DE102011009379B4

DE102011009379B4 - Punktschweisssystem und Positionserkennungsverfahren für ein zu schweißendes Werkstück

Info

Publication number: DE102011009379B4
Application number: DE102011009379.6A
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Takahashi; Toshimichi Aoki; Masanobu HATADA; Akinori Nishimura
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP4870821B2; DE102011009379A1; US20110180516A1; CN102139399B; CN102139399A; JP2011152582A

Abstract

Punktschweißsystem aufweisend:eine Punktschweißpistole (2) mit einem Paar Elektroden (21; 22), die ein Werkstück (W) überspannend einander gegenüber angeordnet sind;einen Roboter (1) zum Halten entweder der Punktschweißpistole (2) oder des Werkstücks (W) auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind;einen Servomotor (24), um einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) zu ermöglichen, sich dem Werkstück (W) anzunähern oder vom Werkstück (W) zu trennen;eine Positionserkennungsvorrichtung für das zu schweißendes Werkstück (W), aufweisend:einen Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe, um eine physikalische Größe zu erfassen, die mit einem Drehmoment des Servomotors (24) in einer Reihe von Betriebszuständen korreliert, wenn der Servomotor (24) einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) gestattet, sich einer Oberfläche des Werkstücks (W) so anzunähern, dass die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an die Werkstückoberfläche stößt;einen Positionserkennungsabschnitt (24a) zum Erkennen der Positionen einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22);einen Speicherabschnitt zum Speichern der physikalischen Größe, die vom Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe erkannt wird, und eines Wertes, der vom Positionserkennungsabschnitt (24a) erkannt wird; undeinen Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Kontakt-Anfangszeit (tc), zu der die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, auf Basis von Zeitreihendaten der im Speicherabschnitt gespeicherten physikalischen Größe, und zum Berechnen einer Werkstückposition zur Kontakt-Anfangszeit (tc) auf Basis des vom Positionserkennungsabschnitt (24a) erfassten Wertes, der im Speicherabschnitt gespeichert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein eine Positionserkennungsvorrichtung aufweisendes Punktschweißsystem und ein Positionserkennungsverfahren für ein zu schweißendes Werkstück, um die Position des punktzuschweißenden Werkstücks zu erkennen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Beim automatischen Punktschweißen eines Werkstücks mittels eines Roboters können Probleme wie eine auf das Werkstück wirkende Überlast und nicht einwandfrei fließender Schweißstrom auftreten, wenn eine in einem Arbeitsprogramm gespeicherte Werkstückposition (Punktschweiß-Punktposition) von einer tatsächlichen Werkstückposition abweicht, was zu einer Verschlechterung der Schweißgüte führt. Folglich wird beim Stand der Technik die Werkstückposition im Voraus vor dem Punktschweißen erfasst und die Punktschweiß-Punktposition wird entsprechend der erfassten Werkstückposition korrigiert.
Bei dem in der japanische Patentschrift Nr. 4233584 ( JP4233584B2 ) beschriebenen System wird ein Werkstück zwischen einer beweglichen Elektrode und einer Gegenelektrode einer Punktschweißpistole angeordnet und die beweglichen Elektrode wird von einem Servomotor so angetrieben, dass sie sich einer Werkstückoberfläche annähert. Wenn dann ein Motorstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird bestimmt, dass die bewegliche Elektrode mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt, ein Stör-Drehmoment wird im Servomotor erzeugt, und auf Basis der Position der beweglichen Elektrode zu diesem Zeitpunkt wird die Werkstückposition erkannt.
Bei dem in der JP4233584B2 beschriebenen System wird die Werkstückposition aufgrund der Annahme erfasst, dass sich das Drehmoment des Servomotors schrittweise ändert, wenn die bewegliche Elektrode mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt. Das Drehmoment des tatsächlichen Servomotors hat allerdings die Tendenz, allmählich zuzunehmen, nachdem die bewegliche Elektrode mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist. In dem Moment, in dem der Motorstrom den vorgegebenen Wert überschreitet, hat also die bewegliche Elektrode die Werkstückoberfläche hinreichend verschoben und ihr Vorschub die Kontaktposition überschritten. Wenn bestimmt wird, dass die bewegliche Elektrode mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt, wenn der Motorstrom den vorgegebenen Wert überschreitet, kann folglich die Werkstückposition nicht genau erfasst werden.
Die DE 196 26 459 C2 offenbart ein Verfahren zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück mittels einer optischen Vermessungseinrichtung. Die optische Vermessungseinrichtung umfasst eine Vermessungskamera und ein zangenförmiges Handgerät mit mindestens einem Positionsmelder, wobei die Arbeits- oder Bahnpunkte durch die Stellungen des Handgeräts in einem an dem Werkstück angepressten Zustand erfasst werden.
Aus dem Dokument DE 103 28 593 A1 ist ferner ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Schweißzangenbewegung mittels eines Schweißzangenantriebs bekannt. Der Schweißzangenantrieb umfasst eine Primär- und Sekundärantriebseinrichtung, die koordiniert gesteuert werden, um das Kontaktieren des Schweißobjektes kontrolliert durchführen und eventuelle Abweichungen von vorgegebenen Raumpunkten sicher erfassen zu können.
Das Dokument DE 10 2008 062 979 A1 zeigt ein Verfahren zur Durchführung einer Ausgleichsbewegung für eine Schweißzange, wobei die Ausgleichsbewegung mittels eines Kurbeltriebs als Antriebsmittel ausgeführt wird und wobei der Kurbeltrieb mittels eines geberlos betriebenen Servomotors betrieben wird.
Aus dem Dokument US 5 945 011 A ist eine Steuervorrichtung für einen Schweißroboter mit einer Schweißpistole bekannt, bei der mehrere Öffnungs- und Schließmuster der Schweißpistole vorab gespeichert und nach Maßgabe der Bewegung eines Roboterarms ausgewählt werden.
Ferner offenbart das Dokument DE 697 33 174 T2 ein Schweißpistolen-Steuerverfahren bei der Startpositionen für die Schweißpistolen-Elektrodenchips nach Maßgabe von in einem vorhergehenden Schweißzyklus erfassten Informationen festgelegt werden.
Das Dokument DE 101 62 967 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters, der einen sich bewegenden Gegenstand folgt, der auf einem Fördermittel oder ähnlichem befördert wird, und der eine fortschreitende Handlung an dem sich bewegenden Gegenstand vornimmt.
Aus dem Dokument DE 103 27 479 A1 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Position eines Werkstücks und der Position von Merkmalen des Werkstücks im 3D-Raum unter Verwendung von mindestens zwei elektronischen Kameras und digitaler Bildverarbeitung bekannt, bei welchem die Kameras auf ein gemeinsames Wettkoordinatensystem kalibriert sind und das Werkstück in den Raum zwischen den Kameras verbracht ist, wobei als Kamera eine oder mehrere Schwenkneigekopfkameras verwendet werden.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Punktschweißsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Positionserkennungsverfahren gemäß Anspruch 10 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche definiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Punktschweißsystem: eine Punktschweißpistole mit einem Paar Elektroden, die ein Werkstück überspannend einander gegenüber angeordnet sind; einen Roboter zum Halten entweder der Punktschweißpistole oder des Werkstücks auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind; einen Servomotor, um einer Elektrode des Elektrodenpaars zu ermöglichen, sich dem Werkstück anzunähern oder von dem Werkstück zu trennen; und eine Positionserkennungsvorrichtung für ein zu schweißendes Werkstück. Die Positionserkennungsvorrichtung weist auf: einen Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe, um eine physikalische Größe zu erfassen, die mit einem Drehmoment des Servomotors in einer Reihe von Betriebszuständen korreliert, wenn der Servomotor einer Elektrode des Elektrodenpaars gestattet, sich einer Oberfläche des Werkstücks so anzunähern, dass die eine Elektrode des Elektrodenpaars an die Werkstückoberfläche stößt; einen Positionserkennungsabschnitt zum Erkennen der Positionen einer Elektrode des Elektrodenpaars; einen Speicherabschnitt zum Speichern der physikalischen Größe, die vom Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe erkannt wird, und eines Wertes, der vom Positionserkennungsabschnitt erkannt wird; und einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Kontakt-Anfangszeit, zu der die eine Elektrode des Elektrodenpaars mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, auf Basis von Zeitreihendaten der im Speicherabschnitt gespeicherten physikalischen Größe, und zum Berechnen der Werkstückposition zur Kontakt-Anfangszeit auf Basis des vom Positionserkennungsabschnitt erkannten Wertes, der im Speicherabschnitt gespeichert ist.
