JPH05318120A - 自動溶接ポジショナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被溶接部材を多方向に傾け可能にし、作業工
数を削減し作業性を良くするとともに、製作時間を短縮
し製作効率を向上させ、しかも、構造を簡単にして安価
に作製できるようにする。 【構成】 ベース１０に回動可能に支持されるとともに
該回動支点部から拡開して延びる一対のアーム１２を有
したフレーム１１と、該フレーム１１を回動させる回動
機構２０と、上記フレーム１１の両アーム１２先端部に
夫々設けられ互いに共働して鉄骨部材１を回転可能に保
持する保持機構３０と、該保持機構３０の一方を回転駆
動する回転機構４０とを備え、回転機構４０を駆動させ
て鉄骨部材１を回転させるとともに、回動機構２０を駆
動させてフレーム１１を傾け、溶接部を溶接材ののど厚
の方向が鉛直方向になるように位置決めする。この状態
で、アーク溶接用ロボットＭにより、鉄骨部材１の溶接
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接用ポジショナに係
り、特に、溶接ロボットにより溶接される溶接構造物基
材を位置決めする溶接用ポジショナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築用の鉄骨部材は、例えば、図８に示
すように、構築物の骨組みの中間コーナ部に用いられる
鉄骨部材１を溶接する場合について説明すると、基部２
と基部２の中間に直交して接合される直交部３とからな
るＴ字形に形成されており、各部は、主板４の両側縁に
主板４面に直交して副板５を接合し、断面Ｉ字状に形成
されている。また、主板４面に直交し副板５間に架設さ
れる補強板６より構成される。そして、これらの部材の
溶接は、周知のアーク溶接用ロボットを用い、アーク溶
接による溶接が行なわれる。

【０００３】図９に示すように、例えば、主板４と副板
５の接合部７はすみ肉溶接が行なわれるが、この溶接
は、溶湯に流動性があるため、図８に示すように、鉄骨
部材１の各溶接部が垂直に配置されていると重力によっ
て溶接材がだれＸを生じ（図中２点鎖線）、溶接強度に
影響が出るので、このだれが生じてしまわないように、
鉄骨部材１を溶接用ポジショナで保持し、この溶接用ポ
ジショナにより、図１０に示すように、鉄骨部材１のす
み肉溶接部が主板４と副板５が水平面に対して約４５度
の角度に姿勢を変更して、溶接することが望まれる。す
なわち、図８において基部２と直交部３に対して長手方
向の角度がそれぞれ＋Ｒ方向と−Ｒ方向および＋Ｐ方向
と−Ｐ方向に回動して角度位置決めして溶接することが
望まれる。

【０００４】従来の溶接用ポジショナは、鉄骨部材１を
載せる装置を用いて、この装置を単独に傾斜及び回動さ
せていた。また、別工程で鉄骨部材１を両側から挾持
し、この挾持方向を軸として鉄骨部材１を回転させて所
定の位置に手動により角度位置決めしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の前者の溶接用ポジショナにあっては、鉄骨部材
１をテーブルに設置するので、設置した側の溶接は、鉄
骨部材１を裏返しに設置し直して行なわなければならな
いので、それだけ、作業工数が多くなり、煩雑になって
いるとともに、製作時間も長くなるという問題があっ
た。また、後者の溶接用ポジショナにあっては、鉄骨部
材１を挾持方向を軸としてのみ回転させるので、軸方向
に直交する方向の溶接部位を所定の角度に傾けて溶接す
ることができないことから、このものにおいても、挾持
方向を変えたるために設置し直さなければならないこと
になる。

【０００６】したがって、作業効率が悪く、製作時間も
長く、その結果、製作費用も多くかかっていた。

【０００７】そこで、本発明の課題は、一台の装置で、
鉄骨部材の姿勢を自由に変更でき、一度の段取りですべ
ての溶接作業を自動的に行なえるようにした自動溶接ポ
ジショナ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、下記の構成を設けた。

【０００９】本発明の自動溶接ポジショナ装置は溶接構
造物の姿勢を制御しながら、溶接ロボットにより自動溶
接する自動溶接ポジショナ装置において、中央に軸受を
設けた基台と、前記基盤の軸受に支持されたシーソ形の
一対のアームと、前記アームの左右両側面より、基台上
の一支点に支持された前記アームを揺動せしめるリンク
機構を設け、前記リンク機構に作用し、前記アームを独
立して揺動せしめる揺動機構と、前記アームの先端にそ
れぞれ設けられ、前記溶接構造物を保持し、かつ所定の
角度位置に位置決めすることができる保持機構と、前記
アームの角度位置をロータリーエンコーダで検知し所定
の角度になるように駆動機構を駆動するように制御する
と共に保持機構の角度位置を制御する制御装置を備えて
いる。

