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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweißgerät und ein Programm.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Robotern, die mit Punktschweißzangen ausgestattet sind, zum Schweißen von Karosserien und ähnlichem durchgesetzt. Beim Schweißen mit einer Punktschweißzange werden zwei zu schweißende Werkstücke zwischen einer beweglichen Elektrodenspitze und einer feststehenden Elektrodenspitze eingelegt, und an die bewegliche Elektrodenspitze und die feststehende Elektrodenspitze wird ein elektrischer Strom angelegt, während ein vorbestimmter Schweißdruck darauf ausgeübt wird, wodurch zwei zu schweißende Werkstücke verschweißt werden. In Bezug auf das Schweißen mit einer Punktschweißzange ist in der Patentliteratur 1 ein Punktschweißsystem offenbart, das auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit die elastische Auslenkung eines Zangenarms bei der Druckbeaufschlagung eines zu schweißenden Werkstücks berechnen kann, um eine Verschlechterung der Schweißgenauigkeit zu unterdrücken.
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Um eine Verschlechterung der Schweißgenauigkeit zu unterdrücken, ist es außerdem wichtig, einen Schweißdruck anzuwenden, der gemäß der Dicke und dem Material des zu schweißenden Werkstücks sowie der erforderlichen Schweißkraft genau eingestellt wird. Dieser Schweißdruck wird durch das Drehmoment eines Servomotors eingestellt, der die Bewegung einer beweglichen Elektrodenspitze antreibt. Um den Schweißdruck über das Drehmoment einzustellen, wird das Verhältnis zwischen dem Schweißdruck und dem Drehmoment im Voraus registriert. Das Verhältnis zwischen dem Schweißdruck und dem Drehmoment kann sich jedoch aufgrund von einigen Faktoren wie z. B. der Verschlechterung des Servomotors und der Verschlechterung der Elektrodenspitze ändern. Daher ist es notwendig, das Verhältnis zwischen Schweißdruck und Drehmoment zu kalibrieren, bevor die Punktschweißzange verwendet wird.
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Liste der zitierten Dokumente
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2015- 217436 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Das durch die Erfindung zu lösende Problem
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Um das Verhältnis zwischen dem Schweißdruck und dem Drehmoment mit hoher Genauigkeit zu erhalten, ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Schweißdrucksensor verwendet wird, um den zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze erzeugten Schweißdruck zu messen, und bei dem das im Servomotor erzeugte Drehmoment ermittelt wird, wenn der zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze erzeugte Schweißdruck den zu verwendenden Schweißdruck erreicht. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es jedoch notwendig, die obige Arbeit viele Male auszuführen, um die jeweiligen Schweißdrücke zu erreichen, was einen hohen Zeitaufwand erfordert. Daher ist es wünschenswert, die für die Kalibrierung des Verhältnisses zwischen Schweißdruck und Drehmoment erforderliche Arbeitszeit zu verkürzen.
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Lösung des Problems
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Ein Schweißgerät gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mit einer Schweißzange versehen, die einen Servomotor umfasst, der dazu konfiguriert ist, Energie zu erzeugen, um eine bewegliche Elektrodenspitze zu veranlassen, sich einer festen Elektrodenspitze zu nähern und sich von dieser zu trennen, um ein zu schweißendes Werkstück zum Schweißen zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze mit Druck zu beaufschlagen. Das Schweißgerät umfasst Mittel, um einen Benutzer zu veranlassen, eine Vielzahl von Schweißdrücken einzugeben, die für das Schweißen verwendet werden sollen, Mittel, um den Benutzer zu veranlassen, einen Befehl einzugeben, der anzeigt, dass ein Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze jeden von zwei Schweißdrücken aus der Vielzahl von Schweißdrücken erreicht hat, Mittel zum Identifizieren eines Drehmoments, das in dem Servomotor zu einem Zeitpunkt ausgeübt wird, zu dem der Befehl eingegeben wird, Mittel zum Identifizieren von Bewegungsbeträgen der beweglichen Elektrodenspitze, die erforderlich sind, damit der Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze die zwei Schweißdrücke erreicht, Mittel zum Ableiten eines Beziehungsausdrucks zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag auf der Grundlage der beiden Schweißdrücke und der Bewegungsbeträge, Mittel zum Verwenden des Beziehungsausdrucks, um einen Bewegungsbetrag abzuschätzen, der erforderlich ist, um zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze einen anderen Schweißdruck als die beiden Schweißdrücke aus der Vielzahl von Schweißdrücken zu erzeugen, Mittel zum Identifizieren eines Drehmoments, das erforderlich ist, um die bewegliche Elektrodenspitze um den geschätzten Bewegungsbetrag zu bewegen, und Mittel zum Registrieren des Drehmoments, das erforderlich ist, um den geschätzten Bewegungsbetrag als ein Drehmoment zu bewegen, das erforderlich ist, um den anderen Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze und der festen Elektrodenspitze zu erzeugen. ###
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die für die Kalibrierung des Verhältnisses zwischen dem Schweißdruck und dem Drehmoment erforderliche Arbeitszeit zu verringern.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Schweißgerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Schweißzange aus 1.
