JP2000288789A - 溶接ビード研削装置 - Google Patents

溶接ビード研削装置

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JP2000288789A
JP2000288789A JP11099074A JP9907499A JP2000288789A JP 2000288789 A JP2000288789 A JP 2000288789A JP 11099074 A JP11099074 A JP 11099074A JP 9907499 A JP9907499 A JP 9907499A JP 2000288789 A JP2000288789 A JP 2000288789A
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JP
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grinding
weld bead
bead
work
weld
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Junji Yamamoto
純司 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 板状の母材の突き合わせ溶接における溶接ビ
ードを略面一に研削する止端処理を自動的に行うことが
できる、溶接ビード研削装置を提供することにある。 【解決手段】 研削手段6及び距離計測手段を備えてお
り、距離計測手段で溶接ビード30を跨いだワーク3の
表面形状を少なくとも2カ所で計測し、この表面形状の
計測結果に基づいて溶接線を直線に近似し、研削手段6
でこの直線に沿って溶接ビード30を研削する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接部材の溶接ビ
ードを研削する溶接ビード研削装置に係わり、特に、板
状の母材の突き合わせ溶接における溶接ビードの研削に
用いて好適な、溶接ビード研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、各種溶接継ぎ手において
は、溶接したままの状態にしておくと、溶接継ぎ手の疲
労強度が低下するため、それを防ぐ目的で、通常は、作
業者がグラインダを使用して溶接ビードの余盛りの研削
作業を行っている。
【0003】斯かる研削作業を人手ではなく自動で行う
研削装置に関する従来技術として、特開平5−2457
46号公報に記載されたものが知られている。この研削
装置は、配管内部における溶接ビードの余盛りを自動的
に研削するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術は、配管内部における溶接ビードの余盛りの研削を目
的としているため、板状の母材の突き合わせ溶接におけ
る溶接ビードを略面一に研削する止端処理には適用でき
ない。
【0005】従って、本発明の目的は、板状の母材の突
き合わせ溶接における溶接ビードを略面一に研削する止
端処理を自動的に行うことができる、溶接ビード研削装
置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、母材を突き合わせ溶接したワークの溶接ビー
ド研削装置であって、研削手段及び距離計測手段を備え
ており、該距離計測手段で溶接ビードを跨いだワークの
表面形状を少なくとも2カ所で計測し、該表面形状の計
測結果に基づいて溶接線を直線に近似し、前記研削手段
で該直線に沿って溶接ビードを研削することを第1の特
徴としている。
【0007】また、本発明は、上記第1の特徴を有する
溶接ビードの研削装置において、前記直線を、前記溶接
ビードの余盛りの最大高さにおける位置データで近似す
ることを第2の特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。なお、本発明は本
実施形態に限定されるものではない。
【0009】図1は、本発明に係る溶接ビード研削装置
の一実施形態を示したものである。同図において、符号
1は、溶接ビード研削装置(以下、研削装置ともいう)
を示しており、板状の母材を突き合わせ溶接した部材
(以下ワークともいう)3及びこれを設置固定する作業
台4を1点鎖線で示しており、符号5は制御盤を示して
いる。
【0010】図1に示したように、研削装置1は、直交
する3軸方向(図におけるx、y、z方向)に沿って移
動自在に設けられたヘッド2を備えている。ヘッド2
は、x方向に沿って移動自在に垂設されたアーム20
と、このアーム20に水平に固定されたアーム21、こ
のアーム21に沿って水平方向(以下y方向ともいう)
に移動自在に垂下されたアーム22の3つのアームに支
承されている。
【0011】上記アーム20はキャリッジ20aに固定
されており、このキャリッジ20aは、ベース20b内
にx方向に沿って配設された図示しない送りねじに対応
したナットを備えている。そして、当該送りねじを、エ
ンコーダExを介してモータMxで駆動させることによ
り、キャリッジ20aがx方向の所定位置に移動できる
ように構成されている。
【0012】また、アーム22は、アーム21に配設さ
れたキャリッジ21aに固定されており、このキャリッ
ジ21aは、アーム21内にy方向に沿って配設された
図示しない送りねじに対応したナットを備えている。そ
