JPH09262667A - ２ヘッド式パイプ円周自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接作業時に、操作者の負担を軽減するととも
に、２ヘッドを有効に使用して作業効率の向上を図る。 【解決手段】溶接装置は、各々トーチ４ａ，４ｂを保持
する２つのヘッド３ａ，３ｂを同一軌道上に移動可能に
載置し、パイプ円周の自動溶接を行う。そのために、２
つのヘッドを操作するための１つのリモート操作パネル
２と、リモート操作パネルの操作に応じて、２ヘッドを
同期的に制御する機能を有する制御手段１とを備える。
２ヘッドを同期的に制御する機能は、両ヘッドにより、
Ｘ軸上の複数の箇所を分担して、溶接対象のパイプの開
先形状を同時に自動的に計測する機能、あるいは、両ヘ
ッドの干渉を検出・回避する干渉回避機能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプの突き合わ
せ溶接のようなパイプ円周溶接を自動的に行う装置に係
り、特に、それぞれトーチを搭載した２つの溶接ヘッド
を同一軌道上に走行させて自動溶接を行う２ヘッド式円
周自動溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスパイプライン敷設工事の際には、突
き合わせて固定されている２本のパイプの端面を全周溶
接により接続する。この溶接を自動溶接により行う場合
は、パイプにベルト状のガイドレールを巻き、このガイ
ドレール上に溶接ヘッドを走らせＭＡＧ（メタル・アク
ティブ・ガス）法等により溶接している。このような自
動溶接においては、元々は、１本のガイドレール上を走
行する溶接ヘッドは１台であった。

【０００３】しかし、パイプ円周自動溶接において、大
巾な溶接時間の短縮及び省力化を図るためには、１系列
方式では溶接速度や溶着量を増やすことには無理がある
ことから、同一円周の溶接を２台の溶接ヘッドで分担し
て行うことが行われ始めている。

【０００４】このような２系列方式については第１５１
回溶接法資料の「陸上ガイパイプライン自動溶接機」
「ガイパイプライン用内外面ＭＡＧ全自動溶接の開発」
「パイプラインの内外面同時高速円周溶接法」「パイプ
ライン高速回転アーク自動溶接」に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の２ヘッドを用い
る溶接装置は、１系列が１トーチ／１ヘッドの２系列を
別個独立に運転するものであり、特に２ヘッドの同時運
転の際には、ヘッド衝突などに操作者が細心の注意を払
わなければならず、操作者の負担が大きいという問題が
あった。

【０００６】したがって、両ヘッドの干渉を自動的に防
止できることが望ましい。

【０００７】また、２ヘッドを有効に利用して、作業効
率の向上をはかることが望ましい。

【０００８】本発明は、溶接作業時に、操作者の負担を
軽減するとともに、２ヘッドを有効に使用して作業効率
の向上を図ることができる２ヘッド式パイプ円周自動溶
接装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による２ヘッド式
パイプ円周自動溶接装置は、各々トーチを保持する２つ
の溶接ヘッドを同一軌道上に移動可能に載置し、パイプ
円周の自動溶接を行う溶接装置において、２つのヘッド
を操作するための１つのリモート操作パネルと、該リモ
ート操作パネルの操作に応じて、２ヘッドを同期的に制
御する機能を有する制御手段とを備えたものである。

【００１０】この装置において、前記２ヘッドを同期的
に制御する機能は、例えば、両ヘッドにより、Ｘ軸上の
複数の箇所を分担して、溶接対象のパイプの開先形状を
同時に自動的に計測する機能である。

【００１１】前記制御手段は、前記溶接対象のパイプの
開先形状を計測する機能として、Ｘ軸上の１カ所におい
て、両ヘッドのトーチのＹ軸およびＺ軸の計測値のヘッ
ド間誤差ΔＹｈおよびΔＺｈを求め、両ヘッドの各トー
チについて、自ヘッドの計測しなかったＸ軸位置におい
て機構ずれの補正を行う際には、他ヘッドが計測した計
測結果データを前記ヘッド間誤差ΔＹｈおよびΔＺｈに
より補正して利用して機構ずれの補正を行う。

【００１２】また、前記２ヘッドを同期的に制御する機
能は、両ヘッドの干渉を検出・回避する干渉回避機能で
あってもよい。

【００１３】前記制御手段は、前記干渉回避機能とし
て、ヘッドの動作状態に応じてヘッドの優先順位を予め
定めておき、両ヘッドの干渉の検出し、該干渉の検出時
にその時点の両ヘッドの動作状態を調べ、前記予め定め
た優先順位にしたがって優先順位の高い方のヘッドを主
ヘッド、優先順位の低い方のヘッドを従ヘッドとし、前
記主ヘッドの動作を継続するとともに、前記従ヘッドに
強制的に干渉回避動作を行わせる。

【００１４】前記干渉の検出は、両ヘッドの距離が予め
定めた安全距離より小さくなり、かつ、両ヘッドの距離
が減少する方向に変化することを検出することにより行
える。

