JP5172235B2 - 旋回フレームのロボット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ロボットを用いた旋回フレームのロボット溶接方法に関する。

従来、油圧ショベルに代表される作業機械においては、走行装置を備えた下部走行体とその上部に載置される上部旋回体とが別ラインで製造されている。例えば、下部走行体の組立工程は、ベースフレームに対して旋回装置や走行装置が取り付けられる組立ラインとなっており、一方、上部旋回体の組立工程は、旋回フレーム（スイングフレーム）に対してエンジンやラジエータ等が取り付けられる組立ラインとなっている。その後、上部旋回体の旋回フレームが旋回装置を介して下部走行体に取り付けられて、一体に形成されている。

上部旋回体の骨組みとしての旋回フレームは、大別するとメインフレームとその左右に固定されるサイドフレームとから構成されている。メインフレームは、その前部にブーム装置等の各種作業装置を連結，搭載するとともにその後部にエンジン等の駆動機を搭載し、下部走行体の旋回装置に取り付けられている。一方、メインフレームの左右側方のサイドフレームは、キャブ（オペレータの搭乗室）や燃料タンク等を搭載してメインフレームに対して接合されている。

このように、旋回フレームをメインフレームやサイドフレームといった分割された小単位のフレームから構成し、これらを接合して全体を一体的に形成することで、フレームの共通規格化を図り、例えば異なる種類の作業機械の旋回フレームに対して同じサイドフレームを使用して組み立てることができるようになっている。また、フレーム毎に要求される剛性や強度に応じて部材の肉厚を調整することで、旋回フレームを軽量化できるようになっている（例えば、特許文献１）。

ところで、図６に示すように、メインフレーム７ａ及びサイドフレーム７ｂは一般に複雑な形状をなしており、これらのフレームを溶接して一体形成する際の溶接ライン（すなわち、メインフレーム７ａとサイドフレーム７ｂとの接合部位）も複雑な形状となる。例えば、図６中のＡ部は水平姿勢での溶接が可能であるが、Ｂ部では溶接ラインが鉛直となり立向姿勢で溶接しなければならない。そこで、このような旋回フレーム７の溶接工程では通常、ポジショナ装置を用いて旋回フレーム７の全体を支持し、溶接ラインが水平となるように旋回フレーム７の向きを調整しながら常時水平姿勢で溶接作業を実施している。

旋回フレーム７の典型的なロボット溶接工程の手順を、図８及び図９を用いて説明する。図８は従来技術に係る旋回フレームのロボット溶接工程を示すフローチャート、図９は図８のフローチャートに示された手順で旋回フレームを溶接組立するための従来のロボット溶接装置を示す斜視図である。
図９に示すように、このロボット溶接装置３０は、一対の枠状の固定フレーム２８に対して掛け渡されたレール２５に対し溶接ロボット２４を取り付けて構成されている。レール２５は、固定フレーム２８に対して図９中のＡ方向へ摺動自在に設けられている。また、このレール２５に対して、溶接ロボット２４は移動装置２７を介して図９中のＢ方向へ摺動自在に取り付けられている。これにより、溶接ロボット２４は固定フレーム２８に対して水平方向へ自在に移動できるようになっている。

また、溶接ロボット２４の移動範囲の下方には、旋回フレーム７を任意の姿勢に固定するためのワークポジショナ２３が設けられている。ワークポジショナ２３には一対のクランプ治具２３ａが設けられており、クランプ治具２３ａ間に旋回フレーム７全体を把持して旋回フレーム７の姿勢を固定できるようになっている。また、ワークポジショナ２３は、旋回フレーム７を掴んだまま図９中のＣ方向へ回転させることができるようになっている。

これにより、溶接ロボット２４の溶接トーチに対する溶接ラインの配向が調整可能となっている。なお、ワークポジショナ２３の下方には、旋回フレーム７を仮置きするための仮置台２１が設けられている。この仮置台２１は、床面２９に対して起伏自在に設けられており、ワークポジショナ２３が旋回フレーム７を把持しているときには旋回フレーム７と干渉しないように床面２９側へ傾倒されるようになっている。

上記のように構成されたロボット溶接装置３０において、図８に示すフローチャートに従って旋回フレーム７の溶接作業が実施される。
まず、予めメインフレーム７ａ及びサイドフレーム７ｂを仮付け溶接された旋回フレーム７が本溶接装置３０へ搬入される（ステップＸ１０）。続いて、床面２９に対して仮置台２１が図９に示された立設状態に制御され、仮置台２１上に旋回フレーム７が設置される（ステップＸ２０）。

