JPH06170531A

JPH06170531A - 鉄骨仕口部の自動溶接装置

Info

Publication number: JPH06170531A
Application number: JP31567292A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Sugimura; 俊輔杉村; Hiroaki Takechi; 弘明武知; Hitoshi Osanai; 仁小山内; Hideaki Tachibana; 英明橘; Tatsu Okabe; 達岡部
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-06-21
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2838628B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】多種多様な仕口部形状に適応し、精度よく鉄骨
仕口部を保持し、自動溶接作業を効率的に行わせる。【構成】多関節溶接ロボット２０と、ポジショナ３０お
よび制御手段３８とで構成する。ポジショナはフレーム
２８に設けられ、回転および任意の角度での固定が自在
な円盤体３２および円盤体の直交２軸に沿って油圧駆動
により相互に接離駆動可能にした複数の把持アーム３４
を有し、鉄骨仕口部１０の１軸を片持ちで保持し得るも
のとする。また、多関節溶接ロボットの移動および任意
の位置での停止固定を自在にした移動手段を有する。制
御手段は、移動手段、ロボットおよびポジショナの動作
を総括制御する。さらに、制御手段は、オフラインで各
動作プログラムを作成して溶接作業を行うとともに、セ
ンサ４２によりポジショナで保持する仕口部の位置ずれ
を検出し、オフラインデータを補正しつつ自動溶接させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄骨仕口部の自動溶接装
置に係り、特に建築物の柱と梁の接合部である鉄骨仕口
部を工場において自動で溶接する装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建築物の柱と梁の接合部には柱
に接合される角パイプからなるコラムの側面に梁との接
続部となるＨ型鋼を溶接接合した鉄骨仕口を用いるよう
にしている。このような鉄骨仕口部は予め工場で溶接す
る場合が多く、この場合にはコラムにＨ型鋼を仮溶接し
た状態にしておき、これをクレーンで吊り上げて保持し
つつ仕口を反転させながら本溶接を行っている。

【０００３】このようなクレーン吊り上げ方式は仕口を
安定保持することが困難であることから、特開昭６３−
１３７５９７号に示されるようなポジッショナが提案さ
れている。このポジッショナは十字構造の鉄骨仕口にお
ける１軸線に沿ったＨ型鋼両端部に各々固定治具を取り
付け、この治具をチャッキングして回転可能に保持し、
モータにより回転させるようにしている。また、実開昭
６２−１０９８７号公報には鉄骨仕口を片持ち保持し、
上下揺動並びに回転させることができるようにしたもの
も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の両端
支持のポジッショナでは、多種多様の鉄骨仕口に対応で
きない欠点がある。すなわち、鉄骨仕口部の形状が十字
形状でなくＬ字型の場合には両端支持構造のポジッショ
ナでは保持できず、したがってダミー梁を取り付ける必
要があり、作業性が非常に悪くなってしまう。また、鉄
骨仕口部の梁部分が一直線となっていない場合があり、
回転軸と前記仕口部の軸芯とを一致させる作業を要し、
このため多くの作業時間を必要とする欠点がある。更
に、仕口の長手方向お直交する梁部とポジッショナ間の
間隔が長手方向梁の長さにより規制されるので、ワーク
の形状によってはロボットの稼働範囲が有効に使えず、
溶接不可能な箇所も発生する。

【０００５】また、従来の片持ちポジッショナの場合
は、支持する鉄骨仕口部の反転作業のみが自動で行える
ものの、溶接作業は手動で行うことを前提としているた
め、仕口支持精度が非常に悪く、特に被溶接物の長手方
向におけるモーメントを受けるため、充分な精度がでな
い欠点がある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に着目し、多
種多様な仕口部形状に適応させることができ、軸合わせ
作業などの付帯的作業を要することなく、極めて精度よ
く鉄骨仕口部の保持をなすことができ、もって自動溶接
作業を効率的に行わせることのできる鉄骨仕口部の自動
溶接装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る鉄骨仕口部の自動溶接装置は、第１
に、多関節溶接ロボットと鉄骨仕口部の一長軸を片持ち
で保持し得るポジッショナと、前記ロボットとポジッシ
ョナの運動、停止を総括制御する制御手段とからなる構
成とした。

