JPH07223075A - ガスシールドアーク自動溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造物の溶接に適用されるガスシールドアー
ク溶接方法及び装置に関し、溶接を安定化し、自動化す
る。 【構成】 被溶接板１０２の開先１０７には溶接台車１
０３が巻上げモータ１０５でワイヤ１０６で支持されて
開先１０７間を溶接する。溶接台車１０３には溶接トー
チ２０７が溶接ワイヤ２１８を供給し、更に、カメラを
搭載し、溶融池形状、溶接ワイヤ先端形状、開先形状を
画像としてコントローラ１１０に操作ケーブル１１２を
介して取込む。コントローラ１１０はこれら形状をモニ
タ１０９に表示すると共に溶融池形状と溶接ワイヤ先端
及び開先位置をの各相対位置算出し、適正な溶接トーチ
２０７の移置を算出して溶接台車１０３に投載の溶接ト
ーチ駆動機構を制御するので安定した溶接ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラー、船舶、橋梁、
等の鉄骨の溶接に適用されるガスシールドアーク自動溶
接方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来のガスシールドアーク溶接
法を適用した溶接装置の構成を示す図である。１は溶接
電源、２は被溶接材、３，４は水冷銅板、５，６は水冷
銅板３，４の冷却水入り口及び出口のポート、７はシー
ルドガスの供給ポート、８は溶接ワイヤ、９は溶接ワイ
ヤ８を供給するローラであり、図示していない駆動モー
タに接続している。１０は溶接ワイヤを被溶接材の開先
に導入するための溶接トーチである。１１，１２は溶接
トーチを移動する方向を示している。１１は開先の幅方
向であり、１２は開先の板厚方向である。１３は溶接中
の溶融池、１４は溶接した後の溶接ビードを示す。

【０００３】次に、このような構成の従来例の作用を説
明する。まず、被溶接材２を両側から水冷銅板３，４で
はさむように設置する。次に、供給ポート７からシール
ドガスを供給する。従来方法では、約５０ｌ／分の炭酸
ガス使用する。そして、溶接電源１を出力する。

【０００４】溶接ワイヤ８の先端と被溶接材２の間にア
ークが発生し、溶接ワイヤ８の溶融量に合わせて、送給
ローラ９により溶接ワイヤ８を供給するとともに、水冷
銅板３，４を上方にスライドしていくと、溶融池１３が
形成される。溶融池１３の溶融金属は水冷銅板３，４に
より冷却され溶接継手を完成させる。被溶接材２表面に
は溶接ビード１４が形成される。

【０００５】従来法では溶接の安定を図るため、溶接ト
ーチ１０を常に開先の中央部に位置するように矢印１
１，１２の方向に溶接士が動かしながら溶接しなければ
ならない。そのため、溶接士が常に溶接を監視していな
ければならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のガスシールドア
ーク溶接は溶接の安定を図るため、前述のように溶接士
が常に溶接を監視していなければならない。このため次
のような問題点がある。

【０００７】（１）ガスシールドアーク溶接は高所作業
を伴うものであり、溶接士は高所作業台車等に乗りなが
ら長時間にわたって溶接作業に従事しなければならず、
危険な作業を伴う。

【０００８】（２）溶接の準備に時間を要し、溶接作業
の能率低下を招く。つまり、溶接設備以外に高所作業台
車等の準備も強いられるため、全体の溶接能率が低下す
る。

【０００９】（３）溶接しの高齢化にともない、溶接の
監視能力が低下し溶接品質を低下させる恐れがある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するため、ガスシールドアーク溶接方法におい
て、溶融池の形状、溶接ワイヤの先端形状および被溶接
材の開先形状を画像により検出し、これらの検出した画
像情報に基づいて溶接トーチの位置を制御し、溶接ワイ
ヤが溶融池の適正位置になるような溶接方法を提供す
る。又、このような方法を実施するための装置として溶
融池の形状、溶接ワイヤの先端形状及び開先形状の画像
を入力するカメラを設け、これらの画像情報より溶接ト
ーチの位置を制御する制御ユニットを設けたガスシール
ドアーク自動溶接装置も提供する。

