JPH10137933A - 曲り板の片面溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲面ワ−クの開先の自動倣い溶接を実現す
る。溶接の生産性の向上。 【解決手段】 Ｘ走行台Ｙ１；その上のＹ走行台４；そ
れに垂下され垂直Ｚ軸を中心に回転可に支持されたベ−
ス２；これをＺ方向に昇降駆動する機構１２；ベ−ス２
をＺ軸中心に回転駆動するθ旋回機構１０；ベ−ス２に
支持され、開先のＺ位置及びθ方向のずれを検出する２
軸ポテンショメ−タＰ３；これより前方にあって同様に
開先のＺ位置及びθ方向のずれを検出する２軸ポテンシ
ョメ−タＰ２；および、ベ−ス２に支持され開先を溶接
ト−チ３０Ｌ，３０Ｔ;を備える。Ｐ２，Ｐ３の検出値
に従って開先の、θ方向の曲りおよび前後傾斜αを算出
して、これらに対応してベ−ス２を、θ旋回駆動および
Ｚ昇降駆動。更に、ト−チ角γ調整機構Ｍ７でα対応で
γを自動調整。ワ−クの左右傾斜βをＰ５，Ｐ４で検知
しオシレ−ト中心位置を調整。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲面状の被溶接材
により形成された開先を、３次元的に倣って溶接する装
置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、船体
の船首あるいは船尾等の外板にあてられる曲面鉄鋼パネ
ルどうしの突き当て部を片面溶接する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば造船においては、数枚の鉄鋼パネ
ル（例：１５ｍ×２０ｍ）を突き当てて片面溶接し、船
体の外板を製造する。ところで、船首あるいは船尾等の
外板のように、溶接後の形状が曲面となる部分にあてら
れる鉄鋼パネルどうしを溶接する場合には、各パネルを
所要の曲率となるよう油圧ジャッキで下から支持したま
ま、互いに突き当てて、その突き当て部すなわち開先
を、上方から溶接する。この場合の開先は、形成される
外板の曲面に沿ってのび、３次元的な曲りを有する。こ
のような開先を溶接する場合、直線状の開先を溶接する
ことが前提である自動溶接装置は使用できないので、従
来は人手による溶接作業が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、３次元的に曲
った開先の人手による溶接作業は、作業者の足場の確
保，溶接機器の配設などに、時間とスペ−スを要し、ま
た直線開先の溶接の場合よりも溶接作業時間がかかり、
溶接作業の生産性が低い。開先の曲り具合や溶接作業者
の技量の優劣により溶接品質にばらつきを生じ易く、後
手入れに多くの労力を要する。したがって溶接コストが
高い。

【０００４】本発明は、曲った開先の溶接作業を自動化
することを第１の目的とし、３次元的に曲った開先の溶
接生産性を高くすることを第２の目的とし、３次元的に
曲った開先の溶接を高品質，低コストにすることを第３
の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の曲り板の片面溶
接装置は、Ｘ通電指令に応じて駆動されるＸ走行モータ
(M1)を備え、水平Ｘ方向に走行するＸ走行台(Y1,Yz,RY,
Y2)；Ｘ走行台(Y1,Yz,RY,Y2)に支持され、Ｙ通電指令に
応じて駆動されるＹ走行モータ(M2)を備え、Ｘ走行台に
対して、Ｘ方向と直角なＹ方向に走行するＹ走行台
(4)；Ｙ走行台(4)に垂直Ｚ方向に昇降可および垂直Ｚ軸
(O)を中心に回転可に支持されたベ−ス(2)；Ｚ通電指令
に応じて駆動されて前記ベ−ス(2)を垂直Ｚ方向に昇降
駆動する昇降モータ(M4)を含むＺ昇降機構(12)；θ通電
指令に応じて駆動されて前記ベ−ス(2)を垂直Ｚ軸(O)を
中心に回転駆動する第１回転モータ(M3)を含むθ旋回機
構(10)；前記ベース(2)に支持され、その回転中心軸(O)
の延長線上の開先のＺ位置及びＺ方向と垂直な方向の位
置を検出する第１検出手段(P3)；前記ベース(2)に支持
され、その回転中心軸(O)より所定距離離れた位置の開
先のＺ位置及びＺ方向と垂直な方向の位置を検出する第
２検出手段(P2)；および、前記ベ−スに支持された、開
先を溶接するための溶接ト−チ(30L，30T）;を備える。

【０００６】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当部分
の記号を、参考までに付記した。

【０００７】これによれば、水平Ｘ方向に走行するＸ走
行台(RY)，Ｙ方向に走行するＹ走行台(4)およびＺ昇降
機構(12)によって、ベ−ス(2)の３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
の位置を定めあるいは調整することができる。しかし、
このベ−ス(2)で溶接ト−チを支持した場合、溶接ト−
チを開先の３次元分布に沿って溶接ト−チ（ベ−ス）を
駆動することはできるが、開先に対する溶接ト−チの姿
勢が開先の曲りにより基準姿勢からずれてしまう場合が
ある。本発明の溶接装置は、ベ−ス(2)を垂直Ｚ軸(O)を
中心に回転駆動するθ旋回機構(10)を備えるので、この
θ旋回機構(10)を用いて、開先の曲りに対応して、開先
に対して常に溶接ト−チが基準姿勢を維持するように、
溶接ト−チ（ベ−ス）を旋回させることができる。

