JP6576157B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の部材をレーザ光で溶接する溶接装置に関する。

特開平６−３２０４４６号公報には、鉛直方向に沿って配置された２つの鉄骨を溶接する溶接ロボットが記載されている。この溶接ロボットは自走台車を介して案内レールに取り付けられており、案内レールは上側の鉄骨の表面に３つの磁石装置によって固定される。案内レールは、水平面上においてＵ字状となっている。自走台車は溶接ロボットを吊り下げ支持しており、溶接ロボットは自走台車の走行によって案内レールに対して移動自在となっている。

溶接ロボットは、自走台車の下部に固定された基台と、基台に取り付けられた旋回台と、旋回台に取り付けられた３つのアーム及び手首部と、手首部に装着された溶接工具とを備えている。溶接工具は、鉄骨に設定された溶接線に沿って溶接を行う。この溶接ロボットでは、旋回台を旋回させると共に各アームを回動させることによって、溶接工具が鉄骨の溶接位置まで延ばされて上記の溶接を行う。

また、複数の部材を溶接する手段としては、入熱量が比較的小さく且つ素早い溶接が可能になるという点で、レーザ溶接が用いられることがある。

特開平６−３２０４４６号公報

前述したように複数の部材を溶接するにあたり、特にレーザ溶接を行う場合には、各部材の溶接深さを把握することが重要である。ここで、溶接深さとは、複数の溶接対象の接触部分における厚さ方向の長さ、すなわち溶接対象となる部位の深さを示している。部材の溶接深さに対してレーザ光のエネルギーが強すぎると、部材の溶け込み量が多すぎると共にレーザ光が部材から外れる可能性がある。一方、部材の溶接深さに対してレーザ光のエネルギーが弱すぎると、部材の溶け込み量が少なすぎて溶接が不十分となり複数の部材間で溶接されない箇所が生じる可能性があり、溶接の品質にも影響しうる。このため、各部材の溶接深さと、照射するレーザ光のエネルギーとのバランスが溶接品質を確保する上で重要である。

各部材の溶接深さは、設計値としては把握されている場合がある。しかしながら、実際の溶接現場において、各部材の溶接深さには、各部材の製作誤差又は配置の誤差等によって、誤差が生じている場合がある。このように誤差が生じている場合、設計値に対する実際の深さが異なることになるので、前述したレーザ光が外れる問題、又は溶接が不十分になるという問題が生じうる。そして、従来の溶接では、部材の溶け込みを適切に調整できないという問題がある。以上のように、レーザ光が外れると溶接の安全性を確保することができず、溶接が不十分な場合は溶接の品質を確保することができない。

本発明は、溶接の安全性及び品質を確保することができる溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接装置は、複数の部材を接触させ、接触する部分に設定された溶接ラインに沿ってレーザ光を照射させると共に、照射した箇所にアシストガスを供給することによって、複数の部材を溶接する溶接装置であって、レーザ光を溶接ラインに向けて照射するレーザヘッドと、接触する部分における部材の溶接深さを計測する深さ計測部と、レーザヘッドと複数の部材との距離を計測する距離計測部と、アシストガスの圧力を計算するガス供給パラメータ計算部と、深さ計測部によって計測された溶接深さに応じて、部材に対するレーザヘッドの相対位置制御、レーザヘッドから照射されるレーザ光の制御、及びアシストガスの供給制御、を行う制御部と、を備え、ガス供給パラメータ計算部は、アシストガスの圧力値、アシストガスの流量、又はアシストガスの供給角度を計算し、制御部は、ガス供給パラメータ計算部による計算値に基づいてアシストガスの供給制御を行い、溶接ラインにおける溶接開始点と溶接終了点とを計算する溶接開始点終了点計算部を備え、溶接開始点終了点計算部は、深さ計測部によって計測された部材の厚さと距離計測部によって計測された部材との距離を用いると共に、計測された厚さの変化を用いて溶接開始点と溶接終了点を算出する。
また、深さ計測部は、２つの探触子を備え、複数の部材のそれぞれには、接触媒質が貼り付けられており、深さ計測部は、２つの探触子のそれぞれが接触媒質に対して超音波の送受信を行うことによって各部材の厚さを計測する、

