JPH01293978A - 鉄骨仕口部の自動溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は建築物の柱と梁の接合部である鉄骨仕口部を工
場において自動溶接する方法およびその装置に関するも
のである。

［従来の技術１ 溶接ロボットは少品種多量生産の業種において普及し、
多大の効果を挙げている。昨今、メカトロニクスの急速
な進歩によって、建築鉄骨業界においてもアーク溶接ロ
ボットの適用が漸増しつつある。

しかし、建築鉄骨を溶接により組立てる場合、このよう
な被溶接体は１品１様であり、かつ重厚長大であるため
、次のような問題があり、溶接ロボットの適用を阻害し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち、鉄骨仕口部は、 （１）１品１様であるため、ロボットへの教示工数が膨
大になる。

（２）被溶接体が大型であるため、ロボットの動作範囲
を超える。また重量物であるため、被溶接体の移動装置
は大掛かりになる。

（３）被溶接体は重厚長大であるため、組立て精度や位
置決め精度に限界があり、ロボットを移動させる装置の
精度にも限界がありこれらを溶接線の精度と合致させる
ことは困難であり、従って単なるＮＣ方式を用いて自動
溶接することはできない。

（４）被溶接体の溶接線は裏表にあり、下向水平溶接す
るためには下側の溶接ができないばかりでなく、溶接線
の装置位置や方向によって、ロボット姿勢、溶接トーチ
姿勢が制約され、これらの制約に合致させなければなら
ない。

本発明は上記問題点を解決した鉄骨仕口部の自動溶接方
法および装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を克服して開発されたもので、 （ａ）　　被溶接体である鉄骨仕口部では、溶接線を三
次元直角座標によって表示することが容易であること、 （ｂ）　　溶接線をグループ分けすることによって、ロ
ボットの溶接姿勢を下向き溶接とし、トーチ姿勢を適切
に保ち、ロボット移動装置を一位置に固定して施工可能
な範囲の溶接線の施工群に分けることができること、 （ｃ）　　この施工群ごとに被溶接体姿勢およびロボッ
ト位置を固定するこ゛とによって、ロボットに溶接線を
正確に検索させ、所定の溶接線精度を確保した溶接が可
能であること、 などの知見に基づいて完成したものである。

本発明方法は、被溶接体に三次元直角座標を設定し、そ
の被溶接体の各溶接線の始端および終端を（Ｘ、Ｙ、Ｚ
）座標で表示し、これらの溶接線をロボットが一位置で
施工できる施工群にグループ分けし、このグループ分け
したそれぞれの施工群に対応して被溶接体姿勢およびロ
ボット位置を選定し、被溶接体をこの選定姿勢に固定す
ると共に、ロボットを移動して上記選定されたロボット
位置に固定し、これらのそれぞれの施工群に属する前記
各溶接線の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を上記選定されたロボッ
ト位置におけるロボット座標に変換し、この変換値に基
づいてロボットにトーチ姿勢の決定および溶接線始終端
の検索をさせ、この検索に基づいて溶接線始終端間の溶
接を行い、前記グループ分けした施工群ごとに順次溶接
することを特徴とする鉄骨仕口部の自動溶接方法である
。

上記方法を好適に実施することができる本発明装置は、 イ）多関節自動位置制御溶接ロボット 口）ロボットを搭載して走行し、任意位置に停止固定自
在な走行台車 ハ）被溶接体をその一長軸両端で支持しこの軸まわりに
回動自在に保持し、これを回動角９０度ごとに固定可能
としたポジショナ ニ）ロボット、走行台車およびポジショナの運動、停止
を総括制御する制御装置 によって構成された鉄骨仕口部の自動溶接装置である。

［作用１ 本発明は上記構成により次の作用を生ずる。

■　被溶接体は三次元直角座標で表示することが容易な
形状をしているので、例えばそのＹ軸方向両端を支持し
、Ｙ軸まわりに回動可能なポジショナを設け、ロボット
を走行台車に載せて走行させるシステムとすることによ
って広範囲の溶接が可能となる。

■　ポジショナによる被溶接体の保持姿勢とロボット走
行台車の停止位置との組み合わせに従って溶接線を施工
群にグループ分けし、この施工群ごとにポジショナとロ
ボットを固定し溶接を行うので、長大な被溶接体でも広
範囲に精度良く施工することができる。

■　ポジショナ、走行台車およびロボットのそれぞれの
移動停止を総括制御することによって、これらを移動し
て固定する位置決め精度が低くても、その固定位置を基
準として高精度の良好な自動溶接を行うことができる。

■　自動溶接したい溶接線の座標値をオフラインで人力
し、フロッピーディスクを介してデータ送信する方式と
したので少工数でロボットに教示することができる。

次に、第１図のフローチャートを参照し、第２図に示す
鉄骨仕口１５の溶接線ＮＯ４１〜４を例に挙げて本発明
方法をさらに詳細に説明する。第１図のフローチャート
は全体作業工程を示している。

