JP7680717B2 - 教示用治具および教示方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分の溶接に用いられるロボットアームの動作を教示するための教示用治具と、これを用いた教示方法に関する。

従来、建設現場などにおいて、上下に配置された鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分は、溶接により固定されている。このような溶接方法として、ロボットアームを用いた溶接方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、鋼管の周りを１周するガイドレールを鋼管に固定し、ガイドレールに沿って溶接ロボットを移動させて鋼管同士の突合せ部分を溶接する溶接システムが記載されている。

特開２０１８－５８０７８号公報

ところで、上記特許文献１では、上下に配置された鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分に沿わせて溶接ロボットの溶接トーチを移動させるため、鋼管柱のサイズ（径）に応じて溶接トーチの移動経路に沿った溶接ロボットの動作を、設定することになる。ここで、溶接ロボットに溶接用ロボットアームを用いた場合、このような設定は、建設現場外において、溶接される柱と同等の教示用の鋼管柱を準備し、準備した鋼管柱の外周面に沿わせて、ロボットアームの動作を教示することにより、行われる。

しかしながら、ロボットアームの動作の教示を行う場合、建設現場には、溶接すべき複数のサイズの鋼管柱があり、鋼管柱の板厚（肉厚）に応じて、鋼管柱の角部の曲率も様々な大きさになる。このため、これらの鋼管柱に合わせて、教示用の鋼管柱を準備しなければならない。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、異なるサイズ教示用の鋼管柱を準備することなく、溶接用ロボットアームの動作を簡単に教示することができる教示用治具と、これを用いた教示方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決すべく、本発明に係る教示用治具は、上下に配置された鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分の溶接に用いられる溶接用ロボットアームに対して、前記突合せ部分に沿って前記溶接用ロボットアームの先端を移動させる、前記溶接用ロボットアームの動作を教示するための教示用治具であって、前記鋼管柱は、軸方向と直交する断面において、複数の直線部と、前記直線部同士を繋ぐ円弧状角部と、を有した多角形の形状の外面を有しており、前記教示用治具は、前記直線部の少なくとも一部を形成するストレート部材と、前記円弧状角部を形成するとともに、前記ストレート部材同士に連結されるコーナー部材と、を有し、前記ストレート部材と前記コーナー部材とは、前記多角形の形状に応じた個数のストレート部材の第１セットと、前記多角形の形状に応じた個数の前記コーナー部材の第２セットと、で構成され、前記第１セットと前記第２セットは、前記第１セットの前記ストレート部材と、前記第２セットの前記コーナー部材とを連結することにより、前記鋼管柱に相当する治具本体が作製されるものであり、前記第１セットは、前記ストレート部材の前記直線部に対応する部分の長さが異なる複数種のセットを有しており、前記第２セットは、前記円弧状角部に対応する部分の曲率半径が異なる複数種のセットを有していることを特徴とする。

本発明によれば、柱同士の突合せ部分に見立てた治具本体に沿わせて、溶接用ロボットアームの先端（溶接トーチ）を移動させる経路を設定し、ロボットアームの動作を教示することができる。ここで、本発明では、ストレート部材で構成される第１セットと、コーナー部材で構成される第２セットとは、複数種のセットで構成されているため、鋼管柱に合わせて、複数種のストレート部材およびコーナー部材から選択して治具本体を作製することができる。この結果、実際に溶接するサイズに応じた教示用の鋼管柱を準備しなくても、この鋼管柱のサイズに応じて作製した教示用治具は、軽量であり、作業性もよく、安全性も高い。このような結果、このような教示用治具を用いて、安価かつ簡単に溶接用ロボットアームの動作を、予め教示することができる。

ここで、教示用治具のコーナー部材は、特に限定されるものではないが、好ましい態様としては、前記コーナー部材の各端部は、前記直線部の一部を形成することを特徴とする。

この態様によれば、第１セットのストレート部材と、第２セットのコーナー部材とを連結する連結部分が、円弧状角部の両端からオフセットした直線部に形成され、コーナー部材の途中に、円弧状角部の両端が形成される。この結果、作製された治具本体に対して、円弧状角部の両端のより正確な位置を特定することができる。これにより、溶接用ロボットアームの動作を、より正確に教示することができる。

より好ましい態様としては、前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結される少なくとも一方の部分は、軟磁性材料からなり、他方の部分には磁石が取り付けられている。

この態様によれば、ストレート部材とコーナー部材とが連結される少なくとも他方の部分に取り付けられている永久磁石により、軟磁性材料からなる一方の部分が吸着されるので、ストレート部材とコーナー部材を簡単な操作で確実に連結することができる。しかも、連結が瞬時に行えるため操作性に優れている。たとえば、ストレート部材とコーナー部材とが連結される部分は、たとえば、ストレート部材とコーナー部材とが連結される部分はこれらの端面であってもよく、これらの側面（例えば内周側の側面）であってもよい。

