(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触三次元測定機を用いて複数の被溶接部材毎の継手形状を測定し、溶接前形状情報を取得するステップと、
前記複数の前記被溶接部材を溶接することで一体化させた溶接品の形状を測定し、前記複数の前記被溶接部材毎の溶接前後の管理穴位置の変化量を取得するステップと、
前記複数の前記被溶接部材毎の溶接前後の前記管理穴位置の前記変化量に基づいて、前記複数の前記被溶接部材を溶接治具によって固定する固定位置を取得するステップと、
前記被溶接部材毎の前記溶接前形状情報と、前記被溶接部材の前記固定位置とに基づいて、前記複数の前記被溶接部材同士の隙間を算出するステップと、
を含む被溶接部材の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の被溶接部材同士を複数個所で溶接することによって、溶接品を形成する溶接品の製造方法がある。例えば、特許文献１では、被溶接部材としての複数のプレス成形品を溶接して、井桁状の溶接品を形成する製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２６５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような溶接品の製造方法において、溶接が各被溶接部材に熱歪み変形を与え、この溶接熱歪変形が溶接品の全体形状に影響を与えることがある。そのため、溶接熱歪変形に基づいて、被溶接部材としてのプレス品同士の溶接治具へのセット位置を変更し、その結果として板隙が変化する。また、適正な板隙の範囲は、例えば、０〜１ｍｍであるため、板隙０．５ｍｍを目標として、上記プレス品の継手位置を変更させることで、溶接品の全体形状を安定させることがある。なお、板隙の範囲が適正であると、溶接品質のロバスト性を確保することができる。また、量産において上記プレス品の継手部の精度を補正するため、被溶接材としてのプレス品の形状を修正し、量産において使用するプレス型を補正する。また、溶接品が複数の溶接部を有している場合、プレス品の継手位置の隙間の変更だけでなく、各被溶接部材の形状を変更させることで、結果として溶接品の全体形状を許容誤差範囲内に収めたまま、溶接品質を安定させることがある。
【０００５】
本出願の発明者等は、上記したような溶接品の製造方法の一具体例を想起した。図１１を参照して、この具体例について説明する。
【０００６】
まず、各被溶接部材の溶接前後の形状を計測し、基準溶接熱歪量を測定する（基準溶接熱歪量測定ステップＳ９１）。
【０００７】
続いて、基準溶接熱歪量に基づいて、溶接治具見込み量を算出する（溶接治具見込み量算出ステップＳ９２）。ここで、溶接治具見込み量は、被溶接部材が後の溶接ステップＳ９５において良好に溶接されるように、溶接治具によって被溶接部材が固定される固定位置の補正量である。
【０００８】
続いて、溶接治具見込み量に基づいて、溶接治具における被溶接部材の固定位置を調整する（溶接治具調整ステップＳ９３）。
【０００９】
続いて、溶接治具を用いて被溶接部材を固定した後で、すきまゲージを用いて被溶接部材同士の隙間を測定する（被溶接部材間の隙間実測定ステップＳ９４）。
【００１０】
続いて、溶接治具を用いて各被溶接部材を固定した状態で、各被溶接部材を溶接し、溶接品を形成する（溶接ステップＳ９５）。形成した溶接品の管理穴位置精度が公差中央（例えば、１/２公差円）に収まることを確認する。
【００１１】
最後に、各被溶接部材の形状変更に基づいて、プレス成形型の継手部精度を変更する（プレス型見込み量算出ステップＳ９６）。なお、各被溶接部材の精度変更は、溶接継手部の板隙を、例えば、０〜１ｍｍｍ、目標値として０．５ｍｍとなる様に、行われる。
【００１２】
しかしながら、被溶接部材同士の板隙の測定精度が低いことがあった。これによって、溶接ステップＳ９５において、形成した溶接品が、希望する精度の許容誤差範囲に収まらないために、溶接治具調整ステップＳ９３〜溶接ステップＳ９５を繰り返すことがあった。
【００１３】
本発明は、被溶接部材同士の隙間を高い精度で求めることができる被溶接部材の測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる被溶接部材の測定方法によれば、
非接触三次元測定機を用いて複数の被溶接部材毎の継手形状を測定し、溶接前形状情報を取得するステップと、
前記複数の前記被溶接部材を溶接することで一体化させた溶接品の形状を測定し、前記複数の前記被溶接部材毎の溶接前後の管理穴位置の変化量を取得するステップと、
