JPH09314346A - シーム溶接線自動倣い装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シーム溶接に必要な高価な倣い治具や、ワー
クを支持するロボット用の複雑なプログラム等を不要化
すること。 【解決手段】 任意水平方向の移動を許容するが水平旋
回方向の動きは拘束する燃料タンク２の支持手段として
のＸＹテーブル５０と、ＸＹテーブル５０の移動許容方
向と直交する方向に主軸を有する倣い制御軸７４とを上
下に重ね合わせる。ＸＹテーブル５０または倣い制御軸
７４のいずれか一方を基礎床面７０で支持するととも
に、他方に、シーム溶接される部分を有する燃料タンク
２を支持する専用治具６を取り付ける。ＸＹテーブル５
０によって溶接線の直線的形成を許容すると共に、倣い
制御軸７４の回転によって燃料タンク２における溶接線
の形成方向を変更制御する。倣い制御軸７４は、専用治
具６の下面に固定したピン８１と、このピン８１に当接
してＯＮ作動するリミットスイッチ８４によって定速定
角度で回転制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシーム溶接線自動倣
い装置に係り、特に燃料タンクの周縁部を上下一対の電
極輪で挟んでシーム溶接する際に、燃料タンクを水平方
向の直交２方向で無負荷フローティング状態で支持しつ
つ、燃料タンクの周縁部における電極輪の溶接軌跡の修
正を、燃料タンクを水平旋回調節させて行なうようにし
た自動倣い装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、燃料タンク２は板金
プレスにて成形した上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂからな
る。燃料タンク２を製作するには、これら上ハーフ２ａ
と下ハーフ２ｂを重ね合わせ、相互に重なった周縁フラ
ンジ部４をスポット溶接にて複数箇所仮止めし、こうし
て出来た一体形の燃料タンク２を専用治具６の上にセッ
トし、燃料タンク２の上面をクランプ８にて押圧してＣ
型アーム１０に支持する。Ｃ型アーム１０は、固定壁１
２から水平方向に延びるアイアンマン１４と呼ばれる水
平方向に屈曲自在のアームの先端に支持されている。こ
のアイアンマン１４は、少なくとも２つのアーム部材１
４ａ，１４ｂが垂直軸を有するヒンジ１６を介して水平
に延ばされたもので、燃料タンク２を水平任意方向に軽
い力で移動可能に支持する。専用治具６とクランプ８
は、それぞれ自由回転軸１８，２０にてＣ型アーム１０
に連結され、下部の自由回転軸１８には倣い治具２２が
取り付けられている。この倣い治具２２は、燃料タンク
２の平面形状の縮小相似形に近い小型プレート２４の下
面に複数の被ガイドピン２６を突設したもので、この被
ガイドピン２６の一つが支持アーム２８を介して固定壁
３０に固定されたレール３２によって直線的にガイドさ
れるようになっている。

【０００３】各被ガイドピン２６は、図８に示すように
燃料タンク２のコーナ部の曲率中心を通る垂直線と整合
して配設されている。図示の燃料タンク２は４つのコー
ナ部Ｒ１〜Ｒ４を有し、これらコーナ部Ｒ１〜Ｒ４と対
応する小型プレート２４の下面位置に合計４つの被ガイ
ドピン２６（２６ａ〜２６ｄ）が突設されている。

【０００４】レール３２は図９（Ａ）のように矩形断面
の溝を有する後端閉塞、前端開放の樋状をなし、レール
３２の後端部と中間部の一側面には２箇所に入口３４，
３６が切り欠かれ、これら２つの入口３４，３６のいず
れかから被ガイドピン２６がレール３２内に入るように
なっている。入口３４，３６の下框には図９（Ｃ）のよ
うに下部をばね３８にて支持され上部が斜面状に形成さ
れた昇降可能なストッパピン４０が配設され、いったん
レール３２内に入った被ガイドピン２６が外に出ないよ
うになっている。また、レール３２の前端部の片側内側
面には図９（Ｂ）のようにストッパブロック４２が固設
され、レール３２内を前進してきた被ガイドピン２６を
このストッパブロック４２に当接させていったん停止さ
せ、この状態で電極輪４６の送り作用で小型プレート２
４が矢印方向に９０°旋回すると、被ガイドピン２６の
切欠き部２７がストッパブロック４２に正対して被ガイ
ドピン２６の通過が許容されるようになっている。

