JPH07100646A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でかつ溶接不良の有無を溶接工程
中にリアルタイムで判断することができる溶接装置を提
供することを目的とする。 【構成】 ワ−ク１と溶接棒４とを相対的に移動させ、
ワ−ク１にア−ク溶接を施す溶接装置であって、上記溶
接棒４から溶接方向に沿う後方に所定寸法離間した位置
に配設され、上記ワ−ク１と相対的に移動し、上記ワ−
ク１に形成された溶接ビ−ド２の表面で反射するレ−ザ
Ｌを検知して上記溶接ビ−ド”の表面を検出するレ−ザ
距離センサ５と、ディジタルマルチリレ−７およびＡ／
Ｄ変換器８を介してこのレ−ザ距離センサ５に接続さ
れ、上記レ−ザ距離センサ５からの検出信号に基づいて
上記溶接ビ−ド２の高さを検出し、それにより溶接不良
の有無を判断等するコンピュ−タ９と、上記検出結果を
表示するモニタ−１０とを具備するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばワ−クにア−
ク溶接を施す溶接装置において、溶接検査を行うことが
できる溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】母材の試験、溶接棒の試験、溶接工の資
格検定などを行い、溶接作業の適正化を行っても、溶接
部に欠陥が発生しないとは保証されない。そこで、溶接
作業後に溶接部の検査が必要である。一般に、溶接検査
と称されているものがこれである。この溶接検査におい
ては、溶着金属部（溶接ビ−ド）の形状を調べる。

【０００３】溶接ビ−ド形状の不良としては、オ−バ−
ラップ、割れ、穴、膨らみ過大、膨らみ過少などがあ
る。オ−バラップは溶接の趾端の部分で母材と融合する
ことなく重なりの状態にあることを差している。突き合
わせ溶接の場合にも生じるが、すみ肉溶接の場合に生じ
やすく、溶接ビ−ド寸法の外見的な増大（膨らみ）とな
って現れ、応力の集中や腐食の促進等の弱点となる。

【０００４】また、割れや穴は応力集中の原因となる。
膨らみ過大についても応力集中の原因となる他、多層盛
りの場合各層の両裾の部分にスラグの巻き込みが起こり
不溶融部分ができやすい。また反対に極端に窪んだ（膨
らみ過少）溶接ビ−ドの場合は、のど圧、盛り肉の不足
を意味し強度が不足するため好ましくない。これらの溶
接不良は、運棒法、溶接電流、溶接速度の適性な選択に
より防ぎうるため、上記溶接ビ−ド形状の検査を行い、
これらの適正化を図る必要がある。

【０００５】従来、この溶接ビ−ド形状の溶接検査は、
作業者の目視によるか、または以下の方法により行って
いる。第１に、溶接ビ−ドの画像を取り込んで画素処理
をして記憶パタ−ンと比較する方法、第２に、Ｘ線の透
過映像から判断する方法、第３に、超音波検査方法を用
いる方法、第４に、溶接物をラインコンベアで暗室に導
入して上記溶接ビ−ドの蛍光探傷試験をする方法等があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の検査方
法には以下に説明する解決すべき課題がある。まず、作
業者の目視により行う方法では、溶接ビ−ドの高さ等を
正確に検出することができないと共に、測定にもばらつ
きが生じる。

【０００７】一方、作業者の目視に頼らない検査方法の
うち、第１の画像処理により行う方法は理想的な方法で
はあるが、光の当て方や立体的な形状を把握する方法に
よって判別の精度に違いが生じる等、開発途上の技術で
ある。

【０００８】第２のＸ線を用いる方法は、放射線の管理
区域を設ける必要がある等、管理と特別なスペ−スを必
要とするため好ましくない。第３の蛍光探傷の方法も蛍
光物の処理に多量の洗浄水等を用いる必要がある。ま
た、その様な検査や洗浄の工程とそのためのスペ−スを
設けなければならない。

