JPH10277741A - 金属製箱状構造体の自動溶接装置の製造管理方法及び製造管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼製セグメントの自動溶接装置の製造を管理
し、遅滞のない生産管理を課題とする。 【解決手段】 （ａ）鋼製セグメントの製造諸元を工程
管理システムに入力して、記憶させる工程と、（ｂ）前
記入力された製造諸元を満たす鋼製セグメントの設計諸
元を設計コンピュータにより設計する工程と、（ｃ）前
記設計された鋼製セグメントの設計諸元に基いて、鋼製
セグメント自動溶接装置の動作パターン及び溶接条件を
ロボット・シミュレータにより選択する工程と、（ｄ）
前記選択された動作パターン及び溶接条件を前記ロボッ
ト・シミュレータに記憶させて、前記ロボット・シミュ
レータに教示する工程と、（ｄ）前記教示された動作パ
ターン及び溶接条件をプロセス・コンピュータに伝達
し、該プロセス・コンピュータから鋼製セグメントの自
動溶接装置に指示して鋼製セグメントを製造する工程か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、仮溶接された金属
製箱状構造体自動溶接装置の製造管理方法及び製造管理
装置に関する。上記金属製箱状構造体としては、具体的
には主として土木工事に使用される鋼製セグメント、ラ
イナープレート、橋梁用箱桁、あるいは建築工事に使用
される鋼製型枠等がある。しかし、以下において説明の
都合上鋼製セグメントに関して主に説明するが、本発明
は鋼製セグメントに限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術】金属製箱状構造体の一つである鋼製セグ
メントは、例えばトンネル工法の一つであるシールド工
法に用いられる覆工材である。鋼製セグメントは、図４
に示すように、スキンプレート１９、主桁１５、継手板
１７、縦リブ２１などの部材から組み立てられる。従来
は、鋼製セグメントの製造には、これらの部材を組み立
てて治具を使用して仮溶接し、その後に人手により本溶
接を行っていた。

【０００３】しかし、鋼製セグメントは基本的形状は類
似しているが、その大きさや形に様々なバリエーション
があり、それに合わせるため、スキンプレート１９、主
桁板１５、継手板１７、縦リブ２１などの部材の具体的
な寸法が異なるものとなる。また、同一形状同一寸法の
鋼製セグメントを比較的多数製造する。

【０００４】ところで、溶接材料を自動溶接して鋼製セ
グメントを製造する自動溶接装置が市販されている。そ
こで発明者等は、市販の自動溶接装置を改良し、図３に
示すような鋼製セグメントの自動溶接装置を発明した。

【０００５】この自動溶接装置は、鋼製セグメント１を
位置決めするポジショナー３と、溶接される鋼製セグメ
ントに略水平方向から溶接トーチを接近させることがで
きる多関節ロボット装置４からなる自動溶接装置であ
る。

【０００６】この自動溶接装置は、下記の構造を備えて
いる。 （ａ）仮溶接された鋼製セグメント１をクランプして上
下方向の移動、水平軸回りおよびこれに直交する直交軸
回りに回動させ、所定の姿勢で位置決めするポジショナ
ー３と、（ｂ）このポジショナーに所定の間隔を置いて
水平方向に隣接し、前記回動をさせる水平軸方向に横ス
ライドし任意のスライド位置に位置できる横行スライダ
ー５と、（ｃ）該横行スライダーに設けられ前後方向に
スライドし任意のスライド位置に位置できる前後スライ
ダー７と、（ｄ）該前後スライダーに載置される多関節
溶接ロボット９からなる多関節溶接ロボット装置４。

【０００７】更に、この自動溶接装置には、ポジショナ
ー３、多関節溶接ロボット９等の動作を把握し、動作さ
せるためのプロセス・コンピュータが接続されている。
このような自動溶接装置によってさまざまな種類の鋼製
セグメントを溶接するには、適切なポジショナー３の位
置や姿勢、多関節溶接ロボット９やスライダー５、７等
の位置や姿勢、多関節ロボットに取り付けられた溶接用
トーチの移動速度や溶接電圧・溶接電流といった溶接条
件など、多数のパラメータを教示する必要がある。これ
をオフラインティーチングで教示するには多大な労力と
時間を要し、また教示の精度の面でも問題がある。

