JP3789187B2 - クローラ走行式自動溶接装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着式クローラを有する複数の走行体を備え、船殻ブロックなど被溶接材の曲面を走行して自動溶接が可能なクローラ走行式自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば大形の構造物を扱う造船ドッグ等において、船殻ブロックを溶接する作業は、ほとんどが人手により行われており、自動化が要請されている。
【０００３】
また大形構造物の曲面溶接ラインにおいて、一定の軌道上を走行する走行体に、溶接トーチを配置した自動溶接装置があり、一定の範囲の被溶接物であれば、ガイドレールや走行用リブを配置することにより容易に自動溶接することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多様な形状を持った船殻ブロックの外板を溶接する場合、それぞれの船体ブロックごとに、走行体のガイドレールや走行用リブを設けることは容易ではなく、また船体ごとのプログラムの作成にも多大な費用と労力を必要とする。
【０００５】
本発明は、吸着式クローラを有する作業走行装置に着目して、曲面溶接の自動化を図るもので、請求項１記載の発明は、上記問題点を解決して、不特定で広範な長大な被溶接物の曲面を自動的に溶接できるクローラ走行式自動溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能で、かつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、走行台車装置の中間位置に、被溶接材の走行面に対する角度を補正する方向制御手段を介して左右方向にシフト自在な溶接トーチを配置し、走行台車装置の前部および後部に配置されて被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行方向に沿う走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けたものである。
【０００７】
上記構成によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させることができる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを互いに平行な２本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結することにより、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、トーチ支持体は２つの連結軸心により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体からトーチ支持体を均等に付勢する付勢手段により、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、トーチ支持体は前後の付勢手段により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１２】
また請求項４記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体とトーチ支持体とを平行リンクを介して互いに連結して、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、トーチ支持体は平行リンクにより前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１４】
さらに、本発明のクローラ走行式自動溶接装置は、両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能でかつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、前記走行体のいずれかに、被溶接材の走行面に対するトーチ支持体の姿勢を制御する姿勢制御手段を介して左右方向にシフト自在な溶接トーチを配置し、走行台車装置の前部および後部に配置されて被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けたものである。
【００１５】
上記構成によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させることができる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るクローラ走行式自動溶接装置の第１の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１７】
このクローラ走行式自動溶接装置は、図１，図２に示すように、左右に走行クローラ２Ｒ，２Ｌを有する前部走行体１Ａおよび後部走行体１Ｂを直列に上下揺動自在に連結した走行台車装置である溶接台車装置４と、前後部の走行体１Ａ，１Ｂの連結部に介在されたトーチ支持体３に、トーチ支持装置１１を介して保持された溶接トーチ１０と、この溶接台車装置４を制御するメインコントローラ５を備えた外部制御部６と、前記溶接トーチ１０に溶接用電源を供給するとともに前後部の走行体１Ａ，１Ｂおよび外部制御部６に電源を供給する電源装置７と、前記溶接トーチ１０に溶接ワイヤ８を給送するワイヤ給送装置９とが具備されている。
