WO2020202830A1 - 溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出することができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して作業効率の向上を図る。溶接装置（３０）及びポジショナ（４０）を用いてワーク（Ｗ）を溶接する溶接システム（１）は、溶接装置（３０）及びポジショナ（４０）を制御する制御装置（５０）を有する。ポジショナ（４０）は、基準位置情報を有するワーク位置設定機構（４１）と、ワーク（Ｗを）把持する少なくとも１つの把持機構（１０）を備える。制御装置（５０）は、ワーク位置設定機構（４１）から与えられる基準位置情報と、あらかじめ制御装置（５０）に入力されたワーク情報に基づいて、ワーク（Ｗ）を把持する際の把持機構（１０）の位置を算出するポジショナ位置算出手段（５１ａ）を有する。

Description

溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法

　本発明は、溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法に関し、より詳細には、溶接ロボットで大型溶接ワークを自動溶接することができる溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法に関する。

　従来において、鉄骨構造物などの大型溶接ワークを溶接ロボットで自動溶接するための溶接装置が開示されている。例えば、特許文献１に記載の溶接装置は、溶接ロボットと、該溶接ロボットを制御する溶接制御装置と、ワークを保持する回転ポジショナとを備え、溶接制御装置の入力手段に入力された鉄骨構造物の寸法及び溶接継手の形状等のワーク情報に応じて、あらかじめ用意された溶接ロボット軌跡及び溶接条件にしたがって、溶接ロボットの動作軌跡及び溶接条件を自動的に生成している。

日本国特許第５８８３７００号公報

　ワークの溶接には、まず、ワーク及びワークを保持するポジショナを適切な位置に位置決めする作業が必要である。該ポジショナの位置決め作業は、非常に手間が掛かる煩雑な作業が必要であり、従来、作業者の長年の経験に基づいて試行錯誤により行われており、効率的でないという問題があった。
　なお、特許文献１に開示された溶接装置は、ワーク及び回転ポジショナを位置決めした後の溶接作業の自動化を目的としたものであり、前記回転ポジショナの位置決め作業については特に検討されていない。

　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出することができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して作業効率の向上を図った溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法を提供することにある。

　本発明の上記目的は、溶接システムに係る下記（１）の構成により達成される。
（１）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムであって、
　前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置を有し、
　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
　前記制御装置は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システム。

　溶接システムに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の（２）～（８）に関する。
（２）　前記制御装置は、前記ワーク情報ごとに、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を記憶したデータベースを有し、
　前記ポジショナ位置算出手段は、前記データベースを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする上記（１）に記載の溶接システム。
（３）　前記ワーク情報は、前記ワークの寸法データ及び溶接位置データのうち少なくとも１つのデータを含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の溶接システム。
（４）　前記制御装置は、前記溶接装置の動作及び前記ポジショナの動作が同期するように制御する同期制御部を有することを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の溶接システム。
（５）　前記溶接装置は溶接ロボットであって、
　前記溶接ロボット及び前記ポジショナが、並行に移動可能な移動軸をそれぞれ有することを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の溶接システム。
（６）　前記ポジショナは、２つ以上の前記把持機構を有し、
　前記把持機構のうち１つを主動側把持機構、残りを従動側把持機構としたとき、
　前記主動側把持機構及び前記従動側把持機構は、それぞれ所定の位置に位置決めするサーボモータを備え、
　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置に対して、前記主動側把持機構で位置決めされた位置を基に、前記従動側把持機構の位置を制御することを特徴とする上記（５）に記載の溶接システム。
（７）　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置へ、前記把持機構及び前記溶接装置を移動させるための動作プログラムを自動生成するプログラム自動生成手段を有することを特徴とする上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の溶接システム。
（８）　前記ワーク情報は、前記ワークの重心データを含み、
　前記ポジショナ位置算出手段は、前記重心データを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の溶接システム。

　本発明の上記目的は、溶接システムの制御装置に係る下記（９）の構成により達成される。
（９）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御装置であって、
　前記制御装置は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
　前記制御装置は、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システムの制御装置。

　本発明の上記目的は、溶接システムの制御プログラムに係る下記（１０）の構成により達成される。
（１０）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御プログラムであって、
　前記制御プログラムは、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
　前記制御プログラムは、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御プログラムに入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出ステップを有することを特徴とする溶接システムの制御プログラム。

