JP5801858B2 - 溶接設備および溶接方法 - Google Patents

Description

この発明は、多数の構成部品から溶接した構造物を作る方法に関する。この発明は、溶接した構造物を作るための設備にも関する。

溶接した構造物の小バッチ（ｓｍａｌｌ ｂａｔｃｈｅｓ）の生産をするための伝統的溶接作業では、この溶接を通常少なくとも主として手動で行う。これは、大抵の構造物の主要部分が現今の自動溶接装置を使う溶接に技術的にか経済的に適さないからである。小バッチの溶接で、既知の溶接装置は、非常にアクセスし易くかつ長く真っ直ぐな溶接部の溶接にしか適さない。しかし、溶接した構造物の溶接部の大多数は、アクセスし易さが周囲構築物によって制限される、比較的短い交差構造物（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を屡々接合するためのものである。これは、特に造船で問題であり、異なる部品の数および比較的大きなサイズが問題を生ずる。そのような構造物の手動溶接は、高価であると共に時間が掛る。

溶接すべき構造物を異なる種類の制御装置を使ってその形状または輪郭に従って追跡する溶接システムが開発されている。そのような既知の溶接システムの一つがＤＥ−Ａ−２２４０９４９に開示してあり、それはハンドルを使って溶接装置が辿る経路を制御する。ＵＳ−Ａ−５３０７９７９に、別の溶接システムが開示してあり、それは３次元構造物を溶接するためにレールベースの制御装置（ｒａｉｌ ｂａｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を備える。ＤＥ−Ａ−２０３５４９８に、タイヤ（ｔｙｒｅｓ）を溶接するためのシステムが開示してある。

自動溶接システムがＵＳ−Ａ−４７３７６１４に開示してあり、それは制御システムが光強度の変動に基づくものであり、ＵＳ−Ａ−５５７２１０２では、蛍光灯に基づく溶接ロボットを使う。

溶接すべき構造物に従って調節できる溶接ベンチも開発されている；例えば、ＥＰ−Ａ−００９２５３３参照。スウェーデン国公報第４５５５８１号（ＳＥ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ４５５５８１）に開示してあるように、パイプを自動的に溶接することも知られている。

既知の溶接技術にはかなりの欠点があり、特に大抵の場合、それらを造船産業に適用することは不可能である。一般的に船舶用には、典型的には幅１０ｍを超え、屡々長さ１０ｍに近い、比較的大きな寸法を有する溶接した構造物を要する。これらの構造物に横断方向および長手方向の構築物を取付けるとき、溶接は通常手で行わねばならず、それには多くの時間が掛る。薄くした材料の使用および、例えば、減少した“のど”厚（“ｔｈｒｏａｔ” ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ）の使用は、付加的に溶接の態様に変化を引き起こしている。溶接速度の増大によって、溶接は人間工学的にも困難になってきている。更に、熟練溶接工を比較的簡単だが退屈な溶接作業に使うことは、熟練溶接工の能力を浪費するので、実際的でない。人的資源を機械ができない有意義な仕事に使うことは、より賢明である。

本発明の目的は、既知の溶接技術に関連するこれらの欠点を除去すること、および複数の典型的には異なる形状の部品を一緒に溶接するための全く新規な解決法で、その溶接作業が制御することおよび異なる状況に適合させることが容易な解決法を達成することである。この発明を、非常に多種多様な部品を溶接する必要のある異なる技術分野に適合できるようにすることも意図する。この発明の適用可能な分野の例は、抄紙機、一般建築施工、橋梁および列車建造、並びに重車輌、例えばトラックの製造である。

本発明の一態様によれば、前記請求項１で請求するような、溶接した構造物を作る方法を提供する。

本発明のもう一つの態様によれば、複数の構成部品から溶接した構造物を作るための溶接設備であって、これらの構成部品を溶接すべき構造物の構成に支持するための支持面、およびこの支持面上に支持した溶接すべき構造物の構成部品を一緒に溶接するための溶接装置を含む設備に於いて、更に、この溶接装置によって、この支持面上に支持した溶接すべき構造物の溶接点の位置を決めるための、およびこの溶接すべき構造物の像を提供するためのカメラ手段を含む評価手段を含み、それでこの評価手段によって決めた溶接点の位置をこの溶接装置によってこの構造物を溶接する際に使う設備を提供する。

