JP2002210636A - ワーク変形検知方法および装置 - Google Patents

ワーク変形検知方法および装置

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JP2002210636A
JP2002210636A JP2001005261A JP2001005261A JP2002210636A JP 2002210636 A JP2002210636 A JP 2002210636A JP 2001005261 A JP2001005261 A JP 2001005261A JP 2001005261 A JP2001005261 A JP 2001005261A JP 2002210636 A JP2002210636 A JP 2002210636A
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work
deformation
detecting
welding
servomotor
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Kengo Fujiwara
健吾 藤原
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接接合時に発生するワークの変形および、
溶接接合後のワークの変形について直接検知できるよう
にする。 【解決手段】 ワークWは2枚のパネル材が重ね合わさ
れた状態でスポット溶接されるもので、治具Jのロケー
トピン1により位置決めされる。治具Jは、X方向移動
機構7,Y方向移動機構9,Z方向移動機構5によって
3次元方向に移動可能であり、各サーボモータ27,1
9,35により位置決め制御される。2枚のパネル材
が、溶接時あるいは溶接後に、互いに面方向にずれる
と、ロケートピン1がパネル材のロケート孔Hから応力
を受け、この応力に対抗すべくX方向移動機構7のサー
ボモータ27あるいはY方向移動機構9のサーボモータ
19に供給する電流値が増大するので、この電流値増大
に基づいてワークWの変形を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、相互に溶接接合
される複数のワークの変形を検知するワーク変形検知方
法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の車体組立において、車体パネル
部品である複数のワーク相互を溶接接合する場合には、
作業者がすべてのワークを治具にセットした後、治具に
備えられたクランプ手段によりワークをクランプして治
具全体をワークとともに適宜移動し、例えば特開平7−
178562号公報に記載されているような溶接ロボッ
トにより溶接作業を行う。
【0003】また、上記した溶接ロボットに備えられた
スポット溶接ガンには、例えば特開平10−14321
2号公報に記載されているように、溶接ガンのワークに
対する打角、すなわち溶接ガンにおける電極チップのワ
ーク表面に対する面直度を検知するものがある。これ
は、溶接ガンにおける一対の電極チップでワークを加圧
挟持し、各電極チップ相互間の距離あるいは偏差に応じ
て面直度のずれを検出し、このずれ量に対応した補正デ
ータを作成して打角を補正している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の打角を検知する方法は、溶接ガンがワークを加
圧挟持している状態で行うものであり、したがってこの
場合には、検知した打角に基づいて、溶接接合後のワー
クの変形を推測することが可能ではあるものの、溶接接
合時や溶接接合後のワークの変形について、直接検知で
きないものとなっているため、ワーク変形に対する検知
作業が不充分となっている。
【0005】そこで、この発明は、溶接接合時に発生す
るワークの変形および、溶接接合後のワークの変形につ
いて直接検知できるようにすることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、相互に溶接接合される複数のワ
ークに、互いを位置決めするためのロケート孔を設け、
このロケート孔に挿入したロケートピンが前記ロケート
