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(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】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/127 20060101AFI20240722BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
B23K9/127 508B
B23K9/12 331Q
B23K9/127 509D
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020131986
(22)【出願日】2020-08-03
(65)【公開番号】P2022028522
(43)【公開日】2022-02-16
【審査請求日】2022-12-06
(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】黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－２１６９４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０９９３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１０２１４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平８－２８１４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１－１７０５８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－８４７７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２
(57)【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に設定された溶接対象領域に対する多層盛溶接を行う溶接方法であって、溶接が行われる前の前記溶接対象領域をセンシングすることにより、前記センサによって前記溶接対象領域の開先の情報を取得する第１センシング工程と、
前記第１センシング工程において取得した結果に基づいて、前記溶接対象領域に対する複数の溶接パスを計画するパス計画工程と、
前記パス計画工程の後に、前記エンドエフェクタによって前記溶接対象領域に対する溶接パスを繰り返し行うことにより前記溶接対象領域を溶接する第１溶接工程と、を備え、
前記第１溶接工程は、
前記エンドエフェクタによって前記溶接パスを行いながら、前記センサによって前記開先の情報を取得する第２センシング工程と、
前記第２センシング工程において取得した情報に基づいて、前記パス計画工程において計画した前記溶接パスとなるように、前記エンドエフェクタの位置を調整するパス位置調整工程と、を有し、
前記センサによって取得された、少なくとも一回の前記溶接パスが行われた後の前記開先の情報に基づいて、前記開先の断面上において、前記開先と前記開先に形成された溶接ビードの表面とが接する点を示す仮想点の位置を算出する算出工程をさらに備え、
前記算出工程では、前記開先の断面上における前記溶接ビードの表面の輪郭のうち、前記開先とは接していない部分の近似直線を算出し、前記開先と前記近似直線との交点の位置を、前記仮想点の位置として算出する、
溶接方法。
【請求項2】
複数の前記溶接パスが行われた後の前記開先の情報を取得する第３センシング工程と、前記第３センシング工程において取得した情報に基づいて、前記溶接対象領域に対する複数の前記溶接パスを再計画するパス再計画工程と、
前記パス再計画工程において再計画した複数の前記溶接パスを繰り返し行うことにより前記溶接対象領域を溶接する第２溶接工程と、をさらに備え、
前記パス再計画工程では、前記算出工程において算出した結果を用いて、前記溶接対象領域に対する複数の前記溶接パスを再計画する、
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項3】
少なくとも一回の前記溶接パスが行われた後の前記開先の情報を前記センサによって取得する前に、実行済みの前記溶接パスの回数に応じて、前記センサの位置を前記開先から遠ざける、請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項4】
前記センサによって取得された、前記開先の情報から得た前記開先の深さを、前記センサの傾きに応じて補正する、請求項１～３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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は、初層、中間層、及び仕上層を含む多層の溶接を行うことにより、溶接対象領域に対する多層盛溶接が行われる。自動溶接ロボットは、初層、中間層、及び仕上層のそれぞれに対する溶接パスを繰り返し行い、全溶接対象領域を溶接する。
【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、溶接ロボットには、溶接部位の情報を取得するセンサが設けられる場合がある。この場合、センサによって取得された開先情報から溶接パスを計画し、計画に沿って溶接パスを行うことが考えられる。しかしながら、多層盛溶接においては、複数の溶接パスが行われるので、計画位置と溶接パス位置とにずれが生じやすい。そのため、溶接対象領域に対する溶接の位置精度の向上が望まれている。
【0005】
本発明は、多層盛溶接において溶接対象領域に対する溶接の位置精度を向上させることができる溶接方法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】
【0006】
