JP2755073B2 - 溶接ロボットの溶接ガンの位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接ロボットに装着さ
れ、溶接作業を行なうスポット溶接用の溶接ガンをワー
クの所定の位置に位置決めする溶接ロボットの溶接ガン
の位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パネル材等のワークを溶接するために使
用されるスポット溶接用の溶接ロボットにあっては、近
年、溶接ガンの作動を迅速に行なうために、溶接ガンを
サーボモータにより作動させるようにしたタイプの溶接
ガンが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにサーボモー
タにより作動するサーボガンを有する溶接ロボットにあ
っては、サーボモータによる溶接チップの移動距離を正
確に制御することができるという利点がある半面、従来
の溶接ロボットでは、ガン駆動用のサーボモータと溶接
ロボットとが連動しておらず、溶接チップの位置決め精
度が低くなる。また、溶接ガンを駆動させた時に溶接ロ
ボットが変位しないと、ワークに対して溶接チップが変
位することになり、溶接チップとワークとに不要な外力
が加わることになり、高精度の溶接ができないだけでな
く、チップの寿命も短くなるいという問題点があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、溶接ロボットのロボット軸に装着さ
れた溶接チップを高精度でワークの所定の位置に位置決
めし得るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、溶接ロボットのロボット軸に装着され、固
定溶接チップと当該固定溶接チップとによりワークを溶
接する可動溶接チップとが設けられたガンアームと、前
記ガンアームに取付けられ、前記可動溶接チップを前記
固定溶接チップに向けて前進移動するサーボモータと、
当該サーボモータの電流値を検出する電流値検出手段
と、前記両溶接チップにより前記ワークを加圧した時に
おける前記ガンアームの変形による前記ロボット軸の変
位量を記憶する変位量記憶手段と、前記両溶接チップに
より前記ワークを加圧した時における前記可動溶接チッ
プ駆動量を記憶する駆動量記憶手段と、前記溶接ロボッ
トの前記ガンアームを前記ワークの位置に位置決めする
際に、前記固定溶接チップと前記可動溶接チップとが前
記ワークに接触するゼロタッチ位置に、前記変位量記憶
手段と前記駆動量記憶手段とから呼び出された補正値を
加えて前記それぞれの溶接チップの目標位置を算出する
演算手段と、前記サーボモータを駆動して前記両チップ
により前記ワークを加圧した時に、当該加圧力が所定の
加圧力となったか否かを前記電流値検出手段からの検出
信号に基づいて判別する加圧力判別手段とを有する溶接
ロボットの溶接ガンの位置決め装置である。

【０００６】

【作用】上記構成の本発明においては、溶接ガンにより
ワークをスポット溶接する際には、まず、溶接ロボット
によりガンアームはそれぞれの溶接チップがワークに接
触する位置つまりゼロタッチ位置となるように移動され
る。そして、サーボモータが駆動されて可動溶接チップ
が固定溶接チップに向けて前進移動することになるが、
このときの溶接チップによるワークに対する加圧力に起
因してガンアームが変形すると共に、溶接チップも弾性
収縮変形することを考慮して、まず、変位量記憶手段に
記憶されガンアームの変形によるロボット軸の変位量を
変位量記憶手段から読み出すと共に、サーボモータによ
る可動溶接チップの駆動量が読み出される。これらの読
み出された補正値に応じてロボット軸が駆動されると共
に、サーボモータが駆動される。これにより、両溶接チ
ップのワークに対する接触姿勢は、変化することなく、
静止位置となって溶接位置が位置決めされる。

【０００７】両溶接チップが所定の加圧力となったか否
かは、サーボモータの電流値を検出する電流値検出手段
からの電流値が所定の電流値となったか否かを、加圧力
判別手段により判別することにより自動的に判別され
る。