　本発明の上記目的は、溶接方法に係る下記（１１）の構成により達成される。
（１１）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接方法であって、
　前記溶接方法は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置により、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する工程を有し、
　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
　前記溶接方法は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出する工程を有することを特徴とする溶接方法。

　本発明の溶接システム、制御装置、制御プログラム及び溶接方法によれば、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出することができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して作業効率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る溶接システムの全体構成を示す概略図である。 図２Ａは、本発明の実施形態に係る溶接システムが備える回転ポジショナの構成及び動作を説明するための概略図であって、環状保持部の円弧部分を開放した状態を示す図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態に係る溶接システムが備える回転ポジショナの構成及び動作を説明するための概略図であって、環状保持部内に鉄骨構造物を収容した状態を示す図である。 図２Ｃは、本発明の実施形態に係る溶接システムが備える回転ポジショナの構成及び動作を説明するための概略図であって、環状保持部の円弧部分を閉鎖した状態を示す図である。 図３は、図１に示す溶接システムを上方から見た概要構成図である。 図４は、図１に示す溶接システムの概略ブロック図である。 図５は、図１に示す溶接システムによる溶接手順を示すフローチャートである。

＜１．溶接システム＞
　本発明の一実施形態に係る溶接システムについて、図１～図４を参照しながら説明する。
　溶接システム１は、溶接用ワークである鉄骨構造物Ｗを、例えばガスシールドアーク溶接によって溶接するものである。
　図１に示すように、溶接システム１は、溶接装置用及び制御装置用台車２０と、溶接装置である溶接ロボット３０と、鉄骨構造物Ｗを所定の位置で保持するためのポジショナ４０と、溶接ロボット３０及びポジショナ４０を制御する制御装置５０と、を備えている。

　さらに、図４も参照しながら説明すると、溶接ロボット３０は、搭載された溶接ロボット３０を鉄骨構造物Ｗに接近又は離間する方向に移動させるスライダ機構２２と、６軸の関節を有するマニュピレータ３２とを備える。
　ポジショナ４０は、鉄骨構造物Ｗの把持機構である一対の回転ポジショナ１０と、ワーク位置設定機構４１とを備える。
　制御装置５０は、溶接システム１の全体の動作を制御するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）５１と、ポジショナ制御部５２と、溶接ロボット制御部５３とを備える。また、ＰＣ５１は、後述する鉄骨構造物Ｗの寸法データ、溶接位置データ又は重心データなどのワーク情報ごとに、ワークＷを把持する際の把持機構１０の最適な位置を記憶したデータベースＤＢを有する。

［１－１．ポジショナ］
　上述の通り、ポジショナ４０は、鉄骨構造物Ｗの把持機構である一対の回転ポジショナ１０と、ワーク位置設定機構４１とを備える。

（１－１－１．回転ポジショナ）
　回転ポジショナ１０は、溶接の際に鉄骨構造物Ｗを把持するとともに回転させるものである。本実施形態に係る回転ポジショナ１０は、図１に示すように、主動側把持機構である主動側回転ポジショナ１０Ａと、従動側把持機構である従動側回転ポジショナ１０Ｂとの一対で構成され、柱状の鉄骨構造物Ｗを、鉄骨構造物Ｗの長手方向における少なくとも２点において保持する。

　回転ポジショナ１０は、例えば溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの直線部分を溶接する場合は、当該鉄骨構造物Ｗを回転させずに溶接し、溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの円弧部分を溶接する場合は、鉄骨構造物Ｗを回転させる。これにより、溶接システム１は、鉄骨構造物Ｗの直線部分のみならず、円弧部分においてもアークを切ることなく連続して溶接することができる。図１に示すように、本実施形態に係る回転ポジショナ１０は、環状保持部１１と、昇降アーム機構１２と、ブラケット１３と、回転ポジショナ用台車１４と、を備えている。なお、上記鉄骨構造物Ｗでは、円弧部分は、コーナー部に形成されている。