【０００９】第４の場合は、溶接ビ−ドの一部について
の検査しか行えず、溶接ビ−ドの全長に亘る情報が得ら
れない。さらに、作業者の目視による検査方法および上
記第１〜第４の検査方法は、すべてのワ−クについての
溶接検査を行う場合には、検査に時間がかかり過ぎて製
品製造のタクトタイムが伸びて好ましくないため、抜き
取り検査により行うこととなる。

【００１０】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成でかつ溶接不良の有無を溶接工
程中にリアルタイムで判断することができる溶接装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、ワ−クと溶接棒とを相対的に移動させ、ワ−クにア
−ク溶接を施す溶接装置において、上記溶接棒の溶接方
向に対する後方にこの溶接棒から所定寸法離間した位置
に配設され、上記ワ−クと相対的に移動し、上記ワ−ク
に形成された溶接ビ−ドの表面で反射するレ−ザを検知
して上記溶接ビ−ドの表面を検出する溶接ビ−ド検出手
段と、この溶接ビ−ド検出手段からの検出信号に基づい
て溶接状態を判断する判断手段とを具備することを特徴
とする溶接装置である。

【００１２】第２の手段は、ワ−クと溶接棒とを相対的
に移動させ、ワ−クにア−ク溶接を施す溶接装置におい
て、上記溶接棒の溶接方向に対する後方にこの溶接棒か
ら所定寸法離間した位置に配設され、上記ワ−クと相対
的に移動し、上記ワ−クに形成された溶接ビ−ドの表面
で反射するレ−ザを検知して上記溶接ビ−ドの表面を検
出する溶接ビ−ド検出手段と、この溶接ビ−ド検出手段
からの検出信号に基づいて溶接状態を判断する第１の判
断手段と、上記ワ−クの上記溶接ビ−ドの形成されてい
ない部位の表面で反射するレ−ザを検知してワ−クの表
面を検出するワ−ク検出手段と、溶接ビ−ド検出手段と
検出手段からの検出信号に基づいて溶接状態を判断する
第２の判断手段とを具備することを特徴とするものであ
る。

【００１３】第３の手段は、第１の手段の溶接装置にお
いて、検出結果を表示する表示手段を設けたことを特徴
とするものである。第４の手段は、第２の手段の溶接装
置において、ビ−ド検出手段あるいはワ−ク検出手段、
若しくはその両方の検出結果を表示する表示手段を設け
たことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】このような構成によれば、ワ−クに形成された
溶接ビ−ドおよびワ−ク自体の表面を溶接工程中にリア
ルタイムで検出することで、このワ−クの溶接状態を判
断できると共に、上記検出結果を表示することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。まず、第１の実施例について説明する。図１
（ａ）中１は、この溶接装置で溶接を施すワ−クであ
る。このワ−ク１は、図２に示すように、例えば、板厚
３ｍｍの炭素鋼板を湾曲させて外径約１５０ｍｍ、長さ
約２００ｍｍの円筒を作り、板の合わせ目（上端に位置
する母線ｇ）に沿ってを溶接を施すものである。なお、
図中２は、溶接により成形された溶接ビ−ドである。

【００１６】この装置は、図示しないチャック機構によ
りこのワ−ク１を保持し、図１（ａ）に矢印（イ）で示
す方向に所定の速度で送り駆動するようになっている。
ワ−ク２の送り速度は例えば１０ｍｍ／ｓである。

【００１７】また、この装置は、電源３およびこの電源
３に接続された溶接棒４を具備する。この溶接棒４は、
上記ワ−ク１の移動にかかわらず常に一定の位置に保持
されるようになっていて、上記ワ−ク１が矢印（イ）で
示す方向に送り駆動されることで、このワ−ク１の母線
ｇに沿ってア−ク溶接を施すことができるようになって
いる。