【０００８】

【実施例】以下、図示する本発明の一実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。図１はサーボガンを有する溶
接ロボットＲの一例を示す図であり、図示しない基台部
に取付けられた台座１０には、矢印Ｊ１方向に旋回自在
に旋回台１１が設けられており、この旋回台１１にはロ
ボット軸１２が矢印Ｊ２の方向に揺動自在に装着されて
いる。そして、このロボット軸１２には、ロボット軸１
３が矢印Ｊ３で示される方向に揺動自在かつ矢印Ｊ４で
示される方向に回転自在に装着されている。このロボッ
ト軸１３の先端には、サーボガンつまり溶接ガン１４が
矢印Ｊ５で示される方向に揺動回転自在かつ矢印Ｊ６方
向に回転自在に取付けられている。したがって、図示す
るロボットＲは合計６軸の機能を有している。

【０００９】溶接ガン１４は、Ｃ字形状となったガンア
ーム１５を有し、このガンアーム１５には固定溶接チッ
プ２１と、この固定溶接チップ２１とによりワーク（図
示省略）を溶接する可動溶接チップ２２とが設けられて
いる。この可動溶接チップ２２を固定溶接チップ２１に
向けて進退移動させるためのサーボモータ２３が、ガン
アーム１５に取付けられている。このサーボモータ２３
の作動を含めて、合計７軸の制御が、図１に示されたロ
ボット制御装置２４により制御される。

【００１０】図２は図１に示されたガンアーム１５の詳
細を示す図であり、先端に可動溶接チップ２２が装着さ
れる駆動ロッド２５は、ガンアーム１５に取付けられた
軸受２６に軸方向に摺動自在に支持されている。ガンア
ーム１５に取付けられたサーボモータ２３の主軸に設け
られたプーリ２７と駆動ロッド２５の外側に形成された
ボールねじの部分に嵌合されたナット部２８とがタイミ
ングベルト２９により連結されている。したがって、サ
ーボモータ２３を駆動するとベルト２９を介してナット
部２８が回転し、このナット部２８と噛合うボールねじ
の部分により駆動ロッド２５が軸方向に摺動することに
なる。

【００１１】図３は、図１に示された溶接ロボットＲを
用いてワークＷを溶接する場合の溶接チップ２１、２２
の作動状態を示す図であり、図３（Ａ）に示されるよう
に、まず、溶接ロボットＲによりガンアーム１５がワー
クＷに対して所定の位置まで搬送される。この状態で溶
接ロボットＲによりロボット軸１２、１３が駆動される
と共に、図３（Ｂ）に示されるように、固定溶接チップ
２１がワークＷの表面に接触し、可動溶接チップ２２が
サーボモータ２３により駆動されてワークＷの反対側の
表面に接触する。この状態はゼロタッチ状態つまりそれ
ぞれのチップ２１、２２がワークＷの表面に接触しただ
けであり、ワークＷに対しては加圧力が付勢されていな
い。この状態におけるそれぞれのチップ２１、２２の先
端の位置つまりゼロタッチ位置を示すと、Ｐ１、Ｐ２と
なり、ガンアーム１５の姿勢は図４において実線で示さ
れるようになる。この状態において、サーボモータ２３
が駆動されると、図３（Ｃ）に示されるように、両方の
チップ２１、２２によりワークＷには加圧力が加えられ
る。

【００１２】このようにして両チップ２１、２２により
ワークＷが加圧されると、図４において変形状態を明瞭
に示すために誇張して二点鎖線で示されるように、ガン
アーム１５自体が弾性変形することになると共に、両チ
ップ２１、２２自体も軸方向に収縮する方向に弾性変形
することになる。したがって、図３（Ｂ）に示されるよ
うにゼロタッチ状態のままで、サーボモータ２３により
可動溶接チップ２２を前進移動させたのみでは、ガンア
ーム１５によりワークＷが上下方向に不要な外力が加え
られることになるので、両チップ２１、２２がワークＷ
に対して変位した状態で加圧されることになり、ワーク
Ｗに対するチップ２１、２２の加圧点が移動してしまう
ことになり、高精度の溶接作業を行なうことができな
い。

