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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-15
(45)【発行日】2023-12-25
(54)【発明の名称】溶接装置、溶接方法、溶接プログラム及びタンクの溶接工法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/127 20060101AFI20231218BHJP
B23K 9/00 20060101ALI20231218BHJP
B23K 9/32 20060101ALI20231218BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
B23K9/127 508A
B23K9/00 501L
B23K9/32 E
B23K31/00 L
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018219326
(22)【出願日】2018-11-22
(65)【公開番号】P2020082125
(43)【公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-06-03
【審判番号】
【審判請求日】2022-12-13
(73)【特許権者】
【識別番号】390014568
【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松本 智浩
(72)【発明者】
【氏名】甲斐 真次
(72)【発明者】
【氏名】高堀 賢一
(72)【発明者】
【氏名】向山 素
(72)【発明者】
【氏名】内田 貴文
【合議体】
【審判長】刈間 宏信
【審判官】菊地 牧子
【審判官】大山 健
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１８４４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５９－１７５４７７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００３－２６０５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－０５２５８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
B23K9/00-9/32
B23K31/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
二つの金属母材の接合部に沿って配置される長尺な第１ガイド、および第１ガイド上に組み込まれ第１ガイドの長手方向に移動する第１ステージを有する第１レールと、
前記第１ガイドに対して直交方向に延びるように形成されて前記第１ステージに固定される第２ガイド、および第２ガイド上に組み込まれ第２ガイドの長手方向に往復移動する第２ステージを有する第２レールと、
前記第２ガイドに設けられるモータ、このモータの回転動力を伝達するボールネジロッド、および前記第２ステージに組み込まれ前記ボールネジロッドに結合されるナットを有する移動機構と、
前記第１ステージを第１ガイドの長手方向に移動させる第１駆動信号を送信する第１送信部と、
前記第２ステージに固定された検出器により前記接合部のギャップ位置を検出した検出信号を受信する受信部と、
前記第１ステージを移動しながら検出された前記ギャップ位置と前記接合部に沿う方向に設定された基準位置との偏差量を演算する演算部と、
前記偏差量とこの偏差量に対応する前記第１ステージの第１変位情報とを関連付けて登録する登録部と、
前記検出器と交換して前記第２ステージに固定した溶接トーチにアークを発生させるアーク発生部と、
前記第１駆動信号を送信しながら取得した前記第１変位情報に関連付けられた前記偏差量に基づいて第２変位情報を生成する生成部と、
前記第２変位情報に基づいて前記移動機構のモータを回転して前記第２ステージを前記第２ガイドの長手方向に往復移動させる第２駆動信号を送信する第２送信部と、を備える溶接装置。
