JPH05376A

JPH05376A - スタツド溶接装置

Info

Publication number: JPH05376A
Application number: JP3180476A
Authority: JP
Inventors: Osamu Mizutani; 修水谷; Toshimi Okada; 敏己岡田; Iwao Takahashi; 巖高橋; Kuniaki Hirakawa; 邦昭平川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3249547B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スタッドガンの移動位置および指向方向の自
由度を著しく増大し、１台のスタッド溶接装置で複数種
類の異なった形状を持ったワークにスタッド溶接するこ
とができる。【構成】互いに直角関係に配置したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
方向に、ねじ軸３４，５２，６２を配置する。Ｘ軸方向
のねじ軸３４の回転で移動するプレート５０に、Ｙ軸方
向のねじ軸５２を支持し、このねじ軸５２の回転で移動
するプレート５６にＺ軸方向のねじ軸６２を支持して送
り機構１２を構成する。ねじ軸６２の回転で移動する送
り機構１２の出力部材６６に、互いに水平方向の直角関
係をもって配置したα軸，β軸をそれぞれ中心として回
動可能なマニピュレータ１６を設ける。マニピュレータ
１６の出力部材１００にスタッドガン２４を取り付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スタッド部品をワーク
に溶接する際に用いるスタッド溶接装置に関し、とりわ
け、ワークの形状に限定されることなく簡単にスタッド
部品を目的位置に溶接することができるスタッド溶接装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車体の組立てラインでは、予め
所定形状に裁断した複数のプレス鋼板を、スポット溶接
機等を用いて順次接合して車体の骨格となるモノコック
ボディを形成する。このモノコックボディには、後のラ
インで各種付属品が取り付けられて行くが、例えば、車
体ルーフ部分にモール等を取り付けるためのスタッド部
品を溶接する場合がある。尚、このスタッド部品とは、
スタッドボルト等のようにワーク（ボディ）から突出し
て溶接される部材で、自動化した車体組立てラインで
は、スタッド溶接の省力化を行うことができるスタッド
溶接装置を使用する。

【０００３】前記スタッド溶接装置としては、例えば、
実開昭６２−２０２９７７号公報に開示されるスタッド
ガンを屈曲アーム等の先端に設け、この屈曲アームを操
作してワークの所定位置にスタッドガンを移動して、ス
タッド部品を溶接するようになっている。前記スタッド
ガンには、スタッド部品を自動供給するためのオートフ
ィーダーを設け、スタッド部品を１個づつ供給できるよ
うになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のスタッド溶接装置にあっては、スタッドガンの移
動位置を決定するに、スタッド部品の取付け位置に対応
した車体部分の外側形状に沿ったアタッチメント治具を
設け、このアタッチメント治具が所定の車体形状に合致
する位置でスタッド溶接位置を決定していた。このた
め、一旦アタッチメント治具をセットした後は、前記ス
タッド溶接装置を所定の車体形状を持った同一車種のみ
にしか適用することができず、ライン上に異なる車種が
流れてきたときには、その都度アタッチメント治具を交
換する必要がある。また、同一の車体にあっても複数箇
所にスタッド部品を取り付ける場合は、同一のアタッチ
メント治具ではもはや対応することができず、複数のス
タッド溶接装置が必要になってしまうという課題があっ
た。

【０００５】そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑み
て、アタッチメント治具を用いること無く、それぞれ異
なった複数種類の形状部分へのスタッド部品の取り付け
を簡単に行うことができるスタッド溶接装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の第１の構成は、互いに直角関係をもって配
置したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って、これら各軸を単独ま
たは複合して移動可能とする送り機構と、送り機構の移
動量出力部材に設け、互いに水平方向の直角関係をもっ
て配置したα軸，β軸をそれぞれ中心として回動可能な
マニピュレータと、マニピュレータの回動量出力部材に
設け、ワークにスタッド部品を溶接するスタッドガン
と、を備えて構成する。

