片面溶接装置および片面溶接方法
【課題】溶接部の終端部において、溶接トーチの狙いズレをなくして溶接品質を向上させると共に、煩わしい手動操作による狙い調整作業をなくし、溶接の全自動運転を可能にする片面溶接装置および片面溶接方法を提供する。
【解決手段】走行レール１１と、溶接トーチ２と、溶接走行台車４と、走行レール移動手段５と、台車移動手段６と、開先倣いセンサ３と、溶接位置制御部９とを備える片面溶接装置１であって、溶接位置制御部９は、溶接トーチ２の位置座標を記憶する記憶手段９Ａと、位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部９Ｂと、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するまでは、開先のズレに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御し、溶接開始側の端部に到達した後は、溶接線傾き計算部９Ｂで算出された溶接線の傾きに基づいて横断方向ＹＬへの移動を制御する台車移動処理部９Ｅとを備える。
【解決手段】走行レール１１と、溶接トーチ２と、溶接走行台車４と、走行レール移動手段５と、台車移動手段６と、開先倣いセンサ３と、溶接位置制御部９とを備える片面溶接装置１であって、溶接位置制御部９は、溶接トーチ２の位置座標を記憶する記憶手段９Ａと、位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部９Ｂと、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するまでは、開先のズレに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御し、溶接開始側の端部に到達した後は、溶接線傾き計算部９Ｂで算出された溶接線の傾きに基づいて横断方向ＹＬへの移動を制御する台車移動処理部９Ｅとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶製造工程等に用いられる板継ぎ溶接に使用される片面溶接装置および片面溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、突き合わせた２枚の板材間に開先を形成し、その開先を溶接する片面溶接装置について、特許文献１では、溶接部の溶接品質向上を目的として、溶接トーチ前方に開先倣い用センサを具備し、溶接中はそのセンサの開先の凹凸情報に従って、溶接トーチの上下位置を制御する自動倣い溶接装置および溶接方法が記載されている。
【０００３】
また、片面溶接には一般的にサブマージアーク溶接法が使用され、このような大入熱溶接では、溶接部の終端部に発生する終端割れを防止するため、開先の一端側（終端部）にシーリングビードまたはタブ板が設けられている。そして、シーリングビードまたはタブ板を設けるだけでは、終端割れを十分防止することはできず、例えば、特許文献２では、複数電極の電極間距離、溶接速度、各電極の停止位置を規定することで終端割れを確実に防止する溶接部の終端処理方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０５−１０４２４９号公報（図３）
【特許文献２】特開平０８−０９９１７７号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シーリングビードまたはタブ板では、開先が形成されないため、開先倣い用センサが適用できない。そのため、従来の溶接方法または溶接部の終端処理方法においては、開先倣い用センサを事前に退避させ、開先倣いによる溶接トーチの制御を停止していた。その結果、溶接装置の走行方向と開先が平行であれば問題はないが、実際にはそうなっていないため、図８の点線軌跡で記載されたように、終端部（シーリングビード部）では、溶接トーチ（電極）２の軌跡がシーリングビードＳから外れる状態（溶接トーチの狙いズレ）が発生していた。特に、複数の溶接トーチ（第１〜第３電極）２、２、２を使用した際には、後行する溶接トーチほど、トーチ軌跡がシーリングビードＳから大きく外れることとなる。その結果、溶接部の溶接品質が低下するという問題があった。なお、図８は、従来のトーチ軌跡のズレを明確にするため、溶接装置の走行方向に対するトーチ軌跡の傾きを大きく記載した模式図である。
【０００５】
このような溶接トーチの狙いズレを防止するためには、手動操作で溶接トーチの狙いを修正する必要があったが、片面溶接において一般的であるサブマージアーク溶接では、溶接トーチ先端を目視で確認することが不可能なため、オペレーターの技量と勘で溶接トーチの狙いを修正していた。その結果、溶接の全自動運転ができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、溶接部の終端部において、溶接トーチの狙いズレをなくして溶接品質を向上させると共に、煩わしい手動操作による狙い調整作業をなくし、溶接の全自動運転を可能にする片面溶接装置および片面溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る片面溶接装置は、開先の長手方向の一端側にシーリングビードを有する被溶接材の前記開先の長手方向に沿って架設される走行レールと、前記被溶接材に向けて垂下される溶接トーチを支持する溶接走行台車と、前記溶接走行台車を懸架して、前記走行レールの架設方向に沿って移動させる走行レール移動手段と、前記溶接走行台車を、前記走行レールの架設方向に直交する横断方向に移動させる台車移動手段と、前記溶接走行台車に支持され、前記溶接トーチに先行して、前記開先内を移動して前記シーリングビードの溶接開始側の端部まで前記開先のズレを検知する開先倣いセンサと、前記溶接走行台車の移動を制御する溶接位置制御部とを備える片面溶接装置であって、前記溶接位置制御部は、前記溶接トーチの架設方向および横断方向の位置座標を記憶する記憶手段と、前記溶接走行台車が架設方向へ所定距離移動する毎に前記記憶手段に記憶されている前記位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部と、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御すると共に、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記溶接線傾き計算部で算出された前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御する台車移動処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
前記の構成によれば、被溶接材の溶接開始位置から開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、溶接位置制御部の台車移動処理部が、開先倣いセンサで検知された開先のズレに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御するため、溶接トーチの狙い位置が開先中心に保たれる。また、開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後、被溶接材の溶接終了位置までは、溶接位置制御部の溶接線傾き計算部で算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動が制御されるため、溶接線はシーリングビードの溶接開始側の端部より前の溶接線を外挿したものとなり、シーリングビードからの溶接線のズレが小さくなる。
【０００９】
請求項２に係る片面溶接装置は、前記溶接位置制御部は、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記溶接傾き計算部で算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段を備え、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記台車移動処理部が、前記記憶手段に記憶されている前記溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車の横断方向への移動を制御することを特徴とする。
【００１０】
前記の構成によれば、台車移動処理部が、シーリングビードの溶接開始側の端部に近い位置で算出記憶された溶接線の傾きで、溶接走行台車の横断方向の移動を制御するため、シーリングビードからの溶接線のズレがより一層小さくなる。
【００１１】
請求項３に係る片面溶接方法は、請求項１または請求項２に記載の片面溶接装置を用いて溶接を行なう片面溶接方法において、前記被溶接材の溶接開始位置から前記シーリングビードの溶接開始側の端部までは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接し、同時に、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に基づいて溶接線の傾きを算出し、さらに、前記シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて前記被溶接材の溶接終了位置までは、前記開先倣いセンサを前記開先から退避させ、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に前記溶接線傾き計算部で算出した前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接することを特徴とする。
