JP3720954B2 - シーム溶接機の電極輪高さ計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の燃料タンク等のワークの周縁部を一対の電極輪を使って連続してシーム溶接するシーム溶接機における電極輪の高さ計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃料タンクは、一対の金属シェルの周縁部同士を重ねてシーム溶接することで製造される。この種の燃料タンクは高い防錆性が要求されることから、一対の金属シェルの表面をすず鉛合金等の防錆材でメッキ処理しておいて、一対の金属シェルの周縁部を例えば図５に示すようなロボット１とシーム溶接機２を使ってシーム溶接している。
【０００３】
ロボット１は、固定されたロボット本体１１、ロボット本体１１から三次元的に可動に延在する多関節構造のロボットアーム１２、ロボットアーム１２の先端に取付けられたハンドリング治具１３等を備えた工業ロボットである。ハンドリング治具１３に上下一対の燃料タンク用金属シェルを重ねたワーク３が脱着可能に支持される。
【０００４】
シーム溶接機２は、固定された溶接機本体１４の前面に上下一対の電極輪４、５と、図６に示すように各電極輪４、５に付設された整形ローラ６、７と整形バイト８、９を有する。各電極輪４、５は、溶接機本体１４に上下に垂直な姿勢で上下動及び回転可能に設置される。この各電極輪４、５に付設される整形ローラ６、７は、定速回転して対応する電極輪４、５の外周面を所定の円弧状に整形してワーク３の溶接品質を確保する。また、各電極輪４、５に付設される整形バイト８、９は、必要に応じて使用されて対応する電極輪４、５の外周面に付着した後述するメッキ層を除去する。
【０００５】
シーム溶接機２は、下部電極輪４の外周の最上点（以下、頂点と称する）と上部電極輪５の外周の最下点でワーク３の周縁部３'を上下から挾持して、次の要領でシーム溶接する。図６に示すように、下部電極輪４の頂点Ｐの高さＨを一定に保持し、上下の電極輪４、５間にロボット１で支持されたワーク３の周縁部３'を位置させて、上部電極輪５を下げてワーク周縁部３'を下部電極輪４の頂点Ｐに押し付ける。この状態でワーク３をその周縁部３'が各電極輪４、５間を通過するようにロボット１で自動旋回させ、この旋回に各電極輪４、５を従動回転させる。同時に各電極輪４、５間に溶接電流を流すと、ワーク周縁部３'の一対の金属シェルの接合面が溶接電流による抵抗熱で溶着したナゲットが生成されて、ワーク周縁部３'が連続的にシール溶接される。
【０００６】
ワーク３のシール溶接が終了すると、図７に示すように上部電極輪５だけが上昇してワーク３から離れ、ロボット１がワーク３をシーム溶接機２から搬出する。次に、ロボット１が別のワークをシーム溶接機２に搬入して、上記溶接動作が繰り返し行われる。
【０００７】
シーム溶接されるワーク３の全表面には、錆防止のためのすず鉛合金等のメッキ層が形成されている。そのため、シーム溶接機２の各電極輪４、５でワーク周縁部３'をシーム溶接すると、溶接時の熱で各電極輪４、５の外周にワーク３のメッキ層が付着する。このように電極輪４、５の外周に付着するメッキ層は、溶接回数が増える毎に蓄積され、これを放置してシーム溶接を続行すると付着したメッキ層の電気抵抗分でもって亀裂等の溶接不良が発生し易くなる。そこで、ワーク周縁部３'の溶接品質の悪化を防止するため、回転する各電極輪４、５の外周に定方向から整形バイト８、９を当て、整形バイト８、９の先端で電極輪４、５の外周面を研削して外周面に付着したメッキ層を除去するようにしている。このようなメッキ層の除去は、シーム溶接しながら定常的に行われる場合もあるが、通常は作業員の手作業でもって次のように行われている。
【０００８】
