JP2587439B2 - 全自動電子ビーム溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被溶接物の開先の形状に基づいてその被溶
接物に最適な溶接を自動的に行なう全自動電子ビーム溶
接装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の自動電子ビーム溶接装置では、溶接に先立つて
例えば特公昭50−8697号公報で提案されている開先検出
器により被溶接物の開先を検出し、制御装置に手動操作
で制御情報を入力してテイーチングを行なつている。

前述の特公昭50−8697号公報に提案されている開先検
出器は、第４図に示すように被溶接物３に対向して配設
される電子放射装置Ｅ、電子放射装置Ｅを駆動し得られ
る情報信号によつて、被溶接物３の開先の形状を検出す
る検出回路部Ａ、電子放射装置Ｅからの情報信号より、
被溶接物３に対する電子放射装置Ｅの電子放出点位置を
検出する位置検出回路５及び制御情報が入力される制御
信号発生回路Ｂとで構成されている。

そして、溶接される被溶接物３と電子放射装置Ｅと
は、チヤンバ１内に配置され、チヤンバ１内が真空状態
（１×10^-3〜１×10^-4Torr）となるように排気される。

先ず、被溶接物３の溶接に先立つて、被溶接物３の開
先４の形状の検出が行なわれる。

このために、フイラメント22、陰極21及び偏向コイル
23を有する電子銃20から、弱い検出用電子ビーム２を放
射させながら、電子放射装置Ｅを被溶接物３に対向させ
た状態で、開先４に沿つて図示せぬ駆動手段によつて第
４図の紙面に直角な方向に移動させる。

そして、この電子放射装置Ｅの所定の移動区間ごと
に、偏向制御回路71から偏向増幅器72を介して偏向コイ
ル23に入力される偏向信号により、電子ビーム２は電子
放射装置Ｅの移動方向に直角に第４図に矢印Ｘで示す方
向に走査される。

なお、電子放射装置Ｅには倣い装置25が具備され、こ
の倣い装置25によつて被溶接物３と電子銃20の電子放出
点間距離が一定に保持されて、電子放射装置Ｅが移動
し、さらに倣い装置25からは電子放射装置Ｅの位置情報
信号が、位置検出回路５に入力される。

前述したように、所定の移動区間ごとに検出用の電子
ビーム２が開先４を横切つて走査されるので、この検出
用の電子ビーム２は被溶接物３で反射し、反射２次電子
が電子放射装置Ｅに設けられているアンテナ24で検出さ
れ、アンテナ24の検出信号が絶縁増幅器73で増幅され
て、シンクロスコープ74のＹ軸に入力される。

この時、シンクロスコープ74のＸ軸には偏向制御回路
71からの偏向信号が入力されているので、シンクロスコ
ープ74の画面には、第５図に示すような開先信号画像41
が表示される。

ここで、741,742はシンクロスコープ74のそれぞれＸ
軸及びＹ軸、43は開先中心線、42は電子銃20の中心位置
を示す電子銃中心線、46は開先幅、45は開先中心線43と
電子銃中心線42との差を示す偏差である。

第６図及び第７図に示すように、溶接される被溶接物
３、３の側面には、開先４が現われているが、開先幅46
が所定値を越えている個所では、図示していないフイラ
ワイヤ供給装置からフイラワイヤが供給され、通常は第
６図に示す溶接深さＬが一定となるように、フイラワイ
ヤを使用して溶接を行なう必要がある。

前述したように、電子銃20から放射される検出用の電
子ビーム２は、被溶接物３の表面にほぼ直角に放射され
るので、アンテナ24に得られる検出信号はシンクロスコ
ープ74の画面には、第５図の開先信号画像41のように、
開先４の縁部で急激に立下り、開先中心線43位置で極小
値が得られる連続曲線として表示される。

そこで、オペレータは電子放射装置Ｅの移動の所定の
移動区間ごとに得られる、第５図に示すような開先信号
画像41を観察し、開先中心線43と電子銃中心線42との偏
差45が、所定値を越えている区間では移動修正信号Fc
を、手動操作で制御信号発生回路Ｂに入力する。

さらに、オペレータは所定の移動区間ごとに得られる
開先信号画像41から、開先幅46を測定しその測定値が所
定値を越える区間では、開先幅46に対応した供給量のフ
イラワイヤを供給する供給信号Fsを、手動操作で制御信
号発生回路Ｂに入力する。

この制御信号発生回路Ｂには、図示していないが、例
えばNC制御装置などの溶接手段として使用される電子放
射装置Ｅの制御装置と、フイラワイヤ供給装置とが接続
されている。

