JPH08150474A - ビード形状の自動制御方法 - Google Patents

ビード形状の自動制御方法

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JPH08150474A
JPH08150474A JP29099694A JP29099694A JPH08150474A JP H08150474 A JPH08150474 A JP H08150474A JP 29099694 A JP29099694 A JP 29099694A JP 29099694 A JP29099694 A JP 29099694A JP H08150474 A JPH08150474 A JP H08150474A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接不良やブローホールを起こさない高品質
な溶接をすることができるビード形状の自動制御方法を
得る。 【構成】 ガスシールドアーク溶接又はティグ溶接にお
いて、レーザスリット光4を溶接直後に照射してそれを
同一波長の干渉フィルタを前面に配したITVカメラ3
で撮像し、光切断法にて溶接直後の開先内形状を得る
か、もしくはレーザ変位計で開先を横切るように走査し
て走査位置と深さデータから同様に溶接直後の開先内形
状を得、その後開先面に対するビードコーナー半径rや
開先面とビードの接点(または折点)でのビードの接線
とのずれ角度θをビードの濡れ性とした判断変数(r,
θ)を求め、これをもとにしたウィービング幅や、開先
の壁面部分でのウィービング停止時間、電流、溶接速度
等の溶接条件を変化させてビード形状を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスシールドアーク溶
接、ティグ溶接の仕上がりビード形状を正常に保つため
の制御や、溶接状態に適応した溶接条件制御を行うのに
適しているビード形状の自動制御方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来自動溶接する場合は、事前に設定し
た溶接条件、例えばこれを各パス/姿勢毎にメモリー
(フロッピーディスクやメモリーカード)に登録してお
いた溶接条件に従って溶接を行う。この結果、設定した
溶接条件が溶接状態に合っていた場合は、ビードの形状
は思い通りの結果となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的には開
先形状がガスカット面で精度が悪いとか、ワークと装置
のセット誤差、或いは溶接中の歪み等がある場合には、
そのままの溶接条件では、高品質な溶接を提供すること
は難しい。そこで、溶接トーチ位置については、アーク
センサや画像処理によって開先線に沿って倣い制御する
方法がとられている。またこれとは別に、開先幅をセン
シングしてウィービング幅や溶接速度を制御して開先幅
の変動に対応する制御を行う例などもある。しかしこれ
だけでは、開先面へのビードの溶け込みを充分に制御す
るまでには至らず、溶着不良やブローホールの発生を完
全には防止できなかった。そこで本発明は、溶着不良や
ブローホールを起こさない高品質な溶接をすることがで
きるビード形状の自動制御方法を提供し、前記従来の課
題を解決しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ガス
シールドアーク溶接又はティグ溶接において、レーザス
リット光を溶接直後に照射してそれを同一波長の干渉フ
ィルタを前面に配したITVカメラで撮像し、光切断法
にて溶接直後の開先内形状を得るか、もしくはレーザ変
位計で開先を横切るように走査して走査位置と深さデー
タから同様に溶接直後の開先内形状を得、その後開先面
に対するビードコーナー半径rや開先面とビードの接点
(または折点)でのビードの接線とのずれ角度θをビー
ドの濡れ性とした判断変数(r,θ)を求め、これをも
とにしたウィービング幅や、開先の壁面部分でのウィー
ビング停止時間、電流、溶接速度等の溶接条件を変化さ
せてビード形状を制御するもので、これを課題解決のた
めの手段とするものである。
【0005】
【作用】本発明では、小型・軽量かつ安価で取扱い性に
優れた半導体から発光される600〜800nmの波長の
レーザスリット光を溶接直後に照射し、それを同一波長
の干渉フィルタを前面に配したITVカメラ、もしくは
レーザ変位計と開先を横切るように走査する走査機構に
よって得られる「溶接直後の開先内形状」を画像処理装
置により得、更に開先内の断面形状を2次元の数値情報