【００１８】
前記溶接台車装置４の走行クローラ２Ｒ，２Ｌは、リンクチェーン間に永久磁石が装着されるとともに駆動輪体および遊点輪体間に巻張され、走行体１Ａ，１Ｂを保持して被溶接材である逆向き曲面状の鋼製床面や垂直床面、ここでは曲面状（船体）外板ＣＰを走行可能に構成されている。また前後部の走行体１Ａ，１Ｂの左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌは、図３に示すように、それぞれ独立した４個の走行用サーボモータＲＭに連動連結されて走行駆動され、それぞれの駆動速度差により走行体１Ａ，１Ｂの方向転換を行うことができる。
【００１９】
なお、図９に示すように、前後部の走行体１Ａ，１Ｂ間で連動軸ＲＳ，ＬＳと中間ギヤＭＧを介して左の走行クローラ２Ｒ，２Ｒ同士および右の走行クローラ２Ｌ．２Ｌ同士を連動連結し、左右の走行用サーボモータＲＭ，ＬＭによりそれぞれ走行駆動することもできる。
【００２０】
また、トーチ支持体３は、前後部の走行体１Ａ，１Ｂが曲面状外板ＣＰを走行するため、曲面状外板ＣＰに対して直角な基準姿勢を確保する姿勢制御手段４１が設けられている。この姿勢制御手段４１は、様々な形態が考えられるが、この実施の形態では、前後部の走行体１Ａ，１Ｂとトーチ支持体３とを連結アーム４２Ａ，４２Ｂを介して互いに平行な水平（左右）方向の２本の連結軸４３Ａ，４３Ｂを中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結することにより、トーチ支持体３が前部走行体１Ａと後部走行体１Ｂの中間姿勢となるように構成している。
【００２１】
またこの姿勢制御手段の他の実施の形態として、図７に示すように、このトーチ支持体３と前後部の走行体１Ａ，１Ｂとを連結アーム５１Ａ，５１Ｂを介して１本の連結軸心である連結軸５２を中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後部の走行体１Ａ，１Ｂからトーチ支持体３を均等に付勢する付勢手段５３Ａ，５３Ｂであるたとえばコイルばねや油圧シリンダ（ダンパー）により、トーチ支持体３が前部走行体１Ａと後部走行体１Ｂとの中間の姿勢となるように構成したものでもよい。
【００２２】
さらに、図８に示すように、付勢手段５３Ａ，５３Ｂに代えて、前部走行体２Ａとトーチ支持体３の間、およびトーチ支持体３と後部走行体１Ｂの間に平行リンク５４を連結して、トーチ支持体３の姿勢を前部，後部走行体１Ａ，１Ｂの中間姿勢とすることもできる。
【００２３】
トーチ支持体３に配置されて溶接トーチ１０を保持するトーチ支持装置１１は、図４，図５に示すように、トーチ支持体３の前部に立設された左右方向の支持壁１２の後面に、上下一対の横行レール１３を介して横行体１４が左右方向にシフト自在に配設されている。そして、この横行体１４の後面に、左右一対の昇降レール１５を介して昇降体１６が昇降自在に支持され、この昇降体１６に支持アーム１７を介して溶接トーチ１０が保持されている。
【００２４】
また溶接トーチ１０を左右方向にシフトするトーチシフト装置１８は、支持壁１２の前面に左右方向に支持された横行用ねじ軸１８ａと、この横行用ねじ軸１８ａに嵌合された雌ねじ部材１８ｂと、巻掛け伝動機構１８ｃを介して横行用ねじ軸１８ａを回転駆動する横行用サーボモータ１８ｄと、支持壁１２の切欠き窓１２ａを介して雌ねじ部材１８ｂと横行体１４とを連結する連結部材１８ｅとで構成されている。さらに溶接トーチ３を昇降するトーチ昇降装置１９は、横行体１４の後面に左右方向に支持された昇降用ねじ軸１９ａと、この昇降用ねじ軸１９ａに嵌合された雌ねじ部材１９ｂと、巻掛け伝動機構１９ｃを介して昇降用ねじ軸１９ａを回転駆動する昇降用サーボモータ１９ｄと、昇降体１６の切欠き窓１６ａを介して雌ねじ部材１９ｂと横行体１４とを連結する連結部材１９ｅとで構成されている。そして、連結軸４３Ａ，４３Ｂに設けられた角度センサー４４の出力値に基づいて、メインコントローラにより昇降用サーボモータ１９ｄが駆動されて溶接トーチ１０の高さが制御される。
【００２５】
前部走行体１Ａの前部と後部走行体１Ｂの後部には、左右方向に照射する赤色レーザ光により、図６に示す溶接線ＡＢを検知して、走行体１の走行台車装置中心線ＭＮと溶接線ＡＢとの距離Ｌａ，Ｌｂを計測する前部センサ２１Ａおよび後部センサ２１Ｂが配設されている。また走行体１Ａ，１Ｂの四隅位置には、落下防止用センサ２２がそれぞれ設けられている。
【００２６】
前記外部制御部６は、図１に示すように、メインコントローラ５を操作するＣＲＴ２３およびキーボード２４と、前部および後部センサ２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ操作するセンサコントローラ２５Ａ，２５Ｂと、リモートコントロールボックス２６が接続された中継ボックス２７が具備されている。
【００２７】
前記電源装置７からの溶接電源ケーブル２８は、＋側がワイヤ給送装置９の溶接ワイヤ８に接続され、−側が被溶接材である船体外板４１に接続されている。またワイヤ給送装置９には、不活性ガスボンベ２９からＣＯ2ガスが供給されている。
【００２８】
