JP2003164987A - ３次元形状物溶接方法及びその装置 - Google Patents
３次元形状物溶接方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の部材を溶接して３次元形状物を作成す
る際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を行う。 【解決手段】 記憶装置１８には、３次元形状物の設計
データに基づいて規定され、溶接線の各々について予め
定められた間隔の溶接点毎の３次元位置及びこの位置の
法線ベクトルを有する教示データが格納されている。レ
ーザスリット光センサ（レーザスリット光照射部１２及
びＣＣＤカメラ１３）は、全体制御装置１７によってカ
メラ制御器１４を介して制御され、溶接点を撮影して画
像データを得る。画像処理装置１６は、画像データを画
像処理して溶接点の位置ずれ量を求める。全体制御装置
は位置ずれ量に基づいて教示データを修正して修正教示
データを求めて、修正教示データに基づいて溶接ヘッド
を駆動制御する。
る際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を行う。 【解決手段】 記憶装置１８には、３次元形状物の設計
データに基づいて規定され、溶接線の各々について予め
定められた間隔の溶接点毎の３次元位置及びこの位置の
法線ベクトルを有する教示データが格納されている。レ
ーザスリット光センサ（レーザスリット光照射部１２及
びＣＣＤカメラ１３）は、全体制御装置１７によってカ
メラ制御器１４を介して制御され、溶接点を撮影して画
像データを得る。画像処理装置１６は、画像データを画
像処理して溶接点の位置ずれ量を求める。全体制御装置
は位置ずれ量に基づいて教示データを修正して修正教示
データを求めて、修正教示データに基づいて溶接ヘッド
を駆動制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の部材を接合
して３次元形状物とする場合に、複数の部材を溶接して
３次元形状物とする際に用いられる溶接方法及びその装
置に関する。
して３次元形状物とする場合に、複数の部材を溶接して
３次元形状物とする際に用いられる溶接方法及びその装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、３次元形状物（例えば、タービ
ン燃焼器尾筒）を作成する際には、複数の部材を溶接に
よって接合して３次元形状物としており、溶接を行う際
には、シールドガスを用いるガスシールドアーク溶接
（ティグ（ＴＩＧ）溶接、マグ溶接、ミグ溶接、エレク
トロガスアーク溶接）の他、プラズマ溶接又はレーザビ
ーム溶接等が用いられている。
ン燃焼器尾筒）を作成する際には、複数の部材を溶接に
よって接合して３次元形状物としており、溶接を行う際
には、シールドガスを用いるガスシールドアーク溶接
（ティグ（ＴＩＧ）溶接、マグ溶接、ミグ溶接、エレク
トロガスアーク溶接）の他、プラズマ溶接又はレーザビ
ーム溶接等が用いられている。
【０００３】ところで、ＴＩＧ溶接によって、複数の部
材を接合する際に、一般に、人手により溶接を行ってい
るが、人手により溶接を行う場合には、溶接すべき線
（溶接線）によって溶接部位の位置・幅等が異なる関係
上、作業者の熟練度によって溶接箇所の品質にバラツキ
が生じてしまい、その結果、溶接後の品質が安定しな
い。
材を接合する際に、一般に、人手により溶接を行ってい
るが、人手により溶接を行う場合には、溶接すべき線
（溶接線）によって溶接部位の位置・幅等が異なる関係
上、作業者の熟練度によって溶接箇所の品質にバラツキ
が生じてしまい、その結果、溶接後の品質が安定しな
い。
【０００４】このため、例えば、炭酸ガス（ＣＯ２）レ
ーザ溶接を用いて、レーザスポット光によって溶接すべ
き位置を照射教示して、このレーザスポット光を一つの
目安として溶接箇所（位置）を溶接することが行われて
いる。
ーザ溶接を用いて、レーザスポット光によって溶接すべ
き位置を照射教示して、このレーザスポット光を一つの
目安として溶接箇所（位置）を溶接することが行われて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に、レーザスポット光を用いて溶接すべき位置を教示し
て溶接を行う手法を、複数の部材を溶接して３次元形状
物を作成する際に用いると、レーザスポット光の照射位
置及び照射箇所によっては、レーザスポット光が溶接す
べき箇所からずれることがある。このため、レーザスポ
ット光の照射位置に応じて溶接を行うと、所謂溶接の目
はずれ等の不良箇所が生じることが多く、結果的に、不
良箇所の補修を行わなければならないという問題点があ
る。
に、レーザスポット光を用いて溶接すべき位置を教示し
て溶接を行う手法を、複数の部材を溶接して３次元形状
物を作成する際に用いると、レーザスポット光の照射位
置及び照射箇所によっては、レーザスポット光が溶接す
べき箇所からずれることがある。このため、レーザスポ
ット光の照射位置に応じて溶接を行うと、所謂溶接の目
はずれ等の不良箇所が生じることが多く、結果的に、不
良箇所の補修を行わなければならないという問題点があ
る。
【０００６】特に、複数の部材を組み合わせて３次元形
状物を作成する際には、塑性加工後の部材自体が設計図
（設計値）と多少ずれることがあり、このような部材を
組み合わせて溶接を行うと、不可避的に溶接の不良など
が発生し易く、レーザスポット光で溶接箇所を照射して
も、レーザスポット光が溶接すべき箇所からずれること
が多くなってしまう。
状物を作成する際には、塑性加工後の部材自体が設計図
（設計値）と多少ずれることがあり、このような部材を
組み合わせて溶接を行うと、不可避的に溶接の不良など
が発生し易く、レーザスポット光で溶接箇所を照射して
も、レーザスポット光が溶接すべき箇所からずれること
が多くなってしまう。
【０００７】本発明の目的は、複数の部材を溶接して３
次元形状物を作成する際、３次元形状に合わせて自動的
に溶接を行うことのできる３次元形状物溶接方法及びそ
の装置を提供することにある。
次元形状物を作成する際、３次元形状に合わせて自動的
