部からの出力信号によりマニプレータの移動および溶接が停止する設定とされている。
【００３８】
溶接中の溶融池６０、格子状構造物の形状および溶接トーチ形状は視覚センサにより感知され、情報が抽出され、これらの情報で溶接トーチおよび溶接ワイヤの位置が自動制御によりセンシングされるようになっている。
【００３９】
そして、格子状構造物支持装置は、格子状構造物を長さ方向に沿う軸心まわりに回転可能なワーク支持装置３であり、マニプレータは、溶接装置を格子状構造物の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置まで挿入可能とされている。
【００４０】
さらに、格子状構造物の十字に組合せた長尺で狭隘な角（Ｖ部）の隅肉溶接が人の手により施工できないことを可能にする。構造物の溶接部は適切な角度位置にワーク支持装置３で回転され、トーチ搭載のマニプレータと連動することで格子内を溶接することができる。
【００４１】
ワーク支持装置３の内側に固定された格子状構造物の両端面の２方向から格子内に溶接トーチヘッドを挿入することができる。
【００４２】
なお、具体例としては、トーチ搭載のマニプレータが、溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）と走行台車１０で構成されており、の溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）は下端１３８０ｍｍから上端ｍｍ４１８０までの距離２８００ｍｍを作動でき、その範囲の溶接施工することができる。
【００４３】
本実施形態はワーク支持装置３の回転部とターニングローラとで構成され、回転部が左右のどの方向でも３６０°回転でき、任意の角度に停止できる。また格子状構造物をワーク支持装置３のセンター位置に固定できる。
【００４４】
溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）が格子状構造物８の格子内部中央まで挿入可能な作動範囲である設置状態から前後方向に例えば２５００ｍｍを移動でき、格子内部の内側から外側に向けて溶接が施工できる。
【００４５】
溶接応力による変形を、格子内側から外側に向けて施工することにより、溶接応力による変形を格子内側から外側に開放し、格子状構造物の寸法精度を上げることができる。
【００４６】
また、制御盤が備えられ、あらかじめ記憶させたプログラムによって、溶接トーチ搭載マニプレータとワーク支持装置３とを自動で作動させ、格子内の溶接が施工できる。
【００４７】
溶接位置および溶接順序を記憶したプログラムに従い、ワーク支持装置３とトーチ搭載のマニプレータが人の関与無しで作動し、溶接を施工することが可能である。
【００４８】
また、プログラムによる自動制御を必要としない場合には、手動による操作で溶接を施工できる構成とすることができる。格子状構造物を自動溶接している際に、異常が発生した場合には、予めプログラムした以外の装置の動作を人の操作により行うことができる。
【００４９】
ティーチングピン３５を格子構造物の数ヶ所に接触させることで、格子状構造物の格子位置を認識し、数ある格子内の口径が例えば１５２ｍｍのワークに干渉することなく、正確に挿入することができる。格子状構造物の溶接位置精度の確保を目的として、格子状構造物の数ヶ所をティーチングピンを接触させることで、格子状構造物の寸法および位置を記憶し、トーチ搭載マニプレータが格子構造物に干渉することなく、作動することが可能である。
【００５０】
さらに、本実施形態では、２体のＣＣＤカメラを備え、溶接部（溶融部）と溶接後の溶接ビードをＣＣＤカメラからの映像をモニターで監視することができる。これにより、長尺で狭隘な格子状構造物に格子内の溶接部（溶融部）監視と溶接後の溶接ビードの状況監視が同時に確認でき、異常時には装置を停止することができる。
【００５１】
また、倣いローラ３１により、格子状構造物８の十字角部（Ｖ部）を倣うことで、溶接トーチが倣いローラ３１の軌跡を正確に追従し、自動溶接を施工することができる。本実施形態では、格子状構造物の十字部（Ｖ型）開先の両側に倣いローラ３１が接触し、開先長さ方向に倣いローラ３１が倣って走行することで、溶接ヘッドの位置も倣いローラ３１の軌跡を走行し、溶接位置を正確に確保することができる。
【００５２】
さらに、タッチセンサ３４が、トーチ搭載マニプレータの溶接トーチヘッド最先端に装備されており、そのセンサが格子状構造物等いかなる物に接触しても、トーチ搭載マニプレータが作動を停止する機能を有している。これにより、万一溶接トーチヘッドが格子内を外れて挿入されようとする時には、そのセンサが格子端面に接触し、停止するのでトーチの損傷を防止することができる。
【００５３】
溶接する格子状構造物の位置を記憶させるティーチング時と、格子内を溶接するための挿入時には、溶接トーチ搭載マニプレータが格子状構造物の格子端面に衝突し、損傷することを防止する。
