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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024054599
(43)【公開日】2024-04-17
(54)【発明の名称】溶接方法及び溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20240410BHJP
B23K 9/127 20060101ALI20240410BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20240410BHJP
B23K 9/028 20060101ALN20240410BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 510E
B23K9/127 508B
B23K9/127 509D
B23K9/12 331K
B23K9/028 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022160921
(22)【出願日】2022-10-05
(71)【出願人】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520291168
【氏名又は名称】新東スマートエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100122781
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 寛
(72)【発明者】
【氏名】水谷 亮
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 明裕
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 隼也
(72)【発明者】
【氏名】菊地 望
(72)【発明者】
【氏名】鍋田 武志
(72)【発明者】
【氏名】田中 将太
(72)【発明者】
【氏名】高倉 直哉
【テーマコード（参考）】
4E081
【Ｆターム（参考）】
4E081BA02
4E081BA27
4E081BB01
4E081EA17
4E081EA54
4E081FA14
(57)【要約】
【課題】未溶接状態の開先の実測情報がない状態で当該開先の溶接を実行することが可能な溶接方法及び溶接装置を提供することを目的とする。
【解決手段】溶接方法は、溶接ロボット１３の開先センサ２３によって、開先Ｗのうち溶接されずに残っている残存断面５５の輪郭線５１を取得するセンシング工程と、輪郭線５１に基づいて残存断面５５の形状を推定して推定残存断面５６を算出する断面推定工程と、推定残存断面５６に基づいて、推定残存断面５６内における狙い位置Ｋを設定する狙い位置設定工程と、狙い位置Ｋを狙って溶接ロボット１３が溶接ツール２１で残存断面５５内に溶接ビードＨを形成していく溶接工程と、を備える。断面推定工程では、未溶接状態における開先Ｗの断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面５６が算出される。
【選択図】図６
【解決手段】溶接方法は、溶接ロボット１３の開先センサ２３によって、開先Ｗのうち溶接されずに残っている残存断面５５の輪郭線５１を取得するセンシング工程と、輪郭線５１に基づいて残存断面５５の形状を推定して推定残存断面５６を算出する断面推定工程と、推定残存断面５６に基づいて、推定残存断面５６内における狙い位置Ｋを設定する狙い位置設定工程と、狙い位置Ｋを狙って溶接ロボット１３が溶接ツール２１で残存断面５５内に溶接ビードＨを形成していく溶接工程と、を備える。断面推定工程では、未溶接状態における開先Ｗの断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面５６が算出される。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接用のエンドエフェクタとセンサとを有する溶接ロボットを用いて溶接対象物の開先に対して多層盛溶接を行う溶接方法であって、
前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサによって前記開先近傍をセンシングし、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング工程と、
前記センシング工程で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定工程と、
前記断面推定工程で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定工程と、
前記狙い位置設定工程で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットが前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成していく溶接工程と、を備え、
前記断面推定工程では、
前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面が算出される、
溶接方法。
前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサによって前記開先近傍をセンシングし、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング工程と、
前記センシング工程で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定工程と、
前記断面推定工程で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定工程と、
前記狙い位置設定工程で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットが前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成していく溶接工程と、を備え、
前記断面推定工程では、
前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面が算出される、
溶接方法。
【請求項2】
前記推定残存断面は、
前記溶接対象物の表面と前記開先の内側面とが交差してなる２箇所の角部にそれぞれ対応する点Ａ及び点Ｄと、２つの前記内側面上の点としてそれぞれ推定される点Ｂ及び点Ｃと、を頂点とする四角形ＡＢＣＤであり、
前記断面推定工程では、
前記センシング工程で得られた前記輪郭線から検出される２つの変曲点がそれぞれ前記点Ａ及び前記点Ｄとして定義され、
前記輪郭線のうち前記点Ａを始点とする直線的な区間に沿ったベクトルＡＬが定義され、
前記輪郭線のうち前記点Ｄを始点とする直線的な区間に沿ったベクトルＤＬが定義され、
前記既溶接部分の厚さと、前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態の前記開先の設計上の深さと、に基づいて、前記ベクトルＡＬの延長線上に前記点Ｂが定義されるとともに前記ベクトルＤＬの延長線上に前記点Ｃが定義される、
請求項１に記載の溶接方法。
