JP2014024112A - 自動車用排気系部品の自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】1又は２以上の筒状シェルと、前記筒状シェルを貫通状態で配置される複数のパイプとを溶接する自動車用排気系部品の自動溶接方法において、溶接作業の作業効率を高めて、溶接処理時間の短縮化を図ることができるようにするための自動溶接方法を提供する。
【解決手段】前記1又は２以上の筒状シェルと複数のパイプとを回転自在に支持するポジショナーに、当該筒状シェルとパイプを載置する第1工程と、
前記ポジショナーに載置した前記1又は２以上の筒状シェルと複数のパイプとを、前記ポジショナーに固着されたクランプ装置により把持する第２工程と、
前記筒状シェルとパイプとを、前記クランプ装置により把持しながら前記ポジショナーを排気系軸方向と略平行な軸を中心に回転させ、
同時に天井に設置された複数の多関節溶接ロボットにより複数個所の円周溶接を同時に行う第３工程と、
を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、1又は２以上の筒状シェルと、筒状シェルを貫通状態で配置される複数のパイプとを溶接ロボットによって溶接する自動車用排気系部品の自動溶接方法に関する。

一般的に、自動車用排気系は触媒装置、メインマフラ、サブマフラなどの筒状シェル部品とその間を連結するパイプ状部品、さらにフランジなどの締結部品から構成され、各構成部品同士は主に溶接により接合される。組み付け性を確保するためいくつかのサブアッシーに分割して構成される場合が多く、サブアッシー同士はフランジなどで接合される。また筒状シェル部品の両側はパイプ状部品と接合する必要があるため、1つのサブアッシーあたり少なくとも2箇所以上の全周溶接を必要とする。

従来、これら複数個所の全周溶接は筒状シェルとパイプ状部品を架台又はポジショナーにセットし、クランプ装置により固定した上で、ポジショナーと溶接ロボットの協調作業により1箇所ずつ行っている。両端壁が閉塞された筒状シェルと、筒状シェルの中央部を貫通状態で配置されるマフラパイプとを有する自動車用マフラの自動溶接装置であって、架台コラムに水平状態と垂直状態に設定可能に配設されたセット台を備え、セット台を水平状態に設定して、筒状シェル１ａとマフラパイプ１ｂをセットすると共に、この筒状シェルとマフラパイプがセットされたセット台を垂直面内で回転させて垂直状態に設定して、溶接ロボットにより筒状シェルとマフラパイプを１箇所ずつ順次自動的に行う溶接方法が特許文献１に開示されている。
特開２００５−２８８５３９号公報

従来の6軸の多関節ロボットを用いた溶接ロボットでは、近接して複数台設置するとアームが干渉して同時に円滑な動作できないため、互いに近接した排気系部品の接合箇所を溶接する場合、溶接ロボット１台により順次全周溶接を行う必要がある。このため溶接箇所の数だけ溶接作業繰り返す必要があるため、作業時間の短縮に限界がある。
また自動溶接装置は、作業環境確保のため溶接により発生するアークヒュームを排煙する設備や、アーク光を遮光する設備を備えた溶接ブース内に設置されるのが一般的である。従来は溶接ロボットをそれぞれ床面に配置しているため、溶接ブースが広くなりスペース効率の低下、設備費用の増大や、排煙設備等に要するエネルギー費用の増加という問題点を有している。

そこで、本発明は、1又は複数の筒状シェルと、複数のパイプを互いに接合するための溶接作業の作業効率を高めて、溶接処理時間の短縮化を図り、かつ省スペース化、設備費用の縮減、エネルギー費用の低減を図ることができる自動溶接方法を提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る自動溶接方法は、1又は２以上の筒状シェルと、前記筒状シェルを貫通状態で配置される複数のパイプとを溶接する自動車用排気系部品の自動溶接方法であって、
前記筒状シェルと複数のパイプとを回転自在に支持するポジショナーの治具フレームに、当該筒状シェルとパイプを載置する第1工程と、
前記治具フレームに載置した前記筒状シェルとパイプとを、当該治具フレームに固着されたクランプ装置により把持する第２工程と、
前記筒状シェルとパイプとを、前記ポジショナーのサーボモータを駆動させることにより排気系部品軸方向と略平行な軸を中心に回転させ、
同時に天井に設置された複数の多関節溶接ロボットにより複数個所の円周溶接を行う第３工程と、を有する。