Ferner wird gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Positionserkennungsverfahren für ein zu schweißendes Werkstück zum Erkennen der Werkstückposition bereitgestellt, das die Schritte aufweist: Halten entweder der Punktschweißpistole oder des Werkstücks mittels eines Roboters auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind, wobei die Punktschweißpistole ein Paar Elektroden aufweist, die das Werkstück überspannend einander gegenüber angeordnet sind; Annähern einer der Elektroden des Elektrodenpaars an eine Oberfläche des Werkstücks mittels eines Servomotors , so dass die eine Elektrode des Elektrodenpaars an die Werkstückoberfläche stößt; Berechnen einer Kontakt-Anfangszeit, zu der die eine Elektrode des Elektrodenpaars mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, auf Basis von Zeitreihendaten einer physikalischen Größe, die mit einem Drehmoment des Servomotors in einer Reihe von Betriebszuständen zum Annähern einer Elektrode des Elektrodenpaars an eine Oberfläche des Werkstücks durch den Servomotor korreliert, so dass die eine Elektrode des Elektrodenpaars gegen die Oberfläche des Werkstücks stößt; und Berechnen einer Position des Werkstücks auf Basis der Positionen des Elektrodenpaars zur Kontakt-Anfangszeit.
Figurenliste
Die Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm einer Gesamtkonfiguration eines Punktschweißsystems mit einer Positionserkennungsvorrichtung für ein zu schweißendes Werkstück gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm, das die Operationen einer beweglichen Elektrode und einer Gegenelektrode aufgrund der Ausführung eines Arbeitsprogramms darstellt;
3 ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess darstellt, der in einer Roboter-Steuerung und in einer Schweißpistolen-Steuerung von 1 ausgeführt wird;
4A ein Diagramm, das die Operationen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode im Prozess der Werkstückpositionserkennung von 3 darstellt;
4B ein Diagramm, das die Operationen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode im Prozess der Werkstückpositionserkennung von 3 darstellt;
4C ein Diagramm, das die Operationen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode im Prozess der Werkstückpositionserkennung von 3 darstellt;
4D ein Diagramm, das die Operationen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode im Prozess der Werkstückpositionserkennung von 3 darstellt;
5 ein Diagramm, das ein Beispiel der Änderung über der Zeit des Motordrehmoments und der Motorgeschwindigkeit eines Servomotors zum Antreiben der beweglichen Elektrode im Prozess der Werkstückpositionserkennung von 3 darstellt;
6A ein Diagramm, das einen Vorgang einer Stoßbestimmung der beweglichen Elektrode durch die Verwendung einer spezifischen Zeitreihenänderung des Motordrehmoments beschreibt;
6B ein Diagramm einer Variante von 6A;
7A ein Diagramm, das einen Vorgang einer Bestimmung einer Kontakt-Anfangszeit der beweglichen Elektrode durch die Verwendung der spezifischen Zeitreihenänderung des Motordrehmoments beschreibt;
7B ein Diagramm einer Variante von 7A;
8 ein Diagramm einer Variante von 1; und
9 ein Diagramm einer weiteren Variante von 1

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 9 eine Positionserkennungsvorrichtung für ein zu schweißendes Werkstück beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Punktschweißsystems mit einer Positionserkennungsvorrichtung für ein zu schweißendes Werkstück gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Das Punktschweißsystem von 1 weist einen Gelenkroboter 1, eine Punktschweißpistole 2, eine Roboter-Steuerung 3 zum Steuern des Roboters 1 und eine Schweißpistolen-Steuerung 4 zum Steuern der Punktschweißpistole 2 auf.
Der Roboter 1 ist ein üblicher 6-Achsen-Vertikal-Knickarmroboter (Gelenkroboter) mit einem am Boden befestigten Sockel 10; einem mit dem Sockel 10 drehbar gekoppelten unteren Arm 11; einem mit einem vorderen Ende des unteren Arms 11 drehbar gekoppelten oberen Arm 12; und einer an einem vorderen Ende des oberen Arms 12 drehbar angebrachten Punktschweißpistole 2. Der Roboter 1 hat eine Mehrzahl Servomotoren 13 (der Übersichtlichkeit halber ist nur einer dargestellt) zum Antreiben des Roboters. Die Servomotoren 13 werden von Steuersignalen von der Roboter-Steuerung 3 so angesteuert, dass sich Position und Orientierung der Punktschweißpistole 2 ändern.
Die Punktschweißpistole 2 ist eine so genannte Punktschweißpistole vom C-Typ mit einem U-förmigen Pistolenarm 23, der drehbar mit dem vorderen Ende des oberen Arms 12 gekoppelt ist, und einem Servomotor 24 zum Halten eines Werkstücks. Der Pistolenarm 23 hat eine stabartige Gegenelektrode 22, die von einem Ende eines L-förmigen Rahmens 23a hervorsteht, und eine stabartige bewegliche Elektrode 21, die gegenüber der Gegenelektrode 22 hervorsteht. Die bewegliche Elektrode 21 und die Gegenelektrode 22 sind zueinander koaxial angeordnet. Während die Gegenelektrode 22 am Rahmen 23a fest angebracht ist, kann sich die bewegliche Elektrode 21 koaxial zur Gegenelektrode 22 bezüglich des Rahmens 23a bewegen.
Ein Servomotor 24 wird von Steuersignalen von der Schweißpistolen-Steuerung 4 so angesteuert, dass sich die bewegliche Elektrode 21 der Gegenelektrode 22 annähert oder sich von der Gegenelektrode 22 entfernt. Ein Werkstück W wird zwischen der beweglichen Elektrode 21 und der Gegenelektrode 22 in Richtung der Werkstückdicke gehalten und das Werkstück W wird punktgeschweißt. Das Werkstück W wird von einem nicht dargestellten Werkstückhalterungsgerät gehalten.
Jeder Servomotor 13 zum Antreiben des Roboters ist mit einem Codierer 13a versehen, der einen axialen Rotationswinkel des Servomotors 13 erkennt. Der erkannte Rotationswinkel wird zur Roboter-Steuerung 3 rückgekoppelt. Die Position und Orientierung der Punktschweißpistole 2 am vorderen Ende des Arms werden durch den Regelkreis in der Roboter-Steuerung 3 gesteuert. Als Ergebnis kann die mit dem Rahmen 23a integrale Gegenelektrode 22 an einer gelernten Position in Dickenrichtung des Werkstücks W positioniert werden, und die Position und Orientierung der Gegenelektrode 22 können auf Basis der Signale von den Codierern 13a erkannt werden.
In ähnlicher Weise ist der Servomotor 24 zum Halten des Werkstücks mit einem Codierer 24a versehen, der einen axialen Rotationswinkel des Servomotors 24 erfasst. Der erfasste Rotationswinkel wird zur Schweißpistolen-Steuerung 4 rückgekoppelt. Die bewegliche Elektrode 21 kann bezüglich der Gegenelektrode 22 durch den Regelkreis in der Schweißpistolen-Steuerung 4 positioniert werden. Der Abstand zwischen den Elektroden 21 und 22 variiert entsprechend dem Rotationswinkel des Servomotors 24. Bei dieser Ausführungsform wird der Rotationswinkel des Servomotors 24 bei Kontakt der beweglichen Elektrode 21 mit der Gegenelektrode 22 oder - anders ausgedrückt - wenn der Abstand null ist, im Voraus als Referenzwert definiert. Folglich kann auf Basis der Signale vom Codierer 24a der Rotationswinkel aus dem Referenzwert, d. h. der Abstand zwischen den Elektroden 21 und 22, erfasst werden.
Die Roboter-Steuerung 3 und die Schweißpistolen-Steuerung 4 enthalten jeweils einen Prozessor mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und anderen Peripherieschaltungen. Die Roboter-Steuerung 3 ist mit der Schweißpistolen-Steuerung 4 verbunden. Die Roboter-Steuerung 3 und die Schweißpistolen-Steuerung 4 kommunizieren miteinander, um die Signale untereinander zu übertragen. Die Roboter-Steuerung 3 ist ferner mit einem Lern-Bedienfeld 5 und einer Anlagen-Steuerkonsole 6 verbunden.
