JP4636261B2

JP4636261B2 - 鋼板の突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法

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Publication number: JP4636261B2
Application number: JP2005300537A
Authority: JP
Inventors: 匡弘西尾; 雅樹丹沢; 雅子肥田; 孝恭清水; 啓一柏原; 修司酒見
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP2007105775A; CN101287572A; US20090159579A1; CN101287572B; US8003914B2; WO2007043707A9; WO2007043707A1

Description

本発明は、鋼板の突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法に関するもので、特に、ブランキングされた鋼板同士を突合せ溶接するための突合せ溶接システム及び突合せ溶接方法に関する。

従来から、自動車の外板部品等においては、車体の軽量化や衝突安全性能を高めるために、相互に板厚や機械的性質が異なる鋼板同士を接合して形成されるテーラードブランク材が用いられる。例えば、ブランキングされた鋼板（以下、ブランク材と称する。）同士を突合せて、該ブランク材同士の突合せ部（以下、単に突合せ部と称する。）にレーザ光を照射することにより当該ブランク材同士を突合せ溶接してテーラードブランク材を得る場合、該突合せ部の隙間が許容値（許容される隙間の大きさ）よりも大きいと、ピンホール等の溶接欠陥を生じる虞がある。したがって、ブランク材同士の突合せ溶接では、突合せ部の隙間の管理が極めて重要になる。そこで、突合せ部の隙間を許容値以下に収める術として、各ブランク材の各被突合せ部の直線精度を高めることが考えられる。しかしながら、各ブランク材の各被突合せ部がブランキングによって形成される場合、ブランキング型（ブランキング刃）の精度を高い精度に保持する必要があるため、作業者に高い技能が要求されると共にブランキング型の厳格な管理を要する。

また、レーザを用いる切断加工によっても各ブランク材の各被突合せ部の直線精度を高めることができるが、設備コスト及び製造コストが増大する。そこで、特許文献１には、ブランク材同士を突合せた状態で突合せ部に突合せ荷重を付与させた後、該突合せ荷重を開放することにより、各ブランク材の各被突合せ部を整合させて当該突合せ部の直線精度を高める突合せ接合装置の記載がある。しかしながら、上記特許文献１の突合せ接合装置では、ブランク材の被突合せ部に比較的大きな凹凸やバリが存在する場合、突合せ荷重を開放した時に突合せ部に隙間が生じてしまい、当該突合せ部にピンホール等の溶接欠陥が発生する虞がある。また、この種の突合せ接合装置では、ブランク材を保持するクランプ装置が各ブランク材の形状に合わせて専用に製作されているため、汎用性に問題がある。そこで、各エアシリンダによって駆動される複数個のクランパを突合せ部に沿って配設してもよいが、多数のエアシリンダが必要になるため、製造コストが増大する。

一方、従来のレーザ溶接装置では、溶接品質を確保するために、定期的に、パワーメータを用いてパワーレーザ（実際に溶接に用いられるレーザ光）のレーザ出力を測定して発振器のレーザ出力の補正が行われるものがあるが、測定に時間を要するため（10〜60sec）、生産性の問題から製品毎にレーザ出力を測定することができず、レーザ出力に問題があることが発覚した時点で、溶接欠陥がある製品を大量に生産してしまう虞がある。また、従来のレーザ溶接装置では、ＣＣＤカメラ等の視覚センサによって撮像された画像データに基づいて、溶接ビードにおけるピンホールの有無を判別するピンホール検出装置を備えるものがあるが、画像処理に時間を要することから、ピンホール検出を溶接と同時に実行することができず、ピンホール検出は、専ら、溶接後に検査工程で行われていたのが現状であった。このため、検査工程に多大な工数が発生していたため、溶接時と同時にピンホールの検出が可能なシステムが要望されていた。
特開２００３−２７５８８３号公報（段落番号００１４〜００３４、図１）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、製品の品質が確保される鋼板の突合せ溶接システムを提供することにある。
また、第２の目的は、製品の品質が確保される鋼板の突合せ溶接方法を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、鋼板同士が突合せ部で溶接されて接合される突合せ溶接システムであって、接合される各鋼板が各鋼板の各被突合せ部近傍で把持される把持手段と、該把持手段によって把持された前記鋼板同士が各被突合せ部で突合されると共に、突合された前記鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される突合せ手段と、該突合せ手段によって突合された前記鋼板が相対移動されて各鋼板の各被突合せ部が摺合される摺合せ手段と、前記鋼板の突合せ部が溶接線に沿って溶接される溶接手段と、を具備して、前記把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、該基台の上方に前記基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されて前記クランプバーに沿って配列される複数個のクランパと、前記クランプバーと各クランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、前記クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、各クランパの端部寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力が、中央寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力よりも大きく設定されることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項７に記載の発明は、接合させる各鋼板を各鋼板の各被突合せ部近傍で把持する把持手段を具備する突合せ溶接システムを用いて、鋼板同士を突合せ部で溶接して接合する突合せ溶接方法であって、前記把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、該基台の上方に前記基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されて前記クランプバーに沿って配列される複数個のクランパと、前記クランプバーと各クランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、前記クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、また、各クランパの端部寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力を、中央寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力よりも大きく設定しておいて、前記クランプバー駆動手段によって前記クランプバーを下降させて、中央寄りの把持力に対して端部寄りの把持力が大きい各クランパによって各鋼板を各被突合せ部近傍で把持して、次に、鋼板同士を各被突合せ部で突合せると共に該鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重を付与させて、この状態で、前記鋼板を相対移動させて各鋼板の各被突合せ部を摺合せた後、前記鋼板の前記突合せ部を溶接することを特徴とする鋼板の突合せ溶接方法。
ことを特徴とする。