ロボット１とシーム溶接機２でワーク３のシーム溶接が行われる際に、作業員が一対の電極輪４、５の外周面を目視で観察する。電極輪４、５の外周面は、メッキ層が付着すると色が変わり、この変色を作業員が観察する。何回目かのシーム溶接で電極輪４、５の外周面が許容量以上のメッキ層で変色したと作業員が判断すると、作業員はシーム溶接を中断させて整形バイト８、９によるメッキ層除去を行い、次のシーム溶接に備えて下部電極輪４を所望量だけ手作業で上昇させる。
【０００９】
即ち、各電極輪４、５の外周面を整形バイト８、９で研削してメッキ層を除去すると、各電極輪４、５の外周面が研磨されて電極輪径が小さくなり、下部電極輪４の頂点Ｐの高さがシーム溶接時の基準高さＨより低くなる。例えば図８（Ａ）の研削前の下部電極輪４と図８（Ｂ）の研削後の下部電極輪４に示すように、その外周面がメッキ層除去のため厚さαだけ研削されると、研削前の下部電極輪４の頂点Ｐの溶接基準の高さＨよりも研削後の下部電極輪４の頂点Ｐの高さＨ'がαだけ低くなる。このように頂点Ｐの高さＨ'が低くなった下部電極輪４をそのままにしてシーム溶接を続行すると、図９（Ｂ）に示すように低くなった下部電極輪４にワーク周縁部３'を上部電極輪５で押圧したときにワーク周縁部３'が所定の高さよりαだけ余分に下げられて傾き、良好なシーム溶接ができなくなることがある。このようなシーム溶接不良となるα値の上限は数ｍｍ以下で、例えばαが１．５ｍｍの許容値を超えるとシーム溶接不良が発生し易くなる。尚、図９（Ａ）は、αが許容値以下の場合の下部電極輪４によるシーム溶接の状態を示しており、このとき、ワーク周縁部３'はほとんど傾かずに良好なシーム溶接が行われる。
【００１０】
そこで、作業員は各電極輪４、５のメッキ層除去を行った後、下部電極輪４の外周面の外径をゲージで計測して、計測値αが許容値を超えたと判断すると、例えば図７に示すジャッキ１５を手動操作して下部電極輪４をα相当分だけ上昇させ、この下部電極輪４の頂点Ｐの高さを正常な許容範囲に設定しておいてから、次のワークのシーム溶接を行うようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなシーム溶接する設備は、危険防止のために安全柵に囲まれた状態で工場に設置されていて、シーム溶接機の下部電極の高さ管理をする作業員は高さ管理のたびに安全柵の内外に出入りしなければならず、かつ、下部電極の外径測定の作業も手間と時間を要して、下部電極の高さ管理の作業能率が悪いという問題があった。また、作業員による下部電極の高さ管理システムにおいては、下部電極の調整された高さに作業員の個人差によるバラツキが現われ、このバラツキがそのままワークのシーム溶接品質のバラツキとなる不具合が発生することがあった。
【００１２】
従って、本発明の目的とするところは、シーム溶接機の下部電極輪の高さ管理を自動的に行うに好適な電極輪高さ計測装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロボットに支持されたワークの周縁部をシーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電極輪で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さを基準としてワーク周縁部をシーム溶接するシーム溶接機の下部電極輪の高さ計測装置であって、水平方向に往復移動可能に支持され前記往復移動経路の一端の待機位置から前記往復移動経路の他端の計測位置まで移動するスライダー（２６）と、スライダー（２６）に対して上下方向に揺動自在に取付けられ、スライダー（２６）の移動により下部電極輪の外周の上部の周方向にスライド移動する接触子（２１）と、スライダー（２６）の前端であって接触子（２１）の垂直方向下方位置でしかも接触子（２１）よりも下部電極輪の前側にオフセットされて固定され、接触子（２１）がスライダー（２６）の移動により下部電極輪の外周上部をスライド移動すると同一高さを保持したまま接触子の移動方向に水平移動して接触子の高さを逐一計測する接触式変位センサー（２２）とを具備し、接触子が下部電極輪の外周上部の頂点に到達したときの変位センサーの計測値を下部電極輪の高さとすることで、シーム溶接機の下部電極輪の高さ管理を自動的に行うに好適な計測装置を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明装置の具体的実施形態を図１乃至図３を基づいて説明し、本発明の具体的動作フローを図４を基づいて説明する。
