JP4696325B2

JP4696325B2 - 自動溶接及び欠陥補修方法並びに自動溶接装置

Info

Publication number: JP4696325B2
Application number: JP34512798A
Authority: JP
Inventors: 昭慈今永; 光明羽田; 昇斉藤; 信雄柴田; 潤一郎森沢; 英司日野; 和彦水口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JP2000167666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱又は円筒形或いは平板の部材から成る開先継手の自動溶接及び溶接欠陥発生時の補修溶接に係り、特に、多層盛溶接の自動制御からパス溶接毎の欠陥検出判別と補修方法決定、補修溶接の制御まで自動で行うのに好適な欠陥補修溶接方法及び自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動溶接装置における溶接欠陥の検出例としては、特開昭６３−６８２６８号公報に溶接欠陥の検査方法として、赤外線カメラ、画像識別装置などを使って、溶接施工中に溶融池近傍の溶接金属の温度分布を求め、その結果から溶接欠陥の有無を判定することが開示されている。この欠陥検査で、欠陥が見つかった時には直ちに溶接を中止して、手作業で欠陥部の除去、補修してから溶接を再開するようにしている。
【０００３】
また、特開平９−１０１１２０号公報には、加工物体表面にスリット状光線を照射し、その反射像の光切断画像を画像処理して、種々の溶接ビード表面の欠陥検出、欠陥の形状及び大きさを定量的に検出することが開示されている。
【０００４】
特許番号第２７５１１７５号公報(特開平１−１９７０６９号)には、溶接中の各溶接条件をリアルタイムで条件信号記録器に記録し、この記録データ信号と適正条件範囲記録器の保存データ信号を比較して健全でない溶接部を比較演算器で求め、健全でないと判断した時の溶接条件及び溶接異常位置を表示器に表示することが開示されている。
【０００５】
特開平７−４７４７１号公報には、各種の溶接状況信号と溶接映像信号を同一画面上に経時的に表示すると共に、装置動作状況が適正溶接条件の範囲内にあるかどうかを同時表示する。さらに、範囲外の時に補修位置信号を溶接装置へ送って補修溶接するようにし、上記溶接状況信号の記録と溶接映像信号を録画して溶接品質の診断を行うことが開示されている。ここで検出する溶接状況信号は、溶接時のアーク電流・電圧、ワイヤ送り速度、溶接トーチの移動速度、オシレートの幅や速度などの各種出力信号と、レーザ距離計、溶接の音響計、音圧計などの計器信号である。この溶接状況信号が事前入力の適正条件範囲を超えた時には、溶接士が識別できるように色変化表示をすると共に、溶接装置へ補修位置信号を自動的に送る、或いは同一画面上に表示された溶接映像を見る溶接士の判断を待ってから送るようにしている。また、溶接異常と判断された欠陥部分の補修は、補修位置信号(補修指令)に基づいて溶接装置で直ちに行うか、或いは溶接作業が一段落した後に行うようにしている。
【０００６】
特開平８−１５０４７４号公報には、スリットレーザ式(光切断方式)センサ、もしくは揺動走査式のレーザ変位計を使って検出する溶接直後の開先内形状から、ビードコーナー半径ｒとビード折線のずれ角度θを求め、この情報を基にウィービング幅、停止時間、電流、速度などの溶接条件を変化させてビード形状を制御することが開示されている。
【０００７】
特開平１−１８１９８９号公報には、スリットレーザ式(光切断方式)センサを使ってレーザ溶接中のビード形状を計測して、補修すべきと判定した時はレーザ溶接装置で全線に渡って再溶接を行うことが開示されている。不良ビードのものは廃棄される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−６８２６８号公報の溶接欠陥の検査方法では、溶接中に位置制御や条件制御を行うことは全く提示されておらず、また、溶接欠陥の自動補修は行われていない。
【０００９】
特開平９−１０１１２０号公報では、検出した欠陥を定量的に評価するのに有効であるが、欠陥検出結果の活用方法や、欠陥補修溶接の施工方法については全く提示されていない。この他、上記と類以の検出手段で欠陥検出動作を行う公知例があるが、溶接欠陥部を自動補修するまでに至っていない。
【００１０】
一方、特許番号第２７５１１７５号公報(特開平１−１９７０６９号)では、溶接品質の自己診断は溶接完了後に行うもので、非破壊検査の削減に活用されているが、溶接中には収集データ及び診断結果が利用されていない。溶接欠陥部の補修は検査終了後であり、この場合、欠陥箇所の金属除去加工や肉盛式の補修溶接を熟練溶接士が手作業で行わざるを得ない。
【００１１】
特開平７−４７４７１号公報に記載の溶接品質保証装置には、溶接欠陥の有無、種類、大きさを直接検出する欠陥検出用センサは使用されていない。録画した溶接映像の観察及び欠陥発生の判断は溶接士が行っている。また、欠陥部の補修溶接は自動で行うとしているが、欠陥の種類、大きさに応じて施工条件を変える必要があるため、溶接品質診断装置及び溶接装置によって自動補修及び制御を行うことは困難である。自動補修を行う方策は全く提示されていない。従って、溶接士が欠陥を確認して溶接装置を手動操作しながら補修せざるを得ないものと推定される。
【００１２】
特開平８−１５０４７４号公報では、溶接不良を未然防止するのに有効であるが、溶接終了後の欠陥補修を前提にしていない。欠陥検出動作と欠陥判別後の補修の要否決定、欠陥部の自動補修を行うことについては提示されていない。
【００１３】
特開平１−１８１９８９号公報では、レーザ溶接法による１パス溶接であり、アーク溶接法による多パス溶接ではない。欠陥部分とその周辺を補修する制御は行っておらず、また、不良ビードのものは手動補修しないで廃棄している。
【００１４】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、アーク溶接・補修作業の脱技能化、高度自動化を目指し、多層盛溶接の自動制御からパス溶接毎の品質検査、欠陥判別後の補修の要否決定、欠陥補修の溶接制御まで全て自動で行うのに好適な自動溶接及び欠陥補修方法並びに自動溶接装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する手段は、溶接トーチの左右上下の移動及び溶接線方向の往復走行が可能な溶接制御ヘッドと、溶接トーチへの給電及びワイヤ供給が可能な溶接電源と、溶接制御ヘッドの駆動制御、溶接電源の出力制御、溶接条件及び位置データの情報処理、溶接用センサや欠陥検出用センサの検出指令と検出情報処理、及び構成機器の統括管理が可能な溶接制御装置とを用いて、円柱又は円筒形或いは平板の部材から成る開先継手の自動溶接及び欠陥補修を行う方法において、前記溶接用センサによる位置ずれや開先形状の検出情報と、溶接条件及び位置データの基準情報を基にして、１パス溶接毎に溶接トーチの位置倣い制御や溶接条件の補正制御を行う第１工程と、この第１工程の溶接過程かあるいは溶接終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