より好ましい態様としては、前記ストレート部材または前記コーナー部材のいずれか一方の部材には、他方の部材の表面のうち、前記多角形の内側に位置する内面に当接する裏打ち板が固着されており、前記裏打ち板と前記他方の部材とには、前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結されるように前記裏打ち板と前記他方の部材とを重ねた状態で、連結ボルトが挿通される挿通孔が形成されている。

この態様によれば、ストレート部材およびコーナー部材の、いずれか一方の部材には、他方の部材の表面のうち、多角形の内側に位置する内面に当接する裏打ち板が固着されている。このため、裏打ち板と他方の部材とを重ねた状態で連結ボルトを挿通することにより、ストレート部材とコーナー部材とを確実に連結することができる。

さらに好ましい態様としては、前記教示用治具は、前記治具本体を固定する固定柱を備えており、前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結された状態で、前記各ストレート部材は、前記固定柱に着脱自在に固定されている。

この態様によれば、ストレート部材と、コーナー部材とを連結して作製した治具本体を、固定柱に着脱自在に固定しているため、固定柱に、異なるサイズの治具本体を選択して固定することができる。このため、異なるサイズの柱に対応した治具本体であっても、溶接用ロボットアームの動作を同じようにして教示することができる。

また、本発明に係る教示方法は、前記したいずれかに記載の教示用治具を用いた教示方法であって、複数種の前記第１セットと、複数種の第２セットとから、前記鋼管柱の形状に応じた前記第１および第２セットを選択し、選択した前記第１および第２セットにより、前記鋼管柱に相当する前記治具本体を作製し、前記治具本体を前記柱同士の前記突合せ部分に見立てて、前記治具本体の外周面に沿った経路に対して、間隔を空けて前記溶接用ロボットアームの先端を接触させることにより、前記溶接用ロボットアームの動作を教示することを特徴とする。

この教示方法によれば、鋼管柱の直線部の少なくとも一部を形成するストレート部材と、鋼管柱の円弧状角部を形成するとともに、ストレート部材同士に連結されるコーナー部材と、を組み合わせて連結することで、鋼管柱に相当する複数種の治具本体を作製することができる。教示用治具の治具本体の外周面に沿った経路に対して間隔を空けて、溶接用ロボットアームの先端を接触させることにより、建設現場とは異なる場所で、建設現場の柱に応じた教示用の鋼管柱を準備することなく、溶接用ロボットアームの動作を溶接用ロボットに簡単かつ安価に教示することができる。

本発明に係る教示用治具によれば、異なるサイズ教示用の鋼管柱を準備することなく、溶接用ロボットアームの動作を簡単に教示することができる。

本発明に係る教示用治具を用いて鋼管柱の突合せ部分を溶接する柱の要部立面図である。 （ａ）は図１に示す鋼管柱の突合せ部分を溶接するロボットアームの溶接トーチの移動経路の一例を示す柱の水平方向断面図、（ｂ）は鋼管柱の水平方向断面図である。 本発明に係る教示用治具の一実施形態の平面図である。 図３に示す教示用治具のＡ－Ａ線に沿う一部を破断した立面図である。 図３、図４に示す教示用治具の治具本体の要部斜視図である。 図５に示す治具本体の１つのコーナー部材の分解状態の斜視図である。 図３、図４に示す教示用治具のストレート部材のサイズの異なる複数種のセットの平面図である。 図３、図４に示す教示用治具のコーナー部材のサイズの異なる複数種のセットの平面図である。 本実施形態に係る教示方法を説明するための教示用治具と、溶接用ロボットアームと、を示した模式的斜視図である。 本実施形態に係る教示用治具を用いた教示方法の説明図である。 図３、図４に示す教示用治具とサイズの異なるストレート部材、コーナー部材を用いた他の実施形態の教示用治具の平面図である。 図１１に示す教示用治具のＢ－Ｂ線に沿う一部を破断した立面図である。 教示用治具の他の実施形態の１つのコーナー部材の分解状態の斜視図である。

以下、本発明に係る教示用治具の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
まず、図１を参照して、鋼管柱の突合せ部分近傍の構成について、詳細に説明する。図１は、鋼管柱の突合せ部分の要部立面図である。

図１において、鋼管柱１は、上下に配置された鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分２を備えている。下部鋼管柱１Ａおよび上部鋼管柱１Ｂは、四角形の角形鋼管柱であるが、これに限定されるものではなく、たとえば、四角形以外の多角形の角形鋼管柱（具体的には四面以上の多角形鋼管）であってもよく、角部にＲ部（曲率を有した）角形鋼管柱であれば特に限定されるものではない。

