JPH10296491A - 角管へ部材を溶接する際の角管溶接面の位置決め方法および位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角管へ部材を溶接する際適正な溶接作業が行
える角管溶接面の位置決め方法及び、前記方法を実施す
ることのできる位置決め装置を提供する。 【解決手段】 横置きの角管１５をその両端側で回転可
能に支持すると共に少なくとも一方の支持軸２１をクラ
ッチ装置４０を介して回転駆動装置３０と接続し、前記
回転駆動装置により角管をその軸心を中心に９０度回転
させた後、クラッチ装置による支持軸への駆動接続の所
要時解除と、前記溶接トーチの移動方向に平行な基準部
を備えた押圧部材での当該角管面の上面また下面の押圧
とにより、押圧面が溶接トーチの移動方向と平行になる
ように回転姿勢を微調整し位置決めしたあと、自動溶接
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はロボット溶接機を
用いて角管（角形鋼管とも称される）の端部や側面に部
材を溶接する際の、角管溶接面の位置決め方法とその位
置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なプレハブ建物の一種として、直
方体の建物ユニットを用いてなるユニット建物が提供さ
れている。この建物ユニットは、鋼材よりなる四本の柱
が四隅に立設され柱の上下端部が夫々梁で連結されて六
面体を構成し、その六面体に外壁・間仕切壁・造作材等
を取付けてなり、あらかじめ工場で製造されトラックで
建築現場へ輸送される。そして、クレーン等を利用して
所要数を並設・積層して連結し建物を構築する。

【０００３】前記六面体の柱は角管からなり、角管の両
端部に梁を継ぐための仕口部材が溶接されている。角管
への仕口部材の溶接方法としては、あらかじめ角管の両
端部に前記仕口部材を仮溶接する。尚、この仕口部材の
両端面には、柱を角管支持装置に取付けた際、支持装置
の軸心と角管の軸心が同一心となる孔を設けている。次
いで、前記角管を本溶接時に使用する基台に横置きに
し、前記仕口部材の孔に支持装置の支持ピンを差し込
み、前記仕口部材との溶接面となる角管の一側面を上向
き、かつロボット溶接機のあらかじめ設定されている移
動方向と平行となるようにし、前記溶接トーチを角管の
上面で移動させながら前記部材とを溶接する。その後、
電動モータ等の回転駆動装置により前記角管を９０度回
転させて、前記仕口部材と角管との他の溶接予定面が上
向きとなるようにし、再び前記溶接トーチを角管の新た
な上面（溶接面）で移動させながら前記仕口部材と角管
の新たな上面（溶接面）との溶接を行い、以下必要に応
じ順次前記角管の回転と溶接トーチの移動および溶接を
繰り返して角管の各側面で仕口部材との溶接を行う。

【０００４】しかしながら、角管の断面形状は正確な正
方形または長方形ではなく、四隅の角度に生じる僅かな
バラツキにより平行四辺形の場合が往々にしてある。そ
のため、前記角管を９０度ずつ回転させると、角管の上
面（溶接面）と溶接トーチ移動面とが平行にならず、溶
接トーチの移動時に溶接トーチと角管上面（溶接面）と
の間隔が変化し、電圧・電流等も変化して適正な溶接が
できない虞がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みて提案されたものであって、角管への部材の
溶接を適正に行える角管溶接面の位置決め方法および、
前記方法を効果的かつ経済的に実施することのできる位
置決め装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ここで提案される発明に
は二つあり、第一の発明は、角管へ部材を溶接する際の
角管溶接面の位置決め方法であり、第二の発明は前記方
法を好適に実施する角管の溶接面の位置決め装置であ
る。角管へ部材を溶接する際の角管溶接面の位置決め方
法は、角管を横置きに支持してロボット溶接機の溶接ト
ーチを角管の上面側で所定方向へ動かしながら部材との
溶接を行い、次いで前記角管をその軸心を中心に９０度
回転させて位置決めした後新たな上面で前記溶接トーチ
を所定方向へ移動させて部材との溶接を行い、さらに必
要に応じて前記角管の回転および溶接を繰り返して角管
へ部材を自動溶接するに際し、前記横置きの角管をその
両端側で回転可能に支持すると共に少なくとも一方の支
持軸をクラッチ装置を介して回転駆動装置と接続し、前
記回転駆動装置により角管をその軸心を中心に９０度回
転させた後、前記クラッチ装置による支持軸への駆動接
続の所要時解除と、前記溶接トーチの移動方向に平行な
基準部を備えた押圧装置での当該角管面の上面または下
面の押圧とにより、押圧面が基準部と平行になるよう回
転姿勢を微調整し位置決めすることを特徴とする。