孔の内面から受ける応力に基づいて、前記ワークの変形
を検知するようにしてある。
【0007】請求項2の発明は、請求項1記載のワーク
変形検知方法において、一対の電極でワークを加圧挟持
してスポット溶接を行う際に、ワークの変形を検知する
ようにしてある。
【0008】請求項3の発明は、請求項1または2記載
のワーク変形検知方法において、複数のワークは、溶接
接合時にはクランプ手段によりクランプ固定され、溶接
接合後クランプ固定を解除した状態で、ワークの変形を
検知するようにしてある。
【0009】請求項4の発明は、請求項1ないし3のい
ずれかに記載のワーク変形検知方法において、ロケート
ピンは、サーボモータにより移動位置決めされ、前記サ
ーボモータが受ける負荷により前記ワークの変形を検知
するようにしてある。
【0010】請求項5の発明は、請求項4記載のワーク
変形検知方法において、サーボモータが受ける負荷は、
サーボモータに供給される電流値より求められるものと
してある。
【0011】請求項6の発明は、相互に溶接接合される
複数のワークに、互いを位置決めするためのロケート孔
を設け、このロケート孔に挿入するロケートピンと、前
記ロケート孔に挿入されたロケートピンが、前記ロケー
ト孔の内面から受ける応力を検知する応力検知部と、こ
の応力検知部の検知結果に基づいて、前記ワークの変形
を判別するワーク変形判別部とを有する構成としてあ
る。
【0012】請求項7の発明は、請求項6記載のワーク
変形検知装置において、応力検知部は、ロケートピンを
移動位置決めするサーボモータと、このサーボモータに
かかる負荷を検知する負荷検知部とから構成してある。
【0013】請求項8の発明は、請求項7記載のワーク
変形検知装置において、負荷検知部は、サーボモータに
供給する電流値を検知する電流値検知部としてある。
【0014】請求項9の発明は、請求項6記載のワーク
変形検知装置において、応力検知部は、ロケートピンが
受ける応力を直接検知するセンサで構成してある。
【0015】
【発明の効果】請求項1または6の発明によれば、ワー
クのロケート孔に挿入したロケートピンが、ロケート孔
の内面から受ける応力に基づいて、ワークの変形を検知
するようにしたので、溶接接合時に発生するワークの変
形や、溶接接合後のワークの変形について直接検知する
ことができ、ワークの変形検知作業が充分なものとな
る。
【0016】請求項2の発明によれば、ワーク変形の検
知を、一対の電極でワークを加圧挟持してスポット溶接
する際に行うようにしたので、確実にすべてのワークに
対する変形検知を実施することができる。
【0017】請求項3の発明によれば、複数のワーク
は、溶接接合時にはクランプ手段によりクランプ固定さ
れ、溶接接合後クランプ固定を解除した状態で、ワーク
の変形を検知するようにしたので、複数箇所の溶接によ
るひずみが蓄積して発生する変形を検知でき、ワークの
変形検知作業がより充分なものとなる。
【0018】請求項4または7の発明によれば、ロケー
トピンを移動位置決めするサーボモータが受ける負荷に
より、ワークの変形を検知するようにしたので、ストレ
インゲージなど力を測定するセンサなどを設ける必要が
なく、ワークの変形検知作業を充分とする際に、コスト
低減および装置全体の小型化を達成することができる。
【0019】請求項5または8の発明によれば、ロケー
トピンを移動位置決めするサーボモータに供給される電
流値に基づいて、ワークの変形を検知するようにしたの
で、ストレインゲージなど力を測定するセンサなどを設
ける必要がなく、ワークの変形検知作業を充分とする際
に、コスト低減および装置全体の小型化を達成すること
ができる。
【0020】請求項9の発明によれば、応力検知部は、
ロケートピンが受ける応力を直接検知するセンサで構成
してあるので、ロケートピンにかかる応力の大きさや方
向など、応力の状態をモニタリングでき、これに基づき
溶接作業時における溶接ガンや電極チップのワークに対
する傾きの方向など、溶接設備の状態を把握することが
でき、ワークの変形検知作業をさらに充分なものとする
ことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
【0022】図1は、この発明の実施の一形態を示すワ
ーク変形検知装置の全体構成図である。このワーク変形
