JPH10277742A - 金属製箱状構造体の自動溶接ライン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製箱状構造体の一つとして、鋼製セグメ
ント２１の本溶接を行う溶接ロボット４５を多数台備え
た自動溶接ラインにおいて、溶接前の鋼製セグメントを
位置決めする装置３５が１台で済み、製造ラインが自然
な流れとなる自動溶接ラインを提供する。 【解決手段】 仮溶接された鋼製セグメント２１は搬入
コンベア３３によって搬入され、位置決め装置３５で姿
勢の位置決めを行われた後、走行台車３９から伸びるア
ーム４３によって受けられ、レール３７を走行し、所定
の溶接ロボット４５へ渡される。この時、溶接ロボット
４５が備えるポジショナー４７の下方に設けられるリフ
ター４９が上昇し鋼製セグメント２１を受けとった後、
ポジショナー４７がクランプし任意の姿勢に保持する。
保持された鋼製セグメント２１は溶接ロボット４５によ
り本溶接される。その後、鋼製セグメント２１は、ポジ
ショナー４７、リフター４９、走行台車３９、アーム４
３を介して搬送コンベア８３により搬出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、仮溶接された金
属製箱状構造体を自動溶接するための自動溶接ラインに
関する。上記金属製箱状構造体としては、具体的には主
として土木工事に使用される鋼製セグメント、ライナー
プレート、橋梁用箱桁、あるいは建築工事に使用される
鋼製型枠等がある。しかし、以下において説明の都合上
鋼製セグメントに関して主に説明するが、本発明は鋼製
セグメントに限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術】金属製箱状構造体の一つである鋼製セグ
メントは、トンネル工法の一つであるシールド工法等に
用いられる覆工材である。この鋼製セグメントは、内側
にジベル等を介在させてコンクリートを打設して合成セ
グメントにすることもある。

【０００３】鋼製セグメントはスキンプレート、主桁、
継手、縦リブなどを治具を利用して組み立て、仮溶接
し、その後に自動溶接装置により本溶接を行う。この自
動溶接装置には、例えば特開平８−２５０４１号公報に
記載されたものが存在する。この自動溶接装置では、仮
溶接された鋼製セグメントがポジショナーによりクラン
プされ所定の姿勢に保持される。保持された鋼製セグメ
ントは、多関節溶接ロボットにより本溶接を行う。

【０００４】このような自動溶接装置は、自動溶接ライ
ンに据え付けられ、次々と搬入される仮溶接された鋼製
セグメントを順に自動的に本溶接する。このような従来
の自動溶接ラインは、たとえば特開平８−２５０８５号
公報に記載されている。

【０００５】すなわち、図９に示すように、仮溶接装置
１で仮溶接された鋼製セグメント２は、移載台車３を介
して搬入コンベア４に載置され、スタッカークレーン５
によって連続的に位置決め装置７に移載される。位置決
め装置７の両側（図中上下側）、つまり搬入または搬出
コンベア４、９の両側には、溶接用ロボット６が対峙し
て設けられている。各溶接ロボット６は、鋼製セグメン
ト２の姿勢を保持するためのポジショナーを備えてい
る。

【０００６】そして、位置決め装置７は１８０°旋回し
て位置決めを行い、対峙するポジショナーへ同様の位置
で姿勢保持が可能なように移載を行う。所定の姿勢に保
持された鋼製セグメント２は溶接用ロボット６によって
本溶接が行われる。

【０００７】本溶接が終了した後に、鋼製セグメント２
は更にスタッカークレーン５により搬出コンベア９へ払
い出される。搬出コンベア９によって搬出された鋼製セ
グメント２は、反転装置１０によって９０°反転され、
ローラコンベア１１に移載され、検査工程へ搬送され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９の
従来の鋼製セグメントの自動溶接ラインにおいては、搬
入または搬出コンベア４、９の両側に２台の溶接用ロボ
ット６を設けているものの、更に多くの溶接ロボット６
を設けて生産性を上げようとすると、複数の位置決め装
置を図中左右方向に連続して設けなければならない。