として得て、これから開先面に対するビードコーナー半
径や開先面とビードの接点(または折点)でのビードの
接線をビードの濡れ性とした判断変数より、ウィービン
グ幅や、開先の壁面部分でのウィービング停止時間、電
流、溶接速度等の溶接条件を変化させ、溶着不良やブロ
ーホール等を起こさない高品質な溶接が得られるように
している。また前記同様にレーザスリット光とITVカ
メラ、又はレーザ変位計を溶接部直前に配して、溶接部
直前を撮像してその形状から、予め設定された標準の溶
接条件を補正して高品質な溶接が得られるようにしてい
る。
【0006】そして本発明によれば、開先面に対するビ
ードの濡れ状態を数値的に判別することが可能になる。
即ち、開先面に対するビードコーナー半径や開先面とビ
ードの接点(または折点)部でのビードの接線(以下ビ
ード折線と称することにする)、例えばビード折線が開
先面と同じ折線方向を示しているなら正常と判断し、溶
接条件はそのままとする。またビード折線が開先面の内
側(開先の部材肉側)に入り込んでいる場合は、アンダ
ーカットと判断出来電流を低くする。一方、ビード接線
が開先面に対しデータベースの値と比較し、かなり角度
を持って外に向いているなら、濡れ性不足と見なし、ウ
ィービング幅を広くしたり、開先の壁面部分でのウィー
ビング停止時間を長くする電流を増加する。また、ビー
ドコーナー半径が小さければビードの濡れ性が悪いと判
断し、電流を高める、或いはウィービング幅をせばめ
る、或いはウィービング停止時間を長くするなどの判断
材料とすることが出来る。このように本発明は、開先面
に対するビードの濡れ状態を数値的に判別し、それによ
り溶接条件を変化させて、溶着不良やブローホール等を
起こさない高品質な溶接を提供することができる。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を図面について説明する
と、図1は本発明を実施するための制御装置の全体構成
図である。図において、ガスシールドアーク溶接用視覚
センサは、溶接トーチ1の前後にレーザスリット光源
2、及びITVカメラ3を有しており、ITVカメラ3
は、レーザスリット光源2から溶接部材7上に照射され
たレーザスリット光4を斜め上方より撮像することがで
きるようになっている。ITVカメラ3からの映像は画
像処理装置8に送られ、光切断法にて図2の如く開先面
5内のビード12など開先断面形状を2次元の数値情報
として得る。この映像は、TVモニタ9を通して見るこ
とが出来る(これは確認用として設置するもので溶接上
は必ずしも必要ではない)。また、このデータをもとに
制御装置10にて溶接電源11の溶接条件やウィービン
グ制御軸6のウィービング条件等の溶接条件を制御す
る。
【0008】図2は画像処理装置8によって処理する画
像処理内容を説明する図である。即ち、図2(a)は、
例えばV開先の下部にビードをおいたものをレーザスリ
ット光4を照射して得た画像を示している。画像はこの
ように画面上にXY座標で得られ、2値化する事でスリ
ットの光った部分即ち開先断面形状が得られる(実際
は、斜め上から見ているため、本当の開先断面にするに
は、座標変換を必要とするが、以下のものは相対的なも
のとして判断できることより、実断面形状での変換はし
ないため説明は省いた)。最終的には、細線化を行い、
一本の一筆書きのXY座標値のn個のテーブルとP
(1)〜P(n)として得る。次に図2(b)に示すよ
うに開先面とビードの接点PLを求める。これは、先ず
開先上部の開先左右端BL,BRを上部の水平線から折
れ曲がった位置として検出する(Y座標の変化のあった
ところ)。先ず左側のビードについて説明すると、この
位置BLからjだけ離れた点を開始点P(i)として、
その点P(i)を中心にその前後jだけ離れたP(i−
j)とP(i)、P(i)とP(i+j)のそれぞれを
結ぶ直線L1,L2の傾き差θを求める。iの値を順次
増やしていき、この差θが予め設定した値より大きいと
ころをビードの折点PLとして求める。次にこの折点P
Lより図2(c)の如くjより少し長さを短くしたkと
2kだけ離れた点より、P(i),P(i+k),P
(i+2k)の3点を通る円弧C1を求める。この半径
がビードコーナ半径rbとして求まる。また、P(i)
とP(i+k)を結ぶ直線、即ちビードの折線Lbを求
め、これをL1とのなす角よりθが求まる。V開先の場
合には、右側のビードについても同様の方法でビードコ
ーナー半径rと開先面とビード折線Lbとのなす角θを
求める。
【0009】次にこれらビード折線Lbの角度差θbと
ビードコーナー半径rbよりビード形状を判断する例に
