フジタ技術研究報告㻌
第 㻡㻤 号㻌 㻌 㻞㻜㻞㻞 年㻌

鋼管柱の現場溶接継手を対象としたロボット溶接システムの施工検証
田原㻌 健一㻌 㻌

佐々木㻌 聡㻌 㻌山本㻌 新吾㻌 㻌㻖㻞

米山㻌 真一朗㻌 㻖㻝㻌相馬㻌 祐樹㻌㻌㻌㻌㻌㻌平松㻌 剛㻌 㻌 㻌森㻌 貴久㻌 㻖㻞㻌㻌大附㻌 和敬㻌 㻖㻞㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌㻌概㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 要㻌
建設業界において技能労働者不足への対応が課題となってきている。工事現場の溶接工も同様に技能者が減少傾向にあり、ロボットによる課題解決の試みが建設業界において多くなされている。㻌
筆者らは鋼管柱継手の工事現場溶接を対象としたロボット溶接システムの開発を行っている。これまでに部分試験体を用いて室内でのロボット溶接施工試験を行い、所定の溶接品質が確保できることを確認した。本報ではロボット溶接システムを現場適用した結果を報告する。現場においてロボット溶接が従来の半自動溶接と異なる点は、ロボットを搭載した専用台車の搬入・水平搬送、溶接対象柱へのロボットの設置作業、溶接狙い位置修正のための教示作業等が発生することである。
一方で、㻝 つの柱継手に対し 㻞 台のロボットが同時に溶接をすることで、溶接時間の短縮が期待できる。㻝 日当たりの溶接量を従来の半自動溶接と比べた場合、柱継手 㻝 つの溶接量が大きいほど、ロボット溶接システムで実施できる溶接量も大きくなると考えられる。㻌

Construction Verification of On-Site Robot Welding System for Square Steel Column Joint
Abstract

In the construction industry, dealing with the shortage of skilled workers has become a problem.
Welders are also known to be on the decline, and many trials are being conducted in the constructionindustry to solve the problems with robots.
The authors are developing a robot welding system for on-site welding of rectangular steel tube
column joints. It has been confirmed that a robot welding test can be performed using a test piece toensure the specified welding quality. This paper reports the results of field application of the robot
welding system. At the construction site, robot welding is different from semi-automatic arc welding,and several operations occur. It is necessary to bring in and horizontally transfer the robot cart, install
the robot on the column to be welded, and provide instruction to adjust the welding target position. On
the other hand, it can be expected that the arc time will be shortened by two robots welding one column
joint at the same time. Comparing the robot welding amount with conventional semi-automatic arc
welding, it is considered that the larger the welding amount of one column joint, the larger the welding
amount capability of the robot welding system.

キーワード：

鉄 骨 工 事 、 溶 接 、 角 形 鋼 管 柱 、㻌㻌㻌㻖㻝㻌 東日本支社㻌
㻖㻞㻌 大和ハウス工業株式会社㻌

自動化、ロボット、生産性㻌

−43−フジタ技術研究報告 第 㻡㻤 号

§１．㻌 はじめに㻌う場合、台車の搬送経路に作業床の養生が必要となるため、
表 1 に示す 3 種類の養生方法と搬送性を比較した。

鋼管柱の現場溶接継手にロボット溶接を適用した場合普通合板により養生を行った場合、たわみにより台車のの作業時間や生産性について幾つかの報告 㻝㻘㻞㻕がある。㻌

搬送に支障がでる場合があり、耐久性も他の方法と比べて本報では、筆者らが開発中 㻟㼪㻡㻕の冷間成形角形鋼管柱劣った。の現場継手の溶接を対象としたロボット溶接システムについて、㻤 現場で適用した分析結果を報告する。㻌

敷網に型枠用合板を重ねた場合、台車の荷重によるた本システムは、図 㻝 に示すように、溶接の対象となる柱わみはごく小さく、搬送への影響はなかった。

を挟んで平行に設置したレール上を走行するキャリッジの写真 1 に示すポリエチレン製敷板の場合、鉄筋トラス付き上に、溶接トーチを取り付けた汎用の小型 㻢 軸垂直多関デッキのように敷板の支持スパンが大きい（200 mm）場合で節型ロボット 㻞 台を設置したものである。工事現場においもたわみは殆どなく、搬送性は良好であった。ただ、敷板のては図 㻞 のような手順により順次溶接作業を行う。

