JPH04224077A - Ｕｏ鋼管の無人溶接方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＵＯ鋼管の内面または外
面溶接に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＵＯ鋼管は主に、４００〜１６０
０ｍｍ程度の外径で６〜４０ｍｍ程度の厚みを有するラ
インパイプを製造している。このラインパイプを製造す
るに当たっては、内面及び外面溶接を行うのであるが、
要求特性の確保及び高能率を得るため多電極サブマ−ジ
ドア−ク溶接法が採用されている。従って、内面及び外
面の溶接作業としては、多種多様であり、かつ高度な技
量による調整、監視作業が不可欠であり、作業の一部が
自動化されて来ているが、全作業の自動化を図ったもの
は現在までなく、多くの要員を配置して手作業で実施し
ているのが実状である。しかも、　その作業内容は、溶
接に伴うハンドリング作業、溶接条件の設定、調整作業
、溶接条件の監視および溶接機器、溶接異常現象の監視
作業に分類され、非常に広範囲である。

【０００３】この具体的な内容としては（１）溶接に伴
うハンドリング作業としては、パイプの移動、パイプの
位置決め、パイプのねじれ量に応じたパイプ突合せ部の
位置決め、　溶接ヘッド（ト−チ）の溶接開始位置およ
びパイプ突合せ部ヘの位置合わせ、フラックスの散布お
よび未溶融フラックスの回収、溶接スタ−トおよびスト
ップ、開先位置倣い（スポットによる目視倣い）、両管
端のスラグ処理、溶接終了後のワイヤ−先端部の切断が
ある。　（２）溶接条件の設定、調整作業としては、電
流、電圧、速度について実際に動作または溶接しながら
調整し、設定を行なう。（３）溶接条件の監視および溶
接機器、溶接異常現象の監視作業としては、　電流、電
圧、速度の溶接条件の実績値と変動の有無を専用計器で
監視し、またワイヤ−送給、フラックス送給、パイプ移
動、溶接ヘッド移動等各機器の負荷状態を同様に専用計
器で監視し、さらに、溶接時のア−ク切れ、焼き付き、
フラックス不足によるア−ク露出、溶け落ち等の異常発
生を目視または音で判断する等がある。これら列記した
作業だけでも極めて多く、従って、従来から溶接工程は
、１工程毎に要員を配置せざるを得ず、かつ、一般的に
溶接工程が生産能率上ネックとなる場合が多いため溶接
ラインを複数設けることになり、益々多数の要員が必要
となり、自動化による大幅な要員削減が切望される工程
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、溶接工程におい
て、上記のように極めて多くの作業があるために、多数
の要員を必要とする問題点があった。本発明はこの問題
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ＵＯ鋼管製造工程における内面または外面溶接の一
連の人手による作業に代わって、ＵＯ溶接完全自動化を
図ることにより、大幅な要員の削減を図ると共に、高生
産性を実現するＵＯ溶接完全自動化技術を提供せんとす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に対
し、内面または外面溶接の一連のハンドリング作業につ
いて、レ−ザ−、画像処理装置等を活用した各種自動機
器により溶接機全体を専用ロボット化し、溶接条件の設
定、調整作業については、コンピュ−タによるプリセツ
ト方式にすることで設定及び調整不要にし、さらに、溶
接時の監視作業については、ＣＣＤカメラ及び画像処理
等によるオ−プンア−ク、溶け落ちの検出、又、溶接機
器の負荷電流および電流、電圧、速度等を連続的にチエ
ックする監視装置により自動監視化することで完全自動
溶接を可能にしたことにある。すなわち、本発明は、Ｕ
Ｏ鋼管の内面または外面溶接において、溶接作業に伴う
ハンドリング自動機器と、溶接条件の自動プリセット装
置と、溶接条件および溶接機器の監視機能、溶接異常現
象検出機能を具備した自動溶接監視装置により、無人溶
接を可能にしたことを特徴とするＵＯ鋼管の無人溶接方
法にある。

【０００６】以下本発明について図面に従って詳細に説
明する。図１はＵＯ製造工程における内面溶接装置を示
す全体概念図である。第１に溶接作業に伴うハンドリン
グ自動機器として、パイプの移動と位置決めをコンベア
ロ−ル１によって行うが、　それぞれを高速化、自動シ
−ケンス化することにより、パイプ搬入、搬出の自動運
転高速化を図ることが出来る。この場合コンベアロ−ル
１に於いて、さらに加減速制御化することによって、停
止精度アップを図ることができ、パイプの高精度位置決
めが可能となる。次に、タ−ニングロ−ル２と開先検出
センサ−３によって溶接ヘッド位置を開先位置に合わせ
る。この場合、パイプのねじれ量に応じた位置決めを行
う。このための開先位置検出方法の詳細を図２に示す。

