特許 5992709 スポット溶接方法、スポット溶接装置及びスポット溶接プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5992709

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】スポット溶接方法、スポット溶接装置及びスポット溶接プログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/11 20060101AFI20160901BHJP

   B23K 11/00 20060101ALI20160901BHJP

   B61D 17/00 20060101ALI20160901BHJP

   B61D 17/08 20060101ALI20160901BHJP

   B61F 1/08 20060101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/11 540

   B23K11/11 570Z

   B23K11/00 510

   B61D17/00 C

   B61D17/08

   B61F1/08

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-71562(P2012-71562)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2013-202624(P2013-202624A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】712004783

【氏名又は名称】株式会社総合車両製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】神沢 祐太郎

(72)【発明者】

【氏名】河田 直樹

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２００７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９０９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／１１

Ｂ２３Ｋ １１／００

Ｂ６１Ｄ １７／００

Ｂ６１Ｄ １７／０８

Ｂ６１Ｆ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両の構体を構成する第１の部材と第２の部材とを、スポット溶接装置を用いてスポット溶接によって接合するスポット溶接方法であって、
前記スポット溶接装置の算出手段が、前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する第１の工程と、
前記スポット溶接装置の選択手段が、前記第１の工程で算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、前記第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する第２の工程と、
前記第２の工程で選択されたスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接する第３の工程とを有し、
前記第２の工程では、前記スポット溶接装置の選択手段が、前記第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、前記第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを前記一つのスポットレイアウトデータとして選択する、スポット溶接方法。

【請求項2】

前記第１の部材は前記構体を構成する側梁であり、前記第２の部材は前記構体を構成するドアフレームである、請求項１に記載のスポット溶接方法。

【請求項3】

前記第１の部材は前記構体を構成する外板であり、前記第２の部材は前記構体を構成する長尺状部材である、請求項１に記載のスポット溶接方法。

【請求項4】

前記第３の工程では、前記第１の部材と前記第２の部材とをインダイレクトスポット溶接する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスポット溶接方法。

【請求項5】

鉄道車両の構体を構成する第１の部材と第２の部材とをスポット溶接によって接合する溶接ロボットを制御するスポット溶接装置であって、
前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した各応力の大きさを比較した結果に基づいて、前記第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する選択手段と、
前記選択手段が選択したスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接するように前記溶接ロボットを制御する制御手段とを備え、
前記選択手段は、第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、前記第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを前記一つのスポットレイアウトデータとして選択する、スポット溶接装置。

【請求項6】

鉄道車両の構体を構成する第１の部材と第２の部材とをスポット溶接によって接合する溶接ロボットを制御するスポット溶接プログラムであって、
コンピュータを、
前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータを記憶させる記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した各応力の大きさを比較した結果に基づいて、前記第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する選択手段と、
前記選択手段が選択したスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、前記第１の部材と前記第２の部材とをスポット溶接するように前記溶接ロボットを制御する制御手段と、として機能させ、
前記選択手段は、第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、前記第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを前記一つのスポットレイアウトデータとして選択する、スポット溶接プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スポット溶接方法、スポット溶接装置及びスポット溶接プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、骨組みと外板とをスポット溶接で接合することによって鉄道車両の側構体を製造する方法が、知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２９５３３５４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を考慮して、スポット溶接位置の配置を適切化することが可能なスポット溶接方法、スポット溶接装置及びスポット溶接プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るスポット溶接方法は、鉄道車両構体を構成する第１の部材と第２の部材とを、スポット溶接装置を用いてスポット溶接によって接合するスポット溶接方法であって、スポット溶接装置の算出手段が、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する第１の工程と、スポット溶接装置の選択手段が、第１の工程で算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する第２の工程と、第２の工程で選択されたスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接する第３の工程とを有し、第２の工程では、スポット溶接装置の選択手段が、第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを一つのスポットレイアウトデータとして選択する。

