JP3580330B2

JP3580330B2 - 溶接装置の制御方法

Info

Publication number: JP3580330B2
Application number: JP25655195A
Authority: JP
Inventors: 津誠板
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JPH0999377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の組立ラインの溶接工程において、自動溶接を行うのに用いられる溶接装置におけるスポット溶接ガンの電極チップの加圧力を制御するのに利用される溶接装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の溶接装置としては、例えば図８に示すように、多軸制御ロボット１２０のハンド部１２１にスポット溶接ガン１２２を取付けたものがある。
【０００３】
ロボット１２０は、基台１００上に、垂直軸回りに回動する回動体１１０を備えると共に、回動体１１０に、第１関節部１０１を介して第１アーム１１１を回動可能に備え、第１アーム１１１の先端部に、第２関節部１０２を介して第２アーム１１２を回動可能に備えると共に、第２アーム１１２の先端部に、ハンド部１２１を備えている。
【０００４】
ハンド部１２１は、第２アーム１１２の軸線である第１軸Ａに対してその軸回りに回動可能であると共に、第１軸Ａに直交する第２軸Ｂによって取付け部１２１ａを回動可能に保持しており、この取付け部１２１ａにスポット溶接ガン１２２を取付けるようになっている。
【０００５】
スポット溶接ガン１２２は、上記の取付け部１２１ａに装着される保持体１１５に、一方の電極チップ１１６およびその進退駆動機構１１７と、他方の電極チップ１１８を設けたガンアーム１１９を備えている。
【０００６】
また、上記したような溶接装置において、進退駆動される電極チップ１１６の加圧力を一定にするには、電極チップ１１６の進退駆動機構１１７を構成するモータの電流値制限あるいは電流値のフィードバックにより、同モータの出力トルクを一定にするオープンループ制御や、加圧部分にロードセル等の圧力センサを設け、この圧力センサからの信号をフィードバックさせて加圧力を一定にするクローズドループ制御が用いられていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の溶接装置において、スポット溶接ガンの電極チップの加圧力制御にあっては、オープンループ制御の場合、外乱による加圧力変動に対して補正を行うことが困難であり、クローズドループ制御の場合には、機械的に複雑化することとなり、これらの不具合を解決することが要望されていた。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、多軸制御ロボットにスポット溶接ガンを備えて成る溶接装置において、スポット溶接ガンの電極チップの加圧力を制御するに際して、機械的に複雑化させることなく、外乱による加圧力変動に対する補正を行うことができる制御方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる溶接装置の制御方法は、請求項として、多軸制御ロボットのハンド部にスポット溶接ガンを備えて成る溶接装置において、スポット溶接ガンの電極チップの加圧力を制御するに際し、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップによる加圧を行い、このときに電極チップ駆動用モータに流れる電流値を駆動基準値とし、また、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップを微速度で駆動し、このときに電極チップ駆動用モータに流れる電流値を負荷変動補正値とし、さらに、スポット溶接ガンの姿勢を変化させ、このときに電極チップ駆動用モータを姿勢変化前の状態に保つための電流値を姿勢変動補正値とし、駆動基準値、負荷変動補正値および姿勢変動補正値から得た指令値に基づいて、電極チップ駆動用モータを駆動して電極チップによる加圧を行う構成とし、請求項２として、溶接装置として、ハンド部がその基端側から先端側へ向かう第１軸の軸回りに回動可能であり、ハンド部の先端部に第１軸と直交する第２軸によりスポット