に溶接を行うことのできる３次元形状物溶接方法及びそ
の装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
部材を組み合わせて該部材をその溶接線に沿って溶接し
前記部材を接合して３次元形状物とする際に用いられる
溶接方法であって、前記３次元形状物の設計データに基
づいて規定され前記溶接線の各々について予め定められ
た間隔の溶接点毎の３次元位置及び該位置の法線ベクト
ルを有する教示データに応じて前記溶接点を撮影して得
られた画像から前記溶接点の位置ずれ量を求める第１の
ステップと、前記位置ずれ量に基づいて前記教示データ
を修正して修正教示データを求める第２のステップと、
前記修正教示データに基づいて前記溶接線に沿って溶接
を行う第３のステップとを有することを特徴する３次元
形状物溶接方法が得られる。
部材を組み合わせて該部材をその溶接線に沿って溶接し
前記部材を接合して３次元形状物とする際に用いられる
溶接方法であって、前記３次元形状物の設計データに基
づいて規定され前記溶接線の各々について予め定められ
た間隔の溶接点毎の３次元位置及び該位置の法線ベクト
ルを有する教示データに応じて前記溶接点を撮影して得
られた画像から前記溶接点の位置ずれ量を求める第１の
ステップと、前記位置ずれ量に基づいて前記教示データ
を修正して修正教示データを求める第２のステップと、
前記修正教示データに基づいて前記溶接線に沿って溶接
を行う第３のステップとを有することを特徴する３次元
形状物溶接方法が得られる。
【０００９】このように、溶接点毎の３次元位置及びこ
の３次元位置の法線ベクトルを有する教示データに応じ
て溶接点を撮影して得られた画像から、溶接点の位置ず
れ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、教示データを
修正して修正教示データを求めた後、修正教示データに
基づいて、溶接線に沿って溶接を行うようにしたから、
３次元形状物を作成する際、３次元形状に合わせて精度
よく溶接を行うことができることになる。
の３次元位置の法線ベクトルを有する教示データに応じ
て溶接点を撮影して得られた画像から、溶接点の位置ず
れ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、教示データを
修正して修正教示データを求めた後、修正教示データに
基づいて、溶接線に沿って溶接を行うようにしたから、
３次元形状物を作成する際、３次元形状に合わせて精度
よく溶接を行うことができることになる。
【００１０】また、前記第２のステップにおいては、前
記位置ずれ量に応じた溶接条件を前記修正教示データに
付加して付加教示データとして、前記第３のステップに
おいては、前記修正教示データの代わりに前記付加教示
データに応じて溶接を行うようにしてよい。
記位置ずれ量に応じた溶接条件を前記修正教示データに
付加して付加教示データとして、前記第３のステップに
おいては、前記修正教示データの代わりに前記付加教示
データに応じて溶接を行うようにしてよい。
【００１１】このように、位置ずれ量に応じた溶接条件
を修正教示データに付加して付加教示データとして、付
加教示データに応じて溶接を行うようにすれば、溶接条
件が溶接点毎の位置ずれ量に応じて規定される結果、さ
らに精度よく溶接を行うことができる。
を修正教示データに付加して付加教示データとして、付
加教示データに応じて溶接を行うようにすれば、溶接条
件が溶接点毎の位置ずれ量に応じて規定される結果、さ
らに精度よく溶接を行うことができる。
【００１２】なお、前記第１のステップでは、例えば、
光切断法を用いて前記位置ずれ量を得ており、前記溶接
点毎の溶接線の鉛直方向の位置ずれ量、ギャップ量、及
び目違い量を第１のずれ量として求めるとともに陰影法
によって前記溶接点毎の溶接線の水平方向の位置ずれ量
を第２のずれ量として求め、前記第１及び前記第２のず
れ量を前記位置ずれ量とするようにしてもよい。
光切断法を用いて前記位置ずれ量を得ており、前記溶接
点毎の溶接線の鉛直方向の位置ずれ量、ギャップ量、及
び目違い量を第１のずれ量として求めるとともに陰影法
によって前記溶接点毎の溶接線の水平方向の位置ずれ量
を第２のずれ量として求め、前記第１及び前記第２のず
れ量を前記位置ずれ量とするようにしてもよい。
【００１３】このように、溶接点毎の溶接線の鉛直方向
の位置ずれ量、ギャップ量、及び目違い量を第１のずれ
量として求めるとともに、陰影法によって溶接点毎の溶
接線の水平方向の位置ずれ量を第２のずれ量として求め
て、第１及び第２のずれ量に応じて教示データを修正す
るようにすれば、精度よく溶接点の位置ずれを修正する
ことができる。
の位置ずれ量、ギャップ量、及び目違い量を第１のずれ
量として求めるとともに、陰影法によって溶接点毎の溶
接線の水平方向の位置ずれ量を第２のずれ量として求め
て、第１及び第２のずれ量に応じて教示データを修正す
るようにすれば、精度よく溶接点の位置ずれを修正する
ことができる。
【００１４】また、第３のステップにおいては、溶接中
前記溶接点を撮像して溶接画像を得て該溶接画像に応じ
て前記修正教示データをさらに修正するようにしてもよ
い。
前記溶接点を撮像して溶接画像を得て該溶接画像に応じ
て前記修正教示データをさらに修正するようにしてもよ
い。
【００１５】このようにすれば、溶接中において溶接位
置ずれを補正できる結果、より精度よく溶接を行うこと
ができることになる。
置ずれを補正できる結果、より精度よく溶接を行うこと
ができることになる。
【００１６】さらに、本発明によれば、複数の部材を組
み合わせて該部材をその溶接線に沿って溶接し前記部材
を接合して３次元形状物とする際に用いられる３次元形
状物溶接装置であって、前記３次元形状物の設計データ
に基づいて規定され前記溶接線の各々について予め定め
られた間隔の溶接点毎の３次元位置及び該位置の法線ベ
クトルを有する教示データが格納された記憶手段と、該
教示データに基づいて制御され前記溶接点を撮影して画
像データを得る撮像手段と、前記画像データを画像処理
して前記溶接点の位置ずれ量を求める画像処理手段と、
前記位置ずれ量に基づいて前記教示データを修正して修
