JP2013202673A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接作業を自動化することができ、溶接作業の効率化を図ることができる溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置１は、溶接用ワークである鉄骨構造物Ｗを溶接する溶接ロボット３０の動作を制御する溶接制御装置９０を備え、溶接制御装置９０が、少なくとも、鉄骨構造物Ｗの寸法および溶接継手の形状のいずれかもしくは両方と、溶接実行可否の情報とが、作業者による入力あるいは鉄骨構造物ＷのＣＡＤデータの入力によって入力される入力手段９１を備え、鉄骨構造物Ｗの寸法および溶接継手の形状のいずれかもしくは両方に応じて予め定められた溶接ロボット軌跡および溶接条件に従って、溶接時における溶接ロボット動作軌跡および溶接条件を自動的に生成し、溶接させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱構造物を溶接する溶接装置に関するものである。

従来、鉄骨柱構造物の溶接装置として特許文献１に示すような技術が提案されている。すなわち、特許文献１では、ティーチペンダントからロボット制御装置に対して、溶接速度設定信号および溶接トーチの動作軌跡データが入力され、これらの信号およびデータに基づいて再生を行う溶接装置が提案されている。

中国特許出願公開第２００４１００１２０４４．２号明細書

しかしながら、特許文献１において提案された溶接装置は、ティーチペンダントから入力される情報に従って再生を行うため、様々な形状およびサイズからなる鉄骨構造物に対応するためには、その各々に応じたティーチングデータや溶接条件を個別に作成する必要があった。すなわち、特許文献１において提案された溶接装置は、例えば鉄骨構造物の寸法等の情報を簡易に入力することができる手段や、当該鉄骨構造物の寸法等の情報等に基づいて溶接ロボットの動作軌跡や溶接条件を自動で作成するような手段を備えていないため、溶接作業に取り掛かるための準備に多大な時間を要することとなり、鉄骨構造物のように個々に溶接対象物が変わるものに対して溶接作業の効率化を妨げていた。

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、溶接作業を自動化することができ、溶接作業の効率化を図ることができる溶接装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために本発明に係る溶接装置は、溶接用ワークである鉄骨構造物を溶接ロボットによって溶接する溶接装置であって、前記溶接ロボットの動作を制御する溶接制御装置を備え、前記溶接制御装置が、少なくとも、前記鉄骨構造物の寸法および溶接継手の形状のいずれかもしくは両方と、溶接実行可否の情報とが、作業者による入力あるいは前記鉄骨構造物のＣＡＤデータの入力によって入力される入力手段を備え、前記鉄骨構造物の寸法および前記溶接継手の形状のいずれかもしくは両方に応じて予め用意された溶接ロボット軌跡および溶接条件に従って、溶接時における溶接ロボット動作軌跡および溶接条件を自動的に生成し、溶接させる構成とした。

このような構成を備える溶接装置は、溶接制御装置の入力手段に入力された鉄骨構造物の寸法等の情報に基づいて、溶接ロボットの動作軌跡および溶接条件を自動的に生成することができる。

また、前記した課題を解決するために本発明に係る溶接装置は、前記鉄骨構造物の長手方向に移動可能に設けられ、当該鉄骨構造物を保持して回転させる一対の回転ポジショナと、前記一対の回転ポジショナの移動方向と平行な方向に移動可能に設けられた台車と、前記台車上において、前記回転ポジショナの移動方向と直交する方向に移動可能に設けられた前記溶接ロボットと、前記溶接ロボットの先端に設けられた溶接トーチと、を備え、前記一対の回転ポジショナが、前記鉄骨構造物が内部に収容され、複数の固定治具によって当該鉄骨構造物を保持する一対の環状保持部と、前記一対の環状保持部の一方または双方を回転させる駆動部と、を備え、前記環状保持部が、前記鉄骨構造物を収容できるように環状部分の所定位置が分断されて当該環状部分の一部が開口して形成されていることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、一対の回転ポジショナによって鉄骨構造物を保持するとともに、例えば溶接ロボットによって鉄骨構造物の直線部分を溶接する場合は、当該鉄骨構造物を回転させずに溶接ロボットによって溶接することができ、また、溶接ロボットによって鉄骨構造物の円弧部分（コーナー部）を溶接する場合は、当該鉄骨構造物を回転させながら溶接することができる。これにより、溶接装置は、鉄骨構造物の直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。

また、前記した課題を解決するために本発明に係る溶接装置は、前記溶接用ワークである鉄骨構造物の長手方向に移動可能に設けられ、当該鉄骨構造物を保持して回転させる一対の回転ポジショナと、前記一対の回転ポジショナの移動方向と平行な方向に移動可能に設けられた複数の台車と、前記複数の台車上において、前記回転ポジショナの移動方向と直交する方向に移動可能にそれぞれ設けられた前記溶接ロボットと、前記溶接ロボットの先端に設けられた溶接トーチと、を備え、前記一対の回転ポジショナが、前記鉄骨構造物が内部に収容され、複数の固定治具によって当該鉄骨構造物を保持する一対の環状保持部と、前記一対の環状保持部の一方または双方を回転させる駆動部と、を備え、前記環状保持部が、前記鉄骨構造物を収容できるように環状部分の所定位置が分断されて当該環状部分の一部が開口して形成されていることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、一対の回転ポジショナによって鉄骨構造物を保持するとともに、例えば台車ごとに設けられた溶接ロボットによって鉄骨構造物の別々の直線部分を溶接する場合は、当該鉄骨構造物を回転させずに複数の溶接ロボットによって溶接することができ、また、台車ごとに設けられた溶接ロボットによって鉄骨構造物の別々の円弧部分（コーナー部）を溶接する場合は、当該鉄骨構造物を回転させながら複数の溶接ロボットによって溶接することができる。これにより、溶接装置は、複数の溶接ロボットによって、鉄骨構造物の直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記鉄骨構造物との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との接触による通電状態を検出して前記鉄骨構造物の位置を検出するセンシング手段と、前記センシング手段によって検出された、少なくとも一つの前記鉄骨構造物表面からの設定開先深さに対する所定深さの検出開始位置から開先幅方向の両開先面の検出位置データと、前記設定開先深さと前記検出開始位置との差と、予め設定されている前記両開先面の角度とに従ってルートギャップを求めるルートギャップ算出手段と、を備えることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、センシング手段によって鉄骨構造物の位置を検出し、ルートギャップ算出手段によって鉄骨構造物の位置に従ってルートギャップを算出することができるため、開先の底面の位置を検出する必要がなく、例えば裏当部材への仮付け溶接による凹凸や仮付け溶接によるスラグの付着に関係なくルートギャップを求めることができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、前記鉄骨構造物の寸法、もしくは、前記鉄骨構造物の寸法およびルートギャップに対して予め用意された積層パターンおよび溶接条件と、入力もしくはセンシングにより得られたルートギャップ情報とから、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、鉄骨構造物の寸法、もしくは、鉄骨構造物の寸法およびルートギャップに応じて、積層パターンおよび溶接条件を自動生成することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、前記鉄骨構造物の寸法、もしくは、前記鉄骨構造物の寸法およびルートギャップに対して予め用意された積層パターンおよび溶接条件と、入力もしくはセンシングにより得られたルートギャップ情報とから、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成するとともに、同一の鉄骨構造物に存在する断面積と溶接長のいずれかもしくは両方が異なることで、溶接すべき体積の異なる複数の溶接継手を複数の溶接ロボットによって同時に溶接する場合に、基点から次の基点までの溶接時間を同じにするために、溶接ワイヤの送り量を変えるように制御することで、溶接すべき体積の違いを補うことが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、複数の溶接ロボットによる溶接ワイヤの送り量を変えることで、複数の溶接ロボットによって、溶接すべき体積の異なる複数の溶接継手を同時に溶接することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲を設け、その範囲内での溶接を行い、その結果生じる肉量の違いをそれ以降のパスで補うように制御することで、トータルの肉量を所望の値内にすることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、溶接の際に生じる肉量の違いを後のパスで補い、トータルの肉量を所望の値内にすることで、複数の溶接ロボットによって、複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正に溶接することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合において、少なくとも１つのパスを溶接継手ごとに個別に溶接するように制御することで、全体の肉量誤差を補うことが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、少なくとも１つのパスを溶接継手ごとに個別に溶接し、全体の肉量誤差を補うことで、溶接継手ごとで基点間の溶接すべき体積の差が大きくても、複数の溶接ロボットによって、複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正に溶接することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合において、ワイヤ送給量の差を大きくするとともに、溶接電流が適正範囲外となることに対して当該溶接電流が所望の値となるように溶接ワイヤの突き出し長さを変えるように制御することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、複数の溶接ロボットの溶接ワイヤの突き出し長さを変えることで、複数の溶接ロボットによって複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正な溶接電流を保って溶接することができる。

また、溶接装置は、溶接トーチ先端に設けられたノズルを交換するノズル交換装置を備え、前記ノズル交換装置が、前記ノズルが挿入されるコイルバネと、前記ノズルが挿入された前記コイルバネをその中心軸回りに回転駆動させることで、前記ノズルを前記溶接トーチのトーチ本体から取り外す回転駆動源と、を備えることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、コイルバネに対してノズルがずれて挿入された場合であっても、コイルバネの変形および撓みによってそのズレに容易に追従することができるため、ノズルに熱変形や寸法誤差があってもノズルの交換を確実に行うことができる。

また、溶接装置は、前記溶接ロボットの先端に設置され、前記鉄骨構造物の溶接部に発生したスラグを除去するスラグ除去装置を備えることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、溶接部に発生したスラグを除去することができるため、溶接不良や溶接欠陥を防止することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記鉄骨構造物との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との接触による通電状態を検出して前記鉄骨構造物の位置を検出するセンシング手段と、予め入力された前記鉄骨構造物の寸法と、前記センシング手段によって検出された前記鉄骨構造物の位置とから、前記鉄骨構造物の中心位置を算出する中心位置算出手段と、予め入力された前記回転ポジショナの回転中心位置と、前記鉄骨構造物の中心位置とから、前記回転ポジショナの回転中心に対する前記鉄骨構造物の偏心量を算出する偏心量算出手段と、前記偏心量算出手段によって算出された前記偏心量に従って、前記ロボット動作軌跡を修正する修正手段と、を備えることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、中心位置算出手段によって鉄骨構造物の中心位置を算出し、偏心量算出手段によって鉄骨構造物の偏心量を算出することができるため、回転ポジショナによって偏心しながら回転する鉄骨構造物であっても正確に溶接を行うことができる。

また、溶接装置は、前記鉄骨構造物が、角形鋼管であり、前記溶接制御装置が、所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記角形鋼管との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記角形鋼管との接触による通電状態を検出して前記角形鋼管の位置を検出するセンシング手段と、前記センシング手段によって検出された、前記角形鋼管における上面または下面の位置と、前記角形鋼管における一方または他方の側面の位置とに従って、予め入力された前記角形鋼管における角部の位置を補正する位置補正手段と、前記位置補正手段によって補正された前記角形鋼管における角部の位置と、前記センシング手段によって検出された前記角形鋼管における角部の位置から前記角形鋼管におけるコーナー部の円弧中心を結ぶ鋼材表面位置とに従って、前記コーナー部の半径を算出するコーナー部半径算出手段と、前記位置補正手段によって補正された角部の位置と、前記コーナー部半径算出手段によって算出された前記コーナー部の半径とに従って、前記ロボット動作軌跡を修正する修正手段と、を備えることが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、位置補正手段によって角形鋼管の角部の位置を補正し、コーナー部半径算出手段によって角形鋼管のコーナー部の半径を算出することができるため、入力された角形鋼管の位置が実際の位置とずれている場合やコーナー部半径が異なる場合であっても正確に溶接を行うことができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、前記溶接トーチの溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを前記鉄骨構造物に対してインチング操作によって進出させることにより、前記溶接ワイヤの先端が前記鉄骨構造物と接触した際の短絡を検出して前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との通電を確認した後、所定長さだけ前記溶接ワイヤを逆方向にインチング操作し、その後、前記溶接トーチの前記溶接開始位置で前記溶接ワイヤに所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始するように制御することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、インチング手段を備えることで、溶接開始前にアーク発生の可不可を確認し、溶接開始位置で確実にアークをスタートすることができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、前記複数の台車上におけるそれぞれの前記溶接ロボットの先端に設けられた前記溶接トーチのそれぞれの溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを前記鉄骨構造物に対してインチング操作によって進出させることにより、前記溶接ワイヤの先端が前記鉄骨構造物と接触した際の短絡を検出して前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との通電を確認した後、所定長さだけ前記溶接ワイヤを逆方向にインチング操作し、その後、複数の前記溶接トーチの前記溶接開始位置で同時に前記溶接ワイヤにそれぞれ所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始することにより、同一の前記鉄骨構造物の異なる溶接継手を複数の前記溶接トーチで同時に溶接を開始するように制御することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、インチング手段を備えることで、溶接開始前にアーク発生の可不可を確認し、複数の溶接ロボットでアークスタートのタイミングを同期させながら、それぞれの溶接開始位置で確実にアークをスタートすることができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、レ形開先を設けた裏当金方式の溶接継手を横向き姿勢で溶接する場合、開先の最深部について、下板から立板に向かう前記溶接ワイヤの運棒と前記立板から前記下板に向かう前記溶接ワイヤの運棒とを繰り返すウィービングによって、ルートギャップに依らず前記開先の長手方向にわたって肉厚ｄが略一定である鉛直方向の層を形成し、前記鉛直方向の層に接して前記下板の上に高さｔで略一定の肉盛溶接を行って水平方向の層を形成し、前記水平方向の層と前記鉛直方向の層と前記立板とからなる新たな開先について、前記鉛直方向の層を形成する溶接と前記水平方向の層を形成する溶接とを繰り返し、前記肉盛溶接の高さｔを、前記水平方向の層と前記鉛直方向の層と立板とからなる新たな開先の形状が最初の開先の最深部の形状と略同一となるような高さとするように制御することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、下板から立板に向かって運棒し、立板から下板に向かって運棒する適切な幅のウィービングで開先を溶接するため、下板や立板と裏当部材が接するルートギャップにおける溶け込み不良を低減することができる。

