JP2809449B2 - Multi-layer automatic welding control method - Google Patents
Multi-layer automatic welding control methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の曲面の接合により現われる溶接線を
対象とした多層盛自動溶接装置の制御方法に係り、特に
水車ランナなど複雑な形状を有する大型構造物の溶接に
好適な自動溶接制御方法に関する。The present invention relates to a method for controlling a multi-layer automatic welding apparatus for a welding line that appears by joining a plurality of curved surfaces, and particularly to a method for controlling a complicated shape such as a water turbine runner. The present invention relates to an automatic welding control method suitable for welding a large structure having the same.
従来から、第７図に示す水車ランナＲなどの複雑な形
状の金属構造物の製造は、一体鋳造、或いは分割鋳造に
よる製造法の独壇場であったが、近年、特に大型の水車
ランナなどの構造物の製造には個別部分の組立による製
造方法が適用されるようになってきた。Conventionally, the production of a metal structure having a complicated shape such as a water turbine runner R shown in FIG. 7 has been the sole method of production by integral casting or split casting. The manufacturing method by assembling individual parts has come to be applied to the manufacture of products.
ところで、このような複雑な形状の構造物の溶接で
は、例えば第７図（ａ）に示すように、水車ランナＲに
おいて、そのベーン１とクラウン２との接合部での被溶
接線17などのように、複数の曲面の接合部に現われ、開
先の形状や姿勢が溶接線に沿って変化している溶接線を
対象とした溶接技法が必要である。なお、この第７図に
おいて、同図の（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ同
図（ａ）におけるA,B,Cの各部における断面を表わした
図で、開先の姿勢が変化している様子が良く表わされて
いる。By the way, in the welding of a structure having such a complicated shape, for example, as shown in FIG. 7 (a), in a water turbine runner R, a welded line 17 at a joint portion between the vane 1 and the crown 2 is formed. As described above, it is necessary to use a welding technique for a welding line that appears at a joint of a plurality of curved surfaces and has a groove shape and attitude that changes along the welding line. In FIG. 7, (b), (c), and (d) show the cross sections of the parts A, B, and C in FIG. Is well represented.
そこで、このような複雑な開先形状となる任意形状の
曲面の接合を対象とした自動溶接技法についての提案が
種々見られるようになり、その例としては、例えば「開
先溶接倣い制御方法」と題する特開昭59−4975号公報の
開示を挙げることが出来るが、この公報による制御方法
では、第８図（ａ）に示すように、ITVカメラ（工業用
テレビカメラ）などの撮像装置20を用い、溶接母材21
a、21bの溶接線での溶接開先MNの画像データを信号処理
部30に取り込んで自動溶接の倣い制御を補正するように
なっていた。なお、23は照明器、31は溶接トーチ駆動装
置、32は溶接トーチであり、第８図（ｂ）は開先部分の
断面図である。In view of this, various proposals have been made for automatic welding techniques for joining curved surfaces of an arbitrary shape having such a complicated groove shape, for example, for example, a “groove welding contour control method”. The control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-4975 entitled "Imaging Device 20" such as an ITV camera (industrial television camera), as shown in FIG. Using the welding base metal 21
The image data of the welding groove MN at the welding lines a and 21b was taken into the signal processing unit 30 to correct the automatic welding copying control. In addition, 23 is an illuminator, 31 is a welding torch driving device, 32 is a welding torch, and FIG. 8 (b) is a sectional view of a groove portion.
上記従来技術は、多層盛溶接の適用について配慮がさ
れておらず、多層盛溶接を行う場合での画像データの２
値化処理時での輪郭線の異常検出に際して、及びビード
積層位置の変更、修正に必要な倣い制御の修正法が無
く、溶接装置のシフト機能などによる演算上の移動情報
だけによって多層盛溶接に対応出来るに過ぎないため、
上記した水車ランナなどのように、開先形状や開先姿勢
が溶接線に沿って変化している、いわゆる変形継手への
適用が困難で、簡単に溶接作業の変更などにも追従でき
ないという問題があった。In the above prior art, no consideration is given to the application of multi-pass welding, and two-dimensional image data in the case of performing multi-pass welding.
There is no correction method of copying control necessary for changing and correcting the bead stacking position when detecting abnormalities in the contour line at the time of the value processing, and multi-pass welding can be performed only by calculation movement information by the shift function of the welding equipment etc. Because it can only respond
Like the above-mentioned water turbine runners, the groove shape and groove attitude change along the welding line, so it is difficult to apply to so-called deformed joints, and it is not easy to follow changes in welding work etc. was there.
本発明の目的は、水車ランナなど、溶接により製造し
ようとした場合に多くの変形継手を対象とした溶接作業
を必要とする、大型複雑形状の構造物の自動溶接におい
て、簡単な段取り作業を要するだけで、容易に高精度で
安定た多層盛溶接が得られるようにした多層盛自動溶接
制御方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a simple setup operation in the automatic welding of a large and complicated-shaped structure that requires a welding operation for many deformed joints when manufacturing by welding, such as a water turbine runner. It is an object of the present invention to provide a multi-layer automatic welding control method capable of easily obtaining highly accurate and stable multi-layer welding.
