JPH10244378A - シーム溶接装置のハンドリング治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多品種の燃料タンクをシーム溶接する際にも
迅速に段替することができ、且つ低コストに製作可能な
汎用性を持つシーム溶接装置を提供する。 【解決手段】 ロボットアームに、ワーク１の形状に対
応して形成されたハンドリング治具14を取り付ける。こ
のハンドリング治具14は、一方をロボットアームの制御
軸９に連結した駆動側、他方を当該制御軸と分離した従
動側とし、両者を上下方向に相対移動させてワーク１を
クランプおよびアンクランプする上下一対のクランプヘ
ッド20、21と、両クランプヘッド20、21をそれぞれ独立
して回転可能に支持するヨーク22と、両クランプヘッド
20、21によるワーク１のアンクランプ時に、従動側のク
ランプヘッド21をヨーク22と同位相に保持すると共に、
クランプ時に従動側のクランプヘッド21を回転フリーに
するクランプヘッド位相保持機構27とを有する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークをロボット
を用いてシーム溶接するためのシーム溶接装置に装備さ
れるハンドリング治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料タンクは、板金プレスにて成形した
上ハーフと下ハーフとからなる。この燃料タンクは、こ
れら上ハーフと下ハーフを重ね合わせ、相互に重なった
周縁フランジ部をスポット溶接にて複数箇所仮止めし、
こうして出来た一体型の燃料タンクの周縁フランジ部を
シーム溶接機の上下一対の電極輪間に挟み、電極輪を回
転させつつ両電極輪間に通電して互いに当接した周縁フ
ランジ部を抵抗溶接することにより製作される。

【０００３】従来では、仮止めした上下一体型の燃料タ
ンクを専用の治具の上にセットした後、これを燃料タン
クの平面形状に対応した形状の倣い治具でガイドしなが
らタンクを回転させてその全周部をシーム溶接してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のシーム溶接装置
では、燃料タンクの種類ごとに専用治具と倣い治具とが
必要なため、燃料タンクの形状を変更する度にこれらの
治具類を新規に製作して交換する必要があり、機種変更
に際して多大な労力と時間とを要し、コストの高騰を招
いていた。

【０００５】そこで、本発明は、多品種の燃料タンクを
シーム溶接する際にも能率良く段替することができ、且
つ低コストに製作可能な汎用性を持つシーム溶接装置の
提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明にかかるハンドリング治具は、ワークを搬入位
置、溶接位置および搬出位置に移送すると共に、溶接位
置で、溶接予定線と実際の溶接線との偏差を解消するよ
う制御軸を回転させ、これによりワークを回転させるロ
ボットアームに着脱可能に取り付けられるものであっ
て、ワークの形状に対応して形成され、一方をロボット
アームの制御軸に連結した駆動側、他方を当該制御軸と
分離した従動側とし、両者を上下方向に相対移動させて
ワークをクランプおよびアンクランプする上下一対のク
ランプヘッドと、両クランプヘッドをそれぞれ独立して
回転可能に支持するヨークと、両クランプヘッドによる
ワークのアンクランプ時に、従動側のクランプヘッドを
ヨークと同位相に保持すると共に、クランプ時に従動側
のクランプヘッドを回転フリーにするクランプヘッド位
相保持機構とを有するものである。

【０００７】クランプヘッド位相保持機構は、ヨーク又
は従動側クランプヘッドの何れか一方に設けられた上下
方向の案内溝と、他方に設けられた前記案内溝に嵌合す
る案内突起とで構成することができる。この場合には、
ワークのクランプ時に際し、適当な昇降機構により、従
動側のクランプヘッドを昇降させる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。

【０００９】図１および図２に示すように、本発明装置
は、ワーク（１）、例えば自動車の燃料タンクの搬入・
搬出を行う、並列配置された搬入装置（２）および搬出
装置（３）と、シーム溶接を行うシーム溶接機（４）
と、旋回中心（Ｏ）を中心として旋回しながら搬入装置
（２）、搬出装置（３）およびシーム溶接機（４）相互
間で燃料タンク（１）を移送する多関節ロボット（５）
とを有する。

