CN1096912C - 检测焊接枪电极磨损量的方法及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

将板状焊接平台(9)固定在固定侧电极(5)及移动侧电极(6)之间。设置手臂端以便由外力使之在移动侧电极(6)移动的方向上移动，然后使移动侧电极(6)朝焊接平台(9)移动，并用该力将其压在焊接平台(9)上，以使得手臂端由反力向上推着，当焊接平台(9)被保持在移动侧电极(6)及固定侧电极(5)之间以释放固定焊接平台(9)由压力获得的保持时取得在工具坐标系中机器人位置及枪轴伺服电动机(7)的位置作为参考位置。然后，类似地，取得机器人位置及枪轴伺服电动机(7)的位置，以便根据与各参考位置之各差值计算固定侧电极(5)及移动侧电极(6)的磨损量。

Description

检测焊接枪电极磨损量的方法及焊接方法
本发明涉及在焊接机器人中的一种检测焊接枪电极的方法及焊接方法，该焊接机器人具有连接在其用于保持待焊接物体的机器人手臂一端的焊接枪，焊接枪具有固定侧电极及与固定侧电极对立并由伺服电动机或空气汽缸驱动的移动侧电极，以便用压力保持待焊接物体。
传统上，在具有连接于其机器人手臂一端的电阻焊接枪的焊接机器人中，移动侧电极由驱动源，如空气汽缸或伺服电动机(枪轴伺服电动机)驱动，以便和与其形成一对的固定侧电极一起保持待焊接物体，该物体被用压力保持，并通过大电流以进行焊接。由于这对电极因压力及焊接时的焊接热量逐渐磨损，必需在机器人操作期间检测磨损量，以校正电极位置。
作为校正电极位置的方法，设置了平衡机构(该结构通常是固定的，但在施加压力时释放该固定状态，以将弹簧支持的焊接枪移动到最佳位置)，或使用JP-A-7-284957中描述的方法。
但是，该平衡机构具有造价高的缺点。此外，JP-A-7-284957的方法具有预先确定磨损量分配的问题，或从整个磨损量(固定侧电极的加移动侧电极的)中减去移动侧电极的磨损量来获得固定侧电极的的磨损量的问题，其中，前一方法缺少高精度，及后一方法由于涉及两步骤处理而复杂。
本发明的目的是提供一种检测焊接枪电极磨损量的方法，它能简单地检测焊接枪电极磨损量而无需平衡机构。
本发明的另一目的是提供一种检测焊接枪电极磨损量的方法，它能去消对平衡机构的需要。
根据本发明的磨损检测方法包括以下步骤：
将板状焊接平台固定在固定侧电极及移动侧电极之间；
在任何电极磨损前，控制机器人，以使得由外力仅在移动侧电极移动的方向上移动手臂端，然后使移动侧电极朝焊接平台移动，及当移动侧电极与焊接平台接触后，用恒力将移动侧电极压在焊接平台上，以使得手臂端在逆着移动侧电极由反力移动的方向上移动；
当焊接平台被保持在移动侧电极及固定侧电极之间时分别取得在预定座标系中机器人位置及枪轴伺服电动机位置作为参考位置；
然后以类似方式取得在该座标系中机器人位置及枪轴伺服电动机位置；
从机器人当前位置及机器人参考位置之差和枪轴伺服电动机当前位置及枪轴伺服电动机参考位置分别计算固定侧电极的磨损量及移动侧电极的磨损量。
使用实际被压在移动侧电极及固定侧电极之间的固定焊接平台来测量电极的磨损量能使以简单的程序及高精度测量磨损量成为可能。
根据本发明的焊接方法包括以下步骤：
将工件固定在固定侧电极及移动侧电极之间；
控制机器人，以使得由外力仅在移动侧电极移动的方向上移动手臂端，然后使移动侧电极朝工件移动，及当移动侧电极与工件接触后，用恒力将移动侧电极压在工件上，以使得手臂端在逆着移动侧电极由反力移动的方向上移动；
使工件保持在移动侧电极及固定侧电极之间并执行焊接；及
释放用压力对工件的保持状态，以使移动侧电极返回到其原始位置。
简言之，在该检测焊接枪电极磨损量的方法中，使用工件作为焊接平台，并以高速执行除磨损量监测(位置检测)外的操作，实现平衡操作。该机器人的平衡操作消除了在工件上压靠固定侧片用于示教的需要，因此，甚至在无平衡机构的枪中，可实现类似于具有平衡机构的枪的示教。这实质上方便了示教及消除了磨损校正的需要。在此情况下，移动侧电极的驱动源可以是枪轴伺服电动机或空气汽缸。
图1是表示具有根据本发明一个实施例的C形焊接枪的焊接机器人结构的示图；
图2是机器人控制单元2的框图；
