JP2013240813A - スポット溶接ガンのティーチング用チップ - Google Patents

Abstract

【課題】ティーチング用チップに突起部を設けたという極めて簡単な形状の工夫によって、目標位置及び目標姿勢に対する溶接箇所のずれ量を確認することができるティーチング用チップを提供すること。
【解決手段】ティーチング用チップ１は、ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に複数の被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンにおいて、位置及び姿勢のティーチングを行う際に用いられる。ティーチング用チップ１の先端部１２の中心部分には、先端部１２の中心位置を中心とする真円形状の中心貫通穴１３が形成されている。中心貫通穴１３の開口先端部１３１の周縁には、この周縁に沿って被溶接部材に刻印をすることができる突起部１４が連続して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スポット溶接ガンのティーチング用チップに関する。

自動車等の生産工場においては、複数のワークを接合して製品を生産する際に、スポット溶接ガンが多用されている。このスポット溶接ガンは、製品の量産を行うために、位置及び姿勢を三次元に移動させることができる多関節ロボットのエンドエフェクタとして用いられている。
スポット溶接ガンは、一対のシャンク部の先端部に、着脱可能に溶接用チップを設け、一対の溶接用チップの間に複数のワークを挟み込み、一対の溶接用チップ間に通電することによって複数のワークを互いに接合している。

また、ワークに対する規定位置にスポット溶接を行う際には、ワークに対して一対のシャンク部が垂直になる状態で、多関節ロボットの位置及び姿勢のティーチングを行う。このとき、より正確にティーチングを行うために、シャンク部に対して、溶接用チップに代えてティーチング用チップを取り付けることが行われている。
このティーチング用チップとしては、例えば、特許文献１に開示されたスポット溶接電極の面直度センサがある。この面直度センサは、ヘッド中心軸線に対する円周位置に等角度間隔で配列した複数個の感圧素子を用い、ワークに対する電極の面直状態からのずれ角を検知する。これにより、ワークに対して電極が垂直になるようにティーチングを行っている。

特開２００３−１９５７１号公報

しかしながら、特許文献１のスポット溶接電極の面直度センサ（ティーチング用チップ）においては、ティーチングを行う際に、ワークから電極（チップ）を離したときには、ワークにおける目標位置に対して電極の位置が合っていたか、ワークに対して電極が垂直方向からどれだけ傾いていたかが、ワークを見ても分からなくなる。また、特許文献１のティーチング用チップは、感圧素子を用いた電気的構成が複雑である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ティーチング用チップに突起部を設けたという極めて簡単な形状の工夫によって、溶接箇所の目標位置及び目標姿勢に対するずれ量を確認することができるティーチング用チップを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
先端部の中心部分には、該先端部の中心位置を中心とする真円形状の中心貫通穴が形成されており、
該中心貫通穴の開口先端部の周縁には、該周縁に沿って上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が連続又は断続して形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップにある（請求項１）。

本発明の他の態様は、ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
先端部の中心部分には、上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が形成されており、
該突起部は、上記先端部の中心位置を中心とする真円形状に、連続又は断続して形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップにある（請求項２）。

本発明のさらに他の態様は、ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
先端部の中心部分には、上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が形成されており、
該突起部は、上記先端部の中心位置から等半径位置まで、３本以上が放射状に形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップにある（請求項３）。

上記一態様のスポット溶接ガンのティーチング用チップにおいては、中心貫通穴の開口先端部の周縁に沿って突起部が連続又は断続して形成されている。
そして、作業者がロボットの位置及び姿勢のティーチング（教示）を行うに当たっては、ティーチング用チップをスポット溶接ガンのシャンク部に取り付け、このティーチング用チップを被溶接部材の目標位置に垂直（面直）になるように合わせる。そして、スポット溶接ガンの一対のシャンク部を互いに近づけ、ティーチング用チップの突起部を被溶接部材に当接させる。
なお、ティーチング用チップは、一対のシャンク部のうち、作業者が視認しやすい方のシャンク部に取り付けることができる。

