JPH06238447A

JPH06238447A - コルゲート部の検出方法

Info

Publication number: JPH06238447A
Application number: JP2675993A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fujioka; 忠志藤岡; Shigemasa Kobayashi; 重政小林; Kunihiro Ebina; 国広海老名; Yoshihide Sasaki; 善英佐々木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】コルゲーションメンブレンの重ね溶接におい
て、平坦部とコルゲート部の接続位置を簡単かつ確実に
検出する。【構成】溶接トーチ１の姿勢制御用回転モータ９の回
転角度θを回転角度検出器１０により検出し、その回転
角度検出器の検出信号sin θに基づいて、比較器２１〜
２４、ＯＲ回路２５を経てコルゲート部２ｂを示すコル
ゲート信号Corr.を生成し、該コルゲート信号のオン・
オフにより平坦部とコルゲート部の接続位置２ｄを検出
する。そしてこの位置の検出時に溶接条件を切り替え、
重ね溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コルゲーションメンブ
レンの重ね溶接において、平坦部とコルゲート部の接続
部の位置を正確に検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＮＧタンクまたはＬＮＧ船に使用され
るコルゲーションメンブレンは、特公昭５７−６０１１
０号公報に示すような溶接装置を用いて重ね溶接され
る。この場合、溶接トーチのトーチ角度は、コルゲーシ
ョンメンブレンの平坦部でもコルゲート部でも溶接線に
対して常に一定になるように制御する必要があるため、
溶接トーチの近傍に２本のスタイラスを有する倣いセン
サを設け、該倣いセンサにより被溶接材表面の傾斜を検
出することにより、トーチ角度を一定に制御している。
また、溶接条件、例えば溶接速度は平坦部とコルゲート
部とで異ならしめる必要があるため、例えばレール上に
設けられたドグにより間接的にコルゲート部の位置を検
出し、あらかじめ設定された溶接速度ＶW の関係から、
トーチ先端の線速度を平坦部、コルゲート部でそれぞれ
所望の線速度に保つように速度制御している。

【０００３】しかしながら、平坦部とコルゲート部の接
続部（以下、この接続部をフット部と呼ぶ。）での溶接
条件の切替えタイミングを誤ると、溶接継手が均一にな
らず、この部分でくびれが生じたり、凹みが生じたりす
る。

【０００４】図４は、コルゲート部での溶接条件の切替
えタイミングが不適切なため、くびれや凹みなどの不整
ビードが発生することを示したものである。すなわち、
同図の（ａ）に示す溶接ビード３０のくびれ３１は、溶
接トーチ１がコルゲーションメンブレン２の平坦部２ａ
からコルゲート部２ｂのフット部２ｃを少し過ぎた位置
で、またはフット部２ｃから平坦部２ａへ移行する手前
の位置で、溶接条件を切り替えた場合に発生するもので
ある。この理由は、コルゲーションメンブレン２の下面
には合板３４，断熱材３５を溶接熱から保護するための
プロテクションシート（ステンレスシート）３３が敷か
れているため、プロテクションシート３３とフット部２
ｃのＲ部との接点位置つまり平坦部２ａとコルゲート部
２ｂの接続位置２ｄを境界として熱容量が変化するた
め、接続位置２ｄを少し過ぎた位置で、あるいはその手
前から溶接条件を切り替えた場合には入熱不足、あるい
は過剰入熱となるからである。

