JPS611478A - 厚板自動溶接制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧力容器等の大型厚内構造物を自動的に溶接
するための制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、厚板の継手部を溶接する際には、高能率に溶接
するため、その間光幅を狭くして溶接する狭開先溶接手
段が用いられている。

この厚板の狭開先溶接を行なう場合、第６図に示すよう
に、厚板としての母材１，１の開先隙間１ａに溶接用ト
ーチ６を挿入した後、この溶接用トーチ６先端部まで送
給ローラ７を用いて溶接ワイヤ５を送給する。

そして、溶接ワイヤ５をアーク４によって溶融し、母材
１，１の隙間１ａを溶接金属３により溶接する。なお、
第６図の符号２は裏当金を示す。

ところで、この狭開先溶接では、溶接用トーチ６と開先
壁との隙間か通常２〜５ＩＩＩＩｎと小さ５・ため、作
業員か常時溶接状態を監視し、トーチ位置および姿勢を
調整する必要がある。

また、厚板の多層溶接の場合、開先形状の変化に伴い最
終層付近では溶接ビード高さが不均一どなって、連続溶
接ができないため、低い部分を断続的に溶接して高さが
ほぼ均一になるように調整した後、最終層の溶接をして
仕上げている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の厚板溶接手段では、一つの継手ごとに
溶接状態を監視する作業員が一人必要であり、多大な労
力を要する一方、溶接ビード高さを調整するため、連続
溶接ができず作業能率が低下するという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、厚板の狭開先溶接１こ際し、溶接トーチの位置および
姿勢の調整を自動化することにより、−人の作業員で管
理できるようにして、溶接作業の省人化および能率向上
をはかった、厚板自動溶接制御装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の厚板自動溶接制御装置は、厚板層の
開先隙間に挿入される溶接用トーチと、同トーチの位置
および姿勢を調整しうるアクチュエータとをそなえ、上
記トーチの先端におけるアーク光を含んだ溶接部を撮像
しうるテレビカメラと、同テレビカメラによる映像を画
像処理して上記アクチュエータへトーチ位置制御信号を
送る第１のトーチ制御系とが設けられるとともに、−に
記開先隙間の上方において上記トーチに対をなして装着
された複数のアーク光検知センサと、これらのアーク光
検知センサからの検出信号を相互に比較してその差信号
によ１）上記アクチュエータへ１−チ姿勢制御信号を送
る第２のトーチ制御系が設けられたことを特徴としてい
る。

［作　用〕 上述の本発明の厚板自動溶接制御装置では、アーク光を
含む溶接部をテレビカメラで撮像し、その映像を画像処
理することにより算出されるトーチ位置とアーク光検知
センサにより検知されるトーチ姿勢とに基づき、第１も
よび゛第２のトーチ制御系によって、溶接用トーチの位
ＷＪおよび姿勢が自動的に調整される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１図は本発明の第１実施例としての厚板自動溶接制御
装置を示す模式的な斜視図であり、平板状の厚板層とし
ての母材１，１の開先隙間１ａに溶接用トーチ６がアー
ク点を中心に円弧状に移動でとるように挿入され、同溶
接用トーチＧ内には、送給ローラ７によって送給される
溶接ワイヤ５がトーチ６先端１こおける開先隙間１ａの
溶接部まで貫通して配設されている。

一方、トーチ６先端におけるアーク４によるアーク光を
含んだ溶接部を撮像する工業用テレビカメラ１０がそな
えられてお１）、このテレビカメラ１０は、アーク４．
溶接ワイヤ５．開先壁等を区別できるように適当なフィ
ルタをそなえるとともに、その視野に常にトーチ６先端
における溶接部が入るように、溶接用トーチ６と連動す
るように設置されている。なお、テレビカメラ１０は、
その映像信号を送信すべく、送信ケーブル１１を介して
画像処理装置１２に接続されている。

そして、画像処理装置１２では、テレビカメラ１０で撮
像した溶接部の画像を二値化処理（適当な基樵値を設定
しアーク光の輝度分布を明と暗との二値に分ける処理）
して、溶接ワイヤ５に対し垂直な方向および水平な方向
のテレビ走査線信号か呟開先幅、・溶接ワイヤ５の位置
Ｉ３よび溶接ワイヤ５の突出長を算出している。

また、開先隙間１ａＪ１方においてトーチ６の両ｔｉ１
１部１こはシール１箱９を介して一対のアーク光検知セ
ンサ１４．１４がそなえられ、これらのアーク光検知セ
ンサ１４，１４にはアーク４によるアーク光を受光する
と充電効果ｌこより出力信号を出す受光素子が内蔵され
ている。そして、アーク光検知センサ１４．．１４から
出力される出力信号は、送信ケーブル１５を介してアン
プ１６に送られ、このアンプ１６では、送信された微弱
な出力信号を増幅し電圧信号に変換する。