【００１０】さらに他の実施態様においては、リンク機
構は基台上の軸受を中心とし左右対象位置または同一位
置に設けられた支点と、アーム上の一支点とするリンク
をピンを介して揺動自在に係合し、くの字形に構成し、
油圧シリンダはサーボシリンダで、揺動機構は基台上の
一支点と、リンクの軸に回動自在に支持した油圧シリン
ダによって駆動される。

【００１１】シーソ形の一対のアームは側面形状がＶ字
形または平面形状のフレームとし、保持機構はシーソ形
の揺動アームの一方には鉄骨部材を回動して所定の角度
に角度位置決めする電動モータ（サイクロモータ）を備
えた回動機構を設け、他方は回動自在とした軸受台に支
持されている。

【００１２】

【作用】本発明の自動溶接ポジショナ装置は次のように
作用する。

【００１３】溶接を自動で行なうようにした制御装置は
溶接ロボットと自動溶接ポジショナ装置の双方の装置を
総合的に制御する。

【００１４】鉄骨部材の姿勢は角度位置決めを可能とし
た保持機構と保持機構を装着した揺動機構をプログラム
制御することにより行なわれる。

【００１５】この揺動機構はシーソ形の揺動アームをリ
ンク機構を介して揺動する油圧シリンダによって行なわ
れる。

【００１６】保持機構は鉄骨部材を保持し、かつ所定の
角度に位置決めすることができる。

【００１７】シーソ形の揺動アームは側面形状をＶ字
形、または平面形状のものとしても使用できる。

【００１８】前記リンク機構は基台上の軸受を中心とし
て左右対象位置に設けてもよくまた同一位置で支持して
もよい。リンクはピンを介してくの字形に屈曲できるよ
うにしているので鉄骨部材の姿勢を角度可変にすること
ができる。

【００１９】保持機構はシーソ形の揺動アームの一方に
は電動モータ（サイクロモータ）を備えて回動可能と
し、他方は回転自在とした軸受台に支持されているた
め、鉄骨部材は自由に所定の角度に位置決めできる。

【００２０】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例に
係る溶接用ポジショナ装置について説明する。実施例に
係る溶接用ポジショナ装置は、図１に示すように、鉄骨
部材１の溶接時の姿勢を変更し、アーク溶接用ロボット
Ｍによる作業を行ない易くするためのものである。この
鉄骨部材１は、上述したと同様、図８に示すように、基
部２と基部２の中間に直交して接合される直交部３とか
らなるＴ字形に形成されており、各部は、主板４の両側
縁に主板４面に直交して副板５を接合し、断面Ｉ字状に
形成されている。また、主板４面に直交し副板５間に架
設される補強板６が設けられている。

【００２１】実施例に係る溶接用ポジショナの基本的構
成は、図１乃至図４にそれぞれ示すように、鉄骨材を組
んで形成され接地されるベース１０と、ベース１０に回
動可能に支持されるアーム１１と、アーム１１を回動さ
せる回動機構２０と、アーム１１に設けられ、アーム１
１の揺動軸方向と直交する軸線上に回動駆動させる保持
機構４０とからなる。

【００２２】揺動アーム１１は、略４５゜に拡開して延
びる断面Ｖ字状の左右一対のアーム１２で、一対のアー
ム１２間に凹部１３を形成している。また、両アーム１
２の接合部１４が軸受１７を介してベース１０に揺動可
能に支持されている。図２のＩ−Ｉ断面を示す図５は揺
動アーム１１の回動部の構成を示す。符号１５はアーム
１２の接合部１４を貫通し、リブ１６を介して接合部１
４に固定された揺動軸であって、アーム１２先端部を結
ぶ線に対して直交する方向に軸線を有し、その両端がベ
ース１０に固定された軸受部１７に軸支されている。両
アーム１２先端部には同一平面上にガイド板１８が溶接
されている。

