JP2017094336A - 溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品３を本体１に精度良く位置決めして溶接するとともに、部品３が予定の位置及び姿勢で溶接されているかを精度良く検出できるようにする。
【解決手段】部品３の位置座標を計測するための計測機６を本体１にセットし、計測機６による計測結果に基づいて本体１に対する部品３の位置決めを行ない、計測機６を本体１にセットした状態で、本体に対する部品３の溶接を行ない、溶接後の部品３の位置座標を当該計測機６によって計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、本体に対して部品を位置決めして溶接する溶接方法及びその装置に関する。

一般に本体への部品の溶接においては部品を設計通りに本体に位置決めして溶接することが求められる。特許文献１には、スタッドボルトのアーク溶接において、被溶接部材に溶接されたスタッドボルトの高さを求めることが記載されている。それは、スタッドボルトを溶接ガンの保持具に保持して被溶接部材に位置決めし、サーボモータによってスタッドボルトを移動させて溶接を行ない、溶接後にサーボモータによるスタッドボルの移動量に基づいてスタッドボルトの高さを算出するというものである。

特開２００３−３２６３６３号公報

ところで、部品を本体に対して予定の姿勢で予定の位置に精度良く溶接するためには、計測機を用いて部品の位置座標を計測しながら、部品を本体に対して位置決めし、その状態で溶接することが好ましい。しかし、その場合、計測誤差によって位置決め不良を生ずることがある。また、予め部品を本体に精度良く位置決めすることができたとしても、本体や部品が溶接熱によって歪み、或いは溶接時に部品の位置ずれを招き、部品が予定する通りに溶接されていないことがある。従って、部品が予定通りに溶接されているか否かを確認することが求められるが、その場合でも計測誤差の問題が残る。

そこで、本発明は、本体への部品の溶接において、部品を本体に対して精度良く位置決めするとともに、部品が予定の位置及び姿勢で溶接されているかを精度良く検出できるようにすることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、計測機を本体にセットし、その状態で本体に対する部品の位置座標の計測、位置決め、部品の溶接、並びに溶接後の部品の位置座標の計測を行なうようにした。

ここに開示する本体に部品を位置決めして溶接する方法は、
上記部品の位置座標を計測するための計測機を上記本体にセットし、
上記計測機による計測結果に基づいて上記本体に対する上記部品の位置決めを行ない、
上記計測機を上記本体にセットした状態で、上記本体に対して上記位置決めがなされた上記部品の溶接を行ない、
上記溶接後、上記本体にセットされている上記計測機によって上記部品の位置座標を確認のために計測することを特徴とする。

また、ここに開示する本体に部品を位置決めして溶接する装置は、
上記部品を上記本体に保持するための保持手段と、
上記本体にセットされ、該本体に対する上記部品の位置座標を計測する計測機と、
上記計測機が上記本体にセットされた状態で、上記保持手段で保持された上記部品を上記本体に溶接する溶接機と、
上記保持手段による上記部品の保持において上記本体に対する上記部品の位置決めのために、上記計測機を作動させて上記部品の位置座標を取得し、上記溶接後の上記部品の位置確認のために、上記計測機を作動させて上記部品の位置座標を取得する計測機制御手段とを備えていることを特徴とする。

上記溶接の方法及び装置によれば、計測機を本体にセットした状態で部品の位置座標を計測するから、本体を基準として部品の位置座標を求めることができる。よって、部品を本体に対して精度良く位置決めすることが可能になる。また、計測機を本体にセットした状態で、部品を溶接し、溶接後の部品の位置座標の確認を行なうから、溶接された部品の位置及び姿勢を本体を基準として精度良く検出することができる。特に、溶接の前後で計測機の脱着をしないから、例えば、計測機を溶接後に再度セットする場合のような本体に対する計測機の位置の再調整の必要はなく、計測機の位置ずれの問題もない。すなわち、計測機を再度調整し直すことなく、上記位置決め時と同じ基準で、溶接後の部品の位置座標を検出することができ、その検出が簡便になるとともに、検出精度の確保の面でも有利になる。