前述したようにして、被溶接物３の溶接が行なわれる
側面の全周について、所定区間ごとに移動修正信号Fcと
供給信号Fsとの制御信号発生回路Ｂに対するテイーチン
グの完了後に、被溶接物３に対する溶接が行なわれる。

この被溶接物３に対する溶接に際しては、溶接手段と
して使用される電子放射装置Ｅに対して、制御信号発生
回路Ｂに接続される制御装置から駆動信号が発せられ、
この駆動信号によつて電子放射装置Ｅは、被溶接物３の
開先４に沿つて移動修正信号Fcで修正された移動路上を
移動する。

そして、電子放射装置Ｅの電子銃20からは高出力の溶
接用の電子ビームが放射され、電子放射装置Ｅは前述の
修正された移動路上を移動しながら、被溶接物３の開先
４部分に対して溶接を行なう。

さらに、この溶接に際して供給信号Fsが入力されてい
る区間においては、フイラワイヤ供給装置から開先４の
開先幅46に対応した量のフイラワイヤが供給されるの
で、被溶接物３は全周の開先４部分で均一に充分の強度
をもつて溶接される。

〔発明が解決しようとする問題点〕 前述の特公昭50−8697号公報に提案されている開先検
出器を使用しての電子ビーム溶接は、機械加工を施した
被溶接物で、比較的開先幅が小さく、比較的深い溶け込
みの溶接に対しては、充分に適用することが出来る。

しかし、近年は機械加工を施さない複雑な開先形状を
有する被溶接物に対しての電子ビーム溶接も要求されて
おり、このような被溶接物に対して適用しようとする
と、細かいピツチでのテイーチングが必要であり、さら
に広範囲の開先幅の変動に対応してフイラワイヤの供給
量を供給速度に換算して行なうテイーチング作業は極め
て煩雑なものとなる。

このようにして、複雑で膨大な量の情報に対するテイ
ーチング作業を手動で行なうと、テイーチング作業時間
が長時間となり、溶接作業に要する時間が長くなると共
に、テイーチング操作に誤りが生じ易くなつて、満足の
行く溶接が行なわれないこともある。

本発明は、前述したような自動電子ビーム溶接装置の
現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、開先位
置の変動のみならず開先幅の変動にも対応して自動的に
誤りなくティーチングを行うことができ、仕上がりも綺
麗で溶接強度にも優れた溶接を行うことができる全自動
電子ビーム溶接装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明は、被溶接物に対
して検出用電子ビームを放射し、この検出用電子ビーム
の前記被溶接物からの反射２次電子を検出し、検出され
た反射２次電子から被溶接物の開先位置および開先幅に
関する情報信号を得る開先検出手段と、この開先検出手
段によって検出された開先位置と開先幅に関する情報信
号に基づいて制御信号を演算し、出力する演算手段と、
前記被溶接物に対して溶接用電子ビームを放射し、前記
被溶接物を溶接する溶接手段と、開先にフィラワイヤを
供給するフィラワイヤ供給手段と、前記演算手段から出
力される前記制御信号に基づいて前記溶接手段の移動経
路およびフィラワイヤの供給量を演算し、演算された移
動経路に沿って前記溶接手段を移動させ、演算された供
給量のフィラワイヤを前記フィラワイヤ供給手段から開
先に供給して溶接を実行させる制御手段とを備えている
ことを特徴としている。

〔作用〕

本発明では、開先検出操作によつて検出用電子ビーム
の被溶接物からの反射２次電子が検出され、被溶接物の
開先位置及び開先幅の情報信号が、開先検出手段により
得られる。

このようにして得られた情報信号が、演算回路部に入
力され、演算回路部からは情報信号に基づいて演算され
た制御信号が出力される。

そして、演算回路部から出力した制御信号は、制御装
置に入力され、制御信号によつて制御装置が制御され
る。この制御装置によつて溶接手段が駆動制御され、溶
接手段によつて開先位置に対応して修正された移動路上
で被溶接物の開先に対して、溶接用電子ビームが放射さ
れ、さらに必要に応じて開先幅に応じた量のフイラワイ
ヤが供給されて、被溶接物の開先に対して自動的に溶接
が施される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を、第１図乃至第３図を用いて詳
細に説明する。

ここで、第１図は本発明の実施例の構成を示すブロツ
ク図、第２図は本発明の実施例の制御装置部分の構成を
示す斜視図、第３図は本発明の実施例の動作を示すフロ
ーチヤートである。

