JP3406841B2 - シーム溶接方法 - Google Patents

シーム溶接方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用燃
料タンクに代表されるような容器類(ワーク)の接合部
に形成されたフランジを気密にシーム溶接する技術に関
し、特に、産業用ロボットにワークを把持させることに
より、溶接部位を自動送りするようにされたシーム溶接
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】自動車用燃料タンク2は、図2に示すよ
うに、板金プレスにて成形された上部材2aと下部材2
bとを上下に合わせ、分割面周縁の接合フランジ部2c
をスポット溶接にて数箇所で仮止めした後、接合フラン
ジ部2cを連続的に溶接することにより製造される。こ
の溶接作業においては、一般に、上下一対の電極輪を有
するシーム溶接機が使用され、この際上部材2a及び下
部材2bはロアー治具又はロボットアームにて回転自由
に支持される。ロアー治具による燃料タンクの支持方法
は、治具の製作に時間がかかるため、燃料タンクの形状
変更に迅速対応できないという欠点がある。このため、
最近ではロボットアームによる燃料タンクの支持方法が
主流になりつつある。例えば、特開平2−92471号
公報や特開昭61−276782号公報には、従来のよ
うな機械的なカム倣い制御によって溶接軌跡を誘導する
のではなく、ロボットシステムを利用し、ロボット制御
装置に記憶された動作プログラムにより数値的に溶接軌
跡を誘導する方法が開示されている。 【0003】詳細には、図7に示すように、多関節型の
産業用ロボットの本体1のアーム先端部に取り付けた燃
料タンク2の保持手段としてのC型フレーム3に、ロボ
ットの先端軸によって回転する上下一対の回転軸4a、
4bを配設し、この回転軸4a、4bによって燃料タン
ク2の上下部材の上面および下面を圧着支持する。これ
により、C型フレーム3に圧着支持された燃料タンク2
は回転軸4a、4bの回転動作に伴い、回転軸4a、4
b回りに回転することになる。そして、図3に示すよう
に、ロボット本体1とは別に回転制御されるシーム溶接
機5の上下一対の電極輪6a、6bに対して、接合フラ
ンジ部2cが常に接線方向に送り込まれるようにロボッ
ト本体1をロボット制御装置7により制御し、一方、上
下一対の電極輪6a、6bをシーム溶接機5により制御
する。 【0004】かかる構成によれば、燃料タンクのモデル
チェンジが頻繁に行われるような場合でも、従来のよう
な機械的なカム倣い装置と異なり、ティーチングあるい
はデータのインプットにより動作プログラムを変更する
のみで対処が可能になるという利点がある。また、燃料
タンクの種類に対応した複数個の動作プログラムをロボ
ット制御装置に予め入力しておけば、多品種の燃料タン
クを同一ラインで生産することも可能になるという利点
もある。 【0005】上記従来技術のものにおいては、ロボット
本体1が行うワークの送り動作とシーム溶接機5が行う
電極輪6a、6bの回転動作とは同期するように予め設
定はされているが、ロボット本体1の各関節軸の駆動と
電極輪6a、6bの駆動とは制御系が独立しているた
め、例えば、電極輪6a、6bと燃料タンク2との間に
トルク変動が生じた場合、燃料タンク2と電極輪6a、
6bとの間に正規トルクによる安定した動作が行われな
くなる。かかる問題に対処するために、特開平6−91
380号公報に開示されている方法では、溶接作業中に
電極輪の回転速度を検出し、その回転速度とワーク側の
送り速度とが同期するようにロボット本体側の送り速度
を制御するようにしている。なお、ここで言うロボット
本体側の送り速度とは、ロボットのアーム先端部の速度
である。したがって、アーム先端部にワークが把持され
るような使用形態では、ロボット本体側の送り速度はワ
ーク側の送り速度と等価ということになる。 【0006】【発明が解決しようとする課題】 ところで、電極輪は消
耗品であるために、溶接作業を行うに従い摩耗してい