前記溶接対象物の表面と前記開先の内側面とが交差してなる２箇所の角部にそれぞれ対応する点Ａ及び点Ｄと、２つの前記内側面上の点としてそれぞれ推定される点Ｂ及び点Ｃと、を頂点とする四角形ＡＢＣＤであり、
前記断面推定工程では、
前記センシング工程で得られた前記輪郭線から検出される２つの変曲点がそれぞれ前記点Ａ及び前記点Ｄとして定義され、
前記輪郭線のうち前記点Ａを始点とする直線的な区間に沿ったベクトルＡＬが定義され、
前記輪郭線のうち前記点Ｄを始点とする直線的な区間に沿ったベクトルＤＬが定義され、
前記既溶接部分の厚さと、前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態の前記開先の設計上の深さと、に基づいて、前記ベクトルＡＬの延長線上に前記点Ｂが定義されるとともに前記ベクトルＤＬの延長線上に前記点Ｃが定義される、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項3】
前記センシング工程及び前記溶接工程は、
前記溶接対象物である鋼管柱の周囲に設置されたレール上に当該レール上を移動可能な前記溶接ロボットが設置された状態で行なわれる、請求項１又は２に記載の溶接方法。
前記溶接対象物である鋼管柱の周囲に設置されたレール上に当該レール上を移動可能な前記溶接ロボットが設置された状態で行なわれる、請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項4】
前記鋼管柱同士がエレクションピース及び建方治具を含む仮接続部を介して上下に仮接続された状態で、前記溶接ロボットを用いない溶接手法によって前記開先内に前記既溶接部分が形成される仮溶接工程と、
前記仮溶接工程の後、前記仮接続部が除去される仮接続部除去工程と、
前記仮接続部除去工程の後で且つ前記センシング工程の前に、前記鋼管柱の周囲に前記レールが設置されるとともに、当該レール上に前記溶接ロボットが設置されるロボット設置工程と、を更に備える請求項３に記載の溶接方法。
前記仮溶接工程の後、前記仮接続部が除去される仮接続部除去工程と、
前記仮接続部除去工程の後で且つ前記センシング工程の前に、前記鋼管柱の周囲に前記レールが設置されるとともに、当該レール上に前記溶接ロボットが設置されるロボット設置工程と、を更に備える請求項３に記載の溶接方法。
【請求項5】
溶接用のエンドエフェクタとセンサとを有する溶接ロボットと、前記溶接ロボットと前記エンドエフェクタと前記センサとを制御する制御部と、を備え溶接対象物の開先に対して多層盛溶接を行う溶接装置であって、
前記制御部は、
前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサに前記開先近傍をセンシングさせ、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング処理制御部と、
前記センシング処理制御部で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定部と、
前記断面推定部で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定部と、
前記狙い位置設定部で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットに前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成させる溶接処理制御部と、を備え、
前記断面推定部は、
前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面を算出する、
溶接装置。
前記制御部は、
前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサに前記開先近傍をセンシングさせ、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング処理制御部と、
前記センシング処理制御部で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定部と、
前記断面推定部で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定部と、
前記狙い位置設定部で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットに前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成させる溶接処理制御部と、を備え、
前記断面推定部は、
前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面を算出する、
溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接方法及び溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の溶接方法が知られている。この溶接方法は、溶接ロボットの開先センサによって開先の情報が取得され、取得した開先情報に基づいて開先に対する複数の溶接パスが計画される。その後、計画に基づいて溶接ロボットの溶接ツールによる溶接処理が繰り返し実行されて開先の溶接が進行する。溶接ロボットは、上記溶接処理を行ないながら開先センサによって開先の情報を取得し、溶接ツールの位置を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2022-28522号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記溶接方法は、開先が未溶接の状態から溶接を開始することが前提とされている。しかしながら、この種の溶接方法においては、途中までの開先の溶接が既になされている状態から溶接を開始することが望まれる状況もあり、このとき未溶接状態における開先情報が存在するとは限らない。本発明は、未溶接状態の開先の実測情報がない状態で当該開先の溶接を実行することが可能な溶接方法及び溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の要旨は以下の通りである。
【0006】
〔１〕溶接用のエンドエフェクタとセンサとを有する溶接ロボットを用いて溶接対象物の開先に対して多層盛溶接を行う溶接方法であって、前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサによって前記開先近傍をセンシングし、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング工程と、前記センシング工程で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定工程と、前記断面推定工程で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定工程と、前記狙い位置設定工程で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットが前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成していく溶接工程と、を備え、前記断面推定工程では、前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面が算出される、溶接方法。
