JP3207062B2 - 電動加圧式抵抗溶接機の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワークを支持して溶接位
置に搬入ないし搬出するワーク搬送ロボットと，ワーク
の打点位置を電極間で加圧，通電して接合する電動加圧
式スポット溶接機とのシーケンス制御により電極開放ス
トローク量を制御する方法とその電極ストローク量から
ワークの板厚値を検出してこれに適応した溶接制御要素
を切り換えるシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の定置式スポット溶接機は，ワーク
（被溶接物）が変わる毎に溶接電流，通電時間をスイッ
チ操作の切り換えにより行ってきた。また加圧力の切り
換えは，エア減圧弁のハンドルを手動で回してその圧力
を圧力ゲージで確認しながら調整するか，または電気信
号により電流に比例した二次圧力が得られる電空比例弁
等をエア回路に付属させて押しボタンスイッチで逐一選
択していた。

【０００３】一方また，溶接条件以外の設定条件として
の開放ストロークの切り換えは手動によりストッパを出
し入れさせて通常は大ストロークと小ストロークの２段
階の切り換えを行ってきた。

【０００４】いずれも従来の定置式スポット溶接機にお
けるシーケンス制御は，図３（Ａ）に示すように，溶接
動作がスクイズ時間→通電時間→保持時間→開放時間と
移行され，その開放時間が終了した後でなければロボッ
トなどのワーク搬送装置を移動し次の溶接位置に移動す
ることができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では，次の
ような問題点があった。 ロボットがワークを保持移動させるシステムにおい
て，ロボットのワーク搬送動作と従来の定置式スポット
溶接機の加圧開放動作との間では，二つの動作を同期
（ラップ）させてサイクルタイムの短縮化を計ることが
できなかった。大幅なサイクルタイムの短縮は望めな
い。 作業者がワークを出し入れさせる場合では，ワークが
変わる毎に，条件切り換えスイッチと押しボタンスイッ
チ等をその都度操作して溶接電流，通電時間，電極加圧
力を切り換え設定しなければならない煩雑さがあった。 また作業中にワークを支えながら切り換えスイッチ及
び押しボタンスイッチを操作する場合は，スイッチの切
り換えを忘れたり設定ミス等により溶接不良を発生する
ことがあった。 電極開放ストロークを切り換えるためにはその都度ス
トッパを調整する必要があり，その操作に手間がかか
る。 適正な電極加圧力制御を精密に行うことができないた
め，ナゲット生成中にスパッタを発生する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで，上記の課題を解
決するための手段として本発明は次のような技術的手段
を講じた。

【０００７】すなわち，本発明の方法はワーク支持具を
介してワークを把持し，これをスポット溶接機の溶接位
置に搬入ないし搬出するワーク搬送ロボットと，作業位
置におけるワークの打点位置を電極間で加圧，通電して
接合する電動加圧式スポット溶接機のシーケンス制御方
法において，前記ロボット制御装置の７軸目を利用して
電動モータによる電極開放ストローク量を無段階に制御
する場合に，前記ロボットの制御と前記スポット溶接機
の制御とを各々の制御装置とすること。

【０００８】さらに前記溶接機の電動モータによる電極
開放ストローク量を前記ロボットの制御装置からの外部
信号により予め設定された複数の電極開放ストローク量
の中から選択するようにしたこと；これにより自動溶接
ラインの生産サイクルタイムを短縮する。

【０００９】もう一つの発明装置は電極の駆動源に電動
モータを用いた電動加圧式スポット溶接機と，前記スポ
ット溶接機の溶接位置にワークを搬入ないし搬出するワ
ーク搬送ロボットとを備え，前記スポット溶接機の制御
と前記ロボットの制御とを各々の制御装置とすることを
条件とする。

【００１０】さらに前記ロボットの制御装置からの信号
授受により予め設定した複数の電極開放ストローク量の
中から選択するようにしたこと；また各種のワーク板厚
に対応した加圧力，電流値，通電時間等の複数の溶接制
御要素を予め溶接制御装置に出力し，実際に電極がワー
クへ当接したときの電極ストローク量から溶接部位の板
厚値を検出し，その検出した板厚信号を前記溶接制御装
置に出力し，前記入力された溶接制御要素の中から前記
検出した板厚値に応じた制御要素を自動的に切換ができ
てロボットの制御と電極ストローク量を含む前記溶接制
御要素とを同期して溶接すること；を条件とする。