- 3 ist ein Blockschaltbild des Schweißgerätes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
- 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Kalibrierungsverfahren des Schweißgeräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
- 5 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen Kalibrierungsbildschirm, der dem Schritt S11 des Kalibrierungsverfahrens in 4 entspricht.
- 6 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen Kalibrierungsbildschirm, der den Schritten S12, S15 und S16 des Kalibrierungsverfahrens in 4 entspricht.
- 7 ist eine ergänzende Darstellung zur Erläuterung der internen Verarbeitung einer Steuereinrichtung entsprechend den Schritten S13 und S14 des Kalibrierungsverfahrens in 4.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend wird ein Schweißgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden Bestandteile, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Konfiguration haben, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden nur dort, wo es notwendig ist, wiederholte Beschreibungen gegeben.
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Bei dem Schweißgerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Gerät, bei dem eine Schweißzange an einem Roboterarmmechanismus montiert ist, so dass die Position und die Ausrichtung der Schweißzange verändert werden können. Ein Merkmal des Schweißgeräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt jedoch in dem Verfahren zur Kalibrierung der Schweißzange. Dementsprechend kann es sich bei dem Schweißgerät um ein Gerät handeln, bei dem die Schweißzange auf einem anderen Mechanismus montiert ist, der die Position und Ausrichtung der Schweißzange verändern kann. Darüber hinaus kann die Punktschweißzange auch als eigenständiges Schweißgerät verwendet werden, wenn die Schweißarbeiten mit der Punktschweißzange durchgeführt werden können.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Schweißgerät 1 einen Roboterarmmechanismus 10, eine auf dem Roboterarmmechanismus 10 montierte Punktschweißzange 30, eine Steuereinrichtung 50, die den Betrieb des Roboterarmmechanismus 10 und der Punktschweißzange 30 steuert, und ein mit der Steuereinrichtung 50 kommunikativ verbundenes Lehrbedienfeld 70.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst die Punktschweißzange 30 einen Basisabschnitt 31, einen festen Arm 32, einen beweglichen Arm 33 und ein Paar von Elektrodenspitzen. Eine Elektrodenspitze 34 (als feste Elektrodenspitze 34 bezeichnet) des Paares von Elektrodenspitzen 34 und 35 ist am vorderen Ende des festen Arms 32 angebracht, und die andere Elektrodenspitze 35 (als bewegliche Elektrodenspitze 35 bezeichnet) des Paares von Elektrodenspitzen 34 und 35 ist am vorderen Ende des beweglichen Arms 33 angebracht. Form, Ausrichtung und Position des Basisabschnitts 31, des festen Arms 32 und des beweglichen Arms 33 sind so ausgebildet, dass die beiden Elektrodenspitzen 34 und 35 so angeordnet werden können, dass sie sich auf einer Zangenachse Ax gegenüberliegen.
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Der Basisabschnitt 31 ist beispielsweise in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet. Der stabförmige bewegliche Arm 33 ist am vorderen Ende des Basisabschnitts 31 vorgesehen, so dass er entlang der Zangenachse Ax beweglich ist. Der feste Arm 32 ist am hinteren Ende des Basisabschnitts 31 einstückig mit diesem ausgebildet. Der feste Arm 32 ist beispielsweise in Form einer Stange ausgebildet, die im Wesentlichen U-förmig gebogen ist, so dass die an ihrem vorderen Ende vorgesehene feste Elektrodenspitze 34 auf der Zangenachse Ax angeordnet ist und der am vorderen Ende des beweglichen Arms 33 angebrachten beweglichen Elektrodenspitze 35 gegenüberliegt.
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Die Bewegung des beweglichen Arms 33 wird durch einen Antriebsmechanismus angetrieben. Der Antriebsmechanismus ist im Basisabschnitt 31 vorgesehen und umfasst einen Servomotor 36, der Energie für den Antrieb der Bewegung des beweglichen Arms 33 erzeugt, sowie einen Umwandlungsmechanismus (nicht gezeigt), der die Drehbewegung des Servomotors 36 in eine lineare Bewegung entlang der Zangenachse Ax des beweglichen Arms 33 umwandelt. Der Umwandlungsmechanismus kann ein beliebiger Mechanismus sein, wie ein Getriebemechanismus, ein Riemen-/Riemenscheibenmechanismus oder eine Kombination davon. Wenn der Servomotor 36 angetrieben wird, bewegt sich die bewegliche Elektrodenspitze 35 zusammen mit dem beweglichen Arm 33 entlang der Zangenachse Ax hin und her, um sich der festen Elektrodenspitze 34 zu nähern und von ihr zu trennen.
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Der Servomotor 36 wird durch einen von einem Motortreiber 39 gelieferten Strom angetrieben. Der Servomotor 36 ist mit einem Encoder 37, der die Drehposition der Antriebswelle des Servomotors 36 erfasst, und einem Drehmomentsensor 38, der das an der Antriebswelle des Servomotors 36 erzeugte Drehmoment erfasst, ausgestattet. Der Encoder 37 erfasst die Drehposition der Antriebswelle des Servomotors 36 und überträgt sie an die Steuereinrichtung 50. Der Encoder 37 fungiert als Positionserfassungseinheit, die die Position des beweglichen Arms 33 durch Erfassen der Drehposition der Antriebswelle des Servomotors 36 erfasst. Alternativ zum Encoder 37 kann die Positionserfassungseinheit auch durch ein Hall-Element gebildet werden. Als Drehmomentsensor 38 kann ein beliebiger vorhandener Sensor verwendet werden, wie etwa ein Dehnungsmessstreifentyp oder ein berührungsloser Typ. Der Drehmomentsensor 38 erfasst das tatsächlich an der Antriebswelle des Servomotors 36 erzeugte Drehmoment und überträgt es an die Steuereinrichtung 50.