【００１５】前記干渉回避動作は、干渉検出時に従ヘッ
ドが停止中または主ヘッドと逆方向へ移動中であった場
合、従ヘッドを主ヘッドの動作に追従させ、従ヘッドが
主ヘッドと同方向へ移動中であった場合、従ヘッドの速
度を増加させるよう前記従ヘッドを制御することができ
る。

【００１６】少なくとも主ヘッドの動作が完了した場
合、または主ヘッドが従ヘッドの目標位置よりさらに所
定距離以上離れた場合、従ヘッドの前記干渉回避動作を
終了することができる。

【００１７】両ヘッドの自動運転モードにおいて、前記
干渉の検出時に、従ヘッドの現在の位置および動作状態
を保存し、前記干渉回避動作終了した後、従ヘッドは先
に保存されている位置へ復帰し、保存されている動作状
態から動作を継続する。

【００１８】手動運転モードにおける手動操作時には、
操作の対象となっているヘッドを主ヘッドとする。

【００１９】前記干渉の検出の際、前記両ヘッド間の距
離に加えて、両ヘッドの速度をも参照して干渉を検出す
ることもできる。

【００２０】本発明では、ヘッド数（１台か２台か）と
動作モード（自動か手動か）の組合せを選択でき、１台
のリモート操作パネルの画面を切り分け２つのヘッド操
作を容易とすることができる。

【００２１】以上の構成により、溶接作業の効率向上、
溶接時間の短縮が達成出来る。また、２系列で２台の制
御手段としてのＮＣ制御装置を１台とすることによりコ
スト低減出来る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【００２３】図１により本発明の溶接装置の概略構成に
ついて述べる。被溶接材パイプ１０の接合部の開先部位
１１をパルスアーク自動溶接を行うため、パイプ外周に
着脱可能なガイドレール１２を取付ける。このガイドレ
ール１２上に、二つの溶接ヘッド３ａ，３ｂを搭載す
る。各溶接ヘッド３ａ，３ｂは、トーチ４ａ，４ｂを保
持しており、ＮＣ制御装置１からの指令に応じて、ガイ
ドレール１２上を移動しながらかつ開先部１１に対して
トーチ４ａ、４ｂを二次元ウィービングさせながら、パ
イプ１０の全周に渡り全姿勢溶接で行う。操作者は、リ
モート操作パネル２から溶接の各種操作を行うことがで
きる。なお、５ａ，５ｂは溶接用ソリッドワイヤ、６
ａ，６ｂはワイヤスプール、７ａ，７ｂは電源装置、８
ａ，８ｂは多芯用特殊ケーブル、９ａ，９ｂはキャピタ
イヤケーブル、１３はＬＣＤディスプレイ、１４はキー
ボード、１５はマウスであり、１台のＮＣ制御装置１に
より同時に２系列（どちらも同一仕様）を制御してい
る。

【００２４】図２に示すように、溶接ヘッド３ａ，３ｂ
のパイプ外周上の位置（時分で表す）Ｘ１軸，Ｘ２軸、
トーチ４ａ，４ｂのウィービングの開先部幅方向（パイ
プ軸方向）Ｙ１軸，Ｙ２軸及び溶接高さ方向（パイプ半
径方向）Ｚ1 軸，Ｚ２軸の各軸についてサーボ機構を備
え、計６軸はＮＣ制御装置１により制御されている。な
お、二次元ウィービングとは、トーチを溶接進行方向
（Ｘ軸）に対して直交するＹ軸方向およびＺ軸方向に、
開先部１１に沿って移動させる動作をいう。

【００２５】図３により、本実施の形態において溶接ヘ
ッド３（３ａ，３ｂ）に付属する部品について説明す
る。図では、便宜上、一方のヘッドのみを示してある。
各溶接ヘッド３には、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸毎にヘッドの位
置変化を検出するためのエンコーダ３２ｘ，３２ｙ，３
２ｚ（総称して３２で示す）および各軸毎に設けられた
機械原点（図示せず）を検出する原点センサ３１ｘ，３
１ｙ，３１ｚ（総称して３１で示す）が取り付けられて
いる。各軸エンコーダ３２は、その軸方向のヘッド移動
量に応じた個数のパルスを発生するデバイスであり、こ
のパルス数を計数することにより移動量を求めることが
できる。但し、Ｘ軸エンコーダ３２ｘについては、絶対
値エンコーダにより構成し、モータへの電源オフ期間中
にもその絶対的な位置を保持することができるようにし
てある。Ｙ軸およびＺ軸については、現在位置情報が失
われたとしても、移動のストロークが小さく、新たに機
械原点を検出・設定する手間および時間は問題にならな
いので、より簡易なインクリメンタル（相対値）エンコ
ーダを採用している。各軸の原点センサ３１は、各軸に
おける機械的な原点を示す機械原点を検出するためのセ
ンサであり、例えば、光学的なセンサを用いることがで
きる。Ｘ軸の機械原点は、ガイドレール１２の円周上の
予め定めた１カ所に設けられた指標であり、この例で
は、ガイドレール１２の頂部において設けた光遮断部材
（図示せず）である。Ｙ軸の機械原点はトーチのＹ軸方
向の後退位置に設けた光遮断部材（図示せず）である。
同様に、Ｚ軸の機械原点はトーチのＺ軸方向のほぼ最上
位位置に設けた光遮断部材（図示せず）である。勿論、
センサは光学的なものに限るものではなく、例えば、近
接センサのようなものを利用することもできる。これら
の各軸の原点を基準として、トーチの目標位置を指定す
ることができる。これらの原点の検出・設定は、溶接作
業の初期作業として行われる。