【００１１】

【作 用】そして，この発明の請求項１又は請求項２を
採用すれば，図３Ｂに示すように，定置式スポット溶接
機の溶接動作とワーク搬送ロボットのワーク移動の二つ
の動作を必要な最短距離を以て連続的に重ねて動作させ
ることができ，大幅なサイクルタイムを短縮することが
できる。

【００１２】また，請求項３によるとロボットの全６軸
のハンドリングと７軸目の電極加圧力とを切り離すこと
で位置決め動作を精密に制御することができるほか，他
の溶接条件である電流値及び通電時間等と連携して溶接
品質向上に適った制御を行うことができる。また本発明
の請求項４によると，ワークの板厚は電極当接時，つま
り電極が加圧した瞬間に検出することができるので，重
ね合わせ板の合計板厚値から適正な溶接制御要素を自動
的に選択することができる。この場合，電極当接毎に板
厚を監視しているので打点順序を間違えても通電するこ
とはなく，溶接不良を未然に防ぐことができる。したが
って，作業者がワークを持って出し入れする場合でも，
ワーク板厚に応じて適切な溶接制御要素を自動切り換え
が可能となり，従来のようにワークの板厚が変わっても
逐一溶接制御要素を修正し直す必要がなく，ワークを電
極間に挿入するだけで溶接することができる。

【００１３】

【実施例】以下，本発明の１実施例を図面に基づいて説
明する。図１は第１の実施例であって，本発明の請求項
１を実施するための電動式定置型スポット溶接機とワー
ク搬送ロボットのシーケンス制御を行う電気ブロック回
路図の一例を示す。

【００１４】図１のロボット制御装置はＸ軸，Ｓ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸，Ｒ軸，Ｑ軸の６軸制御を基本とするものであ
り，定置式スポット溶接機の電動モータをサーボ制御す
るための７軸を設けたものである。このロボットの７軸
目を利用して電動モータにより駆動される電極ストロー
ク量を無段階に制御するものである。

【００１５】図２は第２の実施例であって，本発明の請
求項２を実施するための電動式定置型スポット溶接機と
ワーク搬送ロボットのシーケンス制御を行う電気ブロッ
ク回路図の一例である。

【００１６】この場合，溶接機の電動モータの制御装置
と，ロボットを動作するロボット制御装置とを備え，前
記ロボット制御装置からの電極ストローク選択信号によ
り予め設定された複数種類の電極開放ストローク量の中
から電動モータの制御装置が電極開放ストロークを選択
するものである。

【００１７】１は周知のワーク搬送ロボットである。ロ
ボットはＸ軸，Ｓ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｒ軸，Ｑ軸の６軸制
御を基本とするものである。２は関節の手首軸，３は手
首軸に連結されたロボットアームである。４はワーク支
持具である。

【００１８】５は電動式定置型スポット溶接機である。
６は上アーム７に搭載された電動加圧ユニットである。
８は電動加圧ユニットにより上下動する上部電極。９は
上部電極に対応し，下アーム１０に支持される下部電極
である。

【００１９】電動加圧ユニット６は，図４より詳細に示
すように電動モータＭの出力軸１１にギアカップリング
１２を介してボールネジ１３が連結され，このボールネ
ジ１３にはボールネジナット１４が組み込まれていて，
このナット１４は上アームのボールスプライン軸受け１
５を貫通したボールスプライン軸１６と連結されて，電
動モータＭによるボールネジ１３の回転運動をボールス
プライン軸１６の直線運動に変換し，上部電極８を上下
移動する。

【００２０】上部電極８の廻り止め機構としてはボール
スプライン軸１６とボールスプライン軸受け１５が兼用
している。

【００２１】図２の実施例において，２０はロボット制
御装置である。この制御装置にはワーク搬送ロボットの
ハンドリングによる各制御軸の位置決めデータが入力さ
れる。ワークはその位置決めデータの起動情報に基づい
て溶接位置に誘導される。

