(57)【要約】【課題】円形部材と面部材との溶接の作業性の向上及び自動化を図ることができるとともに、溶接品質の向上を図ることができる、自動溶接装置及び自動溶接方法を提供する。【解決手段】円形部材１１と面部材１２との溶接線は、第一溶接線Ｌ１と第二溶接線Ｌ２とに二分割され、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１の溶接処理時に第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測し、第二溶接線Ｌ２の溶接処理時に第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測し、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測結果に応じて次の第一溶接線Ｌ１の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定し、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測結果に応じて次の第二溶接線Ｌ２の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定するように構成されている。【選択図】図１
2014111263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面を有する円形部材に接続される固定手段と、前記円形部材と交差する平面又は曲面を有する面部材に前記円形部材を溶接する溶接トーチと、を有する自動溶接装置において、
前記溶接トーチに対して前記円形部材を挟んで反対側に配置されるとともに溶接後のビード形状を計測する計測手段と、
前記円形部材の外周に沿って前記溶接トーチ及び前記計測手段を旋回させる第一駆動手段と、
前記円形部材の軸方向に沿って前記溶接トーチ及び前記計測手段を移動させる第二駆動手段と、
前記円形部材に対して前記溶接トーチ及び前記計測手段を接近又は離隔させる第三駆動手段と、
前記溶接トーチを前記円形部材の軸方向と平行な軸方向を中心に回動させる第四駆動手段と、
前記溶接トーチの先端を前記面部材に対して接近又は離隔させる第五駆動手段と、
前記溶接トーチを自身の軸周りに回動させる第六駆動手段と、
前記計測手段の計測結果に応じて前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を制御する制御手段と、を有し、
前記円形部材と前記面部材との溶接線は、第一溶接線と第二溶接線とに二分割され、
前記制御手段は、前記第一溶接線の溶接処理時に前記第二溶接線のビード形状を計測し、前記第二溶接線の溶接処理時に前記第一溶接線のビード形状を計測し、前記第一溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第一溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定し、前記第二溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第二溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定する、
ことを特徴とする自動溶接装置。
【請求項２】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記制御手段は、前記第一溶接線及び前記第二溶接線の溶接が前記始点から前記中間点に向かって行われるように前記溶接トーチを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動溶接装置。
【請求項３】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記制御手段は、前記第一溶接線の溶接が前記始点から前記中間点に向かって行われるとともに前記第二溶接線の溶接が前記中間点から前記始点に向かって行われるように前記溶接トーチを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動溶接装置。
【請求項４】
円形断面を有する円形部材に接続される固定手段と、前記円形部材と交差する平面又は曲面を有する面部材に前記円形部材を溶接する溶接トーチと、該溶接トーチの姿勢及び移動を操作する駆動手段と、を有する自動溶接装置を用いた自動溶接方法において、
前記溶接トーチに対して前記円形部材を挟んで反対側に溶接後のビード形状を計測する計測手段を配置し、
前記円形部材と前記面部材との溶接線を第一溶接線と第二溶接線とに二分割し、
前記溶接トーチを前記第一溶接線に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに前記計測手段を前記第二溶接線に沿って移動させながらビード形状を計測し、
次に、前記溶接トーチを前記第二溶接線に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに前記計測手段を前記第一溶接線に沿って移動させながらビード形状を計測し、
前記第一溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第一溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定し、前記第二溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第二溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定する、
ことを特徴とする自動溶接方法。
【請求項５】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記第一溶接線及び前記第二溶接線の溶接は前記始点から前記中間点に向かって行われる、ことを特徴とする請求項４に記載の自動溶接方法。
【請求項６】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記第一溶接線の溶接は前記始点から前記中間点に向かって行われるとともに前記第二溶接線の溶接は前記中間点から前記始点に向かって行われる、ことを特徴とする請求項４に記載の自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動溶接装置及び自動溶接方法に関し、特に、円形断面を有する円形部材と平面又は曲面を有する面部材との溶接に適した自動溶接装置及び自動溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の下部に多数の制御棒が挿入されており、各制御棒を個別に昇降させる制御棒駆動機構が原子炉圧力容器の底部を貫通して原子炉圧力容器の外部に配置されている。かかる制御棒駆動機構の貫通部は、原子炉圧力容器の底部に形成された円形状の開口部と、該開口部に挿入された円筒形状の制御棒駆動機構ハウジングと、該制御棒駆動機構ハウジングの外周に挿通されるとともに原子炉圧力容器の内側底部に配置される円筒形状のスタブチューブと、により構成されており、前記スタブチューブは、下端が原子炉圧力容器の底部に溶接され、上端が制御棒駆動機構ハウジングに溶接されている。
【０００３】
原子炉圧力容器の底部は、略半球形状に形成されていることから、スタブチューブの下端は、原子炉圧力容器の底部の曲面に沿って斜めに切断された形状を有している。したがって、スタブチューブと原子炉圧力容器の底部との溶接線は、原子炉圧力容器の底部の曲面に沿って傾斜した楕円曲線を描くこととなる。このスタブチューブの溶接に関する発明として、既に種々の発明が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された溶接装置は、立上げ管（スタブチューブ）の管軸上に基準部を設定して、該基準部に溶接トーチを各方向に移動可能に配し、溶接トーチの先端位置に基づいて溶接開先の位置を検出し、溶接トーチを旋回させるとともに、溶接トーチを溶接開先の形状変化に対して追従させながら溶接を行なうように制御している。
【０００５】
また、特許文献２に記載された溶接装置は、スタブチューブの円周を八等分割した各位置にあたるトーチ傾斜角、ワイヤ挿入方向を設定し、溶接トーチが分割位置の一つから次の分割位置の区間を進む間、該区間距離に対して溶接トーチが進んだ距離に比例して一つの分割位置のトーチ傾斜角及びワイヤ挿入方向を次の分割位置のそれらに変化させるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３２８号公報
【特許文献２】特開２００１−１８０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したスタブチューブと原子炉圧力容器の底部との溶接部のように、円形部材を面部材に溶接する場合において、円形部材や面部材が肉厚の場合には開先深さが深くなり、数十パスの多層盛溶接を行う必要があり、溶接作業に手間を要する。特に、面部材が湾曲している場合には、溶接線が三次元的に傾斜していることから、溶接トーチの位置制御が難しいだけでなく、溶接時に溶融金属が流れやすく、理想形状のビードを形成することが難しいという問題があった。