【００２６】図４に、図１に示したＮＣ制御装置１の構
成および他の各部との接続関係を示す。ＮＣ制御装置１
は、溶接用の制御データの作成、溶接状態の表示等を制
御するマイクロコンピュータ１０１、および、このマイ
クロコンピュータ１０１と接続される３軸モーションコ
ントローラ（ＣＰＵを含む）１０３を有する。マイクロ
コンピュータ１０１には、ハードディスク等からなる不
揮発性の大容量メモリ１０２も接続されている。モーシ
ョンコントローラ１０３は、溶接電源７ａ，７ｂ、溶接
ヘッド３ａ，３ｂ等の制御を行うＣＰＵを含み、このＣ
ＰＵの動作プログラムおよび各種データを格納する大容
量のＲＡＭ１０４を有する。また、モーションコントロ
ーラ１０３には、溶接電流、溶接電圧等の各種溶接パラ
メータを監視するためのパルス波形計測部１０５が接続
されている。モーションコントローラ１０３は、マイク
ロコンピュータ１０１から与えられるデータに基づいて
両ヘッドの３軸のサーボアンプ１０６ａ，１０６ｂを制
御し、その出力をケーブル８ａ，８ｂを介して溶接ヘッ
ド３ａ，３ｂに供給する。溶接ヘッド３ａ，３ｂにおい
ては、サーボアンプ１０６ａ，１０６ｂから与えられた
信号に従って、溶接ヘッド３ａ，３ｂのＸ，Ｙ，Ｚの各
軸モータが制御される。溶接ヘッド３ａ，３ｂには、前
述した各軸の原点センサ３１ａ，３１ｂが装着されてい
る。溶接ヘッド３ａ，３ｂには、また、ワイヤー送給装
置１０９ａ，１０９ｂが搭載されている。モーションコ
ントローラ１０３は、溶接電源７ａ，７ｂをも制御す
る。溶接電源７ａ，７からは、その各種パラメータの信
号がモーションコントローラ１０３およびパルス波形計
測部１０５に入力される。

【００２７】２系列を制御する最適な自動溶接条件の制
御プログラムを作るには、ＣＡＤ値（パイプの外径、板
厚、材質、開先形状などの設計値）を入力することによ
り、各種溶接条件、パラメータ、アルゴリズム及びプロ
グラム編成機能を格納しているロジックテーブルに従っ
て多層盛自動溶接制御プログラムとして制御装置１によ
り生成される。２系列ではないが、このようなロジック
テーブルの詳細およびこれを用いた溶接データの作成に
ついては、本願出願人が先に提案した特願平７−１７３
９２１号に開示されている。

【００２８】図５にリモート操作パネル２の正面図を示
す。この図からわかるように、リモート操作パネル２
は、表示部（ＬＣＤ）、非常停止ボタン、および各種の
操作キーを有する。これらの各操作キーの名称および操
作内容について、表１および表２に示す。

【００２９】

【表１】

【表２】 なお、表１中の「軸操作」における「ホームポジショ
ン」は、段取り作業モードにおいて、”ホーム”キー
＋”設定”キーにより登録した現在位置を示し、”ホー
ム”キー＋”設定”キーにより当該ホームポジションに
全軸を移動させることができる。また、”作原サーチ”
キー＋”起動”キーにより、Ｘ軸の作業原点（機械原点
と同じ）のサーチを行うことができる。

【００３０】図６に、標準的な溶接作業の手順を示す。
これは、自動運転ステップ（４９）以外は、操作者リモ
ート操作パネル２からの指示を受けながら、ＮＣ制御装
置１のモーションコントローラ１０３が実行する処理で
ある。

【００３１】まず、ＮＣ制御装置１の電源投入により初
期化処理を行い、リモート操作パネル２の表示部には初
期画面を表示する（ステップ４０）。初期画面には、マ
イクロコンピュータ１０１に予め設定されているパイプ
の口径、材質、肉厚等の情報が表示され、操作者はこれ
を確認し、必要であれば変更することができる。次に、
モーションコントローラ１０３は、マイクロコンピュー
タ１０１から各種パラメータデータの送信を受け、これ
を内部データとして設定する（ステップ４１）。このパ
ラメータデータには、システムパラメータ、溶接電源モ
ード情報、自動開先計測パラメータ、基本溶接条件パラ
メータ、アークセンス倣い制御パラメータ等を含む。シ
ステムパラメータには、１ヘッドシステムか２ヘッドシ
ステムかの選択、トーチ−Ｘ軸センサ間距離、干渉チェ
ック許容ヘッド間距離（安全距離）等を含む。自動開先
計測パラメータには、後述する開先形状の設計値やギャ
ップ計測の有無を指定するデータである。

