JP2001170770A - 自動溶接装置および溶接技能訓練装置 - Google Patents

自動溶接装置および溶接技能訓練装置

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JP2001170770A JP35240299A JP35240299A JP2001170770A JP 2001170770 A JP2001170770 A JP 2001170770A JP 35240299 A JP35240299 A JP 35240299A JP 35240299 A JP35240299 A JP 35240299A JP 2001170770 A JP2001170770 A JP 2001170770A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接品質の良否を判定し、図形的に表示する
手法、及びその手法を内部に組み込んだ全自動溶接装置
を提供する。 【解決手段】 演算結果記録状況判定手段により過去に
演算記録有りと判定された場合は、被溶接物の継手部に
おける温度分布演算結果記録を溶込み表示手段23で表
示し、ビード表面形状演算結果記録をビード表面形状表
示手段25で表示することにより、温度分布演算時間手
段による演算に要する時間と、ビード表面形状演算手段
25による演算に要する時間を省略する演算時間省略手
段とを内蔵した自動溶接装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マニピュレータを
具備した、溶接アークを用いて金属を溶融接合し、溶融
接合部の品質監視機構を持つ全自動溶接装置及び、溶接
作業条件を提示し、前記溶接作業条件に基づく溶接接合
部断面演算結果及び溶接接合部表面演算結果を表示でき
る溶接技能訓練装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、溶接接合部の出来上がり外観評価
法は、評価実行の時間観点から3つの種類、つまり、溶
接施工前評価、施工中評価、施工後評価に分類でき、評
価の際は被溶接物の実物を用いる施工中評価、施工後評
価がほとんどであった。また、施工前評価としては、複
数の溶接のパラメータを記憶し、複数の条件生成ルール
に従って他の溶接パラメータを逐次決定していき、これ
を繰り返すことによって溶接時の溶接条件を決定してい
た特公平7−47209号公報に記載されていた方法
や、設定条件に対応した溶接条件のみをデータベースに
記録し、入力した設定条件に合致した溶接条件をデータ
ベースの中から探し、データベースに溶接条件がない場
合はニューラルネットワークで構成した溶接条件データ
推測部を用いて、溶接条件を推測し、溶接条件が良好な
場合にはその時の溶接条件全てをデータベースに登録す
る特開平5−57436号公報に記載された方法があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術に
よる溶接接合部の出来上がり外観評価法は、被溶接物に
溶接施工中、あるいは、施工後評価するために部材発生
が生じ、更に、作業工程上、相当技量を持つ溶接作業技
術者が必要とされるため、溶接部外観品質を随時評価す
ることができない問題があった。また、施工前評価につ
いても、推奨する溶接条件を提示しても、溶接結果が図
形的にあらわすことができないという問題点があった。
そこで、本発明の第1の課題は溶接施工前に溶接条件、
材料パラメータを指定することによつて、溶接品質の良
否を判定し、図形的に表示する手法、及び、その手法を
内部に組み込んだ全自動溶接装置により前記問題を解決
することを目的とする。
【0004】また、アーク溶接作業技能の習得法は、熟
練溶接作業者から技能伝授の方法が取られ、実地で訓練
されることがほとんどであった。ところが、従来のアー
ク溶接作業技能の習得法では、昨今の熟練溶接作業者の
減少が新たに溶接技能を修得しようとする初級溶接作業
者への技能伝授を困難にしている問題点を持つ。そこ
で、本発明の第2の解決課題は、初級溶接作業者が、溶
接条件の変化に伴う溶接接合部予測断面形状を何回でも
確認でき、熟練溶接作業者からの技能伝授と同等の教育
を実現できる方法を内部に組み込んだ溶接技能訓練装置
により前記問題点を解決することを目的とする。
【0005】
【発明が解決するための手段】上記第1の課題を解決す
るために、本発明はの自動溶接装置は、被溶接物の板厚
と、外形寸法と、継手形状を含む被溶接物の情報を設定
し、その情報に適した溶接電流、溶接電圧、溶接速度を
含む溶接条件を演算する最適溶接条件演算手段を有する
自動溶接装置において、前記被溶接物の情報と前記溶接
条件から、被溶接物の継手部における温度分布を演算す
る温度分布演算手段と、少なくとも、前記被溶接物の情
報と、前記溶接条件と、前記温度分布演算手段によって
演算した温度分布演算結果とを記録する温度分布演算結
果記録手段と、前記温度分布演算結果をもとに、少なく
とも溶込み幅、溶込み深さ、溶込み形状を表示する溶込
み表示手段と、少なくとも、前記温度分布演算結果記録
手段に記録された被溶接物の情報と、溶接条件と、温度
分布演算結果とから、溶融金属ビード表面形状を演算す
るビード表面形状演算手段と、前記ビード表面形状演算
手段によって演算した溶融金属ビード表面形状演算結果
を記録するビード表面形状演算結果記録手段と、前記ビ
ード表面形状演算手段によって演算した表面形状演算結
果を少なくとも、溶接接合部の横断面、縦断面、全体図
で表示するビード表面形状演算結果表示手段と、ビード
表面形状表示において、ビード形状観察位置を任意位置
からの視点で設定できる、ビード形状観察位置設定手段
と、前記ビード形状観察位置設定手段によって設定され
た位置から、少なくとも溶接接合部の全体図を表示する
