JP2003145276A - 車体溶接システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車体の開口部近傍における増打ち溶接作業を、
増打ち溶接作業の前段階に集約して行うことによって、
多関節ロボットの数の削減と、製造ライン長の縮小と、
溶接作業効率の向上を一挙に達成できる車体溶接システ
ムを提供する。 【解決手段】車体溶接システム１０において、車体１２
をライン１４に配置した状態で、該車体１２の各部を左
右から増打ち溶接する。前記車体溶接システム１０は、
車体１２の開口部１６近傍を集中的に溶接する第１ステ
ーション１８と、前記開口部１６近傍以外の車体１２の
各部を溶接する第２ステーション２０とから構成され、
溶接ガンを備えた多関節ロボット２４がマトリックス状
に配置されたロボット群２２を、前記第１ステーション
１８における車体１２の左右に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットを
用いて増打ち溶接作業を行う車体溶接システムに関し、
特に、車体の開口部近傍における増打ち溶接作業を集約
して行うことによって、多関節ロボットの数の削減と、
製造ライン長の縮小と、溶接作業効率の向上を一挙に達
成できる車体溶接システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車工場における車体の溶接作業は、
仮打ち溶接作業と増打ち溶接作業とから構成される。

【０００３】前記仮打ち溶接作業は、車体を構成する主
要な構成部品を組み合わせた状態で、仮付けの溶接を行
う溶接作業である。この溶接作業を行うには、多関節ロ
ボットが使用される。

【０００４】通常、前記多関節ロボットの先端部には、
溶接ガンを備えたエンドエフェクタ（作業ツール）が取
り付けられている。前記エンドエフェクタが、空間内の
任意の位置において任意の姿勢をとることを可能にする
ためには、空間内の位置を示すＸ、Ｙ、Ｚ座標で表され
る３つの自由度と、傾斜角度を示すロール、ピッチ、ヨ
ーで表される３つの自由度との合計６つの自由度が必要
であり、これを確保するために、前記多関節ロボットは
６つの関節を有しているものが多い。

【０００５】図４に、前記仮打ち溶接される車体１００
を例示する。前記車体１００は、フロント部材１０２、
フロア部材１０４、ルーフ部材１０６、サイドパネル部
材１０８ａ、１０８ｂから構成される。

【０００６】この場合、先ず、フロント部材１０２とフ
ロア部材１０４とを前記多関節ロボットを用いて仮打ち
溶接して結合させ、次いで、サイドパネル部材１０８
ａ、１０８ｂを前記フロア部材１０４の両側に配置し、
該サイドパネル部材１０８ａ、１０８ｂの頂部にルーフ
部材１０６を載置して、一体的に仮打ち溶接して車体１
００を得る。このように、前記仮打ち溶接は、溶接ガン
を備えた多関節ロボットによるスポット溶接等によって
行われる。

【０００７】次いで、図５に示すように、仮打ち溶接が
完了した車体１００は、ライン１１０の上に配置された
状態で車体溶接ステーション１１２に搬送され、多関節
ロボット１１４によって該車体１００に対する増打ち溶
接作業が行われる。

【０００８】この場合、前記多関節ロボット１１４は、
ライン１１０に対して左右対称に配置されている。そし
て、前記ライン１１０の両側に配置された前記多関節ロ
ボット１１４は、車体１００における左右対称の部位を
溶接する。すなわち、ライン１１０に対して左右対称に
配置された前記多関節ロボット１１４は、それぞれ同じ
溶接作業を行うことになる。ここで、ドア、ウィンドウ
等の車体１００の開口部近傍の溶接作業は、溶接作業効
率の低い複数の多関節ロボット１１４によって行われる
場合が多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ライン１１
０の左右に配置された多関節ロボット１１４によって、
前記車体１００の左右対称の部位を同時に増打ち溶接し
ようとすると、前記多関節ロボット１１４に隣接する多
関節ロボット１１４との間に干渉が惹起することがあ
る。そこで、この干渉を避けるためには、例えば、一方
の多関節ロボット１１４が増打ち溶接作業を行っている
間、隣接する他方の多関節ロボット１１４の溶接作業を
停止させればよい。しかし、増打ち溶接作業を行う度に
隣接する多関節ロボットの作業を停止した場合、ライン
１１０の稼働率が低下することは明らかである。

