JP4471938B2 - 自動溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動二輪車等のバイク型車両の車体フレームを溶接する際、設備スペースの縮小化、簡素化が可能で、また、機種が変更されても対応可能な自動溶接システムに関する。

従来、溶接時のワーク位置決めを精度良く行い、また、機種が変更されても設備の複雑化を招かない自動溶接システムとして、ワーク投入ステーションとワーク払出ステーションとの間に搬路を設けて搬送ロボットを走行自在にし、搬路の途中に接続される複数の溶接ステーションにそれぞれポジショナーと一対の多関節ロボットを配設することにより、搬送ロボットで搬送される車体フレームを各ポジショナーに受け渡して多関節ロボットで自動溶接していくようにした技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２０００−１５８１３５号公報

また、溶接ラインシステムにおける搬送ロボットの稼動率を向上させるため、ワークの搬入ラインと搬出ラインに近接して搬送ロボットを配設し、この搬送ロボットの周囲に複数の溶接部を配置して、各溶接部にワークの保持具を設けることにより、搬送ロボットでワークを順次各溶接部に送り込んでいくような技術も知られている。（例えば、特許文献２参照。）
特開平８−２９４７８１号公報

ところが、前記特許文献１のような自動溶接システムの場合、広い設備スペースが必要となり、また、ワークの移動工程が長いため、時間ロスも多くなるという問題がある。
また、前記特許文献２のような溶接ラインシステムの場合、ある箇所の溶接部にワークを搬送する際、当該箇所に既に存在するワークを払出さないと新たなワークを投入できないため、一台の搬送ロボットでは、ロボットの移動軌跡に無駄が多くなるという問題がある。また、この技術では、ワークの種類が変更になったときに簡単に対応できないという問題もある。

そこで本発明は、自動溶接のための設備スペースの縮小化を図るとともに、ワークの搬送時間の短縮化を図り、また、取扱うワークの種類が変更された場合でも簡単に対応できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、ワーク投入部とワーク払出部との間に搬送ロボットを配設し、この搬送ロボットの可動範囲内に複数の溶接ステーションを配設するとともに、前記搬送ロボットに、複数のバイク型車両の車体フレームを同時に把持することのできる複数の把持部を設け、これらの把持部は、多機種のバイク型車両の車体フレームを把持するために多機種対応機構とし、ヘッドパイプを固定した後、傾動角がフリーとなるヘッドパイプ固定部と、リヤフレームの所定部位をクランプするフレームクランプ部を備え、特定の溶接ステーションに新たなバイク型車両の車体フレームを投入する際、前記搬送ロボットのいずれか一ヶ所の把持部で投入するバイク型車両の車体フレームを把持し、他の一ヶ所の把持部で当該溶接ステーションに既に存在し払出されるバイク型車両の車体フレームを把持して、バイク型車両の車体フレームの投入、払出し作業を連続的に行うようにした。

このように搬送ロボットの可動範囲内に複数の溶接ステーションを配設すれば、設備スペースの縮小化が図られるとともに、搬送ロボットに複数の把持部を設けてワークの投入、払出し作業を連続的に行うことにより、搬送ロボットの移動軌跡の無駄を無くすことができる。

また本発明では、前記搬送ロボットの把持部に多機種のバイク型車両の車体フレームを把持するための多機種対応機構を設けるようにした。
そして、多機種対応機構として、ヘッドパイプを固定した後、傾動角がフリーとなるヘッドパイプ固定部と、リヤフレームの所定部位をクランプするフレームクランプ部を設ける。

そして、ヘッドパイプ固定部で車体フレームのヘッドパイプを固定した後、ヘッドパイプ固定部の傾動角をフリーにすれば、ヘッドパイプの傾斜角や、ヘッドパイプとリヤフレームの位置関係が異なるバイク型車両の車体フレームの場合でも、フレームクランプ部を所定の一軸方向にスライドさせるだけで所定のクランプ箇所をクランプできるようになり、すべての機種のバイク型車両の車体フレームにも簡易に対応できる。また、多機種対応機構の軽量化が図れる。
なお、バイク型車両としては、オートバイ等の二輪車のほか、四輪バイクや三輪バイク等も含まれるものとする。

