JP2012254472A - 溶接ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触式センサの溶接部位検出器を使用せずにギャップ長を算出することができる溶接ロボットシステムを提供する。
【解決手段】本発明の溶接ロボットシステムは、スポット溶接ロボットＳＲの上部電極基準位置算出回路４が、スポット溶接を行う前に上部電極１ａを下部電極１ｂに接触させたときの上部電極基準位置を算出し、ギャップ長検出時上部電極位置算出回路５が、下部電極１ｂの上に母材Ｗを置いてスポット溶接を行うときに、上部電極１ａを母材Ｗに接触させたときのギャップ長検出時上部電極位置を算出し、ギャップ長算出回路１０が板厚と上部電極基準位置とギャップ長検出時上部電極位置とからギャップ長ＧＬを算出し、スポット溶接を行う。アーク溶接ロボットＡＲがギャップ長ＧＬに対応して溶接条件を変更してアーク溶接を行う。仮付けと同時にギャップ長ＧＬを算出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スポット溶接ロボットで仮付けを行って母材を拘束し、その後アーク溶接ロボットでアーク溶接を行う溶接ロボットシステムに関するものである。

例えば自動車製造ラインで重ね継手のアーク溶接を行う場合、母材が拘束されていない状態で溶接を行うと、母材の位置がずれて良好な溶接を行うことができない。そこでまずスポット溶接で母材の仮付けを行って母材を拘束し、その後アーク溶接を行うことが一般的に広く行われている。従来、母材にギャップがあるときに、アーク溶接ロボットに溶接部位検出器を取り付けてギャップ長を検出して、このギャップ長に応じて溶接ワイヤの送給速度や溶接速度等の溶接条件を変更してアーク溶接を行うことが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

上述した溶接部位検出器は、溶接トーチに取り付けられた非接触式センサであり、非接触式センサは、溶接継手の溶接方向とほぼ直行する方向に光ビームを走査する光源と溶接継手から反射する光を受けてセンシング信号を出力する光検出部とからなっている。

特開２００３−１０３３６９号公報

上述した溶接部位検出器は溶接トーチに取り付けられているために母材と干渉する場合があり、そのとき適切な溶接姿勢を取ることができない。また溶接部位検出器にアーク溶接によって発生するスパッタが付着して位置検出において誤動作する場合がある。さらに溶接部位検出器の設備コストかかる等の問題点があった。

本発明は、スポット溶接ロボットで仮付けを行い、その後アーク溶接ロボットでアーク溶接を行う溶接ロボットシステムにおいて、非接触式センサからなる溶接部位検出器を使用せずにギャップ長を算出することができる溶接ロボットシステムを提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
上部電極を昇降させるサーボモータと、
前記サーボモータに取り付けられて前記上部電極の位置を検出するエンコーダと、
前記上部電極及び下部電極が交換されたり研磨されたりしたときスポット溶接を行う前に、前記上部電極を前記下部電極に接触させたときに前記エンコーダの検出値から上部電極基準位置を算出する上部電極基準位置算出回路と、
前記下部電極の上に母材を置いて前記スポット溶接を行うときに、前記上部電極を前記母材に接触させたときに前記エンコーダの検出値からギャップ長検出時上部電極位置を算出するギャップ長検出時上部電極位置算出回路と、
前記母材の板厚を設定する板厚設定器と、
前記板厚と前記上部電極基準位置と前記ギャップ長検出時上部電極位置とからスポット溶接を行う位置のギャップ長を算出するギャップ長算出回路と、
前記スポット溶接を行うときの前記上部電極の加圧力を設定する加圧力設定器と、
前記加圧力設定器に設定された加圧力設定値に基づいて前記サーボモータを駆動して前記上部電極を加圧する電流指令値生成回路と、
前記上部電極を加圧したときにスポット溶接を行うために前記母材に電力を供給するスポット溶接電源と、
を有するスポット溶接ロボットと、
前記スポット溶接を行った位置の前記ギャップ長を入力して、前記ギャップ長をアーク溶接を行う溶接線のギャップ長と判別して前記ギャップ長に対応して溶接条件を変更してアーク溶接を行うアーク溶接ロボットと、
を備えたことを特徴とする溶接ロボットシステムである。