【００１８】この溶接棒４から上記ワ−ク１の進行方向
に向かって所定距離離間した位置には、レ−ザ距離セン
サ５が設けられている。このレ−ザ距離センサ５は、溶
接ビ−ド２の表面で反射する反射レ−ザ光Ｌを検知する
ことで、上記溶接ビ−ド２の膨らみ高さを検出すること
ができるようになっている。

【００１９】また、このレ−ザ距離センサ５は、図示し
ないマイクロメ−タを介して保持され、このマイクロメ
−タを調整することで、上記レ−ザ距離センサ５と上記
ワ−ク１との離間距離を調整することができるようにな
っている。

【００２０】このレ−ザ距離センサ５は、このレ−ザ距
離センサ５からのアナログ信号を所定の計測タイミング
で取り出すディジタルマルチリレ−７を介してＡ／Ｄ変
換器８に接続されている。そして、このＡ／Ｄ変換器８
はこの装置を制御するコンピュ−タ９に接続されてい
る。したがって、上記レ−ザ距離センサ５から計測信号
はディジタル信号としてコンピュ−タに入力されるよう
になっている。

【００２１】なお、このレ−ザ距離センサ５を用いた測
定は、例えば、溶接開始信号がＯＮになってからＯＦＦ
になるまでの間８０００点／秒のデ−タを電圧±５Ｖ
（Ａ／Ｄ変換器分解能：４０９６）のレンジ収集する。
そして、上記コンピュ−タ９は電圧（Ｖ）をミリ（ｍ
ｍ）に変換して上記溶接ビ−ド２の高さを知るようにな
っている。

【００２２】以下、このコンピュ−タ９の機能を、この
装置の動作と共に説明する。まず、このコンピュ−タ９
には溶接作業、管理に必要な製品素材に関する寸法や表
面状況およびあらかじめ設定された溶接材料や添加ガス
並びに印加電流、溶接速度、運棒法、適当な作業を行え
る有資格作業者等の情報が入力される。

【００２３】また、溶接ビ−ド２の高さの上限値および
下限値も入力される。この溶接ビ−ド２の上限値および
下限値は、従来例の項で説明したオ−バラップ、膨らみ
過大、膨らみ過少等の不良を発見するために設定される
ものである。また、この装置は、これらの外形不良を細
かく観察することを通じて、気孔、スラグ巻き込み等の
内部不良を発見することも目的とする。

【００２４】また、この上限値、下限値は、上記ワ−ク
１の母線ｇに沿って、溶接開始端部、溶接中間部、溶接
終了部とに区切って設定される。例えば、溶接開始端部
や溶接終了端部で溶接ビ−ド２の高さの変動が激しい場
合には、製品として用いる溶接中間部のみに上限値およ
び下限値を設定するようにしても良い。

【００２５】上記コンピュ−タ９は、これらの情報に基
づいて上記ワ−ク１を駆動し、ワ−ク１のア−ク溶接を
行うと共に、上記レ−ザ距離センサ５で溶接ビ−ド２の
高さ寸法の測定を行う。

【００２６】上記コンピュ−タ９は、上記溶接ビ−ド２
の高さ測定の結果を、上記溶接開始端部、溶接中間部、
溶接終了部に別けて記録し、それらについて別々に上限
値、下限値の判断を行う。そして、測定値が上限値ある
いは下限値を越える場合には、警報を発して溶接作業を
停止させるようにする。

【００２７】作業者は、不良項目（オ−バラップ、割
れ、穴、膨らみ過大、膨らみ過少等）を入力すると共
に、不良の状況に応じて、溶接条件等の再設定を行う。
例えば、オ−バラップは、運棒法、溶接電流、溶接速度
等の適性な選択により防ぎ得る。上記コンピュ−タ９
は、再入力された条件を記録し、その条件に基づいて溶
接を続行するようにする。なお、再入力直後の溶接はテ
スト溶接（SAMPLE）として処理される。