ワーク投入部とワーク払出部との間に配設される搬送ロボットの可動範囲内に複数の溶接ステーションを配設し、この搬送ロボットに、複数のバイク型車両の車体フレームを同時に把持することのできる複数の把持部を設け、これらの把持部は、多機種のバイク型車両の車体フレームを把持するための多機種対応機構とし、ヘッドパイプを固定した後、傾動角がフリーとなるヘッドパイプ固定部と、リヤフレームの所定部位をクランプするフレームクランプ部を備え、特定の溶接ステーションに新たなバイク型車両の車体フレームを投入する際、搬送ロボットのいずれか一ヶ所の把持部で投入するバイク型車両の車体フレームを把持し、他の一ヶ所の把持部で当該溶接ステーションに既に存在し払出されるバイク型車両の車体フレームを把持して、バイク型車両の車体フレームの投入、払出し作業を連続的に行うようにすれば、設備スペースの縮小が図られるとともに、溶接ステーションに順次バイク型車両の車体フレームを投入する際の搬送ロボットによる搬送を効率良く行うことができる。
そして、多機種対応機構として、ヘッドパイプを固定した後、傾動角がフリーとなるヘッドパイプ固定部と、リヤフレームの所定部位をクランプするフレームクランプ部を設ければ、フレームクランプ部を一軸方向にスライドさせるだけでいかなる機種の車体フレームでもリヤフレームをクランプできるようになり、すべての機種のバイク型車両の車体フレームにも簡易に対応でき、しかも、多機種対応機構の軽量化が図れる。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本自動溶接システムの構成概要の一例を示す全体図、図２は搬送ロボットの説明図、図３は二輪バイク型車両の車体フレームの一例を示す斜視図、図４は二輪バイク型車両の車体フレームの機種による形態の違いの一例を示す説明図、図５は搬送ロボットによるワーク把持要領の一例を示す説明図、図６は増打ステーションに配置されるワークセット・姿勢制御治具の説明図、図７はワークセット・姿勢制御治具によるワーク保持要領の一例を示す説明図、図８はワークセット・姿勢制御治具によるワーク姿勢制御の一例を示す説明図である。

本発明に係る自動溶接システムは、ワークを自動溶接するための設備スペースの縮小化を図るとともに、ワークの搬送時間の短縮化を図り、また、取扱うワークの種類が変更された場合でも簡単に対応できるようにされ、本実施例では、バイク用車両の車体フレーム等の溶接工程に適用されている。

すなわち、図１に示すように、本自動溶接システム１は、作業者が手作業で仮付け治具２上に部品をセットする部品セット部３と、部品セット部３から搬送された仮付け治具２上の部品を不図示の溶接ロボットで仮付け溶接する仮付けステーション４と、仮付けステーション４で仮付けされたワークＷを増打ステーション６に搬送する搬送ロボット５と、増打ステーション６に配設されるワークセット・姿勢制御治具７を備えており、搬送ロボット５は仮付けされたワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡すようにされるとともに、このワークセット・姿勢制御治具７上で不図示の溶接ロボットで本付け溶接を行うようにされている。そして前記部品セット部３がワーク投入部とされるとともに、前記搬送ロボット５の可動範囲内に不図示のワーク払出部が設けられており、増打ステーション６で本付け溶接されたワークＷは、搬送ロボット５に把持されてワーク払出部に払出されるようにされている。

ここで、一台の搬送ロボット５の可動範囲内に仮付けステーション４や増打ステーション６のような複数の溶接ステーションを設ければ、設備スペースを縮小化することができるが、搬送ロボット５の役割として、仮付けステーション４で仮付けされたワークを増打ステーション６に搬送する役割と、増打ステーション６で本付けされたワークＷをワーク払出部に搬送する役割との両方を果す必要があるため、一般的に搬送ロボット５のロボットハンドの移動軌跡に無駄が多くなりがちである。
このため、本発明では、搬送ロボット５の移動軌跡の無駄をなくすと同時に、ワークＷの機種が変更された場合でも簡易に対応できるようにされ、本実施例では、バイク型車両のすべての車体フレームの溶接に適用できるようにされている。

