(57)【要約】【課題】溶接用開先部の形状をレーザーセンサーなどの電磁波を用いたセンサーによって計測する場合に、誤差が小さく精度の良い計測を可能にする。【解決手段】鋼材２０，２２を多層盛り突合せ溶接する中間段階で、未溶接部２７の形状をセンサーヘッド２８によって計測する際に、半Ｖ形の開先形状を形成している鋼材２２の開先面２３を予めショットブラストなどの粗面化手段によって粗面化する。粗面化したことによって、センサーヘッド２８からのレーザー光３０は開先面２３で乱反射し、反射光の少なくとも一部が確実にセンサーヘッド２８の受光部に入射するので、計測を精度よく実施できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削具によって加工した溶接用開先の表面を粗面化手段によって粗面化したことを特徴とする溶接用開先面。
【請求項２】
前記粗面化手段がショットブラストであることを特徴とする請求項１に記載の溶接用開先面。
【請求項３】
溶接用開先部の形状を電磁波を用いたセンサーによって計測する開先形状の計測方法において、前記溶接用開先の表面を予め粗面化手段によって粗面化することを特徴とする開先形状の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接用開先面および開先形状の計測方法に係り、特に溶接用開先部の形状を電磁波を用いたセンサーによって計測する場合に好適な溶接用開先面および開先形状の計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、肉厚が比較的厚い鋼材同士を突合せ溶接する場合には、各鋼材の少なくとも一方に溶接用の開先を形成し、多層盛りによって突合せ溶接することがしばしば行われている。多層盛りによる突合せ溶接を自動溶接機によって実施する際には、溶接状況を常時、把握して最良の多層盛りを行うことが要求される。このような要求を満たすために、多層盛りの中間段階で、既に盛られた溶接層に対して、今後、盛るべき溶接層(以下、未溶接部という)を計測することが行われている。
【０００３】
計測の手段としては、例えば特許文献１に開示されたレーザーセンサーが用いられる。この種のレーザーセンサーの概略構成を図３に示す。センサーヘッド１には電磁波の一種であるレーザー光２を被計測物の表面３に照射する発光部４と、前記被計測物の表面３からの反射光の少なくとも一部を反射光５として受光する受光部６が設けられている。発光部４と受光部６からの信号を受け取る演算部８では、受光部６で得られた反射光強度や光路差データに基づき、基準線ＢＬと被計測物の表面３との距離ｄを演算する。このセンサヘッド１を図示しない走査機構によって基準線ＢＬに沿って矢印Ａの方向に走査させる。すると、基準線ＢＬに対する被計測物の表面３の距離ｄが連続的に計測されることになり、結果として被計測物の表面形状を知ることができる。
【０００４】
しかしながら、上記レーザーセンサーは、図３の右側に図示したように、被計測物の表面３が傾斜している場合には、照射されるレーザー光２に対して、大部分の反射光が破線で示した受光部６の方向に向かないために、受光部６に到達する反射光強度が低下するという欠点がある。このような原因によって反射光強度が低下すると種々の補正手段を講じても、距離ｄが不正確に計測される傾向がある。この計測誤差は被計測物の表面の傾斜度が強いほど大きくなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５-２９６７４０号公報(第５頁、図１)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
鋼材同士を多層盛りで突合せ溶接する場合の中間段階で、開先形状をレーザーセンサーを用いて計測する場合には、上記レーザーセンサーの欠点が現実の課題となる。図４はその状況を例示したものである。鋼材１０と鋼材１２との突合せ溶接位置には裏板１４が当てられ、既に多層盛りの一部が溶接部１６として施されている状況である。この状態で未溶接部をレーザーセンサーを用いて計測する。センサーヘッド１を突合せ溶接位置の上方で矢印Ｂの方向に走査させる。この際、鋼材１２の開先面１８の傾斜角度が大きいため、レーザー光２の照射に対して受光部６に到達する反射光強度が低下し、計測誤差が大きくなる。このため、今後、盛るべき溶接層の状態を正確に把握することが困難になるという問題点がある。
【０００７】
このような問題点は、鋼材同士を多層盛りで突合せ溶接する場合に限らず、鋼材同士を隅肉溶接する場合や単層で溶接する際に、開先部の形状を予めレーザーセンサーによって計測する場合にも共通する問題であった。
【０００８】
本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、溶接用開先部の形状をレーザーセンサーなどの電磁波を用いたセンサーによって計測する場合において、誤差が小さく精度の良い計測を可能とする溶接用開先面および開先形状の計測方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る溶接用開先面は、切削具によって加工した溶接用開先の表面が粗面化手段によって粗面化されたことを特徴とする。前記粗面化手段としては、ショットブラストが好ましく用いられる。
【００１０】
また、本発明に係る開先形状の計測方法は、溶接用開先部の形状を電磁波を用いたセンサーによって計測する開先形状の計測方法において、前記溶接用開先の表面を予め粗面化手段によって粗面化することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明によれば、溶接用開先の表面が予め粗面化手段によって粗面化されているので、傾斜した開先面に電磁波を照射した時にも乱反射が活発に起きる。このため、反射光の少なくとも一部が確実にセンサーの受光部に入射する。したがって、開先形状の計測を、精度良く実施できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る開先形状の計測方法の実施形態を説明するための模式断面図である。鋼材２０と鋼材２２との突合せ溶接位置には裏板２４が当てられ、既に多層盛りの一部が溶接部２６として施されている中間段階の状況である。
