JP2007061834A - ロボット・シーム溶接システムの電極摩耗量検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット・シーム溶接システムにおいて溶接装置やロボット本体を大型化することなく電極摩耗量を検出する方法と装置を提供する。
【解決手段】ロボット・シーム溶接システムは、ワーク把持装置とシーム溶接装置２のうちの一方をロボット１の先端に取り付け、他方を定置して、ロボットの作動により、ワーク把持装置のワークとシーム溶接装置の電極３ａ,３ｂを相対移動させてワークにシーム溶接を行う。接触検出器５を、このシーム溶接装置の電極に接触可能なように定置位置およびロボット先端のうちのいずれかに設ける。電極の摩耗時に、ロボットにより電極を接触検出器に接触させ、接触時のロボット先端の位置をロボット制御装置６で算出する。この算出位置を、非摩耗電極を接触検出器に接触させた時のロボット先端の基準位置と比較して、電極の摩耗量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーム溶接技術に係り、詳細には、ロボットを用いたシーム溶接システムにおける電極摩耗量の検出方法および装置に関する。

産業用ロボットを用いた自動溶接システムが、工場などで多用されている。このようなシステムは、一般に、溶接作業に応じて、溶接装置をロボットに搭載して動かし、或いは、逆に被溶接物（以下、ワーク）をロボットに把持して定置の溶接装置に対して動かすように構成される。
例えば、自動車の車体などにシーム溶接する場合、ワークが大型であり、ロボットがワークを把持することは困難である。そのため、ロボットにシーム溶接装置を連結し、ワークに対して倣い動作させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２３４５６６号公報

ところで、シーム溶接は、一対の円盤状電極で被溶接物（以下ワーク）を挟んで溶接を行うので、電極の摩耗を避けることができず、電極の摩耗に伴って、電極同士の接触位置である溶接点の位置が変化する。そのため、電極摩耗前と同一の動作によってシーム溶接を行なうと、加圧側電極が加圧したときにワークが受け側電極の摩耗量分だけ余分に押し下げられることになり、良好な溶接が出来なくなる。また、ワーク自身の変形を起こすことにもなる。

そのような電極摩耗を人手によらず自動的に検出するために、定置式のシーム溶接装置において、接触子をスライドさせる機構と変位センサにより受け側電極の摩耗量を検出することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２８５７８号公報

しかしながら、上述した摩耗量検出装置を溶接装置に含めると、溶接装置自体の質量増加や、容積増加を招くことになる。さらには、摩耗量検出装置の駆動部やセンサへの電気配線などが必要である。
また、電極が摩耗すると電極径が変化するので、溶接速度を同じとする場合、電極の回転速度を電極径の変化に合わせて補正する必要がある。それには、受け側電極だけでなく加圧側電極の摩耗量をも計測しなければならず、摩耗量検出装置がさらに複雑になる。

特に、ロボットにシーム溶接装置を搭載するシステムにおいては、摩耗量検出装置をシーム溶接装置に含めた構成とすると、溶接装置の質量増加に合わせてロボットが大型化することや、容積増加により溶接動作が制約を受けるといった問題が生ずる。
さらには、摩耗量検出装置の可動部分に必要な配線が増加することから、断線が発生する可能性が高くなる。これを防ぐために屈曲性能の高い配線を採用するとコストアップにつながると云う問題もある。

本発明は、ロボット・シーム溶接システムにおいて溶接装置やロボット本体を大型化することのない手段で電極摩耗量を検出する方法の提供を目的とする。
本発明の別の目的は、上記方法の実施に好適な電極摩耗量検出装置を提供することである。

このため、本発明は、ワークを固定するワーク把持装置と、回転電極によりワークを挟んで溶接するシーム溶接装置のうちの一方をロボットの先端に取り付け、他方を定置して、ロボットの作動により、ワーク把持装置のワークとシーム溶接装置の電極を相対移動させてワークにシーム溶接を行うロボット・シーム溶接システムを対象とする。
本発明による電極摩耗量の検出方法は、シーム溶接装置の電極に接触可能なように接触点を定置位置およびロボット先端のうちのいずれかに設け、シーム溶接装置の電極の摩耗時に、ロボットにより電極を接触点に接触させ、接触時のロボット先端の位置を算出し、この算出位置を、非摩耗の電極を接触点に接触させた時のロボット先端の基準位置と比較して、電極の摩耗量を算出することを特徴とする。

