(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された一対のガイドレールと、これら対を成すガイドレール上を往復走行自在に移動する門型走行台車と、この門型走行台車の横杆に配置された一対のハンドリングロボットを有する被溶接物の溶接装置であって、
前記ハンドリングロボットは、少なくとも前記横杆に沿って往復移動可能な横行部と、
この横行部を基点として旋回用軸に対して回動可能なベース部と、
このベース部の端部に設けられた鉛直方向に昇降可能な昇降部とから構成されており、
この昇降部は、
鉛直軸を中心として回動可能、かつ前記鉛直軸と同軸心の回動軸の下端に設けた水平軸を中心として上下方向の回動が可能である把持装置と、
鉛直方向に移動可能な溶接装置とを有し、
前記対をなすハンドリングロボットの横行部は、夫々横杆の一方側方又は他方側方に取付けられ、横杆に沿う移動が干渉されないように構成したことを特徴とする被溶接物の溶接装置。
【請求項２】
溶接装置は、先端部に溶接手段が装着された少なくとも５つの駆動軸を有する多関節ロボットであることを特徴とする請求項１に記載の被溶接物の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の船殻ブロックや橋梁の鈑桁等の製造に使用されるスチフナ等を溶接するための溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁の鈑桁を製造するために用いられるスチフナの自動溶接装置の一つに、特開平５−３１８１１９号で提案されたものがある。この装置は、鈑桁上に予め位置決めされたスチフナを鈑桁に対して自動的に仮付け溶接するもので、ガイドレール上を往復走行する門型走行台車に設置されたサイドビームを、門型走行台車の走行移動方向に対して傾斜した姿勢に保持可能なように水平揺動可能とし、このサイドビームに沿う駆動走行可能に走行キャリッジを配置し、この走行キャリッジに、溶接時、スチフナを固定するためのクランプ具と溶接トーチを昇降可能かつ垂直軸周りに回動可能に支持した構成である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、生産工程のさらなる効率化の要請から、スチフナの自動溶接においては、仮り置き場所から鈑桁等の母材上へのスチフナ搬送作業、加えて母材上の所定の取り付け位置へのスチフナ位置決め作業を自動化すること、さらには搬送作業から仮付け溶接までの一連の作業を自動化することが急務となっている。
【０００４】
しかしながら、これら作業の自動化を達成するために、上記した従来の構成を採用して、溶接装置のクランプ具にスチフナを把持させて搬送する場合には、以下のような問題が生じる。
【０００５】
▲１▼  母材に対するスチフナの位置決めを行なう場合には、ガイドレール方向の位置変更の際に門型走行台車全体を移動させる必要がある。微細な位置決めを行うには減速比を大きくする必要があるが、門型走行台車は迅速な搬送を実現するために減速比を小さくしているので、微細な位置決めが行えない。また、門型走行台車全体を移動させるためには多大な消費エネルギーが必要になる。
【０００６】
▲２▼  クランプ具は垂直軸に対して同一平面内における回動が可能であることから、スチフナは同一平面内ではガイドレール方向に対して任意の角度で位置決めが可能であるものの、この位置決め角度がサイドビームの揺動可能な角度を超えた場合には、自動溶接の際に、走行キャリッジの移動に加えて門型走行台車全体の移動も必要になるので、迅速な自動溶接が行なえず、かつ、必要とする消費エネルギーも多い。
【０００７】
▲３▼  クランプ具が一つであることから、被搬送物の中央部を把持して搬送することになるが、平板状の形状を有するスチフナの場合には、中央部を把持すると撓みが生じて位置決め精度や溶接精度に悪影響を及ぼすことになる。
【０００８】
▲４▼  曲がりブロック、例えば船殻のパネルブロックの場合には、母材に対してスチフナを垂直方向に１０°程度の角度を持った状態で取付ける必要があるが、上記した構成ではこのような要請に対応できない。
【０００９】
▲５▼  スチフナ同士をＴ字型に取付ける場合には、スチフナと母材間の溶接だけでなく、スチフナ間の立て向き溶接を行なう必要があるが、上記した構成ではこのような立て向き溶接には対応できない。