さらに、第１および第２のトーチ制御系を内蔵するトー
チ位置および姿勢制御装置１８が、送信ケーブル１３を
介し画像処理装置１２に接続されるとともに送信ケーブ
ル１７を介しアンプ１６に接続されて配設されている。

このトーチ位１′！￥および姿勢制御装置１８は、画像
処理装置１２から送信ケーブル１３を通って送信されて
きた開先幅、溶接ワイヤ５の位置および溶接ワイヤ５の
突出長の情報をあらカルめ設定した基準値と比較し、溶
接用トーチ６の先端部位置（上下、左右方向位置）を常
に一定条件に保持制御しうる第１のトーチ制御系として
の機能と、アンプ１６から送信ケーブル１７を通って送
信された信号を判断し、開先隙間１ａ上方において溶接
用トーチ６の姿勢（トーチ６の傾き角度）を修正制御し
うる第２のトーチ制御系としての機能とを有しており、
図示しないマイクロコンピュータ、入出力インタフェー
ス等から構成されている。

ところで、このトーチ位置および姿勢制御装置１８から
の制御信号により溶接用トーチ６の位置および姿勢を調
整するアクチュエータが駆動モータ２１，２４゜２５お
よびこれらのモータ２１，２４．２５それぞれにより駆
動される伝達軸２２，２６．２７から構成されている。

そして、トーチ位置および姿勢制御装置１８から送信さ
れるトーチ位置制御信号およびトーチ姿勢制御信号は、
送信ケーブル１９および２０によって駆動モータ２４，
２　Ｓおよび２１に送られる。したがって、駆動モータ
２１は伝達軸２２を介して溶接用トーチ６を上下方向に
駆動する一方、駆動モータ２４および２５のそれぞれは
、伝達軸２６および２７を介して、溶接用トーチ６の左
右方向および領外角度を調整する。なお、第１図中の符
号３は溶接金属、２８は駆動モータ２４および２５の収
納箱を示す。

本発明の第１実施例としての厚板自動溶接制御装置は上
述のごとく構成されているので、厚板層としての母材１
，１の溶接作業中に、テレビカメラ１０によって撮像さ
れた溶接部を示す画像は、画像処理装置１２において、
二値化処理され、開先幅、溶接ワイヤ５の位置および溶
接ワイヤ５の突出長が算出され出力信号としてトーチ位
置および姿勢制御装置１８へ送信される。

一方、トーチ６の姿勢が変化し、一対のアーク光検知セ
ンサ１４　、　Ｊ　、＝１のどちらか一方のアーク光検
知センサ１４かアーク４によるアーク光を受光しなくな
ると、このセンサ１４からトーチ位置および姿勢制御装
置１８への出力信号が途絶え、溶接用トーチ６の傾きが
検知される。

これらの出力信号が、トーチ位置および姿勢制御装置１
８に入力されると、あらかしめ設定した基準値と比較さ
れ、トーチ位置すなわち上下および左右方向位置を常に
一定条件に保持する制御信号が、それぞれ駆動モータ２
１および２４へ出力されるとともに、アーク光検知セン
サ１４，１．４が両方同時にアーク光を受光する方向に
トーチ姿勢（傾き角度）を移動させる制御信号が駆動モ
ータ２５へ出力される。

これにより、駆動モータ２１は、伝達軸２２を介し、駆
動モータ２４，２５の収納箱２８自体を」―下に駆動す
ることによって、溶接用トーチ６を上下に駆動し、その
上下方向位置を調整する。また、駆動モータ２・１およ
び２５は、それぞれ伝達軸２６および２７を介し、溶接
用トーチ６を左右方向および姿勢角度を変化させ、その
左右方向位置および姿勢角度を調整する。

このように、溶接用トーチ６を常に適正位置および姿勢
に自動的に保持制御でき、溶接作業時に、作業具による
溶接部の監視および溶接用トーチ６の位置および姿勢の
調整が不要になるので、溶接作業の省人化および能率向
１がはがｊする。しがも従来、溶接部の監視が難しいた
め欠陥か生しやすかった深くて狭い■型開光の多層溶接
部において、その監視が確実に行なわれるようになるの
で、品質の向上か′はがれるのである。

第２，３図は本発明の第２実施例としての厚板自動溶接
制御装置を示すもので、第２図はその模式的な斜視図、
第３図はそのビード積層状態を示す模式的な断面図であ
り、第・１図は従来の装置におけるビード積層状態を第
３図に月応させて示す模式的な断面図であって、この第
２実施例は、本装置を厚内円筒の周継手に適用した場合
である。

