JP5498854B2

JP5498854B2 - シーム溶接装置

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Publication number: JP5498854B2
Application number: JP2010117437A
Authority: JP
Inventors: 貢金子; 栄作長谷川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: JP2011240399A

Description

本発明は、一対のローラ電極でワークを挟み込み、該一対のローラ電極を回転させながら加圧・通電することにより該ワークに対してシーム溶接を行うシーム溶接装置に関する。

従来から、固定されたシーム溶接装置の一対のローラにワークを挟み込み、前記ワークを前記シーム溶接装置に対して移動させることにより、シーム溶接を行う技術が広汎に知られている。

しかしながら、前記技術を用いた場合、前記ワークが大型化すると、該ワークを移動させることが困難になる。

このような問題に対応したものとして、一対のローラ電極が設けられた溶接装置本体をロボットに搭載し、該一対のローラ電極でワークを加圧した状態で該ロボットにて該溶接装置本体を該ワークに対して移動する技術が開示されている（特許文献１参照）。

実用新案登録第３１２４０３３号公報

ところで、ワークの溶接対象部位には、曲線状に形成されている（カーブしている）箇所（曲線部）が存在することがある。そして、特許文献１の技術を利用して前記曲線部に対してシーム溶接を行う場合、該曲線部上を一対のローラ電極が回転（転動）するようにロボットにて溶接装置本体を回転させる必要があるが、該溶接装置本体の大きさがローラ電極の大きさに比べて大きいので、前記溶接装置本体の回転時に、該溶接装置本体と該ワークとが干渉し、該曲線部に対してシーム溶接を行うことができないことがある。

なお、このような問題は、固定されたシーム溶接装置を用いて曲線部に対してシーム溶接を行う場合にも同様に起こり得る。なぜなら、この場合には、該シーム溶接装置に対してワークを回転させる必要があるからである。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、溶接装置本体とワークとの干渉を回避することができるシーム溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係るシーム溶接装置は、ワークの曲線部をシーム溶接するシーム溶接装置であって、前記ワーク上を転動する一対のローラ電極と、各前記ローラ電極よりも大きい溶接装置本体と、を備え、前記溶接装置本体は、支持部と、前記一対のローラ電極のそれぞれに設けられた支軸部材と、前記支持部に設けられ、且つ前記一対のローラ電極の並び方向と前記支軸部材の延在方向とに直交する方向に前記支軸部材を回動する支軸回動手段と、前記支持部に設けられて前記一対のローラ電極のうち少なくともいずれか一方を回転駆動する電極回転駆動手段と、を有し、前記支軸部材は、前記ローラ電極に固定された第１軸部と、前記電極回転駆動手段に接続する第２軸部と、前記第１軸部と前記第２軸部とを連結する等速ジョイントと、を含み、前記支軸回動手段は、前記第１軸部を前記第２軸部に対して回動させる、ことを特徴とする。

このような構成によれば、曲線部に対してシーム溶接を行う際に、支軸回動手段にて支軸部材を回動することにより、溶接装置本体を回転させることなく（又は溶接装置本体の回転量を少なくした状態で）、一対のローラ電極を該曲線部上に位置させることができる。これにより、溶接装置本体とワークとの干渉を回避することができる。また、電極回転駆動手段にてローラ電極を回転させることができるので、ワークに対して一対のローラ電極を一層容易に転動させることができる。さらに、第２軸部に対して第１軸部を傾斜させた状態で該第１軸部と該第２軸部とが等速回転可能となるので、電極回転駆動手段にてローラ電極を回転させながら、第２軸部に対して第１軸部を回動させることができる。

本発明において、前記支軸回動手段は、前記支軸部材を支持した状態で前記一対のローラ電極の並び方向と前記支軸部材の延在方向とに直交する方向に回転可能な支軸支持部材と、前記支軸支持部材を回転駆動する駆動手段と、を有していてもよい。これにより、一対のローラ電極の回動動作を好適に実現することができる。