任意位置ビード形状表示手段と、前記温度分布演算結果
記録手段における被溶接物の継手部における温度分布か
ら、被溶接物の継手部の品質合否判定する、継手部品質
合否判定手段と、前記継手部品質合否判定手段におい
て、継手部品質合否判定の合格時に、前記温度分布演算
結果記録手段に記録された溶接条件で自動的に被溶接物
に溶接を開始する溶接開始手段と、前記継手部品質合否
判定手段において、継手部品質合否判定の不合格時に少
なくとも溶接電流、溶接電圧、溶接速度である溶接条件
を合格基準に補正する溶接条件補正手段と、前記被溶接
物の情報を設定時以前に、同様の被溶接物の情報と、温
度分布演算結果記録と、ビード表面形状演算結果記録の
存在の有無を判定する演算結果記録状況判定手段と、前
記演算結果記録状況判定手段により過去に演算記録有り
と判定された場合は、被溶接物の継手部における温度分
布演算結果記録を前記溶込み表示手段で表示し、ビード
表面形状演算結果記録を前記ビード表面形状表示手段で
表示することにより、前記温度分布演算時間手段による
演算に要する時間と、前記ビード表面形状演算手段によ
る演算に要する時間を省略する演算時間省略手段とを内
蔵したものである。
【0006】また、前記第2の課題を解決するために、
本発明の溶接技能訓練装置は、被溶接物の板厚と、外形
寸法と、継手形状を含む被溶接物の情報を設定し、その
情報に適した溶接電流、溶接電圧、溶接速度、トーチ角
度を含む溶接条件を提示する溶接条件設定手段を有す溶
接技能訓練装置において、前記被溶接物の情報と前記溶
接条件から、被溶接物の継手部における温度分布を演算
する温度分布演算手段と、前記被溶接物の情報と前記溶
接条件と前記温度分布演算結果から溶融金属ビード表面
形状を演算するビード表面形状演算手段と、前記表面形
状演算手段によって演算した表面形状演算結果と前記温
度分布演算手段によって演算した温度分布を溶接接合部
ビード形状を横断面、縦断面、全体図で表示するビード
形状表示手段と、前記ビード形状表示においてビード形
状観察位置を任意位置からの視点で設定できるビード形
状観察位置設定手段と、前記温度分布演算結果をもとに
少なくとも溶込み幅、溶込み深さ、溶込み形状を変更す
るための溶接条件変更手段とを内蔵したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の
第1の解決手段を実現する装置の実施例の全体構成図で
ある。11はロボットコントローラであり、ロボット機
構部12及び溶接機13を制御する。ロボットコントロ
ーラ11とロボット機構部12とはモータ駆動用ケーブ
ル、モータ付属のエンコーダによりロボットコントロー
ラ11に回転情報をフィードバックするためのケーブル
等によって接続されている。ロボット機構部12には六
軸垂直多関節型マニピュレータを使用している。13は
ロボットに作業を教示し、種々の状態を表示するティー
チングペンダントであり、大画面且つ多色表示が可能で
ある。14は溶接トーチであり、内部には溶接ワイヤ収
納部110からワイヤ送給装置19によって供給される
溶接ワイヤが滑らかに通る穴と、シールドガスボンベ1
8から供給されるシールドガスの通路が設けられてお
り、溶接トーチ14の先端部からシールドガスが放出さ
れる。また、溶接トーチ14の先端部には溶接ワイヤに
溶接電源17からの溶接用の電力を供給する銅製の給電
チップが取り付けられている。15は対象ワークであ
り、対象ワーク固定冶具16は溶接対象ワーク15を固
定すると共に溶接対象ワーク15の姿勢を変化させるこ
とができる。
【0008】図2は本実施例の情報の流れを示すブロッ
ク図である。21は最適溶接条件演算手段であり、図1
のティーチングペンダント13によって、情報と溶接条
件を表示または入力する。22は熱伝導演算手段であ
り、ティーチングペンダント13から入力された被溶接
物の情報と溶接条件をもとに温度分布演算結果を出力す
る。23は溶込み表示手段であり、熱伝導演算手段22
から出力された温度分布演算結果をもとに溶込み形状を
表示する。24はビード形状演算手段であり、熱伝導演
算手段22から出力された温度分布演算結果をもとにビ
ード形状演算結果を出力する。25はビード形状表示手
段であり、ビード形状演算手段24から出力されたビー
ド表面形状演算結果とティーチングペンダント13から
入力されたビード表面形状観察位置をもとにビード表面
形状演算結果を表示する。26は温度分布演算結果記録
手段と表面形状演算結果記録手段であり、熱伝導演算手
段22から出力された温度分布演算結果とビード形状演
算手段24から出力されたビード表面形状演算結果を記
録する。27は継手部品質合否判定手段であり、温度分
布演算結果記録手段26を入力し、継手部品質合否判定
結果を出力する。28は溶接開始手段であり、温度分布
演算結果記録手段26に記録された溶接条件でロボット
機構部を介して溶接対象ワーク15の溶接を開始する。
29は溶接条件補正手段であり、温度分布演算結果記録
手段26と継手部品質合否判定手段27に記録された溶
接条件を補正した条件を最適溶接条件演算手段21に入
力する。
【0009】図3は最適溶接条件演算手段の一例を示す
フローチャートであり、図2の最適溶接条件演算手段2
1、熱伝導演算手段22、溶込み表示手段23、ビード
形状表示手段25、溶接条件補正手段29の情報の流れ
に対応する。最適溶接条件演算の一例を図3を用いて説
明する。 Step31 被溶接物板厚を最適溶接条件演算手段2
1から、作業者に選択または入力を要求し設定する。 Step32 被溶接物外形寸法を最適溶接条件演算手
段21から、作業者に選択または入力を要求し設定す
る。 Step33 被溶接物継手形状を最適溶接条件演算手
段21から、作業者に選択または入力を要求し設定す
る。 Step34 Step31〜Step33において設