また、溶接装置は、前記溶接制御装置が、レ形開先を設けた裏当金方式の溶接継手を立向き姿勢で溶接する場合、前記溶接トーチの前記溶接ワイヤ先端をウィービングさせながら上昇させて前記開先を溶接する際に、前記開先を始端側の始端部領域および終端側の終端部領域とこれ以外の本溶接部領域とに区分し、これら各領域の溶接特性を考慮した溶接条件を設定するとともに、前記ウィービングによる運棒パターンの１周期を１ループとし、前記ウィービングの軌跡中に含まれる教示点の位置座標を、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向を＋、開先のある前記鉄骨構造物の下端部を０）、Ｙ軸（溶接方向から開先を投影して開先面のある方向を＋、ルートギャップの中心を０）、Ｚ軸（ルートギャップ側から開先側に向かう方向を＋、裏当部材の表面を０）で表し、前記鉄骨構造物の下部に配置された固形タブの溝深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記端部領域の第１ループに含まれる教示点のうち、複数の前記鉄骨構造物の一方と前記裏当部材あるいは下層溶接ビード表面と前記固形タブとの接点に最も近い教示点Ｐ_１の位置座標（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および前記複数の鉄骨構造物の他方と前記裏当金あるいは下層溶接ビード表面と前記固形タブとの接点に最も近い教示点Ｐ_２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値が−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下であり、前記教示点Ｐ_１および前記教示点Ｐ_２に対して、０．２〜３．０ｓの停止時間で停止し、当該停止中の溶接電流を１９０Ａ〜２５０Ａにするように制御することが好ましい。

このような構成を備える溶接装置は、始端部領域の第１ループに含まれる教示点のうち、ルート側の教示点Ｐ_１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および教示点Ｐ_２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値を−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下に設定することによって、最も溶込みが得られにくい始端部領域の固形タブとの接点部分にアーク点を確実に配置し、融合不良等の欠陥を防止することができる。また、溶接装置は、前記した教示点に対して０．２〜３．０ｓの停止時間を設定することにより必要十分な大きさの溶融池を形成することができ、さらに停止中の溶接電流を１９０Ａ〜２５０Ａに設定することにより鉄骨構造物や裏当部材に対する良好な溶込みやなじみを得ることができる。

本発明に係る溶接装置によれば、溶接制御装置の入力手段に入力された鉄骨構造物の寸法等の情報に基づいて、溶接ロボットの動作軌跡および溶接条件を自動的に生成することができるため、動作軌跡や溶接条件などのティーチングデータを個別に作成すること無しに、溶接作業を自動化することができ、溶接作業の効率化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る溶接装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備える回転ポジショナの構成および動作を説明するための概略図であって、（ａ）は、環状保持部の円弧部分を開放した状態を示す図、（ｂ）は、環状保持部内に鉄骨構造物を収容した状態を示す図、（ｃ）は、環状保持部の円弧部分を閉鎖した状態を示す図、である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備える回転ポジショナの構成および動作を説明するための概略図であって、（ａ）は、環状保持部を停止させた状態を示す図、（ｂ）は、環状保持部を回転させた状態を示す図、である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備えるノズル交換装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備えるノズル交換装置のノズル着脱機構の動作を示す図であって、（ａ）は、ノズル着脱機構のコイルバネに溶接トーチ先端のノズルを挿入する前の状態を示す図、（ｂ）は、ノズル着脱機構のコイルバネに溶接トーチ先端のノズルを挿入した状態を示す図、（ｃ）は、ノズル着脱機構のコイルバネによって溶接トーチ先端のノズルを取り外した状態を示す図、である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備えるスラグ除去装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態および第７実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る溶接装置によるギャップセンシングの手順を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の演算手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御手段の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る溶接装置によるコーナー部半径センシングの手順を示す概略図である。 本発明の第４実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置によるインチング操作の手順を示す概略図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置によるインチング操作の手順を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る溶接装置による横向き溶接の手順を示す概略図である。 本発明の第５実施形態に係る溶接装置による横向き溶接における鉄骨構造物のルートギャップがテーパギャップである場合を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係る溶接装置による立向き溶接の手順を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係る溶接装置による立向き溶接の手順を示す概略図である。 本発明の第７実施形態に係る溶接装置が備える溶接制御装置の演算手段の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る溶接装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図面中で部材の大きさや形状を誇張して示している場合や、一部の構成の描写を省略している場合がある。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る溶接装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。溶接装置１は、溶接用ワークである鉄骨構造物を、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１は、図１に示すように、回転ポジショナ１０と、台車２０と、溶接ロボット３０と、ワイヤ供給容器４０と、ノズル交換装置５０と、ノズル清掃装置６０と、ワイヤ切断装置８０と、溶接制御装置９０と、を備えている。また、溶接装置１は、図１に示した構成以外にも、スラグ除去装置７０を備えている（図６参照）。

（回転ポジショナ）
回転ポジショナ１０は、溶接の際に鉄骨構造物Ｗを保持するとともに回転させるものである。回転ポジショナ１０は、図１に示すように、一対で構成され、柱状の鉄骨構造物Ｗを、当該鉄骨構造物Ｗの長手方向における２点で保持する。回転ポジショナ１０は、例えば溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの直線部分を溶接する場合は当該鉄骨構造物Ｗを回転させず、溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの円弧部分（コーナー部）を溶接する場合は当該鉄骨構造物Ｗを回転させる。これにより、溶接装置１は、鉄骨構造物Ｗの直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。回転ポジショナ１０は、ここでは図１に示すように、環状保持部１１と、昇降アーム機構１２と、ブラケット１３と、レール台車１４と、を備えている。

環状保持部１１は、鉄骨構造物Ｗを内部に収容して保持するものである。環状保持部１１の内側には、図１に示すように、鉄骨構造物Ｗを四方から保持するための複数の固定治具１１１が伸縮自在に設けられている。そして、環状保持部１１は、図１に示すように、これら複数の固定治具１１１によって、鉄骨構造物Ｗを四方から挟んで固定する。また、環状保持部１１の外周には、図２（ａ）に示すように、ギア１１ａが形成されており、後記するように、当該ギア１１ａがブラケット１３内部に設けられたピニオンギア１３１と噛み合うように構成されている（図３参照）。なお、図１では、一部（円周の右側のみ）を除いてギア１１ａの図示を省略している。

昇降アーム機構１２は、環状保持部１１を分断して開閉するためのものである。昇降アーム機構１２は、図２（ａ）に示すように、環状保持部１１およびブラケット１３の側方（ここでは右側）に設けられ、一端側が環状保持部１１の上部に接続され、他端側がブラケット１３の側面（ここでは右側）に接続されている。

昇降アーム機構１２は、具体的には図２（ａ）に示すように、環状保持部１１を所定位置で分断するように開放し、当該環状保持部１１の一部である円弧部分１１ｂを、環状保持部１１の残りの部分から離間させることで、鉄骨構造物Ｗを収容可能な状態とする。そして、昇降アーム機構１２は、図２（ｂ）に示すように、鉄骨構造物Ｗが収容されると、図２（ｃ）に示すように、円弧部分１１ｂを再び閉鎖し、環状保持部１１の内側に設けられた４つの固定治具１１１によって鉄骨構造物Ｗを挟んで保持させる。

ブラケット１３は、図１に示すように、環状保持部１１を収容するものである。ブラケット１３は、図２（ａ）に示すように、環状保持部１１の下半分を収容し、環状保持部１１の上半分を露出させるような形状を呈している。また、ブラケット１３の内部には、図３（ａ）に示すように、環状保持部１１のギア１１ａと噛み合うように配置されたピニオンギア１３１と、当該ピニオンギア１３１を駆動させる駆動部１３２と、が設けられている。なお、この駆動部１３２は、一対の回転ポジショナ１０の少なくとも一方に設けられていればよく、一方の回転ポジショナ１０の回転に他方の回転ポジショナ１０が従動する構成であっても構わない。

レール台車１４は、回転ポジショナ１０をポジショナ用移動レールＲ１に沿って移動可能とするものである。レール台車１４は、図１に示すように、回転ポジショナ１０の下部に一対で設けられ、当該回転ポジショナ１０を鉄骨構造物Ｗの長手方向に移動可能とする。

回転ポジショナ１０は、前記したように、環状保持部１１の外周に形成されたギア１１ａと、ブラケット１３内部に設けられたピニオンギア１３１とが噛み合うように構成されている（図３（ａ）参照）。従って、回転ポジショナ１０は、図３（ｂ）に示すように、駆動部１３２の駆動によって環状保持部１１を回転させることで、溶接作業中に鉄骨構造物Ｗを回転させることができる。

（台車）
台車２０は、溶接装置１を構成する各機構を載置するものである。台車２０は、図１に示すように、平板状に形成されている。そして、台車２０の上部には、図１に示すように、溶接ロボット３０と、ワイヤ供給容器４０と、ノズル交換装置５０と、ノズル清掃装置６０と、ワイヤ切断装置８０と、溶接制御装置９０と、が載置されている。また、台車２０の上部には、図１に示すように、スラグ除去装置７０（図６参照）を載置するスラグ除去装置載置台７０ａが載置されている。

台車２０の下部には、図１に示すように、車輪２１が設けられており、台車２０は、当該車輪２１によって、台車用移動レールＲ２に沿って移動可能に構成されている。すなわち、台車２０は、図１に示すように、鉄骨構造物Ｗの長手方向であって、前記した回転ポジショナ１０の移動方向と平行な方向に移動可能に設けられている。

台車２０の上部には、図１に示すように、スライダ機構２２が設けられており、当該スライダ機構２２の上部に溶接ロボット３０が載置されている。このスライダ機構２２は、回転ポジショナ１０の移動方向、すなわち鉄骨構造物Ｗの長手方向、と直交する方向に移動可能に構成されている。従って、当該スライダ機構２２の上部に載置された溶接ロボット３０は、溶接の際に、回転ポジショナ１０の移動方向と直交する方向に移動可能に構成されている。

（溶接ロボット）
溶接ロボット３０は、鉄骨構造物Ｗを溶接するものである。溶接ロボット３０は、図１に示すように、アーム先端に溶接ワイヤを供給する溶接トーチ３１を備えている。この溶接トーチ３１は、図示しない溶接電源に接続されており、当該溶接トーチ３１を介して、溶接ワイヤに電力が供給されるように構成されている。溶接ロボット３０は、図１に示すように、スライダ機構２２を介して台車２０に載置されており、前記したように、回転ポジショナ１０の移動方向と直交する方向（鉄骨構造物Ｗの幅方向）に移動可能に設けられている。また、溶接ロボット３０は、図１に示すように、一対の回転ポジショナ１０の間もしくはその外側に配置されており、当該一対の回転ポジショナ１０の間の溶接継手を溶接する。

（ワイヤ供給容器）
ワイヤ供給容器４０は、溶接トーチ３１に供給される溶接ワイヤが収容されるものである。ワイヤ供給容器４０は、図１に示すように、円筒状に形成されており、内部に溶接ワイヤがコイル状に巻かれながら収容されている。ワイヤ供給容器４０内の溶接ワイヤは、図示しないワイヤ送給装置によって溶接時には巻き解かれ、容器上部のテーパ状にすぼまったワイヤ引き出し治具を通り、図示しないコンジットチューブを介して溶接トーチ３１に供給される。

（ノズル交換装置）
ノズル交換装置５０は、溶接トーチ３１先端に設けられたシールドガス供給用のノズルを交換するものである。例えば、溶接装置１を用いて開先の深い溶接継手を溶接する場合、その初層または２層目の溶接ではノズルと開先との干渉を防ぐために短いノズルを用い、それ以降の層の溶接ではシールド性を確保するために長いノズルを用いることがある。このような場合に、ノズル交換装置５０を用いることで、溶接の途中であってもノズルを交換することができるため、当該交換作業を自動化することができる。

ノズル交換装置５０は、図１に示すように、台車２０上おける溶接ロボット３０の近傍に載置されている。ノズル交換装置５０は、具体的には図４に示すように、円筒状の基台５１と、当該基台５１上に配置された円筒状のノズル着脱機構５２と、基台５１上に配置された円筒状のチップ清掃機構５３と、ノズル着脱機構５２とチップ清掃機構５３とを接続する中間歯車５５と、を備えている。なお、ここでは図示を省略したが、ノズル着脱機構５２は、基台５１上に複数配置されている。

ノズル着脱機構５２は、溶接トーチ３１先端のノズルを着脱するものである。ノズル着脱機構５２は、図４に示すように、ノズルが挿入されるコイルバネ５２１と、当該コイルバネを支持する筒部材５２２と、平歯車５２３を介してコイルバネ５２１を正回転または逆回転させる回転駆動源５２４と、を備えている。なお、平歯車５２３は、図４に示すように、中間歯車５５を介して平歯車５３４と接続されている。従って、ノズル交換装置５０は、図４に示すように、ノズル着脱機構５２側の平歯車５２３が回転すると、中間歯車５５を介して、その回転力がチップ清掃機構５３側の平歯車５３４にも伝達されるように構成されている。

