JPH11277230A - 構造物における位置検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動溶接機を用いてボックス１０の隔壁１５
を自動溶接する場合等に、補剛材等の部材の位置とボッ
クス１０の大きさを安価な測定器で自動的に検出するこ
と。 【解決手段】 ガントリ３１に対して上下左右に移動可
能な取り付けられたリフト３２の先端部に、下近接セン
サ４１、左近接センサ４２、および右近接センサ４３を
取り付ける。下近接センサ４１は、リフト３２の下端３
２ａに取り付けられ、底板１１に取り付けられた下部材
２１の位置を検出する。左近接センサ４２は、リフト３
２の下部左側面３２ａに取り付けられ、左側板１２に取
り付けられた第１及び第２の左部材２２−１及び２２−
２の位置を検出する。右近接センサ４３は、リフト３２
の下部右側面３２ｃに取り付けられ、右側板１３に取り
付けられた第１及び第２の右部材２３−１及び２３−２
の位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はクレーンのガータや
ブーム等の溶接製缶品等の構造物（以下、ボックスと呼
ぶ。）の製作ラインにおいて、ボックスにおける補剛材
等の部材の位置を検出するための検出装置および方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のボックスを製作する際、平板や
アングル材をボックスの内壁面に取り付けることによ
り、ボックスの剛性（強度）を補強する方法がよくとら
れる。上記平板やアングル材等の部材は、補剛材または
補強材と呼ばれる。また、ボックスはその内部に隔壁を
有するが、ロボット等を用いた自動溶接機により隔壁を
ボックスの内壁面に自動的に溶接することが行われてい
る。この際、上記補剛材（補強材）を避けて溶接しなけ
ればならない。そのためには、予め上記ロボットに補剛
材の位置を認識させておく必要がある。

【０００３】一般的に、ロボットにワークを溶接させる
際、ロボットに対して溶接箇所を教える必要がある。そ
の場合、以下の３つの方法が一般に採用されている。

【０００４】（１）ロボットを用いていわゆる「ティ−
チング」を行う。すなわち、溶接箇所にロボットをもっ
ていき、一点一点教示していく。

【０００５】（２）ＣＡＤデ−タを用いる（オフライン
・ティ−チング）。

【０００６】（３）センサを用いて形状認識させる。

【０００７】上記（１）の方法は、現状の大多数のロボ
ットで用いられている方法であるが、作業時間が多くか
かるため、結局は実用的でなく、ロボットが敬遠される
一要因となっている。

【０００８】上記（２）の方法は、実際のワークとＣＡ
Ｄデ−タとの誤差、ロボットの絶対精度の低さ等、まだ
克服すべき問題は多い。

【０００９】そこで、上記（１）および（２）の方法と
比較して、このような欠点のない上記（３）の方法が、
上述した補剛材のような溶接対象部材の形状を認識する
方法として採用されている。

【００１０】この（３）の方法では、従来、ＣＣＤカメ
ラや、レ−ザ変位計、超音波センサ等の非接触測長セン
サによる測定が一般的に採用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の形状認識方法には、それぞれ、以下に述べるよ
うな問題がある。

【００１２】先ず、ＣＣＤカメラによる形状認識方法
は、３次元計測が可能であるとはいうものの、高度の画
像処理技術が必要であり、また高処理の演算装置が不可
欠である。さらに、溶接現場では、ＣＣＤカメラの耐環
境対策の問題も出てくる。

【００１３】それに対して、レーザ変位計、超音波セン
サといった非接触測長センサは取扱いが容易であり、最
近では溶接中のリアルタイム計測も可能となっている。
しかしながら、このような非接触測長センサは高価であ
るので、上記部材の形状や大きさではなくその位置を検
出するだけの用途では、オーバスペックとなる問題があ
る。

【００１４】したがって、本発明の課題は、ボックスの
製作ラインにおいて、自動溶接装置を用いてボックスの
隔壁を自動溶接する前に、補剛材の位置とボックスの大
きさを自動的に検出することができる補剛材位置検出装
置及び方法を提供することにある。

