JP4475603B2 - 倣い溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接対象２材の間の開先又は該２材が形成する隅である溶接領域を自動検知して該溶接領域にト−チを倣わせる自動倣い方式の自動溶接装置に関する。

特開平 ７−１１６８４６号公報 特開平 ９−２５３８５４号公報 特開平１１−２０７４６２号公報 特開平 ６−３３５７７３号公報。

例えば、造船における船体の建造，橋梁の製造，大型タンクの建造，あるいは他の鉄鋼構造物の製造又は建造において、突き当てられた２枚の鋼板間の開先、又は、交叉する２枚の鋼板間の隅（コ−ナ）の溶接を行う場合、溶接を行いながら溶接線（開先又は隅の延びる方向）に沿って溶接台車を走行させ、台車に搭載した溶接ト−チで溶接線を自動溶接する。溶接ト−チを溶接線に直交する方向に往復駆動して広いビ−ド幅を形成するオシレ−ション（揺動）溶接が行なわれる場合もある。この種の溶接は、長距離を連続して行なうことが多く、溶接が進む（溶接行程が長くなる）に従い、溶接トーチの溶接ねらい位置が、溶接開始時において設定したねらい位置より溶接線と直交する方向にずれてしまい、ビードの片寄りによる溶接不良となることがある。従って、溶接トーチのねらい位置が常に開先の所定位置に向うように、開先の位置および形状にあわせて溶接トーチの位置制御（倣い制御）を行う必要がある。

このような問題を解決する為、従来知られている方法のうち、タッチセンサを用いた倣い方法がある。これは、溶接を行う前に、溶接台車を開先に沿って駆動（ｙ方向）し、溶接台車に装着されたタッチセンサを用いて開先幅（ｘ方向）および位置（中心位置：ｘ方向）を計測し、開先の中心位置に溶接トーチのオシレーション中心位置を合わせる。特許文献１は、２個の接触子をアームの両端で支持し、アームの中間点を回転軸で支持し、この回転軸に回転角検出用のポテンショメータと電気モータを連結し、アームを往復回転させて各接触子が開先面にあたったときの回転角を検出して開先中心位置を算出する開先位置検出を開示している。特許文献２は、センサワイヤをセンサオシレーション機構で開先幅方向に往復駆動して、センサワイヤが開先面の一方と他方に接触したときの各オシレーション位置を検出して開先中心位置を算出してトーチオシレーションの中心位置を開先中心位置に合わせる倣い溶接装置を開示している。

また、アークセンサを用いた倣い方法としては、溶接時に開先溝内で溶接トーチを開先の幅方向ｘにオシレートさせ、開先の両壁面に対するアーク電圧の変化を計測し、その値から開先の両壁面位置（ｘ）をわりだし、両壁面位置（ｘ）の中間点（通常の場合開先中心）にオシレ−ト中心を合わすように溶接トーチ位置を補正する。その他、開先をカメラで撮影して画像処理により開先幅および位置を算出する光学的な方向ならびにタッチセンサに代えて変位計などの非接触センサを用いる方法なども提案されている（例えば特許文献３および４）。

タッチセンサは構造が簡単でメンテナンスが容易であり、また、交換コストが低いので、溶接機の使用操作が簡略で使用前後のメンテナンスも容易である。しかし、センサワイヤ或いは接触子装着アームの１往復駆動又は１往復回転で１回の開先幅検出となるので、１回の開先中心位置検出に時間がかかる。台車走行の間往復動を連続して継続すると、センサオシレーション機構の消耗が早く、また、トーチオシレーションに共振あるいは干渉を及ぼす可能性もある。

本発明は、安価な自動倣い溶接装置を提供することを第１の目的とし、高い倣い精度維持のためのメンテナンスが簡易な自動倣い溶接装置を提供することを第２の目的とする。

（１）溶接対象２材の間の開先又は該２材が形成する隅である溶接領域(Ow)が延びる方向ｙに走行する台車(20)；
該台車に搭載され前記溶接領域を溶接するためのトーチ(32L,32T)；
前記台車上において前記トーチを支持し、ｙ方向に交叉するｘ方向に駆動するトーチ駆動機構(30L,30T)；
前記台車に搭載され、溶接時の台車移動方向に関して前記トーチより上流側に位置し、前記溶接領域で前記溶接対象２材の両者に、台車移動方向(y)の同一位置で、同時に接触することができる接触子(1)と、該接触子を支持しそのｘ方向の移動、ならびに、ｘ，ｙ方向の両者に交叉するｚ方向の移動、を検出する、前記トーチ(32L,32T)およびトーチ駆動機構(30L,30T)とは分離したｘ，ｚ移動検出器(2)と、を含む接触センサ(1,2)；
前記トーチ駆動機構(30L,30T)とは別体であって、前記ｘ，ｚ移動検出器を支持して、ｘ，ｚ方向に駆動するセンサ駆動機構(23,21)；
前記ｘ，ｚ移動検出器のｘ，ｚ移動検出信号(A〜D)に基づいて検出した移動の方向と同方向への駆動を指示するｘ，ｚ駆動指示信号(Sxup/Sxdown,Szup/Szdown)を生成し前記センサ駆動機構を介して前記ｘ，ｚ移動検出器を駆動する、センサ倣い制御手段(3〜11x,3〜11z)；および、
該センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号(Sxup/Sxdown)に応答して、前記センサ倣い制御手段(3〜11x,3〜11z)とは別個に、前記トーチ駆動機構(30L,30T)を介して前記トーチのｘ方向位置をずらすトーチ倣い制御手段(6L〜15L, 6T〜15T)；
を備える倣い溶接装置。

