JPWO2017141827A1 - 挟持装置及び溶接装置 - Google Patents
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Abstract
溶接装置(20)を構成する挟持装置(22)は、互いに対向して被溶接材(10)に当接する第1接触子(28)及び第2接触子(30)を有する。第1接触子(28)は、第1振動子(38)の作用下に所定の振動周波数で振動する。第2接触子(30)を第2振動子(56)で振動させるようにしてもよい。この場合、第1接触子(28)と第2接触子(30)の振動周波数を相違させることが好ましい。以上の構成において、第1接触子(28)及び第2接触子(30)は被溶接材(10)に対して周期的に当接・離間を繰り返す。この状態で、挟持装置(22)が溶接方向(X)に沿って移動されるとともに、被溶接材(10)に対する溶接が行われる。
Description
本発明は、挟持装置及び溶接装置に関し、一層詳細には、例えば、ワークとして被溶接材を挟持する挟持装置及びそれを備える溶接装置に関する。
溶接は、複数個の部材の薄板部同士を接合する手法として広汎に採用されるに至っている。すなわち、薄板部同士が重畳されて重畳部が形成され、この重畳部における当接面の一部位が、例えば、熱によって溶融される。このときに形成される溶融池が、熱が除去されることに伴って冷却固化する。その結果として、接合部が形成される。なお、熱は、重畳部に通電を行ったり、レーザ光を照射したりすることで付与される。前者の場合は抵抗溶接であり、後者の場合はレーザ溶接である。
当接面同士の間には、微小隙間(ギャップ)が不可避的に形成されることがある。そこで、特にレーザ溶接を行う場合、重畳部を厚み方向に沿って挟持することが多々行われている。この挟持により、一端に配置された部材が他端側に指向して押圧されると同時に、前記他端に配置された部材が前記一端側に指向して押圧される。このためにギャップが小さくなるからである。
挟持は、例えば、クランパを有する挟持用治具によって実施される。この種の挟持用治具として、特開2005−111542号公報に記載されたものが知られている。
上記のようにクランパで挟持を行う場合、レーザ溶接を広範囲にわたって行うときには、重畳部を広範囲にわたって挟持せざるを得ない。この場合、挟持用治具が大型化してしまう。
また、部材の形状が、それまで溶接を行っていた部材と相違するときには、クランパの位置等が相違する別の挟持用治具を用いる必要がある。すなわち、部材の形状等に対応して複数種の挟持用治具を予め用意しなければならない。
以上のような理由から、挟持用治具に要する設備投資が高騰するという不具合が顕在化している。また、部材を別形状のものに変更する度に別の挟持用治具に交換することは煩雑であり、しかも、工程数の増加、ひいては作業時間の長期化を招く。
本発明の主たる目的は、汎用性に優れるために設備投資を低廉化し得る挟持装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、それまで挟持していたものとは別形状の被溶接材を挟持する際に交換することが不要な挟持装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、上記した挟持装置を備える溶接装置を提供することにある。
本発明の一実施形態によれば、互いに対向する位置でワークに当接することによって該ワークを挟持する第1接触子及び第2接触子を有するとともに、移動手段に設けられる挟持装置であって、
前記第1接触子又は前記第2接触子のいずれか一方を、前記ワークに対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子を備え、
前記第1接触子又は前記第2接触子の他方の接触子と、前記振動子によって振動した状態の前記一方の接触子とが、前記ワークを挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する挟持装置が提供される。
前記第1接触子又は前記第2接触子のいずれか一方を、前記ワークに対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子を備え、
前記第1接触子又は前記第2接触子の他方の接触子と、前記振動子によって振動した状態の前記一方の接触子とが、前記ワークを挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する挟持装置が提供される。
この構成では、第1接触子又は第2接触子の少なくとも一方が、振動に伴ってワークに対して当接又は離間する。当接によってワークに荷重が付与される結果、該ワークが第1接触子又は第2接触子に挟持される。従って、ワークが積層物である場合には、ワークの当接面同士の間のギャップが低減される。
