JP2008275482A

JP2008275482A - パス間温度測定装置及びパス間温度測定装置を使用した溶接方法

Info

Publication number: JP2008275482A
Application number: JP2007120289A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Nakanishi; 紀晶中西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】溶接パス間に溶接ロボットのアームの移動によってパス間温度測定装置が位置決めされ、溶接線から一定距離離れた計測位置における溶接直前及び直後の温度計測が可能であるパス間温度測定装置及びパス間温度測定装置を使用した溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接作業の直前に、溶接ロボットのアーム先端の溶接トーチ支持部に取り付けられ、アームの移動により、その計測方向が溶接線からこの溶接線に垂直方向に一定距離離れた位置に向かうように位置決めされ、この位置決めされた位置のワーク表面温度を計測するパス間温度測定装置によりワーク表面温度を計測し、この計測結果が管理規定値以下の場合は、連続して次パスの溶接を続行し、計測結果が管理規定値を超えている場合は、所定時間経過後、再度、１又は複数回温度計測を行い、計測結果が管理規定値以下になった時点で次パスの溶接を再開する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築用鉄骨柱等の溶接の際に使用されるパス間温度測定装置及びパス間温度測定装置を使用した溶接方法に関する。

建築基準法では、適用鋼種と溶接ワイヤとの組み合わせにより、パス間温度を２５０℃以下、又は、３５０℃以下に管理するよう規定している。よって、溶接ロボットシステムでは、パス間に溶接ロボットを一時停止させ、作業者が所定位置の温度を実測し、管理温度以下になっていることを確認する必要があり、溶接ロボットによる自動溶接の能率低下の原因となっている。

例えば特許文献１及び特許文献２に、建築用鉄骨柱の自動溶接方法が開示されている。建築用鉄骨柱としては、例えば、コラム柱、パイプ柱及び連結コラムコア等が挙げられる。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された技術は、溶接対象であるワークの表面温度（パス間温度）を管理及び記録するための工夫がなされておらず、溶接直前の温度を管理するためには、溶接ロボットの運転を一時停止させ、作業者が直接パス間温度を計測及び記録し、管理規定値を超えていた場合には、管理規定値以下になったことを確認した後、溶接ロボットを再スタートさせなければならない。このため、昼間に自動溶接運転を開始し、夜間に及んで自動溶接運転が継続する場合には、夜間も作業者がパス間温度を計測及び記録し、管理する必要があり、作業者が不在であれば、自動溶接運転を停止しなければならないという問題点がある。

パス間温度の管理方法に関する従来技術としては、例えば特許文献３が挙げられる。

特開平６−２８５６３７号公報特開２０００−７９４７１号公報特開２００５−４６８４８号公報

しかしながら、特許文献３に開示された技術は、作業者によるパス間温度計測を前提にしており、作業者が不在であれば、自動溶接運転を停止しなければならないという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接パス間に溶接ロボットのアームの移動によってパス間温度測定装置が位置決めされ、溶接線から一定距離離れた計測位置における溶接直前及び直後の温度計測が可能であるパス間温度測定装置及びパス間温度測定装置を使用した溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係るパス間温度測定装置は、溶接ロボットのアーム先端の溶接トーチ支持部に取り付けられ、溶接パス間に前記アームの移動により、その計測方向が溶接線からこの溶接線に垂直方向に一定距離離れた位置に向かうように位置決めされ、この位置決めされた位置のワーク表面温度を計測することを特徴とする。

パス間温度測定装置を溶接ロボットのアーム先端の溶接トーチ支持部に取り付け、溶接トーチのアーク点（溶接位置）とパス間温度測定装置の計測位置とを一定の距離及び角度を有するように固定することにより、溶接ロボットにパス間温度測定装置の計測位置を教示すれば、溶接ロボットで、この計測位置を高精度で位置決めすることができ、この計測位置のワーク表面温度を計測することで、溶接線から一定距離離れた計測位置における溶接直前及び直後の温度計測を行うことができる。

前記ワーク表面温度を計測する計測部は、非接触式の放射式温度センサであり、溶接中は前記センサがエアシールド又は他の手段により周囲からシールドされることが好ましい。

本発明に係るパス間温度測定装置は、前記ワーク表面温度の計測結果を記録及び保存する記憶部を有していてもよい。

本発明に係るパス間温度測定装置を使用した溶接方法は、溶接作業の直前に、パス間温度測定装置によりワーク表面温度を計測し、この計測結果が管理規定値以下の場合は、連続して次パスの溶接を続行し、前記計測結果が前記管理規定値を超えている場合は、所定時間経過後、再度、１又は複数回温度計測を行い、前記計測結果が前記管理規定値以下になった時点で次パスの溶接を再開することを特徴とする。