前記被溶接部材毎の前記溶接前形状情報と、前記複数の前記被溶接部材毎の溶接前後の形状の変化情報とに基づいて、前記複数の前記被溶接部材同士の隙間を算出するステップと、を含む。
【００１５】
このような構成によれば、すきまゲージを用いることなく非接触計測器を用いて計測した形状情報と、溶接による穴位置の変化情報とに基づいて、被溶接部材同士の隙間を算出する。したがって、被溶接部材同士の隙間を高い精度で求めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、１度の溶接ステップで被溶接部材同士の隙間を高い精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態１に係る被溶接部材の一例を示す模式図である。
【図３】溶接変形を示す模式図である。
【図４】溶接治具精度の調整による溶接見込を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図６】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図７】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図８】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図９】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図１０】実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【図１１】関連する測定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１
図１〜図１０を用いて、実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法を示すフローチャートである。図２は、実施の形態１に係る被溶接部材の一例を示す模式図である。図３は、溶接変形を示す模式図である。図４は、溶接治具精度の調整による溶接見込を示す模式図である。図５〜図１０は、実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法の一工程を示す模式図である。
【００１９】
なお、ここで被測定対象物として用いた溶接品は、四輪車のシャシー足回り部品の一つであるフレーム１０（図２参照）である。フレーム１０は、井桁形状リアサスペンションメンバーと称してもよい。フレーム１０は、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とを含み、これらを溶接することによって形成される。サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４は、例えば、プレス成形や溶接を用いて、製造することができる。フレーム１０は、例えば、四輪などの移動体に搭載される。
【００２０】
まず、複数の被溶接部材毎の３次元形状を、非接触測定器を用いて、測定する（被溶接部材非接触測定ステップＳ１）。
【００２１】
具体的には、非接触計測器（図示略）を用いて、サイドレール１、２とフロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４との形状を計測する。非接触計測器は、例えば、レーザーを被測定物に照射して、被測定物の三次元形状を測定することができる非接触三次元計測器を用いてもよい。具体的には、特に、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とが互いに溶接される予定の部分及びその近傍、すなわち、合せ部、又は、継手の形状を計測する。測定した形状情報は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報端末の記憶装置に格納される。測定した形状情報は、溶接前形状情報と称してもよい。なお、必要に応じて、溶接治具９（図４参照）の形状を測定してもよい。
【００２２】
次に、基準溶接熱歪量測定ステップＳ１２及び溶接治具見込み量算出ステップＳ１３と、溶接治具精度補正ステップＳ２２と同時並行して行う。
【００２３】
続いて、複数の被溶接部材を溶接して一体化させることによって、溶接品を形成した後で、溶接前後で管理穴位置の変化量を測定し、基準溶接熱歪量を測定する（基準溶接熱歪量測定ステップＳ１２）。
【００２４】
具体例として、図２に示すサイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とを用いて説明する。これらを溶接し、複数の被溶接部材毎の溶接前後の形状を計測し、複数の被溶接部材毎の溶接前後の精度変化情報を取得する。その変化情報に基づいて、各被溶接部材の基準溶接熱歪量を算出する。
