JP2001179447A

JP2001179447A - 開先倣い制御方法

Info

Publication number: JP2001179447A
Application number: JP36510199A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Sano; 孝信佐野; Hiroshi Murayama; 宏村山; Eiji Matsuda; 英治松田; Yuji Sugitani; 祐司杉谷
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】多様な溶接線形状や溶接線の長大化に対応可
能な開先倣い制御方法を提供する。【解決手段】移動車１に、溶接線２３方向に延びるブ
ーム２を旋回可能および開先幅方向に横移動可能に設
け、ブーム２の先端部に取り付けられた溶接機３を被溶
接部材面を移動させながら溶接する方法において、溶接
機３の前方に配設された前後２つの開先倣いセンサ６
ａ、６ｂを開先を横断する方向に揺動させることによ
り、開先幅方向の位置ズレ量および溶接機進行方向のズ
レ角を検出し、検出された位置ズレ量およびズレ角を修
正するように、ブーム２を開先幅方向に横移動および旋
回させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船殻ブロックなど
大型部材の自動溶接における開先倣い制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動溶接機の開先倣い装置は、溶
接トーチの開先幅方向の変動を制御するために設けられ
ており、開先幅方向に移動するスライドブロックによっ
て溶接トーチを支持する構造となっている。スライドブ
ロックは、例えばアークセンサのような開先倣いセンサ
によって検出された開先位置情報に対応して移動し、溶
接トーチの位置を所定の溶接線上の狙い位置に修正す
る。このような開先倣い装置の従来例を図１１、図１２
に示す。いずれも概要を示す図で、図１１は正面図、図
１２は平面図である。図１１、図１２において、１１０
は被溶接部材、１１１は開先、１１２は溶接機台車、１
１３は溶接トーチ、１１４はスライドブロック、１１５
は溶接機台車１１２の車輪、１１６溶接機台車１１２が
走行するレールである。

【０００３】図１１のように溶接線が直線状の場合に
は、溶接線とほぼ平行にレール１１６を設置し、溶接機
台車１１２をレール１１６に沿って走行させながら溶接
する。また、スライドブロック１１４による溶接トーチ
１１３の可動範囲は通常１００〜２００ｍｍである。

【０００４】図１２の場合は、大型部材の溶接によくみ
られるもので、溶接線が湾曲している場合であり、溶接
線の直線部分にほぼ平行にレール１１６を設置して溶接
すると、図中のＡ点で溶接を停止しなければならない。
また、溶接不能点Ａの発生を回避するべく、その都度溶
接線の形状にレールを合わせるのでは非常に面倒なこと
になる。

【０００５】一方、図１２のような溶接線の場合、多関
節溶接ロボットを使用することも考えられる。しかし、
溶接ブロックごとに溶接トーチの自動追従プログラムを
作成し入力する必要があるため、この制御プログラムは
非常に複雑になり、膨大な開発時間、費用等がかかる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】船殻ブロックなど大型
構造部材は多様な形状を有しているため、溶接線も様々
な形状を呈している場合が多い。しかも、溶接長が非常
に長く、開先幅が変化することも多い。したがって、溶
接機台車の走行用レールを設置することは望ましきなく
実用的でない。溶接ロボットも前述した問題があるため
採用しがたい。また、溶接トーチの可動範囲を大きくす
るためにスライドブロックのストロークを大きくするこ
とは、スライドブロックが重厚長大なものとなり、これ
を搭載する溶接機も大重量化し、溶接機の走行に多大な
エネルギーを必要としたり、運搬に大きな労力を要する
ため、得策ではない。

【０００７】本発明は、前述した技術的背景に鑑み、多
様な溶接線形状や溶接線の長大化に対応可能な開先倣い
制御方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る開先倣い制
御方法は、移動車に、溶接線方向に延びるブームを旋回
可能および開先幅方向に横移動可能に設け、該ブームの
先端部に取り付けられた溶接機を被溶接部材面を移動さ
せながら溶接する方法において、前記溶接機の前方に配
設された前後２つの開先倣いセンサを開先を横断する方
向に揺動させることにより、開先幅方向の位置ズレ量お
よび溶接機進行方向のズレ角を検出し、検出された前記
位置ズレ量およびズレ角を修正するように、前記ブーム
を開先幅方向に横移動および旋回させることを特徴とす
るものである。