【００２８】また、このコンピュ−タ９は、記録された
情報から、個々のワ−ク１の溶接ビ−ド２の高さの平均
値や、設定値を越えた件数を演算記録し、溶接に関する
統計情報を出力する。作業者は、この統計情報に基づい
て溶接品質に関する統計管理を行うことができる。

【００２９】このコンピュ−タ９は、上述したような作
業を効率的に行うために、必要に応じて以下の品質デ−
タを作業条件と共にモニタ−（図に１０で示す）（表示
手段）に表示する。

【００３０】第１に、図３に示すように、個々のワ−ク
１毎の溶接開始点から終了点までの溶接ビ−ド高さ寸法
の変動をリアルタイムで表示する。作業者は、この画面
を見ることで、溶接ビ−ド高さ変動を知ることができ
る。なお、図１（ａ）は、縦軸に高さ変動を示す電圧の
変化を横軸に時間をとって表したものであり、同図
（ｂ）は、縦軸に上記電圧を高さ寸法（ミリ）に変換し
て示し、横軸にワ−クの移動距離をとって表したもので
である。

【００３１】第２に、テスト溶接、本番溶接の区別を表
示する。例えば、溶接条件を変更した直後の溶接はテス
ト溶接（SAMPLE）とされる。第３に、上限値および下限
値の表示と良不良の判別を表示する。設定した上限値と
下限値を越えた場合に、不良であることが自動的に表示
される。

【００３２】第４に、通算製造個数と通算良品数、不良
品数が表示される。このことにより溶接作業の品質およ
び良品数を一目で判断することができる。第５に、日付
別、機種別、ロット別生産数と歩留りを表示する。

【００３３】第６に、日付別、機種別、ロット別不良項
目別数の表示並びに上限値、下限値に対する偏差量（ば
らつき等）を表示する。すなわち、不良項目とは、オ−
バラップ、割れ、穴、溶接ビ−ド膨らみ過大、過少等で
あるが、これらは、上述したように、上記溶接ビ−ド２
の高さから判断し、作業者が入力する。また、設定され
た上限値、下限値に対するばらつきより、溶接の品質変
化の傾向を知ることができる。

【００３４】第７に、日付別、機種別、ロット別、溶接
開始端部、中間部、終了端部別の溶接ビ−ドの高さ寸法
の最大値、最小値、平均値のプット表示を行う。その製
品に対する溶接開始部、中間部および終了端部の溶接品
質のばらつきを知ることができる。

【００３５】第８に、日付別、機種別、ロット別、溶接
ビ−ド形状のリアル表示のリプレイ。すなわち、図３
（ｂ）の示すような溶接ビ−ド２のリアル表示を日付
別、機種別、ロット別に分けて、再度表示することがで
きる。

【００３６】第９に、その他の情報、例えば電極の履歴
（交換時期、研磨時期、研磨回数）等、作業者が入力し
た情報をまとめて表示する。このような構成によれば、
以下に説明する効果がある。

【００３７】第１に、溶接作業中に溶接検査を行うこと
ができ、かつ作業者の目視にたよらず、また、抜き取り
検査によるのではなく、すべてのワ−ク１を検査するこ
とができる。

【００３８】すなわち、溶接終了後ではなく、溶接作業
中にリアルタイムで検査を行うことができるので、検査
工程が省略でき、溶接作業が簡略化する。また、抜取り
検査による場合には、溶接品質にばらつきがあるので、
正確な検査を行うことができず、不良品が良品として出
荷されることがあるが、この装置によれば、すべてのワ
−ク１を検査することができるので、正確な検査を行う
ことができる。

【００３９】第２に、溶接作業中に画像処理装置を用い
て精密な検査を行う場合には、装置が高価であり、装置
の取扱いも難しいが、上述した装置では、構成はレ−ザ
距離センサ５とデジタルマルチリレ−７、Ａ／Ｄ変換器
８を用いるのみで簡単であり、比較的安価である。