【００５４】
溶接センシングシステムの全体としては、溶接中の溶接ビード、溶融池、格子状構造物の形状、またはトーチ形状をＣＣＤカメラ３３の画像を視覚センサで感知する機能と、光レーザ等による情報を抽出し、溶接トーチとワイヤ位置調整を適切に自動で制御する機能とを備えている。
【００５５】
溶接中の溶接部（溶融池）から、溶接トーチ３０および溶接ワイヤ位置ずれを人の監視操作により修正しているが、その操作を映像の視覚センサと光レーザ等で感知し、自動センシングを行うことができる。
【００５６】
このような構成において、本実施形態では下記の方法を実施することができる。
【００５７】
すなわち、格子状構造物をその長手方向に沿う軸心まわりに回転可能に支持させるワーク回転支持工程と、このワーク支持工程において支持された格子状構造物の格子間隙内に開口端側から格子構造物の長さ方向およびこれと直交する方向に移動可能なマニプレータを挿入するマニプレータ挿入工程と、マニプレータに設けられた溶接トーチにより溶接を行う溶接工程とを行うことができる。
【００５８】
また、ワーク支持装置３、マニプレータおよび溶接装置をそれぞれ遠隔操作する遠隔操作装置とを備え、遠隔操作装置は、ワーク支持装置３の停止状態下でマニプレータを格子組立長さ方向ほぼ中央位置に挿入する溶接開始位置設定手段、溶接トーチにより溶接を開始させ、格子構造物の開口端部側に移動させて１工程の溶接を行わせる溶接手段、および１工程の溶接終了ごとにワーク支持手段の回転と前記マニプレータの移動とを行わせて工程を繰返し全格子間隙における隅肉溶接を行わせる進行手段を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る溶接装置の全体構成を示す側面図。
【図２】本発明に係る溶接装置の全体構成を示す平面図。
【図３】本発明に係る溶接装置の要部構成を示す拡大側面図。
【図４】本発明に係る溶接装置の要部構成を示す拡大平面図。
【図５】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークを示す側面図。
【図６】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークの拡大側面図。
【図７】本発明に係る溶接装置の作用を示す拡大斜視図。
【図８】本発明に係る溶接装置の溶接状態を示す説明図。
【図９】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークの機能を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１ 溶接装置
２ 組立体
３ ワーク支持装置
４（４ａ，４ｂ） 溶接機
５ 作業床
６ 基台
７ ターニングローラ
８ 回転部
１０ 走行台車
１１ 支持スタンド
１２ 昇降装置
１３ 溶接ヘッドアーム（マニプレータ）
１４ 支持アーム
１５ 溶接トーチヘッド
１６ 駆動部
１７ ワイヤ供給部
１８ 溶接ワイヤ
３０ 溶接トーチ
Ａ 溶接トーチ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、格子状空間の内側にて隅肉溶接し、格子状構造物とする溶接装置に係り、特に人間が入り込むことができない狭隘な格子状空間をもつ格子状構造物の溶接を円滑かつ確実に行うことを可能とした溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力プラントにおいて、原子炉で使用済みとなった燃料は燃料キャスクに収納されて移送・保管される。燃料キャスクは、遮蔽材等により構成された外殻体としての円筒状のキャスク本体と、このキャスク本体の内部に収容されて複数の使用済み燃料を１本ずつ区画収納する長尺な燃料収納格子とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）
従来ではバスケット格子が外筒であるキャスク本体内に収容され、各格子状空間にそれぞれ使用済み燃料１本ずつ収容する構成となっている。このような燃料収納用の格子状構造物は角パイプを束ねた構成とされ、溶接士の手作業等により溶接接続が行われていたが、近年では複数の板材を十字形に交差させて組立てる構成が採用されるようになっている。
【０００３】
このように、格子状構造物複数の板材を十字形には十字状に交差させた板材を相互に溶接することにより構成されるが、格子間隙が狭隘であるため人間が入り込むことができず、溶接トーチを搭載したマニプレータを適用せざるを得ないものである。
【特許文献１】特開平１１−３０４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、格子状の長尺で狭隘なヶ所の内側の溶接は人の手溶接では不可能である。長尺で狭隘な箇所の内側の溶接を施工するには、遠隔による自動溶接および狭隘な箇所に挿入できる溶接トーチとトーチ支持構造物が不可欠である。
