WO2022224713A1

WO2022224713A1 - 溶接装置および温度測定装置

Info

Publication number: WO2022224713A1
Application number: PCT/JP2022/014702
Authority: WO
Inventors: 康晴櫻井; 義也竹村; 篤人高田; 敦史福永; 泰成藤本
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-10-27
Also published as: CA3217453A1; KR20230159513A; CN117203014A; JP2022165670A

Abstract

溶接装置は、溶接トーチと、溶接トーチを移動させる可動部と、可動部に設けられ、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、一の溶接ビードの温度、および一の溶接ビードの近傍の被溶接物の温度の少なくとも一方を測定可能な測定部と、少なくとも測定部を覆うことが可能なカバー部と、カバー部を支持する支持部材を駆動して所定方向に移動させることで溶接ビードの形成の際にカバー部が測定部を覆った状態とし、支持部材を駆動して所定方向とは逆方向に移動させることで所定期間にカバー部が測定部を露出させた状態にする駆動部と、を備える。

Description

溶接装置および温度測定装置

　本発明は、溶接装置および温度測定装置に関する。

　被溶接物に対して多層溶接を行う場合に、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前に、一の溶接ビードの温度や一の溶接ビードの近傍の被溶接物の温度を測定する場合がある（例えば、特許文献１参照）。

日本国特開２００８－２７５４８２号公報

　ここで、被溶接物に対して溶接が行われる際には、溶接ビードの形成に伴って、スパッタ、ヒュームおよび輻射熱が発生する。そして、スパッタ、ヒュームおよび輻射熱の影響が、温度を測定する測定部に及ぶと、測定部に支障が生じる可能性がある。そのため、溶接ビードの形成に伴って発生するスパッタ、ヒュームおよび輻射熱から測定部を保護する必要がある。この場合に、例えば装置の誤作動や故障などの可能性および動作時の干渉を低減するために、測定部を保護するための構成は、複雑ではなく簡易で小型の構成であることが好ましい。
　本発明は、簡易で小型の構成によって、温度を測定する測定部を保護することを目的とする。

　かかる目的のもと、本発明は、被溶接物に対して、多層溶接可能な溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチを移動させる可動部と、前記可動部に設けられ、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、当該一の溶接ビードの温度、および当該一の溶接ビードの近傍の前記被溶接物の温度の少なくとも一方を測定可能な測定部と、少なくとも前記測定部を覆うことが可能なカバー部と、前記カバー部を支持する支持部材を駆動して所定方向に移動させることで前記溶接ビードの形成の際に当該カバー部が前記測定部を覆った状態とし、当該支持部材を駆動して当該所定方向とは逆方向に移動させることで前記所定期間に当該カバー部が当該測定部を露出させた状態にする駆動部と、を備えることを特徴とする、溶接装置である。
　ここで、前記駆動部は、圧縮空気を用いて前記支持部材を駆動するとよい。
　また、前記溶接トーチに代えて他のツールを利用する際に用いられる圧縮空気を供給する供給部を備え、前記駆動部は、前記供給部が供給する圧縮空気を用いて前記支持部材を駆動するとよい。
　また、前記カバー部が移動する際に、前記駆動部とは別に、当該カバー部の移動を案内する案内部を備えるとよい。
　また、前記案内部は、前記カバー部が前記測定部を露出させた状態で当該測定部による温度の測定を可能に、当該測定部の周囲を覆うとよい。
　また、前記被溶接物における前記測定部による温度の測定位置を示す表示部を備えるとよい。
　また、前記表示部は、前記カバー部が前記測定部を覆う際に当該測定部とともに当該カバー部に覆われ、当該カバー部が当該測定部を露出させる際に当該測定部とともに露出されるとよい。
　また、前記可動部は、駆動軸を介して移動可能に構成された複数のリンク部を有し、前記測定部は、前記溶接トーチが取り付けられる前記リンク部によって保持されるとよい。
　また、前記測定部は、基準姿勢の前記可動部における左右方向の少なくとも一方側に配置されるとよい。
　かかる目的のもと、本発明は、溶接トーチを可動部によって移動させて被溶接物に対して多層溶接可能な溶接装置にて用いられる温度測定装置であって、前記可動部に設けられ、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、当該一の溶接ビードの温度、および当該一の溶接ビードの近傍の前記被溶接物の温度の少なくとも一方を測定可能な測定部と、少なくとも前記測定部を覆うことが可能なカバー部と、前記カバー部を支持する支持部材を駆動して所定方向に移動させることで前記溶接ビードの形成の際に当該カバー部が前記測定部を覆った状態とし、当該支持部材を駆動して当該所定方向とは逆方向に移動させることで前記所定期間に当該カバー部が当該測定部を露出させた状態にする駆動部と、を備えることを特徴とする、温度測定装置である。

　本発明によれば、簡易で小型の構成によって、温度を測定する測定部を保護することができる。

本実施形態の溶接装置の全体図である。基準姿勢の溶接ロボットのツール部を拡大してＹ軸方向から見た側面図である。基準姿勢の溶接ロボットのツール部を拡大してＺ軸方向から見た平面図である。本実施形態の温度測定装置の分解斜視図である。本実施形態のセンサ部の全体図である。本実施形態の温度測定装置の断面図である。本実施形態の温度測定装置の動作の説明図であり、温度測定装置を対象物側からＡ方向に見た図である。本実施形態の温度測定装置の動作の説明図であり、温度測定装置を対象物側からＡ方向に見た図である。本実施形態の溶接装置の動作フローの一例を示すフローチャートである。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

