CN1250369C - 自动焊接装置及焊接技能训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对焊接品质的优劣进行判断、并用图形进行显示的方法以及内部采用该方法的全自动焊接装置。本发明在通过计算结果记录状况判断机构判断在过去有计算记录时，通过在焊透显示机构(23)上显示被焊接物的接头部的温度分布计算结果记录、在焊道表面形状显示机构(25)上显示焊道表面形状计算结果记录，将由温度分布计算机构计算所需的时间和省略由焊道表面形状计算机构(25)计算所需的时间的计算时间省略机构内置在自动焊接装置中。

Description

自动焊接装置及焊接技能训练装置

技术领域

本发明涉及的是具有机械手、使用焊接电弧对金属进行焊接接合、且带有焊接接合部的品质监控机构的全自动焊接装置，以及能够提示焊接作业条件、显示根据上述焊接作业条件得出的焊接接合部断面计算结果及焊接接合部表面计算结果的焊接技能训练装置。

背景技术

以往，对于完成的焊接接合部的的外观评估法，从实行评估的时间的观点来看能够分为3类，即焊接施工前的评估、施工中的评估、施工后的评估，进行评估时，几乎都是使用被焊接物的实物的施工中评估、施工后评估。

另外，作为施工前的评估，有在特公平7-47209号公报中记载的方法，它是存储多个焊接参数、按照多个生成条件规定顺序决定其它焊接参数，通过反复进行上述步骤决定焊接时的焊接条件。还有特开平5-57436号公报所记载的方法，它是在数据库中只记载对应设定条件的焊接条件，从数据库中寻找符合输入的设定条件的焊接条件，在数据库中没有焊接条件时，使用以中枢网络构成的焊接条件数据推测部推测焊接条件，如果焊接条件良好，就将此时的焊接条件在数据库中登录。

但是，根据原有技术的对完成的焊接接合部的外观评估法，在对焊接物进行焊接施工或者进行施工后的评估中会有构件产生，而且，在作业工序中，由于必须有具有相当技术的焊接作业人员，就存在不能随时对焊接部外观的品质进行评估的问题。而且，对于施工前的评估，即使提示推荐的焊接条件，也存在焊接结果不能用图形表示出来的问题。

再有，电弧焊接作业技能的学习方法几乎都采用由熟练的焊接作业人员传授、在实地进行训练的方法。

但是，原有的焊接作业技能的学习方法，由于近来熟练焊接作业人员的减少，存在向希望学习焊接技能的初级焊接作业人员进行技能传授很困难的问题。

发明内容

本发明的第1课题是通过指定焊接施工前的焊接条件、材料的参数，对焊接品质的优劣进行判定、采用以图形显示的方法，以及将该方法装入内部的全自动焊接装置来解决上述问题。

另外，本发明的第2课题是通过内部装入能够使初级焊接作业人员能够多次确认伴随焊接条件的变化焊接接合部的预测断面形状、能够实现与上述熟练焊接作业人员的技能传授同等的教育方法的焊接技能训练装置来解决上述问题的。

为了解决上述第1课题，本发明的自动焊接装置是具有设定包括被焊接物的板厚、外形尺寸、接头形状的别被焊接物的信息，计算出包括适用于该信息的焊接电流、焊接电压、焊接速度的焊接条件的最佳焊接条件计算机构的自动焊接装置，其中内置有：根据上述被焊接物的信息和上述焊接条件计算出被焊接物的接头部的温度分布的温度分布计算机构；至少记录上述被焊接物的信息、上述焊接条件、由上述温度分布计算机构计算出的温度分布计算结果的温度分布计算结果记录机构；以上述温度分布计算结果为基础、至少显示焊透宽度、焊透深度、焊透形状的焊透显示机构；至少根据上述温度分布计算结果记录机构中记录的被焊接物的信息、焊接条件、温度分布计算结果计算出熔融金属焊道表面形状的焊道表面形状计算机构；记录通过上述焊道表面形状计算机构计算出的熔融金属焊道表面形状计算结果的熔融金属焊道表面形状计算结果记录机构；将通过上述焊道表面形状计算机构计算出的表面形状计算结果至少用焊接接合部的横断面、纵断面、全体图显示的焊道表面形状计算结果显示机构；在焊道表面形状显示中，能够从任意位置的视点设定焊道形状的观察位置的焊道形状观察位置设定机构；从通过由上述焊道形状观察位置设定机构设定的位置至少显示焊接结合部的全体图的任意位置焊道形状显示机构；根据上述温度分布计算结果记录机构中被焊接物的接头部处的温度分布对被焊接物的接头部的品质合格与否进行判断的接头部品质合格与否判断机构；在上述接头部品质合格与否判断机构中，接头部品质被判断为合格时，以上述温度分布计算结果记录机构中记录的焊接条件自动开始被焊接物的焊接的焊接开始机构；在上述接头部品质合格与否判断机构中，接头部品质被判断为不合格时，至少将焊接条件即焊接电流、焊接电压、焊接速度按照合格标准进行补正的焊接条件补正机构；判断在设定上述被焊接物的信息前，是否有相同的被焊接物的信息、温度分布计算结果记录、焊道表面形状计算结果记录存在的计算结果记录状况判断机构；通过计算结果记录状况判断机构判断有过去的计算记录时，通过将被焊接物的接头部中的温度分布计算结果记录用上述焊透显示机构显示、焊道表面形状计算结果记录用上述焊道表面形状显示机构显示，省略了由上述温度分布计算时间机构计算所需的时间和由上述焊道表面形状计算机构计算所需的时间的计算时间省略机构。

