JP3598892B2 - 溶接装置および溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接装置および溶接方法に関し、詳しくは、抵抗溶接において、被溶接部材を加圧するためのアクチュエータの移動量からナゲットの膨脹量を検出することができる溶接装置および溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スポット溶接に代表される抵抗溶接では、その良否をリアルタイム（溶接中）で判断するための方法として、形成されるナゲットの膨脹量を検出することが行われている。
【０００３】
ナゲットの膨脹量を検出するには、溶接ガンを動作させるアクチュエータの移動量を計測することにより行われる。これは、アクチュエータに取り付けたエンコーダの値からアクチュエータの移動量を容易に求めることができ、かつ、圧力センサなどを溶接ガンに別途取り付ける必要がないため、経済性や、装置の信頼性、保守性などに優れているからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにアクチュエータの移動量からナゲットの膨脹量を検出する場合、ナゲットの熱膨脹による溶接ガンアームを押し上げる力が、溶接ガンアームの剛性や、アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力などによって打ち消されてしまうため、アームが全く動かなかったり、動いたとしても静止摩擦力以上の力が働くまで応答が遅くなるなどして、ナゲットの膨脹量を正確に検出できないといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、アクチュエータの移動量を計測することだけで、正確にナゲットの膨脹量を検出することができる溶接装置および溶接方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００７】
（１）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を前記静止摩擦力の２倍分だけ減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【０００８】
（２）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【０００９】
（３）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、溶接開始後、前記アクチュエータの発生力が、溶接加圧力を中心に前記静止摩擦力分だけ増減するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【００１０】
（４）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させ、この増減力を前記移動量計測手段により計測されるアクチュエータの移動が静止するまで徐々に減らし、溶接開始後は、前記アクチュエータの発生力を、前記アクチュエータの移動が静止した時点における増減力を維持するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【００１１】
（５）前記溶接装置において、前記静止摩擦力は、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶し、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶し、前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を、前記静止摩擦力記憶手段に記憶したものであることを特徴とする。
【００１２】
（６）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧する段階と、前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らす段階と、前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らした後、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１３】
（７）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧する段階と、前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らす段階と、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた発生力となるまで減らした後、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１４】
（８）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分だけ増減させ、前記被溶接部材を加圧しつつ、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測することを特徴とする溶接方法。
【００１５】
（９）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させて被溶接部材を加圧する段階と、前記アクチュエータの移動量を計測し、前記アクチュエータが静止するまで、前記アクチュエータの発生力の増減を徐々に減少させる段階と、前記アクチュエータが静止した後、その時点における前記アクチュエータの発生力の増減を維持したまま溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１６】
（１０）前記溶接方法において、前記静止摩擦力は、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶する段階と、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶する段階と、前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を算出する段階と、から予め求められたものであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１８】
請求項１および６記載の本発明によれば、初期加圧時にアクチュエータの発生力を静止摩擦力分だけ高くし、溶接前の段階でアクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分を減じることとしたので、溶接中においては、アクチュエータが被溶接部材を加圧する力から静止摩擦力分の力が除かれたことになり、その分、アクチュエータは動きやすくなるため、ナゲットが熱膨脹したときには、静止摩擦力に影響されることなく、溶接ガンアームを押し上げることができる。したがって、これがアクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００１９】
請求項２および７記載の本発明によれば、初期加圧時に、アクチュエータの発生力を溶接加圧力に静止摩擦力分を足した力より高い任意の力で被溶接部材を加圧し、溶接前の段階で、溶接加圧力から静止摩擦力分を引いた力となるまでアクチュエータの発生力を徐々に減じすることとしたので、溶接中においては、アクチュエータが被溶接部材を加圧する力から静止摩擦力分の力が除かれたことになり、その分、アクチュエータは動きやすくなるため、ナゲットが熱膨脹したときには、静止摩擦力に影響されることなく、溶接ガンアームを押し上げることができる。したがって、これがアクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００２０】
請求項３および８記載の本発明によれば、溶接中におけるアクチュエータの発生力を溶接加圧力を中心に静止摩擦力分だけ増減するようにしたので、アクチュエータの発生力が増加したときには、ナゲットが収縮時にその増加力分だけアクチュエータが動きやすくなり、逆にアクチュエータの発生力が減少したときには、ナゲット膨脹時にその減少力分だけアクチュエータが動きやすくなるため、ナゲットの収縮時および膨脹時のいずれにおいても、静止摩擦力に影響されることなく、アクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの収縮量および膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００２１】
