JPH09314347A - 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のスライド支持手
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８
２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８２のいずれか一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。倣い制御軸８２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８２
は、専用治具６に取付けたテンプレート８４と基準部材
９２との間隔を検出する測距センサ９４の出力に基づき
行なう。燃料タンク２の凸部９６溶接時はコイルばね７
４と脚部７５によって燃料タンク２の揺動を許容する。

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、特に鞍型の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、かつ、鞍
型凸部を溶接可能とするためにワークを揺動可能に支持
した自動倣い装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９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１０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１１（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３
４，３６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１１
（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１１（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２４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１０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３
４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】また、燃料タンク２周りのスペースを有効
に利用するため、燃料タンク２の下面を鞍の下面のよう
に窪ませ、ここにデファレンシャルを挿通配置すること
があるが、このような鞍型燃料タンクでは周縁フランジ
部４が部分的に大きな上向き凸となるので、従来の平面
のみを対象としたシーム溶接の技術では対応できない。

【００１０】そこで、周縁フランジ部の凸部では燃料タ
ンクを凸部の曲率中心に配置した回動軸の周りに回動さ
せつつシーム溶接することで、鞍型燃料タンクのシーム
溶接も可能にした技術が提案されている（特公平７−７
５７７９号）。

【００１１】しかし、この技術では曲率の異なる凸部に
対応するためには燃料タンクを支持する専用治具を大幅
に改造しなければならない。

【００１２】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し、さらに鞍型ワークの溶接
にも簡単に対応可能とすることにある。

【００１３】

【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、それぞれ第１および第２直動ガイド５２，
５４が配設されている。これら第１および第２直動ガイ
ド５２，５４は、プレート４８ａ〜４８ｃ相互を直線方
向にスライド可能とするもので、下段の第１直動ガイド
５２と上段の第２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、第１直動ガイド５２がＸ方向
直動ガイドであり、第２直動ガイド５４がＹ方向直動ガ
イドである。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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スライド支持手段が必要である。プ
レート４８ａ〜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。

【００１７】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。

【００１８】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ス
ライド支持手段と、前記スライド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、前記スライド支持手段または倣い制御軸の
いずれか一方を揺動可能な揺動支持手段を介して基礎床
面で支持すると共に、他方に、シーム溶接される部分を
有するワークを支持する専用治具を取り付け、前記ワー
クのシーム溶接予定線と実際の溶接線前端との偏差を検
出するセンサを配設し、前記センサからの出力に基づき
前記偏差をゼロにすべく前記倣い制御軸を回転制御する
制御手段を配設した。

【００１９】前記スライド支持手段は、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。

【００２０】揺動支持手段は、スライド支持手段と基礎
床面との間に配設されスライド支持手段から上方の荷重
を支持するばねと、スライド支持手段の揺動方向をシー
ム溶接機の上下一対の電極輪を共通に含む垂直面内に規
制する屈曲自在な脚部とで構成できる。

【００２１】シーム溶接予定線と実際の溶接線前端との
偏差を検出するため、ワークの溶接予定線と同一または
相似の輪郭を有するテンプレートを専用治具にワークと
整合させて取り付けると共に、シーム溶接機の上下一対
の電極輪の軸線を共通に含む垂直面内であってテンプレ
ートの輪郭と対向する位置に基準部材を固定的に配設
し、テンプレートの輪郭と基準部材との隙間距離を検出
する測距センサを配設する。そして、測距センサからの
出力に基づき、シーム溶接をする間前記隙間距離が一定
となるように前記倣い制御軸を回転制御する。

【００２２】

【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
上に基礎プレート７２が配設され、この基礎プレート７
２の上方に前後左右４本のコイルばね７４を介してＸＹ
テーブル５０が配設されている。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がコイルばね７４の上端に固定されている。Ｘ
Ｙテーブル５０の下部四隅と基礎プレート７２との間に
は、中間が左右方向に屈曲自在な脚部７５が配設され、
この脚部７５によってＸＹプレート５０の揺動方向が図
示左右方向、すなわちシーム溶接機の電極輪４６の側面
を共通に含む垂直面方向（図５の矢印方向）に規制され
ている。

【００２３】ＸＹテーブル５０の上面には倣い制御軸８
２が配設されている。この倣い制御軸８２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。そして倣い制御軸８２の上端に専用治具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。この燃料タンク２は、下面中央が
鞍の下面のように窪んでおり、この窪んだ部分に自動車
のデファレンシャル等を挿通配置するようにしている。

【００２４】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６（Ａ）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６（Ｂ）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。

【００２５】専用治具６の下部には図５のようにテンプ
レート８４が固定されている。このテンプレート８４は
燃料タンク２の周縁フランジ部４の溶接予定線の輪郭と
相似縮小形の輪郭を有するプレートで構成され、燃料タ
ンク２と整合して、すなわち対応する辺々が同じ方向を
向くように水平に配設されている。

【００２６】一方、図７のようにシーム溶接機４４の本
体から固定アーム９０が延在し、この固定アーム９０の
先端に基準部材９２が取り付けられている。この基準部
材９２は、図８のように上下一対の電極輪４６の軸線を
共通に含む垂直面内に位置し、かつ、図７のようにテン
プレート８４の輪郭に対向させられている。固定アーム
９０の先端の基準部材９２の近傍には、測距センサ９４
が取り付けられている。この測距センサ９４はテンプレ
ート８４の輪郭と基準部材９２との間の隙間距離を測定
するものである。

