JPH0634883U - レーザ溶接機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に溶接工程の後に圧延工程を持つ生産ライ
ンに適用可能で、検出した溶接欠陥を直ちに生産ライン
に反映させることができるレーザ溶接機の制御装置を得
る。 【構成】 ライン上を走行する被溶接材５に連続して突
き合わせ溶接を行う溶接トーチ１を備えたレーザ溶接機
の制御装置であって、レーザ溶接機のライン方向前方に
配置されたビード７のクロス方向断面を撮像する撮像装
置８と、撮像装置８の映像に基づきビード７のクロス方
向断面の最大幅と最小幅とを解析し最大幅と最小幅との
比が２．４以上の場合信号を発する画像処理装置９と、
画像処理装置９の信号によってビード７のクロス方向断
面の最大幅と最小幅との比が２．４未満となるように駆
動系２，３，４，１１，１２，１５を作動させる溶接条
件制御装置１０とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はライン上を走行する被溶接材に連続して突き合わせ溶接を行うレーザ 溶接機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

構造物の溶接欠陥に起因する脆性破壊は、船舶、橋梁、圧力容器等の製造中あ るいは稼働中に瞬間的に生じ、大規模な損傷事故を引起し易い。このため溶接部 の品質管理には充分な注意が払われ、従来より種々の欠陥評価方法が確立されて いる。

【０００３】 この評価方法は、溶接便覧（溶接学会編）の第Ｖ章に記載されているように、 破壊試験と非破壊試験とに大別され、破壊試験としては、溶接部の引張、曲げ、 硬さ、衝撃、疲れ、クリープ等の機械的試験、また物性や熱特性、電気・磁気特 性等の物理的試験、肉眼や顕微鏡による冶金学的試験などが挙げられ、また非破 壊試験としては、外観、漏れ、浸透、けい光、音響、超音波等による試験方法が 挙げられる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

一方鋼板の溶接には、特に溶接部の強度確保のため成分調整としてのフィラー が混入され、結果として被溶接材である鋼板と溶接部とはその延性において違い が生じる。このため、溶接後の圧延工程において、溶接部が均一に圧延されず、 一部母材内に侵入して不規則に変形した状態となる。

【０００５】 この溶接部の形状変形によって、圧延時における溶接部破断が生じ、生産ライ ンの停止等鋼板の製造能率低下の要因となっている。このため、圧延時における 溶接部破断を未然に防ぐ溶接部欠陥の有効な検出方法の確立が待たれているとこ ろである。

【０００６】 しかしながら、上記した従来の破壊試験及び非破壊試験は、いずれも製造され た溶接構造物の事後的な評価に止まり、しかもその評価には時間を要し、リアル タイムで溶接の欠陥を知ることはできない。したがって、上記従来の方法では、 溶接部の欠陥を直ちに検出して製造ラインに反映させ、このような溶接欠陥の発 生を未然に防ぐことは困難である。

【０００７】 またこの様な溶接欠陥をリアルタイムで検出し、これを直ちに溶接条件の設定 にフィードバックさせるレーザ溶接機は現在のところは無い。

【０００８】 本考案において解決すべき課題は、特に溶接工程の後に圧延工程を持つ生産ラ インに適用可能で、検出した溶接欠陥を直ちに生産ラインに反映させることがで きるレーザ溶接機の制御装置を得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案者は溶接欠陥について種々検討する中で、ビードのクロス方向断面の最 大幅と最小幅の比と溶接欠陥の発生との間に強い相関関係があり、最大幅と最小 幅の比の比が２．４以上の場合溶接欠陥を生じ易いことを知見した。本考案は、 かかる知見に基づいて完成するに至ったものであり、ライン上を走行する被溶接 材に連続して突き合わせ溶接を行う溶接トーチを備えたレーザ溶接機の制御装置 であって、前記レーザ溶接機のライン方向前方に配置されたビードのクロス方向 断面を撮像する撮像装置と、同撮像装置の映像に基づき前記ビードのクロス方向 断面の最大幅と最小幅とを解析し同最大幅と最小幅との比が２．４以上の場合信 号を発する画像処理装置と、同画像処理装置の信号によって前記ビードのクロス 方向断面の最大幅と最小幅との比が２．４未満となるように駆動系を作動させる 溶接条件制御装置とを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

従来よりビード形状が圧延後の亀裂の発生と重要な関係があることは認識され ていたものの、これを定量的に判断する手法はなかった。そこで、本考案者は、 圧延後の亀裂の発生とビード形状の相関関係を調べるため、ビード形状を種々変 えて実験を行った。その結果、ビードのクロス方向における最大幅と最小幅との 比が、圧延後の亀裂発生と強い相関関係にあることを知見した。

【００１１】 図３は、厚み２．５ｍｍの鋼板を溶接速度とフィラー送り速度の比が一定の条 件でレーザ溶接し、冷間圧延機によって、厚み０．５ｍｍに圧延した時の試験結 果で、横軸はビードの最大幅（Ｗ_max ）と最小幅（Ｗ_min ）の比ｒ_W 、縦軸は亀 裂の発生頻度を示す。

【００１２】 同図に示すようにｒ_W が２．４未満では殆ど亀裂の発生が見られなかったのに 対し、２．４以上では亀裂の発生が多いことが分かる。これは、板厚及び板幅の 如何に拘わらず同じ傾向が見られた。

【００１３】 本考案のレーザ溶接機の制御装置は、このようなビードの最大幅と最小幅の比 ｒ_W と亀裂発生の相関関係を利用して、溶接欠陥をリアルタイムで検出し、以降 の工程において欠陥の無い溶接を可能とするものである。