【０００８】
上述した特許文献１及び特許文献２に記載された溶接装置は、円形部材と面部材との溶接の作業性の向上及び自動化を図ることができるものの、理想形状のビードが形成されているか否か溶接時に確認することができないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載された溶接装置では、トーチ傾斜角及びワイヤ挿入方向を溶接前に予め設定しているが、一般に、ワークの加工精度、組み付け精度、溶接条件、環境条件等によって、溶接トーチの狙い位置が変化する。したがって、予め設定したデータをそのまま適用した場合には溶接品質が低下することとなり、その都度データの修正を行った場合には作業効率が低下することになってしまう。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、円形部材と面部材との溶接の作業性の向上及び自動化を図ることができるとともに、溶接品質の向上を図ることができる、自動溶接装置及び自動溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、円形断面を有する円形部材に接続される固定手段と、前記円形部材と交差する平面又は曲面を有する面部材に前記円形部材を溶接する溶接トーチと、を有する自動溶接装置において、前記溶接トーチに対して前記円形部材を挟んで反対側に配置されるとともに溶接後のビード形状を計測する計測手段と、前記円形部材の外周に沿って前記溶接トーチ及び前記計測手段を旋回させる第一駆動手段と、前記円形部材の軸方向に沿って前記溶接トーチ及び前記計測手段を移動させる第二駆動手段と、前記円形部材に対して前記溶接トーチ及び前記計測手段を接近又は離隔させる第三駆動手段と、前記溶接トーチを前記円形部材の軸方向と平行な軸方向を中心に回動させる第四駆動手段と、前記溶接トーチの先端を前記面部材に対して接近又は離隔させる第五駆動手段と、前記溶接トーチを自身の軸周りに回動させる第六駆動手段と、前記計測手段の計測結果に応じて前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を制御する制御手段と、を有し、前記円形部材と前記面部材との溶接線は、第一溶接線と第二溶接線とに二分割され、前記制御手段は、前記第一溶接線の溶接処理時に前記第二溶接線のビード形状を計測し、前記第二溶接線の溶接処理時に前記第一溶接線のビード形状を計測し、前記第一溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第一溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定し、前記第二溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第二溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定する、ことを特徴とする自動溶接装置が提供される。
【００１２】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記制御手段は、前記第一溶接線及び前記第二溶接線の溶接が前記始点から前記中間点に向かって行われるように前記溶接トーチを制御するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記制御手段は、前記第一溶接線の溶接が前記始点から前記中間点に向かって行われるとともに前記第二溶接線の溶接が前記中間点から前記始点に向かって行われるように前記溶接トーチを制御するようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、円形断面を有する円形部材に接続される固定手段と、前記円形部材と交差する平面又は曲面を有する面部材に前記円形部材を溶接する溶接トーチと、該溶接トーチの姿勢及び移動を操作する駆動手段と、を有する自動溶接装置を用いた自動溶接方法において、前記溶接トーチに対して前記円形部材を挟んで反対側に溶接後のビード形状を計測する計測手段を配置し、前記円形部材と前記面部材との溶接線を第一溶接線と第二溶接線とに二分割し、前記溶接トーチを前記第一溶接線に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに前記計測手段を前記第二溶接線に沿って移動させながらビード形状を計測し、次に、前記溶接トーチを前記第二溶接線に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに前記計測手段を前記第一溶接線に沿って移動させながらビード形状を計測し、前記第一溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第一溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定し、前記第二溶接線のビード形状の計測結果に応じて次の前記第二溶接線の溶接における前記溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定する、ことを特徴とする自動溶接方法が提供される。
【００１５】
前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記第一溶接線及び前記第二溶接線の溶接は前記始点から前記中間点に向かって行われるようにしてもよい。
【００１６】
また、前記第一溶接線と前記第二溶接線とは、前記溶接線上の始点及び中間点により均等に二分割されており、前記第一溶接線の溶接は前記始点から前記中間点に向かって行われるとともに前記第二溶接線の溶接は前記中間点から前記始点に向かって行われるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明の自動溶接装置及び自動溶接方法によれば、溶接線を二分割し、第一溶接線の溶接処理時に第二溶接線のビード形状を計測し、第二溶接線の溶接処理時に第一溶接線のビード形状を計測するとともに、第一溶接線のビード形状に基づいて次の第一溶接線の溶接における溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定し、第二溶接線のビード形状に基づいて次の第二溶接線の溶接における溶接トーチの姿勢及び溶接条件を設定するようにしたことにより、一方の溶接線の溶接処理時に他方のビード形状を計測することができ、かつ、その計測結果に基づいて次に溶接する他方の溶接線における溶接トーチの姿勢や溶接条件を設定することができる。
【００１８】
また、ワークの加工精度、組み付け精度、溶接条件、環境条件等によって溶接トーチの狙い位置が変化した場合や組み付け精度が悪くて開先断面積がばらついた場合であっても、ビード形状に基づいて溶接トーチの姿勢や溶接条件を設定していることから、作業者がデータの修正を行う必要がない。また、ビード形状及び開先残り幅から溶着量の過不足を判断することができ、作業者がデータの修正を行うことなく追加パスへの対応も可能となる。
【００１９】
したがって、円形部材と面部材との溶接の作業性の向上及び自動化を図ることができるとともに、溶接品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る自動溶接装置を示す側面図である。
【図２】図１に示した自動溶接装置の詳細図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ部拡大正面図、を示している。
【図３】溶接部の一例を示す図であり、（ａ）は円形部材と曲面を有する面部材との溶接部、（ｂ）は円形部材と平面を有する面部材との溶接部、を示している。
【図４】本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は第一溶接線の一パス目溶接工程、（ｃ）は溶接トーチ戻り工程、（ｄ）はワイヤ反転工程、（ｅ）は第二溶接線の一パス目溶接工程、（ｆ）は第一溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、を示している。
【図５】本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は第一溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｂ）はワイヤ反転工程、（ｃ）は第一溶接線の二パス目溶接工程、（ｄ）は第二溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、（ｅ）は第二溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｆ）はワイヤ反転工程、を示している。