また請求項２に係る自動溶接方法は前記工程に加え、前記多関節溶接ロボットは、７自由度の多関節溶接ロボットである。

また請求項３に係る自動溶接方法は前記工程に加え、前記第２工程または前記第３工程の後に前記多関節溶接ロボットにより線溶接を行う。

請求項１の発明によれば、1又は複数の筒状シェルと、前記筒状シェルを貫通状態で配置される複数のパイプとを溶接する自動車用排気系部品の自動溶接方法であって、前記複数の筒状シェルと複数のパイプとを回転自在に支持するポジショナーに、当該筒状シェルとパイプを載置する第1工程と、
前記ポジショナーに載置した前記複数の筒状シェルと複数のパイプとを、前記ポジショナーに固着されたクランプ装置により把持する第２工程と、
前記複数の筒状シェルと複数のパイプとを、前記ポジショナーを回転させることにより排気系軸方向を中心に回転させ、
同時に天井に設置された複数の多関節溶接ロボットにより複数個所の円周溶接を行う第３工程とを有する自動溶接方法であるため、筒状シェルとパイプの円周溶接作業を複数個所同時に行うことで、溶接工程の時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。
また溶接ロボットの設置場所を床面から天井に変更したことにより、スペース効率の改善、設備費用の縮減や、排煙設備等に要するエネルギー費用の低減という効果を得ることが出来る。

前記多関節溶接ロボットは、７自由度の多関節溶接ロボットであるため、近接配置した場合もアームの干渉を避けながら同時作業が可能であり、排気系の近接した複数個所を近接配置した溶接ロボットにより同時に溶接することが可能となる。

排気系部品には円周溶接に加え、ハンガーブラケットとパイプとの溶接などに線溶接が必要となる。
前記工程に加え、前記第２工程または前記第３工程の後にハンガーブラケット等の部品を多関節ロボットでパイプに当接支持して前記多関節溶接ロボットにより線溶接を行うことにより、円周溶接を行った後に同じ多関節溶接ロボットにより線溶接を行うことができる。このため同一工程での溶接が可能となり、別工程での治具へのセット時間等が不要となり、溶接工程の時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。

本発明に係る自動溶接装置の機器構成を表す正面図および側面図である。 本発明に係る自動溶接装置の制御系を含めた構成を示すシステム図である。 本発明に係る自動溶接装置のワーク戴置前の状態を示す正面図および側面図である。 本発明に係る自動溶接装置のポジショナー回転時の状態示す正面図および側面図である。 特開２００５−２８８５３９号に係る従来技術の構成を示す構成図である。

２ 溶接ブース
３ ポジショナー
４ 多関節溶接ロボット
５ ワーク
５ａ 筒状シェル
５ｂ パイプ状部品
６ ヒュームダクト
１１ 治具フレーム
１２ クランプ
１３ アーム
１４ サーボモータ
１５ 軸受け
１６ 位置決め付きクランプ
１７ 支柱
５１ ロボット制御盤
５２ 工程制御盤
５３ 工程操作盤
５４ 治具信号線中継盤
５５ 溶接電源
５６ ガスボンベ
５７ ワイヤ送給機
５８ ワイヤーリール
５９ 溶接ワイヤ
６０ 溶接トーチ

（全体図の説明）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明をする。図１は本発明に係る自動溶接装置の全体構成を示した概略図である。ここに、図１は、溶接場所としての溶接ブース２内の床面上にポジショナー３が配置され、このポジショナー３の治具フレーム１１上部には、ワークを把持するクランプ１２および位置決め付きクランプ１６がそれぞれ設けられている。位置決め付きクランプ１６には位置決めピン(図示せず)が立てられており、ワーク両端部にあるフランジのボルト穴部に前記位置決めピンを勘合するよう両端部の位置決め付きクランプ１６に両端部のフランジを戴置することにより、治具フレーム１１に対する位置決めが行われる。クランプ１２及び位置決め付きクランプ１６はワークの形状に対応して、各部位を把持するよう構成されており、前述の位置決め機構との効果により、工程中ワーク５を治具フレーム１１に所定の位置に正確かつ確実に固定する機能を持つ。