【０００９】更に、搬入コンベア４の上の鋼製セグメン
ト２を、他の位置決め装置を飛び越えて所定の位置決め
装置へ移送するための長いスタッカークレーン５を用い
なければならない。また、本溶接が終了した鋼製セグメ
ント２は再び他の位置決め装置を飛び越えて搬出コンベ
ア９へ移載されなければならず、このためにも更に長い
スタッカークレーン５が必要となってしまう。

【００１０】従って、複数の位置決め装置７を必要とす
るため自動溶接ラインの設備コストをアップさせ、長い
スタッカークレーン５により他の位置決め装置の上を超
えて鋼製セグメント２を搬送しなければならないという
ラインの不自然さを生じ、ひいては設備コストのみなら
ず保守コストもアップしてしまうものであった。

【００１１】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、複数の位置決め装置は不要で、位置
決め装置の上を超えるという不自然なラインを設ける必
要がなく、従って設備コスト及び保守コストのアップを
抑えられる鋼製セグメントの自動溶接ラインを提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、下記の発明を提供する。第１の発明は、下記の部
材を備えたことを特徴とする鋼製セグメントの自動溶接
ラインである。 （ａ）仮溶接された鋼製セグメントを搬入する搬入コン
ベアと、（ｂ）搬入コンベア上に設けられ鋼製セグメン
トの姿勢を位置決めをする位置決め装置と、（ｃ）前記
搬入コンベアと平行に隣設されたレール上を走行する本
溶接された鋼製セグメントを搬出する搬出コンベアと、
（ｄ）前記レールに沿ってが設けられる鋼製セグメント
をクランプし任意の姿勢に保持する複数台のポジショナ
ーと、（ｅ）前記ポジショナーによって保持された鋼製
セグメントを本溶接する溶接ロボットと、（ｆ）前記レ
ール上を走行する走行台車であって、前記搬入コンベ
ア、前記搬出コンベア、及び前記ポジショナーとの間で
鋼製セグメントを受け渡すことが可能な受け渡し装置を
そなえている走行台車。

【００１３】第２の発明は、下記の部材を備えたことを
特徴とする鋼製セグメントの自動溶接ラインである。 （ａ）仮溶接された鋼製セグメントを搬入する搬入コン
ベアと、（ｂ）前記搬入コンベアに設けられ鋼製セグメ
ントの姿勢を位置決めをする位置決め装置と、（ｃ）前
記搬入コンベアと平行に隣設されたレール上を走行し、
前記位置決めされた鋼製セグメントを下から持ち上げて
受け渡すことができる伸縮自在のアームを備えた１以上
の走行台車と、（ｄ）前記走行台車のアームによって渡
された鋼製セグメントを載置し昇降するリフタと、
（ｅ）上昇した前記リフタに載置された鋼製セグメント
をクランプし任意の姿勢に保持するポジショナーと、
（ｆ）保持された鋼製セグメントを本溶接する溶接ロボ
ットと、（ｇ）本溶接が終了した鋼製セグメントを前記
ポジショナー、リフタ、走行台車、アームを介して受け
取り搬出するため前記レールと平行に隣接された搬出コ
ンベア。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下この発明の一実施形態を図１
乃至図８において説明する。図１に全体平面図が示され
る自動溶接ラインにおいて、仮組み（組立と仮溶接）さ
れた鋼製セグメント２１は図中左側からラインへ搬入さ
れ右側へ搬出される。この自動溶接ラインの上方全体を
カバーするように左側から右側へ走行するホイストクレ
ーン２３が備えられる。なお、このホイストクレーン２
３は必ずしも必要としない。

【００１５】このラインの左側において、仮組みされた
鋼製セグメント２１が積み重ねられるストックヤード２
５が設けられ、このストックヤード２５の上にはローダ
２７が設けられる。ローダ２７は鋼製セグメント２１を
１個ずつクランプするクランパ２９を有し、レール３１
上を走行して搬入コンベア３３の上方に位置することが
可能となっている。

