JPH0674721A - 溶接開先形状の検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 片側壁面の溶接開先に対し、縦距離計のみで
壁面位置および開先形状を検知する。 【構成】 溶接開先の上方で、突き合わせ材と平行方向
に横行移動出来る縦距離計を配設し、また突き合わせ部
材上方に反射板を設け、縦距離計を反射板から片側壁面
に向かい移動させる過程で、まず反射板を介して片側壁
面の位置と傾きを検知し、次に壁面位置情報をもとに縦
距離計を壁面まで移動させ突き合わせ側開先形状を検知
する。片側壁面の位置と傾きおよび突き合わせ側開先形
状により、開先横断面の全形状を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開先溶接での溶接開先
形状の検知方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】溶接作業の自動化による省力化及び品質向
上の要請が高まるに従い、溶接開先形状に不整があって
も、溶接装置の側でその変動に応じて溶接条件及び溶接
トーチ位置等を調整し、良好な溶接を自動施工すること
が必要となってきており、その実現の上で、溶接開先形
状の検知技術が重要な技術的ポイントとなっている。開
先形状検知に関する１つの技術を特公昭５９−６１５７
４号公報が開示している。これにおいては図８に示すよ
うに、溶接開先上方に溶接部材３１の表面までの距離情
報を検知する縦距離計１を配置し、パルスモータ８及び
ボールねじ１０等により縦距離計１を溶接線に対し、直
角方向に横行駆動して、開先部に直接に距離計から発す
るレーザー等のビームを照射し、横行各位置での突合せ
溶接部材３１の縦距離（高さ）を測定する。横向方向の
検出距離（高さ）分布が開先の断面形状を現わす。すな
わち、このように縦距離計１を溶接線（開先の長手方
向）に対し直角方向に移動させて開先形状を検知する方
法は、図８に示すように、Ｖ，Ｘ開先などの突合せ溶接
部材３１の開先形状を検知する際には、溶接線方向に直
角な断面３２と溶接開先面および溶接部材上面の交わる
直線３３にたいして、溶接開先の距離（高さ）情報がほ
ぼ全線（３３）で得られる為、前記断面３２での開先形
状すなわち開先の横断面形状を精度よく測定することが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
開先形状検知の技術を、図９に示すような、開先の片側
部材が壁状の溶接部材Ｍｖであるときの溶接開先、ある
いは、図１０に示すような段差を有する溶接開先、に適
用した場合、以下のような問題がある。

【０００４】すなわち、壁状の溶接部材Ｍｖと突合せ溶
接部材Ｍｈで形成される溶接開先に適用した場合には、
図９に示すように縦距離計１の移動の際に、縦距離計１
と壁状の溶接部材Ｍｖの壁面４とが干渉し、そのため、
図中ａ部での溶接開先の位置・形状（深さと幅）を測定
することができない。また、壁面４と縦距離計１の衝突
についても、初めに縦距離計１と壁面４が衝突しない範
囲で移動範囲を設定しておいても、溶接進行にともない
溶接部材の曲りなどにより壁面位置（横方向）がずれる
場合が多く、縦距離計１が壁面４に衝突し損傷すること
に繋がる。

【０００５】また、大きな段差を有する溶接開先でも、
縦距離計１の計測可能範囲にたいし壁の高さが低い場合
には、図１０に示すように、開先の両側を跨ぐ範囲で縦
距離計１を移動させることが可能であるが、測長レンジ
の大きい距離計は高価である上に、サイズ，重量が大き
くなる為、開先検知装置がサイズ増，重量増となり、溶
接作業時の距離計のセッテング性（正確な位置決め）を
不良にする。また、測定精度においても、とくに壁面４
が傾斜していた場合には、壁面４側は壁状の溶接部材Ｍ
ｖの上端面３４の位置（高さ）しか精度良く検出できな
いため、縦距離計１の情報から推定される開先幅は誤差
が大きくなり、開先形状を正しくかつ精度良く測定する
ことができない。

