JP2010158692A - シーム溶接方法及びシーム溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種形状のワークに対して、より簡単且つ正確に溶接軌道の補正をしながらシーム溶接を行うことができ、高品質な溶接を可能とするシーム溶接方法及びシーム溶接装置を提供する。
【解決手段】シーム溶接装置１０は、ロボット８０にワーク２０を保持させて、該ワーク２０を一対の電極ロール１６間に送りながら溶接する装置である。このシーム溶接装置１０は、ロボット８０に設けられ、溶接点Ｐｗでの電極ロール１６によるワーク２０の加圧方向Ｚと、溶接点Ｐｗでのロボット８０によるワーク２０の送り方向Ｘとに直交するＹ方向にかかる荷重を検出するロードセル９０、ロボット制御部９４及び演算部９６と、電極ロール１６を加圧方向Ｚを回動中心として回動させる回動機構２６と、ロードセル９０で検出されたＹ方向の荷重の大きさに応じて回動機構２６を駆動制御する制御装置８２とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、一対の電極ロール間にワークを送りながら溶接するシーム溶接方法及びシーム溶接装置に関する。

例えば、車両の燃料タンク等の容器は、プレス成形された２つの部材の外周端部を重ね合わせて溶接されて形成されており、該溶接された外周端部は二次元や三次元の曲線形状となっている。

この種のワークの溶接に関し、本出願人は、ロボットの動作端の手首部にワーク保持用の治具を介してワークを保持させ、一対の電極ロール間にワークを送りながら溶接するシーム溶接装置の制御方法を提案している（特許文献１参照）。この制御方法では、電極ロールによるワークの実際の送り量とロボットによるワークの送り量とが合致しているときに前記手首部に作用する正規トルクと、実際の溶接時に作用するトルクとの偏差を検出し、この偏差に応じて電極ロールの回転速度や進行方向を変化させる。これにより、実際の溶接軌道が所望の正規軌道からずれても、自動的に正規軌道に戻すことができ、正確なシーム溶接を行うことを可能としている。

特公平３−６８７９１号公報

上記従来技術に係る制御方法の場合、より正確な溶接を行うためにはより正確な正規トルク（マスターデータ）の取得が必要とあり、例えば、トルクの履歴を取りながら溶接を試験的に複数回行い、高品質な溶接ができたときのトルクを正規トルクとする方法がある。

ところが、このような正規トルクの取得作業は、当然、上記の軌道修正がなされない環境で試験的に溶接を行う必要があることから、正規トルクとして利用できる高い溶接品質を得ることが難しい場合がある。しかも、正規トルクの精度を上げるためには良い品質のサンプルを複数回得る必要があり、手間と時間がかかる。当然、ワーク形状、ワーク剛性及び溶接速度等を変更する場合には正規トルクの取り直しを行う必要もある。

また、高精度な正規トルクを得ることができていない場合には、溶接軌道のずれの有無等を迅速且つ正確に検出することが難しく、結果として高品質な溶接を行うことが難しい場合がある。さらに、溶接部位により、剛性や、ワーク保持用の治具から距離が異なるため、例えば、トルク検出値が同じ値であっても、実際のずれ量が異なってしまう可能性もある。

本発明は、上記従来技術に関連してなされたものであり、各種形状のワークに対して、より簡単且つ正確に溶接軌道の補正をしながらシーム溶接を行うことができ、高品質な溶接を可能とするシーム溶接方法及びシーム溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係るシーム溶接方法は、ロボットにワークを保持させて、該ワークを一対の電極ロール間に送りながら溶接するシーム溶接方法であって、溶接点での前記電極ロールによる前記ワークの加圧方向と、前記溶接点での前記ロボットによる前記ワークの送り方向とに直交する方向にかかる荷重を検出する検出工程と、前記検出された荷重の大きさに応じた所定角度分、前記電極ロールを前記加圧方向を回動中心として回動させる回動工程とを有することを特徴とする。

また、本発明に係るシーム溶接装置は、ロボットにワークを保持させて、該ワークを一対の電極ロール間に送りながら溶接するシーム溶接装置であって、前記ロボットに設けられ、溶接点での前記電極ロールによる前記ワークの加圧方向と、前記溶接点での前記ロボットによる前記ワークの送り方向とに直交する方向にかかる荷重を検出する荷重検出部と、前記電極ロールを前記加圧方向を回動中心として回動させる回動機構と、前記荷重検出部で検出された荷重の大きさに応じて前記回動機構を駆動制御する制御部とを備えることを特徴とする。

このような方法及び装置によれば、溶接点での電極ロールによるワークの加圧方向（Ｚ方向）と、該溶接点でのロボットによるワークの送り方向（Ｘ方向）とに直交する方向（Ｙ方向）にかかる荷重を検出し、この荷重の大きさに応じた所定角度分、電極ロールを回動させる。この場合、前記溶接点において、電極ロールによるワークの送り方向とロボットによるワークの送り方向とが一致しており、すなわち電極ロールがワークに対して脱輪や食込みを生じていない適正な溶接時には、前記検出される荷重が０（ゼロ）となる。従って、マスタ荷重の取得や該マスタ荷重と検出値との比較にかかる演算処理が不要であり、前記検出される荷重だけで溶接軌道のずれの有無を迅速に且つ簡単に検出することができ、しかも溶接軌道がずれている場合には適切に修正することが可能となる。

この場合、前記回動工程が、前記荷重の大きさと前記電極ロールの修正角度との対応関係を記憶したテーブルから、前記検出された荷重の大きさに対応する前記修正角度を取得する工程と、前記取得した修正角度分、前記電極ロールを回動させる工程とを含むことで、より迅速に溶接軌道のずれを修正することが可能となる。

