(57)【要約】【課題】  センタリングが容易なワーク取付治具及びこれを用いた溶接方法を提供する。【解決手段】  仮止めされたワーク２０のウエブ３１の端部を第１又は第２発明のワーク取付治具の間隙に嵌合してポジショナに固定する工程と、ワークの寸法に基づいて隣接する１対のフランジ３２間に挿入されるトーチ３３とフランジ３２との間の間隔が所定値以上であるか否かを判定する工程と、間隔が所定値以上である場合にトーチ３３をフランジ３２間に進入させてウエブ３１の他端部間を溶接する工程と、所定値未満の場合にワーク取付治具を中心点３５を通る水平軸を中心に回転させて間隔を所定値以上とした後、トーチ３３をフランジ３２間に進入させてウエブ３１の他端部間を溶接する工程とを有し、トーチとフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程は、ワーク取付治具の回転中心３５とウエブ相互間の交点３６との間の偏心量を補正する工程を含む。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物を支持するポジショナの回転フレームに固定される面板と、この面板に設けられワークの端部を嵌合する十字状の間隙が形成されたブロック材と、このブロック材の前記十字状の間隙に嵌合されるワークの端部を前記ブロック材に対して固定する固定具と、を有し、前記面板の中心点と十字状間隙の中心点とが一致していることを特徴とするポジショナへのワーク取付治具。
【請求項２】
被溶接物を支持するポジショナの回転フレームに固定される面板と、この面板に設けられワークの端部を嵌合する放射状に延びる複数の間隙が形成されたブロック材と、このブロック材の前記放射状に延びる複数の間隙に嵌合されるワークの端部を前記ブロック材に対して固定する固定具と、を有し、前記面板の中心点と放射状に延びる複数の間隙の中心点とが一致していることを特徴とするポジショナへのワーク取付治具。
【請求項３】
前記固定具は、前記間隙内で前記ワークの端部を押圧固定するネジ部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポジショナへのワーク取付治具。
【請求項４】
ウエブの一端部にフランジが設けられた複数個のワークを前記ウエブの他端部を継手として溶接トーチにより相互に隅肉溶接する溶接方法において、仮止めされた前記ワークのウエブの端部を前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワーク取付治具の前記間隙に嵌合してポジショナに固定する工程と、前記ワークの寸法に基づいて隣接する１対のフランジ間に挿入されるトーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程と、前記間隔が所定値以上である場合に前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、前記間隔が所定値未満の場合に前記ワーク取付治具をその中心点をとおる水平軸を中心として回転させて前記間隔を所定値以上とした後、前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、を有し、前記トーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程は、前記ワーク取付治具の回転中心と溶接対象の前記ウエブ相互間の交点との間の偏心量を補正する工程を含むことを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
溶接すべき前記継手が３個以上の場合であって前記継手を１層盛り又は多層盛りで溶接する場合、溶接順序は、少なくとも一部において隣接する継手が連続しないものであることを特徴とする請求項４に記載の溶接方法。
【請求項６】
溶接すべき継手が複数の場合、先行する溶接工程に起因するワークの歪の有無を検出し、歪がある場合にはこの歪量を加味して前記トーチと前記フランジとの間隔が前記所定値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項４又は５に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接対象であるワークをポジショナに固定する際の中心軸の決定が容易なワーク取付治具及びこれを用いた適用範囲の広い溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動溶接の対象となるワークを回転ポジショナに固定する際に使用される拘束治具に関する従来技術として、例えば特開平５−３１８１０９号公報が挙げられる。この従来技術は１種類の溶接システムにより溶接継手箇所の異なる各種ワークを溶接可能とするワーク拘束治具を提供することを目的としてなされたものである。
【０００３】