次に溶接台車装置４の倣い走行制御を図６を参照して説明する。この倣い制御は、前部センサ２１Ａと後部センサ２１Ｂから検出される走行台車装置中心線ＭＮとの距離Ｌａ，Ｌｂから溶接トーチ１０のシフト量Ｕと、走行台車装置中心線ＭＮに対する溶接線ＡＢの傾斜角θを求め、θ＝０、Ｕ＝０を制御目標とする（θ＝０が優先）ものである。
【００２９】
すなわち、Ｏ0 は溶接トーチ１０の原点位置、Ｏａは前部センサ２１Ａの原点位置、Ｏｂは後部センサ２１Ｂの原点位置、Ｈａは前部センサ２１Ａと溶接トーチ１０との距離、Ｈｂは後部センサ２１Ｂと溶接トーチ３との距離とすると、溶接トーチ１０のシフト量Ｕは、
Ｕ＝［（Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）］×Ｈｂ−Ｌｂ…▲１▼
また、走行台車装置中心線ＭＮに対する溶接線ＡＢの傾斜角θは、
tan θ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）
θ＝tan-1 （Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）…▲２▼により求められる。
さらに、ＶＬは左走行クローラ２Ａの走行速度、ＶＲは右走行クローラ２Ｂの走行速度、ΔＶは左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの速度差とすると、
ΔＶ＝Ｋ１｜Ｖ｜［θ−Ｋ２×Ｕ×（Ｖ／｜Ｖ｜）］…▲３▼−１
ＶＬ＝Ｖ−ΔＶ，ＶＲ＝Ｖ＋ΔＶ…▲３▼−２，３
ここで、Ｋ１，Ｋ２は倣いゲイン、θは前部で走行台車装置中心線ＭＮより左側が＋である。
【００３０】
前記倣いゲインＫ１，Ｋ２は、たとえばθ＝１０°のずれでΔＶ＝２０％の速度差を発生させるとすると、Ｋ１＝０．２／（１０π／１８０）＝１．１４６となり、Ｕ＝５０ｍｍのずれでΔθ（≡Ｋ２×Ｕ）＝１０°の進行方向修正を発生させるとすると、Ｋ２＝（１０×π／１８０）／５０＝０．００３４９となる。
【００３１】
またθ＝２０°のずれでΔＶ＝２０％の速度差を発生させるとすると、Ｋ１＝０．２／（２０π／１８０）＝０．５７３となり、Ｕ＝５０ｍｍのずれでΔθ（≡Ｋ２×Ｕ）＝２０°の進行方向修正を発生させるとすると、Ｋ２＝（２０×π／１８０）／５０＝０．００６９８となる。
【００３２】
上記構成において、溶接台車装置４を曲面状外板ＣＰの底面または側面に乗り移らせた後、溶接台車装置４が自動運転される。まずメインコントローラ５の入出力装置であるキーボード２４により溶接条件が入力されて溶接速度Ｖが設定される。そして、自動溶接中には、前部センサ２１Ａによる溶接線ＡＢの検出データと、後部センサ２１Ｂの溶接線ＡＢの検出データがメインコントローラ５に入力され、このメインコントローラ５において，走行台車装置中心線ＭＮからのずれ量Ｌａ，Ｌｂが求められるとともに、溶接トーチ１０のシフト位置Ｕと、溶接台車装置４の平面傾斜角θが算出される。さらに走行体１の平面傾斜角θから倣い走行のための左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの速度ΔＶが算出され、ついで溶接トーチ１０のシフト位置Ｕが算出される。そしてトーチシフト装置１８の横行用モータ１８ｄと、左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの駆動モータに指令値Ｕおよび±ΔＶが指令される。さらに、角度センサー４４によりトーチ支持体３に体する前部走行体１Ａと、後走行体１Ｂの傾斜角、すなわち連結軸４３Ａ，４３Ｂの角度変位が検出され、この検出値に基づいて溶接トーチ１０の適正高さ位置が検出され、メインコントローラ５により昇降用サーボモータ１９ｄが駆動制御される。
【００３３】
上記実施の形態によれば、走行クローラ２Ｒ，２Ｌを有する複数の走行体１Ａ，１Ｂを上下揺動自在に直列に連結した溶接台車装置４により、被溶接材である曲面外板ＣＰに沿って垂直姿勢または反転姿勢で容易に走行させて自動溶接することができる。また、溶接台車装置４を前部、後部のセンサ２１Ａ，２１Ｂの検出信号に基づいてメインコントローラ５により溶接線ＡＢに沿って溶接速度に合わせて自動走行させ、トーチシフト装置１８およびトーチ昇降装置１９により溶接トーチ３の位置を制御して上向き溶接を自動的に行うことができる。したがって、労働者を３Ｋ労働から解放することができ、また曲面状外板ＣＰごとのプログラムも不要で、また多種類の曲面状外板ＣＰに適用することができる。
【００３４】
上記実施の形態では、走行体１Ａ，１Ｂの連結部にトーチ支持体３を設けたが、図１０に示すように、後部の走行体６１Ａ（または前部の走行体６１Ａ）に直接トーチ支持装置１１を介して溶接トーチ１０を配置しても良い。また、図１１に示すように、３台の走行体７１Ａ〜７１Ｃ直列に連結し、中央の走行体７１Ｂにに直接トーチ支持装置１１を介して溶接トーチ１０を配置することもできる。なお、上記走行制御も前部と後部に配置されたセンサ２１Ａ，２１Ｂにより行われる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたごとく、請求項１記載の発明によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させて自動溶接することができ、作業員を３Ｋ作業から解放できる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。このように走行クローラにより走行体を被溶接材に吸着させつつ走行させるので、大きさの異なる長大な曲面部材の上向き溶接などを自動化することができる。
