JP6483128B2 - 金属薄板部材を連続的に搬送しかつ突合わせ溶接する方法および該方法の使用 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、特に自動車産業のボディ製造における金属薄板パネルを連続的に搬送しかつ突合わせ溶接する方法ならびに該方法の使用に関する。

ボディ製造における金属薄板部材の製造のためには、個々の金属薄板パネルから（場合によっては金属薄板開先加工の後に）溶接された部材、すなわち「テーラードブランク（Tailored Blanks）」を製造する最新の製作方法が使用される。公知の溶接方法、特にレーザ溶接においては、２つの公知の方法が存在する。第１の方法では、金属薄板パネルが正確に位置決めされ、緊定され、そして可動の溶接ヘッドによって不連続的に溶接される。第２の方法では、金属薄板パネルが、互いに対して交差された軌道から到来して、定位置固定の溶接工具に供給されて、溶接される。両方法は、約０.１５ｍｍのギャップ幅を達成するための機械的な精度を得るために大きな手間を必要とする。米国特許第５３２８０８３号明細書には、方法および該方法を実施するための装置が記載されているが、実際のシーム軌道に比較して溶接工具の正確な位置決めがどのようにして行われるのかについては開示されていない。この場合、ブランクの不正確性やシーム軌道の位置ずれにより、誤差を含んだ溶接シームが生ぜしめられる恐れがある。

溶接の際には、高温の溶接シームによって力が発生し、この力は、溶接シームの端部にギャップを発生させてしまう。この効果を回避するためには、金属薄板が高い力で保持されるか、または溶接シームが、溶接の直後に一般に水を用いて冷却されなければならない。この目的のために、制御装置と冷却装置とが設けられている。しかし、このことは全体的に、装置類にかかる相当の手間を生ぜしめ、それゆえに、このようなテーラードブランク溶接機械の投資コストを著しく高価にしてしまう。

欧州特許第０４５０３４９号明細書には、突合わせ案内された帯材または金属薄板を、付加材料（溶加材）の供給なしにレーザビームによって連続的に溶接する方法が記載されている。帯材は溶接シームの領域において帯材走行方向で見て溶接焦点のすぐ背後で冷却され、この場合、帯材は、突合わせ縁部により形成されたギャップの幅に関連して冷却される。上記欧州特許明細書においては、突合わせ案内された金属薄板または帯材を、定位置固定のレーザビームによって連続的に溶接する装置も提案されている。この装置は、溶接されるべき帯材の両側で対（ペア）を成して帯材走行方向に対して直角に配置された緊定ローラを備えている。これらの緊定ローラは帯材の突合わせ部の領域においてギャップを形成し、突合わせ縁部の溶接時には、定位置固定のレーザビームがこのギャップを通過する。

欧州特許第０８１７６９８号明細書には、金属薄板パネルを連続的に突合わせシーム溶接する方法が記載されている。この方法では、金属薄板パネルの相対的な位置が、ひいてはシーム接合部の精度が、規定の許容誤差範囲内に維持される。この場合、互いに溶接されるべき金属薄板の機械的に精密な位置調整が意識的に不要にされ、その代わりにビーム工具が、ギャップ幅を連続的に検出するためのセンサ装置によって、両金属薄板パネルの金属薄板突合わせ部に追従される。さらに、制御回路を用いて、溶接ビームの出力および溶接プロセスのための所要の冷却出力（ガス、水）が、永続的に調整され得る。このようなシステムは、高い保守手間を要する。

テーラードブランクの溶接時にその都度問題となるのが、ブランクの緊定である。この問題は、機械コンセプトに応じて種々様々に解決される。一方では、さらに上で述べたように、連続式の通し送り設備では、溶接シームが、溶接の直後に冷却されなければならない。他方では、ブランクが２つのチェーンの間に締め付けられて緊定される方法も知られている。このような機械において不都合となるのは、上方からブランクに直接に接近する経路が存在せず、機械の溶接残分による汚染問題が生じることである。特に方形ではない輪郭（たとえば三角形または五角形の輪郭）を有するブランクを溶接する場合には、２つの溶接シームの溶接の間に非生産的なデッドタイム（無駄時間）が発生し、このことは機械のサイクル時間に不都合な影響を与え、ひいては生産コストにも不都合な影響を与える。