その後、旋回フレーム７が仮置台２１に載置されたままの状態で、溶接ロボット２４による溶接作業が一部実施される（ステップＸ３０）。この時、旋回フレーム７の溶接ラインのうちのクランプ治具２３ａとの干渉部（次の工程でワークポジショナ２３のクランプ治具２３ａによって把持される部位）が先行溶接される。そして、ステップＸ３０で先行溶接された部位がクランプ治具２３ａによって把持（クランプ）される（ステップＸ４０）。これにより、旋回フレーム７の姿勢がワークポジショナ２３に対して固定されることになる。

そして、仮置台２１は床面２９側へ傾倒されて格納される。これにより旋回フレーム７の周囲に移動の障害となるものがなくなるため、各溶接ラインが水平となるように旋回フレーム７の姿勢をワークポジショナ２３で調整しながら溶接ロボット２４による残りの溶接が実施される（ステップＸ５０）。溶接作業が完了すると、再び仮置台２１が立設状態とされ、クランプ治具２３ａによる旋回フレーム７のクランプが解除（アンクランプ）されて、旋回フレーム７が仮置台２１上に載置される（ステップＸ６０）。そして、溶接作業を終えた旋回フレーム７が搬送車両により搬出される（ステップＸ７０）。旋回フレーム７の溶接組立工程は、上記のようなフローをサイクルとして旋回フレーム７を製造している。
特開２００２−２８５５７７号公報

しかしながら、上記のような溶接方法では、ワークポジショナ２３を用いた旋回フレーム７の姿勢の調整動作に時間を要し、サイクルタイムの短縮が困難であるという課題がある。また、旋回フレーム７のクランプ／アンクランプといった動作や仮置台２１の起伏動作によるサイクルタイムの増加も避けられず、さらに、クランプ治具２３ａや仮置台２１の装置メンテナンスに係るコストもかかるという課題もある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、サイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができるようにした、旋回フレームのロボット溶接方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の旋回フレームのロボット溶接方法は、旋回装置を介して下部走行体に取り付けられるメインフレームと該メインフレームの左右方向に張出して設けられるサイドフレームとからなる建設機械の旋回フレームを、少なくとも一対以上の溶接ロボットを用いて溶接組立するロボット溶接方法において、該メインフレーム及び該サイドフレームを仮付けして一体形成する仮付工程と、該仮付工程で一体形成された旋回フレームを搬入し架台上へ配置する搬入工程と、該旋回フレームが該架台上へ配置された状態で、該溶接ロボットを水平姿勢にして該メインフレーム及び該サイドフレームを溶接する制御と該溶接ロボットを立向姿勢にして該メインフレーム及び該サイドフレームを溶接する制御との双方の制御を実施する溶接工程と、該溶接工程で溶接された該旋回フレームを該架台上から搬出する搬出工程とを備え、該搬入工程において、該旋回フレームのカウンタウェイト台を該一対の溶接ロボットのそれぞれの可動範囲の重合領域内に位置させるとともに、該溶接工程において、該一対の溶接ロボットを用いて該カウンタウェイト台の天板の左右両端部を同時に溶接することを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の旋回フレームのロボット溶接方法は、請求項１記載の構成に加えて、該溶接工程が、該旋回フレームが該搬入工程により該架台上へ配置された状態で、該溶接ロボットのロボットハンドに設けられたレーザセンサにより該旋回フレームにおける溶接箇所を確認する溶接箇所確認工程と、該ロボットハンドに設けられた該レーザセンサを溶接トーチへ交換して、該溶接箇所検出工程で確認された該溶接箇所を溶接する溶接箇所溶接工程とを備えて構成されることを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明の旋回フレームのロボット溶接方法は、請求項２記載の構成に加えて、該溶接箇所確認工程において、複数の該溶接ロボットを同時に稼働させて該溶接箇所を確認するとともに該溶接箇所溶接工程において、該複数の該溶接ロボットを同時に稼働させて該溶接箇所を溶接することを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の旋回フレームのロボット溶接方法は、請求項３記載の構成に加えて、該溶接箇所確認工程及び該溶接箇所溶接工程において、該旋回フレームを四隅から囲むように四台の該溶接ロボットを配置したことを特徴としている。