また、本発明による電極摩耗量の検出装置は、接触検出器を、シーム溶接装置の電極に接触可能なように定置位置およびロボット先端のうちのいずれかに設け、この接触検出器からの接触出力を受けて、その接触時のロボット先端の位置を算出し、この算出位置を、非摩耗の電極を接触検出器に接触させた時のロボット先端の基準位置と比較して、電極の摩耗量を算出する手段を有するものである。

上述のシーム溶接装置の電極と接触点または接触検出器との接触は、一定の方向に沿って行うことが好適である。こうすることにより、電極摩耗量を検出するためのロボットの動作教示を簡単にし、また、接触検出器をリミットスイッチなどの簡単な機器で構成することができる。
接触点または接触検出器は、ロボット先端へ取り付けたワーク把持装置に設けても、或いは、ロボットと共通の設置面に静置してもよい。

上述した本発明の方法によると、電極が接触点に当たった時点のロボット先端の位置から摩耗量を算出するので、接触点と算出手段の設置と云う簡単な構成で、シーム溶接装置やロボット本体を大型化することなく、電極摩耗量を検出可能である。
また、この方法の実施に接触検出器を採用することにより、簡単な構成で、電極の接触を確実に検出し、摩耗量の算出を正確に行うことができ、電極摩耗量検出にかかるコストの低減を図ることができる。
このように、本発明は、電極摩耗検出のために、シーム溶接装置に大掛かりな機構を設ける必要がなく、軽量、小容量のシーム溶接装置を提供するものである。それにより、ロボットの必要可搬質量を低減させ、また、シーム溶接装置の大きさによる溶接動作の制約を小さくすることが可能である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の電極摩耗量検出装置を採用したロボット・シーム溶接システムの例を示している。このシステムは、基準床面に設置したロボット本体１と、シーム溶接装置２と、接触検出器５と、これらを制御するロボット制御装置６とを有する。

ロボット本体１は多関節型で、その先端を移動自在に構成しており、シーム溶接装置２は、ロボット本体１の先端に取り付けている。
シーム溶接装置２は、ワークを間に挟むように隣接配置した一対の円盤状の加圧側および受け側電極３ａ，３ｂを有する。加圧側電極３ａは受け側電極３ｂに対して移動可能に取り付けられ、加圧側電極３ａを受け側電極３ｂへ向けて押し付ける、エアシリンダより成る加圧機構（図示なし）に接続している。
シーム溶接装置２にはさらに、それぞれの電極を回転駆動する電気モータ、この電気モータと電極をつなぐ減速機およびドライブシャフト（いずれも図示なし）を設けている。

接触検出器５は、電極３ａまたは３ｂの摩耗量を検出する為の接触点として本例ではリミットスイッチから成り、基準床面に設置した支持台４上に固定している。接触検出器５は、リミットスイッチに接触があると電気信号を生じ、その出力は、Ｉ／Ｏ８を介してロボット制御装置６に取り込まれる。

ロボット制御装置６は、ロボット本体１の各関節軸、ならびにシーム溶接装置２の電極３ａ，３ｂを駆動する電極軸を制御する。そのため、ロボット制御装置６は、ロボット本体１の各関節軸を駆動するロボット本体軸サーボドライバ１１、電極３ａ，３ｂを駆動する電極軸サーボドライバ１２、これらサーボドライバを作動制御するためのＣＰＵ７、Ｉ／Ｏ８、ＲＡＭ９、および不揮発性メモリ１０を有している。
溶接条件や溶接起動信号は、Ｉ／Ｏ８を介して、電極３ａ，３ｂ間に通電する溶接電流を制御するための溶接機タイマ１３に出力される。