第１図に示すように、本発明の実施例ではチヤンバ１
内において、被溶接物３に対向してすでに第４図で説明
したものと同一構成の電子放射装置Ｅが配設されてい
る。

この電子放射装置Ｅの倣い装置25の出力端子が、位置
検出回路５の入力端子に接続され、位置検出回路５の出
力端子は制御信号発生回路Ｂの入力端子に接続されてい
る。

また、電子放射装置Ｅのアンテナ24の出力端子が、絶
縁増幅器73の入力端子に接続され、この絶縁増幅器73の
出力端子は、シンクロスコープ74のＹ軸と後述する演算
回路部60の波形検出回路62の入力端子とにそれぞれ接続
されている。

そして、偏向制御回路71の出力端子が、前述したシン
クロスコープ74のＸ軸と、偏向増幅器72の入力端子とに
それぞれ接続され、偏向増幅器72の出力端子は電子放射
装置Ｅの電子銃20の偏向コイル23に接続されている。

また、偏向制御回路71の出力端子は、後述する演算回
路部60の波形検出回路62の入力端子にも接続されてい
る。

さらに、位置検出回路５と絶縁増幅器73間は、信号線
80で接続されている。

前述した制御信号発生回路Ｂと、演算回路部60のコン
ピユータ61間が、信号線85で互いに接続され、コンピユ
ータ61と波形検出回路62間が、信号線86で互いに接続さ
れている。

また、コンピユータ61には表示器63とプリンタ65が接
続され、コンピユータ61にはキースイツチ64からのキー
信号が入力可能な構成となつている。

第２図に示すように、電子放射装置Ｅの移動方向で互
いに対向するチヤンバ１の両側面に、レール81−１及び
81−２が互いに平行に固定され、これらのレール81−１
及び81−２と係合して駆動装置87に、レール82がレール
81−１及び81−２に直角に取り付けられている。

このレール82と係合して駆動装置88に対して、レール
89が取り付けられ、このレール89は軸心を中心として回
動自在な構成となつている。

そして、このレール89と係合して駆動装置90に軸83が
取り付けられ、この軸83に電子放射装置Ｅが固定されて
いる。

また、前述の制御信号発生回路Ｂからの制御信号によ
つて、駆動装置87がレール81−１及び81−２と係合して
移動することによつて、レール89が被溶接物３に沿つて
移動し、レール89の移動によつて電子放射装置Ｅが開先
４に対向して移動するような構成となつている。

さらに、制御信号発生回路Ｂからの制御信号によつ
て、駆動装置90がレール89と係合して移動し、この移動
によつて電子放射装置Ｅが、レール89に沿つて移動可能
であり、また、被溶接物３の端部において、レール89が
軸心を中心に回動し、この回動によつて電子放射装置Ｅ
が常に被溶接物３の開先４と対向して、被溶接物３の全
周面を移動自在な構成となつている。

このような構成の本発明の実施例において、偏向制御
回路71、偏向増幅器72、絶縁増幅器73及びシンクロスコ
ープ74で、検出回路部70が構成されている。

また、コンピユータ61、波形検出回路62、表示器63、
キースイツチ64及びプリンタ65で、演算回路部60が構成
されている。

さらに、レール81−1,81−２、駆動装置87、レール8
2、駆動装置88、レール89、駆動装置90及び軸83で制御
装置Ｋが構成されている。

そして、検出回路部70、位置検出回路５及び検出用電
子ビームを放射して作動する電子放射装置Ｅ、および演
算回路部60における波形検出回路62並びにコンピュータ
61によって開先検出手段が構成され、溶接用電子ビーム
を放射して作動する電子放射装置Ｅと、図示されていな
いが、前述の制御装置と共に制御信号発生回路Ｂに接続
されるフイラワイヤ供給装置とで、溶接手段が構成され
ている。

以上に述べたような構成の本発明の実施例について、
その動作を第３図を用いて次に説明する。

第３図のステツプＳ−１では段取が行なわれ、被溶接
物３をチヤンバ１内に配置し、溶接開始位置に電子放射
装置Ｅを手動でセツトする。このセツト位置は、検出用
電子ビームを走査させ検出回路部70によつて開先４が検
出可能な位置とされ、例えば前述した第５図における開
先中心線43と電子銃中心線42との偏差45が、±10mmの範
囲にセツトされる。