【0007】
〔２〕前記推定残存断面は、前記溶接対象物の表面と前記開先の内側面とが交差してなる２箇所の角部にそれぞれ対応する点Ａ及び点Ｄと、２つの前記内側面上の点としてそれぞれ推定される点Ｂ及び点Ｃと、を頂点とする四角形ＡＢＣＤであり、前記断面推定工程では、前記センシング工程で得られた前記輪郭線から検出される２つの変曲点がそれぞれ前記点Ａ及び前記点Ｄとして定義され、前記輪郭線のうち前記点Ａを始点とする直線的な輪郭部に沿ったベクトルＡＬが定義され、前記輪郭線のうち前記点Ｄを始点とする直線的な輪郭部に沿ったベクトルＤＬが定義され、前記既溶接部分の厚さと、前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態の前記開先の設計上の深さと、に基づいて、前記ベクトルＡＬの延長線上に前記点Ｂが定義されるとともに前記ベクトルＤＬの延長線上に前記点Ｃが定義される、〔１〕に記載の溶接方法。
【0008】
〔３〕前記センシング工程及び前記溶接工程は、前記溶接対象物である鋼管柱の周囲に設置されたレール上に当該レール上を移動可能な前記溶接ロボットが設置された状態で行なわれる、〔１〕又は〔２〕に記載の溶接方法。
【0009】
〔４〕前記鋼管柱同士がエレクションピース及び建方治具を含む仮接続部を介して上下に仮接続された状態で、前記溶接ロボットを用いない溶接手法によって前記開先内に前記既溶接部分が形成される仮溶接工程と、前記仮溶接工程の後、前記仮接続部が除去される仮接続部除去工程と、前記仮接続部除去工程の後で且つ前記センシング工程の前に、前記鋼管柱の周囲に前記レールが設置されるとともに、当該レール上に前記溶接ロボットが設置されるロボット設置工程と、を更に備える〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載の溶接方法。
【0010】
〔５〕溶接用のエンドエフェクタとセンサとを有する溶接ロボットと、前記溶接ロボットと前記エンドエフェクタと前記センサとを制御する制御部と、を備え溶接対象物の開先に対して多層盛溶接を行う溶接装置であって、前記制御部は、前記開先内に所定の厚さの既溶接部分が存在している状態で、前記溶接ロボットの前記センサに前記開先近傍をセンシングさせ、前記開先のうち溶接されずに残っている部分の断面である残存断面の輪郭線を取得するセンシング処理制御部と、前記センシング処理制御部で得られた前記輪郭線に基づいて、前記残存断面の形状を推定して推定残存断面を算出する断面推定部と、前記断面推定部で得られた前記推定残存断面に基づいて、前記推定残存断面内における前記エンドエフェクタの狙い位置を設定する狙い位置設定部と、前記狙い位置設定部で設定された前記狙い位置を狙って、前記溶接ロボットに前記エンドエフェクタで前記残存断面内に溶接ビードを形成させる溶接処理制御部と、を備え、前記断面推定部は、前記既溶接部分が形成される前の未溶接状態における前記開先の断面について実測された情報を使用せずに、推定残存断面を算出する、溶接装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、未溶接状態の開先の実測情報がない状態で当該開先の溶接を実行することが可能な溶接方法及び溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態に係る溶接装置を示す斜視図である。
【図2】本実施形態の溶接装置が備える溶接ロボットの側面図である。
【図3】本実施形態の溶接装置が備える制御部のブロック図である。
【図4】本実施形態の溶接方法のフローチャートである。
【図5】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の溶接方法における開先近傍の断面図である。
【図6】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の溶接方法における開先近傍の断面図である。
【図7】（ａ）は、開先の残存断面を示す断面図であり、（ｂ）は、開先の推定残存断面を示す断面図である。
【図8】（ａ）は、狙い位置設定工程を説明する断面図であり、（ｂ）は、溶接工程を説明する断面図である。
【図9】推定残存断面を設定するための断面推定部による演算処理のフローチャートである。
【図10】（ａ）～（ｄ）は、推定残存断面を設定するための断面推定部による演算処理を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら本発明の溶接方法及び溶接装置の実施形態について説明する。以下の説明においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【0014】
図１に示される溶接装置１は、建物の施工現場において、柱部品３同士の多層盛溶接を行うための現場溶接装置である。柱部品３は例えば角形の鋼管であり、複数の柱部品３が鉛直方向に重ねられ互いに溶接されることで角形の鋼管柱が構築される。溶接される柱部品３，３同士は、互いの材軸を一致させ、柱部品３，３の水平な端部同士が全周に亘って近接し対向するように配置される。この端部同士が対向する箇所に開先Ｗが形成され、開先Ｗは、柱部品３の全周に亘って水平面内に延在している。
【0015】
開先Ｗの近傍において、柱部品３，３の４つの外壁面の各中央部には、それぞれエレクションピース４が予め溶接されている。上の柱部品３に設けられたエレクションピース４と、下の柱部品３に設けられたエレクションピース４とが鉛直方向に並び、開先Ｗを跨いで延びる建方治具５によって互いに接続されている。このようなエレクションピース４，４及び建方治具５を含む仮接続部７により、溶接前の柱部品３，３同士が仮接続されている。
【0016】
溶接装置１は、レール１１と、レール１１上を移動可能な溶接ロボット１３と、溶接ロボット１３を制御する制御部１５と、を備えている。
【0017】
（レール）
レール１１は、柱部品３，３の材軸を中心とする円環状をなし、柱部品３，３の全周を囲むように設置される。レール１１は、所定の固定具１１ａを介して下側の柱部品３に支持され開先Ｗよりもやや低い位置に配置される。レール１１にはキャリッジ１７がスライド可能に取り付けられており、キャリッジ１７は溶接ロボット１３を搭載するとともにレール１１上を走行する。
レール１１は、柱部品３，３の材軸を中心とする円環状をなし、柱部品３，３の全周を囲むように設置される。レール１１は、所定の固定具１１ａを介して下側の柱部品３に支持され開先Ｗよりもやや低い位置に配置される。レール１１にはキャリッジ１７がスライド可能に取り付けられており、キャリッジ１７は溶接ロボット１３を搭載するとともにレール１１上を走行する。
【0018】
（溶接ロボット）
