溶融池の形態及び振動現象のインプロセス監視による溶接部溶込みの知的適応制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650748
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 菅 泰雄 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (60051900)
• キーワード: 溶接 / 溶接ロボット / 視覚センシング / 溶融池形状 / 溶融池振動 / 溶込み制御 / インプロセス監視 / 適応制御

研究概要

溶接条件の適応制御を指向して、開先形状、板厚、溶接速度などの溶接パラメータの変化に対応し、自動的に溶接電流などの溶接条件を変更して、常に適正溶接条件の下で健全な溶接を得るためのシステムの開発を図った。特に、本年度は溶接状態の監視と溶接条件の適応制御に関して、以下の二通りの手法について詳細に検討した。
すなわち、第1の手法としては、CCDカメラを溶接進行反対方向に設置し、溶接中の溶融池の形状寸法をトーチ後方より常に監視してその溶融形状・寸法をリアルタイムで把握計測し、溶接中に何らかの変動が生じた場合には、溶接条件を変更して、常に溶融池状態を適正に保つシステムを構築した。ここでは、特に溶接法、溶接条件、被溶接材の材質、開先形状の変化に対してロバスト性を持つ、信頼性の高い制御システムの構築を進めた。さらに、本手法を全姿勢パイプ溶接に応用し、裏面からの溶融池形状監視によって極めて難しいとされる本溶接の自動化に成功している。
第2の手法としては、溶接中の溶融池の振動状態が、溶込み条件によって著しく変化することを利用した溶込み制御法を開発した。この手法は、近年、薄板の裏波溶接など完全溶込みの溶接を得るための制御に有効であることが申請者らによって示された新しい手法であり、したがって解決すべき問題が多く残されている。本年度は、溶融池の加振方法として従来用いられてきたパルス電流加振法についてさらに検討を進めると共に、新たにアシストガス加振法、パルスシールドガス加振法およびパルスバックアシストガス加振法を提案し、それぞれの特長を明らかにしその実用に対する有効性を示した。その結果、今回提案したいずれのガス加振法も、従来の手法に比べて加振力が大きくまたこれを適正に制御しやすいこと、小電流の溶接における小さい溶融池においても加振が可能なこと、したがってその実用に対する有効性が高いことを明らかした。

研究成果

• [文献書誌] Yasuo SUGA, et al.: "Application of Neural Network to Control of Penetration in Arc Welding"Proc.Intn.Soc.Ocean Polar Eng.'99(ISOPE). 175-180 (1999)
• [文献書誌] Yasuo SUGA, et al.: "Observation of Molten Pool and Adaptive Control of Penetration Applied Neural Network in Automatic TIG Welding, Proc.J-UNDT'99"Proc.2nd Japan-US Symp,Adv.NDT. 220-225 (1999)
• [文献書誌] 早川和宏 他: "アシストガスによる溶融池の加振とその固有振動数検出による溶接溶込み制御"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集. III. 281-282 (1999)
• [文献書誌] 藤生豪 他: "視覚センシングによる溶融池形状の測定と溶接の知的溶込み制御、"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集. III. 283-284 (1999)
• [文献書誌] 松田浩太郎: "自律移動型溶接ロボットによる溶接線の認識と自然溶接、"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集. III. 285-286 (1999)
• [文献書誌] 菅泰雄 他: "視覚溶接ロボットにおけるHough変換による溶接線の認識と自動追従、"日本機械学会第7回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集,. 293-294 (1999)
• [文献書誌] 岩本原宏 他: "自走型溶接ロボットによる曲線を含む溶接線の視覚認識と自動追従、"第1回動画像処理実利用化ワークショップ講演論文集、. 55-60 (2000)
• [文献書誌] 菅泰雄: "溶接部の溶込みの推定・モニタリングを目的とした溶融池現象のリアルタイム計測、"溶接学会平成11年度春季全国大会講演概要集、. F16-F20 (2000)