この発明は、溶接すべき部品を支持面上にそれらの最終位置に置くという着想に基づく。この支持面は、動きのない面または位置が分っている可動ベース若しくは床面でもよい。支持構造物をこの支持面上にまたは側面レール上に支持し、この支持面を跨ぐのが適当である。カメラまたはこれらの溶接すべき部品の配置を写真によって記録するための写真手段、および可能ならばこの溶接装置もこの支持構造物に取付けてあると便利である。このカメラまたは写真手段および溶接装置の両方は、この支持面上を、またはそれに対してｘ、ｙおよびｚ軸で動くように取付けることを意図してあるのが好ましい。一つまたはそれ以上のカメラまたは写真手段を設けてもよくおよび／または一つまたはそれ以上の溶接装置を設けてもよい。

この発明は、一つまたはそれ以上の構造物の構成部品を一緒に溶接できるようにする。この構造物およびその構成部品の寸法を写真によって記録し、異なる溶接点を決められるようにする。これらの溶接点は、この写真によって記録した情報を走査しまたは読取り、この走査したまたは読取った情報を制御手段へ渡すことによって決定できる。この制御手段は、決定した溶接点の位置に基づいて溶接すべき構造物の部品を一緒に溶接することを制御するために使用される。この走査したまたは読取った写真情報は、この溶接装置の、および／またはこのカメラまたは写真手段の、例えば、走査／読取り装置の、メモリ手段に記憶または記録してもよい。

例えばこれらの溶接点の位置を表示する一つまたはそれ以上のディスプレイ装置を設けて、この構造物の溶接中にユーザがこの溶接装置の自動制御を無効にできるようにしてもよい。しかし、その代り、この溶接作業を溶接ロボットまたはマニピュレータの形をした溶接装置によって自動的または半自動的に行ってもよい。

都合よく、このカメラまたは写真手段を使って溶接すべき構造物の展望図（ｖｉｅｗｓ）を得、これらの撮影した図を使って読取り装置／スキャナ装置が自動的にかまたはユーザの支援で、これらの溶接点の位置を識別し且つ確定する。一旦これらの溶接点をそのように確定すると、それらをこの溶接すべき構造物の構成部品の手動、半自動または自動溶接のために使う。実際の溶接は、溶接装置がこの構造物の輪郭または形状に追従して決定した種々の溶接点で溶接作業を行って、アーク溶接、例えば、ガスアーク溶接によって達成してもよい。この溶接装置は、この構造物の上を水平および垂直の両方に動き得るのが好ましいので、この構造物をこの支持面上で異なる高さおよび位置で溶接することができる。これらの部品は非常に大きくてもよく、例えば、この発明は、例えば、船、抄紙機、建築物、列車またはトラックの部品の溶接を容易且つ経済的にする。

本発明のもう一つの態様によれば、多数の構成部品を含む構造体を溶接する方法で、この構造物の部品を接合するための最適溶接点を識別する工程および溶接装置をこれらの異なる溶接点へ案内する工程を伴う方法を提供する。任意にユーザは、この溶接装置の位置決めを修正しまたは無効にすることができる。例えば、ユーザは、各溶接点でこの構造物を溶接する自動的に選択された方法を承認するかまたは拒否することができる。

この支持構造物を支持面上で動かし且つカメラまたは写真手段が必要に応じて横におよび垂直に上下に動くように配置することによって、この構造物をこのカメラまたは写真手段によって走査することができる。もう一つの方法として、この支持構造物が静止または固定されていて、溶接すべき部品を、例えば、可動支持面に載せて、この支持構造物の下で、手動や、半自動または自動で動かしてもよい。この様にして、溶接すべき構造物の部品を“撮影”して、この構造物の写真マップを生成し、コンピュータを使って溶接マップを創成する。

都合よく、この溶接システムは、この溶接マップに基づいて、その特性を、例えば、コンピュータによって事前に教えられた、所謂標準溶接部を自動的に認識し、それでこのシステムが溶接ロボット等に溶接の開始を自動的に指示することができる。

ユーザが、この溶接マップを見て、溶接作業のための代替出発点を選択し、そして特定の種類の溶接部に対して適切な溶接方法を選択することも可能で、それからユーザがこの溶接ロボットに溶接作業の開始を指示することができる。溶接すべき材料に依って、幾つかの異なる溶接装置をこの支持構造物それ自体に取付けることができる。

この発明によって、顕著な利点が得られる。特に、溶接装置（ロボット）に別々の部品を一緒に溶接するように教えることができる、低コストの溶接システムを提供できる。その上、このシステムは、異なる形状および大きさの部品を一緒に溶接する要求を満たすことができる。典型的に、この溶接法は、小バッチ生産の溶接、順次生産製品の溶接および試作品の溶接等を計画するために使うことができる。

