JP2000137515A - 溶接ガンの教示方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な溶接位置の教示を可能にする。 【解決手段】 ペンダント３５を操作して、溶接ガン用
ロボット３０をマニュアル動作させ、サーボガン１１の
可動電極と固定電極とが車体の溶接箇所をくわえること
ができるようにその位置を設定する。次に、ペンダント
３５の加圧釦を押して、サーボガン１１の可動電極を下
降させて車体に接触させる。そして、そのままの位置か
らサーボガン１１の固定電極が車体に接触させることが
できるまでの移動距離を演算し、この演算された移動距
離だけサーボガン１１を移動させて、サーボガン１１の
固定電極を車体に接触させる。そして、ペンダント３５
により、この位置を溶接ガン用ロボット３０の溶接位置
として教示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、ロボッ
トに取り付けられ、サーボモータによって電極を上下動
させる溶接ガンの教示方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のスポット溶接は高精度、高品質が
要求されるため、スポット溶接用のガンは、サーボモー
タによって電極を駆動するタイプ、すなわちサーボガン
が主流になってきている。

【０００３】このサーボガンは、通常ロボットのアーム
の先端部に取り付けられるが、スポット溶接を高精度、
高品質で行なうには、サーボガンの溶接位置の教示をい
かに正確に行なうかが鍵となる。

【０００４】サーボガンの溶接位置の教示は、固定電極
をワークにゼロタッチ位置で教示する必要がある。つま
り、サーボガンの固定電極がワークに触れた瞬間の位置
を教示しなければならない。このような教示をする必要
があるのは、通常のサーボガンにはイコライジング機能
（サーボガンに余分な力が加わった場合にサーボガンの
位置が変わるように機能するフローティング機構）が設
けられていないからである。

【０００５】したがって、従来、教示時のゼロタッチを
次のようにして検出している。まず第１の方法として
は、図５に示すように固定電極１２Ｂとワーク１０の間
に電源を接続しておき、固定電極１２Ｂがワーク１０に
接触したときに流れる微弱電流を検出して、ゼロタッチ
の状態を検出する方法である。

【０００６】次に、第２の方法としては、ロボットの各
軸モータに流れる電流を監視し、固定電極１２Ｂがワー
ク１０に接触したときの各軸モータの電流上昇によって
ゼロタッチの状態を検出する方法である。

【０００７】このいずれかの方法でゼロタッチが検出さ
れたときに、ロボットを停止させ、その位置をスポット
溶接時の溶接位置として教示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の方法では、次のような点が問題となっていた。上
記した第１及び第２の方法では、ワーク１０が剛性の低
いものである場合には、ゼロタッチを検出した瞬間にロ
ボットを停止させるとはいっても、ワークを変形させて
しまう恐れがある。このように、ワークが変形した状態
で溶接位置の教示をしたのでは、高精度、高品質という
要求には十分に応えることができない。特に第２の方法
では、ワーク１０の剛性が極端に低い場合には、各軸モ
ータの電流上昇が検出しにくくなるために、第１の方法
よりもゼロタッチの検出は難しくなる。

【０００９】また、上記した第１の方法では、上記の問
題に加えて、ワーク１０と固定電極１２Ｂとの間に微弱
電流を流すための電源と、この微弱電流を検出する検出
手段とが必要になる。この方法では、ワーク１０は導電
体でなければならなくなるから、電流の通り難い材質の
ものや接触抵抗の大きいものには適用できない。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、ワークの材質や剛性の如何に拘
らず、正確な溶接位置の教示が可能な溶接ガンの教示方
法及びその装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成される。請求項１に記載の
発明は、溶接ガンをワークの溶接位置に設定する段階
と、当該溶接ガンの可動電極を当該ワークに最小限の力
で接触させ続ける段階と、前記溶接ガンの固定電極と前
記ワークとの距離を演算する段階と、前記溶接ガンの固
定電極を前記演算された距離だけ移動させて前記固定電
極と前記移動電極とを前記ワークに接触させる状態にす
る段階とを有することを特徴とする溶接ガンの教示方法
である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
溶接ガンの教示方法において、前記溶接ガンは、サーボ
モータによって可動電極を駆動するサーボガンであるこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、溶接ガンが取り
付けられたロボットと、当該溶接ガンの可動電極を当該
可動電極を動かせる程度の力で駆動する可動電極駆動手
段と、前記ロボットをワークの溶接位置に設定した場合
に、前記溶接ガンの固定電極とワークとの距離を演算す
る距離演算手段と、当該距離演算手段によって演算され
た距離だけ前記固定電極が移動するように、前記ロボッ
トを駆動するロボット制御手段とを有することを特徴と
する溶接ガンの教示装置である。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１記載の
溶接ガンの教示装置において、前記溶接ガンは、サーボ
モータによって前記可動電極を駆動するサーボガンであ
ることを特徴とする。

