構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備
【課題】溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮すること。
【解決手段】第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を配置する（ステップＳ１０１）。次に、前記第２の部材上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する（ステップＳ１０２）。そして、前記第２の部材の長手方向に前記溶接装置を走行させて、前記板材に前記第２の部材を溶接する（ステップＳ１０３）。その後、前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチを上昇させて前記第１の部材を回避させる（ステップＳ１０６）。
【解決手段】第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を配置する（ステップＳ１０１）。次に、前記第２の部材上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する（ステップＳ１０２）。そして、前記第２の部材の長手方向に前記溶接装置を走行させて、前記板材に前記第２の部材を溶接する（ステップＳ１０３）。その後、前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチを上昇させて前記第１の部材を回避させる（ステップＳ１０６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備については、数多くの技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載されている溶接方法及び溶接装置は、いずれも、板材に１種類の溶接部材を溶接するために用いられることが想定されている。このため、溶接時には溶接対象以外に障害物がなく、人手を煩わすことなく、簡易に溶接ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−３３０６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、自動車運搬船やフェリー等が有する自動車運搬用デッキを製造する場合には、板材に複数本の第１の部材を配置するとともに、第１の部材に対して交差する方向に複数本の第２の部材を配置し、板材に対してこれら第１の部材及び第２の部材を溶接する。このように、板材に対して２種類の部材を溶接する際に、上記特許文献１又は特許文献２に記載されている溶接方法及び溶接装置を用いると、第１の部材を溶接した後に第２の部材の溶接をする場合、溶接装置が第１の部材に干渉し、一旦停止してしまうことがある。そのため、これらの文献に記載された技術は、上述した自動車運搬用デッキのような構造物を製造する場合には、溶接装置が停止する毎に作業者が溶接装置の位置を変更して第１の部材を回避する作業をする必要がある。
【０００６】
本発明は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接方法は、板材に取り付けられた第１の部材と交差して配置された第２の部材の上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する装置設置工程と、前記第２の部材の一方の端部から他方の端部に向けて前記溶接装置を走行させながら、前記板材に前記第２の部材を溶接する溶接工程と、前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチの先端を前記第１の部材よりも高い位置まで移動させる回避工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接方法は、板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接方法であって、溶接装置のメタル供給装置を前記第２の部材の長手方向に移動可能に吊下げ支持した状態で、前記溶接装置を前記第２の部材の上面に載置して走行させ、前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接を施工する溶接工程と、前記第１の部材に前記溶接装置が到達した時に、溶接を停止するとともに前記溶接装置の溶接トーチを上昇させて、前記第１の部材を超えた位置まで前記溶接装置を走行移動する回避工程と、引続き前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接施工を行なうことを特徴とする。
【０００９】
本発明の構造物の溶接方法は、トーチが第１の部材の位置に到達して第１の部材と干渉する前に溶接を停止させるとともに、トーチを上昇させた状態で溶接装置を走行させる第１の部材を回避させる工程（回避工程）を含む。この工程により、トーチの進行方向前方に溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチが第１の部材と干渉しながら第１の部材の上方を通過することができる。したがって、本発明の構造物の溶接方法は、第１の部材が取り付けられた板材に、第１の部材と交差させて第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置の進行方向に対して前記第２の部材の両側から溶接することが好ましい。第２の部材の両側から溶接することで、板材に対して第２の部材をより強固に溶接することができる。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接設備は、第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接設備であって、昇降可能なトーチ及び前記第１の部材を感知する第１のセンサーを有し、前記第２の部材上を走行可能な溶接装置と、前記溶接装置へ溶加材を供給する溶加材供給装置と、前記溶加材供給装置を吊下げて支持する支持装置と、前記支持装置を前記第２の部材の長手方向に向かって案内する案内レールと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の構造物の溶接設備は、昇降可能なトーチ及び第１の部材を感知する第１のセンサーを備え、第２の部材上を走行可能な溶接装置を含む。この溶接装置は、トーチの進行方向前方において溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチと第１の部材との干渉を回避して第１の部材上を通過した位置まで移動する。したがって、本発明の構造物の溶接設備によれば、板材に対して第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置は、前記第２の部材の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ前記第２の部材に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラを有することが好ましい。溶接装置がこのような案内ローラを含むことで、溶接装置は第２の部材上を安定して走行することができるので、溶接中に溶接装置の進路を調整する作業を低減できる。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置は、前記溶接装置の進行方向前方に存在する物体を検出するとともに、前記溶接装置が前記第２の部材の端部に到達したことを検出する第２のセンサーを備えることが好ましい。溶接装置がこのような第２のセンサーを備えることで、溶接装置の進行方向前方に障害物が出現した場合には、これを検出することができる。そして、第２のセンサーの検出結果に基づき、溶接装置を停止させることもできるので、安全性が向上する。また、溶接装置がこのような第２のセンサーを備えることで、溶接装置が第２の部材の一端を検出することができる。この情報に基づいて、第２の部材の上を走行している溶接装置を停止させることができるので、溶接装置が第２の部材から落下することを防止することができる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接設備は、板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接設備であって、前記第２の部材の上を自走可能な溶接装置と、前記溶接装置へ溶加材を供給するメタル供給装置と、前記溶接装置及び前記メタル供給装置を吊り下げて支持する支持装置と、前記支持装置に固定され、前記第２の部材の長手方向に前記メタル供給装置を案内する案内レールと、を備えるとともに、前記溶接装置は、前記第２の部材の少なくとも一部を挟み込む状態で当接して転動する複数の案内ローラと、前記第２の部材の上面の両側から斜め下方の溶接線に向けて設置され、昇降可能な溶接トーチと、前記第２の部材を検出する第２のセンサーの信号により溶接の停止及び前記溶接トーチを上昇させる制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の構造物の溶接設備は、昇降可能なトーチ及び第１の部材を感知する第１のセンサーを備え、第２の部材上を走行可能な溶接装置を含む。この溶接装置は、トーチの進行方向前方において溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチと第１の部材との干渉を回避して第１の部材上を通過した位置まで移動する。したがって、本発明の構造物の溶接設備によれば、板材に対して第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図２−１】図２−１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−３】図２−３は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−４】図２−４は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る構造物の溶接設備の概略図である。
【図４】図４は、図３に示す溶接設備に含まれる溶接装置と、第１の部材及び第２の部材との関係を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る構造物の溶接設備が有する溶接装置が溶接を実行している状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の手順を示すフローチャートである。図２−１から図２−４は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。本実施形態に係る構造物の溶接方法は、第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接方法である。次に説明する本実施形態に係る構造物の溶接方法は、本実施形態に係る構造物の溶接設備を用いて実現される。当該構造物の溶接設備については後述する。以下の説明における部材の形状及び本数等は一例であり、本実施形態は以下に説明するものに限定されない。
【００２１】
（部材配置工程）
本実施形態に係る構造物の溶接方法を開始する前に、第１の部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇが取り付けられた板材に、複数の第１の部材１２ａ〜１２ｇと交差して第２の部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが配置される（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１は、部材配置工程である。部材配置工程の前に、図２−１に示すように、板材１０に第１の部材１２ａ〜１２ｇが溶接によって取り付けられる。なお、第１の部材１２ａ〜１２ｇは、溶接以外の手法によって板材１０に取り付けられてもよい。第１の部材１２ａ〜１２ｇの間隔は、例えば、等間隔である。
【００２２】
部材配置工程では、７本の第１の部材１２ａ〜１２ｇが取り付けられたパネル１０に、４本の第２の部材１４ａ〜１４ｄが配置される。第２の部材１４ａ〜１４ｄは、例えば、板材１０に等間隔に配置される。第２の部材１４ａ〜１４ｄ（ここでは、特に第２の部材１４ａについて説明する）は、平面視が略矩形の板状部材であるウェブ材１４ａ１と、ウェブ材１４ａ１の一方の端部（長辺側の端部）と連結する平面視が略矩形の板状部材であるフェイス材１４ａ２とを有する。ウェブ材１４ａ１は、フェイス材１４ａ２とは反対側の端部に切り欠きを有する。この切り欠きは、第２の部材１４ａの第１の部材１２ａ〜１２ｇと干渉する位置に設けられる。第２の部材１４ａを板材１０に配置したときには、前記切り欠きにそれぞれの第１の部材１２ａ〜１２ｇが入り込むので、ウェブ材１４ａ１のフェイス材１４ａ２とは反対側の端部は板材１０の表面と接する。フェイス材１４ａ２は、長手方向と直交し、かつフェイス面と平行な方向（幅方向）における中点が、ウェブ材１４ａ１の一方の端部と接するように、ウェブ材１４ａ１と組み合わされる。
【００２３】
