JP7126899B2

JP7126899B2 - 自動予熱装置

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Publication number: JP7126899B2
Application number: JP2018146179A
Authority: JP
Inventors: 一希中島; 辰也早乙女; 嘉彰狼; 孟俊日比谷
Original assignee: 株式会社加藤製作所
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2022-08-29
Anticipated expiration: 2038-08-02
Also published as: JP2020019052A

Description

本発明は、長尺の被溶接物に対する自動溶接において、被溶接部を溶接の前に予め加熱する自動予熱装置に関する。

特許文献１には、溶接装置に対して先行して走行し、被溶接部の予熱を行う自動予熱装置が開示されている。この自動予熱装置は、レール上を走行可能な台車と、台車上に設けられた高周波予熱ヒータを備える。

特開平９－１９７７０号公報

特許文献１のような自動予熱装置を用いて建設機械に設けられるブームのような薄板を被溶接物として加熱する場合、被溶接物において予熱による歪みが発生する可能性がある。このため、被溶接物において歪みが発生しないように予熱が行われることが求められている。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、被溶接物において予熱による歪みが発生しにくい自動予熱装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のある態様は、所定の方向に沿って延設される被溶接部を有する被溶接物と、前記被溶接物の側方において前記被溶接部の延設方向に沿って移動するとともに、前記被溶接部の溶接を行う溶接装置と、ともに用いられる自動予熱装置であって、前記被溶接物の側方において前記溶接装置の前方に配置され、前記被溶接物に対して前記被溶接部の延設方向に沿って移動可能な予熱用台車と、前記予熱用台車に設けられ、前記被溶接物を加熱可能なバーナーと、前記予熱用台車に設けられ、前記バーナーを支持し、駆動状態に応じて前記バーナーを前記被溶接物に対して移動させる駆動部材と、前記予熱用台車の前記被溶接物に対する移動及び前記駆動部材の駆動状態を制御する制御装置であって、前記駆動部材の駆動状態を制御することにより、前記被溶接部の前記延設方向に対して交差する方向について前記被溶接部を含む移動範囲で前記バーナーを移動させるとともに、前記被溶接部の前記延設方向に対して交差する前記方向についての前記バーナーの前記移動範囲を調整することにより、前記バーナーによる前記被溶接物に対する予熱幅を調整する制御装置と、を備える。

本発明によれば、被溶接物において予熱による歪みが発生しにくい自動予熱装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る自動予熱システムを概略的に示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る予熱装置の構成を概略的に示す図である。図３は、第１の実施形態に係る予熱装置の制御構成を概略的に示すブロック図である。図４は、第１の実施形態に係る予熱装置の制御装置のプロセッサが自動予熱処理において行う処理を示すフローチャートである。図５は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が設定実行位置に移動した状態を概略的に示す図である。図６は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱時におけるロボットアーム及びバーナーの動作を概略的に示す図である。図７は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱装置が点火待機状態となった様子を上側から視た概略図である。図８は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱装置が点火待機状態となった様子を概略的に示す斜視図である。図９は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が予熱開始位置に移動した状態を概略的に示す図である。図１０は、第１の実施形態に係る予熱装置の制御装置のプロセッサが協調予熱処理において行う処理を示すフローチャートである。図１１は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱装置が予熱開始位置から進行側へ向かって移動する様子を示す概略図である。図１２は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が先行待機位置に移動した状態を上側から視た概略図である。図１３は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が先行待機位置に移動した状態を概略的に示す斜視図である。図１４は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において、予熱用台車が先行待機位置に移動した状態で溶接装置による溶接が行われている様子を概略的に示す図である。図１５は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱装置の溶接装置との協調予熱が行われている様子を概略的に示す図である。図１６は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において溶接装置と予熱装置との間の距離が大きく離れた状態を概略的に示す図である。図１７は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が予熱終了位置に移動した状態を概略的に示す図である。図１８は、第１の実施形態に係る予熱装置による自動予熱において予熱用台車が退避位置に移動した状態を概略的に示す図である。図１９は、第２の実施形態に係る予熱装置の制御装置のプロセッサが協調予熱処理において行う処理を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の自動溶接システム１を示す図である。自動溶接システム１は、溶接装置２と、予熱装置３と、レール４と、設置部５を備える。予熱装置３は、本実施形態における自動予熱装置である。自動溶接システム１は、例えば、長尺の被溶接物の溶接に用いられる。レール４は、溶接装置２及び予熱装置３のそれぞれが走行可能な走路である。設置部５には、長尺の被溶接物が設置される。本実施形態では、設置部５には、被溶接物として、クレーンなどの建設機械に設けられるブーム６が設置されている。レール４は、ブーム６の側方に設置されている。レール４の延設方向とブーム６の延設方向（長手方向）は一致している。

