JP7227603B2

JP7227603B2 - スポット溶接システム及びスポット溶接方法

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Publication number: JP7227603B2
Application number: JP2019042362A
Authority: JP
Inventors: 慧一中田
Original assignee: Hirotec Corp
Current assignee: Hirotec Corp
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2023-02-22
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: JP2020142290A

Description

本発明は自動車用ドア等の蓋物を生産する現場において、ドアパネルと各種補強部材等の複数の小物ワークを接合する場合に使用されるスポット溶接システム及びスポット溶接方法に関するものである。

自動車用ドアの生産現場では、ドアを構成するスチール製のパネルや各種補強部材等の小物ワークをスポット溶接装置でスポット溶接することが広く行われている。例えばドアのインナーパネルと各種レインフォースメント、ヒンジなど小物ワークの接合は通常スポット溶接でおこなわれる。以前からこのドアパネルのスポット溶接工程には、様々な工夫を織り込んだ自動化システムが提案されており、特に近年はスポット溶接ロボットを用いた自動化システムが数多く提案されている。

特許文献１には、スポット溶接を行う生産設備において製品の種類毎に必要になる専用の設備を出来る限り排除して、汎用の設備で生産できるようにする発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明では、複数のスポット溶接ロボットを用い一部のロボットをワークの把持に用い、他のロボットでスポット溶接を行わせる。さらにドアパネルと小物ワークの双方に位置決め用の凸部を設け、部品同士で位置決めすることで、専用冶具を排除した汎用性の高いワークのスポット溶接作業を実現している。

ＷＯ２０１５／１７４０８０公報

しかしこのシステムでは基本的にワークを水平に近い状態で把持して、複数のロボットのスポット溶接ガンがほぼ同じ姿勢でワークにアプローチするため、スポット溶接ガン同士の干渉が避けられない。従って近接した部位を複数のロボットで同時にスポット溶接することが出来ず、同時にスポット溶接できる部位に制約があるため作業時間の短縮に限界がある。すなわちこのシステムは専用のジグを廃止して汎用のロボットのみで作業を行うことにより汎用性・共通性を追及したシステムであり、作業時間の短縮には限界があるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決することを目的になされたものであり、汎用ロボットで構成した、パネル状部ワークと小物ワークのスポット溶接システムにおいて、作業時間の短縮を図ることを目的とする。

本発明は、例えば、スチール、アルミなどを材料とするパネル状ワークと複数の小物ワークを搬送ロボットで把持しながら、スポット溶接ロボットを用いて通電・加圧しながら接合するスポット溶接システム全般に適用できる発明である。本発明においてスポット溶接とは、スチール、アルミ材料に適用する抵抗スポット溶接を表す。

請求項１の発明は、パネル状の第１ワークに、該第１ワークよりも小さく形成された複数の小物ワークを該第１ワークに位置決めしてスポット溶接するスポット溶接システムであって、前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられ、前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持・搬送する第１搬送ロボットと、前記第１搬送ロボットと対向する位置に配置され、前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられ、前記第１搬送ロボットに把持された前記第１ワーク及び前記小物ワークを受け渡され・把持できる第２搬送ロボットと、さらに前記第１搬送ロボットと前記第２搬送ロボットとを結ぶラインの両側に、それぞれ２以上配置されたスポット溶接ロボットとを有し、前記第１搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記ラインと略直交するような姿勢で前記ライン上に保持した状態で、前記複数のスポット溶接ロボットが前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行うよう構成され、前記第１搬送ロボットから前記第２搬送ロボットへ前記第１ワーク及び前記小物ワークを受け渡し、当該第２搬送ロボットが前記第１ワークのパネル面が前記ラインと略直交するような姿勢で前記ライン上に保持した状態で、前記複数のスポット溶接ロボットが前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を更に行うよう構成されていること、を特徴とする。