図２−１に示すように、第２の部材１４ａは、ウェブ材１４ａ１及びフェイス材１４ａ２により、長手方向に垂直な断面形状がＴ字型の部材となっているが、本実施形態においては、このような形状に限られない。第２の部材１４ａは、例えば、ウェブ材１４ａ１の一方の長辺側の端部がフェイス材１４ａ２の幅方向における端部と接したＬ字型の形状であってもよい。
【００２４】
第２の部材１４ａは、板材１０にウェブ材１４ａ１及びフェイス材１４ａ２を順次配置し、油圧ジャッキ等の押圧手段を用いてフェイス材１４ａ２を板材１０側に押圧することにより、板材１０及び第１の部材１２ａ〜１２ｇと組み合わされる。
【００２５】
部材配置工程で用いる板材１０、第１の部材１２ａ〜１２ｇ及び第２の部材１４ａ〜１４ｄは、金属材料であれば特に制限されない。本実施形態に係る構造物の溶接設備により製造される構造物としては、例えば、自動車運搬船用のデッキ又は船殻構造物が挙げられる。この場合、例えば、板材材１０、第１の部材１２ａ〜１２ｇ及び第２の部材１４ａ〜１４ｄには、構造用鋼が用いられる。部材配置工程が終了したら、ステップＳ１０２へ進む。
【００２６】
（装置接地工程）
図２−１に示すように、第２の部材１４ａの上、より具体的には、フェイス材１４ａ２の上に、昇降可能なトーチ１６ａ、１６ｂを有する溶接装置１６が載置される。ステップＳ１０２は、装置設置工程である。ここで、本実施形態に係る構造物の溶接設備について説明する。
【００２７】
（構造物の溶接設備）
図３は、本実施形態に係る構造物の溶接設備の概略を示す模式図である。図４は、図３に示す構造物の溶接設備に含まれる溶接装置と、第１の部材及び第２の部材との関係を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る構造物の溶接設備が有する溶接装置が溶接を実行している状態を示す模式図である。次に説明する構造物の溶接設備（以下溶接設備という）２０は、本発実施形態に係る構造物の溶接方法を実施するために用いられる。
【００２８】
溶接設備２０は、図２−１に示す第１の部材１２ａ〜１２ｇが取り付けられた板材１０に、第１の部材１２ａ〜１２ｇと交差して第２の部材１４ａ〜１４ｄを溶接する設備である。図３に示すように、溶接設備２０は、溶接装置１６を含む。溶接装置１６は、昇降可能なトーチ１６ａ、１６ｂ及び第１の部材１２ａ〜１２ｇを感知する第１のセンサーｓ１を有する。そして、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ、より具体的には、フェイス材１４ａ２の上を、一端から他端まで走行することができる。第２の部材１４ａが有するフェイス材１４ａ２は、図２−１に示すように略矩形形状であり、本実施形態において、溶接装置１６は、フェイス材１４ａ２の長手方向に向かって走行することができる。
【００２９】
溶接設備２０は、溶接装置１６へ溶加材を供給する溶加材供給装置（メタル供給装置）２２ａ、２２ｂと、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊下げて支持する支持装置２４ａ、２４ｂと、支持装置２４ａ、２４ｂを第２の部材１４ａの長手方向に向かって、すなわち、第２の部材１４ａの一方の端部から他方の端部に向かって案内する案内レール２６ａ、２６ｂとを備える。図３に示すように、案内レール２６ａ、２６ｂは、支持部材２８に取り付けられている。支持部材２８は、案内レール２６ａ、２６ｂの長手方向に向かって複数配置されている。支持部材２８は、案内レール２６ａ、２６ｂの長手方向と平行な方向から見た場合、略Ｌ字形状である。なお、支持部材２８の形状はＬ字形状に限定されるものではない。
【００３０】
（溶接装置）
図４に示すように、溶接装置１６は、一対のトーチ１６ａ、１６ｂを有する。一対のトーチ１６ａ、１６ｂは、溶接装置１６の進行方向に対して両側に設けられる。そして、それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、それぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端部が溶接装置１６の幅方向（進行方向と直交する方向）中心に向かっている。すなわち、それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、先端部が鉛直方向斜め下方に向かっている。それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、溶接装置１６に対して昇降可能である。すなわち、溶接装置１６は、溶接ノズルＮ１、Ｎ２と溶接対象（本実施形態ではウェブ材１４ａ１及び板材１０）との距離を変更できる。溶接装置１６は、例えば、リニアモータ又はエアシリンダ等のアクチュエータでトーチ１６ａ、１６ｂを昇降させる。なお、溶接装置１６は、トーチ１６ａ、１６ｂを少なくとも１つ有していればよい。
【００３１】
図４に示す例は、トーチ１６ａが下降して溶接をしている状態である。また、トーチ１６ｂが上昇して、第２の部材１４ａとの干渉を回避している状態である。本実施形態においては、一対のトーチ１６ａ、１６ｂでウェブ材１４ａ１の両側から溶接するので、一対のトーチ１６ａ、１６ｂは同期して昇降することになる。
【００３２】
溶接装置１６は、第１のセンサーｓ１を有する。第１のセンサーｓ１は、第１の部材１２ａの存在を検出する。第１のセンサーｓ１は、障害物検出センサーであり、例えば、超音波センサー、赤外線センサー、磁力の変化に基づく方式のセンサー等を用いることができる。磁力の変化に基づく方式のものは、例えば、磁界発生源と磁力計測部とを有しており、磁界発生源から発生された磁界が第１の部材１２ａの接近によって変化することを磁力計測部で計測し、第１の部材１２ａの存在を検出するものである。第１のセンサーｓ１は、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向前方に溶接対象でない第１の部材１２ａが現れた場合に、第１の部材１２ａの存在を検出する。本実施形態において、第１のセンサーｓ１は、第１の部材１２ａからトーチ１６ａ、１６ｂまでの距離が０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内のときに、第１の部材１２ａの存在を検出する。しかし、第１のセンサーｓ１はこのようなものに限定されない。
【００３３】
溶接装置１６は、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を有する。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４は、溶接装置１６が第２の部材１４ａ上、より具体的には、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２上に載置されると、フェイス材１４ａ２と接触する。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４は、動力発生源（例えば、電動機）によって回転するので、溶接装置１６は、フェイス材１４ａ２を走行することができる。本実施形態において、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の回転軸は、第２の部材１４ａの長手方向と直交する方向と平行な軸である。
【００３４】
図４に示すように、それぞれの駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４と対向する位置には、それぞれ補助車輪Ｒ５、Ｒ６が配置される。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４と、それぞれに対応する補助車輪Ｒ５、Ｒ６とによって、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２が挟持される。このような構造により、溶接装置１６は、走行中にウェブ材１４ａ１からの落下を回避できる。また、このような構造により、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４がフェイス材１４ａ２に押し付けられるので、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の駆動力がフェイス材１４ａ２へ確実に伝達されるとともに、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４とフェイス材１４ａ２との間の滑りも抑制される。その結果、溶接装置１６が有するトーチ１６ａ、１６ｂが昇降する位置のずれが抑制されるので、溶接の精度低下が抑制される。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態において、溶接装置１６は、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ、フェイス材１４ａ２に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラＲ１、Ｒ２を有する。フェイス材１４ａ２の側面とは、矩形の板状の部材であるフェイス材１４ａ２の最も広い２つの面をつなぐ面のうち、フェイス材１４ａ２の長辺側の２つの面である。このような構造により、溶接装置１６は、第２の部材１４ａの長手方向と平行な方向に案内されながら進行するので、溶接位置のずれが最小限に抑えられるとともに、溶接装置１６の落下も回避できる。特に、溶接装置１６は、幅方向に２つの駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４が配列されているため、両者の摩擦力のアンバランスや両者の摩耗のアンバランスによって、溶接装置１６が曲がって進行することがある。案内ローラＲ１、Ｒ２は、前記アンバランスが発生した場合でも、溶接装置１６を第２の部材１４ａの長手方向と平行な方向へ強制的に案内できるので、好ましい。案内ローラＲ１、Ｒ２、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４及び補助車輪Ｒ５、Ｒ６は、外周部に弾性体（例えば、ゴム）を有することが好ましい。このようにすれば、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２の傷付きを抑制できる。また、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４が外周部に弾性体を有することにより、フェイス材１４ａ２に対する駆動力の伝達効率が向上する。
【００３６】
本実施形態において、溶接装置１６は、自身の進行方向前方に存在する障害物を検出するとともに、溶接装置１６が第２の部材１４ａの端部に到達したことを検出する第２のセンサーｓ２を有する。第２のセンサーｓ２が、溶接装置１６の進行方向前方に存在する障害物を検知したときには、溶接装置１６の走行を停止させることにより、溶接装置１６と障害物との衝突を回避することができる。これは、溶接装置１６を自動運転する際には、安全性の向上につながるため、好ましい。なお、障害物の存在により溶接装置１６の走行を停止させる場合、溶接も停止、より具体的には溶接電流を遮断する（ＯＦＦにする）ことが好ましい。このようにすることで、安全性をさらに向上させることができる。なお、本実施形態では、第２のセンサーｓ２を、障害物の検知機能及び溶接装置１６の停止機能を有するセンサーとしているが、これらの機能を別々のセンサーに担わせてもよい。
【００３７】
第２のセンサーｓ２は、第２の部材１４ａの端部を検出することができるので、溶接装置１６が第２の部材１４ａの一端から他端に向かって走行している場合においては、溶接装置１６が前記他端に到達したことを検出することができる。この情報によって溶接装置１６の走行を停止させたり、溶接を停止させたりすることができる。溶接装置１６が前記他端に到達したときに溶接装置１６の走行を停止させることにより、溶接装置１６が第２の部材１４ａから落下することを回避できるので、安全性が向上する。
【００３８】
溶接装置１６は、制御装置１７を有する。制御装置１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）とメモリとを組み合わせたマイクロコンピュータユニットである。制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを昇降させるアクチュエータの動作を制御したり、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の回転を制御したりする。このとき、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１又は第２のセンサーｓ２からの信号を取得し、当該信号に基づいて前記アクチュエータ又は前記電動機を制御する。
【００３９】
