JP2024034039A - 溶接作業用台車、溶接作業システムおよび溶接作業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の溶接作業を簡便に実施することができる溶接作業用台車、溶接作業システムおよび溶接作業方法を提供する。【解決手段】溶接作業用台車は、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、前記台車本体を前記ワークの表面上において移動させるためのモータと、前記モータを制御する台車制御器と、を備え、台車本体は、固定面に固定される作業機械を着脱可能である。【選択図】図１

Description

本開示は、溶接作業用台車、溶接作業システムおよび溶接作業方法に関する。

溶接作業には、実際に溶接を行う溶接機だけでなく、溶接機によりワークに形成されたビードの形状を整えたり、開先の裏側を掘ったりする加工機、または、溶接の前後に行う各種の検査を行うための検査機等が用いられる。

例えば大型構造物の製造において、これらの各種溶接作業を自動化する際には、溶接機、加工機、検査機等をそれぞれ自走可能な自動機として構成し、ワークの開先の溶接線に沿って溶接機等を自走させながら対応する作業を行う必要がある。

例えば、下記特許文献１には、自走可能な台車に溶接トーチが装着された溶接機が開示されている。また、下記特許文献２には、溶接により形成されたビードを切削加工するために、自走可能な台車に切削用のカッターが取り付けられた加工機が開示されている。

特開２００８－３０２３８６号公報 実用新案登録第３１９２２８０号公報

しかし、このような従来の構成では、１つの溶接線に対する作業であっても、溶接作業の内容に応じて自動機を取り替える必要があり、手間である。

そこで、本開示は、複数種類の溶接作業を簡便に実施することができる溶接作業用台車、溶接作業システムおよび溶接作業方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る溶接作業用台車は、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、前記台車本体を前記ワークの表面上において移動させるためのモータと、前記モータを制御する台車制御器と、を備え、前記台車本体は、前記固定面に固定される作業機械を着脱可能である。

本開示の他の態様に係る溶接作業システムは、上記溶接作業用台車と、前記固定面に固定される前記複数種類の作業機械と、を備え、前記複数種類の作業機械は、溶接トーチを含み、前記溶接トーチを移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含む。

本開示の他の態様に係る溶接作業方法は、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、を備えた溶接作業用台車の前記固定面に、実施する第１作業に応じた第１作業機械を固定し、前記溶接作業用台車を移動させながら前記第１作業機械による前記第１作業を行い、前記第１作業の終了後に、前記固定面に固定される前記作業機械を、前記第１作業機械から次に実施する第２作業に応じた第２作業機械に取り替え、前記溶接作業用台車を移動させながら前記第２作業機械による前記第２作業を行う。

本開示によれば、複数種類の溶接作業を簡便に実施することができる。

図１は、本開示の一実施の形態に係る溶接作業システムの概略構成を示す正面図である。 図２は、図１に示す台車本体を下面側から見た図である。 図３は、図１に示す溶接作業システムにおける制御系の概略構成を示すブロック図である。 図４は、本実施の形態における溶接作業用台車に固定される複数種類の作業機械のイメージ図である。

以下、本開示の一実施の形態に係る溶接作業用台車を含む溶接作業システムについて説明する。

図１は、本開示の一実施の形態に係る溶接作業システムの概略構成を示す正面図である。図１においては、溶接対象であるワークＷを水平に設置した状態で、当該ワークＷの表面に溶接作業システム１が設置された状態を示す。したがって、以下の説明において、ワークＷの表面に遠い方が溶接作業システム１における上方となり、近い方が下方となる。

本実施の形態において、溶接作業システム１は、溶接作業用台車２と、溶接作業用台車２に搭載される作業機械３と、を備えている。以下では、溶接作業用台車２を単に台車２と称する場合がある。台車２は、台車本体４と、台車本体４に支持される車輪５ａ，５ｂと、を備えている。台車本体４は、作業機械３を固定する固定面６を含んでいる。台車本体４は、直方体形状の筐体７を含む。筐体７の上面が固定面６となる。車輪５ａ，５ｂは、ワークＷの表面に接する。

台車２は、台車本体４をワークＷの表面上において移動させるためのモータ８を備えている。モータ８は、筐体７内に設置される。モータ８への電力供給は、外部から電力ケーブル５０を介して行われる。これに代えて、台車２にバッテリが搭載されてもよい。

本実施の形態において、ワークＷの表面には、溶接線に沿ってレールＲが固定される。レールＲの固定方法は特に限定されない。例えば、レールＲは、ワークＷに、溶接により固定されてもよいし、磁石により固定されてもよいし、真空パッドにより固定されてもよい。レールＲは、断面が円形のレールである。例えば、レールＲは、パイプレールである。台車本体４は、レールＲを保持するレール保持器９を含む。筐体７は、下面すなわち固定面６とは反対側の面にレールＲが挿通される溝１０を有する。溝１０は、円弧状の断面を有する。レール保持器９は、溝１０の周囲に配設される。

図２は、図１に示す台車本体を下面側から見た図である。レール保持器９は、レールＲを両側から挟持するような一対のローラを含む。一対のローラは、モータ８により駆動される駆動側ローラ１１と、駆動側ローラ１１に対向配置される従動側ローラ１２と、を含む。台車本体４は、モータ８の駆動力を駆動側ローラ１１に伝えて駆動側ローラ１１を回転させるリンク１３を有している。リンク１３は、例えばギヤボックス等を含む。

