WO2015079724A1 - 上下杭の溶接装置 - Google Patents

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Inventor
駒澤辰弥
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日本ベース株式会社
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    • B23K9/028—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B23K9/0282—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding tube sections
    • B23K9/0286—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding tube sections with an electrode moving around the fixed tube during the welding operation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles

Definitions

  • This invention relates to a welding apparatus for upper and lower piles, and more particularly to an apparatus for automatically welding an upper pile to a lower pile embedded in the ground in order to add the pile.
  • the pile length is standardized because there are restrictions on manufacturing and transportation of ready-made piles.
  • the ground that requires ready-made piles when constructing a structure is different, and when the depth to the support layer is large, a single ready-made pile cannot reach the support layer.
  • the support layer is deep, a plurality of ready-made piles are buried in the ground while being added.
  • Each of these conventional welding devices has a guide rail attached to the outer peripheral position of the upper pile or the lower pile that is spaced in parallel from the joint between the upper pile and the lower pile, and a welding torch is provided on the stand that runs on the guide rail. It is a thing. However, since the guide rail supports a heavy platform including an electric motor or the like, the guide rail must be prevented from slipping down. For this purpose, it is necessary to take measures such as attaching the guide rail so as to be strongly tightened against the outer peripheral surface of the pile, and further providing a fall prevention means, and there is a problem that the installation is complicated and takes time.
  • the guide rail is not attached in parallel to the joint of the upper and lower piles, a deviation occurs between the welding torch and the welding groove. For this reason, the guide rail must be accurately mounted while adjusting the mounting position, and this is also complicated in mounting. Furthermore, when the support layer is deep as described above, the number of piles is not limited to two and may require a larger number. In such a case, welding is performed every time a pile is added, so the guide rail and the mount must be attached and detached each time.
  • JP-A-6-71485 JP 2005-334916 A Japanese Patent No. 4040076
  • the present invention has been made based on the technical background as described above, and achieves the following object.
  • the object of the present invention is to install the guide rail at the outer circumferential position spaced from the pile in the radial direction, thereby eliminating the need for mounting / removing the guide rail on the outer circumferential surface of the pile, thereby easily shortening the welding preparation work.
  • An object of the present invention is to provide a welding apparatus that can be performed in time and can be welded with high precision even when the ground is rough.
  • this invention is a welding device for welding the upper end of the lower pile and the lower end of the upper pile, An annular guide rail installed on the ground at the outer peripheral position spaced apart from the upper and lower piles in the radial direction so that the center substantially coincides with the pile axis; A carriage traveling on this guide rail; A moving mechanism provided on the carriage and having a moving member that moves in a horizontal direction and a vertical direction along a radial direction of the upper and lower piles; A scanning detector connected to the moving member, by copying a scanning line formed on the outer peripheral surface of the upper pile or the lower pile spaced apart from the welding groove between the upper and lower piles by a predetermined dimension, A scanning detector for detecting horizontal and vertical displacements of the carriage along the radial direction of the upper and lower piles; A welding torch connected to the moving member so as to face a welding groove between the upper and lower piles at a predetermined position; When the scanning detector detects a horizontal displacement
  • the scanning line is formed by a boundary line between an end surface of a ruler wound around the outer periphery of the upper pile or the lower pile and an outer peripheral surface of the pile.
  • the moving member includes a horizontal slider that moves in the horizontal direction, and a vertical slider that is connected to the horizontal slider and moves in the vertical direction. It is possible to employ a configuration in which both the scanning detector and the welding torch are connected to one of the horizontal slider and the vertical slider.
  • one of the horizontal slider and the vertical slider is connected to an angular position adjusting mechanism that adjusts an angular position of the welding torch with respect to the welding groove, and the welding torch is connected to the adjusting mechanism. can do.
  • the angular position adjusting mechanism includes an arcuate guide plate that is vertically connected to one of the horizontal slider and the vertical slider and has an inner periphery facing the upper and lower piles,
  • the guide plate is provided with a rotating plate that is rotated by being guided at one end, and the welding torch is connected to the other end of the rotating plate.
  • the scanning detector is connected to the guide plate.
  • the preparation work for welding can be easily performed in a short time, and welding can be performed accurately even if the ground is rough. can do.
  • FIG. 1 and 2 show the entire welding apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a front view and FIG. 2 is a plan view.
  • 3 to 5 are enlarged views of the components of the carriage and the welding apparatus mounted thereon.
  • FIG. 3 is a front view
  • FIG. 4 is a plan view
  • FIG. 5 is a right side view.
  • FIG. 6 is a plan view showing FIG. 4 further enlarged for easy understanding of the drawing.
  • the welding apparatus is provided on the guide rail 1, a cart 2 that runs on the guide rail 1, and the cart 2, and moves in the horizontal and vertical directions along the radial direction of the upper pile P1 and the lower pile P2.
  • a moving mechanism 3 having a moving member (details will be described later), a scanning detector 4 and a welding torch 5 (see FIG. 4) connected to the moving member are provided.
  • the lower pile P2 is first embedded in the ground, and the lower end of the upper pile P1 is welded to the upper end of the lower pile P2 (see FIG. 1).
  • a groove G for welding is formed between the upper and lower piles P1 and P2.
  • the pile used as welding object is a ready-made pile, and the concrete pile which has a steel end plate may be sufficient as well as a steel pipe pile.
  • the welding method applied in the welding apparatus of this embodiment is a gas arc welding method, and a carriage 6 for feeding while feeding a welding wire W wound in a coil shape follows the carriage 2 on the guide rail 1. To self-propelled.
