JP2013508169A - コンピュータ援用梁製作機械 - Google Patents

Abstract

梁加工装置は、梁を保持し、該梁の長軸周りに回転させる対向する万力組立体と、梁に沿って並進運動するよう構成する多数のガントリとを含む。ツールで梁を加工するために、各ガントリに固定する少なくとも１つのツールヘッド取付体を、備える。本装置をコンピュータ制御システムで操作可能にするために、多数のモータを備えて、選択的に、万力アセンブリを回転させ、ガントリを移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明の特定の実施形態は、鉄骨梁を自動的に切断及び穴開けするＣＮＣ梁ライン機に関する。

いかなる従来技術の文献、技術、方法又は装置に関する議論は、そうした従来技術が共通な常識の一部を形成する、又は形成したことがあることを認める、或いは証明するものとは解釈されないこととする。

鉄骨製作は労働集約的な作業である。鉄骨製作中、鉄骨梁を、間近な建設に関連する工学的要件を満たすように組立可能にするために、製作図に従い、穴開け及び切断する。通常、被製作鉄骨に関する費用の約３分の１だけが、未加工鉄骨の価格である。該費用の残りは作業時間である。

ここ数年間、鉄骨製作の労働集約程度を軽減しようとする様々な提案がなされている。そうした提案の１つとして、ＣＮＣ梁ライン機の使用がある。一般に、そうした機械は、台を含み、該台の片側に沿って被加工梁を配置する。梁に対して様々な処理を行う、例えば穴を開けるために、電動ツール取付体を、適宜、台の片側に沿って移動し、昇降するように設けている。

先行技術のＣＮＣ梁ラインは鉄骨製作工場の処理能力を高めるものの、多くの欠点がある。例えば、梁に施せる処理の種類及び範囲が、不所望に限定される。

本発明の目的は、現在知られているこうした鉄骨製作機械を改良した、又は該機械の少なくとも有用な代わりとなる装置を提供することである。

本発明の第１態様によると、梁加工装置を提供し、該梁加工装置は、
梁を保持し、該梁の長軸周りに回転させる万力組立体と、
梁に沿って動作する少なくとも１つの並進組立体と、
ツールで梁を加工するために、並進組立体に固定する少なくとも１つのツールヘッド取付体と
を含む。

好適には、万力組立体は、梁を協働して保持し、回転するように設けた１対の対向する万力を含む。

好適には、本装置は、万力を近づける及び引き離すために、少なくとも１個のモータを含む。

好適には、万力は、梁を支持するために、其々回転可能なクレイドルを含む。

本装置は、クレイドルを回転させるために、少なくとも１個のモータを更に含んでもよい。

好適実施例では、万力を近づける及び引き離すための少なくとも１個のモータを、ラックアンドピニオン構成と結合する。

万力は、ホイールの上を走行してもよく、ラックアンドピニオン構成は、ラックに装着する第１レールと、該ラックと噛合うピニオンを含み、上記ピニオンを、少なくとも１個のモータのスピンドルに固定し、上記モータを上記万力の１つに結合する。

