JP3551339B2 - スポット溶接用ロボットの制御装置とその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スポット溶接用ロボットの制御装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットでのスポット溶接では溶接用スポットガンが加圧中にイコライズ（ｅｑｕａｌｉｚｅ）することで、ロボット及びワークの衝撃と電極摩耗量を吸収し、溶接していた［以下、これを『従来例１』という］。
また、摩耗検出の方策も例えば特公平６−７９７８７ や実公平６−２７２７３ の様に、ガンや外部に専用のセンサを設け検出する手段［以下、これらを『従来例２および従来例３』という］であった。
さらに、チップ交換に関しては、溶接をした回数で成形し、成形回数で交換するか、従来例２および従来例３の前記センサより得られた検出量によっていた［以下、これを『従来例４』という］。
そして、トランスサーモ異常の処理手段としては図７に示すそのシステム例の様に、ガンの溶接トランスのサーモスタット信号線は溶接タイマーに配置され、運転中にトランスのサーモ異常を溶接タイマーが検出すれば、これを溶接異常として他の要因と統合され、ロボット制御装置に出力し、ロボットとしては溶接異常アラームとして処理していた。
すなわち従来例の配線例としてのは図７において、スポットロボット１０はスポットガン３０を装着し、スポットガン３０からはロボット制御装置１５へ、ガン制御ケーブル２２が中継部２５を介して、ガン制御信号線２３として配線され、一方トランスサーモ信号線２４として、中継部２５を介して溶接タイマー２０へ配線される。溶接タイマー２０へはロボット制御装置１５より、溶接信号線２８が接続され、かつスポットガン３０のトランス３２への電源ケーブル２９で接続されている。
なお、１１はスポットロボット１０を姿勢制御する駆動モータへの電源供給用の給電ケーブル、１６はロボット用のプログラミングペンダント
（ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｐｅｎｄａｎｔ） である［以下、これを『従来例５』という］。
さらにまた、従来のロボットの電動スポットガン溶接では、固定側電極をワークに当接させてその位置を教示する必要があり、この教示をする場合、固定側電極を微少量づつ移動させワークに当接させ教示するか、ガンにイコライズ機構を有し、ロボットの教示としてはワークへの当接教示をしなくても溶接出来る様にしていた［以下、これを『従来例６』という］。
ここで、イコライズ機構について少しく付言すれば、溶接ガンを加圧方向に変位可能に支持するもので、被溶接物の位置ずれを吸収するようにした手段であり、例えば移動側電極の加圧動作で移動側電極がワークに当接したときに、固定側電極の固定ロックが解け、固定側電極がバネ手段により揺動可能な状態になり、被溶接物の位置ずれを無くすように、固定側電極が先の揺動に基づき被溶接物に当接する機構である。
ところで、先に掲記した文献による先行技術を敷衍すれば、従来例２は、溶接ガンをロボットによりワークの複数の打点位置に順次移動して溶接を行う自動溶接機において、正規の寸法の新品の電極チップを取付けた状態で溶接ガンを空打ちしたときのガンアームの開度を基準開度として、電極チップの長さが使用限界まで減少したきのガンアームの下限開度を設定し、ワークの最初の打点位置の溶接を行う前に溶接ガンを空打ちして、このときのガンアームの開度を溶接ガンに設けた開度センサにより検出し、この検出開度と前記下限開度を比較して、電極チップの交換の必要性の有無を判別すると共に、前記基準開度に許容誤差を加えた上限開度を設定し、前記検出開度が該上限開度を上廻ったとき、チップ不良を示す表示器を作動するようにしたことを特徴とする自動溶接機における溶接ガンの電極チップ管理方法である。
なお、従来例３は、ロボット本体のアームにイコライザを介して溶接ユニットを浮動支持させた溶接ロボット装置において、上記アームに対する溶接ユニットの位置を電極対向方向に変位させる電極位置補正装置と、溶接ユニットの固定電極の摩耗量を検出する摩耗量検出装置と、この摩耗量検出装置により検出した電極摩耗量に基づいて上記摩耗量検出装置をアームに対する固定電極の位置を初期位置に補正するように作動させる制御装置とを備えていることを特徴とする溶接ロボット装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来例１ないし従来例４のイコライズ機構はガン設計の自由さを制限し、センサは溶接環境から施行が難しい等の他、両者共コストアップの一因となっていた。
