(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラ間を通電させてシーム溶接を行うシーム溶接装置を、移動手段の先端部に設けた弾性手段に連結させて移動させるシーム溶接方法であって、
前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じ、前記シーム溶接装置の重量による前記弾性手段の変形に基いて、前記移動手段によって移動させる前記シーム溶接装置の移動経路を補正する補正工程を備えることを特徴とするシーム溶接方法。
【請求項２】
前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する第１の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第１の工程と、
前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第２の工程と、
前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する前記第１の姿勢及び前記第２の姿勢とは異なる第３の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第３の工程とを備え、
前記補正工程において、前記第１の工程から前記第３の工程にてそれぞれ求めた前記相対位置関係の変化に基いて、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じて求めることを特徴とする請求項１に記載のシーム溶接方法。
【請求項３】
一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラ間を通電させてシーム溶接を行うシーム溶接装置と、
先端部に設けた弾性手段に連結させて前記シーム溶接装置を移動させる移動手段と、
前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じ、前記シーム溶接装置の重量による前記弾性手段の変形に基いて、前記移動手段によって移動させる前記シーム溶接装置の移動経路を補正する補正手段とを備えることを特徴とするシーム溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーム溶接方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一対の電極ローラの間に被溶接物（ワーク）を挟み込み、加圧通電しながら電極ローラを回転させて被溶接物を連続的に溶接するシーム溶接装置が知られている。【０００３】
電極ローラによる被溶接物への加圧が許容範囲を超えると、ワーク、電極ローラ又はシーム溶接装置を移動させるロボット等に悪影響を及ぼす。そこで、シーム溶接装置とロボットとの間にスプリングを介在させたイコライズ機構を設けて、ワークの高さに電極ローラを追従させている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このため、ワークの溶接時に電極チップがワーク上を滑ったり、ワークに過剰な負荷、例えば、折り曲げ力や押圧力が作用したり、電極ローラを支持するシャンクや加圧ロッドが撓んだりすることがなく、ワークを有効に保護して溶接作業が良好に遂行可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６５３８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、ロボットの移動経路をコンピュータで予め定めておく、いわゆるオフラインティーチングが実施されている。そして、オフラインティーチングでは、イコライズ機構のスプリングが中立にある状態が想定されている。【０００７】
しかし、実際には、シーム溶接装置のロボットに対する姿勢によってはイコライズ機構のスプリングは中立から変化した状態となり、電極ローラの実際の挟み込み位置（溶接位置）が想定した位置からずれる。この場合、ロボットによる挟み込み位置の移動速度と電極ローラとの回転速度との間に不一致が生じるため、シーム溶接する部分が曲線状である場合、電極ローラがスリップして、溶接不良が発生するおそれがある。【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、電極ローラのスリップを防止することが可能なシーム溶接方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のシーム溶接方法は、一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラ間を通電させてシーム溶接を行うシーム溶接装置を、移動手段の先端部に設けた弾性手段に連結させて移動させるシーム溶接方法であって、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じ、前記シーム溶接装置の重量による前記弾性手段の変形に基いて、前記移動手段によって移動させる前記シーム溶接装置の移動経路を補正する補正工程を備えることを特徴とする。【００１０】
本発明のシーム溶接方法によれば、シーム溶接装置の移動手段に対する姿勢に応じ、シーム溶接装置の重量による弾性手段の変形に基いて、移動手段によって移動させるシーム溶接装置の移動経路を補正している。これにより、シーム溶接装置の移動手段に対する姿勢に応じた弾性手段の変形を考慮することができ、移動手段によるシーム溶接装置の移動速度、ひいては電極ローラの挟み込み位置の移動速度が想定したものとなる。よって、挟み込み位置の移動速度と電極ローラとの回転速度との間に不一致が生じず、シーム溶接する部分が曲線状であっても、電極ローラはスリップせず、溶接不良が発生しない。【００１１】