本発明において、前記溶接装置本体を移動するためのロボットを備え、前記ロボット、前記支軸回動手段、及び前記電極回転駆動手段が協働して前記ワークに対して前記一対のローラ電極を移動させてもよい。

これにより、溶接装置本体の移動速度、一対のローラ電極の回動速度、及びローラ電極の回転速度を同時に調整しながら曲線部に対してシーム溶接を行うことができるので、曲線部に対する一対のローラ電極の転動速度を略一定にすることができる。よって、曲線部の溶接品質のバラツキを抑えることができる。

本発明によれば、曲線部に対してシーム溶接を行う際に、支軸回動手段にて支軸部材を回動することにより、溶接装置本体を回転させることなく、一対のローラ電極を該曲線部上に位置させることができるので、溶接装置本体とワークとの干渉を回避することができる。

本発明の実施形態に係るシーム溶接装置を示したブロック図である。溶接装置本体とその周辺を示した斜視図である。第１支持ユニットとその周辺の概略断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。支軸回動機構の動作を説明するための説明図である。本実施形態に係るシーム溶接装置を用いてシーム溶接を行う手順の一例を示したフローチャートである。前記フローチャートのステップＳ５を説明するためのフローチャートである。曲線部に対してシーム溶接を行っている状態を示す上面図である。

以下、本発明に係るシーム溶接装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本実施形態に係るシーム溶接装置１０は、図１に示すように、工場等の床面に載置されるロボット１２と、ロボット１２の先端に設けられた溶接装置本体１４と、溶接装置本体１４に設けられた第１及び第２ローラ電極１６ａ、１６ｂと、コントローラ１８とを備えている。

ロボット１２は、産業用多関節型であって、プログラム動作によって溶接装置本体１４を任意の位置で且つ任意の姿勢に移動可能である。なお、図１から諒解されるように、本実施形態において、ロボット１２は、６軸ロボットとして構成されている。また、ロボット１２には、各軸角度に対応した信号を出力する軸角度検出部２０が設けられている。

図２に示すように、溶接装置本体１４は、ロボット１２の先端に設けられた基部２２と、基部２２に対して移動可能に設けられて第１ローラ電極１６ａを支持する第１支持ユニット２４と、基部２２に対して固定されて第２ローラ電極１６ｂを支持する第２支持ユニット２６と、第１支持ユニット２４を移動する移動機構２８とを有している。

基部２２は、一方向（Ｘ方向）に延びて直方体状に形成された支柱３０と、支柱３０の端部に設けられた保持板３２と、保持板３２に固定された状態でロボット１２の先端に回転可能に取り付けられたマウント部３４と、支柱３０の一方の側面に設けられて第１及び第２ローラ電極１６ａ、１６ｂに溶接電流を供給するための溶接電源３６とを含んでいる。

なお、以下の説明において、第１ローラ電極１６ａと第２ローラ電極１６ｂとを特に区別しない場合には、第１ローラ電極１６ａと第２ローラ電極１６ｂとを併せて単にローラ電極１６と称することがある。

保持板３２には、マウント部３４が設けられた平坦部３８と、支柱３０の他方の側面に沿って屈曲する屈曲部４０と、屈曲部４０の先端から外方に向けて張り出した張出部４２とが形成されている。

支柱３０の他方の側面には、第１支持ユニット２４が移動可能に設けられると共に、第２支持ユニット２６が第１支持ユニット２４を挟んだ張出部４２の反対側に固定されている。つまり、第１支持ユニット２４と第２支持ユニット２６は、Ｘ方向に並んで配置されている。

移動機構２８には、支柱３０の他方の側面に設けられてＸ方向に延びた一対のガイドレール４４、４４と、第１支持ユニット２４に固定されたロッド部４６と、張出部４２に設けられてロッド部４６をＸ方向に駆動するためのシリンダ４８とが設けられている。

