自動溶接装置におけるワーク配置方法
【課題】 溶接ロボットの外部移動装置を増加させることなく、全ての溶接線を良好に溶接することができると共に、ワークの設置スペースを小さくすることができる自動溶接装置におけるワーク配置方法を提供する。
【解決手段】 ワーク２０はその段差仕口溶接線２０ａ乃至２０ｄが溶接ロボット１６のアーム１６ａの基端部からワーク２０に向かう線４に対して所定角度で傾斜するように配置されている。溶接線２０ｃは溶接トーチの有効動作範囲１８内に位置し、溶接トーチはアーム１６ａの伸縮機能等によって溶接線２０ｃの全長に到達でき、溶接トーチとダイヤフラム６との干渉が生じることもない。溶接線２０ｄについても溶接線２０ｃと同様に良好な溶接姿勢を確保することができる。溶接線３０ａ及び２０ｂは溶接線２０ｃ及び２０ｄよりも溶接トーチに近いので良好な姿勢を確保し易い。
【解決手段】 ワーク２０はその段差仕口溶接線２０ａ乃至２０ｄが溶接ロボット１６のアーム１６ａの基端部からワーク２０に向かう線４に対して所定角度で傾斜するように配置されている。溶接線２０ｃは溶接トーチの有効動作範囲１８内に位置し、溶接トーチはアーム１６ａの伸縮機能等によって溶接線２０ｃの全長に到達でき、溶接トーチとダイヤフラム６との干渉が生じることもない。溶接線２０ｄについても溶接線２０ｃと同様に良好な溶接姿勢を確保することができる。溶接線３０ａ及び２０ｂは溶接線２０ｃ及び２０ｄよりも溶接トーチに近いので良好な姿勢を確保し易い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボットの外部移動軸を増加することなく、トーチの有効動作範囲内にある溶接線を良好に溶接することができる自動溶接装置におけるワーク配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨用の柱は仕口部とシャフト部とから主として構成され、通常仕口部に短尺の梁部材が溶接、接合されている。ところで、鉄骨柱は仕口部への梁部材の取り付け方法によって一般的な仕口と段差仕口とに大別される。
【０００３】
図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は鉄骨柱の代表的な仕口部の側面図であり、図１２は図１１（ａ）の平面図である。
【０００４】
図１１（ａ）において、この鉄骨柱は仕口部を構成するダイヤフラム４２と梁部材４４の梁フランジ４５が同一レベルである一般的仕口を有する鉄骨柱である。即ち、角柱状のコラム４１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム４２が接合されてコラムコア４３が形成されている。ダイヤフラム４２の４辺には図１２に示したように、夫々短尺の梁部材４４の梁フランジ４５が図１１（ａ）の裏当金４７を用いて溶接、接合されている。梁部材４４は上下の梁フランジ４５と、その間に配置されたウェブ材４６とで構成されている。
【０００５】
図１１（ｂ）において、この鉄骨柱は仕口部を構成するダイヤフラム５２と、これに接合される梁部材５４の梁フランジ５５は同一レベルであるが、ダイヤフラム５２の上部に別のコラム５７を介して別のダイヤフラム５８が接合されており、段差仕口である。
【０００６】
即ち、角柱状のコラム５１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム５２が接合され、上部ダイヤフラム５２の更に上部にコラム５１よりも高さが低いコラム５７及びもう１つのダイヤフラム５８が順次接合されてコラムコア５３が形成されている。コラムコア５３にはその４辺に夫々短尺の梁部材５４が接合されている。
【０００７】
梁部材５４は上下の梁フランジ５５とその間のウェブ材５６とで構成されている。梁部材５４の上側の梁フランジ５５はコラムコア５３の中間のダイヤフラム５２に裏当金５９を用いて接合されており、下側の梁フランジ５５はコラムコア５３の下側のダイヤフラム５２に裏当金５９を用いて接合されている。従って、コラムコア５３の上部ダイヤフラム５８と梁部材５４の上部梁フランジ５５との間には段差がある。仕口溶接部は、例えばレ型開先である。なお、図１１（ｂ）の平面図は図１２と同様に表される。
【０００８】
図１１（ｃ）において、この鉄骨柱はコラムコア６３のダイヤフラム６２と梁部材６４の梁フランジ６５が異なる高さの段差仕口である。即ち、角柱状のコラム６１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム６２が接合されてコラムコア６３が形成されている。コラムコア６３にはその４辺に夫々短尺の梁部材６４が接合されている。
【０００９】
梁部材６４は上下の梁フランジ６５とその間のウェブ材６６とで構成されている。梁部材６４はコラムコア６３よりも低いので、下側の梁フランジ６５はコラムコア６３の下側のダイヤフラム６２に裏当金６７を用いて接合されているが、上側の梁フランジ６５はコラムコア６３のコラム部６１に裏当金６７を用いて接合されている。従って、コラムコア６３の上部ダイヤフラム６２と梁部材６４の上部梁フランジ材６５との間には段差がある。仕口溶接部は、例えばレ型開先である。なお、図１１（ｃ）の平面図は図１２と同様に表される。
【００１０】
このような鉄骨柱の仕口部を溶接する溶接装置として例えばＸ軸方向移動装置及びＹ方向移動装置を備えた自動溶接装置が挙げられる。
【００１１】
図１３は、このような自動溶接装置を示す説明図であって、図１３（ａ）はその正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）における溶接アームとワークとの位置関係を示す模式図である。図１３（ａ）において、この自動溶接装置は、Ｙ軸方向ロボット移動装置７１と、このＹ軸方向ロボット移動装置７１の上部に配置されたＸ軸方向ロボット移動装置７２と、その上部に設けられた多関節型の溶接ロボット７３とから主として構成されている。溶接ロボット７３にはアーム７３ａが設けられており、アーム７３ａの先端部にはトーチ７６が取り付けられている。
【００１２】
溶接ロボット７３の前方にはワーク置き台７５が配置されており、このワーク置き台７５上に図１１（ｂ）又は（ｃ）に示したような段差のある仕口溶接部を備えたワーク７４が載置されている。溶接ロボット７３はＹ軸方向ロボット移動装置７１及びＸ方向ロボット移動装置７２を備えていることから、ワークの溶接線に対して適正な溶接姿勢を取るように移動することができ、また大きさの異なる種々のワークに対応することもできる。
【００１３】
図１３（ｂ）において、ワーク７４は段差仕口部の溶接線７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄが溶接ロボット７３のアーム７３ａの基端部からワーク７４に向かう線７８に対して直交するか又は平行な方向に配置されており、各溶接線は溶接ロボット７３の溶接トーチ７６をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動しながら溶接される。破線で囲まれた部分７９はＹ軸方向及びＸ軸方向ロボット移動装置７１、７２を固定した場合の溶接トーチの有効動作範囲である。
【００１４】
しかしながら、このような従来の自動溶接装置においては、段差仕口溶接部への適用について十分な考慮がなされておらず、溶接ロボットから離れた遠い方の段差仕口部を溶接しようとすると、ワーク上部のダイヤフラムと溶接トーチとが干渉し、段差仕口部を良好に溶接できないという問題点があった。
【００１５】
図１４（ａ）及び（ｂ）は夫々図１３（ｂ）の状態の溶接ロボットを用いた仕口溶接方法を示す模式図であり、図１４（ａ）はアーム７３ａの基端部からワークに向かう方向線７８（Ｘ軸方向）に沿った段差仕口部７４ｄを溶接する場合、図１４（ｂ）は溶接ロボットから遠い方のＹ軸方向に沿った段差仕口部７４ｃを溶接する場合を示す図である。
【００１６】
図１４（ａ）において、溶接線７４ｄは溶接トーチ７６の有効動作範囲７９内にあり、溶接トーチ７６はワーク７４の上部ダイヤフラム７７と干渉することなく段差仕口の溶接線７４ｄに到達し、良好な溶接を行うことができる。一方、図１４（ｂ）において、溶接線７４ｃは溶接トーチ７６の有効動作範囲７９内にあるが、溶接トーチ７６はワーク７４の上部ダイヤフラム７７の端辺と干渉する。即ち、段差への適用はトーチの形状（手首からアーク点までの距離）に依存するが、ロボットアーム７３ａがワーク７４にかぶさる位置関係となるので、段差仕口の溶接線７４ｃにその先端部を到達させることができず、良好な仕口溶接を行うことができない。
【００１７】
