JPH0475117B2

JPH0475117B2 -

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Publication number: JPH0475117B2
Application number: JP15222786A
Authority: JP
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPS6310074A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、溶接継手に形成された開先を多層
溶接する際の溶接層の積層パターンを作成する多
層溶接の積層パターン作成方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、第９図に示すように、母管１と枝管２
との管相貫継手３などの溶接継手に形成されたく
ら型溶接線を有する開先を多層溶接する場合、主
として手溶接が採用されており、このとき溶接作
業者が開先の幅、深さなどによる開先断面形状に
もとづいて代表的な積層パターンを作成し、作成
した積層パターンに応じて手溶接を行なつてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記した管相貫継手３の場合、開先の
溶接線がくら型になり、当該開先の断面形状が連
続的に複雑に変化するため、溶接作業者が熟練者
であつても、前記くら型溶接線上の各点における
前記開先の断面形状に合つた積層パターンを作成
することは非常に困難であり、溶接の途中で試行
錯誤的に積層パターンを新たに作成し、変更しな
ければならず、手間がかかり、作業能率の向上を
図ることができないという問題点がある。

そこで、この発明では、演算および撮像手段に
よる測定により得られる溶接継手の開先の断面形
状データにもとづき、開先の溶接線上の各点での
積層パターンを作成し、作成した積層パターンに
より溶接ロボツト等による開先の自動多層溶接を
可能にすることを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、溶接継手の寸法データにもとづき、前記
継手に形成された開先の断面形状を演算により導
出するとともに、撮像手段による前記開先の画像
を処理して実際の前記開先の断面形状を導出し、
前記演算および前記画像処理により導出された前
記開先の断面形状データを合成し、合成した前記
開先の断面形状データおよび層厚、パス幅の許容
限界値等にもとづき、溶接層数および各溶接層の
溶接パス数を決定し、前記開先の積層パターンを
作成することを特徴とする多層溶接の積層パター
ン作成方法である。

〔作用〕

したがつて、この発明によると、溶接継手の寸
法データにもとづき、演算により該継手の開先の
断面形状が導出されるとともに、撮像手段による
開先画像の処理により開先の断面形状が導出さ
れ、演算および画像処理による開先の断面形状デ
ータが合成され、層厚、パス幅の許容限界値等に
もとづき溶接層数および各溶接層の溶接パス数が
決定されて積層パターンが作成される。

このとき、コンピユータ等により、演算および
画像処理による開先の断面形状データの合成およ
び溶接層数、溶接パス数の決定を行なえ、自動的
に積層パターンを作成することが可能となり、溶
接ロボツト等による開先の多層溶接を自動的に行
なえることになる。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例に示した第
１図ないし第８図とともに詳細に説明する。

まず前記第９図中に示すように、母管１の中心
線方向をＸ軸とし、当該中心線に直交する２方向
をそれぞれＹ軸、Ｚ軸とするXYZ座標系を考え、
くら型溶接線上の部分交差点Ｐにおける部分交差
角を求める場合について説明する。

このとき、継手３の寸法データとして母管１の
半径をＲ、枝管２の半径をｒ、Ｘ軸の正方向を基
準としたときの枝管２の中心線ｍに直交する断面
の扇の中心角すなわち進行角をθ、母管１および
枝管２の中心線のなす角をα、Ｘ軸の負方向から
見て点Ｐと座標原点Ｏを結ぶ線ｎとＺ軸とのなす
角を−ξとすると、点Ｐにおいて母管１に接する
平面の式は、Ｏ・Ｙ＋sinξ・Ｙ＋cosξ・Ｚ＝Ｒ …… ただし、 sinξ＝Ｙ／Ｒ＝−ｒ・cosθ／Ｒ cosξ＝Ｚ／Ｒ＝√²−² ²／Ｒとなり、同様に点Ｐにおいて枝管２に接する平面
の式は、 sinα・sinθ・Ｘ−cosθ・Ｙ −cosα・sinθ・Ｚ＝ｒ …… となり、これらの２個の平面のなす角である部分
交差角は、 cos＝sinξ・cosθ ＋cosξ・sinθ・cosα …… で表わされ、これより部分交差角は、＝cos^-1〔（√²−² ²・sin
θ・cosα−rcos²θ）／Ｒ〕…… となる。

