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JPH0695010B2 - パイプ自動溶接用開先位置検出装置 - Google Patents
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JPH0695010B2 - パイプ自動溶接用開先位置検出装置 - Google Patents

パイプ自動溶接用開先位置検出装置

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JPH0695010B2
JPH0695010B2 JP2236099A JP23609990A JPH0695010B2 JP H0695010 B2 JPH0695010 B2 JP H0695010B2 JP 2236099 A JP2236099 A JP 2236099A JP 23609990 A JP23609990 A JP 23609990A JP H0695010 B2 JPH0695010 B2 JP H0695010B2
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JP
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welding
groove
pipe
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pipe surface
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守 河原
春雄 向江
秀樹 宮崎
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は平板を円筒状に曲げ、パイプとする長手方向の
継目を溶接により接合して製作するパイプ自動溶接用開
先位置検出装置に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
パイプを溶接により生産するために従来は第11図に示す
ような装置で、次のような作業手順で行っていた。
生産工程上流側からパイプ(2)の両端部にタブ板
(2a)(2a′)を取付けたパイプ(2)を搬入搬出台車
(11)で受け取る。
台車(11)を溶接機(12)の真下で一旦停止させる。
台車(11)上に設置されているパイプ回転機構(15)
を駆動し、溶接すべき線(2b)が「天」の位置になるよ
うにパイプ(2)をセットする。
溶接トーチ駆動機構(13)により溶接トーチ(14)を
下降させ、溶接トーチ先端部を開先(3)に挿入する。
前記タブ板(2a)上でアークをスタートさせるととも
に台車(11)を走行させ、溶接作業を開始する。
溶接中は、溶接トーチ駆動機構(13)により、溶接ト
ーチ(14)と開先(3)との相対位置が常に一定となる
ように、手動運転により左右ならい制御(X軸方向の位
置決め)とエクステンション制御(Y軸方向の位置決
め)を行う。
溶接が後部タブ板(2a′)に到達したところで台車
(11)の走行とアークを停止する。
溶接トーチ駆動機構(13)により溶接トーチ(14)を
上昇させる。
パイプ(2)を下流側に搬出する。
以上の〜の作業を繰り返しながら行われている。こ
の中でも、,,,が作業者が行う重要な作業と
されている。特にの作業はパイプ自身に曲がりや捩じ
れなどがあるため、溶接していくべき加工線(溶接線)
は、実際には直線となっておらず、これまでは作業者の
目でこの溶接線を判断しており、作業者は細心の注意を
払って行っているが、経験や熟練度の違いで作業者個々
の間に技能のばらつきがあり、また長時間の連続作業と
なれば多大の労力を要し、優秀な作業者と言えども疲労
などの影響で常に良好な溶接作業を実施しているとは限
らない。このような状況の中で溶接の品質を保証し、し
かもその品質を安定化するために溶接作業の自動化が望
まれてきているが、前記の,,,項を自動化す
るのが困難であった。
本発明はこのような問題点を解消したもので、開先位置
検出装置によって、パイプのシーム溶接工程を自動化し
て品質良好な溶接を保証できるパイプ自動溶接用開先位
置検出装置を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明のパイプ自動溶接用開