駆動側ローラ１１および従動側ローラ１２は、レールＲの延伸方向にそれぞれ２つある。すなわち、レール保持器９は、２組のローラ対を有している。駆動側ローラ１１および従動側ローラ１２の回転軸は固定面６に対して垂直に向けられる。一対のローラは、溝１０の側方に配置される。すなわち、一対のローラは、レールＲを左右から挟持する。

レール保持器９は、従動側ローラ１２を、駆動側ローラ１１へ向けて加圧する加圧器１４を含む。本実施の形態において、加圧器１４は、加圧調整器１４ａを有し、加圧調整器１４ａを操作することにより、駆動側ローラ１１に対する従動側ローラ１２への距離が変化する。駆動側ローラ１１と従動側ローラ１２との間にレールＲが挟み込まれた状態で従動側ローラ１２を駆動側ローラ１１に近づけることにより、駆動側ローラ１１および従動側ローラ１２によりレールＲを挟持する圧力が強くなる。

従動側ローラ１２は、駆動側ローラ１１に比べて弾性力が弱い樹脂のローラである。例えば駆動側ローラ１１として、レールＲとの接触面にエラストマー層を有するローラが用いられる。また、従動側ローラ１２として、レールＲとの接触面にエラストマー層を有しない樹脂ローラが用いられる。なお、これに代えて、従動側ローラ１２として駆動側ローラ１１に比べて弾性力が弱くないローラが採用されてもよい。また、駆動側ローラ１１および従動側ローラ１２の材料は、上記例に限られず、種々の材料を採用可能である。

本実施の形態において、レール保持器９は、溝１０の底面、すなわち、筐体７の下面に対して上方の位置において、固定面６に平行かつレールＲの延伸方向である溝１０の長手方向に直交する回転軸を有する第１補助ローラ１５を有する。第１補助ローラ１５は、溝１０の長手方向において一対のローラ１１，１２に対応する位置に配置される。

さらに、レール保持器９は、筐体７からアーム１６を介して固定面６に垂直な方向に関してレールＲの第１補助ローラ１５とは反対側に位置する第２補助ローラ１７を有する。アーム１６は、筐体７の側面より外側に位置している。第２補助ローラ１７は、固定面６に垂直な方向に対して傾斜して配置される。レール保持器９は、２つの第１補助ローラ１５および２つの第２補助ローラ１７を有している。第１補助ローラ１５は、レールＲの上方に配設される。第２補助ローラ１７は、レールＲの斜め下方に配設される。

アーム１６は、第２補助ローラ１７を第１補助ローラ１５に向かう方向に付勢させる。アーム１６は、筐体７に固定される軸１８回りに回動可能に軸１８に取り付けられる。第２補助ローラ１７は、アーム１６の先端に取り付けられる。また、アーム１６には、付勢力調整ピン１９が固定される。また、付勢力調整ピン１９に当接する付勢力調整ねじ２０が筐体７に支持される。付勢力調整ねじ２０を締め付けることにより、アーム１６が軸１８回りに回動し、第２補助ローラ１７がレールＲを押さえる力が強くなる。

上記のように、本実施の形態においては、一対のローラ１１，１２でレールＲを挟持した状態で駆動側ローラ１１がモータ８の駆動力により回転することにより、溶接作業用台車２がレールＲに沿って移動する。この際、車輪５ａ，５ｂがワークＷに接しながら回転する。溶接作業用台車２がレール保持器９によってレールＲに保持されるため、ワークＷの表面が上を向く場合だけでなく、横を向く場合および下を向く場合等であっても、溶接作業用台車２をレールＲに沿って移動させ、溶接作業用台車２に搭載された作業機械３によるワークＷへの各種溶接作業を行うことができる。

ここで、車輪５ａ，５ｂは、レールＲに直交する方向に関して台車本体４の第１方向側に位置する第１車輪５ａと、台車本体４の第１方向とは反対の第２方向側に位置する第２車輪５ｂと、を含む。本実施の形態において、第１方向は、レールＲに対して一対のローラにおける駆動側ローラ１１が位置する方向であり、第２方向は、レールＲに対して一対のローラにおける従動側ローラ１２が位置する方向である。

台車本体４は、筐体７に固定される第１支持体２２と、第１車輪５ａを軸支する第２支持体２３と、を含む。第２支持体２３は、第１支持体２２に対して弾性体２４を介して伸縮可能に接続される。第１車輪５ａは、弾性体２４の弾性力により、台車本体４からワークＷの表面に向かう方向に付勢されている。第１車輪５ａの付勢力は付勢力調整ねじ２５により調整可能である。一方、第２車輪５ｂは、筐体７に固定された支持体２１に軸支される。

台車２は、後述する図３に示すように、台車本体４の位置を検出する位置検出器４３を備えている。例えば、位置検出器４３は、所定の基準位置からの台車２の移動距離を検出する。基準位置は、例えば予め定められた作業開始位置等、ユーザにより設定可能である。例えば、位置検出器４３は、従動側ローラ１２の基準位置からの回転数を検出する第１エンコーダを含む。従動側ローラ１２の直径および回転数から台車２の移動距離が求められる。これにより、台車本体４の位置が特定できる。

