JPH07241673A

JPH07241673A - 自動溶接方法および装置

Info

Publication number: JPH07241673A
Application number: JP3590094A
Authority: JP
Inventors: Shozo Hirano; 野正三平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ワークの溶接ビード形状に応じた、過不
足のない自動多層盛り溶接を実現すること。【構成】溶接前または溶接動作中の溶接ワーク（１
０）の開先位置および溶接ビード形状をリアルタイムに
検出し、検出された溶接ビードが凹形の時は溶接ビード
と開先壁面との接点位置から予め設定された距離だけ開
先内側の位置を溶接トーチ（９）の狙い位置とし、検出
された溶接ビードが凸形の時は溶接ビードと開先壁面と
の間の設定接点位置を溶接トーチ（９）の狙い位置とし
て多層盛り溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接前または溶接中の
溶接ビード形状に検知しその検知形状に応じて多層溶接
を行う自動溶接方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動溶接装置の典型的な構成例を
図１７に示し、それを参照して従来の溶接装置について
説明する。

【０００３】図１７の自動溶接装置においては、溶接施
工条件データを作成し蓄積する溶接データベース１と、
このデータベース１から所望のデータを格納し溶接の制
御および条件の指示を行う制御カード２および条件カー
ド３と、これらのカードによって指示された条件で溶接
制御を行う制御装置４と、この制御装置４からの指令に
基づいて溶接ワーク１０に対して溶接作業を行う溶接ト
ーチ９を有する溶接ヘッド５と、制御装置４からの指令
に基づき溶接ヘッド５を介して溶接トーチ９と溶接ワー
ク１０との間に溶接アークを発生させる溶接電源６と、
溶接ワーク１０の溶接線WLを検知するセンサヘッド８を
有する溶接線倣いセンサ７とにより構成されている。

【０００４】溶接データベース１には各種対象物、材質
および溶接種類毎の溶接シーケンス制御データおよび溶
接施工条件データが蓄積されており、その中から対象物
に適合した溶接シーケンス制御データおよび溶接施工条
件の指示データをそれぞれ制御カード２および条件カー
ド３に格納する。そのようなデータを書き込んだ制御カ
ード２および条件カード３を制御装置４に差し込むこと
により、そのデータを制御装置４に取り込む。制御装置
４は、制御カード２および条件カード３から取り込んだ
溶接シーケンス制御データおよび溶接施工条件データに
より、溶接ヘッド５の位置制御、および溶接電源６の出
力制御を通して、溶接アークの位置および出力を制御し
自動溶接を実行する。この時の溶接ヘッド５の動作軌跡
は溶接箇所を溶接線倣いセンサ７で検知して予め記憶し
ておくか、溶接ヘッド５に先行して記憶させ、その記憶
データに基づき溶接ヘッド５を再生動作させる。以上の
ようにして溶接ワーク１０の溶接線WLに追従する自動溶
接を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の溶接装置では、
単に溶接線WLのみを倣いセンサ７により検出し溶接線WL
に追従する自動溶接を行っている。溶接作業を進める場
合、開先加工面の状態や条件の変化等により溶接ビード
の溶融状態が悪くなることがある。特に開先壁面と溶接
ビードの接点部が凸形になっている場合は、その部分で
溶接欠陥が発生するおそれが多い。また、溶接時の熱変
形により開先形状が変化すると、指示された通りの条件
では溶接肉盛量に過不足を生ずることがある。そのよう
な場合、従来は溶接ビードの状況を作業者が判断し、望
ましくない場合は溶接作業を中断して条件の修正を行わ
なければならなかった。また、多層溶接の場合、各層毎
のパス数を溶接条件として指示しなければならないが、
パス数を然るべく指示したとしても、その指示データ通
りでは熱変形等により所望の溶接結果を得ることができ
ない場合も生じていた。

【０００６】したがって、本発明の目的は、溶接ワーク
の溶接ビード形状に応じた、過不足のない自動多層盛り
溶接を遂行しうる自動溶接方法および装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の自動溶接方法に
よれば、溶接前または溶接動作中の溶接ワークの開先位
置および溶接ビード形状をリアルタイムに検出し、検出
された溶接ビードが凹形の時は溶接ビードと開先壁面と
の接点位置から予め設定された距離だけ開先内側の位置
を溶接トーチの狙い位置とし、検出された溶接ビードが
凸形の時は溶接ビードと開先壁面との間の設定接点位置
を溶接トーチの狙い位置として多層盛り溶接を行うもの
とする。

