JP2013141689A

JP2013141689A - シーム溶接方法及びシーム溶接装置

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Publication number: JP2013141689A
Application number: JP2012002848A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kanaya; 康平金谷; Yuichiro Tamura; 勇一郎田村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP5967940B2

Abstract

【課題】シーム溶接装置において、湾曲部を溶接する際の溶接品質を、コストをかけずに向上させる。
【解決手段】シーム溶接装置１は、所定の角速度と回転速度とを対応付けた対応データ１８を記憶する記憶部１３と、教示点データ１７で示される溶接軌跡の湾曲部における曲率及び溶接速度に基づいて角速度を算出する角速度算出部１４と、角速度算出部１４により算出された角速度に対応する回転速度を対応データ１８に基づいて取得し、得られた回転速度を、湾曲部を溶接する際のローラ電極６ａ、６ｂの回転速度として設定する回転速度補正部１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローラ電極により加圧及び通電を行いながら連続的に溶接を行うシーム溶接方法及びシーム溶接装置に関する。

従来、燃料タンクのように封止が必要な製品のワークを溶接する場合には、連続的にナゲットが形成されるシーム溶接が用いられる。シーム溶接では、母材を重ね合わせたワークの溶接部分を一対のローラ電極で挟み、ローラ電極を回転させながら溶接部分に加圧及び通電を施すことによって連続的に抵抗溶接が行われる。

しかし、溶接軌跡がある程度の曲率を有する部分を溶接するとき、ローラ電極の該曲率の中心側と反対側とで、走行経路の長さが異なる。このため、ローラ電極が、溶接軌跡から外れ易くなり、溶接品質に悪影響が生じる。

そこで、特許文献１には、溶接軌跡がある程度の曲率を有する部分を溶接するとき、一対のローラ電極の各軸芯が該曲率の中心側に近づくように、各ローラ電極を傾斜させるようにしたシーム溶接方法が記載されている。これによれば、各ローラ電極は、曲率の中心側では小さい速度、反対側では大きい速度で移動するので、ローラ電極の滑りやワークの捩れを抑制し、溶接品質の向上を図ることができる。

特開平１１−４７９４３号公報

しかしながら、上述の特許文献１のシーム溶接方法によれば、溶接軌跡がある程度の曲率を有する湾曲部を溶接するとき、ローラ電極が、ワークの表面に対して曲率の中心側に傾く。このため、ローラ電極が同じ側に傾くような溶接を繰り返すと、ローラ電極の片側だけが摩耗する。

また、各ローラ電極は、それを回転させるモータや、各ローラ電極を相互に接近又は離間させるアクチュエータなどに連結している。このため、ローラ電極を傾斜させるには複雑な機構が必要となり、装置のコストも高くなる。

また、２輪車のガソリンタンクを製造する場合のように、溶接軌跡が複雑なワークを溶接する場合には、溶接軌跡の曲率が反転したり、大きく変化したりする。この場合、ローラ電極の傾斜を制御するのが困難となる。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、シーム溶接において、湾曲部を溶接する際の溶接品質を、コストをかけずに向上させることにある。

本発明に係るシーム溶接方法は、一対のローラ電極によりワークを加圧する加圧工程と、前記ローラ電極を回転させる回転工程と、前記ローラ電極に溶接電流を供給する電流供給工程と、前記加圧、回転及び供給に並行して、溶接軌跡に従い、前記ワーク又はローラ電極を溶接速度で移動させる移動工程と、所定の角速度と回転速度とを対応付けた対応データを記憶する記憶工程と、前記溶接軌跡の湾曲部における曲率及び前記溶接速度に基づいて角速度を算出する角速度算出工程と、前記角速度算出工程で算出された角速度に対応する回転速度を前記対応データに基づいて取得する回転速度取得工程と、前記回転速度取得工程で得られた回転速度を、前記回転工程で回転されるローラ電極の前記湾曲部における回転速度として設定する回転速度補正工程とを備えることを特徴とする。

