JPS62214869A - 自動溶接方法 - 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） 本発明は自動溶接方法に関し、８接構造物全般（中・厚
板）に適用されるものである。

〔従来の技術〕

従来、自動溶接方法としては第８図に示す方法が知られ
ている。同図において、１ａ、１ｂは開先２を形成する
母材である。この母材１上にはレール３が敷かれ、この
レール３上を溶接台車４が溶接方向（矢印Ｘ）走行する
。前記台車４上には前方にセンサ５を配置した制御装置
６、及び溶接トーチ７を有した溶接トーチ駆動系８が載
置されている。即ち、従来技術による溶接は、前記セン
サ５を溶接線と直角な方向（矢印Ｙ）に揺動させて開先
断面形状を検出し、これを数断面重ね合せて平均化処理
し、得られた情報をもとに開先中心位置や開先断面積を
求め、溶接ａＩｊ１いや溶接条件制御を行なうことによ
り溶接を行なう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来技術によれば、トーチ位置を開先中
心に制御することしかできないため、比較的薄板のＶ形
間先などの１パス仕上げ溶接に用いられるのみであった
。従って、多ＦＩＲ接（トーヂ狙い位置の開先壁とビー
ドとの交点の重なり部になる）の制御情報としては不適
であった。つまリ、従来技術では、多層振分は溶接に要
求される高度な施工技術を満たすための情報処理方法が
確立されていなかった。このため、多層振分は溶接は、
作業者の経験に頼らざるを得ない問題があり、熟練作業
者不足等の理由により自動化による高品質化、高能率化
が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、中・厚板構
造物の開先情報をセンサーで検出して高精度な開先情報
を得、もって多層溶接を可能とした自！！ｌＩ溶接方法
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〕

本発明は、光学式距離センサーの出力信号を平均化して
形状信号とする工程と、この形状信号を多重平均化処理
する工程と、多重平均化処理した信号を微分処理して特
徴点を求める工程と、多重平均化処理した信号を積分処
理して開先断面積を求める工程と、前記特徴点及び開先
断面積の情報に基づきトーチ位置及び溶接条件を制御す
る工程とを具喝し、もって高精度な開先情報を得て多層
溶接の自動化を可能にしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、多層溶接の第１パスから最終パスまで
のトーチ狙い位置及び溶接条件の設定に必要な高精度な
開先情報が提供でき、これにより多層溶接の自動制御を
可能とし、起重償製品や化学機械等の中・厚板溶接構造
物全般に応用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る自動溶接方法を組込んだ多層振
分は溶接自動化システムの制御内容を模式的に示す図で
ある。図中の１１ａ、１１ｂは、開先１２を形成する母
材である。この母材１１ａ、１１ｂ上には、レーザ光セ
ンサー１３、モータ１４に連結された溶接トーチ１５が
配置されている。第１図のシステムにおいては、上記レ
ーザ光センサー１３から得られた距離信号と揺動時のセ
ンサー位置信号を合成し、得られた２次元情報に本発明
の処理をして、図に示すような溶接部形状Ａを得る。そ
して、この情報を元に開先内特徴点・や未溶接断面積を
求め、予め設定した演算式による計算あるいは基準値と
の比較により適正なト−チ位ｒａＢ、溶接条件に制御し
、これにより多層溶接が自動化できる。

第２図は、第１図のシステムを用いた多層振分は溶接の
１〜−チ位置自動制η０試験結果を示す図である。即ち
、まず第２図（ａ）に示すような２パス溶接後の形状を
検知した後、この開先情報を処理して同図（ｂ）に示す
如く３パス目の狙い位置を求める。３パスの溶接が終わ
ると、同図（Ｃ）に示す断面形状の検知から同図（ｄ）
に示す４バス目の狙い位置を求める。このように、断面
形状の検知から、順次バスの狙い位置を求め多層溶接を
行なう。

第３図は本発明による開先情報処理法の一つで、センサ
信号を平均化処理して取組む手法を示したものである。

同図で左側のデータはセンサデータを平均化処理しない
で取込んだ場合の開先形状（半分のみを示す）で、測定
面の反射率のバラツキなどの影響がそのまま現われてい
る。それに対し、同図の右側のデータは平均化処理回数
を多くとったもので、同一データの取込みにより階段状
となっている。このようなデータでは実開先と異なって
おり開先内特徴点の正確な検出ができず、このことから
も適正な平均化処理が必要であることが分る。また、同
図の中央のデータは適正な処理をした開先データで、実
開元通りの形状が得られた。なお、第３図において、セ
ンサデータは０．１ｍ毎に取込んだ。また平均処理回数
はデータ出力周波数（ＩＯＫＨ２）をサンプリング周波
数で割ったものである。