【０００８】本発明では更に、第１及び第２検出手段(P
3,P2)の検出値より、被溶接材(W1,W2)の開先(b)が延び
る方向を横切る方向の開先の曲りθ’と、開先が延びる
方向の水平面に対する傾斜αを算出して、曲りθ’に対
応してθ旋回機構(10)を介してベ−ス(2)を旋回駆動
し、傾斜αに対応してＺ昇降機構(12)を介してベ−ス
(2)を昇降駆動することができる。これにより、開先の
曲りθ’（旋回方向）および前後傾斜αに溶接ト−チが
倣った曲面倣いの自動溶接が実現する。

【０００９】

【発明の実施の形態】前記ベース(2)に水平Ｘ軸を中心
に回転可に支持され、溶接ト−チ(30L，30T）を支持す
るト−チ支持フレ−ム(3)；および、γ通電指令に応じ
てト−チ支持フレ−ム(3)を水平軸(31a)を中心に回転駆
動する第２回転モータ(M7)を含むγ回転機構；を更に備
える。これによれば、前後傾斜αに対応してγ回転機構
を介してト−チ支持フレ−ム(3)を回転駆動して、被溶
接材(W1,W2)に対するト−チの前後角γを、被溶接材の
前後方向の曲りにもかかわらず実質上一定に維持するこ
とができる。

【００１０】ト−チ支持フレ−ム(3)は、溶接ト−チ(30
L，30T）を被溶接材(W1,W2)に対して接離可に支持し；
装置は更に、接離通電指命に応じて溶接ト−チ(30L，30
T）を接離駆動するト−チ上下モ−タ(M8,M10)を含むト
−チ上下機構；を備える。これによれば、傾斜αに対応
してト−チ上下機構(M8,M10)を介して溶接ト−チ(30L，
30T）を接離駆動して溶接ト−チを開先に対して定距離
に維持しうる。

【００１１】ト−チ支持フレ−ム(3)は、第１検出手段
(P3)と第２検出手段(P2)を結ぶ縦線と直交する方向に溶
接ト−チ(30L，30T）を被溶接材(W1,W2)に対して往復動
可に支持し；装置は更に、前記ベース(2)に支持され、
前記縦線と直交する方向に相対的に離れ、それぞれが、
開先を構成する第１被溶接材(W1)および第２被溶接材(W
2)の表面のＺ位置を検出する第３検出手段(P5)および第
４検出手段(P4)；および、オシレ−ト通電指令に応じて
溶接ト−チ(30L，30T）を往復駆動するオシレートモー
タ(M9,M11)を含むオシレ−ト機構；を備える。これによ
れば、開先(b)が延びる方向と直交する方向の被溶接材
の水平面に対する傾斜βを第３および第４検出手段(P5,
P4)の検出値より算出し、傾斜βに対応してオシレ−ト
機構(M9,M11)による溶接ト−チ(30L，30T）のオシレ−
ト往復駆動の振り幅中心をずらして、振り幅中心を開先
中心に倣わせることができる。

【００１２】装置は更に制御手段(8)を備え；この制御
手段(8)が、被溶接材(W1,W2)の開先(b)が延びる方向を
横切る方向の開先の曲りθ’と、開先が延びる方向の水
平面に対する傾斜αを、第１及び第２検出手段(P3,P2)
の検出値より算出し、開先(b)が延びる方向と直交する
方向の被溶接材(W1,W2)の水平面に対する傾斜βを第３
および第４検出手段(P5,P4)の検出値より算出し、曲り
θ’に対応してθ旋回機構(10)を介して前記ベ−ス(2)
を旋回駆動し、傾斜αに対応してＺ昇降機構(12)を介し
て前記ベ−ス(2)を昇降駆動し、傾斜αに対応してγ回
転機構(M7)を介してト−チ支持フレ−ム(3)を回転駆動
し、傾斜αに対応してト−チ上下機構(M8,M10)を介して
溶接ト−チ(30L，30T）を接離駆動し、傾斜βに対応し
てオシレ−ト機構(M9,M11)による溶接ト−チ(30L，30
T）のオシレ−ト往復駆動の振り幅中心をずらす。

【００１３】これによれば、開先の曲りθ’（旋回方
向）および前後傾斜αに溶接ト−チ(30L，30T）が倣
い、被溶接材(W1,W2)に対するト−チの前後角γが、被
溶接材の前後方向の曲り(α)にもかかわらず実質上一定
に維持され、傾斜αに対応して溶接ト−チ(30L，30T）
が開先に対して接離して溶接ト−チが開先に対して定距
離に維持され、かつ、傾斜βに対応してオシレ−ト機構
(M9,M11)による溶接ト−チ(30L，30T）のオシレ−ト往
復駆動の振り幅中心が開先中心を倣う。すなわち曲面自
動倣い溶接が実現する。

【００１４】したがって、３次元的に曲った開先の人手
による溶接作業のための、作業者の足場の確保，溶接機
器の配設などが不要となり、これらに要する時間とスペ
−スが節約となる。開先の曲り具合や溶接作業者の技量
の優劣による溶接品質のばらつきが低減し、後手入れの
労力が低減する。したがって溶接コストが低減する。本
発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実
施例の説明より明らかになろう。

【００１５】

【実施例】図１〜図３に、本発明の一実施例の溶接装置
１を示す。以下に参照する図１〜図４，図７〜図１０に
おいて、Ｚ矢印方向を上とし、Ｙ矢印方向を前とすると
ともに、Ｘ矢印方向を右とする。図１は、溶接装置１を
斜め上方から見下した斜視図相当の、機構概要を表す簡
略図である。ワーク（被溶接材）Ｗ１，Ｗ２は、図１０
に示すように、互いに向いあう縁を突き当てた状態で、
作業床面Ｆ上に設置された図示しない複数の油圧ジャッ
キにより下支持され、各ジャッキの支持高の調整により
所望の曲面形状となっている。すなわち３次元的に曲が
っている。ワ−クＷ１，Ｗ２の突き当てられた縁と縁の
間にできた開先ｂは、ワークＷ１，Ｗ２が所要の角度で
３次元的に曲げられているので、図示例においては、ワ
−クは左前方が高い登り傾斜になっている。

