JPS6360078A - レ形開先多層振分け自動溶接装置 - 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Ｖ形開先継手を多層振分は溶接するための自動
溶接装置に関し、特に開先形状を検知するシステムの改
良に係る。

〔従来の技術〕

第６図は、Ｖ形開先の多層振分は溶接に従来用いられて
いる自動溶接装置を示す斜視図である。

同図（Ａ）において、１は溶接すべき母材、２はＶ形開
先、７は溶接トーチである。溶接トーチ７にはトーチ駆
動装置８が付設され、図中矢印で示すように溶接線に沿
って移動しながら開先溶接を行なう。

この従来の自動溶接装置には、次の構成からなる開先形
状検知システムが採用されている。−即ち、１１はスリ
ット光投射器である。該スリット光投射器１１は開先２
に直行するスリット光１３を母材１の表面に投射する。

このスリット光の投射位置を、その斜め上からＩＴＶカ
メラ等の撮像系１２で撮像し、これを画像処理装置１０
に表示する。これにより、第６図（Ｂ）に示すようにス
リット光照射線１３′の形状として開先形状を検知する
ことができる。この検知された開先形状情報を演算処理
装置９に入力し、ここで開先形状に対応した溶接狙い位
置を演算する。その結果をトーチ駆動装置８に出力する
ことにより、溶接トーチ７の移動が開先形状に適合する
ように制御されるようになっている。

第７図（Ａ）は、従来の■形開先多層振分は自動溶接装
置に採用されている開先形状検知システムの他の例を示
す説明図である。この検知システムは、母材１の平坦な
表面に対して垂直方向に設置された光学式距離検出セン
サ３を、開先２を幅方向に横断するように移動させて開
先２の断面形状を検知するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図に示した従来の検知システムでは開先形状および
ビード形状の検出精度が劣り、高精度の開先情報が得ら
れない聞届がある。このため、■形開先継手の１パス仕
上げ溶接および隅肉溶接には適しているが、高精度でビ
ードの重なり部分等を正確に狙うことが要求される多層
振分は溶接には不適当である。また、この検知システム
で高精度の開先形状情報を得ようとすれば高度の画像処
理が必要とされるから、多大な処理時間を要することと
なり、溶接にはとても追随できない。

第７図の従来例の場合には、同図（Ｂ）のように、■形
開先２の片方の開先面が母材１の平坦面に対して略直角
になるように傾いているとき、次のような問題が起きる
。即ち、例えば溶接時の収縮による開先壁の倒れのよう
に、何等の原因でこの直角開先面２１に図中−点鎖線で
示すような倒れｄがあったとすると、センサ３からの検
出光は１す材１の平坦表面で遮られてしまうから、直角
開先面を検知できない。この場合にセンサ３が検知する
直角開先面は倒れｄを有する実際の開先面２１ではなく
、第７図（Ｃ）に示した２、′である。従って、実際の
開先形状と検知される開先形状との間には図中斜線を付
した部分だけ誤差を生じ、高精度の形状検出は不可能で
ある。

上記事情に鑑み、本発明はＶ形開先の形状を高精度で検
知することができる装置を備えたＶ形開先の多層振分は
自動溶接装置を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による■形開先多層振分は自動溶接装置は、次の
構成部分を具備している。

（１）開先形状を検出するための距離センサおよび該距
離センサを溶接線に対して略直行する方向に揺動させつ
つその位置を出力するオシレート装置。

（２）前記距離センサを前記オシレート装置に結合する
保持部であって、前記オシレート装置に直接連結される
Ｔバーと、該Ｔバーの水平部分に沿って摺動および固定
される吊設バーからなり、該吊設バーには前記距離セン
サの向きを自在に調節できる機構を設けた保持部。

（３）前記距離センサ、オシレート装置および溶接トー
チが搭載され、溶接位置を制御するＸＹ駆動部。

（４）前記溶接トーチの向きを自在に調節可能とするた
めに設けられた溶接トーチ保持部。

（５）前記距離センサおよび前記溶接トーチの向きを初
期値として入力できる機能を具備し、前記距離センサか
らの距離信号と前記オシレート装置からの位置信号とを
合成して開先形状、開先断面積および開先内特徴点を検
出すると共に、これら検知された開先情報を前記初期値
に基づく角度補正により直行座標に変換する第一演算処
理部。