【００３２】ついで、操作者は、ヘッド３ａをガイドレ
ール上に装着しケーブルを接続する。さらに、操作者の
指示に応じてそのサーボ電源をオンする（ステップ４
２）。なお、ここで操作者は、２ヘッド・１レールの
他、２ヘッド・２レール、一方のヘッドのみの選択等の
動作方式を選択することができるが、ここでは、２ヘッ
ド・１レールを選択したものとして説明を続行する。

【００３３】次に、操作者の指示に応じて、ヘッド３ａ
について前述したＸ軸機械原点のサーチを行い、その位
置をヘッド３ａの原点（Ｘ座標値０）として設定する
（ステップ４３）。ただし、Ｘ軸機械原点を検出するＸ
軸センサとトーチとの間はある程度離れているため、そ
の距離を予め測定しておき、トーチ−Ｘ軸センサ距離ｘ
を加味した位置を原点とする。例えば、Ｘ軸機械原点に
達した状態でトーチが機械原点から負側にずれている場
合、現在、ヘッドのＸ軸位置を−ｘと設定する。この状
態で、仮にヘッドをＸ軸の原点に復帰させれば、トーチ
が正しい原点位置へ移動して停止する。次に、ヘッド３
ａをパイプ頂部から待避させた後、もう一方のヘッド３
ｂについて、ヘッド３ａと同様の処理をステップ４４、
４５で行う。

【００３４】その後、両ヘッドの干渉検出処理を開始す
る。

【００３５】次に、操作者の指示にしたがって、各ヘッ
ドのトーチの作業上の原点（Ｙ軸座標０およびＺ軸座
０）を設定する（ステップ４６）。すなわち、まず一方
のヘッドをＸ軸原点に位置決めし、Ｙ軸およびＺ軸の各
機械原点にトーチを復帰させ、ついで手動操作（ＪＯ
Ｇ）によりトーチ先端を開先中心の管面高さに位置決め
する。そこで、この点を当該トーチ原点（Ｙ軸０、Ｚ軸
０）として設定する。Ｙ軸およびＺ軸の機械原点から当
該トーチ原点までのＹ軸距離およびＺ軸距離の値は保持
しておき、他方のヘッドのトーチについてもそれらの値
を適用して、当該ヘッドのトーチ原点を設定する。ヘッ
ド間の誤差については後述する方法により補正するの
で、他方のヘッドのトーチ原点の設定は省略して問題な
く、また、これにより作業時間の短縮が図れる。

【００３６】次に、操作者の手動操作によりいずれかの
ヘッドを管面周上に移動させ、周上の仮付け点を装置に
教示する（ステップ４７）。これは、後の開先計測の際
にその点を除外するためである。

【００３７】次に、操作者の指示に応じて、両ヘッドで
パイプ全周すなわちＸ軸上の複数の箇所を二分して、開
先計測を分担して行い、機構補正データを作成する（ス
テップ４８）。操作者は、リモート操作パネル２から、
開先計測時の周方向の計測ピッチ角度（例えば４５度、
９０度等）、開先計測開始ポイント（通常はポイント１
から）、計測ポイント数等を（通常は全ポイント）等を
指定することができる。開先計測データおよび上記仮付
け点のデータは、操作パネル２の画面に表示される。ま
た、これらのデータは、マイクロコンピュータ１０１へ
も転送される。

【００３８】そこで、操作者の指示に応じ、マイクロコ
ンピュータ１０１からのプログラムにしたがって、２ヘ
ッドによる溶接の自動運転が開始される（ステップ４
９）。この自動運転は、操作者の指示により中断・再開
することができる。また、中断後に手動による手直し溶
接を行うことも可能である。

【００３９】図７は、図６のステップ４８で説明した２
ヘッドによる開先形状計測の分担および動作順序を示
す。（ａ）（ｂ）はそれぞれヘッド３ａ，３ｂに対応し
ている。図の円はパイプの外周を示し、丸数字は計測点
の位置を示し、矢印は移動順序を示す。この例では、４
５度間隔の角度ピッチとし、ヘッド３ａが５点を担当
し、ヘッド３ｂが４点を担当している。パイプ頂部の点
丸１については両ヘッドがともに計測するようにしてい
る。これは、後述する両ヘッド間の誤差を吸収するため
である。

【００４０】図８（ａ）は、Ｘ軸上の１カ所における開
先形状計測の一例の処理シーケンスを示し、図８（ｂ）
は、その自動計測のトーチ移動経路を示している。
（ａ）の「ＳＥＮＳＥ」はワイヤの管面タッチによる計
測の指示を示し、「ＰＴＰ」は点間の移動指示を示して
いる。