請求項４および９記載の本発明によれば、初期加圧時にアクチュエータの発生力を溶接加圧力を中心に静止摩擦力以上の任意の力で増減し、アクチュエータの動きが静止するまで、この増減力を徐々に少なくして、静止した時点の増減力を維持しつつ溶接を行うこととしたので、溶接中において、アクチュエータの発生力が増加したときには、ナゲットが収縮時に、その増加力分だけアクチュエータが動きやすくなり、逆にアクチュエータの発生力が減少したときには、ナゲット膨脹時にその減少力分だけアクチュエータが動きやすくなるため、ナゲットの収縮時および膨脹時のいずれにおいても、静止摩擦力に影響されることなく、アクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの収縮量および膨脹量を正確に検出することが可能となる。また、この発明では、正確な静止摩擦力は不明であってもよいので、簡単に動作で静止摩擦力の影響を排除することができる。
【００２２】
請求項５および１０記載の本発明によれば、アクチュエータの発生力を零から徐々に正方向に増加させ、アクチュエータが動き出した時点のアクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として求め、一方、アクチュエータの発生力を零から徐々に負方向に増加させ、アクチュエータが動き出した時点のアクチュエータ発生力を負方向静止摩擦力として求め、求められた正方向静止摩擦力と負方向静止摩擦力の平均値を静止摩擦力としたので、簡単な動作で、正確な静止摩擦力を求めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００２４】
《実施形態１》
図１は、本発明にかかる溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２５】
この溶接装置は、溶接ガン１０と制御装置２０よりなり、溶接ガン１０は、溶接ガンアーム１１、電極チップ１２Ａおよび１２Ｂ、サーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、およびエンコーダ１９よりなる。一方、制御装置２０は、ＣＰＵ２１、サーボ制御回路２２、移動量検出回路２４、電流制御回路１６、および記憶回路２６よりなる。また、電極チップ１２Ａおよび１２Ｂには電源回路１５が接続さている。
【００２６】
溶接ガンアーム１１は、アクチュエータであるモータ１８によって昇降され、溶接ガンアーム１１の先端に取り付けられている電極チップ１２Ａが、モータ１８の発生力（トルク）によって、被溶接部材１を溶接に必要な所定の溶接加圧力で加圧する。モータ１８には移動量計測手段としてエンコーダ１９が取り付けられており、このエンコーダ１９によってモータ１８の移動量（回転量）が計測される。
【００２７】
モータ１８は、ＣＰＵ２１の指令に基づいて動作するサーボ制御回路２２によって制御される。
【００２８】
移動量検出回路２４は、エンコーダ１９により計測されたモータ１８の移動量をサーボ制御回路２２を介して受けとり、電極チップ１２Ａの移動量を求める。電極チップ１２Ａの移動量は、初期加圧時（溶接開始前）に電極チップ１２Ａが被溶接部材１に当接後、所定の加圧力が加えられた時点でのエンコーダ出力値を基準位置として、そこからエンコーダの出力値が変化したときの値を引いて求める。なお、この他に、基準位置を別に設定し、そこからエンコーダ出力値を引いて求めるなど、様々な求め方があるので、適宜適応するとよい。
【００２９】
ここで求められた電極チップ１２Ａの移動量は、ＣＰＵ２１に送られて、電極チップ１２Ａの移動量からナゲットの大きさが検出され、溶接の良不良が判定される。また、電極チップ１２Ａの移動量は、モータ１８の位置制御のためにサーボ制御回路２２にフィードバックされる。
【００３０】
記憶回路２６は、予め求められたモータ１８が動き出すのに必要な静止摩擦力（詳細後述）、溶接条件（溶接加圧力、溶接電流、通電時間）などを記憶している。したがって、溶接は、この記憶回路２６に記憶されている情報をもとに最適な溶接条件で行なわれることになる。
【００３１】
この溶接装置による溶接動作の概略は、まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極チップ１２Ａ，１２Ｂが所定の溶接加圧力で圧接され、この圧接された状態で、電流制御回路１６の指令により電源回路１５から両電極チップ１２Ａ，１２Ｂに溶接電流が供給されて、溶接が開始される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨脹する。このときナゲットの膨脹による力が溶接加圧力より強ければ電極チップ１２Ａを押し上げることになる。その後電極チップ１２Ａ、１２Ｂへの通電を止めると、ナゲットは収縮する。この膨脹、収縮を一定時間（溶接時間）繰り返すことにより適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極チップ１２Ａの移動量を、モータ１８の移動量（回転量）としてエンコーダ１９により計測している。
【００３２】
ところで、溶接ガンアーム１１は、電極チップ１２Ａが被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性によって撓みが生じるが、電極チップ１２Ａの加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、溶接ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極チップ１２Ａが押し戻される。しかし、ナゲットの熱膨脹による力が、モータ１８が動き出すために必要な静止摩擦力より弱い場合、撓んだアームが伸びようとしても、静止摩擦力以上の力とはならないため、モータ１８は動き出さず、したがって、エンコーダ１９によってナゲットの熱膨張による電極チップ１２Ａの移動を検出できないことになる。
【００３３】
また、熱膨張による力が、モータ１８が動き出すために必要な静止摩擦力より強くても、この力が静止摩擦力よりも強くなるまでの間は、アームを撓ませる力となり、その後、撓んだアームが伸びたときにモータ１８が動いて、エンコーダ１９により電極チップ１２Ａの移動量として検出される。したがって、この場合は、エンコーダ１９により検出される電極チップ１２Ａの移動量は、実際にナゲットが膨脹した時点より遅れることになる。
【００３４】
このようなナゲットの膨脹を計測する際に邪魔になる静止摩擦力は、様々な要因により変化する。静止摩擦力は、例えばモータ１８やその回転軸、溶接ガンアーム１１、電極チップ１２Ａ、さらには取り付けられているエンコーダ１９などの可動部材の質量、溶接ガンアーム１１を支えている部材との摺動抵抗、機械構成部材に塗布（あるいは充填）されているオイルの粘性などによって変化する。このうち、可動部材の質量は、それら部材の重さが判明しているため、これによる静止摩擦力がどの程度になるかはある程度予測することができる。しかし、摺動抵抗やオイル粘性は、計時変化や環境温度などによって変化するため、予め正確に予測しておくことは難しい。
【００３５】
そこで、本実施形態は、まず、この静止摩擦力を予め検出することにした。
【００３６】
図２は静止摩擦力の検出手順を示すフローチャートである。
【００３７】
静止摩擦力の検出は、ＣＰＵ２１が静止摩擦力検出のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１の指令により、モータ１８のトルクＦを０にし（Ｓ１）、ここから徐々にモータ１８のトルクＦを正方向（電極チップ１２Ａが下降する方向）に上げてゆく（Ｓ２）。
【００３８】
そしてエンコーダ１９によりモータ１８の動きを監視し、モータ１８が動き出したか否かを検出する（Ｓ３）。ここで、モータ１８の動きが検出されなければ（Ｓ３，Ｎｏ）。ステップＳ２へ戻り、モータ１８のトルクＦの増加を続ける。一方、モータ１８の動きが検出されたなら（Ｓ３，Ｙｅｓ）、その時のトルクＦを正方向静止摩擦力Ｆｐとして記憶する（Ｓ４）。
【００３９】
