JPS6142485A - 無端開先の自動多層盛溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無端をなすし形あるいはＶ形の開先を、アーク
センサ及び倣いセンサを有する自動溶接機によって自動
的に連続多層盛溶接を行わせる無端開先の自動多層盛溶
接方法に関する。

（従来の技術） 円筒相互を突合わせた個所の溶接、円筒の端部にフラン
ジを接合させた個所の溶接など丸物ワークの周溶接を自
動的に行う方法としては、丸物ワークをポジショナ、タ
ーニングロールなどの回転治具」−に設置し、溶接トー
チをトーチスタンド等に固定して行う場合が多かった。

ところでワークの加工精度の不良や、溶接時の熱歪また
は回転治具へのセツティングの不良などによる溶接位置
ずれ匠対処するだめに、自動化のレベルとして、 ■溶接開始前の芯出しを含入りに行い、かつ、作業者が
その都度アーク点を監視しながらトーチの位置を補正す
る。

■溶接トーチを支持するアームを開先の深さ方向、幅方
向及び長手方向に３次元移動可能となしてワークの回転
につれて溶接ｌ・−チ自体が現物倣いするよう溶接線の
変化に応じて溶接トーチを倣わせる。

０センサ機能を持つ「溶接ロボットｊで溶接を行う。

の各方法が採られてきていた。

（発明が解決しようとする問題点） それ等各方法のうちで、捷ず作業者が常置して行う［イ
］の方法は論外として、■の方法では、仏）開先内をオ
ン−オフ式の接触式センサで倣うためし形、Ｖ形といっ
た開先の形状変化に応じて、先端接触子を使い分ける必
要があり、段取り替えに労力と時間を消費する、（ｂ）
前（ａ）項と同理由で１ｖ板の多層盛を開先内初層から
余盛まで自動的に行わせることは到底不可能で、捷だ各
層毎の溶接条件やトーチ角度を自動的に変更する制御は
至難である、（０）一層の溶接を効率よく行うだめに、
振子式のウイビング装置を併用する場合もあるが、開先
幅の変化を検知して、ウイビング幅を変化させることは
できなく、加工精度の悪いワークには適用不可能である
、などの問題があった。

一方、◎の方法では、（ａ）現状の溶接ロボットは基本
的にティーチング・プレイバック方式を採っているため
、事前に溶接線の全長を教示しなければならなく、多品
種少量の生産形態が多い溶接現場ではティーチングに多
大の時間、労力を要するので適用できない、（ｂ）「接
触形センサ」　「アークセンサ」により（ａ）項に記し
たように教示された溶接線の軌跡の修正が行えるが、修
正可能なずれの程度が限られ、また、アークセンサを用
いる場合はウイビンクがその原理」二必須の動作である
ために、何らかの事情でウイビング不可能なワークがあ
ったりすると適用できない、など多くの問題点があった
。

また、以上述べた各方法に共通して云えることであるが
、１対の円筒を突合わせて溶接した後に、この円筒両端
にフランジを溶接するのに、ターニングロールを用いて
行う場合等では、フランジ部のし形に右勝手、左勝手の
２種類と、中央部のｖ形との開先があり、かついずれも
多層盛が必要であるのと、ワークの加工精度は十分とは
いえなく、またタニングロール作業に伺随のこととして
ワークの歩みがあって溶接線は常に変動しているのとの
問題点があって■、０の各方法では自動化が行えないの
が実状であった。

このような問題点に対処して本発明は、特殊な倣いセン
サを用いて、しかもこの倣いセンサとアークセンサとを
併用して、開先の形態により両センサによる検出信号を
選択せしめることによシ前述の問題点を克服してし形、
Ｖ形の如何に拘りなく、自動多層盛溶接の実現を可能な
らしめ、もって高精度かつ高効率の無人溶接をより一層
推進せしめようとするものである。