正教示データを求める制御手段とを有し、前記制御手段
は前記修正教示データに基づいて溶接ヘッドを駆動制御
して前記溶接線に沿って溶接を行うようにしたことを特
徴する３次元形状物溶接装置が得られる。
み合わせて該部材をその溶接線に沿って溶接し前記部材
を接合して３次元形状物とする際に用いられる３次元形
状物溶接装置であって、前記３次元形状物の設計データ
に基づいて規定され前記溶接線の各々について予め定め
られた間隔の溶接点毎の３次元位置及び該位置の法線ベ
クトルを有する教示データが格納された記憶手段と、該
教示データに基づいて制御され前記溶接点を撮影して画
像データを得る撮像手段と、前記画像データを画像処理
して前記溶接点の位置ずれ量を求める画像処理手段と、
前記位置ずれ量に基づいて前記教示データを修正して修
正教示データを求める制御手段とを有し、前記制御手段
は前記修正教示データに基づいて溶接ヘッドを駆動制御
して前記溶接線に沿って溶接を行うようにしたことを特
徴する３次元形状物溶接装置が得られる。
【００１７】このように、装置を用いれば、３次元形状
物を作成する際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を
行うことができることになる。
物を作成する際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を
行うことができることになる。
【００１８】さらに、前記記憶手段に、前記位置ずれ量
に応じた溶接条件を格納して、前記制御手段が、前記位
置ずれ量に応じた溶接条件を前記修正教示データに付加
して付加教示データとして前記修正教示データの代わり
に前記付加教示データに応じて溶接ヘッドの駆動制御を
行うとともに前記溶接ヘッドの出力及び溶接ワイヤの送
給を制御するようにしてもよい。
に応じた溶接条件を格納して、前記制御手段が、前記位
置ずれ量に応じた溶接条件を前記修正教示データに付加
して付加教示データとして前記修正教示データの代わり
に前記付加教示データに応じて溶接ヘッドの駆動制御を
行うとともに前記溶接ヘッドの出力及び溶接ワイヤの送
給を制御するようにしてもよい。
【００１９】このように、付加教示データに応じて溶接
を行うようにすれば、溶接条件が溶接点毎の位置ずれ量
に応じて規定される結果、さらに精度よく溶接を行うこ
とができることになる。
を行うようにすれば、溶接条件が溶接点毎の位置ずれ量
に応じて規定される結果、さらに精度よく溶接を行うこ
とができることになる。
【００２０】なお、前記撮像手段は、例えば、レーザス
リット光を照射する照射部と、該レーザスリット光を受
けるＣＣＤカメラとを有し、光切断法を用いて前記画像
データを得る。
リット光を照射する照射部と、該レーザスリット光を受
けるＣＣＤカメラとを有し、光切断法を用いて前記画像
データを得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。なお、以下の説明では、３次元形状物として、ター
ビンの燃焼器尾筒を例に挙げ、複数の３次元部材からタ
ービンの燃焼器尾筒を溶接によって作成する場合につい
て説明するが、複数の部材を溶接によって接合する他の
３次元形状にも、同様にして本発明を適用することがで
きる。
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎな
い。なお、以下の説明では、３次元形状物として、ター
ビンの燃焼器尾筒を例に挙げ、複数の３次元部材からタ
ービンの燃焼器尾筒を溶接によって作成する場合につい
て説明するが、複数の部材を溶接によって接合する他の
３次元形状にも、同様にして本発明を適用することがで
きる。
【００２２】図１を参照して、図示の３次元形状物溶接
装置は、ディスプレイ装置（ＣＲＴ）１１ａ、モニター
１１ｂ、レーザスリット光照射部１２、ＣＣＤカメラ１
３、カメラ制御器１４、サーボモータ制御器１５、画像
処理装置１６、全体制御装置１７、記憶装置１８、及
び、溶接機１９、入力装置２０を備えており、ここで
は、レーザスリット光照射部１２及びＣＣＤカメラ１３
を集合的にレーザスリット光センサと呼ぶことにする。
図示の例では、溶接機１９、として、例えば、ＹＡＧレ
ーザを用いたレーザビーム溶接機が用いられ、溶接トー
チヘッドであるレーザヘッドからのレーザ光によって溶
接が行われる。
装置は、ディスプレイ装置（ＣＲＴ）１１ａ、モニター
１１ｂ、レーザスリット光照射部１２、ＣＣＤカメラ１
３、カメラ制御器１４、サーボモータ制御器１５、画像
処理装置１６、全体制御装置１７、記憶装置１８、及
び、溶接機１９、入力装置２０を備えており、ここで
は、レーザスリット光照射部１２及びＣＣＤカメラ１３
を集合的にレーザスリット光センサと呼ぶことにする。
図示の例では、溶接機１９、として、例えば、ＹＡＧレ
ーザを用いたレーザビーム溶接機が用いられ、溶接トー
チヘッドであるレーザヘッドからのレーザ光によって溶
接が行われる。
【００２３】ここで、図２も参照して、レーザヘッド２
１は、支持装置２２に取り付けられて、全体制御装置１
７によってサーボモータ制御器１５を介してＸＹＺ三軸
方向への移動及びウイービング操作される。つまり、支
持装置２２は、支持部２２ａと支持部２２ａに回転可能
に取り付けられた腕部２２ｂとを有しており、支持部２
２ａは一点鎖線で示す軸２２１の周りに時計方向及び反
時計方向に１８０°回転可能となっている。また、腕部
２２ｂは一点鎖線で示す軸２２２の周りに時計方向及び
反時計方向に４５°回転可能となっている。
１は、支持装置２２に取り付けられて、全体制御装置１
７によってサーボモータ制御器１５を介してＸＹＺ三軸
方向への移動及びウイービング操作される。つまり、支
持装置２２は、支持部２２ａと支持部２２ａに回転可能
に取り付けられた腕部２２ｂとを有しており、支持部２
２ａは一点鎖線で示す軸２２１の周りに時計方向及び反
時計方向に１８０°回転可能となっている。また、腕部
２２ｂは一点鎖線で示す軸２２２の周りに時計方向及び
反時計方向に４５°回転可能となっている。
【００２４】レーザヘッド２１の近傍にはワイヤ送給ヘ
ッド２３が配置されており、溶接を行う際には、ワイヤ
