JP2021023977A - 可搬型溶接ロボットの溶接制御方法、溶接制御装置、可搬型溶接ロボット及び溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】開先形状の変化やガイドレールの設置精度等に影響を受けることなく溶接可能であり、作業効率及び溶接品質の向上を図ることができる可搬型溶接ロボットの溶接制御方法、溶接制御装置、可搬型溶接ロボット及び溶接システムを提供する。【解決手段】ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先１０を有するワークを溶接するための可搬型溶接ロボットの溶接制御方法は、溶接開始点１０ｓから溶接終了点１０ｅまでの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置Ｐｎ（Ｐ０，Ｐ２，・・・Ｐ５）を設定し、開先形状検知位置Ｐｎにおける開先形状を、ガイドレール上を移動する可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程と、センシング工程で得た検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出工程と、開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得工程と、を有する。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、ガイドレール上を移動して溶接を自動で行うことができる可搬型溶接ロボットの溶接制御方法、溶接制御装置、可搬型溶接ロボット及び溶接システムに関する。

従来、造船、鉄骨、橋梁等における溶接構造物の製造において、工場内における溶接作業は、自動化が進み、大型の多軸溶接ロボットが多用されている。一方、大型の多軸溶接ロボットが適用できない現場溶接作業においても、半自動溶接といった手動の溶接から作業員が一人で運ぶことができる軽量小型の可搬型溶接ロボットを適用した溶接方法へと自動化が進められている。このような可搬型溶接ロボットの適用は、それまで手動で溶接が進められてきた溶接現場において、溶接効率を向上させることができる。

この可搬型溶接ロボットを適用した技術として、例えば、特許文献１がある。特許文献１では、建設現場で用いられている角形鋼管に対して、直線部と曲線部とを有したコーナユニットを用いたガイドレールを、溶接対象の角形鋼管の外周に取り付ける。そして、ガイドレールに、溶接ロボットを摺動可能に設ける。制御装置の制御部は、溶接ロボットにより溶接する溶接部分の曲率中心の位置と、コーナユニットにおいて、溶接部分を溶接するときの溶接ロボットが所在する位置の曲率中心の位置とが異なる場合に、溶接ロボットによる単位時間あたりの溶接部分の長さ（溶接速度）が一定となるように、溶接ロボットの移動速度を制御する。これにより、多様な形状の多角形鋼管を効率的に溶接している。

特開２０１８−５８０７８号公報

しかしながら、溶接する現場においては、溶接するワークは前工程での組立精度や切断精度によって図面との誤差を伴い現場に搬入される。その後、搬入したワーク同士を組み付け作業し、溶接継手となる開先形状を形成することになるが、当然、この組み付け作業にも誤差が発生する。そのため、現場で溶接する溶接継手の開先形状は、同じ継手部においても、溶接の場所によって開先形状の断面が異なってくる。一方、溶接品質の面では、溶接継手のビード幅、余盛高さは一定の基準寸法を満足することが求められる。もちろん、アンダーカット、オーバラップのような溶接欠陥は認められない。このような溶接継手の場所によって開先形状が異なる溶接施工では、溶接品質を満足するために、溶接ロボットに開先形状を事前に認識させて、開先形状の断面積に合わせて溶接条件を適切に制御し、溶接開先内の溶接金属の高さが、開先形状が変化しても全溶接長さにわたって一定に保持できることが求められる。

また、可搬型溶接ロボットが走行するガイドレールの設置は手作業で行われるため、ガイドレールを精度良く設置しようと多くの時間を要しても、ガイドレールと溶接開先の位置関係は溶接継手ごとに異なってくるのが現状である。溶接現場においては、ガイドレールと開先形状の位置関係をガイドレールの設置後ごとに確認し、この位置関係データをもとに可搬型溶接ロボットを適正に作動させて行くことも必要である。
特許文献１に開示された可搬型溶接ロボットを用いた溶接においては、開先形状が変化している溶接継手に対して、単位時間あたりの溶接部分の長さ（すなわち、溶接速度）が一定となるように、溶接ロボットの移動速度を制御すると、溶接開先内の溶接金属の高さは開先形状の変化に応じて異なるようになり、最終の仕上がりでは、場所によって溶接金属の幅と余盛高さが基準値を逸脱し、極端な所ではアンダーカット、オーバラップの欠陥を招き、溶接品質を満足できなくなるおそれがあった。更に、ガイドレール設置精度に起因するガイドレールと開先形状位置のズレから生じる溶接作業性については考慮されておらず、ワークに付着したスパッタ除去等の補修作業等が必要となり、作業効率が大きく低下するおそれがあった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、開先形状の変化やガイドレールの設置精度等に影響を受けることなく溶接可能であり、作業効率及び溶接品質の向上を図ることができる可搬型溶接ロボットの溶接制御方法、溶接制御装置、可搬型溶接ロボット及び溶接システムを提供することにある。

本発明の上記目的は、可搬型溶接ロボットの溶接制御方法に係る下記（１）の構成により達成される。

（１） ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御方法であって、
溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程と、
前記センシング工程で得た検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出工程と、
前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得工程と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

可搬型溶接ロボットの溶接制御方法に係る本発明の好ましい実施形態は、下記（２）〜（１１）に関する。

（２） 前記開先形状検知位置と、前記ワーク上にあらかじめ定められた溶接線との交点を、溶接線位置検知点とし、隣接する前記溶接線位置検知点間を溶接するときの溶接の軌跡を溶接軌跡線とする場合において、
前記溶接線と前記溶接軌跡線との相対距離の最大値が、溶接ワイヤ径の２倍以下となるように前記開先形状検知位置を設定する、
上記（１）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（３） 前記開先形状検知位置間で前記溶接条件の変化が生じる場合において、
前記開先形状検知位置ごとに取得された前記溶接条件の値にしたがい、前記開先形状検知位置間で、前記溶接条件を、直線状、ステップ状、曲線状のうち少なくとも１つで変化させるように制御する、
上記（１）又は（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（４） 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
前記３方向ごとの移動速度によって、前記開先形状検知位置間の前記溶接速度を制御する、
上記（３）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（５） 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
前記開先形状検知位置間の溶接距離又は移動時間を２以上の区間に分割し、各分割点の前記３方向ごとの移動速度によって、前記各分割点の溶接速度を算出し、
前記分割点ごとの溶接速度を一定として、前記開先形状検知位置間の溶接速度をステップ状に変化するように制御する、
上記（３）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（６） 前記ガイドレールの直線部と曲線部の境界領域、又は、前記ガイドレールの曲線部における曲率が変化する境界領域に、少なくとも１つの前記開先形状検知位置を設ける、
上記（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（７） 前記境界領域に設けた前記開先形状検知位置の直前又は直後において、前記溶接条件を制御する区間を設ける、
上記（６）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（８） 前記溶接条件として、ウィービング条件、溶接速度及び溶接電流のうち少なくとも１つを選択し、
前記開先形状検知位置間の前記開先形状情報をもとに、前記開先内の溶接金属が、溶接方向に対し一定の高さになるように、前記ウィービング条件、前記溶接速度及び前記溶接電流のうち少なくとも一つを制御する、
上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（９） 前記センシング工程は、前記開先形状検知位置における前記開先形状のセンシングに加え、前記ワークにおける前記開先が設けられる側のワーク表面、及び、前記ワークの溶接線方向におけるワーク端部のうち少なくとも１つのセンシングを含む、
上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（１０） 前記センシングは、タッチセンシングであって、
前記開先形状検知位置において、前記開先の横断面に沿って配置される検知点を、前記開先におけるルートギャップ及び両側の開先側面上に少なくとも５点設け、
前記検知点から得られる前記検知データをもとに前記開先形状情報を算出する、
上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

（１１） 前記溶接線は、前記開先形状における両側の開先側面のいずれか一方の開先端である、
上記（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

また、本発明の上記目的は、可搬型溶接ロボットの溶接制御装置に係る下記（１２）の構成により達成される。

（１２） ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御装置であって、
溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程で得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、
前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御装置。

また、本発明の上記目的は、可搬型溶接ロボットに係る下記（１３）の構成により達成される。

（１３） ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する、上記（１２）に記載の溶接制御装置によって制御される可搬型溶接ロボットであって、
前記ガイドレール上にセッティングされた状態で、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボット。

また、本発明の上記目的は、可搬型溶接ロボットの溶接システムに係る下記（１４）の構成により達成される。

（１４） ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する可搬型溶接ロボットと、前記可搬型溶接ロボットの動作を制御可能な溶接制御装置と、を有する溶接システムであって、
前記可搬型溶接ロボットは、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を有し、
前記溶接制御装置は、前記センシングで得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接システム。

本発明の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法、溶接制御装置、可搬型溶接ロボット及び溶接システムによれば、開先に対してガイドレール及び可搬型溶接ロボットが設置された状態で得る開先形状検知位置での検知データに基づいて、開先形状情報を取得し、該開先形状情報に基づいて溶接条件を設定するため、開先形状検知位置ごとの開先形状の変化やガイドレールの設置誤差で生ずるガイドレールと開先の位置関係の変化は、検知データ内に含まれることで考慮され、正確な数値に基づいて溶接条件を取得することができる。
これにより、開先形状の変化やガイドレール設置精度に影響を受けることのない溶接制御により溶接することができる。この結果、精度の高い溶接を行うことができる。なお、溶接作業面では、開先形状を形成する時のワークの組み付け作業が容易になり、また、ガイドレール及び可搬型溶接ロボットの位置調整が容易になり、作業効率の良い溶接を行うことができる。