【請求項2】
二つの金属母材の接合部に沿って配置される長尺な第１ガイド、および第１ガイド上に組み込まれ第１ガイドの長手方向に移動する第１ステージを有する第１レールと、
前記第１ガイドに対して直交方向に延びるように形成されて前記第１ステージに固定される第２ガイド、および第２ガイド上に組み込まれ第２ガイドの長手方向に移動する第２ステージを有する第２レールと、
前記第２ガイドに設けられるモータ、このモータの回転動力を伝達するボールネジロッド、および前記第２ステージに組み込まれ前記ボールネジロッドに結合されるナットを有する移動機構と、
前記第１ステージを第１ガイドの長手方向に移動させる第１駆動信号を送信する第１送信部と、
前記第２ステージに固定された検出器により前記接合部のギャップ位置を検出した検出信号を受信する受信部と、
前記第１ステージを移動しながら検出された前記ギャップ位置と前記接合部に沿う方向に設定された基準位置との偏差量を演算する演算部と、
前記偏差量とこの偏差量に対応する前記第１ステージの第１変位情報とを関連付けて登録する登録部と、
前記検出器と交換して前記第２ステージに固定した溶接トーチにアークを発生させるアーク発生部と、
前記第１駆動信号を送信しながら取得した前記第１変位情報に関連付けられた前記偏差量に基づいて第２変位情報を生成する生成部と、
前記第２変位情報に基づいて前記移動機構のモータを回転して前記第２ステージを前記第２ガイドの長手方向に往復移動させる第２駆動信号を送信する第２送信部と、
前記溶接トーチによる溶接後に、前記溶接トーチと交換して前記第２ステージに固定された撮影カメラ、ケレン器および非破壊検査器の何れか一つに対し、前記第１ステージの移動が開始されて前記第２ステージに前記第２送信部からの第２駆動信号が送信されている状態で、前記撮影カメラ、ケレン器および非破壊検査器の何れかに対応する作動信号を送信する画像撮影部、ケレン実行部および非破壊検査部の何れか一つと、を備える溶接装置。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の溶接装置において、
前記前記移動機構におけるモータに組み込まれ、前記第２駆動信号に応じて前記モータの追従回転を制御するエンコーダを備える溶接装置。
【請求項4】
請求項１又は請求項２に記載の溶接装置において、
前記移動機構におけるモータは前記第２ガイドの前記第１ステージへの固定側端部に設けられている溶接装置。
【請求項5】
二つの金属母材の接合部に沿って配置される長尺な第１ガイド、および第１ガイド上に組み込まれ第１ガイドの長手方向に移動する第１ステージを有する第１レールと、前記第１ガイドに対して直交方向に延びるように形成されて前記第１ステージに固定される第２ガイド、および第２ガイド上に組み込まれ第２ガイドの長手方向に移動する第２ステージを有する第２レールと、前記第２ガイドに設けられるモータ、このモータの回転動力を伝達するボールネジロッド、および前記第２ステージに組み込まれ前記ボールネジロッドに結合されるナットを有する移動機構と、を接合部に沿って配置するステップと、
前記第１ステージを前記第１ガイドの長手方向に移動させる第１駆動信号を送信するステップと、
前記第２ステージに固定された検出器により前記接合部のギャップ位置を検出した検出信号を受信するステップと、
前記第１ステージを移動しながら検出された前記ギャップ位置と前記接合部に沿う方向に設定された基準位置との偏差量を演算するステップと、
前記偏差量とこの偏差量に対応する前記第１ステージの第１変位情報とを関連付けて登録するステップと、
前記検出器と交換して前記第２ステージに固定した溶接トーチにアークを発生させるステップと、
前記第１駆動信号を送信しながら取得した前記第１変位情報に関連付けられた前記偏差量に基づいて第２変位情報を生成するステップと、
前記第２変位情報に基づいて前記移動機構のモータを回転して前記第２ステージを前記第２ガイドの長手方向に往復移動させる第２駆動信号を送信するステップと、を含む溶接方法。
【請求項6】
二つの金属母材の接合部に沿って配置される長尺な第１ガイド、および第１ガイド上に組み込まれ第１ガイドの長手方向に移動する第１ステージを有する第１レールと、
