(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに形成された貫通穴部分にナットを搬送してこのナットを前記貫通穴とほぼ同軸状に溶接するナット溶接装置であって、装置基台側に取り付けられた固定フレームと、当該固定フレームに対して揺動及び水平面内で移動可能に固定フレームに取り付けられた可動フレームと、当該可動フレームに取り付けられたナット把持部材及び溶接トーチと、前記可動フレームに設けられ前記ワークの貫通穴に対して可動フレームを位置決めする位置決め部材とを備え、この位置決め部材が、前記可動フレームに一体的に設けられ前記ワークの貫通穴付近の面に当接する板状部材と、当該板状部材に取り付けられ前記ワークの貫通穴内に挿入される突起部材とを備えたことを特徴とするナット溶接装置。
【請求項２】
前記突起部材には前記ワークの貫通穴の縁部に当接して突起部材を前記貫通穴に調芯するテーパー面が形成されている請求項１記載のナット溶接装置。
【請求項３】
前記突起部材が前記板状部材の板面に対して進退自在に取り付けられている請求項１又は２に記載のナット溶接装置。
【請求項４】
前記固定フレームと可動フレームとが相対移動できないように拘束する拘束機構が設けられ、前記ワークにナットを位置決めして溶接する際に、前記拘束機構が解除され前記可動フレームが前記固定フレームに対して揺動又は水平面内で移動可能となるように構成した請求項１〜３のいずれかに記載のナット溶接装置。
【請求項５】
前記拘束機構が、前記可動フレームに一体的に設けられた外面にテーパー面が形成された第１のテーパー部材と、前記第１のテーパー部材のテーパー面が係合するテーパー面を有するとともに前記固定フレームに一体的に設けられた第２のテーパー部材とから構成され、前記固定フレーム及び可動フレームを前記ワークに向けて移動させて前記可動フレームに設けられた位置決め部材を前記ワークに当接させる際に前記第１のテーパー部材を第２のテーパー部材に対して相対移動させて両者のテーパー面間に間隙を形成させて前記拘束機構の解除を行う請求項４に記載のナット溶接装置。
【請求項６】
前記ワークにナットを位置決めして溶接する際に、前記可動フレームに取り付けられた構成としたナット把持部材及び溶接トーチが前記ワークの貫通穴に向けて移動させられる請求項１〜５のいずれかに記載のナット溶接装置。
【請求項７】
前記ナット把持部材が把持するナットの大きさによって前記ナットの高さ方向に移動させられる構成とした請求項１〜６のいずれかに記載のナット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークに形成された貫通穴に同軸状にナットを溶接するナット溶接装置に係り、特にワークの貫通穴にナットを正確に位置決めすることができるナット溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かかるワークとしてはトラック用シャシーフレームがあり、シャシーフレームに貫通形成された貫通穴の軸線とナットの軸線とを一致させて配置し、プロジェクション溶接やアーク溶接等によりナットをシャシーフレームの溶接するようにしている。ナットをシャシーフレームの貫通穴を同軸状に配置するには、ロケートピンやフローティングピンを用いるのが一般的である。
【０００３】
特に、アーク溶接の場合には、ナットとシャシーフレームとの間に間隙が発生したり、溶接ずれが発生しやすい。このため、係止部を有する特殊なボルトを、その係止部をシャシーフレームの裏側から貫通穴を通してナットの表側に挿入して締め付けて係止部よりナットを固定し溶接を行い、溶接後前記ボルトを取り外すようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のナットの溶接方法では、特殊なボルトを多数ある貫通穴に手作業で挿入してナットの固定を行うので、作業性が著しく悪く、仕様と異なったナットを溶接してしまうことがあるといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、作業性を著しく向上させることができ、誤ったナットの溶接を防止することができ、更に、ワークの位置決め精度及びティーチング精度を比較的にラフに設定することができるナット溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のナット溶接装置は、ワークに形成された貫通穴部分にナットを搬送してこのナットを前記貫通穴とほぼ同軸状に溶接するナット溶接装置であって、装置基台側に取り付けられた固定フレームと、当該固定フレームに対して揺動及び水平面内で移動可能に固定フレームに取り付けられた可動フレームと、当該可動フレームに取り付けられたナット把持部材及び溶接トーチと、前記可動フレームに設けられ前記ワークの貫通穴に対して可動フレームを位置決めする位置決め部材とを備え、この位置決め部材が、前記可動フレームに一体的に設けられ前記ワークの貫通穴付近の面に当接する板状部材と、当該板状部材に取り付けられ前記ワークの貫通穴内に挿入される突起部材とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