　図１は、本実施形態の溶接装置１の全体図である。
　なお、図１に示すように、本実施形態の説明において、水平方向は、Ｘ軸およびＹ軸とする。Ｘ軸とＹ軸とは、直交する。また、鉛直方向は、Ｚ軸とする。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸に対してそれぞれ直交する。

　図１に示すように、溶接装置１は、溶接の対象である被溶接物の一例としてのワークＷ同士を溶接する溶接ロボット１０と、圧縮空気を供給する供給部の一例としてのエアコンプレッサ７０と、溶接ロボット１０の動作を制御する制御装置８０と、溶接電流を供給するための電源９０とを有する。

［溶接ロボット１０］
　溶接ロボット１０は、用途に応じて様々な種類がある。本実施形態の説明では、鉄骨の溶接に使用される溶接ロボット１０の例を用いる。また、本実施形態の溶接ロボット１０は、多関節ロボットである。さらに、本実施形態の溶接ロボット１０は、ワークＷに対してアーク溶接を行うロボットである。

　図１に示すように、溶接ロボット１０は、基台部１００と、可動するマニピュレータ部２０と、マニピュレータ部２０に装着されるツール部３０と、を有する。さらに、溶接ロボット１０は、制御装置８０に電気信号等を中継したり、エアコンプレッサ７０から圧縮空気を中継したりする中継ボックス３５と、温度を測定する温度測定装置４０と、を有する。

（基台部１００）
　基台部１００は、例えば床等の設置対象に固定される。そして、基台部１００は、マニピュレータ部２０を含め溶接ロボット１０の各構成部を支持する。

（マニピュレータ部２０）
　マニピュレータ部２０は、旋回部２１、下腕部２２、上腕部２３、手首旋回部２４、手首曲げ部２５および手首回転部２６を有する。なお、以下の説明において、旋回部２１、下腕部２２、上腕部２３、手首旋回部２４、手首曲げ部２５および手首回転部２６を区別しない場合には、各々を「リンク部」と称する。

　旋回部２１は、鉛直方向に沿った第１駆動軸Ｓ１を介して基台部１００に接続する。そして、旋回部２１は、第１駆動軸Ｓ１回りに基台部１００に対して旋回可能である。
　下腕部２２は、水平方向に沿った第２駆動軸Ｓ２を介して旋回部２１に接続する。下腕部２２は、第２駆動軸Ｓ２回りに旋回部２１に対して回転可能である。
　上腕部２３は、水平方向に沿った第３駆動軸Ｓ３を介して下腕部２２に接続する。上腕部２３は、第３駆動軸Ｓ３回りに下腕部２２に対して回転可能である。

　手首旋回部２４は、第４駆動軸Ｓ４を介して上腕部２３に接続する。手首旋回部２４は、第４駆動軸Ｓ４回りに上腕部２３に対して回転可能である。
　手首曲げ部２５は、水平方向に沿った第５駆動軸Ｓ５を介して手首旋回部２４に接続する。手首曲げ部２５は、第５駆動軸Ｓ５回りに手首旋回部２４に対して回転可能である。
　手首回転部２６は、第６駆動軸Ｓ６を介して手首曲げ部２５に接続する。手首回転部２６は、第６駆動軸Ｓ６回りに手首曲げ部２５に対して回転可能である。そして、本実施形態の手首回転部２６には、ツール部３０が装着される。

　そして、マニピュレータ部２０は、第１駆動軸Ｓ１～第６駆動軸Ｓ６を回転中心として、各リンク部を動かすことで、ワークＷに対して任意の位置にツール部３０の後述する溶接トーチ３１を移動させる。

　続いて、溶接ロボット１０の基準姿勢について説明する。
　本実施形態における基準姿勢とは、溶接ロボット１０における第１駆動軸Ｓ１～第６駆動軸Ｓ６の回転角度が、予め定められた基準に対して成す角度が０度となる原点角度に設定された状態である。
　本実施形態において、原点角度は、溶接ロボット１０が以下の状態となる角度であることを例示できる。例えば、図１に示すように、原点角度は、下腕部２２が鉛直方向に沿った状態にする第２駆動軸Ｓ２の角度である。さらに、原点角度は、上腕部２３および手首曲げ部２５がそれぞれ水平方向に沿った状態にする第３駆動軸Ｓ３および第５駆動軸Ｓ５の角度である。さらに、原点角度は、第２駆動軸Ｓ２、第３駆動軸Ｓ３および第５駆動軸Ｓ５が相互に平行となる状態にする第１駆動軸Ｓ１、第４駆動軸Ｓ４および第６駆動軸Ｓ６の角度である。

（ツール部３０）
　ツール部３０は、溶接する溶接トーチ３１と、溶接トーチ３１を支持するトーチ支持部３２と、を有する。
　溶接トーチ３１は、溶接ワイヤを送給しつつ、電源９０より供給された電流を当該溶接ワイヤに流してワークＷに溶接ビードを形成する。

　トーチ支持部３２は、一端部にて溶接トーチ３１を保持する。また、トーチ支持部３２は、他端部にて手首回転部２６に連結される。そして、トーチ支持部３２は、手首回転部２６と一体的に移動する。さらに、トーチ支持部３２は、支持する溶接トーチ３１を手首回転部２６と一体的に移動させる。