、欠陥検出用センサによる溶接部の品質検査を１パス溶接毎に行うと共に、その検出情報を処理して欠陥の有無、種類、大きさ、位置を判別及び記録する第２工程と、この欠陥判別結果に基づいて、補修溶接の要否及び補修の必要時に自動補修すべきか手動補修すべきかを決定する第３工程と、前記自動補修時は欠陥部分及びその周囲を補修溶接するように溶接制御ヘッドの駆動制御及び溶接電源の出力制御を行う第４工程と、前記手動補修時には手動操作による補修要求表示を行う第５工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、補修が不要な時と前記第４工程或いは第５工程で補修溶接が完了した時は、次パスの溶接動作に更新する第６工程と、多パス溶接及び欠陥補修が全て終了した時或いは途中で強制終了する時には、前記溶接制御ヘッドと自動運転画面を初期位置及び初期画面に戻す第７工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、溶接トーチの左右上下の移動及び溶接線方向の往復走行が可能な溶接制御ヘッドと、溶接トーチへの給電及びワイヤ供給が可能な溶接電源と、溶接制御ヘッドの駆動制御、溶接電源の出力制御、溶接条件及び位置データの情報処理、溶接用センサや欠陥検出用センサの検出指令と検出情報処理、及び構成機器の統括管理が可能な溶接制御装置とを用いて、円柱又は円筒形或いは平板の部材から成る開先継手の自動溶接及び欠陥補修を行うものにおいて、前記溶接用センサによる位置ずれや開先形状の検出情報と、溶接条件及び位置データの基準情報を基にして、１パス溶接毎に溶接トーチの位置倣い制御、溶接条件の補正制御を行う第１の溶接制御処理手段と、このパス溶接過程かあるいは終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、前記欠陥検出用センサの検出指令、欠陥検出の情報処理を行う第１の欠陥検出処理手段と、この検出結果から欠陥の有無、種類、大きさ、位置を判別及び記録する欠陥判別記録手段と、この欠陥判別結果に基づいて、補修溶接の要否及び補修の必要時に自動補修すべきか手動補修すべきかを決定する補修方法決定手段と、前記自動補修時には欠陥部分及びその周辺を補修溶接するように、前記溶接制御ヘッドの駆動制御及び溶接電源の出力制御を行う第１の補修制御処理手段と、前記手動補修時には手動操作による補修要求表示を行う手動補修要求手段とを設けたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の自動溶接装置の一実施例を示す構成図である。
【００１９】
図１において、固定円管の溶接ワーク１a、１ｂと、溶接ワーク１aに設置されたレール３と、レール３に取付けられた溶接制御ヘッド４とを備え、溶接トーチ５の左右上下の移動及び溶接方向の往復走行を各軸駆動装置１４と一対で行うものである。溶接トーチ５は、溶接ワーク１a、１ｂの開先継手２の溶接と欠陥発生時の補修を行うもので、溶接制御ヘッド４の左右駆動軸６に設置されている。ワイヤ７は、溶接トーチ５先端の近傍に供給される。また、溶接情報演算装置１８と一対で位置ずれや開先形状などの溶接情報を検出する溶接用センサ８が設けられ、この溶接用センサ８は光切断式センサ或いはアークセンサである。
【００２０】
欠陥検出演算装置１９と一対で溶接部のビード形状からアンダーカット、オーバラップ、ビード不揃い、開孔ブローホール、溶接割れなどの溶接欠陥を検出する（例えば、光切断式センサ或いは直視式センサ）欠陥検出センサ９が設けられている。溶接電源１０は、溶接トーチ５への給電とワイヤ７の供給を行う。溶接制御盤１１は、溶接用センサ８、欠陥検出用センサ９の情報を使って溶接制御ヘッド４及び溶接電源１０を制御して、多パス溶接、溶接部の品質検査、欠陥部の補修溶接を自動で行う。配線１２は、溶接電源１０と溶接トーチ５、ワイヤ７とを結んでいる。配線１３a、１３ｂは溶接制御盤１１と溶接制御ヘッド４、センサ８、９、溶接電源１０を結んでいる。
【００２１】
図２は、図１の自動溶接装置を平板溶接に適用した場合の一実施例を示す構成図である。
【００２２】
図２において、図１との主な相違点は、溶接ワーク１ｃ、１ｄが平板部材であるため、直線タイプのレール３ｂが溶接ワーク１ｃに設置されていること、溶接トーチ５の左右上下の移動及び溶接方向の往復走行する溶接制御ヘッド４がレール３ｂに取付けられていることである。さらに、溶接用センサ８と欠陥検出用センサ９の両方の機能を備えた溶接及び欠陥検出兼用センサ８９が溶接トーチ５の前方に設置されていることである。
【００２３】
この溶接及び欠陥検出兼用センサ８９は、例えば光切断式センサである。すなわち、開先継手や溶接ビードのある表面部にスリット状の光を照射するレーザ投光器あるいはスポット状の光を照射・揺動する揺動式レーザ投光器と、そのレーザ反射像を撮像するカメラとを備えた光学式センサと、この光学式センサより得られる光切断画像から、開先形状や位置ずれなどの検出情報を抽出処理する溶接検出プログラムと溶接ビード表面の欠陥情報を抽出処理する欠陥検出プログラムの両方を内臓した画像処理装置(溶接制御盤１１に配置)とを含んで成る。上記光学式センサと画像処理装置による検出情報を使って、溶接トーチ位置の修正計算と倣い制御、溶接速度や溶接電流やウィービング幅の補正計算とこの条件補正制御を行う。そして、溶接終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、上記光学式センサと画像処理装置による溶接部の品質検査を行うと共に、その検出情報を処理して欠陥の有無、種類、大きさ、位置を判別及び記録するようにしている。この詳細は後で述べる。
【００２４】
図３は本発明の溶接制御盤１１を構成するブロック図の一例である。
【００２５】
図３において、１５は操作盤であり、自動運転に必要な初期設定、開先継手２の形状寸法、基本溶接条件、欠陥検出条件、欠陥補修条件の入力設定を行う。１６は画面表示装置であり、溶接パスプランデータ作成時の入力と演算結果の表示、自動溶接時や欠陥補修時の溶接トーチ位置、各溶接条件、センサの検出情報の表示、その他、自動運転時に必要な情報の表示を行う。１７は統括制御装置であり、溶接制御ヘッド４の駆動制御、溶接トーチ５への給電及びワイヤ７を供給する溶接電源１０の出力制御、溶接用センサ８と一対の溶接情報演算装置１８や欠陥検出用センサ９と一対の欠陥検出装置１９への検出指令及び取得する検出データの情報処理、溶接条件や位置データの情報処理、及び構成機器の統括管理を行う。なお、溶接用センサ８と欠陥検出用センサ９の代りに溶接及び欠陥検出兼用センサ８９を使用しても良い。この統括制御装置１７には、溶接パスプランデータ２２を作成する自動演算プログラム２１、自動溶接及び欠陥補修を行う自動運転プログラム２０、自動運転で使用する各データファイル２４、２６、２７などを内臓している。
【００２６】
図４は多層盛溶接及び溶接品質検査で欠陥発生時に補修溶接を行うための施工手順の概要図である。また、図５は他施工手順の概要図である。
【００２７】
図４及び図５を用いて本発明の自動溶接及び欠陥補修方法の施工手順概要を説明する。なお、図４と図５の主な相違点は、溶接欠陥検出動作及び欠陥判別記録処理Ｐ７を、溶接過程で行う場合（図５）と溶接終了後に行う場合（図４）である。