【０００８】また本発明の自動溶接装置は、各種の溶接
条件を記憶しているデータベースと、溶接前または溶接
動作中の溶接ワークの溶接ビード形状を検出する非接触
式形状センサと、この形状センサの検出データに基づい
て溶接ビードの形状を検知し、溶接ビード形状が凹形の
時は溶接ビードと開先壁面との接点位置から予め設定さ
れた距離だけ開先内側の位置を狙い位置とし、検出され
た溶接ビードが凸形の時は溶接ビードと開先壁面との間
の設定接点位置を狙い位置とするようにデータベースに
記憶されている溶接条件を自動修正しながら溶接トーチ
の多層盛り溶接の制御を行う溶接トーチ制御装置とを備
えている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、溶接前または溶接動作中の溶
接ワークの開先位置および溶接ビード形状をリアルタイ
ムに検出し、検出された溶接ビードが凹形の時は溶接ビ
ードと開先壁面との接点位置から予め設定された距離だ
け開先内側の位置を溶接トーチの狙い位置とし、検出さ
れた溶接ビードが凸形の時は溶接ビードと開先壁面との
間の設定接点位置を溶接トーチの狙い位置として多層盛
り溶接を行うことにより、溶接肉盛量に過不足を生じた
りすることがなく、溶接ビード形状に対応した自動多層
盛り溶接を行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１１】図３は本発明を実施する装置の第１の構成
例を示すものである。なお、図３において、図１７に示
す装置におけるものと同一の部品ないし対応部分には同
一符号を付し、それらの個々の説明は省略する。

【００１２】図３の自動溶接装置においては、図１７に
おける制御装置４、溶接線倣いセンサ７およびセンサヘ
ッド８の代わりに、溶接ヘッド５および溶接電源６の制
御を行う溶接トーチ制御装置１２、溶接ワーク１０の溶
接ビード形状を非接触で測定するためのセンサヘッド１
６を有する非接触式距離センサ１５、この距離センサ１
５のスキャン動作を行うスキャン機構部１３、および溶
接ビード形状計測制御を行うセンシング制御装置１４が
設けられている。このセンシング制御装置１４は、距離
センサ１５のスキャン位置（ｘ−ｙ座標位置）として特
定可能な平面位置と、距離センサ１５によって測定され
る各スキャン位置でのセンサからワーク開先面までの距
離（ｚ軸方向位置）に基づいて溶接ビード形状を検知す
る。したがって、ここではセンシング制御装置１４、距
離センサ１５およびセンサヘッド１６により本発明にい
う非接触式形状センサを構成する。外部記憶素子として
用意される制御カード２および条件カード３からなる指
示カードは、溶接データベース１と溶接トーチ制御装置
１２との間のデータ授受のために使用される。

【００１３】溶接データベース１はパソコン（パーソナ
ルコンピュータ）１１を含み、そこには溶接に関する種
々のデータ、例えば共通データ、材料別のデータ、構造
物のデータ、継手別のデータ、製品別のデータ、規格別
のデータ、施工別のデータ、資格別のデータ等、目的別
の技術データおよび技量データがカードの形で格納され
るとともに、溶接対象物および溶接ヘッド等の仕様に応
じてこれらのデータの中からその都度適切なものを制御
カード２および条件カード３に書き込んだり、溶接作業
の完了時にこれらのカードの内容を読み出して格納され
たデータに対する修正および加工ができるようになって
いる。

【００１４】図３の自動溶接装置の作用について、図１
および図２並びに図４〜６をも参照してより詳細に説明
する。

【００１５】図２および図１は自動溶接運転および計測
データ処理を示すフローチャートであり、図４はセンシ
ング制御装置１４および距離センサ１５を介して行われ
るセンサヘッド１６のスキャン動作、およびそれによっ
て得られる計測データＤｉを示すものである。なお、図
４の溶接ワーク１０の開先は溶接ビードＢ１で埋められ
ているものとする。

