JP2008264863A - 片面溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることのできる片面溶接装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る片面溶接装置Ｆは、溶接機ビームＢを自動走行する溶接機Ｊによって、被溶接部材Ｅ，Ｅを突き合わせてなる開先線Ｍに沿って片面から溶接する片面溶接装置であって、前記被溶接部材Ｅ，Ｅの開先線Ｍを下方から裏当てする裏当部１０およびこの裏当部１０を移動させる駆動機構１００を有する裏当装置１と、開先線位置検出手段３０と、制御部５０と、を備えてなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、溶接機ビームを自動走行する溶接機によって、被溶接部材を突き合わせてなる開先線に沿って片面から溶接する片面溶接装置に関する。

一般的に、大型の船舶を製造する場合など、幅寸法が３０ｍを超えるような鉄鋼板、すなわち被溶接部材を複数枚突き合わせて溶接を行う際に、裏フラックスだけで裏ビードを形成する方式や銅板と裏フラックスで裏ビードを形成する方式を用いる裏当装置を備えた片面溶接装置が用いられることが多い。

このような片面溶接装置としては、例えば、特許文献１に記載されたアーク溶接装置がある。
かかるアーク溶接装置は、当該装置の長手方向に裏当装置を３つ以上並設しており、これらに内装される駆動機構によって、アーク溶接装置の長手方向と直交する方向に個々に移動させることができるようになっている。
このアーク溶接装置は、両端部に配置された裏当装置のうち、どちらか一方を基準として、その裏当装置からの距離の比と、他の裏当装置の駆動速度と、の積の速度で電動モータを同時駆動させて、前記した３つ以上の裏当て支持装置の裏当部の幅方向における中心位置を、アーク溶接装置の長手方向に延びる仮想の開先基準線の中心位置に合わせるように制御することで、かかる位置調整を容易にしている。

特開２００６−２９７４６０号公報（請求項６、段落００４６〜００５８、図５）

しかしながら、特許文献１に記載のアーク溶接装置を含め、従来の片面溶接装置は、オペレータの目視による手動操作によって、裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下にセットしていた。

片面溶接装置は、大型の装置であるので、裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下にセットするにあたって、オペレータが作業現場を歩き回る必要があるだけでなく、手間と時間のかかる作業であった。また、オペレータの目視による手動操作により裏当部の位置を決めるため、精度良く位置決めすることは難しく、裏フラックス散布幅を広くする必要があった。かかる位置決めは、異なった板厚同士の突き合わせで厚板側の裏面をテーパ加工したサーピン継手の場合はさらに精度良い位置決めが要求されるため、熟練したオペレータの手動操作を必要としていた。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることのできる片面溶接装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決した本発明に係る片面溶接装置は、被溶接部材を突き合わせてなる開先線の下方から裏当てする裏当部を用いて、前記開先線に沿って前記被溶接部材の片面から溶接する片面溶接装置であって、前記開先線の位置を検出し、検出した前記開先線と前記裏当部との位置を制御する制御部を有し、前記制御部の制御する位置に、前記裏当部の駆動機構を介して当該裏当部を移動させることを特徴とする。

本発明に係る片面溶接装置は、このように開先線の位置を検出し、検出した開先線に裏当部の位置を合致させるべく制御部で裏当部の位置を制御し、当該制御部で位置決めした位置に裏当部を移動させるようにすることにより、裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることができる。

本発明に係る片面溶接装置は、溶接機ビームに沿って走行する溶接機によって、被溶接部材を突き合わせてなる開先線に沿って片面から溶接する片面溶接装置であって、前記被溶接部材の開先線を下方から裏当てする裏当部およびこの裏当部を移動させる駆動機構を有するとともに、前記裏当部の基準位置を検出してその位置情報を得る裏当部位置検出器を複数個備えた裏当装置と、前記裏当部よりも上方の離間した位置に設けられ、前記開先線に直交する方向に走査して、少なくとも２箇所の前記開先線の位置を検出してその位置情報を得る開先線位置検出手段と、前記開先線位置検出手段で得られた少なくとも２箇所の前記開先線の位置情報からそれぞれの前記開先線の基準位置を算出するとともに、前記裏当部位置検出器で得られた前記裏当部の位置情報から前記裏当部の基準位置を算出し、前記開先線の基準位置と前記裏当部の基準位置とを合致させるべく、前記裏当部を移動させる移動量を算出する制御部と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る片面溶接装置は、前記した裏当部位置検出器、開先線位置検出手段、制御部および駆動機構を備えているため、当該制御部で、裏当部位置検出器で得られた裏当部の位置情報と、開先線位置検出手段で得られた開先線の位置情報と、に基づいて開先線の基準位置に裏当部の基準位置を合致させるのに必要な裏当部の移動量を算出し、この移動量に基づいて、駆動機構を駆動させて裏当部の位置を微調整することができる。そのため、本発明に係る片面溶接装置は、裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることが可能となる。

