JP2008126234A - スポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の電流値だけでなく幅広い電流領域で複数の電流値が設定されても最適な巻数比が自動的に設定されることによって、設置環境、据付状態等に起因して損失がばらついても教示した溶接電流を得ることのできるスポット溶接装置を提供する。
【解決手段】スポット溶接ガンの溶接トランスに入力される１次電流と、スポット溶接ガンに出力される２次電流である溶接電流とを電流検出手段によって検出する。溶接電流と巻数比との対応関係を定めるためのテーブルを備え、テーブル内に予め定めた複数の溶接電流設定値に基づいてテスト通電を行い、１次電流と溶接電流の各々の検出値に基づいて実質的な巻数比を算出し、テーブル内に予め定められた設計仕様上の巻数比を補正する。溶接条件の教示に際しては、入力された溶接電流に応じてテーブルから実質的な巻数比を算出して教示データとして自動設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スポット溶接ロボットの手首部に取り付けられたスポット溶接ガンを加圧・通電動作させるスポット溶接装置に関するものである。

従来から、自動車の製造ライン等で使用されるティーチングプレイバック方式のスポット溶接装置が知られている。スポット溶接装置は、溶接トランスが備えられたスポット溶接ガンを把持するマニピュレータ、このマニピュレータの動作及びスポット溶接ガンの電極チップの開閉動作を制御するロボット制御装置、スポット溶接ガンに対して溶接電流の供給制御、加圧通電時間の制御等を行うタイマコンタクタから大略構成される。そして、ロボット制御装置に接続されたティーチペンダントから、溶接電流、溶接トランスの巻数比、加圧力、通電時間等の溶接条件を入力してタイマコンタクタを制御することによってスポット溶接ガンを加圧・通電動作させてワークに対するスポット溶接を行う。

タイマコンタクタは、教示された溶接電流と巻数比とに基づいて１次電流を算出して溶接トランスに供給する。溶接トランスは供給された１次電流を２次電流に変換する。この２次電流が溶接電流としてスポット溶接ガンの電極部に供給される。なお、タイマコンタクタは自身で１次電流を検出するとともに、安定した１次電流が供給できるようフィードバック制御を行っている。

ところで、溶接条件として教示する巻数比は、溶接トランスの設計仕様上の巻数比（以下、仕様値という。）を使用するのが一般的である。ところが、仕様値を使用した場合、溶接トランスの鉄損等、各種損失の影響によって教示した２次電流（溶接電流）が得られないという問題があった。

この問題を解決するために、従来は、スポット溶接装置の据え付け後の調整作業時に、溶接トランスの２次側にあたるスポット溶接ガンの適当な部位に電流センサを一時的に取り付け、テスト通電した際の１次側及び２次側の電流値から実際の巻数比（２次電流÷１次電流）を算出する。そして、溶接工程においては２次側の電流センサを取り外し、巻数比として仕様値ではなく算出した実際の巻数比を使用することによって教示した溶接電流が出力されるようにしている。

なお、電流センサを調整作業時にのみ取り付け、溶接工程で取り外す理由は、以下に述べるとおりである。スポット溶接ガンはマニピュレータに取り付けられているために、マニピュレータの動作に伴って移動する。スポット溶接ガンに取り付けた電流センサには、電流値を電流検出器に取り込むためのケーブルが接続されている。このケーブルもまた、マニピュレータの動作に伴って激しく引き回されてしまう。大地に固定された定置式のスポット溶接装置であれば２次側に電流センサを常設しておいてフィードバック制御を行うことも可能であるが、マニピュレータにスポット溶接ガンを取り付けた移動式のスポット溶接装置の場合は、上記した理由から２次側の電流センサは常設せずに調整作業時にのみ取り付け、溶接工程で取り外すという手段を講じているのである。

上記したように、溶接トランスの２次側の電力は１次側の電力から各種損失を差し引いた値となるために、この損失を考慮した実際の巻数比を算出し、溶接条件として教示することによって、正確な溶接電流を得ることができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−０７６３７１号公報

しかしながら、特許文献１においては、特定の溶接電流値のみを使用して通電した際の溶接トランスの１次側及び２次側の電流値から実際の巻数比を算出している。ところが、溶接工程において作業者が設定する溶接電流値は、特定の値ではなく低い電流値であったり高い電流値であったりと、その範囲は幅広いことが多い。低い電流値と高い電流値のそれぞれで通電した場合、設置環境、据付状態等によって損失が異なるので、特定の溶接電流値のみで実際の巻数比を算出して使用していたとしても、教示した溶接電流が得られないという課題を依然有していた。

