(57)【要約】 【課題】  電磁ノイズ等の外乱要因が大きい環境下でも、開先内の溶接位置を正確に検出し、開先に対する溶接トーチの倣いを正確にし、開先に対する溶接入熱を安定かつ正確にする。【解決手段】  温度に対応した波長の光を反射するＦＢＧ光ファイバ(FBG1L〜FBGnL/FBG1R〜FBGnR/FBG1C〜FBGnC)および入射光を該ＦＢＧ光ファイバに与え該ＦＢＧ光ファイバの反射光を出力する光カプラ(PH-1L〜PH-nL/PH-1R〜PH-nR/PH-1C〜PH-nC)の組合せでなる光学素子の複数を１列に並べた光学素子列を備え、該光学素子列を、開先を形成した溶接対象材の溶接トーチが対向する面の裏側の面すなわち裏面で、開先に平行にかつ開先の底から所定の距離に置く素子列保持手段(6)；および、該保持手段(6)から離れた位置にあって、各光カプラの反射光出力を温度検出信号に変換する変換手段(32,35/33,36/34,41)；を備える。【選択図】  図１
2013132665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に対応した波長の光を反射するＦＢＧ光ファイバおよび入射光を該ＦＢＧ光ファイバに与え該ＦＢＧ光ファイバの反射光を出力する光カプラの組合せでなる光学素子の複数を１列に並べた光学素子列を備え、該光学素子列を、開先を形成した溶接対象材の溶接トーチが対向する面の裏側の面すなわち裏面で、開先に平行にかつ開先の底から所定の距離に置く素子列保持手段；および、
前記素子列保持手段から離れた位置にあって、前記光学素子列の各光カプラの反射光出力を温度検出信号に変換する手段；
を備える裏波温度検出装置。
【請求項２】
前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底に対向する１列である、請求項１に記載の裏波温度検出装置。
【請求項３】
前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底の両側にそれぞれ１列が位置する１対である、請求項１に記載の裏波温度検出装置。
【請求項４】
前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底に対向する１列と、該底の両側にそれぞれ１列が位置する１対の、合わせて３列である、請求項１に記載の裏波温度検出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の裏波温度検出装置；および、
前記温度検出信号に対応して、前記溶接トーチの前記開先が延びる方向の移動速度を、高温度であると増速し、低温度であると減速する、速度制御手段；
を備える溶接制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載の裏波温度検出装置；
前記１対の光学素子列の光電変換手段の一方と他方の温度検出信号に基づいて、前記開先の横断面における開先中心に対する前記溶接トーチの位置ずれを抑制する方向に前記溶接トーチの位置を調整する、トーチ位置制御手段；
を備える溶接制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載の裏波温度検出装置；
前記温度検出信号に対応して、前記溶接トーチの前記開先が延びる方向の移動速度を、高温度であると増速し、低温度であると減速する、速度制御手段；および、
前記１対の光学素子列の光電変換手段の一方と他方の温度検出信号に基づいて、前記開先の横断面における開先中心に対する前記溶接トーチの位置ずれを抑制する方向に前記溶接トーチの位置を調整する、トーチ位置制御手段；
を備える溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開先溶接中の裏波の温度検出ならびにそれを用いる溶接トーチ位置および速度制御に関し、具体的には例えば、ガスシールドアーク片面溶接における開先線倣い位置および速度の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にガスシールドアーク片面溶接では、融合不良や溶け込み不足などの溶接欠陥を引き起こさないように、溶接ワイヤ揺動の中心位置を開先に対して適正に制御する必要がある。そのため古くから、溶接トーチ揺動に伴う溶接電流またはアーク電圧の変化を検出することで、開先と溶接トーチの位置関係を把握し、開先線を溶接トーチが倣うアークセンサ技術（例えば特許文献１〜４）や、開先断面を採るようにレーザ測長器のヘッドを揺動させ、溶接前の開先形状を直視的に把握し、前記と同様に溶接トーチを倣い動作させるレーザセンサ技術が数多く開発され、実用化されてきた。