請求項２の発明は、
スポット溶接を行った位置で前記ギャップ長算出回路によって算出されたギャップ長と、その次のスポット溶接を行った位置で算出されたギャップ長とが異なるときに、前記スポット溶接ロボットがこれらのスポット溶接を行った位置の間のギャップ長が直線的に増加又は減少していると見なすことを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットシステムである。

請求項３の発明は、
前記アーク溶接ロボットが前記ギャップ長を入力して、前記ギャップ長に対応して溶接ワイヤの送給速度、溶接速度、正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流によるエネルギー供給量との比であるＥＮ比率、溶接トーチの前進角又はウィービング幅を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の溶接ロボットシステムである。

本発明の溶接ロボットシステムは、非接触式センサからなる溶接部位検出器を使用せずにギャップ長を算出することができる。即ち、従来技術のように、溶接部位検出器を使用しないので、溶接トーチＴの動作範囲を広く取ることができ、より適切な溶接姿勢を取ることができ、溶接部位検出器にアーク溶接によって発生するスパッタが付着して位置検出に誤動作が発生したり、溶接部位検出器の設備コストがかかったりする問題点が無い。さらに仮付けと同時にギャップ長を算出することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。

本発明の溶接ロボットシステムのブロック図である。 本発明の溶接ロボットシステムによって溶接される母材Ｗを示す図である。

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、本発明の溶接ロボットシステムのブロック図である。同図において、スポット溶接ロボットＳＲは、マニピュレータＳＭＰの先端部にスポット溶接ガンＧが取り付けられて、スポット溶接ロボット制御装置ＳＲＣによって動作が制御され、スポット溶接電源ＳＰＳから上部電極１ａ及び下部電極１ｂとの間へ電力が供給される。アーク溶接ロボットＡＲは、マニピュレータＡＭＰの先端部に溶接トーチＴが取り付けられて、アーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣによって動作が制御され、アーク溶接電源ＡＰＳから溶接トーチＴと母材Ｗとの間へ電力が供給される。

スポット溶接ガンＧのガン本体２の下部に下部電極１ｂが取り付けられ、ガン本体２の上部にサーボモータＭが取り付けられ、サーボモータＭの先端部（Ｘ１方向）にサーボモータＭの駆動軸と結合した昇降部材３が取り付けられ、この昇降部材３の先端部（Ｘ１方向）に上部電極１ａが取り付けられている。サーボモータＭの基端部（Ｘ２方向）には上部電極１ａの位置を検出するためのエンコーダＥが取り付けられている。

スポット溶接ロボット制御装置ＳＲＣの上部電極基準位置算出回路４は、スポット溶接を行う前に上部電極１ａを下部電極１ｂに接触させたときに、エンコーダＥの検出値から上部電極１ａの位置を算出し、この位置を上部電極基準位置とする。上部電極１ａ及び下部電極１ｂの先端部は、加圧されたり衝撃を受けたり、また通電によって発熱されたりして消耗するために定期的に研磨を行っている。そのために上部電極１ａ及び下部電極１ｂが交換されたり研磨されたりしたときは、その都度、上部電極基準位置を算出する必要がある。

板厚設定器６は母材Ｗの板厚を設定する。加圧力設定器７はスポット溶接に必要な上部電極１ａの加圧力を設定する。電流指令値生成回路８は、加圧力設定器７によって設定された上部電極１ａの加圧力に基づいてサーボモータＭへの電流指令値を生成する。上部電極加圧力算出回路９は、サーボモータＭの電流値に基づいて上部電極１ａの加圧力を算出する。ギャップ長算出時上部電極位置算出回路５は、下部電極１ｂの上に母材Ｗを置いてスポット溶接を行うときに、サーボモータＭを起動して上部電極１ａを降下させて上部電極１ａを母材Ｗに接触させたときに、エンコーダＥの検出値から上部電極１ａの位置を算出し、この位置をギャップ長検出時上部電極位置とする。ギャップ長算出回路１０は、板厚設定器６によって設定された板厚と上部電極基準位置とギャップ長検出時上部電極位置とからギャップ長を算出する。

アーク溶接ロボットＡＲのアーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣは、ギャップ長算出回路１０によって算出されたギャップ長を入力して、このギャップ長に対応して溶接条件を最適な溶接条件に変更する。

