JP7071135B2

JP7071135B2 - 開先溶接方法および開先溶接装置

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Publication number: JP7071135B2
Application number: JP2018009417A
Authority: JP
Inventors: 上浩良井; 中良一田; 藤茂佐
Original assignee: 日鉄溶接工業株式会社
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: JP2019126819A; CN110064816A

Description

本発明は、開先の自動溶接に関し、特に、作業員の操作が簡易な開先溶接装置に関する。

溶接対象材の溶接線例えばＴ継手、レ型平継手、の開先の溶接では、Ｙ方向に延びる溶接線に沿って溶接トーチがＹ方向に走行する。通常、このＹ走行中に溶接トーチは開先の幅方向Ｘに往復動し（ウィービング又はオシレート）、このような溶接の数パスで開先の横断面が埋められる。溶接施工の省力化、品質向上のためにセンサおよびコンピュータを用いて、予めコンピュータに登録された溶接条件に基づいて、開先を自動検出し溶接トーチを自動駆動する溶接ロボットが開発され使用されている。

例えば特許文献１には、予め、開先始端から終端までの溶接対象区間を複数領域に区分して各領域宛てに溶接条件を算出してメモリに記憶し、その後開先溶接を開始して、開先溶接の進行に伴って順次にメモリ上の各領域宛ての溶接条件を読み出してそれに従って開先溶接条件を変更する自動溶接装置が記載されている。該自動溶接装置の溶接制御装置（制御盤）は、作業者が溶接長（溶接線の長さ）、ならびに、開先始端と終端の各開先底面幅、各開先角度及び各開先高さ（板厚ｔ）を入力すると、余盛高さが所定の範囲内に収まるように、板厚ｔから溶接層の数（所要パス数）と各パスの溶接層の厚さを決定し、分割した各領域毎に、開先横断面を算出してこれを該所要パス数で埋める各パスの溶接断面積を算出し、所定算出式に基づいて各パスの溶接断面積をもたらす各パスの溶接速度を算出する。算出した各領域各パス宛て溶接速度はメモリに記憶される。記憶されたデータは、溶接トーチによる溶接が領域区分点を通過する毎に取り出され、モータ速度（溶接速度）の指令値となる。

特許文献２に記載の溶接制御装置（制御盤）は、今回の溶接対象材の形状（開先角度、開先深さ、ギャップ等）と溶接機のスペックに対応して、過去の溶接の実績である同様な溶接材の溶接条件をデータベースから自動読み出して、今回の溶接対象材の溶接条件（溶接速度、溶接電流／電圧、溶接ワイヤ送給速度）およびウィービング条件（振幅、ピッチ、周波数）を自動的に算出する。

特許文献３には、非接触式形状計測センサを備えて溶接ワーク（溶接対象材）の溶接長手方向の予め設定された間隔ごとに開先形状を計測し、データベースから読み出した溶接条件を、計測値に対応する補正を加えて開先溶接に用いる自動溶接装置が記載されている。

開先始端及び終端に溶融プールを堰止めるセラミックタブ、スチールタブ等のフェイス板がある場合には、溶接トーチを開先の長手方向に倒して溶接ワイヤ先端を溶接母材とフェイス板との接合隅に対向させて開先端部の溶接残しを無くすことが行われるが、特許文献４には、このトーチの傾倒を電動駆動で行うトーチ角度変動機構、が記載されている。この機構によって溶接トーチは、開先の長手方向Ｙと直交する方向Ｘに延びる軸（Ｔ軸）回りに首振り回動駆動される。このトーチ角度変動機構を自動溶接装置に備えることにより、フェイス板が付いた開先始端に自動的にまたは手動で溶接トーチの溶接点を定めて、開先溶接を開始し、開先終端の直前でもトーチを傾けて開先終端まで自動的に溶接することができる。すなわち、自動溶接でも、開先始端および終端の溶接残しを無くすことができる。