【０００３】
また、ガスシールドアーク片面溶接では溶接部の健全性を図る意味合いから、開先全線に渡り固形裏当材を付けて、初層溶接時に適度な裏波ビードを形成させる必要がある。この方法としては、現状、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラを用いて溶融池状況を、アーク光影響を除去する光学的フィルタをとおして画像抽出し、溶接状態(アーク点と溶融池先端部の位置関係 等)を把握しながら、溶接速度を制御する方式（例えば特許文献５，６）が確立され、実用化もされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５３２０６７号
【特許文献２】特開２００１−３２１９４５号
【特許文献３】特開２００９−１２５７６３号
【特許文献４】特開２０１１−１６７７２０号
【特許文献５】特開２０００−  ９４１３０号
【特許文献６】特開２０００−３５１０７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、実際の現場では大電流を使用したＭＡＧ溶接や、高周波を用いたＴＩＧ溶接といった、電磁ノイズ等の外乱要因が大きく影響する作業環境下での使用も多く、その場合はアークセンサまたはレーザセンサにしろ、抽出する位置検出信号にコモンモードノイズやクロストークといった、電気通信障害の影響が強く重畳し、位置検出信号の波形がなまることで、溶接トーチ位置の判別信号として、正確に取り扱うことが出来ない等のトラブルも見られる。
【０００６】
そのため、溶接トーチ位置制御装置内においては、Ａ／Ｄ変換する前段階でノイズ廻り込み防止のため、絶縁アンプ回路を用いた多段階のフィルタ処理回路を構成させたり、また、特別に電磁シールド処置を別途施さなければ、使用がままならないケースも見られる。
【０００７】
また一方、前記カメラによる溶融池センシングを適用させる際は、使用する溶接電流域によって、一つの映像で同時に開先内部、溶融池形状および溶接ワイヤ先端の各状況を視認できるような、特別なフィルタリング技術が必要である。そのため、その技術を用いたフィルタ部分を、溶接トーチの動きに緩衝しない形で、前記カメラ本体にコンパクトに取付られるような構造に、新たに設計する必要があり、実機に配置させるまでには、相当の労力を要する等、導入コストの面からも大きな障害となっている。
【０００８】
このように実際の現場環境下で、ガスシールドアーク片面溶接における開先内の該位置制御用信号を、的確かつ簡易に検出し、それを溶接トーチ位置の補正に用いるには、様々な技術的問題をクリアする必要がある。しかし、現時点で、これらの問題を十分に解決できる開先線倣いは無い。
【０００９】
本発明は、電磁ノイズ等の外乱要因が大きく影響する作業環境下でも、開先内の溶接位置を正確に検出することを第１目的とし、該作業環境下でも開先に対する溶接トーチの倣いを正確にすることを第２の目的とし、該作業環境下でも開先に対する溶接入熱を安定かつ正確にすることを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）温度に対応した波長の光を反射するＦＢＧ光ファイバ(FBG1L〜FBGnL/FBG1R〜FBGnR/FBG1C〜FBGnC)および入射光を該ＦＢＧ光ファイバに与え該ＦＢＧ光ファイバの反射光を出力する光カプラ(PH-1L〜PH-nL/PH-1R〜PH-nR/PH-1C〜PH-nC)の組合せでなる光学素子の複数を１列に並べた光学素子列を備え、該光学素子列を、開先を形成した溶接対象材の溶接トーチが対向する面の裏側の面すなわち裏面で、開先に平行にかつ開先の底から所定の距離に置く素子列保持手段(6)；および、
前記素子列保持手段(6)から離れた位置にあって、前記光学素子列の各光カプラの反射光出力を温度検出信号に変換する手段(32,35/33,36/34,41)；
を備える裏波温度検出装置。
