(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤの送り量を測定する溶接ワイヤ送り量測定装置を有する自動溶接機において、開先形状を、溶接ワイヤ先端が溶接対象物に接触する位置を計測することにより測定する方法であって、溶接ワイヤ先端位置をトーチ位置と前記ワイヤ送り量測定装置で測定した溶接ワイヤ送り量とから把握し、それに基づいて開先形状を測定することを特徴とする自動溶接機における開先形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の自動溶接機における開先形状測定方法であって、開先斜面部の測定に際し、溶接ワイヤを、溶接対象物表面を測定するときより所定量突き出した状態で測定を行うことを特徴とする自動溶接機における開先形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動溶接機における開先形状測定方法に関するものであり、特に、溶接ワイヤ送り量測定装置を利用した開先形状測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パイプの円周方向のシームを自動で溶接する溶接機の構成の例を図４に示す。図４において、パーソナルコンピュータ２１は、自動溶接のためのＣＡＤデータを作成するためのものであり、作成されたデータはフレキシブルディスク２１ａに記録される。制御装置２２は、自動溶接の実質的な制御（電源及び溶接トーチ位置等の制御）を行うためのものであり、フレキシブルディスク２１ａからＣＡＤデータを読み込む。そして、制御装置２２は、この読み込んだデータを用いて実際の溶接条件を設定し、設定された条件に対応して、ロジックテーブルに予め記録されたデータにより各種溶接パラメータを設定する。
【０００３】
さらに、この制御装置２２では、設定された溶接パラメータを実際の溶接の制御に用いるＮＣ言語に変換し、変換した言語を制御データとして制御テーブルの形で内部のメモリに記録する。そのメモリに記録された制御データを用いて、電源装置２３、及び溶接ヘッド２４を駆動制御すると共に、パルス電圧波形及びパルス電流波形の計測・解析値を用いてアーク倣い関連補正を行う構成となっている。なお、制御装置２２の主な制御項目は、溶接ヘッド２４の溶接の電圧、電流、及び溶接ヘッド２４に搭載された溶接トーチ２７の、パイプ開先３０に対するウィービング、溶接ヘッド２４の移動速度等である。
【０００４】
溶接ヘッド２４は、電源装置２３と送電ケーブル２８で接続され、パイプ外周に巻き付けられたガイドレール２９上に、円周方向に移動可能に装着される。溶接ヘッド２４には、溶接トーチ２７に対して溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部２６が搭載されている。
【０００５】
図５に、制御装置２２、電源装置２３、溶接ヘッド２４、パイプ２５間の電気的な接続関係を示す。図から分かるように、電源装置２３からは、送電ケーブル２８を介して、溶接ヘッド２４の溶接ワイヤ３１とパイプ２５との間にパルス溶接電圧が印加されるようになっている。これにより、溶接ワイヤ３１とパイプ２５表面との間にアークが発生する。溶接ワイヤ３１は一定速度で送られ、アークにより溶かされて溶着金属となり、パイプ開先３０内で固まり、母材を構成する。
【０００６】
図６に、溶接ヘッド２４の詳細図を示す。溶接ヘッド２４は、パイプ外周上の位置（時分で示す）Ｘ軸、溶接トーチ２７のウィービングの開先部幅方向（パイプ軸方向）Ｙ軸、及び溶接高さ方向（パイプ半径方向）Ｚ軸、及び溶接トーチ旋回軸の各軸についてサーボ機構を備え、これら４軸は制御装置２２により制御されている。ウィービングは２次元ウィービングである。即ち、溶接トーチ２７を溶接進行方向（Ｘ軸）に対して直交するＹ軸方向及びＺ軸方向に、開先部に沿って移動させている。
【０００７】
図７に、溶接トーチの詳細図を示す。溶接トーチ１中には、ガイドローラ３に案内されて溶接ワイヤ２が引き込まれ、送給ローラ４によって駆動されて送り出され、ストレーナ５で曲がりを矯正された後、溶接チップ６を介して送り出される。ストレーナ５と溶接チップ６の間には、給電ターミナル７が設けられ、パワーケーブル８から供給される電流が、給電ターミナル７を通して溶接ワイヤ２に供給される。なお、９はガスレンズである。
