(57)【要約】【課題】板材の溶接において、板材の突き合わせ位置の候補となる位置から溶接すべき溶接位置を高い精度で決定し、高品質の溶接を提供する。【解決手段】２枚の板材を溶接するとき、板材の前記突き合わせ位置を含む表面形状の計測領域を、突き合わせ延在方向に移動させながら前記直交方向の表面凹凸を計測する間に、前記表面凹凸の計測結果に基づいて前記突き合わせ延在方向に直交する直交方向の前記板材の突き合わせ候補位置を順次取得する。また、前記突き合わせ候補位置を用いて前記直交方向の溶接位置を順次決定し、決定された前記溶接位置で溶接を行う。新たな溶接位置Ａを決定する際、前記表面凹凸を計測する間に既に決定された溶接位置Ｂと、取得した前記突き合わせ候補位置のうち、溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置よりも前記計測領域の移動方向の前方の側の前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、前記溶接位置Ａを決定する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の板材を前記板材の突き合わせ位置に沿って溶接するために、前記突き合わせ位置の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して前記突き合わせ延在方向に溶接を連続して行う溶接方法であって、
２枚の板材の前記突き合わせ位置を含む、前記交差方向に延びる表面形状の計測領域を、前記突き合わせ延在方向に移動させながら前記交差方向の表面凹凸を計測する間に、前記表面凹凸の計測結果に基づいて前記交差方向の前記板材の突き合わせ候補位置を順次取得するステップと、
前記表面凹凸を計測する間に、前記突き合わせ候補位置を用いて前記交差方向の溶接位置を順次決定するステップと、
決定された前記溶接位置で溶接を行うステップと、を有し、
前記溶接位置を決定するステップは、新たな溶接位置Ａを決定する際、前記表面凹凸を計測する間に既に決定された過去の溶接位置Ｂと、取得した前記突き合わせ候補位置のうち、溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置よりも前記計測領域の移動方向の前方の側に位置する、既に取得された前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、前記溶接位置Ａを決定するステップを含む、ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記溶接位置Ａを決定する際、前記溶接位置Ｂと前記前方突き合わせ候補位置Ｃとから予測された予測位置であって、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置における前記交差方向の予測位置Ｄを前記溶接位置Ａとして決定する、請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記予測位置Ｄは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記溶接位置Ｂと前記前方突き合わせ候補位置Ｃの分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測する、請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記前方突き合わせ候補位置Ｃは、前記突き合わせ延在方向の各位置における前記突き合わせ候補位置のうち、各位置において前記溶接位置Ｂから予測された前記交差方向の予測位置Ｅを中心とした前記交差方向の所定範囲内にある候補位置である、請求項１〜３のいずれか1項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記予測位置Ｅは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記溶接位置Ｂの分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測した位置である、請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記前方突き合わせ候補位置Ｃは、計測した前記表面凹凸の最大高さが所定の範囲内にある表面凹凸を有する計測領域における突き合わせ候補位置である、請求項１〜５のいずれか1項に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記溶接を行うための溶接ヘッドが、決定した前記溶接位置Ａに応じて、前記交差方向に横移動することにより、前記溶接が行われる、請求項１〜６のいずれか1項に記載の溶接方法。
【請求項８】
前記溶接を行うための溶接ヘッドは、前記突き合わせ位置に沿うように移動し、さらに、前記溶接ヘッドは、前記溶接ヘッドの移動方向に対して横移動するようにトラバーサ上に設けられ、
前記溶接ヘッドが溶接を行う前記溶接ヘッドの移動方向における溶接実行位置は、前記計測領域に対して、前記溶接ヘッドの移動方向の後方の側にあり、
前記表面凹凸の計測は、前記板材の端から開始され、
前記溶接位置を決定するステップは、前記計測領域が前記板材上にあるが、前記溶接実行位置が前記板材上にない初期期間の一部の期間中、前記溶接ヘッドは、前記トラバーサにより、取得した前記突き合わせ候補位置の前記交差方向の平均の位置に応じて横移動するステップを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項９】
前記溶接を行うための溶接ヘッドは、前記突き合わせ位置に沿うように移動し、さらに、前記溶接ヘッドは、前記溶接ヘッドの移動方向に対して横移動するようにトラバーサ上に設けられ、
前記溶接ヘッドが溶接を行う前記溶接ヘッドの移動方向における溶接実行位置は、前記計測領域に対して、前記溶接ヘッドの移動方向の後方の側にあり、
前記表面凹凸の計測は、前記板材の端から開始され、