図１は、本発明の溶接システムの一実施形態の概略図である。 図２は、図１に示す可搬型溶接ロボットの概略側面図である。 図３は、図２に示す可搬型溶接ロボットの斜視図である。 図４Ａは、図３に示す可搬型溶接ロボットによる開先形状検知位置を説明するための概略斜視図である。 図４Ｂは、蛇行した開先に対し、直線状のガイドレールを適用した可搬型溶接ロボットの斜視図である。 図４Ｃは、図４Ｂにおける直線状のガイドレールと開先の位置関係を示す概念を説明するための説明図である。 図４Ｄは、蛇行した開先に対し、曲線状のガイドレールを適用した可搬型溶接ロボットの斜視図である。 図４Ｅは、図４Ｄにおける曲線状のガイドレールと開先の位置関係を示す概念を説明するための説明図である。 図５は、図３に示す可搬型溶接ロボットによるセンシングを説明するための概略側面図である。 図６は、図３に示す可搬型溶接ロボットによるセンシングを説明するための概略斜視図である。 図７Ａは、本発明の溶接制御方法における溶接速度の変化を示すグラフであり、溶接速度が曲線状になるように制御する場合である。 図７Ｂは、本発明の溶接制御方法における溶接速度の変化を示すグラフであり、溶接速度が直線状になるように制御する場合である。 図７Ｃは、本発明の溶接制御方法における溶接速度の変化を示すグラフであり、溶接速度がステップ状になるように制御する場合である。 図８Ａは、直線状のガイドレール上における可搬型溶接ロボットの溶接トーチの溶接ワイヤ先端が、溶接線位置検知点間を移動するときの溶接速度及び溶接距離の説明図である。 図８Ｂは、図８Ａに示すＶＩＩＩ部分を拡大した、溶接速度を説明するための説明図である。 図８Ｃは、直線状のガイドレール上における可搬型溶接ロボットの溶接トーチの溶接ワイヤ先端が、溶接線位置検知点間を移動するときの移動距離の説明図である。 図８Ｄは、本実施例を適用したときの溶接部の断面形状であって、本実施例の効果を説明するための図である。 図８Ｅは、本実施例を適用しないときの溶接部の断面形状であり、本実施例を適用しないときの溶接不良を説明するための図である。 図９Ａは、曲線状のガイドレール上における可搬型溶接ロボットの溶接トーチの溶接ワイヤ先端が、溶接線位置検知点間を移動するときの溶接速度及び溶接距離の説明図である。 図９Ｂは、図９Ａに示すＩＸ部分を拡大した、溶接速度を説明するための説明図である。 図９Ｃは、図９ＢをＸＹ平面で示した、溶接速度を説明するための説明図である。 図９Ｄは、曲線状のガイドレール上における可搬型溶接ロボットの溶接トーチの溶接ワイヤ先端が、溶接線位置検知点間を移動するときの移動距離の説明図である。 図１０は、図３に示す溶接ロボットが角形鋼管に取付けられた場合の斜視図である。 図１１は、図１０を真上から見たときのガイドレール及び角形鋼管の１／４角部の領域における、ガイドレールと開先の位置関係を説明する図である。 図１２は、本発明の溶接制御方法における可搬型溶接ロボットの溶接トーチの溶接ワイヤ先端の移動距離（＝溶接距離）を均等分割したときの、溶接速度との関係を示すグラフである。 図１３は、本発明の溶接制御方法におけるウィービングを説明するための概略斜視図である。 図１４は、本発明の溶接制御方法において、溶接速度とＹ方向の移動速度（＝ウィービング速度）及びウィービング幅を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る溶接システムについて図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、可搬型溶接ロボットを用いた場合の一例であり、本発明の溶接システムは、本実施形態の構成に限定されるものではない。

＜溶接システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る溶接システムの構成を示す概略図である。溶接システム５０は、図１に示すように、可搬型溶接ロボット１００と、送給装置３００と、溶接電源４００と、シールドガス供給源５００と、制御装置６００と、を備えている。

［制御装置］
制御装置６００は、ロボット用制御ケーブル６１０によって可搬型溶接ロボット１００と接続され、電源用制御ケーブル６２０によって溶接電源４００と接続されている。
制御装置６００は、あらかじめ可搬型溶接ロボット１００の動作パターン、溶接開始位置、溶接終了位置、溶接条件、ウィービング動作等を定めたティーチングデータを保持するデータ保持部６０１を有し、このティーチングデータに基づいて可搬型溶接ロボット１００及び溶接電源４００に対して指令を送り、可搬型溶接ロボット１００の動作及び溶接条件を制御する。
また、制御装置６００は、後述するセンシングにより得られる検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出部６０２と、該開先形状情報をもとに、上記ティーチングデータの溶接条件を補正して取得する溶接条件取得部６０３と、を有する。そして、上記開先形状情報算出部６０２と溶接条件取得部６０３により、制御部６０４が構成されている。

さらに、制御装置６００は、ティーチングを行うためのコントローラとその他の制御機能をもつコントローラが一体となって形成されている。ただし、制御装置６００は、これに限られるものではなく、ティーチングを行うためのコントローラ及びその他の制御機能をもつコントローラの２つに分ける等、役割によって、複数に分割しても良いし、可搬型溶接ロボット１００に制御装置６００を含めても良い。また、本実施形態においては、ロボット用制御ケーブル６１０及び電源用制御ケーブル６２０を用いて信号が送られているが、これに限られるものではなく、無線で送信してもよい。なお、溶接現場における使用性の観点から、ティーチングを行うためのコントローラとその他の制御機能をもつコントローラの２つに分けるのが好ましい。

［溶接電源］
溶接電源４００は、制御装置６００からの指令により、消耗電極（以下、「溶接ワイヤ」とも言う）２１１及びワークＷ_ｏに電力を供給することで、溶接ワイヤ２１１とワークＷ_ｏとの間にアークを発生させる。溶接電源４００からの電力は、パワーケーブル４１０を介して送給装置３００に送られ、送給装置３００からコンジットチューブ４２０を介して溶接トーチ２００に送られる。そして、図２に示すように、溶接トーチ２００先端のコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ２１１に供給される。なお、溶接作業時の電流は、直流又は交流であっても良く、また、その波形は特に問わない。よって、電流は、矩形波や三角波などのパルスであっても良い。

また、溶接電源４００は、例えば、パワーケーブル４１０がプラス（＋）電極として溶接トーチ２００側に接続され、パワーケーブル４３０をマイナス（−）電極としてワークＷ_ｏに接続される。なお、これは逆極性で溶接を行う場合であり、正極性で溶接を行う場合はプラス（＋）のパワーケーブルを介してワークＷ_ｏ側に接続され、マイナス（−）のパワーケーブルを介して、溶接トーチ２００側と接続されていれば良い。

［シールドガス供給源］
シールドガス供給源５００は、シールドガスが封入された容器及びバルブ等の付帯部材から構成される。シールドガス供給源５００から、シールドガスが、ガスチューブ５１０を介して送給装置３００へ送られる。送給装置３００に送られたシールドガスは、コンジットチューブ４２０を介して溶接トーチ２００に送られる。溶接トーチ２００に送られたシールドガスは、溶接トーチ２００内を流れて、ノズル２１０にガイドされて、溶接トーチ２００の先端側から噴出する。本実施形態で用いるシールドガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ_２）又はこれらの混合ガスを用いることができる。

［送給装置］
送給装置３００は、溶接ワイヤ２１１を繰り出して溶接トーチ２００に送る。送給装置３００により送られる溶接ワイヤ２１１は、特に限定されず、ワークＷ_ｏの性質や溶接形態等によって選択され、例えば、ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤ（以下、「ＦＣＷ」とも言う）が使用される。また、溶接ワイヤの材質も問わず、例えば、軟鋼でも良いし、ステンレスやアルミニウム、チタンといった材質でも良い。さらに、溶接ワイヤの線径も特に問わない。

なお、本実施形態において、溶接作業性の観点からＦＣＷを適用することが好ましく、塩基性のＦＣＷであればなお好ましい。さらに、塩基性のＦＣＷを適用する場合は、正極性とすることが好ましい。また、本実施形態において好ましい線径は、上限は１．６ｍｍであり、下限は０．９ｍｍである。

本実施形態に係るコンジットチューブ４２０は、チューブの外皮側にパワーケーブルとして機能するための導電路が形成され、チューブの内部に、溶接ワイヤ２１１を保護する保護管が配置され、シールドガスの流路が形成されている。ただし、コンジットチューブ４２０は、これに限られるものではなく、例えば、溶接トーチ２００に溶接ワイヤ２１１を送給するための保護管を中心にして、電力供給用ケーブルやシールドガス供給用のホースを束ねたものを用いることもできる。また、例えば、溶接ワイヤ２１１及びシールドガスを送るチューブと、パワーケーブルとを個別に設置することもできる。

［可搬型溶接ロボット］
可搬型溶接ロボット１００は、図２及び図３に示すように、ガイドレール１２０と、ガイドレール１２０上に設置され、該ガイドレール１２０に沿って移動するロボット本体１１０と、ロボット本体１１０に載置されたトーチ接続部１３０と、を備える。ロボット本体１１０は、主に、ガイドレール１２０上に設置される本体部１１２と、この本体部１１２に取り付けられた固定アーム部１１４と、この固定アーム部１１４に回転可能（矢印Ｒ_１方向に回転可能）な状態で取り付けられた可動アーム部１１６と、から構成される。

トーチ接続部１３０は、クランク１７０を介して可動アーム部１１６に取り付けられている。トーチ接続部１３０は、溶接トーチ２００を固定するトーチクランプ１３２及びトーチクランプ１３４を備えている。また、本体部１１２には、溶接トーチ２００が装着される側とは反対側に、送給装置３００と溶接トーチ２００を繋ぐコンジットチューブ４２０を支えるケーブルクランプ１５０が設けられている。

また、本実施形態においては、ワークＷ_ｏと溶接ワイヤ２１１間に電圧を印加し、溶接ワイヤ２１１がワークＷ_ｏに接触したときに生じる電圧降下現象を利用して、開先１０の表面等をセンシングする、タッチセンサを検知手段とする。検知手段は、本実施形態のタッチセンサに限られず、画像センサもしくはレーザーセンサ等、又はこれら検知手段の組み合わせを用いても良いが、装置構成の簡便性から本実施形態のタッチセンサを用いることが好ましい。