【００４１】なお、開先計測中の、開先−ガイドレール
間のＹ軸方向のずれを補正するため、周上の各計測位置
において、開先スロープの第１点（Ｐ点、Ｒ点）の計測
時に、Ｙ軸後方の位置補正を行う。この補正は、管面と
Ｐ（Ｒ）点との間のＺ軸方向の距離が設計値と一致する
ように、Ｙ軸位置を補正することにより行う。

【００４２】図９は、開先形状計測の結果データを示
す。結果データは、開先計測の時期や開先の種類により
異なる。すなわち、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、初期
開先計測・管面計測の場合の１段開先の場合および２段
開先の場合の結果データを示す。（ｃ），（ｄ）は、そ
れぞれ、溶接中断開先計測の場合の１段開先の場合およ
び２段開先の場合の結果データを示す。初期開先計測と
は、溶接作業の初期の段取り作業にて行う計測であり、
ギャップ計測等、開先形状を詳細に計測するものであ
る。これに対し、溶接中断開先計測は、溶接作業を一時
中断して行う計測をいう。この計測では、管表面の計測
と溶接ビード高さの計測のみを行う。また、管面計測と
は、管表面のみを計測するものをいう。

【００４３】ところで、各ヘッドのＹ軸機械原点および
Ｚ軸機械原点、並びにそれらのセンサの設置位置は必ず
しも一致しない。そのため、各ヘッドが同じＸ軸位置に
おいて、同じＹ／Ｚ指令値に対して同じ機構ずれ補正を
行ってもトーチ先端のＹ／Ｚ軸位置は一致しない場合が
ある。図１０によりこれを説明する。

【００４４】図１０（ａ）は、Ｙ軸方向のヘッド間誤差
を説明するために、パイプ頂点のＸ軸原点における開先
形状計測時のヘッド３ａ，３ｂを示すものであり、便宜
上、ヘッド３ａ，３ｂを縦に並べて示している。図示の
ように、両ヘッドのＹ軸機械原点Ｏｙａ，Ｏｙｂ（また
はＹ軸センサ）がずれている場合、開先形状計測で同じ
開先中心をトーチによって検出しても、両者のＹ座標Ｙ
ａ，Ｙｂは一致しない。（なお、ここではＹ座標を機械
原点からの値として示しているが、実際には、前述した
トーチ原点からの値としてＹ座標は求められる。）換言
すれば、同じＸ軸位置において、ヘッド３ａ，３ｂが同
じＹ軸指令位置にトーチを移動させても、両者のＹ軸方
向位置は一致しない。このようなＹａとＹｂの差ΔＹｈ
がヘッド間のＹ軸誤差となる。同図（ｂ）は、Ｚ軸方向
のヘッド間誤差を説明するために、パイプ頂点のＸ軸原
点における開先形状計測時のヘッド３ａ，３ｂを示すも
のであり、便宜上、ヘッド３ａ，３ｂを横に並べて示し
ている。この図からわかるように、Ｚ軸に関してもＹ軸
と同様、ＺａとＺｂの差ΔＺｈがヘッド間のＺ軸誤差と
なる。

【００４５】図９で説明した結果データは、各ヘッド毎
に、別個に８点の計測点のデータを保持するものとす
る。そのため、他方のヘッドが計測した点については、
それらのデータをヘッド間誤差ΔＹｈ，ΔＺｈで補正し
て自己の計測点のデータと基準を合わせ、自ヘッドが計
測したと同等の結果データを得る。例えばヘッド３ａの
計測Ｙ座標がヘッド３ｂのそれよりΔＹｈだけ大きい場
合、ヘッド３ａはヘッド３ｂの計測した点に関するデー
タのＹ座標をΔＹｈだけ減少させて用いる。このように
して、各ヘッドは自ヘッド用に、全計測点の一組の結果
データを保持する。

【００４６】図１１に、開先形状計測の結果データに基
づいてＹ軸およびＺ軸の座標値を補正する機構補正ロジ
ックの一例を示す。これは、モーションコントローラ１
０３がソフトウエアにより実行するものであり、各ヘッ
ドに別個に設けられる。この機構補正ロジックは、与え
られた指令位置のＸ軸座標ＸｇおよびＺ軸座標Ｚｇか
ら、機構補正値テーブルＴＢを参照して補正値ΔＺｍ，
ΔＹｍを求めるものである。ΔＺｍは、Ｚ軸座標値Ｚｇ
の補正量であり、Ｘｇの位置から直近の２点におけるテ
ーブルＴＢのΔＺを参照し、その２点間のデータΔＺを
直線補間してΔＺｍを得る。ΔＹｍは、Ｙ軸座標値Ｙｇ
の補正量であり、Ｘｇの位置から直近の２点におけるテ
ーブルＴＢの係数ａ，ｂをそれぞれ直線補間してａ’，
ｂ’を求め、これから、 ΔＹｍ＝ａ’（Ｚｇ＋ΔＺｍ）＋ｂ’ によりΔＹｍを求める、なお、Ｙ軸の補正にＸ軸データ
のみならずＺ軸のデータをも用いているのは、開先中心
線の傾きに対処するためである。機構補正テーブルＴＢ
のΔＺ，ａ，ｂの各値は、次のようにして求められる。
すなわち、ΔＺは、そのＸ軸位置の開先中心Ｏ点のＺ軸
座標値に基づいて決まる。ｂの値は、同開先中心ＯのＹ
軸座標値に基づいて決まる。ａの値は、開先中心Ｏ点座
標（ＣＯＹ，ＣＯＺ）と、開先中心Ｒ点座標（ＣＲＹ，
ＣＲＺ）から次式により算出される。