溶接装置２及び予熱装置３は、ブーム６の延設方向に沿って、レール４上を移動可能である。ここで、ブーム６の延設方向のうち、進行側（図１の矢印Ｘ１側）と手前側（図１の矢印Ｘ２側）とを規定する。進行側及び手前側は、互いに対して反対である。予熱装置３の進行方向と溶接装置２の進行方向は一致している。このため、予熱装置３の移動方向は、溶接装置２の移動方向と一致する。進行側は、予熱装置３及び溶接装置２の移動方向における前方側であり、手前側は、予熱装置３及び溶接装置２の移動方向における後方側である。また、鉛直方向に対して交差し（略直交し）、かつ、ブーム６の延設方向（ブーム６の長手方向）に対して交差する（略直交する）方向を、ブーム６の幅方向とする。

予熱装置３は、レール４上において、溶接装置２よりも進行側に位置し、溶接装置２に対して先行して走行する。したがって、予熱装置３は、移動方向において、溶接装置２の前方に配置される。

溶接装置２は、溶接用台車２１と、溶接トーチ２２と、溶接用制御装置２３と、を備える。溶接用台車２１は、レール４上を走行可能である。溶接トーチ２２及び溶接用制御装置２３は、溶接用台車２１上に設置され、溶接用台車２１と一緒にレール４上を移動する。溶接トーチ２２は、ブーム６の溶接を行う。溶接用制御装置２３は、溶接用台車２１の走行及び溶接トーチ２２の作動を制御する。

図２は、予熱装置３の構成を示す図である。また、図３は、予熱装置３の制御構成を示す図である。予熱装置３は、予熱用台車３１と、制御装置３２と、ロボットアーム３４と、バーナー３５とを備える。予熱用台車３１は、台車モータ３３が駆動されることにより、レール４上を移動方向に沿って走行可能である。制御装置３２、ロボットアーム３４及びバーナー３５は、予熱用台車３１上に設置され、予熱用台車３１と一緒にレール４上を移動する。

バーナー３５は、例えば、ガスバーナーである。バーナー３５は、ロボットアーム３４に固定される。バーナー３５は、燃焼ガスが供給された状態で作業者による点火作業が行われることにより、点火される。また、バーナー３５は、点火した状態で燃焼ガスの供給が停止されることにより、消火される。

予熱装置３には、遮断弁３６が設けられている。遮断弁３６は、バーナー３５への燃焼ガスの供給を制御する制御弁であり、バーナー３５への燃焼ガスの供給を遮断可能である。遮断弁３６は、例えば、空気圧によって駆動される。遮断弁３６は、例えば、予熱用台車３１上に設置される。遮断弁３６が閉じた状態では、バーナー３５へ燃焼ガスは供給されない。遮断弁３６が開いた状態では、バーナー３５へ燃焼ガスが供給される。

ロボットアーム３４は、予熱用台車３１上に設置されている。ロボットアーム３４は、本実施形態における駆動部材の一例である。ロボットアーム３４は、複数のアームと、アームのそれぞれを駆動させる複数のアクチュエータとを備える。ロボットアーム３４の先端部には、バーナー３５が固定されている。これにより、ロボットアーム３４は、バーナー３５を支持している。アクチュエータが駆動されることにより、ロボットアーム３４が駆動され、ロボットアーム３４の先端部に固定されたバーナー３５の位置、向き、及び、高さなどが変化する。したがって、ロボットアーム３４のアクチュエータのそれぞれの駆動を制御することにより、バーナー３５の位置、向き及び高さなどを調整し、バーナー３５の動作などを調整することができる。

また、予熱装置３には、測距センサ３７が設けられている。測距センサ３７は、溶接装置２が配置される側を向く状態で、例えば予熱用台車３１に取付けられている。測距センサ３７は、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄを検出する。測距センサ３７は、例えば、レーザー光を発信し、測定対象に反射したレーザー光を受信し、測定対象との距離を算出するレーザー式センサである。測距センサ３７は、制御装置３２と電気的に接続されている。測距センサ３７は、検出結果を制御装置３２に伝達する。

また、予熱装置３には、エッジ検出センサ３８が設けられている。エッジ検出センサ３８は、設置部５を向く状態で、例えば予熱用台車３１に取付けられている。エッジ検出センサ３８は、予熱用台車３１において、手前側の端部と進行側の端部に１つずつ設けられている。エッジ検出センサ３８は、設置部５に設置されたブーム６を検出する。エッジ検出センサ３８は、例えば、レーザー光を発信し、測定対象において反射したレーザー光を検出するレーザー式センサである。エッジ検出センサ３８は、検出結果を制御装置３２に伝達する。

また、予熱装置３は、インバータ（インバータユニット）３９を備える。インバータ３９は、コンバータ回路、コンデンサ及びインバータ回路等を備え、電源（図示しない）から台車モータ３３に供給される交流電力の電圧及び周波数を調整する。