【図６】本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は第二溶接線の二パス目溶接工程、（ｂ）は第一溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、（ｃ）は第一溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｄ）はラストパス溶接終了状態、（ｅ）は第一溶接線のラストパス溶接のビード形状計測工程、（ｆ）は第二溶接線のラストパス溶接のビード形状計測工程、を示している。
【図７】本発明の第二実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は第一溶接線の一パス目溶接工程、（ｃ）は第二溶接線の一パス目溶接工程、（ｄ）は一パス目溶接終了状態、（ｅ）は第一溶接線の二パス目溶接工程、（ｆ）は第一溶接線の二パス目溶接終了状態、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係る自動溶接装置を示す側面図である。図２は、図１に示した自動溶接装置の詳細図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ部拡大正面図、を示している。図３は、溶接部の一例を示す図であり、（ａ）は円形部材と曲面を有する面部材との溶接部、（ｂ）は円形部材と平面を有する面部材との溶接部、を示している。
【００２２】
本発明の実施形態に係る自動溶接装置１は、図１及び図２に記載したように、円形断面を有する円形部材１１に接続される固定手段２と、円形部材１１と交差する平面又は曲面を有する面部材１２に円形部材１１を溶接する溶接トーチ３と、を有し、溶接トーチ３に対して円形部材１１を挟んで反対側に配置されるとともに溶接後のビード形状を計測する計測手段４と、円形部材１１の外周に沿って溶接トーチ３及び計測手段４を旋回させる第一駆動手段５１と、円形部材１１の軸方向に沿って溶接トーチ３及び計測手段４を移動させる第二駆動手段５２と、円形部材１１に対して溶接トーチ３及び計測手段４を接近又は離隔させる第三駆動手段５３と、溶接トーチ３を円形部材１１の軸方向と平行な軸方向を中心に回動させる第四駆動手段５４と、溶接トーチ３及び計測手段４の先端を面部材１２に対して接近又は離隔させる第五駆動手段５５と、溶接トーチ３及び計測手段４を自身の軸周りに回動させる第六駆動手段５６と、計測手段４の計測結果に応じて溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を制御する制御手段６と、を有し、円形部材１１と面部材１２との溶接線は、第一溶接線Ｌ１と第二溶接線Ｌ２とに二分割され、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１の溶接処理時に第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測し、第二溶接線Ｌ２の溶接処理時に第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測し、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測結果に応じて次の第一溶接線Ｌ１の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定し、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測結果に応じて次の第二溶接線Ｌ２の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定するように構成されている。
【００２３】
本実施形態に係る自動溶接装置１は、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に記載されたような円形部材１１と面部材１２との溶接部に使用される。図３（ａ）に示した溶接部は、円形部材１１と曲面を有する面部材１２との溶接部であり、具体的には、沸騰水型原子炉の制御棒駆動機構の貫通部における溶接部である。
【００２４】
制御棒駆動機構の貫通部は、原子炉圧力容器の底部（面部材１２）に形成された円形状の開口部１２ａと、開口部１２ａに挿入された円筒形状の制御棒駆動機構ハウジング１３と、制御棒駆動機構ハウジング１３の外周に挿通されるとともに原子炉圧力容器の内側底部に配置される円筒形状のスタブチューブ（円形部材１１）と、により構成されており、スタブチューブ（円形部材１１）は、下端が原子炉圧力容器の底部（面部材１２）に溶接され、上端が制御棒駆動機構ハウジング１３に溶接されている。
【００２５】
ここで、原子炉圧力容器の底部（面部材１２）は、略半球形状に形成されていることから、スタブチューブ（円形部材１１）の下端は、原子炉圧力容器の底部（面部材１２）の曲面に沿って斜めに切断された形状を有している。したがって、スタブチューブ（円形部材１１）と原子炉圧力容器の底部（面部材１２）との溶接線は、一点鎖線で図示したように、原子炉圧力容器の底部（面部材１２）の曲面に沿って傾斜した楕円曲線を描くこととなる。なお、スタブチューブ（円形部材１１）の上端における制御棒駆動機構ハウジング１３との溶接部は、一般に、スタブチューブ（円形部材１１）の上端面の形状に沿った円形の溶接線を描く。
【００２６】
また、図３（ｂ）に示した溶接部は、円形部材１１と平面を有する面部材１２との溶接部であり、例えば、配管（円形部材１１）の壁面（面部材１２）における貫通部である。この場合、円形部材１１は、面部材１２に対して垂直に配置された状態で溶接される。以下、本実施形態に係る自動溶接装置１に関し、図３（ａ）に示した溶接部に使用した場合について説明するが、本実施形態に係る自動溶接装置１は、図３（ｂ）に示した溶接部にも使用することができる。なお、図３（ａ）に示したスタブチューブ（円形部材１１）の上端における溶接部は、スタブチューブ（円形部材１１）の上端面を平面と同一視することにより、図３（ｂ）に示した溶接部と同一視することができる。
【００２７】
溶接トーチ３は、例えば、アーク溶接（ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接等）に用いられる溶接トーチである。例えば、ＴＩＧ溶接における溶接トーチ３は、タングステン電極を有するノズルと、母材とタングステン電極との間で発生したアークに供給される溶加棒（ワイヤ）と、を有している。図示しないが、溶加棒は、ノズルに対して上下左右のいずれの方向から供給するようにしてもよい。また、溶接トーチ３は、左右のいずれの方向からでも溶加棒を供給できるように、ノズルの左右両側にワイヤ支持手段を有していてもよい。
【００２８】
計測手段４は、ビードの形状を計測するための計測器である。例えば、計測手段４は、ビードの高さを計測するレーザ計測器と、ビードの外観を撮像する撮像装置と、を有している。カメラ等の撮像装置により撮像された画像と、ラインレーザ等のレーザ計測器による計測データ、とを組み合わせて画像処理することにより、ビードの三次元形状計測を行うことができる。なお、計測手段４として、タッチセンサやスポットレーザを使用するようにしてもよい。
【００２９】
第一駆動手段５１乃至第六駆動手段５６は、溶接トーチ３又は計測手段４の姿勢及び移動を操作する駆動手段５である。これらの駆動手段５は、円形部材１１に接続される固定手段２上に配置される。固定手段２は、例えば、円形部材１１の上部に覆い被せられる有底円筒形状を有する。なお、固定手段２の構造は、図示した構造に限定されるものではなく、円形部材１１上に固定可能かつ駆動手段５を支持可能な構造であればよい。ここで、図１及び図２（ａ）において、面部材１２の同一高さ方向をＸ軸、面部材１２の傾斜方向をＹ軸、円形部材１１の軸方向をＺ軸、とする直交三軸を設定する。
【００３０】
第一駆動手段５１は、円形部材１１の軸周りに溶接トーチ３及び計測手段４を旋回させる機能を有する。第一駆動手段５１は、例えば、固定手段２上に回転可能に支持された支柱５１ａと、支柱５１ａの下部に配置された従動歯車５１ｂと、固定手段２上に回転可能に支持された駆動歯車５１ｃと、駆動歯車５１ｃを回転される駆動モータ５１ｄと、により構成される。支柱５１ａは、例えば、平板形状を有しており、その一面に溶接トーチ３を支持する駆動手段５の一部が配置されており、他面に計測手段４を支持する駆動手段５の一部が配置されている。ここでは、第一駆動手段５１の駆動機構として歯車機構を採用しているが、かかる機構に限定されるものではなく、ベルト駆動機構等の他の駆動機構であってもよい。
【００３１】
図１及び図２（ａ）に示したように、溶接トーチ３と計測手段４とは、円形部材１１の反対側に位置するように配置されていることから、溶接トーチ３を旋回させれば同時に計測手段４も旋回することになる。したがって、溶接線を均等に二分割することにより、溶接トーチ３を半周させれば、計測手段４は反対側を半周することになる。
【００３２】
