JP2016190258A - Welding device and welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、幅寸法が最小レベルに設定されたフランジ等、電極チップやその支持部がアクセスするためのスペースに制約がある溶接対象部位をスポット溶接するための溶接装置及び溶接方法に関する。 The present invention relates to a welding apparatus and a welding method for spot welding a portion to be welded, such as a flange whose width dimension is set to a minimum level, where the space for access by an electrode tip and its support portion is limited.
スポット溶接では、溶接品質の安定を図るため、図10(a)に示すように、被溶接物WのフランジFに設定されるスポット溶接部位Pを挟持する場合、対となる電極チップ50,60は、中心軸線(一点鎖線で示す。)同士が一致するように配置することが一般的である。しかし、設計上の要求から、フランジFの幅が必要なナゲット径を確保できる最小寸法に設定されることがある。そのような最小フランジにスポット溶接する場合、図10(b)に示すように、電極チップ50やその支持部であるシャンク等がスポット溶接部位P以外の部位で被溶接物Wと干渉して、スポット溶接ができないという不都合を生じる。
In the spot welding, in order to stabilize the welding quality, as shown in FIG. 10A, when the spot welding part P set on the flange F of the workpiece W is sandwiched, the paired
かかる不都合の解消手段としては、例えば図10(c)に示すように、一対の電極チップ50,60の中心軸線をずらした構造(例えば特許文献1参照。)を採用して、電極チップ50やそのシャンク等を予め逃しておく方法が考えられる。なお、一対の電極チップ50.60の中心軸線がずれていても、一方の電極チップ50の頂部を平坦なものにすれば、他方の電極チップ60の頂部が凸曲面状でも、その中心が相手の頂部から外れない限り、挟持加圧時に横方向にスリップする等の不具合が生じることはない。
As a means for solving such inconvenience, for example, as shown in FIG. 10C, a structure in which the central axes of the pair of
ところで、被溶接物が自動車の車体等を構成する大型部材の場合、形状が複雑であり、スポット溶接部位も設定されている。そのため、ロボットアームの先端に溶接ガンを取り付けて、予めプログラムした順序・内容に従って各溶接部位を溶接する方法が取られる。この場合、スポット溶接部位の位置によって、そこにアクセスするガンアームの向き等は当然に異なってくる(図11)。例えばフランジの長手方向沿いに多数設定されたスポット溶接部位Pを順次溶接する場合、被溶接物とロボットの位置関係により、ガンアームGの向きは、図11(a)に示すようにフランジFに略直交することもあれば、図11(b)や図11(c)に示すように斜めに交差することもある。 By the way, in the case where the workpiece is a large member constituting a car body or the like of the automobile, the shape is complicated, and a spot welding site is also set. Therefore, a method is adopted in which a welding gun is attached to the tip of the robot arm and each welding site is welded in accordance with a pre-programmed sequence / content. In this case, depending on the position of the spot welding site, the orientation of the gun arm that accesses the spot welding portion naturally varies (FIG. 11). For example, when spot welding parts P set in large numbers along the longitudinal direction of the flange are sequentially welded, the direction of the gun arm G is substantially the same as the flange F as shown in FIG. It may be orthogonal, or it may intersect diagonally as shown in FIG. 11 (b) or FIG. 11 (c).
ここで、上述した図10(c)の最小フランジに、ロボットアームの溶接ガンでスポット溶接する場合を考えると、ガンアームGがフランジに直交するときは、図12(a)に示すように、電極チップ50に対して、対向する電極チップ60をガンアームGの先端側へずらしておけば、フランジFの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。しかし、図12(a)と同じように電極チップをずらした溶接ガンでは、ガンアームGが斜めに交差する場合に、図12(b)や図12(c)に示すように、実際のスポット溶接部位がフランジFから外れてしまう。そのため、最小フランジ沿いに溶接対象部位を多数設ける設計は採用しにくいという課題がある。
Here, considering the case where spot welding is performed with the welding gun of the robot arm on the minimum flange of FIG. 10 (c) described above, when the gun arm G is orthogonal to the flange, as shown in FIG. If the
本発明は、斯かる実情に鑑み、最小フランジのように電極チップやその支持部がアクセスするためのスペースが制約されているスポット溶接部位が多数ある被溶接物に対して、同じ溶接ガンで、電極チップ又はその支持部がスポット溶接部位以外の部位に干渉することを回避しながら溶接できるようにした溶接装置及び溶接方法を提供する。 In the present invention, in view of such circumstances, the same welding gun is used for an object to be welded having a large number of spot welded parts where the space for accessing the electrode tip and its support part is restricted like a minimum flange, Provided are a welding apparatus and a welding method capable of welding while avoiding interference between an electrode tip or a support portion thereof and a portion other than a spot welding portion.
