JP2009012031A

JP2009012031A - スポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法

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Publication number: JP2009012031A
Application number: JP2007175542A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Aoki; 俊道青木; Hiromitsu Takahashi; 広光高橋
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-03
Also published as: US20090007693A1; US7600435B2; CN101339097A; EP2011598B1; JP4394139B2; EP2011598A2; EP2011598A3; CN101339097B

Abstract

【課題】可動側電極チップを有するスポット溶接ガンの動作状態をより精度良く検出することができ、これによりスポット溶接ガンの劣化をより一層正確に診断することができるスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を提供する。
【解決手段】被溶接部材１１が所定の加圧力で加圧される場合に、サーボモータ１２の動的状態を反映する参照データを取得することと、参照データをデータ処理することにより、スポット溶接ガン１６の加圧性能の劣化を判定する際に参照される参照特性値を抽出することと、被溶接部材が所定の加圧力で加圧されない場合に、可動電極チップが正常に動作する場合と同様にして、サーボモータ１２の動作状態を反映する診断対象データを取得することと、診断対象データをデータ処理して診断対象特性値を抽出することと、参照特性値と診断対象特性値とに基づいて、スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対向する一対の可動側電極チップと対向側電極チップとの間で被溶接物を挟み、この被溶接物を加圧しながら溶接するスポット溶接ガンの性能劣化判定方法に関するものである。

スポット溶接ガンによるスポット溶接では、溶接ガンの相対向する一対の可動側電極チップと対向側電極チップとの間で被溶接物に所定の加圧力が加えられた状態で溶接が行われる。一対の電極チップ間の対向間隔は、所定位置に位置決めされている固定側電極チップに対して可動側電極チップを直線移動させることにより所定の間隔に設定されるようになっている。

一般的に、スポット溶接ガンの可動側電極チップは、サーボモータの駆動力によって、一対の電極チップ間の対向間隔が閉じる方向又は開く方向に、所定の位置まで所定の移動速度で移動するように制御されている。これにより、被溶接物は、一対の電極チップ間で所定の加圧力で加圧されることになり、安定した溶接品質が維持されるようになっている。

スポット溶接システムを新しく立ち上げる時（設置時）や、溶接加工条件などが変更された場合には、装着されている溶接ガンの剛性や摩擦などの動的特性を把握した上で溶接ガンの動作パラメータを決定するために、スポット溶接ガンのパラメータ調整作業が行われる。その後、スポット溶接ガンを駆動するサーボモータへ提供されるトルク指令と、そのトルク指令により電極チップ先端で発生する実際の加圧力とのキャリブレーション調整作業が行われる。これらの調整作業は、スポット溶接ガンで溶接を行う前に行われる前段階の作業である。その後、動作プログラムにしたがって、スポット溶接ガンが溶接作業を繰り返し行うようになっている。

しかしながら、サーボモータ及び減速機などを有する駆動機構は、摺動する機構部の摩耗などの経年変化により劣化することが知られている。すなわち、ボールねじや軸受けなどの機械要素は、長期間使用するに従って故障や摩耗などによる経年変化を生じる。経年変化の程度が大きく、例えば、溶接ガンが動作できなくなった場合などには、ロボット制御装置がサーボモータにトルク指令を出しても、溶接ガンの駆動機構部自体が動かないなどの状況が発生するため、トルク指令とパルスコーダ値との隔離が発生し、ロボット制御装置にてアラームが出力される。これにより、作業者はスポット溶接ロボットに異常が生じたことを認識することができる。一方、経年変化の程度が小さく、例えば、摺動する機構部に軽微な摩耗等が発生した場合には、機構部内の摩擦の増加により実際の加圧に使用されるトルクが減少したとしてもアラームは出力されず、溶接ガンにおける加圧力が低下するだけの状況が発生することとなる。このような場合に、所定のタイミングで加圧力を測定するなどして溶接ロボットの診断を行い、溶接品質が低下しないように、パラメータやキャリブレーションの調整作業を再び行う必要がある。しかし、加圧力の測定に用いられる圧力センサは高価であるため、多数用意することができない場合がある。この場合、圧力センサによる加圧力の測定を頻繁に行うことはできないため、加圧力が変化したときを認識できないままに溶接が行われ、溶接品質の低下を招来する心配があった。