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対応事項の符号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

これによれば、センサ駆動機構(23,21)およびセンサ倣い制御手段(3〜11x,3〜11z)が、接触子(1)を支持するｘ，ｚ移動検出器(2)を、該接触子(1)が溶接領域（例えば開先）で溶接対象２材の両者（対向開先面のそれぞれ）に同時に接触するように、ｘ，ｚ駆動する。
例えば、溶接溶接台車(20)の進行方向(y)に対して開先が幅方向例えば右（＋ｘ）方向にずれた溶接箇所（ｙ位置）に接触子(1)が移動すると左側開先面によって接触子(1)が上右方向（＋ｚ，＋ｘ）に押される。これによる接触子(1)の上右移動が設定値（いずれの方向でも例えば0.5mm）以上のときに、ｘ，ｚ移動検出器(2)が右移動検出信号（ｘ駆動指示信号Sxup），上移動検出信号を発生し、センサ駆動機構(23,21)およびセンサ倣い制御手段(3〜11x,3〜11z)が、ｘ，ｚ移動検出器(2)を右方向，上方向に駆動する。すなわちセンサを倣い駆動する。これは、ｘ，ｚ移動検出器(2)に対して接触子(1)を基準姿勢に戻すための退避駆動である。これにより、ｘ，ｚ移動検出器(2)に対して接触子(1)が基準姿勢となると、右移動検出信号，上移動検出信号が消える。このような移動検出信号を発生しない期間（ｘ，ｚ移動検出器(2)に対して接触子(1)が基準姿勢である期間）は、センサ駆動機構(23,21)は動かない。すなわち、ｘ，ｚ移動検出器(2)の、開先幅検出のための往復駆動は無用である。センサ駆動機構(23,21)は開先位置ずれがある箇所だけ駆動され、機構の動作時間は極く僅かになり、機構の消耗が少ない。センサ駆動機構(23,21)の寿命が長くなる。

にもかかわらず、溶接台車(20)の進行方向(y)に対して開先が位置ずれを生ずる箇所でｘ，ｚ移動検出器(2)が自動的に該位置ずれを検出し、これを表わす信号（上記右移動検出信号，上移動検出信号）を発生する。上記右移動検出信号（ｘ駆動指示信号Sxup）が発生すると、これに応答してトーチ倣い制御手段(6L〜15L,6T〜15T)が、トーチ駆動機構(30L,30T)を介してトーチのｘ方向位置を右（＋ｘ）方向にずらす。これにより、溶接台車(20)の進行方向(y)に対して開先がずれた方向にトーチ位置がシフトする。すなわち、開先位置ずれ検出は確実に、遅れなく実現するので、精度の高い倣い溶接を実現できる。接触子(1)とそれを支持するｘ，ｚ移動検出器(2)とを含む接触センサ(1,2)を用いているので、センサのメンテナンスおよびセンサ交換を簡易かつ低コストで行うことができる。

（２）前記センサ駆動機構(23,21)は、前記ｘ，ｚ移動検出器をｘ，ｚ方向のそれぞれで前，後進駆動するｘ駆動電気モータ(Mxｓ)，ｚ駆動電気モータ（Mｚｓ）、および、各電気モータの正，逆転により増，減する回転量を表わす回転量信号を発生する各回転量検出手段(Pxs,Pzs)、を含み（図４）；
前記センサ倣い制御手段(3〜11x,3〜11z)は、ｘ，ｚ目標位置信号を発生し前記ｘ，ｚ移動検出器がｘ，ｚ移動を検出している間同方向へｘ，ｚ移動検出器(2)を駆動するために所定周期でステップ状にｘ，ｚ目標位置信号のレベルを更新する手段(Ctxp,Ctzp)、および、各回転量検出手段が発生する回転量信号が各目標位置信号に合致する方向に各電気モータを駆動するフィードバック制御手段(10x,11x;10z,11z)、を含む（図４）；
上記（１）に記載の倣い溶接装置。

（３）前記センサ駆動機構(23,21)は、前記ｘ，ｚ移動検出器(2)をｘ，ｚ方向のそれぞれで前，後進駆動するｘ駆動電気モータ(Mxｓ)およびｚ駆動電気モータ（Mｚｓ）を含み；
前記センサ倣い制御手段は、前記センサ倣い制御手段が生成したｘ，ｚ駆動指示信号(Sxup/Sxdown,Szup/Szdown)に応答して前記ｘ，ｚ駆動電気モータ(Mxｓ,Mｚｓ)をステップ駆動するモータドライバ(11x,11z)、を含む（図１０）；
上記（１）に記載の倣い溶接装置。

（４）前記トーチ駆動機構(30L,30T)はトーチをｘ方向に繰り返し往復駆動する揺動機構であり、前記トーチ倣い制御手段(6L〜15L,6T〜15T)は、前記ｘ駆動指示信号(Sxup/Sxdown)に応答して往復駆動の中心位置をずらす、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の倣い溶接装置。

