JPH0380588B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、箱形構造物の四周連続水平隅肉溶接
に適する無軌条自走台車に関する。

従来の技術 船体あるいは橋梁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、１は水平部材で船体の
場合は船底となる部分であり、２，３は垂直部材
で補強材である。縦、横に延びる垂直部材２，３
と水平部材１は直方体状の箱形構造物を構成し、
これらの垂直部材と水平部材の当接部に水平すみ
肉溶接がなされる。

かゝる箱形構造物の水平すみ肉溶接を行う自走
台車としては幾つかの形状のものが考えられてい
る。一般的には一対の倣いローラを備え溶接トー
チを搭載した自走台車にて直線部の溶接のみ行な
い、角に来ると人力にて方向転換して次の直線部
を溶接する方法であるが、この方法では角部に自
走台車の長さ分の溶接出来ない長さつまり溶接残
しが生じる。そこでこの溶接残しをなくしかつ、
四周を断続溶接あるいは連続溶接する自走台車が
提案されている。該断続溶接の一例には、一対の
倣いローラを備えた自走台車上に溶接トーチを旋
回あるいは平行移動する機構を設け、直線溶接時
の溶接残しを極力なくすようにして溶接し、該直
線溶接時の前壁面に該当する垂直部材に対する直
線溶接に移る時はアークを停止し倣いローラを退
避させて台車の方向変換を行ない、然るのち倣い
ローラを再セツトして該前壁面垂直部材の直線溶
接を行うものがある。また四周連続溶接の一例と
しては第１図に示すように、自走台車４の溶接線
側に設けられ、ロツクされた倣い走行時位置（実
線で示す状況）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（破線にて示す状態）
とをとる一対の倣い走行用案内腕５と、台車の両
側に設けられ、一方が電磁クラツチによりモータ
と接離される一対の駆動輪６と、台車の中央下面
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
輪となる電磁石７と、台車に取付けられ、溶接ト
ーチ８を溶接線に向つて（矢印Ａ）前進させまた
それより後退させる溶接トーチ移動装置９と、前
壁面検知器１０及びキヤスタ１１を備える自走台
車がある。この台車での直線溶接は案内腕５にて
側板２を倣いながら行ない、前壁面３に自走台車
４が当ると、前壁面検知器１０の信号により案内
腕５のロツク解除、電磁石７の吸着を行ない、台
車の回転角に従つて溶接トーチ８をコンピユータ
演算制御により移動装置９にして進退させながら
溶接し、90°回転溶接後は側板３部分の前記直線
溶接に移り、以下同様にして四周連続溶接を行
う。

かゝる断続あるいは連続溶接を行う自走台車に
は前壁検知器１０が不可欠であり、該検知器とし
て従来はローラ付リミツトスイツチが採用されて
いた。しかし単純なリミツトスイツチ機構では次
のような問題がある。即ち側壁面２と前壁面３の
なす角度が完全に90度であれば角部での台車回転
角は90度でよく、この90°回転で次の直線部溶接
に移ることができるが、90°以下または90°以上で
あると台車所要回転角は90°以上または90°以下と
なる。また角部における台車回転の軸心位置は、
側壁面２と前壁面３とのなす角が90°ならこれら
の側、前壁面を含む正方形の角（側、前壁が交わ
る角の反対側の角）であるが、90°以上又は以下
であるとそれより前後にずれる。単純なリミツト
スイツチ機構では、リミツトスイツチが前壁に当
接すると90°回転させるだけであるから、上記の
点についての修正はできない。この問題に対して
は側壁面と前壁面とは正しく90°をなして交差す
るように仮止めすることが解決策の１つである
が、大きな構造物では正しく直角度を得ることは
困難である。もつとも、90°から大幅にずれるこ
とは稀であるから、90°からのずれは誤差として
無視することも考えられないではないが、実績に
よれば、第１図のような案内腕回動、同ロツク型
で台車４の回転角を90度一定にすると、回転後案
内腕５のロツクが出来ず、安定した側壁面倣い走
行への移行ができないことがあることが判明し
た。

発明の目的 本発明はかゝる問題を解決し、垂直部材間のな
す角度が完全な直角でなくとも正確な角部回転を
行ない、安定した側壁面倣い走行に移行できる溶
接用無軌条自走台車を提供しようとするものであ
る。

