JPH09314349A - 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８４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
８４のいずれか一方をロボットアーム８２の先端で支持
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。倣い
制御軸８４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８４は、専用治
具６に取付けたテンプレート９２と基準部材９６との間
隔を検出する測距センサ９８の出力に基づき行なう。

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８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９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１０（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１０
（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１０（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９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。

【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ロボットア
ームの先端で支持すると共に、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。

【００１６】前記支持手段は、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。

【００１７】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。

【００１８】

【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（Ａ）に示すように、基礎７０
が床面７２に固定された多関節ロボット７４のアーム８
２の先端に、倣い制御軸８４と支持手段としてのＸＹテ
ーブル５０とを介して、Ｃ型フレーム８６が取付けられ
ている。倣い制御軸８４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って、ロ
ボットの末端回転軸をそのまま利用することもできる。
倣い制御軸８４の下端に、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、上から一枚目のプレート４８ｃが倣い制御軸８
４の下端に固定されている。ＸＹテーブル５０の下面に
は専用治具６が固定され、この専用治具６の下に燃料タ
ンク２が位置決め固定されている。Ｃ型フレーム８０の
下端部にはシリンダ８８にて上下動可能なクランプ９０
が配設され、このクランプ８４で燃料タンク２の下面を
押圧固定できるようになっている。

【００１９】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。

【００２０】専用治具６の上部には図４（Ｂ）および図
５（Ａ）（Ｂ）のようにテンプレート９２が固定されて
いる。このテンプレート９２は燃料タンク２の周縁フラ
ンジ部４の溶接予定線のほぼ四角形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。

【００２１】一方、シーム溶接機４４の本体から固定ア
ーム９４が下方に延在し、この固定アーム９４の下端に
基準部材９６が取り付けられている。この基準部材９６
は、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４（Ｃ）のようにテンプレート９２
の輪郭に対向させられている。固定アーム９４の先端の
基準部材９６の近傍には、測距センサ９８が取り付けら
れている。この測距センサ９８はテンプレート９２の輪
郭と基準部材９６との間の隙間距離を測定するものであ
る。

【００２２】次に、倣い制御軸８４の制御を説明する。
倣い制御軸８４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９６とテンプ
レート９２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９８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８４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８４の回転によりなされる。すなわち、電極輪４
６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９２の輪郭と基準部材９６との間隔が広がるが、
測距センサ９８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８４が図示し
ない制御手段によって回転制御される。

【００２３】なお、倣い制御軸８４の制御は、前述のテ
ンプレート９２、基準部材９６および測距センサ９８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８４を回転制御する制御手段があれ
ばよい。前述の測距センサ９８は、テンプレート９２と
基準部材９６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９８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。

【００２４】次に本発明の他の実施形態を図７に基づき
説明する。この図７に示すシーム溶接線自動倣い装置も
ロボットアーム８２を利用したもので、基本的に前述の
実施形態と同一のものであるが、ＸＹテーブル５０と専
用治具６ないしテンプレート９２との間に、ツールチェ
ンジャー１００を装備したところが異なる。このツール
チェンジャー１００は拡大断面図に示すように専用治具
６側から突出した軸１０２をばね１０３とスチールボー
ル１０４で着脱自在にロックするようにしたもので、燃
料タンク２の種類変更で専用治具６を取り替えたいとき
に、スチールボール１０４をバキュームで後退させて軸
１０２を簡単に取り外せるようにしたものである。この
ツールチェンジャー１００を利用すれば、ロボットアー
ム８２からＸＹテーブル５０までに汎用性を持たせるこ
とができ、燃料タンク２の種類が多いときの設備費の低
減ないし段替サイクルタイムの短縮化に効果的である。
なお、図７で１０６はナールローラ、１０８はバイトで
ある。その他、図４および図５と実質的同一部分には同
一符号を付す。

【００２５】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８
４を上側に、ＸＹテーブル５０を下側に配置したが、こ
の逆にＸＹテーブル５０を上側に、倣い制御軸８４を下
側に配置し、倣い制御軸８４の下端に専用治具６を固定
してもよい。

【００２６】

【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、支持手段をロボットアー
ムの先端で支持するため、ワークの移動範囲の大半をロ
ボットアームの移動でカバーすることにより支持手段を
小型化することができ、これは特に大型ワークのシーム
溶接では大きな利点となる。

【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）はロボットおよびシーム溶接線自動倣い
装置の斜視図、（Ｂ）はシーム溶接線自動倣い装置の拡
大斜視図、（Ｃ）はテンプレートと測距センサの側面
図。

【図５】（Ａ）はシーム溶接線自動倣い装置の側面図、
（Ｂ）はシーム溶接線自動倣い装置の平面図。

【図６】（Ａ）は支持手段の変形例を示す側面図、
（Ｂ）は支持手段のさらに別の変形例を示す斜視図。

【図７】本発明の別の実施形態に係るシーム溶接線自動
倣い装置の斜視図。

【図８】従来の溶接線倣い制御装置の側面図。

【図９】燃料タンクの平面図。

【図１０】（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 ７４ 多関節ロボット ８２ アーム ８４ 倣い制御軸 ９０ クランプ ９２ テンプレート ９６ 基準部材 ９８ 測距センサ^L

Claims (3)

【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ロボッ
   トアームの先端で支持すると共に、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。