図１７(ａ)は上記従来技術における回転ポジショナの回転フレーム部分を示す正面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一部拡大斜視図である。図１７（ａ）、（ｂ）において、この回転ポジショナはＳＲＣ柱を外部からクランプする回転ポジショナであって、回転ポジショナには通常１対の枠体１１０が設けられており、この枠体１１０にはその中心部に回転フレーム１１１がガイドローラ１１２を介して支承されている。回転フレーム１１１の外周にはギヤ部１１１ａが形成されており、このギヤ部１１１ａに噛み合うピニオン１１３が設けられている。ピニオン１１３を駆動モータ１１３ａによって回転駆動することにより、回転フレーム１１１が枠体１１０に対して回動するようになっている。
【０００４】
回転フレーム１１１の上部の１部１１１ｂはワークの脱着を容易にするため、取り外し可能に構成されている。円形の回転フレーム１１１の下部には水平のワーク支持フレーム１１７がハンドル１２０及び１対のネジ１１８によって上下動可能に設けられており、このワーク支持フレーム１１７にはワーク押し板１２１Ａ及び１２１Ｂが取り付けられている。ワーク押し板１２１Ａ及び１２１Ｂはワークの両側を支持してこれを固定する。ワーク押し板１２１Ａと１２１Ｂとの間隔はハンドル１２６及びネジ１２５によって調整可能に構成されている。
【０００５】
回転フレーム１１１のワーク支持フレーム１１７の上方には、このワーク支持フレーム１１７と協働してワークを上下双方から拘束するためのワーク押しネジ１１６が設けられている。
【０００６】
図１８は上述した回転フレーム１１１に取り付けられる従来技術としての拘束アダプタの説明図である。拘束アダプタ１２２Ａ乃至１２２Ｅは、夫々面板１２３Ａ乃至１２３Ｅと、この面板１２３Ａ乃至１２３Ｅに夫々固定されたブロック１２４Ａ乃至１２４Ｅとから主として構成されており、ブロック１２４Ａ乃至１２４Ｅの上下両側を回転フレーム１１１のワーク支持フレーム１１７及びワーク押しネジ１１６で拘束することによって拘束アダプタ１２２Ａ乃至１２２Ｅが夫々ポジショナの枠体１１０に固定される。このようにして回転ポジショナに固定された１対の拘束アダプタ１２２Ａ乃至１２２Ｅ相互間に各種ワークが挟持されるように装着、固定され、溶接トーチを用いた自動溶接が行われる。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１８１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術には、ポジショナに固定するワークの中心軸を求めること（以下、センタリングという）が困難であるか又は、ワークの中心を求める際にセンタリング装置を使用した煩雑な操作が必要になるという問題点があった。
【０００９】
ところで、溶接ロボットの適用範囲を広くするためには、溶接トーチをワークの狭隘部にまで進入させる必要があり、ワークと溶接トーチとの干渉をなくすためにはワーク寸法を精度よく検出し、指定する必要がある。寸法精度が悪いと溶接トーチとワークとの干渉余裕距離を大きく設定して干渉の可能性を低下させる必要があり、これではロボットの適用範囲が狭くなる。
【００１０】
また、溶接トーチをワークの狭隘部へ進入させた場合、溶接トーチから左右両側のワーク端部までの幅が異なると、垂直のトーチ姿勢に対してワークの干渉位置が左右で異なり、このときワーク端部との干渉余裕距離が短い場合、偏心量の精度によっては溶接トーチ進入不可の決定がなされることもあり、溶接ロボットの適用範囲が低下する原因となる。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接対象であるワークをポジショナに固定する際のセンタリングが容易なワーク取付治具及びこれを使用した適用範囲の広い溶接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】
【００１２】
本願第１発明に係るポジショナへのワーク取付治具は、被溶接物を支持するポジショナの回転フレームに固定される面板と、この面板に設けられワークの端部を嵌合する十字状の間隙が形成されたブロック材と、このブロック材の前記十字状の間隙に嵌合されるワークの端部を前記ブロック材に対して固定する固定具と、を有し、前記面板の中心点と十字状空間部の中心点とが一致していることを特徴とする。
【００１３】
本願第２発明に係るポジショナへのワーク取付治具は、被溶接物を支持するポジショナの回転フレームに固定される面板と、この面板に設けられワークの端部を嵌合する放射状に延びる複数の間隙が形成されたブロック材と、このブロック材の前記放射状に延びる複数の間隙に嵌合されるワークの端部を前記ブロック材に対して固定する固定具と、を有し、前記面板の中心点と放射状に延びる複数の間隙の中心点とが一致していることを特徴とする。
【００１４】
本願第１発明及び第２発明に係るポジショナへのワーク取付治具において、前記固定具は、前記間隙内で前記ワークの端部を押圧固定するネジ部材であることが好ましい。
【００１５】
