JP2001038467A - 溶接品質の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス切断のように精度が劣る加工方法で形成さ
れた開先を持つ被溶接物の溶接であっても、適正な判定
が行えるようにした溶接ビードの検査方法とその装置を
提供する 【解決手段】 溶接開始前に、被溶接物の溶接線に沿っ
て溶接開始位置から終了位置までの間の複数箇所で溶接
部のギャップの大きさを測定し、各測定位置とその測定
位置におけるギャップの大きさを記憶し、溶接終了後、
前記各測定位置と同一もしくはその近傍位置における溶
接ビードの形状を測定し、測定された溶接ビードの形状
を予め記憶された溶接部のギャップの大きさを含む判定
基準と比較することにより溶接ビードの検査を行う

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ビードにより
被溶接物の溶接品質の検査を行う溶接品質の検査方法お
よび装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接構造物の溶接部分の品質を検査する
方法として、Ｘ線探傷検査、磁気探傷検査、超音波探傷
検査等の非破壊検査方法がある。これらの検査方法は、
検査担当者に特殊な資格が要求されるだけでなく、検査
装置が大掛かりになり、かつ、検査に要する時間も長く
なる。このため、一般的には、溶接部に形成された溶接
ビードの外観（形状、大きさなど）を見る外観検査を行
っている。

【０００３】溶接ビードの外観を自動的に検査するもの
として、たとえば、特開平５−７１９３２号公報、特開
平１０−８９９２３号公報などに開示された検査装置が
提案されている。

【０００４】前者の検査装置は、溶接ビードに斜め方向
からスリット状の光を照射する投光手段と、前記溶接ビ
ードに照射された前記スリット状の光を撮像する撮像手
段と、前記撮像手段によって撮像された画像のうち輝度
の最も高い前記スリット状の光の部分のみを水平走査線
毎に抽出し、該抽出された輝度の最も高い部分のみの座
標を求める画像前処理手段と、前記画像前処理手段から
の信号に基づいて溶接ビードの特徴値を求めるととも
に、該溶接ビードの特徴値と予め設定された基準値とを
比較し、溶接ビードの良否の判定を行う判定手段とを備
えている。

【０００５】この検査装置によれば、撮像された画像の
うち、水平走査線毎に最も輝度の高い部分を抽出しその
座標を求めるようにしているので、入力画像の全ての画
素を処理する場合に比べ、判定処理時間を大幅に短縮す
ることができる。

【０００６】また、後者の検査装置は、溶接部分に沿っ
て光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により照
射された脚長の直角方向の反射光像を撮像するカメラ装
置と、脚長値および溶接幅値を設定する設定手段および
比較手段を有する画像処理装置を備え、前記画像処理装
置は、カメラ装置からの画像信号を処理して検出した脚
長値および溶接部分の幅値と設定手段の設定値を比較手
段で比較して、検出した脚長値および溶接部分の幅値が
設定値から外れたとき欠陥信号を出力するように構成さ
れている。

【０００７】この検査装置によれば、人手を介すること
なく溶接部の外観検査を行うことができる。

【０００８】これらの検査装置では、被溶接物の開先が
寸法精度の高い機械加工されたものである場合には溶接
ビームを検出しその良否を判定することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】たとえば、溶接構造物
が大型の建設機械のアーム、ブーム、バッケト等の大型
の構造物である場合、溶接構造物を構成する被溶接物の
開先加工は、寸法精度の高い機械加工では、加工に時間
がかかり、コスト面も割高となるだけでなく、被溶接物
が大きくなると加工が困難になるため、機械加工に比べ
加工精度が劣るガス切断を採用することが多くなってい
る。

【００１０】ガス切断された被溶接物を所定の間隔で突
き合わせた場合、溶接線全体に形成される開先の幅が均
一にならないため、溶接線上の任意の位置で要求される
ビード幅や脚長が異なり、前記各検査装置で行っている
ように予め設定された設定値と検出値を比較する検査方
法では、適正な判定ができない。

