JPH05285647A - 補剛材の溶接方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スティフナーなどの補剛材端の形状に影響さ
れず、迅速かつ適確に補剛材端の検出を行い、併せて溶
接欠陥のない自動溶接を可能とした溶接方法と溶接装置
を提供することにある。 【構成】 レーザー変位計により補剛材の水平および垂
直誤差を測定し、誤差を補正したのち、透過型光センサ
ーを用いて補剛材の始端部および終端部を検知すること
により、多関節溶接装置と組み合わせて補剛材の回し溶
接，水平隅肉溶接を連続して行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主材に補剛材などを自
動溶接する方法とその装置の改善に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】一般に橋梁のスティフナー、例
えば、図１で示すような鈑桁などの主材１のスティフナ
ー（補剛材）は、通常、水平スティフナー２、および、
垂直スティフナー３がとりつけられている。また、ステ
ィフナー端部の形状は図３，図４ａ，ｂのようにスカラ
ップ加工、スニップ加工、および、４５°カットなど多
種多様であり、補剛材端部位置の検知を困難にさせてお
り、従って、補剛材端部の回し溶接を含めた自動溶接に
も影響を及ぼしている。

【０００３】ところで、従来の補剛材の端部検知方法と
しては、溶接トーチにとりつけられた磁気センサーを用
いて行われている。しかし磁気センサーは前述したよう
な補剛材の端部形状、および、補剛材との距離や面積に
影響されるため、次のような対策を施している。 （ａ）磁気センサーと補剛材の間隔を一定に保つため、
補剛材側面に接触転動するローラーなどを磁気センサー
近傍に設ける。 （ｂ）補剛材端部の切欠き形状をＮＣデータとして補剛
材毎に入力する。 このような従来の方法では、ハード，ソフト共に複雑化
されるという課題があった。

【０００４】また、溶接トーチの前後に溶接進行方向に
そって反射型光電式の検知器を夫々設け、これらの検知
器によってスティフナーの端面を検知する手段がある。
（例えば、特開昭６２−２２０２８１号公報参照）

【０００５】この検知手段によれば、スティフナーの端
面位置を検出する際に、検知器自体と主材表面との干渉
を回避するために、主材表面の上方、例えば、１０mm上
方に位置することから、補剛材と主材表面との取付け部
より上方の端面位置しか検出できず、検知器による検知
位置と取付け位置との間に大きな誤差が生じるという課
題がある。

【０００６】上述したような電磁式，反射型光電式セン
サーによる課題を解決する手段としてワイヤタッチ式の
検知手段が提案されている。即ち、所定突出長に設定さ
れた溶接ワイヤをセンサーとするセンシング手段を用い
て、隅肉継手のスティフナー端面位置を検出するように
したものである。（例えば、特開平２−２６８９７４号
公報参照）

【０００７】この手段によれば、前述した検知手段の課
題が解消しうるものと思われるが、センシング手段を移
動させ、各ステップにおける検出位置データを記憶する
ものであるため、スティフナーの始端，終端部検知に多
くの時間を要し、隅肉継手の溶接能率に影響を及ぼすと
いう重大な課題が残されている。

【０００８】本発明の目的は、補剛材などの端部形状に
影響されず、位置検出のためのトーチ移動を行うことな
く、迅速的確な部材端の検出を行い、併せて、溶接欠陥
のない自動溶接を可能とした溶接方法と溶接装置を提供
することにある。

【０００９】従来技術の課題を解決する本発明の構成
は、箱桁のフランジ、ウェブプレートまたは、鈑桁のウ
ェブプレート（主材）にスティフナーなどの補剛材を自
動溶接する方法であって、主材を跨架する移動可能な門
構に、横行移動および回転可能な支持体に取付けられた
多関節溶接装置と補剛材の始終端を検知する２対の透過
型光センサーの組と、補剛材の水平・垂直方向の取り付
け誤差を測定するレーザー変位計の組からなる補剛材計
測装置を設けた装置を用い、あらかじめ、補剛材の両端
に臨む前記レーザー変位計にて、補剛材の水平および垂
直方向の取り付け誤差を測定し、水平誤差を支持体の移
動により補正したのち、前記始端部検知用の透過型光セ
ンサーを補剛材の垂直誤差を補正しながら降下させ、支
持体を補剛材の始端方向の移動して始端部を検知せし
め、この始端部検知信号により支持体の移動を停止さ
せ、前記の多関節溶接装置を単独駆動して補剛材の始端
部の回し溶接と所定ストロークの水平隅肉溶接を行い、
この所定ストロークの水平隅肉溶接終了後、多関節溶接
装置の単独駆動を停止させると同時に、支持体を所定の
溶接速度で移動して水平隅肉溶接を続行させ、終端部検
知センサーが補剛材の終端を検知すると、支持体の移動
を停止させると同時に、多関節溶接装置が単独駆動し
て、残りの水平隅肉溶接と端部の回し溶接を連続して行
うこと、および、主材を定位置に乗載支持する定盤の両
側にレールを敷設し、このレール上に操作盤、制御盤、
溶接機などを搭載した定盤跨架構造の門構を移動可能に
乗載する溶接装置において、門構の水平辺にそって横行
移動および、回転可能な支持体に、左右一対の多関節溶
接装置を取り付けるとともに、多関節溶接装置の取り付
け部を結ぶ中心線と直交する軸線にそって、補剛材の両
側に臨み、かつ、各々の組が個別に昇降する補剛材始端
部検知用の透過型光センサーの組、補剛材の水平・垂直
誤差を測定するレーザー変位計の組、および、補剛材終
端部検知用の透過型光センサーの組からなる補剛材測定
装置を前記支持体に垂設したものである。

