JPH0976067A

JPH0976067A - 遠隔自動溶接装置

Info

Publication number: JPH0976067A
Application number: JP23807295A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakajima; 吉男中島; Nobuo Shibata; 信雄柴田; Hironari Kikuchi; 宏成菊池; Akiyoshi Imanaga; 昭慈今永; Mitsuaki Haneda; 光明羽田; Masahiro Kobayashi; 正宏小林; Takeo Uehara; 壮夫上原; Eiji Hino; 英司日野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【構成】溶接線に対する溶接トーチの左右方向の位置ず
れを補正する制御装置を備える遠隔自動溶接装置で、走
行位置に対応して溶接トーチの左右方向位置を記憶し、
その記憶値を用いて、次パス溶接時における溶接トーチ
の左右方向位置を補正する溶接トーチ位置補正制御装置
６を備える。【効果】溶接中に溶接トーチの左右位置のおおよその補
正は自動的に行われる。このため、溶接中に溶接士が行
うトーチの左右位置の補正動作がほとんどなくなり、溶
接士はトーチ左右位置の補正に神経を使う必要がなくな
る。このため、疲労の少ない溶接作業が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接線倣いのためのト
ーチ位置変更や溶接電流・溶接電圧などの溶接条件変更
を遠隔で操作できる遠隔自動溶接装置に係り、特に、ト
ーチの溶接線ならいを精度良く行うことができる自動溶
接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】配管，圧力容器などの製作では、厚板の
溶接を実施する必要があり、多層多パス溶接を行う必要
がある。また、これらの圧力容器，配管等は高温高圧で
使用される場合が多く高い溶接品質レベルが要求され
る。これらの高品質の溶接は従来長い経験を積んだ熟練
した溶接士が割れなどの溶接欠陥の少ないＴＩＧ溶接で
施工することにより実施されている。

【０００３】従来の手動ＴＩＧ溶接では、３〜４人の溶
接士が一グループとなり、溶接ビードの状態や溶接熱に
よる開先の変形などをみて溶接電流などの溶接条件の監
視・変更やトーチを溶接線に倣うべく溶接トーチ位置を
溶接士が最適位置に動かしていた。このため、溶接品質
が溶接士の技量に負うところが多かった。また、放射能
の被爆量の低減のために、作業時間が１〜２時間／１日
・一人に制限されることがあり、溶接作業の効率が低か
った。これらの理由から、溶接品質の向上と共に、溶接
作業の高効率化が望まれている。

【０００４】従来、溶接品質を向上させると共に、溶接
作業の効率向上手段としては、特開昭54−87654 号公報
に開示されている遠隔操作式自動溶接方法等がある。

【０００５】図８は従来の遠隔自動溶接装置の一例の構
成を示す斜視図である。

【０００６】図８で、３１は被溶接材、３２は被溶接材
３１に設置されたレール、３３はレール３２に取り付け
られた走行台車である。３４は溶接トーチ、３５は左右
軸駆動機構であり、溶接トーチ３４を左右方向（配管の
長手方向）に駆動する。３６は上下軸駆動機構であり、
溶接トーチ３４を上下方向（配管の半径方向）に駆動す
る。そして、上下軸駆動機構３６は走行台車３３上に設
置されている。

【０００７】３７は溶接ワイヤであり、図示しないワイ
ヤ駆動装置により、溶接トーチ３４の近くに供給され
る。３８は溶接電源、３９は制御盤であり、制御盤上又
は図示しないペンダント式入力装置に設けられた各種設
定器及びスイッチ類の情報に基づいて走行台車３３，上
下軸駆動機構３６，左右軸駆動機構３５及び溶接電源３
８を制御し、被溶接材３１の溶接を行う。４０は制御盤
３９と走行台車３３などを結ぶ配線、４１は溶接電源３
８と溶接トーチ３４を結ぶ配線である。

【０００８】次に、溶接を行う手順について説明する。

【０００９】まず、溶接電流・溶接電圧などの溶接条件
や走行台車３３の溶接時の走行速度及び溶接トーチのウ
ィービング幅・速度等を各種設定器により設定した後、
溶接トーチを被溶接材３１の開先に位置決めする。この
時、溶接トーチの移動は走行台車３３，上下軸駆動機構
３６，左右軸駆動機構３５用のスイッチ類を操作して行
う。いわゆる、インチング動作により、溶接トーチを位
置決めする。

