(57)【要約】【課題】  溶接終了後ワークである鉄骨柱をポジショナに搭載したままにしておいても鉄骨柱を変形させることがない鉄骨柱の自動溶接方法を提供する。【解決手段】  溶接ロボットによるワークの溶接が終了した後（ステップＳ１）、溶接後の総回転時間と回転速度に基づいてワークを回転させる回転回数を求める（ステップＳ２）。ワーク１回転当たりの複数の教示点を設定する（ステップＳ３）。求めたワークを回転させる回転回数に基づいて１の教示点と次の教示点間の移動時間及び移動回数を求め（ステップＳ４）、求めた移動時間及び移動回数を既存のロボット制御プログラムに設定する（ステップＳ５）。ロボットコントローラに実行プログラムを送信し（ステップＳ６）、ロボットをスタートさせる（ステップＳ７）。所定時間後にワークを支持するポジショナの回転を停止し（ステップＳ８）、ワークをポジショナから取り外す。【選択図】図４
2006136918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮止めされたワークをポジショナに固定し、前記ポジショナを所定回転数で回転させながら前記ワークの溶接継手を溶接ロボットにより自動溶接する鉄骨柱の自動溶接方法において、前記溶接継手の溶接が終了した後、前記ポジショナの回転を溶接時の回転数以下の回転数で所定時間継続することを特徴とする鉄骨柱の自動溶接方法。
【請求項２】
前記ポジショナにおけるワーク溶接時の回転数は、０．５ｒｐｍ以上であり、溶接終了後の回転数は、０．１乃至０．５ｒｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱の自動溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ロボットのロボット制御プログラムは隣接する教示点間の移動時間及びその移動回数を基に、ポジショナの回転を制御するものであり、前記ワークの１回転当たりに複数の教示点を設定し、所望の総回転時間及び回転速度に基づいて１の教示点と次の教示点との間の移動時間及び移動回数を求め、この移動時間及び移動回数を前記ロボット制御プログラムに設定して前記ポジショナの前記溶接終了後の回転を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄骨柱の自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークとしての鉄骨柱の変形を防止することができる鉄骨柱の自動溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用鉄骨柱としては、例えばコラム柱、パイプ柱、連結コラムコア等が挙げられる。このような建築鉄骨柱の自動溶接方法に関する従来技術として例えば特開平６−２８５６３７号公報（特許文献１）及び特開２０００−７９４７１号公報（特許文献２）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、予め標準的な形状、寸法を有する第１のコラムコアについて溶接ロボットの動作をティーチングして第１のデータとして制御手段に入力し、次に、実際に溶接の対象となる連結コラムコアに関する第２のデータを前記制御手段に入力し、前記第１のデータを第２のデータに基づいて変更して計測用の第１ジョブを作成し、この第１ジョブに基づいて実際に溶接する連結コラムコアの位置、形状及び寸法のうち少なくとも１つを計測し、この計測結果に基づいて溶接ロボットに連結コラムコアを溶接させるための第２のジョブを作成し、この第２ジョブに基づいて連結コラムコアを溶接する自動溶接制御方法が開示されている。この方法によれば、長時間溶接の場合でも高い溶接品質を維持することができるということである（特許文献１、特許請求の範囲、段落００１６）。
【０００４】
