知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5952577
(24)【登録日】2016年6月17日
(45)【発行日】2016年7月13日
(54)【発明の名称】溶接制御装置、溶接制御方法および溶接制御プログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20160630BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20160630BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 510E
B23K9/095 505B
B23K9/12 331K
B23K9/12 331R
【請求項の数】7
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2012-25911(P2012-25911)
(22)【出願日】2012年2月9日
(65)【公開番号】特開2013-163186(P2013-163186A)
(43)【公開日】2013年8月22日
【審査請求日】2014年9月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100064414
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 道造
(74)【代理人】
【識別番号】100111545
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 悦夫
(74)【代理人】
【識別番号】100123249
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 哲雄
(72)【発明者】
【氏名】宮田 俊介
(72)【発明者】
【氏名】高田 篤人
(72)【発明者】
【氏名】小池 武
(72)【発明者】
【氏名】横田 順弘
(72)【発明者】
【氏名】松村 浩史
(72)【発明者】
【氏名】定廣 健次
【審査官】
岩瀬 昌治
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０８−０３３９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０２−０９２４５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−０１０９３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０５５３４６７６（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２３Ｋ ９／０９５
Ｂ２３Ｋ ９／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御装置であって、
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段と、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段と、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段と、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段と、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段と、
を備え、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御装置。
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段と、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段と、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段と、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段と、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段と、
を備え、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御装置。
【請求項2】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御装置であって、
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段と、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段と、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段と、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段と、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段と、
前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出手段と、
前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定手段と、
前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正手段と、
を備えることを特徴とする溶接制御装置。
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段と、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段と、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段と、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段と、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段と、
前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出手段と、
前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定手段と、
前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正手段と、
を備えることを特徴とする溶接制御装置。
【請求項3】
前記勾配角度、前記開先角度および前記ルートギャップ幅のいずれかが、予め定められた値の範囲内に含まれるか否かを判定し、当該範囲内に含まれない場合、前記溶接ロボットに対して溶接中止を指示するデータ判定手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接制御装置。
【請求項4】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ字軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御方法であって、
勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出工程と、
開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出工程と、
ルートギャップ算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出工程と、
開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出工程と、
施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択工程と、
を含み、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御方法。
勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出工程と、
開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出工程と、
ルートギャップ算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出工程と、
開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出工程と、
施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択工程と、
を含み、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御方法。
【請求項5】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ字軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御方法であって、
勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出工程と、
開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出工程と、
ルートギャップ算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出工程と、
開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出工程と、
施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択工程と、
余盛高さ算出手段によって、前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出工程と、