【０００８】第２には前記鉄骨仕口部を把持するポジッ
ショナはフレームに設けられ、回転可能な円盤体および
該円盤体の直交２軸に沿って相互に接離駆動可能とされ
る複数の把持アームを有し、鉄骨仕口部の一軸を片持ち
で保持し得るように構成した。

【０００９】第３には、多関節溶接ロボットを移動とす
る移動手段を有し、前記制御手段は当該移動手段および
前記ロボット、前記ポジッショナのそれぞれの運動、停
止を統括制御させる構成とした。

【００１０】更に、第４には、前記制御手段はオフライ
ンにより前記ロボット、移動手段、ポジッショナの動作
プログラムが生成され、これによって溶接作業を行うと
もに、センサによりポジッショナで保持する仕口の位置
ズレを検出し、オフラインデータを修正しこれに基づき
溶接位置および姿勢を決定する構成とした。

【００１１】第５には前記制御手段は、鉄骨構造物を反
転した際の溶接位置の上下方向の変化を、鉄骨構造物の
高さおよび把持位置の円盤体回転中心からの偏心量より
求め、これに基づきロボットの溶接位置および姿勢を決
定するように構成できる。

【００１２】また、第６には前記鉄骨仕口部を把持する
ポジッショナは、鉄骨把持位置を前記円盤体に対し半径
方向に移動可能とし、反転における溶接位置の高さ方向
の変位をなくするように調整するように構成した。

【００１３】

【作用】上記構成によれば、片持ちで鉄骨仕口部を保持
して溶接するように構成しているため、両端支持機構で
は保持できなかった仕口形状がＬ字型の場合にも保持可
能となり、ダミー梁を取り付ける等の調整作業を要する
ことなく自動溶接できる。また、鉄骨仕口部を片持ち式
とすることによりポジッショナの軸と鉄骨仕口部の軸を
合わせる作業を必要とせず自動化ができる。多関節溶接
ロボットは走行台車などの移動手段に搭載されており、
広範囲の溶接が可能となっている。更に、ポジッショナ
における油圧駆動の把持アームは回転円盤に取り付けら
れ、半径方向に可動となっているので、鉄骨仕口部の把
持状態を円盤中心から定量偏心させることができ、これ
により鉄骨仕口部を反転させたときの溶接位置の高さ方
向の変位量を減少させることができ、溶接作業性を良好
にすることができる。また、溶接ロボットは、オフライ
ンで入力したデータおよびワイヤタッチセンサ等で得ら
れたデータに基づき、ポジッショナの姿勢に対応した溶
接位置、姿勢およびトーチの姿勢を決定できるので、テ
ィーチング作業が非常に簡略化されるものとなってい
る。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明に係る鉄骨仕口部の自動溶接
装置の具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は実施例に係る鉄骨仕口部の自動溶接
装置の側面構成図である。当該自動溶接装置は図２に示
す鉄骨仕口部１０を溶接対象とするものであり、これは
柱に接合される角パイプ１２の両端面にダイアフラム１
４を接合一体化したコラム１６に対し、その四方側面の
各々に梁との接続部となるＨ型鋼１８を十字形状に溶接
することによって構成される。このような鉄骨仕口部１
０における溶接線は、上面ダイアフラム１４ＵとＨ型鋼
フランジ１８FUとの接合部Ｙ1〜Ｙ4、下面ダイアフラム
１４ＬとＨ型鋼フランジ１８FLとの接合部Ｙ5〜Ｙ8、並
びに前部Ｈ型鋼ウェブ１８WF、左方Ｈ型鋼ウェブ１８W
L、および後部Ｈ型鋼ウェブ１８WBと、角パイプ１２の
側面との接合部Ｙ9〜Ｙ12、かつこれと反対側の前部Ｈ
型鋼ウェブ１８WF、右方Ｈ型鋼ウェブ１８WR、および後
部Ｈ型鋼ウェブ１８WBと、角パイプ１２の側面との接合
部Ｙ13〜Ｙ16となっている。このような鉄骨仕口部１０
は、要所を仮溶接され仮組みされた状態で実施例の自動
溶接装置に搬入される。

【００１６】自動溶接装置は、図１に示すように、多関
節溶接ロボット２０を具備し、これを走行台車２２に搭
載して任意の位置に移動可能としている。溶接ロボット
２０はオフラインで基本移動データ、溶接姿勢、トーチ
２４の姿勢データが決定されて動作プログラムが生成さ
れ、これによって溶接作業をなすものとなっている。

