JPH08118017A

JPH08118017A - 自動溶接装置

Info

Publication number: JPH08118017A
Application number: JP25786694A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakajima; 吉男中島; Nobuo Shibata; 信雄柴田; Hironari Kikuchi; 宏成菊池; Mitsuaki Haneda; 光明羽田; Akiyoshi Imanaga; 昭慈今永; Masahiro Kobayashi; 正宏小林; Takeo Uehara; 壮夫上原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1996-05-14
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JP3367227B2

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ビードの欠陥を検出する欠陥検出装置を有
する自動溶接装置において、溶接ビードの欠陥を良好に
検出することができる自動溶接装置を提供する。【構成】開先位置検出センサ７の情報に基づいて溶接ト
−チ４の溶接線倣い制御を行う溶接動作と、欠陥検出セ
ンサ８の情報に基づいて溶接ビードの欠陥を検知、表示
する欠陥検出動作から成る自動溶接装置において、溶接
動作と欠陥検出動作を時間的に分割して実行する統括制
御装置１７を備える。【効果】溶接後、走行台車をもとに戻すときに欠陥検出
を行うようにしたので、希望とする距離間隔で欠陥検出
を行うことが出来る。又、欠陥検出に溶接光が影響しな
いので、信頼性のある欠陥検出を行うことができる。さ
らに、溶接後しばらくして欠陥検出を行うので、溶接割
れなどの欠陥を確実に検出することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ビードの欠陥を検
出する欠陥検出装置を有する自動溶接装置に係り、特に
溶接ビードの欠陥を良好に検出することができる自動溶
接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】配管、圧力容器などの製作においては、
厚板の溶接を実施する必要があり、多層多パス溶接を行
う必要がある。また、これらの圧力容器、配管等は高温
高圧で使用される場合が多く、高い溶接品質レベルが要
求される。これらの高品質の溶接は、従来長い経験を積
んだ熟練した溶接士が割れなどの溶接欠陥の少ないＴＩ
Ｇ溶接で施工することにより実施されている。しかし、
ＴＩＧ溶接は他の溶接法に比べて溶接能率が低くコスト
の面で不利であることや、将来熟練した溶接士の確保が
困難になることが予想されることから、多層多パス自動
ＴＩＧ溶接装置の開発が必要とされている。

【０００３】従来の手動ＴＩＧ溶接においては、溶接士
が溶接熱による開先の変形などをみて溶接ト−チ位置を
最適位置に動かしている。そして、各パスの溶接終了毎
に溶接ビード形状や表面状況を目視にて確認し、開口し
たブローホール、溶接割れ、アンダーカット、オーバー
ラップ等の溶接欠陥の有無を調査し、溶接欠陥がなけれ
ば次パスの溶接を行うようにしている。この際、前述の
溶接欠陥が発見されればグラインダ等にて欠陥を除去す
る、あるいはワイヤを添加しない溶接によりビード形状
を修正する等の補修を行うこともある。

【０００４】これら溶接と溶接欠陥の調査を自動化した
例として、「ＴＩＧ溶接の視覚及び聴覚情報による状況
判断（その２）」（溶接学会全国大会講演概要集、第５
３集、p222〜223、'93-9）がある。

【０００５】上記従来例は、溶接電極の近くにＣＣＤ白
黒カメラとレーザスリット光源から成る溶接状況撮像装
置を設け、その溶接状況撮像装置によって、溶接直後の
開先幅、電極、ビード形状等をセンシングする。そし
て、その情報から開先倣いを行うと共に、ビード形状の
良否判断を行い、溶接を「そのまま実行」「溶接停止」
等を行う自動溶接装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は溶接を行いながら溶接欠陥の検出を行っているた
め、以下の問題点がある。

【０００７】1)欠陥検出を行うための処理内容が決まる
と、そのための処理時間が決まる。したがって、溶接を
行いながら溶接欠陥の検出を行うと、溶接進行方向の欠
陥検出間隔が溶接速度に依存することになる。このた
め、希望とする溶接進行方向の欠陥検出間隔を得ること
が出来ない。

【０００８】2)欠陥検出装置に溶接光が影響する。この
ため、欠陥検出装置の信頼性が低下する。

【０００９】3)溶接割れなどの欠陥は溶融池が凝固する
過程で生じる。また、溶融池が凝固すると開先の角変形
が生じる。このため、溶接割れなどの欠陥や角変形は溶
接直後のビード形状のセンシングでは検知することが出
来ない場合がある。

【００１０】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、溶接ビードの欠陥を良好
に検出することができる自動溶接装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次に示す自動溶接装置を提案する。

