JP4564722B2 - 鉄骨柱の溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、鉄骨建築物の骨組となる鉄骨柱を溶接により組立てる装置及び方法に関するもので、梁を接続する位置に配置される仕口と、仕口を繋ぐ幹とを交互に溶接して、所望長さの柱を組立てる装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨建築物の骨組は、柱と梁によって形成されている。柱はトラックなどで運搬可能な長さに工場で組立てたものを現場で上下方向に繋ぎ合わせる。この明細書で言う鉄骨柱は、工場で製造される運搬可能な長さの柱である。図１３は鉄骨柱の一例を示した図で、所定断面の幹２と、梁を接続する羽根３を備えた仕口４とを溶接により軸方向に接続したものである。
【０００３】
幹２は、図１４に示すように、角パイプ、丸パイプ、Ｈ形鋼などの圧延鋼材を階高に対応する長さに切断し、その切断端に開先加工をして裏当て金を取付けたものである。仕口４は、一般的には図１４に示すように、幹２と同断面の芯材５の両端に小口板６を溶接し、梁が接続される方向に２〜４枚の羽根３を溶接したものである。この発明の溶接方法及び装置は、図１４に示すような幹２と仕口４とを交互に溶接して、所望長さの鉄骨柱１を組立てる装置及び方法である。
【０００４】
鉄骨柱１は、一般に柱軸を水平にした寝かせた状態で組立てられる。従来は、幹２を支持する幹受け台車と、仕口を支持する仕口受け台車とをレール上に交互に配置し、これらの台車を移動して幹と仕口との軸方向の位置関係を設定し、前記レールに沿って走行する溶接ロボットで溶接を行っている。
【０００５】
良好な溶接を行うためには、下向き溶接、即ち溶接トーチを下向きにして溶接を行う必要がある。これを行うためには、組立て途中で鉄骨柱を柱軸回りに反転させる必要がある。従来は、仮溶接した鉄骨柱をクレーンで吊り上げて反転する手段が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来の鉄骨柱の溶接においては、組立てられる幹及び仕口の個数にそれぞれ対応する台数の幹受け台車（通常、１本の幹は２台の台車で支える。
）及び仕口受け台車が必要である。建築物によって組立てる幹や仕口の数は異なるが、前記のような従来装置では、その最大数に対応する台車を準備しておくことが必要である。従って、台車の内の何台かが使用されない状態となっていることが多く、設備が不経済である。また、従来の溶接では、溶接ロボットが鉄骨柱の端から端まで移動して溶接を行う必要があり、その走行のために設備が高価になる。
【０００７】
この発明は、前記のような問題点を解決して、幹と仕口とを溶接して鉄骨柱を組立てる鉄骨柱の溶接装置をより安価に提供可能な技術手段を得ることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、鉄骨柱を形成する幹２と仕口４とを従来とは全く異なる手順で供給し、位置決めし、溶接してゆくことにより、前記課題を解決している。即ち、従来の方法では、所定数の幹と仕口とを予め供給し、これら相互を位置決めした後で溶接を行っているのに対し、この発明の方法では、溶接により連結しようとする幹と仕口とを溶接領域に順次供給して位置決めと溶接とを行うという工程を所要回繰り返すことによって、所望長さの鉄骨柱を組立てている。
【０００９】