第二駆動手段５２は、円形部材１１に沿ってＺ軸方向に溶接トーチ３及び計測手段４を昇降させる機能を有する。第二駆動手段５２は、溶接トーチ３と計測手段４とを個別に昇降できるように、溶接トーチ用第二駆動手段５２１と計測手段用第二駆動手段５２２とを有する。溶接トーチ用第二駆動手段５２１及び計測手段用第二駆動手段５２２は、同じ構造を有しており、溶接トーチ用第二駆動手段５２１は第一駆動手段５１の支柱５１ａの一面に配置され、計測手段用第二駆動手段５２２はその裏面に配置される。なお、第二駆動手段５２は、必ずしも溶接トーチ用第二駆動手段５２１と計測手段用第二駆動手段５２２とに区別されている必要はなく、溶接トーチ３及び計測手段４を同時に昇降させるように一体に構成されていてもよい。
【００３３】
第二駆動手段５２（溶接トーチ用第二駆動手段５２１及び計測手段用第二駆動手段５２２）は、例えば、第一駆動手段５１の支柱５１ａに接続された支持部材５２ａと、支持部材５２ａに接続されるとともにＺ軸方向に伸縮可能なアクチュエータ５２ｂと、アクチュエータ５２ｂによる溶接トーチ３の昇降を案内するガイドレール５２ｃと、により構成される。ここでは、第二駆動手段５２の駆動機構としてアクチュエータ５２ｂを採用しているが、かかる機構に限定されるものではなく、ラック・ピニオン、ボールネジ、油圧シリンダ、エアシリンダ等の他の駆動機構であってもよい。
【００３４】
第三駆動手段５３は、円形部材１１の径方向に溶接トーチ３及び計測手段４を移動させる機能を有する。第三駆動手段５３は、溶接トーチ用第二駆動手段５２１に接続された溶接トーチ用第三駆動手段５３１と、計測手段用第二駆動手段５２２に接続された計測手段用第三駆動手段５３２と、を有し、溶接トーチ３と計測手段４とを個別に移動させることができるように構成されている。
【００３５】
第三駆動手段５３（溶接トーチ用第三駆動手段５３１及び計測手段用第三駆動手段５３２）は、例えば、第二駆動手段５２のアクチュエータ５２ｂに接続された支持部材５３ａと、支持部材５３ａに接続されるとともに水平方向（例えば、図のＹ軸方向やＸ軸方向）に伸縮可能なアクチュエータ５３ｂと、アクチュエータ５３ｂによる溶接トーチ３の水平移動を案内するガイドレール５３ｃと、により構成される。ここでは、第三駆動手段５３の駆動機構としてアクチュエータ５３ｂを採用しているが、かかる機構に限定されるものではなく、ラック・ピニオン、ボールネジ、油圧シリンダ、エアシリンダ等の他の駆動機構であってもよい。
【００３６】
第四駆動手段５４は、溶接トーチ３をＺ軸周りに回動させて溶接トーチ３のＸＹ平面内における向きを変更させる機能（すなわち、ヨー運動させる機能）を有する。第四駆動手段５４は、溶接トーチ用第三駆動手段５３１に接続されている。なお、計測手段４についても、Ｚ軸周りに回動させて計測手段４のＸＹ平面内における向きを変更させたい場合には、第四駆動手段５４と同様の構成を有する計測手段用第四駆動手段を配置するようにしてもよい。
【００３７】
第四駆動手段５４は、例えば、溶接トーチ用第三駆動手段５３１のアクチュエータ５３ｂに接続された支持部材５４ａと、支持部材５４ａにＺ軸周りに回転可能に支持される回転軸５４ｂと、回転軸５４ｂを回転駆動させる駆動モータ５４ｃと、により構成される。ここでは、第四駆動手段５４の駆動機構として駆動モータ５４ｃを採用しているが、かかる機構に限定されるものではなく、歯車機構、ベルト駆動機構、リンク機構等の他の駆動機構であってもよい。また、図２（ｂ）に示したように、回転軸５４ｂの先端には回転テーブル５４ｄが接続されており、回転テーブル５４ｄは支持部材５４ａに回転可能に支持されている。この回転テーブル５４ｄには、第五駆動手段５５及び第六駆動手段５６を介して溶接トーチ３が接続されている。したがって、駆動モータ５４ｃを作動させて回転テーブル５４ｄを回転させると、第五駆動手段５５及び第六駆動手段５６を介して溶接トーチ３が回転される。
【００３８】
第五駆動手段５５は、溶接トーチ３及び計測手段４のＺ軸方向の傾き（Ｚ軸に対する開き角度）を調整する機能（すなわち、ピッチ運動させる機能）を有する。第五駆動手段５５は、第四駆動手段５４に接続された溶接トーチ用第五駆動手段５５１と、計測手段用第三駆動手段５３２に接続された計測手段用第五駆動手段５５２と、を有している。なお、計測手段４の視野角が広く、計測手段４の傾きを変更する必要がない場合には、計測手段用第五駆動手段５５２を省略するようにしてもよい。
【００３９】
溶接トーチ用第五駆動手段５５１は、例えば、図２（ｂ）に示したように、第四駆動手段５４の回転テーブル５４ｄに接続された支持部材５５ａと、支持部材５５ａにＺ軸周りに回転可能に支持されるとともに先端に傘歯車を有する第一シャフト５５ｂと、回転テーブル５４ｄに接続されるとともに第一シャフト５５ｂを回転駆動させる駆動モータ５５ｃと、第一シャフト５５ｂの回転運動を水平方向の軸周りに変換する第二シャフト５５ｄと、支持部材５５ａに回動可能に支持されるとともに溶接トーチ３を支持するトーチ支持部材３ａと、を有している。第二シャフト５５ｄは、トーチ支持部材３ａに接続されており、先端には第一シャフト５５ｂの傘歯車と噛み合う傘歯車が接続されている。なお、溶接トーチ用第五駆動手段５５１の駆動機構は、図示した構成に限定されるものではない。
【００４０】
また、計測手段用第五駆動手段５５２は、上述した溶接トーチ用第五駆動手段５５１と実質的に同じ構成を有しており、例えば、計測手段用第三駆動手段５３２のアクチュエータ５３ｂに接続された支持部材５５ａと、支持部材５５ａにＺ軸周りに回転可能に支持されるとともに先端に傘歯車を有する第一シャフト（図示せず）と、支持部材５５ａに接続されるとともに第一シャフト（図示せず）を回転駆動させる駆動モータ５５ｃと、第一シャフト（図示せず）の回転運動を水平方向の軸周りに変換する第二シャフト（図示せず）と、を有している。第二シャフト（図示せず）は、計測手段４を支持する計測手段支持部材に接続されており、先端には第一シャフト（図示せず）の傘歯車と噛み合う傘歯車が接続されている。なお、計測手段用第五駆動手段５５２の駆動機構は、図示した構成に限定されるものではない。
【００４１】
第六駆動手段５６は、溶接トーチ３及び計測手段４を自身の軸周りに回動させる機能（すなわち、ロール運動させる機能）を有する。第六駆動手段５６は、第五駆動手段５５に接続された溶接トーチ用第六駆動手段５６１と、計測手段用第五駆動手段５５２に接続された計測手段用第六駆動手段５６２と、を有している。なお、計測手段４の視野角が広く、計測手段４のロール角を調整する必要がない場合には、計測手段用第六駆動手段５６２を省略するようにしてもよい。
【００４２】
溶接トーチ用第六駆動手段５６１は、例えば、図２（ｂ）に示したように、溶接トーチ３を回動可能に支持するトーチ支持部材３ａと、溶接トーチの後端部に接続された傘歯車５６ａと、支持部材５５ａにＺ軸周りに回転可能に支持されるとともに先端に傘歯車を有する第三シャフト５６ｂと、回転テーブル５４ｄに接続されるとともに第三シャフト５６ｂを回転駆動させる駆動モータ５６ｃと、第三シャフト５６ｂの回転運動を水平方向の軸周りに変換して傘歯車５６ａに伝達する第四シャフト５６ｄと、を有している。ここで、第四シャフト５６ｄと第二シャフト５５ｄとを同軸上に配置することにより、溶接トーチ用第五駆動手段５５１により溶接トーチ３のピッチ角度が変更された場合であっても、溶接トーチ用第六駆動手段５６１により溶接トーチ３のロール角度を変更することができる。なお、溶接トーチ用第六駆動手段５６１の駆動機構は、図示した構成に限定されるものではない。
【００４３】
また、計測手段用第六駆動手段５６２は、上述した溶接トーチ用第六駆動手段５６１と実質的に同じ構成を有しており、例えば、計測手段４を回動可能に支持する計測手段支持部材（図示せず）と、計測手段４の後端部に接続された傘歯車（図示せず）と、支持部材５５ａにＺ軸周りに回転可能に支持されるとともに先端に傘歯車を有する第三シャフト５６ｂと、回転テーブル５４ｄに接続されるとともに第三シャフト５６ｂを回転駆動させる駆動モータ５６ｃと、第三シャフト５６ｂの回転運動を水平方向の軸周りに変換して傘歯車に伝達する第四シャフト５６ｄと、を有している。そして、第四シャフト５６ｄと第二シャフト（図示せず）とを同軸上に配置することにより、計測手段用第五駆動手段５５２により計測手段４のピッチ角度が変更された場合であっても、計測手段用第六駆動手段５６２により計測手段４のロール角度を変更することができる。なお、計測手段用第六駆動手段５６２の駆動機構は、かかる構成に限定されるものではない。
【００４４】
上述した駆動手段５では、固定手段２、第一駆動手段５１、第二駆動手段５２、第三駆動手段５３、第四駆動手段５４、第五駆動手段５５、第六駆動手段５６、の順に配置しているが、かかる順序に限定されるものではなく、例えば、第一駆動手段５１と第二駆動手段５２の順序を入れ替えるようにしてもよい。
【００４５】
制御手段６は、円形部材１１と面部材１２との交差部に形成される溶接線に沿って、円形部材１１と面部材１２とを溶接するように、溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１乃至第六駆動手段５６）を制御する。具体的には、制御手段６は、駆動手段５（第一駆動手段５１乃至第六駆動手段５６）を操作して溶接トーチ３を溶接線に沿って移動させるとともに、所定の溶接を行うように溶接トーチ３のアーク及びワイヤ供給速度等を制御する。
【００４６】