【００１２】
前記の手順によれば、被溶接材の溶接開始位置からシーリングビードの溶接開始側の端部までは、開先倣いセンサで検知された開先のズレに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御しながら溶接されるため、溶接トーチの狙い位置が開先中心に保たれる。また、シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて被溶接材の溶接終了位置までは、開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御しながら溶接されるため、溶接線はシーリングビードの溶接開始側の端部より直前の溶接線を外挿したものとなり、シーリングビードからの溶接線のズレが小さくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る片面溶接装置および片面溶接方法によれば、溶接部の終端部において、溶接トーチの狙いズレがなく、溶接品質が向上する。また、煩わしい手動操作による狙い調整作業が必要なくなり、溶接の全自動運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の片面溶接装置の実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面において、図１は本発明の片面溶接装置の実施形態を示す斜視図、図２は図１の片面溶接装置の正面図、図３は図１の片面溶接装置を平面視した模式図、図４（ａ）、（ｂ）は開先倣いセンサの部分拡大図、図５は溶接位置制御部のブロック図を示す。なお、図１および図２において、被溶接材の裏面に配設するフラックス、裏当て材等については、図示および説明を省略する。
【００１５】
図１および図２に示す片面溶接装置１は、走行レール１１、溶接トーチ２を搭載した溶接走行台車４、走行レール移動手段５、スライダ（台車移動手段）６、開先倣いセンサ３および溶接位置制御部９を備える。
【００１６】
走行レール１１は、突き当てられた被溶接材Ｗ１，Ｗ２の間に連続して設けられた開先Ｖの長手方向に架設される。そして、開先Ｖの長手方向の一端側には、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の終端割れ防止用のシーリングビードＳが形成されている。また、開先Ｖの両端には、溶接開始部の溶接残しをなくすためのスタートタブ板Ｗａ（図３参照）と、溶接終了部の溶接残しおよび終端割れ防止のためのエンドタブ板Ｗｂとが設けられている。また、被溶接材Ｗ１、Ｗ２への開先加工は、切断機等を用いて行われ、その加工精度にはばらつきがある。そのため、図３に示すように、開先Ｖは必ずしも直線ではなく、若干湾曲している。
【００１７】
溶接走行台車４は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２に向けて垂下された溶接トーチ２を支持する。
溶接トーチ２は、開先Ｖの上方に位置して開先Ｖの延在する方向に直列に配置されている。これらの溶接トーチ２には、溶接ワイヤ送給装置ＷＦＭから溶接ワイヤ（電極）が連続送給される。そして、図１、図２に示すように、複数の溶接トーチ２、２、２を備えることが好ましい。
【００１８】
また、溶接走行台車４は、支持台座４ａと、支持台座４ａから垂下された前支持腕４ｂおよび後支持腕４ｃと、前支持腕４ｂと後支持腕４ｃの間に横架された架橋部材４ｄとを備える。支持台座４ａには、溶接点にフラックスを散布・供給するフラックス供給器７、７が取り付けられるとともに、溶接トーチ２、２、２による裏面ビードおよび表ビードの形成による溶接が終了後、残余のフラックスを吸引して回収するフラックス回収器８が装着されている。このフラックス供給器７、７には、フラックス供給装置（図示せず）からフラックスを供給するためのフラックス供給ホース７ａ、７ａが接続されて、また、フラックス回収器８には、フラックス回収ホース８ａが接続されている。
【００１９】
走行レール移動手段５は、溶接走行台車４を懸架して、後記する開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、走行レール１１を架設方向ＸＬに移動するものである。ここで、開先のズレとは、開先中心が開先長手方向に対して左右方向（溶接走行台車４の横断方向ＹＬと同一方向）に所定距離以上移動したことを意味する。この走行レール移動手段５は、溶接走行台車４の支持台座４ａを、走行レール１１の架設方向ＸＬに直交する横断方向ＹＬに移動自在に懸架する懸架部材５ａと、懸架部材５ａを走行レール１１の架設方向ＸＬに駆動するモータおよびそのモータの駆動量を検知するエンコーダを備える走行レール駆動部５ｂとから構成される。走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量は、溶接位置制御部９（トーチ先端座標メモリ９Ａ、図５参照）に伝達され、溶接トーチ（２、２、２）の走行レール１１の架設方向ＸＬの位置座標が記憶される。
【００２０】
スライダ（台車移動手段）６は、後記する開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて、開先Ｖのズレを修正する方向に、走行レール１１の架設方向ＸＬに直交する横断方向ＹＬに溶接走行台車４を移動させるものである。このスライダ６は、溶接走行台車４の支持台座４ａに取り付けられたスライダ台６ａと、スライダ台６ａを横断方向ＹＬに駆動するモータおよびそのモータの駆動量を検知するエンコーダを備えるスライダ駆動部６ｂとから構成される。スライダ駆動部６ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量は、溶接位置制御部９（トーチ先端座標メモリ９Ａ、図５参照）に伝達され、溶接トーチ（２、２、２）の横断方向ＹＬの位置座標が記憶される。
【００２１】
開先倣いセンサ３は、溶接走行台車４の前支持腕４ｂに、支持部材４ｅ，４ｆを介して取り付けられている。そして、開先倣いセンサ３は、溶接時には、溶接トーチ２、２、２に先行して開先Ｖ内を移動し、シーリングビードＳの溶接開始側の端部までの開先Ｖのズレを検知するものである。そして、その情報は、溶接位置制御部９（横断方向移動指令発生部９Ｄ、図５参照）に伝達され、溶接位置制御部９が、開先のズレを修正する方向に、溶接走行台車４を横断方向ＹＬに移動制御する。この開先倣いセンサ３は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、開先Ｖに沿って回転駆動される車輪３ａと、この車輪３ａの左右方向（溶接走行台車４の横断方向ＹＬと同一方向）への移動量（開先Ｖのズレ）を圧力値等で検知するセンサ３ｂとを備えるものを用いることができる。
【００２２】
また、図１に示すように、開先倣いセンサ３は、シーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した際には、シーリングビードＳへの衝突による破損を防止するため、開先Ｖに対して垂直方向に退避（上昇）して、開先のズレ検知（開先倣い動作）を終了する。そのため、開先倣いセンサ３を昇降させる昇降手段を支持部材４ｆに備える。さらに、支持部材４ｆには、案内腕４ｇを介して終端検知器１０が装着されている。
【００２３】
終端検知器１０は、開先Ｖに沿って移動する溶接走行台車４の前方に位置して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部（図１ではエンドタブ板Ｗｂの端部）を検知して、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達したことを後記するシーリングビード端部判断部９Ｃに教示するものである。そして、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部を検知すると、案内腕４ｇが支持部材４ｆ側に立ち上がり、終端検知器１０が被溶接材Ｗ１、Ｗ２から離間される。また、終端検知器１０としては、レーザ光を用いた検知器、ＣＣＤカメラ、検知用探針等を用いることができる。
【００２４】
溶接位置制御部９については、図５も参照して説明する。
溶接位置制御部９は、台車移動処理部９Ｅと、トーチ先端座標メモリ（記憶手段）９Ａと、溶接線傾き計算部９Ｂとを備える。
【００２５】
台車移動処理部９Ｅは、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するまでは、開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御すると共に、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。そして、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した後には、後記する溶接線傾き計算部９Ｂで算出された溶接線の傾きに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御すると共に、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。ここで、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動速度は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接条件等を考慮して、溶接前に予め設定され、溶接中には変化することなく一定である。ただし、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の後記する開先部（溶接本体部）とシーリングビード部（溶接終端部）とでは移動速度を変更するように予め設定されている。