上記目的は、被溶接物の溶接予定線の近傍に沿って移
動可能な撮像手段と、該撮像手段により上記溶接予定線
に沿って逐次撮像した画像データから順次開先の形状と
溶接ビードの形状を解析し、形状データ及び位置データ
を求めてゆくデータ処理手段とを備え、多層盛溶接の各
層の溶接工程毎に、その工程の直前での開先形状及び溶
接ビード形状の少なくとも一方を考慮した補正処理が施
されて行く方式の自動溶接制御方法において、 少なくともトーチ角、ウィービング条件、電気的溶接
条件の各データを外部から任意に書換可能なデータベー
スとして保持する手段と、 上記形状データ及び位置データを順次所定のデータと
して格納してゆく手段と、 上記メモリ手段から読出した形状データ及び位置デー
タと、上記データベースとして保持してある少なくとも
トーチ角、ウィービング条件、電気的溶接条件の各デー
タとに基づいて所定のティーチングデータを作成する作
成手段とを設け、 上記多層盛溶接の各層の溶接工程における溶接トーチ
部の移動制御が、上記ティーチングデータを用いて遂行
されてゆくようにして構成される。The above object is achieved by an imaging means movable along the vicinity of a scheduled welding line of an object to be welded, and a shape of a groove and a shape of a welding bead sequentially from image data sequentially imaged along the scheduled welding line by the imaging means. And a data processing means for obtaining shape data and position data, and for each welding process of each layer of multi-layer welding, at least one of a groove shape and a weld bead shape immediately before the process was considered. In an automatic welding control method of a system in which correction processing is performed, means for holding at least each data of a torch angle, a weaving condition, and an electric welding condition as a database which can be arbitrarily rewritten from the outside, and the shape data and the position data For sequentially storing data as predetermined data, shape data and position data read from the memory means, and stored as the database. Creating means for creating predetermined teaching data based on at least the torch angle, weaving conditions, and electric welding condition data, wherein movement control of the welding torch portion in the welding process of each layer of the multi-layer welding is performed. , Is performed using the teaching data.
まず、データ処理手段は、被溶接線に前工程で形成し
た既存の溶接ビードの形状認識を行い、その結果に基づ
いて次の工程における溶接層の溶接位置に関するずれ量
を補正するように働く。First, the data processing means recognizes the shape of the existing welding bead formed in the previous step on the line to be welded, and based on the recognition result, works to correct the amount of deviation in the welding position of the welding layer in the next step.
これにより、本発明による制御方法では、開先に対す
る最初の溶接ビード層（初層）から順次、最終層までの
各溶接ビード層のずれ及び変形に対して追従して行く動
作が与えられるため、誤動作の虞れがなく、簡単なティ
ーチングだけで充分に安定に高精度の多層盛溶接を自動
的に得ることが出来ると共に、溶接条件などによる溶接
姿勢の変更にも簡単な操作で容易に対応出来る。また、
この結果、本発明の制御方法では、周辺装置との通信機
能によるオフラインティーチング操作にも柔軟に対応す
ることが出来る。Accordingly, in the control method according to the present invention, an operation is provided that sequentially follows the displacement and deformation of each weld bead layer from the first weld bead layer (first layer) to the groove, to the last layer. There is no danger of malfunction, and high precision multi-pass welding can be obtained automatically and stably with simple teaching, and it is easy to respond to changes in welding position due to welding conditions, etc. with simple operations. . Also,
As a result, the control method of the present invention can flexibly cope with an offline teaching operation by a communication function with a peripheral device.
次に、ティーチングデータを作成する手段は、溶接パ
ラメータ一覧表に登録してあるパラメータを使用して溶
接が遂行されてゆくように働くので、蓄積された溶接ノ
ウハウが充分に活用出来、常に安定した溶接を容易に得
ることが出来る。Next, the means for creating teaching data works so that welding is performed using the parameters registered in the welding parameter list, so that the accumulated welding know-how can be fully utilized and always stable. Welding can be easily obtained.
また、データベースを保持する手段と、形状データ及
び位置データを順次所定のデータとして格納してゆく手
段は、溶接パラメータ一覧表に登録してあるパラメータ
が、撮像して取り込んだデータにより逐次書換えられて
ゆくように働くので、常に最良の条件での多層盛溶接が
自動的に得られ、溶接品質を容易に保つことが出来、さ
らに、この結果、類似した被溶接物の繰返しに際しては
ティーチング作業が不要に出来、或るいは簡略化出来
る。Further, the means for holding the database and the means for sequentially storing the shape data and the position data as predetermined data are such that the parameters registered in the welding parameter list are sequentially rewritten by the data captured and captured. As it works in a continuous manner, multi-layer welding under the best conditions is always automatically obtained and the welding quality can be easily maintained. As a result, no teaching work is required when repeating similar workpieces Or simplified.
以下、本発明による多層盛自動溶接制御方法につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。Hereinafter, a multi-layer automatic welding control method according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
第１図は本発明の一実施例が適用された自動溶接装置
のハード構成図で、溶接により製造すべき大型構造物と
して、上記した水車ランナＲを設定し、そのベーン１と
クラウン２との溶接に適用した場合について示したもの
で、この第１図においては、３はガイドレール、４はロ
ボット機構、５はスリット光源、６はTVカメラ、７は移
動操作盤、８は数値制御装置、９は溶接制御装置、10は
リモコンボックス、11はロボット移動架台、12は表示装
置（CRT）、13はティーチングプログラム作成装置、14
は画像処理装置、そして15は溶接トーチである。FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an automatic welding apparatus to which an embodiment of the present invention is applied. The above-described water turbine runner R is set as a large structure to be manufactured by welding. In FIG. 1, 3 is a guide rail, 4 is a robot mechanism, 5 is a slit light source, 6 is a TV camera, 7 is a moving operation panel, 8 is a numerical control device, and FIG. 9 is a welding control device, 10 is a remote control box, 11 is a robot moving stand, 12 is a display device (CRT), 13 is a teaching program creation device, 14
Is an image processing device, and 15 is a welding torch.