【００３６】
また請求項２記載の発明によれば、トーチ支持体は２つの連結軸心により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３７】
また請求項３記載の発明によれば、トーチ支持体は前後の付勢手段により前後部走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３８】
また請求項４記載の発明によれば、トーチ支持体は平行リンクにより前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３９】
さらに請求項５記載の発明によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させて自動溶接することができ、作業員を３Ｋ作業から解放できる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。このように走行クローラにより走行体を被溶接材に吸着させつつ走行させるので、大きさの異なる長大な曲面部材の上向き溶接などを自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクローラ走行式自動溶接装置の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同溶接台車装置の側面図である。
【図３】同溶接台車装置の走行駆動装置を示す平面断面図である。
【図４】同溶接台車装置のトーチ支持装置を示す平面図である。
【図５】同溶接台車装置のトーチ支持装置を示す側面図である。
【図６】同クローラ走行式自動溶接装置の走行制御を示す説明図である。
【図７】同クローラ走行式自動溶接装置の姿勢制御手段の他の実施の形態を示す側面図である。
【図８】他の姿勢制御手段の他の実施の形態を示す側面図である。
【図９】同溶接台車装置の走行駆動装置の他の実施の形態を示す平面断面図である。
【図１０】クローラ走行式自動溶接装置の他の実施の形態を示す側面図である。
【図１１】クローラ走行式自動溶接装置のさらに他の実施の形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 走行体
２Ｒ，２Ｌ 走行クローラ
３ トーチ支持体
４ 溶接台車装置（走行台車装置）
５ メインコントローラ
６ 外部制御部
７ 電源装置
８ 溶接ワイヤ
９ ワイヤ給送装置
１０ 溶接トーチ
１１ トーチ支持装置
１８ トーチシフト装置
１９ トーチ昇降装置
２１Ａ 前部センサ
２１Ｂ 後部センサ
４１ 姿勢制御手段
４２Ａ，４２Ｂ 連結アーム
４３Ａ，４３Ｂ 連結軸
４４ 角度センサ
５１Ａ，５１Ｂ 連結アーム
５２ 連結軸
５３Ａ．５３Ｂ 付勢手段
５４ 平行リンク
ＣＰ 曲面状外板
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着式クローラを有する複数の走行体を備え、船殻ブロックなど被溶接材の曲面を走行して自動溶接が可能なクローラ走行式自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば大形の構造物を扱う造船ドッグ等において、船殻ブロックを溶接する作業は、ほとんどが人手により行われており、自動化が要請されている。
【０００３】
また大形構造物の曲面溶接ラインにおいて、一定の軌道上を走行する走行体に、溶接トーチを配置した自動溶接装置があり、一定の範囲の被溶接物であれば、ガイドレールや走行用リブを配置することにより容易に自動溶接することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多様な形状を持った船殻ブロックの外板を溶接する場合、それぞれの船体ブロックごとに、走行体のガイドレールや走行用リブを設けることは容易ではなく、また船体ごとのプログラムの作成にも多大な費用と労力を必要とする。
【０００５】
本発明は、吸着式クローラを有する作業走行装置に着目して、曲面溶接の自動化を図るもので、請求項１記載の発明は、上記問題点を解決して、不特定で広範な長大な被溶接物の曲面を自動的に溶接できるクローラ走行式自動溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能で、かつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、走行台車装置の中間位置に、被溶接材の走行面に対する角度を補正する方向制御手段を介して左右方向にシフト自在な溶接トーチを配置し、走行台車装置の前部および後部に配置されて被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行方向に沿う走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けたものである。
【０００７】