【００１６】搬入コンベア３３には複数の鋼製セグメン
ト２１が載置可能となっている。搬入コンベア３３は図
中左側から右側へ搬送を行い、中央には位置決め装置３
５が配置される。この位置決め装置３５は、搬入コンベ
ア３３に載置された各鋼製セグメント２１の姿勢を位置
決めする構成を有する。

【００１７】この搬入コンベア３３と平行にレール３７
が隣設される。このレール３７の上を走行する走行台車
３９が設けられる。走行台車３９には、レール３７及び
搬入コンベア３３、更には後述する搬出コンベアに直角
方向にスライドするスライド台車４１が２台（図４参
照）設けられている。

【００１８】このスライド台車４１には収縮自在の伸縮
アーム４３（図７参照）が備えられている。このアーム
４３は鋼製セグメント２１を下から持ち上げて、他の装
置との間で引き渡すことができる構成を有する。なお、
図１及び図２において左側のスライド台車４１は搬入専
用であり右側のスライド台車４１は搬出専用である。図
２において左側の搬入専用のスライド台車４１の伸縮ア
ーム４３は伸びた状態となっている。

【００１９】レール３７に沿って複数台の溶接ロボット
４５が設けられる。各溶接ロボットには４５それぞれポ
ジショナー４７が設けられる。ポジショナー４７は鋼製
セグメント２１をクランプし、任意の姿勢に保持するこ
とが可能な機構を有する。ポジショナー４７の下方には
昇降可能なリフター４９（図７）が設けられ、前記アー
ム４３によって渡される鋼製セグメント２１を上昇して
載置させることが可能である。

【００２０】次に、溶接ロボット４５とポジショナー４
７の詳しい説明を図８により説明する。図において、ポ
ジショナー４７は、床面に据え付けられたベース部５１
に対し上下スライダー５３が上下方向にスライド可能に
取り付けられる。上下スライダー５３の上下動は図示し
ない電動モータ（ボールネジ）によって行われる。上下
スライダー５３の垂直面には回転テーブル５５が設けら
れ、水平軸回りに回動可能となっている。回転テーブル
５５の回転は回転モータ５６によって行われる。この回
転テーブル５５に、鋼製セグメント２１をクランプする
可動フレーム５７が取り付けられる。

【００２１】可動フレーム５７は回転テーブル５５のベ
ースフレーム５９が固定され、このベースフレーム５９
の一方の端から支持フレーム６１が直角に突出してい
る。他端からはクランパフレーム６３が直角に突出し、
同時にベースフレーム５９に沿ってクランプ油圧シリン
ダにより上下方向に移動できる構成となっている。この
移動により、サイズの異なる鋼製セグメント２１をもク
ランプできる。なお支持フレーム６１は、ベースフレー
ム５９にピン又はボルト締結により固定されているの
で、必要により支持フレーム６１を上下に数段階移動で
きる。

【００２２】支持フレーム６１とクランパフレーム６３
の各先端の向かい合う内側には、それぞれ回転テーブル
が設けられ、この回転テーブルに取り付けられたクラン
プ爪により鋼製セグメント２１を直接にクランプする。
このようにして、クランプされた鋼製セグメント２１
は、上下スライダー５３の働きにより上下方向に移動で
き、この上下スライダー５３に設けられた回転テーブル
５５の働きにより水平軸６５回りに回動できる。

【００２３】これらの移動や回動は任意の位置で停止で
き、従って鋼製セグメント２１を所定の姿勢で位置決め
することができる。このポジショナー４７に対し、所定
の間隔をおいて水平方向に多関節溶接ロボット４５を移
動自在に配置する移動装置４６が設けられる。