特公平０８－１５６６５号公報特開２０１５－２２９１６９号公報特開平０９－１５５５４３号公報特開昭５１－１２０１１号公報

特許文献１に記載の自動溶接では、板厚ｔから所要パス数と各パスの溶接層の厚さを決定し、開先始端から終端までを仮想分割した各領域宛てに、領域始端の開先形状（開先底面幅、開先角度、板厚）から開先断面積を算出し、これを該所要パス数で埋める各パスの溶接断面積を算出し、所定算出式に基づいて各パスの溶接断面積をもたらす各パスの溶接速度を算出する。所要パス数の決定方法は特許文献１に記載がない。決定したパス数がエラーであると各パスの溶接断面積もエラーとなり従って各パスの溶接速度もエラーとなる。所要パス数は整数でなければならず、所要パス数の算定が煩わしい。特に、参照すべき実績データが少ない新規溶接対象材の場合は、所要パス数の算定に試行錯誤の労力が多くなる。特許文献２に記載の溶接条件導出は、既にデータベースが構築された過去の溶接対象材と類似性が高い今回の溶接対象材については、該データベースを用いて容易に溶接条件を算定することができるが、類似性が低い場合、算定は複雑で過大な労力を費やすことになる。特許文献３に記載の自動溶接では、開先形状計測センサを用いて開先形状を計測し開先形状に基づいて溶接層（パス）数を算出し、算出値を四捨五入によって整数値として各パスの溶接条件を計算する（図１４）。四捨五入によってパス数を整数にするので、各パスの計算された溶接条件には、算出したパス数の端数分による計算誤差を含むが、各パス毎に開先形状計測センサを用いて開先形状を計測し開先形状に基づいて先に計算した溶接条件を補正するので、全パスの溶接を終了したときには、算出したパス数に含まれる端数に相応する溶接誤差は実質的に消滅すると考えられる。しかしながら、各パス毎に各仮想分割領域の開先形状を計測することならびに計測した開先形状に基づく各領域の溶接条件の補正は煩雑で計測エラーを生じやすく溶接条件設定エラーを生じやすい。溶接状態の監視および調整を行う作業者の労務が過大になりやすい。

概略で表現すると従来は、整数の溶接パス数を定めて開先断面を埋める各パスの溶着量を決定して各パス溶着量に基づいて各パスの溶接条件（溶接電流、電圧、溶接速度）を決定するので、溶接条件のパラメータが多く各パス各パラメータの算定が複雑で煩雑である。

本発明は、溶接条件設定が容易で作業者が簡易に使用できる自動溶接方法および自動溶接装置を提供する。

（１）
開先形状に基づいて溶接パス数および各パス溶接条件を自動生成し生成した各パス溶接条件で自動的に各パスの溶接を行う自動溶接において、
開先線上の１点目の開先断面積と２点目の開先断面積に基づいて該１点目と２点目との中間の開先断面積を演算し、該中間の開先断面積を埋めるパス数を算出し、算出したパス数値を小数値を切り上げて整数値としてこれを溶接パス数に決定し、１点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に１点目の溶接速度を決定し、２点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する前記決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に２点目の溶接速度を決定し、
決定した１点目と２点目の溶接速度を用いて、１点目から２点目までの各領域の溶接速度を線形補完により決定し、
前記決定した溶接速度で１点目から２点目までを前記溶接パス数で自動溶接する、ことを特徴とする自動溶接方法。
（２）
決定した溶接速度に従い各領域オシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートする、上記（１）に記載の自動溶接方法。
（３）
Ｙ方向に延びる開先に平行に配置されるガイドレール；
該ガイドレールに沿ってＹ方向に移動する電動のＹ走行台車；
Ｙ走行台車上にあって溶接トーチをＸ方向に駆動する電動のＸ駆動機構；
Ｙ走行台車上にあって該溶接トーチをＺ方向に駆動する電動のＺ駆動機構；および、
開先線上の１点目の開先断面積と２点目の開先断面積に基づいて該１点目と２点目との中間の開先断面積を演算し、該中間の開先断面積を埋めるパス数を算出し、算出したパス数値を小数値を切り上げて整数値としてこれを溶接パス数に決定し、１点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に１点目の溶接速度を決定し、２点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する前記決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に２点目の溶接速度を決定し、決定した１点目と２点目の溶接速度を用いて、１点目から２点目までの各領域の溶接速度を線形補完により決定し、前記Ｙ走行台車、Ｘ駆動機構およびＺ駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチにより開先を前記決定した溶接速度で前記決定した溶接パス数で溶接する制御手段；
を備える自動溶接装置。
（４）
前記制御手段は、決定した溶接速度に従い各領域オシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートする、上記（３）に記載の自動溶接装置。
（５）
更に、前記溶接トーチをＸ方向に延びる軸回りに首振り回動駆動するＴ軸駆動機構を備え、前記制御手段は、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを、開先先端に指向する傾斜姿勢並びに開先終端に指向する傾斜姿勢に設定する、上記（３）又は（４）に記載の自動溶接装置。
（６）
更に、前記溶接トーチをＸ方向に延びる軸回りに首振り回動駆動するＴ軸駆動機構を備え、前記制御手段は、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを、開先先端である１点目に指向する傾斜姿勢並びに開先終端である２点目に指向する傾斜姿勢に設定する、上記（３）又は（４）に記載の自動溶接装置。
（７）
前記制御手段は全自動計測が指示されると、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを前記１点目に指向する傾斜姿勢にしてＹ走行台車のＹ往方向走行を開始して前記１点目を検出しそこの開先形状を計測し、次にＴ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを前記２点目に指向する傾斜姿勢にしてＹ走行台車のＹ復方向走行を開始して前記２点目を検出しそこの開先形状を計測する、上記（６）に記載の自動溶接装置。
（８）
前記制御手段は、前記１点目と２点目の間の前記Ｙ復方向走行の走行距離を計測して溶接する溶接長に定める、上記（７）に記載の自動溶接装置。