【００１０】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、迅速かつ正確なスチフナ等の長尺の部材（以下、「被溶接物」と言う。）の搬送から仮り付け溶接を行うことができる被溶接物の溶接装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る被溶接物の溶接装置は、平行に配置された一対のガイドレールと、これら対を成すガイドレール上を往復走行自在に移動する門型走行台車と、この門型走行台車の横杆に配置された一対のハンドリングロボットを有する被溶接物の溶接装置であって、前記ハンドリングロボットは、少なくとも前記横杆に沿って往復移動可能な横行部と、この横行部を基点として旋回用軸に対して回動可能なベース部と、このベース部の端部に設けられた鉛直方向に昇降可能な昇降部とから構成されており、この昇降部は、鉛直軸を中心として回動可能、かつ前記鉛直軸と同軸心の回動軸の下端に設けた水平軸を中心として上下方向の回動が可能である把持装置と、鉛直方向に移動可能な溶接装置とを有し、前記対をなすハンドリングロボットの横行部は、夫々横杆の一方側方又は他方側方に取付けられ、横杆に沿う移動が干渉されないように構成している。そして、このように構成した溶接装置を使用することで、迅速かつ正確な被溶接物の搬送、位置決め及び仮付け溶接を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る被溶接物の溶接装置は、平行に配置された一対のガイドレールと、これら対を成すガイドレール上を往復走行自在に移動する門型走行台車と、この門型走行台車の横杆に配置された一対のハンドリングロボットを有する被溶接物の溶接装置であって、前記ハンドリングロボットは、少なくとも前記横杆に沿って往復移動可能な横行部と、この横行部を基点として旋回用軸に対して回動可能なベース部と、このベース部の端部に設けられた鉛直方向に昇降可能な昇降部とから構成されており、この昇降部は、鉛直軸を中心として回動可能、かつ前記鉛直軸と同軸心の回動軸の下端に設けた水平軸を中心として上下方向の回動が可能である把持装置と、鉛直方向に移動可能な溶接装置とを有し、前記対をなすハンドリングロボットの横行部は、夫々横杆の一方側方又は他方側方に取付けられ、横杆に沿う移動が干渉されないように構成したものである。
【００１４】
上記した構成の本発明に係る被溶接物の溶接装置によれば、仮置きされた被溶接物を母材上に搬送した後、被溶接物を母材上に位置決めする際には、ハンドリングロボットの横行部を移動させ、把持装置を鉛直軸に対して回動させつつベース部を回動させることにより、門型走行台車を移動させることなく、被溶接物の位置決めを迅速に行えることになる。また、ハンドリングロボットを一対有することから、被溶接物の両端を把持して搬送、位置決めを行うことができ、被溶接物の撓みを防止できる。さらに、把持装置は水平軸を中心として上下方向の回動が行えることから、母材に対して鉛直方向に角度を有する状態で被溶接物を位置決めすることができる。
【００１６】
また、仮付け溶接においては、被溶接物の両端を把持装置で把持した状態で、被溶接物を母材に位置決めした後、被溶接物の一方の端部近傍を母材に隅肉溶接し、当該一方の端部近傍を把持装置で把持した状態で、他方の端部の把持を解除し、他方の端部に位置していたハンドリングロボットを一方の端部近傍に移動させ、その後、他方の端部に向けて順次適当な間隔で隅肉溶接を行なうことができる。また、溶接の際には、両方の把持装置で被溶接物を把持することができる。このようにすることで、被溶接物の撓みや位置ずれを防止して、迅速かつ正確に仮付け溶接を行うことができる。
【００１７】
上記した構成の本発明に係る被溶接物の溶接装置において、溶接装置を、先端部に溶接手段を装着した少なくとも５つの駆動軸を有する多関節ロボットとなせば、立て向き溶接は当然のこと、被溶接物の仮付け溶接で発生する縦横の任意の溶接部位にも対応することができるようになる。
【００１８】