以下、動作を説明する。図２（Ａ）に示すギャップを有する重ね継手を溶接する場合を説明する。図２は、本発明の溶接ロボットシステムによって溶接される母材Ｗを示す図である。まず上部電極基準位置を算出する。スポット溶接ロボットＳＲは、下部電極１ｂに母材Ｗを置かない状態でサーボモータＭを起動して上部電極１ａを降下させる。上部電極１ａが下部電極１ｂと接触したときに上部電極加圧力算出回路９が、サーボモータＭの電流値に基づいて加圧力を算出して、上部電極１ａが下部電極１ｂと接触したことを検出する。このとき上部電極基準位置算出回路４は、エンコーダＥの検出値から上部電極１ａの位置を算出し、この位置を上部電極基準位置とする。

次にギャップ長検出時上部電極位置を算出する。サーボモータＭを起動して上部電極１ａを上昇させる。スポット溶接ロボットＳＲの板厚設定器６によって、母材Ｗである軟鋼を２枚重ね合わせた重ね継手の板厚が、例えば各１ｍｍと設定される。下部電極１ｂの上に母材Ｗを置いて、サーボモータＭを起動して上部電極１ａを降下させる。仮付け位置Ｋ１で上部電極１ａが下部電極１ｂと接触したときに上部電極加圧力算出回路９が、サーボモータＭの電流値に基づいて加圧力を算出して、上部電極１ａが下部電極１ｂと接触したことを検出する。このときの加圧力は、母材Ｗに変形を与えない弱い加圧力である。このときギャップ長検出時上部電極位置算出回路５は、エンコーダＥの検出値から上部電極１ａの位置を算出し、この位置をギャップ長検出時上部電極位置とする。

ギャップ長算出回路１０は、板厚設定器６によって設定された板厚と上部電極基準位置とギャップ長検出時上部電極位置とを入力する。そして、上部電極基準位置とギャップ長検出時上部電極位置とから上部電極１ａと下部電極１ｂとの距離が３ｍｍと算出し、重ね継手の全板厚が２ｍｍであることから、ギャップ長を１ｍｍと算出する。

加圧力設定器７によってスポット溶接を行うための上部電極１ａの加圧力が例えば３ｋＮと設定され、電流指令値生成回路８が、この設定された加圧力に基づいてサーボモータＭへの電流指令値を生成し、サーボモータＭは生成された電流指令値によって駆動されて上部電極１ａをこの加圧力で加圧する。このときスポット溶接電源ＳＰＳ内に設けられた図示を省略した二次電流設定器と二次電流通電時間設定器によって、例えば二次電流が１０、０００Ａに設定され、二次電流の通電時間の設定値が０．２ｓｅｃに設定されてスポット溶接が行われる。そしてスポット溶接ロボットＳＲによってスポット溶接ガンＧが次の仮付け位置へ順次移動されて、上記と同様にしてそれぞれの仮付け位置でのギャップ長ＧＬが算出されて仮付けとしてのスポット溶接が行われる。

次にギャップ長算出回路１０によって算出されたそれぞれのスポット溶接を行った位置でのギャップ長が、それぞれの仮付け位置のデータと共にスポット溶接ロボット制御装置ＳＲＣからアーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣに伝達され、アーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣからアーク溶接電源ＡＰＳに伝達される。重ね継手において、スポット溶接を行った位置とアーク溶接を行う溶接線とはわずかに離れているが、非常に近い位置であるために、スポット溶接を行った位置でのギャップ長を、アーク溶接を行う溶接線のギャップとみなすことができる。

アーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣ及びアーク溶接電源ＡＰＳにおいて、このギャップ長に対応する最適な溶接条件として溶着量を増やす溶接条件が選択される。例えば、溶接ワイヤの送給速度や溶接速度や正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流によるエネルギー供給量との比であるＥＮ比率、溶接トーチの前進角、ウィービング幅等が選択されて、アーク溶接が行われる。

