JP6460645B2

JP6460645B2 - 接合組立装置

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Publication number: JP6460645B2
Application number: JP2014113796A
Authority: JP
Inventors: 稔正山根; 篤中崎; 敏光家敷
Original assignee: Keylex Corp
Current assignee: Keylex Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: JP2015226925A

Description

本発明は、例えば、自動車の骨格をなす接合組立フレームを組み立てる接合組立装置に関する。

従来より、自動車の骨格をなす車体ボディには、２つ以上の金属製筒部材をその端部同士を接合することにより組み立てて延伸した接合組立管が多数用いられている。これら接合組立管は、一般的に接合組立装置により組み立てられ、例えば、特許文献１に開示されている接合組立装置は、第１筒部材の一方側を把持して当該第１筒部材を水平方向に延びる姿勢にする第１チャック機構と、第２筒部材の中途部を把持して当該第２筒部材を水平方向に延びる姿勢にする第２チャック機構とを備え、該第２チャック機構で上記第２筒部材を把持した際、当該第２筒部材の一端を上記第１筒部材の他端に突き合わせるようになっている。上記第１チャック機構の側方には、当該第１チャック機構で把持した第１筒部材の周りを旋回する旋回ポジショナーが設けられ、該旋回ポジショナーには、アーム先端に溶接トーチを把持した産業用ロボットが取り付けられている。そして、上記溶接トーチの先端を上記第１及び第２筒部材の突き合せ箇所に対応させ、且つ、旋回ポジショナーを第１筒部材周りに旋回させながら溶接トーチで上記突き合せ箇所を連続溶接することにより、第１及び第２筒部材を組み立てている。

特開２００９−２２０１５６号公報

ところで、特許文献１では、第２チャック機構が第２筒部材の中途部を把持しているが、上述の如き接合組立管には、その外周面における周方向の複数個所に金属部品を接合で組み付けて接合組立フレームにする場合があり、このような場合、組み付ける部品らとの干渉を回避するために第２チャック機構は第２筒部材の他端側を把持する必要が生じる。そうすると、第２筒部材の一端側が下方に撓んだ状態のまま接合組立管が組み立てられてしまい、その後完成する接合組立フレームが組立精度の悪いものになるおそれがある。

これを回避するために、各金属部品の組み付けに邪魔にならないよう第２筒部材の一端側を支持する支持部材を設けたり、或は、別工程を設けて当該別工程で各金属部品を接合組立管に組み付けることが考えられるが、前者においては設備が複雑になるとともに部品コストが嵩んでしまい、後者においては設備費用が嵩むとともに設備が大型化して広いスペースを占有することになってしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合組立フレームを精度良く組み立てることができるとともに、低コストで、且つ、コンパクトな接合組立装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、接合作業を行う際における組立管の姿勢に工夫を凝らしたことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、２つの筒部材を互いに嵌合させて組み立てた組立管を筒中心線が上下方向に向く姿勢でその両端部を把持して筒中心線周りに回転させることが可能な回転治具と、該回転治具の側方に配置され、上記組立管に組み付けられる被組付部品を上記組立管の外周面に押し当てて固定する部品固定手段と、上記回転治具及び上記部品固定手段の側方に配置され、上記回転治具に把持された上記組立管の重合部分か、又は、上記部品固定手段によって固定された上記被組付部品の上記組立管との重合部分を接合する接合手段とを備え、上記接合手段は、光を増幅させてレーザ光を得るレーザ発振器と、該レーザ発振器で得られたレーザ光を上記組立管又は上記被組付部品に向かって照射する加工ヘッドと、接合作業時において、上記加工ヘッドを上記組立管の長手方向に沿うように上下動させる上下動手段とを有し、上記加工ヘッドは、上記レーザ発振器で得られたレーザ光を上記組立管又は上記被組付部品に向かって反射させるミラーを有し、レーザ光の照射中に、該ミラーの傾斜角度を変更することによりレーザ光の照射位置を変更するよう構成されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記接合手段は、上記加工ヘッドを上記回転治具に対して接近・離間可能に水平移動させる水平移動手段を備えていることを特徴とする。

