DE102020113610A1 - Punktschweißsystem - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt wird ein Punktschweißsystem 1, umfassend: eine Punktschweißzange 2, die einen beweglichen Teil 8, der eine bewegliche Elektrode 7 umfasst, und einen Antriebsteil 9 umfasst, der den beweglichen Teil 8 antreibt, eine Steuerung 4, die den Antriebsteil 9 steuert, einen Sensor 5 für angelegten Druck, der einen angelegten Druck von der beweglichen Elektrode 7 der Punktschweißzange 2 misst, und einen Eigengewichtrechner 17, der ein Eigengewicht des beweglichen Teils 8 basierend auf dem angelegten Druck berechnet, der von dem Sensor 5 für angelegten Druck in zwei unterschiedlichen Stellungen der Punktschweißzange 2 detektiert wird, die die bewegliche Elektrode 7 in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen platziert, und die Steuerung 4 überlagert ein Dithersignal einem Steuersignal, sodass der Antriebsteil 9 beim Messen des angelegten Drucks zur Verwendung bei der Berechnung des Eigengewichts des beweglichen Teils 8 von dem Eigengewichtrechner 17 gesteuert wird, und nachdem das Eigengewicht berechnet worden ist, die Steuerung das Steuersignal basierend auf dem berechneten Eigengewicht korrigiert.

