JPH05215510A - 溶接位置検出方法 - Google Patents

溶接位置検出方法

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JPH05215510A
JPH05215510A JP1892592A JP1892592A JPH05215510A JP H05215510 A JPH05215510 A JP H05215510A JP 1892592 A JP1892592 A JP 1892592A JP 1892592 A JP1892592 A JP 1892592A JP H05215510 A JPH05215510 A JP H05215510A
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welding line
welding
predetermined radius
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detecting means
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JP1892592A
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Inventor
Kenichi Kato
研一 加藤
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、少なくとも一方が所定半径で湾曲す
るコーナー部(R部分)を有する角柱状部材どうしを溶接
する継手部において、その角柱状部材どうし間の溶接線
の位置を検出するための溶接位置検出方法に関し、R部
分を有する角柱からなる溶接継手の溶接線位置を正確に
検出可能にして、R部分を有する角柱についての溶接作
業の自動化を実現できるようにすることを目的とする。 【構成】そこで、少なくとも一方が所定半径で湾曲する
コーナー部1aを有する角柱状部材1A,1Bどうしを
溶接するに際し、角柱状部材1A,1Bの表面位置を溶
接線6に直交する方向に沿って検出する位置検出手段2
をそなえ、位置検出手段2により、溶接線6の両側にお
ける各角柱状部材1A,1Bの平面位置をそれぞれ検出
し、コーナー部1aの所定半径Rと、位置検出手段2に
より検出された各角柱状部材1A,1Bの平面位置とに
基づいて溶接線6の位置を検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一方が所定
半径で湾曲するコーナー部(R部分)を有する角柱状部材
どうしを溶接する継手部において、その角柱状部材どう
し間の溶接線の位置を検出するための溶接位置検出方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動溶接機や溶接ロボット等に
おいては、精密な溶接作業を行なうために、その作業対
象であるワークの形状を認識して溶接線の位置を正確に
検出する必要がある。
【0003】そこで、従来、特開平3−32469号公
報,特開平3−32470号公報,特開平3−2041
78号公報,特開平3−207577号公報などに開示
されるように、光学式センサを用い作業対象ワークにレ
ーザ光等を照射することにより画像データを得てから、
その画像データに基づいてワークの形状を認識し溶接線
の位置を検出することが行なわれている。また、特開平
3−221267号公報などでは、始点から終点までの
溶接線の数点を予め教示しておいて溶接線の位置を決定
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
溶接位置検出手段は、継手部において、いずれもワーク
の表面が略直線(略平面)で構成された場合にのみ有効な
ものであり、曲線(曲面)を有して構成されるワークの溶
接継手についての溶接線位置の検出に適用することがで
きなかった。
【0005】例えば、住宅ユニットを構築する際には、
梁,柱など鉄骨製の角柱状部材を溶接したりして枠組み
を作る必要があるほか、このような枠組みのユニットを
連結してユニット住宅等を構築する際には、梁どうし,
柱どうしあるいは梁と柱どうしの溶接が必要になるが、
通常、このような角柱状部材のコーナー部は所定半径で
湾曲している場合が多く、その溶接作業を自動化するた
