三维形状物焊接方法及其装置制造方法及图纸

一种三维形状物焊接方法及其装置，在存储装置（１８）中，存储有根据三维形状物的设计数据规定的、并具有对各焊接线预先确定间隔的每个焊接点的三维位置及该位置的法线矢量的指导数据。激光狭缝光传感器（激光狭缝光照射部（１２）、ＣＣＤ照相机（１３）），由整体控制装置（１７）通过照相机控制器（１４）控制，拍摄焊接点并获得图像数据。图像处理装置（１６），对图像数据进行图像处理并求出焊接点的位置偏移量。整体控制装置根据位置偏移量，对指导数据进行修正并求出修正指导数据，根据修正指导数据驱动控制焊接头。这种三维形状物的焊接方法及其装置，在对多个部件进行焊接并制造三维形状物时，可进行与三维形状吻合且高精度的焊接。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在把多个部件结合起来形成三维形状物的情况下，把多个部件焊接成三维形状物时所用的焊接方法及其装置。但是，在用TIG焊结合多个部件时，一般，用人手进行焊接，但在用人手进行焊接时，由于应焊接的线(焊缝)引起焊接的部位·宽度等不同的关系，并且因操作者的熟练程度不同，在焊接之处的质量会产生参差不齐，其结果是焊接后的质量不稳定。因此，进行例如用二氧化碳气体(CO2)激光焊接，通过激光点光照射并指示应焊接的位置，并把该激光点光作为一个目标来焊接焊接处(位置)。但是，在把如上所述的用激光点光指示应焊接位置进行焊接的方法，用于焊接多个部件、制造三维形状物时，因激光点光的照射位置及照射地点的关系会使激光点光从应焊接之处偏移。因此，按照激光点光的照射位置进行焊接，则在很多时候会产生所谓的焊缝空焊等的缺陷之处，其结果是，产生了必须进行缺陷之处的修补的问题。特别是在把多个部件组合起来制造三维形状物时，塑性加工后的部件本身与设计图(设计值)多少有偏差，若把这样的部件组合起来并进行焊接，则不可避免地产生焊接的缺陷，即使用激光点光照射焊接之处，激光点光也大多从应焊接之处偏移。本专利技术的目的在于提供一种能在把多个部件焊接起来制造三维形状物时，与三维形状吻合、进行自动焊接的三维形状物焊接方法及其装置。如此，由于从对应具有每个焊接点的三维位置及该三维位置的法线矢量的指导数据拍摄上述焊接点所得到的图像、求出上述焊接点位置偏移量，并根据该位置偏移量修正指导数据和求出修正指导数据，并根据修正指导数据沿焊接线进行焊接，所以在制造三维形状物时，可以进行与三维形状吻合且精度高的焊接。另外，在上述第2步骤中，把根据上述位置偏移量的焊接条件附加于上述修正指导数据上，并作为附加指导数据，在上述的第3步骤中，取代上述修正指导数据而根据上述附加指导数据进行焊接。这样，若把对应于位置偏移量的焊接条件附加于修正指导数据上并作为附加指导数据并根据附加指导数据进行焊接，则可根据每个焊接点的位置偏移量规定焊接条件，其结果是可以进行精度更高的焊接。并且，也可以在上述的第1步骤中，例如，用光切割法取得的上述位置偏移量，并求出作为第1偏移量的每个上述焊接点的沿焊接线垂直方向的位置偏移量、间隙量、以及错口量，并且用阴影法求出作为第2偏移量的每个上述焊接点的焊接线的水平方向的位置偏移量，并把上述第1及第2偏移量作为上述位置偏移量。这样，如果求出作为第1偏移量的每个焊接点的焊接线其垂直方向的位置偏移量、间隙量、以及错口量，并且用阴影法求出作为第2偏移量的每个焊接点的焊接线水平方向的位置偏移量，并根据第1及第2偏移量修正指导数据的话，则可以高精度地修正焊接点的偏差。并且，在上述的第3步骤中，也可以在焊接中拍摄上述焊接点，获得焊接图像，并根据该图像进一步修正上述修正指导数据这样，在焊接中可修正焊接位置偏差的结果，是可以进行更高精度的焊接。根据本专利技术的三维形状物焊接装置，是在把多个部件组合起来并把该部件沿其焊接线焊接、对上述部件进行结合而形成三维形状物时所使用的焊接装置，其特征在于，具有储存根据所述三维形状物的设计数据所规定的、并具有对各个所述焊接线予先确定了间隔的每个焊接点的三维位置及该位置的法线矢量的指导数据的存储机构，和根据该指导数据控制拍摄上述焊接点并获得图像数据的摄相机构，和对上述图像数据进行图像处理并求出上述焊接点位置偏移量的图像处理机构，和根据上述位置偏移量修正上述指导数据并求出修正指导数据的控制机构，上述控制机构，根据上述修正指导数据驱动控制焊接头，并沿上述焊接线进行焊接。因此，使用该装置，可以在制造三维形状物时进行与三维形状吻合且高精度的焊接。