本発明の旋回フレームのロボット溶接方法（請求項１）によれば、溶接ロボットの姿勢を制御して、水平姿勢での溶接作業と立向姿勢での溶接作業との双方を実施することにより、メインフレームとサイドフレームとの溶接ラインが水平でない場合であっても溶接することができる。つまり、旋回フレームの姿勢を変更する必要がなくなり、ポジショニングに係る時間を節約することができる。また、ワークポジショナやクランプ治具を廃止することによりこれらの動作時間を削減することができ、サイクルタイムをより短縮することができる。さらに、旋回フレームの姿勢を固定したままの状態で、一部の手溶接工程での作業箇所を除く溶接ラインを溶接することができるため、仮置台を所定位置に固定させることができる。
また、一の部材に作用する熱歪みを均等に分散させることができ、溶接精度を高めることができる。これにより、旋回フレームの溶接組立のサイクルタイムを短縮することができる。
また、カウンタウェイト台の天板の左右両端部の溶接を同時に行うことで、天板に作用する熱歪みを均等に分散させることができ、溶接精度を高めることができ、これにより、旋回フレームの溶接組立のサイクルタイムを短縮することができる。

また、本発明の旋回フレームのロボット溶接方法（請求項２）によれば、溶接箇所確認工程で旋回フレームにおける溶接箇所を確認することにより、溶接ラインを正確に把握することができる。これにより、架台に対する旋回フレームの配置や配向に関わらず、正しく溶接作業を実施することができる。また、レーザセンサと溶接トーチとがロボットハンドに交換して取り付けられるため、適正にメンテナンスした上でレーザセンサによる検出と溶接トーチによる施工間の誤差を低減させることができる。

また、本発明の旋回フレームのロボット溶接方法（請求項３）によれば、複数の溶接ロボットを用いることにより、溶接作業に係る時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。
また、本発明の旋回フレームのロボット溶接方法（請求項４）によれば、溶接ロボット同士の動作干渉を避けつつ効率的に溶接作業を行うことができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態に係る旋回フレームのロボット溶接方法を説明するためのものであり、図１は本ロボット溶接方法に係るロボット溶接工程を示すフローチャート、図２は当該方法を用いて溶接組立される旋回フレームの溶接組立工程を示すフローチャート、図３は当該方法を用いて旋回フレームを溶接組立するためのロボット溶接装置の全体構成を示す斜視図、図４は当該ロボット溶接装置の模式的側面図、図５は当該ロボット溶接装置の模式的上面図である。なお、本ロボット溶接方法で溶接組立される旋回フレームについては、前述の図６を適宜利用して説明する。また、図７は、図６に示された旋回フレームの部分拡大図である。

［構成］
［１．全体］
本発明に係る旋回フレームのロボット溶接方法は、図６に示される旋回フレーム７に対して、図３に示されるロボット溶接装置１０における旋回フレームの溶接組立工程に適用される。

図３に示すように、このロボット溶接装置１０は、床面９に対して固設された架台１と、この架台１上に搬送されてくる旋回フレーム７を溶接する四台の溶接ロボット２とを備えて構成される。それぞれの溶接ロボット２の上方には、図３中におけるＸ方向へ向けて水平に延在するレール部材３が設けられており、各レール部材３に対して溶接ロボット２がＸ方向へ摺動自在に吊下されている。

また、これらの溶接ロボット２の周囲には、一対の固定フレーム６が立設されている。各固定フレーム６は、床面９に固設された二本の柱部材６ａとこれらの上端を水平に連結する梁部材６ｂとを備えて枠状に形成されている。また、各固定フレーム６は、互いの梁部材６ｂが平行となるように対向配置されている。これらの固定フレーム６によって囲まれたその内部空間が、旋回フレーム７の溶接作業場となっている。

各レール部材３は固定フレーム６の梁部材６ｂに対して図３中におけるＹ方向へ摺動自在に支持されている。また、図３に示すように、一方の梁部材６ｂに対して、レール部材３が二本ずつ取り付けられている。つまり、各レール部材３は、架台１が設けられた旋回フレーム７の溶接作業場の上方に延在し、各々が延在方向に対する垂直方向へと水平に移動しうる構成となっている。

