JP2529316B2 - 大型構造物の多層盛溶接方法及び同溶接装置 - Google Patents

大型構造物の多層盛溶接方法及び同溶接装置

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JP2529316B2 JP62327300A JP32730087A JP2529316B2 JP 2529316 B2 JP2529316 B2 JP 2529316B2 JP 62327300 A JP62327300 A JP 62327300A JP 32730087 A JP32730087 A JP 32730087A JP 2529316 B2 JP2529316 B2 JP 2529316B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接線の溶接継手形状が任意に変化する変
形の開先形状を有する大型構造物の多層盛自動溶接方法
及び同装置に関するものである。
〔従来の技術〕
この種の技術に関しては、特開昭58−187269号、「溶
接ロボットの軌跡制御方法」が公知である。
第5図は、大型溶接構造物の1例としての水車ランナ
を示す。第2図は従来技術において上記水車ランナ1の
ベーン2をクラウン3に多層肉盛する状態を示す説明図
である。
(第5図参照)、従来、大型構造物の溶接水車ランナ
は溶接部の板厚が80tと厚く、曲面を有しているため、
溶接継手は開先形状が変化する変形開先となる。この溶
接継手に対し、自動の多層盛溶接を行なう場合について
は、前記公知文献「溶接ロボツトの軌跡制御方法」にお
いて論じられているが、この公知の技術によつて溶接水
車ランナの多層盛溶接を行なう場合には、第6図のよう
なシフト機能による多層盛溶接では、溶接ビードの変化
に追従することができないという欠点があつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、溶接装置のシフト機能による位置の
移動だけによつて多層盛溶接を行なうものであり、例え
ば溶接水車ランナの如く、変形継手による各断面の形状
が変化する場合には、追加ができないという問題があつ
た。
本発明の目的は、溶接水車ランナの如き変形継手によ
る大型構造物の自動溶接について、1回のテイーチング
操作のみで、高精度の安定した多層盛溶接を行い得る方
法、及び、上記発明方法の実施に好適な装置を提供する
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明の方法は、多層盛
溶接の各層を溶接する工程毎に、前工程によつて構成さ
れた既存のビードを撮像し、解析して該既存ビードのず
れを算出し、更に上記のずれを補正しつつ溶接を重ねて
ゆく。
また、上記の発明方法を実施するために構成した本発
明の溶接装置は、上記の撮像装置と、その画像情報の解
析処理装置と、解析結果によつてビード位置・形状を補
正する演算手段と、上記の補正結果に従つて溶接トーチ
を移動させるロボツト手段とを設ける。
〔作用〕
上記の発明装置を用いて上記の発明方法を適用する
と、本発明に係る大型構造物の多層盛溶接装置は、被溶
接線に対し、前工程で構成した既存溶接層の溶接ビード
の形状認識を行なうことによつて次工程の溶接層の溶接
位置に対しずれ量を補正した位置決めを行うように動作
する。
これによつて、本発明の大型構造物の多層盛溶接装置
は、初層から最終層までの各溶接ビードのずれ及び変形
に対し追従した動作を行なうため、安定した高精度の溶
接ができるようになり誤動作することがなく、一度のテ
イーチングだけで動作することができる。また、周辺装
置との通信機能によつてオフラインのテイーチングプロ
グラムも可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。第1
図は本発明の機械構成例を示したものである。本第1図
において、大型構造物である溶接水車ランナのベーン2
に取付けられた走行レール6は、前記溶接水車ランナの
クラウン3と前記ベーン2との溶接継手部の被溶接線7
と平行に前記ベーン2の曲面上に段取りされる。前記走
行レール6上には溶接トーチ8を位置決め支持するため
の多関節5軸の移動機構9と溶接線の溶接ビードを認識
するための視覚カメラ10及び溶接ビードの開先形状の輪
郭を抽出するためのスリツト光源11で構成される。
前記多関節5軸の移動機構9は次記の如く第1軸〜第
5軸によつて構成される。ただし、ここにいう軸とは、
回転中心をなす枢支軸ではなく、回動アームの意であ
る。
なお、第1図においては図示を簡明ならしめるため、
