JP2011031272A

JP2011031272A - 溶接装置および溶接方法

Info

Publication number: JP2011031272A
Application number: JP2009179302A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yagi; 勇士八木; Masamitsu Kuramoto; 将充倉本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP5168250B2

Abstract

【課題】被溶接部材が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合でも、溶接開始位置および終了位置を正確に検出して正しく溶接を行うことができる溶接装置および溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接トーチ１２に対して溶接進行方向の前方に取り付けられた第１のセンサ１５と、第１のセンサ１５に対して溶接進行方向と垂直な方向に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第２のセンサ１６とを備える。さらに、第１のセンサおよび第２のセンサのいずれか一方が被溶接部材１を検出してから、他方が被溶接部材１を検出するまでの時間差を計測する計測部２０と、その時間差に基づいて溶接開始位置および終了位置を演算により求める演算部２１とを備えた。
【選択図】図３

Description

この発明は、溶接装置および溶接方法に関し、特に、溶接位置を前もって教示しなくても、溶接時に溶接開始位置および溶接終了位置を特定しながら溶接を行うことができる溶接装置および溶接方法に関するものである。

従来の、溶接開始位置および溶接終了位置を自動で検出する溶接装置では、溶接トーチヘッドの前方に検出器取り付けフレームが取り付けられ、その下部前方に、２つのレーザ式高さ検出器が溶接シームを境にして両側に取り付けられていた。そして、２つの高さ検出器と測定対象面との距離ｈ_１、ｈ_２が所定の値ｈを越えていた状態から両方ともにその値ｈ以内になった位置を被溶接板材の始端と認識し、ｈ_１、ｈ_２がｈ以内である状態からｈ_１またはｈ_２のいずれかがｈを越えた位置を板材の終端と認識していた。（例えば、特許文献１参照）

特開平６−２９７１４７号公報（第３〜４頁、図３）

このような溶接装置にあっては、被溶接部材が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合、高さ検出器が溶接開始位置および溶接終了位置であると認識する位置と実際の溶接開始位置および溶接終了位置とが一致しない。このため溶接ミスが発生するという問題点があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、被溶接部材が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合でも、溶接開始位置および溶接終了位置を正確に検出して正しく溶接を行うことができる溶接装置および溶接方法を提供することを目的とする。

この発明に係る溶接装置は、溶接トーチに対して溶接進行方向の前方に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第１のセンサと、第１のセンサに対して溶接進行方向と垂直な方向に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第２のセンサとを備え、第１のセンサおよび第２のセンサのいずれか一方が被溶接部材の第１の始端を検出してから、他方が被溶接部材の第２の始端を検出するまでの第１の時間差、および同様に一方が第１の終端を検出してから他方が第２の終端を検出するまでの第２の時間差を計測する計測部と、第１の時間差および第２の時間差に基づいて溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める演算部とを備えたものである。

また、この発明に係る溶接方法は、溶接線から所定距離だけ離れた第１の位置と、第１の位置から溶接進行方向と垂直な方向に溶接線を跨がずに所定距離だけ離れた第２の位置のいずれか一方において被溶接部材の第１の始端を検出してから、他方において第２の始端を検出するまでの第１の時間差を計測する工程と、第１の時間差に基づいて溶接開始位置を演算により求める工程と、同様に、第１の位置および第２の位置のいずれか一方において被溶接部材の第１の終端を検出してから、他方において第２の終端を検出するまでの第２の時間差を計測する工程と、第２の時間差に基づいて溶接終了位置を演算により求める工程とを備えたものである。

この発明に係る溶接装置によれば、第１のセンサと、第１のセンサに対して溶接進行方向と垂直な方向に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第２のセンサとを備え、第１のセンサおよび第２のセンサのいずれか一方が被溶接部材の第１の始端および終端を検出してから他方が第２の始端および終端を検出するまでの第１および第２の時間差を計測する計測部と、第１および第２の時間差に基づいて溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める演算部とを備えたことにより、被溶接部材が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合でも、溶接開始位置および溶接終了位置を正確に検出して正しく溶接を行うことができる。

また、この発明に係る溶接方法によれば、溶接線から所定距離だけ離れた第１の位置と、第１の位置から溶接進行方向と垂直な方向に溶接線を跨がずに所定距離だけ離れた第２の位置のいずれか一方において被溶接部材の第１の始端および終端を検出してから、他方において第２の始端および終端を検出するまでの第１および第２の時間差を計測する工程と、第１および第２の時間差に基づいて溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める工程とを備えたことにより、被溶接部材が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合でも、溶接開始位置および溶接終了位置を正確に検出して正しく溶接を行うことができる。

この発明の実施の形態１における被溶接部材を示す斜視図である。この発明の実施の形態１における溶接装置を示す側面図である。この発明の実施の形態１における溶接装置を示す底面図である。この発明の実施の形態１における溶接装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態１における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態１における溶接方法を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態１における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態２における溶接装置を示す底面図である。この発明の実施の形態２における溶接装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態２における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態２における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態２における溶接方法を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図である。この発明の実施の形態２における縦材が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における被溶接部材１を示す斜視図である。図１に示すように、被溶接部材１として、溶接進行方向に延在する梁材２に、取り付け位置、取り付け角度、溶接長が異なる複数の縦材３が取り付けられている場合を考える。