このため、サーボモータを駆動源とするスポット溶接ガンでは、溶接品質が低下しないように、事前に駆動機構の劣化を診断する劣化診断方法が提案されている。

駆動機構の劣化を診断する方法には種々の方法があるが、スポット溶接ガンに適用された劣化診断方法の一例として、特許文献１で開示されているものが知られている。特許文献１では、電極（可動側電極）の駆動開始から被接合部材を所定の加圧力で挟むまでの加圧時間と、被溶接部材を所定の加圧力で挟んだ状態における電極の加圧位置（押込み位置）とを取得し、取得した加圧時間と加圧位置とを統計学的手法により解析することで、機構部の摩耗による駆動機構の劣化が診断されるようになっている。

特開２００７−２９９９４号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている電極の加圧位置の取得に関しては、電極チップ先端の摩耗状態が正確に計測されていることが必要である。通常、電極チップ先端は溶接回数を重ねるたびに変形したり、摩耗したりするが、電極チップ先端の摩耗量の計測は数サイクル後に一度行われるだけである。このため、取得した電極の加圧位置には、電極チップ先端の摩耗による誤差量が含まれることになり、機構部の摩耗による駆動機構の劣化を正確に診断することができない心配があった。また、加圧力の立ち上がり特性は、被溶接部材の個体差や教示ずれによる影響を受けるため、駆動機構の劣化状態を正確に把握することが困難であるという問題があった。

本発明は、電極チップの磨耗や被溶接部材の個体差の影響を受けずに、可動側電極チップを有するスポット溶接ガンの動作状態をより精度良く検出することができ、これによりスポット溶接ガンの劣化をより一層正確に診断することができるスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法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、請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法は、サーボモータの駆動力により移動する可動側電極チップと該可動側電極チップに対向する固定側電極チップとを有し、前記可動側電極チップと前記固定側電極チップとの間で被溶接部材を加圧した状態で溶接を行うスポット溶接ガンの性能劣化判定方法において、前記可動側電極チップが正常に動作して、前記被溶接部材が所定の加圧力で加圧される場合に、前記可動側電極チップを前記被溶接部材に接触させずに前記可動電極チップを所定の動作モードで直線移動させたときに前記サーボモータの動的状態を反映する参照データを取得することと、該参照データをデータ処理することにより、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定する際に参照される参照特性値を抽出することと、前記可動側電極チップの動作状態が変化して、前記被溶接部材が所定の加圧力で加圧されない場合にも、前記可動電極チップが正常に動作する場合と同様にして、前記可動側電極チップを前記被溶接部材に接触させずに前記可動電極チップを前記動作モードで移動させたときに前記サーボモータの動作状態を反映する診断対象データを取得することと、該診断対象データをデータ処理して、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定するために提供される診断対象特性値を抽出することと、前記参照特性値と前記診断対象特性値とに基づいて、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定すること、とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記動作モードは、前記可動側電極チップを連続的動作で、段階的に異なる移動速度で動作させるステップ状の速度指令モードであり、異なる前記移動速度での前記参照データ又は前記診断対象データを取得し、個々の参照データをデータ処理することにより前記参照特性値を抽出し、又は個々の診断対象データをデータ処理することにより前記診断対象特性値を抽出することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記動作モードは、前記可動側電極チップを異なる個々の移動速度で移動させる断続的な速度指令モードであり、前記個々の移動速度での前記参照データ又は前記診断対象データを取得し、個々の参照データをデータ処理することにより前記参照特性値を抽出し、又は個々の診断対象データをデータ処理することにより前記診断対象特性値を抽出することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記参照データ又は前記診断対象データは、前記サーボモータから出力された電流値に基づいて推定された推定トルク値、前記サーボモータへ与えられる移動指令値と前記サーボモータから得られる検出位置との誤差、前記サーボモータに与えられるトルク指令値、及び前記サーボモータに与えられる電流指令値の内から選択されたデータであることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記参照特性値及び前記診断対象特性値は、前記移動速度が一定になったときに測定された前記参照データ又は前記診断対象データの最大値、最小値、平均値、該平均値からの偏りである偏差値、収束値、該収束値に収束するまでの収束時間、及び前記参照データ又は前記診断対象データの変化率の内から選択されたデータであることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記参照特性値及び前記診断対象特性値は、可動側電極チップが動作を開始した時点に測定された前記参照データ又は前記診断対象データであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。