請求項1の発明は、被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、前記対向する電極チップをそれらの中心軸線と直交する方向において相対移動させる移動機構を備えることを特徴とする溶接装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a welding apparatus that performs spot welding by sandwiching an object to be welded by opposing electrode tips, and includes a moving mechanism that relatively moves the opposing electrode tips in a direction perpendicular to the central axis thereof. A characteristic welding apparatus is provided.
請求項2の発明は、被溶接物を対向する電極チップで挟持してスポット溶接する溶接装置において、被溶接物を電極チップで挟持するときに、前記電極チップ及びその支持部が前記被溶接物のスポット溶接部位以外の部位に干渉しないように、前記対向する電極チップの一方をその中心軸線と直交する方向に移動させて、他方の電極チップとの相対位置関係を変更する移動機構を備えることを特徴とする溶接装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a welding apparatus for spot welding by sandwiching a workpiece to be welded between opposing electrode tips, wherein when the workpiece is clamped by an electrode tip, the electrode tip and its supporting portion are the workpiece to be welded. In order not to interfere with any part other than the spot welding part, a moving mechanism is provided that moves one of the opposing electrode tips in a direction orthogonal to the central axis thereof to change the relative positional relationship with the other electrode tip. A welding apparatus is provided.
請求項3の発明は、前記移動機構は、回転出力機構と、該回転出力機構の回転出力軸に連結される駆動ピンと、電極チップを支持するホルダブラケットを備えており、前記駆動ピンが前記回転出力軸から偏心した部位で前記ホルダブラケットを連結することにより、前記ホルダブラケットが前記回転出力軸を中心に公転して、前記電極チップを移動させることを特徴とする請求項1又は2記載の溶接装置を提供する。
According to a third aspect of the present invention, the moving mechanism includes a rotation output mechanism, a drive pin connected to the rotation output shaft of the rotation output mechanism, and a holder bracket that supports an electrode chip, and the drive pin is rotated in the rotation direction. The welding according to
請求項4の発明は、前記駆動ピンと前記ホルダブラケットが相対回転可能に連結されると共に、前記ホルダブラケットの自転を阻止する回り止めが設けられていることを特徴とする請求項3記載の溶接装置を提供する。
The invention according to
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の溶接装置を使用してスポット溶接をすることを特徴とする溶接方法を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a welding method characterized in that spot welding is performed using the welding apparatus according to any one of the first to fourth aspects.
本願発明によれば、対向する電極チップで被溶接物を挟持してスポット溶接する溶接装置及び溶接方法において、スポット溶接部位周辺のスペースが制約されており、中心軸線同士を一致させて電極チップを配置すると、当該電極チップ及びその支持部(シャンク、ネジアダプタ、電極ホルダ等)がスポット溶接部位以外の部位に干渉するような場合に、対向する電極チップの相対位置関係を変えて干渉しないようにする優れた効果を奏し得る。結果として、板金製品において、スポット溶接用のスペース確保のために生じていた設計上の制約を減らすことができる。 According to the present invention, in a welding apparatus and a welding method for sandwiching an object to be welded with opposed electrode tips and spot welding, the space around the spot welded part is restricted, and the electrode axes are aligned by matching the central axes. When arranged, when the electrode tip and its supporting part (shank, screw adapter, electrode holder, etc.) interfere with parts other than the spot welded part, the relative positional relationship between the opposing electrode tips is changed so as not to interfere. An excellent effect can be obtained. As a result, it is possible to reduce the design constraints that have arisen in order to secure the spot welding space in the sheet metal product.
