JP3586021B2

JP3586021B2 - Positioning jig for welding steel segments and welding equipment

Info

Publication number: JP3586021B2
Application number: JP30876495A
Authority: JP
Inventors: 悦朗木村
Original assignee: 有限会社木村鉄工所; 東洋鉄工株式会社
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2015-11-28
Also published as: JPH09150264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの支持壁を構成するセグメント、特に、トンネルの軸方向に隣接する他のセグメントと接続される鋼製の主桁板と周方向に隣接する他のセグメントと接続される鋼製の継手板からなる枠体に円弧状に成形された鋼製のスキンプレートを溶接して構成される鋼製セグメント製造する際に用いる溶接用位置決め治具と、この位置決め治具を用いた溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製セグメントは円周方向及び軸方向に連結されてトンネルの支持壁を構成するものであり、土圧に対抗し得る強度と地下水の漏洩を防止し得る水密性を有することが必須である。
【０００３】
鋼製セグメントは、目的のトンネルの内径に対応する半径と、トンネルの内径を予め設定された数で分割した角度に対応する角度を持った円弧状で且つ予め設定された軸方向の長さを有しており、図６，７に示すように、軸方向に隣接する他の鋼製セグメントと接続される主桁板１ａと周方向に隣接する他の鋼製セグメントと接続される継手板１ｂからなる枠体１に円弧状に成形されたスキンプレート２を載置すると共に、該スキンプレート２の全周を枠体１に溶接して構成されている。
【０００４】
鋼製セグメントは、主桁板１ａ，継手板１ｂ，縦リブ，グラウトパイプ，吊り金具及びスキンプレート２を型枠状の治具に取り付けて夫々溶接することで、枠体１及び枠体１にスキンプレート２が仮付けされた中間製品を形成し、その後、該中間製品を治具から取り出してスキンプレート２と枠体１との全接続部位をすみ肉溶接することで製造されるのが一般である。
【０００５】
上記溶接作業は手溶接によって行われていたが、溶接技能者の減少化，高齢化等により人員の確保が困難となり、溶接ロボットを採用して自動化をはかることが研究されている。溶接ロボットを用いて上記中間製品に於ける枠体１とスキンプレート２を溶接する場合、一般に枠体１を構成する主桁板１ａの側面或いは主桁板１ａに形成されたボルト穴３を基準として位置決めすることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ロボットを用いて溶接する場合、被溶接物の位置決め精度が製品精度に大きな影響を与えることが知られている。上記の如く、主桁板１ａの側面或いは主桁板１ａに形成されたボルト穴３を基準として中間製品の位置決めを行った場合、枠体１の位置は正確に設定されるものの、該枠体１に仮付けされたスキンプレート２の位置が正確であるか否かの保証はない。即ち、図８に示すように、枠体１に仮付けされたスキンプレート２の周辺が正確に主桁板１ａの側面と平行である保証はない。このため、溶接ロボット主桁板１ａを基準とした軌跡を描くこととなり、スキンプレート２と枠体１を一様なビードを形成して溶接することが出来ず、手直し作業が必要になるという問題がある。
【０００７】
上記問題を解決するためには、枠体１に対してスキンプレート２を仮付けする際の位置精度を向上させることが必要であるが、仮付け治具の改良が必須となりコストが上昇するという問題を派生する。
【０００８】
本発明の目的は、溶接精度を向上させるためにスキンプレートの２辺の端面を基準として位置決めするようにした鋼製セグメント溶接用位置決め治具を提供すると共に、複数の前記位置決め治具と走行可能な溶接ロボットを組み合わせることで溶接ロボットの稼働率を向上させることが出来る溶接装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る鋼製セグメント溶接用位置決めロボットは、主桁板と継手板からなる枠体に円弧状のスキンプレートを仮付けした鋼製セグメントの中間製品に於けるスキンプレートの周囲を溶接する際に用いる鋼製セグメント溶接用位置決め治具であって、所定位置に配置されスキンプレートの内周側の面と接触して中間製品を水平方向に支持する複数の支持部材と、主桁板に沿って配置され前記支持部材によって支持されたスキンプレートの主桁板側の端面と当接して該端面の位置を設定する主桁板側位置設定部材と、継手板と対向して配置され前記支持部材によって支持されたスキンプレートの継手板側の端面と当接して該端面の位置を設定する継手板側位置設定部材と、前記支持部材によって支持され且つ前記主桁板側位置設定部材及び継手板側位置設定部材とによって所定位置に設定されたスキンプレートを固定する固定部材とを有して構成されるものである。
【００１０】