このような構成を備えるノズル着脱機構５２は、例えば以下のような手順によって溶接トーチ３１からノズルを取り外す。まず、ノズル着脱機構５２は、図５（ａ）に示すように、回転駆動源５２４により、バネ内径が広がる方向（ここでは左回り）にコイルバネ５２１を回転させる。次に、ノズル着脱機構５２は、図５（ｂ）に示すように、溶接トーチ３１が降下してコイルバネ５２１内にノズル３１１が挿入されると、図５（ｃ）に示すように、回転駆動源５２４により、バネ内径が縮まる方向（ここでは右回り）にコイルバネ５２１を回転させる。このような動作により、コイルバネ５２１のバネ内径が縮んでノズル３１１がコイルバネ５２１によって締め付けられることになる。従って、ノズル着脱機構５２は、図５（ｃ）に示すように、溶接トーチ３１を上昇させることで、トーチ本体３１２からノズル３１１を容易に取り外すことができる。なお、このようにノズル３１１を取り外した後に新たなノズル３１１をトーチ本体３１２に取り付ける場合は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した手順を逆から行えばよい。

チップ清掃機構５３は、ノズル３１１が取り外された溶接トーチ３１先端のチップ３１３（図５参照）を清掃するものである。すなわち、ノズル交換装置５０は、ノズル着脱機構５２によって溶接トーチ３１からノズル３１１を取り外した後、当該溶接トーチ３１先端のチップ３１３を清掃するように構成されている。

チップ清掃機構５３は、図４に示すように、筒状の装置本体５３ａの上部に、溶接トーチ３１先端のチップ３１３（図５参照）が挿入される貫通孔５３ｂが形成されている。また、装置本体５３ａの内部には、回転中心Ｏの方向に向かってばねで張力をかけ、負荷がかかった場合にはその回転半径が広がるように取り付けた複数のブラシが配置されている。そして、チップ清掃時は、回転中心Ｏの上方から、ノズル３１１が外され、チップ３１３およびオリフィスが装着された溶接トーチ３１を降下させて貫通孔５３ｂに挿入し、チップ３１３およびオリフィスに付着したスパッタを除去する。

以上説明したようなノズル交換装置５０を備える溶接装置１は、コイルバネ５２１に対してノズル３１１がずれて挿入された場合であっても、コイルバネ５２１の変形および撓みによってそのズレに容易に追従することができるため、ノズル３１１に熱変形や寸法誤差があってもノズル３１１の交換を確実に行うことができる。

（ノズル清掃装置）
ノズル清掃装置６０は、溶接トーチ３１先端のノズル３１１を清掃するものである。ノズル清掃装置６０の上部には、図１に示すように、溶接トーチ３１のノズル３１１が挿入される貫通孔（図示省略）が形成されている。そして、ノズル清掃装置６０は、当該貫通孔にノズル３１１が挿入された後、当該ノズル３１１に対してショット玉を吹きつけることで、ノズル３１１先端に付着しリング状になったスパッタを除去する。溶接装置１は、このようなノズル清掃装置６０を備えることで、ノズル３１１に付着するスパッタの増加に伴うシールド性の低下を防止することができる。

（スラグ除去装置）
スラグ除去装置７０は、鉄骨構造物Ｗを溶接ロボット３０によって溶接する際に、溶接部に発生したスラグを除去するものである。スラグ除去装置７０は、溶接ロボット３０先端の溶接トーチ３１と取り替えて用いるタイプと、溶接トーチ３１に追加装着して用いるタイプとがあるが、以下では溶接トーチ３１と取り替えて用いるタイプについて説明する。

スラグ除去装置７０は、溶接時においては、図１に示すスラグ除去装置用載置台７０ａに載置され、溶接中における予め用意された所定のパスごとに溶接トーチ３１と自動的に取り替えて溶接ロボット３０先端に取り付けられて溶接部のスラグを除去するように構成されている。スラグ除去装置７０は、ここでは図６に示すように、タガネ機構７１と、スライド保持機構７２と、タガネ側着脱機構７３と、ロボット側着脱機構７４と、を備えている。また、スラグ除去装置７０は、図６に示すように、タガネ機構７１、スライド保持機構７２およびタガネ側着脱機構７３と、ロボット側着脱機構７４とが着脱可能に設けられている。

タガネ機構７１は、溶接部に発生したスラグを打撃によって除去するものである。タガネ機構７１は、図６に示すように、例えば直径３ｍｍの複数のニードル７１１ａを束ねたニードル集合体７１１と、ニードル集合体７１１の前部を突出させながら保持し、タガネ作動用エアの供給によりニードル集合体７１１を例えば４０００回／分で進退移動させるニードル駆動体７１２と、を備えている。

スプリング７２６は、図６に示すように、軸芯方向がニードル移動方向と一致しており、ニードル駆動体７１２をニードル移動方向において柔支持している。すなわち、スプリング７２６は、ニードル駆動体７１２が水平状態の姿勢にされているときに、圧縮力および引張力を発生していない中立位置でニードル駆動体７１２をニードル移動方向において柔支持している。そして、このスプリング７２６は、軸芯方向がニードル移動方向に一致されることによって、伸縮による圧縮力および引張力からなる弾性力でニードル駆動体７１２からのニードル移動方向の衝撃力を１／１０以下に効率良く減衰することができる。

ここで、スプリング７２６のバネ定数は、例えば稼動部の重量が３．３ｋｇの場合、０．２０〜０．３５（ｋｇ／ｍｍ）の範囲であることが好ましい。バネ定数を当該範囲とする理由は、一般的にはスプリング７２６を柔らかくする方が振動を減衰させる効果が高いと考えられるものの、溶接継手の位置によってニードル駆動体７１２の姿勢が変化するため、あまり柔らかすぎると、ニードル駆動体７１２の姿勢変化によってスプリング７２６に付与される重量が変化してタガネ先端位置が大きく変化してしまうためである。また、スラグを良好に除去しようとする場合、ニードル駆動体７１２を所定以上の保持力で保持しなければ、スラグの除去に十分な衝撃力をビード２１およびスラグに付与することができないためである。なお、スライド保持機構７２は、スプリング７２６と同等の機能を有するものであれば、当該スプリング７２６に代えて他の方式のショックダンパを採用しても良い。

タガネ側着脱機構７３は、タガネ機構７１およびスライド保持機構７２をロボット側着脱機構７４に対して着脱可能とするものである。タガネ側着脱機構７３は、図６に示すように、一方がスライド保持機構７２のスライド支持部材７２５と接続されるとともに、他方がロボット側着脱機構７４のロボット側着脱部材７４１と接続されている。タガネ側着脱機構７３は、図６に示すように、スライド支持部材７２５の下面に連結された連結部材７３１と、当該連結部材７３１に接続され、スライド保持機構７２から伝達された衝撃力を検出するショックセンサ７３２と、当該ショックセンサ７３２を支持するツールプレート７３３と、当該ツールプレート７３３に固設されたツール側着脱部材７３４と、を備えている。

ツール側着脱部材７３４の側周面には、図６に示すように、空気ポート７３４ａが形成されている。空気ポート７３４ａは、前記したニードル駆動体７１２にタガネ作動用エアを供給するように、図６に示すように、柔軟性を有した第１エア配管７３５ａを介して、ニードル駆動体７１２に連結されている。また、ツール側着脱部材７３４の側周面には、図示しない空気ポートに、図６に示すような第２エア配管７３５ｂが接続されている。この第２エア配管７３５ｂは、図６に示すように、開口端がニードル集合体７１１の先端部近傍に配置されており、開口端からブロー用エアをニードル集合体７１１の先端部前方に噴出することで、溶接部表面のスラグを吹き飛ばすように構成されている。

また、ツール側着脱部材７３４には、図６に示すように、ロボット側着脱部材７４１が着脱用エアによって着脱可能に連結されている。そして、ツール側着脱部材７３４とロボット側着脱部材７４１とは、前記したショックセンサ７３２からのショック検出信号を伝達するように電気的に接続可能にされているとともに、タガネ作動用エアおよびブロー用エアを通過させるように空気路を形成できるように構成されている。

ロボット側着脱部材７４１の側周面には、図６に示すように、第１空気ポート７４１ａおよび第２空気ポート７４１ｂが形成されているとともに、図示しない第３空気ポートが形成されている。この第１空気ポート７４１ａは、前記したツール側着脱部材７３４の空気ポート７３４ａに空気路を介して連通されているとともに、スラグ除去時にタガネ作動用エアを供給する図示しないタガネ作動用エア供給装置に接続されている。また、第２空気ポート７４１ｂは、着脱動作時に着脱用エアを供給する図示しない着脱用エア供給装置に接続されている。そして、第３空気ポートは、第２エア配管７３５ｂに空気路を介して連通されているとともに、スラグ除去時にブロー用エアを供給する図示しないブロー用エア供給装置に接続されている。なお、前記した３種類のエア供給装置（図示省略）は、所定のタイミングで開閉制御される３ポート分の開閉バルブと、各開閉バルブが接続された１台のエア送給装置とで構成しても構わない。

なお、ここでは図６に示すように、スライド保持機構７２に対して、ショックセンサ７３２、ツールプレート７３３、ツール側着脱部材７３４、ロボット側着脱部材７４１、ブラケット７４２の順番で配置され、ツール側着脱部材７３４とロボット側着脱部材７４１とが着脱可能に構成されたスラグ除去装置７０について説明を行ったが、各構成の配置は図６に示すものに限定されない。例えばスラグ除去装置７０は、スライド保持機構７２に対して、ツールプレート７３３に類似したブラケット（図示省略）またはベースプレート（図示省略）を介して、ツール側着脱部材７３４、ロボット側着脱部材７４１、ツールプレート７３３、ショックセンサ７３２、ブラケット７４２の順番で配置され、ツール側着脱部材７３４とロボット側着脱部材７４１とが着脱可能に構成されたものであっても構わない。

このような構成を備えるスラグ除去装置７０は、溶接トーチ３１による溶接時は、例えば図１に示すスラグ除去装置用載置台７０ａに載置されている。そして、予め用意された所定のパスが終了した後に、図６に示すように、溶接ロボット３０のアーム部先端３２に取り付けられて溶接部のスラグを除去する。なお、スラグ除去装置７０によってスラグを除去している間は、スラグ除去装置７０の代わりに、溶接トーチ３１がスラグ除去装置用載置台７０ａに載置されている。

ここで、スラグ除去装置７０によってどの溶接パスでスラグを除去するのかは、予め教示データとして溶接制御装置９０に入力されている。例えば、溶接制御装置９０に第５パス目にスラグを除去する旨の教示データが入力されている場合、当該溶接制御装置９０は、第５パス目の溶接処理が終了し、教示データがスラグ除去処理を指示していると判断した場合には、溶接ロボット３０を作動させて溶接トーチ３１を前記したスラグ除去装置用載置台７０ａの方向に移動させる。

次に、溶接制御装置９０は、スラグ除去装置用載置台７０ａに溶接トーチ３１を載置し、ツール側着脱部材７３４とロボット側着脱部材７４１との連結を解除し、溶接トーチ３１を溶接ロボット３０のアーム部先端３２から切り離す。次に、溶接制御装置９０は、スラグ除去装置用載置台７０ａに予め載置されているスラグ除去装置７０を溶接ロボット３０のアーム部先端３２に装着する。そして、溶接制御装置９０は、このように溶接トーチ３５とスラグ除去装置７０とを取り替えると、続いてスラグ除去用教示データを作成し、当該スラグ除去用教示データに基づいて溶接部のスラグを除去する。

なお、前記したスラグ除去装置７０を溶接トーチ３１と取り替えて用いるのではなく、溶接トーチ３１に追加装着する場合は、例えば溶接トーチ３１の近傍にタガネ把持用のツール着脱部材を設けるか、エア膨張式把持機構等によってスラグ除去装置７０を把持する取付手段を設ける。そして、所定の溶接パスが終了した後に、溶接トーチ３１の取付手段にスラグ除去装置７０を追加装着してスラグを除去するように構成すればよい。

以上説明したようなスラグ除去装置７０を備える溶接装置１は、溶接部に発生したスラグを除去することができるため、溶接不良や溶接欠陥を防止することができる。

（ワイヤ切断装置）
ワイヤ切断装置８０は、溶接ワイヤを切断するものである。溶接ロボット３０は、後記するように、溶接位置や鉄骨構造物Ｗの位置の検出のため溶接ワイヤによるセンシング（３方向、ギャップセンシング等）を行うが、溶接ワイヤ先端にスラグが付着しているとセンシング時の通電性が悪くなり正確な位置検出ができない場合がある。そのため、溶接装置１は、ワイヤ切断装置８０によって溶接ワイヤの先端を切断してスラグを除去することでセンシング精度を上げる。

ワイヤ切断装置８０は、図１に示すように、台車２０上において、溶接トーチ３１が届きやすい高さに配置されている。そして、ワイヤ切断装置８０は、例えば溶接ワイヤを切断する複数のカッターを備えており、当該カッターの刃先が例えばエアによって駆動し、複数の刃先を交差させることで溶接ワイヤを切断する。

（溶接制御装置）
溶接制御装置９０は、回転ポジショナ１０、台車２０、溶接ロボット３０、ノズル交換装置５０、ノズル清掃装置６０、スラグ除去装置７０およびワイヤ切断装置８０の動作を制御するものである。溶接制御装置９０は、ここでは図７に示すように、入力手段９１と、センシング手段９２と、ルートギャップ算出手段９３と、演算手段９４と、記憶手段９５と、を備えている。なお、以下では、溶接制御装置９０が備える手段のうち、主に溶接ロボット３０の動作を制御するための手段について説明し、その他の装置（回転ポジショナ１０、台車２０、溶接ロボット３０、ノズル交換装置５０、ノズル清掃装置６０、スラグ除去装置７０およびワイヤ切断装置８０）の動作を制御するための手段については説明を省略する。