また、請求項７の発明は、請求項２〜６の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、複数の前記参照特性値及び複数の前記診断対象特性値をデータ処理して最大値、最小値、平均値、及び偏差値を求め、前記最大値、前記最小値、前記平均値、及び前記偏差値の内から選択されたデータをそれぞれ２次参照特性値及び２次診断対象特性値として、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化の判定に使用することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記参照特性値又は前記診断対象特性値を出力手段に表示することを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記参照特性値及び前記診断対象特性値を記憶し、記録されている前記参照特性値及び前記診断対象特性値を統計処理することにより、次回診断時の診断対象特性値を予測することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項９に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、次回診断時の予測された前記診断対象特性値と、記憶されている診断対象特性値との差分値を算出し、該差分値を予め設定されている閾値と比較して、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化の判定をすることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法において、前記スポット溶接ガンの加圧性能が劣化したと判定された場合に、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告を出力することを特徴とする。

以上の如く、本発明によれば、可動側電極チップが正常に動作して被溶接部材が所定の加圧力で加圧される場合におけるサーボモータの参照データから参照特性値を抽出し、可動側電極チップの動作状態が変化して被溶接部材が所定の加圧力で加圧されない場合におけるサーボモータの診断対象データから診断対象特性値を抽出し、参照特性値と診断対象特性値とを比較することで、スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定することができる。サーボモータの参照データ及び診断対象データは、可動側電極チップを被溶接部材に接触させずに取得されたデータであるから、電極チップの磨耗や被溶接部材の個体差の影響を受けずに、可動側電極チップを有するスポット溶接ガンの動作状態をより精度良く検出することができる。このため、スポット溶接ガンの劣化をより一層正確に診断することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、参照データ及び診断対象データを取得するために、可動側電極チップを移動させる動作モードは、ステップ状の速度指令モードであるから、可動側電極チップを連続的動作で効率良く参照データ及び診断対象データを取得することができる。また、劣化の診断を正確に行うことができる。

また、請求項３記載の発明によれば、参照データ及び診断対象データを取得するために、可動側電極チップを移動させる動作モードは、可動側電極チップを異なる個々の移動速度で移動させる断続的な速度指令モードであるから、簡便な方法で、確実に参照データ及び診断対象データを取得することができる。また、劣化の診断を正確に行うことができる。

また、請求項４記載の発明によれば、参照データ又は診断対象データには、サーボモータの動的状態を反映させる出力データであり、推定トルク値や移動指令値やトルク指令値などの種々のデータを用いることができる。したがって、スポット溶接ガンの劣化診断方法の適用範囲を広げることができる。

また、請求項５記載の発明によれば、参照データから抽出される参照特性値及び診断対象データから抽出される診断対象特性値は、加圧性能の劣化を判定するため特性値であり、最大値や最小値や偏差値などの種々の特性値を用いることができる。したがって、スポット溶接ガンの劣化診断方法の適用範囲を広げることができる。

また、請求項６記載の発明によれば、可動電極チップが動作開始する時点の診断対象特性値を取得することで、可動電極チップの動作開始条件を診断することができ、スポット溶接ガンの劣化診断方法の適用範囲を広げることができる。

また、請求項７記載の発明によれば、複数の参照特性値及び複数の診断対象特性値から得られた２次参照特性値及び２次診断対象特性値を用いて、スポット溶接ガンの劣化を診断することで、スポット溶接ガンの動的状態を合理的に判断することが可能となり、劣化の診断の正確性を高めることができる。

また、請求項８記載の発明によれば、例えば、参照特性値又は診断対象特性値をディスプレイに表示することで、作業者にスポット溶接ガンの状態を認識させることができる。

また、請求項９記載の発明によれば、次回診断時の診断対象特性値を予測することで、事前に溶接不良を回避することが可能となり、溶接品質の信頼性を高めることができる。

また、請求項１０記載の発明によれば、次回診断時の予測された診断対象特性値と、記憶されている診断対象特性値との差分値を算出して、この差分値を予め設定されている閾値と比較することで、スポット溶接ガンの加圧性能の劣化の判定をより正確に行うことができる。

