JPH0919766A - 管接続用溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接作業に際しての段取りとしては、管の端部
同士を単に対接させた状態に固定すればよく、段取りに
かかる時間を大幅に短縮することができ、しかも迅速か
つ正確に溶接を行なうことができ、コストを大幅に低減
することができる管接続用溶接装置を提供すること。 【構成】ベースフレーム２０に対して上下方向に移動可
能に支持され、先端側に溶接トーチ４６が設けられた多
関節ロボットアーム４０を備え、この多関節ロボットア
ーム４０は、ロボットコントローラ５０からの指令に基
づき屈曲し、かつ屈曲のみでは管１の端部同士の対接部
位１ｃを周回できないような場合、多関節ロボットアー
ム４０全体が上下方向に移動して溶接トーチ４６の軌跡
が修正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削溝内に吊り下
ろされ、互いに略水平に連なる状態に保持された管の端
部同士を溶接するための管接続用溶接装置に関し、その
うち特に、水道管やガス管等の埋設工事の際に現地での
溶接作業に適するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水道管やガス管等の埋設工事で
は、一般的に予め地盤を溝状に掘削し、いわゆる土留支
保工作業により掘削溝内の安全性を確保してから、掘削
溝内に管を吊り下ろし、管を２本ずつ互いに略水平に連
なるように固定した状態で、隅肉溶接や突き合わせ溶接
を行ない、順次新たな管を吊り下ろしては溶接を繰り返
して、管を次第に延長していた。

【０００３】溶接作業に際しては、図６に示すように、
先ず管１の溶接線と平行になるよう管１の外周に対し、
スペーサ４を介してリング状のレール５を全周方向に固
定する。そしてレール５に、溶接トーチ８を搭載した台
車７を取り付け、この台車７をレール５の全周に沿って
走行させながら、溶接トーチ８で隅肉溶接、或は突き合
わせ溶接を行なっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の技術では、溶接する度に管１にレール５
を固定する必要があり、レール５を固定するのに一々レ
ール５の端部間に隙間が生じないように、固定用のボル
ト６を締めて閉じ合わせたり、また、スペーサ４を介し
て管１の外周とレール５との間隔が全周に亘って均一に
なるよう固定しなければならず、これらの段取り作業は
非常に煩わしく、時間がかかり、コストアップの要因と
なっていた。

【０００５】また、溶接する管１の径が変わる度に、新
たな管径に対応した別のレール５に作り変える必要があ
り、更に場合によっては、新しいレール５に対応して新
たに別の台車７を用意しなければならないような事もあ
り、コストを低減することが困難であった。

【０００６】ところで、溶接効率を上げるのために、レ
ール５に２台の台車７を取り付け、２つの溶接トーチ８
で同時に溶接することも考えられるが、１本の同一レー
ル５上に２つの台車７等が乗ると、台車７や溶接トーチ
８同士が互いに干渉し合うから、さほど溶接効率が向上
するには至らない。

【０００７】本発明は、以上のような従来技術が有する
問題点に着目してなされたもので、溶接作業に際しての
段取りとしては、管の端部同士を単に対接させた状態に
固定すればよく、段取りにかかる時間を大幅に短縮する
ことができ、しかも迅速かつ正確に溶接を行なうことが
でき、コストを大幅に低減することができる管接続用溶
接装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の要旨とするところは、以下の各項に存す
る。

【０００９】［１］ 掘削溝（Ａ）内に吊り下ろされ互
いに略水平に連なる状態に保持された管（１）の端部同
士を溶接するための管接続用溶接装置（１０）におい
て、前記掘削溝（Ａ）を跨ぐようにして地上に設置され
るベースフレーム（２０）と、前記ベースフレーム（２
０）に対して移動可能に支持され、下方に向って延びる
先端側に設けた溶接トーチ（４６）が、前記管（１）の
端部同士の対接部位（１ｃ）に沿って周回可能な多関節
ロボットアーム（４０）と、を具備して成ることを特徴
とする管接続用溶接装置（１０）。