入力手段９１は、鉄骨構造物Ｗおよび溶接継手に関する情報が入力されるものである。入力手段９１には、ここでは、鉄骨構造物Ｗの寸法と溶接継手の形状のいずれか、あるいはその両方と、溶接実行可否の情報とが、作業者による入力あるいは鉄骨構造物ＷのＣＡＤデータの入力によって入力される。そして、入力手段９１は、図７に示すように、入力されたこれらの情報を演算手段９４に出力する。なお、入力手段９１には、作業者による入力あるいは鉄骨構造物ＷのＣＡＤデータの入力によって、例えば鉄骨構造物Ｗのルートギャップや、鉄骨構造物Ｗの位置座標等が入力されても構わない。

センシング手段９２は、鉄骨構造物Ｗの位置座標を検出するものである。センシング手段９２は、具体的には、所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する溶接トーチ３１と鉄骨構造物Ｗとの間にセンシング電圧を印加し、溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗとの接触による通電状態を検出することで鉄骨構造物Ｗの位置を検出する。センシング手段９２は、より具体的には、センシング（タッチセンシング）を行った溶接トーチ３１から、鉄骨構造物Ｗに接触した際の通電検出信号が入力され、当該通電検出信号に基づいて鉄骨構造物Ｗの位置座標を検出する。

以下、溶接トーチ３１によるセンシングの手順の一例について説明する。なお、以下では、図８に示すように、鉄骨構造物Ｗが鉄骨構造物（コラム）Ｗ１および鉄骨構造物（ダイヤフラム）Ｗ２で構成されるとともに、両者の間にレ型の開先が形成され、さらにこの開先の底部に裏当部材ＢＭが配置された場合の例について説明する。

まず、第１の手順として、図８に示すように、所定突き出し長さの溶接ワイヤを支持する溶接トーチ３１をセンシング開始位置Ｐ_Ｓに位置決めし、溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ１，Ｗ２との間にセンシング電圧を印加する。なお、センシング開始位置Ｐ_Ｓは、図８に示すように、鉄骨構造物Ｗ１の表面Ｗ１ｂの検出を開始する検出開始位置Ｐ_１から、表面Ｗ１ｂに平行に距離Ａだけ開先側に離れた位置に予め設定される。

次に、第２の手順として、図８に示すように、センシング開始位置Ｐ_Ｓから鉄骨構造物Ｗ１の表面Ｗ１ｂの検出を開始する検出開始位置Ｐ_１まで、溶接トーチ３１を−Ｙ方向に移動させる。次に、第３の手順として、図８に示すように、検出開始位置Ｐ_１から位置Ｐ_２まで、溶接トーチ３１を＋Ｘ方向に移動させる。そして、溶接ワイヤを鉄骨構造物Ｗ１の表面Ｗ１ｂに接触させ、その通電検出信号を溶接トーチ３１からセンシング手段９２に出力する。これにより、センシング手段９２は、鉄骨構造物Ｗ１の表面Ｗ１ｂの位置Ｐ_２の位置座標を検出する。

次に、第４の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_２から予め用意された所定距離ｂ（例えば２ｍｍ)だけ−Ｘ方向に引き戻した位置Ｐ_３に溶接トーチ３１を移動させる。次に、第５の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_３から位置Ｐ_４まで、溶接トーチ３１を＋Ｙ方向に移動させる。次に、第６の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_４から位置Ｐ_５まで、溶接トーチ３１を＋Ｘ方向に所定距離Ｄだけ移動させる。なお、この所定距離Ｄは、例えば図８に示すように、予め設定された設定開先深さＣと、鉄骨構造物Ｗ１の表面Ｗ１ｂの検知後の引き戻し距離ｂとから、開先深さＣの距離割合比に基づいて演算設定されたものを用いることができる。

次に、第７の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_５から位置Ｐ_６まで、溶接トーチ３１を＋Ｙ方向に移動させる。そして、溶接ワイヤを鉄骨構造物Ｗ２の開先面Ｗ２ａの位置Ｐ_６に接触させ、その通電検出信号を溶接トーチ３１からセンシング手段９２に出力する。これにより、センシング手段９２は、開先面Ｗ２ａの位置Ｐ_６の位置座標を検出する。次に、第８の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_６から位置Ｐ_７まで、溶接トーチ３１を−Ｙ方向に移動させる。そして、溶接ワイヤを鉄骨構造物Ｗ１の開先面Ｗ１ａの位置Ｐ_７に接触させ、その通電検出信号を溶接トーチ３１からセンシング手段９２に出力する。これにより、センシング手段９２は、開先面Ｗ１ａの位置Ｐ_７の位置座標を検出する。

次に、第９の手順として、図８に示すように、位置Ｐ_７から位置Ｐ_８まで、溶接トーチ３１を＋Ｙ方向に移動させる。なお、位置Ｐ_８は、開先面Ｗ１ａの位置Ｐ_６と開先面Ｗ２ａの位置Ｐ_７との間の開先幅の中央位置のことであり、図示しない開先幅中央位置算出手段によって算出され、溶接ロボット３０に入力される。そして、これらのセンシングが溶接トーチ３１によって行われた後、センシング手段９２は、図７に示すように、算出した位置Ｐ_２，Ｐ_６，Ｐ_７の位置座標をルートギャップ算出手段９３に出力する。

ルートギャップ算出手段９３は、開先のルートギャップを算出するものである。ルートギャップ算出手段９３は、例えば図８の例では、センシング手段９２によって検出された開先面Ｗ１ａ，Ｗ２ａの検出位置データ、すなわち位置Ｐ_６，Ｐ_７の位置座標と、設定開先深さＣと検出開始位置Ｐ_１との差と、予め設定された開先面Ｗ１ａ，Ｗ２ａの角度θ_１，θ_２とに基づいて、ルートギャップを算出する。すなわち、ルートギャップ算出手段９３は、図８に示すように、位置Ｐ_６の位置座標と開先面Ｗ１ａの角度θ_１（ここでは９０度）とから、開先ルート位置Ｑ_１を算出する。また、ルートギャップ算出手段９３は、図８に示すように、位置Ｐ_７の位置座標と開先面Ｗ２ａの角度θ_２とから、開先ルート位置Ｑ_２を算出する。そして、ルートギャップ算出手段９３は、開先ルート位置Ｑ_１と開先ルート位置Ｑ_２との距離ｒをルートギャップとして算出し、これを演算手段９４に出力する。

演算手段９４は、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成して動作プログラムを作成するものである。演算手段９４は、ここでは図９に示すように、積層パターン決定手段９４１と、溶接条件決定手段９４２と、動作プログラム作成手段９４３と、を備えている。

積層パターン決定手段９４１は、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンを決定するものである。積層パターン決定手段９４１は、具体的には、溶接しようとする溶接継手に対応して入力された鉄骨構造物Ｗの寸法（例えば板厚）、あるいは鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップに基づいて、記憶手段９５に予め記憶された積層パターンデータベースの中から、溶接しようとする溶接継手に応じた積層パターンを選択して決定する。すなわち、記憶手段９５には、鉄骨構造物Ｗの寸法ごと、あるいは鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップごとに、積層パターンがデータベースとして記憶されており、積層パターン決定手段９４１は、そのデータベースを参照して最適な積層パターンを決定する。なお、積層パターン決定手段９４１で用いられるルートギャップは、作業者によって入力手段９１を介して入力された鉄骨構造物Ｗのルートギャップでもよく、あるいは、センシングにより得られた鉄骨構造物Ｗのルートギャップ、すなわちセンシング手段９２およびルートギャップ算出手段９３を経て得られたルートギャップであっても構わない。

溶接条件決定手段９４２は、溶接しようとする溶接継手に対する溶接条件を決定するものである。溶接条件決定手段９４２は、具体的には、溶接しようとする溶接継手に対応して入力された鉄骨構造物Ｗの寸法（例えば板厚）、あるいは鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップに基づいて、記憶手段９５に予め記憶された溶接条件データベースの中から、溶接しようとする溶接継手に応じた溶接条件を選択して決定する。すなわち、記憶手段９５には、鉄骨構造物Ｗの寸法ごと、あるいは鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップごとに、溶接条件がデータベースとして記憶されており、溶接条件決定手段９４２は、そのデータベースを参照して最適な溶接条件を決定する。なお、溶接条件決定手段９４２で用いられるルートギャップは、作業者によって入力手段９１を介して入力された鉄骨構造物Ｗのルートギャップでもよく、あるいは、センシングにより得られた鉄骨構造物Ｗのルートギャップ、すなわちセンシング手段９２およびルートギャップ算出手段９３を経て得られたルートギャップであっても構わない。

動作プログラム作成手段９４３は、溶接ロボット３０の動作プログラムを作成するものである。動作プログラム作成手段９４３は、具体的には、積層パターン決定手段９４１で決定された積層パターンと、溶接条件決定手段９４２で決定された溶接条件とに応じて、溶接ロボット３０の動作軌跡を含むロボット動作プログラムを作成し、当該溶接ロボット３０に出力して設定する。すなわち、動作プログラム作成手段９４３は、溶接ロボット３０が本溶接処理を行う前に、溶接対象とする溶接継手の各パスのそれぞれの溶接に必要な手順を教示するプログラムを作成する。この教示プログラムは、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接トーチ３１の突き出し長さ、ワイヤ送給速度に対応した電流値等の情報や、溶接ロボット３０の動作軌跡、アークＯＮ位置、本溶接開始位置、クレータ形成位置、継目処理の開始位置等の情報を含んでいる。

記憶手段９５は、鉄骨構造物Ｗの寸法ごと、あるいは鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップごとの積層パターンおよび溶接条件を記憶するものである。記憶手段９５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、記憶手段９５は、ここでは図７に示すように、溶接制御装置９０の内部に設けられているが、外部に設けても構わない。

以上のような構成を備える溶接装置１は、溶接制御装置９０の入力手段９１に入力された鉄骨構造物Ｗの寸法等の情報に基づいて、溶接ロボット３０の動作軌跡および溶接条件を自動的に生成することができる。従って、溶接装置１によれば、動作軌跡や溶接条件などのティーチングデータを個別に作成すること無しに溶接作業を自動化することができ、溶接作業の効率化を図ることができる。

また、溶接装置１は、一対の回転ポジショナ１０によって鉄骨構造物Ｗを保持するとともに、例えば溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの直線部分を溶接する場合は、当該鉄骨構造物Ｗを回転させずに溶接ロボット３０によって溶接することができ、また、溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの円弧部分（コーナー部）を溶接する場合は、当該鉄骨構造物Ｗを回転させながら溶接することができる。これにより、溶接装置１は、鉄骨構造物Ｗの直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。

また、溶接装置１は、センシング手段９２によって鉄骨構造物の位置を検出し、ルートギャップ算出手段９３によって鉄骨構造物Ｗの位置に従ってルートギャップを算出することができるため、開先の底面の位置を検出する必要がなく、例えば裏当部材ＢＭへの仮付け溶接による凹凸や仮付け溶接によるスラグの付着に関係なくルートギャップを求めることができる。

また、溶接装置１は、鉄骨構造物Ｗの寸法、もしくは、鉄骨構造物Ｗの寸法およびルートギャップに応じて、積層パターンおよび溶接条件を自動生成することができる。

［第１実施形態の処理手順］
以下、第１実施形態に係る溶接装置１が備える溶接制御装置９０の処理手順について、図１０を参照（適宜図７および図９も参照）しながら説明する。まず、溶接制御装置９０は、入力手段９１に対して、作業者による入力あるいは鉄骨構造物ＷのＣＡＤデータの入力によって、鉄骨構造物Ｗの寸法と溶接継手の形状のいずれか、あるいはその両方と、溶接実行可否の情報とが入力される（ステップＳ１）。

次に、溶接制御装置９０は、センシング手段９２によって、鉄骨構造物Ｗの位置を検出する（ステップＳ２）。次に、溶接制御装置９０は、ルートギャップ算出手段９３によって、センシング手段９２によって検出された開先面Ｗ１ａ，Ｗ２ａの位置Ｐ_６，Ｐ_７の位置座標と、設定開先深さＣと検出開始位置Ｐ_１との差と、予め設定された開先面Ｗ１ａ，Ｗ２ａの角度θ_１，θ_２と、に基づいてルートギャップを算出する（ステップＳ３）。

次に、溶接制御装置９０は、演算手段９４によって、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成して動作プログラムを作成する（ステップＳ４）。そして、溶接制御装置９０は、演算手段９４によって作成された動作プログラムを溶接ロボット３０に出力して設定する（ステップＳ５）。以上のような処理手順を経て、溶接ロボット３０による溶接が開始される。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る溶接装置１Ａについて、図１１を参照しながら説明する。溶接装置１Ａは、図１および図１１に示すように、溶接制御装置９０の代わりに溶接制御装置９０Ａを備える以外は、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の構成を備えている。従って、以下では、溶接装置１との相違点を中心に説明を行い、当該溶接装置１と重複する構成および溶接装置１Ａの処理手順については詳細説明を省略する。

溶接制御装置９０Ａは、前記した溶接制御装置９０に対して、鉄骨構造物Ｗの偏心量に基づいて動作プログラムを修正する機能を追加したものである。溶接制御装置９０Ａは、図１１に示すように、入力手段９１、センシング手段９２、ルートギャップ算出手段９３、演算手段９４および記憶手段９５に加えて、中心位置算出手段９６と、偏心量算出手段９７と、修正手段９８と、をさらに備えている。

