JPH0543841A - 金属板自動接着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの手先部に誘導加熱装置の誘導子を
取付け、被加工物の形状にかかわりなく自動的に複数枚
の金属板を接着可能にする。 【構成】 ロボットの手先部に誘導加熱装置の誘導子を
装着し、このロボットを被加工物の形状に応じて動作さ
せ、被接着部に温間瞬間固化接着剤を塗布して重ね合わ
された複数枚の金属板をその被接着剤に沿って誘導子に
より加熱することにより接着させる。誘導加熱装置の電
源装置としては高耐圧の半導体スイッチ素子を用いたイ
ンバータとし、該半導体スイッチ素子のスイッチング周
波数に応じた周波数よりも更に高い周波数が得られるよ
うにタイムシェアリング方式によって周波数を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属板接着装置に係り、
特に誘導加熱装置とロボットを組み合わせた金属板自動
接着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属板を接着する手段としてス
ポット溶接が行われている。このスポット溶接は、複数
枚の金属薄板を重ね合わせ、この重ね合わされた部分を
両面から対向するトーチで加熱しかつ圧接して接着する
ものであり、例えば自動車のボデー製造工程において、
プレスされた鋼板の接合などに用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自動車のボデーの製造
工程などに良く用いられているスポット溶接は、対向す
るトーチ間に接着すべき複数の金属板を重ね合わせ、こ
れに瞬間的に電流を流しながら加圧接着するものであ
る。したがって、接着すべき金属板の両側が平坦である
場合は何ら支障なく接着作業が容易である。

【０００４】しかしながら、金属板の接着すべき部分が
湾曲していたり屈曲していると、電極を挾み込むことが
不可能であったり非常に困難な部位がありスポット溶接
では接着できない場合がある。

【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的はロボットの手先部に誘導加熱装置の誘
導子を取付け被加工物の形状にかかわりなく自動的に複
数枚の金属板を接着できる金属板自動接着装置を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ロボットの手先部に誘導加熱装置の誘導
子を装着し、このロボットを被加工物の形状に応じて動
作させ、被接着部に温間瞬間固化接着剤を塗布して重ね
合わされた複数枚の金属板をその被接着剤に沿って誘導
子により加熱することにより接着させる。誘導加熱装置
の電源装置としては高耐圧の半導体スイッチ素子を用い
たインバータとし、該半導体スイッチ素子のスイッチン
グ周波数に応じた周波数よりも更に高い周波数が得られ
るようにタイムシェアリング方式によって周波数を高め
る。

【０００７】

【作用】誘導加熱装置の誘導子を手先ヘッド部に装着し
たロボットは、倣い制御部によって教示動作され、複数
枚の金属板を接着剤を介して重ね合わされた被加工物の
加工表面に沿って移動する。前記誘導子にはタイムシェ
アリングによって周波数を高めた高周波電力が供給され
る。前記誘導子は被加熱面積よりも小範囲の加熱となる
ものであり、任意の曲面面積を急速加熱接合する。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図６は本発明を適用するロボットを示す。このロボ
ット本体１は操作駆動部２，この操作駆動部２に連設さ
れたリンク部３，このリンク部３に連結されたアーム４
およびアーム４に連結された手先部５からなり、さらに
ロボット本体１はリンク部３のリンク６と、操作駆動部
２に回動可能に連結された第１回動軸７ａと、該第１回
動軸７ａを操作駆動部２に回動可能に連結する第２回動
軸７ｂと、第１回動軸７ａとアーム４を回動可能に連結
する第３回動軸７ｃと、アーム４を回動可能に連結する
第４回動軸７ｄと、手先部５をアーム４に回動自在に連
結する第５回動軸７ｅ及び回転可能に連結する第６回動
軸７ｆを備えている。８は手先部５に取り付けた誘導加
熱装置の誘導子、９は加工台１０に配設された被加工物
たるワークである。

【０００９】図２は本発明の実施例に係るロボット制御
装置のブロック図であって、１１は制御部で、信号変換
回路１２，演算処理部（ＣＰＵ）１３，ドライバ回路１
４によって構成されている。制御部１１の信号変換回路
１２はセンサ１５の検出信号Ｓ₁を識別してディジタル
化した識別信号Ｓ₂を出力する。演算処理部１３はマイ
クロコンピュータ等からなり、識別信号Ｓ₂とロボット
本体１の情報信号Ｓ₃を入力としこれらをもとに演算処
理する。ドライバ回路１４は演算処理部１３の演算信号
Ｓ₄をもとに駆動制御信号Ｓ₅を出力する。ロボット本体
１は駆動制御信号Ｓ₅にもとづいてセンサ１５と加工部
１６を制御する。電力制御部２０は加工部１６に誘導加
熱電力を供給する。