パス数決定手段によって、前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定工程と、
施工条件修正手段によって、前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正工程と、
を含むことを特徴とする溶接制御方法。
勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出工程と、
開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出工程と、
ルートギャップ算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出工程と、
開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出工程と、
施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択工程と、
余盛高さ算出手段によって、前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出工程と、
パス数決定手段によって、前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定工程と、
施工条件修正手段によって、前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正工程と、
を含むことを特徴とする溶接制御方法。
【請求項6】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ字軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御するために、コンピュータを、
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段、
として機能させるための溶接制御プログラムであって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御プログラム。
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段、
として機能させるための溶接制御プログラムであって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標および前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、前記溶接トーチが、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の間において、前記勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることを特徴とする溶接制御プログラム。
【請求項7】
第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ字軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御するために、コンピュータを、
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段、
前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出手段、
前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定手段、
前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正手段、
として機能させるための溶接制御プログラム。
前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する勾配角度算出手段、
前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する開先角度算出手段、
前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出するルートギャップ幅算出手段、
前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する開先深さ算出手段、
前記開先深さ算出手段によって算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め定められた施工条件を選択する施工条件選択手段、
前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する余盛高さ算出手段、
前記余盛高さ算出手段によって算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定するパス数決定手段、
前記施工条件選択手段によって選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する施工条件修正手段、
として機能させるための溶接制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築鉄骨柱等の仕口におけるダイアフラムとフランジ間の突合せ継手およびコアとフランジ間の段差Ｔ継手の溶接に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、溶接ロボットを用いた建築鉄骨柱等の仕口ワークの溶接に関して、例えば特許文献１〜３に示すような技術が提案されている。特許文献１〜３で提案された技術では、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すような、ダイアフラムＷ１ａ−フランジＷ２間の突合せ継手、および、コラムコアＷ１ｂ−フランジＷ２間の段差Ｔ継手における自動多層盛り溶接において、予め設定された板厚値、ダイアフラム径に加えて、溶接ロボットのアーム先端に取り付けられた溶接トーチの通電の感知を利用したタッチセンシング（以下、単に「センシング」という場合がある）により、図８（ａ）に示すような以下の値を導出していた。
【0003】
（１）ダイアフラムＷ１ａ表面の高さ位置（２）フランジＷ２のダイアフラムＷ１ａに対する取り付け位置
（３）フランジＷ２の幅
（４）フランジＷ２表面の高さ位置
（５）開先のルートギャップ幅
（６）開先中心位置（ルートギャップ幅の中点）
（７）ダイアフラムＷ１ａ上面とフランジＷ２上面との表面段差量
【0004】
例えば特許文献３には、図９（ａ）に示すようなダイアフラムＷ１ａ−フランジＷ２間の突合せ継手において、フランジＷ２の上面におけるＰ１の位置、ダイアフラムＷ１ａの開先面におけるＰ２の位置、フランジＷ２の開先面におけるＰ３の位置、の順にタッチセンシングを行い、当該タッチセンシングによって導出したＰ１〜Ｐ３の位置座標と、予め定められたフランジＷ２の板厚ｔとから、開先のルートギャップ幅ｒを算出することが記載されている。また、例えば特許文献２には、図９（ｂ）に示すようなダイアフラムＷ１ａ−フランジＷ２間の突合せ継手において、ダイアフラムＷ１ａの上面におけるＰ１の位置、フランジＷ２の上面におけるＰ２の位置、の順にタッチセンシングを行うことで、ダイアフラムＷ１ａ上面とフランジＷ２上面との表面段差量を算出することが記載されている。
【0005】
そして、特許文献１〜３で提案された技術では、図１０のフローチャートに示すように、予め定められた板厚等のパラメータを入力し（ステップＳ１０１）、センシングによって溶接ロボットに対する継手の３次元位置、溶接線方向、開先内の寸法形状等を導出し（ステップＳ１０２）、基準となる開先寸法値（開先深さ）の施工条件を読み込む（ステップＳ１０３）。次に、基準となる開先寸法値と実際の開先寸法値との差分から、実際の継手の寸法値に対応するように施工条件を修正し（ステップＳ１０４）、当該修正後の施工条件を用いて開先形状に最適な溶接を行う（ステップＳ１０５）。なお、前記したステップＳ１０３において読み込む施工条件は、開先寸法値（開先深さ）別にその継手における代表的な溶着形状を実現するための溶接のパス数や、各溶接のパスにおける溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ねらい位置等のパラメータ値であり、予め実験によって作成したパラメータがデータベースに格納されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第４６５８７６７号公報
【特許文献2】特開２００７−２１６２４０号公報
【特許文献3】特開平５−３２９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、ダイアフラムＷ１ａ−フランジＷ２間の突合せ継手およびコラムコアＷ１ｂ−フランジＷ２間の段差Ｔ継手においては、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、フランジＷ２の長さ方向が水平面に対して角度を有する場合、その勾配角度に応じて、フランジＷ２の実際の板厚ｔに対するフランジＷ２のエッジと開先底部の高さ距離である開先深さｄが変化する。すなわち、図１１（ｂ）に示すような上り勾配の場合は、勾配なしの場合（図１１（ａ）参照）と比較して、実際の板厚ｔに対して開先深さｄが増大することになる。また、図１１（ｃ）に示すような下り勾配の場合は、勾配なしの場合（図１１（ａ）参照）と比較して、実際の板厚ｔに対して開先深さｄが減少することになる。
【0008】
このような場合に従来の特許文献１〜３で提案されていたような技術を用いると、当該特許文献１〜３では、事前に入力された板厚ｔ＝開先深さｄとして設定し、当該開先深さｄに対応する施工条件を読み込み、センシングの結果に従って修正した施工条件を用いて溶接を行っていたため（図１０参照）、入力された板厚ｔと実際の開先深さｄに対する溶着量に誤差が生じ、実際の開先形状に対して溶接が不適切なものとなる。
【0009】
