JP2005066639A - Welding device for steel segment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地下に埋設される上下水道管、通信ケーブルや電力ケーブルが通される地下埋設管或いは共同溝等に用いるシールド工事用のスケールセグメント(以下、ワークWということがある)の溶接装置、とくにスチールセグメントを構成する主桁とスキンプレートをエッジに沿って溶接するのに用いる溶接装置に関する。 The present invention relates to a welding apparatus for a scale segment (hereinafter sometimes referred to as a workpiece W) for shield construction used in a water and sewage pipe buried underground, a underground buried pipe through which a communication cable and a power cable are passed, or a common groove. In particular, the present invention relates to a welding apparatus used for welding a main girder and a skin plate constituting a steel segment along an edge.
図1は、スチールセグメントの一例を示すもので、アーチ状をなして両端が継手板1により連結され、継手板1と共に枠を構成する一対の主桁2と、主桁2を適当な間隔を置いて連結する縦リブ3と、枠の外周面を覆う断面アーチ状のスキンプレート4よりなり、各部材の連結はそれぞれ溶接にて行われ、このうち、主桁2とスキンプレート4の溶接は、二台の溶接機を図2に示すスキンプレート4の両側に配置し、各溶接機6をワークWのエッジに沿い、図の矢印で例示される方向に移動させて主桁上端面とスキンプレート側端面を円弧状に隅肉溶接することにより行われていたが、
(1)ワークWには幅(溶接機6間の間隔方向)や曲率半径に若干のバラツキがあるため、また溶接時の熱応力によりワークWが撓んで変形するために製品の品質が不安定となりがちであったこと、
(2)ワークWの幅や曲率半径のバラツキに対しては、ワークWの幅や曲率半径を計測して、その計測値により溶接ロボットの制御データを変えることにより対応できるとしても、ワークWの幅や曲率半径を計測するのは面倒であり、ワークWが変わる都度、こうした計測を行い、かつ制御データを変えるのは面倒で手間がかかり、また上述する溶接時の熱応力にも対応することができないこと、
(3)円弧に沿う溶接を円弧の一端から他端に向かって連続して行う場合、円弧の一半においては登り溶接、他半においては下り溶接となり、登り溶接が避けられない。下り溶接だけで溶接しようとすれば、円弧の頂部から溶接を開始して下り溶接を行い、円弧端に達すると、溶接トーチを円弧の頂部に戻し、そこから再度溶接を逆方向に向け開始して、他方の円弧端まで溶接を行う必要があり、工程が二工程にわたって作業能率が低下すること、
などの問題があった。
FIG. 1 shows an example of a steel segment. Both ends are connected by a joint plate 1 in an arch shape, and a pair of
(1) Since the workpiece W has some variation in the width (interval direction between the welders 6) and the radius of curvature, and the workpiece W is bent and deformed by the thermal stress during welding, the product quality is unstable. That it was apt to be,
(2) Even if it is possible to cope with variations in the width and curvature radius of the workpiece W by measuring the width and curvature radius of the workpiece W and changing the control data of the welding robot according to the measured value, Measuring the width and radius of curvature is cumbersome, and every time the workpiece W changes, such measurements are taken, and changing the control data is cumbersome and time-consuming, and also supports the above-mentioned thermal stress during welding. Can not do,
(3) When welding along the arc is continuously performed from one end of the arc to the other end, climb welding is performed in one half of the arc and descend welding is performed in the other half, and climb welding is inevitable. If welding is to be performed only by descending welding, welding is started from the top of the arc and descending welding is performed, and when the end of the arc is reached, the welding torch is returned to the top of the arc and then welding is started again in the opposite direction. And it is necessary to weld to the other arc end, and the work efficiency is reduced over two steps,
There were problems such as.