く。したがって、摩耗する前の新品の電極輪の寸法緒元
に基づいてロボット本体の溶接速度との同期を図ってい
る場合には、電極輪の摩耗に従い、ロボット本体の溶接
速度に比して電極輪の周速度が遅くなることになるの
で、ロボット本体が行うワークの送り動作とシーム溶接
機が行う電極輪の回転動作とが完全に同期しなくなると
いう問題が生じる。 【0007】 【0008】 【0009】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、摩耗する前の新品の電極輪の寸法緒
元に基づいてロボット本体の溶接速度との同期を図って
いる場合でも、ロボット本体が行うワークの送り動作と
シーム溶接機が行う電極輪の回転動作との同期が図られ
るような、シーム溶接方法を提供することを目的とす
る。 【0010】 【0011】【課題を解決するための手段】 前述の目的を達成するた
めに、本発明では、 産業用ロボットのアーム先端に連結
されることにより複数軸方向に移動可能にされたワーク
保持装置にワークを保持し、ワークに形成されたフラン
ジ内の溶接軌跡をシーム溶接機が具備する一対の電極輪
で挟持し、産業用ロボットのロボット制御装置に記憶し
た動作プログラムに基づいて前記溶接軌跡を電極輪間に
誘導しながら電極輪間に断続的あるいは連続的に交流電
流を流すことによりシーム溶接を行うようにされたシー
ム溶接方法であって、電極輪をロボット制御装置の付加
軸とすることにより産業用ロボットの各関節軸の駆動と
電極輪の駆動とを同期させ、これにより動作プログラム
に基づいて溶接速度が切り換わる際には該溶接速度に同
期されて電極輪の回転速度を変更可能にさせるシーム溶
接方法において、電極輪が新品のときの電極輪径及び過
去の溶接実績に基づいて算出しておいた溶接作業による
電極輪1回転あたりの電極輪の摩耗量を予め前記ロボッ
ト制御装置に記憶しておき、電極輪の1回転ごとにカウ
ントする回転数カウンタにより電極輪の新品状態から現
在に至るまでの総回転数をカウントし、前記電極輪が新
品のときの電極輪径、前記電極輪1回転あたりの電極輪
の摩耗量、及び前記電極輪の新品状態から現在に至るま
での総回転数に基づいて、現在の電極輪径を算出し、こ
の現在の電極輪径に基づいて前記溶接速度に同期するよ
う電極輪の回転速度を補正するようにしたことを特徴と
するシーム溶接方法を提供した。 【0012】回転数カウンタによりカウントされた電極
輪の新品状態から現在に至るまでの総回転数をNとする
と、現在の電極輪径Dcは、電極輪が新品のときの電極
輪径(電極輪の直径)Dn及び過去の溶接実績に基づい
て算出しておいた溶接作業による電極輪1回転あたりの
電極輪の摩耗量Lにより、Dc=Dn−L×Nとなる。
一方、ロボット本体1が行う燃料タンク2の送り速度す
なわち溶接速度をVwとすると、これと同期するための
電極輪の回転速度Veは、Ve=Vw/(π×Dc)と
して求められる。この算出された電極輪の回転速度Ve
を用いることにより、摩耗する前の新品の電極輪の寸法
緒元に基づいてロボット本体の溶接速度との同期を図っ
ている場合でも、電極輪の摩耗に従いロボット本体が行
うワークの送り動作(溶接速度Vw)と電極輪の回転動
作(電極輪の回転速度Ve)との同期が図られることに
なる。 【0013】ここで、請求項1に記載されている構成に
ついて説明を行う。ここで言う「ワーク」とは、例え
ば、自動車用燃料タンクに代表されるような、板金プレ
ス等にて成形された2つの部材を接合することにより製
造される容器類を言うが、分割面周縁に接合するための
フランジ部を有するものであれば、これに限定されるも
のではない。また、「動作プログラムに基づいて」とあ
るのは、一般にロボットの制御系はフィードバック制御
を行っているので、例えば、ロボットの各関節軸に対す
る移動指令は動作プログラムで規定される生の移動指令
ではなく、フィードバックデータが加味されたものにな
ることによるものである。また、ここで言う「溶接速
度」とは、電極輪の位置が固定されているような形態で