さらに特許文献１〜３で提案された技術では、図１１に示すように、余盛高さＳがフランジＷ２上面の延長線とコラムコアＷ１ｂとの交点位置（図１１における×印）と、板厚ｔとによって規定されており、例えば「ｔ／４≦Ｓ≦１０ （６＜ｔ≦４０）※単位は［ｍｍ］）から求められていた。従って、特許文献１〜３で提案された技術では、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、フランジＷ２の勾配角度によって余盛層の形状が変化し、溶接が安定しないという問題があった。また、ダイアフラムＷ１ａ−フランジＷ２間の突合せ継手においては、フランジＷ２が勾配を有していると、その勾配角度に応じてフランジＷ２の開先エッジの高さが変化することになるため、正確な表面段差量を算出することができなくなり、溶接時に用いる適切な施工条件を導出できないという問題があった。
【0010】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手の溶接において、フランジが勾配を有している場合であっても、開先形状に最適な溶接を行うように溶接装置を制御することができる溶接制御装置、溶接制御方法および溶接制御プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記した課題を解決するために本発明に係る溶接制御装置は、第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御装置であって、勾配角度算出手段と、開先角度算出手段と、ルートギャップ幅算出手段と、開先深さ算出手段と、施工条件選択手段と、を備える構成とした。
【0012】
このような構成を備える溶接制御装置は、勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する。また、溶接制御装置は、開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する。また、溶接制御装置は、ルートギャップ幅算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出する。また、溶接制御装置は、開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する。また、溶接制御装置は、施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段において算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め溶接実験により作成した施工条件を選択する。
【0013】
このように溶接制御装置によれば、第２被溶接部材が勾配を有している場合において、勾配角度算出手段によって勾配角度を算出し、当該勾配角度を加味して、開先角度算出手段によって正確な開先角度を算出し、ルートギャップ幅算出手段によって正確なルートギャップ幅を算出し、開先深さ算出手段によって正確な開先深さを算出する。そして、溶接制御装置は、施工条件選択手段によって、前記した正確な開先深さに基づいて最適な施工条件を求めることができる。
【0014】
また、本発明に係る溶接制御装置は、第１被溶接部材の開先面における位置座標および第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、溶接トーチが、第１被溶接部材および第２被溶接部材の間において、勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることが好ましい。また、本発明に係る溶接制御装置は、余盛高さ算出手段と、パス数決定手段と、施工条件修正手段と、を備えることが好ましい。
【0015】
このような構成を備える溶接制御装置は、余盛高さ算出手段によって、前記ルートギャップ幅に対して、前記開先深さと前記開先角度の正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に前記勾配角度の正接を乗算し、当該乗算値に前記第２被溶接部材の脚長Ｓを加算することで、前記開先における溶接ビードの余盛高さを算出する。また、溶接制御装置は、パス数決定手段によって、前記余盛高さ算出手段において算出された余盛高さに応じて、当該余盛高さごとに予め定められた前記開先の形状に対応する溶接のパス数を決定する。また、溶接制御装置は、施工条件修正手段によって、前記施工条件選択手段において選択された施工条件に含まれるパス数を、前記パス数決定手段によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する。
【0016】
このように溶接制御装置によれば、余盛高さ算出手段によって開先における溶接ビードの余盛高さを算出し、施工条件修正手段によって、前記した余盛高さに応じてパス数決定手段で決定されたパス数を用いて施工条件を修正することで、第２被溶接部材が勾配を有する場合であっても、当該勾配に応じて溶接ビードの余盛高さが最適になるように溶接のパス数を調整することができる。
【0017】
また、本発明に係る溶接制御装置は、前記勾配角度、前記開先角度および前記ルートギャップ幅のいずれかが、予め定められた値の範囲内に含まれるか否かを判定し、当該範囲内に含まれない場合、前記溶接ロボットに対して溶接中止を指示するデータ判定手段を備えることが好ましい。
【0018】
このような構成を備える溶接制御装置は、算出された勾配角度、開先角度およびルートギャップ幅のいずれかが溶接に不適当な値である場合にデータ判定手段が溶接中止を判定して、溶接ロボットが溶接を行わないように制御することができる。
【0019】
前記した課題を解決するために本発明に係る溶接制御方法は、第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御する溶接制御方法であって、勾配角度算出工程と、開先角度算出工程と、ルートギャップ幅算出工程と、開先深さ算出工程と、施工条件選択工程と、を行うこととした。
【0020】
このような手順を行う溶接制御方法は、勾配角度算出工程において、勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する。また、溶接制御方法は、開先角度算出工程において、開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する。また、溶接制御方法は、ルートギャップ幅算出工程において、ルートギャップ幅算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出する。また、溶接制御方法は、開先深さ算出工程において、開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する。また、溶接制御方法は、施工条件選択工程において、施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段において算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め溶接実験により作成した施工条件を選択する。
【0021】
このように、溶接制御方法によれば、第２被溶接部材が勾配を有している場合において、勾配角度算出工程において勾配角度を算出し、当該勾配角度を加味して、開先角度算出工程において正確な開先角度を算出し、ルートギャップ幅算出工程において正確なルートギャップ幅を算出し、開先深さ算出工程において正確な開先深さを算出する。そして、溶接制御方法は、施工条件選択工程において、前記した正確な開先深さに基づいて最適な施工条件を求めることができる。また、本発明に係る溶接制御方法は、第１被溶接部材の開先面における位置座標および第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、溶接トーチが、第１被溶接部材および第２被溶接部材の間において、勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることが好ましい。
また、本発明に係る溶接制御方法は、余盛高さ算出工程と、パス数決定工程と、施工条件修正工程と、をさらに含むことが好ましい。
【0022】
前記した課題を解決するために本発明に係る溶接制御プログラムは、第１被溶接部材の開先面と第２被溶接部材の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット先端の溶接トーチによって溶接する溶接装置において、前記第１被溶接部材と前記第２被溶接部材の対向方向をＸ軸とし、前記開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定し、前記溶接トーチ先端に所定長さで突き出された溶接ワイヤと、前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材との間にセンシング電圧を印加し、その通電状態から前記第１被溶接部材および前記第２被溶接部材の前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向の位置座標を検出し、当該位置座標と、予め設定された前記第２被溶接部材の板厚とから求めた施工条件に従って、溶接時に前記溶接ロボットを制御するために、コンピュータを、勾配角度算出手段、開先角度算出手段、ルートギャップ幅算出手段、開先深さ算出手段、施工条件選択手段、として機能させる構成とした。
【0023】
このような構成を備える溶接制御プログラムは、勾配角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標から、前記Ｘ軸に対する前記第２被溶接部材の勾配角度を算出する。また、溶接制御プログラムは、開先角度算出手段によって、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、前記第１被溶接部材の開先面と平行な前記Ｚ軸に対する前記第２被溶接部材の開先角度を算出する。また、溶接制御プログラムは、ルートギャップ幅算出手段によって、前記第１被溶接部材の開先面における位置座標から、当該第１被溶接部材の開先面に沿う線分である第１開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標から、当該第２被溶接部材の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出し、前記第２被溶接部材の上面における複数の位置座標を通る線分を前記第２被溶接部材の板厚だけ平行移動させることで、前記第２被溶接部材の下面の線分である第２下面線分を算出し、前記第１開先線分上における点と、前記第２開先線分と前記第２下面線分との交点とのＸ軸方向における距離を、前記開先のルートギャップ幅として算出する。また、溶接制御プログラムは、開先深さ算出手段によって、前記第２被溶接部材の板厚に対して、前記勾配角度と前記開先角度との合計角度の余弦に対する、前記開先角度の余弦の割合を乗算することで、前記開先深さを算出する。また、溶接制御プログラムは、施工条件選択手段によって、前記開先深さ算出手段において算出された開先深さに応じて、当該開先深さごとに予め溶接実験により作成した施工条件を選択する。