製品の品質が確保される突合せ溶接システム及び鋼板の突合せ溶接方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明する。図１に示されるように、本突合せ溶接システムは、相互に接合される各ブランク材１，２（鋼板）が各マグネットコンベア３，４上に１枚づつ供給（載置）されるワーク供給装置５と、各マグネットコンベア３，４上に載置された各ブランク材１，２が各々所定位置に位置決めされるワーク位置決め装置６と、該ワーク位置決め装置６によって位置決めされた各ブランク材１，２が、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａ近傍で把持されるワーク把持装置７（把持手段）と、該ワーク把持装置７によって把持された各ブランク材１，２が各被突合せ部１ａ，２ａで突合されると共に、該ブランク材１，２の突合せ部８に所定の突合せ荷重が付与されるワーク突合せ装置９（突合せ手段）と、該ワーク突合せ装置９によって突合された上記ブランク材１，２が溶接線方向（図１における紙面視方向）に相対移動されて各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａが摺合されるワーク摺合せ装置１０（摺合せ手段）と、該ワーク摺合せ装置１０によって摺合された上記ブランク材１，２の突合せ部８が溶接線に沿ってレーザ溶接される溶接装置１１（溶接手段）と、を含んで構成される。

図２及び図３に示されるように、上記ワーク供給装置５は、ロボット制御装置の制御に基づいて動作するロボットアーム１２と、該ロボットアーム１２に装着されるパッドフレーム１３と、該パッドフレーム１３に配設される複数個（例えば、３×３配列で合計９個。）の吸着パッド１４（真空圧パッド）とを、各ブランク材１，２に対応して各々備える。各吸着パッド１４は、上記パッドフレーム１３に当該パッドフレーム１３に対して上下動可能に垂設された各シャフト１５の下端部に取付けられて、各シャフト１５には吸着時に各吸着パッド１４を各ブランク材１，２に向けて押付ける圧縮コイルばね１６が外挿される。そして、上記ワーク供給装置５は、各パッドフレーム１３を、各ロボットアーム１２によって、各素材パレット１７に積載された各ブランク材１，２の直上の吸着位置に位置決めさせて、この状態で、各パッドフレーム１３の各吸着パッド１４を各ブランク材１，２に吸着させる。この状態で、各パッドフレーム１３が上方へ移動されることにより、各素材パレット１７から各ブランク材１，２が１枚だけ取出される構造になっている。

なお、上記ワーク供給装置５では、正面視（図３における紙面視）において、各パッドフレーム１３の中央に配列される各シャフト１５の長さを他の列（外側の列）に配設されるシャフト１５の長さよりも長く設定される。これにより、図３に示されるように、各ブランク材１，２の搬送時に、各ブランク材１，２が自重によって中央が低くなるように撓み、各吸着パッド１４への負荷が均一化されるため、特定の吸着パッド１４に負荷が集中することによる吸着パッド１４の外れが防止される構造になっている。また、各素材パレット１７には、最上部のブランク材１，２の一端部を浮かせることにより各ブランク材１，２の重ね取りを防ぐマグネットフロータが装備される。図１に示されるように、上記ワーク位置決め装置６は、正面視（図１における紙面視）で上記溶接装置１１のパワーモータヘッド１８の左右両側に配設される各マグネットコンベア３，４を備えて、上記ワーク供給装置５によって供給された各ブランク材１，２が各マグネットコンベア３，４の磁力によって保持（吸着）される構造になっている。