この発明によれば、対向して第１搬送ロボットと第２搬送ロボットを配置し、互いに第１ワーク及び小物ワークを受け渡し可能に構成し、前記ワークを両ロボットを結ぶライン上に、ワークの面が前記ラインと直交するように保持して、前記ラインの両側にそれぞれ複数配置した溶接ロボットにより溶接を行なわせる。この構成により、溶接ロボットの適正な配置が行なわれ、装置スペースを縮小できるとともに、多数の溶接ロボットで同時に作業できるので溶接時間の短縮を図ることが出来る。また第１搬送ロボットから第２搬送ロボットにワークを受け渡して更に溶接を行なうことで第１搬送ロボットが次のサイクルの準備作業を行うことができるので、システム全体としての作業負荷が平準化でき作業時間が短縮できる。

請求項２の発明は、パネル状の第１ワークに、該第１ワークよりも小さく形成された複数の小物ワークを該第１ワークに位置決めしてスポット溶接するスポット溶接方法であって、前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられた第１搬送ロボットを用いて前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持・搬送する搬送工程と、前記第１搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記第１搬送ロボットと前記第１搬送ロボットと対向する位置に配置された第２搬送ロボットとを結ぶラインと略直交するような姿勢で前記ライン上に保持して、前記ラインの両側にそれぞれ２以上配置されたスポット溶接ロボットで前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行う溶接工程１と、前記第１搬送ロボットから前記第２搬送ロボットへと前記第１ワーク及び小物ワークを受け渡す、受け渡し工程と、前記第２搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記ラインと略直交するような姿勢で前記ライン上に保持して、前記複数のスポット溶接ロボットで前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行う溶接工程２と、を有することを特徴とする。

請求項２は請求項１を方法の発明として規定したものであるが、請求項１と同様に装置スペースを縮小できるとともに作業時間の短縮を図ることができる。またシステム全体としての作業負荷が平準化でき作業時間が短縮できる。

請求項３の発明は、請求項１に記載のスポット溶接システムの構成に加えて、前記第１搬送ロボット及び前記第２搬送ロボットが保持する前記第１ワークの面に対し互いに逆方向からスポット溶接装置がアプローチするよう、前記複数のスポット溶接ロボットが配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、第１ワークの面に対し互いに逆方向からスポット溶接装置がアプローチするので、スポット溶接ロボットは互いに動作範囲が重複することなく効率的にワークの表裏両側からアプローチでき、作業効率をさらに上げ作業時間の短縮を図ることが出来る。

本発明の構成によれば、スポット溶接ロボットが互いの干渉を最小限にするようパネル状のワークにアプローチを行うので、同時に複数部位をスポット溶接出来、作業時間の短縮を実現することが出来、タクトが短縮できる。また効率的なスポット溶接ロボットの配置ができるので装置スペースが低減できる。

前工程からインナーパネルを第３搬送ロボットが受けとる一方、第１搬送ロボットの第１搬送冶具に小物部品をセットした状態のスポット溶接システム平面図である。第３搬送ロボットから第１搬送ロボットにインナーパネルを受け渡す動作を行なった状態のスポット溶接システム平面図である。第１搬送ロボットでワークを所定の部位へ搬送し、所定の姿勢で保持した状態のスポット溶接システム平面図である。第１搬送ロボットでワークを所定の位置に保持しながら、４台のスポット溶接ロボットでスポット溶接を行なっている状態のスポット溶接システム平面図である。第１搬送ロボットからワークを第２搬送ロボットへ受け渡している状態のスポット溶接システム平面図である。第２搬送ロボットへワークが受け渡され、第１搬送ロボットが次のサイクルの準備作業のため、小物ワークのセット位置に戻った状態のスポット溶接システム平面図である。第２搬送ロボットでワークを所定の位置に保持しながら、４台のスポット溶接ロボットでスポット溶接を行なっている状態のスポット溶接システム平面図である。第１搬送冶具の平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。第１搬送冶具の斜視図である。第２搬送冶具の平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。第２搬送冶具の斜視図である。本スポット溶接システムの制御ブロック図である。ＷＯ２０１５／１７４０８０に係る加圧接合装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１～図７は工程内の各ステップ毎のスポット溶接システムの状態を平面図として表したものである。このスポット溶接システムは搬送ロボット３台、スポット溶接ロボット４台で構成されている。またこのスポット溶接システムはドア組み立てラインの一部を構成しており、本システムでは前工程からインナーパネルを受け取り、当該パネルに各種レインフォースメント等の小物ワークをスポット溶接で組み付けて、インナーパネルアッシーとして小物ワークが組み付いた状態にして後工程に受け渡す。