【０００８】そこで、発明者等は、オフラインティーチ
ングを用いて自動溶接装置を実際に動作させずにさまざ
まな鋼製セグメントに応じた溶接の位置や姿勢、溶接条
件などを教示することにより、教示に必要な労力や時間
を大幅に削減し、溶接精度の高い自動溶接を可能にする
鋼製セグメントの自動溶接装置の自動教示方法及び自動
教示方法による鋼製セグメントの自動溶接方法を発明し
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の鋼製セグメント
の自動溶接装置は多品種の鋼製セグメントの製造を短時
間で可能にするものである。この自動溶接装置において
は、パラメータ化されたさまざまな部材を材料として用
いる。また、製造された鋼製セグメントもさまざまな種
類、さまざまな数のものとなる。

【００１０】したがって、必要な部材の在庫を調べた上
で不足する場合にはこれを発注する工程管理や、製造し
た鋼製セグメントの数を管理する製造管理に要する労力
は極めて大きなものとなる。また、鋼製セグメントの自
動溶接装置に対する自動教示方法等が発明者によって発
明されているが、教示の時間が短縮できても材料となる
部材の納品が遅れては鋼製セグメントの製造に結局多大
な時間がかかってしまう。

【００１１】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたもので、上記のような工程管理と製造管理
に必要な情報を、鋼製セグメントの設計段階や鋼製セグ
メントの製造段階で直接自動的に入力することにより、
労力を削減し時間を大幅に短縮することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの発明は下記の発明である。第１の発明は、以下の工
程を備えたことを特徴とする鋼製セグメントの自動溶接
装置の製造管理方法である。 （ａ）鋼製セグメントの製造諸元を工程管理システムに
入力して、記憶させる工程と、（ｂ）前記入力された製
造諸元を満たす鋼製セグメントの設計諸元を設計コンピ
ュータにより設計する工程と、（ｃ）前記設計された鋼
製セグメントの設計諸元に基いて、鋼製セグメント自動
溶接装置の動作パターン及び溶接条件をロボット・シミ
ュレータにより選択する工程と、（ｄ）前記選択された
動作パターン及び溶接条件を前記ロボット・シミュレー
タに記憶させて、前記ロボット・シミュレータに教示す
る工程と、（ｅ）前記教示された動作パターン及び溶接
条件をプロセス・コンピュータに伝達し、該プロセス・
コンピュータから鋼製セグメントの自動溶接装置に指示
して鋼製セグメントを製造する工程。上記方法は、製造
すべき鋼製セグメントの設計諸元が予め設計コンピュー
タにより記憶されていない場合には有効な方法である。

【００１３】第２の発明は、前記（ｂ）工程に替えて、
あらかじめ前記設計コンピュータに記憶させた鋼製セグ
メントの設計諸元から、前記設計コンピュータにより、
前記製造すべき鋼製セグメントの製造諸元を満たすもの
を選択する工程を備えたことを特徴とする鋼製セグメン
トの自動溶接装置の製造管理方法である。上記方法は、
製造すべき鋼製セグメントの設計諸元が予め設計コンピ
ュータにより記憶されている場合には特に有効な方法で
ある。

【００１４】第３の発明は、更に、前記鋼製セグメント
の自動溶接装置により製造された鋼製セグメントの製造
実績諸元を、前記プロセス・コンピュータが取得し、該
製造実績諸元を前記工程管理システムに記憶させる工程
を備えたことを特徴とする鋼製セグメント自動溶接装置
の製造管理方法である。上記方法により製造指令と製造
実績を比較することができ、顧客に対して納入時期等を
適切に伝達することができる。

【００１５】第４の発明は、更に、前記鋼製セグメント
の自動溶接装置により製造された鋼製セグメントの製造
実績諸元をマニュアルで前記工程管理システムに入力・
記憶させる工程を備えたことを特徴とする鋼製セグメン
ト自動溶接装置の製造管理方法である。

【００１６】第５の発明は、更に、前記工程管理システ
ムに在庫部材諸元を記憶させる工程と、前記記憶された
在庫部材諸元と、前記製造すべき鋼製セグメントの製造
諸元と、この製造諸元に基づいて製造された鋼製セグメ
ントの製造実績諸元に基いて、次に製造する予定の鋼製
セグメントの製造に用いる部材を、工程管理システムに
より発注あるいは部材製造指示する工程を備えたことを
特徴とする鋼製セグメント自動溶接装置の製造管理方法
である。上記方法により、適切な部材管理ができ、遅滞
のない製造を継続することができる。

【００１７】第６の発明は、上記発明の方法をコンピュ
ータ又はコンピュータ・ネットワークに実施させること
を特徴とするプログラムを記録した媒体である。上記製
造工程、製造実績を記録した媒体は、製造の記録とし
て、また将来の製造に再利用できる利点がある。