【００２８】
まず最初に、溶接制御盤１１から自動運転プログラム２０を呼出して起動Ｐ１し、その直後に、溶接演算プログラム２１を使って、任意の開先形状や基本溶接条件の入力設定値からパス溶接毎のトーチ位置、溶接電流、速度、ウィービングなど適正条件の目標値を演算して溶接パスプランデータ２２を作成Ｐ２する。また、溶接用センサ８と欠陥検出用センサ９の初期設定や、溶接制御ヘッド４及び溶接位置の原点合わせを行った(Ｐ３)後に、運転を開始Ｐ４する。自動運転Ｐ５の時は、溶接制御から欠陥補修まで一連の動作が全パス終了するまでの時々刻々と変化する状況を画面表示装置１６に適宜表示する。次の溶接制御動作Ｐ６の工程では、溶接用センサ８による位置ずれや開先形状の検出情報に基づいて、１パス溶接毎に溶接トーチの位置倣い制御と溶接条件制御を行う。
【００２９】
溶接欠陥検出動作Ｐ７の工程では、欠陥検出用センサ９による溶接部の品質検査及び欠陥判別記録処理を行う。図５に記載の実施例では、この溶接欠陥検出動作Ｐ７を、溶接制御動作Ｐ６の最中に時間差を与えて行っている。欠陥検出用センサ９を溶接トーチ６の後方に設置することで可能となる。図４に記載の実施例では、例えば、溶接制御動作Ｐ６の終了後に溶接制御ヘッド４を反転移動する時に溶接欠陥検出動作Ｐ７を行っている。この場合、欠陥検出用センサ９は溶接トーチの後方又は前方のどちらに設置しても良い。また、溶接用センサ８と欠陥検出用センサ９の代りに溶接及び欠陥検出兼用センサ８９を使用の時には、溶接トーチの前方に設置することが望ましい。
【００３０】
次の補修方法決定処理Ｐ１２の工程では、Ｐ７の工程で得た欠陥判別の結果を基に、補修溶接の要否及び補修の必要時に自動補修すべきか手動補修すべきかを決定する処理を行う。次の補修溶接制御動作Ｐ１３の工程では、自動補修時は欠陥部分及びその周囲を補修溶接するように制御を行い、手動溶接時には手動操作による補修要求表示を行う。補修が不要な時と補修完了の時Ｐ１４には、１パス終了処理Ｐ１６を行うと共に、溶接制御データ、溶接欠陥の検出データ、欠陥補修データなど記録すべき各種データファイルを作成する。１パス終了すると、溶接パス更新・自動運転Ｐ５の工程まで戻り(Ｐ１８)、次パスの溶接制御動作Ｐ５が再開される。
【００３１】
なお、図示していないが、補修完了後の溶接品質確認を希望する時には、溶接パス更新の工程Ｐ５に戻る前に、欠陥検出動作Ｐ７を再度行うように追加すると良い。この一連の動作は全パス終了するまで繰り返し行われ、そして、全パス終了に至ると、終了処理及び初期位置移動処理Ｐ１９をして終了Ｐ２０となる。このように構成することにより、多層盛溶接の自動制御からパス溶接毎の品質検査、補修の要否と補修方法の決定、欠陥補修の制御まで自動で行うことができる。
【００３２】
多層盛溶接では、そのパス数に応じて割付けた所定の位置に溶接トーチを持っていく必要があり、また、パス溶接毎の溶接条件も事前に決めておく必要がある。図６は任意形状のＶ形開先の多層盛溶接におけるパス順序(数字)及び目標の溶接トーチ位置(●印の点)を示す。図中の（ａ）は溶接ワーク１ａ、１ｂの板厚Ｔ、開先角度α、開先底部のルート幅Ｂと厚みｆの寸法を記載した形状例、また、（ｂ）は開先角度αが広い１層多パス２ｂの溶接例、（ｃ）は開先角度αの狭い１層１パス２ｃの溶接例を示している。
【００３３】
図７は、ある指定パス１００(斜線部)の溶接状況を示す概略図で、溶接トーチ５及びワイヤ７にウィービング動作１０２を与えて、電極５a先端のアーク５ｂとその中にあるワイヤ７先端を左右に揺動させる様子を示している。また、図８は、図７に示したパルスアーク溶接の電流１０１とウィービング動作１０２を示す概略図である。
【００３４】
ここでは、ベース電流Iｂの時間Ｔb時に開先の中側で溶接トーチ５を左右に揺動（幅Ｗ）させ、ピーク電流Iｐの時間Ｔｐ時に両壁側で揺動停止をするように同期させている。なお、パルスアークより容易な直流アークを使用する時には、上記ピーク電流Iｐとベース電流Iｂの値を同一にする処理を行えば良い。
【００３５】
次に、パス溶接毎のトーチ位置及び溶接条件は、溶接演算プログラム２１を使って、任意の開先形状や基本溶接条件の入力設定値から演算する。詳細な演算方法は省略するが、目標の溶接トーチ位置（Ｙ、Ｚ座標）は、開先断面積、パス当りの溶着面積から層数とパス数を算出した後に、積層ビードの幅と高さから算出し、積層ビード幅を各層のパス数で分割した中央位置にしている。
【００３６】
例えば、図６(ｃ)に示した１層１パス溶接２ｃ(パス番号：１〜６)、同図（ｂ）１層多パス溶接２ｂの中の１パス溶接(パス番号：１〜３)における各トーチ位置は、各積層ビードの中央位置(開先中心)である。また、同図（ｂ）の左右振分け２パスの溶接箇所(パス番号：４〜９)では、開先壁の溶けをより良くするために、各積層ビード幅を２分割した中央位置から開先壁側に少しシフトした位置になるようにしている。溶接条件は、入力された基本条件、アーク溶接現象に基づく事前解析の溶接データ、算出した積層ビードの幅と高さなどの情報から、溶接電流、速度、ワイヤ速度、ウィービングなど適正条件の目標値を算出するようにしている。
【００３７】
表１はＶ形開先の溶接パスプランデータ演算結果の一部を示す表示例である。
【００３８】
【表１】

【００３９】
このような多パス溶接の目標となる基準情報が溶接制御盤１１に与えられる。ここでは、Ｖ形開先の例を説明したが、Ｕ形開先やレ形開先に対しても、溶接演算プログラム２１を使ってパス溶接毎の目標となる適正なトーチ位置及び溶接条件を演算し、その溶接パスプランデータを溶接制御盤１１に与えることになる。
【００４０】
図９は、図４に示した実施例の溶接制御動作Ｐ６の具体的な実行手順を示したものである。
【００４１】
まず、溶接条件の設定指令３１を溶接電源１０へ出し、所定位置への移動指令３２を溶接制御ヘッド４へ出した後に、溶接を開始３３する。溶接動作中は、時々刻々変化する状況表示３４を画面表示装置１６へ、各軸現在位置の報告要求３５を溶接制御ヘッド４へ、条件出力値の報告要求３６を溶接電源１０へそれぞれ行っている。また、溶接用センサ８側に対しては、溶接情報の検出指令３７と検出結果の報告要求３８を行う。
【００４２】
取得した位置ずれ、開先形状などの検出情報と、溶接パスプランデータ２２の基準情報を基にして、トーチ位置の修正計算、溶接速度や溶接電流やウィービング幅などの補正計算３９を行う。そして、修正すべき位置４０に溶接トーチ５が到達した時点で位置ずれ量の修正指令４２を溶接制御ヘッド４へ出し、また、条件補正すべき時点で溶接条件の補正指令４５を溶接電源１０、溶接制御ヘッド４へ出すようにしている。一連の上記動作は終了位置４６に達するまで繰り返し(４７→３４→４７)行われる。このように制御することにより自動溶接を行うことができる。この上記動作が終了４８に至ると、次の溶接欠陥検出動作及び欠陥判別記録処理Ｐ７の工程に移る。
【００４３】