【００１１】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面にしめし後述する実施例の対応又は相当要素の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【００１２】
ＦＢＧ光ファイバの、温度に対応した波長の光を、素子列保持手段(6)から離れた位置すなわち溶接トーチから離れた位置で、温度検出信号に変換するので、溶接アークによって発生する電磁波ノイズが温度検出信号を乱す可能性が低減し、温度検出信号に基づく溶接トーチの開先倣いの位置制御や溶接入熱を一定に維持する溶接速度制御を、正確かつ安定して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の1実施例の素子列保持手段である裏当材固定金具６の斜視図である。
【図２】図１に示す裏当材固定金具６に装備したＦＢＧ光ファイバ２３/２５/２７(FBG1L〜FBGnL/FBG1R〜FBGnR/FBG1C〜FBGnC)，光カプラ２１／２２／２４／２６(PH-0/PH-1L〜PH-nL/PH-1R〜PH-nR/PH-1C〜PH-nC)および光ファイバの、光学的接続（光配線）を示すブロック図である。
【図３】図１および図２に示す裏当材固定金具６に装備した光入力用の光カプラ２１(PH-0)に光入力を与えまた反射光出力用の光カプラ２２／２４／２６(PH-0/PH-1L〜PH-nL/PH-1R〜PH-nR/PH-1C〜PH-nC)が出力する反射光を受けて、温度検出信号を発生しそれに基づいて溶接トーチの揺動中心位置を開先の中心に位置制御しかつ溶接トーチの開先に沿う走行速度（溶接速度）を溶接入熱を一定にするために調整する、裏当材固定金具６より離れた位置にあるトーチ位置・溶接速度制御器２９、の構成の概要を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は図１および図２に示す光カプラ２１(PH-0)と同種の光カプラ１の光入力Ｐと光出力Ｐ／２を示す説明図面であり、光分配器としての使用態様を示す。（ｂ）は光カプラ２１と同種の光カプラ２の光入力Ｐ／２と光出力Ｐを示す説明図面であり、光結合器としての使用態様を示す。（ｃ）は図１および図２に示すＦＢＧ光ファイバ２３，２５，２７と同種のＦＢＧ光ファイバ４と光出力および反射光を示す説明図面である。（ｄ）は図１および図２に示す光カプラ２２，２４，２６と同種の光カプラ３にＦＢＧ光ファイバ２３，２５，２７と同種のＦＢＧ光ファイバ５を接続した光学素子の光入力Ｐと光出力および反射光を示す説明図面である。
【図５】溶接入熱による開先の左右直下および中央直下の温度上昇が、図１および図２に示す裏当材固定金具６に内蔵したＦＢＧ光ファイバ２３/２５/２７(FBG1L〜FBGnL/FBG1R〜FBGnR/FBG1C〜FBGnC)のそれぞれを表すＦＢＧ光ファイバＦＢＧｉｊと光カプラ２２／２４／２６(PH-1L〜PH-nL/PH-1R〜PH-nR/PH-1C〜PH-nC)のそれぞれを表す光カプラ５０でなる光学素子の反射波長を変移させ、図３に示すトーチ位置・溶接速度制御器２９内の常温（制御器２９内温度）の基準形ＦＢＧ光ファイバ３２／３３(FBG1L-0〜FBGnL-0/FBG1R-0〜FBGnR-0/FBG1C-0〜FBGnC-0)のそれぞれを表す基準形ＦＢＧ光ファイバ５２を通すことにより、常温対応の反射波長の光を反射除去して開先直下の温度対応の反射波長の光を抽出することを説明する図である。なお、ｄＢｍとは１ｍＷを基準とするｄＢであり、ｄＢｍ＝ｄＢｍＷ＝１０×Log１０（ｍＷ単位の光パワー／１ｍＷ）である。
【図６】（ａ）は溶接対象材の下面に図１に示す裏当材固定金具６を装着した揺動溶接状態を示す正面図であり揺動中心にあるときの溶接トーチは実線で揺動の左端と右端にあるときの溶接トーチは点線で示す。（ｂ）は開先の左側のＦＧＢ光ファイバ２３(FBG1L〜FBGnL)のそれぞれに接続した基準形ＦＢＧ光ファイバ３２（FBG1L-0〜FBGnL-0；図５では５２：FBGij）を表す基準形ＦＧＢ光ファイバFBGxL-0の入力光パワーと出力光パワーを示す説明図、（ｃ）は開先の右側のＦＧＢ光ファイバ２４(FBG1R〜FBGnR)のそれぞれに接続した基準形ＦＢＧ光ファイバ３３（FBG1R-0〜FBGnR-0；図５では５２：FBGij）を表す基準形ＦＧＢ光ファイバFBGxR-0の入力光パワーと出力光パワーを示す説明図、（ｄ）は開先の底に対向するＦＧＢ光ファイバ２７(FBG1C〜FBGnC)のそれぞれに接続した基準形ＦＢＧ光ファイバ３４（FBG1C-0〜FBGnC-0；図５では５２：FBGij）を表す基準形ＦＧＢ光ファイバFBGxC-0の入力光パワーと出力光パワーを示す説明図である。