【０００５】従来の燃料タンク２のシーム溶接方法は、
燃料タンク２を以上のように支持した状態で、燃料タン
ク２の周縁フランジ部４をシーム溶接機の上下一対の電
極輪４６，４６の間に挟み、電極輪４６を回転させつつ
両電極輪４６間に通電して互いに当接した周縁フランジ
部４を抵抗溶接していた。燃料タンク２は、図８のよう
にその周縁フランジ部４の直線部Ｌ１をシーム溶接して
いるときは姿勢を変えずに前進する。このとき、被ガイ
ドピン２６ａはレール３２内を前端部に向かって移動す
る。しかし、電極輪４６が周縁フランジ部４のコーナ部
Ｒ１に到達すると、被ガイドピン２６の移動がストッパ
ブロック４２にて阻止され、このため燃料タンク２は被
ガイドピン２６を中心として電極輪４６の送り作用で生
じる水平回転モーメントにて矢印方向に回転する。電極
輪４６がコーナ部Ｒ１を回り終わった時、すなわち燃料
タンク２が９０°回転し終わった時、別の被ガイドピン
２６ｂが入口３６からレール３２内に入り、燃料タンク
２の周縁フランジ部４の直線部Ｌ２が前記と同様に電極
輪４６によってシーム溶接される。この直線部Ｌ２が溶
接されると、続いてコーナ部Ｒ２が電極輪４６によって
シーム溶接され、その後被ガイドピン２６ｃが入口３４
からレール３２内に入って直線部Ｌ３が電極輪４６によ
ってシーム溶接される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のシーム溶接線自
動倣い装置では、燃料タンク２の種類ごとに専用治具６
と倣い治具２２が必要なため、燃料タンク２を形状変更
する度に専用治具６と倣い治具２２を新規に製作しなけ
ればならず、特に倣い治具２２の製作は多額の費用と長
期製作期間とを必要としていた。

【０００７】そこで、倣い治具２２を使用せずにロボッ
トで燃料タンク２を支持し、電極輪４６によるシーム溶
接の進行に合わせて燃料タンク２を送り制御して燃料タ
ンク２の周縁フランジ部４に所期の溶接線を得る研究が
なされている（特開平７−２４１６８４号など参照）。

【０００８】しかし、電極輪４６によるシーム溶接の進
行状況をリアルタイムで正確に把握することはきわめて
困難である。これは、燃料タンク２の周縁フランジ部４
に板厚のバラツキが存在すること、また電極輪４６間の
通電による周縁フランジ部４の軟化、さらには電極輪４
６の磨耗等が発生することから、周縁フランジ部４を走
る電極輪４６の回転数と、周縁フランジ部４の実際の送
り距離とが一致せず、送り距離は時々刻々微妙に変動す
るためである。ロボットによる燃料タンク２の送り制御
にはティーチングによる方法や、電極輪４６による燃料
タンク２の周縁フランジ部の送り速度ないし送り距離を
正確かつリアルタイムで把握してフィードバック制御す
る方法等が考えられるが、前述のように周縁フランジ部
４の送り速度が時々刻々と変動する状況下では、ロボッ
トの制御がとても間に合わない。また溶接線が正規の軌
跡からいったん外れてしまった場合にこれを迅速に元に
戻す制御が容易でなく、制御遅れに起因する誤差が蓄積
される傾向があり、この結果溶接不良を起こしやすいと
いう問題があった。

