特許 7438896 溶接方法及び溶接装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】溶接方法及び溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20240219BHJP

   B23K 9/127 20060101ALN20240219BHJP

   B23K 9/00 20060101ALN20240219BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 331K

B23K9/127 504E

B23K9/00 501B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020141909

(22)【出願日】2020-08-25

(65)【公開番号】P2022037665

(43)【公開日】2022-03-09

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【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】久保田 淳

(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】田中 将太

(72)【発明者】

【氏名】鍋田 武志

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－２５０９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６２６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２７９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５０４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１６８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２５１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１４６１８０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２、

１０／００ － １０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ロボットにより溶接用のエンドエフェクタを溶接ライン上で移動させて溶接対象物の溶接を行う溶接方法であって、
前記溶接ロボットのアームの最先端のリンクは、架台側のリンクに対して所定の回転軸線周りに回転可能に接続され、前記エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタの延在方向に直交する方向に前記エンドエフェクタから離れて位置し溶接中の前記溶接対象物の情報を取得するためのセンサと、を搭載しており、
前記最先端のリンクを、前記エンドエフェクタと前記センサとが前記溶接ラインを含む平面内に並ぶような姿勢にして溶接を行う第１溶接工程と、
前記最先端のリンクを、前記エンドエフェクタと前記センサとが前記溶接ラインを含む平面に交差する方向に並ぶような姿勢にして溶接を行う第２溶接工程と、を備える、溶接方法。

【請求項2】

前記最先端のリンクでは、
前記エンドエフェクタが前記回転軸線からずれた位置で前記回転軸線と平行に配置されており、
前記回転軸線に平行な視線で見て、前記エンドエフェクタを起点とする前記センサの方向と、前記エンドエフェクタを起点とする前記回転軸線の方向と、が鋭角をなして交差している、請求項１に記載の溶接方法。

【請求項3】

溶接ロボットにより溶接用のエンドエフェクタを溶接ライン上で移動させて溶接対象物の溶接を行い、この溶接において前記エンドエフェクタを移動方向の前方又は後方に傾けた状態とすることが可能な溶接装置であって、
前記溶接ロボットのアームの最先端のリンクは、架台側のリンクに対して所定の回転軸線周りに回転可能に接続され、前記エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタの延在方向に直交する方向に延在するとともに前記エンドエフェクタから離れて位置し溶接中の前記溶接対象物の情報を取得するためのセンサと、を搭載しており、
前記最先端のリンクでは、
前記エンドエフェクタが前記回転軸線からずれた位置で前記回転軸線と平行に配置されており、
前記回転軸線に平行な視線で見て、前記エンドエフェクタを起点とする前記センサの方向と、前記エンドエフェクタを起点とする前記回転軸線の方向と、が鋭角をなして交差している、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、特許文献１には、自動溶接ロボットを用いた溶接方法が記載されている。この溶接方法において、自動溶接ロボットは、屈折自在なアームと、アームの先端部に設けられた溶接トーチと、を有する。この溶接方法では、突き合わされた鋼管同士を互いに溶接する際、当該鋼管同士を複数のエレクションピース及び建方治具を用いて固定した状態で、隣り合う建方治具の間を自動溶接ロボットが溶接する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１５５４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載されたような自動溶接ロボットにおいて、溶接部位の状態を確認しながら溶接を行うために、上記溶接トーチ等の溶接用エンドエフェクタに、溶接部位の情報を取得するセンサが固定される場合がある。この場合、溶接用エンドエフェクタ及びセンサが溶接線に正対する姿勢にて移動することで、溶接線に沿った溶接が行われることが考えられる。一方で、例えば、上記建方治具の近傍において当該建方治具を回避して溶接する場合等、溶接用エンドエフェクタが、溶接線に対して傾斜した姿勢にて移動することも考えられる。しかしながら、センサが固定された溶接用エンドエフェクタを傾けることにより、上記溶接対象物や建方治具等とセンサとが干渉してしまうおそれがある。本発明は、溶接ロボットと溶接対象物等との干渉を抑制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】

本発明の溶接方法は、溶接ロボットにより溶接用のエンドエフェクタを溶接ライン上で移動させて溶接対象物の溶接を行う溶接方法であって、溶接ロボットのアームの最先端のリンクは、架台側のリンクに対して所定の回転軸線周りに回転可能に接続され、エンドエフェクタと、エンドエフェクタの延在方向に直交する方向にエンドエフェクタから離れて位置し溶接中の溶接対象物の情報を取得するためのセンサと、を搭載しており、最先端のリンクを、エンドエフェクタとセンサとが溶接ラインを含む平面内に並ぶような姿勢にして溶接を行う第１溶接工程と、最先端のリンクを、エンドエフェクタとセンサとが溶接ラインを含む平面に交差する方向に並ぶような姿勢にして溶接を行う第２溶接工程と、を備える。