ロボット本体１１０の本体部１１２は、図２の矢印Ｘで示すように、紙面に対して垂直方向、すなわち、ロボット本体１１０がガイドレール１２０に沿って移動するＸ方向に駆動可能である。また、本体部１１２は、Ｘ方向に対し垂直となる開先１０の深さ方向に移動するＺ方向にも駆動可能である。また、固定アーム部１１４は、本体部１１２に対して、スライド支持部１１３を介して、Ｘ方向に対し垂直となる開先１０の幅方向であるＹ方向へ駆動可能である。
さらに、溶接トーチ２００が取りつけられたトーチ接続部１３０は、クランク１７０が図３の矢印Ｒ_２に示すように回動することで、Ｘ方向において前後に首振り駆動可能である。また、可動アーム部１１６は、矢印Ｒ_１に示すように、固定アーム部１１４に対して回転可能に取り付けられており、最適な角度に調整して固定することができる。

以上のように、ロボット本体１１０は、その先端部である溶接トーチ２００を３つの自由度で駆動可能である。ただし、ロボット本体１１０は、これに限られるものでなく、用途に応じて、任意の数の自由度で駆動可能としてもよい。

以上のように構成されていることで、トーチ接続部１３０に取り付けられた溶接トーチ２００の先端部は、任意の方向に向けることができる。さらに、ロボット本体１１０は、ガイドレール１２０上を、図２においてＸ方向に駆動可能である。溶接トーチ２００は、Ｙ方向に往復移動しながら、ロボット本体１１０がＸ方向に移動することより、ウィービング溶接を行うことができる。また、クランク１７０による駆動により、例えば、前進角又は後退角を設ける等の施工状況に応じて、溶接トーチ２００を傾けることができる。

ガイドレール１２０の下方には、例えば磁石などの取付け部材１４０が設けられおり、ガイドレール１２０は、取付け部材１４０によりワークＷ_ｏに対して着脱が容易に構成されている。可搬型溶接ロボット１００をワークＷ_ｏにセットする場合、オペレータは可搬型溶接ロボット１００の両側把手１６０を掴むことにより、可搬型溶接ロボット１００をワークＷ_ｏ上に容易にセットすることができる。

＜溶接条件の制御方法＞
続いて、本実施形態に係る溶接システム５０を用いた溶接条件の制御方法について詳細に説明する。

［溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間の溶接速度の制御］
図４Ａは、ワークＷ_ｏの開先部位の斜視図を示し、開先１０がその長手方向である溶接方向Ｘに蛇行し、さらに、開先１０の幅方向ＹにルートギャップＧが変化した開先１０を溶接するときの模式斜視図である。また、図４Ｂは、図４Ａのような蛇行した開先１０に対し、直線状のガイドレール１２０を適用した可搬型溶接ロボット１００を設置したときの模式的な斜視図である。図４Ｃは、開先１０及びガイドレール１２０の平面上における位置関係、及び開先形状検知位置Ｐ_ｎを示す概念図である。

開先１０を溶接する際には、溶接開始前に、ガイドレール１２０に沿って移動するロボット本体１１０を用いて、溶接時の溶接条件を取得する。詳細には、例えば、制御装置６００の動作信号に基づいて、ロボット本体１１０を駆動して開先形状の自動センシングを開始し、開先形状情報を算出して、さらに溶接条件を演算し、自動ガスシールドアーク溶接を実現する。

センシングは、上述したタッチセンサによって、開先形状、板厚、始終端等のセンシング工程を、以下のように実施する。
センシング工程では、図示のように、開先１０の溶接開始点１０_ｓから溶接終了点１０_ｅまでの溶接区間において、例えば図４Ａに示すような、開先が蛇行し、ルートギャップＧも変化して、場所ごとに開先形状が異なるような場合には、逆台形状の断面形状である開先１０の断面形状を、開先形状検知位置Ｐ_ｎ（Ｐ_０，Ｐ_２，・・・，Ｐ_５）として複数箇所、本実施形態では６箇所設ける。詳細には、溶接開始点１０_ｓに最も近接する開先形状検知位置Ｐ_ｎを第一開先形状検知位置Ｐ_ｓ（Ｐ_０）とし、溶接終了点１０_ｅに最も近接する開先形状検知位置Ｐ_ｎを第二開先形状検知位置Ｐ_ｅ（Ｐ_５）、として、ロボット本体１１０がガイドレール１２０上を移動しながらタッチセンサによりセンシングを行う。

次に、第一開先形状検知位置Ｐ_ｓと第二開先形状検知位置Ｐ_ｅの設定の仕方について、より詳しく説明する。
溶接開始点１０_ｓ側に最も近接する第一開先形状検知位置Ｐ_ｓと、溶接終了点１０_ｅ側に最も近接する第二開先形状検知位置Ｐ_ｅは、ワーク端部Ｗ_ｅ間の距離Ｌに対し、第一開先形状検知位置Ｐ_ｓと第二開先形状検知位置Ｐ_ｅの差である｜Ｐ_ｓ−Ｐ_ｅ｜が、下記式を満たすように設定される。
０．５≦｜Ｐ_ｓ−Ｐ_ｅ｜／Ｌ≦１
このように、第一開先形状検知位置Ｐ_ｓ及び第二開先形状検知位置Ｐ_ｅの設定位置を規定することで、検知データの精度を高める。なお、上記「｜Ｐ_ｓ−Ｐ_ｅ｜／Ｌ」の値は、０．６以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、０．８以上であることが更に好ましい。
なお、第一開先形状検知位置Ｐ_ｓは、溶接開始点近傍に設定することが好ましく、第二開先形状検知位置Ｐ_ｅは、溶接終了点近傍に設定することが好ましい。

なお、第一開先形状検知位置Ｐ_ｓ及び第二開先形状検知位置Ｐ_ｅの位置設定は、ティーチング等によって、あらかじめ制御装置６００に入力しても良い。また、センシングによって自動設定してもよい。また、センシングによってワーク端部Ｗ_ｅ間の距離Ｌを算出し、上記式を満たす範囲内で第一開先形状検知位置Ｐ_ｓ及び第二開先形状検知位置Ｐ_ｅを自動で決めても良い。

センシング工程の後、センシング工程で得た各開先形状検知位置Ｐ_ｎ（Ｐ_０〜Ｐ_５）での開先断面形状の検知データから、開先形状情報、すなわち、図５に示すような、開先形状の開先角度θ_１，θ_２、板厚Ｈ_１，Ｈ_２、ルートギャップＧ、ワーク端部Ｗ_ｅ間の距離Ｌ等を算出する（開先形状情報算出工程）。そして、各開先形状検知位置Ｐ_ｎ（Ｐ_０〜Ｐ_５）における開先形状の検知データをもとに、各開先形状検知位置Ｐ_ｎ（Ｐ_０〜Ｐ_５）の溶接条件を、制御装置６００内で生成又はあらかじめ設定した溶接条件に対して補正し（溶接条件取得工程）、実際に溶接を実施する際の溶接条件を取得する。そして、この溶接条件を使って、ロボット本体１１０を駆動し、溶接をスタートさせる。

開先形状検知位置Ｐ_ｎの間隔は、以下の条件を満たすように設定される。例えば、図４Ｂに示すように、図４Ａに示した開先１０が蛇行し、ルートギャップＧが変化して、場所ごとに開先形状の異なる溶接部を、直線状のガイドレール１２０を使って溶接する場合で説明する。また、この場合の開先形状検知位置Ｐ_ｎの間隔を決める条件の詳細について、図４Ｃにより説明する。まず、ワークＷ_ｏ上の開先１０における任意の位置に、溶接線ＷＬをあらかじめ定める。例えば、曲線状の溶接線ＷＬと、ガイドレール１２０（具体的には、レール中心Ｒ_ｃ）との相対的な距離Ｌ_１は変化する。開先形状検知位置Ｐ_ｎと溶接線ＷＬとの交点を、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ（Ｔ_０〜Ｔ_５）とする。この溶接線位置検知点Ｔ_ｎは、開先形状検知位置Ｐ_ｎ内において検知データを得るための重要な点である。また、隣接する溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間を実際に溶接するときの溶接の軌跡を、溶接軌跡線ＴＷＬとし、溶接軌跡線ＴＷＬに溶接ワイヤ２１１先端が沿うようにロボット本体１１０を駆動させる。なお、直線状のガイドレール１２０では、溶接軌跡線ＴＷＬは直線となる。

このとき、溶接線ＷＬと溶接軌跡線ＴＷＬとの相対距離Δｄが生じる。この相対距離Δｄのうち、相対距離の最大値ｍａｘΔｄを可能な限り小さくするように間隔を設定することが好ましい。ここで、相対距離の最大値ｍａｘΔｄを小さくするためには、開先形状検知位置Ｐ_ｎを増やすことが考えられるが、センシング効率が低下する。本実施形態においては、溶接線ＷＬ上の溶接線位置検知点Ｔ_ｎを設定する場合、例えば、溶接線ＷＬが大きく湾曲する部分においては、溶接線ＷＬに対する誤差を小さくするべく、開先形状検知位置Ｐ_ｎの間隔を狭め、溶接線ＷＬが比較的湾曲していない直線状の部分では間隔を空けることが好ましい。なお、相対距離Δｄは、３次元空間における相対的距離を考慮して与えられる。

続いて、図４Ｄ及び図４Ｅは、図４Ａに示した開先１０が蛇行し、ルートギャップＧが変化して、場所ごとに開先形状の異なる溶接部を、曲線状のガイドレール１２０を使って溶接する場合である。この場合、ロボット本体１１０は、ガイドレール１２０の曲率中心Ｏを中心に走行することになり、このときの溶接軌跡線ＴＷＬは、ガイドレール１２０の曲率に影響して曲線となる。
この場合において、図４Ｄのような曲線状のガイドレール１２０を適用した開先形状検知位置Ｐ_ｎの間隔は、直線状のガイドレール１２０を適用した場合と同様、図４Ｅに示すとおり設定される。溶接軌跡線ＴＷＬは、ガイドレール１２０の曲率の影響を受けて曲線となるが、図４Ｃに示す直線状のガイドレール１２０の場合と同じく、相対距離の最大値ｍａｘΔｄを可能な限り小さくするように間隔を設定することがやはり好ましい。

