CN103240517B - 点焊装置以及点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供点焊装置以及点焊方法。利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，在利用上述电极对把持工件的状态下，从上述电极对中的一方的电极侧朝上述工件侧发射超声波，在上述电极对中的另一方的电极侧接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波，基于上述接收的超声波的振幅的大小来检测上述电极对把持上述工件的把持状态。由此，能够利用焊枪在恰当的位置、以恰当的姿态把持工件，能够降低焊接不良。

Description

点焊装置以及点焊方法

技术领域

本发明涉及点焊技术。

背景技术

点焊是金属的接合方法即焊接方法之一，是把持工件并使电流流过、借助其电阻热将金属熔化从而进行接合的焊接。点焊装置具备：焊枪，该焊枪把持工件，且在该焊枪流过有电流；以及变压器，该变压器朝焊枪供给高电流。在对汽车的车身等较大工件进行点焊的情况下，焊枪被安装于工业用机械手而进行使用。

例如，日本特开2006－088160号公报公开有能够提高焊接位置的精度的点焊装置。在日本特开2006－088160号公报所公开的点焊装置中，对CAD数据的全尺寸数据、和利用三维位置测定机测定实际进行焊接的焊接位置而得的实测数据进行比较，从而判定实测数据是否处于全尺寸数据的规定范围内。

但是，在日本特开2006－088160号公报所公开的点焊装置中，即便当实测数据处于全尺寸数据的规定范围内的情况下，当工件未在恰当的位置被焊枪把持时、或者工件未以恰当姿态被焊枪把持时，存在产生端打（焊接电流从凸缘端部溢出）等焊接不良的顾虑。因此，在点焊装置以及点焊方法中，谋求利用焊枪以恰当的位置以及姿态把持工件，从而降低焊接不良。

发明内容

本发明所要解决的课题如上所述，其次对用于解决该课题的手段进行说明。

在本发明的第一实施方式所涉及的点焊方法中，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，在利用上述电极对把持工件的状态下，从上述电极对中的一方的电极侧朝上述工件侧发射超声波，在上述电极对中的另一方的电极侧接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波，基于上述接收的超声波的振幅的大小来检测上述电极对把持上述工件的把持状态。

在优选的一个实施方式中，在利用上述焊枪的上述电极对把持工件的状态下，基于上述接收的超声波的振幅的大小，估算从上述电极对的中心位置到位于距该中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部为止的距离亦即搭接量，并将上述估算出的搭接量作为上述工件的把持状态加以检测，当上述估算出的搭接量在对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量以上的情况下，执行点焊。

更优选形成为，基于上述估算出的搭接量和对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量之差来修正上述电极对把持工件的把持位置，并执行点焊。

此外，当从位于距上述电极对的中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部到第二端部为止的距离在下述合计值以上的情况下，对上述电极对把持工件的把持位置进行修正，并执行点焊，上述第二端部是位于连结该工件的端部和电极对的中心位置的直线的延长线上的能够焊接的端部，上述合计值是指：上述估算出的搭接量、对上述工件的把持位置进行修正的修正量、上述电极的半径以及为了避免上述电极对与工件之间的干涉而设定的余量的合计值。

在其他的优选实施方式中，基于上述接收的超声波的振幅的大小估算上述工件相对于与上述电极的轴线垂直的平面倾斜的角度，并将上述估算出的倾斜角度作为上述工件的把持状态加以检测，当上述估算出的倾斜角度在对上述工件的端部进行点焊时应当确保的最低限度的值以下的情况下，执行点焊。

在上述实施方式中，优选形成为，在不执行点焊的情况下，进行警告。

在本发明的第二实施方式所涉及的点焊装置中，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，上述点焊装置具备：超声波发射传感器，该超声波发射传感器设置于上述电极对中的一方的电极侧，并朝上述工件侧发射超声波；超声波接收传感器，该超声波接收传感器设置于上述电极对中的另一方的电极侧，并接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波；以及控制器，该控制器基于利用上述超声波接收传感器接收的超声波的振幅的大小检测上述焊枪的上述电极对把持上述工件的把持状态，从而对上述焊枪进行控制。

在一个优选实施方式中，在利用上述焊枪的上述电极对把持工件的状态下，上述控制器基于由上述超声波接收传感器接收的超声波的振幅的大小，估算从上述电极对的中心位置到位于距该中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部为止的距离亦即搭接量，并将上述估算出的搭接量作为上述工件的把持状态加以检测，当上述估算出的搭接量在对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量以上的情况下，执行点焊。

