JPH1128578A - シーム溶接機の電極輪高さ計測システム及び計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シーム溶接機２の上下一対の電極輪４、５で
ロボット１に支持されたワーク３の周縁部３’を上下か
ら挾持し、下部電極輪４の外周の頂点Ｐの高さを基準と
してシーム溶接するシステムにおいて、下部電極輪４の
外周の付着メッキ層の除去で電極径が小さくなると、こ
れを作業員が計測して下部電極輪４の高さを手動修正し
ているが、この修正の作業性と精度が悪い。 【解決手段】 下部電極輪４の外周上部に接触子２１を
スライドさせ、この接触子２１の高さを変位センサー２
２で自動計測して、その計測値をロボットに送出してロ
ボットに標準装備されている高さ方向シフト機能を利用
して、下部電極輪４に対するワーク３の相対的な高さを
自動修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の燃料タン
ク等のワークの周縁部を一対の電極輪を使って連続して
シーム溶接するシーム溶接機における電極輪の高さ計測
システム及び高さ計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃料タンクは、一対の金属シェ
ルの周縁部同士を重ねてシーム溶接することで製造され
る。この種の燃料タンクは高い防錆性が要求されること
から、一対の金属シェルの表面をすず鉛合金等の防錆材
でメッキ処理しておいて、一対の金属シェルの周縁部を
例えば図５に示すようなロボット１とシーム溶接機２を
使ってシーム溶接している。

【０００３】ロボット１は、固定されたロボット本体１
１、ロボット本体１１から三次元的に可動に延在する多
関節構造のロボットアーム１２、ロボットアーム１２の
先端に取付けられたハンドリング治具１３等を備えた工
業ロボットである。ハンドリング治具１３に上下一対の
燃料タンク用金属シェルを重ねたワーク３が脱着可能に
支持される。

【０００４】シーム溶接機２は、固定された溶接機本体
１４の前面に上下一対の電極輪４、５と、図６に示すよ
うに各電極輪４、５に付設された整形ローラ６、７と整
形バイト８、９を有する。各電極輪４、５は、溶接機本
体１４に上下に垂直な姿勢で上下動及び回転可能に設置
される。この各電極輪４、５に付設される整形ローラ
６、７は、定速回転して対応する電極輪４、５の外周面
を所定の円弧状に整形してワーク３の溶接品質を確保す
る。また、各電極輪４、５に付設される整形バイト８、
９は、必要に応じて使用されて対応する電極輪４、５の
外周面に付着した後述するメッキ層を除去する。

【０００５】シーム溶接機２は、下部電極輪４の外周の
最上点（以下、頂点と称する）と上部電極輪５の外周の
最下点でワーク３の周縁部３’を上下から挾持して、次
の要領でシーム溶接する。図６に示すように、下部電極
輪４の頂点Ｐの高さＨを一定に保持し、上下の電極輪
４、５間にロボット１で支持されたワーク３の周縁部
３’を位置させて、上部電極輪５を下げてワーク周縁部
３’を下部電極輪４の頂点Ｐに押し付ける。この状態で
ワーク３をその周縁部３’が各電極輪４、５間を通過す
るようにロボット１で自動旋回させ、この旋回に各電極
輪４、５を従動回転させる。同時に各電極輪４、５間に
溶接電流を流すと、ワーク周縁部３’の一対の金属シェ
ルの接合面が溶接電流による抵抗熱で溶着したナゲット
が生成されて、ワーク周縁部３’が連続的にシール溶接
される。

【０００６】ワーク３のシール溶接が終了すると、図７
に示すように上部電極輪５だけが上昇してワーク３から
離れ、ロボット１がワーク３をシーム溶接機２から搬出
する。次に、ロボット１が別のワークをシーム溶接機２
に搬入して、上記溶接動作が繰り返し行われる。

【０００７】シーム溶接されるワーク３の全表面には、
錆防止のためのすず鉛合金等のメッキ層が形成されてい
る。そのため、シーム溶接機２の各電極輪４、５でワー
ク周縁部３’をシーム溶接すると、溶接時の熱で各電極
輪４、５の外周にワーク３のメッキ層が付着する。この
ように電極輪４、５の外周に付着するメッキ層は、溶接
回数が増える毎に蓄積され、これを放置してシーム溶接
を続行すると付着したメッキ層の電気抵抗分でもって亀
裂等の溶接不良が発生し易くなる。 そこで、ワーク周
縁部３’の溶接品質の悪化を防止するため、回転する各
電極輪４、５の外周に定方向から整形バイト８、９を当
て、整形バイト８、９の先端で電極輪４、５の外周面を
研削して外周面に付着したメッキ層を除去するようにし
ている。このようなメッキ層の除去は、シーム溶接しな
がら定常的に行われる場合もあるが、通常は作業員の手
作業でもって次のように行われている。