そして、前記したように、継手３６寸法データ
にもとづき、開先の断面形状を求める場合につい
て説明する。

このとき、AWS、API、BP／MAGNUS規格
により、部分交差角と開先角Ｋとの関係が次の
ように定められている。

()AWS規格（片面開先）＜90゜のときＫ＝／２ 90゜≦＜135゜のときＫ＝45゜ ≧135゜のときＫ＝−90゜ ()API規格（片面開先）＜90゜のときＫ＝／２ 90゜≦＜150゜のときＫ＝45゜ ()BP／MAGNUS規格（両面開先） ≦45゜のときＫ＝ 45゜＜≦90゜のときＫ＝／２ 90゜＜＜135゜のときＫ＝45゜ ≧135゜のときＫ＝−90゜いま、第３図ａはAWSおよびAPI規格の片面
開先における溶接線に直交した平面での開先断面
を示しており、部分交差角がたとえば90゜≦
≦135゜であると、前記したように、開先角Ｋは
45゜となり、従つて枝管２の肉厚をｔ、開先の枝
管２側の端縁から母管１に降した垂線の長さを
ｈ、母管１の表面上での開先内溶接部および開先
外溶接部の合計長さＬ、開先底を通り母管１の表
面に直交する直線に、開先の枝管２側の端縁から
降した垂線の長さをｄとすると、となる。

つぎに、第３図ｂはBP／MAGNUS規格の両
面開先における溶接線に直交した平面での開先断
面を示しており、部分交差角がたとえば120゜≦
＜135゜であると、前記したように、該交差角側
すなわち溶接の施工可能な開先側の開先角Ｋは
45゜となり、従つて前記した第３図ａと同様に枝
管２の肉厚ｔ、長さｈおよびＬを定め、さらに枝
管２の当該開先側の肉厚をtcとすると、 tc＝ｔ−ｔ（135−）／30 ｈ＝tc／（sin−cos）ｔ／√２≧tc／sinのときｔ／√２＜tc／sinのときＬ＝√２ｔＬ＝tc／sin …… となる。

従つて、第４図に示すように、溶接線に直交し
た平面での開先断面において、開先底を点Ａと
し、点Ａを通る開先角Ｋの２等分線ｌを想定し、
開先の枝管２側の端縁を点Ｂ、点Ｂから前記２等
分線ｌに降した垂線と母管１の表面との交点を点
Ｃ、開先外溶接部の端部を点Ｄとすると、＝＋＝Ｌ＝ sinK＝ｈ√ であるため、母管１の表面上の開先外溶接部の長
さは、＝Ｌ−＝Ｌ−ｈ／sinK …… で与えられることになり、前記したAWS、API、
PB／MAGNUSの各規格の開先に対する開先断
面の各寸法を、前記した、、、式の演算
により導出し、たとえば進行角θが5゜ごとの開先
断面形状データを導出しておく。

つぎに、テレビジヨンカメラ等の撮像手段（図
示せず）により、継手３の開先を実際に撮像し、
画像処理手段により前記開先の画像を処理し、進
行角θが5゜ごとの溶接線上の各点における実際の
前記開先の断面形状を導出し、演算により導出し
た前記開先の断面形状データと、画像処理により
導出した前記開先の断面形状データとを合成す
る。

このとき、画像処理により得られる開先の断面
形状データは開先内溶接部のみのデータであり、
前記した第４図でいうと、三角形ABCのデータ
のみであるため、開先外溶接部である三角形
BCDのデータ、とくに点Ｃ、Ｄ間の長さを演算
による開先断面形状データの合成により補うこと
になる。

そして、合成により得られた開先断面形状デー
タにもとづき、開先内に形成すべき容接層数およ
び各溶接層の溶接パス数を決定して積層パターン
を作成する。

このとき、溶接品質の維持や溶接の連続性など
の面から次のような規則を設け、これらの規則に
従つて積層パターンの作成を行なう。

() 溶接トーチの姿勢ごとに予め定められた層
厚、パス幅の許容限界内の値に各溶接層厚、各
溶接パス幅を定める。

() 溶接線上の各点における開先内での同一溶
接層に対する溶接パス数が同じになるようにす
る。

すなわち、第５図に示すように、開先Ｗのａ
−a′断面、ｂ−b′断面、ｃ−c′断面での同じ溶
接層に対する溶接パスパターンの図中のクロス
ハツチング部分のように定めると、２パス以上
のａ−a′断面と１パスのｂ−b′断面との間のｄ
−d′断面や、１パスのｂ−b′断面と２パス以上
のｃ−c′断面との間のｅ−e′断面の近辺では２
パス目の施工時にわずかな未溶接部が残存する
ことになり、このような不都合の防止を図るた
めの項目である。