【0024】
このように、溶接制御プログラムによれば、第２被溶接部材が勾配を有している場合において、勾配角度算出手段によって勾配角度を算出し、当該勾配角度を加味して、開先角度算出手段によって正確な開先角度を算出し、ルートギャップ幅算出手段によって正確なルートギャップ幅を算出し、開先深さ算出手段によって正確な開先深さを算出する。そして、溶接制御プログラムは、施工条件選択手段によって、前記した正確な開先深さに基づいて最適な施工条件を求めることができる。また、本発明に係る溶接制御プログラムは、第１被溶接部材の開先面における位置座標および第２被溶接部材の開先面における複数の位置座標は、溶接トーチが、第１被溶接部材および第２被溶接部材の間において、勾配角度の方向に動作して検出した位置座標であることが好ましい。
また、本発明に係る溶接制御プログラムは、コンピュータを、余盛高さ算出手段、パス数決定手段、施工条件修正手段、としてさらに機能させることが好ましい。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る溶接制御装置、溶接制御方法および溶接制御プログラムによれば、仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手の溶接において、第２被溶接部材が勾配を有している場合であっても、その勾配角度に応じた実際の開先深さを算出することができるため、実際の開先形状に最適な溶接を行うように溶接装置を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の実施形態に係る溶接制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態に係る溶接制御装置における具体的なセンシング方法を説明するための概略図であって、（ａ）は、第２被溶接部材が上り勾配の場合におけるセンシング方法を説明するための概略図、（ｂ）は、第２被溶接部材が下り勾配の場合におけるセンシング方法を説明するための概略図、である。
【図3】本発明の実施形態に係る溶接制御装置において、余盛高さに応じて溶接のパス数が決定されることを示す概略図である。
【図4】本発明の実施形態に係る溶接制御装置において、第２溶接部材の板厚および勾配角度が異なる場合に同じ施工条件が選択される例を示す概略図であって、（ａ）は、第２被溶接部材の板厚がｔＡで勾配角度がφＡの場合を示す概略図、（ｂ）は、第２被溶接部材の板厚がｔＢで勾配角度がφＢの場合を示す概略図、（ｃ）は、第２被溶接部材の板厚がｄで勾配角度が０の場合を示す概略図、である。
【図5】本発明の実施形態に係る溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】本発明の他の実施形態に係る溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明に係る溶接制御装置をテーパーコラムコア溶接に適用した場合を示す概略図であって、（ａ）は、テーパーコラムの形状を示す斜視図、（ｂ）は、テーパーコラムの形状を示す側面図、（ｃ）は、テーパーコラムを構成するテーパーコアのテーパー形状が１面絞りの場合を示す概略図、（ｄ）は、テーパーコラムを構成するテーパーコアのテーパー形状が２面絞りの場合を示す概略図、（ｅ）は、テーパーコラムを構成するテーパーコアのテーパー形状が３面絞りの場合を示す概略図、（ｆ）は、テーパーコラムを構成するテーパーコアのテーパー形状が４面絞りの場合を示す概略図、である。
【図8】溶接対象となる仕口ワークを説明するための概略図であって、（ａ）は、仕口ワークを構成する第１被溶接部材および第２被溶接部材の斜視図、（ｂ）は、仕口ワークを構成する第１被溶接部材および第２被溶接部材の側面図、である。
【図9】従来の溶接制御装置における具体的なセンシング方法を説明するための概略図であって、（ａ）は、開先のルートギャップ幅を検出するギャップセンシングを示す概略図、（ｂ）は、表面段差センシングを示す概略図、である。
【図10】従来の溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図11】溶接対象となる仕口ワークを構成する第１被溶接部材と第２被溶接部材との関係を示す概略図であり、（ａ）は、第２被溶接部材の勾配がない場合を示す概略図、（ｂ）は、第２被溶接部材が上り勾配の場合を示す概略図、（ｃ）は、第２被溶接部材が下り勾配の場合を示す概略図、である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態に係る溶接制御装置、溶接制御方法および溶接制御プログラムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
［溶接制御装置］溶接制御装置１は、実際の溶接を行う前に、図８にて示す第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材（フランジ）Ｗ２をタッチセンシングした結果から最適な施工条件を求め、溶接時に、当該施工条件に従って溶接ロボット２の動作を制御するものである。すなわち、溶接制御装置１は、第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２をタッチセンシングした結果から当該第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２の位置座標を求め、当該位置座標と、予め設定された第２被溶接部材Ｗ２の板厚とから施工条件を求める。ここで、前記したように、第１被溶接部材Ｗ１は、具体的にはダイアフラムＷ１ａおよびコラムコアＷ１ｂのことを意味しているが（図８（ａ）、（ｂ）参照）、以下の説明ではそれぞれを第１被溶接部材Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと表記して説明する。また、第1被溶接部材Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと第２被溶接部材Ｗ２は、従来と同様のものを用いる。以下、溶接制御装置１の説明を行う前に、当該溶接制御装置１を含む溶接装置ＷＳについて簡単に説明する。
【0029】
溶接装置ＷＳは、建築鉄骨柱等の仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手を、例えばガスシールドアーク溶接によって溶接するものである。溶接装置ＷＳは、図１に示すように、溶接制御装置１と、当該溶接制御装置１によって動作が制御される溶接ロボット２と、を備えている。また、溶接ロボット２は、図１に示すように、アーム先端に溶接トーチ２ａを備えている。このような構成を備える溶接装置ＷＳは、第１被溶接部材Ｗ１の開先面と第２被溶接部材Ｗ２の開先面との間に形成された開先を溶接ロボット２先端の溶接トーチ２ａによって溶接する。なお、説明の便宜上、図１では溶接トーチ２ａに対して溶接ワイヤを供給するワイヤ送給装置や、電源を供給する溶接電源等の本発明に関連の薄い構成は図示を省略している。
【0030】
溶接トーチ２ａは、溶接時に開先に対して溶接ワイヤを供給するものであるが、ここでは溶接前に第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２のタッチセンシングを行う機構としても機能する。すなわち、溶接装置ＷＳは、実際の溶接を行う前に、溶接トーチ２ａを用いて第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２の所定の位置についてタッチセンシングを行い、位置座標等を検出する。
【0031】
溶接トーチ２ａを用いたタッチセンシングでは、まず溶接トーチ２ａ先端に溶接ワイヤ（図示省略）が所定長さで突き出され、当該溶接ワイヤと、第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２との間に、図示しない溶接電源からセンシング電圧が印加される。次に、溶接トーチ２ａを動かし、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の順番で、かつ、同図の矢印の軌跡に沿って、第１被溶接部材Ｗ１ａおよび第２被溶接部材Ｗ２の５箇所をタッチセンシングする。
【0032】
溶接トーチ２ａは、具体的には図２（ａ）に示すように、第２被溶接部材Ｗ２におけるＰ１，Ｐ２の順番でタッチセンシングを行うと、Ａ位置に移動する。次に、溶接トーチ２ａは、図２（ａ）に示すように、当該Ａ位置から、後記する勾配角度算出手段２０によって第２被溶接部材Ｗ２におけるＰ１，Ｐ２の位置座標から算出された勾配角度の方向に進行し、第１被溶接部材Ｗ１ａにおけるＰ３をタッチセンシングした後、逆方向に進行して第２被溶接部材Ｗ２におけるＰ４をタッチセンシングする。そして、溶接トーチ２ａは、Ａ位置に戻った後にＢ位置まで下降し、再度勾配角度の方向に進行して第２被溶接部材Ｗ２におけるＰ５をタッチセンシングする。
【0033】
このように、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のタッチセンシングの際に勾配角度の方向に進行して接触を行うのは、開先のルートギャップ幅の大きさによらず、開先のエッジＥから等しい下方距離の点に接触するためである。また、第２被溶接部材Ｗ２におけるＰ５をタッチセンシングする際のＡ−Ｂ間の高さ方向の移動距離は、入力された板厚ｔの大きさに依存して定められる。但し、板厚ｔの値が大きい場合は、溶接トーチ２ａの開先下部への侵入が困難となるため、予めＡ−Ｂの距離の最大値を設定しておき、溶接トーチ２ａの開先内壁部への接触干渉を防止することとする。以上のように、本発明に係る溶接制御装置１では、従来の手法（図９（ａ）参照）と比較してセンシング点を追加し（３箇所→５箇所）、後記するように、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度と開先角度を算出できるように構成されている。