【０００７】また、かかる目的を達成するために本発明
の第２の構成は、互いに直角関係をもって配置したＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って、これら各軸を単独または複合
して移動可能とする送り機構と、送り機構の移動量出力
部材に設け、互いに水平方向の直角関係をもって配置し
たα軸，β軸をそれぞれ中心として回動可能なマニピュ
レータと、マニピュレータの回動量出力部材に設け、ワ
ークにスタッド部品を溶接するスタッドガンと、スタッ
ドガンに、ワークの所定の目的位置までの距離を測定し
て、この測定結果を前記送り機構および，または前記マ
ニピュレータの駆動量にフィードバックする補正装置
と、を備えて構成する。

【０００８】更に、前記第１または第２の構成におい
て、マニピュレータのα軸，β軸をそれぞれ中心として
相対回動する回動部材間にねじ軸を螺合し、このねじ軸
をサーボモータで回転制御してマニピュレータを駆動す
ることが望ましい。

【０００９】

【作用】以上の構成により本発明のスタッド溶接装置の
第１の構成にあっては、送り機構の移動量出力部材にマ
ニピュレータを設け、かつ、このマニピュレータの回動
量出力部材にスタッドガンを設けたので、送り機構がＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って単独または複合して移動するこ
とにより、前記移動量出力部材は前後，左右，上下に自
在に移動することができる。また、このように前後，左
右，上下に移動する移動量出力部材に対して、マニピュ
レータがα軸，β軸を中心としてそれぞれ回動すること
により、このマニピュレータの回動量出力部材に設けた
スタッドガンをあらゆる方向に指向させることができ
る。従って、前記送り機構および前記マニピュレータ
に、それぞれのワークのスタッド溶接部分形状を記憶さ
せておくことにより、複数種類の形状をもったワークに
自動的にスタッド溶接を行うことができる。

【００１０】また、本発明のスタッド溶接装置の第２の
構成にあっては、前記第１の構成に加えてスタッドガン
に、ワークの所定の目的位置までの距離を測定して、こ
の測定結果を前記送り機構および，または前記マニピュ
レータの駆動量にフィードバックする補正装置を設けた
ので、スタッドガンの移動位置および指向方向を、各ワ
ークの形成誤差等により僅かなばらつきが生じている場
合にも、このばらつきを検出して予め記憶した位置を補
正し、常に適性位置にスタッド溶接することができる。

【００１１】更に、前記第１または第２の構成におい
て、マニピュレータのα軸，β軸をそれぞれ中心として
相対回動する回動部材間にねじ軸を螺合し、このねじ軸
をサーボモータで回転制御してマニピュレータを駆動す
ることにより、マニピュレータの回動位置、つまり、こ
れに設けたスタッドガンの指向方向の精度を高くするこ
とができると共に、一旦指向させた方向の位置保持を確
実に行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて詳細に説
明する。図１から図７は本発明にかかるスタッド溶接装
置１０の一実施例を示し、図１は全体斜視図、図２から
図６はスタッド溶接装置１０の各部をそれぞれ示す詳細
図、図７はスタッド部品の取り付け状態を示す要部拡大
断面図である。

【００１３】即ち、本実施例のスタッド溶接装置１０は
図１に示したように、互いに直角関係をもって前後，左
右，上下に配置したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って、これら
各軸を単独または複合して移動可能とする送り機構１２
と、送り機構１２の移動量出力部材に設け、互いに水平
方向の直角関係をもって前後，左右に配置したα軸，β
軸をそれぞれ中心として回動可能なマニピュレータ１６
と、マニピュレータ１６の回動量出力部材に設け、ワー
クとしての車体ルーフ２０に、スタッド部品としてのＴ
スタッド２２（図７参照）を溶接するスタッドガン２４
とを備えて構成する。また、前記スタッドガン２４に
は、車体ルーフ２０の所定の目的位置、つまり、Ｔスタ
ッド２２を取り付けるに目安となる部分までの距離を測
定して、この測定結果を前記送り機構１０および，また
は前記マニピュレータ１６の駆動量にフィードバックす
る補正装置２６とを設ける。