【００２３】揺動機構２０は、両アーム１２に夫々設け
られたリンク機構２１と油圧シリンダ２５を備えてい
る。このリンク機構２１は図２に示すように左右対象に
設けられているので、一方のアーム１２側について説明
すると、シャフト２２両端部に夫々２つのリンク２１
ａ，２１ｂを軸支して開閉可能にするとともに、一方の
リンク２１ａをアーム１２の側部に軸２６を介して軸支
し、図５にも示すように、他方のリンク２１ｂをベース
１０に設けた軸受部２３の軸２３ａに軸支して、リンク
２１ａ，２１ｂの開閉によりアーム１２を揺動し、揺動
アーム１１を回動させうるようにしている。また、揺動
アーム１１の回動軸１５の下側には揺動軸１５と平行な
軸体２４をベース１０に設け、軸体２４とシャフト２２
との間にトラニオン型の油圧シリンダ２５を設け、油圧
シリンダ２５のシリンダ部端部２５ａ，２５ｂを軸体２
４に軸支し、ロッド先端部をシャフト２２に回動可能に
軸支している。この油圧シリンダ２５のロッドを伸長す
るとリンク２１ａ，２１ｂを閉じてアーム１２を下降せ
しめ、油圧シリンダ２５のロッドを引き込むと、リンク
２１ａ，２１ｂを開いて、アーム１２を上昇することが
できる。

【００２４】この油圧シリンダ２５を駆動するための油
圧回路を図６に示す。

【００２５】油タンク５１の作動油は可変容量ポンプ５
２を駆動する電動モータ５３によって汲み上げられ、方
向切換弁５４で２系統に分岐され、それぞれパイロット
チェック弁５５、フローコントロールバルブ５６を経て
油圧シリンダ２５に供給される。また、フローコントロ
ールバルブ５６により給油量が調整され、アーム１２を
所定の回動速度に調整できるように構成されている。

【００２６】なお、符号５７は回路の内部の圧力を調整
するための圧力調整の機能を有するパイロット付方向切
換弁で、可変容量ポンプ５２の吐出量を調整する。な
お、油圧シリンダ２５は、いずれか一方が駆動している
ときは、他方は休止するようにしてもよい。

【００２７】保持機構３０は、鉄骨部材１の両端を挾持
するようにアーム１２のそれぞれの端部に設けられてい
る。この面板３１には面板３１に直交して軸３２が固定
され、この軸３２は、その軸線がアーム１２の揺動軸１
５の軸線に対して直交しており、軸受台３３に軸支され
ている。この軸受台３３は、アーム１２先端部のガイド
板１８に対して直線方向にスライド可能になっており、
手動でボルト３５の位置を設定することにより、鉄骨部
材１の長さに合わせて面板３１間を調整できる。

【００２８】図２に示すように、保持機構３０はさらに
面板３１を回動して鉄骨部材１を所定の角度に位置決め
する回動機構４０を備えている。面板３１に固定された
軸３２は軸受台３３に支持され、一方の面板３１は電動
モータ４１（サイクロ減速機）と、この電動モータ４１
の回転を保持板３１の軸３２に伝達するチェーン伝動機
構４２とを備えている。他方の面板３１は自由に回転で
きるように軸受台３３に軸支され、この電動モータ４１
の角度位置決めにより、面板３１間に挾持された鉄骨部
材１を所要の角度位置に設定するものである。

【００２９】また、実施例に係る溶接用ポジショナ装置
は、図７に示すような制御装置６１を備え、この制御装
置６１は、上記油圧シリンダ２５及び電動モータ４１の
駆動を制御する。

【００３０】図７において、符号６１は制御用のパソコ
ンで、制御全般を処理する。パソコン６１はリンク６２
を介してシーケンサ６３に接続され、入出力Ｉ／Ｏ ６
４を介して盤パネル６５、ポジショナ操作Ｂｏｘ６６、
ロボット制御装置６７、パワリレー６８、インバータ６
９、ロータリエンコーダ７０、ブレーキ７１等にそれぞ
れ接続されている。

【００３１】パワーリレー６８は可変容量ポンプ５２、
油圧シリンダ２５を作動するための方向切換弁５４に接
続されている。

【００３２】インバータ６９は、鉄骨部材１を回動する
ためのサイクロモータ４１に接続されている。

【００３３】アーム１１の揺動角度はロータリーエンコ
ーダ７０によって計測されている。

【００３４】次に本発明の自動溶接ポジショナ装置の動
作について説明する。

【００３５】この実施例に係る溶接用ポジショナ装置を
用い、アーク溶接用ロボットＭで溶接を行うときは、以
下のようにする。先ず、図１に示すように、予め部分的
に仮溶接した鉄骨部材１を、その一側部２の両端を左右
の保持機構３０の電動モータ４１を作動して、面板３１
に取付け、面板３１間に挾持させる。

