JPH02127976A - 自動溶接機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば輸送用管路（パイプライン）等におけ
る２つの管の突き合せ部分を周方向へ溶接する自動溶接
機の制御方法に関する。

〔従来技術］ 突き合された管同士を接合、又は補強溶接する為の自動
溶接機には、管の外面、又は内面から溶接を行うものが
あり、夫々各種のものが開発されている。

例えば、地下に埋設された気体、又は液体等の輸送用管
路（パイプライン）が老朽化した場合には、これを敷設
状態のまま修復、即ち補修溶接することが要求される。

この場合、幹線道路下等にある管路においては、掘削す
るのが事実上不可能であって内面溶接を行う必要があり
、特に作業者が入ることができない小径管においては必
然的に管路外から制御可能な自動溶接機が用いられるこ
とになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の円周溶接を行う自動溶接機の制御方法
は、予め単一の開先形状を想定しておき、これに応じた
溶接条件を用いて自動溶接を行うものである。これは従
来の自動溶接機の殆どが新管の敷設を対象としたもので
あることから、目違い量については理想値（ＯＭ）を想
定しである。

ところが、既設管路の補修箇所については、目違い量が
Ｏｍｍであることは少なく、周方向に亘って変動してい
るのが普通である。この為、上述の如き制御方法では目
違い量の変動に対応できず、溶接機を自動制御すること
ができなくなり、作業者による手動操作を必要とした半
自動制御のものになってしまうという問題が生じる。こ
れは管内面用の自動溶接機に限ることではなく、外面用
の自動溶接機についても同様のことである。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、目違
い量が変動する開先についても、その開先形状に溶接機
を的確に対応せしめ、自動的に溶接を行わしめる自動溶
接機の制御方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明に係る自動溶接機の制御方法は、２つの管の突き
合せ部分を周方向に溶接する自動溶接機を制御する制御
方法において、前記突き合せ部分の目違い量を周方向に
検出し、その検出結果に応じて前記自動溶接機の溶接条
件を周方向に変更しながら溶接を行うことを特徴とし、
また予め複数の代表的な目違い量に応じた前記溶接条件
を作成しておき、実際に前記突き合せ部分の目違い量を
周方向に検出し、その結果と、前記代表的な目違い量の
溶接条件とを用いて実際の目違い量に応じた最適な溶接
条件を補間算出し、その算出結果に応じて溶接を行うこ
とを特徴とする。

〔作用〕

自動溶接機は、２つの管の突き合せ部分において周方向
に検出された目違い量に応じて溶接条件が変更されて溶
接が行われる。また、実際に検出された目違い量と、予
め複数の代表的な目違い量に応じて作成しておいた溶接
条件とを用いて実際に検出された目違い量に対する最適
な溶接条件が補間算出され、その算出結果に応じて溶接
が行われる。

（実施例） 以下、本発明を管内面自動溶接装置に適用する実施例に
ついて図面に基づき具体的に説明する。

まず、管内面自動溶接装置は、本出願人が従業じている
管内施工方法（特開昭６３−１５８３８６号公報）を実
施するものであり、第８図はその概略構成図である。地
下に埋設された補修溶接の対象となる既設管路（以下管
路という）Ｓの両端部にはピントＰ、、Ｐ２が築造され
ており、管内を挿通させて各ビットに各別に配設された
ウィンチＷ、、Ｗ。

間にガイドロープＲが張架されている。各作業機器は１
つの作業ユニットを構成し、ガイドロープＲを伝って管
内を移動するようになっており、その作業ユニットは、
前側から順に球形のガイド台車Ａ４．溶接台車Ｂ、該溶
接合車Ｂに供給する溶接ワイヤ等を備えるカート台車Ｃ
１作業ユニットを管内に移動させる為の牽引力を発生す
る牽引台車り及び前記ガイド台車Ａ、と同一構成のガイ
ド台車Ａ２によって構成されている。各台車はガイドロ
ープＲを夫々軸心位置に挿通させ、管路Ｓ内における最
大転向角度及び最小曲率を有する曲管部を各台車が通過
できるように各間隔を定めて連結しである。

牽引台車りは、例えばキャプスクンウインチを内蔵して
おり、これによって駆動されるドラムにガイドロープＲ
を数回巻回させ、その摩捺力を保持した状態でドラムを
回転させることにより、ガイドロープＲに対する牽引力
を発生させ、その反力によって自身を移動させるように
なっている。

これにより牽引台車りに連結された各台車、つまり作業
ユニットは管路Ｓ内を自由に移動できる。

ガイド台車ＡＩ、Ａｚは、これらの間に連結しである作
業台車が曲管部を円滑に通過できるようにガイドロープ
Ｒを管の軸心に位置させる為に設けてあり、また、前側
のガイド台車Ａ１にあっては補修溶接箇所を管外に設置
したモニタＴＶにて察知する為のＴＶカメラを、また後
側のガイド台車Ａ２にあっては走行距離を検出する為に
ガイドロープＲを伝う量を検出するポテンショメータを
夫り備えるものである。

以上の如き装置構成により溶接台車Ｂを含む作業ユニッ
トを管路Ｓ内の所要位置へ移動させて溶接を行わせるの
である。次に溶接台車Ｂについて説明する。

第１図及び第２図は溶接台車の側断面図及び正面図であ
る。溶接台車Ｂはこれの軸心位置に前記ガイドロープＲ
を挿通させるガイドロープ挿通筒１を配し、これの前端
部にガイド台車Ａ１に連結される曲折自在の連結筒１ｃ
を外嵌装着しである。