并且，在上述存储机构中，储存有对应于上述位置偏移量的焊接条件，且上述控制机构，也可以进行把根据上述位置偏移量的焊接条件附加在上述修正指导数据上作为附加指导数据，并取代上述修正指导数据而根据上述附加指导数据进行焊接头的驱动控制，同时控制上述焊接头的输出及焊丝的进给。这样，只要根据附加指导数据进行焊接，便可根据每个焊接点的位置偏移量规定焊接条件，其结果是可以进行精度更高的焊接。另外，上述摄相机构，例如，具有用激光狭缝光照射的照射部和接受该激光狭缝光的CCD照相机，并用光切割法获得上述图像。附图说明图1是本专利技术的三维形状物焊接装置的示例方块图。图2是本专利技术的三维形状物焊接装置的驱动机构及照相装置的示例图。图3是用于说明图1所示的三维形状物焊接装置的动作的流程图。图4是分解三维形状物示例的其部件的立体图。图5是三维形状物示例其组装体的立体图。图6是用于以传感的方法说明图1所示的三维形状物焊装置的焊接中的状态的图。图中11a-显示装置(CDR)，11b-监视器，12-激光狭缝光照射部，13-CCD照像机，14-照像机控制器，15-伺服马达控制器，16-图像处理装置，17-整体控制装置，18-存储装置，19-焊接机，21-激光头，22-支撑装置，23-焊丝进给头，31-燃烧器尾管。此外，在以下的说明中，以涡轮机燃烧器尾管为例作为三维形状物，并说明由多个三维部件组成的涡轮机燃烧器尾管的焊接制造，但本专利技术也同样适用于其他的用焊接把多个部件结合成三维形状。如图1所示，图示的三维形状物焊装置，具有显示装置(CDR)11a、监视器11b、激光狭缝光照射部12、CCD照相机13、照相机控制器14、伺服马达控制器15、图像处理装置16、整体控制装置17、存储装置18、以及焊接机19、输入装置20，在此，把激光狭缝光照射部12和CCD照相机13统称为激光狭缝光传感器。在图例中，作为焊接机19，其例如是用YAG激光的激光光束焊接机，并用从作为焊矩头的激光头射出的激光进行焊接。并且，同时如图2所示，激光头21被安装在支撑装置22上，并由整体控制装置17通过伺服马达控制器15操纵其向XYZ三轴方向的移动及横摆运条。即，支撑装置22，具有支撑部22a和可转动地安装于支撑部22a上的臂部22b，其支撑部22a可绕以点划线所示的轴221向顺时针方向及逆时针方向转180°。并且，臂部22b可绕以点划线所示的轴222向顺时针方向及逆时针方向转45°。在激光头21的附近配置有焊丝进给头23，并在焊接时，从焊丝进给头23向焊接部位输送焊丝。激光狭缝光照射部12，向焊接部位(应焊线(坡口线))横过坡口地照射激光狭缝光。然后，由CCD照相机13通过从与该照射方向倾斜了规定角度的方向接受激光狭缝光的所谓光切割法，获取坡口断面，并向照相机控制器14输送受光光。并且，把激光狭缝光照射部12和CCD照相机13作为一个整体安装在支撑装置22上。另外，在三维形状物焊接装置上，有高度传感器(无图示)，因此，可以控制相对于坡口线的激光狭缝光照射部12和CCD照相机13的位置(高度)。在上述存储装置18中，存储了每种燃烧器尾管的三维形状物(在此，为燃烧器尾管)的三维设计图(三维设计数据)，并且在这些三维设计数据中，包括表示多个部件(三维部件)的设计数据(部件设计数据)、表示把各部件对接(结合)起来以后的燃烧器尾管的设计数据(尾管设计数据)。并且，还包括把各部件对接起来形成的线的焊接线数据。各焊接线数据被规定为三维的位置及其法线矢量的集合，例如，某焊接线的一点P1表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形状物焊接方法，是在把多个部件组合起来并把该部件沿其焊接线焊接、将所述部件进行结合而形成三维形状物时所使用的焊接方法，其特征在于： 包括：对应于根据所述三维形状物的设计数据所规定的、并具有对各个所述焊接线予先确定了间隔的每个焊接点的三维位置及该位置的法线矢量的指导数据，从对所述焊接点进行摄影所得到的图像、求出所述焊接点位置偏移量的第１步骤，和 根据所述位置偏移量修正所述指导数据并求出修正指导数据的第２步骤，和 根据所述修正指导数据沿所述焊接线进行焊接的第３步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤田宪，纲谷俊彦，北川朋亮，妻鹿雅彦，竹内康，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]