前記溶接位置を決定するステップは、前記計測領域が前記板材上にあるが、前記板材の突き合わせ位置の端から前記計測領域までの移動距離が所定距離以下である期間中、取得した前記突き合わせ候補位置を用い前記過去の溶接位置Ｂを用いずに、前記溶接位置Ａを決定するステップを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記初期期間の一部の期間中に前記溶接位置Ａを決定する際、前記突き合わせ候補位置から予測された予測位置であって、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置における前記交差方向の予測位置Ｆを前記溶接位置Ａとして決定する、請求項９に記載の溶接方法。
【請求項１１】
前記予測位置Ｆは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記突き合わせ候補位置の分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測する、請求項１０に記載の溶接方法。
【請求項１２】
前記予測位置Ｆの予測に用いる前記突き合わせ候補位置の分布は、前記突き合わせ延在方向の各位置における前記突き合わせ候補位置のうち、各位置において前記突き合わせ候補位置から予測された前記交差方向の予測位置Ｇを中心とした前記交差方向の所定範囲内にある候補位置の分布である、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１３】
前記突き合わせ候補位置を取得するとき、前記計測領域における前記表面凹凸の計測データを、
（１）表面の凹みが深いことにより計測不能点を有するデータと、
（２）表面に、予め設定された第1の量以上の凹みを有するデータと、
（３）表面に、予め設定された第2の量以上の段差をもって前記２枚の板材の表面レベルが変化するデータと、に少なくとも分類し、
前記（１）に分類されたとき、前記計測不能点の中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定め、
前記（２）に分類されたとき、前記凹みの中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定め、
前記（３）に分類されたとき、前記段差の中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定める、
請求項１〜１２のいずれか1項に記載の溶接方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の溶接方法により前記板材を溶接することにより、1枚の板材を製造する、板材の製造方法。
【請求項１５】
２枚の板材を前記板材の突き合わせ位置に沿って溶接するために、前記突き合わせ位置の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して前記突き合わせ延在方向に溶接を連続して行う溶接装置であって、
一方向に移動する移動体に搭載され、前記移動体の移動中、板材を溶接する溶接ヘッドと、
前記移動体に搭載され、前記溶接ヘッドに対して前記移動体の移動方向の移動前方側に設けられ、前記移動体の移動により、２枚の板材の前記突き合わせ位置を含む表面形状の計測領域を移動させながら前記交差方向の表面凹凸を計測する表面凹凸計測センサと、
前記表面凹凸計測センサの移動中、前記溶接ヘッドが溶接すべき前記交差方向における溶接位置を、順次決定する処理装置と、を備え、
前記処理装置は、
前記表面凹凸の計測結果に基づいて前記交差方向の前記板材の突き合わせ候補位置を順次取得する取得部と、
前記処理装置が新たな溶接位置Ａを決定する際、前記表面凹凸を計測する間に既に決定した過去の溶接位置Ｂと、取得した前記突き合わせ候補位置のうち、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記移動方向の位置よりも前記移動方向の前方の側に位置する、既に取得された前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、前記溶接位置Ａを決定する処理部と、を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項１６】
前記移動体は、経路に沿って移動するように設けられた３つの車輪を備え、
前記車輪は、前記移動体の移動方向の同じ位置に設けられた２つの第１の車輪と、前記第１の車輪と前記移動方向の異なる位置に設けられた１つの第２の車輪と、を含み、前記第２の車輪と前記表面凹凸計測センサの前記計測領域の中心との間の離間距離は、前記第１の車輪の間の離間距離の半分よりも短い、請求項１５に記載の溶接装置。
【請求項１７】
前記表面凹凸計測センサは、前記交差方向の所定の範囲を前記計測領域とし、
前記表面凹凸計測センサは、前記移動体の移動方向に対して横移動可能なトラバーサ上に設けられ、
前記トラバーサは、前記板材の突き合わせ候補位置に応じて、前記表面凹凸計測センサを横移動させる、請求項１５または１６に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の板材をこの板材の突き合わせ位置に沿って溶接するために、板材の突き合わせ位置の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して突き合わせ延在方向に溶接を連続して行う溶接方法及び溶接装置と、この溶接方法を用いた板材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２枚の板材を溶接するとき、アーク溶接を行う場所に、同時にレーザ光を照射して板材の突き合わせ位置を局所的に溶かし、この部分に溶接材を溶け込ませることで、溶接入熱を抑えることができるレーザ・アークハイブリッド溶接が行われている。このレーザ・アークハイブリッド溶接では、極めて狭い範囲にしかビードが形成されない点で優れている。また、レーザ・アークハイブリッド溶接では、溶接入熱を抑えることができるので、板材の熱歪を小さくすることができる。