なお、これに代えて、位置検出器４３は、基準位置からの経過時間を計測するタイマを含んでもよい。モータ８を一定回転で回転させる場合、後述するすべり量が０であれば、モータ８の基準位置からの駆動時間から台車２の移動距離が求められる。これにより、台車本体４の位置が特定できる。あるいは、位置検出器４３は、駆動側ローラ１１の基準位置からの回転数を検出する第２エンコーダを含んでもよい。

さらに、台車２は、後述する図３に示すように、モータ８の単位回転量に対する台車本体４の移動距離における基準値からのずれ量を検出するすべり検出器４４を備えている。例えば、すべり検出器４４は、従動側ローラ１２の基準位置からの回転数を検出する第１エンコーダと、駆動側ローラ１１の基準位置からの回転数を検出する第２エンコーダと、を含む。第１エンコーダの検出値からは、従動側ローラ１２の単位時間当たりの回転数が求められ、第２エンコーダの検出値からは、駆動側ローラ１１の単位時間当たりの回転数が求められる。両者の回転数の差を求めることで、モータ８の単位回転量に対する台車本体４の移動距離における基準値からのずれ量、すなわち、駆動側ローラ１１のレールＲに対するすべり量が求められる。

なお、すべり検出器４４は、第２エンコーダを含んでいなくてもよい。この場合、駆動側ローラ１１の単位時間当たりの回転数は、モータ８の回転数から算出されてもよい。モータ８の回転数は、モータ８の出力軸の回転数を検出するエンコーダにより検出されてもよいし、モータ８への制御指令値を利用してもよい。

台車本体４の固定面６の一部には、台車制御器２６が搭載されたケース２７が固定されている。台車２は、ケース２７の上面に配置され、溶接作業用台車２を操作するための操作盤２８を有している。台車制御器２６は、モータ８を制御する。台車制御器２６は、位置検出器４３およびすべり検出器４４で検出されたデータを取得する。台車制御器２６は、検出された台車本体４の位置に基づいてモータ８を制御する。また、台車制御器２６は、検出されたずれ量に基づいてモータ８を制御する。例えば、台車制御器２６は、ずれ量に応じてモータ８の回転数を変更する。なお、台車制御器２６は、すべり検出器４４から得られた検出値からずれ量を算出してもよい。あるいは、すべり検出器４４は、台車制御器２６とは別にずれ量を算出する算出器を備えてもよい。

作業機械３は、固定面６に、着脱可能に固定される。固定面６は、固定穴６ａを有する。作業機械３は、固定穴６ａに挿通される固定ねじ２９により固定面６に固定される。固定ねじ２９を緩めることにより、作業機械３は、台車本体４の固定面６から取り外すことができる。

図１の例において、作業機械３は、溶接機である。溶接機は、固定面６に固定される溶接機本体３０と、溶接用エンドエフェクタ３２と、ワイヤ状の溶加材である溶接ワイヤが巻き付けられたワイヤリール３３と、備える。ワイヤリール３３は、溶接機本体３０から第１方向に延びる第１アーム３４を介して溶接機本体３０に固定される。溶接用エンドエフェクタ３２は、溶接機本体３０から第１方向とは反対側の第２方向に延びる第２アーム３５を介して溶接機本体３０に固定される。第１アーム３４が延びる第１方向は、溶接機本体３０が台車本体４の固定面６に固定された場合に、レールＲに直交する方向に関して第１車輪５ａ側の方向である。また、第２アーム３５が延びる第２方向は、溶接機本体３０が台車本体４の固定面６に固定された場合に、レールＲに直交する方向に関して第２車輪５ｂ側の方向である。

図１の例に示される溶接機は、例えばＭＩＧ溶接機、ＭＡＧ溶接機、ＦＣＡＷ溶接機等の消耗電極式の溶接機である。溶接用エンドエフェクタ３２は、先端に電極３６を有する溶接トーチ３１を含んでいる。溶接トーチ３１の電極３６は、溶接対象に向けられる。電極３６は、ワイヤリール３３から供給される溶接ワイヤ３７である。溶接トーチ３１は、溶接対象に対してシールドガスを供給するノズルを有している。溶接トーチ３１には、電源からの電力線が接続され、電力が供給される。

溶接対象であるワークＷは、２つの被溶接材が突き合わされた状態で配置されており、溶接すべき箇所に開先Ｇｒが形成されている。開先Ｇｒは、２つの被溶接材が突き合わされた状態で各々の開先面が所定の開先角度を有するように配置されている。なお、この開先角度は、被溶接材同士の当接部近傍が曲面となっている場合もあるため、開先面同士を延長した面同士が交差した際のなす角を意味している。開先Ｇｒの形状は、種々の形状の中から適宜選択される。溶接機は、溶接トーチ３１の電極３６の先端がワークＷの開先Ｇｒに向くように配置される。

本実施の形態において、溶接機は、ワークＷに対して水平方向に延びる水平レール３８および垂直方向に延びる垂直レール３９を含んでいる。溶接トーチ３１は、水平レール３８に対して水平方向に摺動可能に取り付けられている。水平レール３８は、垂直レール３９に対して垂直方向に摺動可能に取り付けられている。溶接機は、溶接トーチ３１および水平レール３８をそれぞれ移動させるアクチュエータを備えている。なお、溶接トーチ３１を移動させる構成は、これに限られず、例えば、先端部に溶接トーチ３１が備えられた多関節のロボットにより構成されてもよい。