Description

• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Punktschweißsystem.
• STAND DER TECHNIK
• Es ist ein Punktschweißsystem bekannt, das, wenn eine Punktschweißzange so weit wie ein Winkel θ von einer ersten Stellung gedreht wird, einen Änderungsbetrag δ zwischen einem angelegten Druck, der in der ersten Stellung gemessen wird, und einem angelegten Druck, der in einer Stellung bei dem Winkel θ gemessen wird, berechnet, und eine Korrelation zwischen dem Änderungsbetrag δ und dem Winkel θ speichert (siehe zum Beispiel PTL 1).
• Wenn die Stellung der Punktschweißzange geändert wird, wird der entsprechend dem Winkel θ gespeicherte Änderungsbetrag δ in der Stellung so gelesen, dass ein Befehl für einen angelegten Druck korrigiert wird, sodass Punktschweißen bei einem gleichförmig angelegten Druck ungeachtet der Stellung der Punktschweißzange ausgeführt werden kann.
• ENTGEGENHAL TUNGSLISTE
• PATENTLITERATUR
• PTL 1 Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2016-87663
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• TECHNISCHE AUFGABE
• In einer Punktschweißzange wird tatsächlich Haftreibung in einer mechanischen Einheit erzeugt, und eine Haftreibungskraft variiert. Folglich ist es für einen Zweck des genauen Berechnens eines Änderungsbetrags δ eines angelegten Drucks zur Verwendung bei der Korrektur wünschenswert, den angelegten Druck genau zu messen.
• LÖSUNG DER AUFGABE
• Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Punktschweißsystem, umfassend: eine Punktschweißzange, die einen beweglichen Teil , der eine bewegliche Elektrode umfasst, und einen Antriebsteil umfasst, der den beweglichen Teil antreibt, eine Steuerung, die den Antriebsteil steuert, einen Sensor für angelegten Druck, der einen angelegten Druck von der beweglichen Elektrode der Punktschweißzange misst, und einen Eigengewichtrechner, der ein Eigengewicht des beweglichen Teils basierend auf dem angelegten Druck berechnet, der von dem Sensor für angelegten Druck in zwei unterschiedlichen Stellungen der Punktschweißzange detektiert wird, die die bewegliche Elektrode in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen platziert, wobei die Steuerung ein Dithersignal einem Steuersignal überlagert, sodass der Antriebsteil beim Messen des angelegten Drucks zur Verwendung bei der Berechnung des Eigengewichts des beweglichen Teils von dem Eigengewichtrechner gesteuert wird, und nachdem das Eigengewicht berechnet worden ist, die Steuerung das Steuersignal basierend auf dem berechneten Eigengewicht korrigiert.
• Figurenliste
• 1 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht, die ein Punktschweißsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
• 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Befehlssignals für angelegten Druck, das einem Antriebsteil einer Punktschweißzange zugeführt werden soll, in einem gewöhnlichen Betriebsmodus des Punktschweißsystems von 1 zeigt.
• 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Befehlssignals für angelegten Druck, das dem Antriebsteil der Punktschweißzange zugeführt werden soll, in einem Eigengewicht-Messmodus des Punktschweißsystems von 1 zeigt.
• 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer ersten Stellung der Punktschweißzange in einem Eigengewicht-Messmodus von 3 zeigt.
• 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer zweiten Stellung der Punktschweißzange in dem Eigengewicht-Messmodus von 3 zeigt.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung eines Punktschweißsystems 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen.
• Das Punktschweißsystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Punktschweißzange 2, einen Roboter 3, an dem die Punktschweißzange 2 befestigt ist, eine Steuereinrichtung (eine Steuerung) 4, die mit dem Roboter 3 verbunden ist, und einen Sensor 5 für angelegten Druck, der einen angelegten Druck von der Punktschweißzange 2 misst.
• Wie in 1 gezeigt, umfasst die Punktschweißzange 2 beispielsweise einen festen Schweißchip 6, einen beweglichen Schweißchip (eine bewegliche Elektrode) 7, und einen Antriebsteil 9, der einen beweglichen Teil 8, umfassend den beweglichen Schweißchip 7 in einer einachsigen Richtung antreibt und weist insgesamt fast eine C-Form auf.