【０００８】ロボット１とシーム溶接機２でワーク３の
シーム溶接が行われる際に、作業員が一対の電極輪４、
５の外周面を目視で観察する。電極輪４、５の外周面
は、メッキ層が付着すると色が変わり、この変色を作業
員が観察する。何回目かのシーム溶接で電極輪４、５の
外周面が許容量以上のメッキ層で変色したと作業員が判
断すると、作業員はシーム溶接を中断させて整形バイト
８、９によるメッキ層除去を行い、次のシーム溶接に備
えて下部電極輪４を所望量だけ手作業で上昇させる。

【０００９】即ち、各電極輪４、５の外周面を整形バイ
ト８、９で研削してメッキ層を除去すると、各電極輪
４、５の外周面が研磨されて電極輪径が小さくなり、下
部電極輪４の頂点Ｐの高さがシーム溶接時の基準高さＨ
より低くなる。例えば図８（Ａ）の研削前の下部電極輪
４と図８（Ｂ）の研削後の下部電極輪４に示すように、
その外周面がメッキ層除去のため厚さαだけ研削される
と、研削前の下部電極輪４の頂点Ｐの溶接基準の高さＨ
よりも研削後の下部電極輪４の頂点Ｐの高さＨ’がαだ
け低くなる。このように頂点Ｐの高さＨ’が低くなった
下部電極輪４をそのままにしてシーム溶接を続行する
と、図９（Ｂ）に示すように低くなった下部電極輪４に
ワーク周縁部３’を上部電極輪５で押圧したときにワー
ク周縁部３’が所定の高さよりαだけ余分に下げられて
傾き、良好なシーム溶接ができなくなることがある。こ
のようなシーム溶接不良となるα値の上限は数ｍｍ以下
で、例えばαが１．５ｍｍの許容値を超えるとシーム溶
接不良が発生し易くなる。尚、図９（Ａ）は、αが許容
値以下の場合の下部電極輪４によるシーム溶接の状態を
示しており、このとき、ワーク周縁部３’はほとんど傾
かずに良好なシーム溶接が行われる。

【００１０】そこで、作業員は各電極輪４、５のメッキ
層除去を行った後、下部電極輪４の外周面の外径をゲー
ジで計測して、計測値αが許容値を超えたと判断する
と、例えば図７に示すジャッキ１５を手動操作して下部
電極輪４をα相当分だけ上昇させ、この下部電極輪４の
頂点Ｐの高さを正常な許容範囲に設定しておいてから、
次のワークのシーム溶接を行うようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なシーム溶接する設備は、危険防止のために安全柵に囲
まれた状態で工場に設置されていて、シーム溶接機の下
部電極の高さ管理をする作業員は高さ管理のたびに安全
柵の内外に出入りしなければならず、かつ、下部電極の
外径測定の作業も手間と時間を要して、下部電極の高さ
管理の作業能率が悪いという問題があった。また、作業
員による下部電極の高さ管理システムにおいては、下部
電極の調整された高さに作業員の個人差によるバラツキ
が現われ、このバラツキがそのままワークのシーム溶接
品質のバラツキとなる不具合が発生することがあった。

【００１２】従って、本発明の目的とするところは、シ
ーム溶接機の下部電極輪の高さ管理を自動的に行うに好
適な電極輪高さ計測システムと計測装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロボットに支
持されたワークの周縁部をシーム溶接機の上下一対の回
転及び上下動可能な電極輪で上下から挾持し、下部電極
輪の外周の頂点の高さを基準としてワーク周縁部をシー
ム溶接するに際し、下部電極輪の外周の上部に周方向に
接触子をスライドさせて該接触子が下部電極輪の外周の
頂点に到達したときの接触子の高さを変位センサーで計
測する工程と、前記変位センサーの計測値を前記ロボッ
トの制御系に出力して前記ロボットの制御系で前記計測
値が許容範囲内か範囲外であるかを判断させる工程と、
ロボットの制御系が前記変位センサーからの計測値が許
容範囲内であると判断すると前記ロボットの制御系を変
更せずにシーム溶接を継続させ、前記計測値が許容範囲
を超えたと判断すると当該計測値の基準値からのマイナ
ス変動分だけ前記ワークを下降シフトさせるべく前記ロ
ボットの制御系を変更する工程により、シーム溶接機の
下部電極輪の基準高さ減少に伴うワークの支持高さ調整
を自動的に行うようにしたものである。

