JP5872730B2 - シーム溶接方法及びシステム - Google Patents
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Description
本発明は、シーム溶接方法及びシステムに関する。
従来から、一対の電極ローラの間に複数の被溶接物(ワーク)を挟み込み、加圧通電しながら電極ローラを回転させて、ロボットで電極ローラと被溶接物との接触点を連続的に移動させながら被溶接物を溶接するシーム溶接が知られている。
なお、特許文献1には、溶接点での電極ローラによる被溶接物の加圧方向と溶接点でのロボットによる被溶接物の送り方向とに直交する方向に係る荷重を検出して、検出した荷重に応じて加圧方向を回動中心として電極ローラを回動させることによって、軌道修正する技術が記載されている。
しかしながら、シーム溶接を行う際に、被溶接物に対する電極ローラの押圧方向を一定に維持しなければ、溶接状態が一定にならない。特に、被溶接物の被溶接部の形状が丸みを帯びて平面でない場合、被溶接物を構成する金属薄板の厚さに差異がある場合などには、被溶接物に対する電極ローラの押圧方向が変化し易い。
本発明は、以上の点に鑑み、被溶接物に対する電極ローラの押圧方向を一定に維持することが可能なシーム溶接方法及びシステムを提供することを目的とする。
本発明のシーム溶接方法は、一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラと前記被溶接物との接触点を連続的に移動させながら、前記電極ローラ間を通電させることによってシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、前記一対の電極ローラに対して予め定められた位置関係にある測定手段によって、前記一対の電極ローラに挟み込まれた前記複数の被溶接物の表面までの距離を測定する測定工程と、前記測定工程で求めた前記距離に基いて、前記一対の電極ローラの中心同士を結ぶ直線と前記複数の被溶接物の表面とがなす角度が予め設定された角度となるように、前記被溶接物に対して前記一対の電極ローラを移動させる補正工程とを備えることを特徴とする。
本発明のシーム溶接方法によれば、測定手段で測定した距離に基いて、一対の電極ローラの中心同士を結ぶ直線と複数の被溶接物の表面とがなす角度(以下、この角度を「傾斜角度」という)が予め設定された角度となるように、被溶接物に対して一対の電極ローラを移動させて補正する。これにより、傾斜角度が予め設定された角度でない場合には、被溶接物に対して一対の電極ローラを移動させることによって、傾斜角度が予め設定された角度に補正されるので、被溶接物に対する電極ローラの押圧方向の角度を一定に維持することが可能となる。
さらに、一対の電極ローラに対して予め定められた位置関係にある測定手段で測定した距離に基いて補正するので、例えば、被溶接物のフランジ端部を検出するためのセンサを測定手段と兼用することが可能であり、新規部品を追加する必要がない。
本発明のシーム溶接システムは、一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラと前記被溶接物との接触点を連続的に移動させながら、前記電極ローラ間を通電させることによってシーム溶接を行うシーム溶接システムであって、前記一対の電極ローラに対して予め定められた位置関係にあり、前記一対の電極ローラに挟み込まれた前記複数の被溶接物の表面までの距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定した距離に基いて、前記一対の電極ローラの中心同士を結ぶ直線と前記複数の被溶接物の表面とがなす角度が予め設定された角度となるように、前記被溶接物に対して前記一対の電極ローラを移動させる補正手段とを備えることを特徴とする。
本発明のシーム溶接システムによれば、補正手段は、測定手段で測定した距離に基いて、傾斜角度が予め設定された角度となるように、被溶接物に対して一対の電極ローラを移動させて補正する。これにより、傾斜角度が予め設定された角度でない場合には、被溶接物に対して一対の電極ローラを移動させることによって、傾斜角度が予め設定された角度に補正されるので、被溶接物に対する電極ローラの押圧方向の角度を一定に維持することが可能となる。
本発明の実施形態に係るシーム溶接システム100について図面を参照して説明する。シーム溶接システム100は、シーム溶接装置10によって金属薄板からなる複数の被溶接物(ワーク)Wを接合して、自動車の窓枠や燃料タンクなどを製造する際に用いられる。