【００１６】制御カード２から制御データが、また条件
カード３から溶接条件データがそれぞれ溶接トーチ制御
装置１２に読み込まれ、自動または手動で運転開始信号
が入力されることにより自動溶接運転が開始される。自
動溶接運転が開始されると、溶接トーチ制御装置１２か
らセンシング制御装置１４に対し溶接開始信号が送出さ
れ、センシング制御装置１４により溶接ビード形状計測
が開始され、その計測信号が出力される（図２：ステッ
プ３０）。センシング制御装置１４は、距離センサ１５
を取り付けたスキャン機構部１３を、溶接ワーク１０の
開先幅より広いスキャン幅Ｗｓの範囲で予め設定された
一定のスキャン速度でセンサヘッド１６を開先幅方向に
スキャン動作させる（ステップ３１）。距離センサ１５
はスキャン動作の開始と同時に距離の計測すなわち形状
の計測を開始し、スキャン動作終了まで数ｍsec （ミリ
秒）毎にセンシング制御装置１４により、開先幅方向に
連続した開先断面形状情報として計測データＤi （図４
参照）を出力する（ステップ３２）。この時、溶接ワー
ク１０は開先長手方向に予め設定された溶接速度で進行
する。この形状計測に際して、溶接ワーク１０の開先長
手方向の予め設定された間隔毎に開先断面形状計測が行
われる。この計測データをセンシング制御装置１４でデ
ータ処理し（ステップ３３）、開先位置および溶接ビー
ド形状（凹形か凸形か）を検知し、溶接トーチ制御装置
１２にその検知データを計測が行われる毎に順次転送す
る（ステップ３４）。

【００１７】図１は、ステップ３３において行われるデ
ータ処理の詳細を示すフローチャートである。計測デー
タＤｉに対しサンプリングデータ毎に前後の複数データ
間の傾きの差データに基づいて開先の角部を検出する
（ステップ３３１）と共に、開先幅、開先深さ、および
積層幅を計算し（ステップ３３２）、開先角度および開
先断面積を計算し（ステップ３３３）、さらに溶接ビー
ド形状が凹形か凸形かを検知する（ステップ３３４）。

【００１８】このステップにおけるビード形状検知は次
のようにして行われる。図５に示すように溶接ワーク１
０の開先壁面と溶接ビードとの接点位置Ｍ１，Ｍ２を検
出し、その位置を基準として前後各数点の幅方向位置間
の角度を計算する。その場合、図５（ａ）に示すように
予め設定された値より大きい角度Ａ１が得られた時は凹
形ビードであるものとし、図５（ｂ）に示すように予め
設定された値より小さい角度Ａ２が得られた時は凸形ビ
ードであるものと判断する。

【００１９】このようにして検出された溶接ビード形状
が凹形か凸形かをチェックし（ステップ３３５）、凹形
（図５（ａ）参照）なら予め設定された凹形時の溶接ト
ーチ狙い位置をセットし（ステップ３３６）、凸形（図
５（ｂ）参照）なら凸形時の溶接トーチ狙い位置をセッ
トする（ステップ３３７）。

【００２０】ここで図６を参照し、溶接ビード形状に応
じた溶接トーチ狙い位置について説明する。なお図にお
いて、Ｂ２，Ｂ３は既に得られている溶接ビードである
とする。さて、１（パス／層）の場合、溶接ビード形状
が凹形なら、図示はしていないが開先中央位置を溶接ト
ーチ狙い位置とする。溶接ビード形状が凸形の場合は例
えばアラームを出力し、自動溶接を停止する。２（パス
／層）以上の場合、開先壁面と接するパスすなわち左右
端のパスは前層の溶接ビード形状に応じて溶接トーチ狙
い位置を決める。ただし、凸形部の角度が小さくて欠陥
が発生しそうな場合は上記と同様にアラームを出力し、
自動溶接を停止させる。図６（ａ）に示すように凹形形
状の溶接ビードＢ２の場合、開先壁との接点位置から数
ｍｍ内側の位置ＴＰ１，ＴＰ２を溶接トーチ狙い位置と
する。また、図６（ｂ）に示すように凸形形状の溶接ビ
ードＢ３の場合、開先壁との接点位置ＴＰ３，ＴＰ４を
溶接トーチ狙い位置とする。

【００２１】ステップ３３１〜３３７からなる計測デー
タ処理ステップ３３の後、処理済データを溶接トーチ制
御装置１２へと転送処理して（ステップ３４）そこに溶
接トーチ動作軌跡を溶接トーチ狙い位置として記憶させ
る（ステップ３５）。溶接トーチ制御装置１２は、その
記憶データを再生出力し（ステップ３６）、溶接ビード
形状に合った溶接ヘッド５（溶接トーチ９）の位置制御
を行うと共に、条件カード３の指示データに基づいて溶
接アーク指示データを溶接電源６に対し出力して（ステ
ップ３７）溶接作業を進める。以上のステップ３２〜３
７は１パス溶接についての処理内容を示すものであり、
それを全パス溶接の終了まで繰り返して（ステップ３
８）溶接運転を終了する。