送給ヘッド２３から溶接部位に溶接ワイヤが送給され
る。レーザスリット光照射部１２は、溶接部位（溶接す
べき線（開先線））に対して開先線を横切るようにレー
ザスリット光を照射する。そして、ＣＣＤカメラ１３で
は、レーザスリット光をその照射方向から所定の角度傾
斜した方向から受光して所謂光切断法によって開先断面
をとらえ、カメラ制御器１４に受光光を与える。そし
て、レーザスリット光照射部１２とＣＣＤカメラ１３と
は一体として支持装置２２に取り付けられている。な
お、３次元形状物溶接装置には、高さセンサ（図示せ
ず）が備えられ、これによって、開先線に対するレーザ
スリット光照射部１２及びＣＣＤカメラ１３の位置（高
さ）が制御される。
ッド２３が配置されており、溶接を行う際には、ワイヤ
送給ヘッド２３から溶接部位に溶接ワイヤが送給され
る。レーザスリット光照射部１２は、溶接部位（溶接す
べき線（開先線））に対して開先線を横切るようにレー
ザスリット光を照射する。そして、ＣＣＤカメラ１３で
は、レーザスリット光をその照射方向から所定の角度傾
斜した方向から受光して所謂光切断法によって開先断面
をとらえ、カメラ制御器１４に受光光を与える。そし
て、レーザスリット光照射部１２とＣＣＤカメラ１３と
は一体として支持装置２２に取り付けられている。な
お、３次元形状物溶接装置には、高さセンサ（図示せ
ず）が備えられ、これによって、開先線に対するレーザ
スリット光照射部１２及びＣＣＤカメラ１３の位置（高
さ）が制御される。
【００２５】前述の記憶装置１８には、３次元形状物
（ここでは、燃焼器尾筒）の３次元設計図面（３次元設
計データ）が燃焼器尾筒の種類毎に格納されており、こ
れら３次元設計データには、複数の部材（３次元的部
材）を表す設計データ（部材設計データ）と、各部材が
付き合わされた（接合した）燃焼器尾筒を表す設計デー
タ（尾筒設計データ）とが含まれている。さらに、複数
の部材を付き合わせて形成される線分が溶接線データと
して含まれている。各溶接線データは３次元的位置とそ
の法線ベクトルとの集合として規定されており、例え
ば、一溶接線の一点Ｐ１（ｘ，ｙ，ｚ，ｉ，ｊ，ｋ）と
して表される。なお、（ｘ，ｙ，ｚ）はｘ，ｙ，ｚ座標
軸上の位置を表し、（ｉ，ｊ，ｋ）はその位置における
法線ベクトル（その位置の接線に直交する方向を表すベ
クトル）を表す。そして、上述の溶接線データは教示デ
ータとされる。
（ここでは、燃焼器尾筒）の３次元設計図面（３次元設
計データ）が燃焼器尾筒の種類毎に格納されており、こ
れら３次元設計データには、複数の部材（３次元的部
材）を表す設計データ（部材設計データ）と、各部材が
付き合わされた（接合した）燃焼器尾筒を表す設計デー
タ（尾筒設計データ）とが含まれている。さらに、複数
の部材を付き合わせて形成される線分が溶接線データと
して含まれている。各溶接線データは３次元的位置とそ
の法線ベクトルとの集合として規定されており、例え
ば、一溶接線の一点Ｐ１（ｘ，ｙ，ｚ，ｉ，ｊ，ｋ）と
して表される。なお、（ｘ，ｙ，ｚ）はｘ，ｙ，ｚ座標
軸上の位置を表し、（ｉ，ｊ，ｋ）はその位置における
法線ベクトル（その位置の接線に直交する方向を表すベ
クトル）を表す。そして、上述の溶接線データは教示デ
ータとされる。
【００２６】次に、上述した構成を有する３次元形状物
自動溶接装置の動作について説明する。
自動溶接装置の動作について説明する。
【００２７】図１、図２、図３を参照して、まず、燃焼
器尾筒３１を構成する各部材がチャック（図示せず）に
セットされる（ステップＳ１）。前述のように、各部材
はその制作過程において、塑性加工時に設計図と多少ず
れて歪むことがある。例えば、図４に示す各部材をチャ
ックにセットして、図５に示す組み立て体３１ａとす
る。この組み立て体３１ａにおいては、溶接すべき線が
溶接線３１ｂとして現れている。なお、各部材をセット
する際には、予め規定されたセット位置にセットされる
が、セットの際には不可避的にずれが生じることがあ
る。
器尾筒３１を構成する各部材がチャック（図示せず）に
セットされる（ステップＳ１）。前述のように、各部材
はその制作過程において、塑性加工時に設計図と多少ず
れて歪むことがある。例えば、図４に示す各部材をチャ
ックにセットして、図５に示す組み立て体３１ａとす
る。この組み立て体３１ａにおいては、溶接すべき線が
溶接線３１ｂとして現れている。なお、各部材をセット
する際には、予め規定されたセット位置にセットされる
が、セットの際には不可避的にずれが生じることがあ
る。
【００２８】各部材をチャックにセットした後、入力装
置２０から溶接開始指令が与えられる（ステップＳ
２）。この溶接開始指令には、燃焼器尾筒の種類を表す
燃焼器尾筒選択が含まれているものとする。全体制御装
置１７では、組み立て体３１ａの一端部（例えば、先端
部）において、予め規定されたセット位置から左右への
ずれ及び上下へのずれを認識する。この際には、ＣＣＤ
カメラ１３で撮像された画像を画像処理装置１６に取り
込んで、陰影法によって組み立て体３１ａを示す画像デ
ータを得る。この画像データは、例えば、モニター１１
ｂ上に画像として表示される。
置２０から溶接開始指令が与えられる（ステップＳ
２）。この溶接開始指令には、燃焼器尾筒の種類を表す
燃焼器尾筒選択が含まれているものとする。全体制御装
置１７では、組み立て体３１ａの一端部（例えば、先端
部）において、予め規定されたセット位置から左右への
ずれ及び上下へのずれを認識する。この際には、ＣＣＤ
カメラ１３で撮像された画像を画像処理装置１６に取り
込んで、陰影法によって組み立て体３１ａを示す画像デ
ータを得る。この画像データは、例えば、モニター１１
ｂ上に画像として表示される。
【００２９】全体制御装置１７には予め規定されたセッ
ト位置を示すセット位置データが設定されており、全体
制御装置１７は、セット位置データ及び画像データに基
づいてセット誤差を求める（ステップＳ３）。次に、全
体制御装置１７では、セット誤差に応じて組み立て体３
１ａ回転軸（図２に示すように、燃焼器尾筒３１（組み
立て体３１ａ）は一点鎖線で示す回転軸３１１回りに時
計方向及び反時計方向にそれぞれ１８０°回転される）
の方位のずれ角度を求める（ステップＳ４）。このずれ