また、制御手段６は、円形部材１１と面部材１２とを溶接した後のビード形状を計測するように、計測手段４及び駆動手段５（第一駆動手段５１乃至第六駆動手段５６）を制御する。具体的には、制御手段６は、駆動手段５（第一駆動手段５１乃至第六駆動手段５６）を操作して溶接トーチ３を溶接線に沿って移動させるとともに、所定のビード形状を計測するように計測手段４の撮像処理、計測処理、画像処理等を制御する。
【００４７】
上述したように、本実施形態では、溶接トーチ３及び計測手段４は、円形部材１１を挟んで相対するように配置されていることから、溶接トーチ３を一方向に半周させることにより、計測手段４を反対側で同じ方向に半周させることができる。そこで、本実施形態では、円形部材１１と面部材１２との溶接線を二分割して、半周ごとに溶接とビード形状の計測を交互に行い、先に行った溶接のビード形状を計測して、最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を算出してから、次の溶接を行うようにしている。
【００４８】
ここで、制御手段６の制御方法、すなわち、本実施形態に係る自動溶接方法について、図４〜図６を参照しつつ説明する。図４は、本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は第一溶接線の一パス目溶接工程、（ｃ）は溶接トーチ戻り工程、（ｄ）はワイヤ反転工程、（ｅ）は第二溶接線の一パス目溶接工程、（ｆ）は第一溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、を示している。図５は、本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は第一溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｂ）はワイヤ反転工程、（ｃ）は第一溶接線の二パス目溶接工程、（ｄ）は第二溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、（ｅ）は第二溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｆ）はワイヤ反転工程、を示している。図６は、本発明の第一実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は第二溶接線の二パス目溶接工程、（ｂ）は第一溶接線のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）、（ｃ）は第一溶接線のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）、（ｄ）はラストパス溶接終了状態、（ｅ）は第一溶接線のラストパス溶接のビード形状計測工程、（ｆ）は第二溶接線のラストパス溶接のビード形状計測工程、を示している。
【００４９】
いま、図４〜図６の各図において、溶接線上の四分点をＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓとし、例えば、点Ｐは溶接線上の最下点、点Ｑを点Ｐの対面に位置する最上点、点Ｒを上から見たときの右端点、点Ｓを上から見たときの左端点、とする。そして、点Ｐから点Ｒを通って点Ｑに至るまでの溶接線を第一溶接線Ｌ１とし、点Ｐから点Ｓを通って点Ｑに至るまでの溶接線を第二溶接線Ｌ２とし、溶接線を第一溶接線Ｌ１と第二溶接線Ｌ２とに二分割する。また、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の溶接の始点を点Ｐとし、終点を点Ｑとする。なお、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の溶接の終点Ｑは、溶接線全体からすれば中間点に相当する。ここで、本実施形態において、始点Ｐから第一溶接線Ｌ１（又は第二溶接線Ｌ２）の溶接を行い、溶接トーチ３を元の位置（始点Ｐ）に戻すまでの一連の工程を「溶接処理」と定義するこことする。
【００５０】
図４（ａ）に示した初期状態は、円形部材１１と面部材１２との溶接を開始する前の状態を示している。具体的には、始点Ｐに溶接トーチ３を配置した状態である。このとき、計測手段４は中間点Ｑに配置されることとなる。また、溶接トーチ３の左右両側にワイヤ支持手段３１を有している場合には、いずれか一方（ここでは図の右側）のワイヤ支持手段３１からワイヤ（溶加棒）を供給する。なお、ワイヤが接続されている状態を実線で表示し、接続されていない状態を一点鎖線で表示している。
【００５１】
図４（ｂ）に示した第一溶接線Ｌ１の一パス目溶接工程は、第一溶接線Ｌ１に沿って溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように移動させて第一溶接線Ｌ１を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、同時に、計測手段４は、第二溶接線Ｌ２に沿って、中間点Ｑから点Ｓを通って始点Ｐに至るように移動することとなる。初期状態では、第二溶接線Ｌ２は、まだ溶接されていないことから、このとき計測手段４を操作してビード形状を計測する必要はない。
【００５２】
図４（ｃ）に示した溶接トーチ戻り工程は、溶接トーチ３を初期状態に戻す工程である。具体的には、制御手段６は、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させて、中間点Ｑから点Ｒを経由して始点Ｐに戻す。このとき、同時に、計測手段４は、第二溶接線Ｌ２に沿って始点Ｐから点Ｓを経由して中間点Ｑに戻ることとなる。なお、図４（ｃ）に示した溶接トーチ戻り工程では、溶接もビード形状の計測も行わない。
【００５３】
図４（ｄ）に示したワイヤ反転工程は、第二溶接線Ｌ２の溶接を行う前に他方（ここでは図の左側）のワイヤ支持手段３１からワイヤ（溶加棒）を供給するように組み替えて、ワイヤの位置を反転させる工程である。かかる反転工程により、第一溶接線Ｌ１に対するワイヤの相対的位置と第二溶接線Ｌ２に対する相対的位置とを同じ状態にすることができ、第一溶接線Ｌ１の溶接条件と第二溶接線Ｌ２の溶接条件を共有化することができる。反転処理は、手動により行うようにしてもよい。なお、ワイヤ（溶加棒）が溶接トーチ３の下方や上方に配置されている場合には、ワイヤを反転させなくても、第一溶接線Ｌ１に対するワイヤの相対的位置と第二溶接線Ｌ２に対する相対的位置とを同じ状態にすることができることから、ワイヤ反転工程を省略することができる。
【００５４】
図４（ｅ）に示した第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接工程は、第二溶接線Ｌ２に沿って溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｓを通って中間点Ｑに至るように移動させて第二溶接線Ｌ２を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、同時に、計測手段４は、第一溶接線Ｌ１に沿って、中間点Ｑから点Ｒを通って始点Ｐに至るように移動することとなる。なお、図４（ｅ）に示した第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接工程では、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測を行っていない。
【００５５】
上述した図４（ｂ）に示した第一溶接線Ｌ１の一パス目溶接工程及び図４（ｅ）に示した第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接工程において、いずれの溶接も始点Ｐから中間点Ｑに向かうように制御されている。すなわち、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の溶接が始点Ｐから中間点Ｑに向かって行われるように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。かかる制御により、第一溶接線Ｌ１の溶接と第二溶接線Ｌ２の溶接について、最下点の始点Ｐから最上点の中間点Ｑに向かうように溶接ルートを設定することができ、第一溶接線Ｌ１の溶接条件と第二溶接線Ｌ２の溶接条件との共有化を図ることができる。
【００５６】
図４（ｆ）に示した第一溶接線Ｌ１のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）は、溶接トーチ３を初期状態に戻す工程であるとともに、第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測する工程である。図４（ｅ）に示した状態で、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接が完了している。この後、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接の準備へと移行する。具体的には、制御手段６は、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させて、中間点Ｑから点Ｓを経由して始点Ｐに戻す。このとき、同時に、計測手段４は、第一溶接線Ｌ１に沿って始点Ｐから点Ｒを経由して中間点Ｑに戻ることとなる。