中心位置算出手段９６は、鉄骨構造物Ｗの中心位置を算出するものである。中心位置算出手段９６は、具体的には図１１に示すように、入力手段９１から入力された鉄骨構造物Ｗの寸法と、センシング手段９２によって検出された鉄骨構造物Ｗの位置座標とから、鉄骨構造物Ｗの中心位置を算出する。そして、中心位置算出手段９６は、図１１に示すように、当該鉄骨構造物Ｗの中心位置を偏心量算出手段９７に出力する。

偏心量算出手段９７は、鉄骨構造物Ｗの偏心量を算出するものである。偏心量算出手段９７は、具体的には、予め設定されている回転ポジショナ１０の回転中心位置の位置座標と、中心位置算出手段９６によって算出された鉄骨構造物Ｗの中心位置とから、回転ポジショナ１０の回転中心に対する鉄骨構造物Ｗのズレ量である偏心量を算出する。そして、偏心量算出手段９７は、図１１に示すように、当該鉄骨構造物Ｗの偏心量を修正手段９８に出力する。

修正手段９８は、演算手段９４によって作成されたロボット動作軌跡を修正するものである。修正手段９８は、具体的には図７に示すように、偏心量算出手段９７によって算出された偏心量に従って、演算手段９４の動作プログラム作成手段９４３（図９参照）によって作成された動作プログラムに含まれるロボット動作軌跡を修正する。すなわち、演算手段９４に作成される動作プログラムは、回転ポジショナ１０の回転中心に対する鉄骨構造物Ｗの偏心量が０であることを前提として作成されているが、修正手段９８によって、偏心量に基づいて動作プログラムの補正を行うことができる。なお、修正手段９８による具体的なロボット動作軌跡の修正方法としては、例えば予め偏心量に応じたロボット動作軌跡の補正データを実験的に求めておき、偏心量算出手段９７によって算出された偏心量に応じて補正データを選択して適用する方法が挙げられる。そして、修正手段９８は、このようにして修正した動作プログラムを溶接ロボット３０に出力する。

以上のような構成を備える溶接装置１Ａは、中心位置算出手段９６によって鉄骨構造物Ｗの中心位置を算出し、偏心量算出手段９７によって鉄骨構造物Ｗの偏心量を算出することができるため、回転ポジショナ１０によって偏心しながら回転する鉄骨構造物Ｗであっても正確に溶接を行うことができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る溶接装置１Ｂについて、図１２を参照しながら説明する。溶接装置１Ｂは、図１および図１２に示すように、溶接制御装置９０の代わりに溶接制御装置９０Ｂを備える以外は、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の構成を備えている。従って、以下では、溶接装置１との相違点を中心に説明を行い、当該溶接装置１と重複する構成および溶接装置１Ｂの処理手順については詳細説明を省略する。

溶接制御装置９０Ｂは、前記した溶接制御装置９０に対して、鉄骨構造物Ｗのコーナー部の半径をセンシングで求める機能を追加したものである。溶接制御装置９０Ｂは、図１２に示すように、入力手段９１、センシング手段９２、ルートギャップ算出手段９３、演算手段９４および記憶手段９５に加えて、位置補正手段９９と、コーナー部半径算出手段１００と、をさらに備えている。

位置補正手段９９は、鉄骨構造物Ｗの角部の位置を補正するものである。ここで、溶接装置１Ｂによって溶接する鉄骨構造物Ｗが、例えば図１３に示すような角形鋼管ＷＳである場合、入力手段９１に入力された入力時における角形鋼管ＷＳの位置と、実際の角形鋼管ＷＳの位置とが異なる場合がある。このような場合に、位置補正手段９９は、センシングによって取得された角形鋼管ＷＳ表面の位置座標に基づいて、予め入力された角形鋼管ＷＳの角部の位置Ｐ_３を、実際の角部の位置Ｐ_３’に補正する。

以下、位置補正手段９９によって角形鋼管ＷＳの角部の位置を補正する際における溶接トーチ３１によるセンシングの手順の一例について説明する。なお、以下では、入力手段９１を介して、位置補正手段９９に対して、図１３の（１）〜（３）に示す角形鋼管ＷＳにおける上面の位置Ｐ_１の位置座標と、角形鋼管ＷＳにおける側面の位置Ｐ_２の位置座標と、角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３の位置座標とが予め入力されていることを前提に説明を行う。

まず、第１の手順として、図１３の（１）’に示すように、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤを実際の角形鋼管ＷＳにおける上面の位置Ｐ_１’に接触させ、その通電検出信号をセンシング手段９２に出力する。そして、センシング手段９２によって、当該通電検出信号に基づいて、実際の角形鋼管ＷＳにおける上面の位置Ｐ_１’の位置座標を検出し、図１２に示すように、当該位置座標を位置補正手段９９に出力する。

次に、第２の手順として、図１３の（２）’に示すように、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤを実際の角形鋼管ＷＳにおける側面の位置Ｐ_２’に接触させ、その通電検出信号をセンシング手段９２に出力する。そして、センシング手段９２によって、当該通電検出信号に基づいて、実際の角形鋼管ＷＳにおける側面の位置Ｐ_２’の位置座標を検出し、図１２に示すように、当該位置座標を位置補正手段９９に出力する。

次に、第３の手順として、位置補正手段９９によって、実際の角形鋼管ＷＳにおける上面の位置Ｐ_１’の位置座標と、実際の角形鋼管ＷＳにおける側面の位置Ｐ_２’の位置座標とに基づいて、実際の角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３’の位置座標を算出し、予め入力されている位置Ｐ_３’の位置座標と置き換えることで補正する。そして、位置補正手段９９によって、図１２に示すように、実際の角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３’の位置座標を溶接ロボット３０に出力する。

次に、第４の手順として、図１３の（３）’に示すように、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤを、実際の角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３’に向かって、４５度方向（角形鋼管ＷＳのコーナー部Ｐ_４の直角方向）から接近させる。そして、図１３の（３）’に示すように、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤを、角形鋼管ＷＳにおけるコーナー部の位置Ｐ_４に接触させ、その通電検出信号をセンシング手段９２に出力する。そして、センシング手段９２によって、当該通電検出信号に基づいて角形鋼管ＷＳにおけるコーナー部の円弧中心を結ぶ鋼材表面位置Ｐ_４の位置座標を検出し、図１２に示すように、当該位置座標をコーナー部半径算出手段１００に出力する。

コーナー部半径算出手段１００は、角形鋼管ＷＳにおけるコーナー部の半径を算出するものである。コーナー部半径算出手段１００は、具体的には図１２に示すように、位置補正手段９９によって補正された角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３’の位置座標と、センシング手段９２によって検出された角形鋼管ＷＳにおける角部の位置Ｐ_３’から角形鋼管ＷＳにおけるコーナー部の円弧中心を結ぶ鋼材表面位置（コーナー部）Ｐ_４の位置座標とに従って、コーナー部の半径を算出する。コーナー部半径算出手段１００は、より具体的には図１３に示すように、前記した角部の位置Ｐ_３’の位置座標と、鋼材表面位置Ｐ_４の位置座標とから寸法Ｄを算出し、以下の式（１）によってコーナー部半径を算出する。そして、コーナー部半径算出手段１００は、これらの計算を角形鋼管ＷＳの４つのコーナー部全てに対して行い、図１２に示すように、これらのコーナー部半径を修正手段９８Ａに出力する。

コーナー部半径＝寸法Ｄ×（１＋√２） ・・・式（１）

修正手段９８Ａは、演算手段９４によって作成されたロボット動作軌跡を修正するものである。修正手段９８Ａは、具体的には図１２に示すように、位置補正手段９９によって補正された角部の位置と、コーナー部半径算出手段１００によって算出されたコーナー部半径とに従って、演算手段９４の動作プログラム作成手段９４３（図９参照）によって作成された動作プログラムに含まれるロボット動作軌跡を修正する。なお、修正手段９８Ａによる具体的なロボット動作軌跡の修正方法としては、例えば予めコーナー部半径に応じたロボット動作軌跡の補正データを実験的に求めておき、コーナー部半径算出手段１００によって算出されたコーナー部半径に応じて補正データを選択して適用する方法が挙げられる。そして、修正手段９８Ａは、このようにして修正した動作プログラムを溶接ロボット３０に出力する。

以上のような構成を備える溶接装置１Ｂは、位置補正手段９９によって角形鋼管ＷＳの角部の位置を補正し、コーナー部半径算出手段１００によって角形鋼管ＷＳのコーナー部の半径を算出することができるため、入力された角形鋼管ＷＳの位置が実際の位置とずれている場合やコーナー部半径が異なる場合であっても正確に溶接を行うことができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る溶接装置１Ｃについて、図１４〜図１６を参照しながら説明する。溶接装置１Ｃは、図１および図１４に示すように、溶接制御装置９０の代わりに溶接制御装置９０Ｃを備える以外は、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の構成を備えている。従って、以下では、溶接装置１との相違点を中心に説明を行い、当該溶接装置１と重複する構成および溶接装置１Ｃの処理手順については詳細説明を省略する。

溶接制御装置９０Ｃは、前記した溶接制御装置９０に対して、鉄骨構造物Ｗに対するインチングの機能を追加したものである。溶接制御装置９０Ｃは、図１４に示すように、入力手段９１、センシング手段９２、ルートギャップ算出手段９３、演算手段９４および記憶手段９５に加えて、インチング手段１０１をさらに備えている。

インチング手段１０１は、溶接トーチ３１から突き出された溶接ワイヤをインチングするものである。インチング手段１０１は、具体的には溶接トーチ３１の溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを鉄骨構造物Ｗに対してインチング操作によって進出させる。次に、インチング手段１０１は、溶接ワイヤの先端が鉄骨構造物Ｗと接触した際の短絡を検出し、溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗとの通電を確認する。次に、インチング手段１０１は、溶接ワイヤを所定長さだけ逆方向にインチング操作する。そして、インチング手段１０１は、溶接トーチ３１の溶接開始位置で溶接ワイヤに所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始させる制御信号を生成し、図１４に示すように、当該制御信号を溶接ロボット３０に出力する。

以下、インチング手段１０１によるインチング操作の一例について、図１５および図１６を参照しながら説明する。なお、以下では、図１５および図１６に示すように、鉄骨構造物Ｗが鉄骨構造物（コラム）Ｗ３および鉄骨構造物（ダイヤフラム）Ｗ４で構成されるとともに、両者の間にレ型の開先が形成され、さらにこの開先の底部に裏当部材ＢＭが配置された場合の例について説明する。

まず、インチング手段１０１は、図１５（ａ）に示すような初期状態の溶接トーチ３１を、アークスタート位置である鉄骨構造物Ｗ３と鉄骨構造物Ｗ４との接合部であって、裏当部材ＢＭが配置された開先に到達させる前に、図１５（ｂ）に示すように、溶接ワイヤの切断または溶接ワイヤの逆インチング操作によって、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤの突き出し長さを溶接時の突き出し長さよりも短くする。なお、図１５（ａ）において、θは開先角度であり、ｒはルートギャップである。

次に、インチング手段１０１は、図１５（ｃ）に示すように、溶接トーチ３１先端の溶接ワイヤの長さを溶接時の突き出し長さよりも短くした溶接トーチ３１をアークスタート位置に移動させ、この状態で、溶接ワイヤにセンシング電圧を印加してワイヤインチング操作を行う。

次に、インチング手段１０１は、溶接ワイヤのインチング操作中に、最大ワイヤインチング量、例えば２０ｍｍに達する前に、溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４との間で、図１５（ｄ）に示すように、センシング電圧が低下することによって通電を検出し、これによって溶接開始位置を検出できた場合、図１５（ｅ）に示すように、溶接ワイヤが鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４から離れてセンシング電圧が上昇するまで逆方向にインチング操作する。そして、インチング手段１０１は、図１５（ｆ）に示すように、所定長さ、例えば５ｍｍだけ溶接ワイヤを逆方向インチング操作してアークスタート性を向上させた後、アークをスタートして溶接を開始する。

ここで、最大ワイヤインチング量に達しても、溶接ワイヤのインチング操作中に溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４との通電を検知できなかった場合であって、所定のアークスタート可能位置検索回数、例えば３回に満たない場合は、インチング手段１０１は、図１５（ｄ）に示すように、現在の位置で通電を検出できなかったとして異なる位置で再度検索を試みる。また、インチング手段１０１は、図１６（ａ）に示すように、所定距離、例えば５ｍｍだけ溶接トーチ３１を引き上げ、溶接ワイヤを逆方向に例えば１５ｍｍインチング操作し、図１６（ｂ）に示すように、ＸＹＺ方向のアークスタート位置を基準とした位置に溶接トーチ３１を引き上げる。

次に、インチング手段１０１は、図１６（ｃ）に示したように、ＸＹＺ方向に所定距離シフトした前記溶接開始位置とは異なる位置、例えば溶接線進行方向のシフト量を０ｍｍ、溶接線左右シフト量を壁から１ｍｍ離れる位置まで移動し、この位置で図１６（ｄ）に示すように、再度センシング電圧を印加して通電性確認操作を実施する。ここで、図１６（ｅ）に示すように、この通電性確認操作によっても溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４との導通を検出できなかった場合は、インチング手段１０１は、再度所定長さだけ溶接ワイヤを逆方向にインチング操作する。そして、インチング手段１０１は、図１６（ｆ）に示すように、溶接ワイヤの引き上げ処理を行い、通電が検出されるまで、または、予め設定した所定回数だけこの通電性確認操作を繰り返す。なお、前記した溶接開始位置とは異なる位置とは、前記溶接開始位置の近傍であって溶接開始位置以外の位置をいい、この位置から溶接を開始しても差し支えない位置のことを意味している。

