JPS6036344B2 - 片面自動溶接における裏当金同期移動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は片面自動溶接において、裏当金を溶接進行方
向に関して左右の位置を調整しながら溶接トーチと同期
移動せしめる制御方法に係るものである。

鋼板のシーム部に沿って溶接機と裏当金とを共に移動さ
せながら溶接する片面自動溶接は、その能率がよいこと
から船体の外板ブロックなどの大形の鋼板材の溶接に多
用されている。

この方法によって曲面を有する鋼板を溶接するには、鋼
板曲面に沿ってその表面と裏面とを移動する溶接機と裏
当金とが常に正対するように互いの移動速度を同期させ
る必要がある。このため両者の移動曲率半径の差に応じ
て、予じめ両者の移動速度を調整しておくことは知られ
ているが、この場合には多様な曲率をもつ曲面部が多数
存在する船体ブロックの溶接に対して移動速度の計算及
び設定が非常に面鰯であり、計算が主に設計数値に基い
てなされるため、実際の溶接部位の実寸法との誤差によ
るずれや移動装置の機構的な誤差によるずれなどが移動
の進行に伴って増加し、ついには両者が正対位置から大
中にずれて裏当金が機能を果せなくなることがある。ま
たこのような片面自動溶接法においては、鋼板の両側に
溶接機及び裏当金装置を移動せしめるレール等の走行基
台を平行に取付け、溶接トーチの溶接進行方向に対する
左右の偏位に裏当金を同調せしめて偏位させ、裏当金を
溶接トーチの溶接進行方向に対する左右の中心に位置せ
しめる処置がとられている。

しかしながら多様な曲率をもつ曲面部が多数存在する鋼
板の溶接に際して、鋼板両側に設ける走行基台を正確に
平行に保つこと自身も難しく、偏位同調の誤差も生じや
すく、裏当材たとえばパッキングテープの中心が溶接ト
ーチ直下よりはずれ、パッキングテープの競中が該テー
プの側緑にまで到り、良好な溶接ビードが得られないこ
とがある。裏当金を溶接機と同期走行せしめる方法とし
て、例えば特公昭５２−４３６１２号公報に、裏当金の
前端と後端とでアークノィズを超音波センサにより検知
し、アーク点が常に裏当金の一定範囲内に保持されるよ
うに制御する方法が提案されている。

この方法はァーク点の位置を音波を用いて検知するので
、外部騒音、機械的振動等がノイズとに混入し、さらに
二点でのセンサの音波受信位置間隔が裏当金寸法に制限
されて広くとれないので、音圧しベルの差を高感度で抽
出するのが困難であり、アーク点の移動に裏当金を同期
させる精度に高いものはあまり期待できず、検知信号を
例えば溶接条件等他の制御に利用できる可能性は少ない
。この発明の目的は、裏当金を溶接進行方向およびその
左右方向に関して、トーチによる溶接点の直下位置に高
精度で正対させることができる片面自動溶接における裏
当金の同期移動制御方法を提供するにある。

この発明の他の目的は、併せて電流、電圧、溶接速度等
の溶接パラメータを制御し、裏ビート形状、ァーク穿孔
力を制御することができる裏当金の同期移動制御方法を
提供するにある。

この発明による片面熔接における裏当金同期移動制御方
法は次の■〜■の段階を有することを特徴とする方法で
ある。

■ 裏当金の裏当材との薮面側の、溶接進行方向に関し
てトーチ直下より前方と後方のそれぞれ右側と左側に相
互に所定の間隔を隔てた４個所に、埋込んだ光電受光素
子により、透光性裏当材を透光する溶接部裏面の光を各
々受光し、該受光量に相当する電気信号を得る。

■ 前記のそれぞれ前方および後方の信号毎に、並びに
右側および左側の信号毎に、加算する。

■ 前記の前方および後方の加算信号並びに右側および
左側の加算信号の偏差に相当する信号を得る。■ 前記
の偏差電気信号を予め設定した適正同期走行信号及び適
正位置信号と比較する。