ガイドレール３は水車ランナＲのクラウン２の表面み
に取付けられるが、このとき、ベーン１とクラウン２と
の接合部、つまり溶接予定線の近傍で、それにほぼ並行
して位置するように段取りされる。The guide rail 3 is mounted only on the surface of the crown 2 of the turbine runner R. At this time, the guide rail 3 is set up so as to be located near the joint between the vane 1 and the crown 2, that is, in the vicinity of the scheduled welding line and almost parallel thereto. You.
ロボット機構４は溶接トーチ15を任意に位置決めし得
るように作られた５軸の多関節マニプレータ機構を備
え、ガイドレール３により保持され、このガイドレール
３に沿って図示の矢印Ｚ方向に任意に移動可能に構成さ
れている。The robot mechanism 4 includes a five-axis articulated manipulator mechanism configured to arbitrarily position the welding torch 15 and is held by the guide rail 3. It is configured to be movable.
TVカメラ６は、溶接トーチ15により溶接すべき開先部
分と、それにより形成された溶接ビード部分とを撮像
し、開先断面も含めた形状と溶接ビードの外観、スロッ
ト光源５によるスリット光の助けにより、輪郭画像とし
て撮像する働きをする。なお、このスリット光による撮
像技法は、いわゆる光切断法として周知の技法である。The TV camera 6 captures an image of the groove to be welded by the welding torch 15 and the weld bead formed by the welding torch 15, and the shape including the groove cross section and the appearance of the weld bead. With the help, it serves to capture as a contour image. The imaging technique using the slit light is a technique known as a so-called light cutting method.
第２図（Ａ）、（Ｂ）はロボット機構４の詳細を、ス
リット光源５とTVカメラ６の位置関係をも含めて示した
もので、この実施例では、上記したように、ロボット機
構の本体（マニプレータ）は５軸構成の多関節機構で構
成されている。なお、この第２図で、（Ａ）図は平面
図、（Ｂ）図は側面図である。2 (A) and 2 (B) show details of the robot mechanism 4 including the positional relationship between the slit light source 5 and the TV camera 6, and in this embodiment, as described above, The main body (manipulator) is composed of a five-axis multi-joint mechanism. 2 (A) is a plan view and FIG. 2 (B) is a side view.
まず、第２図（Ａ）で、Ｚ軸はガイドレール３の延長
方向であり、Ｘ軸は、Ｚ軸の進行方向によって任意に変
化するガイドレール３のひねり角を考慮したとき、各ひ
ねり角における値を修正することによって常に水平方向
を示す被溶接線17とガイドレール軸（Ｚ軸）との相対伸
縮距離を意味するベクトル軸となる。また、Ｙ軸は、第
２図（Ｂ）に示すように、上記Ｘ軸とＺ軸とに直角で、
被溶接線17のガイドレール３を基準としてＸ軸上での上
下のずれ量を表わすベクトル軸となる。First, in FIG. 2 (A), the Z axis is the extension direction of the guide rail 3, and the X axis is each twist angle when the twist angle of the guide rail 3 arbitrarily changed according to the traveling direction of the Z axis is considered. Is corrected, the vector axis becomes a vector axis meaning the relative expansion and contraction distance between the welded line 17 which always indicates the horizontal direction and the guide rail axis (Z axis). The Y axis is perpendicular to the X axis and the Z axis, as shown in FIG.
It is a vector axis representing the amount of vertical displacement on the X axis with respect to the guide rail 3 of the welded line 17.
スリット光源５は、被溶接線17の継手部をＺ軸回り
に、XY平面上の輪郭線を浮き上がらせるべく、直線状の
スリット光を照射する。そして、TVカメラ６は、このス
リット光により照射されている被溶接線17の継手部頂点
が撮像視野範囲の中央部になるように、Ｘ軸となす角度
がφをなすようにして取付けられている。すなわち、こ
のTVカメラ６は、角度φの方向から斜めに撮像した画像
データを取り込むことにより、強制的に画像を歪ませ、
本来２次元の画像から３次元の成分が取り出せるように
し、これにより各方向のベクトル成分が、画像データか
ら抽出出来るようにしている。The slit light source 5 irradiates a linear slit light in order to raise a contour line on the XY plane around the joint portion of the welded line 17 around the Z axis. The TV camera 6 is mounted such that the angle formed with the X axis forms φ so that the joint vertex of the welded line 17 irradiated by the slit light is located at the center of the imaging visual field range. I have. That is, the TV camera 6 forcibly distorts the image by capturing image data captured obliquely from the direction of the angle φ,
Originally, three-dimensional components can be extracted from a two-dimensional image, whereby vector components in each direction can be extracted from image data.