【００１０】多関節ロボット（５）のアーム（７）先端
部には、制御軸（９）、θテーブル（10）、ＸＹテーブ
ル（11）および市販のツールチェンジャ（図示せず）を
介し、燃料タンク（１）を支持するためのハンドリング
治具（14）が装着される。制御軸（９）は、回転角を精
密に制御できるステップモータやサーボモータ等によっ
て駆動される軸であって、ロボットの末端制御軸をその
まま利用することもできる。ロボット（５）は、燃料タ
ンク（１）の周縁フランジ部（1c）の凹凸歪み等の影響
でシーム溶接機（４）の電極輪の走行方向が変化し、溶
接予定線と実際の溶接線との偏差が生じた際にこれを検
出し、当該偏差をθテーブル（10）およびＸＹテーブル
（11）で許容しつつこれを解消する方向に制御軸（９）
を回転させ、これによりハンドリング治具（14）に支持
された燃料タンク（１）を回転させて溶接方向を修正す
る。ツールチェンジャは、ハンドリング治具（14）を着
脱可能に支持するもので、燃料タンク（１）の機種変更
によりハンドリング治具（14）を交換する際に容易に交
換できる構造とする。

【００１１】搬入装置（２）には、平面視で略コ字型の
台車（15）が自走可能に支持されている。この台車（1
5）は、前工程から供給された燃料タンク（１）の両側
端を支持し、これを搬入装置（２）の終端に設けられた
搬入位置（Ａ）まで搬送するものである。台車（15）の
両側にはそれぞれ１つずつ位置決めピン（図示せず）が
突設されており、この位置決めピンを燃料タンク（１）
両側に設けられたピン孔（図示せず）に挿入することに
よって燃料タンク（１）が台車（15）上に位置決めさ
れ、その状態で搬入位置（Ａ）に搬送される。

【００１２】搬出装置（３）は、搬送面を送り方向に下
り傾斜としたローラコンベヤ等で構成されており、搬出
装置（３）上に載置された溶接済みの燃料タンク（１）
は、その自重によって搬送面上を滑って次工程に搬送さ
れる。搬出装置（３）の始端部に隣接する搬出位置
（Ｂ）には、燃料タンク（１）を反転させるための反転
機構（16）が設けられる。この反転機構（16）は、ロボ
ットアーム（７）で搬出位置（Ｂ）に移送された燃料タ
ンク（１）を平面視でコ字型のアーム（17）で支持し、
このアーム（17）を回転軸（18）を中心として１８０°
回転させることにより上下反転させるものである。燃料
タンク（１）は、そのロア面（1a：図４参照）を基準面
とし、これを上にした状態で搬入し、溶接されるが、そ
のままの姿勢、すなわちアッパー面（1b）が下の状態で
は、アッパー面（1b）にある注油口等の凸部が邪魔とな
り、自重搬出が不可能となるので、反転機構（16）で燃
料タンク（１）を反転させ、ほぼ平坦なロア面（1a）を
下にしてから搬出装置（３）に供給するようにした。も
ちろん特に支障がなければ、反転機構（16）を省略し、
ロア面（1a）を上にしたまま次工程に搬送してもよい。