【００１５】
図１及び図２に示される実施形態の電極輪高さ計測装置は、図５のシーム溶接機２の下部電極輪４の高さを計測するもので、接触子２１と変位センサー２２とこの両者を支持して下部電極輪４に対して接近離反移動させる可動部材２３を備える。可動部材２３は、例えばシーム溶接機２の側方近傍に固定されたロータリーシリンダ２４で水平方向に往復揺動可能に支持されたＬ形振込みアーム２５と、この振込みアーム２５に水平方向に往復移動可能に支持されたスライダー２６を備える。
【００１６】
振込みアーム２５は、図２に示すようにロータリーシリンダ２４から水平方向に延在する基部２５ａと、基部２５ａの先端から水平方向に直角に延びる先端部２５ｂで構成され、先端部２５ｂの外面に水平方向に固定されたガイドレール２７にスライダー２６が摺動可能に支持される。スライダー２６の上部に、スライダー２６の前方に向けて延びる揺動軸２８の基端が回転可能に連結され、この揺動軸２８の先端に接触子２１が取付けられる。スライダー２６の前端から延びる支持軸２９の先端に変位センサー２２が固定される。変位センサー２２は接触子２１の垂直方向下方近傍に位置して、接触子２１の高さを直接に計測する接触式の市販センサーが使用される。振込みアーム２５の先端部２５ｂに固定した前後動シリンダー３０でスライダー２６を前後移動させると、接触子２１と変位センサー２２が上下関係を維持して共に前後動する。
【００１７】
シーム溶接機２が図５のロボット１と共にワーク３の周縁部３'をシーム溶接するとき、振込みアーム２５はシーム溶接機２から離れた図２の鎖線で示す位置で待機する。ワーク３のシーム溶接が終了して下部電極輪４の頂点Ｐの高さ位置を定期的或いは定常的に自動計測する時点において、振込みアーム２５が図２の鎖線待機位置から実線計測位置まで水平に揺動して、次の要領で下部電極輪４の頂点Ｐの高さが自動計測される。
【００１８】
振込みアーム２５の先端部が下部電極輪４の前面近傍まで揺動すると、図１に示すように接触子２１が下部電極輪４の外周上部の頂点Ｐから手前側に少し離れた位置まで移動し、下部電極輪４の前面近傍に変位センサー２２が移動する。この状態でスライダー２６を水平に前進移動させると、揺動軸２８に支持された接触子２１が下部電極輪４の外周上部を頂点Ｐに向けてスライドすることで上昇しながら前進し、一方、変位センサー２２は水平に前進する。図３に示すように、接触子２１が下部電極輪４の外周上部の頂点Ｐの近くを頂点Ｐに向けてスライドすると、水平移動する変位センサー２２との距離が徐々に増大して、接触子２１が頂点Ｐに達した時点で変位センサー２２との距離が最大となり、接触子２１が頂点Ｐを過ぎると変位センサー２２との距離が徐々に縮小していく。従って、変位センサー２２で計測される接触子２１の高さの計測値の最大値を求めれば、下部電極輪４の頂点Ｐの高さが求められる。
【００１９】
以上のように接触子２１を下部電極輪４の外周上部にスライドさせて高さを計測することで、接触子２１が上部電極輪５と干渉することなくスライド移動して、下部電極輪４の頂点Ｐの高さが簡単、正確に自動計測できる。そして、このような電極輪高さの計測値を利用して下部電極輪４の適正位置への上昇が自動的に行え、その本発明装置例を図４に基づき説明する。
【００２０】
下部電極輪４の外周面がメッキ層除去で研磨された後の頂点Ｐの高さ位置を上記要領で変位センサー２２が計測すると、その計測値を表示器３１で表示させると共に、計測データを図５のロボット１の制御系である例えばインターロック盤３２に入力する。ロボット１のインターロック盤３２は、下部電極輪４の頂点Ｐの高さの良否を判断する許容値データと変位センサー２２からの測定値データとを比較して、変位センサー２２からの計測値が許容値内であると判断すると下部電極輪４の高さを変えずにシーム溶接を継続させ、計測値が許容値を超えたと判断すると当該計測値の基準値からのマイナス変動分だけワーク３を下降シフト（Ｚ軸高さシフト）させるべくロボット１の制御系を変更した後、シーム溶接を続行させる。