【０００７】一方、位置決め装置は、横置きの角管をそ
の軸心を中心に９０度づつ回転させて前記角管の上面で
ロボット溶接機の溶接トーチを所定方向へ動かしながら
部材との溶接を行う際に前記角管の上面を溶接トーチの
移動方向と平行に位置決めするための装置であって、基
台と、前記基台上に所要距離離して設けられて前記角管
両端側を支持軸により回転可能に支持する支持装置と、
前記支持装置の少なくとも一方の支持軸に対し所要時９
０度ずつの回転駆動力を付与する回転駆動装置と、前記
支持軸と回転駆動装置の間に介設して、所要時支持軸へ
の駆動接続を解除して支持軸の自由回転を可能とするク
ラッチ装置と、前記溶接トーチの移動方向と平行な基準
部を備え、前記基台から角管の軸に対し直交方向へ進退
自在とされて所要時に前記角管面の上面または下面を前
記基準部で押圧する押圧装置とを備え、前記基準部での
角管面押圧により角管上面の姿勢を位置決めすることを
特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付の図面に従ってこの発明
を詳細に説明する。図１はこの発明の位置決め装置の一
実施例を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図とＢ−
Ｂ断面図とを並べて示す図、図３はこの発明の位置決め
方法及び位置決め装置の一実施例により角管へ部材を溶
接する際を段階的に示す図１の３−３断面図、図４は本
発明の位置決め方法および位置決め装置によって溶接さ
れる部材と角管の一例を示す斜視図である。

【０００９】図１に示すこの発明の一実施例の位置決め
装置は、基台１０と支持装置２０と回転駆動装置３０と
クラッチ装置４０と押圧装置５０とを備えている。そし
て、前記基台１０の上方に横置きにされて、一側面が上
向きとされた角管１５の上面側でロボット溶接機の溶接
トーチＴをあらかじめ設定された所定方向（通常水平方
向）へ移動させながら所要部材１６を角管１５の上面側
で溶接する。その後角管１５をその軸心を中心に９０度
ずつ回転させて角管の新たな上面側で前記部材１６との
溶接を行うに際し、ロボット溶接機の溶接トーチＴと対
面する角管１５の上面（溶接面）を溶接トーチＴの移動
方向に沿って精度よく平行に位置決めするようにしてい
る。

【００１０】本実施例では、前記角管１５に溶接する部
材１６として角管１５の両端に接合される仕口部材を用
い、前記部材１６を、図１の鎖線で示すように、あらか
じめ別の場所において角管１５の両端部に仮溶接してい
る。尚、本発明の方法および装置は、角管１５へ溶接す
る部材１６が仕口部材に限定されずその他の部材の溶接
にも用いることができ、さらに、角管１５端面における
接合だけでなく、図４に示すように、部材１７を角管１
５の側面に溶接する場合にも好適である。

【００１１】基台１０は、溶接作業のなされる角管１５
を横置きにすることのできる充分な長さを有し、角管１
５の両端より外側位置に支持装置２０Ａ，２０Ｂが設け
られている。この基台１０の付近には溶接トーチＴを備
えるロボット溶接機が配置されて、基台１０の上側に横
置き配置される角管１５の上面を前記溶接トーチＴが所
定方向へ移動して溶接するようになっている。

