JPS591505B2 - 溶接開先面間中心検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は振動片を使用して溶接開先中心線を倣い検出
する方法及びその装置の構造に関する。

従来の倣い装置例えば溶接開先の中心線を倣い検出する
装置としては、第１図に示す様にＶ型開先面１ａ、Ｉｂ
の底に丸みをもたせた接触棒２を押し付ける手段、第２
図の様にＩ型開先の場合に開先部側壁である開先面３ａ
、３ｂの片側たとえば３ａ側に接触棒２を押し付ける手
段、または第３図に示す様に母材４の表面上の開先端部
４ａ、４ｂにそろばん玉状の倣いローラ５を押しつけて
ころがらせる手段などがあり、接触式の開先線検出部材
２、５などを用いその変位量をリミットスイッチや差動
変圧器などにより検出するものであり、一部実用に供さ
れている。しかし、第１図、第２図の手段では接触棒２
を開先面１ａ、ｌｂ、３ａにこすりつけることによつて
生じる機械的なガタの発生や、接触棒２が構造的に大き
くなること、また、溶接アークの監視を妨げるなどのた
めに作業性も悪く、また精度も±０．５ｍｍより悪いも
のであつた。また、Ｉ型開先の狭開先溶接に対して第２
図の手段を採用すると、開先面の片側からの位置に対す
る倣いとなり、１層１バス手段で狭開先アーク溶接する
場合に必要な開先中心線そのものを検出することはでき
なかつた。一方、第３図の手段では開先中心線６を検出
することはできるとは言うものの、検出部の構造がかな
り大きくなること、母材表面部の倣いに限定されること
、また、第４図に示すように母材４の表面に段違いが存
在する場合には開先中心線６とローラの中心線Ｔとの間
に大きな誤差を生じることなどあり実用面からも問題の
多いものであつた。また、従来の溶接用左右方向開先倣
い装置として第５図に示すように近接リレーの原理を応
用した磁気的な非接触型の検出器８を用いる手段もある
が、構造的な問題から検出器が大きくなり、例えば開先
幅８韮などのＩ型狭開先内に挿入できず、結局母材表面
側の片側の開先コーナ部４ａを倣うなどしかできないな
ど、制約の多く欠点のあるものであつた。

この発明は、上記した従来技術の欠点をなくし、広く振
動片を使用して対象物との相対位置の検出、また特に溶
接については開先幅８關など狭いＩ型開先の内面に位置
して開先中心位置を検出できる開先中心線の倣い検出方
法及びその装置を提案することを目的とする。

要するにこの発明は振動片を共振あるいは共振に近い状
態で振動させながらその端部と開先部左右壁とを接触さ
せその接触信号により振動片の振幅中心と開先部中心線
との相対位置を検出し良質な溶接を行なわせる方法とそ
の装置の構造を提案することを特徴とする。

以下本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第６図は本発明にかかる検出器の基本的構成を示すもの
の正面図で、第７図は第６図に示す検出器の側面図であ
り、また同時に主要な電気回路もあわせて示すものであ
る。これらの図面において、９は直流モータで、例えば
６０Ｈｚの交流電源１０に接続されているため、モータ
７の回転軸１１は交流電源の周波数に応じて往復回動部
即ち６０Ｈｚで振動するものである。符号１２は開先倣
い用の接点の働きをする振動片、１３は振動片１２の振
動の中心を固定するための中心設定用振動片で振動の節
を固定するため支点１４によつて軽く支持されている。
振動片１２および中心設定用振動片１３の一端は締付治
具１５によりモータの回転軸１１に接続して固定されて
いる。１６は直流電動機（以下モータと称す）９、支点
１４などを固定し、かつ溶接トーチなどと一体になつて
動く様にとりつけられる固定プロツクである。

また１７は母材１８の左側開先内面１８ａ右側開先内面
１８ｂと振動片１２との電気的接触状態を検出する接触
状態検出回路である。前記接触状態検出回路１７からの
信号は制御箱４１に送られ、固定プロツク１６の取付さ
れた架台４２に装着された溶接機心出し，駆動装置４３
を駆動し溶接機４５のトーチ４４を開先中心線に合せる
。即らアークが開先の中心線であるアークポイントに正
しく形成されることとなる。開先中心線保持装置は制御
箱４１、架台４２、溶接機心出し装置４３とよりなるこ
ととなる。なお、支点１４およびモータ９は図示してい
ないがネジにより固定プロツク１６に固定されている。

本発明はこの様な構成なので、いまこの検出器に対し交
流電源１０より交流電圧を直流用のモータ９に印加する
とモータの回転軸１１は回転して使用されることなく往
復回動し、ばね板より構成されている振動片１２および
中心設定用振動片１３、締付治具１５から構成されてい
る振動系にねじり振動を与え、振動片１２は第８図に矢
印で示す様にモータ９の回転軸１１を支点とした形で振
動の中心線１９を中心として左右対称に共振または共振
に近い状態で振動させる。