本実施形態においては、相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下となるように開先形状検知位置Ｐ_ｎを設定することが好ましく、溶接ワイヤ径以下となるように開先形状検知位置Ｐ_ｎを設定することがより好ましい。具体的には、溶接ワイヤ径１．２ｍｍを使用した場合は、相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、２ｍｍ以下となるように開先形状検知位置Ｐ_ｎを設けることが好ましい。相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下に設定することは、すなわち、本来、溶接すべき溶接線ＷＬに対して良好な溶接品質が確保できる裕度は、溶接ワイヤ径の２倍以内の誤差であることを意味している。

また、溶接線ＷＬは、ワークＷ_ｏ上において、開先１０の断面形状のうち、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示す、上端角部分である開先端縁１１_ｅ，１２_ｅ（ワーク上面Ｗ_ｕ，Ｗ_ｉと開先側面１１，１２との交差部）、又は、ルート部１３の両端のうち、いずれか一方であることが、明確性の観点から好ましい。また、開先端縁１１_ｅ，１２_ｅを溶接線ＷＬとすることは、目違いや溶接変形、寸法不良等で現れる開先形状の変化を精度良く把握することができるので、明確性が向上し、より好ましい。
なお、図４Ｃにおいては、溶接線ＷＬは、開先１０の内部（中心）を通るように設定されている。

本実施形態において、開先形状のデータを得るためのタッチセンサのセンシング方法は特に問わないが、以下のようにすることができる。

タッチセンサを用いた開先１０のセンシング方法について、図５を参照して説明する。

タッチセンサによる検知点は、例えば、Ａ０点からスタートし、Ａ１点，Ａ２点，・・・，Ａ１４点の順に、図中矢印で示す方向に移動しながらセンシングを行う。このセンシングでは、下記の項目を検知する。

［１］Ａ０点からスタートし、Ａ１点及びＡ３点の検知により、開先１０の一端側のワーク表面Ｗ_ｕの位置を検知する。
［２］Ａ４’点では、Ａ１点及びＡ３点で検知したワーク表面Ｗ_ｕの位置よりも、設定した距離だけ下がったとき、開先の中であると判断し、ワーク表面Ｗ_ｕの直下近傍の高さまで戻り、Ａ５点の検出に向かう。
［３］Ａ６点及びＡ９点の検知により、開先１０の一端側の開先側面１１の仮の傾斜角度θ_１を検知する。
［４］Ａ５点及びＡ８点の検知により、開先１０の他端側の開先側面１２の仮の傾斜角度θ_２を検知する。
［５］仮の傾斜角度θ_１，θ_２の検知により、開先１０のルート部１３が確実に検知できる位置を決めてから、ルート部１３のＡ１０点を検知する。例えば、実際にはＡ８点から所定の寸法だけ下方側の位置をルート部１３として設定する。
［６］Ａ１点、Ａ３点及びＡ１０点の検知により、板厚Ｈ_１を算出し、板厚Ｈ_１を利用して、開先１０のルート部１３に近いＡ１１点及びＡ１２点を検知し、Ａ１２点及びＡ６点の検知により、一端側の開先側面１１のより正確な傾斜角度θ_１を検知する。また、Ａ１１点及びＡ５点の検知により、他端側の開先側面１２における、より正確な傾斜角度θ_２を決定する。

［７］Ａ６点及びＡ１２点を結ぶ線（すなわち、一端側の傾斜面）、並びにＡ５点及びＡ１１点を結ぶ線（すなわち、他端側の傾斜面）と、Ａ３点、Ａ１点を結ぶ線と平行でＡ１０点を通る直線との交点から、ルートギャップＧを算出する。
［８］また、開先１０の他端側に開先側面１２を構成する壁があるか否かをＡ１３点で検知する。なお、本実施形態において壁は存在しない平継手の開先としている。
［９］Ａ５点及びＡ１１点を結ぶ線の延長線上を過ぎても壁の検知がなければ、壁がなしであると判断して、そのまま進み、Ａ１４点で他端側のワーク表面Ｗ_ｉを検知する。次に、Ａ１４点及びＡ１０点の検知により、板厚Ｈ_２を算出し、板厚Ｈ_１と板厚Ｈ_２の差より_、開先１０の両側の段差Ｄを算出する。
［１０］段差Ｄには閾値があらかじめ設けられており、それ以上であると、平継手の開先ではなくＴ継手の開先と見なして、Ｔ継手の溶接条件を選定する。
［１１］段差Ｄが閾値以下では、平継手の目違いと見なし、平継手の溶接条件を選定する。

なお、センシングの手順は、図示の台形状の開先１０に限るものではなく、その他に、例えばＶ字型の開先でも同様の手順で開先形状を検知することができる。また、センシングにおける検知点間の検知ピッチＳ_ｐは、特に限定されるものではなく適宜設定することができる。

また、開先１０の断面形状の情報を得るための検知点は、開先形状情報として十分な精度を保つ必要がある。このためには、検知点の数が５点以上であることが好ましい。また、検知点の位置の選定によって、より高い精度で検知データを得ることができる。この５点の検知点は、例えば、図５に示すように、左右両側の開先側面１１，１２の上下端を含む４箇所の各角部分Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４と、ルート部１３の部分Ｃ_５に１点取ると良い。また、センシング効率の観点から、開先形状情報を得るための検知点は１０点以下であることが好ましい。

このようなタッチセンサのセンシングにより、開先形状検知位置Ｐ_ｎの開先形状情報を算出するに必要な検知データを得るとともに、ロボット本体１１０の位置と開先形状検知位置Ｐ_ｎの相対距離も検知データとして得ることができる。

なお、センシング工程は、上記の開先形状検知位置Ｐ_ｎにおける開先形状のセンシングに加え、開先１０の周辺の形状についてもセンシングすることが好ましい。具体的には、図６に示すように、溶接ワイヤ２１１の先端が、Ｘ方向におけるワークＷ_ｏから所定距離離れた位置と、ワークＷ_ｏに接する位置との間を動くとともに、ワークＷ_ｏ面内をＹ方向に動くことで、ワークＷ_ｏにおける開先１０が設けられる側のワーク上面Ｗ_ｕ，Ｗ_ｉの検知、及びワークＷ_ｏの溶接線方向におけるワーク端部Ｗ_ｅのセンシングを実施することが好ましい。開先１０の周辺の形状についてのセンシングにより、ワークＷ_ｏ及びワーク端部Ｗ_ｅの位置とロボット本体１１０位置との相関距離を検知データとして取得できる。

以上のように、図４Ａに示した開先１０が蛇行し、ルートギャップＧが変化して、場所ごとに開先形状が異なり、さらに、ガイドレールの設置誤差が生ずるような溶接部に対して、可搬型溶接ロボット１００で精度よく自動溶接するための必要な検知データは、本実施例のセンシング工程で得ることができる。

制御装置６００において、センシング工程で得た検知データから開先形状情報を算出し、開先形状情報をもとに溶接条件を取得する。取得する溶接条件には、溶接速度、溶接電流、溶接電圧に加えて、開先１０内部でのアーク点の狙い位置（後述するように、アーク点の狙い位置は溶接ワイヤ２１１先端の位置と同じと見なしている）、溶接金属の積層数などが含まれる。この溶接条件を用いて溶接制御を行うときは、図７Ａ〜図７Ｃに示すグラフのように、溶接条件を制御することができる。例えば、開先形状検知位置Ｐ_ｎ間で溶接条件の１つである溶接速度Ｗ_ｎの変化が生じる場合、開先形状検知位置Ｐ_ｎごとに取得された溶接速度Ｗ_ｎ（溶接条件）の値にしたがい、隣接する開先形状検知位置Ｐ_ｎ間（例えばＰ_１とＰ_２間）において、溶接速度Ｗ_ｎを、時間の経過に伴い所定の形状で変化させる。

図７Ａに示す場合は、開先形状検知位置Ｐ_１から開先形状検知位置Ｐ_２に移動する間の溶接速度Ｗ_ｎを曲線状で変化させるように制御する。図７Ｂに示す場合は、開先形状検知位置Ｐ_１から開先形状検知位置Ｐ_２に移動する間の溶接速度Ｗ_ｎを直線状で変化させるように制御する。図７Ｃに示す場合は、開先形状検知位置Ｐ_１から開先形状検知位置Ｐ_２に移動する間の溶接速度Ｗ_ｎをステップ状、すなわち階段状で変化させるように制御する。

上記によれば、開先形状検知位置Ｐ_ｎ間で溶接条件の変化が生じる場合において、開先形状検知位置Ｐ_ｎごとに取得された溶接条件の値にしたがい、開先形状検知位置間Ｐ_ｎで、溶接条件を、直線状、ステップ状、曲線状のうち少なくとも１つで変化させるように制御しているので、開先形状検知位置Ｐ_ｎ間で溶接条件が大きく変化した場合でも、溶接条件を徐々に変えることができ、開先形状検知位置Ｐ_ｎ間での溶接条件の急激な変化を回避して滑らかな溶接が可能になる。この結果、精度の高い溶接を実施することができる。

［ガイドレールが直線状の場合における３方向ごとの移動速度の求め方］
続いて、図４Ｂ及び図４Ｃで示したガイドレール１２０が直線状の場合における、上述した溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間の溶接速度の制御について、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照して、溶接速度Ｗの求め方を最初に説明する。その後、上記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向ごとの移動速度の求め方を説明する。

図８Ａは、直線状のガイドレール１２０上におけるロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端が、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間を移動するときの溶接速度Ｗ及び溶接距離ＤＷ_ｎの説明図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示すＶＩＩＩ部分を拡大し、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間（Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎ）の任意点における溶接速度Ｗを説明するための説明図である。図８Ｃは、溶接距離ＤＷ_ｎと、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３方向における移動距離（ＶＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎ）との関係を示した説明図である。

図８Ａにおいては、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ、溶接線位置検知点Ｔ_ｎの１つ前の溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１、及び溶接線位置検知点Ｔ_ｎの１つ後の溶接線位置検知点Ｔ_ｎ＋１の３点間を、検知点Ｔ_ｎ−１では溶接速度Ｗ_ｎ−１、検知点Ｔ_ｎでは溶接速度Ｗ_ｎ、そして検知点Ｔ_ｎ＋１では溶接速度Ｗ_ｎ＋１と変化しつつ、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端が移動するものとする。
なお、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端は、実際の溶接で発生する溶接ワイヤ２１１先端のアーク点と同じと見なしており、後述する溶接速度、溶接距離、溶接時間は、すなわち、溶接ワイヤ２１１先端の移動速度、移動距離、移動時間と同義としている。