本発明に係る溶接方法は、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に設定された溶接対象領域に対する多層盛溶接を行う溶接方法であって、溶接が行われる前の溶接対象領域をセンシングすることにより、センサによって溶接対象領域の開先の情報を取得する第１センシング工程と、第１センシング工程において取得した結果に基づいて、溶接対象領域に対する複数の溶接パスを計画するパス計画工程と、パス計画工程の後に、エンドエフェクタによって溶接対象領域に対する溶接パスを繰り返し行うことにより溶接対象領域を溶接する第１溶接工程と、を備え、第１溶接工程は、エンドエフェクタによって溶接パスを行いながら、センサによって開先の情報を取得する第２センシング工程と、第２センシング工程において取得した情報に基づいて、パス計画工程において計画した溶接パスとなるように、エンドエフェクタの位置を調整するパス位置調整工程と、を有する。
【0007】
本発明に係る溶接方法では、溶接が行われる前の溶接対象領域の開先の情報に基づいて複数の溶接パスが計画された後、第１溶接工程において溶接パスが繰り返し行われる。ここで、第１溶接工程では、溶接パスを行いながらセンサによって開先の情報が取得されるとともに、当該開先の情報に基づいて、パス計画工程において計画した溶接パスとなるように、エンドエフェクタの位置が調整される。これにより、パス計画工程において計画した溶接パスに対する誤差を補正しながら溶接パスが行われる。したがって、多層盛溶接において溶接対象領域に対する溶接の位置精度を向上させることができる。
【0008】
また、本発明に係る溶接方法において、パス位置調整工程では、開先の情報として、溶接対象物における溶接対象領域と溶接非対象領域との境界部の位置を取得し、境界部の位置に対する溶接パスの相対的な位置をエンドエフェクタによる溶接パス狙い位置として、エンドエフェクタの位置を調整してもよい。この場合、溶接非対象領域に極めて近い境界部の位置に対する溶接パスの相対的な位置をエンドエフェクタの溶接パス狙い位置とするので、多層盛溶接において開先の一部の溶接が行われた状態においても、溶接対象領域に対する溶接パスの位置のずれが低減される。したがって、溶接対象領域に対する溶接の位置精度を特に向上させることがきる。
【0009】
また、本発明に係る溶接方法は、センサによって取得された、少なくとも一回の溶接パスが行われた後の開先の情報に基づいて、開先の断面上において、開先と開先に形成された溶接ビードの表面とが接する点を示す仮想点の位置を算出する算出工程をさらに備え、算出工程では、開先の断面上における溶接ビードの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線を算出し、開先と近似直線との交点の位置を、仮想点の位置として算出してもよい。例えば、開先と溶接ビードの表面とが接する点の仮想点の位置を算出する際に、開先の断面上における溶接ビードの表面全体の輪郭から算出された近似直線を用いることが考えられる。しかしながら、まだ溶接パスが行われていない部分（溶接対象物の接合面等）が溶接ビードの表面として誤認識されてしまう場合があり、このような場合に、適切な近似直線が得られなくなってしまう。これに対し、溶接ビードの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線を用いるので、開先と溶接ビードの表面とが接する点の仮想点の算出のための近似直線をより適切に得ることができる。
【0010】
また、本発明に係る溶接方法は、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報を取得する第３センシング工程と、第３センシング工程において取得した情報に基づいて、溶接対象領域に対する複数の溶接パスを再計画するパス再計画工程と、パス再計画工程において再計画した複数の溶接パスを繰り返し行うことにより溶接対象領域を溶接する第２溶接工程と、をさらに備え、パス再計画工程では、算出工程において算出した結果を用いて、溶接対象領域に対する複数の溶接パスを再計画してもよい。例えば、複数の溶接パスが行われた後に残された溶接対象領域には、はじめに計画した溶接パスが適さない場合も生じ得る。これに対し、再度開先の情報を取得して、溶接パスを再計画するので、第２溶接工程において、溶接の進捗に応じた溶接パスを行うことができる。また、パス再計画工程において、上記算出工程で得られた結果を使用するので、溶接の進捗により適した溶接パスが計画される。したがって、多層盛溶接において溶接対象領域に対する溶接の位置精度をより一層向上させることができる。
【0011】
また、本発明に係る溶接方法においては、少なくとも一回の溶接パスが行われた後の開先の情報をセンサによって取得する前に、実行済みの溶接パスの回数に応じて、センサの位置を開先から遠ざけてもよい。この場合、実行済みの溶接パスの回数に応じて、センシングに適した位置においてセンサが開先の情報を取得できる。
【0012】
また、本発明に係る溶接方法においては、センサによって取得された、開先の情報から得た開先の深さを、センサの傾きに応じて補正してもよい。この場合、開先の深さを精度よく取得できる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、多層盛溶接において溶接対象領域に対する溶接の位置精度を向上させることができる溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【0016】
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接方法を模式的に示す斜視図である。図１には、本実施形態に係る溶接方法に用いられる溶接装置１と、溶接対象物（例えば２つの柱部品３）と、が示されている。溶接対象物の外形状は、例えば角形状である。溶接対象物は、４つの側面部Ｗｓと４つの隅角部Ｗｃとを含む。４つの側面部Ｗｓのそれぞれは平坦に形成されており、４つの側面部Ｗｓのうち隣り合う２つの側面部Ｗｓ同士は、隅角部Ｗｃにおいて互いに交差（直交）している。溶接装置１は、建物の施工現場において、例えば上記溶接対象物としての柱部品３同士の溶接を行うための現場溶接装置である。
