JP3347436B2 - スポット溶接ガンのチップ交換方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロボットに設けたス
ポット溶接用の溶接ガンの電極チップを交換するための
スポット溶接ガンのチップ交換方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スポット溶接は、例えば自動車の生産に
おいて、車体を形成する鋼板相互の接合における最も有
効な手段として用いられているが、近年では溶接ガンを
ロボットに持たせて自動溶接を行う方法が主流となって
いる（昭和５５年４月２０日株式会社山海堂発行 自動
車工学全書第１９巻「自動車の製造法」参照）。

【０００３】溶接ガンには、被溶接物を挟持加圧し電流
を流すための一対の電極チップが装着されている。この
電極チップは、使用するに従って徐々に磨耗し、磨耗が
激しい場合には先端を研磨するが、使用頻度が高くなる
と交換する必要が生じてくる。

【０００４】電極チップの交換は、作業者が手作業で行
うマニュアル交換が一般的であるが、この方法は、溶接
作業にロボットを使用しているにも拘らず作業者が行う
ものであるので、溶接作業の途中で人による作業が入り
込むことになり、作業者にとって作業が煩雑であるとと
もに、交換作業に手間取ると、生産性が低下するという
問題が発生する。

【０００５】これに対し、電極チップの交換を自動化し
たものを図４に示す。スポット溶接用の溶接ガン１はロ
ボット３のアーム先端に装着されており、溶接ガン１に
は一対の電極チップ５が取り付けられている。一方、溶
接ガン１の電極チップ５の交換を行うオートチップ交換
機７は、交換機本体９及びモータ１１を備え、制御盤１
３によって駆動制御される。

【０００６】上記自動化したものにおいては、ロボット
３は、図４に示すように溶接ガン１をオートチップ交換
機７に対して必要位置まで近付け、オートチップ交換機
７の一連の制御動作により電極チップ５の交換がなされ
る。交換後は、溶接ガン１が後退し、再び溶接作業が行
われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の自動化された電極チップの交換方法では、オ
ートチップ交換機７において、チップ交換動作を行うた
めの専用の動作機構及び制御部を設ける必要が生じ、コ
スト高を招くという問題がある。

【０００８】そこで、この発明は、コスト高を招くこと
なく電極チップの交換作業を自動化することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、溶接用ロボットがそのロボット
アームに設けた溶接ガンを、あらかじめ教示された動作
プログラムに従って、所定の被溶接部に移動させ、一対
の電極チップにて被溶接部を挟み、加圧力を付与してス
ポット溶接を行うスポット溶接ガンのチップ交換方法に
おいて、前記電極チップは、前記溶接ガンにシャンクを
介して着脱可能に装着され、前記溶接ガンを、あらかじ
め教示された前記溶接用ロボットの動作プログラムに従
って、チップ抜き機に設けたチップ抜き板に対し側方か
ら接近させて、前記電極チップと前記シャンクとの間に
前記チップ抜き板を係合させ、かつ前記電極チップをク
ランプ機構で挟持固定した後、前記溶接用ロボットの動
作ブログラムに従って、前記溶接ガンを、回転させるこ
とで電極チップとシャンクとの結合を緩ませた後、電極
チップのシャンク側の端部がチップ抜き板に接触する方
向に移動させて電極チップをシャンクから引き抜き、さ
らに前記溶接用ロボットの動作ブログラムに従って、電
極チップが引き抜かれた溶接ガンを、電極チップが配置
されたチップスタンドまで移動させ、新たな電極チップ
を装着するよう溶接ガンを移動させる方法としてある。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明のチッ
プ交換方法において、電極チップとシャンクとの結合部
は、一方が先端が細いテーパ形状の結合突起を有し、他
方がこの結合突起が挿入され結合突起に対応して先端が
狭いテーパ形状の結合凹部を有している。

