JPH11216566A

JPH11216566A - 箱桁内面の自動溶接装置

Info

Publication number: JPH11216566A
Application number: JP1742598A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Udagawa; 清宇田川; Kazuyuki Isohisa; 久和之磯; Masahiko Akamatsu; 松政彦赤; Toshimitsu Araki; 木俊光荒; Hideo Kawahara; 原秀夫河; Jun Ito; 藤純伊
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-10
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: JP2895825B1

Abstract

(57)【要約】【課題】狭い橋梁箱桁の内面を自動溶接することが可
能な自動溶接装置。【解決手段】台車部１０と中段カバー部２０と支持機
構部３０とからなる自動溶接装置を小型化且つ軽量化す
る。また、台車部１０には、電磁車輪１２を設ける。中
段カバー部２０には、レーザ変位センサ２２と端部検知
用近接スイッチ２４とを設ける。支持機構部３０には、
溶接トーチ４０を設ける。これらにより狭い橋梁箱桁の
内面における升目全線を自動的に溶接することが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は箱桁内面の自動溶接
装置に関するものであり、特に、溶接線倣い機能を有す
るとともに、例えば、橋梁等の箱桁の内面における升目
内全線を自動的に溶接することのできる箱桁内面の自動
溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の自動溶接装置としては、
例えば、特公平７−４６６５号公報や特公平６−３５０
６０号公報に開示されているような自動溶接装置があっ
た。これらの自動溶接装置は、溶接トーチによるアーク
センサを用いて、溶接トーチ先端と、溶接対象物との間
の距離を測定し、この距離を一定に制御しながら自走し
して、溶接対象を溶接していくという構造になってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来における
自走式の箱桁内面の自動溶接装置は、大型かつ大重量の
ものであった。このため、オープンスペースでのクレー
ンによる搬出入が必要であった。つまり、溶接対象への
人手による搬出入は困難であった。このようにオープン
スペースを必要とすることから、上面を鉄板に覆われた
橋梁箱桁等に、自動溶接装置を使用することはできなか
った。

【０００４】また、従来における箱桁内面の自動溶接装
置は、教示作業が複雑であった。すなわち、溶接線への
アプローチ、角部での回転及び走行、終始端の位置決
め、走行中の溶接線倣い、溶接のスタート・ストップを
１つ１つすべて教示しなければならなかった。さらに、
小型の自走式の自動溶接装置では、溶接残しが生ずると
いう問題が生じていた。例えば、スカラップ等の切欠の
まわし溶接などは小型の自走式の自動溶接装置では、行
うことができなかった。

【０００５】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点に着目してなされたものであり、人手による橋梁等
の箱桁内面への搬入・搬出が容易な小型軽量の自走式で
ある箱桁内面の自動溶接装置を提供することを目的とす
る。つまり、クレーンによらずとも狭い橋梁箱桁に搬出
入することのできる箱桁内面の自動溶接装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】さらにまた、作業前の教示作業を簡単化す
ることを目的とする。すなわち、溶接線へのアプロー
チ、角部での回転及び走行、終始端の位置決め、走行中
の溶接線倣い、溶接のスタート・ストップの動作をすべ
てコントローラにより自動で行うことのできる箱桁内面
の自動溶接装置を提供することを目的とする。つまり、
これら一連のシーケンスをいくつかのパターンとして制
御するコントローラを有する箱桁内面の自動溶接装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る箱桁内面の自動溶接装置は、橋梁等の
箱桁内面を溶接線倣い機能に基づいて自動的に水平すみ
肉溶接するための自走式の自動溶接装置であって、床面
上を走行可能な台車と、この台車上に設けられて溶接ト
ーチを支持する支持機構部とを有し、この支持機構部は
前記台車に対して垂直な軸のまわりに回転可能に取り付
けられており、前記支持機構部には、溶接線としての前
側立板までの距離を計測する前向きに取り付けられた非
接触式の変位センサと、前記前側立板と直交する横側立
板への接近を検知する横向きに取り付けられた近接スイ
ッチとを有し、さらに、前記変位センサ及び前記近接ス
イッチからの出力信号が加えられ、これらの信号に基づ
いて制御信号を出力して、前記台車、前記支持機構及び
前記溶接トーチの動作を制御するコントローラを備えて
おり、このコントローラによって、前記台車の動きを制
御して溶接線へのアプローチ、始端の位置決め、倣い溶
接を行うための走行、溶接済の第１の辺の終端からそれ
につながる第２の辺への方向転換のための回転を行わせ
ると共に、これらの各動作との関係で溶接トーチによる
溶接動作を制御可能とした、ことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る箱桁内面の自動溶接
装置は、全体を小型軽量化することにより、人手による
搬出入を可能として、上面が鉄板等に覆われた橋梁箱桁
等の内面の自動溶接をすることができるようにしたもの
である。以下、図面に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図１は本発明の一実施形態に係る箱桁内面
の自動溶接装置の全体斜視図であり、図２はその正面図
であり、図３はその側面図である。