例えば、本発明のシーム溶接方法において、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する第１の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第１の工程と、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第２の工程と、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する前記第１の姿勢及び前記第２の姿勢とは異なる第３の姿勢における、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を求める第３の工程とを備え、前記補正工程において、前記第１の工程から前記第３の工程にてそれぞれ求めた前記相対位置関係の変化に基いて、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する相対位置関係の変化を、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じて求めればよい。【００１２】
本発明のシーム溶接システムは、一対の電極ローラの間に複数の被溶接物を挟み込んだ状態で、前記電極ローラ間を通電させてシーム溶接を行うシーム溶接装置と、先端部に設けた弾性手段に連結させて前記シーム溶接装置を移動させる移動手段と、前記シーム溶接装置の前記移動手段に対する姿勢に応じ、前記シーム溶接装置の重量による前記弾性手段の変形に基いて、前記移動手段によって移動させる前記シーム溶接装置の移動経路を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。【００１３】
本発明のシーム溶接システムによれば、シーム溶接装置の移動手段に対する姿勢に応じ、シーム溶接装置の重量による弾性手段の変形に基いて、移動手段によって移動させるシーム溶接装置の移動経路を補正する補正手段を備えている。これにより、シーム溶接装置の移動手段に対する姿勢に応じた弾性手段の変形を考慮することができ、移動手段によるシーム溶接装置の移動速度、ひいては電極ローラの挟み込み位置の移動速度が想定したものとなる。よって、挟み込み位置の移動速度と電極ローラとの回転速度との間に不一致が生じず、シーム溶接する部分が曲線状であっても、電極ローラはスリップせず、溶接不良が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るシーム溶接システムの全体構成を示す概略図。
【図２】シーム溶接システムの全体構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はシーム溶接装置の姿勢の相違による基準点の移動を示す図。
【図４】本発明の実施形態に係るシーム溶接方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係るシーム溶接システム１００について図面を参照して説明する。シーム溶接システム１００は、シーム溶接装置１０によって金属薄板からなる複数の被溶接物（ワーク）Ｗを接合して、自動車の窓枠や燃料タンクなどを製造する際に用いられる。
【００１６】
図１に示すように、ワークＷは、図示しないワーク固定台によって予め定められた位置に固定され、ロボット２０により予め定められた軌跡に沿って移動されるシーム溶接装置１０によって、シーム溶接される。図２を参照して、シーム溶接システム１００は、シーム溶接装置１０及びロボット２０を制御し、本発明の制御手段に相当する制御装置３０を備えている。
【００１７】
ロボット２０は、複数のアームが関節で連結された、６軸ロボットなどの多関節型ロボットであり、ベース２１に固定されている。ロボット２０は、図示しないが、各関節には、サーボモータなどの駆動手段、及びサーボモータの軸角度を検出するエンコーダなどの検出手段が備えられ、制御装置３０によってフィードバック制御可能に構成されている。
【００１８】
ロボット２０は、その先端に位置するアームの先端部にイコライズ機構２２が設けられている。ロボット２０は、イコライズ機構２２を介してシーム溶接装置１０を移動させ、移動手段に相当する。イコライズ機構２２は、スプリングなどからなる弾性手段２２ａを２個有している。弾性手段２２ａは、例えば、コイルバネである。
【００１９】
シーム溶接装置１０は、イコライズ機構２２を介してロボット２０に取り付けられる基台１１を備えている。
【００２０】
ここでは、イコライズ機構２２は、基台１１の上部に固定されて側面視コの字状のブロック１１ａ、ロボット２０のアーム先端部に固定された２本のベース２２ｂ、及び、ベース２２ｂに形成された貫通孔にそれぞれ挿通され、上下端がブロック１１ａに固定された丸棒状の２本のビーム１１ｂも備えている。なお、２本のビーム１１ｂは、図１の奥行き方向（Ｘ軸方向）に並んでいる。
【００２１】
そして、ビーム１１ｂの外周を取り囲むように、２個のコイルバネからなる弾性手段２２ａが、ブロック１１ａとベース２２ｂとの上下方向の隙間にそれぞれ介在している。これにより、ベース２２ｂは、ビーム１１ｂに対して摺動可能であると共に、弾性手段２２ａによって原位置に復帰するように付勢されている。これにより、溶接対象部位に微小な変動があっても、その変動にシーム溶接装置１０を追従させることができる。