下部鋼管柱１Ａの上端面２ａは、概ね水平方向に沿った平坦面（水平面）であり、上部鋼管柱１Ｂの下端面２ｂは、水平方向に沿って傾斜したテーパ面であり、上端面２ａと下端面２ｂと間には、溶接用の開先２ｃが形成されている。下部鋼管柱１Ａは、たとえば、コンクリート基礎１Ｃから鉛直状態に立設されており、上部鋼管柱１Ｂは、仮固定治具５により下部鋼管柱１Ａと固定されている。下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂとを開先２ｃに沿って、溶接した後、仮固定治具５は、鋼管柱１から取り除かれる。なお、下部鋼管柱１Ａが、コンクリート基礎１Ｃから立設した例を示したが、これに限られるものではなく、たとえば、下階の鋼管柱と柱継手を介して連結されていてもよい。

下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂは、四角形の角形鋼管柱であり、４つの平面部と４つの湾曲部によって形成された多角形鋼管から構成されている。４つの平面部は、前面３Ａと、前面３Ａに隣接する両側面３Ｂ、３Ｃと、両側面３Ｂ、３Ｃに隣接し前面３Ａと平行な背面３Ｄとを有し、前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃおよび背面３Ｄが４つの湾曲面３Ｅを介して連続する断面四角形状に形成されている。

下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂの外周面の平面部、すなわち、前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃ、背面３Ｄの所定位置には、複数（ここでは４つ）の突片（エレクションピースともいう）４Ａ、４Ｂが溶接されている。この突片４Ａ、４Ｂは、下部鋼管柱１Ａおよび上部鋼管柱１Ｂ同士を仮固定するために設けられている。上下に配置された２つの突片４Ａ、４Ｂには、仮固定治具５が取り付けられ、下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂは仮固定状態となっている。

仮固定治具５は、上下方向に延設されており、上側の端部はボルト６等を用いて突片４Ａに締結されており、下側の端部はボルト６等を用いて突片４Ｂに締結されている。仮固定治具５は、ここでは詳細な説明を省略するが、上下に配置された２つの突片４Ａ、４Ｂ同士の間の距離を調節可能に構成されていてもよい。これにより、上下に配置された下部鋼管柱１Ａおよび上部鋼管柱１Ｂ同士の隙間を調節することが可能であるとともに、上側に配置された上部鋼管柱１Ｂの傾きを調節することが可能である。なお、仮固定治具５は下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂ同士の突合せ部分２の溶接が完了した際、または突合せ部分２の溶接途中であっても、下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂ同士の間の接合強度が建設中の建物を支持するのに十分な大きさになった際に、突片４Ａ、４Ｂから取り外される。

つぎに、このように仮固定された鋼管柱１の突合せ部分２の溶接について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、溶接工程の概略構成を示す説明図、図２（ｂ）は、鋼管柱の水平方向の模式的断面図である。図２において、下部鋼管柱１Ａ、上部鋼管柱１Ｂは、水平方向の断面において、前面３Ａと、前面３Ａに隣接する両側面３Ｂ、３Ｃと、両側面３Ｂ、３Ｃに隣接し前面３Ａと平行な背面３Ｄとを有し、前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃおよび背面３Ｄが４つの湾曲面３Ｅを介して連続する断面四角形状に形成されている。

ここで、図２（ｂ）を参照して、鋼管柱１Ａ（１Ｂ）の水平方向の断面について説明する。鋼管柱１Ａ（１Ｂ）は、前記のとおり、４つの平面部と４つの湾曲部によって形成された多角形鋼管から構成され、前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃと、背面３Ｄおよび４つの湾曲面３Ｅで全周が形成されている。前面３Ａが直線部Ｌ１を形成し、側面３Ｂが直線部Ｌ２を形成し、背面３Ｄが直線部Ｌ３を形成し、側面３Ｃが直線部Ｌ４を形成している。また、４つの湾曲面３Ｅは、円弧状角部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を形成している。詳細には後述するが、治具本体の円弧状角部を形成するコーナー部材は、円弧状角部と直線部の少なくとも一部を含む形状となる。

図２（ａ）において、ロボットアーム４０（４０Ａ、４０Ｂ）で、鋼管柱１の突合せ部分２を溶接するべく、鋼管柱１の下部鋼管柱１Ａを所定の間隔を有して挟むように、下部鋼管柱１Ａに一対のレール３１が固定される。レール３１は、リニアガイドレールであり、レール３１には、台車（スライダ）３２が取り付けられ、台車３２は、図示しないモータにより、レール３１に沿って走行自在となっている。

なお、図２（ａ）には示していないが、後述する図９に示すように、レール３１の下方には、レール３１に沿って、補強部材７２が取り付けられており、レール３１は、一対の支持梁７３、７３と交差するように、補強部材７２を介して一対の支持梁７３、７３に支持される。一対の支持梁７３、７３は、鋼管柱を挟むように、鋼管柱の固定されるものであり、ロボットアーム４０の動作を教示する際には、固定柱１２を挟むように、固定柱１２に固定される。