【００１１】前記の事情に鑑み、本発明の目的は、ガス
切断のように精度が劣る加工方法で形成された開先を持
つ被溶接物の溶接であっても、適正な判定が行えるよう
にした溶接品質の検査方法および装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明は、溶接品質の検査
方法であって、溶接開始前に、被溶接物の溶接線に沿っ
て溶接開始位置から終了位置までの間の複数箇所で溶接
部のギャップの大きさを測定し、各測定位置とその測定
位置におけるギャップの大きさを記憶すると共に、各測
定位置におけるギャップの大きさに基づき判定基準を算
出して記憶し、溶接終了後、前記各測定位置と同一もし
くはその近傍位置における溶接ビードの形状を測定し、
測定された溶接ビードの大きさを前記記憶された判定基
準と比較することにより溶接品質の検査を行うようにし
た。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、溶接品質
の検査装置であって、所定の間隔で支持した溶接トーチ
とセンサを、被溶接物に対して相対移動させる機構部
と、前記トーチとセンサを被溶接物の溶接線に沿って移
動するように前記機構部を制御する制御装置と、前記制
御装置からの指令に基づいて、前記トーチと被溶接物の
間に溶接電力を印加する溶接電源と、前記制御装置から
の指令に基づいて、前記センサによる検出動作を制御す
るとともに、センサの出力を中継するセンサ制御装置
と、前記センサ制御装置から入力される前記センサの出
力と前記制御装置から入力される位置信号に基づいて、
測定位置における溶接前の開先のギャップの大きさおよ
び判定基準と、溶接後の溶接ビードの幅もしくは脚長を
算出するとともに、各測定位置における判定基準と溶接
ビード幅もしくは脚長を比較し、判定するデータ処理装
置とを設けた。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図３は、本発明の実施
の形態を示すもので、図１は、溶接品質の検査装置を備
えた自動溶接装置の構成図、図２は、被溶接物を構成す
る溶接継手の形状と、各形状におけるギャップと溶接ビ
ードの形状を示し、（ａ）は突き合わせ溶接継手、
（ｂ）はすみ肉溶接継手を示す模式図、図３は、図１に
示す自動溶接装置における自動溶接と溶接品質の検査手
順を示すフローチャートである。

【００１５】同図において、１は機構部を構成する多関
節型の溶接ロボット。２は溶接トーチで、溶接ロボット
１の自由端に支持されている。３はセンサで、たとえ
ば、レーザ変位計で構成され、溶接トーチ２と所定の間
隔で溶接ロボット１の自由端に支持されている。

【００１６】４は制御装置で、溶接ロボット１の動作を
制御し、溶接トーチ２およびセンサ３を予め教示された
経路に沿って移動させるとともに、必要な信号を発信す
る。５は溶接電源で、溶接トーチ２と被溶接物との間
に、制御装置４からの指令に対応する溶接電力を印加す
る。

【００１７】６はセンサ制御装置で、制御装置４からの
指令に基づいてセンサ３のオン、オフ制御を行うととも
に、センサ３の出力の中継を行う。７はデータ処理装置
で、制御装置４からの位置信号とセンサ制御装置６で中
継されたセンサ３の出力に基づいて、その測定位置にお
ける溶接前の開先のギャップの大きさと、そのギャップ
の大きさに基づき判定基準を算出するとともに、溶接後
の溶接ビードの幅あるいは脚長を算出し、前記判定基準
と溶接ビードの幅、あるいは脚長を算出し、溶接ビード
の幅もしくは脚長と比較する。

【００１８】８はデータ保管装置で、データ処理装置７
で算出された測定位置およびその位置における溶接前の
開先のギャップと判定基準、溶接後の溶接ビードの幅も
しくは脚長を記憶する。また、このデータ保管装置８に
は、開先のギャップの大きさとそれに対応する溶接条件
のテーブルが格納されている。９はデータ表示装置で、
溶接前の開先のギャップに基づく判定基準と溶接後の溶
接ビードの幅もしくは脚長の比較による判定結果を表示
する。

【００１９】１０は被溶接物で、たとえば、複数の溶接
部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・と、図２の（ａ）に
示すように、溶接母材１０ａと１０ｂを接続する突き合
わせ溶接継手と、（ｂ）に示すように、溶接母材１０ｂ
と１０ｃを接続するすみ肉溶接継手などが形成されてい
る。１１は溶接ビードである。

【００２０】このような構成で、被溶接物１０が所定の
位置に配置されると、制御装置４は、溶接ロボット１に
対しセンサ３を予め教示された経路に沿って溶接開始位
置から溶接終了位置まで、予め指定された複数の計測位
置（たとえば、１０〜数１０ｍｍ間隔）でそれぞれ一旦
停止するように間欠移動させる（ステップＳ１）。

【００２１】各計測（センサ３の停止）位置で、制御装
置４は、センサ制御装置６に計測指令を与え、指令を受
けたセンサ制御装置６は、センサ３を計測状態にセット
する。そして、センサ３を溶接線とほぼ直行する方向に
移動させ２つの溶接母材１０ａ、１０ｂ（１０ｂ、１０
ｃ）の表面の位置を測定し、その測定結果を被溶接部付
近の形状情報として出力する。その形状情報はセンサ制
御装置６を通してデータ処理装置７に入力される。