図２は溶接ロボット１３の側面図である。溶接ロボット１３は６軸垂直多関節ロボットであり、溶接ロボット１３のアーム１３ａは、キャリッジ１７の取付座面１７ａに固定されるベースＬ０（架台）と、ベースＬ０に対して第１軸線Ｊ１周りに旋回可能な第１リンクＬ１と、第１リンクＬ１に対して第２軸線Ｊ２周りに回転可能な第２リンクＬ２と、第２リンクＬ２に対して第３軸線Ｊ３周りに回転可能な第３リンクＬ３と、第３リンクＬ３に対して第４軸線Ｊ４周りに回転可能な第４リンクＬ４と、第４リンクＬ４に対して第５軸線Ｊ５周りに回転可能な第５リンクＬ５と、第５リンクＬ５に対して第６軸線Ｊ６周りに回転可能な最先端リンクＬ６と、を備えている。なお、上記の軸線Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６は図２の紙面に平行な軸線であり、軸線Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は図２の紙面に直交する軸線である。溶接ロボット１３は、各リンクＬ１～Ｌ６をそれぞれ回転させるモータ等の駆動源（図示せず）を備えており、当該駆動源は制御部１５の制御信号に従って動作する。
図２は溶接ロボット１３の側面図である。溶接ロボット１３は６軸垂直多関節ロボットであり、溶接ロボット１３のアーム１３ａは、キャリッジ１７の取付座面１７ａに固定されるベースＬ０（架台）と、ベースＬ０に対して第１軸線Ｊ１周りに旋回可能な第１リンクＬ１と、第１リンクＬ１に対して第２軸線Ｊ２周りに回転可能な第２リンクＬ２と、第２リンクＬ２に対して第３軸線Ｊ３周りに回転可能な第３リンクＬ３と、第３リンクＬ３に対して第４軸線Ｊ４周りに回転可能な第４リンクＬ４と、第４リンクＬ４に対して第５軸線Ｊ５周りに回転可能な第５リンクＬ５と、第５リンクＬ５に対して第６軸線Ｊ６周りに回転可能な最先端リンクＬ６と、を備えている。なお、上記の軸線Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６は図２の紙面に平行な軸線であり、軸線Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は図２の紙面に直交する軸線である。溶接ロボット１３は、各リンクＬ１～Ｌ６をそれぞれ回転させるモータ等の駆動源（図示せず）を備えており、当該駆動源は制御部１５の制御信号に従って動作する。
【0019】
なお、キャリッジ１７の取付座面１７ａは鉛直面に対して傾斜しており、キャリッジ１７の移動方向に対して平行である。この取付座面１７ａに取付けられた溶接ロボット１３の第１軸線Ｊ１（旋回軸）は、取付座面１７ａに直交し、鉛直方向及び水平面の両方に対して傾斜している。すなわち第１軸線Ｊ１は鉛直軸でもなく水平軸でもない。この構成によれば、アーム１３ａの先端のエンドエフェクタを開先Ｗに沿って水平移動するときに、エンドエフェクタの移動範囲を、溶接ロボット１３の可動域の中で好適な可動範囲に合せることが容易になる。すなわち、例えば溶接ロボット１３がアーム１３ａの可動限界の付近で動作するといった状態を回避し易くなる。
【0020】
溶接ロボット１３のアーム１３ａの先端（最先端リンクＬ６）には、溶接用エンドエフェクタとしての溶接ツール２１が搭載されている。溶接ツール２１としては、例えば、アーク溶接用の溶接トーチ、又はレーザ溶接用のレーザヘッド等が採用され得るが、本実施形態の溶接ツール２１はアーク溶接用の溶接トーチであるものとする。更に溶接ロボット１３のアーム１３ａの先端には、開先Ｗの情報を取得するための開先センサ２３が搭載されている。開先センサ２３は、例えば、開先Ｗの断面をセンシングするレーザセンサである。開先センサ２３は、溶接ツール２１の側方に張出すように、所定の取付治具を介して溶接ツール２１に固定されている。
【0021】
（制御部）
制御部１５は、レール１１上における溶接ロボット１３の移動（キャリッジ１７の走行）、溶接ロボット１３のアーム１３ａの駆動、溶接ツール２１の溶接動作、開先センサ２３のセンシング動作等を統合的に制御するコンピュータシステムである。制御部１５が各リンクＬ１～Ｌ６の回転を制御することにより、溶接ツール２１及び開先センサ２３の位置及び姿勢が制御される。
制御部１５は、レール１１上における溶接ロボット１３の移動（キャリッジ１７の走行）、溶接ロボット１３のアーム１３ａの駆動、溶接ツール２１の溶接動作、開先センサ２３のセンシング動作等を統合的に制御するコンピュータシステムである。制御部１５が各リンクＬ１～Ｌ６の回転を制御することにより、溶接ツール２１及び開先センサ２３の位置及び姿勢が制御される。
【0022】
図３は、制御部１５の機能上の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、制御部１５は、機能的な構成（以下、「機能モジュール」という。）として、情報を記憶する記憶部２７と、各演算を実行する演算部２９と、センシング処理を実行するセンシング処理制御部３１と、溶接処理を実行する溶接処理制御部３３と、を有している。演算部２９は、断面推定部２９ａと、狙い位置設定部２９ｂと、を有している。
【0023】
これらの機能モジュールは、制御部１５の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、制御部１５を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。例えば、制御部１５を構成するハードウェアが複数の制御用コンピュータで構成され、各機能モジュールは複数の制御用コンピュータの各機能が組み合わされて実現されてもよい。各機能モジュールは、制御用コンピュータがコンピュータプログラムを実行することにより実現されるものであってもよく、専用の電気回路（例えば論理回路）、又は、これを集積した集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）により実現されるものであってもよい。
【0024】
センシング処理制御部３１は、溶接ロボット１３の動作を制御するとともに開先センサ２３の動作を制御し、溶接ロボット１３と開先センサ２３とを協働させて、開先Ｗに関する情報（以下「開先情報」）を取得するセンシング処理を行なう。具体的には、センシング処理制御部３１は、溶接ロボット１３の動作によって開先センサ２３を開先Ｗに沿って移動させながら、開先センサ２３では開先Ｗの近傍をスキャンして所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の各々の断面における開先情報を取得していく。取得された開先情報は記憶部２７に記憶される。この開先情報には、開先Ｗの各位置における開先Ｗ近傍の断面の輪郭線の情報が含まれる。
【0025】
なお、センシング処理制御部３１により制御される溶接ロボット１３の動作には、レール１１上での溶接ロボット１３の移動（キャリッジ１７の走行）や溶接ロボット１３のアーム１３ａの駆動が含まれるが、上記センシング処理は、レール１１上での溶接ロボット１３の移動が停止した状態で実行されることが好ましい。この場合、溶接ロボット１３のアーム１３ａの動作のみで開先センサ２３が移動されるので、スキャン中における開先センサ２３の位置精度が高く、その結果、取得される開先情報の精度も高くなる。
【0026】
溶接処理制御部３３は、溶接ロボット１３の動作を制御するとともに溶接ツール２１の動作を制御し、溶接ロボット１３と溶接ツール２１とを協働させて開先Ｗ内の溶接を行なう溶接処理を実行する。具体的には、溶接処理制御部３３は、溶接ロボット１３の動作によって溶接ツール２１を開先Ｗに沿って当該開先Ｗの延在方向に移動させながら、溶接ツール２１では開先Ｗ内に溶接ビードを形成していく。このとき溶接処理制御部３３は、溶接ツール２１のＯＮ／ＯＦＦ制御や、溶接ツール２１による溶接状態（例えば、溶接電流値、溶加材の供給速度）の制御を行なう。
【0027】