定した情報と演算結果の記録手段26に記録された情報
から適合する溶接条件を最適溶接条件演算手段21に表
示する。 Step35 Step34において提示された溶接条
件以外の条件を採用するときに手動で溶接条件を最適溶
接条件演算手段21から、作業者に選択または入力を要
求し設定する。 Step36 ビード形状表示手段26において、ビー
ド形状観察位置の視点位置を作業者に選択または入力を
要求し設定する。
【0010】図4は熱伝導演算手段22の一例を示すフ
ローチャートであり、図2の熱伝導演算結果の表示2
3、ビード形状演算24の情報の流れに対応する。熱伝
導演算の一例を図4を用いて説明する。 Step41 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物板厚を入力。 Step42 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物外形寸法を入力。 Step43 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物継手形状を入力。 Step44 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物溶接条件を入力。 Step45 Step41〜Step44で入力され
たパラメータをもとに微分方程式1に従って計算を行な
う。
【数1】 ここで、kは熱拡散率(または、温度拡散率)[m2
s]、Tは温度[K]、vは熱源の移動速度[m/s]
をあらわす。この計算に用いる座標系を図7に示す。
ξ、Y、Zはそれぞれ直交する座標軸であって、熱源で
あるトーチはξ軸上を移動する。 Step46 被溶接物継手部温度分布演算結果を出力
し、出力結果は溶込み表示手段23で表示され、ビード
形状演算手段24で利用され、温度分布演算結果記録手
段と表面形状演算結果記録手段26で記録される。
【0011】図5は溶込み表示手段23の一例を示すフ
ローチャートであり、熱伝導演算手段22と、温度分布
演算結果記録手段と表面形状演算結果記録手段26の情
報の流れに対応する。 Step51 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物板厚を入力。 Step52 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物外形寸法を入力。 Step53 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物継手形状を入力。 Step54 熱伝導演算手段22で演算された被溶接
物継手部温度分布演算結果を入力。 Step55 演算例が過去にある場合、温度分布演算
結果記録手段と表面形状演算結果記録手段26に記録さ
れた同条件の被溶接物継手部温度分布結果を入力。 Step56 熱伝導演算手段22で演算された被溶接
物継手部温度分布結果または演算結果記録手段26に記
録された同条件の被溶接物継手部温度分布結果をもとに
横断面温度分布表示を行なう。 Step57 熱伝導演算手段22で演算された被溶接
物継手部温度分布結果または演算結果記録手段26に記
録された同条件の被溶接物継手部温度分布結果をもとに
縦断面温度分布表示を行なう。
【0012】図6はビード表面形状演算手段24の一例
を示すフローチャートであり、図2の熱伝導演算結果の
表示23、ビード表面形状表示25の情報の流れに対応
する。熱伝導演算の一例を図6を用いて説明する。 Step61 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物板厚を入力。 Step62 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物外形寸法を入力。 Step63 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物継手形状を入力。 Step64 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物溶接条件を入力。 Step65 熱伝導演算手段22で演算された被溶接
物継手部温度分布演算結果を入力。 Step66 Step61〜Step65で入力され
たパラメータをもとに微分方程式2に従って計算を行な
う。
【数2】 ここで、φXX,φXY,φYY:溶融池表面変位に関する二
階微分項 φX,φY:溶融池表面に関する一階微分項 式2において各項は以下を示す。 φ:溶融池表面の変位[m] σ:表面張力(軟鋼0.1428[kg/m]=1.4
[N/m]) ρ:密度(軟鋼7.8×103[kg/m3]) g:重力(9.8[m/sec2]) Pa:アーク圧力[Pa] λ:Lagrange乗数(無次元数) Step67 被溶接物継手部ビード表面形状演算結果
を出力し、この結果は溶込み表示手段25で表示され、
温度分布演算結果記録手段と表面形状演算結果記録手段
26で記録される。
【0013】図8はビード表面形状表示手段25の一例
を示すフローチャートであり、図2の最適溶接条件演算
手段21、ビード表面形状演算24の情報の流れに対応
する。熱伝導演算の一例を図8を用いて説明する。 Step71 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物板厚を入力。 Step72 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物外形寸法を入力。 Step73 最適溶接条件演算手段21で設定された
被溶接物継手形状を入力。 Step74 ビード形状演算手段24で演算された被
溶接物継手部温度分布結果を入力。 Step75 ビード形状演算例が過去にある場合、温