另外，为了解决上述第2课题，本发明的焊接技能训练装置是具有设定包括被焊接物的板厚、外部尺寸、接头形状的被焊接物信息，而且对适合该信息的包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪角度的焊接条件进行提示的焊接条件设定机构的焊接技能训练装置，其中内置有：根据上述被焊接物的信息和上述焊接条件计算出被焊接物的接头部的温度分布的温度分布计算机构；根据被焊接物的信息、上述焊接条件、上述温度分布计算结果计算出熔融金属焊道表面形状的焊道表面形状计算机构；根据由上述表面形状计算机构计算出的表面形状计算结果和由上述温度分布计算机构计算出的温度分布将焊接接合部焊道形状用横断面、纵断面、全体图显示的焊道形状显示机构；在焊道形状显示中，能够从任意位置的视点设定焊道形状观察位置的焊道形状观察位置设定机构；以上述温度分布计算结果为基础、至少变更焊透宽度、焊透深度、焊透形状的焊接条件变更机构。

附图说明

图1是实现本发明的装置全体结构图。

图2是表示本发明的实施例中信息移动的框图。

图3是表示最佳焊接条件计算机构一例的流程图。

图4是表示热传导计算机构一例的流程图。

图5是表示焊透显示机构一例的流程图。

图6是表示焊道表面形状计算机构一例的流程图。

图7是表示本发明计算用的座标系的说明图。

图8是表示焊道表面形状显示机构一例的流程图。

图9是表示温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构一例的流程图。

图10是表示接头部品质合格与否判断机构一例的流程图。

图11是表示焊接开始机构一例的流程图。

图12是表示焊接条件补正机构一例的流程图。

图13是表示本发明的实施例中信息移动的框图。

图14是表示本发明的实施例中处理移动的流程图。

图15是表示板厚、接头信息的输入机构一例的流程图。

图16是表示焊接条件数据库一例的流程图。

图17是表示标准条件提示一例的流程图。

图18是表示热传导计算一例的流程图。

图19是表示焊道形状计算一例的流程图。

图20是表示显示焊道形状计算结果一例的流程图。

图21是表示显示位置变更一例的流程图。

图22是表示条件设定变更一例的流程图。

图23是表示显示位置设定变更一例的流程图。

图24是表示焊接条件设定变更一例的流程图。

图25是表示标准条件提示一例的附图。

图26是表示将计算中的经过状况用条线图表示和经过时间以数值表示的一例状态的附图。

图27是表示计算结果一例的状态的附图。

图28是表示显示设定变更的输入画面一例的附图。

图29是表示焊接条件变更的输入画面一例的附图。

实施发明的优选方式

以下对本发明的实施方式根据图中所示的实施例进行说明。

图1是实现本发明的第1解决方式的装置的实施例的全体结构图。11是机器人控制器，对机器人机构部12及焊接机17进行控制。机器人控制器11和机器人机构部12通过电机驱动用电缆、以及为了通过电机附带的编码器向机器人控制器11中反馈旋转信息而设的电缆等连接。机器人机构部12中使用6轴垂直多关节型的机械手。13是对机器人进行演示，显示种种状态的教学用悬架式操纵按钮台，能以大画面且多种颜色进行显示。14是焊接用焊枪，内部设有使从焊丝收纳部110通过电线送出装置19被送出的焊丝顺利通过的通过孔、由保护气体高压储气瓶18供给的保护气体的通路，保护气体从焊枪14的顶端部放出。另外，焊枪14的顶端部安装了从焊接电源17向焊丝供给焊接用电力的铜制供电芯片。15为对象工件，对象工件固定工具16将焊接对象工件15进行固定，并且能够使焊接对象工件15改变姿势。