各レール部材３の動作及び各溶接ロボット２の動作は個別に制御可能となっている。つまり、四台の溶接ロボット２が各々互いに独立して、Ｘ方向及びＹ方向へ自在に移動しうる構成となっている。なお、各レール部材３の近傍には、溶接ワイヤを収容するパックワイヤ５が併設されている。パックワイヤ５は、各レール部材３と共に梁部材６ｂに対して摺動自在に設けられている。

一対の固定フレーム６の間には、前述の架台１が床面９に対して固設されている。この架台１は、旋回フレーム７を溶接する際の作業台である。例えば、メインフレーム７ａ及びサイドフレーム７ｂが仮付けされた旋回フレーム７が図示しない搬送車両によって搬入されると、この架台１の上に載置される。本旋回フレームのロボット溶接方法においては、旋回フレーム７が架台１上に置かれた状態のまま、溶接作業が実施されるようになっている。

［２．ロボット溶接装置］
本ロボット溶接装置１０の溶接ロボット２には、６軸の垂直多関節ロボットが用いられている。
図４に示すように、各溶接ロボット２は、ロボット基部２ａ，多関節アーム２ｂ，ロボットハンド２ｃ，ツールチェンジャ２ｄ及び溶接トーチ２ｅを備えて構成される。ロボット基部２ａには図示しない駆動装置が内蔵されており、これによりレール部材３に対してレール部材３の延在方向へ摺動可能となっている。

また、多関節アーム２ｂは、ロボット基部２ａの下面に連結された部位であり、ロボット基部２ａに対して水平及び垂直方向へ（すなわち二軸に対して）回転自在に支持されている。また、この多関節アーム２ｂには、多関節アーム２ｂ自身を俯仰動作させるための回転軸（関節）を三つ（すなわち三軸）備えている。これにより、各回転軸での回転角度を変化させることによって全体形状を自在に変形させることができるようになっている。

多関節アーム２ｂの下端部には、ロボットハンド２ｃが連結されている。このロボットハンド２ｃは、多関節アーム２ｂに対する連結方向に延在する軸（一軸）を中心に回転自在に設けられている。
さらに、ロボットハンド２ｃにはツールチェンジャ２ｄが固設されている。ツールチェンジャ２ｄとは、ロボットハンド２ｃの先端に各種ツールを着脱可能に装着するアダプタ装置である。図４では、ツールチェンジャ２ｄの先端に溶接トーチ２ｅが取り付けられている。

なお、図３に示すように、ロボット基部２ａの上側方には、各溶接ロボット２と共にレール部材３に対して摺動自在のフィクスチャ３ａが固定されている。このフィクスチャ３ａとは、ツールチェンジャ２ｄの先端に取り付ける交換用ツールの固定具であり、本実施形態ではレーザセンサ２ｆが備えられている。
レーザセンサ２ｆは、対象物から反射するレーザ光を計測することにより対象物の形状や距離を非接触状態で計測するセンシング装置である。例えば、事前指定された溶接箇所の開先種別のギャップ幅を計測できるようになっている。なお、ここで計測された情報は、後述するロボット制御装置４へ入力されるようになっている。

図５には、架台１上に旋回フレーム７が載置された状態を示す。このように、本ロボット溶接装置１０の溶接ロボット２は、各固定フレーム６に対して二台ずつ設けられ、上面視において旋回フレーム７をその四隅から囲むように配置されていることになる。
また、各溶接ロボット２の作業範囲は、互いに重なり合う（すなわちラップする）ように設定されている。図４及び５中に示された破線は、レール部材３に対する各溶接ロボット２の摺動を固定した場合の可動範囲（６つの回転軸の制御によって各溶接ロボット２が移動しうる範囲）を示している。ここでは、架台１が旋回フレーム７の中央に位置するような旋回フレーム７の配置状態において、メインフレーム７ａのどの位置に対しても、少なくとも二台の溶接ロボット２が届くようになっている。なお、図４に示すように、各溶接ロボット２の鉛直方向への可動範囲は、架台１よりも低い位置からレール部材３の高さにまで及んでいる。