【０００９】本発明においては、前記のように構成する
ことにより、ブームの旋回および横移動により溶接機の
溶接トーチを溶接線上に自動的に倣わせることができ
る。そして、このブームにより開先幅方向に対する溶接
機の移動量を大幅に拡大することができるので、多様な
溶接線形状や溶接線の長大化に十分対応可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の開先倣い制御方法
を実施するための自動溶接装置の概要を示す平面図、図
２は自動溶接装置の側面図である。この例は船底外板部
の上向突合せ溶接を行う場合を示している。図１、図２
において、１は自動操縦機能を有する移動車で、路面１
００を走行する。２は移動車１上に設置されたブーム
で、その先端部には溶接機３が取り付けられている。溶
接機３はスライドブロック４に取り付けられた溶接トー
チ５ａ、５ｂを備え、被溶接部材１１０の下面を走行す
る。また、溶接機３の前部に前後２つの開先倣いセンサ
６ａ、６ｂが連結板７に取り付けられ、これらの開先倣
いセンサ６ａ、６ｂは揺動軸８により開先を横断する方
向に一定の振幅で揺動する。揺動軸８の座標位置は揺動
用モータ９に取り付けられたエンコーダ１０により検出
される。１１はブーム２を上下動させるシリンダ装置、
１２はブーム２をピン１４を中心に旋回させるブーム旋
回軸、１３はブーム２を開先幅方向に横移動させるブー
ム横移動軸である。

【００１１】ブーム２は、先端部に溶接機３をピン１５
により軸支し、中間部をピン１６によりシリンダ装置１
１のシリンダロッドに連結し、基端部をピン１７により
ブーム旋回軸１２に連結している。シリンダ装置１１の
シリンダケースはピン１８によりブーム旋回軸１２の外
枠に連結されている。

【００１２】前記の揺動軸８、ブーム旋回軸１２、ブー
ム横移動軸１３は、いずれも、公知のボールネジ機構か
らなるもので、スライドブロックを軸方向に移動させる
構成となっている。溶接トーチ５ａ、５ｂを取り付けた
溶接機３のスライドブロック４も同様のボールネジ機構
からなる。また、ブーム旋回軸１２はブーム横移動軸１
３上に取り付けられており、ブーム横移動軸１３を横移
動することによって、ブーム２ごと溶接機３全体を開先
幅方向に横移動させることができる。図中、２０は支持
台、２１ａは移動車１の駆動車輪で、自動操舵機構を備
えている。２１ｂは移動車１の自在車輪、２２は溶接機
３の車輪である。

【００１３】前記開先倣いセンサ６ａ、６ｂの各原点
（揺動中心）と溶接トーチ５ａ、５ｂの各中心は同一直
線上に配置され、ブーム２は溶接線２３と平行に延びて
いる。移動車１はほぼ溶接線方向に走行し、シリンダ装
置１１によりブーム２を介して溶接機３を被溶接部材１
１０の下面に押し付けた状態で移動させながら溶接を行
う。その際、溶接機３の前方において連続的に揺動する
開先倣いセンサ６ａ、６ｂにより、溶接線２３に対する
開先幅方向の位置ズレ量および溶接機進行方向のズレ角
を検出する。

【００１４】図３〜図６により、前記位置ズレ量および
ズレ角の検出方法を説明する。開先倣いセンサ６ａ、６
ｂには、例えばレーザセンサを用いて、これを開先を横
断する方向に連続的に揺動させることにより、レーザセ
ンサ６ａ、６ｂの揺動中心と開先中心との開先幅方向の
位置ズレ量を検出する。

