JPH0810948A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ワークを保持し、回転、旋回および昇降動作
可能なポジショナーを組合せた自動溶接装置の提供。 【構成】 装置本体２に取付けた旋回、昇降可能なフレ
ーム３の先端に回転テーブル４を取付け、溶接作業位置
に応じてワークの自由な回転、旋回および昇降を可能に
した片持式三軸ポジショナー装置及び、装置本体の支柱
１１の溶接ロボット取付部の先端に三軸移動可能なロボ
ット１３を取付けして成る。溶接位置に応じて溶接ロボ
ットとポジショナーとの制御により位置関係の狂いがな
く複雑なワークも容易に溶接できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接装置に関し、
特に、溶接作業を行なおうとするワークを、ワークポジ
ショナー装置の回転テーブル上に載せ、回転、旋回およ
び昇降動作により適切位置に位置決めしつつ、溶接ロボ
ットが溶接作業を行なう溶接ロボットワークポジショナ
ー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接ロボットとワークポジショナ
ー装置（以下、ポジショナーということもある）とを組
合わせ、該ポジショナーの回転テーブル等の上にワーク
を載せ、当該ワークについて溶接作業を行なうのにでき
るだけ良い姿勢となるように当該ポジショナーをコント
ロールしつつロボットにより、ワークの溶接必要個所に
溶接を施すことが行なわれている。しかし、溶接ロボッ
トおよびポジショナーによる両者の組合わせといって
も、一般に、個々に分離された溶接ロボットとポジショ
ナーとを、個々に床面上に設置して行う所謂床置きシス
テムにより行われており、同一床面上に、個々に分離さ
れた溶接ロボットとポジショナーとをそれぞれ設置する
ので、床面上の設置スペースを広くとる必要があるとい
う欠点があった。また、当該床置きシステムでは、ロボ
ットのアームを、ワークの例えば、裏面にまで伸ばして
その裏面を溶接しようとしても、溶接ロボットとポジシ
ョナーとの位置関係から、アームがワークの角に当接し
てしまい、裏面までをも溶接しようとしてもできないこ
とが多く、また、複雑な個所は特に溶接しようとしても
できないことが多く、ロボット溶接に際して、ロボット
ができない部分が多く残ってしまうため、その後に、人
手により残り部分を溶接するという事態に陥ってしま
う。通常、ロボット溶接では、６０％程度の溶接率（適
応率）にとどまり、複雑な個所が増えれば増える程、そ
の溶接率が小さくなってしまう。また、当該床置きシス
テムでは、同様の事から、例えば、ワークのコーナー部
にさしかかると、一旦、溶接作業を中止して、新めて溶
接作業を続けて行かねばならず、コナー部を含めた高い
品質の連続溶接は、なかなか出来難かった。さらに、溶
接ロボットとポジショナーとが分離されているので、こ
れら溶接ロボットとポジショナーとを精度良く設置する
必要上、これらの取付けには多大の日数を要してしまう
し、溶接ロボットとポジショナーとの相互の位置関係が
狂っているときには、多数の溶接不良品が出てしまうこ
とになる。そして、溶接ロボットとポジショナーとの相
互の位置関係を保持する上で、例えば、自動車のライン
工程において、一旦決めたこれらの位置関係を、新たな
ラインに変更することは容易ならざることで、変更でき
たとしても、その変更には、多くの日数を要することに
なる。また、こうしたライン化では、前記のように床面
上の設置スペースを広く必要とするので、ポジショナー
へのワーク搬入・搬出台車の搬入・搬出の前後工程のラ
イン化も容易ならざることになる。さらにまた、従来例
では、溶接ロボットの操作とポジショナーの操作とが、
それぞれ別個に行われており、溶接ロボットとポジショ
ナーとが別々の動きをし、これらが協調動作できないの
で、複雑なワークを溶接することは難しかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の有する欠点を解消し得る技術を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、フレームを片
持ちに取付け、該フレームの先端部に回転テーブルを取
付け、溶接作業を行なおうとするワークを該回転テーブ
ル上に載せ、該回転テーブルを回転させ、また、前記フ
レームを旋回、昇降させ、ワークを溶接作業位置に応じ
て自由に回転、旋回および昇降可能にして、その位置決
めをしつつ溶接作業を行なうようにした片持三軸ポジシ
ョナー装置の上部に左右に移動可能な溶接ロボットを取
付けして成ることを特徴とする自動溶接装置に係り、好
ましい実施態様として、片持三軸ポジショナー装置にお
ける回転部と旋回部と昇降部と溶接ロボットの制御部と
を電気的に接続し、当該片持三軸ポジショナー装置にお
ける回転、旋回および昇降動作と当該溶接ロボットの動
きとを連動させて溶接作業を行なうことができるように
して成ることを特徴とする自動溶接装置に係るものであ
る。