  • the guide rail 1 is larger than the diameter of the piles P1 and P2, and is therefore an annular one installed at a position spaced apart from the piles P1 and P2 in the radial direction.
  • This guide rail 1 is placed on a rectangular base 7 installed on the ground.
  • a plurality of centering bolts 8 are provided on the inner periphery of the guide rail 1 at intervals in the circumferential direction.
  • the guide rail 1 is adjusted by adjusting the centering bolts 8 and the center of the guide rail 1 and the pile axis line. Are positioned so as to substantially match.
  • the gantry 7 is provided with a plurality of clamp members 9 at intervals in the circumferential direction, and the positioned guide rail 1 is fixed to the gantry 7 by these clamp members 9.
  • the guide rail 1 is an L-shaped rail having a horizontal portion 1a and a vertical portion 1b, and the carriage 2 is supported by the guide rail 1 so as to straddle the vertical portion 1b.
  • a pressing plate 11 is provided via a guide pin 10 so as to be movable in a direction in which the pressing plate 11 contacts and separates from the vertical portion 1b.
  • Two pressing plates 11 are provided on the vertical frame 2 a along the traveling direction of the carriage 2.
  • the upper and lower two rolling balls 12 are provided on the surface of each pressing plate 11 facing the vertical portion 1b.
  • a pressing screw 13 is screwed to the pressing plate 11 and the vertical frame 2a. By rotating the pressing screw 13, the pressing plate 11 comes in contact with and separates from the vertical portion 1 b, and when the pressing plate 11 approaches the vertical portion 1 b, the rolling ball 12 presses the vertical portion 1 b.
  • a roller 14 having a vertical axis is supported in the carriage 2.
  • Two rollers 14 are provided along the traveling direction of the carriage 2 corresponding to the two pressing plates 11. These rollers 14 are in contact with the outer periphery of the vertical portion 1 b of the guide rail 1.
  • a flange 15 is provided on the shaft of each roller 14, and this flange 15 is engaged with the upper end of the vertical portion 1b. In this way, the cart 2 is supported on the guide rail 1 so as to be able to travel by sandwiching the vertical portion 1b by the rolling ball 12 and the roller 14 and engaging the flange 15 with the upper end of the vertical portion 1b.
  • the moving mechanism 3 includes a horizontal moving mechanism 20 and a vertical moving mechanism 21. 7 and 8 show the details of the moving mechanism in an enlarged manner.
  • FIG. 7 is a front view showing the frames 22 and 23 in a partially cutaway view
  • FIG. 8 is a plan view showing the frames 22 and 23 in a partially cutout as in FIG.
  • the frame 22 of the horizontal movement mechanism 20 is fixed to the carriage 2 via a support base 30.
  • a horizontal ball screw 24 is disposed in the horizontal direction along the radial direction of the upper and lower piles P 1 and P 2 (radial direction of the guide rail 1) and supported by the frame 22.
  • a horizontal slider 25 is screwed to the horizontal ball screw 24.
  • the horizontal ball screw 24 is rotated by a drive motor 26, whereby the horizontal slider 25 moves in the horizontal direction (hereinafter also referred to as X direction as appropriate) along the radial direction of the upper and lower piles P1 and P2.
  • the frame 23 of the vertical movement mechanism 21 is fixed to the horizontal slider 25. Therefore, the frame 23 moves in the X direction together with the horizontal slider 25.
  • a vertical ball screw 27 is arranged in the vertical direction in the frame 23 and supported by the frame 23.
  • a vertical slider 28 is screwed to the vertical ball screw 27.
  • the vertical ball screw 27 is rotated by the drive motor 30, whereby the vertical slider 28 is moved in the vertical direction (hereinafter also referred to as Y direction as appropriate).
  • a connecting bracket 31 extending horizontally along the longitudinal direction of the carriage 2 is fixed to the vertical slider 28.
  • An angular position adjustment mechanism 50 for supporting the scanning detector 4 and the welding torch 5 and adjusting the angular position of the welding torch 5 with respect to the welding groove is connected to the tip of the connection bracket 31.
  • the angular position adjusting mechanism 50 includes a guide plate 32 fixed to the tip of the connection bracket 31 and a rotating plate 33 attached to the guide plate 32.
  • the guide plate 32 is an arc-shaped plate, and is fixed to the connection bracket 31 so as to be vertically oriented and the inner circumference faces the upper and lower piles P1 and P2.
  • the inner and outer peripheries of the guide plate 32 are formed in a V-shaped cross section with a sharp edge.
  • An arcuate gear 35 is provided on the surface of the guide plate 32 opposite to the connection bracket 31.
  • FIG. 9 is an enlarged right side view showing the guide plate 32.
  • a rotating plate 33 arranged along the radial direction of the upper and lower piles P1, P2 is attached to the guide plate 32.
  • One end of the rotating plate 33 is an enlarged portion 33a, and a V-shaped grooved roller that fits on the inner and outer circumferences of the guide plate 32 on the surface of the enlarged portion 32a on the guide plate 32 side.
  • a plurality of 34 are provided. Therefore, the rotation plate 33 is guided by the guide plate 32 and can be rotated in the vertical direction as indicated by a chain line position in FIG.
  • a driving motor 36 is provided on the surface of the rotating plate 33 opposite to the guide plate 32.
  • a pinion 37 is provided on a shaft protruding from the rotation plate 33 of the drive motor 36. The pinion 37 is meshed with the gear 35, and when the drive motor 36 is operated thereby, the rotation plate 33 is rotated at an appropriate angle.