【００１５】それにはまず、図３に示すように、開先幅
ないし開先開口幅を検出する。開先２４は溶接の都合
上、下面が開口している（この開口部を通じて溶接トー
チ５ａ、５ｂの湾曲した先端部を下側から挿入してタン
デム溶接している）ため、レーザセンサを左側から右側
（あるいは右側から左側）へ揺動させて被溶接部材１１
０の下面までの距離を測定する。このレーザセンサによ
る測定距離を揺動軸８の揺動座標位置（エンコーダ１０
の検出位置）に対応させてあらわすと図３のようなグラ
フとなり、開先２４の開口左端２４ａと開口右端２４ｂ
の各位置にて測定距離が急変する。したがって、測定距
離に一定の閾値２５を設け、この閾値２５を超えるとき
の開先開口左端２４ａの座標位置（−ｘ）と開先開口右
端２４ｂの座標位置（＋ｘ）を検出し、これらの座標位
置の差を求めることにより、開先２４の開口幅Ｇを検出
することができる。

【００１６】さらに、図４に示すように、この開口幅Ｇ
の開先中心２６を求め、レーザセンサの揺動中心（原点
０の位置）２７との距離を求めることにより、開先中心
２６すなわち溶接線２３に対するレーザセンサの開先幅
方向の位置ズレ量Ｗを検出することができる。

【００１７】レーザセンサは前後２つ設けてあるので、
それぞれのレーザセンサ６ａ、６ｂについて上記位置ズ
レ量Ｗｆ、Ｗｒを検出することができる。図５は溶接機
３の進行方向に対して溶接線２３が左側にずれた場合を
示す図で、図６はこの場合の前部レーザセンサ６ａおよ
び後部レーザセンサ６ｂの測長距離と揺動座標位置との
関係を示す図である。レーザセンサ６ａ、６ｂのセンサ
間距離をＬとすると、上記のように検出された前部レー
ザセンサ６ａの位置ズレ量Ｗｆおよび後部レーザセンサ
６ｂの位置ズレ量Ｗｒから、溶接線２３に対する溶接機
進行方向のズレ角θは式（１）により求めることができ
る。

【００１８】

【数１】

【００１９】そして、前記ズレ角θおよび位置ズレ量Ｗ
ｆ、Ｗｒがいずれもゼロになるように修正することによ
り、溶接トーチ５ａ、５ｂを溶接線２３上に追従させる
ことができる。すなわち、開先倣いセンサ６ａ、６ｂに
よって検出された溶接線２３との位置ズレ量およびズレ
角の情報を基に、ブーム２に取り付けられた溶接機３を
ブーム旋回軸１２およびブーム横移動軸１３により旋回
または横移動させて、開先倣いセンサ６ａ、６ｂの揺動
中心、言い換えれば、溶接トーチ５ａ、５ｂが常に開先
中心線（溶接線）上に位置するよう補正を行うことがで
きる。

【００２０】この補正方法を図７、図８により説明す
る。図７は自動溶接線倣い機構を示す図で、図８はその
制御方法の概念図である。ズレ角の補正はブーム２を旋
回させることによって行う。このときのブーム旋回軸１
２の補正移動量（Ｄ１）は、２つの開先倣いセンサ６
ａ、６ｂの位置ズレ量差（Ｗｒ−Ｗｆ）と、センサ間長
さ（Ｌ）とブーム旋回中心１４からブーム旋回移動点１
７までの長さ（Ｌ２）のレバー比で式（２）より求める
ことができる。

【００２１】

【数２】

【００２２】位置ズレ量の補正はブーム２を横移動する
ことによって行う。このときのブーム横移動軸１３の補
正移動量（Ｄ２）は、式（３）により、後部開先倣いセ
ンサ６ｂの位置ズレ量（Ｗｒ）とブーム２のズレ角の補
正によって新たに生じる位置ズレ量（ｄ）を合算して求
める。Ｄ２＝Ｗｒ＋ｄ・・・（３）