発明の構成 本発明は、側壁面倣い機構と前壁面検知機構を
備え、側壁面に倣い走行していて前壁面を検知し
たとき走行方向を変えて該前壁面を側壁面として
倣い走行を続ける、箱形構造物の溶接用無軌条自
走台車において、前壁面検知機構に前壁面検知リ
ミツトスイツチとその操作端、および該操作端よ
り水平方向に離して配置される操作端を有する前
壁面角度検知用ポテンシヨメータを用い、また前
記リミツトスイツチが前壁面を検知したときの前
記ポテンシヨメータの値により側壁面に対する前
壁面の傾斜角度を求めて該角度より台車所要回転
角を得てこれを出力する演算制御装置を備えるこ
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 先ず前壁面の角度検出の必要性について説明する
と、第２図ａは側壁面′と前壁面′′とのな
す角度が90度よりδθ度広い場合、そして第２図ｂ
は側壁面AB″と前壁面B″D″のなす角度が90度よ
りδθ度狭い場合の自走台車回転中心及び回転角関
係を説明する図である。Ｏは自走台車回転中心、
Ａは回転溶接開始時の溶接トーチ先端位置を示
し、側壁面がAB、前壁面がBDで、これらの壁
面がなす角度∠ABDが直角の場合Ａ点はBA＝
OAであり、四角形ABCOは正方形をなし、Ｏ点
は角Ｂとは反対側の該正方形の角である。かゝる
Ｏ点を中心にして台車をθ_E＝90度回転すれば溶接
トーチ先端は弧ACを画き、Ｃ点より前壁面BD
に沿う倣い走行、前壁面の直線溶接が可能になる
が、前壁面がB′D′あるいはB″D″で∠AB′D′が
（90°＋δθ）あるいは∠AB″D″が（90°−δθ）の
よ
うな場合は、台車回転角は前者はθ_E′＝90°−δθ、
後者はθ_E″＝90°＋δθでよく、前者はC′、後者は
C″以後、前壁面に沿う倣い走行、直線溶接とな
る。こゝでC′，C″はOAを半径とする円が交差す
る２直線AB′とB′D′またはAB″とB″D″と接する
点であり、台車回転中心Ｏはこのように即ち半径
OAの円が交差２直線と内接するように選定され
る必要がある。この回転中心及び回転角の変化は
側壁と前壁とのなす角の90°からのずれにより生
じるから、該変化を補正するには前壁傾斜角を検
出する必要がある。

前壁傾斜角を測定するには例えば台車先端に２
本のアームを水平方向にずらして取付け、前壁に
当つたら該前壁に押されて後退するようにしてお
き、両方のアームが前壁に当つた状態でのアーム
突出長の差を求めればよい。しかしこの方法では
回転中心Ｏの位置を求めにくい。第３図は回転中
心Ｏの位置と傾斜角が簡単に求まる本発明の実施
例を示す。この第３図の装置の基本は第２図に示
すように、台車の回転中心Ｏを通り側壁と平行な
直線上にリミツトスイツチLS詳しくはその操作
端を取付けて前記Ｃ点などを検出可能とし、、ま
たそれより水平方向にずらした位置にポテンシヨ
メータPOT（同様に詳しくはその操作端である
が、これは適宜省略して説明する）を取付けて点
Ｄなどを検出可能とし、これらのPOTおよびLS
を連動させたことである。

リミツトスイツチLSは前壁に当接したとき閉
じるようにしておき、ポテンシヨメータPOTは
側壁に平行な直線上で進退可能かつバネより常時
は突出状態にあるとし、そして前壁傾斜角（直角
からのずれ）は±10°以内であるから、最大傾斜
角でもPOTが先に前壁に当接するように設定し
ておく。第２図から明らかなように前壁が側壁に
対して90°±δθの角をなす場合は、LS動作位置を
該角が90°の場合のそれＣよりΔCだけ進める必要
があり、このΔC前進はLSより前方に突出してい
るPOTが台車進行により押されて後退すること
により行なう。