また、図４に示されるように、上記ワーク位置決め装置６は、各マグネットコンベア３，４の溶接線方向（図４における上下方向）の一側（図４における下側）に、各マグネットコンベア３，４の搬送面（上面）に対して突出する一対の位置決めピン１９，２０を備える。そして、上記ワーク位置決め装置６は、各マグネットコンベア３，４が溶接線方向の一側へ移動されることにより、上記ワーク供給装置５によって各マグネットコンベア３，４上に載置された各ブランク材１，２が溶接線方向の一側へ移動される。これにより、各ブランク材１，２の一側（図４における下側）が各位置決めピン１９，２０に当接されて、各ブランク材１，２が溶接線方向へ位置決めされる構造になっている。また、図１及び図４に示されるように、上記ワーク位置決め装置６は、並設される上記マグネットコンベア３とマグネットコンベア４との間に、上昇／下降することにより各マグネットコンベア３，４の搬送面（上面）に対して出没可能な複数個の位置決めピン４０が、溶接線方向（図４における上下方向）に沿って一列に配設される。

そして、上記ワーク位置決め装置６では、各ブランク材１，２が各位置決めピン１９，２０によって溶接線方向へ位置決めされた後、各マグネットコンベア３，４が前進側に駆動されて、各ブランク材１，２が前進側へ移動（マグネットコンベア３では、ブランク材１が図４における右方向へ移動。マグネットコンベア４では、ブランク材２が図４における左方向へ移動。）されることにより、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａが各位置決めピン４０に当接されて、各ブランク材１，２が突合せ方向（図４における左右方向）に位置決めされる構造になっている。図５に示されるように、上記ワーク把持装置７は、溶接線方向（図１における紙面視方向。）へ延びる治具ベース２１（基台）と、上下移動されることにより該治具ベース２１に対して近接離反されるクランプバー２２と、によって構成される各クランプユニットを備える。該クランプユニットは、上記クランプバー２２に垂設されて、当該クランプバー２２に沿って一列に配列される複数個（本実施の形態では、４個。）のクランパ２３を備える。

図６に示されるように、上記クランパ２３は、両端が、上記クランプバー２２に対して上下移動可能な一対のシャフト２４によって吊持されており、一対のシャフト２４間における当該クランパ２３と上記クランプバー２２との間には、複数個（本実施の形態では、４個。）の圧縮コイルばね２５（圧縮ばね）が配設される。そして、上記ワーク把持装置７は、各クランパ２３の外側に配置される圧縮コイルばね２５のばね力が、内側に配置される圧縮コイルばね２５のばね力よりも強く（２〜４倍）設定される。これにより、上記ワーク把持装置７では、各クランパ２３の中央が凹状に反ることが防止されて、各クランパ２３によって各ブランク材１，２が各治具ベース２１上の各ブランク材１，２に密着される構造になっている。また、上記ワーク把持装置７は、上記シャフト２４の長さが、クランプバー２２の中央寄りに配置されるものほど長く形成される。

これにより、図５に示されるように、上記クランパ２３が、クランプバー２２の中央寄りの端部ほど低くなるように治具ベース２１に対して傾斜して設けられると共に、クランプバー２２の中央寄りに配置されたクランパ２３ほど低く取付けられる。これにより、上記ワーク把持装置７では、各ブランク材１，２の把持時に、クランプシリンダ２６による荷重によってクランプバー２２が凸状に変形した場合であっても、中央に配置されたクランパ２３によるクランプ力（把持力）が、外側に配置されたクランパ２３に対して低下してしまうことが防がれて、各ブランク材１，２の治具ベース２１に対する密着不足が防止される構造になっている。なお、各クランパ２３のクランプ面には、ブランク材１，２のグリップ力を高めるための凹凸が設けられる。

図７に示されるように、上記ワーク突合せ装置９は、一方のクランプユニットを他方のクランプユニットに向けて移動させる一対の突合せシリンダ２７を備えて、該一対の突合せシリンダ２７によって、可動側のブランク材２をクランプ（把持）した他方クランプユニットを、固定側のブランク材１をクランプした一方のクランプユニットに向けて移動させることにより、ブランク材１の被突合せ部１ａとブランク材２の被突合せ部２ａとが突合されると共に、ブランク材１とブランク材２との突合せ部８（以下、単に突合せ部８と称する。）に所定の突合せ荷重（10〜50 kN/m）が負荷される構造になっている。また、図８に示されるように、上記ワーク摺合せ装置１０は、他方のクランプユニットを一方のクランプユニットに対して溶接線方向（図８における左右方向）へ往復動させる摺合せシリンダ２８を備える。

そして、上記ワーク摺合せ装置１０は、上記ワーク突合せ装置９によって上記突合せ部８に突合せ荷重が負荷された状態で、他方のクランプユニットを一方向への移動距離5mmで１往復させて、ブランク材１の被突合せ部１ａ（端面）とブランク材２の被突合せ部２ａ（端面）とを摺合せることにより、上記突合せ部８の隙間が狭められる（本実施の形態では、0.1mm以下。）構造になっている。なお、上記摺合せシリンダ２８によって駆動される側のクランプユニットは、各ブランク材１，２の摺合せ時に、直動ガイドによって溶接線方向へ案内される。上記溶接装置１１は、発振器、光学系、パワーモータヘッド１８、レーザヘッド駆動機構、レーザ制御装置を含んで構成されて、発振器で発生させたレーザ光が光学系を介してパワーモータヘッド１８から上記突合せ部８に照射される。そして、レーザ制御装置の制御に基づいて上記パワーモータヘッド１８を移動させて、上記突合せ部８に照射されたレーザ光の焦点位置を溶接線に沿って移動させることにより、上記突合せ部８が溶接されてブランク材１とブランク材２とが接合される構造になっている。

