JPH0673749B2 - 円筒容器用溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、円筒容器の胴部の円周方向および長手方向
に沿う継手部を内面または外面からアーク溶接する円筒
容器用溶接装置に関するものであり、特に溶接の開始か
ら終了までのプロセスをマイクロコンピュータによって
完全自動で行わせるのに適した自動溶接装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、ステンレス密閉容器などの円筒容器の溶接は、仮
り付け溶接された容器の胴部の円周方向（シーム）およ
び長手方向（バット）に沿う継手部を内面または外面か
ら手溶接或いは台車式などの自走溶接機によって行って
おり、、特に内面の溶接に際しては作業員が容器内に入
って手溶接したり、或いは容器内で自走溶接機を組み立
てて溶接していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

円筒容器胴部の曲面上での手溶接は能率の点で望ましく
なく、また容器曲面上を自走する台車式自動溶接機は走
行が不安定であって高速溶接に適しておらず、さらに容
器内面における溶接は作業員が容器内に入らないと溶接
できないという不都合が避けられない。

従ってこの発明の目的は、溶接の開始から終了までのプ
ロセスをマイクロコンピュータによって完全自動で制御
して円筒容器の胴部の円周方向および長手方向に沿う継
手部を内面または外面から高速でアーク溶接することの
できる自動溶接装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の円筒容器用溶接装置では、前述の目的を達成
するために、円筒容器の胴部の円周方向および長手方向
に沿う継手部を内面または外面からアーク溶接するもの
において、前記円筒容器を支持してその軸心回りに回動
させる支持手段と、該支持手段に支持された円筒容器の
一端面側にて前記軸心方向に沿って進退可能な水平コラ
ムを高さ位置調節可能に装備し且つ前記コラムの先端に
おいて該コラムの長さ方向と直交する水平軸回りに回動
可能でしかも該水平軸と直交する方向に伸縮可能なアー
ムを備えたマニピュレータと、前記アームの先端に取り
付けられアーム長さ方向にほぼ沿ったｙ軸倣い及びそれ
と直交する方向のｘ軸倣い機構を介して溶接トーチを保
持する溶接ヘッドと、前記ｘ軸倣い機構の倣い方向が前
記軸心と平行な向きとなる位置と直角な向きとなる位置
との二位置間にて前記溶接ヘッドを前記アームの軸心回
りに回動させる回動機構と、前記溶接ヘッドに取り付け
られてトーチの溶接進行方向前方位置を撮影して画像デ
ータを出力する撮影画像処理手段と、溶接中のアークの
電気的特性に関連した測定量からトーチと前記継手部の
溶接開先との相対位置関係を検出するアークセンサ手段
と、前記画像データに基づいて前記マニピュレータと前
記支持手段を制御することにより溶接始終端位置の制御
と溶接開先に対するトーチの粗倣いを制御する制御手段
と、前記アークセンサ手段の検出データに基づいて前記
ｘ軸およびｙ軸倣い機構を制御することにより前記トー
チを溶接開先に対して精密倣いさせる精密倣い制御手段
とを備えている。

この発明の好ましい一実施態様によれば、前記溶接トー
チは、回転軸心から偏心した位置でアークを発生する回
転アークトーチである。

またこの発明の別の好ましい実施態様によれば、前記溶
接ヘッドは、前記アーム軸心に対するヘッドの傾きを変
化させるトーチ狙い角度調節機構を有している。

この発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、前記
マニピュレータは台車上に搭載されている。

〔作用〕

前述の構成を有するこの発明の円筒容器用溶接装置にお
いて、前記支持手段は、溶接対象の円筒容器を横倒しに
した状態で支持してその軸心回りに回動させる例えばタ
ーニングローラであり、この容器の回動によって該容器
の胴部の円周方向に溶接トーチが相対移動される。

マニピュレータは、前記支持手段に支持された円筒容器
の一端面側に配置され、その水平コラムは高さ位置を調
節されたうえで前記容器の軸心方向に沿って軸方向移動
され、これによりコラム先端が容器胴部の外面上にまた
は容器端面の口から容器内部の胴部内面上に位置され
る。このコラムの水平移動によって該容器の胴部の長さ
方向に溶接トーチが相対移動される。