続いて、再びモータ１８のトルクＦを０にし（Ｓ５）、ここから徐々にモータ１８のトルクＦを負方向（電極チップ１２Ａが上昇する方向）に上げてゆく（Ｓ６）。
【００４０】
そしてエンコーダ１９によりモータ１８の動きを監視し、モータ１８が動きだしたか否かを検出する（Ｓ７）。ここで、モータ１８の動きが検出されなければ（Ｓ７，Ｎｏ）。ステップＳ６へ戻り、モータ１８のトルクＦを増加させる。一方、モータの動きが検出されたなら（Ｓ７，Ｙｅｓ）、その時のトルクＦを負方向静止摩擦力Ｆｎとして記憶する（Ｓ８）。
【００４１】
続いて、記憶した正方向静止摩擦力Ｆｐと負方向静止摩擦力Ｆｎの平均（Ｆｐ＋Ｆｎ）／２を求め、これを静止摩擦力Ｆｓとして記憶回路２６に記憶する（Ｓ９）。
【００４２】
この静止摩擦力の検出は、溶接の開始前に毎回行うことが最も好ましいが、それでは溶接工程の操業効率を低下させることになる可能性もあるので、例えば連続溶接を行う際の始めの溶接前、あるいはチップドレスを行った際などに行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、以上により求めた静止摩擦力Ｆｓを用いて精度よくナゲットの膨脹量を検出するための溶接手順について説明する。
【００４４】
図３は、本実施形態１に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、ＣＰＵ２１からの指令により、所定の速度で電極チップ１２Ａを降下させ、初期加圧としてモータ１８のトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力となるようにして、被溶接部材１を加圧する（Ｓ１１）。このとき、電極チップ１２Ａは被溶接部材１に当接し、さらに所定の加圧力が加わることにより被溶接部材１と電極チップ１２Ｂが当接し、被溶接部材１には溶接加圧力が加わって全体の均衡が取れた状態で静止する。
【００４６】
ここで溶接加圧力は、下記（１）式のような関係がある。
【００４７】
溶接加圧力＝電極加圧力＝モータのトルク−静止摩擦力 …（１）
したがって、規定の溶接加圧力を被溶接部材１に加えるためには、モータ１８のトルクを、少なくとも溶接加圧力＋静止摩擦力とする必要がある。
【００４８】
具体的には、例えば溶接加圧力を２００ｋｇｆとしたい場合、静止摩擦力を１０ｋｇｆとすると、上記（１）式からモータ１８のトルクは２１０ｋｇｆ必要となる。
【００４９】
このため、本実施形態１では、上記ステップＳ１１のごとく初期加圧時のモータのトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力としたものである。
【００５０】
続いて、モータ１８のトルクを静止摩擦力を２倍した分だけ少なくする（Ｓ１２）。
【００５１】
ここで、溶接時においてナゲットが膨脹したときに電極チップを押し戻す力（ナゲットの膨脹力）とモータトルクとは、下記（２）式のような関係がある。
【００５２】
ナゲットの膨脹力＝モータトルク＋静止摩擦力 …（２）
したがって、ナゲットの膨脹力が規定の溶接加圧力となった時点で、静止していたモータが動き出すためには、モータ１８のトルクを溶接加圧力−静止摩擦力とする必要がある。
【００５３】
本実施形態では、初期加圧時にモータ１８のトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力としているので、モータ１８のトルクを溶接加圧力−静止摩擦力とするために、前記ステップＳ１２の通り、初期加圧時のモータトルクから静止摩擦力の２倍分の力を減じたものである。
【００５４】
その後、この状態から電極チップ１２Ａ、１２Ｂ間に記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ１３）。溶接中はエンコーダ１９によりモータ１８の移動量を監視することで移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ１４）。これによりナゲットが熱膨張すると、その時点で、前記の通り既にモータ１８のトルクは静止摩擦力分だけ除かれているので、ナゲットの膨脹力が溶接加圧力を越えた時点で電極チップ１２Ａを押し上げ、モータ１８が移動する。したがって、溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量から、ナゲットの膨脹量を正確に検出することができる。
【００５５】
その後、所定の溶接時間が経過すれば、溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ１５）。
【００５６】
《実施形態２》
本実施形態２は、初期加圧力を溶接加圧力に静止摩擦力以上の任意の力としたものである。
【００５７】
なお、本実施形態２では、溶接手順が実施形態１と異なるのみで、溶接装置の構成は実施形態１と同様である。したがって、溶接装置の構成に関する説明は省略する。また、本実施形態２では、実施形態１と同様にして検出した静止摩擦力を用いる。
【００５８】
図４は、本実施形態２に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００５９】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、（溶接加圧力＋静止摩擦力）よりも高いモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ２１）。このときのモータトルクは、被溶接部材１を変形させない程度であれば、任意の加圧力でよく、例えば溶接加圧力の倍程度の力であってもよい。
【００６０】
続いて、モータ１８のトルクを徐々に下げる（Ｓ２２）、そして、モータ１８のトルクが溶接加圧力から静止摩擦力分を引いた力（溶接加圧力−静止摩擦力）になったか否かを判断する（Ｓ２３）。ここで、モータ１８のトルク＝（溶接加圧力−静止摩擦力）でなければ（Ｓ２３，Ｎｏ）、ステップＳ２２へ戻る。一方、モータ１８のトルク＝（溶接加圧力−静止摩擦力）となれば（Ｓ２３，Ｙｅｓ）、電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ２４）。
【００６１】
溶接開始後は、エンコーダ１９によりモータ１８の移動量を監視することで移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ２５）。
【００６２】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ２６）。
【００６３】
以上のように、本実施形態２では、初期加圧として溶接加圧力に静止摩擦力を加えた力より強い任意のモータトルクで被溶接部材１を加圧し、この状態から徐々にモータトルクを（溶接加圧力−静止摩擦力）となるまで減少させたので、静止摩擦力に相当する分の力が抜けた状態となる。したがって、ナゲットの熱膨脹により電極チップ１２Ａが押し上げられた際に、この力が溶接加圧力よりも強くなった時点で、即座にモータ１８を動かす力となり、静止摩擦力の影響による応答遅れなどがなく、高精度でナゲットの膨脹量を検出することができる。
【００６４】
《実施形態３》
上述した実施形態１および２では、ナゲットの熱膨張を検出することに着目した実施形態であるが、本実施形態３はナゲットの膨脹のみならず収縮に対しても静止摩擦力の影響を排除し、正確なナゲットの膨脹量および収縮量を検出することができるようにしたものである。
【００６５】
なお、本実施形態３でも、溶接装置の構成は、実施形態１と同様である。したがって、溶接装置の構成に関する説明は省略する。また、本実施形態３では、実施形態１と同様にして検出した静止摩擦力を用いる。
【００６６】
図５は、本実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００６７】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、溶接加圧力となるようなモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ３１）。
【００６８】
続いて、モータ１８のトルク指令値を、溶接加圧力を中心値として、静止摩擦力に相当する力だけトルクが増減するようにディザ信号を加える（Ｓ３２）。このときの静止摩擦力は実施形態１と同様にして検出した値を用いる。
【００６９】