【００１０】図１からわかるように、自動溶接装置は、
最下段に位置する台車部１０と、その上に位置する中段
カバー部２０と、最上段に位置する支持機構部３０と
を、備えて構成されている。

【００１１】図３からわかるように、台車部１０には、
駆動機構として電磁車輪１２、１２が設けられている。
図２からわかるように、これらの電磁車輪１２、１２
は、台車１０の中心部分に直列的に並んで配置されてい
る。電磁車輪１２、１２は、独立した２軸により、回転
可能になっている。すなわち、これら電磁車輪１２、１
２の回転方向、回転速度を制御することにより、この自
動溶接装置を、旋回、移動させることができるようにな
っている。この駆動機構としては電磁車輪１２、１２の
代わりに、クローラを用いることもできる。すなわち、
この駆動機構は鉄板上を滑らかに且つ着実に動作するこ
とができるものであれば良い。この台車部１０により、
自動溶接装置は２軸からなる走行機能を確保している。

【００１２】図１からわかるように、台車部１０には切
欠検知用ビームセンサ１３Ｌ、１３Ｒが設けられてい
る。この切欠用ビームセンサ１３Ｌ、１３Ｒは、溶接の
終始端に位置するスカラップ等からなる切欠の立板側へ
の有無を検知するために設けられている。そして、切欠
が立板側にある場合には、溶接の終始端となるその位置
を把握する。この切欠検知用ビームセンサ１３Ｌ、１３
Ｒは、溶接線倣いや位置決めに用いるレーザアナログ変
位計である後述するレーザ変位センサ２２と類似の機能
を持っている。また、光線としては、発光ダイオードに
よる赤外光を用いている。このように赤外光を用いるこ
とにより、溶接アーク光との帯域の重なりを避けてい
る。すなわち、光の帯域が異なっているので、最終的に
フィルターでアーク光を除去することができる。この切
欠検知用ビームセンサ１３Ｌ、１３Ｒの測距方式は三角
測距である。その出力形態は設定距離範囲内に反射物が
あるかどうかをＯＮ／ＯＦＦ信号で出力する。

【００１３】この図３からわかるように、台車部１０の
上には、中段カバー部２０が設けられている。この中段
カバー部２０は、台車部１０に固定的に取り付けられて
いる。図１からわかるように、中段カバー部２０の前側
部分には、レーザアナログ変位計からなるレーザ変位セ
ンサ２２Ｌ、２２Ｒが設けられている。このレーザ変位
センサ２２Ｌ、２２Ｒからは、それぞれレーザダイオー
ドによる赤外レーザ光線が射出され、ＰＳＤを用いた三
角測距を行うようになっている。すなわち、射出された
レーザ光線が立板に反射して戻ってくる反射光の角度の
変化をセンスすることにより、距離の測定を行う。レー
ザ変位センサ２２Ｌ、２２Ｒの主要な出力形態として
は、反射物との距離をアナログ電圧で出力、反射し
た受光量をアナログ電圧で出力、受光量過多過少の警
告をＯＮ／ＯＦＦで出力、等が考えられる。レーザ変位
センサ２２Ｌ、２２Ｒの出力形態として、これらのうち
の１つや、複数を採用することが可能である。中段カバ
ー部２０の両側には、端部検出用近接スイッチ２４、２
４が設けられている。この端部検出用近接スイッチ２
４、２４は、この自動溶接装置が横の壁や立板に近接し
たことを検出するためのスイッチである。本実施形態に
おいては、この端部検出用近接スイッチ２４、２４に
は、渦電流スイッチを用いており、金属でできた壁や立
板に近づくことによる渦電流の変化を検知することによ
り、横の壁や立板に近接したことを検出するようになっ
ている。