【００１０】

【作用】補剛材計測装置をＮＣ制御手段などにより溶接
しようとするスティフナー（補剛材）の上方に適合させ
る。次いで、レーザ変形計を降下させて補剛材を挟むよ
うに位置させ、補剛材の水平および垂直誤差を測定し
て、前記支持体の水平方向の補正値および始終端検知用
の透過型光センサーの降下位置を算出する。前記レーザ
ー変位計の上昇退避に次いで補剛材の始端部検知用の透
過型光センサーが制御位置に降下し、支持体が補剛材の
始端方向に移動して始端部を検知する。この検知信号に
より支持体は移動を停止させる。次に多関節溶接装置が
垂直方向誤差を修正しながら補剛材始端部の回し溶接と
１００mm程度の水平隅肉溶接を単独駆動にて行う。１０
０mm程度の水平隅肉溶接が終ると多関節溶接装置は単独
駆動を停止し、同時に支持体は所定の溶接速度で移動を
開始して、水平隅肉溶接を続行させる。所定長の水平隅
肉溶接が進行し補剛材の終端近傍にくると、終端部検知
用の透過型光センサーが下降して補剛材終端を検知す
る。この検知と同時に光センサーは上昇退避するととも
に、支持体の移動が停止する。この停止信号をうけて直
ちに多関節溶接装置が再び単独駆動して、残りの水平隅
肉溶接と補剛材始端部の回し溶接を連続して行う。

【００１１】

【実施例】次に、この発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。図１は鈑桁の斜視図、図２はパネルにス
ティフナーを自動溶接する装置の概略を示す斜視図、図
３は水平スティフナーの端部形状を示す正面図、図４
ａ，ｂは垂直スティフナーの端部形状を示す正面図、図
５は補剛材計測装置の概略を示す斜視図、図６は補剛材
計測装置のレーザー変位計による計測状態を示す説明
図、図７は補剛材始端部検知用の透過型光センサーによ
る始端部検知状態を示す説明図、図８は補剛材終端部検
知用の透過型光センサーによる終端部検知状態を示す説
明図、図９はレーザー変位計，透過型光センサーと補剛
材との位置関係を示す平面図、図１０は同上側面図、図
１１は多関節溶接装置と補剛材の関係を示す正面図、図
１２は同上側面図、図１３ａ〜ｇは溶接手順を示す流れ
図、図１４ａ〜ｆは溶接手順の具体的な流れ図である。

【００１２】図２について溶接装置を説明すると、水
平、および、垂直スティフナー（補剛材）２，３を仮付
けした水平姿勢の箱桁パネル、または、鈑桁などの主材
１を定位置に乗載支持する定盤（図示略）の両側基礎４
上に夫々レール５を平行に敷設し、このレール５上に定
盤跨架構造の門構６を走行可能に乗載する。また、該門
構６の一側には操作盤７，制御盤８，溶接機９などを搭
載するとともに、門構６の水平辺にはこの水平辺にそっ
て横行移動可能で、かつ、中心軸（図示略）により水平
回動可能な支持体１０が設けてあり、前記制御盤８によ
りＮＣ制御される。

【００１３】前記支持体１０の下面中央部には、図５に
示す補剛材計測装置１１が設けてある。該補剛材計測装
置１１は、補剛材２，３の長手方向にそうように配設さ
れ、かつ、補剛材２，３を挟むように臨む左右一対の補
剛材始端部検知用の透過型光センサー１２の組、補剛材
の水平・垂直変位を測定するレーザー変位計１３の組、
および、補剛材の始端部検知用の透過型光センサー１４
の組によって構成されている。また、前記始端部検知用
の透過型光センサー１２，レーザー変位計１３，始端部
検知用の透過型光センサー１４は、スライダーのような
昇降手段（図示略）により夫々が各別に昇降しうるよう
に構成されている。