【００１０】そこで、溶接作業効率の低い多関節ロボッ
ト１１４を使用して前記稼働率を向上させる試みも考え
られる。すなわち、干渉を避けるために、一方の多関節
ロボット１１４が停止している間、溶接作業効率の低い
多関節ロボット１１４を稼動させて、増打ち溶接を行わ
せようとするものである。しかしながら、この場合でも
溶接作業効率の低い多関節ロボット１１４を用いるため
に、溶接打点数もさほどに多くならない。

【００１１】一方、前記車体１００の前記仮打ち溶接で
は、各構成部品が最小限の溶接点で結合されているのに
すぎないので、前記車体１００には十分な剛性が付与さ
れない。従って、ライン１１０を搬送される車体１００
は、増打ち溶接によって各構成部品間に十分な剛性が付
与されるまでは慎重に搬送せざるを得ない。そのため、
増打ち溶接作業完了に至るまでの時間が長くなり、換言
すれば、溶接作業効率は低い。

【００１２】また、車体１００の開口部近傍における溶
接打点数は、他の部位と比較して、極めて多い。例え
ば、ドアを取り付けるための開口部近傍では、ドアの開
閉による衝撃に耐えるため、溶接打点数が多くなる。

【００１３】一方、前記開口部近傍における増打ち溶接
作業は、車体１００の内部における溶接作業とは異な
り、車体外部から溶接作業を行うため、隣接する多関節
ロボット１１４同士の干渉を避けるために必要な溶接作
業スペースを確保することが比較的容易である。しか
し、この場合も、前記干渉を避けるため、前記多関節ロ
ボット１１４を密集して配置することはできない。その
ため、前記開口部近傍における増打ち溶接作業は、車体
溶接ステーション１１２に分散して配置された複数の多
関節ロボット１１４によって行われている。

【００１４】また、図６に示すように、汎用の多関節ロ
ボット１１６で構成された車体溶接ステーション１１８
の場合、前記多関節ロボット１１６の数は、前記車体溶
接ステーション１１２の場合と比較して低減されると共
に、ライン１２０の長さも縮小できる。しかしながら、
依然として前記多関節ロボット１１６は、車体１００に
対して左右対称に増打ち溶接作業を遂行するため、作業
効率は向上することなく、干渉も惹起する。

【００１５】ところで、車体１００に十分な剛性を与え
るためには、増打ち溶接の打点部位がきわめて多い開口
部近傍の増打ち溶接作業を、車体溶接ステーション１１
８の前段階で行えば効果的である。

【００１６】このような課題を解決するために、密集配
置された多関節ロボットを用いる車体溶接システムが提
案されている（特開平９−２８５８７４号公報参照）。

【００１７】図７に示すように、この車体溶接システム
１２２は、台座部１２４と構造補強部材１２６で構成さ
れた機枠１２８に溶接ガン１３０ａ〜１３０ｄを備えた
パラレルリンク構造の多関節ロボット１３２ａ〜１３２
ｄが壁掛け形式で設置されたものである。前記多関節ロ
ボット１３２ａ〜１３２ｄは、横一列に密集して配置さ
れているため、溶接作業時間の短縮化と作業スペースの
節約とを共に図ることができる。

【００１８】しかしながら、前記車体溶接システム１２
２の場合、多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄ自体がパ
ラレルリンク構造であるため、特に横方向及び前後方向
の自由度は確保できず、作業スペースが限定され、１台
の多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄで多くの打点の溶
接を行うことができない。従って、溶接作業効率は却っ
て低下する。一方、前記多関節ロボット１３２ａ〜１３
２ｄの数を削減した場合、作業スペースが拡大し、前記
多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄの自由度は増加する
が、１台の多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄが担当す
る溶接作業時間が増加するため、結果的に車体溶接シス
テム１２２における溶接作業時間が増加し、溶接作業効
率は低下する。従って、車体の剛性を確保しつつ、溶接
作業効率を向上させるという課題を解決することはでき
ない。