【００１４】また、本発明は、ロボットに支持されたワ
ークの周縁部をシーム溶接機の上下一対の回転及び上下
動可能な電極輪で上下から挾持し、下部電極輪の外周の
頂点の高さを基準としてワーク周縁部をシーム溶接する
シーム溶接機の下部電極輪の高さ計測装置であって、下
部電極輪の外周の上部の周方向にスライド移動する接触
子と、この接触子の近傍に設置され、接触子が下部電極
輪の外周上部をスライド移動すると同一高さを保持した
まま接触子の移動方向に水平移動して接触子の高さを逐
一計測する接触式変位センサーとを具備し、接触子が下
部電極輪の外周上部の頂点に到達したときの変位センサ
ーの計測値を下部電極輪の高さとすることで、シーム溶
接機の下部電極輪の高さ管理を自動的に行うに好適な計
測装置を提供するものである。

【００１５】ここで、シーム溶接機の下部電極輪の高さ
を検出するための接触子とその高さ位置を検出する変位
センサーは、例えば共通の可動部材に支持されて下部電
極輪に対して接近離反移動する。この接触子と変位セン
サーが下部電極輪に接近するとき、接触子が下部電極輪
の外周上部を頂点まで円弧軌道でスライド移動し、一方
の変位センサーは同一高さを保ったまま接触子と共に水
平移動して、下部電極輪の外周上部をスライド移動する
接触子の高さを逐一に計測する。下部電極輪の外周上部
を頂点に向けて接触子がスライド移動すると、これの高
さを計測する変位センサーの計測値が徐々に増加して、
接触子が下部電極輪の外周の頂点に到達したときの計測
値が最大となり、この最大値が下部電極輪の高さとして
計測される。

【００１６】本発明はまた、下部電極輪の基準高さ減少
に伴い、ワークの支持高さを変えないで、下部電極輪自
体を下部電極輪の基準高さ減少分だけ上昇シフトさせて
もよい。すなわち、ロボットに支持されたワークの周縁
部をシーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電
極輪で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さ
を基準としてワーク周縁部をシーム溶接するに際し、下
部電極輪の外周の上部に周方向に接触子をスライドさせ
て該接触子が下部電極輪の外周の頂点に到達したときの
接触子の高さを変位センサーで計測する工程と、前記変
位センサーの計測値を前記ロボットの制御系に出力して
前記ロボットの制御系で前記計測値が許容範囲内か範囲
外であるかを判断させる工程と、ロボットの制御系が前
記変位センサーからの計測値が許容範囲内であると判断
すると下部電極輪の高さを変えずにシーム溶接を継続さ
せ、計測値が許容範囲を超えたと判断すると当該計測値
が許容範囲内になるよう適当な昇降手段をして下部電極
輪を上昇シフトさせる工程により、下部電極輪の基準高
さ減少に対応することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明装置の具体的実施形
態を図１乃至図３を基づいて説明し、本発明システムの
具体的動作フローを図４を基づいて説明する。

【００１８】図１及び図２に示される実施形態の電極輪
高さ計測装置は、図５のシーム溶接機２の下部電極輪４
の高さを計測するもので、接触子２１と変位センサー２
２とこの両者を支持して下部電極輪４に対して接近離反
移動させる可動部材２３を備える。可動部材２３は、例
えばシーム溶接機２の側方近傍に固定されたロータリー
シリンダ２４で水平方向に往復揺動可能に支持されたＬ
形振込みアーム２５と、この振込みアーム２５に水平方
向に往復移動可能に支持されたスライダー２６を備え
る。