() 層厚は４mmを標準とし、その他の規則、開
先断面形状に応じて適宜増、減する。

() 溶接線上の各点において、開先内の各溶接
層の層厚は同一にする。

() 連続溶接施工範囲において、溶接線上の各
点での溶接層数の増減を繰り返さないようにす
る。

() 開先外では溶接層数が１増加するごとに溶
接パス数を１減少させる。

ところで、通常継手３を溶接する場合、枝管２
を横置きの状態にし、たとえばＴ型の継手では第
６図ａ中の矢印に示すように、溶接線Lwの最下
点である進行角θ＝0゜の点から最上点までθの正
方向および負方向にそれぞれ180゜、すなわち進行
角θが＋180゜および−180゜となるように上進溶接
が行なわれ、Ｙ型の継手では同図ｂ中の矢印に示
すように、Ｔ型継手と同様に溶接線Lwの進行角
θ＝0゜から＋180゜および−180゜となるように上進
溶接が行なわれるが、同図ｂの場合θ＝＋30゜〜
＋150゜までの範囲は、母管１、枝管２と溶接ロボ
ツトのトーチとが干渉して自動溶接が不可能とな
るため、手動溶接を行なう必要があり、従つて、
連続溶接範囲の始点、終点を示す進行角θs、θeを
予め求めておき、θs≦θ≦θeの範囲での開先断面
形状データを導出し、導出した開先断面形状デー
タおよび前記した規則（）〜（）にもとづ
き、次のような手順で溶接層数、溶接パス数の決
定を行なう。

まず、第７図のフローチヤートに示すように、
ステツプS1において、前記したような連続溶接
範囲θs≦θ≦θeを求め、当該範囲における開先断
面形状データを導出したのち、ステツプS2にお
いて、前記規則（）に従い、層厚を４mmとして
溶接層数Raを Ra＝INT（開先深さ／４mm） …… の式により算出する。ただし、INTは整数値を
求める操作を示し、たとえば四捨五入などの演算
操作を指す。

このとき、くら型溶接線を有するある開先に対
し進行角θが0゜〜180゜での前記式の演算を行な
つた結果が、たとえば第８図ａ中の実線に示すよ
うになつた場合を例にとつて考えると、第８図ａ
中の実線は層数系列をパターン化して表わしたも
のであり、このような層数系列パターンに対し、
第７図に示すように、次のステツプS3において、
パターンの山の数が“１”か否かの判定がなされ
る。なお、第８図ａ〜ｃ中の破線は各図中の実線
で示す層数で開先深さを割つて得られる層厚値の
変化を示す。

そして、第８図ａの層数系列パターンでは、
35゜≦θ≦55゜、95゜≦θ≦100゜、125゜≦θ≦140゜
、
θ＝150゜に山があり、従つて山の数は４となつて
層数が増減を繰り返すため、前記した規則（）
に反することになり、前記第７図のステツプS3
を否定（NO）で通過して次のステツプS4に移行
し、肯定（YES）であれば、後述の溶接パス数
の算出処理に移行し、ステツプS4において、層
数系列パターンの山の数の低減、すなわち山部の
層数低減処理が行なわれ、たとえば第８図ａの層
数系列パターンの６層部分を５層に低減した場
合、パターンは同図ｂのようになる。

ここで、層数を減らした部分、すなわち35゜≦
θ≦55゜、95゜≦θ≦100゜の部分では、第８図ｂ中
の破線に示すように、同図ａ中の破線と比べて明
らかなように層厚が増すことになり、そのときの
層厚が前記した規則（）で言う許容限界内にあ
ることの確認を行なう必要があり、許容限界を越
えるときには、その部分の層数低減処理は行なわ
ない。

つぎに、第７図のステツプS5において、再び
層数系列パターンの山が“１”か否かの判定がな
され、第８図ｂの層数系列パターンでは、10゜≦
θ≦115゜、125゜≦θ≦140゜、θ＝150゜の３つの山
があるため、当該ステツプS5をNOで通過して次
のステツプS6に移行し、ステツプS6において、
層数系列パターンの谷の数の増加、すなわち谷部
の層数増加処理が行なわれ、第８図ｂの層数系列
パターンのθ＝120゜、θ＝145゜の部分の層数を５
層に増加した場合、パターンは同図ｃのようにな
り、同図ｃでは10゜≦θ≦150゜の部分のみが山と
なり、谷部はなくなるため、パターンの山の数は
“１”となり、前記第７図の次のステツプS7にお
ける層数系列パターンの山の数が“１”か否かの
判定をYESで通過して、前記ステツプS3、S5を
YESで通過した場合と同様に、次のステツプS8
に移行する。