【０００８】
溶接ワイヤ２は溶接に使用される他、自動溶接機が開先形状を測定するために使用される。図８に、溶接ワイヤ２を用いた開先形状の測定方法を示す。
【０００９】
溶接ワイヤ２を溶接トーチ１の先端からある長さ（長さの絶対値は不明）出しておき、パイプの表面位置で溶接トーチ１を下降させる。すると、あるトーチ高さで溶接ワイヤ２先端がパイプ３２に接触する(▲１▼）。すると、パイプ３２と溶接ワイヤ２間が電気的に導通状態となるので、溶接ワイヤ２先端がパイプ３２に接触したことが分かる。このときの溶接トーチ１の高さを記憶する。次に、溶接トーチ１を図８における右側に一定量移動させ、同様の測定を行って溶接ワイヤ２先端がパイプ３２に接触したトーチの高さを記憶する（▲２▼）。これを繰り返して、測定されたトーチ高さが変化を開始する点を見出すことにより開先の上端位置が計測される。
【００１０】
さらに同様の測定を続けると、溶接ワイヤ２の先端が開先斜面に接触したことが検出されるので（▲３▼)、その位置（Ｙ軸位置）に対応する開先斜面位置（Ｚ軸位置）が計測される。測定点が開先リップ部に達し（▲４▼）、次に測定を行うと、トーチを大きく下げても溶接ワイヤ２とパイプ３２の接触が起こらなくなるので、開先の先端部に達したことが分かる。
【００１１】
このようにして測定を行い、溶接ワイヤ２の先端がパイプ３２に接触した位置でのトーチ位置（Ｙ座標とＺ座標で表示）をつなぎ合せることにより、開先の形状が正確に把握できる。なお、図８においては、左側の開先の測定方法を示しているが、右側の開先についても同様の測定を行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記開先の測定においては、溶接ワイヤのトーチからの突き出し量が変化した場合には正確な測定が行えない。溶接ワイヤは送給ローラによって拘束されているので、通常の状態では突き出し量は変化しないのであるが、希には送給ローラとの間の滑り等により突き出し量が変化することがあり、開先形状の測定が正確に行えないという問題点がある。
【００１３】
また、開先形状が狭く、かつ深い場合には、以下に示すような問題点がある。図９に、狭幅深開先の場合の開先形状測定の例を示す。狭幅深開先の場合には、図８におけるような場合と異なり、溶接トーチ１先端部を開先内に入れることができない。よって、開先リップ部の形状を測定するためには、図９▲６▼に示されるように、溶接ワイヤ２を長く突き出して測定を行わざるを得ない。すると、▲５▼に示されるようにパイプ３２表面部の測定を行うときは、溶接ワイヤ２の長さが長くなった分だけ溶接トーチ１を上方に上げざるを得ない。即ち、開先形状の測定のために、溶接には不必要な溶接トーチ１のストロークが必要となり、溶接トーチ１及びその駆動機構を大型化せざるを得ないという問題点がある。
【００１４】
更に、これらの問題点の他にも、溶接ワイヤの送り量が測定されていないため、溶接における溶着量、及び溶接ワイヤの残量を正確に把握することができないという問題点がある。
【００１５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、開先の形状測定が正確に行えると共に、溶接トーチ及及びその駆動機構を大型化することなく狭幅深開先の形状測定が可能な、自動溶接機における開先形状測定方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、溶接ワイヤの送り量を測定する溶接ワイヤ送り量測定装置を有する自動溶接機において、開先形状を、溶接ワイヤ先端が溶接対象物に接触する位置を計測することにより測定する方法であって、溶接ワイヤ先端位置をトーチ位置と前記ワイヤ送り量測定装置で測定した溶接ワイヤ送り量とから把握し、それに基づいて開先形状を測定することを特徴とする自動溶接機における開先形状測定方法（請求項１）である。
【００３３】
この手段においては、溶接ワイヤ先端位置がトーチ位置と溶接ワイヤ送り量から決定される。よって、測定途中で溶接ワイヤ突き出し量が変化しても、それは溶接ワイヤ送り量の変化として検出されるので、溶接ワイヤ先端位置が変化したことが分かる。従って、この変化量を勘案して測定を行うことにより、溶接ワイヤ突き出し量の変化に関わらず、正確な開先形状の測定を行うことができる。