【図７】図３に示す光電変換器３５，３６，４１の光電変換特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（２）前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底に対向する１列(FBG1C〜FBGnC,PH-1C〜PH-nC)である、上記（１）に記載の裏波温度検出装置。
【００１５】
（３）前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底の両側にそれぞれ１列が位置する１対（２列:FBG1L〜FBGnL,FBG1R〜FBGnR、PH-1L〜PH-nL,PH-1R〜PH-nR）である、上記（１）に記載の裏波温度検出装置。
【００１６】
（４）前記光学素子列は、前記開先の横断面において該開先の底に対向する１列と、該底の両側にそれぞれ１列が位置する１対（２列）の、合わせて３列(FBG1L〜FBGnL,FBG1R〜FBGnR,FBG1C〜FBGnC、PH-1L〜PH-nL,PH-1R〜PH-nR,PH-1C〜PH-nC)である、上記（１）に記載の裏波温度検出装置。
【００１７】
（５）上記（２）に記載の裏波温度検出装置；および、
前記温度検出信号に対応して、前記溶接トーチの前記開先が延びる方向の移動速度を、高温度であると増速し、低温度であると減速する、速度制御手段(42,40,45,46)；
を備える溶接制御装置。
【００１８】
（６）上記（３）に記載の裏波温度検出装置；
前記１対の光学素子列の光電変換手段(32,35、33,36)の一方と他方の温度検出信号に基づいて、前記開先の横断面における開先中心に対する前記溶接トーチの位置ずれを抑制する方向に前記溶接トーチの位置を調整する、トーチ位置制御手段(37〜39,40,43,44)；
を備える溶接制御装置。
【００１９】
（７）上記（４）に記載の裏波温度検出装置；
前記温度検出信号に対応して、前記溶接トーチの前記開先が延びる方向の移動速度を、高温度であると増速し、低温度であると減速する、速度制御手段(42,40,45,46)；および、
前記１対の光学素子列の光電変換手段(32,35、33,36)の一方と他方の温度検出信号に基づいて、前記開先の横断面における開先中心に対する前記溶接トーチの位置ずれを抑制する方向に前記溶接トーチの位置を調整する、トーチ位置制御手段(37〜39,40,43,44)；
を備える溶接制御装置。
【００２０】
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。
【実施例】
【００２１】
次に説明する実施例は、開先底部に貼る固形フラックス裏当材を押える裏当材固定金具(凹型)６の上側左右の、開先の左右の母材密着部に、溶接線方向に小さい孔１６(φ7〜8mm)を空け、その各孔に電磁作用の影響を受けない光学素子を開先左右対称で、一定間隔にｎ個(ｎは整数。２以上)づつ内蔵し、開先全線をｎ区画のエリアに分けて、区画毎に開先内温度検出器を構成したものである。一区画分の構成は、グレーティング部を有するＦＢＧ(Fiber-Bragg-Grating)光ファイバと、１×２分岐型光カプラの合波端子とが融着(結合)した光学素子である。その複数を溶接線に沿う方向にｎ個分直列に光接続を施して光学素子列（アレイ）とし、２列のそれぞれが溶接線と平行で開先の左右に位置する２個の穴１６のそれぞれの中にある。
【００２２】
溶接を開始すると、左右の（２つの）光学素子列の各光学素子が、各区画の開先左右部直下の温度（測定対象温度）を、該温度対応の波長の光［ｄＢｍ］に変換する。この光を、外乱因子の影響を殆ど受けない制御盤内の基準温度（常温）の基準形ＦＢＧ光ファイバに通して基準温度（常温）対応の波長光を反射除去して測定対象温度対応の波長の光の光パワー［ｄＢｍ］を得て、これを開先側部温度検出信号（電気信号）に変換する。左右の光学素子列の中の同一区画の光学素子（１対）から得た開先側部（右側，左側）温度検出信号の相対的なレベル差が、開先横断面における溶接トーチの揺動中心位置に対応する。この揺動中心位置の、開先中央に対するずれがなくなる方向にトーチ位置（左右揺動の中心位置）を補正して、開先線倣いを行う。
