JPH0390283A - 片面自動溶接の裏面開先情報検出方法 - 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、片面自動溶接における裏ビード制御のための
裏面開先情報である開先ギャップ量、開先目違い量及び
開先中心位置を検出する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、突合わせ溶接における裏ビード作成にあたっては
、表面を溶接後裏面を溶接している。また最近の技術と
して？ｌＪＳ図説明図に示すように、片面自動溶接用の
溶接台車１５に取付けた視覚センサー１６及びデイスプ
レィ１７を用いて、溶融池形状１８の幅、長さ、温度等
を把握し、それに基づき表側溶接条件を制御して適切な
裏ビード形成を図っている。

しかしながら、前者の裏面を溶接する方法では、裏面に
人が入り込めない狭隘な個所では困難であり、特に水圧
鉄管等では、トンネルと鉄管の間隙を少なくし土木工事
のコスト低減を図ろうとする試みが行われており、片面
自動溶接の採用が待たれている。

また後者の片面から視覚センサーで把握する方法は、溶
融池形状と裏ビードの関係につき確立した技術がないう
えに、画像認識の難しさすなわち溶融池と開先面の境界
の判断の困難性及び強度のアーク光の外乱による画像把
握の困難性や、更に応答速度の問題等で、表面溶接条件
の自動制御により適切な裏ビード形成を図ることは困難
であり、かつそのシステム構成も複雑となり高価なもの
となる。

［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、
簡単な装置により裏面開先情報である開先ギャップ量、
開先目迎い量及び開先中心位置を正確に検出することが
でき、片面溶接の溶接条件にフィードバックして高品質
な裏ビード形成を可能とし、ひいては溶接補修を必要と
しない高品質な片面自動溶接施工が連成できる片面自動
溶接の裏面開先情報検出方法を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明は、片面自動溶接を施す開先表側溶接
台車に同期して裏側台車を走行させ裏面開先情報を溶接
条件にフィードバックし裏ビード自動制御を行うにあた
り、上記裏側台車上に設置されたレーザー変位センサー
を開先裏面でトラバースさせて得られる同センサー出力
電圧の変化に基づき、開先ギャップ量、開先目迎い量及
び開先中心位置を検出することを特徴とする。

〔作用］ 本発明によれば、簡単な装置により裏面開先情報である
開先ギャップ量、開先目迎い量及び開先中心位置を正確
に検出することができ、片面溶接の溶接条件にフィード
バックして高品質な裏ビード形成を可能とし、ひいては
溶接補修を必要としない高品質な片面自動溶接施工が達
成できる片面自動溶接の裏面開先情報検出方法を得るこ
とができる。

［実施例１ 本発明片面自動溶接の裏面開先情報検出方法の一実施例
を図面について説明すると、第１図は本発明方法を実施
する検出装置の側面図、第２図は本発明方法を実施する
片面自動溶接装置全体の側面図、第３図及び第４図は本
発明方法の検出要領を示し、第３図はレーザー変位セン
“サー位置と出力電圧との関係の線図、第４図は藺先情
報検出概念の説明図である。

まず第１図及び第２図について本発明方法を実施する装
置を説明すると、内面から片面溶接が施される鉄管１の
突合わせ継手の開先２には開先ギャップｆｉＧε開先自
速いｊｌＨとがあり、この開先２に対向する溶接トーチ
３を装架した溶接台車４が管内面に溶接線に沿い走行可
能に配置されており、一方管外面側すなわち開先２の裏
面側に、裏当材５を備えた裏側台車６が溶接線に沿い走
行可能に配置され、両台車４．６に付設された同期セン
サー７により前者の速度変化に応じ後者が追従するよう
になっている。

この裏側台！ｔＬ６の前部の溶接トーチ３から距離Ｌｗ
前方位置には、開先２の裏面２ａに対向する姿勢で、レ
ーザー変位センサー８が開先裏面２ａを横断するＸ軸ト
ラバース軸９上に取付けられており、このＸ軸トラバー
ス軸９にはＸ軸上−ター１０及びエンコーダー１１が連
結されている。また裏側台車６にはレーザー変位センサ
ー８の検出値を受ける裏側制御装置１２が設置され、こ
こから溶接台車４に設置の溶接制御装置１３に裏面開先
情報１４が送られる。