めには、R部分を有する角柱の表面形状を認識して溶接
線位置を正確に検出できるようにすることが望まれてい
る。
【0006】本発明は、このような課題を解決しようと
するもので、R部分を有する角柱からなる溶接継手の溶
接線位置を正確に検出可能にして、R部分を有する角柱
についての溶接作業の自動化を実現できるようにした溶
接位置検出方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1発明の溶接位置検出方法(請求項1)は、隣接す
る角柱状部材どうしを溶接するに際し、前記隣接する角
柱状部材の少なくとも一方が所定半径で湾曲するコーナ
ー部を有するものである場合に、前記角柱状部材どうし
間の溶接線の位置を検出する方法であって、前記隣接す
る角柱状部材の表面位置を前記溶接線に直交する方向に
沿って検出する位置検出手段をそなえ、前記位置検出手
段により、前記溶接線の両側における前記の各角柱状部
材の平面位置をそれぞれ検出し、前記コーナー部の所定
半径と、前記位置検出手段により検出された前記の各角
柱状部材の平面位置とに基づいて、前記溶接線の位置を
検出することを特徴としている。
【0008】また、第2発明の溶接位置検出方法(請求
項2)は、隣接する角柱状部材どうしを溶接するに際
し、前記隣接する角柱状部材の少なくとも一方が所定半
径で湾曲するコーナー部を有するものである場合に、前
記角柱状部材どうし間の溶接線の位置を検出する方法で
あって、前記隣接する角柱状部材の表面位置を検出する
位置検出手段をそなえ、前記位置検出手段により、前記
溶接線の始点側位置と終点側位置との2点の位置を検出
し、前記の始点側位置および終点側位置のそれぞれにお
いて、前記位置検出手段により、前記隣接する角柱状部
材の表面位置を前記溶接線に直交する方向に沿って検出
して前記溶接線の両側における前記の各角柱状部材の平
面位置をそれぞれ検出し、前記コーナー部の所定半径と
前記位置検出手段により検出された前記の各角柱状部材
の平面位置とに基づいて前記溶接線の位置を検出し、前
記の始点側位置および終点側位置と、これらの始点側位
置および終点側位置のそれぞれにおける前記溶接線の位
置とに基づいて、前記溶接線の位置をその全長に亘り決
定することを特徴としている。
【0009】さらに、前記位置検出手段により、前記コ
ーナー部上の少なくとも3点の位置を検出し、該3点の
位置に基づいて前記コーナー部の所定半径を求めてもよ
い。
【0010】
【作用】上述した本発明の溶接位置検出方法(請求項1)
では、位置検出手段により、溶接線の両側における各角
柱状部材の平面位置(肩高さ)がそれぞれ検出され、その
平面位置と角柱のコーナー部の所定半径とに基づいて、
溶接線の位置が検出(自動認識)される。
【0011】また、請求項2の方法では、まず、位置検
出手段により、溶接線の始点側位置と終点側位置との2
点の位置を検出する。そして、検出された始点側位置お
よび終点側位置のそれぞれの位置で、請求項1の方法と
同様にして、位置検出手段により、溶接線の両側におけ
る各角柱状部材の平面位置(肩高さ)をそれぞれ検出し、
その平面位置と角柱のコーナー部の所定半径とに基づい
て、溶接線の位置を検出(自動認識)する。この後、始点
側位置および終点側位置と、これらの各位置のそれぞれ
における溶接線の位置とに基づいて、溶接線の位置がそ
の全長に亘って検出・決定(自動認識)される。
【0012】さらに、角柱のコーナー部については、少
なくとも3点の位置が分かれば、その3点を通る円を求
めることができ、つまりはコーナー部の所定半径が求め
られる。従って、位置検出手段により、角柱のコーナー
部上の少なくとも3点の位置を検出することで、角柱の
コーナー部の所定半径を自動認識することもできる。
【0013】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明すると、図1〜図6は本発明の第1実施例としての溶
接位置検出方法(請求項1に対応)を示すもので、図1は
その方法を適用された装置の構成を示すブロック図、図
2はその装置の外観を模式的に示す斜視図、図3はその
位置センサによる検出データを説明するための図、図4
は本実施例における実際のワーク断面形状を示す図、図
5はその装置の動作を説明するためのフローチャート、
図6(a),(b)はその装置における溶接線検出のための