【０００６】かかる問題により、開先の片側部材が壁
状，大きな段差，傾斜している等の溶接部材Ｍｖの溶接
施工において、開先形状にバラツキがある（開先長手方
向で開先断面形状が不均一）場合に、前記特公昭５９−
６１５７４号公報に開示された従来の開先センサーで開
先形状（とくに開先幅寸法）を検知し、それをもとに溶
接条件および溶接トーチ位置を適正値にコントロールし
て溶接施工することができなくなり、溶接品質・効率の
確保に大きな支障をきたす。

【０００７】本発明は、横断幅方向の全長に渡って上述
の如き開先形状検出が困難な、一方が壁状の溶接部材で
形成される開先の形状を、正しく計測することを目的と
する

【０００８】。

【課題を解決するための手段】本願発明では、一方が壁
状の溶接部材(Mv)で形成される溶接開先(14)の上方の縦
距離計(1)と、もう一方の溶接部材(Mh)と該縦距離計(1)
の間の反射板(2)により、縦距離計(1)から前記壁状の溶
接部材(Mv)までの横距離を検出し、前記縦距離計(1)
で、前記反射板(2)と前記壁状の溶接部材(Mv)の間の溶
接開先の縦距離を検出し、前記横距離と縦距離より溶接
開先の幅および深さを求める。なお、カッコ内の記号
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
を示す。

【０００９】

【作用】縦距離計(1)の下方に配設した反射板(2)を介し
て縦距離計(1)の信号を開先壁面(4)に直角に進行させ
て、縦距離計(1)を横行移動させることにより、複数箇
所での開先壁面(4)までの横距離を検知することがで
き、壁面(4)の位置および傾きを推定できる。特に、開
先壁面(4)は鋼板の圧延面である場合が多く、非常に良
好な信号が得られ、高い精度と信頼性での推定が可能で
ある。

【００１０】上記での壁面(4)の位置・傾き情報より、
反射板(2)を外れた領域での縦距離計(1)の横行移動面で
の最新の開先壁面位置(壁面4に対する縦距離計1の距離)
を推定できるので、縦距離計(1)を開先壁面(4)まで横行
移動させるのに適正な横行移動位置・範囲を設定して、
距離計(1)と開先壁面(4)の干渉衝突を回避し、かつ突き
合わせ開先(14)およびもう一方の溶接部材(Mh)の表面
(6)の距離情報を確実に収集することができる。

【００１１】すなわち、縦距離計(1)を、反射板(2)上か
ら引き続き開先壁面(4)に向かい横行移動させることに
より、突き合わせ材(Mh)の上面(6),斜面(5)および開先
底(7)までの距離情報を検知でき、開先の深さおよび傾
きすなわち開先断面形状を算出しうる。

【００１２】

【実施例】図１および図２に、本発明を実施する装置の
一実施例を示す。図１において、突合せ溶接部材Ｍｈの
上面６と実質上平行に、紙面と垂直な方向に移動しうる
図示しない溶接移動機構本体（溶接移動台）に、姿勢調
整機構を介して支持された支持枠１３に、ボ−ルねじ１
０が回転自在に支持されている。このボ−ルねじ１０は
パルスモ−タ８で正，逆転駆動される。ボ−ルねじ１０
には距離計支持部材１１がねじ結合しており、パルスモ
−タ８の正転によりボ−ルねじ１０が正転すると支持部
材１１は、壁状の溶接部材Ｍｖの壁面４に近づく方向
（左方）に移動し、パルスモ−タ８の逆転によりボ−ル
ねじ１０が逆転すると支持部材１１は、壁状の溶接部材
Ｍｖの壁面４より離れる方向（右方）に移動する。この
支持部材１１に縦距離計１が装着されており、縦距離計
１が、それからその下方の物体（突合せ溶接部材Ｍｈ又
は裏当部材Ｍｒ）までの距離すなわち物体の高さを検出
する。距離計１は、例えば半導体レーザー方式の光変位
計を用いる。