第１の発明では、組立管の重合部分を接合する際、組立管が上下方向に延びる姿勢となっていて撓まない。したがって、組立管を撓まないようにする支持部材を必要とせず、寸法精度の良い接合組立フレームをコストが嵩まない設備で形成できる。また、回転治具による回転動作によって組立管における外周面が周方向の全領域において接合手段側に向くことが可能となるので、組立管における外周面において周方向に亘って接合を行うことができる。さらに、組立管の重合部分を接合する工程において被組付部品を組立管に接合できるので、被組付部品を組立管に接合する工程を別途設ける必要がなく、広いスペースを占有しないコンパクトな設備にすることができる。

また、組立管における重合部分の接合又は組立管への被組付部品の接合をレーザ溶接で行うので、完成した接合組立フレームにおける接合部周りの熱歪みを小さくすることができ、接合組立フレームをさらに精度良く組み立てることができる。

さらに、加工ヘッドが組立管の長手方向全域に亘って移動可能となるので、組立管における長手方向全域に亘って溶接による接合を行うことができる。

また、ミラーの小さな動作によってレーザ光の照射位置を大きく変更させることが可能になるので、レーザ光の照射位置を各溶接個所に瞬時に移動させることができ、接合組立フレームにおける全ての接合作業にかかる時間を短くすることができる。

第２の発明では、加工ヘッドが組立管に対して接近・離間可能となるので、組立管又は被組付部品に対する接合手段の接合位置を細かく調整することができる。

本発明の実施形態に係る接合組立装置の概略正面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。組立管の重合部分を溶接している状態を示す図１相当図である。組立管と組付部品との重合部分を溶接し始めた状態を示す図１相当図である。図４のＢ−Ｂ線における断面図である。組立管と組付部品との重合部分を溶接している途中の状態を示す図１相当図である。図６のＣ−Ｃ線における断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る接合組立装置１を示す。該接合組立装置１は、自動車のインストルメントパネル内方に位置する所謂インパネメンバーと呼ばれる車体フレーム１０（接合組立フレーム）を組み立てるものであり、装置の骨格をなす本体フレーム２と、回転軸心が上下方向に向く回転治具３と、部品を把持して搬送可能な産業用ロボット４（部品固定手段）と、レーザ溶接を行うレーザ溶接機５（溶接手段）とを備えている。

上記車体フレーム１０は、長手方向の一端部分を除く箇所が拡径された第１インパネパイプ１０ａ（筒部材）と、該第１インパネパイプ１０ａの一端側に内嵌合された第２インパネパイプ１０ｂ（筒部材）と、上記第１インパネパイプ１０ａの一端側外周面に当該第１インパネパイプの長手方向と交差する姿勢で取り付けられたインパネブラケット１０ｃ（被組付部品）とを備え、上記第１及び第２インパネパイプ１０ａ，１０ｂの重合部分を溶接により繋ぐとともに、上記第１インパネパイプ１０ａ及びインパネブラケット１０ｃの重合部分を溶接により繋ぐことで組み立てている。

上記本体フレーム２は、上下方向に対向配置された上側ベースプレート２１及び下側ベースプレート２２を有し、該上側及び下側ベースプレート２１、２２は、図示しない上下方向に延びる連結シャフトで連結されている。

上記回転治具３は、上記上側ベースプレート２１下面に固定された上側治具３１と、上記下側ベースプレート２２に載置された下側治具３２とを備え、上記上側治具３１及び上記下側治具３２は上下に対向している。

上記上側治具３１は、回転軸心が上下方向に向く回転自在な上側チャック機構３３を備え、該上側チャック機構３３は、水平方向に接近・離間可能な一対の上側把持部３３ａを有している。

一方、上記下側治具３２は、側面視で略台形状をなす治具ケース３４を備え、該治具ケース３４内部には、回転軸心を上下方向に向けたサーボモータ３５が設けられている。

上記治具ケース３４の上面には、水平方向に接近・離間可能な一対の下側把持部３６ａを有する下側チャック機構３６が設けられ、該下側チャック機構３６は、上記サーボモータ３５の回転駆動に連動して上下方向に向く回転軸心周りに回転するようになっている。