【0006】

本発明に係るスポット溶接方法では、複数のスポットレイアウトデータのそれぞれについて、各予定位置における応力をそれぞれ算出している。続いて、算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、複数のスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択している。そのため、この選択されたスポットレイアウトデータに従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接することにより、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を考慮して、スポット溶接位置の配置を適切化できる。また、本発明に係るスポット溶接方法では、第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを一つのスポットレイアウトデータとして選択している。そのため、複数のスポットレイアウトデータのうち、応力集中が最も小さいスポットレイアウトデータを選択できる。

【0008】

第１の部材は鉄道車両構体を構成する側梁であり、第２の部材は鉄道車両構体を構成するドアフレームであってもよい。

【0009】

第１の部材は鉄道車両構体を構成する外板であり、第２の部材は鉄道車両構体を構成する長尺状部材であってもよい。

【0010】

第３の工程では、第１の部材と第２の部材とをインダイレクトスポット溶接してもよい。

【0011】

本発明に係るスポット溶接装置は、鉄道車両構体を構成する第１の部材と第２の部材とをスポット溶接によって接合する溶接ロボットを制御するスポット溶接装置であって、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する算出手段と、算出手段が算出した各応力の大きさを比較した結果に基づいて、第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する選択手段と、選択手段が選択したスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接するように溶接ロボットを制御する制御手段とを備え、選択手段は、第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを前記一つのスポットレイアウトデータとして選択する。

【0012】

本発明に係るスポット溶接装置では、算出手段が、複数のスポットレイアウトデータのそれぞれについて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する。選択手段が、算出手段によって算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、複数のスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する。そのため、制御手段が、この選択されたスポットレイアウトデータに従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接するように溶接ロボットを制御することにより、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を考慮して、スポット溶接位置の配置を適切化できる。

【0013】

本発明に係るスポット溶接プログラムは、鉄道車両構体を構成する第１の部材と第２の部材とをスポット溶接によって接合する溶接ロボットを制御するスポット溶接プログラムであって、コンピュータを、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接する予定位置の第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の配列をそれぞれ示す第１〜第ｎのスポットレイアウトデータを記憶させる記憶手段と、記憶手段に記憶された第１〜第ｎのスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する算出手段と、算出手段が算出した各応力の大きさを比較した結果に基づいて、第１〜第ｎのスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する選択手段と、選択手段が選択したスポットレイアウトデータが示す予定位置に従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接するように溶接ロボットを制御する制御手段と、として機能させ、選択手段は、第ｍ（ｍは１〜ｎの自然数）のスポットレイアウトデータの各予定位置における応力の大きさのうち最大値を第ｍの値としたときに、第ｍの値のうち最小値を示すスポットレイアウトデータを一つのスポットレイアウトデータとして選択する。

【0014】

本発明に係るスポット溶接プログラムでは、複数のスポットレイアウトデータのそれぞれについて、各予定位置における応力をそれぞれ算出する算出手段として、コンピュータを機能させる。算出手段によって算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、複数のスポットレイアウトデータから応力集中の小さい一つのスポットレイアウトデータを選択する選択手段として、コンピュータを機能させる。そのため、この選択されたスポットレイアウトデータに従って、第１の部材と第２の部材とをスポット溶接するように溶接ロボットを制御する制御手段としてコンピュータを機能させることにより、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を考慮して、スポット溶接位置の配置を適切化できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を緩和して鉄道車両構体の強度向上を図ることが可能なスポット溶接方法、スポット溶接装置及びスポット溶接プログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本実施形態に係るスポット溶接システムを示す図である。

【図2】図２（ａ）は、鉄道車両構体の外観を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、側梁及びドアフレームの分解斜視図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るスポット溶接処理の一連の流れを説明するためのフローチャートである。

【図4】図４は、ドアフレーム下部（ウェブ板）の一端部近傍におけるスポットレイアウトを示す図である。

【図5】図５は、側梁とドアフレームとをインダイレクトスポット溶接する様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0018】

図１を参照して、本実施形態に係るスポット溶接システム１の構成について説明する。スポット溶接システム１は、鉄道車両構体を構成する各種部材をスポット溶接するためのシステムであり、スポット溶接装置１０と、溶接ロボット２０とを備える。