自重が大きく（39 kgf）設置に時間や労力を要した。
次に、水平搬送の距離が比較的長い 2 つの現場で搬送§２．㻌 作業時間㻌に要した時間を表 2 に示す。コンクリートスラブの現場 A では作業場所への搬送に 10 分程度、鉄筋トラス付きデッキ上㻞㻚㻝㻌 搬入・水平搬送㻌にポリエチレン製敷板を敷設した写真 1 の現場 B では敷板

機器は専用の台車に積載し、搬入後クレーン等により揚の敷設に 2 時間程度、搬送に 90 分程度を要した。台車数

重し、手押しにより水平搬送した。コンクリート打設前のデッや距離の違いを考慮しても、搬送経路がコンクリートスラブキ床（合成デッキ、鉄筋トラス付きデッキ）の状態で溶接を行である方が大幅に作業時間は短かった。

(a)システム組立方法(b)システム組立後
図 㻝㻌 システム概要と組立㻌

図 㻞㻌 作業手順

−44−－2－分
解搬
出㻌

柱継手の個所数を繰返し㻌溶
接㻌

教示
一部㻕㻌㻌
㻌

㻌

ピ エー レス ク
切 シ
ョ
断 ン

㻌

溶
接
㻌

教示
㻌

㻌

設
置・
配線

㻔

搬入

鋼管柱の現場溶接継手を対象としたロボット溶接システムの施工検証

表 㻝㻌 作業床ごとの搬送性の比較㻌
床㻌

合成デッキ㻌

養生㻌

普通合板㻌

鉄筋トラス付きデッキ㻌 鉄筋トラス付きデッキ㻌
敷網＋㻌
型枠用合板㻌

ポリエチレン製敷板㻌

搬送性㻌 搬送に支障㻌

良好㻌

良好㻌

利点㻌

軽量㻌

軽量㻌

剛性が高い㻌

欠点㻌

剛性が低い㻌

敷設手間が多い㻌

敷板の自重が大きい㻌

㻌

㻌
㻌

㻌
写真 㻞㻌 設置作業㻌
㻌

チップゲージ㻌
写真 㻝㻌 現場 㻮 での水平搬送の状況㻌

㻌
㻔㼍㻕
㻌

表 㻞㻌 運搬作業時間㻌
現場 㻭㻌現場 㻮㻌作業床㻌

コンクリート㻌スラブ㻌

鉄筋トラス付きデッキ㻌＋㻌
ポリエチレン製敷板㻌

台車台数㻌

㻤 台㻌

㻝㻝 台㻌

作業人数㻌

㻟 名㻌

㻡 名㻌

床養生時間㻌
（実時間）㻌

―㻌

約 㻝㻞㻜 分㻌㻌搬送時間㻌
（実時間）㻌

タッチセンシング㻌㻌約 㻝㻜 分㻌㻔㼎㻕

約 㻥㻜 分㻌

目視による位置修正㻌

㻌

写真 㻟㻌 狙い位置の補正㻌㻌㻌㻞㻚㻟㻌 教示（狙い位置の調整）㻌
㻞㻚㻞㻌 設置㻌

架台の設置位置には誤差が生じ、試験室内のモックア

レールを載せる架台は図 㻝 に示すように 㻟 種 㻢 個の部

ップで作成したプログラムではロボットが開先の適正な位品に分かれており、柱に予め溶接接合した取付金物にア置を指すとは限らず、狙い位置の修正が必要となる。タッングル等の接続治具を取り付け、桁材及び写真 㻞 のようチセンシングによる自動位置調整及び写真 㻟㻔㼎㻕のようななレールと一体化されたレール受け梁を組み付けた。自目視による教示での調整の 㻞 種類を比較した。㻌

重が大きいため、固定度を確保できるよう各部はボルト接タッチセンシングには、溶接トーチに写真 㻟㻔㼍㻕に示すチッ合とした。部品の重量は最大のものでレール受け梁の 㻢㻜㻌プゲージ（先端が鋭利なダミーのチップ）を取り付けたも㼗㼓㼒 であり、㻞 名で運搬した。締結や調整方法の工夫を行のを用いた。タッチセンシングのプログラム動作と補正結った上で、作業に慣れた結果、設置から配線完了までに果の確認、誤差が大きい箇所の手動修正を含め 㻝 セット