角度は、例えば、ＣＲＴ１１ａに表示される。
ト位置を示すセット位置データが設定されており、全体
制御装置１７は、セット位置データ及び画像データに基
づいてセット誤差を求める（ステップＳ３）。次に、全
体制御装置１７では、セット誤差に応じて組み立て体３
１ａ回転軸（図２に示すように、燃焼器尾筒３１（組み
立て体３１ａ）は一点鎖線で示す回転軸３１１回りに時
計方向及び反時計方向にそれぞれ１８０°回転される）
の方位のずれ角度を求める（ステップＳ４）。このずれ
角度は、例えば、ＣＲＴ１１ａに表示される。
【００３０】その後、全体制御装置１７は、燃焼器尾筒
指令に基づいて記憶装置１８から該当する教示データを
読み込み（ステップＳ５）、前述のずれ角度に応じて教
示データを補正して補正教示データとする（ステップＳ
６）。そして、全体制御装置１７は、補正教示データに
応じてカメラ制御器１４を介してレーザスリット光セン
サを制御するともに、サーボモータ制御器１５を介して
サーボモータ（図示せず）を駆動制御して、支持装置２
２をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に駆動し、さらには、組み立
て体３１ａを回転軸回りに回転する。これによって、教
示データ（ｘ，ｙ，ｚ，ｉ，ｊ，ｋ）に基づいて組み立
て体３１ａの各溶接線３１ｂを予め規定された間隔（溶
接点）毎に認識する（ステップＳ７）。この際、画像処
理装置１６ではレーザスリット光センサで得られた画像
をモニター１１ｂに表示する。
指令に基づいて記憶装置１８から該当する教示データを
読み込み（ステップＳ５）、前述のずれ角度に応じて教
示データを補正して補正教示データとする（ステップＳ
６）。そして、全体制御装置１７は、補正教示データに
応じてカメラ制御器１４を介してレーザスリット光セン
サを制御するともに、サーボモータ制御器１５を介して
サーボモータ（図示せず）を駆動制御して、支持装置２
２をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に駆動し、さらには、組み立
て体３１ａを回転軸回りに回転する。これによって、教
示データ（ｘ，ｙ，ｚ，ｉ，ｊ，ｋ）に基づいて組み立
て体３１ａの各溶接線３１ｂを予め規定された間隔（溶
接点）毎に認識する（ステップＳ７）。この際、画像処
理装置１６ではレーザスリット光センサで得られた画像
をモニター１１ｂに表示する。
【００３１】このようにして、各溶接線を認識した後、
全体制御装置１７では、各溶接線に沿って溶接点毎にレ
ーザスリット光センサを移動させつつ（この際には、前
述のように、補正教示データに応じてカメラ制御器１４
を介してレーザスリット光センサを制御するとともに、
サーボモータ制御器１５を介してサーボモータを駆動制
御して、支持装置２２をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に駆動
し、さらには、組み立て体３１ａを回転軸回りに回転す
ることになる）、溶接線３１ｂの開先を横切るようにレ
ーザスリット光が照射されるようにレーザスリット光照
射部１２を位置づけるとともに、レーザスリット光をそ
の照射方向から所定の角度傾斜した方向から受光するよ
うにＣＣＤカメラ１３を位置づけることになる。
全体制御装置１７では、各溶接線に沿って溶接点毎にレ
ーザスリット光センサを移動させつつ（この際には、前
述のように、補正教示データに応じてカメラ制御器１４
を介してレーザスリット光センサを制御するとともに、
サーボモータ制御器１５を介してサーボモータを駆動制
御して、支持装置２２をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に駆動
し、さらには、組み立て体３１ａを回転軸回りに回転す
ることになる）、溶接線３１ｂの開先を横切るようにレ
ーザスリット光が照射されるようにレーザスリット光照
射部１２を位置づけるとともに、レーザスリット光をそ
の照射方向から所定の角度傾斜した方向から受光するよ
うにＣＣＤカメラ１３を位置づけることになる。
【００３２】その後、カメラ制御器１４によってレーザ
スリット光照射部１２からレーザスリット光が照射さ
れ、ＣＣＤカメラ１３で受光される。つまり、光切断法
によって溶接線を撮影する。画像処理装置１６では、Ｃ
ＣＤカメラから得られた画像から、溶接線点毎にその
幅、位置ずれ（上下方向）、及び目違い量を求め、第１
のずれ量とする（ステップＳ８）。さらに、各溶接線３
１ｂに沿って溶接点毎にＣＣＤカメラ１３で撮影を行っ
て、画像処理装置１６では、直視陰影法によって溶接点
毎の位置ずれ（左右方向）を認識して、これを第２のず
れ量とする（ステップＳ９）。
スリット光照射部１２からレーザスリット光が照射さ
れ、ＣＣＤカメラ１３で受光される。つまり、光切断法
によって溶接線を撮影する。画像処理装置１６では、Ｃ
ＣＤカメラから得られた画像から、溶接線点毎にその
幅、位置ずれ（上下方向）、及び目違い量を求め、第１
のずれ量とする（ステップＳ８）。さらに、各溶接線３
１ｂに沿って溶接点毎にＣＣＤカメラ１３で撮影を行っ
て、画像処理装置１６では、直視陰影法によって溶接点
毎の位置ずれ（左右方向）を認識して、これを第２のず
れ量とする（ステップＳ９）。
【００３３】上述のようにして、一つの溶接線３１ｂに
ついて溶接点毎の第１及び第２のずれ量を求めた後、全
体制御装置１７は、溶接点毎の第１及び第２のずれ量を
記憶装置１８に記憶する（ステップＳ１０）。そして、
全体制御装置１７では、全ての溶接線３１ｂについて、
溶接点毎の第１及び第２のずれ量を記憶装置１８に格納
し終わると、溶接動作に移行する。
ついて溶接点毎の第１及び第２のずれ量を求めた後、全
体制御装置１７は、溶接点毎の第１及び第２のずれ量を
記憶装置１８に記憶する（ステップＳ１０）。そして、
全体制御装置１７では、全ての溶接線３１ｂについて、
溶接点毎の第１及び第２のずれ量を記憶装置１８に格納
し終わると、溶接動作に移行する。
【００３４】ところで、記憶装置１８には、前述の教示
データで示される溶接点毎（溶接位置毎）にその幅（ギ
ャップ量）及び目違い量に応じた溶接条件（電流、電