また、請求項１１記載の発明によれば、スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告を出力することで、警告を知った作業者が溶接作業を停止することができ、溶接不良などを事前に防止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係るスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を実施するためのロボットシステムの第１の実施形態を示すものである。ロボットシステムは、特に制限されるものではないが、スポット溶接ガン１６を備えた多関節型のスポット溶接ロボット１と、スポット溶接ロボットを制御するロボット制御装置２とから構成されている。なお、図２には、本発明に係るスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を実施するためのロボットシステムの第２の実施形態が示されている。図２で示されるスポット溶接ガン１６は、ロボット１Ａとは別体に設けられ、床上でステム１５の先端に保持されている。図１及び図２において、共通する構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略することとする。

図１に示すように、スポット溶接ロボット１は、一般的な６軸垂直多関節型ロボットであり、鉛直方向の第１軸まわりで回転可能に床に固定されているベース３と、ベース３に続く上腕４と、上腕４に続く前腕５と、前腕５の前端部に回転自在に連結されている手首要素６と、手首要素６の端部に装着されたスポット溶接ガン１６とを有する。上腕４は、水平方向の第２軸まわりで回転可能にベース３に取り付けられている。上腕４の上端部には、前腕５の基端部が水平方向の第３軸まわりで回転可能に連結されている。前腕５の先端部には、手首要素６が前腕５の軸線に平行な第４軸まわりで回転可能に連結されている。手首要素６の先端部には、図示しない手首要素が前腕５の軸線に垂直な第５軸まわりで回転可能に連結されており、図示しない手首要素にスポット溶接ガン１６が第５軸に垂直な第６軸まわりで回転可能に装着されている。

スポット溶接ガン１６は、手首要素に回転可能に連結される図示しない連結部と、この連結部に一体形成されているコの字状のガンアーム７と、挟持用サーボモータ１２とを有している。ガンアーム７は、固定側電極チップ１４ａと、この固定側電極チップ１４ａに対向し、固定側電極チップ１４ａに対して接離自在に移動可能な可動側電極チップ１４ｂとを有している。一対の電極チップ１４ａ，１４ｂは棒状であり、この一対の電極チップ１４ａ，１４ｂの間で挟持される被溶接物１１の板厚方向で同軸に配置されている。

固定側電極チップ１４ａは、ロボット１の各回転軸を駆動するサーボモータ１２によってその位置及び姿勢が制御されるようになっている。すなわち、固定側電極チップ１４ａを被溶接物１１の板厚方向で教示位置（スポット溶接打点位置）に位置決めする場合は、固定側電極チップ１４ａがロボット１の各軸を駆動するサーボモータ１２によって駆動されるようになっている。一方、可動側電極チップ１４ｂは、スポット溶接ガン１６の挟持用サーボモータ１２によって、一対の電極チップ１４ａ，１４ｂの対向する方向に所定の位置まで、所定の移動速度で駆動されるようになっている。

挟持用サーボモータ１２には、図示しないパワーアンプやエンコーダが装着されている。パワーアンプにより電流値が増幅されてサーボモータ１２に提供される。また、フィードバック制御により、サーボモータ１２の電流値から外乱オブザーバ４８（図３参照）を介して推定トルクを得ることも可能である。エンコーダは、サーボモータ１２の軸回りの回転角度が検出するために装着されている。フィードバック制御により、検出された回転角度がフィードバックされ、可動側電極チップ１４ｂが所定位置に位置決めされ、一対の電極チップ１４ａ，１４ｂ間で被溶接部物１１に所定の加圧力が与えられるようになっている。なお、本実施形態及び第２の実施形態のスポット溶接ガン１，１Ａには、実際の加圧力を検出する圧力センサが装着されていないが、圧力センサを備えることも可能である。

ロボット制御装置２は、一対の電極チップ１４ａ，１４ｂのうち、一方の可動側電極チップ１４ａを、サーボモータ１２により対向方向に駆動して、一対の電極チップ１４ａ，１４ｂの間で狭持される被溶接物１１に対する加圧力を制御することができ、図示しないＣＰＵ、各種メモリ、入出力インターフェースなどを備えたデジタルサーボ回路を構成して、サーボモータ１２の位置制御、速度制御、トルク（電流）制御などを行なうものである。