また、上述の如く、溶接の前後で計測機の脱着をしないから、部品の位置座標計測・位置決め、部品の溶接、及び溶接後の部品の位置座標の確認計測という一連の作業を短時間に終了することができる。

上記方法及び装置の好ましい実施形態では、上記本体が被溶接部材を搭載した導電性の定盤であって、該被溶接部材に上記部品を電気溶接機によって溶接するものであり、上記計測機が電気的計測機であり、上記電気溶接機のアースを上記定盤にとり、上記定盤から上記電気的計測機への漏電を阻止するべく、上記電気的計測機を上記定盤に電気絶縁体を介してセットする。

このように電気溶接機と電気的計測機を用いるケースでは、電気溶接機のアースを定盤にとると、定盤から電気的計測機への漏電（分流）によって、電気的計測機の不調ひいては故障を招く。そこで、当該実施形態では、定盤から上記電気的計測機への漏電を阻止するべく、上記電気的計測機を上記定盤に電気絶縁体を介してセットするようにした。これにより、当該ケースにおいても、電気的計測機を本体にセットした状態で部品の溶接を行なうことができる。

上記ケースにおいて好ましい実施形態では、上記定盤に上記被溶接部材を複数搭載し、各被溶接部材に部品を溶接する。このような溶接点数が複数あるケースにおいても、電気的計測機の不調ひいては故障を招くことなく、部品の位置座標計測・位置決め、溶接、及び溶接後の位置座標の確認計測を簡便に且つ短時間にしかも精度良く行なうことができる。

上記ケースにおいて好ましい実施形態では、上記電気的計測機が三次元座標計測機である。これにより、部品の位置及び姿勢を精度良く検出することができる。

上記ケースにおいて好ましい実施形態では、上記部品は、上記定盤上にワークを受けるための治具である。例えば、製品の試作など治具の設定を繰り返して変更する必要がある場合において、上記方法及び装置は、治具の設定を短時間に精度良く変更することができ、有用である。

上記ケースにおいて好ましい実施形態では、上記電気絶縁体は、合成樹脂製であって、上記電気的計測機の基部と上記定盤又は該定盤に固定された台座との間に介設される。これにより、定盤から電気的計測機への漏電を確実に防ぐことができるとともに、ゴム等とは違って、電気絶縁体の寸法安定性の確保も容易になり、上記位置座標の計測精度の向上に有利になる。

本発明によれば、部品の位置座標を計測する計測機を本体にセットした状態で、該計測機による計測結果に基づく部品の位置決め、本体に対する部品の溶接、並びに溶接後の部品の位置座標の確認計測を行なうようにしたから、部品を本体に対して精度良く位置決めすることができるとともに、溶接後の部品の位置座標の確認計測を精度良く行なうことができ、また、計測機の脱着が不要になるから、部品の位置座標計測・位置決め、溶接、及び溶接後の位置座標の確認計測という一連の作業を簡便に短時間に終了することができる。

本発明の実施形態に係る定盤に計測機がセットされた状態を示す斜視図。 同実施形態に係る治具の位置座標を計測する様子を示す斜視図。 同実施形態に係る治具の位置の修正する様子を示す斜視図。 同実施形態に係る治具をブラケットに溶接する様子を示す斜視図。 同実施形態に係る電気絶縁体を上から見た斜視図。 同電気絶縁体を下から見た斜視図。 同実施形態の計測機を台座に電気絶縁体を介して設置した状態を示す正面図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態は、導電性の溶接用定盤１上のイケール２に製品試作用のワーク（図示省略）を受けるための治具３を溶接によって設けるケースである。治具３の基本高さを決める高さ調節板４がイケール２に取り付けられ、高さ調節板４に設けられたブラケット５に治具３が溶接によって固定される。