【0017】
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同士は、水平な端部同士を全周に亘って近接させ対向させるように配置される。この端部同士が対向する領域が、溶接装置１により溶接される溶接対象領域Ｗであり、溶接対象領域Ｗの開先は柱部品３の全周に亘って（すなわち、すべての側面部Ｗｓに亘って）水平面内に延在している。以下では、互いに溶接される柱部品３のうち下に位置するものを柱部品３Ａ、上に位置するものを柱部品３Ｂとする。
【0018】
柱部品３Ａ，３Ｂには、溶接対象領域Ｗを跨ぐようにそれぞれエレクションが設けられている。エレクションは、溶接対象領域Ｗの近傍において、各柱部品３Ａ，３Ｂの各側面の中央部に溶接されたエレクションピース５と、建て方治具７とを有する。柱部品３Ａに設けられたエレクションピース５と、柱部品３Ｂに設けられたエレクションピース５とが鉛直方向に並び、建て方治具７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によって柱部品３Ａと柱部品３Ｂとが仮接続されている。
【0019】
溶接装置１は、ロボット９（溶接ロボット）と、ロボット９を柱部品３の周囲で移動させるためのレール１１と、ロボット９の動作及び移動を制御する制御部１３と、を備えている。
【0020】
図２は、図１のロボットを示す側面図である。図１及び図２に示されるように、ロボット９は多関節ロボットであり、例えば汎用の６軸の垂直多関節ロボットである。ロボット９は、溶接ツール１５（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）をエンドエフェクタとして備えている。つまり、ロボット９は、溶接用のエンドエフェクタを備えている。ロボット９は、制御部１３の制御下で動作し、溶接ツール１５を溶接対象領域Ｗに沿って移動させ溶接対象領域Ｗを溶接する。また、ロボット９は、溶接対象領域Ｗの開先の情報を取得するための開先センサ１７（センサ）をさらに備えている。開先センサ１７は、例えば、開先の断面形状をセンシングするレーザセンサである。開先センサ１７は、例えば、取り付け治具１６を介して溶接ツール１５に固定されている。ロボット９は、制御部１３の制御下で動作し、開先センサ１７を溶接対象領域Ｗに沿って移動させ開先形状（例えば、開先の３次元座標データ）を取得する。取得された開先形状は、制御部１３で一時的に記憶される。
【0021】
レール１１は、溶接対象領域Ｗよりもやや低い位置で柱部品３の周囲を取り囲むように円環状に延びており、柱部品３Ａの外周面に固定され支持されている。レール１１は、平面視で柱部品３の材軸を中心とする円環をなしている。レール１１には、当該レール１１上をスライド可能なキャリッジ１９が設置されている。ロボット９は、キャリッジ１９に取付けられることで、レール１１に沿って柱部品３の周囲を走行可能である。
【0022】
キャリッジ１９の取付座面２１は鉛直面に対して傾斜している。また、取付座面２１は、キャリッジ１９のスライド方向に対して平行である。この取付座面２１に取付けられたロボット９の第１軸２３（旋回軸）は、取付座面２１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２３は鉛直軸でもなく水平軸でもない。この構成によれば、水平に延びる溶接対象領域Ｗに沿って移動する溶接ツール１５や開先センサ１７の移動範囲を、ロボット９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、例えばロボット９がアーム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。
【0023】
図３は、制御部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１３は、機能的な構成（以下、「機能モジュール」という。）として、記憶部３１と、走行制御部３２と、センシング制御部３３と、傾き補正部３４と、パス計画部３５と、溶接制御部３６と、開先算出部３７と、を有する。これらの機能モジュールは、制御部１３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１３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。各機能モジュールは、プログラムの実行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】
走行制御部３２は、ロボット９をレール１１に沿って走行させるように制御する。これにより、ロボット９は、溶接対象領域Ｗの近傍において柱部品３の周囲で移動可能である。走行制御部３２は、ロボット９を一定の速度で走行させてもよいし、速度を変更しながらロボット９を走行させてもよい。例えば走行制御部３２は、記憶部３１から取得した予め設定された速度によってロボット９を走行させる。
【0025】
センシング制御部３３は、開先センサ１７によって溶接対象領域Ｗの開先の情報を取得する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、センシング制御部を説明するための図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）には、開先の延在方向に交差する方向から見た溶接対象領域Ｗ及びその周辺が示されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、溶接対象領域Ｗは、柱部品３Ａ，３Ｂと、柱部品３Ａ，３Ｂの内側面に設けられた裏当金物３Ｃとによって画成された領域である。
【0026】