各溶接ロボット２の動作は、図３，図５に示すロボット制御装置４によって個別に制御されている。ロボット制御装置４には、旋回フレーム７の全体形状や溶接箇所に関する情報が予め入力（ティーチング）されている。
このロボット制御装置４は、溶接ロボット２の位置や姿勢の制御（すなわち、溶接ロボット２に備えられた６つの回転軸の回転角制御，レール部材３に対する溶接ロボット２の摺動位置制御及び梁部材６ｂに対するレール部材３の位置制御）をはじめとして、ツールチェンジャ２ｄによるツールの持ち替え交換動作の制御や各ツールの動作制御を実施するようになっている。

前述のレーザセンサ２ｆで計測された各種情報は、ロボット制御装置４の内部で演算処理されて、溶接トーチ２ｅによる溶接時に適宜参照されている。つまり、レーザセンサ２ｆによるセンシング作業とは、主にティーチング内容の補正を目的としたものである。
また、本実施形態におけるロボット制御装置４は、溶接ロボット２を水平姿勢だけでなく、立向姿勢にして溶接作業を実施できる制御プログラムを搭載している。つまり、溶接ラインの配向に応じ溶接ロボット２が水平姿勢や立向姿勢に制御されて、実際の溶接が行われている。これにより、溶接ラインの形状や向きに関わらず溶接作業を進めることができるようになっている。なお、ロボット溶接装置１０は、溶接トーチ２ｅの姿勢に応じ、モータを用いた溶接ワイヤの高速送給制御やウィービング制御といった公知の自動溶接技術を利用して、溶接を実施している。

さらに、本ロボット制御装置４は、図３中におけるＸ方向に対向配置された二台の溶接ロボット２に対して、協同して溶接作業を行う制御を実施できるようになっている。すなわち、一対の溶接ロボット２を用いて一の部材に係る二箇所の溶接ラインを同時に溶接可能となっている。なお、本実施形態ではこのような一対の溶接ロボット２が二組設けられていることになる。

［３．旋回フレーム］
ロボット溶接装置１０での作業対象となる旋回フレーム７について詳述する。前述の通り、旋回フレーム７は、メインフレーム７ａとサイドフレーム７ｂとを溶接組立されて形成される。図６に示すように、メインフレーム７ａの左右両側方には、厚板のブラケット７ｃが立設されている。各ブラケット７ｃは、車体前後方向へ延在し、サイドフレーム７ｂよりも後方へ延出している。なお、これらのブラケット７ｃ間には、ブームの基部を枢支するブームフートピンが水平に連結されるようになっている。

メインフレーム７ａの後部には、カウンタウェイトを支持するためのカウンタウェイト台８が設けられている。カウンタウェイト台８はブラケット７ｃの後端部に形成されている。
図７に示すように、このカウンタウェイト台８は、天板８ａ及び側板８ｂを備えて構成される。側板８ｂはブラケット７ｃと平行に鉛直に立設しており、天板８ａはブラケット７ｃ及び側板８ｂ間の上端部を水平に連結している。天板８ａ，側板８ｂ及びブラケット７ｃは、互いの小口同士を溶接されて一体形成される。図７中では、天板８ａとブラケット７ｃとの間の溶接ラインに符号８Ａを付し、天板８ａと側板８ｂとの間の溶接ラインに符号８Ｂを付して示している。
なお、カウンタウェイト台８は、図５に示すように、旋回フレーム７の左右（図５中における上下）の溶接ロボット２の可動範囲の重合領域内に位置している。

［フローチャート］
本実施形態のロボット溶接の施工フローとして、旋回フレーム溶接組立工程及びロボット溶接工程について以下に説明する。旋回フレーム溶接組立工程は、メインフレーム７ａやサイドフレーム７ｂの仮付けから旋回フレーム７の完成までの工程を大局的に捉えたフローチャートである。一方、ロボット溶接工程は、旋回フレーム溶接組立工程のうち、ロボット溶接装置１０を用いて溶接作業を行うフローチャートである。

［１．旋回フレーム溶接組立工程］
図２を用いて、本ロボット溶接装置１０における旋回フレーム７の溶接組立工程を説明する。まず、ステップＢ１０の仮付工程では、別工程で事前に組み立てられたメインフレーム７ａ及びサイドフレーム７ｂが仮付け溶接される。この工程で旋回フレーム７の全体が一体的に形成されるが、まだ本溶接がなされていない状態である。