（６）前記第一演算処理部で゛検出され、且つ直行座標
に変換された開先情報を基に溶接条件および溶接位置の
設定、並びに溶接パスの変更および溶接終了等を判断す
る第二演算処理部。

〔作用〕

−１−記のように、本発明では開先形状を検知するシス
テムとして向きを自在に調節できる距離センサを用いて
いるから、Ｖ形開先がどのような向きであっても、その
中心線に沿って距離センサが照射されるように調整する
ことができる。従って、第７図（Ｂ）（Ｃ）で説明した
ような検知誤差を回避し、正確な開先形状を高精度で検
出することができる。

また、距離センサの向きを変化させると検知された開先
形状と実際の開先形状とで座標系が異なることになるが
、前記第一演算処理部でこの座標系を変換した上で制御
信号の形成に用いているから、何隻問題なく多層振分は
溶接の溶接狙い位置等を正確に制御することができる。

〔実施例〕

第１図〜第３図は、本発明によるＶ形開先多層振分は自
動溶接装置の一実施例になる構成を示している。

第１図は開先形状検出部の説明図である。同図（Ａ）に
おいて、１はＶ形開先を有する母材、２は溶接ビードで
ある。この■形開先の一方の開先面は、図示のように母
材１の表面に対して略直角をなす直角開先面になってい
る。３は光学式の距離センサである。該距離センサは、
オシレート装置１５の駆動モータ４により、溶接線に略
直行する方向に延設された移動軸４′に沿って移動され
る。その際、オシレート装置１５に設けた位置出力エン
コーダ５によって距離センサ３の位置が出力される。ま
た、距離センサ３は支持部３０を介して前記移動軸４′
に連結されており、該支持部３０は距離センサ３の向き
を自在に調節でき、且つ所定の向きに設定できるように
なっている。そして、第１図（Ｂ）に示すように、距離
センサ３の向きはＶ形開先断面角度の二等分線（図中α
１−α２となる線）に一致するように設置される。

このような支持部３０としては、第３図（Ａ）に示すよ
うにオシレート装置１５で揺動されるＴバー３１と、該
Ｔバーに距離センサ３を連結する吊設バー３１とからな
り、吊設バー３１に距離センサ３の向きθの調節機構を
設けるのが良い。そして、第３図（Ｂ）に示すように、
吊設バー３２はＴＩ＜−３１に沿って摺動でき且つセツ
ティングボルト３３で位置を固定できるようにするのが
好ましい。このようにすれば、センサの初期位置を修正
できるのみならず、ｍ３図（Ａ）に−点鎖線で示したよ
うに逆向きのＶ形間先に対しても適用できる。

第２図（Ａ）は溶接装置全体の構成を示す図であり、同
図（Ｂ）はそのＸＹ駆動部を示す側面図である。これら
の図に示すように、上記距離センサ３およびオシレート
装置１５は、溶接トーチ７と共にＸＹ駆動装置３４に搭
載される。該ＸＹ駆動装置３４にはＸ軸モータ１６およ
びＹ軸モータ１７が具備され、これらモータにはエンコ
ーダが付設されていて、検出した開先形状に応じて溶接
位置を制御するようになっている。また、前記溶接トー
チ７の保持部には所定角度への位置決め機能（１１盛り
付き等）が具備されており、且つトーチはオシレート中
心より首を振る構造になっている。

第２図（Ａ）に図示したように、この実施例の溶接装置
には、第一演算処理部１８、第二演算処理部１９、溶接
装置２０および溶接速度調整装置２１が設けられている
。このうち第一演算処理部１８は、距離センサ３からの
距離信号およびオシレート装置１１￥１５からの位置信
号とを合成し、予め設定した処理手法（説明は省略する
）により、第４図に記載した開先内特徴点や開先断面積
の演算処理を行なう。また第二演算処理部１９は、第一
演算処理部１８で求めた開先内特徴点および開先断面積
を基に、Ｖ形開先多層振分は溶接を行なう際の各パス毎
における溶接トーチ７の狙い位置および溶接条件を算出
したり、円周溶接時の振分は位置を設定し、更には溶接
終了点を検知して溶接停止の指令等を行なう。振分は位
置の設定や溶接停止の指令を行なうためには、予めリミ
ットスイッチ等の目印を置く。なお、この実施例では第
一演算処理部１８と第二演算処理部１９とが分離されて
いるが、ＣＰＵの性能が向上して演算処理時間に余裕が
生じれば、第一および第二演算処理部１８．１９を単一
の演算処理部に統合してもよい。