【００１９】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、多関節ロボットを用いて増打ち溶接作業
を行うべく、車体の開口部近傍における増打ち溶接作業
を増打ち溶接作業の前段階に集約して行うことによっ
て、多関節ロボットの数の削減と、製造ライン長の縮小
と、溶接作業効率の向上を一挙に達成できる車体溶接シ
ステムを提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになされたものであり、製造ラインが複数の
増打ち溶接作業用ステーションから構成されていると共
に、前記製造ラインに配置した車体の左右に、アームの
先端部に溶接ガンを備えた多関節ロボットを配設して、
前記車体各部の増打ち溶接作業を行う車体溶接システム
において、前記車体溶接システムは、車体の開口部近傍
における増打ち溶接作業を集約して行う第１ステーショ
ンと、前記第１ステーションに隣接して配置され、かつ
前記開口部近傍以外の車体各部における増打ち溶接作業
を行う第２ステーションとを有することを特徴としてい
る。

【００２１】ここで、ステーションとは、車体の製造ラ
インに沿って、複数の多関節ロボットが並設され、前記
車体に対して複数の異なった増打ち溶接作業を行う作業
領域である。

【００２２】本発明によれば、第１ステーションで車体
の開口部近傍における増打ち溶接作業を集約して行う。
前記開口部近傍は、通常の部位よりも溶接打点数が多い
ため、前記増打ち溶接作業によって車体の剛性を十分に
確保することが可能となる。従って、ステーション内に
おける車体の搬送を迅速に行うことができ、増打ち溶接
作業時間を短縮することが可能となる。

【００２３】また、複数の多関節ロボットに分散して行
っていた車体各部の増打ち溶接作業を、第１ステーショ
ン又は第２ステーションに集約して行うようにしたた
め、各多関節ロボットの溶接作業効率が向上し、車体溶
接システム全体の溶接作業効率はより一層向上する。従
って、前記多関節ロボットの数を削減することが可能と
なる。

【００２４】さらに本発明において、前記多関節ロボッ
トは６軸の自由度を備え、該多関節ロボットは機枠に対
してマトリックス状に配置されたロボット群を構成する
と共に、前記ロボット群により車体の増打ち溶接作業が
行われることを特徴としている。

【００２５】この発明によれば、前記多関節ロボットが
マトリックス状に配置されてロボット群を構成するの
で、製造ライン長が縮小できる。また、前記ロボット群
を、例えば、第１ステーションに配置して各多関節ロボ
ット同士が干渉しないように制御しつつ車体開口部近傍
における増打ち溶接作業を行えば、各多関節ロボットが
車体開口部近傍の増打ち溶接作業を同時に行うことにな
り、溶接時間を大幅に短縮することが可能となる。従っ
て、溶接作業効率はさらに向上する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る車体溶接シス
テムについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を
参照しながら、以下詳細に説明する。

【００２７】図１の車体溶接システム１０は、図４に示
すフロント部材１０２、フロア部材１０４、ルーフ部材
１０６及びサイドパネル部材１０８ａ、１０８ｂを仮打
ち溶接して構成される車体１２をライン１４に配置した
状態で、該車体１２の各部を左右から増打ち溶接を行う
システムである。

【００２８】すなわち、前記車体溶接システム１０は、
例えば、図３に示すようにドア用開口部１６近傍のセン
ターピラー１５、ウィンドシールドピラー１７に対して
増打ち溶接作業を集中的に行う第１ステーション１８
と、前記第１ステーション１８に隣接して配置され、か
つ前記開口部１６近傍以外の車体１２の内外における増
打ち溶接作業を行う第２ステーション２０とから構成さ
れている。

【００２９】ここで、前記第１ステーション１８におい
ては、ロボット群２２が車体１２の両側、すなわち左右
に１台ずつ配置されている。前記ロボット群２２は、Ｃ
形溶接ガンを備えた１０台の多関節ロボット２４から構
成される。すなわち、前記ロボット群２２を構成する多
関節ロボット２４は、ライン１４の進行方向に５台、上
下２列の計１０台の多関節ロボットで構成されている。
なお、図１は平面図であるため、前記ロボット群２２を
構成する１０台の多関節ロボット２４の内、上１列に配
置された５台の多関節ロボット２４のみ示されている。
他方、第２ステーション２０では、汎用の多関節ロボッ
ト２６が使用される。

【００３０】図２に示すように、前記ロボット群２２
は、多関節ロボット２４ａ〜２４ｄと、前記多関節ロボ
ット２４ａ〜２４ｄをそれぞれ基台３２を介して固定す
る機枠２８と、前記機枠２８を地面に対して垂直方向に
保持する２本の支柱３０ａ、３０ｂとによって構成され
ている。

