JPH0220664A - 開先倣い法 - 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］ この発明は開先倣い法に係り、更に詳細には画像処理に
よる開先倣い法と、アークセンサ方式の開先倣い法とを
組合せた開先倣い法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、溶接中のトーチの開先幅方向！ｌ！ｔｈ（以下、
Ｘ軸という）の位置合せを行なう開先倣い法において、
比較的精度の高いものとしては、アークセンサ方式の開
先倣い法と画像処理方式の開先倣い法とが知られている
。

アークセンサ方式の開先倣い法（以下、アークセンサ倣
いという）は、アークの特性測定データに基いてトーチ
のｘ！ｌ１ｔｈ倣いを行なわせる方法である。アーク電
圧や溶接電流は、溶接電極と開先のをとの距離の変化に
応じて規則的に変化することが知られている。これは、
アークの特性が開先壁の存在により変化するためである
が、この変化特性により開先中心線に対する電極位置の
偏移量を検出し、その偏移量に基き電極位置を開先中心
線に追従させる方法が各種実用化されている０例えば、
溶接ワイヤを高速回転させることによりアークを回転さ
せる所謂高速回転アーク溶接法においては、回転アーク
のアーク電圧波形または溶接電流波形を検出し、回転の
左右、即ち開先の左壁側と右壁側での波形の差を求め、
この差が無くなるようにワイヤ位置のＸ軸倣いが行なわ
れている。

尚、高速回転アーク溶接法においては、回転に伴なって
ワイヤ位置が変化するが、開先中心線に追従させるべき
ワイヤ位置は、ワイヤの回転径を真上から見て溶接方向
最前方に位置する回転位置である。

このようなアークセンサ倣いの利点は、トーチの軸芯位
置を制御対象の基準位置とした機械的なＸ軸倣いとは異
なり、アークの変化特性に基いてアーク発生点自体を制
御対象の基準位置としたＸ軸倣いが行なわれるため、溶
接ワイヤの曲りにも影響を受けず、リアルタイムでＸ軸
倣いを行なえることである。

しかしながら、このアークセンサ倣いの欠点は、以下に
説明するように溶接速度が遅くなり、開先壁が存在しな
いのと同様な状態となると倣いを行ない得ない点である
。

浅い開先を溶接する際には、溶接速度が遅いと開先壁が
存在しない状態となる。というのは、溶接速度が遅くな
ると溶融プール先端がアーク発生点前方に流れ易くなり
、アーク発生点は溶融プールの中央付近に位置すること
になるためである。

この場合、アーク発生点近傍の開先は溶融プールで埋ま
るため、アーク発生点近傍では開先壁が存在しないのと
同様な状態となる。この状態ではアークの特性がアーク
発生点のＸｔｉｄ１方向の位置とは無関係になり開先壁
の影響を受けなくなってしまう、従って、この状態では
倣いを行ない得ないことになる。この現象は特に−層盛
り溶接で開先が全て埋まるような浅い開先での溶接や、
多層盛溶接での最終層付近の溶接を行なう場合に顕著で
ある。

一方、画像処理方式の開先倣い法（以下、画像処理倣い
という）は、トーチと一体的に移動可能に設置されたＣ
ＣＤカメラ等の撮像手段の撮像データに基いてＸ軸倣い
を行なわせる方法である。

この方法によれば、撮像手段がトーチ前方の開先を撮像
し、その撮像信号を画像処理することにより開先中心線
を検出し記憶する。この検出中心線とトーチの軸芯位置
とが一致するように、トーチ位置に対応する前記記憶さ
れた開先中心線にトーチを移動させることによりＸ軸倣
いが行なわれる。この画像処理倣いの利点は、開先壁の
存在の有無に関わらず倣いを行なうことが可能であり、
開先中心位置を直接検出できるので比較的精度の高い倣
いを行なえる点である。しかしながら、その倣いの精度
は、上述のアークセンサ倣いに比較すると以下の点で劣
っている。

（イ）溶接ワイヤの曲りや変形の影響 溶接ワイヤの曲りや変形は頻繁に生じるものであるが、
画像処理倣いは溶接ワイヤの曲りや変形には対応できな
い、というのは、画像処理倣いにおいては、制御対象の
基準位置をトーチの軸芯位置としているため、トーチの
軸芯位置と開先中心線とを合せることは可能ではある。

しかし、トーチの軸芯位置と開先中心線とが一致してい
たとしても、曲りや変形等に起因して溶接ワイヤ先端が
開先中心線に指向していない場合は、アークポイントの
実際の位置とは無関係にトーチの移動が行なわれること
になるためである。