ガイドロープ挿通筒ｌには、これと同軸的に円形周面を
有する内筒２及び外筒３を外嵌させてあり、内筒２の先
端側に溶接ヘッド４を設けである。内筒２は両端部に面
板２０１　、２０２を備え、これらの中心部に各々設け
た軸受１ａ、　ｌｂによって前記ガイドロープ挿通筒１
を軸支してあり、内部に溶接ヘッド４の管軸方向及び径
方向の移動を行わせる駆動機構を配設しである。内筒２
と外筒３とは、両端部に設けた例えばクロスローラベア
リング３０１，３０２によって相互に支持してあり、外
筒３に対して内筒２を回転させることにより、溶接ヘッ
ド４を周方向に移動させて管内面の円周溶接に対処する
ようになっている。

外筒３は、管内を移動する場合に管内面と接触する走行
部８及び９と、溶接を行う場合に管内に溶接台車を固定
する為のクランプ機構１０とを夫々外周面に備えてなり
、走行部８及び９は外筒３の周面の６等配の位置の夫々
両端部近傍に、またクランプ機構ｌＯにおいて管内面に
当接されるクランプアーム１１は走行部の位置と異なる
３等配の位置の同じく両端部近傍に夫々設けである。ク
ランプ機構１０は、外筒３の中央部に外嵌された環状の
エアシリンダ１０１にてクランプアーム１１を作動させ
るようになっており、エアシリンダ１０１はピストン１
０３をその中央部の外周面に周設したピストン筒１０２
を外筒３に遊嵌させた状態で、このピストン筒１０２を
外筒３に対して管軸方向の移動が可能なようにピストン
１０３を気密封止してシリンダ室を形成するシリンダチ
ューブ１０４をピストン筒１０２に外嵌させて管軸方向
の両側から固定具１０５．１０５・・・により外筒３に
取付けである。シリンダチューブ１０４にはこれの両端
部に夫々圧縮空気の吸排気孔（図示せず）が設けである
。

クランプアーム１１は、前後３本ずつの計６本設けてあ
り、夫々管路Ｓの内周面に当接される側の端部を、前方
、即ち台車の進行方向に向けて管の径方向に外筒３から
起立倒伏するように中間部近傍を外筒３に固着した支持
具１１１にて軸支しである。また、これらのクランプア
ーム１１の他端部と前記ピストン筒１０２の前端部及び
後端部とは夫々リンク１１２及び１１３にて連結させで
ある。つまり、ピストン筒１０２を前方へ伸出させた場
合は、図示の如く前後の全てのクランプアーム１１は外
筒３から同期しながら起立して管路Ｓの内周面に当接し
た状態となる。これにより、台車は管路Ｓ内に、台車の
軸心と管路Ｓの軸心とが一致された状態で固定される。

また、ピストン筒１０２を後方へ伸出させた場合は、全
てのクランプアーム１１は外筒３側へ倒伏し、台車の外
径を可及的に小さくでき、管路内の通過を容易に行わし
める。

第３図は第１図の■−■線による内筒２の縦断面図であ
り、外筒３の内面の中央部近傍にはラック３１が周設し
てあり、該ラック３１は、内筒２の周面に設けられた開
口部から突出され、内筒２に設けられた旋回モータ２１
の駆動力が伝達されるギヤ２２１と噛合されている。旋
回モータ２１は、内筒２内のガイドロープ挿通筒１の上
方（図示しである状態を基本姿勢とする）にあって、径
方向と平行に取付けられた台座２０３上に、回転軸を後
方に向けて前寄りの位置に取付けてあり、この回転軸は
軸継手２１０を介して同軸上の後方に取付けられた減速
機２２の入力軸に連結され、該減速機２２の出力軸に前
記ギヤ２２１が嵌着されている。軸継手２１０の左方に
はタコジェネレータ２１２が取付けてあり、該タコジェ
ネレータ２１２は軸継手２１０との間に掛けられたベル
ｌ−２１１を介して旋回モータ２１の回転速度を検出す
る。つまり、クロスローラベアリング３０Ｌ３０２を介
して外筒３に内嵌されている内筒２において、外筒３が
クランプ機構１０によって管路内に固定された状態で、
旋回モータ２１が駆動され、ギヤ２２１が回転されると
、内筒２は外筒３に対して周方向に回転されるようにな
っている。

前記台座２０３の下面には、回転式のポテンショメータ
２０４が支持具２０６によって内筒２の周面に設けた開
口部から一部を突出させた状態で軸長方向を管軸方向と
して取付けてあり、該ポテンショメータ２０４はこれの
検出軸にギヤ２０５を嵌合し、該ギヤ２０５を外筒３の
前記ラック３１に噛合させである。これにより外筒３に
対する内筒２の回転位置を検出する。

外筒３のラック３１より少し後方の位置には回転式のポ
テンショメータ３２が、これの軸長方向を管軸方向とし
て取付けてあり、該ポテンショメータ３２はこれの検出
軸に嵌合したギヤ３３を、内筒２の外周面の周方向の一
部に形成したラック２０７と噛合するように構成しであ
る。即ち、ポテンショメータ３２はギヤ３３がラック２
０７　と噛合され、ラック２０７の歯数骨だけ回転され
た場合にのみ信号を出力するようになっており、これに
より、内筒２の外筒３に対する回転数を検出する。

前記ギヤ２２１を備える減速器２２の後方には、振子式
のポテンショメータを用いてなる姿勢検知器２０８が内
筒２の内周面に取付けてあり、該姿勢検知器２０８によ
って、管路Ｓ内における溶接台車Ｂの姿勢、即ち管路Ｒ
の傾斜が検出される。

このようにして検出される溶接台車Ｂの姿勢は溶接を行
う上で重要な要素の一つである。つまり、溶接台車Ｂが
鉛直状態にある場合は円周溶接時のトーチの重力方向は
一定であるが、水平状態では刻々と変化して行くので、
これらの両方に同じ溶接条件を適用するのは好ましくな
い。そこで管路の傾斜を検出しておき、それに適応した
溶接条件にて溶接を行わせるのである。