このようなレーザ・アークハイブリッド溶接については、一般商船への適用も行われている（下記非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「レーザ・アークハイブリッド溶接の初の一般商船への適用」、古賀宏志他、三菱重工技報  Vol.47 No.3(2010) 船舶・海洋特集、第８６-９１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レーザ・アークハイブリッド溶接では、レーザ光の照射位置を板材の突き合わせ位置に正確に合わせることが必要であり、位置合わせの精度は０．１ｍｍ以下にすることが要求される。レーザ・アークハイブリッド溶接が適用される板材（ワーク）の突き合わせ端は、直線性が高く、目違い（段差）が極めて小さい場合、突き合わせ位置における隙間は限りなく０に近くなるため、板材の突き合わせ位置を目視で特定できず、画像診断によっても突き合わせ位置の特定は困難である。
【０００５】
一方、レーザ光の照射位置が突き合わせ位置とずれた状態で溶接した場合、ブローホール（溶接欠陥）が発生し、溶接の質が低下する。
また、レーザ・アークハイブリッド溶接を搭載した走行台車を、突き合わせようとする板材上で走行させて溶接する場合、板材の表面凹凸のうねりによって、走行台車も上下に変動するので、板材上に焦点が位置するように構成したレーザ光では、その焦点の位置も変動し易い。このため板材に照射するレーザ光のエネルギー密度も変動し、溶接の品質に影響を与え易い。
また、溶接位置の決定のために用いる板材の突き合わせ位置を得るために、板材の突き合わせ位置を含む板材の表面凹凸の形状を、板材上で走行台車を移動させながら計測するとき、計測領域が、突き合わせ位置から外れる場合もある。特に、突き合わせ位置の隙間が極めて小さい場合、計測精度の高いレーザセンサを用いるが、このレーザセンサの計測領域は狭い範囲に制限されるため、計測領域が突き合わせ位置から外れ易くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、板材の突き合わせ位置の候補となる位置から溶接すべき溶接位置を高い精度で決定し、高品質の溶接を提供することができる溶接方法及び溶接装置、及びこの溶接を用いた板材の製造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】
【０００７】
本発明の一態様は、２枚の板材を前記板材の突き合わせ位置に沿って溶接するために、前記突き合わせ位置の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して前記突き合わせ延在方向に溶接を連続して行う溶接方法である。
当該溶接方法は、
２枚の板材の前記突き合わせ位置を含む、前記交差方向に延びる表面形状の計測領域を、前記突き合わせ延在方向に移動させながら前記交差方向の表面凹凸を計測する間に、前記表面凹凸の計測結果に基づいて前記交差方向の前記板材の突き合わせ候補位置を順次取得するステップと、
前記表面凹凸を計測する間に、前記突き合わせ候補位置を用いて前記交差方向の溶接位置を順次決定するステップと、
決定された前記溶接位置で溶接を行うステップと、を有し、
前記溶接位置を決定するステップは、新たな溶接位置Ａを決定する際、前記表面凹凸を計測する間に既に決定された過去の溶接位置Ｂと、取得した前記突き合わせ候補位置のうち、溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置よりも前記計測領域の移動方向の前方の側に位置する、既に取得された前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、前記溶接位置Ａを決定するステップを含む。
【０００８】
前記溶接位置Ａを決定する際、前記溶接位置Ｂと前記前方突き合わせ候補位置Ｃとから予測された予測位置であって、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置における前記交差方向の予測位置Ｄを前記溶接位置Ａとして決定する、ことが好ましい。
【０００９】
前記予測位置Ｄは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記溶接位置Ｂと前記前方突き合わせ候補位置Ｃの分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測する、ことが好ましい。
【００１０】
前記前方突き合わせ候補位置Ｃは、前記突き合わせ延在方向の各位置における前記突き合わせ候補位置のうち、各位置において前記溶接位置Ｂから予測された前記交差方向の予測位置Ｅを中心とした前記交差方向の所定範囲内にある候補位置である、ことが好ましい。
【００１１】
前記予測位置Ｅは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記溶接位置Ｂの分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測した位置である、ことが好ましい。
【００１２】
前記前方突き合わせ候補位置Ｃは、計測した前記表面凹凸の最大高さが所定の範囲内にある表面凹凸を有する計測領域における突き合わせ候補位置である、ことが好ましい。
【００１３】
前記溶接を行うための溶接ヘッドが、決定した前記溶接位置Ａに応じて、前記交差方向に横移動することにより、前記溶接が行われる、ことが好ましい。
【００１４】
前記溶接を行うための溶接ヘッドは、前記突き合わせ位置に沿うように移動し、さらに、前記溶接ヘッドは、前記溶接ヘッドの移動方向に対して横移動するようにトラバーサ上に設けられ、
前記溶接ヘッドが溶接を行う前記溶接ヘッドの移動方向における溶接実行位置は、前記計測領域に対して、前記溶接ヘッドの移動方向の後方の側にあり、
前記表面凹凸の計測は、前記板材の端から開始され、
前記溶接位置を決定するステップは、前記計測領域が前記板材上にあるが、前記溶接実行位置が前記板材上にない初期期間の一部の期間中、前記溶接ヘッドは、前記トラバーサにより、取得した前記突き合わせ候補位置の前記交差方向の平均の位置に応じて横移動するステップを含む、ことが好ましい。