図1に示すように、ワークWは、図示しないワーク固定台によって予め定められた位置に固定され、ロボット20により予め定められた軌跡に沿って移動されるシーム溶接装置10によって、シーム溶接される。図2を参照して、シーム溶接システム100は、シーム溶接装置10及びロボット20を制御し、本発明の制御手段に相当する制御装置30を備えている。
ロボット20は、複数のアームが関節で連結された、6軸ロボットなどの多関節型ロボットであり、ベース21に固定されている。ロボット20は、図示しないが、各関節には、サーボモータなどの駆動手段と、サーボモータの軸角度を検出するエンコーダなどの検出手段が備えられ、制御装置30によってフィードバック制御可能に構成されている。
ロボット20の先端に位置するアームの先端部には、イコライズ機構22が設けられている。シーム溶接装置10は、イコライズ機構22によって、ロボット20のアームの先端部に弾性的に支持されている。これにより、溶接対象部位に微小な変動があっても、その変動にシーム溶接装置10を追従させることができる。
シーム溶接装置10は、イコライズ機構22を介してロボット20に取り付けられる基台11を備えている。基台11には、上下方向に沿って延びるガイドレール12が設けられており、ガイドレール12には、当該ガイドレール12に沿って駆動手段13によって上下方向に移動可能な可動台14が設けられている。
ここでは、駆動手段13は、エアシリンダ13であり、エアシリンダ13のピストンロッド13aの先端部に可動台14が連結されている。なお、駆動手段は、油圧シリンダ、ボールねじ機構を備えた回転モータ、リニアモータなどであってもよい。
可動台14には上部電極15が軸支され、基台11には下部電極16が軸支されている。これにより、下部電極16は所定の高さ位置に設けられ、上部電極15は下部電極16に対して上下動可能に配置されている。なお、上部電極15及び下部電極16は、円板状の電極であり、合せて電極ローラ15,16ともいう。
電極ローラ15,16には、それぞれ当該電極ローラ15,16を予め設定された回転方向に設定された回転速度で回転駆動させるための回転駆動手段17,18が接続されている。ここでは、回転駆動手段17,18は、サーボモータであるが、パルスモータ、ロータリエンコーダを備えた通常のモータであってもよい。
さらに、上部電極15には、溶接に必要な電流(溶接電流)を供給し、本発明の溶接電流供給手段に相当するする溶接電源19(図2参照)に接続されている。ここでは、溶接電源19は、直流のパルス電流を供給するものであるが、交流電流を供給するものであってもよい。
このように、エアシリンダ13のピストンロッド13aを伸長させて上部電極15を下降させて、両電極15,16間にワークWを挟み込んだ状態で、溶接電源19から上部電極15に溶接電流を供給する。これにより、上部電極15から、両電極ローラ15,16間に挟み込んだワークWを介して、下部電極16(アース電極)へ溶接電流が流れ、シーム溶接を行うことができる。
エアシリンダ13は、上述したように、上部電極15を下部電極16に向けて加圧して、両電極ローラ15,16の間に挟まれたワークWを加圧する。
さらに、基台11又は可動台14には、ワークWの表面との距離Dを検出する測定手段である測距センサ41が設けられている。測距センサ41は、ワークWを挟み込んだ電極ローラ15,16に対して予め定められた位置関係で、基台11又は可動台14に固定されている。測距センサ41として、例えば、非接触式のレーザー距離計、接触式のリニアスケールセンサ、マグネットスケールセンサを用いることができる。
図3(a)に示すように、測距センサ41は、上部電極15の回転中心O1と下部電極16の回転中心O2とを結んだ直線L0に平行な検出ラインL上におけるワークWの上面までの距離Dを測定する。直線L0と検出ラインLとは距離Fだけオフセットしている。
ここで、上部電極15と下部電極16との間にワークWを挟み込んだ状態で、上部電極15の回転中心O1と下部電極16の回転中心O2とを結んだ直線L0が垂直方向(Z方向)に延びている姿勢にあるシーム溶接装置10において、測距センサ41が測定したワークWの上面までの距離をD0とする。
そして、図3(b)に示すように、シーム溶接装置10が予め定められた姿勢において、上部電極15と下部電極ローラ16との間にワークWを挟み込んだ状態で、直線L0は垂直方向(Z方向)から、上部電極15と下部電極16とでワークWを挟み込んだ接触点の移動方向(+Y方向)に角度Rxだけ傾斜している。この角度Rxを傾斜角度という。
このとき、測距センサ41が測定するワークWの上面までの距離D1には、次式(1)の関係が成立する。
D1=D0−F×sin(Rx) ・・・ (1)
D1=D0−F×sin(Rx) ・・・ (1)