【0006】

最先端のリンクでは、エンドエフェクタが回転軸線からずれた位置で回転軸線と平行に配置されており、回転軸線に平行な視線で見て、エンドエフェクタを起点とするセンサの方向と、エンドエフェクタを起点とする回転軸線の方向と、が鋭角をなして交差している、こととしてもよい。

【0007】

本発明の溶接装置は、溶接ロボットにより溶接用のエンドエフェクタを溶接ライン上で移動させて溶接対象物の溶接を行う溶接装置であって、溶接ロボットのアームの最先端のリンクは、架台側のリンクに対して所定の回転軸線周りに回転可能に接続され、エンドエフェクタと、エンドエフェクタの延在方向に直交する方向にエンドエフェクタから離れて位置し溶接中の溶接対象物の情報を取得するためのセンサと、を搭載しており、最先端のリンクでは、エンドエフェクタが回転軸線からずれた位置で回転軸線と平行に配置されており、回転軸線に平行な視線で見て、エンドエフェクタを起点とするセンサの方向と、エンドエフェクタを起点とする回転軸線の方向と、が鋭角をなして交差している。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、溶接ロボットと溶接対象物との干渉を抑制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】

【0009】

【図1】実施形態の溶接装置を示す斜視図である。

【図2】ロボットの側面図である。

【図3】（ａ）は、最先端リンクの平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）はその側面図である。

【図4】（ａ）は、第２段階の溶接中の最先端リンク及び開先の平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）はその側面図である。

【図5】（ａ）は、第１段階の溶接中の最先端リンク及び開先の平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）はその側面図である。

【図6】（ａ）は、第３段階の溶接中の最先端リンク及び開先の平面図、（ｂ）は、その正面図、（ｃ）はその側面図である。

【図7】（ａ）は第２段階と第１及び第３段階とにおける最先端リンクを示す正面図であり、（ｂ）は第２段階と第１及び第３段階とにおける比較例に係る最先端リンクを示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら溶接装置及び溶接方法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。

【0011】

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。

【0012】

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を跨ぐ建方治具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及び建方治具５により、溶接前の柱部品３，３同士が仮接続されている。

【0013】

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。レール１１は、柱部品３，３の全周を囲む円環状をなしており、所定の固定具１１ａを介して下側の柱部品３に支持されている。レール１１には溶接ロボット１３を搭載するとともにレール１１上を走行するキャリッジ１７が取り付けられている。溶接ロボット１３のアーム先端には、溶接用エンドエフェクタとしての溶接トーチ２１と、溶接中において溶接トーチ２１の直前の開先形状をセンシングする開先センサ２３と、が搭載されている。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、溶接トーチ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。

【0014】

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。

【0015】

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。最先端リンクＬ６には、前述の溶接トーチ２１及び開先センサ２３が搭載されており。制御部１５が各リンクＬ１～Ｌ６の回転を制御することにより、溶接トーチ２１及び開先センサ２３の位置及び姿勢が制御される。

【0016】

溶接装置１で実行される柱部品３，３の溶接の概要は次のとおりである。柱部品３，３同士の間には、柱部品３，３の内壁面に設置された裏当金物６と、２つの柱部品３の端面とで囲まれた開先Ｗが予め形成されている（図４（ｃ）参照）。キャリッジ１７がレール１１上の所定の位置に配置され固定された状態において、制御部１５の制御下で溶接ロボット１３のアーム１３ａが駆動され溶接トーチ２１が移動される。制御部１５は、溶接トーチ２１の先端を開先Ｗ内で当該開先Ｗの延在方向に水平に移動させながら、溶接トーチ２１先端の移動軌跡上に溶接ビードを形成していく。上記のような溶接トーチ２１先端の移動軌跡は、事前に計測された開先Ｗの形状に基づいて予め設定されている。この開先Ｗの事前の計測は、溶接ロボット１３及び開先センサ２３を利用して実行されてもよい。