水平コラムの先端において、該コラムの長さ方向と直交
する水平軸回りに回動可能でしかも該水平軸と直交する
方向に伸縮可能なアームは、例えば前述水平移動によっ
てコラム先端が容器端面の狭い口から容器内に進入する
際にはコラム軸心方向に揃えられ、口から容器内に入っ
た後に前記水平軸回りに回動されてコラムとほぼ直角を
なすように向きを変えられる。このアームの先端の溶接
ヘッドは、ほぼアーム長さ方向に沿ったｙ軸倣い機構及
びそれと直交する方向のｘ軸倣い機構を介して溶接トー
チを保持しており、回動機構によって前記ｘ軸倣い機構
の倣い方向が前記軸心と平行な向きとなる位置と直角な
向きとなる位置との二位置間にて前記アームの軸心回り
に回動させられ、これによって溶接進行方向の選択、す
なわち容器胴部の円周方向（シーム）か長さ方向（バッ
ト）かが選ばれる。

前記撮影画像処理手段は、溶接ヘッドに取り付けられた
撮像素子、例えばテレビジョンカメラを含み、トーチの
溶接進行方向前方の容器面位置を撮影して画像データを
出力する。一方、溶接中のアークの電気的特性に関連し
た測定量からトーチと前記継手部の溶接開先との相対位
置関係がアークセンサ手段で検出される。

制御手段は、前記画像データに基づいて前記マニピュレ
ータと前記支持手段を制御することにより溶接始終端位
置の制御と溶接開先に対するトーチの粗倣いを制御し、
その他に溶接部の画像データからビード溶け落ち防止の
ための溶接条件を制御したり、開先形状変化や仮り付け
部の検出を画像データから行ってそれに応じた溶接条件
制御を行ったりしてもよい。

精密倣い制御手段は、前記アークセンサ手段の検出デー
タに基づいて前記ｘ軸およびｙ軸倣い機構を制御するこ
とにより前記トーチを溶接開先に対して精密倣いさせ
る。

この発明の自動溶接装置は特に高速溶接に適しており、
このため好ましくは溶接トーチとして、例えば特開昭61
−249667号公報などに開示されたような回転軸心から偏
心した位置でアークを発生する回転アークトーチを用い
る。

この発明の特徴と利点を一層明確にするために、好まし
い実施例について図面と共に説明すれば以下の通りであ
る。

〔実施例〕

第１図にこの発明の実施例に係る円筒容器用溶接装置の
全体構成を示す。この装置は大きくわけて円周容器８を
横倒し状態に支持してその軸心回りに回動させるターニ
ングローラ５と、台車９上に装備された自動溶接ロボッ
ト10とから構成されている。容器８は一端面側に口81を
有し、この口のある端面側に前記溶接ロボット10が対置
されている。

溶接ロボット10は、溶接制御装置２と、溶接電源装置３
と、マニピュレータ４とを備えている。マニピュレータ
４はポスト41に昇降位置調節可能に支持されたガイドブ
ロック42を有し、このブロック42には図示しない駆動装
置によって水平移動可能に水平コラム43が案内支持され
ている。水平コラム43は、この場合、容器８の軸心と同
心、またはコラム先端が回動する容器８の口81の縁と機
械的に干渉しない範囲内で平行に配置されている。尚、
8a,8bは直径の異なる容器の仮想線であり、このような
容器の直径の変化による口の高さ位置の変更に対して
は、水平コラム43の高さ位置を変えればよく、或いはま
たターニングローラ５の高さ位置を変えてもよい。

水平コラム43の先端にはコラム長さ方向と直交する水平
軸回りで図示しない駆動装置によって回動可能なアーム
44が取り付けられており、アーム先端には溶接ヘッド１
が回動機構45によってアーム軸回りに少なくとも90゜の
角度範囲で回動され得るように装備されている。尚、水
平コラム43の先端近傍には溶接ワイヤ送給装置６が取り
付けられ、また台車９上にはシールドガス供給用のボン
ベ７が搭載されている。

前記アーム44は、第２図及び第３図に示されているよう
に入れ子式の伸縮シリンダ装置からなり、その基部が水
平コラム43の二又先端に枢支され、第２図に破線で示す
ようにコラム43と軸を揃えてまっすぐに水平姿勢をとる
と、台車９の移動でヘッド１を容器８の口81を通して出
し入れでき、容器内などの溶接部位の上でコラム43と直
角に回動させて第２図の実線のように垂直姿勢をとる
と、その伸縮長さの調節でヘッドを溶接部に近づけたり
離したりできる。