即ち、この発明の鉄骨柱の溶接方法は、対向して接近離隔かつ同期割出回転する柱端クランパ１４と仕口・幹クランパ１５の間の溶接位置Ｂに第１番目の幹２ａと仕口４ａとを供給して両者をそれぞれの側の前記クランパで把持し、当該クランパの割出回転と接近離隔動作で前記第１番目の幹と仕口とを位置決めして溶接連結する第１工程と、溶接連結した半製品を前記仕口・幹クランパの開放と柱端クランパの離隔動作により溶接位置Ｂから退避させる移送工程と、移送により開かれた溶接位置Ｂに前記半製品の仕口・幹クランパ側の部材が仕口であるときは幹２ｂ、２ｃを供給し当該部材が幹であるときは仕口４ｂを供給して前記仕口・幹クランパで把持し、当該クランパの割出回転と接近離隔動作で新たに供給された幹２ｂ、２ｃ又は仕口４ｂと前記半製品の仕口・幹クランパ側の部材とを位置決めして溶接連結する溶接工程とを備え、前記第１工程の後で前記移送工程と溶接工程とを交互に繰り返すことにより所望長さの鉄骨柱を得ることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項２及び３の発明は、上記方法を実施するのに好適な鉄骨柱の溶接装置の発明である。請求項２の発明は、柱軸回りに割出回転する柱端クランパ１４を備えた第１台車１１と、柱軸回りに割出回転する仕口・幹クランパ１５を備えた第２台車１２と、柱軸回りに回転自在な幹受け１６を備えた複数台の第３台車１３と、これらの台車群をそれらの柱軸を同一軸線上にして案内する直線レール２５と、当該レールに案内されて移動する第３台車１３が仕口・幹クランパ１５の設置位置を通過するのを許す退避手段７、２０と、溶接ロボット１０とを備え、第１台車１１は台車群の一方の端に配置され、第２台車１２は仕口・幹クランパ１５を前記柱端クランパ１４に対向させて配置され、溶接ロボット１０は柱端クランパ１４と仕口・幹クランパ１５の間に配置されている、鉄骨柱の溶接装置である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、柱軸回りに割出回転する仕口・幹クランパ１５と、柱軸回りに割出回転する柱端クランパ１４を備えた第１台車１１と、柱軸回りに回転自在な幹受け１６を備えた複数台の第３台車１３と、これらの台車群をそれらの柱軸を同一軸線上にして案内する直線レール２５と、当該レールに案内されて移動する第３台車１３が仕口・幹クランパ１５の設置位置を越えて移動するのを許す退避手段７、２０と、前記レールに沿って走行する溶接ロボット１０とを備え、第１台車１１は台車群の一方の端に配置され、仕口・幹クランパ１５は前記柱端クランパ１４に対向させて配置され、溶接ロボット１０は柱端クランパ１４と仕口・幹クランパ１５の間に配置されている、鉄骨柱の溶接装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の溶接装置の一実施例を示す平面図であり、図２ないし図１０は、図１の装置における溶接手順を順次示す平面図である。
【００１３】
図１において、２５は水平に設けたレール、２６は当該レールと平行に設けた補助レールである。１１はレール２５上を自走する第１台車、１２は補助レール２６上を自走する第２台車、１３はレール２５上を自走又は従動移動する複数の第３台車である。第１台車１１は、組立てられる鉄骨柱の端部を把持する柱端クランパ１４を備えている。第２台車１２は、レール２５上で柱端クランパ１４と対向する仕口・幹クランパ１５を備えている。柱端クランパ１４と仕口・幹クランパ１５とは、同一軸線（柱軸）を中心に割出回転可能で、当該割出回転により、両クランパ１４、１５に把持された部材の柱軸回りの位置決めと反転とが可能である。第３台車１３は、柱軸回りに従動回転する幹受け１６を備えている。
【００１４】
柱端クランパ１４及び仕口・幹クランパ１５は、径方向に開閉されるクランプ爪を供えており、当該クランプ爪で、例えば仕口の小口板６や幹の稜線の端部９（図１４参照）を把持することにより、仕口４又は幹２をその軸端において把持する構造を採用できる。幹受け１６は、周面をローラ支持されたリング状の従来公知の構造を用いればよい。図１１はその一例を示した図で、中心に幹２を挿通する開口１８を有するリング状の幹受け１６の円周面を第３台車１３でローラ支持した構造である。幹受け１６は、そのリングの一部に開口１８に幹２を装脱するための切欠を備えている。この切欠には、回転時にこれを閉鎖する扉部材１９を設けるか、あるいはこの切欠を避けた位置でローラ支持する構造としている。
【００１５】
