JPH0352774A - 開先検出方法および装置 - 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〕 本発明はガスシールドアーク溶接またはプラズマアーク
溶接における開先検出方法および装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

現在、溶接工程の全自動化，ロボット化が強くのぞまれ
ているが，これを推進していく上で最も重要な課題は開
先の位置，幅，高さ等の検出技術の確立である。

アーク溶接はアークによる高熱を利用し、母材およびワ
イヤを溶融，凝固し、接合するため、溶接開始前と溶接
中では熱による歪のために開先が変化し、開先位置，幅
，高さが変化する。したがって、溶接を適正に制御する
ためには、溶接中の変形を含めた開先の位置，幅及び高
さの検出は、アークにできるだけ近い位置で行う必要が
ある。

従来の開先検出技術として特開昭６２−　２３０４７６
号公報に代表されるアークセンシング方法が実用化され
ているがこの方法は第２図に示す溶接トーチ１１を開先
幅方向（１７）にトーチ揺動させ、このときのワイヤ１
２やアーク１３の長さがトーチの揺動右端１５および左
端１６の近傍でそれぞれ変化し、トーチの揺動の左端か
ら右端および右端から左端へ至る過程の溶接電流が変化
することを利用し、右端より１１ｌｆｆｉ＋内側の溶接
電流差ＳＲ＝ＩＲ１−ＩＲ２と左端より１ｍ内側の溶接
電流差ＳＬ＝ＩＬ１−ＩＬ２を求め、ＳＲ−ＳＬの値か
ら開先位置検出を、ＳＲ＋ＳＬの値からルート幅を検出
する方法であり、アーク点で開先検出するため溶接中の
開先変形に対して最も有利な方法である。

また、光学的方法として特開昭５５　−　３０３３９号
公報に代表される検出方法はスリット光を開先に照射し
、テレビカメラで撮影した画像を処理し、開先位置を検
出する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ー　３− しかし、前記のアークセンシング方法は，開先の検出の
ために必要な大きな溶接電流の変化を得るためにトーチ
の揺動を大きくしなければならない。このため、板厚が
薄い場合には第７図に示すように開先肩部２３を溶融し
、必要な溶接電流の変化が発生しないため、良好なアー
クセンシングが困難であった。

また、従来の光学的方法も、テレビカメラやスリット光
の光源の装置が大きく，取扱が容易でない。また画像処
理に時間がかかり制御応答時間の問題があるなど実用化
が困難であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ガスシールドアーク溶接またはプラズマアー
ク溶接の開先検出方法において、溶接アークの前方５０
〜３００ＩＩＩ１の開先を開先幅方向に揺動するレーザ
発振器から０．７μｍ以上の波長のスポット光を照射し
、レーザ発振器と一体に揺動する受光器により０．７μ
ｍ以上の反射光を受光し、かつ反射面でのレーザ光のス
ポット像をレンズにより受光器に結像させレーザ発振器
から反射面を経て受光器に至る光路距離に応じて変化す
る電気信号として検出することを特徴とする開先検出方
法と、ガスシールドアーク溶接またはプラズマアーク溶
接の開先検出装置において０．７μｍ以上の波長のレー
ザ光を発生するレーザ発振器と０．７μｍ以上の波長の
光を透過するフィルタを前面に備えた受光器とを溶接線
上方に互に離れて配置したレーザ変位計が開先幅方向に
揺動する揺動機構に取り付けられ、かつ溶接アークの前
方５０〜３００　ａｍの位置に配置されていることを特
徴とする開先検出装置である。

〔作用〕

第１図に本発明のレーザ変位計を用いた開先検出の原理
図を示す。レーザ変位計１はレーザ発振器２と受光器３
とフィルタ９とレンズから或リレーザ照射光４は溶接板
２１の表面または開先２２の底面で反射するまでの距離
が変化することによリレーザ反射光５の位置が変化し、
これに応じて受光器３の出力が変化する。このレーザ変
位計１を開先２２の幅方向に揺動させることによりレ−
ザ変位計の位置に対応したレーザ変位計と反射面までの
距離８を検出することにより開先位置ａ　一ｂやルート
幅Ｃを検出することができる．しかし、前述したように
、開先の検出は溶接中にできるだけアークに近い位置で
行なわなければならないが、アーク光は強烈であるため
レーザ変位計による反射光が乱され距離の検出が困難と
なる。