また、予熱装置３は、操作装置４１を備える。操作装置４１では、各種の操作入力が行われ、操作入力に応じた電気信号を制御装置３２に伝達する。操作装置４１は、例えば、タッチパネルを有するタブレット端末である。

制御装置３２は、プロセッサ４４と記憶部４５とを備える。プロセッサ４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application specific integrated circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を備える集積回路又は回路構成（circuitry）等である。プロセッサ４４は、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。プロセッサ４４での処理は、プロセッサ４４又は記憶部４５に記憶されたプログラムに従って行われる。また、記憶部４５には、プロセッサ４４で用いられる処理プログラム、及び、プロセッサ４４での演算で用いられるパラメータ、関数及びテーブル等が記憶される。本実施形態では、プロセッサ４４によって、予熱装置３を制御する制御装置が構成される。

プロセッサ４４は、測距センサ３７及びエッジ検出センサ３８からの検出結果を取得する。プロセッサ４４は、測距センサ３７での検出結果に基づいて、予熱装置３と溶接装置２との距離Ｄを算出する。また、プロセッサ４４は、エッジ検出センサ３８での検出結果に基づいて、予熱装置３のブーム６に対する位置関係を判断する。プロセッサ４４は、例えば、エッジ検出センサ３８での検出結果に基づいて、予熱用台車３１が予熱開始位置Ａ１に移動したか否か、及び、予熱用台車３１が予熱終了位置Ａ２に移動したか否か、を判断する。予熱開始位置Ａ１は、予熱装置３の移動方向において例えば、ブーム６の手前側の端部（始端）が配置される位置である。予熱終了位置Ａ２は、例えば、ブーム６の進行側の端部（終端）が配置される位置である。プロセッサ４４は、各取得結果及び算出結果に基づいて、台車モータ３３、ロボットアーム３４、及び、遮断弁３６のそれぞれの作動を制御する。

また、プロセッサ４４は、ロボットアーム３４の駆動状態を制御することにより、バーナー３５の位置、向き及び高さなどを調整する。また、プロセッサ４４は、ブーム６の幅方向についてのバーナー３５の移動範囲を調整することにより、バーナー３５によるブーム６に対する予熱幅Ｗを調整する。

本実施形態では、プロセッサ４４は、インバータ３９から台車モータ３３に供給される交流電力を調整することにより、台車モータ３３の回転速度を制御する。そして、プロセッサ４４は、台車モータ３３の回転速度を制御することにより、予熱用台車３１の移動速度Ｖを制御する。なお、ある実施形態では、台車モータ３３の回転速度を検出するエンコーダが設けられる。そして、プロセッサ４４は、エンコーダでの検出結果に基づいて予熱用台車３１の移動速度Ｖを算出し、移動速度Ｖの算出結果に基づいて台車モータ３３の回転速度を制御することにより、予熱用台車３１の移動速度Ｖを制御する。

次に、本実施形態の自動溶接システム１の作用及び効果について説明する。

本実施形態の自動溶接システム１は、例えば、クレーンなどの建設機械に設けられるブーム６の自動溶接において用いられる。ブーム６の自動溶接では、被溶接部Ｍにおいて、溶接装置２による溶接に先行して、被溶接部Ｍを予め加熱する予熱処理が行われる。

ブーム６の被溶接部Ｍは、ブーム６の延設方向に沿って略直線形に形成されている。ブーム６の被溶接部Ｍは、例えば、ブーム６を形成する２つの構成部材の間の継手部である。ブーム６の被溶接部Ｍは、例えば、補強板とブーム６の構成部材との間の重ね継手部であってもよい。この場合、補強板は、ブーム６を形成する２つの構成部材の間に取付けられる。

ブーム６の自動溶接では、ブーム６が設置部５の所定の位置に設置される。このとき、溶接装置２の溶接用台車２１及び予熱装置３の予熱用台車３１は、それぞれの初期位置に位置する。溶接用台車２１及び予熱用台車３１の初期位置は、ブーム６の予熱開始時における予熱用台車３１の予熱開始位置Ａ１よりも手前側に位置する。予熱用台車３１の予熱開始位置Ａ１は、ブーム６の溶接開始時における溶接用台車２１の溶接開始位置と一致する。また、予熱用台車３１が初期位置に位置する状態では、遮断弁３６は、閉じた状態に制御される。プロセッサ４４は、例えば操作装置４１において自動予熱を開始する操作入力が行われたことに基づいて、自動予熱処理を開始する。

図４は、自動予熱処理において制御装置３２のプロセッサ４４が行う処理を示すフローチャートである。自動予熱処理は、記憶部４５に記憶された自動予熱プログラムに基づいて、実行される。また、図５～図１８は、自動予熱処理による自動予熱工程を示す図である。

自動予熱処理では、プロセッサ４４は、まず、図５に示すように、予熱装置３の予熱用台車３１を初期位置から進行側へ走行させ、予熱用台車３１を設定実行位置に移動させる（Ｓ１０１）。設定実行位置は、ブーム６の予熱開始時における予熱用台車３１の予熱開始位置Ａ１よりも進行側に位置する。