本発明では、開先線上の１点目の開先断面積と２点目の開先断面積に基づいて該１点目と２点目との中間の開先断面積を演算し、該中間の開先断面積を埋めるパス数を算出し、算出したパス数値を小数値を切り上げて整数値としてこれを溶接パス数に決定し、１点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に１点目の溶接速度を決定し、２点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する前記決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に２点目の溶接速度を決定し、決定した１点目と２点目の溶接速度を用いて、１点目から２点目までの各領域の溶接速度を線形補完により決定し、前記決定した溶接速度で１点目から２点目までを前記溶接パス数で自動溶接するので、設定された溶接電流および電圧は調整することなく各パス溶接条件を決定することもでき、溶接条件設定が容易で作業者が簡易に開先自動溶接を実施できる。

小数値を切り下げる場合は、開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の不足分の溶着量増加をもたらす速度に溶接速度を減速すればよいが、溶接速度を減速すると開先に対する入熱量が増加し熱影響が大きくなる。本発明では小数値を切り上げてパス数を整数値にし、これによる溶着量の超過分を溶接速度を上げることにより補償するので、入熱量は抑制され、開先に対する熱影響は少ない。

本発明の自動溶接装置を用いる溶接システムの概要を示す斜視図。Ｙ方向が溶接線が延びる方向、Ｘ方向が溶接線に直交する水平方向、Ｚが上下（垂直）方向、そしてＴは、開先が延びるＹ方向に溶接トーチが首振りする回動方向である。図１に示すロボット本体１０を上から見下ろした平面図。図１に示すロボット本体１０をその前方から見た正面図。図１に示すロボット本体１０の右側面図。図１に示すロボット本体１０に装備したＹ走行台車２０，Ｚ駆動機構３０およびＸ駆動機構４０の概要を示すＸ－Ｚ断面図。図２に示した、ロボット本体１０の外側ケース１２の外にある手動のトーチ姿勢調整機構５０を上から見下ろした拡大平面図。図１に示す制御盤および無線ペンダントに対する作業者の入力操作に従って制御盤内のコンピュータが実行する機能の概要を示すフローチャート。制御盤に表示された教示モード設定画面上の「１．全自動計測」を作業者が指示すると制御盤内コンピュータが実行する「全自動計測溶接」の概要を示すフローチャート。図７に示す「条件生成（ｓ１３）」および図８に示す「条件生成（ｓ２９）の機能概要を示すフローチャート。図８上の教示モード設定画面（ｓ３）上の「２．自動計測」を作業者が指示すると制御盤内コンピュータが実行する「自動計測溶接」の概要を示すフローチャート。教示モード設定画面（ｓ３）上の「３．手動計測」を作業者が指示すると制御盤内コンピュータが実行する「手動計測溶接」の概要を示すフローチャート。