このような仕口溶接を行う溶接装置に関する従来技術として例えば実開平５−７０７６９号公報が挙げられる。図１５は従来の鉄骨仕口フランジの自動溶接装置を示す説明図であって、図１５（ａ）は正面図、図１５（ｂ）はその平面図である。図１５（ａ）において、床面１０２に基台支柱１０１が設置されており、この基台支柱１０１に昇降自在な昇降体１０４が取り付けられている。昇降体１０４には基端部が基部を中心として回動自在な旋回ビーム１１１が設けられており、旋回ビーム１１１の先端部には溶接トーチ１１２を任意方向に操作できる溶接ロボット１１３が配置されている。溶接ロボット１１３は、図１５（ｂ）に示した円弧経路Ｌに沿って移動可能であり、溶接ロボット１１３はこの円弧経路Ｌに沿って配置されたワークＷ１乃至Ｗ３の仕口部に対して仕口溶接を行う（特許文献１、実用新案登録請求の範囲、図１、図２）。
【００１８】
【特許文献１】実開平５−７０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来技術は、図１３に示した自動溶接装置と同様、溶接ロボット１１３から離れた遠い方の段差仕口を溶接する際、ワーク上部のダイヤフラムの端辺と溶接トーチ１１２とが干渉する場合があり、段差仕口を良好に溶接できないという問題点があった。
【００２０】
また上記従来技術は、溶接ロボット自体を旋回可能なアームに取り付け、旋回範囲内の旋回経路に沿ってワークを配置するものであり、ワークの配置基準が不明瞭であり、ワーク配置動作が煩雑になるという問題点もあった。
【００２１】
このような問題点に対し、天井に溶接ロボットを取り付けた自動溶接装置を用いることが考えられる。図１６は、天井に溶接ロボットを取り付けた自動溶接装置の正面図である。図１６において、床面に設けられたＹ軸方向ロボット移動装置８１の上部に垂直な支柱８７が搭載されており、この支柱８７の上端部にＸ軸方向ロボット移動装置８２が水平に設けられている。Ｘ軸方向ロボット移動装置８２には溶接ロボット８３が下向きに固定されており、溶接ロボット８３のアーム８３ａの先端部に溶接トーチ８６が設けられている。溶接ロボット８３の下部床面にワーク置き台８５が配置されており、このワーク置き台８５上に段差仕口を有するワーク８４が載置されている。
【００２２】
このような天井走行溶接ロボット装置によれば、天井部分にＸ方向のロボット移動装置８２が設けられているので、溶接対象であるワーク８４の上部ダイヤフラム８８を跨がないで、支柱８７から遠く離れた段差仕口部を溶接することができる。
【００２３】
しかしながら、段差仕口部はダイヤフラム８８の４辺に夫々対応して存在することから、これらの全てを良好に溶接しようとすると、天井にＸ軸方向だけでなくＹ軸方向への移動装置を設ける必要があり、システム全体が大型化又は複雑化し、操作が煩雑になるという問題点がある。なお、溶接ロボット８３だけでなく、システム全体にもＸ軸方向及びＹ軸方向への移動装置を設けた場合は広大な設置スペースが必要になる。
【００２４】
即ち、従来技術に従って多関節型溶接ロボットを使用して段差仕口溶接部を有する鉄骨柱の溶接部を溶接する場合、全ての段差仕口溶接部を良好なロボット姿勢を確保して良好に溶接しようとすると、溶接ロボットの動作を補うために新たな外部移装置が必要となり、移動装置の増加に伴いシステム全体が大型化し、操作が煩雑になるという問題点があった。
【００２５】
本発明はかかる問題点に鑑み、溶接ロボットの外部移動装置を増加させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての溶接部を良好に溶接することができると共に、ワークの位置決めが容易で、ワーク設置スペースを小さくすることができる自動溶接装置におけるワーク配置方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法は、溶接ロボット本体と、この溶接ロボット本体に設けられたアームと、アームの先端部に設けられたトーチと、を有する溶接ロボットを使用し、移動装置により前記溶接ロボット本体を一方向にのみ移動させ、前記アームを操作してワークの溶接線を溶接する自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークを、前記アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワークの溶接線が前記ワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することを特徴とする。
【００２７】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークの位置決めは、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うことが好ましい。
【００２８】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークは段差仕口溶接部を有する仕口であることが好ましい。
【００２９】
また、本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記傾斜角度は４５度であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、ワークを、ワークの溶接線が溶接ボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することにより、溶接部が溶接トーチの有効動作範囲内にあれば、溶接ロボットから遠く離れた位置の溶接部であっても良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。
【００３１】
本願の請求項２に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、前記ワークの位置決めを、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うようにしたので、搬入ワークの中心軸がワークの溶接作業位置の中心軸と多少ずれた場合でも、ワークが拘束部材に当接した後、スライドしてワークの溶接作業位置まで移動するので、ワーク位置が一義的に定まり、容易に位置決めすることができる。
【００３２】
本願の請求項３に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、ワークを、段差仕口溶接部を有する仕口としたので、溶接トーチの有効動作範囲内にある段差仕口部に対して良好な溶接姿勢で良好な溶接を行うことができる。
【００３３】
また本願の請求項４に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、前記傾斜角度を４５度としたので、ワーク置き台上のＸ軸方向とＹ軸方向が直交する座標軸を基準にワークを配置することができるので、ワークの位置決めがより容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
本発明者は、従来技術において溶接ロボットから最も離れた位置の段差仕口部を良好に溶接することができない原因は、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して直交又は平行するように配置していることにあると考え、鋭意研究した結果、溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対してワークの溶接線が傾斜するようにワークを配置することにより、溶接トーチの有効動作範囲内であれば、溶接ロボットの外部移動軸を増加させることなく、遠く離れた段差仕口部であっても良好なトーチ姿勢を確保して良好な仕口溶接を行うことができることを見出し、本発明に到達した。
【００３６】
図１は本発明の第１実施形態に適用される自動溶接装置の側面図、図２は図１の平面図である。
【００３７】
図１及び図２において、この溶接装置は溶接機ビーム１１の長さ方向（Ｙ方向）に移動可能であり、外部移動方向が１方向の溶接装置である。
【００３８】
図１において、床面１０上に長尺状の溶接機ビーム１１が配置されている。溶接機ビーム１１には基台１２が水平移動可能に搭載されており、基台１２上に垂直方向に延びる垂直ビーム１３が設けられている。
【００３９】
垂直ビーム１３の上端部にはこの垂直ビーム１３に対して直角方向に水平に延びる水平ビーム１４が取り付けられている。水平ビーム１４の先端部には支持体１５を介して溶接ロボット１６が設けられており、溶接ロボット１６の先端部に溶接トーチ１７が取り付けられている。垂直ビーム１３にはその高さ方向の中間部に所定の平面を有するデッキ１３ａが固定されており、オペレータはこのデッキ１３ａからワークの溶接状況を監視することができる。
【００４０】
図２において、床面１０に水平に配置された長尺状の溶接機ビーム１１に基台１２を介して垂直ビーム１３が水平移動可能に搭載されている。垂直ビーム１３の上部先端部には、水平に延びる水平ビーム１４が取り付けられている。水平ビーム１４の先端部には支持体１５を介して溶接ロボット１６が設けられており、溶接ロボット１６の先端部に溶接トーチ１７が取り付けられている。
