JP3080842B2 - 多層盛自動溶接方法 - Google Patents

多層盛自動溶接方法

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JP3080842B2 JP06167889A JP16788994A JP3080842B2 JP 3080842 B2 JP3080842 B2 JP 3080842B2 JP 06167889 A JP06167889 A JP 06167889A JP 16788994 A JP16788994 A JP 16788994A JP 3080842 B2 JP3080842 B2 JP 3080842B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接トーチの位置決め
を行う場合に必要な制御手法や溶接状態に適応した溶接
条件制御を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】多層盛溶接を自動的に行おうとする場
合、例えば溶接ロボットを用いた方法では、その都度、
各パス毎に形状に合わせティーチングするか、1パス目
にティーチングした軌跡に対して、開先断面の左右方向
あるいは上下方向、もしくは両方向に或る量をシフトし
た所に順次位置決めして溶接してゆくのが一般的であ
る。また、開先内をウィービングさせて電圧または電流
の変化をモニタして溶接トーチの位置決めを行うアーク
センサによる方法がある。
【0003】これに対し、最近、レーザスリット光セン
サやレーザ変位センサを用いて開先断面形状についての
情報を得てこれより、図4に示すようにビードの変化点
(屈曲点)を求め、これを基準点として溶接トーチの位
置決めを行う例がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たようにロボットで各パス毎に形状に合わせてティーチ
ングするのは大変な手間である。また、1パス目のティ
ーチングデータをシフトする方法は、対象に剛性があり
溶接中に歪まないこと、及びそのシフトする量は事前に
条件出しを行っておく必要があり1品生産品の溶接には
向かない。
【0005】またアークセンサによる方法では、開先斜
面間や、開先斜面とビード面とは双方に角度があり、こ
れで溶接線を倣うことは可能であるが、ビードとビード
の間を倣うような場合にはその形状に変化がないことか
ら追従し切れないため実用化されていない。
【0006】さらに、レーザスリット光センサやレーザ
変位センサを用いて開先断面形状を得て、これよりビー
ドの変化点を求めて溶接トーチの位置決めを行う方法も
ビードとビードの間を倣う場合は、特にビードのぬれ性
が良いほどその変化点を見つけるのは至難の技であり、
ソフトが相当複雑になって、処理時間も掛かっていた。
【0007】また、ビード形状に応じて溶接条件を適応
制御する方法は各方面で研究されているが、まだ研究段
階と言える。本発明は、この様な従来の問題点を解決
し、精度良く簡単に溶接トーチの位置決めを制御できる
ようにした多層盛自動溶接方法を提供することを課題と
している。
【0008】
【課題を解決するための手段及び方法】本発明は、溶接
すべき開先断面形状を求めそれを基に溶接トーチの位置
決め制御を行う多層盛自動溶接方法における前記課題を
解決するため、2パス目以降の溶接における溶接前の開
先形状の画像と1パス前の同じ位置で求めた開先形状の
画像を用いて画像処理を行い、それら2枚の画像の重な
り合った部分から離れようとする部分の接点を求め、そ
の位置を基準にして溶接トーチの狙い位置を求めて制御
する多層盛自動溶接方法を提供する。
【0009】なお、本発明において溶接トーチ位置と
は、GTA溶接の場合は電極位置を、また、GMA溶接
の場合はワイヤ位置を指す。更にまた、本発明において
開先形状とは、既に溶着されたビード形状をも含めた開
先形状を意味する。
【0010】そして、本発明の溶接方法において溶接前
の開先形状の画像を得るには、レーザスリット光を溶接
進行方向の前方又は後方の開先内に照射して工業用カメ
ラにて開先形状の画像を得る、もしくは、レーザ変位セ
ンサなどの距離計により部材との距離を求めて、これで
開先を横切るように走査させて開先断面形状を得るなど
の手法を採用できる。
【0011】前記した本発明による多層盛自動溶接方法
によれば溶接進行方向前方の又は後方のスリット光セン
サを用いること等より求めた1パス前の開先形状と現在
の開先形状の2枚の画像を基にビードの接点を求め、こ
の2枚の画像の開先形状が重なった所は、前回と変化の
無かったところであり、重なっていないところが前回と
変化のあったところ、すなわち、この重なっていないと
ころが今回ビードを置いたところであり、その両端点が
今回置いたビードの端であり、前回のビードとの接点、
すなわち溶接トーチ狙い位置として求まり、これを基準