姿勢検知器２０８が取付げられた内筒２の内周面におけ
る周方向の異なる位置には、姿勢検知器２０８と同一構
造の姿勢検知器２０９（第１０図参照）が、取付けてあ
り、該姿勢検知器２０９によって内筒２のローリング角
度が検出され、この検出値を用いて円周溶接時のトーチ
５の基点が重力方向に合せられる。つまり、本実施例に
おいては、溶接のアーク開始位置を重力方向、即ち周方
向の時計位置６時としてあり、この位置を基点として円
周溶接を開始して行くことによって、前記ポテンショメ
ータ２０４により検出される内筒２の周回量（累積角度
）から被溶接部の位置を求め、その各位置に適切な溶接
条件を指令することができるのである。

この為、予めトーチ５が重力方向にある場合の姿勢検知
器２０９１の出力値を認識しておき、この値を示すよう
に内筒２を回動させることによってアーク開始位置を重
力方向に設定できる。

内筒２の前側の面板２０１には、溶接ワイヤ（図示せず
）の送出孔が設けてあり、これの内面側にはその為のワ
イヤ供給モータ２３が取付けである。

溶接ワイヤは後続のカート台車Ｃ内にドラムに巻回され
て装備されており、内筒２の後側の面板２０２に設けら
れた図示しない送入孔から内筒２内のワイヤ供給モータ
２３へ送り込まれている。この送入孔には溶接ワイヤに
当接して回転するコロが設けてあり、このコロに取付け
られたタコジェネレータ２３１（第１０図参照）により
ワイヤ供給モータ２３による溶接ワイヤの供給速度を検
出するようになっている。

内筒２内の底部、即ち旋回モータ２１等が配設された部
分と反対側の部分には、溶接ヘッド４の管軸及び径方向
の移動を行わせる為の駆動ユニット２４が設けである。

第４図は駆動ユニット２４の平断面図であり、偏平箱型
形状をなすケーシング２４０は、これの内部の両側に平
行に適長離隔させて配設したスライドガイドベース２４
１．２４２をこれらの長手方向を内筒２の軸長方向とな
るようにしてケーシング２４０の底部を内筒２の内周面
に取付けである。スライドガイドベース２４１２４２に
は、摺動台２９の両側部が係合させてあり、該摺動台２
９はゲージング２４０内をスライドガイドベース２４１
，２４２に沿って内筒２の軸長方向に摺動可能になって
いる。摺動台２９の前部には、ケーシング２４０の前部
壁及び内筒２の面板２０１から突出される筒状の溶接ヘ
ッド軸２７ｂが、これの軸長方向を摺動台２９の摺動方
向として取付けてあり、溶接ヘンド軸２７ｂは内筒２及
び外筒３の前方に位置するギヤボックス７に内部を連通
させて先端部を固着させている。また、摺動台２９には
、ケーシング２４０の後部に設けられたギヤ室２４３か
ら夫々ケーシング２４０内へ突出されたスプライン軸２
７及びボールスクリュー軸２８が夫々嵌挿させである。

これらの軸２７及び２８は前記スライドガイドベースよ
りも少し短く、夫々ケーシング２４０内の全長に亘って
スプライン及びスクリュー溝を形成し、これらの軸長方
向を摺動台２９の摺動方向として適長離隔させてあり、
スプライン軸２７は前記溶接ヘッド軸２７ｂ内に同軸上
に挿入された中空の駆動軸２７ａ内に挿入しである。該
駆動軸２７ａは、先端部を前記ギヤボックス７内に突出
させ、後端部を摺動台２９の後部に位置させた状態で軸
受にて軸長方向の移動を規制すると共に溶接ヘッド＄ｔ
ｌ＋　２７　ｂ及び摺動台２９内で回動可能にしてあり
、この後端部においてスプライン軸２７とスプライン結
合させである。

一方、ボールスクリュー軸２８は、摺動台２９内に固着
させたスクリューナツト２８１に螺合させて摺動台２９
に挿通しである。

スプライン軸２７及びボールスクリュー軸２８は、ギヤ
室２４３内のこれらの端部に夫々ギヤ室２４３の後側に
取付けられた径方向移動モータ２５及び管軸方向移動モ
ータ２６の駆動力が伝達されることにより回転される。

径方向移動モータ２５及び管軸方向移動モータ２６は、
夫々回転軸を両方に取り出してあり、夫々回転軸の一方
は前記ギヤ室２４３へ挿入し、他方には夫々軸継手２５
１及び２６１が取付けてあり、減速機２５２及び２６２
の入力軸と連結しである。減速機２５２及び２６２の出
力軸には回転式のポテンショメータ２５３及び２６３（
第１０図参照）が接続されている。また、各軸継手２５
１及び２６１には前記旋回モータ２１の回転速度を検出
するヘルド２１１及びタコジェネレータ２１２と同様の
もの（図示せず）が装Ｏ（ηされ、回転速度を検出する
ようになっている。

ギヤボックス７内に挿入しである駆動軸２７ａの先端部
には、ギヤ２７１が嵌着してあり、該ギヤ２７１にはこ
れの上側にあって、駆動軸２７ａの軸長方向と直交する
左右方向に軸支させたピニオン軸７１の中間部に嵌着さ
れたギヤ７２が噛合されるようになしである。ピニオン
軸７１の一端部に設けられたピニオンギヤ７３には、こ
れの前側にあって、その長手方向をピニオン軸７１と直
交する上下方向として摺動部材７５に固着されたうツク
７４が噛合されるようにしである。摺動部材７５は、ギ
ヤボックス７の内面にその摺動方向を上下方向として取
付けられたスライドガイドベース７６に係合させて摺動
されるようになしてあり、また摺動部材７５の一部を、
ギヤボックス７の前壁に慴動部材７５の摺動範囲に適応
させて形成した長孔状のガイド孔７７に嵌挿させて突出
させてあり、この部分に溶接ヘッド４の基板となるヘッ
ドプレート４１を取付けである。