前記突起部材には前記ワークの貫通穴の縁部に当接して突起部材を前記貫通穴に調芯するテーパー面が形成されていることが好ましい。前記突起部材が前記板状部材の板面に対して進退自在に取り付けられていることが好ましい。
【０００８】
前記固定フレームと可動フレームとが相対移動できないように拘束する拘束機構が設けられ、前記ワークにナットを位置決めして溶接する際に、前記拘束機構が解除され前記可動フレームが前記固定フレームに対して揺動又は水平面内で移動可能となるように構成することが好ましい。前記拘束機構が、前記可動フレームに一体的に設けられた外面にテーパー面が形成された第１のテーパー部材と、前記第１のテーパー部材のテーパー面が係合するテーパー面を有するとともに前記固定フレームに一体的に設けられた第２のテーパー部材とから構成され、前記固定フレーム及び可動フレームを前記ワークに向けて移動させて前記可動フレームに設けられた位置決め部材を前記ワークに当接させる際に前記第１のテーパー部材を第２のテーパー部材に対して相対移動させて両者のテーパー面間に間隙を形成させて前記拘束機構の解除を行うことが好ましい。前記ワークにナットを位置決めして溶接する際に、前記可動フレームに取り付けられたナット把持部材及び溶接トーチが前記ワークの貫通穴に向けて移動させられるように構成することが好ましい。前記ナット把持部材が把持するナットの大きさによって前記ナットの高さ方向に移動させられる構成とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態にかかるナット溶接装置について添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
本実施の形態のナット溶接装置では、図３及び図４に示すように、左右のシャシーフレームであるワークＷを搬送する搬送コンベアー１が設けられ、この搬送コンベアー１により搬送されたワークＷを側方に設けられた作業台２上に搬送するトランスファー（図示せず）が設けられている。作業台２の上にはワークＷの側面が当接してワークＷを幅方向に位置決めするストッパ３が突出して設けられ、作業台２の前方にはワークＷの長さ方向に位置決めするストッパ（図示せず）が設けられている。作業台２には位置決めされたワークＷをシリンダー４によりクランプするクランプ部材５が設けられている。
【００１１】
搬送コンベアー１の上方には溶接すべきナットを供給する２つのナット供給装置（ナットフィーダ）６，７がワークＷの前後に対応して配置されている。各ナット供給装置６，７には、寸法の異なる複数のナットがそれぞれ独立に排出される複数の排出口（図示せず）が設けられている。
【００１２】
各作業台２の側方にはそれぞれ２台の垂直多関節ロボット１０が設置されている。各垂直多関節ロボット１０は、図４に示すように、床面に固定された基台部１１と、基台部１１に設けられた軸部１２を中心として揺動する揺動フレーム部１３と、揺動フレーム部１３に設けられた軸部１４を中心として揺動する水平アーム部１５と、水平アーム部１５の先端部に揺動可能に取り付けられたナット把持及び溶接部１６とを備えて構成される。水平アーム部１５の先端部１５ａは基端部に対して軸線を中心として回転可能に取り付けられている。ナット把持及び溶接部１６は垂直軸を中心として水平面内で回転できるように接続部１７を介して前記水平アーム部１５の先端に取り付けられている。
【００１３】
ナット把持及び溶接部１６は、図７に示すように、前記接続部１７に接続される垂下フレーム１８と、この垂下フレーム１８に軸部１９を中心として回転可能に取り付けられた作業部２０とを備えている。図中２１は作業部２０を軸部１９を中心として回転駆動させるための駆動シリンダーである。
【００１４】
作業部２０は、図８に示すように、軸部１９に連結されたフレーム２２と、このフレーム２２に固定された固定フレーム２３と、この固定フレーム２３に取り付けられた可動フレーム２４とを備えて構成される。固定フレーム２３はほぼＬ字型をしており、可動フレーム２４も固定フレーム２３に沿ったほぼＬ字型をしている。