例えば往復円弧矢印θの如く回動する第1軸を、その
回動を表わす往復円弧矢印θによつて表示してある。
前記多関節の各移動軸は、前記走行レール軸Χ軸に対
し直角方向に回転する第1軸θ軸と、前記第1軸先端
を中心に前記第1軸の軌跡と同一平面内で回転する第2
軸θ軸と、前記第2軸先端を中心に前記第2軸の軌跡
と同一平面内で回転する第3軸θ軸とによつて、関節
3軸θ12軸よりなる全アームの姿勢が決定され
る。かつ、前記第3軸先端部において第3軸のアームを
中心にひねり旋回する第4軸θ軸、及び第4軸先端を
中心に曲げ方向へ回転する第5軸θ軸を有し、第5軸
先端部に溶接トーチ8が支持される構造である。本第1
に示した実施例において、θ1軸のアームの姿勢
と、θ軸による曲げとθ軸によるひねりと、そして
θ軸による回転動作とによつて溶接トーチ8の姿勢を
完全に特定することができる。各移動方向の制御は、数
値制御指令を解説する数値制御装置12により行なわれ
る。かつ、溶接条件の設定は溶接制御装置13により行な
われる。また、前記視覚カメラ10によつて入力された輪
郭画像に基づいて画像処理装置14により溶接ビードの形
状が認識される。
第2図(A)は被溶接線の変形開先形状を示した図で
ある。第2図(A)のごとく、溶接水車ランナ1のベー
ン2に対しクラウン3側の傾きが各断面毎に狭くなる方
向に変化してゆくため各断面での溶接姿勢及び溶接条件
を変化させ前層溶接ビードの形状変化を認識する必要が
ある。第2図(B)〜同図(D)は溶接トーチを固定の
シフト量で認定した場合であり、第2図(E)〜同図
(G)は開先形状に応じて追従した場合を示している。
第3図に多層の溶接ビードに対する位置決め修正の処
理内容を具体化した図を示す。被溶接線に対しあらかじ
め一度テイーチングされた溶接経路は数値制御指令に従
い再現される。しかし、溶接ビードは各層毎に安定した
ビードを発生することが困難であり、各層毎に微少なず
れを生じ、層を積上げる毎に次層のテイーチングポイン
トに対し誤差が累積する。この誤差を補正することなく
溶接を行なつた場合には、溶接条件との影響で不安定な
溶接ビードを発生させ、溶接ビード高さ及び幅に著しい
変化を与える。これに対し、第2図(E)〜(G)に示
すように、溶接線に対し曲面に適切な間隔で走行方向の
テイーチング作業を行ない溶接経路を教示する。今、教
示経路をB→C→D→E→F→Gと、テイーチングポイ
ント全てを教示すると、次にこの教示点の各々に対し画
像処理装置によつて開先形状の輪郭を画像入力する。
第3図のように、入力画像21は溶接ビードに対して断
面の形状をスリツト光11によつて表示され、この入力画
像は例えば16階調のドツトイメージ表示される。この入
力画像に対し、スリツト幅を表示する階調レベルで白色
領域及び黒色領域の2値領域に分離する。2値化処理さ
れた画像に対しノイズ処理を行ない、開先形状の輪郭を
得る。上記開先形状の輪郭に対し、溶接ビードの上端部
及び下端部を輪郭追跡し、各々の位置を画面水平方向H
と垂直方向Vとにより求める。
コの溶接ビード幅及び高さaの位置を基準として次層
の溶接点を演算し、初層位置とのずれ量を算出する。こ
のずれ量を、通信回数を介してテイーチングデータ作成
装置15のメモリへ転送する。この転送された初層位置と
のずれ量は次層の溶接時のテイーチング経路に加算され
多層時の経路が実行される。この画像処理装置14によつ
て求められた初層位置とのずれ量を溶接パス毎に第2図
(A)のB点〜G点まで形状認識し、かつ、各々のずれ
量を数値制御装置15のメモリへ繰返し転送する。すべて
のずれ量を転送終了後、本実施例の装置は溶接動作を開
始し、次層溶接点へ移動する。
以上の手順で溶接トーチを制御することによつて、変
形開先の自動多層盛溶接動作が可能となる。
第4図に本発明の多層盛溶接方法の1実施例における
手順を示す。初めに、走行レール6を水車ランナのベー
ン3に取付け溶接作業エリアを確保する(S1)。次に初
層のテイーチングにより各ポイントの走行レール6方向
のピツチを設定する(S2)。次に、ベーン2とクラウン
3との開先部について各ポイント毎に開先輪郭形状の認
識処理を行ない、初層教示位置16を決定し登録する(S
3)。この初層教示位置を全て処理するまで繰返し(S
4)、終了後自動溶接(S5)により、初層の溶接を実行
する。次に、前記初層教示位置16に従い走行方向へ本装
置を移動させ、2層目の教示位置17を溶接ビードの輪郭
認識(S6)によつて、位置の決定及び登録(S7)を行な
う。初層同様全ての位置を処理するまで繰返し(S8)、
終了後自動溶接(S9)を実行する。同様に各層毎の教示