溶接機は、溶接用エンドエフェクタ３２およびワイヤリール３３を制御する溶接機制御器４０を備えている。溶接機制御器４０は、溶接機本体３０内に搭載される。溶接機は、溶接機本体３０の上面に配置され、溶接機を操作するための操作盤４１を有している。

図３は、図１に示す溶接作業システムにおける制御系の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、台車２において、台車制御器２６、操作盤２８、モータ８、インターフェイス４２、位置検出器４３およびすべり検出器４４が互いにバス４５を介して信号授受可能に接続される。また、作業機械３である溶接機において、溶接機制御器４０、操作盤４１、溶接用エンドエフェクタ３２、ワイヤリール３３、インターフェイス４６および電流検出器４７が互いにバス４８を介して信号授受可能に接続される。

インターフェイス４２，４６は、外部の装置との通信接続を行う。本実施の形態において、インターフェイス４２，４６間には、通信ケーブル４９が接続される。これにより、台車制御器２６は、作業機械３と通信可能に接続され、台車制御器２６と溶接機制御器４０との間で、データの送受信等を実現することができる。なお、これに代えて、台車制御器２６と溶接機制御器４０とが互いに無線通信可能に構成されてもよい。

台車制御器２６は、プロセッサ２６ａおよび記憶器２６ｂを含んでいる。記憶器２６ｂは、各種検出器４３，４４から取得したデータを記憶する。さらに、記憶器２６ｂは、モータ８を制御する、すなわち、台車２の移動を制御するための制御プログラムを記憶する。同様に、溶接機制御器４０は、プロセッサ４０ａおよび記憶器４０ｂを含んでいる。記憶器４０ｂは、電流検出器４７から取得したデータを記憶する。さらに、記憶器４０ｂは、溶接用エンドエフェクタ３２およびワイヤリール３３を制御するための制御プログラムを記憶する。

プロセッサ２６ａ，４０ａは、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータを備えている。例えば、プロセッサは、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の処理回路、レジスタ、ＲＡＭおよび周辺回路等を備えている。

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuits)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアまたはプロセッサの構成に使用される。

このように、台車制御器２６と溶接機制御器４０とが通信接続されることにより、台車制御器２６は、台車２に搭載された位置検出器４３で検出された台車本体４の位置データ、すべり検出器４４で検出されたずれ量または台車２の現在速度等の制御データを溶接機制御器４０に送信することができる。

溶接機制御器４０は、溶接機の基本動作として、溶接トーチ３１を、ワークＷの開先Ｇｒの幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ、ワークＷの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させてワークＷの溶接線を倣わせる。このため、溶接機制御器４０は、台車２のワークＷの溶接線方向への移動状況を台車制御器２６から取得することにより、台車２の移動状況に基づいて溶接用エンドエフェクタ３２およびワイヤリール３３の制御を適切に行うことができる。

例えば、溶接機制御器４０は、位置検出器４３で検出された台車本体４の位置またはすべり検出器４４で検出されたずれ量に基づいて溶接機における溶接条件を変更してもよい。例えば、溶接条件が設定される複数のパラメータは、溶接電流、ウィービング幅、オシレート周期、両端停止時間、中央停止時間、溶接速度、溶接ワイヤ３７の供給速度等を含み得る。溶接電流は溶接トーチ３１の電極３６に供給される電流である。所定の周期ごとに電圧を上下させるパルス溶接を行う場合には、溶接電流に関する溶接条件として、ピーク電流およびベース電流をそれぞれ設定し得る。

ウィービング幅は、ワークＷの開先Ｇｒの幅方向への溶接トーチ３１の移動量である。オシレート周期は、溶接トーチ３１における開先Ｇｒの幅方向にウィービングを行う際の移動周期である。両端停止時間は、溶接トーチ３１がウィービングの開先幅方向一方側端部へ到達してから他方側へ向けて反転移動を開始するまでの時間である。中央停止時間は、溶接トーチ３１がウィービングの開先幅方向中心位置で停止する時間である。これらの停止時間は、０すなわち停止しない場合も含み得る。溶接速度は、溶接トーチ３１の溶接線方向への移動速度、すなわち、台車２の移動速度である。溶接ワイヤ３７の供給速度は、ワイヤリール３３から溶接トーチ３１に溶接ワイヤ３７を送り出す速度である。

また、溶接機制御器４０は、溶接機に搭載された電流検出器４７で取得されたデータおよび溶接機の制御データを台車制御器２６に送ることもできる。これにより、台車制御器２６は、溶接機の制御状況に基づいて台車２の移動を制御することができる。

電流検出器４７は、溶接トーチ３１の電極３６に流れる溶接電流を検出する。消耗電極式の溶接機においては、溶接電流が適切な値となるように溶接機が制御される。この際、制御対象は、溶接機で制御可能なウィービング幅、トーチ高さ、ワイヤ供給速度だけでなく、溶接線方向の移動速度を含む。したがって、台車制御器２６は、電流検出器４７で取得されたデータに基づいて台車２の移動を制御し得る。

なお、溶接機制御器４０は、台車制御器２６に対して台車２への制御指令を送ってもよい。また、台車制御器２６は、溶接機制御器４０に対して作業機械３への制御指令を送ってもよい。