検知装置は、互いに重ね合わされた状態で溶接接合され
る2枚のパネル材からなるワークWを位置決めする治具
Jを備えている。この治具Jは、例えば自動車の車体組
立における車体パネル部品を位置決めするために用いら
れる。
【0023】図2は上記した治具Jの正面図(図1のA
矢視図に相当)、図3は図2の平面図である。この治具
Jは、パネル材相互の位置決めのための、ワークWに形
成したロケート孔Hに挿入されるロケートピン1が、図
1中で上下方向に延長して配置されるワーク支持部3上
に設けられ、このワーク支持部3を、図中で上下方向の
Z方向に移動させるZ方向移動機構5と、このZ方向移
動機構5を図1中で左右方向に移動させるX方向移動機
構7と、このX方向移動機構7を図2中で左右方向に移
動させるY方向移動機構9とを備えている。
【0024】Y方向移動機構9は、基台11上に図2中
で左右方向に延長して敷設された2本のレール13,1
3に沿ってスライダ15,15がスライド移動可能に嵌
合し、スライダ15,15はX方向移動機構7の底板1
7の下面に固定されている。底板17の一方のスライダ
15の側方には、Y方向駆動用モータ19およびこのモ
ータ19の回転出力を伝達する伝達部21が設置されて
いる。伝達部21は、前記レール13と平行に延長され
るねじ棒23に螺合するナットを備えたボールねじ機構
を有し、このナットを回転させることにより、スライダ
15,15がレール13,13に沿ってスライド移動す
る。
【0025】X方向移動機構7は、Z方向移動機構5の
底板25に、X方向駆動用モータ27およびこのモータ
27の回転出力を伝達する伝達部29が設置されてい
る。伝達部29は、前記レール13と直交する水平方向
に延長される図示しないねじ棒に螺合するナットを備え
たボールねじ機構を有し、このナットを回転させること
により、底板25が前記レール13,13と直交する水
平方向にスライド移動する。
【0026】Z方向移動機構5は、底板25上に立設さ
れた上下ガイドブラケット31の上部に設けたガイド部
33に、前記したワーク支持部3が上下動可能に嵌合し
ており、ワーク支持部3の下端には、Z方向駆動用モー
タ35およびこのモータ35の回転出力を伝達する伝達
部37が設置されている。伝達部37は、上下方向に延
長される図示しないねじ棒に螺合するナットを備えたボ
ールねじ機構を有し、このナットを回転させることによ
り、ワーク支持部3が上下方向にスライド移動する。
【0027】上記したX方向駆動用モータ27、Y方向
駆動用モータ19およびZ方向駆動用モータ35は、い
ずれもサーボモータであり、エンコーダ39,41およ
び43をそれぞれ備えている。各エンコーダ39,41
および43が検出する位置データをデータ読取部45が
読み取り、この読み取った各位置データに基づいて、あ
らかじめ設定されている目標位置となるよう制御部47
が各モータ27,19および35に対して制御信号をそ
れぞれ出力する。上記したデータ読取部45および制御
部47は、例えばマイクロコンピュータで構成する。
【0028】これにより、ローケートピン1が、X方向
移動機構7、Y方向移動機構9およびZ方向移動機構5
により、適宜3次元方向に移動し、ワークWのロケート
孔Hに挿入される位置となるよう位置決めがなされる。
このような各移動機構7,9,5を備えた治具Jは、ワ
ークWに対して複数設置されており、各治具Jには、図
4および図5に示すようなクランプ手段49が備えられ
ている。
【0029】クランプ手段49は、図1における底板2
5上に設置される支柱51を備え、支柱51の上端のワ
ーク受け53と、支柱51の側面に取り付けたクランプ
シリンダ55によって作動するクランプアーム57と
で、ワークWをクランプ固定する。このクランプ固定
は、ロケートピン1がロケート孔Hに挿入されて位置決
めされた状態でなされる。
【0030】また、X方向駆動用モータ27およびY方
向駆動用モータ19には、この各モータ27,19に供
給される電流値を検知する電流値検知部59が接続さ
れ、この電流検知部59の検知信号に基づいて、ワーク
Wの変形を判別するマイクロコンピュータなどで構成さ
れる変形判別部61がさらに接続されている。
【0031】ここで、上記したワークWの変形について