また治具フレーム１１はアーム１３を介して両端部の支柱１７により支持される。支持部の一方にはサーボモータ１４、他方には軸受け１５が備わり、ロボット制御盤５１の信号を受けてサーボモータ１４が回転することにより治具フレーム１１及び把持されたワークを回転させる。ポジショナー３とワークの軸が略同一となるよう、クランプ１６の高さが調整されており、回転によるワークの軸ぶれは最小限になるよう設定されている。
この溶接ブース２の天井の中央部にはヒュームダクト４が設置されており溶接作業により発生するヒュームを吸引し排煙処理設備に導く。符号４は7軸構成の多関節溶接ロボットで、そのロボットベースが床面部ではなく、天井部に設置され、上腕はロボットベースから下方へ延びており、複数台着脱可能に固定され配置されている。

（システム構成）
次に図２は本発明に係る自動溶接装置の制御系を含めた構成を示すシステム図である。各多関節溶接ロボット４には溶接電源５５、ガスボンベ５６、溶接ワイヤー５９を送給するワイヤ送給機５７及びワイヤーリール５８が備わる。
ロボット制御盤から各多関節溶接ロボットおよび溶接電源に制御線がつながっており、予めティーチングした動作を行いながら、適切なタイミングで溶接するよう制御される。
またロボット制御盤からはポジショナーのサーボモータ１４へも制御線がつながっており、各多関節溶接ロボットの動作と協調しながらポジショナーが駆動される。
また工程操作盤５２からロボット制御盤と治具信号線中継盤へも制御線がつながっており、ロボット制御盤から得られる工程開始・終了のタイミングにあわせて、治具信号線中継盤から各クランプに信号を送り、適宜把持・開放の作動を行わせる。

（溶接ロボット）
各多関節溶接ロボットは、複数のアクチュエータとリンクとによって構成されており、7自由度を有している。すなわち、各リンク間は、回動または旋回可能な関節を介して接続されており、それぞれアクチュエータによって相対駆動されるようになっている。回転可能な関節と、旋回可能な関節とが交互に計７個設けられている。各アクチュエータは、制御手段となるコンピュータを内蔵したロボット制御盤５１によって制御される。各多関節溶接ロボット２は予め最適な動作をするようティーチングされており、コンピュータの指示に基づきティーチングに従った動作を行う。

各多関節溶接ロボットのエンドイフェクタ部位には、対象物を溶接する溶接トーチ６０が設けられている。この溶接トーチにはワイヤーリール５８からワイヤ送給機５７を通して溶接ワイヤ５９が供給され、ガスボンベ５６からシールドガスが供給される。各多関節溶接ロボットがティーチングされた動作を再現することにより溶接トーチ６０が溶接部位に対し適切な位置・方向に配置される。
また溶接電源も同時にロボット制御盤からの信号を受けて、予めティーチングされた結果に基づいて最適なタイミング・溶接条件で溶接を行う。

（ポジショナー）
図１に示すポジショナー３の治具フレーム１１の所定位置には、ワークである排気系部品の形状に合わせ、各部品を正確かつ確実に把持できる部位に適切な形状のクランプが着脱可能に配置される。また両端部には位置決め付きクランプ１６が設けられており、位置決めピン(図示せず)の効果で両端部フランジを正確に位置決めする。またその他の部位にも位置決めが必要な部位には位置決め付きクランプが採用されている。
ポジショナー３の長手方向の一方の端部にはサーボモータ１４が配設され、ロボット制御盤からの制御信号を受けて各多関節溶接ロボットの動作と協調しながらサーボモータが作動しポジショナーが回転する。

そして、天井に設置された各多関節溶接ロボット２との協調動作により、ワークの筒状シェル１ａとパイプ１ｂの間の溶接が必要な複数部位を同時に溶接しながらポジショナーが回転作動を行う。これにより複数個所の円周溶接が同時に行われる。以下、このマフラ１の溶接方法の一例について説明する。