【００１１】

【００１２】請求項３の発明は、溶接用ロボットがその
ロボットアームに設けた溶接ガンを、あらかじめ教示さ
れた動作プログラムに従って、所定の被溶接部に移動さ
せ、一対の電極チップにて被溶接部を挟み、加圧力を付
与してスポット溶接を行うスポット溶接ガンのチップ交
換装置において、前記電極チップが着脱可能に装着され
る溶接ガンのシャンクと電極チップとの間に係合されて
電極チップのシャンク側の端部に接触可能なチップ抜き
板及び電極チップを挟持固定するクランプ機構をそれぞ
れ備えたチップ抜き機と、電極チップが配置されるチッ
プスタンドと、溶接ガンの前記チップ抜き機及びチップ
スタンドに対するそれぞれの進退移動動作、溶接ガンを
前記チップ抜き板の側方から接近させて電極チップとシ
ャンクとの間にチップ抜き板を係合させ、かつこの状態
で電極チップを前記クランプ機構で挟持固定しつつ溶接
ガンを回転させて電極チップとシャンクとの結合を緩ま
せるとともに、電極チップのシャンク側の端部が前記チ
ップ抜き板に当接する方向に溶接ガンを移動させて電極
チップをシャンクから引く動作及び、電極チップをシャ
ンクから引き抜いた状態でのチップスタンドにおける新
たな電極チップの装着動作を、それぞれあらかじめ教示
した動作プログラムに従って行わせる前記ロボットアー
ムを備えた溶接用ロボットとを有する構成としてある。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３の発明の構成
において、電極チップとシャンクとの結合部は、一方が
先端が細いテーパ形状の結合突起を有し、他方がこの結
合突起が挿入され結合突起に対応して先端が狭いテーパ
形状の結合凹部を有する構成としてある。

【００１４】

【作用】このようなスポット溶接ガンのチップ交換方法
または装置によれば、あらかじめ教示された動作プログ
ラムに従って動作して溶接作業を行う溶接用ロボットに
より、同様にしてあらかじめ教示された動作プログラム
に従って、電極チップとシャンクとの間にチップ抜き板
を側方から係合させ、かつ電極チップをクランプ機構で
挟持固定し、この状態で溶接ガンを回転させて電極チッ
プとシャンクとの結合を緩ませるとともに電極チップを
シャンクから引き抜くよう溶接ガンを移動させ、新たに
電極チップをシャンクに装着する際にも、前記動作プロ
グラムに従って、溶接用ロボットが溶接ガンをチップス
タンドまで移動させて装着動作を行う。このため、チッ
プ抜き機及びチップスタンドには、チップ交換動作を行
うための専用の動作機構及び制御部が不要であり、一方
溶接用ロボット側には、溶接ガンのチップ抜き機及びチ
ップスタンドに対する進退移動、電極チップの着脱動作
のためのロボット動作を、それぞれあらかじめ動作プロ
グラムとして教示しておく必要があるが、これは現状の
溶接動作を教示しておく動作プログラムと同様に容易に
でき、専用のソフト及びハードウェアも不要であること
から、全体としてコストダウンが達成される。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１６】図１は、この発明の一実施例に係わるスポ
ット溶接ガンのチップ交換装置を示している。図１
（ａ）はスポット溶接用のロボット（汎用６軸多関節型
など）１５を示しており、このロボット１５は、ロボッ
トアーム１７の先端にガンブラケット１９を介してスポ
ット溶接用の溶接ガン２１が装着されている。溶接ガン
２１は、ガンブラケット１９に取り付けられるガンアー
ム２３を備え、ガンアーム２３の上部アーム２３ａ及び
下部アーム２３ｂに、相互に対向するようにシャンク２
５ａ，２５ｂを介して電極チップ２７ａ，２７ｂがそれ
ぞれ装着されている。

【００１７】ガンアーム２３の上部アーム２３ａの上面
には、上部の電極チップ２７ａをシャンク２５ａととも
に下部の電極チップ２７ｂに対して接近離反する方向に
移動させるサーボモータ２９が装着されている。

【００１８】図２は、後述する図１（ｂ）のチップ抜き
機３０に電極チップ２７ａ（２７ｂ）付近を係合させた
状態を図１（ｂ）の矢印Ａ方向から見たもので、シャン
ク２５ａ（２５ｂ）の先端の電極チップ２７ａ（２７
ｂ）が結合される結合突起３１ａ（３１ｂ）は、先端側
が細くなるようなテーパ形状を呈しており、この形状に
対応して電極チップ２７ａ（２７ｂ）の結合穴３３ａ
（３３ｂ）も先端側が狭くなるようなテーパ形状となっ
ている。このため、電極チップ２７ａ（２７ｂ）は、シ
ャンク２５ａ（２５ｂ）先端の結合突起３１ａ（３１
ｂ）に押し込むだけで、溶接ガン２１に装着することが
可能である。この装着時には、電極チップ２７ａ（２７
ｂ）のシャンク２５ａ（２５ｂ）側の端部となる端面
と、シャンク２５ａ（２５ｂ）先端の結合突起３１ａ
（３１ｂ）の基端部との間に隙間ｔが形成されている。

【００１９】上記のような溶接ガン２１を備えたスポッ
ト溶接用のロボット１５は、あらかじめ教示されたプロ
グラムに従って所定の被溶接部に移動し、一対の電極チ
ップ２７ａ，２７ｂにて被溶接部を挟み、加圧力を付与
して電流を流し、スポット溶接を行う。

