JP2020062675A - 現場溶接方法、及び現場溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現場溶接の自動化による作業性の向上を図ることが可能な現場溶接方法、及び現場溶接装置を提供することを目的とする。【解決手段】現場溶接方法は、溶接対象物の周囲に設置されたレール上を走行可能な多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより、溶接対象物における溶接対象箇所の開先の情報を取得する第１工程と、第１工程で取得された開先の情報に基づいて、レール上を走行可能な多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより、当該溶接対象箇所を溶接する第２工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、現場溶接方法、及び現場溶接装置に関する。

特許文献１には、自動溶接装置が記載されている。この自動溶接装置は、鉄鋼柱に装着された環状のレールと、当該レールに案内されて自走して鉄骨柱の周囲を周回する装置本体とからなり、装置本体は、溶接トーチと、溶接トーチ部の位置決めを行うためのセンサと、を備える。

特開２０００−１３５５９４号公報

特許文献１に記載の自動溶接装置のように、建設現場における現場溶接の自動化が可能な装置が検討されている。しかしながら、上記の特許文献１に記載の自動溶接装置では、溶接トーチが、レールに沿って周回しながら、垂直移動、水平移動及び上下の首振り動作のみによって溶接を行うため、細かい動作が行えず、十分な溶接精度を得にくい場合がある。また、センサ及びトーチの動作に制限が多いため、溶接対象箇所の形状又は周辺設備等によっては溶接作業を分断させて行う必要が生じる場合がある。したがって、現場溶接の自動化による作業性の更なる向上が望まれていた。

本発明は、現場溶接の自動化による作業性の向上を図ることが可能な現場溶接方法、及び現場溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係る現場溶接方法は、溶接対象物の周囲に設置されたレール上を走行可能な多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより、溶接対象物における溶接対象箇所の開先の情報を取得する第１工程と、第１工程で取得された開先の情報に基づいて、レール上を走行可能な多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより、当該溶接対象箇所を溶接する第２工程と、を含む。

この現場溶接方法においては、多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより溶接するため、細かい動作を活かして溶接することができ、溶接精度が向上する。それに加えて、多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより開先の情報を取得するため、溶接と同程度の動作を活かして開先の情報を取得でき、実際に溶接する状態に対する再現性を高めることができる。したがって、この現場溶接方法によれば、現場溶接の自動化による作業性の向上を図ることが可能となる。

第２工程においては、レール上で走行を停止した状態の多関節ロボットが溶接対象物に対する動作を行うことにより、溶接対象箇所を溶接してもよい。この場合、多関節ロボットの単独の動作を制御して溶接することが可能となるため、処理負担が軽減できる。

本発明に係る現場溶接方法は、第１工程及び第２工程を含む作業工程と、作業工程の前に実行される準備工程と、を備え、準備工程においては、レールを搭載した状態で走行可能であるとともに、搭載した状態のレールを昇降可能な台車によって、レールを溶接対象物の周囲に設置し、作業工程は、レールが溶接対象物によって支持されることにより、レールが台車から離間された状態で実行されてもよい。この場合、レールを台車とは縁が切れた状態とすることで、多関節ロボットが開先の情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）及び溶接するための動作（すなわち、第２工程）を行う際に、台車が載置された場所（例えば、現場の床面）からレールに振動が伝わることが抑制され、これに伴って多関節ロボットの動作への振動の影響が軽減される。そのため、多関節ロボットの動作の精度を向上できる。

また、本発明に係る現場溶接装置は、上記のいずれかの現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、アーム先端部に開先センサを有し、第１工程で開先の情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能するセンサ用ロボットと、アーム先端部に溶接手段を有し、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能する溶接ロボットと、を含む複数のロボットと、複数のロボットが走行可能なレールと、を備える。

この現場溶接装置によれば、一のロボットによる開先の情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と別のロボットによる溶接するための動作（すなわち、第２工程）とを異なる溶接対象箇所で同時進行できるため、効率化が図られる。

また、本発明に係る現場溶接装置は、上記のいずれかの現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、開先センサと溶接手段とを含む複数種類のツールを選択的に保持可能であり、第１工程で開先の情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能し、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能するロボットと、ロボットが走行可能なレールと、を備える。

この現場溶接装置によれば、１つのツールを保持し得るだけのサイズの１台のロボットと、当該ロボットが走行し得るサイズのレールと、によって開先の情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と溶接するための動作（すなわち、第２工程）とが行えるため、装置をコンパクト化できる。

また、本発明に係る現場溶接装置は、上記のいずれかの現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、アーム先端部に開先センサと溶接手段とを有しており、第１工程で開先の情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能し、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能するロボットと、ロボットが走行可能なレールと、を備える。

この現場溶接装置によれば、一つの溶接対象箇所に対し、開先の情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と溶接するための動作（すなわち、第２工程）とが１台のロボットによって実行される。したがって、開先の情報を取得するための動作の誤差と、溶接するための動作の誤差とに共通して含まれる、当該ロボットに起因する誤差が相殺され、最終的に溶接誤差が低減される。また、開先の情報を取得するための動作と、溶接するための動作とを同時進行できるため、より精度のよい溶接が行える。

本発明に係る現場溶接装置において、ロボットは、レール上を走行する台座部と、台座部に対して相対的に回転する多関節アーム部と、を有し、台座部に対する多関節アーム部の回転軸線は、レールの高さ方向及び幅方向に対して傾斜してもよい。この場合、ロボットの可動空間を有効活用しやすい。

