JP2006351026A - 鋼材加工方法及び鋼材識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】識別マークを鋼材に付すためのマーキング装置及びマーキング工程を格別に設けることなく、鋼構造用鋼材の加工時に鋼材表面に識別マークを付与する。
【解決手段】鋼構造物を構築するための構造用鋼材のソリッドモデルをＣＡＤシステムにより作成する際に、鋼材の施工位置及び向きの情報を示す識別マークの表面輪郭をソリッドモデルに形成する。識別マークの表面輪郭を含むソリッドモデルのデータをＣＡＭシステムによって数値制御データに変換し、鋼材加工用のＮＣ加工機に入力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼材加工方法及び鋼材識別方法に関するものであり、より詳細には、鋼構造物を構築するための構造用鋼材の鋼材表面に識別マークを付与する鋼材加工方法及び鋼材識別方法に関するものである。

一般に、形鋼、構造用鋼管等の鋼材を構造材料として使用した鋼構造建築物又は土木構造物においては、鋼材は、建込み可能又は組付け可能な状態に鉄骨加工工場で切断・加工された後、輸送手段によって建設現場に搬入される。加工後の鋼材には、工場出荷前に塗料等で識別マークが付され、建設現場に搬入された鋼材は、識別マークによって種別等を判別され、適切な工区に現場内搬送される。鋼材は、鉄骨建方、溶接、ボルト締め、リベット打ち等の現場作業によって所望の施工部位に建込まれ又は取付けられ、建築物又は土木構造物の鋼構造骨組が建設現場に構築される。

中規模又は大規模な鋼構造建築物等の施工においては、多種多様の鋼材が多量に建設現場に搬入される。例えば、中規模又は大規模な立体トラス又は単層ラチス構造の鋼構造シェルを建設する場合、多種多様の断面形状、寸法及び仕口端構造等を有する多量の鋼材が建設現場に搬入される。仕口端形状が類似し、しかも、材長の相違も数mm程度であるにすぎない多量の鋼材が建設現場に搬入された場合、各鋼材を目視で容易に識別することは困難であることから、鋼材の識別は、各鋼材に付された識別マークに依存せざるを得ない。

他方、この種の鋼構造物の施工において鋼材の識別を誤った場合、鋼材を正規の位置に取付けることはできず、仮に鋼材を取付けることができたとしても、鋼構造物は、所期の性能を発揮し難いであろう。このため、各鋼材には、建設現場で容易に判別可能な識別マークを工場出荷前に適切に付すことが望ましい。

配管等の棒状材にマーキングする棒状材マーキング・切断加工システムが特開平７−１４８６１１号公報に記載されている。このシステムは、ストックした管材を管材切断装置に移送する際に識別マークを自動的に管材に付し、後続の管材切断作業を効率化しようとするものである。また、特開平６−１５５１４２号公報には、マーキング機能を有するパイプ切断機が記載されている。この切断機は、管材切断時の動作を利用して管材にマーキングし、切断後の管材に対する手作業のマーキングを省略することを企図したものである。
特開平７−１４８６１１号公報 特開平６−１５５１４２号公報

しかしながら、前述の如く、仕口端形状が類似し、材長の相違も数mm程度であるにすぎない多量の鋼材に対し、適切な識別マークを人為的に付す作業は、かなりの労力又は負担を鉄骨加工工場の側に強いる。また、加工後の鋼材に塗料等でマーキングした識別マークは、建設現場において容易に判別し難い場合がある。

このようなマーキングの必要性は、鋼材の現場搬入時のみならず、工場内の切断・加工工程においても生じ得る。例えば、複数の切断・加工工程を経て鋼材を加工する場合、鋼材に適切な加工を施すには、各工程間を移動する鋼材を迅速且つ適格に判別しなければならず、このため、移動過程の鋼材を判別する手段として識別マークを鋼材に付す必要が生じる。

上記特許文献１に記載された棒状材マーキング・切断加工システムは、ストックした管材等の棒状材を鋼材切断装置に移送する際に識別マークを棒状材の表面に付すように構成されており、このようなシステムによれば、後続の切断過程において棒状材を適格に判別し得るかもしれない。しかし、このようなシステムを採用した場合、マーキング装置を棒状材の搬送ラインに設置しなければならず、しかも、マーキング装置を制御する制御系が別途に必要とされるので、棒状材の加工のための装置系構成が煩雑化又は複雑化してしまう。また、このような棒状材のマーキング装置は、配管等の比較的小径且つ軽量な鋼材の加工には適用し得たとしても、多種多様の断面・重量の鋼材を取り扱う構造用鋼材の加工には適用し難い。