本発明に係る溶接装置では、深さ計測部が複数の部材の接触部分における溶接深さを計測し、この溶接深さに応じて、部材に対するレーザヘッドの相対位置制御、レーザ光の制御、及びアシストガスの供給制御、の少なくともいずれかが制御部によって行われる。そして、レーザヘッドの制御によってレーザヘッドの移動速度等を調整することができ、レーザ光の制御によってレーザ光の出力等を調整することができ、アシストガスの供給制御では、アシストガスの圧力調整等を行うことができる。例えば、部材の溶接深さの値が大きいときには、レーザヘッドの移動速度を遅くしたりレーザ光の出力を強くしたりして部材に対するレーザ光のエネルギーを強くすることができ、部材の溶接深さの値が小さいときには、レーザヘッドの移動速度を速くしたりレーザ光の出力を弱くしたりして部材に対するレーザ光のエネルギーを弱くすることができる。このようにレーザヘッド、レーザ光又はアシストガスの制御を部材の溶接深さに応じて行うことができるので、レーザ光が部材から外れるのを回避すると共に、溶接が不十分になるという問題を回避することができる。そして、溶接による各部材の溶け込みを適切に調整することができる。従って、レーザ光が外れないので溶接の安全性を確保することができると共に、溶接を十分に行えるので溶接の品質を確保することができる。

また、前述の溶接装置は、複数の部材におけるレーザヘッド側の面の段差である目違いを計測する目違い計測部を備え、制御部は、目違い計測部によって計測された目違いに応じて、部材に対するレーザヘッドの相対位置制御、レーザヘッドから照射されるレーザ光の制御、及びアシストガスの供給制御の少なくともいずれかを行ってもよい。この場合、例えば目違いが大きく部材間の表面の段差が大きいときにレーザヘッド又はレーザ光の角度を調整したりすること等ができ、目違いの実測値に応じたレーザヘッド、レーザ光又はアシストガスの調整が可能となる。従って、目違いの状態を計測することによって、溶接による各部材の溶け込みをより高精度に調整することができる。

また、溶接開始点及び溶接終了点を算出することによって、レーザ光を照射すべき箇所にレーザ光を照射しなかったり、レーザ光を照射すべきでない箇所にレーザ光を照射したりする事態を一層確実に回避することができる。従って、レーザ光が部材から外れる事態、及びレーザ光が不十分になる事態を一層確実に回避することができる。

また、前述の溶接装置は、部材を囲むように配置されるレールを備え、レーザヘッドは、レールに沿って移動しながら複数の部材を溶接してもよい。この場合、部材を囲むレールに沿ってレーザヘッドが移動するので、レーザヘッドはスムーズに移動しながら溶接を行うことができる。

本発明によれば、溶接の安全性及び品質を確保することができる。

第１実施形態に係る溶接装置を示す斜視図である。 図１の溶接装置の機能を示すブロック図である。 母材の一例である２本の柱における目違いとレーザヘッドとの位置関係を示す側面図である。 図３の２本の柱と計測装置との位置関係を示す側面図である。 図１の溶接装置の溶接ラインに沿った溶接を示す側面図である。 図１の溶接装置におけるレーザ光の照射及びアシストガスの供給を示す図である。 溶接開始点及び溶接終了点の算出を説明するための図である。 （ａ）は第２実施形態に係る溶接装置を示す側面図であり、（ｂ）は第２実施形態に係る溶接装置を示す平面図である。 図８の溶接装置の取り付け手順を説明するための図であり、（ａ）はレールを取り付ける状態を示す図、（ｂ）はレールを回転させる状態を示す図、（ｃ）はレールの設置完了の状態を示す図である。 複数の部材を接触する部分の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る溶接装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明に係る溶接装置は、下記の実施形態に係る溶接装置に限定されず、適宜変更可能である。

（第１実施形態）
図１に示されるように、第１実施形態に係る溶接装置１は、例えば、溶接ロボットであり、鉛直方向に沿って並ぶ２本の柱２，３を溶接する。溶接装置１は建設現場で用いられる。柱２，３は、溶接装置１の溶接対象である部材（母材）の一例であり、溶接装置１の溶接対象は柱２，３以外の部材（例えば、柱と梁、又は梁と梁等）であってもよい。溶接装置１は、２本の柱２，３の各端面２ｂ，３ｂを接触させ、この接触する部分に設定された溶接ラインＹに沿ってレーザ光Ｌを照射させる。