台車３２、３２には、一対の溶接用のロボットアーム４０（４０Ａ、４０Ｂ）が走行可能に装着されている。台車３２の走行制御、後述するロボットアーム４０の駆動制御、ロボットアーム４０の先端に取り付けられたトーチ５０による溶接条件に応じた溶接等は、制御装置（図示せず）により行われる。ロボットアーム４０は、６軸で回動する多関節ロボットであり、溶接機に接続された溶接用ロボットアームである。図２では、各レール３１にロボットアーム４０Ａ、４０Ｂが装着されている。

ロボットアーム４０は、台車３２に取り付けられる基台と、基台に載置され、基台に対して旋回する旋回台４１と、を備えている。旋回台４１には、ロアアーム４２が枢動自在に取り付けられている。ロアアーム４２の先端には、関節部４３が枢動自在に取り付けられている。関節部４３には、アッパアーム４４が、長手方向を軸心として回動自在に取り付けられている。ロボットアーム４０Ａは溶接範囲Ａの溶接を実施し、ロボットアーム４０Ｂは溶接範囲Ｂの溶接を実施するように構成されている。

さらに、アッパアーム４４の先端には、エンドエフェクタとなる溶接機のトーチ５０を支持する支持アーム４５が取り付けられている。支持アーム４５は、アッパアーム４４に対して、トーチ５０には、溶接ワイヤを送給するケーブル９１（後述する図９参照）が接続されており、ケーブルの基端は溶接ワイヤを送給する送給装置（図示せず）に接続されている。

ロボットアーム４０のトーチ５０の移動経路（溶接経路）は、周方向に沿って周回する開先２ｃ（の溶接ライン）を、複数の溶接区間１Ｌ、１Ｒ、溶接区間２Ｌ、２Ｒに分割される。本実施形態では、エレクションピース４Ａ、４Ｂを挟んだ４つの区間で開先２ｃの溶接ラインを分割している。なお、溶接ラインの分割は、前記の溶接ラインに限られるものでなく、レールに対して柱の平面部が平行でなく、略４５度の角度で配置されたものでもよい。また、開先２ｃの溶接ラインを、４つの溶接区間に分割したが、溶接のし易さ、隙間の変化等などに応じて、作業者が、溶接区間を適切な数で分割してもよい。

つぎに、柱同士の突合せ部分２をロボットアーム４０の溶接トーチを突合せ部分２に沿わせて移動させるための教示用治具１０について、図３から図６を参照して説明する。図３は教示用治具１０の平面図、図４は図３のＡ－Ａ線に沿う立面図、図５は教示用治具の治具本体を示す斜視図、図６は図５の治具本体の１つのコーナー部材を示す分解状態の斜視図である。

下部鋼管柱１Ａと上部鋼管柱１Ｂは、前記のように４つの平面部と４つの湾曲部によって形成された多角形鋼管から構成されている。すなわち、鋼管柱１は、軸方向と直交する断面において、図２（ｂ）に示すように、前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃと、両側面３Ｂ、３Ｃに隣接し前面３Ａと平行な背面３Ｄに相当する複数の直線部Ｌ１～Ｌ４と、直線部同士を繋ぐ円弧状角部Ｒ１～Ｒ４と、を有した多角形の形状の外面を有している。

教示用治具１０は、前記した鋼管柱１の外周面に相当する枠状の治具本体１１と、治具本体１１の中心部に位置し、治具本体１１を着脱自在に固定する固定柱１２とを備えている。治具本体１１は、ストレート部材１５とコーナー部材２０により構成されている。本実施形態では、鋼管柱１は、多角形として、四角形の角形鋼管からなるため、多角形の形状に応じた個数として、治具本体１１は、４つのストレート部材１５と、ストレート部材１５同士を連結する４つのコーナー部材２０とで構成される。これらの８つの部材により、鋼管柱１の外周と同じ形状の枠状になっている。

より詳細には、ストレート部材１５は、たとえば、軟磁性材料を含む金属板材で形成され、直線部Ｌ１～Ｌ４の一部を形成する平板状の直線材１６と、直線材１６に接合され、支持する支持材１７とを備えている。コーナー部材２０も、軟磁性材料を含む金属板材で形成され、鋼管柱１の４つの湾曲面３Ｅ（の円弧状角部Ｒ１～Ｒ４）と同じ曲率半径を有する弧状部２１と、弧状部２１の両端から所定の長さで延在する直線状の線状部２２、２２と、が形成されている。したがって、コーナー部材２０の各端部には、鋼管柱１の直線部Ｌ１～Ｌ４の一部に対応する部分が、線状部２２、２２として形成されている。ここで、軟磁性材料としては、たとえば鉄系材料などの磁石に吸着する材料を含むものであれば、その材料の種類は、特に限定されるものではなく、たとえば、樹脂材料に軟磁性粉末が分散していてもよい。ストレート部材１５およびコーナー部材２０は、軟磁性材料からなってもよく、これらのうち、後述する磁石によって連結される部分が、少なくとも軟磁性材料からなっていればよい。