【００１３】ハンドリング治具（14）は、図４に示すよ
うに、上下一対のクランプヘッド（20）（21）を略Ｃ字
型のヨーク（22）で制御軸（その軸線を9aで示す）と同
軸に且つそれぞれ独立して回転可能に支持することによ
り構成される。上クランプヘッド（20）は、制御軸
（９）の回転によって回転駆動されるもので（駆動
側）、ツールチェンジャに着脱可能に装着されている。
上クランプヘッド（20）は、燃料タンク（１）の外周面
を拘束する複数の爪部材（23）を有する。この爪部材
（23）は、燃料タンク（１）の全周にわたってその複数
箇所に配置され、爪部材（23）の個々の内面形状および
配置位置は溶接する燃料タンク（１）の外周面形状に対
応して決定される。一方、下クランプヘッド（21）は、
制御軸（９）から分離して（非連結状態で）設けられて
おり（従動側）、その上端には燃料タンク（１）のアッ
パー面（1b）を支持する複数のワーク支持部（24）が配
設されている。ワーク支持部（24）は、燃料タンク
（１）底面の凹凸に合わせて適宜高さを異ならせて配置
されるが、その設置数は、燃料タンク（１）を安定して
支持できるよう３個所とするのが好ましい。

【００１４】ヨーク（22）下端の先端部には、下クラン
プヘッド（21）を昇降させるための昇降機構、例えばエ
アシリンダ（26）が装着される。このエアシリンダ（2
6）を駆動してそのシリンダロッドを突出させると、下
クランプヘッド（21）が上昇して上クランプヘッド（2
0）との協働で燃料タンク（１）がクランプされる。逆
にシリンダロッドを縮退させると、下クランプヘッド
（21）が降下し、燃料タンク（１）がアンクランプされ
る。このように下クランプヘッド（21）のみを昇降させ
る他、上下のクランプヘッド（20）（21）を昇降させ
て、すなわち両者（20）（21）を上下方向に相対移動さ
せてワーク（１）をクランプ又はアンクランプさせても
よい。

【００１５】ヨーク（22）と下クランプヘッド（21）と
の間には、クランプヘッド位相保持機構（27）が設けら
れる。この位相保持機構（27）は、両クランプヘッド
（20）（21）による燃料タンク（１）のアンクランプ時
に、従動側のクランプヘッド（）、すなわち下クランプ
ヘッド（21）をヨーク（22）と同位相に位置決め保持す
ると共に、クランプ時に下クランプヘッド（21）をヨー
ク（22）に対して回転フリーにするもので、例えば図３
に示すように、ヨーク（22）に固定した、上下方向の案
内溝（29）を有するガイド部材（30）と、下クランプヘ
ッド（21）に固定した、前記案内溝（29）と嵌合可能の
案内突起（31）を有する被ガイド部材（32）とで構成さ
れる。案内溝（29）と案内突起（31）は、燃料タンク
（１）のアンクランプ時に両者が係合し（実線で示
す）、クランプ時に案内突起（31）が案内溝（29）から
脱出する（二点鎖線で示す）ような位置関係に配置され
る。案内溝（29）は、案内突起（31）が案内溝（29）内
にスムーズに案内されるよう、その入口（上端）付近の
溝幅を上方ほど拡大させて形成される。以上の構成によ
り、アンクランプ時には案内溝（29）に案内突起（31）
が嵌合するため、下クランプヘッド（21）とヨーク（2
2）とが同位相に位置決め保持され、一体回転可能とな
る。一方、クランプ時には案内突起（31）が案内溝（2
9）から脱出し、両者の係合状態が解除されるので、下
クランプヘッド（21）がヨーク（22）に対して回転フリ
ーとなる。従って、この状態で制御軸（９）を回転させ
ると、上下のクランプヘッド（20）（21）および燃料タ
ンク（１）が一体に回転する。

【００１６】なお、上述のように案内溝（29）をヨーク
（22）側に、案内突起（31）を下クランプヘッド（21）
側に配置するだけでなく、その逆に案内溝（29）を下ク
ランプヘッド（21）側に、案内突起（31）をヨーク（2
2）側に設けても構わない。