本発明において、溶接軌跡がある程度の曲率を有する湾曲部の溶接を行う際のローラ電極の溶接軌跡からのずれ量は、湾曲部の曲率及び溶接速度により定まる角速度とローラ電極の回転速度とに関係する。したがって、記憶工程では、溶接に先立ち、このずれ量が許容範囲に収まるような角速度と回転速度とを対応付けた対応データを記憶することができる。

回転速度補正工程では、この対応データと、算出工程で算出された角速度とに基づいて、その角速度に対応する回転速度を取得し、湾曲部におけるローラ電極の回転速度として設定することにより、湾曲部におけるローラ電極のずれ量を許容範囲内に収めることができる。したがって、湾曲部を溶接する際の溶接品質を、コストをかけずに向上させることができる。

本発明に係るシーム溶接装置は、ワークに加圧力と溶接電流を付与するための一対のローラ電極と、前記ローラ電極を回転させるローラモータと、溶接軌跡に従い、前記ワーク又はローラ電極を溶接速度で移動させる移動手段と、所定の角速度と回転速度とを対応付けた対応データを記憶する記憶部と、前記溶接軌跡の湾曲部における曲率及び前記溶接速度に基づいて角速度を算出する角速度算出部と、前記角速度算出部により算出された角速度に対応する回転速度を前記対応データに基づいて取得し、得られた回転速度を、前記ローラモータにより回転されるローラ電極の前記湾曲部における回転速度として設定する回転速度補正部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上述のシーム溶接方法と同様に、溶接軌跡の湾曲部におけるローラ電極のずれ量を許容範囲内に収めることができるので、該湾曲部における溶接品質を、コストをかけずに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置の構成を示すブロック図である。湾曲部を溶接するときのローラ電極の溶接軌跡に対するずれの傾向を示す図である。湾曲部を溶接するときのローラ電極における速度差を示す図である。湾曲部を溶接するときのローラ電極の角速度と好ましい回転速度との関係を調べた結果を示す図である。図１の装置のコントローラによる溶接処理を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、実施形態のシーム溶接装置１は、ワークに対して加圧力を付与しながら溶接電流を供給する溶接ヘッド２と、溶接ヘッド２を保持して移動させるマニピュレータ３と、溶接電流の供給源である溶接電源４と、装置各部を制御するコントローラ５とを備える。マニピュレータ３は、本発明における移動手段に対応する。

溶接ヘッド２は、ワークを挟んで回転する一対のローラ電極６ａ及び６ｂと、ローラ電極６ａ及び６ｂをそれぞれ回転させるローラモータ７ａ及び７ｂと、ローラ電極６ａをローラモータ７ａとともに移動させるサーボモータ８とを備える。ワークを構成する母材としては、例えば、車両の燃料タンクを構成するための金属板が該当する。

ローラ電極６ａ及びローラモータ７ａは、溶接ヘッド２により、所定の方向に一体として移動し得るように案内され、保持される。この案内方向は、ローラ電極６ａがローラ電極６ｂに近接及び離間する方向である。サーボモータ８は、この接離方向に沿って、ローラ電極６ａ及びローラモータ７ａを移動させる。

コントローラ５は、ＣＰＵや、記憶装置、プログラム等により構成される。コントローラ５は、マニピュレータ３の動作を制御するロボット制御部９と、サーボモータ８の駆動を制御するサーボモータ制御部１０と、溶接電源４からローラ電極６ａ及び６ｂへ供給される溶接電流についての通電のオンオフを制御する通電制御部１１と、ローラモータ７ａ及び７ｂの駆動を制御するローラモータ制御部１２とを備える。

ロボット制御部９によるマニピュレータ３の制御は、予め定められたワーク上の溶接軌跡に従って溶接ヘッド２が所定の溶接速度で移動するように行われる。このとき、ワークは、固定されていてもよいし、他のマニピュレータにより適宜姿勢や位置を変えながら保持されていてもよい。

通電制御部１１は、溶接電源４を制御して、溶接電源４からローラ電極６ａ及び６ｂへの溶接電流の通電を、所定周期で繰り返す。この周期には、ローラ電極６ａ及び６ｂへの通電が行われる通電期間と、該通電が休止される休止期間とが含まれる。この通電期間及び休止期間の長さや溶接電流の大きさは、ワークの材質や溶接速度に応じて決定される。