センシング制御部３３は、溶接が行われる前の溶接対象領域Ｗの開先の情報を取得する第１センシング処理（図４（ａ）参照）と、溶接ツール１５によって溶接パスが行われている状態の溶接対象領域Ｗの開先の情報を取得する第２センシング処理と、少なくとも一回の溶接パス（一例として、複数の溶接パス）が行われた後の溶接対象領域Ｗの開先の情報を取得する第３センシング処理（図４（ｂ）参照）と、を実行する。開先の情報は、開先の延在方向に交差する断面（以下、「開先断面」という。）上の各点の深さ及び高さである。センシング制御部３３は、第１センシング処理及び第３センシング処理において取得した開先の情報を、傾き補正部３４に送信する。センシング制御部３３は、第２センシング処理において取得した開先の情報を溶接制御部３６に送信する。
【0027】
また、センシング制御部３３は、実行済みの溶接パスの回数に応じて、開先センサ１７の開先に対する距離を調整する処理を行う。図４（ａ）に示されるように、センシング制御部３３は、第１センシング処理を行う際（つまり、実行済みの溶接パスの回数がゼロである際）、開先センサ１７を初期計測位置に移動させる。初期計測位置は、例えば開先の最深部（ここでは、裏当金物３Ｃ）から開先の深さ方向に所定の焦点距離Ｌ１だけ離れた位置である。開先センサ１７がこの初期計測位置に配置されたとき、開先センサ１７が備えるカメラは、必要な各部位（例えば、裏当金物３Ｃの表面）に対して良好に焦点を合わせることができる。
【0028】
また、図４（ｂ）に示されるように、センシング制御部３３は、第３センシング処理を行う際、開先センサ１７を再計測位置まで後方移動させる。再計測位置は、初期計測位置に対して、開先の深さ方向に沿って開先から遠ざかる向き（すなわち、後方）に所定距離Ｌ２だけ移動した位置である。所定距離Ｌ２は、実行済みの溶接パスの回数に応じて設定される。一例として、所定距離Ｌ２は、実行済みの溶接パスの各層の設計上の厚みを加算した値である。つまり、センシング制御部３３は、実行済みの溶接パスの回数に応じて、開先センサ１７の位置を開先から遠ざける。これにより、第３センシング処理が行われる際の開先の最深部（ここでは、実行済みの溶接パスによって形成された溶接ビードＷＢの表面）と開先センサ１７との開先の深さ方向における距離Ｌ３は、上記所定の焦点距離Ｌ１とほぼ同じとなる。従って、開先センサ１７が備えるカメラは、第３センシング処理においても、必要な各部位（例えば、溶接ビードＷＢの表面）に対して良好に焦点を合わせることができる。
【0029】
傾き補正部３４は、センシング制御部３３によって取得された開先の情報から得た開先の深さを、開先センサ１７の傾きに応じて補正する。図５は、傾き補正部を説明するための図である。傾き補正部３４は、開先の深さ方向に対する開先センサ１７の傾斜角θを算出し、センシング制御部３３が取得した開先の見かけの深さＤ１１に当該傾斜角θの余弦値（すなわちｃｏｓθ）を乗じることによって補正された開先の深さＤ１２を導出する。例えば、傾き補正部３４は、ロボット９の姿勢情報を取得し、当該姿勢情報における溶接ツール１５の水平方向に対する傾斜角を開先センサ１７の傾斜角θとして算出する。傾き補正部３４は、算出して得られた開先の情報の補正値を記憶部３１に保存する。
【0030】
パス計画部３５は、記憶部３１から取得した開先の情報に基づいて、溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを計画する処理を実行する。図６は、パス計画部を説明するための図である。パス計画部３５は、第１センシング処理において取得された開先の情報の補正値に基づいて、溶接が行われる前の溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを計画するパス計画処理と、第３センシング処理において取得された開先の情報の補正値に基づいて、複数の溶接パスが行われた後の溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを再計画するパス再計画処理と、を実行する。
【0031】
パス計画処理及びパス再計画処理として、パス計画部３５は、開先断面に対して割り付ける複数のパス断面Ｐを設定する処理を実行する。本実施形態のパス再計画処理においては、開先断面として、後述する開先算出部３７によって設定された開先断面が採用される。複数のパス断面Ｐを設定する処理は、パス断面Ｐの層数（開先の深さ方向の積層数）を算出する第１処理と、パス断面Ｐの段数（開先の高さ方向の積層数）を算出する第２処理と、第１処理の算出結果及び第２処理の算出結果を満たすように、開先断面に対して複数のパス断面を割り付ける第３処理と、を含む。
【0032】
第１処理において、パス断面Ｐの層数は、各層の厚み（例えば、各層の下端部の厚みＤ１）が所定範囲内（例えば、９ｍｍ未満）となるように、開先断面の深さ（例えば、各層の下端部の深さＤ２）に応じて算出される。厚みＤ１の範囲は、例えば４．５ｍｍ以上９ｍｍ未満に設定されてもよい。パス断面Ｐの段数は、層ごとに算出される。第２処理において、パス断面Ｐの各層（図４（ｂ）の例では、開先の奥から２層目）の段数は、各段の幅（例えば各段の最深部の上下方向の幅Ｄ３）が所定範囲内（例えば、９ｍｍ未満）となるように、開先断面の各層の高さ（例えば各層の最深部の高さＤ４）に応じて算出される。幅Ｄ３の範囲は、例えば４．５ｍｍ以上９ｍｍ未満に設定されてもよい。第３処理において、算出された層数及び段数によって開先断面を分割（例えば均等割）してパス割を行う。
パス計画部３５は、分割によって得られた各分割点を、溶接ツール１５の狙い位置Ｋに設定する。
パス計画部３５は、分割によって得られた各分割点を、溶接ツール１５の狙い位置Ｋに設定する。
【0033】
溶接制御部３６は、パス計画部３５が計画したパス計画に沿って、溶接ツール１５による溶接パスを実行する。具体的には、溶接制御部３６は、溶接ツール１５による溶接状態のＯＮ／ＯＦＦを切り替える処理を実行する。溶接制御部３６は、溶接ツール１５による溶接状態を調節する処理をさらに実行してもよい。溶接状態を調節する処理においては、溶接制御部３６は、例えば、溶接パスごとの溶接電流値や溶加材の供給速度等を調節する。溶接制御部３６は、各パス断面Ｐの位置（例えば、開先の奥から何層目であるか、及び対象の層において下から何段目であるか等）と溶接条件（例えば、溶接電流値及び溶加材の供給速度等）とが予め対応付けられたテーブルを参照して溶接状態を調節してもよい。