【００１３】
鋼材２０の開先面２１は鉛直方向に形成されており、切削具によって加工された状態を維持し、格別の表面処理は施されていない。一方、鋼材２２の開先面２３は下部が鉛直方向に形成されているが、その他の大部分は鋼材断面に対して所定の傾斜角度を有して形成されており、いわゆるＶ形の開先面とされている。したがって、鋼材２０と鋼材２２との突合せ溶接部位は全体として半Ｖ形の開先形状を構成している。
【００１４】
また、鋼材２２の開先面２３には、切削具によって加工した加工面が予め粗面化手段によって粗面化されている。粗面化手段としては、ショットブラストや目の粗いグラインダー加工、化学的な処理方法などが適用される。又は切削加工時に切削具もしくは開先面に微振動を付与して切削と粗面化とを同時に行うようにしてもよい。特に、ショットブラストは均一な粗面化処理が可能であり、加工時の作業性が良いので好ましく用いられる。
【００１５】
上記の条件において、多層盛りする突合せ溶接部位の一部が自動溶接機により溶接され、溶接部２６が施されている。自動溶接機による多層盛りでは、中間段階で未溶接部の形状と量を把握することが重要であり、これらの情報を自動溶接機の操作系にフィードバックすることによって、信頼性の高い溶接が達成される。したがって、上記情報を得ることを目的としてレーザーセンサーによる開先面の計測を行う。
【００１６】
計測にあたっては、レーザーセンサーのセンサーヘッド２８の図示しない発光部からレーザー光３０が開先部に対してほぼ垂直方向に照射される。照射されたレーザ光３０は走査するセンサーヘッド２８のそれぞれの位置で溶接部２６の上面又は開先面２３で反射する。反射したレーザー光の少なくとも一部が反射光３２としてセンサーヘッド２８の図示しない受光部に入射する。受光部に入射した反射光３２の強度よって、レーザーセンサーは、開先の幅方向と平行に設定した基準線ＢＬに対する開先面までの距離を演算し出力する。各点での計測を実行しつつ、センサーヘッド２８を基準線ＢＬに沿って走査させることによって、基準線ＢＬに対する開先面までの距離が連続的に計測される。これらの計測値を繋ぐことによって、多層盛り溶接の中間段階における未溶接部の形状と量が明らかになる。
【００１７】
本実施形態では開先面２３が粗面化されているので、この開先面２３にレーザー光３０を照射した時に乱反射が活発に起きる。このため、散乱光の少なくとも一部が反射光３２として確実にレーザーセンサーの受光部に入射する。したがって、レーザーセンサーによる未溶接部の計測を、精度良く実施できる。仮に、開先面２３が粗面化されておらず、切削加工時の鏡面状態が維持されている場合には、レーザー光３０は一定の方向に反射し易くなり、乱反射が起き難い。したがって、開先面２３の傾斜角度が大きくなるほど、レーザーセンサーの受光部に入射する反射光３２の強度が小さくなって、計測誤差が大きくなる。
【００１８】
図２は上記実施形態におけるレーザーセンサーの計測事例を示したものである。横軸はレーザーセンサーを左側の基準位置から右側に向かって開先幅の方向に走査させたときの距離を示す。縦軸はレーザーセンサーで計測された開先面の深さ方向の距離を鋼材２０、２２の上面を基準としてマイナス値として示す。太線は開先面２３をショットブラストによって粗面化した場合の計測値である。ショットブラストはブラスト材として粒度２４番のアルミナ粒を使用し、５ｋｇ／ｃｍ2のショット圧で実施した。また、細線は比較のために開先面２３を粗面化せずにフライス盤での切削加工面を維持した場合の計測値である。
【００１９】
図２からも明らかなように、開先面２３をショットブラストによって粗面化した場合には、レーザーセンサーの計測結果が実寸法とほぼ一致しており、本発明に係る方法が精度の高い方法であることを確認することができた。一方、開先面２３をショットブラストによって粗面化しない従来方法の場合では、傾斜角度が大きい開先面２３でのレーザーセンサーの計測結果が不安定であり、深さが実寸法よりも大きく計測され、誤差が大きいことが判明した。上述のとおり、本実施形態によれば鋼材を多層盛りで突合せ溶接する場合の中間段階でのレーザーセンサーによる計測に有効である。
【００２０】
本発明は上記実施形態で示したレーザーセンサーによる計測に限らず、レーザー光に替わる他の電磁波を用いたセンサーによる計測の場合にも適用できる。また、本発明は上記実施形態で示した半Ｖ形の溶接開先形状に限らず、完全Ｖ形やＵ形の溶接開先形状に適用できる。また、多層盛りの溶接に限らず、自動溶接機で単層溶接する場合の開先形状の予備的な計測に対しても有効である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る溶接用開先面および開先形状の計測方法によれば、切削具によって加工した溶接用開先の表面が予め粗面化手段によって粗面化されているので、開先形状を電磁波を用いたセンサーによって計測する場合に、誤差が小さく精度の良い計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための模式断面図である。
【図２】レーザーセンサーの計測事例を示すグラフである。
【図３】レーザーセンサーの概略構成を示す模式図である。
【図４】従来技術に係る多層盛り突合せ溶接の中間段階の状況を例示する模式断面図である。
【符号の説明】
２０、２２……鋼材、２１、２３……開先面、２６……溶接部、２８……センサーヘッド、３０……レーザー光、３２……反射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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