仕口・幹クランパ１５は、第２台車１２から延びる腕２０に設けられており、この腕２０を上方へ揺動させることにより、レール２５上から退避可能にしてある。第３台車１３は、仕口・幹クランパ１５を退避させた状態で、仕口・幹クランパ１５の設置位置を通過可能である。鉄骨柱の溶接を開始する前の状態においては、２台の第３台車１３ａが第１台車１１と第２台車１２との間に配置され、他の第３台車は仕口・幹クランパ１５の背後の待機位置Ａに配置されている。
【００１６】
溶接ロボット１０は、柱端クランパ１４と仕口・幹クランパ１５の間の仕口・幹クランパ１５に近い位置に配置されている。必要があればこの溶接ロボットは、レール２５に沿って移動可能に設けられる。図１ないし図１０の実施例では、第２台車１２を補助レール２６に沿って移動自在に設け、溶接ロボット１０を定位置に設けている。第２台車１２と溶接ロボット１０（正確には仕口・幹クランパ１５と溶接ロボットの溶接トーチ）とは、いずれか一方を組立てられる幹の最大長の長さ分だけレール２５に沿って移動可能に設ければよい（図１２の第２実施例参照）。
【００１７】
レール２５の中央には、第３台車１３を待機位置Ａから溶接領域へと移送する移送装置８が設けられている。この移送装置は、例えば１個又は複数個の開閉可能な係止具を設けたチェーンで、係止具で移送しようとする第３台車を把持して周回することにより、所望の１台又は複数台の第３台車を待機位置Ａから溶接領域Ｂへと、また、溶接領域Ｂから待機位置Ａへと移送する。
【００１８】
第１台車１１及び第２台車１２は、自走装置を備えており、その少なくとも一方（第２台車が望ましい）は、走行位置を正確に制御できる、例えば走行用のサーボモータと必要なセンサとを備えている。これにより、溶接ロボット１０に柱軸方向の溶接位置の基準座標を与えることができる。
【００１９】
溶接される幹２や仕口４は、好ましくは溶接ロボット１０に隣接する位置又はレール２５を挟んで対向する位置に設けたストック領域Ｄ、Ｅから溶接領域Ｂへ、クレーン又は専用のローダ（図示せず）で供給される。幹２は、柱軸回りの位相を略一定にして、溶接領域にある第３台車の幹受け１６へ供給され、その端部を仕口・幹クランパ１５（最初の柱端のものは柱端クランパ１４）で把持されることによって、柱軸回りの位相が設定される。一方、仕口４は、仕口・幹クランパ１５へと供給され、端部を当該クランパで把持されることによって、柱軸回りの位相が設定される。
【００２０】
次に図２ないし１０を参照して、図１の装置における鉄骨柱の溶接手順を説明する。まず、２台の第３台車１３ａを溶接領域Ｂに送り込んでおき、柱端の幹２ａをこれらの台車１３ａの幹受けで保持して、頂端を柱端クランパ１４で把持する。同時に第１仕口４ａを仕口・幹クランパ１５に供給して把持する。この状態で第１台車１１と第２台車１２とを接近させ、第１幹２ａと第１仕口４ａとを両クランパ１４、１５の割出回転で位相を合せて溶接ロボット１０の溶接位置に位置決めし、溶接ロボット１０のトーチで溶接を行う。溶接の進行に応じてクランパ１４、１５を同期回転して、常に最適な姿勢で下向き溶接が行われるようにする。
【００２１】
第１幹２ａと第１仕口４ａとの溶接が終了したら、仕口・幹クランパ１５を開き、第１台車１１を後退させて溶接領域Ｂを開ける。同時に第２台車の腕２０を上動して、仕口・幹クランパ１５をレール２５上から退避させ、２台の第３台車１３ｂを移送装置８で溶接領域Ｂに移送し、移送された２台の第３台車１３ｂを次に供給される幹の長さに応じた間隔に設定する。この２台の第３台車１３ｂが通過した後、第２台車の腕２０を下ろして、仕口・幹クランパ１５を復帰させ、第２幹２ｂを移送されて来た第３台車１３ｂの幹受けに供給した後、第２台車１２を前進して、その端部を仕口・幹クランパ１５で把持する。この状態で第１台車１１を第２台車１２側へと移動し、クランパ１４、１５で第２幹２ｂと第１仕口４ａとの位相を合わせ、更に第１台車１１と第２台車１２の同期走行により、第２幹２ｂと第１仕口４ａとの当接部を溶接ロボット１０の溶接位置へと移送する。この状態でクランパ１４、１５の同期回転と溶接ロボット１０の動作により、第２幹２ｂを第１仕口４ａに下向き溶接する。次に仕口・幹クランパ１５を開き、第１台車１１を後退する。幹２ａ、２ｂを支える第３台車１３ａ、１３ｂは、第１台車１１に引かれて移動し、溶接領域Ｂが開かれる。