【0034】
溶接トーチ２ａは、前記したようにタッチセンシングを行うと、図１に示すように、当該溶接トーチ２ａ先端の溶接ワイヤと、第１被溶接部材Ｗ１ａのＰ３の位置、および、第２被溶接部材Ｗ２のＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の位置との接触による通電状態を示す通電検出信号を、溶接制御装置１のセンシング手段１０に対して順次出力する。これにより、後記するように、センシング手段１０によって、第１被溶接部材Ｗ１のＰ３の位置座標と、第２被溶接部材Ｗ２のＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の位置座標とが検出されることになる。なお、センシング手段１０は、後記するように、Ｐ１〜Ｐ５における２軸（Ｘ軸およびＺ軸）の位置座標を検出する。
【0035】
なお、溶接トーチ２ａは、後記する表面段差量算出手段１１０において、第１被溶接部材Ｗ１ａと第２被溶接部材Ｗ２との表面段差量を算出する場合は、前記した図９（ｂ）と同様に、第１被溶接部材Ｗ１ａの上面のいずれかの位置と、第２被溶接部材Ｗ２の上面における開先エッジＥ（図２（ａ）、（ｂ）参照）とを一箇所ずつタッチセンシングし、その通電検出信号を溶接制御装置１のセンシング手段１０に対して出力する。
【0036】
また、図２（ａ）、（ｂ）は、突合せ継手の場合を想定して第１被溶接部材（ダイアフラム）Ｗ１ａを図示しているが、段差Ｔ継手の場合、すなわち第１被溶接部材（ダイアフラム）Ｗ１ａの代わりに第１被溶接部材（コラムコア）Ｗ１ｂを用いた場合も、溶接トーチ２ａによって同様の手順でタッチセンシングを行う。以下、溶接制御装置１の具体的構成について詳細に説明する。
【0037】
溶接制御装置１は、ここでは図１に示すように、センシング手段１０と、勾配角度算出手段２０と、開先角度算出手段３０と、ルートギャップ幅算出手段４０と、開先中心位置算出手段５０と、データ判定手段６０と、開先深さ算出手段７０と、施工条件選択手段８０と、施工条件記憶手段９０と、余盛高さ算出手段１００と、表面段差量算出手段１１０と、パス数決定手段１２０と、パス数記憶手段１３０と、施工条件修正手段１４０と、を備えている。
【0038】
センシング手段１０は、第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２の位置座標を検出するものである。ここで、溶接制御装置１では、図２に示すように、第１被溶接部材Ｗ１ａ，Ｗ１ｂと第２被溶接部材Ｗ２の対向方向、すなわち開先の幅方向をＸ軸とし、当該開先の深さ方向をＺ軸とした座標系を設定する。従って、センシング手段１０は、具体的には第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２のＸ軸方向およびＺ軸方向における位置座標を検出する。
【0039】
センシング手段１０には、ここでは図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、溶接トーチ２ａから、当該溶接トーチ２ａと第２被溶接部材Ｗ２の上面におけるＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の位置とが接触した際の通電検出信号、および、当該溶接トーチ２ａと第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面におけるＰ３の位置とが接触した際の通電検出信号が入力される。センシング手段１０は、これらの通電検出信号に基づいて、Ｐ１〜Ｐ５のＸ軸方向およびＺ軸方向における位置座標をそれぞれ検出する。そして、センシング手段１０は、図１に示すように、勾配角度算出手段２０に対して第２被溶接部材Ｗ２のＰ１，Ｐ２の位置座標を出力し、開先角度算出手段３０に対して第２被溶接部材Ｗ２のＰ４，Ｐ５の位置座標を出力し、ルートギャップ幅算出手段４０に対して第１被溶接部材Ｗ１ａのＰ３の位置座標と第２被溶接部材Ｗ２のＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５の位置座標とを出力する。
【0040】
なお、センシング手段１０は、後記する表面段差量算出手段１１０において、第１被溶接部材Ｗ１ａと第２被溶接部材Ｗ２との表面段差量を算出する場合は、溶接トーチ２ａから入力された第１被溶接部材Ｗ１ａの上面における一箇所と、第２被溶接部材Ｗ２の上面における開先エッジＥ（図２（ａ）、（ｂ）参照）とにおける通電検出信号に基づいて、当該二箇所のＸ軸方向およびＺ軸方向における位置座標をそれぞれ検出し、図１に示すように、これらを表面段差量算出手段１１０に出力する。
【0041】
勾配角度算出手段２０は、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度を算出するものである。ここで、勾配角度とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ軸（水平軸）に対する第２被溶接部材Ｗ２の傾きの角度φを示している。勾配角度算出手段２０は、具体的には図２（ａ）、（ｂ）に示すように、センシング手段１０から入力された第２被溶接部材Ｗ２の上面における複数の位置座標、すなわちＰ１の位置座標とＰ２の位置座標との距離比等を求めることで、Ｘ軸に対する第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φを算出する。そして、勾配角度算出手段２０は、図１に示すように、算出した勾配角度φをルートギャップ幅算出手段４０と、データ判定手段６０と、開先深さ算出手段７０と、余盛高さ算出手段１００と、にそれぞれ出力する。
【0042】
開先角度算出手段３０は、第２被溶接部材Ｗ２の開先角度を算出するものである。ここで、開先角度とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面と平行なＺ軸に対する、第２被溶接部材Ｗ２の開先面の角度θを示している。開先角度算出手段３０は、具体的には図２（ａ）、（ｂ）に示すように、センシング手段１０から入力された第２被溶接部材Ｗ２の開先面における複数の位置座標、すなわちＰ４の位置座標とＰ５の位置座標との距離比等を求めることで、Ｚ軸に対する第２被溶接部材Ｗ２の開先角度θを算出する。そして、開先角度算出手段３０は、図１に示すように、算出した開先角度θをデータ判定手段６０と、開先深さ算出手段７０と、余盛高さ算出手段１００と、にそれぞれ出力する。
【0043】
ルートギャップ幅算出手段４０は、開先のルートギャップ幅を算出するものである。ここで、ルートギャップ幅とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面と第２被溶接部材Ｗ２の開先面とのＸ軸方向における距離ｒを示している。ルートギャップ幅算出手段４０は、具体的には図２（ａ）、（ｂ）に示すように、まず第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面のＰ３の位置座標から、当該第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面に沿う線分である第１開先線分を算出する。この第１開先線分は、第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面と一致する線分であり、Ｚ軸と平行な線分である。
【0044】
次に、ルートギャップ幅算出手段４０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２被溶接部材Ｗ２の開先面のＰ４，Ｐ５の位置座標から、当該第２被溶接部材Ｗ２の開先面に沿う線分である第２開先線分を算出する。この第２開先線分は、第２被溶接部材Ｗ２の開先面と一致する線分である。次に、ルートギャップ幅算出手段４０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２被溶接部材Ｗ２の上面のＰ１，Ｐ２の位置座標を通る線分を、第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔだけ平行移動させることで、第２被溶接部材Ｗ２の下面の線分である第２下面線分を算出する。なお、第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔは、予め入力等により定められた数値であり、図１に示すように、溶接制御装置１の外部からルートギャップ幅算出手段４０に対して入力されるものである。また、ルートギャップ幅算出手段４０は、前記したＰ１，Ｐ２の位置座標を通る線分を第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔだけ平行移動させる際に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、勾配角度φを加味して斜めに平行移動させる。
【0045】
次に、ルートギャップ幅算出手段４０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第1開先線分上の点、例えば第１開先線分と第２下面線分との交点Ｉ１の位置座標と、第２開先線分と第２下面線分との交点Ｉ２の位置座標とを算出し、当該交点Ｉ１および交点Ｉ２間におけるＸ軸方向における距離を開先のルートギャップ幅ｒとして算出する。そして、ルートギャップ幅算出手段４０は、図１に示すように、算出したルートギャップ幅ｒを開先中心位置算出手段５０と、データ判定手段６０と、余盛高さ算出手段１００と、に出力する。また、ルートギャップ幅算出手段４０は、開先中心位置算出手段５０に対して、ルートギャップ幅ｒに加えて交点Ｉ１および交点Ｉ２の位置座標も出力する。
【0046】
開先中心位置算出手段５０は、開先中心の位置座標を算出するものである。開先中心位置算出手段５０は、具体的には図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ルートギャップ幅算出手段４０から入力されたルートギャップ幅ｒと、交点Ｉ１および交点Ｉ２の位置座標とに基づいて、ルートギャップ幅の中点の位置座標、すなわち開先中心位置ｒＣを算出する。そして、開先中心位置算出手段５０は、図１に示すように、算出した開先中心位置ｒＣを溶接ロボット２に出力する。
【0047】
