特許 5945348 摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5945348

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20160621BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 340

   B23K20/12 342

   B23K20/12 310

【請求項の数】14

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-81139(P2015-81139)

(22)【出願日】2015年4月10日

【審査請求日】2015年4月10日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田倉 富夫

(72)【発明者】

【氏名】石黒 幸一

(72)【発明者】

【氏名】安藤 健二

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−００１５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３７０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２５５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２６６３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１４７８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３６３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１２０２４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多軸の自由度を有するロボット本体の手首ヘッドに取付けられた接合ヘッドと、
前記ロボット本体を有してなり、２つの被接合部材を接合する接合線に沿って前記接合ヘッドを移動可能な駆動装置と、
前記接合ヘッドに備わる電動機にモータ駆動電流を供給して接合ツールを回転させながら前記接合ツールのピン部を前記被接合部材に挿入し、さらに、前記接合ヘッドが前記接合線に沿って移動するように前記駆動装置を制御して２つの前記被接合部材を摩擦かく拌接合する制御装置と、
移動している前記接合ヘッドと前記接合線に沿った方向との偏差である接合偏差を検出する偏差検出装置と、を有し、
前記制御装置は、前記摩擦かく拌接合時において前記接合偏差が予め定められた最大偏差である偏差限界値を超えた場合には、前記接合偏差が次にゼロになるまでの間、前記接合ヘッドを前記接合線に近づける方向に移動させて前記接合偏差を解消するための、前記接合ヘッドと前記接合線とのずれ方向の違いにより極性の異なる位置補正信号を前記駆動装置に出力して前記接合ヘッドを前記接合線に近づけるように移動するとともに、前記接合偏差がゼロになった場合には、前記接合偏差が次に前記偏差限界値を超えるまでの間、前記位置補正信号の前記駆動装置への出力を停止することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記駆動装置は、前記被接合部材に対して近接及び離反させる方向への前記接合ヘッドの移動を可能に構成され、
前記制御装置は、前記被接合部材への前記ピン部の挿入量を所定の挿入適正範囲に維持するように前記駆動装置を制御しながら、前記被接合部材を摩擦かく拌接合することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記制御装置は、前記モータ駆動電流にもとづいて前記ピン部の挿入量を前記挿入適正範囲に維持することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項4】

請求項３において、
前記制御装置は、前記モータ駆動電流が所定の電流適正範囲より小さいとき、前記ピン部の挿入量が前記挿入適正範囲より小さいと判定し、前記モータ駆動電流が所定の電流適正範囲より大きいとき、前記ピン部の挿入量が前記挿入適正範囲より大きいと判定して、前記ピン部の挿入量を前記挿入適正範囲に維持することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項5】

請求項２において、
前記接合ヘッドから前記被接合部材までの距離を計測した距離信号を出力する距離計測装置を有し、
前記制御装置は、前記距離信号にもとづいて前記ピン部の挿入量を前記挿入適正範囲に維持することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項6】

請求項１において、
前記ロボット本体は、前記接合線に沿った方向への前記接合ヘッドの移動を可能に構成されていることを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項7】

請求項２から請求項５までのいずれか１項において、
前記駆動装置は、前記被接合部材に対して近接及び離反させる方向へ前記接合ヘッドを移動可能な昇降装置が前記ロボット本体に取り付けられて構成され、
前記ロボット本体は、前記接合線に沿った方向への前記接合ヘッドの移動を可能に構成され、
前記制御装置は、前記接合ヘッドを前記被接合部材に対して近接及び離反させる方向へ移動する場合には前記昇降装置を制御して前記接合ヘッドを移動することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項8】

請求項２から請求項５までのいずれか１項において、
前記ロボット本体は、前記接合線に沿った方向への前記接合ヘッドの移動と、前記被接合部材に対して近接及び離反させる方向への前記接合ヘッドの移動と、を可能に構成されていることを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか１項において、
前記ロボット本体は、６軸の自由度で前記接合ヘッドを保持することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項10】

請求項１において、
前記偏差検出装置は、
前記接合ヘッドの進行方向前方に配置され、前記接合ヘッドよりも進行方向前方の前記２つの被接合部材の境界又は前記２つの被接合部材の一方の端辺を前記接合線として撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像した前記接合線を映像信号として入力する画像処理部と、を有し、
前記画像処理部は、前記接合ヘッドが移動開始する前において前記接合偏差がゼロのときに前記接合線を前記撮像装置の撮像範囲の中心に合わせ、前記接合ヘッドが移動開始後は、前記接合線と前記撮像範囲の中心とのずれを前記接合偏差として検出することを特徴とする摩擦かく拌接合装置。

【請求項11】

多軸の自由度を有するロボット本体の手首ヘッドに取付けられた接合ヘッドと、前記ロボット本体を有してなり、２つの被接合部材が接合される接合線に沿って前記接合ヘッドを移動可能な駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備える摩擦かく拌接合装置が前記被接合部材を摩擦かく拌接合するときの摩擦かく拌接合方法であって、
移動している前記接合ヘッドと前記接合線に沿った方向との偏差である接合偏差を偏差検出装置によって検出する手順と、
前記接合偏差が予め定められた最大偏差である偏差限界値を超えた場合には、前記接合偏差が次にゼロになるまでの間、前記接合偏差を解消するための、前記接合ヘッドと前記接合線とのずれ方向の違いにより極性の異なる位置補正信号を前記制御装置から前記駆動装置に出力して前記接合ヘッドを前記接合線に近づけるように移動するとともに、前記接合偏差がゼロになった場合には、前記接合偏差が次に前記偏差限界値を超えるまでの間、前記制御装置から前記駆動装置への前記位置補正信号の出力を停止するようにして、前記接合ヘッドを前記接合線に近づける方向に移動させながら前記被接合部材を摩擦かく拌接合する手順と、を有することを特徴とする摩擦かく拌接合方法。

【請求項12】

請求項１１において、
前記摩擦かく拌接合時に、前記接合ヘッドに取り付けられている接合ツールのピン部の前記被接合部材への挿入量を前記制御装置が所定の挿入適正範囲に維持する手順を有することを特徴とする摩擦かく拌接合方法。

【請求項13】

請求項１２において、
前記ピン部の前記挿入量を前記挿入適正範囲に維持する手順は、前記制御装置が、前記接合ツールを回転させる電動機に供給されるモータ駆動電流にもとづいて前記ピン部の前記挿入量を前記挿入適正範囲に維持する手順であることを特徴とする摩擦かく拌接合方法。

【請求項14】

請求項１２において、
前記ピン部の前記挿入量を前記挿入適正範囲に維持する手順は、
前記接合ヘッドに備わる距離計測装置が前記接合ヘッドから前記被接合部材までの距離を計測した距離信号にもとづいて、前記制御装置が、前記ピン部の前記挿入量を前記挿入適正範囲に維持する手順であることを特徴とする摩擦かく拌接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１〜３には、回転する接合ツールで被接合部材に塑性流動を発生させて被接合部材を接合する摩擦かく拌接合装置（ＦＳＷ装置）が記載されている。
特許文献１には、５軸マシニングセンタにツール（接合ツール）を取り付けて、３次元の接合に適した構造の摩擦かく拌接合装置が記載されている。
特許文献２には、ツール（接合ツール）を回転させる主軸モータの負荷や電流が所定の範囲になるようにツールの挿入深さ等を制御して被接合部材の変形の影響を受けにくくした摩擦かく拌接合装置が記載されている。
特許文献３には、被接合部材に挿入された接合ツールの先端部分をスイングさせることによって塑性流動領域の幅を広げて接合強度を高める構成の摩擦かく拌接合装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−１３６３３１号公報

