JPH07214316A - 片面自動溶接方法及び装置 - Google Patents

片面自動溶接方法及び装置

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JPH07214316A
JPH07214316A JP2613794A JP2613794A JPH07214316A JP H07214316 A JPH07214316 A JP H07214316A JP 2613794 A JP2613794 A JP 2613794A JP 2613794 A JP2613794 A JP 2613794A JP H07214316 A JPH07214316 A JP H07214316A
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博正 亀井
Ken Fujita
藤田  憲
Akihiko Kimura
明彦 木村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶け落ちやアンダーカットにならない安定し
た裏波ビード形状を得ることができ、ひいては溶接部材
の反転やビードの整形をなくし高能率溶接が施工できる
片面自動溶接方法を提供する。 【構成】 溶接部材1の表側から表側溶接装置2で溶接
を施しながら、平行光線束のレーザスリット光6を溶接
部の裏側から溶接線と直角に照射して得られる溶接直後
の裏波ビード4の形成状態の光切断像をレーザスリット
光6と同波長を透過する干渉フィルター9を介してIT
Vカメラ8にて撮像し、得られた画像を画像処理装置1
1で画像処理して裏波ビード高さを求めたうえ、これと
溶接姿勢に応じて片面溶接制御装置12により溶接条件
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は片面自動溶接方法及び装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、厚板溶接部材を片面溶接するにあ
たっては表側から何層かに分けて溶接を行うが、初層に
ついてはまず裏側から溶接を行い、溶接部材を反転して
表側からそのビードの一部をガウジングやグラインダ掛
けして取り除き整形して、その上に順次ビードを積み重
ね溶接しており、これは、初層を表側から行った場合、
裏波ビードが溶け落ちたりアンダーカットになったりす
るためであり、溶け落ちやアンダーカットのない裏波ビ
ードを得ることは相当熟練した溶接士でも難しく、特に
溶接姿勢が順次変わる全姿勢溶接においては極めて困難
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、溶け落ちやアンダーカ
ットにならない安定した裏波ビード形状を得ることがで
き、ひいては溶接部材の反転やビードの整形をなくし高
能率溶接が施工できる片面自動溶接方法及び装置を提供
することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、溶
接部材の表側から溶接を施しながら、平行光線束のレー
ザスリット光を溶接部の裏側から溶接線と直角に照射し
て得られる溶接直後の裏波ビードの形成状態の光切断像
を上記レーザスリット光と同波長を透過する干渉フィル
ターを介してITVカメラにて撮像し、得られた画像を
画像処理して裏波ビード高さを求めたうえ、これと溶接
姿勢に応じて溶接条件を制御することと、溶接部材の表
側を走行する表側溶接装置と、上記表側溶接装置と同期
して溶接部材の裏側を走行する裏側駆動装置と、上記裏
側駆動装置に搭載され溶接直後の裏波ビードに平行光線
束のレーザスリット光を照射するレーザ装置と、上記裏
側駆動装置に搭載され裏波ビードの光切断像をレーザス
リット光と同波長を透過する干渉フィルターを介して撮
像するITVカメラと、上記ITVカメラで得られた画
像を画像処理し裏波ビード高さを求める画像処理装置
と、上記画像処理装置で求めた裏波ビード高さと溶接姿
勢に応じて溶接電流,溶接電圧,溶接速度等の溶接条件
を制御する片面溶接制御装置とを具えたこととを、それ
ぞれ特徴とする。
【0005】
【作用】本発明片面自動溶接方法においては、溶接部材
の裏側表面に形成される裏波ビードの光切断像をITV
カメラで捕らえ、その画像を画像処理して裏側表面より
上に出た頂点の高さと下に出た頂点の高さを計算する。
この量はカメラが斜めから見ていること及び画像の画素
で判断していることからこれに補正値を掛けて本来の実
寸に合うように変換して、裏波ビードの盛り上がりの高
さ,アンダーカットの高さを計測する。そしてこの高さ
が規定値内に入っていればそのまま溶接は続行である