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Gemäß der Steuerung der Steuereinrichtung 50 platziert der Roboterarmmechanismus 10 ein zu schweißendes Werkstück zwischen dem Elektrodenpaar 34 und 35 der Punktschweißzange 30. Danach wird der Servomotor 36 von der Steuereinrichtung 50 so gesteuert, dass er die bewegliche Elektrodenspitze 35 in Richtung der festen Elektrodenspitze 34 bewegt, und das zu schweißende Werkstück wird zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 gehalten und mit einem vorgegebenen Schweißdruck beaufschlagt. Gemäß der Steuerung der Steuereinrichtung 50 werden die feste Elektrodenspitze 34 und die bewegliche Elektrodenspitze 35 bestromt, und das zwischen der festen Elektrodenspitze 34 und der beweglichen Elektrodenspitze 35 gehaltene zu schweißende Werkstück wird punktgeschweißt.
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Die Steuereinrichtung 50 umfasst Hardware, die der eines allgemeinen PCs oder dergleichen ähnelt. Insbesondere umfasst die Steuereinrichtung 50 einen Prozessor, der durch eine CPU, eine GPU und dergleichen konfiguriert ist, einen Arbeitsspeicher (RAM), der als Hauptspeicher, Arbeitsbereich und dergleichen des Prozessors fungiert, und eine Speichereinrichtung, die verschiedene Programme, verschiedene Arten von Einstellungsinformationen und dergleichen speichert. Die Speichervorrichtung speichert ein Kalibrierungsprogramm für den Schweißdruck/das Drehmoment der Punktschweißzange 30, ein Steuerprogramm für den Betrieb einer Robotervorrichtung, die die Punktschweißzange 30 und den Roboterarmmechanismus 10 umfasst, und Daten wie Konstanten, Variablen und Einstellwerte, die erforderlich sind, wenn die Punktschweißzange 30 betrieben wird.
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Wenn das Kalibrierungsprogramm vom Prozessor ausgeführt wird, fungiert die Steuereinrichtung 50 als Drehmomenterkennungseinheit 51, als Bewegungsbetragserkennungseinheit 52, als Formulierungsverarbeitungseinheit 53, als Bewegungsbetragsschätzungseinheit 54, als Bildschirmerzeugungseinheit 55 und als Motorsteuerungseinheit 56.
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Die Drehmomenterkennungseinheit 51 ist ein Mittel zur Erkennung des an der Antriebswelle des Servomotors 36 erzeugten Drehmoments auf der Grundlage der Ausgabe des Drehmomentsensors 38. Hier identifiziert die Drehmomenterkennungseinheit 51 das Drehmoment der Antriebswelle des Servomotors 36. Das von der Drehmomenterkennungseinheit 51 identifizierte Drehmoment ist jedoch nicht auf das Drehmoment der Antriebswelle des Servomotors 36 beschränkt, solange das Drehmoment mit dem vom Servomotor 36 erzeugten Drehmoment korreliert werden kann. Beispielsweise kann die Drehmomenterkennungseinheit 51 das Drehmoment einer anderen Welle, auf die die Drehung des Servomotors 36 übertragen wird, auf der Grundlage der Ausgabe eines Drehmomentsensors an der anderen Welle ermitteln. Alternativ kann die Drehmomenterkennungseinheit 51 als Drehmoment einen Drehmomentbefehlswert identifizieren, der von der Motorsteuerungseinheit 56 an den Motortreiber 39 übertragen wird. Die Drehmomenterkennungseinheit 51 schätzt das Drehmoment für die Bewegung der beweglichen Elektrodenspitze 35 anhand eines Bewegungsbetrags, der von der später zu beschreibenden Bewegungsbetragsschätzungseinheit 54 geschätzt wird.
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Die Bewegungsbetragserkennungseinheit 52 identifiziert den Bewegungsbetrag (erster Bewegungsbetrag) der beweglichen Elektrodenspitze 35, die sich entlang der Zangenachse Ax bewegt, auf der Grundlage der Ausgabe des Encoders 37. Dabei ist der Bewegungsbetrag ein Parameter, der angibt, wie weit die bewegliche Elektrodenspitze 35 von der Position, in der die bewegliche Elektrodenspitze 35 mit einem zu kontaktierenden Objekt wie dem zu schweißenden Werkstück, dem Schweißdrucksensor 100, der festen Elektrodenspitze 34 oder ähnlichem in Kontakt ist, nach innen gedrückt wird. Der Zeitpunkt, zu dem die bewegliche Elektrodenspitze 35 mit dem zu kontaktierenden Objekt in Berührung kommt, kann zum Beispiel anhand der Ausgabe des Drehmomentsensors 38 ermittelt werden. Natürlich ist das Mittel nicht darauf beschränkt, und ein Kontaktsensor, ein externer Bildsensor oder ähnliches kann verwendet werden, solange der Kontakt der beweglichen Elektrodenspitze 35 mit dem zu kontaktierenden Objekt erfasst werden kann. Da der Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 auf der Ausgabe des Encoders 37 basiert, entspricht er dem Rotationsbetrag der Antriebswelle des Servomotors 36, nicht dem physischen Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35. Im Folgenden bezieht sich der Begriff „Bewegungsbetrag“ auf den Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35.