溶接装置１は、下側の柱３を囲むように配置されるレール１１と、レール１１に沿って移動する台車１２と、台車１２から伸び出すアーム部１３と、アーム部１３の先端部に取り付けられた計測装置１４、レーザヘッド１５及びアシストガス供給部１６とを備えている。レーザヘッド１５は、柱２，３にレーザ光Ｌを照射して柱２，３を溶接する。アシストガス供給部１６は、レーザ光Ｌが照射された箇所にアシストガスＡを供給する。アシストガスＡは、溶かした部材を混ぜるために用いられる。また、上側の柱２と下側の柱３との間には防護器４が設けられている。

レール１１は、例えば、水平面上で円形となるように配置されており、２本のレール１１が上下一対に設けられている。レール１１は、柱３に対して着脱自在となっている。台車１２は、例えば、２本のレール１１に跨っており、２本のレール１１上を走行する自走台車である。なお、レール１１は、上側の柱２を囲むように配置されてもよく、レール１１の配置位置、配置態様及び形状は特に限定されない。

アーム部１３は、例えばロボットアームである。アーム部１３は、台車１２に載置されて台車１２に対して旋回可能に支持される脚部１３ｂと、脚部１３ｂに対して揺動自在となっている第１アーム１３ｃと、第１アーム１３ｃの先端に揺動自在に取り付けられた第２アーム１３ｄと、第２アーム１３ｄの先端に回転自在に取り付けられて計測装置１４、レーザヘッド１５及びアシストガス供給部１６を支持する支持部１３ｅとを備えている。

なお、アーム部１３の上記構成は、一例であり、適宜変更可能である。また、前述したように、溶接装置１はアーム部１３を備えたアーム型ロボットであるが、本発明に係る溶接装置は、アーム型ロボットでなくてもよく、例えばＸＹテーブルを備えたスカラロボットであってもよい。

計測装置１４は、例えばカメラを備えており、溶接装置１のレーザ溶接に関する種々の情報を計測する。図２〜図４に示されるように、計測装置１４は、上側の柱２と下側の柱３とが接触する部分における柱２，３の溶接深さを計測する深さ計測部２１と、目違いＭを計測する目違い計測部２２と、レーザヘッド１５と柱２，３との距離Ｄ１，Ｄ２を計測する距離計測部２３と、レーザヘッド１５の自己位置を計測するヘッド位置計測部２４とを備えている。

深さ計測部２１は、例えば、柱２，３それぞれの厚さＴ１，Ｔ２を超音波によって計測する。深さ計測部２１は２つの探触子２１ａを備えている。探触子２１ａは、柱２の表面２ａに貼り付けられる接触媒質２５、及び柱３の表面３ａに貼り付けられる接触媒質２５のそれぞれに対して超音波の送受信を行うことによって柱２，３それぞれの厚さＴ１，Ｔ２を計測する。

深さ計測部２１は、厚さＴ１，Ｔ２から柱２，３の接触部分における柱２，３の溶接深さ（厚さ）を計測する。図４の例では、柱２，３の接続部分の溶接深さは厚さＴ１と一致している。なお、超音波によって溶接深さを計測する深さ計測部２１に代えて、例えば他の弾性波又は電磁波等、別の手段によって深さを計測する深さ計測部を使用することも可能であり、深さ計測部の態様は適宜変更可能である。

距離計測部２３は、レーザヘッド１５と上側の柱２との距離Ｄ１、及びレーザヘッド１５と下側の柱３との距離Ｄ２を計測する。距離計測部２３としては、レーザを柱２，３に照射することによって距離Ｄ１，Ｄ２を計測するレーザ式、又は超音波を柱２，３に当てることによって距離Ｄ１，Ｄ２を計測する超音波式等、種々のセンサを用いることができる。

目違い計測部２２は、上側の柱２と下側の柱３との目違いＭを計測する。ここで、目違いＭは、柱２，３におけるレーザヘッド１５側の表面２ａ，３ａの段差である。目違い計測部２２は、例えば、距離計測部２３によって得られた距離Ｄ１，Ｄ２を用いて目違いＭを計測する。具体的には、目違い計測部２２は、レーザヘッド１５から上側の柱２への距離Ｄ１と、レーザヘッド１５から下側の柱３への距離Ｄ２と、の差分を目違いＭとして計測する。なお、目違い計測部２２は、距離Ｄ１，Ｄ２を用いずに目違いＭを計測してもよく、例えば、カメラによる撮影画像から目違いＭを計測してもよい。

