JPH0259178A - コラム柱仕口部のダイヤフラム取付け自動溶接方法 - 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、被測定物の曲面部を検出する機能を有する倣
い装置およびその利用技術としてのコラム柱仕口部のダ
イヤフラム取付は自動溶接方法に関する。

コラム柱仕口部は、冷間曲げ加工により成形された５四
隅に半径の小さな曲面部を有する角形鋼管を、建築物の
仕口用の短尺に切断しく以下切断された角形鋼管をコラ
ム柱と称す）、その両端に、補剛扱（以下ダイヤフラム
と称す）を溶接接合して製作される。

［従来の技術ｊ 本発明者らは、第２図に示すような、コラム柱ｌの両端
にダイヤフラム２１を仮組立し、その接合部２４を溶接
する自動溶接方法として、図示しないポジヨシ３す、マ
ニピュレータ、制御用コンピュータを用い、仮組立され
た仕口部を回転させながら溶接トーチの動きをこれと連
動させて、常に下向きで連続溶接する溶接方法を開示し
ている（特開昭６３−１３０２８７）。

その方法はコラム柱外面に１個の倣いローラを当接させ
、この倣いローラに倣って、コラム柱の平坦部２３は溶
接トーチを水平移動して溶接を行い１曲面部２２は仕口
部を回転させその回転に伴って円弧を７描く溶接位置に
溶接トーチを追随させて溶接を行うもので、高品質の仕
口部を自動的に溶接製造することができる。

第３図はこの溶接工程を説明するもので、コラム柱ｌの
平坦部を溶接するときは、コラム柱を静止させておき、
トーチを矢印３２のように水平移動し；コラム柱ｌの曲
面部２２を溶接するときはコラム柱ｌを矢印３１の方向
に回転すると共に。

トーチ２を矢印３３の方向にコラム柱の動きに追随して
ＮＣ（数値制御）により移動させながら溶接する。従っ
て、トーチ２を常に下向姿勢に保って溶接を行うことが
できる。

この工法の要点となる曲面部の溶接は、コラム回転中宮
に、頂点となる位置よりもやや前方の適切な下り傾斜位
置にトーチ先端を位置させて溶接を行う必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この方法においても次の問題がある。

イ）　コラム柱は元来冷間曲げ加工品であり。

その四隅の曲面部は１つ１つ形状に誤差があることは免
れない。例えば、第４図に示すように、コラム柱の隅部
は本来曲面２２ａであるべきところが、曲面２２となっ
ている場合がある。

口）　また、ポジショナへ仕口部を取付けるときに、仕
口部の中心とポジショナの回転中心とが位置ずれを生じ
る場合がある。

第５図はこのことを説明するものであって、本来コラム
柱が１８の位置においてポジショナに取り付けられるべ
きものが、中心が偏心して１の位置に取り付けられてい
ると、ポジショナがその中心口りに回転したとき、コラ
ム柱は偏心運動をなし、溶接トーチが正しい溶接位置を
確保することができない。

すなわち、上記自動溶接装置では、溶接トーチを保持す
るマニピュレータは、コラムの公称寸法から演算される
一定位置での直線および円弧軌跡上を繰返し運動するた
め、上記の形状誤差や位置ずれに対処することができず
、四隅の曲面部溶接時にトーチの位置が溶接部に対して
不適当となり、溶接欠陥が生じたり、溶融金属が流出し
て溶接が不可能となる場合がある。例えば第６図はこの
ことを説明するもので、コラムｌが矢印３１の方向に回
転し、トーチ２が矢印３３の方向に移動し、その相対位
置の現実に適切な位置が２ａであるにも拘らず、ＮＣに
よりトーチｌの位置にあり１位置ずれＩＯを生ずる。こ
のため、溶融金属のたれ落ち９を生じ溶接不良となる。

この対策として、ティーチングプレイバック機能を持つ
ロボットをマニピュレータに用いている装置もあるが、
溶接前にティーチングする手間、時間が必要であり、ま
たティーチング点が少ないと上記問題を十分に解決する
ことができない。