　環状保持部１１は、鉄骨構造物Ｗを内部に収容して保持するものである。環状保持部１１の内側には、図１に示すように、鉄骨構造物Ｗを四方から保持するための複数の固定治具１６が伸縮自在に設けられている。そして、環状保持部１１は、これら複数の固定治具１６によって、鉄骨構造物Ｗを四方から挟んで固定する。また、図２Ａに示すように、環状保持部１１の外周には、ギア１１ａが形成されており、ギア１１ａがブラケット１３内部に設けられた不図示のピニオンギアと噛み合うように構成されている。なお、図１においては、一部を除いてギア１１ａの図示を省略している。

　昇降アーム機構１２は、環状保持部１１を分断して開閉するためのものである。図２Ａに示すように、昇降アーム機構１２は、環状保持部１１及びブラケット１３の側方に設けられ、一端側が環状保持部１１の上部に接続され、他端側がブラケット１３の側面に接続されている。

　また、昇降アーム機構１２は、具体的には図２Ａに示すように、環状保持部１１を所定位置で分断するように開放し、環状保持部１１の一部である円弧部分１１ｂを時計回りに回転させて、環状保持部１１の残りの部分から離間させることで、鉄骨構造物Ｗを収容可能な状態とする。そして、図２Ｂに示すように、鉄骨構造物Ｗが収容された後は、図２Ｃに示すように、円弧部分１１ｂを反時計回りに回転させて、円弧部分１１ｂを再び閉鎖し、環状保持部１１の内側に設けられた４つの固定治具１６によって鉄骨構造物Ｗを挟んで保持させる。

　ブラケット１３は、環状保持部１１を収容するものである。図２Ａに示すように、ブラケット１３は、環状保持部１１の下半分を収容し、環状保持部１１の上半分を露出させるような形状を有している。また、ブラケット１３の内部には、環状保持部１１のギア１１ａと噛み合うように配置された不図示のピニオンギアと、ピニオンギアを駆動させる駆動部Ｍと、が設けられている。なお、この駆動部Ｍは、一対の回転ポジショナ１０の少なくとも一方に設けられていればよく、一方の回転ポジショナ１０の回転に他方の回転ポジショナ１０が従動する構成であっても構わない。図１中、符号１０Ａは、主動側回転ポジショナであり、１０Ｂは、従動側回転ポジショナである。

　回転ポジショナ用台車１４は、各回転ポジショナ１０をポジショナ用移動レールＲ１に沿って移動可能とするものである。回転ポジショナ用台車１４は、図１に示すように、回転ポジショナ１０の下部に一対で設けられ、不図示のサーボモータにより回転ポジショナ１０を独立して鉄骨構造物Ｗの長手方向に移動可能とする。

　なお、回転ポジショナ１０は、上述したように、環状保持部１１の外周に形成されたギア１１ａと、ブラケット１３内部に設けられたピニオンギアとが噛み合うように構成されている。したがって、回転ポジショナ１０は、駆動部Ｍの駆動によって環状保持部１１を回転させることで、溶接作業中に鉄骨構造物Ｗを回転させることができる。

（１－１－２．ワーク位置設定機構）
　図１に示すように、ワーク位置設定機構４１は、ポジショナ用移動レールＲ１に沿って、鉄骨構造物Ｗの長手方向に移動可能なワーク位置設定機構用台車４３上に配設されている。また、図１及び図３に示すように、ワーク位置設定機構４１の側面には、例えば、鉄骨構造物Ｗの一端を当接させることで、鉄骨構造物Ｗの長手方向の基準位置Ｓを設定するための基準面４２を有する。すなわち、ワーク位置設定機構４１は、後述するように、ワークＷを把持する際の把持機構１０の最適な位置を算出するために用いられる、鉄骨構造物Ｗの基準位置情報を有している。

　なお、基準面４２は、鉄骨構造物Ｗの長手方向の基準位置Ｓを設定する場合において、必ずしも鉄骨構造物Ｗの一端を当接させる必要はなく、基準面４２と鉄骨構造物Ｗの一端との間で多少の隙間を有していても良い。その際の隙間は１０ｍｍ以内であることが好ましい。
　また、基準面４２は、鉄骨構造物Ｗの長手方向の基準位置Ｓを設定可能なものであれば、本実施形態のようなワーク位置設定機構４１の側面、すなわち、物理的な壁面である必要はなく、例えば、レーザセンサなどの非接触手段を用いて鉄骨構造物Ｗの長手方向の基準位置Ｓを設定するようなものも含まれる。