Im Speicher der Roboter-Steuerung 3 sind Operationsprogramme (Arbeitsprogramme), Lerndaten und dgl. des Roboters 1 und der Punktschweißpistole 2 in überschreibbarer Form gespeichert. Die Lerndaten enthalten Schweißpunktdaten, die die Positionen und Orientierungen des Roboters 1 und der Punktschweißpistole 2 repräsentieren, wenn das Werkstück W an einer Mehrzahl Schweißpositionen punktgeschweißt wird. Die Arbeitsprogramme für den Automatikbetrieb werden auf Basis dieser Lerndaten erstellt.
Im Automatikbetrieb steuert die Roboter-Steuerung 3 den Roboter 1 gemäß den Arbeitsprogrammen, um die Position und Orientierung der Punktschweißpistole 2 bezüglich des Werkstücks W so zu steuern, dass das Werkstück W zwischen den Elektroden 21 und 22 angeordnet wird. Andererseits steuert die Schweißpistolen-Steuerung 4 die bewegliche Elektrode 21 gemäß den Arbeitsprogrammen, um den auf das Werkstück W von den Elektroden 21 und 22 ausgeübten Schweißdruck und den an die Elektroden 21 und 22 gelieferten Strom gemäß den Arbeitsprogrammen zu steuern, um das Punktschweißen an einer vorgegebenen Schweißpunktposition auszuführen.
Das Lern-Bedienfeld 5 hat einen Bedienungsabschnitt 51, der von einem Bediener bedient wird, und einen Anzeigeabschnitt 52, um dem Bediener vorgegebene Informationen zu übermitteln. Über den Bedienungsabschnitt 51 werden hauptsächlich Lernbefehle für die Operationen des Roboters 1, Befehle zum Editieren oder Ausführen der Arbeitsprogramme und dgl. eingegeben. Der Anzeigeabschnitt 52 zeigt verschiedene Informationen an, wie Einstellung, Operation, Störungen und dgl. des Roboters 1.
Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, ist in einer Fertigungsstraße einer Fabrik eine Mehrzahl der oben beschriebenen Punktschweißsysteme vorgesehen, und eine Anlagen-Steuerkonsole 6 ist mit jeder Roboter-Steuerung 3 dieser Systeme verbunden. Die Signale von jeder Roboter-Steuerung 3 und ihren jeweiligen Peripheriegeräten werden an die Anlagen-Steuerkonsole 6 gesendet und auf Basis dieser Signale kann die Anlagen-Steuerkonsole 6 die Punktschweiß-Fertigungsstraße auf eine einheitliche Weise betreiben. Über den in der Anlagen-Steuerkonsole 6 bereitgestellten Anzeigeabschnitt 61 oder ein mit der Anlagen-Steuerkonsole 6 verbundenes Anzeigegerät (nicht dargestellt) können die Betriebsbedingungen jedes Roboters 1 erfasst werden.
Die Anlagen-Steuerkonsole 6 empfängt die Signale von jeder Roboter-Steuerung 3 und gibt externe Signale an jede Roboter-Steuerung 3 aus. Die Anlagen-Steuerkonsole 6 kann einen Aktivierungsbefehl zum Ausführen der Arbeitsprogramme an jede Roboter-Steuerung 3 ausgeben. Die externen Signale von der Anlagen-Steuerkonsole 6 können über verschiedene Kommunikationsmittel wie die Ethernet®-Kommunikation ausgegeben werden. Diese Befehle können durch eine Betätigung des Lern-Bedienfelds 5 ausgegeben werden.
2 ist ein Diagramm, das die Operationen der Elektroden 21 und 22 durch die Ausführung dieser Arbeitsprogramme während des Automatikbetriebs darstellt. Gemäß 2 werden die Elektroden 21 und 22 bewegt, um eine Punktschweißung auszuführen, während das Werkstück W waagrecht gehalten wird. Genauer gesagt, ist jeweils ein Elektrodenpaar 21 und 22 über bzw. unter dem sowie senkrecht bezüglich des Werkstücks W angeordnet, und dann werden die Elektroden 21 und 22 zu den Schweißpunktpositionen über und unter dem Werkstück bewegt, um die Punktschweißung auszuführen.
Wenn die Schweißpunktposition auf der oberen und unteren Oberfläche des Werkstücks durch die Dicke des Werkstücks W geändert wird, überlappt sie die Schweißpunktposition auf der oberen und unteren Oberfläche des Werkstücks. Folglich wird in den Programmen entweder nur die obere oder nur die untere Oberfläche (z. B. die untere Oberfläche) des Werkstücks zusammen mit der Dicke des Werkstücks eingestellt.
Während des Automatikbetriebs bewegen sich die Elektroden 21 und 22 zuerst in Wartepositionen, bevor das Punktschweißen beginnt. Die Elektroden 21 und 22 bewegen sich also mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Positionen 1, die von den jeweiligen Werkstückoberflächen um vorgegebene Abstände Da bzw. Db getrennt sind, und halten dort vorübergehend an. Danach bewegen sich die Elektroden 21 und 22 entlang vorgegebener, in der Figur dargestellter Wege mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in die Schweißpunktpositionen (Positionen 2) und üben dann eine vorgegebene Presskraft auf das Werkstück W aus. In diesem Zustand werden die Elektroden 21 und 22 bei einem vorgegebenen Strom mit Energie versorgt. Danach bewegen sich die Elektroden 21 und 22 nach dem Ausführen des Punktschweißens in Wartepositionen. Die Elektroden 21 und 22 bewegen sich also mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Positionen 3 in 3, die von den jeweiligen Werkstückoberflächen um vorgegebene Abstände Dc bzw. Dd getrennt sind, und halten dort vorübergehend an.
Bei einer Mehrzahl an Schweißpunkten bewegen sich die Elektroden 21 und 22 in Wartepositionen, bevor das Punktschweißen nach Maßgabe der folgenden Schweißpunkte beginnt, so dass das Werkstück W an der Mehrzahl Schweißpunkte nacheinander punktgeschweißt wird. In diesem Fall werden die Abstände Da bis Dd von den jeweiligen Werkstückoberflächen zu den Elektroden 21 und 22 unter Berücksichtigung der umgebenden Hindernisse 25 an jedem Schweißpunkt so eingestellt, dass die Elektroden 21 und 22 nicht mit den Hindernissen 25 zusammenstoßen.
Selbst wenn die Elektroden 21 und 22 in vorgegebene Schweißpunktpositionen zum Punktschweißen von Werkstücken W desselben Typs bewegt werden, können aufgrund der Tatsache, dass Werkstücke W aus verschiedenen Losen verwendet werden oder die Position der Vorrichtung zum Einspannen des Werkstücks W korrigiert wird, die Punktschweiß-Punkt-positionen auf den Werkstückoberflächen von den Zielpunkt-Schweißpunktpositionen abweichen. Eine solche Abweichung resultiert in Problemen wie eine auf das Werkstück W wirkende Überlast, nicht einwandfrei fließender Schweißstrom und dgl., wobei sich als deren Ergebnis die Schweißgüte verschlechtert. Die Punktschweiß-Punktpositionen müssen deshalb korrigiert werden, indem die tatsächliche Werkstückposition bestimmt wird. Die manuelle Korrektur sämtlicher der Mehrzahl Punktschweiß-Punktpositionen ist jedoch zu zeit- und arbeitsaufwändig. Andererseits kann der Bediener die Abweichung der Punktschweiß-Punktpositionen durch eine Sichtkontrolle direkt prüfen und korrigieren. In diesem Fall wird jedoch die Genauigkeit der Korrektur vom Können des Bedieners beeinflusst, und eine gleichmäßige Schweißgüte kann nicht aufrechterhalten werden. Bei dieser Ausführungsform wird deshalb die Werkstückposition vor dem Ausführen des Punktschweißens im Automatikbetrieb automatisch erkannt und die Punktschweiß-Punktpositionen der Betriebsprogramme werden wie folgt korrigiert.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess der Werkstückpositionserkennung beispielhaft darstellt, der in der Roboter-Steuerung 3 und der Schweißpistolen-Steuerung 4 ausgeführt wird. Die 4A bis 4D sind Diagramme, die ein Beispiel der Operationen der Elektroden 21 und 22 darstellen, wenn der Prozess der Werkstückpositionserkennung ausgeführt wird. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Änderung des Motordrehmoments T und der Motorgeschwindigkeit v des Servomotors 24 über der Zeit darstellt, wenn der Prozess der Werkstückpositionserkennung ausgeführt wird.