そして、図３に示すように、第２インパネパイプ１０ｂの一端側を上記第１インパネパイプ１０ａの一端側に内嵌合させて組み立てた組立管１１の一方の端部を上記上側チャック機構３３で把持し、且つ、上記組立管１１の他方の端部を上記下側チャック機構３６で把持するとともに上記サーボモータ３５を回転駆動させると、筒中心線が上下方向に向く姿勢で上記組立管１１が筒中心線周りに回転するようになっている。

上記産業用ロボット４は、上記回転治具３の側方に配置され、図４及び図５に示すように、上記組立管１１に組み付けられる上記インパネブラケット１０ｃをアーム部４ａ先端で把持するとともに、上記組立管１１の外周面に押し当てて固定するようになっている。

上記レーザ溶接機５は、上記回転治具３及び上記産業用ロボット４の側方に配置されていて、上記上側ベースプレート２１と上記下側ベースプレート２２とを連結する上下方向に延びる略角柱状の第１スライドレール５１と、該第１スライドレール５１の回転治具３側に上下方向にスライド可能に外嵌合する第１スライダ５２（上下動手段）と、該第１スライダ５２の側方に取り付けられ、上記回転治具３に対して接近・離間する水平方向に延びる第２スライドレール５６と、該第２スライドレール５６の反第１スライダ５２側に水平方向にスライド可能に外嵌合する第２スライダ５７（水平移動手段）とを備えている。また、上記レーザ溶接機５は、光を増幅させてレーザ光Ｌｚを得るレーザ発振器５３と、上記第１スライダ５２に取り付けられた加工ヘッド５４と、該加工ヘッド５４と上記レーザ発振器５３との間に配策された光ファイバーケーブル５５とを備え、上記第１スライダ５２が上記第１スライドレール５１に沿って上下動することにより、上記加工ヘッド５４が上下動する（図１のＺ方向に移動する）とともに、上記第２スライダ５７が上記第２スライドレール５６に沿ってスライド移動することにより、上記加工ヘッド５４が水平移動する（図１のＸ方向に移動する）ようになっている。

上記加工ヘッド５４は、内部空間Ｓを有する略ブロック形状の筐体５４ａと、上記内部空間Ｓに配置され、図示しない駆動モータにより傾斜角度を変更可能なミラー５４ｂとを備え、上記ミラー５４ｂは、上記レーザ発振器５３で得られて上記光ファイバーケーブル５５で伝送されたレーザ光Ｌｚを上記組立管１１又は上記インパネブラケット１０ｃに向かって反射させるようになっている。

上記回転治具３、上記産業用ロボット４及び上記レーザ溶接機５には、当該回転治具３、上記産業用ロボット４及び上記レーザ溶接機５に作動信号を出力する制御部６が接続されている。

該制御部６は、図３，６，７に示すように、上記回転治具３のサーボモータ３５に作動信号を出力して回転駆動させることにより上記組立管１１をその筒中心周りに回転させるとともに、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力して上記組立管１１の重合部分及び上記インパネブラケット１０ｃの上記組立管１１との重合部分にレーザ光Ｌｚを照射して溶接を行うようになっている。

また、上記制御部６は、図４及び図５に示すように、上記産業用ロボット４に作動信号を出力して上記回転治具３に把持された組立管１１の外周面に上記インパネブラケット１０ｃを押し当てて固定させ、且つ、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力して上記スライダを上下動又は水平移動させるとともに上記ミラー５４ｂの傾斜角度を変更させながら上記インパネブラケット１０ｃの上記組立管１１との重合部分にレーザ光Ｌｚを照射して溶接を行うようになっている。

次に、上記接合組立装置１による上記車体フレーム１０の組み立てについて説明する。

まず、作業者は、図示しない嵌合装置を用いて第１インパネパイプ１０ａの一端側に第２インパネパイプ１０ｂの一端側を内嵌合させて組立管１１にし、且つ、該組立管１１の一方の端部を上側チャック機構３３に把持させるとともに上記組立管１１の他方の端部を下側チャック機構３６に把持させて組立管１１を回転治具３にセットする。