この振動片１２の振動のモードや振動片先端のふれ幅は
、振動片１２の長さ、厚さ、ヤング率や回転軸１１回り
の慣性モーメントを変えること、また中心設定用振動片
１３についても同様な因子を変えることで大幅に変化す
る。第８図には１次の振動モードを示したが、第９図は
同じく上記の種々の因子を変えて得られた振動片１２の
２次の振動モードを示したものである。いま振動系につ
いて上記の様な因子を調整し交流電源１０の周波数ｆと
検出器の振動系の共振周波数Ｆ。

とを一致させ振動系を共振状態に保つと、第１０図の破
線で示す様に振動片１２の先端の振れ幅は非常に大きく
なる。この状態で第１０図に示す様に片側に母材開先面
１８ａを当てると、自由状態で共振していた破線で示す
振れ幅が母材開先面１８ａて瑠ｕ限され、開先面との接
触による共に近い状態で振動し、母材開先面１８ａに対
して反対側の振れ幅ｃは母材開先面１８ａと元の振動の
中心線１９との間隔ｂとほマ等しくなる現象が生じる。
Ｉ型の狭開先溶接に於ては開先両側の母材開先面１８ａ
，１８ｂは溶接される関係上同電位となるが、振動片１
２がどららの開先面に対し片当り状態になつているか、
あるいは両当りとなつているか、または両側ともに当つ
ていないかなどの検出が問題になるが次の様にして解決
した。

振動片１２が母材１８に接触したかどうかの検出は、第
７図に示すように母材１８および振動片１２からの導線
２２，２３を直流電源２４および抵抗２５からなる接触
状態検出回路１７を用いて行なつた。従つて検出器と開
先部との相対位置を検出する相対位置検出装置は中心設
定用振動片１３、締付治具１５、振動片１２よりなる振
動系の装置と接触状態検出回路１７とよりなることとな
る。いま１次のモードで振動片１２が振動している場合
について考えると、モータ９に印加する交流電源１０の
電圧が正の半波のとき振動片１２の先端が母材左側開先
面１８ａ側に振れるように接続すると、逆に負の半波の
ときには振動片１２の先端は母材右側開先面１８ｂ側に
振れるように動作する。

そこで、第１２図に示す信号弁別回路２６の入力端子Ａ
２７に父流電源１０の電圧信号を入力端子Ｂ２８に接触
状態検出回路１７からの接触状態検出電圧信号をそれぞ
れ入力信号として加え、交流電源１０の電圧信号が正の
半波の時の接触状態検出回路１７の電圧信号の状態と、
交流電源１０の電圧信号が負の半波の時の接触状態検出
回路１７の電圧信号の状態を識別し、母材左側開先面１
８ａ側の接触状態検出信号を出力端子Ｌ２９に母材右側
開先面１８ｂ側の接触状態検出信号を出力端子Ｒ３Ｏに
それぞれ出力信号として得るようにした。実際の溶接線
開先倣いは、第６図、第７図に示す検出器の固定プロツ
ク１６と溶接磯４５、溶接トーチ４４とが一体になつて
動くように機械的に結合し、これ等を溶接進向方向に対
して直角かつ左右方向に駆動装置４３に含まれる電動モ
ータによつて可逆移動する図示していない移動ベース上
に取りつけ、移動ベースの左右方向移動および停止を左
側および右側接触状態検出信号出力２９，３０（第１２
図参照）にもとずいて制御、即ら、左側開先面１８ａ側
に振動片１２が片当りになつているときには移動ベース
を右側に、右側開先面１８ｂ側に振動片１２が片当りに
なつているときには移動ベースを左側に、また振動片１
２が両当りの場合には移動ベースの移動を停止するよう
に構成した回路を用いて行なつた。

第１３図にこの発明の実施により得られた結果である開
先幅と検出精度の関係を示す。実線は振動片の１次モー
ドのときを示し点線は２次モードのときを示すものであ
る。上述の本発明の一実施例によれば、モータ９には直
径２５ｍ１１長さ３０關程度の小型モータを、中心設定
用振動片１３には長さ３５龍、幅９ｍｍ１厚さ０．３ｍ
ｍのばね板を使用したことから検出器の構造はきわめて
簡単かつ小型にできた。

振動片１２には１７％Ｃｒ−７％Ｎｉ−１％Ａｔ系のば
ね材料を使用したことから耐熱性もきわめてよく、開先
幅以上の振幅で振動片１２を振動させておき母材表面の
外側から母材開先内に向つてかなり急速に振動片１２を
挿入して行つても振動片１２は母材表面に引つかかるこ
となくそのま＼難なく開先内に挿入でき、また交流電源
１０としては商用周波数を用い、接触状態検出回路１７
他の電気回路も簡単な回路構成であるなど、きわめて簡
単、安価、丈夫で長持らするものに製作できたにもかか
わらず、第１３図に示すように極めて良好な検出精度が
得られた。更に、開先幅が８闘程度の狭開先内であつて
、かつ板厚が１００鼎近くあつても、十分に開先底部近
傍の開先中心線２０を検出でき、第１３図に示したよう
に開先幅が変化しても開先中心線２０を直接容易に検出
し倣うことができるなどの効果がある。なお上記の実施
例ではいずれも振動系を共振または共振に近い状態近く
で振動させることにより、小さい入カニ′ルギで大振幅
を得たものであつたが、入力エネルギを大とすることに
よつて得られる非共振状態での振動を利用しても同様な
開先中心線に対する倣い動作を同様に行なうことができ
た。

