JP3594488B2 - 溶接装置用制御装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加工物に対して溶接を行うための溶接用電流をガンアームに供給する溶接用電流供給装置と、前記ガンアームを移動させるためのモータとを有する溶接装置を制御する制御装置に適用して好適な溶接装置用制御装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被加工物に対して溶接を行う装置として、直流抵抗溶接装置が用いられている。この直流抵抗溶接装置は、一般に、被加工物を挟むための溶接チップを備える一対のガンアームと、このガンアームを駆動する駆動装置と、交流電流を直流電流に変換して前記溶接チップ間に供給するトランスとを有している。
【０００３】
前記駆動装置としては、電動モータを用いることができる。この場合、モータの制御装置と前記トランスに交流電流を供給する制御装置とを１つのＣＰＵを有する１つのＤＳＰ（デジタル信号処理装置）で構成してもよい。
【０００４】
ＤＳＰは、モータの回転速度（モータ速度）、該モータに供給される駆動用電流（モータ駆動用電流）並びにトランス及び溶接チップ間に供給される電流（一次側及び二次側溶接用電流）をサンプリングする機能を有する。
【０００５】
この場合、一次側溶接用電流は交流電流であるため、サンプリング周期は該一次側溶接用電流のピークに対応して設定される。また、二次側溶接用電流は直流電流であり、任意にサンプリング周期を設定することが可能であるため、該二次側溶接用電流のサンプリング周期は前記一次側溶接用電流のサンプリング周期と同じとされる。
【０００６】
モータ駆動用電流及びモータ速度のサンプリング周期はモータの特性に基づいて決定されるが、一般に、前記モータ駆動用電流のサンプリング周期は前記溶接用電流のサンプリング周期に対して短い値に設定され、前記モータ速度のサンプリング周期は前記モータ駆動用電流のサンプリング周期に対して長い値に設定される。
【０００７】
具体的には、図４に示すように、トランスに供給される交流電流の周期をＴ（＝１００μｓ）とすると、溶接用電流のサンプリング周期はＴ／２に設定され、モータ駆動用電流のサンプリング周期は、例えば、Ｔ／４に設定され、モータ速度のサンプリング周期は、例えば、３Ｔ／４に設定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したＤＳＰにおいては、モータ速度、モータ駆動用電流及び溶接用電流のサンプリングをそれぞれのサンプリング周期（３Ｔ／４、Ｔ／４、Ｔ／２）毎に常に行う必要があるため、該サンプリング周期を短く設定すると、前記ＤＳＰの能力上、前記各サンプリング処理を所定のサンプリング期間内に行うことができない場合がある。このため、サンプリング周期を短く設定することができず、モータ速度等に対する処理精度が低下するという問題がある。これを回避するためには複数のＤＳＰを採用することが考えられるが、この場合、コストアップが生じる。
【０００９】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、制御装置の能力を十分に活用することができるとともに、モータの回転速度、該モータが発生するトルク及び溶接用電流の制御を十分な精度で行うことを可能とする溶接装置用制御装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では、被加工物に対して溶接を行うための溶接用電流をガンアームに供給する溶接用電流供給装置と、前記ガンアームを駆動するためのモータとを有する溶接装置を１つのＣＰＵによって制御する制御装置において、前記モータを回転させて前記ガンアームを移動させる移動モードと、前記ガンアームに前記溶接用電流を供給して溶接作業を行う溶接モードとで、前記モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を変更するとともに、前記溶接用電流に対するサンプリング周期を変更するようにしている（請求項１記載の発明）。
【００１１】
具体的には、前記移動モードでは前記溶接用電流に対するサンプリングを行わず、該移動モードにおける前記モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を、前記溶接モードにおける前記サンプリング周期に対して短く設定するようにしている（請求項２記載の発明）。
【００１２】
この場合、移動モードでは溶接用電流のサンプリングを行わないため、モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を短く設定した場合でも、該サンプリングを確実に行うことができる。また、溶接モードでは、モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を前記移動モードにおける前記サンプリング周期に対して長く設定することによって、前記モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング、並びに溶接用電流に対するサンプリングを確実に行うことができる。