また、本突合せ溶接システムは、上記ワーク位置決め装置６によって位置決めされた各ブランク材１，２（ワーク把持装置７の各クランプユニットによって把持される直前の各ブランク材１，２）の溶接線方向の位置、及び上記ワーク摺合せ装置１０による摺合せが完了したブランク材１，２の突合せ部８の隙間が計測される位置決め状態監視装置を備える。該位置決め状態監視装置は、図９に示されるように、複数個のＣＣＤカメラ２９と、マイクロコンピュータによって構成される位置決め状態判定装置３０とによって構成されており、各ＣＣＤカメラ２９によって撮像された画像が処理されて得られる画像データに基づいて、各ブランク材１，２の溶接線方向の位置及び上記突合せ部８の隙間が計測されて、該計測結果に基づいてOK／NGが判定される構造になっている。なお、画像処理及び判定処理には、従来の制御ロジックが適宜用いられる。

また、本突合せ溶接システムは、上記溶接装置１１によってレーザ溶接された突合せ部８（以下、溶接部８と称する。）のピンホール（溶接欠陥）を検出するピンホール検出装置（ピンホール検出手段）を備える。該ピンホール検出装置は、図１０に示されるように、上記パワーモータヘッド１８に収容される光学系に設けられる低反射ミラー３１と、該低反射ミラー３１で反射したレーザ光３２（以下、反射光３２と称する。）が取込まれるフォトセンサ３３と、マイクロコンピュータによって構成されて、該フォトセンサ３３によって取込まれた上記反射光３２の強度に基づいて上記溶接部８におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定されるピンホール判定装置３４と、を備える。そして、上記ピンホール検出装置では、図１１に示されるように、溶接中の上記反射光３２の強度（以下、反射光強度と称する。）が連続して計測される（図１１におけるステップ１）。

そして、上記上記ピンホール判定装置３４では、計測された反射光強度（計測結果）は、上記ピンホール判定装置３４によって処理（例えば、ＦＦＴ処理。）されて、ピンホールによる反射光強度の変化が含まれる高周波成分と、ノイズや反射光３２の連続的な変化が含まれる低周波成分とに分離される（図１１におけるステップ２）。また、上記上記ピンホール判定装置３４では、上記反射光強度の高周波成分（100〜500Hz）と低周波成分（10〜50Hz）との差が算出されて、該算出結果に基づいてピンホール判定用データが作成される（図１１におけるステップ３）。さらに、上記ピンホール判定装置３４では、上記ピンホール判定用データと記憶部（メモリ）に記憶された第１のしきい値とが比較されて（図１１におけるステップ４）、溶接部８において、ピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分がある場合（図１１におけるステップ４のYES）、溶接部８におけるピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）が算出される（図１１におけるステップ５）。

なお、図１１におけるステップ４において、ピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分がない場合（図１１におけるステップ４のNO）、OK（ピンホール無し）と判定される（図１１におけるステップ６）。また、上記ピンホール判定装置３４では、上記ステップ５によって算出された溶接部８におけるピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）と、記憶部（メモリ）に記憶された第２のしきい値とが比較される（図１１におけるステップ７）。そして、上記ステップ５によって算出された、溶接部８におけるピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）に、上記第２のしきい値を越える部分がある場合（図１１におけるステップ７のYES）、最終的に、溶接部８にNG（ピンホール有り）と判定される（図１１におけるステップ８）。また、図１１におけるステップ７において、上記ステップ７によって算出された、溶接部８におけるピンホール判定用データが第１のしきい値よりも下回った部分の長さ（データ数）に、上記第２のしきい値を越える部分がない場合（図１１におけるステップ７のNO）、OK（ピンホール無し）と判定される（図１１におけるステップ９）。

なお、上記ピンホール検出装置は、溶接部８にピンホールが発生した場合、パワーレーザ（パワーモータヘッド１８から突合せ部８に向けて照射されるレーザ光）が溶接に使用されずに突合せ部８からブランク材１，２の裏側へ抜けることから上記反射光強度が定常状態（ピンホールがない状態）として弱くなる、という現象を利用して当該反射光強度を規格化したことにより成立している。図９に示されるように、本突合せ溶接システムは、スリット状のレーザ光が上記溶接部８に向けて照射される光源と、該光源によって上記スリット状のレーザ光が照射された溶接部８の画像が撮像されるＣＣＤカメラ３５と、マイクロコンピュータによって構成されるビード判定装置とによって構成されるビード形状検査装置を備える。該ビード形状検査装置では、ＣＣＤカメラ３５によって撮像された画像が処理されて得られる画像データに基づいて上記溶接部８のビード高さ及び溶接部８両側の各ブランク材１，２の高さが溶接と同時に測定されて、該測定結果に基づいて当該溶接部８のOK／NGが判定される構造になっている。なお、画像処理及び判定処理には、従来の制御ロジックが適宜用いられる。

