JP3661008B2 - 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、被溶接物間に隙間が存在しても適正な加圧力によりスポット溶接がなし得る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車製造ラインにおけるスポット溶接ロボットを用いたスポット溶接では、スポット溶接ガンとして電動サーボ式抵抗溶接装置、いわゆるサーボガンが用いられている。そして、このスポット溶接ガンでは、加圧力を所定値とするために加圧力の制御がなされている。この加圧力制御装置として、例えば、電動式上部チップ昇降手段と制御手段と位置検出手段とからなる電動式スポット溶接ガンの加圧力制御装置であって、前記制御手段が、加圧力設定部及び前記スポット溶接ガンが被溶接物を挾持した状態における前記昇降手段の供給電流値と加圧力の関係を予め記憶している加圧力データ部を有し、前記制御手段が、前記加圧力設定部により設定された加圧力に応じて、前記加圧力データ部から前記昇降手段への供給電流値を設定することを特徴とする電動式スポット溶接ガンの加圧力制御装置が用いられている(例えば、実開平5ー24171号公報参照)。
【0003】
しかしながら、被溶接板に歪などがあると被溶接板相互を当接した場合、被溶接板相互間に隙間が生ずる(図4参照)。そして、かかる隙間がある状態にもかかわらず、前記加圧力制御装置により加圧力の制御を行ってスポット溶接を行うと、加圧力の大部分が隙間を無くすために、つまり被溶接板相互を密着させるために使用される。その結果、被溶接板同士の接触力が不足し、溶接不良が生ずる場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、被溶接板に歪などがあって、被溶接板相互間に隙間が生じた場合においても所定加圧力により加圧しながらスポット溶接がなし得る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第1形態は、電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、上部チップを降下させて被溶接物間の隙間をゼロとする手順と、前記隙間をゼロとしたときの密着時加圧力を算出する手順と、前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順と、上部チップおよび下部チップ間に通電してスポット溶接する手順と、上部チップが上昇するタイミングを監視する手順と、上部チップの上昇開始時より前記指令加圧力を設定加圧力に戻す手順とを含んでなることを特徴とする。
【0007】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第1形態においては、密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を停止した状態でなされたり、あるいは前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を継続させた状態でなされたりする。
【0008】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第2形態は、電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、上部チップを低加圧力により被溶接物を加圧した状態で上部チップの降下動作を停止させる手順と、上部チップの降下動作を停止した時点における被溶接物間の隙間を算出する手順と、前記隙間および被溶接物のバネ定数を用いて密着時加圧力を算出する手順と、前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順とを含んでなることを特徴とする。
【0010】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置は、チップ昇降装置とチップ位置検出装置とを有する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置であって、前記制御装置が、被溶接物の板厚、バネ定数などの被溶接物の特性を登録する特性登録部と、前記チップ位置検出装置からの検出値に基づいてチップ位置を算出するチップ位置算出部と、被溶接物をチップにより低加圧力により加圧した状態における被溶接物間の隙間を算出する隙間算出部と、被溶接物の加圧力を設定する加圧力設定部と、前記バネ定数および隙間に基づいて被溶接物相互が密着した状態における加圧力を算出する密着時加圧力算出部と、前記設定加圧力および密着時加圧力に基づいて指令加圧力を算出する指令加圧力算出部とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、被溶接物間に隙間があったとしても、被溶接物を所定加圧力により加圧した状態でスポット溶接がなし得る。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【0013】
実施の形態1
本発明の実施の形態1の制御方法が適用されているスポット溶接ガンGを図1に概略図で示し、そのスポット溶接ガンGの制御に用いる制御装置10の概略図を図2に示し、そしてその電気的構成の概略図を図3に示す。
【0014】