【００１０】［２］ 前記多関節ロボットアームは、前
記ベースフレームに対して上下方向に移動可能に支持さ
れたことを特徴とする１項記載の管接続用溶接装置。

【００１１】［３］ 前記溶接トーチ（４６）を管
（１）の端部同士の対接部位（１ｃ）に沿って周回させ
るべく、前記多関節ロボットアーム（４０）を屈曲さ
せ、かつ屈曲のみでは前記対接部位（１ｃ）を周回不能
な際、多関節ロボットアーム（４０）の支持位置を移動
させて溶接トーチ（４６）の軌跡を修正する制御手段
（５０）を有することを特徴とする１項または２項記載
の管接続用溶接装置（１０）。

【００１２】［４］ 前記ベースフレーム（２０）に
は、管（１）を間にして相互に対向する２機の前記多関
節ロボットアーム（４０，４０）が支持され、各多関節
ロボットアーム（４０）は、それぞれの溶接トーチ（４
６）が管（１）端部同士の対接部位（１ｃ）を上下に半
周ずつ周回するよう制御されることを特徴とする３項記
載の管接続用溶接装置（１０）。

【００１３】次に本発明の作用を説明する。本発明に係
る管接続用溶接装置（１０）によって、掘削溝（Ａ）内
に吊り下ろした管（１）の溶接を行う場合には、予め本
装置（１０）のベースフレーム（２０）を掘削溝（Ａ）
を跨ぐようにして地上に設置させる。そして、溶接作業
前の段取りとしては、管（１）の端部同士を単に対接さ
せた状態に保持すればよく、従来技術のように、管
（１）外周にスペーサ（４）を介してリング状レール
（５）を全周方向に固定するような面倒な作業は不要で
ある。

【００１４】実際の溶接作業は、前記ベースフレーム
（２０）に支持された多関節ロボットアーム（４０）の
作動に伴い、その下方へ延びる先端側に設けられた溶接
トーチ（４６）で行われる。ここでの多関節ロボットア
ーム（４０）は、ベースフレーム（２０）に対して上下
方向に移動する等、移動可能に支持されているから、通
常の固定状態にある多関節ロボットアーム（４０）で
は、その各関節部の可動範囲を越えるために困難な軌跡
であっても確保することが可能となる。

【００１５】すなわち、多関節ロボットアーム（４０）
の屈曲のみでは、管（１）の端部同士の対接部位（１
ｃ）に沿って周回させることができない場合でも、前記
屈曲に加えて、多関節ロボットアーム（４０）全体の上
下方等への移動を適宜組合わせることで、溶接トーチ
（４６）の軌跡を修正し、前記対接部位（１ｃ）を周回
しながらの溶接作業も容易に実現できる。また、溶接ト
ーチ（４６）が他部材との干渉を避けるような複雑な動
きも可能となる。

【００１６】前記溶接トーチ（４６）を管（１）の端部
同士の対接部位（１ｃ）に沿って周回させるべく、前記
多関節ロボットアーム（４０）を屈曲させ、かつ屈曲の
みでは前記対接部位（１ｃ）を周回不能な際、多関節ロ
ボットアーム（４０）の支持位置を移動させて前記溶接
トーチ（４６）の軌跡を修正する制御手段（５０）を有
する場合、前記溶接作業の自動制御が可能となる。しか
も、例えば制御手段（５０）を実現するマイクロコンピ
ューターのプログラムを一部変更するだけで、様々な管
（１）の大きさや溶接する位置等の変化に迅速に対応す
ることができ、溶接の作業能率を向上させることができ
る。

【００１７】また、前記ベースフレーム（２０）に、管
（１）を間にして相互に対向する２機の前記多関節ロボ
ットアーム（４０，４０）を支持し、各多関節ロボット
アーム（４０）を、それぞれの溶接トーチ（４６）が管
（１）端部同士の対接部位（１ｃ）を上下に半周ずつ周
回するよう制御すれば、２つの溶接トーチ（４６）が互
いに干渉することなく、迅速に溶接の作業を行うことが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
一の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の一の
実施の形態を示している。図１及び図２に示すように、
管接続用溶接装置１０は、掘削溝Ａ内に吊り下ろされて
互いに略水平に連なる状態に保持された管１の端部同士
を溶接するための装置であり、ベースフレーム２０と、
一対の多関節ロボットアーム４０，４０、それに各多関
節ロボットアーム４０の動作を制御する制御手段として
のロボットコントローラ５０を具備して成る。以下、順
に説明する。