要した時間は 㻞 名で 㻢㻜 分程度であった。

で 㻠㻡 分程度を要した。
−45−－3－

フジタ技術研究報告 第 㻡㻤 号㻌
目視による教示での位置調整とは、予めモックアップ試験体を用いて作成したプログラムとの誤差を微調整する教示作業を意味する。教示作業の習熟の結果、所要時間は 㻠㻡 分程度となった。㻌
なお、エレクションピース（以下、㻱㻼）の切断前は、㻌 㻱㻼との衝突を避けるため図 㻟㻔㼍㻕に示すようにトーチを前進又は後退に適宜角度を変えて溶接を行うが、㻱㻼 切断後は
図 㻟㻔㼎㻕に示すように一定のトーチ角度で溶接する。切断

㻌後のロボット姿勢については、トーチを一定角度に変更

写真 㻠㻌 溶接㻌する部位において改めて教示を行った。同時に、全体的㻌な動作確認等を行った。㻌
㻞㻚㻠㻌 溶接㻌
溶接は写真 㻠 に示すように対向配置された 㻞 台のロボットによる同時溶接であり、電流、電圧及び運棒速度は半自動溶接の場合と同等である。そのため、溶接に要する時間は溶接工 㻝 人が半自動溶接で施工する場合の半分程度の時間となる。㻌
㻌(a)㻞㻚㻡㻌 その他の作業㻌

切断前（㻱㻼 前後で衝突回避動作）㻌

その他の作業として、写真 㻡 に示すような溶接欠陥防止のための風養生、作業中断後の風雨養生、作業床の養生等の作業が発生した。風養生は従来の半自動溶接でも必要であり、一般的には簡易な衝立等を用いて、溶接作業部位を局所的に養生している。しかし、ロボット溶接の場合は、ロボット動作を妨げるため局所的な風養生が困難である。特に超高層建物など風が強い現場の場
合、図 㻝㻔㼎㻕に示すシステム全体を養生する必要があるた㻌

(b)

切断後（トーチ角度一定）㻌

め、養生作業に 㻞 時間から 㻟 時間程度を要した。㻌

§３．㻌 生産性の分析㻌

図 㻟㻌㻱㻼 の切断前後のトーチ角度㻌
表 㻟、図 㻠 に運用を想定した 㻞 現場（現場 㻮、㻯）、㻝㻝 箇所の柱継手について作業時間の実績を、表 㻠 に溶接条件を示す。溶接材料は 㼅㻳㼃㻝㻤 径 㻝㻚㻞㼙㼙 とした。開先角度は 㻟㻡 度、ルート間隔は 㻡～㻥㼙㼙 の範囲内にあることを施工前に確認した。狙い位置の修正は目視による教示により行い、教示時間は設置時の教示と 㻱㻼 切断後の教示の合計時間を示している。設置作業に要する時間は、現場 㻮 は平均 㻣㻡 分、現場 㻯 は平均 㻝㻝㻞 分で、現場状況の違いが影響した。教示に要する時間は作業者の技能や㻌修正作業量が柱ごとに異なる影響でバラツキはあるが、両現場での平均値は 㻝㻜㻠 分と 㻝㻜㻣 分であり同等といえる。

写真 㻡㻌 風養生㻌

溶接時間は対象となった柱継手の溶接量の違いにより大−46−－4－

鋼管柱の現場溶接継手を対象としたロボット溶接システムの施工検証§４．㻌 まとめ㻌

きく異なり、現場 㻮 は平均 㻥㻞 分、現場 㻯 は平均 㻝㻡㻤 分となった。㻌
表 㻟 には柱継手 㻝 つ当たりに要した作業時間と溶接長かロボット溶接システムを工事現場で試験適用した結果、ら、㻝 日当たりに換算した溶接長も併記している。このとき、以下の知見が得られた。㻌