【００１７】上記のような溶接ロボット２０の側方部分
には固定ベース２６が設けられるとともに、このベース
２６には起立フレーム２８が前記溶接ロボット２０側に
対面した状態で一体的に設けられている。起立フレーム
２８における前記溶接ロボット２０側への対面部分には
被溶接部材としての鉄骨仕口部１０を保持するポジッシ
ョナ３０を構成する回転円盤３２が取り付けられてお
り、これは起立フレーム２８の内部に設けた回転駆動源
により回転可能とされ、かつ任意の角度で固定できるよ
うになっている。

【００１８】更に回転円盤３２には鉄骨仕口部１０の端
部を把持するための複数のアーム３４が回転面から垂直
方向に延長した状態で取り付けられている。この把持ア
ーム３４の基本的構成を図３に示す。この実施例では３
本の把持アーム３４1〜３４3によって構成されている。
第１の把持アーム３４1は、仕口部１０のＨ型鋼１８の
フランジ１８FUとウェブ１８WFとによって形成される１
つのコーナ部分を当接させて位置決めをなす固定ガイド
アームとして機能すべく回転円盤３２の定位置に固定突
出されている。第２の把持アーム３４2は前記第１の把
持アーム３４1に水平に対向して配置され、仕口部１０
のＨ型鋼１８のフランジ１８FUとウェブ１８WFとによっ
て形成される他のコーナ部分を押圧し、ウェブ１８WFを
挟着可能とする可動把持アームとして構成されている。
また第３の把持アーム３４3は第１、第２の把持アーム
３４1、３４2による挟着方向と直交して前記Ｈ型鋼１８
のフランジ１８FUを押圧可能に配置されており、これに
よってフランジ１８FUを第１、第２把持アーム３４1、
３４2の上面部分に押し付けるようにしている。したが
って、鉄骨仕口部１０はＨ型鋼１８の端部を第１把持ア
ーム３４1の２側面を基準にした位置に圧着されて固定
保持される。第１把持アーム３４1に対してＨ型鋼１８
を押し付ける第２、第３の可動把持アーム３４2、３４3
は油圧シリンダ機構によって構成され、図４に示すよう
に、各々２連の油圧シリンダ３６を回転円盤３２の回転
軸と平行な方向に並列配置し、鉄骨仕口部１０を安定し
て片持ち保持し得るようにしている。また、上記第１把
持アーム３４1と第２把持アーム３４2による押圧中心線
は回転円盤３２の直径線に沿うように設定され、第３把
持アーム３４3の押圧中心線は上記直径線と直交する半
径方向に沿うように配置設定されている。

【００１９】ところで、上記ポジッショナ３０における
鉄骨仕口部１０の保持位置は、回転円盤３２の回転中心
Ｃ0より偏位した位置とされ、このため把持アーム３４
の取り付け位置は円盤３２の半径方向に偏位して配置さ
せている。これにより少ない把持アーム３４によってＨ
型鋼１８を片持ち把持させることを可能にしつつ、仕口
部１０の反転操作時に上下偏差量が最小限となるように
設定できる。図３および図５に示すごとく、円盤中心Ｃ
0と鉄骨仕口部１０のセンターＣ1との間に偏差ｄが生成
され、１８０度反転しても２ｄの変動量に抑制すること
ができる。この場合、図３の支持形態において、左右の
偏位がないように仕口用標準Ｈ型鋼１８を基準にし、こ
れを保持している形態ではウェブ厚さの中心が円盤回転
中心の垂直面に一致するように特に第１把持アーム３４
1の位置を規定しておく。

【００２０】また、前述した溶接ロボット２０並びにポ
ジッショナ３０を作動制御する制御盤３８が設けられて
いる。この制御盤３８には把持する鉄骨仕口部１０のＨ
型鋼１８（梁）を指定し、ポジッショナ３０の姿勢に応
じた溶接箇所が入力されるようになっている。これは把
持するＨ型鋼１８の端部を原点として設定した（ｘ、
ｙ、ｚ）座標等に基づいて入力すればよい。この入力に
より、制御盤３８では溶接ロボット２０およびトーチ２
４の位置姿勢を求め、ロボット２０、ポジッショナ３
０、および走行台車２２などを統括制御するプログラム
を生成する。