データ判定手段６０は、継手に関するデータが溶接に適当なものであるか否かを判定するものである。データ判定手段６０は、具体的には図１に示すように、勾配角度算出手段２０から入力された第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φと、開先角度算出手段３０から入力された第２被溶接部材Ｗ２の開先角度θと、ルートギャップ幅算出手段４０から入力された開先のルートギャップ幅ｒとのいずれかが、予め定められた溶接に適した値の範囲内に含まれるか否かを判定する。そして、データ判定手段６０は、前記した勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒのいずれかが当該範囲内含まれない場合、図１に示すように、溶接ロボット２に対して、溶接中止を指示する溶接中止信号を出力する。
【0048】
溶接制御装置１は、このようなデータ判定手段６０を備えることで、算出された勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒのいずれかが溶接に不適当な値である場合に、当該データ判定手段６０が溶接中止を判定して、溶接ロボット２が溶接を行わないように制御することができる。
【0049】
開先深さ算出手段７０は、継手の開先深さを算出するものである。開先深さ算出手段７０は、具体的には以下の式（１）および図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、予め設定された第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔに対して、勾配角度算出手段２０から入力された勾配角度φと、開先角度算出手段３０から入力された開先角度θとの合計角度φ＋θの余弦に対する、開先角度θの余弦の割合を乗じることで、開先深さｄを算出する。すなわち、従来提案されていた技術では、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φを加味することなく、単に「開先深さｄ＝第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔ」として開先深さｄを算出していたが、開先深さ算出手段７０は、勾配角度φと開先角度θとを加味して開先深さｄを算出することとしている。そして、開先深さ算出手段７０は、図１に示すように、算出した開先深さｄを施工条件選択手段８０に出力する。
【0050】
【数1】
【0051】
ここで、従来の仕口フランジを溶接する溶接装置の溶接制御装置では、継手種類（突合せ継手、段差Ｔ継手）、表面段差量(突合せ継手の場合)および板厚ｔごとに異なる施工条件が定められており、溶接時には、溶接前のタッチセンシングの結果および入力された寸法データや板厚ｔに対して、その継手が属する寸法の範囲から最適な施工条件を選択して溶接に用いていた。しかしながら、図２（ａ）、（ｂ）に示すような第２被溶接部材Ｗ２が勾配を有する継手においては、同図に示すように、勾配角度φによって水平面基準における継手の開先深さｄが変化する。そのため、従来通りに入力された板厚ｔに対して施工条件を選択して用いた場合、第２被溶接部材Ｗ２が勾配を有する継手では必要となる溶着断面形状と、選択された施工条件によって形成される溶着断面形状が異なるため、適切な溶着とならないという問題があった。
【0052】
一方、前記した式（１）に示すように、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φと開先角度θとを用いて開先深さｄを導出し、施工条件の選択の際にその開先深さｄを用いることで、実際の継手形状に対して最適な施工条件を選択することができる。なお、前記した式（１）では、仮に第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φ＝０°である場合は、「開先深さｄ＝第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔ」となる。従って、開先深さ算出手段７０は、前記した式（１）を用いることで、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φの有無に関らず、継手の開先深さｄを正確に算出することができる。
【0053】
施工条件選択手段８０は、算出された開先深さｄに応じて、当該開先深さｄごとに予め定められた施工条件を選択するものである。ここで、施工条件とは、例えば溶接のパス数や、各溶接のパスにおける溶接電流、アーク電圧、溶接速度等のパラメータ値を示している。この施工条件は、予め所定の開先深さｄごとに定められるとともに、当該開先深さｄごとに対応付けられてテーブル化され、施工条件記憶手段９０に記憶されている。
【0054】
施工条件選択手段８０は、開先深さ算出手段７０から開先深さｄが入力されると、施工条件記憶手段９０に記憶されたテーブル（以下、施工条件テーブルという）の中から、当該開先深さｄと一致する開先深さを検索する。そして、施工条件選択手段８０は、施工条件テーブルの中に、開先深さ算出手段７０から入力された開先深さｄと一致する開先深さがある場合、これに対応した施工条件を施工条件記憶手段９０から読み出し、図１に示すように、当該施工条件を施工条件修正手段１４０に出力する。
【0055】
なお、施工条件選択手段８０は、施工条件記憶手段９０に記憶された施工条件テーブルの中に、開先深さ算出手段７０から入力された開先深さｄと一致する開先深さがない場合は、当該開先深さｄと最も近い開先深さを検索し、これに対応した施工条件を施工条件記憶手段９０から読み出す。そして、施工条件選択手段８０は、開先深さ算出手段７０から入力された開先深さｄと、施工条件テーブルで検索した開先深さとの差に基づいて、例えば直線補間等によって、施工条件記憶手段９０から読み出した施工条件を加工し、図１に示すように、当該加工後の施工条件を施工条件修正手段１４０に出力する。
【0056】
施工条件記憶手段９０は、溶接時における施工条件を記憶するものである。施工条件記憶手段９０は、予め所定の開先深さｄごとの施工条件（溶接のパス数、各溶接のパスにおける溶接電流、アーク電圧、溶接速度等のパラメータ値）をテーブル形式で記憶しており、施工条件選択手段８０に対して当該施工条件を出力できるように構成されている。施工条件記憶手段９０は、具体的にはデータを記憶することができるメモリ、ハードディスク等で具現される。なお、施工条件記憶手段９０は、ここでは図１に示すように溶接制御装置１の内部に設けられているが、溶接制御装置１の外部に設けても構わない。
【0057】
余盛高さ算出手段１００は、段差Ｔ継手において、開先における溶接ビードの余盛高さを算出するものである。余盛高さ算出手段１００は、具体的には以下の式（２）および図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ルートギャップ幅ｒに対して、開先深さｄと開先角度θの正接とを乗算した値を加算し、当該加算値に勾配角度φの正接を乗算し、当該乗算値に脚長Ｓを加算することで、開先における溶接ビードの余盛高さｈを算出する。このときＳは、ｔ／４≦Ｓ≦１０ｍｍ（ｔ≦４０ｍｍ）で規定される値である。そして、余盛高さ算出手段１００は、図１に示すように、算出した余盛高さｈをパス数決定手段１２０に出力する。なお、余盛高さｈは、第２被溶接部材Ｗ２の上側の開先エッジＥ（図２（ａ）、（ｂ）参照）を０基準としている。また、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における脚長Ｓは、第２被溶接部材Ｗ２の上面の延長線と第１被溶接部材Ｗ１ｂとの交点位置を０基準とした余盛高さを示している。
【0058】
【数2】
【0059】
表面段差量算出手段１１０は、突合せ継手において、第１被溶接部材Ｗ１ａの上面と、第２被溶接部材Ｗ２の上面とにおける表面段差量を算出するものである。表面段差量算出手段１１０は、センシング手段１０から入力された、第１被溶接部材Ｗ１ａの上面のＰ１の位置座標と、第２被溶接部材Ｗ２の上面のＰ２の位置座標と、の差をとることで表面段差量を算出する。そして、表面段差量算出手段１１０は、図１に示すように、当該表面段差量をパス数決定手段１２０に出力する。なお、第１被溶接部材Ｗ１ａの上面と、第２被溶接部材Ｗ２の上面とにおける表面段差量が予め判明している場合は、図１に示すように、パス数決定手段１２０に対して表面段差量を直接入力しても構わない。
【0060】
パス数決定手段１２０は、算出された溶接ビードの余盛高さｈまたは表面段差量に応じて、当該余盛高さｈまたは表面段差量ごとに予め定められた溶接の積層パターンパス数（以下、単に「パス数」という）を決定するものである。ここで、パス数とは、図３に示すように、第１被溶接部材Ｗ１ａの開先面と、第２被溶接部材Ｗ２の開先面との間における開先内を溶接する回数のことを示している。このパス数は、例えば以下の表１に示すように、予め所定の余盛高さｈの範囲（あるいは余盛高さｈごと）ごとに定められるとともに、図３に示すように、例えば余盛高さｈがａの場合は９パス、ｂの場合は１２パス、ｃの場合は７パスというように、当該余盛高さｈの範囲ごとに対応付けられてテーブル化され、パス数記憶手段１３０に記憶されている。
【0061】
【表1】
【0062】
なお、前記した表１は、余盛高さｈの範囲とパス数とを対応付けたテーブルを示しているが、後記するように、パス数記憶手段１３０は、当該余盛高さｈの範囲を表面段差量の範囲にそのまま置き換えたテーブルも予め記憶している。すなわち、パス数記憶手段１３０は、余盛高さｈの範囲とパス数とを対応付けたテーブルと、表面段差量の範囲とパス数とを対応付けたテーブルと、をそれぞれ記憶している。
【0063】
パス数決定手段１２０は、段差Ｔ継手の場合、余盛高さ算出手段１００から余盛高さｈが入力されると、パス数記憶手段１３０に記憶された表１に示すようなテーブル（以下、「パス数テーブル」という）の中から、当該余盛高さｈに一致する余盛高さの範囲を検索する。そして、パス数決定手段１２０は、パス数テーブルの中に、余盛高さ算出手段１００から入力された余盛高さｈと一致する余盛高さの範囲がある場合、これに対応したパス数をパス数記憶手段１３０から読み出し、図１に示すように、当該パス数を施工条件修正手段１４０に出力する。
【0064】