が、規定値内にない場合は適正な溶接電流,電圧,溶接
速度を求め、これを溶接電源及び表側溶接装置,裏側駆
動装置に与え自動溶接条件を制御する。
【0006】
【実施例】本発明片面自動溶接方法及び装置の一実施例
を図面について説明すると、図1は本方法の実施装置の
模式図、図2は同上の同期装置の系統図、図3は本方法
の画像処理における画像の説明図、図4は本方法の溶接
条件制御のフローチャートである。まず図1において、
厚板の溶接部材1の表側に溶接進行方向へ自動走行する
表側溶接装置2が配設され、そこに溶接部材1の表側に
対向する溶接トーチ3が搭載されており、この溶接トー
チ3の表側からの初層溶接により溶接部材1の裏側表面
に裏波ビード4が形成される。一方溶接部材1の裏側に
は自動走行する裏側駆動装置5が配設され、そこに溶接
部材1の裏側から溶接線と直角に平行光線束のレーザス
リット光6を照射するレーザ装置7が搭載されるととも
に、裏波ビード4の光切断像を撮像するITVカメラ8
が適宜傾斜して搭載され、同ITVカメラ8の前部には
レーザスリット光6と同波長を透過する干渉フィルター
9が付設されており、また表側溶接装置2と裏側駆動装
置5とは同期装置10で連結されている。更にITVカ
メラ8の出力端は画像処理装置11を介して片面溶接制
御装置12に接続されており、この片面溶接制御装置1
2は表側溶接装置2,裏側駆動装置5及び溶接電源13
に接続されている。
【0007】次に図2において同期装置10の詳細を説
明すると、表側溶接装置2に装備した表側走行モーター
14と裏側駆動装置5に装備した裏側走行モーター15
には、それぞれ表側走行用エンコーダー16と裏側走行
用エンコーダー17が取付けられており、このエンコー
ダー16,17の出力端にそれぞれカウンター18,1
9が接続されるとともに、前者は直接、後者は管状の溶
接部材1の場合は表側,裏側外周距離差に基づく外周距
離補正用の乗算回路20を介して比較回路21に接続さ
れ、更にこの比較回路21は裏側走行モーター15に繋
がる速度設定回路22に接続されている。
【0008】このような装置において、片面自動溶接は
溶接部材1の表側から表側溶接装置2により施され、レ
ーザスリット光6は溶接部材1の裏側から溶接トーチ3
の溶接部より少し溶接進行方向に対して後ろの裏波ビー
ド4に照射し、レーザスリット光6による裏波ビード4
の光切断像をレーザスリット光6と同波長を透過する干
渉フィルター9を介して、周辺の外乱光等のノイズを軽
減してITVカメラ8により撮像する。このときレーザ
スリット光6は常に溶接トーチ3から一定の距離を保っ
て照射できるように裏側駆動装置5にて表側溶接装置2
に同期して速度制御される。すなわち図2において、表
側走行モーター14に取付けた表側走行用エンコーダー
16とカウンター18により表側溶接装置2の位置P1
を知り、同様に裏側走行モーター15に取付けた裏側走
行用エンコーダー17とカウンター19により、更に管
状のものを行うときには乗算回路20で周長の違い分を
乗算して、表側の走行距離に合致させた裏側駆動装置5
の位置P2 を知り、これらを比較回路21に入力しその
差ΔP=P1 −P2 を計算したうえ、この差ΔPが0に
近いなら裏側駆動装置5そのまゝ、プラスならその差に
応じ速度を早め、マイナスなら速度を遅らせるよう、速
度設定回路22で裏側走行モーター15に指示し、これ
によりレーザスリット光6は常に溶接トーチ3に同期し
て速度制御される。
【0009】ITVカメラ8により撮像された画像によ
り溶接条件を制御する要領を図3及び図4により説明す
ると、ITVカメラ8では、図3(I)入力画像のよう
に溶接部材1の裏側表面の断面を斜めから見た画像とし
撮像され(図3は表裏を反転して示している)、この撮
像された画像は画像処理装置11にメモリされ、図3
(II) 処理画像のように処理され、溶接部材1の裏側表
面L1 がまず求められる。このL1 は水平線と仮定し
て、Y座標値を何点か平均するか、又は最小2乗法によ
り直線の式を求めることができる。次に裏側表面L1
らの裏波ビード4の盛り上がり状態とアンダーカットの
状態を調べる。つまり先ほど求めた裏側表面L1 から上
方向に一番出っ張った高さHU ,一番引っ込んだHB
高さを求める。このHU とHB をITVカメラ8の傾き
角度と被写体からの距離を基にドット(画素の最小単
位)からmmに変換する。この変換後の値をhU ,hB
すれば、これに対して本来の最適と思われる裏波ビード
高さhS と比較し、hB やhU が大きすぎればすなわち
B >hB max 又はhU −hS >Δhmax であれば、異