【００１５】本発明の他の課題は、安価な測定器を用い
て、補剛材の位置とボックスの大きさを自動的に検出す
ることができる補剛材位置検出装置及び方法を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、底板、
左側板、および右側板を備えた溶接製缶品等の構造物に
おける、前記底板、前記左側板、および前記右側板の各
々の内壁面に取り付けられた部材の位置を検出するため
の装置であって、前記構造物の内部空間内で上下左右に
移動可能なリフトと、前記リフトの下端に取り付けられ
て、前記底板の内壁面に取り付けられた下部材の位置を
検出するための下近接センサと、前記リフトの下部左側
面に取り付けられて、前記左側板の内壁面に取り付けら
れた左部材の位置を検出するための左近接センサと、前
記リフトの下部右側面に取り付けられて、前記右側板の
内壁面に取り付けられた右部材の位置を検出するための
右近接センサと、を有することを特徴とする構造物にお
ける位置検出装置が得られる。

【００１７】上記位置検出装置は、前記リフトは、前記
構造物の内部に設けられる隔壁を自動的に溶接するため
の自動溶接機の一部であっても良い。また、前記下近接
センサ、前記左近接センサ、および前記右近接センサの
各々の検出範囲は、検出すべき前記下部材、前記左部
材、および前記右部材の各々の高さよりも大きいことが
好ましい。

【００１８】また、本発明によれれば、底板、左側板、
および右側板を備えた構造物における、前記底板、前記
左側板、および前記右側板の各々の内壁面に取り付けら
れた部材の位置を検出するための方法であって、前記構
造物の内部空間内で上下左右に移動可能なリフトの下
端、下部左側面、および下部右側面に、それぞれ、下近
接センサ、左近接センサ、および右近接センサを取り付
け、前記リフトを上下左右に移動させて、前記下近接セ
ンサ、前記左近接センサ、および前記右近接センサによ
り、それぞれ、前記底板、前記左側板、および前記右側
板の各々の内壁面に取り付けられた部材の位置を検出す
ることを特徴とする構造物における位置検出方法が得ら
れる。

【００１９】

【作用】本発明では、上下左右に移動可能なリフトの先
端部に下近接センサ、左近接センサ、および右近接セン
サを取り付ける。そして、これら近接センサを上下左右
に移動させることによって、ボックスを剛性（強度）補
強するための補剛材等の部材の位置とボックスの大きさ
を自動的に検出する。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。

【００２１】図１を参照して、本発明の一実施の形態に
係る溶接製缶品等の構造物（ボックス）における補剛材
位置検出装置について説明する。

【００２２】図１に示すように、溶接対象であるボック
ス１０は、床面上に設置された平面状の底板１１と、こ
の底板１１の左右の両端からそれぞれ略垂直に上方へ延
在する左側板１２および右側板１３と、これた底板１
１、左側板１２および右側板１３によって囲まれる空間
内にそれらの内壁面に溶接によって取り付けられるべき
少なくとも１枚（図示の例では１枚のみ示す）の隔壁１
５と備えている。すなわち、この状態では、隔壁１５は
ボックス１０の内壁面に仮止められているが、後述する
自動溶接機またはロボットによって、この隔壁１５は後
でボックス１０の内壁面に自動的に溶接される。

【００２３】また、ボックス１０には、それを剛性（強
度）補強するために、その内壁面には次に述べるような
補剛材（補強材）が取り付けられている。詳述すると、
図示の例では、底板１１の内壁面１１ａには１枚の下補
剛材２１が取り付けられ、左側板１２の内壁面１２ａに
は底板１１側から順番に第１及び第２の左補剛材２２−
１及び２２−２が取り付けられ、さらに、右側板１３の
内壁面１３ａには底板１１側から順番に第１及び第２の
右補剛材２３−１及び２３−２が取り付けられている。

【００２４】前述したように、自動溶接機（ロボット）
によりボックス１０内部の隔壁１５を自動溶接する際に
は、これら補剛材を避けて溶接しなければならない。図
１には太線で溶接箇所を示している。そのためには、自
動溶接機（ロボット）に、予めこれら補剛材の位置を認
識させておく必要がある。

【００２５】本発明では、後で詳細に説明するように、
安価な接点出力式の近接センサを自動溶接機（ロボッ
ト）の先端に取り付けて、上述した補剛材の位置とボッ
クス１０の大きさを自動的に検出する。

【００２６】ここで、本発明に係る補剛材位置検出装置
について説明する前に、図２を参照して、接点出力式の
近接センサ４０の動作原理について説明する。

【００２７】周知のように、近接センサ４０とは検出対
象物５０がある範囲にあるかを検知するセンサで、通
常、図２に示す特性をもっている。このような近接セン
サ４０は、主に、衝突回避、オ−バラン防止、原点検出
等に用いられる。以下の説明では、検出対象物５０が検
出範囲内にある時、近接センサ４０が“ＯＮ”状態と表
記し、検出範囲外の時は“ＯＦＦ”状態と表示する。こ
のような近接センサ４０としては超音波センサを使用で
きる。