【００２３】
また、裏当材固定金具６にはさらに、溶接線と直交する方向に小さい孔１８と一定間隔のｎ個の孔１７(φ7〜8mm)を空け、孔１７の各孔に電磁作用の影響を受けない光学素子を１づつ内蔵し、区画毎に開先底温度検出器を構成したものである。溶接を開始すると、各光学素子が、各区画の開先底直下の温度（測定対象温度）を、該温度対応の波長の光［ｄＢｍ］に変換する。この光を、外乱因子の影響を殆ど受けない制御盤内の基準温度（常温）の基準形ＦＢＧ光ファイバに通して基準温度（常温）対応の波長光を反射除去して測定対象温度対応の波長の光の光パワー［ｄＢｍ］を得て、これを開先底温度検出信号（電気信号）に変換する。この開先底温度検出信号に対応してそれが高いと低く、低いと高く、溶接トーチの走行速度を補正して、すなわち溶接入熱を一定に制御して、初層溶接時の裏波形成を行う。以下、本発明の１実施例を、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は本発明の１実施例の、光学素子列を組み込んだ素子列保持手段である裏当材固定金具６である。裏当材固定金具６には、固形フラックス裏当材（図示せず）を受け入れる溝があって、横断面が凹型である。該溝の両側の、溶接対象材の裏面に対向する上面には、裏当材固定金具６を溶接対象材の開先直下に固定するための固定用マグネット７Ｌ，７Ｒが備わっている。また、溝の両側には、溶接線長手方向と平行に、細い縦貫通孔１６(φ6〜7mm程度)が、また裏当材固定金具６の長手距離をn区画に分割した箇所毎で、溶接線に対して直角方向に延びる、横貫通孔１７(φ6〜7mm程度、数量n個)が、さらに、開先手前面にある多心形光ケーブル２８(心数:3n+1)のケーブル引込み口８と連結するように、上記と同様の横貫通孔１８(φ6〜7mm程度)がそれぞれ加工されている。
【００２５】
また、左右の縦貫通孔１６ならびに、横貫通孔１７(数量n個)および１８には、各々貫通孔(光配線用)を連結するように、「水平孔(数量1個)および垂直孔(数量2n個)」１９の追加孔加工が施されている。その各孔において、まず横貫通孔１８の中央部には、入力パルス光を分波する１×４分岐型光カプラ９(PH-0)〔３分岐のみ使用〕が配置されている。次に、左右の縦貫通孔１６では、各区画毎に分けられた各部中央に順次、左縦方向で「１×２分岐型光カプラ１０(PH-1L)＋ＦＢＧ光ファイバ１１(FBG1L)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ１０(PH-nL)＋ＦＢＧ光ファイバ１１(FBGnL)」の光学素子列までが、また、右縦方向で「１×２分岐型光カプラ１２(PH-1R)＋ＦＢＧ光ファイバ１３(FBG1R)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ１２(PH-nR)＋ＦＢＧ光ファイバ１３(FBGnR)」の光学素子列までが各々等間隔で配置されている。
【００２６】
さらに横貫通孔１７の各中央には、同様に、「１×２分岐型光カプラ１４(PH-1C)＋ＦＢＧ光ファイバ１５(FBG1C)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ１４(PH-nC) ＋ＦＢＧ光ファイバ１５(FBGnC)」が各々配置されている。
【００２７】
各孔に配置された、１×４分岐型光カプラ９(PH-0)、および複数個の光学素子列１０〜１５は、図２に示す光配線が施されている。 なお、このとき配置するＦＢＧ光ファイバは、常温(仮にTr[℃])、無負荷時(外力無し:f0)で反射波長が、以下の関係を満足しているものである。
【００２８】
（１）FBG1L＝FBG1R＝FBG1C＝λ1(Tr,f0)  ［nm］
FBG2L＝FBG2R＝FBG2C＝λ2(Tr,f0)  ［nm］
：
FBG(n-1)L＝FBG(n-1)R＝FBG(n-1)C＝λ(n-1)(Tr,f0) ［nm］
FBGnL＝FBGnR＝FBGnC＝λn(Tr,f0) ［nm］
（２）λ1(Tr,f0)＋3≦λ2(Tr,f0)+3≦ … ≦λ(n-1)(Tr,f0)+3≦λn(Tr,f0) 
