JP6445857B2 - ハット形フレーム部品溶接方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用車体の鋼板製フレームを量産するとき、両側縁に他部品を溶接するフランジを曲げ延ばしたハット形フレーム部品の溶接方法およびその装置に関する。

従来は、この種の断面形状がハット形のフレーム部品に、他のフレーム部品又は板状のパネル部品のような他部品を溶接して自動車用車体の鋼板製フレームを量産する場合は、フレーム部品の両側縁に有するフラットなフランジと、縦壁のウェブから連なる断面円弧状の曲げＲ部との境目に位置するＲ止まり位置の近傍を、スポット溶接ではなく連続溶接し、これにより、亜鉛めっき鋼板を溶接する際に亜鉛のヒュームを逃がしてブローホールの発生を防止し自動車用車体等の鋼板製フレームの剛性を高めていた（特許文献１）。

特開２０１０−２５３５４５号公報

ところが、従来、自動車用車体などの鋼板製フレームの量産時、ハット形フレーム部品のＲ止まり位置近傍を連続溶接してハット形フレーム部品に他部品を接合するが、溶接対象のハット形フレーム部品は、その材料特性やプレス成形などの製造過程において設計図と溶接位置のＲ止まり位置とがずれて歪むことがある。また、溶接治具の所定セット位置に位置決めてセットする際にも不可避的にずれが生じ、これにより、フレーム部品個々のＲ止まり位置にバラツキを生じ、その結果、溶接精度が低下し、鋼板製フレームの剛性並びに品質が低下するという課題があった。

本発明の目的は、ハット形フレーム部品の溶接方法およびその装置において、溶接するＲ止まりの位置にバラツキをなくして溶接精度を上げて、量産する鋼板製フレームの剛性と品質が低下するのを防止することにある。

そこで、請求項１に記載の発明は、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、断面コ形のフレーム本体１３の両側縁から曲げ延びるフランジ１５を有した断面形状がハット形のハット形フレーム部品１０の前記フランジ１５とウェブ１４との間を連ねた断面円弧状の曲げＲ部１２と前記フランジ１５との境目にあるＲ止まり位置Ｐの近傍を溶接して他部品を接合し鋼板製フレームＦを量産するときに用いる溶接方法であって、前記ハット形フレーム部品１０の基準形状に成形したマスタ部品Ｍの現物を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データを取り込んで教示位置のＲ止まり位置Ｐを検出する一方、溶接実部品のハット形フレーム部品１０を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データを取り込んでＲ止まりの位置Ｐを検出する検出工程と、検出した前記マスタ部品Ｍと前記溶接実部品双方のＲ止まり位置Ｐの位置ずれ量を演算する演算工程と、演算した位置ずれ量に応じて前記マスタ部品ＭのＲ止まり位置の前記教示位置を補正して補正教示位置データを求める位置補正工程と、補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、断面コ形のフレーム本体１３の両側縁から曲げ延びるフランジ１５を有した断面形状がハット形のハット形フレーム部品１０の前記フランジ１５とウェブ１４との間を連ねた断面円弧状の曲げＲ部１２と前記フランジ１５との境目にあるＲ止まり位置Ｐの近傍を溶接して他部品１１を接合し鋼板製フレームＦを量産するときに用いる溶接装置であって、前記ハット形フレーム部品１０の基準形状であるマスタ部品Ｍの現物を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データを取り込んで前記マスタ部品Ｍの教示位置のＲ止まり位置を検出する一方、溶接実部品のハット形フレーム部品１０を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データを取り込んで前記溶接実部品のＲ止まり位置Ｐを検出する検出装置Ｃと、検出した前記マスタ部品Ｍと前記溶接実部品１０双方のＲ止まり位置Ｐの位置ずれ量を演算する演算手段Ｂと、演算した位置ずれ量に応じて前記マスタ部品ＭのＲ止まり位置の前記教示位置を補正して補正教示位置データを求める制御装置Ａと、補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接ヘッドＨとを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、たとえば以下に示す図示実施の形態のとおり、前記溶接ヘッドがレーザ溶接ヘッドＨで、その溶接トーチを溶接位置から離れた離隔位置からレーザ光を出射するリモートレーザ溶接方法により溶接することを特徴とする。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、ハット形フレーム部品の基準形状であるマスタ部品の現物そのものを所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データに基づいて検出したＲ止まり位置を溶接実部品の教示位置にする一方、溶接実部品のハット形フレーム部品を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データから検出し、検出したマスタ部品と溶接実部品双方のＲ止まり位置の位置ずれ量を演算し、演算した位置ずれ量に応じてマスタ部品のＲ止まり位置の教示位置を補正して補正教示位置データに基づいて溶接を行うようにし、溶接実部品のハット形フレーム部品のＲ止まりの位置変化に追従してマスタ部品の教示位置を自動的に補正する構成にするから、溶接するＲ止まりの位置にバラツキをなくして溶接精度を上げて、量産する鋼板製フレームの剛性と品質が低下するのを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、溶接ヘッドがレーザ溶接ヘッドで、その溶接トーチを溶接位置から離れた離隔位置からレーザ光を出射するリモートレーザ溶接方法により溶接する構成とし、溶接位置から遠く離れた位置からでもレーザ光を照射するから、ハット形フレーム部品の縦壁のウェブ面にレーザ溶接ヘッドのトーチが当ったりして溶接精度が低下するのを防止することができる。