  • a connecting bracket 38 extending horizontally along the front-rear direction of the carriage 2 is provided on the surface of the guide plate 32 opposite to the gear 35, and a vertical bar 39 is fixed on the connecting bracket 38.
  • the vertical bar 39 is provided with a horizontal bar 40 along the radial direction of the upper and lower piles P1, P2.
  • a manual fine adjustment mechanism 41 of the copying detector 4 is provided at the tip of the horizontal bar 40.
  • the fine adjustment mechanism 41 includes a horizontal adjustment screw 42 and a vertical adjustment screw 43, and a holder 44 of the copying detector 4 is provided at the lower end of the vertical adjustment screw 43.
  • the scanning detector 4 can be moved by a small distance in the horizontal direction and the vertical direction along the radial direction of the upper and lower piles P1, P2.
  • FIG. 10 is a plan view showing the welding torch 5 with the copying detector 4 and its mounting mechanism omitted for convenience.
  • the welding torch 5 is supported by a holder 45 that swings in the vertical direction.
  • the holder 45 is connected to a reduction gear (not shown) housed in the gear box 46.
  • the gear box 46 is fixed to the other end of the rotating plate 33, and the reduction gear is connected to the drive motor 47.
  • the drive motor 47 By operating the drive motor 47, the holder 45 swings in the vertical direction, and accordingly, as shown in FIG. 11, the welding torch 5 swings as shown by a chain line. Thereby, an arc can be generated over the entire width direction of the welding groove G.
  • a connecting pipe 48 is provided at the rear end of the welding torch 5.
  • a pipe for supplying a welding wire W and a shielding gas is connected to the connecting pipe 48.
  • FIG. 12 is an axial sectional view showing the scanning detector 4.
  • the copying detector 4 includes a cylindrical casing 51 and a detection rod 52 that is accommodated in the casing 51 and has a tip protruding from the casing 51.
  • the detection rod 52 is provided with a ball 53 at an intermediate portion thereof, and is supported so as to be rotatable in two directions orthogonal to each other.
  • a spring 54 for urging the rear end portion of the detection rod 52 in one of two rotating directions.
  • a detection unit 55 is provided at a position adjacent to the rear end of the detection rod 52.
  • the detection unit 55 is provided with two contact points 56 and 57 corresponding to two rotation directions (only the contact points in one rotation direction are shown in the figure).
  • the contact 56 is an ascending displacement detection contact that detects the ascending displacement of the carriage 2
  • the contact 57 is a descending displacement detection contact that detects the descending displacement of the carriage 2.
  • the other two contacts not shown are contacts for detecting the displacement of the carriage 2 inward and outward in the horizontal direction.
  • FIG. 13 is a right side view of the apparatus showing a state at the start of welding or during welding.
  • FIG. 14 is a perspective view of the copying detector 4 showing the same state. As shown in FIG. 14, the copy detector 4 is tilted forward in the traveling direction (indicated by arrow A) of the carriage 2 and tilted upward with respect to a horizontal plane including the tip 52 a of the detection rod 52. 44.
  • a ruler 58 is wound around the outer periphery of the upper pile P1 before starting welding.
  • a magnet band in the case of a flexible band or a steel pipe pile, for example, a magnet band can be used.
  • an adhesive band having an adhesive layer on the winding surface can be used.
  • the ruler 58 is wound around the outer peripheral surface of the upper pile P ⁇ b> 1 separated from the welding groove G by a predetermined dimension so as to be parallel to the welding groove G.
  • the copying line 59 is formed by the boundary line between the upper end surface of the ruler 58 and the outer peripheral surface of the upper pile P1.
  • the horizontal slider 25 and the vertical slider 28 are sequentially operated by sequence control of the control device, and the tip 52a of the detection bar 52 of the scanning detector 4 is in contact with the scanning line 59.
  • the welding torch 5 is brought to a predetermined position facing the welding groove G.
  • the tip 52a of the detection rod 52 and the tip of the welding torch 5 are on the same vertical plane along the radial direction of the piles P1 and P2, or the tip of the welding torch 5 is at a position retracted by a small distance.
  • the tip 52a of the detection rod 52 presses the scanning line 59 downward against the urging force of the spring 54, and the rear end of the detection rod 52 has contacts 56, 57 and other not shown. The two contacts are separated. That is, the state in which the rear end of the detection rod 52 is not in contact with any contact is the neutral position of the copying detector 4, and neither the horizontal slider 25 nor the vertical slider 28 is operated at this neutral position.
  • the rotation plate 33 is rotated only a required angle before welding starts.
  • the carriage 2 is displaced in the vertical direction.
  • the detection rod 52 of the scanning detector 4 rotates, the rear end of the detection rod 52 comes into contact with the upward displacement detection contact 56 or the downward displacement detection contact 57, and the vertical slider 28 operates. . That is, when the carriage 2 is displaced upward, the vertical slider 28 is lowered, and the welding torch 5 is lowered accordingly, and is brought to a predetermined position facing the welding groove G.
  • the vertical slider 28 is raised, and accordingly the welding torch 5 is raised and brought to a predetermined position facing the welding groove G.
  • the detection rod 52 is rotated to the neutral position, and the movement of the vertical slider 28 is stopped.
  • the carriage 2 is displaced in the horizontal direction along the radial direction of the upper and lower piles P1, P2.
  • the detection rod 52 of the scanning detector 4 rotates, and the rear end of the detection rod 52 is a horizontal inward displacement contact or a horizontal outward displacement contact (not shown as described above).