【００２２】以上の実施例によれば、溶接前および溶接
中の開先位置および溶接ビード形状を検出し、溶接ビー
ド形状が凹形か凸形かに応じた溶接トーチ９の位置制御
を行うことにより、溶接ビードの溶融状態が悪い場合で
も最適の溶接を行い、高品質の自動多層盛り溶接を行う
ことができる。

【００２３】なお、図３における溶接トーチ制御装置１
２およびセンシング制御装置１４は図７に示すように一
体の自動溶接制御装置１７として構成することもでき
る。この自動溶接制御装置１７は、制御カード２および
条件カード３から指示される制御データおよび条件デー
タにより溶接ヘッド５の位置制御および溶接電源６を介
しての溶接アーク制御を行うと共に、スキャン機構部１
３のセンシング制御を行う。

【００２４】この実施例によれば、高品質の自動多層盛
り溶接を行いつつ、センサ計測データの転送処理を１段
省略することができる。

【００２５】図８は本発明の他の実施例を示すものであ
る。この実施例は、以上述べたスキャン機構部１３、距
離センサ１５およびセンサヘッド１６の代わりにＣＣＤ
カメラ１９および画像処理装置１８を設けたものであ
る。ＣＣＤカメラ１９は溶接ワーク１０の開先部分を断
面形状が分かるように撮像し、画像処理装置１８はＣＣ
Ｄカメラ１９によって撮像された開先形状を表わす画像
信号を入力し画像処理を行って溶接ビード形状を検知す
る。

【００２６】この実施例においては、センシング制御装
置１４により計測が開始されると、ＣＣＤカメラ１９か
らの撮像情報を画像処理装置１８で画像処理して開先形
状を検知し、その検知データがセンシング制御装置１４
に送出され溶接ビード形状が検知される。他は図３の装
置と変わりがない。

【００２７】図８の実施例によれば、高品質の自動多層
盛り溶接を行うという本来の機能を達成しつつ、センサ
をスキャン動作させたりすることなく開先断面形状の計
測を高速に行うことができる。

【００２８】次に、溶接ビード溶融量がバラついたりし
た場合であっても最適の多相盛り溶接を達成しうる実施
例について、図９〜１１を参照して説明する。

【００２９】この実施例においては、条件カード３に溶
接ビード高さの差に応じた溶接層とするための溶接層デ
ータを記憶させてあるものとする。図９は、この実施例
における溶接層条件チェック処理を示すフローチャート
であり、図１０および図１１は既に得られた溶接ビード
高さの差により次の溶接層データの変更状態を説明する
ために示した開先断面図である。

【００３０】図１０（ａ）に示すように、多層盛溶接層
を、１および２層目の裏波層Ｓｕ、３層目以降の中間肉
盛層Ｓｎ、および最終層Ｓｙの３種類の溶接層に分類す
る。裏波層Ｓｕに対しては、開先突き合わせ部を開先裏
側まで十分に溶融させるための溶接条件が設定され、開
先形状に応じた溶接条件データは変更不可とする。最終
層Ｓｙに対しては、溶接部の外観を良くし機械加工によ
る仕上げが不要になるようにするための溶接条件が設定
され、同じく変更不可とする。中間肉盛層Ｓｎは開先を
埋めるための層であり、この層に対しては変更可能とす
る。

【００３１】さて、距離センサ１５またはＣＣＤカメラ
１９を介して得られた形状計測データをセンシング制御
装置１４でデータ処理し、開先位置および溶接ビード高
さを検出して溶接トーチ制御装置１２に対し処理データ
を計測が行われる毎に順次転送する。

【００３２】図１０（ａ）は条件カード３の溶接条件デ
ータによる開先断面の設定ビードを示すものである。同
図（ｂ）は実際の溶接途中の断面形状を示すものであ
る。溶接トーチ制御装置１２は、条件カード３の溶接条
件データから、図１０（ａ）における第１層Ｂ１０およ
び第２層Ｂ１１の合計溶接ビード高さ、すなわち裏波層
Ｓｕの溶接ビード高さを設定値として計算し内部記憶し
ている。そして溶接トーチ制御装置１２はその溶接ビー
ド高さの設定値と、図１０（ｂ）における第１層Ｂ１２
と第２層Ｂ１３の合計溶接ビード高さ、すなわち実際の
裏波層の溶接ビード高さのチェックを行い（図９：ステ
ップ４０）、両者の差すなわち溶接ビード高さの偏差を
計算しその偏差に従い、中間層Ｓｎに属する次層以降の
溶接ビード高さの偏差を吸収するように変更処理を施
す。そこで裏波層の溶接ビード高さの設定値と測定値と
の大小比較を行う（ステップ４１）。溶接ビード高さの
測定値とその設定値とが異なる場合、その偏差が所定値
（しきい値）の範囲内か否かのチェックを行う（ステッ
プ４２，４６）。測定された溶接ビード高さがその設定
値よりも低く偏差が負で、それが所定値内である場合
は、その偏差ｄＴ１を解消させるべく、図１０（ｃ）に
示すように裏波層Ｂ１４の次層の溶接ビード高さを高く
するように次層Ｓ１のビード高さをより大きい値のデー
タと入れ替え（ステップ４３）、偏差が負で、それが所
定値を超えるときは、図１０（ｄ）に示すように裏波層
Ｂ１５の上の層数を１層増やし、２層Ｓ２で偏差を吸収
するように２層データを設定すればよい（ステップ４
４，４５）。