【００１３】そこで、ガンアーム１５が図４において二
点鎖線で示されるように弾性変形することを考慮して、
加圧終了時にワークＷに対しては見掛上では加圧前と同
じ位置となるように、加圧されない場合におけるゼロタ
ッチ位置Ｐ２から仮想上の加圧終了位置Ｐ４まで、図３
（Ｃ）に示される距離ＸR 移動するようにロボット軸を
移動させる。更に、両チップ２１、２２に加圧力が作用
していない場合には、可動溶接チップ２２の先端がＸG
だけ進んで仮想上の加圧終了位置Ｐ３となるようにサー
ボモータ２３を駆動する。これにより、両チップ２１、
２２の間にワークＷが存在していなければ、それぞれの
チップ２１、２２は、図３（Ｃ）において二点鎖線で示
される位置となるが、ワークＷが存在していることによ
り、両チップ２１、２２が弾性収縮変形すると共にガン
アーム１５が弾性変形することにより、それぞれのチッ
プ２１、２２のワークＷに対する相対位置は変化せず、
ワークＷには不要な外力が作用することなく、両チップ
２１、２２は図３（Ｃ）に示されるようにワークＷの両
表面に密着した状態となる。

【００１４】このようにして、この発明にあっては、両
チップ２１、２２によりワークＷに対して加圧力を付勢
した状態のときに、両チップ２１、２２の加圧点がワー
クＷに対してずれないで、いわば加圧点が静止状態とな
るようにしている。そのために、この本発明にあって
は、加圧時における固定溶接チップ２１自体の弾性変形
による収縮変形をも含めて、ガンアーム１５の弾性変形
に伴なう固定溶接チップ２１のワークＷに対する接触点
の変位をロボット軸を補正することにより、いわば静止
状態での溶接を行なうようにしている。この補正データ
は予め後述するようにして求めて変位量を記憶手段に格
納しておく。また、可動溶接チップ２２自体の加圧終了
後における弾性収縮変形量についても、ゼロタッチ位置
から加圧終了までに要するサーボモータ２３による駆動
力の補正値を予め求めておくことになる。

【００１５】次に、ガンアーム１５の加圧時における補
正データの求め方について説明すると、ガンアーム１５
の変形量とサーボモータ２３による加圧力との関係は、
図５の通りに所定の関係があり、ワークＷに対する加圧
力を所望の加圧力Ｆａに設定した場合におけるガンアー
ム１５の変位量δａを求めることができる。これを溶接
されるワークＷの材質や厚み等に応じて予め求めてお
き、制御装置内の変位量記憶手段に変位量ＸR として記
憶させておく。同様に、ゼロタッチ位置から前記加圧力
Ｆａを加えるまでにサーボモータ２３を駆動するための
駆動量補正値を駆動量補ＸG として駆動量記憶手段に記
憶しておく。

【００１６】可動溶接チップ２２が所定の加圧量となっ
たか否かは、サーボモータ２３の電流値を検出すること
により検知される。溶接チップ２１、２２はワークＷの
溶接作業を繰り返して行なうに従って先端が摩耗するこ
とになる。上述のように、溶接チップ２１、２２を高精
度でワークＷに対してゼロタッチ位置決めした後に、溶
接チップ２１、２２がワークＷに対して変位しないしよ
うに、つまりワークＷに対しては溶接チップ２１、２２
が相対的に静止状態となって加圧するように設定するに
は、それぞれの溶接チップ２１、２２の先端部の位置を
高い精度で位置決めする必要がある。そこで、溶接チッ
プ２１、２２の先端の位置を常に把握するために、定期
的に溶接チップ２１、２２の先端の摩耗量を測定し、制
御装置内の記憶手段に摩耗量のデータを格納するように
している。