上記鋼製セグメント溶接用位置決め治具（以下「位置決め治具」という）では、枠体にスキンプレートを仮付けした鋼製セグメントの中間製品（以下単に「中間製品」という）の位置決めを行うに際し、スキンプレートを支持すると共に主桁板側位置設定部材及び継手板側位置設定部材によってスキンプレートの主桁板側の端面と継手板側の端面を位置決めすることが出来る。このため、枠体に対しスキンプレートが正確に位置決めされているか否かに関わらず、スキンプレートの端面を基準として溶接を実施することが出来、精度の高い溶接を行うことが出来る。
【００１１】
また本発明に係る溶接装置は、走行可能な溶接用ロボットを配置すると共に該溶接用ロボットの走行範囲であって溶接可能領域に上記鋼製セグメント溶接用位置決め治具を複数配置したものである。
【００１２】
上記溶接装置では、位置決め治具に対する段取り作業を実施している間に他の位置決め治具に取り付けられた中間製品の溶接を実施することが出来る。このため、１台の溶接ロボットを用いた場合であっても、該ロボットの稼働率を向上させることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、上記位置決め治具及び溶接装置の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は位置決め治具の斜視図、図２は中間製品を位置決めする際の各位置設定部材とスキンプレートとの関係を説明する斜視図、図３は形状の異なる鋼製セグメントの中間製品に対する位置決めを実施する場合の説明図、図４は溶接ロボットとの位置関係を説明する図、図５は溶接装置を説明するブロック図である。
【００１４】
本発明に係る位置決め治具Ａは、主桁板１ａと継手板１ｂからなる枠体１に円弧状に成形されたスキンプレート２を仮付けした鋼製セグメントの中間製品（図６参照）を本溶接する際に用いるものであり、スキンプレート２の２辺（図４の２ａ，２ｄ）を基準として位置決めすることで、該プレート２の枠体１に対する位置決め精度の如何に関わらず、溶接ロボットを利用した溶接の自動化を実現したものである。
【００１５】
特に、溶接ビードの品位を安定させる場合、下向き溶接を実施することが好ましい。このため、位置決め治具Ａは上記中間製品に於ける溶接部位となる主桁板１ａ，継手板１ｂの端面とスキンプレート２の端面２ａ〜２ｄとの接合部位が上方に配置されるように、中間製品を水平にした状態で位置決めし得るように構成されている。
【００１６】
また枠体１に仮付けされたスキンプレート２の位置精度（枠体１とスキンプレート２の平行度）に関わらず安定した状態でスキンプレート２の全周をすみ肉溶接し得るように、スキンプレート２を直接支持すると共に該プレート２の端面２ａ，２ｄと接触して中間製品の位置決めを行うように構成されている。
【００１７】
図１〜図４に於いて、位置決め治具Ａは剛性を持ったフレーム１１を有し、該フレーム１１の上面１１ａにスキンプレート２の内周面２ｅと接触して該プレート２を支持する複数の支持部材１２が配置されている。前記支持部材１２によって支持される中間製品は常に同一の姿勢でセットされる。即ち、中間製品はフレーム１１に対し常に円弧方向が図１に示す矢印ａ，ｂ方向に配置され、軸方向が矢印ｃ，ｄ方向に配置される。
【００１８】
支持部材１２は、曲率の異なる多品種の鋼製セグメントの中間製品を支持し得るように円弧方向（矢印ａ，ｂ方向）に２か所及び軸方向（矢印ｃ，ｄ方向）に２か所の合計４か所に配置されている。また中間製品に於ける軸方向の寸法（幅寸法）の変化に対応し得るように、矢印ｃ，ｄ方向に配置された支持部材１２は、フレーム１１の上面１１ａに前記方向に沿って形成された複数の取付穴１１ｂに選択的に取り付けられて配置位置を調整し得るように構成されている。
【００１９】
支持部材１２は、予め設定された高さを有する支柱１２ａの先端に全方向に回転可能なボール１２ｂを取り付けて構成されており、支柱１２ａの下端側をフレーム１１の上面１１ａに形成された取付穴１１ｂに挿通すると共に図示しないボルト等の固定具によって固定されている。
【００２０】
フレーム１１の一方側の側面（矢印ｄ方向の側面）にはアーム１１ｃが設けられ、該アーム１１ｃに主桁板側位置設定部材となる２つの軸方向ストッパー１３が配置されている。この軸方向ストッパー１３は、スキンプレート２の軸方向の端面２ｄと接触する接触子１３ａとハンドル１３ｂを有しており、接触子１３ａを固定する機構としてトグル機構を用いている。
【００２１】
上記ハンドル１３ｂを操作することで、接触子１３ａを位置決め位置に設定して固定し、或いは退避位置に設定することが可能である。そして接触子１３ａが位置決め位置に固定されたとき、２つの接触子１３ａの先端面を結ぶ線が矢印ｄ方向の基準位置となる。
【００２２】
上記２つの軸方向ストッパー１３は、夫々矢印ｃ，ｄ方向に配置された２つの支持部材１２を結ぶ線の延長上に配置されており、且つ接触子１３ａの高さが支持部材１２のボール１２ｂの天端レベルと略等しいか或いは僅かに高いレベルを有するように設定されている。
【００２３】
従って、図３（ｂ）に示すように、スキンプレート２の内周面２ｅのレベルが支持部材１２のボール１２ｂによって設定されることから、枠体１を構成する主桁板１ａの板厚や高さ寸法の如何に関わらず、スキンプレート２の端面２ｄと接触して位置決めすることが可能である。
