JP3605250B2 - シーム溶接装置のハンドリング治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークをロボットを用いてシーム溶接するためのシーム溶接装置に装備されるハンドリング治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料タンクは、板金プレスにて成形した上ハーフと下ハーフとからなる。この燃料タンクは、これら上ハーフと下ハーフを重ね合わせ、相互に重なった周縁フランジ部をスポット溶接にて複数箇所仮止めし、こうして出来た一体型の燃料タンクの周縁フランジ部をシーム溶接機の上下一対の電極輪間に挟み、電極輪を回転させつつ両電極輪間に通電して互いに当接した周縁フランジ部を抵抗溶接することにより製作される。
【０００３】
従来では、仮止めした上下一体型の燃料タンクを専用の治具の上にセットした後、これを燃料タンクの平面形状に対応した形状の倣い治具でガイドしながらタンクを回転させてその全周部をシーム溶接している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシーム溶接装置では、燃料タンクの種類ごとに専用治具と倣い治具とが必要なため、燃料タンクの形状を変更する度にこれらの治具類を新規に製作して交換する必要があり、機種変更に際して多大な労力と時間とを要し、コストの高騰を招いていた。
【０００５】
そこで、本発明は、多品種の燃料タンクをシーム溶接する際にも能率良く段替することができ、且つ低コストに製作可能な汎用性を持つシーム溶接装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明にかかるハンドリング治具は、ワークを搬入位置、溶接位置および搬出位置に移送すると共に、溶接位置で、溶接予定線と実際の溶接線との偏差を解消するよう制御軸を回転させ、これによりワークを回転させるロボットアームに着脱可能に取り付けられるものであって、ワークの形状に対応して形成され、一方をロボットアームの制御軸に連結した駆動側、他方を当該制御軸と分離した従動側とし、両者を上下方向に相対移動させてワークをクランプおよびアンクランプする上下一対のクランプヘッドと、両クランプヘッドをそれぞれ独立して回転可能に支持するヨークと、両クランプヘッドによるワークのアンクランプ時に、従動側のクランプヘッドとヨークとを回転方向の係合により同位相に保持すると共に、クランプ時に上記係合状態を解除して従動側のクランプヘッドを回転フリーにするクランプヘッド位相保持機構とを有するものである。
【０００７】
クランプヘッド位相保持機構は、ヨーク又は従動側クランプヘッドの何れか一方に設けられた上下方向の案内溝と、他方に設けられた前記案内溝に嵌合する案内突起とで構成することができる。この場合には、ワークのクランプ時に際し、適当な昇降機構により、従動側のクランプヘッドを昇降させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
図１および図２に示すように、本発明装置は、ワーク（１）、例えば自動車の燃料タンクの搬入・搬出を行う、並列配置された搬入装置（２）および搬出装置（３）と、シーム溶接を行うシーム溶接機（４）と、旋回中心（Ｏ）を中心として旋回しながら搬入装置（２）、搬出装置（３）およびシーム溶接機（４）相互間で燃料タンク（１）を移送する多関節ロボット（５）とを有する。
【００１０】
多関節ロボット（５）のアーム（７）先端部には、制御軸（９）、θテーブル（１０）、ＸＹテーブル（１１）および市販のツールチェンジャ（図示せず）を介し、燃料タンク（１）を支持するためのハンドリング治具（１４）が装着される。制御軸（９）は、回転角を精密に制御できるステップモータやサーボモータ等によって駆動される軸であって、ロボットの末端制御軸をそのまま利用することもできる。ロボット（５）は、燃料タンク（１）の周縁フランジ部（１ｃ）の凹凸歪み等の影響でシーム溶接機（４）の電極輪の走行方向が変化し、溶接予定線と実際の溶接線との偏差が生じた際にこれを検出し、当該偏差をθテーブル（１０）およびＸＹテーブル（１１）で許容しつつこれを解消する方向に制御軸（９）を回転させ、これによりハンドリング治具（１４）に支持された燃料タンク（１）を回転させて溶接方向を修正する。ツールチェンジャは、ハンドリング治具（１４）を着脱可能に支持するもので、燃料タンク（１）の機種変更によりハンドリング治具（１４）を交換する際に容易に交換できる構造とする。