すなわち、本搬送ロボット５は、図２に示すように、多関節ロボットとして構成されるロボットアームの先端に、上下一対の把持部８ａ、８ｂを備えており、これら把持部８ａ、８ｂによって複数のワークＷを同時に把持できるようにされている。

前記把持部８ａ、８ｂは、アーム１０の中心軸ｘを基本にして上下対称形に同じ形態で設けられており、アーム１０は中心軸ｘ周りに回転自在にされている。このため、任意の側の把持部８ａ、８ｂを下向きにすることができるようにされるとともに、アーム１０の先端部には、二輪バイク型車両の車体フレームのヘッドパイプを保持するためのそれぞれのヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂと、このヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を変化させるためのエアシリンダ１３が設けられており、またアーム１０の上面と下面には、スライド部１０ｓが設けられている。そしてヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉは、ヘッドパイプ内に挿入された後、例えば拡縮自在な爪チャック機構によりヘッドパイプ内に固定できるような構造にされている。

そして、各スライド部１０ｓには、それぞれ紙面垂直方向の左右一対のフレームクランプ部１４ａ、１４ｂが矢印方向にスライド自在に設けられ、また、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂよりやや内側に奥まった箇所には、四輪バイク型車両のフロントフレームをクランプするためのフロント固定部１５ａ、１５ｂが設けられ、クランプ部が矢印方向に進退動自在にされている。そして、一方側のヘッドパイプ固定部１１ａと同側のフレームクランプ部１４ａ、フロント固定部１５ａにより一方側の把持部８ａが構成され、他方側のヘッドパイプ固定部１１ｂと同側のフレームクランプ部１４ｂ、フロント固定部１５ｂにより他方側の把持部８ｂが構成されている。

そして、いずれの把持部８ａ、８ｂでも、二輪バイク型車両の場合、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉを図３に示すワークＷのヘッドパイプａ内に挿入して内側から固定し、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂにより、ワークＷのリヤフレームの所定位置ｃを両側から挟み込んでクランプするようにされ、四輪バイク型車両の場合、フロント固定部１５ａ、１５ｂによりフロントフレームをクランプし、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂにより、ワークＷのリヤフレームの所定のクランプ位置を両側から挟み込んでクランプするようにされている。

ここで、二輪バイク型車両の車体フレームの形態の違いの一例について図４に基づき説明する。
二輪バイク型車両の車体フレームのヘッドパイプａとリヤフレームのクランプ位置ｃ（ハッチングで示す。）とピボットｂの水平、垂直距離の関係や、ヘッドパイプａの傾斜角は、ワークＷの機種によってすべて異なっている。

このため、搬送ロボット５の把持部８ａ、８ｂでワークＷを把持する際、機種に合わせてヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を調整することは勿論であるが、挿入バーｉをヘッドパイプａに挿入して固定しただけでは、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを水平、垂直の二軸方向に移動させなければ、リヤフレームの所望のクランプ位置ｃをクランプすることはできない。
しかしながら、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを二軸方向に移動させようとすると、装置が複雑化して重量増加を招くようになり、この場合は、ロボットアーム先端の重量増加を招くため好ましくない。

そこで、本発明では、搬送ロボット５でワークＷを把持する際、まず、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を、エアシリンダ１３の作動により、取扱う機種のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に挿入して固定し、その後、エアシリンダ１３の圧力を抜いて挿入バーｉの傾斜角がフリーになるようにし、その後、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂをスライドさせてリヤフレームの所望のクランプ位置ｃを把持するようにしている。
このような把持方法を採用することで、図５に示すように、機種によってヘッドパイプａの傾斜角や、リヤフレームの所望のクランプ位置ｃまでの位置関係が異なる場合であっても、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを一軸方向にスライドさせるだけでの所望のクランプ位置ｃを把持できるようになり、装置の簡素化、軽量化が図られる。