次に、作業者は、図示しない溶接開始ボタンを押す。すると、制御部６は、レーザ溶接機５に作動信号を出力して、図３に示すように、加工ヘッド５４を第１スライドレール５１の中途部まで移動させ、且つ、上記組立管１１の重合部分にレーザ光Ｌｚが照射されるように上記ミラー５４ｂの傾斜角度を変更させる。

そして、制御部６は、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力してレーザ発振器５３によって得られたレーザ光Ｌｚを上記ミラー５４ｂに反射させて上記組立管１１の重合部分に照射させるとともに、上記回転治具３に作動信号を出力してサーボモータ３５の回転駆動で上記組立管１１をその筒中心線周りに回転させることにより、上記組立管１１の重合部分を連続溶接して第１及び第２インパネパイプ１０ａ，１０ｂを繋ぐ。

次いで、制御部６は、上記回転治具３及び上記レーザ溶接機５に停止信号を出力して上記組立管１１の回転とレーザ光Ｌｚの照射とを停止させ、且つ、図４及び図５に示すように、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力して上記加工ヘッド５４を上昇させるとともに上記産業用ロボット４に作動信号を出力して上記組立管１１の外周面にインパネブラケット１０ｃを押し付けて固定する。

しかる後、制御部６は、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力してレーザ光Ｌｚを照射するとともに、レーザ光Ｌｚの照射位置が上記インパネブラケット１０ｃ及び上記組立管１１の重合部分の四辺のうちの一辺を下方に向かってなぞるよう上記ミラー５４ｂの傾斜角度を次第に変更しながら連続溶接する。

その後、制御部６は、上記産業用ロボット４及び上記レーザ溶接機５に停止信号を出力して上記組立管１１への上記インパネブラケット１０ｃの押し付けとレーザ光Ｌｚの照射を停止させ、且つ、図６に示すように、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力して上記加工ヘッド５４を上昇させる。

そして、制御部６は、図７に示すように、上記レーザ溶接機５に作動信号を出力してレーザ光Ｌｚの照射位置が上記インパネブラケット１０ｃ及び上記組立管１１の重合部分の四辺のうちの一辺（上辺）になるよう上記ミラー５４ｂの傾斜角度を変更し、且つ、レーザ光Ｌｚを照射するとともに上記サーボモータ３５に作動信号を出力して上記組立管１１を回転させることにより上記インパネブラケット１０ｃ及び上記組立管１１の重合部分を連続溶接する。

このようにして、制御部６は、上記インパネブラケット１０ｃ及び上記組立管１１の重合部分の四辺のうちの残りの二辺においても、回転治具３、産業用ロボット４及びレーザ溶接機５に作動信号を出力して回転治具３の回転動作、産業用ロボット４の押付動作、レーザ溶接機５における加工ヘッド５４の移動動作、及びレーザ溶接機５のレーザ照射動作をそれぞれ組み合わせながら溶接を行って車体フレーム１０を得る。

以上より、本発明の実施形態によると、組立管１１の重合部分を接合する際、組立管１１が上下方向に延びる姿勢となっていて撓まない。したがって、組立管１１を撓まないようにする支持部材を必要とせず、寸法精度の良い車体フレーム１０をコストが嵩まない設備で形成できる。また、回転治具３による回転動作によって組立管１１における外周面が周方向の全領域においてレーザ溶接機５側に向くことが可能となるので、組立管１１における外周面において周方向に亘って溶接を行うことができる。さらに、組立管１１の重合部分を溶接する工程においてインパネブラケット１０ｃを組立管１１に接合できるので、インパネブラケット１０ｃを組立管１１に接合する工程を別途設ける必要がなく、広いスペースを占有しないコンパクトな設備にすることができる。

また、組立管１１における重合部分の接合又は組立管１１へのインパネブラケット１０ｃの接合をレーザ溶接で行うので、完成した車体フレーム１０における接合部周りの熱歪みを小さくすることができ、車体フレーム１０をさらに精度良く組み立てることができる。