Das Motordrehmoment T korreliert mit einem Steuerstrom des Servomotors 24. Folglich kann das Motordrehmoment T von 5 auf Basis des Steuerstroms, der von der Schweißpistolen-Steuerung 4 ausgegeben wird, bestimmt werden. Andererseits korreliert die Motorgeschwindigkeit V mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors 24. Folglich kann die Motorgeschwindigkeit V von 5 auf Basis des vom Codierer 24a rückgekoppelten Rotationswinkels bestimmt werden.
Der in 3 dargestellte Prozess der Werkstückpositionserkennung wird gestartet, wenn ein Werkstück-Positionserkennungsbefehl als Antwort auf eine Betätigung des Lern-Bedienfeldes 5 oder der Anlagen-Steuerkonsole 6 vom Bediener eingegeben wird. Dieser Prozess der Werkstückpositionserkennung wird nach der Konfiguration der Arbeitsprogramme ausgeführt. Folglich werden im Speicher die Punktschweiß-Punktposition auf der unteren Oberfläche des Werkstücks, die Werkstückdicke t0, die Wartepositionen vor und nach dem Start des Punktschweißens (Da, Db, Dc und Dd in 2), die Motorgeschwindigkeit v₁, mit der die Elektroden 21 und 22 in die Punktschweiß-Punktpositionen bewegt werden, und dgl. in den Arbeitsprogrammen als erste Sollwerte gespeichert.
In Schritt S1 von 3 werden Steuersignale an die Servomotoren 13 und 24 zum Bewegen der Elektroden 21 und 22 der Punktschweißpistole 2 in vorgegebene offene Positionen ausgegeben, die sich senkrecht über und senkrecht unter den Schweißpunktpositionen des Werkstücks W befinden. Dieser Prozess erfolgt mittels der Arbeitsprogramme zum Bewegen der Elektroden 21 und 22 in die offenen Positionen (durch Strichlinien bei Position 2 angedeutet), die von den jeweiligen Werkstückoberflächen durch Da bzw. Db getrennt sind, entlang den in 2 dargestellten Wegen. Da die Arbeitsprogramme unter Berücksichtigung der Positionen der Hindernisse 25 während des Punktschweißens erstellt werden, kann ein Zusammenstoß der Elektroden 21 und 22 mit dem Werkstück W und den Hindernissen 25 mittels der Arbeitsprogramme verhindert werden.
In Schritt S2 werden Steuersignale an die Servomotoren 13 und 24 ausgegeben, um die Elektroden 21 und 22 in den offenen Positionen von Schritt S1 zu halten. Als Ergebnis kommen die Elektroden 21 und 22 wie in 4A dargestellt in den jeweiligen Positionen, die von der Werkstückoberfläche um die vorgegebenen Abstände Da bzw. Db getrennt sind, zum Stillstand. Wie in 5 dargestellt ist das Motordrehmoment T zu diesem Zeitpunkt (T₁) konstant und die Motorgeschwindigkeit v ist 0. Dieser Zustand kann bis zu einer vorgegebenen Zeit t₁ anhalten. Die Bewegung der Elektroden 21 und 22 in die offenen Positionen über und unter dem Werkstück sowie das Anhalten der Elektroden kann nicht automatisch, sondern manuell durch den Bediener erfolgen, der die Positionen der Elektroden 21 und 22 visuell kontrolliert. Mit anderen Worten, der Prozess der Schritte S1 und S2 kann entfallen.
In Schritt S3 wird ein Steuersignal an den Servomotor 24 ausgegeben, damit sich die bewegliche Elektrode 21 der Werkstückoberfläche annähern kann, wie in 4B dargestellt. Zum Beispiel wird wie in 5 dargestellt die Geschwindigkeit des Servomotors 24 so gesteuert, dass die Motorgeschwindigkeit v auf eine vorgegebene Geschwindigkeit v₁ beschleunigt wird, und danach wird die vorgegebene Geschwindigkeit v₁ konstant gehalten (von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₂). Dabei nimmt das Motordrehmoment T wie in 5 dargestellt von T₁ auf T₂ zu und wird dann konstant, wenn sich die bewegliche Elektrode 21 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Im Folgenden wird der Zustand, in dem das Motordrehmoment T in der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ im Wesentlichen konstant ist, als Referenzzustand und das Motordrehmoment T₂ im Referenzzustand als Referenzdrehmoment bezeichnet. Wenn der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 21 und der Werkstückoberfläche vor der Annäherungsbewegung klein ist, kann sich die bewegliche Elektrode 21 in Schritt S3 einmal in einer Richtung entgegengesetzt zum Werkstück W bewegen und sich dann der Werkstückoberfläche annähern, so dass sich die bewegliche Elektrode 21 der Werkstückoberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit annähern und als Ergebnis der Referenzzustand eingehalten werden kann.
In Schritt S4 wird das Speichern einer physikalischen Größe zum Erkennen des Motordrehmoments T und einer physikalischen Größe zum Erkennen der Positionen der Elektroden 21 und 22 im Speicher gestartet. Somit werden der an den Servomotor 24 ausgegebene Steuerstrom und die Signale von den Codierern 13a und 24a in jeweils vorgegebenen Zeitintervallen (z. B. nach jeweils wenigen Millisekunden) im Speicher gespeichert.
In Schritt S5 wird bestimmt, ob das Werkstück W von der beweglichen Elektrode 21 gestoßen wird oder nicht. Stoßen des Werkstücks W bedeutet, dass nach Kontakt zwischen der beweglichen Elektrode 21 und der Werkstückoberfläche wie in 4C dargestellt, die bewegliche Elektrode 21 hinreichend weiter vorgeschoben wird, um das Werkstück W wie in 4D dargestellt zu biegen. Wenn nach dem Stoßen des Werkstücks W die bewegliche Elektrode 21 nach oben bewegt wird, um das Stoßen des Werkstücks W zu beenden, kehrt das Werkstück W in den Zustand vor dem Stoßen zurück. In Schritt S5 wird das Motordrehmoment T auf Basis des zum Servomotor 24 ausgegebenen Steuerstroms berechnet und das Motordrehmoment T wird bei konstanter Motorgeschwindigkeit V (Referenzzustand) als das Referenzdrehmoment T₂ eingestellt. Wenn dann das Motordrehmoment T von diesem Referenzdrehmoment T₂ um einen vorgegebenen Betrag ΔT₁ oder mehr zunimmt, wird bestimmt, dass Stoßen des Werkstücks W vorliegt.
Das Motordrehmoment T im Referenzzustand ist nicht vollkommen konstant, sondern schwankt innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ΔT₀ (siehe 6A). Folglich kann in Schritt S5 der Maximalwert des Motordrehmoments T im Referenzzustand als das Referenzdrehmoment T₂ eingestellt werden, oder wahlweise kann ein Mittelwert oder Minimalwert des Motordrehmoments T im Referenzzustand als das Referenzdrehmoment T₂ eingestellt werden. Unter Berücksichtigung der Schwankung des Motordrehmoments T im Referenzzustand wird der vorgegebene Betrag ΔT₁ auf einen Wert eingestellt, der zumindest größer ist als ΔT₀ und bei dem das Werkstück W nicht plastisch verformt wird. ΔT₀ und ΔT₁ können experimentell bestimmt werden, und die experimentell bestimmten Werte werden im Voraus als Voreinstellungswerte gespeichert.
Dabei erhöht sich wie in 5 dargestellt eine auf den Servomotor 24 wirkende Last, wenn die bewegliche Elektrode 21 zum Zeitpunkt t₂ beginnt, mit der Werkstückoberfläche in Kontakt zu kommen, und damit wird das Motordrehmoment T größer. Wenn das Inkrement ΔT des Motordrehmoments T den vorgegebenen Betrag ΔT₁ zum Zeitpunkt t₃ erreicht, bestimmen die Steuerungen 3 und 4, dass das Werkstück W gestoßen wird. Dieses Motordrehmoment T im Zeitpunkt t₃ wird als Stoß-Motordrehmoment T₃ bezeichnet. Wenn in Schritt S5 bestimmt wird, dass das Werkstück W gestoßen wird, geht die Operation zu Schritt S6 weiter.