【００１７】図６は、溶接チップ２１、２２の摩耗量を
測定する装置を示す図であり、固定ポスト２９には、上
下に２つのリミットスイッチＬＳ１とＬＳ２とを設け、
図６に示されるように、可動溶接チップ２２を後退させ
た状態でロボットを作動させてガンアーム１５を移動さ
せることにより、まず、可動溶接チップ２２を上方のリ
ミットスイッチＬＳ１に向けて移動させる。これによ
り、このリミットスイッチＬＳ１がオンしたときにおけ
るガンアーム１５の移動量から可動溶接チップ２２の摩
耗量が検出される。同様にして、下側のリミットスイッ
チＬＳ２に固定溶接チップ２１を接触させることによ
り、固定溶接チップ２１の摩耗量が検出される。このよ
うにして検出された溶接チップ２１、２２の摩耗量のデ
ータを補正することにより、溶接チップ２１、２２のワ
ークＷに対する位置決めが高精度で行なわれる。

【００１８】図７は本発明の溶接ロボットの溶接ガンの
位置決め装置の制御回路を示すブロック図であり、マイ
クロプロセッサＣＰＵ３０には、両溶接チップ２１、２
２の摩耗量を検出するためのリミットスイッチＬＳ１、
ＬＳ２が接続されており、摩耗量を測定する際に、図６
に示されたように、両溶接チップ２１、２２の先端をリ
ミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２に接触させることによ
り、これらがオンした時点におけるガンアーム１５の移
動量とサーボモータ２３の駆動量とからＣＰＵ３０によ
り摩耗量が算出され、それぞれの摩耗量が摩耗量記憶媒
体３１ａに格納される。更に、上述したように、両溶接
チップ２１、２２によりワークＷを加圧した時における
ガンアーム１５の変形によるロボット軸の変位量ＸR を
記憶するための変位量記憶媒体３１ｂがＣＰＵ３０に接
続され、両チップ２１、２２によりワークＷを加圧完了
するまでの可動溶接チップ２２を駆動させるための駆動
量記憶媒体３１ｃがＵＰＵ３０に接続されている。これ
らの記憶媒体は不揮発性メモリーや外部記憶媒体により
構成される。それぞれの記憶媒体３１ｂ、３１ｃには、
上述したように、ワークの厚み等に応じて種々の補正デ
ータが格納されており、溶接開始が指令される際に、操
作パネル３３のキーを用いてワークの種類等を入力する
と、所定の補正データが指定されることになる。また、
ＲＯＭ３２は、ロボットの基本的動作の作動を制御する
ための制御データを格納するメモリーである。

【００１９】ＣＰＵ３０には操作パネル３３からの入力
指令信号が送られるようになっており、この操作パネル
３３に設けられたキーを入力することにより、ロボット
の起動開始やティーチング操作の開始等が指令される。
また、ＣＰＵ３０にはサーボモータの電流値を検出する
検出器３４が接続されており、前述した可動溶接チップ
２２によるワークＷへの加圧力が所定の加圧力となった
か否かがこの検出器３４により検出されるようになって
いる。このＣＰＵ３０からはロボットに組込まれた種々
のロボット軸駆動モータ３５に対して制御信号が送られ
るようになっており、更に、可動溶接チップ２２を作動
するためのサーボモータ２３に対しても制御信号が送ら
れるようになっている。

【００２０】次に、図８及び図９に示されるフローチャ
ートを参照しつつ、本発明の溶接ガンの位置決め装置の
作動手順について説明する。まず、溶接ロボットに電源
が供給された状態で、操作パネル３３に設けられた溶接
スタートスイッチがステップＳ１でオンされると、摩耗
量記憶媒体３１ａ内に予め格納された両溶接チップ２
１、２２の摩耗量の補正値がステップＳ２で読み出され
る。それぞれの補正値に基づいて、両溶接チップ２１、
２２のゼロタッチ位置Ｐ１、Ｐ２がＣＰＵ３０によりス
テップＳ３で演算される。この演算結果により、可動溶
接チップ２１がゼロタッチ位置にまで移動するように、
可動溶接チップ２１の移動距離データとして、ＰU が設
定されると共に、固定溶接チップ２２がゼロタッチ位置
にまで移動するように、固定溶接チップ２１を駆動する
ためのロボット軸の移動距離データとして、ＰL が設定
されることになる（ステップＳ４）。