【００１５】
前記溶接を行うための溶接ヘッドは、前記突き合わせ位置に沿うように移動し、さらに、前記溶接ヘッドは、前記溶接ヘッドの移動方向に対して横移動するようにトラバーサ上に設けられ、
前記溶接ヘッドが溶接を行う前記溶接ヘッドの移動方向における溶接実行位置は、前記計測領域に対して、前記溶接ヘッドの移動方向の後方の側にあり、
前記表面凹凸の計測は、前記板材の端から開始され、
前記溶接位置を決定するステップは、前記計測領域が前記板材上にあるが、前記板材の突き合わせ位置の端から前記計測領域までの移動距離が所定距離以下である期間中、取得した前記突き合わせ候補位置を用い前記過去の溶接位置Ｂを用いずに、前記溶接位置Ａを決定するステップを含む、ことが好ましい。
前記初期期間の一部の期間中に前記溶接位置Ａを決定する際、前記突き合わせ候補位置から予測された予測位置であって、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記突き合わせ延在方向の位置における前記交差方向の予測位置Ｆを前記溶接位置Ａとして決定する、ことが好ましい。
このとき、前記予測位置Ｆは、前記突き合わせ延在方向の各位置に対する前記突き合わせ候補位置の分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測する、ことが好ましい。
前記予測位置Ｆの予測に用いる前記突き合わせ候補位置の分布は、前記突き合わせ延在方向の各位置における前記突き合わせ候補位置のうち、各位置において前記突き合わせ候補位置から予測された前記交差方向の予測位置Ｇを中心とした前記交差方向の所定範囲内にある候補位置の分布である、ことが好ましい。
【００１６】
前記突き合わせ候補位置を取得するとき、前記計測領域における前記表面凹凸の計測データを、
（１）表面の凹みが深いことにより計測不能点を有するデータと、
（２）表面に、予め設定された第1の量以上の凹みを有するデータと、
（３）表面に、予め設定された第2の量以上の段差をもって前記２枚の板材の表面レベルが変化するデータと、に少なくとも分類し、
前記（１）に分類されたとき、前記計測不能点の中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定め、
前記（２）に分類されたとき、前記凹みの中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定め、
前記（３）に分類されたとき、前記段差の中心位置を、前記突き合わせ候補位置と定める、ことが好ましい。
【００１７】
本発明の他の一態様は、前記溶接方法により前記板材を溶接することにより、1枚の板材を製造する、板材の製造方法である。
【００１８】
本発明のさらに他の一態様は、２枚の板材を前記板材の突き合わせ位置に沿って溶接するために、前記突き合わせ位置の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して前記突き合わせ延在方向に溶接を連続して行う溶接装置である。
当該溶接装置は、
一方向に移動する移動体に搭載され、前記移動体の移動中、板材を溶接する溶接ヘッドと、
前記移動体に搭載され、前記溶接ヘッドに対して前記移動体の移動方向の移動前方側に設けられ、前記移動体の移動により、２枚の板材の前記突き合わせ位置を含む表面形状の計測領域を移動させながら前記交差方向の表面凹凸を計測する表面凹凸計測センサと、
前記表面凹凸計測センサの移動中、前記溶接ヘッドが溶接すべき前記交差方向における溶接位置を、順次決定する処理装置と、を備え、
前記処理装置は、
前記表面凹凸の計測結果に基づいて前記交差方向の前記板材の突き合わせ候補位置を順次取得する取得部と、
前記処理装置が新たな溶接位置Ａを決定する際、前記表面凹凸を計測する間に既に決定した過去の溶接位置Ｂと、取得した前記突き合わせ候補位置のうち、前記溶接位置Ａを決定しようとする前記移動方向の位置よりも前記移動方向の前方の側に位置する、既に取得された前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、前記溶接位置Ａを決定する処理部と、を備える。
【００１９】
前記移動体は、経路に沿って移動するように設けられた３つの車輪を備え、
前記車輪は、前記移動体の移動方向の同じ位置に設けられた２つの第１の車輪と、前記第１の車輪と前記移動方向の異なる位置に設けられた１つの第２の車輪と、を含み、前記第２の車輪と前記表面凹凸計測センサの前記計測領域の中心との間の離間距離は、前記第１の車輪の間の離間距離の半分よりも短い、ことが好ましい。
【００２０】
前記表面凹凸計測センサは、前記交差方向の所定の範囲を前記計測領域とし、
前記表面凹凸計測センサは、前記移動体の移動方向に対して横移動可能なトラバーサ上に設けられ、
前記トラバーサは、前記板材の突き合わせ候補位置に応じて、前記表面凹凸計測センサを横移動させる、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
上記溶接方法及び溶接装置によれば、板材の突き合わせ位置の候補となる位置から溶接すべき溶接位置を高い精度で決定することができ、高品質の溶接を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の溶接方法の一例を説明する図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の溶接装置の一例の構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態の溶接装置に用いる処理装置の構成の一例を示す図である。
【図４】本実施形態で得られる突き合わせ候補位置、及び処理装置が決定した溶接位置の一例を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における表面凹凸の計測結果から、突き合わせ候補位置を取得する方法の一例を示す図である。