図２はこの発明の実施の形態１における溶接装置５ａを示す側面図、図３はこの発明の実施の形態１における溶接装置５ａを示す底面図である。この溶接装置５ａは、アーク溶接、スポット溶接、レーザ溶接、ガス溶接など溶接の種類を問わず適用できるが、ここではアーク溶接の例を挙げて説明する。

まず、この発明の実施の形態１における溶接装置５ａの構成について説明する。図２および図３において、ベース６の底面にはモータ７によって駆動される車輪１０が取り付けられており、溶接装置５ａは梁材２上を自在に移動することができる。モータ７の回転速度がばらつくと、溶接開始位置および溶接終了位置の決定にばらつきが生じるため、モータ７には、回転速度のばらつきが小さいサーボモータを用いることが望ましい。

ベース６の溶接進行方向の後方部には、トーチブラケット１１が取り付けられ、このトーチブラケット１１に溶接トーチ１２が取り付けられている。トーチブラケット１１は、溶接トーチ１２の位置を微調整可能な構造となっている。溶接装置５ａが梁材２上を走行しながら容易に溶接を行えるように、溶接トーチ１２はベース６の外側方向へ張り出すように取り付けられている。

そして、溶接トーチ１２に対して、溶接進行方向の前方に所定距離だけ離れ、溶接進行方向と垂直な方向でベース６の外側方向に所定距離だけ離れた位置に第１のセンサ１５が取り付けられている。さらに、第１のセンサ１５に対して溶接進行方向と垂直な方向でベース６の外側方向に所定距離だけ離れた位置に第２のセンサ１６が取り付けられている。第１のセンサ１５および第２のセンサ１６に対して溶接進行方向の前方に所定距離だけ離れた位置には減速用センサ１７が取り付けられている。

第１のセンサ１５、第２のセンサ１６、減速用センサ１７として用いられるセンサとしては、例えばレーザセンサ、磁気センサ、超音波センサなどが挙げられるが、スポット径が小さく、応答性の高いセンサを用いることが望ましい。このため、特に第１のセンサ１５および第２のセンサ１６は、溶接開始位置および溶接終了位置を決定するために重要なセンサであるので、レーザセンサを用いることが望ましい。

第１のセンサ１５および第２のセンサ１６としてレーザセンサを用いる場合、これらセンサと溶接トーチ１２との溶接進行方向の距離が近過ぎると、溶接時のアーク光やスパッタの影響で誤検出が起きる可能性がある。しかし、逆に遠過ぎると縦材３を検出してから溶接開始までの走行距離が長くなるため、溶接位置がずれる原因となる。このため、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６と溶接トーチ１２との溶接進行方向の距離は１００ｍｍ程度とするのが望ましい。

第１のセンサ１５と溶接トーチ１２との溶接進行方向と垂直な方向の距離は、第１のセンサ１５が縦材３を検出し易い距離だけ離れていればよく、具体的には１０ｍｍ程度離れていることが望ましい。

第１のセンサ１５と第２のセンサ１６とは、溶接開始位置および溶接終了位置を決定する精度が充分得られる距離だけ離れていればよく、具体的には１５ｍｍ程度離れていればよい。

尚、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６は、溶接中の溶接トーチ１２の高さを決定するための高さ倣いセンサの役割も兼ねている。

ベース６の上面には、上述の車輪１０を駆動するモータ７と処理装置１９が搭載されている。尚、通常は、ベース６の上面は筐体で覆われているが、図２では省略している。

次に、処理装置１９の構成について説明する。図４はこの発明の実施の形態１における溶接装置５ａを示すブロック図である。処理装置１９は、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６のいずれか一方が縦材３を検出してから他方が縦材３を検出するまでの時間差を計測する計測部２０、計測部２０で計測された時間差に基づいて溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める演算部２１を備えている。さらに、演算部２１によって求められた溶接開始位置および溶接終了位置の情報を記憶する記憶部２２も備えている。そして、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６、減速用センサ１７からの信号や溶接開始位置および溶接終了位置の情報に基づいて、モータ７や溶接トーチ１２、計測部２０などの制御を行う制御部２５を備えている。尚、記憶部２２は複数の溶接開始位置および溶接終了位置の情報を記憶可能である。

次に、この発明の実施の形態１における溶接装置５ａの動作について説明する。図５はこの発明の実施の形態１における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図、図６はこの発明の実施の形態１における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。図７はこの発明の実施の形態１における溶接方法を示すフローチャートである。

ここで、図５に示すように、溶接進行方向に延在する梁材２に対して、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合を考える。まず、第１のセンサ１５と第２のセンサ１６の両方が、溶接線３０に対して同じ側となるように溶接装置５ａを配置する。このとき、溶接線３０と第１のセンサ１５との距離Ｌ１が小さい方が検出誤差は小さくなるが、梁材２の縁部が滑らかでない場合、あまり近過ぎると誤検出を生じるため、１０ｍｍ程度とするのが好ましい。図５では、簡単のため、溶接装置５ａは省略し、溶接トーチ１２と第１のセンサ１５の検出線２６および第２のセンサ１６の検出線２７のみを示している。