【００１５】

【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、可動電極をワークに最小限の力で接触させ続け、次
に固定電極とワークとの距離を演算してその距離だけ固
定電極を正確に移動させワークに接触させるようにした
ので、可動電極と固定電極はワーク最小限の力で接触す
ることになるので、ワークの変形は最小限に抑えること
ができ、位置決めの精度も向上することになり、高精
度、高品質の溶接に応え得る教示データを得ることがで
きるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の溶接ガンの教示
方法を実施するスポット溶接装置の全体図である。この
スポット溶接装置は、ワークである車体にスポット溶接
を施す装置である。

【００１７】スポット溶接をするサーボガン１１は、溶
接ガン用ロボット３０のアームの先端部分に取り付けら
れている。溶接ガン用ロボット３０は、予め教示された
位置に順次サーボガン１１を位置決めし、サーボガンの
電極を駆動して車体にスポット溶接をする。サーボガン
１１への溶接電流は、電源回路１５から供給されるよう
になっている。

【００１８】溶接タイマ２５は、主に、サーボガン１１
の電極の駆動に関する制御と、電源回路１５の溶接電流
の制御をする。ペンダント３５は、溶接ガン用ロボット
３０やサーボガン１１をマニュアル操作したり、溶接位
置の教示をしたりする場合に用いられる。なお、溶接ガ
ン用ロボット３０とサーボガン１１の動作は、ロボット
制御手段として機能するロボット制御装置４０によって
総括的に制御される。なお、溶接タイマ２５とロボット
制御装置４０は、本発明にかかる溶接ガンの教示装置の
一部を構成している。

【００１９】このスポット溶接装置は、溶接位置の教示
時には、概略次のように動作して教示作業を行なう。ま
ず、ペンダント３５を操作して、溶接ガン用ロボット３
０をマニュアル動作させ、サーボガン１１の可動電極と
固定電極とが車体の溶接箇所をくわえることができる位
置までサーボガン１１を移動する。次に、ペンダント３
５の加圧釦を押して、サーボガン１１の可動電極を下降
させる。この可動電極はトルク制御によって駆動されて
いるので、一定の力が加えられたまま車体に接触して停
止する。次に、その位置からサーボガン１１の固定電極
が車体に接触するまでの移動距離を演算し、溶接ガン用
ロボット３０はこの演算された移動距離だけサーボガン
１１を移動させて、サーボガン１１の固定電極を車体に
接触させる。そして、ペンダント３５により、この位置
を溶接ガン用ロボット３０の溶接位置として教示する。

【００２０】図２は、本発明にかかる溶接ガンの教示装
置の全体構成を示すブロック図である。この図では、発
明の内容の理解を容易にするために、サーボガン１１の
形状を図１の場合と異なり簡略化して図示し、車体１０
はその一部を構成する母材のみを図示している。

【００２１】車体１０には、その上下方向からサーボガ
ン１１に取り付けられた可動電極１２Ａ、固定電極１２
Ｂが圧接される。この圧接された状態で電源回路１５か
ら両電極１２Ａ，１２Ｂに溶接電流が供給される。この
溶接電流の電流値や通電時間（溶接時間）は、中央演算
装置２０の指令に基づいて動作する電流制御回路１６に
よって制御される。

【００２２】可動電極１２Ａは、可動電極駆動手段であ
るサーボモータ１８によって昇降される。このサーボモ
ータ１８には、位置検出器としてエンコーダ１９が取り
付けられ、このエンコーダ１９によって可動電極１２Ａ
の先端位置が検出される。なお、サーボモータ１８の動
作は、中央演算装置２０の指令に基づいて動作するサー
ボ制御回路２２によって制御される。また、エンコーダ
１９で検出された可動電極１２Ａの変位量は、サーボモ
ータ１８の位置制御のため、サーボ制御回路２２にフィ
ードバックされる。