【特許文献2】特開２００３−０８０３８０号公報

【特許文献3】国際公開番号ＷＯ２００５／０８９９９８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

摩擦かく拌接合は、被接合部材の接合線（接合する部分に形成される境界線）に沿って接合ツールを移動させる。また、接合ツールは回転しながら被接合部材に挿入される。したがって、接合ツールは回転に対する反力（回転反力）を被接合部材から受ける。このため、接合線に沿って移動する接合ツールには、接合線から離れる方向に向かう外力（転向力）が作用する。

【0005】

大型の摩擦かく拌接合装置であれば、大きな質量で転向力を抑え込んで、接合ツールを接合線に沿って移動させることができる。つまり、接合ツールや周辺機器の質量を高めるとともに大型で強力な駆動装置で接合ツールを移動させることで、転向力の影響を受けずに接合ツールを移動できる。しかしながら、小型軽量の摩擦かく拌接合装置は、質量によって転向力を充分に抑え込むことができないので、移動する接合ツールが接合線から離れて接合線と接合ツールの間にずれ（接合偏差）が生じる場合がある。
小型の摩擦かく拌接合装置で摩擦かく拌接合の品質を向上するためには、転向力によって生じる接合偏差を補正する必要がある。

【0006】

しかしながら、特許文献１〜３には、移動する接合ツールと、接合線との間に生じる接合偏差を補正する技術についての記載はない。
例えば、特許文献１に記載される補正機構は、ツール（接合ツール）の回転軸と平行な方向にツールの位置を変更する構成であって、移動するツールと接合線との間に生じる接合偏差を補正する構成ではない。
特許文献２の摩擦かく拌接合装置は、ツール（接合ツール）を回転させる主軸モータの主軸負荷率に応じてツールの挿入深さを変更する構成であるが、接合線とツールとの間に生じる接合偏差を補正する構成ではない。
また、特許文献３の接合装置（摩擦かく拌接合装置）は、接合ツールを傾斜させて塑性流動領域を広げることによって接合強度を高める構成であるが、接合線とツールとの間に生じる接合偏差を補正する構成ではない。

【0007】

このように、特許文献１〜３に記載される摩擦かく拌接合装置は、回転する接合ツールに作用する転向力で生じる接合線と接合ツールとの接合偏差を補正して、接合ツールを精度よく接合線に沿って移動させて、品質の高い摩擦かく拌接合が可能な構成になっておらず改善の余地を有する。

【0008】

そこで、本発明は、精度よく接合ツールを移動させて、品質の高い摩擦かく拌接合が可能な摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するため本発明は、多軸の自由度を有するロボット本体の手首ヘッドに取付けられた接合ヘッドと、前記ロボット本体を有してなり、２つの被接合部材を接合する接合線に沿って前記接合ヘッドを移動可能な駆動装置と、前記接合ヘッドに備わる電動機にモータ駆動電流を供給して接合ツールを回転させながら前記接合ツールのピン部を前記被接合部材に挿入し、さらに、前記接合ヘッドが前記接合線に沿って移動するように前記駆動装置を制御して２つの前記被接合部材を摩擦かく拌接合する制御装置と、移動している前記接合ヘッドと前記接合線に沿った方向との偏差である接合偏差を検出する偏差検出装置と、を有し、前記制御装置は、前記摩擦かく拌接合時において前記接合偏差が予め定められた最大偏差である偏差限界値を超えた場合には、前記接合偏差が次にゼロになるまでの間、前記接合ヘッドを前記接合線に近づける方向に移動させて前記接合偏差を解消するための、前記接合ヘッドと前記接合線とのずれ方向の違いにより極性の異なる位置補正信号を前記駆動装置に出力して前記接合ヘッドを前記接合線に近づけるように前記接合ヘッドを移動するとともに、前記接合偏差がゼロになった場合には、前記接合偏差が次に前記偏差限界値を超えるまでの間、前記位置補正信号の前記駆動装置への出力を停止することを特徴とする摩擦かく拌接合装置とする。また、摩擦かく拌接合装置が被接合部材を摩擦かく拌接合するときに実行される摩擦かく拌接合方法とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、精度よく接合ツールを移動させて、品質の高い摩擦かく拌接合が可能な摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】摩擦かく拌接合装置を示す図である。

【図2】摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。

【図3】撮像装置が接合線を撮像する状態を示す図であって、（ａ）は２つの被接合部材がつき合わされた状態を示す図、（ｂ）は２つの被接合部材が重ね合わされた状態を示す図である。

【図4】制御装置の機能ブロック図である。

【図5】位置補正信号のＯＮ／ＯＦＦと接合ヘッドの進行方向を示す図である。

【図6】画像処理部が位置補正信号を出力する手順を示すフローチャートである。

【図7】ツール挿入量とトルクの関係を示す図である。

【図8】実施例２に係る接合ヘッドを示す図である。

【図9】ツール挿入量の挿入適正範囲と押圧荷重の関係を示す図である。

【図10】実施例３に係る接合ヘッドを示す図である。

【図11】ツール挿入量の挿入適正範囲とヘッド高さの関係を示す図である。

【図12】実施例４に係る摩擦かく拌接合装置を示す図である。

【図13】実施例５に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。

【図14】実施例６に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。

【図15】実施例７に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施例に係る摩擦かく拌接合装置について、適宜図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す各図面では、共通する部材には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

【実施例1】

【0013】

図１は摩擦かく拌接合装置を示す図である。図２は摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。
実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、接合ヘッド２０がロボット本体１０に取り付けられて構成されている。そして、ロボット本体１０は接合ヘッド２０を移動させる駆動装置になる。
図１に示すように、ロボット本体１０は、台座部１０ａと、下腕１０ｂと、上腕１０ｃと、手首１０ｄと、手首ヘッド１０ｅと、を備えている。接合ヘッド２０は手首ヘッド１０ｅに取り付けられている。

【0014】

下腕１０ｂは台座部１０ａに取り付けられている。下腕１０ｂは台座部１０ａに対してＳ軸周りに旋回可能になっている。また、下腕１０ｂは台座部１０ａに対してＬ軸周りに傾動可能になっている。Ｓ軸は、台座部１０ａが設置される設置面Ｇに対して垂直方向に延びる軸である。

【0015】

上腕１０ｃは下腕１０ｂに対してＵ軸周りに揺動可能に取り付けられている。Ｌ軸とＵ軸は互いに平行であって、ともにＳ軸に対して直交する軸である。
手首１０ｄは、Ｒ軸周りに回転可能に上腕１０ｃに取り付けられている。Ｒ軸はＵ軸と直交する軸であって、上腕１０ｃの延伸方向に延びる軸である。

【0016】

手首１０ｄの先端には手首ヘッド１０ｅが取り付けられている。手首ヘッド１０ｅは、Ｂ軸周りに回転可能に取り付けられている。Ｂ軸はＲ軸と直交する軸であって、手首１０ｄとともにＲ軸周りに回転する。

【0017】

また、手首ヘッド１０ｅはＴ軸周りに回転可能となっている。Ｔ軸はＢ軸と直交する軸であって、手首ヘッド１０ｅとともにＢ軸周りに回転する。

【0018】

下腕１０ｂは台座部１０ａに対して２自由度（Ｓ軸周り、Ｌ軸周り）で取り付けられている。上腕１０ｃは下腕１０ｂに対して１自由度（Ｕ軸周り）で取り付けられている。手首１０ｄは上腕１０ｃに対して１自由度（Ｒ軸周り）で取り付けられている。手首ヘッド１０ｅは手首１０ｄに対して１自由度（Ｂ軸周り）で取り付けられている。そして、手首ヘッド１０ｅが１自由度でＴ軸周りに回転する。
このように、ロボット本体１０は、６軸（Ｓ軸，Ｌ軸，Ｕ軸，Ｂ軸，Ｒ軸，Ｔ軸）の自由度を有する６軸ロボットである。そして、接合ヘッド２０が取り付けられる手首ヘッド１０ｅは設置面Ｇに対して６自由度を有する。