【００１３】支持枠１３には、反射板支持部材１２が固
着され、この支持部材１２に反射板２が支持されてい
る。この反射板２は、縦距離計１の移動方向に対し４５
°つまり、縦距離計１から発した信号が壁面４に対向す
る方向にセットされており、しかも、ねじ等で上下左右
方向に位置調整出来るようにされている。

【００１４】ボールねじ１０には、回転方向検知回路を
備えるロ−タリエンコーダ９が連結されており、このエ
ンコ−ダ９が、回転方向を示す信号と、ねじ１０の所定
小角度の回転につき１パルスの回転同期パルスをカウン
タＰＣ１に与える。図示しないホ−ムポジションセンサ
が支持部材１１の移動経路上の待避位置（移動範囲の右
端：図３に２点鎖線で示す位置）にあり、支持部材１１
が該待避位置に到達するとホ−ムポシジョンセンサがカ
ウンタＰＣ１にクリア指示信号を与える。カウンタＰＣ
１は、ロ−タリエンコ−ダ９が正転を示す信号を与えて
いるときには回転同期パルスをカウントアップし、逆転
を示す信号を与えているときにはカウントアップする。
支持部材１１が待避位置にあるときとホ−ムポシジョン
センサのクリア指示信号でカウント値がクリア（カウン
ト値＝０）されるので、カウンタＰＣ１のカウント値
は、支持部材１１が待避位置から左方にどれだけ進んだ
位置にあるかを示す。すなわち、カウンタＰＣ１のカウ
ントデ−タが、縦距離計１の、開先を横切る方向の位置
を表わす。

【００１５】なお、図１０に示すＶ開先などにも適用し
うるように、縦距離計１は支持部材１１よりも左方に突
出されており、縦距離計１は、ボ−ルねじ１０の左端よ
りも更に左方に移動しうる。また、縦距離計１は、図示
しない２組の角度調節機構を介して支持部材１１に支持
され、紙面に平行で壁面４に垂直な軸を中心とする回転
角、また紙面に垂直な軸を中心とする回転角を調整しう
る。これらの調整により、縦距離計１の検出方向を、突
合せ溶接部材Ｍｈの上面６に垂直に、あるいは壁面４に
平行に設定しうる。

【００１６】以上に示した構成のもと、マイクロプロセ
ッサ（ＣＰＵ）を主体とするデ−タ処理装置（コンピュ
−タ）ＤＰＤが、反射板２を介して縦距離計１で測定し
た開先壁面４の横方向距離（位置）情報および、縦距離
計１をこの横方向距離情報に従って待避位置（支持部材
１１の待避位置対応）から壁面４に当る直前まで横行移
動させた際の縦距離計１の距離（高さ；溶接開先深さ）
情報を収集する。すなわち、縦距離計１の信号を、Ａ／
Ｄ変換器ＡＤ１やカウンタＰＣ１等インターフェーイス
を介して、ＣＰＵに取り込む。縦距離計１の横行駆動
は、ＣＰＵよりモータドライバＭＤ１にパルス駆動信号
を送ることにより行なう。なお、縦距離計１の移動範囲
における反射板２の位置は、あらかじめ計測し、ＣＰＵ
のメモリに記憶しておく。

【００１７】以上示した装置を用いた溶接開先の位置・
形状の測定を、次に説明する。まず、片壁を有する溶接
開先１４に対し、ボールねじ１０および縦距離計１が壁
面４から余裕のある横方向位置にセットし、次にボ−ル
ねじ１０が開先壁面４とほぼ垂直（突合わせ溶接部材Ｍ
ｈの上面６とほぼ平行）になる方向に傾き、そして縦距
離計１の計測可能範囲（高さ方向）が突き合わせ部材上
面６と開先底７を十分におおう高さとなるように、図示
しない溶接移動台に支持された支持枠１３の姿勢を調整
する（図１に示す、突合せ溶接部材Ｍｈの上面６が実質
上水平の場合には、調整レンジの中心位置（０目盛）
で、ボ−ルねじ１０が水平、支持部材１１，１２が垂直
となる）。そして上述の距離計の角度調節機構により、
縦距離計１の検出方向を上面６に垂直に、微調整する
（図１に示す、突合せ溶接部材Ｍｈの上面６が実質上水
平の場合には、調整レンジの中心位置（０目盛）で、縦
距離計１の検出方向が垂直、反射板２の傾斜が水平に対
して４５度になる）。

