(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接線上に冶具がある開先に対して、自動的に冶具を回避して溶接でき、冶具除去後には冶具設置部分の開先を計測して溶接できる自動溶接装置および自動溶接方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、溶接線上にある冶具12の位置を検出する検出センサ5と、検出した冶具12の位置から、溶接開始位置、溶接停止点、溶接再開点および溶接終了位置並びに冶具除去部分溶接開始位置および冶具除去部分溶接終了位置を決定する教示点データ記憶装置13と、開先形状を計測する２次元形状センサ6と、溶接開始位置で溶接を開始し、溶接停止点で溶接を停止し、溶接再開点で溶接を再開し、溶接終了位置で溶接を終了し、冶具除去後に冶具除去部分溶接開始位置で溶接を開始し、冶具除去部分溶接終了位置で溶接を終了する溶接機3と、溶接停止点で冶具12を回避して溶接トーチ4を溶接再開点まで移動させる溶接トーチ駆動機構とを備える。【選択図】図１
2015066596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接線上にある冶具の位置を検出する検出センサと、
前記検出センサで検出した冶具の位置から、冶具のない部分の開先を溶接するための冶具のない部分の開先の溶接開始位置、溶接停止点、溶接再開点および冶具のない部分の開先の溶接終了位置並びに冶具を除去した後の開先を溶接するための冶具除去部分溶接開始位置および冶具除去部分溶接終了位置を決定する教示点データ記憶装置と、
冶具のない部分の開先の形状を計測し、冶具を除去した後の開先の形状を計測する２次元形状センサと、
前記冶具のない部分の開先の溶接開始位置で溶接を開始し、前記溶接停止点で溶接を停止し、前記溶接再開点で溶接を再開し、前記冶具のない部分の開先の溶接終了位置で溶接を終了し、冶具除去後に前記冶具除去部分溶接開始位置で溶接を開始し、前記冶具除去部分溶接終了位置で溶接を終了する溶接機と、
前記溶接停止点で前記冶具を回避して溶接トーチを前記溶接再開点まで移動させる溶接トーチ駆動機構とを備える自動溶接装置。
【請求項２】
前記２次元形状センサは、前記冶具除去部分溶接開始位置および前記冶具除去部分溶接終了位置の溶接ビードの形状を計測し、
前記教示点データ記憶装置は、計測した溶接ビードの形状に基づいて前記冶具除去部分溶接開始位置および前記冶具除去部分溶接終了位置を補正する請求項１記載の自動溶接装置。
【請求項３】
検出センサで溶接線上にある冶具の位置を検出し、
教示点データ記憶装置で前記検出センサで検出した前記冶具の位置から、冶具のない部分の開先を溶接するための冶具のない部分の開先の溶接開始位置、溶接停止点、溶接再開点および冶具のない部分の開先の溶接終了位置並びに冶具を除去した後の開先を溶接するための冶具除去部分溶接開始位置および冶具除去部分溶接終了位置を決定し、
２次元形状センサで冶具のない部分の開先の形状を計測し、
溶接機を前記冶具のない部分の開先の溶接開始位置で溶接開始し、
前記溶接機を前記溶接停止点で溶接停止し、
溶接トーチの駆動機構で前記溶接停止点で冶具を回避して前記溶接再開点まで移動させるように前記溶接トーチを駆動し、
前記溶接機を前記溶接再開点で溶接再開し、
前記溶接機を前記冶具のない部分の開先の溶接終了位置で溶接終了し、
冶具のない部分の開先の溶接が終了したら前記冶具を除去し、
前記２次元形状センサで冶具を除去した後の開先の形状を計測し、
前記溶接機を前記冶具除去部分溶接開始位置で溶接開始し、
前記溶接機を前記冶具除去部分溶接終了位置で溶接終了する自動溶接方法。
【請求項４】
前記冶具除去部分溶接開始位置および前記冶具除去部分溶接終了位置の溶接ビードの端部をグラインダで手直しし、
前記２次元形状センサで前記冶具除去部分溶接開始位置および前記冶具除去部分溶接終了位置の手直しした溶接ビードの形状を計測し、
計測した溶接ビードの形状に基づいて前記冶具除去部分溶接開始位置および前記冶具除去部分溶接終了位置を補正する請求項３記載の自動溶接方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、自動溶接装置および自動溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