【0019】

ロボット本体１０及び接合ツール２０は制御装置３０で制御される。
なお、ロボット本体１０は、広く使用されている６軸や６軸に相当する産業用ロボットであればよい。また、ロボット本体１０は、電力で駆動するものであってもよいし、油圧や空気圧で駆動するものであってもよい。

【0020】

図２に示すように、本体部２０ａの先端に接合ツール２が取り付けられて接合ヘッド２０が構成される。本体部２０ａの内部には電動機（主軸モータ３）が収納されており、接合ツール２は主軸モータ３によって本体部２０ａの先端で回転する。主軸モータ３の回転軸はＴ軸と平行に設けられている。よって、接合ツール２はＴ軸と平行な回転軸周りに回転する。例えば、主軸モータ３で回転するチャック部２０ｂが本体部２０ａの先端に配設され、このチャック部２０ｂが接合ツール２を保持する構成であればよい。
主軸モータ３は、図１に示すロボット本体１０を制御する制御装置３０（図１参照）で制御される。

【0021】

接合ツール２はショルダ部２ａとピン部２ｂとを有する。ショルダ部２ａは円柱形を呈する。ピン部２ｂは、ショルダ部２ａが縮径した形状であって、ショルダ部２ａと同軸に形成されている。
摩擦かく拌接合は、ピン部２ｂが被接合部材４の内部に挿入されてショルダ部２ａが被接合部材４の表面４ａに接し、この状態で接合ツール２が回転して進行する。

【0022】

制御装置３０（図１参照）は、摩擦かく拌接合される２つの被接合部材４がつき合わせられる境界（接合線４ｂと称する）に接合ツール２を移動して主軸モータ３を回転させる。接合線４ｂは２つの被接合部材４を接合する境界になる。そして、ピン部２ｂが被接合部材４に挿入されるように接合ツール２を被接合部材４に押圧する。２つの被接合部材４は図示しない固定手段で作業用のテーブル（図示せず）等に固定され、摩擦かく拌接合時には、接合線４ｂで互いに離反しないようになっている。
そして制御装置３０は、回転する接合ツール２のピン部２ｂが被接合部材４に挿入された状態で接合ツール２を接合線４ｂに沿って移動させる。このとき制御装置３０は、ロボット本体１０を制御して接合ツール２を移動させる。

【0023】

なお、接合ヘッド２０は６軸の自由度でロボット本体１０に保持される。そして、ロボット本体１０は、接合線４ｂに沿った方向へ接合ヘッド２０を移動可能に構成される。また、ロボット本体１０は、被接合部材４に対して接合ヘッド２０を近接及び離反する方向へ移動可能に構成されている。
なお、摩擦かく拌接合装置１は、２つの被接合部材４が重なり合った部分を摩擦かく拌接合することも可能である。

【0024】

例えば、制御装置３０（図１参照）は、数値データとして予め入力されている接合線４ｂの形状にもとづいてロボット本体１０（図１参照）を制御し、回転しながら被接合部材４に挿入された接合ツール２を接合線４ｂに沿って移動させる。

【0025】

このように、実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、図１に示すロボット本体１０の手首ヘッド１０ｅに、図２に示す接合ヘッド２０が取り付けられて構成され、図１に示す制御装置３０で制御される。

【0026】

接合ヘッド２０の本体部２０ａには撮像装置２０ｃが備わっている。撮像装置２０ｃは、摩擦かく拌接合時に被接合部材４の接合線４ｂを撮像するように備わっている。撮像装置２０ｃは、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサやＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサを利用するものであればよい。
撮像装置２０ｃは、摩擦かく拌接合装置１が被接合部材４を摩擦かく拌接合するときに接合線４ｂを撮像する。

【0027】

図３は、撮像装置が接合線を撮像する状態を示す図であって、（ａ）は２つの被接合部材がつき合わされた状態を示す図、（ｂ）は２つの被接合部材が重ね合わされた状態を示す図である。
図３の（ａ）に示すように、摩擦かく拌接合する２つの被接合部材４がそれぞれの一辺で互いに当接して付き当てられたとき、２つの被接合部材４の境界が接合線４ｂになる。制御装置３０は、ロボット本体１０（図１参照）を制御して接合線４ｂに沿うように接合ヘッド２０を移動する。撮像装置２０ｃは、接合ヘッド２０の進行方向前方に配置され、接合ヘッド２０よりも進行方向前方の接合線４ｂを撮像する。撮像装置２０ｃが接合線４ｂを撮像した信号（映像信号ＳｉｇＶ）は制御装置３０に入力される。

【0028】

また、図３の（ｂ）に示すように、重なり合った２つの被接合部材４を摩擦かく拌接合する場合、２つの被接合部材４が重なり合った部分に接合線４ｂが形成される。この場合、撮像装置２０ｃは、当該撮像装置２０ｃの側に配置される一方の被接合部材４の端辺を接合線４ｂとして撮像する。

【0029】

図４は制御装置の機能ブロック図である。図５は位置補正信号のＯＮ／ＯＦＦと接合ヘッドの進行方向を示す図である。
図４に示すように、制御装置３０は、制御部３０ａと、モータ駆動部３０ｂと、電流計３０ｃと、画像処理部３０ｄと、を有する。制御部３０ａは、いずれも図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、インタフェース等を含んで構成されるコンピュータ装置であり、ＣＰＵが所定のプログラムを実行して摩擦かく拌接合装置１（図１参照）を制御する。

【0030】

モータ駆動部３０ｂは、制御部３０ａからの指令に応じて接合ヘッド２０の主軸モータ３に供給する電流（モータ駆動電流Ｉｍ）を出力する。電流計３０ｃは、主軸モータ３に供給するモータ駆動電流Ｉｍを計測した計測信号（電流検出信号Ｓｉｇ１）を制御部３０ａに入力する。
制御部３０ａは、電流検出信号Ｓｉｇ１から、主軸モータ３に供給されるモータ駆動電流Ｉｍを算出する。

【0031】

なお、制御部３０ａは主軸モータ３を所定の回転速度で回転させる。例えば、制御部３０ａは、主軸モータ３の回転速度を計測する回転速度計（図示せず）から入力される信号にもとづいたフィードバック制御で主軸モータ３の回転速度を所定の回転速度に維持するように構成される。

【0032】

画像処理部３０ｄには、撮像装置２０ｃが撮像した映像信号ＳｉｇＶが入力される。画像処理部３０ｄは入力された映像信号ＳｉｇＶを画像処理して接合線４ｂ（図２参照）を抽出する。そして画像処理部３０ｄは、接合ヘッド２０（図２参照）の進行方向に対する接合線４ｂと接合ヘッド２０との間に生じるずれを検出する。

【0033】

接合線４ｂと接合ヘッド２０との間には、接合ツール２（図２参照）の回転によってずれが生じる。
制御装置３０は、図５に示すように、接合線４ｂに沿った方向を進行方向として接合ヘッド２０を進行させるようにロボット本体１０（図１参照）を制御する。接合ヘッド２０においては接合ツール２が回転（図５に示す一例では右回転）しているので、接合ヘッド２０には進行方向（接合線４ｂに沿った方向）から外れる方向（図５に示す一例では進行方向に向かって左方向）に向かう転向力Ｐ１が発生する。接合ヘッド２０の進行方向は転向力Ｐ１によって左側に向かって転向し、接合ヘッド２０が接合線４ｂからずれる。このように、接合ツール２の回転で生じる転向力Ｐ１によって、接合線４ｂと接合ヘッド２０との間にずれが発生する。

