JPH0775875A - 溶接線倣い方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、突合せ溶接に於ける溶接線の倣
い方法を提供するものである。 【構成】 本発明の溶接線倣い方法は、溶接線と直角
方向の一線上の母材表面の凹部を一定のサンプリング周
期毎に検出し、検出した情報のうち凹部の母材表面から
の深さが設定値を越える部分を見出し、設定値を越えた
凹部の位置が直前のサンプリング時に採用した溶接線の
位置に対して設定値以下の変化量であるときに凹部の位
置を溶接線の位置であると判断し、変化量によって溶接
トーチの位置補正を行ない、変化量が前記設定値より大
なるときは溶接トーチの位置補正を行なわず直前のサン
プリング時に採用した溶接線位置に溶接トーチの位置を
保つことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、突合せ溶接に於ける溶
接線の倣い方法に関するもので、溶接の自動化・省人化
に寄与するものである。

【０００２】

【従来の技術】

（従来技術１）図１は、従来の溶接線倣いの例を示す図
であり、同図の場合は溶接トーチ１と一体で配置された
テレビカメラ２を設け、かつテレビカメラ２の左右に照
明器３を配置し、開先内と開先肩部の明暗差をテレビカ
メラ２により輝度信号として取り出し、検出領域の輝度
データを積分・微分処理を制御部４にて行うことにより
開先位置を探る方法である。（例えば特開平２−１０４
４７６号公報）

【０００３】（従来技術２）図２は従来の溶接線倣い方
法の別の例を示す図である。同図において、５はスリッ
ト光投光器、６は撮像装置であって、スリット光投光器
５によって継手の継目位置部分に向けてスリット光５ａ
を投射し、そのスリット光像を撮像装置６により画像信
号とし、この画像信号を信号処理部９で信号処理して継
目位置を検出する方法である。同図の場合は、スリット
光画像を一定のタイミングごとに抽出し、その抽出タイ
ミングからｘ，ｙ座標位置を特定することにより上記ス
リット光画像の位置情報を作成すると同時に、上記ｘ，
ｙ座標位置に於ける明度の大きさを検出しスリット光画
像の長手方向の明度分布を作成して、継目位置を上記明
度分布の最暗部として検出する方法である。（例えば特
開昭６３−１４９５０５号公報）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実際の溶接に当たって
は、長尺の被溶接母材の突合わせ部をその全面にわたっ
て均一に揃えることは不可能である。このために図３に
示すように予め適当な間隔で仮付け溶接を行なうのが一
般的である。しかも、この仮付溶接部８の溶接長及び溶
接間隔は一定でないことが多い。また、そのビード幅も
不揃いである。そのため、上記のような従来技術によっ
て溶接線倣いを行なうときは、次のような問題点があっ
た。

【０００５】（従来技術１の問題点）図４は溶接線上に
仮付溶接・傷・スパッタがある場合に図１の従来技術に
よって得られる信号の例を示し、同図（ａ）は輝度分布
を示し、また、それを微分処理した成分値分布を同図
（ｂ）に示す。同図において９はスパッタのような凸
部、１０は仮付溶接部、１０ａ，１０ｂは仮付けビード
の縁部、１１は母材キズなどの凹部である。同図から分
かるようにこれらを溶接線と区別することはほとんどで
きないものである。したがって図４のようなデータから
溶接線の位置を判断することは不可能であり、誤った倣
いをしてしまうことになる。