また、本突合せ溶接システムは、パワーレーザのレーザ出力（実際に溶接に使用されるレーザ光の出力。発振器におけるレーザ出力と区別して用いられる。）が短時間（0.5sec）で測定されて、該測定結果に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレーザ出力調節装置を備える。該レーザ出力調節装置は、図１２に示されるように、パワーモータヘッド１８に収容された光学系の透過光（レーザ光）が取込まれるフォトセンサ３７と、マイクロコンピュータによって構成される制御装置３８とを含んで構成される。上記レーザ出力調節装置では、上記フォトセンサ３７によって取込まれたレーザ光がアンプ３９によって電気信号に変換されて、該電気信号に基づいて上記制御装置３８によって上記パワーレーザのレーザ出力が算出される構造になっている。なお、上記制御装置３８において、アンプ３９によって変換された電気信号からパワーレーザのレーザ出力が算出される過程で、所定の出力変換式が用いられる。

また、上記レーザ出力調節装置では、上記出力変換式によって算出されたパワーレーザのレーザ出力値に上記制御装置３８によって温度ドリフト補正が施される。さらに、上記レーザ出力調節装置では、上記制御装置３８によって、温度ドリフト補正されたパワーレーザのレーザ出力値の、予め設定されたパワーレーザのレーザ出力の上限値及び下限値に対する過不足割合が算出されて、該算出されたパワーレーザのレーザ出力の過不足割合に基づいて、上記発振器のレーザ出力が調節される構造になっている。

次に、本突合せ溶接システムの作用を説明する。まず、ワーク供給装置５によって、各素材パレット１７に積載された各ブランク材１，２（鋼板）が最上部のものから取出されて各マグネットコンベア３，４へ向けて搬送される。ここで、各パッドフレーム１３の各吸着パッド１４のうち、中央に配列される各吸着パッド１４が、他の列（外側の列）に配列される吸着パッド１４よりも低い位置に取付けられるため、各ブランク材１，２が撓んだ状態で搬送されて、吸着ミス及び吸着外れが防止される。そして、図１４に示されるように、搬送された各ブランク材１，２がワーク位置決め装置６の各マグネットコンベア３，４上に載置されると、各マグネットコンベア３，４が溶接線方向（図１４における上下方向）の一側（図１４における下側）へ移動されて、各マグネットコンベア３，４上に載置された各ブランク材１，２が溶接線方向の一側へ移動される。これにより、各ブランク材１，２の一側（図１４における下側）が各位置決めピン１９，２０に当接されて、各ブランク材１，２が溶接線方向へ位置決めされる。

次に、各ブランク材１，２が溶接線方向へ位置決めされると、各位置決めピン４０が上昇して、各マグネットコンベア３，４が前進側に駆動される。これにより、各ブランク材１，２が前進側へ移動（マグネットコンベア３では、ブランク材１が図１４における右方向へ移動。マグネットコンベア４では、ブランク材２が図１４における左方向へ移動。）されて、図１に示されるように、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａが各位置決めピン４０に当接されることにより、各ブランク材１，２が突合せ方向（図１における左右方向）に位置決めされる。そして、各ブランク材１，２の位置決め完了後、位置決め状態監視装置によって各ブランク材１，２の溶接線方向の位置が計測されて、当該位置決め状態監視装置によって0Kと判定された場合に、ワーク把持装置７（把持手段）の各クランプユニットの各クランプバー２２が下降されて、各クランプユニットによって各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａ近傍が把持される。

そして、各クランプユニットのクランパ２３とクランプバー２２との間に並列に設けられる４本の圧縮コイルばね２５のうち、外側に配置される圧縮コイルばね２５のばね力が内側（中央）に配置される圧縮コイルばね２５のばね力よりも大きく設定されるため、クランプ時に、クランパ２３の中央が凹状に反ることが防がれて、各ブランク材１，２の各治具ベース２１に対する密着不足が防止される。さらに、図５に示されるように、各クランパ２３のクランプバー２２の中央寄りの端部ほど低くなるように各クランパ２３が傾斜して設けられると共に、クランプバー２２の中央寄りに配置されるクランパ２３ほど低くなるように各クランパ２３が設けられることにより、各ブランク材１，２の把持時における荷重によって、各クランプバー２２の中央が凸状に変形された場合であっても、各クランプバー２２の中央寄りのクランパ２３の把持力が低下するのが防がれて、各ブランク材１，２の各治具ベース２１に対する密着不足が防止される。