図１０は、図４に示した実施例の溶接欠陥検出動作及び欠陥判別記録処理Ｐ７の具体的な実行手順を示す一実施例である。この実施例では、溶接終了の処理５１後に溶接制御ヘッド４を反転移動させながら、欠陥検出用センサ９による溶接部の品質検査を行っている。すなわち、溶接制御ヘッド４に対して反転移動指令５２と現在走行位置の報告要求５４をし、欠陥検出用センサ９側に溶接欠陥の検出指令５５と検出結果の報告要求５６をする。この時の溶接制御ヘッド４の走行速度は、欠陥検出の要求精度に応じて溶接時より遅く(検出間隔を短く)或いは速く(検出間隔を長く)することもできる。
【００４４】
欠陥検出動作中は、その動作状況を画面表示装置１６に時系列に表示する。欠陥検出用センサ９側から取得した欠陥検出データの情報処理をし、欠陥の有無、種類、大きさ、位置の判別及び記録処理５７を行う。上記の一連動作は、終了位置５８に達するまで繰り返し(５８ａ→５３→５８ａ)行われる。終了位置５８に到達すると走行停止、検出終了処理５９aに至る。このように溶接制御動作と欠陥検出動作を分けることによって、溶接のアーク光に左右されることなく、かつ、希望する検出間隔で欠陥検出を確実に行うことができる。
【００４５】
図１１は、図５に示した実施例の溶接制御動作Ｐ６と溶接欠陥検出動作Ｐ７の具体的な実行手順を示す一実施例である。この実施例では、溶接中に溶接トーチ５の修正及び溶接条件の補正を行う制御と、欠陥検出用センサ９による溶接部の品質検査を連続的に行うようにしている。すなわち、溶接用センサ８側より取得した検出情報と溶接パスプランデータ２２の基準情報を基に、トーチ位置の修正計算、溶接速度や溶接電流やウィービング幅などの補正計算３９を行うと共に、その修正指令４２及び補正指令４５を行う。この直後に、欠陥検出用センサ９側に溶接欠陥の検出指令５５と検出結果の報告要求５６をして、欠陥の有無、種類、大きさ、位置の判別及び記録５７を行っている。溶接の制御と欠陥の検出・判別の一連動作は、終了位置５８に到達するまで繰り返し(５８ｂ→３５→５８ｂ)行われる。このように溶接制御動作と欠陥検出動作を連結することによって、速やかに溶接部の品質結果を明らかにでき、作業時間の短縮に寄与することができる。
【００４６】
次に、アークセンサによる位置ずれ検出及びトーチ位置の倣い制御の方法の概要について説明する。図１２は溶接トーチ５先端の電極５aを左右に揺動させるウィービング動作を示す概略図で、（ａ）は１層１パス溶接の例、（ｂ）は左右振分けパス溶接の例を示す。図中の１０６はアークセンサユニットであり、電極５aと溶接ワーク１a、１ｂ間の電圧の出力信号１０３を取込み、ウィービング動作１０２の溶接中に生じる電圧変化から位置ずれを算出して修正するものである。
【００４７】
図１３は、本発明に係るパルスアーク溶接の動作制御フローチャートを示す実施例であり、１０１、１０３は電流と電圧の波形、１０２はその電流及び電圧の波形と同期しているウィービング動作、１０４は左右軸の修正信号、１０５は上下軸の修正信号をそれぞれ示している。ここでは、ベース電流Iｂの時間Ｔｂ中に溶接トーチ５を左右に揺動(ウィービング幅Ｗ)させ、ピーク電流Iｐの時間Ｔｐ中に揺動を停止するように制御している。さらに、ピーク電流Iｐの立上がり直後の時間ｔｓ(揺動停止中)の位置で左右各々の電圧ＥｐＬ、ＥｐＲを検出(各１点か複数点)すると共に、ウィービング幅Ｗのほぼ中心位置又はベース時間Ｔｂのほぼ中央位置での電圧Ｅｂを検出している。両者の検出情報を基にして、左右方向と上下方向の位置修正制御を各々行うようにしている。
【００４８】
図１４は左右方向の溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す一実施例であり、また、図１５は上下方向の溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す一実施例である。
【００４９】
事前に設定してある各々適正な左右の基準値１０８a、１０８ｂと左右の検出値１０７a、１０７ｂを各々比較１０９a、１０９ｂして両者の差電圧△Eを求めた後、左右方向の修正計算１１０を行う。そして、修正すべき位置１１３で、例えば、揺動再開の時点で、左右の位置ずれをなくす方向にトーチ位置の修正制御指令１１１を溶接制御ヘッド４に発信するようにしている。また、上下方向のトーチ位置制御は、基準値(Ｅｓ)１１５とウィービング幅中央部での検出値(Ｅｂ)１１４の差電圧から上下方向の修正計算１１７をして、位置ずれをなくす方向(差電圧をなくす方向)にトーチ位置の修正制御指令１１１を溶接制御ヘッド４に発信するようにしている。
【００５０】
図１４、図１５に示した各々の検出値１０７a、１０７ｂ、１１４は１点だけでなく複数点を平均処理して採用すると良い。例えば、図１３に示した待ち時間ｔｓ後に検出する複数点の平均値を使う、あるいは数サイクルで検出した各値の平均値を使うと良い。左右の修正と上下の修正は半周期の時間差で行っているが、この時間差を短縮することも可能である。このように構成することにより、左右及び上下方向のトーチ位置制御を適正に行うことができる。
【００５１】
次に、溶接用センサと欠陥検出用センサの両機能を備えた溶接及び欠陥検出兼用センサ(光切断式センサ)による位置ずれ、開先形状の検出方法、溶接欠陥の検出方法の概要について説明する。図１６は、本発明の自動溶接装置における溶接及び欠陥検出兼用センサと関連機器の構成を示す一実施例である。
【００５２】
センサヘッド８９は、開先継手２と溶接ビード１００のある表面部にスリット状の光６４を照射するレーザ投光器６１と、その反射像を干渉フィルタ６４を介して撮像するカメラ６３を備えている。このセンサヘッド８９は、溶接トーチ５の前方に配置され、溶接制御ヘッド４に搭載している。干渉フィルタ６４は特定波長のレーザ光のみを抽出する。投光受光制御器６５は、レーザ投光器６１とカメラ６３を制御すると共に、撮像された光切断画像を画像処理装置６６に送信する。この画像処理装置６６には、溶接を行う時に位置ずれ、開先形状の検出情報を抽出する溶接検出プログラムと、溶接ビード表面の品質検査を行う時に欠陥情報を抽出する欠陥検出プログラムの両方を内臓しており、統括制御装置１７からの検出指令と検出結果の報告要求に対応できるようにしている。
【００５３】
なお、スリット状のレーザ投光器６１の代りに、スポット状のレーザ光を照射及び高速で揺動する機構を備えた揺動式レーザ投光器を使用しても良い。図示していないが、センサヘッド８９は、過熱を防止する水冷構造、支障のある微粒子の侵入を防止するガス流出構造にしている。また、位置ずれの検出にアークセンサを使用する場合は、この溶接及び欠陥検出兼用センサの用途は欠陥検出のみで良く、欠陥検出プログラムのみ内臓した画像処理装置６６に改めて、欠陥検出用センサとして活用すれば良い。
【００５４】
図１７は溶接トーチの位置制御及び溶接条件制御に使用するための溶接及び欠陥検出兼用センサによる検出内容を示す説明図である。図中の点線は溶接前に基準設定(トーチ位置とセンサ位置の原点合せ)していた開先断面、実線は溶接時に基準位置が変化した開先断面を示している。主な検出項目は開先肩幅Ｗｓ、開先肩の中心位置Ｃｓ、その中心位置Ｃｓと初期値との位置ずれ△Ｙｓ、△Ｚｓ、開先深さＨｓ、開先角度αｓ、未溶接面積(開先面積)Ａｓ、ビード幅又は開先底幅Ｂｓ、開先底幅の中心位置Ｃｂ、その中心位置Ｃｂと初期値との位置ずれ△Ｙｓｓ、△Ｚｓｓである。
【００５５】
図１８は溶接部の品質検査及び溶接欠陥の自動補修で必要な欠陥の種類と検出内容を示す概略図である。