【０００６】（従来技術２の問題点）図５に溶接線上に
仮付溶接・傷・スパッタがある場合に図２の従来技術に
よって得られる明度分布を示す。図５において、１２は
スパッタ等の突出部、１３は仮付溶接部、１３ａ，１３
ｂは仮付けビードの縁部、１４は母材の傷等の凹部であ
る。しかし、これらの信号そのものからその発生原因を
知ることは不可能である。それゆえ、このような明度分
布において明度の極小部１３ａ，１３ｂ，１４から溶接
線を判断することは全く見当違いとなることは明らかで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の手段を
備えた溶接線倣い方法である。 （１）溶接線と直角方向の母材表面上の凹部を検出する
検出装置、又は測定基準線から母材表面の異物までの距
離を検出する段階。 （２）ある単位時間（例えば１秒）をサンプリング周期
とし、交互に母材表面の凹部位置を検出するサンプリン
グ期間とこのサンプリングによって得られた位置データ
によって溶接トーチの位置を補正する期間とを繰り返す
シーケンスを実行し、サンプリング期間中の位置検出デ
ータを取り込み記憶し、変化量を演算する段階。 （３）サンプリング期間中の位置検出データの変化量
が、所定範囲内であれば電極位置制御部に補正信号を出
力し、範囲外であれば補正信号を出力しないように判断
する段階からなる溶接線倣い方法。 （４）または、これらに加えて全サンプリング期間中の
溶接線又は溶接線と判断する前項条件を満たす位置情報
の変化が、どのような傾向を持っているかを演算し、こ
の演算結果から次のサンプリングデータを予測し、実際
に計測された位置情報との差異が最少のもの、即ち予測
値に一番近いものを、正しい溶接線位置であると判断す
る溶接線倣い方法。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 （実施例１）図６は本発明の溶接線倣い方法を実施する
装置の例を示す接続図である。同図において、１５は溶
接線と直交する方向で溶接線を跨ぐような一線上の母材
表面の凹部を検出する検出装置であり、具体的には先の
従来方法におけると同様の工業用テレビカメラやレーザ
光を用いた距離測定手段を用いることができる。１６は
検出された凹部情報を取り込み検出した凹部の深さが設
定値を超える部分の位置情報を演算制御部１７へ送り出
す信号処理部であり、浅い傷やスケールによる微小な段
差からくるノイズ的な信号を除く。１７は信号処理部１
６の位置情報を入力として補正信号を算出する演算制御
部であり、１８は溶接線教示データ記憶部１９に予め記
憶されている溶接線データを読み出して演算制御部１７
からの補正指令によって補正した位置信号を溶接トーチ
位置調整機構２０に供給する電極位置制御部である。

【０００９】ここで、演算制御部１７は、信号処理部１
６から深さが設定値より大なる凹部の位置情報を受け取
り、その情報と直前のサンプリング時に採用した溶接線
位置情報とを比較し、直前のサンプリング時に採用した
溶接線位置情報からの変化量があらかじめ定められた設
定範囲以内である場合には、その位置情報は仮付溶接部
や母材の傷等ではなく、真の溶接線であると判断して補
正信号を出力する。電極位置制御部１８はこのときあら
かじめ教示された溶接線データ記憶部１９から読み出し
た溶接線位置データを演算制御部１７からの補正信号に
よって補正した位置データを溶接トーチ位置調整機構２
０に供給して溶接トーチ１の位置を決定し補正する。

【００１０】一方、得られた溶接線位置情報が直前のサ
ンプリング時に採用した溶接線位置情報と比較したとき
にその差が設定値以上であるときには、正しくない情報
として無視し、電極調整装置に補正指令を与えず、直前
のサンプリング時に採用した溶接線位置補正データを使
用して予め教示された次のサンプリング時までの溶接線
位置データを補正して溶接を継続する。

【００１１】図７は、溶接線における凹部検出の例をし
めす。同図（ａ）は溶接線以外に凹部のないとき、
（ｂ）は仮付溶接部があるとき、（ｃ）および（ｆ）は
スパッタ等の凸部があるとき、（ｄ）は溶接線以外にも
母材に傷などの凹部があり、凹部が２か所となっている
とき、（ｅ）は仮付部と母材傷とがあるときをそれぞれ
示す。