好適実施例では、並進組立体は少なくとも１つのガントリ（ｇａｎｔｒｙ）を含む。

本装置は、万力対に対してガントリを移動するために、ガントリモータを含んでもよい。

好適には、上記ツールヘッド取付体は、パン用、チルト用、及びロールモータの１つ又は複数を含む。

好適には、少なくとも１つのガントリは、少なくとも第２レールに沿って走行する。

少なくとも１つのガントリは、第１レール対に沿って走行し、上記万力は、第２レール対に沿って走行してもよい。好適には、第１レール対を、第２レール対の外側に配置する。

好適な実施形態では、少なくとも１つのガントリは、３ガントリを含み、少なくとも１つのツールヘッド取付体は、それに結合する３つの対応するツールヘッド取付体を含む。

好適には、溶接用ツールを、上記ツールヘッド取付体の１つに取付ける。

好適には、レーザ位置検出器を、上記ツールヘッド取付体の１つに取付ける。

好適には、切断用ツールを、上記ツールヘッド取付体の１つに取付ける。

電磁石を、梁に溶接する部品を選択的に保持する上記ツールヘッド取付体の１つに取付けてもよい。

本装置は、部品を収納するためのホルダを所定位置に含んでもよい。

例えば、かかる部品は、溶接用ツールで梁に溶接されるクリートを含んでもよい。

本装置は、上記遠隔操作用コンピュータ制御システムを含んでもよい。

好適には、コンピュータ制御システムは、鉄骨梁を加工するための情報を含む図面ファイルを読み出すように構成したコンピュータを含む。

ツール取付用組立体に結合するツールを移動して、鉄骨梁の加工を行うために、コンピュータ制御システムは、コンピュータと、ガントリ、ツール取付用組立体、万力の中の１つ又は複数に関するモータとの間で対話するように構成した１つ又は複数のコントローラボードを、更に含んでもよい。

好適には、コントローラは、上記モータの位置エンコーダに応答する。

本発明の更なる態様によると、梁を加工する方法を提供するが、該方法は、
梁を、該梁の長軸に沿って、ツールヘッドが接近する所望の角度に回転させるステップと、
レーザ測定装置で梁の位置を検査するステップと、
梁に隣接する所定の位置に、ツールヘッドを移動させるステップと、
梁上でツールヘッドを操作するステップと、を備え、
上記方法の各ステップを、電子制御システムによって制御する。

本方法は、梁に取着する部品を、格納位置から所定位置に、電磁石で部品を把持して、再配置するステップを含んでもよい。

本方法は、レーザ測定装置で、部品が正確に指向しているかを検査することを含んでもよい。

ツールヘッドは、溶接用ヘッドを含んでもよい。部品は、クリートを含んでもよい。

本方法は、電磁石と溶接用ヘッドを同時に操作して、部品を梁に溶接することを含んでもよい。

好適には、ツールヘッドを、並進組立体によって、梁に沿って所定位置に移動させる。

或いは、ツールヘッドは、梁に開口を形成する切断用ヘッドを含んでもよい。

更なる実施形態では、ツールヘッドは、塗料を梁に塗布する吹付け塗装用ヘッドを含んでもよい。

本発明の好適な特徴、実施形態及び変更例については、当業者が本発明を実行するのに十分な情報を提供する、以下の詳細な説明から理解できるであろう。詳細な説明は、前述した発明の概要の範囲を制限するものとは解されない。詳細な説明は、以下の多数の図面を参照して行う。

本発明の好適実施形態による、被加工物を載せた、鉄骨梁製作装置の若干図案化した斜視図である。 本装置の万力の拡大図である。 本装置の万力の更なる図である。 万力のスレッドを移動させるモータの図である。 本装置のモータの端面図であり、ロータリエンコーダ組立体を示している。 本装置のガントリの上側部分に関する図である。 本装置のツール取付体の図である。 本装置の制御システムのブロック図である。 制御システムのコントロールキャビネット内部の図である。 更なる操業段階での本装置に関する図である。 更に別な操業段階での本装置に関する図である。

次に、図１を参照すると、本発明の好適実施形態による梁製作機械１の若干図案化した図を表している。梁製作機械１について、鉄骨梁３１の形をした被加工物を載せて、示している。

製作機械１は、内側レール対２と、外側レール対４を含む。２つの回転可能な万力９及び６は、内側レール対２に沿って走行する。図２、図３、図４では、更に詳細に万力９について示している。

万力６の構成は、万力９の構成に相当し、該構成について、次に図２及び図３を参照して説明する。万力９は、対向するプレート対７、８の形をしたスタンドから成り、該プレート対をベアリングローラ１６で相互連結し、該ベアリングローラを、各プレートを通して形成した対応する中央の円弧状切欠き周りに、円弧状に配設する。ベアリングローラにより円弧状クレイドル１８を支持するが、該クレイドル１８は、切欠部内側に位置し、対向する円弧状フランジ２２及び２４とフランジ結合しており、該フランジ２２及び２４は、プレート７、８の外側に、各切欠部の縁部周りに突出している。フランジ２４の周縁部は、歯状になっており、ステップダウン歯２６Ａ、２６Ｂの歯と噛合う。各ステップダウン歯２６Ａ、２６Ｂを、サーボモータ３０Ａ、３０Ｂ（視認不可能）の各スピンドル２８Ａ、２８Ｂに装着する。制御システム（手短に後述する）で、スピンドルの位置、従ってクレイドル１８の角度をモニタ可能にするために、サーボモータ３０Ａを、位置エンコーダ４４（図５で視認可能）に装着する。