【００２４】
フレーム１１の上面であって矢印ａ，ｂ方向に配置された支持部材１２の間にスキンプレート２を固定する固定部材１４が設けられている。この固定部材１４はスキンプレート２の内周面２ｅと接触して固定するものであり、選択的に固定及び固定解除し得る磁石或いは真空ポンプと接続された吸着カップ等を用いることが可能である。
【００２５】
本例では、固定部材１４を、スキンプレート２を磁気により吸着して固定する磁石１４ａと、この磁石１４ａを上下方向に移動させると共に所望の位置に設定し得るジャッキ１４ｂと、磁石１４ａの移動方向を案内する枠状のガイド１４ｃとによって構成している。
【００２６】
固定部材１４は固定部材取付板１５に取り付けられており、この取付板１５はフレーム１１の上面に矢印ａ，ｂ方向に形成された長穴１１ｄに対しボルト１５ａによって固着されている。従って、固定部材１４を矢印ａ，ｂ方向に配置された支持部材１２の間で中間製品の寸法や形状に応じた所望の位置に配置することが可能であり、且つジャッキ１４ｂを操作することによって磁石１４ａを所望の高さに設定することが可能である。
【００２７】
フレーム１１のアーム１１ｃを設けた側面と直行する方向の側面（矢印ａ方向の側面）に継手板側位置設定部材となる周方向ストッパー１６が配置されている。この周方向ストッパー１６は、軸方向ストッパー１３と同様にスキンプレート２の軸方向の端面２ａと接触して位置決めする接触子１６ａと、接触子１６ａを操作するハンドル１６ｂとを有するトグル機構によって構成され、ハンドル１６ｂの操作によって接触子１６ａを位置決め位置に設定して固定すると共に退避位置に退避させることが可能である。
【００２８】
上記周方向ストッパー１６はブラケット１７を介してフレーム１１に取り付けられており、三次元的に姿勢を調整することが可能なように構成されている。ブラケット１７は、水平プレート１７ａと、垂直プレート１７ｂと、傾斜プレート１７ｃの３つの部材によって構成されており、夫々のプレート１７ａ〜１７ｃには長穴１７ｄ〜１７ｆが形成されている。
【００２９】
ブラケット１７を構成する水平プレート１７ａは矢印ａ，ｂ方向に移動して所望の位置でボルト１８ａによってフレーム１１に固定され、また垂直プレート１７ｂは垂直方向に移動し且つボルト１８ｂを中心に所望の角度に傾斜して水平プレート１７ａに固定され、更に、傾斜プレート１７ｃは矢印ａ，ｂ方向に移動し且つボルト１８ｃを中心に傾斜して垂直プレート１７ｂの固定される。
【００３０】
従って、前記各プレート１７ａ〜１７ｃの移動位置及び傾斜角度を調整することで、周方向ストッパー１７を中間製品の円弧角度や周長に対応させて所望の姿勢に調整することが可能である。そして前記の如くして調整されたブラケット１７に取り付けた周方向ストッパー１６の接触子１６ａが位置決め位置に固定されたとき、該接触子１６ａの先端面が矢印ａ方向の基準となる。
【００３１】
次に、上記位置決め治具Ａによって鋼製セグメントの中間製品を位置決めして溶接の段取りを行う作業手順について図２〜図４により説明する。鋼製セグメントは目的のトンネルの径に対応した曲率を有し、且つ前記トンネルの周を予め設定された数で分割した弧長と予め設定された軸方向の長さを有している。このため、図３（ａ）に示すように、異なるトンネルに適用される鋼製セグメントは夫々異なる形状を有するが、同一のトンネルに適用される鋼製セグメントは同一の形状と寸法を持って構成されている。
【００３２】
以下、同図に示す中間製品Ｂを位置決めする場合について説明する。
【００３３】
先ず、位置決めすべき中間製品Ｂの幅寸法に応じて矢印ｃ，ｄ方向に配置された支持部材１２の間隔を設定し、フレーム１１の形成された取付穴１１ｂに固定する。また中間製品Ｂの曲率と矢印ａ，ｂ方向に於ける支持部材１２の間隔寸法とによって固定部材１４を構成する磁石１４ａの高さｈを計算し、該計算結果に応じてジャッキ１４ｂを操作して磁石１４ａを所定の高さに位置させる。
【００３４】
次いで、ブラケット１７を調整し、周方向ストッパー１６の接触子１６ａが支持部材１２によって支持された中間製品Ｂのスキンプレート２の軸方向の端面と接触し得るように設定して固定する。
【００３５】
上記の如く支持部材１２，固定部材１４及びブラケット１７を調整した後、各ストッパー１３，１６の接触子１３ａ，１６ａを位置決め位置に固定する。次に、中間製品Ｂの枠体１を下側にスキンプレート２を上側に配置し、スキンプレート２の内周側の面をボール１２ｂと接触させて支持部材１２に載置する。このとき、中間製品Ｂは単に支持部材１２によって支持されるのみである。
【００３６】
次いで、中間製品Ｂを矢印ｄ方向に付勢し、図３（ｂ）に示すように、スキンプレート２の端面２ｄを２つの軸方向ストッパー１３の接触子１３ａに当接させる。同時に中間製品Ｂを矢印ａ方向に付勢してスキンプレート２の端面２ａを周方向ストッパー１６の接触子１６ａに当接させる。これにより中間製品Ｂはスキンプレート２の端面２ｄを基準として軸方向の位置決めがなされ、且つ端面２ａを基準として周方向の位置決めがなされる。
【００３７】
尚、中間製品Ｂを矢印ｄ，ａ方向に付勢して位置決めを行うに際し、該製品Ｂが全方向に自由に回転し得るボール１２ｂと接触しているため、小さい力で所望の方向に移動させることが可能である。このため、位置決め時の付勢は作業員によって行うことが可能である。