【００１０】そして、溶接開始ボタンを押すと、タッチ
スタート・高周波スタート等により、アークを発生させ
た後、走行台車３３の走行が始まり、溶接が開始する。
溶接中、溶接士は、溶接トーチ３４の近傍に設けた図示
しない監視カメラによって、溶融プールの形状や溶接ビ
ードの形状及び溶接線に対する溶接トーチ３４の位置ず
れの程度を見ながら、溶接ワイヤ３７の位置（上下左
右）及び溶接トーチ３４の位置（左右）の監視及び補正
を、制御盤に設けたスイッチ類を操作することにより行
っている。なお、放射能被爆の危険性が無い場合は、溶
接状況を直接見ながら、ペンダント式入力装置又は走行
台車３３に設けられたスイッチ類を操作することによ
り、ワイヤとトーチ位置の監視及び補正を行うことがで
きる。また、溶接トーチ３４の上下位置は、通常ＡＶＣ
（アーク電圧制御）機構により自動制御されている。

【００１１】上述したように、遠隔自動溶接装置を用い
ると、手動ＴＩＧ溶接に比べて、溶接士の人数を減らせ
ると共に溶接品質をより一定にすることができる。

【００１２】また、一歩進めて、溶接線に対する溶接ト
ーチの位置ずれを非接触センサ等で自動的に検出して、
そのずれを自動的に補正することにより、溶接士の人数
をより減らすと共に、溶接品質をより一定にする手段と
しては、特開昭61−13227 号公報に開示されている多層
盛自動溶接装置等がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第２の従来例
では、溶接線を検出する検出装置の検出信頼性が乏しい
と共に、非常に高価であり、実用に供していない。

【００１４】また、第１の従来例である遠隔自動溶接装
置を用いても、溶接中の溶接士の作業は多岐に渡ってい
る。特に、溶接ワイヤと溶接トーチ位置の監視及び変更
は、溶接中常時行っている必要がある。このため、溶接
作業中、溶接士は非常に神経を使うため、疲労が激し
い。その結果、溶接ワイヤや溶接トーチ位置の変更操作
を間違う，長時間の溶接作業ができないなどの問題点が
ある。ここで、溶接線に対する溶接トーチの位置ずれの
原因は、主にレールのセッティング誤差である。したが
って、位置ずれは走行位置に対してある決まった値であ
り、溶接士は、各パス毎に同じ補正動作を繰り返してい
る。

【００１５】本発明の目的は、安価でかつ溶接作業が簡
単にできる遠隔自動溶接装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次に示す自動溶接装置を提案する。

【００１７】すなわち、溶接電源と、溶接トーチと、溶
接トーチを３次元的に駆動する走行台車と、上下軸駆動
機構と、左右軸駆動機構と、左右軸駆動機構を動かすた
めの操作スイッチ類を有し、前記操作スイッチ類を操作
することによって、溶接線に対する溶接トーチの左右方
向の位置ずれを補正する制御装置を備える遠隔自動溶接
装置で、走行位置に対応して溶接トーチの左右方向位置
を記憶し、その記憶値を用いて、次パス溶接時における
溶接トーチの左右方向位置を補正する溶接トーチ位置補
正制御装置を備えたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明によれば、溶接トーチの左右方向位置を
記憶し、その記憶値を用いて、次パス溶接時における溶
接トーチの左右方向位置を自動的に補正するので、溶接
士による溶接トーチの左右方向位置の補正はほとんどな
くなり、溶接士の作業負担が少なくなる。その結果、溶
接作業が簡単になると共に、溶接士の単純な操作ミスが
少なくなる。さらに、溶接品質が向上する。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳述する。

【００２０】図１ないし図３は本発明の遠隔自動溶接装
置の第１の実施例の構成を示す図であり、図１は本発明
の第１実施例の構成を示すブロック図であり、図２は溶
接トーチ位置ずれ補正装置の処理内容を示すフローチャ
ートであり、図３は第２メモリに記憶されている溶接ト
ーチ位置のずれ補正データの一例である。