• Die Punktschweißzange 2 ist eine Servozange und der Antriebsteil 9 umfasst einen Servomotor 10, eine nicht gezeigte Kugelumlaufspindel die von einer Antriebskraft des Servomotors 10 zu drehen ist, und eine nicht gezeigte Mutter, die mit der Kugelumlaufspindel in Eingriff und an dem beweglichen Teil 8 fixiert ist.
• Die Punktschweißzange 2 treibt den Servomotor 10 so an, dass er den beweglichen Schweißchip 7 bewegt, öffnet und schließt einen Spalt zwischen dem festen Schweißchip 6 und dem beweglichen Schweißchip 7, und hält ein Werkstück zwischen dem Chip 6 und dem Chip 7 und beaufschlagt es mit Druck. In diesem Zustand wird ein Strom über die gegenüberliegenden Chips 6 und 7 angelegt, um das Werkstück punktzuschweißen.
• Der Roboter 3 ist beispielsweise ein sechsachsiger Gelenkroboter. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Roboter 3 eine Basis 11, die auf einer Bodenoberfläche F montiert ist, und eine Drehtrommel 12, die um eine vertikale erste Achse A zur Basis 11 drehbar ist. Ferner umfasst der Roboter 3 einen ersten Arm 13, der um eine horizontale zweite Achse B zur Drehtrommel 12 drehbar ist, einen zweiten Arm 14, der um eine dritte Achse C parallel zur zweiten Achse B an einer Spitze des ersten Arms 13 drehbar ist, und eine dreiachsige Handgelenkeinheit 15, die an einer Spitze des zweiten Arms 14 gestützt ist.
• Die Punktschweißzange 2 ist an einer Spitze der Handgelenkeinheit 15 des Roboters 3 befestigt, sodass eine Position und eine Stellung der Punktschweißzange 2 willkürlich durch einen Betrieb des Roboters 3 geändert werden können.
• Die Steuereinrichtung 4 umfasst einen Steuersignalgenerator 16, der den Roboter 3 steuert und auch den Servomotor 10 der Punktschweißzange 2 als eine zusätzliche Welle steuert.
• Ferner umfasst die Steuereinrichtung 4 einen Eigengewichtrechner 17, der ein Eigengewicht des beweglichen Teils 8 der Punktschweißzange 2 basierend auf einer Ausgabe von dem Sensor 5 für angelegten Druck und Winkelinformationen von jeder Achse der Handgelenkeinheit 15 von dem Steuersignalgenerator 16 berechnet, und einen Speicher 18, der das berechnete Eigengewicht speichert.
• Der Sensor 5 für angelegten Druck ist an einer Position angeordnet, die zwischen dem festen Schweißchip 6 und dem beweglichen Schweißchip 7 während der Eigengewichtmessung gehalten wird, und misst einen angelegten Druck von den gegenüberliegenden Chips 6, 7 mittels eines Betriebs des Antriebsteils 9.
• Insbesondere umfasst die Steuereinrichtung 4 eine Modusschalteinheit 19, die einen Eigengewicht-Messmodus und einen gewöhnlichen Betriebsmodus schaltet, die von einem Benutzer auswählbar sind. Der Modus wird beispielsweise ausgewählt, indem eine Eingabeeinheit 20 wie ein Programmiergerät oder ein Schalter einer Betätigungstafel betätigt wird.
• Wenn der Sensor 5 für angelegten Druck zwischen dem festen Schweißchip 6 und dem beweglichen Schweißchip 7 angeordnet ist, und der Eigengewicht-Messmodus von einer Betätigung der Eingabeeinheit 20 ausgewählt wird, schaltet die Modusschalteinheit 19 den Steuersignalgenerator 16 zu dem Eigengewicht-Messmodus. In dem Eigengewicht-Messmodus erzeugt der Steuersignalgenerator 16 ein Steuersignal an den Roboter 3, um die Punktschweißzange 2 in einer vorbestimmten ersten Stellung anzuordnen. Das von dem Steuersignalgenerator 16 erzeugte Steuersignal wird in den Servomotor 10 eingegeben, der den Antriebsteil 9 der Punktschweißzange 2 darstellt.
• Das Steuersignal in diesem Eigengewicht-Messmodus umfasst ein Dithersignal, das einem Befehlssignal überlagert ist (ein Referenzbefehl für angelegten Druck: das Steuersignal), das dem Servomotor 10 des Antriebsteils 9 in einem Zustand zuzuführen ist, in dem die Punktschweißzange 2 in einer vorbestimmten Stellung angeordnet ist, beispielsweise einer Stellung, in der der bewegliche Schweißchip 7 das Werkstück vertikal abwärts mit Druck beaufschlagt. Beispielsweise ist, wie in 2 gezeigt, der Referenzbefehl für angelegten Druck ein Signal, das sich wie ein Zielwert X schrittweise ändert, und welchem das Dithersignal nicht überlagert ist.