なお、溶接処理制御部３３により制御される溶接ロボット１３の動作には、レール１１上での溶接ロボット１３の移動（キャリッジ１７の走行）や溶接ロボット１３のアーム１３ａの駆動が含まれるが、上記溶接処理は、レール１１上での溶接ロボット１３の移動が停止した状態で実行されることが好ましい。この場合、溶接ロボット１３のアーム１３ａの動作のみで溶接ツール２１が移動されるので、溶接中における溶接ツール２１の位置精度が高く、その結果、溶接精度も高くなる。
【0028】
（溶接方法）
続いて、上記の溶接装置１を用いて実行される柱部品３，３の溶接方法の詳細について図４～図８を参照しながら説明する。以下では、互いに溶接される柱部品３，３同士を区別するときには、既設の柱部品３を「柱部品３Ａ」と呼び、その上方に接続される柱部品３を「柱部品３Ｂ」と呼ぶ。本実施形態の溶接方法は、開先Ｗに対して多層盛溶接を行う溶接方法であって、図４のフローチャートに示されるように、仮溶接工程Ｓ１０２と、仮接続部除去工程Ｓ１０４と、ロボット設置工程Ｓ１０６と、センシング工程Ｓ１０８と、断面推定工程Ｓ１１０と、狙い位置設定工程Ｓ１１２と、溶接工程Ｓ１１４と、を備えるものである。
続いて、上記の溶接装置１を用いて実行される柱部品３，３の溶接方法の詳細について図４～図８を参照しながら説明する。以下では、互いに溶接される柱部品３，３同士を区別するときには、既設の柱部品３を「柱部品３Ａ」と呼び、その上方に接続される柱部品３を「柱部品３Ｂ」と呼ぶ。本実施形態の溶接方法は、開先Ｗに対して多層盛溶接を行う溶接方法であって、図４のフローチャートに示されるように、仮溶接工程Ｓ１０２と、仮接続部除去工程Ｓ１０４と、ロボット設置工程Ｓ１０６と、センシング工程Ｓ１０８と、断面推定工程Ｓ１１０と、狙い位置設定工程Ｓ１１２と、溶接工程Ｓ１１４と、を備えるものである。
【0029】
〔初期状態〕
図５（ａ）は、本実施形態の溶接方法が実行される前の初期状態の開先Ｗ近傍を示す断面図である。図に示されるように、柱部品３Ａと柱部品３Ｂとが、エレクションピース４，４及び建方治具５を含む仮接続部７を介して仮接続されている。柱部品３Ａの上端面４１は略水平面として形成され、柱部品３Ｂの下端面４２は傾斜平面として形成されている。この上端面４１と下端面４２とが所定の間隔をあけて鉛直方向に対向するように配置され、柱部品３Ａの内壁面と柱部品３Ｂの内壁面とに亘って裏当金物６が設けられ両者の隙間が塞がれている。このように柱部品３Ａと柱部品３Ｂとの間に形成された開先Ｗは、柱部品３Ａ，３Ｂの肉厚と同じ深さで水平に延びる台形断面の溝をなしている。開先Ｗの内側面４９は、柱部品３Ａの上端面４１と、柱部品３Ｂの下端面４２と、柱部品３Ａ，３Ｂの内壁面に設けられた裏当金物６の表面４０と、によって画成されている。また、柱部品３Ａにはレール１１（図１）が未だ取付けられておらず、溶接ロボット１３（図１）が設置されていない。開先Ｗは未溶接の状態である。
図５（ａ）は、本実施形態の溶接方法が実行される前の初期状態の開先Ｗ近傍を示す断面図である。図に示されるように、柱部品３Ａと柱部品３Ｂとが、エレクションピース４，４及び建方治具５を含む仮接続部７を介して仮接続されている。柱部品３Ａの上端面４１は略水平面として形成され、柱部品３Ｂの下端面４２は傾斜平面として形成されている。この上端面４１と下端面４２とが所定の間隔をあけて鉛直方向に対向するように配置され、柱部品３Ａの内壁面と柱部品３Ｂの内壁面とに亘って裏当金物６が設けられ両者の隙間が塞がれている。このように柱部品３Ａと柱部品３Ｂとの間に形成された開先Ｗは、柱部品３Ａ，３Ｂの肉厚と同じ深さで水平に延びる台形断面の溝をなしている。開先Ｗの内側面４９は、柱部品３Ａの上端面４１と、柱部品３Ｂの下端面４２と、柱部品３Ａ，３Ｂの内壁面に設けられた裏当金物６の表面４０と、によって画成されている。また、柱部品３Ａにはレール１１（図１）が未だ取付けられておらず、溶接ロボット１３（図１）が設置されていない。開先Ｗは未溶接の状態である。
【0030】
〔仮溶接工程Ｓ１０２〕
上記の初期状態から、図５（ｂ）に示されるように、開先Ｗの底部（裏当金物６側）に仮溶接が施される。具体的には、柱部品３Ａの上端面４１と裏当金物６の表面４０との角部４５と、柱部品３Ｂの下端面４２と裏当金物６の表面４０との角部４６と、を含め裏当金物６の表面４０上に２層程度の溶接ビードが形成され、柱部品３Ａと柱部品３Ｂとが仮溶接される。ここでは未だレール１１及び溶接ロボット１３は設置されていないので、当然ながらこの仮溶接工程は溶接ロボット１３を用いない溶接手法によって実行される。例えば本実施形態では、作業者による手作業の溶接によって仮溶接工程が実行される。これにより、開先Ｗ内の底部には溶接ビードの２層分程度の厚さの既溶接部分９１が形成された状態となる。
上記の初期状態から、図５（ｂ）に示されるように、開先Ｗの底部（裏当金物６側）に仮溶接が施される。具体的には、柱部品３Ａの上端面４１と裏当金物６の表面４０との角部４５と、柱部品３Ｂの下端面４２と裏当金物６の表面４０との角部４６と、を含め裏当金物６の表面４０上に２層程度の溶接ビードが形成され、柱部品３Ａと柱部品３Ｂとが仮溶接される。ここでは未だレール１１及び溶接ロボット１３は設置されていないので、当然ながらこの仮溶接工程は溶接ロボット１３を用いない溶接手法によって実行される。例えば本実施形態では、作業者による手作業の溶接によって仮溶接工程が実行される。これにより、開先Ｗ内の底部には溶接ビードの２層分程度の厚さの既溶接部分９１が形成された状態となる。
【0031】
〔仮接続部除去工程Ｓ１０４〕
上記の仮溶接工程Ｓ１０２の後、仮接続部７が除去される。具体的には、建方治具５が取り外され、柱部品３Ａの表面４３のエレクションピース４が熱切断で除去され、柱部品３Ｂの表面４４のエレクションピース４が熱切断で除去される。これにより、仮接続部７を介した柱部品３Ｂと柱部品３Ａとの仮接続は解除されるが、図６（ａ）に示されるように、既溶接部分９１による仮溶接によって柱部品３Ａが柱部品３Ｂを十分に支持することができる。
上記の仮溶接工程Ｓ１０２の後、仮接続部７が除去される。具体的には、建方治具５が取り外され、柱部品３Ａの表面４３のエレクションピース４が熱切断で除去され、柱部品３Ｂの表面４４のエレクションピース４が熱切断で除去される。これにより、仮接続部７を介した柱部品３Ｂと柱部品３Ａとの仮接続は解除されるが、図６（ａ）に示されるように、既溶接部分９１による仮溶接によって柱部品３Ａが柱部品３Ｂを十分に支持することができる。
【0032】
〔ロボット設置工程Ｓ１０６〕
上記の仮接続部除去工程Ｓ１０４の後、柱部品３Ａ，３Ｂの周囲にレール１１（図１）が設置される。ここでは、固定具１１ａを介してレール１１が柱部品３Ａに取付けられる。そして、このレール１１上にキャリッジ１７及び溶接ロボット１３（図１）が設置される。このようなロボット設置工程Ｓ１０６によって溶接装置１が使用可能になる。
上記の仮接続部除去工程Ｓ１０４の後、柱部品３Ａ，３Ｂの周囲にレール１１（図１）が設置される。ここでは、固定具１１ａを介してレール１１が柱部品３Ａに取付けられる。そして、このレール１１上にキャリッジ１７及び溶接ロボット１３（図１）が設置される。このようなロボット設置工程Ｓ１０６によって溶接装置１が使用可能になる。
【0033】
〔センシング工程Ｓ１０８〕