サーボモータ制御部１０によるサーボモータ８の制御は、位置制御やトルク制御により行われる。位置制御は、サーボモータ８のエンコーダの出力に基づいて行われる。トルク制御は、サーボモータ８に流す電流値に基づいて行われる。サーボモータ制御部１０は、サーボモータ８により、ローラ電極６ａ及び６ｂを介して加圧力をワークへ付与する。

また、コントローラ５は、必要なデータを記憶する記憶部１３と、記憶部１３のデータに基づいて角速度を算出する角速度算出部１４と、記憶部１３のデータと角速度算出部１４により算出された角速度とに基づいて回転速度を取得する回転速度取得部１５と、回転速度取得部１５により取得された回転速度を溶接軌跡の湾曲部を溶接するときのローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度として設定する回転速度補正部１６とを備える。

記憶部１３が記憶するデータには、溶接軌跡を示す教示点データ１７や、所定の角速度とローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度とを対応付ける対応データ１８が含まれる。教示点データ１７は、対象とするワークについて、溶接軌跡を示すために予め設定された複数の点を示す座標データである。溶接に際しては、教示点データ１７により示される溶接軌跡に従って、溶接ヘッド２が移動され、溶接が行われる。

角速度算出部１４による角速度の算出は、教示点データ１７と溶接速度に基づいて行われる。回転速度取得部１５による回転速度の取得は、算出された角速度に対応する回転速度を、対応データ１８を用いて求めることにより行われる。

図２は、溶接軌跡の湾曲部におけるローラ電極６ａ及び６ｂの溶接軌跡に対するずれの傾向を示す。図２では、ワークＷの一部を、ローラ電極６ａ及び６ｂの接離方向に沿って、ローラ電極６ａ側から見た様子が示されている。なお、ローラ電極６ｂは、ワークＷを挟んでローラ電極６ａの反対側に位置しているので、図には現れていない。

図２（ａ）及び（ｂ）では、ワークＷにおける凸状の湾曲部を溶接軌跡Ｌに従って溶接する場合について示している。図２（ｃ）及び（ｄ）では、ワークＷにおける凹状の湾曲部を溶接軌跡Ｌに従って溶接する場合について示している。

図２（ａ）及び（ｃ）では、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度が、溶接速度に対応する回転速度よりもかなり小さい場合について示されている。この場合、ローラ電極６ａ及び６ｂは、その移動軌跡Ｍで示されるように、図２（ａ）及び（ｃ）のいずれの場合においても、溶接軌跡Ｌに対し、その内側（曲率中心Ｃの側）にずれて移動する。

一方、図２（ｂ）及び（ｄ）では、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度が、溶接速度に対応する回転速度よりもかなり大きい場合について示されている。この場合、ローラ電極６ａ及び６ｂは、その移動軌跡Ｍで示されるように、図２（ｂ）及び（ｄ）のいずれの場合においても、溶接軌跡Ｌに対し、その外側（曲率中心Ｃの反対側）にずれる。したがって、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度を調整すれば、溶接軌跡Ｌに対し、移動軌跡Ｍを一致させることができると考えられる。

このように、溶接軌跡Ｌに対して移動軌跡Ｍがずれるのは、湾曲部をローラ電極６ａ及び６ｂが走行するとき、ローラ電極６ａ及び６ｂにはある程度の幅があるため、その外側と内側とで速度差が生じることに加え、マニピュレータ３が溶接軌跡Ｌに沿ってローラ電極６ａ及び６ｂを移動させる力よりも、ローラ電極６ａ及び６ｂがワークＷを送る力の方が大きいからであると考えられる。

図３は、湾曲部を溶接するときのローラ電極６ａ及び６ｂにおける速度差を示す。図３に示すように、上述の速度差△ｖは、溶接軌跡Ｌの曲率中心Ｃからローラ電極６ａ及び６ｂの内側までの距離をＲ、ローラ電極６ａ及び６ｂの厚さをＴ、曲率中心Ｃの周りのローラ電極６ａ及び６ｂの角速度をωとすれば、△ｖ＝（Ｒ＋Ｔ）ω−Ｒω＝Ｔωとなり、角速度ωに比例する。したがって、溶接軌跡Ｌに移動軌跡Ｍを一致させるためには、角速度ωに応じて、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度を調整する必要がある。