图2是表示本实施例信息移动的框图。21使最佳焊接条件计算机构，通过图1的教学用悬架式操纵按钮台13，显示或输入信息和焊接条件。

22是热传导计算机构，依据从教学用悬架式操纵按钮台13输入的被焊接物的信息和焊接条件输出温度分布计算结果。

23是焊透显示机构，依据从热传导计算机构22输出的温度分布计算结果显示焊透形状。

24是焊道形状计算机构，依据从热传导计算机构22输出的温度分布计算结果输出焊道形状计算结果。

25是焊道形状显示机构，依据从焊道形状计算机构24输出的焊道表面形状计算结果和从教学用悬架式操纵按钮台13输入的焊道表面形状观察位置显示焊道表面形状计算结果。

26是温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构，记录从热传导计算机构22输出的温度分布计算结果和从焊道形状计算机构24输出的焊道表面形状计算结果。

27是接头部品质合格与否判断机构，输入温度分布计算结果记录机构26，输出接头部品质合格与否判断结果。

28是焊接开始机构，按温度分布计算结果记录机构26中记录的焊接条件通过机器人机构部12开始对焊接对象工件15进行焊接。

29是焊接条件补正机构，将对温度分布计算结果记录机构26和接头部品质合格与否判断机构27中记录的焊接条件进行了补正的条件输入最佳焊接条件计算机构21。

图3是表示最佳焊接条件计算机构一例的流程图，与图2中的最佳焊接条件计算机构21、热传导计算机构22、焊透显示机构23、焊道形状显示机构25、焊接条件补正机构29的信息的移动相对应。使用图3对最佳焊接条件计算的一例进行说明。

步骤31：要求作业者从最佳焊接条件计算机构21中选择或输入设定被焊接物的板厚。

步骤32：要求作业者从最佳焊接条件计算机构21中选择或输入设定被焊接物的外形尺寸。

步骤33：要求作业者从最佳焊接条件计算机构21中选择或输入设定被焊接物的接头形状。

步骤34：在最佳焊接条件计算机构21上显示步骤31～33设定信息和计算结果中与记录机构26中记录的信息相适合的焊接条件。

步骤35：采用步骤34中提示的焊接条件以外的条件时，要求作业者以手动从最佳焊接条件计算机构21中选择或输入设定焊接条件。

步骤36：要求作业者在焊道形状显示机构25上，选择或输入设定焊道形状观察位置的视点位置。

图4是表示热传导计算机构22一例的流程图，与图2的热传导计算机构23、焊道形状计算机构24的信息移动相对应。使用图4对热传导计算的一例进行说明。

步骤41：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的板厚。

步骤42：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的外形尺寸。

步骤43：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的接头部形状。

步骤44：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的焊接条件。

步骤45：依据在步骤41～44输入的参数按微分方程式1进行计算。

$k(\frac{{\∂}^{2}T}{\∂{\mathrm{\ξ}}^2}+\frac{{\∂}^{2}T}{\∂y^2}+\frac{{\∂}^{2}T}{\∂z^2})=-v\frac{\∂T}{\∂\mathrm{\ξ}}$ ···式1

这里，k是热扩散率(或温度扩散率)〔m²/s〕、T是温度〔k〕、v是热源的移动速度〔m/S〕。

图7表示了该计算使用的座标系。ξ、Y、Z是分别直交的坐标轴，焊枪即热源在ξ轴上移动。

步骤46：输出被焊接物接头部温度分布计算结果，输出结果在焊透显示机构23中显示，利用焊道形状计算机构24，在温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中记录。

图5是表示焊透显示机构23一例的流程图，与热传导计算机构22、温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26的信息移动相对应。

步骤51：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的板厚。

步骤52：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的外形尺寸。

步骤53：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的接头形状。

步骤54：输入在热传导计算机构22计算的被焊接物的接头部温度分布计算结果。

步骤55：在计算例过去有过时，将温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中记录的同条件下的被焊接物接头部的温度分布结果输入。

步骤56：依据热传导计算机构22中计算的被焊接物接头部的温度分布结果或在计算结果记录机构26中记录的同条件下的被焊接物接头部的温度分布结果进行横断面温度分布的显示。