溶接ヘッド１は、第４図に示すように、アーム44の先端
に回動機構45を介してアームと直交して固定された溶接
開先幅方向に向いたＸ軸11Xに案内支持されたＸ軸スラ
イドブロック11と、アーム軸およびＸ軸と直交する軸心
回りに回動角度を調整可能に前記Ｘ軸スライドブロック
11に取り付けられたトーチ狙い角度設定ブロック17と、
このブロック17に固定されたＹ軸12Yに支持案内された
Ｙ軸スライドブロック12と、前記Ｙ軸12Yと平行な向き
にＹ軸スライドブロック12に取り付けられた回転アーク
トーチ13と、トーチ前方を証明するためにブロック12に
取り付けられた照明用ライト15と、ライト15の照らす部
分をCCD撮像素子で撮影するCCDカメラ14と、トーチ前方
にて溶接中に発生するヒュームを除去するエアーノズル
16とを備えている。ここで前記Ｙ軸12YはＸ軸11Xに対し
てほぼ直角であって厳密にはトーチ角度設定ブロック17
による傾斜角度だけ直角からずれることになるがこれは
実際上は差支えない。

溶接ヘッド１のトーチ13へは第１図に示したワイヤ送給
装置６から溶接ワイヤが供給され、このワイヤには溶接
電源装置３から溶接電流が供給される。またボンベ７か
らはトーチ13へシールドガスが供給され、さらに台車上
の図示しないエアー源からノスル16に加圧エアーが供給
されるようになっている。

溶接ヘッド１の各軸ブロック11,12,17の変位やアーム44
の伸縮と水平・垂直姿勢変え回動、およびコラム43の水
平移動とブロック42の高さ位置調整、そしてターニング
ローラ５の回動などの制御は、溶接制御装置２がカメラ
14からの画像データとトーチ13のアーク自体の電気的特
性データとに基づいて制御する。すなわち第１図におい
て、制御装置２は、画像処理制御装置21と、溶接パラメ
ータ制御装置22と、画像処理開先倣い制御装置23と、ア
ークセンサ開先倣い制御装置24と含んでいる。画像処理
制御装置21はカメラ14からの画像データを処理して開先
位置、開先形状、仮り付け部位置、溶融池形状等の情報
を出力し、予め設定・記憶された情報との比較等で溶接
始終端位置の検出も行う。溶接パラメータ制御装置22は
画像処理制御装置21からの情報を受けて適正な溶接電流
・電圧・速度の指令信号を出力し、ビード溶け落ち防止
のための溶接条件制御や開先形状変化に対応した溶着量
一定制御を含む実質的な溶接条件の制御を行う。また画
像処理開先倣い制御装置23は画像処理制御装置21からの
情報を受けてトーチ13が開先に対して適当な位置にくる
ようにターニングローラ５やマニピュレータ４の各部を
制御し、この画像処理開先倣い制御装置23で制御された
範囲内において前記アークセンサ開先倣い制御装置24が
トーチ13のアーク特性測定データに基づいてＸ軸スライ
ドブロック11及びＹ軸スライドブロック12による精密な
開先倣いを行う。

この溶接位置による円筒容器の長手方向および円周方向
の仮り付け済み継手部に対する溶接手順を述べると、継
手の開先形状は例えばＸ開先両面突合せ溶接であり、最
初に制御装置２に容器径や作業項目および使用ワイヤな
どをキーボードから入力して初期設定を行う。その後台
車９を移動して容器８の口81に水平コラム43を対置さ
せ、コラム43を容器８の軸心と平行に位置させた後、各
部を原点復帰させてコラム43の高さ位置を容器８の口81
に合わせ、且つアーム44を第２図の実線で示した姿勢に
しておく。この状態ではコラム43の先端は口81にまっす
ぐに向かい合っている。

先ず、内面溶接に際して、周継手に合った溶接ヘッド位
置にするために、回動機構45によってヘッド１を回動し
てそのＸ軸11Xが容器８の軸方向に向くようにする。次
いでアーム44をコラム43の先端で回動により起こし、第
２図に破線で示したようにアームとコラムをまっすぐに
軸を揃えた状態とする。この状態で溶接ヘッド１が口81
の縁からはみださないように前記原点位置が定められて
いる。

その後コラム43を水平移動させて容器内部にヘッド１及
びアーム44を挿入しアーム44を回動して第２図に実線で
示したように垂直に立て、カメラ14の画像データに基づ
いて周方向継手の開先をサーチし、アーム44を伸ばして
トーチ高さを合わせ、ターニングローラ５を回して容器
８を回動し、トーチ13が開先に正しく指向するようにす
る。以上でトーチのセットが完了するので、溶接を開始
する。アークが発生してからは容器の自転に伴うトーチ
の開先倣い制御はアークセンサによる精密倣いであり、
Ｘ軸およびＹ軸スライドブロック11,12によるトーチ13
の倣い動作が行われながら一周の溶接が行われる。溶接
終端を画像データから検出し、周方向溶接が一周したら
アークを自動的に切る。その後一連のシーケンスによっ
て先ずアーム44を縮めてヘッド１を引き上げ、アーム44
を回動により起こしてコラム43と軸を揃え、コラム43を
逆方向に水平移動させてヘッドを容器８内からひきだし
原点復帰させて終了する。