【００１１】
搬入装置（２）には、平面視で略コ字型の台車（１５）が自走可能に支持されている。この台車（１５）は、前工程から供給された燃料タンク（１）の両側端を支持し、これを搬入装置（２）の終端に設けられた搬入位置（Ａ）まで搬送するものである。台車（１５）の両側にはそれぞれ１つずつ位置決めピン（図示せず）が突設されており、この位置決めピンを燃料タンク（１）両側に設けられたピン孔（図示せず）に挿入することによって燃料タンク（１）が台車（１５）上に位置決めされ、その状態で搬入位置（Ａ）に搬送される。
【００１２】
搬出装置（３）は、搬送面を送り方向に下り傾斜としたローラコンベヤ等で構成されており、搬出装置（３）上に載置された溶接済みの燃料タンク（１）は、その自重によって搬送面上を滑って次工程に搬送される。搬出装置（３）の始端部に隣接する搬出位置（Ｂ）には、燃料タンク（１）を反転させるための反転機構（１６）が設けられる。この反転機構（１６）は、ロボットアーム（７）で搬出位置（Ｂ）に移送された燃料タンク（１）を平面視でコ字型のアーム（１７）で支持し、このアーム（１７）を回転軸（１８）を中心として１８０°回転させることにより上下反転させるものである。燃料タンク（１）は、そのロア面（１ａ：図４参照）を基準面とし、これを上にした状態で搬入し、溶接されるが、そのままの姿勢、すなわちアッパー面（１ｂ）が下の状態では、アッパー面（１ｂ）にある注油口等の凸部が邪魔となり、自重搬出が不可能となるので、反転機構（１６）で燃料タンク（１）を反転させ、ほぼ平坦なロア面（１ａ）を下にしてから搬出装置（３）に供給するようにした。もちろん特に支障がなければ、反転機構（１６）を省略し、ロア面（１ａ）を上にしたまま次工程に搬送してもよい。
【００１３】
ハンドリング治具（１４）は、図４に示すように、上下一対のクランプヘッド（２０）（２１）を略Ｃ字型のヨーク（２２）で制御軸（その軸線を９ａで示す）と同軸に且つそれぞれ独立して回転可能に支持することにより構成される。上クランプヘッド（２０）は、制御軸（９）の回転によって回転駆動されるもので（駆動側）、ツールチェンジャに着脱可能に装着されている。上クランプヘッド（２０）は、燃料タンク（１）の外周面を拘束する複数の爪部材（２３）を有する。この爪部材（２３）は、燃料タンク（１）の全周にわたってその複数箇所に配置され、爪部材（２３）の個々の内面形状および配置位置は溶接する燃料タンク（１）の外周面形状に対応して決定される。一方、下クランプヘッド（２１）は、制御軸（９）から分離して（非連結状態で）設けられており（従動側）、その上端には燃料タンク（１）のアッパー面（１ｂ）を支持する複数のワーク支持部（２４）が配設されている。ワーク支持部（２４）は、燃料タンク（１）底面の凹凸に合わせて適宜高さを異ならせて配置されるが、その設置数は、燃料タンク（１）を安定して支持できるよう３個所とするのが好ましい。
【００１４】
ヨーク（２２）下端の先端部には、下クランプヘッド（２１）を昇降させるための昇降機構、例えばエアシリンダ（２６）が装着される。このエアシリンダ（２６）を駆動してそのシリンダロッドを突出させると、下クランプヘッド（２１）が上昇して上クランプヘッド（２０）との協働で燃料タンク（１）がクランプされる。逆にシリンダロッドを縮退させると、下クランプヘッド（２１）が降下し、燃料タンク（１）がアンクランプされる。このように下クランプヘッド（２１）のみを昇降させる他、上下のクランプヘッド（２０）（２１）を昇降させて、すなわち両者（２０）（２１）を上下方向に相対移動させてワーク（１）をクランプ又はアンクランプさせてもよい。
【００１５】