本発明に係る現場溶接方法及び現場溶接装置によれば、現場溶接の自動化による作業性の向上を図ることが可能な現場溶接方法、及び現場溶接装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る現場溶接方法及び現場溶接装置を概略的に示す斜視図である。 図２は、図１のレールを上方から見た平面図である。 図３は、図１のレール及びロボットを示す側面図である。 図４は、図１の台車を示す図であり、（ａ）が上方から見た平面図、（ｂ）が（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面である。 図５は、現場溶接方法の準備工程を説明するための平面図である。 図６は、現場溶接方法の準備工程を説明するための側面図である。 図７は、現場溶接方法の作業工程を説明するための平面図である。 図８は、現場溶接方法の作業工程を説明するための断面図である。 図９は、変形例に係るロボットを示す側面図である。 図１０は、変形例に係るロボットを示す側面図である。

以下、図面を参照して一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。

［現場溶接装置の構成］
まず、図１〜図４を参照して現場溶接装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る現場溶接方法及び現場溶接装置を概略的に示す斜視図である。図１に示される現場溶接装置１は、構造物２（例えば、柱）の施工現場において、溶接対象物Ｗに対する溶接を行うための装置である。本実施形態において、溶接対象物Ｗは、構造物２としての柱の一部を構成する複数の柱材３を有する。柱材３は、例えば角形（例えば四角形）の鋼管であり、複数（例えば４つ）の隅角部を有する。柱材３の各隅角部は、尖った形状を呈していてもよいが、本実施形態においては丸みを帯びた形状を呈している。複数の柱材３は、上下方向に重ねられ、互いに溶接されることによって柱を構成する。このように構成される柱は、例えば、ビル等の中高層の建築物の柱として用いられる。各柱材３は、このような建築物において３フロア分程度（例えば、１０ｍ）の高さを有する。換言すると、ビル等における柱は、３フロア分ごとに溶接されることで、全フロア分に相当する高さを有するように構成される。

図１では、柱材３として、下段に配置される柱材３Ａと、上段に配置される柱材３Ｂとが示されている。柱材３Ａは、更に下段に配置される柱材３及び基礎構造物等を介して支持地盤（不図示）等に支持されている。柱材３Ａ，３Ｂは、互いの中心軸線を一致させるように配置される（以下では、柱材３Ａ，３Ｂの中心軸線を合わせて「軸線Ａｘ０」という。）。柱材３Ａ，３Ｂの端面３ａ同士は、互いに同じ寸法形状を有しており、軸線Ａｘ０まわりの全周に亘って互いに対向している。互いに対向する柱材３Ａ，３Ｂの端面３ａによって、溶接のための開先Ｇが形成される。現場溶接装置１は、この端面３ａ同士が対向する箇所（以下では、「溶接対象箇所Ｗａ」という。）を溶接する。

柱材３Ａ，３Ｂには、それぞれ、複数（例えば４つ）のエレクションピース４が設けられている。一例として、エレクションピース４は、柱材３Ａ，３Ｂの各外側面３ｂの略中央部において、溶接対象箇所Ｗａの近傍に溶接されている。柱材３Ａに設けられたエレクションピース４と、柱材３Ｂに設けられたエレクションピース４とは、上下方向に沿って並んで配置され、建て方治具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及び建て方治具５によって、柱材３Ａ，３Ｂが仮接続されている。

現場溶接装置１は、レール１０と、複数（例えば２台）のロボット２０と、複数（ロボット２０と同数であって、ここでは２つ）のロボット設置用ブロック３０と、台車４０と、を備える。図２は、図１のレールを上方から見た平面図である。図３は、図１のレール及びロボットを示す側面図である。図４は、図１の台車を示す図である。なお、図２においては溶接対象物Ｗを二点鎖線で示し、図４（ａ）においては溶接対象物Ｗ及びレール１０を二点鎖線で示し、図４（ｂ）においてはレール１０を二点鎖線で示している。

図１及び図２に示されるように、レール１０は、溶接対象箇所Ｗａの周囲を複数のロボット２０が走行可能となるように設置される。レール１０は、溶接対象物Ｗの周囲において、溶接対象箇所Ｗａよりも低い高さに位置する。レール１０の大きさは、当該レール１０上を走行するロボット２０の数量及び大きさ等に応じて適宜設定してよい。レール１０は、レール本体１１と、複数（ロボット２０と同数であって、ここでは２つ）のキャリッジ１２と、支持機構１３と、位置決め機構１４とを有する。

レール本体１１は、柱材３Ａの全周を囲む円環状を呈している。ここでは、レール本体１１は、２つのアーチ部材１１ａを含み、当該２つのアーチ部材１１ａの端部同士が接続されることによって円環状を呈するように構成されている。２つのアーチ部材１１ａは、柱材３Ａの４つの隅角部のうち互いに対向する２つの隅角部と対向する位置において、互いに接続されている。レール本体１１は、その外周側及び内周側にそれぞれ位置する板状の外周側環状部１１ｂ及び内周側環状部１１ｃを有する。図１〜図３に示されるように、外周側環状部１１ｂは、軸線Ａｘ０に沿う円環板状を呈している。内周側環状部１１ｃは、軸線Ａｘ０に直交する円環板状を呈している。

キャリッジ１２は、レール本体１１に設けられ、ロボット２０をレール本体１１に沿って走行させる機能を有する。キャリッジ１２は、レール本体１１の外周側環状部１１ｂに摺動自在に係合している。キャリッジ１２は、外周側環状部１１ｂに対向する面と反対側に保持面１２ａを有する。キャリッジ１２は、保持面１２ａにおいてロボット設置用ブロック３０（詳細は後述）を介してロボット２０を保持し、レール本体１１上を摺動することによってレール本体１１に沿ってロボット２０を走行させる。

