JP2006026759A - 溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】 材料を溶接して製品を製造する溶接システムにおいて、溶接システムの設計に要する時間や製作に要する時間を削減する。
【解決手段】 材料位置決め装置３とこの材料位置決め装置３で位置決めされた材料Ｗ１、Ｗ３を溶接可能な溶接装置５とを備えた位置決め溶接モジュール７と、前記位置決め溶接モジュール７に供給する材料Ｗ１、Ｗ３をストックする材料モジュール１１と、前記位置決め溶接モジュールで７溶接された製品Ｗ５をストックする製品モジュール１５とを有する溶接システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接システムに係り、特に、機能毎にモジュール化された各モジュールを有機的に結合することによって構成されているものに関する。

従来の溶接システムとして、材料ストッカーにストックしてある板状の材料を枚葉で溶接装置に供給し、溶接後の製品を製品ストッカーにストックする構成のものが知られている。

また、従来のような溶接システムを製作するにあたっては、材料の形状、溶接箇所の形態、生産数等のユーザの要求に応じてその都度システムを設計し製作している。

なお、前記従来の溶接装置に関連するものとして、たとえば特許文献１に記載の溶接装置が知られている。
特開２００２−２３９７８８号公報

ところで、前記従来の溶接システムを構築するときは、個々のユーザの要求に応じて溶接システム全体をその都度設計し製作しているので、設計や製作に長い時間を要し、個々のユーザの要求に柔軟に対応することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、材料を溶接した製品を製造する溶接システムにおいて、個々のユーザの要求に柔軟に対応することができる溶接システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、材料を溶接して製品を生成する際に必要な各種機能を備えた装置や機器を、予め規格化されているフレームに組み込むことにより装置モジュールを形成し、前記製品を生成するための各種機能を有するモジュールが連結されることにより構成される溶接システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶接システムにおいて、前記フレームの内部に前記機能を備えた装置や機器が設けられていると共に、前記装置や機器の動作及び溶接加工時に作業員の安全を確保するための物理的障壁が、前記モジュールに設けられている溶接システムである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の溶接システムにおいて、前記溶接システムは、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールで共有の搬送系を備えている溶接システムである。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の溶接システムにおいて、前記溶接システムは、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールが個別の搬送系を備えている溶接システムである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、前記モジュールとして、材料位置決め装置と、この材料位置決め装置で位置決めされた材料を溶接可能な溶接装置とを備えた位置決め溶接モジュールと、前記位置決め溶接モジュールに供給する材料をストックする材料モジュールと、前記位置決め溶接モジュールで溶接された製品をストックする製品モジュールとを有する溶接システムである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の溶接システムにおいて、前記モジュールとして、前記材料モジュールと前記位置決め溶接モジュールとの間に、前記位置決め溶接モジュールに供給される材料を検査する材料検査モジュールが設けられている溶接システムである。

請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の溶接システムにおいて、前記モジュールとして、前記位置決め溶接モジュールと前記製品モジュールとの間に、前記位置決め溶接モジュールで溶接された製品を検査する検査モジュールが設けられている溶接システムである。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、前記モジュールとして、前記各モジュールの間のうちのいずれかの間に、前記材料や前記製品を分岐する機能、または前記材料や前記製品を合流する機能を備えたトラバースモジュールが設けられている溶接システムである。

本発明によれば、モジュール化を実施することによって、溶接システムに必要な各種機能を予め標準化しておくことができ、ユーザの個々の要求に対して必要となるモジュールを選択して連結すればよいので、個々のユーザの要求に柔軟に対応することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る溶接システムは、材料を溶接して製品を生成する際に必要な各種機能を備えた装置や機器を、予め規格化されているフレームに組み込むことにより装置モジュールを形成し、前記製品を生成するための各種機能を有するモジュールが連結されている溶接システムである。

そして、前記モジュールは、前記材料や製品の仕様が変更になった場合、容易に交換することができるように構成されている。

また、前記フレームの内部に前記機能を備えた装置や機器が設けられていると共に、前記装置や機器の動作及び溶接加工時に作業員（作業者）の安全を確保するための物理的障壁が、前記モジュールに設けられている。

また、前記溶接システムは、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールで共有の搬送系を備えている。

なお、前記共有の搬送系に代えて、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールが個別の搬送系を備えている場合もある。

以下に示す各実施形態で前記溶接システムについて詳しく説明する。

［第１の実施形態］
図1は、本発明の第１の実施形態に係る溶接システム１の概略構成を示す斜視図である。

溶接システム１は、たとえば、ブランキング加工等によって形が形成された板状の材料同士を互いに溶接することによって、製品を生産するシステムとして採用される。

溶接システム１は、前記モジュールとして、材料位置決め装置３と、この材料位置決め装置３で位置決めされた材料をたとえばレーザ光を用いて溶接可能な溶接装置５とを備えた位置決め溶接モジュール７を備えている。

前記材料位置決め装置３や前記溶接装置５は、フレーム９内に設けられている。フレーム９は、たとえば、外形が直方体や立方体形状に形成されていることにより規格化されている。またフレーム９の各辺は、角型パイプを互いに溶接やボルト等の締結具で締結することによって形成されている。

また、前記溶接システム１には、前記位置決め溶接モジュール７に供給する材料Ｗ１、Ｗ３をストックする材料モジュール１１と、前記位置決め溶接モジュール７で溶接された製品Ｗ５をストックする製品モジュール１５とが設けられている。