【００１９】ベースフレーム２０は、掘削溝Ａを跨ぐよ
うにして地上に設置されるものであり、更に詳しくは、
掘削溝Ａと平行に地面に載置される一対の脚部２１Ａ，
２１Ｂと、これら脚部２１Ａ，２１Ｂの前後端にそれぞ
れ架設され、掘削溝Ａを跨ぐように配される一対のビー
ム２２Ａ，２２Ｂとを矩形枠状に組合わせて成る。

【００２０】かかるベースフレーム２０の四隅には、ハ
ンドル２４の回転操作により上下位置を調整できるアウ
トリガー２３がそれぞれ設けられている。なお、一対の
脚部２１Ａ，２１Ｂには、装置全体を自由に移動させる
ための走行手段として、例えば通常のタイヤ車輪やクロ
ーラ式走行輪等を別途設けてもよい。

【００２１】一対のビーム２２Ａ，２２Ｂ間には、それ
ぞれに装着された取付ブラケット２５や台車２６等を介
して、上下スライダー３３が２台取り付けられている。
これら一対の上下スライダー３３，３３は、それぞれ取
付ブラケット２５上に固設された駆動モータ３１で回転
駆動するスクリュー部材３２により、上下方向に移動可
能に支持されている。

【００２２】すなわち、各上下スライダー３３には、ス
クリュー部材３２に対し相対的に回転可能に螺合するナ
ット部（図示せず）が設けられている。なお、各上下ス
ライダー３３は、取付ブラケット２５や台車２６により
一対のビーム２２Ａ，２２Ｂ上をその長手方向に（掘削
溝Ａの幅方向）に位置調整できるようにしてもよく、或
は単に固定してもよい。

【００２３】また、ビーム２２Ａ，２２Ｂの途中には、
支持脚部材２７がスクリュー部材３２と平行に下方に垂
下するよう取り付けられており、支持脚部材２７には、
側方にＵ字形に延びて多関節ロボットアーム４０を保護
するためのバンパーが２８Ａ，２８Ｂが設けられてい
る。更にベースフレーム２０上には、駆動モータ３１や
多関節ロボットアーム４０等に給電するための電源３０
や、後述するロボットコントローラ５０等も適所に配設
されている。

【００２４】各上下スライダー３３の下面側には、下方
に向って延びる先端側に溶接トーチ４６が設けられてい
る多関節ロボットアーム４０が搭載されている。多関節
ロボットアーム４０は、一般的な例えば６軸関節型のも
の等であり、具体的には、上下スライダー３３の下面側
に水平方向に回転可能に取付けられた台座ブラケット４
１と、台座ブラケット４１より下方に屈曲可能に延びる
基端アーム４２及びその補助リンク４３と、これらの先
端に屈曲可能に連結された先端アーム４４と、先端回転
軸４５、それに先端回転軸４５に取り付けられた溶接ト
ーチ４６により構成されている。

【００２５】各上下スライダー３３に搭載された２機の
多関節ロボットアーム４０，４０は、掘削溝Ａ内に吊り
下ろされた管１を間にして相互に対向するように配置さ
れている。かかる配置は、２機の多関節ロボットアーム
４０が、それぞれの溶接トーチ４６により管１の端部同
士の対接部位１ａを上下に半周ずつ、例えば０時の方向
から６時の方向に周回できるように設定するためのもの
である。

【００２６】ロボットコントローラ５０は、マイクロコ
ンピュータから構成されており、オフラインプログラム
またはティーチングプレイバックによって、２機の多関
節ロボットアーム４０，４０の屈曲動作、各多関節ロボ
ットアーム４０が搭載された上下スライダー３３の上下
移動、それに溶接トーチ４６による溶接作業を制御する
ものである。