本発明は、特定の溶接電流値だけでなく溶接電流値が幅広い範囲で複数設定されても、最適な巻数比が自動的に設定されることによって、設置環境、据付状態等に起因して損失がばらついても教示した溶接電流を得ることのできるスポット溶接装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、溶接電流及び溶接トランスの巻数比を含む予め教示された溶接条件に従ってスポット溶接ロボットの手首部に取り付けられたスポット溶接ガンを加圧・通電動作させるスポット溶接装置において、
１次電流を検出するための１次電流検出手段と、
２次電流である溶接電流を検出するためにテスト通電時にのみ取り付けられる溶接電流検出手段と、
前記溶接電流と前記巻数比との対応関係を定めるための溶接電流−巻数比テーブル記憶部と、
予め定めた複数の溶接電流設定値に基づいて前記テスト通電を行い、前記溶接電流の検出値と前記１次電流の検出値とによって巻数比を算出して前記溶接電流−巻数比テーブルを補正する巻数比補正部と、
前記溶接条件の教示に際し、入力された前記溶接電流に応じて前記溶接電流−巻数比テーブルから巻数比を算出して設定する巻数比算出設定部と、
を備えたことを特徴とするスポット溶接装置である。

第２の発明は、前記巻数比補正部は、１回の加圧動作で前記溶接電流設定値を自動的に順次変化させて通電し巻数比を算出することを特徴とする第１の発明記載のスポット溶接装置である。

第３の発明は、前記複数の溶接電流設定値は、最小電流値、最大電流値及び調整間隔を指定することによって自動的に算出されることを特徴とする第１〜２の発明記載のスポット溶接装置である。

第４の発明は、前記巻数比算出設定部は、前記溶接条件の教示に際し、選択された前記スポット溶接ガンに応じた前記溶接電流−巻数比テーブルを選択するとともに、入力された前記溶接電流に応じて前記溶接電流−巻数比テーブルから巻数比を算出して設定することを特徴とする第１〜３の発明に記載のスポット溶接装置である。

第１の発明によれば、溶接電流が幅広い範囲で複数指定されても、最適な巻数比が自動的に設定されるようにしたので、設置環境、据付状態等に起因して損失がばらついても常に教示した溶接電流を得ることができる。また、溶接電流を教示するだけで巻数比を自動的に算出する溶接電流−巻数比テーブルを備えている。溶接電流−巻数比テーブルの調整はスポット溶接装置の据え付け時にのみ行うだけよく、教示時に都度巻数比を設定する必要がないので、教示作業時間を低減することもできる。

第２の発明によれば、１回の加圧動作で巻数比の補正を行うようにしているので、第１の発明が有する効果に加えて、据え付け時に必要な調整を迅速に行うことができる。

第３の発明によれば、溶接電流−巻数比テーブルで指定する複数の溶接電流設定値は、最小電流値、最大電流値及び調整間隔を指定するだけで自動的に算出されるようにしているので、第１及び第２の発明が有する効果に加えて、作業工数を低減することができる。

第４の発明によれば、複数のスポット溶接ガンを切り替えて使用可能なスポット溶接ロボットの制御装置においても、第１〜第３の発明が有する効果を奏することができる。

［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。

図１は、本発明におけるスポット溶接装置のブロック図である。同図において、スポット溶接装置８０は、溶接トランス１１が備えられたスポット溶接ガン１２を把持するマニピュレータ１０、マニピュレータ１０の動作及びスポット溶接ガン１２の電極チップ開閉動作を制御するロボット制御装置１、スポット溶接ガン１２に対して溶接電流の供給制御を行うコンタクタ６０から大略構成される。

ロボット制御装置１は、マニピュレータ１０の動作を制御するロボット制御部２０と、加圧通電時間等の溶接条件を制御する溶接タイマ３０と、マニピュレータ１０及びスポット溶接ガン１２を教示操作する作業プログラムを作成するためのティーチペンダント４０とを備えている。ロボット制御部２０と溶接タイマ３０とは、データバス５０により接続されており、デュアルポートＲＡＭ５１を介して互いにデータ通信できるように構成されている。なお、本実施例においては、従来のタイマコンタクタを溶接タイマ３０とコンタクタ６０とに分離してロボット制御装置１の内外にそれぞれ配置した実施形態としているが、もちろん溶接タイマとコンタクタとが一体になった従来のタイマコンタクタを使用してもよい。