【００１４】前記送り機構１０は図外の枠体に天吊状態
で支持するようになっており、この送り機構１０は、前
記移動量出力部材１４をＸ軸方向に移動するための前後
移動機構２８と、Ｙ軸方向に移動するための左右移動機
構３０と、Ｚ軸方向に移動するための上下移動機構３２
とにより構成する。

【００１５】前記前後移動機構２８は図２にも示したよ
うに、Ｘ軸（前後）方向に配置する第１ねじ軸３４，３
４を車両左右方向に一対設け、これら第１ねじ軸３４，
３４の両端部を前記枠体に取り付けるブラケット３６，
３６に回転可能に支持する。また、前記第１ねじ軸３
４，３４に平行にそれぞれ一対のガイド３８，３８を設
け、このガイド３８，３８間に移動可能に第１プレート
４０を支承する。この第１プレート４０には前記第１ね
じ軸３４，３４に螺合する第１ナット部材４２，４２を
取り付ける。前記第１ねじ軸３４，３４の一端部間はタ
イミングベルト４４を介して回転方向に互いに連動する
と共に、一方の第１ねじ軸３４の他端部にサーボモータ
４６を設ける。従って、サーボモータ４６を回転するこ
とにより一対の第１ねじ軸３４，３４が同方向に回転
し、これに螺合した第１ナット部材４２，４２を介して
第１プレート４０をＸ軸方向に移動させる。

【００１６】前記左右移動機構３０は図３にも示したよ
うに、前記第１プレート４０にブラケット４８，４８を
介して第２プレート５０を取り付け、この第２プレート
５０にＹ軸（左右）方向に配置する第２ねじ軸５２の両
端部を回転可能に支持する。この第２ねじ軸５２の上下
両側には一対のガイド５４，５４を設け、このガイド５
４，５４に移動可能に第３プレート５６を取り付ける。
この第３プレート５６は上下方向を指向し、前記第２ね
じ軸５２に螺合する第２ナット部材５８を取り付ける。
また、前記第２ねじ軸５２の一端部にはサーボモータ６
０を設け、このサーボモータ６０で第２ねじ軸５２を回
転し、これに螺合した第２ナット部材５８を介して第３
プレート５６をＹ軸方向に移動させる。

【００１７】前記上下移動機構３２は図４にも示したよ
うに、前記第３プレート５６にＺ軸（上下）方向に配置
する第３ねじ軸６２の両端部を回転可能に支持する。こ
の第３ねじ軸６２の左右両側には一対のガイド６４，６
４を設け、このガイド６４，６４には移動可能に移動量
出力部材としての第４プレート６６を取り付ける。この
第４プレート６６には前記第３ねじ軸６２に螺合する第
３ナット部材６８を取り付け、また、この第３ねじ軸６
２の一端部にはサーボモータ７０を設ける。このサーボ
モータ７０で前記第３ねじ軸６２を回転し、前記第３ナ
ット部材６８を介して第４プレート６６をＺ軸方向に移
動させる。

【００１８】前記マニピュレータ１６は前記第４プレー
ト６６に設け、α軸を中心とする第１回動機構７２と、
β軸を中心とする第２回動機構７４とにより構成する。

【００１９】前記第１回動機構７２は図５にも示したよ
うに、前記第４プレート６６から前方下方に傾斜して突
出する第１アーム７６と、この第１アーム７６の先端部
に回転可能に設け、α軸方向に配置する第１枢軸７８
と、この第１枢軸７８から一体に下方に突出する第２ア
ーム８０とを備え、第１枢軸７８を中心として第１アー
ム７６と第２アーム８０とが相対回動可能となってい
る。

【００２０】また、前記第４プレート６６から前記第１
アーム７６を配置した側に第１支持片８２を突設し、こ
の第１支持片８２の先端部にブラケット８４を回動可能
に取り付ける。このブラケット８４に対向してもう１つ
のブラケット８６を設け、これら両ブラケット８４，８
６をガイド８８を介して連結する。更に、前記両ブラケ
ット８４，８６間に回転可能に第４ねじ軸９０を支持す
る。