次に、プロセッサ４４は、予熱用台車３１が設定実行位置に位置する状態で、バーナー３５によるブーム６の予熱時におけるロボットアーム３４の動作の設定を行う（Ｓ１０２）。予熱時におけるロボットアーム３４の動作の設定は、例えば、ティーチングにより行われる。また、予熱時におけるロボットアーム３４の動作設定には、例えば、予熱開始時における被溶接部Ｍに対するバーナー３５の先端位置の設定（センタ合わせ）等が、含まれる。設定結果は、例えば、記憶部４５に記憶される。

ここで、図６を用いて、予熱時におけるロボットアーム３４及びバーナー３５の動作を説明する。予熱時には、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を進行側へ移動させるとともに、ロボットアーム３４の駆動状態を制御することにより、ロボットアーム３４の支持部分を中心として、バーナー３５をブーム６に対して繰り返し揺動（スウィング）させる。本実施形態では、予熱時における予熱用台車３１の移動速度Ｖは、インバータ３９から台車モータ３３への出力が調整されることにより制御される。

バーナー３５の揺動範囲は、例えば、ティーチングによって設定され、記憶部４５に記憶される。バーナー３５の揺動範囲は、予め設定され、記憶部４５に記憶されていてもよい。バーナー３５がブーム６に対して揺動することにより、バーナー３５及びバーナー３５の先端がブーム６の幅方向について移動する。バーナー３５の先端のブーム６の幅方向についての移動範囲（移動幅）は、バーナー３５の揺動範囲に応じて変化する。

バーナー３５が点火した状態で、バーナー３５の先端がブーム６の幅方向についての移動を繰り返しながら、予熱用台車３１が進行側へ移動することにより、ブーム６は、予熱装置３の移動方向に沿って手前側から進行側に向かって加熱される。ブーム６の幅方向についての予熱幅Ｗは、バーナー３５の先端のブーム６の幅方向についての移動範囲に応じて変化する。ブーム６の幅方向についてのバーナー３５の先端の移動範囲は、被溶接部Ｍを含む。したがって、ブーム６は、被溶接部Ｍを含む範囲において加熱される。被溶接部Ｍは、例えば、ブーム６の幅方向について予熱幅Ｗの中央に位置する。次に、プロセッサ４４は、予熱装置３を点火待機状態にする（Ｓ１０３）。点火待機状態では、バーナー３５の先端（放出口）は、作業者による点火操作が実行可能な位置に配置される。点火待機状態では、例えば、図７及び図８に示すように、バーナー３５の先端（放出口）は、予熱時の位置よりも鉛直上側に位置し、かつ、ブーム６の真上から離れた位置に配置される。予熱装置３を点火待機状態にする予熱用台車３１の位置及びロボットアーム３４の駆動状態は、例えば、記憶部４５に記憶されている。また、点火待機状態では、プロセッサ４４は、遮断弁３６を開く。遮断弁３６が開いた状態となることにより、バーナー３５に燃焼ガスが供給される。

点火待機状態において、例えば作業者によってバーナー３５の点火作業が行われることにより、バーナー３５が点火する。なお、点火待機状態になったこと、又は、点火を行うことを示す操作入力が行われたことに基づいて、自動的にバーナー３５が点火されてもよい。

バーナー３５が点火されると（Ｓ１０４－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、図９に示すように、ロボットアーム３４の駆動状態を制御することにより、バーナー３５を待機姿勢にする。待機姿勢では、バーナー３５は、点火した状態のまま、ブーム６を加熱しない位置に配置される。バーナー３５が待機姿勢である状態では、バーナー３５の先端（放出口）は、例えば、予熱時の位置よりも鉛直上側に位置し、かつ、ブーム６の真上から離れた位置に位置する。バーナー３５を待機姿勢にするロボットアーム３４の駆動状態は、例えば、記憶部４５に記憶されている。

そして、プロセッサ４４は、バーナー３５を待機姿勢にした状態で、予熱用台車３１をブーム６の予熱開始位置Ａ１へ移動させる（Ｓ１０５）。予熱開始位置Ａ１は、例えば、レール４の延設方向においてブーム６の手前側の端部が配置される位置である。プロセッサ４４は、例えば、バーナー３５が点火されたことを示す操作信号が入力されたことに基づいて、予熱用台車３１を予熱開始位置Ａ１へ移動させる。