本願第３発明に係る溶接方法は、ウエブの一端部にフランジが設けられた複数個のワークを前記ウエブの他端部を継手として溶接トーチにより相互に隅肉溶接する溶接方法において、仮止めされた前記ワークのウエブの端部を前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワーク取付治具の前記間隙に嵌合してポジショナに固定する工程と、前記ワークの寸法に基づいて隣接する１対のフランジ間に挿入されるトーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程と、前記間隔が所定値以上である場合に前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、前記間隔が所定値未満の場合に前記ワーク取付治具をその中心点をとおる水平軸を中心として回転させて前記間隔を所定値以上とした後、前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、を有し、前記トーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程は、前記ワーク取付治具の回転中心と溶接対象の前記ウエブ相互間の交点との間の偏心量を補正する工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
本願第３発明に係る溶接方法において、溶接すべき前記継手が３個以上の場合であって前記継手を１層盛り又は多層盛りで溶接する場合、溶接順序は、少なくとも一部において隣接する継手が連続しないものであることが好ましい。
【００１７】
また、本願第３発明に係る溶接方法において、溶接すべき継手が複数の場合、先行する溶接工程に起因するワークの歪の有無を検出し、歪がある場合にはこの歪量を加味して前記トーチと前記フランジとの間隔が前記所定値以上であるか否かを判定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本願第１発明に係るポジショナへのワーク取付治具によれば、十字状の間隙でワークである例えば両端がＳＲＣシャフトで構成されるＳＲＣ柱のウェブ材の交点を拘束し、固定することにより、ワーク外側のフランジ面を拘束する従来技術に比べてワークのセンタリングが容易となり、溶接準備時間を短縮することができる。
【００１９】
本願第２発明に係るポジショナへのワーク取付治具によれば、放射状に延びる複数の間隙でワークである例えばウェブ材の交点を拘束し、固定することにより、上記発明と同様、ワーク外側のフランジ面を拘束する従来技術に比べてワークのセンタリングが容易となり、溶接準備時間を短縮することができる。
【００２０】
本願の請求項３に係るポジショナへのワーク取付治具によれば、前記固定具を、前記間隙内で前記ワークの端部を押圧固定するネジ部材としたので、このネジ部材によって間隙に挿入されたワークの一部を前記間隙を形成する対向面に当接して確実に固定することができる。また、これによって種々の厚さのウェブ材に対応することができる。
【００２１】
本願第３発明に係る溶接方法によれば、前記トーチとフランジとの間の間隔が所定値以上であるか否かを判定する工程が、ワーク取付治具の回転中心と溶接対象の前記ウェブ相互間の交点との間の偏心量を補正する工程を含むものとしたので、前記間隔が所定値以上であるか否かの判定がより正確になり、溶接トーチとフランジ材端部との間の必要幅をより小さく設定することができる。従って、この溶接方法の適用範囲が拡大する。
【００２２】
本願の請求項４に係る溶接方法によれば、溶接すべき継手が３個以上の場合であって前記継手を１層盛り又は多層盛りで溶接する場合、溶接順序は、少なくとも一部において隣接する継手が連続しないものとしたので、溶接による熱歪に起因するワーク変形の影響を最低限に抑えることができる。
【００２３】
また、本願の請求項５に係る溶接方法によれば、溶接すべき継手が複数の場合、先行する溶接工程に起因するワークの歪の有無を検出し、歪がある場合にはこの歪量を加味して前記トーチと前記フランジとの間隔が前記所定値以上であるか否かを判定するようにしたので、前工程の溶接に起因するワークの熱歪の影響を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態に係るポジショナへのワーク取付治具を示す斜視図、図２は図１の要部拡大平面図である。
【００２６】
図１及び図２において、このワーク取付治具は正方形の板状体からなる面板１と、この面板１の片面に設けられた十字状の間隙を形成するブロック材２とから主として構成されている。ブロック材２は面板１に固定された平板状の基部３と、この基部３上に前記十字状の間隙を形成するように配置された４つの鉤型の突出片４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄとから構成されている。
【００２７】
各突出片４ａ乃至４ｄにおける前記十字状の間隙を形成する平行な平面の一方には、この十字状間隙に嵌合されるワークの端部を対向する平面に押し付けて固定する固定具としてのネジ部材用のネジ孔６が設けられている。ネジ部材としての押さえネジ５は後述する図４及び図５に示すように、ネジ孔６に嵌め込んで使用され、ワークの端部を対向する突出片の平面に押し付けて固定する。
