JP6098925B2 - 大型枠組構造物の溶接装置 - Google Patents
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Description
このため、工数削減と品質安定化のために、溶接ロボットを用いた手段が既に提案されている(例えば、特許文献1)。
(1)大型門型設備に対して複数のワークをそれぞれ高精度で位置決めする必要がなく、全体のスケジューリング、複数のロボットの制御、全体の統合制御などを行うシステムが不要である。
(2)ワークが非鉄金属の場合でも位置決めができる。
(3)寸法が異なる多種のワークへの対応が可能である。
1対のロンジと1対のトランスで囲まれた升目形状の枠内を溶接対象領域とし、
溶接対象領域を幅方向に跨いでその外側に立脚する門型フレームと、門型フレームによりロンジより上方に支持されトランス間で長手方向に水平に延びる水平レールと、門型フレームの上端に固定された吊金具と、を有する枠組構造のロボット架台と、
前記水平レールに吊り下げられ、これに沿って移動する1軸直動機構を有し、その下方において溶接対象領域を溶接可能な天吊り溶接ロボットと、
門型フレームに取り付けられ、溶接対象領域の外側に位置するロンジ及びトランスに対し門型フレームから張り出してロンジ及びトランスに接触しロンジ及びトランスに対して門型フレームを位置決めし、かつその張り出し位置を調整可能なスイング式位置決め装置と、を備える、ことを特徴とする大型枠組構造物の溶接装置が提供される。
前記スイング式位置決め装置は、前記鉛直脚の幅方向内側にそれぞれ固定され、鉛直脚近傍から溶接対象領域の外側に位置するトランスに接する位置まで鉛直面内で長手方向に搖動駆動される少なくとも3組の長手方向スイングアームと、
1対の長手方向水平梁の長手方向内側にそれぞれ固定され、長手方向水平梁近傍から溶接対象領域の外側に位置するロンジに接する位置まで水平面内で幅方向に搖動駆動される少なくとも3組の幅方向スイングアームと、を有する。
前記幅方向スイングアームは、末端が長手方向水平梁に鉛直軸を中心に回転可能に固定され水平に延びる第2アーム部材と、前記鉛直軸を中心に第2アーム部材を搖動駆動する第2アクチュエータとを有する。
第2アーム部材の先端部にロンジ内面に接触して転動する第2ローラ部材を備える、ことが好ましい。
第2アクチュエータは、ロンジ間隔に合わせて第2アーム部材の張り出し位置を調整可能な第2エンドストッパーを備える、ことが好ましい。
この図において、大型枠組構造物Bは、平板状のパネル1の表面に複数列のロンジ2を配置する一方、これらロンジ2と直交する方向にトランス3を一定間隔で配置し、パネル1とロンジ2とトランス3とで形成され四方が囲まれた枠組部分(溶接対象領域4)の内側交差部5を溶接することで構成される。
すなわち、本発明が溶接対象とする大型枠組構造物Bは、水平に位置するパネル1と、パネル1の上面に固定され互いに間隔を隔てて長手方向に延びる複数のロンジ2と、パネル1の上面に固定され互いに間隔を隔ててロンジ2と直交する幅方向に延びる複数のトランス3とからなる。
またこの例において、ロンジ2及びトランス3は、それぞれの上端部に水平に延びる水平部材2a、3aを有している。
なお、本発明において、大型枠組構造物Bは、この構成に限定されず、その他の構造であってもよい。
また、溶接対象領域4の具体的な溶接箇所は、図中に5で示す内側交差部である。なお、本発明の溶接箇所は、この例に限定されず、溶接対象領域4の内側であればよい。
すなわち、トランス3の長手方向の間隔が、4000〜5000mmである場合、ロボット架台10の最大長さは、トランス3の水平部材3aと干渉しない長さ(例えば3200mm)に設定されている。
同様に、ロンジ2の幅方向の間隔が、850〜1000mmである場合、ロボット架台10の最大幅は、ロンジ2の水平部材2aと干渉しない長さ(例えば2200mm)に設定されている。
この隙間の存在により、工場内に設置されたクレーンのような揚重機でロボット架台10を吊上げ、大型枠組構造物B(ワーク)の溶接対象領域4にロボット架台10を設置する場合に、ワークの寸法が上記の範囲で異なる場合でも、ワークへの対応が容易である。
4本のうち3本の鉛直脚13aの下端は、同一平面上に位置し、パネル1の上面に静置した際に、水平レール14がパネル1の上面に対し平行に位置しかつロンジ2の長手方向に対してねじれが生じないようになっている。
