JPH091330A - パイプ円周自動溶接装置の溶接データ作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ＣＡＤデータから直接溶接のため
の制御定数を求めて、それを用いて溶接機を自動制御す
るパイプ円周自動溶接機のデータの自動作成することを
目的としている。 【構成】 予め複数の溶接条件と溶接パラメータを記憶
したテーブル群と、作成されたＣＡＤデータから実際の
溶接条件を設定する設定手段と、前記設定された条件に
基づいて前記テーブル群から溶接機の制御パラメータを
選択する選択手段と、前記選択手段からのデータを用い
て溶接機を制御する制御手段と、前記制御手段の指令に
基づいて自動的にパイプを溶接する溶接手段とで構成す
ることにより、自動的に溶接データ作成から自動運転を
可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御手段を有する
溶接機に係り、特にパイプの円周を溶接するときにＣＡ
Ｄにより設計されたデーターをそのまま用いて、自動的
に溶接条件を決定し、数値制御手段のデータに変換し自
動溶接を実行するパイプ円周自動溶接機の溶接データ作
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動溶接機は、特開平４−２８４
９７３号公報に示されるように、センサ情報に基づい
て、溶接位置やアーク電流の補正を行なうものであっ
た。従って、基本的動作は予め人が教示手段を用いて数
値制御装置に溶接機の溶接条件、及び動作を入力し、前
記数値制御装置が入力されたデータに基づいて溶接機を
制御する構成であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、設
計された図面（ＣＡＤ図面）を人が判断し、溶接条件及
び溶接機の動作を教示するという方法のため、教示者の
熟練度合や教示者の状態によって、仕上がり精度にむら
が出るという問題や、教示手段を用いて操作を設定する
ため、操作が煩雑であり、且つ操作者が付いて動作を監
視する必要がある等の問題がある。本発明の目的は、制
御装置がＣＡＤデータに基づいて溶接機の溶接条件やパ
ラメータを決定し、且つ前記決定されたパラメータに基
づいて溶接を行なう全自動のパイプ円周溶接装置の溶接
データ作成方法を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】予め複数の溶接条件と溶
接パラメータをロジックテーブル群に記憶し、作成され
たＣＡＤデータから実際の溶接条件を設定して、前記設
定された条件に基づいて前記ロジックテーブル群から溶
接パラメータを選択して、前記選択したパラメータを数
値制御用の言語に変換して制御テーブルに記録し、前記
記録された数値制御用の言語を用いて自動的にパイプを
溶接することを特徴とする。

【０００５】

【作用】上記構成とすることにより、オペレータが操作
手順を教示する必要がなくなり、設計値と実際の溶接状
態との誤差を自動補正するため現実に即した溶接条件を
得ることが可能となる。従って溶接作業の高速化、省力
化が可能となる。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１はパイプ円周自動溶接装置の全体システム構成
を示したものである。まず、ＣＡＤ図面をコンピュータ
１で作成し、その作成されたデータをフロッピーディス
ク１ａに記録する。前記ＣＡＤデータの格納されたフロ
ッピーディスク１ａを制御装置２の読み取り手段（図示
せず）で読み取る。制御装置２では前記読み取ったデー
タを用いて、実際の溶接条件を設定し、設定された条件
に対応して後述するロジックテーブルに予め記録された
データにより各種溶接パラメータを設定する。

【０００７】更に、この制御装置２では設定された溶接
パラメータを実際の溶接の制御に用いるＮＣ言語（数値
制御用言語）に変換し、変換した言語を制御データとし
て制御データテーブルの形でメモリに記録する。このメ
モリに記録された制御データを用いて、電源装置３、及
び溶接ヘッド４を駆動制御する構成と成っている。な
お、主な制御項目は、溶接ヘッド４の溶接の電圧、電流
及び、溶接トーチ４ａとパイプ５，６間の間隔及び溶接
ヘッド４の移動速度等である。