前記第１ガイドに対して直交方向に延びるように形成されて前記第１ステージに固定される第２ガイド、および第２ガイド上に組み込まれ第２ガイドの長手方向に移動する第２ステージを有する第２レールと、
前記第２ガイドに設けられるモータ、このモータの回転動力を伝達するボールネジロッド、および前記第２ステージに組み込まれ前記ボールネジロッドに結合されるナットを有する移動機構と、を具備し
前記第２ステージに検出器または溶接トーチを固定して溶接を行う溶接装置の制御を行う溶接プログラムであって、
コンピュータに、
前記第１ステージを第１ガイドの長手方向に移動させる第１駆動信号を送信するステップ、
前記第２ステージに固定された検出器により前記接合部のギャップ位置を検出した検出信号を受信するステップ、
前記第１ステージを移動しながら検出された前記ギャップ位置と前記接合部に沿う方向に設定された基準位置との偏差量を演算するステップ、
前記偏差量とこの偏差量に対応する前記第１ステージの第１変位情報とを関連付けて登録するステップ、
前記検出器と交換して前記第２ステージに固定した溶接トーチにアークを発生させるステップ、
前記第１駆動信号を送信しながら取得した前記第１変位情報に関連付けられた前記偏差量に基づいて第２変位情報を生成するステップ、
前記第２変位情報に基づいて前記移動機構のモータを回転して前記第２ステージを前記第２ガイドの長手方向に往復移動させる第２駆動信号を送信するステップ、を実行させる溶接プログラム。
【請求項7】
底板を布設する工程と、前記底板の周縁に複数の短冊型胴板を筒状に縦割りに配列する工程と、
請求項５に記載の溶接方法により前記短冊型胴板を前記金属母材とした接合部を溶接して胴体を形成する工程と、
前記胴体の上部に天板を設置する工程と、を含むタンクの溶接工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、大型構造物の溶接技術に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、屋外に設置される大型タンクの施工は、胴板、底板および天板等を分割搬入し、現場で組み立てる。このような大型タンクの施工の手順は、底板布設、胴体の溶接組立、天板組立が概略工程となる。このうち胴体の溶接組立方法の一つとして、分割された複数の短冊型胴板を筒状に縦割りに配列し、突き合わされた胴板端部同士を溶接する方法がある。
【0003】
この胴板の溶接組立において、接合部の開先合せ、その開先形状寸法の計測・確認、手動あるいは自動溶接機による溶接、ケレン（磨き）作業、溶接部の外観・寸法検査及び非破壊検査（ＰＴ他）による溶接欠陥の有無確認を行う。そして、工期短縮、人員削減及び品質安定性の観点から、この胴板の溶接組立の作業は自動化が推し進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平８－２６７２４２号公報
【文献】特開平８－７４４４３号公報
【文献】特開平１１－１９０７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した大型タンクの胴体を構成する短冊型胴板は、一辺の長さが１０数ｍにわたるため、これらを筒状に縦割りに配列した場合、自重による変形が避けられない。このように短冊型胴板に生じた変形は、胴板端部の開先部のギャップ及び形状が規定値から外れる事象を生じさせるため、溶接を実施する前に、開先部のギャップ及び形状が規定値に収まるように治具による調整が行われる。
【0006】
しかし、開先部のギャップラインから胴板にわたり生じる歪みは、治具による調整は困難である。よって、自動溶接機で溶接する場合、歪みの大きなギャップラインに沿ってアークを走査することが困難となり、溶接部の品質低下が避けられない課題がある。
【0007】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、大型構造物を自動化により高品質で溶接する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