として溶接トーチの位置決めを制御することができる。
【0012】また、他の本発明では、前記した本発明の
課題を解決するため、2パス目以降の溶接における溶接
直後の開先形状の画像と1パス前の同じ位置で求めた開
先形状の画像を用いて画像処理を行い、それら2枚の画
像の重なり合っていない離れた部分間の面積を求め、こ
れを現在溶接したビードの断面積と判断し、これを基に
溶接条件を制御する多層盛自動溶接方法を提供する。
【0013】このように、レーザ変位センサを溶接進行
方向に対し後方の開先内に照射して開先断面形状を得る
などのやり方で溶接進行方向後方、すなわち、溶接直後
の開先形状とその前の開先形状の2枚の画像を用いて上
記同様に画像処理して、ビード断面積や現在置いたビー
ドの形状を求め、この量、あるいはこの形状により溶接
条件を制御し、適応制御を行うことができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明による多層盛自動溶接方法の実
施の態様を図1〜図3を用いて具体的に説明する。図3
は、本発明による溶接方法におけるスリット光のセンシ
ング処理方法を説明した図であり、左上の図が1パス前
にセンシングした開先形状の図、右上がこれから溶接し
ようとする現在の開先形状の図で、この2枚の画像を合
成し、この2枚の画像が重なっていない所をビードの端
点PL,PR として求める。
【0015】これを更に詳しく、図1の全体装置構成図
と図2の制御処理フローを用いて説明する。本例は、直
線上の溶接線を溶接するのに本発明の溶接方法を適用す
る例である。
【0016】溶接開始の指示を受けてから、まず初期設
定として、パス番号Npを1パス目にセットする。台車ま
たはロボットを始点に移動(ティーチング点)し、溶接
進行方向前方に置かれた始点のレーザスリット光源2−
aより溶接部材7と開先面5や溶接ビード12上に照射
されたスリット光4の乱反射光をTVカメラ3−aで撮
像し、画像処理装置8に入力する。
【0017】これから現在の始点の開先形状を得るべ
く、画像処理装置8を用いてノイズ処理を行い自動2値
化してスリット光を得て、これを開先断面に3次元変換
して(TVカメラはスリット光を斜めから見ているた
め、歪んで撮像する事になるため、真の断面形状に変換
する必要がある)開先断面形状を得てDTs-new に記憶す
る。同様に終点側に移動し、終点側の開先形状をDTe-ne
w に記憶する。
【0018】次に、これから溶接するのが1パス目であ
るなら、同じ位置では1枚の画像しか存在しないため、
この画像より溶接トーチの狙い位置を求める。例えば、
隅肉溶接であれば、2直線の屈曲点(交点)、V開先の
溶接であれば、開先の最下点を狙い位置として始点側の
Ps(Np)と終点側のPe(Np)を求める。
【0019】これから溶接するのが1パス目でないな
ら、前記同様にスリット光4より、始点側の現画像の開
先形状DTs-new を求め、始点側の1パス前の画像DTs-ol
d とその現画像DTs-new を比較する。この2枚の画像を
左端もしくは上端(この逆の右や下側からでも構わな
い)より、サーチし(スリット光のn番目のX座標もし
くはY座標の同じ座標同志を比較し)、画像間で差がな
いかチェックする。
【0020】すなわちn番目のスリット光のX座標値に
対して、2画像のY座標値を比較して、あらかじめ設定
した誤差以内(必ずしも全く同じ位置決めができるとは
限らないため、スリット光のずれを考慮する)であれ
ば、2画像間に変化がないと見る。
【0021】変化が誤差以上である点を捜しこれを溶接
ビード12の端点、左または上側PLs として求める。同
様に右端もしくは下端からサーチして溶接ビード12の
端点、右または下側PRs を求める。さらに、同様に、終
点側も前の画像DTs-old と現画像DTe-new より、溶接ビ
ード12の両端点PLe,PRe を求める。これで前回置いた
溶接ビード12の両端点が求まった事になる。
【0022】次に今まで求めた(記憶されている)両端
点より、今回盛ろうとする溶接ビード12に対して最適
な溶接ビード12の端点を選択し、始点Ps(Np),終点Pe
(Np)を求める。例えば、図3において、次の層の1パス
目はこの図のPRの点を狙うことになる。
【0023】次に、この求まった始点の狙い位置Ps(Np)
と終点の狙い位置Pe(Np)の間を直線補完して制御装置1
0で左右位置決め軸6上に取りついた溶接トーチ1の位
置決め制御を行い、溶接線倣い制御を行いながら、溶接
電極11により溶接を続行する。
【0024】そして、次のパスのために、現画面のスリ
ット光を1パス前の画像として記憶し変える。つまり、
始点側のスリット光をDTs-new をDTs-old に、終点側の
スリット光をDTe-new をDTe-old に記憶する。これを最
終パスまで、パス番号を1つづつ増やしながら溶接を繰