【0034】

例えば、摩擦かく拌接合時において、制御装置３０（図１参照）は、予め入力されている接合線４ｂの形状に合わせて接合ヘッド２０の進行方向を決定する。このとき制御装置３０は、撮像装置２０ｃ（図２参照）が接合ヘッド２０の進行方向前方に位置するように手首ヘッド１０ｅ（図１参照）をＴ軸周りに回転させる。接合ヘッド２０の進行方向に対する接合線４ｂのずれが無いとき、画像処理部３０ｄ（図４参照）が抽出する接合線４ｂは撮像装置２０ｃの撮像範囲の中心（画像中心）に位置する。

【0035】

接合ヘッド２０の進行方向に対して接合線４ｂがずれると、図４に示す画像処理部３０ｄが抽出する接合線４ｂは撮像装置２０ｃの画像中心からずれる。画像処理部３０ｄは、接合線４ｂの画像中心からのずれ（接合偏差ΔＸ）を検出し、この接合偏差ΔＸが所定の大きさを超えたとき位置補正信号Ｓｉｇ２を出力する。位置補正信号Ｓｉｇ２は制御部３０ａに入力される。制御部３０ａは、位置補正信号Ｓｉｇ２が入力されると，接合ヘッド２０の進行方向に対する接合線４ｂの接合偏差ΔＸを解消するように、接合ヘッド２０の進行方向を補正する。

【0036】

実施例１において、接合偏差ΔＸは、移動している接合ヘッド２０と、接合線４ｂに沿った方向とのずれ（偏差）になる。
また、実施例１においては、図２に示す撮像装置２０ｃと、図４に示す画像処理部３０ｄとで、接合偏差ΔＸを検出する偏差検出装置が構成される。

【0037】

図６は画像処理部が位置補正信号を出力する手順を示すフローチャートである。図４に示す制御装置３０の画像処理部３０ｄは、図６に示す手順を適宜実行して位置補正信号Ｓｉｇ２を出力する。

【0038】

制御装置３０の画像処理部３０ｄは、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を算出する（ステップＳ１）。
さらに、画像処理部３０ｄは、接合偏差ΔＸが所定の適正範囲（適正偏差）か否かを判定する（ステップＳ２）。画像処理部３０ｄは、図５に点Ｐｘで示すように、接合偏差ΔＸが所定の大きさ（偏差限界値ΔＸｍａｘ）となったときに接合偏差ΔＸが適正偏差ではないと判定して（ステップＳ２→Ｎｏ）、位置補正信号Ｓｉｇ２を出力し（ステップＳ３）、手順をステップＳ４に進める。
画像処理部３０ｄが位置補正信号Ｓｉｇ２を出力すると、図５に太い破線で示すように位置補正信号Ｓｉｇ２がＯＮになる。一方、画像処理部３０ｄは、ステップＳ２において、接合偏差ΔＸが偏差限界値ΔＸｍａｘより小さいときには、接合偏差ΔＸが適正偏差であると判定し（ステップＳ２→Ｙｅｓ）、位置補正信号Ｓｉｇ２を出力しないでこの手順を終了する。

【0039】

画像処理部３０ｄは、接合偏差ΔＸがゼロになるまで位置補正信号Ｓｉｇ２を出力し（ステップＳ４→Ｎｏ）、接合偏差ΔＸがゼロになったら位置補正信号Ｓｉｇ２の出力を停止して（ステップＳ５）、この手順を終了する。画像処理部３０ｄが位置補正信号Ｓｉｇ２の出力を停止すると、図５に太い破線で示すように位置補正信号Ｓｉｇ２がＯＦＦになる。

【0040】

制御部３０ａは、位置補正信号Ｓｉｇ２が入力されると（位置補正信号Ｓｉｇ２がＯＮになると）、ロボット本体１０（図１参照）を制御して、接合線４ｂの方向に沿って接合ヘッド２０を進めるとともに、接合偏差ΔＸが解消する方向に接合ヘッド２０を移動する。つまり、制御装置３０（制御部３０ａ）は、位置補正信号Ｓｉｇ２が入力されると、接合ヘッド２０を接合線４ｂに近づける方向に移動させる。
図５に示すように、点Ｐｘ以降は接合ヘッド２０が接合線４ｂに向かって進行して接合偏差ΔＸが減少する。
また、制御部３０ａは、位置補正信号Ｓｉｇ２の出力が停止された時点（位置補正信号Ｓｉｇ２がＯＦＦになった時点）で、接合線４ｂに向かう方向への接合ヘッド２０の移動を停止する。

【0041】

なお、画像処理部３０ｄは、例えば、接合偏差ΔＸがゼロになる少し前に位置補正信号Ｓｉｇ２の出力を停止する構成であってもよい。この構成であれば、慣性によって接合ヘッド２０が接合線４ｂを超えることが回避され、接合ヘッド２０の位置を精度よく接合線４ｂに合わせることができる。

【0042】

また、図５に示すように、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれの方向（接合ヘッド２０の進行方向に対する左右方向）の違いによって極性（例えば、信号レベルの正（＋）と負（−））が異なる位置補正信号Ｓｉｇ２であってもよい。このような位置補正信号Ｓｉｇ２であれば、制御部３０ａは、位置補正信号Ｓｉｇ２によって、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（接合偏差ΔＸ）の方向を取得可能となる。

【0043】

一例として、図５に示すように、接合ヘッド２０の進行方向に対して左側にずれた接合偏差ΔＸが生じたときに極性が正（＋）の位置補正信号Ｓｉｇ２が発生し、接合ヘッド２０の進行方向に対して右側にずれた接合偏差ΔＸが生じたときに極性が負（−）の位置補正信号Ｓｉｇ２が発生する構成とすればよい。制御部３０ａは、位置補正信号Ｓｉｇ２の極性（正負）によって、接合ヘッド２０の進行方向に対する接合偏差ΔＸの方向（左右）を判定できる。

【0044】

また、実施例１の制御装置３０は、図２に示す摩擦かく拌接合装置１を制御して被接合部材４を摩擦かく拌接合するとき、電流計３０ｃ（図４参照）から入力される電流検出信号Ｓｉｇ１によってモータ駆動電流Ｉｍを監視する。さらに制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが所定の基準値（電流適正範囲）なるようにロボット本体１０（図１参照）を制御する。

【0045】

図７はツール挿入量とトルクの関係を示す図である。
図２に示す主軸モータ３は接合ツール２を回転する。また、摩擦かく拌接合時に接合ツール２のピン部２ｂは回転しながら被接合部材４に挿入される。したがって、ピン部２ｂは、被接合部材４から回転に対する抵抗（トルクＰ）を受ける。図７に示すように、接合ツール２（ピン部２ｂ）の被接合部材４への挿入量（ツール挿入量λ）が大きいほど接合ツール２が被接合部材４から受ける抵抗（トルクＰ）が大きくなる。
また、接合ツール２が被接合部材４から受ける抵抗（トルクＰ）は主軸モータ３の回転に対する負荷となる。したがって、接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰが大きいほど主軸モータ３の回転に対する負荷が大きくなって主軸モータ３に供給されるモータ駆動電流Ｉｍが大きくなる。

【0046】

換言すると、ツール挿入量λが大きいほどモータ駆動電流Ｉｍが大きくなる。したがって制御装置３０（図４参照）は、モータ駆動電流Ｉｍを監視することでツール挿入量λを監視できる。