【００１８】第７の発明は、以下の装置を備えた鋼製セ
グメント自動溶接装置の製造管理装置である。 （ａ）鋼製セグメントの製造諸元が入力される工程管理
システムと、（ｂ）前記工程管理システムに入力された
製造諸元を満たす鋼製セグメントを設計し、又は記憶し
ている設計コンピュータと、（ｃ）前記設計コンピュー
タからの鋼製セグメントの設計諸元に基いて、鋼製セグ
メント自動溶接装置の動作パターン及び溶接条件を選択
し、且つ自動教示するロボット・シミュレータと、
（ｄ）前記教示された動作パターン及び溶接条件の情報
を受けて、鋼製セグメントの自動溶接装置に指示して鋼
製セグメントを製造させるプロセス・コンピュータと、
（ｅ）前記プロセス・コンピュータの指示をうけて鋼製
セグメントを製造する自動溶接装置。

【００１９】第８の発明は、前記プロセス・コンピュー
タが鋼製セグメントの製造実績を取得し、該製造実績を
前記工程管理システムに伝達するプロセス・コンピュー
タであることを特徴とする鋼製セグメント自動溶接装置
の製造管理装置である。上記鋼製セグメント自動溶接装
置の製造管理装置は迅速且つ遅滞のない製造活動を維持
し、品質の高い鋼製セグメントの製造を保証するもので
ある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を図１
により説明する。製造すべき鋼製セグメントの製造諸元
は、工程管理システム３０に入力される。製造諸元とし
ては、製造すべき鋼製セグメントの種類、数、納期、納
品先等の条件がある。

【００２１】鋼製セグメントは、図４に示す通り、あら
かじめ定められたパラメータ化された部材を材料として
設計される。一実施形態では部材の種類は９種類となっ
ている。たとえば、グラウト１３、縦リブ２１、スキン
プレート１９等である。またパラメータには、長さ、
幅、奥行き、厚さ、半径、角度等がある。使用する部材
の種類とパラメータと数、鋼製セグメントの設計図等が
鋼製セグメントの設計諸元となる。

【００２２】これらパラメータ化された部材を用いて鋼
製セグメントを設計する。この際に、設計コンピュータ
としてＣＡＤシステム３２を利用することが可能であ
る。ＣＡＤシステム３２では、部材のパラメータに具体
的な値を与えて、必要に応じたさまざまな形状の鋼製セ
グメントを設計できる。

【００２３】またこのＣＡＤシステム３２では、既に設
計した鋼製セグメントの設計諸元を記憶装置に保存する
ことにより、新たな製造諸元が与えられた場合にこれを
満たす設計諸元を記憶装置から検索して、設計結果であ
る設計諸元とすることもできる。この際、製造諸元を満
たす設計諸元が見つからない場合は、新たに鋼製セグメ
ントをＣＡＤを用いて設計する。

【００２４】設計された鋼製セグメントの設計諸元は、
工程管理システム３０にも送られる。製造すべき鋼製セ
グメントの数は製造諸元の一部として工程管理システム
３０に入力されているので、鋼製セグメントの材料とな
る部材の種類と数を工程管理システム３０で計算して、
これを発注あるいは部材製造指示することができる。部
材諸元には、ここで計算される部材の種類と数の情報が
含まれる。

【００２５】発注あるいは部材製造指示後は、納品ある
いは製造された部材の情報を工程管理システム３０に送
ることもできる。部材諸元の一部として在庫の種類と数
等を記憶している場合は、この納品・製造完了情報に基
いて、この在庫部材諸元が更新される。発注あるいは製
造した数の部材が到着していないことがわかった場合に
は、更新された部材諸元に基いて再発注あるいは再製造
指示を行う。

【００２６】また、製造すべき鋼製セグメントの数や、
使用する部材の種類と数などの製造諸元、設計諸元、部
材諸元に基いて、工程管理システム３０から仮溶接すべ
き部材の種類と数の指示を出すこともできる。

【００２７】一方、設計された鋼製セグメントの設計諸
元はロボット・シミュレータ３４にも伝達される。ロボ
ット・シミュレータ３４では、鋼製セグメント自動溶接
装置の自動教示及び修正教示が行われ、目的の鋼製セグ
メントを製造するために使用する自動溶接装置の動作パ
ターンと溶接条件が選択される。

