JP3162638B2 - 溶接チップ摩耗量検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボガンの溶接
チップの摩耗量の測定方法に関する。更に詳しく言え
ば、本発明は、ロボットに搭載して使用され、単一のガ
ン軸で駆動されるサーボガン（１軸サーボガンと言
う。）に取り付けられた溶接チップの摩耗量を測定する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スポット溶接用の溶接ガンとして、ガン
軸の駆動にサーボモータを使用するものが知られてお
り、一般にサーボガンと呼ばれている。多くの場合、サ
ーボガンはロボットに搭載され、ガン軸の制御にはその
ロボットを制御するロボット制御装置が用いられる。サ
ーボガンのガン軸の軸数は１軸あるいは２軸のものが知
られており、各々１軸サーボガン、２軸サーボガンと略
称されている。

【０００３】図１及び図２は、１軸サーボガン、２軸サ
ーボガンの概略構成をロボットアームに装着された状態
で示したものである。両図において、符号１はロボット
アームを表わしており、適当な装着機構２を介して１軸
サーボガン１０あるいは２軸サーボガン２０が取り付け
られている。

【０００４】１軸、２軸いずれのサーボガン１０、２０
についても、スポット溶接を行なうために１対の溶接チ
ップが対向する関係を以て取り付けられる。１軸サーボ
ガン１０の場合には、一方のチップＣ１が固定チップと
して下部ヘッド１１に取り付けられる一方、他方のチッ
プＣ２が可動チップとしてキャリア１３に取り付けられ
る。上部ヘッド１２付近にはキャリア１３を矢印方向に
運動させるためのガン軸（以下、Ｃ２軸と呼ぶ。）の機
構（詳細省略）が設けられる。

【０００５】ガン軸を駆動するサーボモータ並びに位置
検出器（パルスコーダ）は、駆動ユニット部１４に内蔵
されている。また、溶接チップＣ１，Ｃ２への溶接電力
の供給も、駆動ユニット部１４を介して行なわれる。そ
して、ガン軸の制御及び溶接電力の供給制御のために、
駆動ユニット部１４は、ロボット（ロボットアーム１の
み図示）を制御するロボット制御装置（図示省略）に接
続されている。溶接時には、溶接チップ間距離ｄを縮め
る向きにＣ２軸を動作させ、ワークＷ（破線参照）を溶
接チップＣ１，Ｃ２間で挟む位置（閉位置）まで可動溶
接チップＣ２を移動させる。

【０００６】２軸サーボガン２０の場合には、チップＣ
３，Ｃ４が１個づつ可動チップとしてキャリア２３，２
４に取り付けられる。そして、各キャリア２３，２４を
矢印方向に運動させるための２つのガン軸（以下、Ｃ３
軸、Ｃ４軸と呼ぶ。）の機構が上部及び下部ヘッド２
１，２２に設けられる（機構の図示は省略）。これに対
応して、２つの駆動ユニット部２５，２６が設けられ、
Ｃ３軸、Ｃ４軸の駆動並びに溶接チップＣ３．Ｃ４への
溶接電力の供給を行なう。

【０００７】溶接時には、溶接チップ間距離ｄを縮める
向きに両ガン軸を動作させて、ワークＷ（破線参照）を
挟む位置（閉位置）まで可動溶接チップＣ３，Ｃ４を移
動させる。なお、２軸サーボガンを搭載したロボットの
場合、ツール先端点（ＴＣＰ）については、両可動溶接
チップＣ３，Ｃ４の先端２７，２８の中間の位置（ガン
開状態）付近に設定されることが通例である。

【０００８】１軸、２軸のサーボガン１０，２０いずれ
においても、ガンを閉じて溶接を実行する際の溶接チッ
プ間距離ｄは溶接品質を左右する重要なファクタであ
る。上述したように、溶接チップ間距離ｄは単一または
２つのガン軸の位置を通して制御されるから、もし、溶
接チップ間距離ｄとガン軸の位置の間の関係に経時変化
がなければ、多数のワークについて溶接実行時の溶接チ
ップ間距離ｄを適正に保つことはさして困難ではない。

【０００９】しかし、実際にはガンの稼働時間の累積に
伴って溶接チップＣ１〜Ｃ４の摩耗が避けられないため
に、溶接チップ間距離ｄとガン軸の位置の間の関係に経
時変化が起る。即ち、溶接チップの摩耗量に応じて、同
じガン軸位置に対する溶接チップ間距離ｄの実現値が増
大する。その結果、溶接時にワークと溶接チップＣ１，
Ｃ２あるいはＣ３，Ｃ４の間にギャップが生じ、溶接品
質が劣化する。

【００１０】これを回避するには、個別の溶接チップの
摩耗量を適当な頻度で測定し、必要に応じて溶接チップ
交換を行なうか、摩耗量を補償するようなガン軸位置補
正（閉位置補正）やロボット位置の補正（固定溶接チッ
プの位置補正）を行なえば良い。ところが、２軸サーボ
ガンに取り付けられた溶接チップの摩耗量の測定は容易
であるのに対して、１軸サーボガンに取り付けられた溶
接チップの摩耗量を簡便に測定する方法がなかった。

【００１１】図３〜図５は、従来より用いられてい溶接
チップの摩耗量を測定する方法を２軸サーボガンの場合
（図３）、及び１軸サーボガンの場合（図４、図５）に
ついて説明する図である。図３に示したように、２軸サ
ーボガンの場合には、適当な厚さと十分な硬さを持つ平
板治具３（一般には、等厚領域を持つ形状であれば）を
用意し、溶接チップＣ３，Ｃ４の使用開始時（初期状
態）に２軸サーボガン２０でこれをクランプし、Ｃ３
軸、Ｃ４軸の位置をロボット制御装置内部で把握し、メ
モリに記憶しておく。そして、摩耗量の測定を希望する
時（チップ摩耗後）には、ロボットに初期状態と同じ位
置をとらせ、平板治具３を初期状態と同位置でクランプ
し、Ｃ３軸、Ｃ４軸の位置を把握する。

【００１２】初期状態を基準にしたＣ３軸、Ｃ４の移動
量（キャリア２３，２４の移動距離換算値）Δ3 、Δ4
から、直ちに溶接チップＣ３，Ｃ４の摩耗量を求めるこ
とが出来る。

【００１３】これに対して１軸サーボガンの場合には、
固定チップＣ１を移動させるガン軸を持たないから、上
記平板治具３を用いた測定法を適用することが出来な
い。そこで、従来は別途レーザ変位計などの外部機器を
用いた直接測定や、リミットスイッチを利用した方法に
よって摩耗量を測定していた。溶接チップの摩耗量をレ
ーザ変位計を用いて測定する場合には、図４に示したよ
うに、可動ヘッド４を備えたレーザ変位計３をロボット
の側方に配置する。そして、初期状態（破線参照）と測
定時の間に生じた溶接チップＣ１，Ｃ２の先端１５，１
６の変位Δ1 ，Δ2 を計測することにより、溶接チップ
Ｃ１，Ｃ２の摩耗量を測定する。変位Δ1 ，Δ2 は、初
期状態と計測時において可動ヘッド４から出射される計
測用レーザビームＬ１あるいはＬ２が溶接チップＣ１，
Ｃ２の先端１５，１６をかすめる条件を満たす時の可動
ヘッド４の位置変位から求めることが出来る。