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Die Formulierungsverarbeitungseinheit 53 ist ein Mittel zur Formulierung des Verhältnisses zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag auf der Grundlage von mindestens zwei Schweißdrücken und den Bewegungsbeträgen, wenn die Schweißdrücke zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 erzeugt werden. Beispielsweise hält die Formulierungsverarbeitungseinheit 53 eine lineare Funktionsformel als relationales Ausdrucksmodell vor und findet die Konstanten der linearen Funktionsformel unter Verwendung von zwei Schweißdrücken und den Bewegungsbeträgen, wenn die Schweißdrücke ausgeübt werden, um einen relationalen Ausdruck zu formulieren. Das relationale Ausdrucksmodell ist nicht auf eine lineare Funktion beschränkt, und jede beliebige Formel kann verwendet werden. Je nach relationalem Ausdrucksmodell variiert die Anzahl der Schweißdrücke/Bewegungsbeträge, die zur Ermittlung der Konstanten erforderlich sind.
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Basierend auf mindestens zwei Schweißdrücken und den Bewegungsbeträgen, wenn diese Schweißdrücke zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 erzeugt werden, schätzt die Bewegungsbetragsschätzungseinheit 54 den Bewegungsbetrag (zweiter Bewegungsbetrag) der beweglichen Elektrodenspitze 35 zur Erzeugung eines anderen Schweißdrucks. Insbesondere schätzt die Bewegungsbetragsschätzungseinheit 54 den Bewegungsbetrag (zweiten Bewegungsbetrag) für den Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34, um einen vorbestimmten Schweißdruck zu erreichen, unter Verwendung des relationalen Ausdrucks zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag, der durch die Formulierungsverarbeitungseinheit 53 formuliert wird.
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Die Bildschirmerzeugungseinheit 55 erzeugt Bildschirmdaten, die auf einer Anzeigeeinheit des Lehrbedienfelds 70 angezeigt werden. Insbesondere werden Daten eines Kalibrierungsbildschirms 200 (siehe 5(a) und dergleichen) zur Kalibrierung des Verhältnisses zwischen Schweißdruck und Drehmoment erzeugt. Ferner werden Daten eines Messfensters 300 (siehe 5(c) und 6(a)) zur Messung des vorbestimmten Schweißdrucks erzeugt, wenn das Drehmoment bei dem vorbestimmten Schweißdruck unter Verwendung des Schweißdrucksensors 100 identifiziert wird. Der Kalibrierungsbildschirm 200 entspricht Mitteln, die den Benutzer veranlassen, eine Vielzahl von Schweißdrücken einzugeben, die zum Schweißen verwendet werden sollen. Das Messfenster 300 entspricht Mitteln, die den Benutzer veranlassen, einen Befehl einzugeben, der anzeigt, dass der Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 jeden der beiden Schweißdrücke aus einer Vielzahl von Schweißdrücken erreicht hat.
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Die Motorsteuerungseinheit 56 überträgt einen Drehmomentbefehl an den Motortreiber 39 des Servomotors 36, um den Servomotor 36 zu steuern. Der Motortreiber 39 liefert dem Servomotor 36 einen Strom, der dem von der Motorsteuerungseinheit 56 empfangenen Drehmomentbefehl entspricht. Dementsprechend wird der Servomotor 36 mit einem vorgegebenen Drehmoment angetrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert die Motorsteuerungseinheit 56 den Servomotor 36 so, dass das Drehmoment allmählich ansteigt, wenn eine Starttaste auf dem Messfenster 300, das auf dem Lehrbedienfeld 70 angezeigt wird, angeklickt wird. Ferner steuert die Motorsteuerungseinheit 56 den Servomotor 36 so, dass das Drehmoment allmählich ansteigt, bis der Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35, der von der Bewegungsbetragserkennungseinheit 52 identifiziert wird, den von der Bewegungsbetragsschätzungseinheit 54 geschätzten Bewegungsbetrag erreicht, und zwar auf der Grundlage des Klicks auf eine Kalibrierungsschaltfläche auf dem Kalibrierungsbildschirm 200, der auf dem Lehrbedienfeld 70 angezeigt wird.
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Das Lehrbedienfeld 70 fungiert als Anzeigeeinheit 72, über die der Benutzer verschiedene Arten von Informationen von der Steuereinrichtung 50 abrufen kann, und als Eingabeeinheit 71, über die der Benutzer verschiedene Arten von Informationen in die Steuereinrichtung 50 eingeben kann. Die Anzeigeeinheit 72 besteht aus einem LCD oder ähnlichem. Die Eingabeeinheit 71 wird durch eine Tastatur oder ähnliches gebildet. Natürlich können sie auch durch ein Touchpanel-Display gebildet werden, das sowohl als Eingabeeinheit 71 als auch als Anzeigeeinheit 72 dient.