　なお、本実施形態の溶接ロボット１０は、ツール部３０において、上述した溶接トーチ３１とは別のツールに交換可能になっている。本実施形態の溶接ロボット１０では、ツール部３０として、溶接トーチ３１およびトーチ支持部３２に代えて、スラグチッパー（不図示）を手首回転部２６に装着することが可能になっている。スラグチッパーは、ワークＷに形成された溶接ビードにて発生したスラグを除去するためのツールである。スラグチッパーは、例えば、振動するニードルを溶接ビードに当てることで、溶接ビードにて発生したスラグを取り除く。

（中継ボックス３５）
　中継ボックス３５は、エア制御部３５１と、温度センサアンプ３５２とを有している。
　本実施形態では、空気の流動経路（以下「空気経路」という）によって、エアコンプレッサ７０からスラグチッパーなどのツールに圧縮空気が供給される。また、空気経路によって、エアコンプレッサ７０から後述するエアシリンダ部６０に圧縮空気が供給される。

　そして、エア制御部３５１は、空気経路における圧縮空気の流れを制御する。エア制御部３５１は、エア流速制御弁を用いて、空気経路を流れる圧縮空気の流速を制御する。また、エア制御部３５１は、エア開閉制御弁を用いて、空気経路における圧縮空気の流路の開閉を行う。これによって、エア制御部３５１は、空気経路を流れる圧縮空気の流速や流量を制御し、例えばスラグチッパーのブレードを駆動したり、後述するエアシリンダ部６０を駆動したりする。
　なお、エア制御部３５１は、制御装置８０からの制御コマンドに基づいて動作する。

　温度センサアンプ３５２は、温度測定装置４０の後述するセンサケーブル５５と電気的に接続している。温度センサアンプ３５２は、センサケーブル５５を介して後述の温度センサ５２から出力された電圧を増幅する。そして、温度センサアンプ３５２は、増幅した電圧を制御装置８０に送る。なお、本実施形態では、制御装置８０が、入力された電圧値を測定温度に換算する。ただし、温度センサアンプ３５２は、温度測定装置４０から取得した電圧値を測定温度に換算し、制御装置８０に送ってもよい。

（温度測定装置４０）
　図２は、基準姿勢の溶接ロボット１０のツール部３０を拡大してＹ軸方向から見た側面図である。図３は、基準姿勢の溶接ロボット１０のツール部３０を拡大してＺ軸方向から見た平面図である。

　図２に示すように、温度測定装置４０は、マニピュレータ部２０や、マニピュレータ部２０に接続するトーチ支持部３２など、溶接ロボット１０において溶接トーチ３１を移動させる可動部に設けられる。そして、本実施形態の温度測定装置４０は、ワークＷに対する一の溶接ビードの形成後であってワークＷに次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、一の溶接ビードの温度または一の溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定する。なお、本実施形態の温度測定装置４０は、上記の所定期間に、一の溶接ビードの温度および一の溶接ビードの近傍のワークＷの温度の両方を測定してもよい。

　ここで、上述した、溶接ビードの近傍とは、ワークＷにおける、ワークＷに形成された溶接ビードから例えば約１０ｍｍ離れた位置を例示することができる。さらに、一の溶接ビードにおける温度の測定位置は、例えば、形成された溶接ビードの長手方向における中央部の一箇所を例示することができる。なお、温度測定装置４０は、一の溶接パスの溶接ビードの長手方向において異なる複数箇所の温度を測定してもよい。そして、この内容は、溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定する場合においても同様である。

　図２に示すように、本実施形態の温度測定装置４０は、ツール部３０のトーチ支持部３２に設けられている。上述したように、トーチ支持部３２は、マニピュレータ部２０の手首回転部２６に接続している。従って、温度測定装置４０は、トーチ支持部３２を介して、手首回転部２６に保持される。これによって、温度測定装置４０は、マニピュレータ部２０の末端である手首回転部２６によって、溶接トーチ３１と一体的に移動する。
　また、本実施形態の溶接ロボット１０では、温度測定装置４０を、溶接トーチ３１を支持するトーチ支持部３２に設けることで、温度測定装置４０と溶接トーチ３１との相対的な位置関係を固定している。

　ここで、溶接ロボット１０は、ワークＷに対して溶接トーチ３１を予め定められた位置に移動させて溶接を行う。この場合に、溶接ロボット１０は、ワークＷに対して溶接トーチ３１を移動させるトーチ支持部３２などの可動部が、ワークＷに干渉しないように溶接トーチ３１を移動させる必要がある。すなわち、溶接ロボット１０において、溶接トーチ３１の移動は、トーチ支持部３２などの可動部の外形による制約を受けることになる。例えば、ワークＷに対する溶接トーチ３１の移動の妨げにならないように、図２に示すように、ツール部３０の鉛直方向における上側の領域Ａ１および下側の領域Ａ２には、溶接トーチ３１およびトーチ支持部３２以外の構造部を設けないことが好ましい。

　そこで、図３に示すように、本実施形態の溶接ロボット１０では、基準姿勢の溶接ロボット１０を鉛直方向であるＺ軸方向の上側であって、Ｘ軸方向にマニピュレータ部２０が沿う方向から見た場合に、マニピュレータ部２０の左右方向における一方の側に温度測定装置４０が配置される。図３に示す例では、温度測定装置４０は、溶接トーチ３１側から見て、トーチ支持部３２における紙面向かって左側に配置される。このように、本実施形態の温度測定装置４０は、基準姿勢の溶接ロボット１０において、ツール部３０の鉛直方向における上側や鉛直方向における下側ではなく、左右方向における側部に配置される。