一方、特許文献２には、複数の溶接線を有するワークに対して、夫々複数層の溶接を行うに際し、先ず、各溶接線の初層溶接を順次行って一旦停止させ、初層溶接状態を確認した後、溶接を再スタートして各溶接線に残りの溶接層を順次溶接する自動溶接方法が開示されている。この自動溶接方法によれば、溶接欠陥に起因して途中停止される危険率の高い初層を、各溶接線Ｌ１乃至Ｌｎについて優先的に施工し、これら初層に欠陥がないことを一括して確認した後、各溶接線Ｌ１乃至Ｌｎについて残りの中間層及び仕上げ層の溶接を順次施工するようにしたので、自動無人運転による途中停止の発生頻度を大幅に減少させることができるということである（特許文献２、特許請求の範囲、段落００１４等）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８５６３７号公報
【特許文献２】特開２０００−７９４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術は溶接対象であるワークの変形を防止するための工夫がなされておらず、溶接後、ワークをポジショナに搭載したままで長時間放置せざるをえない場合にワークが重力によって変形するという問題点がある。特に昼間自動溶接運転を開始し、無人となる夜間に自動溶接運転が終了する場合、次の日の朝までワークをポジショナに搭載したままの状態で放置することになり、その間に鉄骨柱が変形するという問題が発生している。
【０００７】
鉄骨柱はサイズによっては長い溶接時間が必要となり、定時時間内に溶接が終了しないで残業となり、溶接終了が深夜に及ぶことがある。このような場合、オペレータが不在であることが多く、溶接が終了したワークをすぐにポジショナから取り外すことができない。従って、次の日の朝までそのままの状態で放置され、この間に重力に起因して鉄骨柱が撓み、変形が発生するという問題点がある。
【０００８】
図９（ａ）及び（ｂ）は、溶接終了後ポジショナに搭載されたまま長時間放置された鉄骨柱における変形状態を示す説明図である。図９（ａ）及び（ｂ）において、ワークである鉄骨柱８１はその長手方向に所定間隔を隔てた２箇所でポジショナ８２によって支持されている。図９（ａ）において、ポジショナ８２の相互間の梁部材８３部分、ポジショナ８２相互間ではなく、ポジショナ８２の外側の梁部材８３部分及び鉄骨柱の先端部８４において大きな重力が作用し、図中破線で示したように撓み又は変形が発生する。
【０００９】
また、図８（ｂ）においても、仕口部分に梁部材は取り付けられていないが、ポジショナ８２相互間の溶接継手８５部分、ポジショナ８２相互間でななく、ポジショナ８２の外側の継手８５部分及び鉄骨柱の先端部８４に大きな重力が作用し、図中破線で示したように撓み又は変形が発生する。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接終了後ワークである鉄骨柱をポジショナに搭載したままにしておいても鉄骨柱を変形させることがない鉄骨柱の自動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】
【００１１】
本発明に係る鉄骨柱の自動溶接方法は、仮止めされたワークをポジショナに固定し、前記ポジショナを所定回転数で回転させながら前記ワークの溶接継手を溶接ロボットにより自動溶接する鉄骨柱の自動溶接方法において、前記溶接継手の溶接が終了した後、前記ポジショナの回転を溶接時の回転数以下の回転数で所定時間継続することを特徴とする。
【００１２】
この場合において、例えば前記ポジショナにおけるワーク溶接時の回転数は、０．５ｒｐｍ以上であり、溶接終了後の回転数は、０．１乃至０．５ｒｐｍであることが好ましい。
【００１３】
また、この場合において、前記溶接ロボットのロボット制御プログラムは隣接する教示点間の移動時間及びその移動回数を基に、ポジショナの回転を制御するものであり、前記ワークの１回転当たりに複数の教示点を設定し、所望の総回転時間及び回転速度に基づいて１の教示点と次の教示点との間の移動時間及び移動回数を求め、この移動時間及び移動回数を前記ロボット制御プログラムに設定して前記ポジショナの前記溶接終了後の回転を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鉄骨柱の自動溶接方法によれば、溶接終了後もポジショナに搭載したワークを所定の回転数で回転させることにより、ワークである鉄骨柱に対し重力が常に同一方向に作用することを回避することができるので、鉄骨柱の重力による変形を防止することができる。