さらに、前記修正角度を取得する工程では、前記ワークの被溶接部における各位置に対応して設定された補正係数を用いて前記修正角度を補正すると、ワークの被溶接部の各位置での剛性等の特性を考慮して電極ロールの修正角度を決定できるため、溶接軌道の補正量を一層適切に調節し、一層高品位な溶接を行うことができる。

また、シーム溶接装置においては、前記制御部が、前記荷重の大きさと前記電極ロールの修正角度との対応関係を記憶した第１テーブルや、前記ワークの被溶接部における各位置の特性に基づいて設定された補正係数を記憶した第２テーブルを有することが好ましい。

本発明によれば、溶接点での電極ロールによるワークの加圧方向と、該溶接点でのロボットによるワークの送り方向（Ｘ方向）とに直交する方向にかかる荷重を検出し、この荷重の大きさに応じた所定角度分、電極ロールを回動させる。この場合、前記溶接点において、電極ロールによるワークの送り方向とロボットによるワークの送り方向とが一致しており、すなわち電極ロールがワークに対して脱輪や食込みを生じていない適正な溶接時には、前記検出される荷重が０（ゼロ）となる。

従って、マスタ荷重の取得及び該マスタ荷重と検出値との比較にかかる演算処理が不要であり、前記検出される荷重だけで溶接軌道のずれの有無を迅速に且つ簡単に検出することができ、しかも溶接軌道がずれている場合には適切に修正することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置の正面図である。 図１に示す回動機構を駆動して電極ロール及び支持テーブルを所定角度回動させた状態を説明する平面図である。 ロボットにワークを保持させて電極ロール間に送りながらシーム溶接を行っている状態を示す一部省略斜視図である。 図１に示すシーム溶接装置の制御系統の構成を示すブロック説明図である。 図１に示すシーム溶接装置で溶接されるワークの一例を示す斜視図である。 電極ロール間にワークを挟持して溶接している状態を説明する一部省略正面図である。 図７Ａは、電極ロール間にワークを送りながら溶接している状態を模式的に示す側面図であり、図７Ｂは、電極ロール間にワークを送りながら溶接している状態を模式的に示す平面図である。 図８Ａは、電極ロール間にワークを送りながら溶接している状態で電極ロールが脱輪傾向にある様子を模式的に示す平面図であり、図８Ｂは、電極ロール間にワークを送りながら溶接している状態で電極ロールが食込み傾向にある様子を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るシーム溶接方法の制御手順を示すフローチャートである。 Ｙ方向荷重と、これに対応する電極ロールの回動角度の修正角度との関係の一例を示す対応表である。 ロードセルによる荷重検出位置、及び各溶接位置でのワーク位置特性と、これに対応する補正係数の関係の一例を示す対応表である。 ワークの目標溶接軌道上での荷重検出位置を説明する平面図である。 図１３Ａは、ロボットに試験的に脱輪のティーチングを設定した実施例に係るＹ方向荷重の挙動を示すグラフであり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す実施例でのワークの溶接線の挙動を示すグラフである。 図１４Ａは、ロボットに試験的に食込みのティーチングを設定した実施例に係るＹ方向荷重の挙動（荷重挙動）を示すグラフであり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す実施例でのワークの溶接線の挙動を示すグラフである。 図９に示す実施形態の変形例に係るシーム溶接方法を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るシーム溶接方法について、この方法を実施するシーム溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置１０の正面図である。このシーム溶接装置１０は、例えば、２枚のプレス成形部材（金属部材）を重ねたワーク２０を一対の電極ロール１６ａ、１６ｂ間に送りながら抵抗溶接する装置である。

図１に示すように、シーム溶接装置１０は、複数のフレームによって構成された本体部１２と、該本体部１２のテーブル１４上に設けられ、上部電極ロール（電極ロール）１６ａ及び下部電極ロール（電極ロール）１６ｂを有する上部電極機構１８ａ及び下部電極機構１８ｂと、上部電極ロール１６ａと下部電極ロール１６ｂとの間に挟持されたワーク２０の被溶接部を加圧すると共に、その加圧力を調節することが可能な加圧機構２２と、上部電極機構１８ａ、下部電極機構１８ｂ、加圧機構２２及び本体部１２を含む装置全体を、支柱２４を支点として水平面に沿った約９０度の角度の範囲内で回動させる回動機構２６（図２参照）とを備える。さらに、シーム溶接装置１０は、ワーク２０を保持して上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂ間に送るロボット８０と、ロボット８０を含む装置全体を総合的に制御するコントローラである制御装置（制御部）８２とを備える。以下では、上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂをまとめて電極ロール１６として図示及び説明することがある。

下部電極機構１８ｂは、本体部１２のテーブル１４上に固定され、下部電極ロール１６ｂを回動自在に軸支する一組の軸受部材２８、３０と、下部電極ロール１６ｂを所定方向に回転させる下部電極駆動モータ３２と、下部電極駆動モータ３２の回転駆動力を下部電極ロール１６ｂに伝達する第１ユニバーサルジョイント３４とを有する。一方、上部電極機構１８ａは、上部電極ロール１６ａを所定方向に回転させる上部電極駆動モータ３６と、上部電極駆動モータ３６の回転駆動力を上部電極ロール１６ａに伝達する第２ユニバーサルジョイント３８とを有する。また、上部電極駆動モータ３６及び下部電極駆動モータ３２に近接する本体部１２の側面には、溶接トランス７６が固定されている。