このセンシング工程Ｓ１０８以降は、使用可能になった溶接装置１を用いて各工程が実行される。センシング工程Ｓ１０８では、図６（ｂ）に示されるように、溶接ロボット１３の開先センサ２３によって開先Ｗがセンシングされ、開先Ｗ近傍の断面の輪郭線が取得される。具体的には、制御部１５のセンシング処理制御部３１（図３）が、溶接ロボット１３の動作によって開先センサ２３を開先Ｗに沿って移動させながら、開先センサ２３は開先Ｗの近傍をスキャンして各断面における開先情報を取得していく。ここでは、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、開先Ｗ近傍の断面の輪郭線５１が取得される。輪郭線５１には、柱部品３Ｂの表面４４の一部の輪郭と、柱部品３Ｂの下端面４２の輪郭と、既溶接部分９１の表面９２の輪郭と、柱部品３Ａの上端面４１の輪郭と、柱部品３Ａの表面４３の一部の輪郭と、が含まれる。
このセンシング工程Ｓ１０８以降は、使用可能になった溶接装置１を用いて各工程が実行される。センシング工程Ｓ１０８では、図６（ｂ）に示されるように、溶接ロボット１３の開先センサ２３によって開先Ｗがセンシングされ、開先Ｗ近傍の断面の輪郭線が取得される。具体的には、制御部１５のセンシング処理制御部３１（図３）が、溶接ロボット１３の動作によって開先センサ２３を開先Ｗに沿って移動させながら、開先センサ２３は開先Ｗの近傍をスキャンして各断面における開先情報を取得していく。ここでは、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、開先Ｗ近傍の断面の輪郭線５１が取得される。輪郭線５１には、柱部品３Ｂの表面４４の一部の輪郭と、柱部品３Ｂの下端面４２の輪郭と、既溶接部分９１の表面９２の輪郭と、柱部品３Ａの上端面４１の輪郭と、柱部品３Ａの表面４３の一部の輪郭と、が含まれる。
【0034】
なお、図６（ｂ）に示されるように、開先センサ２３は、必ずしも水平姿勢ではなく、所定の俯角θをもって開先Ｗのセンシングを行なう場合がある。この場合には、俯角θに基づいて、輪郭線５１上の点の各位置座標が補正される。また、このセンシング工程Ｓ１０８では、既溶接部分９１の設計上の厚みに基づいて、開先Ｗに対する開先センサ２３の水平方向の距離が調整されてもよい。この場合、開先センサ２３が備えるカメラが、必要な部位（例えば、既溶接部分９１の表面９２）に対して良好に焦点を合わせることができる。
【0035】
〔断面推定工程Ｓ１１０〕
断面推定工程Ｓ１１０では、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、上記のセンシング工程Ｓ１０８で得られた輪郭線５１に基づいて、開先Ｗの残存断面５５の形状が推定され推定残存断面が算出される。ここで残存断面５５とは、図７（ａ）に示されるように、開先Ｗのうち現時点で残存している断面を意味し、換言すれば、開先Ｗのうち溶接されずに残っている部分の断面を意味する。例えばここでは、未溶接状態における開先Ｗ（図５（ａ）参照）の断面から既溶接部分９１（図５（ｂ）参照）の断面を除いた断面が残存断面５５である。この断面推定工程Ｓ１１０では、演算部２９の断面推定部２９ａが、前述の輪郭線５１に基づいて演算を実行し、図７（ｂ）に示されるように、残存断面５５を四角形に近似した四角形ＡＢＣＤを推定残存断面５６として設定する。この四角形ＡＢＣＤを設定するための演算処理については後述する。
断面推定工程Ｓ１１０では、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、上記のセンシング工程Ｓ１０８で得られた輪郭線５１に基づいて、開先Ｗの残存断面５５の形状が推定され推定残存断面が算出される。ここで残存断面５５とは、図７（ａ）に示されるように、開先Ｗのうち現時点で残存している断面を意味し、換言すれば、開先Ｗのうち溶接されずに残っている部分の断面を意味する。例えばここでは、未溶接状態における開先Ｗ（図５（ａ）参照）の断面から既溶接部分９１（図５（ｂ）参照）の断面を除いた断面が残存断面５５である。この断面推定工程Ｓ１１０では、演算部２９の断面推定部２９ａが、前述の輪郭線５１に基づいて演算を実行し、図７（ｂ）に示されるように、残存断面５５を四角形に近似した四角形ＡＢＣＤを推定残存断面５６として設定する。この四角形ＡＢＣＤを設定するための演算処理については後述する。
【0036】
〔狙い位置設定工程Ｓ１１２〕
狙い位置設定工程Ｓ１１２では、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、上記の断面推定工程Ｓ１１０で得られた推定残存断面５６の形状（四角形ＡＢＣＤの形状）に基づいて、当該推定残存断面５６内における溶接ツール２１の狙い位置が設定される。具体的には、演算部２９の狙い位置設定部２９ｂの演算により、図８（ａ）に示されるように、推定残存断面５６内に含まれるべき溶接層の層数（開先Ｗの深さ方向の溶接層の積層数）と、各溶接層に含まれるべき溶接パスＰの段数と、が算出されて推定残存断面５６内に溶接パスＰが割付けされる。より具体的には、例えば、四角形ＡＢＣＤの下辺ＣＤに含まれる各溶接層の深さ方向の厚みＤ１が所定範囲内（例えば９ｍｍ未満，４．５ｍｍ未満など）になるように溶接層の層数が決定され、推定残存断面５６内に均等な厚みで各溶接層が割付けられる。また、各溶接層に含まれる溶接パスＰの段数は、溶接層毎に決定される。例えば、ある溶接層に含まれる溶接パスＰの段高さＤ３が所定範囲内（例えば９ｍｍ未満，４．５ｍｍ未満など）になるように、当該溶接層に含まれる溶接パスＰの段数が決定され、当該溶接層に均等な上下幅で溶接パスＰの各段が割付けられる。このように推定残存断面５６内に二次元的に溶接パスＰが割付けられ、各溶接パスＰの境界縁上の所定の位置に各狙い位置Ｋが設定され、記憶部２７に記憶される。
狙い位置設定工程Ｓ１１２では、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、上記の断面推定工程Ｓ１１０で得られた推定残存断面５６の形状（四角形ＡＢＣＤの形状）に基づいて、当該推定残存断面５６内における溶接ツール２１の狙い位置が設定される。具体的には、演算部２９の狙い位置設定部２９ｂの演算により、図８（ａ）に示されるように、推定残存断面５６内に含まれるべき溶接層の層数（開先Ｗの深さ方向の溶接層の積層数）と、各溶接層に含まれるべき溶接パスＰの段数と、が算出されて推定残存断面５６内に溶接パスＰが割付けされる。より具体的には、例えば、四角形ＡＢＣＤの下辺ＣＤに含まれる各溶接層の深さ方向の厚みＤ１が所定範囲内（例えば９ｍｍ未満，４．５ｍｍ未満など）になるように溶接層の層数が決定され、推定残存断面５６内に均等な厚みで各溶接層が割付けられる。また、各溶接層に含まれる溶接パスＰの段数は、溶接層毎に決定される。例えば、ある溶接層に含まれる溶接パスＰの段高さＤ３が所定範囲内（例えば９ｍｍ未満，４．５ｍｍ未満など）になるように、当該溶接層に含まれる溶接パスＰの段数が決定され、当該溶接層に均等な上下幅で溶接パスＰの各段が割付けられる。このように推定残存断面５６内に二次元的に溶接パスＰが割付けられ、各溶接パスＰの境界縁上の所定の位置に各狙い位置Ｋが設定され、記憶部２７に記憶される。
【0037】
〔溶接工程Ｓ１１４〕