次に、電源スイッチを入れて溶接装置５ａを起動する。すると、制御部２５によりモータ７が制御され溶接装置５ａが速度Ｖ０で走行を開始する（Ｓ１）。この速度Ｖ０は溶接時よりも速い速度であり、具体的には、例えば１５０ｃｍ／ｍｉｎ程度である。

減速用センサ１７が縦材３を検出すると（Ｓ２）、制御部２５によりモータ７の回転が抑えられ溶接装置５ａの走行速度は溶接時の速度Ｖ１にまで減速される（Ｓ３）。Ｖ１は具体的には、例えば１５〜３０ｃｍ／ｍｉｎの範囲の速度であり、一定に保たれている。

第１のセンサ１５が縦材３の第１の始端３１を検出すると（Ｓ４ａ）、制御部２５から計測部２０へ計測開始の信号が出力される（Ｓ５ａ）。そして、第２のセンサ１６が縦材３の第２の始端３２を検出すると（Ｓ６ａ）、制御部２５から計測部２０へ計測終了の信号が出力される（Ｓ７ａ）。これにより、第１のセンサ１５が縦材３の第１の始端３１を検出してから第２のセンサ１６が縦材３の第２の始端３２を検出するまでの第１の時間差Ｔ１の計測が完了する。

計測部２０で計測された第１の時間差Ｔ１は演算部２１へ入力され、溶接開始位置３５が演算により求められる（Ｓ８ａ）。次に、この演算方法について説明する。図５においては、第２のセンサ１６が縦材３の第２の始端３２を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、走行速度Ｖ１と第１の時間差Ｔ１から、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３＝Ｖ１×Ｔ１を求める。次に、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３、溶接線３０と第１のセンサ１５との距離Ｌ１および溶接線３０と第２のセンサ１６との距離Ｌ２から、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１＝Ｌ３／（Ｌ２−Ｌ１）を求める。そして、溶接線３０と第２のセンサ１６との距離Ｌ２、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１から、溶接開始位置オフセットＬ４＝Ｌ２×ｔａｎθ１を求める。最後に、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６と溶接トーチ１２との距離Ｌ５、溶接開始位置オフセットＬ４から、溶接開始距離Ｌ６＝Ｌ５−Ｌ４＝Ｌ５−Ｌ２×Ｖ１×Ｔ１／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接開始位置３５が求められる。

溶接終了位置３６の求め方も同様である。第１のセンサ１５が縦材３の第１の終端４０を検出すると（Ｓ４ｂ）、制御部２５から計測部２０へ計測開始の信号が出力される（Ｓ５ｂ）。そして、第２のセンサ１６が縦材３の第２の終端４１を検出すると（Ｓ６ｂ）、制御部２５から計測部２０へ計測終了の信号が出力される（Ｓ７ｂ）。これにより、第１のセンサ１５が縦材３の第１の終端４０を検出してから第２のセンサ１６が縦材３の第２の終端４１を検出するまでの第２の時間差Ｔ２の計測が完了する。

次に、演算部２１により、溶接終了位置３６を求める演算を行う（Ｓ８ｂ）。この演算方法について説明する。図６においては、第２のセンサ１６が縦材３の第２の終端４１を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第２の時間差Ｔ２の間の走行距離Ｌ７＝Ｖ１×Ｔ２を求める。そして、縦材３の第２の取り付け角度ｔａｎθ２＝Ｌ７／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接終了位置オフセットＬ８＝Ｌ２×ｔａｎθ２を求める。最後に、溶接終了距離Ｌ９＝Ｌ５−Ｌ８＝Ｌ５−Ｌ２×Ｖ１×Ｔ２／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接終了位置３６が求められる。

以上のようにして求められた溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報は、記憶部２２に記憶される（Ｓ９ａ、Ｓ９ｂ）。そして、制御部２５は記憶部２２から読み出された溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報に基づいて、モータ７と溶接トーチ１２の制御を行う。

溶接トーチ１２が溶接開始位置３５に到着すると（Ｓ１０）、モータ７を停止させ溶接装置５ａの走行を停止する（Ｓ１１）。そして、溶接を開始し（Ｓ１２）、再度モータ７を回転させて速度Ｖ１で走行を開始する（Ｓ１３）。溶接終了位置３６に溶接トーチ１２が到着すると（Ｓ１４）、走行を停止し（Ｓ１５）、クレータ処理を行って溶接を終了する（Ｓ１６）。尚、溶接中の溶接線３０の倣いは、例えば、ローラやセンサを用いる方法や、アーク電圧や溶接電流の変化を検出して行う方法などが用いられる。

溶接終了後は、速度Ｖ０で走行を開始（Ｓ１７）、全ての溶接が終了して梁材２の端部に到達すれば（Ｓ１８）溶接装置５ａは走行を停止し、電源スイッチが自動で切られる。減速用センサ１７が別の縦材３を検出すれば（Ｓ２）以降の工程を繰り返して溶接を行う。