【００２２】データ処理装置７は、センサ３の測定結果
に基づいて、測定位置における溶接母材１０ａ、１０ｂ
間のギャップＧ１を算出し、制御装置４から入力される
測定位置のデータと共に、データ保管装置８に保管する
（ステップＳ２）。

【００２３】なお、測定時におけるセンサ３の位置を制
御装置４から空間３軸における座標として出力させるこ
とにより、空間３軸における開先の位置を測定すること
ができるので、予め教示された溶接経路に対し測定され
た開先の位置がずれている場合、その測定結果によりト
ーチの狙い位置を補正することができる。

【００２４】溶接開始位置から終了位置までの開先の測
定が終了すると、データ処理装置７は、測定された開先
のギャップＧ１の大きさと、予め設定されている溶接条
件に対応する開先のギャップＧ１の大きさを比較して、
各測定位置における溶接条件を設定し、制御装置４に送
る（ステップＳ３）。

【００２５】制御装置４は、溶接トーチ２を溶接開始位
置へ移動させると共に、溶接開始位置から溶接終了位置
に向けて溶接トーチ２を移動させる。同時に、データ処
理装置７から入力された位置とその位置における溶接条
件に基づいて溶接電源５を作動させる。溶接電源５は、
溶接トーチ２と溶接母材１０ａ、１０ｂの間に制御装置
４から指令される溶接条件に従って、溶接電力を印加し
て溶接を行う（ステップＳ４）。

【００２６】溶接が終了すると、制御装置４は、溶接ロ
ボット１に対しセンサ３を予め教示された経路に沿って
溶接開始位置から溶接終了位置まで予め指定された計測
位置で一旦停止するように間欠移動させる（ステップＳ
５）。

【００２７】各計測位置で、制御装置４は、センサ制御
装置６に計測指令を与える。指令を受けたセンサ制御装
置６は、センサ３を計測状態にセットする。そして、セ
ンサ３を溶接線とほぼ直行する方向に移動させ、２つの
溶接母材１０ａ、１０ｂ（１０ｂ、１０ｃ）の表面の位
置と溶接によって形成された溶接ビード１１の表面の位
置を測定し、その測定結果を被溶接部付近の形状情報と
して出力する。その形状情報はセンサ制御装置６を通し
てデータ処理装置７に入力される。

【００２８】データ処理装置７は、センサ３の測定結果
に基づいて、測定位置における溶接ビード１１の幅（ま
たは脚長）Ｌを算出し、制御装置４から入力される測定
位置のデータと共に、データ保管装置８に保管する（ス
テップＳ６）。

【００２９】また、データ処理装置７は、予め測定され
ているギャップに基づき、各測定位置ごとにその測定位
置における判定基準を設定する（ステップＳ７）。

【００３０】たとえば、図２（ａ）に示す突き合わせ溶
接継手においては、目標とする溶接ビード１１の幅をＬ
１、その許容範囲を±ΔＬ１としたとき、溶接母材１０
ａ、１０ｂの間のギャップが０であるときには、その判
定基準となる溶接ビード１１の幅は、 Ｌ１＋ΔＬ１ （１） となる。

【００３１】また、溶接母材１０ａ、１０ｂ間にギャッ
プＧ１があるときには、その判定基準となる溶接ビード
１１の幅は、 （Ｌ１＋Ｇ１）±ΔＬ１ （２） となる。

【００３２】また、図２（ｂ）に示すすみ肉溶接継手に
おいては、目標とする溶接ビード１１の脚長Ａの長さを
Ｌ２、その許容範囲を±ΔＬ２としたとき、溶接母材１
０ｂ、１０ｃの間のギャップが０であるときには、その
判定基準となる溶接ビード１１の脚長Ａの長さは、 Ｌ２±ΔＬ２ （３） となる。

【００３３】また、溶接母材１０ｂ、１０ｃの間にギャ
ップＧ２があるときには、その判定基準となる溶接ビー
ド１１の脚長Ａの長さは、 （Ｌ２＋Ｇ２）±ΔＬ２ （４） となる。

【００３４】データ処理装置７は、溶接後に測定された
溶接ビード１１の幅（または脚長）Ｌを各測定位置ごと
に設定した判定基準の下限（（Ｌ１＋Ｇ）ーΔＬ１）と
比較する（ステップＳ８）。測定された溶接ビード１１
の幅Ｌが判定基準の下限より大きい場合には、判定基準
の上限（（Ｌ１＋Ｇ）＋ΔＬ１）と比較する（ステップ
Ｓ９）。