【0047】

例えば、図７に示すように、被接合部材４に対するツール挿入量λの適正範囲（挿入適正範囲）が設定されていれば、その挿入適正範囲に対応するような、トルクＰの上限値（トルク上限Ｐ_Ｔ）と下限値（トルク下限Ｐ_Ｌ）が設定可能になる。

【0048】

よって、制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが、トルク上限Ｐ_Ｔに対応する電流と、トルク下限Ｐ_Ｌに対応する電流と、の間になるようにロボット本体１０（図１参照）を制御することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。
トルク上限Ｐ_Ｔに対応する電流と、トルク下限Ｐ_Ｌに対応する電流と、の間をモータ駆動電流Ｉｍの電流適正範囲と設定すれば、制御装置３０はモータ駆動電流Ｉｍを電流適正範囲に維持することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。

【0049】

制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲より大きい場合、ツール挿入量λが挿入適正範囲より大きいと判定して、ロボット本体１０を制御してツール挿入量λを小さくする。被接合部材４へのピン部２ｂの挿入量が減るとともにショルダ部２ａが被接合部材４を押圧する押圧力が低下する。これによって、接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰが小さくなって主軸モータ３の負荷が軽減されてモータ駆動電流Ｉｍが低下する。
また、制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲より小さい場合、ツール挿入量λが挿入適正範囲より小さいと判定して、ロボット本体１０を制御してツール挿入量λを大きくする。被接合部材４へのピン部２ｂの挿入量が増えるとともにショルダ部２ａが被接合部材４を押圧する押圧力が増大する。これによって、接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰが大きくなって主軸モータ３の負荷が増大しモータ駆動電流Ｉｍが増大する。

【0050】

なお、制御装置３０は、ツール挿入量λを小さくするとき、又はツール挿入量λを大きくするとき、下腕１０ｂと、上腕１０ｃと、手首１０ｄと、手首ヘッド１０ｅと、の動作の組み合わせで、接合ツール２が被接合部材４に対して垂直な方向に移動するようにロボット本体１０を制御する。

【0051】

このように、実施例１の制御装置３０（図４参照）は、摩擦かく拌接合時に、電流計３０ｃ（図４参照）から入力される電流検出信号Ｓｉｇ１によってモータ駆動電流Ｉｍを監視する。そして制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲となるようにロボット本体１０を制御する。つまり、制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍにもとづいてツール挿入量λを挿入適正範囲に維持する。これによって、モータ駆動電流Ｉｍにもとづいてツール挿入量λが挿入適正範囲に維持され、摩擦かく拌接合の品質が向上する。

【0052】

なお、接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰ（主軸モータ３の負荷）と、モータ駆動電流Ｉｍと、の関係は、主軸モータ３の特性によって決定されるものであり、この特性にもとづいて、トルク上限Ｐ_Ｔとトルク下限Ｐ_Ｌに対応する電流適正範囲が決定される。
また、ツール挿入量λの挿入適正範囲と、その挿入適正範囲に対応するトルク上限Ｐ_Ｔ及びトルク下限Ｐ_Ｌは、被接合部材４の材質等にもとづいて適宜設定される。

【0053】

以上のように、図１，２に示す実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、被接合部材４の接合線４ｂに沿った進行方向に対して接合ヘッド２０がずれたとき（図５に示す接合偏差ΔＸが生じたとき）、ずれを解消するように接合ヘッド２０が移動するので、接合ヘッド２０が精度よく接合線４ｂに沿って進行する。したがって、被接合部材４を摩擦かく拌接合するときの位置精度が向上し、摩擦かく拌接合の品質が向上する。

【0054】

また、制御装置３０は、主軸モータ３に供給するモータ駆動電流Ｉｍを電流適正範囲に維持することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。これによって、摩擦かく拌接合するとき、接合ツール２（ピン部２ｂ）が適正に被接合部材４に挿入されるので、摩擦かく拌接合の品質が向上する。

【実施例2】

【0055】

図８は実施例２に係る接合ヘッドを示す図である。図９はツール挿入量の挿入適正範囲と押圧荷重の関係を示す図である。
図８に示すように、実施例２の接合ヘッド２０は、荷重センサ（ロードセル２１）を介して手首ヘッド１０ｅに取り付けられている。
なお、ロードセル２１が備わる以外、実施例２の摩擦かく拌接合装置１は、図１，２に示す実施例１の摩擦かく拌接合装置１と同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。

【0056】

ロードセル２１は、手首ヘッド１０ｅに対して接合ヘッド２０が押圧されたときの荷重を検出し、検出信号（荷重信号Ｓｉｇ３）を出力する。荷重信号Ｓｉｇ３は制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）に入力される。

【0057】

制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）は、接合ヘッド２０が手首ヘッド１０ｅを押圧する荷重（押圧荷重Ｗ）を荷重信号Ｓｉｇ３から算出する。押圧荷重Ｗが大きいほどツール挿入量λが大きくなる。したがって、制御装置３０は押圧荷重Ｗを調節することでツール挿入量λを調節できる。なお、押圧荷重Ｗとツール挿入量λの関係は被接合部材４の材質による特性として決定される。
例えば、図９に示すように、被接合部材４に対するツール挿入量λの適正範囲（挿入適正範囲）が設定される場合、その挿入適正範囲に対応するような、押圧荷重Ｗの上限値（荷重上限Ｗ_Ｔ）と下限値（荷重下限Ｗ_Ｌ）が設定可能になる。

【0058】

よって、制御装置３０（図４参照）は、押圧荷重Ｗが、荷重上限Ｗ_Ｔと、荷重下限Ｗ_Ｌと、の間になるようにロボット本体１０（図１参照）を制御することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。
荷重上限Ｗ_Ｔと、荷重下限Ｗ_Ｌと、の間を押圧荷重Ｗの荷重適正範囲と設定すれば、制御装置３０は押圧荷重Ｗを荷重適正範囲に維持することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。
制御装置３０は、押圧荷重Ｗが荷重適正範囲より小さい場合、ロボット本体１０を制御してツール挿入量λを大きくする。ショルダ部２ａが被接合部材４を押圧する押圧力が増大する。これによって、接合ツール２が被接合部材４から受ける荷重が大きくなって押圧荷重Ｗが増大する。
また、制御装置３０は、押圧荷重Ｗが荷重適正範囲より大きい場合、ロボット本体１０を制御してツール挿入量λを小さくする。ショルダ部２ａが被接合部材４を押圧する押圧力が減少する。これによって、接合ツール２が被接合部材４から受ける荷重が小さくなって押圧荷重Ｗが減少する。

【0059】

このように、実施例２の制御装置３０（図４参照）は、摩擦かく拌接合時に、ロードセル２１（図８参照）から入力される荷重信号Ｓｉｇ３によって押圧荷重Ｗを監視する。そして制御装置３０は、押圧荷重Ｗが荷重適正範囲となるようにロボット本体１０を制御する。これによって、ツール挿入量λが挿入適正範囲に維持されて摩擦かく拌接合の品質が向上する。

【実施例3】

【0060】

図１０は実施例３に係る接合ヘッドを示す図である。図１１はツール挿入量の挿入適正範囲とヘッド高さの関係を示す図である。
図１０に示すように、実施例３の接合ヘッド２０には距離計２２（距離計測装置）が備わっている。
なお、距離計２２が備わる以外、実施例３の摩擦かく拌接合装置１は、図１，２に示す実施例１の摩擦かく拌接合装置１と同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。