度分布演算結果記録手段と表面形状演算結果記録手段2
6に記録された同条件の被溶接物継手部温度分布結果を
入力。 Step76 最適溶接条件演算手段21であるティー
チングペンダント13で設定されたビード形状観察位置
を入力。 Step77 ビード形状観察位置でビード表面形状表
示を行なう。
【0014】図9は温度分布演算結果記録手段と表面形
状演算結果記録手段26の一例を示すフローチャートで
あり、図2の最適溶接条件演算手段21、熱伝導演算手
段22、溶込み表示手段23、ビード表面形状演算手段
24、ビード表面形状表示手段25、継手部品質合否判
定手段27と溶接条件補正手段29の情報の流れに対応
する。温度分布演算結果記録手段と表面形状演算結果記
録手段26の一例を図9を用いて説明する。 Step81 最適溶接条件演算手段21から出力され
た被溶接物情報を温度分布演算結果記録手段と表面形状
演算結果記録手段26に入力。 Step82 Step81に対応する最適溶接条件演
算手段21から出力された被溶接物溶接条件を温度分布
演算結果記録手段と表面形状演算結果記録手段26に入
力。 Step83 Step81とStep82に対応する
温度分布演算結果を温度分布演算結果記録手段と表面形
状演算結果記録手段26に入力。 Step84 Step81とStep82とStep
83に対応するビード表面形状演算結果を温度分布演算
結果記録手段と表面形状演算結果記録手段26に入力。 Step85 Step81の被溶接物情報と、Ste
p82の被溶接物溶接条件と、Step83の温度分布
演算結果と、Step84のビード表面形状演算結果を
一集団のデータとして、温度分布演算結果記録手段と表
面形状演算結果記録手段26において、被溶接物情報と
被溶接物溶接条件のパラメータによって記録管理する。
【0015】図10は継手部品質合否判定手段27の一
例を示すフローチャートであり、図2の溶接条件補正手
段29との情報の流れに対応する。継手部品質合否判定
手段27の一例を図10を用いて説明する。 Step91 Step85で温度分布演算結果記録手
段と表面形状演算結果記録手段26に記録された温度分
布演算結果とビード表面形状演算結果を入力する。 Step92 温度分布演算結果による溶込み部分の深
さにより、接合部溶込みの判定を行なう、溶込みが十分
ならばStep93へ進み、溶込みが不十分ならばSt
ep96に進む。 Step93 溶込み合格フラグ00を発生する。 Step94 ビード表面形状演算結果による溶込み不
足、融合不良、のど厚不足、アンダカット、オーバラッ
プ、余盛り不足、余盛り過剰の欠陥現象判定を行なう。
これらの欠陥現象が発生していないと判断された場合は
Step94に進む。これらの現象が一つ以上発生して
いると判断された場合はStep96に進む。 Step95 継手部品質合格フラグ0を発生する。 Step96 溶込み不良フラグ1を発生する。 Step97 ビード形状不良フラグ2を発生する。
【0016】図11は溶接開始手段28の一例を示すフ
ローチャートであり、図2の溶接条件補正手段27との
情報の流れに対応する。溶接開始手段28の一例を図1
1を用いて説明する。 Step101 Step95で発生した継手部品質合
格フラグ0を入力する。 Step102 Step82で記録された被溶接物溶
接条件を設定する。 Step103 Step102で設定された溶接条件
を図2の溶接機17に設定し、ロボット機構部12を介
して、溶接トーチ14で溶接対象ワーク15を溶接開始
する。
【0017】図12は図2の温度分布演算結果記録手段
と表面形状演算結果記録手段26と、継手部品質合否判
定手段27の情報の流れに対応する。溶接開始手段29
の一例を図12を用いて説明する。 Step111 Step93で発生した溶込み合格フ
ラグ00を入力する。 Step112 Step95で発生した継手部品質合
格フラグ0を入力する。 Step113 被溶接物情報である被溶接物の板厚
と、外形寸法と、継手形状を図2の温度分布演算結果記
録手段と表面形状演算結果記録手段26に問い合わせ、
変更された溶接条件を受け取り、Step115に引き
渡す。 Step114 Step113で問い合わせた被溶接
物情報である被溶接物の板厚と、外形寸法と、継手形状
に合致する溶接条件を温度分布演算結果記録手段と表面
形状演算結果記録手段26内で検索し、検索した溶接条
件をStep113に引き渡す。 Step115 Step113から引き渡された溶接
条件を図2の最適溶接条件演算手段21に引き渡す。こ
のようにして、溶接に関する専門知識がなくても、被溶
接物接合部の品質が溶接施工前に判定できる。
【0018】次に、本発明の第2の解決手段の実施例を
図に基づいて説明する。図13は本実施例の悄報の流れ
を示すブロック図である。101は溶接条件設定手段で
あり被溶接物情報と溶接条件を入力または表示する。1
02は温度分布演算手段であり、溶接条件設定手段10
1から入力された被溶接物情報と溶接条件をもとに温度
分布演算結果を出力する。103はビード形状演算手段
であり、温度分布演算手段102から出力された温度分
布演算結果をもとにビード形状演算結果を出力する。1
04はビード形状表示手段であり、温度分布演算手段1
02から出力された温度分布演算結果とビード形状演算
手段103から出力されたビード形状演算結果をもとに
ビード形状を表示する。105はビード形状観察位置設
定手段であり、ビード形状表示手段104で表示された
ビード形状の観察位置の設定条件を変更・入力する。1
06は溶接条件変更手段であり、溶接条件設定手段10
1で設定された被溶接物情報と溶接条件を変更する。
【0019】図14は本実施例を示すフローチャート図
であり、板厚情報・継手情報の入力201、溶接条件デ