【００２２】
基台１１には、上下方向に沿って延びるガイドレール１２が設けられている。ガイドレール１２には、当該ガイドレール１２に沿って駆動手段１３によって上下方向に移動可能な可動台１４が設けられている。ここでは、駆動手段１３は、エアシリンダ１３であり、エアシリンダ１３のピストンロッド１３ａの先端部に可動台１４が連結されている。なお、駆動手段は、油圧シリンダ、ボールねじ機構を備えた回転モータ、リニアモータなどであってもよい。
【００２３】
可動台１４には上部電極１５が軸支され、基台１１には下部電極１６が軸支されている。これにより、下部電極１６は所定の高さ位置に設けられ、上部電極１５は下部電極１６に対して上下動可能に配置されている。なお、上部電極１５及び下部電極１６は、円板状の電極であり、合せて電極ローラ１５，１６ともいう。
【００２４】
電極ローラ１５，１６には、それぞれ当該電極ローラ１５，１６を予め設定された回転方向に設定された回転速度で回転駆動させるための回転駆動手段１７，１８が接続されている。ここでは、回転駆動手段１７，１８は、サーボモータであるが、パルスモータ、ロータリエンコーダを備えた通常のモータであってもよい。
【００２５】
さらに、上部電極１５には、溶接に必要な電流（溶接電流）を供給し、本発明の溶接電流供給手段に相当するする溶接電源１９に接続されている。ここでは、溶接電源１９は、直流のパルス電流を供給するものであるが、交流電流を供給するものであってもよい。
【００２６】
このように、エアシリンダ１３のピストンロッド１３ａを伸長させて上部電極１５を下降させて、両電極１５，１６間にワークＷを挟み込んだ状態で、溶接電源１９から上部電極１５に溶接電流を供給する。これにより、上部電極１５から、両電極ローラ１５，１６間に挟み込んだワークＷを介して、下部電極１６（アース電極）へ溶接電流が流れ、シーム溶接を行うことができる。
【００２７】
エアシリンダ１３は、上述したように、上部電極１５を下部電極１６に向けて加圧して、両電極ローラ１５，１６の間に挟まれたワークＷを加圧する。
【００２８】
図２に示すように、制御装置３０は、図示しないＣＰＵ等により構成された電子回路ユニットである。制御装置３０は、メモリ３１に保持された制御プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、エアシリンダ１３を制御するシリンダ制御部３２、回転駆動手段１７，１８を制御する回転駆動制御部３３、溶接電源１９を制御する溶接電源制御部３４、及びロボット２０を制御するロボット制御部３５として機能し、シーム溶接装置１０及びロボット２０の作動を制御する。
【００２９】
メモリ３１には、ロボット２０によるシーム溶接装置１０の移動経路を指示するティーチングデータが記憶されると共に、溶接条件に応じた、エアシリンダ１３のピストンロッド１３ａの移動量、回転駆動手段１７，１８の回転速度、溶接電源１９から供給する溶接電流の値などの溶接制御データが記憶されている。また、メモリ３１には、シーム溶接装置１０のロボット２０に対する姿勢に応じてティーチングデータを補正する補正データを求める補正プログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵが補正プログラムを実行することにより、制御装置３０は補正手段として機能する。
【００３０】
制御装置３０は、溶接条件に応じてメモリ３１に記憶された溶接制御データを読み出して作成した制御信号を、エアシリンダ１３、回転駆動手段１７，１８、溶接電源１９及びロボット２０にそれぞれ送信する。
【００３１】
ここで、シーム溶接装置１０は、イコライズ機構２２の弾性手段２２ａを介してロボット２０に接続されている。そのため、ロボット２０のアーム先端に対するシーム溶接装置１０の姿勢に応じて、シーム溶接装置１０の重量のため、弾性手段２２ａの伸縮量が変化して、これらの相対的な位置が変化する。すなわち、シーム溶接装置１０の重量のため、電極ローラ１５，１６とワークＷの高さ変化などに関らず、弾性手段２２ａの中立状態から変化することがある。
【００３２】
例えば、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、弾性手段２２ａの伸縮量が「０」である中立状態において、ロボット２０のアーム先端の特定点に基準点Ｏを設定し、この基準点Ｏを原点とする座標系をロボット２０のアーム先端に固定して設定する。以下、この座標系をロボット座標系という。そして、シーム溶接装置１０にも基準点Ｃ（例えば、下部電極１６の中心点）を定める。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、ロボット２０のアーム先端に対してシーム溶接装置１０が鉛直方向下方に位置する場合、すなわちシーム溶接装置１０の姿勢が下向きの場合には、シーム溶接装置１０の重量によって、Ｙ軸正方向側に位置する弾性手段２２ａは伸長し、Ｙ軸負方向側に位置する弾性手段２２ａは収縮する。そのため、ロボット座標系におけるシーム溶接装置１０の基準点Ｃは、中立状態よりもＹ軸正方向に移動する。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、ロボット２０のアーム先端に対してシーム溶接装置１０が鉛直方向上方に位置する場合、すなわちシーム溶接装置１０の姿勢が上向きの場合には、シーム溶接装置１０の重量によって、Ｙ軸正方向側に位置する弾性手段２２ａは伸長し、Ｙ軸負方向側に位置する弾性手段２２ａは収縮する。そのため、ロボット座標系におけるシーム溶接装置１０の基準点Ｃは、中立状態よりもＹ軸負方向に移動する。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、ロボット２０のアーム先端に対してシーム溶接装置１０が水平方向に位置する場合、すなわちシーム溶接装置１０の姿勢が横向きの場合には、シーム溶接装置１０の重量によって、Ｙ軸正方向側に位置する弾性手段２２ａは収縮し、Ｙ軸負