【００２０】一方、上記溶接ガン２１の電極チップ２７
ａ，２７ｂの交換には、溶接ガン２１に装着されている
電極チップ２７ａ，２７ｂを抜き取る図１（ｂ）に示す
チップ抜き機３０及び、新たな電極チップを溶接ガン２
１に取り付けるための図１（ｃ）に示すチップスタンド
３４が利用される。

【００２１】チップ抜き機３０は、基台３５上にスタン
ド３７が立設され、スタンド３７の上端にチップ抜き板
３９が取り付けられている。チップ抜き板３９は、スタ
ンド３７から側方に突出した一側部に切欠凹部３９ａが
形成され、この切欠凹部３９ａには、電極チップ２７
ａ，２７ｂの抜き取り時に、前記図２に示した隙間ｔに
おける結合突起３１ａ，３１ｂが側方の開口側から挿入
される。すなわち、この挿入によって、電極チップ２７
ａ，２７ｂとシャンク２５ａ，２５ｂとの間にチプ抜き
板３９が係合する状態となる。

【００２２】チップ抜き板３９の下方のスタンド３７側
部には、チップ抜き板３９と同方向に突出する取付ブラ
ケット４１を介してエアシリンダ４３が装着されてい
る。エアシリンダ４３のロッド４５先端にはクランプ板
４７が取り付けられ、クランプ板４７に対向する位置に
は、一側部がスタンド３７に固定される固定ストッパ４
９が配置されている。クランプ板４７は、図２に示すよ
うに、二点鎖線で示す位置と実線で示す位置との間を移
動可能であり、実線位置となった状態で、固定ストッパ
４９との間で電極チップ２７ａ，２７ｂを挟持固定可能
となる。このため、エアシリンダ４３，クランプ板４７
及び固定ストッパ４９などにより、電極チップ２７ａ，
２７ｂを挟持固定するクランプ機構５１を構成している
ことになる。

【００２３】

【００２４】チップスタンド３４は、図１（ｃ）に示す
ように、基台５３上にスタンド５５が立設され、スタン
ド５５の上端にはチップ受台５７が設けられている。チ
ップ受台５７には、複数（ここでは５個）のチップ受け
穴５７ａが形成され、この各チップ受け穴５７ａには、
新品の電極チップ５９が、結合穴５９ａを上方に向けた
状態でセットされている。

【００２５】スポット溶接用ロボット１５は、溶接ガン
２１の前述した溶接動作に加え、チップ抜き機３０及び
チップスタンド３４に対するそれぞれの進退移動動作、
溶接ガン２１のシャンク２５ａ，２５ｂの先端付近がチ
ップ抜き機３０の切欠凹部３９ａに係合された状態での
電極チップ２７ａ，２７ｂの引き抜き動作及び、電極チ
ップ２７ａ，２７ｂを溶接ガン２１から引き抜いた状態
でのチップスタンド３４における新たな電極チップ５９
の装着動作が、ロボット動作としてあらかじめプログラ
ムされている。

【００２６】つまり、前記図２において、電極チップ２
７ａ，２７ｂが装着されるシャンク２５ａ，２５ｂ先端
の結合突起３１ａ，３１ｂでの隙間ｔにおける中央部の
点Ｐ1 ，Ｐ2 が、ロボット１５の動作座標系に、それぞ
れツール座標系１及びツール座標系２としてそれぞれ定
義され、次に示す動作内容がロボット１５に事前教示さ
れている。

【００２７】（１）図２の状態での、Ｚ軸まわりの角度
・速度・回動回数がそれぞれ定義された回転動作 （２）図２の状態での、Ｘ軸またはＹ軸まわりの角度・
速度・回動回数がそれぞれ定義された回転動作 上記のように構成されたスポット溶接ガンのチップ交換
装置の動作を、図３に示すフローチャートに基づき説明
する。まず、溶接ガン２１をチップ抜き機３０にアプロ
ーチさせ、図２に示すように、結合突起３１ａ（３１
ｂ）の露出部位をチップ抜き板３９の切欠凹部３９ａに
側方から進入させる（ステップ１０１）。このとき、電
極チップ２７ａ（２７ｂ）はクランプ機構５１のクラン
プ板４７と固定ストッパ４９との間に位置しており、他
方の電極チップ２７ｂ（２７ａ）はクランプの邪魔にな
らないように、サーボモータ２９により電極チップ２７
ａ，２７ｂ相互間を充分離しておく。この状態で、エア
シリンダ４３を動作させ、電極チップ２７ａ（２７ｂ）
をクランプ板４７と固定ストッパ４９との間にクランプ
する（ステップ１０３）。なお、このクランプ機構５１
は、電極チップ２７ａ，２７ｂの側方をクランプ板４７
に当接させ、電極チップ２７ａ，２７ｂをチップ抜き機
３０に固定保持するだけであるので、この例で示すよう
に、クランプ板４７，固定ストッパ４９，エアシリンダ
４３といった簡単な機構を付加するだけでよい。