【0061】

距離計２２は、接合ヘッド２０から被接合部材４の表面４ａまでの距離を計測し、計測した距離を計測信号（距離信号Ｓｉｇ４）に変換して出力する。距離信号Ｓｉｇ４は制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）に入力される。距離計２２（距離計測装置）の構造は限定しない。例えば、レーザ光を被接合部材４に向けて照射し、その反射光から表面４ａまでの距離を計測する非接触式の距離計２２であってもよい。または、被接合部材４に向かうロッド（図示せず）を有し、そのロッドの変位量にもとづいて表面４ａまでの距離を計測する接触式の距離計２２であってもよい。

【0062】

制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）は、被接合部材４の表面４ａに対する接合ヘッド２０の高さ（ヘッド高さＨｄ）を距離信号Ｓｉｇ４から算出する。ヘッド高さＨｄが小さいほどツール挿入量λが大きくなる。ヘッド高さＨｄとツール挿入量λの関係は被接合部材４の材質による特性として決定される。したがって、制御装置３０はヘッド高さＨｄを調節することでツール挿入量λを調節できる。
例えば、図１１に示すように、被接合部材４に対するツール挿入量λの適正範囲（挿入適正範囲）が設定される場合、その挿入適正範囲に対応するような、ヘッド高さＨｄの上限値（高さ上限Ｈｄ_Ｔ）と下限値（高さ下限Ｈｄ_Ｌ）が設定可能である。

【0063】

よって、制御装置３０（図４参照）は、ヘッド高さＨｄが、高さ上限Ｈｄ_Ｔと、高さ下限Ｈｄ_Ｌと、の間になるようにロボット本体１０（図１参照）を制御することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。
高さ上限Ｈｄ_Ｔと、高さ下限Ｈｄ_Ｌと、の間をヘッド高さＨｄの適正高さ範囲と設定すれば、制御装置３０はヘッド高さＨｄを適正高さ範囲に維持することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。
制御装置３０は、ヘッド高さＨｄが適正高さ範囲より高い場合、ロボット本体１０を制御して接合ヘッド２０を被接合部材４に近接させてツール挿入量λを大きくする。接合ツール２と被接合部材４の距離が小さくなってヘッド高さＨｄが減少する。また、制御装置３０は、ヘッド高さＨｄが適正高さ範囲より小さい場合、ロボット本体１０を制御して接合ヘッド２０を被接合部材４から離反させてツール挿入量λを小さくする。接合ツール２と被接合部材４の距離が大きくなってヘッド高さＨｄが増大する。

【0064】

このように、実施例３の制御装置３０（図４参照）は、摩擦かく拌接合時に、距離計２２（図１０参照）から入力される距離信号Ｓｉｇ４によってヘッド高さＨｄを監視する。そして制御装置３０は、ヘッド高さＨｄが適正高さ範囲となるようにロボット本体１０を制御する。つまり、実施例３において制御装置３０は、距離計２２（距離計測装置）が出力する距離信号Ｓｉｇ４にもとづいてツール挿入量λを挿入適正範囲に維持する。これによって、ツール挿入量λが挿入適正範囲に維持されて摩擦かく拌接合の品質が向上する。

【実施例4】

【0065】

図１２は実施例４に係る摩擦かく拌接合装置を示す図である。
図１２に示すように、実施例４に係る摩擦かく拌接合装置１ａは、接合ヘッド２０が昇降装置５０を介してロボット本体１０に取り付けられている。
昇降装置５０の構造は限定されない。例えば、サーボモータ５０ａと、ボールスクリュー５０ｂと、昇降ヘッド５０ｃと、で構成される昇降装置５０とすればよい。

【0066】

ボールスクリュー５０ｂは接合ヘッド２０を直線動作させる方向（Ｈ軸の方向）に延設され、サーボモータ５０ａによって軸周りに回転する。昇降ヘッド５０ｃは、ボールねじ機構でボールスクリュー５０ｂに取り付けられ、ボールスクリュー５０ｂの回転に応じてその軸方向に移動する。そして、昇降ヘッド５０ｃに接合ヘッド２０が取り付けられている。
なお、実施例４においては、接合ツール２の回転軸、つまり、主軸モータ３の回転軸の方向をＨ軸の方向とする。

【0067】

また、図示はしないが、油圧や空気圧で駆動するアクチュエータによって昇降ヘッド５０ｃがＨ軸の方向に直線運動する昇降装置であってもよい。

【0068】

実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａは、昇降装置５０が備わる以外、図１，２に示す実施例１の摩擦かく拌接合装置１と同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。
なお、図１２において、主軸モータ３が本体部２０ａの外側に配置されているが、実施例１と同様に、主軸モータ３が本体部２０ａに収納されていてもよい。

【0069】

実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａは、ロボット本体１０が有する６軸の自由度に、昇降装置５０が有する１軸の自由度（Ｈ軸方向の移動）が加わる。このため、接合ヘッド２０は設置面Ｇに対して７軸の自由度を有する。このように、実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａにおいて、接合ヘッド２０は７軸の自由度でロボット本体１０に保持される。そして昇降装置５０は、被接合部材４に対して接合ヘッド２０を近接及び離反する方向へ移動可能に構成されている。

【0070】

実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａにおいて、制御装置３０は、撮像装置２０ｃから入力される映像信号ＳｉｇＶにもとづいてロボット本体１０を制御し、接合線４ｂ（図２参照）に沿って接合ヘッド２０を移動させる。
また、制御装置３０は、主軸モータ３に供給するモータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲になるようにツール挿入量λを変更しながら被接合部材４を摩擦かく拌接合する。

【0071】

このとき、実施例４に係る制御装置３０は昇降装置５０を駆動してツール挿入量λを変更する。制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲より大きい場合、サーボモータ５０ａを駆動して接合ヘッド２０を被接合部材４から離反させてツール挿入量λを小さくする。接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰが小さくなって主軸モータ３の負荷が軽減されてモータ駆動電流Ｉｍが低下する。また、制御装置３０は、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲より小さい場合、サーボモータ５０ａを駆動して接合ヘッド２０を被接合部材４に近接させてツール挿入量λを大きくする。接合ツール２が被接合部材４から受けるトルクＰが大きくなって主軸モータ３の負荷が増大しモータ駆動電流Ｉｍが増大する。

【0072】

このように、実施例４に係る制御装置３０は、昇降装置５０を制御してモータ駆動電流Ｉｍを電流適正範囲に維持しながら被接合部材４を摩擦かく拌接合する。
実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａは、モータ駆動電流Ｉｍが電流適正範囲から外れたとき、昇降装置５０のみの駆動で電流適正範囲のモータ駆動電流Ｉｍに戻すことができるので、ロボット本体１０を駆動するよりも少ないエネルギ（電力）でモータ駆動電流Ｉｍを調節できる。

【0073】

また、昇降装置５０で接合ヘッド２０を移動する場合、ロボット本体１０で接合ヘッド２０を移動する場合よりも慣性を小さくできる。したがって、接合ヘッド２０の位置制御に対する精度が向上する。

【実施例5】

【0074】

図１３は実施例５に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。
図１３に示すように、実施例５に係る摩擦かく拌接合装置１ａの接合ヘッド２０は、荷重センサ（ロードセル２１）を介して昇降ヘッド５０ｃに取り付けられる。
なお、ロードセル２１が備わる以外、実施例５の摩擦かく拌接合装置１ａは、図１２に示す実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａと同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。

【0075】

ロードセル２１は、昇降ヘッド５０ｃに対して接合ヘッド２０が押圧されたときの荷重を検出し、荷重信号Ｓｉｇ３を出力する。荷重信号Ｓｉｇ３は制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）に入力される。
そして、実施例２と同様に、制御装置３０（図４参照）は、荷重信号Ｓｉｇ３から押圧荷重Ｗを算出する。さらに、実施例５の制御装置３０は、算出した押圧荷重Ｗが図９に示す荷重上限Ｗ_Ｔと、荷重下限Ｗ_Ｌと、の間になるように昇降装置５０を制御する。