【００２８】
押さえネジ５は前記十字状間隙における中心部を介して連通する平面状間隙部においては同一向きに配置され、ワークの一部を同一方向に押し付けて固定する。従って、ネジ孔６も同一方向に設けられている。
【００２９】
次に、このような構成の本実施形態に係るワーク取付治具の動作を説明する。図３は、ワーク取付治具を自動溶接装置のポジショナの回転フレーム１０に固定した状態を示す説明図である。図３において、ワーク取付治具８の面板１の４角がポジショナの回転フレーム１０に固定部材１２を介して固定されている。即ちポジショナの回転フレーム１０は正方形の板状体であり、その各頂点近傍から中心部に向かってスリット状の隙間１１が形成されている。各スリット状の隙間１１にはワーク又は取付治具を固定するためのスライド可能な固定部材１２が設けられており、この固定部材１２によってワーク取付治具８の面板１の４つの角が回転フレーム１０の中心部に押さえつけるように固定されている。
【００３０】
このようなワーク取付治具８に、例えばワークとしてのＳＲＣシャフトのＴ字型Ｈ鋼又は十字型Ｈ鋼の端部が固定される。図４及び図５は夫々ＳＲＣシャフトのＴ字型Ｈ鋼及び十字型Ｈ鋼のワーク取付治具８への取付状態を示す断面図である。
【００３１】
図４及び図５において、ワーク取付治具８における十字状間隙９を形成する４つ突出片４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄにおける対向面相互間の間隔、即ち上下左右の４方向に延びる各間隙の厚みはワークであるＳＲＣシャフトのＴ字型Ｈ鋼又は十字型Ｈ鋼における水平ウェブ材１３及び垂直ウェブ材１４の厚みよりも厚くなっている。従って、ＳＲＣシャフトの端部をワーク取付治具８に嵌合させた場合、水平ウェブ材１３又は垂直ウェブ材１４との間に隙間ができる。
【００３２】
このときワークの自重によって水平ウェブ材１３は図中下側の突出片４ｃ及び４ｄの水平面に当接する。従って突出片４ａ及び４ｂの水平部にネジ孔６を設け、このネジ孔６に嵌合する押さえネジ５によって水平ウェブ材１３を下向きに押し付けて固定する。
【００３３】
一方、図４において、垂直ウェブ材１４は図中左側である例えば反溶接ロボット側に押し付けて固定される。即ち、垂直ウェブ材１４はワーク取付治具８のブロック材２を構成する突出片４ｂの垂直面に当接するように突出片４ａの縦部材に設けられたネジ孔６に嵌合された押さえネジ５によって押し付けて固定されている。
【００３４】
他方、図５においても、垂直ウェブ材１４は図中左側である例えば反溶接ロボット側に押し付けて固定されている。即ち、垂直ウェブ材１４はワーク取付治具８のブロック材２を構成する突出片４ｂ及び４ｃの垂直面に当接するように、突出片４ａの縦部材及び突出片４ｄの縦部材に夫々設けられたネジ孔６に嵌合する押さえネジ５、５によって押し付けて固定されている。
【００３５】
図６はワークであるＳＲＣシャフトをワーク取付治具８に取り付けた状態を示す説明図である。図６（ａ）において、ワークの一部であるＴ字型ウェブ材を形成する垂直ウェブ材２４は図４及び図５と同様、反溶接ロボット側（図中左側）に押し付けて固定されているが、水平ウェブ材２３及び垂直ウェブ材２４の先端部にフランジ部材２５が固定されているために、垂直ウェブ材２４の左側に形成される押さえネジ５を締め付けるための空間が非常に狭くなり、作業性が低下する原因となる。従って、このような狭い空間内で締結する押さえネジ５の数をできるだけ低減するため、ワークの押し付け方向を反溶接ロボット側（図中左側）として水平方向の押さえネジ５の締め付け位置が広い空間を有する垂直ウェブ材２４の図中右側となるようにする。
【００３６】
一方、図６（ｂ）においては、ワークの一部である十字型ウェブ材を形成する垂直ウェブ材２４は溶接ロボット側（図中右側）に押し付けて固定されている。図６（ｂ）において、水平ウェブ材２３及び垂直ウェブ材２４の先端部にフランジ部材２５が固定されているために、垂直ウェブ材２４の右側に形成される押さえネジ５を締め付けるための空間が非常に狭くなり、この空間における押さえネジ５の数が多いと、作業性が低下する原因となる。従って、このような狭い空間内で締結する押さえネジ５の数をできるだけ低減するため、ワークの押し付け方向を例えば溶接ロボット側（図中右側）として水平方向の押さえネジ５の締め付け位置が広い空間を有する垂直ウェブ材２４の図中左側になるようにする。
【００３７】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれＳＲＣシャフトの床面への設置状態を示す断面図である。ＳＲＣシャフトは、これを床面に置く場合、バランスを考慮して倒れない状態に置かれる。図７（ａ）及び（ｂ）において、長いウェブ材２６と短いウェブ材２７とを有するＳＲＣシャフトにおいては長いウェブ材２６が水平になるように床面に配置される。この場合、長いウェブ材２６を水平のままの状態で吊り上げて回転ポジショナに装着することが作業性を向上させる点で有効である。従って、長いウェブ材２６を水平のままの状態でクレーンで吊り上げ、そのままの状態でポジショナのワーク取付治具８に装着する。