【００３４】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、開先斜面部の測定に際し、溶接ワイヤを、溶接対象物表面を測定するときより所定量突き出した状態で測定を行うことを特徴とするもの（請求項２）である。
【００３５】
この手段は、狭幅深開先の形状測定をするときに有効である。即ち、突き出し量が短い状態で溶接対象物表面位置の測定を行い、開先部斜面の深部を測定するときは、溶接トーチ位置を下げる前に、溶接ワイヤを所定量だけ突き出し、それからトーチ位置を下げて測定を行う。新たに突き出された溶接ワイヤの長さは、溶接ワイヤ送り量測定装置により測定されているので、新たな溶接ワイヤ先端位置が分かり、正確な測定ができる。溶接ワイヤの突き出し量が増えているので、深部の測定に際しても、溶接トーチの移動量は少なくて済む。よって、従来技術のように、余分な溶接トーチの移動ストロークが不要となり、溶接トーチとその駆動装置の小型化ができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の一例に係る溶接トーチの詳細図であり、基本的な構造は図７に示したものと同じである。図１において、１は溶接トーチ、２は溶接ワイヤ、３はガイドローラ、４は送給ローラ、５はストレーナ、６は溶接チップ、７は給電ターミナル、８はパワーケーブル、９はガスレンズ、１０はエンコーダローラ、１１は押えローラである。
【００３７】
溶接トーチ中１には、ガイドローラ３に案内されて溶接ワイヤ２が引き込まれ、送給ローラ４によって駆動されて送り出され、ストレーナ５で曲がりを矯正された後、溶接チップ６を介して送り出される。ストレーナ５と溶接チップ６の間には、給電ターミナル７が設けられ、パワーケーブル８から供給される電流が、給電ターミナル７を通して溶接ワイヤ２に供給される。ガイドローラ３群の入口には、エンコーダロール１０と押えロール１１が設けられ、エンコーダロール１０にはエンコーダが接続されている。
【００３８】
エンコーダ部分の詳細図を図２に示す。以下の図において、全出の図で説明したものと同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図２において、１２はエンコーダ（パルス発信器）、１３は押えスプリング、１４は調整ねじ、１５は溝である。溶接ワイヤ２は、押えロール１１を介して、押えスプリング１３によりエンコーダロール１０に押し付けられ、溶接ワイヤ２とエンコーダロール１０との間に滑りが起こらないようにされている。エンコーダロール１０には、エンコーダ１２が直結されている。ワイヤ２が移動すると、エンコーダロール１０が回転し、その結果エンコーダからパルスが出力される。このパルスはパルスカウンタ（図示せず）によりカウントされ、溶接ワイヤ２の送り出し量及び引き込み量が測定される。
【００３９】
この実施の形態においては、溶接ワイヤ送り量測定器であるエンコーダ１２が溶接トーチ１内に設けられている。溶接トーチ１内では、溶接ワイヤ２はガイドローラ３群に拘束されており、弛みが生じない。よって、溶接トーチ１内にエンコーダ１２を取り付けることにより、溶接ワイヤ２の送り量を正確に測定することができる。
【００４０】
また、押えローラ１１は、押えスプリング１３によって付勢されているが、押えスプリング１３の押し付け力は、調整ねじ１４によって調整可能となっている。調整ねじ１４を調整することにより、溶接ワイヤの種類や直径に合わせて、最適な押し付け力を得ることができる。
【００４１】
さらに、エンコーダローラ１０の外周には、Ｖ字型の溝１５が設けられており、溶接ワイヤ２がこの溝１５にはまり込むようになっている。よって、運転中に、溶接ワイヤ２の位置が左右にずれ、押えロール１１から外れてしまうことがない。また、溝がＶ字型になっているので、溶接ワイヤの径が変わっても、確実にエンコーダロール１０との接触を保つことができる。この溝は、押えロール１１側に設けてもよい。
【００４２】
