JP4658767B2

JP4658767B2 - 多層盛り溶接方法及び多層盛り溶接装置

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Publication number: JP4658767B2
Application number: JP2005296745A
Authority: JP
Inventors: 陽岡本; 正俊飛田; 俊夫上門
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JP2007105748A

Description

本発明は、開先のギャップ幅が不均一である被溶接物を多層盛りアーク溶接するのに好適な多層盛り溶接方法及び多層盛り溶接装置に関するものである。

従来、開先にギャップのある被溶接物を自動アーク溶接するに際し、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、トーチ後退角及びトーチ倒れ角などの各種溶接条件を、ギャップ幅の関数として予め記憶手段に記憶させておき、溶接に先立ち、溶接ロボットのアーム先端に取り付けられた光学式位置センサにより、被溶接物の開先のギャップ幅を測定し、しかる後、ギャップ幅測定値と前記記憶されている関数とから、ギャップ幅測定値に対応する適正な各種溶接条件を算出・選択して、被溶接物をアーク溶接するようにした自動溶接方法が提案されている（特許文献１：特開平６−２４６４５１号公報）。しかしながら、この従来の自動溶接方法は、溶接トーチを移動させるアーク溶接ロボットや溶接電源の出力制御が複雑なものであった。また、従来技術においては、開先のギャップ幅が一定でなく不均一な場合は想定されていない。

一方、ギャップ幅が一定でない場合、前記のようにギャップ幅に応じて最適な溶接条件に変更させるとすれば、途中で溶接電流や溶接速度などを変更することが必要となり、溶接トーチを移動させるアーク溶接ロボットや溶接電源の出力制御が複雑になってしまう。また、余盛高さを一定にするため、ギャップ幅が大きくなるに伴って、溶接パス数を多くするように設定する必要がある。

例えば、図８は同一継手の溶接線途中で開先のギャップ幅が不均一で大きく変化している被溶接物の例を示す平面図である。このように溶接線途中で開先のギャップ幅が大きく変動している被溶接物については、それぞれのギャップ幅に応じて最適な溶接条件で溶接しようとする場合、図７に示すように途中で溶接パス数を変更することが必要となり、ビード継ぎ目で溶け込み不良等の溶接欠陥が発生し易くなってしまう。当然ながら、初層（第１溶接パス）での溶け落ちをなくすため、ギャップ幅が大きくなるに伴って、溶接電流を低くするとともに溶接速度を速くして、入熱量を小さくするように設定される必要があるなど、パス数以外の条件も変更する必要が出てくる。
特開平６−２４６４５１号公報（段落［００１１］〜［００２４］、図１、図２）