【００３８】
このときワークをワーク取付治具８に嵌合させる直前に、ポジショナにおけるワーク取付治具８の姿勢を十字状の間隙の一部が水平になるような状態に調整する。ワーク取付治具８の姿勢の調整は手動又は自動でポジショナを水平回転軸を中心に回転することによって行われ、ポジショナに固定したワーク取付治具８の十字状間隙９の一部が水平、残りの部分が垂直になる状態に調整される。このようにワーク取付治具の回転位置を調整した後、ワークを取り上げてワーク取付治具８にワークを装着する。
【００３９】
一方、ウェブ材２９の長さが等しい十字状Ｈ鋼を有するＳＲＣシャフトにおいては、倒れないようにバランスを考慮して図７（ｃ）又は図７（ｄ）のように床面に置かれる。この場合であっても、床面に置かれたままの状態で吊り上げてワーク取付治具８に装着できれば持ち替えなしでワークを取付治具に装着できるので作業上好ましい。
【００４０】
従って、図７（ｃ）及び（ｄ）に記載したように、ワークが床面に置かれたままの状態でクレーンで吊り上げ、ワークを回転ポジショナのワーク取付治具に嵌合する直前にワーク取付治具８の方向を調整する。即ち、ワークが床面に置かれた状態が断面Ｘ状である場合（図７（ｃ））は取付治具の十字状間隙部がＸ状となるように、ワークが床面に置かれた状態が断面十字状である場合（図７（ｄ））は取付治具の十字状間隙部が十字状となるようにワーク取付治具８を任意角度だけ回転させる。ポジショナの回転は手動又は自動で行う。
【００４１】
このようにワーク取付治具８の回転位置をワークを床面に置いた状態のままの吊り上げて装着できるように調整することにより、ワークの持ち替えが不要となるので、作業性が向上する。
【００４２】
本発明において、ワーク取付治具８のブロック材に形成される間隙形状は十字状に限られず、放射状に延びる複数の間隙とすることができる。即ち、例えば三ツ股形状、六股形状の間隙であってもよい。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態に係るワーク取付治具を用いた溶接方法について添付の図面を参照して説明する。
【００４４】
本実施形態に係る溶接方法は、ウエブの一端部にフランジが設けられた複数個のワークを前記ウエブの他端部を継手として溶接トーチにより相互に隅肉溶接する溶接方法において、仮止めされた前記ワークのウエブの端部を前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワーク取付治具の前記間隙に嵌合してポジショナに固定する工程と、前記ワークの寸法に基づいて隣接する１対のフランジ間に挿入されるトーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程と、前記間隔が所定値以上である場合に前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、前記間隔が所定値未満の場合に前記ワーク取付治具をその中心点をとおる水平軸を中心として回転させて前記間隔を所定値以上とした後、前記トーチを前記フランジ間に進入させて前記ウエブの他端部間を溶接する工程と、を有し、前記トーチとそのフランジとの間の間隔が夫々所定値以上であるか否かを判定する工程は、前記ワーク取付治具の回転中心と溶接対象の前記ウエブ相互間の交点との間の偏心量を補正する工程を含むものである。
【００４５】
本実施形態で使用される自動溶接装置は、例えば溶接トーチと、ワークを固定するポジショナと、十字状の間隙を有するワーク固定治具と、ワーク寸法等のデータが入力される中央処理装置（ＣＰＵ）と、入力データに基づいて溶接トーチとフランジとの間隔が所定値以上であるか否かを判定すると、判定結果に基づいてワークを固定したポジショナの回転量を算出して回転駆動部に支持を与える判定部とを有する。
【００４６】
図８は、本実施形態における被溶接材であるＳＲＣシャフト２０と溶接トーチ３３との位置関係を示す説明図である。図８において、被溶接材であるＳＲＣシャフト２０はウェブ材３１とこのウェブ材３１の各端部に固着されたフランジ材３２とから主として構成されている。このようなＳＲＣシャフトの両端部は図示省略した回転ポジショナの１対の回転フレームに夫々固定されたワーク取付治具８に装着されている。ワーク取付治具８は図中突出片４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄで表わされる。
【００４７】
図８において、ビード形状の正確性を確保する等のために、溶接トーチ３３の姿勢が下向きになるようにワーク取付治具８の回転位置が調整される。溶接継手５３を挟んで隣接するフランジ材３２相互間の間隔が上方に向かって解放するような位置に配置され、溶接トーチ３３と２つのウェブ材３１とがなす角度が約４５度となるようにポジショナ角度、即ちワーク取付治具８の回転位置が調整される。これによって溶接トーチ３３とこれに隣接する２つのフランジ材３２との間の間隔がほぼ同一となり、溶接トーチ３３とワークとの干渉が回避され易くなる。このとき溶接線は水平である。
