JP2011167757A - 溶接管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接入熱量を容易に算出し管理することが可能な溶接管理システムを提供する。
【解決手段】溶接時間算出部１１は、溶接機２０から受信した溶接電流値又は溶接電圧値に基づいて溶接時間を算出する。溶接速度算出部１２は、算出した溶接時間と加速度センサ４０により計測された加速度とに基づいて溶接速度を算出する。入熱量算出部１３は、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出する。管理情報記憶部１６は、溶接入熱量を溶接ＤＢ１８に記憶する。
【選択図】図５

Description

本発明は、溶接施工に関する情報を管理する溶接管理システムに関する。

溶接施工における溶接品質を確保するために、溶接作業日時、溶接作業者、溶接対象物、溶接電圧値、溶接電流値、溶接時の溶接対象物の温度、溶接入熱量等、様々な情報を収集し、これらが適正であったかを確認する必要がある。

溶接入熱量とは、溶接時に発生するアークの発熱量を近似的に示す値であり、単位長さ当たりの発熱量で表される。具体的には、溶接電流をＩ（Ａ）、溶接電圧をＶ（Ｖ）、溶接速度をｖ（ｃｍ／分）とすると、溶接入熱量Ｈ（ジュール／ｃｍ）は（Ｖ×Ｉ×６０）／ｖで算出される。このうち溶接電流と溶接電圧は、溶接機の設定値又は測定値から容易に求められる。

溶接速度を求める方法としては、溶接時間をストップウォッチで計測し、溶接長さを定規で計測し、溶接長さを時間で除算することにより算出する方法があるが、人手がかかるとともに正確さに欠ける。

特許文献１には、溶接線に沿って平行な位置の被溶接材に２個の温度センサを設け、溶接棒の交換等で溶接作業が中断しても溶接時間を正確に計測する技術が記載されている。具体的には、特許文献１では、溶接トーチが第１の温度センサの設置位置近傍まで達してから、溶接棒を交換するためにアークが中断して溶接電流が０となるまでの時間（Ｔ４−Ｔ３）と、アークが発生して溶接電流が所定値になり溶接を再開してから溶接トーチが第２の温度センサの設置位置近傍まで達するまでの時間（Ｔ６−Ｔ５）とを演算し、時間（Ｔ４−Ｔ３）と時間（Ｔ６−Ｔ５）を加算し、当該加算した時間と、第１の温度センサと第２の温度センサとの間の距離とから溶接速度を演算している。

特開２００２−２８７８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の溶接速度の計測方法では、２つの温度センサを用意する必要があり、また、当該２つの温度センサ及び電流計で測定された溶接電流値を用いて複雑な判定及び演算を行う必要があった。さらに、溶接作業員や溶接対象物、溶接日時等の様々な情報を収集して一括で管理することができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶接入熱量を容易に算出し管理することが可能な溶接管理システムを提供することを目的とする。
また、溶接入熱量に加えて、溶接施工に関する情報を一括で管理することができる溶接管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る溶接管理システムは、溶接施工に関する情報を管理する溶接管理システムであって、溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けられた１つのセンサによる計測結果に基づいて溶接速度を算出する溶接速度算出手段と、溶接電流と溶接電圧と前記溶接速度算出手段により算出された溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出する入熱量算出手段と、前記入熱量算出手段により算出された溶接入熱量を記憶する管理情報記憶手段とを備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、溶接管理システムは、溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けられた１つのセンサによる計測結果に基づいて溶接速度を算出し、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出し記憶するため、溶接入熱量を容易に算出し管理することができる。

上記構成において、溶接電流又は溶接電圧に基づいて溶接時間を算出する溶接時間算出手段をさらに備え、前記センサは加速度センサであり、前記溶接速度算出手段は、前記溶接時間算出手段により算出された溶接時間と前記センサにより計測された加速度に基づいて溶接速度を算出することを特徴とする。

上記構成によれば、１つの加速度センサを溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けるだけで、溶接速度を容易に算出することができ、溶接速度から溶接入熱量を容易に算出して管理することができる。

上記構成において、溶接電流又は溶接電圧に基づいて溶接時間を算出する溶接時間算出手段をさらに備え、前記センサは変位センサであり、前記溶接速度算出手段は、前記溶接時間算出手段により算出された溶接時間と前記センサにより計測された変位とに基づいて、溶接速度を算出することを特徴とする。