そして、このディザ信号を加えた状態で電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ３３）。
【００７０】
溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量を監視することにより、移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ３４）。
【００７１】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ３５）。
【００７２】
以上のように、本実施形態３では、溶接加圧力を中心値として、これに静止摩擦力に相当する力でモータ１８のトルクが増減するようにディザ信号を加えたので、モータ１８のトルクが、ディザ信号により静止摩擦力分弱くなったときには、その分ナゲットの熱膨脹による応答が速くなり、逆に、静止摩擦力に相当する分強くなったときにはナゲットの収縮による応答が速くなる。したがって、ナゲットの膨脹と収縮の両方を精度よく検出することが可能となる。
【００７３】
《実施形態４》
本実施形態４は、前記実施形態３同様に、正確なナゲットの膨脹量および収縮量を検出することができるようにしたものである。ただし、本実施形態４では静止摩擦力の値を必要としない点で実施形態３と異なる。
【００７４】
なお、溶接装置の構成は、実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【００７５】
図６は、本実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００７６】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、溶接加圧力となるようなモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ４１）。
【００７７】
続いて、モータ１８のトルクを、溶接加圧力を中心値とし、静止摩擦力よりも強い力でトルクが増減するようにディザ信号を加える（Ｓ４２）。ここで用いる静止摩擦力はおよその値でよく、正確な値を必要としない。
【００７８】
このとき、モータ１８は加えられているディザ信号が（溶接加圧力＋静止摩擦力）より強いため、正負両方向に微小振動する。なお、このときモータが振動していない場合は、加えられたモータのトルクが（溶接加圧力＋静止摩擦力）を越えていないので、さらに強いトルクとなるようにする。
【００７９】
続いて、ディザ信号の値を徐々に少なくしてゆく（Ｓ４３）。
【００８０】
続いてエンコーダ１９の出力からモータ１８の動きが静止したか否かを判断する（Ｓ４４）。ここで、モータ１８の動きが静止していなければ（Ｓ４４，Ｎｏ）、ステップＳ４３へ戻りディザ信号の減少を継続する。一方、モータ１８の動きが静止していれば（Ｓ４４，Ｙｅｓ）、この時点で加えられているディザ信号を維持し（Ｓ４５）、電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ４６）。したがって、溶接中、モータ１８のトルクは、モータ１８が静止した時点でのディザ信号が加えられたままとなっている。
【００８１】
溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量を監視することにより、移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ４７）。
【００８２】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ４８）。
【００８３】
以上のように、本実施形態４では、初期加圧時に溶接加圧力を中心値として、これに静止摩擦力よりも強い力でモータ１８のトルクが増減するように、ディザ信号を加え、これをモータが静止するまで徐々に減少させ、モータが静止した時点でのディザ信号を加えつつ、溶接を行うことにしたので、その時点で静止摩擦力に相当する分の力がモータトルクから増減していることになり（モータ自体は静止している）、ナゲットの膨脹により電極チップが押し上げられた場合、また逆に収縮によってモータのトルクにより電極チップが下がった場合に、これらをモータ１８の動きとして精度よく検出することが可能となる。
【００８４】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば各実施形態では、アクチュエータとしてサーボモータを利用した溶接装置を示したが、これに代えてオイルシリンダやエアーシリンダを用いたものであってもよく、このような場合、移動量計測手段としてはピストンの出、戻り量を計測するゲージが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した溶接装置の概略を示す図面である。
【図２】実施形態１に係る静止摩擦力の検出手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態１に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態２に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図６】実施形態４に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…溶接ガン、
１１…溶接ガンアーム、
１２Ａ、１２Ｂ…電極チップ、
１８…サーボモータ、
１９…エンコーダ、
２０…制御装置、
２１…ＣＰＵ、
２４…移動量検出回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接装置および溶接方法に関し、詳しくは、抵抗溶接において、被溶接部材を加圧するためのアクチュエータの移動量からナゲットの膨脹量を検出することができる溶接装置および溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スポット溶接に代表される抵抗溶接では、その良否をリアルタイム（溶接中）で判断するための方法として、形成されるナゲットの膨脹量を検出することが行われている。
【０００３】
ナゲットの膨脹量を検出するには、溶接ガンを動作させるアクチュエータの移動量を計測することにより行われる。これは、アクチュエータに取り付けたエンコーダの値からアクチュエータの移動量を容易に求めることができ、かつ、圧力センサなどを溶接ガンに別途取り付ける必要がないため、経済性や、装置の信頼性、保守性などに優れているからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにアクチュエータの移動量からナゲットの膨脹量を検出する場合、ナゲットの熱膨脹による溶接ガンアームを押し上げる力が、溶接ガンアームの剛性や、アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力などによって打ち消されてしまうため、アームが全く動かなかったり、動いたとしても静止摩擦力以上の力が働くまで応答が遅くなるなどして、ナゲットの膨脹量を正確に検出できないといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、アクチュエータの移動量を計測することだけで、正確にナゲットの膨脹量を検出することができる溶接装置および溶接方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００７】
（１）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を前記静止摩擦力の２倍分だけ減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【０００８】
（２）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【０００９】
（３）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、溶接開始後、前記アクチュエータの発生力が、溶接加圧力を中心に前記静止摩擦力分だけ増減するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【００１０】