そこで、本発明は、イコライズ機構やセンサ等を用いずにチップの摩耗量を検出し、摩耗量補正及びチップ交換時期を検出することが可能なスポット溶接用ロボットの制御装置とその方法を提供することを第１の目的とする。
さらに、従来例５の方法では、ストロークの異なるガンが登場し、スポットガンの制御はロボット制御装置でするようになった昨今では、溶接トランスのサーモスタット出力信号を伝送するラインだけが、ガンから溶接機に配線することになり、設計、施行上の効率が悪い。また、ロボット制御装置としては、トランスサーモ異常の個別要因として取れるはずの異常を、溶接異常として統合した形でしかとれないので、細かな対処がしがたいという問題点があった。
そこで、本発明は、スポットガンのサーモスタット信号を直接配線するように、この信号の監視・処理手段を持ったスポット溶接用ロボットの制御装置を提供することを第２の目的とする。
さらにまた、従来例６に見られるスポット溶接用ロボットにおける教示方法では、固定側電極をワークへ当接させる教示が困難であり、時間も掛かるなどの問題点があり、また、イコライズ機構は、コストアップの一因となっていた。
そこで、本発明は、簡単な方法で、固定側電極の当接位置を教示できるスポット溶接用ロボットの制御装置とその方法を提供することを第３の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、ガンモータ駆動のスポットガンで被溶接物を抵抗溶接するロボットを制御する装置において、前記スポットガンを空打ちして固定側電極チップと可動側電極チップが当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｐを求める手段と、溶接対象ワークの厚みｓ・溶接枚数ｔを設定する手段と、ロボットを動作させ、溶接のためのアプローチ位置に前記スポットガンを位置決めする手段と、前記可動側電極チップを前記ガンモータの当接トルク検出状態でゆっくりと前進させ、前記可動側電極チップが前記溶接対象ワークに当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｑを求める手段を備え、補正量ηをη＝（ｐ−ｑ）−（ｓ×ｔ）として求め、前記アプローチ位置から補正量ηだけ補正した位置を教示すること特徴とするスポット溶接用ロボットの制御装置であり、また、ガンモータ駆動のスポットガンで被溶接物を抵抗溶接するスポット溶接用ロボットを制御する方法において、前記スポットガンを空打ちして固定側電極チップと可動側電極チップが当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｐを求め、溶接対象ワークの厚みｓ・溶接枚数ｔを設定し、ロボットを動作させ、溶接のためのアプローチ位置に前記スポットガンを位置決めして、前記可動側電極チップを前記ガンモータの当接トルク検出状態でゆっくりと前進させ、前記可動側電極チップが前記溶接対象ワークに当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｑを求め、補正量ηをη＝（ｐ−ｑ）−（ｓ×ｔ）として求め、前記アプローチ位置から補正量ηだけ補正した位置を教示することを特徴とするスポット溶接用ロボットの制御方法である。
【０００５】
【作用】
上記手段により、本発明は、ワークの位置ずれが殆どない環境では、イコライズ機構やセンサをなくすことが出来、設計，施行の簡易化、日程短縮やコストの低減を図ることができる。
上記手段により、本発明は、ガンの加圧信号、ストローク切換信号、開放確認信号およびトランスのサーモスタット信号を含めてスポットガンに関わる全ては、ロボット制御装置にのみ配線できるので、設計・施行上の効率が良くなり、コスト削減も見込める。
また、スポットガンのトランスのサーモスタット信号を直接ロボット制御装置に配線することにより、溶接異常として統合した形でなく、トランスのサーモスタット異常として別個に認識でき、細かな対処が可能となり、安全性や作業効率も向上する。
上記手段により、固定側電極の当接位置を簡単に教示でき、イコライズ機構の無いガンでは当接教示の教示時間の短縮、イコライズ機構付きのガンでは摩耗補正との併用で、イコライズ機構の省略でガン設計の自由度の拡大、コストの削減などを見込むことが出来る。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。なお、各図面において、同一符号は同一もしくは相当部材を表す。
図１は本発明が適用されるシステムの一例を表す概念的斜視図、図２は本発明の第１の実施例における電動スポットガンを示す側面図である。