【００３６】揺動アーム１１を駆動する油圧シリンダ２
５は、可変容量油圧ポンプ５２を制御するパソコン６０
の制御指令に基づきシーケンサ６３を介して動作指令が
与えられ、揺動軸１５に設けたロータリエンコーダ７０
により角度を検出し、所定の角度位置に位置決めされ
る。鉄骨部材１の揺動動作も同様にパソコン６０の制御
指令に基づき、シーケンサ６３を介して動作指令が与え
られ、揺動軸１５に設けたエンコーダにより角度を検出
し、所定の角度に位置決めされる。

【００３７】なお、揺動軸１５の制御は移動計画した移
動量、速度パターンをパソコンに入力しており、フィー
ドフォワード制御により目標位置直前までパターン制御
し、フィードバック制御により低定速で目標位置まで移
動し、目標位置で加電停止し、電磁ブレーキにより目標
位置に位置決めされる。

【００３８】この状態で、制御装置のシーケンサ６３の
制御により油圧シリンダ２５及び電動モータ４１を制御
するとともに、溶接ロボットＭを制御して、鉄骨部材１
の溶接作業を行なう。

【００３９】まず盤パネル６５の釦により「手動運
転」、「半自動運転」、「総合運転」のいずれかを選択
する。例えば、初めての作業であれば「手動運転」を選
択し、プログラムの作動状態を確認しながら単独操作を
進める。不具合箇所を修正した後、「半自動運転」によ
りＯＫの所は自動で行ない、修正箇所は確認しながら手
動運転とする。さらにプログラムが完成すれば、「総合
運転」に切換えてポジショナ装置、ロボットによる総合
動作を自動運転する。

【００４０】例えば図８に示す鉄骨部材１を構成する基
部２、直交部３、主板４、副板５等をすみ肉溶接する場
合には、強度的に左右同じように溶融した状態で溶接材
が乗るように溶接されることが望ましい。このために本
自動溶接ポジショナ装置は鉄骨部材１のすみ肉部を上に
向けるように鉄骨部材の姿勢を制御する。この姿勢制御
のために図１に示すようにシーソ形の揺動アーム１１を
駆動する油圧シリンダ２５と保持機構４０とを制御装置
によって制御し、所定の角度位置に位置決めする。

【００４１】すなわち、制御用パソコン６０はロボット
Ｍと自動溶接ポジショナ装置を総合制御する。パソコン
６０はリンク６２を介してシーケンサ６３に接続され、
どのような手順で動作するかをシーケンサ６３で指令す
る。例えば、鉄骨部材１の一側部２のａ部（主板４と副
板５の接合部）を溶接するときは、回転機構４０のみを
駆動させて、図示状態から図中＋Ｐ方向に保持板３１を
４５゜回転させ、鉄骨部材１を４５゜傾け、ａ部を溶接
材ののど厚の方向が鉛直方向になるように位置決めす
る。そして、この状態で溶接ロボットＭによりａ部の溶
接を行う。

【００４２】また、例えば、直交部３のｂ部（主板４と
補強板６の接合部）や一側部２のｃ部（主板４と補強板
６の接合部）を溶接するときは、回転機構４０を駆動さ
せて、図示状態から図中＋Ｐ方向に保持板３１を９０゜
回転させるとともに、回動機構２０を駆動させて、フレ
ーム１１を図中＋Ｒ方向に４５゜傾け、ｂ部を溶接材の
のど厚の方向が鉛直方向になるように位置決めし、この
状態で溶接を行なう。

【００４３】更に、図中の一側部２の直交部３がない側
ｄにおいて、ｃ部に対応する部位を溶接するときは、例
えば、図示状態から図中−Ｐ方向に保持板３１を９０゜
回転させ、直交部３を下向きにし、フレーム１１を図中
＋Ｐ方向に４５゜傾けて溶接を行なう。

【００４４】このようにして、回転機構４０を駆動させ
て、保持板３１を＋Ｐまたは−Ｐ方向に回転させるとと
もに、回動機構２０を駆動させて、フレーム１１を＋Ｐ
または−Ｐ方向に傾け、溶接部を溶接材ののど厚の方向
が鉛直方向になるように位置決めし、この状態で溶接を
行なう。この場合、フレーム１１は拡開しているので、
アーム１２間に凹所１３が形成されており、そのため、
鉄骨部材１の直交部３がこの凹所１３を通過できるので
鉄骨部材１がフレーム１１に衝突することがない。