先位置検出装置は、投光する光の方向を、溶接線の天の
位置と、溶接線ならい制御位置に変化できる1個の扇状
光投光器あるいは溶接線の天の位置と、溶接線ならい制
御位置に投光する光の方向が互いに若干異なる少なくと
も2個の扇状光投光器と、開先部の断面形状を撮像する
撮像器と、撮像器が捉えた画像からパイプ表面部分の位
置を算出するパイプ表面位置算出器と、撮像器が捉えた
画像から開先のエッジの位置を算出する開先位置算出器
からなることを特徴とするパイプ自動溶接用開先位置検
出装置。撮像器と、撮像器が捉えた画像からパイプ表面
部分の位置を算出するパイプ表面位置算出器と、撮像器
が捉えた画像から開先のエッジの位置を算出する開先位
置算出器からなるものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を示す図面について説明する。第
1図は本発明の開先位置検出装置の基本構成を示してい
る。(1)は被溶接材であるパイプ(2)の溶接開先部
(3)に扇状のレーザー光束を照射する投光器である。
この投光器(1)は、第2図(イ)(ロ)に示すよう
に、撮像する面の位置が溶接線が天の位置(a)と溶接
線ならい制御の位置(b)のように撮像器からの距離が
異なる場合に対応できるように、投光器(1)側で角度
を自由に変えられて溶接線が天の位置(a),溶接線な
らい制御の位置(b)に適した照射角度の扇状光を投光
できる1つの投光器あるいは投光方向が若干異なる少な
くとも2つの投光器(1)(1′)からなっていて、撮
像器との間隔が長い位置で使用する状態を投光状態(1
a)、他の場合を(1b)とする。(4)はその投光器
(1)の光の帯による公知の光切断法によって開先部
(3)の断面形状を撮像する撮像器で、撮像された画像
をビデオ信号によってパイプ表面位置算出器(5)、開
先エッジ位置算出器(6)に転送する。
第3,4図は光切断法で開先部(3)を検出し、撮像器
(4)で捉えた画像からパイプ表面部分の位置を算出す
るための原理を示してあり、撮像器(4)とパイプ
(2)との間隔が(a),(b),(c)と時間ととも
に連続的に接近していく場合を図示していて、このとき
照射されている光がパイプ(2)に当たる位置はA点、
B点、C点である。すなわち、撮像器(4)は最初は3
図(a)の位置ではパイプ表面の映像を捉えないが、撮
像器(4)とパイプ表面との間隔が(b)、(c)と接
近するにつれて、照射されている光の当たる位置がB
点、C点となり、その位置で捉えた画像の形状が第4図
の(ロ)(ハ)のようになる。従って、パイプ表面を示
す光の帯(7)の形状が画面の中で上下方向のどの位置
にあるかを算出できれば、パイプ表面と撮像器(4)と
の間隔が測定できることになる。
第5図は、パイプ表面位置算出器(5)の回路構成を示
している。撮像器(4)が捉えた画像に対して、まず、
画面上端あるいは下端(図は上端の場合を示す)から光
の帯(7)を示す図形までの距離Yiを、画面左端から右
端にわたって計算する。次に距離Yiの積算を計算し、さ
らに平均値を計算する。次に、この平均値と予め設定さ
れている値Yoとの差を計算し、さらに絶対値を求める。
このようにして計算された最終的値は、捉えられた図形
の位置と目標とする位置とのずれの絶対値に相当する。
回路の最終段階でずれの絶対値と予め設定されているず
れの許容量△Yoとの比較を行い、ずれが許容値以内に収
まっていれば、検出された形状が目標とする位置に到達
したことを示す到達信号を出力する。
第6図は、開先エッジ位置算出器(6)の回路構成を示
している。撮像器(4)は捉えた画像に対して、まず、
画面上端あるいは下端(図は上端の場合を示す)から光
の帯(7)を示す図形までの距離Yiを、画面左端から右
端にわたって計算する。
次に距離Yiの変化分がプラス、ゼロあるいはマイナスか
をチェックし、プラス(プラスに引き続くゼロ成分はプ
ラスとカウントする)からマイナスへ、またはマイナス
(マイナスに引き続くゼロ成分はマイナスとカウントす
る)からプラスへと変化した変曲点の位置を検出する。
次に、変曲点を境とした距離Yiの変化分のプラス、マイ
ナス勾配の組合せにより、予め設定されているパターン
のどれに属するかというパターン分類を実施する。
第7図にそのパターンを分類する方法及び分類されたパ
ターンに対して開先のエッジ位置を算出する方法を示し