［１－２．溶接装置用及び制御装置用台車］
　溶接装置用及び制御装置用台車２０は、溶接システム１を構成する溶接機構を載置するものである。図１に示すように、溶接装置用及び制御装置用台車２０は、平板状に形成されている。溶接装置用及び制御装置用台車２０の下部には、車輪２１が設けられており、溶接装置用及び制御装置用台車２０は、不図示のモータにより駆動される車輪２１によって、溶接装置用及び制御装置用移動レールＲ２に沿って移動可能に構成されている。すなわち、溶接装置用及び制御装置用台車２０は、鉄骨構造物Ｗの長手方向であって、上述した回転ポジショナ１０の移動方向と並行して移動可能に設けられている。

　溶接装置用及び制御装置用台車２０の上部には、不図示のモータで駆動されるスライダ機構２２が設けられており、スライダ機構２２の上部に溶接ロボット３０と制御装置５０が載置されている。スライダ機構２２は、溶接装置用及び制御装置用台車２０上で、回転ポジショナ１０の移動方向、すなわち鉄骨構造物Ｗの長手方向、と直交する方向に移動可能に構成されている。したがって、スライダ機構２２の上部に載置された溶接ロボット３０は、溶接の際に、回転ポジショナ１０の移動方向と直交する方向に移動可能に構成されている。なお、スライダ機構２２の上部には、いずれも不図示の、後述する溶接トーチ３１に供給される溶接ワイヤを収容するワイヤ供給容器、溶接トーチ３１先端に設けられたノズルを交換するノズル交換装置、ノズルを清掃するノズル清掃装置、溶接ワイヤを切断するワイヤ切断装置、溶接部に発生したスラグを除去するスラグ除去装置などが載置されてもよい。

［１－３．溶接ロボット］
　溶接ロボット３０は、鉄骨構造物Ｗを溶接するためのものである。図１に示すように、溶接ロボット３０は、マニピュレータ３２の先端部分に溶接ワイヤを供給する溶接トーチ３１を備えている。この溶接トーチ３１は、図示しない溶接電源に接続されており、溶接トーチ３１を介して、溶接ワイヤに電力が供給されるように構成されている。

　また、溶接ロボット３０は、スライダ機構２２を介して溶接装置用及び制御装置用台車２０に載置されており、上述したように、回転ポジショナ１０の移動方向及び回転ポジショナ１０の移動方向と直交する方向に移動可能に設けられている。なお、図１において、溶接ロボット３０は、一対の回転ポジショナ１０の間に配置されており、一対の回転ポジショナ１０の間の溶接継手を溶接する。また、回転ポジショナ１０の移動方向は、鉄骨構造物Ｗの長手方向と対応し、回転ポジショナ１０の移動方向と直交する方向は、鉄骨構造物Ｗの幅方向と対応する。

［１－４．制御装置］
　制御装置５０は、回転ポジショナ１０、回転ポジショナ用台車１４、溶接装置用及び制御装置用台車２０、スライダ機構２２、溶接ロボット３０、ワーク位置設定機構用台車４３などの動作を制御するものである。
　ここで、図４に示すように、制御装置５０は、溶接システム１の全体の動作を制御するＰＣ５１と、ポジショナ４０の動作を制御するポジショナ制御部５２と、溶接ロボット３０の溶接動作を制御する溶接ロボット制御部５３と、を備える。

（１－４－１．ＰＣ）
　ＰＣ５１は、ポジショナ位置算出手段５１ａ及びプログラム自動生成手段５１ｂを備えるとともに、鉄骨構造物Ｗの寸法データ、溶接位置データ又は重心データなどのワーク情報ごとに、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置を記憶したデータベースＤＢを有する。
　なお、ここでいうデータベースとは、例えば、所定のワーク情報を有する鉄骨構造物Ｗを溶接する際、溶接ロボット３０と回転ポジショナ１０とが干渉しないよう、所定の距離を保つべきと記憶された情報などの集合体をいう。すなわち、ポジショナ位置算出手段５１ａにより算出される、「鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置」は、不具合を生じさせずに鉄骨構造物Ｗを溶接可能にしつつ、確実に鉄骨構造物Ｗを把持できる回転ポジショナ１０の位置のことである。