【0019】

スポット溶接装置１０は、コンピュータにより構成され、溶接ロボット２０を制御して、溶接ロボット２０に２つの部材をスポット溶接せしめる。スポット溶接装置１０は、データ記憶部１１と、データ処理部１２と、駆動制御部１３とを有する。

【0020】

データ記憶部１１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどの各種記憶媒体により構成される。データ記憶部１１は、複数のスポットレイアウトデータ（本実施形態においては４つのスポットレイアウトデータ）、鉄道車両構体をモデル化したＣＡＤデータ、初期条件データ、及び、本実施形態に係るスポット溶接プログラムを記憶する。詳しくは後述するが、スポットレイアウトデータは、鉄道車両構体を構成する一の部材と他の部材とをスポット溶接する予定位置の配列を示す位置データである。

【0021】

データ処理部１２は、ＣＰＵにより構成される。データ処理部１２は、データ記憶部１１に記憶されている複数のスポットレイアウトデータに基づいて、スポット溶接の各予定位置における応力を算出する。データ処理部１２は、算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、複数のスポットレイアウトデータから一つのスポットレイアウトデータを選択する。データ処理部１２は、選択したスポットレイアウトデータの各予定位置及び鉄道車両構体をモデル化したＣＡＤデータから、溶接ロボット２０が鉄道車両構体をスポット溶接すべき実際の位置の２次元座標データを生成する。

【0022】

駆動制御部１３は、ＣＰＵ及び通信装置により構成される。駆動制御部１３は、データ処理部１２が生成した２次元座標データに基づいて溶接ロボット２０に信号を出力し、溶接ロボット２０の位置決め動作及び溶接動作を制御する。すなわち、駆動制御部１３は、溶接ロボット２０のオフラインティーチングを行う。

【0023】

溶接ロボット２０は、インダイレクト方式でスポット溶接を行う溶接ロボットである。溶接ロボット２０は、駆動制御部１３から受信した信号に基づいて、位置決め動作及び溶接動作を行う。溶接ロボット２０は、本体２１と、スポット溶接電極用アクチュエータ２２と、コンタクト電極用アクチュエータ２３と、位置決めアクチュエータ２４とを備える。本体２１は、駆動制御部１３から受信した信号を、スポット溶接用アクチュエータ２２、コンタクトガン用アクチュエータ２３、及び位置決めアクチュエータ２４に送信する。

【0024】

スポット溶接電極用アクチュエータ２２は、本体２１の側面２１ａに取り付けられている。スポット溶接電極用アクチュエータ２２は、本体２１が有するアクチュエータ（図示せず）により、図１における矢印Ａ方向（Ｚ方向、鉛直方向）において往復移動可能である。そのため、本体２１は、スポット溶接電極用アクチュエータ２２の鉛直方向における位置決めを行う。

【0025】

スポット溶接電極用アクチュエータ２２は、水平方向（Ｙ方向）に延びるエアシリンダ２２ａ（図４参照）と、水平方向（Ｙ方向）において突出するようにエアシリンダ２２ａの先端に取り付けられたスポット溶接電極２２ｂ（図４参照）とを有する。スポット溶接電極２２ｂは、エアシリンダ２２ａにより、図１における矢印Ｂ方向（Ｙ方向、水平方向）に往復移動可能である。

【0026】

コンタクト電極用アクチュエータ２３は、本体２１の側面２１ａに取り付けられている。コンタクト電極用アクチュエータ２３は、水平方向（Ｙ方向）に延びるエアシリンダ２３ａ（図４参照）と、鉛直方向（Ｚ方向）上向きに突出するようにエアシリンダ２３ａの先端に取り付けられたコンタクト電極２３ｂ（図４参照）とを有する。コンタクト電極２３ｂは、エアシリンダ２３ａにより、図１における矢印Ｃ方向（Ｚ方向、鉛直方向）に往復移動可能である。

【0027】

位置決めアクチュエータ２４は、本体２１を図１における矢印Ｄ方向（Ｘ方向、水平方向）に往復移動させる。位置決めアクチュエータ２４は、スポット溶接電極用アクチュエータ２２及びコンタクト電極用アクチュエータ２３が延びる方向（Ｙ方向）と直交するように水平方向（Ｘ方向）に沿って延びる。位置決めアクチュエータ２４は、本体２１の水平方向における位置決めを行う。

