JP2006205170A - 溶接電極の整形機構を備えたロボットシーム溶接装置および溶接電極整形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接作業の障害になることのない、簡単・安価な構造の、溶接電極の整形機構を備えたロボットシーム溶接装置を提供すること。
【解決手段】ロボットシーム溶接装置は、ワーク把持装置４を備えたロボット１と、シーム溶接機２と、作動を制御する制御装置とを含む。このロボット溶接装置は、ワーク把持装置４で保持したワーク５の溶接部位をシーム溶接機の溶接電極３ａ，３ｂで挟み、ロボット１を動作させてワーク５を動かしながら、溶接電極に通電してシーム溶接を行なう。ロボットのワーク把持装置４に、溶接電極の整形機構を設ける。該機構は、溶接電極３ａ，３ｂを研削する整形バイト６と、この整形バイトを溶接電極３ａ，３ｂの溶接面に押圧する装置７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多関節ロボットを用いるシーム溶接（以下、ロボットシーム溶接）装置に係り、特に、溶接電極の整形機構を備えたロボットシーム溶接装置と、同装置を用いて溶接電極を整形する方法とに関する。

シーム溶接は、一対の円盤状の溶接電極で被溶接物（以下、ワーク）を挟んで加圧し、溶接電極をワークの移動に合わせて回転させつつ、連続的に通電して溶接を行うものである。シーム溶接は、気密性を要する容器類の接合に適していて、例えば自動車の燃料タンクの製造に用いられる。

このような溶接は、何度も繰り返して行うと、両電極の溶接面が摩耗していって凹凸が発生し、溶接品質が低下する。そのため、定期的に電極の溶接面を研削などで整形する必要がある。整形作業は、従来、手作業で行われてきたが、仕上がりが作業者によってばらつく上に、多大な工数を要すると云う問題がある。

そこで、自動的に電極の整形を行うシーム溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、整形用の切削バイトや、そのバイトを移動させる手段、溶接電極の外周面に接触して一定周速度で回転させるナール駆動ローラなどを備えたドレッシング機構を、溶接機に付設するものである。
特開平１１−３０９５８５号公報

一方、ロボットシーム溶接装置は、典型的には、ロボット先端部などにワーク把持機構を設け、そこに把持したワークを、定置のシーム溶接機に対して動かしながら溶接を行う構成である。従って、溶接機の電極周囲は、ワーク把持機構などとの干渉を避けるために、極力単純な構造であることが望ましい。
しかしながら、上記の自動的に整形する機構は、切削バイトを取り付ける架台や、バイトを走行させる手段を含んでいて構造が複雑であり、ロボットに対する障害物となる可能性がある。また、整形機構を別に設けることにより、シーム溶接機のコスト増になると云う問題もある。

本発明は、ロボット作動の障害になることのない、比較的簡単・安価な構造の、溶接電極の整形機構を備えたロボットシーム溶接装置の提供を目的とする。
本発明の別の目的は、上記ロボットシーム溶接装置を用いて、溶接電極の整形を自動的に行い得る方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によるロボットシーム溶接装置は、ワーク把持装置を設けた産業用ロボットと、一対の円盤状の溶接電極を備えるシーム溶接機と、これらロボットとシーム溶接機の作動を制御する制御装置とを含み、このロボット制御装置に記憶した動作プログラムに基づいて、ロボットのワーク把持装置で把持したワークの溶接部位をシーム溶接機の溶接電極で挟み、これら溶接電極を回転させるとともに、ロボットを動作させてワークの溶接軌跡を倣い動作させながら溶接電極に通電してシーム溶接を行なう。このロボットシーム溶接装置は、ロボットのワーク把持装置に溶接電極の整形機構を設け、該機構は、溶接電極の溶接面を整形する整形バイトと、この整形バイトを溶接電極の溶接面に押圧する手段とを有することを特徴とする。

前記整形バイトはワーク把持装置から突き出るように可動に取り付けられ、前記押圧手段は整形バイトを押すコイルバネであることが好適である。コイルバネを用いると、溶接電極に対する押圧手段の位置を一定に保つことにより、常に一定の押圧力を整形バイトに加えて、溶接電極の溶接面を的確に整形することができる。
溶接作業時と電極整形時では溶接電極の回転速度を違える必要があり、前記ロボット制御装置の動作プログラムは２つの速度指令系統を有することが好ましい。

また、本発明による、上記ロボットシーム溶接装置にて溶接電極を整形する方法は、整形すべき溶接電極の溶接面の摩耗量を計測すること、計測した摩耗量に基づいて、押圧手段が所定の押圧力を整形バイトに与え得る、溶接電極に対する整形機構の位置を算出すること、ロボットを作動させて整形機構を算出位置へ動かし、整形バイトを所定の押圧力で溶接電極の溶接面に押し当てること、溶接電極を回転させ、整形バイトで溶接面を研削して整形することを含む。