そして、一対のシャンク部によって被溶接部材を加圧して挟み込んだときには、ティーチング用チップの突起部によって被溶接部材に刻印をすることができる。これにより、作業者は、ティーチング用チップを被溶接部材から離した後に、ティーチング用チップが被溶接部材における目標位置に当接していたか否かを確認することができる。

また、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接する場合には、真円形状に形成された突起部によって、真円形状で同じ深さの刻印が被溶接部材に刻印される。これに対し、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接しない場合には、真円形状に形成された突起部の周方向の一部が被溶接部材に当接しない、あるいは突起部の周方向の一部の当接状態が弱くなる。そして、この場合には、突起部における周方向の一部が被溶接部材に刻印されない、あるいは突起部における周方向の一部が被溶接部材に刻印される深さが浅くなる。
これにより、作業者は、ティーチング用チップを被溶接部材から離した後に、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接していたか否かを確認することができる。

そのため、ティーチング用チップを被溶接部材から離して、ロボットの位置及び姿勢のティーチング修正を行う際に、作業者は、ティーチングを行ったロボットの位置が目標位置からどれだけ外れ、ティーチングを行ったロボットの姿勢が目標姿勢（ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直になる姿勢）からどれだけ傾いているかを確認することができる。
それ故、上記一態様のティーチング用チップによれば、ティーチング用チップに突起部を設けたという極めて簡単な形状の工夫によって、目標位置及び目標姿勢に対する溶接箇所（ティーチングポイント）のずれ量を確認することができる。

上記他の態様のスポット溶接ガンのティーチング用チップにおいては、先端部の中心部分に、先端部の中心位置を中心とする真円形状に、突起部が連続又は断続して形成されている。このティーチング用チップによっても、上記一態様の場合と同様の作用効果を奏することができる。

上記さらに他の態様のスポット溶接ガンのティーチング用チップにおいては、先端部の中心部分に、先端部の中心位置から等半径位置まで、３本以上の突起部が放射状に形成されている。このティーチング用チップによっても、作業者は、放射状に形成された突起部によって、被溶接部材において、３箇所以上の全体が同じ長さ及び深さで放射状に刻印される場合には、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接したことを確認でき、全体が同じ長さ及び深さで刻印されない場合には、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接しなかったことを確認できる。このティーチング用チップによっても、上記一態様の場合と同様の作用効果を奏することができる。

実施例１にかかる、スポット溶接ガンのティーチング用チップを示す斜視図。 実施例１にかかる、スポット溶接ガンのティーチング用チップと溶接用チップとの間に、垂直に被溶接部材を挟み込んだ状態を示す断面図。 実施例１にかかる、Ｘ型のスポット溶接ガンを示す説明図。 実施例１にかかる、Ｃ型のスポット溶接ガンを示す説明図。 実施例１にかかる、ティーチング用チップにおける突起部を拡大して示す断面図。 実施例１にかかる、スポット溶接ガンのティーチング用チップと溶接用チップとの間に、傾斜して被溶接部材を挟み込む状態を示す断面図。 実施例１にかかる、ティーチング用チップの突起部によって、被溶接部材に垂直に刻印がされた状態を示す平面図。 実施例１にかかる、ティーチング用チップの突起部によって、被溶接部材に垂直に刻印がされなかった状態を示す平面図。 実施例１にかかる、スポット溶接ガンの他のティーチング用チップを示す斜視図。 実施例２にかかる、スポット溶接ガンのティーチング用チップを示す斜視図。

上述したスポット溶接ガンのティーチング用チップにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記スポット溶接ガンのティーチング用チップにおいては、上記中心貫通穴には、該中心貫通穴の開口先端部へ光を照射するための発光源が配置されていてもよい（請求項４）。
この場合には、ティーチング用チップを被溶接部材に当接させてティーチングを行う際に、発光源によって照射される光が中心貫通穴の開口先端部から漏れない場合には、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接していることを確認できる。一方、発光源によって照射される光が中心貫通穴の開口先端部における周方向の一部から漏れる場合には、ティーチング用チップが被溶接部材に対して垂直に当接していないことを確認できる。