次に、この発明の実施例を、特に添付の図面を参照して、例としてだけ説明する。

支持構築物を組込む溶接設備の図である。 カメラまたは写真装置手段によって撮った溶接すべき構造物の写真を示す図である。 図２に示す写真の評価によって作った溶接すべき構造物の表現である。 構造物の溶接を制御するための制御システムの略図である。

図１は、溶接すべき構造物１の複数の構成部品を支持面２上で支持する溶接ステーションまたは設備を示す。これらの部品は、クレーンまたは自動材料取扱い手段を使って手動でこの支持面上へ移してもよい。カメラ３および溶接機４が、この支持面２に跨り、および床６上に取付けられ且つこの支持面２の両側に伸びる側面レール７を設けることによって、この支持面の上を、その全長に亘って、動き得る横断支持構築物５に締結してある。この支持構築物５を操縦するための操縦装置８および／または溶接装置４を操縦するための操縦装置８および／またはカメラ３を操縦するための操縦装置８を支持構築物５のすぐ近くに置くことができる。
“カメラ”という用語は、溶接すべき構造物の像を提供できるあらゆる結像手段を包含することを意図し、従来の写真装置、例えば、ビデオカメラまたはスチルカメラ、赤外線または紫外線を記録する結像手段、レーザ手段等を含んでもよい。そのようなカメラ３を二つ以上設けてもよい。

図２は、カメラ３によって撮った溶接すべき構造物の写真９の形の図である。この写真に、手動または自動で、この構造物の種々の部品に対する異なる接合点に白丸１０が付けてあり、溶接すべき異なる点（即ち、“溶接点”）を示す。ユーザは、これらの溶接点を調べて必要な溶接の型式についてのより多くの情報を与えて、各溶接点に対して適切な溶接方法を決めることができる。

図３は、図２に示す写真９から、自動的に、および／またはユーザからの入力の援助により作った、溶接すべき構造物１の視覚表現（ｖｉｓｕａｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）を示す。この視覚表現は、自動的にか、またはユーザ入力の助けで、異なる部品１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ並びに異なる固定場所（溶接点）１１ｄ、１１ｅおよび１１ｆを識別し、並びにこれらの溶接部品を一緒に溶接するための指示も与える。ユーザは、この溶接手順の出発点１１ｄ、１１ｅまたは１１ｆを承認または拒否するかどうか、およびこのシステムが提案する溶接方法を承認または拒否するかどうかの機会を与えられる。それでこの溶接システムを半自動的と見做すことができる。

図４は、この溶接作業を制御するための制御システムの一つの形の線図を示す。カメラ３が最初に溶接すべき構造物１を撮影し、読取り装置またはスキャナ装置１２を使ってこの情報１６を外部装置１７の制御システム１３へ送る。この読取り装置１２は、自動的にかまたはユーザ１５の支援で、制御情報１４を溶接装置４へ供給する。ユーザ１５は、ディスプレイ装置１８上でカメラ３および／またはこの溶接装置の運動を追跡できる。この読取り装置／スキャナ装置１２および／または制御システム１３は、カメラ３に、溶接装置４に、またはそれらの組合せに位置してもよい。この溶接装置は、例えば、溶接ロボットまたはマニピュレータでもよい。

この様にこの溶接システムは、完全に自動的にまたはユーザからの制御入力で行うことができる溶接手順を可能にする。その上このシステムの柔軟性は、時間の掛かるこの装置を固定して較正を行う必要なしに、多くの種類の構造物を溶接する可能性を与える。

カメラ３は、溶接装置４に取付けてもよい。支持構造物５は、例えば、空気圧的に、液圧的にまたは電気機械的に作動させることができる。

この発明の他の実施例は、前記請求項の範囲内で実現可能である。

１ 構造物
２ 支持面
３ カメラ手段
４ 溶接装置
１２ 読取り装置
１４ 制御情報
１７ 外部装置

Claims (19)