【００２１】また、ポジッショナ３０にて仕口部１０の
梁部分を把持させるが、この把持位置は前述したように
回転円盤３２の回転中心から偏位している。このため溶
接位置の補正手段４０が設けられている。固定把持アー
ム３４1に対して可動把持アーム３４2、３４3がスロト
ークして挟持するため、そのストローク量と、仕口寸法
既知データによって円盤回転中心からの偏位量を算出す
ることができる。そこで、制御盤３８にはストロークセ
ンサ４２からの検出信号と、仕口寸法メモリ４４からの
データを入力する偏位量検出器４６が設けられ、回転円
盤３２の回転位置によって異なるトーチ高さの補正演算
部４８に出力するようにしている。この補正演算部４８
による補正信号は制御盤３８に出力され、制御盤３８で
は鉄骨仕口部１０の保持形態をポジッショナ３０によっ
て変更した場合の溶接ロボット２０のプログラム補正処
理をなすようにしている。

【００２２】制御盤３８は上記プログラムにしたがって
ロボット２０を移動させ、溶接開始点および終点の正確
な位置をワイヤタッチセンサなどで検索し、ロボット２
０の溶接姿勢、およびトーチ２４の姿勢を補正する。仕
口部１０の組立誤差や片持ちにより生じる仕口部１０の
撓みなどはこれにより補正される。そして、ロボット２
０は補正されたデータに基づき溶接を開始するのであ
る。

【００２３】鉄骨仕口部１０の形状により、仕口部１０
が水平な位置から９０度ずつ回転固定させることで全て
の溶接箇所をカバーできる。溶接の段取は図２に示して
いるように、まず、上面ダイアフラム１４Ｕの周縁に沿
った溶接線Ｙ1〜Ｙ4を溶接した後、ロボット２０を待避
させ、仕口部１０を１８０度回転させる。ロボット２０
を所定の位置に移動させた後、下面ダイアフラム１４Ｌ
の周縁に沿った溶接線Ｙ5〜Ｙ8を溶接する。このときト
ーチ２４の高さ位置は仕口部１０の反転によって変更す
るが、補正手段４０による補正信号が制御盤３８に入力
されているので、自動的に姿勢および高さが補正されて
適正な位置に設定される。

【００２４】再度、ロボット２０を待避させた後、仕口
部１０を９０度回転させて固定し、ロボット２０を所定
位置に移動させ、コラム１６の側面とウェブ１８との接
合部分の溶接線Ｙ9〜Ｙ12を溶接させる。他の半部にお
ける溶接線Ｙ13〜Ｙ16も同様に仕口部１０を１８０度回
転させて固定して行う。このような作業手順においてポ
ジッショナ３０の回転時には仕口部１０の高さが変化す
るが、その偏位量は補正手段４０によって制御盤３８に
入力されロボット２０に対する補正指令がなされるの
で、仕口部１０の回転操作の度にロボット２０への制御
データを作成させる必要がなくなる。

【００２５】なお、仕口部１０における各溶接線が仕口
部軸線と並行あるいは直交する場合は上記のように９０
度毎に回転させるが、仕口部１０のコラム１６が絞りコ
ラムとなっている場合、ウェブ溶接線はウェブ高さ方向
に対して傾斜するようになる。このような傾斜溶接線が
存在する場合には、仕口部１０の姿勢固定時にウェブ溶
接線が水平になるように回転円盤３２を回転させて保持
する。すなわち、回転円盤３２の回転停止角度はコラム
の形状に合わせて任意の角度で固定させることができる
ようになっている。

【００２６】図６に溶接開始までの処理フローチャート
を示す。まず、仕口部１０の形状を選択する（ステップ
１００）。これはコラム１６に対して梁部分が全面に設
けられている場合（十字型）、３面に設けられている場
合（Ｔ字型）、あるいは２面に設けられている場合（Ｌ
字型）などに対応させるためである。次に、梁部と溶接
箇所に名札を付け（ステップ１０１）、作業対象の要素
を決定しておく。また、仕口部１０の各梁がコラムセン
ターから左右方向にオフセットされている場合や上下方
向に段差が付けられている場合があるのでこれらのオフ
セット量、段差量を入力しておく（ステップ１０２）。
そして予め設定された条件により把持する梁を決定し、
それぞれの溶接線や仕口部１０の姿勢に対して溶接開始
位置や終了位置の座標点を算出する（ステップ１０
３）。このとき、ポジッショナ３０による把持位置が偏
心されており、仕口部１０のサイズに応じて偏心量が変
化するので、これを加味して算出する。そして、各座標
点でのロボット２０の位置、姿勢、およびトーチ２４の
姿勢を、予め入力しておいた溶接条件との関係データす
なわちある座標点間を良好に溶接するためのトーチ２４
の位置、姿勢などのデータと照合し、選択する（ステッ
プ１０４）。続いて作業手順を予め設定された条件によ
り決定し（ステップ１０５）、これに基づいて周辺装置
を含む統括制御データを生成してフロッピディスク等の
記憶装置に保存する（ステップ１０６）。