図２〜図４に示すように、第１支持ユニット２４は、ロッド部４６が固定された筐体５０と、第１ローラ電極１６ａに設けられて他方向（Ｙ方向）に延びた支軸部材５２と、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向（Ｚ方向）に第１ローラ電極１６ａを回動する支軸回動機構５４と、第１ローラ電極１６ａを回転駆動するための電極回転駆動手段としての電極回転用モータ５６とを有している。

図２に示すように、筐体５０には、一対のガイドレール４４、４４に係合する一対のガイド溝５８、５８が形成されている。これにより、第１支持ユニット２４は、シリンダ４８の作用下にＸ方向に円滑に移動することができる。

図３及び図４から諒解されるように、筐体５０は、その一端から両側方にかけて開口しており、一対の側部５０ａ、５０ｂのＹ方向の長さが上部５０ｃ及び下部５０ｄのＹ方向の長さよりも短く設定されている。

図３及び図４に示すように、支軸部材５２は、第１ローラ電極１６ａに固定された第１軸部６０と、電極回転用モータに５６接続する第２軸部６２と、第１軸部６０と第２軸部６２とを連結する自在継手６４とを含んでいる。

自在継手６４としては、例えば、等速ジョイントが用いられる。これにより、第２軸部６２に対して第１軸部６０をＺ方向に傾斜させた状態で、第１軸部６０と第２軸部６２とが等速回転可能となる。なお、図３及び図４から諒解されるように、自在継手６４は、筐体５０内に位置しているが、上述したように、筐体５０の開口部が筐体５０の一端から側方にまで延びているので、第２軸部６２に対して第１軸部６０を傾斜させたときに、第１軸部６０が筐体５０の側部５０a、５０ｂに接触することはない。また、電極回転用モータ５６は、筐体５０内に設けられている。

支軸回動機構５４は、筐体５０内に位置する支軸支持部材６６と、支軸支持部材６６を回転駆動する駆動手段としての支軸回動用モータ６８と、支軸回動用モータ６８の動力を支軸支持部材６６に伝達する動力伝達機構７０とを含んでいる。

支軸支持部材６６には、第１軸部６０が貫通する回転部材７２と、回転部材７２に設けられて第１軸部６０を回転自在に支持する軸受部７４とが設けられている。

回転部材７２は、筐体５０内に位置しており、筐体５０の下部５０ｄに載置された下部材７６と、下部材７６から立設して上面視でＣ字状（図４参照）に形成された側壁部材７８と、下部材７６に対向するように側壁部材７８の端部に設けられた上部材８０（図３参照）とを備えている。

図３に示すように、下部材７６の下面略中央部には、筐体５０の下部５０ｄに向かって突出する円柱状の突起部７９が形成されており、筐体５０の下部５０ｄには、突起部７９を回転自在に支持する軸受部８１が設けられている。軸受部８１としては、例えば、転がり軸受が用いられる。これにより、筐体５０に対する回転部材７２の位置がＹ方向にずれることを好適に防止することができると共に、回転部材７２のＺ方向の回転を許容することができる。

側壁部材７８には、回転部材７２の回転時に第２軸部６２が配置可能な切欠部８２が形成されている。なお、上部材８０は、筐体５０と非接触となっている。軸受部７４は、側壁部材７８の外面に固定されている。また、軸受部７４としては、例えば、すべり軸受が用いられる。支軸回動用モータ６８は、筐体５０の外面に配置されており、その回転軸６８ａが筐体５０の内部にまで延びている。

図３及び図４に示すように、動力伝達機構７０は、支軸回動用モータ６８の回転軸６８ａの先端に固定された駆動歯車８４と、側壁部材７８の内面に設けられた内歯８６と、上部材８０の内面に固定された歯車軸８８と、歯車軸８８に回転自在に支持されて駆動歯車８４と内歯８６との両方に噛み合う減速歯車９０とを備えている。なお、図３及び図４から諒解されるように、駆動歯車８４は、Ｘ方向に自在継手６４と位置を揃えて配置されている。