続くステップＢ２０のロボット溶接工程において、前ステップで仮付けされた旋回フレーム７の溶接がロボット溶接装置１０によって実施される。このステップでは、メインフレーム７ａとサイドフレーム７ｂとが溶接されるほか、メインフレームの後端部のカウンタウェイト台８も溶接される。
その後、ステップＢ３０の手溶接工程において、溶接作業者によりロボット溶接装置１０による施工状態が目視確認されるほか、構造上ロボット溶接装置１０では溶接できない箇所等が手動で溶接される。そして最後に、ステップＢ４０の歪取り工程で旋回フレーム７の各部の熱歪み等が矯正され、旋回フレーム７が完成して、旋回フレーム溶接組立工程が終了する。

［２．ロボット溶接工程］
次に、図１を用いて、ロボット溶接装置１０を用いたロボット溶接工程の内容を詳述する。なお、初期状態では、各溶接ロボット２のツールチェンジャ２ｄにレーザセンサ２ｆが設けられているものとする。また、溶接トーチ２ｅはフィクスチャ３ａ上にセットされているものとする。

ステップＡ１０では、ステップＢ１０で仮付けされた旋回フレーム７が搬送車両によってロボット溶接装置１０の内部へ搬入される。続くステップＡ２０では、旋回フレーム７が架台１の上に載置される。架台１は床面に対して固設されているため、旋回フレーム７の位置は架台１上に置かれた状態のまま移動しないことになる。これらのステップＡ１０及びＡ２０の工程が搬入工程である。

続くステップＡ３０の溶接箇所確認工程では、レーザセンサ２ｆにより旋回フレーム７の位置がセンシングされ、溶接ラインが計測される。ここでは、予め入力されている旋回フレーム７の形状データがレーザセンサ２ｆの計測結果によって補正され、正確な溶接箇所が確認されることになる。なお、このステップでは、四台の溶接ロボット２が同時に稼働して、旋回フレーム７の全体の溶接ラインがセンシングされる。

ステップＡ４０の溶接箇所溶接工程では、各溶接ロボット２のツールチェンジャ２ｄにおいて、レーザセンサ２ｆが溶接トーチ２ｅに持ち替えられ、ステップＡ３０で確認された溶接箇所が溶接される。このとき、レーザセンサ２ｆはフィクスチャ３ａ上にセットされ、代わりに溶接トーチ２ｅがツールチェンジャ２ｄに着装される。
さらにこのステップＡ４０では、ロボット制御装置４により溶接ロボット２の作業姿勢が適宜制御されて、水平姿勢での溶接及び立向姿勢での溶接の双方が実施される。例えば、図６中のＡ部付近では溶接ラインが水平となるため、溶接ロボット２が水平姿勢で溶接する制御が実施される。また、Ｂ部付近では溶接ラインが鉛直となるため、溶接ロボット２が立向姿勢で溶接する制御が実施される。

また、このステップでは、四台の溶接ロボット２が同時に稼働して全溶接ラインが溶接される。各溶接ロボット２は、旋回フレーム７の四隅を囲むように配置されているため、溶接作業が四箇所で並行して実施されることになる。各溶接ロボット２の可動範囲が互いに重なり合っている領域内にあるカウンタウェイト台８では、二台の溶接ロボット２によって二箇所の溶接ラインの溶接作業が同時に実施される。すなわち、一方の溶接ロボット２で天板８ａとブラケット７ｃとの間の溶接ライン８Ａが溶接されるのと並行して、他方の溶接ロボット２で天板８ａと側板８ｂとの間の溶接ライン８Ｂが同時に溶接される。これらのステップＡ３０及びＡ４０の工程が溶接工程である。
旋回フレーム７の溶接作業が終了するとステップＡ５０の搬出工程へ進み、旋回フレーム７が搬送車両により架台１上から搬出されて、このロボット溶接工程が終了する。

［効果］
［１．構造・配置による効果］
上記の構成及び制御により、本発明に係るロボット溶接装置１０によれば以下のような効果がある。

まず、同時に制御される一対の溶接ロボット２を備えたことにより、２つの溶接トーチを用いて同一箇所の溶接を行うことができる。例えば、カウンタウェイト台８の天板８ａの左右両端部８Ａ，８Ｂの溶接を同時に行うことで、天板８ａに作用する熱歪みを均等に分散させることができ、溶接精度を高めることができる。これにより、例えばステップＢ４０の歪取り工程で、歪取り作業に係る労力や時間を短縮することができ、旋回フレーム７の溶接組立のサイクルタイムを短縮することができる。