【００１６】図１において、床面Ｆ上には、水平Ｘ方向
に延びるＸ方向レールＸ１が敷設されており、該レール
Ｘ１よりも前方上方に（床面Ｆより離れて）、レールＸ
１と平行なＸ方向レールＸ２が、図示しない支持柱によ
り支持されている（図４）。２本のレールＸ１とＸ２を
Ｘレール対ＲＸとする。

【００１７】レールＸ１にＸ走行台Ｙ１が、レ−ルＸ２
にＸ走行台Ｙ２が載っており、これらのＸ走行台Ｙ１と
Ｙ２が支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹを支持してい
る。支持柱ＹｚおよびＹ方向レ−ルＲＹは直交し一体連
続である（図４）。Ｘ走行台Ｙ１の駆動車輪は、Ｘ走行
台Ｙ１に搭載されたモータＭ１により図示しない減速機
構を介して回転駆動される。モータＭ１が通電され、Ｘ
走行台Ｙ１の駆動車輪が回転駆動されてＸ走行台Ｙ１が
レールＸ１上を走行すると、支持柱ＹｚおよびＹ方向レ
−ルＲＹがレールＸ１，Ｘ２に沿ってＹ軸に平行な状態
でＸ方向左または右に移動する。

【００１８】Ｙ方向レ−ルＲＹに溶接装置１の走行台車
（Ｙ走行台）４の車輪４ａ〜ｄが載せられている。走行
台車４の車輪４ａ〜ｄの回転軸には、図示しないスプロ
ケットホイールが一体固着されており、該スプロケット
ホイールに、レールＲＹに沿って配設された輪状のチェ
ーンベルトｃｈ（図４）が噛み合う。チェーンベルトｃ
ｈは、走行台車４に載置されたモータＭ２により回転駆
動され、それに伴い走行台車４がレールＲＹ上をＹ方向
に移動する。

【００１９】図２に、溶接装置１を図１に示した一点鎖
線矢印２Ａ方向より見た図を示し、図３には、溶接装置
１を図１に示した一点鎖線矢印３Ａ方向より見た図を示
す。走行台車４の中央部には、上下に貫通する穴が開い
ており、該穴を中空で柱状の昇降管１２がＺ方向に昇降
自在に貫通している。昇降管１２の外面には、それぞれ
Ｚ方向に延びるレール１３ａ〜ｃが装着されており、そ
れらは、それと対向する走行台車４の穴の内面に設けら
れたスライダに、Ｚ方向に昇降自在にはまっている。昇
降管１２の下部の外壁には、ｚ方向に延びるネジ棒Ｍ４
ｓを回転駆動する昇降モータＭ４が固着支持されてい
る。走行台車４には、台車部をＺ方向に貫通するねじ穴
があり、該ねじ穴とネジ棒Ｍ４ｓがねじ結合している。
ここで、走行台車４は、Ｙレ−ルＲＹで下支持されてい
るので、昇降モータＭ４がネジ棒Ｍ４ｓを回転駆動する
と、走行台車４に対して昇降管１２が、Ｚ方向に昇降す
る。昇降管１２の軸心を、Ｚ方向に延びる中空の旋回軸
１０が水平回転自在に貫通する。走行台車４の上面から
突出する昇降管１２の上開口近くの外壁に、回転モータ
Ｍ３が固着支持されている。回転モータＭ３の回転軸に
は平歯車が固着されており、水平方向に回転する。旋回
軸１０の上開口の縁には平ギアが一体になっており、該
ギアに回転モータＭ３の平歯車が噛み合う。回転モータ
Ｍ３が通電されると、その回転軸に一体の平歯車が回転
し、ギアを介して旋回軸１０が昇降管１２に対して回転
中心線Ｏを中心として回転する。

【００２０】旋回軸１０の下端部には、センサベース２
が支持されている。旋回軸１０の回転に伴いセンサベー
ス２が水平方向に回転する。回転モータＭ３の回転軸に
は、ポテンショメータＰ１の回転軸が連結されており、
ポテンショメータＰ１は、旋回軸１０の旋回角θを示す
電気信号を発生する。

【００２１】センサベース２の下部の、回転中心線Ｏの
位置には、該中心線Ｏと直交する水平方向（図２では紙
面と垂直な方向，図３ではｘ方向）とＺ方向に移動自在
の第１の開先倣いロ−ラがあり、この第１の開先倣いロ
−ラに２軸型のポテンショメ−タＰ３が結合されてい
る。ポテンショメ−タＰ３は、第１の開先倣いロ−ラを
回転自在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポ
テンショメ−タと、該支持杆のＺ位置を検出するポテン
ショメ−タを有し、回転中心線Ｏの位置での、センサベ
−ス２に対する開先の水平方向位置およびＺ位置を表わ
す電気信号を発生する（図２）。