【００４１】
床面１０には溶接機ビーム１１に平行にワーク置き台１９が配置されている。溶接トーチ１７の有効移動範囲１８はワーク置き台１９の上部表面とほぼ重なっており、溶接トーチ１７の有効移動範囲１８内に被溶接物である同一形状のワーク２０、２１等が２列に配置されている。
【００４２】
ワーク２０の位置決めは、図３に示したように、ワーク置き台（図示省略）上の予め決定されたワークの溶接作業位置に固定された拘束部材としてのストッパー８に、ワークの例えば下側ダイヤフラムを溶接ロボット本体から前記ストッパー８に向かう方向に移動させて前記ストッパー８に当接させることによって行う。
【００４３】
図３は、図２における溶接時の溶接ロボットとワークとの位置関係を示す図である。図３において、ワーク２０はその溶接線２０ａ乃至２０ｄがアーム１６ａの基端部からワーク２０に向かう線４に対して所定角度で傾斜するように配置されている。ストッパー８は、図示省略したワーク置き台の溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向及びこれに直交する方向へのワーク２０の移動を拘束する平面を有するもので、例えばワーク２０を受け止めるための角部を有するように平面図上くの字状をしている。
【００４４】
ストッパー８の平面図上くの字における角部は、配置されるワークの移動を拘束することができれば、その角部が溶接ロボット本体に対して開口する向きに配置されるものであっても、反溶接ロボット本体側に開口する向きに配置されるものであってもよい。
【００４５】
平面図上くの字状のストッパー８を用いることにより、搬入ワークの中心軸がワーク配置位置の中心軸と多少ずれた場合でも、ワークがストッパー８に当接した後、スライドしてワークの溶接作業位置まで移動するので、ワーク位置が一義的に定まり、容易に位置決めすることができる。
【００４６】
図２において、ワーク２０は段差仕口溶接部を有する仕口であり、ワーク２０は、アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワーク２０の溶接線２０ａ乃至２０ｄが前記アームの基端部からワークに向かう方向に対して所定角度、例えば約４５度で傾斜するように配置されている。
【００４７】
図４は、図１の溶接ロボット１６の先端部の溶接トーチ１７を示す拡大図である。図４において、溶接トーチ１７はトーチ部分の長さが例えば６００ｍｍあり、このトーチ１７の先端部は溶接ロボット１６のアーム１６ａの中心軸に対して例えば３５度傾斜するように取り付けられている。このように傾斜して固定されていることにより、段差仕口の溶接時にダイヤフラムとの干渉を有効に回避して良好な溶接姿勢を確保することができる。
【００４８】
以下、このような構成の自動溶接装置の動作を説明しつつ、本発明の第１実施形態について説明する。
【００４９】
溶接を開始するに際し、先ず、ワーク２０、２１等をその溶接線が溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して、例えば４５度で傾斜するように配置する。このときワークの位置決めは予めワーク置き台１９上の所定の溶接作業位置に固定されたストッパー（図３参照）を使用して上述したように、前記ストッパーに当接させることによって行う。即ち、各ワークの下部ダイヤフラムの角部が溶接作業位置に配置されたストッパーの平面図上くの字の開口部に嵌合するように当接してワークの位置決めを行う（図３参照）。
【００５０】
次に、溶接ロボット１６を例えばその初期状態位置である図２中溶接機ビーム１１の左端から被溶接ワークである例えばワーク２０の上部ダイヤフラムの図中縦方向の対角線位置まで移動する。これによって、溶接ロボット１６とワーク２０との位置関係が図３の状態となる。溶接ロボット１６の移動は図示省略した駆動装置によって行う。
【００５１】
このとき、ワーク２０の段差仕口溶接部である溶接線２０ａ乃至２０ｄは溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内に存在し、溶接ロボット１６のアーム１６ａの多関節部分及び溶接トーチ１７の溶接アーム１６ａの中心軸に対する傾斜角度等を利用することによって図５に示したように、ダイヤフラムとの干渉を回避して全ての段差仕口に対して良好な溶接姿勢を確保して良好な溶接が行われる。
【００５２】
図５は、図２の溶接ロボット１６によって溶接線２０ｃを溶接する方法を示す説明図であって、図５（ａ）はその斜視図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は正面図である。図５（ａ）及び（ｂ）において、溶接線２０ｃは溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及びトーチ１７の先端部の傾斜角度等を利用して溶接線２０ｃの全長に到達することができる。またこのとき、ダイヤフラム６の溶接線２０ｃに平行な辺６ｃと溶接トーチ１７先端部との直接の干渉はない。即ち、ワークを、その溶接線がアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することにより、ロボットアームがワークにかぶさらない位置関係となる。従って溶接トーチ１７は図５（ｃ）に示したように、溶接線２０ｃの全線に対して良好な溶接姿勢を確保することができ、これによって良好な仕口溶接を施すことができる。
【００５３】
溶接線２０ｄについては、溶接線２０ｃの場合とアームの基端部からワークに向かう線４（図３参照）に対して線対称となる位置に溶接トーチ１７を移動させ、同様に良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。
【００５４】
溶接線２０ａについては、溶接線２０ｃ及び２０ｄを溶接する場合に比べて溶接トーチ１７を溶接ロボット１６本体に近づける方向に移動させ、トーチ角度を調整することによって全線にわたって良好な溶接姿勢を確保することができ、また溶接線２０ｂについては溶接線２０ａを溶接する場合とアームの基端部からワークに向かう線４に対して線対象となるように溶接トーチ角度を調整することによって良好な溶接姿勢を確保することができ、これによって夫々良好な仕口溶接を行うことができる。
【００５５】
ワーク２０に対して段差仕口溶接が終了した後、溶接ロボット１６をこのワーク２０に隣接するワークである例えばワーク２１に対応する位置までＹ軸方向に沿って移動させ、ワーク２１と溶接ロボット１６との位置関係を上述した図３の場合と同様にし、ワーク２０の仕口溶接と同様にしてワーク２１の段差仕口溶接部を溶接する。以下、順次隣接するワークに対して同様にして段差仕口溶接を行う。
【００５６】
本実施形態によれば、ワーク２０等をその溶接線が溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置したので、溶接ロボット１６のアーム１６ａの多関節機能及び溶接トーチ１７のアーム１６ａの中心軸に対する傾斜角度等を利用することによって、ダイヤフラムと溶接トーチとを干渉させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての段差仕口溶接部に対して良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。従って、溶接ロボット１６から遠く離れた段差仕口を溶接するためのみに溶接ロボットの外部移動軸を増加させる必要がない。また、外部移動軸を増加させることによるシステムの複雑化、大型化を回避することができ、装置全体をコンパクトなものとし、操作性を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して水平又は垂直となるように配置していた従来技術に比べて、ワークの必要配置面積を狭くすることができる。
【００５８】
図６は、本実施形態におけるワークの必要配置面積を従来技術におけるワークの必要配置面積と比較して示す図である。図６において、本実施形態における同じ大きさのワークを８個配置するに必要な面積の長さ（Ｌａ）は１５２８３ｍｍであり、従来技術の場合の（Ｌｂ）１５２５０ｍｍとほぼ同様であるが、必要幅（Ｗａ）は３０３３ｍｍであり、従来技術における必要幅（Ｗｂ）４０００ｍｍよりも、約９７０ｍｍ短くなり、必要配置面積を約２４％低減することができる。
【００５９】
更に、本実施形態によれば、溶接ロボットの動作プログラムを作成する際、従来技術で行っていた溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向の位置決めをした後、これに垂直な方向の位置決めを行うという２段階の位置決め操作が不要となり、溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向の位置決めだけで対応することができる。従って、動作プログラムの作成が容易で且つ正確になる。