上記構成によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させることができる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを互いに平行な２本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結することにより、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、トーチ支持体は２つの連結軸心により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体からトーチ支持体を均等に付勢する付勢手段により、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、トーチ支持体は前後の付勢手段により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１２】
また請求項４記載の発明は、上記構成の姿勢制御手段を、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸心回りにそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体とトーチ支持体とを平行リンクを介して互いに連結して、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、トーチ支持体は平行リンクにより前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００１４】
さらに、本発明のクローラ走行式自動溶接装置は、両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能でかつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、前記走行体のいずれかに、被溶接材の走行面に対するトーチ支持体の姿勢を制御する姿勢制御手段を介して左右方向にシフト自在な溶接トーチを配置し、走行台車装置の前部および後部に配置されて被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けたものである。
【００１５】
上記構成によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させることができる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るクローラ走行式自動溶接装置の第１の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１７】
このクローラ走行式自動溶接装置は、図１，図２に示すように、左右に走行クローラ２Ｒ，２Ｌを有する前部走行体１Ａおよび後部走行体１Ｂを直列に上下揺動自在に連結した走行台車装置である溶接台車装置４と、前後部の走行体１Ａ，１Ｂの連結部に介在されたトーチ支持体３に、トーチ支持装置１１を介して保持された溶接トーチ１０と、この溶接台車装置４を制御するメインコントローラ５を備えた外部制御部６と、前記溶接トーチ１０に溶接用電源を供給するとともに前後部の走行体１Ａ，１Ｂおよび外部制御部６に電源を供給する電源装置７と、前記溶接トーチ１０に溶接ワイヤ８を給送するワイヤ給送装置９とが具備されている。
【００１８】
前記溶接台車装置４の走行クローラ２Ｒ，２Ｌは、リンクチェーン間に永久磁石が装着されるとともに駆動輪体および遊点輪体間に巻張され、走行体１Ａ，１Ｂを保持して被溶接材である逆向き曲面状の鋼製床面や垂直床面、ここでは曲面状（船体）外板ＣＰを走行可能に構成されている。また前後部の走行体１Ａ，１Ｂの左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌは、図３に示すように、それぞれ独立した４個の走行用サーボモータＲＭに連動連結されて走行駆動され、それぞれの駆動速度差により走行体１Ａ，１Ｂの方向転換を行うことができる。
【００１９】
なお、図９に示すように、前後部の走行体１Ａ，１Ｂ間で連動軸ＲＳ，ＬＳと中間ギヤＭＧを介して左の走行クローラ２Ｒ，２Ｒ同士および右の走行クローラ２Ｌ．２Ｌ同士を連動連結し、左右の走行用サーボモータＲＭ，ＬＭによりそれぞれ走行駆動することもできる。
【００２０】
また、トーチ支持体３は、前後部の走行体１Ａ，１Ｂが曲面状外板ＣＰを走行するため、曲面状外板ＣＰに対して直角な基準姿勢を確保する姿勢制御手段４１が設けられている。この姿勢制御手段４１は、様々な形態が考えられるが、この実施の形態では、前後部の走行体１Ａ，１Ｂとトーチ支持体３とを連結アーム４２Ａ，４２Ｂを介して互いに平行な水平（左右）方向の２本の連結軸４３Ａ，４３Ｂを中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結することにより、トーチ支持体３が前部走行体１Ａと後部走行体１Ｂの中間姿勢となるように構成している。
【００２１】