移動機構は、回転出力軸に連結される駆動ピンに対して、ホルダブラケットを回転出力軸から偏心した位置で連結する構造としたので、ホルダブラケットで支持する電極チップが回転出力軸を中心に公転することになり、回転出力軸の回転位相を制御するだけで、対向する電極チップとの相対位置関係を変化させることができるという優れた効果を奏し得る。 The moving mechanism has a structure in which the holder bracket is connected to the drive pin connected to the rotation output shaft at a position eccentric from the rotation output shaft, so that the electrode tip supported by the holder bracket revolves around the rotation output shaft. Therefore, it is possible to obtain an excellent effect that the relative positional relationship with the opposing electrode tip can be changed only by controlling the rotation phase of the rotation output shaft.
移動機構に、ホルダブラケットを自転させないように規制する回り止めを設けたので、電極チップに連結する電力ケーブルの向きが一定して、他部品や被溶接物に干渉したり、引っ張られたりしなくなり、ケーブル処理が容易になるという優れた効果を奏し得る。 The moving mechanism is provided with a detent that restricts the holder bracket from rotating, so the direction of the power cable connected to the electrode tip is constant, and it will not interfere with or be pulled by other parts or the workpiece. The cable processing can be easily performed.
本発明の実施形態の一例である溶接装置について、以下に図面を参照しながら説明する。 A welding apparatus which is an example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(本発明の実施形態に係る溶接装置1の概要)
溶接装置1は、スポットガン装置であり、図1に示すように、主として、C型の固定アーム2と、可動アーム3と、可動アーム3を往復動させる駆動ユニット4と、固定アーム2と可動アーム3に支持されて相互に対向する一対の固定電極チップ51及び可動電極チップ61と、固定アーム2及び駆動ユニット4に連結され、ロボットアーム(図示なし)に取り付けられて装置全体を支持するフレーム7と、フレーム7に固定され、電極チップに給電する給電ユニット71を備えている。
(Outline of welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention)
As shown in FIG. 1, the welding apparatus 1 is mainly a C-shaped
(固定アーム2)
固定アーム2は、図1に示すように、概ねC字型に屈曲した固定アーム本体21の先端に横断面矩形の電極ホルダ22を備えてなる。電極ホルダ22の先端には、該電極ホルダとL字型を成すように、ネジアダプタ52とシャンク53が真直ぐに取り付けられ、シャンク53の先端に固定電極チップ51が支持されている。
(Fixed arm 2)
As shown in FIG. 1, the
(可動アーム3)
可動アーム3は、図1に示すように、移動機構8とその先端に取り付けられる電極ホルダ31を備えてなり、移動機構8が駆動ユニット4の駆動ロッド(図示なし)に連結されており、可動アーム3全体が駆動ロッドと一体的に往復動することにより固定アーム2に対して往復動する。電極ホルダ31の先端には、ネジアダプタ62及びシャンク63が真直ぐ取り付けられ、シャンク63の先端に可動電極チップ61が支持されている。
(Movable arm 3)
As shown in FIG. 1, the
(固定電極チップ51、可動電極チップ61)
固定電極チップ51と可動電極チップ61は対向配置されており、可動アーム3が固定アーム2に対して往復動することにより、相互に接近及び離間可能とされており、相互に接近したときに被溶接物のスポット溶接部位を挟持し、重ね合わされている板金パネルを圧接させた状態で給電ユニット71からの給電によりスポット溶接する。