【０００５】
また、人の直接監視ができないため、遠隔による監視が必要であることと、溶接する姿勢を一定にするため適切な位置にワークを回転させる必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、人の手溶接による施工が不可能である溶接を自動溶接により可能とし、特に長尺で狭隘な格子の内側を、遠隔で自動制御により、確実かつ高精度で、しかも安全に自動隅肉溶接することができる溶接装置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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明では、複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備えたことを特徴とする格子状構造物の溶接装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、人の手溶接での施工が不可能である長尺で狭隘な格子の内部の隅肉溶接を遠隔で手動制御し、施工することができる。また、自動制御でも溶接することが可能であり、自動溶接中は人の関与が不必要となり、格子状構造物の製作コストを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る格子状構造物の溶接装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では格子状構造物として使用済み燃料キャスクのバスケット格子を適用した場合について説明する。
【００１０】
図１は本実施形態による溶接装置１の全体構成を示す側面図である。この図１に示すように、溶接装置１は、ワークとしての格子状構造物となる組立体２を外周側から支持するワーク支持装置３と、このワーク支持装置３の両側位置に対向配置された１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）とを備え、これらの溶接機４ａ，４ｂは作業床５上に設置されている。
【００１１】
ワーク支持装置３は基台６上にターニングローラ７および回転部８を設けたものであり、ワーク（組立体）２を水平軸心廻りに回転および停止可能に支持できる構成となっている。このワーク支持装置３は、作業床５上に固定配置されている。
【００１２】
一方、ワーク支持装置３の両側に対向配置された１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）は、互いに同一構成のものであり、作業床５上に設けた支持レール９上に走行台車１０を介して水平移動（ｙ方向）できる縦長な支持スタンド１１を備えている。この支持スタンド１１には垂直方向（ｚ方向）に昇降可能な昇降装置１２が設けられ、この昇降装置１２には枚プレータである溶接ヘッドアーム１３が水平方向（ｘ方向）に移動可能に取付けられている。溶接ヘッドアーム１３の一端側（先端側）はワーク支持装置３側に向って突出し、この部分に溶接トーチ部Ａが設けられている。溶接トーチ部Ａは、ワーク支持装置３に支持されるワークである組立体２に対し、ｘ方向に沿って進退動作できる構成となっている。
【００１３】
図２は図１に示した溶接装置１を示す平面図である。この図２に示すように、ワーク支持装置３の近傍には、遠隔操作装置としての制御装置２１および作業用架台２２が配置されている。また、ワーク支持装置３を挟む１対の溶接機４（４ａ，４ｂ）は、互いに平行な方向（ｙ方向）に移動可能であり、溶接トーチ部Ａをワーク支持装置３の回転軸心Ｏと直交する方向に移動可能となっている。図２に示すように、走行台車１０はガイドレール２２上に沿って移動することができる。
【００１４】
図３は図１に示した溶接トーチＡを拡大して示す平面図であり、図４は同側面図である。これらの図３および図４に示すように、溶接ヘッドアーム１３には支持アーム１４が連結されている。支持アーム１４の基端部分には溶接トーチヘッド１５が設けられ、溶接トーチヘッド１５の先端部にはモータおよびギア等により構成された駆動部１６が設けられている。
【００１５】
駆動部１６には、ブラケットを介してワイヤ供給部１７が設けられ、ワイヤ供給部１７には溶接ワイヤ１８が装着されている。溶接ワイヤ１８が臨む部位には溶接トーチ３０が設けられている。溶接トーチ３０は図３（側面図）に示すように下向き略垂直配置のものであり、垂直下向きに溶接を施す構成となっている。
【００１６】
溶接トーチ３０の先端側には倣いローラ３１が設けられている。この倣いローラ３１は水平軸３２に支持されており、ローラ下縁が露出してワークに接して回転する構成となっている。
【００１７】