本発明はアーク光のスペクトル分布に着目し、上記の問
題を解決した。第８図はアーク光のスペクトル強度分布
で、アーク光は０．３μｍ以上０．７μｍ未満の波長の
光強度が大きい。したがって、レーザ光の波長や受光波
長がこの範囲に入っている場合には、アーク光により、
検出が不安定になる。レーザ光の波長や受光波長を０．
７μｍ以上の長波長とすることにより、トーチとレーザ
変位計間が５０■でも安定した検出が可能となる。

また、トーチとレーザ変位計の距離が大きい場合には検
出点を溶接するまでの時間差が大きいためその間に前述
したように熱による歪により開先が変形し、開先位置や
ルート幅が変化する。このためトーチとレーザ変位計の
距離が３００　ａｎを越える範囲では検出結果の誤差が
大きくなり安定した溶接制御が困難になる。

〔実施例〕

以下に実施例にもとすいて本発明を詳細に説明する。

第３図と第４図は、本発明方法に用いた溶接装置の正面
図と側面図で，第４図にはモニタ装置も描かれている。

走行台車２５は左右移動機構２６と上下移動機構２７を
登載し、上下移動機構２７の先端には揺動機構２８とト
ーチ位置調整器３０を介してトーチｌ１が取り付けられ
、レーザ変位計１は開先幅方向に揺動できるように，揺
動機構２８に取り付けられている。また、揺動機構２８
にはポテンシオ３１を取り付けられ揺動位置をボテンシ
オアダプタ３３を介して、オシロスコープ３５のＸ軸に
入力し、レーザ変位計１の出力はレーザ変位計アダプタ
３４を介してＹ軸に入力し、溶接中の開先検出信号をモ
ニタした。

−７ー レーザ変位計の発振波長は０．７８μｍで、受光器には
０．７μｍ以下の短波長光を減光するフィルタを用いた
。

比較のため本発明以外のレーザ発振器の波長が０．６３
μｍで受光器に０．６μｍ以下の短波長光を減光するフ
ィルタから或るレーザ変位計を用いた方法も本発明方法
と同じ装置で実施した。

第５図と第６図は従来方法に用いた溶接装置の正面図と
モニタ装置も描かれた側面図である。溶接装置は、本発
明方法で用いたもので、揺動機構２８にトーチ１１が取
り付けられた。第６図のモニタ装置はトーチの揺動をポ
テンシオ３１で検出し、ボテンシオアダプタ３３を介し
てオシロスコープ３５のＸ軸に入力し、溶接電流をシャ
ント３２にて検出し、オシロスコープ３５のＹ軸に入力
し、溶接中のアークセンシング信号をモニタした。

ガスシールドアーク溶接およびプラズマアーク溶接は第
１表および第２表に示す条件にて裏波溶接を行った。

第１表（ガスシールドアーク溶接条件）第２表 （プラズマアーク溶接条件） プラズマアーク溶接を行う時は第３図に示すようにフィ
ラワイヤコンジットケーブルを通してブイ−δ一 ラワイヤを添加した。

溶接実験は本発明方法および本発明外の比較方法では、
第４１！ｌのオシロスコープ３５を観察しながら第１図
のａとｂが等しくなるように第４図の左右移動機構２６
を調整し、トーチ１１やレーザ変位計１の左右位置を修
正するとともにルート幅に対応する第ｌ図のＣの大きさ
からガスシールドアーク溶接では溶接速度をプラズマア
ーク溶接ではフィラワイヤの送給速度をあらかじめもと
めたルート幅に応じた適正条件に従って調整しながら第
９図の開先を溶接した。また、溶接トーチ１１とレーザ
変位計１の距離はトーチ位置調整機構３０を調整し．　
　３　０，５　０，３００および５００−に設定し行っ
た。従来方法では、第６図のオシロスコープ３５を観祭
しながら前述のＳＲとＳＬが等しくなるように第６図の
左右移動機構２６を調整し、溶接トーチ１１の左右位置
を修正しながら溶接した。

開先は第９図に示すように板長Ｌ−２０００ｍｍ，板幅
Ｗ＝５００　ｍ，板厚Ｈ＝６ｍｎ，開先角度θ＝１０°
，スタート側のルート幅Ｇ１＝０，エンド側ルート幅Ｇ
２＝２ｍｎでスタートからエンドにいたる過程で倣変動
Ｓ＝４圓変化させた。

評価方法は溶接後のビート幅の中央がルート幅の中央か
らの倣いずれが１＋＠以下で、裏波溶接ができたものを
良好，倣いずれが１１ＩＩＩ１を越え、あるいは裏波溶
接ができなかったものを不良と評価した。