【００４７】 ａ＝（ＣＯＹ−ＣＲＹ）／（ＣＯＺ−ＣＲＺ） このようにして求められたΔＺｍ，ΔＹｍでそのＸ軸位
置のＺ軸指令値およびＹ軸指令値を修正することによ
り、機構ずれを補正することができる。

【００４８】次に、溶接ヘッド３ａ，３ｂの２台のヘッ
ドの同時運転制御について説明する。円周の同一軌道上
での二つのヘッドの自動運行方法としては、同一方向に
連続運行させる運行法、あるいは反対方向に半周繰り返
し運行させる運行法等がある。ここでは、後者について
例示する。但し、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００４９】図１２に示すように自動溶接開始時には、
先行ヘッド３ａを０時の位置、後方ヘッド３ｂを２時の
位置に配置しスタートさせる。先ず、先行ヘッド３ａが
左回り方向にアーク溶接を進行すると同時に後方ヘッド
３ｂはアークを出さずに左回り方向に進行させ、０時の
位置に達したときアークＯＮにすると同時に、右回り方
向にアーク溶接を進行する。ヘッド３ａは６時の位置に
達すると、次の溶接層の溶接諸元で逆回り即ち、右回り
方向に溶接進行し、０時に達すると次の溶接層の溶接諸
元で左回り方向へと、０時〜９時〜６時の間を往復して
溶接する。ヘッド３ｂは同様に０時〜３時〜６時の間を
往復して溶接する。

【００５０】片方のヘッドがトラブルを起した場合は、
２ヘッド駆動から１ヘッド駆動に切換え、いずれか一方
のヘッドを単独で動作させることも可能である。なお、
その際には、他方のヘッドはガイドレール１２上から取
り外す。

【００５１】また、図１５に示すように、２台ヘッド動
作についての運転モードとしては、ヘッド２台か１台
か、自動か手動かの組合せの８通りの運転モードを選択
することができる。

【００５２】図１２に示したような２ヘッドの自動運行
制御によれば、理論的には両ヘッドが干渉するおそれは
ないが、現実には、いずれか一方のヘッドの誤動作、故
障等の原因により干渉が発生する場合がありうる。ま
た、図１２以外の、干渉を考慮しない運行方法あるいは
ヘッドの手動操作時等をも考慮すると、両ヘッドの干渉
を検出し、衝突の発生を未然に防止する手段を設けるこ
とが望ましい。

【００５３】図１３に、本実施の形態における干渉回避
処理のフローチャートを示す。この処理は、原点検出・
設定作業の後の溶接装置の動作中、モーションコントロ
ーラ１０３のＣＰＵにより、常時、実行されている。こ
の処理を説明する前に、図１４により、本例における、
ヘッドの優先順位の概念について説明する。この優先順
位は、干渉回避処理が必要となったとき、いずれのヘッ
ドにその干渉回避処理をさせ、いずれのヘッドにその動
作を続行させるかを決めるための基準として用いるもの
である。ここでは、動作を続行させる方のヘッドを主ヘ
ッドと呼び、回避動作を行わせる方のヘッドを従ヘッド
と呼ぶ。

【００５４】図１４に示すように、ヘッドの優先順位
は、両ヘッドの現在の動作状態によって決まり、移動に
支障のある状態の優先順位を高く設定している。具体的
には、「サーボＯＦＦ」が最も優先順位が高く、「アー
ク出力中」「プログラム動作中」「開先計測動作中」
「移動中」「干渉回避からの動作再会準備中（すなわち
復帰移動中）」「停止中」の順に順次優先順位が低くな
る。「サーボＯＦＦ」とは、モータ（特にＸ軸モータ）
が故障等の原因により動作不可能な状態に相当する。
「プログラム動作中」とは、自動運転のためのプログラ
ムの実行中であって、上位の項目（アーク出力中等）に
該当しないときに相当する。「停止中」は、移動可能で
あるが、その時点ではアーク出力、プログラム動作等を
行うことなく単に停止している状態である。両ヘッドの
状態が同じである場合には、予め定めた一方のヘッド
（ここではヘッド３ａ）を優先する。図９に示したヘッ
ドの各種動作状態は、特に図示しないが、例えば各々の
状態に対応したフラグをヘッド毎に保持し、所定の時点
でフラグの値を更新することができる。また、必要時に
これらのフラグを参照することにより、現在の各ヘッド
の状態を認識することができる。