ロボット制御部２０は、マニピュレータ１０の制御を司るＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を動作させるための制御ソフトウェアが格納されるＲＯＭ２２と、作業プログラム、溶接条件等の教示データが格納されるＲＡＭ２３とを有する。ＣＰＵ２１は、入力される作業プログラムの教示内容に従って、マニピュレータ１０及びスポット溶接ガン１２の動作を制御するとともに、溶接タイマ３０に対して溶接条件を送信する。

また、図示していないが、ロボット制御部２０は、溶接電流と巻数比との対応関係を定めるための溶接電流−巻数比テーブル記憶部と、通電結果に基づいて巻数比を算出して溶接電流−巻数比テーブル内の巻数比を補正する巻数比補正部と、教示された溶接電流に応じて溶接電流−巻数比テーブルから巻数比を算出して設定する巻数比算出設定部とを備えている。これらの詳細については後述する。

溶接タイマ３０は、溶接条件の制御を司るＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１を動作させるための制御ソフトウェアが格納されるＲＯＭ３２と、ロボット制御部２０からデュアルポートＲＡＭ５１を介して受け取った溶接条件等が格納されるＲＡＭ３３とを有する。ＣＰＵ３１は、ロボット制御部２０から受け取った溶接条件から、スポット溶接ガン１２に供給される溶接電流、加圧通電時間等の制御を行う。コンタクタ６０は、ＣＰＵ３１の指令に基づいてスポット溶接ガン１２が直結された溶接トランス１１へ電力供給を行う。

ティーチペンダント４０は、ロボット制御部２０に接続されており、入力手段としての操作入力部４１と表示画面４２とを有する。ティーチペンダント４０は、操作入力部４１から、溶接電流、加圧通電時間、巻数比等の溶接条件を入力することができ、表示画面４２に溶接結果等を表示できるように構成されている。

電流センサ６１及びＡＤコンバータ６３は、１次電流を検出するための１次電流検出手段である。電流センサ６１で検出された１次電流値はケーブルを介してロボット制御部２０のＡＤコンバータ６３に送信される。１次電流値はＡＤ変換されてデジタル値としてロボット制御部２０での演算に用いられる。

電流センサ６２及びＡＤコンバータ６４は、２次電流である溶接電流を検出するための溶接電流検出手段である。電流センサ６２で検出された溶接電流値はケーブルを介してロボット制御部２０のＡＤコンバータ６４に送信される。溶接電流値はＡＤ変換されてデジタル値としてロボット制御部２０での演算に用いられる。なお、この溶接電流検出手段は、スポット溶接装置８０の据え付け後の調整作業時にのみ取り付けておく。

次に、調整作業時に行われる巻数比の補正方法について説明する。

まず、溶接電流と巻数比との対応関係を定めるための溶接電流−巻数比テーブル（以下、単にテーブルという）を作成する。図２は、溶接電流−巻数比テーブル記憶部に作成されるテーブルの一例である。同図に示すように、テーブルは、溶接電流設定値とそれに対応する巻数比とをセットにして複数登録できるデータフォーマットになっている。作業者は、まず溶接施工時に使用する溶接電流領域及び調整間隔を決定する。例えば、溶接電流領域を５０００〜１５０００Ａ、調整間隔を５００Ａに決定する。そして、入力に際しては、図１で示したティーチペンダント４０を用い、最小電流値として５０００Ａ、最大電流値として１５０００Ａ、調整間隔として５００Ａを入力すればよい。入力が完了すると、図示するように５０００Ａ〜１５０００Ａの間が５００Ａ刻みで算出されて溶接電流設定値としてテーブルに記憶される。続いて、溶接電流設定値に対応する仮の巻数比として仕様値を入力する。仕様値は溶接電流設定値毎に複数入力する必要はなく、１回入力すれば図示するように巻数比が各溶接電流設定値に対応して記憶される。

次に、テスト通電を行ってテーブルの巻数比を補正する。巻数比の補正は、巻数比補正部としての巻数比補正プログラムを起動することによって行われる。図３は、巻数比補正プログラムのフローチャートである。同図において、マニピュレータ１０を加圧通電できる位置まで手動で誘導する、安全を確保する等の前準備については省略している。以下、上記前準備が全て完了しているものとして説明する。