（５）前記トーチ駆動機構(30L,30T)は、トーチをｘ方向に往復駆動する電気モータ(MxL,MxT)、および、該電気モータの正，逆転により増，減する回転量を表わす回転量信号を発生する回転量検出手段(PxL,PxT)、を含み；
前記トーチ倣い制御手段(6L〜15L,6T〜15T)は、トーチ(32L,32T)のｘ方向の往復移動の移動軌跡を規定する目標位置信号を発生する手段(OtL,OtT)，前記回転量検出手段が発生する回転量信号が前記目標位置信号に合致する方向に前記電気モータを駆動するフィードバック制御手段(10L,11L;10T,11L)、および、前記センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号(Sxup/Sxdown)に応答して前記接触子の移動の方向と同方向に前記トーチの往復移動の中心位置をずらすための調整を、前記目標位置信号又は回転量信号に加える調整手段(SaL,AdL;SaT,AdT)を含む；
上記（４）に記載の倣い溶接装置。

（６）前記調整手段(SaL,AdL;SaT,AdT)は、前記センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号(Sxup/Sxdown)が継続している間、所定周期でステップ状に、前記目標位置信号又は回転量信号に加える調整値を更新する、上記（５）に記載の倣い溶接装置。

（７）前記接触子(1)は、前記溶接領域(Ow)において前記溶接対象２材のそれぞれに先端が対向する、ｘ方向に並んだ２本のピンを持つ、上記（１）乃至（６）の何れか１つに記載の倣い溶接装置。

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。

図１に本発明の第１実施例の平面図を、図２には左側面図を、図３には正面図を示す。図１〜図３ならびに以下において参照する各図面おいて、−ｘ矢印方向を左方とし、＋ｘ矢印方向を右方とし、ｙ矢印方向を溶接方向（溶接時の台車の進行方向）とする（反対は後方向する）とともに、＋ｚ矢印方向を上方とし、−ｚ矢印方向を下方とする。

図１〜図３を参照すると、厚鋼板である２枚のワークＷＬ，ＷＲ（図３）は左右に並べられ、両ワークＷＬ，ＷＲの間には、Ｖ型の開先（溶接領域）Ｏｗが形成されている。本実施例において溶接装置は、該開先Ｏｗの幅方向ｘの中央位置を溶接のねらい位置として、レール４０に沿ってｙ方向に溶接する。溶接装置は、先行，後行の２本の溶接トーチ３２Ｌ，３２Ｔをｙ方向に並べた状態で台車２０に搭載したものであり、両方の溶接トーチにそれぞれ溶接を行わせながら台車２０をｙ方向に走行させることで、一度の走行で２段重ねの溶接ビードを実現する。左側のワークＷＬの上面には、予め開先Ｏｗに沿ってｙ方向に延びるレール４０が敷設される。台車２０には、レール４０上を走行する車輪４１〜４４がある。

図示は省略したが、台車下部の前輪シャフトに従動スプロケットホィ−ルが固着されている。台車フレームには台車駆動モータが固着支持されており、その回転軸には駆動スプロケットホィ−ルが固着され、それに結合した駆動チェ−ンが従動スプロケットホィ−ルに結合している。さらに台車フレームの後方には、ｘ方向に延び、両端に右後車輪４３と左後車輪４４を固着支持し、さらに従動スプロケットホィ−ルが一体固着された後輪シャフトがあり、この従動スプロケットホィ−ルと前述の前輪シャフトの従動スプロケットホィ−ルに従動チェ−ンが結合しており、前輪シャフトの回転を後輪シャフトに伝達する。台車駆動モータが正転通電されて、その回転軸の回転に伴い前輪シャフトおよび後輪シャフトが回転して前後あわせて４つの車輪４１〜４４が同時に回転し、台車２０が前進（ｙ）する。車輪４１〜４４がレ−ル４０でｙ方向に案内されているので、台車２０はレ−ル４０に沿ってｙ方向に前進する。台車駆動モ−タが逆転通電されると台車２０は後退（又は後進）する。

台車２０には、センサｚ駆動機構２１（図２）が搭載されており、該機構２１が上下駆動するｚアーム２２でセンサｘ駆動機構２３が支持されている。該機構２３が左右駆動するｘアーム２４で手動ｘ位置調整機構２５が支持され、この機構２５で手動ｚ位置調節機構２６が支持されている。該機構２６がセンサ支持アーム２７を支持している。センサ支持アーム２７には、ｘ，ｚ移動検出器２（図２，図３）が固定されている。このｘ，ｚ移動検出器２はプランジャを、ｘ，ｚ方向の小範囲内の移動自在に保持しかつばね力で下駆動しており、該プランジャの下端には接触子１が固着されている。溶接中には、接触子１の下端は図７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、開先Ｏｗ内に進入して開先面にあたって僅かに上昇している。

ｘ，ｚ移動検出器２の内部には、該プランジャの上左方向，上右方向，下左方向および下右方向の移動をそれぞれ検出する４個の感圧スイッチがあり、各感圧スイッチの検知信号Ａ〜Ｄを、ｘ，ｚ移動検出器２が出力する。