【０００９】本発明の目的は、従来の倣い治具による溶
接線の倣い機構の考え方や、ロボットの数値制御に依存
した燃料タンク２の送り制御の考え方を完全に捨て、ま
ったく新たな発想、すなわち、シーム溶接の作業者が目
視で溶接線を確認しつつ燃料タンク２を送る作業内容を
機械的に置き換え、もって高価な倣い治具やロボット用
の複雑なプログラムの作成、およびロボットの面倒なテ
ィーチング作業等を不要化することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の倣い装置は、燃
料タンクを水平方向に回転調節することで電極輪による
溶接線を制御可能なことに着目しており、その原理を図
１〜図３により説明する。図１は３枚の水平なプレート
４８ａ〜４８ｃを上下方向に重ねたＸＹテーブル５０で
あって、下から１枚目と２枚目のプレート４８ａ，４８
ｂの間と、下から２枚目と３枚目のプレート４８ｂ，４
８ｃの間に、それぞれ直動ガイド５２，５４が配設され
ている。これら直動ガイド５２，５４は、プレート４８
ａ〜４８ｃ相互を直線方向にスライド可能とするもの
で、下段の直動ガイド５２と上段の直動ガイド５４とは
互いに直交して配設されている。すなわち、下段の直動
ガイド５２がＸ方向直動ガイドであり、上段の直動ガイ
ド５４がＹ方向直動ガイドである。

【００１１】ＸＹテーブル５０の上面又は下面には倣い
制御軸５６が配設されている。図２ではＸＹテーブル５
０の下面に倣い制御軸５６が配設されていると考える。
この倣い制御軸５６は回転角を精密制御可能なモータの
回転軸であり、例えばステップモータやサーボモータの
回転軸である。そして、この倣い制御軸５６の下端に板
金２枚重ねの被溶接ワーク５８が支持されていると考え
る。

【００１２】このような被溶接ワーク５８の支持状態で
ワーク周縁部（燃料タンクの周縁フランジ部４に相当す
る）を電極輪４６で挟み、電極輪４６を回転させてワー
ク周縁部をシーム溶接する。この際、倣い制御軸５６を
正逆方向いずれかに回転させると、電極輪４６に対する
被溶接ワーク５８の向きが変わる。これを電極輪４６側
から見れば、電極輪４６の進行方向が変わったことにな
る。図３は倣い制御軸５６の回転方向と電極輪４６の進
行方向との関係を例示したもので、電極輪４６が被溶接
ワーク５８の周縁部の直線部を進行している時（図３の
Ａ点）に倣い制御軸を時計方向に回転調節すると、電極
輪４６が被溶接ワーク５８の内側にずれて進行する。ま
た電極輪４６がコーナ部に近付いた時（図３のＢ点）に
倣い制御軸５６を時計方向に９０°回転調節すると、電
極輪４６が進行方向に向かって左側に９０°でカーブを
切る。これが本発明の溶接線の制御原理である。

【００１３】なお、従来の燃料タンク２はアイアンマン
１４で支持されていたが、このアイアンマン１４では倣
い制御軸５６の回転反力を支持することができないか
ら、図１のようなＸＹテーブル５０か、もしくはこれと
同等の機能を有する支持手段が必要である。プレート４
８ａ〜４８ｃ相互間に公知の各種リンク機構や自在継手
を配設することより、ＸＹテーブル５０と同様に回転反
力を支持しつつ水平方向に移動自在にワークを支持する
構成が実現可能である。

【００１４】以上の溶接線の制御はミシンによる布地の
送り作業をイメージすると分かりやすい。ミシンの送り
方向は常に真直ぐであるが、布地を水平方向に旋回させ
て針に送られる布地の角度を変えることにより縫目方向
が変わる。この時のミシンのテーブルと布地との間の滑
りを与えるものが本発明のＸＹテーブルに相当する。ま
た、布地を旋回させる手の働きが本発明の倣い制御軸に
相当する。

【００１５】本発明に係る溶接線自動倣い装置は前述の
溶接線の制御原理を応用したものであって、任意水平方
向の移動を許容するが水平旋回方向の動きは拘束する支
持手段と、前記支持手段の移動許容方向と直交する方向
に主軸を有する倣い制御軸とを上下に重ね合わせ、前記
支持手段または倣い制御軸のいずれか一方を基礎床面で
支持すると共に、他方に、シーム溶接される周縁部が直
線部と円弧部で構成されるワークを支持する専用治具を
取り付け、前記円弧部に対してシーム溶接が開始される
時点を検出するセンサを配設し、前記支持手段によって
溶接線が直線的に形成される時のワークの移動を許容す
ると共に、前記センサが前記円弧部のシーム溶接の開始
を検出した時、前記倣い制御軸を所定速度で、かつ、前
記円弧部の中心角だけ回転させるようにした。