【００１３】
従って、制御装置の能力を十分に活用することができるとともに、前記モータ及び溶接用電流供給装置を十分な精度で制御することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る制御方法が適用される溶接装置用制御装置の実施の形態を図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本実施の形態に係る制御装置が適用される溶接装置の構成について簡単に説明する。
【００１６】
図１に示すように、溶接装置（直流抵抗溶接装置）１０は、ワーク（被加工物）Ｗ１、Ｗ２に対して溶接を行うための一対のガンアーム１２ａ、１２ｂを有し、該ガンアーム１２ａ、１２ｂの互いに対向する先端部には、溶接チップ１４ａ、１４ｂが設けられている。また、ガンアーム１２ａ、１２ｂはジョイント部材１６によって連結されており、該ガンアーム１２ａ、１２ｂの後端側に取り付けられたアクチュエータ１８の駆動作用下に、先端部が互いに接近しまたは離れる方向に変位される。
【００１７】
このアクチュエータ１８の駆動源はモータ（ＡＣサーボモータ：Ｍ）２０であり、該モータ２０は、ケーブル２４ａ〜２４ｃ（特に区別して説明する必要がない場合は、ケーブル２４と記す。）を介して制御装置１００に接続され、該制御装置１００から供給される交流電流（モータ駆動用電流）によって所定の回転速度（モータ速度）および出力（トルク）で回転する。
【００１８】
ガンアーム１２ａ、１２ｂは、一方のガンアーム１２ｂを介して整流器付トランス（溶接用電流供給装置：ＴＲ）２６に固定されている。そして、ガンアーム１２ａ、１２ｂは、ケーブル１２６ａ、１２６ｂを介してトランス２６に接続され、このトランス２６から溶接チップ１４ａ、１４ｂの間に供給される溶接用電流によってワークＷ１、Ｗ２に対する溶接作業が行われる。また、トランス２６は、図示しないロボットアームに固定されており、該ロボットアームを変位させることによって、ガンアーム１２ａ、１２ｂが前記ワークＷ１、Ｗ２の所望の溶接部位に移動される。
【００１９】
次に、本実施の形態に係る制御装置について、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。
【００２０】
図２に示すように、制御装置（ＤＳＰ）１００は、演算制御機能を有する中央処理装置であるＣＰＵ１０２を有し、このＣＰＵ１０２に対してバス１０４を介して制御プログラムが格納されたＲＯＭ（読出専用メモリ）１０６、一時的に使用される記憶手段としてのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１０８及びインタフェイスとして機能するＤＰＲＡＭ（デュアルポートＲＡＭ）１１０が接続されている。このＤＰＲＡＭ１１０には上位コントローラ１１２が接続されており、このコントローラ１１２から前記ＤＰＲＡＭ１１０を介してＣＰＵ１０２を動作させるための指令データが供給される。
【００２１】
バス１０４には、ＣＰＵ１０２からの指令に基づいてパルス列を有する交流電流信号を出力するＰＷＭ（パルス幅変調）ジェネレータ１１４、１１６が接続され、これらのＰＷＭジェネレータ１１４、１１６には、該ＰＷＭジェネレータ１１４、１１６からの交流電流信号に基づく交流電流を出力するインバータ１１８、１２０がそれぞれ接続されている。
【００２２】
一方のインバータ１１８は二相の交流電流（一次側溶接用電流）を出力するように構成されており、この一次側溶接用電流は、ケーブル１２２ａ、１２２ｂを介してトランス２６に供給される。トランス２６は、この交流電流を直流電流（二次側溶接用電流）に変換し、ケーブル１２６ａ、１２６ｂを介してガンアーム１２ａ、１２ｂに供給する。他方のインバータ１２０は三相の交流電流（モータ駆動用電流）を出力するように構成されており、このモータ駆動用電流は、ケーブル２４を介してモータ２０に供給される。
【００２３】
また、バス１０４には、アナログ信号をデジタルデータに変換するＵ相用のＡ／Ｄ変換器１２８及びＶ相用のＡ／Ｄ変換器１３０が接続され、これらのＡ／Ｄ変換器１２８、１３０はマルチプレクサ１３２に接続されている。マルチプレクサ１３２は、ケーブル１２２ａに設けられた電流センサ１３４、ケーブル１２６ａに設けられた電流センサ１３６及びケーブル２４ａ、２４ｂに設けられた電流センサ１３８ａ、１３８ｂと配線により接続されており、前記電流センサ１３４からは一次側溶接用電流の検出値Ｉｗ１が、前記電流センサ１３６からは二次側溶接用電流の検出値Ｉｗ２が、前記電流センサ１３８ａ、１３８ｂからはモータ駆動用電流の検出値Ｉｍａ、Ｉｍｂがそれぞれ供給される。このうち、一次側溶接用電流の検出値Ｉｗ１及びモータ駆動用電流の検出値Ｉｍａは該マルチプレクサ１３２からＡ／Ｄ変換器１２８に出力され、二次側溶接用電流の検出値Ｉｗ２及びモータ駆動用電流の検出値Ｉｍｂは該マルチプレクサ１３２からＡ／Ｄ変換器１３０に出力される。