つまり、駆動ユニット２４は、溶接ヘッド４を径方向に
移動させる場合は、径方向移動モータ２５を駆動させる
ことにより、スプライン軸２７を回転させる。スプライ
ン軸２７の回転は駆動軸２７ａに伝達され、ピニオン軸
７１に伝わる。そして、ピニオン軸７１０回転はラック
７４により直線運動に変換され、摺動部材７５がモータ
の回転方向に応じた方向ヘスライドガイドベース７６上
を摺動され、これに取付けられたヘッドプレート４１が
移動されることにより、溶接ヘッド４は径方向へ移動さ
れる。この溶接ヘッド４の径方向の位置は、前記ポテン
ショメータ２５３によって検知できるようになしである
。

一方、溶接ヘッド４を管軸方向へ移動させる場合は、管
軸方向移動モータ２６を駆動させることにより、ボール
スクリュー軸２８を回転させる。そうすると、ボールス
クリュー軸２８に螺合されたスクリューナツト２８１が
摺動台２９に固着しであるので、摺動台２９がボールス
クリュー軸２８の回転量に応じた量だけスライドガイド
ベース２４１．２４２上を摺動される。これにより摺動
台２９に取付けられた溶接ヘッド軸２７ｂが管軸方向へ
移動され、ギヤボックス７と共に先端部に取付けられた
溶接ヘッド４が管軸方向へ移動される。これにより、ラ
イビングが可能である。この溶接ヘッド４の管軸方向の
位置は、前記ポテンショメータ２６３によって検知する
。また、この場合、駆動軸２７ａは溶接ヘッド輔２７ｂ
と共に管軸方向へ移動されるが、軸長方向に固定されて
いるスプライン軸２７とはスプライン結合しであるので
、駆動軸２７、即ち溶接ヘッド４が管軸方向のどの位置
に移動されても径方向移動モータ２５の駆動力は駆動軸
２７ａに伝達可能になっており、これにより両方のモー
タを同時に駆動して溶接ヘッド４を移動させることが可
能であり、ライビング時に管軸方向に対する角度を設定
することができる。

さて、次に溶接ヘッド４について説明する。第５図及び
第６図は夫々溶接時の状態を示す溶接ヘッドの正面図及
び側面図である。前記ヘッドプレート４１を基板として
これの前部に構成される溶接ヘッド４は、径方向の一方
にトーチ５を、また他方に溶接線の倣い装置６を夫々備
えており、溶接時の溶接ヘッド４の初期設定位置は、径
方向移動モータ２５の駆動によりヘッドプレート４１を
管内部寄りに接近させることにより実現させである。ト
ーチ５は、これの軸心を内筒２の直径線を含む同一平面
上に位置させた状態を基準とし、この状態、即ち被溶接
線に臨ませた状態で被溶接線に対して管軸方向に４５度
ずつ傾斜可能に構成してあり、この傾斜動作はその駆動
軸を径方向と平行に位置させて、ヘッドプレート４１に
おける内筒２の軸心部寄りの位置に配した傾角モータ５
１にて行われるようになっている。傾角モータ５１の駆
動軸は自在継手５２を介して、軸受台５３にて駆動軸と
４５度傾斜配設された軸５０と連結してあり、該軸５０
にトーチ５の支持具５４を、初期設定位置においてトー
チ５の軸心の延長線が被溶接線上で前記軸５０の延長線
と交叉するように取付けである。自在継手５２を使用す
るのは、傾角モータ５１の取付は位置を自由に設定でき
るからであり、中心に近い位置に配設することによりモ
ータが管内面と接触するのを防止している。

トーチ５はこのような構成によって配設されており、傾
角モータ５１を駆動させ、軸５０を９０度ずつの範囲内
で正反転させると、支持具５４に支持されたトーチ５が
第６図の破線に示す如く被溶接線を中心として管軸方向
に４５度ずつの範囲内で（頃斜される。この場合、トー
チ５が傾斜されてもトーチ５の軸心の延長線と、軸５０
の延長線とが交叉するようになしであるので、トーチ５
は常に被溶接線に臨む状態となりアークが被溶接線上か
ら外れることはない。これによりスリーブ形継手等を用
いた段差部における隅肉溶接にも正確かつ容易に対処で
きる。傾角モータ５１にはパルスモータを用いており、
パルス信号の出力値を変えることにより、トーチ５に被
溶接部に応じた傾斜角度を設定することができる。

５５ａ及び５５ｂは夫々アーク監視用のＴＶカメラであ
り、夫々トーチ５の支持具５４及びヘッドプレート４１
に取付けたカメラ支持具５５０及び５５１によってトー
チ５を介した周方向に対称に支持させ、被溶接部及びト
ーチ５のチップ周辺に臨ませである。

ＴＶカメラ５５ａ及び５５ｂは溶接を行って行く周方向
に応じて一方が使用されるようになっており、トーチ５
の回転方向上流側に位置するＴＶカメラが使用される。

溶接ヘッド４は、台車が管路内を走行する場合、ヘッド
プレーｌ：４１を台車の軸心寄りに移動させておき、更
に倣い装置６においては後述するエアシリンダ６３のピ
ストンロッドを収納してお（ことによりトーチ５及び倣
い装置６が管内面に接触することがないようにしである
。