ヘッド位置計測部２４は、例えば、カメラ２４ａを含んでおり、カメラ２４ａによる撮影画像から位置計測を行う。ヘッド位置計測部２４は、上側の柱２と下側の柱３の接触部分を溶接ラインＹとして設定する。また、ヘッド位置計測部２４は、レーザヘッド１５の位置を、溶接ラインＹに対するレーザヘッド１５の位置のずれＥとして計測してもよい。

また、溶接装置１は、計測装置１４によって計測された情報から溶接装置１の溶接で用いられる種々のパラメータを演算する演算部３０を備えている。演算部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、演算部３０の各機能は、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することによって実現されてもよい。なお、演算部３０の形態及び配置場所については、適宜変更可能であり特に限定されない。

演算部３０は、レーザヘッド１５の送り速度を計算するヘッド送り速度計算部３１と、柱２，３に対するレーザヘッド１５の相対位置を計算するヘッド位置計算部３２と、レーザ光Ｌの出力（パワー）を計算するレーザ出力計算部３３と、レーザ光Ｌの焦点距離を計算する焦点距離計算部３４と、柱２，３に対するレーザ光Ｌの入射角を計算するレーザ入射角計算部３５と、アシストガスＡの圧力を計算するガス供給パラメータ計算部３６と、溶接ラインＹの溶接開始点及び溶接終了点を計算する溶接開始点終了点計算部３７とを備えている。

上記のヘッド送り速度計算部３１、ヘッド位置計算部３２、レーザ出力計算部３３、焦点距離計算部３４、レーザ入射角計算部３５、ガス供給パラメータ計算部３６及び溶接開始点終了点計算部３７（以下、演算部３０の各構成要素と称する場合もある）は、例えば、溶接装置１によるレーザ溶接の品質を確保する最適な各パラメータの値を計算する。溶接装置１は、演算部３０の各構成要素によって計算された値に基づいてレーザヘッド１５又はアシストガス供給部１６を制御することにより、レーザ溶接の品質の最適化を可能としている。また、演算部３０の各構成要素は、予め設定された式によって計算を行ってもよいし、予め設定されたマップ又はグラフに基づいて計算を行ってもよい。このように演算部３０で行われる各計算の方法及び態様としては種々のものが挙げられる。

図２及び図５に示されるように、ヘッド送り速度計算部３１は、計測装置１４によって計測された計測値に基づいてレーザヘッド１５の速度Ｖを計算する。ヘッド送り速度計算部３１は、深さ計測部２１によって計測された厚さＴ１，Ｔ２の値から速度Ｖを計算する。ヘッド送り速度計算部３１によって計算される速度Ｖの値は、例えば、厚さＴ１，Ｔ２の値が小さいほど大きくなり、厚さＴ１，Ｔ２の値が大きいほど小さくなる。このようにヘッド送り速度計算部３１が速度Ｖを計算することによって、厚さＴ１，Ｔ２に応じた速度Ｖの制御が可能となり、溶接による溶け込み量を最適化させることが可能となる。

ヘッド位置計算部３２は、柱２，３に対するレーザヘッド１５の位置及び姿勢（傾き等）を計算する。図２及び図３に示されるように、ヘッド位置計算部３２は、距離計測部２３によって計測された距離Ｄ１，Ｄ２の値からレーザヘッド１５の位置を計算する。また、ヘッド位置計算部３２は、ヘッド位置計測部２４によって計測されたずれＥの値からレーザヘッド１５の位置を計測してもよく、このずれＥが０となるようにレーザヘッド１５の位置姿勢が制御されてもよい。また、ヘッド位置計算部３２は、目違い計測部２２によって計測された目違いＭの値に応じて、レーザヘッド１５の傾きを計算してもよい。

レーザ出力計算部３３は、柱２，３に照射されるレーザ光Ｌの出力を計算する。レーザ出力計算部３３は、例えば、深さ計測部２１によって計測された厚さＴ１，Ｔ２から出力を計算する。レーザ出力計算部３３によって計算される出力の値は、厚さＴ１，Ｔ２の値が大きいほど大きくなり、厚さＴ１，Ｔ２の値が小さいほど小さくなる。このようにレーザ出力計算部３３が厚さＴ１，Ｔ２の値に応じてレーザ光Ｌの出力を計算することにより、溶接の溶け込み量の一層の最適化が可能となる。