（３）1510 ［nm］ ≦λ1(Tr,f0)，λ2(Tr,f0)，… λn(Tr,f0) ≦1610 ［nm］。
【００２９】
図２に示す光配線には、多心形光ケーブル２８を介して、図３に示すトーチ位置・溶接速度制御器２９の光配線が接続されている。なお、トーチ位置・溶接速度制御器２９は、裏当材固定金具６より離れた、溶接アークによる電磁波ノイズが弱い位置にある、電磁波ノイズ遮蔽シールドが施された溶接制御盤の内部にある。
【００３０】
トーチ位置・溶接速度制御器２９（図３）には、ＡＳＥ光源３１〔(Ｃ+Ｌ)バンド波長帯域1510〜1610nm〕があり、光を、多心形光コネクタ３０(心数:3n+1)および多心形光ケーブル２８を介して、更に、裏当材固定金具６の多心形光コネクタ２０(心数:3n+1)を介して、図２に示す光配線に入射（光パワーＰ［ｄＢｍ］）すると、まず、一段目の１×４分岐型光カプラ２１(PH-0)で、光パワーが一分岐当り、約（Ｐ／４）［ｄＢｍ］（図４の（ａ）を参照）になり、その光が三方向〔３分岐のみ使用〕に各々分配される。
【００３１】
そして各分配光は、開先左側部で「１×２分岐型光カプラ２２ (PH-1L)＋ＦＢＧ光ファイバ２３(FBG1L)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ２２(PH-nL)＋ＦＢＧ光ファイバ２３(FBGnL)」の光学素子列へ、また、開先右側部で「１×２分岐型光カプラ２４(PH-1R)＋ＦＢＧ光ファイバ２５(FBG1R)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ２４(PH-nR)＋ＦＢＧ光ファイバ２５(FBGnR)」の光学素子列へ、さらに、開先中央部で「１×２分岐型光カプラ２６(PH-1C)＋ＦＢＧ光ファイバ２７(FBG1C)」の光学素子列〜「１×２分岐型光カプラ２６(PH-nC)＋ＦＢＧ光ファイバ２７(FBGnC)」の光学素子列へと、二段目以降の光カプラ(PH-1L〜PH-nL，PH-1R〜PH-nR，PH-1C〜PH-nC)の結合方向を経由して、それぞれ伝播する。
【００３２】
光パワーが約（Ｐ／４）［ｄＢｍ］になった各分配光は、各区画毎に割り振られたＦＢＧ光ファイバ列(FBG1L〜FBGnL、FBG1R〜FBGnR、FBG1C〜FBGnC)に各々入射することで、その特定波長群Λk〔 FBG1L＝λ1(Tk,fp1)、FBG1R＝λ1(Tk,fq1)、FBG1C＝λ1(Tk,fr1) 〜 FBGnL＝λn(Tk,fpn)、FBGnR＝λn(Tk,fqn)、FBGnC＝λn(Tk,frn)〕の反射光（図４の（ｃ）を参照）だけが、多心形光コネクタ２０に接続された、二段目以降の光カプラ(PH-1L〜PH-nL、PH-1R〜PH-nR、PH-1C〜PH-nC：図２)の分配入力側をとおって、各々、トーチ位置・溶接速度制御器２９（図３）に入射する。なお、裏当材固定金具６内の、非溶接時の定常温度はTk［℃］である。
【００３３】
次に、この光パワーが約（Ｐ/４×１/２）［ｄＢｍ］に再分配された各反射光（図４の（ｄ）を参照）は、多心形光コネクタ３０をとおして、各々、トーチ位置・溶接速度制御器２９内の、“室温に非常に近い温度（常温）の反射波長”を基準とする波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ群Φ０（３２〜３４；各数量n個づつ）へと各々入力される。つまり、開先左側部の反射光が、開先左側部の波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ３２(FBG1L-0〜FBGnL-0)へ、また、開先右側部の反射光が、開先右側部の波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ３３(FBG1R-0〜FBGnR-0)へ、さらに、開先中央部の反射光が、開先中央部の波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ３４(FBG1C-0〜FBGnC-0)へと、順次入力される。各波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバと各光学素子との上述の光配線の形態は、図５に示すものである。
【００３４】