上記構成によると、溶接電極の整形機構をロボット側に搭載していて、シーム溶接機の周囲に設ける必要がないので、電極整形装置が障害とならず、シーム溶接作業が確実であるととともに、溶接電極の整形も必要に応じて容易におこなうことができる。
整形機構は、整形バイトおよび押圧する手段から成る簡単な構成であり、ロボット側の構造を複雑化することなく、比較的に低コストで実現可能である。
また、このロボットシーム溶接装置を用いる溶接電極の整形方法では、溶接電極の摩耗量に応じて整形機構の位置を移動させて、常に一定の押付力で整形バイトによる研削を行うことができる。この方法に従って溶接電極を自動的に整形するように装置を構成することも可能である。

続いて、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明を説明する。
図１は、本発明の実施例によるロボットシーム溶接装置を示している。この装置は、産業用ロボット１と、シーム溶接機２と、これらロボットおよび溶接機の作動を制御するロボット制御装置（図示なし）とを含んでいる。
ロボット１は多関節型のもので、その先端にワーク把持装置４を取り付けている。ワーク把持装置４はワーク５を把持するようになっていて、本実施例の場合、ワーク５は、溶接するフランジを外周に備えたタンクである。

シーム溶接機２は、対向して配置した一対の円盤形の溶接電極３ａ，３ｂを備えている。加圧側の溶接電極３ａは可動に取り付けられ、エアシリンダなどから成る加圧装置（図示なし）を設けている。溶接電極３ａは、この加圧装置の働きにより動かされて、受け側の溶接電極３ｂに押し当たる。溶接電極３ａ，３ｂはさらに、それぞれ別個のモータに接続されていて、これらモータの駆動により互いに反対方向に回転する。

ロボット制御装置は、予め記憶した動作プログラムに基づいて、ロボット１とシーム溶接機２の作動を次のように制御する。
溶接作業では、先ず、ワーク５がワーク把持装置４に取り付けられる。次いで、ロボット１がワーク５を動かして、その外周フランジをシーム溶接機２の溶接電極３ａ，３ｂの間に挿し入れる。可動側の溶接電極３ａが加圧装置によって動かされ、ワーク５のフランジを溶接電極間に挟持する。この状態で、ロボット１がワーク５をフランジの溶接軌跡に倣って動かし、これに合わせて溶接電極３ａ，３ｂが回転する。同時に、溶接電極３ａ，３ｂに通電してワーク５のフランジをシーム溶接する。
上述したロボットシーム溶接装置の構成と作動は、本発明による改良部分を除いて、従来のものと同様でよく、本文ではこれ以上の説明を省略する。

ロボットのワーク把持装置４には、さらに、溶接電極用の整形機構を搭載している。
整形機構は、ワーク把持装置４の上端部分に固定した押圧装置７と、押圧装置７に可動に取り付けた整形バイト６とを有する。押圧装置７はコイルバネを内蔵し、整形バイト６はこのコイルバネの押圧により押圧装置７から突き出ている。

この整形機構を用いて行う溶接電極の整形を説明する。前述した溶接作業の完了後、ワーク５はワーク把持装置４から外されている。その状態で、ロボット１を作動させ、図２に示すように整形バイト６を溶接電極３ａへ押し当て、溶接電極３ａを回転させて、その溶接面を切削し整形する。
この時、整形バイト６を溶接電極３ａに押し付ける力は、押圧装置７のコイルバネによって発生する。コイルバネの使用により、溶接電極に対する押圧装置７の位置によって整形バイト６を押し付ける力が決まることになる。そのため、溶接電極の溶接面と押圧装置７の位置を一定に保つことで、常に同じ力で整形を行なうことが可能である。

図３は、溶接電極が新品である状態８と、摩耗した状態９の押圧装置７の位置を示している。ロボット制御装置の動作プログラムに記録させる押圧装置７の位置は、図３上側の溶接電極が新品である場合の位置である。この記録位置を基準にして、溶接電極が摩擦量Ａである状態９では、摩擦量Ａに相当する距離Ｂだけ押圧装置７の位置を溶接電極側に移動させて、溶接電極の整形を行う。

ロボット制御装置の動作プログラムは、溶接電極の摩耗量Ａを入力すると、押圧装置７の位置を距離Ｂだけ自動的に移動させるように設定している。これに代えて、例えば特開平１１−２８５７８号公報に示されている既知の計測装置を設けて、整形動作を開始する以前に溶接電極の摩耗量を予め検出して入力するようにロボットシーム溶接装置を構成してもよい。このような構成によると、整形作業時に押圧装置７を自動的に位置決めして、的確な整形バイトの押し付け力を常に得ることができる。