【００１４】また、溶接チップの摩耗量をリミットスイ
ッチを用いて測定する場合には、図５（ａ），（ｂ）に
示したように、初期状態及び測定時にリミットスイッチ
ＬＭを適当な位置に位置決めし、ロボットあるいはガン
軸Ｃ２軸）を移動させてリミットスイッチＬＭが付勢さ
れる臨界位置を把握する。初期状態と測定時におけるロ
ボットの臨界位置の差異が固定溶接チップＣ１の摩耗量
を表わしている。同様に、初期状態と測定時におけるＣ
２軸の臨界位置の差異が可動溶接チップＣ２の摩耗量を
表わしている。

【００１５】なお、臨界位置を検出するには、リミット
スイッチＬＭをロボット制御装置に接続し、リミットス
イッチの付勢検出及びそれに応答したロボット停止ある
いはＣ２軸の停止を行なうプログラムをロボット制御装
置に教示しておけば良い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、１軸
サーボガンの場合、外部計測装置やリミットスイッチな
どを用意する必要があり、平板治具を用いる２軸サーボ
ガンの場合に比べて簡便さの点で著しく劣っていた。そ
こで本発明は、２軸サーボガンと同様に平板治具を用い
た簡単な手順によって１軸サーボガンに取り付けられた
溶接チップの摩耗量を求めることが出来る溶接チップ摩
耗量検出方法を提供することにある。また、本発明はそ
の結果をガン軸あるいはロボットの位置補正に利用する
ことを併せて企図している。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、１軸サーボガ
ンと、該１軸サーボガンを搭載したロボットと、それら
のガン軸及びロボット各軸を制御する制御手段を備えた
スポット溶接システムにおいて、１軸サーボガンに取り
付けられた溶接チップの摩耗量を検出する溶接チップ摩
耗量検出方法を提供する。チップ摩耗量の検出は、固定
溶接チップあるいは固定溶接チップと可動溶接チップの
それぞれについて行なうことが出来る。

【００１８】本発明に係る溶接チップ摩耗量検出方法で
は、空間内に適宜定めた所定位置（治具固定位置）に固
定された治具のクランプ動作が、摩耗量算出の基準とな
る状態を確定するためのキャリブレーション段階と、固
定溶接チップの摩耗量、もしくは、固定溶接チップ及び
可動溶接チップのそれぞれの摩耗量を求める段階の双方
で実行される。そして、両段階で取得されたクランプ動
作完了時のロボット位置に基づいて、あるいは、更にガ
ン軸の位置とに基づいて固定溶接チップの摩耗量、もし
くは、固定溶接チップの摩耗量及び可動溶接チップの摩
耗量が求められる。

【００１９】キャリブレーション段階と溶接チップ摩耗
量検出段階におけるクランプ動作のためのロボット移動
は、少なくとも１軸サーボガンの開閉方向に関して、ロ
ボットが外力に順応した動作を許容するソフトフローテ
ィングの状態とする制御の下で生起される。特に好まし
い実施形態においては、ソフトフローティング制御は、
空間内の直交座標系上で１軸サーボガンの開閉方向にフ
ローティングするように設定された条件の下で実行され
る。

【００２０】溶接チップ摩耗量検出段階で求められた溶
接チップの摩耗量（固定溶接チップの摩耗量と可動溶接
チップの摩耗量）は、以降に行なわれるスポット溶接時
のガン軸の位置やロボットの位置の位置補正に利用する
ことが出来る。

【００２１】本発明において最も特徴的なことは、キャ
リブレーション段階と溶接チップ摩耗量測定段階におけ
るクランプ動作にソフトフローティングの手法が適用さ
れていることである。即ち、ロボットを外力に順応した
移動を許容するソフトフローティングの状態におくこと
で、治具を介して反力に転換されたガン軸の推進力によ
ってロボット自体がガンを閉じる方向へ移動が誘起さ
れ、クランプ動作を完了させることが出来る。

【００２２】これは、固定溶接チップを移動させるガン
軸が存在しないために２軸サーボガンにのみ適用可能で
あった治具クランプに基づく摩耗量測定法が、１軸サー
ボガンにも適用可能になったことを意味している。従っ
て、従来のようにレーザ変位計やリミットスイッチのよ
うな外部装置を用意する必要がなく、また、オペレータ
はそれらを操作する煩雑さから解放される。

【００２３】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の溶接チップ摩耗
検出方法が適用されるスポット溶接システムのハードウ
ェア構成を要部ブロック図で示したものである。サーボ
ガン及びその搭載部の構成は図１に示されたものと同じ
であるが、本図では簡略化して描かれている。符号３０
はロボット制御装置を表わしており、ロボットＲＢの各
軸、１軸サーボガン１０のガン軸（Ｃ２軸）並びに１軸
サーボガン１０に対する溶接電力供給の制御を行なう。

【００２４】ロボット制御装置３０は、ホストＣＰＵ３
１、共有ＲＡＭ３２、サーボＣＰＵ３３、サーボアンプ
３４、メモリ３５、教示操作盤用インターフェイス３６
並びに一般外部装置用の入出力装置３８を備えている。
メモリ３５は、システムプログラムが格納されたＲＯ
Ｍ、データの一時記憶用のＲＡＭ、及びシステム（ロボ
ットＲＢと１軸サーボガン１０）の動作を定めた各種プ
ログラムデータが格納された不揮発性メモリを含んでい
る。

【００２５】教示操作盤用インターフェイス３６に接続
された教示操作盤３７は、プログラムデータの入力、修
正、登録や、ジョグ送り指令、再生運転指令等のマニュ
アル入力に利用される。また、外部装置用入出力装置３
８に接続された溶接用電力電源装置３９は、前述した駆
動ユニット１４を介して溶接用電力を供給する。

【００２６】再生運転あるいはジョグ送りには、ホスト
ＣＰＵ３１はロボットの各軸及び付加軸として設定され
たガン軸（Ｃ２軸）に対する移動指令を作成し、共有Ｒ
ＡＭ３２へ出力する。サーボＣＰＵ３３はこれを短周期
で読み出し、ロボット各軸並びにガン軸（Ｃ２軸）の位
置検出器（パルスコーダ）から送られてくる位置信号
（フィードバック）信号に基づいてサーボ処理を実行
し、各軸のサーボアンプ３４に電流指令を出力し、ロボ
ット各軸及びガン軸（Ｃ２軸）のサーボモータを駆動す
る。

【００２７】上述した構成と機能は、通常のスポット溶
接ロボットシステムのそれと特に変わるところはない。
本実施形態が従来と異なるのは、メモリ３５に溶接チッ
プ摩耗量測定のための動作に関連した処理（後述）を定
めたプログラム及びパラメータが格納されていることで
ある。同動作には、治具クランプに際してのソフトフロ
ーティングの動作が含まれている。ソフトフローティン
グ動作実行時にはに、ホストＣＰＵ３１からソフトフロ
ーティングの信号が出力され、サーボＣＰＵ３３がソフ
トフローティング信号に適合したサーボ処理（詳細後
述）を実行してロボットの所定の軸を柔軟に動作させ
る。