（問題点を解決するための手段） しかして本発明は図面に例示してなる６ｎ　＜　、無端
をなすワーク１ｌＡ９の開先（Ｂ）の深さ方向、幅方向
に２次元の移動可能となした溶接機のアーム（１）の先
端に溶接トーチ（２）を取着し、円筒面（５ａ）の先端
部に半球面（５ｂ）を有する検出部（５）により、０１
１記円筒面（５ａ）で前記開先（Ｂ）の深さ方向に展延
する直立壁を、前記半球面（５ｂ）で開先（２）の底を
検出し得る倣いセンサ（３）を、前記溶接１・−チ（２
）のアーク点に対し接近させた前方に配設してＯＩＩ記
アーム（１）に支持せしめる一方、溶接電流を検出する
アークセンサ（４）を前記溶接トーチ（２）に関連させ
て設け、該溶接トーチ（２）を開先（Ｂ）の溶接起点に
移動し、開先（Ｂ）　Ｋおける一方の側の頂点＠と、底
点［イ］と、他方の側の頂点あるいは最終溶接点となる
高位置点＠に対しアーク点が合致するように位置決めさ
せて、そのときの３点を基準値として制御装置の記憶部
に読込ませ、前記開先（Ｉ３）内及び余盛り初層部にお
けるアーク点の深さ方向位置は、前記アークセンサ（４
）の検出電流が所定値に一致するようにアーム（１）を
移動させることによって行わせ、また、開先の）がし形
の場合は、前記底点［イ］から前記高位置点＠の範囲の
直立壁側での幅方向位置は前記倣いセンサ（３）により
検出すると共に、底点［イ］から頂点＠の範囲の斜壁側
での幅方向位置は、前記アークセンサ（４）により電流
増の変化で検出する一方、開先の）がＶ形の場合は、初
層ストレート溶接に限って底点［イ］の幅方向位置は前
記倣いセンサ（３）により検出し、その曲の［１］力方
向置は全てアークセンサ（４）により電流増の変化で検
出せしめることにょつて、開先内初層ストレート、開先
内初層つィビング、開先内ウイビング、余盛初層ウイビ
ングの各溶接を自動的に行わせる多層盛溶接方法を特徴
とするものである。

（作用） 本発明はか＼る手段を有せしめたことによって、し形、
Ｖ形の開先形状の如何を問わず、溶接起点の３点■、＠
、Ｏを教示するだけで溶接線の軌跡の教示は不要で、後
はアークセンサと倣いセンサとの指令信号通りに溶接１
−−チを移動せしめるだけで、自動的に多層盛溶接を連
続して行うことが可能であって、簡単なセツティングの
切換え（し形とＶ形の指令切換え）と３点教示とを取扱
者が最初に操作するだけで良い。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面第１図ないし第５図に
もとづいて説明する。

第１図は本発明の実施に係る溶接装置の概要図であって
、（１）は溶接機のアームでターニングローラ（８）上
に搭載された丸物ワーク（Ｗ）の無端をなす開先（Ｂ）
に対し、その深さ方向（図示例では上下方向で、これを
２軸と称す）と、幅方向（同じく水平方向で、これをＸ
軸と称す）との２軸及び２軸捷わりの旋回軸（Ｒｏ軸、
但し手動操作）の３軸に対し運動が可能であって、立体
的な多次元運動の自由度を有し、公知の溶接装置におい
て装備されてなる基本的構造であるので詳細は省略する
。

このアーム（１）の先端に溶接トーチ（２）を垂直面内
での振り角度が制御可能に取着せしめているが、この振
り角度の制御（これをＳ軸と称す）も従来から行われて
いる手段である。

しかして図示例はターニングローラ（８）に搭載されて
いる丸物ワークＷが回転運動せしめられて、開先（Ｂ）
と溶接トーチ（２）との間で開先（Ｂ）の溶接線方向に
対する相対的運動が行われるので、溶接装置にはＸ、Ｚ
、Ｓの３軸について制御が成されれば良いが、例えば平
板上に円筒を立設してこの接合個所を溶接するような場
合には、アーム（１）に対し開先（Ｂ）の溶接線方向に
移動可能な運動機構を追加することが当然必要である。

前記溶接トーチ（２）の先端には溶接電流を検出するア
ークセンサ（４）が取着され、また、前記アーム（１）
の先端には倣いセンサ（３）を支持せしめて、該センサ
（３）の検出部（５）を溶接トーチ（２）のアーク点に
対し接近させた前方に配設している。

上記倣いセンサ（３）はその構造を第２図に図示してい
るが、検出部（５）の動きをセンサ本体内部のポテンシ
ョメータの接触子回転運動として伝えて、機械的変位を
電圧の変化として読みとることが可能な所謂アナログ式
センサに形成している。

しかして、前記検出部（５）は、本体（６）内のポテン
ショメータに関連させて設けた回転軸に固着してなるレ
バー（７）の先端に固定させていて、円周面（５ａ）の
先端部（下端部）に半球面（５ｂ）を一体に有する丸棒
形をなしている。

か（る検出部（５）を有する倣いセンサ（３）は、前記
検出部（５）を垂直、すなわち開先（Ｂ）の深さ方向に
合致させて保持し、水平面内において回動可能に設ける
と共に、前記レバー（７）をバネ力によって垂直下向き
に押した状態で上下に摺動可能に設けている。

