JP3773319B2 - 溶接開先形状計測方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプの円周自動溶接装置等において利用できる溶接開先形状計測方法に関する。特には、リップ部を有しない裏当金の当てられた溶接開先の形状を素早く計測することのできる溶接開先形状計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイプの円周自動溶接を例にとって説明する。二本のパイプを突き合わせて自動溶接装置により溶接接続する場合に、まず溶接すべき開先の位置を正確に溶接装置に把握させる必要がある。ここで、溶接開先は機械加工によりかなり正確に加工されるのであるが、パイプの寸法差や溶接装置をパイプに取り付ける際の誤差により、溶接装置の基準位置（座標）と溶接開先位置との関係には毎回（溶接装置を移動させる毎に）差が生じるので、溶接装置をパイプに固定した後で溶接開始前に、開先位置（形状）を計測しておく必要が生じる。
【０００３】
図２は、タッチセンサを用いて開先形状を計測する従来の方法を説明するための溶接開先部の断面図である。
図中において、左右にパイプ端部（母材）３が対向して配置されており、両者の間に溶接開先１′が存在する。この場合の溶接開先１′は、リップ部１１を有する。リップ部１１では、開先側壁５′は傾斜しておらず真直ぐ下がっている。母材３の裏（下）には裏当金９が当てられている。なお、図の左右方向（パイプの軸方向）をＹ方向といい、図の上下方向（パイプの半径方向）をＺ方向という。
【０００４】
この溶接開先１′の形状を計測する際には、タッチセンサとして溶接トーチ１３の先から下に出ているワイヤー１５を用いる。すなわち、トーチ１３を開先１′内に下ろしていってワイヤー１５の先が開先壁に付くと、ワイヤー１５と開先壁とが導通して接触を検知する。トーチ１３をＹ方向に所定ピッチＰ（一例０．１mm）で動かして、トーチ１３を下げて開先壁との接触位置を検知して行けば、図中の開先壁上の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの位置を計測できる。
【０００５】
このように溶接開先形状を計測する際に、開先壁の終点（内側）を検知することが必要となる。図２の従来の場合では、開先がリップ部１１を有するものであるので、それを利用して次のようにしていた。まず、開先壁５の角度は既知であるので、例えば点Ｄの位置を計測した後に、次の点Ｅの位置を予測できる。すなわち、点Ｅの位置は、点Ｄの位置からＹ方向に＋Ｐで、Ｚ方向に−Ｐｓｉｎθ（θは開先角度）である。そして実際に点Ｅを計測した値と上記予測値とを比較する。点Ｅは、開先壁５上の位置であるので、予測値と計測値とはほぼ等しい。
【０００６】
しかし、計測点が開先壁５を外れた点Ｆとなると、リップ部１１の存在により、点Ｆは大きくＺ方向に落ち込むため、Ｅ点から予測した点（Ｆ′）と実際の点ＦとはＺ位置が大きく異なる。ここで、点Ｆ′と点ＦとのＺ差（図中ΔＨ）を算出し、これがある基準値（例えば１mm）を超えたら開先壁５を外れたものと判断していた。これにより、リップ部１１の壁５′の位置をＰ（一例０．１mm）の精度で計測することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法はリップ部のある溶接開先にのみ有効な方法で、リップ部のない溶接開先には適用できなかった。
【０００８】
本発明は、パイプの円周自動溶接装置等で利用できる溶接開先形状計測方法であって、リップ部を有しない裏当金の当てられた溶接開先の形状を素早く計測することのできる溶接開先形状計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の開先形状計測方法は、裏当金の当てられている溶接開先の断面の形状をタッチセンサを用いて自動的に計測する方法であって； 開先内を開先断面横方向（Ｙ方向）にタッチセンサを一方向に移動させながら、所定のピッチ毎にタッチセンサを降ろして開先側壁にタッチさせ、その際のタッチセンサの上下方向（Ｚ方向）位置（Ｚ値）を計測して開先形状を求めるものであり、 各ピッチ毎に、前回タッチ時のＺ値と今回タッチ時のＺ値との差及び上記ピッチ幅から、開先側壁の角度を算出し、該角度が基準値よりも小さくなった時点で、開先底到達を認定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の１実施例に係る開先形状計測方法を説明するための図であって、パイプ突き合わせ溶接開先の断面図である。
図中において、左右にパイプ端部（母材）３が対向して配置されており、両者の間に溶接開先１が存在する。この場合の溶接開先１は、図２の従来の溶接開先とは異なり、リップ部を有しない。
【００１１】
この溶接開先１の形状を計測する際には、従来同様に、タッチセンサとして溶接トーチ１３の先から下に出ているワイヤー１５を用いる。すなわち、トーチ１３を開先１内に下ろしていってワイヤー１５の先が開先壁に付くとワイヤー１５と開先壁とが導通して接触を検知する。トーチ１３をＹ方向にあるピッチＰ（一例０．１mm）で動かして、トーチ１３を下げて開先壁との接触位置を検知して行けば、図中の開先壁上の点Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の位置を計測できる。
【００１２】
図１の場合で溶接ヘッドの終点を検出する方法は次のとおりである。
各回の位置計測毎に、前回の位置（例えばＣ）と今回の位置（例えばＤ）との間の傾斜角を算出する。点Ｃ及びＤは開先壁５上の点であるので、線ＣＤの傾斜角は開先壁５の傾斜角である（多少の誤差はある）。
【００１３】
ところが、計測点が開先壁５から外れると、例えば裏当金９表面の点Ｅにタッチすると、線ＤＥの傾斜角は、開先壁５の傾斜角よりも小さくなる。さらに、次の点Ｆになると、線ＥＦの傾斜角は、裏当金９表面の傾斜であるためほとんど０になる。
【００１４】
ここで、今回計測（タッチ）点と前回計測点とを結ぶ線の傾斜が基準値よりも小さくなった時点で、開先壁終了と判定すれば、開先壁のＹ方向位置を、Ｐレベルの誤差で計測することができる。
【００１５】
開先壁終了を判定する傾斜角の基準値としては、開先壁の傾斜角の１／１２〜１／４程度が好ましく、例えば開先壁傾斜角６０°に対しては基準値５〜１５°とすることで誤りなく開先形状を計測できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、リップ部を有しない裏当金の当てられた溶接開先の形状を素早く計測することのできる溶接開先形状計測方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る開先形状計測方法を説明するための図であって、パイプ突き合わせ溶接開先の断面図である。
【図２】タッチセンサを用いて開先形状を計測する従来の方法を説明するための溶接開先部の断面図である。
【符号の説明】
１ 溶接開先 ３ パイプ端部
５ 開先側壁 ７ 裏当金表面
９ 裏当金 １１ リップ部
１３ トーチ １５ ワイヤー

Claims (2)

1. 裏当金の当てられている溶接開先の断面の形状をタッチセンサを用いて自動的に計測する方法であって；
   開先内を開先断面横方向（Ｙ方向）にタッチセンサを一方向に移動させながら、所定のピッチ毎にタッチセンサを降ろして開先側壁にタッチさせ、その際のタッチセンサの上下方向（Ｚ方向）位置（Ｚ値）を計測して開先形状を求めるものであり、
   各ピッチ毎に、前回タッチ時のＺ値と今回タッチ時のＺ値との差及び上記ピッチ幅から、開先側壁の角度を算出し、該角度が基準値よりも小さくなった時点で、開先底到達を認定することを特徴とする溶接開先形状計測方法。
2. 上記角度基準値が５〜１５°である請求項１記載の溶接開先形状計測方法。

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