【００１４】

【実施例】

図１は本考案の一実施例であるレーザ溶接機の制御装置の構成図を示す。

【００１５】 図中１は溶接面に沿って移動する溶接トーチで、Ｘ軸駆動系２、Ｙ軸駆動系３ 、Ｚ軸駆動系４によってそれぞれ駆動される。Ｘ軸駆動系２によって図１に示す Ｘ軸方向に溶接トーチ１の位置変更が可能で、Ｙ軸駆動系によってＹ軸方向、す なわち溶接方向の移動及びその速度が制御され、またＺ軸駆動系４によってＺ軸 方向に位置変更が可能である。６は被溶接材である鋼板５（例えば電磁鋼板、ス テンレス鋼板）の溶接部Ｗに自動的に溶加材を供給するフィラーワイヤである。 なお、１３ａは移動台側上部クランプ、１３ｂは移動台側下部クランプ、１４ａ は固定台側上部クランプ、１４ｂは固定台側下部クランプを夫々示す。

【００１６】 溶接トーチ１の進行方向前方位置には、ビード７にＸ線を照射するＸ線管８ａ とこれを検出する多チャンネル検出器８ｂとからなる撮像装置８が設けられてい る。多チャンネル検出器８ｂは、鋼板５のビード７両端のクロス方向断面の映像 から図３で示した最大幅と最小幅とを解析し、最大幅と最小幅との比ｒ_w が２． ４以上の場合、溶接条件制御装置１０に信号を発する画像処理装置９に接続され ている。

【００１７】 画像処理装置９に接続された溶接条件制御装置１０には、各種ビード形状に対 応した変更プログラムが記憶されており、このプログラムによって、Ｘ軸駆動系 ２、Ｙ軸駆動系３、Ｚ軸駆動系４、フィラー供給装置１１及びガス供給装置１２ を、ビード７両端のクロス方向断面から最大幅と最小幅とが２．４未満となるよ うに制御される。

【００１８】 次いで図２に示すフローチャートを参照して上記制御装置の具体的な制御動作 について説明する。

【００１９】 まず、ビード７の両端面を撮像装置８によって撮像し（１００）、この映像を 基に画像処理装置９によって、ビードの盛り上がり状況、ビードの最大幅と最小 幅の比ｒ_w 等を解析する（１０１）。そしてｒ_w が図２（ａ）のように２．４未 満であればそのまま通板し（１０３）、ｒ_w が２．４以上の場合には次いでビー ドの盛り上がりが判断される（１０４）。図２（ｂ）のようにビードが盛り上が っていれば移動台駆動系１５によって鋼板５のギャップが調整される（１０５） 。盛り上がりが無ければ次いでビード断面の対象性が判断され（１０６）、図２ （ｃ）のようにビードが非対称の場合、Ｘ軸駆動系２を作動させて溶接トーチ１ の中心位置を移動させる（１０７）。さらにビード断面が対称で且つｒ_w が２． ８以上であればＺ軸駆動系４を作動させてＺ軸方向高さの調整を行い（１０９） 、ｒ_w が２．８未満の場合、Ｙ軸駆動系３、フィラー供給装置１１、ガス供給装 置１２をｒ_w が２．４未満となるように制御する（１１０）。ここでｒ_w が２． ８を超える場合にＺ軸調整を行うのは、Ｚ軸における位置関係が形状に及ぼす影 響が、他の条件に比べ大きいためである。

【００２０】 このようにして、先にされた溶接部のビードを基に、次回溶接におけビードの 最大断面と最小断面の比ｒ_w が２．４未満となるようにリアルタイムで制御でき るようになる。

【００２１】

【考案の効果】

本考案によって以下の効果を奏することができる。

【００２２】 （１）溶接部形状の評価を点検でき、溶接部破断を未然に防げるとともに、溶接 部形状をフィードバックして、溶接条件に反映することで安定した溶接形状が実 現できる。

【００２３】 （２）生産ラインに本装置を用いることにより、従来人による目視点検で試行錯 誤で設定していた溶接条件を、自動でかつ短時間で設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例であるレーザ溶接機の制御装
置の構成図である。

【図２】溶接条件制御の例を示すフローチャートである

【図３】ビード断面の最大幅と最小幅の比と亀裂発生の
関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ Ｘ軸駆動系 ３ Ｙ軸駆動系 ４ Ｚ軸駆動系 ５ 鋼板 ６ フィラーワ
イヤ ７ ビード ８ 撮像装置 ８ａ Ｘ線管 ８ｂ 多チャン
ネル検出器 ９ 画像処理装置 １０ 溶接条件
制御装置 １１ フィラーワイヤ供給装置 １２ ガス供給
装置 １３ａ 移動台側上部クランプ １３ｂ 移動台
側下部クランプ １４ａ 固定台側上部クランプ １４ｂ 固定台
側下部クランプ １５ 移動台駆動系

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライン上を走行する被溶接材に連続して
   突き合わせ溶接を行う溶接トーチを備えたレーザ溶接機
   の制御装置であって、前記レーザ溶接機のライン方向前
   方に配置されたビードのクロス方向断面を撮像する撮像
   装置と、同撮像装置の映像に基づき前記ビードのクロス
   方向断面の最大幅と最小幅とを解析し同最大幅と最小幅
   との比が２．４以上の場合信号を発する画像処理装置
   と、同画像処理装置の信号によって前記ビードのクロス
   方向断面の最大幅と最小幅との比が２．４未満となるよ
   うに駆動系を作動させる溶接条件制御装置とを備えたレ
   ーザー溶接機の制御装置。