(
The fixed
ところで、固定電極チップ51と可動電極チップ61の中心軸線は一致しておらず、図1に符号Xで示すように、中心軸線と直交する方向において3〜5mm程度のズレが設けられている。このズレXは、周辺スペースが狭いスポット溶接部位に対してスポット溶接する場合に、電極チップやその支持部(シャンク、ネジアダプタ、電極ホルダ等)をスポット溶接部位以外の部位に干渉させないように予め逃がすために設けられている。
Incidentally, the center axis of the fixed
これに対し、スポット溶接部位周辺におけるワーク形状や、溶接ガンがスポット溶接部位にアクセスする向きなどにより、電極チップを逃がすべき方向は当然に異なるため、電極チップ間の相対位置関係(ズレ)が固定的に設定されていると、当該溶接ガンの適用可能範囲は限られる。そこで、可動電極チップ61をその中心軸線と直交する方向に移動させることにより、固定電極チップ51と可動電極チップ61をこれらの中心軸線と直交する方向で相対移動可能にする移動機構8を組み込んで、相対位置関係を変更設定できるようにしている。以下において、移動機構8について、図2〜図6に基づき説明する。
On the other hand, since the direction in which the electrode tip should escape depends on the workpiece shape around the spot welded part and the direction in which the welding gun accesses the spot welded part, the relative positional relationship (displacement) between the electrode tips is fixed. Therefore, the applicable range of the welding gun is limited. Therefore, a moving
(移動機構8)
移動機構8は、図2に示すように、電極チップシフト機構81と回転出力機構91を直列に連結してなる。回転出力機構91は、モータ92に減速機93を連結してなり、モータ92の出力回転を減速機93で減速して、該減速機93に設けた回転出力軸を介して電極チップシフト機構81に伝達する。なお、減速機93に設けた回転出力軸は、固定電極チップ51と中心軸線が一致するように設定されている。また、モータ92には、サーボモータ、ステッピングモータ、インダクションモータ、エアモータその他の位置決め制御可能なモータが使用される。次に電極チップシフト機構81について説明する。
(Movement mechanism 8)
As shown in FIG. 2, the moving
(電極チップシフト機構81)
まず、電極チップシフト機構81の作用について簡単に述べておく。電極チップシフト機構81は、図3、4に示すように、減速機93の回転出力軸に連結される駆動ピン83と、駆動ピン83に連結するホルダブラケット84を備える。駆動ピン83は、図4に示すように、前記回転出力軸の中心軸線から距離X(上述したズレXと同寸法)だけ偏心した位置でホルダブラケット84に連結されており、前記回転出力軸が回転すると、ホルダブラケット84は、前記回転出力軸の中心軸線を中心に、距離Xを回転半径として公転するようになっている。
(Electrode tip shift mechanism 81)
First, the operation of the electrode
ホルダブラケット84で保持する電極ホルダ31、ネジアダプタ62、シャンク63及び可動電極チップ61も同様に、減速機93の回転出力軸を中心として公転するところ、上述したように固定電極チップ51の中心軸線は減速機93の回転出力軸と一致しているため、図7に示すように、可動電極チップ61は固定電極チップ51の中心軸線51aの周囲360度のすべての方向に相対移動できるようになる。すなわち、固定電極チップ51と可動電極チップ61は、それらの中心軸線51a,61aと直交する方向において、中心軸線51a,61a間の距離を一定寸法Xに保ちながら、相対位置関係を自由に変化させられるという作用を有する。なお、ズレXの寸法が、可動電極チップ61の頂部が固定電極51の頂部から外れない範囲内に設定されるべきことは勿論である。
Similarly, the
(ベースブラケット82)
電極チップシフト機構81は、図3〜6に示すように、概ね直方体形状に形成されたベースブラケット82を本体として、その内部に各構成部品を収容することで構成される。ベースブラケット82には、互いに表裏に位置する2つの面に、第一収容穴821(図4、6)及び第二収容穴822(図3、4)が開口形成されている。これらの収容穴821,822は、何れも直円筒形で同心に形成されており、一定厚の隔壁823で仕切られる。隔壁823の中心部には、断面円形の貫通穴824が形成されており、貫通穴824の周囲には、断面円形の4つの案内孔825(図3、図5)が90度ずつ角度をずらして等間隔で貫通形成されている。