溶接長は脚長 㻢㼙㼙 の隅肉溶接に換算して算出し、㻝 日㻝㻕 大幅な時間短縮を図る場合、溶接ロボット機器の搬送の作業時間は 㻠㻞㻜 分として計算した。図 㻡 は柱継手１つを考慮し、スラブ打設後に柱継手の溶接を行う工程が当たりの溶接長と、㻝 日当たりに換算した溶接長の関係を望ましい。㻌

示す。㻝 日当たりに換算した溶接長の現場ごとの平均値

㻞㻕 タッチセンシングと習熟したオペレータによる目視のは、現場 㻮 が 㻢㻝㻚㻤㼙、現場 㻯 が 㻣㻝㻚㻜㼙 であり、柱継手 㻝位置修正の作業時間は同等であった。㻌

つ当たりの溶接量が大きいほど 㻝 日当たりの溶接量も大3) ロボット溶接を導入した場合、半自動溶接と比べて 㻞きくなっている。比較のため、溶接工 㻝 人による半自動溶台同時溶接による時間の短縮と設置等に要する時間

接の 㻝 日当たり溶接長を 㻤㻜㻌 㼙 とし、図 㻡 中に破線で示が相殺され、ロボット溶接の方がより多く溶接できる可す。今回の例においてはロボット溶接に比べて半自動溶能性があると考えられる。

接の方が 㻝 日当たりの溶接長が多くなる結果となった。これは、ロボット溶接では半自動溶接には発生しない設置及び教示に時間を要することが原因である。しかし、柱継

手 㻝 つ当たりの溶接量が大きい（断面が大きい）ほど、㻞 台

表 㻠㻌 溶接条件㻌

同時溶接による溶接時間の削減により設置や教示に要する時間を相殺することが可能になる。また、設置や教示作業は今後の習熟による時間短縮も期待できる。そのた板厚㻌
パス数㻌 層数㻌㼇㼙㼙㼉㻌電流㻌㼇㻭㼉㻌

電圧㻌㼇㼂㼉㻌

溶接速度㻌
㼇㼏㼙㻛㼙㼕㼚㼉㻌

め、今回の検証よりも大きい断面の柱であれば、㻝 日当た㻞㻞㻌㻞㻟㻜～㻌㻞㻣㻜㻌

㻞㻢～㻌
㻟㻝㻌

㻟㻜～㻌
㻢㻜㻌

りの溶接量はロボットの方が多くできる可能性があると考㻞㻡㻌㻝㻢㻌㻡㻌㻌

えられる。㻌
㻌㻌

表 㻟㻌 現場作業時間の実績㻌
㻌㻌

現場名㻌

㻮㻌

断面㻌

溶接長㻌㼇㼙㼉㻌□㻙㻢㻡㻜㼤㻢㻡㻜㼤㻞㻞㻌設置㻌

㻠㻞㻚㻢㻌 㻌㻣㻜㻌〃㻌〃㻌〃㻌

㻝 日換算
溶接長㻌
㼇㼙㼉㻌溶接㻌㻱㻼 切断㻌

合計㻌㻝㻜㻡㻌㻝㻜㻡㻌㻞㻜㻌㻟㻜㻜㻌㻡㻥㻚㻣㻌㻤㻜㻌㻝㻟㻜㻌㻤㻜㻌㻞㻜㻌㻟㻝㻜㻌㻡㻣㻚㻣㻌〃㻌㻣㻜㻌㻝㻝㻜㻌㻤㻜㻌㻞㻜㻌㻞㻤㻜㻌㻢㻟㻚㻥㻌〃㻌〃㻌㻣㻜㻌㻥㻜㻌㻥㻜㻌㻞㻜㻌㻞㻣㻜㻌㻢㻢㻚㻟㻌〃㻌〃㻌㻢㻜㻌㻝㻠㻜㻌㻝㻜㻜㻌㻞㻜㻌㻟㻞㻜㻌㻡㻡㻚㻥㻌〃㻌〃㻌㻝㻝㻜㻌㻢㻡㻌㻤㻡㻌㻞㻜㻌㻞㻤㻜㻌㻢㻟㻚㻥㻌〃㻌〃㻌㻣㻜㻌㻥㻜㻌㻤㻡㻌㻞㻜㻌㻞㻢㻡㻌㻢㻣㻚㻢㻌〃㻌〃㻌㻣㻜㻌㻝㻜㻜㻌㻝㻝㻜㻌㻞㻜㻌㻟㻜㻜㻌㻡㻥㻚㻣㻌㻣㻡㻌㻝㻜㻠㻌㻥㻞㻌㻞㻜㻌㻞㻥㻝㻌㻢㻝㻚㻤㻌現場 㻮 平均値㻌㻯㻌