クレイドル内側を横断して支持台３４を装着し、支持台３４に、対向する摺動可能なジョー１１（図１で視認可）を装着する。摺動可能なジョー１１を、被加工物を協働して保持するように設けるが、通常、被加工物を、鉄骨梁３１等の長尺の鉄骨部材とする。

万力９はスレッド４０を更に含み、スレッド４０は、スタンドの対向するプレート７、８を支持し、内側レール２間で回転するためにホイール（図示せず）を含む。図４を参照すると、サーボモータ４２を、スレッド４０下側のどちら側かに装着する。サーボモータ４２はスピンドルを有し、該スピンドルを対応するピニオン（図示せず）に装着し、該ピニオンをレール２の内側に沿って固着した各ラック４３と噛合させる。その結果、使用中に、サーボモータ４２は内側レール２に沿って万力９を正確に並進できる。また、万力９の位置を、サーボモータ４２のロータリエンコーダから信号をモニタすることによって、決定できる。

再び図１、及び図６を参照すると、３つのガントリ１３、２１、２３を含む並進組立体が、外側レール４に沿って走行する。ガントリは同様の構造であり、ガントリ１３を参照して説明する。ガントリ１３は、各ベース４４、４６から上向きに延伸する１対の直立柱１５及び１７から成る。ベース４４及び４６を、サーボモータ２７に装着し、該サーボモータ２７を、万力９を参照して前に説明したものと同様なラックアンドピニオン構成によって、外側レール４と結合する。従って、ガントリ１３を、やがて説明する電子制御システムによって外側レール４に沿って正確に移動、即ち並進できる。

平行なクロスレール４８及び５０を、柱１５及び１７の上端部に横架する。キャリッジ１９を、クロスバー４８及び５０を跨いで装着し、該クロスバーに沿って摺動するように設ける。駆動帯を、対向するスプロケット間の上側クロスレール内に装着し、柱１７の頂部に装着したサーボモータ５２によって回転するように設ける。サーボモータ５２を操作することによって、キャリッジ１９を所望通りにクロスバー４８及び５０に沿って正確に配置できるように、駆動帯をキャリッジ１９に結合する。

一対の平行で、垂直なレール５４と５６を、キャリッジ１９に摺動可能に係合する。垂直レール５４及び５６を、サーボモータ５８の操作によって、キャリッジ１９に対して昇降させてもよい。サーボモータ５８を駆動帯に結合し、該駆動帯を、垂直レール５６内に装着し、キャリッジに対してレール５４と５６を昇降させるためにキャリッジ１９と係合させる。

複数軸のツール取付用組立体６２を、図７に示したように、レール５４及び５６の下端部に装着する。ツール取付用組立体６２は、パン用サーボモータ６４を取付ける水平な支持プレート６０を含む。パン用サーボモータ６４のスピンドルは、支持プレート６０の開口部を通り突出しており、ロールサーボモータ６８を支持する垂直ヨーク６６に取着する。その結果、ロールサーボモータ６８のスピンドルに装着するツール、例えばプラズマ切断機（図示せず）を、５運動軸周りに移動できる。プラズマ切断機以外に、ツール取付体に交換可能に装着してもよい他のツールとしては、溶接機、マーカ、吹付け塗装ヘッド、電磁石、レーザ位置検出器、ドリルが挙げられる。ツール取付体に、同時に複数のツールを装着してもよい。例えば、２ツールを、反対方向に向けて、状況によっては、適宜使用する位置に其々回転できるように、装着してもよい。

