JPS63180374A - 溶接倣い制御装置 - 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〕 本発明は溶接開先倣い制御装置に係り、特にＶ形開先に
よる厚肉鋼板の溶接に好適な溶接開先倣い制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

厚肉鋼板の溶接においてはＶ形開先が主として用いられ
ている（なお、更に厚肉な鋼板に対してはＵ形開先、狭
開先が用いられる）。この種の溶接の自動化に際しては
、開先倣い装置を用いて開先倣いを行なうことが不可欠
である。

開先倣い装置の方式には種々のものがあるが、実用化さ
れているものに（イ）接触式、（ロ）アーク式、（ハ）
磁界式およびに）レーザ式がある。以下、順番に各方式
を説明する。

（イ）接触式 この方式は、ピン状のプローブを開先内に入れて押しつ
け、内部のマイクロスイッチの開閉状態より開先中心か
らの偏差を検出する形式のものが、広く使用されている
。この方式を用いた市販品として、キロニー溶接産業■
、溶接線追跡装置「キロニーガイド」がある。

（ロ）アーク式 この方式に関するものとして、三菱重工技報Ｖｏ１２２
、肩４（１９８５−７）、「知能形自動溶接装置の開発
」に記載があり、溶接のアーク電圧とアーク長との関連
性を利用したアークセンサを用いている。具体的には、
平均電流（Ｉａ）、実効電Ｒ（Ｉ　ｅ　）、溶接電圧（
Ｖ）及びワイヤ送給速度（ｖ）のデータをもとく、ワイ
ヤ突出し長さくり、）、アーク長（ＬＡ）、さらにこれ
らの和であるチップ・母材間距離（Ｌ）を求めると共に
、この距離りと設定値とをアークセンサで比較してトー
チ高さ制御を行なうものである。

（ハ）磁界式 送信コイルの両側に受信コイルを配設した差動式セゾサ
を被溶接材上に移動させ、送信コイルより低周波磁界を
発生させ、溶接部で生じる渦電流損磁気抵抗変化を検出
し、溶接位置を判定するものである。

に）　レーザ式 この方式は、被溶接部にレーザビームをスキャンさせ、
その反射光をＣＯＤ等のイメージセンサによって検出す
ることにより溶接位置を判定するものである。かかる方
式は、±０．２　ｍ程度の高い分解能が得られると共に
、開光の肩部、底部の各コーナ点の位置をディジタル的
に求めることも可能である。

以上の４方式のほかに、振動片式センサが実用化されて
いる。この方式について以下詳述する。

（ホ）振動片式センサ 板ばねの一端を固定し、これを振動させ、振動端を倣い
部に位置させて振動の対称性をセンサによって検出する
ことにより溶接位置を判定するものである。市販品とし
て、バブコック日立■ＶＲ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ　　Ｒ
ｅｅｄ　）−センサがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の開先倣い装置にあっては、接触式の場合
、■開先の第２層以上になると開先の底部断面がＵ字状
になるため、連続して同一コーナをたどれなくなると共
に、最終層に近づくにつれてグローブが開先から脱出し
やすくなる欠点があり、全面的な自動化は困難である。

次に、アーク式の場合、ウィービング幅の精密な制御お
よび高度な演算が要求されるほか、閾値の設定、開先深
さが浅くなることによるアーク長の差が小さくなること
による判定の困難さ等の問題があり、自動化の障害とな
っている。

次に、磁界式の場合、突き合せ溶接等に適するものの、
■開先の如くの幅の広い開先には不適であると共に、母
材までの距離を測定していないため、別途考慮する必要
がある。

更に、レーザ式の場合、ヒユームが飛散する如き環境下
で用いる際には常にメンテナンスを実施せねばならない
ほか、ヒユーム煙を透過するためには強いレーザ光を必
要とし、安全性及び信頼性に劣るという問題がある。

また、振動片式センサの場合、高さ方向の検出機構を持
たないため、■開先等に適用することがない。

本発明の目的は、■開先等の倣いを可能にし、■開先等
における溶接自動化が図れるようにした溶接開先倣い制
御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、被溶接部の開先
中心を振動片の振れ量から検出する振動片式センサと、
該センサの高さを検出する上下位置センサと、前記各セ
ンサに基づく位置制御情報を記憶する記憶手段と、初層
及びその近傍層に対しては前記各センサの検出値に基づ
いて自動倣い制御を実施すると共に、最終層及びその近
傍層に対しては前記記憶手段による位置制御情報に基づ
いて溶接位置を制御する制御手段を設けて構成しである
。