【００２７】オフラインプログラムによる場合、図３に
おいて、操作部５１から読み込まれた溶接作業に関する
情報は、ＣＰＵ５２を通ってデータ記憶メモリ５４に一
旦入力された後、ＣＰＵ５２とシステムコントロールメ
モリ５３とで制御され補間演算部５５に出力される。こ
の補間演算部５５により、所定のパルスがそれぞれ各多
関節ロボットアーム４０や上下移動用の駆動モータ３１
に出力され、これらが所定の動作を行うように設定され
ている。

【００２８】ここで所定の動作とは、溶接トーチ４６を
管１の端部同士の対接部位１ｃ（図５参照）に沿って周
回させるべく、多関節ロボットアーム４０を屈曲させ、
かつ屈曲のみでは前記対接部位１ｃを周回不能な際、多
関節ロボットアーム４０全体を上下方向に移動させて溶
接トーチ４６の軌跡を修正しつつ溶接するという一連の
動きであり、かかる動作は前記ＣＰＵ５２の機能により
実行されるものである。

【００２９】更に詳しく言えば、図１に示すように、最
初は上下スライダー３３は実線で示した高さ位置にあ
り、各多関節ロボットアーム４０の先端の溶接トーチ４
６は、管１の端部同士の対接部位１ｃの最上端１ａから
互いに対称的に溶接を開始し、各多関節ロボットアーム
４０は、溶接トーチ４６が対接部位１ｃに沿って下方へ
半周分ずつ周回するよう屈曲する。ところが屈曲のみで
は溶接トーチ４６が管１の最下端１ｂまで届かないた
め、前記屈曲に伴って、各多関節ロボットアーム４０全
体は上下スライダー３３の下方移動に伴い距離Ｈだけ想
像線（二点破線）で示した位置まで移動するよう設定さ
れている。

【００３０】前記システムコントロールメモリ５３はＲ
ＯＭ等から成り、前記所定の動作に関するプログラムデ
ータ等の各種固定データが格納されている。また、前記
データ記憶メモリ５４はＲＡＭ等から成り、操作部５１
により溶接に際して入力される各種データを一時的に記
憶するものである。なお、多関節ロボットアーム４０の
周囲にはセンサ等から成る位置検出器５６が設けられて
おり、該位置検出器５６によってフィードバックされた
パルスが、前記補間演算部５５で入力パルスとの差が±
０になるように駆動されるべく設定されている。

【００３１】一方、ティーチングプレイバックによる場
合には、各多関節ロボットアーム４０とそれが搭載され
た上下スライダー３３に、先ず手動その他で所定の動き
をさせてデータ記憶メモリ５４等の記憶装置に残し、以
後は同じ動作を記憶装置から取り出した信号により溶接
作業を実行させるようになっている。

【００３２】以上のような管接続用溶接装置１０による
溶接としては、図４及び図５に示すように、２つの管
１，１の端部同士をカラー管９内に嵌合するようにして
対接させ、実際には管１，１同士の直接の対接部位では
なく、管１とカラー管９の端縁との対接部位１ｃを溶接
する隅肉溶接が一般的だが、もちろん管１，１同士が直
接付き合った対接部位を溶接する突き合わせ溶接でもよ
い。なお、管１は前記管接続用溶接装置１０とは別に埋
設現場に設置されるハンドリング装置等により、掘削溝
Ａ内に吊り下ろされ、互いに略水平に連なる状態に保持
されるようになっている。

【００３３】次に前述した管接続用溶接装置１０の作用
について説明する。掘削溝Ａ内に順次埋設する管１を溶
接するには、先ず溶接現場にて管接続用溶接装置１０を
設置する。すなわち、ベースフレーム２０の一対の脚部
２１Ａ，２１Ｂを掘削溝Ａを間にして地上に設置させ、
一対のビーム２２Ａ，２２Ｂが掘削溝Ａを跨ぐ状態とす
る。このとき、一対のビーム２２Ａ，２２Ｂ間に支持さ
れた２機の多関節ロボットアーム４０，４０は、それぞ
れ掘削溝Ａの底部を臨むように互いに対称に配される。
なお、本装置１０が傾くような場合は、ベースフレーム
２０の四隅にあるハンドル２４を回転させ、アウトリガ
ー２３を上下方向に適宜動かし、本装置１０を水平に保
つように調整する。