【００１０】図１は図２の制御装置をさらに具体的に示
したもので、センサ１５としてレーザセンサ１７を用い
ると共に、信号変換部１２としてアナログ・ディジタル
変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）１９を用いたものである。
ロボット本体１の手先部５には誘導子８と位置決めセン
サ１７が取り付けられている。すなわち、位置決めセン
サ１７は直径１ｍｍφ位のスポット光を照射し、センサ
とワークの間の距離をアナログ電圧信号Ｓ₁として取り
出し、Ａ／Ｄ変換回路１９を介してディジタル信号に変
換し、センサコントローラ，ロボットコントローラで使
用するようになっている。

【００１１】本実施例では、誘導子８の作動点とレーザ
センサの測長点とは物理的に異なっているが、手首に装
着するハンドパラメータを変更することにより、容易に
測長点へ誘導子８の作動点を移動することができる。

【００１２】図３は電力制御部２０の一例であるインバ
ータを示すもので、同図において２１は交流電力制御回
路、２２はトランス、２３は電流回路、２４は周波数制
御回路である。交流電力制御回路２１はサイリスタ２５
ａ，２５ｂを逆並列接続してなり、これらのサイリスタ
２５ａ，２５ｂを制御することにより交流電力を制御す
る。周波数制御回路２４は並列接続された半導体スイッ
チ素子である第１のゲートターンオフサイリスタ２６ａ
（ＧＴＯ₁），第２のゲートターンオフサイリスタ２６
ｂ（ＧＴＯ₂），第３のゲートターンオフサイリスタ２
６ｃ（ＧＴＯ₃）からなり、これらのゲートターンオフ
サイリスタに並列接続されたコンデンサ２７ａ，２７
ｂ，２７ｃによってタンク回路２５が形成され、これら
を制御することにより誘導子８に入力する電力の周波数
を制御する。インバータの負荷として誘導子８が接続さ
れており、この誘導子８は鉄心２９に銅線を多数回巻装
したコイルを使用する。また、コイルは素線を撚ったも
ので、これにより表皮効果を防止する。さらに、漏洩磁
束によってロボットのアームが過熱しないように、イン
バータから誘導子８までの電力ケーブル３０には磁気し
ゃ弊３１が施されている。

【００１３】図３のインバータによれば、図４に示すよ
うにゲートターンオフサイリスタ２６ａ，２６ｂ，２６
ｃ（ＧＴＯ１，２，３）タイムシェアリング制御するこ
とにより、所望の周波数が得られる。

【００１４】被加工物体を加熱接着するに当たって、ロ
ボットのアームの動きをティーチングして、必要加熱面
積をなぞって全面加熱するようにする。

【００１５】倣い動作の前提として、例えば、一例とし
て誘導子８を加熱表面に対して高さ５ｍｍ，進行方向お
よびその横断方向に対する姿勢角９０°となるように誘
導子８を設定する場合を考える。

【００１６】制御部１１のＡ／Ｄ変換器１９はレーザセ
ンサ１７からの検出信号Ｓ₁と指令部１８からの指令信
号Ｓ₆をディジタル信号に変換し、中央処理部（ＣＰ
Ｕ）１３に制御指令信号Ｓ₂を入力する。ＣＰＵ１３は
ロボット本体１とドライバ回路１４に制御信号Ｓ₃，Ｓ₄
を入力する。ロボット本体１はＣＰＵ１３からの制御信
号Ｓ₃とドライバ回路１４からの制御信号Ｓ₅に応じて所
定の動作を実行すると共に、指令部１８からの指令によ
って誘導子８が作動する。制御部１１のＣＰＵ１３は演
算処理し、局所変位を繰り返しながら、図５に示すフロ
ーに従って自動倣い動作を行う。図７に示すような曲折
形状を倣う場合を一例として説明すると、図示しないジ
ョイスティック等によりロボットの手先部５のヘッド部
を始点Ａおよび終点Ｅへそれぞれ誘導し、これらの位置
および姿勢をティーチングする（図５のステップ
Ｑ₁）。次に、この始点Ａから終点Ｅまでの距離Ｌを計
算し、予め設定したピッチ（例えばΔＬ＝５ｍｍ）で割
り算し、おおよその分割数Ｎを算出する（ステップ
Ｑ₂）。