In Schritt S6 wird ein Steuersignal an den Servomotor 24 ausgegeben, um die Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 zu stoppen. Als Ergebnis wird wie in 5 dargestellt die Motorgeschwindigkeit v verringert und erreicht im Zeitpunkt t₄ null. Während dieser Geschwindigkeitsverringerung und des Anhaltens überschreitet wie in 5 dargestellt das Motordrehmoment T das Stoß-Motordrehmoment T₃. In Schritt S7 endet die Speicheroperation (Schritt S4) der physikalischen Größe zum Erkennen des Motordrehmoments T (Steuerstrom für den Servomotor 24) und der physikalischen Größe zum Erkennen der Positionen der Elektroden 21 und 22 (Signale von den Codierern 13a und 24a).
In Schritt S8 wird ein Positionserkennungs-Korrekturbetrag Δd der beweglichen Elektrode 21 oder - anders ausgedrückt - der Stoßbetrag des Werkstücks W durch die bewegliche Elektrode 21 berechnet. Zur Berechnung des Korrekturbetrags Δd wird zuerst die Kontakt-Anfangszeit, wenn die bewegliche Elektrode 21 mit der Werkstückoberfläche (t₂ in 5) in Kontakt kommt, auf Basis der Zeitreihendaten des im Speicher gespeicherten Motordrehmoments T berechnet. Genauer gesagt, wird ausgehend von der Stoßzeit t₃ des Werkstücks W die Zeit tc als die Kontakt-Anfangszeit berechnet, wenn das Motordrehmoment T um einen vorgegebenen Betrag α (siehe 7A) kleiner wird als das Stoß-Motordrehmoment T₃. Dann werden auf Basis der im Speicher gespeicherten Signale von den Codierern 13a und 24a die Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit bzw. die Position der beweglichen Elektrode zur Zeit des Anhaltens der Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 berechnet und die Differenz als der Korrekturbetrag Δd eingestellt.
Der vorgegebene Betrag α kann experimentell im Voraus bestimmt werden. Alternativ kann er auf Basis des Stoß-Motordrehmoments T₃ zur Stoßzeit t₃ während der Bewegung der beweglichen Elektrode 21 und des Referenzdrehmoments T₂ im Referenzzustand bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine Differenz (der vorgegebene Betrag ΔT₁) zwischen dem Stoß-Motordrehmoment T₃ und dem Referenzdrehmoment T₂ als der vorgegebene Betrag α bestimmt werden. Alternativ kann ein Wert, der durch Multiplizieren von ΔT₁ mit einer vorgegebenen Rate (z. B. 0,5) als der vorgegebene Betrag α bestimmt werden.
In diesem Fall unterscheidet sich die Position der beweglichen Elektrode, wenn ein Stoßen des Werkstücks W bestimmt wird (t₃ in 5), von der Position der beweglichen Elektrode (Stopp-Position der beweglichen Elektrode), wenn die Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 stoppt (t₄ in 5), um eine Strecke, in der die bewegliche Elektrode 21 ihre Geschwindigkeit verringert und anhält. Folglich wird in Schritt S8 vorzugsweise die Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit bzw. die Stopp-Position der beweglichen Elektrode berechnet und die Differenz als der Korrekturbetrag Δd eingestellt. Auf diese Weise wird durch die Berücksichtigung der abnehmenden Geschwindigkeit und des Anhaltens der beweglichen Elektrode 21 die Berechnungsgenauigkeit des Korrekturbetrags Δd verbessert. Da die bewegliche Elektrode 21 innerhalb kurzer Zeit die Geschwindigkeit verringert und anhält, besteht im Wesentlichen kein Problem bezüglich der Position der beweglichen Elektrode, wenn Stoßen des Werkstücks W bestimmt wird, oder mit anderen Worten, mit der Position der beweglichen Elektrode im Zeitpunkt t₃ als Stopp-Position der beweglichen Elektrode bei der Berechnung des Korrekturbetrags Δd.
In Schritt S9 wird die Werkstückposition mittels der Stopp-Position der beweglichen Elektrode und des Korrekturbetrags Δd berechnet. Genauer gesagt wird ein Wert, der durch Verschieben der Stopp-Position der beweglichen Elektrode um den Korrekturbetrag Δd nach oben bestimmt wird, oder mit anderen Worten, die Position der beweglichen Elektrode in dem Zustand, in dem die bewegliche Elektrode 21 mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, berechnet und im Speicher als die Punktschweiß-Punktposition auf der oberen Oberfläche des Werkstücks gespeichert. Ferner wird ein Wert, der durch Verschieben der Punktschweiß-Punktposition auf der oberen Oberfläche des Werkstücks um die Dicke t₀ des Werkstücks W bestimmt wird, berechnet und im Speicher als die Punktschweiß-Punktposition auf der unteren Oberfläche des Werkstücks berechnet. Diese berechneten Punktschweiß-Punktpositionen dienen zur Korrektur der Arbeitsprogramme. Die Stopp-Position der beweglichen Elektrode in Schritt S9 kann die Position der beweglichen Elektrode sein, wenn ein Stoßen des Werkstücks W bestimmt wird.
Die Differenz zwischen den durch den oben beschriebenen Prozess erkannten Punktschweiß-Punktpositionen und den im Voraus in den Arbeitsprogrammen eingestellten Punktschweiß-Punktpositionen kann berechnet und im Anzeigeabschnitt 52 des Lern-Bedienfeldes 5, im Anzeigeabschnitt 61 der Anlagen-Steuerkonsole 6 und dgl. angezeigt werden. Wenn die Differenz gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, kann ferner der Bediener durch einen Alarm oder dgl. über das Lern-Bedienfeld 5 oder die Anlagen-Steuerkonsole 6 informiert werden.
Danach wird der Prozess zur Werkstückpositionserkennung an den vorgegebenen Schweißpunktpositionen beendet. Wenn der der Prozess zur Werkstückpositionserkennung beendet ist, bewegen sich die Elektroden 21 und 22 als Antwort auf die Signale von den Steuerungen 3 und 4 in Positionen, die von der Werkstückoberfläche um die vorgegebenen Abstände Dc bzw. Dd getrennt sind. Bei einer Mehrzahl an Schweißpunkten bewegen sich die Elektroden 21 und 22 zu den nächsten Schweißpunkten und ein ähnlicher Prozess wird ausgeführt. Die Elektroden 21 und 22 können im Prozess zur Werkstückpositionserkennung vom Bediener manuell bewegt werden.
Die Funktionsweise dieser Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden. Wenn der Werkstückpositions-Erkennungsbefehl vom Bediener eingegeben wird, bewegen sich die bewegliche Elektrode 21 und die Gegenelektrode 22 in die von der Werkstückoberfläche um die vorgegebenen Abstände Da bzw. Db getrennten offenen Positionen (Schritt S1). Danach nähert sich die bewegliche Elektrode 21 dem Werkstück W mit der vorgegebenen Geschwindigkeit v₁ (Schritt S3) an. 6A ist ein Diagramm, das die Änderung des Motordrehmoments T über dieser Zeit darstellt. Auf Basis des Erkennungsergebnisses des Motordreh-moments T während der Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 wird der im Wesentlichen konstante Wert des Motordrehmoments T als der Referenzdrehmoment T₂ eingestellt. Wenn das Motordrehmoment T um einen vorgegebenen Wert ΔT₁ oder darüber größer wird als das Referenzdrehmoment T₂, stoppt die bewegliche Elektrode 21 die Annäherungsbewegung (Schritte S5 und S6).