このような装置構成により、開先２の開先ギャップ量Ｑ
　、　％開先自速い量Ｈ及び開先中心位置ＸＣを検出す
る要領を第３図、第４図を参照して説明する。

レーザー変位センサー８には開先裏面２ａとの距１１１
１Ｌに比例した電圧Ｖが出力される。またエンコーダー
１１により開先左右位置すなわちＸ軸位置が求められ、
第３図に示すように、開先左右位ｌｘに対する出力電圧
Ｖの関係図が得られる。この’１３図に基づき第４図に
示す方法により、開先ギヤツブ量Ｇ、自速いｉＨ及び開
先中心位ｒｌｌＸｃを算定検出する。

すなわち第４図において、レーザー変位センサー８から
得られるデータは、（ｘｌ、■、）。

（Ｘ２　＋　ｖ２）Ｊ　・・・（Ｘ＋、Ｖｌ）、・・・
（Ｘ’ｓ□。

■１□ｌ）と順にエンコーダー位置Ｘに対する出力電圧
Ｖが得られる。

そこで、これよりｘｌからり、の距１ｌＩｌ（経験値）
分の位置ｉ−ａ　（Ｘ、、Ｖ、＞を求め、ｉ−１〜ａの
間で最小二乗法： により、直線ＬＸＬ（７）方程式Ｖ−Ａ、−Ｘ＋Ｂ。

を得る。

同様に、右端ｘ　−、、よりＬｘの距離分の位置Ｉ＝ｂ
　（ｘｉ　、　Ｖｌ、　）を求め、ｌ−ｂ　〜１　、　
、　、の間で最小二乗法： により、直線ＬＸＲの方程式Ｖ−Ａ、・ＸｒＢｂを得る
。

次に最大の出力電圧値ｖ、、８を得て、これよりＨＶ２
（経験値）だけ下がった電圧値（Ｖ　、、。

ＨＶ２）に近い点１−ｃ（左側）、１−ｄ（右側）を求
める。更にさきに求めたａ点よりＨＶＩ（経験値〉だけ
上がった電圧値（Ｖ　、＋　Ｈｖ＋）に近い点ｉｍｅ　
（左側）、ｂ点よりＨＶ、だけ上がった電圧値（Ｖｂ＋
’Ｈｖｔ）に近い点ｉ−ｆ　（右側）を求める。

これら求めたｔ−ｅ−ｃ、　　１−ｄ−ｆ間で最小二乗
法： ニヨリ、直１１Ｌ、ＶＬの方程式Ｖ−Ａ、、−Ｘ＋Ｂ、
。

を得るとともに、 ニヨリ、直線ＬＶＲの方程式Ｖ　−Ａ　ａ　ｔ　・Ｘ　
＋　Ｂ　ａ　ｔを得る。

以上求めた直線から直線ＬＸＬとＬＶＬの交点（Ｘｒ、
Ｖ、）、直線ＬＸＲとＬＶＲ１７）交点（Ｘｍ、Ｖ、）
が求まる。

かくして、この２点より開先ギャップＪＩＧ、開先自速
いｆｆ１Ｈ，開先中心位置Ｘｃが、次の通り求まる。

Ｃ；−（Ｘｍ　−ＸＩ　）　＋ΔＧ Ｈ−（Ｖ、−Ｖ、）ｘｋｖ Ｘｃ　＝　（Ｘｋ＋ｘｉ　）／２ 但し、ΔＧはレーザースポット径に比例し経験的に得ら
れる値（Ｉｍｍ）、ｋｙは出力電圧の変換値（＋＋＋ｍ
／Ｖ） 更に水圧鉄管などでは、開先２面の左側又は右側のいず
れか一方は直管に出来上がっており、例えば第４図中左
側が直管であるとすれば、図中０１、はＸ軸トラバース
Ｉｔｈ９と鉄管１との間で傾いた瓜であると考えられる
。そこで実際のギャップ量等は、次の通り補正される。