続いて、本システムにおける電極の摩耗量検出について説明する。この検出は、ロボット制御装置６の内蔵プログラムに従って、電極を接触検出器に接触させ、その時のロボット本体先端の位置から電極摩耗量を算出して行う。
その動作として、先ず、図２に示すように、ロボット本体１を動かして、摩耗量を検出する電極３ａまたは３ｂを、この電極の中心３ｃと接触検出器５の検出点とを結ぶ直線が接触検出器５の検出方向に一致する位置に置く。この位置は、電極摩耗量検出の動作開始点として予め設定しておく。その位置が、図３におけるステップ１およびステップ３の位置となる。

次に、ロボット本体１の作動により、電極３ａまたは３ｂを、その中心３ｃと接触検出器５を結んだ直線に沿って、上述の動作開始点から接触検出器５の方向に移動させる。
なお、予め、電極３ａまたは３ｂの最大移動位置として、図３に点線で示す電極の摩耗限界径１４を定めて、この摩耗限界径の電極３ａまたは３ｂが接触検出器５に接触する位置を設定する。これを、図３のステップ２の位置とする。また、ステップ２への電極３ａまたは３ｂの移動中に接触検出器５の出力がオンとなると、即座に電極３ａまたは３ｂの移動を止めて、ステップ３の位置へ戻すようにプログラムを設定しておく。

電極３ａまたは３ｂが接触検出器５のリミットスイッチに接触すると、接触検出器５の出力がオンになり、これをロボット制御装置６のＣＰＵ７が検知して、図４のフローチャートに示す処理がスタートする。
まず、図４のステップＳ１００にて、ロボット本体の各関節軸の位置を、各軸の駆動モータに取付けた位置検出器から取り込む。続いて、ステップＳ１０１で、ＣＰＵ７がロボット本体の諸元と各関節軸の位置からロボット先端の位置を計算して、その結果をＲＡＭ９に保存する。こうして、電極３ａまたは３ｂと接触検出器５の接触位置を、ロボット本体先端の位置として検出することができる。

次に、摩耗量の算出について説明する。
電極の摩耗量を得るには、摩耗量がゼロである基準の位置を登録しておく必要がある。そのため、作業者がロボット制御装置６を基準書き込みモードに設定し、新品の電極をシーム溶接装置２に取付けて、前述した位置検出動作を行なう。基準書き込みモードは図４のフローチャートのステップＳ１０２で判断され、この動作によって算出したロボット本体先端の位置が、ステップＳ１０３にて不揮発性メモリ１０に基準位置として保存される。

実際に電極３ａまたは３ｂの摩耗を検出するには、ロボット制御装置６の基準書き込みモードを解除して、前述の位置検出動作を行なう。この場合、図４のステップＳ１０２の条件分岐にて基準書き込みモードではないことを選択し、ステップＳ１０４にて、摩耗検出動作を行って検出したロボット本体先端の位置と、不揮発性メモリに保存していた基準位置との距離を求め、電極３ａまたは３ｂの摩耗量を検出する。
この検出結果は、以後の電極位置の補正動作や電極回転数の補正動作のために、不揮発性メモリ１０に保存する。

上述した初期設定は、加圧側電極３ａおよび受け側電極３ｂの双方について行ない、不揮発性メモリに保存する基準位置のデータは、加圧側と受け側にそれぞれ別途用意する。そして、加圧側電極３ａの摩耗量検出時には、加圧側の基準位置とロボット本体先端の位置との距離を求め、受け側電極３ｂの摩耗量検出時には、受け側の基準位置との距離を求める。
なお、ロボット本体１の動作により電極の位置を自由に動かすことができるので、接触検出器５は加圧側と受け側で共通にして１つだけ用意すれば良い。

図５は、本発明の電極摩耗量検出装置を採用したロボット・シーム溶接システムの別の例を示している。このシステムは、図１のシステムと同様に、ロボット本体１、電極３ａ，３ｂを備えたシーム溶接装置２０、接触検出器５、およびロボット制御装置６を有しているが、シーム溶接装置２０を基準床面に定置し、接触検出器５とワーク把持装置１５をロボット本体１の先端側に取り付けている点が、図１のシステムと異なっている。
図５中、図１のシステムと同様でよい構成部分には同じ参照符号を付して、説明を省略する。