なお、上部電極ロール１６ａは、下部電極ロール１６ｂと比較してその直径が大きく設定されている。また、上部電極駆動モータ３６および下部電極駆動モータ３２としては、例えば、サーボモータを用いるとよい。

加圧機構２２は、スペーサ４０を介して上部電極ロール１６ａを支持し、本体部１２のテーブル面と略直交する鉛直面に沿って上下方向に変位自在に設けられたブラケット４２と、ブラケット４２に支持された上部電極ロール１６ａを鉛直方向に沿って案内するガイド手段４４と、上部電極ロール１６ａを下部電極ロール１６ｂ側に向かって押圧する加圧手段４６とを有する。該加圧手段４６は、テーブル１４上に固定され、側面視で電極ロール１６の両側に配置された一組のシリンダ５４からなる加圧用アクチュエータを有し、シリンダチューブから外部に露呈するピストンロッド５６の端部がブラケット４２に連結され、これにより、一対の電極ロール１６間でワーク２０を所望の加圧力で挟持することができる。

回動機構２６は、本体部１２を支持する支持プレート５８と、支持プレート５８に軸着された支柱２４と、支持プレート５８から所定間隔離間した下部に設けられて支柱２４を支持する基台６０と、支柱２４の軸心である回動中心軸Ｏを中心として支持プレート５８を所定角度だけ水平方向に沿って回動させる回動手段６２と、支持プレート５８の底面部に回動自在に軸支され、該支持プレート５８が回動する際、基台６０上を転動する複数のローラ部材６４とを備える。

前記回動手段６２は、支持プレート５８上に固定された回動用モータ６６と、回動用モータ６６に付設される減速機６８と、回動用モータ６６のモータ軸に連結されるピニオン７０と、基台６０に固定されてピニオン７０に噛合する円弧状のラック７２とを含む。回動用モータ６６としては、例えば、サーボモータを用いるとよい。

従って、図２に示すように、回動機構２６では、図示しない電源に接続された回動用モータ６６を付勢することでピニオン７０が所定方向に回転し、ピニオン７０とラック７２との噛合作用下に、支持プレート５８が支柱２４を支点として水平面に沿って約９０度の角度の範囲内で回動自在である。この場合、前記回動中心軸Ｏは、電極ロール１６間に送られるワーク２０への溶接点Ｐｗを通過している。このため、上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂは溶接点Ｐｗを中心位置に固定したまま、支持プレート５８と一体的に所定角度の範囲内で回動可能である（図１及び図２参照）。このようにシーム溶接装置１０では、電極ロール１６間に挟持されて溶接されるワーク２０の溶接点Ｐｗ（挟持点）と、支柱２４の回動中心軸Ｏとが、鉛直方向に沿って一致するように構成されている（図１参照）。

図３は、ロボット８０にワーク２０を保持させて電極ロール１６間に送りながらシーム溶接を行っている状態を示す一部省略斜視図である。

図１及び図３に示すように、ロボット８０は、プログラム動作により駆動される公知の産業用多関節型ロボットであり、アーム８４の先端に設けたワーク保持治具８６を介して、ワーク２０を保持して任意の位置に且つ任意の姿勢に移動させることができる。ワーク保持治具８６は、アーム８４の先端取付部であるフランジ８８に対し、ロードセル（荷重検出部）９０を挟んで連結されている。

前記ロードセル９０は、例えば、扁平な円筒状容器内の荷重受け部に複数の歪ゲージ（図示せず）を固着した公知の６軸（６分力）ロードセルであり、直交座標系であるロードセル負荷座標系Ｃ１におけるＸ１軸、Ｙ１軸、Ｚ１軸の３軸方向の力、及びこれら各軸周りの３つのモーメント力（以下、まとめて６軸データとも呼ぶ）を検出可能である（図３参照）。

図３において、他の直交座標系である基準座標系Ｃは、ワーク２０への溶接点Ｐｗにおける電極ロール１６によるワーク２０への加圧方向をＺ軸（Ｚ方向）とし、該溶接点Ｐｗでのロボット８０によるワーク２０の送り方向をＸ軸（Ｘ方向）とした場合に、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸（方向）をＹ軸（Ｙ方向）として設定したものである。

この場合、制御装置８２の制御下に、ロボット８０は予め設定されたティーチングに従い、溶接点Ｐｗにおいてワーク２０を常にＹ方向へと送るように駆動制御される。つまり、基準座標系Ｃは固定されており、一方、ロードセル負荷座標系Ｃ１はロボット８０のアーム８４の動作角度に応じて回転することから、通常の溶接時、両座標系Ｃ、Ｃ１の各軸方向は互いにずれた状態となる（図３参照）。

図４は、本実施形態に係るシーム溶接装置１０の制御系統の構成を示すブロック説明図である。

図４に示すように、シーム溶接装置１０の制御系統は、ロボット８０のアーム８４の動作角度を検出及び駆動制御するロボット制御部９４と、ロボット制御部９４からのアーム８４の動作角度データ、及びロードセル９０からの６軸データ（各軸方向の荷重）が入力されて所定の演算処理を行う演算部９６と、演算部９６での演算結果に基づき回動機構２６を駆動制御して電極ロール１６の回動角度を設定する回動制御部９８と、演算部９６に供給する所定の情報（後述する第１テーブル及び第２テーブル）を記憶したメモリ（記憶部）１００とを有する。

本実施形態の場合、ロボット制御部９４、演算部９６、回動制御部９８及びメモリ１００は、図４に示すように制御装置８２の一機能として構成されているが、各部を制御装置８２とは別体に構成することも勿論可能である。