　さらに、図２に示すように、温度測定装置４０は、基準姿勢の溶接ロボット１０を水平方向であるＹ軸方向から見た場合に、ツール部３０の外形である輪郭Ｃよりも内側に設けられる。そして、温度測定装置４０は、ツール部３０の左右方向における一方側に配置された状態においても、領域Ａ１や領域Ａ２に対して突出しないようにしている。

　続いて、温度測定装置４０の構造について詳細に説明する。
　図４は、本実施形態の温度測定装置４０の分解斜視図である。
　図５は、本実施形態のセンサ部５０の全体図である。
　図６は、本実施形態の温度測定装置４０の断面図である。

　図４に示すように、温度測定装置４０は、各種の部品が取り付けられる台座部４１と、少なくとも温度センサ５２（後述）を覆うカバー部４２と、温度を検知するセンサ部５０と、カバー部４２を駆動する駆動部の一例としてのエアシリンダ部６０と、を備える。

　台座部４１は、断面がＬ字状に形成された板状の部材である。そして、台座部４１は、第１面部４１１と、第１面部４１１から立ち上がるように設けられる第２面部４１２と、を有する。

　第１面部４１１には、センサ部５０およびエアシリンダ部６０が取り付けられる。さらに、第１面部４１１は、温度測定装置４０をトーチ支持部３２（図２参照）に設置する際の設置面を形成する。第１面部４１１は、温度測定装置４０がトーチ支持部３２に設置された状態で、ＸＺ平面（図２参照）に沿うように設けられる。第１面部４１１は、Ｙ軸方向から見た場合の形状が長方形であり、短辺４１１ａがＸ軸に対して予め定められた角度α傾斜するとともに長辺４１１ｂがＺ軸に対して角度α傾斜するように設けられる。以下、短辺４１１ａが延びる方向を「Ａ方向」、長辺４１１ｂが延びる方向を「Ｂ方向」という。

　第２面部４１２は、Ｙ軸方向（図２参照）に沿って板状に延びて形成される。第２面部４１２は、温度測定装置４０がトーチ支持部３２に設置された状態で、溶接トーチ３１側を向くように設けられる。そして、第２面部４１２は、センサ部５０およびエアシリンダ部６０と、溶接トーチ３１（図２参照）との間に介在するように設けられる。

　さらに、第２面部４１２は、第１開口部４１３、第２開口部４１４および第３開口部４１５を有する。
　第１開口部４１３は、Ｕ字状に形成された開口である。第１開口部４１３は、図７に示すように、カバー部４２側が開放されている。そして、第１開口部４１３は、センサ部５０の後述する測定レンズ５２１に対向する位置に設けられる。
　第２開口部４１４は、円形状に形成された開口である。そして、第２開口部４１４は、センサ部５０の後述する第１レーザ照射部５３に対向する位置に設けられる。
　第３開口部４１５は、円形状に形成された開口である。そして、第３開口部４１５は、センサ部５０の後述する第２レーザ照射部５４に対向する位置に設けられる。

　さらに、第２面部４１２は、カバー部４２の後述するカバー面部４２２に対向して設けられる（図６参照）。また、第２面部４１２は、カバー部４２の移動方向に沿って設けられる。そして、第２面部４１２は、カバー部４２が移動する際に、エアシリンダ部６０の後述するシャフト６２とは別に、カバー部４２の移動を案内する案内部の一例として機能する。

　ここで、後述するように、本実施形態のカバー部４２は、エアシリンダ部６０の後述するシャフト６２のみによって支持されている。従って、カバー部４２は、シャフト６２による支持状態によっては、シャフト６２に対して回転する可能性がある。これに対して、本実施形態の第２面部４１２は、仮にカバー部４２が回転しようとしても、カバー部４２を案内することで、カバー部４２の移動を安定させる。

　図４に示すように、カバー部４２は、箱状に形成された部材である。カバー部４２は、天面部４２１と、天面部４２１からそれぞれ立ち上がるカバー面部４２２、背面部４２３、第１側面部４２４および第２側面部４２５を有する。そして、カバー部４２は、箱状における開口４２Ｈが台座部４１を向くようにして、台座部４１に対して移動可能に設けられる。

　カバー面部４２２は、温度測定装置４０においてセンサ部５０の後述する測定レンズ５２１と対向することが可能になっている。また、カバー面部４２２は、カバー開口部４２２Ｈを有する。カバー開口部４２２Ｈは、カバー部４２の移動方向において、台座部４１の第１開口部４１３と対応する位置に設けられる。
　そして、カバー面部４２２は、移動することで、温度センサ５２（後述）に対するカバー開口部４２２Ｈの位置に応じて、温度センサ５２を露出させたり、温度センサ５２を覆ったりする。

　背面部４２３は、ケーブル開口部４２３Ｈを有する。ケーブル開口部４２３Ｈは、背面部４２３において、センサ部５０の後述するセンサケーブル５５およびエアシリンダ部６０の後述するエアチューブ６３を通す箇所を形成する。