Auf Basis der Zeitreihendaten des Motordrehmoments T als Ergebnis der oben beschriebenen Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 wird die Zeit, zu der die bewegliche Elektrode 21 gerade mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt, berechnet (Schritt S8). Genauer gesagt wird wie in 7A dargestellt, ausgehend von der Zeit tp, zu der die bewegliche Elektrode 21 das Werkstück W stößt (t₃ in 6A), die Zeit tc, in der das Motordrehmoment T um den vorgegebenen Betrag α abnimmt, als die Kontakt-Anfangszeit berechnet. Ferner wird die Differenz zwischen der Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit und der Position der beweglichen Elektrode im Stopp-Zeitpunkt der beweglichen Elektrode 21 berechnet und der Positionserkennungs-Korrekturbetrag Δd entsprechend dem Stoßbetrag der bewegliche Elektrode 21 eingestellt (Schritt S8). Dann wird auf Basis der Stopp-Position der beweglichen Elektrode 21 und des Positionserkennungs-Korrekturbetrags Δd die Punktschweiß-Punktposition auf der Werkstückoberfläche berechnet (Schritt S9).
Diese Ausführungsform kann die folgenden Wirkungen aufweisen.

(1) Wenn die bewegliche Elektrode 21 sich der Werkstückoberfläche annähert, wird auf Basis der Zeitreihendaten des Motordrehmoments T die Zeit, zu der der Kontakt der beweglichen Elektrode 21 mit der Werkstückoberfläche beginnt, berechnet und der Positionserkennungs-Korrekturbetrag Δd entsprechend dem Stoßbetrag der beweglichen Elektrode 21 auf der Werkstückoberfläche wird ebenfalls berechnet. Dann wird auf Basis der Stopp-Position der beweglichen Elektrode 21, nachdem die bewegliche Elektrode 21 gestoßen wird, und des Positionserkennungs-Korrekturbetrags Δd die Werkstückposition berechnet. Als Ergebnis kann die Werkstückposition (Werkstückoberflächenposition) unter Berücksichtigung des Stoßbetrags der beweglichen Elektrode 21 ab dem Zeitpunkt, zu dem der Kontakt der beweglichen Elektrode 21 mit der Werkstückoberfläche beginnt, bis zum Anhalten erkannt werden. Folglich wird die Erkennungsgenauigkeit der Werkstückposition verbessert.
(2) Auf Basis des Motordrehmoments T wird bestimmt, ob sich die bewegliche Elektrode 21 im vorgegebenen Stoßzustand befindet oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass sich die bewegliche Elektrode 21 im vorgegebenen Stoßzustand befindet, stoppt die Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21. Als Ergebnis kann die bewegliche Elektrode 21 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung des Werkstücks W zuverlässig auf die Werkstückoberfläche stoßen. Folglich kann die Werkstückposition auf Basis des Stoßbetrags der beweglichen Elektrode 21 genau erkannt werden.
(3) Der Zustand, in dem das Motordrehmoment T während der Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 konstant ist, wird als der Referenzzustand definiert. Wenn das Motordrehmoment T das Referenzdrehmoment T₂ um den vorgegebenen Wert ΔT₁ oder darüber überschreitet, wird die Annäherungsbewegung der beweglichen Elektrode 21 gestoppt. Als Ergebnis kann ein zu starkes Stoßen der beweglichen Elektrode 21 und damit eine Beschädigung des Werkstücks W verhindert werden.
(4) Die bewegliche Elektrode 21 kann sich der Werkstückoberfläche mit der vorgegebenen Geschwindigkeit V₁ annähern, und das Motordrehmoment T bei dieser Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit wird als das Referenzdrehmoment T₂ definiert. Als Ergebnis können das Referenzdrehmoment T₂ ordnungsgemäß eingestellt und das vorgegebene Stoßen durch die bewegliche Elektrode 21 genau gestimmt werden.
(5) Ab der Zeit, im dem das Werkstück W gestoßen wird, wird die Zeit, zu der das Motordrehmoment T um den vorgegebenen Betragt α abnimmt, als die Kontakt-Anfangszeit berechnet. Selbst wenn sich das Motordrehmoment T allmählich ändert, nachdem die bewegliche Elektrode 21 mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist, kann als Ergebnis die Kontakt-Anfangszeit genau bestimmt werden und folglich wird die Genauigkeit der Werkstückpositionserkennung verbessert.
(6) Der Werkstückpositions-Erkennungsprozess wird mittels der Arbeitsprogramme für das Punktschweißen ausgeführt. Als Ergebnis können die Elektroden 21 und 22 in eine vorgegebene Schweißposition bewegt werden, um die Werkstückposition ohne Kollision mit den Hindernissen 25 und dgl. zu erkennen.

Im oben beschriebenen Prozess der Steuerungen 3 und 4 (Schritt S5) wird bestimmt, dass der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist, wenn das Motordrehmoment T das Referenzdrehmoment T₂ um den vorgegebenen Wert ΔT₁ oder darüber überschreitet (6A). Jedoch ist der Prozess als ein Bestimmungsvorgang nicht auf den oben beschriebenen beschränkt. Wie in 6B dargestellt kann z. B. bestimmt werden, dass der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist, wenn eine Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T pro Zeiteinheit gleich oder um einen vorgegebenen Betrag oder darüber größer wird als eine Anstiegsrate ΔT0/Δt des Motordrehmoments T pro Zeiteinheit im Referenzzustand. Alternativ kann bei Annahme, dass die Anstiegsrate ΔT0/Δt des Motordrehmoments T im Referenzzustand im Wesentlichen null ist, bestimmt werden, dass der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist, wenn die Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T pro Zeiteinheit gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert.
Das Motordrehmoment T₂ im Referenzzustand kann im Voraus experimentell bestimmt werden. Wenn das Referenzdrehmoment T₂ bekannt ist, kann bei Berücksichtigung des Referenzdrehmoments T₂ ein Motordrehmoment Ta oder eine Anstiegsrate ΔTa/Δt des Motordrehmoments T pro Zeiteinheit, bei dem es sich um einen Schwellenwert zur Bestimmung des Stoßzustands handelt, im Voraus eingestellt werden. Wenn das Motordrehmoment T gleich oder größer wird als der vorgegebene Wert Ta oder wenn die Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T gleich oder größer wird als der vorgegebene Wert ΔTa/Δt, kann bestimmt werden, dass der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist. Alternativ und ohne jegliche Berücksichtigung des Referenzzustandes kann auf einfache Weise bestimmt werden, dass der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist, wenn das Motordrehmoment T gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert, oder wenn die Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T gleich oder größer wird als ein vorgegebener Wert.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird im Prozess in den Steuerungen 3 und 4 (Schritt S8) ab der Zeit der Stoßzeit tp des Werkstücks W die Zeit tc, zu der das Motordrehmoment T um den vorgegebenen Betrag α abnimmt, als die Kontakt-Anfangszeit berechnet (7A). Der Berechnungsprozess der Kontakt-Anfangszeit ist jedoch nicht darauf beschränkt wie oben beschrieben, und die Kontakt-Anfangszeit kann berechnet werden, indem die Änderung der Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T pro Zeiteinheit berücksichtigt wird. Wie in 7B dargestellt ist z. B. die Anstiegsrate ΔT/Δt des Motordrehmoments T ein positiver Wert. Folglich kann ab der Stoßzeit tp die Zeit tc, wenn ΔT/Δt vom positiven Wert zu null oder zu einem negativen Wert übergeht, als die Kontakt-Anfangszeit berechnet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Reihe Operationen zum Erkennen der Werkstückposition automatisch von den Steuerungen 3 und 4 ausgeführt. Ein Teil davon kann jedoch manuell ausgeführt werden. Die Annäherungs- und Stopp-Operationen der beweglichen Elektrode 21 werden als Antwort auf die Signale von den Steuerungen 3 und 4 automatisch ausgeführt (Schritte S3 und S6). Jedoch kann z. B. mindestens eine der Annäherungs- und Stopp-Operationen durch den Bediener manuell ausgeführt werden, indem dieser ein Schaltgerät und dgl. bei der Überwachung der Änderung des Motordrehmoments T betätigt. Der Bediener kann den Stoßzustand der beweglichen Elektrode 21 überwachen und bestimmen, ob sich die bewegliche