前記材料モジュール１１は、前記フレーム９と同様に構成されたフレーム１３内に、材料をストックすることができるようになっており、また、前記製品モジュール１５は、前記フレーム９と同様に構成されたフレーム１７内に製品をストックすることができるようになっている。なお、前記各フレーム９、１３、１７の外形は、ほぼ同じ形態に形成されているが、必ずしも同じ形態である必要はない。

各モジュール７、１１、１５が各フレーム（それぞれが互いに独立して存在しているフレーム）９、１３、１７をベースにして形成されているので、前記各モジュール７、１１、１５を設置して溶接システム１を構成する場合、フレーム単位（モジュール単位）で設置を行うことができる。

なお、前記材料モジュール１１、前記位置決め溶接モジュール７、前記製品モジュール１５は、この順序で互いに隣接して並べて設けられている。なお、互いが隣接している各モジュール同士の相対的な位置関係を正確なものにするために、隣接している各モジュール同士が連結部材（図示せず）やボルト等の締結部材によって接続されていることが望ましい。

ここで、説明の便宜上、前記各モジュール１１、７、１５が順に並べられている水平な長手方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に直交する水平な方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向とする。

前記溶接システム１には、前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７に材料Ｗ１、Ｗ３を搬送するための材料搬送手段１９と、前記位置決め溶接モジュール７から前記製品モジュール１５に製品Ｗ５を搬送するための製品搬送手段２１とが設けられている。つまり、各モジュール間に搬送手段が設けられている。なお、前記各搬送手段１９、２１は、前記各モジュールを形成している各フレーム９、１３、１７の内部に設置されている。

また、前記各モジュール７、１１、１５には、前記各モジュール７、１１、１５の内部と外部とを遮断するための物理的障壁（図示せず）が設けられている。前記物理的障壁は、たとえば、前記フレーム９等を構成している角型パイプに板状の鋼板を貼り付けることによって構成されている。

前記物理的障壁を設けることにより、溶接システム１の作動時、作業員の安全を確保することができる。前記物理的障壁として、たとえば、高速で搬送されている材料や製品が前記フレームの外部に飛び出すことを防止するための障壁、前記フレームの内部に作業員が侵入することを防止するための障壁、また、溶接により発生するガスの拡散を防止するための障壁、レーザ溶接をする場合において、前記フレームの外部にレーザ光の反射光が漏れ出すことを防止するための障壁を考えることができる。

なお、前記物理的障壁には、保守や点検のときに前記物理的障壁内（溶接システム１内）に作業員が入るためのシャッターやドア等（図示せず）が設けられている。そして、インターロックにより、前記シャッターやドアが開いているときには、前記溶接システム１が稼動しないようになっている。

さらに、前記物理的障壁には、前記溶接システム１の稼動時に、材料や製品の状態を観察するための窓（図示せず）が設けられている。

ここで、位置決め溶接モジュール７について更に詳しく説明する。

図２は、位置決め溶接モジュール７の位置決め装置３、溶接装置５の概略構成を示す平面図である。

位置決め装置３は、たとえば、略矩形状で板状の材料Ｗ１を載置するためのテーブル２３と、略矩形状で板状の材料Ｗ３を載置するためのテーブル２５とを備えている。

なお、前記テーブル２３の上面（材料Ｗ１を載置する面）と前記テーブル２５の上面（材料Ｗ３を載置する面）とは同一平面上に位置しており、また、前記テーブル２３と前記テーブル２５とは、Ｙ軸方向に並んで設けられており、図示しないサーボモータ等のアクチュエータによって、互いが相対的に接近離反するように、Ｙ軸方向に移動自在になっている。

また、前記テーブル２３の端部（前記テーブル２５側の端部）から僅かに離れたところには、前記材料Ｗ１を位置決めするための複数の突き当て部材（ピン）２７が設けられている。これらの各ピン２７は、材料Ｗ１を位置決めする場合には、前記テーブル２３上面から上方に突出しているが、各材料Ｗ１、Ｗ３を互いに突き合わせて溶接する場合には、各材料Ｗ１、Ｗ３やテーブル２３、２５と干渉しないように、シリンダ等のアクチュエータとリンク機構とにより、テーブル２３の下の位置（図２に破線で示す位置）の退避できるようになっている。

前記位置決め装置３には、前記搬送手段１９によって前記材料モジュール１１から前記テーブル２３上に供給された材料Ｗ１（ＰＳ１の位置に供給された材料Ｗ１）を、前記ピン２７に突き当てて前記材料Ｗ１のＹ軸方向の位置決めを行なうための押し付け装置２９が設けられている。この押し付け装置２９は、たとえば、シリンダ等のアクチュエータで、前記材料Ｗ１を押すように構成されている。

また、前記位置決め装置３には、前記材料Ｗ１のＸ軸方向の位置決めを行なうための位置決め装置３１が設けられている。この位置決め装置３１は、シリンダ等のアクチュエータで駆動するリンク機構を用いて前記材料Ｗ１を挟み込み、前記材料Ｗ１をＸ軸方向でセンタリングすることができるようになっている。そして、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の位置決めがされた材料Ｗ１は、図２に示すＰＳ３の位置に存在することになる。