また、上記特許文献２に記載されたパイプ切断機の構成は、比較的小径の管材の切断には適用し得たとしても、建築物又は土木構造物の工事材料のマーキングに使用することはできない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、識別マークを鋼材に付すためのマーキング装置及びマーキング工程を格別に設けることなく、鋼構造用鋼材の切断・加工時に鋼材表面に識別マークを付与することができる鋼材加工方法及び鋼材識別方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく、鋼構造物を構築するための構造用鋼材のソリッドモデルをＣＡＤシステムにより作成し、該ソリッドモデルのデータをＣＡＭシステムによって数値制御データに変換して、鋼材加工用のＮＣ加工機に入力する鋼材加工方法において、
鋼材の施工位置及び向きの情報を示す識別マークを前記ＣＡＤシステムによって前記ソリッドモデルの表面輪郭に形成し、該表面輪郭を含むソリッドモデルのデータを数値制御データに変換することを特徴とする鋼材加工方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、識別マークは、鋼材の表面輪郭としてソリッドモデルに付加され、ソリッドモデルに融合する。識別マークの輪郭を含むソリッドモデルのデータは、ＣＡＤシステムからＣＡＭシステムに受け渡され、ＮＣ加工機に入力可能な数値制御データに変換される。ＮＣ加工機は、鋼材の切断・加工工程において鋼材表面に識別マークを同時加工し、かくして、識別マークは、鋼材の表面輪郭として鋼材に形成される。このような鋼材加工方法によれば、識別マークを鋼材に付すためのマーキング装置及びマーキング工程を格別に設けることなく、鋼構造用鋼材の加工時に鋼材表面に識別マークを付与することができる。

他の観点より、本発明は、鋼構造物を構築するための構造用鋼材を鋼材表面の識別マークによって識別する鋼材識別方法において、
設計図書に記載された鋼材の施工位置及び向きの情報をＣＡＤシステムに入力してソリッドモデルを作成する際に、鋼材の施工位置及び向きの情報を示す識別マークを前記ソリッドモデルの表面輪郭として該ソリッドモデルに形成し、
前記ソリッドモデルのデータをＣＡＭシステムによって数値制御データに変換して、鋼材加工用のＮＣ加工機に入力することにより、鋼材表面に識別マークを付加することを特徴とする鋼材識別方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、識別マークは、鋼材表面の輪郭として鋼構造用鋼材の切断・加工時に鋼材表面に恒久的に形成される。従って、識別マークを付す人為的作業を省略することができるので、識別マークを各鋼材に付すための労力又は手間を解消し又は大幅に軽減するとともに、識別マークを付す際に生じ得る人為的な誤りを確実に回避することができる。

本発明の鋼材加工方法及び鋼材識別方法によれば、識別マークを鋼材に付すためのマーキング装置及びマーキング工程を格別に設けることなく、鋼構造用鋼材の切断・加工時に鋼材表面に識別マークを付すことができる。

本発明の好適な実施形態によれば、上記ＮＣ加工機は、ＮＣ部及び加工ヘッドを備えた三次元レーザ加工機からなる。近年の三次元レーザ切断技術の進歩により、構造用鋼管等の鋼材の仕口端を高精度に切断・加工することが可能となったことから、本発明の技術を三次元レーザ切断技術と併用することにより、建築設計・施工の通常の過程に僅かな作業（ソリッドモデルに対する識別マークの追加又は融合作業）を付加するだけで本発明の鋼材加工方法及び鋼材識別方法を実施することができる。

三次元レーザ加工機は、鋼材を拘束する三次元レーザ加工機の把持部（チャック）によって鋼材を拘束し、鋼材を所望の寸法・形状に切断・加工する際に識別マークを鋼材表面に形成する。把持部から解放された鋼材には、識別マークが既に付されているので、後続の工程、鋼材輸送、現場搬入、現場内搬送、鋼材建込み又は取付けの過程において、鋼材の取り違え等の誤作業を確実に防止することができる。