ここで、ブーム６の予熱開始位置Ａ１は、例えば、エッジ検出センサ３８での検出結果に基づいて算出される。例えば、予熱用台車３１が予熱開始位置Ａ１よりも手前側に位置している場合、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を進行側へ走行させ、エッジ検出センサ３８においてブーム６が検出されない状態からブーム６が検出される状態に変化したことに基づいて、予熱装置３が予熱開始位置Ａ１に到達したと判断する。また、例えば、予熱用台車３１が予熱開始位置Ａ１よりも進行側に位置している場合、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を手前側へ走行させ、エッジ検出センサ３８においてブーム６が検出される状態からブーム６が検出されない状態に変化したことに基づいて、予熱装置３が予熱開始位置Ａ１に到達したと判断する。なお、ブーム６の予熱開始位置Ａ１を示す位置座標などが記憶部４５等に予め保存されていてもよい。

予熱用台車３１がブーム６の予熱開始位置Ａ１に移動すると、プロセッサ４４は、溶接装置２との協調予熱処理を開始する（Ｓ１０６）。図１０は、本実施形態での協調予熱処理において制御装置３２のプロセッサ４４が行う処理を示すフローチャートである。協調予熱処理では、プロセッサ４４は、ロボットアーム３４の駆動を制御することにより、図１１に示すように、バーナー３５の先端をブーム６における予熱範囲内の真上に移動させ、バーナー３５の先端を鉛直下側へ移動させる。そして、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を進行側へ移動させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を実行する（Ｓ１１１）。これにより、バーナー３５による加熱が開始され、所定の予熱幅Ｗの範囲内においてブーム６の予熱が行われる。

次に、プロセッサ４４は、予熱用台車３１が所定の待機位置Ａ３に到達したか否かを判断する（Ｓ１１２）。図１２に示すように、待機位置Ａ３は、ブームの予熱開始位置Ａ１よりも進行側に位置する。待機位置Ａ３の座標は、例えば、記憶部４５に記憶されている。予熱用台車３１が待機位置Ａ３に位置した状態では、溶接装置２の溶接用台車２１と予熱装置３の予熱用台車３１との距離Ｄは、後述する基準距離Ｄｔｈ１よりも大きい。

図１２及び図１３に示すように、予熱用台車３１が待機位置Ａ３に到達すると（Ｓ１１２－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、予熱用台車３１の進行側への移動を停止させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を停止させる（Ｓ１１３）。これにより、予熱装置３の移動速度Ｖは０になる。そして、プロセッサ４４は、バーナー３５を前述の待機姿勢にする。

予熱用台車３１が待機位置Ａ３において待機状態になると、溶接装置２によるブーム６の溶接が開始される。例えば、溶接用制御装置２３において溶接装置２の移動を開始させる操作が入力されることにより、溶接装置２によるブーム６の溶接が開始される。溶接装置２によるブーム６の溶接では、溶接装置２は、ブーム６の被溶接部Ｍの溶接を行いながら、初期位置から進行側へ向かってレール４上を移動する。これにより、ブーム６の被溶接部Ｍが、予熱開始位置Ａ１から進行側へ向かって順次溶接される。溶接装置２の移動速度は、一定の速度Ｖ１に制御される。次に、プロセッサ４４は、溶接装置２と予熱装置３との間の距離Ｄが基準距離Ｄｔｈ１以下であるか否かを判断する（Ｓ１１４）。基準距離Ｄｔｈ１は、例えば、協調予熱に適した、溶接装置２と予熱装置３との間の距離である。基準距離Ｄｔｈ１は、例えば、記憶部４５に記憶されている。

距離Ｄが基準距離Ｄｔｈ１より大きい場合（Ｓ１１４－Ｎｏ）、プロセッサ４４は、予熱用台車３１の移動が停止した状態を維持し、予熱用台車３１を待機位置Ａ３で待機させる。

図１４に示すように、距離Ｄが基準距離Ｄｔｈ１以下である場合（Ｓ１１４－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を進行側へ移動させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を実行する（Ｓ１１５）。これにより、図１５に示すように、溶接装置２及び予熱装置３のそれぞれが進行側へ走行し、溶接装置２による溶接及び予熱装置３による加熱が同時に行われる。予熱装置３は、溶接装置２に対して先行して走行する。このため、ブーム６の被溶接部Ｍでは、予熱装置３の加熱によって予熱が行われた状態で、溶接装置２による被溶接部Ｍの溶接が行われる。プロセッサ４４は、予熱装置３の移動速度Ｖを、例えば、溶接装置２の移動速度である速度Ｖ１に設定する。速度Ｖ１は、例えば、記憶部４５に記憶されている。