　ただし、本実施形態におけるデータベースＤＢは、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置を記憶したものとして説明しているが、あくまで一例であって、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置以外のものを記憶した構成であっても良い。すなわち、回転ポジショナ１０が、不具合を生じさせずに鉄骨構造物Ｗを溶接可能にしつつ、鉄骨構造物Ｗを把持できる状態であれば、回転ポジショナ１０の位置は、必ずしも最適なものでなくても良いことから、上記データベースＤＢとしても、最適な位置の以外の、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の位置を記憶した構成を有していることは問題ない。

　ポジショナ位置算出手段５１ａは、ワーク位置設定機構４１から与えられる基準位置情報としての基準位置Ｓと、あらかじめ制御装置５０のＰＣ５１に入力されたワーク情報に基づいて、鉄骨構造物Ｗを最適な位置で把持可能な回転ポジショナ１０の位置を算出する。

　プログラム自動生成手段５１ｂは、ポジショナ位置算出手段５１ａで算出された、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置へ、回転ポジショナ１０及び溶接ロボット３０を移動させるための動作プログラムを自動生成する。なお、データベースＤＢは、学習装置により蓄積されたデータであってもよく、ＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）技術を利用することもできる。

（１－４－２．ポジショナ制御部）
　ポジショナ制御部５２は、ＰＣ５１で自動生成された動作プログラムにしたがって、回転ポジショナ１０及び溶接ロボット３０を制御し、ポジショナ位置算出手段５１ａで算出された回転ポジショナ１０の位置へ移動させる。

（１－４－３．溶接ロボット制御部）
　溶接ロボット制御部５３は、溶接ロボット３０の溶接動作を制御するものであり、同期制御部５３ａを有する。溶接ロボット制御部５３は、鉄骨構造物Ｗの寸法データ、溶接位置データ又は重心データなどのワーク情報に基づきＰＣ５１で生成された動作プログラム又は溶接ロボット制御部にあらかじめ格納された動作プログラムに基づき、マニピュレータ３２の動作、溶接トーチ３１へ供給される電力、溶接ワイヤの供給などを制御して、鉄骨構造物Ｗの溶接部を溶接する。

　このとき、同期制御部５３ａは、溶接ロボット３０のマニピュレータ３２の動作と、回転ポジショナ１０の動作とが、同期するように制御する。具体的には、溶接ロボット３０によって鉄骨構造物Ｗの円弧部分を溶接する際、鉄骨構造物Ｗの回転と溶接ロボット３０の動作を同期させて溶接する。さらに、必要に応じて、ＰＣ５１からの指令にしたがって、鉄骨構造物Ｗの長手方向に移動する回転ポジショナ１０の動きに同期させて、溶接ロボット３０を移動させる。

＜２．溶接手順＞
　続いて、図１、図３及び図５を参照しつつ、溶接システム１による鉄骨構造物Ｗの溶接手順について順に説明する。なお、図３は、図１に示す溶接システムを上方から見た概要構成図であり、図５は、図１に示す溶接システムによる溶接手順を示すフローチャートである。

　まず、ワーク位置設定機構用台車４３をポジショナ用移動レールＲ１に沿って移動させ、ワーク位置設定機構４１を任意の位置に位置決めする。これにより、ワーク位置設定機構４１の基準面４２が鉄骨構造物Ｗの基準位置Ｓとして設定される。なお、ワーク位置設定機構４１の位置は、任意に定められるものであるが、例えば、鉄骨構造物Ｗの溶接作業領域が、他の作業領域と重ならない位置に設定されるのがよい。
　そして、図５のステップＳ１に示すように、ＰＣ５１に対して、作業者による手入力、あるいは鉄骨構造物ＷのＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）データからの入力などによって、鉄骨構造物Ｗの寸法データ、溶接位置データ又は重心データなどのワーク情報があらかじめ入力される。なお、ワーク情報の入力方法は、特に限定されないが、作業効率を向上させる観点から、３次元のＣＡＤデータの利用が好ましい。