■ 前記の比較結果に基いて、裏当金の受光位置の間の
所定位置にトーチ直下点が保持されるように、裏当金の
移動速度及び左右方向の位置を制御する。

以下この発明の方法を図面を参照しながら詳述する。

第１図は一般に行われている片面自動溶接態様を示す概
略の一部切欠側面図である。第１図において、１は被溶
接母材である。

被熔接母材１の溶接面にはしール等の走行基台２が附設
され、溶接機３がレール２上を矢印方向に走行する。４
は溶接トーチ、５は該トーチ先端の溶接ワイヤである。

被溶接母材１の反対側には溶接機の走行基台２と平行に
裏当装置７を走行せしめるレール等の走行基台６が附設
されてある。裏当装置７は図示せざる駆動モータにより
レール６上を矢印の方向に溶接機と同調せしめられなが
ら走行する。８は妥当金で、９は裏当金の圧着機構であ
る。

１川ま被熔接母村１と裏当金８の間に介在せしめられる
裏当材で、この発明の方法においてはグラスファイバー
テープ等の透光性裏当材が使用される。

以下の実施例においては透光性愛当材として透光性のパ
ッキングテープを使用した場合について説明する。この
発明の方法を実施するには、第２図に示す如く、まず裏
当金８のパッキングテープ１０との接面側にフオトダィ
オード、フオトトランジスタ、ｃｄｓ、太陽電池等のい
ずれかを使用した４個の光電受光素子１１が埋込まれて
いる。

光電受光素子１１は漆後進行方向に関してトーチ直下よ
り前方と後方のそれぞれ右側と左側に相互に所定の間隔
を隔て）埋込まれてあり、前方右側をＦＲ、前方左側を
Ｆし、後方右側をＢＲ、後方左側をＢＬの光電受光素子
と呼ぶ。これらの光電受光素子１１により援面したパッ
キングテープ１０の表面を視認でき、従ってパッキング
テープ１０を透光する溶接部裏面の光を受光し、受光量
に相当する信号を発することができる。尚この場合、裏
当金８に穴を堀設して、この穴内に光電受光素子１１を
挿入し、その後穴の上面をガラス等により封止して髪当
金８の上面を面一の面とすれば「穴によるへこみにより
裏当金８の移動時にパッキングテープ１１が引掛ったり
しわが寄ったりするのを防止することができる。

またこの穴を埋めるガラス等が熱伝導性に劣っていても
、穴の位置はトーチ直下より左右に隔つているので髪ビ
ートに悪影響を与えることはない。更にこの発明の方法
を実施するには、第３図に一実施例を概略的に示す如く
、妥当金８を溶接進行方向に関して横方向に位置調整す
る手段が備えられている。図示の実施例においては、裏
当装置７本体と裏当金の圧着機構９との間に左右方向の
スライド手段１２を設け、スライド手段１２を位層調整
モータ１３に連結し、該モータ１３の作動により裏当金
８及び圧着機構がスライドし、裏当金８の左右の位置が
調整されるようにしてある。再び第２図に戻り説明すれ
ば、第２図ｂに裏ビード部の赤熱発光部２２の一例の位
置を裏当金８面上に転示してある。赤熱発光部２２は溶
接トーチ５の直下を中心として前方は概ね半円形をなし
、後方は逐次その幅が狭ばめられ尾びれ状をなしている
。各光電受光素子１１は前述の如く溶接トーチ５の直下
点の前後左右に配置されるが、その位置は前後及び左右
の充分な偏差電気信号が得られるよう或る程度隔離する
こととが望ましく、また一方溶接トーチ５の直下点より
それぞれが隔たることによる受光量が著しく減少するの
で、各光電受光素子１１の埋込位置は実験等により定め
られる。図示の実施例においては、各光電受光素子１１
の位置を溶接トーチ５の直下点より等距離の正四角形の
各頂点にしてあるが、これに限定されることなくどのよ
うに配置してもよい。然し図示の実施例の如く配置する
ことは、特に左右方向を中′Ｄ線に対して対象として配
置することは、この発明の方法を計算設計及びチェック
するうえで好都合である。次にこの発明の制御方法を制
御系の構成ブロック図の第４図に基いて説明する。