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Die Eingabeeinheit 71 empfängt vom Benutzer eine Vielzahl von Schweißdrücken, die zum Schweißen verwendet werden sollen. Die Vielzahl von Schweißdrücken kann direkt vom Benutzer eingegeben werden, oder sie kann durch die Vorbereitung von Daten einer Vielzahl von Tabellen eingegeben werden, in denen jeweils eine Vielzahl von zu verwendenden Schweißdrücken im Voraus registriert wird, und durch den Import von Daten einer vom Benutzer ausgewählten Tabelle. Die Eingabeeinheit 71 empfängt auch einen Befehl vom Benutzer, der anzeigt, dass der Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 während einer Versuchsperiode, in der der Servomotor 36 unter allmählicher Erhöhung des Drehmoments angetrieben wird, den minimalen Schweißdruck und den maximalen Schweißdruck erreicht hat. Die Steuereinrichtung 50 erhält dabei über die Eingabeeinheit 71 eine Angabe von mehreren Schweißdrücken und eine Angabe des Schweißdrucks zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34, der jeweils zwei der mehreren Schweißdrücke erreicht hat. Die Anzeigeeinheit 72 zeigt den Kalibrierungsbildschirm 200 und das Messfenster 300 an, die von der Bildschirmerzeugungseinheit 55 der Steuereinrichtung 50 erzeugt werden.
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Unter Bezugnahme auf 4 bis 7 wird im Folgenden ein Verfahren zur Kalibrierung des Verhältnisses zwischen Schweißdruck und Drehmoment beschrieben. Die Kalibrierung des Verhältnisses zwischen Schweißdruck und Drehmoment kann durch Benutzeroperationen auf dem Kalibrierungsbildschirm 200 und dem Messfenster 300, das auf dem Lehrbedienfeld 70 angezeigt wird, vorangetrieben werden. Der Kalibrierungsbildschirm 200 wechselt in der Reihenfolge von 5(a), 5(b), 5(c), 6(a), 6(b), und 6(c).
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Wie in 5(a) gezeigt, umfasst der Kalibrierungsbildschirm 200 eine Auswahltaste zur Auswahl einer Datentabelle, die sich auf eine Vielzahl von im Voraus registrierten Schweißdrücken bezieht, einen Anzeigebereich für eine Liste von zu kalibrierenden Schweißdrücken, ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen Schweißdrücken und Drehmomenten zeigt, eine Kalibrierungsschaltfläche zum Starten der automatischen Kalibrierung und eine Speichertaste zum Speichern eines Verhältnisses zwischen Schweißdrücken und Drehmomenten nach der Kalibrierung. Das Messfenster 300 wird dem Kalibrierungsbildschirm 200 durch Anklicken eines Schweißdruckpunktes, der auf der Grafik des Kalibrierungsbildschirms 200 eingezeichnet ist, überlagert. Wie in 5(c) gezeigt, umfasst das Messfenster 300 einen Anzeigebereich für den Schweißdruck, einen Anzeigebereich für das Drehmoment vor der Kalibrierung, einen Anzeigebereich für das aktuelle Drehmoment, eine Starttaste zum Starten des Schließvorgangs (Druckbeaufschlagung) der Punktschweißzange 30, eine Stopptaste zum Stoppen des Schließvorgangs (Druckbeaufschlagung) der Punktschweißzange 30 und eine Registriertaste zum Registrieren des aktuellen Drehmoments.
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Wie in 4 dargestellt, registriert die Steuereinrichtung 50 bei Beginn der Kalibrierung des Schweißdrucks/-drehmoments eine Vielzahl von zu kalibrierenden Schweißdrücken Pr1, Pr2, Pr3, Pr4 und Pr5, die vom Benutzer eingegeben werden (S11). Insbesondere, wenn der Benutzer die Auswahltaste auf dem Kalibrierungsbildschirm 200 anklickt, wird eine Vielzahl von Dateien angezeigt, in denen die zu verwendenden Schweißdrücke aufgezeichnet sind. Wenn der Benutzer eine bestimmte Datei (aaaaa.txt) aus der Vielzahl von Dateien auswählt, wird eine Vielzahl von Schweißdrücken, die in der bestimmten Datei aufgezeichnet sind, in die Steuereinrichtung 50 als die zu kalibrierenden Schweißdrücke eingegeben. Damit ist der Prozess von Schritt S11 abgeschlossen, und wie in 5(b) gezeigt, wird eine Vielzahl von Schweißdrücken Pr1, Pr2, Pr3, Pr4 und Pr5, die in der spezifischen Datei aufgezeichnet sind, im Anzeigebereich der Schweißdrücke angezeigt. Aus der Vielzahl der Schweißdrücke Pr1, Pr2, Pr3, Pr4 und Pr5 werden der minimale Schweißdruck Pr1 und der maximale Schweißdruck Pr5 automatisch extrahiert und in einem Diagramm mit dem Schweißdruck und dem Drehmoment als den beiden Achsen aufgetragen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Drehmomente Tr1 und Tr5, die den Schweißdrücken Pr1 bzw. Pr5 entsprechen, die Drehmomente vor der Kalibrierung. Die beiden Schweißdrücke Pr1 und Pr5 sind die Schweißdrücke, die mit dem Schweißdrucksensor 100 tatsächlich kalibriert werden sollen.