次に、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度を持って取り付けられている場合の溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の求め方について説明する。図８はこの発明の実施の形態１における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図、図９はこの発明の実施の形態１における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。

この場合は、第２のセンサ１６が縦材３の第１の始端３１を検出した後に、第１のセンサ１５が縦材３の第２の始端３２を検出することとなるので、この時間差を第１の時間差Ｔ１とする。

図８においては、第１のセンサ１５が縦材３の第２の始端３２を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３＝Ｖ１×Ｔ１を求める。次に、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１＝Ｌ３／（Ｌ２−Ｌ１）を求める。そして、溶接開始位置オフセットＬ４＝Ｌ１×ｔａｎθ１を求める。最後に、溶接開始距離Ｌ６＝Ｌ５＋Ｌ４＝Ｌ５＋Ｌ１×Ｖ１×Ｔ１／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接開始位置３５が求められる。

溶接終了位置３６の求め方も同様であり、図９により説明を行う。この場合は、第２のセンサ１６が縦材３の第１の終端４０を検出した後に、第１のセンサ１５が縦材３の第２の終端４１を検出することとなるので、この時間差を第２の時間差Ｔ２とする。

図９においては、第１のセンサ１５が縦材３の第２の終端４１を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第２の時間差Ｔ２の間の走行距離Ｌ７＝Ｖ１×Ｔ２を求める。そして、縦材３の第２の取り付け角度ｔａｎθ２＝Ｌ７／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接終了位置オフセットＬ８＝Ｌ１×ｔａｎθ２を求める。最後に、溶接終了距離Ｌ９＝Ｌ５＋Ｌ８＝Ｌ５＋Ｌ１×Ｖ１×Ｔ２／（Ｌ２−Ｌ１）を求め、溶接終了位置３６が求められる。

次に、溶接進行方向に延在する梁材２に対して、縦材３が、溶接進行方向と垂直な方向に取り付けられている場合を考える。この場合は、溶接開始位置３５を求めるとき、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６と溶接トーチ１２との距離Ｌ５と、溶接開始距離Ｌ６とが一致する。

実際の検出動作について説明する。第１のセンサ１５と第２のセンサ１６が同時に縦材３の第１の始端３１と第２の始端３２をそれぞれ検出するので、第１の時間差Ｔ１＝０となる。上述の、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合と、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合のどちらの溶接開始距離Ｌ６を求める式にＴ１＝０を代入してもＬ６＝Ｌ５となり、溶接開始距離Ｌ６と第１のセンサ１５および第２のセンサ１６と溶接トーチ１２との距離Ｌ５とが一致する。

溶接終了距離Ｌ９についても同様であり、第２の時間差Ｔ２＝０を上述の溶接終了距離Ｌ９を求める式に代入することによりＬ９＝Ｌ５が求まる。

この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、溶接進行方向に延在する梁材２に対して、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して角度をもって取り付けられている場合でも、溶接開始位置３５および溶接終了位置３６を正確に検出して正しく溶接を行うことができる。また、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に取り付けられている場合も、同じ検出方法により溶接開始位置３５および溶接終了位置３６を正確に検出することができる。

さらに、図７に示すフローを繰り返すことにより、取り付け位置、取り付け角度、溶接長が異なる複数の縦材３が存在する場合でも、溶接位置を前もって教示することなく、全ての縦材３を自動で検出して溶接を行うことができる。

また、複数の溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報を記憶可能な記憶部２２を備えたことにより、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６と溶接トーチ１２との間に複数の縦材３が入る場合でも、それぞれの溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報を記憶することができる。このため、溶接箇所を見逃すことなく、全ての縦材３を溶接することができる。

加えて、減速用センサ１７を設けたことにより、走行を開始してから減速用センサ１７が縦材３を検出するまでの間は溶接時よりも速い速度での走行が可能である。これにより、全工程を終えるまでの時間を短縮することができる。

尚、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６は溶接中の高さ倣いも兼ねているため、別途高さ倣いセンサを設ける必要はなく、余分なコストはかからない。

また、この発明の実施の形態１では、溶接トーチ１２、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６、減速用センサ１７はベース６の外側方向にくるように取り付けられている。しかし、これに限ることはなく、溶接装置５ａの走行や被溶接部材１の検出の妨げにならなければ例えばベース６の底面などに取り付けてもよい。これにより、溶接装置５ａの幅を縮小化することができる。

さらに、この発明の実施の形態１では、ベース６上に処理装置１９を搭載した。しかし、必ずしもベース６上に搭載する必要はなく、溶接装置５ａの外部に設置してケーブルで接続してもよい。

尚、この発明の実施の形態１では、被溶接部材１を固定し、溶接装置５ａ自体が走行するようにした。しかし、逆に被溶接部材１を移動可能なステージに載置して被溶接部材１を移動させ、各センサおよび溶接トーチ１２を固定してもよい。