各光電受光素子ＦＲ，ＦＬ，ＢＲ及びＢＬの受光出力は
加算器１４で、前方１４Ｆ、後方１４Ｂ、右側１４Ｒ、
左側１４Ｌ毎に加算され、それぞれの加算信号はフィル
夕１５Ｆ，１５Ｂ，１５Ｒ及び１５Ｌにて希望成分丈を
通過せしめた後、前方および後方の加算信号は差動増幅
器１６ｘに、右側及び左側の加算信号は差動増幅器１６
ｙに入力されて、それらの偏差出力が求められる。これ
らの偏差出力はさらに比較器１７×，１７ｙへ入力され
、設定器１８×及び１８ｙによって予め与えられた適正
同期走行信号及び適正左右方向位置信号と比較された後
、比較結果の差信号が裏当金移動速度制御装置１９×及
び裏当金左右方向位層調整装置１９ｙに入力され、該装
置の出力信号２０×及び２０ｙにより裏当装置７の駆動
モータの速度が制御され、裏当装置７の位置調整モータ
ー３が作動され裏当金８の位置が調整される。即ちトー
チ直下点でのアークの発光は透光性のパッキングテープ
１０を透光し各受光素子ＦＲ，ＦＬ， ＢＲ及びＢしに
入射し、更にトーチ直下点より溶接進行方向後方の受光
素子ＢＲ及びＢＬには裏ビードの赤熱部からの入射光が
入来する。

トーチ直下点が前方の受光素子ＦＲ及びＦＬと後方の受
光素子ＢＲ及びＢＬの中間にあるときは、それぞれの加
算受光素子出力はアークの発光によるものについてはほ
ぼ等しく、後方の受光素子よりの加算出力は髪ビートの
赤熱部からの入射光に起因するものが加算されたものと
なっていいる。従って、この値を基準信号値として設定
器１８ｘにより適正同期走行信号を与え、これと差動増
幅器１６×の出力とを比較すれば、例えば比較器出力が
正のときは裏当金８がトーチに対して進み状態にあり、
逆のときには裏当金８がトーチに対して遅れ状態にある
こと）なり、上記適正同期移動走行信号がトーチ直下点
に対する裏当金８の同期位置を与えることになる。制御
装置１９ｘは上記比較器出力を入力に受けたとき、それ
が零となるように裏当装置７の駆動モータの速度を増減
する。この結果として、裏当金８はトーチ直下点に対し
て常に或る定められた対応位置を保持しつ）移動される
。この場合ァーク直下点より前方および後方の受光素子
は左右にそれぞれ２個設けられ、受光素子出力はそれぞ
れそれらを加算したものであるので、裏当金が左右方向
に偏ったり回頭したりしても、前後受光素子出力のアン
バランスが防止できる。またトーチ直下点が右側の受光
素子ＦＲ及びＢＲと左側の受光素子ＦＬ及びＢＬの中間
にあるときはそれぞれの加算受光素子の出力は、アーク
の発生及び裏ビード赤熱部による受光が等しいので、等
しくなる。従って受光素子ＦＲ及びＢＲと受光素子ＦＬ
及びＢＬをトーチ直下点を通る菱当金進行方向に対称に
設けてあるときは、設定器１８ｙに零値を設定し、また
対称に設けてないときは、設定器１８ｙに実験により適
正な左右方向位置の信号値を求めこれを設定し、これら
の信号を設定器１８ｙより比較器１７ｙに与え、これと
差動増幅器ｌ６ｙの出力を比較することにより、裏当金
の左右方向の位置の調整信号を与えることができる。制
御装置１９ｙは上記比較器出力を入力に受けたとき、そ
れが零となるように妥当装置７のスライド手段１２の位
置調整モータ１３を作動する。この発明による裏当金同
期移動制御方法は以上の如く構成されているので、溶接
進行中常に外乱を受けることなく裏当金とトーチ直下点
との相対変位を正確に検出し、常に溶接部に正対して裏
当金を同期移動することができる。従来、超音波又は光
により裏当金の溶接進行方向の位置を検出し、同期移動
せしめる制御方法が提案されているが、多数な曲率をも
つ曲面が多く存在する鋼板の港援等においては、妥当金
の左右方向の偏位は避け難く、これにより前後方向の位
置検出にも誤差を生じ、適正な同期移動制御が困難であ
った。これに対してこの発明の方法においては、裏当金
の左右方向の位置の偏位を制御しつ）、進行方向の速度
を制御しているので、裏当金の左右方向の位置が常に正
しく保たれると共に、その進行方向の速度制御も適確で
あり、裏当金を常にトーチ直下点に正対せしめることが
できる。尚、この発明の方法における裏当金の左右方向
の位置制御に、右側および左側の光電受光素子の受光に
相当する加算電気信号を比較しているが、対角線で組合
せ、即ちＦＲとＢＬの加算電気信号とＦＬとＢＲの加算
電気信号を比較してもよい。