【００４０】第３に、Ｘ線による検査装置による場合に
は、管理区域等のスペ−スを必要としていたが、この装
置では、レ−ザ距離センサ５は上記ディジタルマルチリ
レ−７と合わせても約２００×２００×２００ｍｍ程度
の大きさであり小型でスペ−スをあまり必要としない。

【００４１】第４に、この装置では、レ−ザ距離センサ
５は、ワ−ク１と離間して設けられているので、接触式
の高さ検査装置のように磨耗や破損の心配が少ない。ま
た接触条件等の管理も必要ない。

【００４２】第５に、蛍光探傷方法と比較した場合、こ
の方法で必要だった洗浄工程や公害廃棄物が生じること
が有効に防止され、より良い環境で検査および溶接作業
を行うことが可能である。

【００４３】第６に、上述した装置においては、溶接ビ
−ド２の表面の検出しか行わないが、溶接ビ−ド２の形
状のリアル表示を行って細かく検査測定を行うと共に、
発生した不良の統計をとることから、上記溶接ビ−ド２
の表面の変動のみで溶接不良の大部分を検出することが
でき、結果として、上述した検査方法同等あるいはそれ
以上の効果をあげることができる。

【００４４】次に、第２の実施例について説明する。た
だし、上記第１の実施例と同一の構成要素についてはす
でに説明したので、同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００４５】この第２の実施例は、図４に示すように、
上記第１の実施例に設けられていた溶接ビ−ド検出手段
としてのレ−ザ距離センサ５の他に、上記ワ−クの上記
溶接ビ−ドの形成されていない部位の表面を検出するワ
−ク検出手段としてのレ−ザ距離センサ５´を設けたも
のである。

【００４６】この２つのレ−ザ距離センサ５、５´は上
記ワ−ク１の中心軸に対する同心円上に配設されたもの
である。また、これら２つのレ−ザ距離センサ５、５´
は共に上記コンピュ−タ９（判断手段）に接続されると
共に、それらによる検出結果はモニタ−１０（表示手
段）に表示されるようになっている。

【００４７】上記コンピュ−タは、両者により検出され
る距離の差により、上記溶接ビ−ド２の高さを算出する
ようにし、そのことに基づいて溶接状態について上記第
１の実施例と同様の判断を行う。

【００４８】この第２の実施例によれば、上記２つのレ
−ザ距離センサ５、５´による検出結果の相対値を用い
たから、上記溶接ビ−ド２の高さをより正確に検出する
ことができ、このことにより溶接状態の判断を良好に行
える効果がある。

【００４９】なお、この第２の実施例の場合、上記溶接
ビ−ド２の高さを正確に検出するためには、上記各レ−
ザ距離センサ５、５´が、上記ワ−ク１の中心軸を中心
とする同心円上に正確に配置されている必要がある。

【００５０】しかし、このレ−ザ距離センサ５、５´の
位置関係の調整は、非常に困難である。そこで、例え
ば、以下の方法により２個のレ−ザセンサ５、５´を調
整するようにしても良い。

【００５１】すなわち、上記ワ−ク１を保持し駆動する
保持器に、上記ワ−ク１の外周面と平行な外表面を有す
る治具を取り付ける。そして、この治具の外表面に上記
レ−ザ距離センサ５、５´からのレ−ザＬ、Ｌ´を反射
させ、この２つのレ−ザ距離センサ５、５´と上記治具
の外表面との距離を一致させることで、この２つレ−ザ
距離センサ５、５´の上記ワ−ク１の外周面までの距離
を同じにすることができる。

【００５２】

【発明の効果】この発明の第１の構成は、ワ−クと溶接
棒とを相対的に移動させ、ワ−クにア−ク溶接を施す溶
接装置において、上記溶接棒の溶接方向に対する後方に
この溶接棒から所定寸法離間した位置に配設され、上記
ワ−クと相対的に移動し、上記ワ−クに形成された溶接
ビ−ドの表面で反射するレ−ザを検知して上記溶接ビ−
ドの表面を検出する溶接ビ−ド検出手段と、この溶接ビ
−ド検出手段からの検出信号に基づいて溶接状態を判断
する判断手段とを具備する溶接装置である。