まず図１に示すように第３搬送ロボット３０が前工程からインナーパネル１を受け取ってくる。前工程の搬送ロボットあるいは前工程に備えられた冶具等から、インナーパネルを第３搬送ロボット３０に備えられた第２搬送冶具２１で把持した状態で受け取ってくる。第２搬送冶具２１には図１１に示すようにピンクランプ２３が３箇所設けられており、これらのピンクランプがインナーパネル１に設けられた３つの孔に挿通し、ピンクランプに設けられた爪（図示せず）が作動することによりインナーパネル１は位置決め把持される。

同時に第１搬送ロボット１０は小物ワークのセット位置にあって各種レインフォースメント等の小物部品が、第１搬送ロボット１０に備えられた第１搬送冶具１１にセットされる。現状このセット作業は作業者により行なわれているが、ロボットによりこのセット作業を行なわせることも可能である。

図８、図９に第１搬送冶具を図示する。平面図８（ａ）に示すように、第１搬送冶具１１は第１搬送ロボット１０のエンドイフェクタとして装着されている。第１搬送冶具１１には装着する小物ワーク毎に２つの位置決めピン１３が備えられ、さらに小物ワークを確実に固定するために必要な数のクランプ装置１４が備えられる。小物ワークの大きさに応じ１または２以上のクランプ装置１４が備えられる。２つの位置決めピンが各小物ワークの２つの位置決め孔に挿通することで、第１搬送冶具１１と小物ワークの相互の位置決めおよび姿勢の固定が確実に行なわれる。また各小物ワーク毎に１または複数設けられたクランプ装置１４により小物ワークは第１搬送冶具１１に押し付けられ、これにより位置決めされた状態が保持される。

第３搬送ロボット３０が前工程からインナーパネル１を受け取り、第１搬送ロボット１０への各小物ワークのセットが完了すると、図２に示すように第３搬送ロボット３０が把持しているインナーパネル１を、小物ワークをセットした第１搬送ロボット１０へと受け渡すような動作を行なう。第１搬送冶具１１が第３搬送ロボット３０が把持するインナーパネル１に当接し、第１搬送冶具１１が位置決めピンとクランプ装置で位置決め把持した状態にした後に、第３搬送ロボット３０の第２搬送冶具２１のピンクランプの爪によるインナーパネル１に対する拘束を解除する。この動作によって第１搬送冶具１１がインナーパネル１と各小物ワークとの双方を複数の位置決めピン１３と複数のクランプ装置１４とで位置決め把持した状態になる。

次に図３、図４に示すように第１搬送ロボット１０で把持したワーク（インナーパネル１と小物部品）をスポット溶接ロボットが溶接可能な場所へ搬送し保持する。第１搬送ロボット１０は第２搬送ロボット２０と対向して配置され、２つの搬送ロボットの間に４台のスポット溶接ロボットが配置されている。第１搬送ロボット１０が把持したワークは、第１搬送ロボット１０と第２搬送ロボット２０とを結ぶライン上の中間辺りに搬送され、前記ラインと略垂直に保持される。４台のスポット溶接ロボット４０～７０は保持されたワークを囲むように前記ラインの両側に２台づつ配置されている。