そこで本発明の課題は、開先のギャップ幅が不均一な被溶接物を多層盛りアーク溶接するに際し、途中で溶け落ちを防止しつつ第１溶接パス（初層）の溶接を行うことができ、また、溶接部全体にわたって同一溶接パス数の多層盛り溶接を行うことができ、また、同一溶接パスにおいて途中で溶接条件を変更しなくてすむようにした、多層盛り溶接方法及び多層盛り溶接装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、第一の被溶接部材と第二の被溶接部材とから構成され、開先のギャップ幅が不均一な被溶接物を多層盛りアーク溶接する多層盛り溶接方法において、前記第一と第二の被溶接部材間に沿って設定される溶接線の方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とした座標系を設定し、前記Ｘ軸上の複数の測定位置における開先の端部位置を測定し、前記複数の測定位置のＸ座標値とその位置における前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置をそれぞれＹ座標値として算出し、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材のＹ座標値とから第一の被溶接部材端部近似線を、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第二の被溶接部材のＹ座標値とから第二の被溶接部材端部近似線を算出し、前記両近似線間距離の最大値を算出し、得られた最大値に対応する多層盛り溶接条件を、予め設定された多層盛り溶接条件対応データより選定し、前記選定された多層盛り溶接条件にて多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とする多層盛り溶接方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の多層盛り溶接方法において、前記多層盛り溶接条件対応データが、最大ギャップ幅と該最大ギャップ幅に対応する多層盛り溶接条件との関係を予め設定したものであり、該多層盛り溶接条件として少なくとも溶接電流、溶接速度、パス回数を選定可能に構成されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の多層盛り溶接方法において、前記選定された多層盛り溶接条件にて、第１溶接パスから最終溶接パスまでの多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、第一の被溶接部材と第二の被溶接部材とから構成され、開先のギャップ幅が不均一な被溶接物を多層盛りアーク溶接する多層盛り溶接装置において、前記第一と第二の被溶接部材間に沿って設定される溶接線の複数箇所における前記開先のギャップ幅情報を測定するためのギャップ幅情報測定センサと、前記ギャップ幅情報測定センサの出力から、前記複数箇所の測定位置の前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置を測定するギャップ幅測定部と、前記溶接線の方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とした座標系を設定し、前記複数箇所の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置をそれぞれＹ座標値として求める座標算出部と、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材のＹ座標値とから第一の被溶接部材端部近似線を、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第二の被溶接部材のＹ座標値とから第二の被溶接部材端部近似線を算出する近似線算出部と、前記両近似線間距離の最大値を算出し、得られた最大値を最大ギャップ幅測定値として選択する最大ギャップ幅検出部と、前記最大ギャップ幅測定値に対応する多層盛り溶接条件を、予め設定された多層盛り溶接条件対応データより選定する溶接条件選定部とを備え、前記選定された多層盛り溶接条件にて多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とする多層盛り溶接装置である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の多層盛り溶接装置において、前記多層盛り溶接条件対応データが、最大ギャップ幅と該最大ギャップ幅に対応する多層盛り溶接条件との関係を予め設定したものであり、該多層盛り溶接条件として少なくとも溶接電流、溶接速度、パス回数を選定可能に構成されていることを特徴とするものである。

本願発明の多層盛り溶接方法又は多層盛り溶接装置は、ギャップ幅が不均一な開先を多層盛りアーク溶接するに際し、ギャップ幅を測定し、その最大ギャップ幅測定値に対応して選定した多層盛り溶接条件にて多層盛りアーク溶接を行うように構成されている。したがって、途中で溶け落ちを防止しつつ第１溶接パス（初層）の溶接を確実に行うことができる。また、溶接部全体（開先全体）にわたって同一溶接パス数の多層盛り溶接を行うことができるので、溶接パス数変更に伴うビード継ぎ目がなくて、良好な溶接品質を得ることができる。さらに、同一溶接パスにおいて途中で溶接条件を変更しなくてすむので、溶接トーチの移動制御や溶接電源の出力制御を簡単なものとすることができる。

また、本願発明の多層盛り溶接方法又は多層盛り溶接装置は、溶接部（開先）が曲線の場合でも、容易に最大ギャップ幅測定値を算出できるため、溶接部が直線の場合と同様に、良好な溶接品質を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は参考例の多層盛り溶接方法を実施する多層盛り溶接装置の構成説明図である。

図１に示すように、この多層盛り溶接装置は、被溶接物の開先を溶接ワイヤによるガスシールドアーク溶接する記憶・再生型（教示・再生型）のアーク溶接ロボット１と、溶接に先立ち溶接線に沿う複数箇所における開先のギャップ幅情報を測定するためのギャップ幅情報測定センサとしてのレーザ変位計２と、ギャップ幅が不均一な開先を多層盛り自動アーク溶接するに際し、溶接に先立ち、レーザ変位計２の出力に基づいて最大ギャップ幅測定値を求め、最大ギャップ幅測定値に対応して選定した多層盛り溶接条件を出力する多層盛り溶接制御部３と、溶接ロボット制御装置８とを備えている。

前記レーザ変位計２は、アーク溶接ロボット１によって開先に対して走査されるセンサヘッド部２ａと、センサヘッド部２ａで得られた電気信号を処理して、センサヘッド部２ａから被溶接物の開先までの距離情報を出力するセンサコントローラ部（センサアンプユニット）２ｂとにより構成されている。レーザ変位計２のセンサヘッド部２ａは、溶接トーチが取り付けられたアーク溶接ロボット１の手先部に、例えば、溶接に先立って開先のギャップ幅情報を測定するときだけ取り付けられるようになっている。