ｘ，ｚ移動検出器２は、プランジャをｘ，ｚ方向の小範囲内の移動自在に保持し、接触子１の下端が開先面で支えられてプランジャが僅かに検出器２の内部に押し込まれているが左右方向（開先の左側面と右側面）から加わる外力は釣り合っているときの、ｘ，ｚ移動検出器２に対する接触子１の姿勢を基準姿勢（図７の（ａ）〜（ｄ））というと、プランジャ（に固定した接触子１）が基準姿勢から上方向又は左方向に０．５ｍｍ以上ずれると第１感圧スイッチの検知信号Ａが、低レベルＬ（移動非検知）から高レベルＨ（上左移動検知）に切り換わる。同様に第２感圧スイッチの検知信号は、接触子１が基準姿勢から上方向又は右方向に０．５ｍｍ以上ずれるとＬ（移動非検知）からＨ（上右移動検知）に切換わり、第３感圧スイッチの検知信号は、接触子１が基準姿勢から下方向又は左方向に０．５ｍｍ以上ずれるとＬ（移動非検知）からＨ（下左移動検知）に切換わり、接触子１が基準姿勢から下方向又は右方向に０．５ｍｍ以上ずれるとＬ（移動非検知）からＨ（下右移動検知）に切換わる。接触子１の移動と検知信号Ａ〜Ｄの変化の関係を次の表１に示す。

図４に、接触子１の基準姿勢からの変化すなわち検知信号Ａ〜Ｄの変化（接触子１のｘ，ｚ位置変化）に応答して、接触子１を基準姿勢に戻すようにｘ，ｚ駆動機構２３，２１の電気モータＭｘｓ，Ｍｚｓを付勢するセンサ倣い制御回路を示す。ｘ，ｚ移動検出器２が出力する検知信号Ａ〜Ｄは、デコーダ３で、次の表２に示す８種の信号ａ〜ｈに変換される。

デコーダ３の出力信号ａ〜ｈの中のａ〜ｄは、信号Ａ〜Ｄを上，左，右，下の４方向に分解（デコーディング）したものであり、ｅ〜ｈはそれぞれ原信号Ａ〜Ｄそのものである。

接触子１（開先Ｏｗ）の左ずれを意味する信号ｂ，ｅ，ｇは、センサｘ倣い制御回路（Ｃｔｘｐ，１０ｘ，１１ｘ）を構成するセンサｘ目標値生成回路Ｃｔｘｐのオアゲート４ｘで左駆動指示信号Ｓｘdownに集成されて、カウンタ８ｘのＤown指示端に印加されると共に、オアゲート６ｘを通してアンドゲート７ｘに印加される。接触子１の右ずれを意味する信号ｃ，ｆ，ｈは、オアゲート５ｘで右駆動指示信号Ｓｘupに集成されて、カウンタ８ｘのＵｐ指示端に印加されると共に、オアゲート６ｘを通してアンドゲート７ｘに印加される。左駆動指示信号Ｓｘdownおよび右駆動指示信号Ｓｘupは、トーチ倣い制御回路（図５）にも与えられる。

アンドゲート７ｘには目標位置更新タイミングパルスＰｏｃが印加される。センサｘ目標値生成回路Ｃｔｘｐのカウンタ８ｘには、センサ倣いを開始するときに初期値１２８がカウントデータとしてロードされる。カウンタ８ｘは、左駆動指示信号ＳｘdownがＨの間パルスＰｏｃをカウントダウンする。すなわちＳｘdownがＨのときパルスＰｏｃが１パルス到来すると、カウントデータを１小さい数値を表すデータに更新する。つまりカウントデータを１デクレメントする。カウンタ８ｘはまた、右駆動指示信号ＳｘupがＨの間パルスＰｏｃをカウントアップする。すなわちＳｘupがＨのときパルスＰｏｃが１パルス到来すると、カウントデータを１大きい数値を表すデータに更新する。つまりカウントデータを１インクレメントする。

カウンタ８ｘのカウントデータは、Ｄ／Ａコンバータ９ｘでアナログ信号（信号電圧）に変換されてフィードバック回路１０ｘに目標位置信号として与えられる。センサｘ駆動機構２３のｘ駆動電気モータＭｘｓの回転軸には機械的にポテンショメータＰｘｓの回転軸が連結されている。ポテンショメータＰｘｓは、各ステップが駆動対象であるｘ，ｚ移動検出器２のｘ方向の駆動範囲０〜２５５に対応するｘ位置を表わす電圧をフィードバック信号として発生し、フィードバック制御回路１０ｘに与える。フィードバック制御回路１０ｘは、目標位置信号（９ｘの出力）に対するフィードバック信号（Ｐｘｓの出力）の偏差を表わすエラー信号を発生してモータドライバ１１ｘに与える。モータドライバ１１ｘは、偏差を零とする方向にセンサｘ駆動機構２３のｘ駆動電気モータＭｘｓを回転付勢して偏差が零となるときに電気モータＭｘｓの付勢を止める。これにより、ｘ，ｚ移動検出器２が保持する接触子１が、開先Ｏｗのｘ方向中心位置に維持される。

センサｚ駆動機構２１にもｚ駆動電気モータＭｚｓに連結したポテンショメータＰｚｓがあり、センサｚ倣い制御回路（Ｃｔｚｐ，１０ｚ，１１ｚ）によって、ｘ，ｚ移動検出器２が保持する接触子１が、開先Ｏｗの両開先に均等圧で接触する倣い位置（基準姿勢）に維持される。該センサｚ倣い制御回路の構成および機能は上述のセンサｘ倣い制御回路と同様であり、上述のセンサｘ倣い制御回路に関する説明の左を下と、右を上と読み替えたものとなる。