【図６】本実施形態で得られる仮り付け溶接点の計測結果の一例を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態で行う溶接時の処理の例を説明する図である。
【図８】本実施形態の溶接方法で決定した溶接位置の、走行位置に対する突き合わせ候補位置と決定した溶接位置の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は、４輪の移動台車を用いた溶接装置における溶接ヘッドから計測領域の中心点までの高さの変動の例を示す図であり、（ｂ）は、本実施形態の溶接装置における、溶接ヘッドから計測領域の中心点までの高さの変動の例を示す図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、移動台車を用いて計測領域の中心点を種々変化させたときの、溶接ヘッドから計測領域の中心点までの高さの変動の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本実施形態の溶接方法の一例を説明する図である。
本実施形態の溶接方法では、２枚の板材１，２を板材の端で突き合わせ、この突き合わせ位置５に沿って溶接する。このとき、突き合わせ位置５の突き合わせ延在方向と交差する交差方向の溶接すべき溶接位置を決定して突き合わせ延在方向に溶接４を連続して行う。本明細書において、溶接位置とは交差方向における溶接すべき位置をいう。また、後述する突き合わせ候補位置も交差方向における位置をいう。交差方向は、突き合わせ延在方向に交差していれば、直交方向あるいは略直交方向（８０度〜１００度）に限られず、例えば突き合わせ延在方向に対して４５度以上８０度未満傾斜した傾斜方向であってもよい。
溶接４は、板材１，２上をＸ方向に移動する、溶接ヘッド及び表面凹凸計測センサを備えた溶接装置１０を用いて行う。溶接装置１０は、移動台車上に設けられる。溶接ヘッドが溶接４を行う溶接実行位置ＷＰは、表面凹凸計測センサが表面凹凸の計測を行う計測領域ＭＲは、移動台車１０の移動方向前方に位置する。Ｘ方向は、板材１，２の突き合わせ延在方向と一致していることが好ましいが、必ずしも一致しなくてもよく、例えば０．５度以下ずれていてもよい。図１中のＹ方向は、Ｘ方向に直交する方向である。
なお、板材１，２の突き合わせ位置の延長上には、板材１，２と当接した板材からなるタブ３が設けられる。タブ３は、板材１，２の溶接４が開始される前に予めタブ３に事前の溶接を実行するために設けられる。
【００２４】
図２（ａ），（ｂ）は、本実施形態の溶接装置１０の一例の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は、溶接装置１０を側面から見た、構成の一部を示す模式図であり、図２（ｂ）は、溶接装置１０を上面から見た、構成の一部を示す模式図である。
溶接装置１０は、移動台車（移動体）１１に、溶接ヘッド１２、溶接装置本体１３、表面凹凸計測センサ１４、溶接ヘッドトラバーサ１６、センサトラバーサ１８、処理装置２０、接触センサ２１が搭載されている。
移動台車１１は、図示されないレールに沿って形成される移動経路に沿って、板材１，２の上をＸ方向に移動する。移動台車１１には、図示されない移動のためのモータ等の駆動源が搭載される。接触センサ２１は、経路の端に設けられた部材と接触することにより、移動台車１１の移動を停止するためのリミッタとして機能する。
【００２５】
溶接ヘッド１２は、アークトーチ１２ａとレーザヘッド１２ｂを備え、移動台車１０のＸ方向への移動中、板材１，２のレーザ・アークハイブリッド溶接を行う。
アークトーチ１２ａは、溶接装置本体１３に接続され、溶接装置本体１３から溶接のための電力が供給される。
【００２６】
表面凹凸計測センサ１４は、移動台車１１のＸ方向への移動により、２枚の板材１，２の突き合わせ位置を含む表面形状の計測領域ＭＲ（図２（ｂ）参照）を突き合わせ延在方向に移動させながら交差方向の表面凹凸を計測する。表面凹凸計測センサ１４は、溶接ヘッド１２に対して移動台車１１の移動方向の移動前方側に設けられる。これにより、表面凹凸計測センサ１４の計測領域ＭＲは、溶接ヘッド１２の溶接実行位置ＷＰに対して、移動台車１１の移動方向の移動前方側に位置する。
本実施形態では、表面凹凸計測センサ１４として線状にレーザ光を照射して表面凹凸を計測するレーザセンサを用いる。表面凹凸計測センサ１４は、計測領域ＭＲがＹ方向に略平行な線状の領域となるように、配置される。
【００２７】
溶接ヘッドトラバーサ１６は、溶接ヘッド１２をＹ方向に横移動させる。この横移動は、処理装置２０で決定された溶接位置Ａに応じて行われる。すなわち、溶接実行位置ＷＰが、今から溶接しようとする溶接位置に対応するように溶接ヘッド１２の横移動が行われる。
【００２８】
センサトラバーサ１８は、表面凹凸計測センサ１４をＹ方向に横移動させる。センサトラバーサ１８は、板材１，２の後述する突き合わせ候補位置に応じて、表面凹凸計測センサ１４をＹ方向に横移動させることが好ましい。一実施形態によれば、表面凹凸計測センサ１４の範囲の狭い計測領域ＭＲ内に突き合わせ候補位置が常に入るように、センサトラバーサ１８は、計測直前に取得した突き合わせ候補位置に応じて表面凹凸計測センサ１４を横移動させる。例えば、表面凹凸計測センサ１４の計測領域ＭＲの中心に突き合わせ候補位置が常に一致するように、センサトラバーサ１８は、表面凹凸計測センサ１４を横移動させる。板材１，２の突き合わせ位置は、移動台車１１の移動方向であるＸ方向に平行に延びているとは限らず、この場合において、移動台車１１の移動に伴って突き合わせ位置が計測領域ＭＲから外れることを阻止することができる。したがって、計測精度が高く、計測領域ＭＲの範囲が狭いレーザセンサを用いても、計測領域ＭＲが突き合わせ位置から外れ難い。
【００２９】
処理装置２０は、移動台車１１による表面凹凸計測センサ１４の移動中、表面凹凸計測センサ１４による計測結果に基づいて、溶接ヘッド１２が溶接すべき溶接位置を、順次決定する部分である。
【００３０】
図３は、処理装置２０の構成の一例を示す図である。