【００２８】以下、以上の事項を前提に、本発明に従っ
た溶接チップ摩耗量検出方法の実施手順と関連処理につ
いて説明する。先ず、図７、図８を参照図に加えて実施
手順と測定原理の概要を項分けして述べる。

【００２９】［手順の概要］ １．前述した２軸サーボガンの溶接チップ摩耗量測定
（図３参照）で使用したと同様の平板治具３を用意す
る。 ２．摩耗量算出の基準とした時点（典型的には溶接チッ
プの装着から使用開始までの間）、ロボットに搭載され
た１軸サーボガン１０が接近し易い適当な位置に治具３
を位置決めし、適当な固定機構（図示省略）で十分な堅
固さを以て固定する。位置決め姿勢は、ロボット座標系
ΣR のＺ軸方向に法線が向くようなものとする。以
下、治具３のこの位置を「治具固定位置」と呼ぶ。ま
た、溶接チップ使用開始前あるいはこれに代わる摩耗量
算出の基準時の状態を「初期状態」と呼ぶ。

【００３０】３．図７（ａ）に示したように、１軸サー
ボガン１０が治具３をクランプ出来る適当な位置にロボ
ットを移動させ、位置決めする。以下、このロボット位
置（ツール先端点など、ロボットを代表する点の位置・
姿勢。以下同様。）を「クランプ動作開始ロボット位
置」と呼び、Ａ（４×４同次変換行列）で表わす。治具
クランプ開始位置は、最初の治具クランプ時（初期状
態）に教示しても良いし、それ以前に教示しても良い。

【００３１】４．ロボットをソフトフローティングによ
る制御を開始する。上記３．の移動・位置決め時からソ
フトフローティングを開始しても良いが、位置決めの正
確さを期すためには、上記３．の移動・位置決め完了後
にソフトフローティングを開始することが好ましい。ソ
フトフローティングの条件は、ロボットに少なくともＺ
軸方向（ガン開閉方向）の柔らかさを持ち得るように定
められる。本実施形態では、Ｚ軸方向（ガン開閉方向）
のみ柔らかさを持つような方式を採用する（詳細は後
述）。これにより、治具３のクランプ時にサーボガン１
０が傾くことが防止される（サーボガン１０が傾いた場
合には、傾斜を補償する補正が必要）。

【００３２】５．次いで、図７（ｂ）に示したように、
１軸サーボガン１０のＣ２軸を動作させ、キャリア１３
（可動溶接チップＣ２）のヘッド１１へ向かっての移動
を開始させる。Ｃ２軸の移動目標位置は、サーボガン１
０の通常の閉動作に比してある程度遠方）（位置Ｐで例
示）に設定（教示）しておく。

【００３３】これは、下記６．のソフトフローティング
によるロボット移動で図７（ｃ）の状態（治具３のクラ
ンプ）を確実に実現するためである。もし、位置Ｐがヘ
ッド１２側から見て近すぎると、溶接チップ摩耗後のラ
ンプ動作（下記１２．参照）は完了しない恐れがある。

【００３４】６．位置Ｐに向かって移動を開始した可動
溶接チップＣ２の先端１６は、位置Ｐに到達する前に治
具３の上面に当接し、キャリア１３は更にヘッド１１に
向かって移動を続行しようとする。ところが、治具３は
堅固に固定されているために可動溶接チップＣ２の先端
の空間内での移動はブロックされるので、ガン軸による
推進力はロボット自体を上方へ押し上げようとする反力
に転換される。

【００３５】その結果、Ｚ軸方向の柔らかさを持つ条件
でソフトフローティング状態にあるロボットは、クラン
プ動作開始位置（破線表示位置）を維持出来ず、図７
（ｃ）に示したように上方（＋Ｚ軸方向）へ移動を開始
し、やがて固定溶接チップＣ１の先端１５が治具３の下
面に当接して停止する（治具３のクランプ動作完了）。
この時点のロボット位置を「クランプ動作完了ロボット
位置」と呼び、記号Ｂ（４×４同次変換行列）で表現す
る。同様にこの時点のガン軸（Ｃ２軸）位置を「クラン
プ動作完了ガン軸位置」と呼び、記号ｇ（スカラー）で
表現する。ここで、Ｂ，ｇは溶接チップＣ１，Ｃ２の摩
耗量に応じて変化する変量であることに注意する必要が
ある。

【００３６】なお、治具３は溶接チップＣ１，Ｃ２、特
にＣ２（ガン軸はソフトフローティング対象外）から強
い力を受けるので、治具３の材料は、この状態において
両溶接チップＣ１，Ｃ２の挟圧力に耐えるもの（例え
ば、鋼鉄板、セラミック板など）が選ばれる。

【００３７】７．クランプ動作完了後、クランプ動作完
了ロボット位置とクランプ動作完了ガン軸位置を記憶す
る。ここで記憶されるのは初期状態におけるＢ，ｇの値
であるから、添字としてinitial を付して、各々Ｂini
t，ｇinitで表わす。

【００３８】初期状態における以上の手順をキャリブレ
ーションと呼ぶことにする。下記、８．以降の手順は溶
接チップ摩耗量の測定時（一般には、溶接チップ摩耗
後）に実行される。 ８．治具３を治具固定位置に再度位置決めする。 ９．ロボットを再度クランプ動作開始ロボット位置に位
置決めする。

【００３９】１０．初期状態と同じ条件（上記４．参
照）でソフトフローティングによる制御を開始する。

【００４０】１１．次いで、初期状態と同じ条件（上記
５．参照）でＣ２軸を動作させ、溶接チップＣ２の先端
１６の位置Ｐへ向かっての移動を開始させる。 １２．上述６．の場合と同様に、治具３からの反力を利
用して、Ｚ軸方向の柔らかさを持つ条件でソフトフロー
ティング状態にあるロボットを＋Ｚ軸方向へ移動させ、
治具３をクランプする。

【００４１】１３．ロボット停止（クランプ動作完了）
を確認したら、クランプ動作完了ロボット位置とクラン
プ動作完了ガン軸位置を記憶する。ここで記憶されるの
は測定時（チップ摩耗後）における値であるから、符号
Ｂ，ｇに添字としてmeasを付して、各々Ｂmeas，ｇmeas
で表わす。