【0017】

また、上記の溶接中において、開先センサ２３は、溶接トーチ２１の進行方向の直前の開先Ｗの形状をセンシングし、センシング情報を制御部１５に送出する。制御部１５は、前述のように開先Ｗの延在方向に溶接トーチ２１を移動させながら、上記センシング情報に基づき、溶接直前の開先Ｗの断面形状に応じて、溶接トーチ２１の先端の位置（狙い位置）を開先Ｗの断面内で微調整する。このような微調整により開先Ｗ内の適切な位置に溶接ビードが形成される。上記のような溶接トーチ２１の移動が複数回繰り返されて開先Ｗ内が複数の溶接ビードで充填されることにより開先Ｗの溶接が完成する。

【0018】

図２及び図３を参照し、溶接ロボット１３の最先端リンクＬ６について説明する。図３（ｂ）は溶接ロボット１３の最先端リンクＬ６を図２の矢印Ａ方向から回転軸線Ｊ６に平行な視線で見た正面図である。図３（ａ）はその最先端リンクＬ６の平面図、図３（ｃ）はその最先端リンクＬ６の側面図である。最先端リンクＬ６は、リンク本体部２７と、前述の溶接トーチ２１及び開先センサ２３と、を備えている。リンク本体部２７は、第５リンクＬ５（架台側のリンク）に対して回転軸線Ｊ６周りに回転可能に接続されている。

【0019】

溶接トーチ２１は棒状をなしリンク本体部２７に固定されている。開先センサ２３は、直方体状のセンサ筐体２９内に収納され当該センサ筐体２９内で固定されている。センサ筐体２９はブラケット２４を介して溶接トーチ２１に固定されている。溶接トーチ２１及び開先センサ２３は、リンク本体部２７に対して移動（並進移動及び回転移動）できないように固定されており、溶接トーチ２１、開先センサ２３、リンク本体部２７及びセンサ筐体２９は、溶接ロボット１３のアーム１３ａの駆動中において互いの位置関係を変えない。

【0020】

最先端リンクＬ６における溶接トーチ２１、開先センサ２３及びリンク本体部２７の位置関係について説明する。溶接トーチ２１は回転軸線Ｊ６に平行な姿勢でリンク本体部２７に取り付けられ回転軸線Ｊ６に対しオフセットされて配置されている。すなわち、溶接トーチ２１は、回転軸線Ｊ６と平行に延在するとともに、回転軸線Ｊ６からずれた位置に配置されている。このように溶接トーチ２１が回転軸線Ｊ６からオフセットされていることにより、溶接トーチ２１のケーブル類（例えば、溶接トーチ２１に溶接材を供給する供給管）を、溶接トーチ２１の後方に引き出し易い。

【0021】

開先センサ２３は、溶接トーチ２１から当該溶接トーチ２１の延在方向に直交する方向（溶接トーチ２１の径方向）に離れて位置している。例えば、図３（ｂ）の視線で見れば、溶接トーチ２１が回転軸線Ｊ６から上方にオフセットされており、開先センサ２３は、溶接トーチ２１から左斜め下方にずれた位置に位置している。換言すれば、図３（ｂ）に示されるように回転軸線Ｊ６に平行な視線で見て、溶接トーチ２１を起点とする開先センサ２３の方向（矢印Ｂ１で示す）と、溶接トーチ２１を起点とする回転軸線Ｊ６の方向（矢印Ｂ２で示す）と、が角度αをなして交差しており、角度αは鋭角である（０°＜α＜９０°）。本実施形態では、角度αは４５°に設定されている。溶接トーチ２１と開先センサ２３との上記のような位置関係により、開先センサ２３を収納するセンサ筐体２９は溶接トーチ２１から矢印Ｂ１方向に張出している。開先センサ２３に対する溶接の熱の悪影響を回避するために、開先センサ２３及びセンサ筐体２９は溶接トーチ２１の先端から比較的離れて位置しており、溶接トーチ２１は、センサ筐体２９の位置から更に所定の長さで延び出している。

【0022】

開先センサ２３は、例えば、開先Ｗ側に向けて当該開先Ｗを上下に横切るようにレーザ光を走査するレーザ光走査部と、上記レーザ光の反射光を撮像する反射光撮像部と、を備えるものであり、この反射光の画像に基づいて開先Ｗの断面形状を示す情報が前述のセンシング情報として取得される。このタイプの開先センサ２３では、レーザ光走査部と反射光撮像部とが開先Ｗの延在方向に並んで配置される必要がある。従って、開先センサ２３の開先Ｗ延在方向のサイズはある程度大きくならざるを得ず、その結果、開先センサ２３を収納するセンサ筐体２９の矢印Ｂ１方向への張出し量もある程度大きくならざるを得ない。