は、ロボットのアーム先端部の移動速度と等価である。 【0014】「電極輪をロボット制御装置の付加軸とす
る」とは、電極輪の回転動作を行わせる駆動軸を、ロボ
ット本体の各関節軸の動作を行わせるそれぞれの駆動軸
と同様に、ロボット制御装置が支配する制御軸の一つと
して追加することを意味する。一般に、産業用ロボット
はアーム先端に装着したアタッチメント(本発明では燃
料タンクの保持手段)を効率良くかつ安全に移動させる
ために、産業用ロボットを構成する各関節軸を同期制御
するようにしている。具体的には、各関節軸の駆動軸を
一つのロボット制御装置の支配下に置き、ロボット制御
装置では動作プログラムに基づいて各関節軸の駆動軸を
分配制御するようにしている。これにより、ロボット本
体の各関節軸は動作プログラムに基づいて同期して動作
することになる。 【0015】 【0016】 【0017】 【0018】 【0019】 【0020】 【0021】 【0022】 【0023】 【0024】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、ワ−クとしての
自動車用の燃料タンク2の自動送り装置として多関節ロ
ボットを用いた、本発明が適用されるシ−ム溶接装置の
全体構成を示す概略図である。1は垂直多関節構造を有
するロボット本体、3はロボット本体1の先端に設けら
れた燃料タンク2の保持手段としてのC型フレーム、4
a、4bはそれぞれ、C型フレーム3を回転軸4回りに
回転可能にするとともに、燃料タンク2を圧着支持する
上部回転軸及び下部回転軸である。回転軸4a、4b間
はシリンダ機構等により開閉可能にされており、回転軸
4a、4bのそれぞれの先端に設けられた板状の把持部
材により、燃料タンク2を挟持するようにされている。 【0025】シ−ム溶接機5は、上下一対のシ−ム溶接
用電極輪として上部電極輪6a及び下部電極輪6bを有
するもので、これら電極輪6a、6bはそれぞれ、モ−
タ12a、12bの回転力が減速機13a、13bに介
されて回転駆動される。本発明においては、後述するよ
うに、電極輪6a、6bはロボット制御装置の付加軸と
して設定されているので、モ−タ12a、12bはサー
ボモータを使用している。電極輪6a、6bには、少な
くともその一方に、電極輪の回転トルクを検出するため
のトルク検出器が設けられている。 【0026】7はロボット本体1が有する各関節軸及び
シーム溶接機5が有する電極輪6a、6bの駆動を制御
するロボット制御装置である。ロボット制御装置7は、
ロボット本体1が有する各関節軸を駆動する本体軸サー
ボドライバ8、電極輪6a、6bを駆動する電極軸サー
ボドライバ9、電極輪6a、6b間に通電する溶接電流
を制御するための溶接機タイマ10、及び複数種類の溶
接速度の個々に対応した溶接条件などを記憶しておくた
めのメモリ14を有している。CPU11は、図示しな
いROM等に予め記憶されている動作プログラムと各駆
動軸からのフィードバックデータ等とに基づいて、本体
軸サーボドライバ8や電極軸サーボドライバ9に対して
駆動指令を出力する。また、CPU11は、メモリ14
に記憶されている溶接条件に基づいて、溶接機タイマ1
0に対して、溶接電流の大きさや通電のタイミング等に
ついての指令を出力する。 【0027】次に、本実施形態におけるシ−ム溶接動作
について説明する。予め、ロボット制御装置7内の図示
しないROM等に、動作プログラムを記憶させておく。
この動作プログラムには、燃料タンク2のフランジ部2
c上の溶接軌跡を電極輪6a、6b間に二次元的または
三次元的に誘導するための数値制御データが含まれてい
る。この数値制御データは、溶接時は電極輪6a、6b
の回転速度と燃料タンク2の送り速度とが数値上一致す
るように構成されている。また、予め、ロボット制御装
置7内のメモリ14に、複数種類の溶接速度の個々に対
応した溶接条件を記憶させておく。具体的には、複数種
類の溶接速度と複数種類の溶接条件とが互いに1対1に
