JPH0338029B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 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。

（従来の技術） 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は箱形をなし、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はほゞ矩形をなし、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
で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、前後に設け
られた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。また、これら従来のものは台車の駆
動車輪の走行方向を側壁倣いさせるために側壁方
向に指向走行させるが、第１図に示すようにこの
種の被溶接物は角部では垂直部材１１に大きな切
欠きがあるものが多く、これでは倣いローラが当
接することができないため満足した走行回転、溶
接ができず、実用範囲が狭かつた。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。

（発明の構成） 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、該
案内腕の前方側の倣いローラ部に取付けられて被
溶接縦板部材と台車間の相対位置を電気信号に変
換する検出器と、台車の前方側に設けられ、前壁
面を検知する前壁面検知器と、台車の溶接線の反
対側に設けられ、舵取機構に連結支持された、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
機構にて連結支持された駆動輪と、台車の略中央
下面に設けられ、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
石あるいは真空吸着板と、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。

（発明の実施例） 第２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舵取機構付
駆動輪２２、溶接線側の後方に設けられる舵取機
構付駆動輪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２
５、車体の溶接線側（縦板側）に設けられ台車を
縦板１１，１２に倣い走行させる一対の案内腕２
６，２７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（１１側は欠けている
が）、これに従つて台車２０の走行軌跡も鎖線で
示すように縦板１２側のそれＣと縦板１１側のそ
れＡでは交差部Ｂで直交する。舵取し固定してい
る後方倣いローラ２７ａの接触点を中心として台
車２１が舵取りされ台車２１を垂直部材１１に平
行走行させる機械的検知方式が図示していないが
非接触式変位センサーと摺動するセンサー保護ロ
ーラの組合せによる非接触式センサー方式におい
ても前記方式と同様に平行走行させ得る。

交差部Ｂに達すると右下隅部に記載しているよ
うに台車２０は回転する。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前壁面検知器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１２に対し、先の縦板１１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１２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逆転する電
磁クラツチ、台車の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３図乃至第６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が固着さ
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。なお、電磁石２５
の代りに真空ポンプによる吸着板を用いても同様
の効果が得られる。

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２３は第３図に示すよう
に歯車電磁クラツチ列５２を介してモータ５０に
より駆動されるかさ歯車５４より、スプロケツト
付きかさ歯車５５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。

他の駆動輪２２はかさ歯車５１により駆動輪２
３と同様に歯車列５６′にて回転走行し、かつ舵
取機構も同様に舵取駆動源のモータ５９′、スプ
ロケツト、チエーンを介して駆動される。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５
０，５２，５３′，５１の系統で正、逆転される。

尚、舵取駆動源は、モータ以外にソレノイド、
シリンダー等でも良い。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３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
を中心とする円弧接線上を回転走行する。

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（第１図のSC）
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２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前壁面検知器２
８の出力により行なう。前壁面検知器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。また前方
案内腕２６にスカラツプ検出器２６ｅを取付け、
その出力を溶接中止、開始信号としている。これ
は縦板１１，１２を検出するもので、スカラツプ
SCで縦板がなくなるとその旨を示す出力が生じ、
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３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ができる。

なお、第５図の実施例について説明すると、前
方案内腕２６の倣いローラ２６ａは支持部２６ｂ
にて摺動自在に支持されており、常時はスプリン
グ２６ｃにより突出して縦板１１，１２に接した
状態にあり、その摺動量をポテンシヨメータ２６
ｄにて検出している。つまり縦板と台車間の相対
位置を電気信号に変換する検出器としてポテンシ
ヨメータ２６ｄを使用し、ローラ２６ａが基準値
より突出した状況であれば駆動輪２２を第３図矢
印Ｌ方向に、その逆の場合は矢印Ｒ方向へ舵取り
し、常に基準値を維持しながら走行するようにし
ている。また、前壁面検知器２８に非接触式の光
学あるいは磁気センサー等２８′にて遠方前壁面
検知機能を付加させこの信号により、所定距離に
達したら前記舵取り機構をロツクし、台車スピン
開始までそのまゝで走行させ前壁面検出、スピン
開始でロツクを解除させることにより、角部の大
きな切欠がある場合も安定して回転走行溶接がで
きるようになつた。２６ｅは非溶接部（スカラツ
プ）検知センサーで、非接触式センサーの実施例
であるが、これはリミツトスイツチによる機械的
センサーでもよい。

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。

また、駆動車輪に単独の駆動モータを用いても
同様である。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７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。第４図のトーチ移動装置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６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はこの制
御を負帰還ループで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８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９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。その他の符号３４，４５，
……は前述のそれと同じである。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Vs、トーチ進退量設定値Ls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
１０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１１図に示す。

（発明の効果） 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スカラツプが
大きくと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図、第２図は溶接作
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３図および第４図は本発明の一実施例を
説明する一部を断面とした概略底面図及び側面
図、第５図は前方案内腕の側面図、第６図は第３
図−線に沿う電磁石部の説明図、第７図及び
第８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９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１０
図および第１１図は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、該案内腕の前方側の倣いローラ部に
   取付けられて被溶接縦板部材と台車間の相対位置
   を電気信号に変換する検出器と、 台車の前方側に設けられ前盤面を検知する前壁
   面検知器と、 台車の溶接線の反対側に設けられ、舵取機構に
   連結、支持された正逆転する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個あいは２個を舵取機構に連結支持された駆動
   輪と、 台車の略中央下面に設けられ、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
   心軸となる電磁石あるいは真空吸着板と、 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 倣い走行用案内腕の倣いローラ摺動検知器の
   電気信号により、台車の溶接線の反対側駆動輪あ
   るいは溶接線側の前方駆動輪の舵取機構のいずれ
   かを台車が直線走行するよう舵取駆動することを
   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 台車の前方側に設けられた前壁面検知器を台
   車スピンの開始信号用検知器とし、非接触式セン
   サーにより前壁面を遠方より検知する遠方検知器
   の信号により、所定距離に達したら駆動輪の舵取
   機構をロツクして台車を台車スピン開始までその
   まま直線走行させ、前記台車スピンの開始信号用
   検知器の信号により前記舵取機構のロツクを解除
   する制御回路を備えた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。 ４ 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３項記載の
   溶接用無軌条自走台車。 ５ 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４項記載の溶接用無軌条自走台
   車。