ータベース202、標準条件提示203は図13の溶接
条件設定手段101の情報の流れに対応する。201は
溶接条件設定手段により入力される板厚情報・継手情報
である。202は溶接条件データベースであり、201
により入力された被溶接物の板厚情報・継手情報をもと
に板厚と継手形状に応じた標準的な溶接条件を提示す
る。標準条件提示203は溶接条件データベース202
によって提示される溶接条件である。熱伝導演算手段2
04は図13の温度分布演算手段102の情報の流れに
対応するものであり、提示された溶接条件203により
熱伝導演算を行う。ビード形状演算手段205は図13
のビード表面形状演算手段103の情報の流れに対応す
るものであり、熱伝導演算手段204から出力された温
度分布演算結果をもとにビード形状演算結果を出力す
る。ビード形状演算結果の表示手段206は図13のビ
ード形状表示手段104の情報の流れに対応するもので
あり、熱伝導演算手段204とビード形状演算結果20
5の演算結果をもとに母材内部の溶込みとビード表面の
表示を演算結果表示用ディスプレーに出力する。表示位
置変更の判断207、表示位置設定変更手段209は図
13のビード形状観察位置設定手段105の情報の流れ
に対応する。表示設定変更手段209は、演算結果の表
示位置を拡大/縮小、上下左右前後、回転の変更をリア
ルタイムで行う。表示位置変更の判断207、表示位置
設定変更209は図13の溶接条件変更手段106の情
報の流れに対応する。208は溶接条件設定変更の判断
である。210は溶接条件変更手段であり、溶接条件で
ある溶接電流、溶接電圧、溶接速度、トーチ角度を変更
し、ビード形状演算手段205で再度演算を行う。
【0020】図15は前記溶接条件設定手段により入力
される板厚情報・継手情報設定の一例を示すフローチャ
ートであり、図14の板厚情報・継手情報の入力201
の情報流れに対応する。 Step31 被溶接物板厚を前記溶接条件設定手段か
ら、オペレータに選択または入力を要求し設定する。 Step32 被溶接物外形寸法を前記溶接条件設定手
段から、オペレータに選択または入力を要求し設定す
る。 Step33 被溶接物継手形状を前記溶接条件設定手
段から、オペレータに選択または入力を要求し設定す
る。
【0021】図16は溶接条件データベース202の一
例を示すフローチャートであり、図14の溶接条件デー
タベース202の情報の流れに対応する。 Step41 図14の板厚情報・継手情報の入力20
1で設定された被溶接物板厚を入力する。 Step42 図14の板厚情報・継手情報の入力20
1で設定された被溶接物外形寸法を入力する。 Step43 図14の板厚情報・継手情報の入力20
1で設定された被溶接物継手形状を入力する。 Step44 Step41で設定された前記被溶接物
板厚、Step42で設定された前記被溶接外形寸法、
Step43で設定された前記被溶接物継手形状をもと
に、データベース中に蓄積された被溶接物に対する標準
溶接条件である溶接電流、溶接電圧、溶接速度を演算す
る。図25は標準条件提示画面1301を示している。
【0022】図17は標準条件の提示203の一例を示
すフローチャートであり、図14の標準条件提示203
の情報の流れに対応する。標準条件の提示の一例を説明
する。 Step51 Step44で演算された標準条件であ
る溶接電流、溶接電圧、溶接速度を提示する。
【0023】図18は熱伝導演算204の一例を示すフ
ローチャートであり、図14の標準条件提示204の情
報の流れに対応する。熱伝導演算の一例を説明する。 Step61 Step54で算出・入力されたパラメ
ータをもとに前掲の微分方程式1に従って反復演算を行
なう。 Step62 被溶接物温度分布演算結果を出力し、出
力結果はビード形状演算手段205で利用され、ビード
形状演算結果の表示206で表示される。図26は演算
中の経過状況をバーグラフと経過時間を数値で表示した
経過状況・時間表示画面1401の一例である。
【0024】図19はビード形状演算205の一例を示
すフローチャートである。図14のビード形状演算20
5の情報の流れに対応する。 Step71 熱伝導演算手段204のStep52で
演算された温度データを基に被溶接物継手部温度分布を
設定する。 Step72 Step61入力されたパラメータをも
とに前掲の微分方程式2に従ってビード表面形状演算を
行なう。 Step73 被溶接物継手部ビード表面形状演算結果
を出力する。
【0025】図20はビード形状演算結果の表示206
の一例を示すフローチヤートであり、図14のビード形
状演算結果の表示206の情報の流れに対応する。 Step81 ビード表面形状、溶込部分の表示設定値
である表示位置、表示角度、表示倍率を入力。 Step82 被溶接母材内部溶込部分の割り出しで設
定された被溶接物母材内部の溶融部分を設定・入力。 Step83 ビード形状演算205で演算したビード
表面形状データを入力。 Step84 形状演算結果の表示を縦断面、横断面、
表面鳥瞰図の形で表示する。図27は形状演算結果の表
示画面1501の一例を示す。
【0026】図21は表示位置変更207の一例を示す
フローチャートであり、図14の表示位置207の情報
の流れに対応する。 Step91 Step84の形状演算結果の表示設定
の変更をオペレータが判定。 Step92 Step101の溶接条件設定変更へ。 Step93 図14の表示設定変更209へ。
【0027】図22は条件設定変更208の一例を示す
フローチャートであり、図14の表示位置208の情報
の流れに対応する。 Step101 Step84の形状演算結果の溶接条
件の変更をオペレータが判定。 Step102 図14の溶接条件変更210へ。
【0028】図23は表示設定変更209の一例を示す