【００１１】即ち、請求項１の発明は、溶接ワイヤを保
持した溶接トーチを駆動機構で駆動し、周囲にシールド
ガスを供給して前記溶接ワイヤと被溶接材との間にアー
クを発生させ、溶融池を形成してこの溶融池で被溶接材
を溶接するガスシールドアーク溶接方法において、前記
溶融池の形状、前記溶接ワイヤの先端形状および前記被
溶接材の開先形状を検出し、これらの検出値に基づい
て、前記溶接トーチの位置を前記駆動機構で溶接が安定
するように制御することを特徴とするガスシールドアー
ク自動溶接方法を提供する。

【００１２】又、装置の発明として、請求項２は、溶接
ワイヤを保持した溶接トーチの駆動機構および前記溶接
ワイヤが溶融して形成した溶融池の形状、溶接ワイヤの
先端形状および開先形状の画像を入力できるカメラ設備
を有する溶接台車と、溶接条件が設定でき、溶接中に手
動で溶接条件を操作できる遠隔操作ユニットと、前記カ
メラ設備からの画像情報により前記溶融池の形状、前記
溶接ワイヤの先端位置および開先位置を算出すると共
に、同算出情報から前記溶接台車に搭載した溶接トーチ
の駆動機構で前記溶接トーチ位置を制御する制御ユニッ
トとを有してなることを特徴とするガスシールドアーク
自動溶接装置を提供する。

【００１３】

【作用】本発明はこのような構成により、その請求項１
の発明においては、溶接ワイヤが溶融して溶融池が形成
されると、溶融池の形状、その溶融池に送り込まれる溶
接ワイヤの先端形状および被溶接材の開先形状を画像情
報、等で取り込み、検出することにより、溶融池の重心
位置と溶接ワイヤの先端位置、開先の位置とのそれぞれ
の相対位置がわかり、これらの位置を調整するように溶
接トーチの駆動機構を制御するので溶接が安定してなさ
れるので品質が向上する。

【００１４】又、請求項２の発明では、溶接ワイヤが溶
融して溶融池が形成されると、溶接台車に投載した溶接
トーチにカメラ設備が設けられているので、このカメラ
設備で、溶融池の形状、溶接ワイヤの先端位置、被溶接
材の開先位置が画像情報として制御ユニットに取込まれ
る。制御ユニットはこれらの画像情報より、溶融池の形
状及び重心位置、溶接ワイヤの先端位置、開先位置のそ
れぞれの相対的な位置を求め、あらかじめ記憶している
溶接ワイヤの先端位置と開先位置の適正値と比較し、溶
接トーチの駆動機構を制御してこの適正値となるように
溶接トーチを移動させるので溶接が安定してなされる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例のガスシールド
アーク自動溶接装置の構成を示す斜視図、図２は本発明
の一実施例のガスシールドアーク自動溶接装置の溶接台
車の構成を示す側面図、図３はその正面図である。又、
図４はその溶接トーチ駆動周辺の側面図、図５はそのＡ
−Ａ矢視図、図６はそのＢ−Ｂ矢視図である。

【００１６】図１において、１０１は溶接電源、１０２
は被溶接板、１０３は溶接台車、１０４は溶接台車上部
に取付けた溶接ワイヤリール、１０５は溶接台車を上方
に移動させるための巻き上げ装置、１０６は巻き上げワ
イヤ、１０７は被溶接板の開先、１０８は遠隔操作盤、
１０９はモニターユニット、１１０はコントローラユニ
ット、１１１は溶接トーチの手動操作ユニット、１１２
は溶接台車と遠隔操作盤とをつなぐ操作ケーブル、１１
３は溶接台車とコントローラユニットをつなぐ制御ケー
ブル、１１４は溶接電流を供給するパワーケーブルであ
る。