同図のステップＳ１において、スポット溶接ガンの電極チップを作動させて加圧動作を行う。

ステップＳ２において、テーブルに記憶された最初の溶接電流設定値と巻数比とのセットを読み出し、溶接タイマ３０に指令を与えて電極チップ間を通電する。

ステップＳ３において、コンタクタ６０の電流センサ６１で検出した一次電流値、及びスポット溶接ガン１２に取り付けた電流センサ６２で検出した二次電流値としての溶接電流値をそれぞれのＡＤコンバータ６３、６４を介して読み出す。

ステップＳ４において、読み出した一次電流値と溶接電流値とによって実際の巻数比を算出する。すなわち、（溶接電流値÷１次電流値）の計算結果を巻数比とする。

ステップＳ５において、算出した巻数比をテーブルの対応する位置に記憶する。これで最初の溶接電流設定値に対応した巻数比が、仕様値から実際の巻数比に補正されたことになる。

ステップＳ６において、テーブル内の全ての溶接電流設定値について巻数比の補正を完了したか否かを判定する。完了していない場合は、ステップＳ２に戻り、次の溶接電流設定値と巻数比のセットを溶接条件として通電し、巻数比の算出及びテーブルの補正を継続する。完了している場合は、ステップＳ７に移り、加圧動作を終了してスポット溶接ガンの電極チップを開放する。

このように、１回の加圧動作によってテーブルに記憶された複数の溶接電流設定値を自動的に順次変化させて通電して巻数比を算出していく。巻数比の補正が完了すると、図４で示すように溶接電流設定値毎に対応する実際の巻数比が全て記憶されたテーブルが完成する。

次に、溶接条件の教示の際に、巻数比算出設定部において巻数比が自動的に算出される動作を説明する。

テーブルの作成が完了すれば、溶接電流・巻数比のデータ間を１次式でつなぐことで、溶接電流と巻数比の関係を容易に求めることが可能である。したがって、作業者が溶接条件の教示の際に溶接電流値を入力したときに、１次式によって容易に巻数比を算出することができる。例えば、図４で示したテーブルの場合、溶接電流値として５１００Ａが入力された場合は、「溶接電流値：５０００Ａ、巻数比：３５．０」と「溶接電流値：５５００Ａ：巻数比３６．０」とを入力として算出される一次式に当てはめることができる。すなわち、巻数比として「３５．２」を容易に求めることができる。算出した巻数比は教示データとして自動的に設定されるようにしておく。

このように、溶接電流が幅広い範囲で複数指定されても、最適な巻数比が自動的に設定されるようにしたので、設置環境、据付状態等に起因して損失がばらついても常に教示した溶接電流を得ることができる。また、溶接電流を教示するだけで巻数比を自動的に算出する溶接電流−巻数比テーブルを備えている。溶接電流−巻数比テーブルの調整はスポット溶接装置の据え付け時にのみ行うだけよく、教示時に都度巻数比を設定する必要がないので、教示作業時間を低減することもできる。

また、１回の加圧動作で巻数比の補正を行うようにしているので、据え付け時に必要な調整を迅速に行うことができる。

また、溶接電流−巻数比テーブルで指定する複数の溶接電流設定値は、最小電流値、最大電流値及び調整間隔を指定するだけで自動的に算出されるようにしているので、作業工数を低減することができる。

［実施の形態２］
近年では、１台のロボット制御装置によって複数のスポット溶接ガンを切り替えて使用するケースも少なくない。図５は、複数のスポット溶接ガンの切り替えを示す図である。同図において、スポット溶接ガン１２を取り付けたマニピュレータ１０、溶接トランス１１は、図１と同符号を付与した同一のものであり、図１と同様、マニピュレータ１０はロボット制御装置１へ、溶接トランス１１はコンタクタ６０に、それぞれ接続されている。

複数のスポット溶接ガン１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、ツールチェンジャ２５で切り替えることが可能であり、あるときはスポット溶接ガン１２Ａを、そしてまたあるときはスポット溶接ガン１２Ｂを、といったようにワークの相違、目的等に応じて使い分けている。