倣いローラ３１のさらに先端側には、溶接状態を監視するための１対のＣＣＤカメラ３３（３３ａ，３３ｂ）が配置されている。これらのＣＣＤカメラ３３（３３ａ，３３ｂ）は溶接方向前後位置から溶接部を監視できる配置で設けられている。
【００１８】
さらに、ＣＣＤカメラ３３の先端側に、タッチセンサ３４と、ティーチングピン３５とが設けられている。タッチセンサ３４は図４に示すように、支持アーム１４と直交する方向かつ水平方向に相対する状態で突出した針状のセンサであり、具体的には昆虫の触覚の如く構成され、両側に離反する方向に向って１対突出している。ティーチングピン３５は垂直上向きに針状に突出した１本のピンである。
【００１９】
図５は、図１に示したワークとしての格子状組立体２を長手方向端面から見た拡大図である。この図５に示すように、組立体２は複数の板材を十字形に組立てたものであり、狭隘かつ長尺な格子状空間４０を形成している。この組立体２の格子状空間の内側にて隅肉溶接を施すことにより格子状構造物が構成されるものである。
【００２０】
図５には、組立体の接作業初期状態における姿勢が示してある。すなわち、組立体２はワーク支持装置３により中心部を支点として水平軸心廻りに回動可能に支持されており、組立体の４つの角部ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は回転により垂直上向きの頂部位置に順次に配置できる。そこで、上述の上向きのティーチングピン３５は、組立体２を回転および停止させつつ、停止時に４つの角部ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の頂部に接触させることにより、ワークの各角部の位置を順次に知ることができる。この機能は遠隔制御装置により実施される。これにより、溶接トーチ３０を配置すべき位置設定が可能となる。
【００２１】
図６には、隅肉溶接時における溶接トーチヘッド１５の配置状態が示してある。この図６に示すように、倣いローラ３１はワークである格子状の組立体２の一格子部の下隅角部２ａに転接してワークの長さ方向に回転移動することができる。これにより溶接時の進行方向への移動が可能である。倣いローラ３１が移動した後方部位において溶接ビード５０が形成されることになる。
【００２２】
また、図６にはタッチセンサ３４も示してある。このタッチセンサ３４は格子部の横方向で対向する横向き隅角部に向く設定とされている。このタッチセンサ３４がワーク２の格子部に非接触である場合に溶接が設定位置で進行することになる。もし、タッチセンサ３４がワーク２の格子部に接触した場合には、溶接位置不良と判断されて、溶接が停止される。
【００２３】
図７には、溶接進行状況が拡大斜視図として示してある。上述したＣＣＤカメラ３３ａ，３３ｂが溶融池６０および溶接ビード５０を溶接方向前後方向から監視する状態を示している。このように、溶接進行に伴って常時溶接状態を監視しつつ溶接作業を進行させることができる。具体的には、ワーク２である組立体の長さ方向中央位置に溶接トーチ（図示省略）の先端を配置し、この溶接トーチをワーク２の端部側に引き抜く方向（図７の右方向）に沿って溶接を実行する。これにより、溶接時の加熱はワーク中央位置から端部側に排出される状態となり、過熱防止が図れる。
【００２４】
また、図８に示すように、本発明では１対の溶接ヘッドアーム１３の溶接トーチにより、略同時溶接を行う。この場合、一方（図７の左側）の溶接トーチをワーク２の中央位置から開始するため、他方（図８の右側）の溶接トーチは若干ワーク２の中央からずれた位置から溶接が開始される。このようにして、１対の溶接トーチにより略同時に隅肉溶接を実行するものである。この時、図７に示したように、一方のＣＣＤカメラ３３ａで溶融池６０を、また他方のＣＣＤカメラ３３ｂで溶接ビード５０を観察することができる。
【００２５】
なお、溶接作用については、重力の関係から溶接ビード５０が下向きとなる隅肉溶接を行うものであり、溶接トーチ３０は常時、上下方向において一定姿勢を保持することになる。また、溶接は例えばワーク２の各格子部を単位とし、隣接する格子部に移行させて行うことができる。その場合には、ワーク支持装置３の回転動作と、支持スタンド１１による溶接ヘッドアーム１３の水平移動とにより順次に溶接作業を進行させることができる。
【００２６】
図９には、溶接方法の手順を説明するフローチャートが示してある。スタートの後、上述のティーチングが行われる（Ｓ１）。このティーチングは、例えば図５に示した格子状ワーク２の４つの角部Ｃ１〜Ｃ４の最外側端部の隅部分を、回転とともにティーチングピン３５により行う。
【００２７】
次に、ティーチングにより遠隔操作装置としての制御装置２１に位置情報が入力され、ワーク２が所定回転により溶接位置に位置決めされ、停止する（Ｓ２）。
【００２８】
