JPH04135071A - 多層盛溶接方法及び装置 - 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〕 本発明は自動溶接に係り、特に、超音波測定器を用いて
多層盛溶接ビードの特徴点を抽出し、この結果に応じて
、次層のための溶接トーチのねらい位置を設定するよう
にした多層盛溶接方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の装置は、特開昭６０−１３３９７９号公報に記
載のように、ビード上を接触式センサを走査して検出し
た最低点またはビード幅から次層のトーチのねらい位置
を自動制御して、多層盛溶接を行う装置が知られている
。この装装置は、接触式センサにより確実に前層のビー
ドの断面形状を計測できるので次層の溶接トーチのねら
い位置をコントロールすることができ、良好な多層盛ビ
ードが得られる利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術は、例えば、ローラなどの接触式
センサを検出手段として用いるため、先端部の摩耗によ
り、検出精度が低下したり、溶接ビード上に付着したス
パッタの影響により正確なビード断面形状を検出できな
いなどの問題があった。

また、接触式センサをビード上で走査させるため、装置
が大型になり、狭い場所での作業に適さないといった問
題もあった。

本発明の目的は精度良く前層のビードの特徴点を抽出し
、この結果を用いて次層の溶接ビードのねらい位置を制
御して自動的に多層盛溶接を行う多層盛溶接方法及び装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では空中での超音波
の伝播時間を利用して距離を測定する超音波受信波を用
い、超音波測長器を溶接ビードの上方に埋け、溶接進行
方向とほぼ直角に左右に走査し、距離に対応する電気信
号、すなわち距離データを発生する装置において、前記
超音波測長器の走査位置を検出し記憶する走査位置検出
記憶手段と、走査時の距離データを記憶する距離データ
記憶手段と、溶接ビードから反射して超音波測長器に受
信される受信波形の振幅、すなわち強度を記憶する受信
波強度記憶手段と前記受信波強度記憶手段で記憶された
データから受信波強度のピーク値を抽出する受信波強度
のピーク値抽出手段とを設け、記憶された走査位置、距
離データの中から前記受信波強度のピーク値が抽出され
たときに対応する走査位置と距離データをからビードの
特徴点を抽出し、次層のトーチのねらい位置を算出する
トーチねらい位置算出手段を設けた。

前記超音波受信波の強度とは、本発明では超音波送信器
から送信した超音波が溶接ビード面上を反射し、受信器
に受信された受信波の大きさである。本発明では、超音
波受信波の強度と距離データ信号が、ビードの形状に対
応して変化するという実験結果に基づくものである。

そして、第一の発明は、超音波測長器を溶接ビード上で
溶接進行方向に対し、はぼ直角に走査し、走査位置に対
して距離データを発生する装置において、受信波強度の
ピーク値を求め、その値が抽出されたときの走査位置と
距離データから次層のトーチのねらい位置を算出し、制
御して自動多層盛溶接を行うようにした多層盛溶接方法
である。

第二の発明は、上記第一の発明を装置に具現化したもの
である。

〔作用〕

本発明で用いた超音波測長器は対象とするワークに超音
波を送信し、ワークから反射して受信されるまでの音速
の空中伝播時間により距離を検出する方式のものである
。超音波送信器及び受信器は個別でも一体型でもよい。

対象ワークが平面でかつ送信面に対して平行に置かれた
場合、受信器に受信される超音波はある強度をもってい
る。しかし、対象ワークに凹凸があったり、平行に置か
れていなかったりするとこの強度は変化する。

本発明は、受信波の強度に着目し、超音波測長器を走査
したときにピーシ面の形状に応じて変化する受信波の強
度と距離データを検出し、対象とするビードの特徴点を
求めるようにした。ここで。

特徴点とは、次層のトーチのねらい位置を決めるための
基準点であり、ビードの頂点、ビードの重なり部、ビー
ドとワークとの挟角部などを示す。

これら各部に対応して受信波の強度、及び、距離データ
が変化するので、この組合せによって特徴点を算出する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は１本発明の多層盛溶接装置の構成図である。

第１図において、１は次層のための溶接トーチのねらい
位置を制御する本体間の多層盛溶接装置であり、超音波
測長器２をワークＷ１及びワークＷ２間に形成されたビ
ードＹの上方で走査部３を用いて矢印のように走査する
ことにより得られる受信波強度Ｓｖを記憶する受信波強
度記憶部４と受信波強度記憶部４によって記憶した受信
波強度Ｓｍｖの中からピーク値Ｓｐを抽出する受信波強
度のピーク値抽出部５と距離データを記憶する距離デー
タ記憶部６と超音波測長器２の走査位置を検出し、記憶
する走査位置検出記憶部７と走査位置検出記憶部７及び
距離データ記憶部６でのデータ、Ｓｍｓ、Ｓｍｄとから
溶接ビードの特徴点を抽出し、次層の溶接トーチの位置
決めを指定する信号Ｓｒを出力するようにしたトーチね
らい位置算出部８とから構成される。