実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２における溶接装置５ｂを示す底面図、図１１はこの発明の実施の形態２における溶接装置５ｂを示すブロック図である。図１０において図３と、図１１において図４と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態１とは、第１のセンサ１５および第２のセンサ１６の２つのセンサを用いる代わりに、センサ駆動部４５を有することで溶接進行方向と垂直な方向に移動可能な駆動センサ４６を用いた構成が相違している。

上述のように、駆動センサ４６は、センサ駆動部４５により第１の位置５０、第２の位置５１、第３の位置５２の間を移動可能となっている。第１の位置５０と第２の位置５１と、第２の位置５１と第３の位置５２とは、溶接開始位置および溶接終了位置を決定する精度が充分得られる距離だけ離れていればよく、具体的には１５ｍｍ程度離れていればよい。尚、センサ駆動部４５の可動範囲は充分広いものとする。

次に、この発明の実施の形態２における溶接装置５ｂの動作について説明する。図１２はこの発明の実施の形態２における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置３５の求め方を示す図、図１３はこの発明の実施の形態２における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置３６の求め方を示す図である。図１４はこの発明の実施の形態２における溶接方法を示すフローチャートである。図１２において図５と、図１３において図６と、図１４において図７と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。

ここで、図１２に示すように、溶接進行方向に延在する梁材２に対して、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられている場合を考える。まず、梁材２上に溶接装置５ｂを配置する。このとき、駆動センサ４６は第１の位置５０にある。溶接線３０と駆動センサ４６の第１の位置５０との距離Ｌ１１は１０ｍｍ程度とするのが好ましい。図１２では、簡単のため、溶接装置５ｂは省略し、溶接トーチ１２、駆動センサ４６の第１の位置５０における検出線５５、第２の位置５１における検出線５６、第３の位置５２における検出線５７のみを示している。

次に、電源スイッチを入れて溶接装置５ｂを起動する。すると、溶接装置５ｂが速度Ｖ０で走行を開始する（Ｓ２１）。

減速用センサ１７が縦材３を検出すると（Ｓ２２）、溶接装置５ｂの走行速度は溶接時の速度Ｖ１にまで減速される（Ｓ２３）。

駆動センサ４６が縦材３の第１の始端３１を検出すると（Ｓ２４ａ）、制御部２５から計測部２０へ計測開始の信号が出力される（Ｓ２５ａ）。そして、制御部２５がセンサ駆動部４５を制御し、駆動センサ４６を第２の位置５１へ移動させる（Ｓ２６ａ）。

このとき、制御部２５では、駆動センサ４６からの検出信号に基づいて、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して、溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられているか、溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられているかを判断し、適切な方向に駆動センサ４６を移動させる。ここでは、縦材３は溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられているため、駆動センサ４６は溶接進行方向の左側に位置する第２の位置５１へ移動させられる。

第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第２の始端３２を検出すると（Ｓ２７ａ）、制御部２５から計測部２０へ計測終了の信号が出力される（Ｓ２８ａ）。これにより、第１の位置５０において駆動センサ４６が縦材３の第１の始端３１を検出してから第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第２の始端３２を検出するまでの第１の時間差Ｔ１の計測が完了する。

計測部２０で計測された第１の時間差Ｔ１は演算部２１へ入力され、溶接開始位置３５が演算により求められる（Ｓ２９ａ）。次に、この演算方法について説明する。図１２においては、第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第２の始端３２を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、走行速度Ｖ１と第１の時間差Ｔ１から、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３＝Ｖ１×Ｔ１を求める。次に、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３、溶接線３０と第１の位置５０との距離Ｌ１１および溶接線３０と第２の位置５１との距離Ｌ１２から、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１＝Ｌ３／（Ｌ１２−Ｌ１１）を求める。そして、溶接線３０と第２の位置５１との距離Ｌ１２、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１から、溶接開始位置オフセットＬ４＝Ｌ１２×ｔａｎθ１を求める。最後に、駆動センサ４６と溶接トーチ１２との距離Ｌ１５、溶接開始位置オフセットＬ４から、溶接開始距離Ｌ６＝Ｌ１５−Ｌ４＝Ｌ１５−Ｌ１２×Ｖ１×Ｔ１／（Ｌ１２−Ｌ１１）を求め、溶接開始位置３５が求められる。

溶接終了位置３６の求め方も同様である。第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第１の終端４０を検出すると（Ｓ２４ｂ）、制御部２５から計測部２０へ計測開始の信号が出力される（Ｓ２５ｂ）。そして、制御部２５がセンサ駆動部４５を制御し、駆動センサ４６を第３の位置５２へ移動させる（Ｓ２６ｂ）。

第３の位置５２において駆動センサ４６が縦材３の第２の終端４１を検出すると（Ｓ２７ｂ）、制御部２５から計測部２０へ計測終了の信号が出力される（Ｓ２８ｂ）。これにより、第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第１の終端４０を検出してから第３の位置５２において駆動センサ４６が縦材３の第２の終端４１を検出するまでの第２の時間差Ｔ２の計測が完了する。

