JP5528295B2

JP5528295B2 - シーム溶接方法

Info

Publication number: JP5528295B2
Application number: JP2010236480A
Authority: JP
Inventors: 康平金谷; 勉朝稲
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2011104654A

Description

本発明は、シーム溶接方法に関する。

従来、自動二輪車等の内燃機関を搭載した車両の燃料タンク等の金属部品を製造するために、シーム溶接が用いられている。前記シーム溶接は、例えば、上下一体形の燃料タンクを形成するワークをその周縁フランジ部を重ね合わせた状態で多関節ロボットにより把持し、該周縁フランジ部を１対の回転電極で挟持する。そして、両回転電極に通電して回転駆動しつつ、前記多関節ロボットにより把持された前記ワークを所定速度で移動させて、前記周縁フランジ部を抵抗溶接により一体化する方法である（例えば特許文献１参照）。

前記従来の方法では、曲線からなる前記周縁フランジ部の形状に基づいて、予め定められた溶接軌跡を前記多関節ロボットに記憶させておき、該多関節ロボットが、該溶接軌跡に従って前記ワークを移動させるようにしている。ところが、前記従来のシーム溶接方法では、前記回転電極と前記ワークとの相互作用により、意図しない力が働くことがあり、該回転電極が予定の溶接軌跡から外れ、甚だしい場合には該ワークから脱落することがある。

そこで、実際のワークを用いて試験的にシーム溶接を行い、ティーチングと呼ばれる補正を施すことにより、前記溶接軌跡が実際のワークに適したものとなるように該溶接軌跡を調整することが行われている。前記溶接軌跡の調整は、前記回転電極の該溶接軌跡に対する角度と、該回転電極の外周面の変位速度とを調整することにより行われている。

特開２０００−２２５４７２号公報

しかしながら、前記溶接軌跡の調整には、前記自動二輪車の燃料タンクの場合、熟練した作業者でも２０台程度の多数のワークを用いて、１３〜２８時間という長時間を要するという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、溶接軌跡を容易に調整することができるシーム溶接方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のシーム溶接方法は、被溶接部を相互に重ね合わせたワークを１対の回転電極の間を通って移動せしめる際に、該ワークの周縁に沿う形状に基づいて予め定められた曲線状の溶接軌跡に従ってロボットが該ワークを移動させることにより該被溶接部をシーム溶接するシーム溶接方法において、該１対の回転電極の該溶接軌跡に対する角度が該ワークの方向を指向するように両回転電極の外周面の変位速度を、該ワークの移動速度よりも大きくすることを特徴とする。
尚、本発明において、「回転電極の外周面の変位速度」とは、前記回転電極の回転により該回転電極の外周面上の任意の１点が単位時間当たりに移動する長さを意味する。

本発明者らは、前記シーム溶接方法において、回転電極の外周面の変位速度とワークの移動速度とを変えたときの溶接軌跡の変化について検討した。その結果、本発明者らは、回転電極の外周面の変位速度を前記ワークの移動速度よりも大きくすると、該回転電極の該曲線状の溶接軌跡に対する角度が溶接軌跡から該ワーク方向に向くことを知見した。

そこで、両回転電極の外周面の変位速度を、前記ワークの移動速度よりも大きくすることにより、両回転電極は前記溶接軌跡から常に該ワーク方向を指向することとなる。この結果、両回転電極は基本的に前記ワークから脱落することが無くなるので、回転電極の前記溶接軌跡に対する角度を調整することなく、該回転電極の外周面の変位速度のみ調整することにより、該溶接軌跡の調整を行うことができる。従って、溶接軌跡の調整を容易に行うことができ、該調整に用いるワークの台数及び所要時間を大幅に低減することができる。

本発明のシーム溶接方法では、後述のように、回転電極に通電してワークの被溶接部の溶接を行うと、溶接前のワークの厚さが溶接後には減少する。このとき、両回転電極の外周面の変位速度は、両回転電極の間に位置するワークの溶接後の厚さに対する溶接前の厚さと溶接後の厚さとの差の比を前記ワークの移動速度に掛けた速度分、該移動速度より大きくなる。
そして、上記のように両回転電極の外周面の変位速度をワークの移動速度よりも大きくすると、回転電極が空転することがある。しかし、ワークの移動速度を、両回転電極の外周面の変位速度の７５％以上とすることにより、前記空転の時間を微小なものとすることができ、空転の影響を受けることなく良好な溶接品質を得ることができる。