【００５３】第２の構成は、ワ−クと溶接棒とを相対的
に移動させ、ワ−クにア−ク溶接を施す溶接装置におい
て、上記溶接棒の溶接方向に対する後方にこの溶接棒か
ら所定寸法離間した位置に配設され、上記ワ−クと相対
的に移動し、上記ワ−クに形成された溶接ビ−ドの表面
で反射するレ−ザを検知して上記溶接ビ−ドの表面を検
出する溶接ビ−ド検出手段と、この溶接ビ−ド検出手段
からの検出信号に基づいて溶接状態を判断する第１の判
断手段と、ワ−クの表面で反射するレ−ザを検知してワ
−クの表面を検出するワ−ク検出手段と、溶接ビ−ド検
出手段と検出手段からの検出信号に基づいて溶接状態を
判断する第２の判断手段とを具備する溶接装置である。

【００５４】第３の構成は、第１の構成の溶接装置にお
いて、検出結果を表示する表示手段を設けたものであ
る。第４の構成は、第２の構成の溶接装置において、ビ
−ド検出手段あるいはワ−ク検出手段、若しくはその両
方の検出結果を表示する表示手段を設けたものである。
このような構成によれば、簡単な構成で溶接状態の良・
不良等を簡単な構成で溶接工程中にリアルタイムで判断
することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この第１の実施例を示す概略構成図。

【図２】同じく、溶接されたワ−クの縦断面図。

【図３】同じく、測定結果を示すグラフ。

【図４】第２の実施例を示すワ−クの縦断面図。

【符号の説明】

１…ワ−ク、２…溶接ビ−ド、４…溶接棒、５…レ−ザ
距離センサ（溶接ビ−ド検出手段）、５´…レ−ザ距離
センサ（ワ−ク検出手段）９…コンピュ−タ、（判断手
段）、１０…モニタ−（表示手段）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワ−クと溶接棒とを相対的に移動させ、
   ワ−クにア−ク溶接を施す溶接装置において、 上記溶接棒の溶接方向に対する後方にこの溶接棒から所
   定寸法離間した位置に配設され、上記ワ−クと相対的に
   移動し、上記ワ−クに形成された溶接ビ−ドの表面で反
   射するレ−ザを検知して上記溶接ビ−ドの表面を検出す
   る溶接ビ−ド検出手段と、 この溶接ビ−ド検出手段からの検出信号に基づいて溶接
   状態を判断する判断手段とを具備することを特徴とする
   溶接装置。
2. 【請求項２】 ワ−クと溶接棒とを相対的に移動させ、
   ワ−クにア−ク溶接を施す溶接装置において、 上記溶接棒の溶接方向に対する後方にこの溶接棒から所
   定寸法離間した位置に配設され、上記ワ−クと相対的に
   移動し、上記ワ−クに形成された溶接ビ−ドの表面で反
   射するレ−ザを検知して上記溶接ビ−ドの表面を検出す
   る溶接ビ−ド検出手段と、 この溶接ビ−ド検出手段からの検出信号に基づいて溶接
   状態を判断する第１の判断手段と、 ワ−クの表面で反射するレ−ザを検知してワ−クの表面
   を検出するワ−ク検出手段と、 溶接ビ−ド検出手段と検出手段からの検出信号に基づい
   て溶接状態を判断する第２の判断手段とを具備すること
   を特徴とする溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の溶接装置において、 検出結果を表示する表示手段を設けたことを特徴とする
   溶接装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の溶接装置において、ビ−
   ド検出手段あるいはワ−ク検出手段、若しくはその両方
   の検出結果を表示する表示手段を設けたことを特徴とす
   る溶接装置。