【００１５】
図６に示すように、可動フレーム２４の上端にはシリンダー２６が固定されておりシリンダー２６の可動部にはヘッド部２５が固定されている。ヘッド部２５の両側方には溶接トーチ２７が１点に向かうように取り付けられている。さらに各トーチ２７の先端が臨む位置にはナット把持部材２８が設けられている。
【００１６】
ナット把持部材２８は図９に示すように開閉可能な２本の把持爪からなっており、これらの把持爪はナットＮのコーナーに対応した溝部が形成されている。ナット把持部材２８の基端部はヘッド部２５に取り付けられたシリンダー２９の可動部に連結されており、シリンダー２９の駆動により把持するナットＮの大きさ（厚さ）に応じてナット把持部材２８がナットＮの高さ方向に移動させられるようになっている。図中ＡはワークＷに形成された貫通穴である。
【００１７】
図１に示すように、固定フレーム２３の先端にはロッド３０が軸線方向に進退自在に取り付けられている。ロッド３０の下端にはロッド３０を進退駆動するシリンダー３１が連結されている。ロッド３０の上端には外面が球面状の軸受３２がボルト３３により固定されている。軸受３２の外周には環状部材３４が軸受３２の外面に沿って揺動可能にはめ込まれている。一方、可動フレーム２４の先端には内部に円柱状の室３５ａが形成された環状のハウジング３５が一体的に形成されており、図２に示すように、前記室３５ａ内には前記環状部材３４の外面とハウジング３５の室３５ａの内面との間に５ｍｍ程度の間隙３６をもつように環状部材３４が収納されている。
【００１８】
ハウジング３５の下部には、開口面積が下方に行くにつれてほぼ大きくなるような円錐部３８ａを有する筒状のスカート部（本発明の第１のテーパー部材に相当する。）３８がロッドの外側に位置するように固定されている。スカート部３８の円錐テーパー部（本発明のテーパー面に相当する。）３８ａは固定フレーム２３の先端部に形成された貫通穴部材（本発明の第２のテーパー部材に相当する。）４０内に挿入されるようになっている。この貫通穴部材４０の内面は円錐部３８ａの外面が密着して着座する円錐面（本発明のテーパー面に相当する。）４０ａが形成されている。なお、スカート部３８の円錐部３８ａ、貫通穴部材４０の円錐面は本発明の拘束機構を構成する。
【００１９】
ハウジング３５の上部には、ほぼ円盤状の円盤部材（本発明の板状部材に相当する。）４１が固定されている。円盤部材４１の上端面には円柱状の凹部４１ａが形成され、凹部４１ａ内には先端に円錐状のテーパー面が形成されたガイドピン（本発明の突起部材に相当する。）４３と、このガイドピン４３を外方に向けて常時付勢するコイルスプリング４２とが挿入されている。なお、ガイドピン４３、円盤部材４１は本発明の位置決め部材を構成する。
【００２０】
固定フレーム２３の下部には、図５に示すように、円板４６がピン４５により回転自在に取り付けられており、円板４６にはシリンダー４７が固定されている。このシリンダー４７のピストンロッドは球面ブッシュ４８を介して可動フレーム２４に連結されている。固定フレーム２３の側部には門形のブラケット５０が固定されており、このブラケット５０の端面には一端がピン５２により連結された２本のシリンダー５１が連結されている。各シリンダー５１の他端は球面ブッシュ５３を介して可動フレーム２４に連結されている。
【００２１】
固定フレーム２３の上部にはシリンダー５６が固定され、このシリンダー５６のピストンロッドには先端がテーパー状となったロックピン５７が固定され、このロックピン５７は可動フレーム２４の対応位置に設けられた凹部に挿入される。
【００２２】
また、図７に示すように固定フレーム２３の上部には小型の２本のシリンダー５９が可動フレーム２４を両側から挟むように取り付けられている。シリンダー５９のピストンロッドには可動フレーム２４の当接するパッド６０が固定されている。
【００２３】
次に、かかる実施の一形態のナット溶接装置の作用について説明する。
【００２４】
シャシーフレームであるワークＷが搬送コンベアー１により搬送されると、トランスファがワークＷを作業台２に搬送しストッパ３等により大ざっぱに位置決めされ、シリンダー４が駆動されてクランプ部材５により固定される。
【００２５】
次に、各垂直多関節ロボット１０を駆動してナット供給装置６，７により供給されるナットを自身のナット把持部材２８により把持する。ナット供給装置６，７により供給される各種の寸法を有するナットのうち本工程で使用するナットを選択して把持するようにワークＷに応じてあらかじめティーチングされている。シリンダー２９の駆動により把持するナットＮの大きさ（厚さ）に応じてナット把持部材２８がナットＮの高さ方向に移動させられる。ナットを把持する動作をさせる段階から、シリンダー３１を作動してロッド３０を上方に押圧付勢して、可動フレーム２４と固定フレーム２３との相対移動をスカート部３８と貫通穴部材４０とのテーパー面３８ａ，４０ａの係合により拘束しておく。