【００１２】すなわち、本発明の自動溶接装置は、溶接
電源と、溶接ト−チと、溶接ト−チを３次元的に駆動す
る走行台車と、上下軸駆動機構と、左右軸駆動機構と、
開先位置を検出する開先位置検出センサと、溶接ビード
の欠陥を検出する欠陥検出センサとを有し、開先位置検
出センサの情報に基づいて溶接ト−チの溶接線倣い制御
を行う溶接動作と、欠陥検出センサの情報に基づいて溶
接ビードの欠陥を検知、表示する欠陥検出動作を行う自
動溶接装置において、溶接動作と欠陥検出動作を時間的
に分割して実行する制御装置を備えたことを特徴とする
ものである。

【００１３】また、前記自動溶接装置において、前記制
御装置が、溶接時の進行方向と逆方向に走行台車を移動
させて欠陥検出動作を実行する制御装置であることを特
徴とするものである。

【００１４】

【作用】本発明の制御装置は、溶接動作と欠陥検出動作
を時間的に分割して実行するので、希望とする距離間隔
で欠陥検出を行うことが出来る。又、欠陥検出に溶接光
が影響しないので、信頼性の高い欠陥検出を行うことが
できる。さらに、溶接後しばらくして欠陥検出を行うの
で、溶接割れなどの欠陥を確実に検出することが出来
る。

【００１５】また、溶接後、走行台車をもとに戻すとき
に欠陥検出を行うようにすると、溶接と欠陥検出のスル
ープットの向上を図ることが出来る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳述する。

【００１７】図１乃至図２は本発明の自動溶接装置の一
実施例の構成を示す図であり、図１は本発明の自動溶接
装置の鳥瞰図であり、図２は制御盤１１の構成を示すブ
ロック図である。

【００１８】図１において、１は被溶接材、２は被溶接
材１に設置されたレ−ル、３はレ−ル２に取り付けられ
た走行台車である。４は溶接トーチ、５は左右軸駆動機
構であり、溶接トーチ４を左右方向（配管の長手方向）
に駆動する。６は上下軸駆動機構であり、溶接トーチ４
を上下方向（配管の半径方向）に駆動する。そして、上
下軸駆動機構６は走行台車３上に設置されている。７は
開先位置検出センサで、開先位置演算装置１４と一対で
開先位置を検出するものであり、例えば、特開平4-8310
5に述べられている光切断式センサ等である。

【００１９】８は欠陥検出センサで、欠陥検出演算装置
１５と一対で溶接後のビ−ド形状から溶接割れや開口し
たブロ−ホ−ルなどの溶接欠陥を検出するものであり、
例えば、ＣＣＤカメラや光切断式センサなどである。そ
して、開先検出センサ７、欠陥検出センサ８は左右軸駆
動機構５と同様に上下軸駆動機構６に設置されている。
９は溶接ワイヤであり、図示しないワイヤ駆動装置に
より、溶接ト−チ４の近傍に供給される。１０は溶接電
源、１１は制御盤であり、開先位置検出センサ７、欠陥
検出センサ８の情報に基づいて走行台車３、上下軸駆動
機構６、左右軸駆動機構５及び溶接電源１０を制御し、
自動で溶接を行うと共に、自動で溶接欠陥の有無を調査
する。１０１は制御盤１１と走行台車３などを結ぶ配
線、１０２は溶接電源１０と溶接ト−チ４を結ぶ配線で
ある。

【００２０】図２は制御盤１１の構成を示したものであ
る。

【００２１】図２において、１２は操作盤であり、開先
形状などの溶接条件や欠陥検出条件を入力する。１３は
パスプラン演算装置であり、与えられた溶接条件から多
層盛溶接の溶接パス毎の溶接ト−チ位置と溶接電流など
の目標値を演算する。１４は開先位置演算装置であり、
開先位置センサ７の情報に基づいて開先位置を演算す
る、１５は欠陥検出演算装置であり、欠陥検出センサ８
の情報を処理して、溶接欠陥の有無を調査する。１６は
走行台車３、左右軸駆動機構５、上下軸駆動機構６を制
御するト−チ駆動装置であり、統括制御装置１７からの
速度又は位置指令値に基づいて溶接ト−チ４の位置決め
を行う。１８はシ−ルドガス流量及び冷却水量の監視及
び制御を行うシ−ルドガス・冷却水制御装置であり、図
示しないシ−ルドガス及び冷却水用バルブへ信号を出力
する。