なお、前記位置決め装置３１において、前記Ｙ軸方向の位置決めを行なう場合と同様に、位置決めピンを設置し、材料Ｗ１を一方の側に押し付け位置決めをしてもよい。

また、前記テーブル２３には、前記テーブル２３が移動するときに、位置決めされた材料Ｗ１の位置ずれを防止するための第１のクランプ装置（図示せず）が設けられている。この第１のクランプ装置は、たとえば、前記テーブル２３に埋め込まれた電磁マグネットにより、前記材料Ｗ１を吸着することによって、前記材料Ｗ１を固定するようになっている。

また、前記搬送手段１９によって供給された材料Ｗ３を位置決めするために、前記テーブル２５にも、前記ピン２７と同様なピン３３、前記押し付け装置２９と同様な押し付け装置３５、前記位置決め装置３１と同様な位置決め装置３７、位置決めされた材料Ｗ３をテーブル２５に固定するための第２のクランプ装置（前記テーブル２３の第１のクランプ装置と同様なクランプ装置）が設けられている。

さらに、前記各材料Ｗ１、Ｗ３を互いに突き合わせて溶接する場合、前記各材料Ｗ１、Ｗ３が溶接の熱によって変形することを防止するための第３のクランプ装置（図示せず）と第４のクランプ装置（図示せず）とが設けられている。

前記第３のクランプ装置は、シリンダ等のアクチュエータを用いて構成されている加圧装置を用い、溶接線の近傍で溶接線に沿って、材料Ｗ１を上方向からテーブル２３に押し付け、テーブル２３に材料Ｗ１を固定するようになっており、また、前記第４のクランプ装置も、前記第３のクランプ装置と同様に構成され、材料Ｗ３を上方向からテーブル２５に押し付け、テーブル２５に材料Ｗ３を固定するようになっている。

前記各材料Ｗ１、Ｗ３を溶接するための溶接装置５は、たとえばレーザ光を出射する溶接トーチ３９を備えており、この溶接トーチ３９は、サーボモータ等のアクチュエータにより、前記各材料Ｗ１、Ｗ３の溶接線に沿って、たとえばＸ軸方向に直線的に移動し溶接を行なうようになっている。

ここで、位置決め溶接モジュール７の動作について説明する。

図３は、位置決め溶接モジュール７の動作を説明する図である。

図３（ａ）は、初期状態において、前記搬送手段１９によって各材料Ｗ１、Ｗ３が各テーブル２３、２５に載置された直後の状態を示している。前記初期状態では、テーブル２３とテーブル２５とは互いに離れていると共に、各ピン２７、３３は、各テーブル２３、２５の上面に突出している。

図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態の間では、各材料Ｗ１、Ｗ３の位置決めが行なわれ、前記第１のクランプ装置によって材料Ｗ１が固定され、前記第２のクランプ装置によって材料Ｗ３が固定される。

図３（ｂ）に示す状態から図３（ｃ）に示す状態の間では、各ピン２７、３３が各テーブル２３、２５の下に引っ込む。

図３（ｃ）に示す状態から図３（ｄ）に示す状態の間では、前記各テーブル２３、２５が互いに接近し、各材料Ｗ１、Ｗ３が互いに突き合わされ、溶接線Ｌ１が形成されると共に、前記第３のクランプ装置によって材料Ｗ１が固定され、前記第４のクランプ装置によって材料Ｗ３が固定される。

図３（ｄ）に示す状態と図３（ａ）に示す状態との間では、溶接トーチ３９が前記溶接線Ｌ１に沿って移動しつつ材料Ｗ１と材料Ｗ３とを互いに溶接し、製品Ｗ５が形成される。続いて、前記第１のクランプ装置〜前記第４のクランプ装置によるクランプを解除し、前記製品Ｗ５が前記搬送手段２１によって搬出され、前記溶接トーチ３９が溶接開始前の位置に戻り、前記各テーブル２３、２５が互いに離れ、前記各ピン２７、３３が各テーブル２３、２５の上面に突出し、前記初期状態になる。そして、次の材料がテーブル２３、２５に載置され、同様な動作が繰し行なわれる。

次に、前記材料モジュール１１、前記製品モジュール１５について説明する（図１参照）。

材料モジュール１１のフレーム１３内には、重なった状態の複数枚の材料Ｗ１を載置するパレットＰ１と、重なった状態の複数枚の材料Ｗ３を載置するパレットＰ３とが設置されている。前記各パレットＰ１、Ｐ３は、Ｙ軸方向において、互いに離れた位置に設置されており、したがって、前記各材料Ｗ１、Ｗ３も、Ｙ軸方向で互いに離れた位置で、前記材料モジュール１１内に格納される。

製品モジュール１５のフレーム１７内には、重なった状態の複数枚の製品Ｗ５を載置しているパレットＰ５が設置されている。

次に、図１を参照して、搬送手段１９について詳しく説明する。

搬送手段１９は、材料モジュール１１内の材料Ｗ１や材料Ｗ３を一旦Ｚ軸上方向に持ち上げ、Ｘ軸方向で材料モジュール１１から位置決め溶接モジュール７の位置決め装置３の上まで搬送し、位置決め装置３の上で、前記各材料Ｗ１、Ｗ３をＺ軸下方向に下げて、前記各材料Ｗ１、Ｗ３を各テーブル２３、２５上に載置するようになっている。