【００２８】図１に戻って、自動溶接機（ロボット）
は、上記ボックス１０の上を跨ぐように橋架さらたガン
トリ３１と、このガントリ３１に取り付けられて、図面
の太線矢印で示すように上下左右に移動可能なリフト３
２とを備えている。このリフト３２の先端には、後述す
るように、補剛材位置検出装置として働く近接センサが
取り付けられている。

【００２９】すなわち、図示の補剛材位置検出装置は、
下近接センサ４１と、左近接センサ４２と、右近接セン
サ４３とから構成されている。下近接センサ４１は、リ
フト３２の下端３２ａに取り付けられており、底板１１
の内壁面１１ａに取り付けられた下補剛材２１の位置を
検出するためのものである。左近接センサ４２は、リフ
ト３２の下部左側面３２ａに取り付けられており、左側
板１２の内壁面１２ａに取り付けられた第１及び第２の
左補剛材２２−１及び２２−２の位置を検出するための
ものである。右近接センサ４３は、リフト３２の下部右
側面３２ｃに取り付けられており、右側板１３の内壁面
１３ａに取り付けられた第１及び第２の右補剛材２３−
１及び２３−２の位置を検出するためのものである。

【００３０】尚、図示はしないが、自動溶接機（ロボッ
ト）は、自分の現在位置を計測するための内界センサを
搭載している。このような内界センサとしてはエンコー
ダ等が用いられる。

【００３１】以下、図３及び図４を参照して、本発明に
係る位置検出装置の計測方法について説明する。

【００３２】下記の表１に部材の位置計測で使用するパ
ラメ−タを示してある。

【００３３】

【表１】

【００３４】まず、ガントリ３１に対するボックス１０
の床面位置は既知であるとする。この場合、図３（１）
に示すように、床面（または、底板１１の内壁面１１
ａ）から距離Ａのところまでリフト３２を下降させる。
このときの距離Ａは、下補剛材２１の高さよりも大きな
値で、且つ下近接センサ４１のＯＮ領域内（検出範囲
内）であるとする。この場合、偶然に、下補剛材２１を
検知する可能性があるので、下補剛材２１の幅以上左右
どちらかに移動して、下補剛材２１以外の点を計測する
ようにする。そして、下降量の大きい方の位置までリフ
ト３２を下降する。

【００３５】次に、図３（２）に示すように、左近接セ
ンサ４２がＯＮするまで、リフト３２を左方向に移動さ
せる。また、このときの位置を記憶しておく。

【００３６】引き続いて、図３（３）に示すように、左
近接センサ４２がＯＦＦになるまで、リフト３２を上昇
させる。上記左近接センサ４２がＯＮしたときの位置
と、このときの位置より、距離Ｂを算出する。これよ
り、ボックス１０の高さＨは、下記の数１より求められ
る。

【００３７】

【数１】

【００３８】引き続いて、図３（４）に示すように、リ
フト３２をセンサ退避量Ｃだけ右方向に移動する。ここ
で、左近接センサ４２はＯＦＦ状態となる。尚、このセ
ンサ退避量Ｃは、左補剛材２２−１および２２−２の高
さ以下とする。

【００３９】次に、図４（５）に示すように、リフト３
２を床面から距離Ａの位置まで降下させる。そのとき、
左近接センサ４２の出力は、下降位置に従って図４
（５）の左欄に示すような波形を示す。すなわち、第２
及び第１の左補剛材２２−２及び２２−１のある位置で
左近接センサ４２がＯＮとなり、これより、自動溶接機
（ロボット）は、第１及び第２の左補剛材２２−１及び
２２−２の位置を判断することができる。

【００４０】引き続いて、図４（６）に示すように、下
近接センサ４１がＯＦＦになるまでリフト３２を上昇す
る。

【００４１】更に、図４（７）に示すように、リフト３
２をセンサ退避量Ｃだけ上昇する。

【００４２】次に、図４（８）に示すように、右近接セ
ンサ４３がＯＮするまでリフト３２を右方向に水平移動
する。その際、左側板１２のときと同様に、下近接セン
サ４１は、底板１１の内壁面１１ａに取り付けられた下
補剛材２１の位置を検出する。と同時に、床面補剛材
（下補剛材）２１の検出距離Ｄを計測する。これより、
ボックス１０の幅Ｗは、下記の数２より求められる。