（４）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させ、この増減力を前記移動量計測手段により計測されるアクチュエータの移動が静止するまで徐々に減らし、溶接開始後は、前記アクチュエータの発生力を、前記アクチュエータの移動が静止した時点における増減力を維持するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、を有することを特徴とする溶接装置。
【００１１】
（５）前記溶接装置において、前記静止摩擦力は、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶し、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶し、前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を、前記静止摩擦力記憶手段に記憶したものであることを特徴とする。
【００１２】
（６）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧する段階と、前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らす段階と、前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らした後、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１３】
（７）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧する段階と、前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らす段階と、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた発生力となるまで減らした後、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１４】
（８）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分だけ増減させ、前記被溶接部材を加圧しつつ、溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測することを特徴とする溶接方法。
【００１５】
（９）アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させて被溶接部材を加圧する段階と、前記アクチュエータの移動量を計測し、前記アクチュエータが静止するまで、前記アクチュエータの発生力の増減を徐々に減少させる段階と、前記アクチュエータが静止した後、その時点における前記アクチュエータの発生力の増減を維持したまま溶接を開始する段階と、前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。
【００１６】
（１０）前記溶接方法において、前記静止摩擦力は、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶する段階と、前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶する段階と、前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を算出する段階と、から予め求められたものであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１８】
請求項１および６記載の本発明によれば、初期加圧時にアクチュエータの発生力を静止摩擦力分だけ高くし、溶接前の段階でアクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分を減じることとしたので、溶接中においては、アクチュエータが被溶接部材を加圧する力から静止摩擦力分の力が除かれたことになり、その分、アクチュエータは動きやすくなるため、ナゲットが熱膨脹したときには、静止摩擦力に影響されることなく、溶接ガンアームを押し上げることができる。したがって、これがアクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００１９】
請求項２および７記載の本発明によれば、初期加圧時に、アクチュエータの発生力を溶接加圧力に静止摩擦力分を足した力より高い任意の力で被溶接部材を加圧し、溶接前の段階で、溶接加圧力から静止摩擦力分を引いた力となるまでアクチュエータの発生力を徐々に減じすることとしたので、溶接中においては、アクチュエータが被溶接部材を加圧する力から静止摩擦力分の力が除かれたことになり、その分、アクチュエータは動きやすくなるため、ナゲットが熱膨脹したときには、静止摩擦力に影響されることなく、溶接ガンアームを押し上げることができる。したがって、これがアクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００２０】
請求項３および８記載の本発明によれば、溶接中におけるアクチュエータの発生力を溶接加圧力を中心に静止摩擦力分だけ増減するようにしたので、アクチュエータの発生力が増加したときには、ナゲットが収縮時にその増加力分だけアクチュエータが動きやすくなり、逆にアクチュエータの発生力が減少したときには、ナゲット膨脹時にその減少力分だけアクチュエータが動きやすくなるため、ナゲットの収縮時および膨脹時のいずれにおいても、静止摩擦力に影響されることなく、アクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの収縮量および膨脹量を正確に検出することが可能となる。
【００２１】
請求項４および９記載の本発明によれば、初期加圧時にアクチュエータの発生力を溶接加圧力を中心に静止摩擦力以上の任意の力で増減し、アクチュエータの動きが静止するまで、この増減力を徐々に少なくして、静止した時点の増減力を維持しつつ溶接を行うこととしたので、溶接中において、アクチュエータの発生力が増加したときには、ナゲットが収縮時に、その増加力分だけアクチュエータが動きやすくなり、逆にアクチュエータの発生力が減少したときには、ナゲット膨脹時にその減少力分だけアクチュエータが動きやすくなるため、ナゲットの収縮時および膨脹時のいずれにおいても、静止摩擦力に影響されることなく、アクチュエータの移動量に精度よく反映されて、ナゲットの収縮量および膨脹量を正確に検出することが可能となる。また、この発明では、正確な静止摩擦力は不明であってもよいので、簡単に動作で静止摩擦力の影響を排除することができる。
【００２２】
請求項５および１０記載の本発明によれば、アクチュエータの発生力を零から徐々に正方向に増加させ、アクチュエータが動き出した時点のアクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として求め、一方、アクチュエータの発生力を零から徐々に負方向に増加させ、アクチュエータが動き出した時点のアクチュエータ発生力を負方向静止摩擦力として求め、求められた正方向静止摩擦力と負方向静止摩擦力の平均値を静止摩擦力としたので、簡単な動作で、正確な静止摩擦力を求めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００２４】
《実施形態１》
図１は、本発明にかかる溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２５】
この溶接装置は、溶接ガン１０と制御装置２０よりなり、溶接ガン１０は、溶接ガンアーム１１、電極チップ１２Ａおよび１２Ｂ、サーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、およびエンコーダ１９よりなる。一方、制御装置２０は、ＣＰＵ２１、サーボ制御回路２２、移動量検出回路２４、電流制御回路１６、および記憶回路２６よりなる。また、電極チップ１２Ａおよび１２Ｂには電源回路１５が接続さている。
【００２６】
溶接ガンアーム１１は、アクチュエータであるモータ１８によって昇降され、溶接ガンアーム１１の先端に取り付けられている電極チップ１２Ａが、モータ１８の発生力（トルク）によって、被溶接部材１を溶接に必要な所定の溶接加圧力で加圧する。モータ１８には移動量計測手段としてエンコーダ１９が取り付けられており、このエンコーダ１９によってモータ１８の移動量（回転量）が計測される。