台車本体４は、固定面６に固定される作業機械３を着脱可能である。台車本体４の固定面６に固定される作業機械３は、図１に例示する溶接機に限られず、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択される。図４は、本実施の形態における溶接作業用台車に固定される複数種類の作業機械のイメージ図である。

複数種類の作業機械３は、上記のように、溶接トーチ３１を含み、溶接トーチ３１を移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含む。さらに、複数種類の作業機械３は、溶接機の種類によって異なる複数種類の溶接機を含む。例えば、溶接機Ａは、ＭＩＧ溶接機であり、溶接機Ｂは、ＦＣＡＷ溶接機であり、溶接機Ｃは、ＴＩＧ溶接機である。さらに、複数種類の溶接機は、例えばＭＡＧ溶接機、プラズマ溶接機等のその他の溶接機を含み得る。例えば、ＴＩＧ溶接機、プラズマ溶接機等の非消耗電極式の溶接機において、作業機械３は、アーク電圧を検出する電圧検出器を備え得る。

また、複数種類の作業機械３は、加工機の種類によって異なる複数種類の加工機を含む。例えば、加工機Ｄは、溶接により形成されたビードを切削するグラインダであり、加工機Ｅは、機械加工によりワークＷにおける開先Ｇｒの裏側を切削する裏掘り加工機であり、加工機Ｆは、プラズマによりワークＷにおける開先Ｇｒの裏側を切削するガウジング加工機である。さらに、複数種類の加工機は、その他の加工機を含み得る。

また、複数種類の作業機械３は、検査機の種類によって異なる複数種類の検査機を含む。例えば、検査機Ｇは、放射線による非破壊検査を行うＲＴ検査機であり、検査機Ｈは、超音波による非破壊検査を行うＵＴ検査機である。また、検査機Ｊは、溶接前に実施される開先形状検査を行う検査機である。さらに、複数種類の検査機は、例えば磁気による非破壊検査を行うＭＴ検査機、溶接後のビードの外観形状の検査を行うための検査機等のその他の検査機を含み得る。

溶接作業システム１は、複数種類の作業機械３として少なくとも２つの作業機械を含む。少なくとも２つの作業機械として、例えば、溶接機Ａおよび溶接機Ｂ等、同じカテゴリの中から少なくとも２つの作業機械が用意されてもよいし、溶接機Ａおよび加工機Ｄ等、異なるカテゴリの中から少なくとも２つの作業機械が用意されてもよい。３つ以上の作業機械が用意される場合、例えば、溶接機Ａ、溶接機Ｂおよび加工機Ｄ等、同じカテゴリの中から２以上の作業機械が用意され、かつ、異なるカテゴリの中から２以上の作業機械が用意されてもよい。

以下に、上記構成を備えた溶接作業システム１を用いた溶接作業手順を例示する。まず、ワークＷの開先Ｇｒの延伸方向に沿ってレールＲを固定する。台車２にレールＲを保持させる。その後、台車本体４の固定面６に溶接機である第１作業機械を固定する。台車２を移動させながら、第１作業機械による第１作業として溶接作業を実行する。第１作業の終了後、台車本体４から第１作業機械を取り外し、台車本体４の固定面６に固定される作業機械を次に実施する第２作業に応じた第２作業機械に取り替える。台車本体４に固定される作業機械を取り替える際、台車２は、レールＲを保持したままでよい。例えば第２作業機械は、ビードを切削するグラインダである。

固定面６にグラインダが固定された状態で台車２を移動させながら第２作業機械による第２作業としてビードの切削作業を実行する。第２作業の終了後、台車本体４から第２作業機械を取り外し、台車本体４の固定面６に固定される作業機械を次に実施する第３作業に応じた第３作業機械に取り替える。例えば第３作業機械は、ビードに対して非破壊検査を行う検査機である。

ワークＷの開先Ｇｒにおける表面の溶接の終了後、裏面の溶接を行う。この場合も、ワークＷの裏面に開先Ｇｒの延伸方向に沿ってレールＲを固定する。台車２にレールＲを保持させる。その後、台車本体４の固定面６に第４作業機械を固定する。例えば第４作業機械は、裏掘加工機である。台車２を移動させながら、第４作業機械による第４作業として裏掘作業を実行する。第４作業の終了後、台車本体４から第４作業機械を取り外し、台車本体４の固定面６に固定される作業機械を次に実施する第５作業機械に取り替える。例えば第５作業機械は、溶接機である。第１作業と同様に、第５作業においても、台車２を移動させながらワークＷの裏面側の溶接作業を実行する。その後、表面と同様に、切削加工および非破壊検査を実行する。

このように、本実施の形態によれば、１つの台車２に複数種類の作業機械の中から選択した作業機械３を固定して溶接作業を実施することにより、ワークＷに対して移動する台車２を複数種類の溶接作業において共通化することができる。これにより、複数種類の溶接作業を行う際に、走行装置をそれぞれ備えた作業機械を用意する必要がなくなるため、複数種類の溶接作業を簡便に実施することができる。また、走行装置を共通化することにより、複数種類の作業機械における製作費または維持費を低減させることができる。