【００２６】
具体的には、台車移動処理部９Ｅは、後記する横断方向移動指令発生部９Ｄからの移動指令を受けて、後記する横断方向サーボドライバ９Ｇに横断方向ＹＬへの移動指令（移動量）を出す。そして、横断方向サーボドライバ９Ｇは、この移動量に応じて、スライダ（台車移動手段）６を移動させる。また、台車移動処理部９Ｅは、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接条件等を考慮して予め設定されている架設方向ＸＬへの移動量に応じて、後記する架設方向サーボドライバ９Ｆに移動指令（移動量）を出す。架設方向サーボドライバ９Ｆは、この移動量に応じて、走行レール移動手段５を移動させる。このようにして、台車移動処理部９Ｅは、溶接走行台車４の横断方向ＹＬおよび架設方向ＸＬの移動を制御する。
【００２７】
トーチ先端座標メモリ９Ａ（溶接トーチの位置座標を記憶する記憶手段）は、溶接トーチ２、２、２の位置座標を記憶するもので、好ましくは、溶接走行台車４の架設方向１００ｍｍ移動毎の横断方向の位置座標（現在地）をサンプリングして記憶するものである。具体的には、開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて移動制御されたスライダ（台車移動手段）６から、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動量、すなわち、スライダ駆動部６ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量が伝達される。また、走行レール移動手段５から、溶接走行台車４の架設方向ＸＬの移動量、すなわち、走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量が伝達される。そして、トーチ先端座標メモリ９Ａは、これらの駆動量に応じた溶接トーチの位置座標を記憶する。さらに、記憶された溶接トーチの位置座標は溶接線傾き計算部９Ｂに伝達される。
【００２８】
溶接線傾き計算部９Ｂは、開先倣いセンサ３のフィードバック（検知された開先Ｖのズレ）にしたがってスライダ（台車移動手段）６が移動した結果から、溶接線の傾きを算出するものである。具体的には、トーチ先端座標メモリ９Ａから溶接走行台車４の架設方向１００ｍｍ移動毎に記憶された溶接トーチの位置座標（横断方向）を受け取り、その移動距離と位置座標（横断方向）から溶接線の傾きを算出する。そして、算出された溶接線の傾きは、後記するシーリングビード端部判断部９Ｃおよび横断方向移動指令発生部９Ｄを介して、台車移動処理部９Ｅに伝達される。なお、溶接線傾き計算部９Ｂには、図示しないが、算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段が備えられていてもよい。
【００２９】
溶接位置制御部９は、さらに、シーリングビード端部判断部９Ｃ、横断方向移動指令発生部９Ｄ、架設方向サーボドライバ９Ｆ、横断方向サーボドライバ９Ｇを備えるものである。
【００３０】
シーリングビード端部判断部９Ｃは、シーリングビードの溶接開始側の端部に開先倣いセンサ３が到達したことを判断して横断方向ＹＬの移動制御方法を選択指令するものである。具体的には、終端検知器１０から開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した指令を受けた場合には、溶接線傾き計算部９Ｂが算出、または、記憶している溶接線の傾きに基づいて、横断方向ＹＬの移動制御を実施する指令を出すように横断方向移動命令発生部９Ｄに指令する。また、終端検知器１０から開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した指令がない場合には、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、横断方向ＹＬの移動制御を実施する指令を出すように横断方向移動命令発生部９Ｄに指令する。
【００３１】
なお、図１の片面溶接装置１においては、終端検知器１０がエンドタブ板Ｗｂの端部に到達すると、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するように設定されている。しかしながら、終端検知器１０がエンドタブ板Ｗｂの端部に到達してから所定の距離移動（溶接走行台車４が所定距離移動）した時点で、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するように設定されていてもよい。
【００３２】
横断方向移動指令発生部９Ｄは、シーリングビード端部判断部９Ｃの指令を受けて、台車移動処理部９Ｅに溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動指令を出すものである。そして、移動指令は、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動制御を、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレで行う指令、または、溶接線の傾きで行う指令のいずれかである。
【００３３】
架設方向サーボドライバ９Ｆは、走行レール移動手段５による溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。また、横断方向サーボドライバ９Ｇは、スライダ（台車移動手段）６による溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御するものである。
【００３４】
この溶接位置制御部９において、トーチ先端座標メモリ９Ａ（溶接トーチの位置座標を記憶する記憶手段）は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ（ハードディスク）等の記憶媒体で構成することができる。また、溶接線傾き計算部９Ｂ、シーリングビード端部判断部９Ｃ、横断方向移動指令発生部９Ｄ、台車移動処理部９Ｅ、架設方向サーボドライバ９Ｆおよび横断方向サーボドライバ９Ｇは、マイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ等の処理・演算装置で構成することができる。
【００３５】
次に、本発明に係る片面溶接方法について、図６〜図８を参照して説明する。図６は片面溶接方法の工程図、図７は開先部のトーチ軌跡を示す模式図、図８はシーリングビード部のトーチ軌跡を示す模式図である。なお、片面溶接装置の構成については、適宜、図１、図５を参照して説明する。
【００３６】
本発明に係る片面溶接方法は、開先が形成された開先部（溶接本体部）と、シーリングビードが形成されたシーリングビード部（溶接終端部）で溶接制御方法を変えることに特徴がある。開先部では、開先倣いセンサ３で検知した開先のズレに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御して、溶接が行われる。また、シーリングビード部では、溶接トーチの位置座標（トーチ先端座標）から算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御して、溶接が行われる。図７に示すように、開先部は、被溶接材の溶接開始位置ＰＳからシーリングビードの溶接開始側の端部ＰＢまでを意味する。また、図８に示すように、シーリングビード部は、シーリングビードＳの溶接開始側の端部ＰＢを越えて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接終了位置ＰＥまでを意味する。
【００３７】
＜開先部：ステップＳ１〜Ｓ６＞
（ステップＳ１）
片面溶接装置１の開先倣いセンサ３を開先Ｖ内にセットし、溶接トーチ２、２、２のトーチ先端が、開先Ｖと一致するようにセットする。次に、この時点での溶接トーチ２、２、２の位置座標（トーチ先端座標）を、トーチ先端座標メモリ９Ａに記憶する。そして、開先倣いセンサ３による開先倣い動作を開始する。具体的には、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を溶接位置制御部９で制御しながら、溶接走行台車４を架設方向ＸＬに移動させて、溶接トーチ２、２、２で開先Ｖ（被溶接材Ｗ１、Ｗ２）を溶接する。
そして、横断方向ＹＬへの移動の制御は、リアルタイムに行ってもよいが、溶接走行台車４（溶接トーチ先端）の横断方向における狙い位置（移動量）が±２ｍｍの範囲を超えた場合に行うことが好ましい。
【００３８】
（ステップＳ２）
