(57)【要約】      （修正有）【課題】トラクターの仰角又は俯角を測定するセンサを備えたセルフレベリング溶接トラクター及び溶接システムを提供する。【解決手段】溶接トラクター１１０及び円周溶接作業の間に所定の仰角又は俯角を維持する溶接トラクター１１０の使用プロセスを記載する。長軸を中心に回転可能な物体を円周溶接するための溶接トラクター１１０であって：ベース部１５０；ベース部に作動的に結合した溶接アセンブリ１６０；溶接アセンブリに溶接ワイヤ２２０を供給するための溶接ワイヤ源；及びベース部に作動的に結合し、溶接トラクターの仰角又は俯角を測定し水平平面性の度合いを特定するためのレベルセンサ１４０；を含む。【選択図】図１
0003199866.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
長軸を中心に回転可能な物体を円周溶接するための溶接トラクターであって：
ベース部；
前記ベース部に作動的に結合した溶接アセンブリ；
前記溶接アセンブリに溶接ワイヤを供給するための溶接ワイヤ源；及び
前記ベース部に作動的に結合し、前記溶接トラクターの仰角又は俯角を測定するためのセンサ；
を含む溶接トラクター。
【請求項２】
前記ベース部に回転可能に連結された少なくとも２つの車輪であって、該車輪のうちの少なくとも１つが駆動車輪である、少なくとも２つの車輪；及び
前記仰角又は俯角が実質的に０°よりも大きいか又は小さい場合に前記センサによって生成される信号に応じて前記少なくとも１つの駆動車輪の速度を制御する制御手段；
をさらに含む、請求項１に記載の溶接トラクター。
【請求項３】
前記ベース部に回転可能に連結された少なくとも２つの車輪であって、該車輪のうちの少なくとも１つが駆動車輪である、少なくとも２つの車輪；及び
前記仰角又は俯角が所定の仰角又は俯角よりも大きいか又は小さい場合に前記センサによって生成される信号に応じて前記少なくとも１つの駆動車輪の速度を制御する制御手段；
をさらに含む、請求項１に記載の溶接トラクター。
【請求項４】
前記制御手段はＰＩＤコントローラである、請求項２又は３に記載の溶接トラクター。
【請求項５】
前記制御手段は前記センサ及び駆動モーターと無線で通信する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の溶接トラクター。
【請求項６】
前記センサはレベルセンサ、ＧＰＳ装置又は関節アームである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接トラクター。
【請求項７】
溶接トラクターの仰角又は俯角を長軸を中心に回転する少なくとも１つの筒状物に関連して維持するための溶接システムであって：
溶接トラクターであって、
ベース部と、
前記ベース部に作動的に結合した溶接アセンブリと、
前記溶接アセンブリに溶接ワイヤを供給するための溶接ワイヤ源と、
前記ベース部に作動的に結合し、前記筒状物の上部又は底部に対する前記溶接トラクターの位置を測定するためのセンサと、
前記ベース部に連結され、前記筒状物の内面又は外面上で前記溶接トラクターを支持する少なくとも２つの車輪と、
前記ベース部に作動的に結合し、少なくとも１つの車輪を回転駆動するモーターと、
を含む溶接トラクター；
前記溶接トラクターに関連し、前記センサ及び前記モーターと通信するコントローラであって、該コントローラは、コンパレータに前記溶接トラクターの所定の仰角又は俯角を伝達する前記センサに応じて前記モーターを操作して前記所定の仰角又は俯角を維持する、コントローラ；及び
前記少なくとも１つの筒状体をその長軸を中心に回転させる手段；
を含む溶接システム。
【請求項８】
前記所定の仰角又は俯角は水平面に対して＋３０°〜−３０°である、請求項７に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記所定の仰角又は俯角は実質的に０°である、請求項７に記載の溶接システム。
【請求項１０】