【００５６】
（１）は片側(右又は左)アンダーカット、（２）は両側アンダーカットの欠陥であり、開先斜面の金属が欠ける点に特徴がある。（３）は片側オーバーラップ、（４）両側オーバーラップの欠陥であり、開先斜面の底部が溶けず(融合不足)に鋭角状にできやすい点に特徴がある。（５）はビード不揃いの欠陥であり、うねり状のビードが中央寄りにできやすい点に特徴がある。（６）は開孔したブローホールで、寸断された大小の空孔が中央寄りにできやすい点に特徴がある。
【００５７】
また、溶接割れの時は、ブローホールと異なる幅の狭い鋭い溝が１つ中央寄りにできやすい点に特徴がある。なお、一般鋼材やステンレス鋼材の溶接では、溶接割れは生じにくい。それぞれ異なる特徴点に着目することで、各欠陥の種類分け及び発生箇所の特定が可能となる。また、種類分けした各欠陥の検出項目は、欠陥の深さｈ、面積Ａ、幅ｂ、ビードと接する角度θであり、この大きさから補修の要否と自動補修すべきか手動補修すべきかを決めることが可能となる。
【００５８】
なお、上記した溶接欠陥の検出手段として、光切断式センサを用いた例を示したが、直視式センサを使っても良い。例えば、溶接ビードのある表面部を撮像するカメラを備えた直視式センサより得られる直視画像から、欠陥情報の抽出処理を画像処理装置で行うと良い。抽出可能な欠陥の面積の大きさが、補修要否と自動補修すべきか手動補修すべきかを決める情報になり得るものと考えられる。
【００５９】
図１９は光切断式センサによる検出情報を使って溶接トーチ位置の倣い制御及び溶接条件の補正制御を行う制御ブロック線図の一実施例である。位置ずれの検出値に平均化処理を加えた検出値(△Ｙｓ、△Ｚｓ)６８と目標値６７から修正すべき位置ずれ(△Ｙｍ、△Ｚｍ)の計算６９をして、左右・上下の位置ずれをなくす方向にトーチ位置の修正制御指令７０を溶接制御ヘッド４に発信するようにしている。一方、溶接条件の補正制御については、未溶接面積Ａｓとビード幅Ｂｓの検出値７５、７７を使って、補正すべき溶接速度△Ｖｍ、電流△Ｉｍ、ウィービング幅△Ｂｍの計算７８を行い、補正すべき位置で適正になるように溶接制御ヘッド４と溶接電源１０に発信している。このように制御することによって、開先継手の加工誤差や位置決め誤差を伴う溶接ワークに対しても、溶接全長に渡って適正で均一な溶接ビード形状を得るようにすることができる。
【００６０】
自動溶接では、良好な溶接結果が得られるように溶接の位置制御及び条件制御を行っているが、溶接欠陥が全く出ないという保証はない。溶接部の品質検査はそのために行っている。そして、万一、溶接欠陥が発生した時には補修しなければならない。自動補修が可能な溶接欠陥もあれば、それが困難な溶接欠陥もなかにはある。
【００６１】
図２０は本発明の補修方法決定処理Ｐ１２と補修溶接制御動作Ｐ１３の具体的な実行手順を示す一実施例である。この実施例では、欠陥補修の要否及び補修の必要時に自動補修すべきか手動補修すべきかを決定して、自動補修時は欠陥部分とその周囲を補修溶接するように制御を行い、手動補修時には手動操作による補修要求表示を行う。すなわち、補修方法を決定１２１する工程では、欠陥補修の基準データファイル１２２を基にして、前工程で検出判別された欠陥の種類、大きさが、例えば、第１の基準値以下の時は補修不要と判定し、第１の基準値と第２基準値の範囲内にある時は自動補修と判定し、第２の基準値を超える時には手動補修と判定する。上記欠陥補修の基準データファイル１２２には、欠陥の有無、種類、大きさに応じて補修の要否、自動補修か手動補修かを決める基準値や、欠陥部の補修範囲などを決める基準値を記載しているもので、この詳細内容は後述する。
【００６２】
上記の判定後には装置運転者に分るように、補修可否、補修すべき欠陥の種類、大きさ、個数、補修範囲、補修方法１２３を表示装置１６に画面表示１２４する。無欠陥又は微欠陥で補修不要な時１２５は、そのまま１パス終了処理１４４に至る。反対に、中欠陥有りで手動補修すべき時１２８は、手動補修の要求表示１４６をし、補修完了まで待機する。装置運転者又は溶接作業者は、画面に表示されている手動補修すべき欠陥内容、位置を確認し、ペンダント操作、目視監視しながら手動補修１４７を行う。その補修が完了１４８すると補修完了処理及び１パス終了処理１４４に至る。
【００６３】
表２及び表３は、自動補修すべき欠陥情報と手動補修すべき欠陥情報を画面表示する実施例である。
【００６４】
【表２】

【００６５】
【表３】

【００６６】
小欠陥有りで自動補修すべき時には、例えば、継続実行のＦ１キーを押すと、溶接制御ヘッド４の移動指令１２９、補修条件の設定指令を出して、表２に示した補修位置に移動し欠陥消滅の自動補修を開始１３０する。欠陥部分及びその周囲を再溶融するナメ付けの補修溶接である。この時の補修溶接条件は、経験及び実験に基づいて事前設定してある補修専用条件、あるいは溶接動作の工程で使用した溶接条件(表１に記載の溶接パスプランデータ)を一部変更して用いるようにしている。主な条件変更因子は、トーチ位置のシフト量、電流、ワイヤ送り速度、ウィービング幅であり、補修すべき欠陥の種類と位置に応じて決めてある各値を使分けて用いる。
【００６７】
例えば、オーバーラップの欠陥が右側にある時は、トーチ位置を右寄りにシフトし、両側にある時にはウィービング幅を少し広げると良い。また、アンダーカットの欠陥が左側にある時は、ワイヤを少量入れるかあるいは電流を少し下げると良い。ビード不揃いの欠陥が中央部にある時は、トーチ位置の補正なし、ワイヤなしにすると良い。さらに、各種の欠陥が混在してある時には、オーバーラップのある方向へトーチ位置をシフトさせるかあるいはウィービング幅を増減させると良い。
【００６８】
欠陥消滅の補修溶接中は、補修施工情報の表示１３２を画面表示装置１６へ、各軸現在位置の報告要求１３３を溶接制御ヘッド４へ、条件出力値の報告要求を溶接電源１０へそれぞれ行う。この自動補修は、溶接制御動作Ｐ６の工程で記憶した溶接位置倣い制御データ２８を使って、トーチ位置の修正計算１３４、修正位置１３６での位置ずれの修正指令１３７を繰返し行う。図２１は自動補修中に補修施工情報を画面表示する実施例である。溶接電源１０及び溶接制御ヘッド４に各々要求すべきピーク・ベース電流と時間、電圧、溶接速度、ウィービング幅などの補修条件情報１７０、溶接トーチの走行Ｘ、左右中央Ｙ、上下Ｚの位置情報１７１、位置制御データの△Ｙｓ、△Ｚｓ、修正計算の値△Ｙｍ、△Ｚｍなどの位置制御情報１７２、補修開始及び終了の位置θｓ１、θｅ１、欠陥の種類、発生位置などの欠陥補修情報１７３、さらに、異常発生時に補修動作の自動停止を行うと同時に、その異常内容、処置内容の情報１７４を画面表示装置１６にリアルタイムで表示するようにしている。
【００６９】