步骤57：依据热传导计算机构22中计算的被焊接物接头部的温度分布结果或在计算结果记录机构26中记录的同条件下的被焊接物接头部的温度分布结果进行纵断面温度分布的显示。

图6是表示焊道形状计算机构24一例的流程图，与图2的热传导计算机构23、焊道形状显示机构25的信息移动相对应。使用图6对热传导计算的一例进行说明。

步骤61：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的板厚。

步骤62：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的外形尺寸。

步骤63：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的接头形状。

步骤64：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的焊接条件。

步骤65：输入在热传导计算机构22计算的被焊接物接头部温度分布计算结果。

步骤66：依据在步骤61～54输入的参数按微分方程2进行计算。

$\mathrm{\σ}\left\{\frac{(1+{{\mathrm{\φ}}_Y}^2){\mathrm{\φ}}_{\mathrm{XX}}-{2\mathrm{\φ}}_X{\mathrm{\φ}}_Y{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{XY}}+(1+{{\mathrm{\φ}}_X}^2){\mathrm{\φ}}_{\mathrm{YY}}}{{(1+{{\mathrm{\φ}}_X}^2+{{\mathrm{\φ}}_Y}^2)}^{\frac{3}{2}}}\right\}=\mathrm{\ρg\φ}-P_a-\mathrm{\λ}$ ···式2

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{XX}}=\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{\∂X^2},$ ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{YY}}=\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{\∂Y^2},$ ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{XY}}=\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{\∂X\∂Y}$

${\mathrm{\φ}}_X=\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂X},$ ${\mathrm{\φ}}_Y=\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂Y}$

其中，φ_XX、φ_XY、φ_YY：是关于熔融池表面的二次微分项

φ_X、φ_Y：是关于熔融池表面的一次微分项

式2中的各项如下表示：

φ：熔融池表面的变位〔m〕。

σ：表面张力(软钢0.1428〔kg/m〕＝1.4〔N/m〕)

ρ：密度(软钢7.8*103[kg/m3])

g：重力(9.8〔m/sec z1〕)

Pa：电弧压力〔Pa〕

λ：Lagrange乘数(无因次数)

步骤67：输出被焊接物接头部焊道表面形状计算结果，将该结果在焊道形状显示机构25中显示，并在温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中记录。

图8是表示焊道形状显示机构25一例的流程图，与图2的最佳焊接条件计算机构21、焊道形状计算机构24的信息移动相对应。使用图8对热传导计算的一例进行说明。

步骤71：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的板厚。

步骤72：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的外形尺寸。

步骤73：输入在最佳焊接条件计算机构21设定的被焊接物的接头形状。

步骤74：输入在焊道形状计算机构24计算的被焊接物的接头部温度分布结果。

步骤75：在焊道形状计算例过去有过时，将温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中记录的同条件下的被焊接物接头部的温度分布结果输入。

步骤76：输入在教学用悬架式操纵按钮台13即最佳焊接条件计算机构21设定的的焊道形状观察位置。

步骤77：在焊道形状观察位置进行焊道表面形状显示。

图9是表示温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26一例的流程图，与图2中最佳焊接条件计算机构21、热传导计算机构22、焊透显示机构23、焊道形状计算机构24、焊道形状显示机构25、接头部品质合格与否判断机构27与焊接条件补正机构29中的信息移动相对应。使用图9对温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26的一例进行说明。

步骤81：将最佳焊接条件计算机构21输出的被焊接物信息向温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26输入。

步骤82：将从与步骤81对应的最佳焊接条件计算机构21输出的被焊接物焊接条件向温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26输入。

步骤83：将与步骤81和步骤82对应的温度分布计算结果向温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26输入。

步骤84：将与步骤81和步骤82及步骤83对应的焊道表面形状计算结果向温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26输入。

步骤85：将步骤81的被焊接物信息、步骤82的被焊接物焊接条件、步骤83的温度分布计算结果、步骤84的焊道表面形状计算结果作为一组数据，在温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中通过被焊接物信息和被焊接物焊接条件的参数进行记录管理。

图10是表示接头部品质合格与否判断机构27一例的流程图，与图2的焊接条件补正机构29的信息移动相对应。使用图10对接头部品质合格与否的判断机构27的一例进行说明。

步骤91：将步骤85中温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中记录的温度分布计算结果和焊道表面形状计算结果输入。

