JPH01154869A - 自動多層溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、タングステン電極と被溶接物との間にアー
クを発生させその熱を利用して溶接するＴＩＧ溶接や溶
接ワイヤ自体を消耗電極として溶接するＭＩＧ溶接など
の不活性ガス・アーク溶接、そのほか被覆アーク溶接、
炭酸ガス・アーク溶接などの電気溶接法により、円筒状
、平板状など各種形状、大きさのワークの開先部を多層
に自動溶接するための自動多層溶接装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ ワーク被溶接部である開先部の形状にはＶ開先、Ｕ開先
、し開先、隅肉なとかあり、また溶接姿勢もワークの全
体形状や重量などによって下向き、上進、水平隅肉の中
から適宜選定される。

従って、多層溶接の実施に際しては、上記の開先形状、
溶接姿勢はもとより、それ以外にもワーりの板厚、開先
角度、ルートフェース、ルートギャップ、裏当て材の有
無等といった多くの条件に基づいて、電流・電圧といっ
た溶接機条件、ウィービング幅、溶接速度、ウィービン
グ速度、溶接ヘット部の５軸方向への必要変位量という
各層毎の最終出力条件を決定し、その決定された最終出
力条件に適合するように溶接作業を進行することが望ま
しい。

然しなから、このような各層毎の最終出力条件の決定に
あたって、従来ては上記の多くの条件のうち変動のない
条件を基にして溶接技術者かその都度経験的な判断によ
って各層毎の最終出力条件決定していた。

［発明か解決しようとする問題点１ 以上のごとく、溶接技術者の経験的判断によって各層毎
の最終出力条件を決定する従来の多層溶接方法による場
合は、技術者側々の経験度合や溶接技術に対する習熟度
等によって出力条件に個人差かでることは免れ得す、そ
の結果、溶接部の強度、品質にばらつきを発生しやすい
問題があっ多くの要素のうちてもルートギャップ精度は
一様てなく、ワーク毎、層毎に大きく異なり、このルー
トキャップ精度を考慮しないで最終出力条件を決定して
多層溶接を実施した場合、溶接部の強度面、品質面での
欠陥発生率は非常に高いものになる。

このように、ワーク自体や開先部の加工上の問題から変
動か発生不可避なルートギャップを入力要素の１つとし
て最終出力条件を決定するにあたっても、技術者の経験
的判断に委ねる場合は定量的な条件決定が行なえず、多
層溶接の完全自動化は困難であった。

また、上述のようにワーク毎、層毎てのルートギャップ
の変動にも拘わらず最終出力条件をコンピュータによっ
て定量的に演算し、かつその演算結果に対応する制御信
号を溶接機構本体の位置決め手段および溶接機に出力し
て多層溶接の自動化を実行するために、過去におこなっ
た数多くの同種溶接のデータをコンピュータに入力して
メモリさせ、そのメモリしたデータから類似のデータを
引き出して自動溶接することも考えられるか、この場合
は、膨大なデータベースか必要であり、そのためには大
容量のメモリをもった大型コンピュータの使用か必要と
なる。

この発明は上記の実情に鑑みたものて、メモリ容量の小
さい小型コンピュータを使用して、ルートギャップ精度
のいかんに拘わらず、強度、品質の安定した多層溶接を
実現することかてきる自動多層溶接装置を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る自動多層溶接装置は、ワークの被溶接部
に対して溶接ヘット部を５軸方向に位置決めする手段を
備えた溶接機構本体と、上記の溶接ヘット部を含む溶接
機と、上記溶接機構本体の上記位置決め手段および上記
溶接機にバスを介して接続された中央処理装置を含むコ
ントローラとからなり、上記中央処理装置は、開先形状
、溶接姿勢、板厚、開先角度、ルートフェース、溶接進
行方向に沿った複数点のルートキャップおよび裏当て材
の有無等の入力情報に基づいて溶接層数を演算し指令す
る手段と、自動運転時において上記各入力情報のうちの
選択された複数の情報から溶接機の条件、ウィービング
幅、溶接およびウィービング速度、２層目以降における
溶接ヘット部の５軸方向への必要変位量を夫々演算し、
かつその演算結果に対応する制御信号を上記溶接機構本
体の位置決め手段および溶接機に出力する手段とを具備
したという構成に特徴を有するものである。

［作用］ 上記の如き特徴構成を有する、この発明によれば、開先
形状、溶接姿勢、板厚、開先角度、ルートフェース、複
数点のルートギャップおよび裏当て材の有無等といった
情報を中央処理装置に初期入力することにより溶接層数
を演算するとともに、各層毎の最終溶接条件を演算し、
かつその演算結果に基づく制御信号を溶接進行に合わせ
て溶接機構本体側の位置決め手段および／または溶接機
に出力して多層の溶接を完全自動的に行なえるに至る。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明す
る。