本発明の第1の目的は、溶接機を固定し、ワークWを曲率中心の回りに旋回させて、常に最適な姿勢でスキンプレートのエッジに沿う溶接を行うことができる溶接装置を提供しようとするものであり、第2の目的は、ワークWの幅や曲率半径に多少のバラツキがあっても、また溶接時の熱応力により、ワークWが変形するようなことがあっても、ワークWのエッジに沿う溶接が確実に行われ、製品の品質を損なうことがないようにした溶接装置を提供しようとするものである。 A first object of the present invention is to provide a welding apparatus capable of performing welding along the edge of the skin plate in an optimum posture at all times by fixing the welding machine and turning the workpiece W around the center of curvature. The second purpose is that even if there is some variation in the width and curvature radius of the workpiece W, and even if the workpiece W is deformed due to thermal stress during welding, the workpiece W It is an object of the present invention to provide a welding apparatus in which welding along the edge of the steel sheet is reliably performed and the quality of the product is not impaired.
請求項1に係る発明は、第1の目的を達成する溶接装置に関するもので、アーチ状をなして両端が継手板により連結され、継手板と共に枠を構成する一対の主桁と、枠の外周面を覆うスキンプレートよりなり、断面アーチをなして円周の一部を構成するスチールセグメントを円周の曲率中心の回りに旋回させる旋回装置と、該旋回装置によって旋回されるスチールセグメントのエッジが描く円弧軌跡の頂点に配置される溶接トーチを備えた溶接機とからなることを特徴とする。 The invention according to claim 1 relates to a welding apparatus that achieves the first object, wherein a pair of main girders that form an arch shape and both ends are connected by a joint plate and constitute a frame together with the joint plate, and an outer periphery of the frame A turning device for turning a steel segment comprising a skin plate covering the surface and forming a part of the circumference by forming a cross-sectional arch around the center of curvature of the circumference, and an edge of the steel segment turned by the turning device And a welding machine having a welding torch arranged at the apex of the drawn arc locus.
本発明によると、主桁上端面とスキンプレート側端面のエッジに沿う隅肉溶接が常に円弧軌跡の頂点で行えるようになる。 According to the present invention, fillet welding along the edges of the main girder upper end surface and the skin plate side end surface can always be performed at the apex of the arc locus.
本発明において用いる旋回装置としては、例えばモータ等を駆動源として回転駆動されるシャフトと、該シャフトに固着されて径方向に突出し、シャフトと共に旋回するアームと、アーム端に固着され、シャフトを曲率中心とする円弧状の取付面を有して該取付面にスチールセグメントが着脱可能に取着される取付部材とよりなるもの、ローラを円周上に定間隔で配置して、そのうちの一つを駆動ローラとし、該駆動ローラによりローラ上のスチールセグメントを円周上で移動させるようにしたものなどを例示することができる。 The swivel device used in the present invention includes, for example, a shaft that is rotationally driven using a motor or the like as a drive source, an arm that is fixed to the shaft and protrudes in the radial direction, and that rotates together with the shaft, and is fixed to the arm end. A mounting member having an arcuate mounting surface at the center and a steel segment detachably attached to the mounting surface; rollers arranged at regular intervals on the circumference; one of them And a steel roller on which the steel segment on the roller is moved on the circumference by the drive roller.
請求項2に係る発明は、前者の旋回装置に関するもので、請求項1に係る溶接装置において、旋回装置がモータ等を駆動源として回転駆動されるシャフトと、該シャフトに固着されて径方向に突出し、シャフトと共に旋回するアームと、アーム端に固着され、シャフトを曲率中心とする円弧状の取付面を有して該取付面にスチールセグメントが着脱可能に取着される取付部材よりなることを特徴とし、
請求項3に係る発明は、後者の旋回装置に関するもので、請求項1に係る溶接装置において、旋回装置が、円周上に適当間隔で配置されるローラよりなり、該ローラは、そのうちの少なくとも一つが駆動ローラであることを特徴とする。
本発明によると、スチールセグメントはローラを転動して移動する。
The invention according to
The invention according to claim 3 relates to the latter swiveling device. In the welding device according to claim 1, the swiveling device includes rollers arranged at appropriate intervals on the circumference, and the roller includes at least one of the rollers. One is a drive roller.
According to the invention, the steel segment moves by rolling the roller.