処理装置２０は、ＣＰＵ２０ａとメモリ２０ｂを有するコンピュータで構成される。メモリ２０ｂに記憶されたプログラムを起動することにより、取得部５０と処理部５２とを形成する。すなわち、取得部５０及び処理部５２は、ソフトウェアにより機能を発揮するソフトウェアモジュールである。
取得部５０は、表面凹凸計測センサ１４による板材１，２の表面凹凸の計測結果に基づいて交差方向の板材１，２の突き合わせ候補位置を順次取得する部分である。
処理部５２は、新たな溶接位置Ａを決定する際、板材１，２の表面凹凸を計測する間に既に決定した過去の溶接位置Ｂと、取得部５０が取得した突き合わせ候補位置のうち、溶接位置Ａを決定しようとする移動方向の位置よりも移動方向の前方の側に位置する、既に取得した前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、溶接位置Ａを決定する部分である。
処理部５２は、突き合わせ候補位置の情報及び溶接位置Ａ，Ｂの情報を、溶接ヘッド１２及び表面凹凸計測センサ１４の横移動のために、溶接ヘッドトラバーサ１６及びセンサトラバーサ１８に送る。
【００３１】
図４は、本実施形態で得られる突き合わせ候補位置、及び処理装置２０が決定した溶接位置の一例を示す図である。図中のグラフの横軸は、板材１，２の端からの距離を表す走行位置Ｌを示す。
計測領域ＭＲは、溶接実行位置ＷＰに対して、移動台車１１の移動方向の前方側にある。処理装置２０が決定する溶接位置Ａは、移動台車１１の移動方向の計測領域ＭＲと溶接実行位置ＷＰとの間にある。例えば、計測領域ＭＲは、溶接実行位置ＷＰに対して移動台車１１の移動方向の前方１１０ｍｍの位置にあり、今、決定しようとする溶接位置Ａは、計測領域ＭＲに対して移動台車１１の移動方向の後方側７０ｍｍに位置する。
【００３２】
処理装置２０は、今決定しようとする新たな溶接位置Ａ（図４参照）を、既に決定された過去の溶接位置Ｂ（図４参照）と、今後、溶接位置を決定しようとする決定のベースとなる、後述する前方突き合わせ候補位置Ｃ（図４参照）とを用いて決定する。ここで、前方突き合わせ候補位置Ｃは、計測領域ＭＲの表面凹凸の計測結果から取得した突き合わせ候補位置のうち、決定しようとする溶接位置Ａの、移動台車１１の移動方向の位置よりも計測領域ＭＲの移動方向の前方の側に位置する既に取得したデータである。このように、処理装置２０は、決定した過去の溶接位置Ｂと、今後の溶接位置の決定のベースとなる前方突き合わせ候補位置Ｃとを用いて溶接位置Ａを決定するので、溶接位置Ａを高い精度で決定することができる。処理装置２０は、決定した溶接位置Ｂが十分にあり、前方突き合わせ候補位置Ｃが十分にある場合、一実施形態によれば、決定しようとする溶接位置Ａの移動方向における位置から、例えば後方側７０ｍｍの位置までの範囲内にある溶接位置Ｂと、例えば前方側７０ｍｍの位置までの範囲内にある前方突き合わせ候補位置Ｃとを用いる。
【００３３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、計測領域ＭＲにおける表面凹凸の計測結果から、突き合わせ候補位置を取得する方法の一例を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）では、板材１，２の表面凹凸の高さ方向をＺ方向と表している。
計測領域ＭＲは、上述したように、線状のレーザ光の照射領域であるため、計測結果は計測領域ＭＲに沿った板材１，２の表面凹凸形状のデータである。図５（ａ）〜（ｃ）は種々の表面凹凸形状の例が示されている。
本実施形態では、処理装置２０は、表面凹凸形状のデータを下記のように少なくとも３つに分類して、突き合わせ候補位置を取得することが好ましい。
すなわち、処理装置２０の取得部５０は、
（１）表面の凹みが深いことにより計測不能点を有するデータと、
（２）表面に、予め設定された第１の量以上（例えば０．３ｍｍ以上）の凹みを有するデータと、
（３）表面に、予め設定された第２の量以上（例えば０．０４ｍｍ以上）の段差をもって２枚の板材１，２の表面レベルが変化するデータと、に少なくとも分類し、
（１）に分類されたデータに対して、計測不能点の中心位置を、突き合わせ候補位置と定め、
（２）に分類されたとき、凹みの中心位置を、突き合わせ候補位置と定め、
（３）に分類されたとき、段差の中心位置を、突き合わせ候補位置と定める。
このような分類により、突き合わせ候補位置を正確に求めることができる。
処理装置２０の処理部５２は、好ましい一形態として、求めた突き合わせ候補位置の一部を、図４に示す溶接位置Ａを決定する際に用いる前方突き合わせ候補位置Ｃとする。この点は後述する。
【００３４】
このとき、一実施形態によれば、処理装置２０の取得部５０が求める突き合わせ候補位置は、計測した表面凹凸の最大高さが所定の範囲内にある表面凹凸を有する計測領域ＭＲにおける候補位置である。取得部５０は、計測領域ＭＲにおいて、例えば最大高さが０．５ｍｍを超えるデータは突き合わせ候補位置を求めるデータからを除去する。このようなデータは、板材１，２を突き合わせた際に板材１，２の仮り止めのために行った仮り付け溶接点のデータである可能性が高く、溶接位置Ａを決定する際のベースとなる突き合わせ候補位置から除去すべきデータである。図６は、仮り付け溶接点の計測結果の一例を示す図である。したがって、前方突き合わせ候補位置Ｃは、計測した表面凹凸の最大高さが所定の範囲内、例えば０．５ｍｍ以下であるデータにおける突き合わせ候補位置である。
このようなデータ処理により、取得部５０は、突き合わせ延在方向の各位置における突き合わせ候補位置を取得する。
【００３５】
次に、処理部５２は、以下の溶接位置決定処理を行う。
具体的には、処理部５２は、突き合わせ候補位置のうち、以下の条件を満たす突き合わせ候補位置を前方突き合わせ候補位置Ｃとする。すなわち、溶接を行う際に、既に決定した溶接位置Ｂから、突き合わせ延在方向の各位置において予測される交差方向の予測位置であって、今決定しようとする溶接位置Ａに対して突き合わせ延在方向の前方の各位置における予測位置を予測位置Ｅとする。この予測位置Ｅを中心とした交差方向の所定範囲内（例えば０．５ｍｍ以内）にある候補位置を、前方突き合わせ候補位置Ｃとする。