(Base bracket 82)
As shown in FIGS. 3 to 6, the electrode
第一収容穴821は、減速機93(回転出力機構91)に連結される駆動ピン83を収容しており、減速機93をベースブラケット82にネジ止め連結することにより、開口を閉鎖されている。第二収容穴822は、ホルダブラケット84、ベアリング85、ワッシャ86、ワッシャ87(図3では記載省略)を収容しており、カバー88をベースブラケット82にネジ止め固定することにより、開口が覆われている。
The
貫通穴824には、図4に示すように、第一収容穴821に収容された駆動ピン83のピン部831が貫通しており、その先端が第二収容穴822に突出して、第二収容穴822に収容されるホルダブラケット84にベアリング85を介して相対回転可能に連結されている。なお、貫通穴824は、図5に示すように、ピン部831が公転しても干渉しない程度の大きさに形成されている。案内孔825には、図5(a)〜(d)に示すように、ホルダブラケット84に設けられた4本の案内ピン843(図3)がそれぞれ係合しており、ホルダブラケット84が駆動ピン83で公転させられるときにその動きを案内して、図6(a)〜(d)に示すように、ホルダブラケット84が自転しないように規制する。これにより、可動電極チップ61が回転して、可動電極チップ61に接続されるケーブル(図示なし)が大きく動いて、被溶接物や他の装置・治具類あるいは溶接装置1の他部品と干渉したり、ケーブルが引っ張られたりして破損する等の不具合が防止される。
As shown in FIG. 4, the
(駆動ピン83)
駆動ピン83は、図3、4に示すように、概ね円板状の本体部を有してなり、その一方の円板面には、円板の中心軸線から上述したズレXと同じ距離にある偏心位置に突出するピン部831が設けられている。ピン部831の先端の段付部には、ベアリング85の内周面が嵌合されている。また、反対側の円板面には、中心軸線と同心に形成されたインロー832(図4)があり、該インロー832により、駆動ピン83は、回転出力機構91の回転出力軸と同心に組み合わされた状態でネジ止め連結される。これにより、駆動ピン83は、回転出力機構91の回転出力軸によって回転させられると、ピン部831は前記回転出力軸を中心として回転半径Xで公転し、その先端に連結したホルダブラケット84も回転半径Xで公転する。
(Drive pin 83)
As shown in FIGS. 3 and 4, the
(ホルダブラケット84)
ホルダブラケット84は、概ね円板状の本体部を有してなり、その一方の円板面には、本体部と同心のホルダピン部841が突出するように設けられており、反対側の円板面には、駆動ピン83に嵌合するベアリング85の外周面と嵌合する嵌合穴842(図4)が形成されており、更に嵌合穴842の周囲には、4本の案内ピン843が90度ずつ角度をずらして等間隔で突出するように設けられる。ホルダピン部841は、電極ホルダ31(図1)を保持しており、これにより、上述したように、電極ホルダ31、ネジアダプタ62、シャンク63及び可動電極チップ61が公転する。また、ホルダピン部841と案内ピン843の中心軸線間の距離が、貫通穴824(駆動ピン83)と案内孔825の中心軸線間の距離と略一致するように設定されており、かつ案内ピン842の半径距離が、案内孔825の半径距離からズレXの距離を差し引いた寸法と略一致するように設定されることで、ホルダブラケット84は、図6に示すように、電極チップシフト機構本体に対する向きが固定される(自転しない)ように規制される状態で公転する。なお、上記寸法関係に設定されていれば、案内ピン(及び案内孔)は、4本(4つ)である必要はなく、3本(3つ)以上あれば自転しないように規制し得る。
(Holder bracket 84)
The
(カバー88)
第二収容穴822の開口を覆うカバー88には、図2〜4に示すように、ホルダブラケット84のホルダピン部841を貫通させて、機構外部に突出させるための貫通穴881が形成されている。貫通穴881は、ホルダブラケット84が第二収容穴822から抜け出さない程度で、かつ、ホルダピン部841が公転しても干渉しない程度の大きさに形成されている。ホルダブラケット84において、隔壁823と対向する円板面にはワッシャ86が取り付けられ、その反対側のカバー88と対向する円板面にはワッシャ87が取り付けられており、これにより、ホルダブラケット84は、その本体部が隔壁823とカバー88の間に挟まれた状態で、電極チップシフト機構本体に対してガタつきを生じることなくスライド可能で、スムーズに公転することができる。
(Cover 88)