ステップＳ１の開先倣い動作（被溶接材の溶接）を続行しながら、溶接走行台車４の架設方向の位置座標（現在地）を判断する。位置座標の移動量が所定距離（図６では１００ｍｍ）増加した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ３に移行する。ここで、移動量は走行レール移動手段５の走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量である。なお、移動量が所定距離増加していない（Ｎｏ）と判断された場合には、移動量が所定距離を超えるまで開先倣い動作（被溶接材の溶接）を続行する。
【００３９】
（ステップＳ３）
開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて移動制御されたスライダ（台車移動手段）６の移動量（モータ駆動量）、および、走行レール移動手段５の移動量（モータ駆動量）に応じて、溶接トーチ２、２、２の位置座標（現在地）をトーチ先端座標メモリ９Ａに記憶する。
【００４０】
（ステップＳ４）
ステップＳ３での位置座標から、溶接線傾き計算部９Ｂで、図７に示すようにトーチ軌跡（溶接線）の傾きθ１を算出記憶する。この溶接線の傾きの算出記憶は、次ステップＳ６の開先倣い動作終了まで行い、傾きθ１〜θ４が算出記憶される。実際には、算出された傾きは、算出ごとに更新され、最新の傾きが記憶される。したがって、開先倣い動作終了時には傾きθ４（溶接走行台車４（開先倣いセンサ３）がシーリングビードＳの溶接開始側の端部ＰＢに到達する直前に算出記憶された傾き）が記憶されている。
【００４１】
（ステップＳ５）
終端検知器１０（シーリングビード端部判断部９Ｃ）で、開先倣いセンサ３がシーリングビードの溶接開始側の端部ＰＢに到達したかを判断する。具体的には、終端検知器１０が被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部（エンドタブ板Ｗｂの端部）を検知した信号が、シーリングビード端部判断部９Ｃに入力されたどうかを判断する。開先倣いセンサ３が溶接開始側の端部ＰＢに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、前記ステップＳ２〜Ｓ４を繰り返し行う。開先倣いセンサ３が溶接開始側の端部ＰＢに到達した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ６に移行する。
【００４２】
（ステップＳ６）
開先倣いセンサ３による開先倣い動作を終了して、次ステップＳ７に移行する。
【００４３】
＜シーリングビード部：ステップＳ７〜Ｓ９＞
（ステップＳ７）
開先倣いセンサ３を開先Ｖから上昇して退避させ、前記ステップＳ４で記憶された溶接線の傾き（最新の溶接線の傾きθ４）に基づいて、溶接位置制御部９（台車移動処理部９Ｅ）で横断方向ＹＬへの移動量を算出する。その移動量で溶接走行台車４を横断方向ＹＬへ移動させながら、溶接走行台車４を架設方向ＸＬへ移動させ、溶接トーチ２、２、２による被溶接材Ｗ１、Ｗ２（シーリングビードＳ）の溶接を続行する。そして、溶接走行台車４が被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接終了位置ＰＥに到達したかを判断する。
【００４４】
溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、溶接を終了する。また、溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、次ステップＳ８に移行する。
【００４５】
なお、溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達したかどうかの判断には、溶接位置制御部９に予め記憶された溶接終了位置ＰＥの位置座標を用いる。そして、溶接終了位置ＰＥは通常、エンドタブ板Ｗｂ上に設ける。
【００４６】
（ステップＳ８）
前記ステップＳ７で溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの単位移動量に対する横断方向ＹＬへの移動量、すなわち、溶接トーチ２、２、２のトーチ先端の狙い位置が、許容範囲（±２ｍｍの範囲）を超えているかどうかを判断する。狙い位置が許容範囲を超えていない（Ｎｏ）と判断された場合には、溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動制御を行わずに前記ステップＳ７に戻る。狙い位置が許容範囲を超えた（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ９に移行する。
【００４７】
（ステップＳ９）
前記ステップＳ７で算出された溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動量に基づいて、溶接トーチ（トーチ先端）の狙い位置を位置決めして、前記ステップＳ７に戻る。
【００４８】
以上、本発明の片面装置および片面溶接方法の実施形態について説明したが、本発明に係る片面溶接装置および片面溶接方法は、前記で説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変更してもよい。
【００４９】
例えば、片面溶接装置の開先倣いセンサは、開先のズレを検知できるものであれば、図４（ａ）、（ｂ）のような圧力値で開先のズレを検知する代わりに、光等を使用したものであってもよい。また、開先倣いセンサが、シーリングビードの溶接開始側の端部を検知できるようにしてもよい。
また、本発明に係る片面溶接方法は、前記ステップＳ８の判断を行わずに、最新の溶接線の傾きθ４で、リアルタイムに溶接走行台車４を横断方向ＹＬへ移動させてシーリングビード部の溶接を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る片面溶接装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の片面溶接装置の正面図である。
【図３】図１の片面溶接装置を平面視した模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は開先倣いセンサの部分拡大図を示す。
【図５】本発明に係る片面溶接装置の溶接位置制御部のブロック図である。
【図６】本発明に係る片面溶接方法の工程図である。
【図７】本発明に係る開先部のトーチ軌跡を示す模式図である。
【図８】本発明に係るシーリングビード部のトーチ軌跡を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 片面溶接装置
２ 溶接トーチ
３ 開先倣いセンサ
４ 溶接走行台車
５ 走行レール移動手段
６ スライダ（台車移動手段）
９ 溶接位置制御部
９Ａ トーチ先端座標メモリ（記憶手段）
９Ｂ 溶接線傾き計算部
９Ｅ 台車移動処理部
Ｓ シーリングビード
Ｖ 開先
Ｗ１、Ｗ２ 被溶接材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶製造工程等に用いられる板継ぎ溶接に使用される片面溶接装置および片面溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、突き合わせた２枚の板材間に開先を形成し、その開先を溶接する片面溶接装置について、特許文献１では、溶接部の溶接品質向上を目的として、溶接トーチ前方に開先倣い用センサを具備し、溶接中はそのセンサの開先の凹凸情報に従って、溶接トーチの上下位置を制御する自動倣い溶接装置および溶接方法が記載されている。
【０００３】
また、片面溶接には一般的にサブマージアーク溶接法が使用され、このような大入熱溶接では、溶接部の終端部に発生する終端割れを防止するため、開先の一端側（終端部）にシーリングビードまたはタブ板が設けられている。そして、シーリングビードまたはタブ板を設けるだけでは、終端割れを十分防止することはできず、例えば、特許文献２では、複数電極の電極間距離、溶接速度、各電極の停止位置を規定することで終端割れを確実に防止する溶接部の終端処理方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０５−１０４２４９号公報（図３）
【特許文献２】特開平０８−０９９１７７号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シーリングビードまたはタブ板では、開先が形成されないため、開先倣い用センサが適用できない。そのため、従来の溶接方法または溶接部の終端処理方法においては、開先倣い用センサを事前に退避させ、開先倣いによる溶接トーチの制御を停止していた。その結果、溶接装置の走行方向と開先が平行であれば問題はないが、実際にはそうなっていないため、図８の点線軌跡で記載されたように、終端部（シーリングビード部）では、溶接トーチ（電極）２の軌跡がシーリングビードＳから外れる状態（溶接トーチの狙いズレ）が発生していた。特に、複数の溶接トーチ（第１〜第３電極）２、２、２を使用した際には、後行する溶接トーチほど、トーチ軌跡がシーリングビードＳから大きく外れることとなる。その結果、溶接部の溶接品質が低下するという問題があった。なお、図８は、従来のトーチ軌跡のズレを明確にするため、溶接装置の走行方向に対するトーチ軌跡の傾きを大きく記載した模式図である。
【０００５】