これらの情報表示によって、運転作業者に補修状況を提供することができる。なお、溶接制御動作Ｐ６の工程でも、上記の情報から溶接中に必要な情報を抜粋して表示すると同時に、不足している溶接用センサの検出情報を追加して表示すると良い。終了位置１３９に到達と補修一時終了処理１４１に至り、次の欠陥部分の補修位置へ移動１２９して再び自動補修を開始する。上記の一連動作は全ての補修が完了１４２するまで繰返し行われる。補修完了処理及び１パス終了処理１４４に至ると、溶接工程での溶接制御記録データ、欠陥検出工程での欠陥判別記録データ、補修工程での欠陥補修溶接記録データなど必要なファイルを作成１４５して終了１４９となる。補修完了後の溶接品質確認を希望する時には、溶接パス更新の工程Ｐ５に戻る前に、欠陥検出動作Ｐ７を再度行うようにすると良い。このように欠陥の種類、大きさに応じて補修方法を使分けすることによって、欠陥消滅の自動補修を確実に行うことができるばかりでなく、溶接自動化のレベルアップ、信頼性の向上、手動補修の大幅削減に寄与できる。
【００７０】
図２２は、欠陥の有無、種類、大きさに応じて補修の要否、自動補修か手動補修かを決める基準値を示す一実施例である。この実施例では各欠陥の大きさとして、例えば、深さｈを４段階のレベルに分けて判定している。アンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃いの欠陥時は、レベル０(無欠陥又は微欠陥)で補修不要と判定し、レベル１、２（小欠陥）で自動補修と判定し、レベル３（深さ２.０ｍｍ以上の中欠陥）で手動補修と判定している。溶接割れ、開孔ブローホールの欠陥時には、上記の欠陥より自動補修が難しくなるために、レベル１の範囲で自動補修と判定し、その上のレベル２、３では手動補修するように基準を変えている。アンダーカットとオーバーラップは、片側だけでなく両側に生じることもある。
【００７１】
他の欠陥は主に中央部に生じ易い傾向がある。各種の欠陥が混在してある時は、例えば、補修の優先順位を溶接割れ、開孔ブローホール、オーバーラップ、アンダーカット、ビード不揃いの順にすると良い。欠陥の深さｈの代りに、例えば、欠陥面積Aの大きさを使って基準分け、補修判定をしても良い。さらに、充填層後の仕上層の溶接では、品質結果をより良くするために、上記の厳しくすることもできる。この他、溶接材質や要求品質に応じて基準レベルを変えても本発明に何ら支障がないものである。
【００７２】
図２３、図２４は、固定円管及び平板部材の各溶接ワークにおける欠陥位置、自動補修範囲などを示す概略図である。この実施例では、任意の位置に補修すべき欠陥(●印の点)が単独である時あるいは補修すべき欠陥が複数点在してある時に、各補修の開始位置及び終了位置をそれぞれ示している。
【００７３】
図２３においては、補修すべき欠陥がθｘ１からθｘ５の位置にあり、かつ、単独の欠陥時は、その欠陥位置(θｘ３)を前後する周囲を含む角度長さだけ補修溶接(θｓ２→θｅ２)するようにし、複数点在の欠陥時には、その欠陥群の初期位置(θｘ１)から終期位置(θｘ２)の周囲を含む累計角度長さまで補修溶接(θｓ１→θｅ１)するよにしている。時計回り方向が通常の溶接方向である。図中の正転補修範囲(θｓからθｅ)は下向き姿勢から下進姿勢となる領域、逆転補修範囲は上進姿勢となる領域を示している。上進姿勢となる領域に補修すべき欠陥が点在する時には、補修をより良くするために、逆転方向に姿勢を変えて補修溶接(θｓ３→θｅ３)するように溶接制御ヘッドの駆動制御及び溶接電源の出力制御を行っている。
【００７４】
図２４に示した平板部材（指定パスの溶接ビード１００ａ）の欠陥位置（Ｘ１からＸ５）の補修溶接（ｓ１→ｅ１、ｓ２→ｅ２）も、上記と同様にして行うことができる。さらに、万一、補修すべき欠陥が至る所に多発して、補修累計長さが溶接全長の7割以上もある時には、断続的に繰返す補修溶接動作は避けて、その溶接全長に渡って補修溶接するように行う方が良い。このように欠陥の位置、個数に応じて補修動作の使分けをすることにより、確実な欠陥消滅と作業時間の短縮を図ることができる。
【００７５】
図２５は自動補修で重要な溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す一実施例である。この実施例では、溶接制御動作Ｐ６の工程で記憶した位置制御データ２８と欠陥補修用位置補正データ１６２を使って、トーチ位置の目標値１６１に対する位置ずれの修正計算をして、修正すべき位置１６８で、トーチ位置の修正制御指令１６６を溶接制御ヘッド４に発信するようにしている。
【００７６】
図２６は欠陥補修の制御結果の一実施例を示すもので、トーチ位置を適正に補間倣い制御しながら各欠陥部分及びその周囲（３箇所）の自動補修を適正に行える。このように、自動補修することによって欠陥が確実に消滅でき、健全は溶接品質を確保することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、これまで熟練溶接士の高度な技量に依存していた欠陥部の補修溶接を自動化することができるばかりでなく、多層盛溶接の自動制御からパス溶接毎の品質検査と欠陥判別、補修方法の決定、欠陥補修の溶接制御まで全て自動で行うことができるという効果がある。この高度自動化によって健全な溶接品質はもちろんのこと、脱技能化、信頼性向上及び作業工数低減、さらに、装置稼動率の向上による生産性向上や省力化に寄与できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の自動溶接装置を示す概要構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の自動溶接装置を示す概要構成図である。
【図３】本発明の実施例における溶接制御盤の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の多層盛溶接及び欠陥発生時の補修溶接に重要な施工手順を示す説明図である。
【図５】本発明の多層盛溶接及び欠陥発生時の補修溶接の他の施工手順を示す説明図である。
【図６】多層盛溶接におけるパス順序及び目標の溶接トーチ位置を示す断面図である。
【図７】多層盛溶接における指定パスの溶接状況を示す断面図である。
【図８】図７に示す溶接における電流とウィービング動作を示す説明図である。
【図９】図４に示す溶接制御動作の実行手順を示す説明図である。
【図１０】図４に示す溶接欠陥検出動作及び欠陥判別記録処理の実行手順を示す説明図である。
【図１１】図５に示す溶接制御動作と溶接欠陥検出動作の実行手順を示す説明図である。
【図１２】ウィービング動作と電圧の検出を示す説明図である。
【図１３】図１２のウィービング動作のパルスアーク溶接における動作制御フローチャートを示す説明図である。
【図１４】図１３の制御における左右方向の溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す説明図である。
【図１５】図１３の制御における上下方向の溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す説明図である。
【図１６】本発明の自動溶接装置の溶接及び欠陥検出兼用センサと関連機器の構成を示す図である。
【図１７】溶接トーチの位置制御及び溶接条件制御用の溶接及び欠陥検出兼用センサによる検出内容を示す説明図である。
【図１８】溶接部の品質検査及び溶接欠陥の自動補修で必要な欠陥の種類と検出内容を示す概略図
【図１９】光切断式センサによる検出情報を使って溶接トーチ位置の倣い制御及び溶接条件の補正制御を行う制御ブロック線図の一実施例である。