本発明において、前記開先線位置検出手段は、前記被溶接部材に光を照射し、その光の反射光により前記開先線を検出する開先線位置検出センサと、前記開先線位置検出センサを前記開先線に直交する方向に移動させる移動手段と、前記移動手段により移動する移動量から当該開先線位置検出センサの位置情報を得るセンサ位置検出器と、を含んでなるのが好ましい。
このようにすれば、開先線位置検出センサによって開先線を確実に検出することができ、センサ位置検出器によって、開先線を検出した開先線位置検出センサの正確な位置情報を得ることができる。

本発明において、前記開先線位置検出センサは、前記溶接機ビームの長手方向における少なくとも２箇所の異なる位置に設けるのが好ましい。
このようにすれば、溶接機ビームの長手方向において少なくとも２箇所の異なる位置で開先線の位置を検出することができるので、より正確な開先線の位置情報を得ることが可能となる。そのため、裏当部の位置をより正確に微調整することが可能となり、裏当部を開先線の真下に、自動的且つより精度良く位置決めすることができる。

本発明において、前記溶接機ビームは、当該溶接機ビームの任意の箇所から長手方向に直交して延出する延出ビームを２本以上備えており、少なくとも２本の前記延出ビームのそれぞれに前記開先線位置検出センサを備えてもよく、さらに前記延出ビームは、前記溶接機ビームに接続されている基端部に、水平面において回転させる回転部を介して設けてもよい。
このようにすれば、延出ビームに備えられた２個以上の開先線位置検出センサによって開先線を２箇所以上でその位置を検出することができる。また、２箇所以上で開先線の位置を検出するので、より正確な開先線の位置情報を得ることが可能となる。そのため、裏当部の位置を正確に微調整することが可能となり、裏当部を開先線の真下に、自動的且つより精度良く位置決めすることができる。

本発明においては、前記溶接機に前記開先線位置検出センサを備えてもよい。
このようにすれば、開先線と直交する方向に溶接機を移動させることにより、溶接機に備えられた開先線位置検出センサによって開先線の位置を検出することができる。

本発明に係る片面溶接装置によれば、熟練したオペレータの手動操作を必要とすることなく、裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることができる。

次に、適宜図面を参照して、本発明に係る片面溶接装置を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
まず、図１から図６を参照して、本発明の片面溶接装置の第１実施形態について説明する。参照する図面において、図１は、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置を示す一部切欠図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の要部を拡大した要部拡大図であり、図３は、裏当部の基準位置と開先線の基準位置とを説明するための説明図であって、（ａ）は、同じ板厚同士の被溶接部材を突き合わせてなる開先線を溶接する場合における裏当部の基準位置と開先線の基準位置の説明図であり、（ｂ）は、異なる板厚同士の被溶接部材を突き合わせてなる開先線を溶接する場合における裏当部の基準位置と開先線の基準位置の説明図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の動作の様子を説明する説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図であり、図５は、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の裏当部を移動させるための構成を示すブロック図であり、図６は、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の動作フローを示すフローチャートである。
なお、本明細書においては、図１に示すように、片面溶接装置Ｆによって溶接される方向と平行な方向を長手方向とし、片面溶接装置Ｆによって溶接される方向と水平な面において直角となる方向を幅方向とする。

本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、図１に示すように、被溶接部材Ｅ，Ｅを突き合わせてなる開先線Ｍの下方から裏当てする裏当部１０を用いて、開先線Ｍに沿って被溶接部材Ｅ，Ｅの片面から溶接する片面溶接装置であって、開先線Ｍの位置を検出し、検出した開先線Ｍと裏当部１０との位置を制御する制御部５０（図５参照）を有し、この制御部５０の制御する位置に、裏当部１０の駆動機構１００を介して当該裏当部１０を移動させる。

具体的には、図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、溶接機ビームＢに沿って走行する溶接機Ｊによって、被溶接部材Ｅ，Ｅを突き合わせてなる開先線Ｍに沿って片面から溶接するものであり、駆動機構１００を有する裏当装置１と、開先線位置検出手段３０と、制御部５０（図５参照）と、を備えてなる。

この片面溶接装置Ｆについて詳述すると、図１に示すように、当該片面溶接装置Ｆの幅方向に並設された複数のレールＧと、レールＧの上方に配置された土台フレームＨと、レールＧと土台フレームＨの間に介設され、レールＧ上を幅方向に移動可能に形成された回転台車部Ｉと、土台フレームＨの内部に設置された裏当装置１を有する。さらに、片面溶接装置Ｆは、土台フレームＨの上端に設置されたパネル移動ローラＫ、補助ローラＬ及びマグネット装置Ｎと、裏当装置１の上方において、裏当装置１の長手方向に沿って移動可能な溶接機Ｊと、を有する。溶接機Ｊは、裏当装置１の長手方向に沿って延設されたガイドに移動可能に形成されており、溶接ワイヤ、ワイヤ送給機、電流・電圧・速度制御装置などが備えられている。また、片面溶接装置Ｆは、裏当装置１の長手方向に走行可能に形成されたフラックスホッパＦ１を有している。