そして、測距センサ41が実際に測定した距離D1と、傾斜角度Rxに応じて予め設定された距離D1mとの間に差異ΔD1が存在する場合には、この差異ΔD1を解消するようにロボット20を動作させて補正を行う。なお、この補正は、ロボット20によってシーム溶接装置10をX軸(上部電極15と下部電極ローラ16とでワークWを挟み込んだ接触点の移動方向と垂直方向とに直交する方向の軸)回りに回転させる方向に行われる。そこで、ロボット20でシーム溶接装置10を前記予め定められた姿勢に最初に移動させる際には、X軸回りの回転角度は角度Rxに対して予め設定された余裕(遊び)を有するようにしてもよい。
図2に示すように、制御装置30は、図示しないCPU等により構成された電子回路ユニットであり、メモリ31に保持された制御プログラム又は処理プログラムを、CPUで実行することによって、エアシリンダ13を制御するシリンダ制御部32、回転駆動手段17,18を制御する回転駆動制御部33、溶接電源19を制御する電源制御部34、測距センサ41から測定信号が入力され距離D0,D1を求める距離算出部35、及びロボット20を制御するロボット制御部36として機能し、シーム溶接装置10及びロボット20の作動を制御する。
メモリ31には、ロボット20のティーチングデータが記憶されていると共に、溶接条件に応じた、エアシリンダ13のピストンロッド13aの移動量、回転駆動手段17,18の回転速度、溶接電源19から供給する溶接電流の値などの溶接制御データが記憶されている。また、メモリ31には、差異ΔD1に応じたロボット20の補正データも記憶されている。
CPUが測定処理プログラムを実行することにより、制御装置30は測距センサ41から入力された測定信号から距離D0,D1及び差異ΔD1を求める測定手段として機能する。また、CPUが制御プログラムを実行することにより、制御装置30は距離D1の差異ΔD1に基いた補正データをメモリ31から読み出し、電極ローラ15,16を含むシーム溶接装置10全体をロボット20で移動させる補正手段としても機能する。
制御装置30は、溶接条件に応じてメモリ31に記憶された溶接制御データ、ティーチングデータ又は補正データを読み出して作成した制御信号を、エアシリンダ13、回転駆動手段17,18、溶接電源19及びロボット20にそれぞれ送信する。
次に、上述したシーム溶接システム100を用いた、本発明の実施形態に係るシーム溶接方法について図面を参照して説明する。
図4のフローチャートに示すように、まず、シーム溶接装置10が垂直である状態(直線L0が垂直である状態)において、測距センサ41で、ワークWの上面までの距離D0を測定する第1の測定工程を行う(STEP1)。
その後、シーム溶接装置10が傾斜した状態(直線L0が角度Rxだけ傾斜する状態)となるように、ロボット20でシーム溶接装置10を傾斜させる傾斜工程を行う(STEP2)。そして、この状態のまま、測距センサ41で、ワークWの上面までの距離D1を測定する第2の測定工程を行う(STEP3)。
そして、垂直状態の距離D0から角度Rxだけ傾斜したときの距離であって、メモリ31に予め記憶された距離D1mと測定した距離D1とを比較する比較工程を行う(STEP4)。
比較工程において、距離D1mと距離D1との差異ΔD1(D1m−D1の絶対値)がメモリ31に予め記憶された許容誤差α以内であれば(STEP4:YES)、シーム溶接を行う(STEP5)。
比較工程において、差異ΔD1が許容誤差αを超えていれば(STEP4:NO)、差異ΔD1に基いた補正データをメモリ31から読み出し、ロボット20でシーム溶接装置10を移動させ、傾斜角度が角度Rxとなるように補正する補正工程を行う(STEP6)。その後、再度、測定工程(STEP3)及び比較工程(STEP4)を行う。
以上のように、本実施形態では、測距センサ41が測定した距離D0,D1に基いて(STEP1,STEP2)、直線L0が角度Rxだけ傾斜するように補正する(STEP6)。
これにより、傾斜角度が予め設定された角度Rxと相違していても、その相違を解消することが可能となる。そのため、ワークWに対する電極ローラ15,16の押圧方向を一定の傾斜角度Rxに維持することができ、良好な溶接精度を維持することが可能となる。
また、電極ローラ15,16は、シーム溶接を行うことによって徐々に消耗し、さらにドレッシングによって整形される。そのため、電極ローラ15,16の径は減少する。しかし、ここでは、測距センサ41が測定した時点における距離D0に基いて、式(1)によって距離D1を求めているので、電極ローラ15の径に関係なく、予め設定された傾斜角度Rxに補正することができる。