【００２１】図１で、１は溶接トーチ左右軸位置制御系
であり、従来技術のそれと同じである。２はトーチ左右
位置指令値であり、制御装置盤３９上又はペンダント式
入力装置に設けられたスイッチ類からの信号である。３
はウィービング指令値であり、制御装置盤３９上又はペ
ンダント式入力装置に設けられた設定器の設定値（ウィ
ービング幅，ウィービング速度）に基づいて、時々刻々
と溶接トーチの左右方向の移動指令値が入力される。４
は加算器であり、トーチ左右位置指令値とウィービング
指令値を加えた値、すなわち、溶接トーチの左右軸位置
指令値を減算器５へ入力する。減算器５では、溶接トー
チの左右軸位置指令値と左右軸駆動機構３５に取り付け
られた検出器による溶接トーチの左右軸位置との差を計
算する。そして、その偏差が零になるように溶接トーチ
の左右軸駆動機構３５を動かす。

【００２２】６は溶接トーチ位置ずれ補正装置であり、
マイクロコンピュータなどで構成されている。７は第１
メモリ、８は補正データ作成回路、９は第２メモリであ
り、７〜９は溶接トーチ位置ずれ補正装置６の主な要素
である。１０は走行台車３３の走行位置信号であり、例
えば、走行台車３３に取り付けられたエンコーダ信号で
ある。１１は溶接開始信号であり、制御盤上などに設け
られたスイッチ信号である。１２は溶接トーチ位置ずれ
補正装置６の出力であり、加算器１３でトーチ左右位置
指令値２と加算される。

【００２３】次に、図２を用いて、溶接作業時における
溶接トーチ位置ずれ補正装置６の処理内容を説明する。
なお、図２の処理は溶接開始信号がオンになった時に開
始する。また、前パスの溶接時の処理によって、図３に
示すように走行位置に対応して、溶接トーチ位置ずれ補
正値Ｘ_m が第２メモリ９に記憶されているものとして説
明する。

【００２４】従来技術の項でも説明したように、まず、
溶接電流・溶接電圧などの溶接条件や走行台車３３の走
行速度及び溶接トーチのウィービング幅・速度などを各
種設定器により設定した後、溶接トーチを被溶接材３１
の開先に位置決めする。そして、溶接開始ボタンを押す
と、アークを発生させた後、走行台車３３の走行が始ま
り、溶接が開始すると共に、溶接トーチ位置ずれ補正装
置６では図２の処理が開始する。

【００２５】まず、手順１４で走行台車の位置を取り込
み、その値をＬ_C とする。次いで、手順１５で図３に示
すように第２メモリ９から走行位置Ｌ_C に対応するトー
チ左右位置の補正値Ｘ_m を読みだし、その値をＸ_OFF と
する。

【００２６】そして、手順１６でトーチ左右位置の指令
２の値Ｘを取り込む。次に、手順１７で走行位置Ｌを取
り込む。次いで、手順１８で取り込んだ走行位置Ｌに対
応して、トーチ左右位置の指令値Ｘを第１メモリ７に格
納する。

【００２７】そして、手順１９で第２メモリ９から走行
位置Ｌに対応するトーチ左右位置の補正値Ｘ_m を読みだ
し、Ｘ_L とする。次いで、手順２０でＸ_L−Ｘ_OFFの計算
を行い、その計算結果Ｘ_OUT を加算器１３に出力する。
溶接開始時に走行台車が動いていない間は、当然の事で
あるがＸ_L＝Ｘ_OFFなので、Ｘ_OUT ＝０となり、溶接トー
チの左右位置は動かない。次に、手順２１でＬ_C＝Ｌ_C＋
ΔＬの計算を行う。

【００２８】そして、手順２２でＬ_Cと走行位置Ｌとの
比較を行う。一回目は走行位置ＬはＬ_C より小さいので
処理は手順２３に進み、溶接が終了したか否か判定す
る。最初は当然溶接は終了していないので処理は手順２
２に戻る。そして、走行位置ＬがＬ_C と等しくまたは大
きくなるまで、手順２２と手順２３を繰り返す。