（ロ）トーチ位置と検出位置の相違 撮像手段により検出される開先中心線は、トーチの前方
のものであって、トーチが撮像位置に来た時点で記憶さ
れていた開先中心線のデータによりトーチのＸ＠位置が
修正されるのであるが、撮像された時点からトーチが撮
像位置に来るまでの間に接合部材が溶接変形などにより
移動した場合、正確な倣いは行ない得ない。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の通り、アークセンサ倣いと画像処理倣いは夫々一
長一短である。例えば、倣いの精度の点ではアークセン
サ倣いの採用が望ましいが、上述のように溶接速度が遅
い場合、即ち開先壁が存在しない場合は対応できないと
いう問題点がある。

一方、画像処理倣いはアーク発生点近傍の開先壁の存在
の有無に影響されないが、上述のように溶接ワイヤの曲
りに対応できないという問題点がある。この発明は、上
述のような問題点に鑑みて成されたものであり、その目
的とするところは、アークセンサ倣いと画像処理倣いと
を組合せ、各々の長所を生かすことが可能な開先倣い法
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、溶接中のアーク電圧または溶接電流の変化
を測定することにより、開先中心線に追従させるべき電
極位置の前記開先中心線に対する偏移量を検出し、その
検出結果に基き電極位置が開先中心線と一致するように
トーチ位置を開先幅方向に移動させるアークセンサ方式
の第１の開先倣い法と、 前記トーチ前方の開先を撮像し、その撮像信号を画像処
理することにより開先中心線位置を検出し、その検出開
先中心線位置とトーチ軸芯とが一致するようにトーチ位
置を開先幅方向に８勤させる画像処理方式の第２の開先
倣い法とを併用した開先倣い法であって、 溶接中の前記トーチの送り速度を検出し、その検出速度
が予め定められた基！！速度以上の時のみ前記第１の開
先倣い法を行ない、その検出速度が予め定められた基準
速度より小なる時のみ前記第２の開先倣い法を行なうこ
とにより上記目的を達成したものである。

［作用］ 上記のように構成された本発明に係る開先倣い法は、溶
接中のトーチの送り速度が予め定められた基準速度以上
の時のみアークセンサ方式の開先倣い法（第１の開先倣
い法）を行ない、その検出速度が予め定められた基準速
度より小なる時のみ画像処理方式の開先倣い法（第２の
開先倣い法）を作動させる。従って、高速度溶接の場合
倣い精度のｆ量れるアークセンサ倣いが（最先的に実行
され、アークセンサ倣いが不能となる低速度溶接の場合
は画像処理倣いが行なわれることになる。

本発明の特徴と利点を一層明確にするために、好ましい
実施例について添付図面とともに説明すれば以下の通り
である。

［実施例］ 第１図には本発明の好適な実施例に係る開先倣い法の制
御系のブロック図が示されている。この例では、アーク
を回転させてその物理的効果を周辺に分散させ、溶込み
の周辺分散と扁平ビード（湾曲ビード）の形成などの利
点の得られる高速回転アーク溶接法に適用した場合を示
しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

第１図中、参照符号２０はアークセンサ倣い（第１の開
先倣い法）系の構成要素を、３０．３１は画像処理倣い
（第２の開先倣い法）系の装置の構成要素を示し、１０
〜１３は第１と第２の開先倣い系に共通する要素を示す
。尚、アークセンサ倣いと画像処理倣いの原理について
は上記従来技術で説明した通りであり、その説明は省略
する。

第１図において、溶接部材１には開先２が形成されてお
り、回転アークトーチ１０はモータＭにより溶接ワイヤ
Ｗを矢印ＣＷ力方向回転させながら送り装置３による送
りで開先２に沿って矢印ＦＡ方向へ溶接を進める。その
送り速度Ｖ即ち溶接速度■は溶接速度検出装置（速度検
出手段）４で検出される。また、送り装置３には、開先
２の幅方向に向いたＸ釉１１Ｘに案内支持されたＸ軸ス
ライドブロック１１が固定されている。このＸ軸スライ
ドブロック１１は、Ｘ　Ｉｄ＋駆動装置１２の駆動によ
りＸ軸１１Ｘ方向にトーチ位置を修正可能となっている
。

アーク電圧（溶接電流）処理装置２０は、アーク電圧（
または溶接電流）を検出し、これを適宜に処理して開先
倣いを行うための信号を作り出す。例えば、本実施例の
如くトーチとして回転アークトーチを採用した場合、上
記従来技術で説明したように、開先の左壁側と右壁側で
の波形の差を出力する。