【００２７】このような準備作業に並行して仕口部１０
の仮組立、並びに仮溶接を行うが（ステップ２００）、
仮溶接された鉄骨仕口部１０をポジッショナ３０にセッ
トするが（ステップ２０１）、ここでストロークセンサ
４２からの検出信号に基づき、回転円盤３２の回転中心
に対する実際の偏位量を検出し、トーチ位置の補正量を
算出する（ステップ２０２）。これはストロークセンサ
で高さ方向の補正量を求め、把持アームに設けたリミッ
トスイッチなどで把持深さに起因する長手方向の補正量
を求めるようにすればよい。この算出値と準備作業によ
って求めたトーチ位置データとの比較によって偏差があ
る場合には溶接開始位置座標点の補正をなし、制御デー
タを補正する（ステップ１０７）。そして、ロボット２
０の運転を開始する（ステップ１０８）。ロボット２０
およびポジッショナ３０の原点を確認の上、走行台車２
２を所定量だけ移動させ（ステップ１０９）、次いで、
ワイヤタッチセンシング等で実溶接位置を検知する（ス
テップ１１０）。このとき補正手段４０によって仕口部
１０の把持偏位が正確に補正されているため、実溶接位
置の誤差は極めて微量となっている。このようなセンシ
ングにより入力データを補正し（ステップ１１１）、溶
接時のロボット２０、トーチ２４の姿勢、および動作手
順を決定して溶接を開始し（ステップ１１２）、アーク
センサで溶接位置を検出しながら溶接作業を行うのであ
る（ステップ１１３）。一つのポジッショナ位置での溶
接が終了した後（ステップ１１４）、現ポジッショナ姿
勢で行う溶接を全て終了したか否かを確認し（ステップ
１１５）、終了していない場合にはステップ１０９に戻
り溶接作業を繰返す。そして、同一姿勢での全溶接が終
了している場合にはポジッショナ３０を回転させた後
（ステップ１１６）、全ての溶接作業が完了したか否か
の確認をなし（ステップ１１７）、完了していない場合
にはステップ１０９に戻り、次の姿勢で溶接を行わせ
る。全ての溶接が完了している場合には作業を終了する
のである。

【００２８】このような実施例によれば、鉄骨仕口部１
０を片持ち保持する構成となっており、ポジッショナ３
０の反対側から溶接をなすようにしているので、障害物
もなく、ロボット２０はワークとしての仕口部１０に接
近できるので、より広範囲の溶接がロボット２０を１ヵ
所に定置して行わせることができる。

【００２９】特に、ポジッショナ３０は鉄骨仕口部１０
を回転中心から偏位して保持させ、偏位量をロボット２
０による溶接位置制御データに即座に反映させるように
しているため、セット時に鉄骨仕口部１０の中心と円盤
回転中心との位置合わせを行うことなく的確な溶接が可
能となり、複雑な形状となっている鉄骨仕口部１０の溶
接自動化が可能となる。また、Ｌ字型のような両端支持
ができなかった仕口部もダミー梁を付けることなく保持
できる。更に、ポジッショナ３０による把持位置が定量
偏心させたものとなっているため、仕口部１０を回転さ
せても溶接位置の高さ変動を小さくでき、ティーチング
作業を簡略化できるのもとなっている。