【００１２】支持装置２０Ａ，２０Ｂには、軸心が一直
線上となる支持軸２１Ａ，２１Ｂが設けられている。こ
の両支持軸２１Ａ，２１Ｂは、前記角管１５を角管１５
の軸心を中心にして回転可能に支持するためのものであ
る。一方の支持軸２１Ａは、図１に示すように、溶接す
る部材１６の端面に角管１５の軸心位置と合わせて設け
た孔部１６ａに挿通される。前記支持軸２１Ａは、部材
１６端面の孔部１６ａに先端がはまる円錐状とされ、適
当なエアシリンダ２２により角管１５の軸心方向（長手
方向）に進退可能とされて、前記部材１６の孔部１６ａ
への支持軸２１Ａの挿入及び抜き取り、更には角管１５
の一端側を軸心方向に沿って他端側へ押圧するようにな
っている。また、他方の支持軸２１Ｂには、図３にも示
すように、先端部円錐状の支持ピン２４，２４を立設し
た回転板２３が取り付けられている。この支持ピン２
４，２４は、図１に示すように、部材１６が仮溶接され
た角管１５を支持するだけでなく、この支持軸２１Ｂと
連結される回転駆動装置３０の作動により角管１５を回
転させることができるよう、支持軸２１Ｂの軸心を中心
にした点対称位置に二本設けられている。図３（Ａ）の
符号１６ｂ，１６ｂは前記支持ピン２４，２４の位置に
対応させて部材１６の端面に設けた孔部である。これら
支持軸２１Ａ，２１Ｂの、少なくとも一方（本例では２
１Ｂ）には、クラッチ装置４０を介して回転駆動装置３
０が接続されている。

【００１３】回転駆動装置３０は、支持軸２１Ｂに所要
時９０度ずつの回転駆動力を付与するためのもので、適
当なモータと減速機を組み合わせてあり、図３の実線位
置で一の溶接面１８の溶接作業が終了した後、角管を９
０度回転させて図３（Ｂ）に示すように、隣接する溶接
面１９を上に向け所定の溶接作業位置に配置する。

【００１４】クラッチ装置４０は、前記回転駆動装置３
０と支持軸２１Ｂとの接続を所要時に解除して支持軸２
１Ｂを回転自由にし、それによって角管１５をその軸心
を中心にして自由回転可能にするものである。このクラ
ッチ装置４０には、公知の電磁式クラッチ等を用いるこ
とができ、適当なスイッチにより作動させることができ
るようになっている。

【００１５】押圧装置５０は、図１および図２（Ａ）に
示すように、前記支持装置２０（２０Ａ，２０Ｂ）に支
持されている角管１５の溶接面となる上面１８を、溶接
トーチＴの移動面と平行となるように微調整するための
もので、角管１５の上面１８を押圧する基準部５１を備
えて基台１０の上方に設けられている。この基準部５１
は、溶接トーチＴの移動面に対して平行に配置され、エ
アシリンダ等の適当な駆動装置５２により、基台１０上
の角管１５の上面１８に向かって昇降するようになって
いる。前記基準部５１の押圧中心は角管１５の軸心と交
差する位置とすることが好ましい。尚、本実施例におい
て基準部５１は平板形状としたが、基台１０上の角管１
５の軸心方向（長手方向）に対し直交方向に配した棒部
材等を用いてもよい。この押圧装置５０は、前記クラッ
チ装置４０により回転駆動装置３０と支持軸２１Ｂとの
接続が解除される際に、基準部５１により角管１５の上
面１８を押圧する。その際、前記支持軸２１Ａ，２１Ｂ
により支持されている角管１５は軸心を中心に自由回転
可能な状態となっているので、その上面１８が溶接トー
チＴの移動面と平行でない場合には基準部５１に倣って
回転し、前記角管上面１８が溶接トーチＴに対して正し
い位置に移動する。

【００１６】尚、本実施例において、前記基台１０に
は、角管１５の載置昇降装置６０が設けられている。こ
の載置昇降装置６０は、支持軸２１Ａ，２１Ｂへの角管
１５の取付けを効率よく行うためのもので、図２の
（Ａ），（Ｂ）に示すように、位置決めストッパー６３
を有する載置部６１を備え、エアシリンダ等の駆動装置
６２により、角管１５に対して下面側から昇降可能に形
成されている。載置部６１は、角管１５を支持軸２１
Ａ，２１Ｂへ取り付ける際に一時的に角管１５を置くた
めのものであり、角管１５の軸心方向（長手方向）に沿
う一側に位置決めストッパー６３が設けられている。

