JP2536079B2

JP2536079B2 - 開先倣い法

Info

Publication number: JP2536079B2
Application number: JP63170780A
Authority: JP
Inventors: 祐司杉谷; 泰彦西
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH0220664A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は開先倣い法に係り、更に詳細には画像処理
による開先倣い法と、アークセンサ方式の開先倣い法と
を組合せた開先倣い法に関するものである。

［従来の技術］従来、溶接中のトーチの開先幅方向軸（以下、Ｘ軸と
いう）の位置合せを行なう開先倣い法において、比較的
精度の高いものとしては、アークセンサ方式の開先倣い
法と画像処理方法の開先倣い法とが知られている。

アークセンサ方式の開先倣い法（以下、アークセンサ
倣いという）は、アークの特性測定データに基いてトー
チのＸ軸倣いを行なわせる方法である。アーク電圧や溶
接電流は、溶接電極と開先の壁との距離の変化に応じて
規則的に変化することが知られている。これは、アーク
特性が開先壁の存在により変化するためであるが、この
変化特性により開先中心線に対する電極位置の偏移量を
検出し、その偏移量に基き電極位置を開先中心線に追従
させる方法が各種実用化されている。例えば、溶接ワイ
ヤを高速回転させることによりアークを回転させる所謂
高速回転アーク溶接法においては、回転アークのアーク
電圧波形または溶接電流波形を検出し、回転の左右、即
ち開先の左壁側と右壁側での波形の差を求め、この差が
無くなるようにワイヤ位置のＸ軸倣いが行なわれてい
る。尚、高速回転アーク溶接法においては、回転に伴な
ってワイヤ位置が変化するが、開先中心線に追従させる
べきワイヤ位置は、ワイヤの回転径を真上から見て溶接
方向最前方に位置する回転位置である。

このようなアークセンサ倣いの利点は、トーチの軸芯
位置を制御対象の基準位置とした機械的なＸ軸倣いとは
異なり、アークの変化特性に基いてアーク発生点自体を
制御対象の基準位置としたＸ軸倣いが行なわれるため、
溶接ワイヤの曲りにも影響を受けず、リアルタイムでＸ
軸倣いを行なえることである。

しかしながら、このアークセンサ倣いの欠点は、以下
に説明するように溶接速度が遅くなり、開先壁が存在し
ないのと同様な状態となると倣いを行ない得ない点であ
る。

浅い開先を溶接する際には、溶接速度が遅いと開先壁
が存在しない状態となる。というのは、溶接速度が遅く
なると溶融プール先端がアーク発生点前方に流れ易くな
り、アーク発生点は溶融プールの中央付近に位置するこ
とになるためである。この場合、アーク発生点近傍の開
先は溶融プールで埋まるため、アーク発生点近傍では開
先壁が存在しないのと同様な状態となる。この状態では
アークの特性がアーク発生点のＸ軸方向の位置とは無関
係になり開先壁の影響を受けなくなってしまう。従っ
て、この状態では倣いを行ない得ないことになる。この
現象は特に一層盛り溶接で開先が全て埋まるような浅い
開先での溶接や、多層盛溶接での最終層付近の溶接を行
なう場合に顕著である。

一方、画像処理方式の開先倣い法（以下、画像処理倣
いという）は、トーチと一体的に移動可能に設置された
CCDカメラ等の撮像手段の撮像データに基いてＸ軸倣い
を行なわせる方法である。

この方法によれば、撮像手段がトーチ前方の開先を撮
像し、その撮像信号を画像処理することにより開先中心
線を検出し記憶する。この検出中心線とトーチの軸芯位
置とが一致するように、トーチ位置に対応する前記記憶
された開先中心線にトーチを移動させることによりＸ軸
倣いが行なわれる。この画像処理倣いの利点は、開先壁
の存在の有無に関わらず倣いを行なうことが可能であ
り、開先中心位置を直接検出できるので比較的精度の高
い倣いを行なえる点である。しかしながら、その倣いの
精度は、上述のアークセンサ倣いに比較すると以下の点
で劣っている。

（イ）溶接ワイヤの曲りや変形の影響溶接ワイヤの曲りや変形は頻繁に生じるものである
が、画像処理倣いは溶接ワイヤの曲りや変形には対応で
きない。というのは、画像処理倣いにおいては、制御対
象の基準位置をトーチの軸芯位置としているため、トー
チの軸芯位置と開先中心線とを合せることは可能ではあ
る。しかし、トーチの軸芯位置と開先中心とが一致して
いたとしても、曲りや変形等に起因して溶接ワイヤ先端
が開先中心線に指向していない場合は、アークポイント
の実際の位置とは無関係にトーチの移動が行なわれるこ
とになるためである。