  • the horizontal slider 25 is actuated. That is, when the carriage 2 is displaced inward in the horizontal direction, the horizontal slider 25 moves outward, and accordingly, the welding torch 5 moves outward and is brought to a predetermined position facing the welding groove G.
  • the horizontal slider 25 When the carriage 2 is displaced outward in the horizontal direction, the horizontal slider 25 is moved inward, and the welding torch 5 is moved inward along with it to be brought to a predetermined position facing the welding groove G. Then, when the horizontal slider 25 moves inward or outward in the horizontal direction, the detection rod 52 rotates to the neutral position, and the movement of the horizontal slider 25 stops. Thus, even if the carriage 2 is displaced in the vertical direction or the horizontal direction while the carriage 2 is traveling, the scanning detector 4 detects this, and the vertical slider 28 or the horizontal slider 25 is operated to correct the displacement. Therefore, the welding torch 5 is always brought to a predetermined position facing the welding groove G.
  • the following effects can be obtained. (1) Since the guide rail is installed at the outer circumferential position spaced radially from the upper and lower piles P1 and P2, there is no need to install and remove the guide rail from the outer circumferential surface of the pile, making it easy to prepare for welding. It can be done in a short time. (2) Even when a plurality of piles more than two are added, welding work can be performed with the guide rail 1 and the carriage 2 being installed. (3) Even if the installation surface of the guide rail 1 is inclined or uneven, or the guide rail and the pile axis are eccentric, the scanning detector detects this and the welding torch Since the displacement is corrected, accurate welding can be performed.
  • the horizontal movement mechanism 20 is fixed to the carriage 2, the vertical movement mechanism 21 is coupled thereto, and the copying detector 4 and the welding torch 5 are coupled thereto. May be fixed, a horizontal movement mechanism may be connected thereto, and a copying detector and a welding torch may be further connected thereto.
  • the ruler 58 is wound around the upper pile to form the copying line 59, but the ruler may be wound around the lower pile to form the copying line.
  • the scanning line may be marked on the outer peripheral surface of the pile, and the displacement may be detected by an optical scanning detector.

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Abstract

　本発明の目的は、溶接の準備作業を簡単に短時間で行うことができ、地盤が不整地であっても精度良く溶接できる溶接装置を提供することにある。本発明では、ガイドレール（１）上を走行する台車（２）に設けられ、上下杭の半径方向に沿った水平方向及び鉛直方向に移動する移動部材を有する移動機構（３）と、移動部材に連結された倣い検知器（４）であって、上下杭間の溶接開先（Ｇ）から平行に所定寸法離間した上杭又は下杭の外周面に形成された倣い線（５９）を倣うことにより、上下杭の半径方向に沿った台車の水平変位及び鉛直変位を検出する倣い検知器（４）と、上下杭間の溶接開先（Ｇ）を所定位置で臨むように移動部材に連結された溶接トーチ（５）とを備え、倣い検知器（４）が台車（２）の水平変位又は鉛直変位を検出したとき、移動部材が水平方向又は鉛直方向に移動して、溶接トーチが常に所定位置にもたらされる。

