JPH0550246A - 溶接速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接線上に存在するギャップの大きさを非接触
で精度良く検出し、その結果に基づいて、溶接速度を制
御する溶接速度制御方法を提供する。 【構成】溶接線上に存在するギャップｇを超音波センサ
３を用いて検出し、実験によって求めた演算式により、
適正な溶接速度を設定する。 【効果】超音波センサを用いるため、非接触で精度良く
ギャップ幅を検出できる効果がある。また、検出装置が
簡素なため、トーチまわりが複雑にならない効果もあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接に係り、特
に、溶接線上に存在するギャップを超音波センサを用
い、非接触で精度良く検出し、その結果に基づき、良好
な溶接を行うために溶接速度を制御する溶接速度制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の装置は、特開昭56−3750
2 号公報に記載のように、非溶接材の背面側に漏れるア
ーク光の照度を照度測定機で測定し、得られた照度の変
化によってギャップの大小を判断し、溶接速度を制御す
る方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、溶接
中にリアルタイムで被溶接材間のギャップを検出できる
利点はあるが、検知素子を溶接背面側に設置し、かつ、
検知素子を溶接トーチと同時進行させるため溶接トーチ
まわりの構造が大型で複雑になるという問題点があっ
た。また、対象とするワークも溶接背面側が開放されて
いるワークに限定されるといった問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、溶接線上に存在するギャ
ップを非接触で精度良く検出し、その結果に基づき、溶
接速度を制御する溶接速度制御方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では超音波センサを溶接線に対してほぼ直角
に横切る方向に往復動させ、その際に得られる超音波セ
ンサの受信有無の信号Ｓを発生する装置において、受信
している時間Ｔｓｊをカウントする受信時間カウント手
段と、溶接線上にギャップの無いときの受信時間長Ｔｓ
ｉを基準受信時間長として記憶する基準受信時間長記憶
手段と、前記受信時間カウント手段によって得られた検
出受信時間長Ｔｓｊと前記基準受信時間長記憶手段に記
憶された基準受信時間長Ｔｓｉ及びゲインＧとから溶接
速度の制御信号ＰｍをＰｍ＝１−Ｇ（Ｔｓｉ−Ｔｓｊ）
／Ｔｓｉより算出する溶接速度制御信号算出手段と、前
記溶接速度制御信号算出手段によって算出された溶接速
度制御信号Ｐｍと予め設定した溶接速度信号Ｖｔとから
溶接速度の変更指令値ＶａをＶａ＝Ｐｍ×Ｖｔより算出
する溶接速度変更指令値算出手段と、前記溶接速度変更
指令値算出手段により算出された溶接速度変更指令値Ｖ
ａを多関節ロボットなどの自動溶接装置のコントローラ
に送信する溶接速度変更指令値送信手段と、前記溶接速
度変更指令値送信手段によって送信された溶接速度変更
指令値より溶接速度を変更する溶接速度変更手段を設け
たものである。

【０００６】前記超音波センサ受信有無信号とは、本発
明では、送信機から送信した超音波が溶接継ぎ手面内を
反射し、受信されたときに１、受信されなかったときに
０となるように制御された信号である。本発明は超音波
受信有無信号の受信信号の時間長がギャップの大小によ
って変化する原理に基づくものである。

【０００７】本発明は、超音波センサを溶接線に対して
ほぼ直角に横切る方向に往復動させ、走査時の超音波有
無信号を発生する装置において、受信有無信号の中か
ら、受信している時間を抽出し、その値とギャップがな
いときの受信時間長、すなわち、基準受信時間長とから
演算によって適正な溶接速度を算出し、その値を信号と
して自動溶接機に送信し、溶接速度を制御するようにし
た溶接速度制御方法である。

【０００８】

【作用】本発明で用いた超音波センサは対象とするワー
クに超音波を送信し、ワークから反射して受信されるま
での時間より距離を検出され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
ークが超音波の送信方向と直角に設けられている場合は
送信した超音波は対象ワークに到着後、ほぼ送信された
超音波と同じ強度の受信波で受信器に受信される。しか
し、対象ワークが超音波の送信方向と傾角をもって設け
られている場合には、受信波の強度が低下し、受信不可
能な状態が生じて来る。一方、すみ肉継手、Ｖ開先継手
などのように互いの被溶接材で挾角をもつ継手で、同超
音波センサを溶接線を横切る方向に往復動すると、受信
不能の領域と、受信可能な領域が存在し、この二つの領
域はギャップの有無によって変化する。つまり、被溶接
材上を一定のスピードで往復動させると受信している時
間と受信していない時間がギャップの有無によって変化
する。

【０００９】本発明はこの受信している時間の長さに着
目したものであり、被溶接材間にギャップがないときの
受信時間長を基準受信時間長として記憶し、この値と検
出受信時間長からギャップの大小を判断し、この結果に
基づいて演算により溶接速度を制御するようにしたもの
である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図１は、本発明による溶接速度制御装置のブロック
図である。

【００１１】図１において、１はギャップｇを検出し、
溶接速度を設定する本発明の溶接速度制御装置であり超
音波センサ２を走査部３で走査することにより得られる
受信有無信号Ｓの中から受信時間長を測定する受信時間
カウンタ４とギャップの無いときの受信時間長を基準受
信時間長Ｔｓｉとして記憶する基準受信時間設定器５と
受信時間カウンタ４によって測定された検出受信時間長
Ｔｓｊと基準受信時間長設定器５で設定された基準受信
時間Ｔｓｉに基づき、（数１）によって溶接速度の制御
信号Ｐｍを演算する速度制御信号演算器６と、速度制御
信号演算器６で求めた速度制御信号Ｐｍと予め設定され
た溶接速度信号Ｖｔとから溶接速度の変更指令値Ｖａを
（数２）によって求め、この信号を溶接トーチの駆動系
に出力する速度設定器７により構成される。