図５のシステムは、ワーク１６をワーク把持装置１５に固定し、ロボット本体１の作動により、ワーク１６を定置のシーム溶接機２０の電極３ａ，３ｂに接触させながら移動させて、シーム溶接を行う。
電極３ａまたは３ｂの摩耗量検出は、ロボット本体１を動かし、ロボット本体先端の接触検出器５を電極３ａまたは３ｂに接触させて位置検出し、その結果を、電極が新品時の基準位置データと比較して行う。これは、接触検出器５を動かす点で図１のシステムと相違するが、動作とプログラムは図１のシステムと同様でよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら特定の例のみに限定されるものではなく、添付する特許請求の範囲の記載内で、説明した実施形態に種々の変更を加えることができ、或いは本発明が他の実施形態を採ることも可能である。
例えば、図１と図５の例は、接触検出器をリミットスイッチとしているが、他の検出手段を採用してもよい。また、ロボット制御装置にてシーム溶接電極を駆動しているが、別途、電極駆動用の制御装置を設けていても構わない。さらに、図５の例では、接触検出器をワーク把持装置に搭載しているが、ロボット本体先端の他の部位に取り付けることもできるのである。

本発明の電極摩耗量検出装置を採用したロボット・シーム溶接システムの例を示す図である。 図１のシステムにおける電極摩耗検出時の電極と接触検出器の位置関係を示す斜視図である。 図２の摩耗検出時における電極の動きを説明するための図である。 図１のシステムにおいて電極の摩耗量を検出する処理のフローチャートである。 本発明の電極摩耗量検出装置を採用したロボット・シーム溶接システムの別の例を示す図である。

符号の説明

１ ロボット本体
２，２０ シーム溶接装置
３ａ 加圧側の電極
３ｂ 受け側の電極
５ 接触検知器
６ ロボット制御装置
１５ ワーク把持装置
１６ ワーク

Claims (5)

1. 先端を移動自在にしたロボットと、ワークを固定するワーク把持装置と、一対の回転電極によりワークを挟んで溶接するシーム溶接装置と、これらロボット、ワーク把持装置およびシーム溶接装置の作動を制御する制御装置とを含み、ワーク把持装置とシーム溶接装置のうちの一方をロボットの先端に取り付け、他方を定置して、ロボットの作動により、ワーク把持装置のワークとシーム溶接装置の電極を相対移動させてワークにシーム溶接を行うロボット・シーム溶接システムにおいて電極の摩耗量を検出する方法であって、
   ロボット先端または定置のシーム溶接装置の電極に接触可能な接触点を定置位置およびロボット先端のうちのいずれかに設け、シーム溶接装置の電極の摩耗時に、ロボットを動かして電極を接触点に接触させ、接触時のロボット先端の位置を算出し、この算出位置を、非摩耗の電極を接触点に接触させた時のロボット先端の基準位置と比較して、電極の摩耗量を算出することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記電極と接触点の接触を一定の方向に沿って行う方法。
3. 先端を移動自在にしたロボットと、ワークを固定するワーク把持装置と、一対の回転電極によりワークを挟んで溶接するシーム溶接装置と、これらロボット、ワーク把持装置およびシーム溶接装置の作動を制御する制御装置とを含み、ワーク把持装置とシーム溶接装置のうちの一方をロボットの先端に取り付け、他方を定置して、ロボットの作動により、ワーク把持装置のワークとシーム溶接装置の電極を相対移動させてワークにシーム溶接を行うロボット・シーム溶接システムにおいて電極の摩耗量を検出する装置であって、
   ロボット先端または定置のシーム溶接装置の電極に接触してその接触を出力する、定置位置およびロボット先端のうちのいずれかに設けた接触検出器と、この接触検出器からの接触出力を受けて、その接触時のロボット先端の位置を算出し、この算出位置を、非摩耗の電極を接触検出器に接触させた時のロボット先端の基準位置と比較して、電極の摩耗量を算出する手段とを有することを特徴とする装置。
4. 請求項３記載の装置において、前記接触検出器は、ロボットの先端へ取り付けたワーク把持装置に搭載される装置。
5. 請求項３記載の装置において、前記接触検出器は、ロボットと共通の設置床面に静置される装置。
   

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