この実施形態では、定盤１、イケール２、高さ調節板４及びブラケット５が本体を構成し、治具３が部品を構成する。また、イケール２、高さ調節板４及びブラケット５が、部品としての治具３を溶接する被溶接部材を構成する。ワークは、例えば自動車の車体パネルであり、これに溶接等の加工を施すために、治具３の受け面３ａに受けられる。ワークを定盤１上に支持するために、定盤１には複数のイケール２が固定され、各イケール２のブラケット５に治具３が溶接される。

＜溶接装置＞
本実施形態に係る溶接装置は、治具３を定盤１上のブラケット５に位置決めして溶接するものであり、図１に示す定盤１の所定部位を基準とする治具３の位置座標を計測する計測機６と、計測機６の作動を制御する計測機制御手段（ディスプレイ付きコンピュータ）７と、治具３をブラケット５に保持する図２に示す保持手段８と、図４に示す溶接機９とを備えている。

計測機６は、治具３の位置座標を電気的に計測する三次元座標計測機（タッチプローブ１１を用いた直交座標測定システム）であり、定盤１に固定した導電性の台座１２に電気絶縁体１３を介して設置されている。

図２に示すように、保持手段８としては、シャコ万力が採用され、治具３とブラケット５をシャコ万力で挟み込むことによって、治具３をブラケット５に保持する。この保持において、計測機制御手段７によって計測機６が作動され、プローブ１１を治具３の複数の所定部位に当てることによって当該部位の位置座標が取得される。この計測機６による位置座標の計測によって治具３の位置及び姿勢がわかる。そこで、この計測結果に基づいて、図３に示すように治具３が所定の位置及び姿勢になるように調整手段１４（ハンマー）によって調整される。

図４に示すように、溶接機９は、アーク溶接機（電気溶接機）であり、コンタクトチップを有する溶接トーチ１５と、溶接ワイヤ１６の前進及び引き戻しを行なうワイヤ駆動装置（図示省略）と、設定された溶接電流及び溶接電圧をコンタクトチップに供給する溶接電源１７とを備え、溶接トーチ１５に被覆ガスが供給される。この溶接機９は、定盤１にアース１０が取られ、計測機６を定盤１にセットした状態で、ブラケット５に位置決め保持された治具３を該ブラケット５に溶接する。

定盤１にアース１０が取られ、計測機６を定盤１にセットした状態で治具３の溶接が行なわれるため、定盤１から計測機６への漏電を阻止するべく、計測機６は定盤１に固定した台座１２に電気絶縁体１３を介して設置されている。計測機６を定盤１にセットした状態で治具３の溶接を行なうのは、溶接後、その治具３の位置及び姿勢を確認すべく、先にセットされた計測機６で治具３の位置座標を取得するためであり、計測機６の再セットをしないようにするものである。

すなわち、計測機制御手段７は、治具３の位置決めのために、計測機６を作動させて治具３の位置座標を取得し、溶接後の治具３の位置及び姿勢を確認するために、計測機６を作動させて治具３の位置座標を取得する。

図５及び図６に示すように、本実施形態の電気絶縁体１３は、円盤状であって、その周辺部に、電気絶縁体１３を台座１２に結合するためのボルト挿入孔１８と、電気絶縁体１３を計測機６の基部に結合するためのボルト挿入孔１９が、周方向に間隔をおいて交互に設けられている。電気絶縁体１３の上面には、電気絶縁体１３を台座１２に結合するボルトの頭部を収める深座ぐり２１が設けられ、電気絶縁体１３の下面には、電気絶縁体１３を計測機６の基部に結合するボルトの頭部を収める深座ぐり２２が設けられている。

図７に示すように、電気絶縁体１３の上面の深座ぐり２１は、ボルト２３の頭部頂面が計測機６の基部の下面に当たらない深さに形成されている。同じく、電気絶縁体１３の下面の深座ぐり２２は、ボルト２３の頭部頂面が台座１２の上面に当たらない深さに形成されている。