前記管理規定値は、２５０℃又は３５０℃を選択するか若しくは任意温度に設定することができることが望ましい。

本発明によれば、パス間温度測定装置を溶接ロボットのアーム先端の溶接トーチ支持部に取り付け、溶接トーチの溶接位置とパス間温度測定装置の計測位置とを一定の距離及び角度を有するように固定することにより、溶接ロボットにパス間温度測定装置の計測位置を教示すれば、溶接ロボットで、この計測位置を精確に位置決めすることができ、この計測位置のワーク表面温度を計測することで、溶接線から一定距離離れた計測位置における溶接直前及び直後の温度計測を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るパス間温度測定装置１が取り付けられた溶接トーチ支持部を有する溶接ロボットのアームの模式的正面図、図２は溶接時における溶接ロボットのアームの模式的正面図、図３はパス間温度計測時における溶接ロボットのアームの模式的正面図である。

本実施形態に係るパス間温度測定装置１は、図１に示すように、温度センサヘッド２及びカバー３を有している。図１乃至４に示すように、溶接ロボットの回動可能なアーム１４に設けられたトーチ取付金具４にトーチ取付金具５が連結され、このトーチ取付金具５にショックセンサ６が取り付けられ、このショックセンサ６に丸棒押さえ７によってトーチ取付台８がネジ止めされ、このトーチ取付台８にパワーケーブル（図示せず）を支持するバネ１３及びトーチ取付金具９がネジ止めされ、このトーチ取付金具９に、溶接トーチ１０を保持した状態でトーチクランプ１１及び１２によって構成される溶接トーチ支持部がネジ止めされている。そして、トーチクランプ１２には、パス間温度測定装置１のカバー３が共締めされている。これにより、本実施形態に係るパス間温度測定装置１が溶接ロボットの溶接トーチ支持部に取り付けられている。

図１に示すように、溶接トーチ１０のアーク点（溶接位置）とパス間温度測定装置１の計測位置とは一定の距離（図示例では１４６ｍｍ）及び一定の角度（図示例では３５°）を有するように固定されている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係るパス間温度測定装置１の動作について説明する。図２に示すように、溶接時は、溶接ロボットのアーム１４が移動し、溶接トーチ１０のアーク点（溶接位置）がワーク１５及び１６の溶接すべき部位に移動する。そして、溶接ロボットのアーム１４が溶接線方向に移動すると共に溶接トーチ１０のアーク点が溶接線に沿って移動する。

そして、溶接後、図３に示すように、溶接ロボットのアーム１４が回動し、パス間温度測定装置１が、その計測方向が溶接線からこの溶接線に垂直方向に一定距離離れた位置に向かうように位置決めされる。パス間温度測定装置１は、この計測位置のワーク表面温度を計測し、必要に応じてこの計測値を記録及び保存する。

本実施形態に係るパス間温度測定装置１は、溶接ロボットのアーム１４先端の溶接トーチ支持部に取り付けられ、溶接トーチ１０のアーク点とパス間温度測定装置１の計測位置とが一定の距離（図示例では１４６ｍｍ）及び角度（図示例では３５°）に固定されていることにより、溶接ロボットにパス間温度測定装置１の計測位置を予め教示しておくことで、パス間温度測定装置１の計測位置を精確に位置決めすることができ、この計測位置において、溶接直前及び直後の温度計測が可能である。

例えば、パス間温度測定装置が溶接トーチ支持部に取り付けられていない場合、溶接ロボットによってパス間温度測定装置の計測位置を位置決めする場合には、溶接トーチを温度測定装置と交換する作業が必要であり、ツール自動交換装置を使用したとしても、その交換動作時間内は温度計測ができない。また、ツール交換装置が必要であり、経済的ではない。

また、パス間温度測定装置を計測位置に移動させるときに溶接ロボットを使用しない場合、パス間温度測定装置を計測位置に移動させ、溶接時に退避させる等の動作を行う装置が別途必要になり、設備の大型化は避けがたく、経済的ではない。

また、ワークに固定してパス間温度測定装置を取り付ける場合、複数個の継手毎に都度パス間温度測定装置を取り付ける必要があるため、段取り時間がかかる。

また、ワークに直接熱電対等の接触式温度測定装置を取り付ける場合、ワークは回転しながら溶接されるため、ケーブル処理が困難である。また、開先近傍は溶接トーチとの干渉が発生するため、接触式温度測定装置の取り付け及び取り外しが必要になり、溶接作業の自動化の割合が減少する。また、接触式温度測定装置を溶接トーチと干渉しない位置に設置すると、開先から所定距離離れた（例えば３０ｍｍ以上）位置に設置することになり、高精度の温度計測ができない。