そして、この片面溶接装置Ｆは、図１に示すように、例えば、片面溶接装置Ｆの幅方向に沿ってパネル移動ローラＫおよび補助ローラＬなどによって誘導された被溶接部材Ｅ，Ｅ（図２参照）を裏当装置１の上方で突き合わせた後、裏当装置１によって被溶接部材Ｅ，Ｅの開先線Ｍ（図２参照）の裏側に裏当フラックス（図示せず）を押し当て、被溶接部材Ｅ，Ｅの上面から溶接機Ｊによって片面サブマージアーク溶接を行う。

回転台車部Ｉは、所定の間隔をあけて配置された２個の回転体ｉを備えており、離間して配置された２枚の板材に軸支されている。回転体ｉは、型鋼からなるレールＧ上を転動し、幅方向に移動可能に形成されている。回転台車部Ｉの上部には、土台フレームＨが当接支持されている。
土台フレームＨは、図２に示すように、鋼製の角材を枠組みして形成され、上方が開放されており、この土台フレームＨの内部に、前記した裏当装置１が配置されている。

裏当装置１は、図１および図２に示すように、被溶接部材Ｅ，Ｅが突き合わされて形成された開先線Ｍの裏側に裏当フラックスを精度よく押し当てる装置である。この裏当装置１は、土台フレームＨの上部に所定の間隔をあけて並設された複数の昇降手段２と、片面溶接装置Ｆの長手方向に亘って延設されており、土台フレームＨに対して相対的に昇降する架台フレーム３と、架台フレーム３の上部に所定の間隔をあけて並設された裏当ローラ部４と、裏当ローラ部４の上方で支持される底板１１を備えた裏当部１０と、裏当部１０を幅方向に微調整移動させる駆動機構１００とを有する。なお、この駆動機構１００は、裏当部１０の両端に備えられている。

昇降手段２は、図２に示すように、土台フレームＨに対して架台フレーム３を相対的に昇降させる手段であり、例えば公知のシリンダーを用いて、裏当装置１の長手方向に所定の間隔をあけて裏当ローラ部４の直下に配置されている。

架台フレーム３は、図２に示すように、鉛直方向に昇降するフレームであり、昇降手段２に支持されるとともに、上部に前記した裏当ローラ部４が設置されている。架台フレーム３は、角材及び板材を接合して略箱状に枠組みされており、裏当装置１の幅方向に延設された下辺フレーム３ａと、下辺フレーム３ａの両端に梯子状に形成された側部フレーム３ｂ，３ｂと、側部フレーム３ｂ，３ｂの間に、介設された一対の挟持板３ｃ，３ｃとを有する。そして、この一対の挟持板３ｃ，３ｃは、裏当装置１の長手方向に所定の間隔で離間しており、下端には昇降手段２の上端が当接支持されている。なお、前記した下辺フレーム３ａには、貫通孔Ｑ，Ｑが形成されており、昇降手段２が挿通されている。

前記した裏当ローラ部４は、図１および図２に示すように、底板１１を備えた裏当部１０を幅方向に移動可能に支持する部材である。裏当ローラ部４は、複数の裏当ローラ５，５・・・と、裏当ローラ５の中心を軸支する回転軸６，６・・・とで形成されている。裏当ローラ５は、同一形状からなる円柱体であって、円心に貫通された回転軸６を軸として回転可能に形成されている。また、裏当ローラ５は、所定の間隔をあけて幅方向に亘って直線状に並設されており、裏当ローラ５に係るそれぞれの円筒面の上面は面一に形成されている。なお、この裏当ローラ５の幅（円柱の母線の長さ）は、挟持板３ｃ，３ｃ間の幅よりも小さく形成されている。すなわち、裏当ローラ５は、裏当ローラ５と挟持板３ｃの間に隙間をあけて軸支されている。

かかる裏当ローラ部４は、図１に示すように、裏当装置１の長手方向に亘って所定の間隔をあけて複数個形成されており、裏当部１０を幅方向にスムーズに移動させることが可能となっている。
なお、裏当ローラ５の形状は、円柱体に限定されるものではなく、例えば、球体でもよい。さらに、裏当ローラ５の数、大きさ、隣り合う裏当ローラ５同士の間隔、裏当ローラ部４の設置個数などは、裏当装置１の大きさ等にしたがって適宜設定することができる。

裏当部１０は、図２に示すように、裏当ローラ部４に支持されるとともに、裏当フラックスを開先線Ｍの裏側に押し当てる部分である。裏当部１０は、前記した裏当ローラ部４に当接支持される底板１１と、底板１１の上部に形成された基礎フレーム１２と、基礎フレーム１２に内設されたエアホース１３と、エアホース１３の上部に形成された銅板１４と、を主に有する。