また、上記した構成の本発明に係る被溶接物の溶接装置においては、初期把持状態を変化させることなく被溶接物を１８０°の範囲に亘って動作させることができるようになる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係る被溶接物の溶接装置を図１〜図１０に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る被溶接物の溶接装置における全体の概略基本構成を説明する斜視図、図２は図１の要部拡大図、図３はハンドリングロボットの横杆に沿って移動する横行部及びベース部の基端側の構成を説明する図、図４は本発明に係る被溶接物の溶接装置の使用状態の他の例を説明する図、図５は本発明に係る被溶接物の溶接装置の仮付け溶接時の動作を説明する図、図６及び図７は本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図、図８はハンドリングロボットの横行部の具体例を説明する図、図９及び図１０はハンドリングロボットの横行部の具体例を備えた本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図である。
【００２０】
図１〜図５において、１は本発明に係る被溶接物の溶接装置であり、母材２の両側部に平行に配置された一対のガイドレール３上を門型走行台車４が往復走行自在に移動するように配置されると共に、この門型走行台車４の横杆４ａに一対のハンドリングロボット５が設けられた構成である。
【００２１】
そして、前記ハンドリングロボット５は、例えばエンコーダ、ブレーキを備えたサーボモータ５ａから減速機５ｂを介して正逆回転される横行用駆動軸５ｃに一体的に取付けられて正逆回転するピニオン５ｄと、このピニオン５ｄに噛合するラック５ｅ（横杆４ａの上面に敷設）によって、前記横杆４ａの両側に各２本ずつ敷設された直動スライダー５ｆに案内されて前記横杆４ａに沿って往復移動が可能な例えば角筒状の横行部５ｇと、例えば前記と同様のサーボモータ５ｈ、減速機５ｉを介して駆動され、旋回用軸５ｊに対して基端側を支点として先端側が回動可能な所定の長さを有するベース部５ｋと、昇降用駆動軸５ｍによって駆動されるボールねじ機構により、前記ベース部５ｋの端部に設けられたガイド部材５ｎに沿って鉛直方向に昇降が可能な昇降部５ｏとから構成されている。
【００２２】
また、この昇降部５ｏには被溶接物６を把持するための把持装置５ｏａと、溶接装置として、例えば５軸を有する多関節の溶接ロボット５ｏｂを配置し、前記把持装置５ｏａは鉛直軸５ｏｃを中心として回動が可能なように取付けられると共に、この鉛直軸５ｏｃと同軸心の回動軸５ｏｄの下端に設けた水平軸５ｏｅを中心として上下方向の回動が可能なように取付けられている。
【００２３】
また、５ｏｆは把持装置５ｏａの近傍に取付けられた母材位置や溶接部位の測定手段であり、例えばＣＣＤカメラが取り付けられる。さらに、図示省略したが被溶接物位置の測定手段として例えばレーザ変位計が取り付けられている。
【００２４】
なお、本発明に係る溶接装置は、図示を省略したコントローラにより制御されるが、具体的には、母材２と被溶接物６の形状、被溶接物６の母材２上の取り付け位置等の情報を含むＣＡＤデータからＣＡＭシステムによって生成されたＮＣデータと前記測定手段等から得られた測定データ等によって制御される。
【００２５】
ところで、前記横行部５ｇは、被溶接物６を仮置き場所から受け取る際や、被溶接物６を位置決めする際に、ハンドリングロボット５の平行移動を可能とするものである。すなわち、位置決めの際には、被溶接物６をガイドレール３に対して垂直方向へ平行移動することが可能となる。また、２つの横行部５ｇの間隔を適宜変更することによって、被溶接物６の形状、スケールに対応した把持位置を得ることができる。特に、どのような長さの被溶接物６でも、その両端部を把持できることから、被溶接物６が例えばスチフナのような撓み易いものであっても、搬送や位置決め時における被溶接物６の撓みを防止することができる。
【００２６】
また、ベース部５ｋの回動動作、把持装置５ｏａの回動動作及び横行部５ｇの間隔変更動作を同調させて行なうことによって、図５に矢印で示すように、横行部５ｇの横杆４ａに沿う平行移動と組み合わせることにより、門型走行台車４を移動させることなく、任意の方向について、被溶接物６をガイドレール３に対して平行移動することが可能となる。
【００２７】