【０００８】図１では、コンピュータ１で作成したＣＡ
Ｄデータをフロッピーディスクを介して溶接機の制御装
置に伝達する構成としているが、通信ケーブルを用いて
コンピュータ１から制御装置２に直接入力する構成とし
てもよく、また、制御装置２にコンピュータの機能まで
持たせ、制御装置２でＣＡＤデータを作成し、その作成
されたＣＡＤデータに基づいて、各種溶接パラメータを
決定し、決定した溶接パラメータをＮＣ用言語に変換し
制御データを作成する。この制御データを用いて制御を
実行するように構成することもできる。

【０００９】次に、本発明の制御装置２の構成を、図２
のブロック線図を用いて説明する。ＣＡＤ図面を作成す
るコンピュータ１に関しては、一般的に用いられている
構成であるのでここでの説明は省略する。コンピュータ
１で作成されたＣＡＤデータはフロッピーディスク１ａ
に記録され、制御装置２のフロッピー読み書き手段によ
り読み取られ、制御装置２内の記憶部２１に一時収納さ
れる。これらの指令を入力するために（ＣＡＤ図面の作
成するコンピュータ１を内蔵したときはコンピュータ１
への指令等を行なうため）ＣＲＴとキーボード２５が装
備されている。

【００１０】なお先に説明したように、制御装置２にＣ
ＡＤ機能を持たせて、制御装置２内で処理する構成とす
れば、フロッピーディスク等を介在させる必要がなくな
り、システム全体の小型化が図れる。

【００１１】本発明の制御装置２内のハードディスク２
２には、キーボード等から予め入力された溶接条件と溶
接パラメータが、ロジックテーブルとしてテーブル形式
で記録されている。制御部２３では、記憶部２１に記録
されたＣＡＤデータを読み出し、その溶接条件を判定
し、溶接条件に適合する溶接パラメータを呼び出すため
の呼出し信号を生成する。ロジックテーブルでは制御部
２３からの指令により、必要な溶接パラメータを選択し
て制御部２３に送信する。制御部２３では呼び出した溶
接パラメータを、溶接ヘッド４や電源装置３を制御する
ための言語に変換して制御データとする。この制御デー
タを一時制御データ記憶用の制御データテーブルに記憶
する。この記憶された制御データは溶接ヘッド制御部３
０に送信される。溶接ヘッド制御部３０には、制御部２
３からの信号の送受信や、リモート操作手段３４との信
号の送受を行うための送受信部３１と、電源制御部３２
と、溶接ヘッドの動きを制御する溶接ヘッド駆動部３３
等から構成されている。電源制御部３２からは電源装置
３に供給電力指令が送信され、ヘッド駆動部３３からは
溶接ヘッド４にサーボモータ等の駆動指令が送信され
る。

【００１２】溶接ヘッド駆動部は主に４軸のサーボコン
トローラから成り、溶接ヘッドの各サーボ軸を制御する
サーボアンプやトーチ制御部に制御量を指令する。

【００１３】図３にトーチ制御の動作を説明するフロー
チャートを示す。ここでは、まず、ワイヤによる開先形
状計測による機構補正に関して対処する４０。次に、４
１でウィービング制御を行うか否かを判断する。ウィー
ビング制御をしない場合はトーチを左右に駆動するサー
ボモータに駆動指令に基づいて制御実行する４２。

【００１４】ウィービング制御を行う場合は、トーチの
上下左右の移動量のリミット設定する４３。次にアーク
中溶接線倣い４４の処理を行う。ここでは、まず、溶接
電流（パルス）４５を設定する。設定された溶接電流
は、フィルタ４６を介してＡ／Ｄ変換部４７にて、ディ
ジタル信号に変換されＡ／Ｄデータ平均化部４８にて平
均化される。次に、位置データを用いて左右に分割する
４９。分割されたデータは、電流波形が左右対称と成る
ように右側位置における電流５１と左側位置における電
流５０をそれぞれ比例積分して求める、その結果を比較
器５２で比較し等しくなるようにして、トーチ左右のサ
ーボモータ５６を制御する。上下に関してはＡ／Ｄデー
タ平均化４８で処理されたデータを比例積分回路５３を
介して比較器５５に入力される。比較器には設定溶接電
流５４が同時に入力され両者の電流差を求めその結果を
用いてトーチを上下させるサーボモータ５７を駆動する
ものである。