【００２２】
この状態で第２仕口４ｂを供給して仕口・幹クランパ１５で把持し、第１台車１１を前進して、第２幹２ｂと第２仕口４ｂとの位置決めを行う。そして、溶接ロボット１０で、クランパ１４、１５を適宜同期回動しながら、第２幹２ｂと第２仕口４ｂとを溶接連結する。第３台車１３は、レール２５上を移動可能であり、かつ幹受け１６は柱軸周りに従動回転可能であるから、第２幹２ｂは柱端クランパ１４の位置と回転角によって位置決め可能である。
【００２３】
第２幹２ｂと第２仕口４ｂとの溶接が終了したら、仕口・幹クランパ１５を開き、第１台車１１を後退させ、第２台車の腕２０を上動して、次の２台の第３台車１３ｃを溶接領域Ｂへと移送する。そして、第３幹２ｃを新たに移送されて来た第３台車１３ｃの幹受けで保持し、レール２５上に復帰した仕口・幹クランパ１５で幹端を把持する。
【００２４】
以下、第２幹２ｂを第１仕口４ａに溶接したと同様な手順で第３幹２ｃを第２仕口４ｂに溶接する。更に第３仕口や第４幹の溶接が必要であれば、第２仕口４ｂを第２幹２ｂに溶接した動作、及び第２幹２ｂを第１仕口４ａに溶接したと同様な手順で、第３仕口や第４幹とを溶接連結する。この動作の繰り返しによって、必要な数の幹２と仕口４とを連結して、所望長さの鉄骨柱を組立てる。
【００２５】
組立てられた鉄骨柱は、クレーンやアンローダでストックヤードへと搬出する。そして、第２台車の腕２０を上動して、２台の第３台車１３ａを残して残りの第３台車は移送装置８で待機位置Ａへと送り戻す。更に移送装置８で残った２台の第３台車１３ａを次の鉄骨柱の第１幹の供給位置へと移動し、次の鉄骨柱の組立準備を完了する。
【００２６】
図１２は、この発明の溶接装置の第２実施例を示す平面図である。この第２実施例は、溶接ロボット１０を補助レール２６に沿ってレール２５と平行に移動可能に設けたこと、仕口・幹クランパ１５をレール２５と直交する方向に往復移動するテーブル７に搭載して、このテーブルの移動によりレール２５上から退避可能にすると共に、このテーブル７に仕口・幹クランパ１５の退避時に第３台車１３の待機位置Ａと溶接領域Ｂのレール２５を繋ぐ繋ぎレール２７を設けていること、仕口・幹クランパ１５を支持する第２台車（この第２実施例の第２台車は車輪を有していない）１２との干渉を避けるために、第３台車１３の移送装置８をレール２５の側方に設けている点が、第１実施例と異なる。
【００２７】
溶接動作の点では、第１実施例のものが第１台車１１と第２台車１２との柱軸方向の同期移動により、ワークを溶接装置１０の溶接位置に設定するのに対し、この第２実施例では、柱軸方向に移動しない仕口・幹クランパ１５の位置を基準にしてワークを設定し、その溶接位置に溶接ロボット１０側を移動させる点で第１実施例と異なる。その他の装置構造及び溶接手順は、第１実施例と同じである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したこの発明により、組み付けられる幹と仕口の数がいくつであっても、同一の装置及び方法で鉄骨柱の溶接を行うことができ、かつ２個の割出クランパで溶接される部材相互の柱軸回りの位置決めを行うことが可能となり、かつ溶接ロボットを定位置にして、あるいは移動するにしても短い距離の移動で、長い鉄骨柱の溶接が可能になるため、設備コストが安価になると共に、全自動による無人運転化が容易に達成でき、品質の優れた溶接を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接装置の一実施例を示す平面図