溶接装置２０は、第二演算処理部で算出された溶接条件
（電流および電圧等）についてアナログ或いはデジタル
指令により応答、出力する溶接装置である。

溶接速度５５整装置２１は、溶接装置２０の場合と同様
の指令により、溶接速度の調整を行なうためのターニン
グローラ或いは溶接台車等の速度を調整するものである
。

次に、上記構成からなるＶ形開先多層振分は自動溶接装
置の作用について説明する。

まず、距離センサ３の向きを第４図（Ａ）に示す所定角
度θに設定する。この角度θは、第１図（Ｂ）について
説明したように、距離センサ３がＶ形開先の略中心角に
入射できるように設定する。

続いて、距離センサ３を溶接線に対して略直行する方向
に揺動させ、第１図（Ａ）にセンシングライン６で示す
開先情報（両側母材１および溶接ビード２′を含む）を
検出する。こうして検出した開先情報を第一演算処理部
１８で処理し、第４図（Ｂ）に示す開先的特徴点ａ′〜
ｇ′、および開先内断面積Ａｏを得る。この開先的特徴
点のａ′〜ｇ′は図中破線Ａで示す生データで処理した
もので、第二演算処理部１９で使用する実際の開先的特
徴点ａ　−ｇとは相違する。これは処理時間を短縮する
ため、次のような処理方法を採用したからである。即ち
、まず生データＡで処理してａ′〜ｇ′を得た後、求め
た各ポイントについてのみ次式による角度補正（座標変
換）を行ない、図中実線で示す実際の開先形状に対応し
た特徴点ａ〜ｇを得る。

座標補正式： ％式％ なお、距離センサ３および溶接トーチ７の設置角度θは
、自動溶接を行なう前に初期条件として予め入力してお
く。また、θは溶接対象物に応じて適宜変更し、調節で
きることは既述したとうりである。第一演算処理部１８
は、上記処理により下記第１表に示す開先情報を得ると
共に、これを記憶する。その記憶量はトーチおよびセン
サ間距離ノのデータである。

第１表 こうして第一演算処理部１８で得られた開先情報は、一
定間隔毎（１０ｆｌ〜１００ｍ）に第二演算処理部１９
から出される指令により出力され、第二演算処理部１９
ではこの開先情報を基に、予め決められた手順および演
算式（説明は省略）によりＶ形開先多層振分は溶接の溶
接線倣い制御および溶接条件制御を行なう。このとき、
溶接線倣い制御信号はＸ軸モータおよびＹ軸モータ１６
．１７に出力され、溶接トーチの位置を制御する。また
、溶接条件の制御信号のうち、溶接電流および溶接電圧
の制御信号は溶接装置２０に出力され、溶接速度の制御
信号は溶接速度調整装置２１に出力される。

上記実施例の溶接装置によれば、Ｖ形開先の一方の開先
面が母材の平坦面に対して略直角をなし、且つ溶接時の
収縮により倒れを生じた場合にも、開先形状を高精度で
検出できる。従って、高精度の溶接狙い位置制御を必要
とするＶ形開先多層振分は溶接の自動化を行なうことが
できる。

第５図は上記実施例の装置を用いて■形開先多層振分は
溶接を行なう際のフローチャートである。

該フローチャートに沿ってその手順を説明すれば次の通
りである。

■　まず、作業者は被溶接物を概略位置決めしくＡ）、
溶接材料のセット（Ｂ）、並びに距離センサおよび溶接
トーチのセット（Ｃ）を行なう。

■　次に、溶接施工条件（溶接法、被溶接材料の材質、
開先角度、トーチおよびセンサの設置角度θ等）を制御
装置に入力する（Ｄ）。

（３）続いて、制御盤の「自動溶接」ボアタンをＯＮに
すれば、後は自動的に溶接が開始される（Ｅ）。自動溶
接を開始したら、距離センサにて開先形状をサンプリン
グし、開先内特徴点、開先断面積を演算する（Ｆ）。

