特許 7608862 テーラードブランク溶接装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】テーラードブランク溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20241224BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241224BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 F

B23K26/00 M

B23K26/00 Q

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021027094

(22)【出願日】2021-02-24

(65)【公開番号】P2022128720

(43)【公開日】2022-09-05

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 経雄

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 智雄

(72)【発明者】

【氏名】山内 淳司

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２４９３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９８８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７４０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４９９４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－１３４８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１９０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２６９３４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２６８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－９４１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１、第２のワーク材を突合せて突き合わされた所を溶接するロボットと、
前記ロボットの温度を測定する温度測定装置と、
前記ロボットの溶接軌跡を撮像してその画像を取得するカメラと、
前記ロボット、前記温度測定装置および前記カメラを制御する制御装置と、
を有し、
前記ロボットの温度変化が所定の閾値を超えた場合、前記制御装置は、前記カメラによる溶接軌跡画像の処理結果に基づいて、前記ロボットによる溶接狙い位置のズレ量を算出し、前記ロボットの溶接狙い位置を補正し、
前記制御装置へは、溶接狙い位置の前記ズレ量に基づいて補正値が自動入力され、
前記カメラは、撮像用ミラーを介して前記溶接軌跡を撮像する、テーラードブランク溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テーラードブランク溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

板厚や材質の異なるワーク材を突合せ突き合わされた所を線溶接しプレス用の素材（テーラードブランク）を製造するテーラードブランク溶接装置がある（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

ところで、テーラードブランクの溶接品質は、突き合わされたワーク材同士の境界線を正確にレーザ照射することで維持される。特に、ロボットによるテーラード溶接では、ティーチング作業によるコンマ数ミリの微調整により品質を制御している。

【0004】

しかし、一般的に、ロボットは金属で構成されている。そのため、図７に示すように、ロボット２は、季節変動による外気温変動やロボット稼働中のモータ発熱による線膨張により、ロボットアーム２ａの長さが実線の状態Ｄ１から点線の状態Ｄ２に変化する。これは、設備上の理由から溶接中の加工機内の温度を恒温に保つことが困難であり、また、ロボット２を線膨張係数の小さい部材で製造することが困難だからである。そのため、ロボット２による溶接狙い位置が実線で示す当所ティーチングした位置Ｔ１から点線で示す位置Ｔ２にズレ、溶接の良品条件の裕度を超えてしまい、溶接品質が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－２６２１９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、従来に比べて溶接品質の低下を抑制できる、テーラードブランク溶接装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 第１、第２のワーク材を突合せて突き合わされた所を溶接するロボットと、
前記ロボットの温度を測定する温度測定装置と、
前記ロボットの溶接軌跡を撮像してその画像を取得するカメラと、
前記ロボット、前記温度測定装置および前記カメラを制御する制御装置と、
を有し、
前記ロボットの温度変化が所定の閾値を超えた場合、前記制御装置は、前記カメラによる溶接軌跡画像の処理結果に基づいて、前記ロボットによる溶接狙い位置のズレ量を算出し、前記ロボットの溶接狙い位置を補正する、テーラードブランク溶接装置。
（２） 前記制御装置へは、溶接狙い位置の前記ズレ量に基づいて補正値が自動入力される、（１）記載のテーラードブランク溶接装置。

【発明の効果】

【0008】

上記（１）のテーラードブランク溶接装置によれば、ロボットの温度変化が所定の閾値を超えた場合、制御装置が、カメラによる溶接軌跡画像の処理結果に基づいて、ロボットによる溶接狙い位置のズレ量を算出し、ロボットの溶接狙い位置を補正するため、季節変動による外気温変動やロボット稼働中の発熱による線膨張によりロボットが変形する場合であっても、溶接狙い位置のズレを補正できる。よって、溶接品質が低下することを抑制できる。

【0009】

上記（２）のテーラードブランク溶接装置によれば、制御装置へは、溶接狙い位置のズレ量に基づいて補正値が自動入力されるため、溶接狙い位置がズレる度にロボットのティーチングをやり直す作業が不要になり、テーラードブランクの生産性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置の模式構成図である。