そこで、図８に示したように、一方のマニプレータである溶接ヘッドアーム１３をワーク２に挿入して移動、溶接するとともに（Ｓ３）、他方のマニプレータもワーク２に挿入して移動、溶接する（Ｓ４）。各溶接が終了するごとに（Ｓ５）、（Ｓ６）、次の溶接のために格子状構造物であるワーク２を所定角度中心廻りに回動させる（Ｓ７）。
【００２９】
以上の操作を繰返して、１つのワーク２の全隅角部を溶接した後に、溶接終了となり（Ｓ８）、図１および図２に示したように、ワーク支持装置３およびマニプレータを原点位置に復帰させ（Ｓ９）、１溶接工程の終了となる。
【００３０】
以上のように本実施形態においては、種々の機能が得られる。すなわち、複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体２を、格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とすることができる。そして、組立体２を外周側から支持するワーク支持装置３と、このワーク支持装置３に支持された組立体２の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータとしての溶接ヘッドアーム１３と、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチ３０と、この溶接トーチ３０およびマニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置２１とを備えている。そして、ワーク支持装置３は、組立体２の格子状空間を水平方向に沿う配置で支持するとともに、水平軸心廻りに回動および停止可能に支持する回転支持機構としてのターニングローラ７および回転部８備えている。
【００３１】
また、マニプレータは、支持スタンド１１に溶接ヘッドアーム１３を介して上下方向および横方向に移動可能に支持され、ワーク支持装置３に対して鉛直面上の任意座標位置で移動可能とされている。また、マニプレータは、水平面上で組立体２の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置から端部位置まで移動可能とされている。
【００３２】
また、組立体２の格子状空間は長さ方向に貫通するものとされ、この格子状空間の両端開口部に対応して溶接トーチ３０を有する１対のマニプレータがワーク支持装置３を挟む配置で進退動作可能に配設されている。
【００３３】
遠隔操作装置２１は、予め記憶させたプログラムに基づいて、ワーク支持装置３の回転および停止を行わせるワーク支持装置制御部と、マニプレータの移動および停止を行わせるマニプレータ制御部と、溶接トーチによる溶接開始および停止を行わせる溶接トーチ制御部とを備えている。
【００３４】
溶接トーチ搭載のマニプレータの先端にはティーチングピン３５が設置され、このティーチングピンは格子状構造物に複数箇所接触可能であり、この接触により認識される位置を記憶させたプログラムにより、溶接トーチ搭載マニプレータが格子状構造物の複数の格子内に干渉なく正確に挿入可能とされている。
【００３５】
マニプレータは先端部に溶接ビード監視手段として、溶接による溶融部と溶接後の溶接ビードとを監視する２体の視覚センサ（ＣＣＤカメラ３３）を備えている。
【００３６】
マニプレータは先端部に溶接ガイド手段として、板材同士が組合う隅角部の位置に接触して組立体２の長さ方向に沿って転動する倣いローラ３１を備えている。
【００３７】
マニプレータは先端部に格子状空間内の溶接トーチ挿入方向と直交する方向における溶接位置確認手段として接触式センサであるタッチセンサ３４を有し、この接触式センサが板材と接触した場合に遠隔操作装置のマニプレータ制御部からの出力信号によりマニプレータの移動および溶接が停止する設定とされている。
【００３８】
溶接中の溶融池６０、格子状構造物の形状および溶接トーチ形状は視覚センサにより感知され、情報が抽出され、これらの情報で溶接トーチおよび溶接ワイヤの位置が自動制御によりセンシングされるようになっている。
【００３９】
そして、格子状構造物支持装置は、格子状構造物を長さ方向に沿う軸心まわりに回転可能なワーク支持装置３であり、マニプレータは、溶接装置を格子状構造物の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置まで挿入可能とされている。
【００４０】
さらに、格子状構造物の十字に組合せた長尺で狭隘な角（Ｖ部）の隅肉溶接が人の手により施工できないことを可能にする。構造物の溶接部は適切な角度位置にワーク支持装置３で回転され、トーチ搭載のマニプレータと連動することで格子内を溶接することができる。
【００４１】
ワーク支持装置３の内側に固定された格子状構造物の両端面の２方向から格子内に溶接トーチヘッドを挿入することができる。
【００４２】