【００３４】溶接作業前の段取りとしては、前述したよ
うな本装置１０の設置の他、既に掘削溝Ａに埋設されて
いる管１の端部に、新しく掘削溝Ａ内に吊り下ろした管
１の端部に予め溶接されたカラー管９を嵌合させればよ
く、従来技術のように、管１外周にスペーサを介してリ
ング状レールを全周方向に固定するような面倒な作業は
一切不要である。

【００３５】実際の溶接作業に際し、作業者がロボット
コントローラ５０の操作部５１により作業をスタートさ
せると、例えばオフラインプログラムにより入力されて
いる所定プログラムによって、一対の多関節ロボットア
ーム４０，４０はそれぞれ屈曲を開始し、最初は溶接ト
ーチ４６が管１の端部同士の対接部位１ｃの溶接開始点
である最上端１ａに配置する。このとき、溶接トーチ４
６が最上端１ａよりずれている場合には、操作部５１に
あるタッチセンサー等より修正すればよい。このような
作業開始時には、多関節ロボットアーム４０が取り付け
られている上下スライダー３３は、図１中にて実線で示
した如く最も高い始期位置にある。

【００３６】続いて、図３に示すロボットコントローラ
５０の制御により、各溶接トーチ４６は、互いに干渉す
ることなく前記最上端１ａから溶接を開始し、各多関節
ロボットアーム４０は、溶接トーチ４６が対接部位１ｃ
に沿って下方へ半周分ずつ周回するように屈曲する。途
中で、各多関節ロボットアーム４０の屈曲のみでは溶接
トーチ４６の軌跡が管１の対接部位１ｃに沿えない時点
にくると、ロボットコントローラ５０の補間演算部５５
から所定のパルスが駆動モータ３１にも出力され、スク
リュー部材３２が回転駆動される。

【００３７】かかるスクリュー部材３２の回転に伴い、
上下スライダー３３は前記始期位置から下方へ徐々に移
動し、それにより、溶接トーチ４６を常に管１の対接部
位１ｃに沿うように周回させることができる。結局、図
１に示すように、上下スライダー３３が前記始期位置か
ら距離Ｈだけ下方の終期位置まで移動した時点で、想像
線で示したように溶接トーチ４６は管１の対接部位１ｃ
の最下端１ｂに到達する。なお、溶接部位１ｃの指定脚
長等に応じて、更に２，３回同じ溶接動作を繰り返すよ
うに設定してもよい。

【００３８】溶接作業が終了したら、各多関節ロボット
アーム４０，４０は、新たに掘削溝Ａ内に吊り下ろす管
１の邪魔とならない位置まで移動しながら屈曲し、一溶
接工程が終了する。この後、互いに溶接された管１，１
は掘削溝Ａの端面より地中に一方の端部だけ残すように
して埋設され、再び新たな管１が掘削溝Ａ内に吊り下ろ
され、前述した溶接作業が再び繰り返されて管１は順次
延長されていく。

【００３９】以上の埋設現場での溶接作業が総て完了す
ると、上下スライダー３３を最も高い始期位置に移動さ
せ、かつ各多関節ロボットアーム４０を上方に向けて折
り畳むように屈曲させるとよい。すると、多関節ロボッ
トアーム４０の最下端部位は、支持脚部材２７の下端部
より上方に位置するため、多関節ロボットアーム４０を
地面にぶつけることなく、支持脚部材２７により管接続
用溶接装置１０を地上に載置したり、トラック等に搭載
して次の溶接現場まで容易に運搬することができる。