そして、第1接触子又は第2接触子がワークから離間する最中は、ワークに付与される荷重が最小となる。このため、第1接触子及び第2接触子がワークの表面に沿って相対的に移動するとき、第1接触子及び第2接触子とワークの間に生じる摩擦抵抗も最小である。従って、第1接触子と第2接触子が閉状態となってワークを挟持しているときであっても、挟持装置がワークの表面に沿って相対的に移動することが容易である。
その一方で、第1接触子及び第2接触子が被溶接材から離間する時間は極僅かであり、具体的には、1秒よりも短い。従って、第1接触子又は第2接触子の一方ないし双方が振動している状態であっても、第1接触子及び第2接触子がワークに対して頻繁に当接する。このためにワークが継続して挟持される。
以上のような理由から、上記した構成を採用することにより、第1接触子と第2接触子がワークを挟持した状態を維持しながら、換言すれば、第1接触子及び第2接触子による挟持位置を変化させながら、該第1接触子及び該第2接触子をワークの表面に沿って相対的に移動させることが可能である。
しかも、移動手段による挟持装置の移動方向を変更することにより、第1接触子及び第2接触子の移動軌跡を容易に変更することができる。従って、例えば、形状が相違するワークの所定部位を順次挟持するとき、該ワークの形状に対応して挟持位置を設定することが可能である。すなわち、この挟持装置は汎用性に優れる。
従って、ワークの形状に対応して複数種の挟持装置を用意する必要がない。これにより、設備投資の低廉化を図ることができる。また、ワークを別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要もない。このため、煩雑な交換作業が不要となるとともに、工程数が増加することが回避される。
第1接触子及び第2接触子の双方を振動させるようにしてもよい。この場合、第1接触子又は第2接触子の残余の一方を、ワークに対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子をさらに設けるようにすればよい。
第1接触子と第2接触子の双方を振動させるときには、互いを異なる振動周波数に設定することが好ましい。同一の振動周波数では、第1接触子及び第2接触子がワークに同時に当接するので、振動周波数を相違させる場合に比して摩擦抵抗を低減することが容易ではないからである。
また、第1接触子及び第2接触子を、略U字形状をなすアーム部材の先端に設置することが好ましい。この場合、ワークを第1接触子及び第2接触子の間に挿入することが容易となる。
なお、前記第1接触子又は前記第2接触子を、変位手段の作用下にワークに対して接近又は離間する方向に変位させる場合、前記変位手段の好適な一例としては、サーボモータが挙げられる。サーボモータによれば、緻密な制御が可能となる。
又は、変位手段を空気圧シリンダで構成するようにしてもよい。この場合、例えば、振動する第1接触子又は第2接触子がワークに当接した際の衝撃荷重を、空気圧シリンダによって吸収することが可能である。
さらに、第1接触子又は第2接触子が、該第1接触子又は該第2接触子のワークに対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも1回、前記ワークに同時に当接する振動周波数で振動することが好ましい。この移動の間に第1接触子及び第2接触子がワークに同時に当接するので、ワークを継続して挟持することができる。
そして、第1接触子及び第2接触子は、球面を有するものであることが好ましい。この場合、第1接触子又は第2接触子が、ワークの表面に対して直交する方向から傾斜してワークに接触する状況であっても、第1接触子及び第2接触子の表面が球面であるため、該球面が所定の接触幅でワークに当接する。すなわち、挟持の度に略同等の当接面積を確保することができる。
いずれの場合においても、第1接触子及び第2接触子の双方の振動周波数を、ワークの固有振動周波数よりも高く設定することが好ましい。この場合、第1接触子及び第2接触子の振動周波数がいずれもワークの共振点よりも高い。従って、ワークの無用な振動を抑制することができる。
本発明の別の一実施形態によれば、上記したように構成される挟持装置と、
前記挟持装置を移動させるための移動手段と、
前記挟持装置に挟持された前記ワークに対して溶接を行うための溶接手段と、
を備え、
前記第1接触子又は前記第2接触子の少なくとも一方が前記振動子によって振動するとともに前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する最中、前記溶接手段が前記ワークに対して溶接を行う溶接装置が提供される。
前記挟持装置を移動させるための移動手段と、
前記挟持装置に挟持された前記ワークに対して溶接を行うための溶接手段と、