次に、プロセッサ４４は、距離Ｄの値に応じて、予熱装置３の移動速度Ｖを制御する。距離Ｄが閾値Ｄｔｈ２よりも小さい場合（Ｓ１１６－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、予熱装置３を加速させる。閾値Ｄｔｈ２は、基準距離Ｄｔｈ１よりも小さい。プロセッサ４４は、例えば、予熱装置３の移動速度Ｖを速度Ｖ１よりも大きい速度Ｖ２にする（Ｓ１１７）。これにより、予熱装置３の移動速度Ｖが、溶接装置２の移動速度よりも大きくなる。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ３よりも大きく（Ｓ１１８－Ｙｅｓ）、かつ、閾値Ｄｔｈ４以下である場合（Ｓ１２０－Ｎｏ）、プロセッサ４４は、予熱装置３を減速させる。閾値Ｄｔｈ３は、基準距離Ｄｔｈ１よりも大きい。また、閾値Ｄｔｈ４は、閾値Ｄｔｈ３よりも大きい。プロセッサ４４は、予熱装置３の移動速度Ｖを、速度Ｖ１よりも小さい速度Ｖ３にする（Ｓ１２１）。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ２以上で（Ｓ１１６－Ｎｏ）、かつ、距離Ｄが閾値Ｄｔｈ３以下である場合（Ｓ１１８－Ｎｏ）、プロセッサ４４は、予熱装置３の移動速度Ｖを速度Ｖ１に維持する（Ｓ１１９）。

また、図１６に示すように、距離Ｄが閾値Ｄｔｈ４よりも大きい場合（Ｓ１２０－Ｙｅｓ）、処理はＳ１１３に戻り、プロセッサ４４は、予熱用台車３１の進行側への移動を停止させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を停止させる。また、プロセッサ４４は、バーナー３５を前述の待機姿勢にする。そして、Ｓ１１３以降の処理が再び実行され、距離Ｄが基準距離Ｄｔｈ１以下になると、予熱装置３の走行が再開され、溶接装置２による溶接及び予熱装置３による加熱が同時に行われる。

このように、プロセッサ４４は、距離Ｄが閾値Ｄｔｈ２から閾値Ｄｔｈ３までの間の範囲である場合、すなわち、距離Ｄが基準距離Ｄｔｈ１に対して大きく離れていない場合、予熱装置３の移動速度Ｖを速度Ｖ１に維持する。また、プロセッサ４４は、距離Ｄが許容範囲から離れた場合、予熱装置３の移動速度Ｖを調整することにより、距離Ｄの値を一定の範囲内に制御する。

プロセッサ４４は、予熱用台車３１がブーム６の予熱終了位置Ａ２に到達したか否かを判断する（Ｓ１２２）。予熱装置３がブーム６の予熱終了位置Ａ２に到達していない場合（Ｓ１２２－Ｎｏ）、処理はＳ１１６に戻る。

予熱終了位置Ａ２は、例えば、レール４の延設方向においてブーム６の進行側の端部が配置される位置である。ブーム６の予熱終了位置Ａ２は、例えば、エッジ検出センサ３８での検出結果に基づいて算出される。例えば、プロセッサ４４は、ブーム６の予熱開始位置Ａ１の検出と同様にして、予熱装置３が予熱終了位置Ａ２に到達したか否かを判断する。

図１７に示すように、予熱用台車３１がブーム６の予熱終了位置Ａ２に到達した場合（Ｓ１２２－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、協調予熱処理を終了する。次に、プロセッサ４４は、バーナー３５の消火処理を行う（Ｓ１０７）。消火処理では、プロセッサ４４は、遮断弁３６を閉じる。遮断弁３６が閉じることにより、バーナー３５への燃焼ガスの供給が停止され、バーナー３５が消火される。

次に、プロセッサ４４は、図１８に示すように、予熱用台車３１を退避位置に移動させる（Ｓ１０８）。退避位置は、ブーム６の予熱終了位置Ａ２よりも進行側に位置する。予熱用台車３１が退避位置に移動したことに基づいて、プロセッサ４４は、自動予熱処理を終了する。

本実施形態では、制御装置３２は、予熱用台車３１を進行側へ移動させるとともに、点火した状態のバーナー３５の先端をブーム６の幅方向について移動させる。したがって、ブーム６の被溶接部Ｍの延設方向に沿ったバーナー３５の加熱によるブーム６の予熱が、自動的に行われる。この際、ブーム６が所定の温度まで加熱されることにより、ブーム６の被溶接部Ｍの近傍において水素成分（水分）が排除される。本実施形態では、バーナー３５によるブーム６の予熱が自動で行われることにより、作業者が手動でバーナーを用いた予熱作業を行う場合に比べて、コストの削減、予熱による温度ムラの抑制、及び、予熱の正確性の向上等が実現される。

また、本実施形態では、予熱装置３はバーナー３５を備え、バーナー３５を用いてブーム６の被溶接部Ｍの加熱が行われる。このため、ブーム６の加熱に電気エネルギーを利用するヒータ等が用いられる場合に比べて、電力消費量を抑制することができ、予熱装置３を安価で製造可能であり、また、予熱装置３の軽量化及びコンパクト化が実現される。

また、本実施形態では、ロボットアーム３４を用いてバーナー３５をブーム６の幅方向について移動させることにより、バーナー３５の加熱によるブーム６の予熱を任意の予熱幅Ｗの範囲内において自動的に行うことができる。このため、本実施形態によれば、簡便な加熱方式であるガスバーナー方式を用いて、任意の予熱幅Ｗにおいて予熱を行うことができる。