請求項4に係る発明は、第4の目的を達成する溶接装置に関するもので、両端が継手板により連結され、継手板と共に枠を構成する一対の主桁と、枠の外周面を覆うスキンプレートよりなり、断面アーム状をなして円周の一部を構成するスチールセグメントの円弧状をなすエッジに対応した間隔で溶接トーチを配置した一対の溶接機よりなり、スチールセグメントと溶接機のうち、いずれか一方又は双方を円周上で互いに逆向きに移動させてエッジの主桁上端面とスキンプレート側端面のエッジを隅肉溶接する溶接装置において、上記各溶接機はそれぞれエッジと直交する方向に昇降かつ横方向に移動可能であり、スキンプレート側端面に沿い、主桁上端面を転動する倣いローラと、該倣いローラをスキンプレート側端面に押付ける第1のバネ手段と、倣いローラを主桁上端面に押付ける第2のバネ手段を有することを特徴とする。
The invention according to
本発明によると、倣いローラがエッジに沿って転動すると、それと一体となって溶接機も昇降したり、横移動し、溶接トーチを常にエッジに沿わせて相対移動させることができる。 According to the present invention, when the copying roller rolls along the edge, the welding machine can move up and down together with it or move laterally, and the welding torch can always be relatively moved along the edge.
請求項5に係る発明は、請求項1〜3に係る発明において、溶接機が一対、溶接トーチ間の間隔がスチームセグメントの円弧状をなすエッジに対応した間隔で配置され、しかも各溶接機は、それぞれエッジと直交する方向に昇降かつ横方向に移動可能であり、スキンプレート側端面に沿い、主桁上端面を転動する倣いローラと、該倣いローラをスキンプレート側端面に押付ける第1のバネ手段と、倣いローラを主桁上端面に押付ける第2のバネ手段を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明によると、スキンプレートのエッジに沿う隅肉溶接が常に円弧軌跡の頂点において、溶接トーチを最適な姿勢に固定した状態でエッジの端から端まで連続して行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, fillet welding along the edge of the skin plate can be continuously performed from end to end of the edge with the welding torch fixed at the optimum posture at the top of the arc locus. .
請求項2に係る発明においては、アームを旋回させることにより、スチールセグメントを円弧軌跡を描いて旋回させることができ、請求項3に係る発明においては、曲率半径の長い大径のスチールセグメントであっても、確実に旋回運動させることができ、装置全体をコンパクトにすることができる。
In the invention according to
請求項4に係る発明においては、スキンプレート幅にバラツキがあったり、主桁の曲率半径にバラツキがあっても、また、溶接時の熱応力により、主桁やスキンプレートが撓んで変形するようなことがあっても、倣いローラがスキンプレート側端面と主桁上端面に押付けられた状態で転動し、エッジに沿って移動することにより、溶接トーチが常にエッジに沿って隅肉溶接を行うことができ、製品の品質が安定する。
In the invention according to
請求項5に係る発明においては、請求項1〜3に係る発明と、請求項4に係る発明の効果を併せて奏することができる。
In the invention which concerns on
図3は、本発明に係る溶接装置の正面を示すものであり、図4は側面を示すもので、ベース11上に立設されるフレーム12には、下部にシャフト13が水平に横架されて回動可能に軸支され、その一端に連結されるモータ等の駆動源である減速機付きサーボモータ14により回動されるようになっている。
FIG. 3 shows a front view of the welding apparatus according to the present invention, and FIG. 4 shows a side view. A