【0076】

このように、実施例５に係る摩擦かく拌接合装置１ａの制御装置３０（図４参照）は、押圧荷重Ｗが荷重適正範囲より小さい場合、昇降装置５０を制御してツール挿入量λを大きくする。接合ツール２が被接合部材４から受ける荷重が大きくなって押圧荷重Ｗが増大する。また、制御装置３０は、押圧荷重Ｗが荷重適正範囲より大きい場合、昇降装置５０を制御してツール挿入量λを小さくする。接合ツール２が被接合部材４から受ける荷重が小さくなって押圧荷重Ｗが減少する。これによって、ツール挿入量λが挿入適正範囲に維持されて摩擦かく拌接合の品質が向上する。
また、実施例４と同様に、少ないエネルギでツール挿入量λを調節できる。さらに、接合ヘッド２０の移動に対する慣性を小さくできるので、接合ヘッド２０の位置制御に対する精度が向上する。

【実施例6】

【0077】

図１４は実施例６に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。
図１４に示すように、実施例６に係る摩擦かく拌接合装置１ａの接合ヘッド２０には距離計２２が備わっている。
なお、距離計２２が備わる以外、実施例６の摩擦かく拌接合装置１ａは、図１２に示す実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａと同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。

【0078】

距離計２２は、接合ヘッド２０から被接合部材４の表面４ａまでの距離（ヘッド高さＨｄ）を計測して距離信号Ｓｉｇ４を出力する。制御装置３０（図４参照）は、距離信号Ｓｉｇ４からヘッド高さＨｄを算出する。さらに、実施例６の制御装置３０は、算出したヘッド高さＨｄが図１１に示す高さ上限Ｈｄ_Ｔと、高さ下限Ｈｄ_Ｌと、の間（適正高さ範囲）になるように昇降装置５０を制御する。

【0079】

制御装置３０（図４参照）は、ヘッド高さＨｄが適正高さ範囲より低い場合、昇降装置５０を制御してツール挿入量λを小さくする。接合ヘッド２０と被接合部材４が離反してヘッド高さＨｄが増大する。また、制御装置３０は、ヘッド高さＨｄが適正高さ範囲より大きい場合、昇降装置５０を制御してツール挿入量λを大きくする。接合ヘッド２０と被接合部材４が近接してヘッド高さＨｄが減少する。

【0080】

このように、実施例６に係る摩擦かく拌接合装置１ａの制御装置３０（図４参照）は、昇降装置５０を制御してヘッド高さＨｄを適正高さ範囲に維持しながら被接合部材４を摩擦かく拌接合する。これによって、ツール挿入量λが挿入適正範囲に維持されて摩擦かく拌接合の品質が向上する。
また、実施例４と同様に、少ないエネルギでツール挿入量λを調節できる。さらに、接合ヘッド２０の移動に対する慣性を小さくできるので、接合ヘッド２０の位置制御に対する精度が向上する。

【実施例7】

【0081】

図１５は実施例７に係る摩擦かく拌接合装置の接合ヘッドを示す図である。
図１５に示すように、実施例７の摩擦かく拌接合装置１ａには、昇降装置５０のサーボモータ５０ａに供給される電流（位置制御電流Ｉｓ）を計測する電流計（昇降装置電流計５０ｄ）が備わっている。昇降装置電流計５０ｄは、サーボモータ５０ａに供給される位置制御電流Ｉｓを計測して計測信号（昇降電流信号Ｓｉｇ５）を出力する。昇降電流信号Ｓｉｇ５は制御装置３０（図１２参照）に入力される。制御装置３０の制御部３０ａ（図４参照）は、昇降電流信号Ｓｉｇ５から、サーボモータ５０ａに供給される位置制御電流Ｉｓを算出する。

【0082】

なお、昇降装置電流計５０ｄが備わる以外、実施例７の摩擦かく拌接合装置１ａは、図１２に示す実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａと同じ構成である。また、制御装置３０（図４参照）は、実施例１と同様に、接合線４ｂに対する接合ヘッド２０のずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）を解消する。

【0083】

制御装置３０（図４参照）は、サーボモータ５０ａを駆動して昇降ヘッド５０ｃ（接合ヘッド２０）の位置を決定したら、昇降ヘッド５０ｃをその位置に保持するためにサーボモータ５０ａに位置制御電流Ｉｓを供給する。これによって、昇降ヘッド５０ｃの位置が保持され、ひいては昇降ヘッド５０ｃに取り付けられている接合ヘッド２０の接合ツール２の位置が保持される。そして、被接合部材４を摩擦かく拌接合するときには接合ヘッド２０と被接合部材４との距離（ヘッド高さＨｄ）が保持されて、ツール挿入量λが保持される。

【0084】

摩擦かく拌接合時にヘッド高さＨｄが変化するとサーボモータ５０ａにかかる負荷が変化し、これによって位置制御電流Ｉｓが変化する。換言すると、位置制御電流Ｉｓが一定であればヘッド高さＨｄが一定になる。また、位置制御電流Ｉｓとヘッド高さＨｄとの関係は摩擦かく拌接合装置１ａ（図１２参照）の特性として決定される。

【0085】

例えば、図１１に示すように、被接合部材４に対するツール挿入量λの挿入適正範囲が設定される場合、その挿入適正範囲に対応するような、ヘッド高さＨｄの上限値（高さ上限Ｈｄ_Ｔ）と下限値（高さ下限Ｈｄ_Ｌ）が設定可能である。

【0086】

制御装置３０（図４参照）は、昇降電流信号Ｓｉｇ５から算出する位置制御電流Ｉｓが、ヘッド高さＨｄが高さ上限Ｈｄ_Ｔとなるときの電流よりも大きくなったら昇降装置５０を制御して接合ヘッド２０を被接合部材４から離反させてヘッド高さＨｄを大きくする。一方、昇降電流信号Ｓｉｇ５から算出する位置制御電流Ｉｓが、ヘッド高さＨｄが高さ下限Ｈｄ_Ｌとなるときの電流よりも小さくなったら、制御装置３０は昇降装置５０を制御して接合ヘッド２０を被接合部材４に近接させてヘッド高さＨｄを小さくする。

【0087】

このように、実施例７に係る摩擦かく拌接合装置１ａの制御装置３０は、位置制御電流Ｉｓにもとづいてヘッド高さＨｄを調節することでツール挿入量λを挿入適正範囲に維持できる。これによって、ツール挿入量λが挿入適正範囲に維持されて摩擦かく拌接合の品質が向上する。
また、実施例４と同様に、少ないエネルギでツール挿入量λを調節できる。さらに、接合ヘッド２０の移動に対する慣性を小さくできるので、接合ヘッド２０の位置制御に対する精度が向上する。

【0088】

以上のように、図１，２に示す実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、接合する２つの被接合部材４の境界として形成される接合線４ｂに沿って接合ヘッド２０を移動するとき、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間にずれ（図５に示す接合偏差ΔＸ）が生じた場合、ずれを補正することが可能に構成されている。つまり、実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間に生じる接合偏差ΔＸをゼロに近づけることができる。

