JP4748422B2 - 自動スポット溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は自動スポット溶接方法に係り、詳しくは、下部電極として働く板状電極上においてその縦方向に移動できる門型枠を介在させて上部電極として働く溶接ガンを３次元方向に移動させ、この３次元の移動をコンピュ−タなどの電子計算制御機器における位置制御ユニットにより追跡制御しつつ被溶接材上の溶接打点に相当する位置に位置決めする一方、電子計算制御機器の溶接操作ユニットにより入力情報のうちの溶接条件に応じたプログラムにしたがって溶接打点を加圧通電して溶接し、このようにして順次に溶接打点を溶接するスポット溶接方法である。

なお、この明細書において自動溶接あるいは溶接作業のロボット、被溶接物のセット、溶接作業にほとんど人手が介在しないことのほか、一部に人手によらずに溶接できる方法も含まれる。

例えば圧延鋼板、アルミニウムおよびその合金材、およびＺｎめっき鋼板などの被溶接材などを接合する場合に、少なくとも２枚またはそれ以上の被溶接材などを重ね、これを上下から一対の電極で挾んで加圧、通電して溶接するスポット溶接が用いられる。この溶接法は電気エネルギを溶接熱源とすることから、電気溶接法ともいわれるが、圧接であり融接でもある。最も普及されている溶接法であり、自動車産業のほか金属加工、板金加工の分野でも利用されている。

このスポット溶接は、ナゲットといわれる一つの溶接部の形成に要する時間は僅か数秒であり、このナゲットが重ね合わせた被溶接材の間で空気中の酸素によるアタック（酸化）をうけることなく形成される。このため、不活性ガスなどのシ−ルドガスや添加材などを必要としないという利点をもっている。また、このような利点があるところから、被溶接材などの材質に応じて、溶接電流、加圧力などの溶接条件を一度設定すると、ロボットなどを用いて溶接ができ、このところが大きな特徴である。このところから、安定溶接作業、そのロボット化乃至自動化の技術が数多く開発され、このような技術を挙げると枚挙にいとまがない。このため、現在多数提案されている技術のほとんどがロボット化技術であるといっても過言でない。

また、スポット溶接は用途に応じて大きく分けると、大型の自動車ボディなどの量産用専用機と多品種小ロッドの板金加工用の小型のものとに分けられる。何れも、一定の場所に据付けられ上下の電極が固定されている定置型といわれるものである。

すなわち、前者は自動車工業の発達に合わせて技術的改善を積み重ねたもので、具体的には、モデルチェンジのきわめて多い自動車ボディの製造などの分野の専用機としての用途のほかに、溶接作業の無人化、ロボット化の目的をもって開発されたものである。要するに、溶接技術そのものよりもむしろ所謂溶接ロボットそのものを提案するものがきわめて多い。これに対し、定置型スポット溶接機に代表される後者の小ロッド多品種の工作物の加工に用いられるスポット溶接機はほとんど改善されることはない。数十年にわたっている。要するに、自動化、ロボット化という技術改善は見当らない。

要するに、スポット溶接の原理は大型の自動車ボディ専用溶接機やバッチ式の定置型の溶接機も同じである。いずれも定置型スポット溶接機であって、２枚の被溶接材などを重ね合わせ、これらを固定されている上下一対の棒状電極ではさみ加圧通電する型式のものである。すなわち、２枚の被溶接材をはさみ加圧力と溶接電流とを加える一対の溶接電極を銅などの棒状材から構成し、通電する電流を絞るとともに加圧力を高め溶接部を局部的に加圧、溶融して溶接する。形成されるナゲットは、短時間に大電流を流し高い圧力で加圧するため、点弧状の溶接部である。それ故に、上下の電極はともに棒状であることが必要であり、とくに、先端部を絞って被溶接材などへの通電面積を絞って加圧力と電流量を高める構造そのものを改善する試みはほとんど成されていない。

このため、このようにスポットといわれる溶接部の形成手段が考えられていることから、自動車ボディなどの製造ラインの一部として組込まれる大型スポット溶接機であって、溶接部形成手段の改善されることなく、溶接すべき部品の搬送や溶接などに必要とされる治具の分野の開発であり、その開発によってもたらされるのが溶接作業のロボット化、自動化である。これに反し、所謂板金加工などの用途に供されている定置型スポット溶接機は、バッチ方式であることもあって、ロボット化、自動化のものはほとんど提案されていないし、必要とされる治具の開発や改善も全くといってもいいほどない。