本発明は、上記形状誤差や位置ずれがあってもこれを適
切に判断し、被測定面の表面輪郭の変化を正しく検知す
る倣い装置を開発し、これを提供することを目的とする
ものである。

また本発明は、この新しい倣い装置を＋＋＋用し、上記
コラム柱仕口部のダイヤフラム取付は自動溶接方法にお
いて、ティーチング作業なしで上記の形状誤差や取付は
位置ずれを的確に判断し１曲面部の溶接を健全に行うこ
とができるように改善を加えたコラム柱仕口部のダイヤ
フラム取付は自動溶接方法を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段１ 本発明は、被測定面の表面輪郭を検出する倣いローラと
、該倣いローラの前進方向に一定距離先行して位置し上
下動自在な高さ検出ローラと、該高さ検出ローラの前記
倣いローラに対する高低差を検出する検出装置とから成
る倣い装置である。

また本発明は、上記の新しい倣い装置を用いてコラム柱
仕口部のダイヤフラム取付は自動溶接を行う方法であっ
て、コラム外部表面の平坦部から曲面部へ向うにつれて
太き（なるコラム表面の傾斜を、溶接方向に前後して取
付けた上記２個のローラの高低差として検出することに
より、曲面部溶接の開始位置を各曲面部ごとにその形状
に応じて都度決定し、従来の装置では不適当となる場合
が多かった溶接トーチの位置を適切な位置に保つように
した。

すなわち、高さ検出ローラと倣いローラとの高低差が、
コラム柱曲面部外形および倣いローラと高さ検出ローラ
の水平距離から決定される設定値に一致した位置を検出
し、この位置をコラム柱四隅の曲面部溶接の開始位置と
し、曲面部溶接中はこの曲面部溶接開始位置を基準とし
て、コラム柱仕口部の回転量、コラム柱外形および曲面
部外形から決定される装置または速度に従って溶接トー
チを数値制御して移動させることを特徴とするコラム柱
仕口部のダイヤフラム取付は自動溶接方法である。

第７図は本発明の倣い装置をコラムの溶接に適用してい
る状態を示すものである。

本発明の倣い装置は、被測定面例えばコラム１の表面輪
郭を検出する倣いローラ３、およびこの倣いローラ３の
前進方向に先行して位置し、上下動自在な高さ検出ロー
ラ４とから成っており、高さ検出ローラ４の倣いローラ
３に対する高低差を検出する装置（図示省略）を備えて
いる。この高低差検出装置は例えばポテンショメータ、
差動トランス、その他各種の変位検出トランスジューサ
を用いる。

［作用１ 第７図（ａ）は本発明に係る溶接方法を好適に実施する
ことのできる装置の溶接トーチ２をコラム柱仕口部のコ
ラム柱ｌとダイヤフラム２１の接合部溶接位置に配設し
た状態を示す正面図で、第６図（ｂ）はその側面図であ
る。マニピュレータ６は、コラム柱ｌの外表面に倣いロ
ーラ３を当接させて搭載され、静止、回転するコラム柱
ｌの表面に沿って自由に上下することができるように決
定されている。

溶接トーチ２は倣いローラ３とは溶接方向の位置が同じ
となるよう取付けられ、溶接芯線の先端は溶接すべき開
先中に位置している。

本発明では上記倣いローラ３の溶接方向前方に、マニピ
ュレータ６と別個に、自由に上下動が可能な高さ検出用
ローラ４を備えている。この高さ検出用ローラ４の上下
移動量はポテンショメータ、差動トランス等によって電
気的に計測するようになっている。

第１図（ａ、）に示すように、コラム柱１の平坦部２３
を溶接する時には、水平なコラム柱１の表面に沿って溶
接トーチ２は矢印３２方向へ水平運動を行う、このとき
倣いローラ３と高さ検出ロラ４との高低差ｈｏは小さい
値を示している。