【００１７】上記ハンドリング治具（14）は、燃料タン
ク（１）の形状に合わせて複数種類準備し、溶接する燃
料タンク（１）の種類に合わせて適宜交換してツールチ
ェンジャに取り付ける。使用しないハンドリング治具
は、仮置台（33：図１参照）に仮置きし、交換時にはロ
ボットアーム（７）を仮置台（33）近傍まで旋回させて
適当な自動交換機構でツールチェンジする。

【００１８】上記ハンドリング治具（14）では、アンク
ランプ時以外はヨーク（22）が回転フリーとなる。従っ
て、シーム溶接位置（Ｃ）での溶接中にヨーク（22）が
勝手に回転し、シーム溶接機（４）と干渉する等の不具
合を招くおそれがある。

【００１９】この点に鑑み、本発明では、ヨーク（22）
とロボットアーム（７）との間に、少なくともシーム溶
接位置（Ｃ）でヨーク（22）をロボットアーム（７）と
同位相に位置決め保持するヨーク位相保持機構（35）を
設けている。このヨーク位相保持機構（35）としては、
例えば図５および図６に示すように、ロボットアーム
（７）に、下端部に二股状のガイド（36）を有するガイ
ドアーム（37）を取り付け、このガイド（36）の間にヨ
ーク（22）を挿脱可能とした構成が考えられる。一般に
シーム溶接位置（Ｃ）と、その他の例えば搬入位置
（Ａ）や搬出位置（Ｂ）との間には高低差があるので、
これらの位置を移動する間にはロボットアーム（７）の
姿勢、すなわちアーム（７）の向きや傾斜角に差異が生
じる。従って、この姿勢変化を利用すればヨーク（22）
をガイド（36）に対して挿脱することが可能となる。す
なわち、図６に示すように、シーム溶接位置（Ｃ）でロ
ボットアーム（７）が前上がりとなり（実線で示す）、
搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）で当該アームが前下が
りとなる場合（その時のアーム中心線をで示す）に
は、シーム溶接位置（Ｃ）ではガイド（36）が下がるた
め、ガイド（36）にヨーク（22）が嵌まり、これにより
ヨーク（22）がロボットアーム（７）と同位相に保持さ
れる。一方、搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）ではガイ
ド（36）が上昇するため、ヨーク（22）がガイド（36）
から脱出し（図２参照）、その結果、ヨーク（22）が回
転フリーとなる。以上の構成から、シーム溶接中は、ヨ
ーク（22）がロボットアーム（７）と同位相に固定され
るため、ヨーク（22）がシーム溶接機（４）と干渉する
こともなくなる。また搬入位置（Ａ）や搬出位置（Ｂ）
では、ヨーク（22）が回転可能となるから、例えばヨー
ク（22）の位相を燃料タンク（１）の搬入姿勢に対応し
た基準姿勢に合わせることも可能となる。なお、ガイド
（36）の下端は、ヨーク（22）がスムーズに挿入される
よう下方ほど幅広に形成しておく。ガイド（36）は、ロ
ボットアーム（７）側に設ける他、ヨーク（22）側に設
けてロボットアーム（７）と係合させるようにしても構
わない。

【００２０】搬入装置（２）でのヨーク（22）の位相合
わせは、搬入位置（Ａ）の直下に配置したヨーク姿勢修
正機構（39）によってなされる。図１に示すように、搬
入位置（Ａ）には、ロボットアーム（７）が燃料タンク
（１）の搬入方向に対して水平面上で傾斜した状態で入
ってくるが、この時にハンドリング治具（14）も同様に
傾斜していたのでは、上下のクランプヘッド（20）（2
1）と燃料タンク（１）の位置合わせが正確に行えず、
以後の精度がでない。ヨーク姿勢修正機構（39）は、か
かる不具合を防止するもので、図７に示すように、一対
の揺動部材（40）を左右対称に配置して、これをその中
間に配置した揺動軸（41）に回転自在に枢着し、両揺動
部材（40）をシリンダ（42）で駆動することにより、揺
動部材（40）を揺動軸（41）を中心として揺動させるも
のである。斜めに進入してきたヨーク（図中の１点鎖線
）は、両揺動部材（40）の先端部に装着された押圧部
材（43）によってその下端部両側からを押圧され（図８
参照）、搬入装置（２）の搬送方向と平行になるよう真
っ直ぐに（破線で示す）姿勢修正される。この時、上述
のようにロボットアーム（７）とヨーク（22）との関係
が切れており、ヨーク（22）はフリー回転可能であるか
ら、かかる姿勢修正もスムーズに行われる。