また、所謂板金加工では、金属枠や金属箱などの容器を金属板を切断加工接合してつくることが多く、内部に溶接すべき溶接打点があることが多い。このような溶接打点は棒状の溶接ガンによっては外部から直接打つことができないが、溶接ガンを側方から差し込める構造のため、この欠点を解決したものでもある。

要するに、複雑な形状の構造物の内部に溶接打点がある場合には、上下の電極の間に溶接打点をはさんで溶接する定置型溶接機では溶接できないといっても過言でない。どうしても溶接しようとするときは、作業者自からが手によって被溶接材そのものを内部に棒状の溶接ガンを侵入できる位置に保持し、その姿勢で溶接することになる。この作業はきわめて重筋労働である。多数の作業者が必要になって好ましくない。また、上下の電極の先端の溶接チップは絞られており、このような溶接チップに加圧力を加えると、どうしても溶接打点に溶接きずや溶接あとなどが残り、この除去作業がきわめてはん雑であって大きな重筋労働であり、これによって溶接コストがかさむ。

このところから、先に、本発明者らは、先に、上下から被溶接材をはさむ一対の電極のうちの一方の電極を板状電極として構成し、この電極の表面のいずれのところも電極として働くことのできる溶接機を提案した。この溶接機は小ロッドで複雑な形状の構造物、なかでも、内部に溶接すべき溶接打点があるような構造物であっても、その溶接打点の位置に応じて、それに合致する溶接姿勢が選択でき、溶接にともなう加工や組立てなどの作業も併せて達成できるスポット溶接機である。（特許第３４４５６３６号明細書参照）

このスポット溶接機１は、図６に示すとおりであって、下部の電極２として平坦な導電性の板状材から成る板状電極あるいはシ−ト状電極を働かせ、上部の電極として棒状の溶接ガン３を働かさせる溶接機である。この板状電極２は表面のいずれのところでも下部の電極として働くことができるほか、その上で金属材などの被溶接材Ｗの加工、組立もできる利点をもつものである。このスポット溶接機１は、板状電極２上におかれた被溶接材Ｗに向って棒状の溶接ガン３を縦向き姿勢で下降させて被溶接材Ｗを板状電極２と棒状の溶接ガン３との間にはさみ溶接するものである。この装置は板状電極２の表面全体を下部電極として働かさせるものであるため、溶接ガン３は伸縮自在の支持ビ−ム４および支持ア−ム５により支持し、板状電極２の表面全体にわたって溶接ガン３が自由に平行移動できるように構成する必要がある。要するに、支持ア−ム５の伸縮によって溶接ガン３を移動させて溶接打点に達したところで溶接ガン３を下降させて溶接できるようにする。

このスポット溶接機１であると、板状電極２の表面は下部電極として働かさせるほか、作業面としても利用できる。このため、一つの被溶接材に多数の溶接打点があっても、被溶接材は動かすことなく、置いたままで支持ア−ム５の伸縮操作によって溶接ガン３を移動させて溶接できる。板状電極の表面全体にわたって冷却水通路を設けることができ、冷却能力もきわめて大きい。溶接時の加圧力も板状電極２の表面で分散して局部的に支持できるため、溶接跡も残らない。さらに、溶接ガン３は横向き姿勢でてこ機構の一つの部品を成しているところから、加圧力を高められて圧接されることから、強度の高い溶接継手を得ることができる。

一方、このような板状電極を用いる溶接機の開発にともなって、このスポット溶接機は小ロッドといわれていた板金業界にとどまらず、大型の配電盤や、電子機器や家電製品のハウジングなどのように、内部の溶接が必要とされるものの製造にも使用されるようになっている。しかし、先に提案した溶接機は上部電極として働く溶接ガン３が旋回自在の支持ア−ム５を組み合わせて各支持ア−ム５を旋回伸縮させることによって棒状の溶接ガン３が板状電極２の上で自由に２次元又は３次元で移動できるように構成されているところに特長がある。これと反対に、機構は大型化し、それに伴って大径の水冷ケ−ブルなどの冷却機構や通電機構や溶接ガンが付設される。とくにスポット溶接などの抵抗溶接では電流そのものが熱源となるため、大電流を通電する。このことから、水冷ケ−ブルは大径で高重量のものとなり、このような水冷ケ−ブルが溶接ガンに付設されて移動することになると、取扱いがはん雑で、しかも水冷ケ−ブルの切断などの大きな事故も発生し易い。

これらを支持ア−ム５、５の旋回自在の組み合わせにより支持されることになって、個々の支持ア−ムの運動などを一定のル−ルにもとずいて連続化や自動化することがきわめてむづかしい。さらに、板状電極２はその表面のいずれのところも電極として働かせることができるのにもかかわらず、上で溶接ガン３の３次元移動に構造的、機能的などの障害が残るため、他の工作機械などと同様に自動化又はロボット化がはばまれ、この要求の改善が必ずしも十分でなかった。
特許第３４４５６３６号明細書