次に、前記増打ステーション６に配設されるワークセット・姿勢制御治具７について図６乃至図８に基づき説明する。
このワークセット・姿勢制御治具７は、基台２０に対して枢支軸２１周りに回動自在な回転体２２と、この回転体２２の基台２０寄り側に設けられるヘッドパイプ固定部２３と、このヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を変化させるためのエアシリンダ２４と、回転体２２のスライド台２５にスライド自在に設けられる左右一対のピボット支持台２６と、スライド台２５の基台２０寄り側に設けられるフロント固定部３０を備えており、前記ピボット支持台２６は、駆動モータ２８の作動によって、図６の矢印方向にスライド自在にされるとともに、各ピボット支持台２６の上部には、車体フレームの左右のピボットｂを支持することのできる基準ピン部２７が設けられている。また、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊは、ヘッドパイプａ内に挿入された後、例えば拡縮自在な爪チャック機構によりヘッドパイプａ内に固定できるような構造にされている。

このワークセット・姿勢制御治具７でワークＷを保持する場合、機種に応じた車体フレームのヘッドパイプａの傾斜角に合わせてヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を調整することは勿論であるが、挿入バーｊをヘッドパイプａに挿入して固定しただけでは、ピボット支持台２６を上下、水平の二軸方向に移動させなければ、基準ピン部２７を所望のピボットｂの位置に合わせることはできない。
このため、本ワークセット・姿勢制御治具７では、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を、エアシリンダ２４の作動により、取扱う機種のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に挿入して固定し、その後、エアシリンダ２４の圧力を抜いて挿入バーｊの傾斜角がフリーになるようにし、その後、ピボット支持台２６を一軸方向にだけスライドさせてピボットｂを保持できるようにしている。

このような保持方法を採用することで、図７に示すように、機種によってヘッドパイプａの傾斜角や、ピボットｂ位置までの水平、垂直距離が異なる場合であっても、ピボット支持台２６を一軸方向にスライドさせるだけでの基準ピン部２７によりピボットｂを保持できるようになり、装置の簡素化、軽量化が図られる。
なお、ワークセット・姿勢制御治具７により車体フレームの両側のピボットｂを保持するのは、溶接段階では正確に位置決め保持する必要があるからであり、前記搬送ロボット５が車体フレームのリヤフレームのクランプ位置ｃを把持するのは、搬送段階ではさほど正確な位置決めは必要とされないからである。

なお、このワークセット・姿勢制御治具７にセットされたワークの姿勢は、図８に示すように、回転体２２が枢支軸２１周りに回転自在にされるとともに、枢支軸２１と基準ピン部２７を結ぶ軸線ｙ周りに回動自在にされることから、ワークＷの姿勢を任意に変更することができ、最適の方向から溶接できるとともに、溶接時のスパッタの発生方向等がワークＷに不具合を与えない姿勢で溶接することができる。

以上のような自動溶接システム１の作用等を説明する。
図１の部品セット部３において仮付け治具２上に作業者が組付部品をセットし、その後、仮付け治具２を仮付けステーション４に搬送する。すると、仮付けステーション４では不図示の溶接ロボットにより部品の仮付け溶接が行われる。

仮付け治具２上で部品が仮付け溶接されると、搬送ロボット５が作動し、いずれか一方側の把持部８ｂでワークＷを把持する。すなわち、エアシリンダ１３の作動により、ヘッドパイプ固定部１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を、所定のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に上方から挿入して固定し、その後、エアシリンダ１３の圧力を抜いて挿入バーｉの傾斜角がフリーになるようにし、その後、フレームクランプ部１４ｂをスライドさせてリヤフレームのクランプ位置ｃを把持する。

次いで、把持したワークＷを増打ステーション６に搬送し、ワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡すが、この際、ワークセット・姿勢制御治具７上には、その前の段階で本付け溶接されたワークＷが存在するため、この本付け溶接されたワークＷを払出さなければ、仮付けしたワークＷを受渡すことができない。
そこで、搬送ロボット５は、アーム１０が中心軸ｘ周りに１８０度回転して、他方側の把持部８ａが下方向きとなり、この把持部８ａで払出し用のワークＷを把持した後、再び反転して仮付けしたワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡す。