溶接ガンを回動可能に備えると共に、第１軸および第２軸に直交し且つ両軸の交点を通過する第３軸と同軸状にスポット溶接ガンの電極チップを備えた溶接装置を用いる構成とし、請求項３として、溶接装置として、一方の電極チップを第３軸の軸線方向に移動させる進退駆動手段を備えると共に、他方の電極チップを設けたガンアームと、このガンアームを第３軸の軸回りに回動させるアーム回動用モータを備え、ガンアームとアーム回動用モータとの間にガンアームの脱着機構を備えた溶接装置を用いる構成とし、請求項４として、溶接装置として、電極チップ、進退駆動手段、アーム回動用モータおよび脱着機構を第３軸と同軸状に備えた溶接装置を用いる構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【００１３】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる溶接装置の制御方法では、電極チップを進退駆動するモータに流れる電流値を用いて電極チップの加圧力を制御するようにしており、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップによる加圧を行うことで駆動基準値を検出する。また、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップを微速度で駆動することにより負荷変動補正値を検出し、さらに、スポット溶接ガンの姿勢を変化させて姿勢変動補正値を検出し、駆動基準値、負荷変動補正値および姿勢変動補正値から得た指令値に基づいて、電極チップ駆動用モータを駆動して電極チップによる加圧を行うことにより、可動部の潤滑状態の変化や抵抗値の変化といった機械的な負荷変動によって生じる電流の変化を補正すると共に、スポット溶接ガンの動きに伴う姿勢変動によって生じる電流の変化を補正し、電極チップの加圧力を常に一定にする。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる溶接装置の制御方法では、多軸制御ロボットのハンド部の基端側から先端側へ向かう第１軸と、ハンド部に対するスポット溶接ガンの支持軸である第２軸と、スポット溶接ガンの電極チップの軸である第３軸とがハンド部において互いに直交し、ロボットとスポット溶接ガンとが一体化した溶接装置を用いるので、分離・独立型に比べて、ハンド部から電極チップまでの距離が短くなり、電極チップの位置制御が行い易くなると共に、スポット溶接ガンの重心がロボット本体に近くなるので、ロボットに対する負荷が軽減されることとなる。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係わる溶接装置の制御方法では、進退駆動手段により移動する一方の電極チップと、ガンアームに設けた他方の電極チップとでスポット溶接ガンを構成し、アーム回動用モータでガンアームを回動させることによって第３軸回りにスポット溶接ガンの姿勢を変化させ、さらに、脱着機構によりガンアームを外すことにより、一方の電極チップがスタッドガンとして用いられることになる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる溶接装置の制御方法では、電極チップ、進退駆動手段、アーム回動用モータおよび脱着機構を第３軸と同軸状に備えた溶接装置を用いることにより、スポット溶接ガンがより小型化されることになり、ロボットに対する負荷がより一層軽減される。
【００１７】
【実施例】
以下、図１〜図７に基づいて、本発明に係わる溶接装置の制御方法を説明する。
【００１８】
図１に示す溶接装置Ｗは、多軸制御ロボットＲのハンド部Ｈにスポット溶接ガンＧを備えて成るものである。
【００１９】
ロボットＲは、基台１上に、垂直軸回りに回動する回動体２を備えると共に、回動体２に、第１関節部３を介して第１アーム４を回動可能に備え、第１アーム４の先端部に、第２関節部５を介して第２アーム６を回動可能に備えると共に、第２アーム６の先端部に、ハンド部Ｈを備えている。
【００２０】
ハンド部Ｈは、図２に示すように、第２アーム６の先端内部に収納したハンド部回動用モータ７により、基端側から先端側へ向かう第１軸Ａの軸回りに回動可能であって、先端部に、図２上で第１軸Ａと水平に直交する第２軸Ｂによりスポット溶接ガンＧを回動可能に支持している。
【００２１】