【００２４】すなわちポジショナー４７に隣接して、床
面にベース部が据え付けられ、その上に横行レール６７
が固定される。この横行レール６７は、前記鋼製セグメ
ント２１を回動させる水平軸６５方向に配置される。こ
の横行レール６７の上を横行スライダ６９がスライドす
る。このスライドは、横行スライダー６９に固定された
横行モータのピニオンギアが、横行レール６７側に設け
られたラックギアに噛み合うことで行われ、任意のスラ
イド位置に位置できる。

【００２５】この横行スライダー６９には、前後スライ
ダー７１が設けられる。すなわち、横行スライダー６９
の上面に設けられた前後スライド受けに対し、前後スラ
イダー７１の下面に設けられた前後スライダー条が受け
られ、これにより前後スライダー７１が鋼製セグメント
２１に向かって前後方向にスライド可能となっている。

【００２６】前後スライダー７１のスライド動作は、横
行スライダー６９に設けられた前後モータ７３の図示し
ないピニオンギアが、前後スライダー７１側に設けられ
た図示しないラックギアに噛み合うことで行われる。

【００２７】このようにして構成される移動装置４６の
前記前後スライダー７１の上には、多関節溶接ロボット
４５が載置されている。この多関節溶接ロボット５は、
６軸多関節であり、フレキシブルな電源供給装置７５に
より前記スライドが行われつつ溶接動作を行うことが可
能である。

【００２８】この実施形態における溶接ロボット４５の
アーム７７に保持された溶接トーチの先端が動く範囲、
すなわち溶接可能な範囲を図中２点鎖線７９で示す。ま
た、鋼製セグメント２１の姿勢変更可能な範囲を図中２
点鎖線８１で示す。

【００２９】さて、レール３７と平行に搬出コンベア８
３が隣接されている。この搬出コンベア８３の上方へ移
動できる搬出用のホイストクレーン８５が設けられる。

【００３０】以下、この実施形態の動作を説明する。図
示しない仮組みラインにおいて、組み立てと仮溶接が行
われた鋼製セグメント２１は、ホイストクレーン２３に
より吊り下げられるか、又はフォークリフト等によりス
トックヤード２５に積み重ねられる。積み重ねられた鋼
製セグメント２１は、１個ずつが、ローダ２７のクラン
パ２９により運ばれ搬入コンベア３３の上に載置され
る。搬入コンベア３３により搬送された鋼製セグメント
２１は位置決め装置３５により所定の姿勢に位置決めさ
れる。

【００３１】更に、搬入コンベア３３により搬送された
鋼製セグメント２１は走行台車３９から伸びるアーム４
３によって下から持ち上げられ受けられる。この時、走
行台車３９上の搬入専用のスライド台車４１は所定距離
にスライドして搬入コンベア３３の方へ近付くと共に、
伸縮自在のアーム４３を延ばし、鋼製セグメント２１の
下へ差し込むと同時に持ち上げる。その後、アーム４３
は縮み、スライド台車４１も元の位置に戻る。これによ
り鋼製セグメント２１は走行台車３９の上に移載され
る。

【００３２】走行台車３９は、４台の溶接ロボット４５
のうち１台の所定の溶接ロボット４５の前まで移動す
る。そして、搬入専用のスライド台車４１（図中左側の
もの）は前記スライドとは逆方向にスライドし、この溶
接ロボット４５側へ近付く。そしてアーム４３が延ばさ
れる。これにより鋼製セグメント２１は溶接ロボット４
５の側へ差し出された形になる。

【００３３】この時、ポジショナー４７の下方に設けら
れたリフター４９（図７）が上昇し、このリフター４９
の上に鋼製セグメント２１が載置され受けられる。この
載置された鋼製セグメント２１を、ポジショナー４７が
クランプし、溶接の行いやすい任意の姿勢に保持する。
リフター４９は下降する。保持された鋼製セグメント２
１に対し溶接ロボット４５が本溶接を行う。