再度図１〜図３を参照する。台車２０には先行トーチオシレート機構３０Ｌおよび後行トーチオシレート機構３０Ｔ（図１，図２）があり、それぞれによって先行トーチ３２Ｌおよび後行トーチ３２Ｔが支持されている。

図５に、トーチ駆動回路を示す。先行トーチ駆動回路は、先行トーチオシレート駆動回路（１０Ｌ〜１５Ｌ，ＡｄＬ）に、先行トーチ倣い制御のための先行トーチ目標位置調整値を与える調整値生成回路ＳａＬを付加したものである。同様に後行トーチ駆動回路は、後行トーチオシレート駆動回路（１０Ｔ〜１５Ｔ，ＡｄＴ）に、後行トーチ倣い制御のための後行トーチ目標位置調整値を与える調整値生成回路ＳａＴを付加したものである。後行トーチオシレート駆動回路（１０Ｔ〜１５Ｔ，ＡｄＴ）の構成および機能は、先行トーチオシレート駆動回路（１０Ｌ〜１５Ｌ，ＡｄＬ）と同様であるので、ここでは主に先行トーチオシレート駆動回路（１０Ｌ〜１５Ｌ，ＡｄＬ）を説明し、後行トーチオシレート駆動回路（１０Ｔ〜１５Ｔ，ＡｄＴ）の詳細な説明は省略する。

図６には、先行トーチオシレート駆動回路（１０Ｌ〜１５Ｌ，ＡｄＬ）が発生する各種信号の波形を示すので、参照されたい。
再度図５を参照すると、先行トーチオシレート駆動回路（１０Ｌ〜１５Ｌ，ＡｄＬ）の主要部である目標値生成回路ＯｔＬのパルス発生器１２Ｌは、ユーザが操作盤３５の設定器Ｕｄａに設定したオシレート周波数Ｆ１の２倍の周波数の原パルスを発生し、分周器１３Ｌがそれを設定器Ｕｄａによって指定された周波数Ｆ１の、デューティが５０％の定レベルパルス（基準パルス）に分周する。本実施例では、原パルスをインバータ１６Ｌで反転したパルスを、前述のタイミングパルスＰｏｃとして、図４に示すセンサ倣い制御回路に与える。なお、このパルスＰｏｃは、先行トーチ３２Ｌのトーチオシレーション（揺動）の中心位置に先行トーチ３２Ｌが到達したときにＬからＨに立ち上がるので、先行トーチのオシレート中心位置到達を表わすパルスである。

オシレート周波数Ｆ１のパルスは可変ゲイン増幅回路１４Ｌで、ユーザが設定器Ｕｄａに設定した先行トーチのオシレート幅（揺動幅）Ｗ１に比例するゲインで増幅されてから、時定数回路１５Ｌに与えられる。この実施例では、設定可能なオシレート幅Ｗ１は、０〜１９１ステップの範囲内であり、時定数回路１５Ｌがオシレート幅Ｗ１の間で、周波数Ｆ１で上下動する三角波を、アナログ加算器（演算増幅器）ＡｄＬに与える。オシレートの中心位置は設定器Ｕｄａを用いてユーザが０〜３２ステップの間で調整することができる。この調整のステップ数を表すアナログ信号（電圧）Ｍａ１も、加算器ＡｄＬに与えられる。

トーチ倣い制御を行うために加えた調整値生成回路ＳａＬのオアゲート６Ｌとカウンタ８ＬのＤown指示端には、センサ倣いのために目標値生成回路Ｃｔｘｐ（図４）が生成する左駆動指示信号Ｓｘdownが与えられ、また、オアゲート６Ｌとカウンタ８ＬのＵｐ指示端には、センサ倣いのために目標値生成回路Ｃｔｘｐが生成する右駆動指示信号Ｓｘupが与えられる。これらの信号Ｓｘｄｏｗｎ，Ｓｘｕｐはオアゲート６Ｌを介してアンドゲート７Ｌにも与えられる。アンドゲート７Ｌには目標位置更新タイミングパルスＰｏｃが印加される。カウンタ８Ｌには、トーチ倣いを開始するとき（センサ倣いの開始と同時）に初期値３２がカウントデータとしてロードされる。カウンタ８Ｌは、左駆動指示信号ＳｘdownがＨの間パルスＰｏｃをカウントダウンする。カウンタ８Ｌはまた、右駆動指示信号ＳｘupがＨの間パルスＰｏｃをカウントアップする。

カウンタ８Ｌのカウントデータは、Ｄ／Ａコンバータ９Ｌでアナログ信号（センサ倣いによる調整信号）に変換されて加算器ＡｄＬに印加される。加算器ＡｄＬは、目標値生成回路ＯｔＬが与えるオシレート幅Ｗ１の間で上下動する三角波，設定器Ｕｄａが与える中心位置調整信号Ｍａ１および調整値生成回路ＳａＬが与えるセンサ倣いによる調整信号を加算して、先行トーチのｘ位置目標信号としてフィードバック制御回路１０Ｌに与える。