As shown in FIGS. 2 to 4, the
(溶接装置1を使用したスポット溶接方法)
ここで、上記溶接装置1をロボットアームの先端に取り付けて、図12で説明したのと同様に、最小フランジFに対して固定電極チップ51及び可動電極チップ61を様々な角度からアクセスさせてスポット溶接する方法について説明する。図8(a)に示すように、フランジFに対して固定アーム2が直交するようにアクセスするときは、固定電極チップ51に対して、対向する可動電極チップ61を固定アーム2の先端側へ移動させておくことにより、固定電極チップ51及びその支持部をワークと干渉しないように退避させながら、フランジFの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。このとき、電極チップシフト機構81の内部は、図5(c)、図6(c)のようになっており、駆動ピン83のピン部831及びホルダブラケット84は上方寄り(図1における下方寄り)に移動している。
(Spot welding method using the welding apparatus 1)
Here, the welding apparatus 1 is attached to the tip of the robot arm, and the fixed
また、フランジFに対して固定アーム2が斜めに交差するようにアクセスするときは、移動機構8を作動させて、可動電極チップ61を固定電極チップ51の中心軸線回りで公転させることにより、図8(b)や図8(c)に示すように、フレームF、固定電極チップ51及び可動電極チップ61を、図8(a)と同様の位置関係に配置して、固定電極チップ51及びその支持部をワークWと干渉しないように退避させながら、フランジFの幅方向の中央を挟持してスポット溶接することができる。可動電極チップ61は、固定電極チップ51に対して、一定の距離Xを保ちながら、周囲360度のいずれの方向にでも移動できるので、フレームFに対する固定アーム2の角度が如何様に設定されても対応することができる。電極チップシフト機構81の内部は、図8(b)のときは、図5(b)、図6(b)のようになっており、図8(c)のときは、図5(d)、図6(d)のようになっている。
Further, when accessing the flange F so that the fixed
(上記実施形態の変形例)
溶接装置1は、C型スポットガン装置に、電極チップ61をその軸線と直交する方向に移動させる移動機構8を搭載したものであるが、他のタイプのスポットガン装置でも良い。例えば、図9に示すように、X型スポットガン装置の一方のアームに上記移動機構8と同様の移動機構を装着し、当該アームに保持されるべき電極ホルダを移動機構に保持させることにより、前記電極ホルダに支持される電極チップをその中心軸線と直交する方向に移動可能としても良い。
(Modification of the above embodiment)
The welding apparatus 1 is a C-type spot gun apparatus equipped with a moving
上記実施形態では、可動アーム3に移動機構8を設け、可動アーム3で支持する可動電極チップ61をその中心軸線と直交する方向に移動させたが、状況に応じて、固定アームに移動機構を設けて、固定電極チップを移動機構で支持し移動させて、可動電極チップとの相対位置関係を変化させるようにしても良い。また、対向する電極チップの双方をそれぞれ別の移動機構に支持させて、対向する電極チップ双方の動きを組み合わせることしても良い。かかる場合には、上記実施形態のよう両電極チップのズレの方向が変化するだけでなく、中心軸線と直交する方向における電極チップ間の距離も変化させることができるので、対応範囲を広げることができる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、固定電極チップ51の頂部を平坦状に形成する一方、可動電極チップ61の頂部を凸面状に形成していたが、これに換えて、固定電極チップの頂部を凸面状に形成する一方で可動電極チップ61の頂部を平坦状に形成することや、対向する電極チップの頂部を両方共、平坦状、凸面状に形成することを妨げるものではない。
In the above embodiment, the top of the fixed
1 溶接装置
2 固定アーム
3 可動アーム
4 駆動ユニット
7 フレーム
8 移動機構
51 固定電極チップ
61 可動電極チップ
81 電極チップシフト機構
82 ベースブラケット
83 駆動ピン
84 ホルダブラケット
85 ベアリング
86 ワッシャ
87 ワッシャ
91 回転出力機構
93 減速機
Reference Signs List 1
81 Electrode
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