弧状部２１は、４分の１円弧で形成されており、円弧を形成する内角が９０度であるため、線状部２２、２２は直交するように伸びている。４つのコーナー部材２０は、４つのストレート部材１５の直線材１６と同じ断面形状である。すなわち、図６に示すように、コーナー部材２０の線状部２２の厚さｔ、高さｈと、ストレート部材１５の直線材１６の厚さｔ、高さｈとが等しく形成されている。

コーナー部材２０は、図５等に示されるように、弧状部２１の両端部に線状部２２、２２が連続して形成されており、コーナー部材２０の各端部は、鋼管柱１の４つの平面部（前面３Ａ、両側面３Ｂ、３Ｃおよび背面３Ｄ）を構成する直線部の一部Ｌ１～Ｌ４を形成している。すなわち、図２（ｂ）に示されるように、コーナー部材２０は、たとえば前面３Ａが構成する直線部Ｌ１と、側面３Ｂが構成する直線部Ｌ２に跨るように形成されており、線状部２２、２２は、前面３Ａと側面３Ｂの直線部Ｌ１、Ｌ２の一部を形成している。

教示用治具１０の４つのストレート部材１５と４つのコーナー部材２０とは、永久磁石２５で吸着される構成となっている。本実施形態では、図６に示すように、４つのコーナー部材２０の両端部（端面）に永久磁石２５が皿ねじ２６等で固着されている。永久磁石２５は、たとえばサマリウムコバルトや、ネオジウム等の硬磁性材料が用いられ、４つのストレート部材１５と４つのコーナー部材２０を強固に連結固定するものである。これにより、ストレート部材１５とコーナー部材２０とを、永久磁石２５により、簡単な操作で確実に連結することができる。なお、永久磁石２５は、４つのストレート部材１５側に固定してもよい。また、本実施形態では、永久磁石２５を例示したが、たとえば、電磁石により、ストレート部材１５とコーナー部材２０戸を連結してもよく、永久磁石２５と電磁石の双方を用いて、これらを連結固定してもよい。

固定柱１２は、図４に示すように、教示用治具１０の治具本体１１を固定するものであり、水平方向に延在するベース１３Ａと、ベース１３Ａから鉛直方向に延在する柱部１３Ｂと、を有している。なお、柱部１３Ｂには、直交する４方向に向かって、水平方向に沿って延在するアーム部１４が、接合されている。４つのアーム部１４に、治具本体１１の４つの支持材１７が中継板１８を介して固定されることで、治具本体１１は固定柱１２に着脱自在となっている。中継板１８には、アーム部１４が延在する方向に、取り付け調整用の長孔が形成されており、これにより、異なるサイズの治具本体１１を、固定柱１２に取り付けることができる。

つぎに、前記した実施形態に示す治具本体１１では、第１セットの４つのストレート部材１５と、第２セットの４つのコーナー部材２０で構成する例を示すが、教示用治具の治具本体１１は、第１セットの４つのストレート部材１５と、第２セットの４つのコーナー部材２０のほかに、第１セットおよび第２セットを、それぞれ複数種のセットで有している。具体的には、第１セットは、ストレート部材１５の直線部Ｌ１～Ｌ４に対応する直線材１６の長さが異なる複数種のセットを有しており、第２セットは、円弧状角部Ｒ１～Ｒ４に対応する弧状部２１の曲率半径が異なるとともに線状部２２、２２の長さが異なる複数種のセットを有している。ここで、第２セットで弧状部２１の曲率半径が異なる複数種のセットを有している理由としては、溶接の対象となる実際の鋼管柱の円弧状角部の曲率半径が、鋼管柱の板厚（肉厚）に依存しているからである。たとえば、プレス成形角形鋼管（ＢＣＰ）からなる鋼管柱の場合、ｒ＝３．５ｔ（ｒ：曲率半径、ｔ：板厚）の関係を満たし、このような鋼管柱の形状を、後述する教示用治具により、再現することができる。

これらの複数種のセットについて、図７と、図８を参照して以下に説明する。図７は、教示用治具の複数種のストレート部材の平面図、図８は教示用治具の複数種のコーナー部材の平面図である。なお、図７と、図８は、異なる縮尺で描かれている。

図７に示す各第１セットのストレート部材１５Ａ～１５Ｉは、直線材１６の長手方向の長さが異なる複数種のものであり、固定柱１２に固定される支持材１７は同じ形状となっている。たとえば、（ａ）では直線材１６の長さは２５４ｍｍであり、（ｂ）では３０４ｍｍ、（ｃ）では３５４ｍｍ、（ｄ）では４０４ｍｍ、（ｅ）では４５４ｍｍ、（ｆ）では５０４ｍｍ、（ｇ）では５５４ｍｍ、（ｈ）では６０４ｍｍ、（ｉ）では６５４ｍｍに設定されている。