上記構成によれば、１つの変位センサを溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けるだけで、溶接速度を容易に算出することができ、溶接速度から溶接入熱量を容易に算出して管理することができる。

上記構成に加えて、溶接作業者に取り付けられ、前記溶接作業者を特定するための作業者識別情報が記憶された作業者用ＲＦＩＤタグと、溶接対象物に取り付けられ、前記溶接対象物を特定するための溶接対象物識別情報が記憶された溶接対象物用ＲＦＩＤタグとをさらに備え、前記管理情報記憶手段は、前記作業者用ＲＦＩＤタグから読み取られた作業者識別情報と、前記溶接対象物用ＲＦＩＤタグから読み取られた溶接対象物識別情報と、前記作業者識別情報で特定される溶接作業者が前記溶接対象識別情報で特定される溶接対象物を溶接した時に前記入熱量算出手段により算出された溶接入熱量と、日時と、を対応付けて記憶することを特徴とする。
このような構成とすれば、溶接入熱量に加えて、溶接作業者及び溶接対象物に関する情報を一括で管理することができる。

また、上記構成に加えて、溶接電流又は溶接電圧に基づいて、ある溶接作業と次の溶接作業との間の作業間隔時間を算出する作業間隔算出手段と、前記作業間隔算出手段により算出された作業間隔時間に基づいてパス間温度を算出するパス間温度算出手段とをさらに備え、前記管理情報記憶手段は、前記パス間温度をさらに記憶することを特徴とする。
このように構成することで、作業間隔時間に基づいてパス間温度を容易に推定することができ、溶接対象物が十分に冷却されたかを管理することができる。

本発明によれば、溶接管理システムは、溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けられた１つのセンサによる計測結果に基づいて溶接速度を算出し、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出し記憶するため、溶接入熱量を容易に算出し管理することができる。

本発明の実施形態に係る溶接管理システムの全体構成図である。 同実施形態に係る情報管理装置の機能構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る溶接電流値又は溶接電圧値の時間推移を示すグラフである。 同実施形態に係る加速度センサにより計測された加速度と時間経過との関係を示すグラフの一例である。 同実施形態に係る溶接管理システムにより行われる溶接管理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係る溶接管理システム１の全体構成図である。同図に示すように、溶接管理システム１は、溶接条件を制御する溶接機２０と、溶接機２０とケーブルで接続され溶接作業を行うための溶接トーチ３０と、溶接トーチ３０又は溶接作業者の手首に取り付けられた加速度センサ４０と、溶接作業者に取り付けられた作業者用タグ（「作業者用ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ」に対応）５０と、溶接対象となる配管６２に取り付けられた配管ＩＤタグ（「溶接対象物用ＲＦＩＤタグ」に対応）６０と、作業者用タグ５０及び配管ＩＤタグ６０に記憶された情報を読み取る携帯端末機７０と、携帯端末機７０、加速度センサ４０、溶接機２０等から情報を収集して管理する情報管理装置１０とを備えている。

溶接機２０は、溶接トーチ３０及び図示せぬ電源に接続されており、溶接トーチ３０に電力を供給する。溶接機２０は、溶接作業が行われている時の溶接電流、溶接電圧及び経過時間を計測し、これらの計測した値を図示せぬ通信ケーブルを介して情報管理装置１０に送信する。

溶接トーチ３０は、溶接機２０から供給される電力により、配管６２と溶接トーチ３０との間にアークを発生させることにより配管６２の溶接を行う。
加速度センサ４０は、加速度を計測する一般的なセンサであり、計測した加速度を図示せぬ通信ケーブルを介して情報管理装置１０に送信する。加速度センサ４０は、コイルばねや板ばねを備える機械式であっても、波長の変化を検出する光学式であっても、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた半導体式でも、位置変化を静電容量の変化として検出する静電容量型でも、ピエゾ抵抗型であっても、加速度を検出できるセンサであればよい。なお、図１には、加速度センサ４０が取り付けられる箇所を示すために、加速度センサ４０は溶接トーチ３０と溶接作業者の手首との両方に取り付けられている様子が図示されているが、加速度センサ４０は溶接トーチ３０と溶接作業者の手首との何れか一方に取り付けられていればよい。