また、本実施形態では、バーナー３５による予熱幅Ｗの設定を変更することにより、予熱幅Ｗを容易に変更することができる。このため、例えば、ブームの種類ごとの予熱幅Ｗの設定値を予め記憶部４５に記憶しておくことで、多種のブームに対応可能な自動予熱装置を実現することができる。また、例えば、バーナー３５の位置を調整することにより、被溶接物の板厚の違いなどによる加熱量の変更を容易に行うことができる。また、例えば、外気温度などの環境条件に応じて、加熱量等の予熱に関する各設定条件を変更することにより、多様な環境条件に対応可能な自動予熱装置を実現することができる。

また、本実施形態では、バーナー３５がブーム６の幅方向について移動しながらバーナー３５による加熱が行われる。このため、ブーム６の被溶接部Ｍを均一に加熱することができる。また、ブーム６の被溶接部Ｍの加熱を均一に行うことにより、ブーム６のように薄板に対する加熱を行う場合であっても、加熱による歪みの発生及び変形が抑制される。

また、本実施形態では、予熱装置３の移動速度Ｖを制御することにより、溶接装置２及び予熱装置３は、距離Ｄが均一に保たれた状態で走行する。これにより、所定の距離を保ちながら溶接と予熱が同時に行われる。すなわち、本実施形態によれば、溶接装置２と予熱装置３との協調動作を完全自動で実現することができる。

また、本実施形態では、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄが離れすぎた場合、予熱装置３は停止する。そして、溶接装置２が再び接近すると、走行を再開する。このため、予期しない外因により溶接装置２と予熱装置３との間が離れすぎた場合でも、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄが適切な距離に保たれる。

なお、本実施形態では、溶接装置２及び予熱装置３の両方がレール４上を走行するがこれに限るものではない。例えば、レール４とは異なるレールがレール４の内側に設けられ、このレール上を溶接装置２が走行してもよい。すなわち、溶接装置２と予熱装置３のそれぞれが異なるレール上を走行してもよい。

また、レール４は設けられなくてもよい。例えば、溶接装置２及び予熱装置３の移動における走行ルートが制御装置等によって設定されてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、以下に説明する。本実施形態は、第１の実施形態の構成を次の通り変形したものである。なお、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１９は、本実施形態の協調予熱処理において制御装置３２のプロセッサ４４が行う処理を示すフローチャートである。図１９に示すように、本実施形態のＳ１３１～Ｓ１３３の処理は、第１の実施形態のＳ１１１～Ｓ１１３処理と同じである。

本実施形態では、プロセッサ４４は、Ｓ１３３の処理の後に、溶接装置２と予熱装置３との間の距離Ｄが閾値Ｄｔｈ５以下であるか否かを判断する（Ｓ１３４）。閾値（第１の距離）Ｄｔｈ５は、例えば、協調予熱において許容される最小の距離である。閾値Ｄｔｈ５は、例えば、基準距離Ｄｔｈ１と同じ値が用いられる。閾値Ｄｔｈ５は、例えば、記憶部４５に記憶されている。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ５より大きい場合（Ｓ１３４－Ｎｏ）、プロセッサ４４は、予熱用台車３１の進行側への移動を停止させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を停止させる。そして、プロセッサ４４は、バーナー３５を前述の待機姿勢にする。このため、予熱用台車３１の移動が停止した状態が維持され、予熱用台車３１の移動速度Ｖは０になる。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ５以下である場合（Ｓ１３４－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、予熱用台車３１を進行側へ移動させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を実行する（Ｓ１３５）。これにより、溶接装置２及び予熱装置３のそれぞれが進行側へ走行し、溶接装置２による溶接及び予熱装置３による加熱が同時に行われる。このとき、プロセッサ４４は、予熱装置３の移動速度Ｖを速度Ｖ４にする。速度Ｖ４は、例えば、溶接装置２の移動速度（速度Ｖ１）よりも僅かに大きい値である。速度Ｖ４は、例えば、記憶部４５に記憶されている。速度Ｖ４は、溶接装置２の移動速度と同じであってもよい。

予熱装置３が溶接装置２に先行して進行側へ移動することにより、ブーム６の被溶接部Ｍの近傍では、第１の実施形態と同様にして、予熱装置３による加熱が予め行われた後に溶接装置２による溶接が行われる。このとき、予熱装置３が溶接装置２よりも大きい移動速度で先行して移動することにより、溶接装置２と予熱装置３との間の距離Ｄは、閾値Ｄｔｈ５（基準距離Ｄｔｈ１）から徐々に大きくなる。