【００２５】
具体的には、溶接前において、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４との全幅（ここでは、Ｘ方向における長さ）はＷ１である。ここで、サイドレール１は、フロントホール１ｆと、バックホール１ｒとを含み、サイドレール２は、フロントホール２ｆと、バックホール２ｒとを含む。全幅は、フロントホール１ｆ、２ｆの互いの中心間の距離、又は、バックホール１ｒ、２ｒの互いの中心間の距離である。全幅は溶接前後の形状情報の一具体例である。なお、図２では、３次元ｘｙｚ座標を規定したが、ｙ軸方向が、フレーム１０が搭載される車両の前後方向であり、ｚ軸方向がその車両の高さ方向であり、ｘ軸方向がその車両の幅方向である。基準溶接熱歪量は、３次元ｘｙｚ座標において、ｘｙｚ軸方向だけでなく、様々な方向における歪量である。
【００２６】
サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とを、所定の隙間を空けた状態で固定して、溶接する。すると、図３に示すように、溶接後において、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４との全幅は、Ｗ１からＷ２に変化する。基準溶接熱歪量の一具体例として全幅変化ΔＷは、数式１によって、表現することができる。
ΔＷ＝Ｗ２−Ｗ１      …（数式１）
【００２７】
続いて、測定された基準溶接熱歪量に基づいて、溶接治具見込み量を算出する（溶接治具見込み量算出ステップＳ１３）。ここで、溶接治具見込み量とは、基準溶接熱歪量に基づいて、溶接品の管理穴位置が公差内に入るとなるように、溶接治具によって被溶接部材を固定する位置の修正量である。
【００２８】
図４を用いて具体例について説明する。図４に示すように、溶接治具９は、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とを所定の位置に固定する治具である。溶接治具９を用いて、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とをそれぞれ計算した溶接治具見込み量に基づき、セットする。溶接治具見込み量は、例えば、基準溶接熱歪量の一具体例として全幅変化ΔＷ等に基づいて、フレーム１０が溶接後に希望形状の許容誤差範囲となるように、例えば、溶接後に管理穴位置が公差内に入るように、設定される。この設定された溶接治具見込み量に基づいて、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４との全幅Ｗ３が決定される。
【００２９】
図４に示すように、溶接治具９を用いて、サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４とを所定の位置に固定する。これらの全幅はＷ３である。サイドレール１、２と、フロントクロスメンバ３と、リアクロスメンバ４と固定した状態で溶接すると、一体化されて、フレーム１０を形成する。図５に示すように、フレーム１０の全幅はＷ４となる。全幅Ｗ４などのフレーム１０の管理穴位置が、溶接品の形状の公差範囲内に収まる。
【００３０】
上記したように、基準溶接熱歪量測定ステップＳ１２と溶接治具見込み量算出ステップＳ１３と同時並行して、情報端末を用いて、プレス成形品としての被溶接部材の形状情報に基づいて、溶接治具９の被溶接部材を固定する位置の精度を補正する（溶接治具精度補正ステップＳ２２）。
【００３１】
具体的には、プレス成形品としての被溶接部材の形状情報は、例えば、ＣＡＤデータである。被溶接部材の形状情報及び溶接治具９の形状情報は、情報端末等を用いて計算される仮想空間で扱う。そのため、この仮想空間における溶接治具９により固定される被溶接部材の位置の誤差は、溶接治具調整ステップＳ９３における溶接治具９により固定される被溶接部材の位置の誤差と比較して、その誤差は小さい。したがって、溶接治具９の被溶接部材を固定する位置の精度が補正される。
【００３２】
より具体的には、情報端末等による仮想空間においてサイドレール２を示すサイドレールモデル２２と、溶接治具モデル２９とを用いて説明する。サイドレールモデル２２は、サイドレール２のＣＡＤデータに基づくモデルである。溶接治具モデル２９は、溶接治具９のＣＡＤデータに基づくモデルである。
【００３３】
図６に示すように、情報端末等による仮想空間において、サイドレールモデル２２は、フロントホール２２ｆと、バックホール２２ｒとを含む。フロントホール２２ｆのＣＡＤ中心Ｙ２ｆと、バックホール２２ｒのＣＡＤ中心Ｙ２ｒとを結ぶ軸線Ｙ２が所定の位置にある。