【００１４】図１からわかるように、中段カバー部２０
の上には支持機構部３０が設けられている。この支持機
構部３０には、溶接トーチ４０が取り付けられている。
支持機構部３０の上端カバー部３２には、モータ３２ａ
と、エンコーダ３２ｂと、１／１００のギヤ（図示省
略）とが、設けられている。また、モータ３２ａの下側
には、このモータ３２ａとギヤとを接続するフランジ３
２ｃが設けられている。そして、これらにより支持機構
部３０は旋回可能になっている。上端カバー部３２は台
車部１０に対して垂直に立っている。支持機構部３０が
左右に旋回することにより、溶接トーチ４０も左右に旋
回するようになっている。また、支持機構部３０は、前
後方向、つまり、Ｙ方向に移動可能になっている。これ
により、溶接トーチ４０も前後方向に移動するようにな
っている。したがって、この自動溶接装置は多軸溶接ロ
ボットになっている。つまり、それぞれ独立した複数の
動作系からなる多軸溶接ロボットになっている。

【００１５】溶接トーチ４０は、支持機構部３０から延
出する保持部材３４により、支持機構部３０へ取り付け
られている。この溶接トーチ４０の先端部で、橋梁箱桁
内のアーク溶接等を行うようになっている。

【００１６】自動溶接装置は、図示しないコントローラ
を備えている。このコントローラには、上述したレーザ
変位センサ２２Ｌ、２２Ｒ及び端部検出用近接スイッチ
２４、２４からの出力信号が加えられ、これに基づいて
制御信号を出力する。この制御信号により、台車部１
０、支持機構３０及び溶接トーチ４０の動作を制御す
る。

【００１７】次に、図４及び図５に基づいて、この自動
溶接装置の動作を説明する。図４は、この自動溶接装置
の直線部における走行軸による溶接線倣いの流れを示す
図であり、図４Ａは立板を右側方向へ移動しながら溶接
していく過程において、外乱により体勢がずれた場合に
修正する様子を示す図であり、図４Ｂはその側面図であ
る。図５は、立板の角部における溶接施工の流れを示す
図である。

【００１８】まず、図４に基づいて、自動溶接装置が外
乱により体勢が崩れた場合の、立ち直りの過程を説明す
る。図４Ａ（ａ）乃至（ｅ）からわかるように、自動溶
接装置は、溶接トーチ４０により図中右側方向へ移動し
ながら、橋梁箱桁のすみ肉溶接を行っていく。すなわ
ち、図４Ｂからわかるように、垂直な立板５０と水平な
床面５２との接続部をアーク溶接していく。

【００１９】図４Ａ（ａ）からわかるように、正常状態
においては、自動溶接装置は前側の立板５０に対して平
行な体勢を維持している。そして、溶接をしながら次第
に図中右側に移動していく。図４Ａ（ｂ）からわかるよ
うに、何らかの外乱が生じて体勢が右側にずれたとす
る。この状態においては、レーザ変位センサ２２Ｌ側の
方が、レーザ変位センサ２２Ｒ側より、立板５０に近く
なっている。このため、レーザ変位センサ２２Ｌ、２２
Ｒがそれぞれ三角測定をすることにより、自動溶接装置
は体勢が右側にずれたと検知することができる。そこ
で、上述した電磁車輪１２、１２を制御して台車部１０
を左旋回をすることにより、図４Ａ（ｃ）に示すように
体勢を立て直すことができる。

【００２０】次に、図４Ａ（ｄ）からわかるように、何
らかの外乱が生じて体勢が左側にずれたとする。この状
態においては、レーザ変位センサ２２Ｒ側の方が、レー
ザ変位センサ２２Ｌ側より、立板５０に近くなってい
る。このため、レーザ変位センサ２２Ｌ、２２Ｒがそれ
ぞれ三角測定をすることにより、自動溶接装置は体勢が
左側にずれたと検知することができる。そこで、上述し
た電磁車輪１２、１２を制御して台車部１０を右旋回を
することにより、図４Ａ（ｅ）に示すように体勢を立て
直すことができる。上記の左右旋回においては、トーチ
先端の速度すなわち溶接速度が一定となる様に走行２軸
を制御する。