支持機構１３は、レール本体１１を溶接対象物Ｗによって支持するための機構である。図２に示されるように、支持機構１３は、柱材３Ａに固定された複数（例えば４つ）の第１支持部材１３ａと、第１支持部材１３ａ上に設置された複数（例えば２つ）の第２支持部材１３ｂとを有する。柱材３Ａの４つの外側面３ｂのうち、互いに平行な２つの外側面３ｂのそれぞれに２つの第１支持部材１３ａが固定されている。４つの第１支持部材１３ａは、互いに同じ高さに固定され、各外側面３ｂから外方にそれぞれ延在している。２つの第２支持部材１３ｂは、それぞれ、２つの第１支持部材１３ａ上に架け渡されている。２つの第２支持部材１３ｂは、第１支持部材１３ａが固定された各外側面３ｂに沿って、当該外側面３ｂの両端部を超えた位置まで延在している。２つの第２支持部材１３ｂ上には、レール本体１１が設置される。

位置決め機構１４は、レール本体１１を溶接対象物Ｗに対して位置決めするための機構である。位置決め機構１４は、４つのＬ字状の固定部材１４ａを含む。４つの固定部材１４ａは、全体として溶接対象物Ｗとしての柱材３Ａを囲む形状をなすように、レール本体１１にそれぞれ固定されている。各固定部材１４ａは、例えばボルト等の固定具Ｂ１によって、柱材３Ａの隅角部に着脱自在に接合される。４つの固定部材１４ａが柱材３Ａの隅角部にそれぞれ接合されることにより、レール本体１１が柱材３Ａに対して位置決めされる。

複数のロボット２０は、それぞれ、溶接対象箇所Ｗａに対する動作を行う。具体的に、複数のロボット２０は、センサ用ロボット２０Ａと、溶接ロボット２０Ｂとを含む。図３（ａ）は、ロボット２０としてのセンサ用ロボット２０Ａを示している。図３（ｂ）は、ロボット２０としての溶接ロボット２０Ｂを示している。センサ用ロボット２０Ａは、溶接対象箇所Ｗａにおける開先Ｇの情報を取得するための動作を行う多関節ロボットである。溶接ロボット２０Ｂは、溶接するための動作を行う多関節ロボットである。

図３に示されるように、各ロボット２０は、例えば、汎用の垂直多関節型の６軸ロボットであって、先端部２１（アーム先端部）と、台座部２２と、台座部２２に対する先端部２１の位置及び姿勢を変更する多関節アーム部２３と、先端部２１に設けられたツール２４と、ロボットコントローラ２５とを有する。

台座部２２は、ロボット設置用ブロック３０に固定されることにより、レール１０上を走行する。台座部２２の下端には、フランジ部２２ａが設けられている。フランジ部２２ａには、例えばボルト等の固定具Ｂ２が挿通可能な複数の挿通孔が形成されている。

多関節アーム部２３は、台座部２２に対して相対的に回転する。多関節アーム部２３は、旋回部２３ａと、２つの腕部２３ｂ，２３ｃと、手首部２３ｄと、複数（例えば６つ）の関節Ｊ１〜Ｊ６と、各関節Ｊ１〜Ｊ６にそれぞれ内蔵された複数（ここでは６つ）のアクチュエータ（不図示）とを有する。旋回部２３ａ、腕部２３ｂ，２３ｃ及び手首部２３ｄは、台座部２２に対して直列に連結されている。

関節Ｊ１は、台座部２２の上面に直交する回転軸線Ａｘ１まわりに回転可能となるように、台座部２２に対して旋回部２３ａを連結する。これにより、多関節アーム部２３は、台座部２２に対して回転軸線Ａｘ１まわりに回転可能とされる。関節Ｊ２〜Ｊ５は、それぞれ、腕部２３ｂ，２３ｃ及び手首部２３ｄを揺動可能に連結する。関節Ｊ６は、図に示す回転軸線Ａｘ２まわりに回転可能となるように、手首部２３ｄに対して先端部２１を連結する。これにより、先端部２１は、多関節アーム部２３（特に手首部２３ｄ）に対して回転軸線Ａｘ２まわりに回転可能とされる。アクチュエータは、ロボットコントローラ２５の制御によって関節Ｊ１〜Ｊ６をそれぞれ駆動する。なお、ロボット２０は、上記の構成に限定されない。ロボット２０は、汎用の多関節ロボットのうちのいずれのロボットであってもよく、例えば冗長関節（不図示）を更に有する７軸ロボットでもよく、５軸以下のロボットでもよい。

ツール２４としては、センサ用ツール２４Ａと、溶接ツール２４Ｂとが挙げられる。センサ用ツール２４Ａは、センサ用ロボット２０Ａの先端部２１に設けられている。センサ用ツール２４Ａは、開先Ｇの情報を取得する開先センサ２４ａと、開先センサ２４ａを先端部２１に装着する装着部２４ｂとを含む。開先センサ２４ａは、接触式のセンサ（例えばタッチセンサ）であってもよいが、本実施形態においては、非接触式で開先Ｇの位置情報を取得可能なセンサ（例えばレーザーセンサ）である。開先センサ２４ａには、スリット（不図示）が設けられていてもよい。

溶接ツール２４Ｂは、溶接ロボット２０Ｂの先端部２１に設けられている。溶接ツール２４Ｂは、溶接対象箇所Ｗａを溶接する溶接手段２４ｃと、溶接手段２４ｃを先端部２１に装着する装着部２４ｄとを含む。本実施形態において、溶接手段２４ｃは、溶接用のトーチである。なお、溶接手段２４ｃは、溶接のためのレーザービームを発振するレーザー発振器等であってもよい。各ツール２４は、ロボットコントローラ２５の制御によって開先Ｇの情報の取得、又は、溶接対象箇所Ｗａの溶接を行う。