【００２３】サーボ制御回路２２は、教示時には、可動
電極１２Ａを動かすことができる最低限のトルクでサー
ボモータ１８を駆動させる（トルク制御あるいはトルク
制限された位置制御）一方、通常の溶接時には、エンコ
ーダ１９で検出された可動電極１２Ａの現在位置に応じ
てサーボモータ１８を駆動させる（位置制御およびトル
ク制限された位置制御あるいはトルク制御）。

【００２４】電極間変位判定回路２４は、可動電極１２
Ａが車体１０に接触して可動電極１２Ａが停止したこと
を検出するための回路である。この判断は、エンコーダ
１９によって検出される可動電極１２Ａの位置の変動
（一定時間の停止や上方向の移動）を検出することによ
って行なう。

【００２５】記憶回路２６は、溶接ガンアームの形状、
その剛性、可動電極の起動トルク（静摩擦力）、加圧力
伝達系の特性、通電周波数、電極チップの形状や磨耗
量、母材の板厚、材質、枚数に関する情報を記憶してい
る回路である。なお、溶接ガン用ロボット３０及びペン
ダント３５の機能は前述したので詳しい説明は省略す
る。

【００２６】図３は、本発明にかかる溶接ガンの教示方
法の手順並びに溶接ガンの教示装置の動作を示すフロー
チャートである。このフローチャートは、ペンダント３
５によって教示モードが選択され、ロボット制御装置４
０及び溶接タイマ２５が教示モードに設定されている場
合に処理される。

【００２７】まず、作業者は、溶接ガン用ロボット３０
に溶接位置の教示をするために、ペンダント３５を用い
て加圧点付近まで目視によりサーボガン１１をマニュア
ル移動させる。この状態では、サーボガン１１の可動電
極１２Ａと固定電極１２Ｂとが車体１０の溶接箇所（目
標とするスポット溶接箇所）をくわえることができるよ
うな位置に設定されることになる（Ｓ１）。

【００２８】次に、ペンダント３５に設けられている加
圧釦が押されると、中央制御装置２０は、サーボ制御回
路２２の制御をトルク制御あるいはトルク制限された位
置制御に切り換える。トルク制御とは、可動電極１２Ａ
を、中央演算装置２０によって演算された一定のトルク
で駆動する制御である。

【００２９】中央制御装置２０は、サーボ制御回路２２
の制御をトルク制御あるいはトルク制限された位置制御
に設定した後、記憶回路２６に予め記憶されている可動
電極１２Ａの起動トルク（静摩擦力）、加圧力伝達系の
特性、さらには、ロボット制御装置４０から入手したサ
ーボガン１１の姿勢（重力の影響を考慮するため）など
の情報から、可動電極１２Ａをなんとか動かし続けるこ
とができるであろう最低限のトルクを演算し、そのトル
クでサーボモータ１８を駆動するように、サーボ制御回
路２２に指令を出す（Ｓ２，Ｓ３）。

【００３０】サーボ制御回路２２は指令されたトルクで
サーボモータ１８を駆動し、図４に示したように、固定
電極１２Ａを車体１０の溶接箇所に向けて下降させる。
この状態で、位置検出器であるエンコーダからサーボ制
御回路２２に向けてパルスが出力され続けることにな
る。電極間変位判定回路２４は、中央演算装置２０を介
してサーボ制御回路２２に向けて出力され続けるパルス
（位置データ）の有無を監視する（Ｓ４）。

【００３１】可動電極１２Ａが下降し続け、その先端の
電極チップが車体１０に接触すると、可動電極１２Ａは
やっと下降できる程度のトルクで下降していたのである
から、車体１０に接触した瞬間に停止する。この停止に
より、位置検出器１９からはパルスが出力されなくな
り、この状態が電極間変位判定回路２４によって検出さ
れる。電極間変位判定回路２４は、可動電極１２Ａが停
止したことを中央演算装置２０に知らせると、距離演算
手段として機能する中央演算装置２０は、溶接ガン用ロ
ボット３０の各軸に設けられているエンコーダの値から
サーボガン１１の位置、正確には、現在のサーボガン１
１の固定電極１２Ｂの電極チップの先端位置を演算する
とともに、この先端位置と車体１０との距離、すなわち
固定電極移動量を演算する。この演算は、記憶回路２６
に記憶されている電極チップ磨耗量、車体１０の母材の
板厚、枚数に関する情報を参照しながら正確に行なう
（Ｓ６）。