前記溶接ロボット制御装置８は、アーク溶接ロボットの教示・再生動作の制御及び溶接電源（図示省略）の出力制御などの溶接制御全体を行うものであって、多層盛り溶接制御部３から前記選定した多層盛り溶接条件が与えられて、被溶接物の開先を多層盛り溶接するときのアーク溶接ロボット１及び溶接電源の制御を行ったり、また、溶接に先立ち開先に対してレーザ変位計ヘッド部２ａを走査するためのアーク溶接ロボット１の制御を行ったりするものである。

前記多層盛り溶接制御部３は、ギャップ幅測定部４、ギャップ幅情報記憶部５、最大ギャップ幅検出部６及び溶接条件選定部７により構成されており、コンピュータを用いて構成されている。

次に、この多層盛り溶接装置を用いて行う多層盛り溶接方法について説明する。図２は本発明に係る図であって、レーザ変位計により得られるレ型開先断面形状を示す点列データの説明図、図３は本発明に係る図であって、曲線状に延びるレ型開先のギャップ幅の測定を説明するための図である。

図２と図３に示すように、被溶接物を構成する第一の被溶接部材Ｗａ及び第二の被溶接部材Ｗｂにより、ギャップ幅が不均一であって途中で変化しながら曲線状に延びるレ型開先１０が形成されている。レーザ変位計２のセンサヘッド部２ａは、レーザ光（スポット光）を投光する投光部と、被溶接部材Ｗａ，Ｗｂより反射したレーザ光を受光する受光部とを有している（図２（ａ）参照）。そして、溶接線ＷＬに沿う第１測定点Ｐ１においてアーク溶接ロボット１により、レ型開先１０に対してセンサヘッド部２ａを溶接線と略直交する方向に走査することにより（図２（ｂ）、図３参照）、センサコントローラ部２ｂから、第１測定点Ｐ１におけるセンサヘッド部２ａから被溶接部材Ｗａ，Ｗｂまでの距離情報が電圧信号としてギャップ幅測定部４に与えられる。

ギャップ幅測定部４は、センサコントローラ部２ｂからの前記距離情報を示す出力（電圧値）をＡＤ変換及び数値化することで、センサヘッド部２ａから被溶接部材Ｗａ，Ｗｂまでの距離を求める一方、この距離算出値と溶接ロボット制御装置８から与えられるロボット先端位置情報とを合わせることにより、第１測定点Ｐ１におけるレ型開先１０の断面形状を示す点列データを得る（図２（ｃ）参照）。この点列データから、第１測定点Ｐ１における開先のギャップ右端点Ｒ１（第一の被溶接部材Ｗａの開先端部）及びギャップ左端点Ｌ１（第二の被溶接部材Ｗｂの開先端部）の位置が測定できるため、その距離を算出することでギャップ幅測定値Ｇを求めることができる。

同様にして、ギャップ幅測定部４により、溶接線ＷＬに沿う複数箇所におけるレ型開先１０のギャップ右端点Ｒｉ及びギャップ左端点Ｌｉを求めることができる。ここで、ｉは複数箇所の各測定点を示し、ｉ＝１，２，…，ｎ（測定点数）である。図３に示す例では、第１測定点Ｐ１におけるレ型開先１０のギャップ右端点Ｒ１及びギャップ左端点Ｌ１、第２測定点Ｐ２におけるレ型開先１０のギャップ右端点Ｒ２及びギャップ左端点Ｌ２、及び、第３測定点Ｐ３における開先のギャップ右端点Ｒ３及びギャップ左端点Ｌ３を示してある。

まず、図３に示すレ型開先１０の測定点Ｐ１において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ１と、ギャップ左端点Ｌ１の位置を測定し、その結果からギャップ幅測定値Ｇ１を算出する。そしてこのギャップ幅測定値Ｇ１をギャップ幅情報記憶部５に格納する。続いて、測定点Ｐ２において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ２と、ギャップ左端点Ｌ２の位置を測定し、その結果からギャップ幅測定値Ｇ２を算出する。そしてこのギャップ幅測定値Ｇ２をギャップ幅情報記憶部５に格納する。同様に、測定点Ｐ３において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ３と、ギャップ左端点Ｌ３の位置を測定し、その結果からギャップ幅測定値Ｇ３を算出する。そしてこのギャップ幅測定値Ｇ３をギャップ幅情報記憶部５に格納する。このとき、ギャップ幅測定値Ｇｉ（図３に示す例ではＧ１〜Ｇ３）とともに、ロボット位置情報（例えば、ロボット座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ座標値を含むロボット先端位置情報等）もギャップ幅情報記憶部５に格納する。