すなわち、図６（ａ）に示したような、ガイドレール３と垂直方向の平行移動に、図６（ｂ）に示すような、横行部５ｇの離反と、対をなすベース部５ｋと把持装置５ｏａが互に接近するような逆方向の両回動動作を同調させたり、或いは、図６（ｃ）に示すような、横行部５ｇに対して対をなすベース部５ｋと把持装置５ｏａの同方向への回動動作を同調させたりすることによって、被溶接物６を任意の方向に移動することが可能となる。
【００２８】
一方、対をなすベース部５ｋと把持装置５ｏａの両回動動作に、横行部５ｇの間隔変更動作を同調させることによって、被溶接物６を、図７（ａ）に示したガイドレール３と垂直の方向から、図７（ｂ）（ｃ）に示すような、ガイドレール３と水平の方向へと、±９０度の範囲で被溶接物６を角度調整することが可能となる。
【００２９】
また、昇降部５ｏは、被溶接物６を仮置き場所から受け取る際や、被溶接物６の仮付け溶接等の際に、把持装置５ｏａと溶接ロボット５ｏｂとを適切な高さに位置させるためのものである。把持装置５ｏａは、シリンダ装置を駆動させて一対の把持用部材５ｏａａの間隔を変更することにより把持・開放動作を行うハンド装置であり、溶接ロボット５ｏｂは、先端部に溶接トーチ５ｏｂａが装着された、例えば５軸の駆動軸を有する多関節ロボットである。
【００３０】
なお、少なくとも５軸の駆動軸がある溶接ロボット５ｏｂであれば、昇降部５ｏを固定した状態で溶接トーチ５ｏｂａ（ワイヤ）の位置、方向を自在に変更することができる（溶接トーチ５ｏｂａに平行な軸方向の回転動作は考慮しなくとも良いから、６軸ではなく５軸となる）。
【００３１】
次に、上記した構成の本発明に係る被溶接物の溶接装置１の動作について説明する。
【００３２】
先ず、コンベア上に母材２が配置された後、母材２上にマーキングされた複数の基準点（例えば前工程のＮＣ切断装置によって対角上に２点マーキングされている。）を本発明に係る被溶接物の溶接装置１の把持装置５ｏａの近傍に取付けたＣＣＤカメラ５ｏｆで認識し、実際の母材２の位置・方向とＮＣデータにおける母材の位置・方向とのずれを算出して、ＮＣデータを実際の作業に対応させるようにするための補正をコントローラが行なう。
【００３３】
次に、門型走行台車４を、ガイドレール３の間に設けられた被溶接物６の仮置き場所に移動させ、立設された被溶接物６の位置を図示省略した測定手段としてのレーザ変位計によって測定し、ハンドリングロボット５を適切に動作させることによって、被溶接物６の両端部を把持装置５ｏａで把持する。
【００３４】
次に、昇降部５ｏを上昇させ、把持装置５ｏａで被溶接物６の両端部を把持した状態で門型走行台車４を移動させることにより被溶接物６を母材２上の据え付け位置近傍まで搬送する。この搬送時、ガイドレール３方向に対しては、主に門型走行台車４によって移動するため、被溶接物６の高速搬送が可能である。
【００３５】
その後、前記した動作を行うことにより、対を成すハンドリングロボット５が精度良く被溶接物６を位置決めする。このとき、前記把持装置５ｏａに取付けたＣＣＤカメラ５ｏｆによって被溶接物６の配置場所にマーキングされたマーキング線（例えば前記基準点と同様にＮＣ切断機によって罫書き済み）を認識すること（センシング）で、非常に精度良く被溶接物６の位置決めを行なうことができる。すなわち、本発明に係る被溶接物の溶接装置１では、センシングにより詳細な位置決めを行なうことができる。
【００３６】
被溶接物６の両端を把持装置５ｏａで把持した状態で、上記したように被溶接物６を母材２に位置決めした後は、ＮＣデータに従って被溶接物６と母材２で形成される部位を溶接する。
【００３７】
この溶接は、図５に示すように、被溶接物６の両端を把持装置５ｏａで把持した状態で、被溶接物６を母材２に位置決めした後、被溶接物６の一方の端部近傍を母材２に隅肉溶接し、当該一方の端部近傍を把持装置５ｏａで把持した状態で、他方の端部の把持を解除し、他方の端部に位置させていたハンドリングロボット５を一方の端部近傍に移動させることによって行う。その後は他方の端部に向けて順次適当な間隔で同様に隅肉溶接を行なう。
【００３８】
以上の操作を、コンベア上に配置されている母材２に取付ける被溶接物６部材の仮付けを全て完了するまで繰り返す。
【００３９】