【０００５】

【作用】本発明の上記手段によれば、自動溶接装置にお
けるポジショナーを次のように構成する。すなわち、フ
レームを片持ちに取付け、該フレームの先端部に回転テ
ーブルを取付け、溶接作業を行なおうとするワークを該
回転テーブル上に載せ、該回転テーブルを回転させ、ま
た、前記フレームを旋回、昇降させ、ワークを溶接作業
位置に応じて自由に回転、旋回および昇降可能に構成す
る。これにより、テーブルを回転軸を中心として回転さ
せ、また、フレームを、旋回軸を中心として旋回させ、
さらに、上下軸方向に昇降させることができるので、回
転テーブル上に載置固定されたワークを溶接作業位置に
応じて自由に回転、旋回および昇降可能にして、その位
置決めをしつつ溶接作業を行なうことができる。また、
当該片持三軸ポジショナー装置と溶接ロボットとの組合
わせにおいて、溶接ロボットを、従来例とは異なる床置
きシステムではなく、当該片持三軸ポジショナー装置上
部に取付けして、上方向から溶接ロボットを動作させる
ようにしてなるので、当該溶接ロボットの可動範囲を、
従来の床置きシステムに比して格段に広げることができ
る。そして、本発明では、上方向から溶接ロボットを動
作させることに加えて、溶接ロボットが左右にも走行で
きるようになっているので、より一層広範囲にわたって
溶接ロボットを可動させることができる。したがって、
自動溶接装置における片持三軸ポジショナー装置と溶接
ロボットとが同一床面上でなく、溶接ロボットが片持三
軸ポジショナー装置の上部に位置しているので、従来の
同一床面上に個々に分離された溶接ロボットとポジショ
ナーを設置するロボット床置きシステムに比較して、溶
接ロボットが上に行った分、１／２の省スペース化を図
ることができる。また、フレームが片持で、上部に溶接
ロボットが位置しているので、ポジショナーへのワーク
搬入・搬出台車の搬入・搬出に際しては、フレームを上
方向に移動させれば、フレームの下部に搬入台車を入
れ、フレームの下部を通過させて搬出台車を搬出させる
ことができ、当該ワーク搬入・搬出台車の搬入・搬出を
行う前後工程のライン化を容易に図ることができる。溶
接ロボットが片持三軸ポジショナー装置の上部に位置
し、一体化されているので、溶接ロボットとポジショナ
ーとの相互の位置関係の狂いがなく、溶接ロボットとポ
ジショナーとの相互の位置関係が保持されているので、
自動車等の製造ライン工程において、新たなラインに容
易に組み込んで、稼働させることができ、そのラインの
変更には、多くの日数を要せず、本発明の自動溶接装置
は、納入した日から稼働できる。さらにまた、本発明で
は、上記のように、溶接ロボットの可動範囲が拡大さ
れ、溶接ロボットが左右に移動するという機構を採用し
ているので、任意の溶接ロボットのポジショニングを取
ることができ、従来例の床置きシステムのように、ワー
クのコーナー部にさしかかると、一旦、溶接作業を中止
して、新めて溶接作業を続けて行くという欠点がなく、
連続動作による高品質の溶接が可能となる。さらに、本
発明では、片持三軸ポジショナー装置における回転部と
旋回部と昇降部と溶接ロボットの制御部とを電気的に接
続し、当該片持三軸ポジショナー装置における回転、旋
回および昇降動作と当該溶接ロボットの動きとを連動さ
せて溶接作業を行なうことができるようにしてなり、自
動溶接装置における溶接ロボットの制御と片持三軸ポジ
ショナー装置の制御とを共通したティーチングボックス
で可能とし、溶接ロボットとポジショナーとが協調動作
を行うことができるようにしたので、片持三軸ポジショ
ナー装置により回転テーブル上に載置固定されたワーク
を溶接作業位置に応じて自由に回転、旋回および昇降可
能にしてその位置決めをしつつ、それに合わせて溶接ロ
ボットの機械部の各動作軸の制御を行って溶接作業を行
なうことができるので、複雑なワークを溶接することが
可能となる。そして、溶接ロボットとポジショナーとの
制御が、溶接ロボットのティーチングボックスで可能と
なり、溶接ロボットの制御と片持三軸ポジショナー装置
の制御とを分けて行う必要がなくなり、また、従来例の
床置きシステムでは、ロボット溶接不可能部分が多く残
ってしまい、その後に、人手により残り部分を溶接する
というはめに陥ってしまい６０％程度の溶接率にとどま
るのに対して、本発明では、１００％近くの溶接率を達
成することができる。