すなわち、ワークセット・姿勢制御治具７では、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を、エアシリンダ２４の作動により、ヘッドパイプａの所定の傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に下方から挿入して固定し、その後、エアシリンダ２４の圧力を抜いて挿入バーｊの傾斜角がフリーになるようにし、その後、ピボット支持台２６を一軸方向にだけスライドさせてそれぞれの基準ピン２７により左右のピボットｂを保持する。そして、ワークセット・姿勢制御治具７がワークＷを保持すると、搬送ロボット５の把持部８ｂは把持を開放して離脱し、他方側の把持部８ａで把持するワークＷをワーク払出部に搬送する。

以上のような要領により、搬送ロボット５の移動軌跡を最小にすることができ、搬送効率を高めることができる。

そして、ワークセット・姿勢制御治具７では、位置決めされたワークＷを本付け溶接するにあたり、図８に示すように、ワークＷの姿勢を任意に変更しながら行うことで、最適な方向から溶接できるとともに、溶接時のスパッタがワークＷに与える悪影響を避けることができる。

なお、以上の実施例では、二輪バイク型車両の車体フレームを例にとって説明したが、四輪バイク型車両を把持する場合は、搬送ロボット５においては、フロント固定部１５ａ、１５ｂとフレームクランプ部１４ａ、１４ｂによって行い、ワークセット・姿勢制御治具７においては、フロント固定部３０とピボット支持台２６の基準ピン２７によって行う。

また、上記実施例では、搬送ロボット５に二ヶ所に把持部８ａ、８ｂを設けているが、三ヶ所以上に設けても良く、更に、搬送ロボット５の可動範囲内に三ヶ所以上の溶接ステーションを設けるようにしても良い。

以上のように、ワークの自動溶接において一台の搬送ロボットに複数の把持部を設けることにより、ワークの払出しや投入を効率良く行うことができるため、例えば順送りワークの自動溶接等の作業効率を向上させることができる。また、機種が異なるワークの場合でも適用できるため汎用性が高い。

本自動溶接システムの構成概要の一例を示す全体図 搬送ロボットの説明図 二輪バイク型車両の車体フレームの一例を示す斜視図 二輪バイク型車両の車体フレームの機種による形態の違いの一例を示す説明図 搬送ロボットによるワーク把持要領の一例を示す説明図 増打ステーションに配置されるワークセット・姿勢制御治具の説明図 ワークセット・姿勢制御治具によるワーク保持要領の一例を示す説明図 ワークセット・姿勢制御治具によるワーク姿勢制御の一例を示す説明図

符号の説明

１…自動溶接システム、２…仮付け治具、４…仮付けステーション、５…搬送ロボット、６…増打ステーション、７…ワークセット・姿勢制御治具、８ａ、８ｂ…把持部、１１ａ、１１ｂ…ヘッドパイプ固定部、１４ａ、１４ｂ…フレームクランプ部、Ｗ…ワーク、ａ…ヘッドパイプ、ｂ…ピボット、ｃ…リヤフレームのクランプ位置。

Claims (1)

1. ワーク投入部とワーク払出部との間に搬送ロボットを配設し、この搬送ロボットの可動範囲内に複数の溶接ステーションを配設するとともに、前記搬送ロボットに、複数のバイク型車両の車体フレームを同時に把持することのできる複数の把持部を設け、これらの把持部は、多機種のバイク型車両の車体フレームを把持するために多機種対応機構とし、ヘッドパイプを固定した後、傾動角がフリーとなるヘッドパイプ固定部と、リヤフレームの所定部位をクランプするフレームクランプ部を備え、特定の溶接ステーションに新たなバイク型車両の車体フレームを投入する際、前記搬送ロボットのいずれか一ヶ所の把持部で投入するバイク型車両の車体フレームを把持し、他の一ヶ所の把持部で当該溶接ステーションに既に存在し払出されるバイク型車両の車体フレームを把持して、バイク型車両の車体フレームの投入、払出し作業を連続的に行うことを特徴とする自動溶接システム。