JPH0261353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、箱形構造物の水平隅肉溶接に適する
無軌条自走台車に関する。

船体の溶接では箱形に組立てられた鋼板の隅部
を溶接する作業が非常に多い。第１図はその一例
を示す図で、１０は水平部材で船底となる部分で
あり、１１，１２は垂直部材で補強材である。
縦、横に延びる垂直部材１１，１２と水平底板部
材１０は直方体状の箱形構造物を構成し、その隅
部l₁，l₂などが溶接される。

水平部材１０と垂直部材１１，１２との隅部
l₁，l₂は矩形をなし、これを自走台車に搭載した
溶接トーチで自動水平隅肉溶接するには幾つかの
方法が考えられている。その１つは台車が該矩形
の辺に倣つて走行し、矩形の角部では90゜回転し、
該台車の側方へ突出させたトーチにより該隅部を
溶接するものである。他の１つは、台車を矩形の
辺に沿つて走行させるが角部では90゜回転せずに
そのまゝ横行させ、従つて台車は矩形を１周する
間に前進、右行、後退、左行を行ない、台車に搭
載したトーチが角部で90゜ずつ回転し、自動隅肉
溶接するものである。しかし後者の形式では倣い
走行用案内腕を四方に出し、走行車輪にはキヤス
ターを用い、トーチ回転機構が必要など、構造が
複雑、安定性が悪いなどの問題がある。前者は角
部では台車が90゜回転するので、トーチの回転は
不要で、従つてトーチは前、後進のみで回転はし
ない機構で台車に固定でき、小型化および安定化
が図れる。しかし台車の90゜回転機構が問題であ
る。

従来装置では台車の90゜回転をさせるのに例え
ばスタンドをおろして台車を浮上させ、この状態
を台車を回転させるという方法をとつているが、
台車が浮上したのではトーチも浮上し、溶接位置
ずれの問題が生じる。台車が浮上してもトーチ高
さは不変にすることも不可能ではなかろうが、機
構の複雑化は避けられない。また台車を回転させ
る方式では倣い走行用案内腕の処理が問題であ
る。この点についてはカム板を使用したものもあ
るが、大きなカム板が必要になり、台車大型化な
どが避けられない。

これらの問題点を解決する方式として、台車回
転型を採用するが、回転時の台車浮上などはな
く、またカム板などは使用せず、従つて小型化、
単純化が可能な自走台車も提供されているが、こ
れは台車側面に設けられた駆動輪と、前後にキヤ
スタを備えたものであつて、キヤスタは駆動輪に
対し走行面より浮かした状態としているため、台
車がふらついたり、走行面が曲がつていると前後
のキヤスタが接地し駆動車輪が滑る傾向があつ
た。本発明はこれらを解決する自走台車を提供し
ようとするものである。

本発明の溶接用無軌条自走台車は、台車の溶接
線側に設けられ、ロツクされた倣い走行時位置と
ロツクを外されバネに抗してそれより後方へ回動
した位置とをとる一対の倣い走行用案内腕と、台
車の溶接線の反対側に設けられ、２個の電磁クラ
ツチによりモータと接離され正逆転する１個の駆
動輪と、台車の溶接線側に設けられた２個の車輪
の内、１個あるいは２個を舵取機構にて連結され
た駆動輪と、台車の略中央下面に設けられ、消
勢、付勢により走行面に吸着、同解除されて溶接
線の交差部では台車スピンの中心軸となる電磁石
と、台車に取付けられ、溶接トーチを溶接線に向
つて前進させ、またそれより後退させる溶接トー
チ移動装置、とを備えることを特徴とするが、次
に実施例を参照しながらこれを詳細に説明する。

第１図は本発明の溶接用自走台車の概要を説明
する図である。この溶接用自走台車２０は車体２
１、その溶接線の反対側に設けられる駆動輪２
２、溶接線側の後方に設けられる駆動輪２３、そ
の前方に設けられるキヤスタ２４、略中央下面に
設けられるスピン用電磁石２５、車体の溶接線側
（縦板側）側に設けられ台車を縦板に倣い走行さ
せる一対の案内腕２６，２７等からなり、溶接ト
ーチ３０を搭載して隅肉溶接を行なう。底板１０
と縦板１１，１２との隅部つまり溶接線l₁，l₂は
縦板１１と１２の交差部Ｂでは直交しており、こ
れに従つて台車２０の走行軌跡も実線Ｌで示すよ
うに縦板１２側のそれＡと縦板１１側のそれＣで
は交差部Ｂで直交する。即ち、既知のように前部
の案内腕２６を後部の案内腕２７より相対的に短
くしておくと台車２０の進行方向は縦板１２へ接
近する方向となり、しかしそれは案内腕２６，２
７が縦板１２に突当ることにより阻止され、結局
台車２０は縦板に沿つて進行する。