ロボット設置用ブロック３０は、各キャリッジ１２の保持面１２ａに、例えば溶接等によって取り付けられている。ロボット設置用ブロック３０は、ロボット２０を取り付けるための取付座面３０ａを有する。取付座面３０ａには、上述した固定具Ｂ２によってロボット２０の台座部２２が固定される。

ロボット設置用ブロック３０は、回転軸線Ａｘ１をレール本体１１の高さ方向（ここでは、上下方向）及び幅方向（ここでは、水平方向）に対して傾斜させた状態で、取付座面３０ａ上に各ロボット２０を保持している。これにより、各ロボット２０における台座部２２に対する多関節アーム部２３の回転軸線Ａｘ１は、柱材３Ａ，３Ｂの軸線Ａｘ０に平行しておらず、直交もしていない。また、ロボット設置用ブロック３０は、回転軸線Ａｘ１がレール本体１１の径方向に沿うように、各ロボット２０を保持している（図７参照）。図１及び図３に示されるように、ロボット設置用ブロック３０は、三角柱形状を呈しており、取付座面３０ａとキャリッジ１２の保持面１２ａとが角度θをなすように配置される。角度θは、３０°である。これにより、各ロボット２０は、回転軸線Ａｘ１がレール１０の幅方向に対して３０°傾斜して配置される。なお、角度θは、各ロボット２０の可動空間に応じて適宜設定してよい。

台車４０は、レール１０を搭載した状態で走行可能であるとともに、搭載した状態のレール１０を昇降可能である。図４（ａ）は、台車４０を上方から見た平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である。台車４０は、現場の床面（例えば、構造物２としての柱が用いられる建築物の所定のフロア（例えば３階）の床面）上に配置されている。台車４０は、複数（例えば４つ）の載置部４１と、複数（載置部４１と同数であって、ここでは４つ）の昇降機構４２と、支持部４３と、複数（例えば、１０個〜２０個）の車輪４４とを有する。

載置部４１は、レール１０のアーチ部材１１ａを載置させる載置面４１ａを有する。複数の載置部４１の載置面４１ａ同士は、互いに同じ高さに位置している。アーチ部材１１ａは、複数の載置面４１ａに載置されることにより、台車４０に搭載される。載置部４１には、上下方向に貫通する軸孔４１ｈが形成されている。

複数の昇降機構４２は、アーチ部材１１ａを昇降させる機能を有する。昇降機構４２は、上下方向に延在する昇降ガイド４２ａと、昇降ガイド４２ａに沿って昇降可能な昇降ブロック４２ｂとを有する。一例として、昇降ガイド４２ａは、ボールネジであって、載置部４１の軸孔４１ｈに挿通している。昇降ブロック４２ｂは、ナットであって、載置部４１を支持するとともに、昇降ガイド４２ａに螺合している。複数の昇降機構４２の昇降ブロック４２ｂ同士は、互いに同じ高さに載置部４１を支持するように、例えば電動モータ（不図示）等の動力によって、同時に昇降ガイド４２ａに沿って昇降する。なお、昇降機構４２の数及び昇降機構４２の位置は、アーチ部材１１ａの重量及び形状等に応じて適宜設定してよい。

支持部４３は、昇降機構４２を介してアーチ部材１１ａを支持する。支持部４３は、現場の床面に沿う平坦なフレーム状を呈している。本実施形態において、支持部４３は、長尺状の複数の板部材４３ａを有し、当該複数の板部材４３ａが互いに連結されることにより、全体としてアーチ部材１１ａの外径と同程度の幅を有するフレーム状をなしている。板部材４３ａ上には、昇降ガイド４２ａの下端部が固定されている。支持部４３は、互いに平行な一対の側部４３ｂと、一対の側部４３ｂの一方側同士を連結する前方部４３ｃと、一対の側部４３ｂの他方側同士を連結する後方部４３ｄとを有する。前方部４３ｃは、一対の側部４３ｂの一方側同士よりも後方部４３ｄ側に向けて凹むＶ字形状を呈している。これにより、支持部４３の当該前方部４３ｃ側には溶接対象物Ｗにより近づくことが可能な差し込み空間ＳＰが形成されている。

複数の車輪４４は、アーチ部材１１ａを搭載した状態で走行可能とする機能を有する。具体的に、複数の車輪４４は、アーチ部材１１ａを支持した状態の支持部４３を床面に沿って走行可能に支持する。車輪４４は、支持部４３の下面に設けられた取付板４４ａを介して支持部４３に取り付けられている。本実施形態においては、複数（例えば、２個〜６個）の車輪４４が１つの取付板４４ａに取り付けられ、複数（例えば４つ）の当該取付板４４ａを介して全ての車輪４４が支持部４３に取り付けられている。なお、車輪４４の数、取付板４４ａの数、及びこれらの支持部４３に対する位置は、アーチ部材１１ａの重量及び形状等に応じて適宜設定してよい。

［現場溶接方法］
続いて、図５〜図８を参照し、上記の現場溶接装置１を用いた現場溶接方法について説明する。現場溶接方法は、準備工程と、作業工程とを有する。準備工程は、作業工程の前に実行される。図５は、現場溶接方法の準備工程を説明するための平面図である。図６は、現場溶接方法の準備工程を説明するための側面図である。

準備工程においては、まず、レール１０のアーチ部材１１ａを溶接対象物Ｗの周囲（ここでは、図５において二点鎖線で示す位置Ｐ１）まで搬送する。具体的には、図５に示されるように、台車４０の複数の載置部４１に１つのアーチ部材１１ａを搭載し、その状態で、台車４０を溶接対象物Ｗに向けて走行させる。このとき、支持部４３の前方部４３ｃ側の差し込み空間ＳＰに、溶接対象物Ｗの隅角部を差し込むように、台車４０を溶接対象物Ｗに近づける（図４（ａ）を併せて参照）。台車４０によって位置Ｐ１に搬送されたアーチ部材１１ａは、図６（ａ）に示されるように、床面上に台車４０によって支持された状態である。