記憶手段としてのメモリには、スポット溶接ロボット１，１Ａの動作プログラムや教示データが格納されている。教示データには、被溶接物１１の多数の溶接箇所をスポット溶接するときのスポット溶接ロボット１，１Ａ及びスポット溶接ガン１６の位置および姿勢であるスポット溶接打点データが含まれている。スポット溶接ロボット１，１Ａの位置や姿勢は、特に制限されるものではないが、本実施形態では、スポット溶接ガン１６の一対の電極チップ１４ａ，１４ｂが上下方向に配置されている。

図３は、ロボット制御装置の構成の一部を示すブロック図である。スポット溶接ガン１５に備えられたサーボモータ１２は、パルスエンコーダから帰還する位置情報と動作指令部２２から共有ＲＡＭ４２を経由してから渡された位置指令と位置制御ゲイン４６によって位置制御される。なお、位置フィードバック回路の積分演算を意味する１／ｓのｓはラプラス演算子である。

また、サーボモータ１２は、外乱オブザーバ４８にて推定された推定外乱トルクと、動作指令部２２から共有ＲＡＭ４２を経由してから渡された位置指令値と、共有ＲＡＭ４２から渡されたトルク指令と、位置制御ゲイン４６によってトルク制御される。推定外乱トルクは、モータ制御電流とモータ実速度から外乱オブサーバ４８を用いて推定されるサーボモータ１２の外乱トルクであり、スポット溶接ガン１６の場合、サーボモータ１２に付加される外乱トルクは電極チップ１４ａ，１４ｂ同士を押付けることによって発生する加圧力や可動側電極チップ１４ａの動作に伴う摩擦力に相当する。以下の説明では、サーボモータ１２の動的特性を表す状態量として、オブザーバ４８により推定された推定外乱トルクを用いることとする。

さらに、ロボット制御装置２には、図１及び図２に示すように、ロボット制御装置２内の情報の閲覧や、ロボット制御装置２の操作および設定を行うことが可能な教示操作盤８や、通信用インターフェイスを介してロボット制御装置２との間で通信を行う周辺機器９が接続されている。

図４は、スポット溶接ガン１６の加圧性能劣化判定方法のフローチャートを示すものである。なお、図４中の評価値は基準値（参照特性値）を意味するものである。
先ず、ステップＳ１では、操作者が任意で決めることが可能である診断時期に、所定の動作速度パターン（動作モード）にて、可動側電極チップ１４ｂを固定側電極チップ１４ａに対して、閉方向または開方向に移動させる。

ここで、動作パターンの一例としては、図５及び図６で示す様な動作パターンとすることができる。図５で示される動作パターンは、可動側電極チップ１４ｂを１回の連続的動作で、段階的に異なる移動速度で動作させるステップ状のパターンであり、移動速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で可動側電極チップ１４ｂの閉動作又は開動作が行われる。異なる移動速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で、参照データ又は診断対象データに相当する推定トルクが取得される。この推定トルクをデータ処理することにより、参照特性値又は診断対象特性値としての評価値が抽出される。

一方、図６で示される動作パターンは、可動側電極チップ１４ａを異なる個々の移動速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で移動させる断続的な速度指令パターンであり、個々の移動速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３において、可動側電極チップ１４ａの閉動作又は開動作が行われるようになっている。図６（ａ）は移動速度Ｖ１でのサーボモータ１２の動作状態、図６（ｂ）は移動速度Ｖ２でのサーボモータ１２の動作状態、図６（ｃ）は移動速度Ｖ３でのサーボモータ１２の動作状態をそれぞれ示している。

なお、図５及び図６において、参照特性値又は診断対象特性値を取得する測定区間は、ロボット制御装置２からサーボモータ１２に速度指令が出された後、サーボモータ１２の実際の移動速度が一定速度になる区間とされている。

また、図５及び図６では、サーボモータ１２の動作特性を反映させる参照データ又は診断対象データとして推定外乱トルクが取得されているが、その他に、サーボモータ１２への移動指令量とサーボモータ１２に備えられたパルスコーダから得られる実際の移動量との誤差、サーボモータ１２のトルク指令値、サーボモータ１２の電流値指令値などを取得することもできる。