距離Fだけ大きい程、傾斜角度Rxの補正精度は向上する。ただし、測距センサ41は、電極ローラ15,16とワークWとの接触点の軌跡ずれを防止するために、ワークWのフランジ端位置を検出するためにも用いることができ、距離Fが大きくなるとフランジ端位置の検出精度が低下することを考慮する必要がある。
なお、電極ローラ15とワークWの接触点と、この接触点から距離Fだけ離れたワークWの表面の点との間に、ワークWの形状に起因する高低差がある場合には、この高低差を考慮して、測距センサ41が求めた距離D0,D1を補正すればよい。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態では、図5(a)に示すように、基台11又は可動台14に、ワークWの表面との距離Dを検出する測定手段として、2台の測距センサ42,43が設けられている。測距センサ42,43として、例えば、非接触式のレーザー距離計、接触式のリニアスケールセンサ、マグネットスケールセンサを用いることができる。
2台の測距センサ42,43は、それぞれ直線L0に平行な検出ラインL上においてワークWの上面までの距離Dを測定する。2本の検出ラインLは距離Fだけオフセットしている。
なお、上部電極15と下部電極16との間にワークWを挟み込んだ状態で、直線L0が垂直方向(Z方向)に延びている姿勢にあるシーム溶接装置10において、測距センサ42,43が測定したワークWの上面までの距離D0は等しくなるように、測距センサ42,43は固定されている。
そして、図5(b)に示すように、シーム溶接装置10が予め定められた姿勢において、上部電極15と下部電極ローラ16との間にワークWを挟み込んだ状態で、直線L0は垂直方向(Z方向)から、上部電極15と下部電極ローラ16とでワークWを挟み込んだ接触点の移動方向(+Y方向)に角度Rxだけ傾斜している。
このとき、測距センサ42が測定したワークWの上面までの距離D1と、測距センサ43が測定したワークWの上面までの距離D2の差ΔD(D1−D2の絶対値)は、次式(2)によって求めることができる。
ΔD=F×sin(Rx) ・・・ (2)
ΔD=F×sin(Rx) ・・・ (2)
そして、この差ΔDが傾斜角度Rxに応じて予め設定され、メモリ31に記憶された差ΔDmとなるようにロボット20を動作させて補正を行う。なお、この補正は、ロボット20によってシーム溶接装置10をX軸回りに回転させる方向に行われる。そこで、ロボット20でシーム溶接装置10を前記予め定められた姿勢に最初に移動させる際には、X軸回りの回転角度は角度Rxに対して予め設定された余裕(遊び)を有するようにしてもよい。
以上のように、本実施形態では、2台の測距センサ42,43が測定した距離の差ΔDに基いて、直線L0が傾斜角度Rxだけ傾斜するように補正する。
これにより、傾斜角度が予め設定された傾斜角度Rxと相違していても、その相違を解消することが可能となる。そのため、ワークWに対する電極ローラ15,16の押圧方向を一定の傾斜角度Rxに維持することができ、良好な溶接精度を維持することが可能となる。
また、電極ローラ15,16の径は減少するが、2台の測距センサ42,43が測定した距離の差ΔDに基いて補正するので、電極ローラ15の径に関係なく、予め設定された傾斜角度Rxに補正することができる。
また、前述した実施形態と比較して、距離Fを大きくすることができ、傾斜角度の補正精度を向上させることが可能となる。また、前述した実施形態と異なり、上部電極15の一旦、直線L0が垂直である状態にシーム溶接装置10の姿勢を制御する工程(STEP1)が必要ない。
以下、本発明のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態では、図6(a)に示すように、基台11又は可動台14に、ワークWの表面との距離Dを、電極ローラ15,16とワークWとの接触点の移動方向(Y方向)に沿って検出する測定手段として、2次元測距センサ44が設けられている。2次元測距センサ44として、例えば、非接触式のレーザー距離計を用いることができる。
そして、図6(b)に示すように、シーム溶接装置10が予め定められた姿勢において、上部電極15と下部電極ローラ16との間にワークWを挟み込んだ状態で、直線L0は垂直方向(Z方向)から、上部電極15と下部電極ローラ16とでワークWを挟み込んだ接触点の移動方向(+Y方向)に角度Rxだけ傾斜している。
このとき、2次元測距センサ44は、Y方向に沿ってワークWの上面までの距離Dを離散的に測定する。そして、2次元測距センサ44が測定した距離D(y)は、線形補間法を用いて、座標yによって、次式(3)にように表すことができる。
D(y)=A×y+B ・・・ (3)
D(y)=A×y+B ・・・ (3)