次に、アーチ部材１１ａを位置Ｐ１に設置する。具体的には、図６（ｂ）に示されるように、昇降機構４２によって載置部４１を降下させることでアーチ部材１１ａを降下させる。このとき、載置面４１ａが第２支持部材１３ｂの上面よりも低い位置となるまで、昇降ブロック４２ｂを昇降ガイド４２ａに沿って下降させる。これにより、アーチ部材１１ａが第２支持部材１３ｂ上に載置され、載置部４１から離間する。換言すると、アーチ部材１１ａは、支持機構１３を介して溶接対象物Ｗに支持されることにより、台車４０に対して縁が切れた状態（すなわち、台車４０とは直接的な影響を及ぼし合わない状態）となる。その状態で、アーチ部材１１ａを位置決め機構１４によって溶接対象物Ｗ（ここでは、柱材３Ａ）に対して位置決めする（図２参照）。以上により、位置Ｐ１へのアーチ部材１１ａの設置が完了する。

次に、位置Ｐ１に設置されたアーチ部材１１ａと同様にして、別のアーチ部材１１ａを溶接対象物Ｗの周囲（ここでは、図５において二点鎖線で示す位置Ｐ２）まで搬送し、当該アーチ部材１１ａを位置Ｐ２に設置する。位置Ｐ１へのアーチ部材１１ａの設置と、位置Ｐ２へのアーチ部材１１ａの設置とは、例えば１つの台車４０によって順に実行してもよいし、２つの台車４０によって並行して実行してもよい。なお、アーチ部材１１ａが位置Ｐ１又は位置Ｐ２において台車４０に対して縁が切れた状態となったら、台車４０を当該アーチ部材１１ａから離間させてもよい。

また、位置Ｐ１，Ｐ２への各アーチ部材１１ａの設置は、アーチ部材１１ａにキャリッジ１２が係合し、キャリッジ１２に取り付けられたロボット設置用ブロック３０にロボット２０が取り付けられた状態で実行してもよい。または、位置Ｐ１，Ｐ２の少なくとも一方へのアーチ部材１１ａの設置の後に、当該アーチ部材１１ａにキャリッジ１２を係合してもよい。キャリッジ１２に取り付けられたロボット設置用ブロック３０へのロボット２０の取り付けは、アーチ部材１１ａにキャリッジ１２を係合する前であってもよいし後であってもよい。

２つのアーチ部材１１ａが位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ設置され、２つのキャリッジ１２が当該２つのアーチ部材１１ａ（すなわち、レール本体１１）に係合し、各ロボット２０がキャリッジ１２のロボット設置用ブロック３０に取り付けられた状態となったら、準備工程が完了する。このとき、レール１０は、溶接対象物Ｗの周囲に設置され、溶接対象物Ｗに支持された状態である。

準備工程が完了した後、作業工程が実行される。作業工程は、レール１０が溶接対象物Ｗによって支持されることにより、レール１０が台車４０から離間された状態で実行される。図７は、現場溶接方法の作業工程を説明するための平面図である。図８は、現場溶接方法の作業工程を説明するための断面図である。

作業工程は、図７（ａ）に示される第１工程と、図７（ｂ）に示される第２工程とを含む。第１工程においては、図１及び図７（ａ）に示されるように、レール１０上で走行を停止した状態のセンサ用ロボット２０Ａが溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより、溶接対象箇所Ｗａの開先Ｇの情報を取得する。なお、図７（ａ）においては、溶接ロボット２０Ｂの図示を省略している。センサ用ロボット２０Ａは、はじめに、柱材３Ａの一の隅角部に対向する位置において停止し、この位置から動作経路Ｒ１に亘って先端部２１のセンサ用ツール２４Ａを動かして溶接対象箇所Ｗａのうちの一部（ここでは、半分）の開先Ｇの情報を取得する。具体的には、センサ用ロボット２０Ａは、図８（ａ）に示されるように、柱材３Ａ，３Ｂの内側面３ｃに設けられた裏当金物６、及び、柱材３Ａ，３Ｂの各端面３ａによって形成される開先Ｇの情報を取得する。これにより、１つの第１工程が完了する。その後、センサ用ロボット２０Ａは、レール１０上において、軸線Ａｘ０まわりに１８０°走行した位置に移動する。

次に、第２工程を行う。第２工程においては、第１工程で取得された開先Ｇの情報に基づいて、図７（ｂ）に示されるように、レール１０上で走行を停止した状態の溶接ロボット２０Ｂが、溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより、溶接対象箇所Ｗａを溶接する。溶接ロボット２０Ｂは、はじめに、柱材３Ａの上記一の隅角部に対向する位置において停止し、この位置から動作経路Ｒ１に亘って先端部２１の溶接ツール２４Ｂを動かして溶接対象箇所Ｗａのうちの一部（ここでは、半分）を溶接する。具体的には、図８（ａ）の破線に示されるように、溶接材Ｍを用いて開先Ｇの溶接を行う。これにより、１つの第２工程が完了する。

このとき、図７（ｂ）に示されるように、センサ用ロボット２０Ａは、柱材３Ａの上記一の隅角部とは別の隅角部に対向する位置において停止した状態で、この位置から動作経路Ｒ２に亘って先端部２１のセンサ用ツール２４Ａを動かして溶接対象箇所Ｗａのうちの残部（ここでは、半分）の開先Ｇの情報を取得する。すなわち、センサ用ロボット２０Ａと溶接ロボット２０Ｂとは、軸線Ａｘ０まわりに１８０°の角度ピッチで互いに異なる位置において、第１工程及び第２工程を同時進行する。なお、同時進行するとは、第１工程及び第２工程を完全に同時に実行する場合に限定されず、第１工程及び第２工程をほぼ同時に実行する場合も含む。