【００２２】センサベース２の下部の、回転中心線Ｏか
ら所定距離離れた位置には、水平方向（図２では紙面と
垂直な方向，図３ではｘ方向）とＺ方向に移動自在の第
２の開先倣いロ−ラがあり、この第２の開先倣いロ−ラ
に２軸型のポテンショメ−タＰ２が結合されている。ポ
テンショメ−タＰ２も、第２の開先倣いロ−ラを回転自
在に支持する支持杆の水平方向位置を検出するポテンシ
ョメ−タと、該支持杆のＺ位置を検出するポテンショメ
−タを有し、回転中心線Ｏから所定距離離れた位置で
の、センサベ−ス２に対する開先の水平方向位置および
Ｚ位置を表わす電気信号を発生する（図２）。

【００２３】ポテンショメ−タＰ３とＰ２が検出した水
平方向位置の差は、センサベース２（の水平な基準線）
に対する開先の水平方向の曲り（斜め角）に対応し、ポ
テンショメ−タＰ３とＰ２が検出したＺ位置の差は、水
平面に対する開先線の傾斜角（前後角）α（図２）に対
応する。

【００２４】センサベース２の下部の、第１および第２
の開先倣いロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）を結ぶ縦線と直交し、
回転中心線Ｏから所定距離離れた位置に、第１のワ−ク
倣いロ−ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支
持杆のＺ位置を、ポテンショメ−タＰ５が検出し、該Ｚ
位置を表わす電気信号を発生する（図３）。また、セン
サベース２の下部の、前記縦線と直交し、回転中心線Ｏ
から所定距離離れかつ回転中心線Ｏに関して第１のワ−
ク倣いロ−ラと対向する位置に、第２のワ−ク倣いロ−
ラがあり、このロ−ラを回転自在に支持する支持杆のＺ
位置を、ポテンショメ−タＰ４が検出し、該Ｚ位置を表
わす電気信号を発生する（図３）。ポテンショメ−タＰ
５とＰ４が検出したＺ位置の差は、水平面に対するワ−
クの傾斜角（左右）β（図３）に対応する。

【００２５】第１のワ−ク倣いロ−ラ（Ｐ５）には、ロ
−タリエンコ−ダＰ６が結合されており、該ロ−ラ（Ｐ
５）の所定小角度の回転につき１パルスの電気信号を発
生する。このパルスをカウントすることにより、センサ
ベース２の、開先に沿った移動量が分かり、所定時間の
間のカウントアップ値は、センサベース２の、開先に沿
った移動の速度Ｖ（溶接速度）を表わす。

【００２６】図２を参照すると、第１および第２のワ−
ク倣いロ−ラ（Ｐ５，Ｐ４）の配列方向（図２の紙面に
垂直な方向）に延びる回転軸３１ａが、センサベース２
の略中央を回転自在に貫通している。センサベース２に
はモータＭ７があり、その出力軸は減速機構を介して、
回転軸３１ａに連結され、モータＭ７に通電があると、
モータＭ７の回転軸の回転は減速機構により減速されて
回転軸３１ａに伝えられる。回転軸３１ａには、ト−チ
支持フレ−ム３が固着されている。回転軸３１ａの回転
に伴いト−チ支持フレ−ム３が回転軸３１ａを中心とし
て回動し、フレ−ム３で支持された溶接トーチ３０Ｌ，
３０Ｔの、ワ−クに対する前後角γが変わる。回転軸３
１ａの回転角度を表わす電気信号をポテンショメ−タＰ
７が発生する。

【００２７】溶接トーチ３０Ｌは、トーチの突き出し，
引き込み（接離）駆動を行うモータＭ８を含む接離機
構、ならびに、溶接トーチ３０Ｌを開先の幅方向にオシ
レ−ト駆動するオシレートモータＭ９を含むオシレ−ト
機構を介して、ト−チ支持フレ−ム３で、開先の深さ方
向に昇降（接離）可および開先の幅方向にオシレ−ト可
に支持されている。溶接ト−チ３０Ｔも、トーチの突き
出し，引き込み（接離）駆動を行うモータＭ１０を含む
接離機構、ならびに、溶接トーチ３０Ｔを開先の幅方向
にオシレ−ト駆動するオシレートモータＭ１１を含むオ
シレ−ト機構を介して、ト−チ支持フレ−ム３で、開先
の深さ方向に昇降（接離）可および開先の幅方向にオシ
レ−ト可に支持されている。

【００２８】センサベース２にはさらに、ワイヤ供給装
置５がある。ワイヤ供給装置５は、２組のワイヤフィー
ダとそれらを駆動するモータＭ５，Ｍ６からなる。２本
の溶接ワイヤｗａ１，ｗａ２は、走行台車４の上部に載
置されているワイヤパックｗｐより、旋回軸１０内軸心
部をＺ方向に貫通する管１４内を通り、管１４の排出口
１４ａよりワイヤ供給装置５に供給され、その中のワイ
ヤフィーダを通り、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔにそれぞ
れ供給される。

【００２９】溶接が開始されると、モータＭ５，Ｍ６が
ワイヤフィーダを駆動し、ワイヤｗａ２，ｗａ１をワイ
ヤパックｗｐから溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌにそれぞれ
供給する。溶接トーチ３０ＬのモータＭ８は、溶接トー
チ３０Ｌの突出長（開先ｂとの距離）を所定値（後述す
る制御回路からの通電指令に基づく）に調整し、モータ
Ｍ９が溶接速度Ｖに応じた速さで、溶接トーチ３０Ｌを
オシレート駆動する。また、溶接トーチ３０Ｔのモータ
Ｍ１０は、溶接トーチ３０Ｔの突出長（開先ｂとの距
離）を所定値（後述する制御回路からの通電指令に基づ
く）に調整し、モータＭ１１が溶接速度Ｖに応じた速さ
で、溶接トーチ３０Ｔをオシレート駆動する。