【００５５】さて、図１３の処理において、まず、両ヘ
ッドの干渉チェックを行う。すなわち、予め定めた安全
距離より接近し、かつ、ヘッド衝突の可能性があるか否
かをチェックする（ステップ６１）。両ヘッドが安全距
離以内に接近したか否かは、両ヘッドのＸ軸位置の差に
より判定することができる。ヘッド衝突の可能性がある
か否かは、両者が接近しているのか、または遠ざかって
いるのかを両者の移動方向に基づいてチェックすること
により判定することができる。両ヘッド間の距離が安全
距離以内であっても両者の移動方向が逆で互いに遠ざか
っている場合にはヘッド衝突の可能性なしと判定され
る。ステップ６１の判定結果がＮｏである場合には、こ
の干渉チェックを続行する。判定結果がＹｅｓの場合に
は、両ヘッドの現在の状態に応じて、ヘッドの優先順位
を判定する（ステップ６２）。この詳細については、前
述したとおりであり、これにより、主ヘッドと従ヘッド
が定まる。

【００５６】そこで、干渉回避ヘッドすなわち従ヘッド
の動作情報をメモリに一時的に保存し、従ヘッドの動作
を中断する（ステップ６３）。ここでいう従ヘッドの動
作情報とは、動作状態（プログラム実行中、アーク出力
中等）、現在位置（動作を中断した位置）、移動指令
（移動目標位置、移動速度）を含む。また、中断する動
作とは、プログラム実行制御、開先計測シーケンス、軸
移動、ウィービング動作、アーク出力、アーク関連補正
を含む。なお、現在の運転モードが手動であれば、従ヘ
ッドの動作情報保存は必要ない。また、後述する従ヘッ
ドの干渉発生位置への復帰途中での再度の干渉の場合に
は既にヘッド動作情報は保存されているので、この保存
処理は不要である。

【００５７】従ヘッドがこの動作中断の時点で元々停止
していたならば（ステップ６４）、あるいは、両ヘッド
とも移動中でその移動方向が逆（互いに近づいている）
であるならば（ステップ６５）、ステップ６９の従ヘッ
ド干渉回避処理を行う。また、両ヘッドの移動方向が同
じである場合、両者の速度から主ヘッドが従ヘッドに追
いつくと判断された場合には（ステップ６６）、ステッ
プ６７の従ヘッド干渉回避処理を行う。ステップ６９の
従ヘッド干渉回避処理では、直ちに従ヘッドが主ヘッド
に追従するよう、従ヘッドを制御する。その後、主ヘッ
ドの移動方向が逆転したら（ステップ７０）、ステップ
７１へ進む。ステップ６７の従ヘッド干渉回避処理で
は、従ヘッドの速度を上げる。その後、従ヘッドの速度
が主ヘッドの速度に追いついたら（ステップ６８）、ス
テップ７１に進み、従ヘッドの停止指令を発する。従ヘ
ッドのサーボＯＦＦにより従ヘッドが動作不能である場
合には従ヘッドの干渉回避処理は行えないので、何らか
の警告を発することが望ましい。例えば、その旨の警告
をリモート操作パネル２に表示する。

【００５８】ステップ６６で主ヘッドが従ヘッドに追い
つくおそれのないことが両ヘッドの速度から判明した場
合には、干渉状態が自動的に解消すると判断し、従ヘッ
ド干渉回避処理を行うことなくステップ７１へ進む。

【００５９】従ヘッドのサーボＯＦＦまたは主ヘッドの
サーボＯＦＦが発生した場合（ステップ７２、７３）、
あるいは主ヘッドの動作が完了により移動停止した場合
（ステップ７４）、干渉状態が解消したものとして、ス
テップ７６へ移行する。

【００６０】ステップ７２、７３、７４において、いず
れの判定結果もＮｏである場合には、主ヘッドが従ヘッ
ドの移動の目標位置よりさらに安全距離だけ離れたか否
かをチェックする（ステップ７５）。移動の目標位置
は、ＮＣ制御装置１からの移動指令により認識すること
ができる。この判定結果がＮｏであれば、ステップ６４
に戻り、上記の処理を再度実行する。なお、ステップ７
１で従ヘッドを停止させたが、ステップ７５からステッ
プ６４に戻った後のステップ６４〜６６の判定で再度従
ヘッド干渉回避処理が行われる場合があり、このような
場合は、ステップ７１により従ヘッドの停止指令が働く
まもなく干渉回避処理により従ヘッドが移動させられる
ことになるので、従ヘッドは外見上継続して移動してい
るように見える。

【００６１】ステップ７５の判定結果がＹｅｓであれ
ば、現在の運転モードが手動か自動化を判断する（ステ
ップ７６）。手動であれば、最初のステップ６１に戻
る。自動であれば、ステップ６３で保存した従ヘッドの
干渉回避開始位置（干渉発生位置）へ従ヘッドを復帰さ
せる指令を発する（ステップ７７）。また、前記保存し
た動作情報を回復する。ついで、従ヘッドが中断してい
た動作を再開し（ステップ７８）、最初のステップ６１
に戻る。ステップ６１で再度干渉が検出された場合、新
たにヘッドの優先順位が判定される。この際、動作の進
展により主従の関係は先の場合と同じになるとは限らな
い。