【００３３】図１１（ｂ）に示すように、測定された裏
波層Ｂ１８，Ｂ１９の溶接ビード高さが、図１１（ａ）
に示す裏波層Ｂ１６，Ｂ１７の設定溶接ビード高さより
も高く（偏差が正）、それが所定値内である場合は、そ
の偏差ｄＴ２を解消させるべく、図１１（ｃ）に示すよ
うに、裏波層Ｂ２０の次層の溶接ビード高さを高くする
ように次層Ｓ３のビード高さデータをより小さい値に変
更し（ステップ４６，４７）、偏差が正で、所定値を超
えるときは、図１１（ｄ）に示すように裏波層Ｂ２１の
上の層数を１層減らし（ステップ４８）、偏差に応じ２
層分の条件データＳ４を変更し２層で偏差を吸収するよ
うにすればよい（ステップ４９）。溶接トーチ制御装置
１２は、以上のようにして設定された溶接条件により、
溶接電源６に対し溶接アーク指示データを出力し溶接を
行う。

【００３４】かくして、この実施例によれば、溶接中の
開先位置、溶接ビード形状および溶接ビード高さを検出
し、それらの検出値と設定値との間に偏差が生じた場
合、その偏差をなくすように次層以降の溶接層データを
変更するので、溶接ビード溶融量がバラついたりした場
合でも最適の溶接を行い、高品質の自動多層盛り溶接を
実現することができる。

【００３５】高品質の自動多層盛り溶接を行うためにパ
ス位置調整を行う実施例について、図１２〜１４を参照
して説明する。

【００３６】図１２は溶接ビード接点位置に応じたパス
数の決定方法を説明するための図であって、同図
（ａ），（ｂ）において、ＷＳ１，ＷＳ２は両開先壁面
間に既に得られているハッチングで示す溶接層の各開先
壁面と溶接ビードとの接点位置相互間の幅すなわち層
幅、Ｗｂ１，Ｗｂ２は多層盛りにおける下層の接点位置
と上層の下層に対するビード接点の位置との間の幅、す
なわちビード接点幅である。図１２（ａ）に示すよう
に、各層の１パス目終了時に１パス目溶接ビードの開先
内側の接点位置に対応するビード接点幅Ｗｂ１が層幅Ｗ
Ｓ１の約２／３以上である時はパス数２と判断し、図１
２（ｂ）に示すように、ビード接点幅Ｗｂ２が層幅ＷＳ
２の約２／３未満の時はパス数３以上と判断し、この接
点位置から次パスの位置を自動判断する。