また4本のうち残る1本の鉛直脚13aの下端は、バネ、エアシリンダ等による伸縮機能を有し、ロボット架台10がワークのゆがみとひずみに倣うようになっている。
この構成により、4本の鉛直脚13aで囲まれる平面視矩形領域の内側と、鉛直脚13aの上部を連結する1対の幅方向水平梁13bの下側とで構成される直方体空間を、天吊り溶接ロボット20が自由に作動できる完全な空間とすることができる。
この場合、逆吊多関節溶接ロボット24のワーキングエリアは、図3、図4に示す破線円弧内であり、水平レール14の長さ方向両端部において、パネル1とトランス3の接合部を含み、溶接対象領域4の全域を完全にカバーしている。
この例において、1軸直動機構22は、ラックピニオンとサーボモータからなる。この構成により、ロボットの外部軸として使用可能な精度を有し、かつワーク寸法内に配置可能にすることができる。
少なくとも3組の長手方向スイングアーム32は、鉛直脚13aの幅方向内側にそれぞれ固定され、鉛直脚13aの近傍から溶接対象領域4の外側に位置するトランス3に接する位置まで鉛直面内で長手方向に搖動駆動される。
この例において、長手方向スイングアーム32は4組であるが、5組以上であってもよい。
少なくとも3組の幅方向スイングアーム34は、1対の長手方向水平梁13cの長手方向内側にそれぞれ固定され、長手方向水平梁13cの近傍から溶接対象領域4の外側に位置するロンジ2に接する位置まで水平面内で幅方向に搖動駆動される。
この例において、幅方向スイングアーム34は4組であるが、5組以上であってもよい。
この図において、(A)は図2の右側の部分拡大図、(B)はその側面図、(C)はその平面図である。
また、第1アーム部材35の先端部にトランス3の内面に接触して転動する第1ローラ部材37を備える。
さらに、第1アクチュエータ36は、ワーク寸法(トランス間隔)に合わせて第1アーム部材35の張り出し位置を調整可能な第1エンドストッパー38を備える。
この図において、(A)は図4の右上部分拡大図(平面図)、(B)はその右側面図、(C)はその下からの側面図である。
また第2アーム部材39の先端部にロンジ2の内面に接触して転動する第2ローラ部材41を備える。
さらに第2アクチュエータ40は、ワーク寸法(ロンジ間隔)に合わせて第2アーム部材39の張り出し位置を調整可能な第2エンドストッパー42を備える。
また、第1エンドストッパー38と第2エンドストッパー42は、ワーク寸法に合わせて第1ローラ部材37と第2ローラ部材41を任意の位置で停止できるように、長手方向、幅方向とも片側を基準とする基準側のエアシリンダに設けるのがよい。
この例で、第1エンドストッパー38と第2エンドストッパー42は、第1アーム部材35と第2アーム部材39の搖動を止めるストッパー部材であり、手動により位置を変更できるようになっている。
なお、第1エンドストッパー38と第2エンドストッパー42は、この構成に限定されず、第1ローラ部材37と第2ローラ部材41の停止位置を設定できる限りで、その他の構成であってもよい。
また、特に天吊り溶接ロボット20は、作業者が対象ワークに応じたロボット溶接プログラムを選択し実行することにより、ロボットコントローラ26により1軸直動機構22の水平移動台23の数値制御(1軸)を含めた7軸(1軸+ロボットの直交3軸と直交3軸まわりの回転軸)を制御して対象箇所を溶接するようになっている。
(1)作業者は吊金具16を用いて、工場内に設置されたクレーン操作により、ロボット架台10を吊上げ、大型枠組構造物B(ワーク)の所望の溶接対象箇所にロボット架台10を吊下ろす。
(2)ワーク底面(パネル1の上面)からある程度の距離(例えば100mm程度)までロボット架台10を吊下ろした時点で、スイング式位置決め装置30を遠隔操作して長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34を張り出す。
(3)長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34は基準面側が先に動作し、第1エンドストッパー38と第2エンドストッパー42にそれぞれ当たり予め設定した位置で停止する。一定時間後(例えば10秒後)に他方の第1エンドストッパー38と第2エンドストッパー42がワーク(トランス3とロンジ2)と接触するまで張り出し、ワークに対しロボット架台10が水平面内で位置決めされる。