先行トーチオシレート機構３０Ｌのｘ駆動電気モータＭｘＬの回転軸には機械的にポテンショメータＰｘＬの回転軸が連結されている。ポテンショメータＰｘＬは、先行トーチ３２Ｌのｘ方向の駆動範囲０〜２５５に対応するｘ移動量を表わす電圧をフィードバック信号として発生し、フィードバック制御回路１０Ｌに与える。フィードバック制御回路１０Ｌは、目標位置信号（ＡｄＬの出力）に対するフィードバック信号（ＰｘＬの出力）の偏差を表わすエラー信号を発生してモータドライバ１１Ｌに与える。モータドライバ１１Ｌは、偏差を零とする方向にトーチオシレート機構３０Ｌのｘ駆動電気モータＭｘＬを回転付勢する。目標値生成回路ＯｔＬが与える信号がオシレート幅Ｗ１の間で上下動する三角波であるので、該三角波の下ピークから上ピークの範囲で、先行トーチ３２Ｌがｘ方向にオシレート（揺動）する。三角波の下ピークで先行トーチ３２Ｌは左側反転位置、上ピークで右側反転位置となる。

図６の（ａ）には、接触子１の下端が開先Ｏｗの相対向する２面に均等に当たってｘ，ｚ移動検出器２に対して接触子１が基準姿勢であるときの、加算器ＡｄＬがフィードバック制御回路１０Ｌに与えるオシレート目標位置信号を示す。接触子１が基準姿勢であるので、すなわち開先ずれがないので、該オシレート目標位置信号は一定レベルである。

開先が右方向にずれている箇所では、図６の（ｂ）に示すように、右駆動指示信号ＳｘupがＬからＨに切換り、このＨの間カウンタ８ＬがタイミングパルスＰｏｃをカウントアップするので、調整値生成回路ＳａＬの出力電圧（センサ倣いのための調整信号）が上昇して、これにより、加算器ＡｄＬがフィードバック制御回路１０Ｌに与えるオシレート目標位置信号が上昇し、オシレート中心位置が右にシフトする。オシレート幅は変化しない。開先が左方向にずれている箇所では、図６の（ｂ）に示すように、左駆動指示信号ＳｘdownがＬからＨに切換り、このＨの間カウンタ８ＬがタイミングパルスＰｏｃをカウントダウンするので、調整値生成回路ＳａＬの出力電圧（センサ倣いのための調整信号）が低下して、これにより、加算器ＡｄＬがフィードバック制御回路１０Ｌに与えるオシレート目標位置信号が低下し、オシレート中心位置が左にシフトする。これが、ｘ，ｚ移動検出器２の開先位置ずれ検出に基づく溶接トーチの開先倣い制御であり、溶接トーチのオシレート中心位置が自動的に開先の幅センタにあわせられる。

図７の（ａ）〜（ｄ）に、ｘ，ｚ移動検出器２（の前記プランジャ）に装着された接触子１を拡大して示す。接触子１は、開先Ｏｗにおいて左側開先面と右側開先面にそれぞれの下端が対向する２本のピンを持つ。これらのピンは、開先の幅方向ｘに並んでおり、開先が延びる方向ｙでは同一位置である。図７の（ａ）〜（ｄ）では接触子１は「基準姿勢」すなわち２本のピンが左側開先面と右側開先面に−ｚ方向で同圧力（押下力）で当たっており、かつ接触子１が左側開先面と右側開先面から受ける力の絶対値が同一で方向が逆つまり釣り合っている状態にある。開先内に溶加剤として例えばカットワイヤＦｗを挿入する場合、２本のピンを持つ接触子１であると、図７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、開先幅が広くても、ピンの下端がカットワイヤＦｗに当たる可能性が低いので、２本のピンを持つ接触子１を用いると、開先幅の広狭に対する適応性が高い。仮に接触子を球体又は下端が半球面のプランジャとすると、この態様を本発明が排除する意図ではないが、例えば図７の（ｅ）〜（ｈ）に示すように、カットワイヤＦｗに球面がつかえやすく、カットワイヤＦｗを充填する場合には開先幅の広狭に対する適応性が低い。したがって上記２本のピンを持つ接触子１を用いるのが好ましい。

第２実施例の機構部の構成は前述の第１実施例と同一であるが、トーチ駆動回路の構成が僅かに異なる。図８に、第２実施例のトーチ駆動回路の機能構成を示す。第１実施例のトーチ駆動回路では、加算器ＡｄＬ，ＡｄＴで、目標値生成回路ＯｔＬが与えるオシレート幅Ｗ１の間で上下動する三角波に、設定器Ｕｄａが与える中心位置調整信号Ｍａ１および調整値生成回路ＳａＬが与えるセンサ倣いによる調整信号を加算することによって、溶接トーチのオシレート中心位置を調整するようにしている。しかし第２実施例では、加算器ＡｄＬ，ＡｄＴに代えて減算器（演算増幅器による作動増幅器）ＤｅＬ，ＤｅＴを用いて、ポテンショメータＰｘＬ，ＰｘＴのフィードバック信号から設定器Ｕｄａが与える中心位置調整信号Ｍａ１および調整値生成回路ＳａＬが与えるセンサ倣いによる調整信号を減算して、差値信号をフィードバック制御回路１０Ｌ，１０Ｔに与える。この態様でも、溶接トーチ３２Ｌ，３２Ｔのオシレート動作とセンサ倣いを用いるオシレート中心位置の自動開先倣い動作は、第１実施例と同様である。