スポット溶接ガンGは、ロボットアームAに保持されているガン本体1と、上部チップ(上部電極)2と、ガン本体1の下部1aに装着されている下部チップ(下部電極)3と、上部チップ2を保持して昇降させる電動式上部チップ昇降装置(以下、単にチップ昇降装置という)4と、チップ位置検出装置5とを主要構成要素として備えなる。なお、図1において、W1,W2は被溶接板を示す。
【0015】
ガン本体1は、図1に示すように、概略コの字状部材とされ、その下部1a上面に下部チップ3が垂設され、その上部1b先端にチップ昇降装置4が装着されている。
【0016】
チップ昇降装置4は、ガン本体1の上部1b先端に装着されているサーボモータ41と、このサーボモータ41の駆動軸(明瞭には図示されていない)と結合している昇降部材42とを備えてなるものとされ、そしてこの昇降部材42の下端42aに上部チップ2が装着されている。
【0017】
チップ位置検出装置5は、例えばエンコーダとされ、前記サーボモータ41の後端部41aに装着されている。そして、その検出値は制御装置10へ送給される。
【0018】
制御装置10は、被溶接板W1,W2の板厚などを入力する入力部11と、被溶接板W1,W2の板厚が登録される板厚登録部12と、チップ位置検出装置5の検出値によりチップ位置を算出するチップ位置算出部13と、溶接に必要な加圧力(設定加圧力P1)を設定する加圧力設定部14と、チップ昇降装置4の送り動作により上部チップ2が、被溶接板W1,W2相互を密着させたときのサーボモータ41の電流値に基づいて加圧力(密着時加圧力P0)を算出する密着時加圧力算出部15と、前記設定加圧力P1と密着時加圧力P0とに基づいてサーボモータ41への指令加圧力P2を算出する指令加圧力算出部16と、前記指令加圧力P2に基いてサーボモータ41への電流指令値を生成する電流指令値生成部17と、前記電流指令値をサーボモータ41へ出力する出力部18とを主要部として備えてなる。かかる制御装置10は、図3に示すようにCPUを中心としてROM、RAM、入出力インターフェースを備えてなるものに、前記機能に対応したプログラムをROMに格納することにより実現される。また、RAMにはチップ位置検出装置5からの検出値や板厚などが一時的に格納される。なお、制御装置10のその余の構成は、従来よりスポット溶接ガンについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【0019】
次に、図4を参照しながら、かかる構成とされている制御装置10によるスポット溶接について説明する。
【0020】
(1)入力部11より被溶接板W1,W2の板厚、設定加圧力P1等を入力する。
【0021】
(2)チップ昇降装置4を起動して上部チップ2を降下させる。
【0022】
(3)チップ位置検出装置5からの検出値に基づいてチップ位置算出部13により算出された上部チップ2の位置により、上部・下部チップ2,3間の間隔が、板厚登録部12に登録されている被溶接板W1,W2の各板厚から算出される合計板厚に一致し、被溶接板W1,W2相互が密着したと判断されるとチップ昇降装置4を停止して上部チップ2の降下を停止させる。
【0023】
(4)密着時加圧力算出部15によりサーボモータ41の電流値から密着時加圧力P0を算出する。
【0024】
(5)前記設定加圧力P1と前記密着時加圧力P0とを用いて指令加圧力算出部16により指令加圧力P2を算出する。この指令加圧力P2の算出は、例えば下記式1によりなされる。
【0025】
P2=P0+P1 (1)
【0026】
(6)算出された指令加圧力P2に基づいて電流指令値生成部17によりサーボモータ41の電流指令値が生成される。
【0027】
(7)生成された電流指令値をチップ昇降装置4に送給する。
【0028】
(8)チップ昇降装置4は入力された電流指令値によりサーボモータ41を駆動して上部チップ2の加圧力を指令加圧力P2とする。つまり、被溶接板W1、W2を所定の加圧力で加圧する。
【0029】
(9)被溶接板W1,W2の加圧力が所定値となると上部・下部チップ2,3間に通電してスポット溶接を行う。
【0030】
(10)チップ位置算出部63により、上部チップ2が上昇するタイミングを監視する。
【0031】
(11)上昇開始時より加圧力を設定加圧力P1に戻す。
【0032】
このように、この実施の形態1によれば、被溶接板W1,W2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板W1,W2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。
【0033】
実施の形態2
本発明の実施の形態2は、実施の形態1の制御装置10によるスポット溶接の手順を一部改変したものであって、以下にその内容を説明する。
【0034】
(1)入力部11より被溶接板W1,W2の板厚、設定加圧力P1等を入力する。
【0035】
(2)チップ昇降装置4を起動して上部チップ2を降下させる。
【0036】
(3)チップ位置検出装置5からの検出値に基づいてチップ位置算出部13により算出された上部チップ2の位置により、上下チップ2,3間の間隔が、板厚登録部12に登録されている被溶接板W1,W2の各板厚から算出される合計板厚に一致し、被溶接板W1,W2相互が密着したと判断されると、密着時加圧力算出部15によりサーボモータ41の電流値から密着時加圧力P0を算出する。この間、チップ昇降装置4による上部チップ2の降下動作は続行されている。つまり、上部チップ2による加圧は継続されている。