第３図で２０は検知器ベースであり、これに摺
動軸受２１が固定され、前壁検知ローラRD、そ
の支持具２２および一対の摺動軸２３図が該軸受
２１に前後進可能に支持される。２４はスプリン
グで摺動軸の一方に、支持具２２と軸受２１との
間に装着され、ローラRD等を常時突出状態にす
る。POTは前述のポテンシヨメータでその固定
部はベース２０に固着され、可動部は支持具２２
に取付けられてローラRDの突出長を測定する。
ベース２０にはまた摺動軸受２８が固着され、こ
れに摺動軸２９を有する摺動駒３０が可動に取付
けられ、この摺動駒に前述のリミツトスイツチ
LSが固着されかつLS操作用ローラRC、その支
持具２６、および摺動ストライカ２７が可動に取
付けられる。ベース２０には更に歯車３３，３４
およびカム３７が軸３５，３６により取付けら
れ、これらの歯車は噛合い、そして歯車３３は摺
動軸２３の他方に取付けられたラツク３２と噛合
い、カム３７は歯車３４と一体に回転する。この
カム３７は摺動駒３０の端面３８と常時当接する
が、これは摺動軸２９に軸受２８と端面３８との
間に装着されたバネ３９による。

このラツク３２、歯車３３，３４、およびカム
３７は上記POTとLSとの連動を行なうものであ
る。即ちバネ２４により、POT操作用ローラRD
は突出し、これにより該ラツク、歯車、カム機構
を介してLS操作用ローラRCも突出するが、ロー
ラRDよりは後退した位置にある。これがローラ
RC，RDが前壁に当接しない状態である。この状
態で台車が進行して前壁に近ずくと、最初に当接
するのはローラRDであり、台車進行でローラ
RDが後退するにつれてローラRCも後退するが前
壁傾斜角が90°以上ならやがてローラRCも前壁と
当接し、リミツトスイツチLSもオンとなる。こ
のとき台車回転を開始させ、またポテンシヨメー
タPOTの出力を読んで突出長を求め、これより
前壁傾斜角を演算して台車が回動すべき角θ_E等を
求める。

前壁傾斜角が第２図ｂのように90°−δθである
と、ローラRDの後退はRCとRDが横方向で並ん
でも更に続き、そしてローラRCはRDと横方向で
並んだのちは後退を止めて前進に移り、やがて前
壁に当接してリミツトスイツチLSはオンになる。
これで台車回転開始、ポテンシヨメータPOTの
読取り等が行なわれることは上記の場合と同じで
ある。前壁が側壁と直交する場合はローラRCと
RDが並んだときローラRCも前壁と接触し、リミ
ツトスイツチLSがオンになつて台車回転等が始
まる。

傾斜角計算等は台車に搭載したマイクロプロセ
ツサにより行なう。第４図にそのフローを示す。
ａは前壁角度（傾斜角）計算要領を示し、図示の
ようにリミツトスイツチLSがオンしたとき、ポ
テンシヨメータPOTの出力を取込み、この出力
から傾斜角±δθを計算し、90±δθとして台車回転
角度を計算する。

リミツトスイツチLSのオン時点の変化量ΔCは
第２図でOAの長さをＲとすると （Ｒ＋ΔC）cosδθ＝Ｒ の関係があるから次式で表わされる。

ΔC＝Ｒ（１／cosδθ−１） ポテンシヨメータの出力は第２図ａのDD′または
第２図ｂのDD″などであり、これをΔVとし、CD
の長さをＭとすると、 Mtanδθ＝ΔV−ΔCまたはΔV＋ΔC これより δθ＝tan^-1ΔV−ΔC／Ｍまたはtan^-1ΔV＋ΔC／Ｍ として求まる。

台車回転中の溶接はトーチ先端が例えば直線
AB′を狙い、角B′に来たら以後は直線B′C′を狙う
ように最初前進させ、次いで後退させる必要があ
る。このようなトーチ前、後進が入ると、台車が
一定速度で回転したのでは溶接速度が変化してし
まう。溶接速度は一定であるのが望ましいから、
これには回転速度を変化させる必要がある。今第
２図でOAに対する台車回転角をθ、溶接速度を
ｖとすると０θ（90°＋δθ）／２の範囲では ｖ＝rV₀／Ｒcos²θ であり、また（90°＋δθ）／２θ90°＋δθの範
囲では ｖ＝rV₀／Ｒsin²（θ−δθ） である。こゝでｒは台車回転中心から走行車輪６
までの距離、V₀は直線走行時の溶接速度である。