このとき予測位置Ｅは、一実施形態によれば、突き合わせ延在方向の各位置に対する溶接位置Ｂの分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測することが、正確に予測することができる点から好ましい。図４では、回帰直線で求まる各予測位置Ｅから所定範囲内（例えば、０．５ｍｍ）を超えた突き合わせ候補位置が丸印で囲まれて示されている。この丸印で囲まれた突き合わせ候補位置が除外され、残りの突き合わせ候補位置が前方突き合わせ候補位置Ｃとされる。これにより、板材１,２の表面に付着した、溶接やレーザ照射により発生した塵や微粒子に起因した表面凹凸のノイズ成分を除去することができ、前方突き合わせ候補位置Ｃを正確に取得することができる。
【００３６】
処理部５２は、溶接位置Ｂと前方突き合わせ候補位置Ｃを用いて溶接位置Ａを決定する。一実施形態によれば、処理部５２は、溶接位置Ａを決定する際、図４に示すように、
溶接位置Ｂと前方突き合わせ候補位置Ｃから予測した予測位置Ｄを求めることが好ましい。この予測位置Ｄは、溶接位置Ａを決定しようとする突き合わせ延在方向の位置における、交差方向の位置である。これにより、精度の高い溶接位置Ａを決定することができる。このとき、予測位置Ｄは、突き合わせ延在方向の各位置に対する溶接位置Ｂと前方突き合わせ候補位置Ｃの分布を直線回帰した回帰直線を用いて、溶接位置Ａを決定しようとする突き合わせ延在方向の位置において予測することが、精度の高い溶接位置Ａを決定することができる点から好ましい。
【００３７】
処理部５２が行う溶接位置Ａを決定しようとする上述した処理は、溶接位置Ａを決定しようとする突き合わせ延在方向の位置に対して前方側に所定距離までの範囲内、例えば７０ｍｍまでの範囲内にある前方突き合わせ候補位置Ｃと後方側に所定距離までの範囲内、例えば７０ｍｍまでの範囲内にある既に決定した溶接位置Ｂの情報を用いるので、上記前方側７０ｍｍの範囲の前方突き合わせ候補位置Ｃと後方側７０ｍｍの範囲の溶接位置Ｂの情報が存在することが前提である。しかし、溶接位置Ａを、板材１，２の端から順番に決定する場合、前方突き合わせ候補位置Ｃ及び溶接位置Ｂは十分に存在しない。このため、処理部５２は、前方突き合わせ候補位置Ｃ及び溶接位置Ｂが十分に存在しない場合、上記処理に代えて下記処理を行う。
図７（ａ）〜（ｃ）は、溶接時の処理の例を説明する図である。図７（ａ）〜（ｃ）では、板材１，２の突き合わせ位置５の延在方向（左上方への傾斜）は強調して示されている。
【００３８】
計測領域ＭＲが板材１，２上にあるが、溶接実行位置ＷＰが板材１，２上にない初期期間（例えば、溶接実行位置ＷＰがタブ３上に位置する期間）の一部の期間中、例えば、上記初期期間の前半において、例えば、走行位置Ｌ（Ｌは、計測領域ＭＲの板材１，２の端からの距離に対応）が０ｍｍ以上４０ｍｍ未満の場合、図７（ａ）に示すように、表面凹凸計測センサ１４は表面凹凸の計測を開始しており、取得部５０は、突き合わせ候補位置を取得している。このとき、溶接ヘッド１２は、取得部５０が取得した突き合わせ候補位置の、移動方向と直交する直交方向の平均の位置に応じて、溶接ヘッドトラバーサ１６により横移動する。これにより、溶接ヘッド１２がいきなり大きく横移動することを抑制することができ、板材１,２の端部における溶接を確実に行うことができる。
【００３９】
一方、板材の突き合わせ位置の端から計測領域ＭＲまでの移動距離が所定距離以下である期間中、例えば、走行位置Ｌが１４０ｍｍ以下の期間中、図７（ｂ）に示すように、処理部５２は、決定しようとする溶接位置Ａの突き合わせ延在方向の位置の前方及び後方の、取得した突き合わせ候補位置を用い、過去に決定した溶接位置Ｂを用いずに、溶接位置Ａを決定する。
一実施形態によれば、処理部５２は、取得した突き合わせ候補位置から予測された予測位置であって、溶接位置Ａを決定しようとする突き合わせ延在方向の位置における交差方向の予測位置Ｆを溶接位置Ａとして決定することが好ましい。
このとき、処理部５２は、予測位置Ｆを、突き合わせ延在方向の各位置に対する突き合わせ候補位置の分布を直線回帰した回帰直線を用いて予測する、ことが好ましい。
予測位置Ｆの予測に用いる突き合わせ候補位置の分布は、突き合わせ延在方向の各位置における突き合わせ候補位置のうち、各位置において突き合わせ候補位置から予測された交差方向の予測位置Ｇを中心とした交差方向の所定範囲内（例えば、０．５ｍｍの範囲内）にある候補位置の分布である、ことが好ましい。
このように、溶接位置Ａが順次決定されるが、決定された溶接位置Ａは、順次、決定した予測位置Ｂとしてメモリ２０ａに記録される。このように、移動台車１１による移動により、走行位置Ｌが変更され、新たな溶接位置Ａが決定されるたびに、溶接位置Ａは、溶接位置Ｂとして記録保存される。溶接位置Ｂは、走行位置Ｌが４０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下の場合、溶接位置Ａの決定のために用いられないが、走行位置Ｌが１４０ｍｍを越えた際に、溶接位置Ａの決定のために用いられる。溶接位置Ｂは、走行位置Ｌが１４０ｍｍになるまで常時更新される。
【００４０】
一方、計測領域ＭＲ及び溶接実行位置ＷＰがともに板材１，２上にある場合、すなわち、移動位置Ｌが１４０ｍｍを超える場合、上述した図４に示す溶接位置決定処理に従がって、すなわち、図７（ｃ）に示すように、決定しようとする溶接位置Ａの突き合わせ延在方向の位置に対して、前方側７０ｍｍの範囲内にある前方突き合わせ候補位置Ｃと、後方側７０ｍｍの範囲内にある溶接位置Ｂとを用いて溶接位置Ａを決定する。この場合、走行位置
【００４１】
したがって、溶接装置１０では、以下の溶接処理方法が実行される。
まず、板材１，２が仮り付け溶接され、タブ３が取り付けられる。溶接装置２０は、略板材１，２の突き合わせ延在方向に移動可能なように板材１,２上に配置される。したがって、溶接装置１０の移動方向は、突き合わせ延在方向であるＸ方向に略一致する。
【００４２】
次に、図１に示す溶接装置１０を板材１，２上でＸ方向に移動させることにより、２枚の板材１，２の突き合わせ位置を含む表面形状の計測領域ＭＲを突き合わせ延在方向に移動させながら、表面凹凸計測センサ１４は、交差方向の表面凹凸を計測する。この計測の間に、取得部５０は、表面凹凸の計測結果に基づいて交差方向の板材１，２の突き合わせ候補位置を順次取得する。