　そして、カバー部４２は、エアシリンダ部６０の後述するシャフト６２に固定される。具体的には、カバー部４２は、天面部４２１が固定部材４２６とシャフト６２とによって挟み込まれる。そして、カバー部４２は、シャフト６２によって支持される。さらに、カバー部４２は、エアシリンダ部６０のシャフト６２の動作に伴って移動する。

　図５に示すように、センサ部５０は、設置台５１と、測定部の一例としての温度センサ５２と、表示部の一例としての第１レーザ照射部５３と、表示部の一例としての第２レーザ照射部５４と、センサケーブル５５と、を有する。

　設置台５１は、温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を保持する。そして、設置台５１は、台座部４１に固定される（図４参照）。
　また、設置台５１は、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４の各々のレーザの向きを調整する際に用いられるマーク５１Ｍを有する。

　温度センサ５２は、測定レンズ５２１と、測定レンズ５２１が集光した赤外線を検出する検出素子（不図示）とを有する。そして、温度センサ５２は、測定対象である溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷから放射された赤外線を検知することで、溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷの温度を特定する。すなわち、温度センサ５２は、測定対象の溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷに接触することなく、非接触で、溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定する。

　測定レンズ５２１は、設置台５１において、溶接トーチ３１（図３参照）側に設けられる。そして、測定レンズ５２１は、温度センサ５２によって溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定する際に、溶接ビードやワークＷに向けられる。
　検出素子には、例えばサーモパイルを用いることができる。検出素子は、赤外線を吸収することで温度が上昇する。そして、検出素子は、上昇した温度に応じた電圧値の電気信号を出力する。

　第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４は、線状のレーザであるラインレーザを対象物に向けて照射する。第１レーザ照射部５３が照射したラインレーザと、第２レーザ照射部５４が照射したラインレーザとは、ワークＷなどの対象物にて交わる。そして、本実施形態の第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４は、各々照射したラインレーザが交わる点が、温度センサ５２による温度の測定位置を示すように設定されている。

　上述したように、温度センサ５２は、非接触で、溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定する。そのため、温度センサ５２による測定位置を作業者が目視により確認することが困難である。これに対して、本実施形態の温度測定装置４０は、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４によって温度の測定位置を可視化する。そして、本実施形態の温度測定装置４０は、例えば、温度の測定位置の設定を動作プログラムに組み込む際などに、測定位置を作業者が確認できるようにしている。

　センサケーブル５５は、温度センサ５２が出力する電圧値の電気信号を、中継ボックス３５に送る信号線を有する。また、センサケーブル５５は、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４がラインレーザを照射するための電流を、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４に供給する給電線を有する。

　図６に示すように、エアシリンダ部６０は、シリンダ部６１と、支持部材の一例としてのシャフト６２と、空気の経路であるエアチューブ６３とを有する。

　シリンダ部６１は、台座部４１に固定される。また、シリンダ部６１には、シャフト６２の一方の端部が挿入される。そして、シリンダ部６１は、シャフト６２が軸方向に移動可能にシャフト６２を支持する。
　シリンダ部６１は、内部に、エアチューブ６３から供給される圧縮空気が流入する第１室６１１および第２室６１２を有する。第１室６１１は、シリンダ部６１からシャフト６２を押し出す際に圧縮空気が流入する空間を形成する。第２室６１２は、シリンダ部６１にシャフト６２を引き込む際に圧縮空気が流入する空間を形成する。なお、第１室６１１および第２室６１２には、それぞれエアチューブ６３が圧縮空気を流入可能に接続している。

　シャフト６２は、軸方向に長く延びた棒状の部材である。シャフト６２は、一端側がシリンダ部６１に挿入される。また、シャフト６２は、他端側にてカバー部４２と接続する。本実施形態のシャフト６２には、雌ネジが形成されている。そして、シャフト６２と固定部材４２６との間にカバー部４２を挟んで、固定部材４２６をシャフト６２の雌ネジに締結することで、シャフト６２は、カバー部４２を支持する。さらに、シャフト６２は、軸方向に移動可能に構成される。そして、シャフト６２は、シリンダ部６１から突出したり、シリンダ部６１側に退いたりする。

　エアチューブ６３は、一端が中継ボックス３５のエア制御部３５１を介してエアコンプレッサ７０に連絡し、他端がシリンダ部６１に連絡する。そして、エアチューブ６３は、エアコンプレッサ７０の圧縮空気を、シリンダ部６１に供給する。

　そして、エアシリンダ部６０では、エアチューブ６３を介して第１室６１１および第２室６１２のうち何れか一方に選択的に圧縮空気が供給されることで、シャフト６２が突出したり、退出したりする。そして、エアシリンダ部６０は、シャフト６２を駆動することで、シャフト６２に接続されるカバー部４２を移動させる。

　なお、上述したとおり、本実施形態の温度測定装置４０では、カバー部４２を駆動するためにエアシリンダ部６０を用いているが、エアシリンダ部６０を用いることに限定されない。カバー部４２を支持する支持部材を駆動し、支持部材を所定方向における一方と他方とに移動させてカバー部４２を移動させることが可能な構成であれば、他の構造であっても構わない。

　続いて、温度測定装置４０におけるカバー部４２の移動動作について説明する。
　図７Ａ，図７Ｂは、本実施形態の温度測定装置４０の動作の説明図であり、温度測定装置４０を対象物側からＡ方向に見た図である。
　なお、図７Ａは、台座部４１に対してカバー部４２が離れた状態を示し、図７Ｂは、台座部４１に対してカバー部４２が近づいている状態を示している。