本実施形態に係るシーム溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作及び作用効果について説明する。

溶接工程の説明に先立ち、シーム溶接装置１０によって溶接されるワーク２０の一例について説明する。図５に示すように、ワーク２０は、本実施形態では二輪車用の燃料タンクであり、プレス成形された２つの部材の外周端部７８を重ね合わせて組み付けられている。外周端部７８には、シーム溶接をする被溶接部として、二次元及び三次元的に複雑な複合曲線からなる目標溶接軌道（ティーチングライン）Ａ（一点鎖線参照）が設けられる。なお、シーム溶接装置１０で溶接されるワーク２０としては、二輪車用や四輪車用等の車両用の燃料タンク以外にも、缶容器や電機機器等、各種工業製品を挙げることができる。

溶接工程においては、先ず、ワーク２０をワーク保持治具８６を介してロボット８０のアーム８４に保持させる。

これにより、アーム８４を駆動すればワーク２０を所定の姿勢に容易に変位させることができ、該ワーク２０を前記目標溶接軌道Ａに沿って電極ロール１６間に適切に送ることができる（図１及び図３参照）。この場合、制御装置８２の制御下に、上部電極駆動モータ３６及び下部電極駆動モータ３２による上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂの回転駆動によるワーク２０の送り動作と、アーム８４によるワーク２０の送り動作とが同期するように設定される。上部電極駆動モータ３６及び下部電極駆動モータ３２は、例えば、制御装置８２から出力されるモータ用制御信号によってその回転速度が制御される。制御装置８２には、ワーク２０の目標溶接軌道Ａ等に対応する所望の数値制御情報等が予め入力されており、ロボット８０は、ロボット制御部９４から出力されるロボット用制御信号に基づいて各種の動作が制御される。

次に、ロボット８０のアーム８４の動作によって上部電極ロール１６ａと下部電極ロール１６ｂとの間にワーク２０の外周端部７８を挟持させる（図６参照）。

上部電極ロール１６ａと下部電極ロール１６ｂは、加圧機構２２によって予め所定間隔離間した状態にあり、シリンダ５４に対して圧力流体が供給されピストンロッド５６が下方側に向かって変位することにより、ガイド手段４４の案内作用下にブラケット４２及び上部電極ロール１６ａが一体的に下降する。これにより、固定された下部電極ロール１６ｂと上部電極ロール１６ａとの間にワーク２０の外周端部７８（溶接スタート位置）が挟持され、シリンダ５４による上部電極ロール１６ａの押圧作用によって前記外周端部７８に所定の加圧力が付与される。この加圧力は、図３中のＺ軸に沿う方向、すなわち前記回動中心軸Ｏに一致した方向で付与される。

続いて、制御装置８２の制御下に、図示しない電源装置によってワーク２０の外周端部７８を挟持した上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂに対する通電が行われる。同時に、上部電極ロール１６ａ及び下部電極ロール１６ｂが回転駆動され、ワーク２０の外周端部７８が目標溶接軌道Ａに沿ってシーム溶接され接合される（図６参照）。

このようなワーク２０へのシーム溶接の実施中、適正な（理想的な）溶接が行われている状態では、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、溶接点Ｐｗでのロボット８０によるワーク２０の送り方向Ｘと、電極ロール１６の回転によるワーク２０の送り方向Ｘｅとが一致する。

図７Ｂから諒解されるように、前記送り方向Ｘ及びＸｅが一致し、実際の溶接軌道が目標溶接軌道Ａに一致している場合には、基準座標系ＣのＹ方向にかかる力であるＹ方向荷重Ｆｙは０（ゼロ）となる（図７Ｂ中の破線矢印参照）。このため、Ｘ方向にワーク２０を安定して送りながら正確な溶接を行うことができ、溶接線Ｂ及び目標溶接軌道Ａが一致することから、外周端部７８端縁から溶接線Ｂまでの距離（フランジ位置）Ｌもティーチングされた所望の設定距離で一定となり、高品位な溶接を行うことができる。

ところが、実際の溶接時には、ワーク２０から電極ロール１６が受ける抵抗等により、程度の大小はあるが、ワーク２０に撓みを生じたり、ワーク２０の向きが傾いたりすることがあり、電極ロール１６の送り方向Ｘｅがワーク２０の目標溶接軌道Ａからずれ、当該電極ロール１６がワーク２０に対して脱輪や食込みを生じることがある。電極ロール１６が脱輪や食込みを生じた場合、ロボット８０によるワーク２０の送り方向Ｘと、電極ロール１６の回転によるワーク２０の送り方向Ｘｅとが不一致となる。そうすると、送り方向Ｘと送り方向Ｘｅとが溶接点Ｐｗを交点として交差した状態となり（図８Ａ及び図８Ｂ参照）、目標溶接軌道Ａと実際の溶接軌道である溶接線（溶接ビード）Ｂとの間にずれを生じることになる。

具体的には、図８Ａに示すように、電極ロール１６が脱輪傾向にある場合には、当該電極ロール１６がワーク２０の外側に傾いた状態となり（矢印Ｘｅ１参照）、溶接軌道が目標溶接軌道Ａから外側にずれてしまう。一方、図８Ｂに示すように、電極ロール１６が食込み傾向にある場合には、当該電極ロール１６がワーク２０の内側に傾いた状態となり（矢印Ｘｅ２参照）、溶接軌道が目標溶接軌道Ａから内側にずれてしまう。