【０００６】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例を示す自動溶接装置の側
面図で、また、図２は、本発明の実施例を示す同装置の
正面図である。図１および図２に示すように、自動溶接
装置（溶接ロボットワークポジショナー装置）１の装置
本体２にフレーム（中空フレーム）３を片持ちに取付け
る。該フレーム３の先端部には、回転テーブル４を取付
けしてある。該回転テーブル４の上部には、溶接作業を
行なおうとする、例えば図３（Ｃ）に一例を示すような
ワーク５を載置固定することができる。該回転テーブル
４は、例えば、当該フレーム３内部に収納されたテーブ
ル回転用モータ６により回転用軸７を中心として回転さ
せることができるようになっている。装置本体２に片持
ちに取付けた前記フレーム３は、例えば、装置本体２内
部に収納されたフレーム旋回用モータ８により旋回用軸
９を中心として旋回可能に構成され、図１に示すよう
に、フレーム３を旋回させ、回転テーブル４を例えば下
向きにすることができる。当該フレーム３は、また、昇
降可能に構成され、例えば、装置本体２内部に油圧シリ
ンダ１０を組込みして、昇降可能とすることができるよ
うになっている。前記フレーム旋回用モータ８を旋回用
の他、昇降用に併用しても差し支えない。上記のよう
に、本発明におけるポジショナーは、テーブル４を回転
軸Ａを中心として回転させることができ、また、フレー
ム３を、旋回軸Ｂを中心として旋回させ、さらに、上下
軸Ｃ方向に昇降させることができる片持三軸ポジショナ
ー装置に構成しており、回転テーブル４上に載置固定さ
れたワーク５を溶接作業位置に応じて自由に回転、旋回
および昇降可能にして、その位置決めをしつつ溶接作業
を行なうようにしてなる。

【０００７】当該片持三軸ポジショナー装置の前記装置
本体２の支柱１１の上部の溶接ロボット取付部１２の先
端部には、溶接ロボット１３を取付ける。溶接ロボット
１３は、例えば、多関節型のアーク溶接ロボットよりな
る。溶接ロボット１３は、アーム１４とその先端に取付
けられた溶接トーチ１５等を備えて構成されている。ま
た、溶接ロボット１３には、溶接電源、ワイヤー送給装
置、アルゴンガス・レギュレター等が付設されている。
溶接ロボット１３は、例えば、その動作制御において、
例えば、同時６軸制御方式が採用されている。

【０００８】本発明の自動溶接装置における溶接ロボッ
ト１３は、左右に移動可能に構成する。当該溶接ロボッ
ト１３の左右への移動は、エアシリンダー等を用いた方
式でも可能であるが、図３（Ａ）に示すようなボールね
じ１６を用い、これを送りねじとして、図３（Ｂ）に示
すように、溶接ロボット１３を左右に移動可能に構成す
るとよい。ボールねじ１６は、例えば、ボールチューブ
１７とボール１８とめねじ１９とおねじ２０とを備えて
なり、当該ボール１８をおねじ２０とめねじ１９との間
を転がし、循環させる。図３（Ｂ）に示すように、ボー
ルねじ（左右送りねじ）１６を、ロボットの各軸、関節
部の駆動に使用されるサーボモータ２１で回転させ、当
該ボールねじ１６の回転運動を走行軸Ｄの軸方向に対し
て直線運動に換えて、溶接ロボット１３を左右に移動さ
せる。

【０００９】図４に示すように、ティーチングボックス
２２と溶接ロボット１３の制御部２３とを電気的に接続
し、人間のハンド機能を持ったオート・マニプレータ部
等よりなる溶接ロボット本体（機械部）２４の各動作軸
の制御を行う。制御部２３は、例えば、半導体装置を内
蔵し、機械部２４の各動作軸の制御を行うとともに、制
御メモリを有し、位置、順序等を記憶し、さらに、補助
メモリ等よりなる周辺機器の制御を行う。ティーチング
ボックス２２は、また、片持三軸ポジショナー装置２５
の前記テーブル回転用モータ６と回転用軸７とを備えて
なる回転部２６、フレーム旋回用モータ８と旋回用軸９
とを備えてなる旋回部２７、および、油圧シリンダ１０
により上下方向に昇降させる昇降部２８とそれぞれ電気
的に接続され、共通したティーチングボックス２２によ
り溶接ロボット１３の制御と片持三軸ポジショナー装置
２５の三軸制御とを行う。