図２及び図６に示されるように、焦点距離計算部３４は、例えば、レーザ光Ｌの焦点距離を計算すると共に焦点深さＳを算出する。ここで、焦点深さＳは、柱２，３の表面２ａ、３ａから柱２，３の内部に位置する焦点Ｐまでの距離を示している。焦点距離計算部３４は、深さ計測部２１によって計測された厚さＴ１，Ｔ２から焦点深さＳを計算する。計算される焦点深さＳの値は、厚さＴ１，Ｔ２の値が大きいほど大きくなり、厚さＴ１，Ｔ２の値が小さいほど小さくなる。これにより、厚さＴ１，Ｔ２に応じた焦点深さＳの調整が可能となる。

レーザ入射角計算部３５は、例えば、深さ計測部２１によって計測された厚さＴ１，Ｔ２と、目違い計測部２２によって計測された目違いＭとに応じて入射角θを計算する。また、ガス供給パラメータ計算部３６は、アシストガスＡの供給制御の一環として、アシストガス供給部１６から柱２，３に供給されるアシストガスＡの圧力値を計算する。ガス供給パラメータ計算部３６は、例えば、厚さＴ１，Ｔ２と目違いＭとを用いてアシストガスＡの圧力値を計算し、この圧力値は、厚さＴ１，Ｔ２及び目違いＭの値が大きいほど大きくなる。なお、ガス供給パラメータ計算部３６は、アシストガスＡの流量を計算してもよく、更に、アシストガスＡの供給角度を計算してもよい。

図２及び図７に示されるように、溶接開始点終了点計算部３７は、深さ計測部２１によって計測された厚さと、距離計測部２３によって計測された距離とを用いて、溶接ラインＹにおける溶接開始点及び溶接終了点を計算する。図７に示される例において、柱２，３の隅部Ｃ以外の箇所では、深さ計測部２１によって計測された厚さはＴ３、距離計測部２３によって計測された距離はＤ３となるのに対し、隅部Ｃでは、距離計測部２３によって計測された距離はＤ３であるものの、深さ計測部２１によって計測された厚さはＴ３より大きいＴ４となる。

溶接開始点終了点計算部３７は、上記の厚さＴ３，Ｔ４の変化を用いて溶接開始点Ｙ１と溶接終了点Ｙ２を算出する。すなわち、溶接開始点終了点計算部３７は、深さ計測部２１によって計測された厚さの変化点を溶接開始点Ｙ１、溶接終了点Ｙ２とする。また、溶接開始点終了点計算部３７は、距離計測部２３によって計測された距離の変化点を溶接開始点Ｙ３、溶接終了点Ｙ４としてもよい。

演算部３０の各構成要素による計算方法は、前述した内容に限定されず、適宜変更可能である。また、演算部３０の各構成要素のうち、機能として不要なものがあれば適宜省略することが可能である。

また、演算部３０は、計測装置１４と接続されているが、レーザヘッド１５及びアシストガス供給部１６とも接続されている。更に、溶接装置１は、レーザ溶接の制御を行う制御部４０を備えており、制御部４０は、レーザヘッド相対位置制御部４１、レーザ光制御部４２及びガス供給制御部４３を含んでいる。レーザヘッド相対位置制御部４１及びレーザ光制御部４２はレーザヘッド１５に設けられており、ガス供給制御部４３はアシストガス供給部１６に設けられている。演算部３０は、計測装置１４から計測信号を入力すると共に、レーザヘッド相対位置制御部４１、レーザ光制御部４２及びガス供給制御部４３に制御信号を出力する。

レーザヘッド相対位置制御部４１は、ヘッド送り速度計算部３１による計算値及びヘッド位置計算部３２による計算値に基づいて、柱２，３に対するレーザヘッド１５の位置を制御する。具体的には、レーザヘッド相対位置制御部４１は、ヘッド位置計算部３２によって計算されたレーザヘッド１５の位置及び姿勢（傾き）となるようにレーザヘッド１５を移動させる。そして、レーザヘッド相対位置制御部４１は、溶接開始点終了点計算部３７によって計算された溶接開始点Ｙ１，Ｙ３から、ヘッド送り速度計算部３１によって計算された速度Ｖでレーザヘッド１５を溶接ラインＹに沿って移動させ、溶接開始点終了点計算部３７によって計算された溶接終了点Ｙ２，Ｙ４にまでレーザヘッド１５を移動させて溶接を行う。