【００１７】図２、図３はこのような構成のうち溶接台
車１０３の詳細を示す図で、図中の１０２，１０３，１
０６，１０７は図１と同一のものである。

【００１８】２０１は溶融池を写しだすための溶融池検
出カメラ、２０２はミラーであり、これを介して検出カ
メラ２０１で溶融池２１１を捕える。２０３は開先を写
しだす開先検出カメラ、２０４はスリットレーザ光源で
ある。２０５は溶接音検出センサーであり、これら２０
１，２０２，２０３，２０４，２０５は保護ボックス２
０６内に収納されている。２０７は溶接トーチ、２０８
はのぞき窓、２０９，２１０水冷銅板、２１１は溶融池
である。

【００１９】２１２は溶接トーチ１０７を開先１０７の
板厚方向に移動させるための駆動機構であり、２１３は
その駆動モーターである。ここで便宜的に移動方向をＸ
軸とする。２１４は溶接トーチと駆動機構２１２上の移
動テーブルを連結する治具、２１５は溶接トーチ１０７
を開先１０７の幅方向に移動させるための駆動機構であ
り、２１６はその駆動モーターである。ここで便宜的に
移動方向をＹ軸とする。２１７は駆動機構２１５上の移
動テーブルと台車を固定する治具である。２１８は溶接
ワイヤ、２１９は溶接ワイヤ２１８を送給するローラ、
２２０は送給ローラの駆動モータ、２２１は矯正ローラ
である。２２２は一対のガイドローラであり、開先をは
さむように設置し、開先に沿って溶接台車１０３が動く
ようにするものである。２２３は巻き上げワイヤと溶接
台車１０３の連結治具であり、２２４は溶接台車１０３
の支持ローラである。

【００２０】図４、図５、図６は溶接台車１０３に設置
した溶接トーチ１０７の駆動周辺の構成を示すもので、
図中の構成部品は図２に示したものと同一であるので説
明は省略する。

【００２１】図７は本発明の一実施例のガスシールドア
ーク自動溶接法の制御機器の構成を示すブロック図であ
る。図中の１０１，１０７，１０９，１１１，２０１，
２０２，２０３，２０４，２０５，２０９，２１０，２
１１，２１３，２１６，２１８は図１乃至図６に示すも
のと同一のものであるので説明は省略する。

【００２２】４０１は溶融池画像処理器であり、溶融池
検出カメラ２０１と接続している。４０２は開先画像処
理器であり、開先検出カメラ２０３と接続している。４
０３は音波分析器であり、溶接音検出センサー２０５と
接続している。４０４はシャント抵抗器、４０５は溶接
電流検出器でありシャント抵抗器４０４と接続してい
る。４０７は情報処理器、４０８は制御器、４０９は手
動自動切り替えスイッチである。

【００２３】４１０はＸ軸ドライバー、４１１はＹ軸ド
ライバー、４１２は手動用Ｘ軸ドライバー入力信号発生
器、４１３は手動用Ｙ軸ドライバー入力信号発生器、４
１４は遠隔操作ユニット１０８に内蔵している溶接電流
調整と巻き上げモータ調整に関する操作器である。４１
５は巻き上げモータドライバーであり、４１６の破線は
コントローラユニット１１０の内部であることを示す。
４１７の破線は溶接トーチ手動操作ユニット１１１の内
部であることを示す。

【００２４】図８は後述の作用で説明する溶融池画像処
理器で処理した画像であり、５０１は溶融池検出カメラ
２０１で捕えた溶接ワイヤ、５０２は画像処理で求めた
溶融池形状である。５０３は算出した溶接ワイヤ５０１
の先端位置を十字の記号で示している。５０４は算出し
た溶融池形状の重心位置を十字の記号で示している。

【００２５】図９は同じく後述の作用で説明する開先画
像処理器４０２で処理した画像であり、６０１は開先検
出カメラ２０１で捕えた溶接ワイヤ、６０２は開先検出
カメラ２０３で捕えた開先である。