【００２２】２１は電極の適正な加減速度を制御する速
度検出手段で，たとえばタコジエネレータを電動モータ
に設けたものである。２２は電極位置を検出する手段
で，たとえばエンコーダをタコジエネレータと共に電動
モータに設けたものである。

【００２３】なお，速度検出器２１は，電極位置検出手
段２２の出力を定時間ごとにサンプルすることによって
速度を演算して得ることにより，省略することも可能で
ある。

【００２４】上記のロボット制御装置２０はロボットの
６軸の各制御軸のサーボモータの検出器に流れる信号
を，フィードバックして指令値との差に基づいてサーボ
モータの負荷電流を制御してワークを予め教示された起
動経路にそって再現誘導する指令機能を有するものであ
る。

【００２５】２３はサーボ制御装置（ドライブコントロ
ーラ）で，前記６軸制御のロボット制御装置とは分離さ
れており，溶接制御装置（溶接タイマ）と同一制御装置
内部に収納されている。この装置には加圧力設定値と電
極位置設定による指令値と，タコジエネレータ及びエン
コーダからの速度及び電極位置情報が演算処理し電極を
所定速度で所定の位置へ移動する情報指令機能を有す
る。このサーボ制御装置からは電極開放ストローク位置
確認信号をロボット制御装置に出力し，ロボット制御装
置からは電極開放ストローク選択信号を入力する。

【００２６】２４は定置式スポット溶接機への溶接電流
を制御する溶接タイマ及びコンタクタを含む溶接制御装
置である。ロボット制御装置へは溶接完了信号を出力
し，溶接開始信号はロボット制御装置から入力する。

【００２７】上記の構成において，各ステップ毎に最短
距離になるように予め設定された複数の電極開放ストロ
ーク量の中から最適のストローク量の選択信号をロボッ
ト制御装置から授受すると，その指令によってサーボ制
御装置２３が開放時の電極を位置制御する。この時，ロ
ボット制御装置２０から次のステップまでの移動量と時
間の情報も同時に授受すれば，直線補間も円弧補間も可
能になる。

【００２８】開放ストローク量の選択信号は溶接機の開
放動作がワーク搬送ロボットの移動と同時に行われるよ
うに，事前に指示されるのは言うまでもない。また，チ
ップの減り代分を電動モータ側で予め補正しておくこと
も勿論可能である。

【００２９】上部電極の開放ストローク量はワークの凹
凸部に干渉しない物を最小ストロークで避けられる適切
なストロークで，ワークを次の各打点位置へ移動する。

【００３０】以上の第２実施例によると，ロボット制御
装置から外部出力信号として打点毎に電極開放ストロー
ク選択信号がサーボ制御装置に入力され，予め設定記憶
させておいた有段階の開放ストローク量の中から選択さ
れるか，あるいは第１実施例のごとくロボットの７軸目
として制御される場合はロボットの他の１〜６軸と全く
同期した動作となる。

【００３１】どちらの場合も電極チップの摩耗量を空打
ち等により検出し記憶量をその都度補正することはいう
までもない。

【００３２】次に図５は第３実施例を示すもので，電極
のワークへ当接するまでの電極ストローク量（移動距
離）から板厚を検知し，この板厚値に応じた制御要素を
自動的に切り換えて溶接を行うよう一例を示す電気ブロ
ック図である。

【００３３】２５は溶接制御装置で，通常のタイマ部２
６と板厚を演算して求める演算部２７及び各種板厚に適
した電極加圧力，溶接電流値，通電時間等の溶接制御要
素に対応する基準値を記憶する溶接条件設定部２８を含
むものである。

【００３４】２９はモータ制御部で，このモータ制御部
には上記加圧ユニットの電動モータＭとタコジエネレー
タ等の速度検出器３１及び電極位置検出器３０が接続さ
れている。