ハンド部Ｈ内には、減速装置付きの溶接ガン回動用モータ８が収容してあり、その出力軸に設けたプーリー９と、第２軸Ｂに設けたプーリー１０とにベルト１１が巻掛けてある。これにより、溶接ガン回動用モータ８を作動させると、スポット溶接ガンＧが全体的に回動する。
【００２２】
スポット溶接ガンＧは、ハンド部Ｈの先端に組込まれるホルダ１２と、ホルダ１２の上側に固定されたモータケース１３と、ホルダ１２およびモータケース１３を上下に貫通し且つ下端部に一方の電極チップ１４を設けたシャフト１５を備えている。
【００２３】
ホルダ１２内には、シャフト１５を中心にして環状を成すアーム回動用モータ１６がその出力部を下向きにした状態で収納してあって、アーム回動用モータ１６の出力部には、環状の脱着機構１７を介して、概略Ｃ型を成すガンアーム１８が脱着可能に取付けてある。このガンアーム１８には、一方の電極チップ１４に対向する他方の電極チップ１９が設けてある。これにより、アーム回動用モータ１６を作動させると、ガンアーム１８が回動する。
【００２４】
モータケース１３内には、シャフト１５を中心にして環状を成す電極チップ駆動用モータ２０が収納してあって、その上側に、スプラインナット２１が設けてあると共に、下側に、同モータ２０により回転駆動され且つボールねじを構成する駆動ナット２２が設けてある。
【００２５】
また、シャフト１５は、その上端部から所定の長さにわたって、先のスプラインナット２１に上下動自在に係合するスプライン１５ａが形成してあると共に、スプライン１５ａの下側から所定の長さにわたって、先の駆動ナット２２に係合するスクリュー１５ｂが形成してある。これにより、電極チップ駆動用モータ２０を作動させると、駆動用ナット２２を介して、スプライン結合により回転規制されたシャフト１５をその軸線方向に移動させ、下側の他方の電極チップ１９に対して一方の電極チップ１４を近接離間させる。
【００２６】
つまり、この実施例では、シャフト１５、電極チップ駆動用モータ２０、スプラインナット２１および駆動用ナット２２で電極チップ１４の進退駆動手段を構成している。
【００２７】
そして、スポット溶接ガンＧは、第１軸Ａおよび第２軸Ｂの両方に対して直交し且つ両軸Ａ，Ｂの交点を通過する第３軸Ｃと同軸状に電極チップ１４，１９を備えていると共に、電極チップ１４，１９、進退駆動手段（シャフト１５、電極チップ駆動用モータ２０、スプラインナット２１および駆動用ナット２２）、アーム回動用モータ１６および脱着機構１７を第３軸Ｃと同軸状に備えた構成になっており、このような構成にすることでより一層の小型化を実現している。
【００２８】
上記のロボットＲおよびスポット溶接ガンＧを備えた溶接装置Ｗは、図３に示すように、上下の電極チップ１４，１９によって被溶接部材３０に溶接を行うこととなる。また、溶接装置Ｗは、ロボットＲのハンド部Ｈの基端側から先端側へ向かう第１軸Ａと、ハンド部Ｈに対するスポット溶接ガンＧの支持軸である第２軸Ｂと、スポット溶接ガンＧの電極チップ１４，１９の軸である第３軸Ｃとがハンド部Ｈにおいて互いに直交し、ロボットＲとスポット溶接ガンＧとが一体化した状態になっている。
【００２９】
したがって、上記溶接装置Ｗでは、図１に示すように、ハンド部Ｈに対するスポット溶接ガンＧの支持軸である第２軸Ｂから下側の電極チップ１９の先端部までの距離が垂直方向のΔＺ分だけとなる。ここで、ロボットとスポット溶接ガンとが分離・独立型である従来の溶接装置では、図８に示すように、スポット溶接ガン１２２の重心がロボット１２０の本体から離れたところに位置しており、ハンド部１２１における取付け部１２１ａの回動軸である第２軸Ｂから下側の電極チップ１１８の先端部までの距離が、水平方向にΔＸであり且つ垂直方向ΔＺであるため、被溶接部に対する電極チップ１１６，１１８の位置制御が複雑であるなどの不具合がある。この従来の溶接装置に比べて、上記溶接装置Ｗでは、ハンド部Ｈから電極チップ１９までの距離が著しく短くなるので、電極チップ１４，１９の位置制御が行い易くなると共に、スポット溶接ガンＧの重心がロボットＲの本体に近くなるので、ロボットＲに対する負荷が軽減されることとなる。また、ロボットＲに対する負荷軽減に伴って、各モータの出力トルクも小さくて済み、小型で軽量のモータを使用することが可能となる。
【００３０】