本発明は上記欠点の解決を目的として提案されたものであって、板状電極の表面を下部電極として働かさせ、被溶接物を取付ける加工台、所謂テ−ブルとしても利用する一方、この加工テ−ブルを成す板状電極上で上部電極として働く溶接ガンを３次元的に移動させ、しかも、この移動の際に板状電極上でその縦軸方向に制御しつつ移動する門型枠を介し、溶接ガンを移動させて溶接ガンを位置決めし、一方において溶接ガンの３次元移動に伴う溶接電源からの通電態様の変更を所定のプログラムにより達成できる、張り出し部などを持つ複雑な形状の構造物の自動スポット溶接方法を提案する。

本発明は自動スポット溶接方法であって、つぎのとおりの手段から成っている。

まず、溶接に当っての溶接打点への位置決めは、
下部電極として働く板状電極上において、電子計算制御機器からの指令によって、上部電極として働く昇降自在の溶接ガンを搭載する門型枠をこの板状電極の縦軸方向に縦移動させ、一方、溶接ガンを門型枠上で板状電極の縦軸方向に直交する横軸方向に横移動させると共に、溶接ガンを軸芯の周りに回転移動させて板状電極上で所望の溶接打点上に溶接ガンを人手によらずに位置決めし、続いて、溶接ガンを下降させてこの溶接打点を加圧し、このようにして溶接打点を順次にスポット溶接すること、
から成っている。

このような位置決めおよび溶接操作は電子計算制御機器における位置制御ユニットおよび溶接操作ユニットによる監視、修正などの制御、指令によりつぎのとおりの手段で行なわれる。

まず、位置決めは、
電子計算制御機器における位置制御ユニットにより入力した情報のうちの溶接すべき溶接打点の位置および溶接ガンの移動経路の位置情報をベ−スとしたプログラムに追従させて門型枠を縦移動、溶接ガンを横移動又は回転させること、
この移動又は回転に伴う門型枠の縦移動変位、門型枠に沿っての溶接ガンの横移動変位、溶接ガンの昇降変位および溶接ガンの軸芯を中心とする回転変位をとり入れて、門型枠および溶接ガンの位置を監視修正処理して溶接ガン位置決めすること
から成っている。

次に、続いての溶接操作は、
電子計算制御機器における溶接操作ユニットからの指令により、溶接電源の一方の極と溶接ガンとを通電させること、
入力した情報のうちの溶接条件をベ−スとしたプログラムに応じて溶接ガンを下降させて所望の溶接打点を加圧通電して溶接すること、
この加圧通電のときの溶接ガンにかかる加圧負荷を順次溶接操作ユニットに送り、その値が予め設定した基準値に達したときを一つの溶接打点の溶接の完了時ととらえ、この溶接操作ユニットからの溶接完了信号により次の溶接打点の位置決めに移行すること、
板状電極の側面に沿わせて縦通電板を、門型枠の橋絡部分の長さ方向に沿わせ横通電板を配し、各々のスイッチ装置を介して通電部が接続、離間し、離間したときに門型枠が縦移動、もしくは溶接ガンが横移動すること、
から成っている。
また、溶接ガンは一部にコ字状凹部を有しており、被溶接物の張り出し部を回避でき、この溶接ガンと先端の溶接チップの軸芯を一致させ溶接ガンが旋回すること
から成っている。

以上のとおり、本発明方法はこのように一方の電極を表面のいずれのところも下部電極として働く板状電極から成って、上部電極として働く溶接ガンがその上を自由に移動できる。被溶接材をおいたままで自由にスポット溶接を打つことができる。また、溶接ガンは門型枠を介して移動又は下降し、この移動、下降はコンピュ−タなどの電子計算制御機器を介して自動的に達成できる。電子計算制御機器は、位置決めユニットと溶接操作ユニットとから成って、これらに被溶接材の材質、寸法などの溶接条件、溶接ガンの位置、移動経路などの情報を入力すると、それについて組まれるプログラムからの指令によって溶接ガンが縦、横の移動、下降、加圧、通電が達成でき、さらに、溶接ガンの位置決め移動は電源からの通電がオフの状態で達成でき、さらに、通電経路は溶接ガンを移動するのにもかかわらず、大径の通電ケ−ブルによらなくとも、大電流を通電でき、かつ通電ケーブルを使用しないので、耐久性に優れる。また、溶接ガンは一部にコ字状凹部を有して障害部を回避し旋回することで複雑な函状の構造物も容易に自動溶接可能とした。