交差部Ｂに達すると左上隅部に記載しているよ
うに台車２０は回転する。台車２０Ａは台車が
45゜ほど回転（スピン）した状態を示す。このス
ピンは電磁石２５を用いて行なう。即ち交差部Ｂ
に達するとそれをローラー付センサ２８で感知し
て電磁石２５を励磁し、図示しないバネにより底
板１０より若干吊り上げられていた電磁石２５は
磁力により底板１０に吸着する。また駆動輪２２
は電磁クラツチにより逆転され、駆動輪２３は図
示しない舵取機構により、電磁石２５を中心とす
る接線方向に舵取られまた案内腕２６，２７はロ
ツクを外されて自由に回動できるようにしてなる
ので、台車２０はスピンを始める。90゜スピンし
たとき台車は縦板１１に対し、先の縦板１２に対
する姿勢と同じ姿勢になり、このとき案内腕２
６，２７のロツクが復活し、電磁石２５は消勢さ
れ、駆動輪２２は電磁クラツチにより正転するよ
うになり、駆動輪２３は舵取機構により向きを元
に戻され、これらの結果、縦板１１に沿つて進行
して行く。

この溶接用台車は図面からも明らかなように簡
潔な構造で済む。即ち従来の直線倣い走行溶接用
台車と比べて案内腕２６，２７が回動可能である
こと、スピン用の電磁石を備えること、スピン時
には台車の溶接線の反対側の駆動輪を正逆転する
電磁クラツチ、台車の溶接線側駆動輪を舵取りす
る機構を備えること程度が異なるだけである。次
に各部の詳細を具体例につき説明する。

第２図乃至第４図は台車２０の車体２１部分の
具体例を示す。電磁石２５は軸２５ａを持ち、軸
受３１により車体略中央部詳しくは駆動輪２２の
回転中心を結ぶ線上に回動可能に枢着され、かつ
バネ３２により走行時は電磁石端面が底板１０つ
まり走行面と間隙ｇをおいて離れるように吊上げ
られている。電磁石２５には歯車３３は固着さ
れ、この歯車３３はポテンシヨメータ３４の歯車
３５と噛合う。ポテンシヨメータ３４の外筐は支
持具３６により車体２１に取付けられ、回転軸に
該歯車３５が固着され、この歯車３５には復帰用
のバネ３７が取付けられる。台車が90゜スピンす
るとき電磁石２５は走行面に吸着して固定され、
車体及びポテンシヨメータ３４の回転子が回転す
る。これらは90゜スピン後は元に戻し、常に同じ
状態にあるようにするが、この復帰を行なうのが
バネ３７である。ポテンシヨメータは台車スピン
角θを出力し、これは90゜スピン中止に用いられ
る他、後述の如く利用される。

溶接用トーチ３０は溶接トーチ移動装置４０を
介して車体２１に取付けられる。この溶接トーチ
移動装置４０は溶接トーチホルダー４１、その案
内ロツド４２、送りネジ４３、その駆動モータ４
４、トーチ前、後進量検出用のポテンシヨメータ
４５等からなる。駆動輪２２にはかさ歯車５１が
連結され、第２図に示すようにこの歯車は歯車電
磁クラツチ列５２を介してモータ５０により駆動
される。この歯車列の２個の電磁クラツチ５３，
５３′は交互に励磁、消勢されてモータ５０との
連結を接、離され、この結果駆動輪２２は５０，
５２，５３，５１あるいは５０，５２，５３′，
５１の系統で正、逆転される。他の駆動輪２３は
かさ歯車５４より、スプロケツト付きかさ歯車５
５に駆動伝達され、チエーン５７を介して、駆動
輪２３の歯車列５６により回転走行するものであ
る。駆動輪２３の舵取り機構は支軸５８にて台車
２１に垂直に軸支され、舵取駆動源のモータ５９
によりスプロケツト６０，６１、チエーン６２を
介して駆動される。

尚、舵取駆動源は、モータ以外のものでも良
い。台車のスピンは、電磁石２５を走行面に吸着
させ、電磁クラツチ５３により非溶接線側の駆動
輪２２を逆転にし、溶接線側の駆動輪２３は第２
図に示すように舵取機構により矢印Ｍ方向に舵取
られ、電磁石２５の回転中心の円弧接線上を回転
走行を行う。