まず、速度、加速度、移動距離の関係を表す基本的な考え方は、下記基本式（１）〜（３）により表すことができる。

ただし、ｖ：速度、ｖ_ｏ：初速度、α：加速度、ｘ：移動距離、ｘ_ｏ：初期位置、ｓ：変位距離、ｔ：時間

以下、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃ、並びに式に示す符号及び記号について説明する。

Ｗ_ｎ−１：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１での溶接速度であり、溶接条件取得部６０３での算出値
Ｗ_ｎ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎでの溶接速度であり、溶接条件取得部６０３での算出値
Ｗ_ｎ＋１：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ＋１での溶接速度であり、溶接条件取得部６０３での算出値
なお、Ｗ_ｎ−１，Ｗ_ｎ，Ｗ_ｎ＋１は、それぞれの開先形状検知位置（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１）の開先形状情報をもとに、各開先形状検知位置Ｐ_ｎで溶接開先内の溶接金属の高さが同じになるように、溶接条件取得部６０３で算出される。

ＶＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎ：Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎの２点間の３方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）のロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端の移動距離であり、センシング工程で取得する検知データ
ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１を溶接スタートしてからｔ秒後の３方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）のロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端の移動速度
なお、ＶＤＸ_ｎ及びＶＸは、ガイドレール１２０上を走行するロボット本体１１０の走行距離及び走行速度と同じになる。
ＤＷ_ｎ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間の溶接距離
ｔ_ｎ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間の溶接時間
ａ：溶接速度が溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間で変化するときの加速度
Ｗ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１を溶接スタートしてからｔ秒後の溶接速度

以上より、溶接速度を求めてから、ロボット本体１１０の３方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）の溶接ワイヤ２１１先端の移動速度を制御する数式を、下記式により求めることができる。

図８Ｃから、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間の溶接距離ＤＷ_ｎは、ＶＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎの合成により次式で表される。

上記より溶接距離ＤＷ_ｎが求められ、Ｔ_ｎ−１及びＴ_ｎでの溶接速度Ｗ_ｎ−１，Ｗ_ｎも既知であるため、２点間で変化する溶接速度の加速度ａは、上記基本式（３）式から、次式により求められる。

上記により、２点間の加速度ａが既知となり、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１をスタートしてからｔ秒後の溶接速度Ｗは、上記基本式（１）から、次式で求められる。

また、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１点をスタートしてからｔ秒後の３方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）の溶接ワイヤ２１１先端の各移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）は、図８Ｂに示すように、溶接速度Ｗの３方向の速度成分となる。各方向の速度成分は、溶接距離ＤＷ_ｎに対する各３方向の移動距離ＶＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎの割合に、溶接速度Ｗを乗じた下記式により表される。

以上により、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎの２点間において、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１を溶接速度Ｗ_ｎ−１で溶接スタートしてから、溶接線位置検知点Ｔ_ｎで溶接速度Ｗ_ｎに達するように、ロボット本体１１０の３方向の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）を制御する、式（７）、式（８）及び式（９）を得ることができる。

このように、隣り合う開先形状検知位置Ｐ_ｎ間で、あらかじめロボット本体１１０の３方向の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）が計算できるので、データ保持部６０１に計算結果を保持して、計算結果に基づいてロボット本体１１０の駆動を制御する。この結果、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端（実際の溶接でアーク点と見なした位置）は、これらの式を適用することで、図７Ｂに示すような溶接速度Ｗ_ｎの変化となり、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎの２点間の溶接開先内では、開先形状の変化に合わせて溶接速度Ｗ_ｎが変化し、溶接開先内の溶接金属の高さは一定に保持される。

ここで、本実施例の効果について図８Ｄを用いて説明する。図８Ｄは、本実施例を適用したときの溶接部の断面形状であって、本実施例の効果を説明するための図である。図８Ｄにおいては、図４Ａで示す溶接開始側の開先形状検知位置Ｐ_０（Ｐ_ｓ）と溶接終了位置側の開先形状検知位置Ｐ_５（Ｐ_ｅ）の溶接後の断面形状を、代表例として比較している。なお、図中の丸数字１〜３は溶接の順番を示しており、開先１０の中の境界線は溶接金属の境界を示している。

図に示すように、開先形状検知位置Ｐ_０とＰ_５ではギャップＧが変化し、開先形状は異なっているが、本実施例では同じ溶接順番の溶接金属の高さ（Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３）をギャップＧの大きさに関わらず、開先形状検知位置Ｐ_０とＰ_５で一定にすることができる。そして、他の開先形状検知位置Ｐ_１〜Ｐ_４でも同じように、同じ溶接順番の溶接金属の高さを一定にすることができる。つまり、開先形状検知位置Ｐ_ｎ（Ｐ_０〜Ｐ_５）で溶接開先内の溶接金属の高さが同じになるように溶接速度が設定され、開先形状検知位置Ｐ_ｎ間では、上述したロボット本体１１０の３方向の移動速度の制御式である式（７）、式（８）及び式（９）によって、隣り合う開先形状検知位置Ｐ_ｎの間をスムーズに溶接速度が変化することで、隣り合う開先形状検知位置Ｐ_ｎの間でも、開先内で一定した溶接金属の高さが得られることになる。

この結果、最終の仕上げ（図中の丸数字３の溶接ビート）では、溶接長さ全長に渡ってギャップＧの大きさに関わらず、ビード幅ｍは、アンダーカット、オーバラップ欠陥を発生させることなく開先幅と同幅以上となり、余盛高さｈも、ギャップＧの大きさに関わらず、溶接品質基準に合格する高さを確保することができ、良好な溶接品質で精度の高い溶接を実施することができる。また、開先形状の変化はギャップＧのみではなく、開先側面（開先壁）１１，１２の傾斜の変化に対しても同じような効果を得ることができる。

一方、図８Ｅにおいては、本実施例を適用せず、溶接速度を一定にした場合の開先形状検知位置Ｐ_０及びＰ_５の溶接後の断面形状を比較して示している。すなわち、開先形状検知位置Ｐ_０の検知データから算出した開先形状情報に基づいて求めた溶接速度を一定として溶接している。このように、溶接開始側の開先形状検知位置Ｐ_０では良好な溶接になるものの、ギャップＧが大きくなる溶接終了側の開先形状検知位置Ｐ_５では同じ溶接順番の溶接金属の高さは一定とならず変化し（Ｄ_１→Ｄ_１’、Ｄ_２→Ｄ_２’、Ｄ_３→Ｄ_３’）、開先内を溶接金属で満たすことができず、溶接不良を誘発することになる。場所によって開先形状の異なる連続した溶接部では、開先で囲まれた溶接する方向の単位長さ当たりの体積は当然異なり、この体積変化に合わせて溶接金属の堆積量を制御しなければ、図８Ｅのような溶接不良を誘発することになる。

溶接ワイヤ２１１から溶ける金属量は、溶接電流と電圧でほぼ決まる。本実施例では、溶接ワイヤ２１１から溶ける金属量は固定し（溶接電流と電圧は一定とする）、開先で囲まれた溶接する方向の単位長さ当たりの体積の変化に合わせて、溶接速度を制御することで、開先内に堆積する溶接金属の高さを一定に保持できるようにしている。

また、図４Ｃで示す溶接線ＷＬと溶接軌跡線ＴＷＬとの相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下ならば、溶接速度Ｗと溶接距離ＤＷ_ｎは、ロボット本体１１０の走行方向（Ｘ方向）の移動速度ＶＸと移動距離ＶＤＸ_ｎと同じとみなしてもよい。この場合、［ＶＸ＝Ｗ］であるから、Ｘ方向の加速度をａｘとすると、基本式（３）から次式となる。

また、Ｘ方向の移動速度は基本式（１）から次式となる。

Ｙ方向及びＺ方向の移動距離ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎはわずかな距離と見なし、Ｙ方向及びＺ方向の移動速度ＶＹ，ＶＺは、等速度で移動するとして、次式となる。

ここで、溶接時間ｔ_ｎは、基本式（１）及び式（１０）から次式となる。

図４Ｃで示す溶接線ＷＬと溶接軌跡線ＴＷＬとの相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下ならば、簡易的に式（１１）、式（１２）及び式（１３）を使ってロボット本体１１０の３方向の移動速度を制御しても、式（７）、式（８）及び式（９）を使ったときと同じ効果が得られる。

［ガイドレールが曲線状の場合における３方向ごとの移動速度の求め方］
以下、図４Ｄ及び図４Ｅで示した曲線状のガイドレール１２０における溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間の溶接速度の制御において、図９Ａ〜図９Ｄを参照して、溶接速度Ｗの求め方を最初に説明する。その後、上記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向ごとの移動速度の求め方を説明する。

図９Ａは、曲線状のガイドレール１２０上におけるロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端が、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間を移動するときの溶接速度Ｗ及び溶接距離ＤＷ_ｎの説明図である。図９Ｂは、図９Ａに示すＩＸ部分を拡大し、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間（Ｔ_ｎ-１〜Ｔ_ｎ）の任意点における溶接速度Ｗと、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端の３方向（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向）における移動速度（ＡＸ，ＶＹ，ＶＺ）と、曲線状のガイドレール１２０上を走行するロボット本体走行速度（ＶＸ）の関係を説明した図である。図９Ｃは、図９ＢをＸＹ平面で示した図である。図９Ｄは、溶接距離ＤＷ_ｎと、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１の先端の３方向（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向）における移動距離（ＡＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎ）と、曲線状のガイドレール１２０上を走行するロボット本体走行距離（ＶＤＸ_ｎ）の関係を示した説明図である。