【００２４】
さらに、バス１０４にはインタフェイス１４０が接続されている。このインタフェイス１４０はモータ２０に設けられたパルスジェネレータ１４２と配線により接続され、該パルスジェネレータ１４２から前記モータ２０が所定角度回転する度に出力される検出パルスｐｋが供給される。この検出パルスｐｋは、図示しないＦ／Ｖ変換器によってモータ２０の回転速度（モータ速度）Ｖを示す電圧信号に変換され、バス１０４に対して出力される。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る制御装置１００の動作について、図３Ａ及び図３Ｂに示すタイミングチャートに基づいて詳しく説明する。
【００２６】
ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０６から供給される制御プログラムによって動作する。この場合、ＣＰＵ１０２は、上位コントローラ１１２からの指令データと、マルチプレクサ１３２及びＡ／Ｄ変換器１２８、１３０、並びにインタフェイス１４０を介して供給されるモータ駆動用電流の検出値Ｉｍａ、Ｉｍｂ、一次側溶接用電流の検出値Ｉｗ１及び二次側溶接用電流の検出値Ｉｗ２、並びに検出パルスｐｋ（モータ速度Ｖ）に基づいて、トランス２６及びモータ２０に供給する交流電流の電流値及び周波数を求めてＰＷＭジェネレータ１１４、１１６に供給する。
【００２７】
ここで、ＣＰＵ１０２における処理動作は、図３Ａ及び図３Ｂのタイミングチャートに示すタイミング（サンプリング周期）で行われる。即ち、前記タイミングに基づいて、マルチプレクサ１３２及びインタフェイス１４０における入出力の切り換えが行われる。この場合、サンプリング周期は、溶接装置１０の動作モード（後述する移動モード及び溶接モード）に応じて変更される。
【００２８】
モータ２０の回転に伴ってガンアーム１２ａ、１２ｂが移動するモード（移動モード）におけるサンプリング周期の具体的な例を図３Ａのタイミングチャートに示し、前記ガンアーム１２ａ、１２ｂ間に溶接用電流を供給するモード（溶接モード）におけるサンプリング周期の具体的な例を図３Ｂのタイミングチャートに示す。
【００２９】
図３Ａに示すように、移動モードにおいては溶接作業を行わないため、溶接用電流のサンプリングは行われない。一方、モータ２０の回転は高精度に制御する必要があるため、モータ速度及びモータ駆動用電流に対しては、十分な制御精度が得られるサンプリング周期（即ち、短いサンプリング周期）でサンプリングが行われる。ここで、一次側溶接用電流の周期がＴ（＝１００μｓ）である場合、モータ駆動用電流のサンプリング周期はＴ／４とされ、モータ速度のサンプリング周期は３Ｔ／４とされる。
【００３０】
このように、移動モードでは溶接用電流のサンプリングを行わないため、モータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期を短く設定した場合でも、ＣＰＵ１０２における該モータ速度及びモータ駆動用電流に対するサンプリング処理が確実に行われる。
【００３１】
図３Ｂに示すように、溶接モードにおいては、交流電流である一次側溶接用電流のピークに対応したサンプリング周期（Ｔ／２）で溶接用電流のサンプリングが行われる。このとき、モータ２０に対しては、ワークＷ１、Ｗ２を加圧するたの加圧力をガンアーム１２ａ、１２ｂに発生させるためのトルク制御を行う必要があるため、モータ駆動用電流のサンプリング周期は、このトルク制御を行う上で十分なサンプリング周期（Ｔ／２）に設定される。モータ速度のサンプリング周期は、動作異常の検出を行うことが可能な、例えば、３Ｔ／２に設定される。
【００３２】
このように、溶接モードにおけるモータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期は、移動モードにおけるモータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期に対して長く設定されているため、ＣＰＵ１０２は、溶接用電流、モータ速度及びモータ駆動用電流の全てに対するサンプリング処理を確実に行うことができる。
【００３３】
本実施の形態においては、ガンアーム１２ａ、１２ｂの駆動用のモータ２０を制御対象としているが、この他に、前記ガンアーム１２ａ、１２ｂ及びトランス２６を移動させるための図示しないロボットアームを構成するモータを制御対象とすることや、溶接装置を構成するモータに限らず、要求される制御精度が動作中に変化する複数のモータを制御対象とすることもできる。この場合、サンプリング周期は、本実施の形態と同様に、要求される制御精度に基づいてそれぞれ所望の値に設定される。