【００４２】１４．初期状態と測定時（摩耗量検出時）
のＢ，ｇの値、Ｂinit，ｇinit，Ｂmeas，ｇmeasから、
溶接チップＣ１，Ｃ２の摩耗量を求める。図８に示した
ように、固定溶接チップＣ１の摩耗量δ1 は、初期状態
と測定時のロボット位置ＢのＺ成分値の差（フローティ
ングで移動した距離）に等しい。また、測定時と初期状
態との間のガン軸移動量（空間内移動量換算値）は、固
定溶接チップＣ１の摩耗量δ1 と可動溶接チップＣ２の
摩耗量δ2 の和となる。従って、 δ1 ＝｜Ｚmeas−Ｚinit｜ ・・・（１） δ2 ＝｜（ｇmeas−ｇinit）｜−δ1 ＝｜（ｇmeas−ｇinit）｜−｜Ｚmeas−Ｚinit｜ ・・・（２） となる。ここで、Ｚmeas，Ｚinitは各々初期状態並びに
測定時におけるロボット位置ＢのＺ成分値である。

【００４３】１５．求められた溶接チップＣ１，Ｃ２の
摩耗量δ1 ，δ2 に基づいて、（ａ）初期状態からの摩
耗の影響を除去するための補正処理を実行するか、ある
いは（ｂ）溶接チップＣ１，Ｃ２を交換する（例：摩耗
量が限界を越えているケース）。

【００４４】（ａ）の補正処理は、ロボットの溶接位置
（サーボガン１０の閉動作を行なわせるロボット位置）
をδ1 だけ＋Ｚ軸方向へシフトさせるとともに、ガン軸
（Ｃ２軸）をδ2 だけ−Ｚ軸方向へシフトさせるととも
のであれば良い。ここでは、ロボットの各溶接位置並び
にサーボガン１０の閉位置に関して位置シフト量を指定
する位置補正レジスタをメモリ３５に設定しておき、こ
の位置補正レジスタにδ1 及びδ2 を格納する。以後、
再生運転時には位置補正レジスタに格納された値に基づ
き、溶接時のロボット位置がδ1 だけ＋Ｚ軸方向へシフ
トされ、サーボガン１０の閉位置がδ2 だけ上方シフト
（固定溶接チップＣ１との距離を縮小するような方向へ
のシフト）される。

【００４５】なお、固定溶接チップＣ１，Ｃ２を新品と
交換した場合には、これを新たな初期状態と考え、上記
レジスタ値を０にクリアする。以後、キャリブレーショ
ン→溶接チップの使用→摩耗量検出→補正処理／溶接チ
ップ交換とレジスタクリアを繰り返せば良いことは説明
を要しないであろう。

【００４６】［処理の概要］上記説明した手順１．〜１
５．に対応する処理（ホストＣＰＵ３１及びサーボＣＰ
Ｕ３３）の概要を図９にフローチャートで示した。各ス
テップの要点は次の通りである。なお、治具３の位置決
め、キャリブレーション／摩耗量測定のモード選択（ス
テップＳ９参照）及び摩耗量補償補正実行／非実行のモ
ード選択は完了しているものとする。モード選択は、例
えば教示操作盤３７によるモードフラグ値設定によって
行なわれる。

【００４７】ステップＳ１；ロボットをクランプ動作開
始位置Ａへ移動移動させ、位置決めする。 ステップＳ２；教示操作盤３７からのマニュアル入力に
従って、ロボットのソフトフローティングのための条件
設定を行なう。ここでは、フローティングによりＺ軸方
向（ガン開閉方向）のみ柔らかさを持つような条件設定
が行なわれる（詳細は後述）。なお、このステップはス
テップＳ１の開始前の準備段階で済ましておくことも出
来る。

【００４８】ステップＳ３；ロボットのソフトフローテ
ィング有効化。ステップＳ２で設定されたフローティン
グ条件を表わすデータがホストＣＰＵ３１によって共有
ＲＡＭ３２へ書き込まれる。サーボＣＰＵ３３はこれを
読み出して指定されたソフトフローティング条件の下で
ソフトフローティングの処理を開始する。これにより、
ロボットはクランプ動作開始位置を維持しようとしつつ
も、Ｚ軸方向の外力を受けるとＺ軸方向に変位する状態
となる。

【００４９】ステップＳ４；ガン軸（Ｃ２軸）の移動指
令を出力する。移動目標位置は、前述した位置Ｐに相当
する位置である。 ステップＳ５；ガン軸移動とそれに続くソフトフローテ
ィングによるロボット移動が収束するに必要な時間（適
当な設定時間）の経過を待ってステップＳ６に進む。

【００５０】ステップＳ６；ロボットのソフトフローテ
ィング終了のための処理。ホストＣＰＵ３１は、ロボッ
トのソフトフローティング終了のメッセージを共有ＲＡ
Ｍ３２へ書き込む。サーボＣＰＵ３３はこれを読み出し
て元の（フローティング有効化以前）の条件の下での処
理を再開する。但し、位置偏差及び速度偏差のレジスタ
値を０にクリアし、ロボットに現在位置（クランプ動作
完了位置）を維持させる。

【００５１】ステップＳ７；ホストＣＰＵ３１はロボッ
トの各軸位置を共有ＲＡＭ３２から取り込む。 ステップＳ８；取り込まれた各軸位置を順変換し、ロボ
ット座標系ΣR 上のデータＢに変換する。なお、ガン
軸については変換を行なわない。 ステップＳ９；設定されているモードが、「キャリブレ
ーション」か「摩耗量測定」かを判別し、「キャリブレ
ーション」であればステップＳ１０へ進み、「摩耗量測
定」であればステップＳ１１へ進む。

【００５２】ステップＳ１０；クランプ動作完了ロボッ
ト位置とクランプ動作完了ガン軸位置を記憶する。キャ
リブレーションでは、Ｂinit，ｇinitをメモリ３５内の
バッファに書き込む。また、位置補正レジスタの値（溶
接ロボット位置補正量及びガン軸閉位置）をクリアして
０とする。キャリブレーションのモードが選択されてい
る場合（初期状態）における処理はこのステップＳ１０
で完了する。

【００５３】ステップＳ１１；摩耗量測定のモードが選
択されている場合（摩耗後の測定）には、キャリブレー
ション時に格納されたＢinit，ｇinitと、今回のクラン
プ動作完了ロボット位置Ｂmeasとクランプ動作完了ガン
軸位置ｇmeasを使って前出の式（１），（２）の計算を
実行し、固定溶接チップＣ１の摩耗量δ1 と可動溶接チ
ップＣ２の摩耗量δ2 を算出する。なお、摩耗量測定結
果及び関連メッセージは、教示操作盤３７、アラーム音
等を通してオペレータに報知されることが好ましい。

【００５４】ステップＳ１２；設定されているモード
が、「摩耗量補償補正実行」か「摩耗量補償補正非実
行」かを判別し、前者であればステップＳ１３へ進み、
後者であれば処理を終了する。

【００５５】ステップＳ１３；位置補正レジスタに溶接
ロボット位置補正量としてδ1 、ガン軸閉位置補正量と
してδ2 を書き込み、処理を終了する。これにより、以
降の溶接時には、ロボット位置がδ1 だけ＋Ｚ軸方向へ
シフトされ、サーボガン１０の閉位置がδ2 だけ上方シ
フト（固定溶接チップＣ１との距離を縮小するような方
向へのシフト）される。従って、溶接チップＣ１，Ｃ２
に摩耗が生じていても、各チップの先端１５，１６に未
摩耗の状態と等価な閉位置をとらせることが可能にな
り、スポット溶接の品質の劣化が防止される。