倣い装置６は、直動式のポテンショメータ６１　、６２
を用いてなるセンサ６０．　ＴＶカメラ６６及びエアシ
リンダ６３を備えてなり、エアシリンダＧ３は、ヘッド
プレート４１に取付けられたシリンダ支持具６４にて連
結筒１ｃの側方に内筒２の径方向と平行に軸長方向を位
置させて支持しである。エアシリンダ６３のピストンロ
ッドの先端にはセンサ６０を支持するセンサ支持具６５
が取付けてあり、該センサ支持具６５は、ピストンロッ
ドの先端から基端側ヘピストンロッドと平行に屈曲させ
た平板部を備えており、センサ′６０はこの平板部に取
付けるようになっている。これはエアシリンダ６３にな
るべくストロークの長いものを用いつつも、全体をコン
パクトに納める為である。

センサ６０の各ポテンショメータ６１．６２は、その軸
長方向へ移動可能にシリンダ状の本体部から外側へ付勢
させて突出させた軸の先端に管内面に接触される接触子
６１０．６２０を備えてなり、各軸が押圧された場合の
各軸の本体部に対する出入する量を検出するようになっ
ており、各軸の軸長方向をエアシリンダ６３の軸長方向
として各本体部の先端がエアシリンダ６３の先端と路面
−になるように前記センサ支持具６５の平板部の連結筒
ＩＣ側に内筒２の管軸方向に適長離隔して取付けである
。この各ポテンショメータ６Ｌ６２の管軸方向の取付は
位置は、第７図の倣い装置６の使用状態における連結筒
１ｃ側から見た側面図に示す如く、トーチ５の軸心線り
を介して等しい長さだけ管軸方向に離隔したものである
。ＴＶカメラ６６はギヤボックス７に取付けられた支持
具６６１によって、その撮像範囲の中心をトーチ５の軸
心線を含み、内筒２の軸長方向と直交する面上に一致さ
せて各ポテンショメータ６１．６２の側方のこれらの移
動を妨げない位置に固定しである。

このように構成された倣い装置６の使用手順は、まず溶
接台車Ｂを補修溶接が必要な溶接部の手前の位置（この
後、溶接台車Ｂから突出される溶接ヘッド４が溶接部を
中心として管軸方向に十分移動可能となる位置）で管内
に固定させておき、次に管軸方向移動モータ２６を駆動
させて溶接ヘッド４を管軸方向へ突出させて行きＴＶカ
メラ６６の撮像中心を溶接線に一致させて停止する。こ
れは後述する管外に設置されたＴＶカメラ６６のモニタ
用のＴＶ１６　（第９図参照）の画面上に形成した定点
に溶接線の撮像画像を合致させることによって行われ、
このときのポテンショメータ２６３の出力値、即ち管軸
方向移動モータ２６の回転量により、溶接台車Ｂから溶
接線までの管軸方向の距離を算定することができる。こ
れが終了すると、エアシリンダ６３を作動してピストン
ロッドを最大量伸出させることにより、センサ支持具６
５を管内面に接近させる。

そしてこの状態で径方向移動モータ２５を駆動させてヘ
ッドプレート４１を移動させることにより、センサ６０
の各ポテンショメータ６１．６２における接触子６１０
，６２０を、管内面に当接させて行く。その結果、各接
触子を備える軸が各ポテンショメータの本体部内に収納
されて行き、各ポテンショメータが一定の値を出力した
場合に径方向移動モータ２５の駆動を停止する。この停
止位置が倣い装置６の初期設定位置となり、各ポテンシ
ョメータは溶接すべき両方の管に各々接触子が当接され
ている。

また、このときのポテンショメータ２５３の出力値、即
ち径方向移動モータ２５の回転量により溶接台車Ｂの中
心から管内面までの距離を算定することができる。

さて、以上の動作が終了すると、溶接線における倣いデ
ータを１周分に亘って連続して得る為に旋回モータ２１
を駆動し、内筒２を正面視時計方向に回転させて行く。

この回転中、作業者は前記ＴＶ１６の画面上の定点に常
に溶接線の画像が合致するように管軸方向移動モータ２
６を駆動し、溶接ヘッド４を管軸方向に移動させる。こ
の移動量はポテンショメータ２６３にて検出されるので
溶接線の管軸方向における位置データを得ることができ
る。

また、この回転中、センサ６０における後側のポテンシ
ョメータ６２の検出値が一定の値になるように径方向移
動モータ２５を自動制御して駆動し、溶接ヘッド４を径
方向にも移動させる。この移動量はポテンショメータ２
５３にて検出されるので溶接線の径方向における位置デ
ータを得ることができる。

そして回転中におけるセンサ６０の両ポテンショメータ
６１６２の検出値の差から本発明方法の重要な要素をな
す目違い量のデータを得ることができるのである。

以上の如く倣い装置６は、管内面の自動溶接に不可欠な
倣いデータとして管軸方向、径方向及び目違い量の３項
目を同時に全周に亘って検出できるものである。

さて、次に制御系の装置構成について説明する。

第９図は、その一実施例を示すブロック図であり、管外
に設置されたＣＰＵ　１３０を備える制御操作部１３は
、制御ケーブル１７を介して管路Ｓ内の溶接台車Ｂと信
号送受を行い、溶接制御をするようになっている。オフ
ラインコンピュータ１４は、被溶接部における管路の傾
斜角度に応じて後述する溶接基本条件のデータを作成す
る為に設けてあり、そのデータはフロッピーディスク等
の適宜手段を介して前記ＣＰＵ　１３０へ入力されるよ
うになっている。