【００２１】このヨーク姿勢修正機構（39）と同様の機
構は、搬出装置（３）側にも設けられる（図１参照）。
これは、搬出装置（３）側ではでは、燃料タンク（１）
を反転させる際に、反転機構（16）とハンドリング治具
（14）でクランプされた燃料タンク（１）との位置合わ
せが必要となるからである。この場合、搬出位置（Ｂ）
に入ってくるヨーク（22）の姿勢は、図７において一点
鎖線となる。この場合も、両揺動部材（40）を揺動さ
せることにより、ヨーク（22）の姿勢が基準姿勢に修正
される。なお、反転機構（16）を具備しない場合には、
上記位置合わせは不要であるため、搬出装置（３）側の
ヨーク姿勢修正機構（39）を省略しても構わない。

【００２２】本発明装置は以上の構成である。以下、本
発明装置の動作を図９に基づいて説明する。なお、同図
のフローチャートにおいて、左側は搬入装置（２）、シ
ーム溶接機（４）および搬出装置（３）の動作を、右側
はロボット（５）の動作を示す。

【００２３】作業者が搬入装置（２）の搬入口に燃料タ
ンク（１）をセットすると（ａ）、台車（15）によって
タンク（1 ）が搬入位置（Ａ）に自動搬送される
（ｂ）。同時にロボットアーム（７）が搬入位置（Ａ）
に移動し（ｃ）、ヨーク姿勢修正機構（39）によってヨ
ーク（22）が基準姿勢に矯正される（ｄ）。この時、上
下のクランプヘッド（20）（21）はアンクランプ状態で
あり、クランプヘッド位相保持機構（27）の案内溝（2
9）と案内突起（31）とが係合状態にあるから、ヨーク
（22）と下クランプヘッド（21）は同位相に保持されて
いる。従って、ヨーク（22）の姿勢修正と同時に、台車
（15）上の燃料タンク（１）と下クランプヘッド（21）
との間の位置合わせもなされることになる。

【００２４】次に、ハンドリング治具（14）のシリンダ
（26）を起動して下クランプヘッド（21）を上昇させ、
燃料タンク（１）を持ち上げてこれを上クランプヘッド
（20）との間にクランプする（ｅ）。クランプ完了後に
は、案内突起（31）が案内溝（29）から外れるので、下
クランプヘッド（21）はヨーク（22）に対して回転フリ
ーとなり、上下のクランプヘッド（20）（21）および燃
料タンク（１）が一体回転可能になる。また、燃料タン
ク（１）のクランプ完了と同時にヨーク姿勢修正機構
（39）の揺動部材（40）が図７の二点鎖線で示す初期姿
勢に戻る（アンクランプ）（ｆ）。次に、ロボットアー
ム（７）でハンドリング治具（14）を上昇させると、前
下がりだったロボットアーム（図５の一点鎖線）が前
上がりになる（実線で示す）。これにより、ヨーク位相
保持機構（35）のガイド（36）にヨーク（22）が嵌合
し、ヨーク（22）とロボットアーム（７）の位相が固定
される。この状態でロボットアーム（７）を旋回させ、
クランプした燃料タンク（１）をシーム溶接機（４）に
移送して（ｇ）、その周縁フランジ部（1c：図４参照）
をシーム溶接する（ｈ）。この時、ヨーク（22）とロボ
ットアーム（７）が固定されているので、ヨーク（22）
が勝手に回転してシーム溶接機（４）と干渉することも
ない。