本発明の一例であるハット形フレーム部品溶接装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明のハット形フレーム部品溶接装置を用いてハット形フレーム部品のＲ止まり位置近傍に連続溶接して他部品を接合した鋼板製フレームの平面図と端面図および端面図中丸で囲ったＤ部の拡大図である。 本発明のハット形フレーム部品溶接装置を用いて製造した鋼板製フレームの外観斜視図である。 本発明のハット形フレーム部品溶接装置のレーザセンサでマスタ部品のＲとまり位置を撮影して検出する段階を説明する斜視図である。 ずれた溶接実部品のＲ止まり位置の教示位置を補正する状態を示す説明図である。 本発明のハット形フレーム部品溶接装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の他例であるハット形フレーム部品溶接装置のＲ止まり位置の検出と位置補正を別の溶接ロボットを用いて行う例を説明するシステム構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

図１に本発明の一例である溶接装置のシステム構成を示し、図２と図３にハット形フレーム部品に他のパネル部品を溶接して得た鋼板製フレームの形状・構造を示し、図４に検出装置のレーザセンサでマスタ部品のＲ止まり位置を検出する状態を示し、図５は溶接位置がずれた溶接実部品の教示位置を補正する状態を説明している。

本発明において、図示例の溶接装置は、断面ハット形フレーム部品１０に他のパネル部品１１を溶接して例えば自動車用車体の鋼板製フレームＦを製造する装置で、特徴とするところは、溶接する実部品のハット形フレーム部品１０の基準形状であるマスタ部品Ｍの現物そのものを、所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データを取り込んで教示位置のＲ止まり位置Ｐを検出する一方、溶接実部品のハット形フレーム部品１０を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データを取り込んで教示位置のＲ止まり位置Ｐを検出する位置検出工程で用いる検出装置Ｃと、マスタ部品Ｍと溶接実部品双方のＲ止まり位置Ｐの位置ずれ量を演算する演算工程に用いる演算装置Ｂと、演算した位置ずれ量に応じてマスタ部品ＭのＲ止まり位置Ｐの教示位置を補正して補正教示位置データを求める位置補正工程で用いる制御装置Ａと、補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接工程で用いる溶接ヘッドＨとを備える点にある。

図示溶接装置が本発明の溶接方法を用いて製造する鋼板製フレームＦは、薄鋼板を用いて、断面コ形状をなすフレーム本体１３と、フレーム本体１３のウェブ（縦壁部）１４の両側縁から曲げ延びるフランジ１５とからなる断面ハット型にプレス成形したフレーム部品１０のフランジ１５に、該フランジと対向して接合するパネル部品１１を、Ｒ止まり位置Ｐの近傍において連続溶接して製造される。Ｒ止まり位置Ｐは、ハット形フレーム部品１０のフランジ１５とウェブ１４との間を連ねた断面円弧状の曲げＲ部１２とフランジ１５との境目にある部位で、このＲ止まり近傍で連続溶接することにより鋼板製フレームＦの剛性並びに品質が高められる。なお、使用する薄鋼板の種類としては、熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板など、焼入れ可能ないずれの鋼鈑であってもよい。めっき鋼鈑としては、溶融亜鉛めっき鋼鈑、電気亜鉛めっき鋼鈑などの各種表面処理を施した鋼鈑を使用することができる。