より詳しく説明すると、各モジュール７、１１、１５の各フレーム９、１３、１７内で、Ｙ軸方向の一端部側の上方（前記パレットＰ１や前記位置決め装置３の上方）に、Ｘ軸方向に長く延びていると共に、前記各モジュール７、１１、１５に共通な第１のレール部材４１Ａが、前記フレーム９、１３、１７の少なくともいずれかに支持されて設けられている。

また、前記第１のレール部材には、第１のキャリッジ４３Ａが、図示しないリニアベアリング等を介して、前記Ｘ軸方向に移動自在なように係合している。なお、前記第１のキャリッジ４３Ａは、図示しないラック＆ピニオン等の機構とサーボモータ等のアクチュエータとにより、Ｘ軸方向に移動位置決め自在になっている。

また、前記第１のキャリッジ４３Ａには、Ｚ軸方向に長く延びた第１のＺ軸用部材４５ＡがＺ軸方向に移動自在に係合していると共に、前記第１のＺ軸用部材４５Ａは、図示しないボールネジ等とサーボモータ等のアクチュエータとにより、Ｚ軸方向に移動するようになっている。

また、前記第１のＺ軸用部材４５Ａの下端部には、真空吸着等により前記材料Ｗ１を１枚ずつ把持するための把持装置（図示せず）が設けられている。

そして、前記パレットＰ１に載置されている材料Ｗ１を、１枚ずつ、前記位置決め装置３のテーブル２３上に載置することができるようになっている。

さらに、各モジュール７、１１、１５の各フレーム９、１３、１７内で、Ｙ軸方向の他端部側の上方には、前記第１のレール部材４１Ａと同様に、Ｘ軸方向に長く延びた第２のレール部材４１Ｂが設けられており、この第２のレール部材４１Ｂには、第２のキャリッジ４３Ｂが前記第１のキャリッジ４３Ａと同様に係合しており、前記第２のキャリッジ４３Ｂには、第２のＺ軸用部材４５Ｂが前記第１のＺ軸用部材４５Ａと同様に係合しており、前記第２のＺ軸用部材４５Ｂの下端部には、前記把持装置と同様な把持装置が設けられている。

そして、前記パレットＰ３に載置されている材料Ｗ３を、１枚ずつ、前記位置決め装置３のテーブル２５上に載置することができるようになっている。

前記各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂは図示しない連結部材で互いに連結されており、前記第１のキャリッジ４３Ａの駆動に伴って、前記第２のキャリッジ４３Ｂも同時に駆動するようになっている。なお、前記連結部材を用いることなく、前記各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂを、それぞれのアクチュエータで駆動するようにしてもよい。

また、搬送手段２１も、搬送手段１９と同様に構成されており、材料Ｗ１と材料Ｗ３と溶接することによって生成された製品Ｗ５を一旦Ｚ軸上方向に持ち上げ、Ｘ軸方向で位置決め溶接モジュール７から製品モジュール１５のパレットＰ５の上まで搬送し、前記パレットＰ５の上で、前記製品Ｗ５をＺ軸下方向に下げて、前記製品Ｗ５を各パレットＰ５上に載置するようになっている。

なお、前記材料モジュール１１と前記位置決め溶接モジュール７との間における各材料Ｗ１、Ｗ３のＸ軸方向の搬送距離と、前記位置決め溶接モジュール７と前記製品モジュール１５との間における製品Ｗ５のＸ軸方向の搬送距離とが互いに等しい場合には、連結部材を用いて前記搬送手段１９の第１のキャリッジ４３Ａと前記搬送手段２１の第１のキャリッジ４３Ａとを互いに連結し、１つのアクチュエータで、前記各キャリッジ４３Ａを駆動するようにしてもよい。

なお、前述したように、各搬送手段１９、２１が共通の軌道（たとえば各レール部材４１Ａ、４１Ｂ）をもって構成されていることにより、溶接システム１は、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュール７、１１、１５で共有の搬送系を備えていると言える。

また、このように、前記各モジュール７、１１、１５で共有の搬送系を備えている場合、前記各モジュール７、１１、１５に設置後に、前記各搬送手段１９、２１が設置されることになる。

ところで、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールが個別の搬送系を備えているようにしてもよい。

たとえば、前記搬送手段１９において、レール部材４１ＡをＸ軸方向で所定の長さに分断し、前記フレーム９やフレーム１３の上部側であってＹ軸方向の一端部側で前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７にかけて延伸するように、前記分断されたレール部材を前記フレーム９に一体的に設け、前記分断され設置されたレール部材に前記キャリッジ４３Ａを係合させ、前記キャリッジ４３Ａに前記Ｚ軸用部材４５Ａを係合させた構成にして、前記材料Ｗ１を前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７まで搬送することができるようにし、同様に、レール部材４１ＢをＸ軸方向で所定の長さに分断し、前記フレーム９やフレーム１３の上部側であってＹ軸方向の他端部側で前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７にかけて延伸するように、前記分断されたレール部材を前記フレーム９に一体的に設け、前記分断され設置されたレール部材に前記キャリッジ４３Ｂを係合させ、前記キャリッジ４３Ｂに前記Ｚ軸用部材４５Ｂを係合させた構成にして、前記材料Ｗ３を前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７まで搬送することができるようにしてもよい。