また、ティーチング用チップは、ステンレス材によって構成されていてもよい（請求項５）。
この場合には、銅材から構成される溶接用のチップに比べて、導通性が悪化する。これにより、ティーチング用チップをスポット溶接ガンに付けた状態で、誤ってスポット溶接を行ってしまうことを防止できる。また、ティーチング用チップが磨耗しにくくすることができる。
また、ティーチング用チップに上記中心貫通穴が形成されている場合には、スポット溶接ガンからチップの内部へ冷却水を流す際に、中心貫通穴から冷却水が漏れ出すことによっても、ティーチング用チップをスポット溶接ガンに付けた状態で、誤ってスポット溶接を行ってしまうことを防止できる。

以下に、スポット溶接ガンのティーチング用チップにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のティーチング用チップ１は、図１、図２に示すごとく、ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップ２５の間に複数の被溶接部材８を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガン２において、位置及び姿勢のティーチングを行う際に用いられる。ティーチング用チップ１の先端部１２の中心部分には、先端部１２の中心位置を中心とする真円形状の中心貫通穴１３が形成されている。中心貫通穴１３の開口先端部１３１の周縁には、この周縁に沿って被溶接部材８に刻印Ｘをすることができる突起部１４が連続して形成されている。

以下に、本例のスポット溶接ガン２のティーチング用チップ１につき、図１〜図９を参照して詳説する。
ティーチング用チップ１を取り付けるスポット溶接ガン２は、種々の構造のものとすることができる。スポット溶接ガン２は、図３に示すごとく、互いに向き合って回動中心２３の回りに開閉する一対のアーム部２１の先端部に、該一対のアーム部２１を閉じたときに互いの軸心が一致するようにそれぞれシャンク部２２を設けて構成されたＸ型のガンとすることができる。このＸ型のガンは、シリンダ２４によって一方のアーム部２１を回動させることによって開閉する。この場合、ティーチング用チップ１は、いずれかのシャンク部２２に取り付けられたチップ２５と交換して用いることができる。

また、スポット溶接ガン２は、図４に示すごとく、Ｃ型形状に形成されたアーム部２１の先端部に設けられた一方のシャンク部２２に対して、軸心が一致するように他方のシャンク部２２を直線状に進退させるＣ型のガンとすることもできる。このＣ型のガンは、シリンダ２４によって他方のシャンク部２２を進退させることによって開閉する。この場合にも、ティーチング用チップ１は、いずれかのシャンク部２２に取り付けられたチップ２５と交換して用いることができる。

ロボットは、その移動先端部３の位置及び姿勢を三次元に変更させることができる多関節ロボットである。スポット溶接ガン２は、ロボットの移動先端部３に取り付けられている。ロボットは、各関節を構成するサーボモータを制御する制御装置と、ロボットの移動先端部３の位置及び姿勢を変更するために作業者が操作するティーチングペンダントとを有している。作業者によるティーチングペンダントの操作によって、移動先端部３に取り付けられたスポット溶接ガン２の位置及び姿勢が変更され、制御装置には、スポット溶接を行う目標位置及び目標姿勢がティーチングポイントとして教示・記憶される。
スポット溶接ガン２のシャンク部２２内には、チップ２５等を冷却するための冷却水が循環される。

本例の被溶接部材８は、互いにスポット溶接を行う複数の鋼板である。
本例のティーチング用チップ１は、ロボットのオンラインティーチングを行う際に、スポット溶接ガン２における一対のチップ２５のうちのいずれか一方と付け替えて用いる。
ティーチング用チップ１は、溶接用のチップ２５を構成する銅材よりも導電性が悪いステンレス材から構成されている。これにより、ティーチング用チップ１をスポット溶接ガン２に付けた状態で、誤ってスポット溶接を行ってしまうことを防止できる。また、ティーチング用チップ１をスポット溶接ガン２に付けた状態で、誤ってスポット溶接を行おうとすると、中心貫通穴１３の開口先端部１３１から冷却水が漏れ出す。このことによっても、上記誤りを防止することができる。