【００１７】前記位置決めストッパー６３は、角管の支
持軸への位置決めを容易かつ確実にするとともに、角管
載置時に不用意に落下しないようにするためのもので、
図１における角管１５の背面を当該位置決めストッパー
６３に当接するように載置部６１上に載置した際に、そ
の角管１５の軸心が支持軸２１Ａ，２１Ｂの軸心とほぼ
同一垂直面上となる位置に設けられている。

【００１８】この載置昇降装置６０によれば、載置部６
１上に角管１５を載置し、駆動装置６２を作動させるこ
とによって角管１５の軸心と支持軸２１Ａ，２１Ｂの軸
心とを一致させるようにしている。駆動装置６２を作動
させた後、エアシリンダ２２により一方の支持軸２１Ａ
を前進させれば速やかに一方の部材１６の孔部１６ａに
支持軸２１Ａの先端が挿入され、そのまま他方の支持軸
２１Ｂ側へ押して角管１５をスライドさせることにより
他方の部材１６の孔部１６ｂ，１６ｂに他方の支持軸２
１Ｂの支持ピン２４，２４が挿入されるので、装置への
取付けが容易で、その後の溶接作業を効率良く行うこと
ができる。この載置昇降装置６０は、基台１０や角管１
５の長さ等に応じて適当数適宜位置に設ければよく、本
実施例では二つである。また、そのうちの一は前記押圧
装置５０の直下に設けている。

【００１９】次に、このような構成よりなる装置を用い
た溶接作業の方法について説明するが、便宜上、角管の
重心が軸心上にある場合、即ち、角管側面に図４のよう
な付設物がない場合について説明する。まず、図１およ
び図２に示すように、低い位置に下げられている載置部
６１上に、第一の溶接面となる上面１８を上向きにして
角管１５を横置きに載置し、角管１５の背面を位置決め
ストッパー６３に当接させる。前記したように、この角
管１５の両端には仕口部材からなる部材１６があらかじ
め仮溶接されている。前記一方の部材１６の端面には孔
部１６ａが、他方の部材１６の端面に孔部１６ｂ，１６
ｂが形成されている。

【００２０】次いで、前記載置部６１を駆動装置６２の
作動により上昇させ角管１５の軸心と支持軸２１Ａ，２
１Ｂの軸心とを一致させる。そして、エアシリンダ２２
により支持軸２１Ａを仕口部材１６方向へ前進させるこ
とにより、前記支持軸２１Ａの先端が仕口部材１６の孔
部１６ａに挿入される。また、もう一方の支持軸２１Ｂ
は回転駆動装置３０との接続を解除して自由回転可能と
しておき、手などで前記回転板２３を回転させ、前記部
材１６の孔部１６ｂ，１６ｂと支持ピン２４，２４との
位置を合致させる。そして、さらに前記エアシリンダ２
２により部材１６を押して角管１５を他方の支持軸２１
Ｂ側へ前進させれば、前記孔部１６ｂ，１６ｂに支持ピ
ン２４，２４が挿入されて、角管１５が両支持軸２１
Ａ、２１Ｂにより確実に保持される。そして、押圧装置
５０の基準部５１を下降させ、角管１５の上面１８を押
圧する。その後、ロボット溶接機の溶接トーチＴを角管
１５の上面上で移動させて部材１６を角管１５の上面１
８側で溶接する。このとき角管１５の上面１８は前記の
ように溶接トーチＴの移動面と平行となっているため、
適正な溶接ができる。尚、この溶接時には載置部６１を
角管１５の下方へ下降させておいてもよい。