【００３５】電極位置検出器３０は溶接制御装置の演算
部２７に接続され，電極位置検出器３０からのパルス信
号は演算部に出力される。この電極位置検出器３０はた
とえばエンコーダによりモータの回転数をパルス数に変
換し，そのパルス数をカウントして電極がワークに接触
するまでの移動距離を計測するものである。

【００３６】演算部２７は電極位置検出器３０からの電
極がワークに接触したときの実際のパルス数に基づき板
厚値を求め，さらに求められた板厚値と溶接条件設定部
２８に設定された基準値とを比較し，実際の電極当接時
の板厚に適った溶接制御要素の入力データを引き出し，
それをタイマ部２６に出力する。

【００３７】溶接条件設定部２８には入力データとして
各種の板厚に応じた電極加圧力，溶接電流値，通電時間
等の溶接制御要素が記憶されている。

【００３８】３２は一次側または二次側の電流を検出す
るＣＴで，タイマ部２６に接続されている。タイマ部２
６は電源３３と溶接トランス３４の間に挿入されたサイ
リスタ等の電子スイッチ３５を開閉動作する。

【００３９】次に本発明の第３実施例による動作を説明
する。作業者がワークを出し入れさせる場合は，今，ワ
ークを開放した電極間に挿入し起動ボタンを押して電動
モータを作動し上部電極が下降しワークに当接したと
き，つまり実際に電極がワークへ当接するまでの電極ス
トローク量（移動距離）をパルス信号で計測し，その計
測信号を演算器に出力して板厚値を求める。求められた
板厚値と予め溶接条件設定器に設定した各板厚に応じた
基準値を比較し，実際の電極当接時の板厚に適った溶接
制御要素の入力データを引き出し，それをタイマ部に出
力する。そしてタイマ部からの通電信号で電子スイッチ
を動作し通電を開始する。

【００４０】なお，本発明の実施例においては電動加圧
式スポット溶接機として定置型の溶接機を代表して説明
したが，本発明の各請求項に記載された技術的思想は本
実施例に限定されるものではなく，ロボットガンを含め
た各種の抵抗溶接機にも容易に応用できるシステムであ
ることは言うまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上，本発明によれば，次のような効果
を奏する。ロボットがワークを保持移動させ，電動加
圧式スポット溶接機と組み合わせてシステム制御するこ
とで電動モータの定速度という特性を生かして電極加圧
開放動作とロボットとを最短距離をもって同期させるこ
とによって大幅にサイクルタイムを短縮できる方法にお
いて，溶接条件の一つである7軸目の溶接加圧力の制御
をロボットの6軸のハンドリング制御から切り離して単
独制御として，他の溶接条件である溶接電流値と通電時
間と連携（同期）してコントロールする方が高い溶接品
質を得ることが出来る。またロボットの6軸同期制御で
精密に位置決めを行うとする場合に，オーバシュートし
ないように一番剛性の弱い軸に（ゲインを）合わせて調
整する方法では，電極駆動を含めた７軸目制御において
も同様に同期制御するが，電極ストロークにおいては多
少オーバシュートしても支障ないため６軸とは切り離し
て単独制御した方が位置決め動作を早くすることが可能
になる。作業者がワークを出し入れさせる場合は，ワ
ークが変わる毎に，溶接条件切り換えスイッチと押しボ
タンスイッチ等をその都度操作して溶接電流，通電時
間，電極加圧力を切り換え設定する必要がないなら，ワ
ークを溶接機に挿入するだけで溶接を行うことができ
る。作業中にワークを支えながら切り換えスイッチ及
び押しボタンスイッチを操作する煩わしさがなくなり，
従来のようにスイッチの切り換えを忘れたり設定ミス等
により溶接不良を発生する問題がなくなる。電極開放
ストロークを切り換えるにもその操作に手間がかからな
い。ナゲット生成中におけるスパッタ発生を防止する
ための適正な電極加圧力制御を精密に行うことができ
る。メッキ厚が厚ければメッキの有無も検出でき，溶
接条件選択の正確度が増し，選択の幅が広がる。外部
の加圧軸の位置検出器を別途用意するとエア加圧でも対
応可能となる。ナット溶接でナットの有無・ナットの
裏表，ナットのすえ込み量も検出可能になり，溶接品質
向上に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であって，ロボット制御
の７軸目で電動加圧式定置型スポット溶接機のシーケン
ス制御を行う場合の一例を示す電気ブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施例であって，ロボット制御
装置からの外部信号として電極開放ストローク量選択信
号を電動式定置型スポット溶接機のサーボ制御装置に授
受して複数の電極開放ストローク量の中から選択する場
合の電気ブロック図を示す。