まず、図９Ａ〜図９Ｄに示す記号と式の符号について説明する。

ＶＸ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１からＴ_ｎへロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端が移動するときに、ガイドレール１２０上を走行するロボット本体１１０の移動速度
ＡＸ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１からＴ_ｎへロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端が移動するときの、Ｘ方向の移動速度
ＶＤＸ_ｎ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１からＴ_ｎまでロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端が移動したときの、ガイドレール１２０上を走行するロボット本体１１０の移動距離であり、センシング工程で得られる検知データ
ＡＤＸ_ｎ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１からＴ_ｎまでロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端が移動するときの、Ｘ方向の移動距離
ＧＲ：曲線状のガイドレール半径であり、あらかじめ溶接条件取得部６０３に入力する数値
Ｏ：曲線部の曲率中心
ＹＲ_ｎ−１：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１から曲率中心ＯまでのＸＹ平面上の距離であり、センシング工程で得られる検知データ
ＹＲ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１をロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端がスタートしてからｔ秒後に位置した点（図中のＱ点）から曲率中心ＯまでのＸＹ平面上の距離
ＶＤＹ：溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１をロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端がスタートしてからｔ秒後に位置した点（図中のＱ点）でのＹ方向の移動距離
なお、その他の記号は、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃと同様である。

先に説明した直線状のガイドレールの場合は、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端Ｘ方向の移動速度と移動距離は、ロボット本体１１０が走行する移動速度と移動距離とそれぞれ等しかったが、曲線状のガイドレールの場合には異なるため、区別してその関係を説明する。すなわち、図９Ｂ、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、曲率中心Ｏを中心に曲線状ガイドレール上を走行するロボット本体１１０の走行方向の移動速度ＶＸ及び移動距離ＶＤＸ_ｎと、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端のＸ方向の移動速度ＡＸ及び移動距離ＡＤＸ_ｎの間には、ガイドレール半径ＧＲとロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端から曲率中心ＯまでのＸＹ平面上の距離（ＹＲ及びＹＲ_ｎ−１）の比の割合として、次のような関係式が成り立つ。

また、図９Ｃに示すように、ＹＲ_ｎ−１とＹＲには、ＶＤＹを含めて、次の関係式となる。

以上より、曲線状ガイドレールの場合と同じく、溶接速度を求めてから、ロボット本体１１０の３方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）の溶接ワイヤ２１１先端の移動速度を制御する数式を、下記式により求めることができる。

図９Ｄから、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間の溶接距離ＤＷ_ｎは、ＡＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎの合成により近似して求められる。さらに、式（１４’’）も代入すると、式（４）と同じように求めて、溶接距離ＤＷ_ｎは次式となる。

式（１５）を用いて、溶接速度の加速度ａと溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１をスタートしてからｔ秒後の溶接速度Ｗは、式（５）及び式（６）と同じく次式となる。

次に、溶接速度Ｗからロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端の３方向の移動速度（ＡＸ，ＶＹ，ＶＺ）を求める。図９Ｂに示すように、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端の３方向の移動速度（ＡＸ，ＶＹ，ＶＺ）は溶接速度Ｗの３方向の速度成分となる。各方向の速度成分は、溶接距離ＤＷ_ｎに対する各３方向の移動距離ＡＤＸ_ｎ，ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎの割合に、溶接速度Ｗを乗じた下記式により表される。

ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端のＹ方向及びＺ方向の移動速度ＶＹ及びＶＺは、本体部１１２の駆動部と溶接トーチ２００は直結しているため、本体部１１２の駆動部におけるＹ方向及びＺ方向の移動速度と同じとなる。式（１６）の移動速度ＡＸについては、さらに、式（１４’）、式（１４’’）及び式（１４’’’）を代入し整理すると、次式で示す、ロボット本体１１０の走行方向の移動速度ＶＸが求まる。

式（１８）のＶＤＹ（溶接ワイヤ２１１先端がｔ秒後に位置した点でのＹ方向の移動距離）は、式（１７）でＹ方向の移動速度が求められているので、基礎式（２）を使って整理すると次式となる。

以上により、直線状のガイドレール１２０の場合と同様に、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎの２点間において、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１を溶接速度Ｗ_ｎ−１で溶接スタートしてから、溶接線位置検知点Ｔ_ｎで溶接速度Ｗ_ｎに達するように、ロボット本体１１０の３方向の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）を制御する、式（１７）、式（１８）及び式（１８’）を得ることができる。このように、隣り合う開先形状検知位置Ｐ_ｎ間で、あらかじめロボット本体１１０の３方向の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）が計算できるので、データ保持部６０１に計算結果を保持して、計算結果に基づいてロボット本体１１０の駆動を制御する。その結果、図７Ａに示すような溶接速度Ｗ_ｎの変化となり、Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎの２点間の溶接開先内では、開先形状の変化に合わせて溶接速度Ｗ_ｎが変化し、溶接開先内の溶接金属の高さは一定に保持され、図８Ｄを用いて示したものと同じ効果が得られ、最終の仕上げでは、溶接金属の幅と余盛高さは溶接品質の基準に合格する溶接継手を得ることができ、精度の高い溶接を実施することができる。

また、図４Ｅで示す溶接線ＷＬと溶接軌跡線ＴＷＬとの相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下ならば、溶接速度Ｗ及び溶接距離ＤＷ_ｎは、溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１からＴ_ｎへロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端が移動するときのＸ方向の移動速度ＡＸと移動距離ＡＤＸ_ｎと同じに見なしてもよい。この場合、［ＡＸ＝Ｗ］であるから、ロボット本体１１０の溶接ワイヤ２１１先端がＸ方向に移動するときの加速度をａｘとすると、基本式（３）から次式となる。

式（１４’’）を代入すると、加速度ａｘは次式となる。

式（２０）を使った基本式（１）からＡＸを求めて、式（１４’）、式（１４’’’）を代入するとロボット本体１１０の走行方向の移動速度ＶＸが次式で求められる。

Ｙ方向及びＺ方向の移動距離ＶＤＹ_ｎ，ＶＤＺ_ｎは、わずかな距離と見なし、Ｙ方向及びＺ方向の移動速度ＶＹ，ＶＺは、等速度で移動するとして次式となる。

ここで、溶接時間ｔ_ｎは、基本式（１）及び式（２０）から次式となる。

また、式（２１）のＶＤＹ（溶接ワイヤ２１１先端がｔ秒後に位置した点でのＹ方向の移動距離）は、式（２２）で移動速度が求められているので、次式となる。

このように、図４Ｅで示す溶接線ＷＬと溶接軌跡線ＴＷＬとの相対距離の最大値ｍａｘΔｄが、溶接ワイヤ径の２倍以下ならば、簡易的に式（２１）、式（２２）及び式（２３）を使ってロボット本体１１０における３方向の移動速度を制御しても、式（１７）、式（１８）及び式（１８’）を用いた場合と同様の効果が得られる。

以上のように、開先１０が蛇行し、さらに開先形状が変化する溶接に対して、直線状及び曲線状のガイドレールを使用しても、可搬型溶接ロボット１００によって、溶接線ＷＬに沿いながら、開先形状の変化に応じて溶接開先内の溶接金属の高さを一定に保持して、良好な溶接品質を得ながら溶接が可能となる。最終の溶接継手の仕上りでは、溶接金属の幅と余盛高さは、溶接品質の基準に合格する溶接継手を得ることができ、精度の高い溶接を実施することができる。

次に、本発明の実施例を示す図１０は、図３に示す可搬型溶接ロボット１００が角形鋼管に取付けられた場合の斜視図である。図１０に示すように、ガイドレール１２０は、多角形鋼管のワークＷ_ｏに対し、鋼管外面を周方向に沿って取り付けられている。この場合、ガイドレール１２０は、取付け部材１４０を介して鋼管外面を一周するように設けられており、直線部１２１と曲線部１２２を有する形状となっている。また、可搬型溶接ロボット１００は、ガイドレール１２０上に溶接トーチ２００を下方に向けた状態で取付けられている。

図１０に示すガイドレール１２０においては、直線部１２１と曲線部１２２でガイドルートが変わる境界領域１２８を有している。この場合における開先形状検知位置Ｐ_ｎ（溶接線位置検知点Ｔ_ｎを含む）は、境界領域１２８に対応する位置を含むように設定されている。これにより、境界領域１２８に対応した開先形状情報を取得できる。

本発明の実施例では、ガイドレール１２０による可搬型溶接ロボット１００の案内ルートが変化する境界領域１２８に、少なくとも１つの開先形状検知位置Ｐ_ｎを設けて、境界領域１２８に設けた開先形状検知位置Ｐ_ｎの直前又は直後において、溶接条件を制御する区間を設けることが好ましい。

図１１においては、図１０を真上から見たときのガイドレール１２０及び角形鋼管の１／４角部の領域における、ガイドレール１２０と開先１０の位置関係が示されている。ロボット本体１１０が直線部１２１から曲線部１２２に向けて走行する場合、直線部１２１では、溶接速度Ｗとロボット本体１１０における走行方向（Ｘ方向）の移動速度ＶＸは同じであるが、境界領域１２８を通過してからは、ロボット本体１１０は曲線部１２２の曲率中心Ｏを中心に走行するため、境界領域１２８において（図中の開先形状検知位置Ｐ_ｎ点において）溶接速度Ｗをスムーズに繋げるには、［ＧＲ／ＹＲ_ｎ］分だけ、ロボット本体１１０における走行方向の移動速度ＶＸを、急激に変化させる必要がある。

本実施例では、ロボット本体１１０におけるＸ方向の移動速度ＶＸが急激に変化するのを避けるため、境界領域１２８に設けた開先形状検知位置Ｐ_ｎの直前又は直後において、移動速度ＶＸが急激に変化しなくても、開先１０内の溶接金属の高さが境界領域１２８の前後で一定となるように、溶接条件を制御する区間を設けるようにした。また、境界領域１２８に、少なくとも１つの開先形状検知位置Ｐ_ｎを設けていないと、移動速度ＶＸが急激に変化する位置が分からず、上記の境界領域１２８前後での溶接条件の制御もできないことから、不安定な溶接となってしまう。

つまり、本実施例では、図１０の実施例のように直線部１２１と曲線部１２２をもつガイドレール１２０の案内ルートの変化位置に対応したデータ収集が可能であり、正確な検知データを取得することができ、開先１０内の溶接金属の高さが一定となる精度の高い溶接制御が可能になる。