ただし、前記ステツプＳ７の判定の結果がNO
である場合、すなわち前記ステツプS4、S6の処
理によつても層数系列パターンの山の数が“１”
にならない場合には、前記した規則に矛盾するこ
とになるため、オペレータの判断を受け、状況に
応じ、規則（）と（）の優劣が決定されてい
ずれかが優先されることになる。

そして、第７図のステツプS8において、開先
内の各溶接層の溶接パス数の算出が行なわれ、こ
のとき溶接効率を上げるために、パス幅の許容限
界内でできるだけパス数が少なくなるように定め
られたのち、ステツプS9において、前記規則
（）に従うように、算出した前記溶接パス数の
調整が行なわれ、ステツプS10において、同一溶
接層において溶接パス数が同じになつているか否
かの判定がなされ、判定の結果がNOであればオ
ペレータの判断を受け、状況に応じ、前記規則
（）を緩和するかあるいは溶接層数の設定をや
り直すかの判断がなされ、前記ステツプS10の判
定の結果がYESであれば、前記規則（）、
（）、（）に従い、開先内の溶接層数、溶接パ
ス数の設定処理と同様にして、開先外の溶接層
数、溶接パス数の設定がなされ、開先内、外の積
層パターンの作成処理が終了し、これらの積層パ
ターンの作成処理がコンピユータにより行なわ
れ、作成された積層パターンがCRTにグラフイ
ツク表示されることになる。

したがつて、前記第７図のフローチヤートのス
テツプS1からS7の処理により、たとえば第２図
に示すように溶接線上の各点での開先Ｗ内の溶接
層数の設定が行なわれるとともに、ステツプS8、
S9、S10の処理により開先Ｗ内の各溶接層数の溶
接パス数の設定が行なわれ、さらにステツプS11
の処理により、開先Ｗ外の溶接層数、溶接パス数
の設定がなされ、たとえば第１図ａ，ｂ，ｃに示
すような溶接線上の各点での積層パターンPa，
Pb，Pcが作成されてCRT画面上にグラフイツク
表示され、作成された積層パターンに従い、溶接
ロボツトによる継手３の開先の自動溶接が行なわ
れる。

なお、前記実施例は、くら型溶接線を有する開
先に適用した場合について説明したが、これに限
るものでないのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の多層溶接の積層パタ
ーン作成方法によると、演算、および撮像手段に
よる測定によりそれぞれ得られる溶接継手の開先
の断面形状データにもとづき、開先の溶接線上の
各点での積層パターンを作成するため、作成した
積層パターンにより溶接ロボツト等による開先の
自動多層溶接が可能となり、とくに管相貫継手の
ように、開先の断面形状が連続的に変化する場合
に非常に有効であり、溶接時の作業能率の向上を
図ることができ、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明の多層溶接の積
層パターン作成方法の１実施例を示し、第１図ａ
〜ｃはそれぞれ異なる積層パターンの説明図、第
２図は溶接層数設定時の説明図、第３図ａ，ｂは
それぞれ異なる開先の断面図、第４図は開先断面
形状の算出時の動作説明用の断面図、第５図およ
び第６図ａ，ｂはそれぞれ動作説明図、第７図は
動作説明用フローチヤート、第８図ａ〜ｃはそれ
ぞれ動作説明図であり、溶接の進行角と溶接層数
との関係図、第９図ａ〜ｃは一般の管相貫継手の
正面図、平面図、右側面図である。３……管相貫継手、Pa，Pb，Pc……積層パタ
ーン。

Claims

【特許請求の範囲】

１溶接継手の寸法データにもとづき前記継手に
形成された開先の断面形状を演算により導出する
とともに、撮像手段による前記開先の画像を処理
して実際の前記開先の断面形状を導出し、前記演
算および前記画像処理により導出された前記開先
の断面形状データを合成し、合成した前記開先の
断面形状データおよび層厚、パス幅の許容限界値
等にもとづき、溶接層数および各溶接層の溶接パ
ス数を決定し、前記開先の積層パターンを作成す
ることを特徴とする多層溶接の積層パターン作成
方法。