対応するようなテーブル表を設けておく。ここで、複数
種類の溶接速度のそれぞれに所定の範囲を設け、隣接す
る溶接速度同士がこの所定の範囲を互いにラップしない
ようにしておき、いかなる溶接速度においても溶接条件
が一義的に選択されるようにしておく。また、溶接条件
としては、少なくとも溶接品質に大きく関係する電極輪
の加圧力及び溶接電流を設定しておくが、これらに限定
されるものではなく、溶接品質を向上させるために溶接
速度に応じて変更すべき要素が他にあれば、これを含め
てもよい。 【0028】今、燃料タンク2をC型フレームに挟持さ
せると、ロボット本体1は動作プログラムに基づいて移
動を開始し、シ−ム溶接機5の電極輪6a、6bの前面
に燃料タンク2を搬送し、開放状態にある電極輪6a、
6b間に燃料タンク2のフランジ部2cを挿入する。次
いで、電極輪6a、6bが溶接軌跡の溶接スタ−ト位置
をクランプする。クランプが完了すると、電極輪6a、
6b間に溶接に必要な加圧力が与えられ、溶接電流を通
電しながら、ロボット本体1が所定の溶接速度で移動す
るとともに、この溶接速度に対応して電極輪6a、6b
が回転する。 【0029】詳細には、本実施形態においては、ハード
ウェアとしては、ロボット本体1が有する各関節軸だけ
ではなく、シーム溶接機5が有する電極輪6a、6bの
駆動軸をも一つのロボット制御装置の支配下に置くよう
にしているので、ソフトウェアとしての動作プログラム
において溶接時は電極輪6a、6bの回転速度が燃料タ
ンク2の送り速度すなわち溶接速度と数値上一致するよ
うに構成しておくことにより、動作プログラムと各駆動
軸からのフィードバックデータ等とに基づいてCPU1
1が各サーボドライバ8、9に対してそれぞれ出力する
移動指令についても、電極輪6a、6bの回転速度と燃
料タンク2の送り速度とが同期したものとなる。また、
電極輪6a、6bの加圧力や溶接電流といった溶接条件
については、溶接中に時々刻々と変化する溶接速度に対
応した最適な溶接条件がメモリ14から一義的に選択さ
れ、CPU11は溶接機タイマ10に対して溶接条件を
出力する。これにより、溶接速度に同期して電極輪6
a、6bの回転速度が変化するとともに、溶接速度に応
じた適切な溶接条件が選択されることになる。 【0030】以上の構成とすることにより、ロボット本
体1が行う燃料タンク2の送り動作とシーム溶接機5が
行う電極輪6a、6bの回転動作とが同期しないことに
起因する不安定な動作は解消されることになるが、例え
ば、ワーク保持装置3による燃料タンク2の掴みがずれ
ていたり、異なった種類の燃料タンクが誤って混入され
た場合などの不慮の事態が発生したときには、これが溶
接不良の要因となったり、最悪の場合、電極輪の駆動軸
を破損することになる。そこで、これに対処するため
に、電極輪6a、6bの駆動軸にトルク検出器を設ける
ことにより電極輪6a、6bの回転トルクを常時監視
し、この回転トルクが予め設定されたトルク制限値を超
えたとき、あるいは回転トルクより換算された加圧力が
予め設定された加圧力制限値を超えたときに、ロボット
制御装置7が異常を検知するようにする。そして、ロボ
ット制御装置7がこの異常を検知したときには、ロボッ
ト制御装置7は、直ちに、電極輪6a、6bによる燃料
タンク2の挟持状態を解除し、燃料タンク2を把持した
ロボット本体1がシーム溶接機5から離反するよう動作
制御を行い、これにより異常状態が短時間に解消される
ことになる。 【0031】ところで、電極輪は消耗品であるために、
溶接作業を行うに従い摩耗していくことになる。これに
起因して、例えば、摩耗する前の新品の電極輪の寸法緒
元に基づいて、電極輪の回転速度とロボット本体の溶接
速度との同期を図っているような場合には、電極輪の摩
耗に従い、ロボット本体の溶接速度に比して電極輪の周
速度が遅くなることになるので、ロボット本体が行うワ
ークの送り動作と電極輪の回転動作とが完全に同期しな
くなるという問題を生じる。そこで、この問題に対処す
るために、溶接作業を行うに従い摩耗していく電極輪の