【００２１】次に、前記載置部６１を下降させていない
場合には、図３（Ａ）に示すように、載置部６１を下降
させるとともに、クラッチ装置４０により前記支持軸２
１Ｂと回転駆動装置３０とを連結する。そして、前記支
持軸２１Ｂを回転駆動装置３０の作動によって９０度回
転させ、第二の溶接面となる面を上向きにして新たな上
面１９とする。続いて、前記クラッチ装置４０により、
前記回転駆動装置３０と支持軸２１Ｂとの連結を解除す
る。そして、図３（Ｂ）に示すように、基台１０上方に
設けられている押圧装置５０の基準部５１を下降させ、
前記角管１５の上面１９を押圧する。前記支持軸２１
Ａ，２１Ｂは、このような回転駆動装置３０との接続が
解除された状態では自由回転可能になっており、しか
も、前記基準部５１は溶接トーチＴの移動面に対し平行
に形成されているため、前記角管１５の軸心を中心とす
る９０度の回転では角管１５の上面１９が溶接トーチＴ
の移動面に対して平行になっていない場合でも、図３
（Ｃ）に示すように、前記角管１５の上面１９が基準部
５１に押されて角管１５上面１９が基準部５１に正しく
当接するまで角管１５が回転し、正しく位置決めがなさ
れる。従って、前記のように角管１５の隣接面間の角度
のバラツキによって、角管１５を９０度ずつ回転して、
溶接トーチＴの移動面に対して角管１５の上面が平行に
ならない場合でも、角管１５の溶接用上面を簡単かつ正
確に溶接トーチＴの移動面と平行となるように位置決め
調整することができる。

【００２２】しかる後、図３（Ｄ）に示すように、溶接
トーチＴを角管１５の上面１９で所定方向へ移動させな
がら、角管１５の上面１９における部品１６との溶接を
自動的に行う。この後、角管１５の必要な溶接面の数に
応じ、前記操作、すなわち図３（Ａ）から（Ｄ）の要領
を繰り返して角管１５を順次９０度づつ回転させ、新た
に上を向いた角管１５の上面を、前記押圧装置５０によ
り位置決めして溶接し、角管１５に部材１６を溶接す
る。溶接終了後、載置昇降装置６０によって角管１５を
下面側から支持しつつエアシリンダ２２により支持軸２
１Ａを後退させて部材１６から支持軸２１Ａ及び支持ピ
ン２４を抜き、リフト等を用いて角管１５を位置決め装
置１０から取り外す。

【００２３】尚、他の実施例として載置昇降装置６０と
押圧装置５０を兼ねるようにして、角管１５の上方の押
圧装置５０を不要としてもよい。角管１５は対向する辺
の長さがそれぞれ等しくされていることから、角管１５
の四隅の角度が直角になっていない場合でも、角管１５
の横断面は平行四辺形からなり、対向する面が平行とな
っている。そのため、角管１５の上面１８は下面に対し
て平行となり、溶接トーチＴの移動面Ｔに対して平行と
なる。従って、載置部６１をあらかじめ溶接トーチＴの
移動面と平行に設定しておくことにより、載置部６１が
基準部の役割を兼ね、載置部６１と接する角管１５の下
面は溶接トーチＴの移動面と平行になる。

【００２４】前記クラッチ装置による支持軸への駆動接
続の解除タイミングは、押圧装置が角管面を押圧する前
または後のいずれでもよい。すなわち、前述の実施例に
おいて、クラッチ装置の接続解除は押圧装置による角管
の押圧前としたが、この場合は角管の側面に付設物がな
く、重心と軸心が一致している場合に望ましい作動であ
る。しかしながら、例えば角管側面の一部に所要の付属
金物等が付設されていて角管の回転重心が偏心している
場合では、押圧装置が角管面を押圧する前にクラッチを
解除すると、角管が自由回転状態となって必要な溶接面
を上面に位置させることが困難になることがある。この
ような場合には、押圧装置が角管を押圧した後にクラッ
チを解除するようにする。このタイミング設定は、加工
しようとする角管の種類に応じて、手動はもちろん自動
においても工場量産加工であれば容易に対応することが
できる。なお、押圧装置は、エアシリンダやスプリング
機構のように弾性を有する機構とし、基準部の設定位置
を若干の押さえ代を有するようにしておくことが望まし
い。そうすれば、例えば、クラッチを接続したまま角管
を押圧する時は、前述したように回転により角管に微小
な回転角度ずれが生じていても、押圧状態のままクラッ
チを解除することにより、前記押さえ代で角管の回転角
度ずれを修正することができるのである。