ロボット機構４のロボット本体（マニプレータ）は、
上記したように、５軸構成の多関節機構からなるが、こ
れらの軸は第１図、及び第２図から明らかなように、θ
１、θ２、θ３、α１、α２の各軸からなる。ただし、
ここでいう軸とは、回転中心をなす枢支軸のことでな
く、回動アームの意である。なお、第１図では、図示を
簡単にするため、例えば、往復円弧矢印θ１の如く、回
転軸を、その回動を表わす往復円弧矢印によって表現し
てある。The robot body (manipulator) of the robot mechanism 4 is
As described above, the multi-joint mechanism has a five-axis configuration, and these axes are, as apparent from FIGS. 1 and 2, θ
It consists of axes of 1 , θ 2 , θ 3 , α 1 , α 2 . However,
The axis referred to here is not a pivot shaft serving as a center of rotation, but a rotation arm. In the first figure, for ease of illustration, for example, reciprocating arc arrow theta 1 as the rotation axis, are expressed by reciprocating arc arrows represent the rotation.
これら多関節機構の各移動軸は、上記したように、ガ
イドレール３によってＺ軸方向に、つまり、被溶接線17
に沿って全体がほぼ並行に移動可能に構成されている
が、これらの軸についてさらに詳しく説明すると、これ
らは、まず、上記Ｚ軸を中心に回動する第１軸θ１と、
この第１軸のアーム先端部を中心に、この第１軸の軌道
と同一平面内で回動する第２軸θ２と、この第２軸のア
ーム先端部を中心にして、この第２軸の軌道と同一平面
内で回動する第３軸θ３とを備え、これらの軸により全
アームの姿勢が決定されるようになっている。As described above, the moving axes of these articulated mechanisms are moved in the Z-axis direction by the guide rails 3, that is, the welding lines 17.
Are configured so as to be able to move substantially in parallel along the axis. When these axes are described in more detail, first, they are a first axis θ 1 that rotates about the Z axis,
Around the arm tip portion of the first shaft, a second shaft theta 2 which rotates in an orbital flush with the first axis, around the arm leading end portion of the second shaft, the second shaft and a third shaft theta 3 to orbit and rotate in the same plane, so that the posture of the entire arm is determined by these axes.
更に、上記第３軸の先端部には、この第３軸のアーム
を中心にして曲げ振り動作する第４軸α１が、そして、
さらにこの第４軸の先端部には、この先端部を中心にし
た回動、つまり、ひねり動作をする第５軸α２がそれぞ
れ設けられており、この第５軸の先端部に溶接トーチ15
が取付けられているのである。Further, above the front end portion of the third shaft, the fourth shaft alpha 1 to arm swinging motion bent around a third axis, and,
More distal end of the fourth shaft, rotation centered the tip, i.e., the fifth axis alpha 2 for the twisting operation are provided respectively, the welding torch 15 to the distal end portion of the fifth shaft
Is installed.
従って、この実施例によれば、第１軸θ１及び第２軸
θ２のアームの姿勢と、第３軸θ３による曲げ、第４軸
α１による振り動作、それに第５軸α２によるひねり動
作のそれぞれの制御により溶接トーチ15の姿勢を完全に
特定することが出来る。Therefore, according to this embodiment, the posture of the arm of the first axis θ 1 and the second axis θ 2 , the bending by the third axis θ 3 , the swinging operation by the fourth axis α 1 , and the arm by the fifth axis α 2 The posture of the welding torch 15 can be completely specified by each control of the twisting operation.
そして、このときの各軸の回動角の制御は、数値制御
指令を解読する数値制御装置８により行われるが、この
ときに必要な溶接条件の設定は溶接制御装置９により行
われ、且つ、上記TVカメラ６により撮像された輪郭画像
データに基づいて画像処理装置14が、開先と溶接ビード
の形状を認識し、必要な補正処理を実行する。The control of the rotation angle of each axis at this time is performed by the numerical control device 8 that decodes the numerical control command. At this time, the setting of the welding conditions required is performed by the welding control device 9, and The image processing device 14 recognizes the groove and the shape of the weld bead based on the contour image data captured by the TV camera 6 and executes necessary correction processing.
また、この実施例では、ロボット機構４を小型、軽量
化し、ガイドレール３により溶接個所に誘導するように
構成してあるので、従来は水車ランナなど、狭隘部では
困難であった溶接の自動化が極めて容易になる。このと
き、ガイドレール３は調整機能を有するロボット移動架
台11に容易に接続できるように構成してあり、これによ
り、或る部分で多層盛溶接を終了したら、このロボット
移動架台11の上にロボット機構４を移し、切り離し作業
を行うだけで簡単に次の溶接部に移動させ、多層盛溶接
の続行が可能である。Further, in this embodiment, the robot mechanism 4 is reduced in size and weight, and is configured to be guided to a welding location by the guide rail 3, so that it is possible to automate welding which has conventionally been difficult in a narrow portion such as a water turbine runner. Extremely easy. At this time, the guide rail 3 is configured so that it can be easily connected to the robot mobile gantry 11 having an adjusting function. It is possible to easily move the mechanism 4 to the next welded portion simply by performing a separating operation, and to continue multi-layer welding.
さらに、この実施例によれば、移動操作盤７及びリモ
コンボックス10が設けてあるから、上記した操作を任意
の場所から行うことが出来、優れた操作性を容易に与え
ることが出来る。Further, according to this embodiment, since the moving operation panel 7 and the remote control box 10 are provided, the above-mentioned operation can be performed from any place, and excellent operability can be easily provided.
次に、TVカメラ６から取り込んだ画像データの解析処
理について説明する。Next, an analysis process of the image data captured from the TV camera 6 will be described.