作業者用タグ５０及び配管ＩＤタグは、一般的なＲＦＩＤタグであり、ハードウェア構成として、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとアンテナと無線通信インターフェースとを備えている。

作業者用タグ５０のメモリには、溶接作業者を特定するための作業者ＩＤが記憶されている。配管ＩＤタグ６０のメモリには、配管６２を特定するための配管ＩＤが記憶されている。作業者用タグ５０は、携帯端末機７０から制御信号を含む電波を受信すると共振作用により電力を発生し、メモリに記憶されている作業者ＩＤを携帯端末機７０に送信する。同様に、配管ＩＤタグ６０は、携帯端末機７０から制御信号を含む電波を受信すると共振作用により電力を発生し、配管ＩＤタグを携帯端末機７０に送信する。

携帯端末機７０は、リーダ・ライタの機能を有する一般的な携帯情報端末（ＰＤＡ）である。携帯端末機７０は、制御信号を含む電波を発信することにより、作業者用タグ５０及び配管ＩＤタグ６０に対して電力の供給を行い、作業者用タグ５０のメモリに記憶されている作業者ＩＤ及び配管ＩＤタグ６０のメモリに記憶されている配管ＩＤを受信する。そして、携帯端末機７０は、受信した作業者ＩＤ及び配管ＩＤを情報管理装置１０に転送する。

情報管理装置１０は、ハードウェア構成として、図示せぬ、ＣＰＵと、プログラム、データ、溶接ＤＢ１８等のデータベースを記憶するメモリと、通信インターフェースと、内部時計とを備えている。ＣＰＵが記憶装置に記憶されたプログラムに従って処理を実行することにより、図２に示す機能構成が情報管理装置１０に実現される。

溶接時間算出部１１は、溶接機２０で計測され溶接機２０から受信した溶接電流値又は溶接電圧値に基づいて、溶接時間（アークタイム）を算出する。図３（ａ）、（ｂ）は、溶接機２０から受信した溶接電流値、溶接電圧値、経過時間をグラフ化したものである。図３（ａ）に示すように、溶接作業中にアークが発生して溶接が行われている時は溶接電圧値及び溶接電流値は高くなる（所定値以上となる）が、溶接が行われていない時は溶接電流値及び溶接電圧値は低くなる。このため、図３（ａ）、（ｂ）に示すグラフのデータに基づいて、１回の溶接作業中に溶接電流値又は溶接電圧値が所定値以上である時間を検出して加算することで、１回の溶接作業の溶接時間を算出することができる。

溶接速度算出部１２は、溶接時間算出部１１により算出された溶接時間と、加速度センサ４０により計測された溶接トーチ３０の加速度とに基づいて、溶接速度を算出する。図４は、加速度センサ４０により計測された加速度と経過時間との関係を示すグラフの一例である。例えば図３（ｂ）に示すように、１回の溶接作業の開始時刻が時刻Ａであり終了時刻が時刻Ｂの場合には、溶接速度算出部１２は、時刻Ａから時刻Ｂまでの溶接トーチ３０の加速度を積算することにより、前進及び後退を繰り返しながら移動する溶接トーチ３０により溶接された箇所の溶接長さ（ビード長さ）を算出する。そして、当該算出した溶接長さを溶接時間で除算することにより、溶接速度を算出する。なお、時刻Ａから時刻Ｂまでの加速度を時間で積分することによって溶接速度を算出することもできる。また、加速度センサ４０の代わりに変位センサを用いて溶接長さを算出してもよい。

入熱量算出部１３は、溶接電流と溶接電圧と溶接速度算出部１２により算出された溶接速度とに基づいて、溶接入熱量を算出する。具体的には、入熱量算出部１３は、以下の式を用いて、溶接入熱量Ｈ（Ｊ／ｃｍ）を算出する。
Ｈ＝（Ｖ×Ｉ×６０）／ｖ
ここで、Ｉは溶接電流（Ａ）、Ｖは溶接電圧（Ｖ）、ｖは溶接速度（ｃｍ／分）