またこの姿勢制御手段の他の実施の形態として、図７に示すように、このトーチ支持体３と前後部の走行体１Ａ，１Ｂとを連結アーム５１Ａ，５１Ｂを介して１本の連結軸心である連結軸５２を中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後部の走行体１Ａ，１Ｂからトーチ支持体３を均等に付勢する付勢手段５３Ａ，５３Ｂであるたとえばコイルばねや油圧シリンダ（ダンパー）により、トーチ支持体３が前部走行体１Ａと後部走行体１Ｂとの中間の姿勢となるように構成したものでもよい。
【００２２】
さらに、図８に示すように、付勢手段５３Ａ，５３Ｂに代えて、前部走行体２Ａとトーチ支持体３の間、およびトーチ支持体３と後部走行体１Ｂの間に平行リンク５４を連結して、トーチ支持体３の姿勢を前部，後部走行体１Ａ，１Ｂの中間姿勢とすることもできる。
【００２３】
トーチ支持体３に配置されて溶接トーチ１０を保持するトーチ支持装置１１は、図４，図５に示すように、トーチ支持体３の前部に立設された左右方向の支持壁１２の後面に、上下一対の横行レール１３を介して横行体１４が左右方向にシフト自在に配設されている。そして、この横行体１４の後面に、左右一対の昇降レール１５を介して昇降体１６が昇降自在に支持され、この昇降体１６に支持アーム１７を介して溶接トーチ１０が保持されている。
【００２４】
また溶接トーチ１０を左右方向にシフトするトーチシフト装置１８は、支持壁１２の前面に左右方向に支持された横行用ねじ軸１８ａと、この横行用ねじ軸１８ａに嵌合された雌ねじ部材１８ｂと、巻掛け伝動機構１８ｃを介して横行用ねじ軸１８ａを回転駆動する横行用サーボモータ１８ｄと、支持壁１２の切欠き窓１２ａを介して雌ねじ部材１８ｂと横行体１４とを連結する連結部材１８ｅとで構成されている。さらに溶接トーチ３を昇降するトーチ昇降装置１９は、横行体１４の後面に左右方向に支持された昇降用ねじ軸１９ａと、この昇降用ねじ軸１９ａに嵌合された雌ねじ部材１９ｂと、巻掛け伝動機構１９ｃを介して昇降用ねじ軸１９ａを回転駆動する昇降用サーボモータ１９ｄと、昇降体１６の切欠き窓１６ａを介して雌ねじ部材１９ｂと横行体１４とを連結する連結部材１９ｅとで構成されている。そして、連結軸４３Ａ，４３Ｂに設けられた角度センサー４４の出力値に基づいて、メインコントローラにより昇降用サーボモータ１９ｄが駆動されて溶接トーチ１０の高さが制御される。
【００２５】
前部走行体１Ａの前部と後部走行体１Ｂの後部には、左右方向に照射する赤色レーザ光により、図６に示す溶接線ＡＢを検知して、走行体１の走行台車装置中心線ＭＮと溶接線ＡＢとの距離Ｌａ，Ｌｂを計測する前部センサ２１Ａおよび後部センサ２１Ｂが配設されている。また走行体１Ａ，１Ｂの四隅位置には、落下防止用センサ２２がそれぞれ設けられている。
【００２６】
前記外部制御部６は、図１に示すように、メインコントローラ５を操作するＣＲＴ２３およびキーボード２４と、前部および後部センサ２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ操作するセンサコントローラ２５Ａ，２５Ｂと、リモートコントロールボックス２６が接続された中継ボックス２７が具備されている。
【００２７】
前記電源装置７からの溶接電源ケーブル２８は、＋側がワイヤ給送装置９の溶接ワイヤ８に接続され、−側が被溶接材である船体外板４１に接続されている。またワイヤ給送装置９には、不活性ガスボンベ２９からＣＯ2ガスが供給されている。
【００２８】
次に溶接台車装置４の倣い走行制御を図６を参照して説明する。この倣い制御は、前部センサ２１Ａと後部センサ２１Ｂから検出される走行台車装置中心線ＭＮとの距離Ｌａ，Ｌｂから溶接トーチ１０のシフト量Ｕと、走行台車装置中心線ＭＮに対する溶接線ＡＢの傾斜角θを求め、θ＝０、Ｕ＝０を制御目標とする（θ＝０が優先）ものである。
【００２９】
すなわち、Ｏ0 は溶接トーチ１０の原点位置、Ｏａは前部センサ２１Ａの原点位置、Ｏｂは後部センサ２１Ｂの原点位置、Ｈａは前部センサ２１Ａと溶接トーチ１０との距離、Ｈｂは後部センサ２１Ｂと溶接トーチ３との距離とすると、溶接トーチ１０のシフト量Ｕは、
Ｕ＝［（Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）］×Ｈｂ−Ｌｂ…▲１▼
また、走行台車装置中心線ＭＮに対する溶接線ＡＢの傾斜角θは、
tan θ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）
θ＝tan-1 （Ｌａ＋Ｌｂ）／（Ｈａ＋Ｈｂ）…▲２▼により求められる。
さらに、ＶＬは左走行クローラ２Ａの走行速度、ＶＲは右走行クローラ２Ｂの走行速度、ΔＶは左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの速度差とすると、
ΔＶ＝Ｋ１｜Ｖ｜［θ−Ｋ２×Ｕ×（Ｖ／｜Ｖ｜）］…▲３▼−１
ＶＬ＝Ｖ−ΔＶ，ＶＲ＝Ｖ＋ΔＶ…▲３▼−２，３
ここで、Ｋ１，Ｋ２は倣いゲイン、θは前部で走行台車装置中心線ＭＮより左側が＋である。
【００３０】
前記倣いゲインＫ１，Ｋ２は、たとえばθ＝１０°のずれでΔＶ＝２０％の速度差を発生させるとすると、Ｋ１＝０．２／（１０π／１８０）＝１．１４６となり、Ｕ＝５０ｍｍのずれでΔθ（≡Ｋ２×Ｕ）＝１０°の進行方向修正を発生させるとすると、Ｋ２＝（１０×π／１８０）／５０＝０．００３４９となる。
【００３１】
またθ＝２０°のずれでΔＶ＝２０％の速度差を発生させるとすると、Ｋ１＝０．２／（２０π／１８０）＝０．５７３となり、Ｕ＝５０ｍｍのずれでΔθ（≡Ｋ２×Ｕ）＝２０°の進行方向修正を発生させるとすると、Ｋ２＝（２０×π／１８０）／５０＝０．００６９８となる。