底板１１は、板状長尺の部材であって、片面溶接装置Ｆの長手方向に亘って延設されており、下面が裏当ローラ部４に当接されている。底板１１の幅は、裏当ローラ部４の幅よりも小さく形成されている。基礎フレーム１２は、底板１１の上部に形成され底板１１と同様に片面溶接装置Ｆの長手方向に亘って形成され、エアホース１３が内設されている。そして、銅板１４は、裏当部１０の上部において長手方向に亘って形成された板状部材であって、その上面に図示しない裏当フラックスが供給される。

駆動機構１００は、図２に示すように、裏当部１０を幅方向に微調整移動させる機構であり、図５に示すように、制御部５０からの所定の信号を受信して駆動等、所定の動作を行う。
また、駆動機構１００は、例えば、図２では図示しないモータ（裏当微調整用モータ１３１，１４１（図５参照））およびロータリエンコーダなどの裏当部１０の位置を検出するための位置検出器（裏当部位置検出器１３２，１４２（図５参照））を内装した駆動部１００ａと、駆動部１００ａに直結されたネジ軸１００ｂと、ネジ軸１００ｂに係合されるとともに裏当部１０の底板１１に接合される係合部１００ｃとを有する。これにより、モータを駆動させることで、裏当部１０が裏当ローラ部４上を幅方向に移動させることができる。前記したように、この駆動機構１００は、第１実施形態においては、裏当装置１の両端に一箇所ずつ設置されている（つまり、この裏当部位置検出器は１台の裏当装置１に少なくとも２個備えられている）。なお、この駆動機構１００は、裏当装置１の端部よりも内側の位置に設けてもよいことはいうまでもない。

そして、第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆでは、裏当部位置検出器１３１，１４１（図５参照）がモータの回転数などをコード化し、これに接続された裏当部１０がどの位置にあるかを検出して裏当部１０の位置情報を得る。得られた裏当部１０の位置情報は、制御部５０に入力される。詳細は後述する。

他方、溶接機ビームＢは、裏当装置１の上方の離間した位置に横設されており、前記したように、この溶接機ビームＢに備えられた溶接機Ｊが、溶接機ビームＢに沿って自動走行して被溶接部材Ｅ，Ｅを溶接する。

溶接機ビームＢで被溶接部材Ｅ，Ｅを溶接するにあたり、第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆでは、後記に詳述する開先線位置検出手段３０，４０により、被溶接部材Ｅ，Ｅの開先線Ｍの位置を検出してその位置情報を得、前記した裏当部１０の基準位置を、開先線Ｍの基準位置に合致するよう微調整する。
ここで、裏当部１０の基準位置とは、片面サブマージアーク溶接を行うにあたって、裏当部１０に対して予め設定される位置をいい、例えば、図３（ａ）に示すように、同じ板厚同士の被溶接部材Ｅ，Ｅを突き合わせてなる開先線Ｍを溶接する場合などにおいては、裏当部１０（銅板１４）の幅方向における中心位置Ｐｃを裏当部１０の基準位置とすることができる。また、図３（ｂ）に示すように、異なった板厚同士の被溶接部材Ｅ１，Ｅ２を突き合わせ、厚板側の被溶接部材Ｅ１の裏面をテーパ加工したサーピン継手である場合などにおいては、裏当部１０（銅板１４）の幅方向における中心位置Ｐｃから所定量オフセットさせた位置Ｐｏを裏当部１０の基準位置とすることができる。
また、開先線Ｍの基準位置とは、片面サブマージアーク溶接させるために配置すべき開先線Ｍの位置をいう。裏当部１０の基準位置および開先線Ｍの基準位置は、任意に設定することができる。

図１に示すように、第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、かかる位置情報を得るために、例えば、開先線位置検出手段３０，４０を裏当部１０よりも上方、つまり、被溶接部材Ｅ，Ｅよりも上方の離間した位置に備えており、かかる開先線位置検出手段３０，４０を用いて、溶接機ビームＢの長手方向における少なくとも２箇所の異なる位置で開先線Ｍの位置を検出し、開先線Ｍの正確な位置情報を得る。

図１および図４に示すように、これら開先線位置検出手段３０，４０は、例えば、溶接機ビームＢの任意の箇所から、片面溶接装置Ｆの水平面内の長手方向に直交して延出する延出ビームＣを２本以上備え、このうちの少なくとも２本の延出ビームＣ，Ｃのそれぞれに、前記した開先線位置検出手段３０，４０を備えるとよい。また、かかる延出ビームＣ，Ｃは、溶接機ビームＢに接続されている基端部Ｃ１，Ｃ１に、水平面において延出ビームＣ，Ｃを回転させる回転部Ｂａ，Ｂａを介して設けられているとさらによい。かかる構成とすることにより、図４（ａ）に示すように、延出ビームＣ，Ｃを例えばα方向またはβ方向に回転させることができる。したがって、溶接時に溶接機ビームＢにこれを格納等することができるようになり、溶接の邪魔になるのを防ぐことができる。