【００３０】次に、図７にはポジッショナの変形例を示
す。これは回転円盤３２に取り付けられる把持アーム３
４を４本の構成とし、その各々が円盤３２の半径方向に
沿って可動の構成としたものである。すなわち、回転円
盤３２に半径方向に沿って各々直交する４ヵ所のスリッ
ト５０を設け、このスリット５０をガイドとして移動可
能な把持アーム３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄを取り
付け、これを円盤背面側に設けた油圧シリンダ機構（図
示せず）により駆動するようにしている。これらによっ
て図７（２）に示すように、仕口部１０におけるＨ型鋼
１８の両端フランジ並びにウェブ両面を挟着して片持ち
保持するようにしている。このように構成することによ
り鉄骨仕口部１０の軸芯と回転円盤３２の回転中心を一
致させて保持させることができ、偏位保持による補正処
理が不要とすることができる。

【００３１】また、この構成において隣接する一対の把
持アーム３４Ａ、３４Ｂを固定構造とすることができ、
この場合には仕口部１０は偏心保持されるので、第１実
施例の場合と同様に、補正手段４０による位置補正を行
って溶接作業を行わせるようにすればよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多関節溶接ロボットと鉄骨仕口部の一長軸を片持ちで保
持し得るポジッショナと、前記ロボットとポジッショナ
の運動、停止を総括制御する制御手段とから構成したの
で、多種多様な仕口部形状に適応させることができ、軸
合わせ作業などの付帯的作業を要することなく、極めて
精度よく鉄骨仕口部の保持をなすことができ、もって自
動溶接作業を効率的に行わせることができるという優れ
た効果が得られる。

【００３３】前記制御手段は、鉄骨仕口部を把持するポ
ジッショナに対し、鉄骨把持位置を前記円盤体を固定と
して、鉄骨構造物を反転した際の溶接位置の上下方向の
変化を、鉄骨構造物の高さおよび把持位置の円盤体回転
中心からの偏心量より求め、これに基づきロボットの溶
接位置および姿勢を決定するように構成することによ
り、溶接ロボットへのティーチング処理が簡略化できる
ものとなる。

【００３４】更に、前記鉄骨仕口部を把持するポジッシ
ョナは、鉄骨把持位置を前記円盤体に対し半径方向に移
動可能とし、反転における溶接位置の高さ方向の変位を
なくするように構成することにより、鉄骨仕口部と回転
中心を自動的に芯合わせさせることが可能となり、溶接
自動化が簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る鉄骨仕口部の自動溶接装置の側面
図である。

【図２】鉄骨仕口部の構造を示す斜視図である。

【図３】ポジッショナの把持アームの模式正面図であ
る。

【図４】ポジッショナの透視斜視図である。

【図５】ポジッショナによる仕口部回転説明図である。

【図６】溶接作業のフローチャートである。

【図７】ポジッショナの変形例を示す斜視図および把持
状態正面図である。

【符号の説明】１０鉄骨仕口部１２角パイプ１４ダイアフラム１６コラム１８Ｈ型鋼２０多関節溶接ロボット２２走行台車２４トーチ２６固定ベース２８起立フレーム３０ポジッショナ３２回転円盤３４把持アーム３６油圧シリンダ機構３８制御盤４０補正手段４２ストロークセンサ４４仕口寸法メモリ４６偏位量検出器４８補正演算部

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】鉄骨仕口部の自動溶接装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】一般に、建築物の柱と梁の接合部には柱
に接合される角パイプからなるコラムの側面に梁との接
続部となるＨ型鋼を溶接接合した鉄骨仕口を用いるよう
にしている。このような鉄骨仕口部は予め工場で溶接す
る場合が多く、この場合にはコラムにＨ型鋼を仮溶接し
た状態にしておき先ず仕口の上面の溶接箇所の本溶接を
行った後、クレーンで仕口を吊り上げ反転させ、他面の
溶接箇所の本溶接を行っている。

【０００３】このようなクレーン吊り上げ方式は仕口の
反転作業に危険を伴うとともにその作業を狭い場所で行
うことが困難であることから、特開昭６３−１３７５９
７号に示されるようなポジッショナが提案されている。
このポジッショナは十字構造の鉄骨仕口における１軸線
に沿ったＨ型鋼両端部に各々固定治具を取り付け、この
治具をチャッキングして回転可能に保持し、モータによ
り回転させるようにしている。また、実開昭６２−１０
９８７号公報には鉄骨仕口を片持ち保持し、上下揺動並
びに回転させることができるようにしたものも提案され
ている。

【０００４】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る鉄骨仕口部の自動溶接装置は、第１
に、溶接装置と鉄骨仕口部の一長軸を片持ちで保持し得
るポジッショナと、前記溶接装置とポジッショナの運
動、停止を総括制御する制御手段とからなる構成とし
た。