【００３８】
上記の如くして中間製品Ｂを矢印ｄ，ａ方向に位置決めしたとき、図４に示すように、スキンプレート２の４辺２ａ〜２ｄが溶接ロボットＣに於ける平面上の直交２軸（矢印ａ，ｂ方向の軸及び矢印ｃ，ｄ方向の軸）と平行となる。従って、中間製品Ｂはスキンプレート２の枠体１に対する位置決め精度の良否に関わらず、該プレート２を基準として位置決めされる。
【００３９】
中間製品Ｂの位置決めが終了した後、固定部材１４の磁石１４ａを作動させてスキンプレート２を吸着固定し、各ストッパー１３，１６のハンドル１３ｂ，１６ｂを操作して接触子１３ａ，１６ａを退避させる。これにより、中間製品Ｂの溶接作業に対する段取りが終了する。
【００４０】
上記の如くして位置決め治具Ａに中間製品Ｂを位置決めした後、溶接ロボットＣを作動させて該ロボットＣに搭載した溶接トーチを予め記憶させた経路に従って移動させることで、スキンプレート２の４辺２ａ〜２ｄの全周をすみ肉溶接することが可能である。そしてスキンプレート２の全周に対する溶接が終了した後、固定部材１４の磁石１４ａの作動を停止することで、鋼製セグメントを位置決め治具Ａから取り外すことが可能である。
【００４１】
次に、溶接装置の構成について図５により説明する。溶接ロボットＣはティーチングプレイバック方式の６軸制御ロボットが用いられており、該ロボットＣは矢印ａ，ｂ方向に沿って敷設されたレール２１上を走行し得るように構成されている。またレール２１に沿って両側に複数の位置決め治具Ａが夫々設置されている。
【００４２】
上記の如く構成された溶接装置では一方の位置決め治具Ａに中間製品Ｂを載置して段取り作業を行っている間、並行して他の位置決め治具Ａにセットされた中間製品Ｂに対する溶接を行うことが可能であり、溶接ロボットＣの稼働率を向上させると共に見掛け上の作業時間を短縮してコストを削減することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る位置決め治具では、主桁板と継手板からなる枠体に仮付けされたスキンプレートの端面を基準として位置決めを行うことが出来る。このため、枠体とスキンプレートとの仮付け位置の精度の如何に関わらず、位置決めされた溶接線は一義的に設定され、安定した溶接を実施することが出来、溶接ロボットを採用して自動化をはかることが出来る。
【００４４】
また本発明に係る溶接装置では、複数の位置決め治具に対し並行して位置決め作業と溶接作業を実施することが出来る。このため、溶接ロボットの待ち時間をなくして稼働率を向上させると共に見掛け上の作業時間を短縮してコストを低減させることが出来る等の特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置決め治具の斜視図である。
【図２】中間製品を位置決めする際の各位置設定部材とスキンプレートとの関係を説明する斜視図である。
【図３】形状の異なる鋼製セグメントの中間製品に対する位置決めを実施する場合の説明図である。
【図４】溶接ロボットとの位置関係を説明する図である。
【図５】溶接装置を説明するブロック図である。
【図６】鋼製セグメントをスキンプレート側から見た斜視図である。
【図７】鋼製セグメントを枠体側からみた斜視図である。
【図８】課題を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ位置決め治具
Ｂ中間製品
Ｃ溶接ロボット
１枠体
１ａ主桁板
１ｂ継手板
２スキンプレート
２ａ〜２ｄ端面
２ｅ内周面
１１フレーム
１１ａ上面
１１ｂ取付穴
１１ｃアーム
１２支持部材
１２ａ支柱
１２ｂボール
１３軸方向ストッパー
１３ａ，１６ａ接触子
１３ｂ，１６ｂハンドル
１４固定部材
１４ａ磁石
１４ｂジャッキ
１４ｃガイド
１５取付板
１６周方向ストッパー
１７ブラケット
１７ａ水平プレート
１７ｂ垂直プレート
１７ｃ傾斜プレート
２１レール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a segment forming a support wall of a tunnel, in particular, a steel main girder plate connected to another segment adjacent in the axial direction of the tunnel and a steel main beam plate connected to another segment adjacent in the circumferential direction. Welding jig used for manufacturing a steel segment constituted by welding a steel skin plate formed into an arc shape to a frame body made of a joint plate of the above, and a welding device using the positioning jig It is about.