前記コントローラは前記モーターを制御するために前記溶接トラクターから離れた場所に位置する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項１１】
前記コントローラは前記センサ及び前記モーターと無線で通信する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の溶接システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は溶接システムに関し、より具体的には、物体の円筒状接合部を回転の間に遠隔的に円周溶接する製品及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状物（cylindrical  objects）は、それらの内周又は外周の周りの溶接を必要とすることが多い。そのような筒状物としては、例えばパイプ、タンク等が挙げられる。例えば、２つの筒状物の連結、筒状物の密閉、筒状物の修理、肉盛の適用等のために溶接が用いられる。筒状物の限定内部空間内又は筒状物の外側位置においてリモート型の溶接トラクター（welding  tractors）を用いるのが一般的である。溶接を仕上げるために、溶接トラクターは筒状物の円周の周りを移動する。これらのトラクターが筒状物の表面との接触を維持するように、多くの場合筒状物はその長軸を中心に回転させられる。従って、溶接トラクターは、筒状物の回転と同じ速度で反対方向に移動することにより筒状物に対してその元の位置を維持する。
【０００３】
筒状物はその基部で２つのローラーに支持及び安定化されることが多い。これらのローラーが回転して筒状物を反対方向に回転させる。ローラーと筒状物との間の摩擦によって筒状物の動きが維持される。筒状物を回転させるために、ローラーは停止していた位置から回転を始める。従って、ローラー及び筒状物は可変速度で回転する。これらの可変速度は溶接作業の前、溶接作業の最中及び溶接作業の後に起こる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の用途では、通常、回転が始まる前に筒状物内に又は筒状物上に配置される溶接トラクターは、正しい位置の維持のために手動で制御される。この手動制御には、オペレーターが絶え間なくシステムを監視し、ローラー又は筒状物の回転速度に変化が起きた場合に即座に対応することが必要になる。回転の変化によって、溶接トラクターが転倒するか又は筒状物上における溶接トラクターの位置からトラクターが不規則に揺り動かされることがある。さらに、その結果として、溶接が不十分又は不完全なものになることがある。これらの及び他の欠陥に鑑み、溶接作業の間に筒状物上の又は筒状物内の溶接トラクターの位置を制御及び修正する製品及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の溶接トラクター及び請求項７に記載のシステムを提案する。好ましい解決策は従属項に開示されている。筒状物を遠隔的に円周溶接するために、溶接トラクターは筒状物内又は筒状物の上に配置され得る。溶接トラクターはベース部を含む。溶接アセンブリ、ワイヤリールアセンブリ、センサ、好ましくはレベルセンサ、モーター及び車輪がベース部に作動的に結合している（in  operative  association）。ワイヤリールアセンブリは溶接アセンブリに溶接ワイヤを供給する。溶接アセンブリは筒状物を溶接する。センサは、筒状物に関連する溶接トラクターの水平度を測定する。この水平度はレベルセンサによってコントローラに伝えられる。このコントローラは溶接トラクターのベース部に作動的に結合しているか又は離れた場所にある。このコントローラは溶接トラクターの仰角又は俯角（angle  of  inclination  or  declination）を用いてモーターを操作し、溶接トラクターの仰角又は俯角を限りなく０°に近い角度で維持し得るため、セルフレベリング溶接トラクターを提供する。これは、円周溶接機器に一般的に関連する程度の機械的精巧性を用いることにより得られる。モーターは溶接トラクターのベース部に回転可能に連結された車輪を駆動し得る。車輪は溶接トラクター及び溶接トラクターの各構成要素を筒状物の表面上で支持するためにベース部に位置している。また、各車輪は同じ方向を向いており、溶接トラクターを順方向に動かす。本考案によれば、センサはレベルセンサ又はＧＰＳ装置、関節アーム等であり得る。