図１，図２において、スポットロボット１０は電動スポットガン３０を装着し、溶接タイマー２０へはロボット制御装置１５より溶接制御信号線２８と、電動スポットガン３０の溶接用トランス３２より電源ケーブル（溶接用）２９が接続されている。
また、電動スポットガン３０の電動モータ３１の制御はロボット制御装置１５で行い、電動モータ３１を駆動するボールネジなどから成る駆動部３３を介し、可動側電極部３４の先端の可動側電極チップ３６が、ワーク（不図示）への加圧，開放の動作をする。さらにまた、固定側電極部３５の先端の固定側電極チップ３７は溶接トランス３２より、可動側電極チップ３６と共に溶接時の大電流を得ている。
そして、図３は本発明の第１の実施例の構成を示す部分側面図、図４は本発明の第２の実施例の構成を表す部分側面図である。
ここに、本システムでのチップ交換時期の検出及び摩耗量補正は次のようになる。
【０００７】
［電動スポットガンのチップドレス（チップ研摩）またはチップ交換時に行う補正］
初めに、本発明の第１の実施例として、チップドレスまたはチップ交換時に行う第１の補正について、以下に説明する。
図３はチップドレスまたはチップ交換時に行う補正の説明図である。
まず、図３（ａ_１ ）の様に教示の際に、基準の電極チップで空打ちをする。この際の可動側電極チップ３６の位置Ａ（ガンモータ３１の位置）を記憶する。つまり、基準のチップで空打ちし（上側）可動側電極チップ３６の基準位置Ａを登録する。
また、図３（ｂ_１ ）の様に，基準固定物２１に可動側電極チップ３６を当接出来るアプローチ位置Ｃを、ロボットを動かして教示し、このアプローチ位置Ｃから可動側電極チップ３６を基準固定物２１に当接させ、この時の可動側電極チップ３６の位置Ｄとの差α（ガンモータ３１の位置の移動量）を記憶する。この時、同じ空打ちと基準固定物当接をチップドレスやチップ交換時のプログラムに教示しておく。
【０００８】
次に、図３（ａ_２ ）の様に，チップドレスやチップ交換のプログラム再生時に教示しておいた空打ちを再生し、可動側電極チップ３６の位置Ｂ（ガンモータ３１の位置）と教示時の位置Ａとの差δを算出する。この差δは第１の全（可動側＋固定側）摩耗量となる。
それから、同じく教示しておいた基準固定物２１への当接を再生し、アプローチ位置Ｃ’（可動チップの摩耗分だけＣよりずれた位置、ガンモータ３１の位置はＣと同じ位置）と可動側電極チップ３６の位置Ｄ（ガンモータ３１の位置ではＤ＋可動チップ摩耗量）の差βを検出する。
これにより、
δ：第１の全（可動側＋固定側）摩耗量すなわち第１の可動側補正量
α：基準ストローク長さ
β：第１の摩耗時ストローク長さ
γ＝β−α：第１の可動側摩耗量
ε＝δ−（β−α）：第１の固定側摩耗量すなわち第１の固定側補正量
となる。
【０００９】
ここで、δが第１の可動側補正量となるのは、固定側電極チップ３７を第１の固定側補正量だけ可動側方向に補正すると、そのままでは、可動側電極チップ３６もそれだけ動く［図２の機構参照］ので、逆方向に同量だけ補正する必要がある。
このように、本発明は、基本的には次の考え方から成り立つ。すなわち
固定側摩耗量＝固定側摩耗量
固定側摩耗量＋可動側摩耗量＝可動側補正量
という関係が成立する。これを具体的に説明すると、可動側電極チップ３６の摩耗量は電動スポットガン３０のサーボ位置補正で行われ［その時、後述するスポットロボット１０の位置補正を相殺する］、固定側電極チップ３７の摩耗量はスポットロボット１０の位置を補正することになる。
【００１０】
［電動スポットガンの溶接動作のプログラム再生時の教示の際に行う補正］
次いで、本発明の第２の実施例として、溶接動作のプログラム再生時に、教示の際に行う第２の補正について説明する。
この第２の補正をするように設定した位置（通常は溶接するためのアプローチの位置）について、第１の可動補正量δと第１の固定側補正量εを、さらなる補正を行った後に各電極を動作させる。
先に述べたチップドレスまたはチップ交換時の補正は、これだけでも十分に使えるが、溶接動作のプログラム再生時の教示の際に補正を行うと、さらなる溶接精度が得られる。
すなわち、この場合教示動作の際に、溶接時に補正量算出をする設定になっているとする。
予め加圧状態で可動側電極チップ３６の位置（ガンモータ３１の位置）を取っていたものと、今回溶接中の加圧位置（ガンモータ３１の位置）の差δ’を算出し、以下の式より第２の可動側補正量，第２の固定側補正量を算出する。
δ’：第２の全（可動側＋固定側）摩耗量すなわち第２の可動側補正量
ε’＝ε＋｛（δ’−δ）／２｝：第２の固定側摩耗量すなわち第２の固定側補正量