【００１５】
この場合に、前記ポジショナにおけるワーク溶接時の回転数を、０．５ｒｐｍ以上とし、溶接終了後の回転数を、０．１乃至０．５ｒｐｍとすれば、ポジショナに対する負荷及び電力消費量を必要最小限に抑えて鉄骨柱の変形を防止することができる。
【００１６】
また、溶接ロボットのロボット制御プログラムが隣接する教示点間の移動時間及びその移動回数を基に、ポジショナの回転を制御するものである場合には、撓みを防止するための所望の総回転時間及び回転速度に基づいて１の教示点と次の教示点との間の移動時間及び移動回数を求め、この移動時間及び移動回数を前記ロボット制御プログラムに設定して前記ポジショナの前記溶接終了後の回転を制御すれば、既存の制御プログラムを利用してそのまま、本発明を適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係る溶接ロボット制御方法に使用する制御装置を示すブロック図、図２は２アーク自動溶接装置を示す説明図、図３は溶接により組み立てようとするブラケット方式の鉄骨コラム柱を示す斜視図である。
【００１８】
図１において、ポジショナ１、溶接ロボット２及び溶接電源３が制御装置４により制御される。制御装置４にはポジショナ制御部５が設けられており、ポジショナ制御部５によってワークを搭載したポジショナの回転速度及び回転時間等が制御される。また、制御装置４にはロボット本体制御部６、ロボット動作演算部７及び教示プログラム記憶部８が設けられており、教示プログラム記憶部７に記憶された教示プログラムに基づいてロボット動作演算部で溶接対象となるワークの実行プログラムを作成し、この実行プログラムに基づいてロボット本体制御部６によって溶接ロボットが制御される。
【００１９】
制御装置４には溶接電源制御部９、一次記憶部１０、演算部１１、記憶部１２及び入力装置１３が設けられている。オペレータは入力装置１３を介して溶接終了後にワークの回転を継続させる場合の条件として回転時間及び回転速度を入力する。記憶部１２は入力された回転時間及び回転速度を記憶する。
【００２０】
演算部１１は、記憶部１２に記憶された入力データに基づいてワークの回転数及び後述する教示点間の移動時間を演算し、その信号を教示プログラム記憶部８に入力して記憶させる。一次記憶部１０は演算部１１によって演算された演算結果を記憶する。溶接電源制御部９はポジショナ１、溶接ロボット２及び各制御部に必要な電源を供給する。
【００２１】
溶接ロボット２は、例えば、６軸の垂直多関節型のもので、先端アームの手首部先端に溶接トーチが設けられている。この溶接ロボットは、教示ペンダントである教示作業入力装置による教示作業に基づく動作と、その教示作業によって作成された教示プログラム実行データに基づく動作とを行う。
【００２２】
ポジショナ１は、例えば、鉄骨柱であるワークの２箇所を支持する両持１軸のものである。ポジショナ１の支持駆動部材にはワークを保持するワーククランプ部があり、このワーククランプ部によってワークが保持される。ポジショナ１はロボット制御装置からの指令により、ロボット本体に対してワークが適性な溶接姿勢となるように前記ワークを回転駆動させる。
【００２３】
図２において、ロボット溶接装置には、２基（１対）のポジショナ３１、３２と、２基の溶接ロボット３３、３４が設けられている。ポジショナ３１と３２との間に溶接ロボット３３が配置され、溶接ロボット３４は、ポジショナ３２を挟んで溶接ロボット３３と対向する位置に配置されている。
【００２４】
溶接ロボット３３、３４は、夫々レール５０上を走行する移動台車３５に搭載されており、各台車３５上には、溶接ワイヤの貯留容器３７と電源装置４２とが設けられている。台車３５のレール５０に直交する方向の一端部には、夫々アーム４０及び４１が設置されている。アーム４０の先端部にはトーチ３８が設けられており、ワイヤ貯留容器３７内にコイル状に巻回されて貯留された溶接ワイヤ３９が巻き解かれてコンジットチューブ３６を介してトーチ３８に供給され、トーチ３８を通過して溶接部に供給される。溶接電源装置４２はケーブル４３によりトーチ３８に接続されており、トーチ３８を介して溶接ワイヤ３９に溶接電力を供給するようになっている。