図４（ａ）（ｂ）および図５に示すように、かかる開先線位置検出手段３０，４０は、被溶接部材Ｅ，Ｅに光を照射し、その光の反射光により前記開先線Ｍを検出する開先線位置検出センサ３１，４１と、開先線位置検出センサ３１，４１を開先線Ｍに直交する方向に移動させる電動モータなどの移動モータ３３，４３などの移動手段と、移動手段により移動する移動量から当該開先線位置検出センサ３１，４１の位置情報を得るセンサ位置検出器３２，４２と、を含んで構成することを例示することができる。
かかる開先線位置検出センサ３１，４１は、被溶接部材Ｅ，Ｅや開先線Ｍと離間する位置に備えられるため、これらに接触しないで開先線Ｍを検出することのできる赤外線や超音波などを用いた公知の非接触タイプの検出センサを好適に用いることができる。また、センサ位置検出器３２，４２は、前記した裏当部位置検出器１３２，１４２（図５参照）と同様、例えば、ロータリエンコーダなどを用いて、モータ３３，４３の回転数をコード化することによりその位置情報を得ることができる。また、ロータリエンコーダなどを延出ビームＣ，Ｃに当接して転動させ、その回転数をコード化することにより、その位置情報を得てもよい。

そして、制御部５０は、開先線位置検出手段３０，４０で得られた開先線Ｍの位置情報から開先線Ｍの位置を算出し、裏当部位置検出器１３２，１４２で得られた裏当部１０の位置情報から裏当部１０の位置を算出し、開先線Ｍの基準位置と裏当部１０の基準位置とを合致させるべく、裏当部１０を移動させる移動量を算出する。

そのため、この制御部５０は、図５に示すように、開先線位置検出手段移動動作処理部５２と、開先線位置算出部５３と、サーボドライバ５３３，５４３と、裏当部移動信号生成部５４と、裏当部微調整用モータ動作処理部５５と、サーボドライバ５１３１，５１４１と、を有する。

ここで、開先線位置検出手段移動動作処理部５２は、入力端末装置などの操作手段５１から送信された、開先線位置検出トリガに基づいて開先線位置検出手段３０，４０の移動動作、つまり、開先線Ｍの位置の検出を開始させたり、停止させたりするための処理信号を生成し、かかる処理信号を開先線位置算出部５３に送信する。
なお、開先線Ｍがサーピン継手の場合は、開先線Ｍの位置の検出を開始する前に、予めサーピン種別、つまり、Ｒサーピン、Ｌサーピン、またはサーピンなしなどの情報をこの操作手段５１で入力し、開先線位置検出トリガを開先線位置算出部５３に送信する際に、当該サーピン種別に関する情報を裏当部移動信号生成部５４に送信するようにするとよい。

開先線位置算出部５３は、開先線位置検出手段移動動作処理部５２から送信された処理信号に基づいて、開先線位置検出手段３０，４０を移動させる移動信号をモータ３３，４３に向けて送信する。なお、開先線位置検出手段３０，４０を移動させる移動信号は、サーボドライバ５３３，５４３を経由することにより、モータ３３，４３を適切に駆動させることができるようになる。

開先線位置算出部５３は、開先線位置検出センサ３１，４１から開先線Ｍを検出した旨の信号を受信するとともに、センサ位置検出器３２，４２から開先線位置検出センサ３１，４１の位置情報を得ることによって、開先線Ｍの位置を算出する。そして、算出した開先線Ｍの基準位置（例えば、中心位置）に裏当部１０の基準位置（例えば、中心位置）を合致させるべく、裏当部１０の移動目標位置を算出し、位置決め開始する旨の信号（位置決め開始トリガ）とともに、裏当部移動信号生成部５４に送信する。

裏当部移動信号生成部５４は、開先線位置算出部５３から受信した位置決め開始トリガおよび裏当部１０の移動目標位置に基づいて、裏当部１０を移動させるための信号を生成し、裏当部微調整用モータ動作処理部５５に送信する。
ここで、前記した操作手段５１によって、サーピン種別に関する情報が送信されてきた場合は、その情報に基づいて、裏当部１０の位置決めを所定量オフセットさせるなどの処理を行わせる旨の信号を裏当部微調整用モータ動作処理部５５に送信する。

裏当部微調整用モータ動作処理部５５は、裏当部移動信号生成部５４で生成した信号や、裏当部１０の位置決めをオフセットさせるなどの処理を行わせる旨の信号に基づいて、裏当部微調整用モータ１３１，１４１を動作（駆動）させるための処理を行い、裏当部１０の位置を微調整する駆動機構１００の裏当部微調整用モータ１３１，１４１を駆動させて裏当部１０を移動させる移動信号を、サーボドライバ５１３１，５１４１を経由して送信することにより、これを適切に駆動させることができる。
なお、裏当部位置検出器１３２，１４２は、当該裏当部位置検出器１３２，１４２の位置を検出して、その位置情報を、サーボドライバ５１３１，５１４１を介して裏当部微調整用モータ動作処理部５５および裏当部移動信号生成部５４に随時フィードバックすることにより、裏当部１０をより適切な位置、すなわち、開先線Ｍの基準位置と裏当部１０の基準位置とが合致するように制御する。