[0002]
[Prior art]
The steel segments are connected circumferentially and axially to form a support wall of the tunnel, and it is essential that the steel segments have a strength that can withstand earth pressure and a watertightness that can prevent groundwater from leaking.
[0003]
The steel segment has a radius corresponding to the inner diameter of the target tunnel and an arc-shaped and predetermined axial length having an angle corresponding to an angle obtained by dividing the inner diameter of the tunnel by a predetermined number. 6 and 7, a main girder plate 1a connected to another axially adjacent steel segment and a joint plate 1b connected to another circumferentially adjacent steel segment. A skin plate 2 formed in an arc shape is placed on a frame 1 made of, and the entire circumference of the skin plate 2 is welded to the frame 1.
[0004]
The steel segments are attached to the frame body 1 and the frame body 1 by attaching the main girder plate 1a, the joint plate 1b, the vertical ribs, the grout pipe, the hanging metal fittings, and the skin plate 2 to a mold-shaped jig and welding them respectively. It is generally manufactured by forming an intermediate product to which the skin plate 2 is temporarily attached, then taking out the intermediate product from the jig, and fillet-welding all connection portions between the skin plate 2 and the frame 1. It is.
[0005]
The above welding work has been performed by manual welding, but it is difficult to secure personnel due to a decrease in the number of welding technicians and an aging population, and studies have been made to employ a welding robot for automation. When welding the frame 1 and the skin plate 2 in the intermediate product using a welding robot, the side of the main girder 1a constituting the frame 1 or the bolt hole 3 formed in the main girder 1a is generally used as a reference. Positioning has been performed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When welding using a welding robot, it is known that the positioning accuracy of a workpiece has a great influence on the product accuracy. As described above, when the intermediate product is positioned with reference to the side surface of the main girder plate 1a or the bolt hole 3 formed in the main girder plate 1a, the position of the frame 1 is accurately set, but the position of the frame 1 is set accurately. There is no guarantee that the position of the skin plate 2 temporarily attached to 1 is correct. That is, as shown in FIG. 8, there is no guarantee that the periphery of the skin plate 2 temporarily attached to the frame 1 is exactly parallel to the side surface of the main girder plate 1a. For this reason, a locus based on the welding robot main girder plate 1a is drawn, and it is not possible to form a uniform bead between the skin plate 2 and the frame 1 and weld it, and a reworking operation is required. There is.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problem, it is necessary to improve the positional accuracy when the skin plate 2 is temporarily attached to the frame 1, but it is necessary to improve the temporary attachment jig, and the cost increases. Deriving problems.
[0008]
An object of the present invention is to provide a steel segment welding positioning jig which is positioned with reference to two end faces of a skin plate in order to improve welding accuracy, and is capable of traveling with a plurality of the positioning jigs. It is an object of the present invention to provide a welding apparatus that can improve the operation rate of a welding robot by combining various welding robots.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a positioning robot for welding a steel segment according to the present invention is provided with a skin in an intermediate product of a steel segment in which an arc-shaped skin plate is temporarily attached to a frame composed of a main girder plate and a joint plate. A positioning jig for steel segment welding used when welding the periphery of a plate, a plurality of support members disposed at predetermined positions and in contact with an inner peripheral surface of a skin plate to support an intermediate product in a horizontal direction. A main girder plate side position setting member that abuts on the main girder plate side end surface of the skin plate disposed along the main girder plate and supported by the support member to set the position of the end surface; A joint plate-side position setting member that abuts against the joint plate-side end surface of the skin plate supported by the support member and sets the position of the end surface; and By the girder-side position setting member and the coupling plate side positioning member is intended to be configured with a fixing member for fixing the skin plate which is set at a predetermined position.
[0010]
In the positioning jig for steel segment welding (hereinafter referred to as “positioning jig”), when positioning an intermediate product (hereinafter simply referred to as “intermediate product”) of a steel segment in which a skin plate is temporarily attached to a frame, The skin plate is supported, and the main girder plate-side end surface and the joint plate-side end surface of the skin plate can be positioned by the main girder plate-side position setting member and the joint plate-side position setting member. Therefore, regardless of whether or not the skin plate is accurately positioned with respect to the frame, welding can be performed with reference to the end face of the skin plate, and highly accurate welding can be performed.
[0011]
Further, the welding apparatus according to the present invention includes a movable welding robot and a plurality of the steel segment welding positioning jigs arranged in a weldable area within a travel range of the welding robot.