このような溶接トーチの狙いズレを防止するためには、手動操作で溶接トーチの狙いを修正する必要があったが、片面溶接において一般的であるサブマージアーク溶接では、溶接トーチ先端を目視で確認することが不可能なため、オペレーターの技量と勘で溶接トーチの狙いを修正していた。その結果、溶接の全自動運転ができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、溶接部の終端部において、溶接トーチの狙いズレをなくして溶接品質を向上させると共に、煩わしい手動操作による狙い調整作業をなくし、溶接の全自動運転を可能にする片面溶接装置および片面溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に係る片面溶接装置は、開先の長手方向の一端側にシーリングビードを有する被溶接材の前記開先の長手方向に沿って架設される走行レールと、前記被溶接材に向けて垂下される溶接トーチを支持する溶接走行台車と、前記溶接走行台車を懸架して、前記走行レールの架設方向に沿って移動させる走行レール移動手段と、前記溶接走行台車を、前記走行レールの架設方向に直交する横断方向に移動させる台車移動手段と、前記溶接走行台車に支持され、前記溶接トーチに先行して、前記開先内を移動して前記シーリングビードの溶接開始側の端部まで前記開先のズレを検知する開先倣いセンサと、前記溶接走行台車の移動を制御する溶接位置制御部とを備える片面溶接装置であって、前記溶接位置制御部は、前記溶接トーチの架設方向および横断方向の位置座標を記憶する記憶手段と、前記溶接走行台車が架設方向へ所定距離移動する毎に前記記憶手段に記憶されている前記位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部と、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御すると共に、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記溶接線傾き計算部で算出された前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御する台車移動処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
前記の構成によれば、被溶接材の溶接開始位置から開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、溶接位置制御部の台車移動処理部が、開先倣いセンサで検知された開先のズレに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御するため、溶接トーチの狙い位置が開先中心に保たれる。また、開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後、被溶接材の溶接終了位置までは、溶接位置制御部の溶接線傾き計算部で算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動が制御されるため、溶接線はシーリングビードの溶接開始側の端部より前の溶接線を外挿したものとなり、シーリングビードからの溶接線のズレが小さくなる。
【０００９】
請求項２に係る片面溶接装置は、前記溶接位置制御部は、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記溶接傾き計算部で算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段を備え、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記台車移動処理部が、前記記憶手段に記憶されている前記溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車の横断方向への移動を制御することを特徴とする。
【００１０】
前記の構成によれば、台車移動処理部が、シーリングビードの溶接開始側の端部に近い位置で算出記憶された溶接線の傾きで、溶接走行台車の横断方向の移動を制御するため、シーリングビードからの溶接線のズレがより一層小さくなる。
【００１１】
請求項３に係る片面溶接方法は、請求項１または請求項２に記載の片面溶接装置を用いて溶接を行なう片面溶接方法において、前記被溶接材の溶接開始位置から前記シーリングビードの溶接開始側の端部までは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接し、同時に、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に基づいて溶接線の傾きを算出し、さらに、前記シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて前記被溶接材の溶接終了位置までは、前記開先倣いセンサを前記開先から退避させ、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に前記溶接線傾き計算部で算出した前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接することを特徴とする。
【００１２】
前記の手順によれば、被溶接材の溶接開始位置からシーリングビードの溶接開始側の端部までは、開先倣いセンサで検知された開先のズレに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御しながら溶接されるため、溶接トーチの狙い位置が開先中心に保たれる。また、シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて被溶接材の溶接終了位置までは、開先倣いセンサがシーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接トーチの横断方向への移動を制御しながら溶接されるため、溶接線はシーリングビードの溶接開始側の端部より直前の溶接線を外挿したものとなり、シーリングビードからの溶接線のズレが小さくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る片面溶接装置および片面溶接方法によれば、溶接部の終端部において、溶接トーチの狙いズレがなく、溶接品質が向上する。また、煩わしい手動操作による狙い調整作業が必要なくなり、溶接の全自動運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の片面溶接装置の実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面において、図１は本発明の片面溶接装置の実施形態を示す斜視図、図２は図１の片面溶接装置の正面図、図３は図１の片面溶接装置を平面視した模式図、図４（ａ）、（ｂ）は開先倣いセンサの部分拡大図、図５は溶接位置制御部のブロック図を示す。なお、図１および図２において、被溶接材の裏面に配設するフラックス、裏当て材等については、図示および説明を省略する。
【００１５】
図１および図２に示す片面溶接装置１は、走行レール１１、溶接トーチ２を搭載した溶接走行台車４、走行レール移動手段５、スライダ（台車移動手段）６、開先倣いセンサ３および溶接位置制御部９を備える。
【００１６】
走行レール１１は、突き当てられた被溶接材Ｗ１，Ｗ２の間に連続して設けられた開先Ｖの長手方向に架設される。そして、開先Ｖの長手方向の一端側には、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の終端割れ防止用のシーリングビードＳが形成されている。また、開先Ｖの両端には、溶接開始部の溶接残しをなくすためのスタートタブ板Ｗａ（図３参照）と、溶接終了部の溶接残しおよび終端割れ防止のためのエンドタブ板Ｗｂとが設けられている。また、被溶接材Ｗ１、Ｗ２への開先加工は、切断機等を用いて行われ、その加工精度にはばらつきがある。そのため、図３に示すように、開先Ｖは必ずしも直線ではなく、若干湾曲している。
【００１７】
溶接走行台車４は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２に向けて垂下された溶接トーチ２を支持する。
溶接トーチ２は、開先Ｖの上方に位置して開先Ｖの延在する方向に直列に配置されている。これらの溶接トーチ２には、溶接ワイヤ送給装置ＷＦＭから溶接ワイヤ（電極）が連続送給される。そして、図１、図２に示すように、複数の溶接トーチ２、２、２を備えることが好ましい。
【００１８】
また、溶接走行台車４は、支持台座４ａと、支持台座４ａから垂下された前支持腕４ｂおよび後支持腕４ｃと、前支持腕４ｂと後支持腕４ｃの間に横架された架橋部材４ｄとを備える。支持台座４ａには、溶接点にフラックスを散布・供給するフラックス供給器７、７が取り付けられるとともに、溶接トーチ２、２、２による裏面ビードおよび表ビードの形成による溶接が終了後、残余のフラックスを吸引して回収するフラックス回収器８が装着されている。このフラックス供給器７、７には、フラックス供給装置（図示せず）からフラックスを供給するためのフラックス供給ホース７ａ、７ａが接続されて、また、フラックス回収器８には、フラックス回収ホース８ａが接続されている。
【００１９】