第２支持ユニット２６の基本的な構成は、上述した第１支持ユニット２４と同様である。そのため、第２支持ユニット２６について、第１支持ユニット２４と共通する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、第２支持ユニット２６は、第１支持ユニット２４をＸ方向に反転させた状態で支柱３０に固定されている。そのため、第２支持ユニット２６の筐体５０には、第１支持ユニット２４の筐体５０に形成されていたガイド溝５８、５８は存在しない。また、第１ローラ電極１６ａと第２ローラ電極１６ｂとは、Ｘ方向の位置が揃うように配置されている。

図１及び図２に示すように、コントローラ１８は、ロボット１２を制御するロボット制御部９２と、溶接電源３６を制御する溶接電源制御部９４と、シリンダ４８を制御するシリンダ制御部９６と、電極回転用モータ５６、５６を制御する電極回転用モータ制御部９８と、支軸回動用モータ６８、６８を制御する支軸回動用モータ制御部１００と、記憶部１０２と、制御データ作成部１０４とを有している。

記憶部１０２には、ロボット１２のティーチングデータが記憶されると共に、直線部溶接制御データが記憶されている。直線部溶接制御データは、ワークＷの溶接対象部位Ｗ０のうち直線部Ｓを溶接する際に用いられるデータであって、ロボット１２先端（溶接装置本体１４）の移動速度に関する第１移動速度データと、ローラ電極１６の回転速度に関する第１回転速度データとを含んでいる。

制御データ作成部１０４は、曲線部溶接制御データを作成する。曲線部溶接制御データは、ワークＷの溶接対象部位Ｗ０のうち曲線部Ｃを溶接する際に用いられるデータであって、ロボット１２先端（溶接装置本体１４）の移動速度に関する第２移動速度データと、第２軸部６２に対する第１軸部６０の回動速度に関する回動速度データと、ローラ電極１６の回転速度に関する第２回転速度データとを含んでいる。これらデータは、任意の方法で作成してよい。

但し、本実施形態では、例えば、第２移動速度データは、ティーチングデータに基づいて作成され、回動速度データは、第２移動速度データに基づいて作成され、第２回転速度データは、回動速度データに基づいて作成される。これにより、第１軸部６０の回動速度を溶接装置本体１４の移動速度に合わせて調整することができると共に、ローラ電極１６の回転速度を第１軸部６０の回動速度に合わせて調整することができる。

ここで、支軸回動機構５４の動作について図５を参照しながら説明する。支軸回動用モータ制御部１００が支軸回動用モータ６８を制御してその回転軸６８ａを回転駆動（例えば、時計回りに回転駆動）すると、駆動歯車８４が時計方向に回転する。そして、駆動歯車８４が時計方向に回転すると、減速歯車９０が反時計方向に減速回転すると共に内歯８６が時計方向に回転するので、支軸支持部材６６が第１軸部６０を時計方向に押しながら回転することとなる。これにより、第１軸部６０が第２軸部６２に対して回動することとなる。

次に、本実施形態に係るシーム溶接装置１０を用いてシーム溶接を行う手順の一例について図６〜図８を参照しながら説明する。

先ず、ワークＷを所定位置にセットする（図６のステップＳ１）。ワークＷとしては、例えば、自動車の窓枠等が用いられ、該ワークＷの溶接対象部位Ｗ０には、直線部Ｓと曲線部Ｃとが形成されている（図８参照）。

続いて、コントローラ１８は、ロボット１２のティーチングデータを作成し（ステップＳ２）、その作成されたティーチングデータを記憶部１０２に記憶する。

その後、ロボット制御部９２は、ロボット１２を制御して、溶接装置本体１４を溶接ポイントに移動する（ステップＳ３）。具体的には、ロボット制御部９２は、溶接ポイントにおいて、ローラ電極１６の間に溶接対象部位Ｗ０が位置するように溶接装置本体１４を移動する。なお、このとき、第２ローラ電極１６ｂは、溶接対象部位Ｗ０に接触している。