图3是说明用于获得机器人1及枪轴伺服电动机7的参考位置的处理过程的流程图；
图4是说明用于获得固定侧电极5及移动侧电极6磨损量的处理过程的流程图；及
图5a-5d是表示固定侧电极5及移动侧电极6移动的过程图。
如图1所示，具有固定侧电极5及移动侧电极6的C形焊接枪4被安装在工业机器人1的手臂一端上，后者受具有位置检测器(未示出)的伺服电动机的控制。工业机器人1受机器人控制单元2中的机器人驱动电路的控制。焊接状态，如C形焊枪4中焊接电流的设置是由焊接单元8执行的。移动侧电极6被枪轴伺服电动机7通过球形螺丝驱动，枪轴伺服电动机由机器人控制单元2中的枪电动机控制部分15(描述于后)控制。固定侧电极5安装在C形焊枪4的固定侧并可随C形焊枪4的垂直移动而垂直移动。
如图2所示，机器人控制单元2包括：系统控制部分11，用于根据在编程附件(示教盒)3中设置的示教数据控制整个系统；I/O接口处理部分12，用于处理计算机或类似装置信号的输入/输出；数据存储区13；电动机控制部分14，用于控制机器人1各轴上的电动机；枪电动机控制部分15，用于控制移动侧电极6的枪轴伺服电动机7；及移动控制部分16，用于根据由系统控制部分11提供用于机器人1的指令来计算用于机器人1各个轴的指令，以将该计算指令供给电动机控制部分14，及产生用于枪电动机控制部分15的指令。移动控制部分16包括计算部分17。
以下，参照图3至图5来描述该实施例的操作。
首先，如图5a所示，将板状固定焊接平台9固定在固定侧电极5及移动侧电极6之间，并示教固定侧电极5及移动侧电极6的位置(步骤21)。接着，机器人1的6个轴被带入伺服浮置状态(伺服电动机产生的电动机转矩仅用于补偿机器人1的自身重量的状态，以致机器人手臂的端部仅在移动侧电极6被外力移动的方向上移动(步骤22)。枪轴伺服7电动机被枪电动机控制部分15以恒速驱动来降低移动侧电极6，如图5b所示，及当移动侧电极6与固定焊接平台9形成连接后，它被为固定焊接平台9设置的电动机转矩压在固定焊接平台9上(步骤23)。在此时，因为由枪轴电动机7通过球形螺丝传送给移动侧电极6的力大于机器人1侧上伺服电动机的保持力，机器人1的手臂端向上移动，即固定侧电极5被升高，以使得由移动侧电极6及固定侧电极5保持固定焊接平台9，如图5c所示(步骤24)。在此时，由电动机控制部分14检测机器人1的各轴位置，并在电动机控制部分16中的处理部分17上转换成一个工具座标系(在该座标系中，安装在机器人法兰一端上的工具有效方向是Z轴)中的数据。转换的数据作为参考数据R1被存储在数据存储区13中。枪轴伺服电动机7的位置被枪电动机控制部分15检测并作为参考数据R2通过电动机控制部分16被存储在数据存储区13中(步骤25)。然后，如图5d所示，由移动侧电极6及固定侧电极5用压力保持的固定焊接平台9的保持状态被释放，及移动侧电极6及固定侧电极5返回到图5d中的位置。
接着，当实际进行焊接时，类似于步骤21至24(步骤31至34)，由电动机控制部分14检测机器人1的各轴位置，并在计算部分17上转换成一个工具座标系中的数据P1，并在计算部分17上确定P1及存储在数据存储区13中参考数据R1的差，及将其作为固定侧电极5的磨损量存储在数据存储区13中(步骤35)。类似地，枪轴伺服电动机7的位置P2被枪电动机控制部分15检测并在计算部分17上确定P2及存储在数据存储区13中参考数据R2的差。这样确定的差再乘以枪轴伺服电动机7的分辨率，并将其结果作为移动侧电极6的磨损量被存储在数据存储区13中(步骤36)。
然后，固定侧电极5向移动侧电极6移动与其磨损量相应的距离，而移动侧电极6向固定侧电极5移动一个(相应于固定侧电极5的磨损量加移动侧电极6的磨损量)距离，以对C形焊枪4的磨损进行校正(这去消了平衡操作的需要)，及进行焊接。
应当指出，本发明可应用于X形伺服焊枪(具有如剪刀中支点的点焊枪，其中一臂由电动机驱动，及另一臂用于施加压力)。此外，可使用工具座标系外的座标系来转换机器人1的位置。
另外，假定固定焊接平台9为一工件，在焊接时图5a至5d所示的操作(除位置检测外)以高速进行，由此允许机器人本身实现类似于平衡机构的操作。在此情况下，可使用空气汽缸来代替枪轴伺服电动机7。