本実施形態の電気絶縁体１３は、硬質合成樹脂製であり、例えば、主原料のナイロンモノマーを大気圧下で重合・成型することでナイロンの特性を向上させた硬質モノマー注型ナイロン（例えば、ＭＣナイロン（登録商標））、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を採用することができる。なかでも、電気絶縁性、寸法安定性及び加工性に優れたポリアセタールが好ましい。

＜溶接方法＞
図１に示すように、定盤１のワークの設置に適宜の箇所にイケール２を固定し、高さ調節板４でブラケット５の高さを調節する。また、定盤１に台座１２を固定し、この台座１２に電気絶縁体１３を介して計測機６を設置する。

図２に示すように、治具３をブラケット５に保持手段８によって仮保持する。計測機制御手段７によって計測機６を作動させ、プローブ１１を治具３の複数の所定部位に当て、定盤１の所定部位を基準とする当該治具３の各部位の位置座標を取得する。その位置座標に基づいて治具３の位置及び姿勢を計測機制御手段７のディスプレイで画像又は数値で確認する。

仮保持された治具３の位置又は姿勢が予定する位置及び姿勢からずれているときは、図３に示すように、治具３の位置及び／又は姿勢を調整手段１４によって修正していく。すなわち、計測機６による座標位置の取得によって治具３の位置及び姿勢を確認しながら、その位置及び姿勢を予定する位置及び姿勢になるように調整手段１４によって修正していく。これは治具３の位置決め作業である。しかる後、位置決めされた治具３をブラケット５に位置ずれしないように保持手段８によって保持する。

図４に示すように、定盤１に計測機６をセットしたままの状態で、溶接機１のアース１０を定盤１にとり、上述の如く位置決めされ保持手段８によってブラケット５に保持された治具３をブラケット５に溶接する。溶接時には定盤１に電気が流れるが、計測機６は電気絶縁体１３を介して定盤１にセットされているため、計測機６への漏電は電気絶縁体１３によって阻止される。従って、計測機６が漏電によって不調を来すことは防止される。

治具３の溶接後、計測機制御手段７によって計測機６を作動させ、プローブ１１を溶接後の治具３の複数の所定部位に当てることにより、各部位の位置座標を求める。この位置座標に基づいて治具３の位置及び姿勢を計測機制御手段７のディスプレイで画像又は数値で確認する。

以上のように、上記実施形態によれば、計測機６を定盤１にセットした状態で治具３の位置座標を計測するから、定盤１を基準として治具３の位置座標を求めることができる。よって、治具３を定盤１に対して精度良く位置決めすることができる。

また、計測機６を定盤１にセットした状態で、治具３を溶接し、溶接後の治具３の位置座標の確認を行なうから、溶接された当該治具３の姿勢や位置を定盤１を基準として精度良く検出することができる。特に、溶接の前後で計測機６の脱着をしないから、計測機６の位置ずれという問題はなく、計測機６の再調整は不要であり、上記位置決め時と同じ基準で、溶接後の治具３の位置及び姿勢を検出することができ、その検出が簡便になるとともに、検出精度の確保の面でも有利になる。

また、治具３の溶接の前後で計測機６の脱着をしないから、治具３の位置座標計測・位置決め、溶接、及び溶接後の位置座標の確認計測という一連の作業を短時間に終了することができる。特に、製品の試作の場合、治具３の設定を繰り返して変更する必要があるが、上記実施形態によれば、その治具３の設定を短時間に精度良く変更することができ、有用である。

また、計測機６を定盤１にセットした状態で、定盤１にアース１０をとって治具３の溶接を行なうものの、定盤１から計測機６への漏電が電気絶縁体１３によって阻止されるから、計測機６の不調ないしは故障を招くことが避けられる。特に、電気絶縁体１３として、硬質合成樹脂製絶縁体を採用したから、定盤１から計測機６への漏電を確実に防ぐことができるとともに、ゴム等とは違って、電気絶縁体１３の寸法安定性が高いため、治具３の位置座標の計測誤差を生ずることが避けられる。