ついて図3を用いて説明する。図3(a)は、ビードコ
ーナー半径rbが大きく、かつ開先面に対してのビード
の折線Lbがほぼ等しいことから、ビードの濡れ性は良
く、正常ビードと判断し、溶接条件はそのままとするよ
うに制御する。図3(b)は、ビードの折線Lbが開先
面側に入り込んで角度が−θbとなった例である。つま
り、θbが予め設定した値以上に開先側に食い込んだ
(マイナス値が大きい)場合でアンダーカットと判断で
きる。溶接直後のデータでは、電流を低く、ウィービン
グ幅を狭く、端部のウィービング停止時間を少なく、或
いは溶接速度を速めるなどして、ビードが正常になるよ
うに制御する。またこれが溶接直前のデータなら電流を
やや低くして、ウィービング幅を少し広く、或いはウィ
ービング停止時間を少し長くして端の溶け込みをカバー
する。図3(c)は、ビードの折線Lbが開先面と大き
くずれており、ビードが盛り上がってオーバーラップと
判断出来る。溶接直後のデータの場合では、電流を高
く、ウィービング幅を広く、端部のウィービング停止時
間を長く、或いは溶接速度を早めるなどしてオーバーラ
ップにならないように制御する。溶接直前のデータで
は、端部での溶け込みを良くするために端部での電流を
高くし、ウィービング停止時間を少し長くする。図3
(d)はビードコーナー半径rbが小さい例であり、溶
接直前のデータでは、このビードコーナー半径rbが小
さいければビードの濡れ性が悪いと判断出来、電流を高
める、或いはウィービング幅を広く、ウィービング停止
時間を長くするなどして濡れ性の良いビードコーナー半
径rbになるように制御する。溶接直前のデータでは、
電流をやや高くして端部での溶け込みをカバーする。
【0010】溶接条件については、電流、ウィービング
幅、ウィービング停止時間、溶接速度、その他電圧など
あるが、これらは複雑にからみあっており、なにをどの
順で、どの程度ずつ変化させて制御するのかは、予め決
めた手順をプログラムしておくことになる。特に、溶接
前後にセンサを配置した場合には、データが前後で矛盾
してでてくることも予想される。この場合は、一般的に
は直前のデータを優先して、まずは溶け込みを正常に行
わせ、直後のデータの値は比率を低めに設定しておく。
この制御は、ファジィ推論を行うと比較的楽に制御可能
となる。このようにして、ビードのコーナー部の形状よ
り溶着不良やブローホール等を起こさない高品質な溶接
を提供することができる。
【0011】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明によれ
ば、ビード断面形状からビードコーナー半径、開先面と
ビードの折線とのずれ角度を求めることができ、この値
を判断変数として、溶接条件(電流、ウィービング幅、
ウィービング停止時間、溶接速度など)を制御して、溶
着不良やブローホールを起こさない高品質な溶接を提供
することが出来るという優れた効果を奏することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるビード形状自動制御方法を実施す
るための制御装置の全体構成図である。
【図2】本発明によるビード形状の画像処理を説明した
図である。
【図3】本発明のビード形状の判断変数を説明した図で
ある。
【符号の説明】
1 溶接トーチ 2 レーザスリット光源 3 ITVカメラ 4 レーザスリット光 5 開先面 6 ウィービング制御軸 7 溶接部材 8 画像処理装置 9 TVモニタ 10 制御装置 11 溶接電源 12 ビード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスシールドアーク溶接又はティグ溶接
    において、レーザスリット光を溶接直後に照射してそれ
    を同一波長の干渉フィルタを前面に配したITVカメラ
    で撮像し、光切断法にて溶接直後の開先内形状を得る
    か、もしくはレーザ変位計で開先を横切るように走査し
    て走査位置と深さデータから同様に溶接直後の開先内形
    状を得、その後開先面に対するビードコーナー半径rや
    開先面とビードの接点(または折点)でのビードの接線
    とのずれ角度θをビードの濡れ性とした判断変数(r,
    θ)を求め、これをもとにしたウィービング幅や、開先
    の壁面部分でのウィービング停止時間、電流、溶接速度
    等の溶接条件を変化させてビード形状を制御する事を特
    徴とするビード形状の自動制御方法。
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