図２に示すごとく、ティーチング用チップ１は、スポット溶接ガン２のシャンク部２２に取り付けられる円筒部１１と、円筒部１１における取付側の開口部１１１と反対側に、先端側に向かうに連れて縮径する曲面状又はテーパ状に形成された先端部１２とを有している。ティーチング用チップ１の外径は、種々の値とすることができ、例えば、φ１３ｍｍ、φ１６ｍｍとすることができる。

図１、図２に示すごとく、本例の中心貫通穴１３は、ティーチング用チップ１の先端側において直線状に形成されている。ティーチング用チップ１において、中心貫通穴１３の後端側には、中心貫通穴１３よりも拡径して、シャンク部２２に係合するためのテーパ状穴１３２が形成されている。
ティーチング用チップ１の円筒部１１には、外周から中心貫通穴１３に連通するように連通穴１５が形成されている。本例の連通穴１５は、中心貫通穴１３を通るように、外周の一方側から他方側まで貫通して形成されている。

図２に示すごとく、本例のティーチング用チップ１においては、中心貫通穴１３には、中心貫通穴１３の開口先端部１３１へ光を照射するための発光源１６が配置される。本例の発光源１６は、電池によって発光される発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ティーチングを行う際には、作業者は、連通穴１５に発光ダイオードを差し込み、発光ダイオードを中心貫通穴１３に位置させる。
図５に示すごとく、ティーチング用チップ１の突起部１４は、傾斜する一対の側面１４１によって山形状の断面に形成されている。突起部１４は、先端部１２の表面から０．３〜１ｍｍ（本例では０．７ｍｍ）突出して形成されており、突起部１４の先端部には、微小な平坦面１４２（本例では０．１ｍｍの平坦面）が形成されている。

作業者がロボットの位置及び姿勢のティーチング（教示）を行うに当たっては、図２に示すごとく、スポット溶接ガン２の一対のシャンク部２２におけるいずれか一方のチップ２５を、ティーチング用チップ１に付け替え、このティーチング用チップ１の中心軸線方向を被溶接部材８の目標位置に垂直（面直）になるように合わせる。そして、シリンダ２４をストローク動作させて、スポット溶接ガン２の一対のシャンク部２２におけるティーチング用チップ１とチップ２５とを互いに近づけて、２つの被溶接部材８を挟み込む。そして、ティーチング用チップ１とチップ２５とに加圧力を与える。
なお、ティーチング用チップ１は、一対のシャンク部２２のうち、作業者が視認しやすい方のシャンク部２２に取り付ける。

そして、一対のシャンク部２２によって２つの被溶接部材８を挟み込んだときには、ティーチング用チップ１の突起部１４によって被溶接部材８に刻印Ｘをすることができる。これにより、作業者は、ティーチング用チップ１を被溶接部材８から離した後に、ティーチング用チップ１が被溶接部材８における目標位置に当接していたか否かを確認することができる。

また、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接する場合には、図７に示すごとく、真円形状に形成された突起部１４によって、真円形状で同じ深さの刻印Ｘが被溶接部材８に刻印される。同図は、真円形状で同じ深さの刻印Ｘが被溶接部材８に刻印された状態の平面を示す。

これに対し、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接しない場合には、図８に示すごとく、真円形状に形成された突起部１４の周方向の一部が被溶接部材８に当接しない、あるいは突起部１４の周方向の一部の当接状態が弱くなる。そして、この場合には、突起部１４における周方向の一部が被溶接部材８に刻印されない、あるいは突起部１４における周方向の一部が被溶接部材８に刻印される深さが浅くなる。同図においては、被溶接部材８が、突起部１４における周方向の左側の部分によって深く刻印される一方、右側の部分が浅く刻印された状態の平面を示す。
これにより、作業者は、ティーチング用チップ１を被溶接部材８から離した後に、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接していたか否かを確認することができる。