図８に示す各第２セットのコーナー部材２０Ａ～２０Ｇは、弧状部２１と線状部２２、２２で形成されている。たとえば、コーナー部材２０Ａ～２０Ｇは、それぞれ弧状部２１の曲率半径が相違しているとともに線状部２２、２２の長さが相違している。具体的には、（ａ）では、弧状部２１が１４０ｍｍの曲率半径の円弧で形成され、線状部２２、２２の長さはそれぞれ３０ｍｍに設定されている。

さらに、図８の（ｂ）では、弧状部２１の曲率半径１２６ｍｍ、線状部２２、２２の長さ４４ｍｍ、（ｃ）では、弧状部２１の曲率半径１１２ｍｍ、線状部２２、２２の長さ５８ｍｍ、（ｄ）では、弧状部２１の曲率半径９８ｍｍ、線状部２２、２２の長さ７２ｍｍ、（ｅ）では、弧状部２１の曲率半径８７．５ｍｍ、線状部２２、２２の長さ８２．５ｍｍ、（ｆ）では、弧状部２１の曲率半径７７ｍｍ、線状部２２、２２の長さ９３ｍｍ、（ｇ）では、弧状部２１の曲率半径６６．５ｍｍ、線状部２２、２２の長さ１０３．５ｍｍとなっている。

本実施形態では、これらの複数種の第１セットのストレート部材１５Ａ～１５Ｉおよび第２セットのコーナー部材２０Ａ～２０Ｇを選択して、組み合わせることで、多種多様のサイズ（６００～１０００ｍｍ）の鋼管柱１に対応する教示用治具１０を作製することができる。なお、弧状部２１の曲率半径だけでなく弧状部２１の円弧の長さを変化させることで多種多様な多角形鋼管にも対応できるようになる。

前記のように構成された本実施形態の教示用治具１０を用いた教示方法について以下に説明する。
まず、上述したように、上下に配置された鋼管柱１からなる柱同士の突合せ部分２を溶接するときは、図２に示されるレール３１に搭載されたロボットアーム４０Ａ、４０Ｂを使用し、鋼管柱１の開先２ｃに沿ってロボットアームのトーチ５０を移動させて、溶接経路を設定する。図２の例では、ロボットアーム４０Ａは溶接範囲Ａの領域を分担し、ロボットアーム４０Ｂは溶接範囲Ｂの領域を分担するように設定される。

本実施形態では、建設現場の鋼管柱で教示作業をする必要はなく、図９に示すように、例えば、建設現場とは異なる作業所にレール３１に載置されたロボットアーム４０Ａ、４０Ｂを設置する。具体的には、ロボットアーム４０Ａ、４０Ｂは、溶接する鋼管柱に対して、建設現場と同じ位置関係となるように、設置されている。このように設置されたロボットアーム４０Ａ、４０Ｂに、図９に示すように、固定柱１２に、教示用治具１０を固定し、ティチングペンダント（図示せず）等を用いて、作業者は、ロボットアーム４０Ａ、４０Ｂに、溶接経路に沿ったロボットアーム４０Ａ、４０Ｂの動作を教示させる。

具体的には、溶接しようとしているサイズの鋼管柱１に合わせて、図７、図８に示す複数種第１セットのストレート部材１５と、複数種の第２セットのコーナー部材２０から必要なサイズの部材を選択する。そして、図１０に示すように、選択された第１セットの４つのストレート部材１５と、第２セットの４つのコーナー部材２０を、これらの端面において、永久磁石２５で吸着させて連結し、枠状の治具本体１１を作製する。作製された治具本体１１を固定柱１２のアーム部１４に固定し、所定のサイズの教示用治具１０を構成する。具体的には、中継板１８に形成された長孔に支持材１７の挿通孔を合わせてボルトナットで締結するとともに、中継板１８の長孔とアーム部１４の長孔を合わせてボルトナットで締結して、治具本体１１を固定柱１２に固定する。

作製された治具本体１１は、鋼管柱１と同様に、複数の直線部と、直線部同士を繋ぐ円弧状角部と、を有した多角形の形状の外面を有しており、溶接しようとする鋼管柱１に見合うものとなっている。本実施形態の教示方法では、作業所等の水平な基盤１９上に教示用治具１０を固定し、治具本体１１を柱の突合せ部分２に見立てて、治具本体１１の外周面に沿った経路において、間隔を空けてトーチ５０の先端を接触させることにより、溶接用ロボットアームの動作を教示させる。