【００３２】中央演算装置２０は、演算した固定電極移
動量をロボット制御装置４０に出力し、溶接ガン用ロボ
ット３０を図４に示すようにこの固定電極移動量だけ移
動させて、換言すれば、両電極１２Ａ，１２Ｂ間の相対
距離がワーク１０の厚みに一致するまで移動させて、固
定電極１２Ｂの電極チップの先端を車体１０に接触させ
る。なお、サーボガン１１を移動（図４に示すように上
に移動）させている間も可動電極１２Ａには一定のトル
クがかかっているので、固定電極１２Ｂの移動に伴って
可動電極１２Ａも移動（図４に示すように下に移動）す
る。このようにして固定電極１２Ｂの移動が終わると、
可動電極１２Ａと固定電極１２Ｂとで車体１０を挟んだ
ような状態となって停止する（Ｓ７，Ｓ８）。

【００３３】この時点で溶接位置への位置決めが終了す
るので、作業者はペンダント３５の教示釦を押して、こ
の溶接位置を教示する。この教示された溶接位置に関す
るデータは、ロボット制御装置４０内の図示されていな
い記憶装置に記憶され、プレイバック時には、このデー
タにしたがってロボットが動作し、溶接作業が行なわれ
ることになる。

【００３４】このように、本発明では、まず、大体の位
置までサーボガン１１を持って行き、可動電極１２Ａを
そっと下ろしてワーク１０が変形しない程度の力でワー
ク１０を加圧し、次に、固定電極１２Ｂの移動距離を算
出してその距離だけ固定電極１２Ｂを移動させるように
したので、ワークの変形は最小限に抑えることができ、
位置決めの精度も向上することになる。また、溶接ガン
用ロボット３０の移動を比較的高速で行なうことができ
るようになり（予め移動距離が分かっているから）、教
示作業の高速化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の溶接ガンの教示方法を実施するスポ
ット溶接装置の全体図である。

【図２】 本発明にかかる溶接ガンの教示装置の全体構
成を示すブロック図である。

【図３】 本発明にかかる溶接ガンの教示方法の手順並
びに溶接ガンの教示装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図４】 本発明の溶接ガンの教示方法の説明に供する
図である。

【図５】 従来の溶接ガンの教示方法の説明に供する図
である。

【符号の説明】

１０…車体 １１…サーボガン １２Ａ…可動電極 １２Ｂ…固定電極 １５…電源回路 １８…サーボモータ １９…位置検出器（エンコーダ） ２５…溶接タイマ ３０…溶接ガン用ロボット ３５…ペンダント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ガンをワークの溶接位置に設定する
   段階と、 当該溶接ガンの可動電極を当該ワークに最小限の力で接
   触させ続ける段階と、 前記溶接ガンの固定電極と前記ワークとの距離を演算す
   る段階と、 前記溶接ガンの固定電極を前記演算された距離だけ移動
   させて前記固定電極と前記移動電極とを前記ワークに接
   触させる状態にする段階とを有することを特徴とする溶
   接ガンの教示方法。
2. 【請求項２】 前記溶接ガンは、サーボモータによって
   可動電極を駆動するサーボガンであることを特徴とする
   請求項１記載の溶接ガンの教示方法。
3. 【請求項３】 溶接ガンが取り付けられたロボットと、 当該溶接ガンの可動電極を当該可動電極を動かせる程度
   の力で駆動する可動電極駆動手段と、 前記ロボットをワークの溶接位置に設定した場合に、前
   記溶接ガンの固定電極とワークとの距離を演算する距離
   演算手段と、 当該距離演算手段によって演算された距離だけ前記固定
   電極が移動するように、前記ロボットを駆動するロボッ
   ト制御手段とを有することを特徴とする溶接ガンの教示
   装置。
4. 【請求項４】 前記溶接ガンは、サーボモータによって
   前記可動電極を駆動するサーボガンであることを特徴と
   する請求項１記載の溶接ガンの教示装置。