【0034】
また、溶接制御部３６は、センシング制御部３３から取得した開先の情報に基づいて、パス計画部３５によって計画された溶接パスとなるように、溶接ツール１５の位置を調整するパス位置調整処理を実行する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、溶接制御部によるパス位置調整処理を説明するための図である。具体的には、溶接制御部３６は、溶接パスを行いながら、第２センシング処理による開先の情報として、溶接対象物（柱部品３Ａ，３Ｂ）における溶接対象領域Ｗと溶接非対象領域（ここでは、側面部Ｗｓ）との境界部Ｂ１，Ｂ２の位置をセンシング制御部３３から取得する。
【0035】
次に、図７（ａ）に示されるように、溶接制御部３６は、パス計画部３５に計画された狙い位置Ｋに対する境界部Ｂ１，Ｂ２のそれぞれからの鉛直距離Ｌ１１，Ｌ１２及び水平距離Ｌ１３を算出する。そして、図７（ｂ）に示されるように、溶接制御部３６は、境界部Ｂ１，Ｂ２の位置に対する狙い位置Ｋの相対的な位置を溶接ツール１５による溶接パス狙い位置として溶接ツール１５の位置を調整する。
【0036】
開先算出部３７は、複数の溶接パスが行われた後の開先断面を設定するための処理を実行する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、開先算出部を説明するための図である。具体的に、開先算出部３７は、記憶部３１から取得した、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報に基づいて、開先断面上において、開先と開先に形成された溶接ビードＷＢの表面とが接する点を示す仮想点Ｖ１，Ｖ２の位置を算出する処理を実行する。例えば開先算出部３７は、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報として、第３センシング処理において取得された開先の情報の補正値を記憶部３１から取得する。
【0037】
開先算出部３７は、第３センシング処理において取得された開先の情報の補正値に基づいて、溶接ビードＷＢの近似直線Ｎを算出する処理（図８（ａ）参照）と、近似直線Ｎと開先との交点を仮想点Ｖ１，Ｖ２として算出する処理（図８（ｂ）参照）と、仮想点Ｖ１，Ｖ２を頂点として含む四角形状の部分を開先断面として設定する処理（図８（ｂ）参照）と、を実行する。
【0038】
図８（ａ）に示されるように、近似直線Ｎを算出する処理において、開先算出部３７は、開先の断面上における溶接ビードＷＢの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線Ｎを算出する。溶接ビードＷＢの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の範囲は、実行済みの溶接パスの回数に応じて設定される。一例として、開先算出部３７は、実行済みの溶接パスの最外層の設計上の表面よりもひとまわり狭い範囲（つまり、当該最外層の設計上の下端よりも所定量だけ上側の位置から、当該最外層の設計上の上端よりも所定量だけ下側の位置まで）を開先とは接していない部分の範囲として設定する。そして、設定した範囲内の溶接ビードＷＢの表面の輪郭から、例えば最小二乗法によって当該輪郭の近似直線Ｎを算出する。
【0039】
図８（ｂ）に示されるように、この近似直線Ｎと開先との交点として仮想点Ｖ１，Ｖ２が導出された後、開先断面を設定する処理において、開先算出部３７は、仮想点Ｖ１，Ｖ２及び境界部Ｂ１，Ｂ２を頂点とする四角形状の部分を開先断面として設定する。当該開先断面は、パス再計画処理において複数のパス断面Ｐが再設定される対象の開先断面として用いられる。
【0040】
制御部１３のハードウェアは、例えば一つまたは複数の制御用のコンピュータにより構成される。制御部１３が複数のコンピュータで構成されている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコンピュータによって実現されていてもよいし、２つ以上のコンピュータの組み合わせによって実現されていてもよい。
【0041】
次に、溶接方法の一例として、制御部１３による現場溶接処理の概要について説明する。なお、本実施形態に係る現場溶接処理においては、溶接対象領域Ｗのうち、１つのエレクションの建て方治具７に覆われた位置から隣接するエレクションの建て方治具７に覆われた位置までを対象の溶接区間とする。つまり、溶接対象領域Ｗのうちの４分の１の開先に１つの溶接区間が設定されている。図９は、制御部１３による現場溶接処理の手順を示すフローチャートである。
【0042】
図９に示されるように、制御部１３は、まず、ステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、溶接が行われる前の溶接対象領域Ｗにおける開先の情報を開先センサ１７によって取得するように、センシング制御部３３がロボット９を制御する処理を実行する（第１センシング工程）。はじめに、図４（ａ）に示されるように、センシング制御部３３が、開先センサ１７を初期計測位置に移動させ、第１センシング処理を実行する。この第１センシング処理により、センシング制御部３３は、開先の情報として、開先断面上の各点の深さ及び高さを取得する。この第１センシング処理では、ロボット９が開先センサ１７を溶接対象領域Ｗに沿って移動させながら、開先センサ１７により溶接対象領域Ｗの全長に亘ってセンシングが行われ、所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の各々の開先断面ごとに、各開先の情報が取得される。
【0043】
そして、傾き補正部３４が、センシング制御部３３によって取得された開先の情報から得た開先の深さを、開先センサ１７の傾きに応じて補正する。具体的には、図５に示されるように、傾き補正部３４は、開先の深さ方向に対する開先センサ１７の傾斜角θを算出し、センシング制御部３３に取得された開先の見かけの深さＤ１１に当該傾斜角θの余弦値を乗じることによって補正された開先の深さＤ１２を導出する。傾き補正部３４は、算出して得られた開先の情報の補正値を記憶部３１に保存する。