次に、電子銃20と被溶接物３の間隔を手動で所定の値
に設定し、差動トランス等を用いて構成されている倣い
装置25をセツトする。

このようなセツトをすませた後に、チヤンバ１の扉を
閉じて、チヤンバ１内を１×10^-3〜１×10^-4Torrの真空
状態になるように排気する。

次にステツプＳ−２に進んで、演算回路部60のキース
イツチ64を操作して、テイーチング方式、許容条件、溶
接速度など各種の自動溶接に必要な情報を入力する。

この場合のテイーチング方式には、等間隔検出と許容
検出の２方式があり、等間隔検出では、被溶接物３の開
先４に沿つて所定間隔ごとに、開先中心位置、開先幅な
どの情報信号が制御信号発生回路Ｂに入力される。ま
た、許容検出では、電子放射装置Ｅの開先４に沿つての
移動過程で、常に開先中心位置、開先幅及び電子銃20と
被溶接物３間距離を検出し、これらの１つでも予め設定
した許容値を越えた場合に、電子放射装置Ｅを停止さ
せ、開先中心に合わせて電子放射装置Ｅ位置を修正し、
その時の開先中心位置、開先幅などの情報信号が制御信
号発生回路Ｂに入力される。

これらの等間隔検出と許容検出のいずれを選択して、
キースイツチ64により入力するかは、被溶接物３の大き
さ、形状及び必要な溶接性能などによつて決定する。

このようにして、キースイツチ64を操作してテイーチ
ング方式、許容条件、溶接速度など、自動溶接に必要な
各種の情報を入力した後に、自動テイーチングのスター
トが行なわれる。

仮に、テイーチング方式として等間隔検出を選択した
場合を説明すると、電子放射装置Ｅの電子銃20からは検
出用の電子ビーム２が放射され、偏向制御回路71から偏
向増幅器72を介して偏向コイル23に与えられる偏向信号
によつて、検出用の電子ビーム２が、被溶接物３の開先
４に横切るように所定間隔ごとに振動走査される。

この電子ビーム２の振動走査によつて、アンテナ24が
被溶接物３からの反射２次電子を検出するので、シンク
ロスコープ74にはすでに第５図で説明したような、開先
信号画像41が所定間隔ごとに表示される。

そして、アンテナ24で検出された開先信号は絶縁増幅
器73を介して波形検出回路62に入力され、この波形検出
回路62によつて前述の開先信号が解析され、得られた開
先中心、開先幅に関する情報信号が、信号線86からコン
ピユータ61に取り込まれる。

即ち、波形検出回路62においては、入力される開先信
号画像41に対応する開先信号に対して、前述の第５図に
示す基準レベル44を設定し、開先信号が基準レベル44以
下の間、カウンタがクロツク信号を計数し、この計数値
に基づいて開先幅46及び開先中心が演算される。

一方、倣い装置25からは、所定間隔ごとの電子放射装
置Ｅの位置信号が、位置検出回路５に入力され、位置検
出回路５でこの位置信号に基づいて演算される。電子放
射装置Ｅの三次元の座標信号が、制御信号発生回路Ｂに
入力される。

そこで、コンピユータ61では前述の座標信号と波形検
出回路62から取り込んだ開先幅の情報信号から、フイラ
ワイヤを供給すべき電子放射装置Ｅの座標と、供給速度
に換算されたフイラワイヤの供給量を演算し、これらに
関する情報信号を制御信号発生回路Ｂに入力する。

その後、テイーチングの確認が行なわれる。

このテイーチングの確認では、電気放射装置Ｅの電子
銃20からは検出用の電子ビームが放射され、上記のよう
に処理されたテイーチングに従つて、電気放射装置Ｅが
制御信号発生回路Ｂに接続される制御装置Ｋで制御駆動
される。

オペレータは、このテイーチングの確認動作を、シン
クロスコープ74の画面上で観察し、常に開先中心と電子
銃中心とが一致しながら移動することを確認することが
出来る。

前述のステツプＳ−２におけるテイーチングの確認後
に、ステツプＳ−３に進んで溶接が行なわれる。

予め試験により得られている電気放射装置Ｅの電流
値、移動速度などの溶接条件をセツトした状態で、被溶
接物３の開先４に沿つて電気放射装置Ｅを移動させ、電
気放射装置Ｅからは溶接用の電子ビームを放射させる。

前述したように、制御信号発生回路Ｂからは、開先検
出手段で得られた情報信号に基づいて修正された制御信
号が出力され、制御信号発生回路Ｂに接続される制御装
置Ｋによつて、電気放射装置Ｅは修正された移動経路上
を移動して、被溶接物３の開先４に対して適確な溶接を
行なう。