更に、光電受光素子１１の出力は熔接条件により決定さ
れるものであるので、第４図に記載の如く、１個の受光
素子、好ましくは前方の受光素子ＦＲ若しくはＦＬより
出力〔２１ｍ〕、２個の受光素子、好ましくは前方の受
光素子ＦＲ及びＦＬの加算出力〔２１■〕又は４個の受
光素子ＦＲ，ＰＬ．ＢＲ及びＢＬの加算出力〔２１■〕
を外部に取出し、これら出力〔２１‘１｝〕，〔２１■
〕又は〔２１■〕により電流、電圧、溶接速度等の溶接
パラメータを制御し、入熱制御による裏ビード形状、ア
ーク穿孔力を制御することができる。またこの発明の方
法における検出系は、妥当金に埋設された４・型化され
た光電受光素子によるものであり、外光の影響の除去も
同時に達成でき、更に熔接制御のための信号も同時に得
ることができるものであるなど、この発明の方法は高い
工業的効果を奏し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施する片面自動溶接装置の
一実施例の概略の一部切欠側面図、第２図はこの発明の
方法を実施する片面自動溶接部の一実施例の縦断面図ａ
及び裏当金の平面図ｂ、第３図はこの発明の方法を実施
する裏当装置の一実施例の概略の縦断面図、第４図はの
発明の方法の一実施例の制御系の構成ブロック図である
。 図面において１は溶接母材、２は溶接機用レール、３は
溶接機、４は溶接トーチ、６は裏当装置用レール、７は
裏当装置、８は裏当金、１０はパッキングテープ（透光
性愛当材）、１１，ＦＲ，ＦＬ，ＢＲ，ＢＬは光電受光
素子、１２はスライド手段、１３は位置調整モータ、１
４は加算器、１５はフィル夕、１６は差動増幅器、１７
は比較器、１８は設定器、１９ｘは裏当金移動速度制御
装魔、１９ｙは裏当金左右方向調整装置、２２は赤熱発
光部である。第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接母材の溶接部裏面に透光性の裏当材を接面さ
   せ、溶接機の走行に追従して移動する裏当金を上記裏当
   材を介してトーチ直下の溶接部裏面に当てながら溶接を
   行なう片面自動溶接において、上記裏当金の裏当材との
   接面側の、溶接進行方向に関してトーチ直下より前方と
   後方のそれぞれ右側と左側に相互に所定の間隔を隔てた
   ４個所に埋込んだ光電受光素子により、上記裏当材を透
   光する溶接部裏面の光を各々受光し、上記受光量に相当
   する電気信号を得、それぞれ前方および後方の信号毎に
   並びに右側および左側の信号毎に加算し、前方および後
   方の加算信号並びに右側および左側の加算信号の偏差に
   相当する信号を得ると共に、該偏差電気信号を予め設定
   した適正同期走行信号及び適正位置信号と比較し、上記
   裏当金の受光位置の間の所定位置にトーチ直下点が保持
   されるように、上記比較結果に基づいて裏当金の移動速
   度及び左右方向の位置を制御することを特徴とする片面
   溶接における裏当金同期移動制御方法。