また、走行装置の共通化によって、複数種類の作業機械における使用要領が共通化される。したがって、ユーザによる運用が容易になり、溶接品質が向上する。さらに、走行装置の共通化によって溶接作業ごとの作業機械３の交換作業負担が軽減される。これにより、溶接作業全体の効率化、工数削減およびリードタイムの短縮を実現できる。

また、台車２を制御する台車制御器２６は、固定面６に固定される作業機械３と通信可能に接続されるため、台車本体４の位置を検出する位置検出器４３等からの検出データまたは台車制御器２６による台車２の制御データ等を作業機械３において利用可能となる。例えば、固定面６に固定される作業機械３が溶接機である場合、台車２が走行を開始すると同時に溶接機が溶接作業を開始し、台車２が所定距離走行した後停止すると同時に溶接機の溶接作業も終了するように、溶接機を制御することができる。さらに、作業機械３における検出データまたは制御データを台車制御器２６が取得してそれに基づく走行制御を行うこともできる。このように、台車制御器２６と作業機械３とが通信接続されることにより、台車２と作業機械３とが互いに連係して動作可能であるため、溶接作業を効率よく実行することができる。

さらに、台車制御器２６の記憶器２６ｂにおいて、各作業機械３から得られたデータを蓄積することもできる。蓄積される作業機械３からのデータは、台車２の位置データ等と対応付けて記憶される。これにより、複数の作業機械間におけるデータの相互利用を容易に実現することができる。例えば、溶接機Ａにおける溶接施工データと検査機Ｇにおける非破壊検査データとを連携させることにより、溶接欠陥位置における溶接条件のデータ収集を行うことができる。また、例えば、溶接前に開先形状検査を行う検査機Ｊにおいて取得された検査結果データを、溶接機Ａが参照可能としてもよい。この場合、溶接機Ａは、開先形状に応じて溶接条件を変更することができる。このように、複数種類の溶接作業間のトレサビリティを確立することができる。その結果、溶接作業システム１において無監視化または省監視化を実現できる。

さらに、本実施の形態によれば、台車２がワークＷの表面に固定されたレールＲを保持しつつレールＲに沿って移動する。レールＲは、ワークＷの溶接線方向に延びるように配置されるため、台車２を、レールＲを保持しつつ移動させることにより、ワークＷの開先Ｇｒの溶接線方向への倣い動作を適切に行うことができる。また、レール保持器９によりレールＲを保持することで、台車２の水平面に対する姿勢が何れの方向を向いている場合であっても、作業機械３による作業を実施することができる。

例えば、ワークＷが曲面を有し、かつ、ワークＷの表面の地面に対する角度が変化するような場合でも、レール保持器９がレールＲを保持することにより、ワークＷの全領域で台車２に固定された作業機械３により溶接作業を連続的に実施することができる。

さらに、本実施の形態によれば、一対のローラ１１，１２によりレールＲを両側から挟持した状態で、一方の従動側ローラ１２が加圧器１４により他方の駆動側ローラ１１へ向けて加圧される。これにより、レールＲを保持しつつレールＲに対する台車２の移動を容易に可能にすることができる。また、駆動側ローラ１１がモータ８により駆動される。加圧器１４による加圧作用により、駆動側ローラ１１がレールＲに押し付けられた状態で駆動側ローラ１１が駆動するため、駆動側ローラ１１の駆動力をレールＲに確実に伝えることができ、台車２の姿勢によらず適切な台車２の移動を実現することができる。

また、すべり検出器４４により、モータ８の単位回転量に対する台車本体４の移動距離における基準値からのずれ量が検出される。上述のように、台車２は、様々な姿勢を取り得るため、モータ８による駆動側ローラ１１の駆動力が変化しなくても駆動側ローラ１１がレールＲに対するすべり量、すなわち、レールＲに対する伝達効率が変化し得る。すべり検出器４４において、すべりの程度を、台車本体４の移動距離における基準値からのずれ量として検出することにより、台車２の移動位置を補正することが可能となる。したがって、様々な姿勢を取り得る台車２の位置制御を高精度に行うことができる。

また、レールＲが、断面が円形のレールであるため、台車２がレールＲの軸線回りに揺動することが許容される。さらに、ワークＷに接地する第１車輪５ａおよび第２車輪５ｂのうち、レールＲに直交する方向に関して台車本体４の第１方向側に位置する第１車輪５ａが、台車本体４からワークＷの表面に向かう方向に付勢されている。このため、台車２が、断面が円形のレールＲの周方向に揺動可能となる。これにより、台車２は、ワークＷの表面に追従しながらレールＲに沿って移動することができる。したがって、台車２の姿勢によらず、台車本体４をワークＷの表面に確実に接地させることができる。これにより、台車２に搭載された作業機械３によるワークＷへの作業を適切に実施することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態では、レールＲを台車２が保持する態様を例示したが、台車２はレールＲを保持しなくてもよい。例えば、台車２が自走式の車両として構成されてもよい。また、台車２がレールＲを保持する場合、レールＲの断面形状は、円形に限られない。また、例えば、鉄道のレールのように、左右一対のレール上に台車２が支持されるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、一対のローラ１１，１２によるレールＲの保持力を生成する加圧器１４において、当該保持力が加圧調整器１４ａにより手動で調整される態様を例示したが、保持力がモータによる駆動または油圧シリンダによる圧力等により自動で調整されるように構成されてもよい。