前記脱輪や食込みを生じると、図８Ａ及び図８Ｂから諒解されるように、基準座標系ＣにおけるＹ方向の荷重であるＹ方向荷重Ｆｙ（−Ｆｙ）が発生し、電極ロール１６による溶接軌道が目標溶接軌道Ａからずれて不安定となり、溶接線Ｂの外周端部７８端縁からの距離Ｌも変動し、溶接品質の低下を惹起する。

以上のように、シーム溶接装置１０では、溶接軌道が目標溶接軌道Ａに一致しながら適切に溶接が行われている際にはＹ方向荷重Ｆｙがゼロとなり、反対に、溶接軌道が目標溶接軌道Ａからずれている際にはＹ方向荷重Ｆｙがゼロ以外の値として検出される。つまり、Ｙ方向荷重Ｆｙの検出値を監視することにより、溶接が適切に行われているか否かを判断することができる。

そこで、次に、上記のような溶接軌道の目標溶接軌道からのずれを修正しながら溶接を行う本実施形態に係るシーム溶接方法について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

上記したようにワーク２０へのシーム溶接が開始されると、ロボット制御部９４の制御下にロボット８０のアーム８４が駆動制御され、予めティーチングされた所定の目標溶接軌道Ａに沿ってワーク２０が電極ロール１６間に挟持されつつＸ方向に送られる（図３及び図７Ｂ参照）。同時に、電極ロール１６も回転駆動され、送り方向Ｘｅにワーク２０を送りながら溶接が実施される（図７Ｂ参照）。

この際、図９のステップＳ１が実行され、制御装置８２の制御下に、例えば、所定時間おきに又は略連続的にロードセル９０にかかる荷重（６軸データ）が検出される。

次いで、ステップＳ３において、ステップＳ１で検出されたロードセル９０の荷重データ（６軸データ）と、該荷重データが検出された際のアーム８４の動作角度データとが演算部９６に入力される。演算部９６は、予め設定されている基準座標系Ｃの各軸データと入力された動作角度データとに基づき、例えば、回転行列を用いて計算する空間座標変換を実行する。これにより、基準座標系Ｃに対するロードセル負荷座標系Ｃ１のずれ（図３参照）、すなわち、基準座標系Ｃを基準としたロードセル９０の向きが特定される。

そこで、ステップＳ４では、ロードセル９０によって検出された荷重データにつき、基準座標系Ｃを基準とする各軸方向の荷重を算出し、このうちＹ方向にかかる荷重（力）であるＹ方向荷重Ｆｙを抽出する（図８Ａ及び図８Ｂ参照）。この際、ロードセル９０、ロボット制御部９４及び演算部９６がＹ方向荷重Ｆｙを検出する荷重検出部として機能する。

上記ステップＳ４で算出されたＹ方向荷重Ｆｙは、ロボット８０によるワーク２０の送り方向Ｘと電極ロール１６によるワーク２０の加圧方向Ｚとに直交するＹ方向の力成分である。従って、算出されたＹ方向荷重Ｆｙがゼロ以外の値の場合に、電極ロール１６が脱輪や食込みを生じているか又はその傾向にあること、換言すれば、溶接軌道が目標溶接軌道Ａからずれているか否か（ずれつつあるか否か）を迅速に且つ精度よく検出することができる（図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ参照）。

ステップＳ５では、上記のように算出されたＹ方向荷重Ｆｙである検出値（Ｆ１）が、マスタ荷重である理想値（Ｆ０）からどの程度ずれているかを算出する。すなわち、Ｙ方向荷重Ｆｙについて、その検出値（Ｆ１）と理想値（Ｆ０）との差ΔＦ（Ｆ１−Ｆ０）を算出する。ここで、前記理想値（Ｆ０）とは、実際の溶接軌道が目標溶接軌道Ａに一致しており、正確に溶接されている状態でのＹ方向荷重（マスターデータ）を示すものであり、本実施形態の場合、上記したように当該理想値（Ｆ０）は０（ゼロ）である（図７Ｂ参照）。すなわち、ステップＳ５では、理想値（Ｆ０）がゼロであることから、実際上、検出値（Ｆ１）と差ΔＦとが一致し、すなわち、差ΔＦ＝検出値（Ｆ１）＝Ｙ方向荷重Ｆｙ、となり、実質的な演算を要しない。

以上より、本実施形態によれば、ステップＳ５において算出される差ΔＦがゼロのときには、目標溶接軌道Ａに沿って正確な溶接がなされており、反対に、差ΔＦがゼロ以外の値であるときには、脱輪等を生じていることを容易に且つ精度よく判断することができる（図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ参照）。

この場合、差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）の大きさは、脱輪や食込みによる電極ロール１６の送り方向Ｘｅの、ロボット８０によるワーク２０の送り方向Ｘからのずれ量（外れ角度）の大きさに対応していると考えることができる。換言すれば、差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）の大きさにより、溶接軌道の目標溶接軌道Ａからのずれ量を検出することができる。例えば、差ΔＦが小さい場合には脱輪等による溶接軌道のずれ量が小さいと判断でき、反対に、差ΔＦが大きい場合脱輪等による溶接軌道のずれ量が大きいと判断できる。すなわち、検出値（Ｆ１）である差ΔＦに基づき、該差ΔＦ１に対応する所定角度分だけ電極ロール１６を回動中心軸Ｏを中心として回動させることにより、電極ロール１６の脱輪や食込み等を修正し、溶接軌道を修正することができる。