【００２５】
ポジショナ３１、３２は、台４４に対して回転部４５が回転可能に設置されている。この回転部４５は中央部が矩形に切り欠かれた形状を有し、この中央切欠部には、少なくとも１対の対向する辺に、ワークを固定する固定具４６が設けられている。
【００２６】
図３はワークである鉄骨コラム柱を示す斜視図である。図３において、鉄骨コラム柱５１は予め仮溶接して組み立てられている。このような鉄骨コラム柱５１を固定具４６により、ポジショナの回転部４５に固定する（図２参照）。１対のポジショナ３１、３２は鉄骨コラム柱５１の長手方向に見てその切欠部が整合する（重なる）位置に設けられており、各ポジショナ３１、３２により鉄骨コラム柱５１を挟持したときには、各コラム５３の中心軸が一致するように、固定具４６が調節される。
【００２７】
鉄骨コラム柱５１のコラム５３をポジショナ３１、３２により２箇所で挟持して支持し、コラム５３の端面とコラムコア５４のダイヤフラム５５との間の４つの溶接線５２を溶接する。この場合に、コラム５３の端部（又は横断面）は、４辺の直線部と、４個のコーナ部とから構成され、このコーナ部は、適宜の半径で湾曲している。従って、コラム５３の端部とダイヤフラム５５の表面との間の溶接線５２は、このコラム５３の端部の外縁に沿って、４辺の直線部と４個のコーナ部とから構成されるものとなる。
【００２８】
図３において、溶接対象である鉄骨コラム柱５１はコラムコア５４のコラム部の４側面に仕口を溶接接合し、コラム５３をコラムコア５４のダイヤフラム５５に垂直に溶接接合することによって組み立てられる。従って、コラム５３とコラムコア５４のダイヤフラム５５との接合線が溶接線となり、この溶接線が、例えば１２パスの多重盛溶接される。この鉄骨コラム柱５１の溶接継手は６箇所あり、例えば１２パスの多層盛り溶接を行う場合、全溶接時間は約１２時間になる。
【００２９】
以下、上述の如く構成された本実施形態のロボット溶接装置によって多層盛り溶接を行い、溶接終了後ワークの回転を継続する場合の動作について説明する。図４は本発明に係る鉄骨柱の自動溶接方法の動作フロー図である。溶接ロボット２によるワークの溶接が終了すると（ステップＳ１）、予めオペレータにより制御装置４の設定部としての入力装置１３を介して入力された溶接終了後にワーク回転を行うかどうかの指示と、ワークの総回転時間及び回転速度の設定値からワークを回転させる回数を求める（ステップＳ２）。
【００３０】
次いで、図５に示したようにワーク１回転当たり例えば４点（９０度毎）の教示点６１乃至６４を設定する（ステップＳ３）。図５は、ワーク回転のためのロボット実行プログラムを示す説明図である。図５において、ワークとしての鉄骨コラム柱５１はポジショナ１の回転中心６０を回転軸として反時計方向に回転する。ワーク１回転当たりに４点の教示点６１乃至６４が回転角度９０度間隔に設定されている。
【００３１】
次に、ワークの総回転時間及び回転速度から求めたワークの回転回数に基づいて各教示点相互間の移動時間及び移動回数を求める（ステップＳ４）。即ち、教示点６１と教示点６２との間の移動時間及び移動回数、教示点６２と教示点６３との間の移動時間及び移動回数、教示点６３と教示点６４との間の移動時間及び移動回数並びに教示点６４と教示点６１との間の移動時間及び移動回数を求める。教示点相互間の移動時間及び移動回数を求めた後、求めた移動時間及び移動回数を既存のロボット実行プログラムに設定する（ステップＳ５）。
【００３２】
次に、ロボットコントローラにロボット実行プログラムを送信し（ステップＳ６）、ロボットをスタートさせる（ステップＳ７）。このようにして溶接終了後、所定時間、例えば夜間に溶接が終了した後、次の日の朝オペレータが勤務に入る迄の時間、所定の条件でポジショナがワークを伴って回転する。オペレータはポジショナの回転が終了したことを確認した後、又は次の作業日の朝になってもポジショナが回転している場合はポジショナの回転を停止した後、ワークである鉄骨柱５１をポジショナ１から外して、次の工程に供する（ステップＳ８）。
【００３３】