溶接ワイヤの送り出し方向を、溶接ワイヤ送り量の正方向とし、溶接トーチが溶接対象物から離れる方向を溶接トーチＺ方向位置の正方向とすると、溶接ワイヤ先端部の相対位置は、（溶接トーチＺ方向位置Ｔｚ）−（溶接ワイヤ送り出し量Ｌ）で表される。よって、開先形状測定において、この式により計算される値を溶接ワイヤ先端部の位置として形状測定を行えば、たとえ測定の途中で溶接ワイヤの突き出し量が変化したような場合でも、測定に影響を与えず、正確な開先形状測定が実施できる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態の一例である、狭幅深開先形状の測定方法を図３を用いて説明する。図３において、１６は溶接対象物である。
【００４４】
図３において、溶接対象物１６の表面位置を測定するときは、溶接ワイヤ２の突き出し量を少なくして溶接トーチ１上下させ、溶接ワイヤ２の先端が溶接対象物１６に接触したときの溶接トーチの位置Ｔｚと溶接ワイヤ送り量Ｌより、溶接対象物１６の表面の相対位置を（Ｔｚ−Ｌ）として算出する（▲７▼）（絶対位置は、溶接ワイヤ突き出し量の絶対値が不明であるため測定できない。）。
【００４５】
開先深部を測定する場合は、溶接ワイヤ２の突き出し量を所定量Ｌ’だけ増加させて、同様な測定を行う（▲８▼）。そのときの溶接トーチ１の位置をＴｚ’とすれば、溶接ワイヤ２の送り量はＬ＋Ｌ’となっているので、開先位置は（Ｔｚ’−Ｌ−Ｌ’）として計算できる。この方法によれば、溶接トーチ１位置を下げる代わりに、溶接ワイヤ２の突き出し量を大きくしているので、溶接トーチ１が入り込むことができないような狭い開先であっても形状を測定することができる。また、図３と図９を比較すると分かるように、溶接トーチの移動ストロークは、本発明に係る図３の方が、従来例である図９に比して小さくなっている。よって、本発明においては、溶接トーチとその駆動装置を従来の装置に対して小型化できることが分かる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、溶接ワイヤの送り量を実測しているので、溶接における溶着量、及び溶接ワイヤの残量を正確に把握することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、溶接ワイヤ送り量測定装置を有するので、これを利用して開先形状を正確に把握することができ、かつ、溶接トーチ及及びその駆動機構を大型化することなく狭幅深開先の形状測定が可能であり、加えて、溶接における溶着量、及び溶接ワイヤの残量を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る溶接トーチの詳細図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例に係るエンコーダ部分の詳細図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例である狭幅深開先形状の測定方法を示す図である。
【図４】自動溶接機の構成の例を示す図である。
【図５】自動溶接機の電気的な接続関係を示す図である。
【図６】溶接ヘッドの詳細を示す図である。
【図７】従来の溶接トーチの詳細を示す図である。
【図８】タッチセンサを用いた従来の開先形状測定方法を示す図である。
【図９】タッチセンサを用いた従来の狭幅深開先の場合の開先形状測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接トーチ
２  溶接ワイヤ
３  ガイドローラ
４  送給ローラ
５  ストレーナ
６  溶接チップ
７  給電ターミナル
８  パワーケーブル
９  ガスレンズ
１０  エンコーダローラ
１１  押えローラ
１２  エンコーダ
１３  押えスプリング
１４  調整ねじ
１５  溝
１６  溶接対象物
【図１】
0003655074.tif 000002
【図２】
0003655074.tif 000003
【図３】
0003655074.tif 000004
【図４】
0003655074.tif 000005
【図５】
0003655074.tif 000006
【図６】
0003655074.tif 000007
【図７】
0003655074.tif 000008
【図８】
0003655074.tif 000009
【図９】
0003655074.tif 000010