この場合、加圧器１４は、台車制御器２６からの制御指令に基づいて従動側ローラ１２を駆動側ローラ１１へ加える圧力を調整可能に構成され得る。さらに、台車制御器２６は、すべり検出器４４で検出されたずれ量に応じて加圧器１４が加える圧力を調整する制御指令を生成してもよい。ずれ量を抑制するように加圧器１４が制御されることにより、ずれ量に基づいてモータ８を制御することによる台車２の速度変化を抑制することができる。

また、上記実施の形態では、車輪５ａ，５ｂのうち、第１車輪５ａが台車本体４からワークＷの表面に向かう方向に付勢される態様を例示したが、これに加えて、またはこれに代えて、第２車輪５ｂが台車本体４からワークＷの表面に向かう方向に付勢されてもよい。

また、上記実施の形態では、台車２の操作盤２８が台車２に備えられ、作業機械３の操作盤４１が作業機械３に備えられる例を示したが、これに限られない。例えば、台車２または作業機械３が、台車２および作業機械３を操作する共通の操作盤を備えていてもよい。また、台車２または作業機械４は、台車２または作業機械４を遠隔操作するための遠隔操作端末を台車本体４および作業機械４の本体とは別に有していてもよい。遠隔操作端末は、台車本体４または作業機械４の本体に有線または無線により接続される。無線により接続される場合には、遠隔操作端末は、インターネット等のネットワークを介して通信可能なスマートフォン等の通信端末でもよい。

また、上記実施の形態では、台車制御器２６が、台車本体４の固定面６に固定された作業機械３と通信可能に接続される態様を例示したが、台車制御器２６と作業機械３とは通信可能に接続されていなくてもよい。また、固定面６に固定される作業機械３は、制御器を備えていなくてもよい。例えば、複数の作業機械は、電源が供給されることで動作を開始する加工機を含んでもよい。このような加工機は、台車２とは独立した電源のオンオフボタンを有し、当該オンオフボタンをオン操作することにより、動作が開始されてもよい。また、通信機能または制御機能を有する作業機械においても、台車制御器２６と当該作業機械との間で通信可能に接続されていなくてもよい。

［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る溶接作業用台車は、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、前記台車本体を前記ワークの表面上において移動させるためのモータと、前記モータを制御する台車制御器と、を備え、前記台車本体は、前記固定面に固定される作業機械を着脱可能である。

上記構成によれば、１つの溶接作業用台車に複数種類の作業機械の中から選択した作業機械を固定して溶接作業を実施することにより、ワークに対して移動する溶接作業用台車を複数種類の溶接作業において共通化することができる。これにより、複数種類の溶接作業を行う際に、走行装置をそれぞれ備えた作業機械を用意する必要がなくなるため、複数種類の溶接作業を簡便に実施することができる。また、走行装置を共通化することにより、複数種類の作業機械における製作費または維持費を低減させることができる。

［項目２］
項目１の溶接作業用台車において、前記台車本体は、前記ワークの表面に固定されるとともに前記ワークの溶接線方向に延びるレールを保持するレール保持器を含んでもよい。

上記構成によれば、溶接作業用台車がワークの表面に固定されたレールを保持しつつレールに沿って移動する。レールは、ワークの溶接線方向に延びるように配置されるため、溶接作業用台車を、レールを保持しつつ移動させることにより、ワークの開先の溶接線方向への倣い動作を適切に行うことができる。また、レール保持器によりレールを保持することで、溶接作業用台車の水平面に対する姿勢が何れの方向を向いている場合であっても、作業機械による作業を実施することができる。

［項目３］
項目２の溶接作業用台車において、前記レール保持器は、前記レールを両側から挟持するような一対のローラを含み、前記一対のローラは、前記モータにより駆動される駆動側ローラと、従動側ローラと、を含み、前記レール保持器は、前記従動側ローラを、前記駆動側ローラへ向けて加圧する加圧器を含んでもよい。

これにより、レールを保持しつつレールに対する溶接作業用台車の移動を容易に可能にすることができる。また、駆動側ローラがモータにより駆動される。加圧器による加圧作用により、駆動側ローラがレールに押し付けられた状態で駆動側ローラが駆動するため、駆動側ローラの駆動力をレールに確実に伝えることができ、溶接作業用台車の姿勢によらず適切な溶接作業用台車の移動を実現することができる。

［項目４］
項目２または３の溶接作業用台車において、前記車輪は、前記レールに直交する方向に関して前記台車本体の第１方向側に位置する第１車輪と、前記台車本体の前記第１方向とは反対の第２方向側に位置する第２車輪と、を含み、前記第１車輪は、前記台車本体から前記ワークの表面に向かう方向に付勢されていてもよい。

このため、溶接作業用台車の姿勢によらず、台車本体をワークの表面に確実に接地させることができる。

［項目５］
項目２から４の何れかの溶接作業用台車において、前記レールは、断面が円形のレールであってもよい。

［項目６］
項目１から５の何れかの溶接作業用台車において、前記台車制御器は、前記作業機械と通信可能に接続されてもよい。

これにより、溶接作業用台車における検出データまたは制御データと固定面に固定された作業機械における検出データまたは制御データとを互いに利用可能となる。このように、台車制御器と作業機械とが通信接続されることにより、溶接作業用台車と作業機械とが互いに連係して動作可能であるため、溶接作業を効率よく実行することができる。