ている。
例えば、同図のパターン1の場合、距離Yiの変化分を画
面の左から右方向にチェックした場合、最初は水平状態
で、次にマイナス勾配となり、続いてプラス勾配、最後
に水平状態となっている。この場合、勾配のパターンは
(↓↑)である。同様に、パターン2の場合には、勾配
のパターンは(↓↑↓↑)である。
パターン1の場合には、左エッジの位置は最初のマイナ
ス勾配の範囲の左端の位置、右エッジの位置はプラス勾
配の範囲の右端の位置として算出されるように予め定め
られる。同様に、パターン2の場合には、左エッジの位
置は最初のマイナス勾配の範囲の左端の位置、右エッジ
の位置は2回目のプラス勾配の範囲の右端の位置として
算出されるように予め定められる。
パターン分類の次には、当該パターンごとに予め定めら
れている演算方式によって開先の左右エッジの座標を算
出し、次に左右エッジ位置の中間点として開先中心位置
(Xc,Yc)を算出する。こうして算出された開先中心位
置のXおよびY座標値に対して、それぞれ予め設定され
ている基準位置Xo、Yoとの偏差を計算し、サーボ駆動装
置(8)の両サーボモータ(9)(9)に、ならい制御
用信号として出力する。
第8図に示すのが、撮像器(4)が捉えた開先像で、同
図(a)の場合が溶接部が正規の位置にある状態、
(b)の場合が溶接部が右方向にずれている状態、
(c)の場合が撮像器(4)と溶接部との間隔が変化し
た状態を示してあり、開先エッジ位置算出器(6)は時
々刻々の開先(3)の相対的位置ずれを算出し続け、も
し位置ずれが検知されたならば、そのずれを打ち消す方
向にサーボ駆動装置(8)を介して溶接トーチ駆動機構
(13)を駆動し、溶接トーチ(14)と開先(3)との相
対位置が常に一定となるよう運転されている。
このように構成されたパイプ自動溶接用開先位置検知装
置の使用態様を第9,10図について説明する。
生産工程上流側からパイプ(2)の両端部にタブ板
(2a)(2a′)を取付けたパイプ(2)を搬入搬出台車
(11)で受け取る。
台車(11)を溶接機(12)直下で一旦停止させる。
扇状光投光器(1)の状態を投光状態(1a)とし(こ
のとき撮像器(4)には何も写っていない)、パイプ表
面位置算出器(5)を起動し、溶接トーチ駆動機構(1
3)によりトーチ(14)を下降させる。そのうち撮像器
(4)がパイプ表面の映像を捉え、パイプ表面位置算出
器(5)がパイプ表面が所定の位置に来たことを検知す
ると溶接トーチ駆動機構(13)を停止させる。
扇状光投光器(1)の状態を投光状態(1a)のまま、
開先エッジ位置算出器(6)を起動し、台車(11)上に
設置されているパイプ回転機構(15)を駆動する。その
うち撮像器(4)がパイプ表面の開先映像を捉えるの
で、この開先映像のエッジ位置を時々刻々算出し、開先
中心位置が画面中央部分に到達した時点で、溶接線(2
b)が「天」の位置になったとしてパイプ回転機構(1
5)を停止させる。
扇状光投光器(1)の状態を(1b)とし(このとき撮
像器(4)には何も写っていない)パイプ表面位置算出
器(5)を起動し、溶接トーチ駆動機構(13)によりト
ーチ(14)を微速で下降させる。そのうち撮像器(4)
がパイプ表面の映像を捉え、パイプ表面位置算出器
(5)がパイプ表面が所定の位置に来たことを検知する
と溶接トーチ駆動機構(13)を停止させる。このとき、
トーチ(14)の先端部は開先(3)内に挿入されてい
る。
アークをタブ板(2a)上でスタートさせるとともに台
車(11)を走行させ、溶接作業を開始する。これは通常
のシーケンス制御装置で制御される。
溶接中には、開先位置検出装置(16)は自分自身と開
先(3)との相対的位置ずれを算出し続け、もし位置ず
れが検知されたならばそのずれを打ち消す方向に溶接ト
ーチ駆動機構(13)を駆動し、溶接トーチ(14)と開先
(3)との相対位置が常に一定となるように、左右なら
い制御とエクステンション制御とを実行する。
なお、前述の説明は、生産ラインの流れとしては、パイ
プが上流から下流に向けて流れていく場合について述べ
たが、パイプを溶接装置に搬入するか、溶接装置がパイ
プに沿って移動するかは相対的な問題であり、溶接装置
側がパイプに沿って移動する場合に置いても本発明の開
先位置検出装置は全く同様に適用することが出来る。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明のパイプ自動溶接用開先位置検出