具体的には、図１０に示すように、治具本体１１を構成するストレート部材１５の直線材１６と、コーナー部材２０の線状部２２に対して、間隔を空けてロボットアーム４０のプローブ（先端）を接触させる。具体的には、線状部２２の位置Ｐ１、Ｐ２にプローブを接触させ、２点で線状部２２を経路として特定する。さらに、隣接する弧状部２１の位置Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５にプローブを接触させ、３点で弧状部２１を経路として特定する。さらに、隣接する線状部２２の位置Ｐ６、Ｐ７にプローブを接触させ、２点で線状部２２を経路として特定する。このように、治具本体１１の外周面に沿った経路において、ロボットアーム４０の動作を教示させることができる。このようにして、順次、位置Ｐ１～Ｐ１６まで、順にプローブを接触させながら、ロボットアーム４０の動作を教示させることができる。

このようにして、教示用治具１０の治具本体１１を用いて、溶接範囲Ａ、Ｂを経路として教示させ、治具本体１１の外周面に沿った全周の経路を教示させることができる。このように、本実施形態の教示用治具１０を用いることで溶接用ロボットアーム４０の先端を、間隔を空けて接触させ、建設現場でなくても作業所等で容易にロボットアーム４０の動作を教示させることができる。

つぎに、教示用治具１０の他の実施形態について説明する。たとえば、図１１、図１２に示される教示用治具１０Ａは、図７のストレート部材１５Ｉと、図８のコーナー部材２０Ｇとを組み合わせて作製したものである。図１１に示される大型の鋼管柱に相当する教示用治具１０Ａから、図３から図５に示される小型の鋼管柱に相当する教示用治具１０等の複数種の教示用治具を容易に組み合わせて、溶接用のロボットアームの動作を教示するための教示用治具を作製することができる。

この実施形態の教示用治具１０Ａの治具本体１１Ａは、前記した実施形態の治具本体１１と比較して外形が大きく形成されている。このため、治具本体１１Ａを構成するストレート部材１５の支持材１７と、固定柱１２のアーム部１４とを繋ぐ中継板１８Ａは、図５に示す中継板１８に比べて長尺に形成されている。本実施形態でも、同様に、中継板１８Ａに形成された長孔に支持材１７の挿通孔を合わせてボルトナットで締結するとともに、中継板１８の長孔とアーム部１４の長孔を合わせてボルトナットで締結して治具本体１１Ａを固定柱１２に固定する。

このようにして、外形の大きい大型の鋼管柱１の場合でも、大型の治具本体１１Ａを用いて、ロボットアーム４０の先端を移動させる溶接用ロボットアームの動作を、建設現場に限らず作業所等で容易に教示することができる。

以上、本実施形態によれば、ストレート部材１５で構成される第１セットと、コーナー部材２０で構成される第２セットとは、複数種のセットで構成されているため、鋼管柱１に合わせて、複数種のストレート部材１５およびコーナー部材２０から選択して治具本体１１を作製することができる。この結果、実際に溶接するサイズに応じた教示用の鋼管柱を準備しなくても、この鋼管柱１のサイズに応じて作製した教示用治具１０により、安価かつ簡単にロボットアーム４０の動作を、予め教示することができる。

さらに、本実施形態では、第１セットのストレート部材１５と、第２セットのコーナー部材２０とを連結する連結部分が、円弧状角部Ｒ１～Ｒ４の両端からオフセットした直線部Ｌ１～Ｌ４に形成され、コーナー部材２０の途中に、円弧状角部Ｒ１～Ｒ４の両端が形成される。この結果、作製された治具本体１１に対して、円弧状角部Ｒ１～Ｒ４の両端のより正確な位置を特定することができる。これにより、ロボットアーム４０の動作を、より正確に教示することができる。

つぎに、図１３を参照して、教示用治具の他の実施形態について説明する。図１３は、教示用治具の他の実施形態の治具本体を示す要部斜視図である。図１３において、教示用治具は、治具本体１１Ｂを構成するコーナー部材２０とストレート部材１５に特徴がある。

前記した実施形態では、治具本体１１を構成するストレート部材１５とコーナー部材２０は、軟磁性材料からなり、ストレート部材１５とコーナー部材２０とが連結される少なくとも一方の端面には、永久磁石２５が取り付けられている。これに対して、この教示用治具の治具本体１１Ｂでは、ストレート部材またはコーナー部材のいずれか一方の部材には、他方の部材の表面のうち、多角形（四角形）の内側に位置する内面に当接する裏打ち板２７が溶接等で固着されている。

本実施形態では、コーナー部材２０の内周側の面には、コーナー部材２０の縦方向幅より狭い幅の裏打ち板２７が、コーナー部材２０の端面より、ストレート部材１５側に突出するように固着されている。裏打ち板２７には、ストレート部材１５と連結するための連結ボルト２８を挿通する貫通孔２７ａが形成されている。一方、ストレート部材１５の直線材１６には、裏打ち板２７の貫通孔２７ａとともに連結ボルト２８を挿通するための貫通孔１６ａが形成されている。