【００１７】続いて、センサ，コントローラからロボッ
トコントローラに局所移動信号を出力し、センサと制御
部１１のＣＰＵ１３によって次の諸量を計測する。

【００１８】ステップＱ₃に示すように、Ｐφの位置に
てセンサとワーク表面間の相対的高さＸ＋ΔＸを計測す
る。手先部５のヘッドをＰ₁およびＰ₂に移動させ、横断
方向姿勢Δαを計測する。手先部５のヘッドをＰ₃およ
びＰ₄に移動させ、進行方向姿勢Δγを計測する。ステ
ップＱ₃の結果より、前方方向が平坦か，突起部，おう
部か，穴部又はギャップ形状であるかを判断する（ステ
ップＱ₄）。具体的な形状判定の一例は以下の如くであ
る。すなわち、│Δγ₂│，│Δγ₄│＜θ_TH1（例えば
３０°），│ΔＸ₂│，│ΔＸ₃│＜Ｘ_TH1（例えば１
０．０ｍｍ）の時、前方形状は平坦部と判断する。Δγ
₂又はΔγ₄＞３０°の時、前方はおう部と判断し、Δγ
₂又はΔγ₄＜−３０°の時、前方が突部であると判断す
る。さらに、│Δγ₄│＜３０°かつ│ΔＸ₃│＜１０．
０ｍｍかつ│ΔＸ₂│＞１０．０ｍｍの時、穴部又はギ
ャップ部と判断する。

【００１９】かくして、前方方向の形状判断が終了する
と、四つの形状に応じてステップＱ₅〜Ｑ₈の如く、ヘッ
ド部を移動せしめ、補正動作を実行する。すなわち、平
坦形状の場合はステップＱ₅でΔＸ₁，Δα，Δγの位置
および姿勢補正動作を実行し、前方におう部有りの場合
はステップＱ₆でヘッド部位置は変えず、姿勢のみ例え
ばΔγ＝１５°としてヘッド部を前方に傾斜させる。前
方の突起部有りの場合はステップＱ₇で、ヘッド位置は
変えず、姿勢のみ例えばΔγ＝−１５°としてヘッド部
を後方にそらす。さらに、穴部，ギャップ部有りの場合
はステップＱ８で、姿勢データ不変，位置データは前回
の高さをそのまま使用し、進行方向に所定ピッチだけ移
動させる。

【００２０】以上の位置，姿勢動作終了後、その現在位
置を自動ティーチングデータ（又は自動倣いデータ）と
して制御部１１のＣＰＵ１３における記憶部に格納する
（ステップＱ₉）。かくして、１ステップ進めた後、終
点に到着したか否かを判断し（ステップＱ₁₀）、未到着
の場合には、ステップＱ₃に戻って再びステップＱ₃〜Ｑ
₉の動作を繰り返す。

【００２１】なお、以上の動作によりおう部では、姿勢
角Δγ₄＜３０°となるまでヘッド位置を変えず、ツー
ルセンター位置を中心として前方方向に手先部を前傾さ
せ続け、突起部ではΔγ₄＞−３０°となるまでヘッド
位置を変えず、ツールセンター位置を中心に後方に手先
部５をそらせ続けることになる。

【００２２】なお、センサとしては空気マイクロメー
タ，超音波距離計，マイクロ波距離計など、一次元の狭
い領域を正確に計測できるものであればよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上の如くであって、ロボット
の手先ヘッド部に誘導加熱装置の誘導子を装着し、この
ロボットの手先ヘッド部を倣い制御部により移動させる
と共に、前記誘導加熱装置の電源としてタイムシェアリ
ング方式の高周波発生インバータを用いたから、任意の
曲面面積を急速加熱接合することができ、自動車組立生
産ライン等の溶接ロボットを上回る自動化性能を持った
金属板の高速樹脂接着システムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による金属板自動接着装置の構
成図。

【図２】ロボット倣い制御部のブロック図。

【図３】電源装置の回路図。

【図４】図３の電源装置の動作波形図。

【図５】図１の装置の処理フロー図。

【図６】ロボットの正面図。

【図７】ワーク形状と加工ヘッドの移動状態を示す説明
図。

【符号の説明】

１…ロボット本体、５…手先部、８…プラズマトーチ、
９…被加工部であるワーク、１１…制御部、１２…信号
変換回路、１３…演算処理部、１４…ドライバ回路、１
５…センサ、１６…加工部、１７…レーザセンサ、１９
…Ａ／Ｄ変換回路、２０…電源装置、２９…鉄心、３０
…電力ケーブル、３１…磁気しゃ弊。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重ね合わせた複数枚の金属板を高速接着
   する自動接着装置であて、被接着部に温間固化接着剤を
   塗布して重ね合わされた金属板をスポット加熱するため
   の誘導子と、該誘導子を手先部に装着してなるロボット
   装置と、前記誘導子を金属板の表面に接近せしめて移動
   せしめるロボットの教示制御装置と、前記誘導子に交番
   電力を供給する電源としてのインバータ装置を備え、前
   記誘導子は絶縁被覆された複数の素線からなる撚り線を
   鉄心に複数回巻きして成り、前記インバータ装置は高電
   圧小電流出力の高周波インバータとしたことを特徴とす
   る金属板自動接着装置。