本発明の一実施例である溶接システムの概要を示す図１を参照すると、溶接ロボット本体１０は、溶接対象の開先４と平行に配置されたガイドレール９に装着されている。
ガイドレール９
ガイドレール９は４個の吸着具７で支持されて溶接対象材５上に固定されている。図２を参照すると、ガイドレール９の一辺にラック８があり、図５に示されるように、ラック８に、Ｙ走行台車２０の台車基台２１で回転自在に支持されたピニオン２３が、噛みあっている。

Ｙ走行台車２０
台車基台２１の底面下に４個の倣いローラ２２があり、それらの中の１対はガイドレール９の、ラック８がある辺を受け入れ、該１対の倣いローラのＹ方向中間点に、該ラック８と噛みあうピニオン２３がある。他の１対の倣いローラは、ガイドレール９の、ラック８がある辺と対向する辺を受け入れている。ピニオン２３が回転すると台車基台２１がＹ方向に移動する。

台車基台２１には、４角筒形の内側ケース１１の下端が固定されている。内側ケース１１にはそれを内部に受け入れる逆さ箱型の外側ケース１２が被さっており、外側ケース１２は内側ケース１１に対してＺ方向に昇降できる。台車基台２１上に、出力軸にピニオン２３が結合した減速機構２５が搭載されており、減速機構２５の入力軸を電気モータ２４が回転駆動する。
電気モータ２４はステッピングモータであり、図１に示す制御盤内のコンピュータはモータ２４を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量（Ｙ移動量）を把握してＹ位置を把握する。

Ｚ駆動機構３０
台車基台２１には、Ｚ駆動機構３０のねじ棒３１の下端が固定されている。ねじ棒３１の上端は、Ｕ形の回転支持具３２の底辺部に固定されている。回転支持具３２は内側ケース１１に固定されている。ねじ棒３１にナット３３が螺合しておりこのナット３３を支持ベアリング３４が回転自在に支持しており、これによりナット３３はねじ棒３１を中心に回転できる。ナット３３と一体の歯車３５に駆動歯車３６が噛み合っており、駆動歯車３６は電気モータ３７で回転駆動される。この回転駆動によってナット３３が回転して上昇又は降下する。支持ベアリング３４および電気モータ３７は外ケース１２に装着されているので、電気モータ３７が正転又は逆転するとナット３３が正転又は逆転して上昇又は降下し、これによって外側ケース１２が上昇又は降下する。電気モータ３７もステッピングモータであり、図１に示す制御盤内のコンピュータがモータ３７を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量（Ｚ移動量）を把握してＺ位置を把握する。

Ｘ駆動機構４０
外側ケース１２には、軸受４２及び電気モータ４８が装着されている。軸受４２でＸ方向に延びるねじ棒４１が回転自在に支持され、ねじ棒４１の一端に被駆動歯車４５があり、ねじ棒４１にはナット４３が螺合している。ナット４３にはＸ駆動バー４４ａが固着されており、Ｘ駆動バー４４ａにトーチ駆動バー４４ｂが連結されている。被駆動歯車４５には中間歯車４６が噛合い、中間歯車４６に駆動歯車４７が噛合っている。駆動歯車４７は電気モータ４８の出力軸に固着されている。電気モータ４８が正転又は逆転すると、歯車４７、４６および４５を介してねじ棒４１が正転又は逆転しこれによりナット４３が、Ｘ方向でトーチ駆動バー４４ｂを外側ケース１２から外方に突き出す方向又は外側ケース１２内に引き込む方向に移動する。電気モータ４８もステッピングモータであり、図１に示す制御盤内のコンピュータがモータ４８を駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量（Ｘ移動量）を把握してＸ位置を把握する。