第４図は、本発明に係るセンサ信号（距離信号）を平均
化処理する前の生データとこの生データを微分処理した
データ（棒グラフ）を示す。第４図により、測定面（開
先）のキズやスパッタなどにより形状にバラツキが見ら
れ、微分データでは特徴点を検出することができない状
態となっていることが明らかである。一方、第５図は、
平均化処理後の多重平均化処理データと微分処理データ
を示す。同図により、微分処理データが前述のノイズを
除去し、特徴点Ｐの検出が容易にかつ確実になることが
明らかである。ここで、前記特徴点Ｐは、−例として棒
グラフの高さが一定伍高くまたは低くなったことにより
判断する。

第６図は、マイコンによる開先断面図（未溶接断面積）
の検出結果を示す図である。前記未溶接断面積は溶接条
件の適用制御の基準となるもので、第７図に示す如く第
３図〜第５図の処理をして求めた開先的特徴点Ｐｒ　、
Ｐ２を直線で結び、特徴点Ｐｌ、Ｐ２と開先１２で囲ま
れた部分の面積Ｓをセンサデータにより算出する。即ち
、単位面積Δａ＝ｆｆｉｘｄ＝１２Ｘｏ、１より、Ｓ＝
ΣΔａとなる。第６図により、マイコン演算値と実際に
溶接部を切断して面積を計算した値はよく一致しており
、制御データとしての信頼性も確認できた。

第９図は本発明による開先情報処理メインフローを示す
図である。

まず、制御が開始されると、「待機」状態になる。ここ
で、「メインＣＰＵからのセンサ揺動指令」が入力され
ると、「センサ揺動」となる。このとき、予め設定され
た範囲を動いたか否かを「所定吊動いたか」で判断し、
Ｎｏの場合はエラー信号を出して無効とし「待機」状態
となる。逆に、ＹＥＳの場合は、ｒＸ−Ｙデータ取込み
」して、これを開先情報として記憶する。次に、この開
先情報の信頼性などのチェックのため［センサ測定範囲
内か」、「受光口は適正か」の判断を行ない、Ｎｏの場
合はデータ無効として「待機」状態になる。ＹＥＳの場
合は、引続き制御のための情報処理（演算）を行なう。

第１の処理は「特徴点の演算・検出」で、処理の内容は
第３図〜第５図で説明した微分処理などである（但し、
全ての処理をしなくても１つあるいは２つの組合わせで
も可能である）。なお、特徴点の演算・処理は、前述し
た図で説明した微分処理したデータの変化点などをもと
にする。センサを傾けて使用している場合を想定し、「
角度補正必要か」の判断を加え、ＹＥＳの場合は「特徴
点データの角度補正」（三角関数利用）して次に続く。

Ｎｏの場合、第２の処理として、［断面積の演算・検出
Ｊを行なう。なお、断面積の演算・検出は図にて説明し
た積分法による。内容は第６図に示した積分処理である
。ｆｌ後に、上記第１、第２処理で得た開先情報（開先
的特徴点、断面１）をまとめて「メインＣＰＵへのデー
タ転送」を行ない、メインＣＰＵによる多層溶接の溶接
トーチ位置制御や溶接条件制御のためのデータとする。

上記の手順から明らかなように本発明は、簡単な一つの
指令を受けただけで開先センシング（センサによる開先
形状の取込み）を行ない、得られた膨大なデータから制
御に必要な情報のみを高速にしかも高精度に入手するも
ので、本発明の適用により多層溶接の自動化が可能とな
る。

なお、本発明は、鋼板等端部形状を検知し、同端部形状
に適した開先をガスカットなどで加工する場合にも適用
可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、中・厚板構造物の開
先情報をセンサーで検出して高精度な開先情報を得、も
って多層溶接を可能とした自動溶接方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した厚板の多ａＳ分は溶接自動化
システムの説明図、第２図はこのシステムを用いた多層
振分は溶接のトーチ位置自動制御試験結果を示す図、第
３図は本発明に係る平均化処理回数と出力データの関係
を示す図、第４図は本発明に係る多重平均処理前の生デ
ータと微分処理データを示す図、第５図は多重平均化処
理後の多重平均化処理データと微分処理データを示す図
、第６図はマイコンによる開先断面積の検出結果を示す
図、第７図は開先断面積を求める説明図、第８図は従来
の自動溶接方法の説明図、第９図は本発明に係る開先情
報処理のメインフローチャートである。 １１ａ、１１ｂ・・・母材、１２・・・開先、１３・・
・レーザ光センサー、１４・・・モータ、１５・・・溶
接１・−チ。 出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 しへト禽＋１柘旧零 第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光学式距離センサーを溶接線に略直角な方向に揺動さ
   せて、開先の位置、形状を検知して溶接する自動溶接方
   法において、光学式距離サンサーの出力信号を平均化し
   て形状信号とする工程と、この形状信号を多重平均化処
   理する工程と、多重平均化処理した信号を微分処理して
   特徴点を求める工程と、多重平均化処理した信号を積分
   処理して開先断面積を求める工程と、前記特徴点及び開
   先断面積の情報に基づきトーチ位置及び溶接条件を制御
   する工程とを具備することを特徴とする自動溶接方法。