そこで、本発明の好適な一つの実施例について図面によって説明すると、つぎのとおりである。

なお、図１は本発明方法の一つの好適な実施態様のフロ−シ−トである。

図２は図１に示す本発明方法を実施する例の一つの説明図である。

図３は本発明方法によって一つの構造物の内部に存在する溶接打点を溶接する際の説明図である。

図４は図１に示す自動溶接機を方法を実施する溶接機の一つの端面からみた端面図である。

図５は図４に示す溶接機の平面図である。

図６は先に出願人が提案した従来例に係るスポット溶接機の説明図である。

まず、図１は、先にのべたとおり、本発明方法の一つの態様を示すフロ−シ−トであって、このフロ−シ−トに示すとおり、被溶接材Ｗを上下からはさんでスポット溶接する溶接機本体１００を示し、この溶接機本体１００での溶接ガン１３０の位置決め、溶接作業の制御は後記のとおり、電子計算制御機器２００内における位置制御ユニット２１０および溶接操作ユニット２２０からの指令により達成され、これら各ユニット２１０、２２０により位置決め、溶接操作は監視されつつ行なわれる。

また、符号１００はこの方法によって溶接する際に使用されるスポット溶接機を一般的に示している。この符号１００で示されるスポット溶接機の具体的な構造は図４および図５に示す通りである。このスポット溶接機１００は例えばコンピュ−タなどの電子計算制御機器２００に接続され、この電子計算制御機器２００には後記の操作ボックス２５０を経て被溶接材の材質、板厚、加圧力その他の入力デ−タ溶接条件のほかに、図２に示すとおり、溶接打点の位置、溶接ガン１３０の移動経路などが入力されて各ユニット２１０、２２０で演算処理され、それに基づくプログラムに従って指令（命令）が送られ、溶接ガン１３０が作動し、人手によることなく位置決め、溶接作業が行なわれる。

すなわち、溶接ガン１３０は、後記のとおり、門型枠１２０を介在させて、下部電極として働く板状電極１１０に対し、縦、横、高さの各方向に、つまり３次元方向に移動又は昇降、さらに旋回し、操作ボックス２５０から溶接打点などの位置情報のほか材質や板厚などの溶接条件の入力デ−タを入力するだけで、ほとんど人手によることなく自動的に溶接される。

電子計算制御機器２００内には少なくとも２つのユニット２１０、２２０とがあって、１つのユニット２１０からの指令によって門型枠１２０が縦移動、溶接ガン１３０が横移動（板状電極１１０に対しては幅移動）、上下方向に昇降移動、軸芯を中心とする旋回移動する。また、他のユニット２２０の指定によって所定の溶接条件のもとでの指定が溶接機の溶接電源Ｅ、コントロ−ラ１８０（具体的にはプロマブルコントロ−ラ若しくはタイマ−）に与えられ、その溶接条件のもとで溶接が行なわれる。

すなわち、図１に示すとおり、これら位置決め、溶接操作に関する情報は、操作ボックス２５０や手動操作ボックス２６０、さらに入力コンピュ−タ２５１などから入力される。これら入力される情報は、溶接すべき被溶接材の材質、形状、板厚などの溶接条件に直接関与するもののほか、被溶接材の形状（主として外部の形状）、さらに溶接打点の位置、一連の溶接打点への溶接ガン１３０の移動経路構造などのデ−タが入力され、それにもとずいて各ユニット毎にそれぞれのプログラムが作成され、また、記憶させておく。したがって、位置決め後に溶接をはじめるときには、これら記憶されているプログラムの中から溶接すべき材料の材質、厚さなど入力デ−タを目安としてそれに合わせた溶接条件にしたがって溶接される。また、この溶接に先立って溶接すべき溶接打点への移動は、電子計算制御機器２００内で位置制御ユニット２１０によるプログラムにもとずく指令により溶接機本体１００における溶接ガン１３０やそれを搭載する門型枠１２０の各起動モ−タ２１１、２１２、２２０、２３０、２４０を回転起動し、この結果として溶接ガン１３０は、移動し、人手によらずに順次に被溶接材Ｗの各溶接打点に順次に位置決めされる。

このように溶接するに当り使用される好適なスポット溶接機１００は、図４および図５に示されるとおり、下部電極として働く板状電極１１０と上部電極として働く溶接ガン１３０とから成って、板状電極１１０は、平坦な導電板（好ましくは、銅板あるいはその合金板）から成っており、このような板状電極１１０の構造は図６に示す先に本発明者が提案したものと同等であるが、次のとおり構成するところで相違する。