ワークはインナーパネル１が前記ラインと略垂直となるように、床面に対し略鉛直となるような姿勢で保持される。この状態で図４に示すように各スポット第１から第４の溶接ロボット４０～７０が溶接作業を開始する。インナーパネル１が床面に対し略鉛直となるような姿勢で保持されているので、第１スポット溶接ロボット４０と第２スポット溶接ロボット６０、並びに第３スポット溶接ロボット５０と第４スポット溶接ロボット７０とがワークの両面からお互い、互い違いにスポット溶接のスポット溶接ガンをアプローチさせることが出来、スポット溶接ガン同士の干渉を避けながらスムーズな溶接作業を実現できる。インナーパネル１を床面に対し略水平に保持した場合に比べ、スポット溶接ガンの干渉を避けながらスムーズな溶接作業を実現できると共にスポット溶接ロボットの設置スペースの節減も図ることが出来る。

次に図５に示すように溶接作業を一旦中断して、第１搬送ロボット１０が保持するワークに第２搬送ロボット２０が反対側からアプローチし、第２搬送冶具２１に受け渡す動作を行なう。図１１に示すように第２搬送冶具２１には３つのピンクランプ２３が設けられており、各ピンクランプ２３がワーク（インナーパネル１）に設けられた孔に挿通し、ピンクランプに設けられた爪が作動することによりワークをクランプする。

この第２搬送冶具２１は図１０、１１に示すように３つの第１から第３ピンクランプ２３～２５を備えている。フレーム２２長手方向をＸ方向として、第１ピンクランプ２３はＸ方向に、第２ピンクランプ２４、第３ピンクランプ２５はＹ方向とＺ方向にサーボモーターまたはエアーシリンダーで自動的に位置が調整できるよう構成されている。これにより３つのピンクランプ２３～２５はワークの種類に応じて図１２に示すように制御装置５の指令に応じて自由に位置を調整でき、多様な機種のワークに対応できる、汎用の冶具を構成している。

第２搬送冶具２１がワークをクランプすると第１搬送冶具１１のクランプ装置１４が小物ワークおよびインナーパネル１をクランプしているクランプ装置１４を制御装置５の指令により開放し、これによりワークが第１搬送ロボット１０から第２搬送ロボット２０に受け渡された状態になる。これにより小物ワークのクランプ装置１４による拘束がなくなるが、既に施工されているスポット溶接により小物ワークはインナーパネル１に固定された状態になっているため問題ない。

次いで図６に示すようにワークを第２搬送ロボット２０に受け渡した第１搬送ロボット１０は、小物ワークのセット位置に戻って次工程の小物ワークのセット作業が開始される。一方第２搬送ロボット２０は、図７に示すように第１搬送ロボット１０で保持して行なわれたスポット溶接の場合と同様に、第１搬送ロボット１０と第２搬送ロボット２０とを結ぶライン上の中間辺りにワークを搬送し、ラインに略垂直に保持する。その状態で中断していた溶接作業を再開する。第１搬送ロボット１０の場合と同様インナーパネル１が床面に対し略鉛直となるような姿勢で保持されているので、第１スポット溶接ロボット４０と第２スポット溶接ロボット６０、並びに第３スポット溶接ロボット５０と第４スポット溶接ロボット７０とがワークの両面からお互い、互い違いにスポット溶接のスポット溶接ガンをアプローチさせることが出来、スポット溶接ガン同士の干渉を避けながらスムーズな溶接作業を実現できる。インナーパネル１を床面に対し略水平に保持した場合に比べ、スポット溶接ガンの干渉を避けながらスムーズな溶接作業を実現できると共にスポット溶接ロボットの設置スペースの節減も図ることが出来る。

また第２搬送ロボット２０で保持した状態での溶接作業を行なっている間も、図７に示すように第１搬送ロボット１０は小物ワークのセット位置にあって、次のサイクルの小物ワークのセットを行うことができる。すなわち第１搬送ロボット１０で保持した状態での溶接作業と第２搬送ロボット２０で保持した状態での溶接作業を適切に分担させることで、第１搬送ロボット１０と第２搬送ロボット２０の負荷を平準化しトータルの作業時間の短縮を図ることが出来る。