【００３０】図４に、前述した各モータＭ１〜Ｍ１１，
ポテンショメ−タＰ１〜Ｐ５，Ｐ７及びロ−タリエンコ
−ダＰ６の配置および機能をまとめて示す。また図５に
は、上述したモータＭ１〜Ｍ１１の駆動対象を示し、図
６には、上述したポテンショメ−タＰ１〜Ｐ５，Ｐ７お
よびロ−タリエンコ−ダＰ６の検知対象を示す。図５上
のＡ〜Ｄは、作業環境により調整する値である。

【００３１】各モータＭ１〜Ｍ１１の正，逆回転の通電
制御は、センサベース２の近傍に取り外し可能に装着で
きるペンダント９（図３）を介して、初期設定の時には
作業者が行うが、溶接を開始すると、ペンダント９内の
制御回路８が、Ｐ１〜Ｐ７の検出値を参照しつつ自動で
行う。センサベース２内には、各モータをそれぞれ駆動
するモータドライバがあり、ペンダント９から与えられ
た通電指令は、これらのモータドライバに伝えられ、各
モータドライバは、ペンダント９より与えられた通電指
令に従って、それぞれに接続されているモータを駆動す
る。

【００３２】制御回路８は、溶接スタ−トが与えられる
と、それまでにペンダント９から入力された情報と、ポ
テンショメ−タＰ１〜Ｐ５，Ｐ７及びロ−タリエンコ−
ダＰ６の検出値に従って、開先ｂに溶接ト−チを倣わ
せ、かつ開先に対して溶接ト−チを設定された姿勢およ
びねらい位置に制御し、溶接速度を設定速度とする、Ｘ
走行台(Y1,Yz,RY,Y2)，Ｙ走行台４の走行速度制御，セ
ンサベ−ス２のθ回転制御，ト−チ支持フレ−ム３のγ
回転制御，ト−チの突出し（接離）およびオシレ−ト幅
中心の開先倣い制御を行なう。

【００３３】図１１には、制御回路８の制御動作を表す
メインルーチンを示す。制御回路８は電源が投入される
と、ステップ１において、内部メモリ，カウンタ等を全
てクリアする。そして、ペンダント９上のランプ（図示
せず）を点灯してメモリの初期化が終了したことを示
し、作業者の入力待ちになる（初期化）。この時、各モ
ータＭ１〜Ｍ１１は、ペンダント９の制御盤（図示せ
ず）上のキー操作に応じて作業者が駆動できる。以降の
図１１及び図１２の説明において、カッコ内には「ステ
ップ」という語を省略してステップＮｏ．数字のみを示
す。

【００３４】作業者は、ペンダント９上のランプの点灯
により初期化が終了したことを確認すると、ペンダント
９の制御盤（図示せず）上のキーを操作して、モータＭ
１〜Ｍ１１を選択的に駆動（通電）して、溶接トーチ３
０Ｌ，３０Ｔの開先ｂに対する姿勢及び距離を決定す
る。詳しくいえば、 １．モータＭ１，Ｍ２を駆動して、回転中心線Ｏを開先
ｂ上のセンシング開始点Ｏｐ（図１，２，３）に移動さ
せ、モ−タＭ４を駆動してセンサベース２を降ろし、第
１の開先倣いロ−ラ（Ｐ３）を該センシング開始点（開
先内）に置く。センシング開始点は、開先線の両端部の
うち、Ｚ位置（高さ）が低い方の端部である。なお、ワ
−クＷ１，Ｗ２は、開先線がＹ軸と大略で平行になるよ
うに、床Ｆに配置されている。

【００３５】２．モータＭ３を駆動して旋回軸１０（セ
ンサベース２）を旋回させ、第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ
２）を、第１の開先倣いロ−ラ（Ｐ３）に対して溶接方
向前方の開先ｂ内に置く。

【００３６】３．モータＭ４を駆動してセンサベース２
を昇降して、第１および第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ３，
Ｐ２）が開先内にあって、それらのＺ位置がＺ位置移動
範囲の中央近くに有り、しかも第１および第２のワ−ク
倣いロ−ラ（Ｐ５，Ｐ４）がワ−クに当りそれらのＺ位
置がＺ位置移動範囲の中央近くにあるように、センサベ
−ス２の高さを調節する。

【００３７】４．開始姿勢設定を指示する。制御回路８
は開始姿勢設定指示に応答して、この時のポテンショメ
−タＰ３，Ｐ２のの電気信号をデジタル変換して読込
む。そして、ポテンショメ−タＰ３，Ｐ２の水平方向位
置（図２の紙面に垂直な方向）が中立点（水平方向位置
ずれ零）となるように、モ−タＭ３でセンサベ−ス２を
回転駆動する。これにより、第１の開先倣いロ−ラ（Ｐ
３）および第２の開先倣いロ−ラ（Ｐ２）の水平方向位
置がセンサベ−ス２に対して基準位置（水平方向位置ず
れなし）となり、両ロ−ラ（Ｐ３，Ｐ２）を結ぶ縦線上
に溶接ト−チ３０Ｌ，３ＯＴが位置する。

【００３８】５．モータＭ７を駆動して溶接ヘッド３を
γ回転駆動し、溶接トーチ３０Ｔ，３０Ｌの開先ｂに倣
う方向の角度（前後角γ）を、適値に調整する。

【００３９】６．モータＭ５，Ｍ６を駆動して、溶接ト
ーチ３０Ｔ，３０Ｌに溶接ワイヤｗａ１，ｗａ２を供給
する。

【００４０】７．モータＭ９，Ｍ１１を駆動して、溶接
トーチ３０Ｔ，３０Ｌをオシレートさせ、開先ｂに対
し、直交する方向のオシレ−ト幅およびオシレ−ト幅中
心位置を調整する。

