(57)【要約】  第１の組み立てステーション２０において、パネルの構成要素１０，１０’を、パネルを担持するための、パネルの形状に適合した外形を有する台車１４，１５の上に組み立てて配置する。パネルの構成要素を載せた台車を、自動的に溶接ステーション２０’へと搬送する。このステーションにおいて、複数の自由度でもって移動可能な溶接ヘッド３５を自動的に位置付けて方向付け、さらに必要に応じて、溶接ヘッドの形状を自動的に変更する。組み立てられて溶接されたパネルを載せた台車を、自動的に取り外しステーション２０”へと搬送する。このステーションにおいて、組み立てられて溶接されたパネルを取り外し、無負荷のプレートあるいは台車を、取り外しステーションから最初のステーションへと自動的に戻す。これらの自動的に実施される作業を、パネルの設計仕様に依る処理順序にしたがって適合可能且つプログラム可能な形に調整する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のドアパネルを組み立てるとともに溶接するための方法であって、
−  第１の組み立てステーション（２０）において、前記ドアパネルの構成要素（１０、１０’）を、前記ドアパネルの形状に対応する形状を有する、前記ドアパネルを担持するための複数のプレート又は台車（１４、１５）の上に組み立てて配置するステップと、
−  前記ドアパネルの構成要素を載せた前記プレート又は台車を、前記構成要素を溶接するための溶接ステーション（２０’）へ自動的に搬送するステップと、
−  前記溶接ステーションにおいて、複数の自由度でもって移動可能な少なくとも１つの溶接ヘッド（３５）を自動的に位置決めして方向付け、さらに必要に応じて、前記ドアパネルの設計仕様に相応する溶接手順にしたがって、前記溶接ヘッドの形態を自動的に変更するステップと、
−  組み立てられ溶接されたドアパネルを載せた前記プレート又は台車を、取り外しステーション（２０”）へ自動的に搬送するステップと、
−  前記取り外しステーションにおいて、組み立てられ溶接された前記ドアパネルを取り外すステップと、
−  無負荷のプレート又は台車を、前記取り外しステーションから前記第１のステーションへ自動的に戻すステップとを含んでいて、
自動的に実施される前記複数のステップが、前記ドアパネルの設計仕様に対応する処理手順に対して順応性があり、かつプログラム制御が可能なように調整されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記の無負荷のプレート又は台車を自動的に戻す前記ステップを、前記プレート又は台車をランダムにつくられた順序で配置することにより実施するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
自動車用ドアパネルを組み立てるとともに溶接するための装置であって、
−  該装置は複数のワークステーション（２０、２０’、２０”）を備えていて、該ワークステーションは、
前記ドアパネルの構成要素を組み立てるための第１のステーション（２０）と、
複数の自由度でもって移動可能な少なくとも１つの溶接ヘッド（３５）と、少なくとも１つの再編成可能な溶接ヘッド（３５）と、前記再編成可能な溶接ヘッドの編成を自動的に変更する変更手段（３４、３８）とを有する、前記構成要素を溶接するための少なくとも１つのステーション（２０’）と、
組み立てられ溶接された前記ドアパネルを取り外すための少なくとも１つの取り外しステーション（２０”）とを含み、
−  該装置は、前記ドアパネルを１つのワークステーションから別のワークステーションへ移動させるための移動手段（２１、２５）を有していて、前記移動手段は、前記ドアパネルの形状に対応する形状を有する、前記ドアパネルを担持するための複数のプレート又は台車（１４、１５）を有し、かつ、前記移動手段は無負荷のプレート又は台車を前記取り外しステーションから前記第１のステーションへ戻すための戻り手段（２５、２６、２７）を有し、
−  該装置は、さらに、前記ドアパネルの設計仕様に対応する処理手順にしたがって、前記移動手段と前記溶接ヘッドと前記変更手段とを互いに順応するように調整するようにプログラムされている制御手段（４０）を備えていることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記ワークステーションはモジュール式であり、互換性を有することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記移動手段は搬送ライン（２１）を備えていて、