【０００５】また、図４の（ｂ）に示す極端な凹み３２
は、コルゲート部溶接条件への切替えタイミングが遅れ
て、平坦部溶接条件のままフット部２ｃを溶接した場
合、あるいはコルゲート部溶接条件のまま平坦部２ａを
溶接した場合に発生するものであり、極端な入熱不足に
より、場合によってはビードがとぎれることもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、平坦部２
ａとコルゲート部２ｂの接続位置２ｄを正確に検知する
ことが重要になってくる。しかし、上記公報ではこの接
続位置の検出方法については言及していない。従来の場
合、溶接台車にコルゲート部２ｂの頂点と接触するよう
に両側にリミットスイッチを対称に配置したり、溶接台
車の走行レールにリミットスイッチを動作させるドグを
設けることにより前記接続位置を検出していたが、コル
ゲーションメンブレンの製作誤差や走行レールの取付誤
差などでどうしても位置検出が不正確にならざるを得な
かった。また、走行レールのレベル調整に多くの手数を
要したり、露出タイプのリミットスイッチでは溶接台車
を取り外したときにリミットスイッチを損傷するおそれ
があり、またコルゲート部ごとにドグを付けるのではコ
ルゲート部のピッチが変わったときにドグの付け替えが
大変であることなど、機構上でも問題が多かった。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、きわめて簡単な方法でコルゲーショ
ンメンブレンの平坦部とコルゲート部の接続位置を正確
に検出することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、コルゲーショ
ンメンブレンの重ね溶接において、前記コルゲート部で
溶接条件を切り替える場合、溶接トーチの回転角度検出
器の出力を利用して、コルゲーションメンブレンの平坦
部とコルゲート部の接続位置を正確に検出する方法であ
る。すなわち、本発明の特徴とする構成は、溶接条件を
コルゲーションメンブレンの平坦部とコルゲート部で切
り替えるとき、コルゲート部に対する溶接トーチの回転
角度を検出し、そのトーチ回転角度の検出信号からコル
ゲート部を示すコルゲート信号を生成し、該コルゲート
信号のオン・オフにより平坦部とコルゲート部の接続位
置を検出することとしたものである。そして、溶接条件
の切替えタイミングはこの接続位置の検出時に設定され
る。

【０００９】

【作用】溶接トーチをコルゲート部の周りに回転させる
モータに接続される回転角度検出器は、従来の場合、ト
ーチ先端の線速度制御の目的のために設けられていたも
のであるが、本発明では該回転角度検出器の出力を更に
コルゲート部の位置検出に利用することとしたものであ
る。すなわち、回転角度検出器の出力は、コルゲーショ
ンメンブレンの平坦部では角度０°であるが、コルゲー
ト部では傾斜のために何らかの出力（角度）変化が現れ
る。そして、同じような出力変化がコルゲート部のフッ
ト部だけでなく、略放物線形状をしたコルゲート部の対
称性からその頂部付近でも現れる。そこで、回転角度検
出器の出力信号に基づき、コルゲート部を示すコルゲー
ト信号を生成すれば、該コルゲート信号のオン・オフに
より平坦部とコルゲート部の接続位置を検出することが
できる。

【００１０】このような方法で、平坦部とコルゲート部
の接続位置を正確に検出することができるので、溶接条
件の切替えタイミングをこの接続位置の検出時に設定す
れば、不整ビードのない均一で平滑な重ね溶接継手が得
られる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるコルゲート部
検出のためのブロック図で、併せて溶接トーチの姿勢制
御部及び速度制御部の制御系も示してある。図２はコル
ゲート部検出部における各種の信号のシーケンス図であ
る。また、図３はコルゲート部における溶接速度のベク
トル図である。

【００１２】コルゲート部の重ね溶接を適正に行うため
には、コルゲート部では、前述のようにトーチ角度を一
定に保つ姿勢制御とトーチ先端の線速度を一定に保つ速
度制御を行う必要がある。ここで、トーチの速度制御
は、図３においてベクトルＶWをコルゲート部２ｂのい
かなる位置でも一定に保つことである。図３から、ベク
トルＶW とそのＸ成分・Ｙ成分、及びトーチ回転角度θ
の関係は次式で表すことができる。ベクトルＶX ＝ベクトルＶW ×cos θ …（１）ベクトルＶY ＝ベクトルＶW ×sin θ …（２）通常、溶接速度ＶW は溶接前に設定されているから、co
s θとsin θの値が求まれば、（１），（２）式によ
り、制御すべきベクトルＶX ，ベクトルＶY の値が決定
される。

【００１３】一般に、溶接トーチ１は、図１に示すよう
に溶接台車（図示せず）上の円弧状リングギヤ３に取り
付けられ、後述するθ軸モータにより円弧状リングギヤ
３に沿ってトーチ回転角度θを変えられるようになって
おり、またＹ軸モータにより垂直（Ｙ軸）方向に移動可
能で、更に溶接台車のＸ軸モータにより水平（Ｘ軸）方
向に移動するようになっている。

【００１４】そこで、上記トーチ回転角度θを検出する
ため、図１に示すように回転型ポテンショメータ等の回
転角度検出器１０が設けられているので、本実施例では
更に、回転角度検出器１０により検出されたトーチ回転
角度θの出力信号に基づいてコルゲーションメンブレン
２の平坦部２ａとコルゲート部２ｂの接続位置２ｄを検
出するコルゲート部検出部４を新たに設けたものであ
る。