【0044】
次に、制御部１３は、ステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、ステップＳ０１において取得した結果に基づいて、溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスをパス計画部３５が計画する処理を実行する（パス計画工程）。具体的には、パス計画部３５は、図６に示されるように、開先断面に対して割り付ける複数のパス断面Ｐを設定する処理を実行する。また、パス計画部３５は、パス断面Ｐを割り付ける際の開先断面の分割によって得られた各分割点を、溶接ツール１５の狙い位置Ｋに設定する。
【0045】
次に、制御部１３は、ステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、溶接ツール１５によって溶接対象領域Ｗに対する溶接パスを繰り返し行うことにより、溶接対象領域Ｗの少なくとも一部を溶接するように、溶接制御部３６がロボット９を制御する溶接処理を実行する（第１溶接工程）。溶接パスを行うとは、ロボット９が溶接ツール１５を溶接対象領域Ｗに沿って移動させながら、溶接ツール１５が溶接対象領域Ｗの開先内に溶接ビードを形成していくことをいう。なお、ステップＳ０３の具体的な処理内容については後述する。
【0046】
次に、制御部１３は、ステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報を開先センサ１７によって取得するように、センシング制御部３３がロボット９を制御するセンシング処理を実行する。なお、ステップＳ０４の具体的な処理内容については後述する。
【0047】
次に、制御部１３は、ステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、ステップＳ０４において取得した情報に基づいて、パス計画部３５が溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを再計画する処理を実行する（パス再計画工程）。このとき、パス計画部３５は、ステップＳ０４において設定された開先断面に対して割り付ける複数のパス断面Ｐを設定する処理を実行する。
【0048】
次に、制御部１３は、ステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、ステップＳ０４において再計画した複数の溶接パスを繰り返し行うことにより溶接対象領域Ｗを溶接するように、溶接制御部３６がロボット９を制御する処理を実行する（第２溶接工程）。なお、ステップＳ０６は、ステップＳ０３と同様に行ってよい。また、溶接対象領域Ｗの全領域の溶接が完了するまでに（ステップＳ０７）、制御部１３による上記ステップＳ０４～Ｓ０６の処理が繰り返し実行される。なお、このステップＳ０４～Ｓ０６の処理を複数回繰り返すことは必須ではなく、ステップＳ０４～Ｓ０６の処理が１回のみ実行されてもよい。対象の溶接区間における溶接対象領域Ｗの全領域の溶接が完了（ステップＳ０７で「Ｙｅｓ」）したら、制御部１３は、当該溶接区間に対する現場溶接処理を終了する。そして、この現場溶接処理が溶接区間ごと実行されて溶接対象領域Ｗの開先の全周分の溶接が完了する。
【0049】
ステップＳ０３（第１溶接工程）の具体的な処理内容の一例について説明する。図１０は、溶接処理における一回の溶接パスの手順を示すフローチャートである。図１０に示されるように、制御部１３は、まず、ステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、溶接対象領域Ｗに対する溶接パスを開始するように、溶接制御部３６がロボット９を制御する処理を実行する。具体的には、溶接ツール１５による溶接状態をＯＮに切り替えるように溶接制御部３６がロボット９を制御する。
【0050】
溶接パスを行いながら、制御部１３は、ステップＳ３２，Ｓ３３を順に実行する。ステップＳ３２では、開先センサ１７によって溶接対象領域Ｗにおける開先の情報を取得するように、センシング制御部３３がロボット９を制御する第２センシング処理を実行する（第２センシング工程）。この第２センシング処理により、センシング制御部３３は、開先の情報として、開先断面上の各点の深さ及び高さを随時取得する。この第２センシング処理は溶接パスの実行中に実行される。この溶接パスにおいては、溶接ツール１５と開先センサ１７とが移動方向に並んだ状態で、ロボット９が溶接ツール１５及び開先センサ１７を溶接対象領域Ｗに沿って移動させる。そして、第２センシング処理では、溶接ツール１５よりも数ｃｍだけ移動方向前方の位置の開先断面が開先センサ１７でセンシングされ、開先の情報が取得される。
【0051】
ステップＳ３３では、ステップＳ３２において取得した情報に基づいて、ステップＳ０２において計画した溶接パスとなるように、溶接制御部３６が溶接ツール１５の位置を調整する処理を実行する（パス位置調整工程）。具体的には、図７（ａ）に示されるように、溶接制御部３６が、開先の情報として、境界部Ｂ１，Ｂ２の位置をセンシング制御部３３から随時取得する。また、溶接制御部３６が、狙い位置Ｋに対する境界部Ｂ１，Ｂ２のそれぞれからの鉛直距離Ｌ１１，Ｌ１２及び水平距離Ｌ１３を随時算出する。そして、図７（ｂ）に示されるように、境界部Ｂ１，Ｂ２の位置に対する狙い位置Ｋの相対的な位置を溶接ツール１５による溶接パス狙い位置として、溶接制御部３６が溶接ツール１５の位置を随時調整する。
【0052】
このようなステップＳ３２及びステップＳ３３が、対象の溶接区間の終点に溶接ツール１５が到達する（ステップＳ３４で「Ｙｅｓ」）までの間、短周期（例えば５００ミリ秒程度）で繰返し実行されることで、溶接ツール１５の位置がフィードバック制御され、溶接パス狙い位置が正しく維持される。その後、対象の溶接区間の終点に溶接ツール１５が到達したら（ステップＳ３４で「Ｙｅｓ」）、制御部１３は、ステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、溶接対象領域Ｗに対する溶接パスを終了するように、溶接制御部３６がロボット９を制御する処理を実行する。具体的には、溶接ツール１５による溶接様態をＯＦＦに切り替えるように溶接制御部３６がロボット９を制御する。以上により、制御部１３は、溶接処理における一回の溶接パスを終了する。そして、上記の溶接パスが繰り返し実行されて、ステップＳ０３における溶接処理が完了する。