なお、具体例としては、トーチ搭載のマニプレータが、溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）と走行台車１０で構成されており、の溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）は下端１３８０ｍｍから上端ｍｍ４１８０までの距離２８００ｍｍを作動でき、その範囲の溶接施工することができる。
【００４３】
本実施形態はワーク支持装置３の回転部とターニングローラとで構成され、回転部が左右のどの方向でも３６０°回転でき、任意の角度に停止できる。また格子状構造物をワーク支持装置３のセンター位置に固定できる。
【００４４】
溶接ヘッドアーム（溶接トーチ付き）が格子状構造物８の格子内部中央まで挿入可能な作動範囲である設置状態から前後方向に例えば２５００ｍｍを移動でき、格子内部の内側から外側に向けて溶接が施工できる。
【００４５】
溶接応力による変形を、格子内側から外側に向けて施工することにより、溶接応力による変形を格子内側から外側に開放し、格子状構造物の寸法精度を上げることができる。
【００４６】
また、制御盤が備えられ、あらかじめ記憶させたプログラムによって、溶接トーチ搭載マニプレータとワーク支持装置３とを自動で作動させ、格子内の溶接が施工できる。
【００４７】
溶接位置および溶接順序を記憶したプログラムに従い、ワーク支持装置３とトーチ搭載のマニプレータが人の関与無しで作動し、溶接を施工することが可能である。
【００４８】
また、プログラムによる自動制御を必要としない場合には、手動による操作で溶接を施工できる構成とすることができる。格子状構造物を自動溶接している際に、異常が発生した場合には、予めプログラムした以外の装置の動作を人の操作により行うことができる。
【００４９】
ティーチングピン３５を格子構造物の数ヶ所に接触させることで、格子状構造物の格子位置を認識し、数ある格子内の口径が例えば１５２ｍｍのワークに干渉することなく、正確に挿入することができる。格子状構造物の溶接位置精度の確保を目的として、格子状構造物の数ヶ所をティーチングピンを接触させることで、格子状構造物の寸法および位置を記憶し、トーチ搭載マニプレータが格子構造物に干渉することなく、作動することが可能である。
【００５０】
さらに、本実施形態では、２体のＣＣＤカメラを備え、溶接部（溶融部）と溶接後の溶接ビードをＣＣＤカメラからの映像をモニターで監視することができる。これにより、長尺で狭隘な格子状構造物に格子内の溶接部（溶融部）監視と溶接後の溶接ビードの状況監視が同時に確認でき、異常時には装置を停止することができる。
【００５１】
また、倣いローラ３１により、格子状構造物８の十字角部（Ｖ部）を倣うことで、溶接トーチが倣いローラ３１の軌跡を正確に追従し、自動溶接を施工することができる。本実施形態では、格子状構造物の十字部（Ｖ型）開先の両側に倣いローラ３１が接触し、開先長さ方向に倣いローラ３１が倣って走行することで、溶接ヘッドの位置も倣いローラ３１の軌跡を走行し、溶接位置を正確に確保することができる。
【００５２】
さらに、タッチセンサ３４が、トーチ搭載マニプレータの溶接トーチヘッド最先端に装備されており、そのセンサが格子状構造物等いかなる物に接触しても、トーチ搭載マニプレータが作動を停止する機能を有している。これにより、万一溶接トーチヘッドが格子内を外れて挿入されようとする時には、そのセンサが格子端面に接触し、停止するのでトーチの損傷を防止することができる。
【００５３】
溶接する格子状構造物の位置を記憶させるティーチング時と、格子内を溶接するための挿入時には、溶接トーチ搭載マニプレータが格子状構造物の格子端面に衝突し、損傷することを防止する。
【００５４】
溶接センシングシステムの全体としては、溶接中の溶接ビード、溶融池、格子状構造物の形状、またはトーチ形状をＣＣＤカメラ３３の画像を視覚センサで感知する機能と、光レーザ等による情報を抽出し、溶接トーチとワイヤ位置調整を適切に自動で制御する機能とを備えている。
【００５５】
溶接中の溶接部（溶融池）から、溶接トーチ３０および溶接ワイヤ位置ずれを人の監視操作により修正しているが、その操作を映像の視覚センサと光レーザ等で感知し、自動センシングを行うことができる。
【００５６】
このような構成において、本実施形態では下記の方法を実施することができる。
【００５７】
すなわち、格子状構造物をその長手方向に沿う軸心まわりに回転可能に支持させるワーク回転支持工程と、このワーク支持工程において支持された格子状構造物の格子間隙内に開口端側から格子構造物の長さ方向およびこれと直交する方向に移動可能なマニプレータを挿入するマニプレータ挿入工程と、マニプレータに設けられた溶接トーチにより溶接を行う溶接工程とを行うことができる。
【００５８】