続いて溶接工程Ｓ１１４では、上記の狙い位置設定工程Ｓ１１２で設定された狙い位置Ｋを狙って溶接ロボット１３の溶接ツール２１により残存断面５５に溶接ビードが形成される。具体的には、図８（ｂ）に示されるように、溶接ツール２１が開先Ｗに沿って当該開先Ｗの延在方向（図８（ｂ）の紙面に直交する方向）に移動しながら残存断面５５内に溶接ビードＨを形成する溶接処理が行なわれる。このとき、溶接ツール２１の先端が、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、各狙い位置Ｋを通過するように溶接ツール２１の移動が制御される。従って、溶接ツール２１の先端の移動軌跡上に形成される溶接ビードＨは、狙い位置Ｋに対応する溶接パスＰ上に形成される。このような溶接処理が繰り返されることにより残存断面５５内に溶接ビードＨが繰返し重ねて形成される。この溶接処理は、溶接処理制御部３３が、記憶部２７に記憶された狙い位置Ｋに基づいて、溶接ロボット１３及び溶接ツール２１の動作を制御することで実現される。
続いて溶接工程Ｓ１１４では、上記の狙い位置設定工程Ｓ１１２で設定された狙い位置Ｋを狙って溶接ロボット１３の溶接ツール２１により残存断面５５に溶接ビードが形成される。具体的には、図８（ｂ）に示されるように、溶接ツール２１が開先Ｗに沿って当該開先Ｗの延在方向（図８（ｂ）の紙面に直交する方向）に移動しながら残存断面５５内に溶接ビードＨを形成する溶接処理が行なわれる。このとき、溶接ツール２１の先端が、開先Ｗの所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の断面ごとに、各狙い位置Ｋを通過するように溶接ツール２１の移動が制御される。従って、溶接ツール２１の先端の移動軌跡上に形成される溶接ビードＨは、狙い位置Ｋに対応する溶接パスＰ上に形成される。このような溶接処理が繰り返されることにより残存断面５５内に溶接ビードＨが繰返し重ねて形成される。この溶接処理は、溶接処理制御部３３が、記憶部２７に記憶された狙い位置Ｋに基づいて、溶接ロボット１３及び溶接ツール２１の動作を制御することで実現される。
【0038】
また、上記の溶接処理中には、溶接ツール２１の移動方向前方に開先センサ２３が先行するように、溶接ツール２１が移動される。このとき溶接処理制御部３３は、移動中の溶接ツール２１の直ぐ前方の残存断面５５の情報を開先センサ２３からリアルタイムで取得する。そして、溶接処理制御部３３が、取得された直ぐ前方の残存断面５５の情報に基づいて、溶接ツール２１の先端の位置を進行方向に直交する面内で微調整する。このように溶接ツール２１の位置のフィードバック制御を行なうことで、溶接ツール２１の先端が正確に狙い位置Ｋを通過する。
【0039】
〔完了Ｓ１１６〕
上記溶接工程Ｓ１１４によって所定回数の溶接処理が行なわれた場合、処理が終了する。この終了時には、開先Ｗ内に多層の溶接ビードＨが充填された状態であり、柱部品３Ａ，３Ｂの溶接は完了する。
上記溶接工程Ｓ１１４によって所定回数の溶接処理が行なわれた場合、処理が終了する。この終了時には、開先Ｗ内に多層の溶接ビードＨが充填された状態であり、柱部品３Ａ，３Ｂの溶接は完了する。
【0040】
〔狙い位置の再設定Ｓ１１８〕
上記の溶接工程Ｓ１１４での溶接処理の誤差等により、設定済みの残りの狙い位置Ｋが溶接処理を継続するために適さなくなる場合があり得る。そこで、上記完了（Ｓ１１６）の前で、溶接工程Ｓ１１４の溶接処理がある程度の層数進行した段階で、処理はセンシング工程Ｓ１０８に戻る。すなわち、ある程度の溶接工程Ｓ１１４の後の新たな残存断面５５の輪郭線が再度のセンシング工程Ｓ１０８により得られ、断面推定工程Ｓ１１０及び狙い位置設定工程Ｓ１１２を経ることで、新たな残存断面５５に基づく狙い位置Ｋが改めて設定され、溶接工程Ｓ１１４が実行される。なお、この狙い位置の再設定Ｓ１１８は省略されてもよい。
上記の溶接工程Ｓ１１４での溶接処理の誤差等により、設定済みの残りの狙い位置Ｋが溶接処理を継続するために適さなくなる場合があり得る。そこで、上記完了（Ｓ１１６）の前で、溶接工程Ｓ１１４の溶接処理がある程度の層数進行した段階で、処理はセンシング工程Ｓ１０８に戻る。すなわち、ある程度の溶接工程Ｓ１１４の後の新たな残存断面５５の輪郭線が再度のセンシング工程Ｓ１０８により得られ、断面推定工程Ｓ１１０及び狙い位置設定工程Ｓ１１２を経ることで、新たな残存断面５５に基づく狙い位置Ｋが改めて設定され、溶接工程Ｓ１１４が実行される。なお、この狙い位置の再設定Ｓ１１８は省略されてもよい。
【0041】
上述したようなＳ１０８～Ｓ１１８が繰返し実行されることで、最終的には、開先Ｗ内に多層の溶接ビードＨが充填された状態となり開先Ｗの溶接が完了する（Ｓ１１６）。そして、このような開先Ｗの溶接が柱部品３Ａ，３Ｂの全周に亘って完了することにより、柱部品３Ａ，３Ｂ同士の溶接が完成する。その後、レール１１から溶接ロボット１３が取り外され、柱部品３Ａからレール１１が撤去される。
【0042】
〔推定残存断面５６の設定の詳細〕
続いて、前述の断面推定工程Ｓ１１０において推定残存断面５６（四角形ＡＢＣＤ）を設定するための断面推定部２９ａによる演算処理について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、この演算処理のフローチャートであり、図１０（ａ）～図１０（ｄ）は開先Ｗの断面図である。
続いて、前述の断面推定工程Ｓ１１０において推定残存断面５６（四角形ＡＢＣＤ）を設定するための断面推定部２９ａによる演算処理について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、この演算処理のフローチャートであり、図１０（ａ）～図１０（ｄ）は開先Ｗの断面図である。
【0043】
この断面推定工程Ｓ１１０の前工程であるセンシング工程Ｓ１０８の時点では開先Ｗ内に既溶接部分９１が存在しているので、もはや未溶接状態の開先Ｗの情報を実測することはできない。また、初期状態（図５（ａ））の時点ではレール１１及び溶接ロボット１３は未だ設置されていなかったので、未溶接状態の開先Ｗの実測情報は得られていない。したがって、この演算処理のアルゴリズムは、未溶接状態の開先Ｗの実測情報を使用することなく、四角形ＡＢＣＤを設定するものである。
【0044】
前述の通りセンシング工程Ｓ１０８により、図１０（ａ）に示されるように、開先Ｗ近傍の断面の輪郭線５１が取得される。その後、演算部２９の断面推定部２９ａの演算処理により、開先センサ２３側に位置する２つの変曲点が輪郭線５１から検出され、点Ａ及び点Ｄとして定義される（図９のＳ２０２）。
【0045】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、輪郭線５１のうち点Ａから点Ｄまでの区間の中から、点Ａを始点とする直線的な輪郭部が直線ＡＬとして抽出され、この直線ＡＬが正規化されて点Ａを始点とするベクトルＡＬが定義される（図９のＳ２０４）。ここでは、抽出された上記直線ＡＬの傾斜角度が、柱部品３Ｂの下端面４２（図５）の設計上の傾斜角度に近い所定の範囲内にあるか否かが確認され、当該範囲内にない場合に抽出のリトライがされるようにしてもよい。また、所定のリトライでベクトルＡＬが定義できなかったときには、柱部品３Ｂの下端面４２（図５）の設計上の傾斜角度に基づいてベクトルＡＬが定義されてもよい。
【0046】
次に、ベクトルＡＬの延長線上に点Ｂ’が定義される。具体的には、ベクトルＡＬの延長線上にあり、且つ、点Ａからの水平距離が、未溶接状態の開先Ｗの設計上の深さと既溶接部分９１の厚さとの差分の長さである点が、点Ｂ’として定義される（図９のＳ２０６）。ここで、未溶接状態の開先Ｗの設計上の深さは柱部品３の肉厚として既知である。既溶接部分９１の厚さは、当該既溶接部分９１を構成する溶接ビードの設計上の厚み（例えば５ｍｍ）と仮溶接工程Ｓ１０２で形成された溶接層数とに基づく値であり既知である。これらの既知の数値情報は、制御部１５を構成するコンピュータシステムにユーザによって予め入力され、記憶部２７に記憶されていてもよい。