【００４８】
次に、図９及び図１０を用いてワーク位置決め角度決定方法を詳細に説明する。オペレータによって、図示省略したＣＰＵにワーク寸法データ等が入力されると、図９の演算部５１及び判定部５２において、溶接トーチ３３とワーク２０の一部であるフランジ材３２、３２との間の間隔が所定値以上であるか否かが判定され、干渉の虞があるときはこれを解消するための必要な措置が講じられる。
【００４９】
本実施形態においては、ワーク２０の回転の中心とワーク取付治具８の回転の中心が一致していないので、この偏心量を無視したのでは、溶接トーチ３３とワーク２０のフランジ材３２との間の隙間を正確に把握することができず、溶接トーチ３３とワーク２０との干渉を有効に回避することができなくなる。
【００５０】
従って、先ずワーク２０の中心点３６とワーク取付部材８の回転の中心点３５との偏心量を正確に求め、この偏心量を補正する。
【００５１】
ワーク２０の中心点３６とワーク取付部材８の回転の中心点３５との偏心量は以下のように求められる。図１１は、本実施形態における鉄骨ＳＲＣシャフト溶接システムにおけるデータ入力画面を示す説明図である。図１１において、オペレータは先ず溶接対象であるワーク断面のサイズを入力する。
【００５２】
具体的には溶接対象である十字柱（ＳＲＣシャフト）の断面形状におけるパネル縦径及びパネル横径として例えば夫々８００を入力し、Ｈ鋼の向きとして水平を、Ｔバーが上下取り付けであることを入力する。次に、オペレータはウェブ材をワーク取付治具８に固定する際の押し付け方向として、例えば反溶接ロボット側「←」を入力する。
【００５３】
ワーク取付治具８における十字状間隙を形成する突出片相互間の間隔及び被溶接材であるＳＲＣシャフトにおけるウェブ材の板厚は、例えば予めデータ入力装置に入力されており、上記入力データ及び予め入力されたデータに基づいてワーク２０の中心点３６が算出される。
【００５４】
次に、ワークの中心点３６とワーク取付治具８の回転の中心点３５との偏心量を求め、ワークの中心点３６ではなく、ワーク取付治具８の回転の中心点３５を中心としてワーク２０を回転させた場合の第１フランジ及びこれに隣接する第２フランジと溶接トーチ３３と間の間隔が溶接トーチ３３を進入させるのに十分な所定間隔以上であるか否かを以下のように検出し、判定する。
【００５５】
即ち、図９の演算部５１において、図９のブロック図に従い、図示省略したＣＰＵに入力されたワーク寸法データ等に基づいて、図１０における溶接位置（継手）５３とフランジ材３２Ａの端部とを結ぶ直線とウェブ材３１Ａとの角度θｆ１、溶接位置５３とフランジ材３２Ｂの端部とを結ぶ直線とウェブ材３１Ｂとの角度θｆ２を求める。
【００５６】
次いで、溶接トーチ３３の進入に必要なフランジ端部からの幅寸法ａに基づいて、幅寸法ａに相当する角度θａ１及びθａ２を求め、これらθｆ１、θａ１及びθｆ２、θａ２から夫々フランジ３２Ａを回避するための角度α及びフランジ３２Ｂを回避するための角度βを求める。
【００５７】
次に、図９の判定部５２は、図９のブロック図に従って、演算部５１で求めた角度αと角度βとを比較し、溶接トーチ３３とフランジ材３２との干渉発生の可能性の有無を判定し、干渉する可能性がある時は図示しない回転軸駆動装置（モータ）に必要な指示を与える。すなわち、角度αが角度βと同じかまたはこれより小さいときは、下向き溶接となるワーク位置決め角度γが角度αと角度βとの間にあることを条件として二つのウェブ材３１Ａ及び３１Ｂの位置決めを行うための図１０における反時計方向の回転量θをγと決定し、モータにその信号が送られる。信号を受けたモータは指示に従ってワーク取付治具８を回転させ、この回転に伴って十字柱が回転し、フランジ３２Ａと３２Ｂとの間に上向きの必要な空間部が形成される。この空間部に溶接トーチ３３を適正姿勢で進入させ、隅肉溶接によって十字柱を形成する（図９（ａ））。
【００５８】
次に、角度αが角度βと同じかまたはこれより小さく、下向き溶接となるワーク位置決め角度γが角度αと角度βとの間になく、かつ角度γが角度αよりも小さいことを条件として十字柱の位置決めを行うための図１０における反時計方向の回転量θがαと決定され（図９（ｂ））、モータにその信号が送られ、ワーク取付治具８の回転によって十字柱が回転し、以下同様にして十字柱を形成する。
【００５９】
次に、角度αが角度βと同じかこれよりも小さく、γが角度αと角度βとの間になく、角度γが角度αよりも小さくないことを条件として、十字柱の位置決めを行うための図１０における半時計方向の回転量θがβと決定され（図９（ｃ））、モータにそのための信号が送られ、以下同様にして十字柱を溶接する。
【００６０】
角度αが角度βよりも大きいときは溶接トーチ３３の溶接継手５３への進入は不可能と判断され、十字柱を形成するための作業を停止する（図９（ｄ））。このとき、溶接継手５３の溶接は次工程以降に人手で行われる。