レーザ光制御部４２は、レーザ出力計算部３３、焦点距離計算部３４及びレーザ入射角計算部３５による各計算値に基づいて、レーザヘッド１５から照射されるレーザ光Ｌを制御する。具体的には、レーザ光制御部４２は、レーザ出力計算部３３で計算された出力、焦点距離計算部３４で計算された焦点距離及び焦点深さＳ、並びにレーザ入射角計算部３５で計算された入射角θとなるように、レーザ光Ｌの光学系を制御してレーザ光Ｌを出力する。

ガス供給制御部４３は、ガス供給パラメータ計算部３６による計算値に基づいてアシストガス供給部１６から噴射されるアシストガスＡを制御する。具体的には、ガス供給制御部４３は、ガス供給パラメータ計算部３６によって計算された圧力値、流量及び傾斜角度となるように、アシストガス供給部１６からのアシストガスＡの供給を制御してレーザ光Ｌの照射箇所へのアシストガスＡの噴射を行う。

ところで、従来の溶接装置では、カメラで溶接の溶け込み量を見ながらレーザヘッドの速度等を調整することがあった。しかしながら、建設現場で溶接を行う場合、工場等で溶接を行う場合と比較して製作誤差又は位置ずれ等が生じやすいので、部材の溶接深さ（厚さ）及び目違い等のばらつきも生じやすい。また、建設現場で上下に並んだ柱を溶接する場合には、上側の柱と下側の柱との間に不均一な隙間が形成されている場合がある。従って、各部材（上側の柱と下側の柱）の位置合わせは、工場等で溶接を行う場合と比較して困難となる。更に、建設現場では、レーザヘッドが実際には所望の位置に存在しない、又はレーザ光が所望の位置に照射されないということも起こりやすい。

このように、建設現場におけるレーザ溶接では、工場等と比較して部材の位置合わせ等が困難であり種々の誤差が生じるため、前述のようにカメラで溶け込み量を見ながらレーザヘッド等を調整するというだけでは不十分であり、種々の問題が生じうる。具体的には、溶接による部材の溶け込みを適切に調整できないという問題、レーザ光が部材から外れる問題、又は溶接が不十分となり溶接の品質が劣化する問題が生じうる。これに対し、本実施形態の溶接装置１は、建設現場でレーザ溶接を行う溶接装置であるが、前述した種々の問題を解消している。

すなわち、溶接装置１では、深さ計測部２１が柱２，３の接触部分における溶接深さ（厚さ）を計測し、この溶接深さの実測値に応じて、柱２，３に対するレーザヘッド１５の相対位置制御、レーザ光Ｌの制御、及びアシストガスＡの供給制御が制御部４０によって行われる。そして、レーザヘッド１５の制御によってレーザヘッド１５の速度Ｖ、レーザヘッド１５の傾き等を調整することができ、レーザ光Ｌの制御によってレーザ光Ｌの出力、レーザ光Ｌの入射角θ、及びレーザ光Ｌの焦点距離等を調整することができ、アシストガスＡの供給制御では、アシストガスＡの圧力調整等を行うことができる。

よって、例えば、柱２，３の溶接深さの値が大きいときには、レーザヘッド１５の速度Ｖを遅くしたりレーザ光Ｌの出力を強くしたりして柱２，３に対するレーザ光Ｌのエネルギーを強くすることができ、柱２，３の溶接深さの値が小さいときには、レーザヘッド１５の速度Ｖを速くしたりレーザ光Ｌの出力を弱くしたりして柱２，３に対するレーザ光Ｌのエネルギーを弱くすることができる。

このようにレーザヘッド１５、レーザ光Ｌ又はアシストガスＡの制御を柱２，３の溶接深さに応じて行うことができるので、レーザ光Ｌが柱２，３から外れるのを回避すると共に、溶接が不十分になるという問題を回避することができる。そして、溶接による柱２，３の溶け込みを適切に調整することができる。従って、レーザ光Ｌが外れないので溶接の安全性を確保することができると共に、溶接を十分に行えるので溶接の品質を確保することができる。