作業時間㼇㼙㼕㼚㼉㻌教示㻌㻔㻞 回㻕㻌

□㻙㻤㻡㻜㼤㻤㻡㻜㼤㻞㻡㻌㻢㻣㻚㻞㻌 㻌㻝㻞㻡㻌㻤㻡㻌㻝㻣㻡㻌㻟㻜㻌㻠㻝㻡㻌㻢㻤㻚㻜㻌〃㻌〃㻌㻥㻡㻌㻝㻟㻜㻌㻝㻢㻜㻌㻞㻜㻌㻠㻜㻡㻌㻢㻥㻚㻣㻌〃㻌〃㻌㻝㻝㻡㻌㻝㻜㻡㻌㻝㻠㻜㻌㻝㻡㻌㻟㻣㻡㻌㻣㻡㻚㻟㻌㻝㻝㻞㻌㻝㻜㻣㻌㻝㻡㻤㻌㻞㻞㻌㻟㻥㻤㻌㻣㻝㻚㻜㻌

現場 㻯 平均値㻌

−47−－5－

フジタ技術研究報告 第 㻡㻤 号

設置

教示（2回）

溶接

EP切断
100

1日換算溶接長[m]

現場%
現場
&

ロボット溶接
半自動溶接

060
↑

40

現場%

20
02040

↑
現場&6080

柱継手1つ当たりの溶接長[m]所要時間[分]図㻠㻌 柱ごとの現場作業時間㻌

図㻡㻌㻝日当たりの溶接長さ謝辞
現場での検証には現場所長他、関係者に多大なご協㻌

力をいただいた。ここに記して謝意を表する。㻌
本開発は大和ハウス工業株式会社、十一屋工業株式
会社との 㻟 社共同開発により行っている。本報は株式会社フジタとの共同執筆であり、大和ハウス技術研究報告においても同様の報告がなされる予定である。㻌
㻌参考文献㻝㻕 梅津匡一㻌 ，中村洋祐：鉄骨工事における現場溶接自動化工法の開発（その 㻞）溶接施工試験による溶接品質及び作業効率の確認、日本建築学会大会学術講演梗概集、㼜㼜㻚㻌 㻝㻞㻠㻟㻙㻝㻞㻠㻠，㻞㻜㻝㻥㻌㻞㻕 馬場將栄，梅津匡一，阿波英俊：鉄骨工事における現場自動溶接工法の開発（その 㻠）溶接ロボットの操作者訓練手法と現場施工上の課題の考察、日本建築学会大会学術講演梗概集、㼜㼜㻚㻌㻣㻤㻡㻙㻣㻤㻢，㻞㻜㻞㻝㻌㻟㻕 田原健一，佐々木聡，森貴久，他：冷間成形角形鋼管柱の現場ロボット溶接システムの開発、日本建築学会大会学術講演梗
概集、㼜㼜㻚㻌㻣㻤㻝㻙㻣㻤㻞，㻞㻜㻞㻝㻌㻠㻕 田原健一，佐々木聡，森貴久，他：冷間成形角形鋼管柱の現場ロボット溶接システムの開発㻌 その 㻞㻌 現場適用とその分析、
日本建築学会大会学術講演梗概集、㼜㼜㻚㻌㻝㻜㻤㻣㻙㻝㻜㻤㻤，㻞㻜㻞㻞㻌㻡㻕 田原健一，佐々木聡，山本新吾，他：鋼管柱の現場溶接継手を対象としたロボット溶接システムの開発、フジタ技術研究報告、第 㻡㻣 号、㼜㼜㻚㻌㻠㻝㻙㻠㻢，㻞㻜㻞㻝㻌

ひとこと
本開発も現場での実証フェーズに入り、実用化が見えてきました。㻌
ロボット技術の活用を通じた生産性向上や作業環境改善により、溶接がより魅力的な仕事
田原健一

80

060 120 180 240 300 360 420 480

ロボット平均になればと思っています。㻌

−48−－6－100