【００２７】
モータ１８は、ＣＰＵ２１の指令に基づいて動作するサーボ制御回路２２によって制御される。
【００２８】
移動量検出回路２４は、エンコーダ１９により計測されたモータ１８の移動量をサーボ制御回路２２を介して受けとり、電極チップ１２Ａの移動量を求める。電極チップ１２Ａの移動量は、初期加圧時（溶接開始前）に電極チップ１２Ａが被溶接部材１に当接後、所定の加圧力が加えられた時点でのエンコーダ出力値を基準位置として、そこからエンコーダの出力値が変化したときの値を引いて求める。なお、この他に、基準位置を別に設定し、そこからエンコーダ出力値を引いて求めるなど、様々な求め方があるので、適宜適応するとよい。
【００２９】
ここで求められた電極チップ１２Ａの移動量は、ＣＰＵ２１に送られて、電極チップ１２Ａの移動量からナゲットの大きさが検出され、溶接の良不良が判定される。また、電極チップ１２Ａの移動量は、モータ１８の位置制御のためにサーボ制御回路２２にフィードバックされる。
【００３０】
記憶回路２６は、予め求められたモータ１８が動き出すのに必要な静止摩擦力（詳細後述）、溶接条件（溶接加圧力、溶接電流、通電時間）などを記憶している。したがって、溶接は、この記憶回路２６に記憶されている情報をもとに最適な溶接条件で行なわれることになる。
【００３１】
この溶接装置による溶接動作の概略は、まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極チップ１２Ａ，１２Ｂが所定の溶接加圧力で圧接され、この圧接された状態で、電流制御回路１６の指令により電源回路１５から両電極チップ１２Ａ，１２Ｂに溶接電流が供給されて、溶接が開始される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨脹する。このときナゲットの膨脹による力が溶接加圧力より強ければ電極チップ１２Ａを押し上げることになる。その後電極チップ１２Ａ、１２Ｂへの通電を止めると、ナゲットは収縮する。この膨脹、収縮を一定時間（溶接時間）繰り返すことにより適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極チップ１２Ａの移動量を、モータ１８の移動量（回転量）としてエンコーダ１９により計測している。
【００３２】
ところで、溶接ガンアーム１１は、電極チップ１２Ａが被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性によって撓みが生じるが、電極チップ１２Ａの加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、溶接ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極チップ１２Ａが押し戻される。しかし、ナゲットの熱膨脹による力が、モータ１８が動き出すために必要な静止摩擦力より弱い場合、撓んだアームが伸びようとしても、静止摩擦力以上の力とはならないため、モータ１８は動き出さず、したがって、エンコーダ１９によってナゲットの熱膨張による電極チップ１２Ａの移動を検出できないことになる。
【００３３】
また、熱膨張による力が、モータ１８が動き出すために必要な静止摩擦力より強くても、この力が静止摩擦力よりも強くなるまでの間は、アームを撓ませる力となり、その後、撓んだアームが伸びたときにモータ１８が動いて、エンコーダ１９により電極チップ１２Ａの移動量として検出される。したがって、この場合は、エンコーダ１９により検出される電極チップ１２Ａの移動量は、実際にナゲットが膨脹した時点より遅れることになる。
【００３４】
このようなナゲットの膨脹を計測する際に邪魔になる静止摩擦力は、様々な要因により変化する。静止摩擦力は、例えばモータ１８やその回転軸、溶接ガンアーム１１、電極チップ１２Ａ、さらには取り付けられているエンコーダ１９などの可動部材の質量、溶接ガンアーム１１を支えている部材との摺動抵抗、機械構成部材に塗布（あるいは充填）されているオイルの粘性などによって変化する。このうち、可動部材の質量は、それら部材の重さが判明しているため、これによる静止摩擦力がどの程度になるかはある程度予測することができる。しかし、摺動抵抗やオイル粘性は、計時変化や環境温度などによって変化するため、予め正確に予測しておくことは難しい。
【００３５】
そこで、本実施形態は、まず、この静止摩擦力を予め検出することにした。
【００３６】
図２は静止摩擦力の検出手順を示すフローチャートである。
【００３７】
静止摩擦力の検出は、ＣＰＵ２１が静止摩擦力検出のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１の指令により、モータ１８のトルクＦを０にし（Ｓ１）、ここから徐々にモータ１８のトルクＦを正方向（電極チップ１２Ａが下降する方向）に上げてゆく（Ｓ２）。
【００３８】
そしてエンコーダ１９によりモータ１８の動きを監視し、モータ１８が動き出したか否かを検出する（Ｓ３）。ここで、モータ１８の動きが検出されなければ（Ｓ３，Ｎｏ）。ステップＳ２へ戻り、モータ１８のトルクＦの増加を続ける。一方、モータ１８の動きが検出されたなら（Ｓ３，Ｙｅｓ）、その時のトルクＦを正方向静止摩擦力Ｆｐとして記憶する（Ｓ４）。
【００３９】
続いて、再びモータ１８のトルクＦを０にし（Ｓ５）、ここから徐々にモータ１８のトルクＦを負方向（電極チップ１２Ａが上昇する方向）に上げてゆく（Ｓ６）。
【００４０】
そしてエンコーダ１９によりモータ１８の動きを監視し、モータ１８が動きだしたか否かを検出する（Ｓ７）。ここで、モータ１８の動きが検出されなければ（Ｓ７，Ｎｏ）。ステップＳ６へ戻り、モータ１８のトルクＦを増加させる。一方、モータの動きが検出されたなら（Ｓ７，Ｙｅｓ）、その時のトルクＦを負方向静止摩擦力Ｆｎとして記憶する（Ｓ８）。
【００４１】
続いて、記憶した正方向静止摩擦力Ｆｐと負方向静止摩擦力Ｆｎの平均（Ｆｐ＋Ｆｎ）／２を求め、これを静止摩擦力Ｆｓとして記憶回路２６に記憶する（Ｓ９）。
【００４２】
この静止摩擦力の検出は、溶接の開始前に毎回行うことが最も好ましいが、それでは溶接工程の操業効率を低下させることになる可能性もあるので、例えば連続溶接を行う際の始めの溶接前、あるいはチップドレスを行った際などに行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、以上により求めた静止摩擦力Ｆｓを用いて精度よくナゲットの膨脹量を検出するための溶接手順について説明する。
【００４４】
図３は、本実施形態１に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、ＣＰＵ２１からの指令により、所定の速度で電極チップ１２Ａを降下させ、初期加圧としてモータ１８のトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力となるようにして、被溶接部材１を加圧する（Ｓ１１）。このとき、電極チップ１２Ａは被溶接部材１に当接し、さらに所定の加圧力が加わることにより被溶接部材１と電極チップ１２Ｂが当接し、被溶接部材１には溶接加圧力が加わって全体の均衡が取れた状態で静止する。
【００４６】
ここで溶接加圧力は、下記（１）式のような関係がある。
【００４７】
溶接加圧力＝電極加圧力＝モータのトルク−静止摩擦力 …（１）
したがって、規定の溶接加圧力を被溶接部材１に加えるためには、モータ１８のトルクを、少なくとも溶接加圧力＋静止摩擦力とする必要がある。
【００４８】
具体的には、例えば溶接加圧力を２００ｋｇｆとしたい場合、静止摩擦力を１０ｋｇｆとすると、上記（１）式からモータ１８のトルクは２１０ｋｇｆ必要となる。
【００４９】
このため、本実施形態１では、上記ステップＳ１１のごとく初期加圧時のモータのトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力としたものである。
【００５０】
続いて、モータ１８のトルクを静止摩擦力を２倍した分だけ少なくする（Ｓ１２）。
【００５１】
ここで、溶接時においてナゲットが膨脹したときに電極チップを押し戻す力（ナゲットの膨脹力）とモータトルクとは、下記（２）式のような関係がある。
【００５２】