次に、シリンダ制御部９６は、シリンダ４８を制御して、第１支持ユニット２４を第２支持ユニット２６側に移動する（ステップＳ４）。これにより、ローラ電極１６にて溶接対象部位Ｗ０が加圧されることとなる。

続いて、コントローラ１８は、溶接対象部位Ｗ０に対してシーム溶接を行う（ステップＳ５）。具体的には、コントローラ１８は、後述する図７のステップＳ２１〜ステップＳ２８の処理を行う。

つまり、溶接電源制御部９４は、ローラ電極１６に溶接電流を通電する（図７のステップＳ２１）。また、コントローラ１８は、記憶部１０２に記憶されているティーチングデータと軸角度検出部２０の出力信号とに基づいて、ローラ電極１６の位置している箇所が曲線部Ｃであるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ローラ電極１６の位置している箇所が直線部Ｓであると判定された場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ロボット制御部９２は、ティーチングデータ及び第１移動速度データに基づいて溶接装置本体１４を移動する（ステップＳ２３）と共に、電極回転用モータ制御部９８は、第１回転速度データに基づいて電極回転用モータ５６、５６を制御して第２軸部６２、６２を回転駆動する（ステップＳ２４）。第２軸部６２、６２が回転駆動すると、自在継手６４を介して第２軸部６２、６２に連結している第１軸部６０、６０が回転するため、ローラ電極１６が直線部Ｓ上を転動することとなる。そのため、直線部Ｓが好適にシーム溶接されるに至る。なお、ステップＳ２４の処理が終了すると、ステップＳ２９に進み、該ステップＳ２９以降の処理を行う。

一方、ローラ電極１６の位置している箇所が曲線部Ｃであると判定された場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御データ作成部１０４は、第２移動速度データ、回動速度データ、及び第２回転速度データを含む曲線部溶接制御データを作成する（ステップＳ２５）。

そして、ロボット制御部９２は、ティーチングデータ及び第２移動速度データに基づいて溶接装置本体１４を移動し（ステップＳ２６）、電極回転用モータ制御部９８は、第２回転速度データに基づいて電極回転用モータ５６、５６を制御して第２軸部６２、６２を回転駆動し（ステップＳ２７）、支軸回動用モータ制御部１００は、回動速度データに基づいて支軸回動用モータ６８、６８を制御して回転軸６８ａ、６８ａを回転駆動する（ステップＳ２８）。

これにより、図８に示すように、溶接装置本体１４を曲線部Ｃに沿って移動させながら、第２軸部６２、６２に対して第１軸部６０、６０を回動させることができる。そのため、第１軸部６０、６０を回動させない場合と比較して溶接装置本体１４の回転量を少なくした状態で、曲線部Ｃに対してローラ電極１６を転動させることができる。よって、曲線部Ｃに対してシーム溶接を行う場合に、溶接装置本体１４とワークＷとの干渉を回避することができる。

また、電極回転用モータ５６にてローラ電極１６を回転しているので、曲線部Ｃに対してローラ電極１６を一層容易に転動させることができる。

次に、コントローラ１８は、溶接対象部位Ｗ０の全てについてシーム溶接が終了したか否かを判定する（ステップＳ２９）。シーム溶接が終了していないと判定された場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）、ステップＳ２２に進み、該ステップＳ２２以降の処理を行う。

一方、シーム溶接が終了したと判定された場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、溶接電源制御部９４は、ローラ電極１６の通電を停止する（ステップＳ３０）。この処理の後、図６のステップＳ６に進み、シリンダ制御部９６は、第１支持ユニット２４を第２支持ユニット２６から離間する方向に移動する。これにより、ローラ電極１６による溶接対象部位Ｗ０の加圧が解除される。

続いて、ロボット制御部９２は、溶接装置本体１４を待機位置に移動する（ステップＳ７）。この段階で、本実施形態に係るシーム溶接装置１０を用いたシーム溶接の手順は終了する。