Elektrode 21 im vorgegebenen Stoßzustand befindet, nachdem sie mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist, oder nicht. Folglich brauchen die Steuerungen 3 und 4 nicht als Steuerabschnitt zum Steuern der Servomotoren 13 und 24 oder als Bestimmungsabschnitt zum Bestimmen, ob der vorgegebene Stoßzustand erreicht worden ist oder nicht, konfiguriert zu werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Korrekturbetrag Δd aus der Differenz zwischen der Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit und der Position der beweglichen Elektrode zum Zeitpunkt des Anhaltens der Annäherungsbewegung zum Erkennen der Werkstückposition berechnet. Jedoch braucht der Korrekturbetrag Δd nicht berechnet zu werden, und die Werkstückposition kann z. B. erkannt werden, indem der im Voraus experimentell bestimmte Korrekturbetrag Δd verwendet wird. Alternativ kann ein Biegebetrag des Werkstücks W bei Anhalten der beweglichen Elektrode 21 visuell oder durch Verwenden verschiedener Messinstrumente zum Bestimmen des Korrekturbetrags Δd gemessen werden. Ferner kann alternativ eine Operation, bei der die bewegliche Elektrode 21 um eine vorgegebene Strecke zur Werkstückoberfläche bewegt und angehalten und dabei der Kontaktzustand der beweglichen Elektrode 21 bezüglich der Werkstückoberfläche geprüft wird, wiederholt werden, und der Korrekturbetrag Δd kann aus der Bewegungsstrecke der beweglichen Elektrode 21 bei einer Bewegung und der dabei stattfindenden Änderung des Motordrehmoments T bestimmt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Motordrehmoment T auf Basis des an den Servomotor 24 ausgegebenen Steuerstroms bestimmt. Jedoch kann jede physikalische Größe, die mit dem Motordrehmoment T korreliert, wie das Drehmoment, der Strom, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und dgl. bestimmt werden, und die Konfiguration eines Erkennungsabschnitt für die physikalische Größe ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Die Positionen der Elektroden 21 und 22 werden auf Basis der Signale von den Codierern 13a und 24a erkannt. Die Konfiguration eines Positionserkennungsabschnitts ist jedoch nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Der an den Servomotor 24 ausgegebene Steuerstrom und die Signale von den Codierern 13a und 24a werden im Speicher der Steuerungen 3 und 4 gespeichert. Die Konfiguration eines Speicherabschnitts ist jedoch nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Der Steuerstrom und die Signale können auch in einem externen Speichergerät gespeichert werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform kann sich die bewegliche Elektrode 21 der Werkstückoberfläche annähern. Anstelle der beweglichen Elektrode 21 kann sich jedoch die Gegenelektrode 22 der Werkstückoberfläche annähern dabei kann auf Basis der Änderung der physikalischen Größe die Kontakt-Anfangszeit berechnet werden. Der Servomotor 13 kann also den Roboter 1 so antreiben, dass sich die Gegenelektrode 22 der Werkstückoberfläche annähern und von dieser trennen kann, und die Kontakt-Anfangszeit kann auf Basis der Änderung des Drehmoments des Servomotors 13 berechnet werden.
Der Werkstückpositions-Erkennungsprozess von 3 wird von den CPUs der Roboter-Steuerung 3 und der Schweißpistolen-Steuerung 4 ausgeführt. Die Roboter-Steuerung 3 und die Schweißpistolen-Steuerung 4 in einem Steuergerät integriert werden. Die Roboter-Steuerung 3 kann also Funktionen der Schweißpistolen-Steuerung 4 enthalten und die Konfiguration eines Berechnungsabschnitts ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Die Positionen der Elektroden 21 und 22 werden von den vorgegebenen Arbeitsprogrammen zum Punktschweißen gesteuert. Die Positionen der Elektroden 21 und 22 können jedoch unabhängig von den Arbeitsprogrammen erkannt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Kontakt-Anfangszeit auf Basis der Zeitreihendaten des Motordrehmoments T berechnet, und der Positionserkennungs-Korrekturbetrag Δd wird aus der Differenz zwischen der Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit und der Position der beweglichen Elektrode, wenn die Stoßbewegung gestoppt wird, berechnet (Schritt S8). Dann wird die Werkstückposition auf Basis der Stopp-Position der beweglichen Elektrode und des Korrekturbetrags Δd berechnet (Schritt S9). Die Werkstückposition kann jedoch ohne Berechnen des Korrekturbetrags Δd berechnet werden. Die Position der beweglichen Elektrode zur Kontakt-Anfangszeit kann z. B. direkt aus dem im Speicher gespeicherten Erkennungswert des Codierers 24a bestimmt werden, und auf Basis dieser Position der beweglichen Elektrode kann die Werkstückposition berechnet werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Korrekturbetrag Δd zu berechnen, so dass im Ergebnis der Prozess in den Steuerungen 3 und 4 vereinfacht werden kann. Das bedeutendste Merkmal der vorliegenden Erfindung ist somit, dass die Kontakt-Anfangszeit der beweglichen Elektrode 21 auf Basis der Zeitreihendaten des Motordrehmoments T berechnet wird, und die Position der beweglichen Elektrode zu dieser Kontakt-Anfangszeit bestimmt wird, so dass die Erkennungsgenauigkeit der Werkstückposition verbessert werden kann. Folglich ist es nicht immer erforderlich, den Korrekturbetrag Δd zu bestimmen. Wenn jedoch der Korrekturbetrag Δd an jeder Schweißposition bestimmt und im Speicher gespeichert wird, kann die Gültigkeit des Werkstückerkennungsprozesses auf Basis eines Vergleichs des Korrekturbetrags Δd mit einem Korrekturbetrag verifiziert werden, der bestimmt wird, wenn die Werkstückoberflächenposition an derselben Schweißposition zu einem anderen Zeitpunkt erkannt wird. Ferner kann auf Basis eines Vergleichs eines Korrekturbetrags, der an einer Schweißposition bestimmt wird, mit einem anderen Korrekturbetrag, der an einer anderen Schweißposition bestimmt wird, die Gültigkeit des Werkstückerkennungsprozesses an den jeweiligen Schweißpositionen verifiziert werden.
In der Zusammenfassung der obigen Beschreibung ist festzustellen: vorausgesetzt, das Positionserkennungsverfahren für das zu schweißende Werkstück zum Erkennen der Werkstückoberflächenposition gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den Schritt, in dem der beweglichen Elektrode 21 oder der Gegenelektrode 22 gestattet wird, sich der Werkstückoberfläche anzunähern, so dass die bewegliche Elektrode 21 oder die Gegenelektrode 22 an die Werkstückoberfläche in dem Zustand stößt, in dem das Werkstück W zwischen der beweglichen Elektrode 21 und der Gegenelektrode 22 angeordnet ist; den Schritt zum Berechnen der Kontakt-Anfangszeit der beweglichen Elektrode 21 oder der Gegenelektrode 22 mit der Werkstückoberfläche auf Basis der Zeitreihendaten des Motordrehmoments T, wenn sich die bewegliche Elektrode 21 oder die Gegenelektrode 22 der Werkstückoberfläche annähert; und den Schritt zum Berechnen der Werkstückposition auf Basis der Positionen der Elektroden 21 und 22 in dem Zeitpunkt, in dem bestimmt wird, dass die bewegliche Elektrode 21 oder die Gegenelektrode 22 gerade mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommen, ist dieses Verfahren nicht auf das oben beschriebene beschränkt.
Vorausgesetzt, das Punktschweißsystem ist mit der Punktschweißpistole 2 mit einem Elektrodenpaar 21 und 22 versehen, das sich mittels des Servomotors 24 einander annähert und voreinander trennt, und mit dem Roboter 1 zum beweglichen Halten entweder der Punktschweißpistole 2 oder des Werkstücks W auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind und das Werkstück W zwischen den Elektroden 21 und 22 angeordnet ist, ist die Gesamtkonfiguration des Punktschweißsystems mit der Positionserkennungsvorrichtung für das zu schweißende Werkstück nicht auf die von 1 beschränkt. Sowohl die bewegliche Elektrode 21 als auch die Gegenelektrode 22 können z. B. bezüglich des Rahmens 23a der Punktschweißpistole 2 beweglich sein. Das Punktschweißsystem kann wie in 8 oder 9 dargestellt konfiguriert werden.