以後、センサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂは、レール１０上において、軸線Ａｘ０まわりに１８０°走行した位置ごとに、動作経路Ｒ１又は動作経路Ｒ２に亘って第１工程及び第２工程を繰り返し実行する。例えば、センサ用ロボット２０Ａは、図８（ｂ）に示されるように、複数回目（図８（ｂ）においては、５回目）の第１工程として、溶接ロボット２０Ｂが複数回（ここでは、４回）第２工程を行った後の柱材３Ａ，３Ｂの各端面３ａ及び溶接材Ｍによって形成される開先Ｇの情報を取得する。これにより、溶接ロボット２０Ｂは、図８（ｂ）の破線に示されるように、複数回目（ここでは、５回目）の第２工程において、直前の第１工程で取得された開先Ｇの情報に基づいて、溶接材Ｍの量を調節しながら、対応する溶接対象箇所Ｗａの溶接を行うことが可能となる。

図８（ｃ）に示されるように、柱材３Ａ，３Ｂの各端面３ａのすべて（すなわち、溶接対象箇所Ｗａのすべて）が溶接された状態となったら、建て方治具５（図１参照）を撤去するとともに、各エレクションピース４（図１参照）を柱材３Ａ，３Ｂからそれぞれ切断する。なお、現場溶接装置１は、建て方治具５の撤去及びエレクションピース４の切断を行うことが可能なロボット２０を更に備えていてもよく、当該ロボット２０によって建て方治具５の撤去及びエレクションピース４の切断を行ってもよい。以上によって現場溶接方法が完了する。

［作用］
以上のように、本実施形態に係る現場溶接方法においては、多関節ロボットである溶接ロボット２０Ｂが溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより溶接するため、細かい動作を活かして溶接することができ、溶接精度が向上する。また、溶接ロボット２０Ｂによれば、柱材３Ａに設けられたエレクションピース４と、柱材３Ｂに設けられたエレクションピース４との隙間でも溶接作業が行えるため、建て方治具５が取り付けられたままの状態であっても柱材３Ａ，３Ｂの端面３ａの全周（すなわち、溶接対象箇所Ｗａの全周）を溶接することができ、溶接作業を分断する手間が省略される。それに加えて、多関節ロボットであるセンサ用ロボット２０Ａが溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより開先Ｇの情報を取得するため、溶接と同程度の動作を活かして開先Ｇの情報を取得でき、実際に溶接する状態に対する再現性を高めることができる。したがって、この現場溶接方法によれば、現場溶接の自動化による作業性の向上を図ることが可能となる。

第１工程においては、レール１０上で走行を停止した状態のセンサ用ロボット２０Ａが溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより、開先Ｇの情報を取得する。これにより、センサ用ロボット２０Ａの単独の動作を制御して、開先Ｇの情報を取得することが可能となる。また、第２工程においては、レール１０上で走行を停止した状態の溶接ロボット２０Ｂが溶接対象物Ｗに対する動作を行うことにより、溶接対象箇所Ｗａを溶接する。これにより、溶接ロボット２０Ｂの単独の動作を制御して、溶接することが可能となる。したがって、センサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂの制御のための処理負担が軽減できる。

本実施形態に係る現場溶接方法は、第１工程及び第２工程を含む作業工程と、作業工程の前に実行される準備工程と、を備え、準備工程においては、レール１０を搭載した状態で走行可能であるとともに、搭載した状態のレール１０を昇降可能な台車４０によって、レール１０を溶接対象物Ｗの周囲に設置し、作業工程は、レール１０が溶接対象物Ｗによって支持されることにより、レール１０が台車４０から離間された状態で実行される。これにより、レール１０を台車４０とは縁が切れた状態とすることで、センサ用ロボット２０Ａが開先Ｇの情報を取得するための動作、及び溶接ロボット２０Ｂが溶接するための動作を行う際に、台車４０が載置された場所（ここでは、現場の床面）からレール１０に振動が伝わることが抑制され、これに伴ってセンサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂの動作への振動の影響が軽減される。そのため、センサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂ（特に、溶接ロボット２０Ｂ）の動作の精度を向上できる。

また、本実施形態に係る現場溶接装置１は、上記の現場溶接方法に用いられ、先端部２１に開先センサ２４ａを有し、第１工程で開先Ｇの情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能するセンサ用ロボット２０Ａと、先端部２１に溶接手段２４ｃを有し、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能する溶接ロボット２０Ｂと、を含む複数のロボット２０と、複数のロボット２０が走行可能なレール１０と、を備える。

この現場溶接装置によれば、一のロボット２０（ここでは、センサ用ロボット２０Ａ）による開先Ｇの情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と別のロボット２０（ここでは、溶接ロボット２０Ｂ）による溶接するための動作（すなわち、第２工程）とを異なる溶接対象箇所Ｗａで同時進行できるため、効率化が図られる。

本実施形態に係る現場溶接装置１において、ロボット２０（ここでは、センサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂのそれぞれ）は、レール１０上を走行する台座部２２と、台座部２２に対して相対的に回転する多関節アーム部２３と、を有し、台座部２２に対する多関節アーム部２３の回転軸線Ａｘ１は、レール１０の高さ方向及び幅方向に対して傾斜している。これにより、ロボット２０の可動空間を有効活用しやすい。

［変形例］
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。図９及び図１０は、変形例に係るロボットを示す側面図である。現場溶接装置１は、センサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂを含む複数のロボット２０に代えて、１台のロボット２０（例えば、図９に示されるロボット２０Ｃ、又は図１０に示されるロボット２０Ｄ）を備えていてもよい。