なお、定盤１と台座１２の間に電気絶縁体１３を介設してもよい。また、計測機６を定盤１に直接設置するケースでは、計測機６の基部と定盤１の間に電気絶縁体１３を介設する。

１ 定盤（本体を構成）
２ イケール（本体を構成）
３ 治具（部品）
５ ブラケット（被溶接部材）
６ 計測機
７ 計測機制御手段
８ 保持手段
９ 溶接機
１０ アース
１１ プローブ
１２ 台座
１３ 電気絶縁体

Claims (12)

1. 本体に部品を位置決めして溶接する溶接方法であって、
   上記部品の位置座標を計測するための計測機を上記本体にセットし、
   上記計測機による計測結果に基づいて上記本体に対する上記部品の位置決めを行ない、
   上記計測機を上記本体にセットした状態で、上記本体に対して上記位置決めがなされた上記部品の溶接を行ない、
   上記溶接後、上記本体にセットされている上記計測機によって上記部品の位置座標を確認のために計測することを特徴とする溶接方法。
2. 請求項１において、
   上記本体は被溶接部材を搭載した導電性の定盤であって、該被溶接部材に上記部品を電気溶接機によって溶接するものであり、
   上記計測機は電気的計測機であり、
   上記電気溶接機のアースを上記定盤にとり、
   上記定盤から上記電気的計測機への漏電を阻止するべく、上記電気的計測機を上記定盤に電気絶縁体を介してセットすることを特徴とする溶接方法。
3. 請求項２において、
   上記定盤に上記被溶接部材を複数搭載し、各被溶接部材に部品を溶接することを特徴とする溶接方法。
4. 請求項２又は請求項３において、
   上記電気的計測機は三次元座標計測機であることを特徴とする溶接方法。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
   上記部品は、上記定盤上でワークを受けるための治具であることを特徴とする溶接方法。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか一において、
   上記電気絶縁体は、合成樹脂製であって、上記電気的計測機の基部と上記定盤又は該定盤に固定された台座との間に介設されることを特徴とする溶接方法。
7. 本体に部品を位置決めして溶接する溶接装置であって、
   上記部品を上記本体に保持するための保持手段と、
   上記本体にセットされ、該本体に対する上記部品の位置座標を計測する計測機と、
   上記計測機が上記本体にセットされた状態で、上記保持手段で保持された上記部品を上記本体に溶接する溶接機と、
   上記保持手段による上記部品の保持において上記本体に対する上記部品の位置決めのために、上記計測機を作動させて上記部品の位置座標を取得し、上記溶接後の上記部品の位置確認のために、上記計測機を作動させて上記部品の位置座標を取得する計測機制御手段とを備えていることを特徴とする溶接装置。
8. 請求項７において、
   上記本体は被溶接部材を搭載した導電性の定盤であり、
   上記溶接機は、電気溶接機であって、上記被溶接部材に上記部品を溶接するものであり、
   上記計測機は電気的計測機であり、
   上記電気溶接機のアースが上記定盤にとられ、
   上記定盤から上記電気的計測機への漏電を阻止するよう、上記電気的計測機が上記定盤に電気絶縁体を介してセットされることを特徴とする溶接装置。
9. 請求項８において、
   上記定盤に上記被溶接部材が複数搭載され、各被溶接部材に部品を溶接することを特徴とする溶接装置。
10. 請求項８又は請求項９において、
    上記電気的計測機は三次元座標計測機であることを特徴とする溶接装置。
11. 請求項８乃至請求項１０のいずれか一において、
    上記部品は、上記定盤上でワークを受けるための治具であることを特徴とする溶接装置。
12. 請求項８乃至請求項１１のいずれか一において、
    上記電気絶縁体は、合成樹脂製であって、上記電気的計測機の基部と上記定盤又は該定盤に固定された台座との間に介設されることを特徴とする溶接装置。

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