一方、最大ワイヤインチング量に達しても、溶接ワイヤのインチング操作中に溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４との通電を検知できない場合であって、所定のアークスタート可能位置検索回数、例えば３回を超えた場合は、インチング手段１０１は、アークスタート開始位置を検出できなかったとしてエラー処理へ移行する。なお、このエラー処理の詳細についてはここでは説明を省略する。

以上のような構成を備える溶接装置１Ｃは、インチング手段１０１を備えることで、溶接開始前にアーク発生の可不可を確認し、溶接開始位置で確実にアークをスタートすることができる。

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態に係る溶接装置１Ｄについて、図１７および図１８を参照しながら説明する。溶接装置１Ｄは、図１に示すように、溶接制御装置９０の代わりに溶接制御装置９０Ｄを備える以外は、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の構成を備えている。従って、以下では、溶接装置１との相違点を中心に説明を行い、当該溶接装置１と重複する構成および溶接装置１Ｄの処理手順については詳細説明を省略する。

溶接制御装置９０Ｄは、横向き溶接継手の溶接の際に溶接ロボット３０の動作を制御するものである。溶接制御装置９０Ｄは、具体的には図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄骨構造物Ｗが鉄骨構造物（下板）Ｗ５および鉄骨構造物（立板）Ｗ６で構成されるとともに、両者の間にレ型の開先が形成され、さらにこの開先の底部に裏当部材ＢＭが配置された裏当金方式の溶接継手を横向き姿勢で溶接する際に、溶接ロボット３０の動作を制御する。

以下、溶接制御装置９０Ｄによる溶接ロボット３０の具体的な制御方法について、図１７および図１８を参照しながら説明する。下板Ｗ５と立板Ｗ６との間には、図１７（ａ）に示すように、開先角度θでルートギャップがｒのレ形開先Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄが形成されている。溶接制御装置９０Ｄは、このレ形開先Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄに対して、鉛直方向の層ａ_１→水平方向の層ｂ_１→鉛直方向の層ａ_２→水平方向の層ｂ_２→鉛直方向の層ａ_３の順に溶接を行うような動作プログラムを作成して溶接ロボット３０に設定する。この水平方向の層ｂ_１，ｂ_２の存在によって、図１７（ａ）に示すように、鉛直方向の層ａ_１，ａ_２，ａ_３の断面形状が同じとなるように構成されている。

図１７（ｂ）は、鉛直方向の層ａ_１を形成するための溶接手順を示している。但し、図１７（ｂ）に示す手順は、他の鉛直方向の層ａ_２，ａ_３にも同様に適用される。鉛直方向の層ａ_１を形成するための溶接手順は、図１７（ａ）に示すように、基本的には下板Ｗ５と立板Ｗ６との間を往復動させるウィービングであり、具体的には鋸歯状にウィービングを行うことが好ましい。

鉛直方向の層ａ_１を形成するための溶接手順は、具体的には図１７（ｂ）の（１）→（２）→（３）に示すように、立板Ｗ６から下板Ｗ５に向かって運棒し、下板Ｗ５に至って折り返す工程と、図１７（ｂ）の（３）→（４） →（５）に示すように、下板Ｗ５から立板Ｗ６に向かって運棒し、立板Ｗ６に至って折り返す工程とを繰り返し、右方向に溶接を進める。

この鋸歯状のウィービングは、図１７（ｂ）に示すように、ウィービングピッチＰ、ウィービング幅Ｈ、下板Ｗ５に向かう運棒の方向と溶接方向（下板Ｗ５）とがなす角度α_１と、立板Ｗ６に向かう運棒の方向と溶接方向（下板Ｗ５）とがなす角度α_２とで規定することができる。また、ルートギャップのＢ点やＣ点に溶接欠陥を生じさせないためには、ウィービング幅Ｈをルートギャップｒに対して±２ｍｍとし、かつ、鋸歯状となるように、前記した２つの角度をそれぞれα_１，α_２とすることが好ましい。

そして、鉛直方向の層ａ_１を形成した後に、図１７（ａ）に示すように、水平方向の層ｂ_１を肉盛溶接によって形成する。これにより、図１７（ａ）に示すように、立板Ｗ６と鉛直方向の層ａ_１と水平方向の層ｂ_１とによって、新たなレ形開先Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄ’が形成されることになる。そして、この新たなレ形開先Ａ−Ｂ’−Ｃ’−Ｄ’がレ形開先Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄと同じ形状になるように水平方向の層ｂ_１を形成することができれば、鉛直方向の第２の層ａ_２が第１の層ａ_１と同じ条件で溶接できるので自動溶接を行う際に有利となる。

そのためには、図１７（ａ）に示すように、水平方向の層ｂ_１の高さｔが、鉛直方向の層ａ_１の肉厚ｄにｔａｎθを乗じた値となるように溶接を行えばよい。これにより、図１７（ａ）に示すように、開先が斜め上方にずれるだけで形状が同じになる。そして、図１７（ａ）に示すように、同様の関係を水平方向の第２の層ｂ_２と鉛直方向の第２の層ａ_２とに適用し、最後に同じ形状の鉛直方向の第３の層ａ_３を形成する。

なお、前記した図１７（ａ）、（ｂ）に示した溶接手順は、図１８に示すように、ルートギャップがｒ_１からｒ_２へと徐々に変化するテーパギャップにも適用でき、テーパギャップに生じやすい溶接欠陥を減少させることができる。この場合、図１７（ａ）の水平方向の高さ一定の層ｂ_１，ｂ_２はそのまま図１８のテーパギャップに適用することができ、図１７（ａ）の鉛直方向の層ａ_１，ａ_２，ａ_３の高さがルートギャップに沿って徐々に変化する。すると、長手方向の溶接の切れ目が生じず、切れ目で生じやすい溶接不良が発生しなくなる。このように、鉛直方向の層ａ_１，ａ_２，ａ_３の高さがルートギャップに沿って変化する場合は、ウィービング条件、例えば図１７（ｂ）の角度α_１，α_２、ウィービング幅Ｈ、ウィービングピッチＰ、ウィービング回数、ウィービングの狙い位置を変化させることで、肉厚を一定に保つことができる。

以上のような構成を備える溶接装置１Ｄは、下板Ｗ５から立板Ｗ６に向かって運棒し、立板Ｗ６から下板Ｗ５に向かって運棒する適切な幅のウィービングで開先を溶接するため、下板Ｗ５や立板Ｗ６と裏当部材ＢＭが接するルートギャップにおける溶け込み不良を低減することができる。

［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態に係る溶接装置１Ｅについて、図１９および図２０を参照しながら説明する。溶接装置１Ｅは、図１に示すように、溶接制御装置９０の代わりに溶接制御装置９０Ｅを備える以外は、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の構成を備えている。従って、以下では、溶接装置１との相違点を中心に説明を行い、当該溶接装置１と重複する構成および溶接装置１Ｅの処理手順については詳細説明を省略する。

溶接制御装置９０Ｅは、立向き溶接継手の溶接の際に溶接ロボット３０の動作を制御するものである。溶接制御装置９０Ｅは、具体的には図１９に示すように、鉄骨構造物Ｗが鉄骨構造物Ｗ７および鉄骨構造物Ｗ８で構成されるとともに、両者の間にレ型の開先が形成され、さらにこの開先の底部に裏当部材ＢＭが、鉄骨構造物Ｗ７の下部に下側固形タブＴＢが配置された裏当金方式の溶接継手を立向き姿勢で溶接する際に、溶接ロボット３０の動作を制御する。なお、前記した下側固形タブＴＢは、例えばＭｇＯ，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＣａＣＯ_３等を主成分とする非導電性材料で構成されている。

以下、溶接制御装置９０Ｅによる溶接ロボット３０の具体的な制御方法について、図１９および図２０を参照しながら説明する。溶接制御装置９０Ｅは、図１９に示すように、始端部の溶接開始点に溶接トーチ３１を移動させた後、矩形状の運棒パターンのウィービングによって溶接トーチ３１先端を移動させながら溶接方向（図１９における上方向）に上昇させる。これにより、運棒パターンの１周期分の１ループごとに板状のビードが溶接方向に積層されることになる。なお、前記した「運棒パターンの１周期分の１ループ」とは、ある教示点から運棒を開始した場合における開先に対する位置関係が、上昇成分を除いて、前記した教示点と略同様に対応している教示点に至るまでのパターンのことを意味している。

この際、溶接制御装置９０Ｅは、ビード形成部および始端乗り移り部からなる溶接始端側の端部領域（始端部領域）の溶接時においては、始端の下側固形タブＴＢにとって最適な溶接条件（溶接電流、溶接電圧、停止時間、次教示点への移動速度、移動中の溶接電流、トーチ角度、アークのＯＮ／ＯＦＦ）を設定する。

溶接制御装置９０Ｅは、具体的には図１９に示すように、始端部領域に含まれる教示点のうち、鉄骨構造物Ｗ７の壁面Ｗ７ａと裏当部材ＢＭと下側固形タブＴＢとの接点に最も近い教示点Ｐ_１の位置座標（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）、および、鉄骨構造物Ｗ８の壁面Ｗ８ａと裏当部材ＢＭと下側固形タブＴＢとの接点に最も近い教示点Ｐ_２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値を、−Ｄ−２ｍｍ以上かつ＋３ｍｍ以下に設定する。その理由は、Ｘ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）が−Ｄ−２ｍｍ未満であると、溶接トーチ３１から突出された溶接ワイヤが下側固形タブＴＢに突っ込んでしまうことによって、始端部領域のビード形状が劣化したり、あるいは、溶接トーチ３１が鉄骨構造物Ｗ７等に干渉する危険性が高まるためである。また、Ｘ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）が−Ｄ＋３ｍｍを越えると、始端部領域のビードなじみが不十分となるためである。

ただし、教示点の位置座標は、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向を＋、開先のある鉄骨構造物Ｗ７，Ｗ８の下端部を０）、Ｙ軸（溶接方向から開先を投影して開先面のある方向を＋、ルートギャップの中心を０）、Ｚ軸（ルートギャップ側から開先側に＋、裏当金面を０）で表されるものとする。なお、裏当金面とは、図２０（ａ）に示すように、裏当部材ＢＭの開先側の面のことを意味している。また、下側固形タブＴＢは、ここでは図１９に示すように、溝深さＤｍｍを有しているものとする。

また、溶接制御装置９０Ｅは、図１９に示すように、教示点Ｐ_１，Ｐ_２においては、溶接電流が１９０Ａ〜２５０Ａの範囲に設定する。その理由は、溶接電流が１９０Ａ未満であると、溶け込みが不十分になる一方、２５０Ａを越えると、裏当部材ＢＭ等をアークで抜いてしまって溶け落ち等が発生するという問題があるためである。なお、溶接制御装置９０Ｅは、前記したような問題を確実に防止するために、溶接電流を２００Ａ〜２４０Ａの範囲に設定することが好ましい。

また、溶接制御装置９０Ｅは、図１９に示すように、教示点Ｐ_１，Ｐ_２における溶接トーチ３１に対して、０．２ｓ〜３．０ｓの停止時間を設定する。その理由は、停止時間が０．２ｓ未満であると、溶融池が十分に形成されずにビード形状が不良になる一方、停止時間が３．０ｓを越えると、溶融池が大きくなって開口部側へのビードの垂れ落ちが発生ためである。なお、溶接制御装置９０Ｅは、前記したような問題を確実に防止するために、停止時間を０．５ｓ〜３．０ｓに設定することが好ましい。

以上のような構成を備える溶接装置１Ｅは、始端部領域の第１ループに含まれる教示点のうち、ルート側の教示点Ｐ_１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および教示点Ｐ_２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値を−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下に設定することによって、最も溶込みが得られにくい始端部領域の固形タブ（下側固形タブＴＢ）との接点部分にアーク点を確実に配置し、融合不良等の欠陥を防止することができる。また、溶接装置１Ｅは、前記した教示点に対して０．２〜３．０ｓの停止時間を設定することにより必要十分な大きさの溶融池を形成することができ、さらに停止中の溶接電流を１９０Ａ〜２５０Ａに設定することにより鉄骨構造物Ｗや裏当部材ＢＭに対する良好な溶込みやなじみを得ることができる。

［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態に係る溶接装置について、図２１を参照しながら説明する。第７実施形態に係る溶接装置は、溶接ロボット３０を２台備えることを特徴としている。すなわち、第７実施形態に係る溶接装置は、図１に示す溶接装置１の構成に加えて、台車２０と、溶接ロボット３０と、ワイヤ供給容器４０と、ノズル交換装置５０と、ノズル清掃装置６０と、スラグ除去装置７０と、ワイヤ切断装置８０とをそれぞれもう一組備えている。また、第７実施形態に係る溶接装置は、１台の溶接制御装置によって、各装置を制御できるように構成されている。ここで、第７実施形態に係る溶接装置における溶接制御装置以外の構成は既に説明済みであるため、説明を省略する。

第７実施形態に係る溶接装置の溶接制御装置９０Ｆは、前記した図７に示すように、入力手段９１、センシング手段９２、ルートギャップ算出手段９３および記憶手段９５に加えて、演算手段９４Ｆを備えている。また、この演算手段９４Ｆは、図２１に示すように、積層パターン決定手段９４１、溶接条件決定手段９４２および動作プログラム作成手段９４３に加えて、溶接条件修正手段９４４を備えている。ここで、溶接制御装置９４Ｆにおける演算手段９４Ｆ以外の構成と、演算手段９４Ｆにおける溶接条件修正手段９４４以外の構成は既に説明済みであるため、説明を省略する。