また、パス数決定手段１２０は、突合せ継手の場合、表面段差量算出手段１１０または外部から表面段差量が入力されると、パス数記憶手段１３０に記憶されたパス数テーブルの中から、当該表面段差量に一致する表面段差量の範囲を検索する。そして、パス数決定手段１２０は、パス数テーブルの中に、表面段差量算出手段１１０または外部から入力された表面段差量と一致する表面段差量の範囲がある場合、これに対応したパス数をパス数記憶手段１３０から読み出し、図１に示すように、当該パス数を施工条件修正手段１４０に出力する。
【0065】
従来、突合せ継手の場合は、予め表面段差量の範囲ごとに複数の施工条件を用意し、入力した板厚ｔ（＝開先深さｄ）と、入力または測定により取得した表面段差量とを用いて最適な施工条件を生成していたが、このようなパス数決定手段１２０によるパス数決定機能を用いることで、前記したように表面段差量の範囲ごとに複数用意していた施工条件を一つにまとめることができ、データ容量の縮小と、施工条件の編集および管理性の向上を図ることができる。
【0066】
ここで、前記したように、開先深さ算出手段７０によって、勾配角度φと開先角度θに応じて開先深さｄを算出し、当該開先深さｄの値を引数として施工条件記憶手段９０から施工条件を選択するとした場合、第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔが異なる場合であっても、勾配角度φによっては同じ施工条件が選択されることがある。例えば、図４（ａ）に示すような第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔＡ、勾配角度φＡ、開先深さdＡの第１パターンと、図４（ｂ）に示すような第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔＢ、勾配角度φＢ、開先深さdＢの第２パターンと、図４（ｃ）に示すような第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔ、勾配角度０、開先深さｄの第３パターンとが存在する場合を考える。この場合、仮に板厚ｔ≠ｔＡ≠ｔＢであり、勾配角度φＢ≠φＢであり、開先深さｄ＝dＡ＝dＢ（もしくはｄ≒dＡ≒dＢ）であるとすると、開先深さが全て同じか類似するものとなるため、施工条件選択手段８０によって選択される施工条件も必然的に同じものとなる。しかしながら、前記した３つのパターン全てにおいて同じ施工条件を用いて溶接を行うと、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、余盛層における溶着形状が不適切となる。
【0067】
一方、前記したように、パス数決定手段１２０によって、余盛高さｈまたは表面段差量に応じて、継手の余盛層における適切なパス数を決定することで、継手に対して適切な余盛層を形成することができる。
【0068】
パス数記憶手段１３０は、溶接のパス数を記憶するものである。パス数記憶手段１３０は、予め所定の余盛高さｈの範囲ごとのパス数（表１参照）、および、所定の表面段差量の範囲ごとのパス数をそれぞれテーブル形式で記憶しており、図１に示すように、パス数記憶手段１３０に対して当該パス数を出力できるように構成されている。パス数記憶手段１３０は、具体的にはデータを記憶することができるメモリ、ハードディスク等で具現される。なお、パス数記憶手段１３０は、ここでは図１に示すように溶接制御装置１の内部に設けられているが、溶接制御装置１の外部に設けても構わない。
【0069】
施工条件修正手段１４０は、施工条件を修正するものである。施工条件修正手段１４０は、具体的には、施工条件選択手段８０によって選択された施工条件に含まれるパス数を、パス数決定手段１２０によって決定されたパス数に置き換えることで、当該施工条件を修正する。すなわち、施工条件修正手段１４０は、施工条件選択手段８０から入力された施工条件の中に含まれるパス数を、第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φや開先角度θを加味して算出されたパス数に置き換えることで、第２被溶接部材Ｗ２の勾配を加味した適切な施工条件となるように修正する。そして、施工条件修正手段１４０は、図１に示すように、修正した施工条件を溶接ロボット２に出力する。
【0070】
以上のような構成を備える溶接制御装置１は、第２被溶接部材Ｗ２が勾配を有している場合において、勾配角度算出手段２０によって勾配角度φを算出し、当該勾配角度φを加味して、開先角度算出手段３０によって正確な開先角度θを算出し、ルートギャップ幅算出手段４０によって正確なルートギャップ幅ｒを算出し、開先深さ算出手段７０によって正確な開先深さｄを算出する。そして、溶接制御装置１は、施工条件選択手段８０によって、前記した正確な開先深さｄに基づいて最適な施工条件を求めることができる。また、溶接制御装置１は、余盛高さ算出手段１００によって開先における溶接ビードの余盛高さｈを算出し、施工条件修正手段１４０によって、前記した余盛高さｈに応じてパス数決定手段１２０で決定されたパス数を用いて施工条件を修正することで、第２被溶接部材Ｗ２が勾配を有する場合であっても、当該勾配に応じて溶接ビードの余盛高さｈが最適になるように溶接のパス数を調整することができる。
【0071】
従って、溶接制御装置１によれば、仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手の溶接において、第２被溶接部材（フランジ）Ｗ２が勾配を有している場合であっても、その勾配角度φに応じた実際の開先深さｄを算出することができるため、実際の開先形状に最適な溶接を行うように溶接装置ＷＳを制御することができる。
【0072】
［溶接制御方法］以下、実施形態に係る溶接制御装置１の動作、すなわち溶接制御方法について、図５を参照（適宜図１も参照）しながら詳細に説明する。溶接制御方法は、ここではパラメータ入力工程と、センシング工程と、勾配角度算出工程と、開先角度算出工程と、ルートギャップ幅算出工程と、データ判定工程と、開先深さ算出工程と、施工条件選択工程と、余盛高さ算出工程と、パス数決定工程と、施工条件修正工程と、を行う。但し、勾配角度算出工程と開先角度算出工程の順序は入れ替えてもよく、施工条件選択工程は、開先深さ算出工程とパス数決定工程の間であればどのタイミングで行っても構わない。また、以下の説明では、段差Ｔ継手の例を示し、余盛高さｈからパス数を決定することとする。
【0073】
まず、溶接制御装置１は、パラメータ入力工程において、板厚ｔ等のパラメータを入力する（ステップＳ１）。次に、溶接制御装置１は、センシング工程において、溶接トーチ２ａによって第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２をそれぞれタッチセンシングし、センシング手段１０によってそれぞれの位置座標を検出する（ステップＳ２）。次に、溶接制御装置１は、勾配角度算出工程において、勾配角度算出手段２０によって第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φを算出する（ステップＳ３）。次に、溶接制御装置１は、開先角度算出工程において、開先角度算出手段３０によって開先角度θを算出する（ステップＳ４）。次に、溶接制御装置１は、ルートギャップ幅算出工程において、ルートギャップ幅算出手段４０によって開先のルートギャップ幅ｒを算出する（ステップＳ５）。
【0074】
次に、溶接制御装置１は、データ判定工程において、データ判定手段６０によって勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒのいずれかが予め定められた規定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、溶接制御装置１は、データ判定工程において、勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒのいずれかが予め定められた規定の範囲内である場合（ステップＳ６においてＹｅｓ）、ステップＳ７に進み、予め定められた規定の範囲内でない場合（ステップＳ６においてＮｏ）、処理を終了する。
【0075】
次に、溶接制御装置１は、開先深さ算出工程において、開先深さ算出手段７０によって前記した式（１）を用いて開先深さｄ（ここでは開先深さｄＣとする）を算出する（ステップＳ７）。次に、溶接制御装置１は、施工条件選択工程において、施工条件選択手段８０によって、施工条件記憶手段９０から開先深さｄＣに対応した施工条件を選択する（ステップＳ８）。次に、溶接制御装置１は、余盛高さ算出工程において、余盛高さ算出手段１００によって前記した式（２）を用いて余盛高さｈ（ここでは余盛高さｈＣとする）を算出する（ステップＳ９）。次に、溶接制御装置１は、パス数決定工程において、パス数決定手段１２０によって、パス数記憶手段１３０から余盛高さｈＣに対応したパス数を選択する（ステップＳ１０）。そして、溶接制御装置１は、施工条件修正工程において、施工条件修正手段１４０によって施工条件のパス数を修正し（ステップＳ１１）、実際の溶接を開始する（ステップＳ１２）。
【0076】
このような手順を行う溶接制御方法は、仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手の溶接において、第２被溶接部材Ｗ２が勾配を有している場合であっても実際の開先深さｄを適切に算出することができるとともに、第２被溶接部材Ｗ２の勾配に応じて溶接ビードの余盛高さｈが最適になるように施工条件におけるパス数を調整し、当該調整後の施工条件に従って溶接を行うことができる。
【0077】
［溶接制御プログラム］ここで、前記した溶接制御装置１は、一般的なコンピュータを、前記した各手段および各部として機能させるためのプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【実施例】
【0078】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、溶接制御用鉄骨システムＰＣ（以下、単に「ＰＣ」という）と、溶接ロボットとを備える溶接装置によって、鉄骨仕口ワーク（以下、単に「ワーク」という）を溶接する例について説明する。
【0079】