また、ワーク支持装置３、マニプレータおよび溶接装置をそれぞれ遠隔操作する遠隔操作装置とを備え、遠隔操作装置は、ワーク支持装置３の停止状態下でマニプレータを格子組立長さ方向ほぼ中央位置に挿入する溶接開始位置設定手段、溶接トーチにより溶接を開始させ、格子構造物の開口端部側に移動させて１工程の溶接を行わせる溶接手段、および１工程の溶接終了ごとにワーク支持手段の回転と前記マニプレータの移動とを行わせて工程を繰返し全格子間隙における隅肉溶接を行わせる進行手段を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る溶接装置の全体構成を示す側面図。
【図２】本発明に係る溶接装置の全体構成を示す平面図。
【図３】本発明に係る溶接装置の要部構成を示す拡大側面図。
【図４】本発明に係る溶接装置の要部構成を示す拡大平面図。
【図５】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークを示す側面図。
【図６】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークの拡大側面図。
【図７】本発明に係る溶接装置の作用を示す拡大斜視図。
【図８】本発明に係る溶接装置の溶接状態を示す説明図。
【図９】本発明に係る溶接装置の溶接用ワークの機能を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６０】
１ 溶接装置
２ 組立体
３ ワーク支持装置
４（４ａ，４ｂ） 溶接機
５ 作業床
６ 基台
７ ターニングローラ
８ 回転部
１０ 走行台車
１１ 支持スタンド
１２ 昇降装置
１３ 溶接ヘッドアーム（マニプレータ）
１４ 支持アーム
１５ 溶接トーチヘッド
１６ 駆動部
１７ ワイヤ供給部
１８ 溶接ワイヤ
３０ 溶接トーチ
Ａ 溶接トーチ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備えたことを特徴とする格子状構造物の溶接装置。
【請求項２】
前記ワーク支持装置は、前記組立体の格子状空間を水平方向に沿う配置で支持するとともに、水平軸心廻りに回動および停止可能に支持する回転支持機構を備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項３】
前記マニプレータは、支持スタンドに溶接ヘッドアームを介して上下方向および横方向に移動可能に支持され、前記ワーク支持装置に対して鉛直面上の任意座標位置で移動可能とされており、かつ水平面上で前記組立体の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置から端部位置まで移動可能とされている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項４】
前記組立体の格子状空間は長さ方向に貫通するものとし、この格子状空間の両端開口部に対応して前記溶接トーチを有する１対のマニプレータが前記ワーク支持装置を挟む配置で進退動作可能に配設されている請求項３記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項５】
前記遠隔操作装置は、予め記憶させたプログラムに基づいて、前記ワーク支持装置の回転および停止を行わせるワーク支持装置制御部と、前記マニプレータの移動および停止を行わせるマニプレータ制御部と、前記溶接トーチによる溶接開始および停止を行わせる溶接トーチ制御部とを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項６】
前記溶接トーチ搭載のマニプレータの先端にティーチングピンが設置され、このティーチングピンが前記格子状構造物に複数箇所接触可能であり、この接触により認識される位置を記憶させた前記プログラムにより、前記溶接トーチ搭載マニプレータが前記格子状構造物の複数の格子内に干渉なく正確に挿入可能とされている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項７】
前記マニプレータは先端部に溶接ビード監視手段として、溶接による溶融部と溶接後の溶接ビードとを監視する２体の視覚センサを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項８】
前記マニプレータは先端部に溶接ガイド手段として、前記板材同士が組合う隅角部の位置に接触して前記組立体の長さ方向に沿って転動する倣いローラを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項９】
前記マニプレータは先端部に前記格子状空間内の溶接トーチ挿入方向と直交する方向における溶接位置確認手段として接触式センサを有し、この接触式センサが前記板材と接触した場合に前記遠隔操作装置のマニプレータ制御部からの出力信号により前記マニプレータの移動および溶接が停止する設定とされている請求項４記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項１０】