【0037】
(4)前記設定加圧力P1と前記密着時加圧力P0とを用いて指令加圧力算出部16により指令加圧力P2を算出する。この指令加圧力P2の算出は、例えば前記式1によりなされる。
【0038】
(5)算出された指令加圧力P2に基づいて電流指令値生成部17によりサーボモータ41の電流指令値が生成される。
【0039】
(6)生成された電流指令値をチップ昇降装置4に送給する。
【0040】
(7)チップ昇降装置4は入力された電流指令値になるまで上部チップ2による加圧を継続する。
【0041】
(8)被溶接板W1,W2の加圧力が所定値となると上下チップ2,3間に通電してスポット溶接を行う。
【0042】
(9)チップ位置算出部63により、上部チップ2が上昇するタイミングを監視する。
【0043】
(10)上昇開始時より加圧力を設定加圧力P1に戻す。
【0044】
このように、この実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に、被溶接板W1,W2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板W1,W2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。また、途中で上部チップ2の降下動作が停止されることがないので、サイクルタイムが短縮されるという実施の形態1では得られない効果も得られる。
【0045】
実施の形態3
本発明の実施の形態3の制御方法に用いられる制御装置60の概略図を図5に示す。なお、スポット溶接ガンGの構成は実施の形態1と同様とされている。
【0046】
制御装置60は、被溶接板W1,W2の板厚およびそのバネ定数などを入力する入力部61と、被溶接板W1,W2の板厚およびバネ定数が登録される板特性登録部62と、チップ位置検出装置5の検出値によりチップ位置を算出するチップ位置算出部63と、被溶接板W1,W2間の隙間を算出する板隙間算出部64と、溶接に必要な加圧力(設定加圧力P1)を設定する加圧力設定部65と、前記板隙間およびバネ定数により密着時加圧力P0を算出する密着時加圧力算出部66と、前記設定加圧力P1と密着時加圧力P0とに基づいてサーボモータ41への指令加圧力P2を算出する指令加圧力算出部67と、前記指令加圧力P2に基づいてサーボモータ41への電流指令値を生成する電流指令値生成部68と、前記電流指令値をサーボモータ41へ出力する出力部69とを主要部として備えてなる。かかる制御装置60は、前記と同様に、CPUを中心としてROM、RAM、入出力インターフェースを備えてなるものに、前記機能に対応したプログラムをROMに格納することにより実現される。また、RAMにはチップ位置検出装置5からの検出値やバネ定数などが一時的に格納される。なお、制御装置60のその余の構成は、従来よりスポット溶接ガンについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【0047】
次に、かかる構成とされている制御装置60によるスポット溶接について説明する。
【0048】
(1)入力部61より被溶接板W1,W2の板厚、設定加圧力P1等を入力する。
【0049】
(2)チップ昇降装置4を起動して上部チップ2を降下させる。
【0050】
(3)50kgf程度の低加圧力により加圧した状態で上部チップ2の降下を停止させる。なお、この低加圧力は、被溶接板W1,W2の材質などにより適宜設定され、50kgf限定されるものではない。つまり、被溶接板W1,W2にほとんど変形を起こさせない加圧力とされればよい。
【0051】
(4)チップ位置算出部63により上部チップ2が停止した位置を算出する。
【0052】
(5)板隙間算出部64により板隙間を算出する。
【0053】
(6)算出された板隙間と前記バネ定数とに基づいて密着時加圧力算出部66により密着時加圧力P0を算出する。
【0054】
(7)前記設定加圧力P1と前記密着時加圧力P0とを用いて指令加圧力算出部67により指令加圧力P2を算出する。この指令加圧力P2の算出は、例えば前記式1によりなされる。
【0055】
(8)算出された指令加圧力P2に基づいて電流指令値生成部68によりサーボモータ41の電流指令値が生成される。
【0056】
(9)生成された電流指令値をチップ昇降装置4に送給する。
【0057】
(10)チップ昇降装置4は入力された電流指令値によりサーボモータ41を駆動して上部チップ2の加圧力を指令加圧力P2とする。つまり、被溶接板W1,W2を所定加圧力で加圧する。
【0058】
(11)被溶接板W1,W2の加圧力が所定値となると上部・下部チップ2,3間に通電してスポット溶接を行う。
【0059】
(12)チップ位置算出部63により、上部チップ2が上昇するタイミングを監視する。
【0060】
(13)上昇開始時より加圧力を設定加圧力P1に戻す。
【0061】
このように、この実施の形態3によれば、被溶接板W1,W2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板W1,W2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。