を備え、
前記第1接触子又は前記第2接触子の少なくとも一方が前記振動子によって振動するとともに前記移動手段によって前記ワークの表面に沿って移動する最中、前記溶接手段が前記ワークに対して溶接を行う溶接装置が提供される。
このように構成することにより、溶接箇所近傍のみを挟持しながら溶接を実施することができる。しかも、所定箇所の溶接が終了した後、挟持装置及び溶接手段を移動させて次なる箇所を溶接することが容易である。従って、挟持装置、ひいては溶接装置の小型化を図ることができるとともに、溶接を開始してから終了するまでの作業時間の短縮を図ることができる。
溶接手段の好適な一例としては、レーザ光照射機構が挙げられる。この場合、溶接装置はレーザ溶接装置である。
レーザ光照射機構は、挟持装置を移動する移動手段とは別の移動手段に設けるようにしてもよいが、挟持装置を移動する移動手段や、挟持装置に設けることが一層好ましい。この場合、挟持装置の移動手段をレーザ光照射機構の移動手段として兼用することができるので、溶接装置の一層の小型化を図ることができる。
レーザ光照射機構のレーザ光照射位置は、第1接触子及び第2接触子のワークに対する当接箇所からオフセットすることが好ましい。この場合、レーザ光が第1接触子及び第2接触子によって遮られることがない。従って、ワークに対してレーザ光を入射することが容易となり、その結果、溶接を行うことが容易となる。
本発明によれば、第1接触子又は第2接触子の少なくとも一方を振動させるようにしているので、ワークを挟持しているにも関わらず、挟持装置が容易に移動することができる。このため、挟持を行う第1接触子及び第2接触子を移動させてギャップを低減する箇所を連続的に変更することが容易である。
従って、例えば、ワークに対して溶接を行う場合、溶接箇所の近傍のみギャップを低減することが可能である。このため、ワークの複数箇所に対して挟持を行う必要は特にない。これにより、挟持装置の小型化を図ることができる。
また、挟持装置は汎用性に優れる。第1接触子及び第2接触子の移動方向を適宜変更することができるからである。従って、設備投資の低廉化を図ることができる。加えて、ワークを別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要がないので、煩雑な交換作業が不要である。その上、工程数が増加することを回避することができる。
以下、本発明に係る挟持装置につき、それを備える溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態においては、図1に示す被溶接材10(ワーク)に対して溶接を施す。ここで、被溶接材10は、第1薄鋼板12の上端面の全体に対し、該第1薄鋼板12と同一面積である第2薄鋼板14の下端面の全体が当接するように重畳されることで形成された積層体である。すなわち、この場合、被溶接材10の全体が重畳部となる。なお、各図面中のXは溶接を行っていく方向(溶接方向)を示し、図1においては紙面の手前側から奥側に向かう方向である。
次に、本実施の形態に係る溶接装置20につき説明する。図1は、本実施の形態に係る溶接装置20の要部概略側面図である。この溶接装置20は、挟持装置22と、溶接手段としてのレーザ光照射機構24と、移動手段としての図示しないロボットとを含んで構成される。
挟持装置22につき先ず説明すると、該挟持装置22は、略U字形状をなすアーム部材26と、該アーム部材26に設けられた第1接触子28及び第2接触子30とを有する。アーム部材26は、二股に分岐した先端部の一方が下方、他方が上方を向く姿勢とされ、下方の一端(下端)に第1接触子28、上方の他端(上端)に第2接触子30が配設される。なお、下端は、上端に比して若干長尺である。
アーム部材26の下端には、平板形状の保持部材32が水平方向に突出するように、ボルト34を介して連結される。この保持部材32には、厚み方向に沿って図示しない貫通孔が形成されており、該貫通孔に有底円筒体からなる第1ホルダ36が通されている。第1ホルダ36は、第1フランジ部36aの下端面が保持部材32の上端面に当接することで堰止されている。この堰止により、貫通孔からの第1ホルダ36の抜け止めがなされる。
図2に概略を示すように、第1ホルダ36内には、例えば、ランジュバン振動子からなる第1振動子38が収容される。また、第1振動子38と第1接触子28の間には、円錐台形状をなす第1コーン40が介在する。第1接触子28は、第1ホルダ36から露呈した第1コーン40の上端に設けられている。従って、第1接触子28は、第1振動子38の作用下に、第1コーン40ごと振動することが可能である。