【００２７】次に、燃料タンク２のシーム溶接を倣い制
御軸８２の制御と共に説明する。倣い制御軸８２を回転
させずに燃料タンク２の周縁フランジ部４をシーム溶接
すると、溶接線は基本的に直線となるが、このままでは
周縁フランジ部４の厚みのバラツキや凹凸等による溶接
線の誤差を修正できない。溶接線前端が溶接予定線から
ずれると、基準部材９２とテンプレート８４の輪郭との
間隔が広狭いずれかに変化する。これを測距センサ９４
が検出して間隔の広狭変化を元に戻すように倣い制御軸
８２を回転制御する。また、燃料タンク２の周縁フラン
ジ部４のコーナ部の溶接も、倣い制御軸８２の回転によ
りなされる。すなわち、電極輪４６がコーナ部の溶接開
始点を通過すると同時に、テンプレート８４の輪郭と基
準部材９２との間隔が広がるが、測距センサ９４はこの
間隔の広がりの程度を連続的に検出し、広がりを元に戻
すように倣い制御軸８２が図示しない制御手段によって
回転される。

【００２８】電極輪４６が周縁フランジ部４の上向き凸
部９６を溶接する時、電極輪４６の位置は不変であるか
ら燃料タンク２の方が少し下降すると共に、電極輪４６
に挟まれた部分は常に水平になろうとするから燃料タン
ク２が左右方向に傾動する。このような燃料タンク２の
上下動と左右傾動は、コイルばね７４と脚部７５によっ
て許容されるので、電極輪４６ないし燃料タンク２に無
理な力が作用することはない。

【００２９】なお、倣い制御軸８２の制御は、前述のテ
ンプレート８４、基準部材９２および測距センサ９４以
外でも可能であって、一般的には、燃料タンク２のシー
ム溶接予定線と実際の溶接線前端との偏差を検出するセ
ンサと、このセンサからの出力に基づき前記偏差をゼロ
にすべく倣い制御軸８２を回転制御する制御手段があれ
ばよい。

【００３０】前述の測距センサ９４は、テンプレート８
４と基準部材９２との間隔を検出するが、これはシーム
溶接予定線と実際の溶接線前端との偏差を検出すること
と同義である。従って、測距センサ９４に代えて、燃料
タンク２の溶接線前端の位置を直接的に検出するセンサ
を使用することも可能である。

【００３１】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、コイルばね７４と脚部７５に
よる揺動支持手段は、機能的に等価な他の揺動支持手段
に置き換え可能である。一例として、液体槽に浮体を浮
かべ、この浮体の移動方向をガイド部材によって適宜規
制し、浮体上にスライド支持手段と倣い制御軸を配設す
る構造が提案される。

【００３２】また前記実施例では倣い制御軸８２を上側
に、ＸＹテーブル５０を下側に配置したが、この逆にＸ
Ｙテーブル５０を上側に、倣い制御軸８２を下側に配置
し、ＸＹテーブル５０の上面に専用治具６を固定しても
よい。

【００３３】

【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やロボット使用の場
合の複雑なプログラムなどが一切不要となり、大きな合
理化効果を発揮できる。また、スライド支持手段と倣い
制御軸を採用したから、揺動支持手段によって鞍型ワー
クのシーム溶接にも簡単に対応可能となり、特に揺動支
持手段は鞍型ワークの曲率半径等が変わっても基本的に
専用治具を交換せずに対応可能であるから、回動軸周り
に燃料タンクを回動させて鞍型燃料タンクをシーム溶接
する従来方式に比べて設備的に有利であり、かつ、曲率
が連続的に変化する周縁フランジ部を有するユニーク形
状の燃料タンクも容易に製作できる。

【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】本発明のシーム溶接線自動倣い装置の斜視図。

【図５】本発明のシーム溶接線自動倣い装置の正面図。

【図６】（Ａ）はスライド支持手段の他の実施形態の側
面図、（Ｂ）はスライド支持手段のさらに他の実施形態
の斜視図。

【図７】テンプレートと測距センサの側面図。

【図８】電極輪と測距センサの正面図。

【図９】従来の溶接線倣い制御装置の側面図。

【図１０】燃料タンクの平面図。

【図１１】（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 コイルばね ８２ 倣い制御軸 ８４ テンプレート ９０ 固定アーム ９２ 基準部材 ９４ 測距センサ ９６ 上向き凸部

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スライド支持手段と、前記スラ
   イド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、 前記スライド支持手段または倣い制御軸のいずれか一方
   を揺動可能な揺動支持手段を介して基礎床面で支持する
   と共に、他方に、シーム溶接される部分を有するワーク
   を支持する専用治具を取り付け、 前記ワークのシーム溶接予定線と実際の溶接線前端との
   偏差を検出するセンサを配設し、 前記センサからの出力に基づき前記偏差をゼロにすべく
   前記倣い制御軸を回転制御する制御手段を配設したこと
   を特徴とするシーム溶接線自動倣い装置。
2. 【請求項２】 前記スライド支持手段が、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】 前記揺動支持手段を、前記スライド支持
   手段と基礎床面との間に配設されスライド支持手段から
   上方の荷重を支持するばねと、スライド支持手段の揺動
   方向をシーム溶接機の上下一対の電極輪を共通に含む垂
   直面内に規制する屈曲自在な脚部とで構成したことを特
   徴とする請求項１記載のシーム溶接線自動倣い装置。
4. 【請求項４】 前記ワークの溶接予定線と同一または相
   似の輪郭を有するテンプレートを前記専用治具に前記ワ
   ークと整合させて取り付けるとともに、シーム溶接機の
   上下一対の電極輪の軸線を共通に含む垂直面内であって
   前記テンプレートの輪郭と対向する位置に基準部材を固
   定的に配設し、前記テンプレートの輪郭と基準部材との
   隙間距離を検出する測距センサを配設し、シーム溶接を
   する間前記隙間距離が一定となるように前記倣い制御軸
   を回転制御するように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。