また、溶接装置１は、柱２，３におけるレーザヘッド１５側の表面２ａ，３ａの段差である目違いＭを計測する目違い計測部２２を備え、制御部４０は、目違い計測部２２によって計測された目違いＭに応じて、柱２，３に対するレーザヘッド１５の相対位置制御、レーザヘッド１５から照射されるレーザ光Ｌの制御、及びアシストガスＡの供給制御を行う。よって、例えば目違いＭが大きく柱２，３間の表面２ａ，３ａの段差が大きいときにレーザヘッド１５をより傾けたりレーザ光Ｌの入射角θを調整したりすることができ、目違いＭの実測値に応じたレーザヘッド１５、レーザ光Ｌ又はアシストガスＡの調整が可能となる。従って、目違いＭの状態を計測することによって、溶接による柱２，３の溶け込みをより高精度に調整することができる。

また、溶接装置１は、溶接ラインＹにおける溶接開始点Ｙ１，Ｙ３と溶接終了点Ｙ２，Ｙ４とを計算する溶接開始点終了点計算部３７を備えている。従って、溶接開始点Ｙ１，Ｙ３及び溶接終了点Ｙ２，Ｙ４を算出することによって、レーザ光Ｌを照射すべき箇所にレーザ光Ｌを照射しなかったり、レーザ光Ｌを照射すべきでない箇所にレーザ光Ｌを照射したりする事態を一層確実に回避することができる。従って、レーザ光Ｌが柱２，３から外れる事態、及びレーザ光Ｌが不十分となる事態を一層確実に回避することができる。

また、溶接装置１は、柱３を囲むように配置されるレール１１を備え、レーザヘッド１５は、レール１１に沿って移動しながら柱２，３を溶接する。よって、柱３を囲むレール１１に沿ってレーザヘッド１５が移動するので、レーザヘッド１５はスムーズに移動しながら溶接を行うことができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態に係る溶接装置５０について図８及び図９を参照しながら説明する。以降の説明では、前述した第１実施形態と重複する内容についての説明を省略する。また、第１実施形態と同一又は相当する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図８に示されるように、溶接装置５０は、円形のレール１１とは異なる形状のレール５１を備えており、この点で溶接装置１と異なっている。レール５１の外周は、水平面上において円弧状となっている。レール５１の円弧部分の中心角は例えば２７０度である。すなわち、レール５１は、円弧状に欠けた欠き込み５１ａを有しており、欠き込み５１ａの円弧部分の中心角は９０度となっている。レール５１は、柱３に固定された４本の柱状部材５２を介して柱３に着脱自在に取り付けられている。

次に、溶接装置５０を柱３に取り付ける手順の一例について説明する。まず、図９（ａ）に示されるように、溶接装置５０のレール５１は、側方から柱３に嵌め込まれる。そして、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示されるように、レール５１は、柱３に対して回転され、柱３に対する回転位置が調整された後に、各柱状部材５２に固定されることによって、柱３に取り付けられる。以上のように、溶接装置５０を容易に柱３に取り付けることができる。また、第２実施形態に係る溶接装置５０は、レール５１以外は第１実施形態と同一の構成を備えるため、第１実施形態に係る溶接装置１と同様の効果を奏する。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に示した要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、前述した実施形態に係る溶接装置は、２本の柱２，３の各端面２ｂ，３ｂを接触させ、この接触する部分に設定された溶接ラインＹに沿ってレーザ光Ｌを照射させた。しかしながら、本発明に係る溶接装置は、例えば図１０に示されるように、複数の板状部材６１，６２の主面６１ａ，６２ａ同士を接触させ、この接触する部分に設定された溶接ラインＷに沿ってレーザ光を照射してもよい。このように、部材が接触する方向及び位置は特に限定されない。

また、前述した実施形態に係る溶接装置は、２本の柱２，３を溶接した。しかしながら、本発明に係る溶接装置の溶接対象は、２本の柱に限定されず、例えば、２本の梁、柱と梁、柱又は梁とダイヤフラム等の別部材、等種々のものが挙げられる。また、溶接対象とする部材の数についても、２つに限定されることなく、３つ以上とすることが可能である。

また、前述した実施形態に係る溶接装置は、レーザヘッド１５、レーザ光Ｌ及びアシストガスＡを制御した。しかしながら、本発明に係る溶接装置は、レーザヘッド１５、レーザ光Ｌ及びアシストガスＡの全てを制御対象としなくてもよい。すなわち、本発明に係る溶接装置は、レーザヘッド、レーザ光及びアシストガスの少なくともいずれか１つを制御すればよい。具体的には、例えば、レーザヘッドが固定されている場合はレーザ光及びアシストガスを制御してもよいし、レーザ光が不変の場合はレーザヘッド及びアシストガスを制御してもよいし、レーザヘッド及びレーザ光の少なくともいずれかのみを制御してもよい。