【００１５】コルゲート部検出部４の説明をする前に、
まず溶接トーチの姿勢制御部５及び速度制御部６につい
て説明する。図１において、溶接トーチの姿勢制御部５
は、主としてコルゲーションメンブレンの表面を倣う倣
いセンサ７と、差動増幅器８と、溶接トーチ１を回転さ
せるθ軸モータ９とからなる。倣いセンサ７は、図１で
は上下に離れた位置に記載されているが、実際には溶接
トーチ１の近傍側方に配置され、溶接進行方向（Ｘ軸）
にわずかなずれを持たせた２本のスタイラス７ａ，７ｂ
を有する。コルゲーションメンブレン２の表面の傾斜に
より、２本のスタイラス７ａ，７ｂの先端に高低差が生
じると、その偏差出力信号Δｈは差動増幅器８に入力さ
れ、差動増幅器８は偏差出力信号Δｈが零になるまでθ
軸モータ９を回転制御し、溶接トーチ１を溶接線に対し
て直角に保つ。このときのθ軸モータ９の回転角度つま
りトーチ回転角度θは、回転角度検出器１０によって検
出される。

【００１６】溶接トーチの速度制御部６は、溶接トーチ
１をＸＹ方向に制御するＸ軸モータ１１とＹ軸モータ１
２とからなる。まず、Ｘ軸制御系では、回転角度検出器
１０により検出されたトーチ回転角度θのcos 成分を取
り出し、オペアンプ１３で予め設定された溶接速度ＶW
とからＶW のＸ成分（ＶW ・cos θ）を演算し、その演
算結果は差動増幅器１４に入力され、差動増幅器１４は
回転速度検出器１５のフィードバック信号との差動によ
り、Ｘ軸モータ１１の回転速度が（１）式のベクトルＶ
X となるように制御している。一方、Ｙ軸制御系では、
上記Ｘ軸制御系と同様の構成とすることもできるが、制
御信号の応答遅れ、機械的追従性の遅れなどがあるた
め、本実施例では倣いセンサ７のＹ軸変位出力信号に基
づく位置制御により速度制御をしている。すなわち、倣
いセンサ７の一方の例えば先行のスタイラス７ａにより
閾値を越えるようなＹ軸変位が検出されると、Ｙ軸変位
出力信号ｈは差動増幅器１６に入力され、差動増幅器１
６はＹ軸変位出力信号ｈが閾値以下になるまでＹ軸モー
タ１２を一定速度で回転制御し、溶接トーチ１の位置を
一定に保つとともに、Ｙ軸方向の速度が近似的に（２）
式のベクトルＶY となるように制御している。

【００１７】このような溶接トーチ１のＸＹ方向の速度
制御により、コルゲート部２ｂにおけるトーチ先端の線
速度をほぼ一定に保っているのである。平坦部２ａでも
また同様であり、所定の線速度にほぼ一定に保つ。な
お、溶接速度は一般に平坦部２ａで１７０〜１８０mm／
min ，コルゲート部２ｂで１２０mm／min である。

【００１８】次に、本実施例におけるコルゲート部検出
部４について、図１，図２に従って説明する。溶接は図
１において→→…→と進行するので、コルゲー
ト部検出部４は及びの各位置（上記接続位置２ｄ）
を検出するためにある。しかして、及びの各位置で
溶接トーチ１が過回転ないしは過傾動するおそれがある
ので、これを防止するため、円弧状リングギヤ３の両端
にリミットスイッチＬＳ（１），ＬＳ（２）が設けられ
ている。また、及びの位置におけるトーチ回転角度
θは、コルゲート部２ｂの断面形状の対称性から、付
近、付近でも同じ値が得られる。

【００１９】そこでまず、コルゲート部における各位置
での信号を得ることとし、これらの信号をシーケンスで
あらわしたものが図２である。まず、コルゲート信号Co
rr.1は、溶接トーチ１がの位置で平坦部２ａからコル
ゲート部２ｂに入ったことを示し、の位置で消える信
号である。同様に、コルゲート信号Corr.2は、コルゲー
ト部２ｂのの位置でオンとなり、の位置でオフとな
る信号である。次に、溶接トーチ１の左側への過回転を
防ぐためのリミットスイッチＬＳ（１）の信号ＬＳ１は
の位置でオンとなる。リミットスイッチＬＳ（１）は
常開接点で構成されている。同様に、溶接トーチ１の右
側への過回転を防ぐための常閉接点からなるリミットス
イッチＬＳ（２）の信号ＬＳ２はの位置でオンとな
る。