ナゲットの膨脹力＝モータトルク＋静止摩擦力 …（２）
したがって、ナゲットの膨脹力が規定の溶接加圧力となった時点で、静止していたモータが動き出すためには、モータ１８のトルクを溶接加圧力−静止摩擦力とする必要がある。
【００５３】
本実施形態では、初期加圧時にモータ１８のトルクを溶接加圧力＋静止摩擦力としているので、モータ１８のトルクを溶接加圧力−静止摩擦力とするために、前記ステップＳ１２の通り、初期加圧時のモータトルクから静止摩擦力の２倍分の力を減じたものである。
【００５４】
その後、この状態から電極チップ１２Ａ、１２Ｂ間に記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ１３）。溶接中はエンコーダ１９によりモータ１８の移動量を監視することで移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ１４）。これによりナゲットが熱膨張すると、その時点で、前記の通り既にモータ１８のトルクは静止摩擦力分だけ除かれているので、ナゲットの膨脹力が溶接加圧力を越えた時点で電極チップ１２Ａを押し上げ、モータ１８が移動する。したがって、溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量から、ナゲットの膨脹量を正確に検出することができる。
【００５５】
その後、所定の溶接時間が経過すれば、溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ１５）。
【００５６】
《実施形態２》
本実施形態２は、初期加圧力を溶接加圧力に静止摩擦力以上の任意の力としたものである。
【００５７】
なお、本実施形態２では、溶接手順が実施形態１と異なるのみで、溶接装置の構成は実施形態１と同様である。したがって、溶接装置の構成に関する説明は省略する。また、本実施形態２では、実施形態１と同様にして検出した静止摩擦力を用いる。
【００５８】
図４は、本実施形態２に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００５９】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、（溶接加圧力＋静止摩擦力）よりも高いモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ２１）。このときのモータトルクは、被溶接部材１を変形させない程度であれば、任意の加圧力でよく、例えば溶接加圧力の倍程度の力であってもよい。
【００６０】
続いて、モータ１８のトルクを徐々に下げる（Ｓ２２）、そして、モータ１８のトルクが溶接加圧力から静止摩擦力分を引いた力（溶接加圧力−静止摩擦力）になったか否かを判断する（Ｓ２３）。ここで、モータ１８のトルク＝（溶接加圧力−静止摩擦力）でなければ（Ｓ２３，Ｎｏ）、ステップＳ２２へ戻る。一方、モータ１８のトルク＝（溶接加圧力−静止摩擦力）となれば（Ｓ２３，Ｙｅｓ）、電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ２４）。
【００６１】
溶接開始後は、エンコーダ１９によりモータ１８の移動量を監視することで移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ２５）。
【００６２】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ２６）。
【００６３】
以上のように、本実施形態２では、初期加圧として溶接加圧力に静止摩擦力を加えた力より強い任意のモータトルクで被溶接部材１を加圧し、この状態から徐々にモータトルクを（溶接加圧力−静止摩擦力）となるまで減少させたので、静止摩擦力に相当する分の力が抜けた状態となる。したがって、ナゲットの熱膨脹により電極チップ１２Ａが押し上げられた際に、この力が溶接加圧力よりも強くなった時点で、即座にモータ１８を動かす力となり、静止摩擦力の影響による応答遅れなどがなく、高精度でナゲットの膨脹量を検出することができる。
【００６４】
《実施形態３》
上述した実施形態１および２では、ナゲットの熱膨張を検出することに着目した実施形態であるが、本実施形態３はナゲットの膨脹のみならず収縮に対しても静止摩擦力の影響を排除し、正確なナゲットの膨脹量および収縮量を検出することができるようにしたものである。
【００６５】
なお、本実施形態３でも、溶接装置の構成は、実施形態１と同様である。したがって、溶接装置の構成に関する説明は省略する。また、本実施形態３では、実施形態１と同様にして検出した静止摩擦力を用いる。
【００６６】
図５は、本実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００６７】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、溶接加圧力となるようなモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ３１）。
【００６８】
続いて、モータ１８のトルク指令値を、溶接加圧力を中心値として、静止摩擦力に相当する力だけトルクが増減するようにディザ信号を加える（Ｓ３２）。このときの静止摩擦力は実施形態１と同様にして検出した値を用いる。
【００６９】
そして、このディザ信号を加えた状態で電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ３３）。
【００７０】
溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量を監視することにより、移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ３４）。
【００７１】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ３５）。
【００７２】
以上のように、本実施形態３では、溶接加圧力を中心値として、これに静止摩擦力に相当する力でモータ１８のトルクが増減するようにディザ信号を加えたので、モータ１８のトルクが、ディザ信号により静止摩擦力分弱くなったときには、その分ナゲットの熱膨脹による応答が速くなり、逆に、静止摩擦力に相当する分強くなったときにはナゲットの収縮による応答が速くなる。したがって、ナゲットの膨脹と収縮の両方を精度よく検出することが可能となる。
【００７３】
《実施形態４》
本実施形態４は、前記実施形態３同様に、正確なナゲットの膨脹量および収縮量を検出することができるようにしたものである。ただし、本実施形態４では静止摩擦力の値を必要としない点で実施形態３と異なる。
【００７４】
なお、溶接装置の構成は、実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【００７５】
図６は、本実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【００７６】
この溶接手順は、ＣＰＵ２１が溶接のためのプログラムを実行することにより行われる。まず、ＣＰＵ２１は、溶接加圧力となるようなモータ１８のトルクを指令し、これにより被溶接部材１を初期加圧する（Ｓ４１）。
【００７７】
続いて、モータ１８のトルクを、溶接加圧力を中心値とし、静止摩擦力よりも強い力でトルクが増減するようにディザ信号を加える（Ｓ４２）。ここで用いる静止摩擦力はおよその値でよく、正確な値を必要としない。
【００７８】
このとき、モータ１８は加えられているディザ信号が（溶接加圧力＋静止摩擦力）より強いため、正負両方向に微小振動する。なお、このときモータが振動していない場合は、加えられたモータのトルクが（溶接加圧力＋静止摩擦力）を越えていないので、さらに強いトルクとなるようにする。
【００７９】
続いて、ディザ信号の値を徐々に少なくしてゆく（Ｓ４３）。
【００８０】
続いてエンコーダ１９の出力からモータ１８の動きが静止したか否かを判断する（Ｓ４４）。ここで、モータ１８の動きが静止していなければ（Ｓ４４，Ｎｏ）、ステップＳ４３へ戻りディザ信号の減少を継続する。一方、モータ１８の動きが静止していれば（Ｓ４４，Ｙｅｓ）、この時点で加えられているディザ信号を維持し（Ｓ４５）、電極チップに対し記憶回路２６に記憶されている溶接条件で通電し溶接を開始する（Ｓ４６）。したがって、溶接中、モータ１８のトルクは、モータ１８が静止した時点でのディザ信号が加えられたままとなっている。