圧、支持装置２２の速度、ウイービング幅、ウイービン
グ速度、溶接ワイヤ送給速度）等が記憶されており、全
体制御装置１７では、補正後教示データを各溶接線の溶
接点毎の第１及び第２のずれ量で修正して修正教示デー
タとする（ステップＳ１１）。その後、全体制御装置１
７では、記憶装置１８から各溶接線の溶接点毎にギャッ
プ量及び目違い量に応じた溶接条件を読みだして、修正
教示データを溶接条件を付加する（以下付加教示データ
と呼ぶ：ステップＳ１２）。
データで示される溶接点毎（溶接位置毎）にその幅（ギ
ャップ量）及び目違い量に応じた溶接条件（電流、電
圧、支持装置２２の速度、ウイービング幅、ウイービン
グ速度、溶接ワイヤ送給速度）等が記憶されており、全
体制御装置１７では、補正後教示データを各溶接線の溶
接点毎の第１及び第２のずれ量で修正して修正教示デー
タとする（ステップＳ１１）。その後、全体制御装置１
７では、記憶装置１８から各溶接線の溶接点毎にギャッ
プ量及び目違い量に応じた溶接条件を読みだして、修正
教示データを溶接条件を付加する（以下付加教示データ
と呼ぶ：ステップＳ１２）。
【００３５】全体制御装置１７では、付加教示データに
基づいてサーボモータ制御器１５を介してサーボモータ
を駆動制御してレーザヘッド２１を移動させるととも
に、溶接機１９を駆動制御してレーザヘッド２１からレ
ーザ光を出射する。この際、ワイヤ送給ヘッド２３から
は溶接ワイヤが送給される。つまり、各溶接線の溶接点
毎に付加教示データに応じてレーザヘッド２１を移動さ
せるとともに付加教示データに含まれる溶接条件に応じ
て溶接機１９及びワイヤ送給を制御して、溶接を実行す
る（ステップＳ１３）。
基づいてサーボモータ制御器１５を介してサーボモータ
を駆動制御してレーザヘッド２１を移動させるととも
に、溶接機１９を駆動制御してレーザヘッド２１からレ
ーザ光を出射する。この際、ワイヤ送給ヘッド２３から
は溶接ワイヤが送給される。つまり、各溶接線の溶接点
毎に付加教示データに応じてレーザヘッド２１を移動さ
せるとともに付加教示データに含まれる溶接条件に応じ
て溶接機１９及びワイヤ送給を制御して、溶接を実行す
る（ステップＳ１３）。
【００３６】ここで、図６を参照して、溶接中に画像セ
ンシングによって溶接位置ずれを補正するようにしても
よい。つまり、レーザヘッド２１の出力端側にハーフミ
ラー４１を配置して、レーザヘッド２１からハーフミラ
ー４１を介して溶接点にレーザ光を照射する。一方、レ
ーザ光の照射によって、溶接点における像がハーフミラ
ー４１を介して別に設けられたＣＣＤカメラ４２に入力
される。これによって、ＣＣＤカメラ４２から、溶融池
４３及び開先線４４を含む画像信号が、画像処理装置１
６に与えられる。画像処理装置１６ではこの画像信号を
モニター１１ｂ上に表示する。そして、オペレータはモ
ニター１１ｂ上に表示された溶接画像を見て、レーザヘ
ッド２１の位置を修正するようにすればよい。なお、Ｃ
ＣＤカメラ４２はレーザヘッド２１と同期して移動す
る。
ンシングによって溶接位置ずれを補正するようにしても
よい。つまり、レーザヘッド２１の出力端側にハーフミ
ラー４１を配置して、レーザヘッド２１からハーフミラ
ー４１を介して溶接点にレーザ光を照射する。一方、レ
ーザ光の照射によって、溶接点における像がハーフミラ
ー４１を介して別に設けられたＣＣＤカメラ４２に入力
される。これによって、ＣＣＤカメラ４２から、溶融池
４３及び開先線４４を含む画像信号が、画像処理装置１
６に与えられる。画像処理装置１６ではこの画像信号を
モニター１１ｂ上に表示する。そして、オペレータはモ
ニター１１ｂ上に表示された溶接画像を見て、レーザヘ
ッド２１の位置を修正するようにすればよい。なお、Ｃ
ＣＤカメラ４２はレーザヘッド２１と同期して移動す
る。
【００３７】このようにして、溶接すべき溶接線上の溶
接点を３次元位置及び法線ベクトルで規定した教示デー
タに基づいて各溶接線の溶接点を光切断法によって撮像
して、溶接線の形状を計測した後、この計測結果に応じ
て教示データを修正しつつ計測結果に基づいて溶接条件
を設定するようにしたから、３次元形状物を作成する
際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を行うことがで
きる。つまり、３次元形状物を構成する各部材が多少設
計図とずれても、部材の形状及び開先形状に合わせて精
度よく溶接を行うことができる。
接点を３次元位置及び法線ベクトルで規定した教示デー
タに基づいて各溶接線の溶接点を光切断法によって撮像
して、溶接線の形状を計測した後、この計測結果に応じ
て教示データを修正しつつ計測結果に基づいて溶接条件
を設定するようにしたから、３次元形状物を作成する
際、３次元形状に合わせて精度よく溶接を行うことがで
きる。つまり、３次元形状物を構成する各部材が多少設
計図とずれても、部材の形状及び開先形状に合わせて精
度よく溶接を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、３次
元形状物の設計データに基づいて規定され、溶接線の各
々について予め定められた間隔の溶接点毎の３次元位置
及びこの３次元位置の法線ベクトルを有する教示データ
に応じて、溶接点を撮影して得られた画像から、溶接点
の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、教示
データを修正して修正教示データを求めた後、修正教示
データに基づいて、溶接線に沿って溶接を行うようにし
たから、３次元形状物を作成する際、３次元形状に合わ
せて精度よく溶接を行うことができるという効果があ
る。
元形状物の設計データに基づいて規定され、溶接線の各
々について予め定められた間隔の溶接点毎の３次元位置
及びこの３次元位置の法線ベクトルを有する教示データ
に応じて、溶接点を撮影して得られた画像から、溶接点
の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、教示
データを修正して修正教示データを求めた後、修正教示
データに基づいて、溶接線に沿って溶接を行うようにし
たから、３次元形状物を作成する際、３次元形状に合わ
せて精度よく溶接を行うことができるという効果があ