さらに、上記溶接装置Ｗは、例えば溶接位置が被溶接部材の中央寄りにあり、ガンアーム１８の使用が困難である場合には、脱着機構１７によりガンアーム１８を外すことにより、図４に示すように、一方の電極チップ１４をスタッドガンとして用いることができる。この場合には、被溶接部材３０の下側に、電極チップ１４に対応するバックアップ電極３１を設けることとなる。なお、脱着機構１７には、アーム形状等が異なる別のガンアームを脱着自在に取付けることも当然可能である。
【００３１】
次に、上記の溶接装置Ｗにおいて、スポット溶接ガンＧの電極チップ１４の加圧力を制御する方法について説明する。
【００３２】
まず、図５に示すように、スポット溶接ガンＧをその第３軸Ｃが水平になる姿勢にする。このとき、電極チップ駆動用モータ２０（図２参照）にかかる負荷は０であって、同モータ２０がその位置を保つための指令値ｉＭは０である（ｉＭ＝０）。そして、この姿勢で電極チップ駆動用モータ２０の作動により電極チップ１４を前進させて加圧を行い、このときに電極チップ駆動用モータ２０に流れる電流値を駆動基準値ｉＰとする（ｉＭ＝ｉＰ）。
【００３３】
また、図７に示すように、スポット溶接ガンＧをその第３軸Ｃが水平になる姿勢にして電極チップ１４を微速度で駆動し、このときに電極チップ駆動用モータ２０に流れる電流値を負荷変動補正値ｉＫとする。この負荷変動補正値ｉＫは、機械的な負荷に対抗する力を発生させるのに必要な値である。したがって、加圧時における電極チップ駆動用モータ２０の指令値ｉＭはｉＰ＋ｉＫとなる（ｉＭ＝ｉＰ＋ｉＫ）。
【００３４】
さらに、図６に示すように、スポット溶接ガンＧをその第３軸Ｃが垂直になる姿勢にし、このとき、電極チップ駆動用モータ２０を姿勢変化前の状態に保つための指令値ｉＭを姿勢変動補正値（マイナス値）ｉＬとする（ｉＭ＝ｉＬ）。この姿勢変動補正値ｉＬは、姿勢（角度）変化によって生じる値である。したがって、姿勢変化後の加圧時における電極チップ駆動用モータ２０の指令値ｉＭはｉＰ−ｉＬとなる（ｉＭ＝ｉｐ＝ｉＰ−ｉＬ）。
【００３５】
そして、当該制御方法では、負荷変動補正値ｉＫによる補正と、姿勢変動補正値ｉＬによる補正とを合成する。つまり、姿勢変化後の加圧時における電極チップ駆動用モータ２０の最終的な指令値ｉＭはｉＰ−ｉＬ＋ｉＫとなり（ｉＭ＝ｉＰ−ｉＬ＋ｉＫ）、この指令値ｉＭに基づいて、電極チップ駆動用モータ２０を駆動して電極チップ１４による加圧を行うこととなる。
【００３６】
このように、溶接装置Ｗの制御方法では、駆動基準値ｉＰ、負荷変動補正値ｉＫおよび姿勢変動補正値ｉＬから得た指令値ｉＭに基づいて制御を行うことにより、可動部の潤滑状態の変化や抵抗値の変化といった機械的な負荷変動によって生じる電流の変化を補正すると共に、スポット溶接ガンＧの動きに伴う姿勢変動によって生じる電流の変化を補正しており、これにより電極チップ１４の加圧力が常に一定に保たれる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の請求項１に係わる溶接装置の制御方法によれば、多軸制御ロボットのハンド部にスポット溶接ガンを備えて成る溶接装置において、スポット溶接ガンの電極チップの加圧力を制御するに際し、駆動基準値、負荷変動補正値および姿勢変動補正値から得た指令値に基づいて、電極チップ駆動用モータを駆動して電極チップによる加圧を行うことにより、可動部の潤滑状態の変化や抵抗値の変化といった機械的な負荷変動により生じる電流の変化と、スポット溶接ガンの動きに伴う姿勢変動により生じる電流の変化との両方を補正することとなり、機械的に複雑化させることなく、外乱による加圧力変動に対する補正を容易に行うことができ、電極チップの加圧力を常に一定にすることができる。
【００３８】
本発明の請求項２に係わる溶接装置の制御方法によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、多軸制御ロボットのハンド部にスポット溶接ガンを備えて成る溶接装置として、ロボットとスポット溶接ガンとが一体化した溶接装置を用いることから、従来の分離・独立型に比べて、ハンド部から電極チップまでの距離が短くなり、スポット溶接ガンの重心がロボット本体に近くなるので、ロボット先端部における位置決め精度や機械的剛性が高められ、補正動作範囲の減少や電極チップの位置制御の容易化を実現することができると共に、ロボットに対する負荷を大幅に軽減することができ、ロボットの小型化や小スペース化を実現することができる。また、ロボットの小型化に伴って、動作を迅速に行わせることができ、サイクルタイムの短縮なども実現することができる。