継ぎ手の接合には多層盛溶接が用いられる。この溶接作業は必ずしも容易でなく，部材の素材や継ぎ手構造によっては，開先寸法精度や開先合わせ精度が悪くなる。このため、開先位置ごとに溶接ねらい位置や溶接条件を対応させねばならず、作業者の技量に依存する課題があった。
【０００３】
そのため、レールを用いた自動盛溶接装置が提案されている。この溶接装置は、溶接線に沿って設置されるレールと、そのレール上を走行する溶接機と、開先形状を計測するセンサとを有する。このセンサで計測された開先形状に基づいて，溶接ねらい位置が補正される。この結果、品質の高い自動多層盛溶接が可能となる。また、寸法精度が悪い開先のギャップ幅やビード幅を形状センサで計測し、溶接条件パラメータを可変制御し、ねらい位置を補正する方法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１６９４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２９０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、継ぎ手溶接では、溶接変形防止とワーク固定のため、溶接線上に冶具を取り付け、溶接変形が一定量以下になるまで取り付けたまま開先を溶接する。さらに、変形が一定量以下になった場合、冶具を除去して溶接していない部分を溶接する必要がある。
【０００６】
これに対して、従来の自動溶接装置では、溶接線上に冶具などの障害物を検出できない。そのため、溶接機を手動で操作して、溶接トーチやセンサを冶具から回避しなければならない課題があった。また、冶具除去後は溶接を行っていない
開先部分は溶接機を手動で移動させ、設定を行わなければならない課題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、溶接線上に冶具がある開先に対して、自動的に冶具を回避して溶接でき、冶具除去後には冶具設置部分の開先を計測して溶接できる自動溶接装置および自動溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る自動溶接装置は、溶接線上にある冶具の位置を検出する検出センサと、前記検出センサで検出した冶具の位置から、冶具のない部分の開先を溶接するための冶具のない部分の開先の溶接開始位置、溶接停止点、溶接再開点および冶具のない部分の開先の溶接終了位置並びに冶具を除去した後の開先を溶接するための冶具除去部分溶接開始位置および冶具除去部分溶接終了位置を決定する教示点データ記憶装置と、冶具のない部分の開先の形状を計測し、冶具を除去した後の開先の形状を計測する２次元形状センサと、前記冶具のない部分の開先の溶接開始位置で溶接を開始し、前記溶接停止点で溶接を停止し、前記溶接再開点で溶接を再開し、前記冶具のない部分の開先の溶接終了位置で溶接を終了し、冶具除去後に前記冶具除去部分溶接開始位置で溶接を開始し、前記冶具除去部分溶接終了位置で溶接を終了する溶接機と、前記溶接停止点で前記冶具を回避して溶接トーチを前記溶接再開点まで移動させる溶接トーチ駆動機構とを備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における自動溶接装置の構成を示す図。
【図２】実施形態の自動溶接装置により実施される冶具除去前の溶接を説明するフローチャート。
【図３】実施形態における自動溶接装置１で冶具付き開先を溶接する手順を説明する図。
【図４】実施形態の自動溶接装置により実施される冶具除去後の溶接を説明するフローチャート。
【図５】実施形態における自動溶接装置１で冶具除去部分の開先を溶接する手順を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の自動溶接装置および自動溶接方法を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は実施形態における自動溶接装置の構成を示す図である。自動溶接装置１は、ガイドレール２、溶接機３、溶接トーチ４、検出センサ５、２次元形状センサ６、形状センサ処理装置７と、溶接機制御装置８とを有する。