る。
【００３９】さらに、上記の位置ずれ量に応じた溶接条
件を修正教示データに付加して付加教示データとして、
付加教示データに応じて溶接を行うようにすれば、溶接
条件が溶接点毎の位置ずれ量に応じて規定される結果、
さらに精度よく溶接を行うことができるという効果があ
る。
件を修正教示データに付加して付加教示データとして、
付加教示データに応じて溶接を行うようにすれば、溶接
条件が溶接点毎の位置ずれ量に応じて規定される結果、
さらに精度よく溶接を行うことができるという効果があ
る。
【００４０】また、光切断法を用いて溶接点毎の溶接線
の鉛直方向の位置ずれ量、ギャップ量、及び目違い量を
第１のずれ量として求めるとともに、陰影法によって溶
接点毎の溶接線の水平方向の位置ずれ量を第２のずれ量
として求めて、第１及び第２のずれ量に応じて教示デー
タを修正するようにすれば、精度よく溶接点の位置ずれ
を修正することができるという効果がある。
の鉛直方向の位置ずれ量、ギャップ量、及び目違い量を
第１のずれ量として求めるとともに、陰影法によって溶
接点毎の溶接線の水平方向の位置ずれ量を第２のずれ量
として求めて、第１及び第２のずれ量に応じて教示デー
タを修正するようにすれば、精度よく溶接点の位置ずれ
を修正することができるという効果がある。
【００４１】加えて、溶接中溶接点を撮像して溶接画像
を得て、この溶接画像に応じて修正教示データをさらに
修正するようにすれば、溶接中において溶接位置ずれを
補正できる結果、より精度よく溶接を行うことができる
という効果がある。
を得て、この溶接画像に応じて修正教示データをさらに
修正するようにすれば、溶接中において溶接位置ずれを
補正できる結果、より精度よく溶接を行うことができる
という効果がある。
【図１】 本発明による３次元形状物溶接装置の一例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】 本発明による３次元形状物溶接装置の駆動機
構及び撮像装置の一例を示す図である。
構及び撮像装置の一例を示す図である。
【図３】 図１に示す３次元形状物溶接装置の動作を説
明するためのフローチャートである。
明するためのフローチャートである。
【図４】 ３次元形状物の一例を分解してその部材を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図５】 ３次元形状物の一例をその組み立て体で示す
斜視図である。
斜視図である。
【図６】 図１に示す３次元形状物溶接装置で用いられ
る溶接中の状態をセンシングする手法を説明するための
図である。
る溶接中の状態をセンシングする手法を説明するための
図である。
１１ａ ディスプレイ装置（ＣＲＴ）
１１ｂ モニター
１２ レーザスリット光照射部
１３ ＣＣＤカメラ
１４ カメラ制御器
１５ サーボモータ制御器
１６ 画像処理装置
１７ 全体制御装置
１８ 記憶装置
１９ 溶接機
２１ レーザヘッド
２２ 支持装置
２３ ワイヤ送給ヘッド
３１ 燃焼器尾筒
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｍ
３１０ ３１０Ａ
(72)発明者 北川 朋亮
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 妻鹿 雅彦
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
(72)発明者 竹内 康
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
Ｆターム(参考） 4E068 CA10 CB01 CC02 CE05
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の部材を組み合わせて該部材をその
溶接線に沿って溶接し前記部材を接合して３次元形状物
とする際に用いられる溶接方法であって、前記３次元形
状物の設計データに基づいて規定され前記溶接線の各々
について予め定められた間隔の溶接点毎の３次元位置及
び該位置の法線ベクトルを有する教示データに応じて前
記溶接点を撮影して得られた画像から前記溶接点の位置
ずれ量を求める第１のステップと、前記位置ずれ量に基
づいて前記教示データを修正して修正教示データを求め
る第２のステップと、前記修正教示データに基づいて前
記溶接線に沿って溶接を行う第３のステップとを有する
ことを特徴する３次元形状物溶接方法。 - 【請求項２】 前記第２のステップでは前記位置ずれ量
に応じた溶接条件を前記修正教示データに付加して付加
教示データとしており、前記第３のステップでは、前記
修正教示データの代わりに前記付加教示データに応じて
溶接を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載
の３次元形状物溶接方法。 - 【請求項３】 前記第１のステップでは光切断法を用い
て前記位置ずれ量を得るようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の３次元形状物溶接方法。 - 【請求項４】 前記第１のステップでは光切断法を用い
て前記溶接点毎の溶接線の鉛直方向の位置ずれ量、ギャ
ップ量、及び目違い量を第１のずれ量として求めるとと
もに陰影法によって前記溶接点毎の溶接線の水平方向の
位置ずれ量を第２のずれ量として求め、前記第１及び前
記第２のずれ量を前記位置ずれ量とするようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の３次元形状物溶接方法。 - 【請求項５】 前記第３のステップでは溶接中前記溶接
点を撮像して溶接画像を得て該溶接画像に応じて前記修
正教示データをさらに修正するようにしたことを特徴と
する請求項１に記載の３次元形状物溶接方法。 - 【請求項６】 複数の部材を組み合わせて該部材をその
溶接線に沿って溶接し前記部材を接合して３次元形状物
とする際に用いられる３次元形状物溶接装置であって、
前記３次元形状物の設計データに基づいて規定され前記
溶接線の各々について予め定められた間隔の溶接点毎の