方向側に位置する弾性手段２２ａは伸長する。そのため、ロボット座標系におけるシーム溶接装置１０の基準点Ｃは、中立状態よりもＹ軸負方向に移動する。
【００３６】
このように、ロボット２０に対するシーム溶接装置１０の姿勢に応じて、ロボット座標系における基準点Ｃは移動する。そして、この移動量及び移動方向は、上述したシーム溶接装置１０の３つの姿勢における基準点Ｃのロボット座標系における変化から求めることができる。
【００３７】
次に、上述したシーム溶接システム１００を用いた、本発明の実施形態に係るシーム溶接方法について図面を参照して説明する。
【００３８】
図４のフローチャートに示すように、まず、シーム溶接装置１０の３つの姿勢における基準点Ｃのロボット座標系における変化を求め、キャリブレーション（校正）を行い、キャリブレーションデータを取得する（ＳＴＥＰ１）。
【００３９】
次に、電極ローラ１５，１６の半径をそれぞれ求める（ＳＴＥＰ２）。この工程では、具体的には、エアシリンダ１３のピストンロッド１３ａを伸長させて上部電極１５を下降させて下部電極１６に当接させたときのピストンロッド１３ａのストローク量から、電極ローラ１５，１６の合計半径Ｒｔを求める、又は基台１１と可動台１４との相対的な上下方向の距離から求めることができる。
【００４０】
次に、ワークＷに対する電極ローラ１５，１６、即ちロボット２０のアーム先端の移動速度値を取得する（ＳＴＥＰ３）。移動速度値は、溶接制御データとしてメモリ３１に記憶されている。
【００４１】
次に、ロボット２０の初期姿勢を取得する（ＳＴＥＰ４）。この姿勢には、ロボット２０のアーム先端の姿勢が含まれる。ロボット２０の初期姿勢は、ティーチングデータとしてメモリ３１に記憶されている。
【００４２】
次に、ＳＴＥＰ４で取得したロボット２０のアーム先端の初期姿勢に基き、ＳＴＥＰ１で求めたキャリブレーションデータから補正データを求める（ＳＴＥＰ５）。
【００４３】
次に、ＳＴＥＰ５で取得した補正データに基き、ティーチングデータを補正する（ＳＴＥＰ６）。
【００４４】
次に、ＳＴＥＰ２で取得した電極ローラ１５，１６の半径、ＳＴＥＰ３で取得したロボット２０のアーム先端の移動速度値、及びＳＴＥＰ６で補正したティーチングデータに基いて、電極ローラ１５，１６の回転速度指令値を取得する（ＳＴＥＰ７）。これは、同じ回転速度であっても、電極ローラ１５，１６は、半径が変化すると、ワークＷとの接触長の単位時間当りの長さが変化するためである。
【００４５】
そして、ワークＷに対するシーム溶接を開始する（ＳＴＥＰ８）。
【００４６】
加工中、ロボット２０の姿勢を取得し（ＳＴＥＰ９）、ロボットの姿勢が変化するとき（ＳＴＥＰ１０：ＹＥＳ）、ＳＴＥＰ５に戻る。
【００４７】
そして、シーム溶接が完了するまで（ＳＴＥＰ１２：ＹＥＳ）まで、ワークＷに対してシーム溶接を続行する（ＳＴＥＰ１１）。ロボット２０の姿勢は、ティーチングデータとしてメモリ３１に記憶されている。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、シーム溶接装置１０のロボット２０のアーム先端に対する姿勢に応じ、シーム溶接装置１０の重量による弾性手段２２ａの変形に基いて、ティーチングデータを補正している（ＳＴＥＰ５）。そのため、電極ローラ１５，１６の挟み込み位置（溶接位置）が想定位置からずれない。
【００４９】
よって、ロボット２０による挟み込み位置の移動速度と電極ローラ１５，１６との回転速度との間に不一致が生じず、シーム溶接する部分が曲線状であっても、電極ローラ１５，１６はスリップせず、溶接不良が発生しない。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上部電極１５が上下動可能で下部電極１６が固定された場合について説明した。しかし、これに限定されず、上部電極１５が固定され下部電極１６が上下動可能であっても、上部電極１５及び下部電極１６が共に上下動可能であってもよい。
【００５１】
また、上部電極１５と下部電極１６とが垂直に配置させる場合について説明した。しかし、これに限定されず、上部電極１５と下部電極１６とを水平に又は傾斜させて配置させてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…シーム溶接装置、  １１…基台、  １１ａ…ブロック、  １１ｂ…ビーム、  １２…ガイドレール、  １３…駆動手段、エアシリンダ、  １３ａ…ピストンロッド、  １４…可動台、  １５…上部電極（電極ローラ）、  １６…下部電極（電極ローラ）、  １７，１８…回転駆動手段、  １９…溶接電源、  ２０…ロボット、  ２１…ベース、  ２２…イコライズ機構、  ２２ａ…弾性手段、  ２２ｂ…ベース、  ３０…制御装置（補正手段）、  ３１…メモリ、  ３２…シリンダ制御部、  ３３…回転駆動制御部、  ３４…電源制御部、  ３５…ロボット制御部、  １００…シーム溶接システム、  Ｗ…ワーク（被溶接物）。
【図１】
0005890937.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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