例えば、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出したら、溶接を停止させるとともにトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させて、第１の部材１２ａとトーチ１６ａ、１６ｂとの干渉を回避する。そして、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したら（例えば、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出しなくなった場合）、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させるとともに溶接を開始する。制御装置１７は、この一連の動作を、溶接装置１６を走行させながら行うので、速やかに溶接が進行する。
【００４０】
本実施形態において、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの上昇が完了したら、溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする。溶接装置１６がこのような動作をすることで、トーチ１６ａ、１６ｂは迅速に第１の部材１２ａを通過できるので、溶接に要する総時間を短縮できる。また、溶接装置１６は常に走行しているので、前記動作によれば、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始したときに溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする動作と比較して、第１の部材１２ａの位置から溶接装置１６の距離が離れ過ぎない位置で、溶接を停止させることができる。その結果、第１の部材１２ａと溶接終了位置との距離を最小限に抑えることができる。なお、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始したときに溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする動作を除外するものではない。
【００４１】
制御装置１７は、溶接装置１６の進行方向前方に障害物が存在することを第２のセンサーｓ２が検出したら、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を停止させる。この処理によって、溶接装置１６と障害物との衝突を回避できる。また、制御装置１７は、溶接装置１６が第２の部材１４ａの端部に到達したことを第２のセンサーｓ２が検出したら、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を停止させるとともに、溶接を停止させる。この処理により、溶接装置１６の落下が回避できる。次に、溶接装置１６の動作を説明する。
【００４２】
上述したステップＳ１０２において溶接装置１６が第２の部材１４ａ上に設置された後、制御装置１７が溶接開始指令を受信すると、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを溶接領域Ｌに向けて鉛直方向斜め下方に位置させ、トーチ１６ａの溶接ノズルＮ１及びトーチ１６ｂの溶接ノズルＮ２を溶接領域Ｌに接近させる。その後、制御装置１７は、溶接を開始するとともに、溶接装置１６を第２の部材１４ａ上で、その長手方向に走行させる。このような動作により、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ上を走行しながら、板材１０と第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１とを溶接する。
【００４３】
溶接装置１６が第２の部材１４ａ上を走行しながら溶接している最中に、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａを検出すると、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。トーチ１６ａ、１６ｂが上昇する高さは、それぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端が第１の部材１２ａの高さよりも高い。制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａの位置を通過するまで、溶接装置１６を走行させながらトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させた状態を維持する。この動作によって、溶接装置１６は、第１の部材１２ａの位置を通過する際に、トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２と第１の部材１２ａとの接触を回避することができる。本実施形態において、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａを通過するときの速度（本実施形態では、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を終了した後における速度）を、それ以前（本実施形態では、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を終了する以前）と比較して大きくする。このような動作によって、溶接装置１６は、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を迅速に回避できるので、溶接の作業効率が向上する。
【００４４】
トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａの位置を通過したら、制御装置１７は、溶接装置１６を走行させながらトーチ１６ａ、１６ｂを溶接領域Ｌに向けて下降させるとともに、溶接を開始（溶接電流をＯＮにする）する。この動作によって、溶接装置１６のトーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを回避した後、速やかに第２の部材１４ａと板材１０との溶接が開始される。制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂが下降を開始した後においては、溶接装置１６の走行速度を、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる前において溶接装置１６が溶接を行っているときの速度と同じ速度に変更する。この動作によって、適切な溶接条件で第２の部材１４ａと板材１０とを溶接することができる。また、溶接装置１６は常に走行しているので、前記動作によれば、第１の部材１２ａの位置から溶接装置１６の距離が離れ過ぎない位置で、溶接ノズルＮ１、Ｎ２を溶接領域Ｌの位置まで移動させることができる。その結果、第１の部材１２ａと溶接開始位置との距離を最小限に抑えることができる。なお、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接領域Ｌの位置まで下降し、溶接が再開された後において、溶接装置１６の走行速度を、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる前において溶接装置１６が溶接を行っているときの速度と同じ速度に変更してもよい。
【００４５】
トーチ１６ａ、１６ｂが下降させられるタイミングは、例えば、次のようにして決定される。まず、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出した時点を基準として制御装置１７が有するタイマーによる計時を開始する。そして、前記タイマーが予め設定された時間（回避時間）ｔを計時したときに、制御装置１７は、アクチュエータを駆動してトーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。このとき、制御装置１７は、溶接装置１６の走行速度を現時点よりも低下させ、溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接領域Ｌの位置まで下降したタイミングで溶接を再開する。このような処理により、簡単な構成で上昇したトーチ１６ａ、１６ｂを再び下降させることができる。回避時間ｔは、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇した後における溶接装置１６の走行速度及びトーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始した位置から再びトーチ１６ａ、１６ｂが下降を終了した位置までの距離に基づいて求めることができる。
【００４６】
また、第１のセンサーｓ１に距離センサーを用い、溶接装置１６のトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離を実測することにより、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させるタイミングと下降させるタイミングとを決定してもよい。この場合、例えば、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａへ接近するときにおいて、第１のセンサーｓ１が実測したトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離が、予め定めた所定の値（上昇開始距離）になった場合に、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。そして、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａから遠ざかるときにおいて、第１のセンサーｓ１が実測したトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離が、予め定めた所定の値（下降開始距離、前記上昇開始距離とは同一でも、異なっていてもよい）になった場合に、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。このようにしても、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａを通過する際にトーチ１６ａ、１６ｂを自動的に昇降させることができる。
【００４７】
トーチ１６ａ、１６ｂの昇降時には、溶接装置１６の走行を停止させてもよい。このようにすれば、第１の部材１２ａとトーチ１６ａ、１６ｂとの距離をより小さくすることができるので、第１の部材１２ａの前後において、第２の部材１４ａと板材１０とが溶接されない部分を最小限にすることができる。
【００４８】
上述した動作によって、溶接装置１６は、第２の部材１４ａと板材１０との溶接と、第１の部材１２ａ〜１２ｇの回避とを繰り返しながら、第２の部材１４ａの長手方向の一端から他端まで走行する。その結果、溶接装置１６は、板材１０に第２の部材１４ａを溶接することができる。本実施形態においては、図５に示すように、第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１の両側から同時に溶接を行っているが、ウェブ材１４ａ１の片側ずつ溶接を行ってもよい。前者のようにすれば、第２の部材１４ａの一端から他端まで、一度溶接装置１６が走行すれば、第２の部材１４ａと板材１０との溶接が完了するので、迅速に溶接を完了できるという観点から好ましい。
【００４９】
（溶加材供給装置）
溶加材供給装置２２ａ、２２ｂは、溶接装置１６に溶加材を供給するための装置である。図３に示す例では、溶加材供給装置２２ａが溶接装置１６のトーチ１６ａに溶加材を供給し、溶加材供給装置２２ｂがトーチ１６ｂに溶加材を供給する。溶加材供給装置２２ａ、２２ｂの種類は特に限定されるものではない。次に、図３に示す溶接設備２０が有する支持装置２４ａ、２４ｂについて説明する。
【００５０】
（支持装置）
それぞれの支持装置２４ａ、２４ｂは、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂをそれぞれ支持する装置である。図３に示す例では、支持装置２４ａ、２４ｂは、その鉛直方向下部にそれぞれワイヤが取り付けられており、前記ワイヤが溶加材供給装置２２ａ、２２ｂそれぞれと連結されている。また、支持装置２４ａ、２４ｂは、後述する案内レール２６ａ、２６ｂにそれぞれ取り付けられている。このような構造により、支持装置２４ａ、２４ｂは、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊り下げて支持する。次に、図３に示す溶接設備２０が有する案内レール２６ａ、２６ｂについて説明する。
【００５１】
（案内レール）
案内レール２６ａ、２６ｂは、支持部材２８の鉛直方向側に取り付けられ、かつ第２の部材１４ａの長手方向に向かって配置される。案内レール２６ａ、２６ｂには、それぞれ支持装置２４ａ、２４ｂが移動可能に嵌め込まれている。このような構造により、支持装置２４ａ、２４ｂは、案内レール２６ａ、２６ｂに沿って移動することが可能である。案内レール２６ａ、２６ｂの形状及び寸法は、特に限定されるものではない。本実施形態では、案内レール２６ａ、２６ｂの支持部材としてＬ型の支持部材２８を使用しているが、支持部材はこれに限られるものではなく、例えば、門型の支持部材を用いることもできる。
【００５２】