【００２１】次に図５に基づいて、角部における溶接施
工の流れを説明する。図５（ａ）からわかるように、自
動溶接装置が垂直な立板５０に沿って溶接しながら移動
していくと、橋梁箱桁内における他の立板５４に突き当
たる。すなわち、前側の立板５０と直角に設けられた横
側の立板５４に突き当たる。このため、自動溶接装置は
次のような流れで回転動作をする。

【００２２】まず、図５（ａ）からわかるように、自動
溶接装置の側面に設けられた前述の端部検出用近接スイ
ッチ２４が横側の立板５４を検知する。この時点で溶接
トーチ４０による溶接作業は停止する。そして、図の点
線に示した位置に自動溶接装置は戻る。

【００２３】次に図５（ｂ）からわかるように、自動溶
接装置は立板５４の方へ回転する。つまり、時計回りに
９０度回転する。この回転により、図５（ｃ）の点線で
示したように、自動溶接装置は立板５４に対して平行な
体勢を作ることができる。

【００２４】次に、この図５（ｃ）からわかるように、
自動溶接装置は立板５０側へ移動する。すなわち、自動
溶接装置は図の点線で示した位置から立板５０の方へ移
動する。この移動により立板５０に接近したことは、端
部検出用近接スイッチ２４で検知する。また、立板５４
側へ多少前進することにより、溶接トーチ４０の先端
が、立板５４の下端の溶接部分に届くようにする。そし
て、中央位置にあった溶接トーチ４０を反時計回りに振
ることにより、溶接トーチ４０の先端が、立板５０と立
板５４の接続点に届くようにする。この際、自動溶接装
置は切欠用ビームセンサ１３Ｌ、１３Ｒにより、切欠Ｈ
を検知することができる。このため、溶接はこの切欠Ｈ
を巻くように行われる。これにより、自動溶接装置は立
板５０に引き続いて、立板５４を溶接することが可能に
なる。

【００２５】次にフローチャートを用いて、自動溶接装
置の制御方法について詳しく説明する。

【００２６】図６は、立板と自動溶接装置との間の位置
決め方法のフローチャートを示す図である。すなわち、
橋梁箱桁内の任意の位置にこの自動溶接装置を置いた場
合等において、自動溶接装置が前側の立板との平行出し
をするための制御方法を説明する図である。

【００２７】この図６からわかるように、まず自動制御
装置は溶接トーチ４０を中央手前に移動する（Ｓ１
０）。つまり、溶接トーチ４０を中央手前に戻す。次
に、前側の立板との平行出しを行うとともに、距離の測
定を行う（Ｓ１１）。これにより、台車の立板に対する
測定距離ｄと、測定角度θとが、得られる。次に｜△ｄ
｜を算出して、これが２未満であるか否かを判断する
（Ｓ１２）。ここで｜△ｄ｜は、ｄｃｏｓθ−Ｄで定義
される。Ｄは立板と自動溶接装置との基準距離であり、
予め与えられた値である。θは上述のように立板に対す
る自動溶接装置の傾きであり、時計回り方向を正とす
る。｜△ｄ｜が２未満であれば位置決め処理は終了す
る。

【００２８】一方、｜△ｄ｜が２以上であるときは、測
定距離ｄが基準距離Ｄよりも大きいか否かを判断する
（Ｓ１３）。測定距離ｄが基準距離Ｄよりも大きい場合
は、自動溶接装置を反時計回りに１０度又は２０度回転
させる（Ｓ１４）。測定距離ｄが基準距離Ｄ以下である
場合は、自動溶接装置を時計回りに１０度又は２０度回
転させる（Ｓ１５）。そして、タイマーｔをオンにした
上で、この自動溶接装置を右移動させる（Ｓ１６）。こ
の前進をしながら立板と自動溶接装置との間の距離の測
定を行い、｜△ｄ｜が０．５以下になったか否かを判断
する（Ｓ１７）。｜△ｄ｜が０．５以下になったとき
は、走行を停止するとともに、そのときのタイマーの値
ｔをＴに代入し、タイマーをストップさせる（Ｓ１
８）。次に、この位置で自動溶接装置は立板との平行出
しを行う（Ｓ１９）。次に、タイマーｔをゼロにリセッ
トして、自動溶接装置を左移動させる（Ｓ２０）。この
前進をしながらタイマーｔを監視し、ｔがＴｃｏｓσと
等しくなったか否かを判断する（Ｓ２１）。これが等し
くなった時点で、自動溶接装置の走行を停止するととも
に、再び立板との平行出しを行う（Ｓ２２）。これによ
り位置決め処理は終了する。