駆動輪２２の歯車列５２にはパルス発生器６３
の歯車６４も連結される。このパルス発生器６３
の出力パルスは台車速度、移動距離などを示すか
らこれらの制御に使用できる。特に船体の箱型構
造物にはドレイン用のスカラツプ等が設けられ、
この部分では溶接はしないが、パルス発生器６３
の出力パルスは該部分走行中の溶接中止制御など
に利用できる。

案内腕２６，２７の回動、ロツク機構は軸７０
により車体２１に回動可能に支持される。軸７０
と案内腕との間にはバネ７１が設けられ、これに
より復帰可能である。また軸７０を越えた案内腕
２６，２７の端部には凹み７２が設けられ、ソレ
ノイド７３で駆動される係止片７４の先端が、台
車の直線倣い走行時に該凹み７２に嵌入し、案内
腕を第１図の台車２０に示した状態にロツクす
る。ソレノイド７３を付勢し、バネ７５に抗して
係止片７４を引込め、その先端が凹み７２から外
れるようにすると案内腕はフリーになり、軸７０
を中心に自由に回転する。但し、バネ７１がある
ので、溶接線交差部に入つて第１図の台車２０Ａ
に示すように後方へ回動すると常に復帰しようと
する力が働き、このようになつてソレノイド７３
を消勢すると、台車が縦板１２側へ出て直線倣い
走行状態になるとき係止片７４はバネ７５で押さ
れて凹み７２に入り、再び案内腕をロツクする。
台車スピンに際してのソレノイド７３の付勢つま
りロツクを外し、電磁石２５の付勢つまりスピン
軸確立、および電磁クラツチ５３の結合解除、舵
取り等は、スピン位置を検出するセンサ２８の出
力により行なう。センサ２８は簡単にはリミツト
スイツチでよく、縦板１１，１２に当接すること
により上記出力を生じる。また図示していないが
前部案内腕２６にスカラツプ検出器が取付けるこ
とができる。これは縦板１１，１２を検出するも
ので、スカラツプで縦板がなくなるとその旨を示
す出力を生じ、これにより所定期間溶接中止が行
なわれる。溶接停止を開始すべき時点、再開すべ
き時点は検出器とトーチ３０との間の距離、走行
速度、スカラツプ長により定まるから検出器の出
力および第２図においてはパルス発生器６３の出
力パルスによりこの制御を行なうこともできる。

以上は台車の溶接線側に設けられた２個の車輪
の内後方側１個を舵取機構付き駆動輪とした例に
ついて説明したが２個とも舵取機構付駆動輪とし
ても同様な効果が得られることは言及するに及ば
ないことである。

台車がスピンしながら溶接線交差部を溶接する
場合は第５図に示すようにｌ−γ＝Δlなる長さ
だけトーチ位置を調整する必要がある。こゝで０
はスピン中心、ｌはトーチ先端（アーク点）から
スピン中心０までの距離、γはトーチを移動しな
い場合のトーチ先端とスピン中心０までの距離で
ある。トーチ移動装置４０は溶接線交差部でこの
Δlの修正を行なう。この修正は前述の如くスピ
ン角から演算して修正することができる。スピン
角をθとすればΔlはθ＝０〜π／４の範囲でΔl
＝γ（１／cosθ−１）、θ＝π／４〜π／２の範囲で
Δl＝γ （１／sinθ−１）であるから、第２図のポテンシヨメ ータ３４でスピン角θを測定してモータ４４に上
記Δlだけトーチを進退させればよい。ポテンシ
ヨメータ４５はこの負帰還制御を行なう場合の帰
還量を出力する。

溶接線の交差部でΔlだけトーチを進退させる
と、スピンを等速で行なつてもトーチ先端の速
度、従つて溶接速度は変化する。溶接速度の変動
は好ましくないので、溶接速度が一定になる（直
線部の溶接速度と比べて変化がない）ようにスピ
ンの速度を制御するのが良い。これもスピン角θ
を用いて可能である。即ち溶接線側の駆動輪の速
度を第６図に示すようにｖ、トーチ先端の回動速
度をＮ、溶接速度をＳとすればθ＝０〜π／４の
範囲ではｖ／Ｌ＝Ｎ／ｌ、Scosθ＝Ｎ、lcosθ＝γ
の関係があるから ｖ＝ＳＬ／γcos²θ となり、θ＝π／４〜π／２の範囲では ｖ＝ＳＬ／γsin²θ となる。Ｓは一定、γ、Ｌも一定であるからｖを
cos²θまたはsin²θに応じて変えればよい。このよ
うな制御はマイクロプロセツサを用いて簡単に実
行できる。