【００２１】一方、前記第２アーム８０と一体にかつ前
記第１枢軸７８と同軸に第１揺動片９２を突設し、この
第１揺動片９２の先端部に第４ナット部材９４を回動可
能に取り付ける。そして、この第４ナット部材９４を前
記ガイド８８に移動可能に支持すると共に、前記第４ね
じ軸９０に螺合する。第４ねじ軸９０の一端部にはサー
ボモータ９６を設け、このサーボモータ９６で第４ねじ
軸９０を回転することにより、前記第４ナット部材９４
を介して第１揺動片９２を回動する。つまり、第１揺動
片９２が回動することにより、第２アーム８０が第１ア
ーム７６に対して回動可能となっている。

【００２２】前記第２回動機構７４は図６にも示したよ
うに、前記第２アーム８０の下端部に回転可能に設け、
β軸方向に配置する第２枢軸９８と、この第２枢軸９８
から一体に下方に突出する回動量出力部材としての第３
アーム１００とを備え、第２枢軸９８を中心として第２
アーム８０と第３アーム１００とが相対回転可能となっ
ている。

【００２３】また、前記第２アーム８０から左右方向に
第２支持片１０２を突設し、この第２支持片１０２の先
端部にブラケット１０４を回動可能に取り付けると共
に、このブラケット１０４に対向してブラケット１０６
を設ける。これら両ブラケット１０４，１０６をガイド
１０８を介して連結すると共に、前記両ブラケット１０
４，１０６間に回転可能に第５ねじ軸１１０を支持す
る。

【００２４】更に、前記第２枢軸９８から一体に第２揺
動片１１２を突設し、この第２揺動片１１２の先端部に
第５ナット部材１１４を回動可能に取り付ける。そし
て、この第５ナット部材１１４を前記ガイド１０８に移
動可能に支持すると共に、前記第５ねじ軸１１０に螺合
する。第５ねじ軸１１０の一端部にはサーボモータ１１
６を設け、このサーボモータ１１６で第５ねじ軸１１０
を回転することにより、前記第５ナット部材１１４を介
して第２揺動片１１２を回動し、この第２揺動片１１２
の回動により第３アーム１００が第２アーム８０に対し
て回動可能となっている。

【００２５】ところで、前記第１，第２，第３，第４，
第５の各ねじ軸３４，５２，６２，９０，１１０を回転
駆動するサーボモータ４６，６０，７０，９６，１１６
は、図外の制御回路から駆動信号が出力され、その回転
量が制御される。前記各サーボモータ４６，６０，７
０，９６，１１６をそれぞれ駆動制御することにより、
送り機構１２による前後，左右，上下方向の移動量制
御、およびマニピュレータ１６のα軸およびβ軸廻りの
回動量制御を行うことができ、最終的に前記スタッドガ
ン２４を取り付けた前記第３アーム１００の移動位置お
よび指向方向を決定することができる。前記制御回路に
は予め車体ルーフ２０にスタッド溶接しようとする位置
を１つまたは複数種類記憶してあり、この記憶した情報
に基づいてスタッドガン２４の移動および指向位置を決
定するようになっている。

【００２６】前記スタッドガン２４にはＴスタッド送給
ケーブル（オートフィーダー）１２０を接続してあり、
この送給ケーブル１２０を介してＴスタッド２２がスタ
ッドガン２４に順次１個づつ供給される。また、前記送
給ケーブル１２０には溶接ケーブル１２２をまとめて配
索し、この溶接ケーブル１２２を介してスタッドガン２
４に電流を供給する。

【００２７】前記スタッドガン２４の左右方向両側に
は、前記補正装置２６を構成する一対のレーザーセンサ
１２４，１２６を取り付けてある。レーザーセンサ１２
４，１２６からはレーザービームを照射して、このレー
ザービームが突き当たる物体までの距離を測定できるよ
うになっており、この測定結果を前記制御回路にフィー
ドバックする。