この場合、前記各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂを互いに連結し１つのアクチュエータで前記各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂを駆動するようにしてもよいし、各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂを互いに連結することなく、２つのアクチュエータで前記各キャリッジ４３Ａ、４３Ｂのそれぞれを別個に駆動してもよい。

また、前記各Ｚ軸用部材４５Ａ、４５Ｂを互いに連結し１つのアクチュエータで前記各Ｚ軸用部材４５Ａ、４５Ｂを駆動するようにしてもよいし、前記各Ｚ軸用部材４５Ａ、４５Ｂを互いに連結することなく、２つのアクチュエータで前記各Ｚ軸用部材４５Ａ、４５Ｂのそれぞれを別個に駆動してもよい。

さらに、前記搬送手段２１の構成を、分断された各レール部材をフレーム１７に設ける等、前記搬送手段１９と同様に変更し、製品Ｗ５を位置決め溶接モジュール７から製品モジュール１５まで搬送するようにしてもよい。

また、たとえば、１台または２台の搬送用ロボットを、前記フレーム９の入り口側（材料モジュール１１側）に設けて搬送手段１９を構成し、前記各材料Ｗ１、Ｗ３を前記材料モッジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７まで搬送するようにしてよく、同様に、１台または２台の搬送用ロボットを、前記フレーム１７の入り口側（溶接位置決めモジュール７側）に設けて搬送手段２１を構成し、前記製品Ｗ５を前記位置決め溶接モジュール７から前記製品モジュール１５まで搬送するようにしてよい。

このように前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールが個別の搬送系を設けることにより、各モジュールの設置は終了した後、別途、搬送装置を設置する必要がなくなる。

さらにまた、各モジュール間にチェーンコンベヤやローラコンベヤ等、各モジュールにアクセス可能なものを用いて前記搬送手段を構成してもよい。

次に、溶接システム１の動作について説明する。

なお、前記位置決め溶接モジュール７の位置決め装置３と溶接装置５の動作は、既に説明してあるので、ここでの詳しい説明は省略する。

また、前記位置決め装置３と前記溶接装置５を含む溶接システム１は、図示しない制御装置の制御の下で動作するようになっている。

さらに、初期状態として、各パレットＰ１、Ｐ３には各材料Ｗ１、Ｗ３が載置されており、前記位置決め溶接モジュール７の位置決め装置３や溶接装置５も前述したような初期状態になっている。

まず、前記初期状態から、搬送手段１９で、各材料Ｗ１、Ｗ３を各１枚ずつ前記材料モジュール１１から前記位置決め溶接モジュール７に移送し、前記位置決め溶接モジュール７で位置決めし溶接する。

前記位置決め溶接モジュール７で位置決めし溶接している間に、前記搬送手段１９が次の各材料Ｗ１、Ｗ３を搬送するために、前記材料モジュール１１のところまで戻り、位置決め溶接モジュール７で溶接された製品Ｗ５を、製品モジュール１５まで搬送手段２１で搬送すると同時に、搬送手段１９で、次の材料Ｗ１、Ｗ３を１枚ずつ搬送する。

このような動作を繰り返して、各材料Ｗ１、Ｗ３から製品Ｗ５を１枚ずつ生成する。

溶接システム１によれば、モジュール化することによって、溶接システム１に必要な各種機能を予め標準化しておくことができ、ユーザの個々の要求に対して必要となるモジュールを選択して連結すればよいので、個々のユーザの要求に柔軟に対応することができる。

また、溶接システム１によれば、各モジュール７、１１、１５を組み合わせることによって溶接システムが構成されているので、溶接加工に必要な機能を装置モジュールとして予め標準設計しておくことが可能であり、ユーザの要求に応じて各モジュールを選択しこの選択したものを組み合わせて溶接システムの設備を構成することができる。

したがって、設備の設計に要する時間や設備の製作に要する時間を削減でき、設備の製造コストを削減することができる。

また、各モジュール７、１１、１５によって溶接システム１が構成されているので、ユーザの要求に応じてモジュールを選択し（たとえば、同じ位置決め溶接モジュールであっても図４を用いて後述するように材料の形態を変更することよって構成が若干異なったモジュールの中から適宜のモジュールを選択し）、この選択したものを組み合わせて溶接システムの設備を構成する場合、各モジュールの据付や各モジュール同士の結合を簡便に行なうことができる。

さらに、機能の追加、機能の省略、生産対象ワークの変更等のような溶接システムの仕様を、たとえば、後述する各実施形態のように変更する場合であっても、モジュール毎に、追加、削除、代替、変更を行なえばよいので、仕様変更に対しても柔軟に対応することができる。

また、溶接システム１によれば、モジュールを組み合わせて溶接システムが構成されているので、各モジュールに沿って、圧縮空気、溶接ガス、冷却水等のユーティリティ配管や電力線や信号線等のユーティリティ配線を敷設しておくことができ、この敷設により、前記溶接システムを設置するときのユーティリティ敷設工事を簡素化することができる。

さらに、溶接システム１によれば、材料や製品（生産対象であるワーク）が大型化しても、従来の溶接システムのように、システム内におけるワークの搬送距離が増加する度合いが小さい。すなわち、従来の溶接システムでは、各機能がモジュール化されていないので、ワークが大型化すると、ワークの搬送距離が長くなりやすいが、溶接システム１では、ワークを隣接するモジュール間で搬送すればよいので、ワークの１回の搬送距離が長くなる度合いが小さい。