上述したステップＳ１０２、すなわち、装置設置工程が終了したら、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ〜１４ｄと板材１０との溶接を開始する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３が溶接工程である。溶接工程は、上述した溶接設備２０を用いて実現できる。溶接工程（ステップＳ１０３）においては、上述した溶接装置１６を第２の部材１４ａの長手方向の一端に載置してから、溶接の準備が行われる。
【００５３】
溶接装置１６を載置する場合、まず、図３に示す支持部材２８の下方に板材１０を配置する。次に、支持部材２８が有する案内レール２６ａ、２６ｂに支持装置２４ａ、２４ｂを嵌め込む。そして、支持装置２４ａ、２４ｂに溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊り下げるとともに、第２の部材１４ａ上に配置された溶接装置１６に溶加材を供給する。溶接装置１６は、例えば、作業者が第２の部材１４ａの上に載置する。このようにして溶接装置１６の載置及び溶接の準備が終了したら、溶接工程（ステップＳ１０３）に進む。
【００５４】
（溶接工程）
溶接工程（ステップＳ１０３）は、図２−１に示すように、第２の部材１４ａの長手方向に、第２の部材１４ａの一方の端部から他方の端部へ向かって溶接装置１６を走行させながら、板材１０に第２の部材１４ａを溶接する工程である。本実施形態における溶接は、板材１０と第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１との境界部分において行われる隅肉溶接である。溶接工程における溶接対象部分１８ａ（図２−１参照）は、第２の部材１４ａの長手方向に垂直な断面において、ウェブ材１４ａ１の両側２箇所である。
【００５５】
制御装置１７は、溶接の開始指令を受け付けると、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させ、溶接ノズルＮ１、Ｎ２を溶接対象部分１８ａの位置まで移動させる。そして、制御装置１７は、溶接を開始するとともに溶接装置１６を走行させる。このような制御装置１７の処理によって、溶接装置１６が第２の部材１４ａの長手方向に向かって走行しながら第２の部材１４ａと板材１０との溶接を行う。
【００５６】
溶接が開始されたらステップＳ１０４へ進み、溶接が終了したか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、例えば、制御装置１７は、第２のセンサーｓ２から、溶接装置１６が第２の部材１４ａの他方の端部（溶接を開始した端部とは反対側の端部）へ到達したという信号を受信した場合、溶接が終了したとして、溶接を終了させる（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）。
【００５７】
制御装置１７は、第２のセンサーｓ２から、溶接装置１６が第２の部材１４ａの他方の端部（溶接を開始した端部とは反対側の端部）へ到達したという信号を受信していない場合、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０５へ進める（ステップＳ１０４、Ｎｏ）。ステップＳ１０５においては、第１の部材１２ａの回避を必要とするか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、例えば、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信した場合、第１の部材１２ａの回避が必要であるとして、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０６へ進める（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）。制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信しない場合、第１の部材１２ａの回避はまだ不要であるとして、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５を繰り返す（ステップＳ１０５、Ｎｏ）。
【００５８】
（回避工程）
ステップＳ１０６が回避工程である。回避工程は、トーチ１６ａ、１６ｂが、第１の部材１２ａの位置に到達して第１の部材１２ａと干渉する前に、溶接を停止させるとともに、トーチ１６ａ、１６ｂの先端、より具体的にはそれぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端を、第１の部材１２ａよりも高い位置まで移動させる工程である。具体的には、ステップＳ１０６において、制御装置１７は、溶接を停止するとともに、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。このタイミング等については上述した通りである。
【００５９】
上述したように、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信したタイミングでトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。このような処理によって、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａの位置に到達して第１の部材１２ａと干渉する前に、トーチ１６ａ、１６ｂを第１の部材１２ａよりも高い位置に上昇させることができる。トーチ１６ａ、１６ｂの上昇中及び第１の部材１２ａの位置をトーチ１６ａ、１６ｂが通過するまでの間、溶接装置１６は第２の部材１４ａの上を走行しているので、溶接装置１６が走行しながら、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を回避することができる。なお、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの上昇が終了し、下降が開始するまでにおける溶接装置１６の走行速度を、溶接中よりも大きくする。
【００６０】
トーチ１６ａ、１６ｂが上昇させられたらステップＳ１０７へ進み、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、上述したように、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出した時点からの回避時間ｔが経過した時点で、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したとして、処理をステップＳ１０８に進める（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）。前記回避時間ｔが経過していない場合、制御装置１７は、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７を繰り返す（ステップＳ１０７、Ｎｏ）。
【００６１】
ステップＳ１０８において、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接対象部分１８ａの位置まで移動したら、制御装置１７は、溶接を開始する。その後、制御装置１７は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０３に戻し、第２の部材１４ａと板材１０との溶接が終了するまで（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８を繰り返す。
【００６２】
図２−３に示す例では、第１の部材１２ａと第１の部材１２ｂとの間において、板材１０に対して第２の部材１４ａが溶接されると、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向前方に第１の部材１２ｂが出現する。このため、回避工程が実行される。トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ｂを回避すると、第１の部材１２ｂと第１の部材１２ｃとの間において、板材１０に第２の部材１４ａを溶接する溶接工程が行われる。
【００６３】
上述したように、本実施形態に係る構造物の溶接方法は、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａ〜１２ｇと干渉することを回避できるため、作業者が溶接装置１６を移動させて第１の部材１２ａ〜１２ｇを回避する必要はない。その結果、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【００６４】
上記説明においては、第２の部材１４ａ上にのみ溶接装置１６を載置して走行させることにより溶接を行ったが、本実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、第２の部材１４ａ〜１４ｄの少なくとも２つの上に溶接装置１６を載置して走行させることにより、溶接を行ってもよい。このようにすれば、作業効率をさらに向上させることができる。
【００６５】
上記説明においては、溶接装置１６を自走させたが、本実施形態においてはこれに限定されるものではない。例えば、溶接装置１６を作業者が走行させ、第１の部材１２ａを回避する場合には、作業者がトーチ１６ａ、１６ｂを昇降させてもよい。また、溶接装置１６を自走させながら、作業者は、トーチ１６ａ、１６ｂの昇降のみを行ってもよい。このようにしても、溶接装置１６を第２の部材１４ａの上に載置した状態で、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を回避することができる。このため、上述したような手法であっても、作業者が溶接装置１６自体を持ち上げたり、移動させたりする手間を軽減して、溶接に要する時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することに有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 板材
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ 第１の部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 第２の部材
１４ａ１ ウェブ材
１４ａ２ フェイス材
１６ 溶接装置
１６ａ、１６ｂ トーチ
１８ａ 溶接対象部分
２０ 溶接設備
２２ａ、２２ｂ 溶加材供給装置
２４ａ、２４ｂ 支持装置
２６ａ、２６ｂ 案内レール
２８ 支持部材
Ｌ 溶接領域
Ｎ１、Ｎ２ 溶接ノズル
Ｒ１、Ｒ２ 案内ローラ
Ｒ３、Ｒ４ 駆動用車輪
Ｒ５、Ｒ６ 補助車輪
ｓ１、ｓ２ センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備については、数多くの技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載されている溶接方法及び溶接装置は、いずれも、板材に１種類の溶接部材を溶接するために用いられることが想定されている。このため、溶接時には溶接対象以外に障害物がなく、人手を煩わすことなく、簡易に溶接ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−３３０６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、自動車運搬船やフェリー等が有する自動車運搬用デッキを製造する場合には、板材に複数本の第１の部材を配置するとともに、第１の部材に対して交差する方向に複数本の第２の部材を配置し、板材に対してこれら第１の部材及び第２の部材を溶接する。このように、板材に対して２種類の部材を溶接する際に、上記特許文献１又は特許文献２に記載されている溶接方法及び溶接装置を用いると、第１の部材を溶接した後に第２の部材の溶接をする場合、溶接装置が第１の部材に干渉し、一旦停止してしまうことがある。そのため、これらの文献に記載された技術は、上述した自動車運搬用デッキのような構造物を製造する場合には、溶接装置が停止する毎に作業者が溶接装置の位置を変更して第１の部材を回避する作業をする必要がある。
【０００６】
本発明は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接方法は、板材に取り付けられた第１の部材と交差して配置された第２の部材の上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する装置設置工程と、前記第２の部材の一方の端部から他方の端部に向けて前記溶接装置を走行させながら、前記板材に前記第２の部材を溶接する溶接工程と、前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチの先端を前記第１の部材よりも高い位置まで移動させる回避工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接方法は、板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接方法であって、溶接装置のメタル供給装置を前記第２の部材の長手方向に移動可能に吊下げ支持した状態で、前記溶接装置を前記第２の部材の上面に載置して走行させ、前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接を施工する溶接工程と、前記第１の部材に前記溶接装置が到達した時に、溶接を停止するとともに前記溶接装置の溶接トーチを上昇させて、前記第１の部材を超えた位置まで前記溶接装置を走行移動する回避工程と、引続き前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接施工を行なうことを特徴とする。