上記したように、TVカメラ６は、角度φの方向から斜
めに撮像した画像データを取り込むことにより、強制的
に画像を歪ませ、本来２次元の画像から３次元の成分が
取り出せるようにし、これにより各方向のベクトル成分
が、画像データから抽出出来るようにしている。As described above, the TV camera 6 forcibly distorts the image by capturing the image data captured obliquely from the direction of the angle φ so that the three-dimensional component can be extracted from the originally two-dimensional image. Thus, the vector components in each direction can be extracted from the image data.
第３図（Ａ）は、第２図に示したTVカメラ６による撮
像視野14a内での画像を示したもので、この図から明ら
かなように、撮像した画像には歪みが含まれているの
で、まず、水平Ｈ及び垂直Ｖ方向の変換を行って、この
歪みを補正処理し、これにより第３図（Ｂ）に示すよう
な、一様分布の２次元画像を作成する。FIG. 3A shows an image in the field of view 14a of the image taken by the TV camera 6 shown in FIG. 2, and as apparent from this figure, the captured image contains distortion. Therefore, first, conversion in the horizontal H and vertical V directions is performed to correct this distortion, thereby creating a two-dimensional image having a uniform distribution as shown in FIG. 3 (B).
このときの水平Ｈ及び垂直Ｖの各方向成分は、第３図
（Ｃ）に示すように、代表点Ｑ（Ｈ、Ｖ）＝Ｑ（１、25
5）を基準とした場合に、基準点P0を決定するための手
段と、数値制御指令により求めることが出来る。The horizontal H and vertical V components at this time are represented by a representative point Q (H, V) = Q (1, 25) as shown in FIG.
5) when the reference and means for determining a reference point P 0, can be obtained by a numerical control command.
つぎに、この基準点P0と輪郭頂点（代表点）Ｑとは、
次式によりロボット機構４の多関節機構で指示される。Next, the reference point P 0 and the contour vertex (representative point) Q are
Instructed by the articulated mechanism of the robot mechanism 4 according to the following equation.
⇒OP＝⇒OQ＋⇒QP ……（１） ここで、⇒OPはベクトルOPを表わす。また、⇒OQは画
像範囲内における絶対位置を表わすベクトルで、⇒QPは
画像視野を設定した場合に生じる初期長さを表わすベク
トルである。⇒OP = ⇒OQ + ⇒QP (1) where ⇒OP represents the vector OP. Further, ⇒OQ is a vector representing an absolute position in the image range, and ⇒QP is a vector representing an initial length generated when an image field of view is set.
以上の関係を表にまとめたのが第４図の溶接パラメー
タ一覧表である。FIG. 4 is a welding parameter list that summarizes the above relationships in a table.
この溶接パラメータ一覧表は、大別すると、各ポイン
ト毎に管理されるティーチング情報（Ｉ）と、溶接ノウ
ハウ（II）、ロボット制御角情報（III）、それに位置
決め情報（IV）の４種類からなり、且つ、これらは、全
て共通パラメータ情報（Ｖ）によって管理されるように
なっているもので、多層盛溶接における各層毎の溶接に
関する層数（Ｋ）、位置ナンバー（Ｊ）、画像水平
（Ｈ）、画像垂直（Ｖ）の各パラメータと、溶接トーチ
の姿勢を決定するための前進角（Ｕ）、挾角（Ｔ）、溶
接条件（Ｗ）、ウィービング振幅（Ｌ）の各パラメー
タ、ロボット機構４の多関節機構の姿勢を決定するため
のNC指令値、第１腕（Ａ）、第２腕（Ｂ）、第３腕
（Ｃ）、曲げ腕（Ｅ）、回転腕（Ｆ）の各パラメータ、
それにガイドレール３による軸上での座標位置である水
平方向（Ｘ）、垂直方向（Ｙ）の各パラメータから構成
されている。This welding parameter list is roughly divided into four types: teaching information (I) managed for each point, welding know-how (II), robot control angle information (III), and positioning information (IV). These are all managed by common parameter information (V), and the number of layers (K), position number (J), image horizontal (H ), Image vertical (V) parameters, advance angle (U), included angle (T), welding conditions (W), weaving amplitude (L) parameters for determining the posture of the welding torch, robot mechanism NC command values for determining the posture of the multi-joint mechanism of No. 4, each of the first arm (A), the second arm (B), the third arm (C), the bending arm (E), and the rotating arm (F) Parameters,
Further, it is composed of parameters of a horizontal direction (X) and a vertical direction (Y) which are coordinate positions on the axis by the guide rail 3.
さらに、画像処理に著しい影響があるTVカメラの撮像
レンズの倍率と、多関節機構のNC制御指令値と撮像範囲
内における絶対位置との設定を図るためのロボット初期
値となる水平方向（Mvx）、垂直方向（Mvy）とにより設
定されるようになっている。Furthermore, the horizontal direction (Mvx) which is the initial value of the robot for setting the magnification of the imaging lens of the TV camera, which significantly affects image processing, the NC control command value of the multi-joint mechanism, and the absolute position within the imaging range , Vertical direction (Mvy).