【００２５】

【発明の効果】以上図示し説明したように、この発明の
角管溶接面の位置決め方法によれば、角管の外面間の角
度が正確に直角でなくても、角管の端部や側面に仕口部
材等をロボット溶接機で自動溶接する際には、角管の溶
接面となる側面を常に溶接トーチの移動面と平行に保つ
ことができる。そのため、角管と部材との適正な溶接が
でき強度が良好となって、角管を用いる建物ユニット等
の品質を高めることができる。また、この発明の角管溶
接面の位置決め装置によれば、自由回転可能な支持軸で
角管両端側を保持し、角管の上面または下面を溶接トー
チの移動面と平行に設定した基準部で押圧するだけで適
正な位置決めができると共に、角管の位置決め装置への
取付け取外しも簡単にできる等、作業性の良好な位置決
め装置を簡単な構成で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の位置決め装置の一実施例を示す正面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図とを並べて
示す図である。

【図３】この発明の位置決め方法及び位置決め装置の一
実施例により角管へ部材を溶接する際を段階的に示す図
１の３−３断面図である。

【図４】本発明の位置決め方法および位置決め装置によ
って溶接される部材と角管の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 基台 １５ 角管 １６ 部材 ２０ 支持装置 ２１Ａ，２１Ｂ 支持軸 ２４ 支持ピン ３０ 回転駆動装置 ４０ クラッチ装置 ５０ 押圧装置 ５１ 基準部 ６０ 載置昇降装置（押圧装置） ６１ 載置部（基準部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角管を横置きに支持してロボット溶接機
   の溶接トーチを角管の上面側で所定方向へ動かしながら
   部材との溶接を行い、次いで前記角管をその軸心を中心
   に９０度回転させて位置決めした後新たな上面で前記溶
   接トーチを所定方向へ移動させて部材との溶接を行い、
   さらに必要に応じて前記角管の回転および溶接を繰り返
   して角管へ部材を自動溶接するに際し、 前記横置きの角管をその両端側で回転可能に支持すると
   共に少なくとも一方の支持軸をクラッチ装置を介して回
   転駆動装置と接続し、前記回転駆動装置により角管をそ
   の軸心を中心に９０度回転させた後、前記クラッチ装置
   による支持軸への駆動接続の所要時解除と、前記溶接ト
   ーチの移動方向に平行な基準部を備えた押圧装置での当
   該角管面の上面または下面の押圧とにより、押圧面が基
   準部と平行になるよう回転姿勢を微調整し位置決めする
   ことを特徴とする角管へ部材を溶接する際の角管溶接面
   の位置決め方法。
2. 【請求項２】 横置きの角管をその軸心を中心に９０度
   づつ回転させて前記角管の上面でロボット溶接機の溶接
   トーチを所定方向へ動かしながら部材との溶接を行う際
   に前記角管の上面を溶接トーチの移動方向と平行に位置
   決めするための装置であって、 基台と、 前記基台上に所要距離離して設けられて前記角管両端側
   を支持軸により回転可能に支持する支持装置と、 前記支持装置の少なくとも一方の支持軸に対し所要時９
   ０度ずつの回転駆動力を付与する回転駆動装置と、 前記支持軸と回転駆動装置の間に介設して、所要時支持
   軸への駆動接続を解除して支持軸の自由回転を可能とす
   るクラッチ装置と、 前記溶接トーチの移動方向と平行な基準部を備え、前記
   基台から角管の軸に対し直交方向へ進退自在とされて所
   要時に前記角管面の上面または下面を前記基準部で押圧
   する押圧装置とを備え、 前記基準部での角管面押圧により角管上面の姿勢を位置
   決めすることを特徴とする角管へ部材を溶接する際の角
   管溶接面の位置決め装置。
3. 【請求項３】 角管の上面溶接位置が、角管端部と部材
   の接合部である請求項１記載の方法又は請求項２記載の
   装置。
4. 【請求項４】 角管の上面溶接位置が、角管の壁面と部
   材の接合部である請求項１記載の方法又は請求項２記載
   の装置。