JP2008544860A - 被加工材の溶接方法 - Google Patents

Abstract

被加工材同士を溶接する方法。互いに溶接すべき被加工材（Ａ，Ｂ）はロボット（１，２）で保持され、ロボット（１，２）は被加工材（Ａ，Ｂ）を溶接により結合するために相対的に位置決めし、また、溶接（９）の遂行中は被加工材をそれらの位置に保持する。測定システム（３，４）が被加工材の位置を測定し、溶接（９）が開始される前に被加工材の位置を調整できるようにする。

Description

本発明は互いに結合されるべき被加工材同士を溶接する方法に関するものである。この方法は、例えば自動車（モーター）工業や、部材を大量生産する他の工業において非常に広い範囲で行われている。

通常、モーター製造工業における一般的な溶接ラインには、多数の溶接ステーションが配置されている。作業ステーションで溶接することにより結合されるべき部品は、それらの溶接ステーションへ向けて給送または移送される。それら部品は、単体のスタンプ加工されたシート金属部材であろうし、または先行する溶接ステーションで形成された複合部品であってもよい。溶接ステーションへ給送された部品は、通常、操作ロボットによって溶接ステーションで処理され、ロボットは部品を溶接用の取付け具へ向けて移動してその取付け具内に配置し、その位置で部品は通常は溶接ロボットとして知られた手段により互い連結され溶接される。

上述した方法の１つの欠点は、製造される新規部品の各々に対して新規に溶接用取付け具を製造しなければならないことである。これは、実際に溶接用取付け具を製造するための費用を発生させるだけでなく、溶接用取付け具の交換にかかる稼動停止と、自動車の新型モデルを導入するためにはその稼動停止が長時間に及ぶという事実とをもたらす。後者の影響に関する基本的な理由は、新型モデルを導入することになるや否や非常に多数の溶接用取付け具を製造して取付けなければならないからである。

今まで使用されてきているこの方法の第２の欠点は、部品の取扱い時の位置決め誤差によって、溶接用取付け具に部品が固定されるときにその部品に張力を残存させてしまうことである。これは、取付け具への部品の自動案内手段が装備されているとしても、多くの影響の中でとりわけ、部品だけでなく実際の溶接用取付け具にも与えられている公差の結果として生じるのである。したがって、これは溶接されたときに固有の張力が働いている構造体を形成することになり、また、溶接済み構造体に変形を生じることになる。したがって、この工程にわたる制御を維持するために、少なくとも或る種の溶接作業の後に、溶接の終わった構造体を測定することが必要となる。これは、当然なことながら、設備と、その設備の作動に関するプログラミングおよび再プログラミングに係わる時間との両方において、費用のかかることとなる。

したがって、本発明は、上述した問題点を解消するために、互いに溶接されるべき被加工材がロボットによって一緒に保持され、そのロボットがそれらの被加工材を溶接して結合するために相対的に位置決めする、また、溶接が行われている間にロボットがそれらの被加工材をそれぞれの位置に保持する、また、溶接が開始される前に被加工材の位置を調整できるようにするために、測定システムが被加工材の位置を測定する新規な方法を提供する。

そのような本発明の方法を使用することにより、溶接用取付け具およびそれと組合わされる測定装置の必要性をなくすことが可能となる。また、同一の操作装置および同一の溶接装置を使用して、互いに溶接されるべき異なる部品の間の迅速な位置調整も実行可能となる。

本発明を、添付図面に図示している限定する意図のない実施例の形態で、以下にさらに詳細に説明する。

このようにして、２つの部品Ａおよび部品Ｂを互いに結合−互いに溶接−するための方法を添付図面を参照して説明する。これらの２つの部品は、周知の方法で溶接ステーションへ向けて送られ、また、それらの部品はその後ロボット１，２によって各々把持される。２つのロボットはそれぞれ測定システム３，４に連結されており、測定システムは関連するロボット１，２による被加工材Ａ，Ｂの取扱いを管理し、また、このようにして２つの被加工材Ａ，Ｂの位置も管理する。測定システム３，４は制御ユニット５に連結されており、制御ユニット５は測定システム３，４から受取った測定データで特定されるようにロボット１，２の設定を調整するために２つのロボット１，２に連結されて、ロボットの意図される相対位置を得られるようになっている。

測定システム３，４はロボット１，２の動きを、したがって被加工材Ａ，Ｂの位置も、連続的に監視する。２つの被加工材Ａ，Ｂの位置が正しい６，７と決定されたときは、ロボット１，２の設定は固定されて、ロボットまたは被加工材Ａ，Ｂのさらなる動きは生じない。その後、溶接ロボット９の制御装置８が付勢されて、そのロボットによる被加工材Ａ，Ｂの互いの溶接が可能にされる。その間、被加工材はロボット１，２により一緒に正しい位置に保持される。