０１口１３０はこのデータと、倣いデータとを合体編集
し、最適溶接実行条件を作成するプログラムを備え、該
条件による溶接を行わせる為の制御信号を溶接台車Ｂに
発する。制御操作部工３にはモニタＴＶ１５及び１６が
接続してあり、モニタＴＶ１５は前記溶接実行条件の表
示用のものである。モニタＴＶ１６は倣い装置６に搭載
したＴＶ左カメラ６と、アーク監視用のＴＶカメラ５５
ａ及び５５ｂとのいずれかの画像を選択して表示させる
ものである。また、制御操作部１３にはアーク監視によ
り異常が認められた場合に、溶接実行条件を操作ダイヤ
ル等を用いて手動にて修正変更する割り込み制御回路（
図示せず）も備えてあり、この修正値は前記モニタＴＶ
１５の画面上で確認できるようになっている。

第１０図は、ＣＰＵ　１３０における入出力系統を示す
ブロック図であり、ＣＰＵ　１３０には、まず、溶接台
車Ｂの各種センサ類の検出信号が図示しないＡ／Ｄ変換
器を介して入力されている。即ち、ポテンショメータ２
０４及び３２は、内筒２の周回量及び回転数の検出信号
を出力し、ポテンショメータ２０４の検出値が累積角度
として入力されるようになっており、内筒２が逆回転さ
れても角度は減算されずに加算されて行くようになって
いる。

次にタコジェネレーク２１２及び２３１の各出力信号は
、内筒２の旋回速度及び溶接ワイヤの供給速度として入
力される。ポテンショメータ２６３及び２５３の各検出
信号は、内筒２に対する溶接ヘット４の夫々管軸方向及
び径方向の位置として入力される。また、姿勢検知器２
０８及び２０９の各出力信号は、溶接台車Ｂの管路Ｓ内
における姿勢、即ら管路Ｓの傾斜及び内筒２のローリン
グ角度として人力される。

倣い装置６の検出信号は、センサ６０におけるポテンシ
ョメータ６１及び６２の各検出信号が人力されている。

また、ＣＰＵ　１３０には倣い装置６による倣いデータ
の収集を開始させる倣いスイッチＳ１並びにデータ収集
時において、作業者がＴＶ左カメラ６の撮影像、即ちモ
ニタＴＶＩ６の画面上で溶接線を倣って行く場合に、溶
接ヘッド４を管軸方向へ移動する為の遠隔操作用のスイ
ッチＳ２及びＳ３が接続されており、これらのスイッチ
がオンされると管軸方向移動モータ２６が駆動され、ス
イッチＳ２　（又はＳ３）がオンされた場合に、溶接ヘ
ッド４は進出方向（又は退入方向）へ移動される。

更にＣＰＵ　１３０には、フロッピーディスク等に記録
されたデータ、即ちオフラインコンピュータ１４にて作
成される管路の傾斜角度に基づく溶接基本条件のデータ
を読み込む為の入力インタフェース１３２が接続してあ
り、ＣＰｔ１１３０は倣いデータ及び該倣いデータと溶
接基本条件のデータとを用いて作成する最適溶接条件の
データを記憶するメモリ１３１を内蔵している。

一方、ＣＰｔ１１３０の出力側には、まず、溶接台車Ｂ
の各種モータ類が図示しない駆動回路を介して接続しで
ある。即ち、内筒２を回転させる旋回モータ２１．溶接
ヘッド４を管軸及び径方向へ移動する前記管軸方向移動
モータ２６及び径方向移動モータ２５．溶接ワイヤをト
ーチ５へ供給するワイヤ供給モータ２３並びにトーチ５
に頭角を設定する傾角モータ５１である。

また、ＣＰｔ１１３０には溶接電源回路１８ａ、溶接電
圧調整装置１８ｂ及びシールドガス供給系の電磁弁１９
等も接続してあり、溶接時にこれらの作動制御が行われ
る。

更にＣＰＵ　１３０には前記モニタＴＶ１５及び前記姿
勢検知器２０８．２０９等の各検出値を表示する表示装
置（図示せず）も接続しである。

以下、管路Ｓ内の円周ン容接を行う場合を例にとり、本
発明による制御方法について説明する。

まず、溶接台車Ｂを管路Ｓ内を走行させて行き、補修対
象の管の継手部の手前の位置で停止させ、クランプ機構
１０を作動することによって管内に固定する。そしてこ
の位置における溶接台車Ｂの姿勢、即ち管路Ｓの傾斜角
度を姿勢検知器２０８によって検出する。次にオフライ
ンコンピュータ１４を用いて傾斜角度に対応する溶接基
本条件のデータを、予め実験で求めた代表的な目違い量
刑に複数パターン作成する。この溶接基本条件には、周
方向に回転されるトーチの各位置、即ち累積角度に対応
して次に示す各種条件が設定される。即ち、旋回速度、
トーチの管軸及び径方向の位置並びに傾斜角度、溶接電
源のオンオフ、溶接電圧の調節位置、溶接ワイヤの供給
速度、ライビングの各要素（角度９回数、速度、振幅１
幅方向における両側部での停止時間、ピッチ等）である
。

なお、目違い量は、溶接台車Ｂが固定されている方の管
の軸心に、この管と突き合わされている管の内面が寄っ
ている部分では正の目違い量、また離れている部分では
負の目違い量として夫々検出するように定めである。そ
こで例えば＋８ｍ［１１の目違い量における溶接基本条
件のデータを作成したときには、このデータを用いて対
称な−８ｍｍの目違い量のデータについても算出できる
。

つまり、これは前述の各種条件におけるトーチの管軸方
向の位置データ及び傾斜角度並びにライビングの角度の
各データを夫々溶接線を中心として対称の位置、又は角
度となるデータに変換すると共に、ライビングでトーチ
が管軸方向に伸出する方の管において停止させる時間と
、退入する方の管において停止させる時間とを夫々逆に
し、またこの場合にトーチが伸出する速度と、退入する
速度とを同じく逆にするごとによって得られる。