【００２８】この状態で、ロボット動作により、溶接ガ
ン２１をツール座標系１のＺ軸まわりに回転動作を行っ
て（ステップ１０５）、電極チップ２７ａ（２７ｂ）に
対して捩じりを加え、さらに、溶接ガン２１をツール座
標系１のＸ軸またはＹ軸まわりの回転動作を行って（ス
テップ１０７）、電極チップ２７ａ（２７ｂ）に対して
曲げを加える。これにより、電極チップ２７ａ（２７
ｂ）と結合突起３１ａ（３１ｂ）との結合は緩み、この
状態で、ロボット動作により、溶接ガン２１を上方に移
動させて、結合突起３１ａ（３１ｂ）を電極２７ａ（２
７ｂ）から引き抜き、エアシリンダ４３を動作させて電
極チップ２７ａ（２７ｂ）に対するクランプを解除する
（ステップ１０９）。

【００２９】電極チップ２７ａ（２７ｂ）が引き抜かれ
たら、溶接ガン２１をチップ抜き機３０から後退させ
て、チップスタンド３４における新品チップ５９の上方
にシャンク２５ａ（２５ｂ）先端の結合突起３１ａ（３
１ｂ）が位置するよう移動位置決めを行う（ステップ１
１１）。この状態で溶接ガン２１を下降させ、先端の結
合突起３１ａ（３１ｂ）を電極チップ５９の結合穴５９
ａに挿入し電極チップ５９を装着する（ステップ１１
３）。装着後は、溶接ガン２１をチップスタンド３４か
ら後退させる（ステップ１１５）。

【００３０】複数の新品の電極チップ５９はチップ受け
台５７のチップ受け穴５７ａに並べられており、ロボッ
ト１５のパレタイズ機能などを用いて順次装着位置をオ
フセットしていくことができる。また、新品の電極チッ
プ５９を装着した後は、サーボモータ２９を作動させ
て、一対の電極チップ相互の加圧・開放を数回繰り返
し、これにより電極チップの装着状態を充分なものとす
る。反対側の電極チップに対しても、例えば溶接ガン２
１を反転させることで同様に交換動作を行う。

【００３１】このように、溶接ガン２１における電極チ
ップ２７ａ，２７ｂを交換する際には、ロボット１５の
動作により、電極チップ２７ａ，２７ｂの抜き取り及
び、新たな電極チップ５９の装着を行うようにしたた
め、チップ抜き機３０及びチップスタンド３４には、チ
ップ交換動作を行う専用の動作機構及び制御部が不要で
あり、コスト低減が達成される。

【００３２】また、ロボット１５側には、溶接ガン２１
のチップ抜き機３０及びチップスタンド３４に対する進
退移動動作、電極チップの着脱動作のためのロボット動
作を、それぞれプログラミングする必要があるが、これ
は現状の溶接動作と同様に容易にでき、専用のソフト及
びハードウェアも不要であることから、全体としてコス
トダウンが達成される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、あらかじめ教示された動作プログラムに従って溶
接作業を行う溶接用ロボットにより、同様にしてあらか
じめ教示された動作プログラムに従って、電極チップと
シャンクとの間にチップ抜き板を側方から係合させるよ
う溶接ガンを移動させ、かつ電極チップをクランプ機構
で挟持固定し、この状態で溶接ガンを回転させて電極チ
ップとシャンクとの結合を緩ませるとともに、電極チッ
プのシャンク側の端部がチップ抜き板に接触する方向に
溶接ガンを移動させて電極チップを引き抜き、新たな電
極チップの装着についても、前記動作プログラムに従っ
て動作する溶接ガンの移動により行うようにしたため、
チップ抜き機及びチップスタンドには、チップ交換動作
を行うための専用の動作機構及び制御部が不要であり、
コスト低減を達成することができる。

【００３４】また、ロボット側には、溶接ガンのチップ
抜き機及びチップスタンドに対する進退移動、電極チッ
プの着脱動作のためのロボット動作を、それぞれプログ
ラミングする必要があるが、これは現状の溶接動作と同
様に容易にでき、専用のソフト及びハードウェアも不要
であることから、全体としてコストダウンを達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のチップ交換装置に係わる
もので、（ａ）はロボットにおける溶接ガンの側面図、
（ｂ）はチップ抜き機の斜視図、（ｃ）はチップスタン
ドの斜視図である。