次に、演算部２１により、溶接終了位置３６を求める演算を行う（Ｓ２９ｂ）。この演算方法を図１３により説明を行う。図１３においては、第３の位置５２において駆動センサ４６が縦材３の第２の終端４１を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第２の時間差Ｔ２の間の走行距離Ｌ７＝Ｖ１×Ｔ２を求める。そして、縦材３の第２の取り付け角度ｔａｎθ２＝Ｌ７／（Ｌ２０−Ｌ１２）を求め、溶接終了位置オフセットＬ８＝Ｌ２０×ｔａｎθ２を求める。最後に、溶接終了距離Ｌ９＝Ｌ１５−Ｌ８＝Ｌ１５−Ｌ２０×Ｖ１×Ｔ２／（Ｌ２０−Ｌ１２）を求め、溶接終了位置３６が求められる。

以上のようにして求められた溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報は、記憶部２２に記憶される（Ｓ３０ａ、Ｓ３０ｂ）。そして、制御部２５は記憶部２２から読み出された溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の情報に基づいて、モータ７と溶接トーチ１２の制御を行う。

溶接トーチ１２が溶接開始位置３５に到着すると（Ｓ３１）、モータ７を停止させ溶接装置５ｂの走行を停止する（Ｓ３２）。そして、溶接を開始し（Ｓ３３）、再度モータ７を回転させて速度Ｖ１で走行を開始する（Ｓ３４）。溶接終了位置３６に溶接トーチ１２が到着すると（Ｓ３５）、走行を停止し（Ｓ３６）、クレータ処理を行って溶接を終了する（Ｓ３７）。

溶接終了後は、速度Ｖ０で走行を開始（Ｓ３８）、全ての溶接が終了して梁材２の端部に到達すれば（Ｓ３９）溶接装置５ｂは走行を停止し、電源スイッチが自動で切られる。減速用センサ１７が別の縦材３を検出すると（Ｓ２２）以降の工程を繰り返して溶接を行う。

次に、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置３５および溶接終了位置３６の求め方について説明する。図１５はこの発明の実施の形態２における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接開始位置の求め方を示す図、図１６はこの発明の実施の形態２における縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合の溶接終了位置の求め方を示す図である。図１５において図８と、図１６において図９と同じ符号を付けたものは、同一または相当の構成を示しており、その説明を省略する。

はじめは、駆動センサ４６は第３の位置５２にあるとする。この場合、第３の位置５２において駆動センサ４６が縦材３の第１の始端３１を検出した後に、センサ駆動部４５により駆動センサ４６を第２の位置５１へ移動させ、そして、第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第２の始端３２を検出することとなる。この一連の動作にかかる時間を第１の時間差Ｔ１とする。

そして、第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第１の終端４０を検出した後、駆動センサ４６を第１の位置５０へ移動させ、第１の位置５０において駆動センサ４６が縦材３の第２の終端４１を検出するまでの時間差を第２の時間差Ｔ２とする。

このとき、上述のように、制御部２５では、駆動センサ４６からの検出信号に基づいて、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に対して、溶接進行方向前方に角度をもって取り付けられているか、溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられているかを判断し、適切な方向に駆動センサ４６を移動させている。縦材３は溶接進行方向後方に角度をもって取り付けられている場合、駆動センサ４６は溶接進行方向右側へ移動させられる。このため、駆動センサ４６は、第３の位置５２から第２の位置５１、第１の位置５０へと移動させられる。

溶接開始位置３５の求め方を図１５により説明する。図１５においては、第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第２の始端３２を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第１の時間差Ｔ１の間の走行距離Ｌ３＝Ｖ１×Ｔ１を求める。次に、縦材３の第１の取り付け角度ｔａｎθ１＝Ｌ３／（Ｌ２０−Ｌ１２）を求める。そして、溶接開始位置オフセットＬ４＝Ｌ１２×ｔａｎθ１を求める。最後に、溶接開始距離Ｌ６＝Ｌ１５＋Ｌ４＝Ｌ１５＋Ｌ１２×Ｖ１×Ｔ１／（Ｌ２０−Ｌ１２）を求め、溶接開始位置３５が求められる。

溶接終了位置３６の求め方も同様であり、図１６により説明を行う。図１６においては、第３の位置において駆動センサ４６が縦材３の第２の終端４１を検出したときの溶接トーチ１２の位置を示している。まず、第２の時間差Ｔ２の間の走行距離Ｌ７＝Ｖ１×Ｔ２を求める。次に、縦材３の第２の取り付け角度ｔａｎθ２＝Ｌ７／（Ｌ１２−Ｌ１１）を求め、溶接終了位置オフセットＬ８＝Ｌ１１×ｔａｎθ２を求める。最後に、溶接終了距離Ｌ９＝Ｌ１５＋Ｌ８＝Ｌ１５＋Ｌ１１×Ｖ１×Ｔ２／（Ｌ１２−Ｌ１１）を求め、溶接終了位置３６が求められる。

次に、縦材３が、溶接進行方向と垂直な方向に取り付けられている場合を考える。はじめは、駆動センサ４６は第１の位置５０にあるとする。この場合は、第１の位置５０において駆動センサ４６が縦材３の第１の始端３１を検出した後、駆動センサ４６を第２の位置５１へ移動させると、次は第２の位置５１において駆動センサ４６が縦材３の第１の終端４０を検出することとなる。