• In einem Fall, in dem das Dithersignal nicht überlagert ist, erreicht eine Antwortwellenform eines tatsächlich angelegten Drucks, der von dem Sensor 5 für angelegten Druck gemessen wird, nicht den Zielwert X des Referenzbefehls für angelegten Druck aufgrund der Einwirkung der Haftreibung, und ein endgültiger Wert ist Y < X, was zu einer Abweichung führt.
• Andererseits ist, wie in 3 gezeigt, dem Steuersignal das Dithersignal in dem Eigengewicht-Messmodus überlagert. Das Dithersignal wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit dem Referenzbefehl für angelegten Druck überlagert, nachdem ein gemessener Wert des angelegten Drucks von dem Sensor 5 für angelegten Druck steigt.
• Beispielsweise wird in dem Fall, in dem der Druck angelegt wird, ohne das Dithersignal zu überlagern, bevorzugt, dass die vorbestimmte Zeit zum Starten des Überlagerns des Dithersignals auf die Zeit Δt1 eingestellt wird, wenn ein Wert 75 % oder mehr und weniger als 85 %, vorzugsweise 80 % eines beständigen Werts Y eines angelegten Drucks in einer Antwort des Werts für angelegten Druck ist, was in 2 gezeigt ist.
• Ein periodisches Signal wird als das Dithersignal verwendet. Beispielsweise kann eine Sinuswelle mit einer Amplitude A und einer Frequenz f verwendet werden. Die Amplitude A kann mit einer Größe einer Kraft bestimmt werden, die erforderlich ist, um das Bewegen des beweglichen Teils 8 von einem stationären Zustand zu starten. Die Frequenz f kann auf eine Frequenz nahe einer natürlichen Frequenz der Punktschweißzange 2 eingestellt werden.
• Ferner wird das Überlagern des Dithersignals dem Referenzbefehl für angelegten Druck zu einem Zeitpunkt gestoppt, wenn der angelegte Druck, der von dem Sensor 5 für angelegten Druck detektiert wird, beständig ist. Das heißt, das Dithersignal ist dem Referenzbefehl für angelegten Druck nur für einen Zeitraum von Δt1 bis Δt2 nach dem Ansteigen des Referenzbefehls für angelegten Druck überlagert, wie in 3 gezeigt.
• Die Zeit At1, Δt2 kann im Voraus basierend auf der Antwortwellenform eingestellt werden, die von einem Vorversuch bestimmt wird.
• Dann wird der beständige Wert für angelegten Druck von dem Sensor 5 für angelegten Druck an den Eigengewichtrechner 17 geschickt und gleichzeitig wird ein Winkel jeder Achse der Handgelenkeinheit 15 auch an den Eigengewichtrechner 17 geschickt, der dem Wert für angelegten Druck zugehörig ist, und vorübergehend gespeichert.
• Nachfolgend erzeugt der Steuersignalgenerator 16 das Steuersignal an den Roboter 3, um die Punktschweißzange 2 in einer vorbestimmten zweiten Stellung anzuordnen, die unterschiedlich von der ersten Stellung ist. Das in diesem Fall erzeugte Steuersignal ist ein Signal, das das gleiche Dithersignal umfasst, das nur für den gleichen Zeitraum dem gleichen Referenzbefehl für angelegten Druck überlagert ist, wie das Steuersignal, das in der ersten Stellung erzeugt wird. Das erzeugte Steuersignal wird in den Servomotor 10 eingegeben, der den Antriebsteil 9 der Punktschweißzange 2 darstellt.
• Der Eigengewichtrechner 17 berechnet das Eigengewicht des beweglichen Teils 8 der Punktschweißzange 2 basierend auf zwei Sätzen von Werten des angelegten Drucks, die in zwei unterschiedlichen Stellungen der Punktschweißzange 2 gemessen werden, und dem Winkel der Handgelenkeinheit 15.
• Es wird beispielsweise angenommen, wie in 4 gezeigt, dass sich der bewegliche Teil 8 in der ersten Stellung in einer vertikalen Abwärtsrichtung in einem Winkel θ1 zu einer vertikalen Ebene bewegt, und ein Wert eines angelegten Drucks F1 ist. Ferner wird angenommen, wie in 5 gezeigt, dass sich der bewegliche Teil 8 in der zweiten Stellung in einer vertikalen Abwärtsrichtung in einem Winkel θ2 zu der vertikalen Ebene bewegt, und ein Wert eines angelegten Drucks F2 ist.
• Die Winkel θ1, θ2 können basierend auf dem Winkel von jeder Achse der Handgelenkeinheit 15 berechnet werden. Die Werte des angelegten Drucks F1, F2, die von dem Sensor 5 für angelegten Druck detektiert werden, sind eine resultierende Kraft eines Befehlswerts Z für angelegten Druck von dem Antriebsteil 9 und einer Komponente eines Eigengewichts W des beweglichen Teils 8 in der Bewegungsrichtung.
• Daher werden Vergleichsausdrücke wie folgt festgelegt: $$\text{F1}=\text{Z}+\text{Wcos}\mathrm{\theta }\text{1}$$