図９に示されるように、ロボット２０Ｃは、ツール２４としてのセンサ用ツール２４Ａ及び溶接ツール２４Ｂに代えて、保持部２４Ｃを備える点でセンサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂとそれぞれ相違し、その他の点においてセンサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂと同様の構成を備える。保持部２４Ｃは、センサ用ツール２４Ａと溶接ツール２４Ｂとを含む複数種類のツール２４を選択的に保持可能である。保持部２４Ｃは、例えば汎用のツールチェンジャーであって、マスターシリンダ２４ｅと、複数（例えば２つ）のツールアダプタ２４ｆとを有する。

マスターシリンダ２４ｅは、ロボット２０Ｃの先端部２１に設けられている。複数のツールアダプタ２４ｆのうちの１つには、上述したセンサ用ツール２４Ａが設けられている。複数のツールアダプタ２４ｆのうちの別の１つには、上述した溶接ツール２４Ｂが接続されている。マスターシリンダ２４ｅは、ツールアダプタ２４ｆと接続するためのマスター側ポート部２４ｐを有する。各ツールアダプタ２４ｆは、マスターシリンダ２４ｅと接続するためのツール側ポート部２４ｈを有する。ツール側ポート部２４ｈは、マスター側ポート部２４ｐに嵌合可能に構成されている。

ロボット２０Ｃは、マスターシリンダ２４ｅのマスター側ポート部２４ｐと、センサ用ツール２４Ａが設けられたツールアダプタ２４ｆのツール側ポート部２４ｈとが互いに接続されることによって、センサ用ロボット２０Ａと同様の機能を有する。すなわち、当該ロボット２０Ｃは、第１工程で溶接対象箇所Ｗａにおける開先Ｇの情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能する。また、ロボット２０Ｃは、マスターシリンダ２４ｅのマスター側ポート部２４ｐと、溶接ツール２４Ｂが設けられたツールアダプタ２４ｆのツール側ポート部２４ｈとが互いに接続されることによって、溶接ロボット２０Ｂと同様の機能を有する。すなわち、当該ロボット２０Ｃは、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能する。

本変形例に係る現場溶接装置１を用いた現場溶接方法においては、作業工程において、センサ用ロボット２０Ａと溶接ロボット２０Ｂとが第１工程及び第２工程を同時進行することに代えて、ロボット２０Ｃが第１工程のみを実行した後に第２工程のみを実行する点で上記実施形態に係る現場溶接方法を相違し、その他の点においては上記実施形態に係る現場溶接方法と同様に行うことができる。より具体的には、動作経路Ｒ１から動作経路Ｒ２に亘って第１工程を実行した後、センサ用ツール２４Ａが設けられたツールアダプタ２４ｆと溶接ツール２４Ｂが設けられたツールアダプタ２４ｆとを付け替えて、動作経路Ｒ１から動作経路Ｒ２に亘って第２工程を実行し、以後、各ツールアダプタを付け替えながら第１工程及び第２工程を繰り返し実行する。

なお、保持部２４Ｃは、建て方治具５の撤去が可能なツール（不図示）及びエレクションピース４の切断を行うことが可能なツール（不図示）を更に選択的に保持可能であってもよい。例えば、保持部２４Ｃは、上記の２つのツールアダプタ２４ｆに加え、建て方治具５の撤去が可能なツールが設けられたツールアダプタ（不図示）と、エレクションピース４の切断を行うことが可能なツールが設けられたツールアダプタ（不図示）とを有していてもよい。この場合、これらの各ツールアダプタに付け替えて、ロボット２０Ｃによって建て方治具５の撤去及びエレクションピース４の切断を行ってもよい。

これにより、ロボット２０Ｃは、マスターシリンダ２４ｅのマスター側ポート部２４ｐと、建て方治具５の撤去が可能なツールが設けられたツールアダプタのツール側ポート部（不図示）とが互いに接続されることによって、建て方治具５の撤去を行うための多関節ロボットとして機能する。また、ロボット２０Ｃは、マスターシリンダ２４ｅのマスター側ポート部２４ｐと、エレクションピース４の切断を行うことが可能なツールが設けられたツールアダプタのツール側ポート部（不図示）とが互いに接続されることによって、エレクションピース４の切断を行うための動作を行う多関節ロボットとして機能する。

以上のように、図９に示されるロボット２０Ｃを備える現場溶接装置１によれば、１つのツール２４（ここでは、センサ用ツール２４Ａ及び溶接ツール２４Ｂのうちのいずれか一方）を保持し得るだけのサイズの１台のロボット２０（ここでは、ロボット２０Ｃ）と、当該ロボット２０が走行し得るサイズのレール１０と、によって開先Ｇの情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と溶接するための動作（すなわち、第２工程）とが行えるため、装置をコンパクト化できる。

また、図１０に示されるロボット２０Ｄは、センサ用ツール２４Ａ及び溶接ツール２４Ｂに代えて、ツール２４としての保持ツール２４Ｄを備える点でセンサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂとそれぞれ相違し、その他の点においてセンサ用ロボット２０Ａ及び溶接ロボット２０Ｂと同様の構成を備える。保持ツール２４Ｄは、上述した開先センサ２４ａ及び溶接手段２４ｃと、開先センサ２４ａ及び溶接手段２４ｃを先端部２１に装着する装着部２４ｇとを含む。

これにより、ロボット２０Ｄは、第１工程で溶接対象箇所Ｗａにおける開先Ｇの情報を取得するための動作を行う多関節ロボットとして機能するとともに、第２工程で溶接するための動作を行う多関節ロボットとして機能する。