【００２８】鋼製セグメント自動溶接装置の自動教示及
び修正教示方法は、例えば図２に示すように、以下の工
程で行われる。 （ａ）予め設計された鋼製セグメントの部材情報をＣＡ
Ｄシステム３２からロボットシミュレータ３４に入力す
る工程と、（ｂ）前記部材情報を鍵として動作パターン
データベース４２から１つもしくは複数の動作パターン
を前記ロボットシミュレータ３４により検索する工程
と、（ｃ）前記部材情報を鍵として溶接条件データベー
ス４４から１つもしくは複数の溶接条件を前記ロボット
シミュレータ３４により検索する工程と、（ｅ）前記検
索された動作パターンと前記検索された溶接条件とか
ら、前記鋼製セグメント自動溶接装置を動作させた場合
に干渉が発生しない動作パターンと溶接条件を前記ロボ
ットシミュレータ３４により選択する工程４８と、
（ｆ）前記選択された動作パターンと溶接条件を、前記
動作パターンデータベース４２、前記溶接条件データベ
ース４４及び前記ロボットシミュレータ３４の記憶手段
に記憶させる工程４８。

【００２９】また、これに、更に、ＣＡＤシステムを用
いずにマニュアルで設計図を入力する工程４０や、自動
教示では適切な動作パターンや溶接条件が見つからなか
った場合にマニュアルでこれを指定する修正教示工程４
９を付加することも可能である。

【００３０】上記自動教示工程で選択された動作パター
ンと溶接条件はプロセス・コンピュータ３６に伝達され
る。実施形態によっては、選択された動作パターンと溶
接条件のデータ形式をプロセス・コンピュータ３６のデ
ータ形式に変換するデータ変換システム３５が必要とな
る場合もあるが、データ変換システム３５を必要としな
いように製造管理システムを構成することは公知の技術
により可能である。

【００３１】プロセス・コンピュータ３６は選択された
動作パターンと溶接条件に従って、自動溶接装置３８に
指示を出し、自動溶接装置３８は仮溶接された鋼製セグ
メントの部材間を自動溶接する。この工程で、目的の鋼
製セグメントが製造される。

【００３２】自動溶接装置３８はプロセス・コンピュー
タ３６により制御されているので、鋼製セグメントが製
造されるたびに、製造された鋼製セグメントの種類と数
などの製造実績諸元を、プロセス・コンピュータが工程
管理システム３０に伝達することができる。なお、製造
実績諸元をマニュアルで工程管理システム３０に入力す
ることも可能である。

【００３３】工程管理システム３０は、既に入力されて
いる製造諸元と、伝達された製造実績諸元とに基いて、
鋼製セグメントの納品先の宛名ラベルの自動印刷などを
行うことができる。また、伝達された製造実績諸元の情
報に基いて、製造諸元と部材諸元を必要により更新し、
製造の指示と部材発注の指示を再度出すことも可能であ
る。

【００３４】製造実績諸元から製造された鋼製セグメン
トの数が判明するので、これに使用した部材の数が計算
できる。この部材の数に基いて部材諸元を更新する。部
材諸元から必要な部材の納品・製造完了状況がわかるの
で、まだ納品・製造されていない場合は、再発注等がで
きる。また、製造実績諸元に基いて製造諸元も更新され
る。製造実績諸元と更新された製造諸元により、鋼製セ
グメントの製造状況がわかるので、まだ製造すべき鋼製
セグメントがある場合は、再度製造の指示を出すことが
できる。

【００３５】工程管理システム３０、設計コンピュータ
３２、ロボット・シミュレータ３４、プロセス・コンピ
ュータ３６は、ネットワーク接続によって全体として一
群のコンピュータネットワークを構成するものとしても
よいし、必要に応じて独立したコンピュータとしてその
間をフロッピーディスクなどの媒体で情報を伝達するこ
とも可能である。また、全体を一台のコンピュータで実
現することも可能である。

【００３６】また、ロボット・シミュレータ等を複数の
コンピュータからなるコンピュータ群によって実現する
こともできる。工程管理システムには、必要な部材を工
場内、もしくは工場外に発注するためのＩＳＤＮ回線な
どの回線を設けることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多品種製造向きの鋼製セグメントの自動溶接装置で材料
として使用する部材の在庫調査や発注といった工程管理
や、製造した鋼製セグメントの数の管理や配送などの製
造管理に要する労力を大幅に削減し、自動教示によって
短縮された製造時間をさらに短縮し、材料となる部材の
納品等に係る時間を適切に管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施に用いる自動教示方法の工程の詳
細を示す図である。