Claims (2)

1.一种检测焊接机器人中的焊接枪电极的方法，该焊接机器人具有连接在其用于保持待焊接物体的机器人手臂一端的焊接枪，焊接枪具有固定侧电极及与固定侧电极对立并由枪轴伺服电动机驱动的移动侧电极，以便用压力保持待焊接物体，所述方法包括以下步骤：
将板状焊接平台固定在固定侧电极及移动侧电极之间；
在任何电极磨损前，控制机器人，以使得由外力仅在移动侧电极移动的方向上移动手臂端，然后使移动侧电极朝焊接平台移动，及当移动侧电极与焊接平台接触后，用恒力将移动侧电极压在焊接平台上，以使得手臂端在逆着移动侧电极由反力移动的方向上移动；
当焊接平台被保持在移动侧电极及固定侧电极之间时分别取得在预定座标系中机器人位置及枪轴伺服电动机位置作为参考位置；
然后以类似方式取得在该座标系中机器人位置及枪轴伺服电动机位置；
从机器人当前位置及机器人参考位置之差和枪轴伺服电动机当前位置及枪轴伺服电动机参考位置之差分别计算固定侧电极的磨损量及移动侧电极的磨损量。
2.一种由焊接机器人执行的焊接方法，该焊接机器人具有连接在其用于保持待焊接物体的机器人手臂一端的焊接枪，焊接枪具有固定侧电极及与固定侧电极对立并由伺服电动机或空气汽缸驱动的移动侧电极，以便用压力保持待焊接物体，所述方法包括以下步骤：
将工件固定在固定侧电极及移动侧电极之间；
控制机器人，以使得由外力仅在移动侧电极移动的方向上移动手臂端，然后使移动侧电极朝工件移动，及当移动侧电极与工件接触后，用恒力将移动侧电极压在工件上，以使得手臂端在逆着移动侧电极由反力移动的方向上移动；
使工件保持在移动侧电极及固定侧电极之间并执行焊接；及
释放用压力对工件的保持，以使移动侧电极返回到其原始位置，
其中这些步骤被快速地执行。
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