【００４５】また、この実施例では、回動機構２０は一
対の油圧シリンダ２５により駆動するようにしたが、ボ
ールネジを直接サーボモータにより駆動するようにした
電動式にしてもよい。

【００４６】また、揺動アーム１１はＶ字形にしたが、
溶接構造物によっては直線形のものであってもよい。

【００４７】尚、上記実施例において、Ｔ字形の鉄骨部
材１をすみ肉溶接する場合で説明したが、必ずしもこれ
に限定されるものではなく、開先溶接でもよく、またど
のような形状の部材でも無人溶接することが可能とな
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動溶接
ポジショナ装置によれば、鉄骨部材の姿勢をリンク機構
を備えた揺動機構と保持機構を制御装置を用いて自由に
変更できるので、一度の段取りですべての溶接作業を自
動的に効率よく行なうことができる。また、パソコンに
プログラムした作業指令が入力されれば、同様の作業を
繰返し行なうことができるので、無人運転でき、省力化
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
とアーク溶接用ロボットを用いたシステムを示す斜視図
である。

【図２】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
を示す正面図である。

【図３】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
を示す平面図である。

【図４】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
を示す側面図である。

【図５】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
の図２のＩ−Ｉ線要部断面図である。

【図６】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
に用いられる油圧シリンダを駆動するための油圧回路図
である。

【図７】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
の制御装置を示すブロック図である。

【図８】本発明の実施例に係る自動溶接ポジショナ装置
が扱う鉄骨部材の一例を示す斜視図である。

【図９】溶接構造物の最適な溶接状態を説明する図であ
る。

【図１０】溶接構造物を傾けて行なう溶接状態を示す図
である。

【符号の説明】

１ 鉄骨部材（溶接構造物） １０ ベース １１ 揺動アーム １２ アーム １５ 揺動軸 ２０ 揺動機構 ２１ リンク機構 ２５ 油圧シリンダ ３０ 保持機構 ３１ 保持板 ３２ 軸部 ３３ 軸受台 ４０ 回動機構 ４１ 電動モータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接構造物の姿勢を制御しながら、溶接ロ
   ボットにより自動溶接する自動溶接ポジショナ装置にお
   いて、 中央に軸受を設けた基台と、 前記基盤の軸受に支持されたシーソ形の一対のアーム
   と、 前記アームの左右両側面より、基台上の一支点に支持さ
   れた前記アームを揺動せしめるリンク機構を設け、 前記リンク機構に作用し、前記アームを独立して揺動せ
   しめる揺動機構と、 前記アームの先端にそれぞれ設けられ、前記溶接構造物
   の基材を保持し、かつ所定の角度位置に位置決めするこ
   とができる保持機構と、 前記アームの角度位置をロータリーエンコーダで検知し
   所定の角度になるように駆動機構を駆動するように制御
   すると共に保持機構の角度位置を制御する制御装置を備
   えたことを特徴とする自動溶接ポジショナ装置。
2. 【請求項２】リンク機構は基台上の軸受を中心とし左右
   対象位置に設けられた支点と、アーム上の一支点とする
   リンクをピンを介して揺動自在に係合し、くの字形に構
   成したことを特徴とする請求項１記載の自動溶接ポジシ
   ョナ装置。
3. 【請求項３】駆動機構は基台上の一支点と、リンクの軸
   に回動自在に支持した油圧シリンダによって駆動するこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動溶接ポジショナ装
   置。
4. 【請求項４】油圧シリンダはサーボシリンダであること
   を特徴とする請求項３記載の自動溶接ポジショナ装置。
5. 【請求項５】シーソ形の一対のアームは側面形状がＶ字
   形であることを特徴とする請求項１記載の自動溶接ポジ
   ショナ装置。
6. 【請求項６】シーソ形の一対のアームは側面形状が平面
   形状をしていることを特徴とする請求項１記載の自動溶
   接ポジショナ装置。
7. 【請求項７】保持機構はシーソ形の一対のアームの一方
   には鉄骨部材を回動して所定の角度に角度位置決めする
   サイクロモータを備えた回動機構を設け、他方は回動自
   在とした軸受台に支持したことを特徴とする請求項１記
   載の自動溶接ポジショナ装置。