ツール取付用組立体の５運動軸は、サーボモータ２７による外側レールに沿ったＹ並進、サーボモータ５２によるクロスバー４８、５０に沿ったＸ並進、ステッピングモータ２５による、キャリッジ１９に対する垂直レール５４のＺ並進である、３並進軸を含む。また、パン用サーボモータ６４のスピンドル周りに回転する運動軸と、ロールサーボモータ６８のスピンドル周りに回転する運動軸の、２回転運動軸がある。ガントリ２３のツール取付体は、ガントリ１３のツール取付体と同じ方法で、同様に５段階構成とする。しかしながら、ガントリ２１は、ツール取付体に６段階の動作を提供するために、パン用サーボモータ６４とロールサーボモータ６８との間に、直角に、結合させた更なるチルト用サーボモータを含む。

コントローラシステムのブロック図を、図８に示す。コントローラシステムは、各ガントリに対応する３つのコントローラキャビネット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを含む。図９は、キャビネット７０Ａの内部を示している。

各コントローラキャビネットは、ガリル（Ｇａｌｉｌ）社製コントローラボード７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃを収容し、該コントローラボードを、対応するＰＷＭサーボアンプ配列７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃに連結し、該配列により今度は、ガントリ、万力、ツール取付体と関連する一連のサーボモータ８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃを、駆動する。回路遮断器の配列７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃにより、過電流サージからサーボアンプ及びサーボモータを保護する。

コントローラボード７２は其々、各ボードが制御するサーボモータからエンコーダデータを受信する。各コントローラボードは、個別にイーサネットネットワーク７４でアドレス指定可能であり、マスタＰＣ７８と通信する。マスタＰＣ７８はプログラム８０を実行するが、該プログラム８０は、鉄骨製作の製作図を処理し、関連データを抽出し、ユーザに入力を促し、抽出した図面データ及びユーザ入力を、適当なコントローラボードにアドレス指定されたコントローラボードコマンドに変換するための命令を含む。

プログラム８０を、ＰＣ７８の、磁気ディスク又は光ディスク等の補助記憶装置に、格納する。

ＰＣ７４からのコマンドに応答して、コントローラボードでサーボモータを操作して、製作動作を行う。また、コントローラボードは、サーボモータのエンコーダからＰＣ７８に戻すエンコーダデータを前処理及び中継もする。

コントローラボード７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃは、３枚のガリル社製コントローラボードを含む。これらは、イーサネット（登録商標）でアドレス指定可能なボードであり、其々最大８運動軸を有するシステムを制御できる。これらのイーサネットによるモーションコントローラは、極めて費用を重視して、空間を重視して適用するように設計されている。コントローラは、コントローラと駆動部との間の配線及び任意の接続問題も発生しないようにも設計されている。プラグインアンプを、ステッピング、ブラシ、及びブラシレスサーボモータを最大５００ワットで駆動するのに使用可能である。或いは、ボードを、任意の電力範囲の外部駆動装置に接続することもできる。

ガリル社製コントローラは、米国ガリルモーションコントロール社（Ｇａｌｉｌ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ２７０ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ， Ｒｏｃｋｌｉｎ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５７６５， ＵＳＡ）から入手できる。

使用時には、中心でバランスした万力９及び６は、ジョー１１で梁３１を把持し、サーボモータ、例えば万力９のサーボモータ３０Ａ及び３０Ｂを操作して、円弧状クレイドル１８を回転させ、それにより長軸周りに梁を回転させる。ツール取付体、例えばガントリ１３のツール取付体６２を、梁の全ての面に接近可能にする。また、ツール取付体は、多自由度で動作するので、該取付体に取付けたツールも、梁の任意の面に、事実上任意の角度で動作できる。

本装置を操作する方法に関する実施形態の一例として、仮にクリート等の部品を梁に所定位置で溶接するのが望ましいとしてみる。クリートを、例えばカセットといった、本装置に又は本装置付近に取付けた所定の格納領域に、格納する。