走行レール移動手段５は、溶接走行台車４を懸架して、後記する開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、走行レール１１を架設方向ＸＬに移動するものである。ここで、開先のズレとは、開先中心が開先長手方向に対して左右方向（溶接走行台車４の横断方向ＹＬと同一方向）に所定距離以上移動したことを意味する。この走行レール移動手段５は、溶接走行台車４の支持台座４ａを、走行レール１１の架設方向ＸＬに直交する横断方向ＹＬに移動自在に懸架する懸架部材５ａと、懸架部材５ａを走行レール１１の架設方向ＸＬに駆動するモータおよびそのモータの駆動量を検知するエンコーダを備える走行レール駆動部５ｂとから構成される。走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量は、溶接位置制御部９（トーチ先端座標メモリ９Ａ、図５参照）に伝達され、溶接トーチ（２、２、２）の走行レール１１の架設方向ＸＬの位置座標が記憶される。
【００２０】
スライダ（台車移動手段）６は、後記する開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて、開先Ｖのズレを修正する方向に、走行レール１１の架設方向ＸＬに直交する横断方向ＹＬに溶接走行台車４を移動させるものである。このスライダ６は、溶接走行台車４の支持台座４ａに取り付けられたスライダ台６ａと、スライダ台６ａを横断方向ＹＬに駆動するモータおよびそのモータの駆動量を検知するエンコーダを備えるスライダ駆動部６ｂとから構成される。スライダ駆動部６ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量は、溶接位置制御部９（トーチ先端座標メモリ９Ａ、図５参照）に伝達され、溶接トーチ（２、２、２）の横断方向ＹＬの位置座標が記憶される。
【００２１】
開先倣いセンサ３は、溶接走行台車４の前支持腕４ｂに、支持部材４ｅ，４ｆを介して取り付けられている。そして、開先倣いセンサ３は、溶接時には、溶接トーチ２、２、２に先行して開先Ｖ内を移動し、シーリングビードＳの溶接開始側の端部までの開先Ｖのズレを検知するものである。そして、その情報は、溶接位置制御部９（横断方向移動指令発生部９Ｄ、図５参照）に伝達され、溶接位置制御部９が、開先のズレを修正する方向に、溶接走行台車４を横断方向ＹＬに移動制御する。この開先倣いセンサ３は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、開先Ｖに沿って回転駆動される車輪３ａと、この車輪３ａの左右方向（溶接走行台車４の横断方向ＹＬと同一方向）への移動量（開先Ｖのズレ）を圧力値等で検知するセンサ３ｂとを備えるものを用いることができる。
【００２２】
また、図１に示すように、開先倣いセンサ３は、シーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した際には、シーリングビードＳへの衝突による破損を防止するため、開先Ｖに対して垂直方向に退避（上昇）して、開先のズレ検知（開先倣い動作）を終了する。そのため、開先倣いセンサ３を昇降させる昇降手段を支持部材４ｆに備える。さらに、支持部材４ｆには、案内腕４ｇを介して終端検知器１０が装着されている。
【００２３】
終端検知器１０は、開先Ｖに沿って移動する溶接走行台車４の前方に位置して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部（図１ではエンドタブ板Ｗｂの端部）を検知して、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達したことを後記するシーリングビード端部判断部９Ｃに教示するものである。そして、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部を検知すると、案内腕４ｇが支持部材４ｆ側に立ち上がり、終端検知器１０が被溶接材Ｗ１、Ｗ２から離間される。また、終端検知器１０としては、レーザ光を用いた検知器、ＣＣＤカメラ、検知用探針等を用いることができる。
【００２４】
溶接位置制御部９については、図５も参照して説明する。
溶接位置制御部９は、台車移動処理部９Ｅと、トーチ先端座標メモリ（記憶手段）９Ａと、溶接線傾き計算部９Ｂとを備える。
【００２５】
台車移動処理部９Ｅは、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するまでは、開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御すると共に、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。そして、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した後には、後記する溶接線傾き計算部９Ｂで算出された溶接線の傾きに基づいて溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を制御すると共に、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。ここで、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動速度は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接条件等を考慮して、溶接前に予め設定され、溶接中には変化することなく一定である。ただし、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の後記する開先部（溶接本体部）とシーリングビード部（溶接終端部）とでは移動速度を変更するように予め設定されている。
【００２６】
具体的には、台車移動処理部９Ｅは、後記する横断方向移動指令発生部９Ｄからの移動指令を受けて、後記する横断方向サーボドライバ９Ｇに横断方向ＹＬへの移動指令（移動量）を出す。そして、横断方向サーボドライバ９Ｇは、この移動量に応じて、スライダ（台車移動手段）６を移動させる。また、台車移動処理部９Ｅは、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接条件等を考慮して予め設定されている架設方向ＸＬへの移動量に応じて、後記する架設方向サーボドライバ９Ｆに移動指令（移動量）を出す。架設方向サーボドライバ９Ｆは、この移動量に応じて、走行レール移動手段５を移動させる。このようにして、台車移動処理部９Ｅは、溶接走行台車４の横断方向ＹＬおよび架設方向ＸＬの移動を制御する。
【００２７】
トーチ先端座標メモリ９Ａ（溶接トーチの位置座標を記憶する記憶手段）は、溶接トーチ２、２、２の位置座標を記憶するもので、好ましくは、溶接走行台車４の架設方向１００ｍｍ移動毎の横断方向の位置座標（現在地）をサンプリングして記憶するものである。具体的には、開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて移動制御されたスライダ（台車移動手段）６から、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動量、すなわち、スライダ駆動部６ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量が伝達される。また、走行レール移動手段５から、溶接走行台車４の架設方向ＸＬの移動量、すなわち、走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量が伝達される。そして、トーチ先端座標メモリ９Ａは、これらの駆動量に応じた溶接トーチの位置座標を記憶する。さらに、記憶された溶接トーチの位置座標は溶接線傾き計算部９Ｂに伝達される。
【００２８】
溶接線傾き計算部９Ｂは、開先倣いセンサ３のフィードバック（検知された開先Ｖのズレ）にしたがってスライダ（台車移動手段）６が移動した結果から、溶接線の傾きを算出するものである。具体的には、トーチ先端座標メモリ９Ａから溶接走行台車４の架設方向１００ｍｍ移動毎に記憶された溶接トーチの位置座標（横断方向）を受け取り、その移動距離と位置座標（横断方向）から溶接線の傾きを算出する。そして、算出された溶接線の傾きは、後記するシーリングビード端部判断部９Ｃおよび横断方向移動指令発生部９Ｄを介して、台車移動処理部９Ｅに伝達される。なお、溶接線傾き計算部９Ｂには、図示しないが、算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段が備えられていてもよい。
【００２９】
溶接位置制御部９は、さらに、シーリングビード端部判断部９Ｃ、横断方向移動指令発生部９Ｄ、架設方向サーボドライバ９Ｆ、横断方向サーボドライバ９Ｇを備えるものである。
【００３０】
シーリングビード端部判断部９Ｃは、シーリングビードの溶接開始側の端部に開先倣いセンサ３が到達したことを判断して横断方向ＹＬの移動制御方法を選択指令するものである。具体的には、終端検知器１０から開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した指令を受けた場合には、溶接線傾き計算部９Ｂが算出、または、記憶している溶接線の傾きに基づいて、横断方向ＹＬの移動制御を実施する指令を出すように横断方向移動命令発生部９Ｄに指令する。また、終端検知器１０から開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達した指令がない場合には、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、横断方向ＹＬの移動制御を実施する指令を出すように横断方向移動命令発生部９Ｄに指令する。