また、前述の実施形態では、建設現場で用いられる溶接装置について説明した。しかしながら、本発明に係る溶接装置は、例えば工場等、建設現場以外で用いることも可能である。更に、前述の実施形態では、２本の柱に対するレーザヘッドの位置を制御した。しかしながら、本発明に係る溶接装置は、レーザヘッドの位置を固定にすると共に部材（母材）を移動させ、レーザヘッドに対する部材の位置を制御してもよい。

１，５０…溶接装置、２，３…柱（部材）、２ａ，３ａ…表面、２ｂ，３ｂ…端面、４…防護器、１１，５１…レール、１２…台車、１３…アーム部、１４…計測装置、１５…レーザヘッド、１６…アシストガス供給部、２１…深さ計測部、２１ａ…探触子、２２…目違い計測部、２３…距離計測部、２４…ヘッド位置計測部、２５…接触媒質、３０…演算部、３１…ヘッド送り速度計算部、３２…ヘッド位置計算部、３３…レーザ出力計算部、３４…焦点距離計算部、３５…レーザ入射角計算部、３６…ガス供給パラメータ計算部、３７…溶接開始点終了点計算部、４０…制御部、４１…レーザヘッド相対位置制御部、４２…レーザ光制御部、４３…ガス供給制御部、５２…柱状部材、６１，６２…板状部材、６１ａ，６２ａ…主面、Ａ…アシストガス、Ｃ…隅部、Ｄ１，Ｄ２…距離、Ｅ…ずれ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…焦点、Ｓ…焦点深さ、Ｔ１，Ｔ２…厚さ、Ｖ…速度、Ｗ，Ｙ…溶接ライン、Ｙ１，Ｙ３…溶接開始点、Ｙ２，Ｙ４…溶接終了点、θ…入射角。

Claims (4)

1. 複数の部材を接触させ、前記接触する部分に設定された溶接ラインに沿ってレーザ光を照射させると共に、前記照射した箇所にアシストガスを供給することによって、前記複数の部材を溶接する溶接装置であって、
   前記レーザ光を前記溶接ラインに向けて照射するレーザヘッドと、
   前記接触する部分における前記部材の溶接深さを計測する深さ計測部と、
   前記レーザヘッドと前記複数の部材との距離を計測する距離計測部と、
   前記アシストガスの圧力を計算するガス供給パラメータ計算部と、
   前記深さ計測部によって計測された溶接深さに応じて、前記部材に対する前記レーザヘッドの相対位置制御、前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の制御、及び前記アシストガスの供給制御、を行う制御部と、
   を備え、
   前記ガス供給パラメータ計算部は、前記アシストガスの圧力値、前記アシストガスの流量、又は前記アシストガスの供給角度を計算し、
   前記制御部は、前記ガス供給パラメータ計算部による計算値に基づいて前記アシストガスの供給制御を行い、
   前記溶接ラインにおける溶接開始点と溶接終了点とを計算する溶接開始点終了点計算部を備え、
   前記溶接開始点終了点計算部は、前記深さ計測部によって計測された前記部材の厚さと前記距離計測部によって計測された前記部材との距離を用いると共に、計測された前記厚さの変化を用いて溶接開始点と溶接終了点を算出する、
   溶接装置。
2. 前記深さ計測部は、２つの探触子を備え、
   前記複数の部材のそれぞれには、接触媒質が貼り付けられており、
   前記深さ計測部は、前記２つの探触子のそれぞれが前記接触媒質に対して超音波の送受信を行うことによって各前記部材の厚さを計測する、
   請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記複数の部材における前記レーザヘッド側の面の段差である目違いを計測する目違い計測部を備え、
   前記制御部は、前記目違い計測部によって計測された目違いに応じて、前記部材に対する前記レーザヘッドの相対位置制御、前記レーザヘッドから照射される前記レーザ光の制御、及び前記アシストガスの供給制御、の少なくともいずれかを行う、
   請求項１又は２に記載の溶接装置。
4. 前記部材を囲むように配置されるレールを備え、
   前記レーザヘッドは、前記レールに沿って移動しながら前記複数の部材を溶接する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接装置。