トーチ姿勢調整機構５０
図４に示すように、トーチ駆動バー４４ｂの先端に、垂直アーム５１の上端が固着されており、垂直アーム５１の下部に、垂直アーム５１を挟むように（図６）、水平アーム５２、５３が固着されている。昇降ガイドアーム５５を貫通する傾動ロックねじ５６が水平アーム５３にねじ込まれており、傾動ロックねじ５６を時計方向に回すことにより昇降ガイドアーム５５が水平アーム５３に圧接して昇降ガイドアーム５５を水平アーム５３に固定する。傾動ロックねじ５６を反時計方向に回すことにより昇降ガイドアーム５５が水平アーム５３に対して回動可能となり、水平アーム５３に対する昇降ガイドアーム５５の昇降方向の傾斜角度を調整可能になる。昇降ガイドアーム５４も同様に、水平アーム５２に対して傾斜角度を調整することができる。手操作（手動）による傾斜角度調整により、溶接トーチ７０を、図４上に２点鎖線で示す、前方傾斜姿勢７０ｗｆおよび後方傾斜姿勢７０ｗｒならびにそれらの間の任意の傾斜に設定することができる。

昇降ガイドアーム５４、５５の先端部には、昇降板５７が昇降スライド可能に装着されており、昇降板５７の昇降を拘止する昇降ロックねじ５８、５９が昇降ガイドアーム５４、５５に装着されている。作業者は、昇降ロックねじ５８、５９を緩めて昇降板５７の高さ（Ｚ位置）を調整することができる。この調整も作業者の手操作（手動）によるものである。

Ｔ軸駆動機構６０
昇降板５７には、Ｔ軸駆動機構６０のモータケース６１及び軸受ケース６２が装着されている。Ｔ軸駆動機構６０は、特許文献４に記載のトーチ角度変動機構による溶接トーチの首振り回動と同様に、溶接トーチを電動で首振り回動させるものである。軸受ケース６２内軸受で回転可能に支持されたＴ軸６３は、モータケース６１内の減速機構付き電気モータの出力軸に結合している。Ｔ軸６３にはトーチホルダ６４が結合しており、このトーチホルダ６４で溶接トーチ７０が保持されている。モータケース６１内電気モータの正転で溶接トーチ７０を図３上に２点鎖線で示す右傾斜姿勢７０Ｔｒに、逆転で左傾斜姿勢７０Ｔlに定めることができる。この電気モータもステッピングモータであり、図１に示す制御盤内のコンピュータが該モータを駆動するモータドライバに駆動指令パルスを与えてモータの動作を制御し回転量（Ｔ軸回転量）を把握して首振り回動の傾斜を把握する。

制御盤および無線ペンダント
図１に示す制御盤には、コンピュータ、ディスプレイ、入力キー、操作スイッチおよび表示灯がある。無線ペンダントにもコンピュータ、ディスプレイ、入力キー、操作スイッチおよび表示灯がある。また制御盤および無線ペンダントは、両者のコンピュータ間の通信を行う各無線通信装置を内蔵している。

制御盤内のコンピュータは、制御盤および無線ペンダントに対する作業者の入力操作に応答して、溶接条件の設定、開先端検出、開先形状検出、溶接条件の算出、補正、溶接データの蓄積、編集などの電子的処理、ならびに、ロボット本体１０、ワイヤ送給装置、溶接電源及び電磁開閉器の自動制御をおこなう。

無線ペンダントは、溶接開始前の作業者の、溶接トーチの位置および姿勢の設定又は調整を容易にし、溶接開始後は溶接ロボット１０の動作を見ながらの各種調整もしくは修正を容易にするために、作業者が携帯する入出力端末であるとともに、上記電子的処理および自動制御の一部を負担する。溶接開始前に無線ペンダントの入力キーは、トーチのＴ軸回動調整、Ｘ方向位置調整、Ｙ方向調整およびＺ方向位置調整に自動的に割り付けられているが、溶接開始後は電流・電圧調整、切換え、オシレート幅調整、狙い位置Ｘ方向調整、Ｚ方向調整およびＹ方向走行速度調整（溶接速度調整）に割り付けが自動的に変更される。