なお、モータによる溶接電極の回転駆動は、溶接作業時と整形作業では速度を違える必要がある。
そのため、本実施例のロボット制御装置は、図４に示すプログラムを組み込んで、溶接時と整形動作時で、溶接電極回転駆動の指令方法を変更させている。これは、図４に見られるように、ロボット同期速度と溶接電極整形用の指定速度の２つの指令系統を設けて、溶接動作を行なう場合には、切替え器Ｓ１をロボット同期速度側に振り、溶接電極整形時は指定速度側に振って、溶接電極の回転速度を切り替えるものである。

具体的には、ロボット動作プログラム用の命令として、溶接開始、溶接終了、整形開始、整形終了の４つの命令を用意し、さらに指定速度設定命令を用意する。
動作プロガラムは、溶接動作時には、溶接開始命令を実行することで、切替え器Ｓ１をロボット同期速度側にし、スイッチＳ２を接続状態とする。ロボット制御部１０のロボット同期速度を指令周速度として使用し、この速度と摩耗量を考慮した現在の溶接電極の径から回転速度計算１２を行い、その結果を電極制御部１３へ入力して溶接電極を回転させる。溶接終了時には、溶接終了命令を実行してスイッチＳ２を開放状態とすることで、溶接電極の回転が停止する。

溶接電極の整形時には、整形開始前に指定速度設定命令により、指定速度記憶部１１に指定速度を記憶させる。続いて、整形開始命令を実行して、切替え器Ｓ１を指定速度側にし、スイッチＳ２を接続状態にする。かくして、指定速度を指令周速度として使用し、溶接時と同様に回転速度計算１２を行う。整形終了時は、整形終了命令を実行して、スイッチＳ２を開放状態とすることで電極の回転を停止させる。

このように、整形動作時は、指定速度記憶部１１に記憶した速度を使用するため、ロボットの動作には関係なく溶接電極を一定速度で回転させることができる。同時に、前述の通りに整形バイト６を溶接電極３ａの溶接面に押し当てることで、一定速度で一定圧力での整形動作が実現する。
同様の動作を溶接電極３ｂに対しても行う。以上の作業により、両溶接電極ともに溶接面の整形を完了することができる。

以上、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明したが、本発明はこの特定の形態のみに限定されるものでなく、添付する特許請求の範囲による定義内で、図示の形態を種々に変更することが可能であり、或いは、別の形態を採り得るものである。

本発明の実施例によるロボットシーム溶接装置の全体を示す概略図である。 図１の装置に設けた溶接電極用の整形機構を拡大して示す図である。 摩耗した溶接電極に対する図２の整形機構の位置を説明するための図である。 図１の装置における、溶接電極の回転速度を切り替えるための指令系統を示す概略図である。

符号の説明

１ ロボット
２ シーム溶接装置
３ａ 加圧側の溶接電極
３ｂ 受け側の溶接電極
４ ワーク把持装置
５ ワーク
６ 整形バイト
７ 押圧装置
Ａ 電極摩耗量
Ｂ （整形機構の）位置の移動距離

Claims (4)

1. ワーク把持装置を設けた産業用ロボットと、一対の円盤状の溶接電極を備えるシーム溶接機と、これらロボットとシーム溶接機の作動を制御する制御装置とを含み、このロボット制御装置に記憶した動作プログラムに基づいて、ロボットのワーク把持装置で把持したワークの溶接部位をシーム溶接機の溶接電極で挟み、これら溶接電極を回転させるとともに、ロボットを動作させてワークの溶接軌跡を倣い動作させながら溶接電極に通電してシーム溶接を行なう、ロボットシーム溶接装置において、
   ロボットのワーク把持装置に溶接電極の整形機構を設け、該機構は、溶接電極の溶接面を整形する整形バイトと、この整形バイトを溶接電極の溶接面に押圧する手段とを有することを特徴とするロボットシーム溶接装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記整形バイトはワーク把持装置から突き出るように可動に取り付けられ、前記押圧する手段は整形バイトを押すコイルバネである、ロボットシーム溶接装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、前記ロボット制御装置の動作プログラムは、溶接作業時と電極整形時とで溶接電極の回転速度を違える２つの速度指令系統を有する、ロボットシーム溶接装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のロボットシーム溶接装置にて溶接電極を整形する方法であって、
   整形すべき溶接電極の溶接面の摩耗量を計測し、
   計測した摩耗量に基づいて、押圧手段が所定の押圧力を整形バイトに与え得る、溶接電極に対する整形機構の位置を算出し、
   ロボットを作動させて整形機構を算出位置へ動かし、整形バイトを所定の押圧力で溶接電極の溶接面に押し当て、
   溶接電極を回転させ、整形バイトで溶接面を研削して整形することを特徴とする溶接電極の整形方法。

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