本実施形態に係るパス間温度測定装置１は、溶接ロボットのアーム１４先端の溶接トーチ支持部に取り付けられ、溶接トーチ１０のアーク点とパス間温度測定装置１の計測位置とが一定の距離（図示例では１４６ｍｍ）及び角度（図示例では３５°）に固定されていることにより、溶接ロボットにパス間温度測定装置１の計測位置を予め教示しておくことで、パス間温度測定装置１の計測位置を、パス間温度測定装置１の計測方向が溶接線から溶接線に垂直方向に一定距離離れた位置に正確に位置決めすることができ、この計測位置において、溶接直前及び直後の温度計測が可能であるため、上述の全ての問題点を解決することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、上述の本発明の第１実施形態に係るパス間温度測定装置１を使用した溶接方法の実施形態である。図４は本実施形態に係るパス間温度測定装置１を使用した溶接方法のフローを示す図である。

本実施形態に係るパス間温度測定装置１を使用した溶接方法は、図４に示すように、まず、ロボット溶接を開始する（ステップＳ１）。そして、予めオペレータにより溶接ロボットの設定部に設定された管理規定値、及び、管理規定値を超えている場合に再度温度計測を行うまでの所定時間の設定値を読み出す。管理規定値は、２５０℃又は３５０℃を選択するか若しくは任意温度に設定できる（ステップＳ２）。次に、溶接ロボットに温度計測時のパス間温度測定装置１の計測位置を教示し、温度計測姿勢にする実行プログラムを作成する（ステップＳ３）。そして、溶接後に溶接ロボットの実行プログラムによってアーム１４を回動させ、パス間温度測定装置１を計測位置に位置決めする。そして、パス間温度測定装置１によって温度計測を行い、この計測結果をパス間温度測定装置１の記憶部に記憶する（ステップＳ４）。ステップＳ４における温度計測の計測結果がステップＳ２で設定された管理規定値を超えている場合（ステップＳ５）、予め設定された所定時間経過後、再度温度計測を行う（ステップＳ４）。このようにして、ステップＳ４から繰り返す。ステップＳ４における温度計測の計測結果がステップＳ２で設定された管理規定値以下の場合（ステップＳ５）、前パス溶接終了から次パス溶接開始までの時間を記憶し（ステップＳ６）、次パスの溶接を再開する（ステップ７）。

これにより、従来技術において、作業者が溶接直前及び直後の温度を管理しなければならず、作業者が不在であれば、自動溶接運転を停止しなければならないという問題点を解決することができる。また、溶接直前の温度を管理するために、溶接ロボットの運転を一時停止させ、作業者が直接パス間温度を計測及び記録し、管理規定値を超えていた場合には、管理規定値以下になったことを確認した後、溶接ロボットを再スタートさせなければならないという問題点を解決することができる。

本発明の第１実施形態に係るパス間温度測定装置１が取り付けられた溶接トーチ支持部を有する溶接ロボットのアームの模式的正面図である。溶接時における溶接ロボットのアームの模式的正面図である。パス間温度計測時における溶接ロボットのアームの模式的正面図である。本発明の第２実施形態に係るパス間温度測定装置１を使用した溶接方法のフローを示す図である。

符号の説明

１；パス間温度測定装置
２；温度センサヘッド
３；カバー
４；トーチ取付金具
５；トーチ取付金具
６；ショックセンサ
７；丸棒押さえ
８；トーチ取付台
９；トーチ取付金具
１０；溶接トーチ
１１；トーチクランプ
１２；トーチクランプ
１３；バネ
１４；アーム
１５；ワーク
１６；ワーク

Claims

溶接ロボットのアーム先端の溶接トーチ支持部に取り付けられ、溶接パス間に前記アームの移動により、その計測方向が溶接線からこの溶接線に垂直方向に一定距離離れた位置に向かうように位置決めされ、この位置決めされた位置のワーク表面温度を計測することを特徴とするパス間温度測定装置。
前記ワーク表面温度を計測する計測部は、非接触式の放射式温度センサであり、溶接中は前記センサがエアシールド又は他の手段により周囲からシールドされることを特徴とする請求項１に記載のパス間温度測定装置。
前記ワーク表面温度の計測結果を記録及び保存する記憶部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパス間温度測定装置。
溶接作業の直前に、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパス間温度測定装置によりワーク表面温度を計測し、この計測結果が管理規定値以下の場合は、連続して次パスの溶接を続行し、前記計測結果が前記管理規定値を超えている場合は、所定時間経過後、再度、１又は複数回温度計測を行い、前記計測結果が前記管理規定値以下になった時点で次パスの溶接を再開することを特徴とするパス間温度測定装置を使用した溶接方法。
前記管理規定値は、２５０℃又は３５０℃を選択するか若しくは任意温度に設定することができることを特徴とする請求項４に記載のパス間温度測定装置を使用した溶接方法。