第１図はこの発明に係る自動多層溶接装置の機械系構成
図を示し、同図において、（１）は溶接機構本体であり
、この溶接機構本体（１）は、溶接ヘット部（２ａ）を
ワーク（Ｗ）の被溶接部に対して５軸方向、即ち左右軸
（Ｘ軸）方向と上下軸（ｙ軸）方向と溶接進行軸（２軸
）方向と溶接進行方向に対して直角な角度軸（θ）方向
ならびに溶接進行方向に対して平行な角度軸（α）方向
とに位置決めする手段を備えたものである。具体例を挙
げると、第１図（ａ）て示すように、溶接ヘッド部（２
ａ）を２軸方向を除く他の４軸方向に駆動移動可能に構
成した直交移動機構（１八）とワーク（Ｗ）を固定保持
して回転駆動し、その回転がＺ軸方向の移動手段となる
ポジショナ−（ＩＢ）とを組合せて成るもの、第１図（
ｂ）で示すように、上記したと同様な直交移動機構（Ｉ
Ａ）とワーク（Ｗ）を受は止め支持して回転駆動し、そ
の回転か２軸方向の移動手段となるターエンクロール（
ｔＣ）とを組合せて成るもの、第１図（Ｃ）て示すよう
に、上記したものと略同様な直交移動機構（ＩＡ）を床
面に固定設置したレール（ＩＤ）に沿って駆動走行可能
とし、その駆動走行をＺ軸方向の移動手段となしたもの
、第１図（ｄ）で示すように、溶接ヘット部（１ａ）を
上記の５軸方向に駆動変位可能とした多関節型ロボット
機構（ＩＥ）などが考えられ、これらはワーク（Ｗ）の
形状や大きさ、溶接内容等に応して適宜に使用選択され
る。

（２）は上記ヘット部（２ａ）を含む溶接機てあり、こ
の溶接機（２）としては既述した通りＴＩＧ溶接、ＭＩ
Ｇ溶接、被覆アーク溶接、炭酸ガス・アーク溶接などの
各種電気溶接機かワークの材質などに応して適宜に使用
選択されるものて、溶接条件である電流・電圧か可変に
構成されている。

（３）は中央処理装置（３ａ）　（以下、ＣＰＵと称す
）を含むコントローラであって、ＣＰＵによる後述する
演算結果に基づいて、それに対応する制御信号を上記溶
接機構本体（１）の位置決め手段および溶接機（２）に
出力するものである。

第２図は制御系の構成図を示し、同図において、（１に
）、（Ｉｙ）、（ｌｚ）、（１θ）、（１α）はパルス
エンコータなどを利用した上記５軸方向の位置検出セン
サ、（ｌｘｌ）、（ｌｙｌ）、（ｌｚｌ）、（１θ１）
、（１ａｌ）は上記５軸方向の変位を司るサーボモータ
てあり、これら各位置検出センサ（ｌｘ）、（ｌｙ）、
（ｌｚ）、（１θ）。

（ＩＣり　Ｓよび各サーボモータ（ｌｘｌ）　、（ｌｙ
ｌ）　、（ｌｚｌ）　。

（１θ１）、（１α１）か溶接機構本体（１）の位置決
め手段となり、かつこれらはアップダウンカウンタ（ｌ
ｃ）ｊ；よびサーボドライバー（１ｄ）をインターフェ
ースとして、バス（３ｂ）を介して上記ＣＰ　Ｕ　（３
ａ）に接続されている。また、上記溶接機（２）もイン
ターフェース（２ｅ）、バス（３ｂ）を介して上記ＣＰ
Ｕ（３ａ）に接続されている。

第３図は上記ＣＰ　Ｕ　（３ａ）の動作を示すフローチ
ャートてあり、この第３図を参照して、この発明の自動
多層溶接装置の機構および動作を説明する。

電源投入によりＣＰ　Ｕ　（：Ｉａ）を初期設定した上
で、被溶接部の開先形状が第４図（ａ）〜（ｄ）て示す
■開先、Ｕ開先、し開先、隅肉のいずれであるかを入力
する。

ついて、溶接ヘット部（２ａ）の被溶接部に対する空間
的姿勢、つまり溶接姿勢が下向き、上進、水平隅肉のい
ずれであるかを入力する。

続いて、第５図で示すように、ワーク（Ｗ）の板厚（ｔ
）、開先角度（θ）、ルートフェース（ＲＦ）。

溶接進行方向に沿った複数点のルートギャップ（ＲＧ）
および裏当て材（ＢＧ）の有無等の情報を入力する。

以上の各入力情報に基づいて溶接層数（Ｎ）を演算し、
かつその求めた層数（Ｎ）を自動溶接運転時に溶接ａ橋
本体（１）ならびに溶接機（２）への指令信号として出
力するように記憶する。

次に、自動溶接運転をスタートさせると、先ず上記の入
力情報のうち、開先形状、溶接姿勢、裏当て材の有無、
ルートフェースから溶接機（２）における条件、つまり
必要電圧、電流をＣＰ　Ｕ　（３ａ）か演算処理し、こ
の演算により求めた電圧、電流値のデータをインターフ
ェース（２ｅ）を介して溶接機（２）に伝送する（第１
ステツプ）とともに、ルートキャップ、板厚、センサ（
１ｚ）によるＺ軸方向の現在位置から必要ウィービング
幅をＣＰＵ（３ａ）において演算処理し、同様にルート
キャップ、開先形状、開先角度から溶接速度およびウイ
ービング速度を演算処理し、これらの演算により求めた
ウィービング幅ならびに溶接速度、ウイービング速度に
対応する制御信号を溶接機構本体（１）のサーボドライ
バー（１ｄ）に伝送する（第２ステツプおよび第３ステ
ツプ）。