【００３２】
上記構成において、溶接台車装置４を曲面状外板ＣＰの底面または側面に乗り移らせた後、溶接台車装置４が自動運転される。まずメインコントローラ５の入出力装置であるキーボード２４により溶接条件が入力されて溶接速度Ｖが設定される。そして、自動溶接中には、前部センサ２１Ａによる溶接線ＡＢの検出データと、後部センサ２１Ｂの溶接線ＡＢの検出データがメインコントローラ５に入力され、このメインコントローラ５において，走行台車装置中心線ＭＮからのずれ量Ｌａ，Ｌｂが求められるとともに、溶接トーチ１０のシフト位置Ｕと、溶接台車装置４の平面傾斜角θが算出される。さらに走行体１の平面傾斜角θから倣い走行のための左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの速度ΔＶが算出され、ついで溶接トーチ１０のシフト位置Ｕが算出される。そしてトーチシフト装置１８の横行用モータ１８ｄと、左右の走行クローラ２Ｒ，２Ｌの駆動モータに指令値Ｕおよび±ΔＶが指令される。さらに、角度センサー４４によりトーチ支持体３に体する前部走行体１Ａと、後走行体１Ｂの傾斜角、すなわち連結軸４３Ａ，４３Ｂの角度変位が検出され、この検出値に基づいて溶接トーチ１０の適正高さ位置が検出され、メインコントローラ５により昇降用サーボモータ１９ｄが駆動制御される。
【００３３】
上記実施の形態によれば、走行クローラ２Ｒ，２Ｌを有する複数の走行体１Ａ，１Ｂを上下揺動自在に直列に連結した溶接台車装置４により、被溶接材である曲面外板ＣＰに沿って垂直姿勢または反転姿勢で容易に走行させて自動溶接することができる。また、溶接台車装置４を前部、後部のセンサ２１Ａ，２１Ｂの検出信号に基づいてメインコントローラ５により溶接線ＡＢに沿って溶接速度に合わせて自動走行させ、トーチシフト装置１８およびトーチ昇降装置１９により溶接トーチ３の位置を制御して上向き溶接を自動的に行うことができる。したがって、労働者を３Ｋ労働から解放することができ、また曲面状外板ＣＰごとのプログラムも不要で、また多種類の曲面状外板ＣＰに適用することができる。
【００３４】
上記実施の形態では、走行体１Ａ，１Ｂの連結部にトーチ支持体３を設けたが、図１０に示すように、後部の走行体６１Ａ（または前部の走行体６１Ａ）に直接トーチ支持装置１１を介して溶接トーチ１０を配置しても良い。また、図１１に示すように、３台の走行体７１Ａ〜７１Ｃ直列に連結し、中央の走行体７１Ｂにに直接トーチ支持装置１１を介して溶接トーチ１０を配置することもできる。なお、上記走行制御も前部と後部に配置されたセンサ２１Ａ，２１Ｂにより行われる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたごとく、請求項１記載の発明によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させて自動溶接することができ、作業員を３Ｋ作業から解放できる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。このように走行クローラにより走行体を被溶接材に吸着させつつ走行させるので、大きさの異なる長大な曲面部材の上向き溶接などを自動化することができる。
【００３６】
また請求項２記載の発明によれば、トーチ支持体は２つの連結軸心により前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３７】
また請求項３記載の発明によれば、トーチ支持体は前後の付勢手段により前後部走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３８】
また請求項４記載の発明によれば、トーチ支持体は平行リンクにより前後の走行体の中間姿勢をとることができ、溶接位置の走行面に対して一定の角度で溶接トーチを保持することができる。
【００３９】
さらに請求項５記載の発明によれば、直列に上下揺動自在に連結された複数の走行体を、走行クローラにより被溶接材に吸着させて走行するように構成したので、あらゆる方向の傾斜面や逆向きの被溶接材の曲面に沿って走行させて自動溶接することができ、作業員を３Ｋ作業から解放できる。そして走行体の前部と後部に設けたセンサにより溶接線を検出し、これに基づいて左右の走行クローラの走行速度を制御することで、容易に走行体を溶接線に沿わせて走行させることができ、またコントローラによる簡単な制御で溶接トーチを左右方向にシフトさせて溶接線上方に沿って移動させ正確に溶接することができる。このように走行クローラにより走行体を被溶接材に吸着させつつ走行させるので、大きさの異なる長大な曲面部材の上向き溶接などを自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクローラ走行式自動溶接装置の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同溶接台車装置の側面図である。
【図３】同溶接台車装置の走行駆動装置を示す平面断面図である。
【図４】同溶接台車装置のトーチ支持装置を示す平面図である。
【図５】同溶接台車装置のトーチ支持装置を示す側面図である。