シャフト13には、一定の間隔を存して中空ロッド15により連結される一対のアーム16が固着され、各アーム16はそれぞれ下端にバランスウェイト17を有すると共に、上端に取付部材18を固着し、取付部材18の上面はシャフト13を曲率中心とする円弧状の取付面となっている。取付部材18にはまた、取付板19が突設され、該取付板19を通して取付部材18上に置かれたスチールセグメントの主桁2に形成されたボルト孔5にピン21を通すことによりスチールセグメントを着脱可能に取着できるようになっている。フレーム12にはまた、上部に一定の間隔を存して溶接機23が取付けられている。
A pair of
各溶接機23は、図5に示すように、倣いローラ24と、該倣いローラ24を下方及び図5の左方向に付勢するように支持する支持装置25と、溶接トーチ26を有しており、以下、これらについて順に説明する。
As shown in FIG. 5, each
倣いローラ24は、スキンプレート4上を転動し、一端にスキンプレート側端面に接して主桁2上端面を転動可能な径大部24aを有している。そしてスライドプレート27より下向きに突出する一対のブラケット28間にピン29にて回転自在に軸支されている。
The copying
支持装置25は、フレーム12に取着されるエアシリンダー31と、該エアシリンダー31のピストンロッド32に連結され、一対のガイドロッド49によって昇降がガイドされる上プレート33と、上プレート33を昇降可能に貫通し、上端にヘッド34a(このヘッド34aはピストンロッド32を上昇させたとき、上プレート33がヘッド34aに当たってガイドロッド34を介し、下プレート35をスライドプレート27や倣いローラ24と共に引上げるためのものである)を備えたガイドロッド34を一対、上向きに突設した横長の下プレート35と、ガイドロッド34が嵌挿され、上プレート33に固着される軸受部30と、下プレート35との間のガイドロッド34に巻装され、下プレート35を押下げる作用を行う第2のバネ手段としてのコイルバネ36と、下プレート35にスライド可能に支持され、スライドする方向が倣いローラ24の軸方向であるスライドプレート27と、下プレート35に取付板40を介して取着されるエアシリンダー37とよりなり、倣いローラ24を軸支し、ブラケット28より突出するピン29は、エアシリンダー37のピストンロッド38端にスライドかつ回動可能に嵌挿され、ピストンロッド38に固着される鍔39とブラケット28との間のピン29及びピストンロッド38には、第1のバネ手段としてのコイルバネ41が巻装され、その周りはブラケット28に固着される筒体42で被覆され、筒体42の開口端にはピストンロッド38の後退時に鍔39と係合するストッパー43が取付けられている。
The
なおスライドプレート27は、スチールセグメントの端部を検出するセンサを有し、該センサがスチールセグメント端を検出すると、検出信号が図示しないコントローラに送られ、コントローラはこれにより、サーボモータ14の駆動を一旦停止すると共に、エアシリンダー31の切換弁に出力し、エアシリンダー31のピストンロッド32をストローク限まで突出させる。上述のエアシリンダー31及び37はいずれもポジショナー付きのエアシリンダーで、エアシリンダー31のピストンロッド32がストローク限まで達すると、コントローラがエアシリンダー37の切換弁を切換えてピストンロッド38をストローク限まで突出させ、ピストンロッド38がストローク限まで達すると、コントローラがサーボモータ14を起動してアーム16の旋回を再開させると共に、溶接トーチ26の電源に出力して溶接を開始し、アーム16の旋回は、隅肉溶接に適した速度で行われるようにサーボモータ14を制御するようになっている。
The slide plate 27 has a sensor for detecting the end of the steel segment. When the sensor detects the end of the steel segment, a detection signal is sent to a controller (not shown), and the controller thereby drives the
センサがスチールセグメントの端部を再度検出すると、コントローラは、エアシリンダー31及び37の切換弁に出力してピストンロッド32及び38を後退させ、倣いローラ24を上昇させると共に、側方に後退させる。そして一定時間経過後、溶接トーチ26の電源をOFFにする。
When the sensor detects the end of the steel segment again, the controller outputs to the switching valves of the
溶接トーチ26は、側方に突出するピン45を有し、該ピン45がスライドプレート27より上向きに突設される支柱46に上下方向に取付位置が調整可能に取付けられるクランプ47により把持され、ピン45を支点として回動することにより溶接トーチ26の向きが調整できるようにしてある。
The