【0053】
次に、ステップＳ０４の具体的な処理内容の一例について説明する。図１１は、センシング処理の手順を示すフローチャートである。図１１に示されるように、制御部１３は、まず、ステップＳ４１を実行する。ステップＳ４１では、ステップＳ０３において実行済みの溶接パスの回数に応じて、図４（ｂ）に示されるように、開先センサ１７の位置を開先から遠ざけるようにセンシング制御部３３がロボット９を制御する。具体的には、センシング制御部３３は、開先センサ１７を再計測位置（ここでは、初期計測位置に対して、開先の深さ方向に沿って開先から遠ざかる向きに所定距離Ｌ２だけ移動した位置）まで後方移動させる。なお、上述したように、所定距離Ｌ２は、例えば、実行済みの溶接パスの各層の設計上の厚みを加算した値である。なお、もともと開先センサ１７のカメラの焦点を必要な箇所に合わせることができる場合には、このステップＳ４１の処理は省略されてもよい。
【0054】
次に、制御部１３は、ステップＳ４２を実行する。ステップＳ４２では、ステップＳ０３において複数の溶接パスが行われた後の開先の情報を開先センサ１７によって取得するように、センシング制御部３３がロボット９を制御する（第３センシング工程）。つまり、センシング制御部３３が第３センシング処理を実行する。この第３センシング処理により、センシング制御部３３は、開先の情報として、開先断面上の各点の深さ及び高さを取得する。この第３センシング処理では、前回までの溶接パスで溶接ビードＷＢが形成済みの溶接対象領域Ｗ（例えば図８参照）において、ロボット９が開先センサ１７を溶接対象領域Ｗに沿って移動させながら、開先センサ１７により溶接対象領域Ｗの全長に亘ってセンシングが行われ、所定のピッチ（例えば５０ｍｍピッチ）の各々の開先断面ごとに、各開先の情報が取得される。
【0055】
次に、制御部１３は、ステップＳ４３を実行する。ステップＳ４３では、傾き補正部３４が、ステップＳ４２においてセンシング制御部３３によって取得された開先の情報から得た開先の深さを、開先センサ１７の傾きに応じて補正する。具体的には、図５に示されるように、傾き補正部３４は、まず、開先の深さ方向に対する開先センサ１７の傾斜角θを算出する。また、傾き補正部３４は、センシング制御部３３に取得された開先の見かけの深さＤ１１に当該傾斜角θの余弦値を乗じることによって補正された開先の深さＤ１２を導出する。そして、傾き補正部３４は、算出して得られた開先の情報の補正値を記憶部３１に保存する。
【0056】
次に、制御部１３は、ステップＳ４２，Ｓ４３において取得された、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報に基づいて、開先断面上において、開先と開先に形成された溶接ビードＷＢの表面とが接する点を示す仮想点Ｖ１，Ｖ２の位置を算出する処理を実行する（算出工程）。具体的には、制御部１３は、ステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６を順に実行する。
【0057】
ステップＳ４４では、開先算出部３７が、まず、ステップＳ４２，Ｓ４３において取得された開先の情報の補正値を記憶部３１から取得する。そして、開先算出部３７は、この開先の情報の補正値に基づいて、開先算出部３７が溶接ビードＷＢの近似直線Ｎを算出する処理を実行する。具体的には、図８（ａ）に示されるように、開先算出部３７は、開先の断面上における溶接ビードＷＢの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線Ｎを算出する。一例として、開先算出部３７は、実行済みの溶接パスの最外層の設計上の表面よりもひとまわり狭い範囲を開先とは接していない部分の範囲として設定し、当該範囲内の溶接ビードＷＢの表面の輪郭から、最小二乗法によって当該輪郭の近似直線Ｎを算出する。
【0058】
ステップＳ４５では、図８（ｂ）に示されるように、開先算出部３７が、ステップＳ４４において算出された近似直線Ｎと開先との交点として仮想点Ｖ１，Ｖ２を導出する処理を実行する。ステップＳ４６では、開先算出部３７が、ステップＳ４５において導出された仮想点Ｖ１，Ｖ２を頂点として含む四角形状の部分を開先断面として設定する処理を実行する。具体的には、開先算出部３７は、仮想点Ｖ１，Ｖ２及び境界部Ｂ１，Ｂ２を頂点とする四角形状の部分を開先断面として設定する。以上により、制御部１３は、ステップＳ０４におけるセンシング処理を終了する。ステップＳ０４（ステップＳ４６）において設定された開先断面は、ステップＳ０５において複数のパス断面Ｐが再設定される対象の開先断面として用いられる。
【0059】
以上説明した溶接方法の作用効果について説明する。本実施形態に係る溶接方法では、溶接が行われる前の溶接対象領域Ｗの開先の情報に基づいて、ステップＳ０２（パス計画工程）において溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスが計画された後、ステップＳ０３（第１溶接工程）において溶接パスが繰り返し行われる。ここで、ステップＳ０３では、溶接パスを行いながら、開先センサ１７によって取得した開先の情報に基づいて、ステップＳ０２において計画した溶接パスとなるように、溶接ツール１５の位置が調整される。これにより、ステップＳ０２において計画した溶接パスに対する誤差を補正しながら溶接パスが行われる。したがって、多層盛溶接において溶接対象領域Ｗに対する溶接の位置精度を向上させることができる。
【0060】