本変形例に係る現場溶接装置１を用いた現場溶接方法においては、作業工程において、センサ用ロボット２０Ａと溶接ロボット２０Ｂとが互いに異なる位置において第１工程及び第２工程をそれぞれ行っていたことに代えて、ロボット２０Ｄが同じ位置において第１工程及び第２工程を同時進行する点で上記実施形態に係る現場溶接方法を相違し、その他の点においては上記実施形態に係る現場溶接方法と同様に行うことができる。より具体的には、溶接対象箇所Ｗａに対し、先端部２１の保持ツール２４Ｄを動かし、開先センサ２４ａによって開先Ｇの情報を取得しながら、当該開先センサ２４ａによって取得した開先Ｇの情報に基づいて、溶接手段２４ｃによって溶接する。すなわち、同じ溶接対象箇所Ｗａにおける第１工程と第２工程とをロボット２０Ｄによって同時進行する。

以上のように、図１０に示されるロボット２０Ｄを備える現場溶接装置１によれば、一つの溶接対象箇所Ｗａに対し、開先Ｇの情報を取得するための動作（すなわち、第１工程）と溶接するための動作（すなわち、第２工程）とが１台のロボット２０（ここでは、ロボット２０Ｄ）によって実行される。したがって、開先の情報を取得するための動作の誤差と、溶接するための動作の誤差とに共通して含まれる、当該ロボット２０に起因する誤差が相殺され、最終的に溶接誤差が低減される。また、開先の情報を取得するための動作と、溶接するための動作とを同時進行できるため、より精度のよい溶接が行える。

また、柱材３（すなわち、溶接対象物Ｗを構成する部材）は、角形の鋼管に限定されず、例えばＨ形鋼等であってもよいし、複数のＨ形鋼等が連結されて構成される十字形状又はＴ字形状等の部材であってもよい。本発明に係る現場溶接方法及び現場溶接装置１は、溶接対象物Ｗの周囲に設置されたレール１０に沿って複雑な動作を行うことができる多関節ロボットであるロボット２０が、開先Ｇの情報の取得、及び溶接対象箇所Ｗａの溶接を行うため、溶接対象物Ｗが複雑な形状（例えば、Ｈ形状、十字形状、又はＴ字形状等）の部材によって構成される場合であっても適用可能である。

また、溶接対象物Ｗは、柱の一部を構成する複数の柱材３に限定されない。溶接対象物Ｗは、柱以外の構造物（例えば、梁、壁、天井等）の一部を構成する複数の部材であってもよい。また、溶接対象物Ｗが構造物を構成する単一部材であり、溶接対象箇所Ｗａが当該溶接対象物Ｗの一部分であってもよい。

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、上述した実施形態等に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

１…現場溶接装置、２…構造物、３，３Ａ，３Ｂ…柱材、１０…レール、２０，２０Ｃ，２０Ｄ…ロボット、２０Ａ…センサ用ロボット、２０Ｂ…溶接ロボット、２１…先端部（アーム先端部）、２２…台座部、２３…多関節アーム部、２４…ツール、２４ａ…開先センサ、２４ｃ…溶接手段、４０…台車、Ａｘ１…回転軸線、Ｇ…開先、Ｗ…溶接対象物、Ｗａ…溶接対象箇所。

Claims (7)

1. 溶接対象物の周囲に設置されたレール上を走行可能な多関節ロボットが前記溶接対象物に対する動作を行うことにより、前記溶接対象物における溶接対象箇所の開先の情報を取得する第１工程と、
   前記第１工程で取得された前記開先の情報に基づいて、前記レール上を走行可能な多関節ロボットが前記溶接対象物に対する動作を行うことにより、当該溶接対象箇所を溶接する第２工程と、を含む現場溶接方法。
2. 前記第２工程においては、前記レール上で走行を停止した状態の前記多関節ロボットが前記溶接対象物に対する動作を行うことにより、前記溶接対象箇所を溶接する、請求項１に記載の現場溶接方法。
3. 前記第１工程及び前記第２工程を含む作業工程と、
   前記作業工程の前に実行される準備工程と、を備え、
   前記準備工程においては、前記レールを搭載した状態で走行可能であるとともに、搭載した状態の前記レールを昇降可能な台車によって、前記レールを前記溶接対象物の周囲に設置し、
   前記作業工程は、前記レールが前記溶接対象物によって支持されることにより、前記レールが台車から離間された状態で実行される、請求項１又は２に記載の現場溶接方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、
   アーム先端部に開先センサを有し、前記第１工程で前記開先の情報を取得するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能するセンサ用ロボットと、
   アーム先端部に溶接手段を有し、前記第２工程で溶接するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能する溶接ロボットと、を含む複数のロボットと、
   前記複数のロボットが走行可能な前記レールと、を備える、現場溶接装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、
   開先センサと溶接手段とを含む複数種類のツールを選択的に保持可能であり、前記第１工程で前記開先の情報を取得するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能し、前記第２工程で溶接するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能するロボットと、
   前記ロボットが走行可能な前記レールと、を備える、現場溶接装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現場溶接方法に用いられる現場溶接装置であって、
   アーム先端部に開先センサと溶接手段とを有しており、前記第１工程で前記開先の情報を取得するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能し、前記第２工程で溶接するための動作を行う前記多関節ロボットとして機能するロボットと、
   前記ロボットが走行可能な前記レールと、を備える、現場溶接装置。
7. 前記ロボットは、前記レール上を走行する台座部と、前記台座部に対して相対的に回転する多関節アーム部と、を有し、
   前記台座部に対する前記多関節アーム部の回転軸線は、前記レールの高さ方向及び幅方向に対して傾斜する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の現場溶接装置。
   
   

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