そこで、シーム溶接装置１０では、制御装置８２を構成するメモリ１００に、図１０に例示される第１テーブルを記憶している。図１０は、Ｙ方向荷重Ｆｙ［ｋＮ］と、これに対応する電極ロール１６の回動角度の修正角度α［°］との関係の一例を示す対応表である。すなわち、Ｙ方向荷重Ｆｙが０（ゼロ）の場合には溶接軌道にずれが生じていないことから修正角度は０°（ゼロ度）であり、例えば、Ｙ方向荷重Ｆｙが０．２ｋＮの場合には電極ロール１６を０．５°回動させることで溶接軌道を適切に修正することができる。

具体的には、図８Ａに示すように、電極ロール１６がワーク２０に対して脱輪傾向にある場合には、電極ロール１６による送り方向が矢印Ｘｅ１方向となっていることから、Ｙ方向荷重Ｆｙはマイナス荷重、例えば、−０．２ｋＮとして検出される（図１０中の括弧書き参照）。そこで、図８Ａ中の矢印θに示す方向で電極ロール１６を０．５°回動させることにより、送り方向Ｘｅ１を目標溶接軌道Ａ（Ｘ軸）側へと修正することができ、脱輪によるずれを修正することができる。

一方、図８Ｂに示すように、電極ロール１６がワーク２０に対して食込み傾向にある場合には、電極ロール１６による送り方向が矢印Ｘｅ２方向となっていることから、Ｙ方向荷重Ｆｙはプラス荷重、例えば、０．２ｋＮとして検出される（図１０参照）。そこで、図８Ｂ中の矢印−θに示す方向で電極ロール１６を−０．５°回動させることにより、送り方向Ｘｅ２を目標溶接軌道Ａ（Ｘ軸）側へと修正することができ、食込みによるずれを修正することができる。

ところで、このようなシーム溶接時、仮にワーク２０が全く撓み等を生じない剛体（例えば、極めて剛性の高いワーク）である場合には、上記したように、差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）の大きさと、電極ロール１６の送り方向Ｘｅの外れ角度の大きさとが略一対一で対応し、図１０の第１テーブルに示すように、Ｙ方向荷重Ｆｙから修正角度αを一義的に決定することができる。

ところが、実際には、ワーク２０は目標溶接軌道Ａ上の各部位（各位置）で剛性が異なるのが通常である。さらに、Ｙ方向荷重Ｆｙは、ワーク２０の外周端部７８からワーク保持治具８６を介してロードセル９０で検出されるため、溶接点Ｐｗからロードセル９０までの間で発生した荷重が吸収されることがあり、また、溶接点Ｐｗからロードセル９０までの距離やその間の剛性等によって前記吸収の度合いが異なる。

このように、Ｙ方向荷重Ｆｙ、つまりロードセル９０で検出される荷重データは、ワーク２０各部の剛性やワーク保持治具８６の保持位置、ロードセル９０までの距離等、目標溶接軌道Ａ上の各位置の各特性（以下、ワーク位置特性と呼ぶ）によって変動する。従って、図１０に示す第１テーブルのみの対応関係で電極ロール１６の回動角度を修正する場合、特に、複雑な形状のワーク等では、溶接軌道のずれを精度よく修正することが困難な場合がある。

そこで、本実施形態に係るシーム溶接方法では、メモリ１００に図１１に例示される第２テーブルを記憶し、上記したステップＳ３〜Ｓ５と並列的に、ステップＳ２を実行する。

図１１は、ロードセル９０による荷重検出位置、及び各溶接位置でのワーク位置特性と、これに対応する補正係数の関係の一例を示す対応表である。前記荷重検出位置とは、ロードセル９０で荷重データを取得した際（ステップＳ１を実行した際）の目標溶接軌道Ａ上での位置である。本実施形態の場合、図１２に示すように、ワーク２０の被溶接部である目標溶接軌道Ａの各位置に代表的にＰ１〜Ｐ１４の点を付与し、ロードセル９０による荷重検出が位置Ｐ１〜Ｐ１４のどの位置で行われたのかを示す。勿論、各位置をさらに細かく又は大まかに分割してもよい。

図１１及び図１２に示すように、例えば、検出位置Ｐ１〜Ｐ２では、ワーク位置特性（例えば、剛性）が高いため、ロードセル９０での検出荷重と、溶接時に実際に生じている荷重（以下、実荷重という）との差がほとんどないと考えられることから、補正係数を１．０に設定している。一方、検出位置Ｐ４〜Ｐ６では、ワーク位置特性（例えば、剛性）が低いため、ロードセル９０での検出荷重と実荷重との差が大きく、つまり、溶接点Ｐｗで発生した荷重がロードセル９０までの間に大きく吸収されて検出荷重が過小になると考えられることから、補正係数を２．０に設定している。

そこで、ステップＳ２では、ステップＳ１で荷重が検出されたことを受け、ロボット制御部９４において、荷重検出位置（目標溶接軌道Ａ上での位置）がＰ１〜Ｐ１４のどこであるかを演算部９６に供給する。演算部９６では、図１１の第２テーブルをメモリ１００から読み込み、供給された荷重検出位置に対応する補正係数を取得する。例えば、ステップＳ１での荷重検出位置が、Ｐ２〜Ｐ４間である場合には、補正係数１．５が取得される。

以上のステップＳ１〜Ｓ５の後、ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）に、ステップＳ２で取得した補正係数を乗じて補正し、この補正した差ΔＦの値に基づく補正角度βとして、図１０の第１テーブルから補正後のΔＦの値に対応する修正角度αを取得する。