〔作　用〕

振動片式センサは溶接部の開先中心にあるときく開先側
壁に均等に当接し、開先中心より偏寄した場合には振動
が非対象になり、中心からのずれ量を検出する。また上
下方向センサは開先近傍の母材表面に対するセンサ部の
高さを検出する。これらの検出値はメモリに記憶される
。それによって、初層部に対し゛ては検出値を直接用い
、最終層部に対しては記憶内容を用いて倣い制御及び位
置制御がなされるので、全層に対する自動溶接がなされ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す制御系のブロック図、
第２図は本発明における位置上ンサの正面図、第３図は
本発明による開先倣い制御装置の外観を示す斜視図であ
る。

第１図において、振動片２の一端を固定した振動片式セ
ンサ１は、振動片２をンレノイドによって励振し、母材
３のＶ開先４に先端を位置させ、振動片２とＶ開先４の
壁面との接触状態から溶接位置を検出する。

センサ１は、振動片２のＶ開先側壁に対する当り音、を
検出するためのＡＥセンサ５を備え、その検出信号は判
定装置６に出力される。

判定装置６は、中心偏差判定回路７及び遠近判定回路２
５を備え、これら回路の出力には自動溶接制御装置８が
接続されている。中心偏差判定回路７は、振動片２の中
心とＶ開先の中心とのずれを判定し、遠近判定回路２５
は振動片２に近接配置された近接センサ１２ａ、１２ｂ
の出力に基づいて振動片２の上、下方向の偏りを検出す
る。

自動溶接制御装置ｆ８は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ
）９を中核とし、コ（７）ＭＰ　Ｕ　９にハスＢＵｓを
介してメモリ（ＭＥＭ）１０．プロセス入出力装置（Ｐ
ＩＯ）ｌｌａ、ｌｌｂを接続ｔ、−１１１成されている
。ＭＰＵ９は、メモ１，１１０内の不揮発性メモリ（不
図示）に格納されたプログラムに従って開先倣い制御を
実行する。ＰＩＯＩＩａはＭＰＵ９の制御のもとに判定
装置６の出力信号なりＵＳに出力する。また、ＰＩＯＩ
　１１）はＭＰＵ９より出力される制御指令等をモータ
等の駆動部へ出力すると共に、スイッチ等の動作出力を
所定のタイミングによってＢＵＳへ出力する。

撮動片式センサ１には、該センサ１を昇降させるための
Ｙ方向位置決めテーブル１６が連結されこのテーブル１
６に２方向位置決めテーブル１５が連結されると共に、
垂直に溶接トーチ１７が装着されている。また、テーブ
ル１５には、ガイドレール２２に沿って移動するＸ方向
走行台車１３が連結されている。台車１３、テーブル１
５及び１６の各々にはモータＭｘ、　Ｍ２及びＭｙの各
々が設けられている。さらにＸ方向走行台車１３にはロ
ータリーエンコーダ１４が設けられ、Ｘ方向走行台車１
３０走行位置が検出される。

また、ガイドレール２２０両端には、溶接トーチ１７に
よる溶接開始位置及び溶接終了位置の各々に開始スイッ
チ１８及び終了スイッチ１９が設げられ、Ｘ方向走行台
車１３の接近によって各スイッチは作動する。

第３図に示すように、ガイドレール２２上にＸ方向走行
台車１３が載置され、この台車１３上に垂直に２方向位
置決めテーブル１５が固定されている。テーブル１５に
はガイドレール２２に対し直交する方向に移動可能にＹ
方向位置決めテーブル１６が設置され、このテーブル１
６に振動片式センサ１が固定されている。センサ１のテ
ーブル部には判定装置６が載置されている。また、セン
サ１の端部には、■開先に溶接を施す溶接トーチ１７が
装着されている。

次に、以上の構成における全体的動作について説明する
。

先ず、各テーブルを移動調整して振動片２の先端部がＶ
開先内に入るようにセットする。ここでセンサ１を作動
させ、振動片２を振動させる。振動片２の先端は振動に
よってＶ開先の側壁に当接し、撮動片２の中心がＶ開先
中心よりずれている場合に振動が非対称になる。振動片
２がＶ開先の側壁に当接した音は、ＡＥセンサ５によっ
て検出され、中心偏差判定回路７によって振動片２のＶ
開先の中心からの偏りが検出される。この検出値はＸ方
向のエンコーダ出力に対応してメモリ１０に記憶される
。

一方、近接スイッチ１２ａ、１２ｂによって検出された
高さ方向検出信号は、遠近判定回路２５に入力され、該
回路２５によって上、下方向の偏りを検出する。この検
出値もエンコーダ１４の出力に対応してメモリ１０に記
憶される。