溶接装置において、二つの金属母材の接合部に沿って配置される長尺な第１ガイド、および第１ガイド上に組み込まれ第１ガイドの長手方向に移動する第１ステージを有する第１レールと、前記第１ガイドに対して直交方向に延びるように形成されて前記第１ステージに固定される第２ガイド、および第２ガイド上に組み込まれ第２ガイドの長手方向に往復移動する第２ステージを有する第２レールと、前記第２ガイドに設けられるモータ、このモータの回転動力を伝達するボールネジロッド、および前記第２ステージに組み込まれ前記ボールネジロッドに結合されるナットを有する移動機構と、前記第１ステージを第１ガイドの長手方向に移動させる第１駆動信号を送信する第１送信部と、前記第２ステージに固定された検出器により前記接合部のギャップ位置を検出した検出信号を受信する受信部と、前記第１ステージを移動しながら検出された前記ギャップ位置と前記接合部に沿う方向に設定された基準位置との偏差量を演算する演算部と、前記偏差量とこの偏差量に対応する前記第１ステージの第１変位情報とを関連付けて登録する登録部と、前記検出器と交換して前記第２ステージに固定した溶接トーチにアークを発生させるアーク発生部と、前記第１駆動信号を送信しながら取得した前記第１変位情報に関連付けられた前記偏差量に基づいて第２変位情報を生成する生成部と、前記第２変位情報に基づいて前記移動機構のモータを回転して前記第２ステージを前記第２ガイドの長手方向に往復移動させる第２駆動信号を送信する第２送信部と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明の実施形態により、大型構造物を自動化により高品質で溶接する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係る溶接装置の制御部を示すブロック図。
【図2】実施形態に係る溶接装置の機械構成を示す側面図。
【図3】実施形態に係る溶接装置の断面図を示しこの溶接装置による接合部の検出工程の説明図。
【図4】（Ａ）実施形態に係る溶接装置による接合部の溶接工程の説明図、（Ｂ）溶接部の外観検査工程の説明図、（Ｃ）溶接部のケレン工程の説明図、（Ｄ）溶接部の非破壊検査工程の説明図。
【図5】タンクの胴体を構成する短冊型胴板の説明図。
【図6】タンクの胴体の組立図。
【図7】実施形態に係る溶接装置の設置方法の説明図。
【図8】実施形態に係るタンクの溶接工法の説明図。
【図9】実施形態に係る溶接方法及び溶接プログラムを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る溶接装置の制御部１０（１０Ａ、１０Ｂ）を示すブロック図である。図２は実施形態に係る溶接装置の機械構成３０を示す側面図である。図３は機械構成３０の断面図を示し溶接装置による接合部３６の検出工程の説明図である。
【0012】
なお実施形態に係る溶接装置による工程は、接合部３６の検出工程、接合部３６の溶接工程、溶接部３３の外観検査工程、溶接部３３のケレン（みがき）工程、溶接部３３の非破壊検査工程に大きく分類される。そして、制御部１０Ａは接合部３６の検出工程における機能ブロックであり、制御部１０Ｂは接合部３６の溶接工程、溶接部３３の外観検査工程、溶接部３３のケレン（みがき）工程及び溶接部３３の非破壊検査工程における機能ブロックである。
【0013】
図１に示すように溶接装置の制御部１０は、二つの金属母材３５ａ，３５ｂ（図２）の接合部３６に沿って配置された第１レール３１上の第１ステージ４１を移動させる第１駆動信号Ａを送信する第１送信部１１と、この第１ステージ４１に固定された第２レール３２上の第２ステージ４２に固定された検出器４５により接合部３６のギャップ位置ｘnを検出した検出信号Ｄを受信する受信部１６と、第１ステージ４１を移動しながら検出されたギャップ位置ｘnと基準位置ｘ0との偏差量Δｘnを演算する演算部１７と、偏差量Δｘnとこの偏差量Δｘnに対応する第１ステージ４１の第１変位情報Ｅとを関連付けて登録する登録部２０と、検出器４５と交換して第２ステージ４２に固定した溶接トーチ４６（図４（Ａ））にアークを発生させるアーク発生部２１と、第１駆動信号Ａを送信しながら取得した第１変位情報Ｅに関連付けられた偏差量Δｘnに基づいて第２変位情報Ｘnを生成する生成部１９と、第２変位情報Ｘnに基づいて第２ステージ４２を移動させる第２駆動信号Ｂを送信する第２送信部１２と、を備えている。