第1ホルダ36には、第1フランジ部36aに重畳される第1蓋部材42が被せられる。勿論、第1蓋部材42には、第1コーン40を通すための貫通孔が形成される。第1蓋部材42及び第1フランジ部36aの双方にはボルト挿通孔が形成されており、これらボルト挿通孔に通されたボルト34が、保持部材32に形成されたボルト穴に螺合される。その結果、第1ホルダ36が保持部材32を介してアーム部材26に保持される。なお、前記貫通孔、前記ボルト挿通孔及び前記ボルト穴はいずれも図示していない。
アーム部材26(図1参照)の上端には、さらに鉛直上方に立ち上がるようにして第1ブラケット44が支持される。この第1ブラケット44の幅広な上端に、第2ブラケット46を介して前記ロボットの先端アーム48が連結される。
第1ブラケット44の図1におけるU字の開放側における端部は、若干突出している。このため、該端部は、第1接触子28と略同一軸線上に位置する。
第1ブラケット44のU字の開放側における端部には、チューブ50が鉛直方向に沿って延在するようにして連結される。該チューブ50の上方にはサーボモータ52が設置され、該サーボモータ52の回転軸には、ボールネジを構成するボールネジ軸が連結される。さらに、ボールネジを構成するナットには、バネ等の弾性部材を介して第2ホルダ54が保持される。サーボモータ52の回転軸、ボールネジ(ボールネジ軸及びナット)、弾性部材はチューブ50内に収容されており、このため、これらの要素は図1には図示していない。
第2ホルダ54内には、例えば、ランジュバン振動子からなる第2振動子56が収容される。また、第2振動子56と第2接触子30の間には、円錐台形状をなす第2コーン58が介在する。第2コーン58の下端は第2ホルダ54から露呈しており、第2接触子30は、この下端に設けられている。すなわち、第2接触子30は、第2振動子56の作用下に、第2コーン58ごと振動することが可能である。第2接触子30は、第1接触子28と所定距離で離間して対向する。
第2ホルダ54は、第2フランジ部54aを有する。この第2フランジ部54aには第2蓋部材60が被せられるとともに、ボルト34を介して該第2蓋部材60が第2フランジ部54aに連結される。勿論、第2蓋部材60には、第2コーン58を通すための貫通孔が形成される。
第1接触子28が第1薄鋼板12の下端面に当接するとともに、第2接触子30が第2薄鋼板14の上端面に当接した状態を拡大して図3A及び図3Bに示す。第1接触子28及び第2接触子30は、略半球体形状をなして球面を有する先端と、該先端と第1コーン40ないし第2コーン58に臨む等径円柱部とを具備し、且つ先端同士の直径及び体積が略同一である。第1薄鋼板12、第2薄鋼板14には、それぞれ、第1接触子28、第2接触子30の球面の頂部が互いに対向するようにして接触する。第1接触子28及び第2接触子30の第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に対する溶接方向Xにおける接触幅D(図3B参照)は、約1mm程度である。
第1接触子28及び第2接触子30は、この状態で、第1振動子38、第2振動子56の作用下にそれぞれ振動する。すなわち、第1接触子28及び第2接触子30は、第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に対して離間又は接近する方向に沿って周期的に若干変位し、このために第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に対して当接と離間を繰り返す。第1接触子28及び第2接触子30の振動方向は、該第1接触子28及び該第2接触子30の進行方向(図1の紙面に垂直な方向)に対して略直交する。
第1接触子28及び第2接触子30の振動周波数は双方とも、被溶接材10(第1薄鋼板12及び第2薄鋼板14)の固有振動周波数よりも高く設定される。また、第1接触子28の振動周波数と第2接触子30の振動周波数は互いに相違する。以上については後述する。
溶接手段であるレーザ光照射機構24は、第1ブラケット44の図1における紙面手前側に支持されている。換言すれば、レーザ光照射機構24は挟持装置22に設けられている。このレーザ光照射機構24は、被溶接材10の上方から、第2薄鋼板14に対してレーザ光Lを照射する。このレーザ光照射により、第1薄鋼板12、第2薄鋼板14の当接界面同士が溶接される。すなわち、この場合、溶接装置20はレーザ溶接装置である。
レーザ光照射機構24は、前記チューブ50の略側方となる位置に配設されている。このため、レーザ光照射機構24から照射されたレーザ光Lは、図3Aに示すように、第2薄鋼板14の、第1接触子28と第2接触子30が対向して第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に当接する箇所(以下、当該箇所を「当接箇所」という)に近接する箇所に入射する。