したがって、従来の溶接システムのように、ワークが大型化してワークの搬送距離が長くなり、溶接システムの生産タクトが、ワークの溶接時間ではなくワークの搬送時間で律されてしまうという事態を回避すること、すなわち、ワークが大型化してもワークの生産タクトが常に溶接の時間で律されるようにすることができる。

さらに、機能を備えた装置を規格化されたフレーム内に設置してモジュールを構成してあるので、各モジュールの外形がほぼ等しくなり、溶接システムを形成するための各モジュールの設置が一層容易になり、また、ユーティリティ敷設工事を一層簡素化することができる。

なお、前記溶接システム１では、略長方形の材料Ｗ１、Ｗ３同士を互いに溶接しているが、各モジュール７、１１、１５内の装置等を適宜変更し、その他の形状の材料や３枚以上の材料を溶接して製品を生成してもよい。

図４は、溶接システム１で溶接する材料の形状を示す図である。

図４（ａ）に示すように、略台形の各材料Ｗ７、Ｗ９同士を互いに溶接して製品を生成してもよい。なお、図４（ａ）に示すような形状の各材料Ｗ７、Ｗ９を位置決めする位置決め装置３では、各材料Ｗ１、Ｗ３を確実に位置決めするために、サーボモータ等のアクチュエータを用いて押し付け装置２９や押し付け装置３５を速度制御しつつ駆動し、押し付け装置２９、３５で材料Ｗ１、Ｗ３を位置決めすることが望ましい。

同様にして、位置決め装置３１、３７においても、サーボモータ等を用いることが望ましい。

また、図４（ｂ）に示すように、３枚の材料Ｗ１１、Ｗ１３、Ｗ１５を互いに溶接する場合には、材料モジュール１１内部の構成や搬送手段の構成を適宜変更すると共に、位置決め装置３の構成を適宜変更し、材料Ｗ１１と材料Ｗ１３とを位置決めし互いに溶接した後、この溶接後のものと材料Ｗ１５とを位置決めして溶接するものである。

さらに、図４（ｃ）に示すように、４枚の材料Ｗ１７、Ｗ１９、Ｗ２１、Ｗ２３、Ｗ２５を互いに溶接する場合であって、しかも、溶接線同士が互いに交差している場合には、冶具を用いて前記各材料を位置決めし、溶接トーチ３９を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに移動して溶接をするものである。

さらにまた、図４（ｄ）に示すように、略Ｌ字状の材料Ｗ２７の二辺に、略矩形状の材料Ｗ２９を溶接する場合や、図４（ｅ）に示すように、略Ｌ字状の材料Ｗ３１、Ｗ３３同士を互いに溶接する場合には、図４（ｃ）に示す場合と同じように、冶具を用いて前記各材料を位置決めし、溶接トーチ３９を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに移動して溶接をするものである。

さらに、溶接線がＸ軸に対して斜めに延伸している場合や直線ではなく曲線である場合には、溶接トーチ３９を、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに適宜移動して、溶接を行うようにしてもよい。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る溶接システム１ａの概略構成を示す斜視図である。

第２の実施形態に係る溶接システム１ａは、材料モジュール１１と前記位置決め溶接モジュール７との間に、前記位置決め溶接モジュールに供給される材料の良否や適否等を検査する材料検査モジュールの例であるＤＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｂｌａｎｋ）モジュール４７が設けられており、また、前記位置決め溶接モジュール７と前記製品モジュール１５との間に、前記位置決め溶接モジュール７で溶接された製品の溶接部をたとえば超音波探査により検査する検査モジュール４９と、この検査モジュール４９での検査の結果、検疑材や不良材であると判断されたもの排出するための検疑材排出モジュール５１とが設けられている点が、前記第１の実施形態に係る溶接システム１とは異なり、その他の点は、前記第１の実施形態に係る溶接システム１と同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

なお、前記ＤＢモジュールは、前記位置決め溶接モジュール７に供給される材料が複数枚重なっているか否かを検出するモジュールである。また、検疑材とは、前記検査モジュール４９で溶接不良が疑われると判断されたもので、作業員による再検査が必要な材料である。

なお、前記第１の実施形態に係る溶接システム１と同様に構成されているものには、前記溶接システム１の説明で用いた符号と同一の符号を付してある。

前記ＤＢモジュール４７は、前記位置決め溶接モジュール７のフレーム９と同様に構成されたフレーム５３内で、前記検出を行なうことができるようになっている。なお、前記検出の結果、材料が重なっている場合には、この重なっている材料を前記フレーム５３内の下部側に設置したパレットＰ７内に排出するようになっている。

そして、前記パレットＰ７を前記材料モジュール１１側に移動し、前記パレットＰ７を前記材料モジュール１１の下部側から溶接システム１ａの外部に取り出すことことによって、前記パレットＰ７に排出された材料が前記溶接システム１ａの外部に排出されるようになっている。

また、前記検査モジュール４９も、前記位置決め溶接モジュール７のフレーム９と同様に構成されたフレーム５５内で、前記検査を行なうことができるようになっており、検疑材排出モジュール５１も、前記位置決め溶接モジュール７のフレーム９と同様に構成されたフレーム５７内で、排出された検疑材を下部側でパレットＰ９内に一時的に格納することができるようになっている。