このような光配線は、裏当材固定金具６に内蔵されたＦＢＧ光ファイバ群（図２）が、それぞれが該当する各区画内の各部位における特定波長群Λkを抽出し、このΛkをトーチ位置・溶接速度制御器２９にある、“基準となる”波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ群Φ０を通して、各区画での温度による反射波長の、“基準となる”温度（常温）の反射波長に対する波長変移によって生じる、光パワー変動値
Ｐ（Λｋ）−Ｐ（Φ０）＝ΔＰｋ［ｄＢｍ］
を求める。換言すると、常温対応の反射波長の光パワーを除去して各区画の温度対応の反射波長の光パワーのみを抽出する。
【００３５】
すなわち、各変動値ΔＰｋ［ｄＢｍ］を計測（温度検出信号に変換）することで、裏当材固定金具６の各区画の温度情報を得ることができ、その結果、開先内溶接中の溶接トーチの開先横断面（図６の（ａ））における揺動中心の位置ならびに溶接線が延びる方向の位置と入熱量を判断することが可能となる。ちなみに、ＦＢＧ光ファイバの反射波長の温度依存性は０.０１［nm/°Ｃ］である。つまり、ＦＢＧ光ファイバの反射波長は、１°Ｃの温度変化があると０．０１［nm］変化する。
【００３６】
図３を参照すると、波長変移比較用ＦＢＧ光ファイバ群（３２〜３４；各数量n個づつ）が、各反射光の光パワー変動値群ΔＰk：
ΔＰ1L＝Ｐ{λ1(Tk,fp1)−λ1(T0,f0)}，
ΔＰ1R＝Ｐ{λ1(Tk,fq1)−λ1(T0, f0)}，
ΔＰ1C＝Ｐ{λ1(Tk,fr1)−λ1(T0,f0)}，
：
ΔＰnL＝Ｐ{λn(Tk,fpn)−λn(T0, f0)}，
ΔＰnR＝Ｐ{λn(Tk,fqn)−λn(T0, f0)}，
ΔＰnC＝Ｐ{λn(Tk,frn)−λn(T0, f0)}
の光を出力する。
【００３７】
該光パワー変動値群ΔＰkの中の、開先左側部の光パワー変動値(ΔＰ1L〜ΔＰnL：図６の（ｂ）)は、光電変換器３５(数量n個)へ、また、開先右側部の光パワー変動値(ΔＰ1R〜ΔＰnR：図６の（ｃ）)は光電変換器３６(数量n個)へ、さらに、開先中央部の光パワー変動値(ΔＰ1R〜ΔＰnR：図６の（ｄ）) は光電変換器４１(数量n個)へと、順次入力される。これらの光電変換器３５，３６，４１（各数量n個づつ）は、ログアンプ内蔵のＰＤ（フォトダイオード）モジュールで、使用反射波長領域の １５１０〜１６１０ ［nm］のレーザ光に対して強い感度があり、該波長領域のレーザ光を電圧(温度検出信号)に変換する。図７に、光電変換器３５，３６，４１の光電変換特性を示す。
【００３８】
光電変換器３５(数量n個)で変換された各＋電位(開先左側温度検出信号)は、電圧フォロワー増幅器３７(数量n個)でインピーダンス変換(非反転)されて、各＋電圧出力(正電圧)を保持し、また、光電変換器３６(数量n個)で変換された各＋電位(開先右側温度検出信号)は、反転増幅器３８(数量n個)で各々反転されて、各−電圧出力(負電圧)に置き換えられる。
【００３９】
各増幅器３７，３８（各数量n個づつ）から出力された各電圧が、加算増幅器３９(数量n個)に入力される。加算増幅器３９は、左側温度検出信号−右側温度検出信号（左側温度−右側温度）を表す左右温度差信号を発生する。この左右温度差信号の０レベルは、溶接トーチの揺動中心が、開先の中央にあることを意味し、＋レベルは溶接トーチの揺動中心が、開先の左側に変位していることを意味し、−レベルは右側に変位していることを意味する。この左右温度差信号は、演算用プロセッサ４０〔通称:ワンチップ・マイコンＩＣ〕の第１Ａ／Ｄ変換部（ポート数：ｎ個）に入力されてデジタルデータに変換される。
【００４０】
また、光電変換器４１(数量n個)で変換された各＋電位(開先底直下の温度検出信号)は、電圧フォロワー増幅器４２(数量n個)でインピーダンス変換(非反転)されて、各＋電圧出力(正電圧)が、そのまま、演算用プロセッサ４０の第２Ａ／Ｄ変換部（ポート数：ｎ個）に入力され、デジタルデータに変換される。
【００４１】
演算用プロセッサ４０はそれに予め格納されたプログラムに従い、Ａ／Ｄ変換された各デジタルデータに基づいて、
（ｉ）開先左右側部の温度差(左右温度差データ)に対応した、それを０レベル（溶接トーチの揺動中心が開先中心にある）とするように溶接トーチの揺動中心を左，右にずらす、溶接トーチの左右位置補正、および、