これは、前述のチップドレスやチップ交換時の第１の補正を使用した場合、前回のチップドレスやチップ交換時の補正から現在までの第３の全摩耗量（δ’−δ）より可動側電極チップ３６，固定側電極チップ３７が均等に摩耗したと仮定し補正するものである。
【００１１】
また、チップドレスやチップ交換時の第１の補正を使用していないときは、第１の固定側摩耗量・第１の固定側補正量ε＝０、第１の全（可動側＋固定側）摩耗量・第１の可動側補正量δ＝０として計算すれば、簡易的な補正手段として、溶接時の第２の補正だけでも使用できる。
第２の補正動作のさせ方は、第１のチップドレスやチップ交換時の補正の時と同様である。
また、スポット溶接時に算出した第２の全摩耗量δ’が予め記憶させた可動側電極チップ３６及び固定側電極チップ３７の使用限界摩耗量を加算した値を超えていれば、チップドレスまたはチップ交換時の補正と同じ手順で、可動側電極チップ３６及び固定側電極チップ３７の第１の摩耗量を算出し、どちらの電極チップが使用限界かを判断し、その時点で電極チップ交換位置にロボットが退避し、交換要求信号を出力したり、自動で自動チップ交換をするプログラムを実行することも可能である。
以上のようにチップの摩耗量検出と補正機能を適時、周期的にすれば、チップの管理を自動化することも可能となる。また、チップドレスやチップ交換時の補正と溶接時の補正を併用すれば、より適切な補正が可能となる。
【００１２】
［エアスポットガン溶接用ロボットの制御装置における制御配線手段］
図５は、本発明の第３の実施例の配線並びにその回路構成を表す概念図である。なお、本実施例ではエアスポットガン３０を使用しているが、電動スポットガン３０を適用され得ることは言うまでもない。
ここに提示した本実施例では図５に示すように、エア［または電動］スポットガン３０からのガン制御ケーブル２２が中継部２５を経由しないで、直接、ロボット制御装置１５へ接続され、トランスサーモ信号を含め全ての信号が伝送されるように配線されている。
すなわち、従来例の図７ではエアスポットガン３０より溶接機２０に、ただ１本配線されていたエアスポットガン３０のトランスサーモ信号線２４が、本実施例の図５では、他のガン制御信号ケーブルに関わる信号と共に、ガン制御ケーブル２２より直接、ロボット制御装置１５へ配線され、エアスポットガン３０から溶接機２０に配線されるものは無くなり、効率的である。
また、これまで溶接異常として纏められていたため、ロボット側が停止してその原因について溶接機を調べていたのを、その理由がトランスサーモ異常と分かることで、ロボットを操作し易く安全な姿勢・場所に戻した上で、アラームとする等の処理が出来るようになり、溶接機を調べる事も無くなる。
【００１３】
［電動スポットガン溶接用ロボットの制御装置での固定側電極チップのワーク当接位置の教示手段］
本発明の第４の実施例として、イコライズ機構を持たず、溶接毎に教示なしで複数枚のワークを、時宜に適した固定側電極補正がなされる手段を掲記する。
以下、本実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例は、図１のシステム構成において、図２の電動ガンを適用する手段である。
図６は、固定側電極チップのワーク当接位置の教示手段の説明図で、図６（ａ）は空打ち時に可動側電極チップの基準位置（ガンモータ３１の位置）を登録する説明図・図６（ｂ）は教示対称ワーク条件（厚みｓ、溶接枚数ｔ）を設定した後に当接教示する際の説明図である。
図１，図２における回路構成・各部動作は先に述べているから、その説明は省く。
【００１４】
そこで、本実施例の電動スポットガン溶接用ロボットの制御装置での固定側電極チップ３７のワーク当接位置の教示手段については、こうである。
先ず、図６（ａ）の様に、空打ち時の可動側電極チップ３６の基準位置（ガンモータ３１の位置）ｐを登録する。
次に、教示対称ワーク条件（厚みｓ、溶接枚数ｔ）を設定する。
それから、ロボットを動作させ溶接のためのアプローチの位置にガンの上下方向の位置決めは適当に教示する。
次に、図６（ｂ）の様に、可動側電極チップ３６を当接監視状態（ガンモータ３１の当接トルク検出状態）でゆっくりと当接させる。
ここで、当接の位置をｑとすると、ロボット制御装置１５内で図６のようにして、ティーチングする第３の補正量ηを求めると
η＝（ｐ−ｑ）−（ｓ×ｔ）
となる。
そして、この当接状態のまま当接教示を指定し、教示すると、固定側電極部３５が第３の補正量ηだけ補正された状態（固定側電極チップ３７がワークＷに当接した状態）で教示される。
位置の確認は教示後、その位置に手動で移動させることで出来る。