メイン制御フロー
図７には、制御盤および無線ペンダント（の各コンピュータ）の協同処理によるメイン制御機能と制御の流れを示す。制御盤の電源スイッチがＯＮになると、制御盤は、溶接システムのメニュー画面を表示する（ステップｓ１）。以下ではカッコ内ではステップＮｏ．のみを表記する。無線ペンダントも電源ＯＮであれば、同様なメニュー画面を表示する。そして、作業者がメニュー画面上の機能を指定すると、該機能を実行する。

全自動計測溶接作業（図８）
全自動計測溶接を行おうとするとき、作業者は、メニュー画面（ｓ１）上の「３．溶接パターンの設定」を指定し、これに制御盤が応答して継手の形態指定（ｓ２）－「教示モードの設定」（ｓ３）－「タブ種類選択」（ｓ４）に進み、この過程での作業者の選択結果を保存する。そして作業者がメニュー画面（ｓ１）上の「１．溶接作業」を指示すると、制御盤は溶接トーチ７０の溶接ワイヤ先端のＸ、Ｙ、Ｚ位置を定める「原点調整」（ｓ５～ｓ７）を経て、教示モード「１．全自動計測」をディスプレイに表示して、「溶接作業」（ｓ９）に進み、図８に示す「全自動計測溶接」に進む。

「全自動計測溶接」で制御盤は、ロボット本体１０のＹ往方向走行と走行距離計測を開始して１点目（開先左端）の開先を検出し１点目の開先形状を計測し、そしてＹ復方向走行と走行距離計測を開始して２点目（開先右端）の開先を検出し２点目の開先形状を計測する（ｓ２１～ｓ２５）。開先の第１点目は、制御盤はＴ軸駆動機構６０の駆動を制御して溶接トーチ７０を、開先左端に指向する傾斜姿勢に定めてＹ走行台車をＹ往方向走行駆動して、溶接ワイヤ先端の開先左端（終端）にあるフェイス板に対する接触を検知することにより検知する。

開先の第２点目は、制御盤はＴ軸駆動機構６０の駆動を制御して溶接トーチ７０を、開先右端に指向する傾斜姿勢に定めてＹ走行台車２０をＹ復方向走行駆動して、溶接ワイヤ先端の開先右端（始端）にあるフェイス板に対する接触を検知することにより検知する。この時の第１点目から第２点目までのＹ走行台車２０の走行距離を溶接長さとする。制御盤は、計測した開先形状と同様な開先の溶接データを保存していると（ｓ２６）、それを利用して必要なら補正を加えて溶接条件に設定するが（ｓ２７）、近似開先の溶接データがないと、「条件生成」（ｓ２９）で、計測した１点目および２点目開先形状に基づいてパス数および溶接速度を算定し、これらを溶接条件に加える。溶接条件の中の溶接電流および電圧は、先にメニュー画面（ｓ１）を用いて作業者が設定しているものである。

条件生成（ｓ２９）（図９）
図９には条件生成（ｓ２９）の処理概要を示す。ここで制御盤はまず、計測又は算出した１点目開先形状から１点目開先断面積を、２点目開先形状から２点目開先断面積を演算し、１点目と２点目の開先断面積の平均値を算出して１、２点間の中間点の開先断面積とみなす。そして、この中間点開先断面積を埋めるに必要な中間点総溶着量を算出する（ｓ４１）。次に、設定されている溶接電流、溶接電圧及び溶接速度の１パス溶接の溶着量と中間点総溶着量からパス数値を算出し（ｓ４２）、このパス数値を小数値の切り上げによって整数値とし、これを溶接パス数と決定する（ｓ４３）。そして、決定した溶接パス数で１点目開先断面を埋めるに必要な１点目各溶接速度を決定し、かつ、決定した溶接パス数で２点目開先断面を埋めるに必要な２点目各溶接速度を決定する（ｓ４４）。これら１点目各溶接速度および２点目各溶接速度は、ｓ４３での小数値切り上げによる溶着量の増加分を相殺する速度分をｓ４２の設定溶接速度に加えたものとなる。

次に、１点目から２点目までを領域区分し、１点目各パス溶接速度を第１領域始端の各パス溶接速度に、２点目各パス溶接速度を最後の領域の終端の各パス溶接速度に決定し、第２領域の始端から最後の領域の始端の各パス溶接速度を、１点目溶接速度と２点目溶接速度の間の線形補完により算出する（ｓ４５）。次いで各領域各パスのオシレート条件を算出する（ｓ４６）。このように決定したパス数，溶接速度およびオシレート条件に、溶接条件を変更（補正）する。