フローチャートであり、図14の表示位置209の情報
の流れに対応する。 Step111 ビード表面形状、溶込部分の表示設定
値である表示位置を入力。Step112 ビード表面
形状、溶込部分の表示設定値である表示角度を入力。S
tep113 ビード表面形状、溶込部分の表示設定値
である表示倍率を入力。Step114 Step11
1〜Step113で入力された表示設定条件を図14
のビード形状演算結果の表示116に伝達する。図28
は表示設定変更の入力画面1601の一例を示す。
【0029】図24は溶接条件設定変更210の一例を
示すフローチャートであり、図14の表示位置210の
情報の流れに対応する。 Step121 溶接条件設定値であるトーチ角度を入
力。 Step122 溶接条件設定値である溶接速度を入
力。 Step123 溶接条件設定値である溶接電流を入
力。 Step124 溶接条件設定値である溶接電圧を入
力。 Step125 Step111〜Step114で入
力された溶接条件を図14の熱伝導演算204に伝達す
る。図29は溶接条件変更の入力画面1701の一例を
示す。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の第1の解決
手段によれば、溶接に関する専門技術がなくても、被溶
接物接合部の品質が溶接施工前に判定できる。また、随
時接合部品質が確認でき、被溶接物の実物が不用になる
ため、品質確認工数の低減と品質確認用の供試材費用の
低減が可能となる。また、本発明の第2の手段によれ
ば、溶接に関する専門技術がなくても、被接合物の板
厚、継手形状を指定することによって、標準的な溶接条
件と溶接接合部予測断面形状を提示し、初級溶接作業者
が新たにトーチ角度条件等を変更することによって、溶
接条件の変化に伴う溶接接合部予測断面形状を何回でも
確認でき、熟練溶接作業者からの技能伝授と同等の教育
を溶接技能訓練装置で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実現する装置の全体構成図である。
【図2】本発明の実施例における情報の流れを示すブロ
ック図である。
【図3】最適溶接条件演算手段の一例を示すフローチャ
ートである。
【図4】熱伝導演算手段の一例を示すフローチャートで
ある。
【図5】溶込み表示手段の一例を示すフローチャートで
ある。
【図6】ビード表面形状演算手段の一例を示すフローチ
ャートである。
【図7】本発明の計算に用いる座標系を示す説明図であ
る。
【図8】ビード表面形状表示手段の一例を示すフローチ
ャートである。
【図9】温度分布演算結果記録手段と表面形状演算結果
記録手段の一例を示すフローチャートである。
【図10】継手部品質合否判定手段の一例を示すフロー
チャートである。
【図11】溶接開始手段の一例を示すフローチャートで
ある。
【図12】溶接条件補正手段の一例を示すフローチャー
トである。
【図13】本発明の実施例における情報の流れを示すブ
ロック図である。
【図14】本発明の実施例における処理の流れを示すフ
ローチャートである。
【図15】板厚・継手情報の入力手段の一例を示すフロ
ーチャートである。
【図16】溶接条件データベースの一例を示すフローチ
ャートである。
【図17】標準条件提示の一例を示すフローチャートで
ある。
【図18】熱伝導演算の一例を示すフロー−チャートで
ある。
【図19】ビード形状演算の一例を示すフローチャート
である。
【図20】ビード形状演算結果の表示の一例を示すフロ
ーチャートである。
【図21】表示位置変更の一例を示すフローチャートで
ある。
【図22】条件設定変更の一例を示すフローチャートで
ある。
【図23】表示位置設定変更の一例を示すフローチャー
トである。
【図24】溶接条件設定変更の一例を示すフローチャー
トである。
【図25】標準条件提示の一例の様子を示す図である。
【図26】演算中の経過状況をバーグラフと経過時間を
数値で表示する一例の様子を示す図である。
【図27】演算結果の一例の様子を示す図である。
【図28】表示設定変更の入力画面の一例を示す図であ
る。
【図29】溶接条件変更の入力画面の一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
11:ロボットコントローラ、12:ロボット機構部、
13:ティーチングペンダント、14:溶接トーチ、1
5:対象ワーク、16:対象ワーク固定冶具、17:溶
接機、18:シールドガスボンベ、19:ワイヤ送給装
置、110:ワイヤ収納部、21:最適溶接条件演算手
段、22:熱伝導演算手段、23:溶込み表示手段、2
4:ビード形状演算手段、25:ビード形状表示手段、
26:温度分布演算結果記録手段と表面形状演算結果記
録手段、27:継手部品質合否判定手段、28:溶接開
始手段、29:溶接条件補正手段101:溶接条件設定
手段、102:温度分布演算手段、103:ビード表面
形状演算手段、104:ビード形状表示手段、105:
ビード形状観察位置設定手段、106:溶接条件変更手
段、201:板厚情報・継手情報の入力、202:溶接
条件データベース、203:標準条件提示、204:熱
伝導演算、205:ビード形状演算、206:ビード形
状演算結果の表示、207:表示位置変更、208:溶
接条件設定変更、209:表示設定変更、210:溶接
条件変更、1301:標準条件提示画面、1401:経
過状況・時間表示画面、1501:演算結果表示画面、
1601:表示設定変更の入力画面、1701:溶接条
件変更の入力画面

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶接物の板厚と、外形寸法と、継手形
    状を含む被溶接物の情報を設定し、その情報に適した溶
    接電流、溶接電圧、溶接速度を含む溶接条件を演算する