【００３９】
本発明の請求項３に係わる溶接装置の制御方法によれば、請求項２と同様の効果を得ることができるうえに、ガンアームの回動によってさらに多くの溶接位置に容易に対応することが可能になり、しかも、一対の電極チップを備えたスポット溶接ガンと、一方の電極チップによるスタッドガンとを選択的に使用することができ、汎用性を高めることができると共に、溶接工程の集約化なども図ることができる。さらに、本発明の請求項４に係わる溶接装置の制御方法によれば、請求項３と同様の効果が得られるうえに、電極チップ、進退駆動手段、アーム回動用モータおよび脱着機構を第３軸と同軸状に備えた溶接装置を用いることにより、スポット溶接ガンをより小型化にすることができ、ロボットに対する負荷をより一層軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる溶接装置の制御方法に用いる溶接装置の一実施例を説明する側面図である。
【図２】図１に示す溶接装置の内部構造を示す断面説明図である。
【図３】一対の電極チップを備えたスポット溶接ガンとして使用する場合を説明する側面図である。
【図４】スタッドガンとして使用する場合を説明する側面図である。
【図５】本発明に係わる制御方法において駆動基準値を得る場合を説明するスポット溶接ガンの側面図（ａ）および電極チップ駆動用モータの電流値を説明するグラフ（ｂ）である。
【図６】本発明に係わる制御方法において姿勢変動補正値を得る場合を説明するスポット溶接ガンの側面図（ａ）および電極チップ駆動用モータの電流値を説明するグラフ（ｂ）である。
【図７】本発明に係わる制御方法において負荷変動補正値を得る場合を説明するスポット溶接ガンの側面図（ａ）および電極チップ駆動用モータの電流値を説明するグラフ（ｂ）である。
【図８】従来の溶接装置を説明する側面図である。
【符号の説明】
Ａ第１軸
Ｂ第２軸
Ｃ第３軸
Ｇスポット溶接ガン
Ｈハンド部
Ｒ多軸制御ロボット
Ｗ溶接装置
ｉＫ負荷変動補正値
ｉＬ姿勢変動補正値
ｉＭ指令値
ｉＰ駆動基準値
１４一方の電極チップ
１５シャフト（電極チップの進退駆動手段）
１６アーム回動用モータ
１７脱着機構
１８ガンアーム
１９他方の電極チップ
２０電極チップ駆動用モータ（電極チップの進退駆動手段）
２１スプラインナット（電極チップの進退駆動手段）
２２駆動用ナット（電極チップの進退駆動手段）

Claims

多軸制御ロボットのハンド部にスポット溶接ガンを備えて成る溶接装置において、スポット溶接ガンの電極チップの加圧力を制御するに際し、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップによる加圧を行い、このときに電極チップ駆動用モータに流れる電流値を駆動基準値とし、また、スポット溶接ガンを一定の姿勢にして電極チップを微速度で駆動し、このときに電極チップ駆動用モータに流れる電流値を負荷変動補正値とし、さらに、スポット溶接ガンの姿勢を変化させ、このときに電極チップ駆動用モータを姿勢変化前の状態に保つための電流値を姿勢変動補正値とし、駆動基準値、負荷変動補正値および姿勢変動補正値から得た指令値に基づいて、電極チップ駆動用モータを駆動して電極チップによる加圧を行うことを特徴とする溶接装置の制御方法。
溶接装置として、ハンド部がその基端側から先端側へ向かう第１軸の軸回りに回動可能であり、ハンド部の先端部に第１軸と直交する第２軸によりスポット溶接ガンを回動可能に備えると共に、第１軸および第２軸に直交し且つ両軸の交点を通過する第３軸と同軸状にスポット溶接ガンの電極チップを備えた溶接装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置の制御方法。
溶接装置として、一方の電極チップを第３軸の軸線方向に移動させる進退駆動手段を備えると共に、他方の電極チップを設けたガンアームと、このガンアームを第３軸の軸回りに回動させるアーム回動用モータを備え、ガンアームとアーム回動用モータとの間にガンアームの脱着機構を備えた溶接装置を用いることを特徴とする請求項２に記載の溶接装置の制御方法。
溶接装置として、電極チップ、進退駆動手段、アーム回動用モータおよび脱着機構を第３軸と同軸状に備えた溶接装置を用いることを特徴とする請求項３に記載の溶接装置の制御方法。