そこで、図示溶接装置は、本発明の溶接方法を用いて、この鋼板製フレームＦを製造する。そのため、図示溶接装置は、溶接機の溶接ロボットＲと、溶接ロボットＲを電気的に駆動制御する制御装置Ａを備える。

溶接ロボットＲは、例えばレーザ・アークハイブリッド溶接方法を用いて、溶接ヘッドのレーザ溶接ヘッドＨからラインレーザ光を照射して連続溶接するレーザビーム溶接機である。溶接ロボットＲにおいて、レーザ溶接ヘッドＨは、支持装置１６にロボットアーム１７を介して回転可能に把持し、制御装置Ａがロボットコントローラ１８を介して制御し、ウィービング動作すると共に光源のレーザ発振器Ｌを制御して送給するラインレーザ光をレーザ照射部から照射して連続溶接が行われる。

また、図示溶接ロボットＲは、レーザ溶接ヘッドＨのトーチを溶接位置から離れた離隔位置からレーザ光を出射するリモートレーザ溶接方法により溶接する。従って、溶接位置から遠く離れた位置からでもレーザ光を照射するから、ハット形フレーム部品１０の縦壁のウェブ面１４にレーザ溶接ヘッドＨのトーチが当ったりして溶接精度が低下するのを防止することができる。

一方、溶接ロボットＲは、同じ支持装置１６にロボットアーム１７を介してレーザセンサＣを把持し、制御装置Ａがレーザセンサコントローラ１９を介してレーザセンサＣを制御する。

レーザセンサＣは、ロボットアーム１７の先端側に、図４に示すように、ＣＣＤカメラ２１およびがレーザ照射部を付設して光センサを構成し、溶接治具２５上の所定セット位置に位置決めした状態で部品の溶接部位（溶接すべき線）に向けてレーザ光を照射する一方、そのレーザ光をＣＣＤカメラ２１が撮像した画像を光学的に読み取り、その読み取った画像を画像処理部に取り込んでマクロファイルの画像データを得る。そして、レーザセンサＣは、ＣＣＤカメラ２１から得られたマクロファイルの画像データから溶接部位のＲ止まり位置Ｐを幾何学的に検出する。この画像データは、例えばモニターに画像として表示する。

制御装置Ａは、図示溶接装置全体を電気的にコントロールし、溶接部品を所定セット位置に位置決め保持する溶接治具２５と電気的に接続し、予め規定されたセット位置を示すセット位置データを設定し、このセット位置データおよび画像データに基づいてセット位置のずれを把握する。一方、制御装置Ａには、レーザセンサＣとの間にレーザセンサコントローラ１９を介して演算装置Ｂと電気的に接続している。そこで、演算装置Ｂは、それぞれ取り込んだＲ止まり位置Ｐ近傍の画像データから検出したマスタ部品Ｍと溶接実部品双方のＲ止まり位置Ｐの位置ずれ量を演算するようになっている。

他方、制御装置Ａは、演算装置Ｂが演算した位置ずれ量に応じて、マスタ部品ＭのＲ止まりの教示位置を補正して補正教示位置データを求め、補正教示位置データに基づいてロボットコントローラ１８を介してサーボモータを駆動制御してレーザ溶接ヘッドＨを動作させると共に光源のレーザ発振器Ｌを制御してレーザ照射部からラインレーザ光りを出射して連続溶接を実行する構成になっている。

さて、上述した構成の本発明に係る溶接装置を用いて、断面ハット形にプレス成形したフレーム部品１０のフランジ１５に、フランジ１５と対向させて接合する他のパネル部品１１を、Ｒ止まり位置Ｐの近傍において連続溶接して鋼板製フレームＦを製造するハット形フレーム部品溶接方法について、以下に説明する。

