JP2016151533A - 肉盛溶接対象の形状検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状が比較的複雑でかつ形状変化も大きい冷却壁パネルの肉盛溶接を自動で行うに際して有用な肉盛溶接対象の形状検出方法を提供する。【解決手段】冷却壁パネルＰの表面を肉盛溶接するに際し、隣り合う冷媒配管１の一方の頂面からフィン２の連結部を経て冷媒配管１の他方の頂面に至る表面形状を検出し、検出された表面形状のうち各冷媒配管１の外周に倣った部分についてその近似円ＳＣ，ＳＣ´を設定し、これら近似円の頂点を頂面変曲点Ｃ，Ｃ´と決定するとともに、近似円と表面形状の差分の変化量が所定値を越える点を隅肉溶接３の一方の側縁変曲点Ａ，Ａ´と決定し、フィン２の近似直線ＳＬから所定値を越えて離間する点を隅肉溶接３の他方の側縁変曲点Ｂ，Ｂ´と決定する。【選択図】 図２

Description

本発明は肉盛溶接対象の形状検出方法に関し、特に、冷却壁パネルの表面に肉盛溶接する際の溶接狙い位置の決定に有用な形状検出方法に関するものである。

ボイラ等における冷却壁パネルとしての水冷壁パネルは、冷媒配管たる冷却水配管を多数並設して、隣り合う冷却水配管の対向側面を、板状フィンの両側縁に隅肉溶接して連結した構造を有している。このような水冷壁パネルの炉内に面する表面は、腐食減肉等を防止するためにステンレスやニッケル基合金等で肉盛溶接して被覆している。また一般に肉盛溶接を自動化するために例えば特許文献１では、ティーチペンダントで狙い位置の調整を行った後、アークセンサユニットで検出された印加電圧に基づいて溶接用マニュピレータを移動制御している。

特開２０１１−２５１２８９

しかし、水冷壁パネルは比較的複雑な形状であるとともに個体差も大きく、さらに溶接時の変形等も生じるため、上記従来の肉盛溶接方法では、予め溶接狙い位置の調整を行なうとともに、印加電圧に基づく溶接部への上下方向の溶接トーチの位置調整を行っても適正な自動溶接は困難であるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、形状が比較的複雑でかつ形状変化も大きい冷却壁パネルの肉盛溶接を自動で行うに際して有用な肉盛溶接対象の形状検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、並設された複数の冷媒配管（１）の隣り合う対向側面を平板状のフィン（２）の両側縁に隅肉溶接（３）してなる冷却壁パネル（Ｐ）であって、当該冷却壁パネル（Ｐ）の表面を肉盛溶接するに際し、隣り合う前記冷媒配管（１）の一方の頂面から前記フィン（２）の連結部を経て前記冷媒配管（１）の他方の頂面に至る表面形状を検出し、検出された表面形状のうち各冷媒配管（１）の外周に倣った部分についてその近似円(ＳＣ，ＳＣ´)を設定し、これら近似円の頂点を頂面変曲点（Ｃ，Ｃ´）と決定するとともに、近似円と前記表面形状の差分の変化量が所定値を越える点を前記隅肉溶接（３）の一方の側縁変曲点（Ａ，Ａ´）と決定し、前記フィン（２）の近似直線（ＳＬ）から所定値を越えて離間する点を前記隅肉溶接（３）の他方の側縁変曲点（Ｂ，Ｂ´）と決定する。

本第１発明においては、隣り合う冷媒配管について頂面変曲点と隅肉溶接の一方および他方の側縁変曲点を正確に決定することができるから、溶接部のずれや溶接時の変形等によって大きく形状が変化しても、肉盛溶接の溶接狙い位置を適正に定めて自動溶接を行うことができる。

本第２発明では、前記表面形状のうち、少なくとも一方の前記近似円(ＳＣ，ＳＣ´)の中心から表面形状に至るまでの距離の変化の傾きが実質的に一定値となる領域を前記フィン（２）の部分と判定する。

本第２発明によればフィン部分を正確に特定して近似直線を作成できるから、隅肉溶接の他方の側縁変曲点をより正確に決定することができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の肉盛溶接対象の形状検出方法によれば、形状が比較的複雑でかつ形状変化も大きい冷却壁パネルの自動肉盛溶接を適正に行うことができる。

肉盛り溶接対象である水冷壁パネルの一部の斜視図である。 水冷壁パネルの一部の断面図である。 肉盛溶接を行う水冷壁パネルの表面形状の測定点データをプロットした図である。 近似円の中心から各表面測定点までの距離と近似円の半径との差分の、各位置における値を示す図である。 差分の一階微分値の、各位置における値を示す図である。 フィン部の測定点データをプロットした図である。 左側近似円の中心から各表面測定点までの距離変化の傾きを示す図である。 右側近似円の中心から各表面測定点までの距離変化の傾きを示す図である。 図７と図８のデータを重ね合わせて得られるデータをプロットした図である。 頂面変曲点の検出精度を示す図である。 隅肉溶接部の一方の側縁変曲点の検出精度を示す図である。 隅肉溶接部の他方の側縁変曲点の検出精度を示す図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には肉盛溶接の対象である冷却壁パネルとしての水冷壁パネルの一例の外観を示し、図２にはその断面を示す。水冷壁パネルPは複数の円形の冷却水配管１を並列に配して、これら冷却水配管１を厚肉板状のフィン２で連結した構造となっており、フィン２と冷却水配管１の連結は、フィン２の両側縁に、隣り合う冷却水配管１の対向側面を連続隅肉溶接（図２の符号３）することによっている。