このように、第１の始端３１の検出後、第２の始端３２を検出することなく、第１の終端４０を検出した場合は、縦材３が溶接進行方向と垂直な方向に取り付けられていると判断する。そして、溶接開始距離Ｌ６と、駆動センサ４６と溶接トーチ１２との距離Ｌ１５が一致、Ｌ６＝Ｌ１５とし、溶接終了距離Ｌ９と、駆動センサ４６と溶接トーチ１２との距離Ｌ１５が一致、Ｌ９＝Ｌ１５とする。

この発明の実施の形態２では、以上のような構成としたことにより、センサを２つ用いる必要がなく、１つの駆動センサ４６のみで溶接開始位置３５および溶接終了位置３６を検出できる。

尚、この発明の実施の形態２では、駆動センサ４６を第１の位置５０から第２の位置５１、第３の位置５２へ、または第３の位置５２から第２の位置５１、第１の位置５０へと移動させた。しかし、第２の位置５１において縦材３の第２の始端３２を検出したのち、駆動センサ４６を再度はじめの位置へ移動させ、はじめの位置において縦材３の第１の終端４０を検出し、その後再度第２の位置５１へ移動させて第２の終端４１を検出してもよい。これにより、溶接終了位置を求めるまでに必要な走行距離をより短くできる。

以上、この発明の実施の形態１および２について説明した。これらの、この発明の実施の形態１および２で説明した構成は互いに組合せることができる。

１被溶接部材
２梁材
３縦材
５ａ、５ｂ溶接装置
１２溶接トーチ
１５第１のセンサ
１６第２のセンサ
２０計測部
２１演算部
２２記憶部
２６第１のセンサの検出線
２７第２のセンサの検出線
３０溶接線
３１縦材の第１の始端
３２縦材の第２の始端
３５溶接開始位置
３６溶接終了位置
４０縦材の第１の終端
４１縦材の第２の終端
４５センサ駆動部
４６駆動センサ
５０駆動センサの第１の位置
５１駆動センサの第２の位置
５２駆動センサの第３の位置
５５駆動センサの第１の位置における検出線
５６駆動センサの第２の位置における検出線
５７駆動センサの第３の位置における検出線
Ｔ１第１の時間差
Ｔ２第２の時間差
Ｖ１溶接時の溶接装置の走行速度
Ｌ１溶接線と第１のセンサとの距離
Ｌ２溶接線と第２のセンサとの距離
Ｌ５第１のセンサおよび第２のセンサと溶接トーチとの距離
Ｌ６溶接開始距離
Ｌ９溶接終了距離
Ｌ１１溶接線と駆動センサの第１の位置との距離
Ｌ１２溶接線と駆動センサの第２の位置との距離
Ｌ２０溶接線と駆動センサの第３の位置との距離
Ｌ１５駆動センサと溶接トーチとの距離
θ１溶接進行方向と垂直な方向に対する縦材の第１の取り付け角度
θ２溶接進行方向と垂直な方向に対する縦材の第２の取り付け角度