【００５７】
そして、制御手段６は、この計測手段４の移動に伴って第一溶接線Ｌ１の一パス目溶接のビード形状を計測するように、計測手段４を制御する。このように、第二溶接線Ｌ２の溶接時ではなく、溶接トーチ３を初期状態に戻すときに、第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測することにより、計測手段４に溶接による散乱光が入射しないようにすることができ、ノイズを低減することができる。そして、制御手段６は、計測手段４により得られたデータに基づいてビード形状を分析し、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接に最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定する。制御手段６は、例えば、パス数及びビード形状に対応する溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を保存したデータベースを有しており、計測手段４の計測結果に基づいて最適な条件をデータベースから選択できるように構成される。
【００５８】
図５（ａ）に示した第一溶接線Ｌ１のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）は、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測が終了した状態であるとともに、溶接トーチ３及び計測手段４が初期状態に戻った状態を示している。この状態では、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接が完了するとともに、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測が終了し、溶接トーチ３が始点Ｐに位置し、計測手段４が中間点Ｑに位置している。なお、上述したビード形状計測工程では、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接終了後の溶接トーチ戻り工程において、第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測するようにしているが、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接と同時に第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測するようにしてもよい。
【００５９】
図５（ｂ）に示したワイヤ反転工程は、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接を行う前に一方（ここでは図の右側）のワイヤ支持手段３１からワイヤ（溶加棒）を供給するように組み替えて、ワイヤの位置を反転させる工程である。具体的には、図４（ｄ）に示したワイヤ反転工程と反転方向を逆にした処理を行う。
【００６０】
図５（ｃ）に示した第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接工程は、第一溶接線Ｌ１に沿って二パス目溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように移動させて第一溶接線Ｌ１を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、制御手段６は、図４（ｆ）に示した第一溶接線Ｌ１のビード形状計測工程において計測されたビード形状に基づいて設定された溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件により、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接を行う。なお、この工程では、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測を行っていない。
【００６１】
図５（ｄ）に示した第二溶接線Ｌ２のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）は、溶接トーチ３を初期状態に戻す工程であるとともに、第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測する工程である。図５（ｃ）に示した状態で、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接と第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接が完了している。この後、制御手段６は、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接の準備へと移行する。具体的には、制御手段６は、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させて、中間点Ｑから点Ｒを経由して始点Ｐに戻す。このとき、同時に、計測手段４は、第二溶接線Ｌ２に沿って始点Ｐから点Ｓを経由して中間点Ｑに戻ることとなる。
【００６２】
そして、制御手段６は、この計測手段４の移動に伴って第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接のビード形状を計測するように、計測手段４を制御する。そして、制御手段６は、計測手段４により得られたデータに基づいてビード形状を分析し、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接に最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定する。
【００６３】
図５（ｅ）に示した第二溶接線Ｌ２のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）は、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測が終了した状態であるとともに、溶接トーチ３及び計測手段４が初期状態に戻った状態を示している。この状態では、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接及び第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接が完了するとともに、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測が終了し、溶接トーチ３が始点Ｐに位置し、計測手段４が中間点Ｑに位置している。なお、上述したビード形状計測工程では、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接終了後の溶接トーチ戻り工程において、第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測するようにしているが、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接と同時に第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測するようにしてもよい。
【００６４】
図５（ｆ）に示したワイヤ反転工程は、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接を行う前に他方（ここでは図の左側）のワイヤ支持手段３１からワイヤ（溶加棒）を供給するように組み替えて、ワイヤの位置を反転させる工程である。具体的には、図４（ｄ）に示したワイヤ反転工程と同じ処理を行う。
【００６５】
図６（ａ）に示した第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接工程は、第二溶接線Ｌ２に沿って二パス目溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｓを通って中間点Ｑに至るように移動させて第二溶接線Ｌ２を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、制御手段６は、図５（ｄ）に示した第二溶接線Ｌ２のビード形状計測工程において計測されたビード形状に基づいて設定された溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件により、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接を行う。なお、この工程では、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測を行っていない。
【００６６】