そして、ここで求めた係数Aと、傾斜角度Rx及びワークWの被溶接位置に応じて予め設定され、メモリ31に記憶された係数Amとの差ΔAが0になるようにロボット20を動作させて補正を行う。なお、この補正は、ロボット20によってシーム溶接装置10をX軸回りに回転させる方向に行われる。そこで、ロボット20でシーム溶接装置10を前記予め定められた姿勢に最初に移動させる際には、X軸回りの回転角度は角度Rxに対して予め設定された余裕(遊び)を有するようにしてもよい。
なお、ワークWの被溶接位置の上面が平面である場合には、傾斜角度Rxは次式(4)によって表される。
Rx=tan−1(A) ・・・ (4)
Rx=tan−1(A) ・・・ (4)
そこで、式(4)で求めた傾斜角度Rxと、予め設定された傾斜角度Rxmとの差ΔRxが0になるようにロボット20を動作させ補正を行ってもよい。
以上のように、本実施形態では、2次元測距センサ44が測定した複数の距離を補間して求めた距離D(y)に基いて、直線L0が傾斜角度Rxだけ傾斜するように補正する。
これにより、傾斜角度が予め設定された傾斜角度Rxと相違していても、その相違を解消することが可能となる。そのため、ワークWに対する電極ローラ15,16の押圧方向を一定の傾斜角度Rxに維持することができ、良好な溶接精度を維持することが可能となる。
また、電極ローラ15,16の径は減少するが、2次元測距センサ44が測定した距離D(y)から求めた係数Aに基いて補正するので、電極ローラ15の径に関係なく、予め設定された傾斜角度Rxに補正することができる。また、一旦、直線L0が垂直である状態にシーム溶接装置10の姿勢を制御する工程(STEP1)が必要ない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上部電極15が上下動可能で下部電極16が固定された場合について説明した。しかし、これに限定されず、上部電極15が固定され下部電極16が上下動可能であっても、上部電極15及び下部電極16が共に上下動可能であってもよい。
さらに、測定手段41〜44でワークWの上面までの距離を測定する場合について説明した。しかし、これに限定されず、測定手段でワークWの下面までの距離を測定してもよい。
10…シーム溶接装置、 11…基台、 12…ガイドレール、 13…駆動手段、エアシリンダ、 13a…ピストンロッド、 14…可動台、 15…上部電極、電極ローラ、 16…下部電極、電極ローラ、 17,18…回転駆動手段、 19…溶接電源、 20…ロボット、 21…ベース、 22…イコライズ機構、 30…制御装置(制御手段、測定手段、補正手段)、 31…メモリ、 32…シリンダ制御部、 33…回転駆動制御部、 34…電源制御部、 35…距離測定部、 36…ロボット制御部、 41,42,43…測距センサ(測定手段)、 44…2次元測距センサ(測定手段)、 100…シーム溶接システム、 W…被溶接物。
Claims (2)
- 一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラと前記被溶接物との接触点を連続的に移動させながら、前記電極ローラ間を通電させることによってシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
前記一対の電極ローラに対して予め定められた位置関係にある測定手段によって、前記一対の電極ローラに挟み込まれた前記複数の被溶接物の表面までの距離を測定する測定工程と、
前記測定工程で求めた前記距離に基いて、前記一対の電極ローラの中心同士を結ぶ直線と前記複数の被溶接物の表面とがなす角度が予め設定された角度となるように、前記被溶接物に対して前記一対の電極ローラを移動させる補正工程とを備えることを特徴とするシーム溶接方法。 - 一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラと前記被溶接物との接触点を連続的に移動させながら、前記電極ローラ間を通電させることによってシーム溶接を行うシーム溶接システムであって、
前記一対の電極ローラに対して予め定められた位置関係にあり、前記一対の電極ローラに挟み込まれた前記複数の被溶接物の表面までの距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定した距離に基いて、前記一対の電極ローラの中心同士を結ぶ直線と前記複数の被溶接物の表面とがなす角度が予め設定された角度となるように、前記被溶接物に対して前記一対の電極ローラを移動させる補正手段とを備えることを特徴とするシーム溶接システム。
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