【００６２】なお、実際には、従ヘッドの干渉回避開始
位置への復帰中にもステップ６１の干渉チェックが機能
しており、干渉発生時にはステップ６２へ移行する。

【００６３】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、システム構成および処理の具体的内容は例
示であり、請求の範囲を逸脱することなく種々の変形・
変更が可能である。

【００６４】

【発明の効果】２つの溶接ヘッドを同一軌道上に走行さ
せて自動溶接を行う２ヘッド式パイプ円周自動溶接装置
において、２つの溶接ヘッドを用いて開先形状計測の所
要時間を短縮するとともに機構ずれを高精度に補正する
ことができる。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る２ヘッド式パイプ円周自動溶接
装置の概略構成を示す構成図である。

【図２】 図１の溶接装置におけるヘッドおよびトーチ
の動作の説明図である。

【図３】 図１の溶接装置におけるヘッドの付属部品の
説明図である。

【図４】 図１の溶接装置のＮＣ制御装置１の内部構成
および外部装置との接続関係を示すブロック図である。

【図５】 図１内に示したリモート操作パネル２の正面
の外観図である。

【図６】 図１の溶接装置の溶接作業手順を示すフロー
チャートである。

【図７】 図６のフローの中に示した開先計測処理の２
ヘッドの分担例を示す説明図である。

【図８】 図６のフローの中に示した開先計測処理の動
作の説明図である。

【図９】 開先計測処理により得られる結果データの説
明図である。

【図１０】 ヘッド間誤差の説明図である。

【図１１】 開先計測処理により得られる結果データに
基づく機構ずれ補正ロジックの説明図である。

【図１２】 図１の溶接装置における２ヘッドの運行法
の一例の説明図である。

【図１３】 図１の溶接装置に適用されるヘッド干渉回
避処理のフローチャートである。

【図１４】 図６の処理に用いられるヘッドの優先順位
の説明図である。

【図１５】 図１の溶接装置の運転モードの説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ＮＣ制御装置、２…リモート操作パネル、３ａ，３
ｂ…溶接ヘッド、４ａ，４ｂ…トーチ、５ａ，５ｂ…溶
接用ソリッドワイヤ、６ａ，６ｂ…ワイヤスプール、７
ａ，７ｂ…電源装置、８ａ，８ｂ…多芯用特殊ケーブ
ル、９ａ，９ｂ…キャピタイヤケーブル、１０…パイ
プ、１１…開先部、１２…ガイドレール、１３…ディス
プレイ、１４…キーボード、１５…マウス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 壬生 生男 茨城県那珂郡那珂町菅谷2982−３ (72)発明者 前田 謙一 茨城県常陸太田市天神林町1225−47

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々トーチを保持する２つの溶接ヘッドを
   同一軌道上に移動可能に載置し、パイプ円周の自動溶接
   を行う溶接装置において、 ２つのヘッドを操作するための１つのリモート操作パネ
   ルと、 該リモート操作パネルの操作に応じて、２ヘッドを同期
   的に制御する機能を有する制御手段と、 を備えたことを特徴とする２ヘッド式パイプ円周自動溶
   接装置。
2. 【請求項２】前記２ヘッドを同期的に制御する機能は、
   両ヘッドにより、Ｘ軸上の複数の箇所を分担して、溶接
   対象のパイプの開先形状を同時に自動的に計測する機能
   である請求項１記載の２ヘッド式パイプ円周自動溶接装
   置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記溶接対象のパイプの
   開先形状を計測する機能として、 Ｘ軸上の１カ所において、両ヘッドのトーチのＹ軸およ
   びＺ軸の計測値のヘッド間誤差ΔＹｈおよびΔＺｈを求
   め、 両ヘッドの各トーチについて、自ヘッドの計測しなかっ
   たＸ軸位置において機構ずれの補正を行う際には、他ヘ
   ッドが計測した計測結果データを前記ヘッド間誤差ΔＹ
   ｈおよびΔＺｈにより補正して利用して機構ずれの補正
   を行うことを特徴とする２ヘッド式パイプ円周自動溶接
   装置。
4. 【請求項４】前記２ヘッドを同期的に制御する機能は、
   両ヘッドの干渉を検出・回避する干渉回避機能である請
   求項１記載の２ヘッド式パイプ円周自動溶接装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記干渉回避機能とし
   て、 ヘッドの動作状態に応じてヘッドの優先順位を予め定め
   ておき、 両ヘッドの干渉の検出し、 該干渉の検出時にその時点の両ヘッドの動作状態を調
   べ、前記予め定めた優先順位にしたがって優先順位の高
   い方のヘッドを主ヘッド、優先順位の低い方のヘッドを
   従ヘッドとし、 前記主ヘッドの動作を継続するとともに、前記従ヘッド
   に強制的に干渉回避動作を行わせることを特徴とする請
   求項３記載の２ヘッド式パイプ円周自動溶接装置。