【００３７】図１３はパス位置判断の処理内容を示すフ
ローチャートであり、図１４は溶接ビードの接点位置に
応じて決定されたパス位置を示す開先断面形状図であ
る。

【００３８】この実施例においては、計測データをセン
シング制御装置１４により処理して開先位置および溶接
ビード接点位置の検出を行い（図１３：ステップ５
０）、溶接ビード計測形状、１層あたりのパス数、およ
びパス順番により、次パスの位置を自動設定する。溶接
ビードの接点位置検出の結果、パス数が１（パス／層）
のときは、図１４（ａ）に示すように、パスＢ３０に続
く次パスの位置は中央位置ＴＰ１１とする（ステップ５
１，５２）。２（パス／層）以上で各層の１パス目の場
合は、図１４（ｂ）に示すように、パスＢ３１に続く次
パスの位置は開先左端の位置ＴＰ１２とする（ステップ
５３，５４）。２（パス／層）以上で各層の２パス目の
場合は、図１４（ｃ）に示すように、パスＢ３２に続く
次パスの位置は開先右端の位置ＴＰ１３とする（ステッ
プ５５，５６）。２（パス／層）以上で各層の最終パス
の場合は、図１４（ｄ）に示すように、パスＢ３３に続
く次パスの位置は溶接ビード接点の内側間（層の空き部
分）の中央位置ＴＰ１４とする（ステップ５７，５
８）。２（パス／層）以上で各層の３パス以降の奇数パ
スの場合は、図１４（ｅ）に示すように、パスＢ３４に
続く次パスの位置は両溶接ビード接点の内側間（層の空
き部分）の左端位置ＴＰ１５とする（ステップ５９，６
０）。さらに、２（パス／層）以上で各層の３パス以降
の偶数パスの場合は、図１４（ｆ）に示すように、パス
Ｂ３５に続く次パスの位置は溶接ビード接点の内側間
（層の空き部分）の右端位置ＴＰ１６とする（ステップ
５９，６１）。以上のように次パス位置を自動的に設定
し、その位置により溶接トーチ狙い位置を設定する（ス
テップ６２）。溶接トーチ制御装置１２は、その溶接ト
ーチ狙い位置データにより、溶接ヘッド５の位置決めを
行い、自動多層溶接を行う。

【００３９】以上のようにして、溶接中の開先位置、溶
接ビード形状、および開先壁との溶接ビード接点位置を
検出し、溶接ビード計測形状、１層あたりのパス数およ
びパス順番に応じて次パスの位置を自動設定することに
より、溶接熱変形により開先形状が変化してパス数が設
定値と合わなくなるような場合であっても、溶接ビード
形状に合ったパス位置を自動設定して最適の溶接を行
い、高品質の自動多層盛り溶接を行うことができる。

【００４０】次に図１５を参照し、溶接ビードの接点位
置に応じたパス位置および溶接トーチ狙い位置に関する
変形実施例について説明する。

【００４１】この実施例は溶接ビード形状計測結果、お
よび１層あたりのパス数に基づいて次パスの溶接トーチ
狙い位置を自動設定するものである。図１５（ａ）〜
（ｄ）において、ハッチングで示すＢ４０，Ｂ４１，Ｂ
４２，Ｂ４３はそれぞれ既に行われた溶接パスによる溶
接ビード部であり、その上に次パスの溶接ビードを形成
するものとする。

【００４２】１（パス／層）の場合は、図１５（ａ）に
示すように、開先の幅方向中央位置ＴＰ２１を溶接トー
チ狙い位置とする。２（パス／層）の場合には、図１５
（ｂ）に示すように、１パス目は開先左壁面と溶接ビー
ドとの接点位置から予め設定された距離だけ開先内側に
ずらした位置ＴＰ２２を溶接トーチ狙い位置とし、２パ
ス目は同様に開先右壁面と溶接ビードとの接点位置から
予め設定された距離だけ開先内側にずらした位置ＴＰ２
３を溶接トーチ狙い位置とする。３（パス／層）の場
合、図１５（ｃ）に示すように、最初の２パスは２（パ
ス／層）の場合と同様、１パス目および２パス目はそれ
ぞれ開先左壁面ないし右壁面と溶接ビードとの接点位置
から予め設定された距離だけ開先内側にずらした位置Ｔ
Ｐ２４，ＴＰ２５を溶接トーチ狙い位置とし、３パス目
は開先中央位置ＴＰ２６を溶接トーチ狙い位置とする。
５（パス／層）の場合は、図１５（ｄ）に示すように、
最初の２パスは２（パス／層）の場合と同様に位置ＴＰ
２７およびＴＰ２８、次の２パスは最初の２パスの内側
接点位置から予め設定された距離だけ開先外側にずらし
た位置ＴＰ２９およびＴＰ３０、最後の５パス目は開先
中央位置ＴＰ３１をそれぞれ溶接トーチ狙い位置とす
る。

【００４３】このように、１層あたりのパス数により、
その層のパスの順番および溶接トーチ狙い位置を開先の
外側から内側に順番の位置で、奇数パスの時の最終パス
は開先中心位置を溶接トーチ狙い位置として自動的に設
定することにより、溶接状態の変化により溶接ビードの
大きさおよび位置が変化した場合でも、溶接ビード位置
に合った溶接トーチ狙い位置を自動設定して最適の多層
溶接を行い、高品質の自動多層盛り溶接を実現すること
ができる。