これに対し、前記ワークの移動速度が両回転電極の外周面の変位速度の７５％未満では、前記空転の時間が大きくなり、良好な溶接品質を得ることができないことがある。また、前記ワークの移動速度が、両回転電極の外周面の変位速度の１００％以上になると、両回転電極の外周面の変位速度を、該ワークの移動速度よりも大きくすることができない。従って、両回転電極の外周面の変位速度を前記ワークの移動速度よりも大きくする場合、該ワークの移動速度は、両回転電極の外周面の変位速度の７５％以上１００％未満の範囲であることが好ましい。

本発明のシーム溶接方法は、例えば、前記ワークが車両の燃料タンクである場合に好適に用いることができる。

本発明のシーム溶接方法に用いるシーム溶接を示す説明的平面図。図１のII−II線断面図。自動二輪車の燃料タンクの外形形状を示す平面図。回転電極の外周面の変位速度と溶接位置との関係を示すグラフ。溶接の前後における被溶接部の板厚を示す説明的断面図。回転電極の外周面の変位速度の計算値と実測値との関係を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態のシーム溶接方法は、ワーク移動ロボット１の把持部２によって把持されたワークＷを、１対の回転電極３ａ，３ｂの間を通って移動せしめることにより行う。把持部２は、アーム４の先端部に設けられており、アーム４を介してワーク移動ロボット１本体に接続されている。

ここで、ワークＷは、把持部２により、図２に示すように被溶接部５ａ，５ｂを相互に重ね合わせた状態で把持されており、被溶接部５ａ，５ｂは回転電極３ａ，３ｂにより挟持されている。そして、回転電極３ａ，３ｂに通電して、図示しない回転駆動手段により回転駆動しつつ、ワークＷをワーク移動ロボット１により所定速度で移動させて、被溶接部５ａ，５ｂを抵抗溶接により一体化する。

ワークＷは、例えば、図３に示す自動二輪車の燃料タンク６を形成するものである。また、被溶接部５ａ，５ｂは該燃料タンク６の周縁に沿って形成された周縁フランジ部（図示せず）である。

本実施形態のシーム溶接方法では、燃料タンク６の周縁に沿う形状に基づいて、予め定められた溶接軌跡Ｌをワーク移動ロボット１に記憶させておき、ワーク移動ロボット１は、溶接軌跡Ｌ（図1に仮想線で示す）に従ってワークＷを移動させる。このとき、回転電極３ａ，３ｂは、図1に示す溶接軌跡Ｌに沿って回転しつつ抵抗溶接を行う。

ところで、前述のように、回転電極３ａ，３ｂを回転駆動しつつ、ワーク移動ロボット１によりワークＷを移動させると、回転電極３ａ，３ｂとワークＷとの相互作用により、意図しない力が作用し、回転電極３ａ，３ｂが溶接軌跡Ｌから外れることがある。

そこで、本実施形態では、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度よりも大きくすることにより、溶接軌跡を調整する。次に、図４に、回転電極の外周面の変位速度と溶接位置との関係を示す。図４に示す溶接位置について、正の値は図１に示す溶接軌跡Ｌに対しワークＷ側（ワーク移動ロボット１側）への変位を示し、負の値は溶接軌跡Ｌに対しワークＷから脱落する側（ワーク移動ロボット１と反対側）への変位を示す。

図４から、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度が３．０ｍ／分であるとき、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を３．０ｍ／分より大きく３．４ｍ／分以下とすることにより、溶接位置が溶接軌跡Ｌに対しワークＷ側に変位することが明らかである。これは、換言すれば回転電極３ａ，３ｂの溶接軌跡Ｌに対する角度が常にワークＷ方向を指向することを意味する。

一方、図４から、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度が３．０ｍ／分であるとき、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を３．０ｍ／分以下とすると、溶接位置が溶接軌跡Ｌに対しワークＷから外れる側に変位することが明らかである。

次に、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度と、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度との関係について考察する。

前記のように回転電極３ａ，３ｂに通電してワークＷの被溶接部５ａ，５ｂの溶接を行うと、図５に示すように、溶接前の板厚Ｔ_１が溶接後にはＴ_２に減少する。このとき、単位時間当たりに回転電極３ａ，３ｂにより溶接されるワークＷの体積と、ワーク移動ロボット１により移動されるワークＷの体積とは一定である。そこで、回転電極３ａ，３ｂの幅を一定とすれば、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度Ｖ_１、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ_２は、溶接前の板厚Ｔ_１と溶接後の板厚Ｔ_２とを用いて、次式（１）のように表すことができる。