そして、前記パレットＰ９を前記製品モジュール１５側に移動し、前記パレットＰ９を前記製品モジュール１５の下部側から溶接システム１ａの外部に取り出すことによって、前記パレットＰ９に排出された検疑材が前記溶接システム１ａの外部に排出されるようになっている。

また、前記各モジュール４７、４９、５１には、前記位置決め溶接モジュール７と同様に、物理的障壁が設けられている。

さらに、前述したように前記各モジュール４７、４９、５１を追加してあることに応じて、前記搬送手段１９と同様な搬送手段が追加されている。したがって、たとえば、材料モジュール１１とＤＢモジュール４７との間に搬送手段が設けられ、ＤＢモジュール４７と位置決め溶接モジュール７との間にも搬送手段が設けられていることになる。しかし、必ずしもこのように搬送手段を設ける必要はなく、材料モジュール１１から位置決め溶接モジュール７までの搬送を１つの搬送手段で行なってもよい。

また、前記検査モジュール４９に、前記位置決め溶接モジュール７で溶接された製品Ｗ５にエンボス加工（製品Ｗ５を重ねて積み上げた場合、製品Ｗ５の荷崩れを防止するためのエンボス加工）を施すエンボス装置を組み込んでもよい。

さらに、位置決め溶接モジュール７と検査モジュール４９との間や検査モジュール４９と検疑材排出モジュール５１との間や検疑材排出モジュール５１と製品モジュール１５との間に、位置決め溶接モジュール７から出てきた製品Ｗ５を一時的に蓄えることができるバッファ機能を備えたバッファモジュールを設けてもよい。

さらに、前記ＤＢモジュール４７を別途設けることなく、前記材料モジュール１１のフレーム１３内で、材料が複数枚重なっていることを検出するようにしてもよい。

溶接システム１ａによれば、ＤＢモジュール４７を設け、材料が複数枚重なった状態で前記位置決め溶接モジュール７に供給されることを防止しているので、重なった状態の材料が下流側の位置決め溶接モジュール７に供給されることがなくなり、不良品の発生や、溶接システム１ａでの故障の発生を未然に防止することができる。

また、溶接システム１ａによれば、検査モジュール４９を設けてあるので、溶接部に不具合が存在するもしくは存在するおそれのある製品を排除することができる。

さらに、バッファモジュールを設置することにより、溶接システム（生産ライン）１ａにおける製品の脈動を吸収する（たとえば、製品が位置決め溶接モジュールから搬出されてきたときから次の製品が搬出されてくるまでの各時間のばらつきの平準化をする）ことができる。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係る溶接システム１ｂの概略構成を示す平面図である。

第３の実施形態に係る溶接システム１ｂでは、各モジュールの間のうちのいずれかの間に、材料や製品を分岐する機能、または前記材料や前記製品を合流する機能を備えたトラバースモジュール５９が設けられている点が、前記各実施形態に係る溶接システムとは異なり、その他の点は、前記各実施形態に係る溶接システムとほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

なお、トラバースモジュール５９も、位置決め溶接モジュール７等と同様なフレームを備えており、このフレーム内で材料や製品を分岐しまたは合流することができるようになっている。

溶接システム１ｂは、たとえば、図６に示すように、位置決め溶接モジュール７と検査モジュール４９とを並列的に並べて２つのラインを構成していると共に、材料モジュール１１と各位置決め溶接モジュール７との間に、トラバースモジュール５９を設け、各検査モジュール４９と製品モジュール１５との間にも別のトラバースモジュール５９を設けてある。

そして、材料モジュール１１から搬出された材料が、トラバースモジュール５９で分岐され、位置決め溶接モジュール７と検査モジュール４９とで構成された一方のラインまたは他の位置決め溶接モジュール７と他の検査モジュール４９とで構成された他方のラインに供給され、各ラインで溶接され検査された製品が、後側の別のトラバースモジュール５９で合流され、製品モジュール１５に供給されるようになっている。

溶接システム１ｂによれば、トラバースモジュール５９を設けることにより、生産ラインの多重化を行なうことが容易になり、すなわち、１つの材料モジュール１１と１つの製品モジュール１５との間に位置決め溶接モジュール７や検査モジュール４９を並列に設置し２つのラインで溶接や検査を行なうことができ、増産に柔軟に対応することができる等、一層柔軟な溶接システムを容易に構築することができる。

［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係る溶接システム１ｃの概略構成を示す斜視図である。

第４の実施形態に係る溶接システム１ｃは、第２の実施形態に係る溶接システム１ａの検疑材排出モジュール５１の代わりに、位置決め溶接モジュール７で溶接された製品を切断して別の製品を生成する切断加工ステーション６１を備えている点が、第２の実施形態に係る溶接システム１ａと異なり、その他の点は、前記溶接システム１ａとほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

なお、前記第２の実施形態に係る溶接システム１ａと同様に構成されているものには、前記溶接システム１ａの説明で用いた符号と同一の符号を付してある。

溶接システム１ｃでは、第２の実施形態に係る溶接システム１ａの検疑材排出モジュール５１が設けられている箇所に、位置決め溶接モジュール７等と同様なフレームを備えていると共に位置決め溶接モジュール７で溶接され検査モジュール４９で検査された製品を１枚ずつ一時的に載置することができる製品載置モジュール５１ａが設けられている。