そして、前記円筒面（５ａ）によって開先の）の深さ方
向に展延する直立壁、すなわちし形開先中）における垂
直側の壁を検出し、一方、先端の半球面（５ｂ）によっ
て開先（Ｂ）の底を検出し得るようになっている。

なお、半球面（５ｂ）による開先（Ｂ）の底の検出は底
を直接触れることによって検出するのではなく、底から
」二方の両側に延びる２つの壁に接する状態から、それ
よりも幾ｍｍか下った個所が底であるとして間接的に検
出し得るものである。

次に第１図に水側において本発明による溶接を行う方法
を説明する。

■フランジ部し形開先（Ｂ）の場合 溶接は一層一パヌウィビング方式の多層盛を行わせるが
、制御装置におけるティーチングボックスｌいて、溶接
トーチ（２）の先端をワークＷの開先の）位置に動かし
、多層盛の形状として■、０゜θの３点で教示を行う。

この場合の３点は、開先（Ｂ）における一方の側の頂点
、すなわち斜壁側の頂点＠と、底点［イ］と、直立壁に
おける余盛最終溶接点と彦る高位置点のとの３個所であ
る。

倣イセンサ（３）全固定するだめのクランプレバ−（９
）をゆるめてセンサ本体（６）を上方一杯に」−げ、検
出部（５）の円筒面（５ａ）がバネ圧力によってワーク
Ｗのフランジ面に当接し、回動中立位置付近で安定する
ように位置決めして、その後にクランプレバ−（９）を
締め付は固定する（第４図参照）。

このようにしてフランジ面を倣いセンサ（３）で検知し
、上下方向の変化及び開先中の変化はアークセンサ（４
）で電流増の変化として検出して、開先初層から余盛最
終層までを各々予め設定された電流（電圧）、速度、ト
ーチ角度、ウイビング条件により溶接を行う。

すなわち、開先の）は点■一点＠の形状をアークセンサ
（４）で検出し各層毎にウイビング幅を拡げてゆく。

そして余盛部では、予め設定された一層毎の余盛減少幅
を前の層のＸ値から減じて行きながらウイビング幅を狭
めて、点Ｏの高さに到達したところでウイビング幅がＢ
　ｍｍ未満となることによって溶接を終了する。

溶接装置の制御装置内には、各層毎のすなわちワーク−
周毎のワークＷの周方向位置（角度０で教示される）に
対応した溶接トーチ（２）先端の位置（Ｘ　、Ｚ　）を
記録するメモリーが装備されており、開先（Ｉ３）内初
層から逐次データを更新して一周分を記録している。

余盛最終層では溶接上の観点から、トーチ角度を倒して
、溶は込みを十分確保するような方式が望まれるが、こ
の場合はアークセンサ（４）による上下倣いが不安定と
なるため、前回の層において記録したθ→２の値に対し
て、２の値を一定値加算して、上下方向の制御を行い溶
接するものである。

なお、ウイビング時、ストレート時のフランジ側の点■
−〇の直立壁面は常に倣いセンサ（３）で検出している
。これによシ、ワーク歩み等でフランジ面が移動したと
しても、常に溶接トーチが追従して安定した溶接が可能
となる。

■突合わせ部Ｖ形開先（Ｂ）の場合 溶接法、教示法はし形開先の）の場合と同じである。

但し、この場合の教示３点は開先（Ｂ）における一方の
側の頂点［ロ］と、反対側の底点［イ］と、反対側の斜
壁の頂点Ｏの３個所である。

倣いセンサ（３）の前記クランプレバ−（９）をゆるめ
てセンサ本体（６）を下方に下げ、かつ溶接線に対して
アーク点と検出部（５）先端とが略々合致するように倣
いセンサ（３）を位置決めし、バネ力によって検出部（
５）が開先（Ｂ）に軽く押圧された状態となしてクラン
プレバ−（９）を締めつける（第５図参照）。

図示例のワークＷでは開先の）内初層に対してウイビン
グを行ってアークセンサ（４）による溶接線検出が行え
ない場合がある。

これは裏当て板のない開先（Ｂ）の場合などで溶は落ち
防止のため電流を弱くしストレート溶接で行うことがあ
るからである。

従ってこの場合は、開先（Ｅ）内に倣いセンサ（３）を
セットし、この変位により溶接線を倣わせる。

但しウイビングが可能なワークの場合は初層からウイビ
ングが行えることは勿論である。

二層目以降はアークセンサ（４）によってｚ軸の位置決
め及び開先（Ｂ）の検出を行わせる。

一層目で開先（Ｂ）内にセットした倣いセンサ（３）の
検出部はその捷＼でよいが、プログラム玉で一周の少し
手前（倣いセンサ（３）が先行している距離に相当する
）になった時点で倣いセンサ（３）からの情報を無視す
るようにしておけば二層目で検出部（５）がビードに乗
り」二げて開先の）内から外れても何等不都合は生じな
い。