すなわち、板状電極１１０は電源Ｅ（図５参照）の一方の極に接続され、表面全体が下部電極として働き、この電源におけるコントロ−ラ１８０には溶接操作ユニット２２０から指令が与えられ、各溶接における開始、終了が制御できる。すなわち、板状電極１１０上において溶接ガン１３０そのものを３次元方向に移動させることはない。板状電極１１０上に門型枠１２０をその縦軸方向に移動自在に配置し、この門型枠１２０の縦移動によって溶接ガン１３０を縦移動させる。

板状電極１１０の上において幅方向にまたがって門型枠１２０は橋絡されており、この門型枠１２０に溶接ガン１３０を搭載する。門型枠１２０の縦移動は電子計算制御機器２００における位置制御ユニット２１０からの指令により制御されて縦方向の位置決めが行なわれる。図４に示す門型枠１２０はその一例である。アングル材を門型に枠組みして構成できるが、このように構成すると安定して溶接ガン１３０やその昇降モ−タなど保持でき、溶接ガン１３０ならびにその通電機器が大型化したときには、２つの門型枠を平行に並べこれを一体として走行できるように構成し、溶接電流の容量を大巾に高めることもできる。

また、門型枠１２０をこのように構成すると、図４および図５に示すとおり、縦通電板３００を板状電極１１０に沿わせる。一方、横通電板４００を門型枠１２０の側面に沿わせ、詳細は省略するが両通電板を門型枠の脚部で接続し、２つの縦および横の各スイッチ装置３１０、４１０を介在させて接続できる。

このように溶接電源Ｅの一方の極に接続する通経路を構成すると、大電流（溶接に必要な）が送電でき、上部電極の溶接ガン１３０は支障なく移動できる。なかでも、溶接ガン１３０の移動に伴う負荷が大巾に軽減できるため、その駆動モ−タとしてやや駆動力が低いサ−ボモ−タも使用でき、要するに、大径で重い水冷ケ−ブルを使用することなく、移動荷重の節減によって位置決め精度を大巾に高めることができる。

更に詳しく説明すると、下部電極として働く板状電極１１０上において、上部電極として働く溶接ガン１３０は、縦、横ならびに高さ方向に移動し、予めプログラム化した移動経路にしたがって所望の溶接打点のところに移動し、位置決めされる。このような３次元移動は先に提案した溶接機（図６参照）に旋回自在に連結されている支持ア−ム５の先端で溶接ガン３をつかみ支持ア−ム５を旋回させて溶接ガン３を移動させることによっても目的は達成できる。しかし、この場合には、溶接ガン３とその附属設備は大径で高重量の水冷ケ−ブル（図６では示していない）ともに移動させることになる。この移動は正確に位置決めすることがきわめてむづかしい。このところから、本発明方法においては、門型枠１２０を介在させて上記の通りの目的を達成させて電子計算制御機器２００による制御をできるようにし、溶接ガン１３０の板状電極１１０上で精度を高く位置決めできるようにする。

なお、これに伴って、上部電極として働く溶接ガン１３０は搭載させる門型枠１２０を板状電極１１０と直交する幅方向にわたって厳格平行に移動させる必要がある。

すなわち、門型枠１２０は常に平行で同程度ずつ移動されていることが必要である。この点、介在させる枠が２つの脚部をもつ門型であると、２つの脚部を個別的に２つのサーボモータ２１１，２１２により駆動し、これらの駆動力、すなわち、サーボモータ間の回転角度の制御を電子計算制御機器２００で所定の制御プログラムのもとで行い、縦軸方向の移動を監視する。このため、支障なく門型枠１２０を平行かつ同程度ずつ移動変位させることができる。

また、門型枠１２０が板状電極１１０上でその縦軸に直交する横軸方向に平行に縦移動できることから、この門型枠１２０に沿って横移動する溶接ガン１３０は板状電極１１０に対し横移動することとなり、溶接ガン１３０の縦、横の移動変位を検出し、これを電子計算制御機器２００で検出監視すると電子計算制御機器２００においてその位置制御ユニット２１０で追跡することができ、溶接ガン１３０を位置決めすることができる。

この位置決めされた溶接打点の溶接は電子計算制御機器２００、なかでも、溶接操作ユニット２２０からの指令により開始され、溶接機１００において溶接ガン１３０を下降させ、溶接が終了すると溶接機１００から完了信号が電子計算制御機器２００に発せられる。それにもとずいて溶接ガン１３０は上昇し、次の溶接打点のところに移動し、溶接がくり返される。