溶接制御用鉄骨システムＰＣには、継手に対する溶接教示プログラムを生成するための溶接アプリケーションと、溶接で用いる施工条件データベースがインストールされている。すなわち、この溶接制御用鉄骨システムＰＣは、前記した溶接制御装置１および溶接制御プログラムを具現化したものである。また、溶接ロボットは、前記した図１に示す溶接ロボット２と同様の構成を備えている。また、本実施例における溶接装置には、前記した構成の他に、鉄骨仕口ワーク把持用ポジショナと、溶接ロボット移動用スライダとが備えられている。そして、本実施例における溶接装置は、ダイアフラム−フランジ間の突合せ継手、および、コラムコア−フランジ間の段差Ｔ継手を溶接対象としている（図８（ａ）、（ｂ）参照）。
【0080】
溶接を行うオペレータは、ＰＣ上の溶接アプリケーションを操作して、ワークの寸法や、溶接する継手の選択を行った後、実行操作を行う。以下、実行操作の手順について、具体的に説明する。オペレータは、まずＰＣと溶接ロボットを起動した後、溶接アプリケーションを起動する。次に、オペレータは、アプリ入力画面において以下に示すような値を入力する。なお、寸法入力が必要な箇所は、予め実ワーク寸法を測定しておくこととする。
【0081】
（１）溶接するワークの選択（２）ダイアフラム径
（３）ダイアフラム板厚
（４）溶接する継手種類（突合せ継手または段差Ｔ継手）の選択
（５）溶接する継手の勾配の有無
（６）突合せ継手の場合における表面段差センシングの有無
（７）フランジ板厚ｔ（第２被溶接部材Ｗ２の板厚ｔ）
（８）段差Ｔ継手の場合における表面段差量
【0082】
オペレータによって上記（１）〜（８）に示す値が入力され、実行操作がスタートすると、溶接教示プログラムよるセンシング処理が開始する。当該センシング処理では、センシング手段１０によって、ダイアフラム高さ（ダイアフラム上面の高さ位置）と、フランジ高さ（フランジ上面の高さ位置）とを取得する。但し、フランジ（第２被溶接部材Ｗ２）は勾配角度φを有しているため、実際のフランジ高さは、後記するフランジの勾配角度φを加味して導出する。次に、センシング手段１０によって、前記したフランジ高さを基準として、ダイアフラムおよびコアに取り付けられたフランジの高さ位置を検出する。次に、センシング手段１０によって、ダイアフラムに対するフランジの取り付け位置と、フランジのダイアフラムに対する左右位置と、フランジ幅と、原点位置に対する継手位置とを取得する。
【0083】
次に、勾配角度算出手段２０によってフランジの勾配角度φを算出し、開先角度算出手段３０によって開先角度θを算出し、ルートギャップ幅算出手段４０によってルートギャップ幅ｒを算出する。なお、勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒは、１つの継手で最大３点算出する。また、突合せ継手の場合は、前記した勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒに加えて、表面段差量算出手段１１０によって、ダイアフラム高さと、フランジの開先エッジの高さとの差から表面段差量を算出する。
【0084】
次に、データ判定手段６０によって、前記した勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒ、表面段差量（突合せ継手の場合）の値が、溶接可能であると予め定められた規定の範囲内であるか否かを判定し、当該規定の範囲外であった場合は、その継手の溶接を中止する。一方、前記した勾配角度φ、開先角度θおよびルートギャップ幅ｒ、表面段差量（突合せ継手の場合）の値が規定の範囲内である場合、これらの値に基づいて施工条件を生成し、生成した施工条件を用いて継手の多層盛り溶接を行う。
【0085】
以下、本実施例における施工条件の生成方法について説明する。ここで、前記した溶接教示プログラムによるセンシングによって、溶接継手の形状は以下の６パターンに大まかに分類される。
【0086】
（１）突合せ継手で勾配なし（図９（ａ）参照）（２）突合せ継手で上り勾配（図２（ａ）参照）
（３）突合せ継手で下り勾配（図２（ｂ）参照）
（４）段差Ｔ継手で勾配なし（図４（ｃ）参照）
（５）段差Ｔ継手で上り勾配（図４（ａ）参照）
（６）段差Ｔ継手で下り勾配（図４（ｂ）参照）
【0087】
前記したパターンのうちの（１）の場合は、施工条件選択手段８０によって、施工条件データベース（施工条件記憶手段９０）に予め用意された複数の施工条件データの中からフランジ板厚ｔの値に最も近いベース板厚を引当て、その値における施工条件データを読み込む。一方、前記したパターンのうちの（２）、（３）の場合は、施工条件選択手段８０によって、フランジ板厚ｔ、ルートギャップ幅ｒ、勾配角度φおよび開先角度θから開先深さ算出手段７０により算出される開先深さｄを用いて、施工条件データベース（施工条件記憶手段９０）に予め用意された複数の施工条件データの中から、開先深さｄの値に最も近い基準開先深さを引当て、その値における施工条件データを読み込む。なお、施工条件データは、前記した図５に示したような２次元のデータベースであり、板厚ｔまたは開先深さｄごとに、各溶接のパスにおける溶接電流、アーク電圧、溶接速度等のパラメータ値が格納されている。このパラメータ値による溶接を順番に行うことで、最適な溶着断面を実現する自動溶接を行うことができる。
【0088】
但し、この施工条件データのパス数は、想定される表面段差量が最も大きな値となるものをベースとしたものであるため、例えば突合せ継手において表面段差量が低い値である場合、継手の上方の溶接パスが冗長となる（図３参照）。従って、パス数決定手段１２０によって、表面段差量から最適なパス数を決定する。そして、施工条件修正手段１４０によって施工条件データのパス数を修正し、溶接に最適な施工条件を得る。
【0089】
また、前記したパターンのうち、（４）〜（６）の場合は、突合せ継手の表面段差量の代わりに、余盛高さ算出手段１００によって溶接ビードの余盛高さｈを算出し、パス数決定手段１２０によって余盛高さｈから最適なパス数を決定し、施工条件修正手段１４０によって施工条件を修正し、溶接に最適な施工条件を得る。そして、このように最適な施工条件を得た後、これを用いてロボットの教示プログラムを生成し、再生することで自動溶接を行う。
【0090】
以上、本発明に係る溶接制御装置、溶接制御方法および溶接制御プログラムについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【0091】
例えば、前記した溶接制御装置１では、溶接トーチ２ａによって第１被溶接部材Ｗ１および第２被溶接部材Ｗ２をタッチセンシングした結果から第２被溶接部材Ｗ２の勾配角度φ、開先角度θ、ルートギャップ幅ｒ、開先中心位置ｒｃ等を求めていたが、当該溶接トーチ２ａによるタッチセンシングを行わずに、例えばレーザー測定器を用いてこれらの値を求め、溶接制御装置１に手動入力することもできる。
【0092】
また、前記した溶接制御装置１では、図５に示すように、まず開先深さｄに応じて施工条件を選択し、余盛高さｈに応じて決定されたパス数によって当該施工条件を修正することで最終的な施工条件を取得していたが、これらの処理をより簡略化することも可能である。例えば段差Ｔ継手の場合を例にとると、図６に示すように、開先深さｄおよび余盛高さｈの両者に施工条件を対応付けた施工条件テーブルを予め施工条件記憶手段９０Ａに記憶させ、同図のステップＳ２９に示すように、開先深さｄおよび余盛深さｈの両者に応じた施工条件を選択することで、前記したパス数決定処理を行うことなく、所望の余盛高さｈに見合ったパス数を持つ施工条件を取得することができる。
【0093】
この場合、図１に示すパス数決定手段１２０およびパス数記憶手段１３０が不要となり、余盛高さ算出手段１００によって算出された余盛高さｈは施工条件選択手段８０に出力される。そして、施工条件選択手段８０は、開先深さｄと余盛高さｈの両者に応じた施工条件を施工条件記憶手段９０Ａから選択し、これを溶接ロボット２に出力する。なお、図６のフローチャートにおけるステップＳ２１〜Ｓ３１の個々の処理は既に図５で説明済みであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【0094】
なお、前記した段差Ｔ継手ではなく突合せ継手の場合は、施工条件記憶手段９０Ａに開先深さｄおよび表面段差量の両者に施工条件を対応付けた施工条件テーブルを予め記憶させ、図１に示す表面段差量算出手段１１０によって算出された表面段差量は施工条件選択手段８０に出力させることとする。これにより、施工条件選択手段８０は、開先深さｄと表面段差量の両者に応じた施工条件を施工条件記憶手段９０Ａから選択し、これを溶接ロボット２に出力する。なお、この方法では、溶接制御装置１のようにパス数決定処理を行う方法と比較して、開先深さｄの施工条件１つに対して、予め用意する施工条件データの数を増やす必要がある。
【0095】
また、前記した溶接制御装置１では、図８（ａ）に示すような仕口フランジの突合せ継手および段差Ｔ継手を対象としていたが、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すような第１被溶接部材（ダイアフラム）Ｗ３と第２被溶接部材（テーパーコア）Ｗ４とからなるテーパーコラムを対象としても構わない。この場合、第２被溶接部材Ｗ４のテーパー形状は、図７（ｃ）に示すような１面絞り、図７（ｄ）に示すような２面絞り、図７（ｅ）に示すような３面絞り、図７（ｆ）に示すような４面絞り、のいずれであってもよく、前記した溶接制御装置１と同様の手法で第２被溶接部材Ｗ４の勾配角度φや開先深さｄを算出し、実際の正確な開先深さｄに基づいて最適な施工条件を求めることができる。
【符号の説明】
【0096】
１ 溶接制御装置２ 溶接ロボット
２ａ 溶接トーチ
１０ センシング手段
２０ 勾配角度算出手段
３０ 開先角度算出手段
４０ ルートギャップ幅算出手段
５０ 開先中心位置算出手段
６０ データ判定手段
７０ 開先深さ算出手段
８０ 施工条件選択手段
９０，９０Ａ 施工条件記憶手段
１００ 余盛高さ算出手段
１１０ 表面段差量算出手段
１２０ パス数決定手段
１３０ パス数記憶手段
１４０ 施工条件修正手段
ＢＭ 裏当材
ｄ，ｄＡ，ｄＢ 開先深さ
ｈ，ｈＡ，ｈＢ 余盛高さ
Ｉ１，Ｉ２ 交点
ｒ ルートギャップ幅
ｒＣ 開先中心位置
ｔ，ｔＡ，ｔＢ 板厚（実際の板厚）
Ｗ１ 第１被溶接部材
Ｗ１ａ 第１被溶接部材（ダイアフラム）
Ｗ１ｂ 第１被溶接部材（コラムコア）
Ｗ２ 第２被溶接部材
Ｗ３ 第１被溶接部材（ダイアフラム）
Ｗ４ 第２被溶接部材（テーパーコア）
ＷＳ 溶接装置
φ，φＡ，φＢ 勾配角度
θ 開先角度