Description

上下杭の溶接装置
　この発明は、上下杭の溶接装置に関し、より詳細には杭を継ぎ足すために地盤に先に埋め込まれている下杭に上杭を自動的に溶接するための装置に関する。
　一般に、既製杭は製造上や搬送上の制限があることから、杭長が規格化されている。一方、構造物を構築する際に既製杭を必要とする地盤は種々異なり、支持層までの深度が大きい場合には単一の既製杭では支持層まで到達できない。このように、支持層が深い場合には、複数の既製杭を継ぎ足しながら地盤に埋設するということが行われている。
　既製杭を継ぎ足すにあたり、先に地盤に埋め込んだ杭（以下、下杭という）と、この下杭に継ぎ足す杭（以下、上杭という）とは、それらの端面すなわち下杭の上端面と上杭の下端面とを突き合わせ、両者を溶接やメカニカル継手等によって固定している。溶接による固定方法は、一般に熟練を要することから、自動化した溶接装置が提案されている（例えば特許文献１、２、３参照）。
　これら従来の溶接装置は、いずれも上杭と下杭との継ぎ目から平行に離間した上杭又は下杭の外周位置にガイドレールを取付け、このガイドレール上を自走する架台に溶接トーチを設けたものである。しかしながら、ガイドレールは、電動機等を含めて重量のある架台を支持することになるので、ガイドレールが滑り落ちないようにしなければならない。そのためには、ガイドレールを杭外周面に対して強く締め付けるように取り付ける、さらには落下防止手段を設けるなどの対策を講じなければならず、取付けが煩雑で時間を要するという難点がある。
　また、ガイドレールが上下杭の継ぎ目に対して平行に取り付けられていないと、溶接トーチと溶接開先との間にずれを生じることになる。このため、ガイドレールは取付け位置を調整しながら正確に取り付けなければならず、この点でも取付けに煩雑さを伴う。さらに、上記のように支持層が深い場合には、杭は２本に止まらずそれよりも多い本数を必要とすることがある。このような場合には杭を継ぎ足すごとに溶接が行われるので、その都度ガイドレール及び架台の取付け・取り外しを行わなければならない。
特開平６－７１４８５号公報 特開２００５－３３４９１６号公報 特許第４０４００７６号公報
　この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
  この発明の目的は、ガイドレールを杭からその半径方向に離間した外周位置に設置することにより、杭外周面へのガイドレールの取付け・取り外しを不要とし、それによって溶接の準備作業を簡単に短時間で行うことができ、しかも地盤が不整地であっても精度良く溶接できる溶接装置を提供するすることにある。
　この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
  すなわち、この発明は、下杭の上端と上杭の下端とを溶接するための溶接装置であって、
  中心が杭軸線とほぼ一致するように、前記上下杭からその半径方向に離間した外周位置の地盤上に設置される環状のガイドレールと、
  このガイドレール上を走行する台車と、
  この台車に設けられ、前記上下杭の半径方向に沿った水平方向及び鉛直方向に移動する移動部材を有する移動機構と、
  前記移動部材に連結された倣い検知器であって、前記上下杭間の溶接開先から平行に所定寸法離間した前記上杭又は下杭の外周面に形成された倣い線を倣うことにより、前記上下杭の半径方向に沿った前記台車の水平変位及び鉛直変位を検出する倣い検知器と、
  前記上下杭間の溶接開先を所定位置で臨むように前記移動部材に連結された溶接トーチとを備え、
  前記倣い検知器が前記台車の水平変位又は鉛直変位を検出したとき、前記移動部材が水平方向又は鉛直方向に移動して、前記溶接トーチが常に前記所定位置にもたらされることを特徴とする溶接装置にある。
　ここで、ガイドレールが設置される地盤上とは、ガイドレールを地盤に直接設置する態様、及び他の部材を介して設置する態様の両方を含む概念である。
　上記溶接装置において、前記倣い線は前記上杭又は下杭の外周に巻き付けられた定規の端面と、杭外周面との境界線によって形成される構成を採用することができる。
　また、前記移動部材は、水平方向に移動する水平スライダーと、この水平スライダーに連結されて鉛直方向に移動する鉛直スライダーとを備え、
  前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に、前記倣い検知器及び前記溶接トーチの双方が連結されている構成を採用することができる。
　また、前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に、前記溶接トーチの前記溶接開先に対する角度位置を調節する角度位置調節機構が連結され、この調節機構に前記溶接トーチが連結されている構成を採用することができる。
　前記角度位置調節機構は、具体的には、前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に鉛直向きであって、かつ内周が前記上下杭を向くように連結された円弧状のガイドプレートと、このガイドプレートに一方の端部が案内されて回動する回動プレートとを備え、この回動プレートの他方の端部に前記溶接トーチが連結されている。そして、前記ガイドプレートに前記倣い検知器が連結されている。
　この発明によれば、杭外周面へのガイドレールの取付け・取り外しが不要となるので、溶接の準備作業を簡単に短時間で行うことができ、しかも地盤が不整地であっても精度良く溶接することができる。
この発明による溶接装置の全体を示す正面図である。 同上のものの平面図である。 台車及びこれに搭載される溶接装置の構成部材を拡大して示す正面図である。 同上のものの平面図である。 同上のものの右側面図である。 図４をさらに拡大して示す平面図である。 移動機構を拡大し、一部を破断して示す正面図である。 同上のものの一部を破断して示す平面図である。 ガイドプレートを拡大して示す右側面図である。 倣い検知器及びその取付機構を便宜的に省略して、溶接トーチを示す平面図である。 溶接トーチの揺動を示す右側面図である。 倣い検知器を示す軸方向断面図である。 溶接開始時あるいは溶接中の状態を示す装置の右側面図である。 同状態を示す倣い検知器の斜視図である。