本実施形態に係るシーム溶接装置１０では、ロボット制御部９２、電極回転用モータ制御部９８、及び支軸回動用モータ制御部１００が協働してローラ電極１６の移動を制御することで、溶接装置本体１４の移動速度、第２軸部６２、６２に対する第１軸部６０、６０の回動速度、及びローラ電極１６の回転速度を調整しているので、曲線部Ｃに対するローラ電極１６の転動速度を略一定にすることができる。これにより、曲線部Ｃの溶接品質のバラツキを抑えることができる。

発明は上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

本実施形態では、電極回転用モータにてローラ電極を回転する構成を示したが、例えば、ローラ電極を支軸部材に対して回転可能に設けることにより、ロボットにて溶接装置本体を移動させた際に、ワークとローラ電極との摩擦により該ローラ電極を回転させてもよい。この場合、装置構成がコンパクトになる。

支軸部材は、３本以上の軸部を有すると共に、それら軸部が自在継手（等速ジョイント）で連結されていてもよい。こうすることで、軸部の回動角度を広く設定することが可能となる。

また、溶接装置本体は、ロボットの先端に設けられる例に限らず、床面に載置される基台等に固定されていてもよい。この場合、ワークをロボットで把持し、該ロボットにて該ワークを移動させながら、ローラ電極の回転動作及び支軸部材の回動動作を行えばよい。

なお、溶接装置本体は、支軸部材の延在方向と直交する方向（上記実施形態のＸ方向）にローラ電極を弾性的に支持するイコライズ機構を備えていてもよい。こうすることで、溶接対象部位に高さ変動（該Ｘ方向の変動）があった場合でも、ローラ電極をその変動に追従させることができる。

１０…シーム溶接装置１２…ロボット
１４…溶接装置本体１６ａ…第１ローラ電極
１６ｂ…第２ローラ電極１８…コントローラ
２４…第１支持ユニット２６…第２支持ユニット
２８…移動機構３６…溶接電源
５２…支軸部材５４…支軸回動機構
５６…電極回転用モータ６０…第１軸部
６２…第２軸部６４…自在継手（等速ジョイント）
６６…支軸支持部材６８…支軸回転用モータ
６８ａ…回転軸７０…動力伝達機構
９２…ロボット制御部９８…電極回転用モータ制御部
１００…支軸回動用モータ制御部

Claims

ワークの曲線部をシーム溶接するシーム溶接装置であって、
前記ワーク上を転動する一対のローラ電極と、
各前記ローラ電極よりも大きい溶接装置本体と、を備え、
前記溶接装置本体は、支持部と、
前記一対のローラ電極のそれぞれに設けられた支軸部材と、
前記支持部に設けられ、且つ前記一対のローラ電極の並び方向と前記支軸部材の延在方向とに直交する方向に前記支軸部材を回動する支軸回動手段と、
前記支持部に設けられて前記一対のローラ電極のうち少なくともいずれか一方を回転駆動する電極回転駆動手段と、
を有し、
前記支軸部材は、前記ローラ電極に固定された第１軸部と、
前記電極回転駆動手段に接続する第２軸部と、
前記第１軸部と前記第２軸部とを連結する等速ジョイントと、を含み、
前記支軸回動手段は、前記第１軸部を前記第２軸部に対して回動させる、
ことを特徴とするシーム溶接装置。
請求項１記載のシーム溶接装置において、
前記支軸回動手段は、前記支軸部材を支持した状態で前記一対のローラ電極の並び方向と前記支軸部材の延在方向とに直交する方向に回転可能な支軸支持部材と、
前記支軸支持部材を回転駆動する駆動手段と、を有することを特徴とするシーム溶接装置。
請求項１又は２に記載のシーム溶接装置において、
前記溶接装置本体を移動するためのロボットを備え、
前記ロボット、前記支軸回動手段、及び前記電極回転駆動手段が協働して前記ワークに対して前記一対のローラ電極を移動させることを特徴とするシーム溶接装置。