前記プレート又は台車は、前記搬送ライン上で移動可能なベース部分（１５）と、前記ベース部分に対して取り外し可能に固定され、予め決められたタイプのドアパネルを支持する形状を有する、互換性を有する部分（１４）とを備えていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記戻り手段は、前記搬送ライン（２１）に対して垂直に配置された複数の戻りライン（２５）と、前記搬送ライン（２１）の互いに背向する各端部に配置されている第１及び第２のリフトシステム（２６、２７）とを備えていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記プレート又は台車をランダムにつくられた順序で配置するような態様で前記戻り手段を操作するとともに、前記搬送ラインと前記溶接ヘッドと前記変更手段とを対応する態様で操作するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの溶接ヘッドに、溶接時に前記ドアパネル（１）の構成要素（１０、１０’）の安定性を維持するための安定性維持手段（３５ａ）が設けられていることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
前記安定性維持手段が、空気圧又は油圧による制御が可能なピストンを備えていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの溶接ヘッドに、該溶接ヘッドを前記ドアパネルに対して押圧するための押圧手段（３５ｂ）が設けられていることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記押圧手段が、圧縮係数が一定である弾性を有するデバイスを備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のドアパネルを組み立てて、溶接するためのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界において、ドアパネルは、美的及び構造的な理由、あるいは安全上の理由により、ドアフレームに適合するように形成される。ドアパネルは、ドアハンドル、アームレスト及び小物用ポケットの支持部（サポート）としても機能する。車の内装設計に対するこれらの影響は重要である。近年、ドアパネルはますます複雑な形状を有するように設計され、組み立てプロセスにおいて超音波又は振動発生方法を用いて互いに溶接される、プラスティック又は植物繊維材料製の複数の構成要素を含んでいる。
【０００３】
ドアパネルの形状や構造上の完全性を保証する必要性に鑑みれば、組み立てプロセスにおいて溶接は重要な部分である。現在、ドアパネルの主要構成要素は、複数の個別の固定軸を有する溶接振動工具であり、実施される特定の溶接のための専用の先端を有するものがグループごとに設けられた専用の溶接ワークステーションにおいて人の手で組み立てられている。各ワークステーションは、１つの特定のドアパネル設計（例えば左、右、前、後ろ、ファイブドア、スリードアなど）のために設けられている。溶接先端の唯一の動きは、各先端が割り当てられている特定の溶接を固定の順序にしたがって実施するために必要とされる。振動工具がグルーピングされていることにより、質及び処理能力の両方の観点から個々の溶接を最適化することが不可能とは言わないまでも困難となっている。ドアパネルの構成要素を溶接時に動かないように適切な位置に固定するためにも多くの場合複雑な機構が必要とされる。一方では、部品が不本意に動いた場合には、これは溶接不良及び不良品の発生へとつながる。
【０００４】
溶接ワークステーションは、その自動車モデルが存在する限り（概して１５年を越える期間に亘って）次のスペアパーツの製造のためにその特定のパネル設計専用として設けられる。この期間に亘ってワークステーションを新しい自動車モデルのためにあるいは現行モデルの主要な設計変更のために使用することができず、使用する場合には、元の施設を設置するための重要な費用割合に等しい再投資を伴い、その改造プロセスにおいて製造上の困難さと不良品の発生とを伴うものである。ドアパネルの最終仕上げは、別の組み立てワークステーションにおいて組み立て作業者が実施するが、過度にドアパネル取り扱いをすることによってさらなる不具合のリスクを伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、従来の処理に関する費用は、特に自動車モデルの変更時及び生産量の増加時においてはかなり高くなる。そして、溶接ヘッドの位置の動きが限られており、それらがグループで位置づけされていることによって、パネル設計に対して構造上及び美的上の制限を生じさせる。このため、自動車のデザイン及び販売性にも反響を及ぼしかねない要因となっている。
【０００６】
本発明の目的は、自動車用ドアパネルを組み立てるプロセスにおける前述の費用及び設計上の制限の影響を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、請求項１に規定された特徴を有する車両用ドアパネルを組み立て溶接するための方法と、請求項３に規定された特徴を有する車両用ドアパネルを組み立て溶接するための装置とによって達成される。
【０００８】