【００２０】次に、コルゲート部２ｂのからまでの
位置では上述のようにトーチ回転角度θが平坦部２ａと
同じ値を示すため、コルゲート信号を得ることができな
い。そこで第３の信号を作り出す必要がある。この信号
は、常開接点のリミットスイッチＬＳ（１）と常閉接点
のリミットスイッチＬＳ（２）を直列に接続することに
よって第３のリミットスイッチ信号ＬＳとして得られ
る。

【００２１】よって、以上の３つの信号Corr.1，Corr.
2，及びＬＳに基づいて、コルゲート部２ｂを判別する
コルゲート信号Corr. を生成するものである。このコル
ゲート信号Corr. はの位置でオン、の位置でオフと
なるから、それぞれ，の位置で溶接条件を切り替え
ることが可能になる。

【００２２】以上の各信号に基づいて、図１に示すよう
にコルゲート部検出部４を構成する。すなわち、上記回
転角度検出器１０によりトーチ回転角度θのsin 成分が
得られる。このsin θは、比較器２１〜２４にそれぞれ
入力され、まず比較器２１において参照角度信号ref
と比較され、コルゲート信号Corr.1を得る。次に、比較
器２２において参照角度信号ref と比較され、リミッ
トスイッチ信号ＬＳ１を得る。また同様に、比較器２３
において参照角度信号ref と比較され、コルゲート信
号Corr.2を得、比較器２４において参照角度信号ref
と比較され、リミットスイッチ信号ＬＳ２を得る。

【００２３】そして、上記の２つのリミットスイッチ信
号ＬＳ１とＬＳ２から、上述のように第３のリミットス
イッチ信号ＬＳが生成される。次に、ＯＲ回路２５を設
け、以上の３つの信号Corr.1，Corr.2，ＬＳのうちいず
れかの信号がＯＲ回路２５に入力すれば、コルゲート部
であると判断するコルゲート信号Corr. を生成する。従
って、このコルゲート信号Corr. のオンにより、溶接条
件切替部２６がの位置で平坦部溶接条件からコルゲー
ト部溶接条件へ溶接条件を切り替え、またコルゲート信
号Corr. のオフにより、の位置でコルゲート部溶接条
件から平坦部溶接条件へ切り替えるのである。よって、
平坦部とコルゲート部の接続位置，でタイミング良
く溶接条件を切り替えることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、溶接トー
チの回転角度検出器の出力信号に基づいてコルゲート信
号を生成し、該コルゲート信号のオン・オフにより平坦
部とコルゲート部の接続位置を検出するものであるか
ら、構成が簡単で、かつ該接続位置を正確に検出するこ
とができる。よって、該接続位置で適切に溶接条件を切
り替えることができるので、均一かつ平滑な重ね溶接継
手が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるコルゲート部検出のた
めのブロック図である。

【図２】コルゲート部検出部における各種の信号のシー
ケンス図である。

【図３】コルゲート部における溶接速度のベクトル図で
ある。

【図４】コルゲート部で不整ビードが生じる場合の説明
図である。

【符号の説明】

１溶接トーチ２コルゲーションメンブレン２ａ平坦部２ｂコルゲート部２ｃフット部２ｄ接続位置３円弧状リングギヤ４コルゲート部検出部５溶接トーチの姿勢制御部６溶接トーチの速度制御部７倣いセンサ９ θ軸モータ１０回転角度検出器１１Ｘ軸モータ１２Ｙ軸モータ２１〜２４比較器２５ＯＲ回路２６溶接条件切替部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木善英東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コルゲーションメンブレンの重ね溶接に
おいて、溶接条件をコルゲーションメンブレンの平坦部とコルゲ
ート部で切り替えるとき、コルゲート部に対する溶接ト
ーチの回転角度を検出し、そのトーチ回転角度の検出信
号から前記コルゲート部を示すコルゲート信号を生成
し、該コルゲート信号のオン・オフにより前記平坦部と
コルゲート部の接続位置を検出することを特徴とするコ
ルゲート部の検出方法。