【００２９】図７は溶接始端アプローチルーチンを示す
フローチャートである。すなわち、前述の立板との位置
決めが終了した後に、自動溶接装置を溶接の始点に移動
させるための処理である。

【００３０】この図７からわかるように、始動溶接装置
を左側へ移動していく（Ｓ３０）。この移動をしなが
ら、端部検知用近接スイッチ２４で左側の立板に接近し
たか否か、又は、切欠検知用ビームセンサ１３で立板の
切欠を検知したか否かを、判断する（Ｓ３１）。そし
て、左側の立板に接近した場合又は切欠を検知した場合
には、走行を停止する（Ｓ３２）。すなわち、溶接終始
端部の処理として、横壁に近寄っていく際に、端部検知
用近接スイッチ２４が先に働いた場合には、立板に切欠
は存在せず、横壁に切欠が存在すると、判断する。そし
て、切欠の下を通過する溶接線のビード継ぎ溶接の処理
を行う。一方、切欠検知用ビームセンサ１３が先に働い
た場合には、台車走行をそこで止めて、切欠Ｈの巻溶接
の処理を行う。

【００３１】図８はアーム軸倣い溶接の繰り返しルーチ
ンのフローチャートである。すなわち、自動溶接装置の
溶接のための移動中における、Ｙ軸方向の溶接トーチ４
０の制御方法を示すフローチャートである。

【００３２】この図８からわかるように、得られている
最新データから、溶接トーチ４０の理想の前後軸座標を
算出する（Ｓ４０）。つまり、図１における支持機構部
３０のＹ軸方向の理想的な位置を算出する。この理想座
標は、ｙ_id＝Ｙ＋△ｄで定義される。ここでＹは溶接ト
ーチ４０の前後軸の基準座標であり、△ｄはｄ−Ｄ／ｃ
ｏｓθであり、θは溶接トーチ４０と立板との角度であ
る。この角度は時計回りを正とする。ｄは、左右計測距
離の平均値である。次に、溶接トーチ４０の前後軸にお
ける現在の座標を求め、理想の座標との差を算出する
（Ｓ４１）。この差、つまり理想修正量はδｙ_id＝ｙ_id
−ｙで求められる。ここで、ｙは現在のアーム軸座標で
ある。そして、この差から、前後軸の修正量を算出する
とともに、修正座標を算出する（Ｓ４２）。修正量はδ
ｙ＝０．２×δｙ_id／｜δｙ_id｜で求める。但し、修正
に当たっての速度については固定値である。次に、この
修正座標へ溶接トーチ４０を移動する（Ｓ４３）。つま
り、支持機構部３０をこの修正座標へ移動する。これら
の処理をしながら、終端を検知する（Ｓ４４）。すなわ
ち、端部検知用近接スイッチ２４又は切欠検知用ビーム
センサ１３がオンになったか否かを監視する。この端部
検知用近接スイッチ２４又は切欠検知用ビームセンサ１
３がオンになっていない場合は、まだ横の立板に接近し
ておらず、且つ、切欠が存在していないので、前述した
Ｓ４０からの処理を繰り返す。端部検知用近接スイッチ
２４がオンになった場合は、横の立板に近接したので、
処理を終了し、その後のビード継ぎの処理に入る。一
方、切欠検知用ビームセンサ１３がオンになった場合
は、切欠が存在することになるので、処理を終了し、そ
の後の切欠の巻溶接の処理に入る。

【００３３】図９は自動溶接装置の角部における時計回
り回転ルーチンのフローチャートを示す図である。

【００３４】この図９からわかるように、直線部の溶接
が終了した状態で、自動溶接装置は９５ｍｍ後退する
（Ｓ５１）。すなわち、右側方向へ移動しながら溶接し
ていたので、左側へ９５ｍｍ移動する。そして、その位
置で時計回りに約９０度回転する（Ｓ５２）。次に、上
述した図６に示す立板との位置決め動作を行う（Ｓ５
３）。これにより自動溶接装置の回転ルーチンが終了す
る。