【０００９】
本発明の構造物の溶接方法は、トーチが第１の部材の位置に到達して第１の部材と干渉する前に溶接を停止させるとともに、トーチを上昇させた状態で溶接装置を走行させる第１の部材を回避させる工程（回避工程）を含む。この工程により、トーチの進行方向前方に溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチが第１の部材と干渉しながら第１の部材の上方を通過することができる。したがって、本発明の構造物の溶接方法は、第１の部材が取り付けられた板材に、第１の部材と交差させて第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置の進行方向に対して前記第２の部材の両側から溶接することが好ましい。第２の部材の両側から溶接することで、板材に対して第２の部材をより強固に溶接することができる。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接設備は、第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接設備であって、昇降可能なトーチ及び前記第１の部材を感知する第１のセンサーを有し、前記第２の部材上を走行可能な溶接装置と、前記溶接装置へ溶加材を供給する溶加材供給装置と、前記溶加材供給装置を吊下げて支持する支持装置と、前記支持装置を前記第２の部材の長手方向に向かって案内する案内レールと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の構造物の溶接設備は、昇降可能なトーチ及び第１の部材を感知する第１のセンサーを備え、第２の部材上を走行可能な溶接装置を含む。この溶接装置は、トーチの進行方向前方において溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチと第１の部材との干渉を回避して第１の部材上を通過した位置まで移動する。したがって、本発明の構造物の溶接設備によれば、板材に対して第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置は、前記第２の部材の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ前記第２の部材に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラを有することが好ましい。溶接装置がこのような案内ローラを含むことで、溶接装置は第２の部材上を安定して走行することができるので、溶接中に溶接装置の進路を調整する作業を低減できる。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記溶接装置は、前記溶接装置の進行方向前方に存在する物体を検出するとともに、前記溶接装置が前記第２の部材の端部に到達したことを検出する第２のセンサーを備えることが好ましい。溶接装置がこのような第２のセンサーを備えることで、溶接装置の進行方向前方に障害物が出現した場合には、これを検出することができる。そして、第２のセンサーの検出結果に基づき、溶接装置を停止させることもできるので、安全性が向上する。また、溶接装置がこのような第２のセンサーを備えることで、溶接装置が第２の部材の一端を検出することができる。この情報に基づいて、第２の部材の上を走行している溶接装置を停止させることができるので、溶接装置が第２の部材から落下することを防止することができる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る構造物の溶接設備は、板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接設備であって、前記第２の部材の上を自走可能な溶接装置と、前記溶接装置へ溶加材を供給するメタル供給装置と、前記溶接装置及び前記メタル供給装置を吊り下げて支持する支持装置と、前記支持装置に固定され、前記第２の部材の長手方向に前記メタル供給装置を案内する案内レールと、を備えるとともに、前記溶接装置は、前記第２の部材の少なくとも一部を挟み込む状態で当接して転動する複数の案内ローラと、前記第２の部材の上面の両側から斜め下方の溶接線に向けて設置され、昇降可能な溶接トーチと、前記第２の部材を検出する第２のセンサーの信号により溶接の停止及び前記溶接トーチを上昇させる制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の構造物の溶接設備は、昇降可能なトーチ及び第１の部材を感知する第１のセンサーを備え、第２の部材上を走行可能な溶接装置を含む。この溶接装置は、トーチの進行方向前方において溶接対象でない第１の部材が出現した場合には、トーチと第１の部材との干渉を回避して第１の部材上を通過した位置まで移動する。したがって、本発明の構造物の溶接設備によれば、板材に対して第２の部材を溶接する場合に、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図２−１】図２−１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−３】図２−３は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図２−４】図２−４は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る構造物の溶接設備の概略図である。
【図４】図４は、図３に示す溶接設備に含まれる溶接装置と、第１の部材及び第２の部材との関係を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る構造物の溶接設備が有する溶接装置が溶接を実行している状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の手順を示すフローチャートである。図２−１から図２−４は、本実施形態に係る構造物の溶接方法を示す斜視図である。本実施形態に係る構造物の溶接方法は、第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接方法である。次に説明する本実施形態に係る構造物の溶接方法は、本実施形態に係る構造物の溶接設備を用いて実現される。当該構造物の溶接設備については後述する。以下の説明における部材の形状及び本数等は一例であり、本実施形態は以下に説明するものに限定されない。
【００２１】
（部材配置工程）
本実施形態に係る構造物の溶接方法を開始する前に、第１の部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇが取り付けられた板材に、複数の第１の部材１２ａ〜１２ｇと交差して第２の部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが配置される（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１は、部材配置工程である。部材配置工程の前に、図２−１に示すように、板材１０に第１の部材１２ａ〜１２ｇが溶接によって取り付けられる。なお、第１の部材１２ａ〜１２ｇは、溶接以外の手法によって板材１０に取り付けられてもよい。第１の部材１２ａ〜１２ｇの間隔は、例えば、等間隔である。
【００２２】
部材配置工程では、７本の第１の部材１２ａ〜１２ｇが取り付けられたパネル１０に、４本の第２の部材１４ａ〜１４ｄが配置される。第２の部材１４ａ〜１４ｄは、例えば、板材１０に等間隔に配置される。第２の部材１４ａ〜１４ｄ（ここでは、特に第２の部材１４ａについて説明する）は、平面視が略矩形の板状部材であるウェブ材１４ａ１と、ウェブ材１４ａ１の一方の端部（長辺側の端部）と連結する平面視が略矩形の板状部材であるフェイス材１４ａ２とを有する。ウェブ材１４ａ１は、フェイス材１４ａ２とは反対側の端部に切り欠きを有する。この切り欠きは、第２の部材１４ａの第１の部材１２ａ〜１２ｇと干渉する位置に設けられる。第２の部材１４ａを板材１０に配置したときには、前記切り欠きにそれぞれの第１の部材１２ａ〜１２ｇが入り込むので、ウェブ材１４ａ１のフェイス材１４ａ２とは反対側の端部は板材１０の表面と接する。フェイス材１４ａ２は、長手方向と直交し、かつフェイス面と平行な方向（幅方向）における中点が、ウェブ材１４ａ１の一方の端部と接するように、ウェブ材１４ａ１と組み合わされる。
【００２３】
図２−１に示すように、第２の部材１４ａは、ウェブ材１４ａ１及びフェイス材１４ａ２により、長手方向に垂直な断面形状がＴ字型の部材となっているが、本実施形態においては、このような形状に限られない。第２の部材１４ａは、例えば、ウェブ材１４ａ１の一方の長辺側の端部がフェイス材１４ａ２の幅方向における端部と接したＬ字型の形状であってもよい。
【００２４】
第２の部材１４ａは、板材１０にウェブ材１４ａ１及びフェイス材１４ａ２を順次配置し、油圧ジャッキ等の押圧手段を用いてフェイス材１４ａ２を板材１０側に押圧することにより、板材１０及び第１の部材１２ａ〜１２ｇと組み合わされる。
【００２５】
部材配置工程で用いる板材１０、第１の部材１２ａ〜１２ｇ及び第２の部材１４ａ〜１４ｄは、金属材料であれば特に制限されない。本実施形態に係る構造物の溶接設備により製造される構造物としては、例えば、自動車運搬船用のデッキ又は船殻構造物が挙げられる。この場合、例えば、板材材１０、第１の部材１２ａ〜１２ｇ及び第２の部材１４ａ〜１４ｄには、構造用鋼が用いられる。部材配置工程が終了したら、ステップＳ１０２へ進む。
【００２６】
（装置接地工程）
図２−１に示すように、第２の部材１４ａの上、より具体的には、フェイス材１４ａ２の上に、昇降可能なトーチ１６ａ、１６ｂを有する溶接装置１６が載置される。ステップＳ１０２は、装置設置工程である。ここで、本実施形態に係る構造物の溶接設備について説明する。
【００２７】
（構造物の溶接設備）
図３は、本実施形態に係る構造物の溶接設備の概略を示す模式図である。図４は、図３に示す構造物の溶接設備に含まれる溶接装置と、第１の部材及び第２の部材との関係を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る構造物の溶接設備が有する溶接装置が溶接を実行している状態を示す模式図である。次に説明する構造物の溶接設備（以下溶接設備という）２０は、本発実施形態に係る構造物の溶接方法を実施するために用いられる。
【００２８】
溶接設備２０は、図２−１に示す第１の部材１２ａ〜１２ｇが取り付けられた板材１０に、第１の部材１２ａ〜１２ｇと交差して第２の部材１４ａ〜１４ｄを溶接する設備である。図３に示すように、溶接設備２０は、溶接装置１６を含む。溶接装置１６は、昇降可能なトーチ１６ａ、１６ｂ及び第１の部材１２ａ〜１２ｇを感知する第１のセンサーｓ１を有する。そして、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ、より具体的には、フェイス材１４ａ２の上を、一端から他端まで走行することができる。第２の部材１４ａが有するフェイス材１４ａ２は、図２−１に示すように略矩形形状であり、本実施形態において、溶接装置１６は、フェイス材１４ａ２の長手方向に向かって走行することができる。
【００２９】
溶接設備２０は、溶接装置１６へ溶加材を供給する溶加材供給装置（メタル供給装置）２２ａ、２２ｂと、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊下げて支持する支持装置２４ａ、２４ｂと、支持装置２４ａ、２４ｂを第２の部材１４ａの長手方向に向かって、すなわち、第２の部材１４ａの一方の端部から他方の端部に向かって案内する案内レール２６ａ、２６ｂとを備える。図３に示すように、案内レール２６ａ、２６ｂは、支持部材２８に取り付けられている。支持部材２８は、案内レール２６ａ、２６ｂの長手方向に向かって複数配置されている。支持部材２８は、案内レール２６ａ、２６ｂの長手方向と平行な方向から見た場合、略Ｌ字形状である。なお、支持部材２８の形状はＬ字形状に限定されるものではない。
【００３０】
（溶接装置）