【００１０】本発明の上記実施例によれば、自動溶接装
置１におけるポジショナーを、テーブル４を回転用軸７
を中心として回転させ、また、フレーム３を、旋回用軸
９を中心として旋回させ、さらに、上下軸Ｃ方向に昇降
させることができる片持三軸ポジショナー装置２５に構
成しているので、回転テーブル４上に載置固定されたワ
ーク５を溶接作業位置に応じて自由に回転、旋回および
昇降可能にして、その位置決めをしつつ溶接作業を行な
うことができる。また、本発明の上記実施例によれば、
当該片持三軸ポジショナー装置２５と溶接ロボット１３
との組合わせにおいて、溶接ロボット１３を、従来例と
は異なる床置きシステムではなく、当該片持三軸ポジシ
ョナー装置２５の前記装置本体２の支柱１１の上部の溶
接ロボット取付部１２の先端部に取付けして、上方向か
ら溶接ロボットを動作させるようにしてなるので、当該
溶接ロボット１３の可動範囲を従来の床置きシステムに
比して格段に広げることができる。そして、本発明で
は、上方向から溶接ロボット１３を動作させることに加
えて、溶接ロボット１３が走行軸Ｄの軸方向に対して左
右にも走行できるので、図１に一点鎖線で可動範囲を示
すように、より一層広範囲にわたって溶接ロボット１３
を可動させることができる。このように、片持三軸ポジ
ショナー装置２５と溶接ロボット１３とが同一床面上で
なく、溶接ロボット１３が片持三軸ポジショナー装置２
５の上部に位置しているので、従来の同一床面上に個々
に分離された溶接ロボットとポジショナーを設置するロ
ボット床置きシステムに比較して、溶接ロボット１３が
上に行った分、１／２の省スペース化を図ることができ
る。また、フレーム３が片持で、上部に溶接ロボット１
３が位置しているので、ポジショナーへのワーク搬入・
搬出台車の搬入・搬出に際しては、フレーム３を上方向
に移動させれば、フレーム３の下部に搬入台車を入れ、
フレーム３の下部を通過させて搬出台車を搬出させるこ
とができ、当該ワーク搬入・搬出台車の搬入・搬出を行
う前後工程のライン化を容易に図ることができる。溶接
ロボット１３が片持三軸ポジショナー装置２５の上部に
位置し、一体化されているので、溶接ロボット１３とポ
ジショナー２５との相互の位置関係の狂いがなく、溶接
ロボット１３とポジショナー２５との相互の位置関係が
保持されているので、自動車等の製造ライン工程におい
て、新たなラインに容易に組み込んで、稼働させること
ができ、そのラインの変更には、多くの日数を要せず、
本発明の自動溶接装置１は、納入した日から稼働でき
る。さらに、本発明では、溶接ロボット１３の制御と片
持三軸ポジショナー装置２５の制御とを共通したティー
チングボックス２２で可能とし、溶接ロボット１３とポ
ジショナー２５とが協調動作を行うことができるように
したので、片持三軸ポジショナー装置２５により回転テ
ーブル４上に載置固定されたワーク５を溶接作業位置に
応じて自由に回転、旋回および昇降可能にしてその位置
決めをしつつ、それに合わせて溶接ロボットの機械部２
４の各動作軸の制御を行って溶接作業を行なうことがで
きるので、複雑なワークを溶接することが可能となる。
そして、溶接ロボット１３とポジショナー２５との制御
が、溶接ロボット１３の一つのティーチングボックス２
２で可能となり、溶接ロボット１３の制御と片持三軸ポ
ジショナー装置２５の制御とを分けて行う必要がなくな
った。さらに、本発明では、上記のように、溶接ロボッ
ト１３の可動範囲が拡大され、溶接ロボット１３が左右
に移動するという機構を採用し、ボールねじ１５を送り
ねじとし、サーボモータ２１による制御をしているの
で、任意の溶接ロボット１３のポジショニングを取るこ
とができ、従来例の床置きシステムのように、ワークに
おいてそのコーナー部にさしかかると、一旦、溶接作業
を中止して、新めて溶接作業を続けて行くという欠点が
なく、例えば図３（Ｃ）に示すようなワーク５におい
て、溶接作業をコーナー部２９で一旦中止することな
く、連続動作による高品質の溶接が可能となる。そし
て、従来例の床置きシステムでは、例えば、図３（Ｃ）
に示すようなワーク５において、ロボット１３のアーム
１４を、ワーク５の裏面にまで伸ばしてその裏面を溶接
しようとしても、アーム１４がワーク５の正面角に当接
してしまい、裏面までをも溶接しようとしてもできず、
ロボット溶接不可能部分が多く残ってしまい、その後
に、人手により残り部分を溶接するというはめに陥り６
０％程度の溶接率にとどまるのに対して、本発明では、
１００％近くの溶接率を達成することができる。