[0012]
In the above welding device, the intermediate product attached to another positioning jig can be welded while the setup operation for the positioning jig is being performed. Therefore, even when one welding robot is used, the operating rate of the robot can be improved.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the positioning jig and the welding device will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a positioning jig, FIG. 2 is a perspective view illustrating the relationship between each position setting member and a skin plate when positioning an intermediate product, and FIG. 3 is a positioning of steel segments having different shapes with respect to the intermediate product. FIG. 4 is a diagram illustrating a positional relationship with a welding robot, and FIG. 5 is a block diagram illustrating a welding device.
[0014]
The positioning jig A according to the present invention is an intermediate product (see FIG. 6) of a steel segment in which a skin plate 2 formed in an arc shape is temporarily attached to a frame 1 composed of a main girder plate 1a and a joint plate 1b. The welding robot is used for welding. By positioning the skin 2 on the basis of two sides (2a and 2d in FIG. 4), regardless of the positioning accuracy of the plate 2 with respect to the frame 1, the welding robot can be used. This realizes the automation of welding used.
[0015]
In particular, when stabilizing the quality of a weld bead, it is preferable to perform downward welding. For this reason, the positioning jig A is arranged such that the joint portion between the end surfaces of the main girder plate 1a and the joint plate 1b and the end surfaces 2a to 2d of the skin plate 2 serving as welding portions in the intermediate product is located upward. The intermediate product is configured to be positioned in a horizontal state.
[0016]
Also, the skin is so fixed that the entire periphery of the skin plate 2 can be fillet-welded in a stable state regardless of the positional accuracy of the skin plate 2 temporarily attached to the frame 1 (parallelism between the frame 1 and the skin plate 2). It is configured to directly support the plate 2 and to position the intermediate product by contacting the end surfaces 2a and 2d of the plate 2.
[0017]
1 to 4, a positioning jig A has a rigid frame 11, and a plurality of supporting jigs that support the plate 2 by contacting an inner peripheral surface 2 e of the skin plate 2 on an upper surface 11 a of the frame 11. Are disposed. The intermediate products supported by the support member 12 are always set in the same posture. In other words, the intermediate product is always arranged with respect to the frame 11 in the direction of the arrows a and b shown in FIG.
[0018]
The support member 12 is provided at two locations in the arc direction (directions of arrows a and b) and two locations in the axial direction (directions of arrows c and d) so as to be able to support intermediate products of various types of steel segments having different curvatures. Are arranged in a total of four places. Further, the supporting member 12 arranged in the directions of the arrows c and d is formed on the upper surface 11a of the frame 11 along the above-mentioned direction so as to be able to cope with a change in the axial dimension (width dimension) of the intermediate product. It is configured to be selectively attached to the plurality of attachment holes 11b so that the arrangement position can be adjusted.
[0019]
The support member 12 is configured by attaching a ball 12b rotatable in all directions to a tip of a column 12a having a preset height, and a lower end of the column 12a is formed on an upper surface 11a of the frame 11. It is inserted into the hole 11b and fixed by a fixing tool such as a bolt (not shown).
[0020]
An arm 11c is provided on one side surface (the side surface in the direction of arrow d) of the frame 11, and two axial stoppers 13 serving as a main girder plate side position setting member are arranged on the arm 11c. The axial stopper 13 has a contact 13a and a handle 13b that come into contact with the axial end face 2d of the skin plate 2, and uses a toggle mechanism as a mechanism for fixing the contact 13a.
[0021]
By operating the handle 13b, the contact 13a can be set at the positioning position and fixed, or can be set at the retracted position. When the contact 13a is fixed at the positioning position, the line connecting the tip surfaces of the two contacts 13a becomes the reference position in the direction of arrow d.
[0022]
The two axial stoppers 13 are arranged on an extension of a line connecting the two support members 12 arranged in the directions of arrows c and d, respectively, and the height of the contact 13a is set to the ball 12b of the support member 12. Is set to have a level substantially equal to or slightly higher than the top end level of.
[0023]
Therefore, as shown in FIG. 3B, the level of the inner peripheral surface 2e of the skin plate 2 is set by the balls 12b of the support member 12, so that the thickness of the main girder plate 1a constituting the frame 1 Irrespective of the height dimension, positioning can be performed in contact with the end face 2d of the skin plate 2.
[0024]
A fixing member 14 for fixing the skin plate 2 is provided between support members 12 arranged on the upper surface of the frame 11 in the directions of arrows a and b. The fixing member 14 is to be fixed in contact with the inner peripheral surface 2e of the skin plate 2, and it is possible to use a magnet which can be selectively fixed and released, a suction cup connected to a vacuum pump, or the like. .
[0025]
In the present embodiment, a magnet 14a for fixing the fixing member 14 by attracting and fixing the skin plate 2 by magnetism, a jack 14b for moving the magnet 14a up and down and setting it at a desired position, and a moving direction of the magnet 14a And a frame-shaped guide 14c that guides the
[0026]
The fixing member 14 is mounted on a fixing member mounting plate 15, and the mounting plate 15 is fixed to a long hole 11 d formed on the upper surface of the frame 11 in the directions of arrows a and b by bolts 15 a. Therefore, it is possible to arrange the fixing member 14 at a desired position according to the size and shape of the intermediate product between the supporting members 12 arranged in the directions of the arrows a and b, and by operating the jack 14b. The magnet 14a can be set at a desired height.