【0014】
図２に示すように第１レール３１は、長尺に形成される第１ガイド４３と、この第１ガイド４３に組み込まれその長手方向に移動する第１ステージ４１と、この第１レール３１を金属母材３５の表面に装着させるマグネット等の装着具５７と、から構成されている。
【0015】
第１レール３１には、第１送信部１１から送信される第１駆動信号Ａを受信して回転駆動する第１モータ５１が設けられている。第１モータ５１の回転動力は、傘歯車５８を介してピニオンギア５９を回転させる。回転するピニオンギア５９は、第１ガイド４３の表面に敷設されたラックギア６１に歯合し、直進動力を発生させる。なお第１モータ５１は第１ステージ４１に設けられたものを例示しているが、その設置位置は特に限定はなく、第１ガイド４３に設けられていてもよい。また第１モータ５１の回転動力を直進動力に変換する機構は特に限定されるものではなく、第１ガイド４３に対し第１ステージ４１を移動させることができればよい。
【0016】
第１モータ５１が受信する第１駆動信号Ａは、第１ステージ４１が等速直線運動するように、この第１モータ５１を一方向に等速回転させる。
【0017】
第１変位計測器５５は、第１レール３１に対する第１ステージ４１の変位量を表す第１変位情報Ｅを出力し、取得部１８に取得させる。実施形態における第１変位計測器５５は、第１モータ５１に組み込まれたエンコーダが例示されており、第１モータ５１の回転量を直線変位量に変換する。しかし第１変位計測器５５は、このような実施形態に限定されるものではなく、第１レール３１に対する第１ステージ４１の変位量を計測できればよい。
【0018】
第２レール３２は、第１レール３１に対し直交方向に延びるように形成され第１ステージ４１に固定される第２ガイド４４と、この第２ガイド４４に組み込まれその長手方向に移動する第２ステージ４２と、から構成されている。
【0019】
第２ステージ４２には、第２送信部１２から送信される第２駆動信号Ｂを受信して回転駆動する第２モータ５２が設けられている。第２モータ５２の回転動力は、ボールネジロッド６２を介して伝達され、ナット（図示略）が組み込まれた第２ステージ４２に直進動力を発生させる。なお第２モータ５２は第２ガイド４４に設けられたものを例示しているが、その設置位置は特に限定はなく、第２ステージ４２に設けられていてもよい。また第２モータ５２の回転動力を直進動力に変換する機構は特に限定されるものではなく、第２ガイド４４に対し第２ステージ４２を移動させることができればよい。
【0020】
第２モータ５２が受信する第２駆動信号Ｂは、接合部３６のギャップラインが蛇行していれば、この蛇行したギャップラインに沿って第２ステージ４２が追従するように、この第２モータ５２を追従回転させる。なおこの第２モータ５２に組み込まれたエンコーダ５６は、第２モータ５２の追従回転を制御するためのものである。
【0021】
第２ステージ４２の上面にはギャップ検出器４５が着脱自在に固定されている。なお第２ステージ４２の上面は、この検出器４５と交換して溶接トーチ４６（図４（Ａ））、撮影カメラ４７（図４（Ｂ））、ケレン実行部４８（図４（Ｃ））、非破壊検査器４９（図４（Ｄ））等を着脱自在に固定する。なお検出器４５と撮影カメラ４７は、共通の機器を用いることができる。
【0022】
ギャップ検出器４５は、検査実行部１５（図１）からの実行信号Ｃを受信することで接合部３６のギャップ位置ｘnを検出し、検出信号Ｄを受信部１６に送信する。ギャップ検出器４５は、具体的には、レーザースキャナや光学カメラ等が挙げられるが特に限定されない。ギャップ検出器４５は、第１ステージ４１の移動に合わせて、ギャップ位置ｘnの相対的変位を検出することができるものであれば適宜採用される。
【0023】
演算部１７（図１）は、ギャップ検出器４５で取得した形状データを取り込んで処理する演算機能を有する。そして、第１レール３１上の第１ステージ４１を移動（走行）させながら検出したギャップ位置ｘnと基準位置ｘ0との偏差量Δｘnを演算する。登録部２０は、偏差量Δｘnとこの偏差量Δｘnに対応する第１ステージ４１の第１変位情報Ｅとを関連付けて登録する。