Claims

被溶接部材に対して溶接トーチを相対的に移動させ溶接を進行する溶接装置において、
前記溶接トーチに対して溶接進行方向の前方に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第１のセンサと、
前記第１のセンサに対して溶接進行方向と垂直な方向に所定距離だけ離れた位置に取り付けられた第２のセンサと、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサのいずれか一方が前記被溶接部材の第１の始端を検出してから、他方が前記被溶接部材の第２の始端を検出するまでの第１の時間差、および前記第１のセンサおよび前記第２のセンサのいずれか一方が前記被溶接部材の第１の終端を検出してから、他方が前記被溶接部材の第２の終端を検出するまでの第２の時間差を計測する計測部と、
前記計測部が計測した前記第１の時間差および前記第２の時間差に基づいて、溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める演算部と、
を備えた溶接装置。
演算部は、
第１の時間差、第１のセンサおよび第２のセンサの被溶接部材に対する溶接進行方向の進行速度、溶接線と前記第１のセンサとの距離、前記溶接線と前記第２のセンサとの距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第１の取り付け角度を求め、前記第１の取り付け角度、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサと溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第１のセンサとの距離または前記溶接線と前記第２のセンサとの距離から、溶接開始位置を求める演算を行い、
第２の時間差、前記進行速度、前記溶接線と前記第１のセンサとの距離、前記溶接線と前記第２のセンサとの距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第２の取り付け角度を求め、前記第２の取り付け角度、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサと前記溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第１のセンサとの距離または前記溶接線と前記第２のセンサとの距離から、溶接終了位置を求める演算を行うことを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
被溶接部材に対して溶接トーチを相対的に移動させ溶接を進行する溶接装置において、
前記溶接トーチに対して溶接進行方向の前方に所定距離だけ離れた位置に取り付けられたセンサと、
前記センサを溶接進行方向と垂直な方向に移動させるセンサ駆動部と、
前記センサが前記被溶接部材の第１の始端を検出してから、前記センサを前記センサ駆動部により溶接進行方向と垂直な方向に移動させ、前記センサが前記被溶接部材の第２の始端を検出するまでの第１の時間差、および前記センサが前記被溶接部材の第１の終端を検出してから、前記センサを前記センサ駆動部により溶接進行方向と垂直な方向に移動させ、前記センサが前記被溶接部材の第２の終端を検出するまでの第２の時間差を計測する計測部と、
前記計測部が計測した前記第１の時間差および前記第２の時間差に基づいて、溶接開始位置および溶接終了位置を演算により求める演算部と、
を備えた溶接装置。
演算部は、
第１の時間差、センサの被溶接部材に対する溶接進行方向の進行速度、溶接線と前記センサの第１の位置との距離、前記溶接線と前記センサの第２の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第１の取り付け角度を求め、前記第１の取り付け角度、前記センサと前記溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記センサの第２の位置との距離から、溶接開始位置を求める演算を行い、
第２の時間差、前記進行速度、前記溶接線と前記センサの第２の位置との距離、前記溶接線と前記センサの第３の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第２の取り付け角度を求め、前記第２の取り付け角度、前記センサと前記溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記センサの第３の位置との距離から、溶接終了位置を求める演算を行うことを特徴とする請求項３記載の溶接装置。
演算部が求めた溶接開始位置および溶接終了位置を記憶する記憶部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の溶接装置。
被溶接部材に対して溶接トーチを相対的に移動させ溶接を進行する溶接方法において、
溶接線から所定距離だけ離れた第１の位置と前記第１の位置から溶接進行方向と垂直な方向に前記溶接線を跨がずに所定距離だけ離れた第２の位置のいずれか一方において前記被溶接部材の第１の始端を検出してから、他方において前記被溶接部材の第２の始端を検出するまでの第１の時間差を計測する工程と、
前記第１の時間差に基づいて溶接開始位置を演算により求める工程と、
前記第１の位置と前記第２の位置のいずれか一方において前記被溶接部材の第１の終端を検出してから、他方において前記被溶接部材の第２の終端を検出するまでの第２の時間差を計測する工程と、
前記第２の時間差に基づいて溶接終了位置を演算により求める工程と、
前記溶接開始位置から前記溶接終了位置までを溶接する工程と、
を備えた溶接方法。
溶接開始位置を演算により求める工程では、
第１の時間差、被溶接部材に対する溶接進行方向の進行速度、溶接線と第１の位置との距離、前記溶接線と第２の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第１の取り付け角度を求め、前記第１の取り付け角度、前記第１の位置と第２の位置のいずれか一方において前記被溶接部材の第２の始端を検出した位置と溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第１の位置との距離または前記溶接線と前記第２の位置との距離から、溶接開始位置を求め、
溶接終了位置を演算により求める工程では、
第２の時間差、前記進行速度、前記溶接線と前記第１の位置との距離、前記溶接線と前記第２の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第２の取り付け角度を求め、前記第２の取り付け角度、前記第１の位置と前記第２の位置のいずれか一方において前記被溶接部材の第２の終端を検出した位置と前記溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第１の位置との距離または前記溶接線と前記第２の位置との距離から、溶接終了位置を求めることを特徴とする請求項６記載の溶接方法。
被溶接部材に対して溶接トーチを相対的に移動させ溶接を進行する溶接方法において、
溶接線から所定距離だけ離れた第１の位置におけるセンサにより前記被溶接部材の第１の始端を検出してから、前記第１の位置から溶接進行方向と垂直な方向に前記溶接線を跨がずに所定距離だけ離れた第２の位置に前記センサを移動させ、前記第２の位置において前記センサにより前記被溶接部材の第２の始端を検出するまでの第１の時間差を検出する工程と、
前記第１の時間差に基づいて溶接開始位置を演算により求める工程と、
前記第２の位置において前記センサにより前記被溶接部材の第１の終端を検出してから、前記第２の位置から溶接進行方向と垂直な方向で前記第１の位置から遠ざかる方向に前記溶接線を跨がずに所定距離だけ離れた第３の位置に前記センサを移動させ、前記第３の位置において前記センサにより前記被溶接部材の第２の終端を検出するまでの第２の時間差を検出する工程と、
前記第２の時間差に基づいて溶接終了位置を演算により求める工程と、
前記溶接開始位置から前記溶接終了位置までを溶接する工程と、
を備えた溶接方法。
溶接開始位置を演算により求める工程では、
第１の時間差、センサの被溶接部材に対する溶接進行方向の進行速度、前記溶接線と前記第１の位置との距離、前記溶接線と前記第２の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第１の取り付け角度を求め、前記第１の取り付け角度、前記センサと溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第２の位置との距離から、溶接開始位置を求め、
溶接終了位置を演算により求める工程では、第２の時間差、前記進行速度、前記溶接線と前記第２の位置との距離、前記溶接線と第３の位置との距離から、溶接進行方向と垂直な方向に対する前記被溶接部材の第２の取り付け角度を求め、前記第２の取り付け角度、前記第３の位置と溶接トーチとの距離、前記溶接線と前記第３の位置との距離から、溶接終了位置を求めることを特徴とする請求項８記載の溶接方法。