【００６１】
本実施形態によれば、十字状間隙を有するワーク取付治具８を回転ポジショナの回転フレーム１０に固定し、このワーク取付治具８を用いて被溶接材であるＳＲＣシャフト２０を固定するようにしたので、ワーク２０の外側フランジ面を拘束する従来方法に比べてワークのセンタリングが容易となる。従って、溶接準備工程を簡素化し、溶接準備時間を短縮することができる。
【００６２】
また、本実施形態によれば、ワーク取付治具８の十字状間隙の間隙幅とワークであるＳＲＣシャフト２０のウェブ材の板厚との差違に起因してワーク取付治具８の中心点とワークの中心点とが偏心するが、この偏心量を求め、これを補正して溶接トーチ３３とフランジ材３２との間の現実の隙間を正確に求めることができるので、溶接トーチ３３とフランジ材３２との間の必要間隔の大きさを必要最小限とすることができ、これによって溶接ロボットの適用範囲が拡大する。
【００６３】
このとき、正確な偏心量を実測しなくても、ワークの板厚とワーク取付治具８におけるワーク押し付け方向等を入力するだけで、偏心量が自動で算出され、補正されるので自動溶接方法の適用範囲が広くなる。溶接トーチ３３とフランジ材３２の端部との間の必要間隔は、例えば２０ｍｍであり、ワーク２０の中心点３６と、ワーク取付治具８の回転の中心点３５との偏心量を補正しない寸法精度が低い従来技術における例えば４０ｍｍに比べて狭くすることができる。
【００６４】
更に、本実施形態によれば、ポジショナの回転フレーム１０にワーク取付治具８を取り付け、このワーク取付治具８の十字状間隙９にワークの一部を嵌合して支持、固定するようにしたことにより、ＳＲＣシャフトの撓みを減少することができる。
【００６５】
図１２（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるＳＲＣシャフトの撓み緩和効果を示す説明図である。図１２(ａ)において、本実施形態におけるワーク取付治具８とＳＲＣシャフト２０との接触部が所定面積を有する平面となっている。即ちＳＲＣシャフトの両端を点で支持するのではなく、面で支持する本実施例においてＳＲＣシャフトの撓み量は、例えば図１２（ｂ）のようになり、図１２（ｃ）に示した点接触で支持する従来技術に比べて撓み量を低減する効果がある。
【００６６】
また、本実施形態に係るＳＲＣシャフトの溶接方法によれば、ワーク取付治具として回転中心部に十字状又は放射状の間隙部９を有するものを使用したことにより、通しダイヤフラムとフランジの交叉部を有するＳＲＣ柱の溶接に適用することができる。
【００６７】
図１３は通しダイヤフラム５５とフランジ材５６の交叉部が溶接継手５３となるＳＲＣ柱を示す斜視図である。ＳＲＣ柱はＳＲＣシャフトと仕口とで構成され、図１３のＳＲＣ柱は４つのＳＲＣシャフト５７と３つの仕口５８とで構成されている。ＳＲＣシャフト５７はその長さ方向に沿った中心部にウェブ材５９が十字状に交叉する部分を有するので、この部分をワーク取付治具の十字状間隙に挿入して固定することにより容易にセンタリングすることができ、溶接開始までの準備時間を短縮することができる。
【００６８】
なお、ＳＲＣシャフト以外の被溶接物として、例えばコラムコア、パイプコア等を溶接したい場合は、ポジショナの回転フレームからワーク取付治具を取り外し、ワークの外側面を回転フレームで直接クランプして溶接することができる。
【００６９】
図１４は、回転ポジショナの回転フレーム１０からＳＲＣシャフト用の取付治具８を外して他のワークとして直接コラムコア６０を取り付けた状態を示す図である。このように、ワーク取付治具を取り外してワークを直接回転フレームに取り付けて溶接することもできる。
【００７０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る溶接方法の変形例について説明する。図１５は被溶接材としてのＳＲＣシャフト（十字状柱）の断面を示す図である。図１５において、溶接継手は、各ウェブ材４１相互の接触線であり、例えば４箇所ある。この場合、溶接順序を少なくとも一部において隣接する継手が連続しないようにすること、例えば図１５（ａ）において、先ずウェブ材４１の交点である４７の図中上部の継手４３を溶接し（１）、その後、ワーク取付治具８を回転させて下部の継手４４を溶接し（２）、次いで図中、例えば左側の継手４５を溶接し（３）、最後に図中右側の継手４６を溶接する（４）。これによって溶接熱によるワーク４０の歪の影響を緩和することができる。
【００７１】
また上記複数の継手に対し、多層盛り溶接を施す場合は、上述したように継手４３、４４、４５及び４６の順に１パス溶接を施し、全ての継手に対して１パス目の溶接を施した後、継手４３、４４、４５及び４６の順に第２パスを施す（（５）、（６）、（７）、（８））。このように多層盛り溶接を施すことにより、上記と同様、溶接熱によるワークの歪荷よるワークの変形等の影響を緩和して正確な溶接をすることができる。
【００７２】