步骤92：通过根据温度分布计算结果得出的焊透部分的深度，进行接合部焊透的判断，如果焊透充分则进入步骤93，如果焊透不充分则进入步骤96。

步骤93：发生焊透合格标志00。

步骤94：根据焊道表面形状计算结果对焊透深度不足、熔和不良、焊缝喉部厚度不足、咬边、焊瘤、堆高不足、堆高过度等缺陷进行判断。判断没有这些缺陷发生则进入步骤94。判断有这些缺陷中的一个以上发生时进入步骤96。

步骤95：产生接头部品质合格标志0。

步骤96：产生焊透不良标志1。

步骤97：产生焊道形状不良标志2。

图11是表示焊接开始机构28一例的流程图，与它与图2的焊接条件补正机构27之间的信息移动相对应。使用图11对焊接开始机构28的一例进行说明。

步骤101：输入在步骤95发生的接头部品质合格标志0。

步骤102：设定在步骤82记录的被焊接物焊接条件。

步骤103：将在步骤102设定的焊接条件在图2的焊接机17中进行设定，通过机器人机构部12用焊枪14开始焊对焊接对象工件15进行焊接。

图12与图2的温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26、接头部品质合格与否判断机构27的信息移动相对应。使用图12对焊接开始机构29的一例进行说明。

步骤111：输入在步骤93发生的焊透合格标志00。

步骤112：输入在步骤95发生的接头部品质合格标志0。

步骤113：向图2的温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26查询作为被焊接物信息的被焊接物的板厚、外形尺寸、接头部形状，接收变更的焊接条件，交到步骤115。

步骤114：将与在步骤113查询到的作为被焊接物信息的被焊接物的板厚、外形尺寸、接头部形状相符合的焊接条件在温度分布计算结果记录机构和表面形状计算结果记录机构26中进行检索，将检索出的焊接条件交给步骤113。

步骤115：将从步骤113交来的焊接条件再交给图2的最佳焊接条件计算机构。

这样，即使没有关于焊接的专门知识，也能够在焊接施工之前判断被焊接物接合部的品质。

下面，依据图对本发明的第2解决方式的实施例进行说明。

图13是表示本实施例的信息移动的框图。101是焊接条件设定机构，输入或显示被焊接物信息和焊接条件。

102是温度分布计算机构，依据从焊接条件设定机构101输入的被焊接物信息和焊接条件输出温度分布计算结果。

103是焊道形状计算机构，依据从温度分布计算机构102输出的温度分布计算结果输出焊道形状计算结果。

104是焊道形状显示机构，依据从温度分布计算机构102输出的温度分布计算结果和从焊道形状计算机构103输出的焊道形状计算结果显示焊道形状。

105是焊道形状观察位置设定机构，变更、输入在焊道形状显示机构104显示的焊道形状的观察位置的设定条件。

106焊接条件变更机构，变更在焊接条件设定机构101设定的被焊接物信息和焊接条件。

图14是表示本实施例的流程图，板厚信息、接头部信息的输入201、焊接条件数据库202、标准条件提示203与图13的焊接条件设定机构101的信息的移动相对应。

201是通过焊接条件设定机构输入的板厚信息、接头部信息。

202是焊接条件数据库，依据由201输入的被焊接物的板厚、接头部信息，提示对应于板厚和接头部形状的标准焊接条件。

标准条件提示203是通过焊接条件数据库202提示的焊接条件。

热传导计算机构204对应于图13的温度分布计算机构102的信息移动，依据提示的焊接条件203进行热传导计算。

焊道形状计算机构205与图13的焊道表面形状计算机构103的信息移动相对应，依据由热传导计算机构204输出的温度分布计算结果输出焊道形状计算结果。

焊道形状计算结果显示机构206与图13的焊道形状显示机构104的信息移动相对应，依据热传导计算机构204和焊道形状计算结果205的计算结果将母材内部的焊透和焊道表面的寅安示向计算结果显示用的显示器输出。

显示位置变更判断207，显示位置设定变更机构209与图13的焊道形状观察位置设定机构105的信息移动相对应。

显示位置设定变更机构209扩大/缩小计算结果的显示位置、实时进行上下左右前后、旋转的变更。

显示位置变更判断207，显示位置设定变更机构209与图13的焊接条件变更机构106的信息移动相对应。

208表示判断焊接条件设定变更。

210是焊接条件变更机构，变更作为焊接条件的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪角度，由焊道形状计算机构205进行再次计算。