【００６０】
図７は、本発明の第２実施形態に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法を示す説明図であって、第１実施形態の変形例を示図である。
【００６１】
図７において、ワーク２４、２５等は第１実施形態におけるワークとはその形状が異なる仕口であり、上下又は左右が対象になっていないが、例えばワーク２４は段差仕口溶接部２４ａ及び２４ｂを有し、この溶接線２４ａ及び２４ｂは溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して約４５度で傾斜するように配置されている。
【００６２】
このように配置されたワークに対して段差仕口溶接を開始する際は、先ず、溶接ロボット１６を被溶接ワークである例えばワーク２４に対応する位置まで移動する。これによって、溶接ロボット１６とワーク２４との位置関係が図８に示したようになる。
【００６３】
図８は、本実施形態における溶接ロボット１６とワーク２４との位置関係を示す図である。図８において、ワーク２４の段差仕口溶接部２４ａ及び２４ｂは全て溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、各溶接線はアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置されている。
【００６４】
従って、本実施形態において、溶接ロボット１６の溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及び先端部の傾斜角度等を利用して全ての溶接部の溶接線に対して適正姿勢を確保して適正な段差仕口溶接を行うことができる。
【００６５】
図９は、本発明の第３実施形態に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法を示す説明図であって、第１実施形態の別の変形例を示図である。
【００６６】
図９において、ワーク２６、２７等の形状は全て同一ではなく、異なる形状のワークが含まれている。このように異なる形状のワークが混在していても、各ワークの溶接線が全て溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、各溶接線、例えばワーク２６の溶接線２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及びワーク２７の溶接線２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄが夫々溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置されているので、溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及び先端部の傾斜角度等を利用して全ての溶接部の溶接線に対して適正姿勢を確保して適正な段差仕口溶接を行うことができる。
【００６７】
なお、溶接ロボット本体を移動させない固定型の溶接ロボットにおいては、図１０に示したように、溶接ロボット３３のアーム３３ａの基端部からワークに向かう方向線４に対して２つのワーク３４及び３５が線対象になるように配置することができる。図１０は、固定型の溶接ロボットに対するワークの配置方法の１例を示す図である。図１０において、ワーク３４及び３５はアームの基端部からワークに向かう方向線４に対して線対象となるように配置されている。ワークをこのように配置することによってトーチの有効動作範囲を有効活用することができる。このようなワーク配置は、ワークの配列方向の長さを十分に取ることができない工場において有効である。
【００６８】
本発明の各実施形態においては、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜する角度を４５度として説明したが、本発明における前記傾斜角度はこれに限定されるものではなく、所期の目的を達成することができれば４５度以外であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
溶接ロボットの外部移動軸を増加させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての溶接線に対して良好な溶接姿勢を確保して良好な溶接を行うことができる本発明の自動溶接装置におけるワーク配置方法は、溶接ロボットによる自動溶接の分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態に適用する溶接装置を示す図である。
【図２】図１における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるワークと溶接ロボットとの位置関係を示す図である。
【図４】図１の溶接トーチを示す拡大図である。
【図５】第１実施形態における段差仕口溶接部の溶接方法を示す図である。
【図６】第１実施形態におけるワークの必要配置面積を従来技術と比較して示す図である。
【図７】第２実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図８】第２実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す模式図である。
【図９】第３実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図１０】固定型溶接ロボットにおける溶接ロボットとワークとの位置関係を示す模式図である。
【図１１】仕口溶接部を有する鉄骨柱を示す側面図である。
【図１２】図１１（ａ）の平面図である。
【図１３】従来技術を示す説明図である。
【図１４】従来技術の問題点を示す説明図である。
【図１５】他の従来技術を示す説明図である。
【図１６】別の従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
４：アームの基端部からワークに向かう線
６：ダイヤフラム
６ｃ：ダイヤフラムの辺
８：ストッパー
１０：床面
１１：溶接機ビーム
１２：基台
１３：垂直ビーム
１３ａ：デッキ
１４：水平ビーム
１５：支持体
１６：溶接ロボット
１６ａ：アーム
１７：溶接トーチ
１８：溶接トーチの有効移動範囲
１９：ワーク置き台
２０：ワーク
２０ａ〜２０ｄ：段差仕口溶接線
２１：ワーク
２３：Ｙ軸方向の移動方向を示す矢印
２４：ワーク
２４ａ〜２４ｃ：段差仕口溶接線
２５：ワーク
２６：ワーク
２６ａ〜２６ｃ：段差仕口溶接線
２７：ワーク
２７ａ〜２７ｄ：段差仕口溶接線
３３：溶接ロボット
３３ａ：アーム
３４：ワーク
３４ａ〜３４ｄ：段差仕口溶接線
３５：ワーク
３５ａ〜３５ｄ：段差仕口溶接線
４１：コラム
４２：ダイヤフラム
４３：コラムコア
４４：梁部材
４５：梁フランジ
４６：ウェブ材
４７：裏当金
５１：コラム
５２：ダイヤフラム
５３：コラムコア
５４：梁部材
５５：梁フランジ
５６：ウェブ材
５７：コラム
５８：ダイヤフラム
５９：裏当金
６１：コラム
６２：ダイヤフラム
６３：コラムコア
６４：梁部材
６５：梁フランジ
６６：ウェブ材
６７：裏当金
７１：Ｙ軸方向ロボット移動装置
７２：Ｘ軸方向ロボット移動装置
７３：溶接ロボット
７３ａ：アーム
７４：ワーク
７４ａ〜７４ｄ：段差仕口溶接線
７５：ワーク置き台
７６：溶接トーチ
７７：ダイヤフラム
７８：アームの基部から基端部に至る線
７９：溶接トーチの有効動作範囲
８１：Ｙ軸方向ロボット移動装置
８２：Ｘ軸方向ロボット移動装置
８３：溶接ロボット
８３ａ：アーム
８４：ワーク
８５：ワーク置き台
８６：溶接トーチ
８７：支柱
８８：ダイヤフラム
１０１：基台支柱
１０２：床面
１０４：昇降体
１１１：旋回ビーム
１１２：溶接トーチ
１１３：溶接ロボット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボットの外部移動軸を増加することなく、トーチの有効動作範囲内にある溶接線を良好に溶接することができる自動溶接装置におけるワーク配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨用の柱は仕口部とシャフト部とから主として構成され、通常仕口部に短尺の梁部材が溶接、接合されている。ところで、鉄骨柱は仕口部への梁部材の取り付け方法によって一般的な仕口と段差仕口とに大別される。
【０００３】
図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は鉄骨柱の代表的な仕口部の側面図であり、図１２は図１１（ａ）の平面図である。
【０００４】