【００５６】最後にソフトフローティングについて説明
する。一般に、ソフトフローティングは、ロボットの運
動に弾力性（柔らかさ）を持たせる制御方式であり、ソ
フトフローティングされたロボットに外力が作用した時
には、ロボットがこれに順応し、外力を打ち消すように
変位する。

【００５７】ソフトフローティングの方式としては、
（１）各軸上ソフトフローティング、（２）直交座標系
上ソフトフローティングが知られている。前者は、ロボ
ット各軸毎に柔らかさ（バネ定数）を設定し、ロボット
各軸別に外力に対する順応性を持たせる方式で、例えば
特開平６−３３２５３８号公報に詳細な開示がある。一
方、後者は空間内の直向座標系の各座標軸方向に関して
柔らかさ（バネ定数）を設定して空間内の方向別に外力
に対する順応性の大小を指定出来る方式で、例えば特開
平８−２２７３２０号公報）に詳細な開示がある。

【００５８】本発明でソフトフローティングを用いる目
的は、サーボガンの閉動作時に生じるガン軸開閉方向
（溶接チップ先端１５，１６を結ぶ直線に沿った方向）
の反力を利用してロボットを変位させるためである。従
って、本発明で採用されるソフトフローティングは、少
なくともガン軸開閉方向の外力に順応して該方向への変
位を許容するようなものである必要がある。

【００５９】上記（１）の方式を全ロボット軸あるいは
一部のロボット軸（ガン軸開閉方向の運動に関与しない
軸を除外）に適用すれば、上記条件は一応満たされる。
しかし、この方式を適用した場合、各軸の柔らかさを調
整してもガン軸開閉方向以外の方向成分の柔らかさを十
分に抑制することが実際上難かしい。そのため、ロボッ
トがガン軸開閉方向以外の運動を起し易く、サーボガン
姿勢が傾斜する恐れがある。

【００６０】これに対して、上記（２）の方式をロボッ
トがガン軸開閉方向以外の方向の柔らかさを抑える条件
で適用すれば、サーボガン姿勢の傾斜の恐れなく、円滑
な治具クランプ動作をキャリブレーション時及び摩耗量
測定時に達成出来る。そこで、ここでは主として上記
（２）の直交座標系上ソフトフローティングについて概
略を述べる。

【００６１】一般に、ロボットのアームを駆動する各軸
のサーボモータの制御は、通常、位置制御ループ及び速
度制御ループを有するサーボ系によって制御されてい
る。図１０は、これを示したブロック図で、符号１０１
は位置ループゲインＫp の項、符号１０２は速度ループ
ゲインＫv の項である。また符号１０３，１０４はモー
タの伝達関数の項であり、各々トルク定数Ｋｔ、イナー
シャＪで表わされる。更に、符号１０５はモータ速度ｖ
を積分してモータ位置ｑを求める伝達関数で、ｓはラプ
ラス演算子を表わしている。

【００６２】ホストＣＰＵ３１の処理で作成される移動
指令ｒと位置検出器から出力されるモータ位置ｑより位
置偏差ｅが算出され、該位置偏差ｅに位置ループゲイン
Ｋｐを乗じて速度指令ｖc が出力される。更に、速度偏
差ｅが速度指令ｖc とモータ速度ｖより算出され、この
速度偏差ｅに速度ループゲインＫｖを乗じてトルク指令
ｔc が出力される。そして、該トルク指令ｔc に応じた
駆動電流がモータに供給される。なお、速度ループの制
御においては、Ｐ制御に代えてＰＩ制御またはＩＰ制御
が適用されることもある。

【００６３】このようなサーボ系（ＰＩ制御もしくはＩ
Ｐ制御）において、位置ループゲインＫｐ及び速度ルー
プゲインＫｖを十分小さくすれば、位置偏差ｅが０にな
っていなくとも速度指令ｖc 及びトルク指令ｔc の値の
増大が抑止される。従って、その時点におけるトルクに
打ち勝つ外力を作用させれば、外力に順応する（負け
る）運動を生じさせることが可能になる。

【００６４】ソフトフローティングはこの考え方を基礎
にしたもので、ソフトフローティング有効指令の入力時
に、通常制御時のゲイン値Ｋｐ，Ｋｖを予め十分に小さ
く設定されたソフトフローティング用ゲイン値Ｋｐ’，
Ｋｖ’に各々切り換える方式で実施することが出来る。
ソフトフローティング用ゲイン値Ｋｐ’，Ｋｖ’の設定
をロボット各軸毎に行なうのが上述（１）の方式であ
る。

【００６５】今、仮にサーボガンが６軸ロボットに搭載
されており、図７（ａ）に示した治具クランプ動作開始
姿勢において第１軸、第５軸及び第６軸がＺ軸方向の運
動に関与しない場合であれば、これら第１軸、第５軸及
び第６軸を除く第２軸、第３軸及び第４軸についてのみ
ソフトフローティング用ゲイン値Ｋｐ’，Ｋｖ’への切
換を行なうことで、ガン軸動作によるＺ軸方向のロボッ
ト変位（治具クランプ動作）が可能になる。但し、上述
したように、この手法では他方向成分の運動を抑えるこ
とが困難である。

【００６６】直交座標系上で選択的にソフトフローティ
ングを有効化する手法を用いればこの難点は回避出来
る。以下、便宜的に項分けしてこの手法を説明する。 ［１］先ず、空間内に定義された直交座標系（ここでは
ΣR ）上でのサーボの柔らかさを表わすパラメータの組
を設定する。設定は、例えば教示操作盤３７から入力さ
れる。ソフトフローティングを有効化した場合には、前
記設定されたパラメータの組と、直交座標系上での位置
偏差から直交座標系上での力が計算される。

【００６７】そして、この力を逆動力学で解いて各軸の
トルクＴi （ｉ＝１，２・・・ｎ；但し、ｎはロボット
の軸数）を求め、このトルクＴi と位置ループ処理のゲ
インＫp （通常制御用に設定されている値）と、速度ル
ープ処理のゲインＫv （通常制御用に設定されている
値）に基づいて算出されたＥi を、各軸の前記位置ルー
プ処理の入力とした処理を行なうことにより、直交座標
系上で指定された柔らかさが実現される。

【００６８】柔らかさの調節は、パラメータの組の設定
を通して実行される。位置ループ処理の入力Ｅi は、前
記トルクＴi （ｉ＝１，２・・・ｎ；但し、ｎはロボッ
トの軸数）を前記位置ループ処理のゲインＫp と速度ル
ープ処理のゲインＫv の積で除すことによって算出する
ことが出来る。

【００６９】重力の影響を考慮する必要のある場合に
は、位置ループ処理の出力が予め定められた積分ゲイン
で積分され、速度ループ処理の出力に足し込まれてトル
ク指令が出力される。その際の足し込み量には一定の制
限を設けることで、柔らかさが失われることを防止す
る。