【0028】

続いて、鉄道車両構体を構成する各種部材をスポット溶接システム１によりスポット溶接する方法について説明する。図２（ａ）に示されるように、鉄道車両構体３０は、屋根構体３１と、側構体３２と、台枠３３と、妻構体３４とが互いに接合されて構成され、乗客を収容する空間を内部に有する箱型形状をなしている。鉄道車両構体３０は、例えばステンレス製である。

【0029】

側構体３２には、ドア用開口部３５が長手方向に沿って交互に設けられている。ドア用開口部３５の周囲には、鉄道車両の外側面を構成する外板パネル３６が設けられている。ドア用開口部３５の周縁部には、ドアフレーム３７が設けられている。ドア用開口部３５及びドア枠部材３７で構成される出入口部３８には、ドア３９が設置されている。

【0030】

以下では、図２（ｂ）に示されるように、台枠３３の一部である側梁３３ａとドアフレーム３７の下部３７ａ（ドアフレーム下部３７ａ）とをスポット溶接システム１によりスポット溶接する方法を、一例として説明する。側梁３３ａは、一方向に沿って延びる矩形状のウェブ板３３ｂと、ウェブ板３３ｂの幅方向における両端に一体的に設けられた一対のフランジ板３３ｃとを有する。そのため、側梁３３ａは、断面Ｃ字形状を呈する。

【0031】

ドアフレーム下部３７ａは、一方向に沿って延びる矩形状のウェブ板３７ｂと、ウェブ板３７ｂの幅方向における一端に一体的に設けられたフランジ板３７ｃとを有する。そのため、ドアフレーム下部３７ａは、断面Ｌ字形状を呈する。フランジ板３７ｃは、ウェブ板３７ｂの長手方向における略中央に位置する。フランジ板３７ｃの長さは、ウェブ板３７ｂの長さよりも短い。

【0032】

側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとのスポット溶接は、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士が接すると共にフランジ板３７ｃが一方のフランジ板３３ｃに載った状態で、行われる。なお、図２（ｂ）において、ウェブ板３３ｂに描かれた丸印と、ウェブ板３７ｂに描かれた丸印とが破線で繋がっているのは、これらの丸印の位置においてウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士がスポット溶接により接合されていることを示す。

【0033】

スポット溶接にあたり、まず、スポット溶接装置１０のデータ処理部１２は、データ記憶部１１からスポット溶接プログラムを読み出して、スポット溶接処理を開始する。次に、データ処理部１２は、側梁３３ａ及びドアフレーム下部３７ａをそれぞれモデル化したＣＡＤデータと、初期条件データとを、データ記憶部１１から読み出す（図３のステップＳ１）。

【0034】

初期条件データは、側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとがスポット溶接で接合されていると仮定した部材モデルの両端における変位量である。この変位量は、鉄道車両構体３０の全体モデルに最大垂直荷重を付加したときの解析結果に基づいて得られる。

【0035】

続いて、データ処理部１２は、第１のスポットレイアウトデータをデータ記憶部１１から読み出す（図３のステップＳ２）。第１のスポットレイアウトデータは、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士をスポット溶接する予定位置の第１の配列を示す位置データである。第１の配列は、図４（ａ）に示されるように、所定間隔で長手方向に並ぶスポット溶接の予定位置が２列存在している。スポット溶接の予定位置の位置座標を（Ｘ，Ｚ）の直交座標系で表したとき、第１のスポットレイアウトデータは、（１，１）、（１，３）、（３，１）、（３，３）、（５，１）、（５，３）、（７，１）、（７，３）となる。