詳細な演算手順を説明するための図である。
【0014】図1,図2において、1A,1Bはいずれ
も所定半径Rで湾曲するコーナー部1aを有する角柱
(四角柱;角柱状部材)で、本実施例では、これらの角柱
1A,1Bをその長手方向に沿って隣接配置して相互に
溶接する際に、これらの角柱1A,1B相互間の溶接線
6の位置を検出しようとしている。また、1bは各角柱
1A,1Bの平面部で、2つの角柱1A,1Bは、その
平面部1bの一つが水平になるように隣接配置されてい
る。
【0015】なお、各角柱1A,1Bは、空洞の円柱に
対して四方から等しく圧力を加えることにより、角柱形
状に成形されたもので、四隅に所定半径Rのコーナー部
1aを有しているが、この所定半径Rは、元の円柱の板
厚が既知であれば得ることができるものであり、本実施
例では、このことを利用して所定半径Rが既知であるも
のとして、溶接線位置の検出を行なうものとする。
【0016】また、2は角柱1A,1Bの長手方向つま
り溶接線6の方向に直交する方向の検出線5に沿って角
柱1A,1Bの表面位置(高さ位置)を検出するための光
学式位置センサ(位置検出手段)で、この位置センサ2
は、図1に示すように、光(例えばレーザ光)を発光して
角柱1A,1Bの表面にスポット状に照射する発光部2
aと、この発光部2aから照射された後に角柱1A,1
Bの表面にて反射されてきた反射光を受光する受光部2
bとをそなえて構成されている。
【0017】そして、受光部2bにて得られた受光デー
タ、例えば光路差データ,反射光強度等に基づき、位置
センサ2と角柱1A,1Bの表面との距離が得られ、図
3に示すような検出データ(角柱1A,1Bの表面の高
さ位置データ)が求められるようになっている。
【0018】ここで、本実施例では、実際のワーク断面
形状は図4に示すようなものであるのに対して、図3に
示すようなデータが得られている。これは、角柱1A,
1B相互間において、図3に点線で示すある深さ以上の
位置では、角柱1A,1Bの表面からの反射光の光量が
不足し、位置検出不能となるためであり、そのために位
置P4とP7との間のデータは意味をなさない。なお、角
柱1A,1B相互間の距離(開先幅)が十分に大きけれ
ば、このような位置検出不能の部分は生じることはな
く、位置センサ2により図4に示したものと同様の検出
データを得ることができる。
【0019】さらに、3は位置センサ2を駆動するため
の駆動機構3で、この駆動機構3によって、図2に示す
ような検出線5に沿う角柱1A,1Bの表面位置が、位
置センサ2により走査・検出されるようになっている。
この駆動機構3は、位置センサ2自体を全体的に駆動す
るものであってもよいし、または、位置センサ2内部に
おいてミラー等を用い発光部2aからの光の照射方向を
変更するものであってもよい。
【0020】一方、4は位置センサ2に接続されこの位
置センサ2による検出データに基づいて演算を行ない角
柱1A,1Bの表面形状を認識するためのコンピュータ
で、肩高さ演算部4aと溶接線位置演算部4bとを有し
て構成されている。
【0021】肩高さ演算部4aは、位置センサ2にて検
出された角柱1A,1Bの平面部1bの高さ位置データ
を平均化することにより、水平に配置された各角柱1
A,1Bの平面部1bの高さ位置(肩高さ)を算出するも
のであり、溶接線位置演算部4bは、図5,図6にて詳
述するごとく、予め設定されている既知のコーナー部1
aの所定半径Rと、肩高さ演算部4aにて演算された各
角柱1A,1Bの肩高さとに基づいて、角柱1A,1B
相互間の溶接線6の位置を演算するものである。
【0022】次に、上述のごとく構成された本実施例の
装置による、角柱1A,1B相互間の溶接線6の演算・
検出プロセスを、図3,図5および図6により説明す
る。まず、本実施例では、角柱1A,1Bを溶接すべく
各角柱1A,1Bの平面部1bを水平にして隣接配置し
た状態で、その平面部1bに対して垂直に配置された位
置センサ2により、検出線5(溶接線6に直交する方向)
に沿って角柱1A,1Bの表面位置(高さ位置)を検出す
ることで、図3に示すような検出データを得る。ここ
で、図3に示すごとく、位置P3〜P5および位置P6
8の区間がR部分つまりコーナー部1aであり、その
他の部分は略直線の部分つまり平面部1bである。
【0023】そして、各角柱1A,1Bの平面部1b