【００２６】
ここで、ナットを溶接する位置に応じてシリンダー２１を駆動して固定フレーム２３を軸部１９の周りに回転させる。ワークＷが本実施の形態のようなチャンネル材である場合にはフランジ部に溶接する場合は把持したナットがフランジ部に対応するような位置になるように回転させ、ウェブ部に溶接する場合には把持したナットがウェブ部に対応するような位置となるように回転させる。
【００２７】
次に、シリンダー３１に供給する作動流体の圧力を低下させる。この後、垂直多関節ロボット１０を駆動して、固定フレーム２３を上方に移動させる。この際、可動フレーム２４に形成された円盤部材４１に設けられたガイドピン４３がおおよそワークＷに形成された貫通穴Ａの位置になるようにあらかじめティーチングされている。
【００２８】
この上昇運動の初期の段階では、可動フレーム２４は固定フレーム２３と一体となって上昇するが、図１に示すように作業台２にクランプされたワークＷの下面に円盤部材４１の上面が当接すると可動フレーム２４の上方への移動が規制されるので、固定フレーム２３のみが上方に移動することになる。この結果、図１の１点鎖線で示すように、貫通穴部材４０の円錐テーパー面４０ａとスカート部材３８の円錐テーパー面３８ａとが相対位動し、これら円錐テーパー面３８ａ，４０ａ間に間隙が形成され、可動フレーム２４の拘束が解除される。
【００２９】
さらに上昇運動をさせると、ガイドピン４３がその円錐状のテーパー面がワークＷの貫通穴のエッジ部に接しながら貫通穴内に挿入される。この際、可動フレーム２４はハウジング３５内に形成された間隙３６の寸法分だけ水平方向に移動できるので、ガイドピン４３の挿入に伴って可動フレーム２４自体が水平方向に移動し、ガイドピン４３と貫通穴とが調芯されて挿入される。
【００３０】
さらに上昇運動させると、円盤部材４１の上面とワークＷの下面とが密着し、ワークＷの下面の傾きに応じて円盤部材４１（可動フレーム２４）が軸受３２の周りで傾動する。
【００３１】
次に、シリンダー２６を駆動して、ヘッド部２５を円盤部材４１に向けて移動させる。ここで、可動フレーム２４上でナット把持部材２８及び溶接トーチ２７は所定位置に位置決めされて取り付けられているので、ヘッド部２５を円盤部材４１側に移動した場合には、円盤部材４１とガイドピン４３とにより位置決めされたワークＷの貫通穴と所定の位置関係をもって位置することになる。具体的にはナット把持部材２８に把持されたナットが貫通穴に同軸状に配置されて挿入されてワークＷに押圧されるとともに、溶接トーチ２７がナットに対して所定の間隔で所定の角度をもつように配置される。
【００３２】
この段階で、溶接トーチ２７によりナットをワークＷに溶接する。溶接する部分は、図９に示すようにナット把持部材２８で把持されていない２面（図中Ｙを参照）である。また、溶接するナットの寸法により溶接トーチ２７との距離が変わるので、溶接電流等の溶接条件を適宜変更して適正な溶接が行われるようにする。
【００３３】
次に別の部分に別のナットを溶接する場合には上述の手順と同様な手順で垂直多関節ロボット１０を駆動して溶接を行う。この際、前述したように可動フレーム２４は揺動及び水平方向に移動して、ナット把持部材２８の位置があらかじめティーチングされた位置からずれているので、可動フレーム２４を原点に復帰させなければならない。原点復帰は、固定フレーム２３の先端に取り付けられたシリンダー３１に高圧を作用させることにより行う。すなわち、シリンダー３１によりロッド３０を伸長させ、ロッド３０の先端に連結されている可動フレーム２４を上方に移動させ、可動フレーム２４に固定されたスカート部３８と貫通穴部材４０とを密着させる。これにより、スカート部３８が貫通穴部材４０に対して所定位置に位置させられることにより、スカート部３８と一体である可動フレーム２４を原点に復帰させ、ナット把持部材２８を原点に復帰させることができる。
【００３４】
以上のように、垂直多関節ロボット１０の移動時等にはシリンダー３１により固定フレーム２３と可動フレーム２４とが相対移動できないように拘束しておき、ワークＷにナットＮを位置決めして溶接する際に、シリンダー３１による拘束を解除し可動フレーム２４が固定フレーム２３に対して揺動及び水平面内で移動可能となるようにしたので、移動時に位置ずれが起こることが防止されるとともに、溶接時にワークＷに対応してナット及び溶接トーチ２７を正確に位置決めすることができ溶接の品質を確実なものとすることができる。