【００３５】次に、図１０に示す一溶接線施行ルーチン
のフローチャートと、図１１乃至図１７に示す自動溶接
装置の動作説明図に基づいて、この自動溶接装置の全体
の動きを説明する。

【００３６】図１０からわかるように、この一溶接線施
行ルーチンは、ロボット制御プログラムとプロセス制御
プログラムとに分かれている。ロボット制御プログラム
では、主に溶接トーチ４０の制御と溶接指令とを行う。
プロセス制御プログラムでは、主に台車部１０の走行軸
制御とセンシングと各種信号処理を行う。これらのロボ
ット制御プログラムとプロセス制御プログラムとは、並
列した処理が可能になっている。

【００３７】まず図１１からわかるように、自動溶接装
置は立板５５との位置決めが完了した状態にある。すな
わち、自動溶接装置を立板５５、５６、５７、５８で囲
われた鉄板上に置いたのち、図６に示す位置決めフロー
が終了した状態にある。したがって、この立板５５と自
動溶接装置は平行になっている。

【００３８】次に、図１０からわかるように、ロボット
制御プログラムは、各種のカウンタと信号を初期化する
（Ｓ６０）。そして、溶接条件の設定をする（Ｓ６
１）。この溶接条件は、橋梁の脚長毎の条件がプリセッ
トされている。次に、溶接トーチ４０を中央手前側に移
動する（Ｓ６２）。そして、このロボット制御プログラ
ムは、プロセス制御プログラムへ、溶接始端アプローチ
の開始命令を出力する（Ｓ６３）。この開始命令を受け
て、プロセス制御プログラムは、溶接始端アプローチを
実行する（Ｓ８０）。すなわち、図７に示す溶接始端ア
プローチを実行する。これにより自動溶接装置は、図１
２に示すような状態となる。すなわち、自動溶接装置は
立板５５と立板４８からなる橋梁箱桁のコーナー部に位
置する状態となる。この図１２の場合、切欠検知用ビー
ムセンサ１３が先にセンスし、端部検出用近接スイッチ
２４がセンスする前に走行が停止した状態であるといえ
る。この時点で、始端は立板の切欠の巻溶接の処理を行
うことを計画する。

【００３９】次に、図１０からわかるように、非接触セ
ンサーにより初期センシングを行い（Ｓ６４）、立板か
ら台車までの距離と傾きを測定・計算する。そして、溶
接トーチ４０の現在の中央位置から始端狙い位置まで
の、補正量を計算する（Ｓ６５）。この補正量にしたが
って、溶接アーム４０を移動し、溶接を開始する（Ｓ６
６）。このときの自動溶接装置の状態を図１３に示す。
そして、溶接トーチ４０の回転軸を時計回りに旋回させ
ながら、立板の切欠Ｈと左端側とを溶接していく（Ｓ６
７）。この旋回溶接が終わった状態を図１４に示す。な
お、以下においては溶接完了部分は太線で示すこととす
る。これら図１３、図１４からわかるように、この旋回
溶接の際には自動溶接装置は静止した状態のままであ
る。

【００４０】次に、図１０からわかるように、この旋回
溶接が終了すると、ロボット制御プログラムはプロセス
制御プログラムへ、走行軸粗倣い開始命令と、センシン
グ開始命令とを、出力する（Ｓ６８）。これらの命令を
受けたプロセス制御プログラムは、各種の初期化を行い
（Ｓ８１）、台車部１０による走行を開始する（Ｓ８
２）。この走行中においては、１サイクルあたり数十ミ
リ秒の間隔の制御ループにより、台車部１０の走行の制
御を行う（Ｓ８３）。この台車部１０の走行と制御は、
終端の横壁又は切欠が検知されるまで継続される（Ｓ８
４）。このようにプロセス制御プログラムにより台車部
１０を走行されている際には、ロボット制御プログラム
により溶接が行われる（Ｓ６９）。すなわち、上述した
図８に示した溶接アーム軸倣いルーチンにより、立板５
６の溶接が行われる。この溶接は終端の検知信号が検知
されるまで行われる。図１５はこの走行による溶接を示
している。