(直線部分)である位置P1〜P2間の位置データおよび位
置P9〜P10間の位置データを、それぞれ肩高さ演算部
4aにより平均化することで、その平均値が、水平に配
置された各角柱1A,1Bの平面部1bの高さ位置(肩
高さ)として算出される(図5のステップA1)。
【0024】この後、溶接線位置演算部4bにおいて、
図6(a)に示すように、上述のように得られた各肩高さ
からそれぞれ所定高さh,h′だけ高さを減じた角柱1
A,1Bの表面上の位置を、それぞれ図6に示すように
4,P7を求め(図5のステップA2)、図6(b)に示す
ように、位置P7の鉛直下方で位置P4と同じ高さ位置P
7′を求めてから(図5のステップA3)、これらの位置
4とP7′との水平距離Dを求める(図5のステップA
4)。
【0025】ここで、本実施例では、前述した通り、各
角柱1A,1Bのコーナー部1aの所定半径Rは既知で
予め溶接線位置演算部4bに設定されているので、図6
(b)に示すように、所定半径Rから位置P3とP4との水
平距離cを減算することにより、位置P4とP5との水平
距離dが演算されるとともに、所定半径Rから位置P 7
とP8との水平距離c′を減算することにより、位置P6
とP7′との水平距離d′が演算される(図5のステップ
A5)。また、ステップA5で求められた水平距離d,
d′から、角柱1A,1B相互間のギャップ(開先幅)x
の大きさは、x=D−(d+d′)として求められる(図
5のステップA6)。
【0026】なお、図6(a),(b)には、左右の各角柱
1A,1Bの平面部1bの位置が異なる場合、つまり段
差が生じている場合が図示されている。また、ここで
は、各角柱1A,1Bのコーナー部1aの所定半径Rは
同じものとしているが、その所定半径は角柱1A,1B
毎に異なるものであってもよい。さらに、本実施例で
は、水平距離d,d′を、所定半径Rから水平距離c,
c′を減算して求めているが、各水平距離d,d′は、
それぞれh,h′と所定半径Rとから幾何学的に求める
こともできる。
【0027】以上のように求められた各算出値に基づ
き、各角柱1A,1Bの肩高さ,ギャップの大きさxお
よびその位置(開先形状)が求められ、これらの値を用い
て溶接線6の位置を正確に検出し自動認識することがで
きる。従って、R部分を有する角柱1A,1Bどうしの
継手部の溶接作業を自動化できる利点がある。
【0028】次に、図7〜図11により本発明の第2実
施例としての溶接位置検出方法について説明すると、図
7はその方法を適用された装置の構成を示すブロック
図、図8はその装置により溶接線の始点位置(もしくは
終点位置)を検出する際の状態の外観を模式的に示す斜
視図、図9(a),(b)はそれぞれその位置センサによる
溶接線の始点位置および終点位置の検出時のデータを示
す図、図10はその装置により検出された溶接線全長を
示す模式図、図11はその装置の動作を説明するための
フローチャートである。なお、既述の符号と同一の符号
は同一部分を示しているので、その説明は省略する。
【0029】図7に示すように、本実施例の装置も第1
実施例の装置と略同様に構成されているが、この第2実
施例の装置では、コンピュータ4に、位置センサ2から
の検出データに基づいて溶接線6の始点(始点側位置)お
よび終点(終点側位置)を検出する始点/終点検出部4c
がそなえられている。その他の部分は第1実施例と全く
同様に構成されているので、その説明は省略する。
【0030】始点/終点検出部4cは、図8に示すよう
に、位置センサ2を角柱1B(もしくは1A)の長手方向
の全長に沿って走査することにより得られる検出データ
の変化に基づいて、溶接線6の始点および終点(本実施
例では角柱1A,1Bの端面1c,1dの位置)を検出
するもので、図9(a)に示すような検出データの立上り
を検出した場合にはその立上り部を溶接線6の始点(端
面1c)として検出する一方、図9(b)に示すような検
出データの立下りを検出した場合にはその立下り部を溶
接線6の終点(端面1d)として検出するものである。
【0031】そして、本実施例の装置においては、第1
実施例にて前述した肩高さ演算部4aおよび溶接線位置
演算部4bによる溶接線検出動作が、前述した始点/終
点検出部4cにより始点および終点を検出した時点でそ
れぞれ実行されるようになっている。
【0032】上述の構成により、本発明の第2実施例で
は、まず、図8に示すように、位置センサ2を角柱1B