　この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１、図２は、この発明による溶接装置の全体を示し、図１は正面図、図２は平面図である。図３～図５は、台車及びこれに搭載される溶接装置の構成部材を拡大して示し、図３は正面図、図４は平面図、図５は右側面図である。図６は、図面の理解を容易にするために、図４をさらに拡大して示す平面図である。
　溶接装置は、ガイドレール１と、このガイドレール１上を自走する台車２と、この台車２に設けられ、上杭Ｐ1、下杭Ｐ2の半径方向に沿った水平方向及び鉛直方向に移動する移動部材（詳細は後述する）を有する移動機構３と、移動部材に連結された倣い検知器４及び溶接トーチ５（図４参照）とを備えている。下杭Ｐ2は先に地盤に埋め込まれ、この下杭Ｐ2の上端に上杭Ｐ1の下端が溶接される（図１参照）。上下杭Ｐ1、Ｐ2間には溶接のための開先Ｇが形成されている。なお、溶接対象となる杭は既製杭であって鋼管杭はもちろん、鋼製端板を有するコンクリート杭であってもよい。
　この実施形態の溶接装置で適用される溶接方式はガスアーク溶接法であり、コイル状に巻かれた溶接ワイヤーＷを繰り出しながら送給するための台車６が、台車２に追従してガイドレール１上を自走するようになっている。
　ガイドレール１は、杭Ｐ1、Ｐ2の直径よりも大きく、したがって杭Ｐ1、Ｐ2からその半径方向に離間した位置に設置される円環状のものである。このガイドレール１は、地盤上に設置された矩形の架台７上に載置されている。ガイドレール１の内周には周方向に間隔を置いて複数の芯出しボルト８が設けられ、ガイドレール１は、これらの芯出しボルト８を調整することにより、ガイドレール１の中心と杭軸線とがほぼ一致するように位置決めされる。架台７には周方向に間隔を置いて複数のクランプ部材９が設けられ、位置決めされたガイドレール１は、これらのクランプ部材９により架台７に固定される。
　ガイドレール１は、図５に示すように、水平部１ａと鉛直部１ｂとを有する断面Ｌ型のレールであり、台車２は鉛直部１ｂを跨ぐようにガイドレール１に支持されている。ガイドレール１の内周側に位置する台車２の鉛直フレーム２ａには、ガイドピン１０を介して押し付けプレート１１が鉛直部１ｂに接離する方向に移動自在に設けられている。この押し付けプレート１１は、鉛直フレーム２ａに台車２の走行方向に沿って２つ設けられている。
　各押し付けプレート１１の鉛直部１ｂと対向する面には、上下２つの転動ボール１２が設けられている。押し付けプレート１１及び鉛直フレーム２ａには、押し付けネジ１３が螺着されている。この押し付けネジ１３を回転させることにより、押し付けプレート１１が鉛直部１ｂに向けて接離し、鉛直部１ｂに向けて接近させると転動ボール１２が鉛直部１ｂを押し付けるようになっている。
　台車２内には鉛直方向の軸線を持つローラ１４が支持されている。このローラ１４は２つの押し付けプレート１１に対応して、台車２の走行方向に沿って２つ設けられている。これらのローラ１４はガイドレール１の鉛直部１ｂの外周に接している。各ローラ１４の軸にはフランジ１５が設けられ、このフランジ１５は鉛直部１ｂの上端に係合している。このように、転動ボール１２及びローラ１４によって鉛直部１ｂを挟み込み、かつフランジ１５が鉛直部１ｂの上端に係合することにより、台車２がガイドレール１に走行可能に支持されている。
　台車２内には互いに同期して作動する２つの駆動モータ１６が、２つのローラ１４に対応して設けられている。これらの駆動モータ１６の軸にはギヤ１７が設けられ、このギヤ１７はローラ１４の軸に設けられたギヤ１８と噛み合っている。これにより、駆動モータ１６が作動すると、ローラ１４が回転し、台車２が走行するようになっている。なお、台車２は押し付けネジ１３を緩めて、押し付けプレート１１を鉛直部１ｂから離間させることにより、ガイドレール１から容易に取り外すことができる。取り外した台車２を運ぶための握り部１９が、台車２の走行方向前後に設けられている。
　移動機構３は、水平移動機構２０と鉛直移動機構２１とからなる。図７、図８は移動機構の詳細を拡大して示している。図７は、フレーム２２、２３を一部破断して示す正面図、図８は図７と同様にフレーム２２、２３を一部破断して示す平面図である。水平移動機構２０のフレーム２２は、支持台座３０を介して台車２に固定されている。水平移動機構２０のフレーム２２内には、水平ボールネジ２４が上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向（ガイドレール１の半径方向）に沿って水平方向に配置され、フレーム２２に支持されている。この水平ボールネジ２４には、水平スライダー２５がネジ嵌合している。水平ボールネジ２４は駆動モータ２６によって回転し、それにより水平スライダー２５が上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿った水平方向（以下、適宜Ｘ方向ともいう）に移動する。
　水平スライダー２５には鉛直移動機構２１のフレーム２３が固定されている。したがって、フレーム２３は水平スライダー２５とともに、Ｘ方向に移動する。フレーム２３内には、鉛直ボールネジ２７が鉛直方向に配置され、フレーム２３に支持されている。この鉛直ボールネジ２７には、鉛直スライダー２８がネジ嵌合している。鉛直ボールネジ２７は駆動モータ３０によって回転し、それにより鉛直スライダー２８が鉛直方向（以下、適宜Ｙ方向ともいう）に移動する。
　鉛直スライダー２８には台車２の前後方向に沿って水平に延びる連結ブラケット３１が固定されている。連結ブラケット３１の先端には、倣い検知器４及び溶接トーチ５を支持するとともに、溶接トーチ５の溶接開先に対する角度位置を調節するための角度位置調節機構５０が連結されている。角度位置調節機構５０は、連結ブラケット３１の先端に固定されたガイドプレート３２と、このガイドプレート３２に取り付けられた回動プレート３３とを備えている。
　ガイドプレート３２は円弧状のプレートであり、鉛直向きかつ内周が上下杭Ｐ1、Ｐ2を向くように連結ブラケット３１に固定されている。ガイドプレート３２の内外周は、周縁が尖った断面Ｖ字形に形成されている。また、ガイドプレート３２の連結ブラケット３１と反対側の面には、円弧状のギヤ３５が設けられている。
　図９はガイドプレート３２を拡大して示す右側面図である。ガイドプレート３２には、上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿うように配置された回動プレート３３の一方の端部が取り付けられている。回動プレート３３の一方の端部は拡大部３３ａとなっていて、この拡大部３２ａのガイドプレート３２側の面には、ガイドプレート３２の内周及び外周に嵌まり込むＶ字形の溝付きローラ３４が複数設けられている。したがって、回動プレート３３はガイドプレート３２に案内されて、図９に鎖線位置で示すように、鉛直方向に回動することが可能である。