■　演算の結果得られた開先情報を基に、所定の演算式
、手順により溶接条件および溶接トーチ狙い位置を求め
（Ｈ）、−時記憶すると共に適正な倣いタイミングにな
ったときの実際の溶接条件、溶接トーチ位置と比較しく
ｌ）、偏差が生じた場合には修正する（Ｇ）。なお、（
Ｆ）は第一演算処理部１８で、また（Ｅ）〜（Ｎ）は第
二演算処理部で行ない、仕事の分割化による処理時間の
短縮および応答性の向上を図っている。

■　更に、ｎパス目の溶接が終了したか否かを判断しく
Ｊ）　、ＹＥＳの場合にはｎパスが最終層か否かを判断
する（Ｋ）。逆に、ＮＯの場合にはパス変更処理（トー
チ狙い位置および溶接条件の変更）を行ない（Ｌ）、次
パス条件にて（Ｆ）以降を繰り返す。

■　前記（Ｋ）でＮパス目が最終層（ＹＥＳ）の場合に
は、溶接終了処理を行ない（Ｍ）、溶接を停止する。

上記手順により、Ｖ形継子の多層振分は溶接を自動化で
き、また複数継手を一人で管理できると共に、品質の安
定化および大幅な能率向上を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のＶ形開先多層振分は溶接
装置によれば、Ｖ形開先の形状を高精度で検知すること
ができ、多層振分は溶接の自動化を可能として品質およ
び能率の大幅な向上を達成できる等、顕著な効果が得ら
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例になる■形開先多層
振分は自動溶接装置の構成を示す説明図であり、第４図
はその作用を示す説明図、第５図は第１図〜第３図の溶
接装置を用いた多層振分は自動溶接におけるフローチャ
ート、第６図および第７図は、夫々従来のＶ形開先多層
振分は自動溶接装置における開先形状検知システムを示
す説明図である。 １・・・母材、２・・・Ｖ形開先、２１・・・直角開先
面、２′・・・溶接ビード、３・・・距離センサ、４・
・・駆動モータ、５・・・エンコーダ、６・・・センシ
ングライン、７・・・溶接トーチ、８・・・トーチ駆動
装置、９・・・演算処理装置、１０・・・画像処理装置
、１１・・・スリット光投射器、１２・・・撮像系、１
３・・・スリット光、１５・・・オシレート装置、１６
・・・Ｘ軸モータ、１７・・・Ｙ軸モータ、１８・・・
第一演算処理部、１９・・・第二演算処理部、２０・・
・溶接装置、２１・・・溶接速度調整装置、３０・・・
センサ支持部、３１・・・Ｔバー、３２・・・吊設バー
。 出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図（Ｂ） 第　３図（Ｂ） 第４図（Ａ） 第　４図（Ｂ） 第６図（Ａ） 第６図（Ｂ） 第７丙（Ｂ）　　　　　　　　第　７図（Ｃ）手続補正
帯 昭和　　≠２・員・−６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 開先形状を検出するための距離センサおよび該距離セン
   サを溶接線に対して略直行する方向に揺動させつつその
   位置を出力するオシレート装置と、前記距離センサを前
   記オシレート装置に結合する保持部であって、前記オシ
   レート装置に直接連結されるＴバーと、該Ｔバーの水平
   部分に沿って摺動および固定される吊設バーからなり、
   該吊設バーには前記距離センサの向きを自在に調節でき
   る機構を設けた保持部と、前記距離センサ、オシレート
   装置および溶接トーチが搭載され、溶接位置を制御する
   ＸＹ駆動部と、前記溶接トーチの向きを自在に調節可能
   とするために設けられた溶接トーチ保持部と、前記距離
   センサおよび前記溶接トーチの向きを初期値として入力
   できる機能を具備し、前記距離センサからの距離信号と
   前記オシレート装置からの位置信号とを合成して開先形
   状、開先断面積および開先内特徴点を検出すると共に、
   これら検知された開先情報を前記初期値に基づく角度補
   正により直行座標に変換する第一演算処理部と、前記第
   一演算処理部で検出され、且つ直行座標に変換された開
   先情報を基に溶接条件および溶接位置の設定、並びに溶
   接パスの変更および溶接終了等を判断する第二演算処理
   部とからなることを特徴とするＶ形開先多層振分け自動
   溶接装置。