このようにしてギャップ幅測定部４で測定されたレ型開先１０のギャップ幅測定値Ｇｉ（図３に示す例ではＧ１〜Ｇ３）は、ギャップ幅情報記憶部５に格納される。

次に、最大ギャップ幅検出部６では、ギャップ幅情報記憶部５に格納されている前記各ギャップ幅測定値Ｇｉ（図３に示す例ではＧ１〜Ｇ３）の中から最も大きいものを選択して、この最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘを溶接条件選定部７に与える。

溶接条件選定部７では、最大ギャップ幅検出部６から最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘが与えられると、この最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ、及び、ギャップ幅と該ギャップ幅に対応する多層盛り溶接条件との関係を予め設定した多層盛り溶接条件対応データから、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに対応する多層盛り溶接条件を選定する。例えば、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ＝４ｍｍの場合、多層盛り溶接パス数は、表１から４パスに選定され、また、第１溶接パス（初層）の溶接電流と溶接速度は、表２から２４０Ａ、３０ｃｍ／分に選定される。また、第２溶接パスから第４溶接パスでの溶接電流、溶接速度や、溶接トーチ狙い位置シフト量なども予め設定された溶接条件対応データから選定されるようになっている。溶接条件選定部７は、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに対応する多層盛り溶接条件を溶接ロボット制御装置８に与える。

溶接ロボット制御装置８は、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに対応して選定された溶接条件選定部７からの多層盛り溶接条件を受けて、アーク溶接ロボット１及び溶接電源の制御を行う。これにより、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに対応して選定された多層盛り溶接条件にてレ型開先１０の多層盛り溶接が行われる。

その結果、図６に示すように、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘが測定されたギャップ幅大の箇所（図６（ｃ）参照）において溶け落ちを防止しつつ第１溶接パス（初層）の溶接を行うことができる。また、溶接部全体（開先全体）にわたって同一溶接パス数の多層盛り溶接を行うことができるので、溶接パス数変更に伴うビード継ぎ目がなくて、良好な溶接品質を得ることができる。さらに、同一溶接パスにおいて途中で溶接条件を変更しなくてすむので、溶接トーチの移動制御や溶接電源の出力制御を簡単なものとすることができる。

ところで、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに対応して選定された多層盛り溶接条件にて開先の多層盛り溶接を行うと、図６（ａ）に示すように、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘに比べてギャップ幅の小さい箇所では、余盛高さが高くなり、ビード外観の点で見劣りすることとなる。しかしながら、溶接継手（開先継手）が製品内部の人目を気にしなくてよい箇所に存在し、ビード外観よりも溶接品質の方がはるかに重要な溶接継手の場合、前記優れた効果を奏する本発明は、特に有効である。このような、溶接継手を有する被溶接物としては、厚み５ｍｍ以上の鋼板を用いた製缶加工による建設機械足回り部材があり、より具体的には、パワーショベルのカーボディとクローラフレームとを接合するための溶接継手、また、パワーショベルのスイングフレームとカーボディとを接合するための溶接継手が挙げられる。

図４は本発明の多層盛り溶接方法を実施する多層盛り溶接装置の一実施形態を示す構成説明図である。ここで、前記図１に示す多層盛り溶接装置と同一部分には図１と同一の符号を付してある。

図４に示すように、多層盛り溶接装置は、アーク溶接ロボット１と、ギャップ幅情報測定センサとしてのレーザ変位計２と、多層盛り溶接制御部１１と、溶接ロボット制御装置８とを備えており、前記多層盛り溶接制御部１１は、ギャップ幅測定部１２、座標算出部１３、ギャップ幅情報記憶部１４、近似線算出部１５、最大ギャップ幅検出部１６及び溶接条件選定部１７により構成されており、コンピュータを用いて構成されている。