【００３１】なお、図２及び図３では前記ロボット群２
２の説明を容易にするために、該ロボット群２２を構成
する１０台の多関節ロボット２４の内、６台分を省略し
た４台の多関節ロボット２４にて該ロボット群２２の説
明を行う。

【００３２】前記多関節ロボット２４ａ〜２４ｄは、実
質的に略同じ構造を備えている。すなわち、前記多関節
ロボット２４ａ〜２４ｄは、機枠２８の表面に固定され
た４個の基台３２と、前記基台３２の中心軸であると共
に、前記基台３２に対して垂直に延びる軸Ｊ１を中心に
配置され、前記軸Ｊ１に対して回転可能なベース部３４
と、前記ベース部３４の側面に接続され、該ベース部３
４と共に軸Ｊ１に対して回転可能な支持部３５と、前記
支持部３５の先端部横方向の軸Ｊ２を中心にして揺動可
能な第１アーム部３６を含んでいる。前記第１アーム部
３６には、その軸Ｊ３と同軸に伸縮可能な第２アーム部
３８が設けられている。前記第２アーム部３８には、そ
の軸心である軸Ｊ３を中心にして回転可能な第１手首部
４０と、前記第１手首部４０の先端部横方向の軸Ｊ４を
中心にして揺動可能な第２手首部４２が接続されてい
る。さらに、前記第２手首部４２には、その軸心である
軸Ｊ５を中心にして回転可能な先端部４４と、前記先端
部４４に取り付けられたエンドエフェクタ４６が形成さ
れている。従って、前記多関節ロボット２４ａ〜２４ｄ
は、１軸の伸縮運動と、２軸の揺動運動と、３軸の回転
運動を備えた６軸の自由度を有する多関節ロボットであ
る。

【００３３】そして、前記エンドエフェクタ４６には、
増打ち溶接作業を行うためのＣ形溶接ガン４８が接続さ
れている。前記Ｃ形溶接ガン４８は、開閉する一対の溶
接電極５０ａ〜５０ｄを有する。この溶接電極５０ａ〜
５０ｄが閉じて接するポイントが溶接打点であり、軸Ｊ
５上に設定されている。

【００３４】前記ロボット群２２を用いて溶接を行う場
合、図示しないティーチング装置によって該多関節ロボ
ット２４ａ〜２４ｄの姿勢制御が行われる。すなわち、
前記ティーチング装置は、３次元ＣＡＤをベースとした
多関節ロボット２４ａ〜２４ｄのモデルを構築し、該モ
デル相互の干渉（接触等）をチェックする。その上で、
エンドエフェクタ４６の姿勢および傾斜角度とから、前
記多関節ロボット２４ａ〜２４ｄの姿勢を算出すると共
に、溶接打点の位置も算出する。それらの算出結果に基
づいて、被溶接物における所望箇所の増打ち溶接作業
を、多関節ロボット２４ａ〜２４ｄに行わせる。

【００３５】ところで、図７に示す従来の車体溶接シス
テム１２２の場合、ラインの進行方向に対して横１列に
多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄが配置され、かつ前
記進行方向では、多関節ロボット１３２ａ〜１３２ｄ同
士の干渉が惹起するため、１台の多関節ロボットが担当
する溶接作業範囲が限定され、溶接作業効率が低下する
ことが問題とされていた。

【００３６】これに対して、図３に示すロボット群２２
は、多関節ロボット２４ａ〜２４ｄが機枠２８に対して
立体的かつ高密度に配置されていると共に、図示しない
ティーチング装置によって該多関節ロボット２４ａ〜２
４ｄの姿勢制御が行われるため、多関節ロボット２４ａ
〜２４ｄ同士の干渉状態は惹起しない。従って、それぞ
れの多関節ロボット２４ａ〜２４ｄにおける溶接作業範
囲が拡大されると共に、溶接作業効率も格段に向上す
る。さらに、溶接打点がきわめて多い車体１２のフロン
トドア、リアドア、ウィンドウ等の開口部１６近傍のセ
ンターピラー１５、ウィンドシールドピラー１７に対す
る増打ち溶接作業を迅速かつ効率的に行うことができ
る。