摩耗量を溶接実績より推定し、その摩耗量分だけ電極輪
の回転速度を補正するようにする。 【0032】詳細には、電極輪が新品のときの電極輪径
(電極輪の直径)Dnと、溶接作業による電極輪1回転
あたりの電極輪径の減少量すなわち摩耗量Lとを、予め
ロボット制御装置7内のメモリ14に記憶させておく。
この電極輪1回転あたりの摩耗量Lは、例えば、過去の
溶接実績などに基づいて算出しておけばよい。そして、
電極輪の1回転ごとにカウントする回転数カウンタを用
いることにより、以下の計算を行う。回転数カウンタに
よりカウントされた電極輪の新品状態から現在に至まで
の総回転数をNとすると、現在の電極輪径Dcは、Dc
=Dn−L×Nとなる。ロボット本体1が行う燃料タン
ク2の送り速度すなわち溶接速度をVwとすると、これ
と同期するための電極輪の回転速度Veは、Ve=Vw
/(π×Dc)として求められる。この算出された電極
輪の回転速度Veを用いることにより、摩耗する前の新
品の電極輪の寸法緒元に基づいてロボット本体の溶接速
度との同期を図っている場合でも、電極輪の摩耗に従い
ロボット本体が行うワークの送り動作と電極輪の回転動
作との同期が図られることになる。 【0033】なお、回転数カウンタについては、ハード
ウエアとしてのカウンタを別個に設ける必要はなく、ロ
ボット制御装置7の制御回路が有するソフトカウンタを
利用すれば十分である。また、回転数カウンタは、電極
輪が新品のものに交換されたときにはリセットされるよ
うにすることは言うまでもない。さらに、本実施形態で
は電極輪の摩耗量を電極輪1回転あたりの摩耗量と電極
輪の総回転数とに基づいて算出するようにしたが、他の
手段として、視覚装置やタッチセンサを用いることによ
り現在の電極輪径Dcを直接測定し、電極輪の回転速度
Veを算出するようにしてもよい。 【0034】以上、本発明の一実施形態について説明し
た。本発明ではワークの送り動作については産業用ロボ
ットが行うこととしているが、これを、例えば、マシニ
ングセンタにて行わせるようにすることも、本発明の技
術から容易に転用可能である。詳細には、一般にマシニ
ングセンタでも各駆動軸が同期制御されるように、各駆
動軸を一つの制御装置の支配下において制御するように
しているので、例えば、マシニングセンタの3軸制御さ
れる主軸にワーク保持装置を装着し、シーム溶接機が有
する電極輪の駆動軸をマシニングセンタの制御装置の追
加軸となるように制御系を構成すれば、ワークの送り動
作に産業用ロボットを使用した場合に比してワークの自
由度は多少制限されることになるが、これと同様の機能
を持たせることができる。 【0035】 【0036】なお、本実施形態のものにおいては、図1
に示したように、電極軸サーボドライバ9及び溶接機タ
イマ10はロボット本体1を制御するロボット制御装置
7の支配下に置かれているので、燃料タンク2の送り動
作と電極輪6a、6bの回転動作との同期に関してタイ
ムラグは存在せず、また、燃料タンク2の送り速度の変
更に伴う電極輪6a、6bの回転速度及び溶接条件の変
更は、ロボット制御装置7に記憶された動作プログラム
と、複数種類の溶接速度と複数種類の溶接条件とが互い
に1対1に対応するよう設定したテーブル表とにより、
容易に行われることになる。 【0037】 【0038】 【0039】 【0040】 【0041】【発明の効果】 本発明によれば、電極輪が新品のときの
電極輪径及び過去の溶接実績に基づいて算出しておいた
溶接作業による電極輪1回転あたりの電極輪の摩耗量を
予めロボット制御装置に記憶しておき、電極輪の1回転
ごとにカウントする回転数カウンタにより電極輪の新品
状態から現在に至るまでの総回転数をカウントし、前記
電極輪が新品のときの電極輪径、前記電極輪1回転あた
りの電極輪の摩耗量、及び前記電極輪の新品状態から現
在に至るまでの総回転数に基づいて、現在の電極輪径を
算出し、この現在の電極輪径に基づいて溶接速度に同期
するよう 電極輪の回転速度を補正するようにしたので、
摩耗する前の新品の電極輪の寸法緒元に基づいてロボッ