次に、ステップＳ３で評価値を算出し、ステップＳ４で評価値を記録する。図５で示す動作パターンを一例として説明すると、動作速度指令が定速度Ｖ１になった時のサーボモータ１２の推定外乱トルクの最大値Ｔ_max1を評価値として得る。同様に定速度Ｖ２、Ｖ３の移動速度について、サーボモータ１２の外乱トルクの最大値Ｔ_max2、Ｔ_max3を全て評価値として得る。また、動作速度指令が定速度Ｖ１になっている時のサーボモータ１２の推定外乱トルクの平均値Ｔ_avg1を評価値として得る。同様に定速度Ｖ２、Ｖ３の移動速度について、サーボモータ１２の推定外乱トルクの平均値Ｔ_avg2、Ｔ_avg3を全て評価値として得る。その他、評価値として最小値、偏差値、収束値、収束時間Δｔ、収束時間に対する取得データの変化量ΔＴについても同様に得ることができる。算出された評価値は記録日時と共にロボット制御装置２内のメモリに格納され、操作者は教示操作盤８等の表示器を使って、評価値を自由に閲覧可能とされることができる。

図７に示すように、収束時間Δｔは、動作速度指令が定速度Ｖになった時刻から、サーボモータ１２の推定外乱トルクがある一定の値に収束するまでの時刻の差として算出することができる。また、収束時間Δｔに対する取得データの変化量ΔＴについては、収束時間Δｔと動作速度指令が定速度Ｖになった時点のサーボモータ１２の推定外乱トルク値と収束値の差分から算出することが可能である。

図８は可動電極チップが動作開始した時の参照特性値又は診断対象特性値を取得するタイミングを示している。

図８において、ロボット制御装置２からサーボモータ１２に速度指令が出された後、サーボモータ１２の実際の移動速度が０以上になった時点で、可動電極チップが動作開始した時点の外乱トルクを取得することができる。図示しないが、その他に、サーボモータ１２への移動指令量とサーボモータ１２に備えられたパルスコーダから得られる実際の移動量との誤差、サーボモータ１２のトルク指令値、サーボモータ１２の電流値指令値などを取得することもできる。取得した参照特性値又は診断対象特性値は評価値として使用される。尚、可動電極チップが動作開始時の特性値と、可動側電極チップの動作速度が一定速度区間にあるときの特性値は、一つの動作パターンを実施することで同時に取得することができるのは言うまでもない。

続いてステップＳ５では、２次参照特性値又は２次診断対象特性値に相当する２次評価値を算出するか否かが判断される。ＹＥＳの場合は、ステップＳ６では２次評価値を算出し、ステップＳ７で算出した２次評価値を記録する。ＮＯの場合はステップＳ８に進む。

ここで、２次評価値は、図９に示すようにして算出される。すなわち、ステップＳ３で算出した各速度に対応する評価値に基づいて、最大値、最小値、平均値、偏差を算出する。一例として、一回の計測において、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の動作パターンにて、それぞれの速度に対する推定外乱トルクの最大値Ｔ_max1、Ｔ_max2、Ｔ_max3が、それぞれのＴ_max1＜Ｔ_max2＜Ｔ_max3の関係にて計測されたとした場合、１次評価値の最大値を２次評価値として使用する場合には、Ｔ_max3が２次評価値となる。また１次評価値の平均値を２次評価値として使用する場合には(Ｔ_max1＋Ｔ_max2＋Ｔ_max3)／３が２次評価値となる。この様に２次評価値を算出することで、計測データを統合的に評価できるようになる。

次に、ステップＳ８では、電極チップ１４ａが正常に動作して、被溶接物１１が所定の加圧力で加圧される場合に取得された推定トルクから算出された評価値と、可動側電極チップの動作状態が変化して、被溶接物１１が所定の加圧力で加圧されない場合に取得された推定トルクから算出された診断対象の評価値とを比較する。ステップＳ９では、異常があるか否かが判断され、異常がある場合には、ステップＳ１０で外部に異常状態を通知する。さらに、ステップＳ１１では異常を教示操作盤にも表示する。又は、ステップＳ１２で異常信号を外部へ出力する。

次に、図１０及び図１１を参照しながら、スポット溶接ガン１６の評価値を予測する方法ついて説明する。図１０（ａ)は、参照される基準値と今回の評価値を比較し、その差異が、操作者が任意で決めることが可能な異常しきい値を超えた場合に異常と判断するケースである。具体的には、時刻T₀の評価値D₀と時刻T_nの評価値D_nを比較し、異常しきい値E₁が設定されている時に、|D_n- D₀|> E₁を満たす場合に異常と判断する（nは整数で、計測回数を意味する。）。