第２実施例も、」―述の第１実施例とほぼ同じに構成さ
れているが、溶接すべぎ厚板層としての円筒状の母材１
’、１’かターニングローラ８上に支持され、このター
ニングローラ８は、図示しないターニングローラ駆動用
モータ、減速装置およびエンコーグを内蔵した駆動モー
タ収納箱３２に接続されて、図示しないターニングロー
ラ駆動用モータにより回転駆動される。

また、駆動モータ収納箱３２は、送信ケーブル２つ。

３１およびモータ制御盤３０を介してトーチ位置および
姿勢制御装置１８に接続されている。

そして、母材１’　、１’の溶接部における組立誤差。

熱収縮等によって生じる開先幅の変動が、第１実施例と
同様に、画像処理装置１２において二値化処理されて算
出され、トーチ位置および姿勢制御装置１８で・基準値
と比較されることにより、溶接速度の指令信号となって
、ケーブル２９．３１およびモータ制御盤３０を介し駆
動モータ収納箱３２内のモータに出力される。

すなわち、開先幅が広い場合にはモータの回転速度を遅
くし、開先幅が狭い場合にはモータの回転速度を速くす
るように、指令信号を出力する。

この指令信号によりモータ制御盤３０は、指令された溶
接速度に見合うようにターニングローラ８の回転速度を
制御調整するのである。

なお、第２実施例においても、図示しないが、駆動モー
タ２１，２４．２５から成るアクチュエータがそなえら
れており、溶接用トーチ６の位置および姿勢が自動的に
制御されるようになっている。

本発明の第２実施例としての厚板自動溶接制御装置は上
述のごとく構成されているので、厚内円筒の溶接におい
ても、第１実施例とほぼ同様の作用効果か得られるとと
もに、開先幅の変動に応しターニングローラ８の回転速
度を調整することにより、従来、第４図に示すように、
開先幅の変動によって不均一・どなっていた溶接ビード
高さか、第３図に示すように、常に均一にできるように
なり、多層連続自動溶接が可能となる。

したがって、溶接ビード高さを調整するために、溶接を
断続的に行なうことがなくなり、溶接作業能率を大幅に
高めることかできるのである。

第５図は本発明の第３実施例としての厚板自動溶接制御
装置を示す模式的な斜視図であり、厚内円筒の複数（本
実施例では２ケ所）の周継手を同時に溶接する場合に適
用したものである。この第３実施例では、第２実施例と
ほぼ同し構成の装置が２台並列してそなえられており、
それぞれ溶接台車３３が溶接ワイヤ５．溶接用トーチ６
、送給ローラ７、工業用テレビカメラ１０およびトーチ
駆動用のアクチュエータを含む溶接装置一式を搭載して
いる。

そして、溶接台車３３は、レール３４に装着されて、こ
のレール３４上を移動する。また、サイドビーム３４ａ
が、レール３４の両側部を支持し、架台３５の外側に沿
って上下動可能に装着されており、レール３４とともに
溶接台車３３を上下方向に駆動する。さらに、架台３５
は床面に固定されたレール３６に同レール３６上を走行
するように設置されている。

一方、複数継手の溶接を集中管理し遠隔操作するための
集中制御盤３７がそなえられ、この集中制御盤３７は、
溶接用制御装置、溶接速度制御装置、トーチ位置および
姿勢制御装置１８（第１，２図参照）、溶接部監視モニ
タおよびこれらの装置を管理するマイクロコンピュータ
等から成っている。

なお、第５図では各機器の接続に必要な電気配線および
溶接に必要な水、〃スの配管を省略して示している。

また、本発明の第３実施例では、第１，２実施例と同様
に、開先幅、溶接用トーチ６の位置および姿勢の検出信
号をもとに、トーチ６の位置および姿勢を自動的に制御
するとともに、ターニングローラ８によって溶接速度を
調整することで溶接ビード高さを均一にする。

さらに、集中制御盤３７での操作により溶接台車３３を
上下、左右に移動することによって、複数個の継手を１
人の作業具で管理する。

なお、連続自動ｌ容接時に、ビード表面に生成固着する
スラグは、図示しないタガネにより連続し衝撃を与えて
自動除去［る。

本発明の第３実施例としての厚板自動溶接制御装置は上
述のごとく構成されているので、第１，２実施例と同様
の作用効果が得られるとともに、複数の継手部の溶接を
１にの作業具により管理できるので、労力を大幅に削減
できるとともに、溶接作業の能率向上がはかれる。

また、＠３冥実施では、第１実施例において示した平板
状の厚板層の長手溶接についても同様の作用効果か得ら
れる。この長手溶接の際には、溶接の進行を溶接用トー
チ６を搭載し、た溶接台車３３または架台３５を移動さ
せること１こよって行ない、溶接速度のフィードバック
を溶接台車３３または架台３５の進行速度に対して行な
えばよい。