図６（ｂ）に示した第一溶接線Ｌ１のビード形状計測工程（溶接トーチ戻り工程）は、溶接トーチ３を初期状態に戻す工程であるとともに、第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測する工程である。図６（ａ）に示した状態で、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接が完了している。この後、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１の三パス目溶接の準備へと移行する。具体的には、制御手段６は、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させて、中間点Ｑから点Ｓを経由して始点Ｐに戻す。このとき、同時に、計測手段４は、第一溶接線Ｌ１に沿って始点Ｐから点Ｒを経由して中間点Ｑに戻ることとなる。
【００６７】
そして、制御手段６は、この計測手段４の移動に伴って第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接のビード形状を計測するように、計測手段４を制御する。そして、制御手段６は、計測手段４により得られたデータに基づいてビード形状を分析し、第一溶接線Ｌ１の三パス目溶接に最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定する。
【００６８】
図６（ｃ）に示した第一溶接線Ｌ１のビード形状計測終了状態（溶接トーチ戻り状態）は、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測が終了した状態であるとともに、溶接トーチ３及び計測手段４が初期状態に戻った状態を示している。この状態では、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接が完了するとともに、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測が終了し、溶接トーチ３が始点Ｐに位置し、計測手段４が中間点Ｑに位置している。なお、上述したビード形状計測工程では、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接終了後の溶接トーチ戻り工程において、第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測するようにしているが、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接と同時に第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測するようにしてもよい。
【００６９】
以後、同様の手順により、第一溶接線Ｌ１の第三パス目溶接、第二溶接線Ｌ２の第二パス溶接のビード形状計測、第二溶接線Ｌ２の第三パス目溶接、第一溶接線Ｌ１の第三パス溶接のビード形状計測、と必要なパス数に到達するまで繰り返す。
【００７０】
図６（ｄ）に示したラストパス溶接終了状態は、第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接が終了した状態である。したがって、溶接トーチ３は中間点Ｑに位置し、計測手段４は始点Ｐに位置している。この第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接が終了したとき、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状計測は終了していない。第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状を計測する必要がない場合には、図６（ｄ）に示した状態で溶接作業を終了するようにしてもよい。一方、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接が適正に溶接されているか否か（所定のビードが形成されているか否か）を確認したい場合には、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状を計測する必要がある。
【００７１】
図６（ｅ）に示した第一溶接線Ｌ１のラストパス溶接のビード形状計測工程は、第一溶接線Ｌ１のラストパス溶接のビード形状を計測する工程である。具体的には、計測手段４を始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように移動させて第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測する。このとき、溶接トーチ３は、第二溶接線Ｌ２に沿って移動することとなるが、溶接を行う必要はないことから、図６（ｄ）に示したラストパス溶接終了状態において、ワイヤ支持手段３１からワイヤ（溶加棒）を取り外しておくようにしてもよい。
【００７２】
図６（ｆ）に示した第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状計測工程は、第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状を計測する工程である。図６（ｅ）に示した第一溶接線Ｌ１のラストパス溶接のビード形状計測工程が終了したとき、溶接トーチ３は始点Ｐに位置し、計測手段４は中間点Ｑに位置している。第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状計測は、他の第二溶接線Ｌ２のビード形状計測と同様に、始点Ｐから点Ｓを経由して中間点Ｑに至る経路によって行うことが好ましい。そこで、図示しないが、第一溶接線Ｌ１のラストパス溶接のビード形状計測工程が終了した後、計測手段４を中間点Ｑから点Ｒを経由して始点Ｐの位置に戻してから、図６（ｆ）に示したように、第二溶接線Ｌ２のラストパス溶接のビード形状計測を行う。以上の処理により、第一溶接線Ｌ１の溶接及びビード形状の計測並びに第二溶接線Ｌ２の溶接及びビード形状の計測の全てが終了する。
【００７３】
上述した溶接トーチ３及び計測手段４の制御方法によれば、円形断面を有する円形部材１１に接続される固定手段２と、円形部材１１と交差する平面又は曲面を有する面部材１２に円形部材１１を溶接する溶接トーチ３と、溶接トーチ３の姿勢及び移動を操作する駆動手段５と、を有する自動溶接装置１を用いて、溶接トーチ３に対して円形部材１１を挟んで反対側に溶接後のビード形状を計測する計測手段４を配置し、円形部材１１と面部材１２との溶接線を第一溶接線Ｌ１と第二溶接線Ｌ２とに二分割し、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに計測手段４を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させながらビード形状を計測し、次に、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させながら溶接処理を行うとともに計測手段４を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させながらビード形状を計測し、第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測結果に応じて次の第一溶接線Ｌ１の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定し、第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測結果に応じて次の第二溶接線Ｌ２の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定するようにした自動溶接方法を実施することができる。
【００７４】
したがって、上述した実施形態に係る自動溶接装置１及び自動溶接方法によれば、溶接線を二分割し、第一溶接線Ｌ１の溶接処理時に第二溶接線Ｌ２のビード形状を計測し、第二溶接線Ｌ２の溶接処理時に第一溶接線Ｌ１のビード形状を計測するとともに、第一溶接線Ｌ１のビード形状に基づいて次の第一溶接線Ｌ１の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定し、第二溶接線Ｌ２のビード形状に基づいて次の第二溶接線Ｌ２の溶接における溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定するようにしたことにより、一方の溶接線の溶接処理時に他方のビード形状を計測することができ、かつ、その計測結果に基づいて次に溶接する他方の溶接線における溶接トーチの姿勢や溶接条件を設定することができる。
【００７５】
また、円形部材１１や面部材１２の加工精度、組み付け精度、溶接条件、環境条件等によって溶接トーチ３の狙い位置が変化した場合や組み付け精度が悪くて開先断面積がばらついた場合であっても、ビード形状に基づいて溶接トーチ３の姿勢や溶接条件を設定していることから、作業者がデータの修正を行う必要がない。また、ビード形状及び開先残り幅から溶着量の過不足を判断することができ、作業者がデータの修正を行うことなく追加パスへの対応も可能となる。その結果、円形部材１１と面部材１２との溶接の作業性の向上及び自動化を図ることができるとともに、溶接品質の向上を図ることができる。