この多層盛り溶接装置を用いて行う本発明の多層盛り溶接方法について、図２〜図５を参照して説明する。図５は本発明の多層盛り溶接方法における最大ギャップ幅測定値の求め方を説明するための図である。

ギャップ幅測定部１２は、センサコントローラ部２ｂからの前記の距離情報を示す出力（電圧値）をＡＤ変換及び数値化することで、センサヘッド部２ａから被溶接部材Ｗａ，Ｗｂまでの距離を求める一方、この距離算出値と溶接ロボット制御装置８から与えられるロボット先端位置情報を参照することにより、第ｉ番目の測定点Ｐｉにおけるレ型開先１０の断面形状を示す点列データを得る（図２（ｃ）参照）。この点列データから、第ｉ番目の測定点Ｐｉにおける開先１０のギャップ右端点Ｒｉ（第一の被溶接部材Ｗａの開先端部）及びギャップ左端点Ｌｉ（第二の被溶接部材Ｗｂの開先端部）の位置が測定することができる。

ここで、図３において、溶接線ＷＬをＸ軸、このＸ軸に直交する方向をＹ軸とするＸ−Ｙ座標系を設定する。よりわかりやすくは、座標算出部１３では、図５に示すように、溶接線ＷＬが直線になるように座標変換した軸がＸ軸となり、これと直交する方向（ギャップ幅方向）をＹ軸とするＸ−Ｙ座標系を設定する。このＸ−Ｙ座標系において、前記得られている開先１０のギャップ右端点Ｒｉ（第一の被溶接部材Ｗａの開先端部）及びギャップ左端点Ｌｉ（第二の被溶接部材Ｗｂの開先端部）の位置を、ロボット先端位置情報を参照し、前記と同様の座標変換をすることにより、ギャップ右端点Ｒｉの座標値Ｒｉ（ｘｒｉ［Ｘ座標値］，ｙｒｉ［Ｙ座標値］）と、ギャップ左端点Ｌｉの座標値Ｌｉ（ｘｌｉ［Ｘ座標値］，ｙｌｉ［Ｙ座標値］）とを求めることができる。

したがって、第ｉ番目の計測点Ｐｉにおけるレ型開先１０のギャップ幅測定値Ｇｉは、Ｙ座標値の差として、Ｇｉ＝｜ｙｌｉ−ｙｒｉ｜にて求めることができる。ここで、ｉは複数箇所の各測定点を示し、ｉ＝１，２，…，ｎ（測定点数）である。図５に示す例では、測定点数は３（ｎ＝３）であり、座標算出部１３による各座標値は、測定点Ｐ１におけるギャップ右端点Ｒ１の座標値Ｒ１（ｘｒ１，ｙｒ１）とギャップ左端点Ｌ１の座標値Ｌ１（ｘｌ１，ｙｌ１）と、測定点Ｐ２におけるギャップ右端点Ｒ２の座標値Ｒ２（ｘｒ２，ｙｒ２）とギャップ左端点Ｌ２の座標値Ｌ２（ｘｌ２，ｙｌ２）と、及び、測定点Ｐ３におけるギャップ右端点Ｒ３の座標値Ｒ３（ｘｒ３，ｙｒ３）とギャップ左端点Ｌ３の座標値Ｌ３（ｘｌ３，ｙｌ３）とである。