（１）第１段階：マスタ部品の位置決めセット工程
まず、ハット形フレーム部品の基準形状にプレス成形したブランクワークなるマスタ部品Ｍの現物を、溶接治具２５上の所定セット位置に位置決めてセットする（ステップＳ１）。マスタ部品Ｍを溶接治具２５にセットした後、入力装置３０から溶接開始指令がロボットコントローラ１８に入力される

（２）第２段階：マスタ部品のＲ止まり位置の検出工程
次いで、検出装置のレーザセンサＣは、マスタ部品Ｍの現物を溶接治具２５上の所定セット位置に位置決めした状態で、部品の溶接部位（溶接すべき線）に向けてレーザ光を照射する一方、そのレーザ光をＣＣＤカメラ２１が撮像した画像を光学的に読み取り、その読み取った画像を画像処理部２２に取り込んでマクロファイルの画像データを得る。そして、レーザセンサＣは、ＣＣＤカメラ２１から得られたマクロファイルの画像データから溶接部位のＲ止まり位置Ｐを、幾何学的に検出する（ステップＳ２）。それから、レーザセンサＣで検出したマスタ部品ＭのＲ止まりの位置を教示位置として制御装置Ａに教示する（ステップＳ３）。しかる後、溶接検出を終えたマスタ部品Ｍは溶接冶具２５上から払い出される（ステップＳ４）。

（３）第３段階：溶接実部品の位置決めセット工程
一方、実際の量産時、溶接する一連の溶接実部品１０を溶接治具２５上の所定セット位置に位置決めてセットする（ステップＳ５）。溶接実部品１０を溶接治具２５にセットした後、入力装置３０から溶接開始指令を入力し、ロボットコントローラ１８を介して溶接ロボットＲに送られる。

（４）第４段階：溶接実部品のＲ止まり位置の検出工程
次いで、レーザセンサＣは、溶接実部品１０を溶接治具２５の所定セット位置に位置きめセットした状態で、溶接実部品１０の溶接部位（溶接すべき線）に向けてレーザ光を照射する一方、レーザ光をＣＣＤカメラ２１が撮像した画像を光学的に読み取り、読み取った画像を画像処理部に取り込んでマクロファイルの画像データを得る。そして、レーザセンサＣは、ＣＣＤカメラ２１から得られたマクロファイルの画像データから溶接部位のＲ止まり位置Ｐを幾何学的に検出する（ステップＳ６）。

（５）第５段階：Ｒ止まり位置の差の演算工程
その後、演算装置Ａは、それぞれ取り込んだＲ止まり位置Ｐ近傍の画像データから検出したマスタ部品Ｍと溶接実部品１０双方のＲ止まり位置Ｐ・Ｐ´の位置ずれ量を演算する（ステップＳ７）。

（６）第６段階：位置補正工程
演算した位置ずれ量に応じてマスタ部品ＭのＲ止まりの教示位置を補正した補正教示位置データを求める（ステップＳ８）。

（７）第７段階：溶接工程
補正した教示位置データに基づいて溶接ロボットＲはＲ止まり位置を連続溶接し（ステップＳ９）。しかる後、溶接検出を終えた溶接実部品１０は溶接冶具２５上から払い出し（ステップＳ１０）し、鋼板製フレームＦが製造される。これにより、一定数の鋼板製フレームＦが製造されると生産終了となる（ステップＳ１１）。そうでない場合は、溶接工程に戻り、次に続く溶接実部品１０を、溶接治具２５の所定セット位置に位置決めした状態で溶接する。つまり、補正した教示位置データに基づき、溶接ロボットＲによりＲ止まり位置Ｐを連続溶接する（ステップＳ９）

本発明の溶接方法およびその装置による溶接対象のハット形フレーム部品１０は、その材料特性やプレス成形などの製造過程において設計図と溶接位置のＲ止まり位置Ｐがずれて歪むことがある。また、溶接治具２５の所定セット位置に位置決めてセットするが、セットの際には不可避的にずれが生じ、これにより、フレーム部品個々の溶接位置のＲ止まり位置にバラツキを生じ、その結果、溶接精度が低下し、鋼板製フレームの剛性並びに品質が低下するおそれがある。