また、振動のエネルギを印加する方法としては第６図な
どモータ９を利用する方法を中心に説明してきたが、モ
ータ９に限定されるものではない。

第１４図は、他の振動エネルギ印加方法の１例として示
したもので、永久磁石３１、継鉄３２、鉄心３３からな
る磁気回路の鉄心３３上にコイル３４を巻付け、このコ
イル３４に交流電源３５から交流電圧を印加すると、支
持板バネ３６、鉄心３３によつて保持されている振動片
３７が振動するものであり、このようなトルクモータの
原理を応用し、振動によりモータの回転軸が摩耗する問
題をなくすこともできる。第１発明、第２発明を実施す
ることにより振動片の共振状態で面間中心を検出するた
め高精度の溶接開先面間中心の検出ができる。

また振動数が大きいため単位時間内の振動片保持部の位
置についての情報量が多く極めて精度の高い制御ができ
る。検出される面が不連続に即らその面間寸法が不連続
に変化しても円渭にかつ精度の高い面間中心の検出がで
きる。第３発明を実施するときは、振動片を母材開先内
で振動させながら開先中心線を検出しようとするもので
あることから、（１）傅く、長い振動片を使用でき、狭
く深い開先内部での倣いが可能となつたこと（２）振動
片の動きを透してアークが容易に見えることから、狭開
先溶接でことに問題となるアークの監視を妨げることが
ないこと（３） Ｉ層１パス方式の狭開先溶接に必要な
開先中心線（アークポイント）を直接に倣う検出器であ
ること（４）開先中心線からのずれの検出精度は±０．
１５ｍｍなど実用上十分な精度が容易に得られること（
５）開先側壁とは振動的な接触であることから、従来技
術で問題となつていた母材表面とのこすりによる引つか
かりなどの問題がなくなつたことなどを始め、簡単な検
出器の構造であるにもかかわらず、ことに狭開先溶接用
の開先倣い装置として非常に優れた機能を有するもので
あり、溶接作業の自動化に大きく貢献する等種々の効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は接触棒を使用する従米の手段を説明す
る図面、第３図、第４図はそろばん玉状の接触体を使用
する従来の手段の説明図、第５図は磁気式検出器を使用
する場合の説明図、第６図はこの発明にかかる装置の正
面図、第７図はその側面図、第８図は１次モードの振動
状態を示す振動片の正面図、第９図は２次モードの振動
状態を示す振動片の正面図、第」０図はこの発明にかか
る検出器の振動片の作動状態の説明図、第１１図は振動
片の作動原理の説明図、第１２図は振動片からの信号識
別回路図、第１３図はこの発明にかかる検出器の倣い精
度測定データを示す線図、第１４図は振動片を振動させ
る装置の一例を示す図面である。 １ａ，１ｂ，３ａ，３ｂ・・・・・・開先面、２・・・
・・・接触体、４ａ，４ｂ−・・・・・開先端部、５・
・・・・・倣いローラ、６・・・・・・開先中心線、８
・・・・・・非接触型検出器、９・・・−・・直流モー
タ、１０・・・・・・交流電源、１１・・・・・・モー
タの回転軸、１２・・・・・・振動片、１３・・・・・
・中心設定用振動片、１４・・・・・・支点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対向する溶接開先面間の中心を接触片で検出する
   方法において、前記接触片を共振あるいは共振に近い状
   態で振動させ、前記接触片の前記溶接開先面間方向にお
   ける最大振幅を形成する部位と前記溶接開先面との接触
   を信号として溶接開先面間の中心を検出することを特徴
   とする溶接開先面間中心検出方法。 ２ 振動片を共振あるいは共振に近い状態で振動させる
   振動付与装置と、相対向する溶接開先面のいずれかの面
   または両方の面に接触する振動片の接触を信号として溶
   接開先面間の中心と振動片の振幅中心との相対位置を検
   出する相対位置検出装置と、この相対位置検出装置の信
   号により振動片の振幅中心と相対向する溶接開先面間の
   中心との相対位置のずれを修正誘導する面間中心保持装
   置、とよりなることを特徴とする溶接開先面間中心検出
   装置。 ３ 前記振動付与装置として直流電動機を用い前記振動
   片を前記直流電動機に機械的に接続し、この直流電動機
   に交流電源を接続して振動片を振動させることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の溶接開先面間中心検出
   装置。