【００２５】溶接完了後、ロボットアーム（７）を旋回
させ、燃料タンク（１）を搬出位置（Ｂ）に移送する
（ｉ）。次にヨーク姿勢修正機構（39）でヨーク（22）
をクランプして基準姿勢に戻し（ｊ）、燃料タンク
（１）をアンクランプして反転機構（16）上に載置す
る。その後、ヨーク姿勢修正機構（39）をアンクランプ
し（ｌ）、ロボットアーム（７）を原位置に退避させた
後（ｍ）、反転機構（16）のアーム（17）を駆動して燃
料タンク（１）を反転させ（ｎ）、搬出装置（３）上に
溶接済み燃料タンク（１）を移送する。搬出装置（３）
上の燃料タンク（１）は自重で滑り落ち、搬出口に達す
る（ｐ）。

【００２６】燃料タンク（１）の機種変更を行う際に
は、ロボットアーム（７）を旋回させ、ハンドリング治
具（14）を仮置台（33）に移送してツールチェンジを行
う。

【００２７】

【発明の効果】このように本発明によれば、ワークの種
類変更に際してはハンドリング治具のみを交換すること
によって対応でき、従来のように、専用治具や倣い治具
等の多くの治具を交換する必要もない。従って、種類の
異なるワークであっても迅速に段替が行え、設備費を低
減して段替サイクルタイムの短縮化を図ることができ
る。また、ハンドリング治具の中でも特に上下のクラン
プヘッドを個々のワークの形状に対応した専用品とすれ
ば足りるので、従来のように高価な専用治具や倣い治具
等を使用する場合に比べ、より低コスト化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の平面図である。

【図２】本発明装置の側面図である。

【図３】クランプヘッド位相保持機構の正面図である。

【図４】ハンドリング治具の側面図である。

【図５】ヨーク位相保持機構の側面図である。

【図６】ヨーク位相保持機構の断面図である。

【図７】ヨーク姿勢修正機構の平面図である。

【図８】ヨーク姿勢修正機構の側面図である。

【図９】本発明による動作フローチャートを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ワーク（燃料タンク） ２ 搬入装置 ３ 搬出装置 ４ シーム溶接機 ５ ロボット ７ ロボットアーム ９ 制御軸 14 ハンドリング治具 20 上クランプヘッド（駆動側） 21 下クランプヘッド（従動側） 22 ヨーク 27 クランプヘッド位相保持機構 29 案内溝 31 案内突起 Ａ 搬入位置 Ｂ 搬出位置 Ｃ シーム溶接位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを搬入位置、溶接位置および搬出
   位置に移送すると共に、溶接位置で、溶接予定線と実際
   の溶接線との偏差を解消するよう制御軸を回転させ、こ
   れによりワークを回転させるロボットアームに着脱可能
   に取り付けられるものであって、 ワークの形状に対応して形成され、一方をロボットアー
   ムの制御軸に連結した駆動側、他方を当該制御軸と分離
   した従動側とし、両者を上下方向に相対移動させてワー
   クをクランプおよびアンクランプする上下一対のクラン
   プヘッドと、両クランプヘッドをそれぞれ独立して回転
   可能に支持するヨークと、両クランプヘッドによるワー
   クのアンクランプ時に、従動側のクランプヘッドをヨー
   クと同位相に保持すると共に、クランプ時に従動側のク
   ランプヘッドを回転フリーにするクランプヘッド位相保
   持機構とを有することを特徴とするシーム溶接装置のハ
   ンドリング治具。
2. 【請求項２】 クランプヘッド位相保持機構が、ヨーク
   又は従動側クランプヘッドの何れか一方に設けられた上
   下方向の案内溝と、他方に設けられた前記案内溝に嵌合
   する案内突起とで構成された請求項１記載のシーム溶接
   装置のハンドリング治具。