【図２】図１のチップ交換装置における電極チップを抜
き取る状態を示す作用説明図である。

【図３】図１のチップ交換装置における電極チップの交
換動作を示すフローチャートである。

【図４】従来例を示すチップ交換装置の全体構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ５ ロボット １７ ロボットアーム ２ １ 溶接ガン ２５ａ，２５ｂ シャンク ２７ａ，２７ｂ 電極チップ ３０ チップ抜き機 ３１ａ，３１ｂ 結合突起 ３３ａ，３３ｂ 結合凹部 ３４ チップスタンド ３９ チップ抜き板 ５１ クランプ機構

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭62−118688（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−90177（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−85386（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−85387（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/12 - 11/36 330

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接用ロボットがそのロボットアームに
   設けた溶接ガンを、あらかじめ教示された動作プログラ
   ムに従って、所定の被溶接部に移動させ、一対の電極チ
   ップにて被溶接部を挟み、加圧力を付与してスポット溶
   接を行うスポット溶接ガンのチップ交換方法において、
   前記電極チップは、前記溶接ガンにシャンクを介して着
   脱可能に装着され、前記溶接ガンを、あらかじめ教示さ
   れた前記溶接用ロボットの動作プログラムに従って、チ
   ップ抜き機に設けたチップ抜き板に対し側方から接近さ
   せて、前記電極チップと前記シャンクとの間に前記チッ
   プ抜き板を係合させ、かつ前記電極チップをクランプ機
   構で挟持固定した後、前記溶接用ロボットの動作ブログ
   ラムに従って、前記溶接ガンを、回転させることで電極
   チップとシャンクとの結合を緩ませた後、電極チップの
   シャンク側の端部がチップ抜き板に接触する方向に移動
   させて電極チップをシャンクから引き抜き、さらに前記
   溶接用ロボットの動作ブログラムに従って、電極チップ
   が引き抜かれた溶接ガンを、電極チップが配置されたチ
   ップスタンドまで移動させ、新たな電極チップを装着す
   るよう溶接ガンを移動させることを特徴とするスポット
   溶接ガンのチップ交換方法。
2. 【請求項２】 電極チップとシャンクとの結合部は、一
   方が先端が細いテーパ形状の結合突起を有し、他方がこ
   の結合突起が挿入され結合突起に対応して先端が狭いテ
   ーパ形状の結合凹部を有することを特徴とする請求項１
   記載のスポット溶接ガンのチップ交換方法。
3. 【請求項３】 溶接用ロボットがそのロボットアームに
   設けた溶接ガンを、あらかじめ教示された動作プログラ
   ムに従って、所定の被溶接部に移動させ、一対の電極チ
   ップにて被溶接部を挟み、加圧力を付与してスポット溶
   接を行うスポット溶接ガンのチップ交換装置において、
   前記電極チップが着脱可能に装着される溶接ガンのシャ
   ンクと電極チップとの間に係合されて電極チップのシャ
   ンク側の端部に接触可能なチップ抜き板及び電極チップ
   を挟持固定するクランプ機構をそれぞれ備えたチップ抜
   き機と、電極チップが配置されるチップスタンドと、溶
   接ガンの前記チップ抜き機及びチップスタンドに対する
   それぞれの進退移動動作、溶接ガンを前記チップ抜き板
   の側方から接近させて電極チップとシャンクとの間にチ
   ップ抜き板を係合させ、かつこの状態で電極チップを前
   記クランプ機構で挟持固定しつつ溶接ガンを回転させて
   電極チップとシャンクとの結合を緩ませるとともに、電
   極チップのシャンク側の端部が前記チップ抜き板に当接
   する方向に溶接ガンを移動させて電極チップをシャンク
   から引く動作及び、電極チップをシャンクから引き抜い
   た状態でのチップスタンドにおける新たな電極チップの
   装着動作を、それぞれあらかじめ教示した動作プログラ
   ムに従って行わせる前記ロボットアームを備えた溶接用
   ロボットとを有することを特徴とするスポット溶接ガン
   のチップ交換装置。
4. 【請求項４】 電極チップとシャンクとの結合部は、一
   方が先端が細いテーパ形状の結合突起を有し、他方がこ
   の結合突起が挿入され結合突起に対応して先端が狭いテ
   ーパ形状の結合凹部を有することを特徴とする請求項３
   記載のスポット溶接ガンのチップ交換装置。