【００３７】また、前記ロボット群２２は、車体溶接シ
ステム１０に導入されることで、該車体溶接システム１
０におけるライン１４の長さの縮小化と溶接ロボットの
数の低減化も実現できる。すなわち、図１に示す車体溶
接システム１０において、前記ロボット群２２を第１ス
テーション１８に搬送された車体１２の左右に配置した
場合、図５に示す車体溶接ステーション１１２又は図６
に示す車体溶接ステーション１１８と比較して、増打ち
溶接作業に必要な溶接ロボットの数及びライン１４の設
備投資費用を大幅に低減できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車体
溶接システムによれば、溶接ガンを備えた多関節ロボッ
トによる車体開口部近傍の増打ち溶接作業を前記車体溶
接システムの前段階に集約して行うようにしたので、多
関節ロボットの数を大幅に削減でき、溶接作業が行われ
るラインの長さを縮小できる。さらに、前記増打ち溶接
作業によって該車体には十分な剛性が付与されるので、
車体の搬送時間を短縮できると共に、増打ち溶接作業の
所要時間も短縮できる。

【００３９】また、前記多関節ロボットを、マトリック
ス状に配置したロボット群によって増打ち溶接作業を行
えば、高密度かつ立体的に増打ち溶接作業を行うことが
可能となり、有効に溶接作業を行うことが可能となる。
この場合、多関節ロボット同士は非干渉状態で動作する
ことが可能であるため、１台の多関節ロボットが担当す
る溶接作業範囲が拡大され、溶接作業効率が格段に向上
するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る車体溶接システムを示す平
面図である。

【図２】車体溶接システムの第１ステーションに用いら
れるロボット群を示す斜視図である。

【図３】図２のロボット群による車体開口部近傍の増打
ち溶接作業状態を示す斜視図である。

【図４】車体と車体の構成部品を示す斜視図である。

【図５】従来の車体溶接ステーションを示す平面図であ
る。

【図６】従来の車体溶接ステーションを示す平面図であ
る。

【図７】従来の車体溶接用システムを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０、１２２…車体溶接システム １２、１００
…車体 １４、１１０、１２０…ライン １５…センタ
ーピラー １６…開口部 １７…ウィン
ドシールドピラー １８…第１ステーション ２０…第２ス
テーション ２２…ロボット群 ２４、２４ａ〜２４ｄ、２６、１１４、１１６、１３２
ａ〜１３２ｄ…多関節ロボット ２８、１２８…機枠 ３０ａ、３０
ｂ…支柱 ３２…基台 ３４…ベース
部 ３５…支持部 ３６…第１ア
ーム部 ３８…第２アーム部 ４０…第１手
首部 ４２…第２手首部 ４４…先端部 ４６…エンドエフェクタ ４８…Ｃ形溶
接ガン ５０ａ〜５０ｄ…溶接電極 １０２…フロ
ント部材 １０４…フロア部材 １０６…ルー
フ部材 １０８ａ、１０８ｂ…サイドパネル部材 １１２、１１８…車体溶接ステーション １２４…台座
部 １２６…構造補強部材 １３０ａ〜１
３０ｄ…溶接ガン Ｊ１〜Ｊ５…軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一ノ宮 博志 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 奥野 泰弘 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3C007 AS11 AS23 BS12 BT08 CT05 CU02 CV02 CV06 JS02 3D114 AA06 AA07 BA01 BA05 CA06 DA11 EA03 4E065 AA05 CA09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製造ラインが複数の増打ち溶接作業用ステ
   ーションから構成されていると共に、前記製造ラインに
   配置した車体の左右に、アームの先端部に溶接ガンを備
   えた多関節ロボットを配設して、前記車体各部の増打ち
   溶接作業を行う車体溶接システムにおいて、 前記車体溶接システムは、車体の開口部近傍における増
   打ち溶接作業を集約して行う第１ステーションと、 前記第１ステーションに隣接して配置され、かつ前記開
   口部近傍以外の車体各部における増打ち溶接作業を行う
   第２ステーションと、 を有することを特徴とする車体溶接システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の車体溶接システムにおい
   て、 前記多関節ロボットは６軸の自由度を備え、該多関節ロ
   ボットは機枠に対してマトリックス状に配置されたロボ
   ット群を構成すると共に、前記ロボット群により前記増
   打ち溶接作業が行われることを特徴とする車体溶接シス
   テム。