　図７Ａに示すように、エアシリンダ部６０は、シリンダ部６１に供給される圧縮空気によってシャフト６２を駆動し、シャフト６２の軸方向において、シリンダ部６１に対して離れる方向にシャフト６２を移動させる。つまり、エアシリンダ部６０は、シリンダ部６１からシャフト６２を押し出す。そうすると、シャフト６２に支持されるカバー部４２は、台座部４１に対して離れる方向に移動する。

　そして、カバー部４２は、カバー面部４２２のカバー開口部４２２Ｈが、温度センサ５２の測定レンズ５２１と対向した状態になる。これによって、カバー部４２は、温度センサ５２の測定レンズ５２１を露出させた状態にする。
　また、カバー部４２が台座部４１に対して離れる方向に移動することで、カバー面部４２２は、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を露出させた状態にする。

　ここで、本実施形態の温度測定装置４０では、カバー部４２と、温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４との間には、台座部４１の第２面部４１２が設けられている。第２面部４１２は、第１開口部４１３にて測定レンズ５２１を露出させるものの、測定レンズ５２１の周囲を覆っている。また、第２面部４１２は、第２開口部４１４および第３開口部４１５によって、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を露出させるものの、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４の各々の周囲を覆っている。

　このように、温度測定装置４０は、カバー部４２が温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を露出させた状態で、台座部４１の第２面部４１２が温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４の周囲を覆う。これによって、温度測定装置４０は、温度の測定やラインレーザの照射を可能にしつつ、温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を保護する。

　図７Ｂに示すように、エアシリンダ部６０は、シリンダ部６１に供給される圧縮空気によってシャフト６２を駆動し、シャフト６２の軸方向において、シリンダ部６１に対して近づく方向にシャフト６２を移動させる。つまり、エアシリンダ部６０は、シリンダ部６１にシャフト６２を引き込む。そうすると、シャフト６２に支持されるカバー部４２は、台座部４１に対して近づく方向に移動する。

　そして、カバー部４２は、カバー面部４２２のカバー開口部４２２Ｈが、温度センサ５２の測定レンズ５２１から退く。その結果、カバー部４２は、カバー開口部４２２Ｈが形成されていない領域が温度センサ５２と対向した状態になる。これによって、カバー部４２は、温度センサ５２の測定レンズ５２１を覆った状態になる。
　また、カバー部４２が台座部４１に対して近づく方向に移動することで、カバー面部４２２は、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４を覆った状態になる。

　本実施形態のカバー部４２は、図４を参照しながら説明したように、箱状に形成されている。従って、カバー部４２は、台座部４１に対して近づく方向に移動することによって、台座部４１に設置されるセンサ部５０およびエアシリンダ部６０を全体的に包み込む状態になる。

　そして、本実施形態の温度測定装置４０は、シャフト６２を駆動することで、シャフト６２の軸方向に沿ってシャフト６２を一方側と他方側とに移動させ、カバー部４２を移動させる。このように、本実施形態の温度測定装置４０は、カバー部４２の移動を、簡易で小型の構成によって実現している。

　特に、本実施形態の温度測定装置４０では、エアシリンダ部６０のシャフト６２に対してカバー部４２が直接的に支持される。また、温度測定装置４０は、カバー部４２が温度センサ５２を露出させたり、覆ったりする際にカバー部４２が移動する方向と、エアシリンダ部６０の駆動軸であるシャフト６２が移動する方向とが同じ方向になっている。この点において、本実施形態の温度測定装置４０は、例えばエアシリンダ部６０とカバー部４２との間に別の構造部を介在させたり、エアシリンダ部６０の駆動軸であるシャフト６２の移動方向に対して異なる方向に動力が伝わるようにしてカバー部４２を移動させたりするような構成と比較して簡易で小型の構成となっている。

　なお、本実施形態の温度測定装置４０は、センサ部５０に対して圧縮空気を噴射するエアブローを有していてもよい。そして、温度測定装置４０において、エアブローが噴射する圧縮空気によって、温度センサ５２、第１レーザ照射部５３および第２レーザ照射部５４に付着した異物を吹き飛ばすようにしてもよい。この場合において、エアブローに用いる圧縮空気は、エアコンプレッサ７０から供給することができる。

　以上のように構成される温度測定装置４０の温度センサ５２の測定軸について説明する。
　図３に示すように、溶接トーチ３１の中心軸Ｌ１が通るＸＺ面と、温度センサ５２の測定軸Ｌ２が通るＸＺ面は、Ｙ軸方向に一定距離だけ離れている。そして、本実施形態の溶接ロボット１０では、温度センサ５２の測定軸Ｌ２と溶接トーチ３１の中心軸Ｌ１との干渉が避けられている。すなわち、温度測定装置４０は、対象物の温度を測定しようとする際に、溶接トーチ３１の温度の影響を受けないようになっている。

　そして、本実施形態の溶接ロボット１０では、温度測定装置４０の温度センサ５２の測定軸Ｌ２が、溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷに対応するように設定されている。これによって、温度測定装置４０は、溶接ビードや溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定することができる。

　そして、上述したように、溶接トーチ３１と温度測定装置４０との相対的な位置関係は固定されている。そのため、温度測定装置４０の温度センサ５２の測定軸Ｌ２位置は、溶接トーチ３１のアーク点の座標から容易に計算することができる。