【００２２】１９は表示装置であり、自動溶接時のアー
ク電圧、アーク電流、溶接位置などの表示と溶接欠陥の
有無などを表示する。

【００２３】次に、図３を用いて、本発明の動作の一実
施例を説明する。

【００２４】図３の処理手順は統括制御装置１７の処理
内容である。

【００２５】まず、手順２０において操作盤１２より開
先形状や溶接電流などの溶接条件と欠陥検出間隔などの
欠陥検出条件を入力する。次に、手順２１によりパスプ
ラン演算装置１３へ開先形状や溶接条件を送り、パスプ
ランの演算開始を指令し、その演算が終了するまで待機
する。パスプラン演算の一例としては、特公平4-29473
がある。

【００２６】そして、パスプランの演算が終了したな
ら、手順２２に移り、パスプラン演算装置１３からパス
プラン演算結果を取り込み、記憶する。記憶装置には、
例えば溶接パス毎に走行台車３の速度目標値及び走行台
車３の位置に対応した溶接トーチ位置及び溶接電流の目
標値が記憶される。

【００２７】次に、手順２３で図示しないペンダントス
イッチにより、左右軸駆動機構５、上下軸駆動機構６を
動作させ、溶接トーチ４を開先の中心に位置決めし、そ
の位置を初期位置（零とする）とするとともに、その時
の開先位置の左右方向の検出値を初期値とする。パスプ
ラン演算で得られる溶接ト−チ位置の目標値は、初期位
置を零とした値である。

【００２８】そして、開先位置と溶接トーチ位置の初期
設定が完了したなら、処理は手順２４に移り、溶接パス
の番号を１にセットし、溶接動作の手順２５と欠陥検出
動作の手順２６を実行した後、手順２７で全パスの溶接
と欠陥検出動作が終了したか否か調査する。１回目は当
然ながら終了していないので手順２８で溶接パスの番号
をカウントアップし、処理は手順２５に移る。そして、
手順２５〜２８を繰り返して、パスプラン演算で得られ
た全パスの溶接と欠陥検出が終了すると、被溶接材１の
溶接と欠陥調査が終了となる。

【００２９】次に、溶接動作の手順２５の処理内容を図
４を用いて詳述する。

【００３０】まず、手順４０で走行台車３を設定された
速度で前進を開始させる。次いで、手順４１で走行台車
３の位置を取り込み、記憶装置からその走行位置に対応
する溶接トーチ位置の目標値及び溶接電流の目標値を取
り込む。次に、手順４３で開先位置演算装置１４から開
先位置の初期値と現在の検出値との差である開先位置の
ずれ量を取り込む。そして、手順４４で溶接トーチ位置
の目標値と開先位置のずれ量の加算を行い、その計算結
果を溶接トーチ位置の指令値とする。そして、手順４５
でその溶接トーチ位置指令値をトーチ駆動装置１６へ出
力する。これにより、溶接トーチ４は良好な溶接を行う
のに最適なところへ位置決めされる。

【００３１】次に、手順４６で溶接電流の目標値を溶接
電源１０へ出力する。溶接電源１０では目標値に合うよ
うに溶接電流を制御する。

【００３２】そして、手順４７で走行台車３の位置が溶
接終了位置に達したか否か調査し、もし、終了位置に達
していなければ処理は手順４１へ戻る。そして、手順４
１〜４７を繰り返して、走行台車３が溶接終了位置に達
したなら処理は手順４８へ移り、走行台車３が停止して
溶接動作が終了する。

【００３３】次に、欠陥検出動作の手順２６の処理内容
について図５を用いて詳述する。

【００３４】まず、手順５０で走行台車３を溶接時の進
行方向と逆方向に一定距離進める。次いで、欠陥検出演
算装置１５へ欠陥検出の開始を手順５１で指令する。そ
して、欠陥検出が終了したか否かを手順５２で調査し、
欠陥検出が終了したならば、手順５３で欠陥検出演算装
置１５から欠陥の位置、種類、大きさなどを取り込み、
記憶する。なお、欠陥の位置は、欠陥検出演算装置１５
からの欠陥の位置と走行台車３の位置とを加えた値と
し、絶対位置として記憶しておく。

【００３５】そして、手順５４で走行台車３が欠陥検出
終了位置に達したか否かを調査する。一回目は当然終了
していないので処理は手順５０に戻り、再度走行台車３
を一定距離進め、欠陥検出を行う。このようにして、手
順５０〜５４を繰り返した後、走行台車３の位置が欠陥
検出終了位置に達したならば手順５５に移り、欠陥が無
い場合は欠陥無しと表示装置１９に表示する。また、欠
陥が有った場合は欠陥の位置、種類、大きさなどを表示
装置１９に表示すると共に、その欠陥に対する処理、例
えば補修などをオペレータが行う。