尚、溶接トーチを回転アークトーチとした場合、前記ア
ークセンサによる開先倣いは、回転アークの電圧波形を
検出して回転の左右での波形が等しくなるようにＸ軸倣
いを行い、溶接電流を検出して所定値を保持するように
Ｙ軸倣いを行うことで精密な開先倣いが達成できる。

容器内面の長さ方向の継手の溶接については、ヘッド１
の向きを原点復帰状態からそのＸ軸が容器長さ方向と直
交する向きにしてから同様にヘッドを容器内に挿入して
行う。この場合、溶接の送りは水平コラム43の水平移動
で与えられる。また容器外面の溶接については、ブロッ
ク42によってコラム43の高さ位置を上へ移動させ、容器
頂部にて同様に下向き姿勢に溶接を行えばよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明によれば、溶接の開始か
ら終了までのプロセスをマイクロコンピュータによって
完全自動で制御して円筒容器の胴部の円周方向および長
手方向に沿う継手部を内面または外面から高速でアーク
溶接することができるものであり、容器内に作業員が入
って作業する必要が全くなくなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示す概略の側
面図、第２図は水平コラム先端のアーム部分を示す部分
側面図、第３図は伸長状態のアームを示す部分正面図、
第４図は溶接ヘッド部分の拡大側面図である。 図中同一符号は同一または相当部分を示し、１は溶接ヘ
ッド、２は溶接制御装置、３は溶接電源装置、４はマニ
ピュレータ、５はターニングローラ、６は溶接ワイヤ送
給装置、７はボンベ、８は円筒容器、９は台車、10は溶
接ロボット、11はＸ軸スライドブロック、12はＹ軸スラ
イドブロック、13は溶接トーチ、14はCCDカメラ、15は
照明用ライト、16はヒューム除去用エアーノズル、17は
トーチ狙い角度調整ブロック、21は画像処理制御装置、
22は溶接パラメータ制御装置、23は画像処理開先倣い制
御装置、24はアークセンサ開先倣い制御装置、41はポス
ト、42はガイドブロック、43は水平コラム、44はアー
ム、45は回動機構、81は口を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒容器の胴部の円周方向および長手方向
   に沿う継手部を内面または外面からアーク溶接するもの
   において、前記円筒容器を支持してその軸心回りに回動
   させる支持手段と、該支持手段に支持された円筒容器の
   一端面側にて前記軸心方向に沿って進退可能な水平コラ
   ムを高さ位置調節可能に装備し且つ前記コラムの先端に
   おいて該コラムの長さ方向と直交する水平軸回りに回動
   可能でしかも該水平軸と直交する方向に伸縮可能なアー
   ムを備えたマニピュレータと、前記アームの先端に取り
   付けられアーム長さ方向にほぼ沿ったｙ軸倣い及びそれ
   と直交する方向のｘ軸倣い機構を介して溶接トーチを保
   持する溶接ヘッドと、前記ｘ軸倣い機構の倣い方向が前
   記軸心と平行な向きとなる位置と直角な向きとなる位置
   との二位置間にて前記溶接ヘッドを前記アームの軸心回
   りに回動させる回動機構と、前記溶接ヘッドに取り付け
   られてトーチの溶接進行方向前方位置を撮影して画像デ
   ータを出力する撮影画像処理手段と、溶接中のアークの
   電気的特性に関連した測定量からトーチと前記継手部の
   溶接開先との相対位置関係を検出するアークセンサ手段
   と、前記画像データに基づいて前記マニピュレータと前
   記支持手段を制御することにより溶接始終端位置の制御
   と溶接開先に対するトーチの粗倣いを制御する制御手段
   と、前記アークセンサ手段の検出データに基づいて前記
   ｘ軸およびｙ軸倣い機構を制御することにより前記トー
   チを溶接開先に対して精密倣いさせる精密倣い制御手段
   とを備えたことを特徴とする円筒容器用溶接装置。
2. 【請求項２】溶接トーチが、回転軸心から偏心した位置
   でアークを発生する回転アークトーチである特許請求の
   範囲第１項に記載の円筒容器用溶接装置。
3. 【請求項３】溶接ヘッドが、前記アーム軸心に対するヘ
   ッドの傾きを変化させるトーチ狙い角度調節機構を有す
   る特許請求の範囲第１項に記載の円筒容器用溶接装置。
4. 【請求項４】前記マニピュレータが台車上に搭載されて
   いる特許請求の範囲第１項に記載の円筒容器用溶接装
   置。