【図2】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置で溶接される第１、第２のワーク材の部分平面図である。

【図3】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置における、ロボットのレーザ光とカメラの撮像方向との関係を示す側面図である。

【図4】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置の、カメラの撮像画像を示す図である。

【図5】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置の、溶接中のロボットの姿勢によって各ティーチングポイントでの線膨張によるズレ量が異なることを説明する図である。

【図6】本発明実施例のテーラードブランク溶接装置における、制御装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図7】従来のテーラードブランク装置の模式構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本発明実施例のテーラードブランク溶接装置（以下、単に溶接装置ともいう）１０を、図面を参照して、説明する。

【0012】

溶接装置１０は、図２に示すように、板厚や材質の異なるたとえば鋼板からなる第１、第２のワーク材１０１，１０２を突合せて突き合わされた所（突合せ部１０３）を線溶接して１枚のプレス用の素材（テーラードブランク）を製造する装置である。第１、第２のワーク材１０１，１０２で製造された素材は、特に限定されるものではないが、たとえば自動車の軽量化を目的に自動車のボデーに用いられる。

【0013】

溶接装置１０は、図１に示すように、第１、第２のワーク材１０１，１０２の突合せ部１０３に沿って線状に第１、第２のワーク材１０１，１０２をレーザ溶接するロボット２０と、ロボット２０の温度を測定する温度測定装置３０と、突合せ部１０３の溶接軌跡ＴＲを撮像してその画像を取得するカメラ４０と、ロボット２０、温度測定装置３０およびカメラ４０を制御する制御装置５０と、を有する。

【0014】

ロボット２０は、予めティーチングが行われており、このティーチングによって突合せ部１０３に沿って第１、第２のワーク材１０１，１０２をレーザ溶接する。ロボット２０は、基端部で基部２１に連結されており先端部にレーザヘッド２２が取付けられるロボットアーム２３を有する。ロボットアーム２３は第１、第２の関節２３ａ，２３ｂおよび上下アーム部２３ｃ、２３ｄを有する多関節アームとなっている。ロボットアーム２３には図示略のサーボモータが複数内蔵されており、該サーボモータによってロボットアーム２３を駆動させることで、レーザヘッド２２を三次元的に移動操作可能となっている。

【0015】

レーザヘッド２２は、図３に示すように、図示略のレーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌを、第１、第２のワーク材１０１，１０２の突合せ部１０３に照射する。レーザヘッド２２は、レーザ光Ｌを平行光にするコリメートレンズ２２ａと、平行光を突合せ部１０３において焦点を結ぶように集光させる集光レンズ２２ｂと、を有している。レーザヘッド２２は、また、図示略のサーボモータによって回転駆動可能な図示略の反射鏡を有している。図示略のレーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌは、両レンズ２２ａ、２２ｂを通り反射鏡によって反射され、突合せ部１０３に照射される。反射鏡をサーボモータによって回転駆動させることで、レーザ光Ｌを円軌道となるように回転移動させることができる。制御装置５０がロボットアーム２３とレーザヘッド２２を制御することにより、レーザ光Ｌの照射位置を突合せ部１０３に沿って螺旋状に移動させることができる。

【0016】

図１に示すように、温度測定装置（温度計）３０は、ロボットアーム２３の温度を測定可能である。温度測定装置３０は、ロボットアーム２３の上アーム部２３ｃおよび/または下アーム部２３ｄの温度を測定する。温度測定装置３０は、熱電対等の接触タイプであってもよく、赤外線照射温度計等の非接触タイプであってもよい。

【0017】

カメラ４０は、突合せ部１０３のレーザ溶接がされている部分とその周囲を撮像可能である。このため、突合せ部１０３の溶接軌跡ＴＲの少なくとも一部を撮像可能である。カメラ４０は、予め設定されているティーチングポイント（撮像ポイント）を溶接するときに、該ティーチングポイントを含む領域を撮像する。このティーチングポイントは、突合せ部１０３の線上に複数設定されており、たとえば、図２において丸で囲った数字１～２５の２５ポイント設定されている。なお、このティーチングポイントの数、間隔は任意に設定可能である。