［エアコンプレッサ７０］
　図１に示すエアコンプレッサ７０は、ロータやピストンを駆動することで圧縮した空気を、圧縮空気の供給先に供給する。
　ここで、ツール部３０としてのスラグチッパーがマニピュレータ部２０に装着されている場合、エアコンプレッサ７０は、スラグチッパーのニードルを駆動するために、スラグチッパーに圧縮空気を供給する。
また、エアコンプレッサ７０は、温度測定装置４０のエアシリンダ部６０に対して圧縮空気を供給する。このように、エアコンプレッサ７０は、エアシリンダ部６０の駆動も行う。

　上述したように、本実施形態の溶接装置１では、溶接トーチ３１に代えて、スラグチッパーなどの他のツールを利用する際に用いられる圧縮空気を供給するエアコンプレッサ７０を備えている。そして、温度測定装置４０では、他のツールを利用する際に用いられるエアコンプレッサ７０を用いて、カバー部４２を駆動するようにしている。

　なお、溶接装置１において、エアコンプレッサ７０は、スラグチッパーのニードルの駆動に限らず、以下の動作に利用することができる。
エアコンプレッサ７０は、溶接トーチ３１とスラグチッパーとを交換するツールチェンジャーの駆動に用いることができる。
　また、エアコンプレッサ７０は、スラグチッパーによって除去されたスラグを吹き飛ばすためのエアブローのエアーの噴射に用いることができる。
　また、エアコンプレッサ７０は、溶接トーチ３１において、溶接ワイヤの溶接トーチ３１の先端における出代を維持するワイヤクランプの駆動に用いることができる。
　また、溶接トーチ３１の先端に付着した異物を清掃するためのエアブローのエアーの噴射に用いることができる。
　そして、エアコンプレッサ７０は、溶接ワイヤを切断するためのワイヤカッタの駆動に用いることができる。

［制御装置８０］
　図１に示す制御装置８０は、例えばコンピュータによって構成される。コンピュータは、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、起動プログラム等を記憶する不揮発性の半導体メモリと、制御プログラムが実行される揮発性の半導体メモリと、溶接ロボット１０から収集される各種の情報を記録するハードディスク装置等で構成される。

　そして、制御装置８０は、溶接ロボット１０およびエアコンプレッサ７０の動作を制御する。
　制御装置８０は、ワークＷに対する溶接を行うために、ワークＷの形状等に基づいて予め設定された溶接プログラムに基づいてマニピュレータ部２０の移動動作を制御する。さらに、制御装置８０は、ツール部３０における溶接トーチ３１の溶接動作を制御する。

　また、制御装置８０は、温度測定装置４０の温度の測定およびカバー部４２の動作を制御する。制御装置８０は、温度測定装置４０から取得した温度に関する情報を処理する。
　さらに、制御装置８０は、カバー部４２によって温度センサ５２を覆ったり露出させたりするタイミングを定める動作プログラムを有している。この動作プログラムは、ワークＷに対して溶接が行われているときには、カバー部４２が温度センサ５２を覆った状態にすることを定める。また、この動作プログラムは、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、カバー部４２が温度センサ５２を露出させた状態にすることを定める。そして、制御装置８０は、温度測定装置４０におけるカバー部４２の動作の制御を、中継ボックス３５のエア制御部３５１を介して行う。

　続いて、溶接装置１を用いた溶接動作について具体的に説明する。
　図８は、本実施形態の溶接装置１の動作フローの一例を示すフローチャートである。

　以下では、溶接装置１を用いて、ワークＷに対して、一の溶接パスにおいて形成された一の溶接ビードに、他の溶接パスとして他の溶接ビードを積層させる多層溶接を行う例を説明する。

　図８に示すように、まず、溶接タスクが開始される（ステップ１０１）。溶接タスクが開始されると、溶接ロボット１０は、制御装置８０の制御に従って、マニピュレータ部２０を用いて溶接トーチ３１をワークＷにおける所定の位置に移動させる。そして、溶接ロボット１０は、溶接トーチ３１を用いてワークＷに対する溶接を開始する。

　なお、溶接トーチ３１を用いてワークＷに対する溶接が開始される際には、温度測定装置４０において、カバー部４２は、温度センサ５２を覆った状態になっている。そして、溶接トーチ３１によって溶接が行われる際、温度測定装置４０における温度センサ５２は、溶接ビードの形成に伴って発生するスパッタ、ヒュームおよび輻射熱から保護される。

　そして、一の溶接パスにおける溶接ビードの形成が終了すると、一の溶接パスの溶接ビードの温度の測定が実行される（ステップ１０２）。
　このとき、温度測定装置４０では、カバー部４２は、温度センサ５２を露出させた状態にする。
　制御装置８０は、予め作成された動作プログラムに従ってマニピュレータ部２０を制御し、温度センサ５２がワークＷ上の一の溶接パスにおける溶接ビードの温度を測定可能な位置に温度測定装置４０を移動させる。そして、制御装置８０は、温度センサ５２で測定された電圧値に基づいて、溶接ビードの温度を特定する。

　このように、本実施形態の温度測定装置４０は、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、カバー部４２が温度センサ５２を露出させた状態になり、温度センサ５２によって一の溶接ビードの温度の測定を行う。