图15是表示通过上述焊接条件设定机构输入的板厚信息、接头信息设定一例的流程图，与图14的板厚信息、接头信息的输入201的信息移动相对应。

步骤31：要求操作员从上述焊接条件设定机构中选择或输入被焊接物的板厚进行设定。

步骤32：要求操作员从上述焊接条件设定机构中选择或输入被焊接物的外形尺寸进行设定。

步骤33：要求操作员从上述焊接条件设定机构中选择或输入被焊接物的接头部形状进行设定。

图16是表示焊接条件数据库202一例的流程图，与图14的焊接条件数据库202的信息移动相对应。

步骤41：输入在图14的板厚信息、接头信息的输入201设定的被焊接物的板厚。

步骤42：输入在图14的板厚信息、接头信息的输入201设定的被焊接物的外形尺寸。

步骤43：输入在图14的板厚信息、接头信息的输入201设定的被焊接物的接头形状。

步骤44：依据步骤41设定的被焊接物的板厚、步骤42设定的被焊接物的外形尺寸、步骤43设定的被焊接物的接头形状，计算出相对于数据库中存储的被焊接物的标准焊接条件、即焊接电流、焊接电压、焊接速度。图25表示标准条件提示画面1301。

图17表示标准条件提示203一例的流程图，与图14的标准条件提示203的信息移动相对应。说明标准条件提示的一例。

在步骤51、步骤44计算出的作为标准条件的焊接电流、焊接电压、焊接速度。

图18是表示热传导计算204一例的流程图，与图14的标准条件提204的信息移动相对应。说明热传导计算的一例。

依据在步骤61、步骤54算出、输入的参数按照前面的微分方程式、进行反复计算。

步骤62：输出被焊接物温度分布计算结果，输出结果在焊道形状计算机构205被利用，在焊道形状计算结果显示206上显示。

图26是将计算的经过状况用条线图和经过时间以数值显示的经过状况、时间显示画面1401的一例。

图19是表示焊道形状计算205一例的流程图，与图14的焊道形状计算205的信息移动相对应。

步骤71：依据在热传导计算机构204的步骤52中计算的温度数据设定被焊接物接头部温度分布。

步骤72：以在步骤61输入的参数按照前面的微分方程式2进行焊道表面形状计算。

步骤73：输出被焊接物接头部焊道表面形状计算结果。

图20表示焊道形状计算结果的显示206一例的流程图。与图14的焊道形状计算结果的显示206的信息移动相对应。

步骤81：输入作为焊道表面形状、焊透部分的显示设定值的显示位置、显示角度、显示倍率。

步骤82：设定、输入以被焊接母材内部焊透部分的推算而设定的被焊接物母材内部的熔融部分。

步骤83：输入在焊道形状计算205算出的焊道表面形状数据。

步骤84：将形状计算结果的表示以纵断图、横断图、表面俯视图来表示。图27表示形状计算结果的表示画面1501的一例。

图21是表示显示位置变更207一例的流程图，与图14的显示位置207的信息移动相对应。

步骤91：由操作员对步骤84的形状计算结果的显示设定的变更进行判断。

步骤92：进行步骤101的焊接条件设定变更。

步骤93：进行图14的显示设定变更209。

图22是表示条件设定变更208一例的流程图，与图14的显示位置208的信息移动相对应。

步骤101：由操作员对步骤84的形状计算结果的焊接条件的变更进行判断。

步骤102：进行图14的焊接条件变更210。

图23是表示显示设定变更209一例的流程图，与图14的显示位置209的信息移动相对应。

步骤111：输入作为焊道表面形状、焊透部分的显示设定值的显示位置。

步骤112：输入作为焊道表面形状、焊透部分的显示设定值的显示角度。

步骤113：输入作为焊道表面形状、焊透部分的显示设定值的显示倍率。

步骤114：将在步骤111～步骤113输入的显示条件设定传递到图14的焊道形状计算结果的显示116。图28表示显示设定变更的输入画面1601的一例。

图24是表示焊接条件设定变更210一例的流程图，与图14的显示位置210的信息移动相对应。

步骤121：输入作为焊接条件设定值的焊枪角度。

步骤122：输入作为焊接条件设定值的焊接速度。

步骤123：输入作为焊接条件设定值的焊接电流。

步骤124：输入作为焊接条件设定值的焊接电压。

步骤125：将在步骤121～步骤124输入的焊接条件向图14的热传导计算204传递。图29表示焊接条件变更的输入画面1701的一例。

如上述所述，通过本发明的第1解决方式，即使没有有关焊接的专门技术，在焊接施工前也能判断被焊接物接合部的品质。另外，由于能够随时确认接合部的品质，无需被焊接物的实物，所以能够降低品质确认花费的工时、以及供品质确认用的实验材料费用。