制御装置８は、被加工材Ａ，Ｂの正しい溶接位置６，７が得られたときに測定システム３，４から測定データを受取り、また、溶接ロボット９のための溶接移動路の計算が可能になる。

溶接が完了して、溶接ロボット９がその仕事を終えたならば、その時点でロボット１，２は被加工材Ａ，Ｂを次の作業ステーション１０へ導くのであり、このステーションは他の溶接ステーションか、または、組立てステーションとされ得る。

溶接作業の間、被加工材Ａ，Ｂを保持するロボット１，２は溶接ロボット９の作業を容易にするために被加工材Ａ，Ｂを動かし、これにより測定システム３，４は被加工材Ａ，Ｂの現在位置に関する情報を溶接位置センサー６，７を経て制御装置８に送り続けて、溶接ロボット９が被加工材Ａ，Ｂの現在位置において溶接を遂行できるように構成することができる。

溶接が固定の溶接ステーションで行われるように構成することもでき、また、溶接すべき全ての点部分または溶接すべき線部分がロボット１，２によって固定の溶接ステーションへ運ばれるように、固定の溶接ステーションに対して上述したようにロボット１，２が被加工材Ａ，Ｂを保持して移動させるように構成することもできる。

各々のロボット１，２がどのように専用の測定システム３，４に連結されるかを上述した。しかしながら、共通の測定システムが２つのロボットのために配置されるように構成されることもできる。重要なことは、測定システムが溶接により互いに結合されるべき２つの被加工材Ａ，Ｂの位置および配向を決定できるということである。

２つの被加工材Ａ，Ｂの位置および配向は、ロボット１，２に連結されている測定システム３，４を経て常に決定でき、また、意図した値から偏倚したならば、制御ユニット５を経てフィードバックが行われ、この場合はその値をロボット１，２が調整し、互いに溶接されるべき被加工材Ａ，Ｂが正しい相対位置に配置され、またさらに、溶接ロボット９が溶接作業を遂行できるように位置を修正される。

互いに溶接されるべき部品は、より複雑なシステムにおいては、それらの部品が予め十分に測定されているならばＣＡＤシステムで動的に最適化でき、また、位置の調整および点部分や溶接線部分の調整はＣＡＤシステムで最初に遂行でき、また、新たな基準位置および配向が計算でき、それらは溶接ステーションへ伝えられて、操作ロボットだけでなく溶接ロボットも制御できるようになっている。

溶接工程のさらに良好な制御を達成するために、溶接ロボット９の溶接工具の位置を動的に測定できるようにする可能性も得られる。これは、２つの場合の何れにおいても遂行できる。溶接ロボット９は、必要とされるならば、溶接工程の間に被加工材を取付けまたは保持するために取付け装置を備えることもできる。

本発明の方法を使用することで、被加工材Ａ，Ｂおよびそれらを結合して形成される部材が意図された基準形状を有することを保証でき、また、溶接工程の間に測定が動的に遂行されるので、引き続く制御測定の必要性は減少される。

被加工材Ａ，Ｂの実際の測定を遂行するために、幾つもの技術を利用することができる。そのような技術の１つは、レーザーによる三角測量方法を実行するもので、これにおいて被加工材上の予め決定されている或る幾つかの点の測定が実行される。被加工材は、そのために、反射テープを意図する測定位置に取付けて備えられる。各々のテープ片の位置は、光源および２つの長さ検出器を使用して決定でき、２つの被加工材の位置および配向は少なくとも３つのそのような位置を使用することで決定することができる。

無接触な方法、および被加工材と接触する方法の何れの他の方法も被加工材の現在位置を決定するために使用することができる。

本発明の方法に従って作動される溶接ステーションの機能に関するブロック線図を示している。

符号の説明

Ａ，Ｂ 被加工材
１，２ ロボット
３，４ 測定システム
５ 制御ユニット
６，７ 溶接位置センサー
８ 制御装置
９ 溶接ロボット
１０ 作業ステーション

Claims (6)

1. 互いに溶接されるべき被加工材（Ａ，Ｂ）を溶接して結合するために相対的に位置決めするロボット（１，２）によって被加工材（Ａ，Ｂ）が一緒に保持され、溶接（９）が行われている間にロボットがそれらの被加工材をそれぞれの位置に保持し、溶接（９）が開始される前に被加工材の位置を調整できるようにするために、測定システム（３，４）が被加工材の位置を測定することを特徴とする被加工材を互いに溶接する方法。
2. 測定システム（３，４）が溶接（９）の行われている間に被加工材の位置を連続的に測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 溶接が固定の溶接ステーション（９）で行われ、また、ロボット（１，２）が溶接の遂行中に被加工材を移動させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 溶接が溶接ロボット（９）で遂行され、また、溶接工程での溶接点の位置も溶接の遂行中に測定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
5. 各々のロボット（１，２）が専用の測定システム（３，４）に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
6. ロボット（１，２）が共通の測定システムに連結されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
   

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