【００３５】測定された溶接ビード１１の幅Ｌが判定基
準の下限より大きく、その上限より小さい場合には、そ
の溶接部が所望の品質で溶接されたものと判定する（ス
テップＳ１０）。また、測定された溶接ビード１１の幅
Ｌが判定基準の下限より小さいか、その上限より大きい
場合には、その溶接部が所望の溶接品質から外れた品質
（溶接欠陥）になっていると判定する（ステップＳ１
１）。

【００３６】そして、その判定結果は、データ保管装置
８に記憶されると共に、データ表示装置９に送られ、表
示される（ステップＳ１２）。

【００３７】なお、溶接構造物によっては、若干の溶接
欠陥の存在が許容されるものもある。したがって、判定
結果の表示は、個別の測定位置の判定結果を表示するほ
か、全ての測定位置における判定結果を総合して、被溶
接物の溶接品質の良否を表示するようにしても良い。

【００３８】前記のように、溶接前にその溶接線におけ
る開先のギャップの大きさを測定し、各測定位置におけ
るギャップの大きさを考慮した判定基準を設定して、溶
接後のビードの幅または脚長を比較することにより、機
械加工に比べ比較的加工精度の劣るガス切断により形成
された開先の溶接であっても、適正な評価を行うことが
でき、溶接構造物の高精度な検査を行うことができる。

【００３９】なお、前記センサ３として、溶接線とほぼ
直交するスリット光を照射する光源と、照射されたスリ
ット光を撮像するＣＣＤカメラを用いることもできる。
この場合、センサ３は、溶接線に沿って所定の測定間隔
で間欠移動させ、その停止位置で溶接母材にスリット光
を照射し、ＣＣＤカメラでその光像を撮像して、画像処
理により、開先の大きさや溶接ビードの大きさを算出す
る。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
溶接物の溶接線に沿って溶接開始位置から終了位置まで
の間の複数箇所で溶接部のギャップの大きさを測定し、
各測定位置とその測定位置におけるギャップの大きさを
記憶し、溶接終了後、前記各測定位置と同一もしくはそ
の近傍位置における溶接ビードの形状を測定し、測定さ
れた溶接ビードの形状を予め記憶された溶接部のギャッ
プの大きさを含む判定基準と比較することにより溶接ビ
ードの検査を行うようにしたので、機械加工に比べ比較
的精度の劣るガス切断により形成された開先の溶接であ
っても、適正な評価を行うことができ、被溶接物の高精
度な検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための溶接ビード検査装置を
備えた自動溶接装置の構成図。

【図２】本発明の対象となる被溶接物を構成する溶接継
手の形状と、各形状におけるギャップと溶接ビードの形
状を示し、（ａ）は突き合わせ溶接継手、（ｂ）はすみ
肉溶接継手を示す模式図。

【図３】図１に示す自動溶接装置における自動溶接と溶
接ビード検査の手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…機構部を構成する溶接ロボット、２…溶接トーチ、
３…センサ、４…制御装置、５…溶接電源、６…センサ
制御装置、７…データ処理装置、８…データ保管装置、
９…データ表示装置、１０…被溶接物、１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ…溶接部材、１１…溶接ビード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接開始前に、被溶接物の溶接線に沿って
   溶接開始位置から終了位置までの間の複数箇所で溶接部
   のギャップの大きさを測定し、各測定位置とその測定位
   置におけるギャップの大きさを記憶するとともに各測定
   位置におけるギャップの大きさに基づき判定基準を算出
   して記憶し、溶接終了後、前記各測定位置と同一もしく
   はその近傍位置における溶接ビードの形状を測定し、測
   定された溶接ビードの大きさを前記記憶された判定基準
   と比較することにより溶接品質の検査を行うことを特徴
   とする溶接品質の検査方法。
2. 【請求項２】所定の間隔で支持した溶接トーチとセンサ
   を被溶接物に対して相対移動させる機構部と、前記トー
   チとセンサを被溶接物の溶接線に沿って移動するように
   前記機構部を制御する制御装置と、前記制御装置からの
   指令に基づいて、前記トーチと被溶接物の間に溶接電力
   を印加する溶接電源と、前記制御装置からの指令に基づ
   いて、前記センサによる検出動作を制御するとともに、
   センサの出力を中継するセンサ制御装置と、前記センサ
   制御装置から入力される前記センサの出力と前記制御装
   置から入力される位置信号に基づいて各測定位置におけ
   る溶接前の開先のギャップの大きさと、それを含む判定
   基準と、溶接後の溶接ビードの幅もしくは脚長を算出す
   るとともに、各測定位置における判定基準と溶接ビード
   の幅もしくは脚長を比較し判定するデータ処理装置とを
   設けたことを特徴とする溶接品質の検査装置。