更优选形成为，上述控制器基于上述估算出的搭接量和对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量之差来修正上述电极对把持工件的把持位置，并执行点焊。

此外，更优选形成为，当从位于距上述电极对的中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部到第二端部为止的距离在下述合计值以上的情况下，上述控制器对上述电极对把持工件的把持位置进行修正，并执行点焊，上述第二端部是位于连结该工件的端部和电极对的中心位置的直线的延长线上的能够焊接的端部，上述合计值是指：上述估算出的搭接量、对上述工件的把持位置进行修正的修正量、上述电极的半径以及为了避免上述电极对与工件之间的干涉而设定的余量的合计值。

在其他的优选实施方式中，上述控制器基于上述接收的超声波的振幅的大小估算上述工件相对于与上述电极的轴线垂直的平面倾斜的角度，并将上述估算出的倾斜角度作为上述工件的把持状态加以检测，并当上述估算出的倾斜角度在对上述工件的端部进行点焊时应当确保的最低限度的值以下的情况下，执行点焊。

在上述实施方式中，优选形成为，在不执行点焊的情况下，进行警告。

根据本发明，能够利用焊枪在恰当的位置、以恰当的姿态把持工件，能够降低焊接不良。

附图说明

图1是示出点焊装置的结构的图。

图2是示出控制器周边的电气设备的结构的图。

图3是示出搭接量R与超声波振幅D之间的相关性的曲线图。

图4是示出第一实施方式所涉及的点焊控制的流程的流程图。

图5是示出倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性的曲线图。

图6是示出第二实施方式所涉及的点焊控制的流程的流程图。

标号说明

10：焊枪；11：电极；12：电极；20：供电装置；30：机械手；41：超声波发射传感器；42：超声波接收传感器；50：控制器；W：工件。

具体实施方式

使用图1对点焊装置100的整体结构进行说明。

另外，在图1的左侧，示出把持工件W的情况下的焊枪10的放大图。并且，图1的虚线表示电气信号线。

点焊装置100是把持工件W并使电流流过，利用其电阻热将金属熔化从而进行接合的焊接装置。另外，本实施方式的工件W是汽车的车身（车门的接合部分）。

点焊装置100具备焊枪10、供电装置20、机械手30以及用于检测工件W的把持状态的控制器50。

焊枪10把持工件W，并使电流流过而进行焊接。焊枪10安装于机械手30，其位置以及姿态能够自由变更。焊枪10具备分别成对设置的电极11/12、柄21/22以及楔块31/32，超声波发射传感器41，超声波接收传感器42。

电极11以及电极12把持工件W并使电流流过。电极11以及电极12同轴地配置在垂直地贯通工件W的被焊接部位的轴上。柄21/22支承各电极11/12。楔块31/32配置在各柄21/22的轴向中央部，并传播超声波。

超声波发射传感器41安装于楔块31。在利用电极11以及电极12把持工件W后的状态下，超声波发射传感器41朝工件W侧发射超声波。

超声波接收传感器42安装于楔块32。从超声波发射传感器41发射的超声波依次经过楔块31、柄21、电极11、电极12、柄22以及楔块32，并由超声波接收传感器42接收。

供电装置20对焊枪10的电极11/12供给高电流。供电装置20利用变压器对商用电源的电压进行升压，从而对焊枪10供给高电流。供电装置20配置在机械手30附近。供电装置20与焊接控制器60连接。

机械手30是对焊枪10的位置以及姿态进行控制的多关节的工业用机器人。机械手30与机器人控制器70连接。

在利用焊枪10的电极11/12把持工件W后的状态下，控制器50利用超声波发射传感器41朝电极11/12以及工件W发射超声波，并利用超声波接收传感器42接收在电极11/12以及工件W传播的超声波。进而，基于利用超声波接收传感器42接收的超声波的振幅的大小检测焊枪10的电极11/12对工件W的把持状态。并且，控制器50朝机器人控制器70发送可否进行焊接的信息、端打信息以及焊枪垂面断裂（面直崩れ）信息。

焊接控制器60对供电装置20进行控制从而朝焊枪10供给高电流。机器人控制器70对机械手30进行控制从而使焊枪10的位置以及姿态自由变更。并且，机器人控制器70朝焊接控制器60发送能否执行焊接的信息。

使用图2对控制器50周边的电气设备的结构进行说明。

另外，在图2中，用虚线表示焊枪10以及工件W。并且，在图2中，用双点划线表示超声波的传播路径。

超声波发射传感器41经由超声波发生器51与控制器50连接。超声波发生器50是超声波的发生源。

超声波接收传感器42经由前置放大器52以及A/D转换板53与控制器50连接。前置放大器52对利用超声波发射传感器41接收到的超声波信号的增益进行调整。A/D转换板53将利用前置放大器52调整增益后的超声波信号转换成数字信号。