例えば、上記ステップＳ１での荷重検出位置がＰ２〜Ｐ４間であり、このときのＹ方向荷重Ｆｙの検出値（Ｆ１）、つまり差ΔＦが０．４ｋＮである場合には、補正係数１．５を前記０．４ｋＮに乗じた０．６ｋＮの荷重が、溶接点ＰｗでＹ方向に生じている実荷重であると判断し、演算部９６は、図１０に基づき、回動制御部９８に補正角度βとして−１．５°の指令を出す。従って、ステップＳ７では、回動制御部９８の制御下に回動機構２６が駆動制御され、電極ロールが−１．５°回動される（図２参照）。これにより、溶接時に脱輪や食込み等を生じた場合であっても、溶接軌道のずれを迅速に且つ適切に修正することができる。

上記では、補正係数を用いて差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）を補正し、該補正した差ΔＦに基づき、図１０の第１テーブルから修正角度αを補正角度βとして取得しているが、例えば、先ず、検出された差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）に基づく修正角度αを取得し、次に該取得した修正角度αを、前記荷重検出位置（ワーク位置特性）に基づく所定の補正係数を用いて補正し、補正角度βを算出するようにすることも可能である。

なお、脱輪や食込みを生じずに正確な溶接が行われている場合には、上記ステップＳ４で算出されるＹ方向荷重Ｆｙが０（ゼロ）となることから、ステップＳ５で算出される差ΔＦも当然ゼロとなり、ステップＳ６での補正角度β（修正角度α）もゼロとなり、電極ロール１６は回動されない。

すなわち、本実施形態に係るシーム溶接方法では、図９に示される動作フローに基づく制御手順を実施することで、例えば、脱輪等を生じていない適正な溶接時には電極ロール１６が回動されず、脱輪や食込みを生じた場合には迅速且つ確実にその修正を行うことができる。

図１３Ａは、ロボット８０に試験的に脱輪（図８Ａ参照）のティーチングを設定した実施例に係るＹ方向荷重Ｆｙの挙動（荷重挙動）を示すグラフであり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す実施例でのワーク２０の溶接線の挙動（フランジ挙動）を示すグラフである。また、図１４Ａは、ロボット８０に試験的に食込み（図８Ｂ参照）のティーチングを設定した実施例に係るＹ方向荷重Ｆｙの挙動（荷重挙動）を示すグラフであり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す実施例でのワーク２０の溶接線の挙動（フランジ挙動）を示すグラフである。図１３Ａ〜図１４Ｂでは、本実施形態に係るシーム溶接方法による電極ロール１６の回動角度を補正した場合（図９参照）と、補正をしなかった場合とのデータを重畳して表示している。

なお、図１３Ａ及び図１４Ａに示すマスタ荷重とは、正確に溶接がなされている際の理想的なＹ方向荷重Ｆｙであり、本実施形態の場合には０（ゼロ）となる。また、図１３Ｂ及び図１４Ｂで示す溶接線Ｂの挙動とは、ワーク２０の外周端部７８端縁から溶接線Ｂまでの距離Ｌ（図７Ｂ参照）の変化を示すものであり、正確に溶接がなされている際の理想的な状態では、溶接線距離Ｌがマスターティーチングされた距離Ｌと一致することになる。

この場合、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂから明らかなように、脱輪及び食込みのいずれのティーチングをした場合であっても、本実施形態に係るシーム溶接方法による補正をした場合には、Ｙ方向荷重Ｆｙがマスタ荷重に近づくように補正され、溶接線距離Ｌもマスターティーチングのラインに近接する方向に補正されており、補正をしなかった場合に比べて高品質な溶接を行うことができた。

なお、上記した図９に示す動作フローに基づくシーム溶接方法では、ワーク２０の各部で剛性等のワーク位置特性が異なることを考慮して、検出されたＹ方向荷重Ｆｙを図１１の第２テーブルに示す補正係数で補正した後、補正角度βを算出し、これに基づき電極ロール１６の回動角度を決定している。

ところが、例えば、剛性が極めて高いワークや非常に小型で剛性の違いが影響しないワーク、さらには各部の剛性が略均一なワークに対する溶接を行う場合等、その溶接条件によっては、上記のような補正係数による補正を行う工程を省略し、溶接工程全体をより簡略化することも可能である。

図１５は、本実施形態の変形例に係るシーム溶接方法を示すフローチャートである。なお、図１５において、図９と同様のステップ番号（Ｓ１等）が付与された工程は、同様又は同一の動作が実施されるものとして詳細な説明を省略する。

当該シーム溶接方法は、図９に示すステップＳ６の代わりにステップＳ６ａを実行すると共に、ステップＳ２を省略している以外は、基本的に図９に示す制御方法と同様である。

図１５のステップＳ６ａでは、ステップＳ５で算出された差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）に基づき、図１０の第１テーブルから修正角度αを取得する。例えば、上記ステップＳ１での荷重検出位置がＰ２〜Ｐ４間にあり、このときのＹ方向荷重Ｆｙ（差ΔＦ）が０．４ｋＮである場合には、演算部９６は、図１０に基づき、回動制御部９８に修正角度αとして−１．０°の指令を出す。従って、ステップＳ７において、回動制御部９８の制御下に回動機構２６が駆動制御され、電極ロールが−１．０°回動される（図２参照）。