ヨーク（２２）と下クランプヘッド（２１）との間には、クランプヘッド位相保持機構（２７）が設けられる。この位相保持機構（２７）は、両クランプヘッド（２０）（２１）による燃料タンク（１）のアンクランプ時に、従動側のクランプヘッド（）、すなわち下クランプヘッド（２１）をヨーク（２２）と同位相に位置決め保持すると共に、クランプ時に下クランプヘッド（２１）をヨーク（２２）に対して回転フリーにするもので、例えば図３に示すように、ヨーク（２２）に固定した、上下方向の案内溝（２９）を有するガイド部材（３０）と、下クランプヘッド（２１）に固定した、前記案内溝（２９）と嵌合可能の案内突起（３１）を有する被ガイド部材（３２）とで構成される。案内溝（２９）と案内突起（３１）は、燃料タンク（１）のアンクランプ時に両者が係合し（実線で示す）、クランプ時に案内突起（３１）が案内溝（２９）から脱出する（二点鎖線で示す）ような位置関係に配置される。案内溝（２９）は、案内突起（３１）が案内溝（２９）内にスムーズに案内されるよう、その入口（上端）付近の溝幅を上方ほど拡大させて形成される。以上の構成により、アンクランプ時には案内溝（２９）に案内突起（３１）が嵌合するため、下クランプヘッド（２１）とヨーク（２２）とが同位相に位置決め保持され、一体回転可能となる。一方、クランプ時には案内突起（３１）が案内溝（２９）から脱出し、両者の係合状態が解除されるので、下クランプヘッド（２１）がヨーク（２２）に対して回転フリーとなる。従って、この状態で制御軸（９）を回転させると、上下のクランプヘッド（２０）（２１）および燃料タンク（１）が一体に回転する。
【００１６】
なお、上述のように案内溝（２９）をヨーク（２２）側に、案内突起（３１）を下クランプヘッド（２１）側に配置するだけでなく、その逆に案内溝（２９）を下クランプヘッド（２１）側に、案内突起（３１）をヨーク（２２）側に設けても構わない。
【００１７】
上記ハンドリング治具（１４）は、燃料タンク（１）の形状に合わせて複数種類準備し、溶接する燃料タンク（１）の種類に合わせて適宜交換してツールチェンジャに取り付ける。使用しないハンドリング治具は、仮置台（３３：図１参照）に仮置きし、交換時にはロボットアーム（７）を仮置台（３３）近傍まで旋回させて適当な自動交換機構でツールチェンジする。
【００１８】
上記ハンドリング治具（１４）では、アンクランプ時以外はヨーク（２２）が回転フリーとなる。従って、シーム溶接位置（Ｃ）での溶接中にヨーク（２２）が勝手に回転し、シーム溶接機（４）と干渉する等の不具合を招くおそれがある。
【００１９】
この点に鑑み、本発明では、ヨーク（２２）とロボットアーム（７）との間に、少なくともシーム溶接位置（Ｃ）でヨーク（２２）をロボットアーム（７）と同位相に位置決め保持するヨーク位相保持機構（３５）を設けている。このヨーク位相保持機構（３５）としては、例えば図５および図６に示すように、ロボットアーム（７）に、下端部に二股状のガイド（３６）を有するガイドアーム（３７）を取り付け、このガイド（３６）の間にヨーク（２２）を挿脱可能とした構成が考えられる。一般にシーム溶接位置（Ｃ）と、その他の例えば搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）との間には高低差があるので、これらの位置を移動する間にはロボットアーム（７）の姿勢、すなわちアーム（７）の向きや傾斜角に差異が生じる。従って、この姿勢変化を利用すればヨーク（２２）をガイド（３６）に対して挿脱することが可能となる。すなわち、図６に示すように、シーム溶接位置（Ｃ）でロボットアーム（７）が前上がりとなり（実線で示す）、搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）で当該アームが前下がりとなる場合（その時のアーム中心線を▲１▼で示す）には、シーム溶接位置（Ｃ）ではガイド（３６）が下がるため、ガイド（３６）にヨーク（２２）が嵌まり、これによりヨーク（２２）がロボットアーム（７）と同位相に保持される。一方、搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）ではガイド（３６）が上昇するため、ヨーク（２２）がガイド（３６）から脱出し（図２参照）、その結果、ヨーク（２２）が回転フリーとなる。以上の構成から、シーム溶接中は、ヨーク（２２）がロボットアーム（７）と同位相に固定されるため、ヨーク（２２）がシーム溶接機（４）と干渉することもなくなる。また搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）では、ヨーク（２２）が回転可能となるから、例えばヨーク（２２）の位相を燃料タンク（１）の搬入姿勢に対応した基準姿勢に合わせることも可能となる。なお、ガイド（３６）の下端は、ヨーク（２２）がスムーズに挿入されるよう下方ほど幅広に形成しておく。ガイド（３６）は、ロボットアーム（７）側に設ける他、ヨーク（２２）側に設けてロボットアーム（７）と係合させるようにしても構わない。