【００１４】前記補剛材２，３の始端部、終端部検知用
の透過型光センサー１２，１４の組を構成する何れか一
方の下端には発光素子（図示略）が、また、他方の下端
には受光素子（図示略）が設けてあり、主材１の表面上
約３〜５mm程度の位置で端部検知がなされるようにして
ある。この両透過型光センサー１２，１４の下降位置
は、前記レーザー変位計１３によって測定された垂直誤
差を補正して制御している。また、前記レーザー変位計
１３による補剛材２，３の位置の測定は、図１３ａに示
すように、前記主材１の表面に照射されるレーザーと、
反射鏡（図示略）を介して補剛材２，３の両側面に直角
に照射されるレーザーとにより行なわれている。

【００１５】図１１，図１２に示すように、前記支持体
１０に垂設された補剛材計測装置１１の左右には多関節
溶接装置１５がとりつけられている。前記補剛材計測装
置１１と多関節溶接装置１５の位置関係は、始端部検知
用の透過型光センサー１２，レーザー変位計１３，終端
部検知用の透過型光センサー１４の共通した中心軸線に
直交する中心軸線上に前記多関節溶接装置１５を左右対
称的に配設するものである。尚、前記多関節溶接装置１
５としては６軸多関節ロボットなどのアーク溶接用ロボ
ットが使用される。また、左右の多関節溶接装置１５の
溶接トーチ先端間には溶接開始時間を調整して溶接線方
向に多少のズレを設定することにより、特に補剛材端部
の回し溶接が適確に行えるとともに、溶接部でのブロー
ホールの発生を抑制しうる。

【００１６】

【動作説明】次に、図１３ａ〜ｇ、および、図１４ａ〜
ｆについて本発明の自動溶接方法を説明する。ＮＣ制御
手段などにより主材１の位置教示を行ったのち、門構６
の走行制御と支持体１０の横行および回転制御により補
剛材計測装置１１を補剛材２、または、３の測定位置に
移動し、レーザー変位計１３を降下して補剛材２，３の
水平、および、垂直誤差を測定するとともに、補正値の
計算を行なって補剛材始端部検知用の透過型光センサー
１２の降下位置を制御する。（図１３ａ，図１４ａ） レーザー変位計１３により測定した補剛材の水平誤差を
門構の横行，走行駆動により支持体１０を移動修正す
る。次に垂直誤差を補正しながら始端部検知用の透過型
光センサー１２を降下させ、支持体１０を補剛材の始端
方向に移動して始端部を検知する。（図１３ｂ，図１４
ｂ） 多関節溶接装置１５は垂直方向の溶接開始位置を補正し
ながら、補剛材始端部の回し溶接と１００mm程度の水平
隅肉溶接を行う。このときには、支持体１０は停止状態
にあり、多関節溶接装置１５の単独駆動により水平隅肉
溶接を行う。（図１３ｃ，図１４ｃ） 次いで多関節溶接装置１５の単独駆動を停止させると同
時に門構の横行，走行駆動により支持体１０を所定の溶
接速度で移動して水平隅肉溶接を続行させる。（図１３
ｄ，図１４ｄ） 支持体１０が所定の溶接速度で移動しながら水平隅肉溶
接を続行させ補剛材の終端近傍までくると、終端部検知
用の透過型光センサー１４が下降する。補剛材の終端を
検知すると、支持体１０の移動が停止するとともに、こ
の透過型光センサー１４は上昇退避する。（図１３ｅ，
図１４ｅ） 次に、多関節溶接装置１５が再び単独駆動溶接に移行
し、補剛材の残りの水平隅肉溶接と補剛材終端部の回し
溶接を行って作業は終る。（図１３ｆ，ｇ，図１４ｆ）