第１図（ｂ）に示すように、溶接トーチ２が曲面部２２
に達すると、曲面部２２の上記高低差りは平端部のｈａ
から増加し始める。

さらに溶接トーチ２が進み、溶接位置の傾斜角度が適切
な下り傾斜角度になった時の高低差りがｈｃに達したと
き、仕口部を矢印３３方向へ回転させ、マニピュレータ
（溶接トーチ）も矢印３３方向へ後退させる。

上記高低差ｈｃはコラム柱１の曲面部２２の公称半径、
倣いローラ３の半径、高さ検出ローラ４の半径および両
ローラ間の前後距離に基づいて算出される値で予め設定
してお（ことができる。

第１図（Ｃ）に示すように、曲面部２２瀉接中には、仕
口部の回転速度は一定とし、溶接トーチ２は水平方向移
動については曲面部溶接開始位置を基準として、ボジョ
ショナ回転量に応じた距離５だけ後退させる。この後退
勤作は数値制御によって行う。忍接トーチ２の上下方向
移動は倣Ｉ／Ｘローラ３がコラム柱１の曲面部２２の表
面番こ倣うことによって機械的に決定される。

仕口部は９０度回転して停止し、溶接トーチは次のモ坦
部溶接時の水平運動に戻る。

以上の第１図（ａ）〜（Ｃ）についての説明をタイムチ
ャートで示すと第８図のようになる。第１図（ａ）の状
態は第８図の区間ａの状態であって高低差りはｈＯのま
ま推移している。第１図（ｂ）は第８図の区間すに相当
し、高低差りがｈｏからｈｅに至る過程である。ｈがｈ
Ｃに達した時、ポジショナは回転し始め、一定速度で回
転する。この回転速度はコラムの曲面部の外径、板厚お
よび所定の溶接速度を変数として計算される。マニピュ
レータ（溶接トーチ）はポジショナの回転に伴い、水平
方向に移動する。（第８図の区間Ｃ）、マニピュレータ
（溶接トーチ）は、曲面部溶接の開始位置を起点とし、
コラム径、曲面部の公称半径およびポジショナの回転速
を変数として幾何学的に計算される水平方向の移動量を
差引いた位置に到達するように位置制御するか、または
上記の変数を用い幾何学的に計算される水平方向の移動
速度に基づき速度制御を行う。

このときのポジショナ回転速度、マニピュレータ水平方
向移動速度、高低差りの変化の状況は第８図の区間Ｃに
表される。高低差りは曲面部の半径が公称寸法と微妙に
異なるため、若干増減する。しかし、動作開始位置を実
際の形状に合わせて決定しているため、溶接トーチの位
置はほぼ適正な位置に維持されている。このとき高低差
りは適正範囲内に保たれる０次いで曲線部から次の直線
部に差しかかると高低差りはｈＣから小さくなり（第８
図の区間ｄ）、遂にｈｏになる。このときポジショナは
９０度回転して休止し、マニピュレータの水平移動速度
は定常値となる。

第９図は高低差りがｈｅに一定値となるようにマニピュ
レータの水平速度を変動させて制御した実施例チャート
である。

このコラムを取付けたポジショナは第８図と同様に、一
定速度で回転させる。マニピュレータ（溶接トーチ）は
、曲面部溶接中宮に計測される高低差りが、第８図の方
法で述べた設定値ｈｅに等しくなるように、第８図で述
べた計算で得られた水平方向移動量に対し、ｈがｈｅに
対し小さし）ときは移ＩＪｌ量を減少、ｈがｈｅに対し
大き６ｓときは移動量を増大させた位置に到達するよう
位置制御を行う、または、計算で得られた水平方向移動
速度に対し、ｈがｈＣに対し小さいときは速度を減少し
、大きいときは増大させた速度制御を行う。

上記のフィードバック機構を用いることにより、高低差
りは第８図の方法よりもさらに設定値ｈａに近づき、第
９図の区間Ｃに示すごとく溶接トーチの位置を適正に保
つことができる。

ポジショナが９０度マイナス溶接トーチの適正傾斜角度
だけ回転すると、溶接トーチは平坦部区間にさしかかる
ため、上記フィートノ〈・ンク制御を終了させ、計算上
の位置または速度制御を行う。