【００２８】即ち、前記Ｔスタッド２２を取り付ける位
置は、車体ルーフ２０の両側に凹設した図外のモール取
付用の溝２０ａ，２０ａを形成し、この溝２０ａ，２０
ａの長さ方向（前後方向）両端部（Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，
Ｐ₄）に設定し、取り付けたＴスタッド２２にモールを
係止するようになっている。

【００２９】従って、以上の構成になる本実施例のスタ
ッド溶接装置１０は、ラインの上方に天吊状態で支持さ
れており、ワークとしての車体が流れてくると、この車
体の形状に応じて予め制御回路に記憶した情報に基いて
送り機構１２およびマニピュレータ１６を駆動し、スタ
ッドガン２４を前記モール取り付け用の溝２０ａの所定
部位に移動かつ指向させる。次に、溶接ケーブル１２２
を介して前記スタッドガン２４に通電し、図７に示した
ようにスタッドガン２４の先端部に保持したＴスタッド
２２と車体ルーフ２０との間に一時的にアークを飛ばし
て表面を溶融状態とし、この状態でＴスタッド２２をル
ーフパネルの溶融部分に押し付けてＴスタッド２２を固
着する。

【００３０】ところで、前記送り機構１２の移動および
マニピュレータ１６の回動は、それぞれに組み込んだサ
ーボモータ４６，６０，７０，９６，１１６の回転量の
制御で行い、スタッドガン２４をスタッド溶接する目的
位置に移動および回動できるようになっている。従っ
て、従来のようにアタッチメント治具を用いること無く
制御回路に記憶した情報でスタッドガン２４を目的位置
に移動できる。このため、各車種に応じた複数の情報を
制御回路に記憶させておくことにより、１台のスタッド
溶接装置１０で複数車種のスタッド溶接に適用すること
ができる。

【００３１】また、本実施例のスタッド溶接装置１０は
上述したように前後，左右，上下方向の移動を自在に行
う送り機構１２以外に上記マニピュレータ１６を設け、
このマニピュレータ１６を水平方向で互いに直角関係を
もって配置したα軸，β軸をそれぞれ中心として回動さ
せることにより、スタッドガン２４をスタッド溶接部分
の傾斜状態に精度良く対応させて、Ｔスタッド２２の取
付角度（本実施例では直角方向）を正確にだすことがで
きる。

【００３２】更に、本実施例のスタッド溶接装置１０で
は、スタッドガン２４にレーザーセンサ１２４，１２６
を設けて補正装置２６を構成したので、レーザーセンサ
１２４，１２６で測定した車体ルーフ２０の目的部位ま
での距離を制御回路にフィードバックすることにより、
このフィードバック信号に応じて上記サーボモータ４
６，６０，７０，９６，１１６の回転量を補正制御する
ことができる。つまり、上記車体ルーフ２０は同一車種
にあっても形成誤差により微妙に湾曲の曲率が異なる場
合があり、このように形成誤差を生じた場合にもＴスタ
ッド２２を目的部位に適確に取り付けることができる。
即ち、上記補正装置２６は図７に示したように、左右片
側の溝２０ａにスタッド溶接する場合、一方のレーザー
センサ１２０でこの溝２０ａの側壁２０ｂまでの距離を
測定し、この距離が予め設定した寸法となるように上記
サーボモータ４６，６０，７０，９６，１１６の１つま
たは複数の回転量を制御する。尚、左右他側の溝２０ａ
にスタッド溶接する場合は、図１，図６に示した他方の
レーザーセンサ１２６で側壁までの距離を測定する。