（第１、第２工程）
図３はワークを戴置する前の状態、図１はワーク戴置後の状態を示す。前工程から搬送された複数のシェル状排気部品５ａ、パイプ状部品５ｂ、あるいはサブアッシーされた筒状シェル付きパイプ部品を、治具フレーム１１上のクランプの所定位置に図示しないロボットまたは作業者により戴置する。これが第１工程である。その際両端部及び必要部位には位置決め付きクランプ１６が配置されており、ポジショナーの回転などにより位置ずれが起きないよう各部品が正確かつ確実に固定される。これが第２工程である。
これらクランプの把持・開放の作動は、ロボット制御盤５１から得られる工程開始・終了のタイミングにあわせて、工程制御盤５２から治具信号線中継盤５４を通じて送られる信号に基づいて適切なタイミングで行われる。

（第３工程）
そして、クランプによりワークを確実に把持した状態でポジショナー３のサーボモータ１４を駆動させてワーク長手方向の軸廻りに回転させ、同時に溶接部位に配置した複数の多関節溶接ロボット２を作動させてシェル状排気部品５ａとパイプ５ｂとの複数溶接箇所を同時に溶接する。これが第３工程である。
ロボット制御盤から各多関節溶接ロボット、溶接電源、ポジショナーに制御線がつながっており、予めティーチングした内容に従って、各多関節溶接ロボットとポジショナーが協調した動作を行いながら、溶接電源が適切なタイミング・条件で溶接するよう制御される。
またポジショナー３とワークの軸が略同一となるよう、クランプ１６の高さが調整され、回転によるワークの軸ぶれは最小限になるよう設定されているため、多関節溶接ロボットは最小限の動作で溶接に最適な位置・姿勢をとることができ、各ロボットが干渉することなく円滑な作動を行うことが出来る。またワークの治具フレーム１１側の溶接し難い裏側まで確実に全周溶接を行うことが出来る。

（溶接完了）
この多関節溶接ロボットによる溶接作業を全溶接箇所において同時に実行することにより、筒状シェル５ａとパイプ５ｂとの溶接工程が完了すると、工程制御盤５２
から治具信号線中継盤５４を通じてクランプ１２にアンクランプ信号が送られ、ワークが開放された状態で、溶接が完了したマフラ１を図示しないロボット又は作業者により取り出す。これにより、マフラ１の自動溶接作業が完了する。

（線溶接）
また、ハンガーブラケットなどの固定のため線溶接が必要であれば筒状シェル５ａとパイプ５ｂの円周溶接を行った後、同じ多関節溶接ロボット４により線溶接を行い、溶接を完了する。

（まとめ）
このように、上記実施形態の自動溶接装置にあっては、天井に設置された複数の多関節溶接ロボット４により複数個所の円周溶接を行う自動溶接方法であるため、筒状シェル５ａとパイプ５ｂの溶接作業を複数個所同時に円周溶接を行うことで、溶接工程の時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。

また、同じ多関節溶接ロボット４により同じ工程内で線溶接を行うことができるため、溶接工程の時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることができる。

また、工程制御盤５２及びロボット制御盤によってポジショナー３を回転させるサーボモータと多関節溶接ロボット４が協調して作動するため、ワーク５の所定の溶接箇所を確実に溶接できると共に、ポジショナー５にセットされたワーク５がポジショナー３や治具によって確実に保持されるため、安定したセット状態が得られ、溶接不良の発生率を低減化させて高品質の排気系製品を得ることが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

Claims (3)

1又は２以上の筒状シェルと、前記筒状シェルを貫通状態で配置される複数のパイプとを溶接する自動車用排気系部品の自動溶接方法であって、
前記筒状シェルと複数のパイプとを回転自在に支持するポジショナーの治具フレームに、当該筒状シェルとパイプを載置する第1工程と、
前記治具フレームに載置した前記筒状シェルとパイプとを、当該治具フレームに固着されたクランプ装置により把持する第２工程と、
前記筒状シェルとパイプとを、前記ポジショナーのサーボモータを駆動させることにより排気系部品軸方向と略平行な軸を中心に回転させ、
同時に天井に設置された複数の多関節溶接ロボットにより複数個所の円周溶接を行う第３工程と、
を有することを特徴とする自動車用排気系部品の自動溶接方法。

前記多関節溶接ロボットは、７自由度の多関節溶接ロボットであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用排気系部品の自動溶接方法。

前記工程に加え、前記第２工程または前記第３工程の後に前記多関節溶接ロボットにより線溶接を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用排気系部品の自動溶接方法。