【００７６】
続いて、本発明の第二実施形態に係る自動溶接方法について説明する。ここで、図７は、本発明の第二実施形態に係る自動溶接方法を示す図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は第一溶接線の一パス目溶接工程、（ｃ）は第二溶接線の一パス目溶接工程、（ｄ）は一パス目溶接終了状態、（ｅ）は第一溶接線の二パス目溶接工程、（ｆ）は第一溶接線の二パス目溶接終了状態、を示している。なお、上述した第一実施形態に係る自動溶接方法と共通する部分については、適宜説明を省略する。
【００７７】
第二実施形態に係る自動溶接方法は、第一溶接線Ｌ１と第二溶接線Ｌ２とは、溶接線上の始点Ｐ及び中間点Ｑにより均等に二分割されており、第一溶接線Ｌ１の溶接は始点Ｐから中間点Ｑに向かって行われるとともに第二溶接線Ｌ２の溶接は中間点Ｑから始点Ｐに向かって行われるようにしたものである。すなわち、上述した第一実施形態に係る自動溶接方法では、第一溶接線Ｌ１及び第二溶接線Ｌ２の溶接は常に始点Ｐから反対回りに行うようにしていたのに対し、第二実施形態に係る自動溶接方法では、溶接トーチ３及び計測手段４を同一方向に旋回させながら、第一溶接線Ｌ１の溶接及び第二溶接線Ｌ２のビード形状の計測並びに第二溶接線Ｌ２の溶接及び第一溶接線Ｌ１のビード形状の計測を交互に行うようにしたものである。
【００７８】
図７（ａ）に示した初期状態は、円形部材１１と面部材１２との溶接を開始する前の状態を示している。具体的には、始点Ｐに溶接トーチ３を配置し、計測手段４を中間点Ｑに配置した状態である。また、ここでは、溶接トーチ３の左右いずれか片側（例えば、図の右側）にワイヤ支持手段３１が配置されている。第二実施形態に係る自動溶接方法では、溶接トーチ３は常に同一方向に回転されることから、その回転方向に適した側にワイヤ支持手段３１を配置するようにすればよい。例えば、図の右周りに溶接を行う場合には、溶接トーチ３の右側にワイヤ支持手段３１を配置し、図の左周りに溶接を行う場合には、溶接トーチ３の左側にワイヤ支持手段３１を配置するようにしてもよい。
【００７９】
図７（ｂ）に示した第一溶接線Ｌ１の一パス目溶接工程は、第一溶接線Ｌ１に沿って溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように移動させて第一溶接線Ｌ１を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第一溶接線Ｌ１に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、同時に、計測手段４は、第二溶接線Ｌ２に沿って、中間点Ｑから点Ｓを通って始点Ｐに至るように移動することとなる。初期状態では、第二溶接線Ｌ２は、まだ溶接されていないことから、このとき計測手段４を操作してビード形状を計測する必要はない。
【００８０】
図７（ｃ）に示した第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接工程は、第二溶接線Ｌ２に沿って溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を中間点Ｑから点Ｓを通って始点Ｐに至るように移動させて第二溶接線Ｌ２を溶接する。制御手段６は、溶接トーチ３を第二溶接線Ｌ２に沿って移動させながら溶接するように溶接トーチ３及び駆動手段５（第一駆動手段５１〜第六駆動手段５６）を制御する。このとき、同時に、計測手段４は、第一溶接線Ｌ１に沿って、始点Ｐから点Ｓを通って中間点Ｑに至るように移動することとなる。
【００８１】
ここで、第一溶接線Ｌ１は一パス目の溶接が終了していることから、制御手段６は、第一溶接線Ｌ１における一パス目溶接のビード形状を計測するように、計測手段４を制御する。そして、制御手段６は、計測手段４により得られたデータに基づいてビード形状を分析し、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接に最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定する。
【００８２】
図７（ｄ）に示した一パス目溶接終了状態は、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接が終了した状態を示している。このとき、溶接トーチ３は始点Ｐに位置し、計測手段４は中間点Ｑに位置している。したがって、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接の終了と同時に、第一溶接線Ｌ１の一パス目溶接のビード形状の計測も終了していることになる。
【００８３】
図７（ｅ）に示した第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接工程は、第一溶接線Ｌ１に沿って二パス目溶接を行う工程である。具体的には、溶接トーチ３を始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように移動させて第一溶接線Ｌ１を溶接する。このとき、制御手段６は、図７（ｃ）に示した第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接工程において設定された溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件により、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接を行う。
【００８４】
また、同時に、計測手段４は、第二溶接線Ｌ２に沿って、中間点Ｑから点Ｓを通って始点Ｐに至るように移動することとなるとともに、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接が終了していることから、計測手段４により、第二溶接線Ｌ２における一パス目溶接のビード形状を計測する。そして、制御手段６は、計測手段４により得られたデータに基づいてビード形状を分析し、第二溶接線Ｌ２の二パス目溶接に最適な溶接トーチ３の姿勢及び溶接条件を設定する。
【００８５】
図７（ｆ）に示した第一溶接線の二パス目溶接終了状態は、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接が終了した状態を示している。このとき、溶接トーチ３は中間点Ｑに位置し、計測手段４は始点Ｐに位置している。したがって、第一溶接線Ｌ１の二パス目溶接の終了と同時に、第二溶接線Ｌ２の一パス目溶接のビード形状の計測も終了していることになる。
【００８６】
以後、同様の手順により、第二溶接線Ｌ２の第二パス目溶接及び第一溶接線Ｌ１の第二パス溶接のビード形状計測、第一溶接線Ｌ１の第三パス目溶接及び第二溶接線Ｌ２の第二パス溶接のビード形状計測、と必要なパス数に到達するまで繰り返すことにより、溶接線の溶接及びビード形状の計測を行うことができる。
【００８７】
かかる第二実施形態に係る自動溶接方法では、第一溶接線Ｌ１の溶接は常に始点Ｐから点Ｒを通って中間点Ｑに至るように処理され、第二溶接線Ｌ２の溶接は常に中間点Ｑから点Ｓを通って始点Ｐに至るように処理される。したがって、第一溶接線Ｌ１の溶接では、溶接トーチ３は上方に移動し、第二溶接線Ｌ２の溶接では、溶接トーチ３は下方に移動することとなり、第一溶接線Ｌ１の溶接と第二溶接線Ｌ２の溶接とで溶接条件が異なることとなるが、それに適したデータベースを予め構築しておくことにより、容易に対応させることができる。
【００８８】
ところで、上述した実施形態に係る自動溶接装置１を、図３（ｂ）に示した溶接部を溶接する場合に使用できるようにするには、固定手段２や駆動手段５の構成を適宜変更する必要がある。例えば、固定手段２は、円形部材１１の外周に挿通される円筒部材と、その上端部及び下端部に配置された締付具と、により構成することができる。また、第一駆動手段５１は、固定手段２の円筒部材の外周を旋回できるように構成すればよい。
【００８９】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、自動溶接装置１は、円形部材１１が鉛直方向ではなく水平方向に配置されて溶接される場合にも使用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１  自動溶接装置
２  固定手段
３  溶接トーチ
４  計測手段
５  駆動手段
６  制御手段
１１  円形部材
１２  面部材
５１  第一駆動手段
５２  第二駆動手段
５３  第三駆動手段
５４  第四駆動手段
５５  第五駆動手段
５６  第六駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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