【００７０】［２］直交座標系（ΣR ；Ｏ−ＸＹＺ）上
でのロボット動作制御の柔らかさは、次のように表わす
ことが出来る。 Ｋx （ｘd −ｘ）＝Ｆx ・・・（３） Ｋy （ｙd −ｙ）＝Ｆy ・・・（４） Ｋz （ｚd −ｚ）＝Ｆz ・・・（５） ここで、 Ｋx ，Ｋy ，Ｋz ；Ｘ，Ｙ，Ｚ各座標系軸方向に関する
柔らかさの程度を表わすパラメータ ｘ，ｙ，ｚ ；直交座標系上でのフィードバック（Ｘ，
Ｙ，Ｚ各成分） ｘd ，ｙd ，ｚd ；直交座標系上での位置指令（Ｘ，
Ｙ，Ｚ各成分） Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ；ツール先端点にかかる力（位置指令
で指定された位置に移動しようとする力のＸ，Ｙ，Ｚ各
成分）、 である。

【００７１】従って、直交座標系上でソフトフローティ
ングを実現する為には、ロボットの動作時に上記（１
１）〜（１３）式中のパラメータＫx ，Ｋy ，Ｋz の値
を（可変に定められた）一定値に保つような各軸の柔軟
制御を行なうサーボ系を構築すれば良いことになる。

【００７２】上記（３）〜（５）式は、ツール先端点に
かかる力Ｆx ，Ｆy ，Ｆz が、パラメータＫx ，Ｋy ，
Ｋz と、直交座標系上における位置偏差で表わされるこ
とを示している。

【００７３】一方、逆動力学のアルゴリズムとして良く
知られているＮｅｗｔｏｎ−Ｅｅｌｅｒ法（Ｌｕｈのア
ルゴリズムとも呼ばれる。）を用いれば、ツール先端点
にかかる力Ｆx ，Ｆy ，Ｆz から、ロボットの各軸に必
要なトルクτi （ｉ＝１，２・・・ｎ；ｎはロボットの
軸数、以下同様。）を求めることが出来る。

【００７４】Ｎｅｗｔｏｎ−Ｅｅｌｅｒ法は、例えば
「機械系のためのロボティクス」（遠山茂樹 著；総合
電子出版社、１９９１年５月３０日第２版発行；ｐ５５
〜ｐ６５）に詳しいのでその詳細は省略し、使用される
アルゴリズムの結論部分のみを記せば次のようになる。
このアルゴリズムは、初期化、フォワードルーチン、バ
ックワードルーチンで構成される。

【００７５】フォワードルーチンでは、ベース座標系Σ
0 側からロボット手先側に向かって各リンクの運動学的
な情報が計算される。一方、バックルーチンでは、ロボ
ット手先側からベース座標系Σ0 側へ向かって各リンク
に作用する力／モーメントかが計算される。

【００７６】

【数１】 各記号の意味は次の通りである。 ｎ_i ⁽ⁱ⁾；ｉ−１番目の軸で駆動されるリンク（以下、リ
ンクｉ−１などと言う。）からリンクｉに及ぼされるト
ルクのΣi 表示。但し、Σi はｉ番目の軸上に設定され
た座標系Σi を表わす。 ｆ_i ⁽ⁱ⁾；リンクｉ−１からリンクｉに及ぼされる力のΣ
i 表示 Ｆ_i ⁽ⁱ⁾；リンクｉに及ぼされる外力ベクトルのΣi 表示 Ｎ_i ⁽ⁱ⁾；リンクｉに及ぼされるモーメントベクトルのΣ
i 表示 Ｒ_i ；座標系変換行列Ａi の主座の３×３行列で、回転
を表わす。なお、座標系変換行列Ａi は、ｉ番目の軸上
に設定された座標系Σi からｉ−１番目の軸上に設定さ
れた座標系Σi-1 への座標変換行列である。但し、座標
系Σ0 は前記直交座標系よ一致させたベース座標系にと
る。

【００７７】ｐ_i ^*；Σi 表示のΣi-1 原点からΣi 原点
への位置ベクトル ｇ；重力ベクトル ｓ_i バー；Σi 表示のリンクｉの重心位置を示す位置ベ
クトル Ｉ_i ；Σi 表示のリンクｉの重心周りの慣性モーメント ｚ₀ ；Σ0 のＺ軸方向の単位ベクトルで、Σ0 上では
（０，０，１）と表わされる ｂ_i ；ｉ番目の関節軸の粘性抵抗 ｑ_i ；ｉ番目の関節軸の軸変数で、ｑi ＝θi （リンク
ｉの角度）として良い ω，ωドット；Σ0 表示のリンクｉの角速度、角加速度 上記アルゴリズムにおいて使用される諸量は、ロボット
の構造パラメータ、各軸の位置、速度、加速度等から計
算される。また、前述の式（３）〜（５）に従って位置
偏差（ｘd −ｘ），（ｙd −ｙ），（ｚd −ｚ）と柔ら
かさを表わすパラメータＫx ，Ｋy ，Ｋz から定められ
るＦx ，Ｆy ，Ｆz は、上記アルゴリズム中のｆn+1
⁽ⁿ⁺¹⁾ に取入れられる。ｆn+1⁽ⁿ⁺¹⁾ は、Σn+1 をツー
ル座標系として定義することにより、ツール座標系の原
点に働く力をツール座標系上で表わしていると考えるこ
とが出来る。

【００７８】そこで、ツール座標系の姿勢を表わす現在
データを行列Ｕとし、Ｆ＝（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）^T ＝
（Ｆx⁽⁰⁾，Ｆy⁽⁰⁾，Ｆz⁽⁰⁾）^T とすれば、行列演算ＵＦ
によって、Ｆx ，Ｆy ，Ｆz のツール座標系上の表現が
計算される。これをＦ⁽ⁿ⁺¹⁾ ＝（Ｆx⁽ⁿ⁺¹⁾，Ｆy⁽ⁿ⁺¹⁾，
Ｆz⁽ⁿ⁺¹⁾）^T とすれば、ｆn+1⁽ⁿ⁺¹⁾ ＝Ｆ⁽ⁿ⁺¹⁾ とな
る。

【００７９】ここで、重力を考慮しない条件；ｇ＝
（０，０，０）で上記アルゴリズムを用いて求められた
軸ｉのトルクτi （ｇ＝０）をＴi とすれば、その軸の
サーボ系は次のように表わされる。

【００８０】 Ｋp Ｋv Ｅi ＝Ｔi ・・・（６） 但し、Ｋp は位置ループゲイン、Ｋv は速度ループゲイ
ン、Ｅi は軸ｉの位置ループの入力を表わしている。図
１１は、このサーボ系を図１０に準じた表記で示したも
のである（Ｋp ，Ｋv は便宜上各軸共通の表記とした
が、各軸毎に設定される場合にはＫp ，Ｋv に代えてＫ
pi，Ｋviとすれば良い）。図１０と図１１の差異は位置
ループ処理への入力がｅからＥi に変わっていることで
ある。即ち、各軸の位置ループ入力Ｅi は従来のサーボ
系（図１０参照）における位置偏差ｅのように、その軸
ｉの位置指令ｒと位置フィードバックｑの偏差で定義さ
れるものではないことである。