【００２１】
上記のようなロボット１のシフト機能は、一般の工業ロボットに標準装備されている機能であり、この既存のシフト機能を利用することで下部電極輪４の頂点高さの減少に自動対応することが可能となり、既存設備の有効利用が図れる。また、下部電極輪４の外径の計測と必要に応じたワークの下降シフト移動の自動化により、シーム溶接の全自動化が容易となる。
【００２２】
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であり、例えば前記実施形態ではワークの高さを変更して下部電極輪の基準高さ減少に対応したが、この基準高さ減少分だけ下部電極輪自体をジャッキなどの適当な昇降手段を使用して上昇シフトさせることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、シーム溶接機の下部電極輪の外周の頂点の高さ位置が接触子と変位センサーで自動計測され、この計測値に基づいてロボットで支持されたワークの高さが自動修正されるので、シーム溶接機とロボットを使用したシーム溶接設備の全自動化、作業能率の向上化が容易となる。また、かかる自動化によって下部電極輪の基準高さのバラツキに起因する溶接品質のバラツキが解消され、自動車の燃料タンクのような高溶接品質が要求されるワークに好適な電極輪高さ計測装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における電極輪高さ計測装置の実施例を示す正面図である。
【図２】 図１装置の部分平面図である。
【図３】 図１装置における接触子と変位センサーと下部電極輪の関係を示す正面図である。
【図４】 本発明における電極輪高さ計測装置の実施例を示す動作フロー図である。
【図５】 ロボットとシーム溶接機を使用した既存のシーム溶接設備の概要を示す正面図である。
【図６】 図５設備におけるシーム溶接機のシーム溶接動作時での一対の電極輪の正面図である。
【図７】 図５設備におけるシーム溶接機のシーム溶接後の一対の電極輪の正面図である。
【図８】 図７における下部電極輪の研削前と研削後の正面図である。
【図９】 図６の一対の電極輪による正常溶接時と不良溶接時の側面図である。
【符号の説明】
１ ロボット
２ シーム溶接機
３ ワーク
４ 下部電極輪
５ 上部電極輪
２１ 接触子
２２ 変位センサー

Claims (1)

1. ロボットに支持されたワークの周縁部をシーム溶接機の上下一対の回転及び上下動可能な電極輪で上下から挾持し、下部電極輪の外周の頂点の高さを基準としてワーク周縁部をシーム溶接するシーム溶接機の下部電極輪の高さ計測装置であって、水平方向に往復移動可能に支持され前記往復移動経路の一端の待機位置から前記往復移動経路の他端の計測位置まで移動するスライダー（２６）と、スライダー（２６）に対して上下方向に揺動自在に取付けられ、スライダー（２６）の移動により下部電極輪の外周の上部の周方向にスライド移動する接触子（２１）と、スライダー（２６）の前端であって接触子（２１）の垂直方向下方位置でしかも接触子（２１）よりも下部電極輪の前側にオフセットされて固定され、接触子（２１）がスライダー（２６）の移動により下部電極輪の外周上部をスライド移動すると同一高さを保持したまま接触子の移動方向に水平移動して接触子の高さを逐一計測する接触式変位センサー（２２）とを具備し、接触子が下部電極輪の外周上部の頂点に到達したときの変位センサーの計測値を下部電極輪の高さとしたことを特徴とするシーム溶接機の電極輪高さ計測装置。

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