また、この溶接に際して、制御信号発生回路Ｂに接続
される図示せぬフイラワイヤ供給装置には、被溶接物３
の開先幅46に対応したフイラワイヤの供給速度に関する
制御信号が入力される。

従つて、フイラワイヤ供給装置からは、必要に応じて
所定量のフイラワイヤが開先４内に供給されて、溶接が
行なわれるので、表面仕上が綺麗で且つ強度に優れた溶
接が可能である。

なお、このステツプＳ−３での溶接に際して、本溶接
時よりも弱い電子ビームを使用して、被溶接物３の開先
４に対して断続的に仮付溶接を、本溶接の前に行なつて
もよい。

さらに、電気放射装置Ｅにビデオカメラを装着してお
き、本溶接完了後に電気放射装置Ｅを移動させて、被溶
接物３のビードの状態をステツプＳ−４で確認すること
も出来る。なお、このようなビデオカメラは上述のステ
ツプＳ−３における溶接中にも使用可能である。

実施例においては、被溶接物を固定して電子放射装置
を駆動させる方式のものを説明したが、本発明は実施例
に限定されるものでなく、電子放射装置を固定して被溶
接物を駆動させる方式のもの、或いは電子放射装置及び
被溶接物の両方を駆動させる方式のものとすることも出
来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、開先検出手段によって得られる開先
位置と開先幅に関する情報信号に基づいて、開先幅の変
動を考慮にいれて自動的にティーチングを行うことがで
きるので、ティーチングが誤りなく能率的に行える。

また、開先位置と開先幅を考慮したティーチングに従
って、修正された移動路上を溶接手段が移動し、開先幅
が広い位置では例えばフライワイヤを必要量供給して効
率的に、かつ強い溶接強度で仕上がりも綺麗な溶接を自
動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明の実施例の制御装置部分の構成を示す斜視
図、第３図は本発明の実施例の動作を示すフローチヤー
ト、第４図は従来の開先検出器の構成を示すブロツク
図、第５図はシンクロスコープに表示される開先信号画
像を示す正面図、第６図及び第７図は被溶接物の構成を
示す、それぞれ斜視図及び正面図である。 １……チヤンバ、２……電子ビーム、３……被溶接物、
４……開先、５……位置検出回路、20……電子銃、23…
…偏向コイル、25……倣い装置、60……演算回路部、61
……コンピユータ、62……波形検出回路、63……表示
器、64……キースイツチ、65……プリンタ、70……検出
回路部、71……偏向制御回路、72……偏向増幅器、73…
…絶縁増幅器、74……シンクロスコープ、Ｂ……制御信
号発生回路、Ｅ……電子放射装置、Ｋ……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝沢 照広 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 (72)発明者 緑川 正和 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 (72)発明者 生田目 寿男 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 (72)発明者 江畑 豊明 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 (72)発明者 松田 正義 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 小菅 茂義 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 仲田 清和 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 多賀根 章 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−77847（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被溶接物に対して検出用電子ビームを放射
   し、この検出用電子ビームの前記被溶接物からの反射２
   次電子を検出し、検出された反射２次電子から被溶接物
   の開先位置および開先幅に関する情報信号を得る開先検
   出手段と、 この開先検出手段によって検出された開先位置と開先幅
   に関する情報信号に基づいて制御信号を演算し、出力す
   る演算手段と、 前記被溶接物に対して溶接用電子ビームを放射し、前記
   被溶接物を溶接する溶接手段と、 開先にフィラワイヤを供給するフィラワイヤ供給手段
   と、 前記演算手段から出力される前記制御信号に基づいて前
   記溶接手段の移動経路およびフィラワイヤの供給量を演
   算し、演算された移動経路に沿って前記溶接手段を移動
   させ、演算された供給量のフィラワイヤを前記フィラワ
   イヤ供給手段から開先に供給して溶接を実行させる制御
   手段と、 を備えていることを特徴とする全自動電子ビーム溶接装
   置。
2. 【請求項２】前記開先検出手段が、所定強度以下の反射
   ２次電子線が検出される時間を計時して開先幅情報信号
   を得る計数回路であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の全自動電子ビーム溶接装置。
3. 【請求項３】前記開先検出手段が、電子ビームの放出点
   と被溶接物間距離を一定に保持する倣い装置を具備して
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の全自
   動電子ビーム溶接装置。
4. 【請求項４】前記フィラワイヤ供給手段が前記溶接手段
   に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の全自動電子ビーム溶接装置。