（ｉｉ）開先底直下の温度（開先底の温度データ）が設定値になるように、溶接線に沿う方向の溶接トーチの移動速度を増，減する溶接速度補正、
を行う。
【００４２】
より具体的には、（ｉ）演算用プロセッサ４０はn区画毎に、左右温度差データに対応する揺動中心補正値を中心位置補正用のルックアップテーブルから読み出して、該補正値分、溶接トーチの中心位置を現在位置から開先横断方向にずらす位置指令データを生成し、Ｄ／Ａ変換によりアナログ信号（位置指令信号）に変換して、溶接トーチ左右揺動駆動用のモータドライバ４３に与える。モータドライバ４３は、位置指令信号に対応する開先横断方向の位置に、溶接トーチ左右揺動駆動の中心位置をシフトする。その結果、溶接トーチ左右駆動モータ４４の動作は、溶接トーチの左右揺動駆動の中心を開先の中心（開先幅の中央）とする開先線倣い動作となる。
【００４３】
また、（ｉｉ）演算用プロセッサ４０はn区画毎の、開先中央部の温度(開先底の温度データ)を逐次読込んで記憶して、全区画の温度データ群の中の最高温度データとなっている区画を、現在溶接中の区画（溶接区画）と見なし、該溶接区画の温度データを時系列で追跡して温度データのピークを検出して、該ピークを検出したときに、該溶接区画の上記（ｉ）の開先左右側部の温度差(左右温度差データ)に基づいて上記（ｉ）の溶接トーチの左右位置補正を行う。加えて、上記ピークを検出したときに、適正な裏波を形成するための設定値（基準値）に対するピーク値の偏差を算出して、この偏差を０とするための溶接トーチ速度補正値(±β)を算出し、該補正値分補正した速度指令データを生成してＤ／Ａ変換で速度指令信号に変換して、溶接トーチ走行用のモータドライバ４５に出力する。その結果、溶接トーチ走行用モータ４６の動作は、開先全線に対してアーク入熱を均一化するものとなり、初層溶接時に適正な裏波が安定して形成される。
【符号の説明】
【００４４】
１，２：光カプラ（１×２分岐型）
３：光カプラ（１×２分岐型）
４，５：ＦＢＧ光ファイバ
６：裏当材固定金具
７：金具固定用マグネット
８：ケーブル引込み口
９：１×４分岐型光カプラ
１０：１×２分岐型光カプラ(PC-1L〜PC-nL：開先左側)
１１：ＦＢＧ光ファイバ(FBG1L〜FBGnL：開先左側)
１２：１×２分岐型光カプラ(PC-1R〜PC-nR：開先右側)
１３：ＦＢＧ光ファイバ(FBG1R〜FBGnR：開先右側)
１４：１×２分岐型光カプラ(PC-1C〜PC-nC：開先中央)
１５ＦＢＧ光ファイバ(FBG1C〜FBGnC：開先中央)
１６：長手方向貫通孔（２個）
１７：水平貫通孔（n個）
１８：水平貫通孔
１９：水平孔および垂直孔（水平孔1個，垂直孔2n個）
２０：多心形光コネクタ〔心数：(3n＋1)極〕：裏当材固定金具６側
２１：１×４分岐型光カプラ(PC-0)
２２：１×２分岐型光カプラ(PC-1L〜PC-nL：開先左側)
２３：ＦＢＧ光ファイバ(FBG1L〜FBGnL：開先左側)
２４：１×２分岐型光カプラ(PC-1R〜PC-nR：開先右側)
２５：ＦＢＧ光ファイバ(FBG1R〜FBGnR：開先右側)
２６：１×２分岐型光カプラ(PC-1C〜PC-nC：開先中央)
２７：ＦＢＧ光ファイバ(FBG1C〜FBGnC：開先中央)
２８：多心形光ケーブル
２９：トーチ位置・溶接速度制御器
３０：多心形光コネクタ〔心数：(3n＋1)極〕：トーチ位置・溶接速度制御器２９側
３１：ＡＳＥ光源
３２：比較用ＦＢＧ光ファイバ(FBG1L-0〜FBGnL-0：開先左側)
３３：比較用ＦＢＧ光ファイバ(FBG1R-0〜FBGnR-0：開先右側)
３４：比較用ＦＢＧ光ファイバ(FBG1C-0〜FBGnC-0：開先中央)
３５：光電変換器（開先左側用）
３６：光電変換器（開先右側用）
３７：電圧フォロワー増幅器）
３８：反転増幅器
３９：加算増幅器
４０：演算用プロセッサ
４１：光電変換器
４２：電圧フォロワー増幅器
４３：溶接トーチ左右駆動用モータ・ドライバ
４４：溶接トーチ左右駆動用モータ
４５：溶接トーチ走行用モータ・ドライバ
４６：溶接トーチ走行用モータ
５０：光カプラー（１×２分岐）
５１：ＦＢＧ光ファイバ
５２ＦＢＧ光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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