図８を再度参照する。全自動計測溶接では制御盤は次に、無線ペンダントに溶接開始か溶接条件再生成の指示を促す入力催告画面を表示し（ｓ３０）、溶接開始が指示されると、開先２点目（開先右端）から１点目に向かう溶接を開始する（ｓ３１、Ｓ３３）。１点目に到達するとＹ走行を反転して２点目に向かう溶接を行い、２点目に達すると反転して１点目に向かい、このような溶接パスを先に決定したパス数まで実行する。

例えば、開先各端部に溶融金属の流出を防ぐ各フェイス板がある場合の全自動溶接（図８）において操作盤内コンピュータは、溶接トーチ７０を左傾斜姿勢７０Ｔlに定めＹ走行台車２０を往移動駆動して溶接ワイヤ先端の左側フェイス板への接触を自動検出して開先の左端位置を求めかつ、溶接ワイヤの先端を開先断面に沿う所定軌跡で振って開先左端の開先形状（１点目の開先形状）を計測し、次いで溶接トーチ７０を右傾斜姿勢７０Ｔｒに定めＹ走行台車２０を復移動駆動して溶接ワイヤ先端の右側フェイス板への接触を自動検出して開先の右端位置を求め、かつ、溶接ワイヤの先端を開先断面に沿う所定軌跡で振って開先右端の開先形状（２点目の開先形状）を計測して、計測した２点の開先形状と、設定されている溶接条件（溶接電流，電圧，溶接速度）と、計測した開先形状から開先断面を埋めるに必要なパス数（溶接層数）を算出し、算出したパス数値をその小数値の切り上げによって整数としてこれを溶接パス数とし、設定されている溶接速度を、小数値の切り上げによって増加する溶着量を相殺する速度分高く変更（補正）してから、該溶接パス数および変更された溶接速度の開先自動溶接を実行する。

自動計測溶接作業（図１０）
作業者が図７上のｓ３で表示された「２自動計測」を指定した場合は、制御盤は図１０に示す自動計測溶接を実行する。この自動計測溶接では、作業者が無線ペンダントを操作して操作盤に溶接長を入力し（ｓ２２）、そして１点目（開先左端）に溶接トーチ７０の溶接ワイヤ先端を位置決めして（ｓ３８）開先形状の計測を指示する。この指示に応じて制御盤は１点目の開先形状を計測する（ｓ２４）。次に作業者は２点目（開先右端）に溶接トーチ７０の溶接ワイヤ先端を位置決めして（ｓ３９）開先形状の計測を指示する。この指示に応じて制御盤は２点目の開先形状を計測する（ｓ２５）。これを終えた後の制御盤の動作は、前述の全自動計測溶接の場合（図８）と同様である。

手動計測溶接作業（図１１）
作業者が図７上のｓ３で表示された「３手動計測」を指定した場合は、制御盤は図１１に示す手動計測溶接を実行する。この手動計測溶接では、作業者が無線ペンダントを操作して１点目（開先左端）に溶接トーチ７０の溶接ワイヤ先端を位置決めして（ｓ３８）、作業者がそこの板厚および開先形状を入力する（ｓ５２）。次に作業者は２点目（開先右端）に溶接トーチ７０の溶接ワイヤ先端を位置決めしてそこの板厚および開先形状を入力する（ｓ５４）。これを終えた後の制御盤の動作は、前述の全自動計測溶接の場合（図８）と同様である。