另外。通过本发明的第2方式，即使没有关于焊接的专门知识，通过对被焊接物的板厚、接头形状进行指定，提示标准焊接条件和焊接接合部预测断面形状，初学焊接者通过重新变更焊枪角度条件等，能够多次确认伴随焊接条件变化的焊接接合部预测断面形状，能够实现与由熟练焊接作业人员进行技能传授具有同等教育效果的焊接技能训练装置。

工业上的可应用性

本发明作为全自动焊接装置以及焊接技能训练装置是有用的。

Claims (21)

1.一种自动焊接装置，具有设定包括被焊接物的板厚、外形尺寸、接头形状的被焊接物的信息，计算出包括适用于该信息的焊接电流、焊接电压、焊接速度的焊接条件的最佳焊接条件计算机构，其特征是，该装置内置有：

根据上述被焊接物的信息和上述焊接条件计算出被焊接物的接头部的温度分布的温度分布计算机构；

至少记录上述被焊接物的信息、上述焊接条件、由上述温度分布计算机构计算出的温度分布计算结果的温度分布计算结果记录机构；

以上述温度分布计算结果为基础、至少显示焊透宽度、焊透深度、焊透形状的焊透显示机构；

至少根据上述温度分布计算结果记录机构中记录的被焊接物的信息、焊接条件、温度分布计算结果，计算出熔融金属焊道表面形状的焊道表面形状计算机构；

记录通过上述焊道表面形状计算机构计算出的熔融金属焊道表面形状计算结果的焊道表面形状计算结果记录机构；

将通过上述焊道表面形状计算机构计算出的表面形状计算结果至少用焊接接合部的横断面、纵断面、全体图显示的焊道表面形状计算结果显示机构；

在焊道表面形状显示中，能够从任意位置的视点设定焊道形状的观察位置的焊道形状观察位置设定机构；

从通过由上述焊道形状观察位置设定机构设定的位置至少显示焊接接合部的全体图的任意位置焊道形状显示机构；

根据上述温度分布计算结果记录机构中被焊接物的接头部处的温度分布对被焊接物的接头部的品质合格与否进行判断的接头部品质合格与否判断机构；

在上述接头部品质合格与否判断机构中，接头部品质被判断为合格时，以上述温度分布计算结果记录机构中记录的焊接条件自动开始被焊接物的焊接的焊接开始机构；

在上述接头部品质合格与否判断机构中，接头部品质被判断为不合格时，至少将焊接条件即焊接电流、焊接电压、焊接速度按照合格标准进行补正的焊接条件补正机构；

判断在设定上述被焊接物的信息前，是否有相同的被焊接物的信息、温度分布计算结果记录、焊道表面形状计算结果记录存在的计算结果记录状况判断机构；

通过计算结果记录状况判断机构判断有过去的计算记录时，通过将被焊接物的接头部中的温度分布计算结果记录用上述焊透显示机构显示、焊道表面形状计算结果记录用上述焊道表面形状显示机构显示，省略了由上述温度分布计算时间机构计算所需的时间和由上述焊道表面形状计算机构计算所需的时间的计算时间省略机构。

2.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述温度分布计算机构通过上述最佳焊接条件计算机构设定包括被焊接物板的板厚、外形尺寸、接头部形状的被焊接物的信息，依据适合于上述被焊接物信息的焊接条件、将热传导方程式变换成差分方程式计算出被焊接物的接头部内和表面的温度分布。

3.权利要求2记载的自动焊接装置，其特征是：上述温度分布计算结果记录机构至少使用磁媒体装置、光磁媒体装置、电子媒体装置中的一个以上的记录装置对适用于上述被焊接物信息的焊接条件和上述温度分布计算结果进行记录。

4.权利要求2记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊透显示机构至少通过上述温度分布计算结果和上述被焊接物的信息以及被焊接物的物理常数，显示上述温度分布。

5.权利要求2记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊道表面形状计算机构至少通过上述温度分布计算结果和上述被焊接物的信息以及被焊接物的物理常数，通过使用曲面方程式和最优化方法计算出熔融金属焊道表面形状。

6.权利要求5记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊道表面形状计算机构中的最优化方法为，在上述焊道表面形状计算中，求解时在计算内部使用黄金分割法、裴波耶齐法、二次内插法中的任意一个以上即单变量探索法对曲面方程式进行求解。

7.权利要求5记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊道表面形状计算结果记录机构至少使用磁媒体装置、光磁媒体装置、电子媒体装置中的一个以上的记录装置对适用于上述被焊接物信息的焊接条件和上述焊道表面形状计算结果进行记录。