【0062】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、図4においては、波打ち状態が上側に生じているが、図6に示すように下側に生じていてもよく、あるいは図7に示すように上下両側に生じていてもよい。
【0063】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば被溶接物に歪などがあるために、被溶接物のスポット溶接位置に隙間が生じても、被溶接物相互を密着させてスポット溶接がなし得るという優れた効果が得られる。それに伴い、被溶接物間に隙間があることにより生ずる溶接不良も解消されるという効果も得られる。
【0064】
また、本発明をスポット溶接ロボットに適用すれば、溶接不良がなくなり、生産性が向上するという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御方法が適用されているスポット溶接ガンの概略図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る制御装置のブロック図である。
【図3】同制御装置の電気的構成の概略図である。
【図4】実施の形態1によるスポット溶接の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る制御装置のブロック図である。
【図6】下側に波打ちが生じている場合におけるスポット溶接の説明図である。
【図7】上下両側に波打ちが生じている場合におけるスポット溶接の説明図である。
【符号の説明】
1 ガン本体
2 上部チップ(上部電極)
3 下部チップ(下部電極)
4 チップ昇降装置
41 サーボモータ
42 昇降部材
5 チップ位置検出装置
10 制御装置
60 制御装置
A ロボットアーム
G スポット溶接ガン
W 被溶接板
Claims (7)
- 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、
上部チップを降下させて被溶接物間の隙間をゼロとする手順と、
前記隙間をゼロとしたときの密着時加圧力を算出する手順と、
前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、 前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順と、
上部チップおよび下部チップ間に通電してスポット溶接する手順と、
上部チップが上昇するタイミングを監視する手順と、
上部チップの上昇開始時より前記指令加圧力を設定加圧力に戻す手順
とを含んでなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。 - 前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を停止した状態でなされることを特徴とする請求項1記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
- 前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を継続させた状態でなされることを特徴とする請求項1記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
- 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、
上部チップを低加圧力により被溶接物を加圧した状態で上部チップの降下動作を停止させる手順と、
上部チップの降下動作を停止した時点における被溶接物間の隙間を算出する手順と、
前記隙間および被溶接物のバネ定数を用いて密着時加圧力を算出する手順と、 前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、 前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順
とを含んでなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。 - チップ昇降装置とチップ位置検出装置とを有する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置であって、
前記制御装置が、被溶接物の板厚、バネ定数などの被溶接物の特性を登録する特性登録部と、前記チップ位置検出装置からの検出値に基づいてチップ位置を算出するチップ位置算出部と、被溶接物をチップにより低加圧力により加圧した状態における被溶接物間の隙間を算出する隙間算出部と、被溶接物の加圧力を設定する加圧力設定部と、前記バネ定数および隙間に基づいて被溶接物相互が密着した状態における加圧力を算出する密着時加圧力算出部と、前記設定加圧力および密着時加圧力に基づいて指令加圧力を算出する指令加圧力算出部とを備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 - 請求項5記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置を備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置。
- 請求項6記載の電動サーボ式抵抗溶接装置を有することを特徴とするスポット溶接ロボット。
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