【００１５】なお、溶接ワイヤを利用した開先形状計測
やアーク中溶接線倣いによるセンサ情報、及び電源装置
からの溶接ヘッド駆動部３０からのデータは制御部２３
に取り込まれ、この制御部２３にて実際の溶接状況か
ら、制御状態が正しいか否かを判定し、もし制御条件を
変更した方が良いと判断されれば、溶接ヘッド制御部３
０に補正量を送信する。なお、アーク中溶接線倣いは先
のサーボモータの制御部に直接フィードバックされ、ト
ーチの制御量の補正に用いられることは云うまでもな
い。

【００１６】次に、図４の制御フローチャートを用い
て、本発明のパイプ自動溶接装置実際の動作について説
明する。まず、制御部２３でＣＡＤデータから溶接支持
データとして、口径、板厚、材質、開先形状を読み出す
（６０、６１）。読み出されたデータを用いて、溶接条
件最適制御部ではロジックテーブルデータとデータのや
り取りをしながら、実際の溶接条件に対応した溶接パラ
メータを決定する（６２、６３）。この決定動作の詳細
については後述する。この作成された溶接パラメータ
を、実際に機械を制御するためのＮＣ言語に変換する６
４。変換されたデータは、制御データとして制御テーブ
ルに記録される。

【００１７】次に、変換された言語を用いて実際に電源
装置や溶接ヘッドを仮に動作させる（６５〜６８）。こ
の仮の動作時に、ワイヤによる開先形状計測等の検出手
段を用いてヘッドの位置間隔等を検出し、動作状態が最
適状態にセットされているか否かを判定し、正規の動作
位置になっていなければ、トーチの軌跡データを補正
し、ルートギャップ幅の変化による溶接条件等も補正
し、ロジックテーブルのデータにより溶接パラメータを
再設定する。再設定後に自動運転が開始されアークの状
態を検出して設計値と比較して随時アーク電圧を制御し
ながら自動溶接を実行する（６９〜７３）。

【００１８】次に、上記の制御フローチャートで、溶接
条件を決定する方法の一例について説明する。まず材質
と口径から、第１の溶接条件を選択する。これは材質か
ら、溶接のために使用する線材テーブルを選択するもの
である。次に、検索されたテーブルＮｏ．に基づいて、
実際の口径データを記録したテーブル群の検索を行な
う。この口径テーブルには、パイプの内径、及び肉厚等
のデータが収納されており、これらのデータを読み出
す。

【００１９】次に、これらのデータと開先形状等を用い
てまず積層数を決定する。この積層数が決定されると、
次に、積層データと、先のＣＡＤデータ等を用いて溶接
条件パラメータとして各層毎に溶接電流、電圧、ヘッド
の移動速度、及びトーチ部の回転速度、アークのスター
ト及びエンドの位置等が、それぞれの条件を記録したロ
ジックテーブルから読み出される。更に各層毎のウィー
ビングの条件を決定する。

【００２０】ウィービングの制御を行なうことは、開先
幅変動特に開先幅の広いものについても十分アークを追
従させ、溶着量を増加でき、ビードの形状を平坦にで
き、また、ブローホールも防止できる効果がある。その
効果を有効に発揮するための溶接条件がロジックテーブ
ルに記憶されており、そのテーブルからデータを選択す
るようになっている。表１にそのロジックテーブルの１
例を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この例における選択方法を説明する。この
ロジックテーブルには、条件項目として溶接姿勢、層
間、回転速度、ウィーブ幅の４つの条件について、等し
い：＝＝、等しくない：！＝、大きい：＞、小さい：
＜、以上：＞＝、以下：＜＝のそれぞれの条件に適合す
るようにデータが収納されている。例えば、次のような
条件が与えられたとする。溶接条件：上向、層間：仕
上、回転速度：１００、ウィーブ幅：１００、この条件
に適合するテーブルを検索して、テーブルのＮｏ５を選
択して、次の結果を出力する。即ち、左停止０．１５、
中停止０．００、右停止０．１５の条件が選択されるも
のである。他のテーブルに関しても同様な選択が行なわ
れる。これらの溶接のためのパラメータが選択される
と、次に実際のＮＣ実行制御プログラムにデータが渡さ
れる。