前記製品載置モジュール５１ａの側方には、搬送手段の例である多関節ロボット６３、台車６５、レーザ加工機６７、廃材載置用パレットＰ１１、レーザ加工後の製品を載置するための製品載置用パレットＰ１３が設けられている。

そして、前記検査モジュール４９から前記製品載置モジュール５１ａの供給された製品を、前記ロボット６３を用いて前記台車６５に供給し、製品を載置した台車６５がレーザ加工機６７に投入され、レーザ加工機６７によって、所望の形状の新たな製品を切断加工して生成するようになっている。

レーザ加工が終了した後、新たな製品とこの新たな製品以外の廃材とを載置した状態で台車６５が前記レーザ加工機６７から出てくるようになっている。続いて、ロボット６３によって、廃材が前記廃材載置用パレットＰ１１まで搬送され、新たな製品が製品載置用パレットＰ１３まで搬送されるようになっている。また、新たな製品を載置しているパレットＰ１３は、製品モジュール１５まで、図示しない搬送装置により搬送されるようになっている
なお、検査モジュール４９で発見された検疑材は、前記製品載置モジュール５１ａに載置された後、前記ロボット６３により、前記廃材載置用パレットＰ１１まで搬送されるようになっている。

溶接システム１ｃによれば、位置決め溶接モジュール７で溶接された製品を切断して別の新たな製品を生成する切断加工ステーション６１を備えているので、溶接後の製品から種々な形態の製品を容易に作り出すことができる。

［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係る溶接システム１ｃの概略構成を示す斜視図である。

第５の実施形態に係る溶接システム１ｄは、位置決め溶接モジュール７と検査モジュール４９との間に、トラバースモジュール（位置決め溶接モジュール７から受け取った製品を１枚ずつＹ軸方向に搬送して検査モジュール４９に供給可能なモジュール）５９ａを設け、溶接システム全体の形態を「コ」字状に形成してある点が前記第２の実施形態に係る溶接システム１ａと異なり、その他の点は、溶接システム１ａとほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

前記第２の実施形態に係る溶接システム１ａと同様に構成されているものには、前記溶接システム１ａの説明で用いた符号と同一の符号を付してある。

なお、溶接システム１ｄでは、溶接システムを「コ」字状に形成してあるが、「コ」字状以外の形状（たとえば「Ｌ」字状）に形成してもよい。

このようにトラバースモジュール５９ａを用いて、溶接システム全体の形状を変形するようにすれば、溶接システムの設置スペースに応じて柔軟な配置のレイアウトを行なうことができる。

なお、前記各実施形態では、板状の材料を溶接する場合を例に掲げて説明したが、板状以外の形状の材料を溶接する場合にも、前記各実施形態を適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。 位置決め溶接モジュールの位置決め装置、溶接装置の概略構成を示す平面図である。 位置決め溶接モジュールの動作を説明する図である。 溶接システムで溶接する材料の形状を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 溶接システム
Ｗ１、Ｗ３ 材料
Ｗ５ 製品
３ 材料位置決め装置
５ 溶接装置
７ 位置決め溶接モジュール
１１ 材料モジュール
１５ 製品モジュール
４７ ＤＢモジュール
４９ 検査モジュール
５９ トラバースモジュール
６１ 切断加工ステーション

Claims (8)

1. 材料を溶接して製品を生成する際に必要な各種機能を備えた装置や機器を、予め規格化されているフレームに組み込むことにより装置モジュールを形成し、前記製品を生成するための各種機能を有するモジュールが連結されることにより構成されることを特徴とする溶接システム。
2. 請求項１に記載の溶接システムにおいて、
   前記フレームの内部に前記機能を備えた装置や機器が設けられていると共に、前記装置や機器の動作及び溶接加工時に作業員の安全を確保するための物理的障壁が、前記モジュールに設けられていることを特徴とする溶接システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の溶接システムにおいて、
   前記溶接システムは、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールで共有の搬送系を備えていることを特徴とする溶接システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の溶接システムにおいて、
   前記溶接システムは、複数のモジュールを備えていると共に、前記材料や製品を搬送するために前記各モジュールが個別の搬送系を備えていることを特徴とする溶接システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
   前記モジュールとして、
   材料位置決め装置と、この材料位置決め装置で位置決めされた材料を溶接可能な溶接装置とを備えた位置決め溶接モジュールと；
   前記位置決め溶接モジュールに供給する材料をストックする材料モジュールと；
   前記位置決め溶接モジュールで溶接された製品をストックする製品モジュールと；
   を有することを特徴とする溶接システム。
6. 請求項５に記載の溶接システムにおいて、
   前記モジュールとして、
   前記材料モジュールと前記位置決め溶接モジュールとの間に、前記位置決め溶接モジュールに供給される材料を検査する材料検査モジュールが設けられていることを特徴とする溶接システム。
7. 請求項５または請求項６に記載の溶接システムにおいて、
   前記モジュールとして、
   前記位置決め溶接モジュールと前記製品モジュールとの間に、前記位置決め溶接モジュールで溶接された製品を検査する検査モジュールが設けられていることを特徴とする溶接システム。
8. 請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
   前記モジュールとして、
   前記各モジュールの間のうちのいずれかの間に、前記材料や前記製品を分岐する機能、または前記材料や前記製品を合流する機能を備えたトラバースモジュールが設けられていることを特徴とする溶接システム。

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