　次いで、図５のステップＳ２に示すように、ＰＣ５１は、ポジショナ位置算出手段５１ａが、ワーク位置設定機構４１から与えられる基準位置情報と、あらかじめ制御装置５０のＰＣ５１にあらかじめ入力されたワーク情報とに基づいて、鉄骨構造物Ｗを最適な位置で把持可能な回転ポジショナ１０の位置を算出する。すなわち、ポジショナ位置算出手段５１ａは、ワーク位置設定機構４１の基準面４２に、一端が当接した状態を示す仮想の鉄骨構造物Ｗを想定し、ワーク情報ごとに、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置を記憶したデータベースＤＢから、仮想された鉄骨構造物Ｗに対する最適な把持位置を決定し、回転ポジショナ１０の位置を算出する。
　なお、その際、ワーク情報として鉄骨構造物Ｗの重心データが含まれる場合には、その重心データも考慮して最適な把持位置を算出することで、鉄骨構造物Ｗを安定した状態で保持することができ、精度の高い溶接作業が可能となる。

　さらに、図５のステップＳ３に示すように、ＰＣ５１は、プログラム自動生成手段５１ｂにより、ポジショナ位置算出手段５１ａで算出された回転ポジショナ１０の位置へ、回転ポジショナ１０を移動させるための動作プログラムを自動生成して、ポジショナ制御部５２に送出する。

　図５のステップＳ４に示すように、ポジショナ制御部５２は、プログラム自動生成手段５１ｂで生成された動作プログラムにしたがって、回転ポジショナ用台車１４をポジショナ用移動レールＲ１に沿って移動させることにより、ポジショナ位置算出手段５１ａで算出された回転ポジショナ１０の位置へ、回転ポジショナ１０を移動させる。
　なお、算出された回転ポジショナ１０の位置への移動は、主動側回転ポジショナ１０Ａの位置を基に、従動側回転ポジショナ１０Ｂの位置を制御するのがよい。これにより、主動側回転ポジショナ１０Ａ及び従動側回転ポジショナ１０Ｂの位置精度が高まる。

　次いで、図５のステップＳ５に示すように、昇降アーム機構１２を作動させて、環状保持部１１の上部を分断して開いた後（図２Ａを参照）、クレーンなどで鉄骨構造物Ｗを搬送して固定治具１６上に搭載する。鉄骨構造物Ｗの固定治具１６への搭載にあたっては、鉄骨構造物Ｗの基準面となる一端を、ワーク位置設定機構４１の基準面４２に当接させて鉄骨構造物Ｗの長手方向の位置決めを行った後、複数の固定治具１６で四方から挟んで固定する。そして、環状保持部１１を閉じた後、ワーク位置設定機構４１を鉄骨構造物Ｗから離間する方向に移動させて退避させる。これにより、回転ポジショナ１０による鉄骨構造物Ｗの回転が可能となる。

　次いで、図５のステップＳ６に示すように、ＰＣ５１は、各部分が干渉のないことをチェックした後、ステップＳ７に示すように、溶接位置、溶接順序、溶接方法などの教示データを溶接ロボット制御部５３に転送する。

　さらに、溶接ロボット制御部５３は、図５のステップＳ８に示す、外部入力スイッチからの起動指令に基づいて、ステップＳ９に示すように、溶接ロボット３０による鉄骨構造物Ｗの溶接作業を開始する。具体的には、例えば、ＰＣ５１又は溶接ロボット制御部５３自身に格納された動作プログラムに基づき、溶接ロボット３０を移動させながら、鉄骨構造物Ｗの溶接作業を実施する。なお、鉄骨構造物Ｗの長手方向における直線部分は、鉄骨構造物Ｗを回転させずに、溶接装置用及び制御装置用台車２０、具体的には溶接ロボット３０を、溶接装置用及び制御装置用移動レールＲ２に沿って鉄骨構造物Ｗの長手方向に移動させながら、あるいは、スライダ機構２２を鉄骨構造物Ｗの長手方向と直交する方向に移動させながら溶接する。また、溶接ロボット３０本体は移動させず、６軸の関節を有する溶接ロボット３０のマニピュレータ３２を作動させて溶接することもできる。