【０００６】
筒状物の円周全体を移動するために、少なくとも１つの筒状物を回転させる手段が適用される。１つの例は、筒状物をローラーの上に配置することで筒状物を支持及び安定化させることを含む。ローラーと筒状物との間の摩擦は筒状物を反対方向に回転させる。筒状物の回転中、上記の溶接トラクターは定置し、筒状物の内側（又は外側）を円周溶接する。溶接トラクターの位置を維持するために、溶接トラクターの前進速度は、ローラー及び筒状物の回転速度が変動したときに変動する。
【０００７】
一態様では、レベルセンサは、溶接トラクター上に位置するコントローラに溶接トラクターの水平度を伝える。コントローラは溶接トラクターの速度を調整して溶接トラクターの位置を維持する。この溶接トラクターがその位置を維持している間、筒状物は溶接トラクターの下で回転する。筒状物の回転速度が変動したときに、コントローラは溶接トラクターの速度を調整する。
【０００８】
他の態様では、レベルセンサは、離れた場所に位置し且つケーブル又は無線プロトコルのいずれかを通じてレベルセンサ及びモーターと通信するコントローラに溶接トラクターの位置を伝える。コントローラは、タブレット、セルラー電話、ＧＰＳシステム及びラップトップコンピュータのうちの１つであり得る。無線プロトコルを用いて、コントローラはモーターを操作し、ひいては車輪を駆動することで溶接トラクターの所望の速度を維持する。
【０００９】
本概要は、本明細書でさらに説明する一連の概念を簡略化して紹介するためのものである。本概要は請求項の主題の主要な特徴又は不可欠な特徴を特定することを意図したものでなければ、請求項の主題の範囲を限定することを意図したものでもない。さらに、請求項の主題は、本開示のいずれかの部分で言及するデメリットのいずれか又は全てを解消する実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面を参照する。添付の図面には、下記でより詳細に説明する本考案の特定の実施形態及びさらなる利点が図示されている。
【図１】図１は、ローラーによって支持、安定化及び回転される筒状物内にある四輪のセルフレベリング溶接トラクターの斜視図である。
【図２】図２は図１と同様の斜視図であり、溶接トラクターに作動的に取り付けられ、溶接アセンブリを溶接トラクターの前及び上に伸張する関節アームを示す。
【図３】図３は図１と同様の斜視図であり、筒状物の外側を円周溶接するために筒状物の外側上に置かれた溶接トラクターを示す。
【図４】図４は図１と同様の斜視図であり、レベルセンサの代わりにＧＰＳ装置及び基準点を用いる３輪の溶接トラクターを示す。
【図５】図５は図１と同様の斜視図であり、レベルセンサ、モーター及びコントローラが溶接トラクターのベース部に作動的に結合した構成を示す。
【図６】図６は図１と同様の斜視図であり、ケーブルを通じてレベルセンサ及びモーターと通信する遠隔設置されたコントローラをさらに示す。
【図７】図７は図１と同様の斜視図であり、無線プロトコルを通じてレベルセンサ及びモーターと通信する遠隔設置されたコントローラをさらに示す。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
ここで図面を参照して、本考案のいくつかの実施形態又は実施を図との関連で以下で説明する。図面の全体を通して、同様の要素を示すのに同様の参照符号を使用している。本開示は、筒状物の円周の周りを溶接するためのセルフレベリング溶接トラクターに関する。以下では本考案を様々な例示の溶接製品、方法及びシステムの文脈で例示及び説明するが、本考案は例示の例に限定されない。
【００１２】