【図２】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図３】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図４】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図５】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図６】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図７】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図８】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図９】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図１０】図１の装置における溶接手順を示す平面図
【図１１】幹受けの一例を示す正面図
【図１２】本発明の溶接装置の第２実施例を示す平面図
【図１３】鉄骨柱の一例を示した斜視図
【図１４】幹と仕口の斜視図
【符号の説明】
２(a,b,c) 幹
４(a,b) 仕口
７ テーブル
10 溶接ロボット
11 第１台車
13 第３台車
14 柱端クランパ
15 仕口・幹クランパ
16 幹受け
20 腕
25 レール
Ｂ 溶接領域

Claims (3)

1. 対向して接近離隔かつ同期割出回転する柱端クランパ(14)と仕口・幹クランパ(15)の間の溶接位置(B)に幹(2a)と仕口(4a)とを供給して両者をそれぞれの側の前記クランパで把持し、当該クランパの割出回転と接近離隔動作で前記幹と仕口とを位置決めして溶接連結する第１工程と、
   溶接連結した半製品を前記仕口・幹クランパの開放と柱端クランパの離隔動作により溶接位置(B)から退避させる移送工程と、
   移送により開かれた溶接位置(B)に前記半製品の仕口・幹クランパ側の部材が仕口であるときは幹(2b,2c)を供給し当該部材が幹であるときは仕口(4b)を供給して前記仕口・幹クランパで把持し、当該クランパの割出回転と接近離隔動作で新たに供給された幹(2b,2c)又は仕口(4b)と前記半製品の仕口・幹クランパ側の部材とを位置決めして溶接連結する溶接工程とを備え、
   前記第１工程の後で前記移送工程と溶接工程とを交互に繰り返すことにより所望長さの鉄骨柱を得る、鉄骨柱の溶接方法。
2. 柱軸回りに割出回転する柱端クランパ(14)を備えた第１台車(11)と、柱軸回りに割出回転する仕口・幹クランパ(15)を備えた第２台車(12)と、柱軸回りに回転自在な幹受け(16)を備えた複数台の第３台車(13)と、これらの台車群をそれらの柱軸を同一軸線上にして案内する直線レール(25)と、当該レールに案内されて移動する第３台車(13)が仕口・幹クランパ(15)の設置位置を通過するのを許す退避手段(7,20)と、溶接ロボット(10)とを備え、
   第１台車(11)は台車群の一方の端に配置され、第２台車(12)は仕口・幹クランパ(15)を前記柱端クランパ(14)に対向させて配置され、溶接ロボット(10)は柱端クランパ(14)と仕口・幹クランパ(15)の間に配置されている、鉄骨柱の溶接装置。
3. 柱軸回りに割出回転する仕口・幹クランパ(15)と、柱軸回りに割出回転する柱端クランパ(14)を備えた第１台車(11)と、柱軸回りに回転自在な幹受け(16)を備えた複数台の第３台車(13)と、これらの台車群をそれらの柱軸を同一軸線上にして案内する直線レール(25)と、当該レールに案内されて移動する第３台車(13)が仕口・幹クランパ(15)の設置位置を越えて移動するのを許す退避手段(7,20)と、前記レールに沿って走行する溶接ロボット(10)とを備え、
   第１台車(11)は台車群の一方の端に配置され、仕口・幹クランパ(15)は前記柱端クランパ(14)に対向させて配置され、溶接ロボット(10)は柱端クランパ(14)と仕口・幹クランパ(15)の間に配置されている、鉄骨柱の溶接装置。

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