(4)水平面内の位置決めができた状態で、再びクレーン操作によりロボット架台10をワークのパネル1に接地させる。第1アーム部材35と第2アーム部材39の先端部(ワーク接触部)には、第1ローラ部材37と第2ローラ部材41がそれぞれ設置されているため、ロボット架台10は長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34で位置決めされた状態のままで吊下ろすことができる。
(5)ワーク設置時にワークに歪みなどがあっても、4本のうち1本の鉛直脚13aは伸縮機能を備えているため、安定してワークに接地できる。
(6)作業者は、対象ワークに応じたロボット溶接プログラムを選択し、実行することで溶接対象領域4の対象箇所を溶接する。
(7)溶接が終了したら長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34を縮め、クレーン操作により装置を次の溶接個所に運搬する。
(1)天吊り溶接ロボット20がロボット架台10の水平レール14に吊り下げられ、これに沿って移動し、その下方において溶接対象領域4を溶接するので、溶接対象領域4を天吊り溶接ロボット20により本溶接することができる。
(2)天吊り溶接ロボット20を搭載したロボット架台10は、門型フレーム12の上端に固定された吊金具16により、工場内に常設されたクレーンのような揚重機で吊上げ、搬送を行うことができるため、大型かつ高精度の門型設備や移動設備の設置は不要であり、低コストな設備が可能となる。
(3)水平レール14に天吊り溶接ロボット20が吊り下げられ、水平レール14に沿って移動する1軸直動機構22を有し、その下方において溶接対象領域4を溶接するので、1軸直動機構22と天吊り溶接ロボット20との連動により、溶接対象領域4の長手方向全体をカバーすることができ、1回の架台設置で施工可能な溶接範囲が大きく取れ、自動化率が高くなる。
(4)溶接対象領域4の外側に位置するロンジ2及びトランス3に対し門型フレーム12から張り出してロンジ2及びトランス3に接触しロンジ2及びトランス3に対して門型フレーム12を位置決めするスイング式位置決め装置30を備えるため、直動機構の場合に比べて小さな収納スペースで大きな可動範囲をとることができるため、各種の寸法が異なるワークへの対応が容易となる。
(5)ロンジ2及びトランス3に対する門型フレーム12の固定は、スイング式位置決め装置30に依るため、ワーク材質が非鉄金属の場合にも適用でき、かつ治具の移動と再設置が不要である。
(6)スイング式位置決め装置30は、その張り出し位置を調整可能であり、ロボット架台10を吊り下げた状態で片側の長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34の停止位置を張り出して基準側として、その後に反対側の長手方向スイングアーム32と幅方向スイングアーム34を張り出すことで、ワークに対して容易かつ正確に位置決めすることができる。
また上述した例では鉛直脚13aは4脚としているが、安定接地のためには3脚でもよい。またその場合には上述した伸縮機構は不要となり、より安価な装置構成が可能となる。
また対応するワーク形状に応じて、天吊り溶接ロボット20を移動させる駆動軸は直動1軸ではなく、直動2軸、直動2軸+旋回軸、移動軸無し、などさまざまなバリエーションであってもよい。
またワークへの搬入時に干渉物(例えば上述した水平部材2a、3a)がない場合には、位置決め基準側はスイングアーム構造ではなく、固定式のストッパーを予め設置してもよい。
また装置の移動範囲が限定される場合には、ロボットコントローラ26、溶接電源28、及び補機29をロボット架台10上に設置する必要はない。
スイング式位置決め装置30のアクチュエータ(第1アクチュエータ36と第2アクチュエータ40)は、エアシリンダが最適だが電動シリンダ、油圧シリンダなど、他方式の直動アクチュエータでもよい。
ワークとの接触部は、樹脂製であるのが好ましいが、対象ワークが鋼であったり、多少の傷が許容される場合には、これらは不要である。
4 溶接対象領域(枠組部分)、5 内側交差部、
10 ロボット架台、12 門型フレーム、
13a 鉛直脚、13b 幅方向水平梁、
13c 長手方向水平梁、14 水平レール、16 吊金具、
20 天吊り溶接ロボット、22 1軸直動機構、
23 水平移動台、24 逆吊多関節溶接ロボット、
26 ロボットコントローラ、28 溶接電源、29 補機、
30 スイング式位置決め装置、
32 長手方向スイングアーム、34 幅方向スイングアーム、