【０００７】図２は光切断法を用いた開先位置検出方法
を示す図である。レ−ザ−発振器１２で発せられたレ−
ザ−光はレンズによりスリット光１３となり、検出対象
物１４に投射される。検出対象物１４上のスリット光１
３が投射されている部分を中心としてＣＣＤカメラ１５
で所定角度から撮像する。このＣＣＤカメラ１５で得ら
れた画像信号を、画像処理装置１６で画像処理して開先
の形状及び位置をモニタ−１７に断面形状Ａで表示する
。この画像処理においては、測定対象物１４上投射され
たスリット光１３を画像上で断面形状として得るために
、２値化処理、すなわち画像上の輝度がある設定値を超
えた場合を「白」とし、　それ以下は「黒」とすること
により断面形状Ａとして表示させる処理をおこなう。 上記処理により、得られる画像の白線画デ−タを、さら
に１次あるいは２次微分処理することにより開先エッジ
１４ａ、あるいは開先底位置１４ｂを決定する。このよ
うにしてレ−ザ−によるスリット光を開先に当て、ＣＣ
Ｄカメラと画像処理装置により、開先中心位置を検出し
、事前に測定されたパイプ毎のねじれ量をコンピュ−タ
を介して溶接機に送り、開先中心位置検出装置と一体構
造である溶接ヘッドの位置を移動させることで、パイプ
のねじれ量に応じた開先位置に対する溶接ヘッドの位置
決めをする。また、開先表面性状、開先幅、仮付ビ−ド
変動等の外乱に対しては、形状パタ−ン認識、異常部認
識別アルゴリズム等を付加することにより、±１ｍｍの
高精度検出性能を確保することが出来る。また、溶接ヘ
ッド自動駆動装置４を設け、その先端には、高剛性型無
調整溶接ヘッド５を設ける。この装置において、溶接ヘ
ッド５の溶接開始位置合わせは、管端検出センサ−と駆
動系速度制御により精度よく溶接開始位置に合わせる。 また、溶接の開始停止ならびに、溶接フラックス２１の
散布停止及び、未溶融フラックスの回収停止は溶接ヘッ
ドの管端検出センサ−及び自動シ−ケンスにより自動溶
接開始、停止及び自動フラックス散布、回収の開始の停
止が可能となった。溶接時の自動開先位置倣えは、開先
内に開先倣えロ−ル１１を挿入して、直接開先内を倣う
方法または、前述のレ−ザ−によるスリット光を開先に
当て、ＣＣＤカメラと画像処理装置により開先中心位置
を検出して行う方法で行う。更に、溶接終端部の溶接ヘ
ッドレベル自動制御装置６を設けている。尚、図１中９
はタブ板２９上及び管端部に生成したスラグを管内に押
し込むスラグ自動押し込み装置、１０は溶接終了毎に発
生する溶接機のワイヤ−湯玉、切除のための自動ワイヤ
−カッテイング装置であり、次のパイプの溶接時に良好
な溶接スタ−トが出来るように、ワイヤ−の切断後形状
及びワイヤ−の母管２２に対するレベルが同時に確保さ
れる。このように、レ−ザ−、画像処理等を活用した各
種自動機器により、溶接機全体の専用ロボット化が可能
となった。

【０００８】第二に溶接条件の設定、調整において、溶
接条件の自動プリセットと安定化を図るべく、溶接条件
安定型自動プリセット装置８を設け、溶接条件設定値と
溶接電圧との突合せによるプリセット制御と溶接電圧の
直接フイ−ドバック制御との並列制御方式によって、高
速応答性並びに高安定性のワイヤ−送給制御が可能とな
り、ア−クの安定した自動プリセットが実現した。図３
に示すように、プリセット制御比率と電圧変動との関係
として、プリセット制御比率、５０％前後で電圧変動が
少く、安定した状態が示される。

【０００９】第三に溶接異常現象監視であるが、図４に
示した例は、内面溶接での溶接異常である「溶け落ち」
なる溶接異常を検出する溶接異常検出装置である。同図
に於いて、１８は溶接ト−チであり、１９は溶接ワイヤ
−である。２０は上記ワイヤ−１９を送給するワイヤ−
送給ロ−ラであり、２１は、溶接フラックスである。２
５は前記溶接ト−チ１８などの支持ア−ム、２６は溶接
ケ−ブルであり、長尺鋼管内で自動溶接し得るものとな
っている。２７は母管の受け台である。このような構造
のもとに、このト−チ直下の溶接部の側面には、各種フ
ィルタ−の組合せからなる光学系を具備したＣＣＤカメ
ラ等からなる監視装置２８を設置し、溶接状態を監視す
るものとなっている。画像処理装置３１は監視装置２８
で取り込んだ画像の画像処理、すなわち、溶落ちた溶鋼
の光量を２値化し、明部として示し、更に、明部画素数
の計測、時間計測等を行うものとなっている。システム
制御装置３２は、画像処理装置３１、監視装置２８等に
作動信号を与えたり、画像処理装置３１の処理デ−タを
もとに表示灯３３やブザ−３４をＯＮ作動させると共に
、予め設定したシ−ケンスにより溶接電源３５、溶接ヘ
ッド自動駆動装置４を制御する。このような動作のもと
に、監視装置２８では、ある周波数の光線のみを検出し
てそれを画像処理し、ある光量以上の光部面積と継続時
間により、溶け落ちと判断し、溶接自動停止をする。