【００１２】
ガイドレール２は、溶接ワーク９の上に設置され、溶接機３の走行を案内する。
【００１３】
溶接機３には、溶接トーチ４と、検出センサ５と、２次元形状センサ６と、ワイヤと、溶接トーチ４と２次元形状センサ６とを上下・左右方向に任意で移動させる駆動機構と、走行機構を搭載している。
【００１４】
検出センサ５は、例えばタッチ式の接触センサまたはレーザや超音波の非接触センサで、溶接線上の冶具１２を検出し、溶接機制御装置８に信号を送信する。
【００１５】
２次元形状センサ６は、例えばレーザや超音波により開先の断面形状を計測するセンサである。
【００１６】
形状センサ処理装置７は、２次元形状センサ６で計測され出力された計測データを受信し、ギャップ、目違い、開先幅、開先深さを検出する。
【００１７】
溶接機制御装置８は、教示点データ記憶装置１３と、動作軸制御装置１４と、を有する。教示点データ記憶装置１３は、計測教示点１５と回避教示点１６を記憶し、動作軸制御装置１４へ送信する。動作軸制御装置１４は、溶接機３へ指令信号を送信し、溶接機３および駆動機構を所定量駆動する。
【００１８】
駆動機構は、教示点データ記憶装置１３の信号により溶接トーチ４および２次元形状センサ６を冶具１２から回避させる。
【００１９】
次に、実施形態における自動溶接装置１の作用および溶接方法について説明する。
【００２０】
図２は、実施形態の自動溶接装置１により実施される冶具除去前の溶接を説明するフローチャートである。図３は、実施形態における自動溶接装置１で冶具付き開先を溶接する手順を説明する図である。
【００２１】
冶具位置検出工程Ｓ２では、図３(a)に示すように、検出センサ５を用いて溶接線上にある冶具１２を検出し、溶接機制御装置８に信号を送信する。溶接機制御装置８は、信号を受けたときの溶接機位置を回避教示点１６として教示点データ記憶装置１３に記憶する。また、回避教示点１６は溶接停止点１７、溶接再開点１８の順番で自動的に分類して記憶される。
【００２２】
計測点教示工程Ｓ３では、図３(b)に示すように、開先形状を計測する位置を計測教示点１５として教示点データ記憶装置１３に記憶する。また、冶具位置検出工程Ｓ２で教示点データ記憶装置１３に記憶された回避教示点１６も計測教示点１５として自動的に記憶される。
【００２３】
開先形状計測工程Ｓ４では、図３(c)に示すように、計測点教示工程Ｓ３で記憶された計測教示点１５に基づいて、溶接機３の動作軸を制御する。２次元形状センサ６は、溶接機３の動作後に開先形状を計測する。
【００２４】
溶接条件算出工程Ｓ５では、２次元形状センサ６から出力された計測データを形状センサ処理装置７が受信し、ギャップ、目違い、開先幅、開先深さを検出し、溶接機制御装置８に開先形状データとして送信する。送信されたデータと予めギャップ、目違い、開先幅、開先深さでアルゴリズム化された溶接条件テーブルから溶接条件を算出する。
【００２５】
全教示点終了確認工程Ｓ６では、全教示点で溶接条件の算出が終了したかを判断する。終了していない教示点がある場合は、その教示点の溶接条件を算出するために計測点教示工程Ｓ３に戻る。全教示点で溶接条件の算出が終了したと判断した場合は、溶接開始工程Ｓ７で溶接を開始する。
【００２６】
溶接開始工程Ｓ７では、図３(d)に示すように、溶接機３を溶接開始位置１９に、２次元形状センサ６を冶具１２のあたらない位置に駆動機構により移動させて、溶接を開始する。
【００２７】
溶接停止工程Ｓ８では、溶接機３が溶接停止点１７に移動すると溶接を停止する。
【００２８】
冶具回避工程Ｓ９では、溶接トーチ４の駆動機構を駆動させて冶具１２を回避する。
【００２９】
溶接再開工程Ｓ１０では、冶具回避後、溶接トーチ４を溶接再開点１８まで駆動機構を駆動させて溶接を再開する。
【００３０】
溶接停止工程Ｓ１１では、溶接停止点１７まで移動すると溶接を停止する。
【００３１】
溶接終了位置確認工程Ｓ１２において、溶接機３が溶接終了位置２０に移動したかを判断する。移動していない場合は、冶具回避工程Ｓ９に戻る。溶接機３が溶接終了位置２０に移動したと判断した場合は、溶接を終了する。
【００３２】
以上により、開先線上の冶具１２を自動回避して溶接することが可能となる。
【００３３】