装置によると、投光する光の方向を、溶接線の天の位置
と、溶接線ならい制御位置に変化できる1個の扇状光投
光器あるいは溶接線の天の位置と、溶接線ならい制御位
置に投光する光の方向が互いに若干異なる少なくとも2
個の扇状光投光器と、開先部の断面形状を撮像する撮像
器と、撮像器が捉えた画像からパイプ表面部分の位置を
算出するパイプ表面位置算出器と、撮像器が捉えた画像
から開先のエッジの位置を算出する開先位置算出器から
なることを特徴とするパイプ自動溶接用開先位置検出装
置。撮像器が捉えた画像からパイプ表面部分の位置を算
出するパイプ表面位置算出器と、撮像器が捉えた画像か
ら開先のエッジの位置を算出する開先位置算出器からな
ることを特徴とするパイプ自動溶接用開先位置検出装置
に係るものであるから、従来自動化することが困難であ
った台車を溶接機直下で一旦停止させ、台車上に設置さ
れているパイプ回転機構を駆動し、溶接線が「天」の位
置になるようにパイプをセットする点、また、溶接トー
チ駆動機構によりトーチを下降させ、トーチ先端部を開
先に挿入する点、 さらに、溶接中には、溶接トーチと開先との相対位置が
常に一定となるように、溶接トーチ駆動機構により、左
右ならい制御とエクステンション制御とを実行する点が
自動化でき、溶接中の開先位置および開先形状の変動を
高精度に測定し、高精度な画像情報処理ができ、溶接品
質を保証できるものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は全体の概
略構成図、第2図は投光器と撮像器との関係を示す説明
図、第3図はパイプ表面の位置を検出する時の説明図、
第4図は撮像器に表れた状態の説明図、第5図はパイプ
表面位置算出器の回路構成図、第6図は開先エッジ位置
算出器の回路構成図、第7図は各種のパターンの分類
図、第8図は開先画像の例を示す図、第9,10図は本発明
の開先位置検出装置を適用したパイプ溶接システムを示
した簡略斜視図と簡略平面図、第11図は従来のパイプ溶
接システムを示す簡略斜視図である。 (1)…扇状投光器、(4)…撮像器、(5)…パイプ
表面位置算出器、(6)…開先エッジ位置算出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 秀樹 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】投光する光の方向を、溶接線の天の位置
    と、溶接線ならい制御位置に変化できる1個の扇状光投
    光器あるいは溶接線の天の位置と、溶接線ならい制御位
    置に投光する光の方向が互いに若干異なる少なくとも2
    個の扇状光投光器と、開先部の断面形状を撮像する撮像
    器と、撮像器が捉えた画像からパイプ表面部分の位置を
    算出するパイプ表面位置算出器と、撮像器が捉えた画像
    から開先のエッジの位置を算出する開先位置算出器から
    なることを特徴とするパイプ自動溶接用開先位置検出装
    置。
JP2236099A 1990-09-05 1990-09-05 パイプ自動溶接用開先位置検出装置 Expired - Lifetime JPH0695010B2 (ja)

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JPH04115104A JPH04115104A (ja) 1992-04-16
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JPS57191505A (en) * 1981-05-21 1982-11-25 Mitsubishi Electric Corp Detector for shape of body
JPS6044805A (ja) * 1983-08-22 1985-03-11 Mitsubishi Electric Corp 溶接線追尾センサ
JPS621111U (ja) * 1985-06-19 1987-01-07
JPH0726847B2 (ja) * 1986-03-18 1995-03-29 株式会社小松製作所 路面性状計測システム

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