続いて、図７Ｃに示すように、溶接速度Ｗ_ｎを段階的に変化させた場合の、溶接速度Ｗ_ｎとロボット本体１１０における３方向の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＸ）の求め方について、図４Ｂの直線状のガイドレールを用いた場合の実施例として、図１２を用いて説明する。
図１２のように、溶接距離ＤＷ_ｎを均等分割した横軸に対して、均等分割した距離の間は等速度の溶接速度となるように段階的に変化させるように制御する。まず、溶接距離ＤＷ_ｎをあらかじめ設定した分割距離Ｑで除して、分割数ｍを求める。

なお、分割数ｍは、式（２５）を四捨五入して整数値とする。

次に、隣接する溶接線位置検知位置間（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）の溶接速度の差を分割数ｍで除して、分割距離Ｑ毎の増加分となる溶接速度ΔＷを求める。

図１２の縦軸は、分割数ｍが増える毎に、溶接速度の増加分ΔＷだけ増加し、分割距離Ｑの間は一定の溶接速度となるようにする。式で表すと次式となる。

ここで、ｋは０〜ｍの整数値である。
これによって、図１２に示す溶接線位置検知点Ｔ_ｎ間での階段的な溶接速度の制御図ができる。ただし、溶接速度の増加分ΔＷは、溶接に影響のない範囲となるように、分割距離Ｑは設定される。

同様に、ロボット本体１１０の３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の移動速度（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）も分割数ｍ個で分割して、式（２７）と同じように求めて、図１２の縦軸を３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の移動速度に置き換えれば、ロボット本体１１０の３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の移動速度の制御図が得られる。このように得たロボット本体１１０における３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の段階的な移動速度の制御で、図１２に示す段階的な溶接速度の制御が実施可能となる。

このように、溶接線位置検知位置間（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）の溶接速度を、段階的に変化する一定速度の集合体と見なすことで、可搬型溶接ロボット１００の制御を簡便に取り扱うことができる。上述したように、図７Ａや図７Ｂのような溶接速度の制御法では、溶接速度の加速度などを求めてあらかじめ数式化する必要があったが、図７Ｃに示すような溶接速度を段階的に変化させる制御法では、センシング工程で得られる検知データと溶接条件取得部６０３で算出する溶接線位置検知位置（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）の溶接速度（Ｗ_ｎ−１，Ｗ_ｎ）の情報を簡単な数式で算出するだけで制御データを取得することができる。また、後述するウィービング溶接では有効な制御法である。

ところで、溶接開先では図５に示すようにルートギャップＧが存在するため、溶接するときには両開先側面１１，１２方向へ十分な溶け込み幅を確保し、開先内の溶接金属が溶接方向に対し一定の高さになるように、ロボット本体１１０はＸ方向に進みながら溶接トーチ２００をルートギャップＧ内で揺動する、いわゆる、図１３に示すようなウィービング溶接を行う。図１３における、のこぎり歯状の軌跡がウィービング線ＵＬであり、ウィービング線ＵＬのＹ方向における移動距離ＹＯ_ｎ−１及びＹＯ_ｎは、ウィービング幅を示している。Ｙ方向における移動距離ＹＯ_ｎ−１及びＹＯ_ｎは、開先形状検知位置（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）の開先形状検知の際に取得できるルートギャップＧの大きさによって設定され、この間のウィービング幅はＹＯ_ｎ−１からＹＯ_ｎへ、漸近するように設定される。

ウィービングは、ロボット本体１１０におけるＹ方向の往復運動により行われるが、もともと、開先形状検知位置（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）間でのＹ方向の移動量も考慮されて設定される。また、ウィービングの周期（図１３中の、２×Ｑ分の長さ）は、溶接距離ＤＷ_ｎを均等分割した分割距離Ｑごとにタイミングを合わせて設定される。この際、先に説明した階段的な溶接速度の制御が有効となる。図１４に示すように、分割距離Ｑごとにウィービングの半周期を合わせて、この分割距離Ｑの間のウィービング速度（すなわち、ロボット本体１１０におけるＹ方向の移動速度であり、方向がプラスとマイナスの交互になる）も一定となるように設定する。こうすることで、分割距離Ｑの間は、溶接速度及びウィービング速度ともに一定速度となり、分割距離Ｑごとに、溶接速度及びウィービング速度ともに段階的に変化するように制御できる。

一般的なアーク溶接では、ウィービングによって十分な溶け込み幅を確保し、溶接金属の高さを一定にするには、分割距離Ｑは数ミリ単位で設定される必要がある。本実施例では分割距離Ｑは１〜３ｍｍで設定している。また、オシレーション幅も、ＹＯ_ｎ−１からＹＯ_ｎへ漸近するようにウィービングの半周期ごとに細かく設定する必要がある。溶接の長さが長くなると、ウィービング回数も膨大となり、可搬型溶接ロボット１００の制御が煩雑化してしまう。

上記のように、分割距離Ｑごとに、溶接速度とウィービング速度を一定速度で正確に設定し制御することで、間違いのない精度の高い制御が可能となる。現場溶接では、開先１０を形成する組み付け作業の精度によって、開先形状検知位置（Ｐ_ｎ−１，Ｐ_ｎ）間では開先形状は変化し、開先１０も蛇行した状態が存在する。さらに、ガイドレール設置精度によるズレも発生する中、このように、分割距離Ｑごとに溶接速度とウィービング速度を、一定速度で正確に設定し制御することで、良好な溶接品質を得ることができ、溶接準備作業時におけるガイドレール１２０及び可搬型溶接ロボット１００の位置調整が容易になり、作業効率の良い溶接を行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限るものではなく必要に応じて適宜変更することができる。例えば、上記実施形態の溶接システム５０においては、ロボット本体１１０をガイドレール１２０上に一台設ける構成としたが、ロボット本体１１０を複数設けるようにしても良い。

上記実施形態においては、タッチセンサを用いたセンシングを実施したが、その他レーザーセンサ、視覚センサ等、又はその組み合わせによりセンシングを行っても良い。

上記実施形態においては、溶接条件の設定に供するデータは、自動センシングによって自動設定する構成としたが、各開先形状の検知に設定される溶接条件は、ティーチング等によって、あらかじめ制御装置６００に入力しても良い。例えば、制御装置６００内に開先形状情報と溶接条件データのデータベースを記録させておき、センシングで得られた開先形状の検知データをもとに、データベースから導出される最適な溶接条件を自動設定しても良い。また、機械学習又はディープラーニング等で学習したＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）学習済みモデルにセンシングで得られた開先形状情報を入力し、最適な溶接条件を出力させるようにしても良い。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。

（１） ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御方法であって、
溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程と、
前記センシング工程で得た検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出工程と、
前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得工程と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（１）によれば、開先に対してガイドレール及び可搬型溶接ロボットが設置された状態で得る開先形状検知位置での検知データに基づいて、開先形状情報を取得し、該開先形状情報に基づいて溶接条件を設定するため、開先形状検知位置ごとの開先形状の変化やガイドレールと開先の位置関係は、検知データ内に含まれることで考慮され、正確な数値に基づいて溶接条件を取得することができる。これにより、開先形状の変化やガイドレール設置精度に影響を受けることのない溶接制御により溶接することができる。この結果、精度の高い溶接を行うことができる。溶接作業面では、開先形状を形成する時のワークの組み付け作業が容易になり、また、溶接準備作業時におけるガイドレール及び可搬型溶接ロボットの位置調整が容易になり、作業効率の良い溶接を行うことができる。

（２） 前記開先形状検知位置と、前記ワーク上にあらかじめ定められた溶接線との交点を、溶接線位置検知点とし、隣接する前記溶接線位置検知点間を溶接するときの溶接の軌跡を溶接軌跡線とする場合において、
前記溶接線と前記溶接軌跡線との相対距離の最大値が、溶接ワイヤ径の２倍以下となるように前記開先形状検知位置を設定する、
上記（１）記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（２）によれば、本来定められた溶接線に対して、良好な溶接品質を維持しながら裕度のある溶接を行うことができる。

（３） 前記開先形状検知位置間で前記溶接条件の変化が生じる場合において、
前記開先形状検知位置ごとに取得された前記溶接条件の値にしたがい、前記開先形状検知位置間で、前記溶接条件を、直線状、ステップ状、曲線状のうち少なくとも１つで変化させるように制御する、
上記（１）又は（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（３）によれば、開先形状検知位置間で溶接条件が大きく変化した場合でも、溶接条件を徐々に変えることができ、開先形状検知位置間での溶接条件の急激な変化を回避して滑らかな溶接が可能になる。この結果、精度の高い溶接を実施することができる。

（４） 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
前記３方向ごとの移動速度によって、前記開先形状検知位置間の前記溶接速度を制御する、
上記（３）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（４）によれば、各方向の制御によって開先形状の細かな変化に対応した制御ができる。また、溶接条件の制御が可搬型溶接ロボットの移動方向の溶接速度だけではないことから、ガイドレール設置の精度、開先形状等による溶接位置ズレの影響を小さくでき、精度の高い溶接を実施することができる。

（５） 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
前記開先形状検知位置間の溶接距離又は移動時間を２以上の区間に分割し、各分割点の前記３方向ごとの移動速度によって、前記各分割点の溶接速度を算出し、
前記分割点ごとの溶接速度を一定として、前記開先形状検知位置間の溶接速度をステップ状に変化するように制御する、
上記（３）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（５）によれば、各方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）の制御によって開先形状の細かな変化に対応した制御が容易にできる。また、溶接条件の制御が可搬型溶接ロボットの移動方向の溶接速度だけではないことから、ガイドレール設置の精度、開先形状等による溶接位置ズレの影響を小さくでき、精度の高い溶接を実施することができる。

（６） 前記ガイドレールの直線部と曲線部の境界領域、又は、前記ガイドレールの曲線部における曲率が変化する境界領域に、少なくとも１つの前記開先形状検知位置を設ける、
上記（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（６）によれば、ガイドレールによる可搬型溶接ロボットの案内ルートが変化する境界領域に対応して、少なくとも１つの開先形状検知位置を設けるので、ガイドレールの案内ルートの変化位置に対応したデータ収集が可能であり、正確な検知データを取得することができる。この結果、精度の高い溶接制御が可能になる。