第２搬送ロボット２０で保持した状態での溶接作業が完了すると、この工程での溶接作業は完了し、ワークは第２搬送ロボット２０の動作により次の工程の搬送ロボットに受け渡される。以上で1サイクルの工程を完了し次のワークを対象とした工程が開始される。

また図１２に示す本スポット溶接システムの制御装置５について説明する。制御装置５は図１２に示すように第１～第３搬送ロボット及び第１～第４スポット溶接ロボットを制御するロボット制御と、第１～第４スポット溶接ロボットのスポット溶接装置を制御する溶接制御と、第１～第２搬送冶具のクランプ装置等を制御する搬送冶具制御とを行なうことが出来るように構成されている。なおロボット制御、溶接制御及び搬送冶具制御を実行する制御装置は各々分離した構造でもよいが、この実施形態では概念的に１つにまとめて図示している。

制御装置５は予めセットした制御プログラムに従って第１～第３搬送ロボット、第１～第４スポット溶接ロボット、第１～第４スポット溶接ロボットのスポット溶接装置および第１～第２搬送冶具のクランプ装置等を制御している。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係るスポット溶接システム及びスポット溶接方法は、例えば、自動車用ドアの生産現場で使用することができる。

１インナーパネル
５制御装置
１０、２０、３０第１～第３搬送ロボット
４０，５０，６０，７０第１～第４スポット溶接ロボット
１１、２１第１～第２搬送冶具
１２、２２フレーム
１３位置決めピン
１４クランプ装置
２３，２４，２５第１～第３ピンクランプ

Claims

パネル状の第１ワークに、該第１ワークよりも小さく形成された複数の小物ワークを該第１ワークに位置決めしてスポット溶接するスポット溶接システムであって、
前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられ、前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持・搬送する第１搬送ロボットと、
前記第１搬送ロボットと対向する位置に配置され、前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられ、前記第１搬送ロボットに把持された前記第１ワーク及び前記小物ワークを受け渡され・把持できる第２搬送ロボットと、
さらに前記第１搬送ロボットと前記第２搬送ロボットとを結ぶラインの両側に、それぞれ２以上配置されたスポット溶接ロボットとを有し、
前記第１搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記ラインと直交するような姿勢で前記ライン上に保持した状態で、前記複数のスポット溶接ロボットが前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行うよう構成され、
前記第１搬送ロボットから前記第２搬送ロボットへ前記第１ワーク及び前記小物ワークを受け渡し、当該第２搬送ロボットが前記第１ワークのパネル面が前記ラインと直交するような姿勢で前記ライン上に保持した状態で、前記複数のスポット溶接ロボットが前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を更に行うよう構成されていること、
を特徴とするスポット溶接システム。
パネル状の第１ワークに、該第１ワークよりも小さく形成された複数の小物ワークを該第１ワークに位置決めしてスポット溶接するスポット溶接方法であって、
前記第１ワーク及び前記小物ワークを位置決めして把持する冶具が取り付けられた第１搬送ロボットを用いて前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持・搬送する搬送工程と、
前記第１搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記第１搬送ロボットと前記第１搬送ロボットと対向する位置に配置された第２搬送ロボットとを結ぶラインと直交するような姿勢で前記ライン上に保持して、前記ラインの両側にそれぞれ２以上配置されたスポット溶接ロボットで前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行う溶接工程１と、
前記第１搬送ロボットから前記第２搬送ロボットへと前記第１ワーク及び小物ワークを受け渡す、受け渡し工程と、
前記第２搬送ロボットが前記第１ワーク及び前記小物ワークを把持して、前記第１ワークのパネル面が前記ラインと直交するような姿勢で前記ライン上に保持して、前記複数のスポット溶接ロボットで前記第１ワークと前記小物ワーク間のスポット溶接を行う溶接工程２と、
を有することを特徴とするスポット溶接方法。
前記第１搬送ロボット及び前記第２搬送ロボットが保持する前記第１ワークの面に対し互いに逆方向からスポット溶接装置がアプローチするよう、前記複数のスポット溶接ロボットが配置されていることを特徴とする、
請求項１に記載のスポット溶接システム。