次にこのようにして作成された溶接基本条件のデータを
フロッピーディスク等を介して制御操作部１３のＣｒｔ
ｌ　１３０へ人力する。

これが終了すると、倣い装置６による倣いデータの収集
を行う。第１１図はその制御手順を示すフローチャート
である。まず、制御を開始する前に、トーチ５を基点、
即ち時計位置６時に設定しておく。これは前記姿勢検知
機２０９の検出値を用いることによって行われる。この
設定時には、ＴＶ左カメラ６の撮影像がモニタＴＶ１６
に映し出され、前述した如く予め倣い装置６のセンサ６
０の各ポテンショメータ６１．６２を継手部における被
溶接線を介した管軸方向に夫々配しであるので、トーチ
５の基点位置設定が終了すると、溶接ヘッド４を径方向
に移動して行き、各接触子６１０，６２０を突き合わさ
れた両方の管に夫々当接させ、倣い装置６を初期設定位
置にセットしておく。

そしてこの後、作業者によって倣いスイッチＳ１がオン
されることによってＣＰＵ　１３０は倣い制御を開始す
る（ステップＳｌ　）。まず、ＣＰｔ１１３０は旋回モ
ータ２１を駆動し、倣い装置６を正面視時計方向に回転
させて行き（ステップＳ２）、ポテンショメータ６１の
検出値ｐ、及びポテンショメータ６２の検出値ｐ２を夫
々読込む（ステップＳ３．３４　）。

そしてステップＳ５で後側のポテンショメータ６２の検
出値ｐ２を所定値に一致させるように径方向移動モータ
２５を駆動する（ステップＳ６〜Ｓ８　）。

作業者はこの間、モニタＴＶ１６の画面上の定点に溶接
線を一致させるように倣い装置６、即ち溶接ヘッド４を
被溶接線に沿って管軸方向へ移動させるようになってい
るので、各スイッチＳ２．Ｓ３のオン、オフを判別し、
その結果に応じて管軸方向移動モータ２６を所要方向へ
回転駆動する（ステップ３９〜５１２）。

次のステップＳ１３では、累積角度が所定角度（本実施
例では０．５度単位で倣いデータを収集する）進んだか
どうかを判別し、進んだ場合は目違い量のデータとして
各ポテンショメータの検出値の差Ｐｚ　　Ｐ＋を記憶し
くステップ５１４）、次に径方向の位置をポテンショメ
ータ２５３の検出値から読込み、その検出値ｐ、を径方
向の位置データとして記憶する（ステップＳ１５，５１
６）。そして同様に管軸方向の位置データとしてポテン
ショメータ２６３の検出値ｐ４を読込んで記憶する（ス
テップＳ１７，５１Ｂ）。

以上の処理を所定角度毎に繰り返して行き、累積角度が
３６０度になった場合（ステップ５１９）、即ち倣い装
置６が１周分の倣いデータを収集した場合は、次のステ
ップＳ２０で、時計位置の略１２時を基点として収集さ
れた倣いデータを、実際に溶接を開始するトーチ５の位
置６時を基点となるように変換して倣い制御を終了する
。

上述の如（倣いデータが収集されると、この倣いデータ
と、前記溶接基本条件のデータとを用いて継手部におけ
る円周自動溶接を行う。これに先立って溶接ヘッド４を
、第５図に示す溶接時の初期設定位置にセットしておく
。

第１２図及び第１３図は、ＣＰＵ　１３０の制御手順を
示すフローチャートである。まず、作業者により制御が
開始されると、ＣＰＵ　１３０は自身を初期状態に設定
した後（ステップＳ１）、前記溶接基本データと、倣い
データとをメモリ１３１から読込み（ステップＳ２．　
Ｓ３　）　、次にこれらを合体編集し、まず、トーチ５
の基点位置における最適溶接実行条件のデータを補間演
算して算出する（ステップＳ４これが算出されると、ス
テップＳ５で現在のトーチ５の径方向位置の検出値を読
込み、次にこの検出値が、最適溶接実行条件の径方向位
置の指令値と一致するかどうかを判別しくステップＳ６
　）、異なる場合はこれを一致させるべく径方向移動モ
ータ２５を駆動し、所要方向へトーチ５を移動させる（
ステップＳ７〜Ｓ９　）。

以下、同様にトーチ５の管軸方向位置及び傾斜角度につ
いても夫々最適溶接実行条件の指令値に一致させるべく
、管軸方向移動モータ２６及び傾角モータ５１を駆動す
る（ステップＳｌｌ　−３１９）。

以上の動作によりトーチ５は基点位置における開先部分
の目違い量に応じた最適な位置にセラ１−されることに
なる。そして次のステップ５２０で溶接条件の中で最も
重要な溶接電源のオン指令を判別し、これがオン（又は
オフ）の場合は溶接電源回路１８ａにより溶接電源をオ
ン（又はオフ）させる（ステップ５２０〜５２２）。な
お、この溶接電源のオンと同時に電磁弁１５を作動し、
シールドガスの供給も行う。

以下、電圧位置、溶接ワイヤの供給速度、内筒２の旋回
速度、即ちトーチ５の周方向移動速度を夫々最適溶接実
行条件の指令値に設定しくステップ３２３〜５２５）　
、次のステップ５２６で実際に累積角度が進んだかどう
かを判断し、進んでいない場合はステップＳ４にリター
ンし、上述のデータを保持する。

ここで、アークは溶接電源がオンされ、溶接ワイヤの供
給速度が０以上、即ちワイヤが供給された場合に発生さ
れるようになっている。通常、最初は溶接電源をオンし
、ワイヤを供給しないアイドリングタイムを設けるので
、累積角度が進まない限りデータが保持されアイドリン
グが行われる。