回路７及び２５の検出値に基づいて制御装置８はＹ方向
位置決めテーブル１３及び２方向位置決めテーブル１５
を制御し、振動片２が適正位置にセットされるようにす
る。この制御を常時実用しながら制御装置８はＸ方向走
行台車１３を走行させる。最終層及びこれに近い層では
メモリ１０に記憶した検出データに基づいて制御装置８
は各テーブルを制御する。

次に、フローチャートを参照してＭＰＵ９による各制御
内容について各々説明する。

先ず、第２図及びに４図に基づいて上下方向倣い制御に
ついて説明する。

第２図は差動コイル式等による２つの近接センサ１２ａ
、１２ｂの０点における設定状態を示す。

センサ１２ａの０点はセンサ１２ｂよりやや近くこの差
が制御上では不感帯となる。第１表はこのセンサの各々
の遠近状態と、それによる判定を示す。第４図は、この
判定に基づく制御プログラム（タスク）であり、中心倣
いとは別に単独で実行される。このセンサは開先４の外
に置かれるため、初層から最終層まで使用できる。

次に、中心倣いについて第５図（ａ）〜（ｅ）の説明図
を参照して説明する。（ａ）図は振動片２が自由振動し
ている場合で、左右の振れ量はａ＝ｂで等しい。

（ｂ）図は片側がＶ開先の側壁に接触して振幅制限を受
けた状態を示している。（ｃ）図は前当？６つ状態、（
ｄ）図は両当り（Ｖ開先の側壁の各々に接触）　、（ｅ
）図は後ろ当り状態を示している。

すなわち、振動片２の振動の対称性及び非対称性から、
位置検出状態を知ることができる。この検出結果に基づ
いて、ＭＰＵ９は第６図のフローチャートによる処理を
実行し、前後方向の制御を行なう。

第６図において、第５図（ｄ）又は（ｅ）の状態が判定
されると、この偏差が記憶区間（開始スイッチ１８と終
了スイッチ１９０間の区間）内の検出であれば、Ｘ方向
の位置データと共に、走行方向に対応してＹ方向位置（
偏差量）がメモリ１０に記憶される。

なお、第７図及び第８図は、開始と終了の割込処理を示
し【いる。

第７図において、開始スイッチ１８の割込入力により、
このタスクは起動し、既に記憶区間であれば、スイッチ
１９側から台車がスイッチ１８に来たことを意味するの
で、「記憶区間＝ＮＯ」とする。記憶区間外であった場
合は、スイッチ１８からスタートするので、「Ｘ走行方
向＝順方向」とし、また「記憶区間＝ＹＥＳＪとする。

この２つのフラグは、既に説明した第６図と、これから
説明する第１０図のタスクで効果的に使用される。

第８図は第７図と同様に考えることができるので説明を
省略する。

第９図のように、溶接が初層に近い場合は、溶着金属は
２０ａのように、開先の底の方であり、側壁は振動片２
により検出できるが、最終層に近くなると２０ｂのよう
になり、検出が困難もしくは不可能となる。第９図の例
では、６０係が自動倣いできない。従って、２０ｂのよ
うな溶接を自動化するため、第１Ｏ図に示すタスクによ
り制御する。すなわち、記憶区間内にある時は、第６図
のタスクで記憶した倣い情報を再生し、プレイバック制
御する。この時、ティーチングは第６図のように、実際
に倣い制御しながら実行しているため、ティーチングの
ための手間が不要で時間のロスがない。また、Ｘ走行方
向によって順読出しと逆読出しを使いわけることができ
るので、１層毎ＶＣＸ走行装置を原点に戻す必要がなく
、往復運転ができるため、この点でも時間のロスがない
。また、上下の２方向は記憶する必要がないため、Ｙ方
向のみを記憶すれば良く、記憶容量が少なくて済む。

なお、本実施例では、Ｙ方向のプレイバックをオープン
ループで実行したが、Ｙ軸にもロータリーエンコーダを
つげ、クローズドルーズにすれば、さらに精度の向上が
期待できる。

また、第２図の近接センサ１２ａと１２ｂは、開先の長
手方向に対し直角に２個配置したが、第３図のように、
開先に平行に配置しても良く、母材の形状により選択で
きる。また、振動片式センサ１の直下ではなく、適当な
サポートと熱遮蔽板を用い、トーチ１７と同じ長手方向
位置に取りつければ、開先の長手方向に生じるトーチと
センサ位置のオフセットを零にすることができる。

また、Ｘ方向の走行速度を一定にできる場合、ロータリ
ーエンコーダ１４を廃し、単に時間の関数としてオープ
ンループ制御をすることも可能である。このようにする
ととにより、制御系の簡略化を図ることができる。