如上，从超声波发射传感器41发射的超声波经过电极对11/12以及工件W，并由超声波接收传感器42接收。此时，根据工件W与电极对11/12之间的相对位置关系不同，所接收到的超声波的振幅的大小发生变化。即，通过在控制器50检测超声波的振幅的大小来作为工件W的把持状态从而对焊枪10进行控制，能够降低发生焊接不良的情况。

[第一实施方式]

使用图3对搭接量R与超声波振幅D之间的相关性进行说明。

另外，在图3的下方示出以横轴表示搭接量R、以纵轴表示超声波振幅D的搭接量R与超声波振幅D之间的相关性的曲线图。并且，在图3的上方，以剖视示意图示出各搭接量R的状态。

搭接量R是指：在利用焊枪10的电极11/12把持工件W后的状态下，从电极11/12的中心位置（轴线）到距该中心位置最短距离的能够焊接的工件W的端部为止的距离，是表示电极11/12对工件W的把持状态的指标。所谓能够焊接的工件W的端部是指：被焊接部件的端面、被焊接部件的即将立起之前等的部位，是被焊接部位从平面开始变化的部位。

图3中的全搭接量R2是指：在利用焊枪10的电极11/12把持工件W的状态下，从相对于电极11/12的中心位置（轴线）离开最短距离的能够焊接的工件W的端部（第一端部）起、到位于工件W的该端部与电极11/12的中心位置的连线的延长线上的能够焊接的工件W的端部（第二端部）为止的距离，表示能够焊接的工件W的长度。

超声波振幅D是指利用超声波接收传感器42接收到的超声波的振幅。

对于搭接量R与超声波振幅D之间的相关性，可知：随着搭接量R从零开始变大，超声波振幅D变大，并且，从搭接量R超过规定的值起，超声波振幅D恒定。

一般情况下，对于超声波的传播速度，与刚体（电极11/12或者工件W）中的传播速度相比较，空气中的传播速度极慢。并且，由于在刚体（电极11/12或者工件W）中和在空气中，声阻抗差别极大，因此可知在刚体中传播的超声波几乎不会朝空气中传播。

搭接量R越小，则电极11/12把持越靠近工件W的端部的部分，因此，超声波难以全部传播至工件W。因此，由超声波发射传感器41发射的超声波中，在电极11/12以及工件W传播并由超声波接收传感器42接收的超声波变弱，超声波的振幅变小。根据以上原因得出了上述搭接量R与超声波振幅D之间的相关性。

使用图4对点焊控制S100进行说明。

在步骤S101中，操作者对机器人控制器70指示工件W的焊接打点位置。在步骤S102中，机器人控制器70利用机械手30使焊枪10朝焊接打点位置移动。在步骤S103中，机器人控制器70使焊枪10把持工件W。

在步骤S104中，控制器50利用超声波发生器50发生超声波，并从超声波发射传感器41发射超声波。

在步骤S105中，超声波接收传感器42接收从超声波发射传感器41发射并在电极11/12以及工件W传播而来的超声波，前置放大器52对由超声波接收传感器42接收到的超声波信号的增益进行调整，A/D转换板53将利用前置放大器52调整增益后的超声波信号转换成数字信号。被转换成数字信号后的超声波信号由控制器50接收。

在步骤S106中，控制器50基于搭接量R与超声波振幅D之间的相关性，并利用接收到的超声波信号的振幅D估算搭接量R。另外，搭接量R与超声波振幅D之间的相关性被预先存储于控制器50。

在步骤S107中，控制器50确认在步骤S106中估算出的搭接量R是否在规定搭接量R1以上。规定搭接量R1是指：在对工件W的端部进行点焊时，为了不招致接合不良而最低限度需要的搭接量（最低限度需要的从电极11/12的中心位置到工件W的端部为止的距离）。规定搭接量R1被预先存储于控制器50。

当所估算出的搭接量R在规定搭接量R1以上的情况下，移至步骤S111。当所估算出的搭接量不在规定搭接量R1以上的情况下，移至步骤S108。

在步骤S108中，控制器50利用下述的式（1）计算出修正量α。

[式（1）]

[修正量α]=[规定搭接量R1]－[搭接量R]

在步骤S109中，控制器50确认下述的式（2）是否成立。当式（2）成立的情况下，认为无法使焊枪10移动修正量α，移至步骤S112。当式（2）不成立的情况下，移至步骤S110。