【００１６】支持手段としては、３層プレートの上下２
つの間隙に第１直動ガイドと第２直動ガイドを互いに交
差して配設したＸＹテーブルを使用できる。

【００１７】前記センサは、例えばシーム溶接機の電極
輪の近傍に固定的に配設されたリミットスイッチと専用
治具に固定されたピンによって構成でき、電極輪がワー
クの周縁部の直線部から円弧部に到達した時に、リミッ
トスイッチがＯＮされるようにする。

【００１８】倣い制御軸には、センサの出力を受けて倣
い制御軸を所定速度で、かつ、シーム溶接の円弧部の中
心角に対応した所定角度だけ駆動する制御手段が接続さ
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を図に
基づいて説明する。図４に示すように、基礎床面７０の
上に台７２を介して倣い制御軸７４が配設されている。
この倣い制御軸７４は、回転角度を精密制御可能なステ
ップモータやサーボモータ等の回転軸である。倣い制御
軸７４の上端に、ＸＹテーブル５０が支持されている。
このＸＹテーブル５０は前述したものと同様であって、
下から一枚目のプレート４８ａが倣い制御軸７４の上端
に固定されている。ＸＹテーブル５０の上面には専用治
具６が固定され、この専用治具６の上に燃料タンク２が
位置決め固定されている。

【００２０】前記ＸＹテーブル５０は、任意水平方向の
移動を許容するが水平旋回方向の動きは拘束するもので
あれば他の機構に置き換えることが可能であり、例えば
図４（Ｂ）のように上下のプレート４８ｄ，４８ｅ間に
自在継手７６を配設したもの、または図４（Ｃ）のよう
に上下プレート４８ｆ，４８ｇの間に平行リンク機構７
８を水平に配設し、平行リンク７８の一端７８ａを下側
のプレート４８ｆに連結し、他端７８ｂを上側のプレー
ト４８ｇの下面に形成した溝部８０にスライド自在に係
合させたものなどで代替可能である。

【００２１】専用治具６の下部には、図４（Ａ）および
図５に示すように４本のピン８１が植設されている。図
５では図示の都合上専用治具６を省略し、代わりに燃料
タンク２を実線および二点鎖線で描いている。各ピン８
１は、燃料タンク２の円弧部Ｒと直線部との接点のう
ち、溶接開始側接点に対応する位置に配設されている。

【００２２】また、シーム溶接機４４の本体には水平方
向に延びる固定アーム８２が固定され、この固定アーム
８２の先端は、専用治具６の下方に向かって延在してい
る。固定アーム８２の先端にはリミットスイッチ８４が
取り付けられ、このリミットスイッチ８４の針状の検出
部８６がピン８１の通過軌跡内に突出している。

【００２３】リミットスイッチ８４は図示しない制御回
路と接続され、図５のように電極輪４６が溶接線Ｓを形
成しつつ直線部Ｌから円弧部Ｒの一端に到達した時、ピ
ン８１が検出部８６を押圧してリミットスイッチ８４を
ＯＮ作動させ、制御回路によって倣い制御軸７４が図５
で例えば時計方向に９０°だけ回転されるようになって
いる。

【００２４】次に、倣い制御軸７４の制御を説明する。
燃料タンク２の周縁部４の直線部Ｌの溶接では、溶接の
進行により燃料タンク２が図５で矢印Ａ方向に送られる
が、図６のステップＳ１でリミットスイッチ８４がＯＮ
と判断されるまでは倣い制御軸７４は停止したままであ
る。この時の燃料タンク２の直線移動は、ＸＹテーブル
５０によってスムーズになされる。リミットスイッチ８
４がＯＮになると、ステップＳ２で倣い制御軸７４が例
えば時計方向に定速度Ｖで回転させられる。この回転
は、ステップＳ３で倣い制御軸７４の回転角が９０°に
なったと判断されるまで継続される。倣い制御軸７４の
回転角が９０°になると、ステップＳ４で倣い制御軸７
４の回転が停止される。倣い制御軸７４が回転している
間、燃料タンク２は電極輪４６に対して旋回移動する
が、ＸＹテーブル５０はこの時の旋回移動をスムーズに
行なわせる。なお、この場合倣い制御軸７４の位置は不
変である。