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Zurückkommend auf 4 registriert das Schweißgerät 1 nach dem Vorgang von Schritt S11 die Drehmomente Tr1' und Tr5' und die Bewegungsbeträge Gm1 und Gm5, wenn der Schweißdruck zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 den minimalen Schweißdruck Pr1 bzw. den maximalen Schweißdruck Pr5 erreicht (S12). Schritt S12 ist ein Schritt, der die Arbeit des Benutzers mit dem Schweißdrucksensor 100 beinhaltet.
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Die Arbeit des Benutzers mit dem Schweißdrucksensor 100 ist wie folgt. Der Benutzer setzt den Sensorhauptkörper des Schweißdrucksensors 100 zwischen die bewegliche Elektrodenspitze 35 und die feste Elektrodenspitze 34. Als nächstes wählt der Benutzer durch einen Vorgang auf dem Kalibrierungsbildschirm 200 den zu kalibrierenden Schweißdruck unter Verwendung des Schweißdrucksensors 100 aus. Zum Beispiel kann, wie in 5(b) gezeigt, durch Anklicken eines Punktes, der dem minimalen Schweißdruck Pr1 entspricht, der minimale Schweißdruck Pr1 als der zu kalibrierende Schweißdruck ausgewählt werden. Wenn ein Punkt, der dem minimalen Schweißdruck Pr1 entspricht, angeklickt wird, wird das Messfenster 300 angezeigt.
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Wie in 5(c) gezeigt, wird das Drehmoment des Servomotors 36 durch die Steuereinrichtung 50 allmählich erhöht, wenn der Benutzer auf die Starttaste im Messfenster 300 klickt, und der vom Schweißdrucksensor 100 gemessene Schweißdruckwert wird allmählich erhöht. Der Benutzer überwacht den vom Schweißdrucksensor 100 gemessenen Schweißdruckwert, und wenn der Schweißdruckwert den minimalen Schweißdruck Pr1 erreicht, klickt der Benutzer auf die Stopptaste im Messfenster 300, um die Steuerung des Servomotors 36 zu beenden. Die Steuereinrichtung 50 ermittelt das Drehmoment Tr11 zum Zeitpunkt des Anklickens der Stopptaste anhand der Ausgabe des Drehmomentsensors 38 und ermittelt den Bewegungsbetrag Gm anhand der Ausgabe des Encoders 37.
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Wie in 6(a) gezeigt, wird das Drehmoment Tr11 zum Zeitpunkt des Anklickens der Stopptaste im Anzeigebereich des aktuellen Drehmoments im Messfenster 300 angezeigt. Wenn der Benutzer auf die Schaltfläche „Registrieren“ im Messfenster 300 klickt, werden das Drehmoment Tr11 und der Bewegungsbetrag Gm zum Zeitpunkt des Anklickens der Stopp-Schaltfläche als das Drehmoment Tr1' und der Bewegungsbetrag Gm1 registriert, wenn der minimale Schweißdruck Pr1 angewendet wird.
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Zurückkommend auf 4 leitet die Steuereinrichtung 50 nach dem Prozess von Schritt S12 einen Beziehungsausdruck zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag ab, indem sie den minimalen Schweißdruck Pr1, den maximalen Schweißdruck Pr5, den Bewegungsbetrag Gm1, wenn der minimale Schweißdruck Pr1 angewendet wird, und den Bewegungsbetrag Gm5, wenn der maximale Schweißdruck Pr5 angewendet wird, verwendet (S13).
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Nach dem Prozess von Schritt S13 verwendet die Steuereinrichtung 50 den relationalen Ausdruck zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag, um die Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 und Gm4 abzuschätzen, wenn die Schweißdrücke Pr2, Pr3 und Pr4, die sich von dem minimalen Schweißdruck Pr1 und dem maximalen Schweißdruck Pr5 aus der Vielzahl der zu kalibrierenden Schweißdrücke Pr1, Pr2, Pr3, Pr4 und Pr5 unterscheiden, zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 bzw. der festen Elektrodenspitze 34 angelegt werden (S14).
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Schritt S13 und Schritt S14 sind ein internes Vorgehen der Steuereinrichtung 50. Die Vorgänge von Schritt S13 und Schritt S14 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Wie in 7(a) gezeigt, können, da der Bewegungsbetrag Gm1, wenn der Schweißdruck Pr1 aufgebracht wird, und der Bewegungsbetrag Gm5, wenn der Schweißdruck Pr5 aufgebracht wird, am Ende von Schritt S12 in der Steuereinrichtung 50 registriert werden, zwei Punkte auf dem Diagramm mit dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag als X-Achse bzw. Y-Achse aufgetragen werden. Unter der Annahme, dass das Verhältnis zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag linear ist, können die Konstanten (A, B) des linearen Ausdrucks ((Schweißdruck) = A × (Bewegungsbetrag) + B) einer linearen Funktion aus den obigen beiden Punkten ermittelt werden. Durch die Ermittlung der Konstanten (zum Beispiel, dass die Konstante A gleich A1 und die Konstante B gleich B1 ist), wie in 7(b) gezeigt, kann der relationale Ausdruck zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag ((Schweißdruck) = A1 × (Bewegungsbetrag) + B1) formuliert werden (Schritt S13). Nachdem der relationale Ausdruck zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag formuliert wurde, können die Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 und Gm4 geschätzt werden, indem die nicht kalibrierten Schweißdrücke Pr2, Pr3 bzw. Pr4 in diesen relationalen Ausdruck eingesetzt werden (Schritt S14).