【００３４】
また、本実施の形態においては、サンプリング対象として溶接用電流を選択するとともに、モータ駆動用電流及びモータ速度のいずれか一方を選択した場合にも、これらに対して前記サンプリング周期と同じ周期でサンプリングを行うことができる。勿論、ＣＰＵ１０２の能力に応じて、ここで選択する前記モータ駆動用電流及びモータ速度のいずれか一方に対するサンプリング周期を変更するようにしてもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態においては、移動モードでは溶接用電流のサンプリングを行わないようにしている。また、移動モードにおけるモータ駆動用電流及びモータ速度のサンプリング周期を溶接モードにおけるモータ駆動用電流及びモータ速度のサンプリング周期に対して短い間隔に設定している。
【００３６】
この場合、移動モードでは溶接用電流のサンプリングを行わないため、モータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期を短く設定した場合でも、該モータ速度及びモータ駆動用電流に対するサンプリングを確実に行うことができる。また、溶接モードでは、モータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期を前記移動モードにおけるモータ速度及びモータ駆動用電流のサンプリング周期に対して長く設定することによって、溶接用電流、前記モータ速度及び前記モータ駆動用電流の全てに対するサンプリングを確実に行うことができる。
【００３７】
従って、制御装置１００の能力を十分に活用することができるとともに、モータ２０の回転速度、該モータ２０が発生するトルク及び溶接用電流の制御を十分な精度で行うことが可能である。
【００３８】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ワークに対して溶接を行うための溶接用電流をガンアームに供給する溶接用電流供給装置と、前記ガンアームを移動させるためのモータとを有する溶接装置を１つのＣＰＵによって制御する制御装置において、該制御装置の能力を十分に活用することができるとともに、前記モータの回転速度、該モータが発生するトルク及び前記溶接用電流の制御を十分な精度で行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態が適用される溶接装置の概略的な構成を示す平面図である。
【図２】制御装置の模式的な構成を示すブロック図である。
【図３】制御装置における処理のタイミングを示し、図３Ａは移動モードにおけるサンプリング周期を示すタイミングチャートであり、図３Ｂは溶接モードにおけるサンプリング周期を示すタイミングチャートである。
【図４】従来技術に係る制御装置における処理のタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…溶接装置 １２ａ、１２ｂ…ガンアーム
２０…モータ ２６…トランス
１００…制御装置 １０２…ＣＰＵ
１０４…バス １０６…ＲＯＭ
１０８…ＲＡＭ １１０…ＤＰＲＡＭ
１１４、１１６…ＰＷＭジェネレータ
１１８、１２０…インバータ １２８、１３０…Ａ／Ｄ変換器
１３２…マルチプレクサ
１３４、１３６、１３８ａ、１３８ｂ…電流センサ
１４０…インタフェイス １４２…パルスジェネレータ

Claims (2)

1. 被加工物に対して溶接を行うための溶接用電流をガンアームに供給する溶接用電流供給装置と、前記ガンアームを駆動するためのモータとを有する溶接装置を１つのＣＰＵによって制御する制御装置に適用される制御方法であって、
   前記モータを回転させて前記ガンアームを移動させる移動モードと、前記ガンアームに前記溶接用電流を供給して溶接作業を行う溶接モードとで、前記モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を変更するとともに、前記溶接用電流に対するサンプリング周期を変更することを特徴とする溶接装置用制御装置の制御方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記移動モードでは前記溶接用電流に対するサンプリングを行わず、該移動モードにおける前記モータの速度及び該モータへの供給電流の少なくとも一方に対するサンプリング周期を、前記溶接モードにおける前記サンプリング周期に対して短く設定することを特徴とする溶接装置用制御装置の制御方法。

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