【図３】従来の定置式スポット溶接機とワーク搬送ロボ
ットの動作を示すシーケンス制御図（Ａ）と，本発明方
法の電動加圧式定置型スポット溶接機とワーク搬送ロボ
ットの動作を示すシーケンス制御図（Ｂ）の比較図であ
る。

【図４】本発明方法を実施するための電動式定置型スポ
ット溶接機の電動加圧式ユニットの構造例を示す断面図
である。

【図５】本発明方法の第３の実施例を示す電気ブロック
図である。 【符号の説明〕 １ ワーク搬送ロボット ２ 手首軸 ３ ロボットアーム ４ ワーク支持具 ５ 電動加圧式定置型スポット溶接機 ６ 電動加圧ユニット ７ 上アーム ８ 上部電極 ９ 下部電極 １０ 下アーム １１ 出力軸 １２ ギアカップリング １３ ボールネジ １４ ボールネジナット １５ ボールスプライン軸受け １６ ボールスプライン軸 ２０ ロボット制御装置 ２１ 速度検出手段 ２２ 電極位置検出手段 ２３ サーボ制御装置（ドライブコントローラ） ２４，２５ 溶接制御装置 ２６ タイマ部 ２７ 演算部 ２８ 溶接条件設定部 ２９ レータ制御部 ３０ 電極位置検出器 ３１ 速度検出器 ３２ ＣＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２５Ｊ 9/16 Ｂ２５Ｊ 9/16 (56)参考文献 特開 平６−35529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170576（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261558（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170576（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−97974（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−24187（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/24 B23K 11/11 B25J 9/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク支持具を介してワークを把持し，こ
   れをスポット溶接機の溶接位置に搬入ないし搬出するワ
   ーク搬送ロボットと，作業位置におけるワークの打点位
   置を電極間で加圧，通電して接合する電動加圧式スポッ
   ト溶接機のシーケンス制御方法において，前記ロボット
   制御装置の７軸目を利用して電動モータによる電極開放
   ストローク量を無段階に制御する場合に，前記ロボット
   の制御と前記スポット溶接機の制御とを各々の制御装置
   とし，前記溶接機の電動モータによる電極開放ストロー
   ク量を前記ロボットの制御装置からの外部信号の授受に
   より予め設定された複数の電極開放ストローク量の中か
   ら選択するようにしたことを特徴とする電動加圧式抵抗
   溶接機の制御方法。
2. 【請求項２】電極の駆動源に電動モータを用いた電動加
   圧式スポット溶接機と，前記スポット溶接機の溶接位置
   にワークを搬入ないし搬出するワーク搬送ロボットとを
   備え，前記スポット溶接機の制御と前記ロボットの制御
   とを各々の制御装置とし，前記電極の電動モータのドラ
   イブコントローラを収納した電動加圧式抵抗溶接機の制
   御装置において，前記ロボットの制御装置からの信号授
   受により予め設定した複数の電極開放ストローク量の中
   から選択することを条件とし；さらに各種のワーク板厚
   に対応した加圧力，電流値，通電時間等の複数の溶接制
   御要素を予め溶接制御装置に設定し，実際に電極がワー
   クへ当接したときの電極ストローク量から溶接部位の板
   厚値を検出し，前記検出した板厚信号を前記溶接制御装
   置に出力し，前記設定された溶接制御要素の中から前記
   検出した板厚値に応じた制御要素に切換えができてロボ
   ットの制御と電極ストローク量を含む前記溶接制御要素
   とを同期して溶接することを条件とする電動加圧式抵抗
   溶接機の制御装置。