しかし、以上のように本発明によれば、ハット形フレーム部品の基準形状であるマスタ部品Ｍの現物そのものを、所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データに基づいて検出したＲ止まり位置Ｐを溶接実部品の教示位置にする一方、溶接実部品のハット形フレーム部品１０を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置Ｐの近傍を撮影して得た画像データから検出し、検出したマスタ部品Ｍと溶接実部品双方のＲ止まり位置Ｐの位置ずれ量を演算し、演算した位置ずれ量によってマスタ部品ＭのＲ止まり位置Ｐの教示位置を補正して補正教示位置データに基づいて溶接を行うようにし、溶接実部品のハット形フレーム部品１０のＲ止まりの位置変化に追従してマスタ部品Ｍの教示位置を自動的に補正するから、溶接するＲ止まりの位置にバラツキをなくして溶接精度を上げて、量産する鋼板製フレームの剛性と品質が低下するのを防止することができる。

上述した図示例では、一台の溶接ロボットＲが同じ支持装置１６にロボットアーム１７を介してレーザ溶接ヘッドＨを回転可能に把持すると共にロボットアーム１７を介して検出装置のレーザセンサＣを把持する構造であったが、図７に示すように、レーザ溶接ヘッドＨとレーザセンサＣをそれぞれ別体の溶接ロボットＲ・Ｒ´で把持する構成にすることもできる。

Ａ 制御装置
Ｂ 演算装置
Ｃ レーザセンサ（検出装置）
Ｆ 鋼板製フレーム
Ｈ レーザ溶接ヘッド
Ｍ マスタ部品
Ｐ Ｒ止まり位置
Ｒ・Ｒ´ 溶接ロボット
１０ ハット形フレーム部品
１１ パネル部品
１５ フランジ

Claims (3)

1. 断面コ形のフレーム本体の両側縁から曲げ延びるフランジを有した断面形状がハット形のハット形フレーム部品の前記フランジとウェブとの間を連ねた断面円弧状の曲げＲ部と前記フランジとの境目にあるＲ止まり位置の近傍を溶接して他部品を接合し鋼板製フレームを量産するときに用いる溶接方法であって、
   前記ハット形フレーム部品の基準形状に成形したマスタ部品の現物を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データを取り込んで教示位置のＲ止まり位置を検出する一方、溶接実部品のハット形フレーム部品を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データを取り込んでＲ止まりの位置を検出する検出工程と、
   検出した前記マスタ部品と前記溶接実部品双方のＲ止まり位置の位置ずれ量を演算する演算工程と、
   演算した位置ずれ量に応じて前記マスタ部品のＲ止まり位置の前記教示位置を補正して補正教示位置データを求める位置補正工程と
   補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接工程と、
   を備えることを特徴とする、ハット形フレーム部品溶接方法。
2. 断面コ形のフレーム本体の両側縁から曲げ延びるフランジを有した断面形状がハット形のハット形フレーム部品の前記フランジとウェブとの間を連ねた断面円弧状の曲げＲ部と前記フランジとの境目にあるＲ止まり位置の近傍を溶接して他部品を接合し鋼板製フレームを量産するときに用いる溶接装置であって、
   前記ハット形フレーム部品の基準形状であるマスタ部品の現物を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データを取り込んで前記マスタ部品の教示位置のＲ止まり位置を検出する一方、溶接実部品のハット形フレーム部品を所定セット位置に位置決めした状態でＲ止まり位置の近傍を撮影して得た画像データを取り込んで前記溶接実部品のＲ止まり位置を検出する検出装置と、
   検出した前記マスタ部品と前記溶接実部品双方のＲ止まり位置の位置ずれ量を演算する演算装置と、
   演算した位置ずれ量に応じて前記マスタ部品のＲ止まり位置の前記教示位置を補正して補正教示位置データを求める制御装置と、
   補正教示位置データに基づいて溶接を行う溶接ヘッドと、
   を備えることを特徴とする、ハット形フレーム部品溶接装置。
3. 前記溶接ヘッドがレーザ溶接ヘッドで、トーチを溶接位置から離れた離隔位置からレーザ光を出射するリモートレーザ溶接方法により溶接することを特徴とする、請求項２に記載のハット形フレーム部品溶接装置。

Images