【0024】
このようにギャップ検出器４５を第２ステージ４２に搭載して走行させることで、接合部３６の開先形状、開先間のギャップ寸法等を確認する溶接前の「開先検査」も、ギャップ位置ｘnの検出とは別に実施される。この「開先検査」においては、二つの金属母材３５ａ，３５ｂにおける開先開度、開先形状、ギャップの間隔、くい違い等の検査項目が検査される。そして、これら検査項目が規定値に収まるように、溶接の実施前に、治具による調整が行われる。
【0025】
しかし、治具の調整によっても、第１レール３１の直線に対する接合部３６のギャップラインの歪み（バラツキ）は修正しきれない。そこで、このギャップラインの歪みを内包した状態で、ギャップ検出器４５でギャップ位置ｘnの変位を正確に検出する。そして、演算された偏差量Δｘnに基づいて溶接トーチ４６の位置を補正しながら溶接する。
【0026】
生成部１９は、第１送信部１１で第１駆動信号Ａを送信しながら取得部１８で取得された第１変位情報Ｅをリアルタイムで入力する。そして生成部１９は、入力した第１変位情報Ｅに関連付けられた偏差量Δｘnを登録部２０から取得し、第２変位情報Ｘnを生成する。そして第２送信部１２は、第２変位情報Ｘnに基づいて第２ステージ４２を移動させる第２駆動信号Ｂを送信する。
【0027】
上述したように、接合部３６の検出工程で導いた偏差量Δｘnに基づいて溶接工程を実行し、さらにその後も、この偏差量Δｘnに基づいて溶接部３３の外観検査工程、ケレン（みがき）工程及び非破壊検査工程が実施される。なおこれらの工程における各作業は、遠隔操作・自動化されている。検出工程で導いた偏差量Δｘnは、登録部２０で一括して管理され、各工程で利用される。
【0028】
図４（Ａ）は実施形態に係る溶接装置による接合部３６の溶接工程の説明図である。溶接工程では、検出器４５（図３）から交換して第２ステージ４２に溶接トーチ４６が固定される。そして、第１ステージ４１の移動（走行）が開始されると同時に、アーク発生部２１（図１）から信号Ｆが発信され、溶接トーチ４６から溶接ワイヤが供給されるのと同時にこの溶接ワイヤの先端からアークが発生し、接合部３６の自動溶接が開始する。
【0029】
本実施形態では、一般的なＭＡＧ自動溶接機等が用いられ、第１ステージ４１及び第２ステージ４２には、溶接トーチ４６の他に、図示略のＣＯ２ガス供給ラインやその他の溶接器具が搭載されている。そして、図示略の溶接ワイヤ供給装置及び溶接制御装置が第１ステージ４１の走行と同期して制御される。
【0030】
さらに、第２ステージ４２に固定された溶接トーチ４６は、第１ステージ４１の移動方向（Ｚ方向）とは直交する方向（Ｘ方向）にも移動し、ギャップラインの歪みを補正しながら接合部３６を溶接する。これにより、金属母材３５ｂに設置した第１レール３１自体の歪み、装着具５７の取付位置の誤差、開先加工誤差等を解消することが可能で、溶接欠陥、品質低下の少ない精度の高い溶接が実現される。
【0031】
図４（Ｂ）は実施形態に係る溶接装置による溶接部３３の外観検査工程の説明図である。外観検査工程では、溶接トーチ４６から交換して第２ステージ４２に撮影カメラ４７が固定される。そして、第１ステージ４１の移動（走行）が開始されると同時に、画像撮影部２２（図１）から信号Ｇが発信される。すると、撮影カメラ４７は溶接部３３の撮影を開始し、画像データＨが画像撮影部２２に受信される。
【0032】
外観検査工程では、撮影カメラ４７により、溶接ビード形状を測定し、余盛り高さ、溶接幅等の寸法を確認する。なおこの撮影カメラ４７は、具体的には、レーザースキャナや光学カメラ等が挙げられるが特に限定されない。ギャップラインの歪みが補正されながら外観検査が実施されることにより、溶接ビード形状の寸法計測の精度が向上し、エラーの少ない精度の高い確認が実施される。
【0033】
図４（Ｃ）は実施形態に係る溶接装置による溶接部３３のケレン工程の説明図である。ケレン工程では、撮影カメラ４７から交換して第２ステージ４２にケレン器４８が固定される。そして、第１ステージ４１の移動（走行）が開始されると同時に、ケレン実行部２５（図１）から信号Ｊが発信される。すると、ケレン器４８は溶接部３３のクリーニングを開始する。