図１０（ｂ）は、前回と今回の評価値を比較し、その差異が、操作者が任意で決めることが可能な異常しきい値を超えた場合に異常と判断するケースである。具体的には、以下の図の様に、時刻T_n-1の評価値D_n-1と時刻T_nの評価値D_nを比較し、異常しきい値E₂が設定されている時に、|D_n-D_n-1|> E₂を満たす場合に異常と判断する（nは整数で、計測回数を意味する。）。

図１１（ａ）は、現在取得されている評価値の記録から、時系列に対する評価値のＮ次の回帰線を算出し、次回の計測にて得られる評価値の予測をし、基準値と比較して、操作者が任意で決めることが可能な異常しきい値を超えた場合に異常と判断するケースである。具体的には、以下の図の様に、時刻T₀の評価値D₀から時刻T_nの評価値D_nまでの全ての評価値の傾向から時系列に対する一次回帰線を算出し、前記回帰線から時刻T_n+1の評価値D_n+1を求めて、時刻T_n+1の評価値D_n+1と時刻T_nの評価値D_nを比較し、異常しきい値E₃が設定されている時に、|D_n+1- D₀|> E₃を満たす場合に異常と判断する（nは整数で、計測回数を意味する。）。

図１１（ｂ）は、現在取得されている評価値の記録から、時系列に対する評価値のＮ次の回帰線を算出し、次回の計測にて得られる評価値の予測をし、今回記録された評価値と比較して、操作者が任意で決めることが可能な異常しきい値を超えた場合に異常と判断するケースである。具体的には、以下の図の様に、時刻T₀の評価値D₀から時刻T_nの評価値D_nまでの全ての評価値の傾向から時系列に対する２次回帰線を算出し、時刻T_n+1の評価値D_n+1を求めて、前記回帰線から時刻T_n+1の評価値D_n+1と時刻T_nの評価値D_nを比較し、異常しきい値E₄が設定されている時に、|D_n+1- D_n|> E₄を満たす場合に異常と判断する（nは整数で、計測回数を意味する。）。

図１１（ｃ）は、現在取得されている評価値の記録から、時系列に対する評価値の指数近似直線を算出し、次回の計測にて得られる評価値の予測をし、前記予測した評価値と予測した時刻に実際に記録された評価値と比較して、操作者が任意で決めることが可能な異常しきい値を超えた場合に異常と判断するケースである。具体的には、以下の図の様に、時刻T₀の評価値D₀から時刻T_n-1の評価値D_n-1までの全ての評価値の傾向から時系列に対する評価値の指数近似回帰線を算出し、前記回帰線から時刻T_nの評価値D_nを予測的に求める。実際に時刻T_nにて記録された評価値をD_n’とし、異常しきい値E₅が設定されている時に、|D_n- D_n’|> E₅を満たす場合に異常と判断する（nは整数で、計測回数を意味する。）。

以上の構成により、スポット溶接ガン１６のメンテナンス時期を操作者は判断することができるため、常に適切なガン１６の性能状態で生産を行うことができ、溶接品質の向上に貢献することができる。また、故障の早期発見や予防対策も行うことができ、生産中の不意なトラブルを回避することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明に係るスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を実施するために用いるロボットシステムの第１の実施形態を示す正面図である。本発明に係るスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を実施するために用いるロボットシステムの第１の実施形態を示す正面図である。図１及び図２に示すロボット制御装置のブロック図である。スポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法を説明するフローチャートである。可動側電極チップの動作パターンの一例を示す説明図である。可動側電極チップの動作パターンの他の一例を示す説明図であり、（ａ）は移動速度Ｖ１でのサーボモータの動作状態、ｂ）は移動速度Ｖ２でのサーボモータの動作状態、（ｃ）は移動速度Ｖ３でのサーボモータの動作状態をそれぞれ示す。評価値としての収束時間及び収束時間に対する変化量を説明する説明図である。図８は可動電極チップが動作開始した時の参照特性値又は診断対象特性値を取得するタイミングを説明する図である。２次評価値を算出する方法を説明する説明図である。スポット溶接ガンの評価値を予測する方法ついての説明図であり、(ａ)は今回の評価値を基準値と比較する例を示し、（ｂ）は、前回と今回の評価値の差異をしきい値と比較する例を示す。スポット溶接ガンの評価値を予測する他の方法ついての説明図であり、(ａ)はＮ次の回帰線から評価値を予測する例を示し、（ｂ）は、Ｎ次の回帰線から予測された評価値と、今回記録された評価値とを比較する例を示し、（ｃ）は、評価値の指数近似直線から次回の計測にて得られる評価値の予測をし、予測した評価値と予測した時刻に実際に記録された評価値と比較する例を示す。