（７） 前記境界領域に設けた前記開先形状検知位置の直前又は直後において、前記溶接条件を制御する区間を設ける、
上記（６）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（７）によれば、開先形状検知位置ごとにて得た検知データをもとに、該開先形状検知位置に近い直前又は直後の制御区間で溶接条件を制御することで、実際の開先の検知データを得た部位から近い位置で溶接品質を損なうことなく制御ができ、精度の高い溶接が可能になる。

（８） 前記溶接条件として、ウィービング条件、溶接速度及び溶接電流のうち少なくとも１つを選択し、
前記開先形状検知位置間の前記開先形状情報をもとに、前記開先内の溶接金属が、溶接方向に対し一定の高さになるように、前記ウィービング条件、前記溶接速度及び前記溶接電流のうち少なくとも一つを制御する、
上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（８）によれば、溶融面の高さの安定化が図れ、溶接作業の精度向上及び溶接品質を高めることができる。

（９） 前記センシング工程は、前記開先形状検知位置における前記開先形状のセンシングに加え、前記ワークにおける前記開先が設けられる側のワーク表面、及び、前記ワークの溶接線方向におけるワーク端部のうち少なくとも１つのセンシングを含む、
上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（９）によれば、開先形状だけでなく開先の周辺の全体形状が把握できる。この結果、より多くの検知データに基づく溶接条件を取得でき、高精度の溶接を実施することができる。

（１０） 前記センシングは、タッチセンシングであって、
前記開先形状検知位置において、前記開先の横断面に沿って配置される検知点を、前記開先におけるルートギャップ及び両側の開先側面上に少なくとも５点設け、
前記検知点から得られる前記検知データをもとに前記開先形状情報を算出する、
上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（１０）によれば、開先形状を正確に把握した溶接制御ができ、精度の高い溶接を行うことができる。

（１１） 前記溶接線は、前記開先形状における両側の開先側面のいずれか一方の開先端である、
上記（２）に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。

上記（１１）によれば、開先の実際の形状変化を正確かつ容易に検知でき、迅速かつ正確な溶接制御が可能になる。この結果、溶接の精度が高められる。

（１２） ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御装置であって、
溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程で得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、
前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御装置。

上記（１２）によれば、溶接制御装置は、開先に対してガイドレール及び可搬型溶接ロボットが設置された状態で、可搬型溶接ロボット上の検知手段を介して開先のセンシングを行い、センシングで得た検知データから開先形状情報を算出し、算出した開先形状情報をもとに溶接条件を取得して溶接制御が可能である。この結果、溶接制御装置は、開先形状の変化やガイドレール設置の精度に影響を受けることなく高精度の溶接制御が可能であり、ガイドレールの設置精度を高める必要ないので、溶接作業性を高めることができる。

（１３） ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する、上記（１２）に記載の溶接制御装置によって制御される可搬型溶接ロボットであって、
前記ガイドレール上にセッティングされた状態で、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボット。

上記（１３）によれば、可搬型溶接ロボットは、開先をセンシングする検知手段を有し、開先に対してガイドレール上にセッティングされた状態で、検知手段を介して開先のセンシングを行い、センシングで得た検知データをもとに、溶接制御装置において算出された開先形状情報から得られる溶接条件に基づいて制御されるので、開先形状の変化やガイドレール設置の精度に影響を受けることなく高精度のセンシングができる。さらに、可搬型溶接ロボットは、高精度のセンシングにて取得された溶接条件に基づいて制御されるので、高精度で制御可能であり、溶接品質を高めることができ、可搬型溶接ロボットは、ガイドレールの設置精度を高める必要がないので、溶接作業性を高めることができる。

（１４） ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する可搬型溶接ロボットと、前記可搬型溶接ロボットの動作を制御可能な溶接制御装置と、を有する溶接システムであって、
前記可搬型溶接ロボットは、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を有し、
前記溶接制御装置は、前記センシングで得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接システム。

上記（１４）によれば、溶接システムは、開先に対してガイドレール及び可搬型溶接ロボットが設置された状態で、可搬型溶接ロボット上の検知手段を介して得る検知データ、更に検知データをもとに算出された開先形状情報から得られる溶接条件により、可搬型溶接ロボットによる溶接を制御するので、開先形状の変化やガイドレール設置の精度に影響を受けることなく高精度の溶接可能である。また、溶接システムは、ガイドレールの設置精度を高める必要ないので、溶接作業性を高めることができる。

１０ 開先
１０_ｅ 溶接終了点
１０_ｓ 溶接開始点
１１，１２ 開先側面
１１_ｅ、１２_ｅ 開先端縁
５０ 溶接システム
１００ 可搬型溶接ロボット
１１０ ロボット本体
１２０ ガイドレール
１２１ 直線部
１２２ 曲線部
１２８ 境界領域
２００ 溶接トーチ
２１１ 溶接ワイヤ
３００ 送給装置
４００ 溶接電源
５００ シールドガス供給源
６００ 制御装置
６０３ 溶接条件取得部
ＤＷ_ｎ 溶接線位置検知点Ｔ_ｎ−１〜Ｔ_ｎまでの２点間の溶接距離
Ｇ ルートギャップ
Ｌ ワーク端部Ｗ_ｅ間の距離
Ｐ_ｎ 開先形状検知位置
Ｐ_ｓ 第一開先形状検知位置
Ｐ_ｅ 第二開先形状検知位置
Ｔ 移動時間
Ｔ_ｎ 溶接線位置検知点
ＴＷＬ 溶接軌跡線
Ｗ_ｅ ワーク端部
Ｗ_ｏ ワーク
Ｗ_ｉ、Ｗ_ｕ ワーク表面
ＷＬ 溶接線

Claims (14)

1. ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御方法であって、
   溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程と、
   前記センシング工程で得た検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出工程と、
   前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得工程と、
   を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
2. 前記開先形状検知位置と、前記ワーク上にあらかじめ定められた溶接線との交点を、溶接線位置検知点とし、隣接する前記溶接線位置検知点間を溶接するときの溶接の軌跡を溶接軌跡線とする場合において、
   前記溶接線と前記溶接軌跡線との相対距離の最大値が、溶接ワイヤ径の２倍以下となるように前記開先形状検知位置を設定する、
   請求項１に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
3. 前記開先形状検知位置間で前記溶接条件の変化が生じる場合において、
   前記開先形状検知位置ごとに取得された前記溶接条件の値にしたがい、前記開先形状検知位置間で、前記溶接条件を、直線状、ステップ状、曲線状のうち少なくとも１つで変化させるように制御する、
   請求項１又は２に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
4. 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
   前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
   前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
   前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
   前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
   前記３方向ごとの移動速度によって、前記開先形状検知位置間の前記溶接速度を制御する、
   請求項３に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
5. 前記溶接条件のうち少なくとも一つは溶接速度であって、
   前記可搬型溶接ロボットの移動方向をＸ方向、
   前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先幅方向をＹ方向、
   前記Ｘ方向に対し、垂直となる開先深さ方向をＺ方向、とする場合に、
   前記Ｘ方向、前記Ｙ方向、前記Ｚ方向の３方向ごとに取得された前記開先形状検知位置における前記溶接速度の値にしたがって、前記３方向ごとの移動速度を算出し、
   前記開先形状検知位置間の溶接距離又は移動時間を２以上の区間に分割し、各分割点の前記３方向ごとの移動速度によって、前記各分割点の溶接速度を算出し、
   前記分割点ごとの溶接速度を一定として、前記開先形状検知位置間の溶接速度をステップ状に変化するように制御する、
   請求項３に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
6. 前記ガイドレールの直線部と曲線部の境界領域、又は、前記ガイドレールの曲線部における曲率が変化する境界領域に、少なくとも１つの前記開先形状検知位置を設ける、
   請求項２に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
7. 前記境界領域に設けた前記開先形状検知位置の直前又は直後において、前記溶接条件を制御する区間を設ける、
   請求項６に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
8. 前記溶接条件として、ウィービング条件、溶接速度及び溶接電流のうち少なくとも１つを選択し、
   前記開先形状検知位置間の前記開先形状情報をもとに、前記開先内の溶接金属が、溶接方向に対し一定の高さになるように、前記ウィービング条件、前記溶接速度及び前記溶接電流のうち少なくとも一つを制御する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
9. 前記センシング工程は、前記開先形状検知位置における前記開先形状のセンシングに加え、前記ワークにおける前記開先が設けられる側のワーク表面、及び、前記ワークの溶接線方向におけるワーク端部のうち少なくとも１つのセンシングを含む、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
10. 前記センシングは、タッチセンシングであって、
    前記開先形状検知位置において、前記開先の横断面に沿って配置される検知点を、前記開先におけるルートギャップ及び両側の開先側面上に少なくとも５点設け、
    前記検知点から得られる前記検知データをもとに前記開先形状情報を算出する、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
11. 前記溶接線は、前記開先形状における両側の開先側面のいずれか一方の開先端である、
    請求項２に記載の可搬型溶接ロボットの溶接制御方法。
12. ガイドレールに沿って移動する可搬型溶接ロボットを用いて、開先を有するワークを溶接するための溶接制御装置であって、
    溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状を、前記ガイドレール上を移動する前記可搬型溶接ロボットが有する検知手段を介してセンシングするセンシング工程で得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、
    前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
    を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接制御装置。
13. ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する、請求項１２に記載の溶接制御装置によって制御される可搬型溶接ロボットであって、
    前記ガイドレール上にセッティングされた状態で、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を、
    を有することを特徴とする可搬型溶接ロボット。
14. ガイドレール上を移動しながら開先を有するワークを溶接する可搬型溶接ロボットと、前記可搬型溶接ロボットの動作を制御可能な溶接制御装置と、を有する溶接システムであって、
    前記可搬型溶接ロボットは、溶接開始点から溶接終了点までの溶接区間において、２箇所以上の開先形状検知位置を設定し、前記開先形状検知位置における開先形状をセンシングする検知手段を有し、
    前記溶接制御装置は、前記センシングで得た検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出部と、前記開先形状情報をもとに、溶接条件を取得する溶接条件取得部と、
    を有することを特徴とする可搬型溶接ロボットの溶接システム。

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