35 第1アーム部材、35a 水平軸、36 第1アクチュエータ、
37 第1ローラ部材、38 第1エンドストッパー、
39 第2アーム部材、39a 鉛直軸、40 第2アクチュエータ、
41 第2ローラ部材、42 第2エンドストッパー
Claims (5)
- 水平に位置するパネルと、該パネルの上面に固定され互いに間隔を隔てて長手方向に延びる複数のロンジと、前記パネルの上面に固定され互いに間隔を隔てて前記ロンジと直交する幅方向に延びる複数のトランスとからなる大型枠組構造物の溶接装置であって、
1対の前記ロンジと1対の前記トランスで囲まれた升目形状の枠内を溶接対象領域とし、
前記溶接対象領域を前記幅方向に跨いでその外側に立脚する門型フレームと、前記門型フレームにより前記ロンジより上方に支持されトランス間で前記長手方向に水平に延びる水平レールと、を有する枠組構造のロボット架台と、
前記水平レールに吊り下げられ、これに沿って移動する1軸直動機構を有し、その下方において前記溶接対象領域を溶接可能な天吊り溶接ロボットと、
前記門型フレームに取り付けられ、前記溶接対象領域の外側に位置する前記ロンジ及び前記トランスに対し前記門型フレームから張り出して前記ロンジ及び前記トランスに接触し前記ロンジ及び前記トランスに対して前記門型フレームを位置決めし、かつその張り出し位置を調整可能なスイング式位置決め装置と、を備え、
前記ロボット架台は、該ロボット架台を前記溶接対象領域に吊下ろすための吊金具を備え、
前記スイング式位置決め装置は、
前記門型フレームから前記1対のトランスへそれぞれ張り出し可能な複数の長手方向スイングアームと、
前記複数の長手方向スイングアームにそれぞれ設けられ、前記複数の長手方向スイングアームが前記1対のトランスへそれぞれ張り出した時に前記1対のトランスにそれぞれ接触して下方へ転動可能な複数の第1ローラ部材と、
前記門型フレームから前記1対のロンジへそれぞれ張り出し可能な複数の幅方向スイングアームと、
前記複数の幅方向スイングアームにそれぞれ設けられ、前記複数の幅方向スイングアームが前記1対のロンジへそれぞれ張り出した時に前記1対のロンジにそれぞれ接触して下方へ転動可能な複数の第2ローラ部材と、を備える大型枠組構造物の溶接装置。 - 前記門型フレームは、前記溶接対象領域を前記幅方向に跨いでその外側に立脚する4本の鉛直脚と、前記幅方向に延び1対の前記鉛直脚の上部をそれぞれ連結する1対の幅方向水平梁と、前記長手方向に延び1対の前記鉛直脚の下部をそれぞれ連結する1対の長手方向水平梁とを有し、
前記複数の長手方向スイングアームは、前記鉛直脚の幅方向内側にそれぞれ固定され、前記鉛直脚近傍から前記溶接対象領域の外側に位置する前記トランスに接する位置まで鉛直面内で前記長手方向に搖動駆動される少なくとも3組の長手方向スイングアームを含み、
前記複数の幅方向スイングアームは、前記1対の長手方向水平梁の長手方向内側にそれぞれ固定され、前記長手方向水平梁近傍から前記溶接対象領域の外側に位置する前記ロンジに接する位置まで水平面内で前記幅方向に搖動駆動される少なくとも3組の幅方向スイングアームを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の大型枠組構造物の溶接装置。 - 前記長手方向スイングアームは、末端が前記鉛直脚近傍に水平軸を中心に回転可能に固定され下方又は斜め下方に延びる第1アーム部材と、前記水平軸を中心に前記第1アーム部材を搖動駆動する第1アクチュエータとを有し、
前記幅方向スイングアームは、末端が前記長手方向水平梁に鉛直軸を中心に回転可能に固定され水平に延びる第2アーム部材と、前記鉛直軸を中心に前記第2アーム部材を搖動駆動する第2アクチュエータとを有する、ことを特徴とする請求項2に記載の大型枠組構造物の溶接装置。 - 前記第1アーム部材の先端部にトランス内面に接触して転動する前記第1ローラ部材を備え、
前記第2アーム部材の先端部にロンジ内面に接触して転動する前記第2ローラ部材を備える、ことを特徴とする請求項3に記載の大型枠組構造物の溶接装置。 - 前記第1アクチュエータは、トランス間隔に合わせて前記第1アーム部材の張り出し位置を調整可能な第1エンドストッパーを備え、
前記第2アクチュエータは、ロンジ間隔に合わせて前記第2アーム部材の張り出し位置を調整可能な第2エンドストッパーを備える、ことを特徴とする請求項3に記載の大型枠組構造物の溶接装置。
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