梁を対向する万力に配置した後、クリートを取着する梁上の位置を、溶接用ツールヘッドが使用可能なように、梁を回転させる。その後、レーザ測定用ツールヘッドで、梁を正確に位置決めし、クリートをカセットに正確に指向されたかを検査する。この最終ステップには、クリートの非対称的なスロット、他の開口部、縁部又は印が、正確な上向き状態であるかを検査することを含んでもよい。

クリートが正確に指向されたなら、電磁ヘッドは、溶接のためにクリートを保持し、梁上の正確な位置に移動するよう動作する。その後溶接用ヘッドは、電磁ヘッドと協働してクリートを梁に溶接する。本方法では、ツールヘッドにより様々な動作を実行可能にするために、ガントリの形をした並進組立体に、電磁ヘッド、レーザヘッド、溶接用ヘッドを取付け、該並進組立体全てを梁の長さを往復移動させることが分かる。本方法の実行中、ツールヘッド取付体のサーボモータと、様々なガントリ及び万力サーボモータを、全て操作及びモニタする、即ち、図８で説明する制御システムによって制御する。

図１０及び図１１では、ガントリと万力がレール２及び４に沿って様々な位置に摺動した状態での、様々な作業段階中の製作機械１について、示している。

本機を、更に操作して、以下を行うことができる：
ｉ）被加工物を、四角形の、角度を付けた、単純な湾曲状、又は複雑な湾曲状切欠部を有する長尺体に切断する。
ｉｉ）被加工物の任意の表面に穴を空ける。
ｉｉｉ）識別印を被加工物に付ける。
ｉｖ）溶接準備ができた箇所にクリートを保持する。
ｖ）クリートを仮付溶接する。
ｖｉ）クリートを完全に溶接する。
ｖｉｉ）終了品を、吹付け塗装ヘッドで吹付け塗装する。

操作中、ツール取付体と被加工物、例えば梁との間の相対運動を、万力を静止状態に保ち、ツールを移動させて、又は被加工物とツールを同時に移動させて、行ってもよい。１本の材料から複数の小部分に加工するのに、作業領域を静止したままにして、直ぐ前の部分の加工が終わると、該材料を作業領域に送り込んで加工を行うように、コントローラシステムをプログラムできる。

本発明について、ツールヘッド取付体用並進組立体が、レール上を走行する複数のガントリを含む特定の実施形態を参照して、説明した。しかしながら、他の並進組立体も可能である。例えば、更なる実施形態では、並進組立体は、万力上方の天井に取付けたガイドに沿って摺動するホイール又はランナを含んでもよい。

法令に従い、本発明について構造及び方法の特徴に関して多少なりとも具体的に記述した。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及びその活用形（含む「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「から成る（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ）」）は、全体を通して、任意の更なる特徴を包含する意味で使用し、排除する意味で使用するものではない。

本明細書に記載した手段は、本発明を具体化する好適な形を含むため、本発明は、図示した又は説明した特定の特徴に限定されない旨理解すべきである。従って、本発明は、当業者が適切に解釈する付記したクレームの適切な範囲において、任意の形又は変形例で、特許請求されるものとする。

Claims (28)