【００４１】８．モータＭ８，Ｍ１０を駆動して、溶接
トーチ３０Ｔ，３０Ｌの突き出し長すなわち、開先ｂと
トーチ先端部との距離を調整する。

【００４２】上記１〜７の手順は初期設定の手順の一例
であり、順序は必要に応じて変更，操り返しあるいは省
略すれば良い。さらに、作業者はペンダント９上の操作
盤上のキーを介して所要の溶接速度Ｖsを入力する。作
業者は初期設定が完了すると、ペンダント９上の操作盤
上で、初期設定が完了したことを示すキー操作を行う。

【００４３】制御回路８は、入力があった溶接速度Ｖs
をレジスタにセ−ブし、初期設定完了の入力があると、
この時のポテンショメ−タＰ１〜Ｐ５，Ｐ７の電気信号
をデジタル変換して読込み、かつ、オシレ−ト幅および
オシレ−ト幅中心位置をレジスタにセ−ブする。そし
て、ポテンショメ−タＰ３，Ｐ２の水平方向位置（図２
の紙面に垂直な方向）が中立点（水平方向位置ずれ零）
でないときには、上記４．と同様に、モ−タＭ３でセン
サベ−ス２を回転駆動し、これを終えると、上記５．〜
８．の調整をうながす報知をする。ポテンショメ−タＰ
３，Ｐ２の水平方向位置（図２の紙面に垂直な方向）が
中立点にあり、しかも、ポテンショメ−タＰ１が表わす
回転角度θ，ポテンショメ−タＰ７が表わす回転角度
（γ：水平面に対するト−チ前後角），ト−チの突出し
長（接離距離），オシレ−ト幅およびオシレ−ト幅中心
位置がそれぞれ適値であるかを、それぞれが各設定範囲
内にあるかをチェックすることにより判定し、適値であ
ると溶接スタ−ト可を報知する。適値でないと、適値で
ないものの再調整をうながす報知を発生する。

【００４４】溶接スタ−ト可を報知すると制御回路８
は、作業者のキー操作による溶接開始指示が到来するま
で待機し、溶接開始指示が到来すると溶接を開始する
（３）。なお、溶接を中断したい場合にも作業者は、や
はりペンダント９の操作キーのキー操作により「溶接停
止」を入力する。「溶接停止」については後述する。

【００４５】図１２に、ステップ４の「溶接」のサブル
ーチンを示す。ここで制御回路８は、ロ−タリエンコ−
ダＰ６が１パルス発生するごとにそれをカウントアップ
し、所定周期で、カウントアップ値を読んで溶接速度Ｖ
を算出してレジスタにセ−ブしてカウントアップ値を初
期化（クリア）する（４１）と共に、ポテンショメ−タ
Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ７の電気信号をデジタル変換して読込む
（４２）。そして次の状態情報を演算する（４３）。

【００４６】開先の曲りθ’：回転θ方向の、センサベ
−ス２に対する開先ｂの曲りθ’の算出。ポテンショメ
−タＰ３とＰ２が検出した水平方向の位置の差より算出
する。

【００４７】開先の前後角α：センサベ−ス２直下の開
先線の水平面とのなす角α（図２）の算出。ポテンショ
メ−タＰ３とＰ２が検出したＺ位置の差より算出する。

【００４８】ワ−クの左右傾斜β：開先を横切る方向の
ワ−クの傾斜角β（図３）の算出。ポテンショメ−タＰ
５とＰ４が検出したＺ位置の差より算出する。

【００４９】こうして状態情報θ’，αおよびβを算出
すると、制御回路８は、センサベ−ス２に対する開先の
曲りθ’を零とするための、センサベ−ス２のθ回転の
目標角度Θ＝θ＋θ’を算出して、 Ｘ走行目標速度Ｖsx＝Ｖs cosΘ， Ｙ走行目標速度Ｖsy＝Ｖs sinΘ， Ｘ走行速度 Ｖx ＝Ｖ cosΘ， Ｙ走行速度 Ｖy ＝Ｖ sinΘ を算出する（４４）。θはポテンショメ−タＰ１の検出
値である。図９には、センサベ−ス２の移動方向および
移動速度（溶接速度）Ｖと、開先線との関係を示す。移
動速度ＶのＸ方向成分はＶ cosΘ、Ｙ方向成分はＶ sin
Θとなる。

【００５０】制御回路８は、次に目標値を算出する（４
５）。これにおいてはまずＸ走行目標速度Ｖsxに対する
Ｘ走行速度Ｖxの偏差を算出し、ＰＩＤ演算によりこの
偏差を零とするためのモ−タＭ１の通電電流目標値を算
出する。同様に、Ｙ走行目標速度Ｖsyに対するＹ走行速
度Ｖyの偏差を算出し、ＰＩＤ演算によりこの偏差を零
とするためのモ−タＭ２の通電電流目標値を算出する。
更に、初期設定を完了したときに読込んだポテンショメ
−タＰ２〜Ｐ５，Ｐ７の検出デ−タならびにオシレ−ト
幅，オシレ−ト幅中心位置およびト−チ突出し長（接離
距離）と、今回読込んだポテンショメ−タＰ２〜Ｐ５，
Ｐ７の検出デ−タに基づいて、初期設定のときと実質上
同一の、開先／ト−チ間の相対位置および姿勢を維持す
るためのト−チ前後角γの目標値，ト−チ突出し長目標
値，オシレ−ト幅目標値およびオシレ−ト幅中心位置目
標値を算出する。図７には、ワ−クの左右傾斜βに対応
した、オシレ−ト幅中心位置の所要ずらし量ｄｘβを示
す。初期設定のときの所要ずらし量に対する今回算出し
た所要ずらし量ｄｘβの偏差分、初期設定のときのオシ
レ−ト幅中心位置デ−タをシフトした値をオシレ−ト幅
中心位置目標値とする。