　回動プレート３３のガイドプレート３２と反対側の面には駆動モータ３６が設けられている。この駆動モータ３６の回動プレート３３から突出する軸にピニオン３７が設けられている。ピニオン３７はギヤ３５と噛み合っていて、これにより駆動モータ３６が作動すると、回動プレート３３が適宜角度回動する。
　ガイドプレート３２のギヤ３５とは反対側の面には、台車２の前後方向に沿って水平に延びる連結ブラケット３８が設けられ、この連結ブラケット３８上に鉛直バー３９が固定されている。鉛直バー３９には上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿って水平バー４０が設けられている。水平バー４０の先端部には倣い検知器４の手動による微調整機構４１が設けられている。
　微調整機構４１は、水平調整ネジ４２と鉛直調整ネジ４３とからなり、鉛直調整ネジ４３の下端部に倣い検知器４のホルダー４４が設けられている。水平調整ネジ４２及び鉛直調整ネジ４３を回すことにより、倣い検知器４を上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿った水平方向及び鉛直方向に微少距離移動させることができる。
　図１０は、倣い検知器４及びその取付機構を便宜的に省略して、溶接トーチ５を示す平面図である。溶接トーチ５は、鉛直方向に揺動するホルダー４５に支持されている。ホルダー４５は、ギヤボックス４６内に収容された図示しない減速ギヤに連結されている。このギヤボックス４６は回動プレート３３の他方の端部に固定され、減速ギヤは駆動モータ４７に連結されている。この駆動モータ４７を作動させることにより、ホルダー４５が鉛直方向に揺動し、それに伴って図１１に示すように、溶接トーチ５が鎖線で示すように揺動する。これにより、溶接開先Ｇの幅方向全体に亘ってアークを発生させることができる。
　溶接トーチ５の後端には連結管４８が設けられている。この連結管４８には溶接ワイヤーＷやシールドガスを供給するためのパイプが接続される。
　倣い検知器４は、それ自体は公知のものであり、例えば特公平６－８６０１５号公報に開示されたものを使用することができる。図１２は、この倣い検知器４を示す軸方向断面図である。倣い検知器４は、筒状のケーシング５１と、このケーシング５１の内部に収容されて先端がケーシング５１から突出する検知棒５２を備えている。検知棒５２は、その中間部にボール５３が設けられ、互いに直交する二方向に回動自在に支持されている。
　ケーシング５１内には検知棒５２の後端側部分を、回動二方向のうち一方向に付勢するバネ５４が設けられている。また、ケーシング５１内には、検知棒５２の後端に隣接した位置に検出部５５が設けられている。この検出部５５には回動二方向に対応して、それぞれ２つずつの接点５６，５７（図には回動一方向の接点のみを示す）が設けられている。
　接点５６は台車２の上昇変位を検出する上昇変位検出接点であり、接点５７は台車２の下降変位を検出する下降変位検出接点である。また図示されていない他の２つの接点は、台車２の水平方向内方及び外方への変位を検出する接点である。これらの接点は、検知棒５２が回動してその後端が接触すると、電気信号を図示しない制御装置に送り、制御装置が移動機構３を作動させる。
　以上がこの発明による溶接装置の構成であり、各構成部材が錯綜しているが、倣い検知器４及び溶接トーチ５に関して言えば、要は、複数の部材を介して鉛直スライダー２８に連結され、鉛直スライダー２８と一体となって動作する部材である。
　次に上記溶接装置による溶接動作について説明する。図１３は溶接開始時あるいは溶接中の状態を示す装置の右側面図である。図１４は、同状態を示す倣い検知器４の斜視図である。図１４に示すように、倣い検知器４は台車２の走行方向（矢印Ａで示す）前方に向けて傾斜し、かつ検知棒５２の先端５２ａを含む水平面に対して上向きに傾斜するようにホルダ４４に取り付けられる。
　また、溶接開始前に上杭Ｐ1の外周には定規５８が巻き付けられる。定規５８としては可撓性を有するバンド、鋼管杭の場合には、例えばマグネットバンドを用いることができる。また、コンクリート杭の場合には巻き付け面に粘着剤層を有する粘着バンドを用いることができる。
　定規５８は図１に示すように、溶接開先Ｇと平行となるように溶接開先Ｇから所定寸法離間した上杭Ｐ1の外周面に巻き付けられる。これにより、定規５８の上端面と上杭Ｐ1の外周面との境界線によって倣い線５９が形成される。溶接開始時には、制御装置のシーケンス制御により、水平スライダー２５及び鉛直スライダー２８が順に作動して、倣い検知器４の検知棒５２の先端５２ａが倣い線５９に当接している。この状態において、溶接トーチ５は溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされている。そして、検知棒５２の先端５２ａと溶接トーチ５の先端とは、杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿った同一鉛直面上にあるか、もしくは溶接トーチ５の先端が微少距離後退した位置にある。
　また、この状態において、検知棒５２の先端５２ａはバネ５４の付勢力に抗して倣い線５９を下向きに押圧しており、検知棒５２の後端は接点５６，５７及び図示されていない他の２つの接点から遊離している。すなわち、検知棒５２の後端がいずれの接点にも接触していない状態が倣い検知器４のニュートラル位置であって、このニュートラル位置では水平スライダー２５及び鉛直スライダー２８のいずれもが作動しない。
　なお、溶接開先Ｇの形状に応じて溶接トーチ５の溶接開先Ｇに対する角度位置を調節する必要がある場合には、溶接開始前に回動プレート３３を所要角度だけ回動させる。
　駆動モーター１６の作動により台車２がガイドレール１上の走行を開始すると、同時に溶接トーチ５から供給される溶接ワイヤーＷによってアーク溶接が開始される。また、倣い検知器４も、検知棒５２が倣い線５９を倣いながら上杭Ｐ1の外周を移動する。
　ここで、ガイドレール１が設置される地盤が傾斜していたり、あるいは凹凸があると、台車２が鉛直方向に変位する。この鉛直方向変位が生じると、倣い検知器４の検知棒５２が回動し、検知棒５２の後端が上昇変位検出接点５６又は下降変位検出接点５７に接触して、鉛直スライダー２８が作動する。すなわち、台車２が上昇変位した場合は鉛直スライダー２８が下降し、それに伴って溶接トーチ５が下降して溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされる。