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Zurückkommend auf 4 steuert die Steuereinrichtung 50 nach dem Vorgang von Schritt S14 das Öffnen und Schließen der Punktschweißzange 30, identifiziert automatisch die Drehmomente, wenn der Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 die in Schritt S14 geschätzten Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 und Gm4 erreicht (S15), und registriert die automatisch identifizierten Drehmomente als Drehmomente Tr2', Tr3' und Tr4', wenn die Schweißdrücke Pr2, Pr3 und Pr4 angelegt werden (S16).
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Insbesondere, wie in 6(b) gezeigt, wenn der Benutzer die Kalibrierungsschaltfläche auf dem Kalibrierungsbildschirm 200 anklickt, steuert die Steuereinrichtung 50 den Servomotor 36, um das Drehmoment allmählich aus dem Zustand zu erhöhen, in dem die bewegliche Elektrodenspitze 35 in Kontakt mit der festen Elektrodenspitze 34 ist. Während dieser Zeit überwacht die Steuereinrichtung 50 den Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 basierend auf der Ausgabe des Encoders 37, und überwacht das an der Antriebswelle des Servomotors 36 erzeugte Drehmoment basierend auf der Ausgabe des Drehmomentsensors 38. Die Steuereinrichtung 50 identifiziert die Drehmomente zu den Zeitpunkten, zu denen der Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 die in Schritt S14 geschätzten Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 bzw. Gm4 erreicht. Die Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 und Gm4 sind Bewegungsbeträge, die als die Bewegungsbeträge geschätzt werden, wenn die Schweißdrücke Pr2, Pr3 und Pr4 unter Verwendung des relationalen Ausdrucks zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag angewendet werden. Daher können die Drehmomente zu den Zeitpunkten des Erreichens der in Schritt S14 geschätzten Bewegungsbeträge Gm2, Gm3 und Gm4 als die Drehmomente Tr2', Tr3' und Tr4' betrachtet werden, wenn die Schweißdrücke Pr2, Pr3 und Pr4 angewendet werden. Nach der Durchführung von Schritt S15, wie in 6(c) gezeigt, erhält man die Drehmomente Tr1', Tr2', Tr3', Tr4' und Tr5', die den zu verwendenden Schweißdrücken Pr1, Pr2, Pr3, Pr4 und Pr5 entsprechen und kalibriert werden müssen.
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Durch die Vorgänge von Schritt S11 bis Schritt S16 wird die Kalibrierung des Verhältnisses zwischen Schweißdruck und Drehmoment abgeschlossen.
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Wie oben unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben, kalibriert das Schweißgerät 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Schweißdruck/Drehmoment-Verhältnis in Bezug auf mindestens zwei Schweißdrücke aus einer Vielzahl von Schweißdrücken manuell unter Verwendung des Schweißdrucksensors 100, so dass das Schweißgerät 1 das Schweißdruck/Drehmoment-Verhältnis in Bezug auf die anderen Schweißdrücke automatisch statt manuell kalibrieren kann. Selbst wenn es viele Schweißdruckpunkte für Schweißarbeiten gibt, wie z.B. 30 Punkte, ermöglicht dies dem Benutzer, das Druck/Drehmoment-Verhältnis in Bezug auf nur zwei dieser Punkte mit Hilfe des Schweißdrucksensors 100 zu kalibrieren, wodurch der Zeitaufwand für die Kalibrierungsarbeiten im Vergleich zum herkömmlichen Fall, in dem der Benutzer bei 30 Schweißdruckpunkten für Schweißarbeiten die Kalibrierung in Bezug auf die 30 Punkte mit Hilfe des Schweißdrucksensors 100 wiederholt manuell durchführen musste, erheblich reduziert wird.