３次元位置及び該位置の法線ベクトルを有する教示デー
タが格納された記憶手段と、該教示データに基づいて制
御され前記溶接点を撮影して画像データを得る撮像手段
と、前記画像データを画像処理して前記溶接点の位置ず
れ量を求める画像処理手段と、前記位置ずれ量に基づい
て前記教示データを修正して修正教示データを求める制
御手段とを有し、前記制御手段は前記修正教示データに
基づいて溶接ヘッドを駆動制御して前記溶接線に沿って
溶接を行うようにしたことを特徴する３次元形状物溶接
装置。 - 【請求項７】 前記記憶手段には、前記位置ずれ量に応
じた溶接条件が格納されており、前記制御手段は、前記
位置ずれ量に応じた溶接条件を前記修正教示データに付
加して付加教示データとして前記修正教示データの代わ
りに前記付加教示データに応じて溶接ヘッドの駆動制御
を行うとともに前記溶接ヘッドの出力及び溶接ワイヤの
送給を制御するようにしたことを特徴とする請求項６に
記載の３次元形状物溶接装置。 - 【請求項８】 前記撮像手段は、レーザスリット光を照
射する照射部と、該レーザスリット光を受けるＣＣＤカ
メラとを有し、光切断法を用いて前記画像データを得る
ようにしたことを特徴とする請求項６に記載の３次元形
状物溶接装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001359985A JP3806342B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | ３次元形状物溶接方法及びその装置 |
| CA002403596A CA2403596C (en) | 2001-11-26 | 2002-09-17 | Method of welding three-dimensional structure and apparatus for use in such method |
| EP02021556A EP1314510B1 (en) | 2001-11-26 | 2002-09-26 | Method of welding three-dimensional structure and apparatus for use in such method |
| DE2002625655 DE60225655T2 (de) | 2001-11-26 | 2002-09-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen einer dreidimensionalen Struktur |
| CNB021514380A CN1228169C (zh) | 2001-11-26 | 2002-11-19 | 三维形状物焊接方法及其装置 |
| US10/302,934 US7239736B2 (en) | 2001-11-26 | 2002-11-25 | Method of welding three-dimensional structure and apparatus for use in such method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001359985A JP3806342B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | ３次元形状物溶接方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003164987A true JP2003164987A (ja) | 2003-06-10 |
| JP3806342B2 JP3806342B2 (ja) | 2006-08-09 |
Family
ID=19170884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001359985A Expired - Lifetime JP3806342B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | ３次元形状物溶接方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7239736B2 (ja) |
| JP (1) | JP3806342B2 (ja) |
| CN (1) | CN1228169C (ja) |
| CA (1) | CA2403596C (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011041980A (ja) * | 2009-08-19 | 2011-03-03 | General Electric Co <Ge> | レーザ衝撃ピーニング加工法のアクセス可能性を決定するための方法 |
| JP2011085508A (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Toshiba Corp | 遠隔溶接装置および遠隔溶接方法 |
| JP2014524840A (ja) * | 2011-07-08 | 2014-09-25 | エイナヴ，オメル | 溶接中の手動シーム追跡システム及び方法並びに溶接支援システム |
| JP2015139787A (ja) * | 2014-01-27 | 2015-08-03 | 株式会社東芝 | 配管溶接装置、配管溶接システム及び配管溶接方法 |
| CN105149823A (zh) * | 2015-01-24 | 2015-12-16 | 孙烨 | 跟踪焊缝位置的焊炬位移控制系统 |
| KR101719338B1 (ko) * | 2015-09-18 | 2017-04-04 | (주)가온솔루션 | 레이저 융착 시스템 및 그 제어방법 |
| WO2021019644A1 (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | 株式会社ニコン | 加工システム、加工方法、制御装置、コンピュータプログラム、記録媒体及び加工装置 |
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