本実施形態において、継手の溶接順序は特に限定されるものではなく、溶接熱に起因するワークの熱歪を緩和できる順序であればよい。なお、１の継手に対して連続して多層盛り溶接を施した後、次の継手に対して連続して多層盛り溶接を施す方法では、図１５（ｂ）に示したように、溶接熱の影響によるワークの変形が大きくなり、歪を防止するために挿入した歪防止用バンドが破損することがあり、正確な溶接を行うことができなくなる。
【００７３】
本実施形態において、熱歪によるワークの変形を考慮し、溶接前にフランジ端部の間隔を検出し、先行する工程の溶接における溶接熱に起因する歪の有無を検出し、歪がある場合は、その歪を加味して前記トーチとフランジとの間隔が所定値以上であるか否かを判定するようにすることもできる。これによって、溶接トーチとワークとの干渉を確実に回避することができる。
【００７４】
図１６は、前工程における溶接の溶接熱に起因するワークの歪を求め、これを補正した後、次の溶接を行う溶接方法を示す説明図である。図１６において、先行する工程の溶接に起因してＳＲＣシャフトを構成する左上方のウェブ材４１が上方側に変位した場合、この変位量を例えばタッチセンシング等によって検出し、例えば変位量の１／２に相当する角度だけワーク取付治具８を図中左側に回転させることにより、溶接トーチ３３と左右両側のフランジ材４２端部との間隔が等しくなり、溶接トーチ３３とフランジ材４２との干渉を回避し易くなる。なお、ウェブ材４１の変形により、溶接トーチ３３とフランジ材４２との間に必要な間隙を確保できなくなったときは、自動溶接を中止し、次工程以降において手動溶接が施される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
ワークのセンタリングが容易で、ワークの中心部とワーク取付治具の中心部との偏心量の補正が容易な本発明のワーク取付治具及びこれを使用した溶接方法は、自動溶接の分野、特にＳＲＣシャフト及びＳＲＣ柱の溶接分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワーク取付治具の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るワーク取付治具の要部拡大平面図である。
【図３】ワーク取付治具のポジショナへの取付状態を示す説明図である。
【図４】ワーク取付治具におけるワーク固定方法を示す図である。
【図５】ワーク取付治具におけるワーク固定方法を示す図である。
【図６】ワーク取付治具におけるワーク固定方法を示す図である。
【図７】ワーク吊り上げ方向とワーク固定方法との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る溶接方法を示す図である。
【図９】ワーク取付治具の回転角度決定方法を示す説明図である。
【図１０】ワーク取付治具の回転角度決定方法を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるデータ入力画面を示す図である。
【図１２】ワーク取付治具の効果を示す図である。
【図１３】通しダイヤフラムとフランジの交叉部を有するＳＲＣ柱を示す斜視図である。
【図１４】ワーク取付治具を取り外し、コラムコアを直接取り付けたポジショナの回転フレームを示す図である。
【図１５】本発明における多重盛り溶接する場合の溶接順序を示す図である。
【図１６】本発明の溶接熱によるワークの歪を考慮した溶接方法を示す図である。
【図１７】従来技術を示す説明図である。
【図１８】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：面板
２：ブロック材
３：基部
４ａ〜４ｄ：突出片
５：押さえネジ（ネジ部材）
６：ネジ孔
８：ワーク取付治具
９：十字状間隙
１０：回転フレーム
１１：スリット状隙間
１２：固定部材
１３：水平ウェブ材
１４：垂直ウェブ材
２０：ワーク（ＳＲＣシャフト）
２３：水平ウェブ材
２４：垂直ウェブ材
２５：フランジ材
２６：長いウェブ材
２７：短いウェブ材
２８：吊り上げ方向を示す矢印
２９：ウェブ材
３１：ウェブ材
３２：フランジ材
３３：溶接トーチ
３５：回転の中心点
３６：ワーク中心点
４０：ワーク
４１：ウェブ材
４２：フランジ材
４３〜４６：継手
４７：ウェブ材の交点
５１：演算部
５２：判定部
５３：溶接継手
５５：通しダイヤフラム
５６：フランジ材
５７：ＳＲＣシャフト
５８：仕口
５９：ウェブ材
６０：コラムコア
１１０：枠体
１１１：回転フレーム
１１１ｂ：回転フレームの一部
１１２：ギヤ部
１１３：ピニオン
１１３ａ：駆動モータ
１１６：ワーク押しネジ
１１７：ワーク支持フレーム
１１８：ネジ
１２０：ハンドル
１２１Ａ、１２１Ｂ：ワーク押し板
１２２Ａ〜１２２Ｅ：拘束アダプタ
１２３Ａ〜１２３Ｅ：面板
１２４Ａ〜１２４Ｅ：ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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