なお、この場合、一つの溶接打点毎の溶接完了は、被溶接材の材質、形状などに応じた溶接条件毎に下降時の負荷にもとずく電流値に対応する基準値を設定しておき、この電流値の変化を電子計算制御機器２００に入力しておくと、その値が予め設定した基準値に達したときに電子計算制御機器２００、なかでもその溶接操作ユニット２２０からの指令により一つの溶接打点の溶接を完了させる。

また、以上のとおり、板状電極１１０上において溶接ガン１３０の移動を追跡しつつ監視修正処理しての溶接ガン１３０の位置決めは、板状電極１１０と門型枠１２０との側面に沿わせた縦通電板３００および横通電板４００への溶接電源Ｅからの通電は遮断したオフ状態で行なわれる。このため、位置決め完了後は直ちに電子計算制御機器２００における溶接操作ユニット２２０からの指令を介設したそれぞれのスイッチ装置３１０と４１０に送り、溶接電源Ｅの一方の極と溶接ガン１３０とを通電させる。

この場合、各スイッチ装置３１０、４１０は電気式のスイッチ装置を用いることもできるが、溶接電流は溶接熱源であり大電流であり、しかも、溶接現場の環境がほこりが多いこともあって、電気式のスイッチ装置で故障が多く、実際に用いることができないといっても過言でない。

このところから詳細は省略するが、本発明方法では常法とされる水冷ケ−ブルにかえて銅又はその合金の板材から成る通電板３００、４００を用いて大容量の通電をロスなく可能とし、その上でスイッチ装置３１０、４１０は、エア−シリンダなどの機械力により、電源の一方の極と接続させる通電端子を各々の通電部に強力に押付けて通電し、また、各々の通電部と離間させてオフ状態にするものと構成する。このように構成すると、溶接操作ユニット２２０からの指令よりエア−シリンダを後退させて各スイッチ装置３１０、４１０をオフとし、この状態で門型枠１２０を縦移動、溶接ガン１３０を横移動又は回転させ、位置決めできる。

以上のとおり、本発明方法は板状電極１１０上に被溶接材を置きその溶接打点の位置およびそれらの移動経路などに基いた組まれたプログラムにより門型枠１２０および溶接ガン１３０を人手によらずに移動させて位置決めしてから、各溶接打点を順次に溶接し、位置決めのときには、溶接電源と通電板との間に介設されるスイッチ装置３１０、４１０をオフ状態で行なわれ、溶接のときはオン状態で行なわれる。このような方法を実施するのには図１に示すフロ−シ−トを実施できるものであるが、具体的には、図４および図５に示すスポット溶接機を用いることができる。

まず、門型枠１２０の縦移動は、縦方向移動装置１６０により行なう。次に、溶接ガン１３０の横移動は門型枠１２０上で横方向走行装置１７０より行なう。次に、門型枠１２０に搭載される溶接ガン１３０は昇降加圧装置１５０より垂直に昇降する。次に、溶接ガン１３０は旋回装置１４０により門型枠１２０上で旋回される。

このように構成されていると、溶接ガン１３０は、図１に示すように、電子計算制御機器２００における位置制御ユニット２１０からの指令により、板状電極１１０上で板状電極１１０の縦方向および縦方向に直交する横方向に移動し、垂直方向に昇降し、さらに、軸芯を中心として旋回する。

以上の通り、板状電極１１０の上において電子計算制御機器２００の指令により門型枠１２０を介して溶接ガン１３０は縦、横方向に移動、軸芯を中心としての回転など行なわれるが、これらの移動、回転などの変位はサーボモータ２１１（門型枠の一方の脚の縦移動）、２１２（門型枠の他方の脚の縦移動）、２２５（溶接ガンの横移動）、２３０（溶接ガンの昇降移動）、２４０（溶接ガンの軸芯を中心とする回転）によって達成される。なお、図４では、門型枠の縦移動は、門型枠１２０の両脚部１２１、１２１で行なわれるため、これを２つに分けて示している。

また、図１において符号２１１、２１２、２２５、２３０、２４０はそれぞれ溶接機１００の縦方向移動装置１６０、横方向移動装置１７０、昇降加圧装置１５０、旋回装置１４０を回転駆動する各サーボモータであり、溶接機１００の一部として設けられている。これらサーボモータの回転角度にもとづいて電子計算制御機器２００内の位置制御ユニット２１０により制御処理され、位置決めされる。