[式（2）]

[全搭接量R2]<[搭接量R]+[修正量α]+[电极半径d]+[余量β]

式（2）中的余量β是为了避免电极11/12与工件W的另一端（第二端）干涉而设定的尺寸。即，若搭接量R、修正量α与电极半径d的总计是全搭接量R以下的尺寸，则电极11/12不与工件W的另一端干涉，但实际上因电极半径d的公差等的原因，存在发生干涉的可能性。因此，设定余量β，当式（2）不成立的情况下，电极11/12与工件W的另一端确实不会干涉，能够使焊枪10移动。

在步骤S110中，机器人控制器70利用机械手30使焊枪10移动修正量α。在步骤S111中，焊接控制器60利用供电装置20朝电极11/12供给高电流，并进行焊接。

在步骤S112中，控制器50在监视器等输出警报，将异常状态告知操作者。

对点焊控制S100的效果进行说明。

根据点焊控制S100，能够利用焊枪10在恰当的位置把持工件W。由此，能够降低例如焊接电流从工件W的端部（凸缘端部）溢出的端打等焊接不良。

[第二实施方式]

使用图5对倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性进行说明。

另外，在图5的下方，示出以横轴表示倾斜角度θ、以纵轴表示超声波振幅D的倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性的曲线图。并且，在图5的上方，以剖视示意图示出在利用焊枪10的电极11/12把持工件W的状态下的倾斜角度θ。

倾斜角度θ是指在利用焊枪10的电极11/12把持工件W的状态下，工件W相对于与电极11/12的中心位置即轴线垂直的平面倾斜的角度，是表示电极11/12对工件W的把持状态的指标。

一般情况下，对于超声波的传播速度，与刚体（电极11/12或者工件W）中的传播速度相比较，空气中的传播速度极慢。并且，由于在刚体（电极11/12或者工件）中和在空气中，声阻抗差别极大，因此可知在刚体中传播的超声波几乎不会朝空气中传播。

倾斜角度θ越大，则电极11/12与工件W之间的接触部分越小，因此，超声波难以全部传播至工件W。因此，由超声波发射传感器41发射的超声波中，在电极11/12以及工件W传播并由超声波接收传感器42接收的超声波变弱，超声波的振幅变小。根据以上原因得出了上述倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性。

使用图6对点焊控制S200进行说明。

在步骤S201中，操作者对机器人控制器70指示工件W的焊接打点位置。在步骤S202中，机器人控制器70利用机械手30使焊枪10朝焊接打点位置移动。在步骤S203中，机器人控制器70使焊枪10把持工件W。

在步骤S204中，控制器50利用超声波发生器50发生超声波，并从超声波发射传感器41发射超声波。

在步骤S205中，超声波接收传感器42接收从超声波发射传感器41发射并在电极11/12以及工件W传播而来的超声波，前置放大器52对由超声波接收传感器42接收到的超声波信号的增益进行调整，A/D转换板53将利用前置放大器52调整增益后的超声波信号转换成数字信号。被转换成数字信号后的超声波信号由控制器50接收。

在步骤S206中，控制器50基于倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性，并利用接收到的超声波信号的振幅D估算倾斜角度θ。另外，倾斜角度θ与超声波振幅D之间的相关性被预先存储于控制器50。

在步骤S207中，控制器50确认在步骤S206中估算出的倾斜角度θ是否在规定倾斜角度θ1以下。规定倾斜角度θ1是指：在对工件W进行点焊时，为了不招致接合不良而最低限度需要的水平度（相对于电极11/12的轴线的垂直度），规定倾斜角度θ1被预先存储于控制器50。

当所估算出的倾斜角度θ在规定倾斜角度θ1以下的情况下，移至步骤S208。当所估算出的倾斜角度θ不在规定倾斜角度θ1以下的情况下，移至步骤S209.