して、当該送りねじを、エンコーダEyを介してモータ
Myで駆動させることにより、キャリッジ21aがy方
向の所定位置に移動できるように構成されている。
【0013】さらに、ヘッド2は、アーム22に配設さ
れたキャリッジ22aに固定されており、このキャリッ
ジ22aは、アーム22内にz方向に沿って配設された
図示しない送りねじに対応したナットを備えている。そ
して、この送りねじを、エンコーダEzを介してモータ
Mzで駆動させることにより、キャリッジ22aがz方
向の所定位置に移動できるように構成されている。
【0014】上述のような構成により、ヘッド2は直交
する3軸方向(x、y、z方向)に沿って自在に移動で
きるように構成されている。
【0015】図2に示したように、ヘッド2には、研削
ホイール(研削手段)6及びレーザー距離計(距離計測
手段)7が配設されている。
【0016】研削ホイール6は、モータMの駆動力をベ
ルト60で伝達することによって、水平軸Hまわりに回
転するように構成されており、また、モータ(図示せ
ず)によって鉛直軸Aの周りにも回動できるように構成
されている。また、軸受け部分には、研削ホイール6に
負荷される力を検出する力センサー61(図3参照)が
取り付けられており、この力センサー61の出力に基づ
いてモータMの駆動を制御できるように設けられてい
る。
【0017】研削ホイール6に使用する砥石62は、溶
接ビード30を一回のパスで研削(クリープフィード研
削)できる幅のものを使用し、その材質は、溶融アルミ
ナ系、ダイヤモンド系、CB系等の材質を使用する。
【0018】レーザー距離計7は、光源からワーク3表
面にレーザ光を照射し、その反射光を受信し、距離に応
じた出力を行うように構成されており、これにより、ワ
ーク3表面からの距離を正確に計測できるようになって
いる。
【0019】上記制御盤5には、図3に示したように、
上記エンコーダEx、Ey、Ez、の出力に基づくモー
タMx、My、Mzの駆動制御、エンコーダEx,E
y、レーザー距離計7の出力に基づく位置の演算、モー
ターM及び力センサー61の出力に基づく研削ホイール
6の制御等の各種指令を行うコントローラ50が配設さ
れている。このコントローラ50には、レジストリ(図
示せず)が搭載されており、このレジストリには、上記
力センサー61の出力とモータMへの出力のテーブル等
があらかじめ記憶されているほか、後述するヘッド2の
移動量、計測回数等の各種データを後から入力して記憶
できるように構成されている。
【0020】次に、上記溶接ビード研削装置1を使用し
て、板状の母材を突き合わせ溶接したワーク3の溶接ビ
ード30を研削する手順について、図1〜図5に基づい
て説明する。
【0021】まず、研削に供するワーク3を作業台4に
設置固定する。
【0022】次に、オペレータが制御盤5のスイッチを
入れると、コントローラ50において、処理の繰り返し
数を示す繰返し変数i、jをi=1、j=1に初期化す
るとともに、各変数X(i)、Y(j)、H(i,
j)、Xmin(j)、Ymin(j)、α、β等を0
として初期化する(図4のstep1参照)。
【0023】次に、オペレータは、レーザー距離計7の
照射スポットをみながら、ヘッド2をx、y、z方向に
所望の距離移動させて当該ヘッド2を溶接ビード30の
近傍(溶接ビード30にはかからない平面な箇所)にお
ける上方、すなわち計測開始点P(図5参照)に移動さ
せる。そして、ヘッド2をx方向に移動させる総移動量
Wxl及び移動間隔Wx、y方向の総移動量Wyl及び
移動間隔Wyを入力する。この際、総移動量Wxlは、
レーザー距離計7がワーク3の溶接ビード30を十分に
跨いで移動できる値に設定する。さらに、x方向の距離
の計測回数N、y方向の計測回数Mを入力する。なお、
計測回数N、Mは、WxlをWxで除した数、Wylを
Wyで除した整数部分としてもよい。
【0024】入力が終了すると、コントローラ50は、
計測開始点Pにおける距離の計測データHを、x方向、
y方向の位置データとともに、変数H(0,0)、X
(0)、Y(0)にそれぞれ読み込む。また、後述する
最小距離の算定のために、j=1〜MについてMin
(j)にH(0,0)を読み込み(図示せず)、さら
に、本実施形態では、Y(0)位置から測定を開始する
ので、Y(1)にY(0)を読み込む(図4のstep
2参照)。
【0025】読み込みが終了すると、コントローラ50
はモータMxを駆動させるとともにエンコーダExの出
力に基づいてヘッド2をWxだけx方向に移動させ、当
該位置におけるレーザー距離計7の計測値Hを距離H
(1、1)として読み込む(図4のstep3参照)。
【0026】このようにして、y方向の位置Y(1)に
おける、x方向の各位置X(i)における計測距離Hを
H(i,1)に読み込む処理を、X(i)がWxlを、
又は、iがNを越えない範囲で繰り返し行い、x方向の
溶接ビードの表面形状を計測する。また、この間におい
て、H(i,1)とMin(j)の値を比較し、H
(i,1)が最小(すなわち溶接ビード30の余盛りの
最大高さ)になる場合のx方向及びy方向における位置
X(i)及びY(1)をそれぞれXmin(1)、Ym
in(1)として記憶する(図4のstep4,5参
照)。
【0027】次に、ヘッド2をx方向に逆行させて開始
点P(X(0),Y(0))に戻した後、ヘッド2をさ
らにy方向にWy移動させ(図step8参照)、この