  

  $$\text{F2}=\text{Z}+\text{Wcos}\mathrm{\theta 2}$$

  
• Der Eigengewichtrechner 17 berechnet das Eigengewicht W des beweglichen Teils von den obigen Vergleichsausdrücken wie folgt: $$\text{W}=\left(\text{F1}-\text{F2}\right)\mathrm{/}\left(\text{cos}\mathrm{\theta }\text{1}-\text{cos}\mathrm{\theta }\text{2}\right)$$

  
• Das berechnete Eigengewicht W wird in dem Speicher 18 gespeichert.
• Wenn das Eigengewicht W in dem Speicher 18 gespeichert wird, und dann der gewöhnliche Betriebsmodus durch die Betätigung der Eingabeeinheit 20 ausgewählt wird, schaltet die Modusschalteinheit 19 den Steuersignalgenerator 16 in den gewöhnlichen Betriebsmodus. In dem gewöhnlichen Betriebsmodus erzeugt der Steuersignalgenerator 16 das Steuersignal, welches dem zuvor eingelernten Programm folgt, und gibt es an den Roboter 3 aus, und erzeugt den Befehlswert Z für angelegten Druck an den Servomotor 10 des Antriebsteils 9 der Punktschweißzange 2, der basierend auf der Stellung der Punktschweißzange 2 an jedem Schweißpunkt korrigiert wird, und das Eigengewicht W, das in dem Speicher 18 gespeichert wird.
• Der Befehlswert Z für angelegten Druck wird von der folgenden Gleichung korrigiert:
• Z = Z0-Wcosθ, wobei Z0 ein gewünschter Wert für angelegten Druck ist, und θ ein Winkel von der vertikalen Abwärtsbewegungsrichtung des beweglichen Teils 8 zu der vertikalen Ebene ist.
• Die von dem Steuersignalgenerator 16 erzeugten Steuersignale werden in den Roboter 3 beziehungsweise den Servomotor 10 eingegeben, der den Antriebsteil 9 der Punktschweißzange 2 darstellt.
• In dem gewöhnlichen Betriebsmodus umfasst das Steuersignal, das an die Punktschweißzange 2 auszugeben ist, nicht das Dithersignal.
• Gemäß dem Punktschweißsystem 1 der vorliegenden Ausführungsform, umfassend die obige Ausgestaltung, wird der Eigengewicht-Messmodus ausgewählt, und das Steuersignal, umfassend das Dithersignal, das ihm überlagert ist, wird entsprechend dem Antriebsteil 9 der Punktschweißzange 2 zugeführt. Dies kann den Einfluss der Haftreibung reduzieren, und der angelegte Druck, der von dem Antriebsteil 9 erzeugt wird, kann genau gemessen werden. Daher gibt es einen Vorteil, dass das Eigengewicht W des beweglichen Teils 8 der Punktschweißzange 2 unter Verwendung des genau gemessenen angelegten Drucks genau berechnet werden kann.
• Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform die Zeit zum Überlagern des Dithersignals auf den Befehlswert Z für angelegten Druck auf die Zeit nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Ansteigen der Antwort des Werts für angelegten Druck begrenzt. Innerhalb der vorbestimmten Zeit nach dem Ansteigen wird der Antriebsteil 9 nicht gestoppt, und eine beliebige Haftreibung wird nicht erzeugt, sodass das Dithersignal nicht überlagert werden muss. Folglich kann eine Zeit, für die der Antriebsteil 9 von dem Steuersignal, umfassend das Dithersignal, angetrieben wird, verkürzt werden.
• Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform das Überlagern des Dithersignals auf den Befehlswert Z für angelegten Druck zu dem Zeitpunkt gestoppt, wenn der Wert für angelegten Druck beständig ist. Der Wert für angelegten Druck variiert nicht aufgrund des Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins des Dithersignals, nachdem der Wert für angelegten Druck beständig ist. Folglich wird das Dithersignal gestoppt, und die Zeit, für die der Antriebsteil 9 von dem Steuersignal, umfassend das Dithersignal, angetrieben wird, kann auf ein Minimum verkürzt werden.
• Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform reduziert das Überlagern des Dithersignals den Einfluss der Haftreibung, während die Zeit zum Überlagern des Dithersignals minimiert werden kann. Folglich kann der Einfluss, der vom Betreiben des Antriebsteils 9 mit dem Steuersignal, umfassend das Dithersignal, ausgeübt wird, im Voraus verhindert werden. Ein Beispiel des Einflusses des Betriebs des Antriebsteils 9 mit dem Steuersignal, umfassend das Dithersignal, kann ein Problem von Reibverschleiß sein.
• Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform das an den Antriebsteil 9 zuzuführende Steuersignal gemäß der Stellung der Punktschweißzange 2 an jedem Schweißpunkt mittels Verwendung des genau berechneten Eigengewichts W des beweglichen Teils 8, das erhalten wird, indem der Einfluss der Haftreibung auf diese Weise reduziert wird, korrigiert. Folglich gibt es einen Vorteil, dass das Punktschweißen ausgeführt werden kann, während alle Schweißpunkte mit einem gleichförmig angelegten Druck ungeachtet des Eigengewichts W des beweglichen Teils 8 mit Druck beaufschlagt werden, und dass eine Schweißqualität stabilisiert werden kann.
• Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Punktschweißzange 2 des C-Typs mittels eines Beispiels veranschaulicht worden ist, aber anstelle der Zange kann eine Punktschweißzange des X-Typs oder eine Bolzenschweiß-Punktschweißzange eingesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Punktschweißsystem