　また、台車２が下降変位した場合は鉛直スライダー２８が上昇し、それに伴って溶接トーチ５が上昇して溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされる。そして、鉛直スライダー２８が上昇又は下降すると、検知棒５２が回動してニュートラル位置となり、鉛直スライダー２８の移動が停止する。
　他方、ガイドレールが上下杭Ｐ1、Ｐ2に対して偏心して設置されていると、台車２が上下杭Ｐ1、Ｐ2の半径方向に沿った水平方向に変位する。この水平方向変位が生じると、倣い検知器４の検知棒５２が回動し、検知棒５２の後端が水平方向内方変位接点又は水平方向外方変位接点（前述のように図示されていない）に接触して、水平スライダー２５が作動する。すなわち、台車２が水平方向内方に変位した場合は水平スライダー２５が外方に移動し、それに伴って溶接トーチ５が外方に移動して溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされる。
　また、台車２が水平方向外方に変位した場合は水平スライダー２５が内方に移動し、それに伴って溶接トーチ５が内方に移動して溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされる。そして、水平スライダー２５が水平方向内方又は外方に移動すると、検知棒５２が回動してニュートラル位置となり、水平スライダー２５の移動が停止する。このように、台車２の走行中において台車２が鉛直方向又は水平方向に変位しても、倣い検知器４がこれを検出し、鉛直スライダー２８又は水平スライダー２５が作動して変位を修正することから、溶接トーチ５は常に溶接開先Ｇを臨む所定位置にもたらされる。
　上記実施形態によれば、次のような効果が得られる。
  （１）ガイドレールを上下杭Ｐ1、Ｐ2から半径方向に離間した外周位置に設置するので、従来のような杭外周面へのガイドレールの取付け・取り外しが不要となり、溶接の準備作業を簡単に短時間で行うことができる。
  （２）杭を２本よりも多い複数本継ぎ足す場合であっても、ガイドレール１及び台車２を設置したままで、溶接作業を行うことができる。
  （３）ガイドレール１の設置面が傾斜していたり凹凸があったりしても、あるいはガイドレールと杭軸線が偏芯していたりしても、倣い検知器がこれを検出して溶接トーチの変位を修正するので、精度の良い溶接を行うことができる。
　上記実施形態は例示にすぎず、この発明は以下に記すように、種々の態様を採ることができる。
  （１）上記実施形態では台車２に水平移動機構２０を固定し、これに鉛直移動機構２１を連結し、さらにこれに倣い検知器４及び溶接トーチ５を連結したが、台車２に鉛直移動機構を固定し、これに水平移動機構を連結し、さらにこれに倣い検知器及び溶接トーチを連結するようにしてもよい。
  （２）上記実施形態では上杭に定規５８を巻き付けて倣い線５９を形成したが、下杭に定規を巻き付けて倣い線を形成するようにしてもよい。
  （３）倣い線を杭外周面に記し、光学式の倣い検知器で変位を検出するようにしてもよい。
　　１　　　ガイドレール
　　２　　　台車
　　３　　　移動機構
　　４　　　倣い検知器
　　５　　　溶接トーチ
　２０　　　水平移動機構
　２１　　　鉛直移動機構
　２５　　　水平スライダー
　２８　　　鉛直スライダー
　３２　　　ガイドプレート
　３３　　　回動プレート
　５０　　　角度位置調節機構
　５２　　　検知棒
　５８　　　定規
　５９　　　倣い線
　　Ｇ　　　溶接開先
　Ｐ1 　　　上杭
　Ｐ2 　　　下杭
　　Ｗ　　　溶接ワイヤー

Claims (6)

  1. 　下杭の上端と上杭の下端とを溶接するための溶接装置であって、
    　中心が杭軸線とほぼ一致するように、前記上下杭からその半径方向に離間した外周位置の地盤上に設置される環状のガイドレールと、
    　このガイドレール上を走行する台車と、
    　この台車に設けられ、前記上下杭の半径方向に沿った水平方向及び鉛直方向に移動する移動部材を有する移動機構と、
    　前記移動部材に連結された倣い検知器であって、前記上下杭間の溶接開先から平行に所定寸法離間した前記上杭又は下杭の外周面に形成された倣い線を倣うことにより、前記上下杭の半径方向に沿った前記台車の水平変位及び鉛直変位を検出する倣い検知器と、
    　前記上下杭間の溶接開先を所定位置で臨むように前記移動部材に連結された溶接トーチとを備え、
    　前記倣い検知器が前記台車の水平変位又は鉛直変位を検出したとき、前記移動部材が水平方向又は鉛直方向に移動して、前記溶接トーチが常に前記所定位置にもたらされることを特徴とする溶接装置。
  2. 　前記倣い線は前記上杭又は下杭の外周に巻き付けられた定規の端面と、杭外周面との境界線によって形成されることを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
  3. 　前記移動部材は、水平方向に移動する水平スライダーと、この水平スライダーに連結されて鉛直方向に移動する鉛直スライダーとを備え、
    　前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に、前記倣い検知器及び前記溶接トーチの双方が連結されていることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置。
  4. 　前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に、前記溶接トーチの前記溶接開先に対する角度位置を調節する角度位置調節機構が連結され、この調節機構に前記溶接トーチが連結されていることを特徴とする請求項３記載の溶接装置。
  5. 　前記角度位置調節機構は、前記水平スライダー及び前記鉛直スライダーの一方に鉛直向きであって、かつ内周が前記上下杭を向くように連結された円弧状のガイドプレートと、このガイドプレートに一方の端部が案内されて回動する回動プレートとを備え、この回動プレートの他方の端部に前記溶接トーチが連結されていることを特徴とする請求項４記載の溶接装置。
  6. 　前記ガイドプレートに前記倣い検知器が連結されていることを特徴とする請求項５記載の溶接装置。
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