また、この溶接方法において、ステップＳ３３（パス位置調整工程）では、開先の情報として、溶接対象物（柱部品３Ａ，３Ｂ）における溶接対象領域Ｗと溶接非対象領域（ここでは、側面部Ｗｓ）との境界部Ｂ１，Ｂ２の位置を取得し、境界部Ｂ１，Ｂ２の位置に対する溶接パスの相対的な位置を溶接ツール１５による溶接パス狙い位置として、溶接ツール１５の位置を調整する。この構成により、溶接非対象領域（ここでは、側面部Ｗｓ）に極めて近い境界部Ｂ１，Ｂ２の位置に対する溶接パスの相対的な位置を溶接ツール１５の溶接パス狙い位置とするので、多層盛溶接において開先の一部の溶接が行われた状態においても、溶接対象領域Ｗに対する溶接パスの位置のずれが低減される。したがって、溶接対象領域Ｗに対する溶接の位置精度を特に向上させることがきる。
【0061】
また、この溶接方法は、開先センサ１７によって取得された、少なくとも一回の溶接パスが行われた後の開先の情報に基づいて、開先の断面上において、開先と開先に形成された溶接ビードＷＢの表面とが接する点を示す仮想点Ｖ１，Ｖ２の位置を算出するステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６（算出工程）をさらに備え、ステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６では、開先の断面上における溶接ビードＷＢの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線Ｎを算出し、開先と近似直線Ｎとの交点の位置を、仮想点Ｖ１，Ｖ２の位置として算出する。
【0062】
ここで、比較例として、開先と溶接ビードの表面とが接する点の仮想点の位置を算出する際に、開先の断面上における溶接ビードの表面全体の輪郭から算出された近似直線を用いる方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、まだ溶接パスが行われていない部分（溶接対象物の接合面等）が溶接ビードの表面として誤認識されてしまう場合があり、このような場合、適切な近似直線が得られなくなってしまう。
【0063】
これに対し、本実施形態に係る溶接方法においては、溶接ビードＷＢの表面の輪郭のうち、開先とは接していない部分の近似直線Ｎを用いるので、開先と溶接ビードＷＢの表面とが接する点の仮想点Ｖ１，Ｖ２の算出のための近似直線Ｎをより適切に得ることができる。
【0064】
また、本実施形態に係る溶接方法は、複数の溶接パスが行われた後の開先の情報を取得するステップＳ０４（第３センシング工程）と、ステップＳ０４において取得した情報に基づいて、溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを再計画するステップＳ０５（パス再計画工程）と、ステップＳ０５において再計画した複数の溶接パスを繰り返し行うことにより溶接対象領域Ｗを溶接するステップＳ０６（第２溶接工程）と、をさらに備え、ステップＳ０５では、ステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６において算出した結果を用いて、溶接対象領域Ｗに対する複数の溶接パスを再計画する。
【0065】
例えば、複数の溶接パスが行われた後に残された溶接対象領域Ｗには、はじめに計画した溶接パスが適さない場合も生じ得る。これに対し、本実施形態に係る溶接方法では、再度開先の情報を取得して、溶接パスを再計画するので、ステップＳ０６において、溶接の進捗に応じた溶接パスを行うことができる。また、ステップＳ０５において、上記ステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６で得られた結果を使用するので、溶接の進捗により適した溶接パスが計画される。したがって、多層盛溶接において溶接対象領域Ｗに対する溶接の位置精度をより一層向上させることができる。
【0066】
また、本実施形態に係る溶接方法においては、少なくとも一回の溶接パスが行われた後の開先の情報を開先センサ１７によって取得する前に、実行済みの溶接パスの回数に応じて、開先センサ１７の位置を開先から遠ざける。この構成により、実行済みの溶接パスの回数に応じて、センシングに適した位置において開先センサ１７が開先の情報を取得できる。
【0067】
また、本実施形態に係る溶接方法においては、開先センサ１７によって取得された、開先の情報から得た開先の見かけ上の深さＤ１１を、開先センサ１７の傾きに応じて補正する。この構成により、開先の深さＤ１２を精度よく取得できる。
【0068】
以上の実施形態は、本発明に係る溶接方法の一実施形態について説明したものである。本発明に係る溶接方法は、上述した溶接方法を任意に変更したものとすることができる。
【0069】
例えば、上記実施形態に係る溶接方法は、ステップＳ０１～Ｓ０６まで備えていたが、ステップＳ０４～Ｓ０６が省略されてもよい。溶接方法は、ステップＳ０１～Ｓ０３のみによって行われてもよい。上記実施形態に係る溶接方法では、ステップＳ０１における第１センシング工程、及びステップＳ４２における第３センシング工程のそれぞれにおいて得られた開先の情報（開先の深さ）が傾き補正部３４によって補正されたが、傾き補正部３４によって開先の情報を補正する処理が適宜省略されてよい。また、第２センシング工程において得られた開先の情報が傾き補正部３４によって補正されてもよい。同様に、第２センシング工程において得られた開先の情報に基づいて、算出工程（すなわち、開先の断面上において、開先と開先に形成された溶接ビードの表面とが接する点を示す仮想点の位置を算出する処理）が行われてもよい。第２センシング工程において開先の情報を取得する前に、実行済みの溶接パスの回数に応じて、開先センサ１７の位置を開先から遠ざけるようにセンシング制御部３３がロボット９を制御する処理が行われてもよい。
【符号の説明】
【0070】
３Ａ，３Ｂ…柱部品（溶接対象物）、９…ロボット（溶接ロボット）、１５…溶接ツール（エンドエフェクタ）、１７…開先センサ（センサ）、Ｂ１，Ｂ２…境界部、Ｄ１１，Ｄ１２…深さ、Ｎ…近似直線、Ｖ１，Ｖ２…仮想点、Ｗ…溶接対象領域、Ｗｓ…側面部（溶接非対象領域）、ＷＢ…溶接ビード。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】