【００１２】また、図８は図７の各部における凹部検出
位置情報の例を示す線図であり、（ａ）ないし（ｆ）は
それぞれ図７の（ａ）ないし（ｆ）にそれぞれ対応して
いる。また図８の（ｇ）はｎ個の凹部があるときの凹部
位置情報の例であり、それぞれ（Ｌ1 ，Δｄ1 ）、（Ｌ
2 ，Δｄ2 ）………（Ｌn ，Δｄn ）のｎ個の凹部があ
る場合を示している。（但し、Ｌn は第ｎ番目の凹部の
位置、Δｄn は第ｎ番目の凹部の深さを示す。）

【００１３】図９は、図８（ｇ）のようなデータが得ら
れたときの信号の処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【００１４】図８（ｇ）および図９において、検出され
た凹部の左端から順にチェツクし、Δｄm ≧Δｄo のも
の、即ち深さが浅い傷程度の深さによって得られる信号
よりも大なる値に設定された設定値Δｄo よりも大なる
ものを探し、さらにΔｄm ≧Δｄo のときの前回サンプ
リング時の溶接線位置Ｌx-1 との差｜ΔＬx ｜＝｜Ｌm
−Ｌx-1 ｜を調べて許容編差設定値ΔＬo と比較し、｜
ΔＬx ｜≦ΔＬo のときのその位置変化量ΔＬx ＝Ｌm
−Ｌx-1 を出力し、教示された次の溶接線位置データＬ
x をこれによって補正したデータＬx0＋ΔＬx を溶接線
位置データとして採用して溶接トーチの位置を修正す
る。

【００１５】もし、すべての凹部を調べてもΔｄm ≧Δ
ｄo のものがないとき、または｜ΔＬx ｜＝｜Ｌm −Ｌ
x-1 ｜≦ΔＬo のものがないときは、前回のサンプリン
グ時の補正量ΔＬx-1 を補正量として出力し、つぎの教
示データＬx をこれによって補正してデータ（Ｌx ＋Δ
Ｌx-1 ）を採用して溶接トーチの位置を修正する。

【００１６】なお、サンプリング周期は短いほど正確な
倣いができることになるが、溶接線が大略直線状や緩い
曲線であるときには、比較的サンプリング周期を長くし
てもよい。また、溶接線が強く屈曲するコーナー部にお
いては、この倣い制御を一旦中断して教示データのみに
よって溶接トーチの位置制御を行ない、屈曲部を通過し
た後で再び倣い制御を行なうようにプログラムしておく
と、溶接線の急激な変化に対しても誤った倣いをするこ
とがない。また、変化量の設定値は、溶接線が全域にお
いて直線状や緩やかな曲線であるときには一定の値でよ
いが、極率の異なる複数の部分が組合わされた曲線の場
合には、溶接線データとともに変化量設定値もその曲率
や曲り方向に応じて溶接線教示データ記憶部１９に教示
・記憶しておき、その都度読み出して設定値として演算
制御部１７に供給すればよい。

【００１７】（実施例２）また、図６において、検出装
置１５として溶接線と直交方向で溶接線を跨ぐような、
一線上の母材表面の異物までの距離（測定器の測定基準
線からの距離）を検出する検出装置を用い、信号処理部
１６として検出装置１５から受け取る情報を整形して演
算制御部１７へ送る情報に変換する信号処理部１６で構
成する。溶接中は演算制御部１７はこの位置情報を継続
して受け取っており、その情報と直前のサンプリング時
の溶接線位置情報とを比較し、直前のサンプリング時に
採用した溶接線位置情報からの変化量があらかじめ定め
られた設定範囲以内である場合には、その位置情報は仮
付溶接部・スパッタ・母材の傷等ではなく、真の溶接線
であると判断して電極位置制御部１８へ位置補正指令を
与え、電極位置制御部１８はこのときあらかじめ教示さ
れた溶接線データ記憶部１９から読み出した溶接線位置
データを演算制御部１７からの補正信号によって補正し
た位置データを溶接トーチ位置調整機構２０に供給して
溶接トーチ１の位置を決定し補正する。