上記のような、１台のロボット制御装置によって複数のスポット溶接ガンを切り替えて使用するケースにおいては、スポット溶接ガン毎にテーブルを備える構成としておけばよい。図６は、スポット溶接ガンとテーブルとの関係を示す図である。同図に示すようにスポット溶接ガン１２Ａに対応するテーブル１３Ａ、スポット溶接ガン１２Ｂに対応するテーブル１３Ｂ、スポット溶接ガン１２Ｃに対応するテーブル１３Ｃをそれぞれ作成できるようにしておく。具体的には、スポット溶接ガンに（１）、（２）、（３）等の番号を付与しておき、同様の番号をテーブルにも付与して溶接電流−巻数比テーブル記憶部２４に識別可能に記憶しておく。そして、巻数比の補正の際には、選択されたスポット溶接ガン１２Ａ〜１２Ｃに応じたテーブル１３Ａ〜１３Ｃのいずれかを選択して巻数比を補正する。

溶接条件の教示に際しては、まず選択されたスポット溶接ガン１２Ａ〜１２Ｃに応じたテーブル１３Ａ〜１３Ｃを選択し、次に入力された溶接電流に応じて、選択されたテーブルから巻数比を算出して自動的に設定するようにしておく。

このように、複数のスポット溶接ガンを切り替えて使用可能なスポット溶接装置においても、第１〜第３の発明が有する効果を発揮することができる。

本発明におけるスポット溶接装置のブロック図である。 溶接電流−巻数比テーブル記憶部に作成されるテーブルの一例である。 巻数比補正プログラムのフローチャートである。 溶接電流設定値毎に対応する実際の巻数比が全て記憶されたテーブルである。 複数のスポット溶接ガンの切り替えを示す図である。 複数のスポット溶接ガンを切り替えて使用する場合のスポット溶接ガンとテーブルとの関係を示す図である。

符号の説明

１ ロボット制御装置
１０ マニピュレータ
１１ 溶接トランス
１２ スポット溶接ガン
１２Ａ スポット溶接ガン
１２Ｂ スポット溶接ガン
１２Ｃ スポット溶接ガン
１３Ａ テーブル
１３Ｂ テーブル
１３Ｃ テーブル
２０ ロボット制御部
２１ （ロボット制御部の）ＣＰＵ
２２ （ロボット制御部の）ＲＯＭ
２３ （ロボット制御部の）ＲＡＭ
２４ 溶接電流−巻数比テーブル記憶部
２５ ツールチェンジャ
３０ 溶接タイマ
３１ （溶接タイマの）ＣＰＵ
３２ （溶接タイマの）ＲＯＭ
３３ （溶接タイマの）ＲＡＭ
４０ ティーチペンダント
４１ 操作入力部
４２ 表示画面
５０ データバス
５１ デュアルポートＲＡＭ
６０ コンタクタ
６１ 電流センサ
６２ 電流センサ
６３ ＡＤコンバータ
６４ ＡＤコンバータ
８０ スポット溶接装置

Claims (4)

1. 溶接電流及び溶接トランスの巻数比を含む予め教示された溶接条件に従ってスポット溶接ロボットの手首部に取り付けられたスポット溶接ガンを加圧・通電動作させるスポット溶接装置において、
   １次電流を検出するための１次電流検出手段と、
   ２次電流である溶接電流を検出するためにテスト通電時にのみ取り付けられる溶接電流検出手段と、
   前記溶接電流と前記巻数比との対応関係を定めるための溶接電流−巻数比テーブル記憶部と、
   予め定めた複数の溶接電流設定値に基づいて前記テスト通電を行い、前記溶接電流の検出値と前記１次電流の検出値とによって巻数比を算出して前記溶接電流−巻数比テーブルを補正する巻数比補正部と、
   前記溶接条件の教示に際し、入力された前記溶接電流に応じて前記溶接電流−巻数比テーブルから巻数比を算出して設定する巻数比算出設定部と、
   を備えたことを特徴とするスポット溶接装置。
   
2. 前記巻数比補正部は、１回の加圧動作で前記溶接電流設定値を自動的に順次変化させて通電し巻数比を算出することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接装置。
   
3. 前記複数の溶接電流設定値は、最小電流値、最大電流値及び調整間隔を指定することによって自動的に算出されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスポット溶接装置。
   
4. 前記巻数比算出設定部は、前記溶接条件の教示に際し、選択された前記スポット溶接ガンに応じた前記溶接電流−巻数比テーブルを選択するとともに、入力された前記溶接電流に応じて前記溶接電流−巻数比テーブルから巻数比を算出して設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスポット溶接装置。
   
   
   

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