【0023】

続いて、上述の溶接装置１により実行される本実施形態の溶接方法について説明する。この溶接方法では、図１に示されるように、開先Ｗのうち２つの隣接する建方治具５同士の間の区間Ｔ（以下「溶接区間Ｔ」）が溶接される。このような溶接方法が建方治具５の数と同じ回数（例えば４回）繰り返して実行されることで、柱部品３，３の溶接が完成する。以下では、この溶接方法において、上記溶接区間Ｔの開先Ｗ内に１本の溶接ビードを形成する溶接作業について説明する。また、溶接区間Ｔの両端に位置する２つの建方治具５を区別する場合には、図１に示されるように、溶接区間Ｔの右端に位置するものを建方治具５ａ、左端に位置するものを建方治具５ｂと呼ぶ。

【0024】

溶接作業は、溶接区間Ｔの右端から左端まで左向きに進行する。図１に示されるように溶接区間Ｔを３つの区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に分けて考えると、溶接作業は、最初に右側の建方治具５ａ近傍の区間Ｔ１で開先Ｗを溶接する第１段階と、第１段階の後に建方治具５の影響がない区間Ｔ２で開先Ｗを溶接する第２段階と、第２段階の後に左側の建方治具５ｂ近傍の区間Ｔ３で開先Ｗを溶接する第３段階と、を含んでいる。以下で説明する溶接作業中の最先端リンクＬ６の動き（並進移動、回転、姿勢の変更等）は、制御部１５において所定の溶接制御プログラムが実行され、前述したように制御部１５の制御下で溶接ロボット１３がアーム１３ａを駆動することにより実現される。

【0025】

（第２段階）
まず、図４を参照し、建方治具５の影響がない区間Ｔ２で実行される第２段階について説明する。図４（ｂ）は、第２段階の溶接中の最先端リンクＬ６及び開先Ｗを、溶接に係る柱部品３，３の外壁面に直交する視線で見た正面図である。また、図４（ａ）はその平面図、図４（ｃ）はその左側面図である。図４においては、溶接ロボット１３の他のリンクＬ１～Ｌ５の図示は省略されている。

【0026】

ここでは、溶接中の溶接トーチ２１を水平姿勢とする例を示しているが、溶接中の溶接トーチ２１を水平面に対して上向き又は下向きに傾斜させてもよい。またここでは、溶接中の溶接トーチ２１を進行方向に対して直交する姿勢としているが、溶接トーチ２１を進行方向の前方又は後方に傾斜させてもよい。図４に示されるように、溶接中に溶接ビードが形成される予定の仮想的なラインを「溶接ラインＤ」とし、当該溶接ラインＤと溶接中の溶接トーチ２１の中心軸線とを含む仮想的な平面を「仮想平面Ｓ」とする。

【0027】

第２段階では、図４に示されるように、最先端リンクＬ６は、開先センサ２３が溶接トーチ２１の進行方向前方に位置する状態を維持しながら、溶接トーチ２１の先端が溶接ラインＤ上を通過するように矢印Ｈ方向に移動する。すなわち、溶接トーチ２１と開先センサ２３とが仮想平面Ｓ内に並ぶような最先端リンクＬ６の姿勢を維持しながら、最先端リンクＬ６が溶接ラインＤに平行に並進移動する。ここでは、溶接トーチ２１から進行方向前方に向けてセンサ筐体２９が張出し、その張出方向は溶接ラインＤに平行である。最先端リンクＬ６がこのような姿勢で移動することにより、開先センサ２３は、溶接トーチ２１の進行方向の直前の（例えば数ｃｍ前方の）開先Ｗの形状をセンシングしてセンシング情報を取得することが可能である。そして、前述したように、当該センシング情報に基づいて、溶接トーチ２１の狙い位置が溶接中に微調整される。

【0028】

（第１段階）
続いて、図５を参照し第１段階について説明する。図４と同様に、図５（ｂ）は、第１段階の溶接中の最先端リンクＬ６及び開先Ｗの正面図であり、図５（ａ）はその平面図、図５（ｃ）はその左側面図である。溶接区間Ｔの右端に建方治具５ａが存在するので、第１段階では、図に示されるように、溶接トーチ２１を進行方向後方に傾け、建方治具５ａの奥側の開先Ｗに溶接トーチ２１が斜めに挿入される。このとき仮に、第２段階と同様に開先センサ２３が仮想平面Ｓ内に存在すれば、柱部品３の側壁面又は開先Ｗの内側面にセンサ筐体２９が干渉する虞がある。