[0027]
A circumferential stopper 16 serving as a joint plate side position setting member is disposed on a side surface (side surface in the direction of arrow a) of the frame 11 in a direction perpendicular to the side surface on which the arm 11c is provided. The circumferential stopper 16 is constituted by a toggle mechanism having a contact 16a for positioning by contacting the axial end face 2a of the skin plate 2 and a handle 16b for operating the contact 16a, like the axial stopper 13. By operating the handle 16b, the contact 16a can be set at the positioning position, fixed, and retracted to the retracted position.
[0028]
The circumferential stopper 16 is attached to the frame 11 via a bracket 17, and is configured so that the posture can be adjusted three-dimensionally. The bracket 17 is composed of three members, a horizontal plate 17a, a vertical plate 17b, and an inclined plate 17c. Each of the plates 17a to 17c has an elongated hole 17d to 17f.
[0029]
The horizontal plate 17a constituting the bracket 17 moves in the directions of arrows a and b and is fixed to the frame 11 at a desired position by a bolt 18a, and the vertical plate 17b moves vertically and has a desired angle around the bolt 18b. The vertical plate 17b is fixed to the horizontal plate 17a, and the inclined plate 17c moves in the directions of the arrows a and b and is tilted about the bolt 18c to fix the vertical plate 17b.
[0030]
Therefore, by adjusting the moving position and the inclination angle of each of the plates 17a to 17c, the circumferential stopper 17 can be adjusted to a desired posture in accordance with the arc angle and the circumferential length of the intermediate product. When the contact 16a of the circumferential stopper 16 attached to the bracket 17 adjusted as described above is fixed at the positioning position, the tip surface of the contact 16a becomes a reference in the direction of the arrow a.
[0031]
Next, an operation procedure for positioning the intermediate product of the steel segment by the positioning jig A and setting up the welding will be described with reference to FIGS. The steel segment has a curvature corresponding to a diameter of a target tunnel, and has an arc length obtained by dividing a circumference of the tunnel by a predetermined number and a predetermined axial length. For this reason, as shown in FIG. 3A, the steel segments applied to different tunnels have different shapes, but the steel segments applied to the same tunnel have the same shape and dimensions. Have been.
[0032]
Hereinafter, a case where the intermediate product B shown in FIG.
[0033]
First, the interval between the support members 12 arranged in the directions of arrows c and d is set according to the width dimension of the intermediate product B to be positioned, and is fixed to the mounting hole 11b formed in the frame 11. The height h of the magnet 14a constituting the fixed member 14 is calculated from the curvature of the intermediate product B and the distance between the support members 12 in the directions of the arrows a and b, and the jack 14b is operated according to the calculation result. To position the magnet 14a at a predetermined height.
[0034]
Next, the bracket 17 is adjusted, and set and fixed so that the contact 16 a of the circumferential stopper 16 can come into contact with the axial end surface of the skin plate 2 of the intermediate product B supported by the support member 12.
[0035]
After adjusting the support member 12, the fixing member 14, and the bracket 17 as described above, the contacts 13a, 16a of the stoppers 13, 16 are fixed at the positioning positions. Next, the frame 1 of the intermediate product B is placed on the lower side and the skin plate 2 is placed on the upper side, and the inner peripheral surface of the skin plate 2 is placed on the support member 12 in contact with the ball 12b. At this time, the intermediate product B is simply supported by the support member 12.
[0036]
Next, the intermediate product B is urged in the direction of arrow d to bring the end face 2d of the skin plate 2 into contact with the contacts 13a of the two axial stoppers 13, as shown in FIG. At the same time, the intermediate product B is urged in the direction of arrow a to bring the end face 2a of the skin plate 2 into contact with the contact 16a of the circumferential stopper 16. As a result, the intermediate product B is positioned in the axial direction with reference to the end face 2d of the skin plate 2, and is positioned in the circumferential direction with reference to the end face 2a.
[0037]
When the intermediate product B is urged in the directions of arrows d and a to perform positioning, the product B is in contact with the ball 12b which can freely rotate in all directions, so that the intermediate product B moves in a desired direction with a small force. It is possible to do. For this reason, the urging at the time of positioning can be performed by an operator.
[0038]
When the intermediate product B is positioned in the directions indicated by the arrows d and a as described above, the four sides 2a to 2d of the skin plate 2 are perpendicular to two orthogonal axes (arrows) in the welding robot C as shown in FIG. (the axes in the directions a and b and the axes in the directions c and d). Accordingly, the intermediate product B is positioned with reference to the skin plate 2 irrespective of the positioning accuracy of the skin plate 2 with respect to the frame 1.
[0039]
After the positioning of the intermediate product B is completed, the magnet 14a of the fixing member 14 is operated to attract and fix the skin plate 2, and the handles 13b, 16b of the stoppers 13, 16 are operated to retract the contacts 13a, 16a. . Thereby, the setup for the welding operation of the intermediate product B is completed.