【００１８】一方、得られた溶接線位置情報が直前のサ
ンプリング時に採用した溶接線位置情報と比較したとき
にその差が設定値以上であるときには、、正しくない情
報として無視し、電極調整装置に補正指令を与えず、直
前のサンプリング時に採用した溶接線位置補正データを
使用して予め教示された次のサンプリング時までの溶接
線位置情報を補正して溶接を継続する。

【００１９】図１０は図７の各部における異物位置情報
の検出例を示す線図であり、（ａ）ないし（ｆ）はそれ
ぞれ図７の（ａ）ないし（ｆ）にそれぞれ対応してい
る。また図１０の（ｇ）はｎ個の異物があるときの異物
位置情報の例であり、それぞれ（Ｌ1 ，Δｄ1 ）、（Ｌ
2 ，Δｄ2 ）………（Ｌn ，Δｄn ）のｎ個の異物があ
る場合を示している。（但し、Ｌn は第ｎ番目の凹部の
位置、Δｄn は第ｎ番目の凹部の深さを示す。）

【００２０】図１１は、図１０（ｇ）のようなデータが
得られたときの信号の処理の流れを示すフローチャート
である。図１０（ｇ）および図１１において、検出され
た異物の左端から順にチェツクし、前回サンプリング時
に採用した溶接線位置Ｌx-1 との差｜ΔＬx ｜＝｜Ｌm
−Ｌx-1 ｜を調べて許容編差設定値ΔＬo と比較し、｜
ΔＬx ｜≦ΔＬo のときの位置変化量ΔＬx ＝Ｌm −Ｌ
x-1 を出力し、教示された次の溶接線位置データＬx を
これによって補正したデータＬx0＋ΔＬx を溶接線位置
データとして採用して溶接トーチの位置を修正する。

【００２１】もし、すべての異物の位置情報を調べても
｜ΔＬx ｜＝｜Ｌm −Ｌx-1 ｜≦ΔＬo のものがないと
きは、前回のサンプリング時の補正量ΔＬx-1 を補正量
として出力し、つぎの教示データＬx をこれによって補
正してデータ（Ｌx ＋ΔＬx-1 ）を採用して溶接トーチ
の位置を修正する。なお、サンプリング周期の選定や倣
いの中断・再開などについては第１の実施例と同様であ
る。

【００２２】（実施例３）前記２例において、最初の位
置情報およびそれ以降に追加される全ての正しいと判断
された位置情報を常に監視し、どのような傾向で変化し
ているかを演算し、その演算結果から予測される次の溶
接線位置データと実際にサンプリング時に計測された位
置データとの差異が最小となるものを、正しい情報とし
て取り込み電極調整装置に補正指令を与えるようにして
もよい。図１２および図１３はこのときの処理の流れを
示すフローチャートであり、図９または図１１に示した
フローチャートに位置情報の変化の傾向を調べるステッ
プ８１，９１が追加されただけであり、その他はまった
く同様であるので詳細な説明は省略する。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上説明した通り、溶接線の倣
いを従来のように検出値をそのまま採用するのではな
く、溶接線の変化はサンプリング間隔を細かくとれば飛
躍的に変化するものではなくある範囲内に収まるもので
あることに注目し、検出データが直前のサンプリング時
の検出値に近いものであるときにのみこれを溶接線デー
タであるとして採用するようにしたので、仮付部やスパ
ッタの付着または傷等があっても常に正確に溶接線を倣
うことができるものである。特に、実用化が難しかった
仮付溶接部のあるＩ形突合せ溶接線の倣いにおいて顕著
な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の溶接線倣い方法を実施する装置の例を示
す接続図である。