次に、プロセッサ４４は、溶接装置２と予熱装置３との間の距離Ｄが閾値Ｄｔｈ６より大きいか否かを判断する（Ｓ１３６）。閾値（第２の距離）Ｄｔｈ６は、協調予熱において許容される最大の距離である。閾値Ｄｔｈ６は、閾値Ｄｔｈ５より大きく、基準距離Ｄｔｈ１よりも大きい。閾値Ｄｔｈ６は、例えば、閾値Ｄｔｈ４と同じ値が用いられる。閾値Ｄｔｈ６は、例えば、記憶部４５に記憶されている。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ６よりも大きい場合（Ｓ１３６－Ｙｅｓ）、処理はＳ１３３に戻り、プロセッサ４４は、予熱用台車３１の進行側への移動を停止させるとともに、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作を停止させる。これにより、予熱用台車３１の移動速度Ｖは０になる。また、プロセッサ４４は、バーナー３５を前述の待機姿勢にする。

距離Ｄが閾値Ｄｔｈ６以下である場合（Ｓ１３６－Ｎｏ）、プロセッサ４４は、速度Ｖ４での予熱用台車３１の移動、及び、予熱時におけるロボットアーム３４の前述の動作の実行を維持する。

次に、プロセッサ４４は、予熱装置３がブーム６の予熱終了位置Ａ２に到達したか否かを判断する（Ｓ１３７）。予熱装置３がブーム６の予熱終了位置Ａ２に到達していない場合（Ｓ１３７－Ｎｏ）、処理はＳ１３６に戻る。

予熱装置３がブーム６の予熱終了位置Ａ２に移動した場合（Ｓ１３７－Ｙｅｓ）、プロセッサ４４は、協調予熱処理を終了する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態では、協調予熱処理において、予熱装置３と溶接装置２との間が所定の値（Ｄｔｈ５）よりも接近した時、予熱装置３が溶接装置２と同時に走行する。このとき、予熱装置３は、溶接装置２の移動速度よりも大きい速度で移動する。このため、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄは、所定の値Ｄｔｈ５よりも大きい値に保たれる。これにより、予熱装置３と溶接装置２との間が近づきすぎることが防止される。

また、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄが離れすぎた場合、予熱装置３は停止する。そして、溶接装置２が再び接近すると、予熱装置３は再び走行する。このため、予熱装置３と溶接装置２との間の距離Ｄが適切な範囲内に保たれる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…自動溶接システム、２…溶接装置、３…予熱装置、４…レール、５…設置部、６…ブーム、２１…溶接用台車、２２…溶接トーチ、２３…溶接用制御装置、３１…予熱用台車、３２…制御装置、３３…台車モータ、３４…ロボットアーム、３５…バーナー、３６…遮断弁、３７…測距センサ、３８…エッジ検出センサ、３９…インバータ、４１…操作装置、４４…プロセッサ、４５…記憶部。

Claims

所定の方向に沿って延設される被溶接部を有する被溶接物と、前記被溶接物の側方において前記被溶接部の延設方向に沿って移動するとともに、前記被溶接部の溶接を行う溶接装置と、ともに用いられる自動予熱装置であって、
前記被溶接物の側方において前記溶接装置の前方に配置され、前記被溶接物に対して前記被溶接部の延設方向に沿って移動可能な予熱用台車と、
前記予熱用台車に設けられ、前記被溶接物を加熱可能なバーナーと、
前記予熱用台車に設けられ、前記バーナーを支持し、駆動状態に応じて前記バーナーを前記被溶接物に対して移動させる駆動部材と、
前記予熱用台車の前記被溶接物に対する移動及び前記駆動部材の駆動状態を制御する制御装置であって、前記駆動部材の駆動状態を制御することにより、前記被溶接部の前記延設方向に対して交差する方向について前記被溶接部を含む移動範囲で前記バーナーを移動させるとともに、前記被溶接部の前記延設方向に対して交差する前記方向についての前記バーナーの前記移動範囲を調整することにより、前記バーナーによる前記被溶接物に対する予熱幅を調整する制御装置と、
を備える自動予熱装置。
前記制御装置は、前記予熱用台車と前記溶接装置との距離と前記予熱用台車の移動速度を算出し、前記距離の算出結果と前記移動速度の算出結果に基づいて、前記距離が所定の範囲よりも小さい場合に前記移動速度を加速させ、前記距離が前記所定の範囲よりも大きい場合に前記移動速度を減速させることにより、前記距離が前記所定の範囲内になるように前記移動速度を制御する、
請求項１の自動予熱装置。
前記制御装置は、
前記予熱用台車と前記溶接装置との距離が第１の距離以下であることに基づいて、前記溶接装置の移動速度以上の移動速度で前記予熱用台車を前記被溶接物に対して移動させ、
前記予熱用台車と前記溶接装置との距離が前記第１の距離よりも大きい第２の距離より大きいことに基づいて、前記予熱用台車の前記被溶接物に対する移動を停止させる、
請求項１の自動予熱装置。