図１１（ａ）において、この鉄骨柱は仕口部を構成するダイヤフラム４２と梁部材４４の梁フランジ４５が同一レベルである一般的仕口を有する鉄骨柱である。即ち、角柱状のコラム４１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム４２が接合されてコラムコア４３が形成されている。ダイヤフラム４２の４辺には図１２に示したように、夫々短尺の梁部材４４の梁フランジ４５が図１１（ａ）の裏当金４７を用いて溶接、接合されている。梁部材４４は上下の梁フランジ４５と、その間に配置されたウェブ材４６とで構成されている。
【０００５】
図１１（ｂ）において、この鉄骨柱は仕口部を構成するダイヤフラム５２と、これに接合される梁部材５４の梁フランジ５５は同一レベルであるが、ダイヤフラム５２の上部に別のコラム５７を介して別のダイヤフラム５８が接合されており、段差仕口である。
【０００６】
即ち、角柱状のコラム５１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム５２が接合され、上部ダイヤフラム５２の更に上部にコラム５１よりも高さが低いコラム５７及びもう１つのダイヤフラム５８が順次接合されてコラムコア５３が形成されている。コラムコア５３にはその４辺に夫々短尺の梁部材５４が接合されている。
【０００７】
梁部材５４は上下の梁フランジ５５とその間のウェブ材５６とで構成されている。梁部材５４の上側の梁フランジ５５はコラムコア５３の中間のダイヤフラム５２に裏当金５９を用いて接合されており、下側の梁フランジ５５はコラムコア５３の下側のダイヤフラム５２に裏当金５９を用いて接合されている。従って、コラムコア５３の上部ダイヤフラム５８と梁部材５４の上部梁フランジ５５との間には段差がある。仕口溶接部は、例えばレ型開先である。なお、図１１（ｂ）の平面図は図１２と同様に表される。
【０００８】
図１１（ｃ）において、この鉄骨柱はコラムコア６３のダイヤフラム６２と梁部材６４の梁フランジ６５が異なる高さの段差仕口である。即ち、角柱状のコラム６１の上下両端に夫々正方形平板状のダイヤフラム６２が接合されてコラムコア６３が形成されている。コラムコア６３にはその４辺に夫々短尺の梁部材６４が接合されている。
【０００９】
梁部材６４は上下の梁フランジ６５とその間のウェブ材６６とで構成されている。梁部材６４はコラムコア６３よりも低いので、下側の梁フランジ６５はコラムコア６３の下側のダイヤフラム６２に裏当金６７を用いて接合されているが、上側の梁フランジ６５はコラムコア６３のコラム部６１に裏当金６７を用いて接合されている。従って、コラムコア６３の上部ダイヤフラム６２と梁部材６４の上部梁フランジ材６５との間には段差がある。仕口溶接部は、例えばレ型開先である。なお、図１１（ｃ）の平面図は図１２と同様に表される。
【００１０】
このような鉄骨柱の仕口部を溶接する溶接装置として例えばＸ軸方向移動装置及びＹ方向移動装置を備えた自動溶接装置が挙げられる。
【００１１】
図１３は、このような自動溶接装置を示す説明図であって、図１３（ａ）はその正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）における溶接アームとワークとの位置関係を示す模式図である。図１３（ａ）において、この自動溶接装置は、Ｙ軸方向ロボット移動装置７１と、このＹ軸方向ロボット移動装置７１の上部に配置されたＸ軸方向ロボット移動装置７２と、その上部に設けられた多関節型の溶接ロボット７３とから主として構成されている。溶接ロボット７３にはアーム７３ａが設けられており、アーム７３ａの先端部にはトーチ７６が取り付けられている。
【００１２】
溶接ロボット７３の前方にはワーク置き台７５が配置されており、このワーク置き台７５上に図１１（ｂ）又は（ｃ）に示したような段差のある仕口溶接部を備えたワーク７４が載置されている。溶接ロボット７３はＹ軸方向ロボット移動装置７１及びＸ方向ロボット移動装置７２を備えていることから、ワークの溶接線に対して適正な溶接姿勢を取るように移動することができ、また大きさの異なる種々のワークに対応することもできる。
【００１３】
図１３（ｂ）において、ワーク７４は段差仕口部の溶接線７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄが溶接ロボット７３のアーム７３ａの基端部からワーク７４に向かう線７８に対して直交するか又は平行な方向に配置されており、各溶接線は溶接ロボット７３の溶接トーチ７６をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動しながら溶接される。破線で囲まれた部分７９はＹ軸方向及びＸ軸方向ロボット移動装置７１、７２を固定した場合の溶接トーチの有効動作範囲である。
【００１４】
しかしながら、このような従来の自動溶接装置においては、段差仕口溶接部への適用について十分な考慮がなされておらず、溶接ロボットから離れた遠い方の段差仕口部を溶接しようとすると、ワーク上部のダイヤフラムと溶接トーチとが干渉し、段差仕口部を良好に溶接できないという問題点があった。
【００１５】
図１４（ａ）及び（ｂ）は夫々図１３（ｂ）の状態の溶接ロボットを用いた仕口溶接方法を示す模式図であり、図１４（ａ）はアーム７３ａの基端部からワークに向かう方向線７８（Ｘ軸方向）に沿った段差仕口部７４ｄを溶接する場合、図１４（ｂ）は溶接ロボットから遠い方のＹ軸方向に沿った段差仕口部７４ｃを溶接する場合を示す図である。
【００１６】
図１４（ａ）において、溶接線７４ｄは溶接トーチ７６の有効動作範囲７９内にあり、溶接トーチ７６はワーク７４の上部ダイヤフラム７７と干渉することなく段差仕口の溶接線７４ｄに到達し、良好な溶接を行うことができる。一方、図１４（ｂ）において、溶接線７４ｃは溶接トーチ７６の有効動作範囲７９内にあるが、溶接トーチ７６はワーク７４の上部ダイヤフラム７７の端辺と干渉する。即ち、段差への適用はトーチの形状（手首からアーク点までの距離）に依存するが、ロボットアーム７３ａがワーク７４にかぶさる位置関係となるので、段差仕口の溶接線７４ｃにその先端部を到達させることができず、良好な仕口溶接を行うことができない。
【００１７】
このような仕口溶接を行う溶接装置に関する従来技術として例えば実開平５−７０７６９号公報が挙げられる。図１５は従来の鉄骨仕口フランジの自動溶接装置を示す説明図であって、図１５（ａ）は正面図、図１５（ｂ）はその平面図である。図１５（ａ）において、床面１０２に基台支柱１０１が設置されており、この基台支柱１０１に昇降自在な昇降体１０４が取り付けられている。昇降体１０４には基端部が基部を中心として回動自在な旋回ビーム１１１が設けられており、旋回ビーム１１１の先端部には溶接トーチ１１２を任意方向に操作できる溶接ロボット１１３が配置されている。溶接ロボット１１３は、図１５（ｂ）に示した円弧経路Ｌに沿って移動可能であり、溶接ロボット１１３はこの円弧経路Ｌに沿って配置されたワークＷ１乃至Ｗ３の仕口部に対して仕口溶接を行う（特許文献１、実用新案登録請求の範囲、図１、図２）。
【００１８】
【特許文献１】実開平５−７０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来技術は、図１３に示した自動溶接装置と同様、溶接ロボット１１３から離れた遠い方の段差仕口を溶接する際、ワーク上部のダイヤフラムの端辺と溶接トーチ１１２とが干渉する場合があり、段差仕口を良好に溶接できないという問題点があった。
【００２０】
また上記従来技術は、溶接ロボット自体を旋回可能なアームに取り付け、旋回範囲内の旋回経路に沿ってワークを配置するものであり、ワークの配置基準が不明瞭であり、ワーク配置動作が煩雑になるという問題点もあった。
【００２１】
このような問題点に対し、天井に溶接ロボットを取り付けた自動溶接装置を用いることが考えられる。図１６は、天井に溶接ロボットを取り付けた自動溶接装置の正面図である。図１６において、床面に設けられたＹ軸方向ロボット移動装置８１の上部に垂直な支柱８７が搭載されており、この支柱８７の上端部にＸ軸方向ロボット移動装置８２が水平に設けられている。Ｘ軸方向ロボット移動装置８２には溶接ロボット８３が下向きに固定されており、溶接ロボット８３のアーム８３ａの先端部に溶接トーチ８６が設けられている。溶接ロボット８３の下部床面にワーク置き台８５が配置されており、このワーク置き台８５上に段差仕口を有するワーク８４が載置されている。
【００２２】
このような天井走行溶接ロボット装置によれば、天井部分にＸ方向のロボット移動装置８２が設けられているので、溶接対象であるワーク８４の上部ダイヤフラム８８を跨がないで、支柱８７から遠く離れた段差仕口部を溶接することができる。
【００２３】
しかしながら、段差仕口部はダイヤフラム８８の４辺に夫々対応して存在することから、これらの全てを良好に溶接しようとすると、天井にＸ軸方向だけでなくＹ軸方向への移動装置を設ける必要があり、システム全体が大型化又は複雑化し、操作が煩雑になるという問題点がある。なお、溶接ロボット８３だけでなく、システム全体にもＸ軸方向及びＹ軸方向への移動装置を設けた場合は広大な設置スペースが必要になる。