【０００８】第２には、前記溶接装置は移動手段を有す
る多関節ロボットで前記制御手段は当該移動手段および
前記ロボット、前記ポジッショナのそれぞれの運動、停
止を総括制御させる構成とした。

【０００９】第３には前記鉄骨仕口部を把持するポジッ
ショナはフレームに設けられ、回転可能な回転部材およ
び該回転部材の交差する２軸に沿って相互に接離駆動可
能とされる複数の把持アームを有し、鉄骨仕口部の一軸
を片持ちで保持し得るように構成した。

【００１０】更に、第４には、前記制御手段はオフライ
ンにより前記溶接装置、移動手段、ポジッショナの動作
プログラムが生成され、これによって溶接作業を行うと
ともに、センサによりポジッショナで保持する仕口の位
置ズレを検出し、オフラインデータを修正しこれに基づ
き溶接位置および姿勢を決定する構成とした。

【００１２】また、第６には前記鉄骨仕口部を把持する
ポジッショナは、鉄骨把持位置を前記円盤体に対し半径
方向に移動可能とし、反転における溶接位置の高さ方向
の変位をなくするように調整することも可能である。

【００１３】

【００１４】

【００１５】図１は実施例に係る鉄骨仕口部の自動溶接
装置の側面構成図である。当該自動溶接装置は図２に示
す鉄骨仕口部１０を溶接対象とするものであり、これは
柱に接合される角パイプ１２の両端面にダイアフラム１
４を接合一体化したコラム１６に対し、その四方側面の
各々に梁との接続部となるＨ型鋼１８を十字形状に溶接
することによって構成される。このような鉄骨仕口部１
０における溶接線は、上面ダイアフラム１４ＵとＨ型鋼
フランジ１８ＦＵとの接合部Ｙ１〜Ｙ４、下面ダイアフ
ラム１４ＬとＨ型鋼フランジ１８ＦＬとの接合部Ｙ５〜
Ｙ８、並びに前部Ｈ型鋼ウェブ１８ＷＦ、左方Ｈ型鋼ウ
ェブ１８ＷＬ、および後部Ｈ型鋼ウェブ１８ＷＢと、角
パイプ１２の側面との接合部Ｙ９〜Ｙ１２、かつこれと
反対側の前部Ｈ型鋼ウェブ１８ＷＦ、右方Ｈ型鋼ウェブ
１８ＷＲ、および後部Ｈ型鋼ウェブ１８ＷＢと、角パイ
プ１２の側面との接合部Ｙ１３〜Ｙ１６となっている。
このような鉄骨仕口部１０は、要所を仮溶接され仮組み
された状態で実施例の自動溶接装置に搬入される。

【００１７】上記のような溶接ロボット２０の側方部分
には固定ベース２６が設けられるとともに、このベース
２６には起立フレーム２８が一体的に設けられている。
さらに起立フレーム２８には被溶接部材としての鉄骨仕
口部１０を保持するポジッショナ３０を構成する回転円
盤３２が取り付けられており、これは起立フレーム２８
の内部に設けた回転駆動源により回転可能とされ、かつ
任意の角度で固定できるようになっている。

【００１８】更に回転円盤３２には鉄骨仕口部１０の端
部を把持するための複数のアーム３４が回転面から垂直
方向に延長した状態で取り付けられている。この把持ア
ーム３４の基本的構成を図３に示す。この実施例では３
本の把持アーム３４１〜３４３によって構成されてい
る。第１の把持アーム３４１は、仕口部１０のＨ型鋼１
８のフランジ１８ＦＵとウェブ１８ＷＦとによって形成
される１つのコーナ部分を当接させて位置決めをなす固
定ガイドアームとして機能すべく回転円盤３２の定位置
に固定突出されている。第２の把持アーム３４２は前記
第１の把持アーム３４１に水平に対向して配置され、仕
口部１０のＨ型鋼１８のフランジ１８ＦＵとウェブ１８
ＷＦとによって形成される他のコーナ部分を押圧し、ウ
ェブ１８ＷＦを挟着可能とする可動把持アームとして構
成されている。また第３の把持アーム３４３は第１、第
２の把持アーム３４１、３４２による挟着方向と直交し
て前記Ｈ型鋼１８のフランジ１８ＦＵを押圧可能に配置
されており、これによってフランジ１８ＦＵを第１、第
２把持アーム３４１，３４２の上面部分に押し付けるよ
うにしている。したがって、鉄骨仕口部１０はＨ型鋼１
８の端部を第１把持アーム３４１の２側面を基準にした
位置に圧着されて固定保持される。第１把持アーム３４
１に対してＨ型鋼１８を押し付ける第２、第３の可動把
持アーム３４２、３４３は油圧シリンダ機構によって構
成され、図４に示すように、各々２連の油圧シリンダ３
６を回転円盤３２の回転軸と平行な方向に並列配置し、
鉄骨仕口部１０を安定して片持ち保持し得るようにして
いる。また、上記第１把持アーム３４１と第２把持アー
ム３４２による押圧中心線は回転円盤３２の直径線に沿
うように設定され、第３把持アーム３４３の押圧中心線
は上記直径線と直交する半径方向に沿うように配置設定
されている。