在步骤S208中，焊接控制器60利用供电装置20对电极11/12供给高压电流，并进行焊接。

在步骤S209中，控制器50在监视器等输出警报，将异常状态告知操作者。

对点焊控制S200的效果进行说明。

根据点焊控制S200，能够利用焊枪10以恰当的角度把持工件W。由此，能够降低焊接不良，能够确保点焊的质量。

Claims (10)

1.一种点焊方法，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，

在利用上述电极对把持工件的状态下，从上述电极对中的一方的电极侧朝上述工件侧发射超声波，

在上述电极对中的另一方的电极侧接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波，

基于上述接收的超声波的振幅的大小来检测上述电极对把持上述工件的把持状态，

在利用上述焊枪的上述电极对把持工件的状态下，基于上述接收的超声波的振幅的大小，估算从上述电极对的中心位置到位于距该中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部为止的距离亦即搭接量，并将上述估算出的搭接量作为上述工件的把持状态加以检测，

当上述估算出的搭接量为对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量以上的情况下，执行点焊。

2.根据权利要求1所述的点焊方法，其中，

基于上述估算出的搭接量和对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量之差来修正上述电极对把持工件的把持位置，并执行点焊。

3.根据权利要求2所述的点焊方法，其中，

当从位于距上述电极对的中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部到第二端部为止的距离在下述合计值以上的情况下，对上述电极对把持工件的把持位置进行修正，并执行点焊，

上述第二端部是位于连结上述工件的端部和电极对的中心位置的直线的延长线上的能够焊接的端部，上述合计值是指：上述估算出的搭接量、对上述工件的把持位置进行修正的修正量、上述电极的半径以及为了避免上述电极对与工件之间的干涉而设定的余量的合计值。

4.一种点焊方法，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，

在利用上述电极对把持工件的状态下，从上述电极对中的一方的电极侧朝上述工件侧发射超声波，

在上述电极对中的另一方的电极侧接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波，

基于上述接收的超声波的振幅的大小来检测上述电极对把持上述工件的把持状态，

基于上述接收的超声波的振幅的大小估算上述工件相对于与上述电极的轴线垂直的平面倾斜的角度，并将上述估算出的倾斜角度作为上述工件的把持状态加以检测，

当上述估算出的倾斜角度为对上述工件的端部进行点焊时应当确保的最低限度的值以下的情况下，执行点焊。

5.根据权利要求3或4所述的点焊方法，其中，

在不执行点焊的情况下，进行警告。

6.一种点焊装置，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，

上述点焊装置具备：

超声波发射传感器，该超声波发射传感器设置于上述电极对中的一方的电极侧，并朝上述工件侧发射超声波；

超声波接收传感器，该超声波接收传感器设置于上述电极对中的另一方的电极侧，并接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波；以及

控制器，该控制器基于利用上述超声波接收传感器接收的超声波的振幅的大小检测上述焊枪的上述电极对把持上述工件的把持状态，从而对上述焊枪进行控制，

在利用上述焊枪的上述电极对把持工件的状态下，上述控制器基于由上述超声波接收传感器接收的超声波的振幅的大小，估算从上述电极对的中心位置到位于距该中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部为止的距离亦即搭接量，并将上述估算出的搭接量作为上述工件的把持状态加以检测，

当上述估算出的搭接量为对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量以上的情况下，执行点焊。

7.根据权利要求6所述的点焊装置，其中，

上述控制器基于上述估算出的搭接量和对上述工件的端部进行点焊时所需的最低限度的搭接量之差来修正上述电极对把持工件的把持位置，并执行点焊。

8.根据权利要求7所述的点焊装置，其中，

当从位于距上述电极对的中心位置最短距离的上述工件的能够焊接的端部到第二端部为止的距离在下述合计值以上的情况下，上述控制器对上述电极对把持工件的把持位置进行修正，并执行点焊，

上述第二端部是位于连结上述工件的端部和电极对的中心位置的直线的延长线上的能够焊接的端部，上述合计值是指：上述估算出的搭接量、对上述工件的把持位置进行修正的修正量、上述电极的半径以及为了避免上述电极对与工件之间的干涉而设定的余量的合计值。

9.一种点焊装置，利用焊枪的电极对把持工件的被焊接部位从而进行焊接，其中，

上述点焊装置具备：

超声波发射传感器，该超声波发射传感器设置于上述电极对中的一方的电极侧，并朝上述工件侧发射超声波；

超声波接收传感器，该超声波接收传感器设置于上述电极对中的另一方的电极侧，并接收在上述电极对以及上述工件传播来的超声波；以及

控制器，该控制器基于利用上述超声波接收传感器接收的超声波的振幅的大小检测上述焊枪的上述电极对把持上述工件的把持状态，从而对上述焊枪进行控制，

上述控制器基于上述接收的超声波的振幅的大小估算上述工件相对于与上述电极的轴线垂直的平面倾斜的角度，并将上述估算出的倾斜角度作为上述工件的把持状态加以检测，

并且当上述估算出的倾斜角度在对上述工件的端部进行点焊时应当确保的最低限度的值以下的情况下，执行点焊。

10.根据权利要求8或9所述的点焊装置，其中，

在不执行点焊的情况下，上述控制器进行警告。