【００８１】このＥi は、直交座標系上でのサーボの柔
らかさを表わすパラメータの組Ｋx，Ｋy ，Ｋz と直交
座標系上での位置偏差（ｘd −ｘ），（ｙd −ｙ），
（ｚd−ｚ）から計算される力を逆動力学で解いて求め
られた各軸のトルクＴi と、位置ループゲインＫp と、
速度ループゲインＫv に基づいて算出されたものであ
る。

【００８２】換言すれば、このＥi は、直交座標系上で
パラメータＫx ，Ｋy ，Ｋz で表わされる柔らかさを実
現させる為にそのロボット軸のサーボ系が持つべき柔ら
かさに応じて各軸の位置偏差ｅを修正したものと解釈す
ることも出来る。Ｅを次式（１５）で記す。 Ｅ＝Ｔ／（Ｋp Ｋv ） ・・・（７） 以上のことから、各軸について上記（７）式で決定され
るＥi を各軸の位置ループ入力とすることにより、前述
の関係式（３）〜（５）で表わされる直交座標系上での
柔らかさを実現するに必要なトルクＴi が発生する。従
って、前述のステップＳ２において、Ｋx を十分小さく
設定する一方、Ｋy及びＫz を十分大きく設定すれば、
Ｚ軸方向のみの柔らかさを実現することが出来る。

【００８３】次に重力の作用を考慮する。重力の作用を
考慮に入れた制御は、図１１に示したサーボ系に積分器
を付加することで達成出来る。これを、図１１に準じた
表記で図１２に示す。図１２において、Ｋp ，Ｋv は便
宜上各軸共通の表記としたが、各軸毎に設定される場合
にはＫp ，Ｋv に代えてＫpi，Ｋviとすれば良いことは
図１１の場合と同様である。図１１と図１２の差異は、
Ｅi を入力とする位置ループ処理で出力される速度指令
ｖc に対して重力分を補償する積分項１０６（Ｋg ／
ｓ；但し、Ｋg は積分器のゲイン）が計算され、速度指
令ｖc を入力とする速度ループ処理で計算されるトルク
Ｔi に足し込まれることである。

【００８４】この積分項１０６は、鉛直上向き方向につ
いてトルク不足となる状態を回避する手段を提供するも
のである。例えば本実施形態の如く、直交座標系ΣR の
Ｚ軸を鉛直上向き方向にとり、Ｋz を小さく（柔らかさ
は大）に設定した場合、積分項１０６がない場合にはＴ
i だけでは重力に打ち勝つことさえ出来ず、落下事故を
起こす可能性がある。積分項１０６があれば、Ｔi だけ
では重力に打ち勝つことが出来なくとも、ゲインＫg に
応じてトルクＴi'が増大し、十分なトルクが発生する。

【００８５】但し、この積分項１０６で表わされる積分
器には重力分のトルクが溜まる性質があるので、積分器
の出力に一定の制限値を設ける必要がある。もし、制限
値を設けないと、積分器に外力以上の力が溜り、柔らか
さを失ってその軸の指令位置に向かう強制的な動きが発
生する。

【００８６】そこで、ソフトフローティング起動時に積
分器に溜っている値（出力）をＩGRとして、ソフトフロ
ーティング時には次のような制限を設ける。ＩSOFT-LIM
の値はチューニング等によって各軸毎に適当に設定さ
れる。 IF Ｉ＞ＩGR＋ＩSOFT-LIM THEN Ｉ＝ＩGR＋ＩSOFT-LIM ・・・（８） IF Ｉ＜ＩGR−ＩSOFT-LIM THEN Ｉ＝ＩGR−ＩSOFT-LIM ・・・（９） このような重力を考慮した手法を、前述した条件（Ｋx
とＫy は大、Ｋz は小）で適用すれば、落下事故の心配
なく治具クランプ動作を行なうことが出来る。

【００８７】［３］上記［１］，［２］の説明を前提
に、ソフトフローティング条件設定とソフトフローティ
ング制御の処理（図９ステップＳ２〜ステップＳ４に対
応）について補足説明する ユーザは、教示操作盤３７に付設されたＬＣＤに図１３
に示されたような柔らかさ入力画面を呼び出す。そし
て、ΣR のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の各々について個別に
所望の値を画面入力する。入力される数値が小さい程柔
らかい状態が設定され、入力される数値が大きい程硬い
状態が設定される。

【００８８】ここでは、Ｘ軸方向；Ｋx ＝２０ｋｇ／ｃ
ｍ、Ｙ軸方向；Ｋy ＝２０ｋｇ／ｃｍ、Ｚ軸方向；Ｋz
＝１ｋｇ／ｃｍを設定した例が示されている。Ｋz がＫ
x ，Ｋy に比べて非常に小さいことに注意されたい。

【００８９】直交座標系ソフトフローティングが有効に
されると図１４に示した処理が所定周期で実行され、作
用の欄で説明した原理によって、ソフトフローティング
が発揮される。先ず、ステップＨ１では、直交座標系Σ
0 上における位置偏差と設定されたパラメータ（Ｋx ，
Ｋy ，Ｋz ）を用いて、直交座標系ΣR 上における力
（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）を求める。直交座標系ΣR 上にお
ける位置偏差は、各軸における位置偏差から順運動学で
計算出来る。続くステップＨ２では、直交座標系Σ0 上
で求められた力（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）をロボットの現在
姿勢データを用いてツール座標系Σn+1 上のデータ（Ｆ
x⁽ⁿ⁺¹⁾，Ｆy⁽ⁿ⁺¹⁾，Ｆz⁽ⁿ⁺¹⁾）に変換する。

【００９０】更に、（Ｆx⁽ⁿ⁺¹⁾，Ｆy⁽ⁿ⁺¹⁾，Ｆz⁽ⁿ⁺¹⁾）
＝（ｆx⁽ⁿ⁺¹⁾，ｆy⁽ⁿ⁺¹⁾，ｆz⁽ⁿ⁺¹⁾）として、作用の欄
で説明したＮｅｗｔｏｎ−Ｅｕｌｅｒ法により、各軸の
トルクＴi を計算し（ステップＨ３）、Ｔi ／（Ｋp Ｋ
v ）から位置ループ入力Ｅiを計算する（ステップＨ
４）。計算された位置ループ入力Ｅi を入力とする位置
ループ処理、位置ループ出力を入力とする積分処理と速
度ループ処理、積分処理と速度ループ処理の出力を加算
するトルク指令作成処理等を実行すれば（ステップＨ
５）、図１３の設定画面通りのソフトフローティングが
発揮される。積分処理と速度ループ処理の出力の加算
は、設定されたＩSOFT-LIMの下で、前出の（８），
（９）式の制限を守った範囲で行なわれる。