【００１８】突合せ溶接部材Ｍｈの上面６が実質上水平
の場合の、支持枠姿勢がその調整レンジの中心位置（０
目盛）であって、距離計１の角度調節がその調節レンジ
の中心位置（０目盛）であることが基準であり、オペレ
−タは、これらの値を０とは異なる値に調整した場合に
は、操作ボ−ドよりデ−タ処理装置ＤＰＤに調整値を入
力する。

【００１９】デ−タ処理装置ＤＰＤは、次の通り開先形
状の計測および算出を行う。まず、支持部材１１をホ−
ムポジション（図３で２点鎖線で示す位置）に置く。こ
のとき縦距離計１の視野は反射板２上にある。デ−タ処
理装置ＤＰＤはそこから縦距離計１を右方に駆動しつつ
縦距離計１の測定デ−タを読込んで、カウンタＰＣ１の
カウントデ−タ対応でメモリすると共に、測定デ−タの
変化量を算出し、測定デ−タの変化量が大きく変わった
所（縦距離計１の視野が反射板２から外れて突合せ溶接
部材Ｍｈの上面６に対向した所）で右駆動を一時停止す
る。この一時停止までに得た縦距離計１の測定デ−タ群
２１（Ｉ）を図４に示す。これらのデ−タ２１は、反射
板２を介した壁面４の横距離を表わすものである。デ−
タ処理装置ＤＰＤはここで最小２乗法の手法を用いこれ
らのデ−タ２１で表わされる直線式（壁面４を表わす直
線式）を求めてこれをメモリすると共に、縦距離計１の
高さ位置での、ホ−ムポジションから壁面４までの横距
離を算出し、算出値より縦距離計１の左限界位置を算出
してメモリする。

【００２０】次に、デ−タ処理装置ＤＰＤは、再度縦距
離計１の左駆動を開始して、パルスカウンタＰＣ１のカ
ウント値（縦距離計１の横方向位置）が前記算出した左
限界位置になるまで縦距離計１を左駆動し、左限界位置
になるとそこで左駆動を停止する。この左駆動の開始か
ら停止までの間にデ−タ処理装置ＤＰＤは、縦距離計１
の微小距離移動毎に縦距離計１の測定値を読込んでカウ
ンタＰＣ１のカウントデ−タ対応でメモリする。この間
の測定デ−タ群２３を図５に示す。左駆動を停止した後
に、縦距離計１は右限界位置すなわちホ−ムポジシヨン
に戻す。

【００２１】デ−タ処理装置ＤＰＤは次に、測定デ−タ
群２３の横方向偏差を算出して偏差の切換わり点（図６
のＤ，Ｃ）を検出して、測定デ−タ群２３を突合せ溶接
部材Ｍｈの上面６対応のグル−プ，突合せ溶接部材Ｍｈ
の斜面５対応のグル−プおよび裏当て材Ｍｒの上面７対
応のグル−プに区分し、最小２乗法の手法を用いこれら
各グル−プのデ−タで表わされる３個の直線式（上面６
を表わす直線式，斜面５を表わす直線式および開先底面
７を表わす直線式）を求めてこれをメモリする。そして
先に算出してメモリに保持している、壁面４を表わす直
線式とこれら３個の直線式より、図６に示すように、開
先横断面を表わす台形のコ−ナＡ，Ｂ，ＣおよびＤを算
出する。以上が、縦距離計１を、溶接開先１４の長手方
向（図１紙面に垂直な方向）のある位置においた開先形
状の測定である。