常停止とし、hB がなくてhU がhS と差が余りなくす
なわち|hU −hS |<ΔhS ならば、そのまゝの溶接
条件で続行する。それ以外の場合は溶接電流A,溶接電
圧V,溶接速度vの溶接条件を調整する。なおこれらの
値は事前にデータベースに登録してある値hS ,hB ma
x ,Δhmax ,ΔhS を用いる。
【0010】溶接条件の調整は、裏波ビード高さが高い
場合は、溶接電流Aと溶接電圧Vを少し下げすなわちA
⇒A−ΔA(i) ,V⇒V−ΔV(i) とし、溶接速度vを
少し速めすなわちv⇒v+Δv(i) とする。また裏波ビ
ード高さが低い場合は、溶接電流Aと溶接電圧Vを少し
上げすなわちA⇒A+ΔA(i) ,V⇒V+ΔV(i) と
し、溶接速度vを少し遅くすなわちv⇒v−Δv(i) と
する。これは溶接姿勢i毎に加減の量ΔA(i) ,ΔV
(i) ,Δv(i) をデータベースに持っておき、この値に
より調整を行うわけである。これらの調整にあたって
は、片面溶接制御装置12により溶接電源13に溶接電
流A,溶接電圧Vを指令するとともに、表側溶接装置2
及び裏側駆動装置5に溶接速度vを指令して、溶接条件
が制御調整され、正常な片面自動溶接が施される。
【0011】かくしてこの片面自動溶接方法によれば、
溶け落ちやアンダーカットにならない高品質の裏波ビー
ド4を施工することができ、ひいては溶接部材1の反転
の手間や、裏側から溶接したビードを整形するためのガ
ウジングやグラインダ掛けの手間をなくすることができ
る。
【0012】
【発明の効果】要するに本発明によれば、溶接部材の表
側から溶接を施しながら、平行光線束のレーザスリット
光を溶接部の裏側から溶接線と直角に照射して得られる
溶接直後の裏波ビードの形成状態の光切断像を上記レー
ザスリット光と同波長を透過する干渉フィルターを介し
てITVカメラにて撮像し、得られた画像を画像処理し
て裏波ビード高さを求めたうえ、これと溶接姿勢に応じ
て溶接条件を制御することにより、溶け落ちやアンダー
カットにならない安定した裏波ビード形状を得ることが
でき、ひいては溶接部材の反転やビードの整形をなくし
高能率溶接が施工できる片面自動溶接方法及び装置を得
るから、本発明は産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明片面自動溶接方法の一実施例における実
施装置の模式図である。
【図2】同上の同期装置の系統図である。
【図3】本方法の画像処理における画像の説明図であ
る。
【図4】本方法の溶接条件制御のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1 溶接部材 2 表側溶接装置 3 溶接トーチ 4 裏波ビード 5 裏側駆動装置 6 レーザスリット光 7 レーザ装置 8 ITVカメラ 9 干渉フィルター 10 同期装置 11 画像処理装置 12 片面溶接制御装置 13 溶接電源 14 表側走行モーター 15 裏側走行モーター 16 表側走行用エンコーダー 17 裏側走行用エンコーダー 18 カウンター 19 カウンター 20 乗算回路 21 比較回路 22 速度設定回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接部材の表側から溶接を施しながら、
    平行光線束のレーザスリット光を溶接部の裏側から溶接
    線と直角に照射して得られる溶接直後の裏波ビードの形
    成状態の光切断像を上記レーザスリット光と同波長を透
    過する干渉フィルターを介してITVカメラにて撮像
    し、得られた画像を画像処理して裏波ビード高さを求め
    たうえ、これと溶接姿勢に応じて溶接条件を制御するこ
    とを特徴とする片面自動溶接方法。
  2. 【請求項2】 溶接部材の表側を走行する表側溶接装置
    と、上記表側溶接装置と同期して溶接部材の裏側を走行
    する裏側駆動装置と、上記裏側駆動装置に搭載され溶接
    直後の裏波ビードに平行光線束のレーザスリット光を照
    射するレーザ装置と、上記裏側駆動装置に搭載され裏波
    ビードの光切断像をレーザスリット光と同波長を透過す
    る干渉フィルターを介して撮像するITVカメラと、上
    記ITVカメラで得られた画像を画像処理し裏波ビード
    高さを求める画像処理装置と、上記画像処理装置で求め
    た裏波ビード高さと溶接姿勢に応じて溶接電流,溶接電
    圧,溶接速度等の溶接条件を制御する片面溶接制御装置
    とを具えたことを特徴とする片面自動溶接装置。
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