返し、多パス多層盛溶接の自動溶接化を実現する。
【0025】以上説明した溶接方法では溶接前、すなわ
ち、これから溶接しようとする開先形状を検出しそれに
基づいて溶接トーチの位置を制御しているが、溶接進行
方向の後側に設置したレーザスリット光源2−bとこれ
を撮像するTVカメラ3−b等により、今出来上がった
溶接直後の溶接ビード形状を検出して、溶接条件制御を
することも可能である。
【0026】例えば、こうして得られた溶接直後の開先
形状の画像について前記したと同様に1パス前の開先形
状と現在の開先形状の2枚の画像を基に、上記同様にこ
の重なっていない部分で囲まれたところより面積が求ま
り、この重なっていない部分の現在のスリット光の形状
より今溶接した部分のビード形状を求めることが出来
る。
【0027】このビード形状から前記したと同様にビー
ドの接点を求め、この位置とあらかじめ予想された点と
の差を求め、ビードの上の点が下気味であれば、溶接速
度を遅くしてビードの盛り方を多くする。あるいは、ビ
ードの両端点部分のビードの曲率半径を求め、アンダー
カットかオーバーラップかを判断し、溶接電流や電圧を
コントロールして制御し最適な溶接ビードになるように
適応制御する事ができる。
【0028】以上、本発明を図面に基づいて具体的に説
明したが、本発明がこれらの実施態様に限定されず特許
請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的やり方
に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビードとビードの接点を容易に見つけ出すことができ、
この点を利用して溶接トーチの自動位置決めが可能とな
り、ロボットで自動化し難かった多パス多層盛溶接の自
動溶接制御が実現できる。また、溶接状況をビード形状
から判断でき、溶接条件適応制御することが可能とな
り、より品質の高い溶接を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多層盛自動溶接方法を実施するた
めの制御装置の全体構成図。
【図2】本発明による多層盛自動溶接方法における制御
フローチャート。
【図3】本発明の多層盛自動溶接方法に基づくスリット
光のセンシング処理方法を説明した説明図。
【図4】従来の多層盛自動溶接方法におけるビードの接
点を見つける方法を説明した説明図。
【符号の説明】
1 溶接トーチ 2−a レーザスリット光源 2−b レーザスリット光源 3−a TVカメラ 3−b TVカメラ 4 レーザスリット光 5 開先面 6 左右位置決め軸 7 溶接部材 8 画像処理装置 9 TVモニタ 10 制御装置 11 溶接電源 12 溶接ビード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B23K 9/095 515 B23K 9/095 515A G01B 11/00 G01B 11/00 H G06T 7/00 G06F 15/62 400 (56)参考文献 特開 平6−126452(JP,A) 特開 平1−116404(JP,A) 特開 昭61−38785(JP,A) 特開 昭61−123473(JP,A) 特開 平3−47680(JP,A) 特開 平7−241673(JP,A) 特開 昭61−206569(JP,A) 特開 昭60−133979(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/127 B23K 9/095 G01B 11/00 G06T 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接すべき開先断面形状を求めそれを基
    に溶接トーチの位置決め制御を行う多層盛自動溶接方法
    において、2パス目以降の溶接における溶接前の開先形
    状の画像と1パス前の同じ位置で求めた開先形状の画像
    を用いて画像処理を行い、それら2枚の画像の重なり合
    った部分から離れようとする部分の接点を求め、その位
    置を基準にして溶接トーチの狙い位置を求めて制御する
    ことを特徴とする多層盛自動溶接方法。
  2. 【請求項2】 溶接すべき開先断面形状を求めそれを基
    に溶接トーチの位置決め制御を行う多層盛自動溶接方法
    において、2パス目以降の溶接における溶接直後の開先
    形状の画像と1パス前の同じ位置で求めた開先形状の画
    像を用いて画像処理を行い、それら2枚の画像の重なり
    合っていない離れた部分間の面積を求め、これを現在溶
    接したビードの断面積と判断し、これを基に溶接条件を
    制御することを特徴とする多層盛自動溶接方法。
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