また、レーザ光照射機構24は、第1ホルダ36及び第2ホルダ54よりも図1における紙面手前側に位置する。このため、レーザ光Lの入射位置は、図3Bに示すように、前記当接箇所から溶接方向X、すなわち、第1接触子28及び第2接触子30の進行方向の後方にオフセットされた箇所となる。
本実施の形態に係る挟持装置22及び溶接装置20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果につき、溶接装置20の動作との関係で説明する。なお、以降の動作は、図示しない制御回路の制御作用下に自動的に営まれる。
被溶接材10に対してレーザ溶接を行うに際しては、第1薄鋼板12の上端面に第2薄鋼板14の下端面を当接させ(換言すれば、第1薄鋼板12上に第2薄鋼板14を重畳し)、これにより、積層体からなる被溶接材10を形成する。その後、前記ロボットが適宜の動作を行うことにより挟持装置22が移動し、該ロボットの先端アーム48が被溶接材10に接近する。この時点では、第2接触子30は上死点に位置しており、従って、第1接触子28と第2接触子30はいわゆる開状態である。そして、開状態の第1接触子28と第2接触子30の間に被溶接材10が挿入される。
この挿入の際、又はこの挿入の後に第1接触子28の球面が第1薄鋼板12の下端面に当接する。第1接触子28及び第2接触子30が設けられたアーム部材26が略U字形状であるので、第1接触子28と第2接触子30の間に被溶接材10を挿入することや、第1接触子28の球面を第1薄鋼板12の下端面に当接させることが容易である。なお、第1接触子28の溶接方向Xにおける接触幅Dは、上記したように約1mmである。
次に、サーボモータ52が付勢されてその回転軸が回転を開始するとともに、これに追従して前記ボールネジ軸が回転する。従って、チューブ50内でナット及び弾性部材が下降し、その結果、第2ホルダ54が第2薄鋼板14に指向して接近するように変位する。これにより、図1中に仮想線で示すように第1接触子28と第2接触子30が閉状態となり、第2接触子30の球面が第2薄鋼板14の上端面に当接する。すなわち、第1接触子28と第2接触子30によって被溶接材10が挟持される。
この挟持に伴い、被溶接材10に荷重が付与される。すなわち、第1薄鋼板12が第2薄鋼板14側に指向して押圧される一方、第2薄鋼板14が第1薄鋼板12側に指向して押圧される。従って、第1薄鋼板12の上端面と第2薄鋼板14の下端面との間にギャップが形成されているときには、該ギャップが可及的に低減される。
次に、第1振動子38及び第2振動子56が付勢される。このため、第1接触子28が第1薄鋼板12に対して接近(当接)又は離間する方向に振動するとともに、第2接触子30が第2薄鋼板14に対して接近(当接)又は離間する方向に振動する。
上記したように第1接触子28及び第2接触子30の振動周波数はいずれも、被溶接材10の固有振動周波数よりも高く設定されている。換言すれば、この場合、第1接触子28及び第2接触子30の振動周波数が被溶接材10の共振点よりも高い。従って、被溶接材10が無用に振動することが抑制される。
ここで、第1接触子28と第2接触子30の振動サイクルを図4に示す。図4中、上方の波形が第2接触子30のものであり、下方の波形が第1接触子28のものである。第1接触子28、第2接触子30の各振動周波数をf1、f2とすると、上記したようにf1≠f2である。このため、第1接触子28が第1薄鋼板12に当接すると同時に第2接触子30が第2薄鋼板14に当接するタイミング、すなわち、図4において両波形が接するタイミング(同時当接タイミング)は、所定の周期ないし周波数でのみ起こる。
ここで、「同時当接タイミング」とは、第1接触子28の波形と第2接触子30の波形とが最も近接するタイミングを意味する。すなわち、必ずしも、第1接触子28の波形の頂点と第2接触子30の波形の頂点とが厳密に一致するタイミングを指すものではなく、周期1/|f1−f2|の間において最も近接するタイミングを指す。
以下、便宜上、同時当接タイミングの周期、周波数のそれぞれを「同時当接周期」、「同時当接周波数」と表すと、同時当接周期はf1−f2の絶対値の逆数である。すなわち、下記の式(1)が成り立つ。
同時当接周期=1/|f1−f2| …(1)
同時当接周期=1/|f1−f2| …(1)
また、同時当接周波数は同時当接周期の逆数であるから、下記の式(2)で表される。
同時当接周波数=|f1−f2| …(2)
同時当接周波数=|f1−f2| …(2)
第1接触子28又は第2接触子30の少なくともいずれか一方が被溶接材10から離間しているときには、後述するレーザ光Lの走査時、第1接触子28又は第2接触子30から被溶接材10に作用する荷重が最小となる。この場合、第1接触子28又は第2接触子30からの摩擦抵抗が最小となるので、第1接触子28と第2接触子30が、変位手段としてのボールネジによって閉状態となって被溶接材10を挟持しているときであっても、挟持装置22がロボットの作用下に容易に移動することができる。
