JPH07110418B2 - 鉄骨仕口部の自動溶接方法および装置 - Google Patents

鉄骨仕口部の自動溶接方法および装置

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JPH07110418B2
JPH07110418B2 JP12049988A JP12049988A JPH07110418B2 JP H07110418 B2 JPH07110418 B2 JP H07110418B2 JP 12049988 A JP12049988 A JP 12049988A JP 12049988 A JP12049988 A JP 12049988A JP H07110418 B2 JPH07110418 B2 JP H07110418B2
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厚 志賀
実 鈴木
博和 安田
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川崎製鉄株式会社
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【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〕
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、下向あるいは
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、溶接線の配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示されたもので、 (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、ロボット移動装置あるいはポジショナを一位置に
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) この施工群ごとにポジショナおよびロボット位
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あるいはポジシ
ョナ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ポジシ
ョナあるいはロボット位置を選定し、ポジショナを1回
転あるいはロボットを移動して上記選定された位置に固
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あるいはポ
ジショナ位置の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 ロ) ロボットを搭載して走行あるいは横行し、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上の2点で支持しこの軸ま
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〕
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入力
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
鉄骨仕口部組立品15の溶接線No.1〜4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
一致させてある。
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。
なお、入力方法には、座標値を直接入力する方法、ワー
ク寸法を入力し、コンピュータが座標値に変換する方法
がある。
これらの座標値および入力例を第1表に示した。
第1表中の溶接線No.1〜No.4は第2図に示すNo.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.1〜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=0)における鉄骨仕
口部組立品15の平面図を示し、溶接線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No.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図の鉄骨仕口部組立品を
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No.4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(1a、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a1)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b1)を検索
して、座標値を確定記録する。
(9) a1点からb1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。
(11) 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) 鉄骨仕口部組立品を交換する。
〔実施例〕
本発明の自動溶接装置の鉄骨仕口部組立品適用実施例を
第4図に、また鉄骨組立適用例を第7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1
2、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
口部組立品(被溶接体)15を自動溶接した。
第5図に示す鉄骨仕口部組立品に(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
仕口部組立品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〜
XIIIにグループ分けした。これを第2表に示す。
総括制御装置14を始動すると、施工群I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。次いで台車位置検出器(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
溶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、ロボットは再びトーチワ
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を同様に溶接した後、ロボット台車は原位
置に復帰し、引続き上記施工群Iの手順と同様に施工群
IIを施工する。施工群III〜XIII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 以上所要工数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 (6) ノズルクリーニングおよびワイヤカット 14分 (7) 溶接時間 47分 (3)〜(7)無人運転104分 合計149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数は約94分・人となった。
故に、労働生産性は、 (1/45)/(1/94)≒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部
組立品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図は鉄骨仕口部組立品を示す斜視図、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、第7図は本
発明装置の実施例の全体斜視図である。 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……鉄骨仕口部組立品(被溶接体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 実 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 安田 博和 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 大北 芳幸 香川県丸亀市昭和町18番地 四国鐵工株式 会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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あるいはポジショナが一位
    置で施工できる施工群にグループ分けし、該施工群のそ
    れぞれに対応してポジショナ位置あるいはロボット位置
    を選定し、ポジショナを回転あるいはロボットを移動し
    て該選定位置に固定し、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. 【請求項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上の2点で支持し該軸
    まわりに回動自在に保持し、これをすくなくとも回動角
    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。
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