作業間隔算出部１４は、溶接電流又は溶接電圧に基づいて、ある溶接作業と次の溶接作業との間の作業間隔時間を算出する。
パス間温度算出部１５は、作業間隔算出部１４により算出された作業間隔時間に基づいてパス間温度を算出する。具体的には、パス間温度算出部１５は、気温と、溶接対象となっている配管６２の径と、配管６２の材質から、単位時間当たりに低下する温度を算出し、当該低下する温度と作業間隔時間を乗算することにより、作業間隔時間の間に配管６２がどの程度冷却されたかを推定する。なお、パス間温度とは、多パス（多層）溶接において、次のパスの溶接を行う直前のパス間の温度をいう。

管理情報記憶部１６は、携帯端末機７０を介して作業者用タグ５０から受信した作業者ＩＤ及び配管ＩＤタグ６０から受信した配管ＩＤと、入熱量算出部１３により算出された溶接入熱量と、パス間温度算出部１５により算出されたパス間温度と、溶接作業が行われた日時とを対応付けて、溶接ＤＢ１８に記憶する。さらに、管理情報記憶部１６は、施工管理システム等の別システムから入力された作業指示書のＩＤと、溶接作業に使用された溶接機２０のＩＤとをさらに対応付けて記憶することができる。

次に、図５に示すフローチャートを参照して、溶接管理システム１が行う溶接管理手順について説明する。
携帯端末機７０は、作業者用タグ５０に記憶されている作業者ＩＤを読み取ってメモリに記憶し（ステップＳ１）、配管ＩＤタグ６０に記憶されている配管ＩＤを読み取ってメモリに記憶する（ステップＳ２）。

情報管理装置１０は、管理者の手入力により又は施工管理システムから自動で、これから施工される溶接の作業指示ＩＤ及び作業指示書の内容（作業日時、配管径、材質、溶接箇所等）を入力する（ステップＳ３）。情報管理装置１０の管理情報記憶部１６は、入力された作業指示ＩＤを溶接ＤＢ１８に記憶する。

情報管理装置１０は、管理者の手入力により又は溶接機２０から自動で、溶接機２０を特定するための溶接機ＩＤを入力する（ステップＳ４）。情報管理装置１０の管理情報記憶部１６は、入力された溶接機ＩＤを溶接ＤＢ１８に記憶する。

次に、情報管理装置１０の作業間隔算出部１４は、前の溶接作業終了時点からの経過時間（すなわち、作業間隔時間）を算出する。パス間温度算出部１５は、作業間隔時間と、配管６２の材質及び配管径と、計測した現在の気温とに基づいて、パス間温度を算出する。溶接作業者はパス間温度が適正であるか否かを判定し（ステップＳ５）、パス間温度が適正であると判定した場合には、溶接作業者は溶接機２０及び溶接トーチ３０を用いて、配管６２の溶接作業を開始する（ステップＳ６）。情報管理装置１０の管理情報記憶部１６は、算出したパス間温度を溶接ＤＢ１８に記憶する。

溶接作業中においては、情報管理装置１０は、溶接機２０から受信した溶接電流値及び溶接電圧値を時間とともにメモリに記録する（ステップＳ７、Ｓ８）。さらに、情報管理装置１０は、加速度センサ４０から加速度情報を受信してメモリに記録するとともに（ステップＳ９）、現在時刻を記録する（ステップＳ１０）。

情報管理装置１０は、現在溶接作業中か否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、情報管理装置１０は、溶接電流又は溶接電圧が一定時間以上ゼロでない場合には溶接作業中と判定する。溶接作業中の場合には、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理を繰り返す。

一方、溶接電流又は溶接電圧が一定時間以上ゼロとなった場合には、情報管理装置１０は溶接作業が終了したと判定する。溶接時間算出部１１は、記録した溶接電流値又は溶接電圧値、及び時刻に基づいて、溶接時間（アークタイム）を解析する（ステップＳ１２）。例えば、図３（ｂ）に示すデータが記録された場合には、時刻Ａが溶接作業開始時刻、時刻Ｂが溶接作業終了時刻となり、時刻Ａから時刻Ｂまでの電流（又は電圧）が高い時間を累計した時間が溶接時間である。

次に、情報管理装置１０の溶接速度算出部１２は、時刻Ａから時刻Ｂまでの加速度に基づいて溶接長さ（ビード長さ）を算出し、溶接長さを溶接時間で除算することにより溶接速度を算出する（ステップＳ１３）。