好ましくは、識別マークは、鋼材表面の溝によって鋼材表面に恒久的に形成される。溝の深さは、断面欠損による鋼材の強度低下又は剛性低下が生じないように１mm以下の寸法に設定される。鋼材表面に開口した溝は、光の反射又は陰影によって識別マークを鋼材表面に表出する。所望により、例えば、溝の底面のみを着色し、識別マークの視覚性を向上するようにしても良い。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記識別マークは、有意文字列を鋼材表面に表出するように鋼材表面に刻設される。更に好ましくは、識別マークの文字列は、棒材の施工位置及び／又は向きを意味する記号又は符号等の組合せからなる。識別マークを付与した位置（鋼材表面の位置）によって作業者等が鋼材の向き（軸線方向の位置、回転方向の位置）を認識するように識別マークを鋼材表面に配置しても良い。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、建築工事用鋼材の切断・加工過程及び施工過程を示すフロー図であり、図２は、本発明のマーキング方法を実施するためのシステム構成を概略的に示すシステム構成図である。

図１（Ａ）には、従来の鋼材切断・加工及び鋼材施工の過程が概略的に示されており、図１（Ｂ）には、本発明のマーキング方法を適用した鋼材加工及び鋼材施工の過程が示されている。

図１（Ａ）に示す従来の切断・加工工程及び施工工程では、工作図及び現寸図等の施工図書が設計図書（設計図・仕様書）に基づいて作成され、施工図書に基づくケガキ、切断、開先加工、孔あけ加工等が、通常の作業手順に従って鉄骨加工工場で実施される。加工後の鋼材は、塗料等で識別マークを付された後、建設現場に搬入される。鋼構造物を構築するための建込み、組立、溶接等の現場工程が通常の作業手順に従って建設現場で実施される。組上げられた鋼材は、現場検査等を経て塗装される。

これに対し、図１（Ｂ）に示す切断・加工工程及び施工工程は、CAD（Computer Aided Design）システム及びCAM（Computer Aided Manufacturing）システムを使用したものであり、設計図書（設計図・仕様書）に記載された鋼構造物の各種情報は、図２に示すＣＡＤシステムに入力され、ソリッドモデルとしてデータ化される。鋼構造物の情報には、鋼材の寸法及び断面形状、仕口端構造、接合手段（溶接、ボルト等）、鋼材の施工位置（建込み位置又は組付け位置）、鋼材の方向性（建込み時又は組付け時の向き）等が含まれる。鋼材の寸法及び断面形状、仕口端構造、接合手段等の情報に基づいて各鋼材の輪郭を定めることができ、鋼材の施工位置及び方向性の情報に基づき、各鋼材の識別マークを定めることができる。

ＣＡＤシステムは、鋼材の寸法及び断面形状、仕口端構造、接合手段の情報に基づいてソリッドモデルを作成する。ＣＡＤシステムは、鋼材の施工位置及び方向性と関連した識別マークを鋼材表面の溝状輪郭又は凹所輪郭によってソリッドモデル上に表示する。識別マークは、有意文字の文字列からなり、鋼材の施工位置は、文字列の意味によって示される。

識別マークは、例えば、鋼材の上端部又は水勾配水上側の鋼材端部に配置されるとともに、文字列を建築物の正面側に向けた位置に配置される。従って、現場搬入された鋼材の施工部位は、識別マークの文字列の意味によって特定され、鋼材の軸芯方向の向き（例えば、上下・左右の方向）は、識別マークを付した鋼材の端部によって特定され、鋼材の軸芯廻りの向き（例えば、前後関係）は、識別マークの周方向位置によって特定される。

識別マークの溝状輪郭又は凹所輪郭を含むソリッドモデルのデータは、ＣＡＭシステムに入力される。ＣＡＭシステムは、ソリッドモデルのデータを切断・加工用の数値制御データに変換し、数値制御データは、三次元レーザ加工機のＮＣ部に入力される。三次元レーザ加工機は、フレーム、加工ヘッド及び加工デーブル等を備え、加工ヘッドは、把持部（チャック）に拘束した鋼材ＷをＮＣ部の制御下に切断し又は精密加工する。

識別マークは、鋼材の溝状輪郭又は凹所輪郭として上記数値制御データに含まれるので、三次元レーザ加工機は、鋼材Ｗの加工時に鋼材１に識別マークを刻設する。加工後の鋼材Ｗは、建設現場に搬入され、識別マークによって施工位置及び向きを判別される。鋼材Ｗは、識別マークによって指定された施工位置及び向きに建込まれ又は組付けられた後、溶接、ボルト締め等の現場工程を経て組上げられる。