なお、狭開先溶接手段には開先端部の融合不良を防止す
るため、溶接ワイヤに波形の曲げぐせを与えてアークを
揺動させる方式あるいはねじりを与えた２本の溶接ワイ
ヤによりアークを揺動させる方式等がすでに提案されて
いるが、溶接部の溶融池、アーク状態は基本的に同一で
あるため、本発明の装置はそのいずれにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したよう１こ、本発明の厚板自動溶接制御装置
によれば、厚板層の開先隙間に挿入される溶接用トーチ
と、同トーチの位置および姿勢を調整しうるアクチュエ
ータとをそなえ、上記トーチの先端におけるアーク光を
含んだ溶接部を撮像しうるテレビカメラと、同テレビカ
メラによる映像を画像処理して上記アクチュエータへト
ーチ位置制御信号を送る第１のトーチ制御系とが設けら
れるとともに、上記開先隙間の上方において上記Ｙ−チ
に対をなして装着された複数のアーク光検知セン刃と、
これらのアーク光検知センサからの検出信号を相互に比
較してその差信号により上記アクチュエータへトーチ姿
勢制御信号を送る第２のトーチ制御系が設けられるとい
う簡素な構成で、次のような効果ないし利点か得られる
。

（１）常に溶接用ｌ・−チを適正な位置および姿勢に自
動的に保持制御できるので、作業員による溶接部の監視
および溶接用トーチの調整が不要となり、溶接作業の省
人化および能率向上をはかれる。

（２）従来、溶接部の監視が難しいため欠陥が生じやす
かった深くて狭いＩ型開光の多層溶接部において、その
監視が確実に行なわれるようになるので、品質の向上か
′はかれる。

（３）組立誤差、熱収縮等によって生しる厚板層の開先
幅の変動をテレビカメラによる映像の画像処理から検知
して、溶接速度を調整することにより、常に溶接ビード
高さを均一にすることができるので、厚板層の狭開先溶
接において多層連続の自動溶接か可能となって、溶接作
業の能率を大幅に高めることができる。

（４）本装置あるいは各種制御装置、遠隔操作装置等か
ら集中制御盤を構成することによって、複数個の継手の
溶接を同時に１人で管理することかでき、溶接作業に要
する労力を大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例としての厚板自動溶接制御
装置を示す模式的な斜視図であり、第２，３図は本発明
の第２実施例としての厚板自動溶接制御装置を示すもの
で、第２図はその模式的な斜視図、第３図はそのビード
積層状態を示す模式的な断面図であり、第４図は従来の
装置におけるビード積層状態を第３図に対応させて示す
模式的な断面図であって、第５図は本発明の第３実施例
としての厚板自動溶接制御装置を示す模式的な斜視図で
あり、第６図は従来の厚板溶接手段を示す要部拡大断面
図である。 １．１′　・・厚板層としての母材、１ａ・・開先隙間
、３・・溶接金属、４・・アーク、５・・溶接ワイ旭６
・・溶接用１−チ、７・・送給ローラ、８・・ターニン
グローラ、５〕・・シールド箱、１（）・・工業用テレ
ビカメラ、１１・・送信ケーブル、１２・・画像処理装
置、１３・・送信ケーブル、１４・・アーク光検知セン
サ、１５・・送信ケーブル、１６・・アンプ、１７・・
送信ケーブル、１８・・第１および第２のトーチ制御系
としてのトーチ位置および姿勢制御装置、１９　、２０
・・送信ケーブル、２１・・アクチュエータとしての駆
動モータ、２２・・伝達軸、２４．２５・・アクチュエ
ータとしての駆動モータ、２６．２７・・伝達軸、２Ｓ
・・収納箱、２９・・送信ケーブル、３０・・モータ制
御盤、３１・・送信ケーブル、３２・・駆動モータ収納
箱、３３・・溶接台車、３４・・レール、３４ａ・・サ
イドビーム、３５・・架台、３６・・レール、３７・・
集中制御盤。 復代理人　弁理士　　飯　沼　義　彦 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚板層の開先隙間に挿入される溶接用トーチと、同トー
   チの位置および姿勢を調整しうるアクチュエータとをそ
   なえ、上記トーチの先端におけるアーク光を含んだ溶接
   部を撮像しうるテレビカメラと、同テレビカメラによる
   映像を画像処理して上記アクチュエータへトーチ位置制
   御信号を送る第１のトーチ制御系とが設けられるととも
   に、上記開先隙間の上方において上記トーチに対をなし
   て装着された複数のアーク光検知センサと、これらのア
   ーク光検知センサからの検出信号を相互に比較してその
   差信号により上記アクチュエータへトーチ姿勢制御信号
   を送る第２のトーチ制御系が設けられたことを特徴とす
   る、厚板自動溶接制御装置。