また、図３に示すように、上部に張り出し部Ｗ１があり内部にも突出部があって内部に溶接打点がある被溶接材Ｗ、例えば枠体や箱などの容器がある。このような被溶接材Ｗは縦向き姿勢のままで棒状の溶接ガン１３０を下降させても、先端のチップがこの張り出し部Ｗ１に当って溶接できない。このような被溶接材Ｗであっても、溶接ガン１３０として、図３に示すように、一部に凹部１３３（コ字状凹部、その一部の図示は欠いている。）がある溶接チップ１３１を先端に具えるものを用いると溶接できる。すなわち、このような溶接ガン１３０であると、コ字状凹部１３３のところに被溶接材Ｗの張り出し部Ｗ１が吸収でき、図３のとおり、この部分に侵入させると、張り出し部Ｗ１によっておおわれている溶接打点も縦向き姿勢のままで溶接できる。このような溶接ガン１３０を用いる場合に、先端の溶接チップ１３１は溶接ガン１３０の軸心と一致させる必要があり、このような条件で加圧する場合には、加圧力を高めても支障がない。

以上のとおり、本発明法によると、入力部からのデ−タ入力により自動的にほとんど人手によることなく溶接できるが、その一例を挙げると、図２に示すとおりである。

まず、図２に示す被溶接材Ｗは図３で断面構造の一部が示されるものである。この被溶接材Ｗは枠組構造物で、この被溶接材Ｗは中央の開放部Ｗ２が開放され、この中央の開放部Ｗ２は先にのべた鋼板などを折り曲げた張り出し部Ｗ１に囲まれ、張り出し部Ｗ１によりわく取りされている。この構造の立体構造物、つまり、箱又は型枠を溶接するときには、板状電極１１０上におき、予め溶接ガン１３０の先端の溶接チップ１３１を凹部１３３のところに図３に示すように張り出し部Ｗ１を侵入させてその下の溶接打点の位置に当てながら順次に移動させる。このような各溶接打点の位置情報を電子計算制御機器２００に入力し、溶接チップ１３１の移動軌跡と併せてプログラム化し記憶させる。すなわち、各溶接打点ごとに溶接ガン１３０を順次に移動させ、コ−ナ部に達したときに旋回させ、各溶接打点の位置情報などからなる溶接ガンの移動軌跡のプログラムを操作ボックス２５０を介し、電子計算制御機器２００に入力しておく。

続いて、この入力デ−タにもとずくプログラムを記憶し、これによって順次に溶接ガン１３０を移動させて順次に溶接打点で溶接する。コ−ナ部に達したときにはプログラムにもとずいて溶接ガン１３０を回転して方向を変えることになり、溶接打点列を順次に溶接する。

このような情報にもとずくプログラムは被溶接材Ｗの形状や構造がその変化が大きく複雑になる。予め手動操作によってその形状に応じて溶接打点をトレ−スすることもできるが、形状の定まった箱などの容器はコンピュ−タ２５１に読み込ませてある３次元のキャドデ−タをそのまま入力でき、このようにすると、溶接作業の一層のロボット化も達成できる。

すなわち、複数の溶接を連続的に達成するのには、図示は省略するが、板状電極１１０上に設けられている縦方向および横方向の基準スケ−ルに被溶接材Ｗを位置合わせする。この位置合わせしたプログラムの移動軌跡に基づいて溶接ガン１３０を連続的に移動させて複数の被溶接物の溶接を達成できる。

更に、形状などの異なる被溶接物の溶接を同時に達成するときには、個々の被溶接物についてプログラムを予め作成し、これらを集合させて板状電極１１０上の位置情報をとって、これらを全体としてプログラム化し、これによって順次に溶接ガン１３０を移動させて溶接することもできる。

なお、溶接に当って、溶接ガン１３０による被溶接材Ｗへの加圧と併せて昇降を達成する昇降加圧装置１５０は、図４に示すように、旋回装置１４０と一体化させて構成し、昇降モ−タ２３０にボ−ルナット機構１５２を介して、昇降モ−タ２３０の回転により溶接ガン１３０が昇降加圧できるように構成することもできる。また、昇降モ−タ２３０に代って直接エア−シリンダ（図示せず）から構成することもできるが、昇降モ−タ２３０であると、先に説明したとおり、加圧時の負荷が昇降モ−タ２３０の電流量の推移として検出でき、溶接の自動化が容易に達成できる。

また、旋回装置１４０の中にサ−ボモ−タ２４０を設け、これによって溶接ガン１３０が中心軸芯を中心として旋回できるように構成できる。

板状電極１１０は平坦な銅又はその合金の導電材料からなる板状材である。これには溶接電源Ｅの一方の極に接続し、下部電極として働く。板状電極１１０は板状のシ−ト状であり、シ−ト電極ともいわれ、全表面が電極として働くところに特徴がある。それ故に、その上においてＸ、Ｙ、Ｚ軸のほかにその溶接ガン１３０自体を自由に旋回でき、定置式スポット溶接機では不可能といわれた自動化、ロボット化が達成できる。