位置Y(2)における、x方向の各位置X(i)の計測
距離HをH(i,2)へ読み込む処理を、X(i)がW
xlを、または、iがNを越えない範囲で繰り返し行い
(図4のstep7参照)、x方向の溶接ビードの表面
形状を計測する。また、この間において、H(i,2)
とMin(j)の値を比較し、H(i,2)が最小にな
る場合のx方向及びy方向の位置X(i)及びY(2)
をそれぞれXmin(2)、Ymin(2)として記憶
する(図4のstep3〜6参照)。
【0028】以上の動作を、Y(j)がWylを、又
は、jがMを越えない範囲で繰り返し行い(図4のst
ep9参照)、H(i,j)が最小となる場合のx方向
の位置データXmin(j)及びYmin(j)を求め
る。
【0029】そして、求まった位置データXmin
(j)及びYmin(j)に基づいて、1次回帰直線 Ymin(j)=αXmin(j)+β を求め、この直線を溶接線と近似する。
【0030】次に、コントローラ50で、当該ホイール
6の鉛直軸Aの軸心とレーザー距離計7の計測点との相
対位置の補正、及び研削ホイール6の砥石62の最下位
置とレーザー距離計7で計測した距離と相対距離の補正
を行った後、作業台4のy方向端部における上記直線の
外挿位置E(図5参照)において、研削ホイール6を鉛
直軸A周りに回転させて直線の傾きαにあわせ、研削ホ
イール6を砥石62の最下点が計測開始点Pにおける距
離H(0,0)に相当するまで下降させる。そして、コ
ントローラ50で、モータMを駆動させて砥石62を回
転させ、上記エンコーダEx、Ey及びモータMx,M
yを制御して、当該研削ホイール6の鉛直軸Aの軸心を
上記直線の傾きαに沿って一方向に移動させ、力センサ
ー61の出力が所定の値以下になるまで研削することに
より、溶接ビード30の研削を1パスで行う。
【0031】このように、溶接ビード研削装置1によれ
ば、板状の母材を突き合わせ溶接したワーク3の溶接ビ
ード30を略面一に研削する止端処理を自動的に1パス
で行うことができる。また、溶接ビード30の余盛りの
最大高さにおけるx方向及びy方向の位置Xmin
(j)、Ymin(j)を求めて溶接線を直線近似し、
この直線に沿って研削を行うようにしたので、ワーク3
の設置固定状態にかかわらず溶接線の位置を求めること
ができ、ワーク3の設置固定の精度が低くても溶接ビー
ドを精度よく研削することができる。
【0032】上記実施形態では、板状の母材を突き合わ
せ溶接したワーク3の溶接ビード30の研削について説
明したが、突き合わせ部分が板状であれば、他の形状の
ものでも適用できることはいうまでもない。
【0033】また、上記実施形態では、溶接ビード30
の余盛りの最大高さにおける位置データXmin(j)
及びYmin(j)で溶接線を直線近似するようにした
が、溶接ビード30の立ち上がり位置のデータを求めて
その位置データに基づいて直線近似を行ってもよい。
【0034】また、上記実施形態の研削装置1において
は、距離計測手段として、レーザー距離計7を使用した
が、超音波距離計、渦電流距離計等の非接触式距離計、
触針式等の接触式距離計といった他の距離計測手段を使
用してもよいことはいうまでもない。
【0035】
【発明の効果】本発明に係る溶接ビード研削装置によれ
ば、以下の効果を奏する。
【0036】上記第1の特徴を有する溶接ビード研削装
置によれば、板状の母材の突き合わせ溶接における溶接
ビードを略面一に研削する止端処理を自動的に行うこと
ができる。
【0037】上記第2の特徴を有する溶接ビード研削装
置によれば、ワークの設置固定状態にかかわらず溶接線
の位置を求めることができるため、ワークの設置固定の
精度が低くても溶接ビードを精度よく研削することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る溶接ビード研削装置の一実施形態
を示す概略斜視図である。
【図2】同溶接ビード研削装置のヘッドの要部を示す概
略図である。
【図3】同溶接ビード研削装置の要部のブロック図であ
る。
【図4】同溶接ビード研削装置を使用した溶接ビードの
研削の際における表面形状の取り込み手順の概略を示す
フローチャートである。
【図5】同溶接ビード研削装置を使用した溶接ビードの
研削の際におけるワークに対する距離計測手段の軌跡を
示す概略平面図である。
【符号の説明】
1:溶接ビード研削装置、6:研削ホイール(研削手
段)、7:レーザー距離計(距離計測手段)、3:ワー
ク、30:溶接ビード。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材を突き合わせ溶接したワークの溶接
    ビード研削装置であって、研削手段及び距離計測手段を
    備え、該距離計測手段で溶接ビードを跨いだワークの表
    面形状を少なくとも2カ所で計測し、該表面形状の計測
    結果に基づいて溶接線を直線に近似し、前記研削手段で
    該直線に沿って溶接ビードを研削することを特徴とする
    溶接ビード研削装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の溶接ビード研削装置に
    おいて、前記直線を、前記溶接ビードの余盛りの最大高
    さにおける位置データで近似することを特徴とする溶接
    ビード研削装置。
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