また、溶接ロボット２が水平姿勢だけでなく立向姿勢で溶接作業を実施するため、架台を固定式とすることができる。つまり、溶接対象である旋回フレーム７を動かさずに複雑な溶接ライン形状の溶接作業を実施することができる。これにより、旋回フレーム７を移動させるためのポジショナやクランプ治具，可動式の架台等を不要とすることができ、装置メンテナンスに係るコストを削減することができる。また、溶接作業のサイクルタイムを短縮することができる。

また、溶接ロボット２に持ち替え式のレーザセンサ２ｆを設けたことにより、溶接ラインの形状を正確に把握した上で溶接を行うことができ、施工精度を向上させることができる。また、レーザセンサ２ｆと溶接トーチ２ｅとを持ち替えることにより、適正にメンテナンスした上で、溶接時におけるレーザセンサ２ｆへのヒュームや熱輻射の影響を低減させることができる。

また、各溶接ロボット２にツールチェンジャ２ｄを設けて溶接トーチ２ｅとレーザセンサ２ｆとを持ち替え自在としたことにより、溶接ロボット２の先端形状をコンパクトにすることができる。またこれにより、狭隘部の溶接ラインの確認や溶接作業が容易となるという利点もある。

［２．制御による効果］
本発明に係るロボット溶接方法によれば、ステップＡ３０の溶接箇所確認工程において、レーザセンサ２ｆを用いて溶接ラインの確認作業が行われるため、ロボット制御装置４に予め入力されている旋回フレーム７の形状データを補正することができる。特に、溶接トーチ２ｅから繰り出される溶接ワイヤの突出長さを実測するようなワイヤタッチセンシングと比較すると、溶接ラインを素早くかつ正確に把握することができる。つまり、旋回フレーム７の姿勢の調整動作を不要のものとすることができ、旋回フレームの溶接組立に係るサイクルタイムを短縮させることができる。

ステップＡ４０の溶接箇所溶接工程では、各溶接ロボット２が溶接ラインの配向に応じて水平姿勢や立向姿勢に制御されるため、旋回フレーム７の位置や姿勢を変えずに溶接作業を行うことができる。つまり、従来技術に係るワークポジショナ２３やクランプ治具２３ａといった設備を廃止することができ、旋回フレーム７のポジショニング動作時間を短縮させることができる。

また、自在な各溶接ロボット２の姿勢制御により、架台に対する旋回フレームの配置や配向に関わらず、正しく溶接作業を実施することができる。また、レーザセンサ２ｆと溶接トーチ２ｅとがツールチェンジャ２ｄに持ち替えられるため、適正にメンテナンスした上で、レーザセンサ２ｆによる検出と溶接トーチ２ｅによる施工間の制御誤差を低減させることができる。

さらに、旋回フレーム７の姿勢を動かさずに、一部の手溶接工程での作業箇所を除く溶接ラインを溶接することができるため、従来技術に係る仮置台２１のように、旋回フレーム７を仮置きするための可動式の架台も廃止することができ、架台１を固定させることができる。これにより、クランプ治具２３ａや仮置台２１の装置メンテナンスに係るコストを削減でき、作業のサイクルタイムもより短縮可能となる。

なお、ステップＡ３０及びＡ４０の溶接工程において、四台の溶接ロボット２が同時に稼働してセンシング及び溶接作業が実施されているため、溶接作業に係る時間を大幅に短縮することができ、旋回フレーム７の生産性を向上させることができる。また、図４に示すように、溶接ロボット２が旋回フレーム７をその四隅から囲むように配置されているため、各溶接ロボット２同士の動作が干渉しにくく、効率的に溶接作業を行うことができるという利点もある。

また、溶接工程において、溶接箇所を確認する工程（ステップＡ３０）と実際に溶接を行う工程（ステップＡ４０）とを分離するとともに、実際の溶接に先立ってセンシング作業をまとめて済ませることによって、レーザセンサ２ｆへのヒュームや熱輻射の影響を低減させることができる。
このように、本発明に係るロボット溶接方法によれば、旋回フレーム７の溶接作業に係るサイクルタイムを短縮することができ、生産性を向上させることができる。

［その他］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、四台の溶接ロボット２を用いたロボット溶接方法及びロボット溶接装置が示されているが、溶接ロボット２は一台あればよい。ただし、カウンタウェイト台８のように一つの部材に対する同時溶接を行う場合には、少なくとも二台設けることが望ましい。