かかる構成を有する本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、次のように動作する。
すなわち、図６のフローチャートに示すように、開先線Ｍの位置を検出すべく、オペレータが必要な信号を操作手段５１で入力すると、操作手段５１から送信された信号に基づいて、前記した制御部５０の開先線位置検出手段移動動作処理部５２、開先線位置算出部５３などが前記した処理を行い、開先線位置検出手段３０，４０を移動させつつ開先線Ｍの位置を検出する（ステップＳ１）。そして、その開先線Ｍの位置の検出結果に基づいて、裏当部移動信号生成部５４、裏当部微調整用モータ動作処理部５５などが前記した各処理を行い、裏当部微調整用モータ１３１，１４１を作動させて裏当部１０の位置を微調整する（ステップＳ２）。

裏当部１０の位置の微調整は、例えば、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明すると、次のようにして行うことができる。
仮に裏当部１０の中心位置に、点Ｐ１，Ｐ２を想定し、想定した点Ｐ１と開先線Ｍの中心位置とを合致させたとき、点Ｐ２が図４（ａ）の紙面において、左側に傾いて位置する場合は、点Ｐ１側の駆動機構１００を駆動させないで、この点Ｐ１を支点として、対向する点Ｐ２側の駆動機構１００のみを駆動させ、裏当部１０に想定した点Ｐ２を図４（ａ）の紙面において右方向に移動させて、裏当部１０の基準位置が開先線Ｍの基準位置と合致するようにその位置を微調整する。

他方、裏当部１０の中心位置に、点Ｐ１，Ｐ２を想定し、想定した点Ｐ１と開先線Ｍの中心位置とを合致させたとき、点Ｐ２が図４（ａ）の紙面において、右側に傾いて位置する場合は、前記とは逆の方向に点Ｐ２が移動するようにすればよい。すなわち、点Ｐ１側の駆動機構１００を駆動させないで、この点Ｐ１を支点として、対向する点Ｐ２側の駆動機構１００のみを駆動させ、裏当部１０の点Ｐ２を図４（ａ）の紙面において左方向に移動させて、裏当部１０の基準位置が開先線Ｍの基準位置と合致するようにその位置を微調整すればよい。

次に、図７から図１０を参照して、本発明の片面溶接装置の第２実施形態について説明する。
参照する図面において、図７は、本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の一部を拡大して示した一部拡大図であり、図８は、本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の動作の様子を説明する説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図であり、図９は、本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の裏当部を移動させるための構成を示すブロック図であり、図１０は、本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の動作フローを示すフローチャートである。

本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、全体的な構成は第１実施形態に係る片面溶接装置Ｆとほぼ同じであるため、これらの構成のうち重複する同じ構成についてはその説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。

図７に示すように、第２実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、開先線Ｍの位置を検出するための開先線位置検出手段３０を溶接機Ｊに備えた構成となっている。
つまり、図８（ａ）に示すように、溶接機Ｊを溶接機ビームＢに沿って移動（つまり、長手方向に移動）させ、当該片面溶接装置Ｆの長手方向（図１参照）における、少なくとも２箇所の異なる位置で片面溶接装置Ｆの幅方向（図７、図８（ａ）（ｂ）参照）に、当該溶接機Ｊに備えられたスライダＳで溶接機Ｊをスライドさせて開先線Ｍの位置を検出し、その位置情報を得る。
この場合、開先線Ｍの位置の検出は、溶接機Ｊに備えられた開先線Ｍを検出する開先線検出センサ３１と、この開先線センサ３１の位置情報を得るセンサ位置検出器３２と、を含んで構成することを例示することができる。このようにすれば、溶接機Ｊに設けられたロータリエンコーダなどの溶接機位置検出器ＪＰＤで溶接機ビームＢ上の移動量を測定することで、片面溶接装置Ｆの長手方向における位置情報を得ることができ、溶接機ＪのスライダＳに設けられたロータリエンコーダなどのセンサ位置検出器３２でスライド量を測定することで、片面溶接装置Ｆの幅方向における位置情報を得ることができる。

このように、溶接機Ｊに開先線位置検出手段３０を備えた第２実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、開先線位置検出手段３０で得られた開先線Ｍの位置情報に基づいて、裏当部１０の位置を微調整し、当該裏当部１０の基準位置を開先線Ｍの基準位置に合致させるため、図９に示すような制御部１５０を有する。かかる制御部１５０は、図７に示すように、溶接機Ｊに備えることを例示することができる（なお、第１実施形態で説明した制御部５０もこれと同様、溶接機Ｊに備えることを例示することができる）。