【0034】
ケレン工程では、溶接後の溶接スパッタ、スラグ又はその他の付着物の除去等の作業を行う。ケレン器４８は、具体的にはレーザートーチ等であり、溶接ビードの表層部及びその周辺の付着物をレーザーエネルギーでプラズマ化し剥離する。そのようなレーザートーチは、第２ステージ４２に取付けられ、レーザー供給用光ファイバー及び必要により冷却水等のユーテリテイの供給ラインが接続されている。ギャップラインの歪みが補正されながらケレン（磨き）が実施されることにより、第１ステージ４１を第１レール３１において一回走行させるだけで、必要とされる範囲において確実な磨きが可能であり、従来に比べ作業工数、時間の短縮が達成される。
【0035】
図４（Ｄ）は実施形態に係る溶接装置による溶接部３３の非破壊検査工程の説明図である。非破壊検査工程では、ケレン器４８から交換して第２ステージ４２に非破壊検査器４９が固定される。そして、第１ステージ４１の移動（走行）が開始されると同時に、非破壊検査部２６（図１）から信号Ｋが発信される。すると、非破壊検査器４９は溶接部３３の検査を開始し、検査データＬが非破壊検査部２６に受信される。
【0036】
非破壊検査工程では、溶接部３３のブローホール等の内部欠陥、微細なピット他の欠陥の有無が検査される。実施形態では、検査方式に超音波探傷検査（ＵＴ）を用いるものとし、装置として複数チャンネルによるフェーズドアレイ方式の超音波探傷装置を用いる。ギャップラインの歪みが補正されながら非破壊検査が実施されることにより、高精度の検査が実現される。
【0037】
図５はタンクの胴体７０を構成する短冊型胴板３５の説明図である。図６はタンクの胴体の組立図である。容量が１０００トンを超える大型タンクの施工は、底板７２を布設し、この底板７２の周縁に複数の短冊型胴板３５を筒状に縦割りに配列する。そして上述した溶接方法により、短冊型胴板３５の接合部を溶接して胴体７０を形成する。そして、この胴体７０の上部に天板（図示略）を設置する。
【0038】
図７は実施形態に係る溶接装置の設置方法の説明図である。図８は実施形態に係るタンクの溶接工法の説明図である。第１レール３１は、搭載する第２レール３２、検出器４５及び溶接トーチ４６等の重量、並びに動作要求、胴板３５への取付け／取外しを考慮して、材質を剛性が高く軽量なアルミニウム等を主要な構成材としている。
【0039】
さらに装着具５７（図２）がマグネットであることにより、第１レール３１を胴板３５の端部の接合部３６に沿う取付け／取外しを容易に行うことができる。これにより、図８に示すように、筒状に縦割りに配列された複数の短冊型胴板３５に対し第１レール３１の付け替えを容易にし、複数ある接合部３６の全ての溶接作業を速やかに実施することができる。
【0040】
なお、詳細な説明を省略するが、底板７２（図５）に関しても、複数の短冊型胴板を平面状に縦割りに配列して、その端部の接合部を溶接して構成することができる。
【0041】
図９のフローチャートに基づいて実施形態に係る溶接方法及び溶接プログラムを説明する（適宜、図１～図８参照）。複数の胴板（金属母材）３５を配列し、その接合部３６に沿って第１レール３１を配置する（Ｓ１１）。そして、ギャップ検出器４５を第２ステージ４２に固定する（Ｓ１２）。
【0042】
第１送信部１１から第１駆動信号Ａを送信して第１ステージ４１を接合部３６の一端から他端まで移動させながら（Ｓ１３）、検出器４５により検出された接合部３６のギャップ位置ｘnの検出信号Ｄを受信する（Ｓ１４）。そして演算部１７においてギャップ位置ｘnと基準位置ｘ0との偏差量Δｘnを演算し（Ｓ１５）、登録部２０において偏差量Δｘnとこの偏差量Δｘnに対応する第１ステージ４１の第１変位情報Ｅとを関連付けて登録する（Ｓ１６）。
【0043】