また、第１スライドレール５１及び第１スライダ５２によって加工ヘッド５４が組立管１１の長手方向全域に亘って移動可能となるので、組立管１１おける長手方向全域に亘って溶接による接合を行うことができる。

また、第２スライドレール５６及び第２スライダ５７によって加工ヘッド５４が組立管１１に対して接近・離間可能となるので、組立管１１又はインパネブラケット１０ｃに対するレーザ溶接機５の溶接位置を細かく調整することができる。

さらに、ミラー５４ｂの小さな動作によってレーザ光Ｌｚの照射位置を大きく変更させることが可能になるので、レーザ光Ｌｚの照射位置を各接合個所に瞬時に移動させることができ、車体フレーム１０における全ての接合作業にかかる時間を短くすることができる。

尚、本発明の実施形態では、接合組立装置１において、組立管１１に対してインパネブラケット１０ｃのみ組み付けているが、これに限らず、例えば、ステアリングブラケット等、その他の部品を産業用ロボット４で搬送するとともに上記組立管１１に押し当てて溶接により組み付けるようにしてもよい。

また、本発明の実施形態では、１台の産業用ロボット４で組立管１１に部品を押し当てて固定するようになっているが、複数台の産業用ロボット４を上記回転治具３の側方に配置してその複数台の産業用ロボット４で複数の部品をそれぞれ組立管１１に押し当てて固定するようにしてもよい。

さらに、本発明の実施形態では、接合手段としてレーザ溶接機５を用いているが、これに限らず、アーク溶接、ＴＩＧ溶接、及び、プラズマ溶接などの溶接機で接合を実施してもよい。

それに加えて、本発明の実施形態では、内部に傾斜角度を変更可能な内部にミラー５４ｂが設けられた加工ヘッド５４を用いてレーザ溶接を実施しているが、内部にミラー５４ｂのない加工ヘッド５４を用いてレーザ溶接を実施してもよい。

本発明は、例えば、自動車の骨格をなす接合組立フレームを組み立てる接合組立装置に適している。

１接合組立装置
３回転治具
４産業用ロボット（部品固定手段）
５レーザ溶接機（溶接手段）
１０車体フレーム（接合組立フレーム）
１０ａ第１インパネパイプ（筒部材）
１０ｂ第２インパネパイプ（筒部材）
１０ｃインパネブラケット（被組付部品）
１１組立管
５２第１スライダ（上下動手段）
５４加工ヘッド
５４ｂミラー
５７第２スライダ（水平移動手段）
Ｌｚレーザ光

Claims

２つの筒部材を互いに嵌合させて組み立てた組立管を筒中心線が上下方向に向く姿勢でその両端部を把持して筒中心線周りに回転させることが可能な回転治具と、
該回転治具の側方に配置され、上記組立管に組み付けられる被組付部品を上記組立管の外周面に押し当てて固定する部品固定手段と、
上記回転治具及び上記部品固定手段の側方に配置され、上記回転治具に把持された上記組立管の重合部分か、又は、上記部品固定手段によって固定された上記被組付部品の上記組立管との重合部分を接合する接合手段とを備え、
上記接合手段は、光を増幅させてレーザ光を得るレーザ発振器と、該レーザ発振器で得られたレーザ光を上記組立管又は上記被組付部品に向かって照射する加工ヘッドと、接合作業時において、上記加工ヘッドを上記組立管の長手方向に沿うように上下動させる上下動手段とを有し、
上記加工ヘッドは、上記レーザ発振器で得られたレーザ光を上記組立管又は上記被組付部品に向かって反射させるミラーを有し、レーザ光の照射中に、該ミラーの傾斜角度を変更することによりレーザ光の照射位置を変更するよう構成されていることを特徴とする接合組立装置。
請求項１に記載の接合組立装置において、
上記接合手段は、上記加工ヘッドを上記回転治具に対して接近・離間可能に水平移動させる水平移動手段を備えていることを特徴とする接合組立装置。