【００２１】それぞれの移動距離データに基づいてロボ
ット軸とサーボモータ２３とをステップＳ５で駆動させ
ると、図３（Ｂ）に示されるように、両溶接チップ２
１、２２はゼロタッチ位置にまで移動する。次いで、ス
テップＳ６においてゼロタッチ位置まで移動したことが
判断されたならば、ステップＳ７においては、駆動量記
憶媒体３１ｃに格納されている加圧力発生用の補正値Ｘ
G を読み出して、これをステップＳ８においてＰ１の値
に加算することにより、可動溶接チップ２２の目標位置
Ｐ３を求め、この目標位置Ｐ３を可動溶接チップ２２の
位置ＰU としてステップＳ９で指令する。同様にして、
ステップＳ１０においては、変位量記憶媒体３１ｂに格
納されているガンアームの変形量補正値ＸR の値を読み
出して、これをステップＳ１１においてＰ２の値に加算
することにより、固定溶接チップ２１の目標位置Ｐ４を
求め、この目標位置Ｐ４を固定溶接チップ２１の位置Ｐ
L としてステップＳ１２で指令する。このように、ＣＰ
Ｕ３０により、両溶接チップの目標位置が演算される。

【００２２】前記ステップＳ９とＳ１２の処理が終了し
たならば、ステップＳ１３が実行され、ロボット軸が駆
動されると共に、サーボモータ２３が駆動される。次い
で、ステップＳ１４ではガン軸モータつまりサーボモー
タ２３の電流値の検出が開始され、ロボット軸が所定の
距離移動したか否かを検出するためにロボット軸の移動
距離がステップＳ１５でカウントされる。そして、ステ
ップＳ１６ではサーボモータ２３の電流値が所定の電流
値となったか否か、そして、ロボット軸が所定の移動距
離移動したか否かをステップＳ１７で検出することによ
り、位置決め終了か否かが判断される。これらのステッ
プＳ１６、Ｓ１７でＹＥＳと判断されたならば、ステッ
プＳ１８で位置決め完了信号が出力される。

【００２３】このようにして、両溶接チップ２１、２２
のゼロタッチ位置からサーボモータ２３を駆動させて両
溶接チップ２１、２２によりワークＷに加圧力を加える
場合には、加圧力に起因したガンアーム１５の変形量と
それぞれの溶接チップ２１、２２の収縮量を予め記憶媒
体３１ｂ、３１ｃに格納された補正データを読み出して
サーボモータ２３の加圧力とガンアーム１５の変位量と
を加算してロボット軸及びサーボモータを駆動するよう
にしたので、溶接チップ２１、２２はワークＷに対して
変位することなく、いわば静止位置においてワークＷを
溶接することができることになる。これにより、溶接チ
ップ２１、２２はワークＷに対して不要な外力が作用す
ることがなく、溶接品質が大幅に向上することになっ
た。

【００２４】尚、溶接チップ２１、２２は溶接作業を行
なうに従って摩耗することになるので、所定の回数だけ
溶接作業が終了した後に、定期的に摩耗量を測定する作
業を行なう。この摩耗量の計測手順について、図１０に
示されるフローチャートに基づいて説明する。ステップ
Ｓ２０において摩耗量の測定動作の実行が、測定スター
トスイッチにより指令されたならば、図６に示された固
定ブロック２９の測定位置までガンアーム１５を位置決
めするために溶接ロボットＲがステップＳ２１で駆動さ
れる。所定の測定位置まで搬送されたならば、ガンアー
ム１５をステップＳ２２で低速で移動する。例えば、可
動溶接チップ２２の摩耗量を測定するのであれば、ガン
アーム１５を上昇移動させる。これにより、ステップＳ
２３でリミットスイッチＬＳ２がオンとなったことが検
知されたならば、ステップＳ２４でガンアーム１５の移
動を停止させて、その時のロボット軸の位置データをス
テップＳ２５で取込み、新品の溶接チップ２１との位置
決の差つまり摩耗量をステップＳ２６で演算して、その
摩耗量のデータをステップＳ２７で摩耗量記憶媒体３１
ａに格納する。