図４に示すように、溶接装置１６は、一対のトーチ１６ａ、１６ｂを有する。一対のトーチ１６ａ、１６ｂは、溶接装置１６の進行方向に対して両側に設けられる。そして、それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、それぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端部が溶接装置１６の幅方向（進行方向と直交する方向）中心に向かっている。すなわち、それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、先端部が鉛直方向斜め下方に向かっている。それぞれのトーチ１６ａ、１６ｂは、溶接装置１６に対して昇降可能である。すなわち、溶接装置１６は、溶接ノズルＮ１、Ｎ２と溶接対象（本実施形態ではウェブ材１４ａ１及び板材１０）との距離を変更できる。溶接装置１６は、例えば、リニアモータ又はエアシリンダ等のアクチュエータでトーチ１６ａ、１６ｂを昇降させる。なお、溶接装置１６は、トーチ１６ａ、１６ｂを少なくとも１つ有していればよい。
【００３１】
図４に示す例は、トーチ１６ａが下降して溶接をしている状態である。また、トーチ１６ｂが上昇して、第２の部材１４ａとの干渉を回避している状態である。本実施形態においては、一対のトーチ１６ａ、１６ｂでウェブ材１４ａ１の両側から溶接するので、一対のトーチ１６ａ、１６ｂは同期して昇降することになる。
【００３２】
溶接装置１６は、第１のセンサーｓ１を有する。第１のセンサーｓ１は、第１の部材１２ａの存在を検出する。第１のセンサーｓ１は、障害物検出センサーであり、例えば、超音波センサー、赤外線センサー、磁力の変化に基づく方式のセンサー等を用いることができる。磁力の変化に基づく方式のものは、例えば、磁界発生源と磁力計測部とを有しており、磁界発生源から発生された磁界が第１の部材１２ａの接近によって変化することを磁力計測部で計測し、第１の部材１２ａの存在を検出するものである。第１のセンサーｓ１は、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向前方に溶接対象でない第１の部材１２ａが現れた場合に、第１の部材１２ａの存在を検出する。本実施形態において、第１のセンサーｓ１は、第１の部材１２ａからトーチ１６ａ、１６ｂまでの距離が０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内のときに、第１の部材１２ａの存在を検出する。しかし、第１のセンサーｓ１はこのようなものに限定されない。
【００３３】
溶接装置１６は、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を有する。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４は、溶接装置１６が第２の部材１４ａ上、より具体的には、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２上に載置されると、フェイス材１４ａ２と接触する。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４は、動力発生源（例えば、電動機）によって回転するので、溶接装置１６は、フェイス材１４ａ２を走行することができる。本実施形態において、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の回転軸は、第２の部材１４ａの長手方向と直交する方向と平行な軸である。
【００３４】
図４に示すように、それぞれの駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４と対向する位置には、それぞれ補助車輪Ｒ５、Ｒ６が配置される。駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４と、それぞれに対応する補助車輪Ｒ５、Ｒ６とによって、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２が挟持される。このような構造により、溶接装置１６は、走行中にウェブ材１４ａ１からの落下を回避できる。また、このような構造により、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４がフェイス材１４ａ２に押し付けられるので、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の駆動力がフェイス材１４ａ２へ確実に伝達されるとともに、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４とフェイス材１４ａ２との間の滑りも抑制される。その結果、溶接装置１６が有するトーチ１６ａ、１６ｂが昇降する位置のずれが抑制されるので、溶接の精度低下が抑制される。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態において、溶接装置１６は、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ、フェイス材１４ａ２に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラＲ１、Ｒ２を有する。フェイス材１４ａ２の側面とは、矩形の板状の部材であるフェイス材１４ａ２の最も広い２つの面をつなぐ面のうち、フェイス材１４ａ２の長辺側の２つの面である。このような構造により、溶接装置１６は、第２の部材１４ａの長手方向と平行な方向に案内されながら進行するので、溶接位置のずれが最小限に抑えられるとともに、溶接装置１６の落下も回避できる。特に、溶接装置１６は、幅方向に２つの駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４が配列されているため、両者の摩擦力のアンバランスや両者の摩耗のアンバランスによって、溶接装置１６が曲がって進行することがある。案内ローラＲ１、Ｒ２は、前記アンバランスが発生した場合でも、溶接装置１６を第２の部材１４ａの長手方向と平行な方向へ強制的に案内できるので、好ましい。案内ローラＲ１、Ｒ２、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４及び補助車輪Ｒ５、Ｒ６は、外周部に弾性体（例えば、ゴム）を有することが好ましい。このようにすれば、第２の部材１４ａのフェイス材１４ａ２の傷付きを抑制できる。また、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４が外周部に弾性体を有することにより、フェイス材１４ａ２に対する駆動力の伝達効率が向上する。
【００３６】
本実施形態において、溶接装置１６は、自身の進行方向前方に存在する障害物を検出するとともに、溶接装置１６が第２の部材１４ａの端部に到達したことを検出する第２のセンサーｓ２を有する。第２のセンサーｓ２が、溶接装置１６の進行方向前方に存在する障害物を検知したときには、溶接装置１６の走行を停止させることにより、溶接装置１６と障害物との衝突を回避することができる。これは、溶接装置１６を自動運転する際には、安全性の向上につながるため、好ましい。なお、障害物の存在により溶接装置１６の走行を停止させる場合、溶接も停止、より具体的には溶接電流を遮断する（ＯＦＦにする）ことが好ましい。このようにすることで、安全性をさらに向上させることができる。なお、本実施形態では、第２のセンサーｓ２を、障害物の検知機能及び溶接装置１６の停止機能を有するセンサーとしているが、これらの機能を別々のセンサーに担わせてもよい。
【００３７】
第２のセンサーｓ２は、第２の部材１４ａの端部を検出することができるので、溶接装置１６が第２の部材１４ａの一端から他端に向かって走行している場合においては、溶接装置１６が前記他端に到達したことを検出することができる。この情報によって溶接装置１６の走行を停止させたり、溶接を停止させたりすることができる。溶接装置１６が前記他端に到達したときに溶接装置１６の走行を停止させることにより、溶接装置１６が第２の部材１４ａから落下することを回避できるので、安全性が向上する。
【００３８】
溶接装置１６は、制御装置１７を有する。制御装置１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）とメモリとを組み合わせたマイクロコンピュータユニットである。制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを昇降させるアクチュエータの動作を制御したり、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４の回転を制御したりする。このとき、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１又は第２のセンサーｓ２からの信号を取得し、当該信号に基づいて前記アクチュエータ又は前記電動機を制御する。
【００３９】
例えば、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出したら、溶接を停止させるとともにトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させて、第１の部材１２ａとトーチ１６ａ、１６ｂとの干渉を回避する。そして、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したら（例えば、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出しなくなった場合）、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させるとともに溶接を開始する。制御装置１７は、この一連の動作を、溶接装置１６を走行させながら行うので、速やかに溶接が進行する。
【００４０】
本実施形態において、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの上昇が完了したら、溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする。溶接装置１６がこのような動作をすることで、トーチ１６ａ、１６ｂは迅速に第１の部材１２ａを通過できるので、溶接に要する総時間を短縮できる。また、溶接装置１６は常に走行しているので、前記動作によれば、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始したときに溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする動作と比較して、第１の部材１２ａの位置から溶接装置１６の距離が離れ過ぎない位置で、溶接を停止させることができる。その結果、第１の部材１２ａと溶接終了位置との距離を最小限に抑えることができる。なお、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始したときに溶接装置１６の走行速度を溶接時よりも大きくする動作を除外するものではない。
【００４１】
制御装置１７は、溶接装置１６の進行方向前方に障害物が存在することを第２のセンサーｓ２が検出したら、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を停止させる。この処理によって、溶接装置１６と障害物との衝突を回避できる。また、制御装置１７は、溶接装置１６が第２の部材１４ａの端部に到達したことを第２のセンサーｓ２が検出したら、駆動用車輪Ｒ３、Ｒ４を停止させるとともに、溶接を停止させる。この処理により、溶接装置１６の落下が回避できる。次に、溶接装置１６の動作を説明する。
【００４２】
上述したステップＳ１０２において溶接装置１６が第２の部材１４ａ上に設置された後、制御装置１７が溶接開始指令を受信すると、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを溶接領域Ｌに向けて鉛直方向斜め下方に位置させ、トーチ１６ａの溶接ノズルＮ１及びトーチ１６ｂの溶接ノズルＮ２を溶接領域Ｌに接近させる。その後、制御装置１７は、溶接を開始するとともに、溶接装置１６を第２の部材１４ａ上で、その長手方向に走行させる。このような動作により、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ上を走行しながら、板材１０と第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１とを溶接する。
【００４３】
溶接装置１６が第２の部材１４ａ上を走行しながら溶接している最中に、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａを検出すると、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。トーチ１６ａ、１６ｂが上昇する高さは、それぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端が第１の部材１２ａの高さよりも高い。制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａの位置を通過するまで、溶接装置１６を走行させながらトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させた状態を維持する。この動作によって、溶接装置１６は、第１の部材１２ａの位置を通過する際に、トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２と第１の部材１２ａとの接触を回避することができる。本実施形態において、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａを通過するときの速度（本実施形態では、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を終了した後における速度）を、それ以前（本実施形態では、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇を終了する以前）と比較して大きくする。このような動作によって、溶接装置１６は、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を迅速に回避できるので、溶接の作業効率が向上する。