4:開先 5,6:溶接対象材
7:吸着具 8:ラック
9:ガイドレール 10:溶接ロボット本体
11:内側ケース 12:外側ケース
20:Ｙ走行台車 21:台車基台
22:倣いローラ 23:ピニオン
24:電気モータ 25:減速機構
30:Ｚ駆動機構 31:ねじ棒
32:Ｕ形回転支持具 33:ナット
34:支持ベアリング 35,36:歯車
37:電気モータ 40:Ｘ駆動機構
41:ねじ棒 42:軸受
43:ナット 44a:Ｘ駆動バー
44b:トーチ駆動バー 45、46、47:歯車
48:電気モータ 50:トーチ姿勢調整機構（手動）
51:垂直アーム 52、53:水平アーム
54、55:昇降ガイドアーム 56:傾動ロックねじ
57:昇降板 58、59:昇降ロックねじ
60:Ｔ軸駆動機構 61:モータケース
62:軸受ケース 63:Ｔ軸
64:トーチホルダ

Claims

開先形状に基づいて溶接パス数および各パス溶接条件を自動生成し生成した各パス溶接条件で自動的に各パスの溶接を行う自動溶接において、
開先線上の１点目の開先断面積と２点目の開先断面積に基づいて該１点目と２点目との中間の開先断面積を演算し、該中間の開先断面積を埋めるパス数を算出し、算出したパス数値を小数値を切り上げて整数値としてこれを溶接パス数に決定し、１点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に１点目の溶接速度を決定し、２点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する前記決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に２点目の溶接速度を決定し、
決定した１点目と２点目の溶接速度を用いて、１点目から２点目までの各領域の溶接速度を線形補完により決定し、
前記決定した溶接速度で１点目から２点目までを前記溶接パス数で自動溶接する、ことを特徴とする自動溶接方法。
決定した溶接速度に従い各領域オシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートする、請求項１に記載の自動溶接方法。
Ｙ方向に延びる開先に平行に配置されるガイドレール；
該ガイドレールに沿ってＹ方向に移動する電動のＹ走行台車；
Ｙ走行台車上にあって溶接トーチをＸ方向に駆動する電動のＸ駆動機構；
Ｙ走行台車上にあって該溶接トーチをＺ方向に駆動する電動のＺ駆動機構；および、
開先線上の１点目の開先断面積と２点目の開先断面積に基づいて該１点目と２点目との中間の開先断面積を演算し、該中間の開先断面積を埋めるパス数を算出し、算出したパス数値を小数値を切り上げて整数値としてこれを溶接パス数に決定し、１点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に１点目の溶接速度を決定し、２点目の開先断面積を埋めるに必要な総溶着量に対する前記決定した溶接パス数による溶着量の超過分、の溶着量減少をもたらす速度に２点目の溶接速度を決定し、決定した１点目と２点目の溶接速度を用いて、１点目から２点目までの各領域の溶接速度を線形補完により決定し、前記Ｙ走行台車、Ｘ駆動機構およびＺ駆動機構の駆動を制御して、前記溶接トーチにより開先を前記決定した溶接速度で前記決定した溶接パス数で溶接する制御手段；
を備える自動溶接装置。
前記制御手段は、決定した溶接速度に従い各領域オシレート条件を設定して溶接中に溶接トーチをオシレートする、請求項３に記載の自動溶接装置。
更に、前記溶接トーチをＸ方向に延びる軸回りに首振り回動駆動するＴ軸駆動機構を備え、前記制御手段は、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを、開先先端に指向する傾斜姿勢並びに開先終端に指向する傾斜姿勢に設定する、請求項３又は４に記載の自動溶接装置。
更に、前記溶接トーチをＸ方向に延びる軸回りに首振り回動駆動するＴ軸駆動機構を備え、前記制御手段は、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを、開先先端である１点目に指向する傾斜姿勢並びに開先終端である２点目に指向する傾斜姿勢に設定する、請求項３又は４に記載の自動溶接装置。
前記制御手段は全自動計測が指示されると、Ｔ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを前記１点目に指向する傾斜姿勢にしてＹ走行台車のＹ往方向走行を開始して前記１点目を検出しそこの開先形状を計測し、次にＴ軸駆動機構の駆動を制御して前記溶接トーチを前記２点目に指向する傾斜姿勢にしてＹ走行台車のＹ復方向走行を開始して前記２点目を検出しそこの開先形状を計測する、請求項６に記載の自動溶接装置。
前記制御手段は、前記１点目と２点目の間の前記Ｙ復方向走行の走行距離を計測して溶接する溶接長に定める、請求項７に記載の自動溶接装置。