図１は溶接システム１００を示す。溶接システム１００は、少なくとも一部が少なくとも１つの筒状物１２０内にある溶接トラクター１１０を含む。筒状物１２０は少なくとも２つのローラー１３０によって支持及び安定化されている。溶接トラクター１１０は前進位置にある。溶接システム１００の回転動作に伴い筒状物１２０がその長軸を中心に回転するとき、溶接トラクター１１０は定置している。そのため、溶接システム１００が回転中の場合、溶接トラクター１１０の順方向は筒状物１２０の回転とは逆の方向である。同様に、溶接システム１００が動作中の場合、筒状物１２０は少なくとも２つのローラー１３０と逆の方向に回転する。
【００１３】
溶接トラクター１１０は、ベース部１５０、溶接アセンブリ１６０、ワイヤリールアセンブリ１７０、レベルセンサ１４０、モーター１９０及び少なくとも２つの車輪２００を含む。溶接アセンブリ１６０は筒状物１２０に溶接２４０を適用する。ワイヤリールアセンブリ１７０は溶接アセンブリ１６０に溶接ワイヤ２２０を供給する。図１に示すように、使用する溶接の種類がサブマージアーク溶接の場合、フラックス供給装置１８０がベース部１５０に作動的に結合し、溶接２４０にフラックス２３０を供給し得る。あるいは、溶接トラクター１１０は他の種類の溶接に対応し得る。
【００１４】
レベルセンサ１４０は、溶接トラクター１１０の水平平面性（horizontal  planarity）の度合いを特定し、コントローラ２１０に伝える。コントローラ２１０はベース部１５０に作動的に結合しているか又は離れた場所にあり得る。コントローラ２１０は、例えばタブレット、セルラー電話、ＧＰＳシステム又はラップトップコンピュータである。コントローラ２１０はさらに、有線又は無線インターフェースを通じてモーター１９０と通信し、モーター１９０を操作する。コントローラ２１０は、レベルセンサ１４０によってコントローラ２１０に伝えられた溶接トラクター１１０の水平度に応じてモーター１９０を操作する。モーター１９０は少なくとも１つの車輪２００を駆動し、溶接トラクター１１０を前進させて、筒状物１２０が反対方向に回転中のときに溶接トラクター１１０の水平度を維持する。それと同時に又は要求に応じて、ワイヤリールアセンブリ１７０は溶接アセンブリ１６０に溶接ワイヤ２２０を供給し、溶接アセンブリ１６０は筒状物１２０に溶接２４０を適用する。
【００１５】
図１は、溶接アセンブリ１６０の位置が溶接トラクター１１０のベース部１５０の周辺内にある構成を示す。代替的に、図２は、反対端において溶接トラクター１１０に作動的に結合した関節アーム２６０に取り付けられた溶接アセンブリ１６０を示す。関節アーム２６０は、溶接トラクター１１０の現在位置の前方、後方、側方、上方又は下方を含む筒状物１２０の円囲上の位置に溶接アセンブリ１６０を伸張し得る。
【００１６】
この例では（図１及び図４〜図７も同様）、溶接トラクター１１０は少なくとも部分的に筒状物１２０内に配置されている。代替的に、図３は、筒状体１２０の外側を円周溶接するために、溶接トラクター１１０が少なくとも部分的に筒状物１２０の外側上に配置され得る構成を示す。溶接トラクター１１０は前進位置にある。溶接トラクター１１０は、筒状物１２０がその長軸を中心に回転し、溶接システム１００が動作中のときに筒状物１２０の上部の周りで定置する。
【００１７】
図１に示すように、レベルセンサ１４０は溶接トラクター１１０のベース部１５０に作動的に結合している。レベルセンサ１４０は、コントローラ１２０に溶接トラクター１１０の水平平面性の度合いを伝える。レベルセンサ１４０は気泡水準、電子準位、デジタルレベル等であり得る。レベルセンサ１４０はベース部１５０に作動的に結合している。レベルセンサ１４０は重力により溶接トラクター１１０の水平平面性の度合いを特定する。コントローラ２１０はモーター１９０と通信を行い、モーター１９０を操作して、レベルセンサ１４０の水平位置を維持し、ひいては回転する筒状物１２０に対する溶接トラクター１１０の水平平面性の度合いを維持する。代替的に、図４は水平センサ１４０がＧＰＳ装置２７０に置き換えら得る構成を示す。係る装置は、筒状物１２０が回転したときに筒状物１２０に隣接する任意の基準点２８０に対する溶接トラクターの位置をコントローラ２１０に伝える。
【００１８】