第７図はその実施例で、８０は図示しないマイ
クロプロセツサに接続するバス、８１はマルチプ
レクサ、８２はアナログデジタル変換器、８３，
８４はデジタルアナログ変換器、８５はトーチ狙
い位置設定器、８６は台車速度検出器、８７，８
８は加減算器である。マルチプレクサ８１および
アナログデジタル変換器８２を介してポテンシヨ
メータ３４が出力するスピン角度θ、設定器８５
からのトーチ狙い位置設定値Ｄを取り込み、前述
の計算をして走行用モータ５０に対する速度基準
値V_s、トーチ進退量設定値L_sを出力する。これ
らはＤ／Ａ変換器８３，８４でアナログ量に変換
されたのち加減算器８７，８８で実際の台車速度
ｖ及びトーチ前後進量Ｐと突き合わされ、ｖ，Ｐ
を設定値通りにする帰還制御が行なわれる。トー
チ狙い位置制御のフローチヤートを第８図に、溶
接速度一定のための台車速度制御のフローチヤー
トを第９図に示す。

以上説明したように本発明の溶接台車は非常に
簡単な構成を持ちながら直交する溶接線、矩形ル
ープを画く溶接線などを自動連続隅肉溶接するこ
とができ、溶接線の交差部においてもトーチ狙い
位置不変、溶接速度不変などの制御も行なうこと
ができ、走行車輪が３輪方式のため接地状況が安
定しかつ溶接トーチ下部に車輪がないためスパツ
ター対策水冷トーチの使用、溶接監視が容易とな
つた。また、電流倣い機構を組込むことにより３
次元溶接も可能となる可能性を極めており甚だ有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は箱形構造物の説明及び溶接作業状態に
おいて本発明の自走台車の概要を説明する図、第
２図および第３図は本発明の実施例を説明する一
部を断面とした概略底面図及び側面図、第４図は
第２図−線沿う電磁石部の説明図、第５図
及び第６図はスピン時のトーチ狙い位置および溶
接速度の変化の説明図、第７図はマイクロプロセ
ツサによる制御の要部を説明するブロツク図、第
８図および第９図フローチヤートである。 図面で２０は溶接用自走台車、２６，２７は案
内腕、５３は電磁クラツチ、２２は駆動輪、２３
は舵取機構付駆動輪、２５は電磁石、l₁，l₂は溶
接線、４０は溶接トーチ移動装置、９０は制御回
路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 台車の溶接線側に設けられ、ロツクされた倣
   い走行時位置とロツクを外されバネに抗してそれ
   より後方へ回動した位置とをとる一対の倣い走行
   用案内腕と、 台車の溶接線の反対側に設けられ、２個の電磁
   クラツチによりモータと接離され正逆転する１個
   の駆動輪と、 台車の溶接線側に設けられ、２個の車輪の内、
   １個あるいは２個を舵取機構に連結された駆動輪
   と、 台車の略中央下面に設けられ、消勢、付勢によ
   り、走行面に吸着、同解除されて溶接線の交差部
   では台車スピンの中心軸となる電磁石と、 台車に取付けられ、溶接トーチを溶接線に向つ
   て前進させ、またそれより後退させる溶接トーチ
   移動装置、とを備えることを特徴とする溶接用無
   軌条自走台車。 ２ 溶接トーチ移動装置はトーチ移動制御回路を
   備え、溶接線の交差部での台車スピンに際して該
   台車の回転角信号を該制御回路に取込んで、トー
   チ先端が溶接線交差部を辿るように溶接トーチを
   先ず前進させ、次いで後退させるようにされてな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   溶接用無軌条自走台車。 ３ 駆動輪を駆動するモータと、駆動輪の舵取機
   構を駆動する駆動源及び駆動伝達の電磁クラツチ
   を制御する制御回路を備え、溶接線の交差部での
   台車スピンに際して、台車の溶接線の反対側駆動
   輪を前記電磁クラツチの接離により逆転し、台車
   の溶接線側駆動輪は台車スピンの中心円弧上の接
   線方向に舵取され、かつ該台車の回転角信号を該
   制御回路に取込んで駆動輪の回転速度を溶接速度
   が変化しないように制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の溶接用無軌条自走台
   車。