　また、鉄骨構造物Ｗの円弧部分は、駆動部Ｍを駆動させることで環状保持部１１を回転させ、固定治具１６により保持する鉄骨構造物Ｗを回転させながら、同期制御部５３ａにより固定治具１６の回転と同期させつつ、溶接ロボット３０を制御して溶接する。

　鉄骨構造物Ｗの溶接完了後、昇降アーム機構１２によって環状保持部１１の上部を開き、図５のステップＳ１０に示すように、鉄骨構造物Ｗを搬出して溶接作業を終了する。

　以上説明したように、本実施形態に係る溶接システムによれば、従来、作業者の経験に依存していた、鉄骨構造物Ｗを把持する際の回転ポジショナ１０の最適な位置を自動で算出し、位置決めすることができる。すなわち、回転ポジショナ１０の位置決め作業を自動化して効率的に行うことができる。

　なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良などが可能である。例えば、上記実施形態においては、鉄骨構造物Ｗの把持機構として一対の回転ポジショナ１０により説明したが、鉄骨構造物Ｗを把持可能であれば１つであってもよく、また、３つ以上あってもよい。

　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムであって、
　前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置を有し、
　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
　前記制御装置は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システム。
　この構成によれば、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出して位置決めすることができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して効率的に行うことができる。

（２）　前記制御装置は、前記ワーク情報ごとに、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を記憶したデータベースを有し、
　前記ポジショナ位置算出手段は、前記データベースを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする上記（１）に記載の溶接システム。
　この構成によれば、多種多様なワークに対応して、把持位置を算出することができる。

（３）　前記ワーク情報は、前記ワークの寸法データ及び溶接位置データのうち少なくとも１つのデータを含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の溶接システム。
　この構成によれば、ワークの大きさや溶接すべき位置を正確に知ることができる。

（４）　前記制御装置は、前記溶接装置の動作及び前記ポジショナの動作が同期するように制御する同期制御部を有することを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の溶接システム。
　この構成によれば、溶接装置とポジショナの動作を同期させることで、ワークの円弧部分の溶接でも、アークを切ることなく連続して溶接することができる。

（５）　前記溶接装置は溶接ロボットであって、
　前記溶接ロボット及び前記ポジショナが、並行に移動可能な移動軸をそれぞれ有することを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の溶接システム。
　この構成によれば、溶接ロボット及び把持機構が移動しても、溶接ロボットと把持機構の相対位置を一定に維持することができる。

（６）　前記ポジショナは、２つ以上の前記把持機構を有し、
　前記把持機構のうち１つを主動側把持機構、残りを従動側把持機構としたとき、
　前記主動側把持機構及び前記従動側把持機構は、それぞれ所定の位置に位置決めするサーボモータを備え、
　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置に対して、前記主動側把持機構で位置決めされた位置を基に、前記従動側把持機構の位置を制御することを特徴とする上記（５）に記載の溶接システム。
　この構成によれば、主動側把持機構と従動側把持機構の相対位置についての位置精度が高まる。

（７）　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置へ、前記把持機構及び前記溶接装置を移動させるための動作プログラムを自動生成するプログラム自動生成手段を有することを特徴とする上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の溶接システム。
　この構成によれば、動作プログラムを自動で生成することができ、作業効率が向上する。

（８）　前記ワーク情報は、前記ワークの重心データを含み、
　前記ポジショナ位置算出手段は、前記重心データを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の溶接システム。
　この構成によれば、把持機構が、ワークを安定した状態で把持することができる。

（９）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御装置であって、
　前記制御装置は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
　前記制御装置は、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システムの制御装置。
　この構成によれば、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出して位置決めすることができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して効率的に行うことができる。

（１０）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御プログラムであって、
　前記制御プログラムは、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
　前記制御プログラムは、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御プログラムに入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出ステップを有することを特徴とする溶接システムの制御プログラム。
　この構成によれば、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出して位置決めすることができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して効率的に行うことができる。