図４は、実施形態の自動溶接装置１により実施される冶具除去後の溶接を説明するフローチャートである。図５は、実施形態における自動溶接装置１で冶具除去部分の開先を溶接する手順を説明する図である。
【００３４】
冶具除去工程Ｓ１４後、図５(a)に示すように、溶接ビード２２の端部をグラインダなどによる手直し２３を行う。
【００３５】
冶具除去部計測点教示工程Ｓ１５では、図５(b)に示すように、冶具１２があった部分の開先に対する計測点を計測教示点１５として教示点データ記憶装置１３に記憶する。計測教示点１５は冶具除去部分の溶接開始位置１９、冶具除去部分の溶接終了位置２０の順番で自動的に分類して記憶される。
【００３６】
溶接開始位置移動工程Ｓ１６では、計測点教示工程Ｓ３で記憶された溶接開始位置１９に２次元形状センサ６を移動させる。
【００３７】
形状計測工程Ｓ１７では、溶接開始位置１９に移動させた２次元形状センサ６で手直し部分の溶接ビードの形状を計測する。
【００３８】
冶具除去部溶接開始位置補正工程Ｓ１８では、図５(c)に示すように、計測した手直し部分の溶接ビードの形状に基づいて、冶具除去部分の溶接開始位置１９を補正する。
【００３９】
冶具除去部開先形状計測工程Ｓ１９では、冶具除去部計測点教示工程Ｓ１５で記憶された計測教示点１５に基づいて、溶接機３の動作軸を制御する。２次元形状センサ６は、溶接機３の動作後に開先形状を計測する。
【００４０】
溶接再開点移動工程Ｓ２０では、計測点教示工程Ｓ３で記憶された溶接終了位置２０に２次元形状センサ６を移動させる。
【００４１】
形状計測工程Ｓ２１では、溶接終了位置２０に移動させた２次元形状センサ６で手直し部分の溶接ビードの形状を計測する。
【００４２】
冶具除去部溶接終了位置補正工程Ｓ２２では、図５(c)に示すように、計測した手直し部分の溶接ビードの形状に基づいて、冶具除去部分の溶接終了位置２０を補正する。
【００４３】
溶接条件算出工程Ｓ２３では、２次元形状センサ６から出力された計測データを形状センサ処理装置７が受信し、ギャップ、目違い、開先幅、開先深さを検出し、溶接機制御装置８に開先形状データとして送信する。送信されたデータと予めギャップ、目違い、開先幅、開先深さでアルゴリズム化された溶接条件テーブルから溶接条件を算出する。
【００４４】
全教示点終了確認工程Ｓ２４では、全教示点で溶接条件の算出が終了したかを判断する。終了していない教示点がある場合は、その教示点の溶接条件を算出するために溶接開始位置移動工程Ｓ１６に戻る。全教示点で溶接条件の算出が終了したと判断した場合は、溶接開始工程Ｓ２５で溶接を開始する。
【００４５】
溶接開始工程Ｓ２５では、図５(d)に示すように、溶接機３を溶接開始位置１９に移動させて溶接を開始する。
【００４６】
溶接終了工程Ｓ２６では、溶接機３が溶接終了位置２０に移動すると溶接を終了する。
【００４７】
全教示点終了確認工程Ｓ２７では、全教示点で溶接が終了したかを判断する。終了していない教示点がある場合は、その教示点の溶接をするために溶接機３を溶接開始位置１９に移動する（溶接開始位置移動工程Ｓ２８）。全教示点で溶接が終了したと判断した場合は、溶接が完了する（Ｓ２９）。
【００４８】
以上により、開先線上の冶具除去後の開先に対して、高品質の自動溶接が可能となる。
【００４９】
以上述べた実施形態によれば、溶接線上に冶具がある開先に対して、自動的に冶具を回避して溶接でき、冶具除去後には冶具設置部分の開先を計測して溶接できる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１    自動溶接装置
２    ガイドレール
３    溶接機
４    溶接トーチ
５    検出センサ
６    ２次元形状センサ
７    形状センサ処理装置
８    溶接機制御装置
９    溶接ワーク
１２  冶具
１３  教示点データ記憶装置
１４  動作軸制御装置
１５  計測教示点
１６  回避教示点
１７  溶接停止点
１８  溶接再開点
１９  溶接開始位置
２０  溶接終了位置
２２  溶接ビード
２３  手直し
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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