ト本体の溶接速度との同期を図っている場合でも、ロボ
ット本体が行うワークの送り動作(溶接速度)とシーム
溶接機が行う電極輪の回転動作(電極輪の回転速度)と
の同期が図られることになる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態における、ワ−クとしての
自動車用の燃料タンク2の自動送り装置として多関節ロ
ボットを用いた、シ−ム溶接装置の全体構成を示す概略
図である。 【図2】燃料タンク2の断面図である。 【図3】燃料タンク2のフランジ部2cと電極輪6a、
6bとの位置関係を示す斜視図である。 【図4】電極輪6aが溶接軌跡上の直線部を溶接してい
る様子を示す上面図である。 【図5】電極輪6aが溶接軌跡上のコーナ部を溶接して
いる様子を示す上面図である。 【図6】溶接条件の変更箇所を示した図である。 【図7】従来技術における、ワ−クとしての自動車用の
燃料タンク2の自動送り装置として多関節ロボットを用
いた、シ−ム溶接装置の全体構成を示す概略図である。 【符号の説明】 1 ロボット本体 2 燃料タンク(ワーク) 2a 燃料タンク2の上部材 2b 燃料タンク2の下部材 2c 燃料タンク2の溶接軌跡 3 燃料タンク2の保持手段(C型フレーム) 4a、4b 燃料タンク2を圧着支持する回転軸 5 シーム溶接機 6a、6b 電極輪 7 ロボット制御装置 8 本体軸サーボドライバ 9 電極軸サーボドライバ 10 溶接機タイマ 11 CPU 12a、12b 電極輪駆動モータ 13a、13b 減速機 14 メモリ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−99972(JP,A) 特開 平9−108843(JP,A) 特開 平6−31463(JP,A) 特開 平5−161980(JP,A) 特開 平9−85452(JP,A) 特開 平11−33734(JP,A) 特開 平7−164160(JP,A) 実開 平4−54577(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 11/24 B23K 1/06

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】産業用ロボットのアーム先端に連結される
    ことにより複数軸方向に移動可能にされたワーク保持装
    置にワークを保持し、該ワークに形成されたフランジ内
    の溶接軌跡をシーム溶接機が具備する一対の電極輪で挟
    持し、産業用ロボットのロボット制御装置に記憶した動
    作プログラムに基づいて前記溶接軌跡を電極輪間に誘導
    しながら電極輪間に断続的あるいは連続的に交流電流を
    流すことによりシーム溶接を行うようにされたシーム溶
    接方法であって、 電極輪をロボット制御装置の付加軸とすることにより産
    業用ロボットの各関節軸の駆動と電極輪の駆動とを同期
    させ、これにより動作プログラムに基づいて溶接速度が
    切り換わる際には該溶接速度に同期されて電極輪の回転
    速度を変更可能にさせるシーム溶接方法において、 電極輪が新品のときの電極輪径及び過去の溶接実績に基
    づいて算出しておいた溶接作業による電極輪1回転あた
    りの電極輪の摩耗量を予め前記ロボット制御装置に記憶
    しておき、 電極輪の1回転ごとにカウントする回転数カウンタによ
    り電極輪の新品状態から現在に至るまでの総回転数をカ
    ウントし、 前記電極輪が新品のときの電極輪径、前記電極輪1回転
    あたりの電極輪の摩耗量、及び前記電極輪の新品状態か
    ら現在に至るまでの総回転数に基づいて、現在の電極輪
    径を算出し、 該現在の電極輪径に基づいて前記溶接速度に同期するよ
    う電極輪の回転速度を補正するようにしたことを特徴と
    するシーム溶接方法。
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