【0089】

摩擦かく拌接合装置１を制御する制御装置３０は、撮像装置２０ｃから入力される映像信号ＳｉｇＶを画像処理して接合線４ｂを抽出する。そして、制御装置３０は、画像中心と接合線４ｂとのずれ（接合偏差ΔＸ）が所定の大きさを超えたとき、接合ヘッド２０と、接合線４ｂと、の間に接合偏差ΔＸが生じたと判定して接合偏差ΔＸを補正する。具体的に制御装置３０は、ロボット本体１０を制御して接合ヘッド２０を接合線４ｂの方向に移動させる。これによって接合偏差ΔＸがゼロに向かって収束し、接合ヘッド２０は、精度よく接合線４ｂに沿って移動する。したがって、被接合部材４は、接合線４ｂに沿って摩擦かく拌接合される。つまり、摩擦かく拌接合される領域が接合線４ｂから大きく離れることがないので品質の高い摩擦かく拌接合となる。

【0090】

摩擦かく拌接合においては、図２に示す接合ヘッド２０に取り付けられる接合ツール２が回転し、接合ツール２に形成されているピン部２ｂが被接合部材４に挿入した状態で、接合ヘッド２０が接合線４ｂに沿って移動する。そして、回転するピン部２ｂが被接合部材４から受ける反力によって、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間に接合偏差ΔＸを生じさせる転向力Ｐ１（図５参照）が発生する。
大型の摩擦かく拌接合装置１であれば、転向力Ｐ１を大きな質量で抑え込んで、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間に接合偏差ΔＸを生じさせることなく（又は、接合偏差ΔＸが小さな状態で）接合ヘッド２０を移動できる。

【0091】

例えば、実施例１の摩擦かく拌接合装置１は、ロボット本体１０に接合ヘッド２０が取り付けられている。ロボット本体１０は、下腕１０ｂや上腕１０ｃなどの可動部を効率よく動作させるために小型軽量化が図られている。したがって、ピン部２ｂの回転で生じる転向力Ｐ１によって接合ヘッド２０が変位しやすく、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間に接合偏差ΔＸが生じやすい。

【0092】

そこで、実施例１の制御装置３０は、接合ヘッド２０と接合線４ｂとの間に生じる接合偏差ΔＸを補正可能に構成されている。これによって、小型軽量のロボット本体１０に接合ヘッド２０が取り付けられた摩擦かく拌接合装置１（図１参照）であっても、接合線４ｂに精度よく沿った摩擦かく拌接合が可能になり、品質の高い摩擦かく拌接合が可能となる。
また、摩擦かく拌接合装置１の小型化が可能になるので、例えば、設置の自由度の高い可搬式の摩擦かく拌接合装置１とすることができる。

【0093】

また、実施例１の摩擦かく拌接合装置１を制御する制御装置３０は、主軸モータ３に供給する電流（モータ駆動電流Ｉｍ）を監視することでツール挿入量λを監視する。そして、ツール挿入量λが所定の挿入適正範囲を維持するように被接合部材４を摩擦かく拌接合できる。したがって、被接合部材４に対するピン部２ｂの挿入量が一定に維持され、品質の高い摩擦かく拌接合が可能になっている。

【0094】

また、図１２に示すように、実施例４の摩擦かく拌接合装置１ａは、昇降装置５０を有する。そして、接合ヘッド２０は昇降装置５０を介してロボット本体１０に取り付けられている。したがって、制御装置３０は、昇降装置５０を制御することで、ツール挿入量λを一定に維持することができる。
昇降装置５０は、ロボット本体１０よりも少ないエネルギ（電力）で駆動可能であるので、ツール挿入量λを一定に維持するのに必要なエネルギが削減される。

【0095】

なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではない。例えば、前記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

【0096】

この他、本発明は、前記した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、実施例１〜実施例３に記載される摩擦かく拌接合装置１（図１参照）の接合ヘッド２０（図２参照）には、撮像装置２０ｃ（図２参照）が備わる。そして、制御装置３の画像処理部３０ｄ（図４参照）は、撮像装置２０ｃから入力される映像信号ＳｉｇＶにもとづいて接合線４ｂ（図２参照）と接合ヘッド２０のずれを検出する。
この構成に限定されず、レーザ光を被接合部材４（図２参照）に照射して接合線４ｂ（図２参照）を検出する構成とすることも可能である。

【0097】

例えば、レーザ光を被接合部材４（図２参照）に照射して被接合部材４との距離を計測する非接触式の距離計（図示せず）を接合ヘッド２０（図２参照）の進行方向前方に備える。接合線４ｂ（図２参照）は、被接合部材４の表面４ａ（図２参照）に対する凹部となるのでこの部分は、距離計との距離が長くなる。制御装置３０（図４参照）は、距離計との距離が長い部分（凹部）を接合線４ｂとして抽出することによって、接合線４ｂと接合ヘッド２０とのずれを検出可能となる。
このような構成であれば、撮像装置２０ｃ（図２参照）や画像処理部３０ｄ（図４参照）が不要となり、摩擦かく拌接合装置１（図１参照）の構造を簡素化できる。

【0098】

また、画像処理部３０ｄ（図４参照）は、図５に示すように、接合偏差ΔＸが偏差限界値ΔＸｍａｘになったときに位置補正信号Ｓｉｇ２を出力する。この構成に限定されず、画像処理部３０ｄは、接合偏差ΔＸがゼロより大きくなったときに、接合偏差ΔＸの大きさを示す位置補正信号Ｓｉｇ２を出力する構成であってもよい。この場合、制御部３０ａ（図４参照）は位置補正信号Ｓｉｇ２によって接合偏差ΔＸの大きさを取得できる。したがって、制御装置３０（図４参照）は、常に接合偏差ΔＸがゼロとなるように接合ヘッド２０（図２参照）を移動させることができ、接合線４ｂ（図２参照）と接合ヘッド２０との間に生じるずれを効果的に解消できる。

【0099】

また、実施例１〜実施例７のロボット本体１０（図１参照）は６軸の自由度を有する。この構成に限定されず、ロボット本体１０の自由度は限定されない。例えば、５軸以下の自由度を有するロボット本体１０であってもよいし、７軸以上の自由度を有するロボット本体であってもよい。

【符号の説明】

【0100】

１ 摩擦かく拌接合装置
２ 接合ツール
２ｂ ピン部
３ 主軸モータ（電動機）
４ 被接合部材
４ｂ 接合線
１０ ロボット本体（駆動装置）
２０ 接合ヘッド
２０ｃ 撮像装置（偏差検出装置）
２２ 距離計（距離計測装置）
３０ 制御装置
３０ｄ 画像処理部（偏差検出装置）
５０ 昇降装置
Ｉｍ モータ駆動電流
Ｓｉｇ４ 距離信号
ΔＸ 接合偏差（偏差）
λ ツール挿入量（ピン部の挿入量）

【要約】

【課題】精度よく接合ツールを移動させて、品質の高い摩擦かく拌接合が可能な摩擦かく拌接合装置、及び、摩擦かく拌接合方法を提供することを課題とする。
【解決手段】２つの被接合部材４を接合する接合線４ｂに沿って接合ヘッド２０を移動させるロボット本体１０と、接合ヘッド２０に備わる主軸モータ３にモータ駆動電流を供給して接合ツール２を回転させながらピン部２ｂを被接合部材４に挿入し、さらに、接合ヘッド２０を接合線４ｂに沿って移動させて２つの被接合部材４を摩擦かく拌接合する制御装置と、移動している接合ヘッド２０と接合線４ｂに沿った方向との偏差（接合偏差）を検出する撮像装置２０ｃと、を有し、制御装置は、接合偏差が生じたときに、接合ヘッド２０を接合線４ｂに近づける方向に移動させて接合偏差を解消する摩擦かく拌接合装置１とする。また、摩擦かく拌接合装置１の制御装置が実行する摩擦かく拌接合方法とする。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】