Ｖ_１Ｔ_１＝Ｖ_２Ｔ_２・・・（１）
式（１）を変形すると、次式（２）となる。

Ｖ_２＝（Ｔ_１／Ｔ_２）Ｖ_１・・・（２）
式（２）において、（Ｔ_１／Ｔ_２）＞１であるから、Ｖ_２＞Ｖ_１となることが明らかである。

従って、式（２）により、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度Ｖ_１から板厚に応じて、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を導くことができることが明らかである。また、Ｖ _２とＶ _１の差は、次のようになる。
Ｖ_２−Ｖ_１＝（Ｔ_１／Ｔ_２）Ｖ_１−Ｖ_１＝｛（Ｔ_１−Ｔ_２）／Ｔ_２｝Ｖ_１・・・（３）
従って、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ _２は、両回転電極３ａ，３ｂの間に位置するワークＷの溶接後の厚さＴ _２に対する溶接前の厚さＴ _１と溶接後の厚さＴ _２との差の比｛（Ｔ _１ −Ｔ _２）／Ｔ _２｝をワークＷの移動速度Ｖ _１に掛けた速度分、ワークＷの移動速度Ｖ _１より大きい。

図６に、式（２）を用いて算出された回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ_２（計算値）と、同一の板厚のワークWに対して溶接軌跡Ｌに沿って抵抗溶接を行うことができたときの回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ_２（実測値）との関係を示す。尚、図２において、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ_２は、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度Ｖ_１との差のワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度Ｖ_１に対する百分率（（（Ｖ_２−Ｖ_１）／Ｖ_１）×１００）で示される。

図６から、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度Ｖ_２の実測値は、式（２）を用いて算出された計算値と正の相関関係にあり、よく一致していることが明らかである。

図３に示す自動二輪車の燃料タンク６を形成する際には、左後方のＳ点を始点として、時計回りにシーム溶接を行う。従来、前記シーム溶接の溶接軌跡は、ワーク移動ロボット１に対するティーチングにおいて試行錯誤を繰り返すことにより調整していたので、熟練した作業者でも２０台程度のワークＷを用い、１３〜２８時間という時間を要していた。

しかし、本実施形態の方法によれば、回転電極３ａ，３ｂの溶接軌跡Ｌに対する角度調整が不要であり、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度のみを調整すればよい。この結果、９台程度のワークＷを用い、４時間程度の短時間で、前記溶接軌跡の調整を容易に行うことができ、該溶接軌跡の調整に要するワークＷと時間とを大幅に低減することができる。

また、前述のように、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度よりも大きくすると、回転電極３ａ，３ｂが空転し、良好な溶接品質が得られないことが懸念される。しかし、本実施形態の方法では、式（２）を用いて回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度を算出すると共に、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度を、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度の７５％以上、好ましくは８８％以上とする。この結果、本実施形態の方法によれば、前記空転の時間を微小なものとすることができ、空転の影響を受けることなく良好な溶接品質を得ることができる。

尚、本実施形態において、回転電極３ａ，３ｂの外周面の変位速度は、ワーク移動ロボット１によるワークＷの移動速度よりも大きければ、回転電極３ａと回転電極３ｂとを同一速度としてもよく、回転電極３ａと回転電極３ｂとで互いに異なる速度としてもよい。

１…ワーク移動ロボット、３ａ，３ｂ…回転電極、５…被溶接部、Ｗ…ワーク、Ｌ…溶接軌跡。

Claims

被溶接部を相互に重ね合わせたワークを１対の回転電極の間を通って移動せしめる際に、該ワークの周縁に沿う形状に基づいて予め定められた曲線状の溶接軌跡に従ってロボットが該ワークを移動させることにより該被溶接部をシーム溶接するシーム溶接方法において、
該１対の回転電極の該溶接軌跡に対する角度が該ワークの方向を指向するように両回転電極の外周面の変位速度を、該ワークの移動速度より大きくすることを特徴とするシーム溶接方法。
請求項１記載のシーム溶接方法において、前記両回転電極の外周面の変位速度（Ｖ2）は、両回転電極の間に位置するワークの溶接後の厚さ（Ｔ2）に対する溶接前の厚さ（Ｔ1）と溶接後の厚さ（Ｔ2）との差の比を前記ワークの移動速度（Ｖ1）に掛けた速度分、該移動速度（Ｖ1）より大きいことを特徴とするシーム溶接方法。