実施結果を第３表に示す。レーザ光と受光波長が０．７
８μｍでセンサートーチ間距離が５０〜３００　ａｎで
ある本発明方法は、開先位置を良好に観察でき良好に倣
制御と裏波溶接ができた。しかし、本発明方法の範囲外
であるセンサートーチ間距離３０ｍｎではアーク光に近
いため、オシロスコープで開先の観察が困難なため倣制
御操作や裏波溶接ができなかった。センサートーチ間距
離５００ｍではオシロスコープでの開先の観察は良好で
あったがセンサーとトーチ間の距離が大きいため、ルー
ト幅がセンサーとトーチ部で差が大きく、良好な裏波溶
接ができなかった。また、レーザ光と受光波長が０．６
３μｍではアーク光の波長に近いためアーク光−１１ に乱されオシロスコープでの開先の観察が困難であった
。さらに、従来方法では溶接中に開先の肩が溶融し、ア
ークセンシングに必要な溶接電流の変化が出にくく、開
先の観察が不可能で倣制御や裏波溶接が困難だった。

第３表 泪０良好，×不良 １２− 〔発明の効果〕 このように本発明による開先検知方法および装置は溶接
中の開先位置だけでなくルート幅の変化を良好に検出で
きるため、今後、溶接工程の全自動化，ロボット化のた
めの倣制御技術の改善に大きく貢献できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法であるレーザ変位計を用いた開先検
出方法の原理を示す正面図及び側面図、第２図は従来方
法のアークセンシングによる開先検出方法の原理を示す
正面図及び側面図、第３図は実施例に用いたレーザ変位
計を登載した溶接装置の正面図、第４図は実施例に用い
たレーザ変位計を登載した溶接装置にモニタ装置を加え
た側面図、第５図は実施例に用いたアークセンシングを
行う溶接装置の正面図、第６図は実施例に用いたアーク
センシングを行う溶接装置にモニタ装置を加えた側面図
、第７図は薄板溶接をアークセンシングにより溶接した
時の開先溶融状態を示す正面図、第８図はアーク光のス
ペクトル強度分布のグラフ，第９図は実施例に用いた開
先の平面図である。 ｌ：レーザ変位計　　　　２：レーザ発振器３：受光器
　　　　　　　４：レーザ照射光５：レーザ反射光　　
　　６：板表面までの距離７：開先底面までの距離 ８：レーザ変位計の距離に対応した検出値９　：　０．
６または０．７μｍ未満の短波長光を減光するフィルタ
１０：レンズ　　　　　　　１１：溶接トーチ１２：ワ
イヤ　　　　　　　１３：アーク１４：トーチ揺動中央
　　　１５：トーチ揺動右端１６：トーチ揺動左端　　
　ｌ７：トーチ揺動２ｌ：溶接板　　　　　　　２２：
開先２３：開先肩部 ２４：フィラワイヤコンジットケーブル２５：台車　　
　　　　　　２６：左右移動機構２７：上下移動機構　
　　　２８：揺動機構２９：レール　　　　　　　３０
：トーチ位置調整器３１：ポテンシオ　　　　　３２：
シャント３３：ポテンシオアダプタ ３４： レーザ変位計アダプタ ３５：オシロスコ プ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスシールドアーク溶接またはプラズマアーク溶
   接の開先検出方法において、溶接アークの前方５０〜３
   ００ｍｍの開先を開先幅方向に揺動するレーザ発振器か
   ら０．７μｍ以上の波長のスポット光を照射し、レーザ
   発振器と一体に揺動する受光器により０．７μｍ以上の
   波長の反射光を受光し、かつ反射面でのレーザ光のスポ
   ット像をレンズにより受光器に結像させレーザ発振器か
   ら反射面を経て受光器に至る光路距離に応じて変化する
   電気信号として検出することを特徴とする開先検出方法
   。
2. （２）ガスシールドアーク溶接またはプラズマアーク溶
   接の開先検出装置において０．７μｍ以上の波長のレー
   ザ光を発生するレーザ発振器と０．７μｍ以上の波長の
   光を透過するフィルタを前面に備えた受光器とを溶接線
   上方に互に離れて配置したレーザ変位計が開先幅方向に
   揺動する揺動機構に取り付けられ、かつ溶接アークの前
   方５０〜３００ｍｍの位置に配置されていることを特徴
   とする開先検出装置。