すなわち、元来板金加工などで金属容器の接合には、棒状の溶接ガンを下向きに押圧して各溶接打点を溶接することが行なわれている。このところを機械化するために先に提案したスポット溶接機では棒状の溶接ガンを伸縮自在の支持ア−ムに組み込んだものを提案している。しかし、この支持ア−ムではその伸縮を自動化又はロボット化することは機構的にも構造的にも複雑になり、その改善が求められている。

このところから、本発明方法は、板状電極１１０が板状のシ−ト状電極とし、これを下部電極として働かさせることを前提とし、この板状電極１１０に門型枠１２０を介在させ、この門型枠１２０は縦方向移動装置１６０によって板状電極１１０の長さ方向に移動させるようにする。この長さ方向に移動する門型枠１２０には、板状電極１１０との間で被溶接材Ｗをはさみ上部電極として働く溶接ガン１３０が取付けられている。

要するに、門型枠１２０の介在により、それを利用して溶接ガン１３０の３次元移動のプログラム化が達成できる。

以上のとおり、一般に板金加工といわれる分野で広く利用できるものであり、なかでも、構造、形状が入り組んだ構造物の製造過程でその接合するスポット溶接の分野で利用できる。さらに、電子計算制御機器における位置決めプログラムと溶接プログラムに基づく指令により制御されるため、人手によらずに自動的に被溶接物の各溶接打点に溶接ガンを位置決めできると共に、その後の溶接も達成でき、このようなところから広く金属材加工界に用いることができる。

本発明方法の一つの好適な実施態様のフロ−シ−トである。 図１に示す本発明方法を実施する例の一つの説明図である。 本発明方法によって一つの構造物の内部に存在する溶接打点を溶接する際の説明図である。 図１に示す自動溶接機を方法を実施する溶接機の一つの端面からみた端面図である。 図４に示す溶接機の平面図である。 先に出願人が提案した従来例に係るスポット溶接機の説明図である。

符号の説明

１００ 溶接機本体
１１０ 板状電極
１２０ 門型枠
１２１ 脚部
１３０ 溶接ガン
１３１ 溶接チップ
１３３ コ字状凹部
１４０ 旋回装置
１５０ 昇降加圧装置
１５２ ボールナット機構
１６０ 縦方向移動装置
１７０ 横方向移動装置
１８０ コントロ−ラ
２００ 電子計算制御機器
２１０ 位置制御ユニット
２１１ サーボモータ
２１２ サーボモータ
２２０ 溶接操作ユニット
２２５ サーボモータ
２３０ サーボモータ
２４０ サーボモータ
２５０ 操作ボックス
２５１ 入力コンピュ−タ
２６０ 手動操作ボックス
３００ 縦通電板
３１０ スイッチ装置
４００ 横通電板
４１０ スイッチ装置
Ｗ 被溶接物
Ｅ 電源

Claims (1)

1. 下部電極として働く板状電極上において、電子計算制御機器からの指令によって、上部電極として働く昇降自在の溶接ガンを搭載する門型枠をこの板状電極の縦軸方向に縦移動させ、一方、前記溶接ガンを前記門型枠上で前記板状電極の縦軸方向に直交する横軸方向に横移動させると共に、前記溶接ガンを軸芯の周りに回転移動させて前記板状電極上で所望の溶接打点上に前記溶接ガンを人手によらずに位置決めし、続いて、前記溶接ガンを下降させてこの溶接打点を加圧し、このようにして溶接打点を順次にスポット溶接するスポット溶接方法において、
   前記電子計算制御機器における溶接操作ユニットからの指令により、溶接電源の一方の極と前記溶接ガンとを通電させて、入力した情報のうちの溶接条件をベ−スとしたプログラムに応じて前記溶接ガンを下降させて所望の溶接打点を加圧通電して溶接し、この加圧通電のときの前記溶接ガンにかかる加圧負荷が予め設定した基準値に達したときを一つの溶接打点の溶接の完了時ととらえ、この溶接完了信号により、次の溶接打点の位置決めに移行すること、
   前記板状電極の側面に沿わせて縦通電板を、前記門型枠の橋絡部分の長さ方向に沿わせ横通電板を配し、各々のスイッチ装置を介して通電部が接続、離間し、離間したときに前記門型枠が縦移動、もしくは前記溶接ガンが横移動すること、
   前記溶接ガンは一部にコ字状凹部を有しており、被溶接物の張り出し部を回避でき、この溶接ガンと先端の溶接チップの軸芯を一致させ前記溶接ガンが旋回すること
   を特徴とする自動スポット溶接方法。