次に、情報管理装置１０の入熱量算出部１３は、溶接入熱量を算出する（ステップＳ１４）。例えば、図３（ｂ）に示すように、溶接電流が１８０Ａであり溶接電圧が２５Ｖであり、ステップＳ１３で算出された溶接速度が１５ｃｍ／分の場合には、溶接入熱量は１８，０００Ｊ／ｃｍ（（２５×１８０×６０）／１５）と算出される。
管理情報記憶部１６は、算出した溶接入熱量を溶接ＤＢ１８に記録する。

以上説明したように、溶接管理システム１は、１つの加速度センサ４０を溶接トーチ３０又は溶接トーチ３０を操作する溶接作業者の腕に取り付けるだけで、溶接速度を容易に算出することができ、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出し溶接ＤＢ１８に記憶するため、溶接入熱を容易に計測し管理することができる。

また、作業者ＩＤと、配管ＩＤと、作業者ＩＤで特定される溶接作業者が配管ＩＤで特定される配管を溶接した時の溶接入熱量と、溶接日時と、を対応付けて溶接ＤＢ１８に記憶するため、溶接入熱量に加えて、溶接作業者及び溶接対象物に関する情報を一括で管理することができる。
また、作業間隔時間に基づいてパス間温度を容易に推定することができるため、配管６２が十分に冷却されたかを管理することができる。

１………溶接管理システム、１０………情報管理装置、１１………溶接時間算出部、１２………溶接速度算出部、１３………入熱量算出部、１４………作業間隔算出部、１５………パス間温度算出部、１６………管理情報記憶部、１８………溶接ＤＢ、２０………溶接機、３０………溶接トーチ、４０………加速度センサ、５０………作業者用タグ、６０………配管ＩＤタグ、６２………配管、７０………携帯端末機。

Claims (5)

1. 溶接施工に関する情報を管理する溶接管理システムであって、
   溶接トーチ又は該溶接トーチを操作する溶接作業者の腕に取り付けられた１つのセンサによる計測結果に基づいて溶接速度を算出する溶接速度算出手段と、
   溶接電流と溶接電圧と前記溶接速度算出手段により算出された溶接速度とに基づいて溶接入熱量を算出する入熱量算出手段と、
   前記入熱量算出手段により算出された溶接入熱量を記憶する管理情報記憶手段と
   を備えたことを特徴とする溶接管理システム。
2. 溶接電流又は溶接電圧に基づいて溶接時間を算出する溶接時間算出手段をさらに備え、
   前記センサは加速度センサであり、
   前記溶接速度算出手段は、前記溶接時間算出手段により算出された溶接時間と前記センサにより計測された加速度に基づいて溶接速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
3. 溶接電流又は溶接電圧に基づいて溶接時間を算出する溶接時間算出手段をさらに備え、
   前記センサは変位センサであり、
   前記溶接速度算出手段は、前記溶接時間算出手段により算出された溶接時間と前記センサにより計測された変位とに基づいて、溶接速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接管理システム。
4. 溶接作業者に取り付けられ、前記溶接作業者を特定するための作業者識別情報が記憶された作業者用ＲＦＩＤタグと、
   溶接対象物に取り付けられ、前記溶接対象物を特定するための溶接対象物識別情報が記憶された溶接対象物用ＲＦＩＤタグとをさらに備え、
   前記管理情報記憶手段は、前記作業者用ＲＦＩＤタグから読み取られた作業者識別情報と、前記溶接対象物用ＲＦＩＤタグから読み取られた溶接対象物識別情報と、前記作業者識別情報で特定される溶接作業者が前記溶接対象識別情報で特定される溶接対象物を溶接した時に前記入熱量算出手段により算出された溶接入熱量と、日時と、を対応付けて記憶することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の溶接管理システム。
5. 溶接電流又は溶接電圧に基づいて、ある溶接作業と次の溶接作業との間の作業間隔時間を算出する作業間隔算出手段と、
   前記作業間隔算出手段により算出された作業間隔時間に基づいてパス間温度を算出するパス間温度算出手段とをさらに備え、
   前記管理情報記憶手段は、前記パス間温度をさらに記憶することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の溶接管理システム。