の端面1c側からこの角柱1Bの長手方向に沿って走査
させ、図9(a)に示すように、角柱1Bの存在による立
上りを位置センサ2にて検出した場合、始点/終点検出
部4cにより溶接線6の始点(端面1c)を検知したもの
と判断し(図11のステップB1)、この溶接線6の始点
における開先形状の検出・認識を行なう(図11のステ
ップB2)。このステップB2による開先形状の検出・
認識は、第1実施例と全く同様の手順により行なわれ
る。
【0033】ついで、位置センサ2をさらに角柱1Bの
長手方向に沿って走査させ、図9(b)に示すように、角
柱1Bが無くなったことによる立下りを位置センサ2に
て検出した場合、始点/終点検出部4cにより溶接線6
の終点(端面1d)を検知したものと判断し(図11のス
テップB3)、この溶接線6の終点における開先形状の
検出・認識を行なう(図11のステップB4)。このステ
ップB4による開先形状の検出・認識も第1実施例と全
く同様の手順により行なわれる。
【0034】このようにして、角柱1A,1B相互間に
おける溶接線6について、図10に示すように、始点位
置における開先幅両端位置と、終点位置における開先幅
両端位置との4点が検出され、これらの点を直線近似し
て始点側と終点側とを結ぶことにより、溶接線6の位置
がその全長に亘り検出・決定される(図11のステップ
B5)。
【0035】このように、本発明の第2実施例によれ
ば、第1実施例と同様に、溶接線6の位置を正確に検出
し自動認識でき、R部分を有する角柱1A,1Bどうし
の継手部の溶接作業を自動化できるほか、溶接線6の始
点と終点とを検知して、各点での開先形状を認識するこ
とにより、溶接線6の全長に亘る位置を正確に自動認識
できる利点もある。
【0036】なお、上記実施例では、各角柱1A,1B
のコーナー部1aの所定半径Rが既知であるものとして
いるが、角柱1A,1B相互間の距離(開先幅)が十分に
大きく、図3に示すような位置検出不能の部分が生じな
い場合には、各角柱1A,1Bのコーナー部1a上の少
なくとも3点の位置を位置センサ2により検出し、これ
らの3点の位置に基づいて、各角柱1A,1Bのコーナ
ー部1aの所定半径Rを自動認識してもよい。この場
合、コーナー部1aの所定半径Rを予め別途求めておく
必要がなくなり、作業の自動化をさらに進めることがで
きる。
【0037】また、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更
等があっても、本発明の範囲に含まれる。例えば、上記
実施例では、溶接すべく隣接配置された2つの角柱1
A,1Bのいずれにも所定半径Rのコーナー部1aが形
成されている場合について説明したが、図12に示すよ
うに、一方の角柱1CについてはR部分が無いものであ
ってもよい。この図12に示すような溶接は、例えば、
住宅ユニットを成す柱材に梁材を連結すべく、その柱材
にジョイントピース(R部分の無い角柱状部材)を溶接す
る場合である。
【0038】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の溶接位置
検出方法(請求項1)によれば、位置検出手段により、溶
接線の両側における各角柱状部材の平面位置をそれぞれ
検出し、その平面位置と角柱のコーナー部の所定半径と
に基づいて溶接線の位置を検出するように構成したの
で、R部分を有する角柱からなる溶接継手の溶接線位置
を正確に検出でき、その溶接作業の自動化を実現できる
効果がある。
【0039】また、請求項2の方法によれば、溶接線の
始点側位置と終点側位置とを検知して、各点での開先形
状を請求項1と同様の方法により認識することで、溶接
線の全長に亘る位置を正確に自動認識できる効果もあ
る。
【0040】さらに、位置検出手段により角柱のコーナ
ー部上の少なくとも3点の位置を検出することで、角柱
のコーナー部の所定半径を自動認識でき、所定半径を別
途求める必要がなくなり、溶接作業のさらなる自動化を
実現できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としての溶接位置検出方法
を適用された装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第1実施例の装置の外観を模式的に示す斜視図
である。