ステップＳ２６で実際に累積角度が進んだ場合は、基点
位置から次の累積角度位置における最適溶接実行条件を
設定するべく、現在設定されている最適溶接実行条件の
累積角度に所定角度、即ち倣いデータを収集した所定単
位の角度０．５度を加算し、ステップＳ２８で溶接が終
了していないことを判断してステップＳ２にリターンす
る。これによりステップＳ２．　Ｓ３では、次のトーチ
位置となる累積角度位置のデータが読込まれ、同様にそ
の角度位置における最適溶接実行条件が算出されてその
指令値が設定される。以下、溶接が終了と判断されるま
で、上述の処理を繰り返して行くことによって管内の周
方向に亘って溶接線上から逸脱することなく、開先形状
に応じた最適な溶接が自動的に行われるのである。

第１４図は、目違い量と最適溶接実行条件との関係を示
すグラフであり、第１４図（ｂ）には実際に検出した目
違い壜の一例を、第１４図（ｂ）にはその目違い量に応
じて補間算出した最適溶接実行条件の１つとして溶接速
度を示しである。横軸は夫々管周方向の位置であり、時
計時間で表しである。なお、代表的な目違い量としては
、例えば±８　ｍｍ及び０闇の３つについて溶接基本条
件を作成しておき、これらの溶接速度が夫々（ｂ）図中
の破線及び−点鎖線である。

この図から分かるように実際に検出された目違い量が（
ａ）図に示す如＜Ａ−Ｅのように周方向の各位置で変化
している場合には、±８Ｍ及びＯｍｍの３つの目違い量
に対する溶接基本速度を用いて補間算出することによっ
て（ｂ）図のＡ−Ｅに示す最適溶接実行速度が得られる
のである。

このように他の各種条件についても最適溶接実行条件を
同様に得ることができるので、目違い量の変動に的確に
対処できるのである。なお、通常、■パターンの溶接条
件で品質（例えばＪＩＳ−Ｚ−３１０４３級以゛上）を
確保できる開先精度は、ＭＡＧ溶接の場合、目違い量で
±２ｍｍ以内であるが、本発明方法により目違い量が±
８　ｍｍ以上の変動がある場合についても自動溶接施工
が可能となった。この場合、ルートギャップ及び開先角
度についても、ＴＶカメラによる目測、又はセンサの追
加によって目違い量と同様の制御方法を適用することが
可能であり、例えばルートギャップについては前述の１
パターンによる品質確保の為の精度が±ＩＩＩＩｌＩ１
以内であったものを±３＋ｎｍ以上の変動にも自動溶接
にて対処可能になった。

また、本実施例においては、管内面用自動溶接装置に適
用する場合について示したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、外面からの自動溶接装置にも同様に適
用可能である。そこで新設管の外面からの自動溶接装置
に本発明方法を適用する場合には、正確に自動溶接が可
能である為、開先精度に高いものを必要としなくても済
む、つまり管同士をそれほど高精度に研磨して突き合せ
なくてもよいので、溶接に先立って行われる開先の研磨
作業及び配管作業時間を大幅に短縮できるのである。こ
の具体例として例えば厚さ１２ｍｍの６００八管では、
従来、約９０分要していたものが、約４０分に短縮でき
るようになった。

〔効果〕

以上の如く本発明に係る自動溶接機の制御方法において
は、特に従来、自動制御が不可能であった既設管のよう
に目違い量の変動が著しい開先についても、その目違い
量に応じて溶接機を正確に自動制御でき、高品質の溶接
を行わしめることが可能である。また、新設管の溶接に
適用する場合には、開先精度が低い場合でも高品質の溶
接が行えるようになった為、従来高い開先精度を得る為
に長時間要していた開先の研磨時間及び配管時間を短縮
できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明方法を実施する管内面自動
溶接機の側断面図及び正面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ
［［線による要部縦断面図、第４図は溶接ヘッド駆動ユ
ニットの平断面図、第５図及び第６図は溶接時における
溶接ヘッドの正面図及び側面図、第７図は倣い装置使用
時における側面図、第８図は施工装置の概略構成図、第
９図は制御系のブロック図、第１０図はｃｐｕの入出力
系統を示すブロック図、第１１図は倣い装置の制御手順
を示すフローチャート、第１２図及び第１３図はＣＰＵ
の制御手順を示すフローチャート、第１４図は目違い量
と最適溶接実行条件との関係を示すグラフである。 Ｂ・・・溶接台車　Ｄ・・・牽引台車　１・・・ガイド
ロープ挿通筒　２・・・内筒　３・・・外筒　４・・・
溶接ヘッド５・・・トーチ　６・・・倣い装置　８．９
・・・走行部１０・・・クランプ機構　１１・・・クラ
ンプアーム　１３・・・制御操作部　２１・・・旋回モ
ータ　２４・・・駆動ユニット５１・・・傾角モータ　
１３０・・・ｃｐｕ特　許　出願人　住友金属工業株式
会社　外２名代理人　弁理士　河　　野　　登　　夫弔 図 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの管の突き合せ部分を周方向に溶接する自動溶
   接機を制御する制御方法において、前記突き合せ部分の
   目違い量を周方向に検出し、その検出結果に応じて前記
   自動溶接機の溶接条件を周方向に変更しながら溶接を行
   うこと を特徴とする自動溶接機の制御方法。 ２、予め複数の代表的な目違い量に応じた溶接条件を作
   成しておき、実際に突き合せ部分の目違い量を周方向に
   検出し、その結果と、前記代表的な目違い量の溶接条件
   とを用いて実際の目違い量に応じた最適な溶接条件を補
   間算出し、その算出結果に応じて溶接を行うこと を特徴とする自動溶接機の制御方法。