【0018】

図３に示すように、カメラ４０は、レーザヘッド２２に取付けられている。カメラ４０は、突合せ部１０３の溶接軌跡ＴＲを反射させる第１、第２の撮像用ミラー４１，４２を介して、突合せ部１０３の溶接軌跡ＴＲを撮像する。カメラ４０で撮像した画像の情報は、図１に示すように画像処理アンプ４３を経由して制御装置５０に送信される。

【0019】

制御装置（ロボット制御盤といってもよい）５０は、予め行われるティーチングに基づいてロボット２０の溶接狙い位置を制御する。また、制御装置５０は、カメラ４０による溶接軌跡ＴＲ画像の処理結果に基づいて、ロボット２０の予めティーチングした溶接狙い位置Ａからの実際の溶接位置のズレ量を算出し、算出結果に基づいて補正値が自動入力されてロボット２０の溶接狙い位置を補正可能である。

【0020】

なお、カメラ４０による溶接軌跡画像の処理結果に基づいてズレ量を算出（計測）する理由は、つぎの通りである。
図５は、ロボット２０を用いて第１、第２のワーク材１０１，１０２とは異なる第１´、第２´のワーク材１０１´、１０２´の突合せ部をレーザ溶接する際の、（ａ）ロボット２０、（ｂ）複数のティーチングポイント１～１１、（ｃ）～（ｅ）複数のティーチングポイント１～１１のうちポイント１、４，９におけるロボット２０の姿勢と線膨張によるズレ量を示すグラフ、を示している。

【0021】

図５の（ｃ）～（ｅ）から、ロボット２０は溶接中に様々な姿勢をとっており、ロボット２０の姿勢によって各ティーチングポイント１，４，９での線膨張によるズレ量が異なることがわかる。そのため、一律の同一補正では対応できず、実際に各ポイントでのズレ量を算出（計測）するのが有効である。それ故、カメラ４０による溶接軌跡ＴＲ画像の処理結果に基づいてズレ量を算出（計測）している。

【0022】

図６は、制御装置５０の制御ルーチンを示すフローチャートである。図６に示す制御ルーチンは、レーザ溶接（溶接加工）が実行されている間において所定時間間隔で行われる。

【0023】

まず、レーザ溶接開始後、ステップＳ１で温度測定装置３０を用いてロボット２０の温度を測定して、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ロボット２０の温度変化が所定の閾値を超えたか否かが判定される。ステップＳ２で温度変化が所定の閾値を超えていないと判定した場合には、溶接狙い位置のズレ補正を行うことなく、そのままエンドステップに進む。一方、ステップＳ２で温度変化が所定の閾値を超えたと判定した場合には、ステップＳ３に進む。

【0024】

ステップＳ３で、カメラ４０を用いて溶接軌跡ＴＲを撮像し、ステップＳ４に進んで、カメラ４０で撮像した画像情報に基づいてズレ量を算出（計測）して取得する。そして、ステップＳ５で制御装置５０へズレ量をなくす方向へ補正値を自動入力して、エンドステップに進む。

【0025】

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
本発明実施例では、ロボット２０の温度変化が所定の閾値を超えた場合、制御装置５０が、カメラ４０による溶接軌跡画像の処理結果に基づいて、ロボット２０による溶接狙い位置のズレ量を算出し、ロボット２０の溶接狙い位置を補正するため、季節変動による外気温変動やロボット２０稼働中の発熱による線膨張によりロボット２０が変形する場合であっても、溶接狙い位置のズレを補正でき、溶接品質が低下することを抑制できる。

【0026】

また、制御装置５０へは、溶接狙い位置のズレ量に基づいて補正値が自動入力されるため、溶接狙い位置がズレる度にロボット２０のティーチングをやり直す作業が不要になり、テーラードブランクの生産性を向上できる。

【符号の説明】

【0027】

１０ テーラードブランク溶接装置
２０ ロボット
２２ レーザヘッド
２３ ロボットアーム
３０ 温度測定装置
４０ カメラ
４３ 画像処理アンプ
５０ 制御装置
１０１，１０２ 第１、第２のワーク材
１０３ 突合せ部
Ｌ レーザ光
ＴＲ 溶接軌跡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】