説明する。図6は、溶接ロボットに備えられた溶接ガン
63の一対の電極チップ65,67により、ワークWを
加圧挟持してスポット溶接を行っている状態を示してい
る。
【0032】図6(a)は、溶接ガン63によるワーク
Wに対する打角が適正(面直)となっている状態であ
る。この場合には、電極チップ65,67によるワーク
Wに対する加圧力は、ワークWの表面に対して直角方向
(図6中で上下方向)に作用するので、ワークWは水平
方向には力を受けず、したがってワークWのロケート孔
Hに挿入されているロケートピン1は、ロケート孔Hか
ら応力を受けない。この結果、位置決めのために常に通
電されているX方向駆動用モータ27あるいはY方向駆
動用モータ19には負荷の増大がなく、供給される電流
値も大きく変化せず、ワークの変形は発生していないこ
とになる。
【0033】これに対し図6(b)は、溶接ガン63に
よるワークWに対する打角が適正となっていない状態で
ある。この場合には、電極チップ65,67によるワー
クWに対する加圧力は、ワークWの表面に対して傾斜し
た状態で作用するので、ワークWは水平方向に力を受
け、これに伴いワークWのロケート孔Hに挿入されてい
るロケートピン1は、例えば上部のパネル材が図中で右
方向へ移動することによりそのロケート孔Hから応力を
受けることになる。
【0034】ロケートピン1が、応力を受けて目標とす
る位置からずれると、エンコーダ39あるいは41がこ
の位置ずれを検知して、制御部47がロケートピン1を
元の目標とする位置に戻すべく、X方向駆動用モータ2
7あるいはY方向駆動用モータ19を駆動制御する。と
ころが、このときロケートピン1は変形したワークW
(一方のパネル材)により図中で右方向に押し付けられ
ているので目標位置に戻らず、したがってこの状態でさ
らに駆動制御されるX方向駆動用モータ27あるいはY
方向駆動用モータ19に供給される電流値が徐々に増大
していき、各駆動用モータ27あるいは19にかかる負
荷が増大することとなる。この増大した電流値を電流値
検知部59が検知し、これに基づきワーク変形判別部6
1が、ワークの変形を判別する。
【0035】図7は、(a)のように、ワークWに対し
て複数箇所の溶接を行い、溶接後クランプ手段49によ
るワークWのクランプ固定を解除した後の、ひずみの蓄
積によるワークWの変形を(b)で示している。すなわ
ち、溶接した複数箇所で発生したひずみが順次蓄積され
る結果、図中で上部側のパネル材が、例えば図中で左方
向へ移動し、これに伴い、ロケートピン1が上記移動す
るパネル材によって同方向に応力を受け、これにより前
記した図6(b)の場合と同様にしてワークWの変形を
判別する。
【0036】次に、図8に示すフローチャートおよび、
図9〜図11に示すロケートピン1にかかる負荷の波形
図に基づいて、上記した構成のワーク変形検知装置の動
作を説明する。なお、実際には上記した負荷は、応力で
あるが、X方向駆動用モータ27あるいはY方向駆動用
モータ19へ供給される電流値とほぼ比例関係にあるた
め、この電流値を検出することで負荷を求めることがで
きる。そのため、便宜的にこの電流値を負荷として以後
の説明を続ける。また図9は正常時、図10は溶接時に
過負荷となった場合、図11は溶接後アンクランプ時に
過負荷となった場合である。
【0037】まず、ロケートピン1が目標位置となるよ
うに、X方向駆動用モータ27、Y方向駆動用モータ1
9およびZ方向駆動用モータ35が、それぞれのエンコ
ーダ39,41および43の検出値のフィードバックを
受けて駆動することで、治具Jがワーク受け位置へ移動
位置決めされる(ステップ101)。
【0038】この状態で治具JにワークWをセットし
(ステップ103)、さらにクランプ手段49によりワ
ークWをクランプ固定して(ステップ105)、溶接ガ
ン63によりワークWに対して溶接作業を開始する(ス
テップ107)。
【0039】ここで、ワーク変形判別部61は、内蔵す
るタイマを時間T=0となるようリセットした後(ステ
ップ109)、溶接が終了したかどうかを判断する(ス
テップ111)。溶接終了の判断は、あらかじめ設定し
てある溶接時間が経過したかどうかでよい。溶接が終了
していない場合には、X方向駆動用モータ27あるいは
Y方向駆動用モータ19が、各スポット溶接部毎の溶接