【００２４】
即ち、従来技術に従って多関節型溶接ロボットを使用して段差仕口溶接部を有する鉄骨柱の溶接部を溶接する場合、全ての段差仕口溶接部を良好なロボット姿勢を確保して良好に溶接しようとすると、溶接ロボットの動作を補うために新たな外部移装置が必要となり、移動装置の増加に伴いシステム全体が大型化し、操作が煩雑になるという問題点があった。
【００２５】
本発明はかかる問題点に鑑み、溶接ロボットの外部移動装置を増加させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての溶接部を良好に溶接することができると共に、ワークの位置決めが容易で、ワーク設置スペースを小さくすることができる自動溶接装置におけるワーク配置方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法は、溶接ロボット本体と、この溶接ロボット本体に設けられたアームと、アームの先端部に設けられたトーチと、を有する溶接ロボットを使用し、移動装置により前記溶接ロボット本体を一方向にのみ移動させ、前記アームを操作してワークの溶接線を溶接する自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークを、前記アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワークの溶接線が前記ワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することを特徴とする。
【００２７】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークの位置決めは、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うことが好ましい。
【００２８】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークは段差仕口溶接部を有する仕口であることが好ましい。
【００２９】
また、本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記傾斜角度は４５度であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本願発明に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、ワークを、ワークの溶接線が溶接ボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することにより、溶接部が溶接トーチの有効動作範囲内にあれば、溶接ロボットから遠く離れた位置の溶接部であっても良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。
【００３１】
本願の請求項２に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、前記ワークの位置決めを、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うようにしたので、搬入ワークの中心軸がワークの溶接作業位置の中心軸と多少ずれた場合でも、ワークが拘束部材に当接した後、スライドしてワークの溶接作業位置まで移動するので、ワーク位置が一義的に定まり、容易に位置決めすることができる。
【００３２】
本願の請求項３に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、ワークを、段差仕口溶接部を有する仕口としたので、溶接トーチの有効動作範囲内にある段差仕口部に対して良好な溶接姿勢で良好な溶接を行うことができる。
【００３３】
また本願の請求項４に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法によれば、前記傾斜角度を４５度としたので、ワーク置き台上のＸ軸方向とＹ軸方向が直交する座標軸を基準にワークを配置することができるので、ワークの位置決めがより容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
本発明者は、従来技術において溶接ロボットから最も離れた位置の段差仕口部を良好に溶接することができない原因は、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して直交又は平行するように配置していることにあると考え、鋭意研究した結果、溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対してワークの溶接線が傾斜するようにワークを配置することにより、溶接トーチの有効動作範囲内であれば、溶接ロボットの外部移動軸を増加させることなく、遠く離れた段差仕口部であっても良好なトーチ姿勢を確保して良好な仕口溶接を行うことができることを見出し、本発明に到達した。
【００３６】
図１は本発明の第１実施形態に適用される自動溶接装置の側面図、図２は図１の平面図である。
【００３７】
図１及び図２において、この溶接装置は溶接機ビーム１１の長さ方向（Ｙ方向）に移動可能であり、外部移動方向が１方向の溶接装置である。
【００３８】
図１において、床面１０上に長尺状の溶接機ビーム１１が配置されている。溶接機ビーム１１には基台１２が水平移動可能に搭載されており、基台１２上に垂直方向に延びる垂直ビーム１３が設けられている。
【００３９】
垂直ビーム１３の上端部にはこの垂直ビーム１３に対して直角方向に水平に延びる水平ビーム１４が取り付けられている。水平ビーム１４の先端部には支持体１５を介して溶接ロボット１６が設けられており、溶接ロボット１６の先端部に溶接トーチ１７が取り付けられている。垂直ビーム１３にはその高さ方向の中間部に所定の平面を有するデッキ１３ａが固定されており、オペレータはこのデッキ１３ａからワークの溶接状況を監視することができる。
【００４０】
図２において、床面１０に水平に配置された長尺状の溶接機ビーム１１に基台１２を介して垂直ビーム１３が水平移動可能に搭載されている。垂直ビーム１３の上部先端部には、水平に延びる水平ビーム１４が取り付けられている。水平ビーム１４の先端部には支持体１５を介して溶接ロボット１６が設けられており、溶接ロボット１６の先端部に溶接トーチ１７が取り付けられている。
【００４１】
床面１０には溶接機ビーム１１に平行にワーク置き台１９が配置されている。溶接トーチ１７の有効移動範囲１８はワーク置き台１９の上部表面とほぼ重なっており、溶接トーチ１７の有効移動範囲１８内に被溶接物である同一形状のワーク２０、２１等が２列に配置されている。
【００４２】
ワーク２０の位置決めは、図３に示したように、ワーク置き台（図示省略）上の予め決定されたワークの溶接作業位置に固定された拘束部材としてのストッパー８に、ワークの例えば下側ダイヤフラムを溶接ロボット本体から前記ストッパー８に向かう方向に移動させて前記ストッパー８に当接させることによって行う。
【００４３】
図３は、図２における溶接時の溶接ロボットとワークとの位置関係を示す図である。図３において、ワーク２０はその溶接線２０ａ乃至２０ｄがアーム１６ａの基端部からワーク２０に向かう線４に対して所定角度で傾斜するように配置されている。ストッパー８は、図示省略したワーク置き台の溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向及びこれに直交する方向へのワーク２０の移動を拘束する平面を有するもので、例えばワーク２０を受け止めるための角部を有するように平面図上くの字状をしている。
【００４４】
ストッパー８の平面図上くの字における角部は、配置されるワークの移動を拘束することができれば、その角部が溶接ロボット本体に対して開口する向きに配置されるものであっても、反溶接ロボット本体側に開口する向きに配置されるものであってもよい。
【００４５】
平面図上くの字状のストッパー８を用いることにより、搬入ワークの中心軸がワーク配置位置の中心軸と多少ずれた場合でも、ワークがストッパー８に当接した後、スライドしてワークの溶接作業位置まで移動するので、ワーク位置が一義的に定まり、容易に位置決めすることができる。
【００４６】
図２において、ワーク２０は段差仕口溶接部を有する仕口であり、ワーク２０は、アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワーク２０の溶接線２０ａ乃至２０ｄが前記アームの基端部からワークに向かう方向に対して所定角度、例えば約４５度で傾斜するように配置されている。
【００４７】