2

Punktschweißzange

4

Steuereinrichtung (Steuerung)

5

Sensor für angelegten Druck

7

beweglicher Schweißchip (bewegliche Elektrode)

8

beweglicher Teil

9

Antriebsteil

17

Eigengewichtrechner

W

Eigengewicht

Y

Wert für angelegten Druck

Claims (4)

1. Punktschweißsystem, umfassend: eine Punktschweißzange, die einen beweglichen Teil, der eine bewegliche Elektrode umfasst, und einen Antriebsteil umfasst, der den beweglichen Teil antreibt, eine Steuerung, die den Antriebsteil steuert, einen Sensor für angelegten Druck, der einen angelegten Druck von der beweglichen Elektrode der Punktschweißzange misst, und einen Eigengewichtrechner, der ein Eigengewicht des beweglichen Teils basierend auf dem angelegten Druck berechnet, der von dem Sensor für angelegten Druck in zwei unterschiedlichen Stellungen der Punktschweißzange detektiert wird, die die bewegliche Elektrode in unterschiedliche Bewegungsrichtungen platziert, wobei die Steuerung ein Dithersignal einem Steuersignal überlagert, sodass der Antriebsteil beim Messen des angelegten Drucks zur Verwendung bei der Berechnung des Eigengewichts des beweglichen Teils von dem Eigengewichtrechner gesteuert wird, und nachdem das Eigengewicht berechnet worden ist, die Steuerung das Steuersignal basierend auf dem berechneten Eigengewicht korrigiert.
2. Punktschweißsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Ansteigen des angelegten Drucks, der von dem Sensor für angelegten Druck detektiert wird, das Dithersignal dem Steuersignal überlagert.
3. Punktschweißsystem nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Zeit eine Zeit ist, bis ein konstantes Verhältnis eines Werts für angelegten Druck von dem Steuersignal, dem das Dithersignal nicht überlagert wird, detektiert wird.
4. Punktschweißsystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung das Überlagern des Dithersignals bei einem Zeitpunkt stoppt, wenn der angelegte Druck, der von dem Sensor für angelegten

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