【００１１】

【発明の効果】以上本発明の代表的な効果を挙げると次
ぎの通りである。 （１）従来の溶接ロボット床置きシステムに比較して、
１／２の省スペース化を図ることができる。 （２）溶接ロボットの可動範囲を従来の床置きシステム
に比して格段に広げることができ、従来例の床置きシス
テムでは、ロボット溶接不可能部分が多く残ってしまい
６０％程度の溶接率にとどまるのに対して、本発明で
は、１００％近くの溶接率を達成することができ、人手
により残り部分を溶接するという必要がなくなる。 （３）溶接ロボットとポジショナーとの相互の位置関係
の狂いがなく、自動車等の製造ライン工程において、新
たなラインに容易に組み込んで、稼働させることがで
き、そのラインの変更には、多くの日数を要せず、納入
した日から稼働できる。 （４）ワーク搬入・搬出台車の搬入・搬出を行う前後工
程のライン化を容易に図ることができる。 （５）溶接ロボットと片持三軸ポジショナー装置とが協
調動作できるので、複雑なワークについても容易に溶接
できる。 （６）任意のポジションが取れるので、コーナー部も高
品質な連続溶接が可能となる。 （７）全ての操作をロボットのティーチングボックスで
行うことができる。 （８）溶接ロボットの可動範囲が広がるので、各種メー
カーの溶接ロボットとマッチングさせることができる。 （９）本発明の自動溶接装置は、溶接ロボットの可動範
囲が広がるので、溶接に限らず、仕上げ、バリ取り、マ
テハン作業等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す自動溶接装置の側面図。

【図２】本発明の実施例を示す同装置の正面図。

【図３】（Ａ）は本発明に使用されるボールネジの実施
例を示す構成図、（Ｂ）は本発明の実施例を示すロボッ
トの左右移動機構の構成図、（Ｃ）は、ワークの一例斜
視図。

【図４】本発明の実施例を示す制御ブロック図。

【符号の説明】

１ 自動溶接装置（溶接ロボットワークポジショナー
装置） ２ 装置本体 ３ フレーム ４ 回転テーブル ５ ワーク ６ テーブル回転用モータ ７ 回転用軸 ８ フレーム旋回用モータ ９ 旋回用軸 １０ 油圧シリンダ １１ 支柱 １２ 溶接ロボット取付部 １３ 溶接ロボット １４ アーム １５ 溶接トーチ １６ ボールねじ １７ ボールチューブ １８ ボール １９ めねじ ２０ おねじ ２１ サーボモータ ２２ ティーチングボックス ２３ 制御部 ２４ 機械部 ２５ 片持三軸ポジショナー装置 ２６ 回転部 ２７ 旋回部 ２８ 昇降部 Ａ 回転軸 Ｂ 旋回軸 Ｃ 上下軸 Ｄ 走行軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレームを片持ちに取付け、該フレームの
   先端部に回転テーブルを取付け、溶接作業を行なおうと
   するワークを該回転テーブル上に載せ、該回転テーブル
   を回転させ、また、前記フレームを旋回、昇降させ、ワ
   ークを溶接作業位置に応じて自由に回転、旋回および昇
   降可能にして、その位置決めをしつつ溶接作業を行なう
   ようにした片持三軸ポジショナー装置の上部に左右に移
   動可能な溶接ロボットを取付けして成ることを特徴とす
   る自動溶接装置。
2. 【請求項２】片持三軸ポジショナー装置における回転部
   と旋回部と昇降部と溶接ロボットの制御部とを電気的に
   接続し、当該片持三軸ポジショナー装置における回転、
   旋回および昇降動作と当該溶接ロボットの動きとを連動
   させて溶接作業を行なうことができるようにして成るこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の自動溶接装置。