【００３３】因に、本実施例のスタッド溶接装置１０は
天吊状態で支持したので、このスタッド溶接装置１０の
下部に他の組立て装置を配置することができ、工程の利
用度を向上することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
示すスタッド溶接装置にあっては、互いに直角関係をも
って配置したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能な送り機
構と、互いに水平方向の直角関係をもって配置したα
軸，β軸をそれぞれ中心として回動可能なマニピュレー
タとを介してスタッドガンを移動および回動して、ワー
クの目的位置にスタッド部品を溶接するようにしたの
で、スタッドガンの移動位置および指向方向の自由度を
著しく増大してあらゆる形状のワークに対応させること
ができる。また、前記送り機構のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向
の各移動量、および前記マニピュレータのα軸，β軸を
中心とした回動量を予め記憶させておくことにより、従
来用いたアタッチメント治具を配置してスタッド溶接を
簡単に行うことができる。更に、複数種類のワークのス
タッド溶接部分形状を記憶させておくことにより、それ
ぞれ異なった形状をもったワークに自動的にスタッド溶
接を行うことができ、これら複数種類の作業を１台のス
タッド溶接装置で済ませることができる。

【００３５】また、本発明の請求項２に示すスタッド溶
接装置にあっては、ワークの所定の目的位置までの距離
を前記送り機構および，または前記マニピュレータの駆
動量にフィードバックする補正装置を設けたので、各ワ
ークに形成誤差が生じている場合にも常に適性位置にス
タッドガンを案内して、正確なスタッド溶接を行うこと
ができる。

【００３６】更に、本発明の請求項３にあっては、マニ
ピュレータのα軸，β軸をそれぞれ中心として相対回動
する回動部材間にねじ軸を螺合し、このねじ軸をサーボ
モータで回転制御してマニピュレータを駆動したので、
マニピュレータの回動位置、つまり、これに設けたスタ
ッドガンの指向方向の精度を高くすることができると共
に、一旦指向させた方向の位置保持を確実に行うことが
できるという各種優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるスタッド溶接装置の一実施例を
示す全体斜視図である。

【図２】本発明の一実施例に用いる送り機構の要部を示
す平面図である。

【図３】本発明の一実施例に用いる送り機構の要部を示
す断面正面図である。

【図４】本発明の一実施例に用いる送り機構の要部を示
す断面正面図である。

【図５】本発明の一実施例に用いるマニピュレータの要
部を示す側面図である。

【図６】本発明の一実施例に用いるマニピュレータの要
部を示す正面図である。

【図７】本発明の一実施例のスタッド部品の取り付け状
態を示す要部拡大断面図である。

【符号の説明】１０スタッド溶接装置１２送り機構１６マニピュレータ２０車体ルーフ
（ワーク）２２Ｔスタッド（スタッド部品）２４スタッドガ
ン２６補正装置６６第４プレー
ト（移動量出力部材）７２第１回動機構７４第２回動機
構９０，１１０ねじ軸１００第３アーム
（回動量出力部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平川邦昭広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直角関係をもって配置したＸ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸に沿って、これら各軸を単独または複合して
移動可能とする送り機構と、送り機構の移動量出力部材
に設け、互いに水平方向の直角関係をもって配置したα
軸，β軸をそれぞれ中心として回動可能なマニピュレー
タと、マニピュレータの回動量出力部材に設け、ワーク
にスタッド部品を溶接するスタッドガンと、を備えたこ
とを特徴とするスタッド溶接装置。
【請求項２】互いに直角関係をもって配置したＸ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸に沿って、これら各軸を単独または複合して
移動可能とする送り機構と、送り機構の移動量出力部材
に設け、互いに水平方向の直角関係をもって配置したα
軸，β軸をそれぞれ中心として回動可能なマニピュレー
タと、マニピュレータの回動量出力部材に設け、ワーク
にスタッド部品を溶接するスタッドガンと、スタッドガ
ンに、ワークの所定の目的位置までの距離を測定して、
この測定結果を前記送り機構および，または前記マニピ
ュレータの駆動量にフィードバックする補正装置と、を
備えたことを特徴とするスタッド溶接装置。
【請求項３】マニピュレータのα軸，β軸をそれぞれ
中心として相対回動する回動部材間にねじ軸を螺合し、
このねじ軸をサーボモータで回転制御してマニピュレー
タを駆動することを特徴とする請求項１または２のスタ
ッド溶接装置。