【００９１】なお、直交座標系上で柔らかさを表わすパ
ラメータの設定は画面入力で行なったが、動作プログラ
ムの中で指定する方式としても良い。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、２軸サーボガンと同様
の治具とソフトフローティングの手法を組み合わせた方
式によって、１軸サーボガンに取り付けられた溶接チッ
プの摩耗量をオペレータに重い負担をかけずに検出する
ことが出来る。また、検出結果に応じてガン軸あるいは
ロボットの位置補正を補正することで、溶接チップ摩耗
に起因したスポット溶接の品質劣化を防止することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】１軸サーボガンの概略構成をロボットアームに
装着された状態で示したものである。

【図２】２軸サーボガンの概略構成をロボットアームに
装着された状態で示したものである。

【図３】２軸サーボガンの溶接チップの摩耗量を測定す
る従来方法について説明する図である。

【図４】１軸サーボガンの溶接チップの摩耗量をレーザ
変位計を用いて測定する従来方法について説明する図で
ある。

【図５】１軸サーボガンの溶接チップの摩耗量をリミッ
トスイッチを用いて測定する従来方法について説明する
図である。

【図６】本発明の溶接チップ摩耗検出方法が適用される
スポット溶接システムのハードウェア構成を要部ブロッ
ク図で示したものである。

【図７】実施形態における治具クランプ動作について説
明する図である。

【図８】実施形態における固定溶接チップ摩耗量の測定
原理について説明する図である。

【図９】実施形態におけるロボット制御装置内の処理の
概要について説明する図である。

【図１０】従来のサーボ系の構成を示したブロック図で
ある。

【図１１】重力を考慮せずに直交座標系上ソフトフロー
ティングを実行するサーボ系の構成を示したブロック図
である。

【図１２】重力を考慮して直交座標系上ソフトフローテ
ィングを実行するサーボ系の構成を示したブロック図で
ある。

【図１３】直交座標系上で柔らかさを入力する為の画面
を説明する図である。

【図１４】直交座標系上ソソフトフローティング有効化
時の処理の概要を説明するフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−99973（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−31460（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−155036（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−312274（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−70675（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−9573（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/11 B23K 11/24 G01B 21/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １軸サーボガンと、該１軸サーボガンを
   搭載したロボットと、前記１軸サーボガンのガン軸と前
   記ロボットの各軸を制御する制御手段を備えたスポット
   溶接システムにおいて前記１軸サーボガンに取り付けら
   れた固定溶接チップの摩耗量を求める溶接チップ摩耗量
   検出方法であって、 前記固定溶接チップが摩耗量算出の基準となる初期状態
   において、空間内の所定位置に固定された治具を前記１
   軸サーボガンの前記ガン軸移動と前記ロボットの移動に
   よってクランプするクランプ動作を伴うキャリブレーシ
   ョンの段階と、 該キャリブレーション段階以降の前記固定溶接チップが
   摩耗量が進行した状態において、前記所定位置に固定さ
   れた治具を前記１軸サーボガンの前記ガン軸移動と前記
   ロボットの移動によってクランプするためのクランプ動
   作を伴う溶接チップ摩耗量検出段階を含み、 前記キャリブレーション段階と前記溶接チップ摩耗量検
   出段階は各々、前記ロボットをクランプ動作開始位置に
   位置決めする段階と、前記ガン軸を閉じる向きに駆動す
   ることにより、前記ガン軸の移動とそれに後続する前記
   ロボットの移動を生起させて前記治具のクランプ動作を
   実行する段階と、前記クランプ動作完了時の前記ロボッ
   ト位置を取得する段階を含み、 前記溶接チップ摩耗量検出段階は、更に、前記キャリブ
   レーション段階と前記溶接チップ摩耗量検出段階で各々
   取得された前記クランプ動作完了時の前記ロボット位置
   に基づいて前記固定溶接チップの摩耗量を求める段階を
   含んでおり、 前記キャリブレーション段階と前記溶接チップ摩耗量検
   出段階において生起される前記ロボット移動は、少なく
   とも前記１軸サーボガンの開閉方向への移動に関して、
   外力に順応した動作を許容するソフトフローティングの
   状態とする制御の下で実行される、前記方法。
2. 【請求項２】 １軸サーボガンと、該１軸サーボガンを
   搭載したロボットと、前記１軸サーボガンのガン軸と前
   記ロボットの各軸を制御する制御手段を備えたスポット
   溶接システムにおいて前記１軸サーボガンに取り付けら
   れた固定溶接チップと可動溶接チップの摩耗量を検出す
   る溶接チップ摩耗量検出方法であって、 前記両溶接チップが摩耗量算出の基準となる初期状態に
   おいて、空間内の所定位置に固定された治具を前記１軸
   サーボガンの前記ガン軸移動と前記ロボットの移動によ
   ってクランプするクランプ動作を伴うキャリブレーショ
   ンの段階と、 該キャリブレーション段階以降の前記両溶接チップが摩
   耗量が進行した状態において、前記所定位置に固定され
   た治具を前記１軸サーボガンの前記ガン軸移動と前記ロ
   ボットの移動によってクランプするためのクランプ動作
   を伴う溶接チップ摩耗量検出段階を含み、 前記キャリブレーション段階と前記溶接チップ摩耗量検
   出段階は各々、前記ロボットをクランプ動作開始位置に
   位置決めする段階と、前記ガン軸を閉じる向きに駆動す
   ることにより、前記ガン軸の移動とそれに後続する前記
   ロボットの移動を生起させて前記治具のクランプ動作を
   実行する段階と、前記クランプ動作完了時の前記ガン軸
   位置と前記ロボット位置を取得する段階を含み、 前記溶接チップ摩耗量検出段階は、更に、前記キャリブ
   レーション段階と前記溶接チップ摩耗量検出段階で各々
   取得された前記クランプ動作完了時の前記ガン軸位置と
   前記ロボット位置に基づいて前記固定溶接チップの摩耗
   量と前記可動溶接チップの摩耗量を求める段階を含んで
   おり、 前記キャリブレーション段階と前記溶接チップ摩耗量検
   出段階において生起される前記ロボット移動は、少なく
   とも前記１軸サーボガンの開閉方向への移動に関して、
   外力に順応した動作を許容するソフトフローティングの
   状態とする制御の下で実行される、前記方法。
3. 【請求項３】 外力に順応した動作を許容するソフトフ
   ローティングの状態とする前記制御が、前記空間内の直
   交座標系上で前記１軸サーボガンの開閉方向に前記ロボ
   ットがソフトフローティングするように設定された条件
   の下で実行される、請求項１に記載された溶接チップ摩
   耗量検出方法。
4. 【請求項４】 外力に順応した動作を許容するソフトフ
   ローティングの状態とする前記制御が、前記空間内の直
   交座標系上で前記１軸サーボガンの開閉方向に前記ロボ
   ットがソフトフローティングするように設定された条件
   の下で実行される、請求項２に記載された溶接チップ摩
   耗量検出方法。
5. 【請求項５】 前記溶接チップ摩耗量検出段階で求めら
   れた前記固定溶接チップと前記可動溶接チップの摩耗量
   が、以降に行なわれるスポット溶接時の前記ガン軸の位
   置と前記ロボットの位置の位置補正に利用される、請求
   項２または請求項４に記載された溶接チップ摩耗量検出
   方法。