実際、本発明に係る方法及び装置によれば、ドアパネルの構成要素（部品）は、複雑な位置における複雑な形状の溶接を可能にし、設計上及び／又は製造量の変更に対して比較的簡素且つ経済的な形態で適合され得る、柔軟なモジュール式製造プロセスにおいて完全に組み立てられ、溶接される。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様は、従属請求項において規定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ、以下で説明する詳細な説明から明確となるであろう。しかしながら、これらは、限定的なものではなく、単なる例示のためのものである。
【００１１】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。図１には、本発明に係る方法ないしは装置によって組み立てられるべきドアパネルが符号１で示されている。これらのドアパネル１は、通常、各自動車モデルに応じたそれぞれ独自のデザインのものであり、フロントドア用及びバックドア用のパネルと、左右のドア用のパネルとに区別される。各パネル１は、一般的に、プラスティック製及び／又は繊維材料製のものであり、規則的又は不規則な形を有する骨組み又は部分組み立て品によって構成される複数の構成要素１０、１０’（簡素化のため、図１及び図２においては、２つのみが示されている）を備えている。部品の組み立てを可能にするため、１つ又はこれより多い構成要素１０には、それぞれの構成要素１０と一体的に形成された棒状（スティック状）の溶接部分１１が設けられている。第１の部材１０とともに組み立てられることになっている、１０’で示される別の構成要素には、対応する孔１２が設けられている。こうして、構成要素１０と構成要素１０’とが、パネル１を形成する複数の構成要素内において特定の結合体（ジョイント）を形成する雄部と雌部とをそれぞれ形成する。
【００１２】
溶接に先立って、構成要素１０、１０’（部品）は、構成要素１０、１０’をひっかかないためにプラスティック材料を用いて精密加工された担持パレット又はホルダー１４において組み立てられる。この低価格の担持パレット１４は、特定のパネルデザインのために特別に設けられた、本発明における唯一の部品である。各パネルデザイン用の担持パレットが存在し、（図２に示される）組み立てラインに必要とされるパレット１４の数は、その組み立てラインに必要とされる処理能力量の関数である。担持パレット１４は、ボルトあるいはその他のタイプの解除式連結を介して、それによって支持されるパレット１４の構造に関わらず、全ての担持パレット１４に対して標準設計のものである台車プレート１５に接続されている。プレート１５とパレット１４とは、ともに、組み立てられたパネルを図２に示される装置において搬送するための台車あるいはプラットフォームを形成する。
【００１３】
図３に示すように、本発明による組み立て及び溶接装置あるいはラインは、順番に配置された複数のワークステーションあるいはモジュール２０、２０’、２０”を備え、搬送ライン２１に沿って担持パレット１４が１つの組み立て作業あるいは溶接作業から別の作業へと移動する。これらパレット１４は、製造される自動車のそれぞれのモデルによって任意の順番あるいは順序に沿って配置されている（例えば、最初にスリードア車用の左側ドアパネル、次にファイブドア車用の右側ドアパネル等）。ステーション２０において、構成要素１０はパレット１４に積載されて図１及び図２を参照して前述したとおり組み立てられる。この組み立ては、手動又は自動のいずれでもよい。その後パレット１４は、矢印Ａによって示されるラインの流れ方向に搬送ライン２１に沿って、特定の組み立て作業のためにラインに追加することができる、手動あるいは自動であってもよい別の（図示されない）モジュール式組み立てステーションを通って移動する。
【００１４】
少なくとも１つの溶接ステーション２０’が搬送ライン２１に沿って設けられ、パネル１が、構成要素１０の棒１１を構成要素１０’に対してしっかり固定することにより、予め定められた溶接部分に超音波によって溶接される。このステーション２０’は、この後により詳細に説明する。
【００１５】
ライン２１の終わりにおいて、完成されて溶接されたドアパネルをステーション２０”において取り外した後、パレット１４は再利用のため組み立てラインの最初の部分に（矢印Ｂの方向に沿って）戻る。パレット１４が戻ることができるように、戻りライン２５であって、組み立てライン２１の下あるいは上に設けられるものと、搬送ライン２１から戻りライン２５に（矢印Ｃの方向に沿って）パレット１４を移動させるためのリフトシステム２６とを備える多層の搬送システムが設けられている。組み立てライン２１のプロセスを繰り返すために、担持パレット１５は、これらパレットを（矢印Ｄの方向に沿って）構成要素積載ステーション２０へ搬送する第２のリフトシステム２７によって組み立てライン２１へと再び移動させられる。戻りライン２５とリフトシステム２６及び２７とは、パレット１４をステーション２０において予め定められた順序に配置することによって予め定められたパネル製造順序（例えば最初に右側のフロントドアパネル、次に左側のフロントドアパネル、その後右側のバックドアパネル、最後に左側のバックドアパネル等）を得るように制御される。パレット１４の配置のためのこのような順序は、その他にもランダムな形で設けることが可能である。