さらに、処理部５２は、表面凹凸を計測する間に、突き合わせ候補位置を用いて交差方向の溶接位置を順次決定する。
次に、溶接ヘッド１２は、決定された溶接位置で溶接を順次行う。
溶接実行位置ＷＰが板材１，２上にない初期期間以降の期間中、処理部５２が新たな溶接位置Ａを決定するとき、表面凹凸を計測する間に既に決定された過去の溶接位置Ｂと、取得した突き合わせ候補位置のうち、溶接位置Ａを決定しようとする突き合わせ延在方向の位置よりも計測領域ＭＲの移動方向の前方の側に位置する前方突き合わせ候補位置Ｃと、を用いて、溶接位置Ａを決定する。溶接実行位置ＷＰが板材１，２上にない初期期間中、処理部５２は、図７（ａ），（ｂ）に示す各処理を行う。
【００４３】
図８は、上記溶接方法で決定した溶接位置の、走行位置Ｌに対する突き合わせ候補位置と決定した溶接位置の一例を示す図である。図中の凡例では、突き合わせ候補位置を「候補位置」と示し、決定した溶接位置を「溶接位置」と示している。
図７に示すように、突き合わせ候補位置がノイズ成分によってばらついても、安定した溶接位置を決定することができることがわかる。
【００４４】
溶接装置１０は、一実施形態によれば、移動台車１１は、所定の経路に沿って移動するように設けられた３つの車輪２２ａ〜２２ｃ（図２（ｂ）参照）を備える。この３つの車輪は、移動台車１１の移動方向の同じ位置に設けられた２つの第１の車輪２２ａ，２２ｂ（図２（ｂ）参照）と、第１の車輪２２ａ，２２ｂと移動方向の異なる位置、例えば移動方向後方側に設けられた１つの第２の車輪２２ｃ（図２（ｂ）参照）と、を含む。この場合、第２の車輪２２ｃと計測領域ＭＲの中心点との間の離間距離Ｗ１（図２（ｂ）参照）は、第１の車輪２２ａと第１の車輪２２ｂとの間の離間距離Ｗ０（図２（ｂ）参照）の半分よりも短いことが好ましい。
【００４５】
図９（ａ）は、本実施形態の３輪の移動台車に代えて４輪の移動台車に搭載された溶接装置における、溶接ヘッド１２から計測領域ＭＲの中心点までの高さの変動の例を示す図である。４輪の移動台車は、移動台車の移動方向の前方側の同じ位置に一対の車輪、後方側の同じ位置に一対の車輪が設けられた構成であり、表面凹凸計測センサが、移動台車の後方側の一対の車輪の間の中間の位置に設けられている。一方、図９（ｂ）は、本実施形態の３輪の移動台車１１を用いた溶接装置１０における、溶接ヘッド１２から計測領域ＭＲの中心点までの高さの変動の例を示す図である。図９（ａ），（ｂ）に示すグラフでは、所定の基準高さに対する相対高さで、縦軸の「高さ（ｍｍ）」を示している。
【００４６】
図９（ａ）に示す高さ変動は、約２．５ｍｍであるのに対し、図９（ｂ）に示す高さ変動は、約１．５ｍｍである。この変動は、板材１，２のわずかな表面凹凸によって形成されるものである。４輪の移動台車が３輪の移動台車に比べて高さ変動が大きいのは、４輪のうち１つの車輪が浮く場合があり、移動台車の上下方向の位置が不安定になり変動し易くなることに起因し、溶接ヘッド及び表面凹凸計測センサが、一対の車輪の間の中間の位置に設けられていることに起因すると考えられる。これより、本実施形態の３輪の移動台車１１に搭載された溶接装置１０は、高さの変動を小さくするので、レーザ光の焦点位置がずれ難く、突合せ位置に照射するレーザ光のエネルギー密度の変動を小さくすることができ、高品質の溶接を実現できる点から好ましいといえる。
【００４７】
離間距離Ｗ１は、離間距離Ｗ０の４分の１よりも短いことがより好ましく、離間距離Ｗ０の５分の１よりも短いことがよりいっそう好ましく、離間距離Ｗ０の１０分の１以下であることが特に好ましい。表面凹凸計測センサ１４は、センサトラバーサ１８によって横移動するが、この場合においても横移動して離間距離Ｗ１が最大となっても、この離間距離Ｗ１は、離間距離Ｗ０に対して上記範囲にあることが好ましい。
【００４８】
図１０（ａ），（ｂ）は、４輪の移動台車を用いて計測領域ＭＲの中心点を種々変化させたときの溶接ヘッドから計測領域の中心点までの高さの変動の例を示す図である。
図１０（ａ）には、計測領域ＭＲの中心点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の位置を示し、図１０（ｂ）は、そのとき高さの変動の例を示している。図１０（ｂ）に示すグラフでは、所定の基準高さに対する相  対高さで、縦軸の「高さ（ｍｍ）」を示している。
図１０（ｂ）からわかるように、計測領域ＭＲの中心点を車輪に近づけることで、高さの変動は小さくなるので、レーザ光の焦点位置がずれ難く、突合せ位置に照射するレーザ光のエネルギー密度の変動を小さくすることができ、高品質の溶接を実現できる。
【００４９】
上記溶接装置１０を用いた溶接方法により、１枚の板材を製造することができる。
【００５０】
以上、本発明の溶接方法、溶接装置、及び板材の製造方法について詳細に説明したが、本発明の溶接方法、溶接装置、及び板材の製造方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１，２  板材
３  タブ
４  溶接
５  突き合わせ位置
１０  溶接装置
１１  移動台車
１２  溶接ヘッド
１２ａ  アークトーチ
１２ｂ  レーザヘッド
１３  溶接装置本体
１４  表面凹凸計測センサ
１６  溶接ヘッドトラバーサ
１８  センサトラバーサ
２０  処理装置
２０ａ  メモリ
２０ｂ  ＣＰＵ
２１  接触センサ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  車輪
５０  取得部
５２  処理部
【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】
2018134654.tif 000009
【図８】
2018134654.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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