    最適溶接条件演算手段を有する自動溶接装置において、 前記被溶接物の情報と前記溶接条件から、被溶接物の継
    手部における温度分布を演算する温度分布演算手段と、 少なくとも、前記被溶接物の情報と、前記溶接条件と、
    前記温度分布演算手段によって演算した温度分布演算結
    果とを記録する温度分布演算結果記録手段と、前記温度
    分布演算結果をもとに、少なくとも溶込み幅、溶込み深
    さ、溶込み形状を表示する溶込み表示手段と、 少なくとも、前記温度分布演算結果記録手段に記録され
    た被溶接物の情報と、溶接条件と、温度分布演算結果と
    から、溶融金属ビード表面形状を演算するビード表面形
    状演算手段と、 前記ビード表面形状演算手段によって演算した溶融金属
    ビード表面形状演算結果を記録するビード表面形状演算
    結果記録手段と、 前記ビード表面形状演算手段によって演算した表面形状
    演算結果を少なくとも、溶接接合部の横断面、縦断面、
    全体図で表示するビード表面形状演算結果表示手段と、 ビード表面形状表示において、ビード形状観察位置を任
    意位置からの視点で設定できる、ビード形状観察位置設
    定手段と、 前記ビード形状観察位置設定手段によって設定された位
    置から、少なくとも溶接接合部の全体図を表示する任意
    位置ビード形状表示手段と、 前記温度分布演算結果記録手段における被溶接物の継手
    部における温度分布から、被溶接物の継手部の品質合否
    判定する、継手部品質合否判定手段と、 前記継手部品質合否判定手段において、継手部品質合否
    判定の合格時に、前記温度分布演算結果記録手段に記録
    された溶接条件で自動的に被溶接物に溶接を開始する溶
    接開始手段と、 前記継手部品質合否判定手段において、継手部品質合否
    判定の不合格時に少なくとも溶接電流、溶接電圧、溶接
    速度である溶接条件を合格基準に補正する溶接条件補正
    手段と、 前記被溶接物の情報を設定時以前に、同様の被溶接物の
    情報と、温度分布演算結果記録と、ビード表面形状演算
    結果記録の存在の有無を判定する演算結果記録状況判定
    手段と、 前記演算結果記録状況判定手段により過去に演算記録有
    りと判定された場合は、被溶接物の継手部における温度
    分布演算結果記録を前記溶込み表示手段で表示し、ビー
    ド表面形状演算結果記録を前記ビード表面形状表示手段
    で表示することにより、前記温度分布演算時間手段によ
    る演算に要する時間と、前記ビード表面形状演算手段に
    よる演算に要する時間を省略する演算時間省略手段とを
    内蔵したことを特徴とする自動溶接装置。
  2. 【請求項2】 前記温度分布演算手段は、 被溶接物の板厚と、外形寸法と、継手形状とを含む被溶
    接物の情報を前記最適溶接条件演算手段により設定し、 前記被溶接物の情報に適した溶接条件に基づき、被溶接
    物の継手部内と表面における温度分布を熱伝導方程式の
    差分化した式を用いて演算するものであることを特徴と
    する請求項1記載の自動溶接装置。
  3. 【請求項3】 前記温度分布演算結果記録手段は、 前記被溶接物の情報に適した溶接条件と、請求項2の演
    算結果を、少なくとも磁気媒体装置、光磁気媒体装置、
    電子媒体装置の内、一つ以上の記録装置を用いて記録す
    るものであることを特徴とする請求項1記載の自動溶接
    装置。
  4. 【請求項4】 前記溶込み表示手段は、 少なくとも、請求項2の演算結果と前記最適溶接条件入
    力装置により設定された被溶接物の情報と、 前記最適溶接条件入力装置により設定された被溶接物の
    物理定数により、 溶込み幅と、溶込み形状に着目することにより、 請求項2で得られた被溶接物温度分布よりも緻密な温度
    分布を表示するものであることを特徴とする請求項1記
    載の自動溶接装置。
  5. 【請求項5】 前記ビード表面形状演算手段は、 少なくとも、請求項2の演算結果と 前記最適溶接条件入力装置により設定された前記被溶接
    物の情報と、 前記最適溶接条件入力装置により設定された被溶接物の
    物理定数により、 曲面方程式と最適化手法を用いることによって、溶融金
    属ビード表面形状を演算するものであることを特徴とす
    る請求項1記載の自動溶接装置。
  6. 【請求項6】 前記ビード表面形状演算手段における最
    適化手法は、 前記ビード表面形状演算において、解を演算する際に、
    演算内部において一変数探索法である黄金分割法か、フ
    ィボナッチ探索法か、二次補間法のうち、いずれか一つ
    以上を用いて曲面方程式を解くものであることを特徴と
    する請求項5記載の自動溶接装置。
  7. 【請求項7】 前記ビード表面形状演算結果記録手段
    は、 前記被溶接物の情報に適した溶接条件と、請求項5の演
    算結果を、少なくとも磁気媒体装置、光磁気媒体装置、
    電子媒体装置の内、一つ以上の記録装置を用いて記録す
    るものであることを特徴とする請求項1記載の自動溶接
    装置。
  8. 【請求項8】 前記ビード表面形状演算結果表示手段
    は、 少なくとも、請求項5の演算結果と、 前記最適溶接条件入力装置により設定された前記被溶接
    物の情報により、 少なくとも横断面図、縦断面図、三次元全体図を表示す
    るものであることを特徴とする請求項1記載の自動溶接
    装置。
  9. 【請求項9】 前記ビード形状観察位置設定手段は、 前記最適溶接条件入力装置により設定された視点情報に
    より、ビード表面形状観察の視点設置位置を決定するも