【図３】本発明の実施に用いる自動溶接装置の概略を示
す図である。

【図４】鋼製セグメントの形状と構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 鋼製セグメント ３ ポジショナー ４ 多関節溶接ロボット装置 ５ 横行スライダー ７ 前後スライダー ９ 多関節溶接ロボット １３ グラウト １５ 主桁 １７ 継手板 １９ スキンプレート ２１ 縦リブ ２３ 孔 ２５ 補強板 ２７ 吊り手金具 ３０ 工程管理システム ３２ ＣＡＤシステム ３４ ロボット・シミュレータ ３５ データ変換システム ３６ プロセス・コンピュータ ３８ 自動溶接機 ４０ 設計図マニュアル入力工程 ４２ 動作パターンデータベース ４４ 溶接条件データベース ４６ 溶接線自動生成工程 ４８ 干渉検査工程及び自動教示工程 ４９ 修正教示工程

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の工程を備えたことを特徴とする金
   属製箱状構造体の自動溶接装置の製造管理方法。 （ａ）金属製箱状構造体の製造諸元を工程管理システム
   に入力して、記憶させる工程と、（ｂ）前記入力された
   製造諸元を満たす金属製箱状構造体の設計諸元を設計コ
   ンピュータにより設計する工程と、（ｃ）前記設計され
   た金属製箱状構造体の設計諸元に基いて、金属製箱状構
   造体の自動溶接装置の動作パターン及び溶接条件をロボ
   ット・シミュレータにより選択する工程と、（ｄ）前記
   選択された動作パターン及び溶接条件を前記ロボット・
   シミュレータに記憶させて、前記ロボット・シミュレー
   タに教示する工程と、（ｅ）前記教示された動作パター
   ン及び溶接条件をプロセス・コンピュータに伝達し、該
   プロセス・コンピュータから金属製箱状構造体の自動溶
   接装置に指示して金属製箱状構造体を製造する工程。
2. 【請求項２】 前記（ｂ）工程に替えて、あらかじめ前
   記設計コンピュータに記憶させた金属製箱状構造体の設
   計諸元から、前記設計コンピュータにより、前記製造す
   べき金属製箱状構造体の製造諸元を満たすものを選択す
   る工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の金属
   製箱状構造体の自動溶接装置の製造管理方法。
3. 【請求項３】 更に、前記金属製箱状構造体の自動溶接
   装置により製造された金属製箱状構造体の製造実績諸元
   を、前記プロセス・コンピュータが取得し、該製造実績
   諸元を前記工程管理システムに伝達・記憶させる工程を
   備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属製
   箱状構造体自動溶接装置の製造管理方法。
4. 【請求項４】 更に、前記金属製箱状構造体の自動溶接
   装置により製造された金属製箱状構造体の製造実績諸元
   を、マニュアルで前記工程管理システムに入力・記憶さ
   せる工程を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記
   載の金属製箱状構造体自動溶接装置の製造管理方法。
5. 【請求項５】 更に、前記工程管理システムに在庫部材
   諸元を記憶させる工程と、前記記憶された在庫部材諸元
   と、前記製造すべき金属製箱状構造体の製造諸元と、製
   造された金属製箱状構造体の製造実績諸元に基いて、次
   に製造する予定の金属製箱状構造体の製造に用いる部材
   を、工程管理システムにより発注あるいは部材製造指示
   する工程を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記
   載の金属製箱状構造体自動溶接装置の製造管理方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の方法
   をコンピュータ又はコンピュータ・ネットワークに実施
   させることを特徴とするプログラムを記録した媒体。
7. 【請求項７】 以下の装置を備えた金属製箱状構造体自
   動溶接装置の製造管理装置。 （ａ）金属製箱状構造体の製造諸元が入力される工程管
   理システムと、（ｂ）前記工程管理システムに入力され
   た製造諸元を満たす金属製箱状構造体を設計し、又は記
   憶している設計コンピュータと、（ｃ）前記設計コンピ
   ュータからの金属製箱状構造体の設計諸元に基いて、金
   属製箱状構造体自動溶接装置の動作パターン及び溶接条
   件を選択し、且つ自動教示するロボット・シミュレータ
   と、（ｄ）前記教示された動作パターン及び溶接条件の
   情報を受けて、金属製箱状構造体の自動溶接装置に指示
   して金属製箱状構造体を製造させるプロセス・コンピュ
   ータと、（ｅ）前記プロセス・コンピュータの指示をう
   けて金属製箱状構造体を製造する自動溶接装置。
8. 【請求項８】 前記プロセス・コンピュータが金属製箱
   状構造体の製造実績を取得し、該製造実績を前記工程管
   理システムに伝達するプロセス・コンピュータであるこ
   とを特徴とする請求項７記載の金属製箱状構造体の自動
   溶接装置の製造管理装置。