【００４１】この図１５からわかるように、図中の右側
へ自動溶接装置が走行していくと、横側の立板５６に近
接する。このとき上述したように、台車部１０の走行は
停止する（Ｓ８４）。この場合も始端側の時と同様に、
切欠検知用ビームセンサ１３が先にセンスし、端部検出
用近接スイッチ２４がセンスする前に走行が停止した状
態であるといえる。この時点で、始端は立板の切欠の巻
溶接の処理を行うことを計画する。また、溶接トーチ４
０による溶接も停止し、クレータ処理がなされる（Ｓ７
１）。そして、一時停止とヒューム飛散待ちをする（Ｓ
７２）。

【００４２】次に、この自動溶接装置は、上述した左端
側の溶接と同様に、右端側の溶接する。すなわち、図１
０からわかるように、非接触センサーにより終端センシ
ングを行い（Ｓ７３）、スカラップ等の切欠Ｈを検出す
る。そして、溶接トーチ４０の現在の中央位置から始端
狙い位置までの、補正量を計算する（Ｓ７４）。この補
正量にしたがって、溶接トーチ４０を移動し、旋回溶接
を開始する（Ｓ７５）。つまり、溶接トーチ４０の回転
軸を反時計回りに旋回させながら、立板５５の右端側と
切欠Ｈとを溶接していく。この旋回溶接が終わった状態
を図１６に示す。この図１６からわかるように、この旋
回溶接の際には自動溶接装置は静止した状態のままであ
る。

【００４３】次に図１０からわかるように、クレータ処
理を行い、溶接が終了する（Ｓ７６）。そして、溶接ト
ーチ４０を中央手前側に移動する（Ｓ７７）。これによ
り、自動溶接装置は、図１７に示す状態となる。

【００４４】このようにして、一溶接線施工ルーチンは
終了するが、前述した図９に示すような角部での回転を
することにより、次の立板５６の溶接に入ることができ
る。この処理を繰り返すことにより立板５６、５７、５
８も順次溶接される。

【００４５】以上のように本発明に係る自動溶接装置に
よれば、自動溶接装置を小型化したので、狭い橋梁箱桁
の内面における升目内全線を自動的に溶接することがで
きる。図１８は、この自動溶接装置を２台、橋梁箱桁内
に置いた様子を示す図である。この図１８からわかるよ
うに、橋梁箱桁の内面に自動溶接装置を置いてスイッチ
を入れるだけで、升目内全線を自動溶接することができ
る。このため、従来必要であった複雑な教示作業を軽減
することができる。すなわち、溶接線へのアプローチ、
角部での回転及び走行、終始端の位置決め、走行中の溶
接線倣い、溶接のスタート・ストップ等を１つ１つ教示
する必要がなくなる。

【００４６】しかも、自動溶接装置を軽量化したので、
人手による橋梁箱桁への搬出入ができるようになる。し
たがって、従来のようにクレーン等を用いなくとも搬出
入ができるので、図１８に示すような上面が鉄板に覆わ
れた非オープンスペースの場所にでも、自動溶接装置を
使用することができる。さらに、この図１８からわかる
ように、１つの升目内溶接が完了した場合は、自動溶接
装置を手で次の升目内へ移動することができる。つま
り、簡単に次の升目内溶接をすることができる。また、
１回の準備操作で升目内全線を溶接することができるの
で、溶接作業を極めて容易に短時間で行うことができ
る。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る自動溶接装置によれば、全
体として小型且つ軽量の装置としたので、人手による搬
出入をすることができるようになり、狭くてオープンス
ペースのない橋梁箱桁の内面を自動的に溶接することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動溶接装置の斜視図。

【図２】本発明に係る自動溶接装置の正面図。

【図３】本発明に係る自動溶接装置の側面図。

【図４】自動溶接装置が右側へ移動しながら立板を溶接
していく様子を示す図。

【図５】自動溶接装置が時計回りに９０度回転する様子
を示す図。

【図６】立板と自動溶接装置との位置決めフローチャー
ト。

【図７】溶接始端アプローチのフローチャート。

【図８】アーム軸倣い繰り返しルーチンのフローチャー
ト。

【図９】角部での時計回り回転ルーチンのフローチャー
ト。

【図１０】一溶接線施行ルーチンのフローチャート。

【図１１】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１２】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１３】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１４】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１５】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１６】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１７】１つの辺を溶接する場合の自動溶接装置の動
きを説明する図の一部。