【００１０】なお、図５は溶け落ち状態を示す断面図で
あり、溶鋼の溶け落ち３７を示している。さらに、図５
によって「オ−プンア−ク」なる溶接異常を検出する溶
接異常検出装置について説明する。すなわち、溶鋼時の
フラックス２１の不足によってオ−プンア−クが発生し
た場合に、各種フイルタ−の組合せからなる光学系を具
備したＣＣＤカメラにより、ある周波数の光線のみを検
出して、それを画像処理し、ある光量以上の光部面積と
継続時間により、オ−プンア−クと判断し、溶接自動停
止を図るものである。その他、溶接時のア−ク切れ、焼
きつけについても同様であり、ア−ク切れ、焼きつきが
生じたときは、　連続的に計測している電流値、電圧値
、継続時間等より、それぞれ判断して、溶接を自動停止
するものである。

【００１１】また、溶接条件、及び溶接各機器を連続的
にチェックする監視装置により自動監視化するものであ
るが　、電流、電圧、速度の溶接条件の実績値と変動に
ついて、刻々とサンプリングし、絶対値と変動バラツキ
と時間との関係をとり、ある判断基準を超えた場合に、
発生位置と絶対値等を警報表示及び記録し、同時に後工
程である検査工程にコンピュ−タを介してフイ−ドフォ
ワ−ドする。そして溶接長全長の平均値と変動値等を演
算し、ある頻度（個数）以上になると、溶接自動停止を
する。同時に、上位コンピュ−タに伝達し、実績デ−タ
としてオフラインでの編集も出来るものである。更に、
ワイヤ−送給、フラックス送給、パイプ移動、溶接ヘッ
ド移動等各機器の過負荷検出についても、各機器の負荷
電流を検出し、ある値以上になると警報表示と溶接自動
停止を行うように構成している。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように、ＵＯ鋼管の内面又は
外面溶接の一連のハンドリング作業について、各種自動
機器により溶接全体を専用ロボット化し、溶接条件の調
整作業を不要とし、又、溶接時の監視作業は、自動監視
化を図ることによって、極めて多くの要員削減を実現し
、労働生産性の大幅向上並びに溶接条件の安定化と、き
め細かな溶接操業管理による品質向上及び溶接材料コス
トの削減、作業環境の改善等多大な効果を奏するもので
、工業上極めて有利なものである。

【００１３】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＵＯ造管工程における内面溶接装置を示す全体
概念図である。

【図２】光切断法を用いた開先位置検出方法を示す図で
ある。

【図３】プリセット制御比率と電圧変動との関係を示す
図である。

【図４】ＵＯ鋼管の内面自動溶接に適用した溶接異常検
出装置を示す図である。

【図５】溶け落ち状態とオ−プンア−ク状態とを示す断
面図である。

【符号の説明】

１　　コンベアロ−ル、 ２　　タ−ニングロ−ル、 ３　　開先検出センサ−、 ４　　溶接ヘッド自動駆動装置、 ５　　高剛性型無調整溶接ヘッド、 ６　　終端倣いロ−ルレベル自動制御装置、７　　異常
検出センサ−（ＣＣＤカメラ）、８　　溶接条件安定型
自動プリセット装置、９　　スラグ自動押し込み装置、 １０　　ワイヤ−カッティング装置、 １１　　開先倣いロ−ル、 １２　　レ−ザ−発振器、 １３　　スリット光、 １４　　測定対象物、 １５　　カメラ、 １６　　画像処理装置、 １７　　モニタ−、 １８　　溶接ト−チ、 １９　　溶接ワイヤ−、 ２０　　ワイヤ−送給ロ−ラ、 ２１　　溶接フラックス、 ２２　　母管、 ２３　　裏当材、 ２４　　支持台、 ２５　　支持ア−ム、 ２６　　溶接ケ−ブル、 ２７　　受け台、 ２８　　監視装置、 ２９　　タブ板 ３０　　スポット光、 ３１　　画像処理装置（溶け落ち検出用）、３１´　　
画像処理装置（オ−プンア−ク検出用）３２　　システ
ム制御装置、 ３３　　表示灯、 ３４　　ブザ−、 ３５　　溶接電源、 ３６　　走行装置、 ３７　　溶鋼の溶け落ち、 ３８　　オ−プンア−ク、 ３９　　タブ板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＵＯ鋼管の内面または外面溶接におい
   て、溶接作業に伴うハンドリング自動機器と、溶接条件
   の自動プリセット装置と、溶接条件および溶接機器の監
   視機能、溶接異常現象検出機能を具備した自動溶接監視
   装置により、無人溶接を可能にしたことを特徴とするＵ
   Ｏ鋼管の無人溶接方法。