本実施形態によれば、溶接終了後も予め設定した総回転時間及び回転速度に基づいてワークである鉄骨コラム柱５１を所定時間回転させておくので、鉄骨柱に対して重力が常に一定の方向に作用することはなく、鉄骨柱に撓み又は変形が生じることを防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態において、溶接終了後のワークの回転数を、溶接時のワークの回転数以下の回転数、例えば０．１乃至０．５ｒｐｍと設定すれば、ワーク及びポジショナに対する負荷を小さく抑えて鉄骨コラム柱５１の変形を回避することができる。
【００３５】
上記実施形態において、ワークとしてブラケット方式の鉄骨コラム柱５１を使用した場合について説明したが、本発明の鉄骨柱の自動溶接方法において、ワークの種類は、特に限定されるものではなく、図６乃至図８に夫々記載されたノンブラケット方式の鉄骨コラム柱５７（図６）、鉄骨丸パイプ柱５８（図７）及び鉄骨ＳＲＣ柱５９（図８）その他の鉄骨柱等に適用することができる。
【００３６】
図６に示したノンブラケット方式の鉄骨コラム柱において、溶接継手は１２箇所であり、各溶接継手に対して１２パスの多層盛り溶接を施す場合、全溶接時間は図３のブラケット方式の鉄骨コラム柱の約２倍の２４時間程度になる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、２基の溶接ロボットを使用しているが、本発明はこれに限定されず、溶接ロボットは１基でも３基でも、それ以外でもよい。この場合、溶接ロボットの数に対応して図１のポジショナ１、溶接電源３及び制御装置４等の台数が設定される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
溶接終了後の鉄骨柱の重力による変形を有効に防止することができる本発明の鉄骨柱の自動溶接方法は、ロボットを使用した自動溶接の分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る鉄骨柱の自動溶接方法に使用する装置を示すブロック図である。
【図２】自動溶接装置を示す図である。
【図３】ワークとしての鉄骨コラム柱を示す斜視図である。
【図４】鉄骨柱の変形防止方法の動作説明図である。
【図５】ワーク回転のためのロボット実行プログラムを示す図である。
【図６】ワークとしての他の鉄骨コラム柱を示す斜視図である。
【図７】ワークとしての他の鉄骨コラム柱を示す斜視図である。
【図８】ワークとしての他の鉄骨コラム柱を示す斜視図である。
【図９】従来技術の問題点を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ポジショナ
２：溶接ロボット
３：溶接電源
４：制御装置
５：ポジショナ制御部
６：ロボット本体制御部
７：ロボット動作演算部
８：教示プログラム記憶部
９：溶接電源制御部
１０：一次記憶部
１１：回転回数、教示点間移動時間演算部
１２：回転時間、回転速度記憶部
１３：入力装置
３１、３２：ポジショナ
３３、３４：溶接ロボット
３５：台車
３６：コンジェットチューブ
３７：溶接ワイヤ貯留容器
３８：トーチ
３９：溶接ワイヤ
４０、４１：アーム
４２：電源装置
４３：ケーブル
４５：回転部
５０：レール
５１：ブラケット方式の鉄骨コラム柱
５２：溶接線
５３：コラム
５４：コラムコア
５５：ダイヤフラム
５７：ノンブラケット方式の鉄骨コラム柱
５８：鉄骨丸パイプ柱
５９：鉄骨ＳＲＣ柱
６０：ポジショナの回転の中心
６１〜６４：教示点
８１：鉄骨柱
８２：ポジショナ
８３：梁部材
８４：先端部
８５：溶接継手
【図１】
2006136918.tif 000003
【図２】
2006136918.tif 000004
【図３】
2006136918.tif 000005
【図４】
2006136918.tif 000006
【図５】
2006136918.tif 000007
【図６】
2006136918.tif 000008
【図７】
2006136918.tif 000009
【図８】
2006136918.tif 000010
【図９】
2006136918.tif 000011