なお、位置決め状態監視装置によってNG（位置決め不良）と判定された場合、システムが停止されてワーク位置決め不良のアラームが作動する。この場合、各ブランク材１，２の位置を修正後、システムがリスタートされると、再度、位置決め状態監視装置によって各ブランク材１，２の溶接線方向の位置が計測される。また、各クランプユニットによって各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａ近傍が把持されると、各位置決めピン４０が下降される。また、各クランプユニットによって各ブランク材１，２が把持されると、各位置決めピン４０が下降されて退避される。次に、図１３に示されるように、ワーク突合せ装置９によって、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａが突合されて該突合せ部８に突合せ荷重が負荷される。この状態で、ワーク摺合せ装置１０（摺合せ手段）によって、ブランク材２がブランク材１に対して片道5mmの移動量で溶接線方向（図１３における紙面視方向）へ往復動される。

これにより、双方のブランク材１，２の被突合せ部１ａ，２ａが摺合されて、突合せ部８の隙間をレーザ溶接に向けて好適な0.1mm以下とすることができる。そして、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａの摺合せが完了すると、位置決め状態監視装置によってブランク材１，２の突合せ部８の隙間が計測される。そして、位置決め状態監視装置によって0Kと判定された場合に、レーザ出力調節装置によってパワーレーザのレーザ出力が計測されて、該計測結果に基づいて発振器のレーザ出力が調節される。なお、位置決め状態監視装置によってNG（突合せ不良）と判定された場合、システムが停止されて突合せ不良のアラームが作動する。この場合、突合せ部８の隙間を修正後、システムがリスタートされると、再度、位置決め状態監視装置によって突合せ部８の隙間が計測される。また、レーザ出力調節装置によって発振器のレーザ出力が調節されると、溶接装置（溶接手段）によって当該突合せ部８のレーザ溶接が開始される。

そして、ピンホール検出装置（ピンホール検出手段）によって、溶接加工と並行して、レーザ光の反射光強度が計測されて、該計測結果に基づいて溶接部８におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定される。なお、ピンホール検出装置によってNG（ピンホール有り）と判定された場合、アラームが作動して、NG（ピンホール有り）信号が外部へ出力される。さらに、本突合せ溶接システムでは、ビード形状検査装置によって、ＣＣＤカメラ３５によって撮像された溶接部８の画像に基づいて溶接部８のビード高さ及び溶接部８両側の各ブランク材１，２の高さが溶接と同時に測定されて、該測定結果に基づいて溶接部８のOK／NGが判定される。なお、ビード形状検査装置によってNG（溶接不良）と判定された場合も、アラームが作動して、NG（溶接不良）信号が外部へ出力される。そして、本突合せ溶接システムでは、溶接が完了すると、ワーク把持装置７の各クランプユニットの各クランプバー２２が上昇することにより各クランプユニットによる製品（テーラードブランク材）の把持が解放されて、ワーク位置決め装置６の各マグネットコンベア３，４によって当該製品が搬出される。また、搬出された製品は、所定の搬送装置によって搬送されて製品パレットに積み込まれる。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本突合せ溶接システムでは、相互に接合される各ブランク材１，２（鋼板）の各被突合せ部１ａ，２ａが突合されて、該突合せ部８に所定の突合せ荷重が負荷される。そして、この状態で、ブランク材１，２が溶接線方向へ相対移動されて、突合せ部８（ブランク材１の被突合せ部１ａとブランク材２の被突合せ部２ａと）が摺合される。これにより、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａに形成される凹凸が平坦化されて、摺合せしない場合と比較して、各ブランク材１，２の各被突合せ部１ａ，２ａの直線精度が高められる。したがって、突合せ部８の隙間が極めて小さくなり、当該突合せ部８の溶接が容易になる。これにより、良好な溶接ビードが得られて、製品の品質が確保される。

また、本突合せ溶接システムでは、ワーク把持装置７（把持手段）の各クランプユニットの各クランパ２３が溶接線方向へ複数個に分割されて形成されると共に、各クランパ２３と各クランプバー２２との間に複数個の圧縮コイルばね２５（圧縮ばね）が並列に介装される。そして、各クランパ２３の外側に配置される圧縮コイルばね２５のばね力が内側（中央）に配置される圧縮コイルばね２５のばね力よりも大きく設定されることにより、各クランパ２３が凹状に反るように変形するのが防がれる。これにより、各クランパ２３の全長に亘って各ブランク材１，２を各治具ベース２１（基台）に密着させることができる。さらに、クランパ２３が、当該クランパ２３のクランプバー２２の中央寄りの端部ほど低くなるように傾斜して設けられると共に、クランプバー２２の中央寄りに配置されるクランパ２３ほど低くなるように各クランパ２３が設けられるため、各ブランク材１，２の把持時における荷重によって、各クランプバー２２の中央が凸状に変形された場合であっても、各クランプバー２２の中央寄りの各クランパ２３による把持力不足が防がれて、各ブランク材１，２が各治具ベース２１に確実に密着される。また、ワーク把持装置７は、汎用性が高く、多様なブランク材に対応させることができる。