【図６】同クローラ走行式自動溶接装置の走行制御を示す説明図である。
【図７】同クローラ走行式自動溶接装置の姿勢制御手段の他の実施の形態を示す側面図である。
【図８】他の姿勢制御手段の他の実施の形態を示す側面図である。
【図９】同溶接台車装置の走行駆動装置の他の実施の形態を示す平面断面図である。
【図１０】クローラ走行式自動溶接装置の他の実施の形態を示す側面図である。
【図１１】クローラ走行式自動溶接装置のさらに他の実施の形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ 走行体
２Ｒ，２Ｌ 走行クローラ
３ トーチ支持体
４ 溶接台車装置（走行台車装置）
５ メインコントローラ
６ 外部制御部
７ 電源装置
８ 溶接ワイヤ
９ ワイヤ給送装置
１０ 溶接トーチ
１１ トーチ支持装置
１８ トーチシフト装置
１９ トーチ昇降装置
２１Ａ 前部センサ
２１Ｂ 後部センサ
４１ 姿勢制御手段
４２Ａ，４２Ｂ 連結アーム
４３Ａ，４３Ｂ 連結軸
４４ 角度センサ
５１Ａ，５１Ｂ 連結アーム
５２ 連結軸
５３Ａ．５３Ｂ 付勢手段
５４ 平行リンク
ＣＰ 曲面状外板
Claims (5)
- 両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能で、かつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、
走行体の連結部に、被溶接材の走行面に対する姿勢を制御する姿勢制御手段を介して、左右方向にシフト自在な溶接トーチを有するトーチ支持体を配設し、
走行台車装置の前部および後部に配置されてそれぞれ被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行方向に沿う走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けた
ことを特徴とするクローラ走行式自動溶接装置。 - 姿勢制御手段は、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを互いに平行な２本の連結軸を中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結することにより、トーチ支持体を前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したことを特徴とする請求項１記載のクローラ走行式自動溶接装置。
- 姿勢制御手段は、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸を中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体からトーチ支持体を連結軸を中心として均等に回動付勢する付勢手段により、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したことを特徴とする請求項１記載のクローラ走行式自動溶接装置。
- 姿勢制御手段は、前後の走行体の間にトーチ支持体を配置し、このトーチ支持体と前後の走行体とを１本の連結軸を中心にそれぞれ上下方向に揺動自在に連結するとともに、前後の走行体とトーチ支持体とを平行リンクを介して互いに連結して、トーチ支持体が前部走行体と後部走行体との中間の姿勢となるように構成したことを特徴とする請求項１記載のクローラ走行式自動溶接装置。
- 両側にそれぞれ被溶接材に吸着可能でかつ走行速度を制御可能な走行クローラを配置した複数の走行体を前後方向に配置すると共に、これら走行体を上下方向に揺動自在に連結した走行台車装置を設け、
前記走行体のいずれかに、被溶接材の走行面に対するトーチ支持体の姿勢を制御する姿勢制御手段を介して左右方向にシフト自在な溶接トーチを配置し、
走行台車装置の前部および後部に配置されて被溶接材の溶接線を検出する前部センサおよび後部センサの検出信号により、走行台車装置中心線に対する溶接線の傾斜角と、溶接トーチの走行台車装置中心線からのシフト量を演算して、溶接トーチの位置を制御するとともに、前記傾斜角とシフト量がそれぞれ０になるように、左右の走行クローラの走行速度を制御するコントローラを設けた
ことを特徴とするクローラ走行式自動溶接装置。
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|---|---|---|---|
| JP03722397A JP3789187B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | クローラ走行式自動溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP03722397A JP3789187B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | クローラ走行式自動溶接装置 |
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| JPH10230360A JPH10230360A (ja) | 1998-09-02 |
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