なお、同時当接周波数は、第1接触子28及び第2接触子30が接触幅Dだけ溶接方向Xに進行する最中、少なくとも1回は同時当接タイミングが現れるように設定することが好ましい。本実施の形態における接触幅Dは、上記したように約1mmである。従って、挟持装置22及びレーザ光照射機構24の移動速度が、例えば、10mm/秒であるときには、第1接触子28又は第2接触子30のいずれかが少なくとも1/10秒毎に第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に当接するようにすればよい。すなわち、この場合においては、同時当接周波数を10Hz以上とすればよい。
さらに、f1及びf2が高いほど前記の摩擦抵抗が低減する。以上のような理由から、f1及びf2を、ともに高周波数とし且つ互いの差を小さく設定することが好ましい。f1及びf2の好適な周波数は1kHz以上であり、また、同時当接周波数は、f1とf2の相違が1%以下となるように設定することが好ましい。例えば、f1を1.00kHzに設定したときにはf2を1.01kHz又は0.99kHz等、f1を20.000kHzに設定したときにはf2を19.999kHz等に設定することができる。図4には、f1<f2とした場合を例示している。
同時当接周波数は、例えば、第1接触子28及び第2接触子30として同一型式であるものを使用するとともに、第1コーン40及び第2コーン58として質量や体積等が互いに相違するものを用いること等によって調整することが可能である。
以上のようにして振動する第1接触子28及び第2接触子30は、第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に対し、周期的に当接又は離間する。当接時に発生する前記ボールネジへの振動荷重は、前記弾性部材によって吸収される。また、仮に第1接触子28及び第2接触子30が鉛直方向に対して傾斜する方向から第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に当接した場合であっても、第1接触子28及び第2接触子30が略半球体であるので、各々の球面が第1薄鋼板12、第2薄鋼板14に対して当接する。このため、接触幅Dが確保される。
なお、第1接触子28及び第2接触子30が被溶接材10から離間するとはいえ、離間する時間は1秒よりも遙かに短い。しかも、第1接触子28及び第2接触子30は、好適には接触幅Dの範囲で変位する最中に少なくとも1回は被溶接材10に同時に当接する振動周波数に設定されている。従って、第1接触子28及び第2接触子30が振動している状態であっても、第1接触子28及び第2接触子30によって被溶接材10が継続的に挟持され、ギャップが低減された状態が維持される。
この状態で、レーザ光照射機構24を構成する発振回路からレーザ光Lが発振され、照射される。レーザ光Lは、第2薄鋼板14の上端面中、ギャップが低減された部位の近傍に入射し、該第2薄鋼板14内を厚み方向に沿って進行する。そして、レーザ光Lは、第1薄鋼板12、第2薄鋼板14の当接界面に到達して該当接界面を溶融する。第1薄鋼板12、第2薄鋼板14間のギャップが低減されているため、この溶融が起こることは容易である。
また、レーザ光照射位置が第1接触子28と第2接触子30の当接箇所から進行方向後方にオフセットされているので(図3B参照)、レーザ光Lは、第1接触子28又は第2接触子30に入射することなく第2薄鋼板14に入射する。
溶接装置20は、このようにしてレーザ光照射及び溶融を遂行しながら、先端アーム48を、被溶接材10の表面に沿って設定された溶接方向Xに沿って移動させる。溶接方向Xは図3Bに示す矢印X方向であり、図1及び図3Aにおいては紙面奥側である。
この移動に追従して挟持装置22が同方向に移動するので、レーザ光照射機構24、換言すれば、レーザ光Lが走査される。その結果、レーザ光照射位置が連続的に変化する。すなわち、レーザ光Lが溶接方向Xに沿って他の箇所に移動する。このため、溶融した当接界面が冷却されて固相となる。すなわち、第1薄鋼板12、第2薄鋼板14が溶接される。レーザ光照射機構24が溶接方向Xに沿って走査されることにより、レーザ光入射位置の軌跡に沿って第1薄鋼板12、第2薄鋼板14が連続的に溶接され、これら第1薄鋼板12、第2薄鋼板14が一体化される。
上記したように第1接触子28及び第2接触子30が互いに相違する振動周波数で振動しているため、挟持装置22が移動する際、これら第1接触子28及び第2接触子30と被溶接材10との間に発生する摩擦抵抗は小さい。従って、挟持装置22は、第1接触子28及び第2接触子30による被溶接材10の挟持を維持したままの状態で、被溶接材10の表面に沿って容易に移動することが可能である。