また、本突合せ溶接システムでは、ピンホール検出装置（ピンホール検出手段）によって、溶接中のレーザ光の光学系における反射光強度が計測されて、該計測結果に基づいて溶接部８におけるピンホール（溶接欠陥）の有無が判定される。したがって、溶接中にピンホールが発生すると即時に該ピンホールを検出することが可能になり、従来、溶接完了後に検査工程で実施されていた溶接欠陥検査が廃止されることにより、工数が削減されて生産性が高められると共に製造コストを低下させることができる。さらに、ピンホール検出装置では、反射光強度に基づいて算出された反射光強度データがしきい値を規定されたデータ数だけ連続して下回った場合にNG（ピンホール有り）と判定されるため、単に反射光強度だけでピンホールの有無を判定する場合と比較して、溶接部８の小さい凹状の傷をピンホールと誤判定することを防止することができる。

また、本突合せ溶接システムは、フォトセンサ３７によって取込まれたレーザの光学系の透過光（レーザ光）を電気信号に変換して、該電気信号に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレーザ出力調節装置を備える、したがって、短時間（0.5sec）でパワーレーザのレーザ出力が測定されて発振器のレーザ出力が調節されるため、生産性を損なわずに、１サイクル毎にレーザ出力を調節することが可能になり、レーザ出力に起因する溶接欠陥を防止することができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
ワーク供給装置５は、吸着手段として吸着パッド１４（真空パッド）を用いたが、一部若しくは全ての吸着パッド１４を必要に応じてマグネットに置換えて構成してもよい。
ワーク位置決め装置６は、１枚取りされた各ブランク材１，２が、各マグネットコンベア３，４の一対の各位置決めピン１９，２０によって溶接線方向へ位置決めされるが、図１５及び図１６に示されるように、一対の各位置決めピン１９，２０を２組或いは３組設けておいて、各ブランク材１，２を２枚取り或いは３枚取りして、複数組の各位置決めピン１９，２０によって複数枚の各ブランク材１，２を同時に溶接線方向へ位置決めするように構成してもよい。
ワーク突合せ装置９は、突合せシリンダ（油圧シリンダ）の駆動力によってクランプユニットが駆動されるが、油圧シリンダの代わりに、サーボモータ、ボールねじ、及び直動ガイドを含んで構成される直動ユニットを用いてクランプユニットを駆動するように構成してもよい。
ワーク摺合せ装置１０は、ブランク材２が溶接線方向へ１往復されて双方のブランク材１，２が摺合されるが、ブランク材２を必要に応じて２往復或いは３往復させてもよい。
ピンホール検出装置は、フォトセンサ３３によって取込まれた反射光３２が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該高周波成分と低周波成分との差を以て反射光強度データとしたが、反射光３２の高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとしてもよい。
レーザ出力調節装置は、光学系の透過光がフォトセンサ３７によって取込まれるが、光学系の反射光をフォトセンサ３７によって取込んで電気信号に変換するように構成してもよい。また、レーザの冷却された金属製ビームダンパーからの散乱光の一部をフォトセンサ３７によって取込んで電気信号に変換するように構成してもよい。

本突合せ溶接システムの概略構成を示す図である。ワーク供給装置の説明図で、素材パレットに積載された最上部のブランク材を各吸着パッドによって吸着している状態を示す図である。ワーク供給装置の説明図で、搬送中のブランク材を示す図である。ワーク位置決め装置の説明図で、一対の位置決めピンによってブランク材が位置決めされる状態を示す図である。ワーク把持装置の正面図である。ワーク把持装置の説明図で、圧縮コイルばねがクランパとクランプバーとの間に並列に介装された状態を示す図である。把持装置の各クランプユニットによって把持された各ブランク材が、ワーク突合せ装置によって突合された状態を示す平面図である。ワーク摺合せ装置の説明図で、固定側のブランク材に対して可動側のブランク材が溶接線方向へ往復動される状態を示す平面図である。レーザヘッド周辺における位置決め状態監視装置及びビード形状検査装置のＣＣＤカメラの配置を示す斜視図である。ピンホール検出装置の概略構成を示す図である。ピンホール検出装置のフローチャート図である。レーザ出力調節装置の概略構成を示す図である。把持装置の各クランプユニットによって把持された各ブランク材が、ワーク突合せ装置によって突合された状態を示す正面図である。ワーク位置決め装置の説明図で、ワーク供給装置によってマグネットコンベア上に載置された直後のブランク材を示す図である。他の実施の形態の説明図で、２枚取りされたブランク材がワーク位置決め装置によって位置決めされる状態を示す図である。他の実施の形態の説明図で、３枚取りされたブランク材がワーク位置決め装置によって位置決めされる状態を示す図である。