8.权利要求5记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊道表面形状计算结果显示机构至少通过上述焊道表面形状计算结果和由上述被焊接物的信息，至少显示横断面图、纵断面图、三维全体图。

9.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊道形状观察位置设定机构通过由上述最佳焊接条件计算机构设定的视点信息，来决定焊道表面形状观察的视点设定位置。

10.权利要求8记载的自动焊接装置，其特征是：上述任意位置焊道形状显示机构至少通过被焊接物的信息和由上述焊道形状观察位置设定机构设定的视点信息，能够从任意视点观察三维全体图。

11.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述接头部品质合格与否判断机构至少依据上述被焊接物信息和上述焊道表面形状计算结果，至少推定焊透不足、熔和不良、焊缝喉部厚度不足、咬边、焊瘤、堆高不足、堆高过度现象中的一个，对被焊接物接合部的品质合格与否进行判断。

12.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊接开始机构，使用上述温度分布计算结果记录机构中记录的、至少是焊接电流、焊接电压、焊接速度的焊接条件开始焊接。

13.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述计算结果记录状况判断机构在设定上述被焊接物信息时，对在上述温度分布计算结果记录和上述焊道表面形状计算结果记录中是否存在同样的被焊接物信息进行检索、判断。

14.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述焊接条件补正机构在上述接头部品质合格与否判断机构中，使用在上述温度分布计算结果记录机构中记录的数据和由上述最佳焊接条件计算机构设定的条件将不合格的焊接条件转换为合格的焊接条件，并显示补正后的焊接条件。

15.权利要求1记载的自动焊接装置，其特征是：上述计算时间省略机构在由上述最佳焊接条件计算机构进行被焊接物信息和焊接条件的设定时，在上述温度分布计算结果记录机构和上述焊道表面形状计算结果记录机构中有与被焊接物的信息和焊接条件一致的事例时，将在上述温度分布计算结果记录机构中记录的被焊接物的接头部处的温度分布显示在上述焊透显示机构中，将上述焊道表面形状计算结果记录机构中记录的熔融金属焊道表面形状显示在上述焊道表面形状计算结果显示机构中，省略各个计算，缩短省略能够显示出来的时间。

16.一种焊接技能训练装置，具有设定包括被焊接物的板厚、外形尺寸、接头形状的被焊接物信息，提示包括适用于该信息的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪角度的焊接条件的焊接条件设定机构，其特征是，该装置内置有：

根据上述被焊接物的信息和上述焊接条件，计算出被焊接物的接头部的温度分布的温度分布计算机构；

根据上述被焊接物的信息、上述焊接条件、上述温度分布计算结果，计算出熔融金属焊道表面形状的焊道表面形状计算机构；

根据由上述表面形状计算机构计算出的表面形状计算结果和由上述温度分布计算机构计算出温度分布将焊接接合部焊道形状用横断面、纵断面、全体图显示的焊道形状显示机构；

在从任意位置的视点能够设定上述焊道形状显示中的焊道形状观察位置的焊道形状观察位置设定机构；依据上述温度分布计算结果至少变更焊透宽度、焊透深度、焊透形状的焊接条件变更机构。

17.权利要求16记载的焊接技能训练装置，其特征是：上述温度分布计算机构通过上述焊接条件设定机构至少设定被焊接物的板厚和外形尺寸以及接头形状、即被焊接物信息，依据适合于上述被焊接物信息的焊接条件、将热传导方程式变换成差分方程式计算出被焊接物的接头部内和表面的温度分布。

18.权利要求17记载的焊接技能训练装置，其特征是：上述焊道表面形状计算机构至少根据上述温度分布计算结果、上述被焊接物的信息、和被焊接物的物理常数，使用曲面方程式，计算熔融金属焊道表面形状。

19.权利要求18记载的焊接技能训练装置，其特征是：上述焊道形状显示机构至少通过上述焊道表面形状计算结果和上述被焊接物的板厚、接头信息，至少显示横断面图、纵断面图、三维全体图。

20.权利要求16记载的焊接技能训练装置，其特征是：上述焊道形状观察位置设定机构根据由上述焊接条件设定机构设定的视点信息，决定焊道表面形状观察的视点设置位置。

21.权利要求17记载的焊接技能训练装置，其特征是：上述焊接条件变更机构通过至少对作为上述被焊接物的焊接条件的焊枪角度、焊接电流、焊接电压、焊接速度进行变更，能够对上述温度分布计算进行再计算。

Images