このように、本実施の形態においては、第1接触子28及び第2接触子30の双方を異なる振動周波数で振動させるようにしているので、被溶接材10を挟持しているにも関わらず、挟持装置22が容易に移動することができるようになる。このため、挟持を行う第1接触子28及び第2接触子30を移動させてギャップを低減する箇所を連続的に変更することが容易である。
従って、この場合、レーザ溶接を行う箇所の近傍のみギャップを低減することが可能であり、しかも、それで十分である。上記したように第1接触子28及び第2接触子30の当接箇所を順次移動させることができるからである。このため、被溶接材10の複数箇所に対して挟持を行う必要が特にないので、挟持装置22の小型化を図ることができる。
また、被溶接材10とは別の形状の被溶接材(ワーク)に対してレーザ溶接を行うべくレーザ光照射機構24の走査方向を変更したいとき、換言すれば、図1、図3A及び図3Bに示す溶接方向Xとは異なる溶接方向に沿ってレーザ溶接を行いたいときには、ロボットの動作による先端アーム48の移動方向を変更すればよい。この場合においても、上記と同様にして第1接触子28及び第2接触子30による被溶接材の挟持を維持しながら、挟持装置22を移動させてレーザ溶接を行うことができる。
このように、挟持装置22は、先端アーム48の移動方向を変更することで様々な形状の被溶接材に対応することができる。すなわち、汎用性に優れる。従って、被溶接材の形状に対応して複数種の挟持装置を用意する必要がないので、設備投資の低廉化を図ることができる。また、被溶接材を別形状のものに変更する度に挟持装置を交換する必要もないので、煩雑な交換作業が不要であるとともに、工程数が増加することを回避することができる。
ロボット(先端アーム48)が停止することに伴い、挟持装置22及びレーザ光照射機構24が停止する。これにより、レーザ溶接が終了する。その後、前記サーボモータ52の回転軸が上記とは逆方向に回転し、これに追従してボールネジ軸が逆方向に回転する。さらに、ナット及び弾性部材がボールネジ軸に沿って上昇し、第2接触子30が第2ホルダ54ごと上昇して第2薄鋼板14から離間する。すなわち、第1接触子28と第2接触子30が開状態となる。
その後、先端アーム48が被溶接材10から後退するように動作する。その結果、挟持装置22を構成するアーム部材26の下端(第1接触子28)と上端(第2接触子30)の間から被溶接材10が離脱する。
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、第1振動子38又は第2振動子56の一方を省き、第1接触子28又は第2接触子30のいずれか一方のみを振動可能とする一方で、残余の他方が振動しないようにしてもよい。
また、サーボモータ52に代替し、空気圧シリンダを変位手段として採用するようにしてもよい。この場合、振動する第2接触子30が被溶接材10に当接するときの荷重を空気圧シリンダで吸収することができる。従って、弾性部材を設ける必要は特にない。なお、第1接触子28のようにアーム部材26に取り付けられる場合は、該アーム部材26自体が多少の弾性を示すことから、ボールネジとの間にバネ等の弾性部材を別途介在させる必要は特にないが、介在させるようにしてもよい。
さらに、アーム部材は、2本のバー状部材を交差させることでX字形状をなすように構成されたものであってもよい。この場合、バー状部材同士の交差箇所を中心としてバー状部材を相対的に回動可能とするとともに、バー状部材の同一端に第1接触子28、第2接触子30をそれぞれ設けるようにすればよい。すなわち、バー状部材を、第1接触子28と第2接触子30が互いに接近する方向に回動させれば閉状態となり、互いに離間する方向に回動させれば開状態となる。
さらにまた、この実施の形態では、挟持装置22にレーザ光照射機構24を付設するようにしているが、レーザ光照射機構24は、先端アーム48に挟持装置22を支持したロボットとは別のロボットに設けるようにしてもよい。
加えて、溶接手段は、レーザ光照射機構24に特に限定されるものではなく、クランプするものであればどのようなものであってもよい。例えば、スポット溶接機構であってもよい。
また、接触子は、略半球体部分のみを有するものであってもよい。
そして、挟持装置22は、溶接装置20を構成するものに特に限定されず、被溶接材10以外のワークを挟持するものとして広汎に使用することができる。
Claims (12)
- 互いに対向する位置でワーク(10)に当接することによって該ワーク(10)を挟持する第1接触子(28)及び第2接触子(30)を有するとともに、移動手段に設けられる挟持装置(22)であって、