確実なプロセスを保証する緊定のための別の手段としては、静的な磁石上でのブランクの緊定が挙げられる。しかし、このような設備の高いサイクル時間要求に応えるためには、このような磁石シャトルを回転運動させなければならず、また、ブランクのローディングおよびアンローディングのために電磁石を使用しなければならない。したがって、回転するシステムに対するエネルギ供給が確保されなければならず、このことは、技術的な障害となり、相応して高い投資コストを伴う。

テーラードブランクを溶接する方法における重要な判断基準として、一方では、設備全体のスループット、すなわち１時間当たりどれくらいの量のパーツが製造され得るのか、が挙げられ、他方では、加工プロセス全体の品質と、溶接されたブランクの所望の品質とのいずれをも、理性的な技術的手間をかけるだけで確保し得るようにするためにかかる手間が挙げられる。

上述した解決手段において不都合となるのは、溶接シームの冷却、確実なプロセスを保証する金属薄板の緊定、および設備からの溶接スモークや溶接スパッタの導出のためにかかる大きな技術的手間、ならびに全設備の容量、ひいては全設備の生産性である。一般に、このような設備では、溶接光学系が移動式に設計されていて、溶接されるべきブランクが静止しているか、または溶接材料が連続的に供給されて、溶接光学系は溶接プロセスの間、定位置固定となる。さらに不都合となるのは、搬送ベルトに対するローディングおよびアンローディングのためにかかる著しい手間である。

したがって、本発明の根底を成す課題は、上で挙げた不都合が取り除かれるような方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴により解決される。有利な実施態様は、従属項の形の各請求項に記載されている。

本発明は、連続的な方法におけるテーラードブランク部材の、効果的でかつ確実なプロセスを保証する工業的製造を可能にする。この場合、ブランクは磁気的な原理によって片側、つまり下側からのみ緊定され、これによって機械に対する上方からの直接的な接近が保証されている。このことは、機械の保守適性に対して好都合な影響を与える。なぜならば、発生した溶接スモークや溶接スパッタを上方から簡単に導出することができるからである。ブランクは、より長い搬送区間にわたって、確実なプロセスを保証するように位置固定されるので、移動可能な光学系または「フライング式」の光学系を使用することができる。これにより、機械の容量は、慣用コンセプトを有する別の機械に比べて最大４０％高めることができる。機械に対するローディングおよびアンローディングは、電磁石によって可能となり、さらに、磁気的な保持原理は、溶接されるべきブランクの間のできるだけ小さなギャップの維持に対して好都合に作用する。これによって、溶接シームの品質改善が達成される。全体的には、設備全体の単純化された機械コンセプトが得られる。

したがって、全体的には、提案された前記方法を用いると、別の公知の方法に比べて生産性が改善される。

以下、図面に関連して本発明を実施形態に基づき詳しく説明する。

搬送ベルトを備えた本発明に係る設備を示す概略的な横断面図である。 溶接開始時における本発明に係る設備の、ブランクを備えた搬送ベルトを示す第１の平面図である。 溶接時における本発明に係る設備の、ブランクを備えた搬送ベルトを示す第２の平面図である。 溶接終了時における本発明に係る設備の、ブランクを備えた搬送ベルトを示す第３の平面図である。 溶接光学系の戻り時における本発明に係る設備の、ブランクを備えた搬送ベルトを示す第４の平面図である。