【００３５】
ワークＷにナットＮを位置決めして溶接する際に、可動フレーム２４に取り付けられたナット把持部材２８及び溶接トーチ２７がワークＷの貫通穴Ａに向けて移動させるようにしたので、クランプされたワークＷの貫通穴Ａに対して可動フレーム２４を位置決めする際（固定フレーム２３をワークＷに向けて移動させる際）にはナット把持部材２８及び溶接トーチ２７をワークＷから遠い位置に退避させておくことができ、位置決め操作の際にこれらが邪魔になることがない。
【００３６】
また、ナット把持及び溶接部１６が軸部１９を中心として回転させられて可動フレーム２４がそのハウジング３５が下方に垂下される状態となった場合において、可動フレーム２４を支持する２本のシリンダー５１により、吊下げ荷重とバランスさせることができる。
【００３７】
固定フレーム２３に設けられたシリンダー５６を作動させてロックピン５７を可動フレーム２４に形成された凹部に挿入することにより、可動フレーム２４を固定フレーム２３に対して拘束することができる。上述したようにシリンダー３１により両者の拘束を行うことができるが、本ロックピン５７による拘束はより確実に両者を拘束することができる。
【００３８】
可動フレーム２４は固定フレーム２３に設けられた２本のシリンダー５９により挟持されるようになっているので、可動フレーム２４がワークＷに対応して揺動する場合に両シリンダー５９が平衡状態を保ち、しかも傾動力が可動フレーム２４に補助的に作用するので、急激に傾くことがなく円滑に傾動させることができる。さらに、両シリンダー５９に高圧を供給して可動フレーム２４を強く挟むようにすることにより可動フレーム２４を固定フレーム２３に対して拘束することができる。
【００３９】
可動フレーム２４をワークＷに対して位置決めするようにしているので、ワークの位置決め精度及びティーチング精度を比較的にラフに設定することができる。これにより、治工具やストッパの加工精度を高くする必要がなくこれらの製作費用や設置工数を低減することができる。
【００４０】
以上のように、ナット溶接作業を自動化でき、仕様ミスがなくなり、安定した品質を確保することができるとともに省人化が可能である。溶接の品質も、人のスキルによるばらつきがなくなり管理がしやすくなる。さらに、設計変更等によるパターンの追加や部分変更も容易になる。
【００４１】
なお、製品のナット溶接位置等についてティーチングを行ってデータベースを構築しておき、このデータベースの中から特定の製品に使用するデータを選択して溶接作業を行うようにすれば、製品ごとにティーチングを行う必要がなくなる。
【００４２】
前記実施例では垂直多関節ロボットを用いたが、ロボット以外の汎用機のツールヘッドとして使用することによっても前記と同様な機能を発揮することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のナット溶接装置では、作業性を著しく向上させることができ、誤ったナットの溶接を防止することができ、更に、ワークの位置決め精度及びティーチング精度を比較的にラフに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のナット溶接装置の要部を示す図である。
【図２】図１のイ−イ断面図である。
【図３】図１のナット溶接装置の全体構成を示す平面図である。
【図４】図１のナット溶接装置の全体構成を示す正面図である。
【図５】図４のナット溶接装置の要部を示す側面図である。
【図６】図４のナット溶接装置の要部を示す側面図である。
【図７】図４のナット溶接装置の要部を示す正面図である。
【図８】図４のナット溶接装置の要部を示す平面図である。
【図９】図４のナット溶接装置のナット把持部材の構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ  ワーク
Ａ  貫通穴
Ｎ  ナット
２３  固定フレーム
２４  可動フレーム
２６  シリンダー
２７  溶接トーチ
２８  ナット把持部材
２９  シリンダー
３１  シリンダー
３２  軸受
３４  環状部材
３５  ハウジング
３８  スカート部（第１のテーパー部材）
３８ａ  テーパー面
４０  貫通穴部材（第２のテーパー部材）
４０ａ  テーパー面
４１  円盤部材
４２  コイルスプリング
４３  ガイドピン
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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