【００１９】ところで、上記ポジッショナ３０における
鉄骨仕口部１０の保持位置は、回転円盤３２の回転中心
Ｃ０より偏位した位置とされ、このため把持アーム３４
の取り付け位置は円盤３２の半径方向に偏位して配置さ
せている。これにより少ない把持アーム３４によってＨ
型鋼１８を片持ち把持させることを可能にしつつ、仕口
部１０の反転操作時に上下偏差量が最小限となるように
設定できる。図３および図５に示すごとく、円盤中心Ｃ
０と鉄骨仕口部１０のセンターＣ１との間に偏差ｄが生
成され、１８０度反転しても２ｄの変動量に抑制するこ
とができる。この場合、図３の支持形態において、左右
の偏位がないように仕口用標準Ｈ型鋼１８を基準にし、
これを保持している形態ではウェブ厚さの中心が円盤回
転中心の垂直面に一致するように特に第１把持アーム３
４１の位置を規定しておく。

【００２１】また、ポジッショナ３０にて仕口部１０の
梁部分を把持させるが、この把持位置は前述したように
回転円盤３２の回転中心から偏位している。このため溶
接位置の補正手段４０が設けられている。固定把持アー
ム３４１に対して可動把持アーム３４２、３４３がスロ
トークして挟持するため、そのストローク量と、仕口寸
法既知データによって円盤回転中心からの偏位量を算出
することができる。そこで、制御盤３８にはストローク
センサ４２からの検出信号と、仕口寸法メモリ４４から
のデータを入力する偏位量検出器４６が設けられ、回転
円盤３２の回転位置によって異なるトーチ高さの補正演
算部４８に出力するようにしている。この補正演算部４
８による補正信号は制御盤３８に出力され、制御盤３８
では鉄骨仕口部１０の保持形態をポジッショナ３０によ
って変更した場合の溶接ロボット２０のプログラム補正
処理をなすようにしている。

【００２３】鉄骨仕口部１０の形状により、仕口部１０
が水平な位置から任意の角度に回転固定させることで全
ての溶接箇所をカバーできる。溶接の段取は図２に示し
ているように、まず、上面ダイアフラム１４Ｕの周縁に
沿った溶接線Ｙ１〜Ｙ４を溶接した後、ロボット２０を
待避させ、仕口部１０を１８０度回転させる。ロボット
２０を所定の位置に移動させた後、下面ダイアフラム１
４Ｌの周縁に沿った溶接線Ｙ５〜Ｙ８を溶接する。この
ときトーチ２４の高さ位置は仕口部１０の反転によって
変更するが、補正手段４０による補正信号が制御盤３８
に入力されているので、自動的に姿勢および高さが補正
されて適正な位置に設定される。

【００２４】再度、ロボット２０を待避させた後、仕口
部１０を溶接線が水平になるように回転させて固定し、
ロボット２０を所定位置に移動させ、コラム１６の側面
とウェブ１８との接合部分の溶接線Ｙ９〜Ｙ１２を溶接
させる。他の半部における溶接線Ｙ１３〜Ｙ１６も同様
に仕口部１０を回転させて固定して行う。このような作
業手順においてポジッショナ３０の回転時には仕口部１
０の高さが変化するが、その偏位量は補正手段４０によ
って制御盤３８に入力されロボット２０に対する補正指
令がなされるので、仕口部１０の回転操作の度にロボッ
ト２０への制御データを作成させる必要がなくなる。