【００２３】表２に、ＣＡＤのプログラム項目とＮＣ制
御のプログラムの項目の対応を示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】初期値設定時はＣＡＤ情報として、口径、
開先情報、サーボパラメータ、アーク中溶接線倣い補正
パラメータ、手直し溶接パラメータ、が設定される。
これをＮＣ制御用に口径に対してガイドレール周回パル
ス数を設定し開先情報はワイヤによる開先形状計測の情
報に変換する。その他の項目に関しても表に示す対応関
係で、ＮＣ制御用に変換するものである。仮の動作を実
行し、それぞれの動作に関して、検出結果と比較し、比
較した結果で補正が必要なものは補正を行ない実際の溶
接動作に移るものである。

【００２６】以上のように構成することにより、人はＣ
ＡＤデータを作成し、溶接ヘッドをパイプにセットすれ
ば自動的に溶接条件等を決定して、システムが自動的に
溶接を実行するため、従来のように人が溶接条件等を教
示する必要が無くなりしかも溶接のバラツキが少ないと
いう効果がある。

【００２７】図２に示すように、リモート操作ボックス
からの信号によっても動作可能であり、場合によっては
リモート操作もできるようにしている。更に、本発明で
はほとんどの条件がロジックテーブルという形式で記憶
されているため、従来用いらいれている、知識処理等の
表現形式のＩＦ〜ＴＨＥＮを用いた場合に比べ条件の変
更、選択理由等も簡単に修正ができるという効果があ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、ＣＡＤデータを作成す
れば自動的に実行用の各種データを作成し溶接を実行で
きるため、従来、専門家が作成し入力していた溶接機操
作用データの入力が不用となり高速化、省力化が図れ
る。更に、各種センサ情報に基づいて実行用のデータを
自動的に補正するため、現実に即した溶接条件で溶接を
実行できる。更に、自動化に伴いオペレータの監視が不
要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパイプ円周自動溶接装置の全体システ
ムの構成図である。

【図２】制御装置内の構成のブロック図である。

【図３】トーチ制御の動作説明図である。

【図４】本発明の制御のフローチャートである。

【符号の説明】

１…コンピュータ ２…制御装置 ３…電源装置 ４…溶接ヘッド ４ａ…溶接トーチ ２１…記憶部 ２２…ハードディスク ２３…制御部 ３０…溶接ヘッド制御部 ３１…送受信部 ３３…溶接ヘッド駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 謙一 茨城県常陸太田市天神林町1225−47

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め複数の溶接条件と溶接パラメータを
   ロジックテーブル群に記憶し、作成されたＣＡＤデータ
   から実際の溶接条件を設定して、前記設定された条件に
   基づいて前記ロジックテーブル群から溶接パラメータを
   選択して、前記選択したパラメータを用いて自動的にパ
   イプを溶接することを特徴とするパイプ円周自動溶接装
   置の溶接データ作成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、溶接機に設けられた
   検出手段の検出信号を解析して補正量を求め、求められ
   た補正量を用いて溶接パラメータを修正することを特徴
   とするパイプ円周自動溶接装置の溶接データ作成方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記溶接パラメータ
   は実際のＮＣ用の言語に変換して制御テーブルに記憶
   し、前記制御テーブルに記憶された言語を用いて自動溶
   接を実行することを特徴とするパイプ円周自動溶接装置
   の溶接データ作成方法。