Ｇ’　＝　（Ｘｈ　−Ｘｒ　）　Ｘ　ｃｏｓθｔ、　−
（Ｖｍ　−Ｖｒ　）Ｘ　　ｓｉｎθＬ＋ΔＧ ”　＝　Ｉ（Ｘｉ　−ＸＩ　）　Ｘ　ｓ！ｎθＬ＋　（
Ｖｍ　−ＶＨ）ｘ　ｃｏｓθＬＩＸｋｖ 但し、θＬ　−ｊａｎ　−’　（Ａ　ａ　）かくして検
出された開先ギャップｆｆ１Ｇと開先間違い量Ｈは゛、
裏側制御装置１２を介し裏面開先情報１４として溶接制
御袋ｒＩ１１３に送られ、これにより溶接トーチ３の溶
接速度、溶接電流、ウィービング幅等の溶接条件が、開
先２の裏面状態に応じてフィードバック制御され、適切
な裏ビードが形成される。但し溶接トーチ３位置とレー
ザー変位センサー８位置の間隔Ｌｗに対し、溶接制御装
置１３は溶接トーチ３がＬＷだけ動いたとき、その前の
裏面開先情報１４を使用するよう遅延位置制御をし、ず
れに対処する： また開先中心位置Ｘｃｌ：基づき、裏側制御装置１２が
裏側台車６の走行を制御し、真当材５を開先２に正確に
当てかうようにする。

［発明の効果］ 要するに本発明によれば、片面自動溶接を施す開先表側
溶接台車に同期して裏側台車を走行させ裏面開先情報を
溶接条件にフィードバックし裏ビード自動制御を行うに
あたり、上記裏側台車上に練直されたレーザー変位セン
サーを開先裏面でトラバースさせて得られる同センサー
出力電圧の変化に基づき、開先ギャップ量、開先目迎い
量及び開先中心位置を検出することにより、簡単な装置
により裏面開先情報である開先ギャップ量、開先目迎い
量及び開先中心位置を正確に検出することができ、片面
溶接の溶接条件にフィードバックして高品質な裏ビード
形成を可能とし、ひいては溶接補修を必要としない高品
質な片面自動溶接施工が達成できる片面自動溶接の裏面
開先情報検出方法を得るから、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】

第１図は本発明片面自動溶接の裏面開先情報検出方法の
一実施例における本発明方法を実施する検出装置の側面
図、第２図は本発明方法を実施する片面自動溶接装置全
体の側面図、Ｘ４３図及び第４図は本発明方法の検出要
領を示し、第３図はレーザー変位センサー位置と出力電
圧との関係の線図、第４図は開先情報検出概念の説明図
である。 第５図は従来の裏面開先情報検出方法の説明図である。 １・・・鉄管゛、２・・・開先、２ａ・・・開先裏面、
３・・・溶接トーチ、４・・・溶接台車、５・・・裏当
材、６・・・裏側台車、７・・・同期センサー　８・・
・レーザー変位センサー　９・・・Ｘ軸トラバース軸、
１０・・・Ｘ軸上−ター　１１・・・エンコーダー　１
２・・・裏側制御装置、１３・・・溶接制御装置、１４
・・・裏面開先情報、Ｇ・・・開先ギャップ量、Ｈ・・
・開先目迎い量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 片面自動溶接を施す開先表側溶接台車に同期して裏側台
   車を走行させ裏面開先情報を溶接条件にフィードバック
   し裏ビード自動制御を行うにあたり、上記裏側台車上に
   設置されたレーザー変位センサーを開先裏面でトラバー
   スさせて得られる同センサー出力電圧の変化に基づき、
   開先ギャップ量、開先目違い量及び開先中心位置を検出
   することを特徴とする片面自動溶接の裏面開先情報検出
   方法。