【0029】

そこで、この干渉を回避するため、図５に示されるように、最先端リンクＬ６の姿勢を、溶接トーチ２１と開先センサ２３とが仮想平面Ｓに交差する方向に並ぶような姿勢とする。すなわち、第１段階の溶接中における開先センサ２３は仮想平面Ｓ上から面外方向にずれた位置に配置される。具体的には、図５に示される例では、溶接トーチ２１と開先センサ２３との並び方向（図３の矢印Ｂ１方向）が仮想平面Ｓに直交し、センサ筐体２９は溶接トーチ２１から鉛直下方に延びる状態になる。そして、この姿勢の最先端リンクＬ６が左方に移動しながら建方治具５ａの奥側の開先Ｗの溶接が行われる。その後、建方治具５ａの影響がない位置まで最先端リンクＬ６が移動したところで、溶接トーチ２１を中心軸として最先端リンクＬ６が回転され、溶接トーチ２１と溶接ラインＤとがなす角度が変更されて、前述の第２段階に移行される。

【0030】

（第３段階）
続いて、図６を参照し第３段階について説明する。図４と同様に、図６（ｂ）は、第３段階の溶接中の最先端リンクＬ６及び開先Ｗの正面図であり、図６（ａ）はその平面図、図６（ｃ）はその右側面図である。第２段階の溶接中に、溶接区間Ｔの左端の建方治具５ｂが近づいたところで第３段階に移行される。第３段階では、図に示されるように、溶接トーチ２１を進行方向前方に傾け、建方治具５ｂの奥側の開先Ｗに溶接トーチ２１が斜めに挿入される。このとき仮に、第２段階と同様に開先センサ２３が仮想平面Ｓ内に存在すれば、建方治具５ｂにセンサ筐体２９が干渉する虞がある。

【0031】

そこで、この干渉を回避するため、第１段階と同様にして、図６に示されるように、最先端リンクＬ６の姿勢を、溶接トーチ２１と開先センサ２３とが仮想平面Ｓに交差する方向に並ぶような姿勢とする。すなわち、第３段階の溶接中における開先センサ２３は仮想平面Ｓ上から面外方向にずれた位置に配置される。具体的には、図６に示される例では、溶接トーチ２１と開先センサ２３との並び方向（図３の矢印Ｂ１方向）が、仮想平面Ｓに直交し、センサ筐体２９は、溶接トーチ２１から鉛直下方に延びる状態になる。そして、この姿勢の最先端リンクＬ６が左方に移動しながら建方治具５ｂの奥側の開先Ｗの溶接が行われる。

【0032】

なお、上述のような第１段階及び第３段階においては、開先センサ２３が開先Ｗに対面していない。従って当然ながら、開先センサ２３が前述したようなセンシング情報を取得することは不可能であり、溶接トーチ２１の狙い位置の微調整は行われない。

【0033】

上述した本実施形態の溶接装置１及び溶接方法による作用効果について説明する。この溶接方法では、建方治具５の奥側の開先Ｗを溶接すべく、建方治具５の近傍では、溶接トーチ２１の先端を建方治具５の奥側に挿入する必要がある。このとき、仮想平面Ｓに投影して見た場合、溶接トーチ２１は進行方向Ｈの前方又は後方に傾く必要がある。そして、この傾きに起因して、溶接トーチ２１と一緒に最先端リンクＬ６に固定されたセンサ筐体２９が、柱部品３，３、開先Ｗ、又は建方治具５に干渉する虞がある。

【0034】

これに対し、本実施形態の溶接方法では、建方治具５の近傍の溶接を行う第１段階及び第３段階において、最先端リンクＬ６の姿勢は、溶接トーチ２１と開先センサ２３とが仮想平面Ｓに交差（例えば直交）する方向に並ぶような姿勢とされる（第２溶接工程）。この姿勢によれば、仮想平面Ｓに投影して見た場合に、溶接トーチ２１からのセンサ筐体２９の張出し量は、第２段階と比較して小さくなる。その結果、溶接トーチ２１を上記のように仮想平面Ｓ内で傾けた場合に、この傾きに伴ってセンサ筐体２９が干渉する範囲は狭くなり、その結果、上記傾きに起因してセンサ筐体２９が柱部品３，３等に干渉する可能性が低減される。

【0035】

特に、図５及び図６に例示されているように、第１段階及び第３段階において、溶接トーチ２１と開先センサ２３との並び方向が仮想平面Ｓに直交する場合に上記の作用効果が顕著であるので、第１段階及び第３段階においては、溶接トーチ２１と開先センサ２３との並び方向が仮想平面Ｓに略直交するようにすることが好ましい。