溶接中の溶融池、格子状構造物の形状および溶接トーチ形状を視覚センサにより感知して、情報が抽出され、これらの情報で溶接トーチおよび溶接ワイヤの位置が自動制御によりセンシングされる請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項１】
複数の板材を十字形に組立て、狭隘かつ長尺な格子状空間を形成した組立体を、前記格子状空間の内側にて隅肉溶接して格子状構造物とする溶接装置であって、前記組立体を外周側から支持するワーク支持装置と、このワーク支持装置に支持された前記組立体の格子状空間内にその長さ方向端部から挿入可能および同方向に沿って進退動作可能なマニプレータと、このマニプレータの挿入先端側に設けられた溶接トーチと、この溶接トーチおよび前記マニプレータを遠隔操作する遠隔操作装置とを備えたことを特徴とする格子状構造物の溶接装置。
【請求項２】
前記ワーク支持装置は、前記組立体の格子状空間を水平方向に沿う配置で支持するとともに、水平軸心廻りに回動および停止可能に支持する回転支持機構を備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項３】
前記マニプレータは、支持スタンドに溶接ヘッドアームを介して上下方向および横方向に移動可能に支持され、前記ワーク支持装置に対して鉛直面上の任意座標位置で移動可能とされており、かつ水平面上で前記組立体の格子状空間の長さ方向ほぼ中間位置から端部位置まで移動可能とされている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項４】
前記組立体の格子状空間は長さ方向に貫通するものとし、この格子状空間の両端開口部に対応して前記溶接トーチを有する１対のマニプレータが前記ワーク支持装置を挟む配置で進退動作可能に配設されている請求項３記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項５】
前記遠隔操作装置は、予め記憶させたプログラムに基づいて、前記ワーク支持装置の回転および停止を行わせるワーク支持装置制御部と、前記マニプレータの移動および停止を行わせるマニプレータ制御部と、前記溶接トーチによる溶接開始および停止を行わせる溶接トーチ制御部とを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項６】
前記溶接トーチ搭載のマニプレータの先端にティーチングピンが設置され、このティーチングピンが前記格子状構造物に複数箇所接触可能であり、この接触により認識される位置を記憶させた前記プログラムにより、前記溶接トーチ搭載マニプレータが前記格子状構造物の複数の格子内に干渉なく正確に挿入可能とされている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項７】
前記マニプレータは先端部に溶接ビード監視手段として、溶接による溶融部と溶接後の溶接ビードとを監視する２体の視覚センサを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項８】
前記マニプレータは先端部に溶接ガイド手段として、前記板材同士が組合う隅角部の位置に接触して前記組立体の長さ方向に沿って転動する倣いローラを備えている請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項９】
前記マニプレータは先端部に前記格子状空間内の溶接トーチ挿入方向と直交する方向における溶接位置確認手段として接触式センサを有し、この接触式センサが前記板材と接触した場合に前記遠隔操作装置のマニプレータ制御部からの出力信号により前記マニプレータの移動および溶接が停止する設定とされている請求項４記載の格子状構造物の溶接装置。
【請求項１０】
溶接中の溶融池、格子状構造物の形状および溶接トーチ形状を視覚センサにより感知して、情報が抽出され、これらの情報で溶接トーチおよび溶接ワイヤの位置が自動制御によりセンシングされる請求項１記載の格子状構造物の溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７２７（Ｐ２００９−７２７Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６４６７７（Ｐ２００７−１６４６７７）
【出願日】平成１９年６月２２日（２００７．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２２日（２００７．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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