（１１）　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接方法であって、
　前記溶接方法は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置により、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する工程を有し、
　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
　前記溶接方法は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出する工程を有することを特徴とする溶接方法。
　この構成によれば、ワークを把持する際のポジショナの位置を自動的に算出して位置決めすることができ、ポジショナの位置決め作業を自動化して効率的に行うことができる。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０１９年３月２９日出願の日本特許出願（特願２０１９－０６７０１１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１　　　溶接システム
１０　　回転ポジショナ（把持機構）
１０Ａ　主動側回転ポジショナ（主動側把持機構）
１０Ｂ　従動側回転ポジショナ（従動側把持機構）
１１　　環状保持部
１１ａ　ギア
１１ｂ　円弧部分
１２　　昇降アーム機構
１３　　ブラケット
１４　　回転ポジショナ用台車
１６　　固定治具
２０　　溶接装置用及び制御装置用台車
２１　　車輪
２２　　スライダ機構
３０　　溶接ロボット（溶接装置）
３１　　溶接トーチ
３２　　マニピュレータ
４０　　ポジショナ
４１　　ワーク位置設定機構
４２　　基準面
４３　　ワーク位置設定機構用台車
５０　　制御装置
５１　　ＰＣ
５１ａ　ポジショナ位置算出手段
５１ｂ　プログラム自動生成手段
５２　　ポジショナ制御部
５３　　溶接ロボット制御部
５３ａ　同期制御部
ＤＢ　　データベース
Ｍ　　　駆動部
Ｒ１　　ポジショナ用移動レール（移動軸）
Ｒ２　　溶接装置用及び制御装置用移動レール（移動軸）
Ｓ　　　基準位置（基準位置情報）
Ｗ　　　鉄骨構造物（ワーク）

Claims (11)

1. 　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムであって、
   　前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置を有し、
   　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
   　前記制御装置は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システム。
2. 　前記制御装置は、前記ワーク情報ごとに、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を記憶したデータベースを有し、
   　前記ポジショナ位置算出手段は、前記データベースを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接システム。
3. 　前記ワーク情報は、前記ワークの寸法データ及び溶接位置データのうち少なくとも１つのデータを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接システム。
4. 　前記制御装置は、前記溶接装置の動作及び前記ポジショナの動作が同期するように制御する同期制御部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接システム。
5. 　前記溶接装置は溶接ロボットであって、
   　前記溶接ロボット及び前記ポジショナが、並行に移動可能な移動軸をそれぞれ有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接システム。
6. 　前記ポジショナは、２つ以上の前記把持機構を有し、
   　前記把持機構のうち１つを主動側把持機構、残りを従動側把持機構としたとき、
   　前記主動側把持機構及び前記従動側把持機構は、それぞれ所定の位置に位置決めするサーボモータを備え、
   　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置に対して、前記主動側把持機構で位置決めされた位置を基に、前記従動側把持機構の位置を制御することを特徴とする請求項５に記載の溶接システム。
7. 　前記制御装置は、前記ポジショナ位置算出手段により算出された、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置へ、前記把持機構及び前記溶接装置を移動させるための動作プログラムを自動生成するプログラム自動生成手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接システム。
8. 　前記ワーク情報は、前記ワークの重心データを含み、
   　前記ポジショナ位置算出手段は、前記重心データを参照して、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接システム。
9. 　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御装置であって、
   　前記制御装置は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
   　前記制御装置は、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出手段を有することを特徴とする溶接システムの制御装置。
10. 　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接システムの制御プログラムであって、
    　前記制御プログラムは、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御するものであり、
    　前記制御プログラムは、前記ポジショナが有するワーク位置設定機構から与えられる基準位置情報と、あらかじめ前記制御プログラムに入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の、前記ポジショナが有する把持機構の位置を算出するポジショナ位置算出ステップを有することを特徴とする溶接システムの制御プログラム。
11. 　溶接装置及びポジショナを用いてワークを溶接する溶接方法であって、
    　前記溶接方法は、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する制御装置により、前記溶接装置及び前記ポジショナを制御する工程を有し、
    　前記ポジショナは、基準位置情報を有するワーク位置設定機構と、前記ワークを把持する少なくとも１つの把持機構を備え、
    　前記溶接方法は、前記ワーク位置設定機構から与えられる前記基準位置情報と、あらかじめ前記制御装置に入力されたワーク情報に基づいて、前記ワークを把持する際の前記把持機構の位置を算出する工程を有することを特徴とする溶接方法。

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