すなわち、図３に示すレ型開先１０の測定点Ｐ１において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ１及びギャップ左端点Ｌ１の位置について、ロボット先端位置情報を参照し、Ｘ−Ｙ座標系への座標変換を行うことにより、ギャップ右端点Ｒ１の座標値Ｒ１（ｘｒ１，ｙｒ１）と、ギャップ左端点Ｌ１の座標値Ｌ１（ｘｌ１，ｙｌ１）を求める。この座標値Ｒ１，Ｌ１をギャップ幅情報記憶部１４に格納する。続いて、測定点Ｐ２において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ２及びギャップ左端点Ｌ２の位置について、ロボット先端位置情報を参照し、Ｘ−Ｙ座標系への座標変換を行うことにより、ギャップ右端点Ｒ２の座標値Ｒ２（ｘｒ２，ｙｒ２）と、ギャップ左端点Ｌ２の座標値Ｌ２（ｘｌ２，ｙｌ２）を求める。この座標値Ｒ２，Ｌ２をギャップ幅情報記憶部１４に格納する。同様に、測定点Ｐ３において測定を行い、ギャップ右端点Ｒ３及びギャップ左端点Ｌ３の位置について、ロボット先端位置情報を参照し、Ｘ−Ｙ座標系への座標変換を行うことにより、ギャップ右端点Ｒ３の座標値Ｒ３（ｘｒ３，ｙｒ３）と、ギャップ左端点Ｌ３の座標値Ｌ３（ｘｌ３，ｙｌ３）を求める。この座標値Ｒ３，Ｌ３をギャップ幅情報記憶部１４に格納する。このとき、座標値とともに、ロボット位置情報（例えば、ロボット座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ座標値を含むロボット先端位置情報等）もギャップ幅情報記憶部１４に格納する。

次に、近似線算出部１５では、溶接線ＷＬに沿って延びるギャップのギャップ右端軌跡線を近似するギャップ右端軌跡近似線（第一の被溶接部材端部近似線）Ｆｒ（ｘ）を求める。このギャップ右端軌跡近似線は、ｙ＝Ｆｒ（ｘ）＝ａｒ・ｘ^２＋ｂｒ・ｘ＋ｃｒと２次式で表し、座標算出部１３で得たギャップ右端点Ｒｉの座標値Ｒｉ（ｘｒｉ，ｙｒｉ）を用いての最小２乗法により、係数ａｒ，ｂｒ，ｃｒを定めることで、得ることができる。同様にして、溶接線ＷＬに沿って延びるギャップのギャップ左端軌跡線を近似するギャップ左端軌跡近似線（第ニの被溶接部材端部近似線）Ｆｌ（ｘ）を求める。このギャップ左端軌跡近似線は、ｙ＝Ｆｌ（ｘ）＝ａｌ・ｘ^２＋ｂｌ・ｘ＋ｃｌと２次式で表し、座標算出部１３で得たギャップ左端点Ｌｉの座標値Ｌｉ（ｘｌｉ，ｙｌｉ）を用いての最小２乗法により、係数ａｌ，ｂｌ，ｃｌを定めることで、得ることができる。

そして、図５に示すように、溶接開始点から溶接終了点ｘｅにわたるレ型開先１０のギャップ幅Ｇ（ｘ）は、ギャップ左端軌跡近似線Ｆｌ（ｘ）とギャップ右端軌跡近似線Ｆｒ（ｘ）間の間隔距離として、Ｇ（ｘ）＝｜Ｆｌ（ｘ）−Ｆｒ（ｘ）｜と表される。ここで、０≦ｘ≦ｘｅである。したがって、最大ギャップ幅検出部１６において、このギャップ幅Ｇ（ｘ）における最大値を求めることで、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ’を得ることができる。

溶接条件選定部１７では、最大ギャップ幅検出部１６から前記最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ’が与えられると、この最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ’、及び、ギャップ幅と該ギャップ幅に対応する適正な多層盛り溶接条件との関係を予め設定した多層盛り溶接条件対応データから、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ’に対応する適正な多層盛り溶接条件を選定して、溶接ロボット制御装置８に与える。これにより、最大ギャップ幅測定値Ｇｍａｘ’に対応して前記選定された多層盛り溶接条件にてレ型開先１０の第１溶接パスから最終溶接パスまでの多層盛りアーク溶接が行われる。

このように、本発明の多層盛り溶接方法は、溶接線に沿う複数箇所における開先のギャップ左右端位置情報に基づいて、溶接線に沿って延びる溶接部全体におけるギャップ幅の真の最大値の近似値を求めるようにしている。したがって、図３に示されるような、ギャップ幅の不均一性が高く曲線状に延びる部分などを有する開先についても、真のギャップ幅最大値に近い値の最大ギャップ幅測定値を得ることができるので、溶け落ちを確実に防止し溶接を行うことができる。