【００１９】振込みアーム２５は、図２に示すようにロ
ータリーシリンダ２４から水平方向に延在する基部２５
ａと、基部２５ａの先端から水平方向に直角に延びる先
端部２５ｂで構成され、先端部２５ｂの外面に水平方向
に固定されたガイドレール２７にスライダー２６が摺動
可能に支持される。スライダー２６の上部に、スライダ
ー２６の前方に向けて延びる揺動軸２８の基端が回転可
能に連結され、この揺動軸２８の先端に接触子２１が取
付けられる。スライダー２６の前端から延びる支持軸２
９の先端に変位センサー２２が固定される。変位センサ
ー２２は接触子２１の垂直方向下方近傍に位置して、接
触子２１の高さを直接に計測する接触式の市販センサー
が使用される。振込みアーム２５の先端部２５ｂに固定
した前後動シリンダー３０でスライダー２６を前後移動
させると、接触子２１と変位センサー２２が上下関係を
維持して共に前後動する。

【００２０】シーム溶接機２が図５のロボット１と共に
ワーク３の周縁部３’をシーム溶接するとき、振込みア
ーム２５はシーム溶接機２から離れた図２の鎖線で示す
位置で待機する。ワーク３のシーム溶接が終了して下部
電極輪４の頂点Ｐの高さ位置を定期的或いは定常的に自
動計測する時点において、振込みアーム２５が図２の鎖
線待機位置から実線計測位置まで水平に揺動して、次の
要領で下部電極輪４の頂点Ｐの高さが自動計測される。

【００２１】振込みアーム２５の先端部が下部電極輪４
の前面近傍まで揺動すると、図１に示すように接触子２
１が下部電極輪４の外周上部の頂点Ｐから手前側に少し
離れた位置まで移動し、下部電極輪４の前面近傍に変位
センサー２２が移動する。この状態でスライダー２６を
水平に前進移動させると、揺動軸２８に支持された接触
子２１が下部電極輪４の外周上部を頂点Ｐに向けてスラ
イドすることで上昇しながら前進し、一方、変位センサ
ー２２は水平に前進する。図３に示すように、接触子２
１が下部電極輪４の外周上部の頂点Ｐの近くを頂点Ｐに
向けてスライドすると、水平移動する変位センサー２２
との距離が徐々に増大して、接触子２１が頂点Ｐに達し
た時点で変位センサー２２との距離が最大となり、接触
子２１が頂点Ｐを過ぎると変位センサー２２との距離が
徐々に縮小していく。従って、変位センサー２２で計測
される接触子２１の高さの計測値の最大値を求めれば、
下部電極輪４の頂点Ｐの高さが求められる。

【００２２】以上のように接触子２１を下部電極輪４の
外周上部にスライドさせて高さを計測することで、接触
子２１が上部電極輪５と干渉することなくスライド移動
して、下部電極輪４の頂点Ｐの高さが簡単、正確に自動
計測できる。そして、このような電極輪高さの計測値を
利用して下部電極輪４の適正位置への上昇が自動的に行
え、その本発明システム例を図４に基づき説明する。

【００２３】下部電極輪４の外周面がメッキ層除去で研
磨された後の頂点Ｐの高さ位置を上記要領で変位センサ
ー２２が計測すると、その計測値を表示器３１で表示さ
せると共に、計測データを図５のロボット１の制御系で
ある例えばインターロック盤３２に入力する。ロボット
１のインターロック盤３２は、下部電極輪４の頂点Ｐの
高さの良否を判断する許容値データと変位センサー２２
からの測定値データとを比較して、変位センサー２２か
らの計測値が許容値内であると判断すると下部電極輪４
の高さを変えずにシーム溶接を継続させ、計測値が許容
値を超えたと判断すると当該計測値の基準値からのマイ
ナス変動分だけワーク３を下降シフト（Ｚ軸高さシフ
ト）させるべくロボット１の制御系を変更した後、シー
ム溶接を続行させる。

【００２４】上記のようなロボット１のシフト機能は、
一般の工業ロボットに標準装備されている機能であり、
この既存のシフト機能を利用することで下部電極輪４の
頂点高さの減少に自動対応することが可能となり、既存
設備の有効利用が図れる。また、下部電極輪４の外径の
計測と必要に応じたワークの下降シフト移動の自動化に
より、シーム溶接の全自動化が容易となる。