１，２ブランク材、１ａ，２ａ被突合せ部、３，４マグネットコンベア（コンベア）、７ワーク把持装置（把持手段）、８突合せ部、９ワーク突合せ装置（突合せ手段）、１０ワーク摺合せ装置（摺合せ手段）、２１治具ベース（基台）、２２クランプバー、２３クランパ、２５圧縮コイルばね（圧縮ばね）、３２反射光、３３フォトセンサ（ピンホール検出手段）、３７フォトセンサ（レーザ出力調節手段）

Claims

鋼板同士が突合せ部で溶接されて接合される突合せ溶接システムであって、
接合される各鋼板が各鋼板の各被突合せ部近傍で把持される把持手段と、該把持手段によって把持された前記鋼板同士が各被突合せ部で突合されると共に、突合された前記鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重が付与される突合せ手段と、該突合せ手段によって突合された前記鋼板が相対移動されて各鋼板の各被突合せ部が摺合される摺合せ手段と、前記鋼板の突合せ部が溶接線に沿って溶接される溶接手段と、を具備して、
前記把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、該基台の上方に前記基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されて前記クランプバーに沿って配列される複数個のクランパと、前記クランプバーと各クランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、前記クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、
各クランパの端部寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力が、中央寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力よりも大きく設定されることを特徴とする鋼板の突合せ溶接システム。
前記把持手段は、前記クランパが前記クランプバーの中央寄りの端部が低くなるように前記クランプバーに対して傾斜されると共に、前記クランプバーの中央寄りに配置される前記クランパほど低くなるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の突合せ溶接システム。
前記溶接手段は、発振器によって発生させたレーザ光をレーザヘッドから前記突合せ部に照射するレーザ溶接装置であって、前記レーザヘッドに収容される光学系におけるレーザ光の反射光強度に基づいて溶接ビードのピンホールが検出されるピンホール検出手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板の突合せ溶接システム。
前記ピンホール検出手段は、前記レーザヘッドに設けられて前記レーザ光の反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれた反射光が高周波成分と低周波成分とに分離されて、該反射光の高周波成分と低周波成分との差、若しくは高周波成分と低周波成分とを除したものを反射光強度データとして、該反射光強度データがしきい値を所定データ数だけ連続して下回った場合にピンホールが検出されるピンホール検出制御装置と、を具備することを特徴とする請求項３に記載の鋼板の突合せ溶接システム。
前記レーザヘッドの光学部品におけるレーザ光の透過光若しくは反射光の強度に基づいて発振器のレーザ出力が調節されるレーザ出力調節手段を具備することを特徴とする請求項３または４に記載の鋼板の突合せ溶接システム。
前記レーザ出力調節手段は、前記レーザヘッドに設けられて前記レーザ光の透過光若しくは反射光が取込まれるフォトセンサと、該フォトセンサによって取込まれた前記レーザ光の透過光若しくは反射光に基づいて該レーザ光のレーザ出力が測定されると共に、該測定結果に基づいて算出されたレーザ出力調節信号が発振器に出力されるレーザ出力制御装置と、を具備することを特徴とする請求項５に記載の鋼板の突合せ溶接システム。
接合させる各鋼板を各鋼板の各被突合せ部近傍で把持する把持手段を具備する突合せ溶接システムを用いて、鋼板同士を突合せ部で溶接して接合する突合せ溶接方法であって、
前記把持手段は、溶接線に沿って延びて各鋼板の下面の各被突合せ部近傍を支持する基台と、該基台の上方に前記基台に対向して設けられるクランプバーと、該クランプバーに上下移動可能に垂設されて前記クランプバーに沿って配列される複数個のクランパと、前記クランプバーと各クランパとの間に介装されて各クランパ毎に複数個が並列に配置される圧縮ばねと、前記クランプバーを上下方向へ駆動するクランプバー駆動手段と、を具備して、また、各クランパの端部寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力を、中央寄りに配置される前記圧縮ばねのばね力よりも大きく設定しておいて、
前記クランプバー駆動手段によって前記クランプバーを下降させて、中央寄りの把持力に対して端部寄りの把持力が大きい各クランパによって各鋼板を各被突合せ部近傍で把持して、次に、鋼板同士を各被突合せ部で突合せると共に該鋼板の突合せ部に所定の突合せ荷重を付与させて、この状態で、前記鋼板を相対移動させて各鋼板の各被突合せ部を摺合せた後、前記鋼板の前記突合せ部を溶接することを特徴とする鋼板の突合せ溶接方法。