図４は、図１の溶接ロボット１６の先端部の溶接トーチ１７を示す拡大図である。図４において、溶接トーチ１７はトーチ部分の長さが例えば６００ｍｍあり、このトーチ１７の先端部は溶接ロボット１６のアーム１６ａの中心軸に対して例えば３５度傾斜するように取り付けられている。このように傾斜して固定されていることにより、段差仕口の溶接時にダイヤフラムとの干渉を有効に回避して良好な溶接姿勢を確保することができる。
【００４８】
以下、このような構成の自動溶接装置の動作を説明しつつ、本発明の第１実施形態について説明する。
【００４９】
溶接を開始するに際し、先ず、ワーク２０、２１等をその溶接線が溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して、例えば４５度で傾斜するように配置する。このときワークの位置決めは予めワーク置き台１９上の所定の溶接作業位置に固定されたストッパー（図３参照）を使用して上述したように、前記ストッパーに当接させることによって行う。即ち、各ワークの下部ダイヤフラムの角部が溶接作業位置に配置されたストッパーの平面図上くの字の開口部に嵌合するように当接してワークの位置決めを行う（図３参照）。
【００５０】
次に、溶接ロボット１６を例えばその初期状態位置である図２中溶接機ビーム１１の左端から被溶接ワークである例えばワーク２０の上部ダイヤフラムの図中縦方向の対角線位置まで移動する。これによって、溶接ロボット１６とワーク２０との位置関係が図３の状態となる。溶接ロボット１６の移動は図示省略した駆動装置によって行う。
【００５１】
このとき、ワーク２０の段差仕口溶接部である溶接線２０ａ乃至２０ｄは溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内に存在し、溶接ロボット１６のアーム１６ａの多関節部分及び溶接トーチ１７の溶接アーム１６ａの中心軸に対する傾斜角度等を利用することによって図５に示したように、ダイヤフラムとの干渉を回避して全ての段差仕口に対して良好な溶接姿勢を確保して良好な溶接が行われる。
【００５２】
図５は、図２の溶接ロボット１６によって溶接線２０ｃを溶接する方法を示す説明図であって、図５（ａ）はその斜視図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は正面図である。図５（ａ）及び（ｂ）において、溶接線２０ｃは溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及びトーチ１７の先端部の傾斜角度等を利用して溶接線２０ｃの全長に到達することができる。またこのとき、ダイヤフラム６の溶接線２０ｃに平行な辺６ｃと溶接トーチ１７先端部との直接の干渉はない。即ち、ワークを、その溶接線がアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することにより、ロボットアームがワークにかぶさらない位置関係となる。従って溶接トーチ１７は図５（ｃ）に示したように、溶接線２０ｃの全線に対して良好な溶接姿勢を確保することができ、これによって良好な仕口溶接を施すことができる。
【００５３】
溶接線２０ｄについては、溶接線２０ｃの場合とアームの基端部からワークに向かう線４（図３参照）に対して線対称となる位置に溶接トーチ１７を移動させ、同様に良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。
【００５４】
溶接線２０ａについては、溶接線２０ｃ及び２０ｄを溶接する場合に比べて溶接トーチ１７を溶接ロボット１６本体に近づける方向に移動させ、トーチ角度を調整することによって全線にわたって良好な溶接姿勢を確保することができ、また溶接線２０ｂについては溶接線２０ａを溶接する場合とアームの基端部からワークに向かう線４に対して線対象となるように溶接トーチ角度を調整することによって良好な溶接姿勢を確保することができ、これによって夫々良好な仕口溶接を行うことができる。
【００５５】
ワーク２０に対して段差仕口溶接が終了した後、溶接ロボット１６をこのワーク２０に隣接するワークである例えばワーク２１に対応する位置までＹ軸方向に沿って移動させ、ワーク２１と溶接ロボット１６との位置関係を上述した図３の場合と同様にし、ワーク２０の仕口溶接と同様にしてワーク２１の段差仕口溶接部を溶接する。以下、順次隣接するワークに対して同様にして段差仕口溶接を行う。
【００５６】
本実施形態によれば、ワーク２０等をその溶接線が溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置したので、溶接ロボット１６のアーム１６ａの多関節機能及び溶接トーチ１７のアーム１６ａの中心軸に対する傾斜角度等を利用することによって、ダイヤフラムと溶接トーチとを干渉させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての段差仕口溶接部に対して良好な溶接姿勢を確保して良好に溶接することができる。従って、溶接ロボット１６から遠く離れた段差仕口を溶接するためのみに溶接ロボットの外部移動軸を増加させる必要がない。また、外部移動軸を増加させることによるシステムの複雑化、大型化を回避することができ、装置全体をコンパクトなものとし、操作性を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して水平又は垂直となるように配置していた従来技術に比べて、ワークの必要配置面積を狭くすることができる。
【００５８】
図６は、本実施形態におけるワークの必要配置面積を従来技術におけるワークの必要配置面積と比較して示す図である。図６において、本実施形態における同じ大きさのワークを８個配置するに必要な面積の長さ（Ｌａ）は１５２８３ｍｍであり、従来技術の場合の（Ｌｂ）１５２５０ｍｍとほぼ同様であるが、必要幅（Ｗａ）は３０３３ｍｍであり、従来技術における必要幅（Ｗｂ）４０００ｍｍよりも、約９７０ｍｍ短くなり、必要配置面積を約２４％低減することができる。
【００５９】
更に、本実施形態によれば、溶接ロボットの動作プログラムを作成する際、従来技術で行っていた溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向の位置決めをした後、これに垂直な方向の位置決めを行うという２段階の位置決め操作が不要となり、溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向の位置決めだけで対応することができる。従って、動作プログラムの作成が容易で且つ正確になる。
【００６０】
図７は、本発明の第２実施形態に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法を示す説明図であって、第１実施形態の変形例を示図である。
【００６１】
図７において、ワーク２４、２５等は第１実施形態におけるワークとはその形状が異なる仕口であり、上下又は左右が対象になっていないが、例えばワーク２４は段差仕口溶接部２４ａ及び２４ｂを有し、この溶接線２４ａ及び２４ｂは溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して約４５度で傾斜するように配置されている。
【００６２】
このように配置されたワークに対して段差仕口溶接を開始する際は、先ず、溶接ロボット１６を被溶接ワークである例えばワーク２４に対応する位置まで移動する。これによって、溶接ロボット１６とワーク２４との位置関係が図８に示したようになる。
【００６３】
図８は、本実施形態における溶接ロボット１６とワーク２４との位置関係を示す図である。図８において、ワーク２４の段差仕口溶接部２４ａ及び２４ｂは全て溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、各溶接線はアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置されている。
【００６４】
従って、本実施形態において、溶接ロボット１６の溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及び先端部の傾斜角度等を利用して全ての溶接部の溶接線に対して適正姿勢を確保して適正な段差仕口溶接を行うことができる。
【００６５】
図９は、本発明の第３実施形態に係る自動溶接装置におけるワーク配置方法を示す説明図であって、第１実施形態の別の変形例を示図である。
【００６６】