本装置は以上のように構成され、スチールセグメントのアーチ状をなすエッジの溶接時には、図3の実線で示す位置にある取付部材18の取付面にスチールセグメントを置き、取付板19からピン21を主桁2のボルト孔5に通すことによってスチールセグメントを取付部材18に連結し、固定する。
This apparatus is configured as described above, and when welding the edge forming the arch shape of the steel segment, the steel segment is placed on the mounting surface of the mounting
次にサーボモータ14の駆動を一旦停止する。これと共にエアシリンダー31の切換弁が切り換わり、ピストンロッド32が突出する。ピストンロッド32が限度まで突出する途上で倣いローラ24はスチールセグメントのスキンプレート上に達するが、なおもピストンロッド32が降下すると、上プレート33がコイルバネ36を圧縮しながら停止状態にある下プレート35に接近する。ピストンロッド32が下限まで降下したのちは、倣いローラ24はスキンプレート4をコイルバネ36の作用により押付け、以後のスキンプレート4のレベルの変化はコイルバネ36の伸縮により吸収される。すなわちスキンプレート4のレベルに応じてガイドロッド34が上プレート33をスライドしつつ昇降する。
Next, the drive of the
ピストンロッド32が下限に達すると、コントローラはエアシリンダー37の切換弁を切換え、これによりピストンロッド38が突出してスキンプレート上の倣いローラ24を図5の左方に移動させる。そして倣いローラ24の大径部24aがスキンプレート側端面に当たり、なおもピストンロッド38が突出すると、ピストンロッド38の鍔39がコイルバネ41を圧縮する。ピストンロッド38が左限に達したのちは、倣いローラ24の大径部24aがスキンブレード側端面をコイルバネ41の作用により押付け、以後のスキンプレート4の幅の変化は、コイルバネ41の伸縮により吸収される。以上のようにして倣いローラ24がスチールセグメントのエッジに位置決めされ、この位置決めがスチールセグメントの左右のエッジで行われる。
When the
ピストンロッド38が左限に達したとき、コントローラはサーボモータ14の起動を再開すると共に、溶接トーチ26の電源をONにする。これによりアーム16は隅肉溶接を行うのに最適な速度で旋回を開始し、溶接トーチによる溶接がエッジに沿って開始される。以後、スチールセグメントのエッジへの隅肉溶接がエッジに沿って行われ、溶接時は、倣いローラ24がスチールセグメントのエッジを転動しながら先導し、エッジの横及び上下方向の変位に応じて変位すると、倣いローラ24と一体をなす溶接トーチ26も同様、横及び上下方向に変位し、これによりエッジに沿った隅肉溶接が行われる。
When the
溶接がスチールセグメントのエッジの終端近くまで行われ、センサがスチールセグメントの端部を検出すると、コントローラはエアシリンダー31及び37の切換弁に出力してピストンロッド32及び38を後退させ、倣いローラ24を上昇させると共に、側方に後退させる。そして一定時間経過後、溶接トーチの電源をOFFにする。電源がOFFにされるまでの間、倣いローラ24による先導がない状態でスチールセグメント端までの残りのエッジに対する隅肉溶接が続けられる。
When welding is performed to near the end of the edge of the steel segment and the sensor detects the end of the steel segment, the controller outputs to the switching valves of the
上記実施形態では、倣いローラ24が溶接トーチ26の前方に配置されて、溶接を先導するようになっているが、溶接トーチの後方に配置して溶接の後から付いていくようにしてもよい。
In the above embodiment, the copying
1・・継手板
2・・主桁
3・・縦リブ
4・・スキンプレート
5・・ボルト孔
12・・フレーム
13・・シャフト
14・・減速機付きサーボモータ
16・・アーム
17・・バランスウェイト
18・・取付部材
19・・取付板
21、29、45・・ピン
23・・溶接機
24・・倣いローラ
25・・支持装置
26・・溶接トーチ
27・・スライドプレート
30・・スチールセグメント
31、37・・エアシリンダー
32、38・・ピストンロッド
33・・上プレート
34、49・・ガイドロッド
35・・下プレート
36、41・・コイルバネ
39・・鍔
42・・筒体
43・・ストッパー
46・・支柱
47・・クランプ
1 ..
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