溶接条件修正手段９４４は、溶接条件決定手段９４２によって決定された溶接条件を修正するものである。溶接条件修正手段９４４は、具体的には、同一の鉄骨構造物Ｗに存在する断面積と溶接長のいずれかもしくは両方が異なることで、溶接すべき体積の異なる複数の溶接継手を２台の溶接ロボット３０によって同時に溶接する場合に、基点から次の基点までの溶接時間を同じにするため、溶接条件決定手段９４２によって決定された溶接条件に含まれる溶接ワイヤの送り量を変更する。これにより、溶接条件修正手段９４４は、複数の溶接継手における溶接すべき体積の違いを補うことができる。

以下、溶接条件修正手段９４４における具体的な処理について説明する。ここで、溶接条件修正手段９４４における処理の前段階として、以下のような準備を行っておく。まず、所定突き出し長さにおけるワイヤ送り速度に対する溶接電流と適正アーク電圧との関係を予め求めておく。次に、突き出し長さを増減させた場合のワイヤ送り速度に対する溶接電流と適正アーク電圧との関係を求めておく。そして、所定突き出し長さおよび基準ルートギャップの場合において、板厚ごとの基準となる溶接条件（基準溶接条件、すなわち溶接電流、アーク電圧、溶接速度および狙い位置）を実験等から求めておき、さらに、その溶接パス（多層盛溶接を行う場合にはその各パス）について、変動可能な溶接電流範囲およびそれに対応したアーク電圧を求めておく（溶接電流範囲）。この場合、薄い板厚の積層パターン、溶接電流および溶接速度（各パスののど厚が同じになる）は、厚い板厚の途中までと同じ条件となるケースが多いと考えられるが、仕上げ付近のパスのように板厚個別の条件としても構わない。そして、これらの情報を記憶手段９５に格納し、図２１に示すように、溶接条件修正手段９４４に対して出力可能な状態とする。

以上のような準備を行った上で、溶接条件修正手段９４４は、以下のような処理を行う。まず、溶接条件修正手段９４４は、２台の溶接ロボット３０で同時に溶接しようとするパスについて、このパス終了後の基準溶接条件におけるのど厚が同じ場合、すなわち積層パターン、溶接電流および溶接速度が同じである場合、各基準溶接条件とその溶接継手のルートギャップ、および、それ以前に溶接したパスがある場合はそれまでに溶接したのど厚から、基準溶接条件におけるのど厚を保つことを前提とした場合の基点間の溶接に必要な溶着金属量を求め、その平均値を目標とする溶着金属量（目標溶着金属量）として定める。

次に、溶接条件修正手段９４４は、予め求めてあるワイヤ送り速度と溶接電流との関係から、このパスの基準溶接条件の電流値を使用した場合の目標溶着金属量となる溶接時間を求める。この場合、溶接条件修正手段９４４は、鉄骨構造物Ｗの直線部分については、基点間の溶接長から溶接速度を算出する。また、溶接条件修正手段９４４は、鉄骨構造物Ｗの円弧部分（コーナー部）については、溶接時間が回転ポジショナ１０の回転時間となることから、今回溶接する溶接位置に応じた溶接長を、それまでののど厚が異なっていることを考慮して求め、溶接速度（鉄骨構造物Ｗと溶接トーチ３１との相対速度）を算出する。次に、溶接条件修正手段９４４は、求めた溶接速度と各溶接継手の当パスで必要とする溶着金属量から、各溶接継手で必要なワイヤ送り速度を求め、予め求めてあるワイヤ送り速度と溶接電流との関係から、実電流値とそれに対応するアーク電圧を決定する。

一方、２台の溶接ロボット３０で同時に溶接しようとするパスについて、このパス終了後の基準溶接条件におけるのど厚が異なる場合、すなわち積層パターン、溶接電流および溶接速度が異なる場合、溶接条件修正手段９４４は、各基準溶接条件とその溶接継手のルートギャップ、および、それ以前に溶接したパスがある場合はそれまでに溶接したのど厚からそれぞれの溶接継手について基準溶接条件におけるのど厚を保つことを前提とした場合の基点間の溶接に必要な溶着金属量を求め、その平均値を目標とする溶着金属量（目標溶着金属量）として定める。

次に、溶接条件修正手段９４４は、各基準溶接条件から同時に溶接しようとするパスの電流値に対するワイヤ送り速度を求め、その平均値を求め、これをワイヤ平均送り速度とする。次に、溶接条件修正手段９４４は、目標溶着金属量とワイヤ平均送り速度から、この時の溶接時間を求める。この場合、溶接条件修正手段９４４は、鉄骨構造物Ｗの直線部分については、基点間の溶接長と溶接時間から溶接速度を算出する。また、溶接条件修正手段９４４は、鉄骨構造物Ｗの円弧部分（コーナー部）については、溶接時間が回転ポジショナ１０の回転時間となることから、今回溶接する溶接位置に応じた溶接長を、それまでののど厚が異なっていることを考慮して求め、溶接速度（鉄骨構造物Ｗと溶接トーチ３１との相対速度）を算出する。次に、溶接条件修正手段９４４は、求めた溶接速度と各溶接継手の当パスで必要とする溶着金属量から、各溶接継手で必要なワイヤ送り速度を求め、予め求めてあるワイヤ送り速度と溶接電流との関係から実電流値とそれに対応するアーク電圧を決定する。

このように、第７実施形態に係る溶接装置は、複数の溶接ロボット３０による溶接ワイヤの送り量を変えることで、複数の溶接ロボット３０によって、溶接すべき体積の異なる複数の溶接継手を同時に溶接することができる。

ここで、溶接条件修正手段９４４は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲を設け、その範囲内での溶接を行い、その結果生じる肉量の違いをそれ以降のパスで補うことにより、トータルの肉量を所望の値内とするように溶接条件を修正することが好ましい。すなわち、溶接電流を所定の溶接電流範囲内に変更し、肉量を変えて溶接した場合、各溶接継手の各パスにおける溶着金属量が所望の値にならなくなるが、この場合、その足りない溶着金属量または溢れた溶着金属量を次のパスに繰り越すこととする。また、今回のパスののど厚が０以下になった場合にも、下限値で溶接し、溢れた溶着金属量を次パスに繰り越すこととする。従って、溶接条件修正手段９４４は、繰り越しした溶着金属量の目標に対する誤差を加算したものをその溶接継手の次パスで必要とする溶着金属量とし、前記したものと同様の処理を行う。

このように、第７実施形態に係る溶接装置は、溶接の際に生じる肉量の違いを後のパスで補い、トータルの肉量を所望の値内にすることで、複数の溶接ロボット３０によって、複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正に溶接することができる。

また、溶接条件修正手段９４４は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合、少なくとも１つのパスを溶接継手ごとに個別に溶接することにより、全体の肉量誤差を補うように溶接条件を修正することが好ましい。すなわち、複数の溶接継手間の溶接金属量の差が大きくなると、全パス終了時の溶接結果において、各溶接継手の溶着金属量に誤差が生じ、所望の溶接品質を得られないケースが発生する。この場合、溶接条件修正手段９４４は、１つ以上のパスを同時溶接させないようにし、つまり、複数の溶接継手のうちの少なくとも１つの溶接継手を同時溶接させないようにし、再度、基準溶接条件の溶接電流を前提として、この時の回転ポジショナ１０の回転速度（溶接速度）をこのパスまでに必要な残りの溶着金属量に合わせて再計算する。そして、このように修正された溶接条件に基づいて溶接を行う。なお、この場合における残りの溶接継手は、この溶接継手の溶接前または溶接後に、このパスの溶接を行うものとする。

このように、第７実施形態に係る溶接装置は、少なくとも１つのパスを溶接継手ごとに個別に溶接し、全体の肉量誤差を補うことで、溶接継手ごとで基点間の溶接すべき体積の差が大きくても、複数の溶接ロボット３０によって、複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正に溶接することができる。

また、溶接条件修正手段９４４は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合、ワイヤ送給量の差を大きくし、その際、溶接電流が適正範囲外になることに対して当該溶接電流が所望の値となるように溶接ワイヤの突き出し長さを変えるように溶接条件を修正することが好ましい。すなわち、前記した溶接電流範囲は限られているため、溶接継手間の溶接金属量の差が大きくなると、同時溶接できないパスが増加することになる。そしてこのように同時溶接できないパスが増加すると、結局、個別に溶接するケースに稼動時間が近づき、同時溶接の効果が薄れてしまう。従って、溶接条件修正手段９４４は、電流値を上下限値にしても、溶着金属量を所望の値にできない場合には、ワイヤ突き出し長さを変えることで溶接電流を範囲内に保ちつつ、溶着量を所望の値にする。つまり、溶接条件修正手段９４４は、予め、突き出し長さの変化に対する溶接電流およびアーク電圧の相関関係の変化を実験等から求めておき、溶接速度と溶着金属量から決まるワイヤ送り量における溶接電流値が電流範囲内になるように突き出し長さを変えることで、適正な溶接条件を保ち、同時溶接を可能とする。

このように、第７実施形態に係る溶接装置は、複数の溶接ロボット３０の溶接ワイヤの突き出し長さを変えることで、複数の溶接ロボット３０によって複数の溶接継手を同時に効率よく、かつ、適正な溶接電流を保って溶接することができる。

溶接条件修正手段９４４は、以上のように修正した溶接条件を、図２１に示すように、動作プログラム作成手段９４３に出力する。そして、動作プログラム作成手段９４３は、積層パターン決定手段９４１で決定された積層パターンと、溶接条件修正手段９４４で修正された溶接条件とに応じて、溶接ロボット３０のロボット動作プログラムを作成し、当該溶接ロボット３０に出力して設定する。

以上のような構成を備える第７実施形態に係る溶接装置は、溶接制御装置９０Ｆの入力手段９１に入力された鉄骨構造物Ｗの寸法等の情報に基づいて、複数の溶接ロボット３０の動作軌跡および溶接条件を自動的に生成することができる。

また、第７実施形態に係る溶接装置は、一対の回転ポジショナ１０によって鉄骨構造物Ｗを保持するとともに、台車２０ごとに設けられた溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの別々の直線部分を溶接する場合は、当該鉄骨構造物Ｗを回転させずに複数の溶接ロボット３０によって溶接することができ、また、台車２０ごとに設けられた溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの別々の円弧部分（コーナー部）を溶接する場合は、当該鉄骨構造物Ｗを回転させながら複数の溶接ロボット３０によって溶接することができる。これにより、第７実施形態に係る溶接装置は、鉄骨構造物Ｗの直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。

以上、本発明に係る溶接装置について、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。

例えば、ノズル清掃装置６０は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ノズル着脱機構５２が溶接トーチ３１のノズル３１１の着脱のみを行っていたが、例えば例えば取り外したノズル３１１の内面（内周面）をワイヤブラシ等で自動清掃する構成を備えても構わない。これにより、ノズル３１１の内面に付着したスパッタを除去し、シールド性の低下をより効果的に防止することができる。

また、溶接装置１Ａ，１Ｂは、いずれも１台の溶接ロボット３０を備える場合（図１参照）について説明を行ったが、第７実施形態に係る溶接装置のように、２台の溶接ロボット３０を備える場合であっても適用することができる。この場合、第７実施形態に係る溶接装置の溶接制御装置９０Ｆ（図７参照）内に、溶接装置１Ａの中心位置算出手段９６、偏心量算出手段９７および修正手段９８を追加することで、鉄骨構造物Ｗの偏心量に基づいて動作プログラムを修正することができるとともに、第７実施形態に係る溶接装置の溶接制御装置９０Ｆ（図７参照）内に、溶接装置１Ｂの位置補正手段９９、コーナー部半径算出手段１００および修正手段９８Ａを追加することで、鉄骨構造物Ｗのコーナー部半径センシングを行うことができる。

また、溶接装置１Ｃは、いずれも１台の溶接ロボット３０を備える場合（図１参照）について説明を行ったが、第７実施形態に係る溶接装置のように、２台の溶接ロボット３０を備える場合であっても適用することができる。この場合、第７実施形態に係る溶接装置の溶接制御装置９０Ｆ（図７参照）内に、溶接装置１Ｃのインチング手段１０１を追加することで、２台の溶接ワイヤ３１から突き出された溶接ワイヤをそれぞれインチング操作することができる。

ここで、溶接制御装置９０Ｆ（図７参照）内に、溶接装置１Ｃのインチング手段１０１を追加した場合、当該インチング手段１０１は、具体的には複数の台車２０上におけるそれぞれの溶接ロボット３０の先端に設けられた溶接トーチ３１のそれぞれの溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４に対してインチング操作によって進出させる。次に、インチング手段１０１は、溶接ワイヤの先端が鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４と接触した際の短絡を検出し、溶接ワイヤと鉄骨構造物Ｗ３，Ｗ４との通電を確認する。そして、次に、インチング手段１０１は、溶接ワイヤを所定長さだけ逆方向にインチング操作する。そして、インチング手段１０１は、複数の溶接トーチ３１の溶接開始位置で同時に溶接ワイヤにそれぞれ所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始させる制御信号を生成し、当該制御信号を溶接ロボット３０に出力する。これにより、溶接開始前にアーク発生の可不可を確認し、複数の溶接ロボット３０でアークスタートのタイミングを同期させながら、それぞれの溶接開始位置で確実にアークをスタートすることができる。