この実施例によれば、この溶接パラメータ一覧表の中
で、層数、位置No、画像水平、画像垂直の各値は、上記
した手法により画像範囲の絶対位置を求めることにより
自動的に処理されるようになっているが、他方、溶接ト
ーチの前進角、挾角、溶接条件、それにウィービング振
幅などの値は、各溶接対象によって決定される、溶接ノ
ウハウとして与えられるものである。According to this embodiment, in this welding parameter list, the number of layers, position No., image horizontal and image vertical values are automatically processed by obtaining the absolute position of the image range by the above-described method. On the other hand, values such as the advancing angle, the included angle, the welding conditions, and the weaving amplitude of the welding torch are given as welding know-how determined by each welding object.
この溶接ノウハウは、各作業者の熟練度によってバラ
ツキを生じてしまうため、従来技術では安定した溶接を
得るのが困難であったが、この実施例によれば、上記し
たように、これらは溶接パラメータ一覧表として登録さ
れ、溶接制御に自動的に使用されるため、常に安定した
多層盛溶接を自動的に得ることが出来る。This welding know-how causes variations depending on the skill of each worker, so it was difficult to obtain a stable welding with the prior art. However, according to this embodiment, as described above, Since it is registered as a parameter list and is automatically used for welding control, a stable multi-layer welding can always be obtained automatically.
次に、上記した溶接パラメータ一覧表の構成及び内容
について、さらに第５図により説明する。Next, the configuration and contents of the welding parameter list will be further described with reference to FIG.
この溶接パラメータ一覧表を構成する溶接パラメータ
データベース（WELPRM,POL）は、この第５図に示すよう
に、大別すると、TVカメラ６からのデータにより登録さ
れるパラメータ（WRK,PiC）と、編集用CRT/KBから登録
されるパラメータ（WRK,CRT）と、TVカメラ及びカメラ
光学系によって決定されるパラメータ（WRK,CMR）、そ
れに、これらのパラメータから自動処理により生成され
るロボット制御角を登録するパラメータ（WRK,POS）
と、このロボット制御角での断面座標値を登録するパラ
メータ（WRK,XY）とからなる。As shown in FIG. 5, the welding parameter database (WELPRM, POL) constituting the welding parameter list can be roughly divided into parameters (WRK, PiC) registered by data from the TV camera 6 and editing. Register the parameters (WRK, CRT) registered from the CRT / KB for use, the parameters (WRK, CMR) determined by the TV camera and camera optical system, and the robot control angle generated by automatic processing from these parameters. Parameters (WRK, POS)
And parameters (WRK, XY) for registering the sectional coordinate values at the robot control angle.
TVカメラ６によって取り込まれたティーチング点群
は、画像処理装置14を介してパラメータ（K;層数、J:位
置No、H:水平位置、V:垂直位置）として登録される。The teaching point group captured by the TV camera 6 is registered via the image processing device 14 as parameters (K; number of layers, J: position No., H: horizontal position, V: vertical position).
また、上記のパラメータ群に対して各々の溶接条件パ
ラメータ（U:溶接トーチ前進角、T:トーチ挾角、W:溶接
条件、L:ウィービング振幅）を併せて登録し、TVカメラ
及びその光学系から決定されるパラメータによってロボ
ット制御角のパラメータ（A:アーム第１軸、B:アーム第
２軸、C:アーム第３軸、E:アーム曲げ軸、F:トーチ回転
軸、X:水平座標軸、Y:水平座標軸）を自動生成するシス
テムを働かせ、これらのパラメータを生成させる。そし
て、この生成のための解析が終了したら数値制御装置の
プログラムコードを生成し、この生成を完了後、それを
数値制御装置のNCメモリ領域に転送するのである。In addition, each welding condition parameter (U: welding torch advance angle, T: torch included angle, W: welding condition, L: weaving amplitude) is registered together with the above parameter group, and the TV camera and its optical system are registered. Parameters of the robot control angle (A: arm first axis, B: arm second axis, C: arm third axis, E: arm bending axis, F: torch rotation axis, X: horizontal coordinate axis, A system that automatically generates Y (horizontal coordinate axes) is activated to generate these parameters. Then, when the analysis for the generation is completed, the program code of the numerical control device is generated, and after completing the generation, it is transferred to the NC memory area of the numerical control device.
つぎに、以上の動作を第６図のフローチャートにより
説明する。Next, the above operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、ガイドレール３及びロボット機構４の段取りが
終了したら、ここでロボットの初期値の設定を行い（S
1）、続いて自動画像処理開先教示（S2）により全点に
ついての教示を実施し、それを完了させる（S3）。First, when the setup of the guide rail 3 and the robot mechanism 4 is completed, initial values of the robot are set here (S
1) Subsequently, teaching is performed for all points by automatic image processing groove teaching (S2), and the teaching is completed (S3).
こうして、全点についての自動画像処理開先教示が完
了したら、それを溶接パラメータ一覧表に登録し（S
4）、この設定パラメータから溶接条件パラメータを設
定する（S5）。When the automatic image processing groove teaching for all points is completed in this way, it is registered in the welding parameter list (S
4) The welding condition parameters are set from these setting parameters (S5).
次に、この溶接パラメータ一覧表に対してロボット制
御角演算処理を施し（S6）、数値制御装置のプログラム
コードを順次生成し、それからNCプログラムを自動生成
する（S7）。Next, a robot control angle calculation process is performed on the welding parameter list (S6), program codes for the numerical control device are sequentially generated, and then an NC program is automatically generated (S7).
このNCプログラム生成後、それを、データ転送用の回
線を使用して、数値制御装置のNCデータメモリの所定の
領域に登録する（S8）。After the generation of the NC program, it is registered in a predetermined area of the NC data memory of the numerical controller using the data transfer line (S8).