【００１７】

【発明の効果】上述のように本発明の構成によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）本発明の溶接方法によれば、箱桁パネル、また
は、鈑桁などの主材とスティフナーなどの補剛材によっ
て構成される隅肉溶接継手の端面位置が透過型光センサ
ーによって迅速適確に検出することができる。また、多
関節溶接装置との併用により、溶接欠陥のない補剛材端
部の回し溶接と連続した水平隅肉溶接が適確に行える。 （ｂ）レーザー変位計で補剛材位置を計測し、補剛材の
水平および垂直誤差を補正するとともに、補剛材端部検
知用の透過型光センサーの降下位置を制御することによ
って、誤差のない補剛材端部の検知が可能となる。この
検知信号により多関節溶接装置の溶接開始位置および終
了位置の制御が確実に行われ、溶接精度の向上が図れ
る。 （ｃ）２台の多関節溶接装置を回転系に対称的に設け、
この多関節溶接装置を回転，横行，走行駆動により自由
に移動し、欠陥のない回し溶接、および、水平隅肉溶接
が効率よく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】鈑桁の斜視図である。

【図２】箱桁パネルにスティフナーを自動溶接する装置
の概略を示す斜視図である。

【図３】水平スティフナーの端部形状を示す正面図であ
る。

【図４】ａ，ｂは垂直スティフナーの端部形状を示す正
面図である。

【図５】補剛材計測装置の概略を示す斜視図である。

【図６】補剛材計測装置のレーザー変位計による計測状
態を示す説明図である。

【図７】補剛材始端部検知用の透過型光センサーによる
始端部検知状態を示す説明図である。

【図８】補剛材終端部検知用の透過型光センサーによる
終端部検知状態を示す説明図である。

【図９】レーザー変位計，透過型光センサーとスティフ
ナーとの位置関係を示す平面図である。

【図１０】図９の側面図である。

【図１１】多関節溶接装置とスティフナーの関係を示す
正面図である。

【図１２】図１１の側面図である。

【図１３】ａ〜ｇは溶接手順を示す流れ図である。

【図１４】ａ〜ｆは溶接手順の具体的な流れ図である。

【符号の説明】

１ 鈑桁 ２ 水平スティフナー ３ 垂直スティフナー ４ 基礎 ５ レール ６ 門構 ７ 操作盤 ８ 制御盤 ９ 溶接機 １０ 支持体 １１ 補剛材計測装置 １２ 透過型光センサー １３ レーザー変位計 １４ 透過型光センサー １５ 多関節溶接装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【図４】

【図５】

【図１】

【図２】

【図６】

【図９】

【図１０】

【図１３】

【図７】

【図８】

【図１１】

【図１２】

【図１４】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 箱桁のフランジ、ウェブプレートまた
   は、鈑桁のウェブプレート（主材）にスティフナーなど
   の補剛材を自動溶接する方法であって、主材を跨架する
   移動可能な門構に、横行移動および回転可能な支持体に
   取付けられた多関節溶接装置と補剛材の始終端を検知す
   る２対の透過型光センサーの組と、補剛材の水平・垂直
   方向の取り付け誤差を測定するレーザー変位計の組から
   なる補剛材計測装置を設けた装置を用い、 あらかじめ、補剛材の両端に臨む前記レーザー変位計に
   て、補剛材の水平および垂直方向の取り付け誤差を測定
   し、水平誤差を支持体の移動により補正したのち、前記
   始端部検知用の透過型光センサーを補剛材の垂直誤差を
   補正しながら降下させ、支持体を補剛材の始端方向の移
   動して始端部を検知せしめ、この始端部検知信号により
   支持体の移動を停止させ、前記の多関節溶接装置を単独
   駆動して補剛材の始端部の回し溶接と所定ストロークの
   水平隅肉溶接を行い、 この所定ストロークの水平隅肉溶接終了後、多関節溶接
   装置の単独駆動を停止させると同時に、支持体を所定の
   溶接速度で移動して水平隅肉溶接を続行させ、終端部検
   知センサーが補剛材の終端を検知すると、支持体の移動
   を停止させると同時に、多関節溶接装置が単独駆動し
   て、残りの水平隅肉溶接と端部の回し溶接を連続して行
   うことを特徴とする補剛材などの溶接方法。
2. 【請求項２】 主材を定位置に乗載支持する定盤の両側
   にレールを敷設し、このレール上に操作盤、制御盤、溶
   接機などを搭載した定盤跨架構造の門構を移動可能に乗
   載する溶接装置において、 門構の水平辺にそって横行移動および、回転可能な支持
   体に、左右一対の多関節溶接装置を取り付けるととも
   に、多関節溶接装置の取り付け部を結ぶ中心線と直交す
   る軸線にそって、補剛材の両側に臨み、かつ、各々の組
   が個別に昇降する補剛材始端部検知用の透過型光センサ
   ーの組、補剛材の水平・垂直誤差を測定するレーザー変
   位計の組、および、補剛材終端部検知用の透過型光セン
   サーの組からなる補剛材測定装置を前記支持体に垂設し
   たことを特徴とする補剛材などの溶接装置。