図１にさらに示すように、筒状物１２０の回転手段は少なくとも２つの平行なローラー１３０を含み、筒状物１２０はそれらの上に配置されている。ローラー１３０は筒状物１２０を固定、安定化及び回転させる。この例では、ローラー１３０は、筒状物１２０の水平中心線の下の位置で互いに対向して配置されている。ローラー１３０間の距離は筒状物１２０の直径よりも小さい。筒状物１２０は、筒状物１２０をその長軸を中心に回転させるためにローラー１３０上に配置されている。少なくとも１つのローラー１３０に力が加えられ、それにより係るローラー１３０がその長軸を中心に回転する。ローラー１３０と筒状物１２０との間の摩擦は、筒状物１２０をその長軸を中心にローラー１３０の回転と反対方向に回転させる。少なくとも１つの筒状物１２０を回転させるための代替手段としては、上方から、その中心により又はその周囲の周りで筒状物１２０を回転可能に固定する構造がさらに挙げられる。
【００１９】
筒状物１２０を溶接するための他の実施形態は、楕円物体を、係る楕円物体の水平中心線の下に位置する少なくとも２つのローラー１３０の上に配置することを含む。ローラー１３０の離間距離は楕円物体の最も短い対称軸よりも短い。楕円物体をさらに安定化するために追加のローラー１３０を用いることができる。
【００２０】
図５は溶接システム１００を示し、コントローラ２１０はベース部１５０に作動的に結合している。コントローラ２１０はレベルセンサ１４０及びモーター１９０と通信する。レベルセンサ及びモーターは有線又は無線手段によりコントローラと作動的にインターフェースされ得る。レベルセンサ１４０及びモーター１９０はケーブル２５０を通じてコントローラ２１０に作動的に接続可能である。ケーブル２５０は、イサーネットケーブル、データケーブル、光ファイバーケーブル等であり得る。
【００２１】
図６は溶接システム１００を示す。この構成では、コントローラ２１０はベース部１５０から離れた場所に位置しているが、有線手段によりレベルセンサ１４０及びモーター１９０に接続され且つ作動的にインターフェースしている。レベルセンサ１４０及びモーター１９０は、ケーブル２５０を通じてコントローラに作動的に接続可能である。ケーブル２５０は、イサーネットケーブル、データケーブル、光ファイバーケーブル又は任意の他の好適な配線手段であり得る。
【００２２】
図７は溶接システム１００を示す。この構成では、コントローラ２１０はベース部１５０から離れた場所にある。コントローラ２１０は無線手段を用いて無線プロトコルによりレベルセンサ１４０及びモーター１９０と通信する。無線プロトコルの方法としてはＷｉ−Ｆｉイネーブルメント、無線Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ（商標）通信又は任意の他の好適な無線通信手段が挙げられる。
【００２３】
先の説明では、平らな又は水平な位置にある溶接トラクター１１０の位置の観察に焦点を当てていたが、本考案は上記に限定されない。それよりも、本考案は所定の仰角又は俯角にある溶接トラクター１１０を観察し、円周溶接作業の間にその角度を実質的に一定に維持することを包含する。好ましい実施形態では、所定の角度は０°であるものの、水平線から正及び負の角度の双方（水平線から少なくとも＋３０°〜−３０°の間で変化）も本考案の範囲に含まれるが、妥当な工学的判断の範囲内である。
【００２４】
本考案のプロセスを実施のために、少なくとも１つの筒状物を円周溶接するための方法を説明する。係る方法では：円周溶接作業を行うために溶接トラクターを筒状物内に挿入するか又は筒状物上に配置するステップであって、溶接トラクターはベース部と、ベース部に作動的に結合した溶接アセンブリと、ベース部に作動的に結合し、溶接アセンブリに溶接ワイヤを供給するワイヤリールアセンブリと、ベース部に作動的に結合し、溶接トラクターの仰角又は俯角を測定するレベルセンサとを含む、ステップ；筒状物をその長軸を中心に回転させるステップ；溶接トラクターの仰角又は俯角を絶え間なく観察するステップ；及び溶接トラクターの仰角又は俯角の大きさに比例する信号を生成するステップ；前記仰角又は俯角が一定のままになるように、好ましくは実質的に０°となるように、前記信号を溶接トラクターの少なくとも１つの駆動車輪にインターフェースして前記信号に応じて少なくとも１つの駆動車輪の速度を制御して溶接トラクターの速度を維持するステップ；が少なくとも用いられる。多くの場合、インターフェースするステップは無線で行われる。