【図２０】本発明の実施例の補修方法決定処理と補修溶接制御動作の実行手順を示す説明図である。
【図２１】図２０の実行手順の自動補修中に補修施工情報の画像表示を示す説明図である。
【図２２】図２０の実行手順における補修要否、自動補修か手動補修かを決定する基準値を示す説明図である。
【図２３】図２０の実行手順における固定円管溶接での欠陥位置、自動補修範囲を示す説明図である。
【図２４】図２０の実行手順における平板部材溶接での欠陥位置、自動補修範囲を示す説明図である。
【図２５】図２０の実行手順における溶接トーチ位置の制御ブロック線図を示す説明図である。
【図２６】図２０の実行手順における欠陥補修の制御結果の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ‥溶接ワーク、２‥開先継手、３、３ｂ‥レール、４‥溶接制御ヘッド、５‥溶接トーチ、５a‥電極、６‥左右駆動軸、７‥ワイヤ、８‥溶接用センサ、９‥欠陥検出用センサ、８９‥溶接及び欠陥検出兼用センサ、１０‥溶接電源、１１‥溶接制御盤、１２、１３a、１３ｂ‥配線、１４‥各軸駆動装置、１５‥操作盤、１６‥画面表示盤、１７‥統括制御装置、１８‥溶接情報演算装置、１９‥欠陥検出演算装置、２０‥自動運転プログラム、２１‥自動演算プログラム、２２‥溶接パスプランデータ、２３‥溶接位置・条件制御部、２４‥溶接制御データファイル、２５‥欠陥補修決定制御部、２６‥欠陥補修データファイル、２７‥欠陥補修基準データファイル、２８‥位置倣い制御データファイル、２９‥各種記録データファイル作成、３１‥溶接条件設定指令、３２‥溶接所定位置移動指令、３３‥溶接開始・出力指令、３４‥自動溶接動作の状況表示、３５‥各軸現在位置報告要求、３６‥条件出力値の報告要求、３７‥溶接情報の検出指令、３８検出結果の報告要求、３９‥トーチ位置、溶接条件の補正計算、４２、７０‥位置ずれの修正指令、４５‥溶接条件の補正指令、５２‥溶接制御ヘッドの反転移動指令、５３‥欠陥検出動作の状況表示、５５‥溶接欠陥の検出指令、５７‥欠陥検出データの情報処理、５９‥終了・反転戻り処理、６１‥レーザ投光器、６２‥干渉フィルタ、６３‥カメラ、６４‥スリット光、６５‥レーザ投光受光制御器、６６‥画像処理装置、１００‥指定パスの溶接ビード、６７‥トーチ位置の目標値、６８‥トーチ位置の検出値、６９‥位置ずれの修正計算、７４‥未溶接面積の目標値、７５‥未溶接面積の検出値、７６‥ウィービング幅の目標値、７７‥ウィービング幅の検出値、７８‥電流、電圧、ウィービング幅の補正計算、７９‥電流の補正指令、８０‥速度、ウィービング幅の補正指令、１２１‥欠陥判別及び補修方法決定処理、１２２‥欠陥補修の基準データファイル、１２４‥欠陥内容、位置、補修方法の画面表示、１２５‥補修不要な時、１２７‥自動補修すべき時、１２８‥手動補修すべき時、１２９‥補修位置移動指令、１３０‥自動補修開始指令、１３１‥自動補修の状況表示、１４１‥補修一時終了処理、１４６‥手動補修の要求表示、完了待ち、１６１‥欠陥補修位置の目標値、１６２‥欠陥補修位置補正データ、１６５‥溶接時の位置制御データ。

Claims

アーク溶接及び欠陥補修が可能な溶接トーチの左右上下の移動及び溶接線方向の往復走行が可能な溶接制御ヘッドと、前記溶接トーチへの給電及びワイヤ供給が可能な溶接電源と、溶接制御ヘッドの駆動制御、溶接電源の出力制御、溶接条件及び溶接トーチ位置データの情報処理、溶接用センサと欠陥検出用センサとの両機能を備えた光切断式センサからなる溶接及び欠陥検出兼用センサの検出指令と検出情報処理、及び構成機器の統括管理が可能な溶接制御装置とを用いて、多層盛のアーク溶接及び欠陥補修が必要な円柱又は円筒形或いは平板の部材から成る開先継手の自動溶接及び欠陥補修を行う方法において、
画像処理装置に内蔵されている開先形状及び溶接前に基準設定した開先肩の中心位置又は開先底幅の中心位置の初期値に対する左右上下の位置ずれを検出する溶接検出プログラムと前記溶接及び欠陥検出兼用センサとによって検出される開先形状及び前記位置ずれの検出情報と溶接条件及び溶接トーチ位置データの基準情報とを基にして、１パス溶接毎に溶接トーチ位置の倣い制御や溶接条件の補正制御を行う第１工程と、
前記第１工程のアーク溶接終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、前記溶接検出プログラムから欠陥検出プログラムへの切替えと前記溶接及び欠陥検出兼用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録する第２工程と、
前記第２工程で判別された欠陥のアンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃い、割れ、開口ブローホールの種類や大きさに基づいて、無欠陥又微欠陥の時は補修不要と決定し、小欠陥の時は自動補修と決定し、中欠陥の時は手動補修と決定する第３工程と、
前記第３工程の決定によって補修不要の時には該当する溶接パスを終了して次パスの溶接動作に更新させ、自動補修の時には該当する前記小欠陥部分及びその周囲を自動運転で補修させ、手動補修の時には手動操作の補修要求表示後に、前記中欠陥部分及びその周囲を手動運転で補修させる第４工程と、を有することを特徴とする自動溶接及び欠陥補修方法。
請求項１に記載の自動溶接及び欠陥補修を行う方法において、
前記第３工程では、前記欠陥の有無、種類と大きさに応じて欠陥補修の要否、自動補修か手動補修かを決める基準値を定め、
欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル０に該当する時は補修が不要な無欠陥又微欠陥であると判定し、
アンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃いの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル１か２に該当する時、及び割れ、開口ブローホールの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル１に該当する時は自動補修が必要な大きさの小欠陥であると判定し、
アンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃いの深さ又は面積がレベル３に該当する時、及び割れ、開口ブローホールの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル２または３に該当する時は手動補修が必要な大きさの中欠陥であると判定し、
前記小欠陥の判定箇所を前記第４工程で自動補修する時には、前記第１工程の溶接パスで制御して記憶した溶接トーチの位置制御データと、前記欠陥判定で記録した補修の開始位置及び補修終了位置のデータと、補修専用条件又は該当する溶接パスで出力した溶接条件の一部を補修用に変更した溶接変更条件とを使用して、前記小欠陥部分及びその周囲の補修を自動運転で行い、前記中欠陥の判定箇所を前記第４工程で手動補修する時には、画面表示の補修すべき欠陥の内容や位置を確認し、前記中欠陥部分及びその周囲の補修を手動運転で行うことを特徴とする自動溶接及び欠陥補修方法。
請求項１に記載の自動溶接及び欠陥補修を行う方法において、