符号の説明

１，１Ａロボット
２制御装置
３ベース
４前腕
５上腕
６手首要素
１２サーボモータ
１６スポット溶接ガン

Claims

サーボモータの駆動力により移動する可動側電極チップと該可動側電極チップに対向する固定側電極チップとを有し、前記可動側電極チップと前記固定側電極チップとの間で被溶接部材を加圧した状態で溶接を行うスポット溶接ガンの性能劣化判定方法において、
前記可動側電極チップが正常に動作して、前記被溶接部材が所定の加圧力で加圧される場合に、前記可動側電極チップを前記被溶接部材に接触させずに前記可動電極チップを所定の動作モードで移動させたときに前記サーボモータの動的状態を反映する参照データを取得することと、
該参照データをデータ処理することにより、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定する際に参照される参照特性値を抽出することと、
前記可動側電極チップの動作状態が変化して、前記被溶接部材が所定の加圧力で加圧されない場合にも、前記可動電極チップが正常に動作する場合と同様にして、前記可動側電極チップを前記被溶接部材に接触させずに前記可動電極チップを前記動作モードで移動させたときに前記サーボモータの動作状態を反映する診断対象データを取得することと、
該診断対象データをデータ処理して、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定するために提供される診断対象特性値を抽出することと、
前記参照特性値と前記診断対象特性値とに基づいて、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化を判定すること、
とを備えたことを特徴とするスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記動作モードは、前記可動側電極チップを連続的動作で、段階的に異なる移動速度で動作させるステップ状の速度指令モードであり、異なる前記移動速度での前記参照データ又は前記診断対象データを取得し、個々の参照データをデータ処理することにより前記参照特性値を抽出し、又は個々の診断対象データをデータ処理することにより前記診断対象特性値を抽出することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記動作モードは、前記可動側電極チップを異なる個々の移動速度で移動させる断続的な速度指令モードであり、前記個々の移動速度での前記参照データ又は前記診断対象データを取得し、個々の参照データをデータ処理することにより前記参照特性値を抽出し、又は個々の診断対象データをデータ処理することにより前記診断対象特性値を抽出することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記参照データ又は前記診断対象データは、前記サーボモータから出力された電流値に基づいて推定された推定トルク値、前記サーボモータへ与えられる移動指令値と前記サーボモータから得られる検出位置との誤差、前記サーボモータに与えられるトルク指令値、及び前記サーボモータに与えられる電流指令値の内から選択されたデータであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記参照特性値及び前記診断対象特性値は、前記移動速度が一定になったときに測定された前記参照データ又は前記診断対象データの最大値、最小値、平均値、該平均値からの偏りである偏差値、収束値、該収束値に収束するまでの収束時間、及び前記参照データ又は前記診断対象データの変化率の内から選択されたデータであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記参照特性値及び前記診断対象特性値は、可動側電極チップが動作を開始した時点に測定された前記参照データ又は前記診断対象データであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
複数の前記参照特性値及び複数の前記診断対象特性値をデータ処理して最大値、最小値、平均値、及び偏差値を求め、前記最大値、前記最小値、前記平均値、及び前記偏差値の内から選択されたデータをそれぞれ２次参照特性値及び２次診断対象特性値として、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化の判定に使用することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記参照特性値又は前記診断対象特性値を出力手段に表示することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記参照特性値及び前記診断対象特性値を記憶し、記録されている前記参照特性値及び前記診断対象特性値を統計処理することにより、次回診断時の診断対象特性値を予測することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
次回診断時の予測された前記診断対象特性値と、記憶されている診断対象特性値との差分値を算出し、該差分値を予め設定されている閾値と比較して、前記スポット溶接ガンの加圧性能の劣化の判定をすることを特徴とする請求項９に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。
前記スポット溶接ガンの加圧性能が劣化したと判定された場合に、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告を出力することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧性能劣化判定方法。