また、ＣＣＤカメラ等の撮像手段３０は、トーチ１０の
前方で一定距離だけ先行した開先位置を撮像しており、
この撮像手段３０はトーチ１０と共通に前記送り装置３
によって一体的に８勤されるようになっている。

撮像手段３０による撮像信号は画像処理装置３１によっ
て信号処理され、画像データ処理によってトーチ１０の
前方の既知の距離位置における開先２の中心位置が例え
ば前記撮像信号のフレーム時間毎に検出される。

そして、前記Ｘ軸駆動装置１２の駆動制御は、制御装置
（制御手段）１３が、アーク電圧・溶接電流処理装置３
０からのトーチ１０のアーク自体の特性に基づく出力信
号と、画像処理装置３１からの開先２の中心線の位置情
報との何れかに従って制御する。ここで、どちらの制御
を選択するか＼ は、制御装置１３が、溶接速度検出装置４による検出速
度Ｖと基準速度Ｖ　ｒａｆとの大小関係を判断すること
により決定する。ここで基準速度Ｖ、。ｆとは、アーク
センサ方式の倣いが可能な速度の下限値とする。

次に上記のように構成された開先倣い装置の動作につい
て、第２図に示されたフローチャートに沿って説明する
。

溶接開始（Ｓｌ）後、溶接速度検出装置４により溶接速
度Ｖを検出する（Ｓ２）、次に、この検出速度と基準速
度Ｖｒａｆの大小を判別する（Ｓ３）、その結果、検出
速度Ｖが基準速度ｖｒ、ｆ以上の時はアークセンサ倣い
を実行する（Ｓ４）。

一方、検出速度Ｖが基準速度Ｖ、ｆより小なる時は、画
像処理倣いを実行する（Ｓ５）、これら（Ｓ４）、（Ｓ
５）の切り替えは上述の通り制御装置１３により行なわ
れる。

また、この開先倣い法を無人溶接に適用する場合に、溶
接終了と同時に自動的に倣いを停止させるには、以下の
ようにするとよい。

第２図において、（Ｓ４）または（Ｓ５）を実行中、溶
接開始からの経過時間または溶接進行距離を何等かの手
段により検出し、Ｊ宣に定められた時間または溶接進行
距離が経過した時点で、制御装置１３により溶接終了か
否かを判断する（Ｓ６）、溶接終了の場合は制御装置１
３の指令によりＸ軸駆動装置１２を停止させる（Ｓ７）
。

一方、溶接を続行する場合は、再び（Ｓ２）へ戻り、（
Ｓ２）〜（Ｓ６）を溶接終了まで繰り返す。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の開先倣い法は、アークセン
サ倣いと画像処理倣いとを組合せ、どちらの方法でも使
用出来る場合は倣いの精度の優れるアークセンサ倣いを
実行し、アークセンサ倣いが不能となる溶接速度におい
ては画像処理倣いを実行するように構成されている。従
って、従来の画像処理倣いのみを用いた開先倣い法に比
すると、精度の高い倣いを行なうことが可能である。

更に、従来のアークセンサ倣いのみを用いた開先倣い法
に比すると、広い範囲の溶接速度に適用可能という効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る開先倣い法の制御系のブ
ロック図、第２図は本発明の実施例に係る開先倣い法を
説明するためのフローチャート図を示す。 １０：トーチ、１１：Ｘ軸スライドブロック、１２：Ｘ
軸駆動装置、１３：制御装置、２０：アーク電圧（溶接
電流）処理装置、３０：撮像手段、３１：画像処理装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接中のアーク電圧または溶接電流の変化を測定するこ
   とにより、開先中心線に追従させるべき電極位置の前記
   開先中心線に対する偏移量を検出し、その検出結果に基
   き電極位置が開先中心線と一致するようにトーチ位置を
   開先幅方向に移動させるアークセンサ方式の第１の開先
   倣い法と、前記トーチ前方の開先を撮像し、その撮像信
   号を画像処理することにより開先中心線位置を検出し、
   その検出開先中心線位置とトーチ軸芯とが一致するよう
   にトーチ位置を開先幅方向に移動させる画像処理方式の
   第２の開先倣い法とを併用した開先倣い法であって、 溶接中の前記トーチの送り速度を検出し、その検出速度
   が予め定められた基準速度以上の時のみ前記第１の開先
   倣い法を行ない、その検出速度が予め定められた基準速
   度より小なる時のみ前記第２の開先倣い法を行なうこと
   を特徴とする開先倣い法。