【００２９】そして、走行台車３３が進み、走行位置Ｌ
がＬ_C と等しくまたは大きくなると、処理は手順１６に
進み、トーチ左右位置の指令値Ｘを取り込み、手順１７
で走行位置Ｌを取り込んだ後、手順１８で走行位置Ｌに
対応してトーチ位置の指令値Ｘを第１メモリ７に格納す
る。次に、再び手順１９で第２メモリ９から走行位置Ｌ
に対応するトーチ左右位置の補正値Ｘ_L を読みだし、手
順２０でＸ_L−Ｘ_OFFの計算を行い、その結果Ｘ_OUT を加
算器１３に出力する。そして、手順２１でＬ_C＝Ｌ_C＋Δ
Ｌの計算を行い、Ｌ≧Ｌ_Cの条件が成り立つまで手順２
２と２３の処理を実行する。

【００３０】以上の処理手順１６〜２３を溶接が終了す
るまで、すなわち、溶接開始スイッチの信号がＯＦＦに
なるまで行うと、第１メモリ７には図４に示すデータ記
憶される。図４は走行位置ΔＬ毎にトーチ左右位置の指
令値Ｘが記憶されているものであり、トーチ左右位置の
指令値Ｘは溶接士がトーチの左右位置移動用スイッチを
操作して与えた値である。すなわち、トーチの溶接線か
らのずれを溶接士が監視し、それを補正したものであ
る。

【００３１】そして、溶接が終了すると、処理は手順２
４に移り、第１メモリ７と第２メモリ９に記憶されたデ
ータを用いて、補正データを作成し、その得られたデー
タを第２メモリ９に格納し、処理のすべてを終了する。

【００３２】次に図５を用いて、第１実施例における補
正データの作成方法について説明する。図５で、（ａ）
の実線で示したデータは補正データ作成前の第２メモリ
９に記憶された補正データであり、破線は溶接が開始し
た時の値、すなわちＸ_OFF を零としたときの補正データ
である。（ｂ）は溶接が終了したときの第１メモリ７に
記憶されたトーチ左右位置指令値データである。（ｃ）
は（ａ）の破線のデータと（ｂ）のデータを加えたもの
である。なお、（ｂ）で、走行位置０度から溶接開始位
置Ｌ_C までの間のトーチ左右位置の指令値Ｘは、破線で
示すように溶接開始位置Ｌ_C における値と同じにした。
そして、（ｄ）は（ｃ）のデータを最小二乗法等により
多項式近似を行い、データのスムージングを行った結果
である。

【００３３】すなわち、おおよそのトーチ左右位置の補
正値である（ａ）に溶接士が変更したトーチ位置の移動
量を加算し新たな補正値にする。そして、非連続データ
となっている（ｃ）のデータを多項式近似等によって滑
らかなデータに変換し、新たな補正データとする。そし
て、新たに作成された（ｄ）の補正データを第２メモリ
９に格納し、補正データ作成処理を終了する。

【００３４】図２の処理を行うことにより、溶接中に溶
接トーチの左右位置のおおよその補正は自動的に行われ
る。このため、溶接中に溶接士が行うトーチの左右位置
の補正動作がほとんどなくなり、溶接士はトーチ左右位
置の補正に神経を使う必要がなくなる。このため、疲労
の少ない溶接作業が可能となる。

【００３５】また、溶接開始点における溶接トーチの左
右位置は溶接士が自由に決めることができ、かつ、溶接
中も溶接士によるトーチ補正動作が可能となっている。
その結果、溶接による配管の熱収縮等による溶接線の変
化（溶接開始位置，溶接線の軌跡変化）や振り分け溶接
にも対応することができ、非常に使い勝手のよい遠隔自
動溶接装置を構成することが出来る。

【００３６】さらに、非連続データとなっている（ｃ）
のデータを多項式近似等によって滑らかな補正データに
しているので、トーチが急に動くこと無く、極自然なト
ーチの補正を行うことができる。

【００３７】次に、本発明の遠隔自動溶接装置の第２の
実施例について説明する。

【００３８】図６は本発明の第２の実施例の構成を示す
ブロック図である。図６と第１実施例の構成を示すブロ
ック図（図２）で異なる点は、以下の通りであり、その
他の部分は図２と同一である。

【００３９】図２の場合、第１メモリ７に記憶するデー
タは、トーチ左右位置の指令値Ｘである。図６の場合
は、加算器１３の出力、すなわち、トーチ左右位置指令
値Ｘと溶接トーチ位置ずれ補正装置６の出力Ｘ_OUT を加
えた値であるトーチ左右位置指令値Ｙを第１メモリ７に
記憶する。