（ロ）トーチ位置と検出位置の相違撮像手段により検出される開先中心線は、トーチの前
方のものであって、トーチが撮像位置に来た時点で記憶
されていた開先中心線のデータによりトーチのＸ軸位置
が修正されるのであるが、撮像された時点からトーチが
撮像位置に来るまでの間に接合部材が溶接変形などによ
り移動した場合、正確な倣いは行ない得ない。

［発明が解決しようとする課題］上述の通り、アークセンサ倣いと画像処理倣いは夫々
一長一短である。例えば、倣いの精度の点ではアークセ
ンサ倣いの採用が望ましいが、上述のように溶接速度が
遅い場合、即ち開先壁が存在しない場合は対応できない
という問題点がある。

一方、画像処理倣いはアーク発生点近傍の開先壁の存
在の有無に影響されないが、上述のように溶接ワイヤの
曲りに対応できないという問題点がある。この発明は、
上述のような問題点に鑑みて成されたものであり、その
目的とするところは、アークセンサ倣いと画像処理倣い
とを組合せ、各々の長所を生かすことが可能な開先倣い
法を提供することである。

［課題を解決するための手段］この発明は、溶接中のアーク電圧または溶接電流の変
化を測定することにより、開先中心線に追従させるべき
電極位置の前記開先中心線に対する偏移量を検出し、そ
の検出結果に基き電極位置が開先中心線と一致するよう
にトーチ位置を開先幅方向に移動させるアークセンサ方
式の第１の開先倣い法と、前記トーチ前方の開先を撮像し、その撮像信号を画像
処理することにより開先中心線位置を検出し、その検出
開先中心線位置とトーチ軸芯とが一致するようにトーチ
位置を開先幅方向に移動させる画像処理方法の第２の開
先倣い法とを併用した開先倣い法であって、溶接中の前記トーチの送り速度を検出し、その検出速
度が予め定められた基準速度以上の時のみ前記第１の開
先倣い法を行ない、その検出速度が予め定められた基準
速度より小なる時のみ前記第２の開先倣い法を行なうこ
とにより上記目的を達成したものである。

［作用］上記のように構成された本発明に係る開先倣い法は、
溶接中のトーチの送り速度が予め定められた基準速度以
上の時のみアークセンサ方式の開先倣い法（第１の開先
倣い法）を行ない、その検出速度が予め定められた基準
速度より小なる時のみ画像処理方式の開先倣い法（第２
の開先倣い法）を作動させる。従って、高速度溶接の場
合倣い精度の優れるアークセンサ倣いが優先的に実行さ
れ、アークセンサ倣いが不能となる低速度溶接の場合は
画像処理倣いが行なわれることになる。

本発明の特徴と利点を一層明確にするために、好まし
い実施例について添付図面とともに説明すれば以下の通
りである。

［実施例］第１図には本発明の好適な実施例に係る開先倣い法の
制御系のブロック図が示されている。この例では、アー
クを回転させてその物理的効果を周辺に分散させ、溶込
みの周辺分散と扁平ビード（湾曲ビード）の形成などの
利点の得られる高速回転アーク溶接法に適用した場合を
示しているが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

第１図中、参照符号20はアークセンサ倣い（第１の開
先倣い法）系の構成要素を、30,31は画像処理倣い（第
２の開先倣い法）系の装置の構成要素を示し、10〜13は
第１と第２の開先倣い系に共通する要素を示す。尚、ア
ークセンサ倣いと画像処理倣いの原理については上記従
来技術で説明した通りであり、その説明は省略する。

第１図において、溶接部材１には開先２が形成されて
おり、回転アークトーチ10はモータＭにより溶接ワイヤ
Ｗを矢印cw方向に回転させながら送り装置３により送り
で開先２に沿って矢印FA方向へ溶接を進める。その送り
速度Ｖ即ち溶接速度Ｖは溶接速度検出装置（速度検出手
段）４で検出される。また、送り装置３には、開先２の
幅方向に向いたＸ軸11Xに案内支持されたＸ軸スライド
ブロック11が固定されている。このＸ軸スライドブロッ
ク11は、Ｘ軸駆動装置12の駆動によりＸ軸11X方向にト
ーチ位置を修正可能となっている。