【0036】

その一方で、建方治具５の影響がない第２段階では、溶接トーチ２１と開先センサ２３とが仮想平面Ｓ上に並び（第１溶接工程）、開先センサ２３が溶接トーチ２１の進行方向前方に位置するので、開先センサ２３を機能させることができ、前述したような溶接トーチ２１の狙い位置の微調整を実行することができる。

【0037】

溶接装置１では、回転軸線Ｊ６からの溶接トーチ２１のオフセット方向と、溶接トーチ２１からのセンサ筐体２９（開先センサ２３）の張出し方向と、が、図３（ｂ）に示すような関係にあり、図中の角度αが鋭角（例えば４５°）である。ここで比較のために、図７（ｂ）に示されるように、仮に、角度αが９０°である場合を考える。図７（ｂ）は最先端リンクＬ６を回転軸線Ｊ６に平行な視線で見た状態を示し、図中の実線は第２段階、図中の二点鎖線は第１及び第３段階を示す。また、最先端リンクＬ６の下方に位置する図中の点Ｃは、溶接ロボット１３のロボット原点を示す。

【0038】

図７（ｂ）の形態では、第２段階と第１及び第３段階との間で、ロボット原点Ｃと回転軸線Ｊ６との距離の変動（Ｅ３－Ｅ２）は比較的大きい。そうすると、第１及び第３段階においては、回転軸線Ｊ６がロボット原点Ｃから大きく離れ、溶接トーチ２１の到達距離が不足する可能性もある。これに対し、本実施形態では、図７（ａ）に示されるように角度αが４５°であるので、幾何学的に理解されるように、第２段階と第１及び第３段階との間で、ロボット原点Ｃと回転軸線Ｊ６との距離の変動（Ｅ３－Ｅ２）は比較的小さい。その結果、ロボット原点Ｃからの溶接トーチ２１の到達距離が不足する可能性が低減される。このような効果を効率的に得るために、角度αが３０～６０°であることが好ましく、角度αが略４５°であれば更に好ましい。

【0039】

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、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0040】

溶接トーチ２１から径方向に離れて位置するセンサとしては、開先センサ２３に代えて、溶接中の溶接対象物の情報を取得するための他種のセンサが設けられてもよい。他種のセンサとしては、溶接中の溶融池の状態をセンシングする溶融池センサや、溶接中における柱部品３，３の外壁面の温度をセンシングする温度センサ等が挙げられる。上記他種のセンサは、溶接中における溶接トーチ２１の進行方向後方に位置してもよい。また、開先センサ２３と他種のセンサとの両方が最先端リンクＬ６に搭載されてもよく、この場合、溶接トーチ２１の進行方向前方に開先センサ２３が位置するとともに、溶接トーチ２１の進行方向後方に他種のセンサが位置するようにしてもよい。

【0041】

上述の実施形態では、鋼管柱の突き合わせ溶接に本発明の溶接方法及び溶接装置が適用されているが、本発明の溶接方法及び溶接装置は、鋼管柱以外の部材の溶接に適用することもでき、また、突き合わせ溶接以外の形態の溶接（例えば隅肉溶接）を行う場合に適用することもできる。また、本発明の溶接方法及び溶接装置は、上述の実施形態に示したように溶接トーチ２１をエンドエフェクタとする自動アーク溶接に限らず、レーザノズルをエンドエフェクタとするレーザ溶接にも適用することができる。

【0042】

なお、溶接トーチ２１に代えて開先Ｗを清掃するための開先清掃ツールがロボット１３のエンドエフェクタとして装着され、開先Ｗの自動清掃が行われる場合がある。この自動清掃では、ロボット１３が開先清掃ツールを開先Ｗに沿って移動させ、建方治具５の近傍においては、建方治具５の奥側の開先Ｗに開先清掃ツールが斜めに挿入される。このような自動清掃においても、ロボット１３の最先端リンクＬ６に前述の第１～第３段階と同様の動きをさせてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１…溶接装置、３…柱部品（溶接対象物）、１３…溶接ロボット、１３ａ…アーム、２１…溶接トーチ（エンドエフェクタ）、２３…開先センサ（センサ）、Ｄ…溶接ライン、Ｌ５…第５リンク（架台側のリンク）、Ｌ６…最先端リンク、Ｊ６…回転軸線、Ｓ…仮想平面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】