【００２０】
搬入装置（２）でのヨーク（２２）の位相合わせは、搬入位置（Ａ）の直下に配置したヨーク姿勢修正機構（３９）によってなされる。図１に示すように、搬入位置（Ａ）には、ロボットアーム（７）が燃料タンク（１）の搬入方向に対して水平面上で傾斜した状態で入ってくるが、この時にハンドリング治具（１４）も同様に傾斜していたのでは、上下のクランプヘッド（２０）（２１）と燃料タンク（１）の位置合わせが正確に行えず、以後の精度がでない。ヨーク姿勢修正機構（３９）は、かかる不具合を防止するもので、図７に示すように、一対の揺動部材（４０）を左右対称に配置して、これをその中間に配置した揺動軸（４１）に回転自在に枢着し、両揺動部材（４０）をシリンダ（４２）で駆動することにより、揺動部材（４０）を揺動軸（４１）を中心として揺動させるものである。斜めに進入してきたヨーク（図中の１点鎖線▲１▼）は、両揺動部材（４０）の先端部に装着された押圧部材（４３）によってその下端部両側からを押圧され（図８参照）、搬入装置（２）の搬送方向と平行になるよう真っ直ぐに（破線で示す）姿勢修正される。この時、上述のようにロボットアーム（７）とヨーク（２２）との関係が切れており、ヨーク（２２）はフリー回転可能であるから、かかる姿勢修正もスムーズに行われる。
【００２１】
このヨーク姿勢修正機構（３９）と同様の機構は、搬出装置（３）側にも設けられる（図１参照）。これは、搬出装置（３）側ではでは、燃料タンク（１）を反転させる際に、反転機構（１６）とハンドリング治具（１４）でクランプされた燃料タンク（１）との位置合わせが必要となるからである。この場合、搬出位置（Ｂ）に入ってくるヨーク（２２）の姿勢は、図７において一点鎖線▲２▼となる。この場合も、両揺動部材（４０）を揺動させることにより、ヨーク（２２）の姿勢が基準姿勢に修正される。なお、反転機構（１６）を具備しない場合には、上記位置合わせは不要であるため、搬出装置（３）側のヨーク姿勢修正機構（３９）を省略しても構わない。
【００２２】
本発明装置は以上の構成である。以下、本発明装置の動作を図９に基づいて説明する。なお、同図のフローチャートにおいて、左側は搬入装置（２）、シーム溶接機（４）および搬出装置（３）の動作を、右側はロボット（５）の動作を示す。
【００２３】
作業者が搬入装置（２）の搬入口に燃料タンク（１）をセットすると（ａ）、台車（１５）によってタンク（１ ）が搬入位置（Ａ）に自動搬送される（ｂ）。同時にロボットアーム（７）が搬入位置（Ａ）に移動し（ｃ）、ヨーク姿勢修正機構（３９）によってヨーク（２２）が基準姿勢に矯正される（ｄ）。この時、上下のクランプヘッド（２０）（２１）はアンクランプ状態であり、クランプヘッド位相保持機構（２７）の案内溝（２９）と案内突起（３１）とが係合状態にあるから、ヨーク（２２）と下クランプヘッド（２１）は同位相に保持されている。従って、ヨーク（２２）の姿勢修正と同時に、台車（１５）上の燃料タンク（１）と下クランプヘッド（２１）との間の位置合わせもなされることになる。
【００２４】
次に、ハンドリング治具（１４）のシリンダ（２６）を起動して下クランプヘッド（２１）を上昇させ、燃料タンク（１）を持ち上げてこれを上クランプヘッド（２０）との間にクランプする（ｅ）。クランプ完了後には、案内突起（３１）が案内溝（２９）から外れるので、下クランプヘッド（２１）はヨーク（２２）に対して回転フリーとなり、上下のクランプヘッド（２０）（２１）および燃料タンク（１）が一体回転可能になる。また、燃料タンク（１）のクランプ完了と同時にヨーク姿勢修正機構（３９）の揺動部材（４０）が図７の二点鎖線で示す初期姿勢に戻る（アンクランプ）（ｆ）。次に、ロボットアーム（７）でハンドリング治具（１４）を上昇させると、前下がりだったロボットアーム（図５の一点鎖線▲１▼）が前上がりになる（実線で示す）。これにより、ヨーク位相保持機構（３５）のガイド（３６）にヨーク（２２）が嵌合し、ヨーク（２２）とロボットアーム（７）の位相が固定される。この状態でロボットアーム（７）を旋回させ、クランプした燃料タンク（１）をシーム溶接機（４）に移送して（ｇ）、その周縁フランジ部（１ｃ：図４参照）をシーム溶接する（ｈ）。この時、ヨーク（２２）とロボットアーム（７）が固定されているので、ヨーク（２２）が勝手に回転してシーム溶接機（４）と干渉することもない。