【００３４】本溶接が終了した後に、リフター４９が再
び上昇し、ポジショナー４７は鋼製セグメントをアンク
ランプし、リフター４９の上に載置される。この載置さ
れた鋼製セグメント２１に対し、走行台車３９上のスラ
イド台車４１がスライドしアーム４３が伸ばされ、この
アーム４３により鋼製セグメント２１を下から持ち上げ
る。この時、スライド台車４１は搬出専用のもの（図中
右側のもの）が使用される。

【００３５】このようにして、再び鋼製セグメント２１
は走行台車３９の上に載置されレール３７上を移動し、
搬出コンベア８３のところまで移動する。そして再び、
走行台車３９上の搬出専用のスライド台車４１がスライ
ドしアーム４３が伸び、鋼製セグメント２１を搬出コン
ベア３３の上に下ろす。搬出コンベア３３によって搬出
された鋼製セグメント２１は、ホイストクレーン８５に
より吊り上げられ、次の検査工程へ移動されていく。

【００３６】以下、この実施形態における効果を説明す
る。 （１）１台の位置決め装置３５によって姿勢が位置決め
された鋼製セグメント２１は、走行台車３９に設けられ
たスライド台車４１及び伸縮自在のアーム４３の働きに
より、次々と走行台車３９の上に移載され、４台の溶接
ロボット４５のうち所定の溶接ロボット４５へ搬送され
るので、従来（図９）のように３台以上の溶接ロボット
６を設けた場合において複数台の位置決め装置７を設け
る必要がない。したがって設備コストが低くて済む。

【００３７】（２）搬入コンベア３３、レール３７、お
よび搬出コンベア８３をそれぞれ平行に隣接することに
より、溶接ラインの一部の上を、他のラインが超えると
いう不自然なラインの流れを作る必要がない。

【００３８】すなわち従来技術（図９）のように３台以
上の溶接ロボット６を備えようとすると、複数の位置決
め装置７を設ける必要があり、しかも所定の位置決め装
置７を使用する場合には他の位置決め装置７を超えて搬
入を行わなければならず、また他の位置決め装置７を超
えて搬出を行わなければならない。しかし、この実施形
態によればこのような不自然なラインを作る必要がな
い。このため保守コストを低くすることが可能である。

【００３９】（３）従来技術（図９）においては位置決
め装置７を挟んで対峙する溶接ロボット６がそれぞれ同
様の位置で溶接が可能なように、位置決め装置７は１８
０°旋回する必要があったが、この実施形態においては
そのように位置決め装置３５が旋回する必要がなく、
又、従来技術にはあると考えられる（特開平８−２８１
９２号公報参照）台車的な移動機能もなく、位置決め装
置３５の構造をよりシンプルなものとすることが可能で
ある。したがって設備コストを更に低く抑えることがで
きる。

【００４０】（他の実施形態）以上の実施形態において
は溶接ロボット４５、およびポジショナー４７は各４台
が設けられたが、他の実施形態においては３台あるいは
５台以上とすることが可能である。

【００４１】また、以上の実施形態においては、走行台
車３９と搬入コンベア３３、搬出コンベア８３、および
ポジショナー４７との間で鋼製セグメント２１を受け渡
すことが可能な受け渡し装置は、走行台車３９に設けら
れたスライド台車４１およびスライド台車４１に備えら
れた伸縮自在のアーム４３を有して構成されるものであ
ったが、他の実施形態においては必ずしもこれらの構成
に限らない。

【００４２】例えば、スライド台車４１によらず、単に
伸縮自在のアームによることが、アームの強度を大きく
することにより、可能である。また、以上の実施形態に
おいては、走行台車３９が走行するレール３７の一方の
側（図１中、上側）に搬入コンベア３３および搬出コン
ベア８３が設けられるものであったが、他の実施形態に
おいてはレール３７を挟んで搬入コンベア３３と搬出コ
ンベア８３が反対側に設けられることも可能である。