【００４４】図１６を参照してさらに他の実施例につい
て説明する。図１６の溶接装置は、図３の溶接装置とほ
ぼ同様に構成されているが、溶接ワーク１０の開先長さ
方向の走行位置を検出する走行位置検出器２０を設け、
その検出位置信号を溶接トーチ制御装置１２およびセン
シング制御装置１４に導入している点を特徴とするもの
である。ここでは溶接ワーク１０はリング状に形成さ
れ、しかも開先線が円周状に走っており、溶接時には溶
接ワーク１０が溶接速度に合わせて矢印Ｑの方向に回動
する。図は溶接トーチ９、走行位置検出器２０、および
センサヘッド１６の溶接ワーク１０に対する配置位置関
係を示すものである。ここではセンサヘッド１６が溶接
トーチ９からかなり離れた位置に配置されているのが、
もう一つの特徴である。

【００４５】図１６に示す溶接装置において、溶接トー
チ制御装置１２がセンサ検出開始指令をセンシング制御
装置１４に送出すると、センシング制御装置１４を通し
て、溶接トーチ９の配置位置に先行するセンサヘッド１
６の位置で開先断面形状（溶接ビード形状）計測および
データ処理が行われ、溶接トーチ狙い位置が求められ
る。同時に、走行位置検出器２０によって得られる位置
信号により開先走行位置を検出する。このようにして得
られた開先走行位置データおよび溶接トーチ狙い位置デ
ータをセンシング制御装置１４で走行位置の一定間隔毎
に１周分について順次記憶される。

【００４６】溶接トーチ制御装置１２が記憶データの転
送指令をセンシング制御装置１４に送出すると、センシ
ング制御装置１４は溶接トーチ制御装置１２へ記憶デー
タを順次転送する。転送されたデータは溶接トーチ制御
装置１２においても溶接ワーク１０の１周分について順
次記憶される。溶接トーチ９とセンサヘッド１６との間
の距離は予め溶接トーチ制御装置１２に設定してあり、
溶接トーチ９の位置に同期させて記憶データにより溶接
ヘッド５を駆動して自動溶接を行う。

【００４７】図１６の実施例によれば、溶接トーチ９と
センサヘッド１６とを別々に制御することにより、距離
センサを溶接位置からかなり離して配置することがで
き、距離センサを溶接アーク光および溶接熱の影響をな
くすか軽減することができ、測定精度向上および信頼性
向上を達成することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶接前および溶接中の開先位置および溶接ビード形状を
リアルタイムに検出し、検出された溶接ビード形状に応
じた溶接トーチ位置制御および溶接条件の自動修正を行
いながら自動多層盛り溶接を行うので、設定条件通りに
積層できない場合および溶接熱変形が生じた場合でも、
溶接肉盛量に過不足を生じたりすることがなく、溶接ビ
ード形状に対応した自動多層盛り溶接を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による計測データ処理を示すフローチャ
ート。