［項目７］
項目６の溶接作業用台車は、前記台車本体の位置を検出する位置検出器を備え、前記台車制御器は、検出された前記台車本体の位置に基づいて前記モータを制御し、前記作業機械に前記台車本体の位置データを送信してもよい。

これにより、溶接作用用台車側で検出された位置のデータを用いて作業機械３を制御することができる。

［項目８］
項目１から７の何れかの溶接作業用台車は、前記モータの単位回転量に対する前記台車本体の移動距離における基準値からのずれ量を検出するすべり検出器を備えてもよい。

すべり検出器において、すべりの程度を、台車本体の移動距離における基準値からのずれ量として検出することにより、溶接作業用台車の移動位置を補正することが可能となる。したがって、様々な姿勢を取り得る溶接作業用台車の位置制御を高精度に行うことができる。

［項目９］
項目１から８の何れかの溶接作業用台車において、前記複数種類の作業機械は、溶接トーチを含み、前記溶接トーチを移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含んでもよい。

［項目１０］
本開示の他の態様に係る溶接作業システムは、項目１から９の何れかの溶接作業用台車と、前記固定面に固定される前記複数種類の作業機械と、を備え、前記複数種類の作業機械は、溶接トーチを含み、前記溶接トーチを移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含む。

［項目１１］
本開示の他の態様に係る溶接作業方法は、互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、を備えた溶接作業用台車の前記固定面に、実施する第１作業に応じた第１作業機械を固定し、前記溶接作業用台車を移動させながら前記第１作業機械による前記第１作業を行い、前記第１作業の終了後に、前記固定面に固定される前記作業機械を、前記第１作業機械から次に実施する第２作業に応じた第２作業機械に取り替え、前記溶接作業用台車を移動させながら前記第２作業機械による前記第２作業を行う。

１ 溶接作業システム
２ 溶接作業用台車
３ 作業機械
４ 台車本体
６ 固定面
５ａ 第１車輪
５ｂ 第２車輪
８ モータ
９ レール保持器
１１ 駆動側ローラ
１２ 従動側ローラ
１４ 加圧器
２６ 台車制御器
４３ 位置検出器
４４ すべり検出器
Ｒ レール
Ｗ ワーク

Claims (11)

1. 互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、
   前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、
   前記台車本体を前記ワークの表面上において移動させるためのモータと、
   前記モータを制御する台車制御器と、を備え、
   前記台車本体は、前記固定面に固定される作業機械を着脱可能である、溶接作業用台車。
2. 前記台車本体は、前記ワークの表面に固定されるとともに前記ワークの溶接線方向に延びるレールを保持するレール保持器を含む、請求項１に記載の溶接作業用台車。
3. 前記レール保持器は、前記レールを両側から挟持するような一対のローラを含み、
   前記一対のローラは、前記モータにより駆動される駆動側ローラと、従動側ローラと、を含み、
   前記レール保持器は、前記従動側ローラを、前記駆動側ローラへ向けて加圧する加圧器を含む、請求項２に記載の溶接作業用台車。
4. 前記車輪は、前記レールに直交する方向に関して前記台車本体の第１方向側に位置する第１車輪と、前記台車本体の前記第１方向とは反対の第２方向側に位置する第２車輪と、を含み、
   前記第１車輪は、前記台車本体から前記ワークの表面に向かう方向に付勢されている、請求項２に記載の溶接作業用台車。
5. 前記レールは、断面が円形のレールである、請求項２に記載の溶接作業用台車。
6. 前記台車制御器は、前記作業機械と通信可能に接続される、請求項１から５の何れかに記載の溶接作業用台車。
7. 前記台車本体の位置を検出する位置検出器を備え、
   前記台車制御器は、
   検出された前記台車本体の位置に基づいて前記モータを制御し、
   前記作業機械に前記台車本体の位置データを送信する、請求項６に記載の溶接作業用台車。
8. 前記モータの単位回転量に対する前記台車本体の移動距離における基準値からのずれ量を検出するすべり検出器を備えた、請求項１から５の何れかに記載の溶接作業用台車。
9. 前記複数種類の作業機械は、溶接トーチを含み、前記溶接トーチを移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含む、請求項１から５の何れかに記載の溶接作業用台車。
10. 請求項１から５の何れかに記載の溶接作業用台車と、
    前記固定面に固定される前記複数種類の作業機械と、を備え、
    前記複数種類の作業機械は、溶接トーチを含み、前記溶接トーチを移動させながら溶接を行う溶接機、溶接に関連する加工を行う加工機、または、溶接前後の検査を行う検査機を含む、溶接作業システム。
11. 互いに異なる溶接作業を行う複数種類の作業機械の中から選択された１つの作業機械が固定される固定面を有する台車本体と、前記台車本体に支持され、溶接対象であるワークの表面に接する車輪と、を備えた溶接作業用台車の前記固定面に、実施する第１作業に応じた第１作業機械を固定し、
    前記溶接作業用台車を移動させながら前記第１作業機械による前記第１作業を行い、
    前記第１作業の終了後に、前記固定面に固定される前記作業機械を、前記第１作業機械から次に実施する第２作業に応じた第２作業機械に取り替え、
    前記溶接作業用台車を移動させながら前記第２作業機械による前記第２作業を行う、溶接作業方法。
    

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