角速度ωは、溶接速度（マニピュレータ３がローラ電極６ａ及び６ｂを移動させる速度）をＶとすれば、ω＝Ｖ／Ｒである。そこで、複数の溶接速度ａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）について、種々の角速度ωに対し、溶接軌跡Ｌに移動軌跡Ｍを一致させるローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度を調べたところ、図４のような結果が得られている。

図４において、横軸は角速度ωであり、縦軸は回転速度である。ただし、縦軸の回転速度は、溶接速度Ｖに対応するローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度に加算する該回転速度の割合ｒで示している。この加算割合ｒがゼロのとき、溶接速度Ｖとローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度は１対１に対応している。すなわち、溶接速度Ｖとローラ電極６ａ及び６ｂによるワークＷの送り速度とが一致する。

図４では、溶接速度ａ、ｂ、ｃの各場合の結果をそれぞれグラフ曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示している。したがって、このような角速度ωと加算割合ｒとの関係に基づき、角速度ωに応じたローラ電極６ａ及び６ｂの最適な回転速度を得ることができる。

そこで、本実施形態では、予め角速度ωと加算割合ｒ（回転速度）との対応関係を示すデータを取得し、上述の対応データ１８として記憶部１３に記憶する記憶工程を実施する。そして、実際の溶接に際しては、その対応データ１８を用いてローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度を補正するようにしている。対応データ１８としては、種々の角速度ωの値に対して対応する加算割合ｒの値を対応付けたテーブルや、この対応関係を表す関数を示すデータを使用することができる。

図５は、コントローラ５による溶接処理を示すフローチャートである。図５に示すように、溶接処理を開始すると、まず、コントローラ５のロボット制御部９が、マニピュレータ３を制御して溶接ヘッド２を移動させ、ローラ電極６ａ及び６ｂ間に、ワークの溶接開始位置を配置する（ステップＳ１）。

次に、サーボモータ制御部１０が、サーボモータ８を駆動し、ローラ電極６ａを、ローラ電極６ｂに対峙する所定の位置へ移動させ、ローラ電極６ａ及び６ｂによるワークへの加圧力が所定の値となるように、サーボモータ８のトルクを制御する加圧工程を開始する（ステップＳ２）。

これと同時に、ロボット制御部９は、教示点データ１７により定まる溶接軌跡に従ってシーム溶接が行われるように、溶接ヘッド２をマニピュレータ３で所定の溶接速度Ｖで移動させる移動工程を開始する（ステップＳ３）。また、ローラモータ制御部１２は、溶接速度Ｖに応じた所定の回転速度Ｍａでローラ電極６ａ及び６ｂが回転するように、ローラモータ７ａ及び７ｂを駆動する回転工程を開始する（ステップＳ４）。

次に、通電制御部１１が、所定の溶接電流をローラ電極６ａ及び６ｂに供給する電流供給工程を開始する（ステップＳ５）。これにより、ワーク上の溶接軌跡に沿って、シーム溶接が開始される。

次に、コントローラ５は、ローラ電極６ａ及び６ｂが、溶接軌跡上の湾曲部に到達するのを待機する（ステップＳ６、Ｓ７）。この間、溶接軌跡に従って溶接が進行する。湾曲部に到達したかどうかは、教示点データ１７に基づいて判定することができる。湾曲部に到達した場合には、次のようにして、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度Ｍａが補正される。

すなわち、まず、角速度算出部１４が、教示点データ１７から得られる該湾曲部の曲率１／Ｒ（Ｒは曲率半径）と溶接速度Ｖとに基づいて、角速度ω（＝Ｖ／Ｒ）を求める（ステップＳ８；角速度算出工程）。次に、回転速度取得部１５が、得られた角速度ωに対応する加算割合ｒ（図４参照）を、記憶部１３の対応データ１８に基づいて取得する（ステップＳ９；回転速度取得工程）。