【００４３】また、搬入コンベア３３と搬出コンベア８
３を、レール３７の同じ側であって、しかも溶接ロボッ
ト４５が設けられている側に設けることも可能である。
また、以上の実施形態においては走行台車３９からポジ
ショナー４７への鋼製セグメント２１の受け渡しは、昇
降するリフター４９（図７）を介して行われるものであ
ったが、他の実施形態においては、走行台車３９が備え
る伸縮自在のアーム４３の剛性を向上し動作精度を高め
ることにより、リフター４９を省くことも可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、第１、または２の
発明によれば、１つの位置決め装置で姿勢を位置決めさ
れた鋼製セグメントは、レール上を走行する走行台車に
より複数のポジショナーへ次々と渡されるので、従来技
術のような複数の位置決め装置は不要である。また、走
行台車が走行するレールは搬入コンベア及び搬出コンベ
アと平行に隣接され、従来のように位置決め装置の上を
超える不自然なラインを作らずに済む。そのため、これ
らの発明によれば、設備コスト及び保持コストのアップ
を抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る自動溶接ラインの
全体概略平面図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】図１の搬入コンベアの側面図である。

【図４】図１の走行台車の側面図である。

【図５】図１の溶接ロボットの側面図である。

【図６】図１の搬出コンベアの側面図である。

【図７】図１おける走行台車の受け渡し装置が行う受け
渡し動作を示す正面図である。

【図８】図１の溶接ロボットおよびポジショナーの拡大
平面図である。

【図９】従来の鋼製セグメントの自動溶接ラインの全体
概略平面図である。

【符号の説明】

２１ 鋼製セグメント ３３ 搬入コン
ベア ３５ 位置決め装置 ３７ レール ３９ 走行台車 ４１ スライド
台車 ４３ 伸縮自在のアーム ４５ 溶接ロボ
ット ４７ ポジショナー ４９ リフター ８３ 搬出コンベアー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の装置を備えたことを特徴とする金
   属製箱状構造体の自動溶接ライン。 （ａ）仮溶接された金属製箱状構造体を搬入する搬入コ
   ンベアと、（ｂ）搬入コンベア上に設けられ金属製箱状
   構造体の姿勢を位置決めをする位置決め装置と、（ｃ）
   前記搬入コンベアと平行に隣設されたレール上を走行す
   る本溶接された金属製箱状構造体を搬出する搬出コンベ
   アと、（ｄ）前記レールに沿って設けられる金属製箱状
   構造体をクランプし任意の姿勢に保持する複数台のポジ
   ショナーと、（ｅ）前記ポジショナーによって保持され
   た金属製箱状構造体を本溶接する溶接ロボットと、
   （ｆ）前記レール上を走行し、前記搬入コンベア、前記
   搬出コンベア、及び前記ポジショナーとの間で金属製箱
   状構造体を受け渡すことが可能な受け渡し装置をそなえ
   ている走行台車。
2. 【請求項２】 下記の装置を備えたことを特徴とする金
   属製箱状構造体の自動溶接ライン。 （ａ）仮溶接された金属製箱状構造体を搬入する搬入コ
   ンベアと、（ｂ）前記搬入コンベアに設けられ金属製箱
   状構造体の姿勢を位置決めをする位置決め装置と、
   （ｃ）前記搬入コンベアと平行に隣設されたレール上を
   走行し、前記位置決めされた金属製箱状構造体を下から
   持ち上げて受け渡すことができる伸縮自在のアームを備
   えた走行台車と、（ｄ）前記走行台車のアームによって
   渡された金属製箱状構造体を載置し昇降するリフタと、
   （ｅ）上昇した前記リフタに載置された金属製箱状構造
   体をクランプし任意の姿勢に保持するポジショナーと、
   （ｆ）保持された金属製箱状構造体を本溶接する溶接ロ
   ボットと、（ｇ）本溶接が終了した金属製箱状構造体を
   前記ポジショナー、リフタ、走行台車、アームを介して
   受け取り搬出するため前記レールと平行に隣接された搬
   出コンベア。