また図２（Ｂ）に示すように、仮付け位置Ｋ２でギャップ長算出回路１０によって算出されたギャップ長と、その次の仮付け位置Ｋ３で算出されたギャップ長とが異なるときに、これらの仮付け位置の間のギャップ長が直線的に増加又は減少していると見なされて、アーク溶接が行われる。即ち、仮付け位置Ｋ２でギャップ長演算回路によって演算されたギャップ長が１ｍｍで、その次の仮付け位置Ｋ３で演算されたギャップ長が３ｍｍである場合、アーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣにおいて、これらの仮付け位置の間のギャップの形状が、ギャップ長が１ｍｍから３ｍｍに直線的に広がっているとみなされ、アーク溶接ロボット制御装置ＡＲＣ又はアークアーク溶接電源ＡＰＳにおいて、このギャップ長に対応して溶接条件を変更してアーク溶接が行われる。

この結果、本発明の溶接ロボットシステムは、非接触式センサからなる溶接部位検出器を使用せずにギャップ長を算出することができる。即ち、従来技術のように、溶接部位検出器を使用しないので、溶接トーチＴの動作範囲を広く取ることができ、より適切な溶接姿勢を取ることができ、溶接部位検出器にアーク溶接によって発生するスパッタが付着して位置検出に誤動作が発生したり、溶接部位検出器の設備コストがかかったりする問題点が無い。さらに仮付けと同時にギャップ長を算出することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。

１ａ 上部電極
１ｂ 下部電極
２ ガン本体
３ 昇降部材
４ 上部電極基準位置算出回路
５ ギャップ長算出時上部電極位置算出回路
６ 板厚設定器
７ 加圧力設定器
８ 電流指令値生成回路
９ 上部電極加圧力算出回路
１０ ギャップ長算出回路
ＡＭＰ マニピュレータ
ＡＰＳ アーク溶接電源
ＡＲ アーク溶接ロボット
ＡＲＣ アーク溶接ロボット制御装置
Ｅ エンコーダ
Ｇ スポット溶接ガン
ＧＬ ギャップ長
Ｋ１〜Ｋ３ 仮付け位置
Ｍ サーボモータ
ＳＭＰ マニピュレータ
ＳＰＳ スポット溶接電源
ＳＲ スポット溶接ロボット
ＳＲＣ スポット溶接ロボット制御装置
Ｔ 溶接トーチ
Ｗ 母材

Claims (3)

1. 上部電極を昇降させるサーボモータと、
   前記サーボモータに取り付けられて前記上部電極の位置を検出するエンコーダと、
   前記上部電極及び下部電極が交換されたり研磨されたりしたときスポット溶接を行う前に、前記上部電極を前記下部電極に接触させたときに前記エンコーダの検出値から上部電極基準位置を算出する上部電極基準位置算出回路と、
   前記下部電極の上に母材を置いて前記スポット溶接を行うときに、前記上部電極を前記母材に接触させたときに前記エンコーダの検出値からギャップ長検出時上部電極位置を算出するギャップ長検出時上部電極位置算出回路と、
   前記母材の板厚を設定する板厚設定器と、
   前記板厚と前記上部電極基準位置と前記ギャップ長検出時上部電極位置とからスポット溶接を行う位置のギャップ長を算出するギャップ長算出回路と、
   前記スポット溶接を行うときの前記上部電極の加圧力を設定する加圧力設定器と、
   前記加圧力設定器に設定された加圧力設定値に基づいて前記サーボモータを駆動して前記上部電極を加圧する電流指令値生成回路と、
   前記上部電極を加圧したときにスポット溶接を行うために前記母材に電力を供給するスポット溶接電源と、
   を有するスポット溶接ロボットと、
   前記スポット溶接を行った位置の前記ギャップ長を入力して、前記ギャップ長をアーク溶接を行う溶接線のギャップ長と判別して前記ギャップ長に対応して溶接条件を変更してアーク溶接を行うアーク溶接ロボットと、
   を備えたことを特徴とする溶接ロボットシステム。
2. スポット溶接を行った位置で前記ギャップ長算出回路によって算出されたギャップ長と、その次のスポット溶接を行った位置で算出されたギャップ長とが異なるときに、前記スポット溶接ロボットがこれらのスポット溶接を行った位置の間のギャップ長が直線的に増加又は減少していると見なすことを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットシステム。
3. 前記アーク溶接ロボットが前記ギャップ長を入力して、前記ギャップ長に対応して溶接ワイヤの送給速度、溶接速度、正極性電流によるエネルギー供給量と逆極性電流によるエネルギー供給量との比であるＥＮ比率、溶接トーチの前進角又はウィービング幅を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の溶接ロボットシステム。

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