図２において、肉盛溶接によって覆われる水冷壁パネルＰの表面（図の上面）は、互いに連続する冷却水配管１の表面、隅肉溶接３の表面、およびフィン２の表面が凹溝部４を形成して配管方向へ延びている（図１参照）。凹溝部４はパネル幅方向（図１の左右方向）へ隣り合う冷却水配管１の間で繰り返されている。

このような水冷壁パネルＰの表面に肉盛溶接をする場合には、凹溝部４の断面を形成する隣り合う冷却水配管１の頂面変曲点Ｃ，Ｃ´と隅肉溶接部３の両側縁変曲点Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´の計６点の位置を定める必要がある。すなわちこれら６個の変曲点Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´より、例えば肉盛溶接の第１層目の溶接狙い位置をＢ−Ｂ´点間の中央位置とし、第２層目の溶接狙い位置をＡないしＡ´点の位置とし、第ｎ層の溶接狙い位置をＣないしＣ´点と後述する近似円とから算出した位置とする。このために、上記変曲点Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´を正確に決定する必要がある。そこで以下にこれら変曲点Ａ?Ｃ´の位置を決定する手順を説明する。

最初にレーザ変位計等を使用して水冷壁パネルＰの表面形状を測定する。得られた表面形状は図３に示すように、先に説明したパネル断面形状と同様である。そこで、冷却水配管１部分の形状がほぼ円形で安定していることに鑑み、この部分のレーザ変位計の表面測定点データから最小二乗法等を使用して近似円ＳＣ，ＳＣ´を求める。そして、近似円の頂点を冷媒配管１の頂面変曲点Ｃ，Ｃ´とする。

隅肉溶接部３の一方の側縁変曲点Ａ，Ａ´は、近似円ＳＣ，ＳＣ´と表面測定点データＭＤとの差分、すなわち近似円ＳＣ，ＳＣ´の中心から各表面測定点までの距離と近似円ＳＣ，ＳＣ´の半径との差分の変化量が所定値を越える点とする。ここで、図４は、近似円ＳＣ，ＳＣ´の中心から各表面測定点までの距離と近似円ＳＣ，ＳＣ´の半径との差分が、凹溝部４の各ｘ座標位置でどのような値をとるかを示しており、図５は差分の一階微分値が各ｘ座標位置でどのような値をとるかを示すものである。そして、この一階微分値に対して適当な閾値を設定することによって側縁変曲点Ａ，Ａ´の位置を決定する。

隅肉溶接部３の他方の側縁変曲点Ｂ，Ｂ´は、フィン２部の表面測定点データが略直線状に並ぶことを利用して、図６に示すように、これに一致する近似直線ＳＬを作成し、当該近似直線ＳＬから所定値を越えて離間する点を側縁変曲点Ｂ，Ｂ´とする。

水冷壁パネルＰの表面形状のうちフィン２部であることの特定は以下のようにして行う。すなわち、近似円ＳＣ，ＳＣ´の中心から各表面測定点までの距離を算出すると、表面形状が直線に近いほど、算出される距離の変化の傾き（一階微分値）は一定の値になる。ここで、図７には、図３の左側近似円ＳＣの中心から各表面測定点までの距離の変化の傾きを示し、図８には、図３の右側近似円ＳＣ´の中心から各表面測定点までの距離の変化の傾きを示す。図７、図８では、上記変化の傾きがほぼ一定になる領域が二箇所あるが、これは隅肉溶接３部の一部に直線部分があるためである。そこで図７と図８のデータを重ね合わせてその変化を強調し（図９）、この場合にも上記変化の傾きがほぼ一定になる領域をフィン２部として判定して、その近似直線を作成する。

このような手順で決定された各変曲点Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´の位置精度を、２５の異なるサンプルについて確かめたものが図１０〜図１２である。これによると、いずれの変曲点Ａ〜Ｃ´も０．５ｍｍ以内の十分な精度で決定されている。そして、このよう
な変曲点Ａ〜Ｃ´の決定を、冷却水配管１に沿って延びる各凹溝部４の適宜箇所で行うことによって、隅肉溶接部の位置がずれ、あるいは溶接で変形した箇所があっても、溶接対象形状を正確に検出することができ、これに基づいて溶接狙い位置を適正に定めて自動溶接を行うことができる。

１…冷却水配管(冷媒配管)、２…フィン、３…隅肉溶接、Ｐ…水冷壁パネル（冷却壁パネル）、Ａ，Ａ´…一方の側縁変曲点、Ｂ，Ｂ´…他方の側縁変曲点、Ｃ，Ｃ´…頂面変曲点、ＳＣ，ＳＣ´…近似円、ＳＬ…近似直線。

Claims (2)

1. 並設された複数の冷媒配管の隣り合う対向側面を平板状のフィンの両側縁に隅肉溶接してなる冷却壁パネルであって、当該冷却壁パネルの表面を肉盛溶接するに際し、隣り合う前記冷媒配管の一方の頂面から前記フィンの連結部を経て前記冷媒配管の他方の頂面に至る表面形状を検出し、検出された表面形状のうち各冷媒配管の外周に倣った部分についてその近似円を設定し、これら近似円の頂点を頂面変曲点と決定するとともに、近似円と前記表面形状の差分の変化量が所定値を越える点を前記隅肉溶接の一方の側縁変曲点と決定し、前記フィンの近似直線から所定値を越えて離間する点を前記隅肉溶接の他方の側縁変曲点と決定することを特徴とする肉盛溶接対象の形状検出方法。
2. 前記表面形状のうち、少なくとも一方の前記近似円の中心から表面形状に至るまでの距離の変化の傾きが実質的に一定値となる領域を前記フィンの部分と判定する請求項１に記載の肉盛溶接対象の形状検出方法。