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Um die oben genannten vorteilhaften Effekte zu erzielen, haben die Erfinder darauf geachtet, dass die Korrelation zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 hoch ist, und das Schweißgerät 1 so konfiguriert, dass in Schritt S12 die Bewegungsbeträge Gm1 und Gm5, die interne Parameter des Schweißgeräts 1 sind, zusammen mit den Drehmomenten Tr1' und Tr5' erhalten werden, wenn die Schweißdrücke Pr1 und Pr5 angewendet werden. Durch die Formulierung des Verhältnisses zwischen dem Schweißdruck und dem Bewegungsbetrag kann der Bewegungsbetrag abgeschätzt werden, der erforderlich ist, um einen bestimmten Schweißdruck zu erzielen. Wie oben beschrieben, gehört es zu den Merkmalen der vorliegenden Anmeldung, dass der Schweißdruck, bei dem es sich um einen externen Parameter handelt, der nur durch den externen Schweißdrucksensor 100 gemessen werden kann, durch den Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 ersetzt wird, bei dem es sich um einen internen Parameter handelt, der auf der Grundlage der Ausgabe des internen Encoders 37 identifiziert werden kann. Wenn der zur Erzielung eines bestimmten Schweißdrucks erforderliche Bewegungsbetrag abgeschätzt werden kann, kann das Drehmoment allmählich erhöht werden, ausgehend von dem Zustand, in dem die bewegliche Elektrodenspitze 35 in Kontakt mit der festen Elektrodenspitze 34 ist, und das Drehmoment, wenn der Bewegungsbetrag der beweglichen Elektrodenspitze 35 den geschätzten Bewegungsbetrag erreicht, kann als das zur Erzielung des bestimmten Schweißdrucks erforderliche Drehmoment ermittelt werden. Obwohl der Schweißdruck/das Drehmoment für die ersten beiden Schweißdrücke manuell kalibriert werden muss, erfordert der Schritt der Ermittlung der Drehmomente, die für die anderen Schweißdrücke erforderlich sind, keine Arbeit des Benutzers mit dem Schweißdrucksensor 100 oder dessen Hilfe, so dass die Kalibrierungsarbeit des Benutzers stark reduziert werden kann.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das mit der Steuereinrichtung 50 verbundene Lehrbedienfeld 70 die Funktionen der Eingabeeinheit 71 und der Anzeigeeinheit 72, aber die Konfiguration ist nicht auf die des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschränkt, solange die Eingabe von Informationen durch den Benutzer in die Steuereinrichtung 50 erfolgen kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 50 die Funktionen der Eingabeeinheit 71 und der Anzeigeeinheit 72 haben. Ferner kann eine externe Vorrichtung, die kommunikativ mit der Steuereinrichtung 50 verbunden ist, so konfiguriert sein, dass sie einige Funktionen, wie z. B. die Berechnungsverarbeitung, innerhalb der Steuereinrichtung 50 übernimmt.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert die Steuereinrichtung 50 den Betrieb der Punktschweißzange 30, aber das Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt, solange der Betrieb der Punktschweißzange 30 gesteuert werden kann. Beispielsweise kann das Lehrbedienfeld 70 die Funktion der Steuereinrichtung 50 übernehmen, und die Punktschweißzange 30 kann durch das Lehrbedienfeld 70 gesteuert werden.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der minimale Schweißdruck und der maximale Schweißdruck automatisch als die manuell zu kalibrierenden Objekte aus der Vielzahl der Schweißdrücke ausgewählt, aber der Benutzer kann zwei beliebige Schweißdrücke aus der Vielzahl der Schweißdrücke auswählen, und der Benutzer kann die beiden Schweißdrücke über den Kalibrierungsbildschirm 200 auswählen.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass sich die bewegliche Elektrodenspitze 34 linear entlang der Zangenachse Ax bewegt, die durch eine gerade Linie dargestellt wird. Der Annäherungs- und Trennungsweg der beweglichen Elektrodenspitze 34 muss jedoch keine gerade Linie sein, solange sich die bewegliche Elektrodenspitze 35 der festen Elektrodenspitze 34 nähern und von ihr trennen kann, und wenn sich die bewegliche Elektrodenspitze 35 der festen Elektrodenspitze 34 nähert, steht die bewegliche Elektrodenspitze 35 der festen Elektrodenspitze 34 auf der Zangenachse Ax gegenüber, und das zu schweißende Werkstück kann zwischen der beweglichen Elektrodenspitze 35 und der festen Elektrodenspitze 34 gehalten werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist von dem Paar Elektrodenspitzen 34 und 35 eine Elektrodenspitze 34 beweglich und die andere Elektrodenspitze 35 fest, es kann aber auch eine Elektrodenspitze 34 fest und die andere Elektrodenspitze 35 beweglich sein, oder beide Elektrodenspitzen des Paares 34 und 35 können beweglich sein. Bei einer Konfiguration, bei der beide Elektrodenspitzen 34 und 35 beweglich sind und zwei Servomotoren vorhanden sind, kann die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebene Kalibrierung des Schweißdrucks/Drehmoments für jeden der beiden Servomotoren durchgeführt werden.
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Während einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsbeispiele als Beispiele dargestellt und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Diese Ausführungsbeispiele können in verschiedenen anderen Formen implementiert werden, und verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Anderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Zweck der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsbeispiele und ihre Modifikationen sind im Umfang und Zweck der Erfindung enthalten und sind im Umfang der beanspruchten Erfindungen und ihrer Äquivalente umfasst.
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Erläuterung der Bezugszeichen
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30: Punktschweißzange, 31: Basisabschnitt, 32: fester Arm, 33: beweglicher Arm, 34: feste Elektrodenspitze, 35: bewegliche Elektrodenspitze, 36: Servomotor, 37: Encoder, 38: Drehmomentsensor, 39: Motortreiber, 50: Steuereinrichtung, 51: Drehmomenterkennungseinheit,
52: Bewegungsbetragserkennungseinheit, 53: Formulierungsverarbeitungseinheit, 54: Bewegungsbetragsschätzungseinheit, 55: Bildschirmerzeugungseinheit, 56:
Motorsteuerungseinheit, 70: Lehrbedienfeld, 71: Eingabeeinheit, 72: Anzeigeeinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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