まず、鉄骨仕口１５に第２図に示すように三次元直角座
標Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を設定する。Ｙ軸はポジショナの回動軸
と一致させである。

オフラインパーソナルコンピュータを用いて、自動溶接
しようとする溶接線の始点と終点のそれぞれの座標値（
Ｘ、Ｙ、Ｚ）、溶接継手形式および板厚を入力する。

これらの座標値および入力例を第１表に示した。

第１表中の溶接継Ｎｏ、１〜Ｎ００４は第２図に示すＮ
ｏ、　１〜Ｎｏ、　４の位置のもので、異なる施工群、
すなわち、被溶接体の位置とロボットの位置との組合わ
せが異なる群から１例ずつ引出して掲げた。

オフラインパーソナルコンピュータは入力データをポジ
ショナの回動角度（０度、９０度、１８０度、２７０度
）ごとに施工群に分け、施工群ごとに走行台車停止位置
およびロボットのトーチ姿勢を決定する。このような自
動溶接を可能とする装置は第４図に示すような溶接ロボ
ットを搭載した走行台車１２、被溶接体を回動させるポ
ジショナ１３および制御用コンピュータ１４を備えてい
る。

第１表の場合は、溶接線Ｎｏ、　ｌ〜Ｎｏ、　４はそれ
ぞれ異なる施工群に属しているので、それぞれ被溶接体
の姿勢とロボット位置（走行台車中心位置で表示される
〕との組合わせが異なる。

第３図はこの例を示したもので、第３図（ａ）は第２図
に示したそのままの姿勢（回動角二〇）における鉄骨仕
口１５の平面図を示し、重接線Ｎｏ、１の溶接時の走行
台車中心位置１ａとトーチ姿勢１ｂおよび溶接線Ｎ０９
２の溶接時の走行台車中心位置２ａとトーチ姿勢２ｂを
それぞれ示している。第３図（ｂ）は第２図の鉄骨仕口
を９０度回動させたときの平面図で、溶接線Ｎｏ、３を
溶接するときの走行台車中心位置３ａとトーチ姿勢３ｂ
を示している。第３図（Ｃ）は（ｂ）と同じ平面図で溶
接線Ｎ０９４を溶接するときの走行台車中心位置４ａと
トーチ姿勢４ｂを示している。

次に、以下の作業を自動的に行う。

（Ａ）第１表の溶接線データに基づいて、ロボットの動
作プログラムを自動作成する。

（Ｂ）ポジショナ、走行台車およびロボットを総括制御
する一連のプログラムを自動作成する。

（Ｃ）これらのデータ（プログラム）を保存したフロッ
ピーディスクを制御用パーソナルコンピュータにセット
し、電源を投入すると被溶接体を取付けた自動溶接ポジ
ショナおよびロボット溶接装置から成る設備全体が運転
を始める。

すなわち、施工すべき溶接線の未施工の施工群を選択し
、被溶接体を回動、固定して被溶接体の姿勢を定め、次
いでロボット位置を選定してロボットを搭載した走行台
車を移動する。走行台車停止位置（ｌａ、２ａ、３ａま
たは４ａ）の選定に伴い、被溶接体の座標系の溶接線の
座標値をそれぞれロボットの位置におけるロボット座標
系に変換する。次いでロボットは溶接線を検索し溶接を
行う。

運転開始後のロボットの動作に着目すると次の通りであ
る。

（１）ロボットが直立姿勢（原点）をとる。

（２）走行台車が原点に戻る。

（３）ポジショナが原点（０度）に戻る。

（４）走行台車が所定位置１ａに走行する。

（５）ロボットのトーチが決められたトーチ姿勢で溶接
線始端（第２図のａｌ）に近ずく。

（６）ロボット制御盤にセットされている「センシング
プログラム」を呼び出す。

（７）溶接線始端を検索して、座標値をロボット制御盤
に記録する。

（８）同様にして、溶接線終端（第２図のｂｌ）を検索
して、座標値を確定記録する。

（９）ａ＋点からｂｌ点を溶接する。溶接条件はロボッ
トに保存している数種の条件から選択する。

（１０）溶接終了後、ノズルをクリーニング（スパッタ
除去）し、ワイヤカット（突出し量設定）する。

以上で溶接線Ｎｏ、１の群の溶接を終了する。

（ｌ　ｌ）走行台車が次の溶接位置２ａへ走行する。

（１２）上記（５）〜（１０）を繰り返す。

（１３）走行台車が原点に戻る。

（１４）ポジショナが９０度に回動する。

（１５）走行台車が溶接位置３ａへ走行する。

（１６）上記（５）〜（１０）を繰返す。

（１７）走行台車が待機位置（原点の反対側）に走行す
る。

（１８）ポジショナが９０度に戻る。

（１９）走行台車が溶接位置４ａへ走行する。

（２０）上記（５）〜（１０）を繰り返す。

（２１）ロボット、走行台車およびポジショナが原点へ
復帰する。

（２２）鉄骨仕口を交換する。

［実施例］ 本発明の自動溶接装置の実施例を第４図に示す。本発明
の装置は、ロボット１１、ロボットを搭載した走行台車
１２、ポジショナ１３、制御用パーソナルコンピュータ
１４で構成されている。