【００１６】
図３及び図４を参照すると、溶接ステーション２０’は、少なくとも１つのロボットによるモジュール式溶接機３０を備えている。このような機械は、溶接ヘッド３５が取り付けられた１つ又はこれより多い（矢印ｘ、ｙ、ｚによって示されている）３軸ロボット３４を備えている。図５ａに示すように、少なくとも１つの溶接ヘッド３５は、少なくとも１つの回転軸の周りを回動可能であり、好ましくは多軸、すなわち例えば矢印φ、ψ、θの角度の方向に沿って複数の回転軸の周りを回動可能である。図５ｂに示すように、少なくとも１つの溶接ヘッド３５は、超音波溶接のため複数の振動工具３７を有していてもよい。図５ｃに示すように、振動工具３７のそれぞれの先端３７ａは、特定の溶接位置のために個別に設けられてもよい。
【００１７】
図６に示すように、個別の溶接ステーション２０’における位置の柔軟性及び溶接タイプを確保するために、予め定められた方法で位置付けられ、工具を迅速に交換するための付属品３９を備えた溶接機３０がパネルの異なる溶接間のインターバルにおいてそこからすばやく溶接ヘッド３５を取り替えることができる容器あるいはラック３８を設けることが可能である。これに代えてあるいはこれに加えて、（図示されない）総振動工具の自動的交換のために容器あるいはラックを設けることができる。
【００１８】
溶接時にパネル１の構成要素１０、１０’の安定性を維持するために、図７に３５ａで示されている空気圧あるいは油圧によって調整可能なピストンが溶接ヘッド３５に取り付けられて、溶接時に構成要素１０、１０’に対して垂直方向の推力を付与することが好ましい。不均一あるいは可変である表面に対する溶接具３７の十分な圧力を確保するために、図８に３５ｂで示される定圧縮バネを溶接ヘッド３５に取り付けることが好ましい。これに代えて、別のタイプの装置を設け、壁厚に関わらず構成要素に対する振動工具の定圧を確保することができる。
【００１９】
組み立てラインの制御とパネルの順序の管理とは、コンピュータ化されたコントローラ４０によって実施される。超音波溶接発電機及び波動制御手段も同様にコントローラ４０に含まれており、さらに溶接機３４の移動も管理する。ロボット溶接機の空間的な柔軟性によって、コントローラ４０は、デザイン変更の場合でも個々のドアパネルにおけるそれぞれの溶接ポイント位置を簡単且つ迅速に再プログラムすることが可能である。特に、各溶接ヘッドを特定の溶接のために個々にプログラムすることができる。これによって高いレベルの溶接の最適化を得ることができる。
【００２０】
本発明に係る方法及び装置によれば、任意の自動車用ドアパネル及びその構成要素の組み立て工程において、効率的で柔軟かつ最適な組み立て及び溶接を行うことができるということが、十分に理解されるであろう。
【００２１】
本発明の詳細な具現化及び実施形態は、本発明の原理と抵触することなく、また本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されたものから幅広く変形され得るものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】溶接前に、台車又はプラットフォームに設けられた、組み立て状態におけるドアパネルの構成要素の上面図である。
【図２】図１において矢印IIによって示される、図１に示す構成要素の詳細を示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係るドアパネルの組み立て及び溶接装置の概略的な側面図である。
【図４】図３に示す装置の溶接機の概略的な斜視図である。
【図５ａ】図４に示す機械のための溶接ヘッドの概略的な斜視図である。
【図５ｂ】図４に示す機械のための溶接ヘッドの概略的な斜視図である。
【図５ｃ】図４に示す機械のための溶接ヘッドの概略的な斜視図である。
【図６】パネルの溶接プロセスの間に溶接ヘッドを自動的に交換させるための付属品を備えた図４に示す機械の一部の概略的な斜視図である。
【図７】溶接時にパネルの構成要素を所定の位置に固定するための、調整可能な高さ及び位置ピストンを備える溶接ヘッドの概略的な斜視図である。
【図８】溶接工具をパネルの構成要素に対して十分に押圧するための定圧縮率の引張バネを備える溶接ヘッドの概略的な斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ドアパネル、１０  構成要素、１０’  構成要素、１２  孔、１４  担持パレット、１５  台車プレート、２０  組み立てステーション、２０’  溶接ステーション、２０”  取り外しステーション、２１  搬送ライン、２５  戻りライン、２６  リフトシステム、２７  リフトシステム、３０  モジュール式溶接機、３５  溶接ヘッド、３７  振動工具、３９  付属品、４０  コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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