【００３１】
なお、図１の片面溶接装置１においては、終端検知器１０がエンドタブ板Ｗｂの端部に到達すると、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するように設定されている。しかしながら、終端検知器１０がエンドタブ板Ｗｂの端部に到達してから所定の距離移動（溶接走行台車４が所定距離移動）した時点で、開先倣いセンサ３がシーリングビードＳの溶接開始側の端部に到達するように設定されていてもよい。
【００３２】
横断方向移動指令発生部９Ｄは、シーリングビード端部判断部９Ｃの指令を受けて、台車移動処理部９Ｅに溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動指令を出すものである。そして、移動指令は、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動制御を、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレで行う指令、または、溶接線の傾きで行う指令のいずれかである。
【００３３】
架設方向サーボドライバ９Ｆは、走行レール移動手段５による溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの移動を制御するものである。また、横断方向サーボドライバ９Ｇは、スライダ（台車移動手段）６による溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御するものである。
【００３４】
この溶接位置制御部９において、トーチ先端座標メモリ９Ａ（溶接トーチの位置座標を記憶する記憶手段）は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ（ハードディスク）等の記憶媒体で構成することができる。また、溶接線傾き計算部９Ｂ、シーリングビード端部判断部９Ｃ、横断方向移動指令発生部９Ｄ、台車移動処理部９Ｅ、架設方向サーボドライバ９Ｆおよび横断方向サーボドライバ９Ｇは、マイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ等の処理・演算装置で構成することができる。
【００３５】
次に、本発明に係る片面溶接方法について、図６〜図８を参照して説明する。図６は片面溶接方法の工程図、図７は開先部のトーチ軌跡を示す模式図、図８はシーリングビード部のトーチ軌跡を示す模式図である。なお、片面溶接装置の構成については、適宜、図１、図５を参照して説明する。
【００３６】
本発明に係る片面溶接方法は、開先が形成された開先部（溶接本体部）と、シーリングビードが形成されたシーリングビード部（溶接終端部）で溶接制御方法を変えることに特徴がある。開先部では、開先倣いセンサ３で検知した開先のズレに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御して、溶接が行われる。また、シーリングビード部では、溶接トーチの位置座標（トーチ先端座標）から算出された溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬの移動を制御して、溶接が行われる。図７に示すように、開先部は、被溶接材の溶接開始位置ＰＳからシーリングビードの溶接開始側の端部ＰＢまでを意味する。また、図８に示すように、シーリングビード部は、シーリングビードＳの溶接開始側の端部ＰＢを越えて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接終了位置ＰＥまでを意味する。
【００３７】
＜開先部：ステップＳ１〜Ｓ６＞
（ステップＳ１）
片面溶接装置１の開先倣いセンサ３を開先Ｖ内にセットし、溶接トーチ２、２、２のトーチ先端が、開先Ｖと一致するようにセットする。次に、この時点での溶接トーチ２、２、２の位置座標（トーチ先端座標）を、トーチ先端座標メモリ９Ａに記憶する。そして、開先倣いセンサ３による開先倣い動作を開始する。具体的には、開先倣いセンサ３で検知された開先のズレに基づいて、溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動を溶接位置制御部９で制御しながら、溶接走行台車４を架設方向ＸＬに移動させて、溶接トーチ２、２、２で開先Ｖ（被溶接材Ｗ１、Ｗ２）を溶接する。
そして、横断方向ＹＬへの移動の制御は、リアルタイムに行ってもよいが、溶接走行台車４（溶接トーチ先端）の横断方向における狙い位置（移動量）が±２ｍｍの範囲を超えた場合に行うことが好ましい。
【００３８】
（ステップＳ２）
ステップＳ１の開先倣い動作（被溶接材の溶接）を続行しながら、溶接走行台車４の架設方向の位置座標（現在地）を判断する。位置座標の移動量が所定距離（図６では１００ｍｍ）増加した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ３に移行する。ここで、移動量は走行レール移動手段５の走行レール駆動部５ｂのエンコーダによって検知されたモータの駆動量である。なお、移動量が所定距離増加していない（Ｎｏ）と判断された場合には、移動量が所定距離を超えるまで開先倣い動作（被溶接材の溶接）を続行する。
【００３９】
（ステップＳ３）
開先倣いセンサ３で検知された開先Ｖのズレに基づいて移動制御されたスライダ（台車移動手段）６の移動量（モータ駆動量）、および、走行レール移動手段５の移動量（モータ駆動量）に応じて、溶接トーチ２、２、２の位置座標（現在地）をトーチ先端座標メモリ９Ａに記憶する。
【００４０】
（ステップＳ４）
ステップＳ３での位置座標から、溶接線傾き計算部９Ｂで、図７に示すようにトーチ軌跡（溶接線）の傾きθ１を算出記憶する。この溶接線の傾きの算出記憶は、次ステップＳ６の開先倣い動作終了まで行い、傾きθ１〜θ４が算出記憶される。実際には、算出された傾きは、算出ごとに更新され、最新の傾きが記憶される。したがって、開先倣い動作終了時には傾きθ４（溶接走行台車４（開先倣いセンサ３）がシーリングビードＳの溶接開始側の端部ＰＢに到達する直前に算出記憶された傾き）が記憶されている。
【００４１】
（ステップＳ５）
終端検知器１０（シーリングビード端部判断部９Ｃ）で、開先倣いセンサ３がシーリングビードの溶接開始側の端部ＰＢに到達したかを判断する。具体的には、終端検知器１０が被溶接材Ｗ１、Ｗ２の端部（エンドタブ板Ｗｂの端部）を検知した信号が、シーリングビード端部判断部９Ｃに入力されたどうかを判断する。開先倣いセンサ３が溶接開始側の端部ＰＢに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、前記ステップＳ２〜Ｓ４を繰り返し行う。開先倣いセンサ３が溶接開始側の端部ＰＢに到達した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ６に移行する。
【００４２】
（ステップＳ６）
開先倣いセンサ３による開先倣い動作を終了して、次ステップＳ７に移行する。
【００４３】
＜シーリングビード部：ステップＳ７〜Ｓ９＞
（ステップＳ７）
開先倣いセンサ３を開先Ｖから上昇して退避させ、前記ステップＳ４で記憶された溶接線の傾き（最新の溶接線の傾きθ４）に基づいて、溶接位置制御部９（台車移動処理部９Ｅ）で横断方向ＹＬへの移動量を算出する。その移動量で溶接走行台車４を横断方向ＹＬへ移動させながら、溶接走行台車４を架設方向ＸＬへ移動させ、溶接トーチ２、２、２による被溶接材Ｗ１、Ｗ２（シーリングビードＳ）の溶接を続行する。そして、溶接走行台車４が被溶接材Ｗ１、Ｗ２の溶接終了位置ＰＥに到達したかを判断する。
【００４４】
溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達した（Ｙｅｓ）と判断された場合には、溶接を終了する。また、溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、次ステップＳ８に移行する。
【００４５】
なお、溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達したかどうかの判断には、溶接位置制御部９に予め記憶された溶接終了位置ＰＥの位置座標を用いる。そして、溶接終了位置ＰＥは通常、エンドタブ板Ｗｂ上に設ける。
【００４６】
（ステップＳ８）
前記ステップＳ７で溶接走行台車４が溶接終了位置ＰＥに到達していない（Ｎｏ）と判断された場合には、溶接走行台車４の架設方向ＸＬへの単位移動量に対する横断方向ＹＬへの移動量、すなわち、溶接トーチ２、２、２のトーチ先端の狙い位置が、許容範囲（±２ｍｍの範囲）を超えているかどうかを判断する。狙い位置が許容範囲を超えていない（Ｎｏ）と判断された場合には、溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動制御を行わずに前記ステップＳ７に戻る。狙い位置が許容範囲を超えた（Ｙｅｓ）と判断された場合には、次ステップＳ９に移行する。
【００４７】
（ステップＳ９）
前記ステップＳ７で算出された溶接走行台車４の横断方向ＹＬへの移動量に基づいて、溶接トーチ（トーチ先端）の狙い位置を位置決めして、前記ステップＳ７に戻る。