【図２】従来の溶接線倣い方法を実施する装置の別の例
を示す接続図である。

【図３】仮付溶接部の例を示す図である。

【図４】図１の従来装置によって得られる位置情報の例
を示す線図である。

【図５】図２の従来装置によって得られる位置情報の例
を示す線図である。

【図６】本発明の溶接線倣い方法を実施する装置の例を
示す接続図である。

【図７】溶接線の検出位置の種々の例を示す図である。

【図８】図７の溶接線検出位置に対応する請求項１の発
明の溶接線倣い方法を実施するときの位置情報の例を説
明するための線図である。

【図９】図８（ｇ）において請求項１の発明の溶接線倣
い方法を実施するときの処理の流を示すフローチャート
である。

【図１０】図７の溶接線検出位置に対応する請求項２の
発明の溶接線倣い方法を実施するときの位置情報の例を
説明するための線図である。

【図１１】図１０（ｇ）において請求項２の発明の溶接
線倣い方法を実施するときの処理の流を示すフローチャ
ートである。

【図１２】請求項３の発明において引用する請求項１の
溶接線倣い方法を実施するときの処理の流を示すフロー
チャートである。

【図１３】請求項３の発明において引用する請求項１の
溶接線倣い方法を実施するときの処理の流を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ テレビカメラ ３ 照明器 ４ 制御部 ５ スリット光投光器 ６ 撮像装置 ７ 信号処理部 ８ 仮付溶接部 ９，１２ スパッター等の凸部 １０，１３ 仮付溶接部（凸部） １０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂ 仮付部の縁に発生
する凹部 １１，１４ 母材の傷などの凹部 １５ 検出装置 １６ 信号処理部 １７ 演算制御部 １８ 電極位置制御部 １９ 溶接線教示データ記憶部 ２０ 溶接トーチ位置調整機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチが予め定められた移動軌跡に
   沿って移動するように定められ、溶接中は溶接線を検出
   し、予め定められた移動軌跡との差を補正することによ
   って溶接線を倣う方法において、溶接線と直角方向の一
   線上の母材表面の凹部を一定のサンプリング周期毎に検
   出し、前記検出した情報のうち凹部の母材表面からの深
   さが設定値を越える部分を見出し、前記設定値を越えた
   凹部の位置が直前のサンプリング時に採用した溶接線の
   位置に対して設定値以下の変化量であるときに前記凹部
   の位置を溶接線の位置であると判断し、前記変化量によ
   って溶接トーチの位置補正を行ない、前記変化量が前記
   設定値より大なるときは溶接トーチの位置補正を行なわ
   ず直前のサンプリング時に採用した溶接線位置に溶接ト
   ーチの位置を保つ溶接線倣い方法。
2. 【請求項２】 溶接トーチが予め定められた移動軌跡に
   沿って移動するように定められ、溶接中は溶接線を検出
   し、予め定められた移動軌跡との差を補正することによ
   って溶接線を倣う方法において、溶接線と直角方向の一
   線上の母材表面の異物までの距離を、基準線からの距離
   として一定のサンプリング周期毎に計測し、前記計測値
   が直前のサンプリング時の計測値に対して設定値以下の
   変化量であるときには前記異物の位置を溶接線位置であ
   ると判断し、前記変化量によって溶接トーチの位置補正
   を行ない、前記変化量が前記設定値より大なるときは溶
   接トーチの位置補正を行なわず直前のサンプリング時に
   採用した溶接線位置に溶接トーチを保つ溶接線倣い方
   法。
3. 【請求項３】 各サンプリング時において溶接線である
   と判断した位置情報を順次記憶し、各位置情報の時間的
   変化傾向を演算し、前記演算結果から予測される次のサ
   ンプリング時の位置情報と実際に計測された位置情報と
   の差異が最小となる位置情報を、正しい溶接線位置情報
   と判断し、溶接トーチの位置補正を行なう請求項１また
   は２に記載の溶接線倣い方法。