　次に、制御装置８０は、測定された溶接ビードの温度が閾値以下か否かを判定する（ステップ１０３）。
　測定した溶接ビードの温度が閾値以下の場合（ステップ１０３にてＹＥＳ）、制御装置８０は、ステップ１０１に戻って、一の溶接パスの次の他の溶接パスの形成に移行する。これによって、一の溶接ビードに他の溶接ビードが積層された多層溶接が行われる。

　一方、一の溶接パスにおける溶接ビードの温度が閾値を超える場合（ステップ１０３にてＮＯ）、制御装置８０は、一の溶接パスの次の他の溶接パスにおける溶接の開始を行わずに、一定時間待機させる（ステップ１０４）。その後、一定時間が経過すると、一の溶接パスにおける溶接ビードの温度を再び測定する（ステップ１０２）。
　なお、ステップ１０４において、一定時間の待機の代わりに、または、一定時間の待機に加えて、ワークＷに対する冷却を行ったり、ワークＷにおける別の位置の溶接作業を行ったりしてもよい。

　その後、測定した一の溶接パスの溶接ビードの温度が閾値以下と判定された場合（ステップ１０３にてＹＥＳ）には、制御装置８０は、ステップ１０１に戻って、一の溶接パスの次の他の溶接パスの形成に移行する。

　なお、上述した動作では、温度測定装置４０を用いて、溶接ビードの温度を測定する例を用いているが、この例に限定されない。温度測定装置４０は、形成された溶接ビードの近傍のワークＷの温度を測定してもよい。

　また、前述の実施の形態の場合には、溶接ロボット１０として鉄骨の溶接に使用される鉄骨溶接ロボットを想定しているが、多層溶接において一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、一の溶接ビードの温度または一の溶接ビードの近傍のワークＷの温度の測定が求められる用途であれば、鉄骨溶接ロボットに限らない。
　さらに、前述の実施の形態では、溶接ロボット１０が多関節ロボットである例を説明したが、単関節型のロボットでも構わない。この場合においても、温度測定装置４０は、溶接トーチを移動させる可動部に設ければよい。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０２１年４月２０日出願の日本特許出願（特願２０２１－０７１１０２）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１…溶接装置、１０…溶接ロボット、２０…マニピュレータ部、３０…ツール部、３１…溶接トーチ、３２…トーチ支持部、３５…中継ボックス、４０…温度測定装置、４１…台座部、４２…カバー部、５０…センサ部、５２…温度センサ、５３…第１レーザ照射部、５４…第２レーザ照射部、６０…エアシリンダ部、７０…エアコンプレッサ、８０…制御装置

Claims

　被溶接物に対して、多層溶接可能な溶接装置であって、
　溶接トーチと、
　前記溶接トーチを移動させる可動部と、
　前記可動部に設けられ、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、当該一の溶接ビードの温度、および当該一の溶接ビードの近傍の前記被溶接物の温度の少なくとも一方を測定可能な測定部と、
　少なくとも前記測定部を覆うことが可能なカバー部と、
　前記カバー部を支持する支持部材を駆動して所定方向に移動させることで前記溶接ビードの形成の際に当該カバー部が前記測定部を覆った状態とし、当該支持部材を駆動して当該所定方向とは逆方向に移動させることで前記所定期間に当該カバー部が当該測定部を露出させた状態にする駆動部と、
を備えることを特徴とする、溶接装置。
　前記駆動部は、圧縮空気を用いて前記支持部材を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の溶接装置。
　前記溶接トーチに代えて他のツールを利用する際に用いられる圧縮空気を供給する供給部を備え、
　前記駆動部は、前記供給部が供給する圧縮空気を用いて前記支持部材を駆動することを特徴とする、請求項２に記載の溶接装置。
　前記カバー部が移動する際に、前記駆動部とは別に、当該カバー部の移動を案内する案内部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶接装置。
　前記案内部は、前記カバー部が前記測定部を露出させた状態で当該測定部による温度の測定を可能に、当該測定部の周囲を覆うことを特徴とする、請求項４に記載の溶接装置。
　前記被溶接物における前記測定部による温度の測定位置を示す表示部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶接装置。
　前記表示部は、前記カバー部が前記測定部を覆う際に当該測定部とともに当該カバー部に覆われ、当該カバー部が当該測定部を露出させる際に当該測定部とともに露出されることを特徴とする、請求項６に記載の溶接装置。
　前記可動部は、駆動軸を介して移動可能に構成された複数のリンク部を有し、
　前記測定部は、前記溶接トーチが取り付けられる前記リンク部によって保持されることを特徴とする、請求項１に記載の溶接装置。
　前記測定部は、基準姿勢の前記可動部における左右方向の少なくとも一方側に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の溶接装置。
　溶接トーチを可動部によって移動させて被溶接物に対して多層溶接可能な溶接装置にて用いられる温度測定装置であって、
前記可動部に設けられ、一の溶接ビードの形成後であって次の溶接パスを溶接する前の所定期間に、当該一の溶接ビードの温度、および当該一の溶接ビードの近傍の前記被溶接物の温度の少なくとも一方を測定可能な測定部と、
　少なくとも前記測定部を覆うことが可能なカバー部と、
　前記カバー部を支持する支持部材を駆動して所定方向に移動させることで前記溶接ビードの形成の際に当該カバー部が前記測定部を覆った状態とし、当該支持部材を駆動して当該所定方向とは逆方向に移動させることで前記所定期間に当該カバー部が当該測定部を露出させた状態にする駆動部と、
を備えることを特徴とする、温度測定装置。