【００５１】次に制御回路８は、算出した目標値に基づ
いてＭ１〜Ｍ１１を駆動する（４６）。すなわち最新の
目標値に従ったモ−タ駆動を行なう。これにおいて、制
御回路８は、ポテンショメ−タＰ３が検出したＺ位置が
初期設定を完了したときのＺ位置となるようにモ−タＭ
４を駆動してセンサベ−ス２を昇降駆動し、ポテンショ
メ−タＰ１の検出角度θが目標角度Θになるようにモ−
タＭ３を駆動し、ト−チ前後角γ，ト−チ突出し長，オ
シレ−ト幅およびオシレ−ト幅中心位置をそれぞれ目標
値に合わすようにモ−タＭ７〜Ｍ１１を駆動する。ま
た、Ｘ走行速度ＶxおよびＹ走行速度Ｖyがそれぞれ目標
値ＶsxおよびＶsyに合致するようにモ−タＭ１およびＭ
２を加，減速する。

【００５２】そして制御回路８は、作業者がペンダント
９上の操作キーを介して「溶接停止」指示を入力した
か、あるいは第２の開先倣いロ−ラ（ポテンショメ−タ
Ｐ２）が開先ｂの終端に到達したかをチェックして（４
７）、そのどちらかであれば図１１のステップ５に戻
る。しかし、どちらも成立していないときには、制御周
期を定めるタイマのタイムオ−バを待って、ステップ４
１に進み、次の制御サイクルを開始する。

【００５３】「溶接停止」指示が入力されるかあるい
は、ポテンショメ−タ２の電気信号が開先終端を示すも
のになると、制御回路８は、ステップ５（図１１）の終
了処理を実行し、溶接トーチ３０Ｌ，３０Ｔの溶接を停
止して各モータを停止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を斜め上方から見下した斜
視図であり、機構要素を簡略化して示す。

【図２】 図１に示す溶接装置１を図１に示した一点鎖
線矢印２Ａ方向より見た側面図であり、一部分は断面を
示す。

【図３】 図１に示す溶接装置１を図１に示した一点鎖
線矢印３Ａ方向より見た正面図であり、一部分は断面を
示す。

【図４】 図２相当の縮小側面図であり、各種機構を駆
動する電気モ−タとセンサであるポテンショメ−タＰ１
〜Ｐ５，Ｐ７およびロ−タリエンコ−ダＰ６の概略位置
を簡略化して示す。