【００３６】このように欠陥検出動作を構成することに
より、希望とする距離間隔で欠陥検出を行うことが出来
る。また、配管の溶接においては、図１の配線１０１、
１０２が有るため、溶接動作を行った後、必ず走行台車
３を元に戻す必要が有る。したがって、走行台車３が元
の位置に戻るときに欠陥検出動作を行うので、溶接と欠
陥検出のスループットの向上をはかることが出来る。

【００３７】なお、図１は被溶接材１として、配管の例
を示したが、被溶接材１が平板であっても、１パス終了
後、走行台車３が元の位置に戻る構成であれば、本発明
の主旨を外れるものではないことは明らかである。

【００３８】また、図４の溶接動作においては、溶接ト
−チ位置の目標値と開先位置のずれ量を加えた値を溶接
ト−チ位置の指令値とした。すなわち、開先位置の検出
場所は溶接ト−チ４の近傍として説明したが、溶接ト−
チ４の前方で開先位置のずれ量を検出、記憶しておき、
溶接ト−チが検出位置に達したら、記憶した検出値で溶
接ト−チ位置を補正する。いわゆる、遅延倣い制御を用
いても同様の効果が得られる事は明らかである。

【００３９】さらに、図５の欠陥検出動作においては、
走行台車３を一定距離進め、走行台車３を停止した後、
欠陥検出を行うと説明したが、希望とする間隔で欠陥検
出を行うことが出来る速度を求め、走行台車３を一定速
度で走行させながら欠陥検出を行っても良い。

【００４０】また、図３の動作の一実施例においては、
溶接パス毎に、溶接を終了後走行台車３が元に戻るとき
に欠陥検出動作を行ったが、溶接動作と欠陥検出動作を
時間的に分割する、例えば、「溶接動作→走行台車３を
もとに戻す→走行台車３を溶接と同じ進行方向にして欠
陥検出動作」と構成しても、本発明の主旨を外れるもの
ではない。

【００４１】本発明によれば、溶接動作と欠陥検出動作
を時間的に分割したので、希望とする距離間隔で欠陥検
出を行うことが出来る。

【００４２】また、欠陥検出に溶接光が影響しないの
で、信頼性の高い欠陥検出を行うことができる。

【００４３】また、溶接後しばらくして欠陥検出を行う
ので、溶接割れなどの欠陥を確実に検出することが出来
る。

【００４４】また、溶接後、走行台車をもとに戻すとき
に欠陥検出を行うようにすると、溶接と欠陥検出のスル
ープットの向上を図ることが出来る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、溶接動作と欠陥検出動
作を時間的に分割したので、欠陥検出に溶接光が影響せ
ず、溶接後しばらくして欠陥検出を行うので、信頼性の
高い欠陥検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動溶接装置の鳥瞰図である。

【図２】制御盤の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の動作の一例を示すフローチャートであ
る。

【図４】溶接動作の手順２５の処理内容を示すフローチ
ャートである。

【図５】本発明の欠陥検出動作の手順２６の処理内容を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…被溶接材、３…走行台車、４…溶接ト−チ、５…左
右軸駆動機構、６…上下軸駆動機構、７…開先位置検出
センサ、８…欠陥検出センサ、１０…溶接電源、１１…
制御盤、１２…操作盤、１４…開先位置演算装置、１５
…欠陥検出演算装置、１６…ト−チ駆動装置、１７…統
括制御装置、１９…表示装置、２５…溶接動作の手順、
２６…欠陥検出動作の手順。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 21/88 Ａ (72)発明者羽田光明茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者今永昭慈茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小林正宏茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者上原壮夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接電源と、溶接ト−チと、溶接ト−チを
３次元的に駆動する走行台車と、上下軸駆動機構と、左
右軸駆動機構と、開先位置を検出する開先位置検出セン
サと、溶接ビードの欠陥を検出する欠陥検出センサとを
有し、開先位置検出センサの情報に基づいて溶接ト−チ
の溶接線倣い制御を行う溶接動作と、欠陥検出センサの
情報に基づいて溶接ビードの欠陥を検知、表示する欠陥
検出動作を行う自動溶接装置において、溶接動作と欠陥
検出動作を時間的に分割して実行する制御装置を備えた
ことを特徴とする自動溶接装置。
【請求項２】前記制御装置が、溶接時の進行方向と逆方
向に走行台車を移動させて欠陥検出動作を実行する制御
装置であることを特徴とする請求項１記載の自動溶接装
置。