1. 船の一部を構成する溶接した構造物（１）を作る方法であって、
   支持面（２）上に、溶接すべき構造物の構成部品を所望の構成に配置する工程と、
   支持面（２）上の前記構成部品の溶接点の二次元の配置の溶接マップを形成する少なくとも一つの二次元像を記録する工程と、
   読取り装置またはスキャナ装置（１２）を使用して前記少なくとも一つの二次元像を読取りまたは走査することによって該少なくとも一つの二次元像から複数の溶接点の位置を自動的にかまたはユーザ（１５）の支援によって決定する工程と、
   前記溶接点の位置を決定してから、各溶接点の溶接方法および溶接を半自動で行うかまたは自動で行うかを決定する工程と、
   溶接すべき構造物の上を水平および垂直の両方に動き得る溶接装置（４）を設ける工程と、
   溶接装置（４）で前記構成部品を前記複数の溶接点で互いに溶接して、溶接した構造物（１）を作る工程と、
   前記溶接点の決定された位置に基づいて溶接装置（４）による前記構成部品の溶接を制御する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１による方法において、前記構造物の溶接を自動的または半自動的に行うことを特徴とする方法。
3. 請求項１による方法において、制御情報（１４）を使って溶接装置（４）の移動を制御することを特徴とする方法。
4. 請求項１による方法において、ユーザが前記構成部品の溶接の自動制御を無効にすることを特徴とする方法。
5. 請求項１による方法において、各溶接点に対する溶接方法を承認するかまたは規定するユーザからの入力を提供する工程を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項５による方法において、ユーザ（１５）が溶接装置（４）の移動を制御するのを支援するために、前記溶接点の位置がディスプレイ装置（１８）上に表示されることを特徴とする方法。
7. 請求項１による方法において、溶接装置（４）の移動が溶接中に前記構造物の輪郭または形状に追従することを特徴とする方法。
8. 請求項１または請求項７による方法において、溶接装置（４）が溶接ロボットまたはマニピュレータを含み、溶接を行うことを特徴とする方法。
9. 請求項１または請求項７による方法において、溶接をアーク溶接によって行うことを特徴とする方法。
10. 請求項１による方法において、前記少なくとも一つの二次元像を読取り装置またはスキャナ装置（１２）のメモリに記録することを特徴とする方法。
11. 請求項１による方法において、前記少なくとも一つの二次元像をカメラ手段（３）のメモリまたは溶接装置（４）のメモリまたはカメラ手段（３）と溶接装置（４）用の協同メモリに記録することを特徴とする方法。
12. 請求項５による方法において、前記少なくとも一つの二次元像を制御システム（１３）を備える外部装置（１７）のメモリに記録することを特徴とする方法。
13. 複数の構成部品から、船の一部を構成する溶接した構造物（１）を作るための溶接設備であって、
    溶接すべき構造物（１）の構成に配置した前記構成部品を支持するための支持面（２）と、
    溶接すべき構造物（１）の前記構成部品の溶接点の二次元の配置の溶接マップを形成する二次元像を提供するためのカメラ手段（３）と、
    カメラ手段（３）から提供された二次元像を読取りまたは走査することによって、溶接装置（４）によって溶接すべき構造物（１）の溶接点の位置を自動的にかまたはユーザ（１５）の支援によって決定するための読取り装置またはスキャナ装置（１２）と、
    支持面上（２）に支持した溶接すべき構造物（１）を作るために構成部品を前記溶接点に一緒に溶接するための、溶接すべき構造物（１）の上を水平および垂直の両方に動き得る溶接装置（４）と、
    前記溶接点の位置を決定してから、各溶接点の溶接方法および溶接を半自動で行うかまたは自動で行うかを決定し、前記溶接点の決定された位置に基づいて溶接装置（４）による前記構成部品の溶接を制御するための制御手段と、
    を含むことを特徴とする溶接設備。
14. 請求項１３による溶接設備であって、構造物の溶接中に溶接装置（４）の移動を制御するための制御手段を含む溶接設備。
15. 請求項１４による溶接設備であって、溶接装置（４）の移動が溶接中に前記構造物の輪郭または形状に追従するように構成されていることを特徴とする溶接設備。
16. 請求項１３による溶接設備であって、前記制御手段は、制御システム（１３）を備える外部装置（１７）と、前記溶接点の位置を表示するためのディスプレイ装置（１８）とを含むことを特徴とする溶接設備。
17. 請求項１６による溶接設備であって、各溶接点に対する溶接方法を規定するユーザからの入力を受けるための入力手段を含むことを特徴とする溶接設備。
18. 請求項１３による溶接設備であって、ユーザが溶接装置（４）の制御を無効にするためのオーバーライド手段を含むことを特徴とする溶接設備。
19. 請求項１３による溶接設備において、ユーザが溶接装置（４）の自動制御を承認するかまたは拒否するかを選定し、自動制御を拒否する場合に前記溶接すべき構造物の一部の溶接をユーザが制御することを選定できるようにするためのオーバーライド手段を含むことを特徴とする溶接設備。