ところで、上記の図１〜図７に示した基本構成例では、把持装置５ｏａによって把持した被溶接物６の姿勢動作範囲は、図７を用いて説明したように、図７（ａ）の初期把持状態から、図７（ｂ）又は図７（ｃ）に示した±９０°の範囲に制限されるものの、初期把持状態は任意に選択が可能なため、実質的には被溶接物６を３６０°自在に動作できることになる。
【００４０】
すなわち、図１〜図７に示した基本構成例では、被溶接物６を３６０°自在に動作するためには、初期の把持状態を変化させなければならず、一旦把持した状態を基準とした場合には±９０°の範囲を超えて動作することはできない。
【００４１】
これに対し、ハンドリングロボット５の横杆４ａに沿う横行部５ｇの形状を、図１〜図５に示したような横杆４ａに外嵌される角筒状の横行部５ｇに代えて、図８に示すような、横杆４ａの一方の側方に取り付けた構成となした場合には、対をなすハンドリングロボット５の横行部５ｇを夫々横杆４ａの一方側方と他方側方に取り付け、横杆４ａに沿う移動が干渉されないように構成することで、図９（ａ）又は図１０（ａ）に示した初期把持状態から、図９（ｂ）（ｃ）又は図１０（ｂ）（ｃ）に示したように、被溶接物６を１８０°の範囲に亘って動作することができるようになって、よりガイドレール３に近い位置に被溶接物６を位置決めできるようになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一対のハンドリングロボットが共通の門型走行台車の横杆上を移動するのでコンパクトな構造を実現でき、かつ、把持する被溶接物の姿勢動作範囲を広くすることが可能になる。
【００４４】
また、門型走行台車を固定した状態でも被溶接物を３６０°の動作範囲に亘って自在にハンドリングできるので、被溶接物の搬送、位置決めに際しては、大まかな移動を門型走行台車で行なうことで迅速に、また、２台の把持装置で微調整することで正確に行なえるようになる。
【００４５】
そして、本発明では、上記した効果によって、正確な仮付け溶接が、どのような位置であっても、迅速に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る被溶接物の溶接装置における全体の概略基本構成を説明する斜視図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】ハンドリングロボットの横杆に沿って移動する横行部及びベース部の基端側の構成を説明する図で、（ａ）は横行部の断面図、（ｂ）は（ａ）の側面から見た図、（ｃ）はベース部の基端側の構成図である。
【図４】本発明に係る被溶接物の溶接装置の使用状態の他の例を説明する図である。
【図５】本発明に係る被溶接物の溶接装置の仮付け溶接時の動作を説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図である。
【図８】  ハンドリングロボットの横行部の具体例を説明する図である。
【図９】  （ａ）〜（ｃ）はハンドリングロボットの横行部の具体例を備えた本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はハンドリングロボットの横行部の他の例を備えた本発明に係る被溶接物の溶接装置の動作を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
１      被溶接物の溶接装置
２      母材
３      ガイドレール
４      門型走行台車
４ａ    横杆
５      ハンドリングロボット
５ｇ    横行部
５ｃ    横行用駆動軸
５ｋ    ベース部
５ｏ    昇降部
５ｏａ  把持装置
５ｏｂ  溶接ロボット
６      被溶接物
【図１】
0004060608.tif 000002
【図２】
0004060608.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004060608.tif 000006
【図６】
0004060608.tif 000007
【図７】
0004060608.tif 000008
【図８】
0004060608.tif 000009
【図９】
0004060608.tif 000010
【図１０】
0004060608.tif 000011