【００４３】

【数２】 ここで、Ｅは近接センサの検出範囲である。

【００４４】引き続いて、図４（９）に示すように、リ
フト３２をセンサ退避量Ｃだけ左方向に移動する。ここ
で、左近接センサ４３はＯＦＦ状態となる。

【００４５】最後に、図４（１０）に示すように、上記
左側板１２において測定した距離Ｂだけ、リフト３２を
上昇する。その間、左近接センサ４３は第１及び第２の
補剛材２３−１及び２３−２の位置を検出する。

【００４６】このように、本発明では、安価な接点出力
式近接センサのみを用いて、補剛材等の部材の位置やボ
ックス１０の大きさを計測している。これにより、オペ
レータの作業量は大幅に軽減される。

【００４７】尚、本発明は上述した実施の形態に限定さ
れず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が
可能である。例えば、自動運転中の溶接対象物への干渉
防止のチェック用等に適用可能である。また、上述した
実施の形態では、自動溶接機（ロボット）の一部である
リフトの先端部に近接センサを取り付けているが、自動
溶接機（ロボット）とは別体のリフトの先端部に近接セ
ンサを取り付けるようにしても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、上下左右
に移動可能なリフトの先端部に下近接センサ、左近接セ
ンサ、および右近接センサを取り付け、これら近接セン
サを上下左右に移動させることによって、ボックスを剛
性（強度）補強するための補剛材等の部材の位置とボッ
クスの大きさを自動的に検出しているので、オペレータ
の作業量を大幅に軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に一実施の形態に係る溶接製缶構造物
（ボックス）における補剛材位置検出装置の概略構成を
示す正面図である。

【図２】図１に示した補剛材位置検出装置として使用さ
れる近接センサの動作原理を説明するための図である。

【図３】図１に示した補剛材位置検出装置における補剛
材位置計測の一連動作の前半部分の工程を示す工程図で
ある。

【図４】図１に示した補剛材位置検出装置における補剛
材位置計測の一連動作の後半部分の工程を示す工程図で
ある。

【符号の説明】

１０ ボックス（溶接製缶構造物） １１ 底板 １２ 左側板 １３ 右側板 １５ 隔壁 ２１ 下補剛材 ２２−１，２２−２ 左補剛材 ２３−１，２３−２ 右補剛材 ３１ ガントリ ３２ リフト ４１ 下近接センサ ４２ 左近接センサ ４３ 右近接センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底板、左側板、および右側板を備えた構
   造物における、前記底板、前記左側板、および前記右側
   板の各々の内壁面に取り付けられた補剛材等の部材の位
   置を検出するための装置であって、 前記構造物の内部空間内で上下左右に移動可能なリフト
   と、 前記リフトの下端に取り付けられて、前記底板の内壁面
   に取り付けられた下部材の位置を検出するための下近接
   センサと、 前記リフトの下部左側面に取り付けられて、前記左側板
   の内壁面に取り付けられた左部材の位置を検出するため
   の左近接センサと、 前記リフトの下部右側面に取り付けられて、前記右側板
   の内壁面に取り付けられた右部材の位置を検出するため
   の右近接センサと、 を有することを特徴とする構造物における位置検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記リフトが、前記構造物の内部に設け
   られる隔壁を自動的に溶接するための自動溶接機の一部
   である、請求項１に記載の構造物における位置検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記下近接センサ、前記左近接センサ、
   および前記右近接センサの各々の検出範囲は、検出すべ
   き前記下部材、前記左部材、および前記右部材の各々の
   高さよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の
   構造物における位置検出装置。
4. 【請求項４】 底板、左側板、および右側板を備えた構
   造物における、前記底板、前記左側板、および前記右側
   板の各々の内壁面に取り付けられた部材の位置を検出す
   るための方法であって、 前記構造物の内部空間内で上下左右に移動可能なリフト
   の下端、下部左側面、および下部右側面に、それぞれ、
   下近接センサ、左近接センサ、および右近接センサを取
   り付け、 前記リフトを上下左右に移動させて、前記下近接セン
   サ、前記左近接センサ、および前記右近接センサによ
   り、それぞれ、前記底板、前記左側板、および前記右側
   板の各々の内壁面に取り付けられた部材の位置を検出す
   ることを特徴とする構造物における位置検出方法。