以下、第２図ないし第４図を用いて本発明の多層盛溶接
装置の動作について説明する。

第２図は第１図の超音波測長器の原理の説明図である。

第２図（ａ）は超音波送受信波形のモデルを示したもの
で、例えば、対象ワークに向けて発信された超音波Ａは
ワークから反射後、Ｂで示すように超音波測長器２に受
信される。この時、受信された超音波の強度Ｓｖに対し
、一般には、一定のしきい値を設け、第２図（ｂ）に示
すように、超音波が発信されてから受信されるまでの時
間Ｗｐを求める。そして、第２図（ｃ）に示すように、
この時間に対して比例した電気信号、すなわち、距離デ
ータＳｄを出力する。このようにＷｐｌａｇ定して対象
ワークとの距離を求める。ここで対象ワークが平面で、
かつ、超音波測長器２の送受信面に対して平行に置かれ
た場合、受信波強度のピーク値Ｓｐはほぼ一定値を維持
するが対象ワークに凹凸があったり、超音波測長器の送
受信面に対し、任意の角度傾いている場合、この受信波
強度のピーク値Ｓｐは変化することが実験で知られてい
る。

第３図はワークＷ１とワークｗ２の間に形成された初層
のビードＹ１の上方でＳｏ点からＳｅ点まで超音波測長
器２を走査したときの距離データＳｄ、受信波強度のピ
ーク値Ｓｐとの関係と、距離データＳｄ及び受信波強度
のピーク値Ｓｐとから演算で求めたビードの特徴点Ｓｃ
を示す説明図である。第３図（ａ）で、Ｌ、Ｃ，Ｒは次
層のビードの位置決めを行うための特徴点、すなわち、
目標とする検出点である。距離データＳｄは第３図（ｂ
）に示すように、超音波測長器２とビード止端部の距離
（図では高さ方向）を検出する。ここで距離データ５ｄ
＝０となる箇所は超音波測長器２の受信面で受信できな
い箇所を示すものであり、対象物体が傾きすぎて受信で
きない場合をいう。第３図（ｂ）で、受信不能な箇所は
ビード頂点Ｃとビード止端部り、ＲｒｉＩＪと、ビード
左右のワーク部分にそれぞれ発生していることがわかる
。

一方、ビード頂点Ｃ付近は比較的平坦であるため受信し
やすく、また、ビード止端部り、Ｒはワークとの挟角を
なしているため受信可能となる。このよに距離データＳ
ｄを測定することにより、特徴点り、Ｃ，Ｒの高さ方向
の位置を求めることができる。しかし、一般に、ビード
面は平滑な場合が多く、距離データＳｄの変化が少ない
ため、Ｓｄから特徴点り、Ｃ，Ｈの横方向の位置を求め
ることは困難である。一方、第３図（ｃ）に示すように
、受信波強度のピーク値ＳＰは横方向の位置に対する検
出感度が高いゆすなわち、ビードの頂点Ｃでピーク値Ｓ
ｐは最大値を示し、ビードの頂点Ｃからはずれるにつれ
て減衰する。次に、ビード止端部り、Ｒに向かうにつれ
て、再び増加し、これらの点を過ぎるとまた減衰する特
性をもっている。以上、距離データＳｄ及び受信波強度
のピーク値Ｓｐとから、第３図（ｄ）に示すように、特
徴点り、Ｃ，Ｒを求めることができる。

第４図は第３図の初層ビードＹ１に対し、次層の溶接を
行った後のビードに対し、特徴点を求める動作について
の説明図である。動作原理は第３図と同様である。ここ
で受信波強度のピーク値Ｓｐの画部分がビードの凸面が
凹面かは、各々の距離データＳｄの差によって判断でき
るが、第１図のトーチねらい位置算出部８で前層までの
トーチ位置の履歴を記憶し判断基準としてもよい。

第５図は本発明の多層盛溶接装置を溶接ロボットに実施
したときの一実施例を示す説明図である。

第５図において、ロボットコントローラ９は本発明の多
層盛溶接装！［１により求めたトーチねらい位置信号Ｓ
ｒに基づき、トーチ位置の変更指令信号Ｓｔを溶接ロボ
ット１ｏに出方して自動多層盛溶接を行う。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波測長器を溶接ビード上方に設け
、溶接の進行方向とほぼ直角に走査し、得られた受信波
強度の中から受信波強度ピーク値を抽出し、その時の距
離データ、及び、走査位置から次層のためのトーチねら
い位置を設定することができ、小型で高精度な多層盛溶
接を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多層盛溶接装置のブロック
図、第２図は超音波測長器の原理説明図、第３図及び第
４図は本発明の多層盛溶接装置の動作説明図、第５図は
本発明の多層盛溶接装置を溶接ロボットに適用した一実
施例の説明図である。 ２・・・超音波測長器、４・・・受信波強度記憶部、５
・・・受信波強度のピーク値抽出部、６・・・距離デー
タ記憶部、７・・・走査位置検出記憶部、８トーチねら
い位置算出部。 竿 囚 ｔ→ Ｖｒ 竿 図 第 邑 ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波測長器を溶接ビードの上方に設け、溶接進行
   方向とほぼ直角に左右に走査し、距離データを発生する
   装置において、 前記超音波測長器の走査位置と走査位置に対応した前記
   距離データと前記溶接ビードから反射して前記超音波測
   長器に受信される受信波強度を記憶し、記憶した受信波
   強度の中からピーク値を抽出し、前記ピーク値に対応し
   た走査位置と前記距離データに基づいて前記溶接ビード
   の特徴点を抽出し、次層のトーチのねらい位置を算出し
   て多層盛溶接を行うことを特徴とする多層型溶接方法。