【００２５】以上、本発明の一実施形態につき説明した
が、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の
変形が可能であり、例えば前記実施形態ではワークの高
さを変更して下部電極輪の基準高さ減少に対応したが、
この基準高さ減少分だけ下部電極輪自体をジャッキなど
の適当な昇降手段を使用して上昇シフトさせることも可
能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、シーム溶接機の下部電
極輪の外周の頂点の高さ位置が接触子と変位センサーで
自動計測され、この計測値に基づいてロボットで支持さ
れたワークの高さが自動修正されるので、シーム溶接機
とロボットを使用したシーム溶接設備の全自動化、作業
能率の向上化が容易となる。また、かかる自動化によっ
て下部電極輪の基準高さのバラツキに起因する溶接品質
のバラツキが解消され、自動車の燃料タンクのような高
溶接品質が要求されるワークに好適な電極輪高さ計測シ
ステムと電極輪高さ計測装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電極輪高さ計測装置の実施例を
示す正面図である。

【図２】図１装置の部分平面図である。

【図３】図１装置における接触子と変位センサーと下部
電極輪の関係を示す正面図である。

【図４】本発明における電極輪高さ計測システムの実施
例を示す動作フロー図である。

【図５】ロボットとシーム溶接機を使用した既存のシー
ム溶接設備の概要を示す正面図である。

【図６】図５設備におけるシーム溶接機のシーム溶接動
作時での一対の電極輪の正面図である。

【図７】図５設備におけるシーム溶接機のシーム溶接後
の一対の電極輪の正面図である。

【図８】図７における下部電極輪の研削前と研削後の正
面図である。

【図９】図６の一対の電極輪による正常溶接時と不良溶
接時の側面図である。

【符号の説明】

１ ロボット ２ シーム溶接機 ３ ワーク ４ 下部電極輪 ５ 上部電極輪 ２１ 接触子 ２２ 変位センサー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットに支持されたワークの周縁部を
   シーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電極輪
   で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さを基
   準としてワーク周縁部をシーム溶接するに際し、 下部電極輪の外周の上部に周方向に接触子をスライドさ
   せて該接触子が下部電極輪の外周の頂点に到達したとき
   の接触子の高さを変位センサーで計測する工程と、 前記変位センサーの計測値を前記ロボットの制御系に出
   力して前記ロボットの制御系で前記計測値が許容範囲内
   か範囲外であるかを判断させる工程と、 ロボットの制御系が前記変位センサーからの計測値が許
   容範囲内であると判断すると前記ロボットの制御系を変
   更せずにシーム溶接を継続させ、前記計測値が許容範囲
   を超えたと判断すると当該計測値の基準値からのマイナ
   ス変動分だけ前記ワークを下降シフトさせるべく前記ロ
   ボットの制御系を変更する工程、とを含むことを特徴と
   するシーム溶接機の電極輪高さ計測システム。
2. 【請求項２】 ロボットに支持されたワークの周縁部を
   シーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電極輪
   で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さを基
   準としてワーク周縁部をシーム溶接するシーム溶接機の
   下部電極輪の高さ計測装置であって、 下部電極輪の外周の上部の周方向にスライド移動する接
   触子と、この接触子の近傍に設置され、接触子が下部電
   極輪の外周上部をスライド移動すると同一高さを保持し
   たまま接触子の移動方向に水平移動して接触子の高さを
   逐一計測する接触式変位センサーとを具備し、接触子が
   下部電極輪の外周上部の頂点に到達したときの変位セン
   サーの計測値を下部電極輪の高さとしたことを特徴とす
   るシーム溶接機の電極輪高さ計測装置。
3. 【請求項３】 ロボットに支持されたワークの周縁部を
   シーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電極輪
   で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さを基
   準としてワーク周縁部をシーム溶接するに際し、 下部電極輪の外周の上部に周方向に接触子をスライドさ
   せて該接触子が下部電極輪の外周の頂点に到達したとき
   の接触子の高さを変位センサーで計測する工程と、 前記変位センサーの計測値を前記ロボットの制御系に出
   力して前記ロボットの制御系で前記計測値が許容範囲内
   か範囲外であるかを判断させる工程と、 ロボットの制御系が前記変位センサーからの計測値が許
   容範囲内であると判断すると下部電極輪の高さを変えず
   にシーム溶接を継続させ、計測値が許容範囲を超えたと
   判断すると当該計測値が許容範囲内になるよう適当な昇
   降手段をして下部電極輪を上昇シフトさせる工程、とを
   含むことを特徴とするシーム溶接機の電極輪高さ計測シ
   ステム。