【図3】第1実施例の位置センサによる検出データを説
明するための図である。
【図4】第1実施例における実際のワーク断面形状を示
す図である。
【図5】第1実施例の装置の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。
【図6】(a),(b)は第1実施例の装置における溶接線
検出のための詳細な演算手順を説明するための図であ
る。
【図7】本発明の第2実施例としての溶接位置検出方法
を適用された装置の構成を示すブロック図である。
【図8】第2実施例の装置により溶接線の始点位置(も
しくは終点位置)を検出する際の状態の外観を模式的に
示す斜視図である。
【図9】(a),(b)はそれぞれ第2実施例の位置センサ
による溶接線の始点位置および終点位置の検出時のデー
タを示す図である。
【図10】第2実施例の装置により検出された溶接線全
長を示す模式図である。
【図11】第2実施例の装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
【図12】本発明の方法により溶接される角柱状部材の
形状変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1A〜1C 角柱(角柱状部材) 1a コーナー部 1b 平面部 1c,1d 端面 2 光学式位置センサ(位置検出手段) 2a 発光部 2b 受光部 3 駆動機構 4 コンピュータ 4a 肩高さ演算部 4b 溶接線位置演算部 4c 始点/終点検出部 5 検出線 6 溶接線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隣接する角柱状部材どうしを溶接するに
    際し、前記隣接する角柱状部材の少なくとも一方が所定
    半径で湾曲するコーナー部を有するものである場合に、
    前記角柱状部材どうし間の溶接線の位置を検出する方法
    であって、 前記隣接する角柱状部材の表面位置を前記溶接線に直交
    する方向に沿って検出する位置検出手段をそなえ、 前記位置検出手段により、前記溶接線の両側における前
    記の各角柱状部材の平面位置をそれぞれ検出し、 前記コーナー部の所定半径と、前記位置検出手段により
    検出された前記の各角柱状部材の平面位置とに基づい
    て、前記溶接線の位置を検出することを特徴とする溶接
    位置検出方法。
  2. 【請求項2】 隣接する角柱状部材どうしを溶接するに
    際し、前記隣接する角柱状部材の少なくとも一方が所定
    半径で湾曲するコーナー部を有するものである場合に、
    前記角柱状部材どうし間の溶接線の位置を検出する方法
    であって、 前記隣接する角柱状部材の表面位置を検出する位置検出
    手段をそなえ、 前記位置検出手段により、前記溶接線の始点側位置と終
    点側位置との2点の位置を検出し、 前記の始点側位置および終点側位置のそれぞれにおい
    て、前記位置検出手段により、前記隣接する角柱状部材
    の表面位置を前記溶接線に直交する方向に沿って検出し
    て前記溶接線の両側における前記の各角柱状部材の平面
    位置をそれぞれ検出し、前記コーナー部の所定半径と前
    記位置検出手段により検出された前記の各角柱状部材の
    平面位置とに基づいて前記溶接線の位置を検出し、 前記の始点側位置および終点側位置と、これらの始点側
    位置および終点側位置のそれぞれにおける前記溶接線の
    位置とに基づいて、前記溶接線の位置をその全長に亘り
    決定することを特徴とする溶接位置検出方法。
  3. 【請求項3】 前記位置検出手段により、前記コーナー
    部上の少なくとも3点の位置を検出し、該3点の位置に
    基づいて前記コーナー部の所定半径を求めることを特徴
    とする請求項1または2記載の溶接位置検出方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112388228A (zh) * 2020-11-25 2021-02-23 深圳市大富方圆成型技术有限公司 一种焊接治具和焊接系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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