【図１８】自動溶接装置を橋梁箱桁に搬入して溶接作業
を行っている様子を示す図。

【符号の説明】

１０台車部１２電磁車輪２０中段カバー部２２レーザ変位センサ２４端部検知用近接センサ３０支持機構部３２上端カバー部３４保持部材４０溶接トーチ

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る箱桁内面の自動溶接装置は、橋梁等の
箱桁内面を溶接線倣い機能に基づいて自動的に水平すみ
肉溶接するための自走式の自動溶接装置であって、電磁
車輪を駆動することにより床面上を走行可能な台車と、
この台車上に設けられて溶接トーチを支持する支持機構
部とを有し、この支持機構部は前記台車に対して垂直な
軸のまわりに回転可能に取り付けられており、前記支持
機構部には、溶接線としての前側立板までの距離を計測
する前向きに取り付けられた赤外レーザ光線を射出する
非接触式の変位センサと、前記前側立板とほぼ直交する
横側立板への接近を検知する横向きに取り付けられた近
接スイッチとを有し、さらに、前記変位センサ及び前記
近接スイッチからの出力信号が加えられ、これらの信号
に基づいて制御信号を出力して、前記台車、前記支持機
構及び前記溶接トーチの動作を制御するコントローラを
備えており、このコントローラによって、前記台車の動
きを制御して溶接線へのアプローチ、始端の位置決め、
倣い溶接を行うための走行とトーチ動作、溶接済の第１
の辺の終端からそれにつながる第２の辺への方向転換の
ための回転を行わせると共に、これらの各動作との関係
で溶接トーチによる溶接動作を制御可能とした、ことを
特徴とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤松政彦千葉県野田市二ッ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者荒木俊光千葉県野田市二ッ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者河原秀夫千葉県野田市二ッ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者伊藤純千葉県野田市二ッ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】橋梁等の箱桁内面を溶接線倣い機能に基づ
いて自動的に水平すみ肉溶接するための自走式の自動溶
接装置であって、床面上を走行可能な台車と、この台車上に設けられて溶
接トーチを支持する支持機構部とを有し、この支持機構
部は前記台車に対して垂直な軸のまわりに回転可能に取
り付けられており、前記支持機構部には、溶接線としての前側立板までの距
離を計測する前向きに取り付けられた非接触式の変位セ
ンサと、前記前側立板とほぼ直交する横側立板への接近
を検知する横向きに取り付けられた近接スイッチとを有
し、さらに、前記変位センサ及び前記近接スイッチからの出
力信号が加えられ、これらの信号に基づいて制御信号を
出力して、前記台車、前記支持機構及び前記溶接トーチ
の動作を制御するコントローラを備えており、このコン
トローラによって、前記台車の動きを制御して溶接線へ
のアプローチ、始端の位置決め、倣い溶接を行うための
走行、溶接済の第１の辺の終端からそれにつながる第２
の辺への方向転換のための回転を行わせると共に、これ
らの各動作との関係で溶接トーチによる溶接動作を制御
可能とした、ことを特徴とする箱桁内面の自動溶接装置。
【請求項２】前記変位センサは幅方向に所定の間隔で一
対設けられており、これらの一対の変位センサからの出
力によって、前記支持機構部の前記前側立板における溶
接線との傾きを検知してその傾きを修正可能とされてい
る、請求項１に記載の箱桁内面の自動溶接装置。
【請求項３】前記変位センサはレーザ変位センサによっ
て構成されており、このレーザ変位センサから射出した
レーザ光の反射光における受光点の変位に基づいて三角
測距を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の
箱桁内面の自動溶接装置。
【請求項４】前記近接スイッチは渦電流スイッチとして
構成されており、金属製の前記横側立板に近づくことに
よる渦電流の変化から近接を検出するものである、請求
項１乃至３のいずれかに記載の箱桁内面の自動溶接装
置。
【請求項５】前記台車は、モータ駆動型のクローラ又は
車輪によって円滑で確実な走行を可能なものとして構成
されている、請求項１乃至４に記載の箱桁内面の自動溶
接装置。