【図２】本発明による自動溶接運転を示すフローチャー
ト。

【図３】本発明による自動溶接装置の一実施例を示すブ
ロック図。

【図４】距離センサのスキャン動作および計測データの
関係を説明するための図。

【図５】溶接ビード溶融形状の判断内容を説明するため
の図。

【図６】溶接ビード形状に応じた溶接トーチ狙い位置を
説明するための図。

【図７】図３の装置に対する他の実施例を示すブロック
図。

【図８】図３の装置に対するさらに他の実施例を示すブ
ロック図。

【図９】層条件チェック処理の内容を示すフローチャー
ト。

【図１０】溶接ビード高さの差による以降の溶接層デー
タの変更状態を説明するための開先断面図。

【図１１】溶接ビード高さの差による以降の溶接層デー
タの変更状態を説明するための開先断面図。

【図１２】溶接ビードの接点位置に応じたパス数の判断
内容を説明するための開先断面形状図。

【図１３】パス位置判断処理を示すフローチャート。

【図１４】溶接ビードの接点位置に応じたパス位置を示
す開先断面形状図。

【図１５】溶接パス数に応じたパス位置および溶接トー
チ狙い位置を説明するための開先断面形状図。

【図１６】溶接トーチと距離センサの位置関係を示すブ
ロック図。

【図１７】従来の自動溶接装置の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１溶接データベース２制御カード３条件カード５溶接ヘッド６溶接電源９溶接トーチ１０溶接ワーク１２溶接トーチ制御装置１３スキャン機構部１４センシング制御装置１５非接触式距離センサ１６センサヘッド１７自動溶接制御装置１８画像処理装置１９ＣＣＤカメラ２０走行位置検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接前または溶接動作中の溶接ワークの開
先位置および溶接ビード形状をリアルタイムに検出し、
検出された溶接ビードが凹形の時は溶接ビードと開先壁
面との接点位置から予め設定された距離だけ開先内側の
位置を溶接トーチの狙い位置とし、検出された溶接ビー
ドが凸形の時は溶接ビードと開先壁面との間の設定接点
位置を溶接トーチの狙い位置として多層盛り溶接を行う
自動溶接方法。
【請求項２】溶接層を、１および２層目の裏波層、３層
目以降の肉盛層、および最終層の３層に分類し、溶接前
または溶接動作中に、多層溶接条件データから検出され
る溶接ビード予想高さと実際に検出された溶接ビード高
さとの間に差が生じた場合、その高さの差をなくすよう
に前記肉盛層に属する次層以降の溶接層の溶接条件デー
タを修正して多層盛り溶接を行う自動溶接方法。
【請求項３】溶接前または溶接動作中の溶接ワークの開
先位置および溶接ビード形状をリアルタイムに検出し、
検出された溶接ビード形状に基づき開先壁と溶接ビード
との接点位置を検出し、各層の１パス目終了時に１パス
目溶接ビードの開先内側の接点位置が層幅の約２／３以
上である時はパス数２と判断し、約２／３未満の時はパ
ス数３以上と判断し、前記接点位置から次パスの位置を
自動判断して多層溶接を行う自動溶接方法。
【請求項４】溶接トーチから離れた先行位置で開先形状
を先行計測し、その先行計測データに基づいて溶接トー
チ狙い位置を設定・記憶し、その記憶データに基づき、
溶接トーチの溶接線方向の位置情報に同期させて溶接ト
ーチを位置制御し多層溶接を行う請求項１ないし３のい
ずれかに記載の自動溶接方法。
【請求項５】各溶接層に対する溶接パス数が１パスの時
は開先中心位置とし、２パスの時は開先壁面と溶接ビー
ドとの接点位置から予め設定された距離だけ開先内側の
位置とし、３パスの時は最初の２パスを前記２パスの時
と同様にして３パス目を開先中心位置とし、４パスの時
は最初の２パスを前記２パスの時と同様にして３，４パ
ス目を１，２パス目の内側接点位置から予め設定された
距離だけ開先外側の位置とし、５パス以上の時は前記４
パスの時と同様にして開先の外側から内側に順番の位置
とし、奇数パスの時の最終パスは開先中心位置を溶接ト
ーチの狙い位置として多層溶接を行う請求項１ないし４
のいずれかに記載の自動溶接方法。
【請求項６】各種の溶接条件を記憶しているデータベー
スと、溶接前または溶接動作中の溶接ワークの溶接ビー
ド形状を検出する非接触式形状センサと、この形状セン
サの検出データに基づいて溶接ビードの形状を検知し、
溶接ビード形状に応じて前記データベースに記憶されて
いる溶接条件を自動修正しながら溶接トーチの多層盛り
溶接の制御を行う自動溶接制御装置とを備えた自動溶接
装置。
【請求項７】前記自動溶接制御装置は、溶接トーチ制御
装置は、前記非接触式形状センサの計測制御および計測
データを処理してビード形状を検出するセンシング制御
装置と、このセンシング制御装置から出力される計測デ
ータに応じ前記データベースに記憶されている溶接条件
を自動修正しながら溶接トーチを制御する溶接トーチ制
御装置とからなっている請求項６に記載の自動溶接装
置。
【請求項８】前記非接触式形状センサは、溶接ワークの
溶接ビード部分をスキャン動作する距離センサからなっ
ている請求項６または７に記載の自動溶接装置。
【請求項９】前記非接触式形状センサは、溶接ワークの
溶接ビード部分を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤ
カメラの撮像データを処理して溶接ビード形状を検出す
る画像処理装置とからなっている請求項６または７に記
載の自動溶接装置。
【請求項１０】前記形状センサは溶接トーチから離れた
先行位置に配置されて溶接ワークの溶接ビード形状を先
行計測するものであり、さらに、前記溶接ワークの溶接
線方向の位置を検出する走行位置検出器を備え、前記溶
接トーチ制御装置は前記形状センサによる先行計測デー
タに基づいて溶接トーチ狙い位置を設定・記憶し、その
記憶データに基づき、前記走行位置検出器によって検出
された溶接トーチの溶接線方向の位置情報に同期させて
溶接トーチの位置制御および多層溶接制御を行うもので
ある請求項６ないし９のいずれかに記載の自動溶接装
置。