【図５】 図２〜図４に示すモータＭ１〜Ｍ１１の駆動
対象と駆動範囲およびモ−タ種類を示す図表である。

【図６】 図２〜図４に示すポテンショメ−タＰ１〜Ｐ
５，Ｐ７およびロ−タリエンコ−ダＰ６の検出対象と、
それに基づいた制御対象を示す図表である。

【図７】 図３に示すワ−ク左右傾斜βとオシレ−ト中
心の所要ずらし量ｄｘβを示す図面であり、ワ−クＷ
１，Ｗ２は開先を横切る方向の断面を示す。

【図８】 図１に示すワ−クＷ１，Ｗ２の斜視図であ
り、図４に示すポテンショメ−タＰ２〜Ｐ５の、ワ−ク
Ｗ１，Ｗ２に対する検出方向を示す。

【図９】 図１に示すセンサベ−ス２の移動方向および
移動速度（溶接速度）Ｖと、開先線ｂとの位置関係を示
す平面図である。

【図１０】 図１に示すワ−クＷ１，Ｗ２の概観を示す
斜視図である。

【図１１】 図３に示す制御回路８の制御動作を表すフ
ロ−チャ−ト（メインルーチン）である。

【図１２】 図１１に示すステップ４の「溶接」の内容
（サブルーチン）を示すフロ−チャ−トである。

【符号の説明】

１：溶接装置 ２：センサ
ベース ３：ト−チ支持フレ−ム ４：Ｙ走行
台車 ４ａ〜ｄ：車輪 ５：ワイヤ
供給装置 ８：制御回路 ９：ペンダ
ント １０：旋回軸 １２：昇降
管 １３ａ〜ｃ：レール １４：管 １４ａ：排出口 ３１ａ：回
転軸 ３０Ｌ，３０Ｔ：溶接トーチ ｂ：開先 ｃｈ：チェーンベルト Ｆ：水平床
面 Ｍ１〜Ｍ１１：モータ Ｍ４ｓ：ネ
ジ棒 Ｘ１，Ｘ２：Ｘ方向レール ＲＸ：Ｘレ
ール対 Ｙ１，Ｙ２：Ｘ走行台 Ｙｚ：支持
柱 ＲＹ：Ｙ方向レ−ル Ｏ：回転中
心線 Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ７：ポテンショメータ Ｐ６：ロー
タリエンコーダ Ｗ１，Ｗ２：ワーク ｗａ１，ｗ
ａ２：溶接ワイヤ ｗｐ：ワイヤパック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 9/12 ３５０ Ｂ２３Ｋ 9/12 ３５０Ｄ 9/127 ５０３ 9/127 ５０３Ｌ (72)発明者 和 田 達 郎 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内 (72)発明者 丸 山 修 志 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内 (72)発明者 宮 崎 建 雄 熊本県玉名郡長洲町大字有明１番地 日立 造船株式会社有明工場内 (72)発明者 中 島 義 男 熊本県玉名郡長洲町大字有明１番地 日立 造船株式会社有明工場内 (72)発明者 上 田 隆 義 熊本県玉名郡長洲町大字有明１番地 日立 造船株式会社有明工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ通電指令に応じて駆動されるＸ走行モー
   タを備え、水平Ｘ方向に走行するＸ走行台；Ｘ走行台に
   支持され、Ｙ通電指令に応じて駆動されるＹ走行モータ
   を備え、Ｘ走行台に対して、Ｘ方向と直角な水平Ｙ方向
   に走行するＹ走行台；Ｙ走行台に垂直Ｚ方向に昇降可お
   よび垂直Ｚ軸を中心に回転可に支持されたベ−ス；Ｚ通
   電指令に応じて駆動されて前記ベ−スを垂直Ｚ方向に昇
   降駆動する昇降モータを含むＺ昇降機構；θ通電指令に
   応じて駆動されて前記ベ−スを垂直Ｚ軸を中心に回転駆
   動する第１回転モータを含むθ旋回機構；前記ベースに
   支持され、その回転中心軸の延長線上の開先のＺ位置及
   びＺ方向と垂直な方向の位置を検出する第１検出手段；
   前記ベースに支持され、その回転中心軸より所定距離離
   れた位置の開先のＺ位置及びＺ方向と垂直な方向の位置
   を検出する第２検出手段；および、 前記ベ−スに支持された、開先を溶接するための溶接ト
   −チ；を備える曲り板の片面溶接装置。
2. 【請求項２】被溶接材の開先が延びる方向を横切る方向
   の開先の曲りθ’と、開先が延びる方向の水平面に対す
   る傾斜αを、第１及び第２検出手段の検出値より算出
   し、曲りθ’に対応してθ旋回機構を介して前記ベ−ス
   を旋回駆動し、傾斜αに対応してＺ昇降機構を介して前
   記ベ−スを昇降駆動する制御手段；を更に備える請求項
   １記載の曲り板の片面溶接装置。
3. 【請求項３】前記ベースに水平Ｘ軸を中心に回転可に支
   持され、溶接ト−チを支持するト−チ支持フレ−ム；お
   よび、 γ通電指令に応じてト−チ支持フレ−ムを水平軸を中心
   に回転駆動する第２回転モータを含むγ回転機構；を更
   に備える請求項１記載の曲り板の片面溶接装置。
4. 【請求項４】被溶接材の開先が延びる方向を横切る方向
   の開先の曲りθ’と、開先が延びる方向の水平面に対す
   る傾斜αを、第１及び第２検出手段の検出値より算出
   し、曲りθ’に対応してθ旋回機構を介して前記ベ−ス
   を旋回駆動し、傾斜αに対応してＺ昇降機構を介して前
   記ベ−スを昇降駆動し、傾斜αに対応してγ回転機構を
   介してト−チ支持フレ−ムを回転駆動する制御手段；を
   更に備える請求項３記載の曲り板の片面溶接装置。
5. 【請求項５】ト−チ支持フレ−ムは、溶接ト−チを被溶
   接材に対して接離可に支持し；装置は更に、 接離通電指命に応じて溶接ト−チを接離駆動するト−チ
   上下モ−タを含むト−チ上下機構；を備える、請求項１
   又は請求項３記載の曲り板の片面溶接装置。
6. 【請求項６】被溶接材の開先が延びる方向を横切る方向
   の開先の曲りθ’と、開先が延びる方向の水平面に対す
   る傾斜αを、第１及び第２検出手段の検出値より算出
   し、曲りθ’に対応してθ旋回機構を介して前記ベ−ス
   を旋回駆動し、傾斜αに対応してＺ昇降機構を介して前
   記ベ−スを昇降駆動し、傾斜αに対応してト−チ上下機
   構を介して溶接ト−チを接離駆動する制御手段；を更に
   備える請求項５記載の曲り板の片面溶接装置。
7. 【請求項７】ト−チ支持フレ−ムは、第１検出手段と第
   ２検出手段を結ぶ縦線と直交する方向に溶接ト−チを被
   溶接材に対して往復動可に支持し；装置は更に、 前記ベースに支持され、前記縦線と直交する方向に相対
   的に離れ、それぞれが、開先を構成する第１被溶接材お
   よび第２被溶接材の表面のＺ位置を検出する第３検出手
   段および第４検出手段；および、 オシレ−ト通電指令に応じて溶接ト−チを往復駆動する
   オシレートモータを含むオシレ−ト機構；を備える、請
   求項１，請求項３又は請求項５記載の曲り板の片面溶接
   装置。
8. 【請求項８】被溶接材の開先が延びる方向を横切る方向
   の開先の曲りθ’と、開先が延びる方向の水平面に対す
   る傾斜αを、第１及び第２検出手段の検出値より算出
   し、曲りθ’に対応してθ旋回機構を介して前記ベ−ス
   を旋回駆動し、傾斜αに対応してＺ昇降機構を介して前
   記ベ−スを昇降駆動し、開先が延びる方向と直交する方
   向の被溶接材の水平面に対する傾斜βを第３および第４
   検出手段の検出値より算出し、傾斜βに対応してオシレ
   −ト機構による溶接ト−チのオシレ−ト往復駆動の振り
   幅中心をずらす制御手段；を更に備える請求項７記載の
   曲り板の片面溶接装置。