【００４４】
トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａの位置を通過したら、制御装置１７は、溶接装置１６を走行させながらトーチ１６ａ、１６ｂを溶接領域Ｌに向けて下降させるとともに、溶接を開始（溶接電流をＯＮにする）する。この動作によって、溶接装置１６のトーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを回避した後、速やかに第２の部材１４ａと板材１０との溶接が開始される。制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂが下降を開始した後においては、溶接装置１６の走行速度を、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる前において溶接装置１６が溶接を行っているときの速度と同じ速度に変更する。この動作によって、適切な溶接条件で第２の部材１４ａと板材１０とを溶接することができる。また、溶接装置１６は常に走行しているので、前記動作によれば、第１の部材１２ａの位置から溶接装置１６の距離が離れ過ぎない位置で、溶接ノズルＮ１、Ｎ２を溶接領域Ｌの位置まで移動させることができる。その結果、第１の部材１２ａと溶接開始位置との距離を最小限に抑えることができる。なお、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接領域Ｌの位置まで下降し、溶接が再開された後において、溶接装置１６の走行速度を、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる前において溶接装置１６が溶接を行っているときの速度と同じ速度に変更してもよい。
【００４５】
トーチ１６ａ、１６ｂが下降させられるタイミングは、例えば、次のようにして決定される。まず、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出した時点を基準として制御装置１７が有するタイマーによる計時を開始する。そして、前記タイマーが予め設定された時間（回避時間）ｔを計時したときに、制御装置１７は、アクチュエータを駆動してトーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。このとき、制御装置１７は、溶接装置１６の走行速度を現時点よりも低下させ、溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接領域Ｌの位置まで下降したタイミングで溶接を再開する。このような処理により、簡単な構成で上昇したトーチ１６ａ、１６ｂを再び下降させることができる。回避時間ｔは、トーチ１６ａ、１６ｂが上昇した後における溶接装置１６の走行速度及びトーチ１６ａ、１６ｂが上昇を開始した位置から再びトーチ１６ａ、１６ｂが下降を終了した位置までの距離に基づいて求めることができる。
【００４６】
また、第１のセンサーｓ１に距離センサーを用い、溶接装置１６のトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離を実測することにより、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させるタイミングと下降させるタイミングとを決定してもよい。この場合、例えば、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａへ接近するときにおいて、第１のセンサーｓ１が実測したトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離が、予め定めた所定の値（上昇開始距離）になった場合に、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。そして、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａから遠ざかるときにおいて、第１のセンサーｓ１が実測したトーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの距離が、予め定めた所定の値（下降開始距離、前記上昇開始距離とは同一でも、異なっていてもよい）になった場合に、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。このようにしても、制御装置１７は、溶接装置１６が第１の部材１２ａを通過する際にトーチ１６ａ、１６ｂを自動的に昇降させることができる。
【００４７】
トーチ１６ａ、１６ｂの昇降時には、溶接装置１６の走行を停止させてもよい。このようにすれば、第１の部材１２ａとトーチ１６ａ、１６ｂとの距離をより小さくすることができるので、第１の部材１２ａの前後において、第２の部材１４ａと板材１０とが溶接されない部分を最小限にすることができる。
【００４８】
上述した動作によって、溶接装置１６は、第２の部材１４ａと板材１０との溶接と、第１の部材１２ａ〜１２ｇの回避とを繰り返しながら、第２の部材１４ａの長手方向の一端から他端まで走行する。その結果、溶接装置１６は、板材１０に第２の部材１４ａを溶接することができる。本実施形態においては、図５に示すように、第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１の両側から同時に溶接を行っているが、ウェブ材１４ａ１の片側ずつ溶接を行ってもよい。前者のようにすれば、第２の部材１４ａの一端から他端まで、一度溶接装置１６が走行すれば、第２の部材１４ａと板材１０との溶接が完了するので、迅速に溶接を完了できるという観点から好ましい。
【００４９】
（溶加材供給装置）
溶加材供給装置２２ａ、２２ｂは、溶接装置１６に溶加材を供給するための装置である。図３に示す例では、溶加材供給装置２２ａが溶接装置１６のトーチ１６ａに溶加材を供給し、溶加材供給装置２２ｂがトーチ１６ｂに溶加材を供給する。溶加材供給装置２２ａ、２２ｂの種類は特に限定されるものではない。次に、図３に示す溶接設備２０が有する支持装置２４ａ、２４ｂについて説明する。
【００５０】
（支持装置）
それぞれの支持装置２４ａ、２４ｂは、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂをそれぞれ支持する装置である。図３に示す例では、支持装置２４ａ、２４ｂは、その鉛直方向下部にそれぞれワイヤが取り付けられており、前記ワイヤが溶加材供給装置２２ａ、２２ｂそれぞれと連結されている。また、支持装置２４ａ、２４ｂは、後述する案内レール２６ａ、２６ｂにそれぞれ取り付けられている。このような構造により、支持装置２４ａ、２４ｂは、溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊り下げて支持する。次に、図３に示す溶接設備２０が有する案内レール２６ａ、２６ｂについて説明する。
【００５１】
（案内レール）
案内レール２６ａ、２６ｂは、支持部材２８の鉛直方向側に取り付けられ、かつ第２の部材１４ａの長手方向に向かって配置される。案内レール２６ａ、２６ｂには、それぞれ支持装置２４ａ、２４ｂが移動可能に嵌め込まれている。このような構造により、支持装置２４ａ、２４ｂは、案内レール２６ａ、２６ｂに沿って移動することが可能である。案内レール２６ａ、２６ｂの形状及び寸法は、特に限定されるものではない。本実施形態では、案内レール２６ａ、２６ｂの支持部材としてＬ型の支持部材２８を使用しているが、支持部材はこれに限られるものではなく、例えば、門型の支持部材を用いることもできる。
【００５２】
上述したステップＳ１０２、すなわち、装置設置工程が終了したら、溶接装置１６は、第２の部材１４ａ〜１４ｄと板材１０との溶接を開始する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３が溶接工程である。溶接工程は、上述した溶接設備２０を用いて実現できる。溶接工程（ステップＳ１０３）においては、上述した溶接装置１６を第２の部材１４ａの長手方向の一端に載置してから、溶接の準備が行われる。
【００５３】
溶接装置１６を載置する場合、まず、図３に示す支持部材２８の下方に板材１０を配置する。次に、支持部材２８が有する案内レール２６ａ、２６ｂに支持装置２４ａ、２４ｂを嵌め込む。そして、支持装置２４ａ、２４ｂに溶加材供給装置２２ａ、２２ｂを吊り下げるとともに、第２の部材１４ａ上に配置された溶接装置１６に溶加材を供給する。溶接装置１６は、例えば、作業者が第２の部材１４ａの上に載置する。このようにして溶接装置１６の載置及び溶接の準備が終了したら、溶接工程（ステップＳ１０３）に進む。
【００５４】
（溶接工程）
溶接工程（ステップＳ１０３）は、図２−１に示すように、第２の部材１４ａの長手方向に、第２の部材１４ａの一方の端部から他方の端部へ向かって溶接装置１６を走行させながら、板材１０に第２の部材１４ａを溶接する工程である。本実施形態における溶接は、板材１０と第２の部材１４ａのウェブ材１４ａ１との境界部分において行われる隅肉溶接である。溶接工程における溶接対象部分１８ａ（図２−１参照）は、第２の部材１４ａの長手方向に垂直な断面において、ウェブ材１４ａ１の両側２箇所である。
【００５５】
制御装置１７は、溶接の開始指令を受け付けると、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させ、溶接ノズルＮ１、Ｎ２を溶接対象部分１８ａの位置まで移動させる。そして、制御装置１７は、溶接を開始するとともに溶接装置１６を走行させる。このような制御装置１７の処理によって、溶接装置１６が第２の部材１４ａの長手方向に向かって走行しながら第２の部材１４ａと板材１０との溶接を行う。
【００５６】
溶接が開始されたらステップＳ１０４へ進み、溶接が終了したか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、例えば、制御装置１７は、第２のセンサーｓ２から、溶接装置１６が第２の部材１４ａの他方の端部（溶接を開始した端部とは反対側の端部）へ到達したという信号を受信した場合、溶接が終了したとして、溶接を終了させる（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）。
【００５７】
制御装置１７は、第２のセンサーｓ２から、溶接装置１６が第２の部材１４ａの他方の端部（溶接を開始した端部とは反対側の端部）へ到達したという信号を受信していない場合、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０５へ進める（ステップＳ１０４、Ｎｏ）。ステップＳ１０５においては、第１の部材１２ａの回避を必要とするか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、例えば、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信した場合、第１の部材１２ａの回避が必要であるとして、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０６へ進める（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）。制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信しない場合、第１の部材１２ａの回避はまだ不要であるとして、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５を繰り返す（ステップＳ１０５、Ｎｏ）。
【００５８】
（回避工程）
ステップＳ１０６が回避工程である。回避工程は、トーチ１６ａ、１６ｂが、第１の部材１２ａの位置に到達して第１の部材１２ａと干渉する前に、溶接を停止させるとともに、トーチ１６ａ、１６ｂの先端、より具体的にはそれぞれの溶接ノズルＮ１、Ｎ２の先端を、第１の部材１２ａよりも高い位置まで移動させる工程である。具体的には、ステップＳ１０６において、制御装置１７は、溶接を停止するとともに、トーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。このタイミング等については上述した通りである。
【００５９】