【００２２】溶接移動台に支持された支持枠１３および
それに装備された上述の距離測定機器を、該溶接移動台
を溶接開先１４の長手方向（図１紙面に垂直な方向）に
低速で連続移動させつつ、あるいは所定距離の移動と停
止を繰返しつつ、溶接開先１４の長手方向ほぼ全長に渡
って行なう。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以下に記載するような効果を
奏する。

【００２４】(1)片壁形状あるいは大きな段差、特に壁
面が逆傾斜を有する溶接開先に対し、溶接開先位置・形
状（幅・深さ寸法）を効率的に正確に測定できる。

【００２５】(2)本発明の開先センサーの実現により、
溶接進行中に溶接条件および溶接トーチ位置を制御して
施工する自動溶接システムに正確な開先位置・形状情報
をインプットすることが可能になり、特に開先形状にバ
ラツキを有するワークに対する溶接作業を効率的に高品
質に対応することが可能となる。

【００２６】このように実用的効果が、非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施する装置の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】 図１に示す距離測定機構３５の側面図であ
る。

【図３】 図１に示す距離測定機構３５の正面図であ
る。

【図４】 図３に示す縦距離計１で反射板２を介して得
られる距離情報を示すグラフである。

【図５】 図３に示す縦距離計１で得られる突き合わせ
開先部の距離情報を示すグラフである。

【図６】 図４および図５に示す情報より得られる開先
断面形状Ａ〜Ｃを示すグラフである。

【図７】 片側壁面の開先形状を有する溶接部材の斜視
図であり、（ａ）は壁状の溶接部材が円筒状で突合せ溶
接部材がフランジ材である場合を、（ｂ）は壁状の溶接
部材および突合せ溶接部材が共に鋼板である場合を示
す。

【図８】 従来の、Ｖ開先形状検出態様を示す斜視図で
ある。

【図９】 従来の開先形状測定を片壁開先に適用した場
合の横断面図である。

【図１０】 従開の開先形状測定を段差の大きい開先に
適用した場合の横断面図である。

【符号の説明】

１：縦距離計 ２：反射板 ４：壁面開先 ５：突き合わせ側開先
面 ６：突き合わせ側部材上面 ７：開先底面 ８：モータ ９：エンコーダ １０：ボールねじ １１：縦距離計支持部
材 １２：反射板支持部材 １３：開先センサ支持
部材 １４：溶接開先 ２１：横距離検知情報 ２２：２１の変換情報 ２３：縦距離計１での
検知情報 ３１：溶接部材 ３２：溶接方向に直角
な断面 ３３：３２の断面と溶接開先の交わる直線 ３４：開先壁上面 ３５：移動機構本体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方が壁状の溶接部材で形成される溶接開
   先の上方の縦距離計と、もう一方の溶接部材と該縦距離
   計の間の反射板により、縦距離計から前記壁状の溶接部
   材までの横距離を検出し、 前記縦距離計で、前記反射板と前記壁状の溶接部材の間
   の溶接開先の縦距離を検出し、 前記横距離と縦距離より溶接開先の幅および深さを求め
   る、溶接開先形状の検知方法。
2. 【請求項２】前記横距離は壁状の溶接部材の縦方向複数
   点につき検出し、これらの横距離より壁面の傾斜を求め
   る請求項１記載の、溶接開先形状の検知方法。
3. 【請求項３】一方が壁状の溶接部材で形成される溶接開
   先の上方に配設される縦距離計；溶接開先を形成するも
   う１つの溶接部材と前記縦距離計の間に配設され前記壁
   状の溶接部材に対向する反射板；前記縦距離計を、前記
   反射板の上方と前記壁状の溶接部材の間で、溶接開先を
   横切る方向に駆動する横行駆動機構；および、 前記縦距離計が前記反射板の上方にあるときの縦距離計
   の測定値より縦距離計と前記壁状の溶接部材との横距離
   を算出し、該横距離と、前記縦距離計が前記反射板を外
   れ反射板と壁状の溶接部材の間にあるときの縦距離計の
   測定値より、溶接開先の横断面情報を生成するデ−タ処
   理装置；を備える溶接開先形状の検知装置。