【００４８】
以上、本発明の片面装置および片面溶接方法の実施形態について説明したが、本発明に係る片面溶接装置および片面溶接方法は、前記で説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変更してもよい。
【００４９】
例えば、片面溶接装置の開先倣いセンサは、開先のズレを検知できるものであれば、図４（ａ）、（ｂ）のような圧力値で開先のズレを検知する代わりに、光等を使用したものであってもよい。また、開先倣いセンサが、シーリングビードの溶接開始側の端部を検知できるようにしてもよい。
また、本発明に係る片面溶接方法は、前記ステップＳ８の判断を行わずに、最新の溶接線の傾きθ４で、リアルタイムに溶接走行台車４を横断方向ＹＬへ移動させてシーリングビード部の溶接を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る片面溶接装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の片面溶接装置の正面図である。
【図３】図１の片面溶接装置を平面視した模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は開先倣いセンサの部分拡大図を示す。
【図５】本発明に係る片面溶接装置の溶接位置制御部のブロック図である。
【図６】本発明に係る片面溶接方法の工程図である。
【図７】本発明に係る開先部のトーチ軌跡を示す模式図である。
【図８】本発明に係るシーリングビード部のトーチ軌跡を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 片面溶接装置
２ 溶接トーチ
３ 開先倣いセンサ
４ 溶接走行台車
５ 走行レール移動手段
６ スライダ（台車移動手段）
９ 溶接位置制御部
９Ａ トーチ先端座標メモリ（記憶手段）
９Ｂ 溶接線傾き計算部
９Ｅ 台車移動処理部
Ｓ シーリングビード
Ｖ 開先
Ｗ１、Ｗ２ 被溶接材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先の長手方向の一端側にシーリングビードを有する被溶接材の前記開先の長手方向に沿って架設される走行レールと、前記被溶接材に向けて垂下される溶接トーチを支持する溶接走行台車と、前記溶接走行台車を懸架して、前記走行レールの架設方向に沿って移動させる走行レール移動手段と、前記溶接走行台車を、前記走行レールの架設方向に直交する横断方向に移動させる台車移動手段と、前記溶接走行台車に支持され、前記溶接トーチに先行して、前記開先内を移動して前記シーリングビードの溶接開始側の端部まで前記開先のズレを検知する開先倣いセンサと、前記溶接走行台車の移動を制御する溶接位置制御部とを備える片面溶接装置であって、
前記溶接位置制御部は、前記溶接トーチの架設方向および横断方向の位置座標を記憶する記憶手段と、
前記溶接走行台車が架設方向へ所定距離移動する毎に前記記憶手段に記憶されている前記位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部と、
前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御すると共に、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記溶接線傾き計算部で算出された前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御する台車移動処理部とを備えることを特徴とする片面溶接装置。
【請求項２】
前記溶接位置制御部は、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記溶接傾き計算部で算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段を備え、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記台車移動処理部が、前記記憶手段に記憶されている前記溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車の横断方向への移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の片面溶接装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の片面溶接装置を用いて溶接を行なう片面溶接方法において、
前記被溶接材の溶接開始位置から前記シーリングビードの溶接開始側の端部までは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接し、同時に、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に基づいて溶接線の傾きを算出し、さらに、
前記シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて前記被溶接材の溶接終了位置までは、前記開先倣いセンサを前記開先から退避させ、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に前記溶接線傾き計算部で算出した前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接することを特徴とする片面溶接方法。
【請求項１】
開先の長手方向の一端側にシーリングビードを有する被溶接材の前記開先の長手方向に沿って架設される走行レールと、前記被溶接材に向けて垂下される溶接トーチを支持する溶接走行台車と、前記溶接走行台車を懸架して、前記走行レールの架設方向に沿って移動させる走行レール移動手段と、前記溶接走行台車を、前記走行レールの架設方向に直交する横断方向に移動させる台車移動手段と、前記溶接走行台車に支持され、前記溶接トーチに先行して、前記開先内を移動して前記シーリングビードの溶接開始側の端部まで前記開先のズレを検知する開先倣いセンサと、前記溶接走行台車の移動を制御する溶接位置制御部とを備える片面溶接装置であって、
前記溶接位置制御部は、前記溶接トーチの架設方向および横断方向の位置座標を記憶する記憶手段と、
前記溶接走行台車が架設方向へ所定距離移動する毎に前記記憶手段に記憶されている前記位置座標に基づいて溶接線の傾きを算出する溶接線傾き計算部と、
前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達するまでは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御すると共に、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記溶接線傾き計算部で算出された前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御する台車移動処理部とを備えることを特徴とする片面溶接装置。
【請求項２】
前記溶接位置制御部は、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記溶接傾き計算部で算出された溶接線の傾きを記憶する記憶手段を備え、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達した後は、前記台車移動処理部が、前記記憶手段に記憶されている前記溶接線の傾きに基づいて、溶接走行台車の横断方向への移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の片面溶接装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の片面溶接装置を用いて溶接を行なう片面溶接方法において、
前記被溶接材の溶接開始位置から前記シーリングビードの溶接開始側の端部までは、前記開先倣いセンサで検知された前記開先のズレに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接し、同時に、前記溶接走行台車が架設方向に所定距離移動する毎に、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に基づいて溶接線の傾きを算出し、さらに、
前記シーリングビードの溶接開始側の端部を越えて前記被溶接材の溶接終了位置までは、前記開先倣いセンサを前記開先から退避させ、前記開先倣いセンサが前記シーリングビードの溶接開始側の端部に到達する直前に前記溶接線傾き計算部で算出した前記溶接線の傾きに基づいて前記溶接走行台車の横断方向への移動を制御しながら、前記溶接走行台車を架設方向に移動させて、前記被溶接材を前記溶接トーチで溶接することを特徴とする片面溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２３８２４８（Ｐ２００８−２３８２４８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８５９７０（Ｐ２００７−８５９７０）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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