この装置を用いて第５図に示す鉄骨仕口（被溶接体）１
５を自動溶接した。

第５図に示す鉄骨仕口に（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を設定し、
溶接線３１〜５４の始端および終端を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で
表示した。これらの溶接線はコンピュータが鉄骨仕口の
姿勢とロボット位置の組合わせを判断し、ロボットを一
位置に固定して施工できる施工群Ｉ−■にグループ分け
した。これを第２表に示す。

第　　２　　表 総括制御装置１４を始動すると、施工群■に適合するポ
ジショナ回動角およびロボット位置が自動的に選定され
、各駆動装置はポジショナおよびロボットを順次移動さ
せ選定位置に固定する。次いて台車位置検出器（図示省
略）、ロボット制御装置１６、ポジショナ制御器１７か
らの情報に基づき、各施工群に属する溶接線の始端およ
び終端の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、ロボットの当該位置に
おけるロボット座標に変換された。

ロボットは各溶接線の座標からトーチ姿勢を判断し、ト
ーチのワイヤ先端を所定長に整えた後、溶接線；３１の
始端および終端を尺取り虫動作によるセンシングによっ
て検索し、この検索点間を引続き溶接する。この場合、
多層（容接の場合は各層のそれぞれの溶接線を順次連続
的に往復溶接して多層溶接することは勿論である。

溶接線３１の溶接を終了すると、ロボッ１−は再びトー
チワイヤの先端を整えた後、溶接線３２の溶接線始端お
よび終端の検索を行い、引続き溶接線３２を溶接する。

溶接線３３．３４を同様に（容接した後、ロボット台車
は原位置に復帰し、引続き上記施工群■の手順と同様に
施工群ＩＩを施工する。施工群ｌ１ｌ−■も同様である
。

第６図に示す形状、寸法の鉄骨仕口の溶接線６１〜８８
を第４図の装置により溶接したときの所要時間は以下の
通りであった。

（１）　　データ入力（溶接線２８本）　　　３０分（
２鉄骨仕口交換およびデータ送信　　１５分以」二所要
工数４５分 （３台車移動時間　　　　　　　　　　　７分（４ポジ
ショナ回動時間　　　　　　　　８分（５ロボットの空
動作　　　　　　　　２８分（０ノズルクリーニングお
よびワイヤカント１４分 （７１溶接時間　　　　　　　　　　　　４７分（３）
〜（７）無人運転１０４分 合計１４０分 他方、従来方法でのアークタイム率は５０％程度であり
、上記鉄骨仕口溶接の所要工Δ女は約９４分　人となっ
た。

故に、労働生産性は、 （１／４５）／　（］／９４）　−２ の通り約２倍に向上した。

［発明の効果］ 本発明方法によれば多品種少量生産物である建築物の鉄
骨仕口部を高能率で正確に溶接施工することができる。

本発明装置は安価な装置の組合わせによって本発明方法
を高精度に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例のフローチャート、第２図
は本発明方法および装置によって製作される鉄骨仕口の
一例を示す斜視図、第３図はポジショナ姿勢、台車位置
（ロボット位置）およびトーチ姿勢の関係を示す説明図
、第４図は本発明装置の実施例の全体斜視図、第５図は
鉄骨仕口を示す斜視図、第６図は本発明によって施工さ
れた鉄骨仕口部の三面図である。 １１・・−ロボット １２・・−走行台車 １３・・・ポジショナ １４・・・制御用コンピュータ １５・・・鉄骨仕］二１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被溶接体に三次元直角座標を設定し、該被溶接体の
   各溶接線の始端および終端を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標で表示
   し、該溶接線をロボットが一位置で施工できる施工群に
   グループ分けし、該施工群のそれぞれに対応して被溶接
   体姿勢およびロボット位置を選定し、被溶接体を該選定
   姿勢に固定すると共にロボットを移動して該選定ロボッ
   ト位置に固定し、該施工群に属する前記各溶接線の（Ｘ
   、Ｙ、Ｚ）座標を該ロボット位置におけるロボット座標
   に変換し、該変換値に基づいてロボットにトーチ姿勢の
   決定および溶接線の始端および終端の検索をさせ、該検
   索に基づいて該溶接線の始端および終端間の溶接を行い
   、前記グループ分けした施工群ごとに順次溶接すること
   を特徴とする鉄骨仕口部の自動溶接方法。 ２　多関節自動位置制御溶接ロボットと、該ロボットを
   搭載して走行し、任意位置に停止固定自在な走行台車と
   、被溶接体をその一長軸両端で支持し該軸まわりに回動
   自在に保持 し、これを回動角９０度ごとに固定可能としたポジショ
   ナと、ロボット、走行台車およびポジショナのそれぞれ
   の運動、停止を総括制御する制御装置とから成る鉄骨仕
   口部の自動溶接装置。