このとき高低差りはｈｅより減少し、ｈｏｉこ近づくま
まにさせてお（、（第９図の区間ｄ）ポジショナが９０
度回転すると、回転停止し、マニピュレータは前進水平
運動に移る。

第１０図は第９図と同様に高低差りかｈｅ一定になるよ
うにポジショナの回転速度を制御した例を示すタイムチ
ャートである。

マニピュレータ（溶接トーチ）は第８図で述べた計算で
得られたままの水平方向移動量または移動速度で後退す
る。

回転を開始しているポジショナの回転速度を。

曲面部の溶接中宮に計測している高低差りによって、ｈ
が設定値ｈｃより大きいときは減少させ、小さいときは
増加させることにより、第１０図の区間Ｃに示すように
溶接位置の傾斜角度を適正番こ保つよう制御させる。

ポジショナが９０度マイナス溶接トーチの適性傾斜角度
だけ回転すると、第９図と同様上記フィードバック制御
を終了させ、計算上速度制御を行い（第１Ｏ図の区間ｄ
）、９０度回転後、もとの平坦部溶接動作に移る。

本発明は以上のどのパターンで制御を行ってもよい。

〔発明の効果１ 本発明の倣い装置は実際の被測定曲面の表面輪郭を確実
に検出することができる。

本発明の溶接方法によれば、コラム柱仕口部のダイヤフ
ラム取付は自動溶接方法において、コラム柱の曲面部溶
接を個）ｌの曲面部の形状に応じて本発明の倣い装置が
検知し、これによりトーチ位置を最も適切に保持して溶
接施工することが確実に可能となったので、曲面部の形
状が一定でなくても溶接欠陥を生じたり、溶接不良とな
るおそれが全く無くなった。またコラム曲面部の溶接時
に高電流を用いた高能率溶接が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の作動を示す説明図、第２図は仕口
部の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、第３図は溶接手順を
示す説明図、第４図はコラムの四隅の溶接部の形状を示
す断面図、第５図は取付中心が変ったときの説明図、第
６図は従来方法による溶接不良発生を説明する説明図、
第７図は本発明の実施例の（ａ）正面図、（ｂ）側面図
、第８図〜第１Ｏ図は本発明の実施例のタイムチャート
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被測定面の表面輪郭を検出する倣いローラと、該倣
   いローラの前進方向に一定距離先行して位置し上下動自
   在な高さ検出ローラと、該高さ検出ローラの前記倣いロ
   ーラに対する高低差を検出する検出装置とから成る倣い
   装置。 ２　請求項１記載の倣い装置をコラム柱外面に当接させ
   、上記高さ検出ローラと倣いローラとの高低差が、予め
   定めた設定値に一致した位置を検出し、この位置をコラ
   ム柱四隅の曲面部溶接の開始位置とし、曲面部溶接中は
   該曲面部溶接開始位置を基準として、溶接トーチ移動を
   数値制御することを特徴とするコラム柱仕口部のダイヤ
   フラム取付け自動溶接方法。 ３　曲面部溶接中、曲面部溶接開始位置を基準として、
   コラム柱仕口部の回転量、コラム柱外径および曲面部外
   径から決定される位置または速度に従って溶接トーチ移
   動を数値制御することを特徴とする請求項２記載の自動
   溶接方法。 ４　曲面部溶接中、曲面部溶接開始位置を基準として、
   高さ検出装置の検出量により、検出値が設定値よりも大
   きい場合はマニピュレータの後退速度を増加、検出値が
   設定値よりも小さい場合はマニピュレータ後退速度を減
   少させる制御を行うことを特徴とする請求項２記載の自
   動溶接方法。 ５　曲面部溶接中、曲面部溶接開始位置を基準として、
   高さ検出装置の検出量により検出値が設定値よりも大き
   い場合はポジショナの回転速度を減少、検出値が設定値
   よりも小さい場合はポジショナ回転速度を増加させる制
   御を上記を行うことを特徴とする請求項２記載の自動溶
   接方法。