【００２３】ズレ角補正によって生じる新たな位置ズレ
量（ｄ）は、式（４）に示すように、２つの開先倣いセ
ンサ６ａ、６ｂの位置ズレ量差（Ｗｒ−Ｗｆ）と、セン
サ間長さ（Ｌ）とブーム旋回中心１４から後部開先倣い
センサ６ｂまでの長さ（Ｌ１）のレバー比から求めるこ
とができる。

【００２４】

【数３】

【００２５】このようにして求められたブーム旋回軸１
２およびブーム横移動軸１３の補正移動量（Ｄ１、Ｄ
２）はそれぞれの駆動用サーボモータ２８、２９に指令
し、両方の軸１２、１３を同時に動作させることにより
開先倣い制御を行う。

【００２６】したがって、ブーム２により溶接機３の開
先幅方向の移動量を大幅に拡大できるため、直線のみな
らず曲線の溶接線に対しても従来のように溶接不能点を
生じることなく溶接を行うことができ、多様な溶接線形
状や溶接線の長大化、あるいは開先幅の変動等に対して
十分に対応することができる。また、溶接トーチ５ａ、
５ｂが取り付けられたスライドブロック４は主として初
期の狙い位置を調整するセッティングに用いるだけでよ
いので、スライドブロック４の小型化が可能である。も
ちろんスライドブロック４を公知のアークセンサの機能
に基づき開先倣い制御に併用してもよい。

【００２７】前記実施の形態は上向溶接の場合を示した
が、下向溶接にも本発明を適用することができることは
いうまでもない。図９は下向溶接の場合の溶接装置の概
要を示す側面図で、図１０はその平面図である。この場
合、移動車１は被溶接部材１１０の表面を走行すること
になるだけで、図１、図２に示したものと同様であるの
で同一符号を付して説明は省略する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブームの旋回および横移動により開先倣いを行うことが
でき、しかもこのブームは溶接機の開先幅方向の移動量
を拡大することができるため、多様な溶接線形状や溶接
線の長大化に十分に対応することができる。また、溶接
機の走行用レールが不要で、溶接トーチのスライドブロ
ックの小型化が可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の開先倣い制御方法を実施する溶接装置
の概略平面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】レーザセンサによる開先幅ないし開先開口幅の
検出方法を示す図である。

【図４】レーザセンサの揺動中心と開先中心の位置ズレ
を示す図である。

【図５】溶接機進行方向に対し溶接線が左側にずれた場
合を示す概要図である。

【図６】溶接機進行方向に対し溶接線が左側にずれた場
合の前後レーザセンサの位置ズレを示す図である。

【図７】自動溶接線倣い機構を一部拡大して示す図であ
る。

【図８】自動溶接線倣い制御方法を示す図である。

【図９】本発明の他の実施の形態を示す溶接装置の概略
平面図である。

【図１０】図９の側面図である。

【図１１】従来の開先倣い機構を示す概略正面図であ
る。

【図１２】従来の開先倣い機構を示す概略平面図であ
る。

【符号の説明】

１移動車２ブーム３溶接機５ａ、５ｂ溶接トーチ６ａ、６ｂ開先倣いセンサ８揺動軸１２ブーム旋回軸１３ブーム横移動軸２３溶接線２４開先

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田英治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 (72)発明者杉谷祐司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Ｆターム(参考） 4E081 AA12 BA02 BA40 CA07 DA05 DA18 DA21 DA72 EA14 EA34 EA47 EA54 EA56 FA15 YA01 YY03 YY07 YY14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動車に、溶接線方向に延びるブームを
旋回可能および開先幅方向に横移動可能に設け、該ブー
ムの先端部に取り付けられた溶接機を被溶接部材面を移
動させながら溶接する方法において、前記溶接機の前方に配設された前後２つの開先倣いセン
サを開先を横断する方向に揺動させることにより、開先
幅方向の位置ズレ量および溶接機進行方向のズレ角を検
出し、検出された前記位置ズレ量およびズレ角を修正するよう
に、前記ブームを開先幅方向に横移動および旋回させる
ことを特徴とする開先倣い制御方法。