アークセンサユニットを使用する場合には、欠陥検出用センサを用い、アーク溶接中に前記アークセンサユニットによって検出される検出情報に基づいて１パス溶接毎に溶接トーチの位置倣い制御を行い、同時に、前記アーク溶接中に前記欠陥検出プログラムの起動と前記欠陥検出用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録し、
又は第１工程のアーク溶接終了後の前記第２工程で溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、前記欠陥検出プログラムの起動と前記欠陥検出用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録し、
その後に、補修が必要な小欠陥の判定箇所を前記第４工程で自動補修する時には、前記欠陥判定で記録した補修の開始位置及び補修終了位置のデータと、補修専用条件又は該当する溶接パスで出力した溶接条件の一部を補修用に変更した溶接変更条件とを使用して、
トーチ位置を制御しながら前記小欠陥部分及びその周囲の補修を自動運転で行い、前記中欠陥の判定箇所を前記第４工程で手動補修する時には、画面表示の補修すべき欠陥の内容や位置を確認し、前記中欠陥部分及びその周囲の補修を手動運転で行うことを特徴とする自動溶接及び欠陥補修方法。
多層盛のアーク溶接及び欠陥補修が必要な円柱又は円筒形或いは平板の部材から成る開先継手を対象に、アーク溶接及び欠陥補修が可能な溶接トーチの左右上下の移動及び溶接線方向の往復走行が可能な溶接制御ヘッドと、前記溶接トーチへの給電及びワイヤ供給が可能な溶接電源と、溶接制御ヘッドの駆動制御、溶接電源の出力制御、溶接条件及び溶接トーチ位置データの情報処理、溶接用センサと欠陥検出用センサとの両機能を備えた光切断式センサからなる溶接及び欠陥検出兼用センサの検出指令と検出情報処理、及び構成機器の統括管理を行う溶接制御装置とを備えた自動溶接装置において、
前記溶接及び欠陥検出兼用センサは、開先継手や溶接ビードのある表面部にスリット状の光を照射するレーザ投光器あるいはスポット状の光を照射・揺動する揺動式レーザ投光器と、そのレーザ反射像を撮像するカメラとを備えた光学式センサと、溶接トーチ近傍で開先継手や溶接ビードのある位置に配置したこの光学式センサより得られる光切断画像から、開先形状及び溶接前に基準設定した開先肩の中心位置又は開先底幅の中心位置の初期値に対する左右上下の位置ずれを検出する溶接検出プログラムと溶接ビード表面の欠陥情報を抽出処理する欠陥検出プログラムの両方を内蔵した画像処理装置とを含んで成り、
さらに、前記溶接検出プログラムと前記溶接及び欠陥検出兼用センサとによって検出される開先形状及び前記位置ずれの検出情報と溶接条件及び溶接トーチ位置データの基準情報とを基にして、１パス溶接毎に溶接トーチ位置の倣い制御や溶接条件の補正制御を行う第１の溶接制御手段と、
アーク溶接終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、前記溶接検出プログラムから欠陥検出プログラムへの切替えと前記溶接及び欠陥検出兼用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録する第１の欠陥判別記録手段と、
前記欠陥判別記録手段によって判別された欠陥のアンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃い、割れ、開口ブローホールの種類や大きさに基づいて、無欠陥又微欠陥の時は補修不要と決定し、小欠陥の時は自動補修と決定し、中欠陥の時は手動補修と決定する補修方法決定手段と、
前記補修方法決定手段の決定によって補修不要の時には該当する溶接パスを終了して次パスの溶接動作に更新させ、自動補修の時には該当する前記小欠陥部分及びその周囲を自動運転で補修させ、手動補修の時には手動操作の補修要求表示後に、前記中欠陥部分及びその周囲を手動運転で補修させる補修処理手段とを設けたことを特徴とする自動溶接装置。
請求項４に記載の自動溶接装置において、
前記欠陥の有無、種類と大きさに応じて欠陥補修の要否、自動補修か手動補修かを決める基準値を定める補修可否基準手段と、
欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル０に該当する時は補修が不要な無欠陥又微欠陥であると判定し、
アンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃いの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル１か２に該当する時、及び割れ、開口ブローホールの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル１に該当する時は自動補修が必要な大きさの小欠陥であると判定し、
アンダーカット、オーバーラップ、ビード不揃いの欠陥深さ又は欠陥面積がレベル３に該当する時、及び割れ、開口ブローホールの欠陥深さ又は欠陥面積の大きさがレベル２または３に該当する時は手動補修が必要な大きさの中欠陥であると判定する欠陥レベル判定手段と、
前記小欠陥の判定箇所を自動補修する時には、該当する溶接パスで記憶した第１工程の溶接パスで制御して記憶した溶接トーチの位置制御データと、前記欠陥判定で記録した補修の開始位置及び補修終了位置のデータと、補修専用条件又は該当する溶接パスで出力した溶接条件の一部を補修用に変更した溶接変更条件とを使用して、前記小欠陥部分及びその周囲の補修を自動運転で行う第１の自動補修処理手段と、
前記中欠陥の判定箇所を手動補修する時には、画面表示の補修すべき欠陥の内容や位置を確認し、前記中欠陥部分及びその周囲の補修を手動運転で行う手動補修処理手段とを設けたことを特徴とする自動溶接装置。
請求項４に記載の自動溶接装置において、
アークセンサユニットを使用する場合には、欠陥検出用センサを用い、アーク溶接中に前記アークセンサユニットによって検出される検出情報に基づいて１パス溶接毎に溶接トーチの位置倣い制御を行う第２の溶接制御手段と、
前記アーク溶接中に前記欠陥検出プログラムの起動と前記欠陥検出用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録する第２の欠陥判別記録手段、又はアーク溶接終了後に溶接制御ヘッドを反転移動させる時に、前記欠陥検出プログラムの起動と前記欠陥検出用センサとによって検出される溶接部の欠陥の有無、種類、大きさ、発生位置の検出情報を処理して判別及び記録する前記第１の欠陥判別記録手段と、
補修が必要な小欠陥の判定箇所を自動補修する時には、前記欠陥判定で記録した補修の開始位置及び補修終了位置のデータと、補修専用条件又は該当する溶接パスで出力した溶接条件の一部を補修用に変更した溶接変更条件とを使用して、トーチ位置を制御しながら前記小欠陥部分及びその周囲の補修を自動運転で行う第２の自動補修処理手段と、
前記中欠陥の判定箇所を手動補修する時には、画面表示の補修すべき欠陥の内容や位置を確認し、前記中欠陥部分及びその周囲の補修を手動運転で行う前記手動補修処理手段とを設けたことを特徴とする自動溶接装置。