第３実施例の機構部の構成も、前述の第１実施例と同一であるが、トーチ駆動回路の構成が僅かに異なる。図９に、第３実施例のトーチ駆動回路の機能構成を示す。第３実施例では、加算器ＡｄＬ，ＡｄＴで、ポテンショメータＰｘＬ，ＰｘＴのフィードバック信号に、設定器Ｕｄａが与える中心位置調整信号Ｍａ１および調整値生成回路ＳａＬが与えるセンサ倣いによる調整信号を加算して、和信号をフィードバック制御回路１０Ｌ，１０Ｔに与える。この場合、接触子１の移動方向に対するトーチオシレートの中心位置の移動方向が逆方向になるのを避けるために、調整値生成回路ＳａＬ，ＳａＴは、右駆動指示信号Ｓｘupをカウンタ８Ｌ，８ＴのＤown指示端に、左駆動指示信号ＳｘdownをＵｐ指示端に印加するように、指示信号の接続を切り換えた。この態様でも、溶接トーチ３２Ｌ，３２Ｔのオシレート動作とセンサ倣いを用いるオシレート中心位置の自動開先倣い動作は、第１実施例と同様である。

なお、いずれの実施例においても、設定器Ｕｄａが与える中心位置調整信号Ｍａ１および調整値生成回路ＳａＬが与えるセンサ倣いによる調整信号を同一の加算器又は減算器に与えるが、両信号の一方を、オシレート幅Ｗ１の間で上下動する三角波に対して加算又は減算し、他方を、ポテンショメータのフィードバック信号に対して加算又は減算するようにしてもよい。

第４実施例の機構部の構成は、前述の第１実施例と同様ではあるが、ｘ，ｚ駆動機構２３，２１の電気モータＭｘｓ，Ｍｚｓはパルスモータであり、これらの電気モータＭｘｓ，Ｍｚｓを正，逆転付勢する、センサ倣い制御装置のモータドライバ１１ｘ，１１ｚはパルスモータドライバである。

図１０に、第４実施例のセンサ倣い制御装置の機能構成を示す。第１実施例のフィードバック制御（図４）は第４実施例では採用していないので、目標値生成は不要である。従って第４実施例では、目標値生成回路ＣｔｘｐおよびＣｔｚｐは、左，右駆動指示信号Ｓｘup，Ｓｘdownおよび上，下駆動指示信号Ｓｚup，Ｓｚdownを発生するオアゲート４ｘ，５ｘおよび４ｚ，５ｚのみを残して、省略している。

ドライバ１１ｘは、右駆動指示信号Ｓｘup（Ｈレベル）が発生するとそれがある間所定周期で電気モータＭｘｓを正転方向にステップ駆動付勢しｘ，ｚ移動検出器２を右方向にステップ駆動する。またドライバ１１ｘは、左駆動指示信号Ｓｘdown（Ｈレベル）が発生するとそれがある間所定周期で電気モータＭｘｓを逆転方向にステップ駆動付勢しｘ，ｚ移動検出器２を左方向にステップ駆動する。これにより、ｘ，ｚ移動検出器２が保持する接触子１が、開先Ｏｗのｘ方向中心位置に維持される。

ドライバ１１ｚは、上駆動指示信号Ｓｚup（Ｈレベル）が発生するとそれがある間所定周期で電気モータＭｚｓを正転方向にステップ駆動付勢しｘ，ｚ移動検出器２を上方向にステップ駆動する。またドライバ１１つは、下駆動指示信号Ｓｚdown（Ｈレベル）が発生するとそれがある間所定周期で電気モータＭｚｓを逆転方向にステップ駆動付勢しｘ，ｚ移動検出器２を下方向にステップ駆動する。これにより、ｘ，ｚ移動検出器２が保持する接触子１が、開先Ｏｗに対して所定のｚ位置に維持される。

第４実施例のその他の構成および機能は、第１実施例と同様である。

本発明の第１実施例の平面図である。 第１実施例の左側面図である。 第１実施例の正面図である。 図２に示すセンサｘ駆動機構２３およびセンサｚ駆動機構２１にある駆動電気モータＭｘｓ，Ｍｚｓを駆動するセンサ倣い制御装置の構成を示すブロック図である。 図２に示す先行トーチオシレート機構３０Ｌおよび後行トーチオシレート機構３０Ｔにある駆動モータＭｘＬ，ＭｘＴを駆動するトーチ駆動回路を示すブロック図である。 （ａ）は、開先ずれがない場合に図５に示す目標値生成回路ＯｔＬおよび加算器ＡｄＬが発生する信号を模式的に示すタイムチャート、（ｂ）は開先ずれがあるときの、加算器ＡｄＬが発生する信号を模式的に示すタイムチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、図３に示す接触子１の、開先Ｏｗに対する位置を示す拡大正面図、（ｅ）〜（ｈ）は球面接触子１ａを用いた場合の、該接触子１の開先Ｏｗに対する位置を示す拡大正面図である。 本発明の第２実施例のトーチ駆動回路を示すブロック図である。 本発明の第３実施例のトーチ駆動回路を示すブロック図である。 本発明の第４実施例のセンサ倣い制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１：接触子 ２：ｘ，ｚ移動検出器
２０：台車 ２１：センサｚ駆動機構
２２：ｚアーム ２３：センサｘ駆動機構
２４：ｘアーム ２５：手動ｘ位置調整機構
２６：手動ｚ位置調節機構
２７：センサ支持アーム
３０Ｌ，３０Ｔ：トーチオシレート機構
３２Ｌ，３２Ｔ：溶接トーチ
３３Ｌ，３３Ｔ：トーチの手動ｚ位置調整機構
３４Ｌ，３４Ｔ：トーチの手動ｚ位置調整つまみ
３５：操作盤 ４０：レール
４１〜４４：車輪
Ｍｘｓ，Ｍｚｓ：センサ駆動電気モータ
Ｐｘｓ，Ｐｚｓ：センサ位置フィードバック用のポテンショメータ
ＭｘＬ，ＭｚＴ：トーチ駆動電気モータ
ＰｘＬ，ＰｚＴ：トーチ位置フィードバック用のポテンショメータ