また、上述の実施形態における溶接トーチ２ｅを、溶接ワイヤによるワイヤタッチセンシングが可能なものとしてもよい。つまり、溶接箇所溶接工程において、ワイヤタッチセンシングによる検出結果を利用して溶接箇所を再確認する構成としてもよい。この場合、ロボット制御装置４に予めティーチングされている旋回フレーム７に関する情報が、溶接箇所確認工程及び溶接箇所溶接工程で二重に補正，確認されることになる。したがって、溶接ラインをより正確に把握することができ、施工品質をさらに高めることができる。

本発明のロボット溶接方法に係るロボット溶接工程を示すフローチャートである。 本発明のロボット溶接方法を用いて溶接組立される旋回フレームの溶接組立工程を示すフローチャートである。 本発明のロボット溶接方法を用いて旋回フレームを溶接組立するためのロボット溶接装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明のロボット溶接方法を用いて旋回フレームを溶接組立するためのロボット溶接装置の模式的側面図である。 本発明のロボット溶接方法を用いて旋回フレームを溶接組立するためのロボット溶接装置の模式的上面図である。 本発明に係る作業機械の旋回フレームの全体構成を示す斜視図である。 本発明に係る作業機械の旋回フレームの要部を拡大して示す斜視図である。 従来技術に係る旋回フレームのロボット溶接工程を示すフローチャートである。 従来技術に係るロボット溶接工程で旋回フレームを溶接組立するためのロボット溶接装置の模式的斜視図である。

符号の説明

１ 架台
２ 溶接ロボット
２ｃ ロボットハンド
２ｄ ツールチェンジャ
２ｅ 溶接トーチ
２ｆ レーザセンサ
３ レール部材
４ ロボット制御装置
５ パックワイヤ
６ 固定フレーム
７ 旋回フレーム
７ａ メインフレーム
７ｂ サイドフレーム
８ カウンタウェイト台
１０ ロボット溶接装置

Claims (4)

1. 旋回装置を介して下部走行体に取り付けられるメインフレームと該メインフレームの左右方向に張出して設けられるサイドフレームとからなる建設機械の旋回フレームを、少なくとも一対以上の溶接ロボットを用いて溶接組立するロボット溶接方法において、
   該メインフレーム及び該サイドフレームを仮付けして一体形成する仮付工程と、
   該仮付工程で一体形成された旋回フレームを搬入し架台上へ配置する搬入工程と、
   該旋回フレームが該架台上へ配置された状態で、該溶接ロボットを水平姿勢にして該メインフレーム及び該サイドフレームを溶接する制御と該溶接ロボットを立向姿勢にして該メインフレーム及び該サイドフレームを溶接する制御との双方の制御を実施する溶接工程と、
   該溶接工程で溶接された該旋回フレームを該架台上から搬出する搬出工程とを備え、
   該搬入工程において、該旋回フレームのカウンタウェイト台を該一対の溶接ロボットのそれぞれの可動範囲の重合領域内に位置させるとともに、
   該溶接工程において、該一対の溶接ロボットを用いて該カウンタウェイト台の天板の左右両端部を同時に溶接する
   ことを特徴とする、旋回フレームのロボット溶接方法。
2. 該溶接工程が、
   該旋回フレームが該搬入工程により該架台上へ配置された状態で、該溶接ロボットのロボットハンドに設けられたレーザセンサにより該旋回フレームにおける溶接箇所を確認する溶接箇所確認工程と、
   該ロボットハンドに設けられた該レーザセンサを溶接トーチへ交換して、該溶接箇所検出工程で確認された該溶接箇所を溶接する溶接箇所溶接工程とを備えて構成される
   ことを特徴とする、請求項１記載の旋回フレームのロボット溶接方法。
3. 該溶接箇所確認工程において、複数の該溶接ロボットを同時に稼働させて該溶接箇所を確認するとともに
   該溶接箇所溶接工程において、該複数の該溶接ロボットを同時に稼働させて該溶接箇所を溶接する
   ことを特徴とする、請求項２記載の旋回フレームのロボット溶接方法。
4. 該溶接箇所確認工程及び該溶接箇所溶接工程において、該旋回フレームを四隅から囲むように四台の該溶接ロボットを配置した
   ことを特徴とする、請求項３記載の旋回フレームのロボット溶接方法。

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