前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)のいずれか一方を、前記ワーク(10)に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子(38)を備え、
前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)の他方の接触子(30)と、前記振動子(38)によって振動した状態の前記一方の接触子(28)とが、前記ワーク(10)を挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワーク(10)の表面に沿って移動することを特徴とする挟持装置(22)。 - 請求項1記載の挟持装置(22)において、前記他方の接触子(30)を、前記ワーク(10)に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子(56)をさらに備えることを特徴とする挟持装置(22)。
- 請求項2記載の挟持装置(22)において、前記第1接触子(28)と前記第2接触子(30)は互いに異なる振動周波数で振動することを特徴とする挟持装置(22)。
- 請求項3記載の挟持装置(22)において、前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)が、該第1接触子(28)又は該第2接触子(30)の前記ワーク(10)に対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも1回、前記ワーク(10)に同時に当接する振動周波数で振動することを特徴とする挟持装置(22)。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の挟持装置(22)において、前記第1接触子(28)及び前記第2接触子(30)の双方の振動周波数が、前記ワーク(10)の固有振動周波数よりも高いことを特徴とする挟持装置(22)。
- 互いに対向する位置でワーク(10)に当接することによって該ワーク(10)を挟持する第1接触子(28)及び第2接触子(30)を有する挟持装置(22)と、
前記挟持装置(22)を移動させるための移動手段と、
前記挟持装置(22)に挟持された前記ワーク(10)に対して溶接を行うための溶接手段と、
を備え、
前記挟持装置(22)は、前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)のいずれか一方を、前記ワーク(10)に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための振動子(38)を備え、
前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)の他方の接触子(30)と、前記振動子(38)によって振動した状態の前記一方の接触子(28)とが、前記ワーク(10)を挟持した状態を維持しながら、前記移動手段によって前記ワーク(10)の表面に沿って移動する最中、前記溶接手段が前記ワーク(10)に対して溶接を行うことを特徴とする溶接装置(20)。 - 請求項6記載の溶接装置(20)において、前記挟持装置(22)は、前記他方の接触子(30)を、前記ワーク(10)に対して当接又は離間する方向に沿って振動させるための他方側振動子(56)をさらに備えることを特徴とする溶接装置(20)。
- 請求項7記載の溶接装置(20)において、前記第1接触子(28)と前記第2接触子(30)は互いに異なる振動周波数で振動することを特徴とする溶接装置(20)。
- 請求項8記載の溶接装置(20)において、前記第1接触子(28)又は前記第2接触子(30)が、該第1接触子(28)又は該第2接触子(30)の前記ワーク(10)に対する接触幅分だけ移動する最中に少なくとも1回、前記ワーク(10)に同時に当接する振動周波数で振動することを特徴とする溶接装置(20)。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の溶接装置(20)において、前記溶接手段がレーザ光照射機構(24)であることを特徴とする溶接装置(20)。
- 請求項10記載の溶接装置(20)において、前記レーザ光照射機構(24)が前記移動手段又は前記挟持装置(22)に設けられていることを特徴とする溶接装置(20)。
- 請求項11記載の溶接装置(20)において、前記レーザ光照射機構(24)のレーザ光照射位置が、前記第1接触子(28)及び前記第2接触子(30)の前記ワーク(10)に対する当接箇所からオフセットされていることを特徴とする溶接装置(20)。
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