【0036】

続いて、データ処理部１２は、ＣＡＤデータ、初期条件データ及び第１のスポットレイアウトデータに基づいて、各予定位置における応力を算出する（図３のステップＳ３）。具体的には、データ処理部１２は、第１のスポットレイアウトデータで示される予定位置で、側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとがスポット溶接のみで接合されていると仮定した部材モデルの両端に、初期条件データによる変位量を設定し、ウェブ板３３ｂでのフォン・ミーゼス（Von-Mises）応力分布を計算する。次に、データ処理部１２は、計算した応力分布から、各予定位置の座標におけるフォン・ミーゼス応力の大きさを取得する。従って、データ処理部１２は、座標とフォン・ミーゼス応力の大きさとの組（Ｘ座標，Ｚ座標，応力値）を解析データとして、予定位置ごとに得る。

【0037】

続いて、データ処理部１２は、全てのスポットレイアウトデータの解析が終了したか否かについて判断する（図３のステップＳ４）。本実施形態では、第２〜第４のスポットレイアウトデータの解析がまだ終了していないため、ステップＳ２に戻り、データ処理部１２は、第２のスポットレイアウトデータをデータ記憶部１１から読み出し（図３のステップＳ２）、同様に応力の解析を行う（図３のステップＳ３）。本実施形態では、この処理を第３及び第４のスポットレイアウトデータについても繰り返す。

【0038】

第２のスポットレイアウトデータは、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士をスポット溶接する予定位置の第２の配列を示す位置データである。第２の配列は、図４（ｂ）に示されるように、ウェブ板３７ｂの端部において第１の配列よりもスポット溶接の予定位置が密集していると共に、ウェブ板３７ｂの隅部近傍においてスポット溶接の予定位置が存在していない。スポット溶接の予定位置の位置座標を（Ｘ，Ｚ）の直交座標系で表したとき、第２のスポットレイアウトデータは、（１，１）、（２，１）、（２，２）、（３，１）、（３，２）、（３，３）、（４，１）、（４，２）、（４，３）、（５，１）、（５，２）、（５，３）、（７，１）、（７，３）となる。

【0039】

第３のスポットレイアウトデータは、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士をスポット溶接する予定位置の第３の配列を示す位置データである。第３の配列は、図４（ｃ）に示されるように、ウェブ板３７ｂの端部において第１の配列よりもスポット溶接の予定位置が密集しているが、ウェブ板３７ｂの隅部近傍において第２の配列よりもスポット溶接の予定位置が少ない。スポット溶接の予定位置の位置座標を（Ｘ，Ｚ）の直交座標系で表したとき、第３のスポットレイアウトデータは、（１，１）、（２，１）、（３，１）、（３，２）、（４，１）、（４，２）、（４，３）、（５，１）、（５，２）、（５，３）、（７，１）、（７，２）、（７，３）となる。

【0040】

第４のスポットレイアウトデータは、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士をスポット溶接する予定位置の第４の配列を示す位置データである。第４の配列は、図４（ｄ）に示されるように、所定間隔で長手方向に並ぶスポット溶接の予定位置が１列存在している。スポット溶接の予定位置の位置座標を（Ｘ，Ｚ）の直交座標系で表したとき、第１のスポットレイアウトデータは、（１，１）、（３，１）、（５，１）、（７，１）となる。

【0041】

続いて、データ処理部１２は、予定位置ごとに得られた各解析データに基づいて、第１〜第４のスポットレイアウトデータから応力集中が最も小さいスポットレイアウトデータを選択する（図３のステップＳ５）。例えば、第１のスポットレイアウトデータの予定位置ごとに得られたフォン・ミーゼス応力の大きさの最大値と、第２のスポットレイアウトデータの予定位置ごとに得られたフォン・ミーゼス応力の大きさの最大値と、第３のスポットレイアウトデータの予定位置ごとに得られたフォン・ミーゼス応力の大きさの最大値と、第４のスポットレイアウトデータの予定位置ごとに得られたフォン・ミーゼス応力の大きさの最大値とを比較して、これらの最大値が最も小さいスポットレイアウトデータを選択する。

【0042】

続いて、データ処理部１２は、選択したスポットレイアウトデータの各予定位置及びＣＡＤデータから、溶接ロボット２０が鉄道車両構体をスポット溶接すべき実際の位置の２次元座標データを生成する（図３のステップＳ６）。続いて、駆動制御部１３は、データ処理部１２が生成した２次元座標データに基づいて溶接ロボット２０に信号を出力し、溶接ロボット２０の位置決め動作及び溶接動作を制御して、側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとのスポット溶接を行う（図３のステップＳ７）。