上述したように、制御装置１７は、第１のセンサーｓ１から、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向に第１の部材１２ａが現れたという信号を受信したタイミングでトーチ１６ａ、１６ｂを上昇させる。このような処理によって、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａの位置に到達して第１の部材１２ａと干渉する前に、トーチ１６ａ、１６ｂを第１の部材１２ａよりも高い位置に上昇させることができる。トーチ１６ａ、１６ｂの上昇中及び第１の部材１２ａの位置をトーチ１６ａ、１６ｂが通過するまでの間、溶接装置１６は第２の部材１４ａの上を走行しているので、溶接装置１６が走行しながら、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を回避することができる。なお、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂの上昇が終了し、下降が開始するまでにおける溶接装置１６の走行速度を、溶接中よりも大きくする。
【００６０】
トーチ１６ａ、１６ｂが上昇させられたらステップＳ１０７へ進み、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したか否かが判定される。制御装置１７を用いた自動制御の場合、上述したように、第１のセンサーｓ１が第１の部材１２ａの存在を検出した時点からの回避時間ｔが経過した時点で、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａを通過したとして、処理をステップＳ１０８に進める（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）。前記回避時間ｔが経過していない場合、制御装置１７は、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７を繰り返す（ステップＳ１０７、Ｎｏ）。
【００６１】
ステップＳ１０８において、制御装置１７は、トーチ１６ａ、１６ｂを下降させる。トーチ１６ａ、１６ｂの溶接ノズルＮ１、Ｎ２が溶接対象部分１８ａの位置まで移動したら、制御装置１７は、溶接を開始する。その後、制御装置１７は、本実施形態に係る構造物の溶接方法の処理をステップＳ１０３に戻し、第２の部材１４ａと板材１０との溶接が終了するまで（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８を繰り返す。
【００６２】
図２−３に示す例では、第１の部材１２ａと第１の部材１２ｂとの間において、板材１０に対して第２の部材１４ａが溶接されると、トーチ１６ａ、１６ｂの進行方向前方に第１の部材１２ｂが出現する。このため、回避工程が実行される。トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ｂを回避すると、第１の部材１２ｂと第１の部材１２ｃとの間において、板材１０に第２の部材１４ａを溶接する溶接工程が行われる。
【００６３】
上述したように、本実施形態に係る構造物の溶接方法は、トーチ１６ａ、１６ｂが第１の部材１２ａ〜１２ｇと干渉することを回避できるため、作業者が溶接装置１６を移動させて第１の部材１２ａ〜１２ｇを回避する必要はない。その結果、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することができる。
【００６４】
上記説明においては、第２の部材１４ａ上にのみ溶接装置１６を載置して走行させることにより溶接を行ったが、本実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、第２の部材１４ａ〜１４ｄの少なくとも２つの上に溶接装置１６を載置して走行させることにより、溶接を行ってもよい。このようにすれば、作業効率をさらに向上させることができる。
【００６５】
上記説明においては、溶接装置１６を自走させたが、本実施形態においてはこれに限定されるものではない。例えば、溶接装置１６を作業者が走行させ、第１の部材１２ａを回避する場合には、作業者がトーチ１６ａ、１６ｂを昇降させてもよい。また、溶接装置１６を自走させながら、作業者は、トーチ１６ａ、１６ｂの昇降のみを行ってもよい。このようにしても、溶接装置１６を第２の部材１４ａの上に載置した状態で、トーチ１６ａ、１６ｂと第１の部材１２ａとの干渉を回避することができる。このため、上述したような手法であっても、作業者が溶接装置１６自体を持ち上げたり、移動させたりする手間を軽減して、溶接に要する時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る構造物の溶接方法及び構造物の溶接設備は、溶接時における作業者の負担を軽減するとともに、溶接に要する時間を短縮することに有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 板材
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ 第１の部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 第２の部材
１４ａ１ ウェブ材
１４ａ２ フェイス材
１６ 溶接装置
１６ａ、１６ｂ トーチ
１８ａ 溶接対象部分
２０ 溶接設備
２２ａ、２２ｂ 溶加材供給装置
２４ａ、２４ｂ 支持装置
２６ａ、２６ｂ 案内レール
２８ 支持部材
Ｌ 溶接領域
Ｎ１、Ｎ２ 溶接ノズル
Ｒ１、Ｒ２ 案内ローラ
Ｒ３、Ｒ４ 駆動用車輪
Ｒ５、Ｒ６ 補助車輪
ｓ１、ｓ２ センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材に取り付けられた第１の部材と交差して配置された第２の部材の上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する装置設置工程と、
前記第２の部材の一方の端部から他方の端部に向けて前記溶接装置を走行させながら、前記板材に前記第２の部材を溶接する溶接工程と、
前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチの先端を前記第１の部材よりも高い位置まで移動させる回避工程と、
を含むことを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２】
板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接方法であって、
溶接装置のメタル供給装置を前記第２の部材の長手方向に移動可能に吊下げ支持した状態で、前記溶接装置を前記第２の部材の上面に載置して走行させ、前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接を施工する溶接工程と、
前記第１の部材に前記溶接装置が到達した時に、溶接を停止するとともに前記溶接装置の溶接トーチを上昇させて、前記第１の部材を超えた位置まで前記溶接装置を走行移動する回避工程と、
引続き前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接施工を行なうことを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接装置の進行方向に対して前記第２の部材の両側から溶接する請求項１又は２に記載の構造物の溶接方法。
【請求項４】
第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接設備であって、
昇降可能なトーチ及び前記第１の部材を感知する第１のセンサーを有し、前記第２の部材上を走行可能な溶接装置と、
前記溶接装置へ溶加材を供給する溶加材供給装置と、
前記溶加材供給装置を吊下げて支持する支持装置と、
前記支持装置を前記第２の部材の長手方向に向かって案内する案内レールと、
を含むことを特徴とする構造物の溶接設備。
【請求項５】
前記溶接装置は、前記第２の部材の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ前記第２の部材に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラを有する請求項４に記載の構造物の溶接設備。
【請求項６】
前記溶接装置は、前記溶接装置の進行方向前方に存在する物体を検出するとともに、前記溶接装置が前記第２の部材の端部に到達したことを検出する第２のセンサーを備える請求項４又は５に記載の構造物の溶接設備。
【請求項７】
板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接設備であって、
前記第２の部材の上を自走可能な溶接装置と、
前記溶接装置へ溶加材を供給するメタル供給装置と、
前記溶接装置及び前記メタル供給装置を吊り下げて支持する支持装置と、
前記支持装置に固定され、前記第２の部材の長手方向に前記メタル供給装置を案内する案内レールと、を備えるとともに、
前記溶接装置は、
前記第２の部材の少なくとも一部を挟み込む状態で当接して転動する複数の案内ローラと、
前記第２の部材の上面の両側から斜め下方の溶接線に向けて設置され、昇降可能な溶接トーチと、
前記第２の部材を検出する第２のセンサーの信号により溶接の停止及び前記溶接トーチを上昇させる制御装置と、
を備えることを特徴とする構造物の溶接設備。
【請求項１】
板材に取り付けられた第１の部材と交差して配置された第２の部材の上に、昇降可能なトーチを有する溶接装置を載置する装置設置工程と、
前記第２の部材の一方の端部から他方の端部に向けて前記溶接装置を走行させながら、前記板材に前記第２の部材を溶接する溶接工程と、
前記トーチが前記第１の部材の位置に到達して前記第１の部材と干渉する前に、溶接を停止させるとともに、前記トーチの先端を前記第１の部材よりも高い位置まで移動させる回避工程と、
を含むことを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２】
板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接方法であって、
溶接装置のメタル供給装置を前記第２の部材の長手方向に移動可能に吊下げ支持した状態で、前記溶接装置を前記第２の部材の上面に載置して走行させ、前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接を施工する溶接工程と、
前記第１の部材に前記溶接装置が到達した時に、溶接を停止するとともに前記溶接装置の溶接トーチを上昇させて、前記第１の部材を超えた位置まで前記溶接装置を走行移動する回避工程と、
引続き前記板材と前記第２の部材との隅肉溶接施工を行なうことを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接装置の進行方向に対して前記第２の部材の両側から溶接する請求項１又は２に記載の構造物の溶接方法。
【請求項４】
第１の部材が取り付けられた板材に、前記第１の部材と交差して第２の部材を溶接する構造物の溶接設備であって、
昇降可能なトーチ及び前記第１の部材を感知する第１のセンサーを有し、前記第２の部材上を走行可能な溶接装置と、
前記溶接装置へ溶加材を供給する溶加材供給装置と、
前記溶加材供給装置を吊下げて支持する支持装置と、
前記支持装置を前記第２の部材の長手方向に向かって案内する案内レールと、
を含むことを特徴とする構造物の溶接設備。
【請求項５】
前記溶接装置は、前記第２の部材の側面の少なくとも一部を挟み込み、かつ前記第２の部材に当接して転動する少なくとも２つの案内ローラを有する請求項４に記載の構造物の溶接設備。
【請求項６】
前記溶接装置は、前記溶接装置の進行方向前方に存在する物体を検出するとともに、前記溶接装置が前記第２の部材の端部に到達したことを検出する第２のセンサーを備える請求項４又は５に記載の構造物の溶接設備。
【請求項７】
板材と、前記板材に取り付けられた第１の部材と、前記第１の部材に配置された第２の部材とを有する構造物の溶接設備であって、
前記第２の部材の上を自走可能な溶接装置と、
前記溶接装置へ溶加材を供給するメタル供給装置と、
前記溶接装置及び前記メタル供給装置を吊り下げて支持する支持装置と、
前記支持装置に固定され、前記第２の部材の長手方向に前記メタル供給装置を案内する案内レールと、を備えるとともに、
前記溶接装置は、
前記第２の部材の少なくとも一部を挟み込む状態で当接して転動する複数の案内ローラと、
前記第２の部材の上面の両側から斜め下方の溶接線に向けて設置され、昇降可能な溶接トーチと、
前記第２の部材を検出する第２のセンサーの信号により溶接の停止及び前記溶接トーチを上昇させる制御装置と、
を備えることを特徴とする構造物の溶接設備。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８１４８４（Ｐ２０１２−８１４８４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７８６１（Ｐ２０１０−２２７８６１）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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