溶接トーチの進退量Δlは角B′，Ｂ，または
B″までは Δl＝Ｒ（１／cosθ−１） であり、それ以後は Δl＝Ｒ（１／sin（θ−δθ）−１） である。第４図ｂはこのトーチ進退量（狙い）補
正の要領を、ｃは速度補正の要領を示す。またｄ
は台車回転終了を検出する要領を示す。

第５図は演算制御系の要部を示し、４０は図示
しないマイクロプロセツサ（MPU）に接続する
バス、４２は操作ペンダントでオペレータが溶接
に関する各種の指示を与えるのに用いる。LS及
びPOTは前述のリミツトスイツチ及びポテンシ
ヨメータである。４４はトーチ狙い位置設定器で
第１図の溶接トーチ移動装置９に関連して設けら
れ、第２図のOA間の距離Ｒを指示する。４６は
台車スピンの中心軸となる電磁石７に関連して設
けられて台車回転角θを出力する。４８は速度設
定器で、直線走行時の溶接速度V₀を設定する。
これらのＲ，θ，V₀，及びPOT出力はアナログ
信号なのでマルチプレクサ５０で１つずつ選択し
てAD変換器５１に加え、デジタル値に変換しバ
ス４０、ひいてはMPUへ入力する。５２は台車
走行用モータで、MPUより溶接速度ｖを指示さ
れ、速度発電機５３による帰還制御を受けて正確
に該速度ｖになるように回転する。モータ５２の
回転量従つて台車移動量はパルス発生器５４によ
りMPUへ通知される。５２，５８はDA変換器
である。５６はトーチ駆動モータであり、回転溶
接時に前述の進退量Δlを指示され、トーチ位置
帰還用ポテンシヨメータ５７による帰還制御を受
けて正確に指定された進退を行なう。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、前壁が側
壁に対して90°±δθで交差する場合でもコーナー
部における台車の所要回転中心及び回転角が求め
られて該台車に正しい回転を行なわせることがで
き、甚だ有効である。

なおδθが小さい場合は回転中心補正量も小にな
るから、回転中心補正は省略することが考えら
れ、この場合は前壁面検出機構が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は四周連続水平隅肉溶接装置の説明図、
第２図は前壁が傾斜する場合の説明図、第３図は
本発明の実施例を示す概略平明図、第４図は演算
制御の態様を示すフローチヤート、第５図は演算
制御部の構成を示すブロツク図である。 図面で、２は側壁、３は前壁、５は側壁面倣い
機構、１０は前壁面検知機構、４は溶接台車、
LSは前壁面検知リミツトスイツチ、POTは前壁
面角度検知用ポテンシヨメータ、４０は演算制御
装置のバス、３２〜３７はPOTとLSとの連動機
構である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 側壁面倣い機構と前壁面検知機構を備え、側
   壁面に倣い走行していて前壁面を検知したとき走
   行方向を変えて該前壁面を側壁面として倣い走行
   を続ける、箱形構造物の溶接用無軌条自走台車に
   おいて、 前壁面検知機構に前壁面検知リミツトスイツチ
   とその操作端、および該操作端より水平方向に離
   して配置される操作端を有する前壁面角度検知用
   ポテンシヨメータを用い、また前記リミツトスイ
   ツチが前壁面を検知したときの前記ポテンシヨメ
   ータの値により側壁面に対する前壁面の傾斜角度
   を求めて該角度より台車所要回転角を得てこれを
   出力する演算制御装置を備えることを特徴とする
   溶接用無軌条自走台車。 ２ 前壁面検知リミツトスイツチは、前壁面角度
   検知用ポテンシヨメータの操作端の進退に応じて
   進退するように摺動軸受、ラツク、歯車、および
   カム機構を介して可動に支持され、該操作端の先
   端は該リミツトスイツチの操作端の先端より突出
   していて最初に前壁面に当接するようにされ、該
   リミツトスイツチは前壁面傾斜角度が90°以外の
   ときは90°のときより手前の位置で動作されるこ
   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。