以後、数値制御装置のプレイバック動作のテスト運転
により溶接トーチの姿勢が適切に得られるか否かをS100
の処理により確認し、変更の必要が或る場合にはS4の処
理に戻る。Thereafter, it is determined in S100 whether the posture of the welding torch can be properly obtained by the test operation of the playback operation of the numerical controller.
The process is confirmed by the above process, and if there is a need to change, the process returns to S4.
変更の必要が無いときにはプレイバック自動溶接運転
に入り（S11）、この実施例による良好な自動溶接を得
るのである。なお、この第６図の処理で、S2からS8まで
の処理フローは溶接開先の認識に関するものであり、S1
からS11までの処理が多層盛溶接に関するものである。When there is no need to change, a playback automatic welding operation is started (S11), and good automatic welding according to this embodiment is obtained. In the process shown in FIG. 6, the process flow from S2 to S8 relates to the recognition of the welding groove.
Steps S11 to S11 relate to multi-layer welding.
上記実施例の場合のように、水車ランナのベーン１と
クラウン２の溶接作業では、その溶接線17に沿って、順
次開先の形状が変化し、溶接条件も変化する。また、ウ
ィービングパターンも変化する。As in the above embodiment, in the welding operation of the vane 1 and the crown 2 of the turbine runner, the shape of the groove changes sequentially along the welding line 17 and the welding conditions also change. Also, the weaving pattern changes.
従って、このような場合には、従来の技術では安定し
た溶接は不可能であった。Therefore, in such a case, stable welding was impossible with the conventional technique.
しかしながら、この実施例によれば、上記したよう
に、溶接パラメータ一覧表に登録してあるパラメータを
使用して溶接が遂行されてゆくので、蓄積された溶接ノ
ウハウが充分に活用出来、常に安定した溶接を容易に得
ることが出来る。However, according to this embodiment, as described above, the welding is performed using the parameters registered in the welding parameter table, so that the accumulated welding know-how can be fully utilized and always stable. Welding can be easily obtained.
また、この実施例によれば、TVカメラ６により取り込
んだデータにより溶接パラメータ一覧表に登録してある
パラメータが、逐次書換えられてゆくので、常に最良の
条件での多層盛溶接が自動的に得られ、溶接品質を容易
に保つことが出来る。Further, according to this embodiment, the parameters registered in the welding parameter table are sequentially rewritten according to the data taken in by the TV camera 6, so that multi-layer welding under the best conditions is always automatically obtained. The welding quality can be easily maintained.
そして、この結果、本発明の実施例によれば、類似し
た被溶接物の繰返しに際してはティーチング作業が不要
に出来、或るには簡略化出来ることになるという効果が
ある。As a result, according to the embodiment of the present invention, it is possible to eliminate the need for teaching work when repeating similar workpieces, and to simplify the teaching work.
これに対して、従来のティーチングプレイバック方式
の溶接ロボットなどでは、たとえ同一の被溶接物の場合
でも最初からティーチング作業を繰り返す必要があり、
その作業効率には大きな違いがある。On the other hand, in a conventional teaching playback type welding robot, it is necessary to repeat the teaching work from the beginning, even for the same workpiece.
There is a big difference in the work efficiency.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば直交型ロボットと視覚センサの組合せなど、
任意の構成により実施する場合でも、ロボット制御角演
算手段の変更でけで容易に対応可能である。In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, for example, a combination of an orthogonal robot and a visual sensor.
Even when the present invention is implemented by an arbitrary configuration, it can be easily coped with by changing the robot control angle calculation means.
また、本発明の実施例としては、従来の自動溶接装置
に対して変更や修正という形で実施することも出来、溶
接精度の大きな向上を容易に得ることが出来る。Further, as an embodiment of the present invention, the present invention can be implemented in a form of change or correction to a conventional automatic welding apparatus, and a great improvement in welding accuracy can be easily obtained.
更に本発明は、多層盛溶接に限らず、狭開先溶接に適
用して高精度の溶接を容易に得ることも可能であり、厚
板のすみ肉溶接や狭隘部溶接、或いは遠隔操作による溶
接にも適用可能なことは言うまでもない。Further, the present invention is not limited to multi-layer welding, and can be easily applied to narrow groove welding to easily obtain high-precision welding. Needless to say, it can be applied to
本発明によれば、TVカメラなどの撮像手段を用い、教
示点を自動的に検出してゆくようにしたので、ティーチ
ングが容易になり、且つ、溶接ノウハウも含めて各種の
パラメータを登録するようにしているので、多層盛溶接
作業や類似溶接作業が容易に安定して得らて、大型水車
のランナなど、大型構造物の多層盛溶接作業を行う場合
にも容易に、高品質の溶接ビードを生成することが出来
る。According to the present invention, the teaching point is automatically detected using an image pickup means such as a TV camera, so that teaching is facilitated, and various parameters including welding know-how are registered. High-quality welding bead can be obtained easily and stably when performing multi-layer welding and similar welding operations, and also when performing multi-layer welding of large structures such as runners of large turbines. Can be generated.