8 zeigt ein Beispiel, bei dem die Punktschweißpistole 2 als so genannte Punktschweißpistole des X-Typs konfiguriert ist, die ein Paar Pistolenarme 26a und 26b hat, die geöffnet und geschlossen werden können, und bei der die bewegliche Elektrode 21 und Gegenelektrode 22 an den vorderen Enden der Pistolenarme 26a bzw. 26b angebracht sind. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem die Punktschweißpistole 2 von einem Pistolenständer 15 gehaltert wird, der an einer vorgegebenen Position angeordnet ist, und das Werkstück W von einer Roboterhand 16 am vorderen Ende des Roboters 1 gehalten wird, so dass das Werkstück W bezüglich der Punktschweißpistole 2 beweglich und zwischen den Elektroden 21 und 22 durch die Antriebskraft des Roboters 1 angeordnet ist. Der Pistolenständer 15 kann beweglich konfiguriert werden.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Werkstückposition auf Basis der Elektrodenposition berechnet wird, wenn die Elektrode tatsächlich mit dem Werkstück in Kontakt kommt, kann die Werkstückposition genau erkannt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen der Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gültigkeitsbereit der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Punktschweißsystem aufweisend: eine Punktschweißpistole (2) mit einem Paar Elektroden (21; 22), die ein Werkstück (W) überspannend einander gegenüber angeordnet sind; einen Roboter (1) zum Halten entweder der Punktschweißpistole (2) oder des Werkstücks (W) auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind; einen Servomotor (24), um einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) zu ermöglichen, sich dem Werkstück (W) anzunähern oder vom Werkstück (W) zu trennen; eine Positionserkennungsvorrichtung für das zu schweißendes Werkstück (W), aufweisend: einen Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe, um eine physikalische Größe zu erfassen, die mit einem Drehmoment des Servomotors (24) in einer Reihe von Betriebszuständen korreliert, wenn der Servomotor (24) einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) gestattet, sich einer Oberfläche des Werkstücks (W) so anzunähern, dass die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an die Werkstückoberfläche stößt; einen Positionserkennungsabschnitt (24a) zum Erkennen der Positionen einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22); einen Speicherabschnitt zum Speichern der physikalischen Größe, die vom Erkennungsabschnitt für eine physikalische Größe erkannt wird, und eines Wertes, der vom Positionserkennungsabschnitt (24a) erkannt wird; und einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Kontakt-Anfangszeit (tc), zu der die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, auf Basis von Zeitreihendaten der im Speicherabschnitt gespeicherten physikalischen Größe, und zum Berechnen einer Werkstückposition zur Kontakt-Anfangszeit (tc) auf Basis des vom Positionserkennungsabschnitt (24a) erfassten Wertes, der im Speicherabschnitt gespeichert ist.
Punktschweißsystem nach Anspruch 1, wobei die Positionserkennungsvorrichtung für ein zu schweißendes Werkstück (W) ferner einen Steuerabschnitt zum Steuern des Servomotors (24) aufweist, wobei der Berechnungsabschnitt einen Bestimmungsabschnitt aufweist zum Bestimmen, ob sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) in einem vorgegebenen Stoßzustand befindet oder nicht, nachdem die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt gekommen ist, auf Basis der physikalischen Größe, die vom Erkennungsabschnitt für die physikalische Größe erkannt wird, und wobei der Steuerabschnitt den Servomotor (24) so steuert, dass er die Annäherung der einen Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an die Werkstückoberfläche stoppt, wenn der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) im vorgegebenen Stoßzustand befindet.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) im vorgegebenen Stoßzustand befindet, wenn die vom Erkennungsabschnitt für die physikalische Größe erfasste physikalischen Größe gleich einem vorgegebenen oder größer als ein vorgegebener Wert wird, oder wenn eine Anstiegsrate pro Zeiteinheit der vom Erkennungsabschnitt für die physikalischen Größe erfassten physikalischen Größe gleich oder größer einem vorgegebenen Wert wird.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) im vorgegebenen Stoßzustand befindet, wenn die vom Erkennungsabschnitt für die physikalische Größe erfasste physikalische Größe um einen vorgegebenen Betrag oder darüber größer wird als eine physikalische Größe in einem Referenzzustand, wobei der Referenzzustand ein Zustand ist, in dem die physikalische Größe im Wesentlichen konstant ist, bevor die eine Elektrode (21) gerade mit der Werkstückoberfläche in Kontakt kommt, oder wenn eine Anstiegsrate der physikalischen Größe pro Zeiteinheit der vom Erkennungsabschnitt für die physikalischen Größe erfassten physikalischen Größe um einem vorgegebenen Wert oder darüber größer wird als eine Anstiegsrate der physikalischen Größe pro Zeiteinheit im Referenzzustand.
Punktschweißsystem nach Anspruch 4, bei dem der Referenzzustand ein Zustand ist, in dem sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) der Werkstückoberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit annähert.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Berechnungsabschnitt eine zweite Zeit (tc) als die Kontakt-Anfangszeit (tc) berechnet, zu der die im Speicherabschnitt gespeicherte physikalische Größe um einen vorbestimmten Betrag oder darüber kleiner wird als die physikalische Größe einer ersten Zeit (tp), ausgehend von der ersten Zeit (tp), zu der der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) im vorgegebenen Stoßzustand befindet, wobei die zweite Zeit (tc) der ersten Zeit (tp) vorangeht.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Berechnungsabschnitt eine zweite Zeit (tc) als die Kontakt-Anfangszeit (tc) berechnet, zu der eine Anstiegsrate der im Speicherabschnitt gespeicherten physikalischen Größe pro Zeiteinheit 0 oder ein negativer Wert wird, ausgehend von einer ersten Zeit (tp), zu der der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass sich die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) im vorgegebenen Stoßzustand befindet, wobei die zweite Zeit (tc) der ersten Zeit (tp) vorangeht.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Steuerabschnitt den Servomotor (24) auf Basis eines vorgegebenen Arbeitsprogramms zum Ausführen eines Punktschweißvorgangs steuert.
Punktschweißsystem nach Anspruch 2, bei dem der Berechnungsabschnitt einen Positionserkennungs-Korrekturbetrag der einen Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) auf Basis des vom Positionserkennungsabschnitt (24a) zur Kontakt-Anfangszeit (tc) erkannten im Speicherabschnitt gespeicherten Wertes und des vom Positionserkennungsabschnitt (24a) im Speicherabschnitt gespeicherten erkannten Wertes berechnet, wenn der Steuerabschnitt die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) stoppt, und die Position des Werkstücks (W) auf Basis des vom Positionserkennungsabschnitt (24a) erkannten Positionserkennungs-Korrekturbetrags berechnet, wenn die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) gestoppt wird.
Positionserkennungsverfahren für ein zu schweißendes Werkstück (W) zum Erkennen der Werkstückposition, aufweisend die Schritte: Halten entweder der Punktschweißpistole (2) oder des Werkstücks (W) mittels eines Roboters (1) auf eine solche Weise, dass sie relativ zueinander beweglich sind, wobei die Punktschweißpistole (2) ein Paar Elektroden (21, 22) aufweist, die das Werkstück (W) überspannend einander gegenüber angeordnet sind; Annähern einer der Elektroden (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an eine Oberfläche des Werkstücks (W) mittels eines Servomotors (24), so dass die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an die Werkstückoberfläche stößt; Berechnen einer Kontakt-Anfangszeit (tc), zu der die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) mit der Werkstückoberfläche gerade in Kontakt kommt, auf Basis von Zeitreihendaten einer physikalischen Größe, die mit einem Drehmoment des Servomotors (24) in einer Reihe von Betriebszuständen zum Annähern einer Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) an eine Oberfläche des Werkstücks (W) durch den Servomotor (24) korreliert, so dass die eine Elektrode (21) des Elektrodenpaars (21, 22) gegen die Oberfläche des Werkstücks (W) stößt; und Berechnen einer Position des Werkstücks (W) auf Basis der Positionen des Elektrodenpaars (21, 22) zur Kontakt-Anfangszeit (tc).
Punktschweißsystem nach Anspruch 1, wobei die Kontakt-Anfangszeit (tc) als ein Zeitpunkt bestimmt wird, in dem eine Zunahme des Motordrehmoments (T) ausgehend von einem Referenzzustand erfasst wird, in dem das Motordrehmoment (T) konstant ist, während eine Motorgeschwindigkeit (V) konstant bleibt.
Positionserkennungsverfahren nach Anspruch 10, wobei die Kontakt-Anfangszeit (tc) als ein Zeitpunkt bestimmt wird, in dem eine Zunahme des Motordrehmoments (T) ausgehend von einem Referenzzustand erfasst wird, in dem das Motordrehmoment (T) konstant ist, während eine Motorgeschwindigkeit (V) konstant bleibt.