第１１図は本発明の他の実施例を示すブロック図である
。本実施例は、第１２図に示すように被溶接物が円弧状
のＴ形構造を有するものを対象とするものである。この
場合の溶接は隅肉溶接であると共に、Ｙ方向の変位量が
大きいものとなっている。

本実施例の構成が第１図と異なるところは、隅肉溶接に
対処するため、センサ１に撮動制限板２１を用いる点と
、Ｙ方向のテーブルを、センサス用のＹｌテーブル１６
ａとトーチ用のＹ２テーブル１６ｂに分けるようにした
点である。この場合の第６図に対処する制御タスクは第
１３図の通りである。倣いの場合は、必らずセンサ１を
トーチ１７より先行させ、両者のＸ方向の距離差ｌｄ（
第１１図中に示す）分だけ遅れた位置でのＹ方向の制御
値を読み出し、Ｙ２値として、トーチ用スライド１６ｂ
の制御出力とする。尚、この場合もプレイバック運転時
は、Ｘ方向について逆方向の運転が可能である。

さらに、振動片式センサにより溝・扁の検出が可能であ
る。そこで第１４図に示すようなＶ形の開先の場合、こ
の測定方法によりＷを測ることができる。この開先が機
械仕上げの場合は、図中の６寸法及び角度θは既知であ
るので、開先底部からの距離りは、 ｅ　＝　（ｗ　−ｄ　）　／　２ ｈ＝ｅ／１ＩＩｌｌθ の関係より容易に求められる。従って、第１図における
上下センサ１２が不要となる。

なお、以上の実施例においてはＶ開先な例にしたが、Ｕ
ｉｌ先、狭開先などの厚肉材の自動溶接に広く適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、センサが使えなく
なる最終層のための位置制御情報を倣い運転中に記憶し
、プレイバックするため、ティーチング等の余計な手間
と時間を必要とせず、Ｖ開先等の溶接の完全自動化を図
ることができる。さらに、原点に戻す必要がないため、
この分だけ移動時間の省略が図れ、能率向上が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明に係る位置センサ１２の正面図、第３図は本発明
による溶接倣い制御装置の外観を示す斜視図、第４図は
上下方向倣い制御処理を示すフローチャート、第５図（
ａ）〜（ｅ）は振動片の振動形態を示す説明図、第６図
は前後方向倣い制御処理を示すフローチャート、第７図
は開始割込処理を示すフローチャート、第８図は終了割
込処理を示すフローチャート、第９図はＶ開先溶接を示
す断面図、第１０図は前後方向プレイバック制御処理を
示すフローチャート、第１１図は本発明の他の実施例を
示すブロック図、第１２図は第１１図・の実施例が対象
とする被溶接材を示す斜視図、第１３図は第１１図の実
施例における前後方向倣い制御処理を示すフローチャー
ト、第１４図は中心倣いセンサによるＶ開先深さ検出の
説明図である。 １・・・・・・振動片式センサ、２・・・・・・振動片
、５・・・・・・ＡＥセンサ、６・・・・・・判定装置
、７・・・・・・中心偏差判定回路、８・・・・・・自
動溶接制御装置、９・・・・・・マイクロプロセッサ、
１２ａ、１２ｂ・・・・・・近接スイッチ、１３・・・
・・・Ｘ方向走行台車、１４・・・・・・ロータリーエ
ンコーダ、１５・・・・・・２方向位置決めテーブル、
】６・・・・・・Ｙ方向位置決めテーブル、１７・・・
・・・溶接トーチ、１８・・・・・・開始スイッチ、１
９・・・・・・終了スイッチ、２２・・・・・・ガイド
レール、２５・・・・・・遠近判定回路。 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第９図 第１Ｏ図 第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被溶接部の用先中心を振動片の振れ量から検出す
   る振動片式センサと、該センサの高さを検出する上下位
   置センサと、前記各センサに基づく位置制御情報を記憶
   する記憶手段と、初層及びその近傍層に対しては前記各
   センサの検出値に基づいて自動倣い制御を実施すると共
   に、最終層及びその近傍層に対しては前記記憶手段によ
   る位置制御情報に基づいて溶接位置を制御する制御手段
   を設けたことを特徴とする溶接倣い制御装置。
2. （２）振動片式センサと溶接トーチを各々異なる位置決
   めテーブルに設置し、かつ前記振動片式センサを溶接ト
   ーチに先行させ、両者の距離差に対応した遅れをもって
   トーチ用テーブルを位置制御することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の溶接倣い制御装置。
3. （３）前記上下位置センサに一対の近接スイッチを用い
   、両スイッチ間に検出距離差をもたせたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項及び第２項に記載の溶接倣い制
   御装置。