    のであることを特徴とする請求項1記載の自動溶接装
    置。
  10. 【請求項10】 前記任意位置ビード形状表示手段は、 少なくとも、前記被溶接物の情報と、 前記ビード形状観察位置設定手段により設定された視点
    情報により、 請求項8の三次元全体図を任意の視点から観察すること
    を可能にするものであることを特徴とする請求項1記載
    の自動溶接装置。
  11. 【請求項11】 前記継手部品質合否判定手段は、 少なくとも、溶接条件入力装置により設定された被溶接
    物の情報と、 前記ビード表面形状演算結果をもとに、 溶込み不足、融合不良、のど厚不足、アンダカット、オ
    ーバラップ、余盛り不足、余盛り過剰の現象のうち、少
    なくとも一つを推定し、被溶接物接合部の品質合否判定
    するものであることを特徴とする請求項1記載の自動溶
    接装置。
  12. 【請求項12】 前記溶接開始手段は、 前記温度分布計算結果記録手段に記録された、少なくと
    も、溶接電流、溶接電圧、溶接速度である溶接条件を用
    いて溶接を開始するものであることを特徴とする請求項
    1記載の自動溶接装置。
  13. 【請求項13】 演算結果記録状況判定手段は、 前記被溶接物情報を設定時に、同様の被溶接物情報が、
    前記温度分布演算結果記録と前記ビード表面形状演算結
    果記録に存在することの有無を検索・判定するものであ
    ることを特徴とする請求項1記載の自動溶接装置。
  14. 【請求項14】 前記溶接条件補正手段は、 前記継手部品質合否判定手段において、前記温度分布計
    算結果記録手段に記録されたデータと、前記溶接条件入
    力装置から設定された条件を用いて、 不合格の溶接条件を合格の条件に変換し、補正後の溶接
    条件を表示するものであることを特徴とする請求項1記
    載の自動溶接装置。
  15. 【請求項15】 前記演算時間省略手段は、 前記溶接条件入力装置から被溶接物の情報と溶接条件の
    設定時に、 前記温度分布演算結果記録手段と前記ビード表面形状演
    算結果記録手段に被溶接物の情報と溶接条件の合致事例
    がある場合、 前記温度分布演算結果記録手段に記録されている被溶接
    物の継手部における温度分布を前記溶込み表示手段で表
    示し、 前記ビード表面形状演算結果記録手段に記録されている
    溶融金属ビード表面形状を前記ビード表面形状演算結果
    表示手段で表示して、各演算を省き、表示までの時間短
    縮省略を図るものであることを特徴とする請求項1記載
    の自動溶接装置。
  16. 【請求項16】 被溶接物の板厚と、外形寸法と、継手
    形状を含む被溶接物の情報を設定し、その情報に適した
    溶接電流、溶接電圧、溶接速度、トーチ角度を含む溶接
    条件を提示する溶接条件設定手段を有す溶接技能訓練装
    置において、 前記被溶接物の情報と前記溶接条件から、被溶接物の継
    手部における温度分布を演算する温度分布演算手段と、 前記被溶接物の情報と前記溶接条件と前記温度分布演算
    結果から溶融金属ビード表面形状を演算するビード表面
    形状演算手段と、 前記表面形状演算手段によって演算した表面形状演算結
    果と前記温度分布演算手段によって演算した温度分布を
    溶接接合部ビード形状を横断面、縦断面、全体図で表示
    するビード形状表示手段と、 前記ビード形状表示においてビード形状観察位置を任意
    位置からの視点で設定できるビード形状観察位置設定手
    段と、 前記温度分布演算結果をもとに少なくとも溶込み幅、溶
    込み深さ、溶込み形状を変更するための溶接条件変更手
    段とを内蔵したことを特徴とする溶接技能訓練装置。
  17. 【請求項17】 前記温度分布演算手段は、 少なくとも被溶接物の板厚と外形寸法と継手形状である
    被溶接物の情報を前記溶接条件設定手段により設定し、 前記被溶接物の情報に適した溶接条件に基づき、被溶接
    物の継手部内と表面における温度分布を熱伝導方程式の
    差分化した式を用いて演算するものであることを特徴と
    する請求項16記載の溶接技能訓練装置。
  18. 【請求項18】 前記ビード表面形状演算手段は、 少なくとも、請求項17で得られる温度分布の演算結果
    と、 前記溶接条件設定手段により設定された前記被溶接物の
    情報と、 前記溶接条件設定手段により設定された被溶接物の物理
    定数により、 曲面方程式を用いることによって、溶融金属ビード表面
    形状を演算するものであることを特徴とする請求項16
    記載の溶接技能訓練装置。
  19. 【請求項19】 前記ビード形状表示手段は、 少なくとも、請求項18のビード表面形状演算演算結果
    と、 前記溶接条件設定手段により設定された前記被溶接物の
    板厚・継手情報により、少なくとも横断面図、縦断面
    図、三次元全体図を表示するものであることを特徴とす
    る請求項16記載の溶接技能訓練装置。
  20. 【請求項20】 前記ビード形状観察位置設定手段は、 前記溶接条件設定手段により設定された視点情報によ
    り、ビード表面形状観察の視点設置位置を決定するもの
    であることを特徴とする請求項16記載の溶接技能訓練
    装置。
  21. 【請求項21】 前記溶接条件変更手段は、 少なくとも、前記被溶接物の溶接条件であるトーチ角
    度、溶接電流、溶接電圧、溶接速度の変更により、 請求項17の温度分布演算の再計算を可能にするもので
    あることを特徴とする請求項16記載の溶接技能訓練装
    置。
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