【0043】

具体的には、溶接ロボット２０は、本体２１及び位置決めアクチュエータ２４により、スポット溶接電極２２ｂのＸＺ平面における位置決めを行う。次に、溶接ロボット２０は、エアシリンダ２２ａ，２３ａを動作させ、図５に示されるように、エアシリンダ２２ａによりスポット溶接電極２２ｂをウェブ板３７ｂに押しつけると共に、エアシリンダ２３ａによりコンタクト電極２３ｂをウェブ板３３ｂに押しつける。次に、溶接ロボット２０は、電極２２ｂ、２３ｂ間に電圧を印加する。これにより、電流が、スポット溶接電極２２ｂ、ウェブ板３７ｂ、ウェブ板３３ｂ、フランジ板３３ｃ及びコンタクト電極２３ｂの順に流れ、ウェブ板３３ｂ，３７ｂ同士が接合される。

【0044】

以上のような本実施形態においては、複数のスポットレイアウトデータのそれぞれについて、各予定位置における応力をそれぞれ算出している。続いて、算出された各応力の大きさを比較した結果に基づいて、複数のスポットレイアウトデータから一つのスポットレイアウトデータを選択している。具体的には、第１〜第４のスポットレイアウトデータについて、予定位置ごとに得られたフォン・ミーゼス応力の大きさの最大値をそれぞれ求め、これらの４つの最大値のうち最も小さい値を示すスポットレイアウトデータを選択している。この選択されたスポットレイアウトデータに従って、側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとをスポット溶接することにより、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を考慮して、スポット溶接位置の配置を最適化できる。その結果、スポット溶接箇所の近傍に生ずる応力集中を緩和して、鉄道車両構体３０の強度向上を図ることが可能となる。

【0045】

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとをスポット溶接する方法を説明したが、これに限られず、鉄道車両構体３０を構成する各種部材をスポット溶接する場合に本発明を適用することができる。例えば、本発明を用いて、外板と長尺状部材とをスポット溶接してもよい。より具体的には、例えば、側外板と補強部材又は骨部材とのスポット溶接や、屋根部材と垂木部材とのスポット溶接や、妻外板と端梁又は補強部材とのスポット溶接が挙げられる。

【0046】

本発明は、抵抗スポット溶接や、レーザスポット溶接に広く適用することができる。抵抗スポット溶接としては、例えば、ダイレクト方式や、本実施形態で説明したインダイレクト方式などを採用することができる。

【0047】

本実施形態では、データ処理部１２がフォン・ミーゼス応力を計算したが、これに代えて主応力またはせん断応力を計算してもよい。

【0048】

本実施形態では、各電極２２ｂ，２３ｂをエアシリンダ２２ａ，２３ａで駆動していたが、他の駆動手段を用いて各電極２２ｂ，２３ｂを駆動してもよい。他の駆動手段としては、サーボモータ及びボールねじの組み合わせや、リニアアクチュエータなどが挙げられる。ただし、エアシリンダ２２ａ，２３ａは緩衝作用を有するので、エアシリンダ２２ａ，２３ａを用いてスポット溶接を行うと爆飛が起こりにくくなり、好ましい。

【0049】

スポット溶接の打点回数を計数し、打点回数が所定の閾値を超えたか否かを判定するようにしてもよい。このようにすると、各電極２２ｂ，２３ｂの摩耗による交換時期を把握できる。

【0050】

鉄道車両構体３０はその長手方向における中央部分が最も撓むので、側梁３３ａとドアフレーム下部３７ａとをスポット溶接する本実施形態では、鉄道車両構体３０の長手方向における中央近傍に位置する側梁３３ａ及びドアフレーム下部３７ａをモデル化すると好ましい。

【符号の説明】

【0051】

１…スポット溶接システム、１０…スポット溶接装置、１１…データ記憶部、１２…データ処理部、１３…駆動制御部、２０…溶接ロボット、３０…鉄道車両構体、３３ａ…側梁、３７ａ…ドアフレーム下部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】