第１図は本発明による多層盛自動溶接制御方法の一実施
例が適用された自動溶接装置のハード構成図、第２図は
ロボット機構の一実施例を示す詳細説明図、第３図は画
像データ処理の説明図、第４図は溶接パラメータの説明
図、第５図は溶接パラメータデータベースの説明図、第
６図は動作説明用のフローチャート、第７図は被溶接物
の一例である水車ランナの説明図、第８図は従来例の説
明図である。 １……水車ランナのベーン、２……水車ランナのクラウ
ン、３……ガイドレール、４……ロボット機構、５……
スリット光源、６……TVカメラ、７……移動操作盤、８
……数値制御装置、９……溶接制御装置、10……リモコ
ンボックス、11……ロボット移動架台、12……表示装置
（CRT）、13……ティーチングプログラム作成装置、14
……画像処理装置、15……溶接トーチ、Ｒ……水車ラン
ナ。FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an automatic welding apparatus to which one embodiment of a multi-layer automatic welding control method according to the present invention is applied, FIG. 2 is a detailed explanatory view showing one embodiment of a robot mechanism, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of welding parameters, FIG. 5 is an explanatory diagram of a welding parameter database, FIG. 6 is a flowchart for explaining operation, and FIG. 7 is a water turbine runner as an example of an object to be welded. FIG. 8 is an explanatory view of a conventional example. 1 ... Vane of water turbine runner, 2 ... Crown of water turbine runner, 3 ... Guide rail, 4 ... Robot mechanism, 5 ...
Slit light source, 6 TV camera, 7 Moving operation panel, 8
Numerical control unit, 9 Welding control unit, 10 Remote control box, 11 Robot moving stand, 12 Display unit (CRT), 13 Teaching program creation unit, 14
... Image processing apparatus, 15 welding torch, R.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 孝志 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小松 順三 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 桜井 隆 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 平１−170583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−33064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−262463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 9/127 B23K 9/095──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Takashi Sugawara 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Inside the Hitachi Works, Hitachi, Ltd. (72) Junzo Komatsu 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor Takashi Sakurai 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (56) References JP-A 1-170583 (JP, A) JP-A-62-33064 (JP, A) JP-A-61-262463 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B23K 9/127 B23K 9/095
Claims (4)
可能な撮像手段と、該撮像手段により上記溶接予定線に
沿って逐次撮像した画像データから順次開先の形状と溶
接ビードの形状を解析し、形状データ及び位置データを
求めてゆくデータ処理手段とを備え、多層盛溶接の各層
の溶接工程毎に、その工程の直前での開先形状及び溶接
ビード形状の少なくとも一方を考慮した補正処理が施さ
れて行く方式の自動溶接制御方法において、 少なくともトーチ角、ウィービング条件、電気的溶接条
件の各データを外部から任意に書換可能なデータベース
として保持する手段と、 上記形状データ及び位置データを順次所定のデータとし
て格納してゆく手段と、 上記メモリ手段から読出した形状データ及び位置データ
と、上記データベースとして保持してある少なくともト
ーチ角、ウィービング条件、電気的溶接条件の各データ
とに基づいて所定のティーチングデータを作成する手段
とを設け、 上記多層盛溶接の各層の溶接工程における溶接トーチ部
の移動制御が、上記ティーチングデータを用いて遂行さ
れてゆくように構成したことを特徴とする多層盛自動溶
接制御方法。An imaging means movable along the vicinity of a scheduled welding line of an object to be welded, and a shape of a groove and a welding bead are sequentially determined from image data sequentially imaged along the scheduled welding line by the imaging means. A data processing means for analyzing the shape and obtaining shape data and position data is provided, and for each welding process of each layer of multi-layer welding, at least one of a groove shape and a weld bead shape immediately before the process is considered. Means for holding at least each data of the torch angle, weaving conditions, and electric welding conditions as a database that can be arbitrarily rewritten from the outside, and the shape data and the position. Means for sequentially storing data as predetermined data; shape data and position data read from the memory means; and holding as the database Means for creating predetermined teaching data based on at least the torch angle, weaving conditions, and data of the electric welding conditions, and controlling the movement of the welding torch portion in the welding process of each layer of the multi-layer welding, A multi-layer automatic welding control method characterized by being configured to be performed using the teaching data.
動可能にするための手段が、 該被溶接物の溶接予定線の近傍に沿って任意に設置可能
に形成されているガイドレールと、このガイドレール上
を走行可能に作られている走行機構とで構成されている
ことを特徴とする多層盛自動溶接制御方法。2. The invention according to claim 1, wherein the means for enabling the imaging means to move along the vicinity of the scheduled welding line of the workpiece is provided along the vicinity of the scheduled welding line of the workpiece. A multi-layer automatic welding control method, comprising: a guide rail formed so as to be arbitrarily mountable; and a traveling mechanism capable of traveling on the guide rail.
状を順次所定のデータとして格納してゆくメモリ手段を
設け、 このメモリ手段から読出したデータに基づいて制御基準
値が修正されてゆくように構成したことを特徴とする多
層盛自動溶接制御方法。3. The apparatus according to claim 1, further comprising a memory means for sequentially storing the groove shape and the weld bead shape determined from the image data as predetermined data, based on the data read from the memory means. A multi-layer automatic welding control method, wherein the control reference value is modified.
するためのティーチングデータの修正処理であることを
特徴とする多層盛自動溶接制御方法。4. The automatic multi-layer welding control method according to claim 3, wherein the process of correcting the control reference value is a process of correcting teaching data for controlling movement of the welding torch.
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|---|---|---|---|
| JP1287924A JP2809449B2 (en) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | Multi-layer automatic welding control method |
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