図３（Ａ）は、現場搬入された鋼材Ｗを組付けてなる立体トラス構造１０を示す部分斜視図であり、図４及び図５は、立体トラス構造１０の部分拡大斜視図及び部分側面図である。

現場搬入された鋼材Ｗは、構造用円形鋼管１及びＨ形鋼２を含む。鋼管１は、接合部３において放射状に接合した斜材及び下弦材を構成し、Ｈ形鋼２は、梁間方向及び桁行方向の上弦材を構成する。各鋼管１は、接合部３と接合する仕口端１ａと、Ｈ形鋼２と接合する仕口端１ｂとを有する。仕口端１ａは、接合部３において他の鋼管１に接合され、仕口端１ｂは、鋼製ブラケット又は仕口部材等を介してＨ形鋼２に接合される。

図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、仕口端１ｂの拡大側面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）のＩ−Ｉ線における拡大断面図であり、図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）の部分拡大断面図である。

仕口端１ｂには、三次元レーザ加工機によって刻設された識別マーク２０が配置されている。識別マーク２０は、鋼管１の表面に形成された浅い溝又は凹所からなり、溝又は凹所は、側面２１及び底面２２によって鋼管１の表面から明確に区分される。側面２１は、図３（Ｃ）に示すように所定の文字形状に延びる。溝又は凹所の深さＨは、断面欠損による強度低下又は剛性低下が鋼管１に生じない程度の寸法、例えば、１mm未満の寸法に設定されるが、側面２１及び底面２２の陰影及び反射光により、識別マーク２０の文字を視認し且つ判別することができる。

図３（Ｃ）に「ＤＴ−１２」として例示された識別マーク２０の文字列は、鋼管１の施工位置を意味する。従って、識別マーク２０によって各鋼管１の施工位置が特定される。識別マーク２０を刻設した端部１ｂは、Ｈ形鋼２に接合される側の鋼管端部を意味し、各鋼管１の軸芯方向の向きは、識別マーク２０によって特定される。また、識別マーク２０の周方向の位置は、軸芯廻りの鋼管１の位置（角度位置）を意味する。例えば、立体トラス構造１０を水勾配（図５に矢印で示す）水上側から見たときに、識別マーク２０が水上側から視認できるように識別マーク２０の周方向位置を設定した場合、識別マーク２０が水上側に配置されるように各鋼管１の周方向位置を施工時に位置決めする（回転させる）ことにより、各鋼管１の正面（水上側面）、背面（水下側面）又は各鋼管１の周面の上下関係は、自ずと定まる。従って、施工位置における各鋼管１の軸芯方向及び軸芯廻りの位置又は向きは、識別マーク２０の配置規則によって特定される。

かくして、鋼管１の組付け作業を行う作業者は、識別マーク２０の意味によって鋼管１の取付け位置を認識し、識別マーク２０の位置によって鋼管１の位置又は向き（上下、左右、正面及び背面の位置又は向き）を認識することができるので、鋼管１をＨ形鋼２に正確に組付けることができる。なお、Ｈ形鋼２にも又、同様の識別マークが付されており、作業者は、識別マークの意味及び配置規則に従ってＨ形鋼２を適所に建込むことができる。

図６は、上記識別マーク２０を利用した鋼管１の他の接合方法を示す鋼管接合部の平面図である。

楕円形仕口プレート５、６を一体的に組付けてなるプレート組立体が、図６（Ａ）に示されている。複数の鋼管１（図６では４本の鋼管１）が、図６（Ｂ）に示すようにプレート組立体に突合せ溶接される。各鋼管１の仕口端は、三次元レーザ加工機によって高精度にレーザ切断され、各鋼管１の仕口端開口には、小口プレート４が嵌装される。小口プレート４は、鋼管１の小口面から若干突出した位置に垂直なメタルタッチ面を形成する。鋼管１の仕口端は、仕口プレート５、６の垂直なメタルタッチ面に突付けられ、小口プレート４及び仕口プレート５、６のメタルタッチ面同士が面接触する。

鋼管１及び仕口プレート５、６は、上下のエレクションピース７によって相対位置を位置決めされる。上部エレクションピース７が係合する鋼管１の凹所９が、図６（Ａ）に例示されている。

小口プレート４及び仕口プレート５、６の面接触により、鋼管１の小口面と仕口プレート５、６との間に溶接ギャップが形成される。鋼管１及び仕口プレート５、６は、溶接ギャップによって突合せ溶接され、溶接金属８によって接合される。