ところで、溶接治具９を用いてサイドレール２を固定したとき、フロントホール２ｆの実測中心Ｙ１ｆは、許容誤差範囲内に位置するものの、ＣＡＤ中心Ｙ２ｆから離れている。バックホール２ｒの実測中心Ｙ１ｒは、許容誤差範囲内に位置するものの、ＣＡＤ中心Ｙ２ｒから離れている。フロントホール２ｆの実測中心Ｙ１ｆと、バックホール２ｒの実測中心Ｙ１ｒとを結ぶ軸線Ｙ１は、軸線Ｙ２と交差している、又は、平行であり、同一線上に配置されていない。図７に示すように、計算機上の仮想空間において、軸線Ｙ１が軸線Ｙ２と同一線上に配置し、溶接治具９の被溶接部材を固定する位置の精度を補正する。
【００３４】
続いて、溶接治具見込み量算出ステップＳ１３で算出された溶接治具見込み量を、被溶接部材の固定位置に織り込む（見込み量織り込み解析ステップＳ３）。言い換えると、溶接治具見込み量に基づいて、被溶接部材の固定位置を移動させる。
【００３５】
具体的には、図８及び図９に示すように、情報端末等による仮想空間において、溶接治具見込み量に基づいて、サイドレールモデル２２を移動させる。つまり、サイドレールモデル２２のフロントホール２ｆの実測中心Ｙ１ｆを、溶接治具見込み量に基づいて移動させた後の位置Ｙ３ｆに動かし、バックホール２ｒの実測中心Ｙ１ｒを、溶接治具見込み量に基づいて移動させた後の位置Ｙ３ｒに動かす。このようにして、溶接治具見込み量に基づいて、サイドレールモデル２２を移動させる。
【００３６】
続いて、情報端末を用いて、複数の被溶接部材の合せ部の断面形状を解析し、被溶接部材同士の隙間を計算する（被溶接部材間の隙間解析ステップＳ４）。
【００３７】
具体的には、サイドレール１とフロントクロスメンバ３との合せ部１３（図２参照）の断面形状を解析し、図１０に示す解析画像を生成する。図１０に示すように、サイドレール１のＣＡＤデータに基づくサイドレール２１と、フロントクロスメンバ３のＣＡＤデータに基づくフロントクロスメンバ２３との間には、隙間Ｇ１、Ｇ２があり、隙間Ｇ１、Ｇ２の大きさを算出する。このようにして、被溶接部材同士の隙間を算出することができる。
【００３８】
最後に、被溶接部材同士の隙間に基づいて、各被溶接部材の形状を変更する（プレス型見込み量算出ステップＳ５）。なお、各被溶接部材の形状変更は、被溶接部材同士の隙間が溶接を良好に行える範囲に収まるように、例えば、フロントクロスメンバ３における合せ部１３近傍の部位を延ばしたり、短くしたりする。
【００３９】
以上、実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法によれば、すきまゲージを用いることなく非接触計測器を用いて計測した被溶接部材毎の溶接前形状情報と、複数の被溶接部材毎の溶接による形状の変化情報とに基づいて、被溶接部材同士の隙間を算出する。非接触計測器の測定精度は、すきまゲージの測定精度と比較して、一般的に良好である。したがって、被溶接部材同士の隙間を高い精度で求めることができる。それ故、プレス型を精度良く製造することができる。
【００４０】
また、実施の形態１に係る被溶接部材の測定方法によれば、溶接治具のシム調整による位置精度の誤差の影響をほとんど受けない。そのため、高い精度で被溶接部材同士の隙間を求めることができる。
【００４１】
ところで、移動体への搭載を目的として、移動体におけるフレーム１０の周囲の環境に適合させるために、フレーム１０の形状を変更させることがある。このような場合、上記した被溶接部材の測定方法を用いると、すでに取得した被溶接部材の形状情報を利用することで、被溶接部材の形状測定をすることなく、被溶接部材同士の隙間を求めることができる。したがって、被溶接部材同士の隙間を容易に求めることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｓ１  被溶接部材非接触測定ステップ        Ｓ１２  基準溶接熱歪量測定ステップ
Ｓ４  被溶接部材間の隙間解析ステップ
【図１】
0006439629.tif 000002
【図２】
0006439629.tif 000003
【図３】
0006439629.tif 000004
【図４】
0006439629.tif 000005
【図５】
0006439629.tif 000006
【図６】
0006439629.tif 000007
【図７】
0006439629.tif 000008
【図８】
0006439629.tif 000009
【図９】
0006439629.tif 000010
【図１０】
0006439629.tif 000011
【図１１】
0006439629.tif 000012