このようにして、裏打ち板２７とストレート部材１５とを重ねた状態で、裏打ち板２７とストレート部材１５に形成された貫通孔２７ａ、１６ａに、連結ボルト２８が挿通し、ストレート部材１５とコーナー部材２０とが連結される。より具体的には、コーナー部材２０の端面にストレート部材１５の端面を当接させ、ストレート部材１５の貫通孔１６ａから連結ボルト２８を挿通し、裏打ち板２７の貫通孔２７ａを通してナットを締めることで、ストレート部材１５とコーナー部材２０とを連結することができる。この実施形態では、治具本体１１Ｂを構成するストレート部材１５とコーナー部材２０との結合状態を安定させることができる。なお、裏打ち板２７はコーナー部材２０に固着されているが、ストレート部材１５に固着されるように構成してもよい。

なお、この実施形態では、ストレート部材１５とコーナー部材２０とは、軟磁性材料から形成される必要は特にないが、軟磁性材料から形成してもよく、この場合、この実施形態において、永久磁石２５を併用してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

たとえば、教示用治具１０において、治具本体１１と固定柱１２とを固定する構成で、アーム部１４と支持材１７とを中継板１８を介して固定する例を示したが、支持材１７を内周側にさらに延在させて、アーム部１４を外周側にさらに延在させることで中継板を省略し、アーム部１４に支持材１７を直接固定するように構成してもよい。

１：鋼管柱、１Ａ：下部鋼管柱、１Ｂ：上部鋼管柱、２：突合せ部分、３Ａ：前面、３Ｂ、３Ｃ：両側面、３Ｄ：背面、３Ｅ：湾曲面、１０、１０Ａ：教示用治具、１１、１１Ａ、１１Ｂ：治具本体、１２：固定柱、１５、１５Ａ～１５Ｉ：ストレート部材、１６：直線材、１７：支持材、２０、２０Ａ～２０Ｇ：コーナー部材、２１：弧状部、２２：線状部、２５：永久磁石、２７：裏打ち板、４０、４０Ａ、４０Ｂ： （溶接用）ロボットアーム、Ｌ１～Ｌ４：直線部、Ｒ１～Ｒ４：円弧状角部

Claims (6)

1. 上下に配置された鋼管柱からなる柱同士の突合せ部分の溶接に用いられる溶接用ロボットアームに対して、前記突合せ部分に沿って前記溶接用ロボットアームの先端を移動させる、前記溶接用ロボットアームの動作を教示するための教示用治具であって、
   前記鋼管柱は、軸方向と直交する断面において、複数の直線部と、前記直線部同士を繋ぐ円弧状角部と、を有した多角形の形状の外面を有しており、
   前記教示用治具は、前記直線部の少なくとも一部を形成するストレート部材と、前記円弧状角部を形成するとともに、前記ストレート部材同士に連結されるコーナー部材と、を有し、
   前記ストレート部材と前記コーナー部材とは、前記多角形の形状に応じた個数のストレート部材の第１セットと、前記多角形の形状に応じた個数の前記コーナー部材の第２セットと、で構成され、
   前記第１セットと前記第２セットは、前記第１セットの前記ストレート部材と、前記第２セットの前記コーナー部材とを連結することにより、前記鋼管柱に相当する治具本体が作製されるものであり、
   前記第１セットは、前記ストレート部材の前記直線部に対応する部分の長さが異なる複数種のセットを有しており、
   前記第２セットは、前記円弧状角部に対応する部分の曲率半径が異なる複数種のセットを有していることを特徴とする教示用治具。
2. 前記コーナー部材の各端部は、前記直線部の一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の教示用治具。
3. 前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結される少なくとも一方の部分は、軟磁性材料からなり、他方の部分には磁石が取り付けられていることを特徴とする請求項１また２に記載の教示用治具。
4. 前記ストレート部材または前記コーナー部材のいずれか一方の部材には、他方の部材の表面のうち、前記多角形の内側に位置する内面に当接する裏打ち板が固着されており、
   前記裏打ち板と前記他方の部材とには、前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結されるように前記裏打ち板と前記他方の部材とを重ねた状態で、連結ボルトが挿通される挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の教示用治具。
5. 前記教示用治具は、前記治具本体を固定する固定柱を備えており、
   前記ストレート部材と前記コーナー部材とが連結された状態で、前記各ストレート部材は、前記固定柱に着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の教示用治具。
6. 請求項１～５に記載のいずれか一項に記載の教示用治具を用いた教示方法であって、
   複数種の前記第１セットと、複数種の第２セットとから、前記鋼管柱の形状に応じた前記第１および第２セットを選択し、
   選択した前記第１および第２セットにより、前記鋼管柱に相当する前記治具本体を作製し、
   前記治具本体を前記柱同士の前記突合せ部分に見立てて、前記治具本体の外周面に沿った経路に対して間隔を空けて、前記溶接用ロボットアームの先端を接触させることにより、前記溶接用ロボットアームの動作を教示することを特徴とする教示方法。

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