そのため、ティーチング用チップ１を被溶接部材８から離して、ロボットの位置及び姿勢のティーチング修正を行う際に、作業者は、ティーチングを行ったロボットの位置が目標位置からどれだけ外れ、ティーチングを行ったロボットの姿勢が目標姿勢（ティーチング用チップ１の中心軸線方向が被溶接部材８に対して垂直になる姿勢）からどれだけ傾いているかを確認することができる。
また、被溶接部材８の表面が平坦状でなく、この表面に曲面、凹凸等の形状変化がある場合でも、突起部１４によって刻印Ｘをすることにより、溶接箇所の目標位置及び目標姿勢のずれ量を確認することができる。

また、本例においては、ティーチング用チップ１を被溶接部材８に当接させてティーチングを行う際に、発光源１６によって照射される光Ｒが中心貫通穴１３の開口先端部１３１から漏れない場合には、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接していることを確認できる。一方、図６に示すごとく、発光源１６によって照射される光Ｒが中心貫通穴１３の開口先端部１３１における周方向の一部から漏れる場合には、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接していないことを確認できる。

これにより、突起部１４によって被溶接部材８に刻印Ｘをする以外にも、作業者は、ティーチング用チップ１を被溶接部材８に当接させた状態で、光Ｒの漏れ具合を視認することによって、被溶接部材８に垂直な状態からティーチング用チップ１がどれだけ傾いているかを確認することができる。
なお、光Ｒの漏れ具合を確認する際には、スポット溶接ガン２のシリンダ２４によって被溶接部材８を加圧することができる。また、シリンダ２４を駆動する空気圧等を抜いて、手動によってシャンク部２２を移動させて、ティーチング用チップ１を被溶接部材８に当接させることもできる。

それ故、ティーチング用チップ１によれば、ティーチング用チップ１に突起部１４を設けたという極めて簡単な形状の工夫によって、溶接箇所の目標位置及び目標姿勢に対するずれ量を確認することができる。
また、上記ティーチング用チップ１は、図９に示すごとく、中心貫通穴１３を形成せず、先端部１２の中心部分において、突起部１４を、先端部１２の中心位置を中心とする真円形状に、連続して形成することもできる。

（実施例２）
本例は、上記突起部１４の構造が上記実施例１と異なるティーチング用チップ１について示す例である。
本例のティーチング用チップ１は、図１０に示すごとく、中心貫通穴１３を形成せず、先端部１２の中心位置から等半径位置まで、３本以上の突起部１４が放射状に形成されている。本例のティーチング用チップ１においては、４本の突起部１４が先端部１２の中心位置から、周方向に等間隔に放射状に形成されている。

本例のティーチング用チップ１によっても、作業者は、放射状に形成された突起部１４によって、被溶接部材８の４箇所の全体において、同じ長さ及び深さで放射状に刻印される場合には、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接したことを確認でき、同じ長さ及び深さで刻印されない場合には、ティーチング用チップ１が被溶接部材８に対して垂直に当接しなかったことを確認できる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ ティーチング用チップ
１２ 先端部
１３ 中心貫通穴
１３１ 開口先端部
１４ 突起部
２ スポット溶接ガン
２５ 一対のチップ
８ 被溶接部材

Claims (5)

1. ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
   先端部の中心部分には、該先端部の中心位置を中心とする真円形状の中心貫通穴が形成されており、
   該中心貫通穴の開口先端部の周縁には、該周縁に沿って上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が連続又は断続して形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップ。
2. ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
   先端部の中心部分には、上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が形成されており、
   該突起部は、上記先端部の中心位置を中心とする真円形状に、連続又は断続して形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップ。
3. ロボットのエンドエフェクタとして取り付けられ、一対のチップの間に被溶接部材を挟み込んでスポット溶接を行うスポット溶接ガンのティーチング用チップであって、
   先端部の中心部分には、上記被溶接部材に刻印をすることができる突起部が形成されており、
   該突起部は、上記先端部の中心位置から等半径位置まで、３本以上が放射状に形成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップ。
4. 請求項１に記載のスポット溶接ガンのティーチング用チップにおいて、上記中心貫通穴には、該中心貫通穴の開口先端部へ光を照射するための発光源が配置されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のスポット溶接ガンのティーチング用チップにおいて、ステンレス材によって構成されていることを特徴とするスポット溶接ガンのティーチング用チップ。

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