【００２５】
溶接完了後、ロボットアーム（７）を旋回させ、燃料タンク（１）を搬出位置（Ｂ）に移送する（ｉ）。次にヨーク姿勢修正機構（３９）でヨーク（２２）をクランプして基準姿勢に戻し（ｊ）、燃料タンク（１）をアンクランプして反転機構（１６）上に載置する。その後、ヨーク姿勢修正機構（３９）をアンクランプし（ｌ）、ロボットアーム（７）を原位置に退避させた後（ｍ）、反転機構（１６）のアーム（１７）を駆動して燃料タンク（１）を反転させ（ｎ）、搬出装置（３）上に溶接済み燃料タンク（１）を移送する。搬出装置（３）上の燃料タンク（１）は自重で滑り落ち、搬出口に達する（ｐ）。
【００２６】
燃料タンク（１）の機種変更を行う際には、ロボットアーム（７）を旋回させ、ハンドリング治具（１４）を仮置台（３３）に移送してツールチェンジを行う。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ワークの種類変更に際してはハンドリング治具のみを交換することによって対応でき、従来のように、専用治具や倣い治具等の多くの治具を交換する必要もない。従って、種類の異なるワークであっても迅速に段替が行え、設備費を低減して段替サイクルタイムの短縮化を図ることができる。また、ハンドリング治具の中でも特に上下のクランプヘッドを個々のワークの形状に対応した専用品とすれば足りるので、従来のように高価な専用治具や倣い治具等を使用する場合に比べ、より低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の平面図である。
【図２】本発明装置の側面図である。
【図３】クランプヘッド位相保持機構の正面図である。
【図４】ハンドリング治具の側面図である。
【図５】ヨーク位相保持機構の側面図である。
【図６】ヨーク位相保持機構の断面図である。
【図７】ヨーク姿勢修正機構の平面図である。
【図８】ヨーク姿勢修正機構の側面図である。
【図９】本発明による動作フローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ ワーク（燃料タンク）
２ 搬入装置
３ 搬出装置
４ シーム溶接機
５ ロボット
７ ロボットアーム
９ 制御軸
１４ ハンドリング治具
２０ 上クランプヘッド（駆動側）
２１ 下クランプヘッド（従動側）
２２ ヨーク
２７ クランプヘッド位相保持機構
２９ 案内溝
３１ 案内突起
Ａ 搬入位置
Ｂ 搬出位置
Ｃ シーム溶接位置

Claims (2)

1. ワークを搬入位置、溶接位置および搬出位置に移送すると共に、溶接位置で、溶接予定線と実際の溶接線との偏差を解消するよう制御軸を回転させ、これによりワークを回転させるロボットアームに着脱可能に取り付けられるものであって、
   ワークの形状に対応して形成され、一方をロボットアームの制御軸に連結した駆動側、他方を当該制御軸と分離した従動側とし、両者を上下方向に相対移動させてワークをクランプおよびアンクランプする上下一対のクランプヘッドと、両クランプヘッドをそれぞれ独立して回転可能に支持するヨークと、両クランプヘッドによるワークのアンクランプ時に、従動側のクランプヘッドとヨークとを回転方向の係合により同位相に保持すると共に、クランプ時に上記係合状態を解除して従動側のクランプヘッドを回転フリーにするクランプヘッド位相保持機構とを有することを特徴とするシーム溶接装置のハンドリング治具。
2. クランプヘッド位相保持機構が、ヨーク又は従動側クランプヘッドの何れか一方に設けられた上下方向の案内溝と、他方に設けられた前記案内溝に嵌合する案内突起とで構成された請求項１記載のシーム溶接装置のハンドリング治具。

Images