上記のように、剛性が極めて高いワークや非常に小型のワークのように、剛性等のワーク位置特性をほとんど考慮する必要がない場合には、差ΔＦ（Ｙ方向荷重Ｆｙ）の大きさが電極ロール１６の送り方向Ｘｅの外れ角度（図８Ａ及び図８Ｂ参照）の大きさに略一対一で対応し、図１０の第１テーブルに示すように、Ｙ方向荷重Ｆｙから修正角度αを略一義的に決定することができる。このため、当該変形例に係るシーム溶接方法を用いても、必要な溶接品質を確保することができ、制御工程を一層簡略化することができる。なお、ワーク各部での剛性が略均一、つまり荷重検出位置毎のワーク位置特性が略同一のワークの場合には、例えば、予め図１０の第１テーブルの修正角度αを、前記ワーク位置特性に基づく補正係数を乗じたＹ方向荷重Ｆｙに対応する値に設定してメモリ１００に記憶しておくとよい。

以上のように、上記実施形態に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法によれば、溶接点Ｐｗでの電極ロール１６によるワーク２０の加圧方向であるＺ方向と、該溶接点Ｐｗでのロボット８０によるワーク２０の送り方向であるＸ方向とに直交するＹ方向にかかる荷重であるＹ方向荷重を検出し、このＹ方向荷重の検出値の大きさに基づく修正角度αによって電極ロール１６を回動させる。この場合、脱輪や食込みを生じていない正確な溶接時には、前記Ｙ方向荷重は０（ゼロ）となることから、実質的にマスタ荷重（マスタデータ）の設定・取得、及び該マスタ荷重と検出値との比較にかかる演算処理をする必要がない。従って、溶接軌道のずれの有無を迅速に且つ簡単に検出することができ、また適切に修正することができる。

また、ワーク２０の目標溶接軌道Ａ上での各位置の剛性等に基づくワーク位置特性を設定し、このワーク位置特性に基づき設定された補正係数を用いて検出されたＹ方向荷重を補正することにより、ワーク２０の溶接部位の剛性等に応じて溶接軌道の補正量を一層適切に調節し、一層高品位な溶接を行うことができる。

さらに、本実施形態によれば、例えば、ワークの形状や剛性、溶接速度等が変更された場合であっても、予め図１０及び図１１に示すテーブル上で各データを設定しておくだけで対応可能であり、複数回のマスターデータの取得実験等が不要となり、各種形状のワークに対し、一層簡単且つ正確に溶接軌道のずれを補正しながらシーム溶接を施すことが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、電極ロール１６を回動させる回動機構２６は、一対の電極ロール１６を溶接点Ｐｗを中心として回動可能な構成であればよく、図１及び図２に示す構成に限られないことは言うまでもない。

また、Ｙ方向荷重が０（ゼロ）の状態とは、検出値が完全にゼロである状態以外にも、例えば、ロードセルのノイズ等を考慮して０を基準とした所定範囲（誤差範囲）を含むものであってもよい。

さらに、上記実施形態では、Ｙ方向荷重を検出するためにロードセルを用いて説明したが、最終的にＹ方向荷重が検出可能な構成及び検出器であれば適用可能である。また、ロードセルの設置位置は、ワーク保持治具とロボットのフランジとの間以外にも、前記Ｙ方向荷重を適切に検出及び演算可能な位置であればよい。

１０…シーム溶接装置 １６…電極ロール
１６ａ…上部電極ロール １６ｂ…下部電極ロール
２０…ワーク ２２…加圧機構
２６…回動機構 ８０…ロボット
８２…制御装置 ８４…アーム
８６…ワーク保持治具 ９０…ロードセル
９４…ロボット制御部 ９６…演算部
９８…回動制御部 １００…メモリ

Claims (6)

1. ロボットにワークを保持させて、該ワークを一対の電極ロール間に送りながら溶接するシーム溶接方法であって、
   溶接点での前記電極ロールによる前記ワークの加圧方向と、前記溶接点での前記ロボットによる前記ワークの送り方向とに直交する方向にかかる荷重を検出する検出工程と、
   前記検出された荷重の大きさに応じた所定角度分、前記電極ロールを前記加圧方向を回動中心として回動させる回動工程と、
   を有することを特徴とするシーム溶接方法。
2. 請求項１記載のシーム溶接方法において、
   前記回動工程は、前記荷重の大きさと前記電極ロールの修正角度との対応関係を記憶したテーブルから、前記検出された荷重の大きさに対応する前記修正角度を取得する工程と、
   前記取得した修正角度分、前記電極ロールを回動させる工程と、
   を含むことを特徴とするシーム溶接方法。
3. 請求項２記載のシーム溶接方法において、
   前記修正角度を取得する工程では、前記ワークの被溶接部における各位置に対応して設定された補正係数を用いて前記修正角度を補正することを特徴とするシーム溶接方法。
4. ロボットにワークを保持させて、該ワークを一対の電極ロール間に送りながら溶接するシーム溶接装置であって、
   前記ロボットに設けられ、溶接点での前記電極ロールによる前記ワークの加圧方向と、前記溶接点での前記ロボットによる前記ワークの送り方向とに直交する方向にかかる荷重を検出する荷重検出部と、
   前記電極ロールを前記加圧方向を回動中心として回動させる回動機構と、
   前記荷重検出部で検出された荷重の大きさに応じて前記回動機構を駆動制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするシーム溶接装置。
5. 請求項４記載のシーム溶接装置において、
   前記制御部は、前記荷重の大きさと前記電極ロールの修正角度との対応関係を記憶した第１テーブルを有することを特徴とするシーム溶接装置。
6. 請求項５記載のシーム溶接装置において、
   前記制御部は、前記ワークの被溶接部における各位置の特性に基づいて設定された補正係数を記憶した第２テーブルを有することを特徴とするシーム溶接装置。

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