【００２５】ステップＳ２８でＮＯと判断された場合に
は、固定溶接チップ２１の摩耗量を測定するために、ガ
ンアーム１５は測定位置に再度戻されて、同様の操作が
実行される。固定溶接チップ２１の摩耗量を測定するに
は、ガンアーム１５は下方に向けて移動される。このよ
うにして、両溶接チップ２１、２２の摩耗量が測定さ
れ、補正データが摩耗量記憶媒体３１ａに記憶される。

【００２６】摩耗量を測定する方式としては、図６に示
される方式以外に、固定部材の両側に両溶接チップを挾
み付けるようにして、そのときのサーボモータの電流値
の変化から、チップの摩耗量を測定するようにしても良
い。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、溶接ガ
ンによるワークに対する加圧力の発生と連動させてロボ
ット軸を移動させるようにしたので、高精度で所望の溶
接位置に対してスポット溶接を行なうことができると共
に、高速で溶接チップをワークの所定の位置に位置決め
することができ、生産性の向上とコストの低減を達成す
ることができた。また、パネル材等のワークに対しては
不要な外力が作用することがなくなり、チップの寿命を
長く維持させることができると共に、溶接品質の向上が
達成された。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の一実施例に係る溶接ロボットを示す
斜視図、

【図２】は図１に示されたガンアームの詳細を示す正面
図、

【図３】は本発明の溶接ガンの位置決め装置の作動状態
を示す要部拡大正面図、

【図４】はガンアームの変形状態を示す正面図、

【図５】はサーボモータによるワークへの加圧力とガン
アームの変形との関係を示すグラフ、

【図６】は溶接チップの摩耗量検出装置を示す正面図、

【図７】は本発明の溶接ロボットの溶接ガンの位置決め
装置における制御回路を示すブロック図、

【図８】は本発明の位置決め装置の作動状態を示すフロ
ーチャート、

【図９】は本発明の位置決め装置の作動状態を示すフロ
ーチャート、

【図１０】は溶接チップの摩耗量を測定する場合の溶接
ロボットの作動状態を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…１０…台座、１１…旋回台、１２…ロボット軸、
１３…ロボット軸、１４…溶接ガン、１５…ガンアー
ム、２１…固定溶接チップ、２２…可動溶接チップ、２
３…サーボモータ、３０…ＣＰＵ（演算手段、加圧力判
別手段）、３１ａ…摩耗量記憶媒体、３１ｂ…変位量記
憶媒体、３１ｃ…駆動量記憶媒体、３３…操作パネル、
３５…ロボット軸駆動モータ、Ｒ…ロボット、Ｗ…ワー
ク。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−31462（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261560（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261558（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−31460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30288（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−218554（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−24172（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−24171（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 11/10 - 11/11,11/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ロボットのロボット軸に装着され、
   固定溶接チップと当該固定溶接チップとによりワークを
   溶接する可動溶接チップとが設けられたガンアームと、 前記ガンアームに取付けられ、前記可動溶接チップを前
   記固定溶接チップに向けて前進移動するサーボモータ
   と、 当該サーボモータの電流値を検出する電流値検出手段
   と、 前記両溶接チップにより前記ワークを加圧した時におけ
   る前記ガンアームの変形による前記ロボット軸の変位量
   を記憶する変位量記憶手段と、 前記両溶接チップにより前記ワークを加圧した時におけ
   る前記可動溶接チップ駆動量を記憶する駆動量記憶手段
   と、 前記溶接ロボットの前記ガンアームを前記ワークの位置
   に位置決めする際に、前記固定溶接チップと前記可動溶
   接チップとが前記ワークに接触するゼロタッチ位置に、
   前記変位量記憶手段と前記駆動量記憶手段とから呼び出
   された補正値を加えて前記それぞれの溶接チップの目標
   位置を算出する演算手段と、 前記サーボモータを駆動して前記両チップにより前記ワ
   ークを加圧した時に、当該加圧力が所定の加圧力となっ
   たか否かを前記電流値検出手段からの検出信号に基づい
   て判別する加圧力判別手段とを有する溶接ロボットの溶
   接ガンの位置決め装置。