また、溶接装置１Ｄ，１Ｅは、いずれも１台の溶接ロボット３０を備える場合（図１参照）について説明を行ったが、第７実施形態に係る溶接装置のように、２台の溶接ロボット３０を備える場合であっても適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 溶接装置
１０ 回転ポジショナ
１１ 環状保持部
１１ａ ギア
１１ｂ 円弧部分
１１１ 固定治具
１２ 昇降アーム機構
１３ ブラケット
１３１ ピニオンギア
１３２ 駆動部
１４ レール台車
２０ 台車
２１ 車輪
２２ スライダ機構
３０ 溶接ロボット
３１ 溶接トーチ
３１１ ノズル
３１２ トーチ本体
３１３ チップ
３２ アーム部先端
４０ ワイヤ供給容器
５０ ノズル交換装置
５１ 基台
５１ａ 貫通孔
５２ ノズル着脱機構
５２１ コイルバネ
５２２ 筒部材
５２３ 平歯車
５２４ 回転駆動源
５３ チップ清掃機構
５３４ 平歯車
５５ 中間歯車
６０ ノズル清掃装置
７０ スラグ除去装置
７０ａ スラグ除去装置載置台
７１ タガネ機構
７１１ ニードル集合体
７１１ａ ニードル
７２ スライド保持機構
７２５ スライド支持部材
７２６ スプリング
７３ タガネ側着脱機構
７３１ 連結部材
７３２ ショックセンサ
７３３ ツールプレート
７３４ ツール側着脱部材
７３４ａ 空気ポート
７３５ａ 第１エア配管
７３５ｂ 第２エア配管
７４ ロボット側着脱機構
７４１ ロボット側着脱部材
７４１ａ 第１空気ポート
７４１ｂ 第２空気ポート
７４２ ブラケット
８０ ワイヤ切断装置
９０，９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄ，９０Ｅ，９０Ｆ 溶接制御装置
９１ 入力手段
９２ センシング手段
９３ ルートギャップ算出手段
９４，９４Ｆ 演算手段
９４１ 積層パターン決定手段
９４２ 溶接条件決定手段
９４３ 動作プログラム作成手段
９４４ 溶接条件修正手段
９５ 記憶手段
９６ 中心位置算出手段
９７ 偏心量算出手段
９８，９８Ａ 修正手段
９９ 位置補正手段
１００ コーナー部半径算出手段
１０１ インチング手段
ＢＭ 裏当部材
Ｏ 軸線
Ｒ１ ポジショナ用移動レール
Ｒ２ 台車用移動レール
ＴＢ 下側固形タブ
Ｗ 鉄骨構造物
Ｗ１ 鉄骨構造物（コラム）
Ｗ１ａ 開先面
Ｗ１ｂ 表面
Ｗ２ 鉄骨構造物（ダイヤフラム）
Ｗ２ａ 開先面
Ｗ３ 鉄骨構造物（コラム）
Ｗ４ 鉄骨構造物（ダイヤフラム）
Ｗ５ 鉄骨構造物（下板）
Ｗ６ 鉄骨構造物（立板）
Ｗ７ 鉄骨構造物
Ｗ７ａ 壁面
Ｗ８ 鉄骨構造物
Ｗ８ａ 壁面
ＷＳ 鉄骨構造物（角形鋼管）

Claims (17)

1. 溶接用ワークである鉄骨構造物を溶接ロボットによって溶接する溶接装置であって、
   前記溶接ロボットの動作を制御する溶接制御装置を備え、
   前記溶接制御装置は、
   少なくとも、前記鉄骨構造物の寸法および溶接継手の形状のいずれかもしくは両方と、溶接実行可否の情報とが、作業者による入力あるいは前記鉄骨構造物のＣＡＤデータの入力によって入力される入力手段を備え、前記鉄骨構造物の寸法および前記溶接継手の形状のいずれかもしくは両方に応じて予め用意された溶接ロボット軌跡および溶接条件に従って、溶接時における溶接ロボット動作軌跡および溶接条件を自動的に生成し、溶接させることを特徴とする溶接装置。
2. 前記鉄骨構造物の長手方向に移動可能に設けられ、当該鉄骨構造物を保持して回転させる一対の回転ポジショナと、前記一対の回転ポジショナの移動方向と平行な方向に移動可能に設けられた台車と、前記台車上において、前記回転ポジショナの移動方向と直交する方向に移動可能に設けられた前記溶接ロボットと、前記溶接ロボットの先端に設けられた溶接トーチと、を備え、
   前記一対の回転ポジショナは、
   前記鉄骨構造物が内部に収容され、複数の固定治具によって当該鉄骨構造物を保持する一対の環状保持部と、
   前記一対の環状保持部の一方または双方を回転させる駆動部と、を備え、
   前記環状保持部は、前記鉄骨構造物を収容できるように環状部分の所定位置が分断されて当該環状部分の一部が開口して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記溶接用ワークである鉄骨構造物の長手方向に移動可能に設けられ、当該鉄骨構造物を保持して回転させる一対の回転ポジショナと、前記一対の回転ポジショナの移動方向と平行な方向に移動可能に設けられた複数の台車と、前記複数の台車上において、前記回転ポジショナの移動方向と直交する方向に移動可能にそれぞれ設けられた前記溶接ロボットと、前記溶接ロボットの先端に設けられた溶接トーチと、を備え、
   前記一対の回転ポジショナは、
   前記鉄骨構造物が内部に収容され、複数の固定治具によって当該鉄骨構造物を保持する一対の環状保持部と、
   前記一対の環状保持部の一方または双方を回転させる駆動部と、を備え、
   前記環状保持部は、前記鉄骨構造物を収容できるように環状部分の所定位置が分断されて当該環状部分の一部が開口して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
4. 前記溶接制御装置は、
   所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記鉄骨構造物との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との接触による通電状態を検出して前記鉄骨構造物の位置を検出するセンシング手段と、
   前記センシング手段によって検出された、少なくとも一つの前記鉄骨構造物表面からの設定開先深さに対する所定深さの検出開始位置から開先幅方向の両開先面の検出位置データと、前記設定開先深さと前記検出開始位置との差と、予め設定されている前記両開先面の角度とに従ってルートギャップを求めるルートギャップ算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶接装置。
5. 前記溶接制御装置は、前記鉄骨構造物の寸法、もしくは、前記鉄骨構造物の寸法およびルートギャップに対して予め用意された積層パターンおよび溶接条件と、入力もしくはセンシングにより得られたルートギャップ情報とから、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成することを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
6. 前記溶接制御装置は、前記鉄骨構造物の寸法、もしくは、前記鉄骨構造物の寸法およびルートギャップに対して予め用意された積層パターンおよび溶接条件と、入力もしくはセンシングにより得られたルートギャップ情報とから、溶接しようとする溶接継手に対する積層パターンおよび溶接条件を自動生成するとともに、同一の鉄骨構造物に存在する断面積と溶接長のいずれかもしくは両方が異なることで、溶接すべき体積の異なる複数の溶接継手を複数の溶接ロボットによって同時に溶接する場合に、基点から次の基点までの溶接時間を同じにするために、溶接ワイヤの送り量を変えるように制御することで、溶接すべき体積の違いを補うことを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
7. 前記溶接制御装置は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲を設け、その範囲内での溶接を行い、その結果生じる肉量の違いをそれ以降のパスで補うように制御することで、トータルの肉量を所望の値内にすることを特徴とする請求項６に記載の溶接装置。
8. 前記溶接制御装置は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合において、少なくとも１つのパスを溶接継手ごとに個別に溶接するように制御することで、全体の肉量誤差を補うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の溶接装置。
9. 前記溶接制御装置は、各パスで溶接可能な適正溶接電流範囲内での溶接が行えない場合において、ワイヤ送給量の差を大きくするとともに、溶接電流が適正範囲外となることに対して当該溶接電流が所望の値となるように溶接ワイヤの突き出し長さを変えるように制御することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の溶接装置
10. 溶接トーチ先端に設けられたノズルを交換するノズル交換装置を備え、
    前記ノズル交換装置は、
    前記ノズルが挿入されるコイルバネと、
    前記ノズルが挿入された前記コイルバネをその中心軸回りに回転駆動させることで、前記ノズルを前記溶接トーチのトーチ本体から取り外す回転駆動源と、
    を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。
11. 前記溶接ロボットの先端に設置され、前記鉄骨構造物の溶接部に発生したスラグを除去するスラグ除去装置を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。
12. 前記溶接制御装置は、
    所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記鉄骨構造物との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との接触による通電状態を検出して前記鉄骨構造物の位置を検出するセンシング手段と、
    予め入力された前記鉄骨構造物の寸法と、前記センシング手段によって検出された前記鉄骨構造物の位置とから、前記鉄骨構造物の中心位置を算出する中心位置算出手段と、
    予め入力された前記回転ポジショナの回転中心位置と、前記鉄骨構造物の中心位置とから、前記回転ポジショナの回転中心に対する前記鉄骨構造物の偏心量を算出する偏心量算出手段と、
    前記偏心量算出手段によって算出された前記偏心量に従って、前記ロボット動作軌跡を修正する修正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。
13. 前記鉄骨構造物は、角形鋼管であり、
    前記溶接制御装置は、
    所定突き出し長さに設定された溶接ワイヤを支持する前記溶接トーチと前記角形鋼管との間にセンシング電圧を印加し、前記溶接ワイヤと前記角形鋼管との接触による通電状態を検出して前記角形鋼管の位置を検出するセンシング手段と、
    前記センシング手段によって検出された、前記角形鋼管における上面または下面の位置と、前記角形鋼管における一方または他方の側面の位置とに従って、予め入力された前記角形鋼管における角部の位置を補正する位置補正手段と、
    前記位置補正手段によって補正された前記角形鋼管における角部の位置と、前記センシング手段によって検出された前記角形鋼管における角部の位置から前記角形鋼管におけるコーナー部の円弧中心を結ぶ鋼材表面位置とに従って、前記コーナー部の半径を算出するコーナー部半径算出手段と、
    前記位置補正手段によって補正された角部の位置と、前記コーナー部半径算出手段によって算出された前記コーナー部の半径とに従って、前記ロボット動作軌跡を修正する修正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。
14. 前記溶接制御装置は、
    前記溶接トーチの溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを前記鉄骨構造物に対してインチング操作によって進出させることにより、前記溶接ワイヤの先端が前記鉄骨構造物と接触した際の短絡を検出して前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との通電を確認した後、所定長さだけ前記溶接ワイヤを逆方向にインチング操作し、その後、前記溶接トーチの前記溶接開始位置で前記溶接ワイヤに所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始するように制御することを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
15. 前記溶接制御装置は、
    前記複数の台車上におけるそれぞれの前記溶接ロボットの先端に設けられた前記溶接トーチのそれぞれの溶接開始位置で、センシング電圧を印加した溶接ワイヤを前記鉄骨構造物に対してインチング操作によって進出させることにより、前記溶接ワイヤの先端が前記鉄骨構造物と接触した際の短絡を検出して前記溶接ワイヤと前記鉄骨構造物との通電を確認した後、所定長さだけ前記溶接ワイヤを逆方向にインチング操作し、その後、複数の前記溶接トーチの前記溶接開始位置で同時に前記溶接ワイヤにそれぞれ所定の溶接電力を供給し、アークを点火して溶接を開始することにより、同一の前記鉄骨構造物の異なる溶接継手を複数の前記溶接トーチで同時に溶接を開始するように制御することを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
16. 前記溶接制御装置は、
    レ形開先を設けた裏当金方式の溶接継手を横向き姿勢で溶接する場合、
    開先の最深部について、下板から立板に向かう前記溶接ワイヤの運棒と前記立板から前記下板に向かう前記溶接ワイヤの運棒とを繰り返すウィービングによって、ルートギャップに依らず前記開先の長手方向にわたって肉厚ｄが略一定である鉛直方向の層を形成し、前記鉛直方向の層に接して前記下板の上に高さｔで略一定の肉盛溶接を行って水平方向の層を形成し、前記水平方向の層と前記鉛直方向の層と前記立板とからなる新たな開先について、前記鉛直方向の層を形成する溶接と前記水平方向の層を形成する溶接とを繰り返し、前記肉盛溶接の高さｔを、前記水平方向の層と前記鉛直方向の層と立板とからなる新たな開先の形状が最初の開先の最深部の形状と略同一となるような高さとするように制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。
17. 前記溶接制御装置は、
    レ形開先を設けた裏当金方式の溶接継手を立向き姿勢で溶接する場合、
    前記溶接トーチの前記溶接ワイヤ先端をウィービングさせながら上昇させて前記開先を溶接する際に、前記開先を始端側の始端部領域および終端側の終端部領域とこれ以外の本溶接部領域とに区分し、これら各領域の溶接特性を考慮した溶接条件を設定するとともに、前記ウィービングによる運棒パターンの１周期を１ループとし、前記ウィービングの軌跡中に含まれる教示点の位置座標を、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向を＋、開先のある前記鉄骨構造物の下端部を０）、Ｙ軸（溶接方向から開先を投影して開先面のある方向を＋、ルートギャップの中心を０）、Ｚ軸（ルートギャップ側から開先側に向かう方向を＋、裏当部材の表面を０）で表し、前記鉄骨構造物の下部に配置された固形タブの溝深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記端部領域の第１ループに含まれる教示点のうち、複数の前記鉄骨構造物の一方と前記裏当部材あるいは下層溶接ビード表面と前記固形タブとの接点に最も近い教示点Ｐ_１の位置座標（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および前記複数の鉄骨構造物の他方と前記裏当金あるいは下層溶接ビード表面と前記固形タブとの接点に最も近い教示点Ｐ_２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値が−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下であり、前記教示点Ｐ_１および前記教示点Ｐ_２に対して、０．２〜３．０ｓの停止時間で停止し、当該停止中の溶接電流を１９０Ａ〜２５０Ａにするように制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接装置。

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