Claims (7)

1. 溶接対象２材の間の開先又は該２材が形成する隅である溶接領域が延びる方向ｙに走行する台車；
   該台車に搭載され前記溶接領域を溶接するためのトーチ；
   前記台車上において前記トーチを支持し、ｙ方向に交叉するｘ方向に駆動するトーチ駆動機構；
   前記台車に搭載され、溶接時の台車移動方向に関して前記トーチより上流側に位置し、前記溶接領域で前記溶接対象２材の両者に、台車移動方向の同一位置で、同時に接触することができる接触子と、該接触子を支持しそのｘ方向の移動、ならびに、ｘ，ｙ方向の両者に交叉するｚ方向の移動、を検出する、前記トーチおよびトーチ駆動機構とは分離したｘ，ｚ移動検出器と、を含む接触センサ；
   前記トーチ駆動機構とは別体であって、前記ｘ，ｚ移動検出器を支持して、ｘ，ｚ方向に駆動するセンサ駆動機構；
   前記ｘ，ｚ移動検出器のｘ，ｚ移動検出信号に基づいて検出した移動の方向と同方向への駆動を指示するｘ，ｚ駆動指示信号を生成し前記センサ駆動機構を介して前記ｘ，ｚ移動検出器を駆動する、センサ倣い制御手段；および、
   該センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号に応答して、前記センサ倣い制御手段とは別個に、前記トーチ駆動機構を介して前記トーチのｘ方向位置をずらすトーチ倣い制御手段；
   を備える倣い溶接装置。
   
2. 前記センサ駆動機構は、前記ｘ，ｚ移動検出器をｘ，ｚ方向のそれぞれで前，後進駆動するｘ駆動電気モータ，ｚ駆動電気モータ、および、各電気モータの正，逆転により増，減する回転量を表わす回転量信号を発生する各回転量検出手段、を含み；
   前記センサ倣い制御手段は、ｘ，ｚ目標位置信号を発生し前記ｘ，ｚ移動検出器がｘ，ｚ移動を検出している間同方向へｘ，ｚ移動検出器を駆動するために所定周期でステップ状にｘ，ｚ目標位置信号のレベルを更新する手段、および、各回転量検出手段が発生する回転量信号が各目標位置信号に合致する方向に各電気モータを駆動するフィードバック制御手段、を含む；
   請求項１に記載の倣い溶接装置。
3. 前記センサ駆動機構は、前記ｘ，ｚ移動検出器をｘ，ｚ方向に駆動するｘ駆動電気モータおよびｚ駆動電気モータを含み；
   前記センサ倣い制御手段は、前記センサ倣い制御手段が生成したｘ，ｚ駆動指示信号に応答して前記ｘ，ｚ駆動電気モータをステップ駆動するモータドライバ、を含む；
   請求項１に記載の倣い溶接装置。
4. 前記トーチ駆動機構はトーチをｘ方向に繰り返し往復駆動する揺動機構であり、前記トーチ倣い制御手段は、前記ｘ駆動指示信号に応答して往復駆動の中心位置をずらす、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の倣い溶接装置。
5. 前記トーチ駆動機構は、トーチをｘ方向に往復駆動する電気モータ、および、該電気モータの正，逆転により増，減する回転量を表わす回転量信号を発生する回転量検出手段、を含み；
   前記トーチ倣い制御手段は、トーチのｘ方向の往復移動の移動軌跡を規定する目標位置信号を発生する手段，前記回転量検出手段が発生する回転量信号が前記目標位置信号に合致する方向に前記電気モータを駆動するフィードバック制御手段、および、前記センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号に応答して前記接触子の移動の方向と同方向に前記トーチの往復移動の中心位置をずらすための調整を、前記目標位置信号又は回転量信号に加える調整手段を含む；
   請求項４に記載の倣い溶接装置。
6. 前記調整手段は、前記センサ倣い制御手段が生成した前記ｘ駆動指示信号が継続している間、所定周期でステップ状に、前記目標位置信号又は回転量信号に加える調整値を更新する、請求項５に記載の倣い溶接装置。
7. 前記接触子は、前記溶接領域において前記溶接対象２材のそれぞれに先端が対向する、ｘ方向に並んだ２本のピンを持つ、請求項１乃至６の何れか１つに記載の倣い溶接装置。
   

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