検出器４５と交換して溶接トーチ４６を第２ステージ４２に固定し（Ｓ１７）、アークを発生させながら第１ステージ４１を接合部３６の一端から他端まで移動させる（Ｓ１８）。このとき、第１変位情報Ｅと偏差量Δｘnに基づいて、第２ステージ４２を移動させるための第２変位情報Ｘnを生成し、第２モータ５２を駆動させる第２駆動信号Ｂを送信して第２ステージ４２を移動させる（Ｓ１９）。これにより、ギャップラインが歪んでいたとしても、このギャップラインに沿って溶接トーチ４６は走査され、一つの接合部３６の溶接工程が終了する（Ｓ２０）。
【0044】
そして引き続き、溶接トーチ４６から交換して撮影カメラ４７を第２ステージ４２に固定し外観検査工程を実施する（Ｓ２１）。さらに、撮影カメラ４７から交換してケレン器４８を第２ステージ４２に固定しケレン工程を実施する（Ｓ２２）。さらに、ケレン器４８から交換して非破壊検査器４９を第２ステージ４２に固定し非破壊検査工程を実施する（Ｓ２３）。
【0045】
これにより、一つの接合部３６に対する一連の溶接作業が終了する。次に溶接する接合部３６の対象が存在する場合は、第１レール３１を取り外して、別の胴板（金属母材）３５に付け替える（Ｓ２４ Ｎｏ，Ｓ１１）。そして、全ての接合部３６の一連の溶接作業が終了したところで終了する（Ｓ２４ Ｙｅｓ，ＥＮＤ）。
【0046】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の溶接装置によれば、金属母材の接合部で検出したギャップ位置の偏差量に基づいて溶接トーチを変位させることにより、大型構造物を自動化により高品質で溶接することが可能となる。さらに溶接工程にとどまらず、ケレン外観検査工程、ケレン工程、非破壊検査工程等の一連の作業の自動化を図ることができ工数等の大幅な低減が図れる。
【0047】
なお、本実施形態は、縦割りした胴板の溶接施工に適用し、溶接組立する胴板の設定、開先合せ以降の「開先検査工程」、「溶接工程」、「ケレン工程」、「外観検査工程」、「非破壊検査工程」の各作業を順次実施している。しかし、この中の一部について従来の手法を用いても良い。例えば、溶接後の「ケレン工程」についてこれを従来の手作業としても良い。また、第２ステージ４２に固定される各ユニットについて、具体的な装置を示したが、同様の機能を有する機器・装置であれば良く、方式等を限定するものでない。
【0048】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【0049】
以上説明した溶接装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードやタッチパネルなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。このように、溶接装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、溶接プログラムにより動作させることが可能である。
【符号の説明】
【0050】
１０（１０Ａ，１０Ｂ）…溶接装置の制御部、１１…第１駆動信号の送信部（第１送信部）、１２…第２駆動信号の送信部（第２送信部）、１５…検査実行部、１６…検出信号の受信部（受信部）、１７…偏差量の演算部（演算部）、１８…第１変位情報の取得部（取得部）、１９…第２変位情報の生成部（生成部）、２０…登録部、２１…アーク発生部、２２…画像撮影部、２５…ケレン実行部、２６…非破壊検査部、３０…溶接装置の機械構成、３１…第１レール、３２…第２レール、３３…溶接部、３５（３５ａ，３５ｂ）…金属母材、３５…短冊型胴板（胴板）、３６…接合部、４１…第１ステージ、４２…第２ステージ、４３…第１ガイド、４４…第２ガイド、４５…ギャップ検出器（検出器）、４６…溶接トーチ、４７…撮影カメラ、４８…ケレン実行部、４８…ケレン器、４９…非破壊検査器、５１…第１モータ、５２…第２モータ、５５…変位計測器、５６…エンコーダ、５７…装着具、５８…傘歯車、５９…ピニオンギア、６１…ラックギア、６２…ボールネジロッド、７０…胴体、７２…底板、Ａ…第１駆動信号、Ｂ…第２駆動信号、Ｃ…実行信号、Ｄ…検出信号、Ｅ…第１変位情報、Ｆ…信号、Ｇ…信号、Ｈ…画像データ、Ｊ…信号、Ｋ…信号、Ｌ…検査データ、ｘn…ギャップ位置、Δｘn…偏差量、Ｘn…第２変位情報。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】