【００２５】
仰角又は俯角を、水平面に対して＋３０°〜−３０°で変化し得る所定の角度で維持することが求められる場合がある。そのような場合、溶接トラクターの仰角又は俯角が絶え間なく観察され、溶接トラクターの仰角又は俯角と所定の角度との差異の大きさに比例する信号が生成される。仰角又は俯角と所定の角度との差異が実質的に０°になるように、生成された信号を溶接トラクターの少なくとも１つの駆動車輪にインターフェースして係る信号に応じて少なくとも１つの駆動車輪の速度を制御して溶接トラクターの速度を維持する。
【００２６】
上記の説明では、パイプの回転速度を溶接トラクターの車輪の回転速度に比例合致させることに焦点を当てたが、本考案はそれに限定されない。実際に、代替的な実施形態では、車輪の代わりに電動の横送り台が使用され、トーチの角度及び／又は横送り台上に位置する溶接トラクターの位置が、パイプ内又はパイプの外側に直接（又は非直接）に位置するレベルセンサとの通信により制御される。上述したように、通信は有線又は無線のいずれかである。
【００２７】
好ましい実施形態では、コントローラはＰＩＤコントローラ（Proportional  Integral  Derivative  controller）である。比例とは２つの変数の間に直線関係があることを意味する。比例制御は優れた第１ステップであり、定常誤差を決して除去することはないが係る誤差を低減し、一般的にオーバーシュート誤差がもたらされる。比例コントローラの反応を高めるために、多くの場合積分制御が加えられる。積分は誤差の累和である。従って、比例コントローラは現在の誤差を訂正しようとし、積分コントローラは過去の誤差を訂正しそれを補償しようとする。微分コントローラは将来の誤差を予測して訂正しようとする。これは、誤差が現在の誤差と、先行する２つのセンササンプル値間の誤差の変化とを合わせたものになると予測されることを意味する。２つの連続する値の誤差の変化は微分である。ＰＩＤコントローラが好ましいが、本システムは、単なる比例コントローラ、比例積分コントローラ又は比例微分コントローラの使用の恩恵を受ける。
【００２８】
本考案（最良の形態を含む）を開示するために、また、当業者が本考案の実施を行うことができるように（任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに包含される任意の方法の実行を含む）、本明細書では例を用いている。本考案の範囲は請求項によって定義され、当業者が思い付き得る他の例を含み得る。請求項の文言と変わらない構造的要素をそのような他の例が有するか又はそのような他の例が請求項の文言と実質的に違わない同等の構造的要素を含む場合、それらの例は請求項の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１００  溶接システム
１１０  溶接トラクター
１２０  筒状物
１３０  ローラー
１４０  レベルセンサ
１５０  ベース部
１６０  溶接アセンブリ
１７０  ワイヤリールアセンブリ
１８０  フラックス供給装置
１９０  モーター
２００  車輪
２１０  コントローラ
２２０  溶接ワイヤ
２３０  供給フラックス
２４０  溶接
２５０  ケーブル
２６０  関節アーム
２７０  ＧＰＳ装置
２８０  基準点
【図１】
0003199866.tif 000003
【図２】
0003199866.tif 000004
【図３】
0003199866.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003199866.tif 000007
【図６】
0003199866.tif 000008
【図７】
0003199866.tif 000009