余盛部ではアークセンサ（４）による開先（Ｂ）検出カ
行えないために、し形の場合の余盛最終層と同様に、前
の層で記録したθ→Ｘの記憶値を用いて溶接を行う。勿
論、この間に極端なワークＷの歩みがあると対応不可能
であるが、余盛りのウイビング幅を広めにとることによ
って、はソ満足のゆく溶接結果が得られる。

以上の溶接方法をまとめたのが下記第１表である。

（発明の効果） 本発明は叙上の構成及び作用を有するものであって、開
先（Ｂ）の直立壁および底を検出し得る倣いセンサ（３
）とアークセンサ（４）とを組合わせたことによってし
形とｖ形の混在するワークでも倣いセンサのセツティン
グをレバーひとつの操作でかえることにより、溶接線軌
跡の教示、検出部（５）の交換などの労力と時間を消費
する手数を省いて自動多層盛溶接が行える。

又、倣いセンサ（３）およびアークセンサ（４）を併用
することによって、各々の弱点を補完しあってし形、Ｖ
形の双方について、ストレート溶接、ウイビング溶接が
広い電流範囲で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る溶接装置例の概要図、第
２図は第１図における倣いセンサの斜視図、第３図は同
じく溶接トーチ近傍における斜視図、第４図（イ）、（
ロ）はし形開先の場合の溶接トーチと倣いセンサとの位
置関係を示す平面図、正面図、第５図（イ）、（ロ）は
Ｖ形開先の場合の溶接トーチと倣いセンサとの位置関係
を示す平面図、正面図、第６図（イ）、（ロ）はし形開
先、Ｖ形開先の断面図である。 （１）・・・アーム、　　　　　　（２）・・・溶接ｌ
・−チ、（３）・・・倣いセンサ、（４）・・・アーク
センサ、（５）・・・検出部、　　　　　　（５ａ）・
・・円筒面、（５ｂ）・・・半球面、　　　　（ｉ’）
・・・底点、０・・・頂点、　　　　　　◎・・・高位
置点、の）・・・開先、　　　　　　　Ｗ・・・ワーク
。 第１図 第２図 第３図 第　４　図←） 第４図（ロ）） 第５図（イ） 第　５　図（ロ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、無端をなすワーク（Ｗ）の開先（Ｂ）の深さ方向、
   幅方向に２次元の移動可能となした溶接機のアーム（１
   ）の先端に溶接トーチ（２）を取着し、円筒面（５ａ）
   の先端部に半球面（５ｂ）を有する検出部（５）により
   、前記円筒面（５ａ）で前記開先（Ｂ）の深さ方向に展
   延する直立壁を、前記半球面（５ｂ）で開先（Ｂ）の底
   を検出し得る倣いセンサ（３）を、前記溶接トーチ（２
   ）のアーク点に対し接近させた前方に配設して前記アー
   ム（１）に支持せしめる一方、溶接電流を検出するアー
   クセンサ（４）を前記溶接トーチ（２）に関連させて設
   け、該溶接トーチ（２）を開先（２）の溶接起点に移動
   し、開先（Ｂ）における一方の側の頂点［ロ］と、底点
   ［イ］と、他方の側の頂点あるいは最終溶接点となる高
   位置点［ハ］に対しアーク点が合致するように位置決め
   させて、そのときの３点を基準値として制御装置の記憶
   部に読込ませ、前記開先（Ｂ）内及び余盛り初層部にお
   けるアーク点の深さ方向位置は、前記アークセンサ（４
   ）の検出電流が所定値に一致するようにアーム（１）を
   移動させることによつて行わせ、また、開先（Ｂ）がレ
   形の場合は、前記底点［イ］から前記高位置点［ハ］の
   範囲の直立壁側での幅方向位置は前記倣いセンサ（３）
   により検出すると共に、底点［イ］から頂点［ロ］の範
   囲の斜壁側での幅方向位置は、前記アークセンサ（４）
   により電流増の変化で検出する一方、開先（Ｂ）がＶ形
   の場合は、初層ストレート溶接に限つて底点［イ］の幅
   方向位置は前記倣いセンサ（３）により検出し、その他
   の巾方向位置は全てアークセンサ（４）により電流増の
   変化で検出せしめることによつて、開先内初層ストレー
   ト、開先内初層ウイビング、開先内ウイビング、余盛初
   層ウイビングの各溶接を自動的に行わせることを特徴と
   する無端開先の自動多層盛溶接方法。