このような第１〜第３ステツプ動作により決定された第
１層目の最終出力条件のもとて第１層目の溶接をおこな
い、これか終了したならば、つぎに開先形状、開先角度
からｙ軸方向の必要移動量を、かつ開先形状、開先角度
、ルートギャップからＸ軸方向の必要移動量を、さらに
開先形状、溶接姿勢からθ軸およびα軸の必要移動量を
夫々ＣＰ　Ｕ　（３ａ）において演算処理して、その演
算結果に対応する制御信号をサーボドライバー（１ｄ）
を介して各軸のサーボモータ（ｌｘ）、（ｌｙ）、（ｌ
ｚ）、（］θ）。

（１α）に伝送する（第４ステツプ〜第６ステツプ）こ
とにより２層目における溶接ヘッド部（２ａ）の始点位
置決めを行なうとともに、上記した第１〜第３ステツプ
と同一の動作により２層目の最終出力条件を演算し、こ
の演算により決定された出力条件のもとて第２層目の溶
接を実行する。

そして、第２層目の溶接か終了したならば、次層におけ
るｘ、ｙ、θ、α軸の必要移動量の演算とその演算結果
にもとづく溶接ヘッド部（２ａ）の始点位置決めを上記
した第４〜第６ステツプ動作により行なうとともに、第
１〜第３ステツプ動作により次層の最終出力条件を演算
するといったように、第１〜第６ステツプ動作を最終層
まて繰り返して初期入力情報により求められた層数（Ｎ
）に及ぶ多層溶接を全自動的に行なうのである。

なお、上記実施例では各層か１バスの多層溶接の場合に
ついて説明したか、各層２パスの場合や１〜３層までは
１層１バスて、それ以降かの１層２パスの場合にも応用
できるのは勿論である。

［発明の効果］ 以上の説明からも既に明らかなように、この発明による
時は、開先形状、溶接姿勢、板厚、開先角度、ルートフ
ェース、ルートギャップ、裏当て材の有無といった、溶
接前に既知或いは容易に測定し得る情報をコントローラ
の中央処理装置に入力することによって、溶接層数のみ
てなく、各層毎の最終出力条件を所定の演算式に基づい
て自動演算し、その演算結果に対応する制御信号を必要
各部に出力するのて、技術者（作業者）によるばらつき
かなく、溶接部の強度、品質を安定化てきる。特に、溶
接部の強度、品質に大きな影響力をもつルートキャップ
を最終出力条件の決定因子とするのて、ルートギャップ
精度のいかんにかかわらず溶接部の強度および品質を良
好なものに維持てきる。

しかも、各層毎の最終出力条件を既述の入力情報に基づ
いてリアルタイムに演算し決定するのて、メモリ容量は
小さくて済み、小型コンピュータの使用て所期の目的を
達成てきるといった効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による自動多層溶接装置の機
械系構成図、第２図は制御系構成図、第３図は動作を説
明するためのフローチャート、第４図（ａ）〜（ｄ）は
開先形状例を示す説明図、第５図は被溶接部の各部を説
明するための図である。 （１）・・・溶接機構本体、（ｌｘ）、（ｌｙ）、（ｌ
ｚ）、（１θ）。 （ｌａ）−−−位置検出センサ、（ｌｘｌ）、（ｌｙｌ
）、（ｌｚｌ）。 （１０１）、（１αｌ）・・・サーボモータ、（ＩＣ）
・・・アップタウンカウンタ、（１ｄ）・・・サーボド
ライバー、（２）・・・溶接機、　（２ａ）・・・溶接
ヘッド部、（３）・・・コントローラ、（３ａ）−ＣＰ
　Ｕ　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークの被溶接部に対して溶接ヘッド部を５軸方
   向に位置決めする手段を備えた溶接機構本体と、上記の
   溶接ヘッド部を含む溶接機と、上記溶接機構本体の上記
   位置決め手段および上記溶接機にバスを介して接続され
   た中央処理装置を含むコントローラとからなり、上記中
   央処理装置は、開先形状、溶接姿勢、板厚、開先角度、
   ルートフェース、溶接進行方向に沿つた複数点のルート
   ギャップおよび裏当て材の有無等の入力情報に基づいて
   溶接層数を演算し指令する手段と、自動運転時において
   上記の各入力情報のうちの選択された複数の情報から溶
   接機の条件、ウイービング幅、溶接およびウイービング
   速度、２層目以降における溶接ヘッド部の５軸方向への
   必要変位量を夫々演算し、かつその演算結果に対応する
   制御信号を上記溶接機構本体の位置決め手段および溶接
   機に出力する手段とを具備したことを特徴とする自動多
   層溶接装置。