【００２６】６０３，６０４は画像処理で求めたレーザ
スリット光のラインであり、６０３のラインは開先に、
６０４のラインは溶接ワイヤ６０１に写ったものであ
る。６０５は画像処理で算出した開先６０２の位置を十
字で示している。６０６は画像処理で算出した溶接ワイ
ヤ６０１の中心位置を十字で示している。

【００２７】次にこのような構成での作用について説明
する。まず、図１において遠隔操作ユニット１１１によ
り、手動で溶接を開始する。つまり、モニタ１０９を見
ながら遠隔操作ユニット１０８の操作盤にある操作ボタ
ンでガスシールドを供給し、溶接電源１０１を出力さ
せ、巻き上げモータ１０５を駆動させる。その際モニタ
ー１０９に写す出される溶融池を見ながら、安定な溶接
条件に設定する。本発明の一実施例ではシールドガスに
炭酸ガスを５０ｌ／分で供給し、直径１．４mmのフラッ
クス入り溶接ワイヤ２１８を使用して、溶接電流は５０
０から６００アンペア、溶接電圧は３０から３５ボル
ト、溶接速度は５０から６０cm／分の範囲で安定な溶接
条件を得た。

【００２８】次に、図７において、切り替えスイッチ４
０９を自動に切り替える。これにより、溶接は自動化さ
れる。この作用を次に説明する。

【００２９】溶融池画像処理器４０１は溶融池検出カメ
ラ２０１より写しだした溶融池の画像を処理、演算し図
８に示す画像をモニターに出力する。それと同時に図８
に示す溶接ワイヤ先端位置５０３および溶融池重心位置
５０４を算出し、情報処理器４０７へ入力可能な信号と
して出力する。

【００３０】この作用と同時に開先画像処理器４０２は
開先検出カメラ２０３より写しだした開先の画像を処
理、演算して図９に示す画像を得る。溶接ワイヤおよび
開先に写るレーザスリット光のライン６０４，６０３か
ら開先位置６０５と溶接ワイヤ６０１の中心位置を算出
し、情報処理器４０７へ入力可能な信号として出力す
る。

【００３１】この作用と同時に音波分析器４０３は溶接
音検出センサー２０５で入力した溶接音を音波分析器４
０３で処理し、あらかじめデータとして取得していた溶
接不安定な音波と比較することによってその差を溶接ト
ーチ駆動用情報処理器４０７へ入力する。

【００３２】この作用と同時に溶接電流検出器４０５は
シャント抵抗４０４から検出した電圧を溶接電流値に換
算し、あらかじめデータとして取得していた適正溶接電
流範囲と比較することでその差を溶接トーチ駆動用情報
処理器４０７へ入力可能な信号として出力する。

【００３３】情報処理器４０７ではそれぞれ得た入力値
から溶接状態を判断する。溶接電流検出器４０５と音波
分析器４０２の入力値から溶接の異常状態を判断し、モ
ニタに表示し溶接士に情報を伝えて、手動操作をうなが
す。

【００３４】さらに、溶融池画像処理器４０１と開先画
像処理器４０２の入力値から開先位置６０５と溶接ワイ
ヤ先端位置５０３の相対位置を求め、溶接トーチ駆動用
制御器４０８へ入力可能な信号として出力する。

【００３５】制御器４０８では予めデータとして取得し
ていた開先位置６０５と溶接ワイヤ先端位置５０３の適
正な相対位置と比較して、Ｘ方向およびＹ方向の制御量
を算出しモータドライバー４１０，４１１に入力可能な
信号として出力する。