すなわち、制御部１５０は、開先線位置検出手段移動動作処理部５２と、開先線位置算出部５３と、サーボドライバ５ＪＭと、裏当部移動信号生成部５４と、裏当部微調整用モータ動作処理部５５と、サーボドライバ５１３１，５１４１と、を有する。なお、これらのうち、サーボドライバ５ＪＭ以外は、第１実施形態で説明した制御部５０とほぼ同様であるので、第１実施形態で説明した内容と異なる点について説明する。

第２実施形態では、前記したように溶接機Ｊに開先線位置検出手段３０を備えているため、開先線Ｍの位置を検出するために、溶接機Ｊを適切に動作させる必要がある。そのため、まず、操作手段５１から送信された開先線位置検出トリガを開先線位置検出手段移動動作処理部５２が受信すると、溶接機Ｊの移動動作を開始させたり、停止させたりするための処理信号を生成し、かかる処理信号を開先線位置算出部５３に送信する。

開先線位置算出部５３は、開先線位置検出手段移動動作処理部５２から送信された処理信号に基づいて、溶接機Ｊを移動させる移動信号を、サーボドライバ５ＪＭを介して溶接機走行モータＪＭに送信する。溶接機Ｊを移動させる移動信号は、サーボドライバ５ＪＭを経由することにより、溶接機走行モータＪＭを適切に駆動させることができるようになる。
そして、溶接機Ｊに備えられた開先線検出手段３０によって、開先線Ｍを検出した旨の信号および溶接機Ｊの位置情報を得て、これらを開先線位置算出部５３に送信する。

開先線Ｍを検出した旨の信号および溶接機Ｊの位置情報を得た開先線位置算出部５３は、第１実施形態で説明したのと同じように、開先線Ｍの位置を算出し、算出した開先線Ｍの基準位置（例えば、中心位置）に裏当部１０の基準位置（例えば、中心位置）を合致させるべく、裏当部１０の移動目標位置を算出し、位置決め開始する旨の信号（位置決め開始トリガ）とともに、裏当部移動信号生成部５４に送信する。

第２実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、制御部１５０でこのような処理を行うことで、開先線Ｍの基準位置に裏当部１０の基準位置を合致するように制御する。

かかる構成を有する本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置Ｆは、具体的には次のように動作する。
すなわち、図１０のフローチャートに示すように、開先線Ｍの位置を検出すべく、オペレータが必要な信号を操作手段５１で入力すると、操作手段５１から送信された信号に基づいて、前記した制御部１５０の開先線位置検出手段移動動作処理部５２、開先線位置算出部５３などが前記した各処理を行い、溶接機Ｊを溶接終端部側まで（例えば、図８（ａ）の紙面において、裏当部１０の下端部分まで）移動させる（ステップＳ１１）。溶接終端部側まで溶接機Ｊを移動させたら、その位置で溶接機Ｊを片面溶接装置Ｆの幅方向に移動（スライド）させつつ、開先線Ｍを検出する（ステップＳ１２）。

溶接終端部側の開先線Ｍの検出が終了したら、今度は溶接機Ｊを溶接開始側まで（例えば、図８（ａ）の紙面において、裏当部１０の上端部分まで）移動させ（ステップＳ１３）、移動させた位置で溶接機ビームＢを片面溶接装置Ｆの幅方向に移動（スライド）させつつ、開先線Ｍを検出する（ステップＳ１４）。このようにして検出した開先線Ｍの位置情報に基づいて、裏当部移動信号生成部５４、裏当部微調整用モータ動作処理部５５などが前記した各処理を行い、裏当部微調整用モータ１３１，１４１を作動させて裏当部１０の位置を微調整する（ステップＳ１５）。
なお、裏当部１０の位置の微調整は、第１実施形態で説明した通りであるので、その説明を省略する。

第１実施形態および第２実施形態で説明した片面溶接装置Ｆは、いずれも前記した所定の処理および動作を行うことによって、裏当装置に備えられた裏当部を開先線の真下に、自動的且つ精度良く位置決めすることができるという効果を奏する。
つまり、本発明に係る片面溶接装置Ｆは、従来、手間と時間をかけて熟練したオペレータが手動操作により行っていた裏当部の位置決め作業を自動的に行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る片面溶接装置Ｆは、精度良く位置決めすることができるため、裏フラックスの散布幅を狭めることができ、裏フラックスの使用量を減らすことができるという効果を奏する。
さらに、本発明に係る片面溶接装置Ｆは、精度良く位置決めすることができるため、特に、サーピン継手の溶接部材を溶接する際の裏当部の位置決めを省力化することができるという効果を奏する。

以上、本発明の片面溶接装置について、発明を実施するための最良の形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば、開先線位置検出手段３０（および開先線位置検出手段４０）や開先線位置検出センサ３１（および開先線位置検出センサ４１）を移動させないで、被溶接部材Ｅ，Ｅを片面溶接装置Ｆの幅方向に移動させて開先線Ｍを検出することもできる。この場合は、センサ位置検出器３２（およびセンサ位置検出器４２）で検出されるこれらの位置情報を固定値として制御部５０に入力しておき、被溶接部材Ｅ，Ｅの移動量を図示しないロータリエンコーダなどで測定することにより、開先線Ｍの基準位置と裏当部１０の基準位置とを合致させることができる。