各鋼管１の仕口端は、微妙に相違する仕口端形状及び各部寸法を有するにすぎないので、各鋼管１を仕口端形状の目視判別や寸法実測等によって判別することは、実際には極めて困難である。しかしながら、前述の識別マーク２０が三次元レーザ加工機によって各鋼材１の仕口端に刻設されているので、識別マーク２０の意味及び配置規則に従って各鋼管１を仕口プレート組立体に正確に配置することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、このような変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

例えば、上記実施例では、溝状輪郭又は凹所輪郭の識別マークを鋼材に刻設しているが、突条輪郭又は凸状輪郭の識別マークを鋼材に形成することも可能である。

また、上記実施例では、識別マークの位置によって鋼材の向きを特定しているが、識別マークの文字列の意味によって鋼材の向きを特定するように構成しても良い。

更に、ＣＡＤシステム及びＣＡＭシステムのデータに互換性がない場合、ソリッドモデルのデータを互換データ形式に変換した後にＣＡＭシステムに入力しても良い。

本発明は、構造用鋼材のソリッドモデルデータを数値制御データに変換してＮＣ加工機に入力する方式の鋼材加工方法に適用される。本発明は又、鋼構造物を構築するための構造用鋼材を鋼材表面の識別マークによって識別する鋼材識別方法に適用される。

建築工事用鋼材の切断・加工過程及び施工過程を示すフロー図であり、図１（Ａ）には、従来の鋼材切断・加工及び鋼材施工の過程が概略的に示されており、図１（Ｂ）には、本発明のマーキング方法を適用した鋼材切断・加工及び鋼材施工の過程が示されている。 本発明のマーキング方法を実施するためのシステム構成を概略的に示すシステム構成図である。 図３（Ａ）は、現場搬入された鋼材を組付けてなる立体トラス構造を示す部分斜視図であり、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、鋼管仕口端の拡大側面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）のＩ−Ｉ線における拡大断面図であり、図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）の部分拡大断面図である 図３に示す立体トラス構造の部分拡大斜視図である。 図３に示す立体トラス構造の部分側面図である。 識別マークを利用して接合する他の鋼管接合部の構造を例示する平面図である。

符号の説明

１：構造用円形鋼管
１ａ、１ｂ：仕口端
２：Ｈ形鋼
３：接合部
１０：立体トラス構造
２０：識別マーク
２１：側面
２２：底面
Ｗ：鋼材

Claims (7)

1. 鋼構造物を構築するための構造用鋼材のソリッドモデルをＣＡＤシステムにより作成し、該ソリッドモデルのデータをＣＡＭシステムによって数値制御データに変換して、鋼材加工用のＮＣ加工機に入力する鋼材加工方法において、
   鋼材の施工位置及び向きの情報を示す識別マークを前記ＣＡＤシステムによって前記ソリッドモデルの表面輪郭に形成し、該表面輪郭を含むソリッドモデルのデータを数値制御データに変換することを特徴とする鋼材加工方法。
2. 前記ＮＣ加工機として三次元レーザ加工機を用いたことを特徴とする請求項１に記載の鋼材加工方法。
3. 前記識別マークは、鋼材表面に開口した溝又は凹所として前記表面輪郭に形成され、溝の深さは、１mm以下の寸法に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材加工方法。
4. 鋼構造物を構築するための構造用鋼材を鋼材表面の識別マークによって識別する鋼材識別方法において、
   設計図書に記載された鋼材の施工位置及び向きの情報をＣＡＤシステムに入力してソリッドモデルを作成する際に、鋼材の施工位置及び向きの情報を示す識別マークを前記ソリッドモデルの表面輪郭として該ソリッドモデルに形成し、
   前記ソリッドモデルのデータをＣＡＭシステムによって数値制御データに変換して、鋼材加工用のＮＣ加工機に入力することにより、鋼材表面に識別マークを付加することを特徴とする鋼材識別方法。
5. 前記識別マークは、有意文字列を鋼材表面に表出するように鋼材表面に刻設されることを特徴とする請求項４に記載の鋼材識別方法。
6. 前記識別マークの文字は、鋼材の施工位置及び／又は向きを意味する記号又は符号の組合せからなることを特徴とする請求項５に記載の鋼材識別方法。
7. 識別マークを付与した位置によって作業者が鋼材の向きを認識するように識別マークを鋼材表面に配置することを特徴とする請求項５に記載の鋼材識別方法。

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