[0040]
After the intermediate product B is positioned on the positioning jig A as described above, the welding robot C is operated to move the welding torch mounted on the robot C according to the path stored in advance, so that the 4 of the skin plate 2 can be moved. Fillet welding can be performed on the entire circumference of the sides 2a to 2d. After the welding of the entire periphery of the skin plate 2 is completed, the operation of the magnet 14a of the fixing member 14 is stopped, so that the steel segment can be removed from the positioning jig A.
[0041]
Next, the configuration of the welding device will be described with reference to FIG. As the welding robot C, a teaching playback type six-axis control robot is used, and the robot C is configured to run on a rail 21 laid along the directions of arrows a and b. A plurality of positioning jigs A are provided on both sides along the rail 21.
[0042]
In the welding apparatus configured as described above, while the intermediate product B is placed on one positioning jig A and the setup work is performed, the welding to the intermediate product B set on the other positioning jig A in parallel is performed. It is possible to improve the operation rate of the welding robot C, shorten the apparent working time, and reduce the cost.
[0043]
【The invention's effect】
As described in detail above, the positioning jig according to the present invention can perform positioning with reference to the end surface of the skin plate temporarily attached to the frame body including the main girder plate and the joint plate. Therefore, regardless of the accuracy of the tacking position between the frame and the skin plate, the positioned welding line is uniquely set, stable welding can be performed, and automation is performed using a welding robot. Can be measured.
[0044]
Further, in the welding device according to the present invention, a positioning operation and a welding operation can be performed on a plurality of positioning jigs in parallel. For this reason, the present invention has features that the operating rate can be improved by eliminating the waiting time of the welding robot, the apparent working time can be shortened, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a positioning jig.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a relationship between each position setting member and a skin plate when positioning an intermediate product.
FIG. 3 is an explanatory diagram when positioning steel segments having different shapes with respect to an intermediate product.
FIG. 4 is a diagram illustrating a positional relationship with a welding robot.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a welding device.
FIG. 6 is a perspective view of the steel segment as viewed from the skin plate side.
FIG. 7 is a perspective view of a steel segment as viewed from a frame side.
FIG. 8 is a diagram illustrating a problem.
[Explanation of symbols]
A Positioning jig B Intermediate product C Welding robot 1 Frame 1a Main girder plate 1b Joint plate 2 Skin plate 2a to 2d End surface 2e Inner peripheral surface 11 Frame 11a Upper surface 11b Mounting hole 11c Arm 12 Support member 12a Support column 12b Ball 13 Axial direction Stopper 13a, 16a Contact 13b, 16b Handle 14 Fixing member 14a Magnet 14b Jack 14c Guide 15 Mounting plate 16 Circumferential stopper 17 Bracket 17a Horizontal plate 17b Vertical plate 17c Inclined plate 21 Rail

Claims

主桁板と継手板からなる枠体に円弧状のスキンプレートを仮付けした鋼製セグメントの中間製品に於けるスキンプレートの周囲を溶接する際に用いる鋼製セグメント溶接用位置決め治具であって、所定位置に配置されスキンプレートの内周側の面と接触して中間製品を水平方向に支持する複数の支持部材と、主桁板に沿って配置され前記支持部材によって支持されたスキンプレートの主桁板側の端面と当接して該端面の位置を設定する主桁板側位置設定部材と、継手板と対向して配置され前記支持部材によって支持されたスキンプレートの継手板側の端面と当接して該端面の位置を設定する継手板側位置設定部材と、前記支持部材によって支持され且つ前記主桁板側位置設定部材及び継手板側位置設定部材とによって所定位置に設定されたスキンプレートを固定する固定部材とを有することを特徴とする鋼製セグメント溶接用位置決め治具。A steel segment welding positioning jig used for welding around a skin plate in an intermediate product of a steel segment in which an arc-shaped skin plate is temporarily attached to a frame body composed of a main girder plate and a joint plate. A plurality of support members arranged at predetermined positions and in contact with the inner peripheral surface of the skin plate to support the intermediate product in the horizontal direction; and a plurality of support members arranged along the main girder plate and supported by the support member. A main girder plate-side position setting member that abuts against an end surface of the main girder plate side to set the position of the end surface; A joint plate-side position setting member that abuts and sets the position of the end face; and a switch that is supported by the support member and set to a predetermined position by the main girder plate-side position setting member and the joint plate-side position setting member. Positioning jigs for steel segments welding and having a fixing member for fixing the Plates.

走行可能な溶接用ロボットを配置すると共に該溶接用ロボットの走行範囲であって溶接可能領域に請求項１に記載した鋼製セグメント溶接用位置決め治具を複数配置したことを特徴とする溶接装置。A welding apparatus comprising: a movable welding robot; and a plurality of the steel segment welding positioning jigs according to claim 1 arranged in a weldable area within a travel range of the welding robot.