また、例えば、前記した第２実施形態のように、溶接機Ｊに開先線位置検出手段３０を設けた場合、かかる開先線位置検出手段３０に、当該開先線位置検出手段３０を移動させるための移動モータ（電動モータ）を設けて、溶接機Ｊのスライドする方向と平行な方向に開先線位置検出手段３０が動くように構成してもよく、さらに、この移動モータにセンサ位置検出器を設けてもよい。
このようにすれば、前記したように、溶接機ビームＢに対する移動量を測定することで、片面溶接装置Ｆの長手方向における位置情報を得ることができ、開先線位置検出手段３０が溶接機Ｊをスライドする移動量を測定することで、片面溶接装置Ｆの幅方向における位置情報を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置を示す一部切欠図である。 本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の要部を拡大した要部拡大図である。 裏当部の基準位置と開先線の基準位置とを説明するための説明図であって、（ａ）は、同じ板厚同士の被溶接部材を突き合わせてなる開先線を溶接する場合における裏当部の基準位置と開先線の基準位置の説明図であり、（ｂ）は、異なる板厚同士の被溶接部材を突き合わせてなる開先線を溶接する場合における裏当部の基準位置と開先線の基準位置の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の動作の様子を説明する説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の裏当部を移動させるための構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る片面溶接装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の一部を拡大して示した一部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の動作の様子を説明する説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の裏当部を移動させるための構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る片面溶接装置の動作フローを示すフローチャートである。

符号の説明

Ｆ 片面溶接装置
Ｂ 溶接機ビーム
Ｊ 溶接機
１ 裏当装置
１０ 裏当部
１００ 駆動機構
１３１，１４１ 裏当部微調整用モータ
１３２，１４２ 裏当部位置検出器
３０，４０ 開先線位置検出手段
３１，４１ 開先線検出センサ
３２，４２ センサ位置検出器
５０，１５０ 制御部
５２ 開先線位置検出手段移動動作処理部
５３ 開先線位置算出部
５４ 裏当部移動信号生成部
５５ 裏当部微調整用モータ動作処理部
Ｅ 被溶接部材
Ｍ 開先線

Claims (7)

1. 被溶接部材を突き合わせてなる開先線の下方から裏当てする裏当部を用いて、前記開先線に沿って前記被溶接部材の片面から溶接する片面溶接装置であって、
   前記開先線の位置を検出し、検出した前記開先線と前記裏当部との位置を制御する制御部を有し、前記制御部の制御する位置に、前記裏当部の駆動機構を介して当該裏当部を移動させることを特徴とする片面溶接装置。
2. 溶接機ビームに沿って走行する溶接機によって、被溶接部材を突き合わせてなる開先線に沿って片面から溶接する片面溶接装置であって、
   前記被溶接部材の開先線を下方から裏当てする裏当部およびこの裏当部を移動させる駆動機構を有するとともに、前記裏当部の基準位置を検出してその位置情報を得る裏当部位置検出器を複数個備えた裏当装置と、
   前記裏当部よりも上方の離間した位置に設けられ、前記開先線に直交する方向に走査して、少なくとも２箇所の前記開先線の位置を検出してその位置情報を得る開先線位置検出手段と、
   前記開先線位置検出手段で得られた少なくとも２箇所の前記開先線の位置情報からそれぞれの前記開先線の基準位置を算出するとともに、前記裏当部位置検出器で得られた前記裏当部の位置情報から前記裏当部の基準位置を算出し、前記開先線の基準位置と前記裏当部の基準位置とを合致させるべく、前記裏当部を移動させる移動量を算出する制御部と、
   を備えることを特徴とする片面溶接装置。
3. 前記開先線位置検出手段は、
   前記被溶接部材に光を照射し、その光の反射光により前記開先線を検出する開先線位置検出センサと、
   前記開先線位置検出センサを前記開先線に直交する方向に移動させる移動手段と、
   前記移動手段により移動する移動量から当該開先線位置検出センサの位置情報を得るセンサ位置検出器と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の片面溶接装置。
4. 前記開先線位置検出手段は、前記溶接機ビームの長手方向における少なくとも２箇所の異なる位置に設けたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の片面溶接装置。
5. 前記溶接機ビームは、当該溶接機ビームの任意の箇所から長手方向に直交して延出する延出ビームを２本以上備えており、
   少なくとも２本の前記延出ビームのそれぞれに前記開先線位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の片面溶接装置。
6. 前記延出ビームは、前記溶接機ビームに接続されている基端部に、水平面において回転させる回転部を介して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の片面溶接装置。
7. 前記溶接機に前記開先線位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の片面溶接装置。

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