【００２５】以上が一つの円弧部Ｒでの倣い制御軸７４
の制御であり、実際の制御では円弧部Ｒの数だけ、すな
わち図５のような燃料タンク２ではステップＳ１を４回
通過するまで以上の制御が繰り返されることになる。

【００２６】以上、本発明の一実施例につき説明した
が、本発明は前記実施例に限定されることなく種々の変
形が可能である。例えば、前記実施例では倣い制御軸７
４を下側に、ＸＹテーブル５０を上側に配置したが、こ
の逆にＸＹテーブル５０を下側に、倣い制御軸７４を上
側に配置し、倣い制御軸７４の上端に専用治具６を固定
してもよい。この場合は倣い制御軸７４はその回転（自
転）により位置が移動することになる。また、倣い制御
軸７４のプログラム設定を変えれば、任意の角度の円弧
を有する燃料タンク２の周縁フランジ部４の溶接も可能
である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は前述の如く、倣い制御軸の回転
だけでワークに対する溶接線の形成方向を制御するよう
にしたので、従来の高価な倣い治具が不要となる。ま
た、センサにより倣い制御軸をＯＮ、ＯＦＦ制御するだ
けでよいから、複雑なプログラムなど一切不要であり、
簡単な構造ではあるが大きな合理化効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＸＹテーブルの斜視図。

【図２】溶接輪と倣い制御軸との関係を示す斜視図。

【図３】溶接線の倣い制御を示すワークの平面図。

【図４】（Ａ）シーム溶接線自動倣い装置の側面図、
（Ｂ）は自在継手を利用した支持手段の側面図、（Ｃ）
はリンク機構を利用した支持手段の斜視図。

【図５】燃料タンクの平面図。

【図６】倣い制御軸の制御フローチャート。

【図７】従来の溶接線倣い制御装置の側面図。

【図８】燃料タンクの平面図。

【図９】（Ａ）はレールの斜視図、（Ｂ）はレール前端
部の平面図、（Ｃ）はレール後端部の縦断面図。

【符号の説明】

２ 燃料タンク ６ 専用治具 ４４ シーム溶接機 ４６ 電極輪 ５０ ＸＹテーブル ７０ 基礎床面 ７４ 倣い制御軸 ８１ ピン ８２ 固定アーム ８４ リミットスイッチ（センサ） ８６ 検出部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意水平方向の移動を許容するが水平旋
   回方向の動きは拘束する支持手段と、前記支持手段の移
   動許容方向と直交する方向に主軸を有する倣い制御軸と
   を上下に重ね合わせ、 前記支持手段または倣い制御軸のいずれか一方を基礎床
   面で支持すると共に、他方に、シーム溶接される周縁部
   が直線部と円弧部で構成されるワークを支持する専用治
   具を取り付け、 前記円弧部に対してシーム溶接が開始される時点を検出
   するセンサを配設し、 前記支持手段によって溶接線が直線的に形成される時の
   ワークの移動を許容すると共に、前記センサが前記円弧
   部のシーム溶接の開始を検出した時、前記倣い制御軸を
   所定速度で、かつ、前記円弧部の中心角だけ回転させる
   ようにしたシーム溶接線自動倣い装置。
2. 【請求項２】 前記支持手段が、３層プレートの上下２
   つの間隙に第１直動ガイドと第２直動ガイドが互いに交
   差して配設されたＸＹテーブルであることを特徴とする
   請求項１記載のシーム溶接線自動倣い装置。
3. 【請求項３】 前記センサが、シーム溶接機の電極輪の
   近傍に固定的に配設されたリミットスイッチと前記専用
   治具に固定されたピンとで構成され、前記電極輪がワー
   クの周縁部の直線部から円弧部に到達した時に、前記リ
   ミットスイッチの検出部が前記ピンに押圧されて前記円
   弧部のシーム溶接開始時点を検出するようにした請求項
   １記載のシーム溶接線自動倣い装置。
4. 【請求項４】 前記センサの出力を受けて、前記倣い制
   御軸を所定速度で、かつ、所定角度だけ駆動する制御手
   段を配設したことを特徴とする請求項１記載のシーム溶
   接線自動倣い装置。