図１には、磁石チェーンコンベヤ１１が示されている。磁石チェーンコンベヤ１１は、駆動ピニオン１を介して搬送方向ＴＲに運動可能なエンドレスな搬送ベルト３を備えている。搬送ベルト３の速度ｖ_ＴＲは１〜３０ｍ／分の範囲にある。搬送ベルト３の、好ましくは循環する磁極プレートとして設計されている（しかし必ずしもそうである必要はない）セグメント２は、長さＬにわたって平らな平面を形成しており、この平らな平面には、第１のプロセスステップにおいて供給手段１２によって磁化可能な個別ワーク３０ａ，３０ｂが載置され、好ましくは磁気的な保持手段６によって搬送ベルト３上に高い力で固持される。この場合、定位置固定の第１の品質システム８が、溶接されるべき個別ワーク３０ａ，３０ｂの位置およびギャップ幅の監視のために用いられる。ブランク３０ａ，３０ｂ，４０，５０の間の間隔Ｄは、溶接されるべき個別ワーク３０ａ，３０ｂの輪郭に関連している。この場合、間隔Ｄは、個別ワーク３０ａ，３０ｂが方形の輪郭を有する場合には小さく保持され得るが、たとえば個別ワーク３０ａ，３０ｂが菱形の輪郭を有する場合には、より大きく設定されなければならない。第２のプロセスステップにおいて、個別ワーク３０ａ，３０ｂは、運動可能な溶接光学系７によって溶接方向ＳＲＯで材料結合式に互いに結合されて、１つの溶接されたブランク５０を形成する。この場合、溶接シームの特性は、定位置固定の第２の品質システム９によって上方から検査され、さらに選択的に付加的な、定位置固定のカメラ１０によって下方から検査される。搬送ベルトが移動区間Ｌを進むと、溶接されたブランク５０は、第３のプロセスステップにおいて、保持手段６を予め解除した後に、溶接されたブランク５０を除去するための手段１３によって、連続的に走行する搬送ベルト３から取り出される。

図２は、上から見た第１の平面図の形で、溶接プロセスのスタートを示している。ギャップ５により互いに分離された、それぞれ複数のセグメント２から成る両搬送ベルト３，４が設けられている。両搬送ベルト３，４は同じ速度ｖ_ＴＲで連続的に搬送方向ＴＲに動く。できるだけ小さなギャップ３３を形成して、溶接されるべき個別ワーク３０ａ，３０ｂから成っている、溶接前のブランク３０は、縁部３１，３２の領域において搬送ベルト３，４上に位置固定されている。加工中であるブランク４０は、縁部４１，４２の領域に、裁断誤差が原因で存在する最小のギャップ４３を有し、溶接光学系７は開始位置ＯＳＡに位置決めされている。既に溶接の終了したブランク５０は、溶接シーム５１を備えていて、次のプロセスステップにおいて搬送ベルト３，４から除去され得る。

図３は、上から見た第２の平面図の形で溶接プロセスを示している。溶接光学系７は速度ｖ_ＯＳ＝ｖ_ＴＲ−ｖ_Ｓで、搬送ベルト３，４の搬送方向ＴＲと同じ方向ＳＲＯに動いて、加工中のブランク４０を、裁断誤差が原因で存在する最小のギャップ４３によって互いに分離されている縁部４１，４２の領域で、場合によっては付加線材の供給により溶接する。溶接光学系７は、溶接シーム開始時の位置ＯＳＡから搬送方向ＴＲに動いている。まだ溶接されていない両ブランク３０は、後続の溶接プロセスのために位置決めされている。

図４は、上から見た第３の平面図の形で、溶接プロセスの終了を示している。溶接されたブランク５０には溶接シーム５１が付与されており、溶接光学系７は溶接シーム終了時の位置ＯＳＥに位置している。

図５は、上から見た第４の平面図の形で、溶接光学系７の戻りを示している。溶接光学系７が溶接位置の終端部ＯＳＥに到達した後に、この溶接光学系７は次いで、搬送速度ｖ_ＴＲの数倍に相当する速度ｖ_ＯＲで、搬送方向ＴＲとは逆向きの方向ＲＲＯに動き、その結果、溶接光学系７は、溶接されるべき次のブランク３０を溶接するために開始位置ＯＳＡに到達する。

Claims (10)