参考例の多層盛り溶接方法を実施する多層盛り溶接装置の構成説明図である。本発明に係る図であって、レーザ変位計により得られるレ型開先断面形状を示す点列データの説明図である。本発明に係る図であって、曲線状に延びるレ型開先のギャップ幅の測定を説明するための図である。本発明の多層盛り溶接方法を実施する多層盛り溶接装置の一実施形態を示す構成説明図である。本発明の多層盛り溶接方法における最大ギャップ幅測定値の求め方を説明するための図である。本発明の溶接方法によりギャップ幅が変動しているレ型開先を多層盛り自動アーク溶接した場合の一例を模式的に示す溶接部断面図である。ギャップ幅の大きさに応じて溶接パス数を変化させる多層盛り溶接の例を示す断面図である。同一継手の溶接線途中で開先のギャップ幅が不均一で大きく変化している被溶接物の例を示す平面図である。

符号の説明

１…アーク溶接ロボット
２…レーザ変位計
２ａ…センサヘッド部
２ｂ…センサコントローラ部
３，１１…多層盛り溶接制御部
４，１２…ギャップ幅測定部
５，１４…ギャップ幅情報記憶部
６，１６…最大ギャップ幅検出部
７，１７…溶接条件選定部
８…溶接ロボット制御装置
１０…レ型開先
１３…座標算出部
１５…近似線算出部

Claims

第一の被溶接部材と第二の被溶接部材とから構成され、開先のギャップ幅が不均一な被溶接物を多層盛りアーク溶接する多層盛り溶接方法において、前記第一と第二の被溶接部材間に沿って設定される溶接線の方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とした座標系を設定し、前記Ｘ軸上の複数の測定位置における開先の端部位置を測定し、前記複数の測定位置のＸ座標値とその位置における前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置をそれぞれＹ座標値として算出し、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材のＹ座標値とから第一の被溶接部材端部近似線を、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第二の被溶接部材のＹ座標値とから第二の被溶接部材端部近似線を算出し、前記両近似線間距離の最大値を算出し、得られた最大値に対応する多層盛り溶接条件を、予め設定された多層盛り溶接条件対応データより選定し、前記選定された多層盛り溶接条件にて多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とする多層盛り溶接方法。
前記多層盛り溶接条件対応データが、最大ギャップ幅と該最大ギャップ幅に対応する多層盛り溶接条件との関係を予め設定したものであり、該多層盛り溶接条件として少なくとも溶接電流、溶接速度、パス回数を選定可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層盛り溶接方法。
前記選定された多層盛り溶接条件にて、第１溶接パスから最終溶接パスまでの多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の多層盛り溶接方法。
第一の被溶接部材と第二の被溶接部材とから構成され、開先のギャップ幅が不均一な被溶接物を多層盛りアーク溶接する多層盛り溶接装置において、前記第一と第二の被溶接部材間に沿って設定される溶接線の複数箇所における前記開先のギャップ幅情報を測定するためのギャップ幅情報測定センサと、前記ギャップ幅情報計測センサの出力から、前記複数箇所の測定位置の前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置を測定するギャップ幅測定部と、前記溶接線の方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とした座標系を設定し、前記複数箇所の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材の開先端部位置及び前記第二の被溶接部材の開先端部位置をそれぞれＹ座標値として求める座標算出部と、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第一の被溶接部材のＹ座標値とから第一の被溶接部材端部近似線を、前記複数の測定位置のＸ座標値と前記第二の被溶接部材のＹ座標値とから第二の被溶接部材端部近似線を算出する近似線算出部と、前記両近似線間距離の最大値を算出し、得られた最大値を最大ギャップ幅測定値として選択する最大ギャップ幅検出部と、前記最大ギャップ幅測定値に対応する多層盛り溶接条件を、予め設定された多層盛り溶接条件対応データより選定する溶接条件選定部とを備え、前記選定された多層盛り溶接条件にて多層盛りアーク溶接を行うことを特徴とする多層盛り溶接装置。
前記多層盛り溶接条件対応データが、最大ギャップ幅と該最大ギャップ幅に対応する多層盛り溶接条件との関係を予め設定したものであり、該多層盛り溶接条件として少なくとも溶接電流、溶接速度、パス回数を選定可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の多層盛り溶接装置。