【００３６】ドライバーからの信号を受けて溶接トーチ
駆動用モータが作動して、開先位置６０５と溶接ワイヤ
先端位置５０３の相対位置が適正になるようにする。

【００３７】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
においては、溶融池形状、溶接ワイヤの先端形状、開先
形状を検出して、それらの検出情報に基づいて溶接トー
チを制御する方法及び、これらの形状を検出するカメラ
設備、同カメラからの画像情報から溶接トーチの駆動機
構を制御する制御ユニットとを設けたガスシールドアー
ク自動溶接装置としたので、遠隔での自動溶接が可能と
なり次の効果が期待できる。

【００３８】（１）溶接士は溶接箇所の近傍にいる必要
がない。したがって、高所作業に従事する必要がなく、
苛酷な労働、悪環境での作業から開放される。

【００３９】（２）溶接の能率化が図れる。高所作業等
の準備、撤収に全く時間を要す必要がなく、能率化が図
れる。

【００４０】（３）一人多アーク化が図れ大幅な高能率
化が達成する。

【００４１】（４）溶接士の技量に依存することなく溶
接品質の安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスシールドアーク自
動溶接装置の全体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例における溶接台車の側面図で
ある。

【図３】図２の正面図である。

【図４】本発明の一実施例における溶接トーチ駆動部周
辺の側面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ矢視図である。

【図６】図４におけるＢ−Ｂ矢視図である。

【図７】本発明の一実施例に係るガスシールドアーク自
動溶接装置の制御機器構成のブロック図である。

【図８】図７における溶融画像処理器で処理した画像の
構成図である。

【図９】図７における開先画像処理器で処理した画像の
構成図である。

【図１０】従来のガスシールドアーク溶接器の構成図で
ある。

【符号の説明】

１０１ 溶接電源 １０２ 被溶接板 １０３ 溶接台車 １０７ 開先 １０８ 遠隔操作盤 １０９ モニターユニット １１０ コントローラ ２０１ 溶融池検出カメラ ２０３ 開先検出カメラ ２０４ スリットレーザ光源 ２０５ 溶接音検出センサ ２０７ 溶接トーチ ２１１ 溶融池 ２１２ 駆動機構 ２１５ 駆動機構 ２１８ 溶接ワイヤ ２２０ 駆動モータ ２２２ ガイドローラ ４０１ 溶融池画像処理器 ４０２ 開先画像処理器 ４０３ 音波分析器 ４０５ 溶接電流検出器 ４０７ 情報処理器 ４０８ 制御器 ４１０ Ｘ軸ドライバー ４１１ Ｙ軸ドライバー ４１４ 操作器 ５０１ 溶接ワイヤ ５０２ 溶融池形状 ５０３ 溶接ワイヤ先端位置 ５０４ 溶融池形状の重心位置 ６０１ 溶接ワイヤ ６０２ 開先 ６０５ 開先位置 ６０６ 溶接ワイヤ中心位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤを保持した溶接トーチを駆動
   機構で駆動し、周囲にシールドガスを供給して前記溶接
   ワイヤと被溶接材との間にアークを発生させ、溶融池を
   形成してこの溶融池で被溶接材を溶接するガスシールド
   アーク溶接方法において、前記溶融池の形状、前記溶接
   ワイヤの先端形状および前記被溶接材の開先形状を検出
   し、これらの検出値に基づいて、前記溶接トーチの位置
   を前記駆動機構で溶接が安定するように制御することを
   特徴とするガスシールドアーク自動溶接方法。
2. 【請求項２】 溶接ワイヤを保持した溶接トーチの駆動
   機構および前記溶接ワイヤが溶融して形成した溶融池の
   形状、溶接ワイヤの先端形状および開先形状の画像を入
   力できるカメラ設備を有する溶接台車と、溶接条件が設
   定でき、溶接中に手動で溶接条件を操作できる遠隔操作
   ユニットと、前記カメラ設備からの画像情報により前記
   溶融池の形状、前記溶接ワイヤの先端位置および開先位
   置を算出すると共に、同算出情報から前記溶接台車に搭
   載した溶接トーチの駆動機構で前記溶接トーチ位置を制
   御する制御ユニットとを有してなることを特徴とするガ
   スシールドアーク自動溶接装置。