【００４０】従って、溶接作業時における溶接トーチ位
置ずれ補正装置６の処理内容は、図２とほとんど同じで
あり、異なる点は手順２４である。

【００４１】次に図７を用いて、第２実施例における補
正データの作成方法について説明する。図７で、（ａ）
の実線で示したデータは補正データ作成前の第２メモリ
９に記憶された補正データであり、破線は溶接が開始し
た時の値、すなわちＸ_OFF を零としたときの補正データ
である。（ｂ）は溶接が終了したときの第１メモリ７に
記憶されたトーチ左右位置指令値データである。そし
て、（ｃ）は（ｂ）のデータを最小二乗法等により多項
式近似を行い、データのスムージングを行った結果であ
る。なお、（ｃ）で、データのスムージングを行う前の
走行位置０度から溶接開始位置Ｌ_C までの間のトーチ左
右位置の指令値Ｙは、Ｘ_OFFの値をＹ_OFFに一致させた場
合の（ａ）の０〜Ｌ_C の間のデータとした。

【００４２】図７の方式を用いて補正データを作成する
と、溶接が終了したときに、第１メモリには、トーチ左
右位置補正データと溶接士が与えたトーチ左右位置指令
値を加えた値となっているので、補正データの作成が簡
単となる。

【００４３】なお、第１及び第２実施例では第１メモリ
に記憶する信号として、トーチ左右指令値Ｘ及びＹとし
たが、ウィービング指令３を加えた後の信号を用いて
も、ウィービング時におけるトーチ中心位置を演算する
ようにすれば、補正データを作成できることは明らかで
ある。また、実際のトーチ位置の信号を用いても、補正
データを作成できることは明らかである。

【００４４】第１及び第２実施例では、溶接開始位置を
走行位置Ｌ_C からとし、走行位置０度からＬ_C の間の補
正データは、前パスの補正データを用いて作成したが、
溶接終了が走行位置３６０度以前であっても同様の方法
で、走行位置０度から３６０度までの補正データを作成
できることは明らかである。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、溶接中に溶接トーチの
左右位置のおおよその補正は自動的に行われる。このた
め、溶接中に溶接士が行うトーチの左右位置の補正動作
がほとんどなくなり、溶接士はトーチ左右位置の補正に
神経を使う必要がなくなる。このため、疲労の少ない溶
接作業が可能となる。

【００４６】また、本発明の装置は、従来の遠隔自動溶
接装置に溶接トーチ位置ずれ補正装置６を追加するだけ
であり、非常に安価で構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】溶接トーチ位置ずれ補正装置の処理内容を示す
フローチャート。

【図３】本発明の第１実施例における第２メモリに記憶
されている溶接トーチ位置のずれ補正データの説明図。

【図４】本発明の第１実施例における第１メモリ７にデ
ータ記憶されたトーチ左右位置の指令値Ｘの説明図。

【図５】本発明の第１実施例における補正データの作成
方法の説明図。

【図６】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図。

【図７】本発明の第２実施例における補正データの作成
方法の説明図。

【図８】従来の遠隔自動溶接装置の一例の構成を示す斜
視図。

【符号の説明】

１…溶接トーチ左右軸位置制御系、２…トーチ左右位置
指令値、３…ウィービング指令値、６…溶接トーチ位置
ずれ補正装置、７…第１メモリ、８…補正データ作成回
路、９…第２メモリ、１０…走行位置信号、１１…溶接
開始信号、１２…溶接トーチ位置ずれ補正装置６の出
力、３５…左右軸駆動機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今永昭慈茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者羽田光明茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小林正宏茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者上原壮夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者日野英司茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接電源と、溶接トーチと、前記溶接トー
チを３次元的に駆動する走行台車と、上下軸駆動機構
と、左右軸駆動機構と、前記左右軸駆動機構を動かすた
めの操作スイッチ類とを有し、前記操作スイッチ類を操
作することによって、溶接線に対する前記溶接トーチの
左右方向の位置ずれを補正する制御装置を備える遠隔自
動溶接装置において、走行位置に対応して前記溶接トー
チの左右方向位置を記憶し、その記憶値を用いて、次パ
ス溶接時における前記溶接トーチの左右方向位置を補正
する溶接トーチ位置補正制御装置を備えたことを特徴と
する遠隔自動溶接装置。