そして、回転速度補正部１６が、得られた加算割合ｒが示す回転速度Ｍｂ（＝Ｍａ＋Ｍａ・ｒ）でローラ電極６ａ及び６ｂを回転させるように、ローラモータ制御部１２に指示する（ステップＳ１０；回転速度補正工程）。ローラモータ制御部１２は、これに応じ、回転速度Ｍｂでローラ電極６ａ及び６ｂが回転するように、ローラモータ７ａ及び７ｂの回転速度を変更する。これにより、回転速度Ｍａの補正が完了する。

次に、コントローラ５は、湾曲部の溶接が終了するのを待機する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。この間、湾曲部の溶接が進行する。

湾曲部の溶接が終了した場合には、回転速度補正部１６が、ローラモータ制御部１２に対し、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度Ｍｂを元の回転速度Ｍａに戻すように指示する。ローラモータ制御部１２は、これに応じ、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度Ｍｂが元の回転速度Ｍａとなるように、ローラモータ７ａ及び７ｂの回転速度を変更する（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ６に戻り、次の湾曲部に到達するのを待機する（ステップＳ６、Ｓ７）。

この間、コントローラ５は、ステップＳ７又はＳ１２で、溶接が完了したと判定した場合には、溶接処理を終了する。

本実施形態によれば、予め記憶された角速度ωとこれに対応する好ましい加算割合ｒとを対応させた対応データ１８とに基づいて、溶接軌跡上の湾曲部を溶接する際のローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度Ｍａを補正するようにしたので、ローラ電極６ａ及び６ｂの溶接軌跡からのずれを、許容範囲内に収めることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、対応データ１８として、角速度ωと加算割合ｒとの対応関係を示すデータの代わりに、角速度ωとローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度そのものとの対応関係を示すデータを用いてもよい。

また、上述の実施形態においては、対応データ１８として、角速度ωと加算割合ｒとの対応関係を示すデータを用いているが、これらの対応関係に加え、さらに溶接速度との対応関係を示すデータを用いてもよい。これによれば、溶接速度が変化する場合についても、ローラ電極６ａ及び６ｂの回転速度の補正を適切に行うことができる。

１…シーム溶接装置、３…マニピュレータ（移動手段）、６ａ，６ｂ…ローラ電極、７ａ，７ｂ…ローラモータ、８…サーボモータ（アクチュエータ）、１１…通電制御部、１３…記憶部、１４…角度算出部、１５…回転速度取得部、１６…回転速度補正部、１８…対応データ、Ｗ…ワーク。

Claims

一対のローラ電極によりワークを加圧する加圧工程と、
前記ローラ電極を回転させる回転工程と、
前記ローラ電極に溶接電流を供給する電流供給工程と、
前記加圧、回転及び供給に並行して、溶接軌跡に従い、前記ワーク又はローラ電極を溶接速度で移動させる移動工程と、
所定の角速度と回転速度とを対応付けた対応データを記憶する記憶工程と、
前記溶接軌跡の湾曲部における曲率と前記溶接速度とに基づいて角速度を算出する角速度算出工程と、
前記角速度算出工程で算出された角速度に対応する回転速度を前記対応データに基づいて取得する回転速度取得工程と、
前記回転速度取得工程で得られた回転速度を、前記回転工程で回転されるローラ電極の前記湾曲部における回転速度として設定する回転速度補正工程とを備えることを特徴とするシーム溶接方法。
ワークに加圧力と溶接電流を付与するための一対のローラ電極と、
前記ローラ電極を回転させるローラモータと、
溶接軌跡に従い、前記ワーク又はローラ電極を溶接速度で移動させる移動手段と、
所定の角速度と回転速度とを対応付けた対応データを記憶する記憶部と、
前記溶接軌跡の湾曲部における曲率及び前記溶接速度に基づいて角速度を算出する角速度算出部と、
前記角速度算出部により算出された角速度に対応する回転速度を前記対応データに基づいて取得する回転速度取得部と、
前記回転速度取得部により得られた回転速度を、前記ローラモータにより回転されるローラ電極の前記湾曲部における回転速度として設定する回転速度補正部とを備えることを特徴とするシーム溶接装置。