【００８１】
溶接開始後は、エンコーダ１９の移動量を監視することにより、移動量検出回路２４が電極チップ１２Ａの移動量を求める（Ｓ４７）。
【００８２】
その後、溶接終了により溶接ガンを開放して全ての処理を終了する（Ｓ４８）。
【００８３】
以上のように、本実施形態４では、初期加圧時に溶接加圧力を中心値として、これに静止摩擦力よりも強い力でモータ１８のトルクが増減するように、ディザ信号を加え、これをモータが静止するまで徐々に減少させ、モータが静止した時点でのディザ信号を加えつつ、溶接を行うことにしたので、その時点で静止摩擦力に相当する分の力がモータトルクから増減していることになり（モータ自体は静止している）、ナゲットの膨脹により電極チップが押し上げられた場合、また逆に収縮によってモータのトルクにより電極チップが下がった場合に、これらをモータ１８の動きとして精度よく検出することが可能となる。
【００８４】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば各実施形態では、アクチュエータとしてサーボモータを利用した溶接装置を示したが、これに代えてオイルシリンダやエアーシリンダを用いたものであってもよく、このような場合、移動量計測手段としてはピストンの出、戻り量を計測するゲージが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した溶接装置の概略を示す図面である。
【図２】実施形態１に係る静止摩擦力の検出手順を示すフローチャートである。
【図３】実施形態１に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態２に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態３に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【図６】実施形態４に係る溶接手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…溶接ガン、
１１…溶接ガンアーム、
１２Ａ、１２Ｂ…電極チップ、
１８…サーボモータ、
１９…エンコーダ、
２０…制御装置、
２１…ＣＰＵ、
２４…移動量検出回路。
Claims (10)
- アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、
前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を前記静止摩擦力の２倍分だけ減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、
前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記静止摩擦力分を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧し、その後溶接開始前に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らすように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、
前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を記憶した静止摩擦力記憶手段と、
溶接開始後、前記アクチュエータの発生力が、溶接加圧力を中心に前記静止摩擦力分だけ増減するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、を有することを特徴とする溶接装置。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接装置において、
前記アクチュエータの移動量を計測する移動量計測手段と、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させ、この増減力を前記移動量計測手段により計測されるアクチュエータの移動が静止するまで徐々に減らし、溶接開始後は、前記アクチュエータの発生力を、前記アクチュエータの移動が静止した時点における増減力を維持するように、前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、を有することを特徴とする溶接装置。 - 前記静止摩擦力は、
前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶し、
前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記移動量計測手段が前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶し、
前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を、前記静止摩擦力記憶手段に記憶したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の溶接装置。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分を足した力として前記被溶接部材を加圧する段階と、
前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らす段階と、
前記アクチュエータの発生力を静止摩擦力の２倍分だけ減らした後、溶接を開始する段階と、
前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力を足した力より高くして前記被溶接部材を加圧する段階と、
前記加圧後、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた力となるまで減らす段階と、
前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力から静止摩擦力を引いた発生力となるまで減らした後、溶接を開始する段階と、
前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、
前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力分だけ増減させ、前記被溶接部材を加圧しつつ、溶接を開始する段階と、
前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測することを特徴とする溶接方法。 - アクチュエータにより溶接ガンアーム先端に取り付けられた電極チップを移動し、該電極チップにより被溶接部材を加圧しつつ、溶接を行う溶接方法において、
初期加圧時に、前記アクチュエータの発生力を、溶接加圧力を中心に前記アクチュエータが動き出すのに必要な静止摩擦力以上の任意の力で増減させて被溶接部材を加圧する段階と、
前記アクチュエータの移動量を計測し、前記アクチュエータが静止するまで、前記アクチュエータの発生力の増減を徐々に減少させる段階と、
前記アクチュエータが静止した後、その時点における前記アクチュエータの発生力の増減を維持したまま溶接を開始する段階と、
前記溶接開始後、前記アクチュエータの移動量を計測する段階と、を有することを特徴とする溶接方法。 - 前記静止摩擦力は、
前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に正方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出した時点の前記アクチュエータの発生力を正方向静止摩擦力として記憶する段階と、
前記アクチュエータの発生力を、零から徐々に負方向に増加させ、前記アクチュエータが動き出したことを検出した時点の前記アクチュエータの発生力を負方向静止摩擦力として記憶する段階と、
前記正方向静止摩擦力と前記負方向静止摩擦力の平均値を算出する段階と、から予め求められたものであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の溶接方法。
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