開始時S1,S2を起点とした、過負荷を受ける許容時間
maxを、Tmax=TAに設定する(ステップ113)。
【0040】次に、溶接時に受ける過負荷の上限値L
Amaxを、位置決めする部位毎、すなわち治具J毎に適宜
設定する(ステップ115)。そして、検知した負荷L
Aが過大かどうかを、LAが上限値LAmaxを越えたかどう
かで判断し(ステップ117)、越えていない場合には
ステップ119でT=0としてステップ111に戻り、
越えている場合には、溶接開始時からの経過時間Tが前
記設定したT(=T max)より大きいかどうかを判断
する(ステップ121)。
【0041】経過時間Tが前記設定したT(=
max)より大きい場合(図10の溶接開始点S2の場
合)には、ロケートピン1が過大負荷を受ける時間が設
定時間以上経過したことになるので、ワークWに変形が
発生したとして、図示しないディスプレイにNG表示を
行う(ステップ123)。経過時間Tが前記設定したT
(=Tmax)以下の場合には、前記ステップ111に
戻る。
【0042】前記ステップ111で溶接が終了している
場合には、クランプ手段49によるワークWに対するク
ランプ固定が解除されたかどうか、つまりアンクランプ
が終了したかどうかを判断する(ステップ125)。ア
ンクランプが終了したかどうかの判断は、例えばクラン
プアーム57の動作を検知するセンサの検知信号に基づ
き行えばよい。アンクランプが終了していない場合に
は、X方向駆動用モータ27あるいはY方向駆動用モー
タ19が、アンクランプ開始直後S3(図11参照)を
起点とした、過負荷を受ける許容時間Tmaxを、Tmax
に設定する(ステップ127)。
【0043】次に、アンクランプ時に受ける過負荷の上
限値LBmaxを、位置決めする部位毎、すなわち治具J
毎に適宜設定する(ステップ129)。そして、検出し
た負荷Lが過大かどうかを、前記ステップ117でL
が上限値LBmaxを越えたかどうかで判断し、以後は
上記した溶接時と同様にして、アンクランプ開始直後S
3からの経過時間Tが前記設定したT(=Tmax)より
大きい場合には、ロケートピン1が過大負荷を受ける時
間が設定時間以上経過したことになるので、ワークWに
変形が発生したとして、前記ステップ123で図示しな
いディスプレイにNG表示を行う。
【0044】前記ステップ125で、アンクランプが終
了した場合には、ワークWが治具Jから取り外されたか
どうかを判断する(ステップ131)。ワークWが治具
Jから取り出されたかどうかの判断は、例えばクランプ
手段49におけるワーク受け53にワークWを検知する
センサを設け、このセンサの検知信号に基づき行えばよ
い。
【0045】ここで、ワークWを取り外していない場合
には、前記ステップ117に進んで負荷が過大かどうか
の判断を行う。なお、この場合での、過負荷を受ける許
容時間の開始時点(T値カウントスタート)は、アンク
ランプ終了時点であり、許容時間Tmaxは、前記したT
max=Tでよい。ステップ131でワークWの取り外
しが終了している場合には、ワークWに変形が発生して
いないとして、図示しないディスプレイにOK表示を行
う(ステップ133)。
【0046】このように、ワークWに対し溶接を行って
いる状態、溶接終了後ワークWに対してアンクランプを
終了していない状態、溶接終了後ワークWに対してアン
クランプを終了している状態(クランプ解除)のいずれ
においても、すなわちワークWを、クランプ手段49で
クランプしてから溶接後、アンクランプしてから取り出
すまでの間において、ワークWの変形を直接検知できる
ので、ワークの変形検知作業が充分なものとなる。
【0047】また上記実施の形態では、ロケートピン1
が受ける応力の検知を、サーボモータの電流値を検知す
ることで対応しているため、上記応力を直接検知するた
めのストレインゲージなど力を測定するセンサなどを設
ける必要がなく、コスト低減および装置全体の小型化を
達成できる。
【0048】また、上記したストレインゲージなどを利
用することで、ロケートピン1に作用する応力の大きさ
や方向など、応力の状態をモニタリングでき、これに基
づき溶接ガン63やその電極チップ65,67のワーク
Wに対する傾きの方向など、溶接設備の状態を把握する