このようにして、本実施例からガンのイコライズ機構を備えず、かつ溶接の度毎に一々ワークへの当接教示の必要がなくて、コスト的にも効率的に有利となる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワークの位置ずれが殆どない環境下では、イコライズ機構や摩耗検出用センサをなくし、摩耗に基づく電極チップの位置補正から、チップの管理を自動化することが出来、設計・施行の日程短縮やコストの低減を図ることが可能という特段の効果を奏することができる。
さらに、本発明の配線上の回路構成の改良から、設計・施行上の効率が良くなり、コスト低減も見込め、トランスサーモ異常の細かな対処が可能となるので、安全性や作業性を向上させるという効果がある。
さらにまた、本発明のイコライズ機構不用でしかもワークへの当接教示なしの手段によれば、固定側電極の当接位置を簡単に教示でき、当接教示の教示時間の短縮とイコライズ機構の省略でガン設計の自由度の拡大・コストの削除などを見込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるシステムの一例を表す概念的斜視図
【図２】本発明の第１・第２・第４の実施例における電動スポットガンを示しその一部を切り欠いだ側面図
【図３】本発明の第１の実施例の構成を示す部分側面図で
（ａ）は教示時に基準の電極チップで空打ちして基準位置を登録し、プレイバックして第１の摩耗量を検出する状態図
（ｂ）は基準固定物に可動側電極チップを当接出来るアプローチ位置を、ロボットを動かして教示し、この位置から可動側電極チップを基準固定物に当接させた状態図
【図４】本発明の第２の実施例の構成を示す部分側面図で
（ａ）は教示時に基準の電極チップでティーチングする状態図
（ｂ）はプレイバックした溶接時での実ワークへ当接させた状態図
【図５】本発明の第３の実施例の回路構成を示す概念的斜視図
【図６】本発明の第４の実施例の構成を示す部分側面図で
（ａ）は教示時に基準の固定側電極チップの基準位置を登録する状態図
（ｂ）は教示対象ワーク条件（厚み・溶接枚数）を設定し、当接教示する際の状態図
【図７】従来例におけるシステム例を表す概念的斜視図
【符号の説明】
１０ スポットロボット
１１ 給電ケーブル（ロボット駆動電源供給用）
１５ ロボット制御装置
１６ プログラミングペンダント（ロボット用）
２０ 溶接タイマー
２１ 基準固定物
２２ ガン制御信号ケーブル
２３ ガン制御信号線
２４ トランスサーモ信号線
２５ 中継部
２８ 溶接制御信号
２９ 電源ケーブル
３０ 電動スポットガン（またはエアスポットガン）
３１ ガンモータ
３２ 溶接トランス
３３ 駆動部
３４ 可動側電極部
３５ 固定側電極部
３６ 可動側電極チップ
３７ 固定側電極チップ

Claims (2)

1. ガンモータ駆動のスポットガンで被溶接物を抵抗溶接するロボットを制御する装置において、前記スポットガンを空打ちして固定側電極チップと可動側電極チップが当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｐを求める手段と、溶接対象ワークの厚みｓ・溶接枚数ｔを設定する手段と、ロボットを動作させ、溶接のためのアプローチ位置に前記スポットガンを位置決めする手段と、前記可動側電極チップを前記ガンモータの当接トルク検出状態でゆっくりと前進させ、前記可動側電極チップが前記溶接対象ワークに当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｑを求める手段を備え、補正量ηをη＝（ｐ−ｑ）−（ｓ×ｔ）として求め、前記アプローチ位置から補正量ηだけ補正した位置を教示すること特徴とするスポット溶接用ロボットの制御装置。
2. ガンモータ駆動のスポットガンで被溶接物を抵抗溶接するスポット溶接用ロボットを制御する方法において、前記スポットガンを空打ちして固定側電極チップと可動側電極チップが当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｐを求め、溶接対象ワークの厚みｓ・溶接枚数ｔを設定し、ロボットを動作させ、溶接のためのアプローチ位置に前記スポットガンを位置決めして、前記可動側電極チップを前記ガンモータの当接トルク検出状態でゆっくりと前進させ、前記可動側電極チップが前記溶接対象ワークに当接した時の前記可動側電極チップの移動量ｑを求め、補正量ηをη＝（ｐ−ｑ）−（ｓ×ｔ）として求め、前記アプローチ位置から補正量ηだけ補正した位置を教示することを特徴とするスポット溶接用ロボットの制御方法。

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