【００１２】 Ｐｍ＝１−Ｇ（Ｔｓｉ−Ｔｓｊ）／Ｔｓｉ………（数１） Ｖａ＝Ｐｍ×Ｖｔ……………………………………（数２） （数１）においてＧはゲインを意味し、溶接速度制御信
号Ｐｍは、具体的には予め設定された溶接速度Ｖｔに対
し、ギャップの存在に対応して良好な溶接を行うための
溶接速度の減少の割合を示すものである。また、溶接速
度の変更指令値Ｖａの算出方法に関しては、基準受信時
間長Ｔｓｉと検出受信時間長Ｔｓｊを利用する方式であ
れば、ほかの演算式を用いてもよい。

【００１３】図２は本発明による溶接速度制御方法のフ
ローチャートである。自動溶接装置でティーチングを行
って溶接をする場合、最初に基準値ＶｔとＴｓｉを記憶
させる。次に超音波センサを走査し、受信有無信号Ｓを
監視し、受信時間長Ｔｓｊを検出する。ＴｓｉとＴｓｊ
から溶接速度制御信号Ｐｍを算出し、ＶｔとＰｍから溶
接速度変更指令値Ｖａを算出して、Ｖａを自動溶接装置
に送信し、トーチ移動速度を調整する。ここで、もし溶
接終了であるならば、制御を終了し、そうでない場合は
再度検出，制御を行う。

【００１４】図３は図１の被溶接材８間のギャップ幅に
対する受信時間長の関係を実験により求めた図である。
ギャップ幅の増加に伴い受信時間長が減少する結果が得
られている。これはギャップの大きさに伴い、継ぎ手面
内での反射が複雑になり、受信波の強度が減少するため
である。なお、この関係は超音波センサの走査速度や非
溶接材との距離により、時間長と傾きが変化する。

【００１５】図４はセンサの１走査時間Ｔｌに対する受
信時間長Ｔｓｊの関係を示す図である。

【００１６】図５は、本発明の溶接速度制御装置１を自
動溶接装置に適用した一実施例である。図５において、
９はロボット制御装置であり、本発明の溶接速度制御装
置１により求められた溶接速度の変更指令値Ｖａに基づ
き駆動信号Ｑを溶接ロボット本体１０に出力する。本実
施例では超音波センサ２を走査部３を介して溶接トーチ
１１に取付け、走査部３の直線走査機構により超音波セ
ンサ２の走査を実行しているが、アーク現象を利用して
溶接線を検出するアークセンサを適用している場合に
は、トーチのウィービング動作で超音波センサ２の走査
を兼用することも可能である。また、この場合には溶接
速度の制御以外に、同一方式の演算処理でギャップに対
応させて溶接電流の制御も可能となりアークセンサの一
層の機能の拡大が図れる。

【００１７】図６は溶接線上に存在するギャップの一例
である。

【００１８】図７は図６の時の連続的に変化するギャッ
プｇに対応して本発明の溶接速度制御装置１によって設
定された溶接速度Ｖａの制御状況を示す図である。Ｔｌ
は超音波センサ２の１走査時間であり、ギャップｇの増
加に伴い、一走査ごとに溶接速度Ｖａは減少するように
制御され、ギャップｇの増加に伴って生じるビードの溶
け込み不足や、溶け落ちを防止し、適正な溶接を実行す
ることができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、超音波センサを溶接線
に対して、ほぼ、直角に走査し、得られた受信有無信号
の中から受信時間長を抽出し、ギャップが無いときの受
信時間を検出し、ギャップの大きさを検出でき、この結
果に基づいて良好な溶接が行えるように溶接速度を制御
することができ、小型で安価で、かつ、溶接ヒュームや
スパッタに強い溶接速度制御方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶接速度制御装置のブロッ
ク図。

【図２】本発明の溶接速度制御方法のフローチャート。

【図３】ギャップ幅に対する受信時間長の関係の説明
図。

【図４】センサの一走査時間に対する受信時間長の説明
図。

【図５】本発明の溶接速度制御装置を自動溶接装置に適
用したブロック図。

【図６】溶接線上に存在するギャップの説明図。

【図７】図６の時の本発明の溶接速度制御方法による溶
接速度の制御状況を示す説明図。

【符号の説明】

１…溶接速度制御装置、２…走査部、３…超音波セン
サ、４…受信時間カウンタ、６…速度制御信号演算器、
７…速度設定器、８…被溶接材、９…ロボット制御装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 光明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 斉藤 均 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 猿楽 信一 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 井口 康治 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 今永 昭慈 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 藤原 紀六 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波センサを溶接線に対して、ほぼ直角
   に横切る方向に往復動させ、その際に得られる前記超音
   波センサの受信有無信号Ｓより、受信している時間Ｔｓ
   ｊを抽出し、予め、溶接線上にギャップの無いときの受
   信時間長を基準受信時間長Ｔｓｉとして記憶し、前記検
   出受信時間長Ｔｓｊと前記基準受信時間長Ｔｓｉ及びゲ
   インＧとから、演算式Ｐｍ＝１−Ｇ（Ｔｓｉ−Ｔｓｊ）
   ／Ｔｓｉを用いて、溶接速度の制御信号Ｐｍを求め、こ
   のＰｍと予め設定した溶接速度信号Ｖｔとから、演算式
   Ｖａ＝Ｐｍ×Ｖｔを用いて、溶接速度の変更指令値Ｖａ
   を算出し、算出した溶接速度の変更指令値Ｖａによりギ
   ャップに対応して溶接装置の溶接速度を制御することを
   特徴とする溶接速度制御方法。