【0047】
同様にして、輪郭線５１のうち点Ａから点Ｄまでの区間の中から、点Ｄを始点とする直線的な輪郭部が直線ＤＬとして抽出され、この直線ＤＬが正規化されて点Ｄを始点とするベクトルＤＬが定義される（図９のＳ２０８）。ここでは、抽出された上記直線ＤＬの傾斜角度が、柱部品３Ａの上端面４１（図５）の設計上の傾斜角度に近い所定の範囲内にあるか否かが確認され、当該範囲内にない場合に抽出のリトライがされるようにしてもよい。また、所定のリトライでベクトルＤＬが定義できなかったときには、柱部品３Ａの上端面４１（図５）の設計上の傾斜角度に基づいてベクトルＤＬが定義されてもよい。次に、ベクトルＤＬの延長線上に点Ｃ’が定義される。具体的には、ベクトルＤＬの延長線上にあり、且つ、点Ｄからの水平距離が、未溶接状態の開先Ｗの設計上の深さと既溶接部分９１の厚さとの差分の長さである点が、点Ｃ’として定義される（図９のＳ２１０）。
【0048】
続いて、図１０（ｃ）に示されるように、輪郭線５１の中から、点Ｂ’よりも僅かに下方の位置と、点Ｃ’よりも僅かに上方の位置と、の間の区間の輪郭線５３が抽出される（図９のＳ２１２）。そして、この輪郭線５３が最小自乗法により直線に近似される（この直線を近似直線５４とする）。そして、図１０（ｄ）に示されるように、近似直線５４と直線ＡＢ’との交点が点Ｂとして定義され、近似直線５４と直線ＤＣ’との交点が点Ｃとして定義される（図９のＳ２１４）。
【0049】
以上のような演算処理により、演算部２９の断面推定部２９ａによって、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄが定義され、これらの４点を頂点とする四角形ＡＢＣＤが設定される。前述の通り、この四角形ＡＢＣＤは、残存断面５５を四角形に近似した推定残存断面５６である。なお、図６（ｂ）に示されるように、点Ａは、柱部品３Ｂの表面４４と下端面４２とが交差する角部４８に対応し、点Ｄは、柱部品３Ａの表面４３と上端面４１とが交差する角部４７に対応する。また、点Ｂは、柱部品３Ｂの下端面４２と既溶接部分９１の表面９２との交点に概ね近い位置に設定され、点Ｃは、柱部品３Ａの上端面４１と既溶接部分９１の表面９２との交点に概ね近い位置に設定される。
【0050】
以上説明したような本実施形態の溶接方法及び溶接装置１による作用効果について説明する。
【0051】
本実施形態の溶接方法及び溶接装置１によれば、断面推定工程Ｓ１１０で、未溶接状態の開先Ｗの断面についての実測情報を使用せずに、推定残存断面５６が設定され、この推定残存断面５６に基づいて溶接処理を実行することが可能である。すなわち、推定残存断面５６（四角形ＡＢＣＤ）を設定する演算処理は上述の通りであり、例えば角部４５，４６（図５（ｂ））の実測情報は使用されていない。従って、未溶接状態における開先Ｗの情報を実測する必要がない。
【0052】
そうすると、未溶接状態の時点では、開先Ｗの情報を実測するための溶接ロボット１３や当該溶接ロボット１３を支持するレール１１が設置される必要はない。ここで仮に、未溶接状態における開先Ｗの実測情報が必要であるとすれば、まず未溶接状態でレール１１及び溶接ロボット１３が柱部品３Ａに設置され、溶接ロボット１３及び開先センサ２３によって開先Ｗの情報が取得される。その後、仮溶接工程Ｓ１０２が実行され仮接続部除去工程Ｓ１０４が実行される。ここで、仮接続部除去工程Ｓ１０４においては、エレクションピース４の熱切断時に発生する熱の影響でレール１１や溶接ロボット１３が傷む可能性があるので、仮接続部除去工程Ｓ１０４の前にレール１１及び溶接ロボット１３を柱部品３Ａから一旦撤去しておくことが必要である。そして、仮接続部除去工程Ｓ１０４の後のロボット設置工程Ｓ１０６で再びレール１１及び溶接ロボット１３を柱部品３Ａに取付けることになるので、二度手間になってしまう。
【0053】
一方、このような二度手間を回避すべく、仮接続部除去工程Ｓ１０４を省略することも考えられる。しかしながら、仮接続部除去工程Ｓ１０４を省略すれば、仮接続部７が存在する状態で溶接工程Ｓ１１４を実行する必要がある。この場合、仮接続部７の近傍の開先Ｗを溶接処理する際に、建方治具５を避けながら開先Ｗ内に溶接ツール２１の先端を挿入するといったような複雑な溶接ロボット１３の動作が必要になるので、動作制御の複雑化の要因になり得る。
【0054】
これに対して、本実施形態の溶接方法によれば、前述の通り、未溶接状態の時点ではレール１１及び溶接ロボット１３は設置される必要がない。従って、まずはレール１１及び溶接ロボット１３が設置されていない状態で仮溶接工程Ｓ１０２と仮接続部除去工程Ｓ１０４とが実行される。そして、仮接続部除去工程Ｓ１０４においては、エレクションピース４の熱切断時に発生する熱の影響でレール１１や溶接ロボット１３が傷むことが避けられる。その後、ロボット設置工程Ｓ１０６で初めてレール１１及び溶接ロボット１３が設置されるので、前述のような二度手間も発生しない。また、仮接続部除去工程Ｓ１０４で仮接続部７が除去された後に溶接工程Ｓ１１４が実行されるので、溶接工程Ｓ１１４では溶接処理時に仮接続部７を避ける等の溶接ロボット１３の動作が不要になり、溶接ロボット１３の動作制御のシンプル化が可能になる。
【0055】
本実施形態の溶接方法及び溶接装置１によれば、前述の通り、断面推定工程Ｓ１１０で、未溶接状態の開先Ｗの断面についての実測情報がなくても溶接装置１による溶接処理を実行することが可能である。よって、溶接工程Ｓ１１４の途中に何らかの事情で（例えば溶接装置１のエラー等で）中断され、履歴情報が失なわれた場合であっても、溶接装置１による溶接作業をセンシング工程Ｓ１０８から再開することができる。
【0056】
また、溶接される柱部品３，３同士の僅かな位置ずれに起因して、裏当金物６の表面４０と柱部品３，３の内壁面との間に隙間が生じる場合がある。このような隙間が存在すると、未溶接状態の開先Ｗの断面形状を開先センサ２３で正確に取得することができない場合がある。このような場合おいて、仮溶接工程Ｓ１０２によって既溶接部分９１で上記隙間が塞がれた後、未溶接状態の開先Ｗの実測情報は得られなくても、溶接を実行することができる。
【0057】
本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。
【符号の説明】
【0058】
１…溶接装置、３，３Ａ，３Ｂ…柱部品（溶接対象物）、４…エレクションピース、５…建方治具、７…仮接続部、１１…レール、１３…溶接ロボット、１５…制御部、２１…溶接ツール（エンドエフェクタ）、２３…開先センサ、２９ａ…断面推定部、２９ｂ…狙い位置設定部、３１…センシング処理制御部、３３…溶接処理制御部、４３，４４…表面、４９…内側面、５１…輪郭線、５５…残存断面、５６…推定残存断面、９１…既溶接部分、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…点、ＡＬ，ＤＬ…ベクトル、Ｈ…溶接ビード、Ｋ…狙い位置、Ｗ…開先。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】