1. 金属薄板を搬送しかつ突合わせ溶接する方法であって、
   任意に成形された扁平な金属薄板部材を、供給手段（１２）によって、所定の一定速度ｖ_ＴＲで連続的に水平な方向ＴＲに動かされる少なくとも２つの搬送ベルト（３，４）に載置させて、互いに溶接されるべき２つの個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の、それぞれ２つの、溶接されるべき縁部（３１，３２）を、できるだけ小さなギャップを形成するように互いに突き合わせて接合し、
   運動可能な溶接光学系（７）を使用することができるように、保持手段（６）によって、前記搬送ベルト（３，４）の個々のセグメント（２）に分割された表面に、前記個別ワークが、長い区間Ｌにわたって同じ位置に保持されるように位置固定し、
   溶接されたブランク（５０）を除去する手段（１３）を用いる、金属薄板を搬送しかつ突合わせ溶接する方法において、
   高さ方向および長手方向に移動可能である運動可能な溶接光学系（７）をさらに用い、
   溶接前のシームジオメトリを監視しかつ溶接後の溶接シームを監視するための定位置固定の手段（８，９，１０）が設けられており、
   前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）は、上方からの接近が確保されるように下側からのみ緊定されており、
   溶接されるべき個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の溶接時に、少なくとも１つの運動可能な溶接光学系（７）を、溶接シーム（５１）を形成しつつ、前記搬送ベルト（３，４）の速度ｖ_ＴＲから溶接速度ｖ_Ｓだけ減じられた速度に等しい速度ｖ_ＯＳで、搬送方向ＴＲと同じ長手方向ＳＲＯに動かし、
   前記両個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の溶接によって溶接されたブランク（５０）が形成された後に、前記少なくとも１つの運動可能な溶接光学系（７）を、前記搬送ベルト（３，４）の搬送速度ｖ_ＴＲの数倍に相当する速度ｖ_ＯＲで、搬送方向ＴＲとは逆向きの長手方向ＲＲＯに、溶接されるべき次の溶接シームの開始点ＯＳＡにまで長手方向に動かす
   ことを特徴とする、金属薄板を搬送しかつ突合わせ溶接する方法。
2. 前記搬送ベルト（３，４）を、チェーン駆動装置によって少なくとも１つの駆動ピニオン（１）を介して駆動し、前記搬送ベルト（３，４）の個々の前記セグメント（２）は、磁極プレートとして設計されている、請求項１記載の方法。
3. 前記保持手段（６）は、運動不可能な磁気的な保持手段、好ましくは永久磁石として、または遮断可能な永久磁石として、または電磁石として、または真空モジュールとして、形成されている、請求項１または２記載の方法。
4. 溶接されるべき前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）を前記搬送ベルト（３，４）上に位置固定するために、接続・遮断可能に設計された制御ユニットを介して前記保持手段（６）を接続し、前記保持手段（６）に電流を印加し、これにより磁束を発生させ、前記保持手段（６）を介して磁束を前記セグメント（２）に伝達し、溶接後に、溶接されたブランク（５０）を固定解除するために、電流を遮断することによって前記磁束を遮断することができる、請求項１を引用する請求項３記載の方法。
5. 前記磁束は、前記保持手段（６）と前記セグメント（２）と金属製の前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）とを介して閉じられており、これにより約１０〜１２Ｎ／ｃｍ^２の範囲の高い力Ｆを前記個別ワークに加えて、前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ，４０，５０）を、搬送中に片側で下方から前記搬送ベルト（３，４）上に位置固定する、請求項４記載の方法。
6. 前記個別ワーク（３０ａ）の緊定により、前記個別ワーク（３０ｂ）に磁力を加える磁束を発生させ、これによって、溶接されるべき前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の間のギャップ閉鎖を行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. カメラによって、溶接されるべき前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の間の残留ギャップの監視を行い、溶接されるべき前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の間の最小ギャップ（４３）のギャップ閉鎖を、溶接されるべき前記個別ワーク（３０ａ，３０ｂ）の間に付加線材を供給することによって行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記搬送ベルト（３，４）が、ベルト駆動装置またはシャトル駆動装置としても形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 自動車産業において自動車のボディを製造するための請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を使用して、ボディ製造におけるテーラードブランクを製造する方法。

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