位置を求め最終層の溶接ビードまで繰返す(S10)。
以上の多層盛溶接方法によれば、今までのテイーチン
グ作業の簡略化を可能ならしめると共に、溶接ビードを
安定させた溶接作業が可能となる。
〔発明の効果〕
以上、図面を用いて詳細に説明したように本発明によ
れば、大型構造物の多層盛溶接作業を行なう場合、水車
溶接ランナのような変形開先形状を有する組立溶接作業
の多層盛動作を初層のみのテイーチング作業でけで実現
可能であり、今までの連続した繰返しによるテイーチン
グ作業を簡略化することが出来る。更に、溶接ビードの
形状認識を各溶接ビード毎に施すため高精度で、安定し
た溶接作業ができるという優れた実用的効果がある。
また、本発明の応用例としては厚板のすみ肉溶接作
業,狭隘部溶接作業及び遠隔操作による溶接作業にも応
用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の機械配置位置の1例を示す説明
図、第2図は被溶接線の変形開先形状の断面形状の説明
図である。 第3図は本発明の構成及び原理図の説明図である。 第4図は本発明の多層盛溶接方法の手順を示した図であ
る。 第5図は前記実施例において適用の対象とした大型構造
物としての水車ランナの斜視図である。 第6図は従来技術の説明図である。 1……水車ランナ、2……ベーン、3……クラウン、4
……シユラウド、6……走行レール、7……被溶接線、
8……溶接トーチ、9……多関節5軸の移動機構、10…
…視覚カメラ、11……スリツト光源、12……数値制御装
置、13……溶接制御装置、14……画像処理装置、15……
テイーチングデータ作成装置、16……開先教示位置、17
……2層目教示位置、18……10層目教示位置、19……初
層溶接ビード、20……全層溶接ビード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 紀夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−132274(JP,A) 特開 昭64−75179(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大型構造物に多層盛溶接を施す方法におい
    て、被溶接物の表面に、溶接予定線に沿つてレールを取
    り付け、上記レール上に(イ)溶接トーチを支承する多
    関節多軸制御形のロボツトと、(ロ)溶接ビードの高さ
    及び幅を撮像する視覚カメラと、(ハ)スリツト光源と
    を搭載した溶接装置を走行させ、前記視覚カメラによる
    撮像画像情報を画像処理装置によって処理して、予め設
    けられた開先の輪郭形状および前工程におけるビード輪
    郭を認識し、初層溶接開始直前の教示内容に従い、次層
    以降の溶接ビードのずれを各層ごとに修正しつつ、多層
    溶接を重ねてゆくことを特徴とする、大型構造物の多層
    盛溶接方法。
  2. 【請求項2】被溶接物の表面に、溶接予定線に沿わしめ
    て設置されるレールと、上記レールに沿つて走行する溶
    接装置とを備え、かつ、上記溶接装置は(イ)溶接トー
    チを支承する多関節多軸制御形のロボツトアームと、
    (ロ)溶接ビードの形状を撮像する視覚カメラと、
    (ハ)スリツト光源と、(ニ)走行駆動手段とを搭載し
    たものである、大型構造物の多層盛自動溶接装置におい
    て、 (a)前記視覚カメラが撮像した画像情報を処理して、
    既存の溶接ビードの形状を算定する画像処理装置と、 (b)上記制御演算手段によつて算定された既存溶接ビ
    ードの形状に基づいて該既存溶接ビームのずれ量を算出
    する演算手段と、 (c)上記の算出されたずれ量に基づいて、既存溶接ビ
    ードの画像情報に修正を加えて、正しい溶接ビードを算
    出する演算手段と、 (d)前記溶接トーチの軌跡が上記の算出された正しい
    溶接ビードと重なるように、前記多関節多軸ロボツトを
    制御する手段とを設けたことを特徴とする、大型構造物
    の多層盛り溶接装置。
  3. 【請求項3】前記の(d)項の制御手段は、前記(a)
    項の画像処理装置のテイーチングポイントによつて、前
    記多関節多軸ロボットの移動制御を制御するためのテイ
    ーチングデータ作成装置を備えたものであることを特徴
    とする、特許請求の範囲第2項に記載の大型構造物の多
    層盛り溶接装置。
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