ことができ、これによりワークの変形検知作業をさらに
充分なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の一形態を示すワーク変形検知
装置の全体構成図である。
【図2】図1のワーク変形検知装置における治具の正面
図である。
【図3】図2の平面図である。
【図4】図1のワーク変形検知装置に付設されるクラン
プ手段の斜視図である。
【図5】図4のクランプ手段によりワークをクランプし
ている状態を示す側面図である。
【図6】溶接ガンによりワークに対してスポット溶接を
行っている状態を示す動作説明図で、(a)は溶接ガン
がワークに対して直角な状態、(b)は溶接ガンがワー
クに対して斜めになっている状態を示す。
【図7】(a)はワークに対して複数箇所の溶接がなさ
れる状態を示す説明図、(b)は溶接後のひずみが蓄積
してワークが変形した状態を示す説明図である。
【図8】図1のワーク変形検知装置の動作を示すフロー
チャートである。
【図9】図1のワーク変形検知装置における正常時のロ
ケートピンにかかる負荷波形図である。
【図10】図1のワーク変形検知装置における溶接時過
負荷のロケートピンにかかる負荷波形図である。
【図11】図1のワーク変形検知装置におけるアンクラ
ンプ時過負荷のロケートピンにかかる負荷波形図であ
る。
【符号の説明】
W ワーク H ロケート孔 1 ロケートピン 19 Y方向駆動用モータ(サーボモータ,応力検知
部) 2 7 X方向駆動用モータ(サーボモータ,応力検知
部) 49 クランプ手段 59 電流値検知部(負荷検知部,応力検知部) 61 ワーク変形判別部 65,67 電極チップ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相互に溶接接合される複数のワークに、
    互いを位置決めするためのロケート孔を設け、このロケ
    ート孔に挿入したロケートピンが前記ロケート孔の内面
    から受ける応力に基づいて、前記ワークの変形を検知す
    ることを特徴とするワーク変形検知方法。
  2. 【請求項2】 一対の電極でワークを加圧挟持してスポ
    ット溶接を行う際に、ワークの変形を検知することを特
    徴とする請求項1記載のワーク変形検知方法。
  3. 【請求項3】 複数のワークは、溶接接合時にはクラン
    プ手段によりクランプ固定され、溶接接合後クランプ固
    定を解除した状態で、ワークの変形を検知することを特
    徴とする請求項1または2記載のワーク変形検知方法。
  4. 【請求項4】 ロケートピンは、サーボモータにより移
    動位置決めされ、前記サーボモータが受ける負荷により
    前記ワークの変形を検知することを特徴とする請求項1
    ないし3のいずれかに記載のワーク変形検知方法。
  5. 【請求項5】 サーボモータが受ける負荷は、サーボモ
    ータに供給される電流値より求められることを特徴とす
    る請求項4記載のワーク変形検知方法。
  6. 【請求項6】 相互に溶接接合される複数のワークに、
    互いを位置決めするためのロケート孔を設け、このロケ
    ート孔に挿入するロケートピンと、前記ロケート孔に挿
    入されたロケートピンが、前記ロケート孔の内面から受
    ける応力を検知する応力検知部と、この応力検知部の検
    知結果に基づいて、前記ワークの変形を判別するワーク
    変形判別部とを有することを特徴とするワーク変形検知
    装置。
  7. 【請求項7】 応力検知部は、ロケートピンを移動位置
    決めするサーボモータと、このサーボモータにかかる負
    荷を検知する負荷検知部とから構成されていることを特
    徴とする請求項6記載のワーク変形検知装置。
  8. 【請求項8】 負荷検知部は、サーボモータに供給する
    電流値を検知する電流値検知部であることを特徴とする
    請求項7記載のワーク変形検知装置。
  9. 【請求項9】 応力検知部は、ロケートピンが受ける応
    力を直接検知するセンサで構成されていることを特徴と
    する請求項6記載のワーク変形検知装置。
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