1. 梁を保持し、該梁の長軸周りに回転させる万力組立体と、
   前記梁に沿って動作する少なくとも１つの並進組立体と、
   ツールで前記梁を加工するために、前記並進組立体に固定する少なくとも１つのツールヘッド取付体と
   を含むことを特徴とする梁加工装置。
2. 前記万力組立体は、前記梁を協働して保持し、回転するように設けた１対の対向する万力を含むことを特徴とする、請求項１に記載の梁加工装置。
3. 前記万力を近づける及び引き離すために、少なくとも１個のモータを含むことを特徴とする、請求項２に記載の梁加工装置。
4. 前記万力は、前記梁を支持するために、其々回転可能なクレイドルを含むことを特徴とする、請求項２又は３に記載の梁加工装置。
5. 前記万力は、前記クレイドルを回転するために、少なくとも１個のモータを含むことを特徴とする、請求項４に記載の梁加工装置。
6. 前記万力を近づける及び引き離すための前記少なくとも１個のモータを、ラックアンドピニオン構成と結合することを特徴とする、請求項３に記載の梁加工装置。
7. 前記万力は、ホイールの上を走行し、前記ラックアンドピニオン構成は、前記ラックに装着する第１レールと、該ラックと噛合うピニオンを含み、前記ピニオンを、前記少なくとも１個のモータのスピンドルに固定し、前記モータを前記万力の一方に固定することを特徴とする、請求項６に記載の梁加工装置。
8. 前記並進組立体は、少なくとも１つのガントリを含むことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の梁加工装置。
9. 前記装置は、前記万力組立体に対して前記ガントリを移動するために、ガントリモータを含むことを特徴とする、請求項８に記載の梁加工装置。
10. 前記少なくとも１つのガントリは、少なくとも第２レールに沿って走行することを特徴とする、請求項８又は９に記載の梁加工装置。
11. 前記少なくとも１つのガントリは、第１レール対に沿って走行し、前記万力は、第２レール対に沿って走行することを特徴とする、請求項１０に記載の梁加工装置。
12. 前記第１レール対を、前記第２レール対の外側に配置することを特徴とする、請求項１１に記載の梁加工装置。
13. 前記少なくとも１つのガントリは、３ガントリを含み、前記少なくとも１つのツールヘッド取付体は、それに結合する３つの対応するツールヘッド取付体を含むことを特徴とする、請求項８〜１２の何れか１項に記載の梁加工装置。
14. 溶接用ツールを、前記ツールヘッド取付体の１つに取付けることを特徴とする、請求項１３に記載の梁加工装置。
15. レーザ位置検出器を、前記ツールヘッド取付体の１つに取付けることを特徴とする、請求項１３に記載の梁加工装置。
16. 切断用ツールを、前記ツールヘッド取付体の１つに取付けることを特徴とする、請求項１３に記載の梁加工装置。
17. 電磁石を、前記梁に溶接する部品を選択的に保持する前記ツールヘッド取付体の１つに取付けることを特徴とする、請求項１３に記載の梁加工装置。
18. 前記部品を収納するためのホルダを所定位置に含むことを特徴とする、請求項１７に記載の梁加工装置。
19. 前記ツールヘッド取付体は、パン用及びチルト用モータを含むことを特徴とする、前請求項の何れか１項に記載の梁加工装置。
20. 前記ツールヘッド取付体は、ロールモータを更に含むことを特徴とする、請求項１９に記載の梁加工装置。
21. 前記万力組立体と、前記並進組立体と、少なくとも１つのツールヘッド取付体とによって、前記鉄骨梁を加工するための情報を含む電子ファイルを読み出すように構成した、コンピュータ制御システムを含むことを特徴とする、請求項１〜２０の何れか１項に記載の梁加工装置。
22. 前記コンピュータ制御システムは、前記電子ファイルを読み出すコンピュータと前記装置のモータとの間で対話するように構成した１つ又は複数のコントローラボードを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の梁加工装置。
23. 前記コントローラは、前記モータの位置エンコーダに応答することを特徴とする、請求項２２に記載の梁加工装置。
24. 梁を加工する方法であって、該方法は、
    前記梁を、該梁の長軸に沿って、ツールヘッドが接近する所望の角度に回転させるステップと、
    レーザ測定装置で前記梁の位置を検査するステップと、
    前記梁に隣接する所定の位置に、前記ツールヘッドを移動させるステップと、
    前記梁上で前記ツールヘッドを操作するステップと、を備え
    前記方法の各ステップを、電子制御システムによって制御することを特徴とする方法。
25. 前記梁に取着する部品を、格納位置から前記所定位置に、電磁石で前記部品を把持して、再配置するステップを含むことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
26. 前記方法は、前記レーザ測定装置で、前記部品が正確に指向しているかを検査することを含むことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
27. 前記電磁石と前記溶接用ヘッドを同時に操作して、前記部品を前記梁に溶接することを更に含むことを特徴とする、請求項２５〜２６の何れか１項に記載の方法。
28. 前記ツールヘッドを、並進組立体によって、前記梁に沿って前記所定位置に移動させることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。