【００４０】次の溶接現場で溶接する管１’の外径が前
記管１と異なるような場合でも、ロボットコントローラ
５０のプログラムを一部変更するだけで対処でき、従来
技術のように、管の外径に合わせて新たにリング状レー
ルを作り直す等の手間はかからず経済的である。

【００４１】なお、前記実施の形態では、多関節ロボッ
トアームは、スクリュー部材と上下スライダーとの働き
により、ベースフレームに対して上下方向に移動可能に
支持されているが、多関節ロボットアームの支持位置の
移動は上下方向に限られるものではなく、要は先端側の
溶接トーチが管の対接部位を周回できるよう、アームの
屈曲のみによる溶接トーチの軌跡を修正できればよいも
のであり、例えば所定形状のレールに沿って移動するよ
う支持したり、或は水平方向にも移動できるように構成
してもよい。

【００４２】また、前記実施の形態では、ベースフレー
ムに対して２機の多関節ロボットアームを支持したが、
１機の多関節ロボットアームによって、周回溶接ができ
るように構成してもよい。その他、本発明に係る管接続
用溶接装置は図示した実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る管接続用溶接装置によれ
ば、多関節ロボットアームがベースフレームに対して移
動可能に支持されるから、通常の固定された多関節ロボ
ットアームでは、その各関節部の可動範囲を越えて困難
な軌跡でも容易に確保することが可能となり、多関節ロ
ボットアームの先端側の溶接トーチを、管の端部同士の
対接部位に沿って周回させることができる。

【００４４】従って、溶接作業に際しての段取りとして
は、管の端部同士を単に対接させた状態に保持すればよ
く、段取りにかかる時間も大幅に短縮することができ、
しかも自動制御される前記多関節ロボットアームにより
迅速かつ正確に溶接を行なうことができ、コストを大幅
に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態に係る管接続用溶接装
置を概略的に示す正面図である。

【図２】本発明の一の実施の形態に係る管接続用溶接装
置を概略的に示す平面図である。

【図３】本発明の一の実施の形態に係る管接続用溶接装
置を構成する制御手段としてのロボットコントローラを
示すブロック図である。

【図４】本発明の一の実施の形態に係る管接続用溶接装
置により溶接する管の対接状態を示す側面図である。

【図５】本発明の一の実施の形態に係る管接続用溶接装
置により溶接された管を示す断面図である。

【図６】従来における溶接作業を説明するための正面図
である。

【符号の説明】

１０…管接続用溶接装置 ２０…ベースフレーム ３０…電源 ３１…駆動モータ ３２…スクリュー部材 ３３…上下スライダー ４０…多関節ロボットアーム ４６…溶接トーチ ５０…ロボットコントローラ（制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削溝内に吊り下ろされ、互いに略水平に
   連なる状態に保持された管の端部同士を溶接するための
   管接続用溶接装置において、 前記掘削溝を跨ぐようにして地上に設置されるベースフ
   レームと、 前記ベースフレームに対して移動可能に支持され、下方
   に向って延びる先端側に設けた溶接トーチが、前記管の
   端部同士の対接部位に沿って周回可能な多関節ロボット
   アームと、 を具備して成ることを特徴とする管接続用溶接装置。
2. 【請求項２】前記多関節ロボットアームは、前記ベース
   フレームに対して上下方向に移動可能に支持されたこと
   を特徴とする請求項１記載の管接続用溶接装置。
3. 【請求項３】前記溶接トーチを管の端部同士の対接部位
   に沿って周回させるべく、前記多関節ロボットアームを
   屈曲させ、かつ屈曲のみでは前記対接部位を周回不能な
   際、多関節ロボットアームの支持位置を移動させて溶接
   トーチの軌跡を修正する制御手段を有することを特徴と
   する請求項１または２記載の管接続用溶接装置。
4. 【請求項４】前記ベースフレームには、管を間にして相
   互に対向する２機の前記多関節ロボットアームが支持さ
   れ、 各多関節ロボットアームは、それぞれの溶接トーチが管
   端部同士の対接部位を上下に半周ずつ周回するよう制御
   されることを特徴とする請求項３記載の管接続用溶接装
   置。