図９において、ワーク２６、２７等の形状は全て同一ではなく、異なる形状のワークが含まれている。このように異なる形状のワークが混在していても、各ワークの溶接線が全て溶接トーチ１７の有効動作範囲１８内にあり、各溶接線、例えばワーク２６の溶接線２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及びワーク２７の溶接線２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄが夫々溶接ロボット１６のアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜するように配置されているので、溶接トーチ１７はアーム１６ａの伸縮機能及び先端部の傾斜角度等を利用して全ての溶接部の溶接線に対して適正姿勢を確保して適正な段差仕口溶接を行うことができる。
【００６７】
なお、溶接ロボット本体を移動させない固定型の溶接ロボットにおいては、図１０に示したように、溶接ロボット３３のアーム３３ａの基端部からワークに向かう方向線４に対して２つのワーク３４及び３５が線対象になるように配置することができる。図１０は、固定型の溶接ロボットに対するワークの配置方法の１例を示す図である。図１０において、ワーク３４及び３５はアームの基端部からワークに向かう方向線４に対して線対象となるように配置されている。ワークをこのように配置することによってトーチの有効動作範囲を有効活用することができる。このようなワーク配置は、ワークの配列方向の長さを十分に取ることができない工場において有効である。
【００６８】
本発明の各実施形態においては、ワークの溶接線が溶接ロボットのアームの基端部からワークに向かう方向に対して傾斜する角度を４５度として説明したが、本発明における前記傾斜角度はこれに限定されるものではなく、所期の目的を達成することができれば４５度以外であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
溶接ロボットの外部移動軸を増加させることなく、トーチの有効動作範囲内にある全ての溶接線に対して良好な溶接姿勢を確保して良好な溶接を行うことができる本発明の自動溶接装置におけるワーク配置方法は、溶接ロボットによる自動溶接の分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態に適用する溶接装置を示す図である。
【図２】図１における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるワークと溶接ロボットとの位置関係を示す図である。
【図４】図１の溶接トーチを示す拡大図である。
【図５】第１実施形態における段差仕口溶接部の溶接方法を示す図である。
【図６】第１実施形態におけるワークの必要配置面積を従来技術と比較して示す図である。
【図７】第２実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図８】第２実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す模式図である。
【図９】第３実施形態における溶接ロボットとワークとの位置関係を示す平面図である。
【図１０】固定型溶接ロボットにおける溶接ロボットとワークとの位置関係を示す模式図である。
【図１１】仕口溶接部を有する鉄骨柱を示す側面図である。
【図１２】図１１（ａ）の平面図である。
【図１３】従来技術を示す説明図である。
【図１４】従来技術の問題点を示す説明図である。
【図１５】他の従来技術を示す説明図である。
【図１６】別の従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
４：アームの基端部からワークに向かう線
６：ダイヤフラム
６ｃ：ダイヤフラムの辺
８：ストッパー
１０：床面
１１：溶接機ビーム
１２：基台
１３：垂直ビーム
１３ａ：デッキ
１４：水平ビーム
１５：支持体
１６：溶接ロボット
１６ａ：アーム
１７：溶接トーチ
１８：溶接トーチの有効移動範囲
１９：ワーク置き台
２０：ワーク
２０ａ〜２０ｄ：段差仕口溶接線
２１：ワーク
２３：Ｙ軸方向の移動方向を示す矢印
２４：ワーク
２４ａ〜２４ｃ：段差仕口溶接線
２５：ワーク
２６：ワーク
２６ａ〜２６ｃ：段差仕口溶接線
２７：ワーク
２７ａ〜２７ｄ：段差仕口溶接線
３３：溶接ロボット
３３ａ：アーム
３４：ワーク
３４ａ〜３４ｄ：段差仕口溶接線
３５：ワーク
３５ａ〜３５ｄ：段差仕口溶接線
４１：コラム
４２：ダイヤフラム
４３：コラムコア
４４：梁部材
４５：梁フランジ
４６：ウェブ材
４７：裏当金
５１：コラム
５２：ダイヤフラム
５３：コラムコア
５４：梁部材
５５：梁フランジ
５６：ウェブ材
５７：コラム
５８：ダイヤフラム
５９：裏当金
６１：コラム
６２：ダイヤフラム
６３：コラムコア
６４：梁部材
６５：梁フランジ
６６：ウェブ材
６７：裏当金
７１：Ｙ軸方向ロボット移動装置
７２：Ｘ軸方向ロボット移動装置
７３：溶接ロボット
７３ａ：アーム
７４：ワーク
７４ａ〜７４ｄ：段差仕口溶接線
７５：ワーク置き台
７６：溶接トーチ
７７：ダイヤフラム
７８：アームの基部から基端部に至る線
７９：溶接トーチの有効動作範囲
８１：Ｙ軸方向ロボット移動装置
８２：Ｘ軸方向ロボット移動装置
８３：溶接ロボット
８３ａ：アーム
８４：ワーク
８５：ワーク置き台
８６：溶接トーチ
８７：支柱
８８：ダイヤフラム
１０１：基台支柱
１０２：床面
１０４：昇降体
１１１：旋回ビーム
１１２：溶接トーチ
１１３：溶接ロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボット本体と、この溶接ロボット本体に設けられたアームと、アームの先端部に設けられたトーチと、を有する溶接ロボットを使用し、移動装置により前記溶接ロボット本体を一方向にのみ移動させ、前記アームを操作してワークの溶接線を溶接する自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークを、前記アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワークの溶接線が前記ワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することを特徴とする自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項２】
前記ワークの位置決めは、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うことを特徴とする請求項１に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項３】
前記ワークは、段差仕口溶接部を有する仕口であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項４】
前記傾斜角度は、４５度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項１】
溶接ロボット本体と、この溶接ロボット本体に設けられたアームと、アームの先端部に設けられたトーチと、を有する溶接ロボットを使用し、移動装置により前記溶接ロボット本体を一方向にのみ移動させ、前記アームを操作してワークの溶接線を溶接する自動溶接装置におけるワーク配置方法において、前記ワークを、前記アームの基端部からワークに向かう方向が前記溶接ロボット本体の移動方向に交叉するような位置に、前記ワークの溶接線が前記ワークに向かう方向に対して傾斜するように配置することを特徴とする自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項２】
前記ワークの位置決めは、ワークの所定の溶接作業位置に設けられ前記溶接ロボット本体からワークの溶接作業位置に向かう方向に対して傾斜する面及びこの面に直交する面を有する拘束部材に対し、前記溶接ロボット本体から前記拘束部材に向かう方向にワークを移動させて前記拘束部材に当接させることによって行うことを特徴とする請求項１に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項３】
前記ワークは、段差仕口溶接部を有する仕口であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【請求項４】
前記傾斜角度は、４５度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動溶接装置におけるワーク配置方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１１０５７０（Ｐ２００６−１１０５７０Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８２７５（Ｐ２００４−２９８２７５）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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