アーク電圧（溶接電流）処理装置20は、アーク電圧
（または溶接電流）を検出し、これを適宜に処理して開
先倣いを行うための信号を作り出す。例えば、本実施例
の如くトーチとして回転アークトーチを採用した場合、
上記従来技術で説明したように、開先の左壁側と右壁側
での波形の差を出力する。

また、CCDカメラ等の撮像手段30は、トーチ10の前方
で一定距離だけ先行した開先位置を撮像しており、この
撮像手段30はトーチ10と共通に前記送り装置３によって
一体的に移動されるようになっている。

撮像手段30による撮像信号は画像処理装置31によって
信号処理され、画像データ処理によってトーチ10の前方
の既知の距離位置における開先２の中心位置が例えば前
記撮像信号のフレーム時間毎に検出される。

そして、前記Ｘ軸駆動装置12の駆動制御は、制御装置
（制御手段）13が、アーク電圧・溶接電流処理装置30か
らのトーチ10のアーク自体の特性に基づく出力信号と、
画像処理装置31からの開先２の中心線の位置情報との何
れかに従って制御する。ここで、どちらの制御を選択す
るかは、検出装置13が、溶接速度検出装置４による検出
速度Ｖと基準速度V_refとの大小関係を判断することによ
り決定する。ここで基準速度V_refとは、アークセンサ方
式の倣いが可能な速度の下限値とする。

次に上記のように構成された開先倣い装置の動作につ
いて、第２図に示されたフローチャートに沿って説明す
る。

溶接開始（S1）後、溶接速度検出装置４により溶接速
度Ｖを検出する（S2）。次に、この検出速度と基準速度
V_refの大小を判別する（S3）。その結果、検出速度Ｖが
基準速度V_ref以上の時はアークセンサ倣いを実行する
（S4）。

一方、検出速度Ｖが基準速度V_refより小なる時は、画
像処理倣いを実行する（S5）。これら（S4），（S5）の
切り替えは上述の通り制御装置13により行なわれる。

また、この開先倣い法を無人溶接に適用する場合に、
溶接終了と同時に自動的に倣いを停止させるには、以下
のようにするとよい。

第２図において、（S4）または（S5）を実行中、溶接
開始からの経過時間または溶接進行距離を何等かの手段
により検出し、適宜に定められた時間または溶接進行距
離が経過した時点で、制御装置13により溶接終了か否か
を判断する（S6）。溶接終了の場合は制御装置13の指令
によりＸ軸駆動装置12を停止させる（S7）。

一方、溶接を実行する場合は、再び（S2）へ戻り、
（S2）〜（S6）を溶接終了まで繰り返す。

［発明の効果］以上説明したように本発明の開先倣い法は、アークセ
ンサ倣いと画像処理倣いとを組合せ、どちらの方法でも
使用出来る場合は倣いの精度の優れるアークセンサ倣い
を実行し、アークセンサ倣いが不能となる溶接速度にお
いては画像処理倣いを実行するように構成されている。
従って、従来の画像処理倣いのみを用いた開先倣い法に
比すると、精度の高い倣いを行なうことが可能である。
更に、従来のアークセンサ倣いのみを用いた開先倣い法
に比すると、広い範囲の溶接速度に適用可能という効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る開先倣い法の制御系のブ
ロック図、第２図は本発明の実施例に係る開先倣い法を
説明するためのフローチャート図を示す。 10:トーチ、11:X軸スライドブロック、12:X軸駆動装
置、13:制御装置、20:アーク電圧（溶接電流）処理装
置、30:撮像手段、31:画像処理装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接中のアーク電圧または溶接電流の変化
を測定することにより、開先中心線に追従させるべき電
極位置の前記開先中心線に対する偏移量を検出し、その
検出結果に基き電極位置が開先中心線と一致するように
トーチ位置を開先幅方向に移動させるアークセンサ方式
の第１の開先倣い法と、前記トーチ前方の開先を撮像し、その撮像信号を画像処
理することにより開先中心線位置を検出し、その検出開
先中心線位置とトーチ軸芯とが一致するようにトーチ位
置を開先幅方向に移動させる画像処理方法の第２の開先
倣い法とを併用した開先倣い法であって、溶接中の前記トーチの送り速度を検出し、その検出速度
が予め定められた基準速度以上の時のみ前記第１の開先
倣い法を行ない、その検出速度が予め定められた基準速
度より小なる時のみ前記第２の開先倣い法を行なうこと
を特徴とする開先倣い法。