JP3686073B2 - 溶接ガンの電極摩耗量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボ制御を利用した抵抗溶接技術に関し、特に産業用電動式ロボットに取り付けて利用されるスポット溶接ガンの電極駆動源としてサーボモータを使用した場合の溶接ガンの電極摩耗量検出方法に関する。

従来の抵抗溶接ガンでは、エアシリンダー、モータ等の駆動源により電極を動作させ、対となる電極とで溶接対象物（被溶接物）を挟み、加圧保持し、大電流を流すことで溶接を行っていた。この溶接時の加圧及び溶接熱により次第に対となる電極が摩耗するので、ロボットの稼動中に電極の摩耗量を検出し、電極の位置を補正する必要があった。

この電極の位置補正方法として、特許文献１では、アーク溶接の場合であるが、溶接開始時における溶接トーチとワークの原点合わせや、溶接トーチ摩耗時（損耗時）の位置補正を容易に行える自動溶接装置が開示されている。これは、被溶接物（ワーク）の原点に溶接トーチの先端を当て、このときの溶接トーチの位置を溶接トーチの原点とすることで原点合わせを行い、また、同様に、溶接トーチ摩耗時も、被溶接物に溶接トーチの先端を当てることにより溶接トーチの原点修正を行うものである。
特開平３−５２７７１号公報

しかし、この特許文献１の係る方法では、溶接トーチを直接被溶接物に当てることにより、溶接トーチの摩耗量を算出し、溶接トーチの位置補正を行っているので、被溶接物が薄い鉄板などの場合、被溶接物の変形を招くという問題があった。

本発明は、Ｃ形溶接ガン、Ｘ形溶接ガン等の対となる複数の電極を有する溶接ガンにおいて、被溶接物に変形をきたすことなく電極の摩耗量を検出することが可能な、溶接ガンの電極摩耗量検出方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明では、サーボモータにより一方の電極としての移動側電極を動作させ、この移動側電極と対をなす他方の電極としての固定側電極とで被溶接物を挟み加圧保持する溶接ガンにおいて、予め実際に溶接を行うことにより移動側電極および固定側電極の摩耗量を測定し、これにより電極摩耗比率αを算出しておき、移動側電極および固定側電極が摩耗する以前にこれら両電極を当接させ、このとき当接した位置を基準位置として予め記憶しておき、これ以降、移動側電極および固定側電極が当接した位置と前記基準位置との差から移動側電極および固定側電極の摩耗量の合計を算出し、この移動側電極および固定側電極の摩耗量の合計と前記電極摩耗比率αとに基づいて、移動側電極の摩耗量および固定側電極の摩耗量を算出するようにしたことを特徴とする溶接ガンの電極摩耗量検出方法を提供した。

係る構成としたことにより、電極が摩耗する前後のそれぞれにおいて、移動側電極と固定側電極を当接させたときの移動側電極の位置を検出し、両位置の差を算出することにより、電極の合計摩耗量を求める。ここで、電極摩耗比率αを例えば電極の合計摩耗量に対する固定側電極の摩耗量の比率としておけば、求められた電極の合計摩耗量と電極摩耗比率αとに基づいて、固定側電極の摩耗量を算出することができる。さらに、電極の合計摩耗量から算出された固定側電極の摩耗量を差し引くことにより、移動側電極の摩耗量を算出することができる。

このように、本発明によれば、移動側電極および固定側電極を当接させることにより両電極の摩耗量を求めるようにしたので、従来技術のように被溶接物に変形をきたすことなく、電極の摩耗量を検出することが可能になった。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る、溶接ガンの電極摩耗量検出方法が適用される装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明を実施するための最良の形態に係る、溶接ガンの電極摩耗量検出方法の処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、Ｃ形溶接ガンの作動説明図である。さらに、図４は、電極位置の補正状態を示す説明図である。なお、本実施形態で示した溶接ガンはＣ形溶接ガンであるが、Ｘ形溶接ガン等の２組の対となる電極を有する溶接ガンであってもよい。

図１に示すように、図示しない位置検出器付きのサーボモータによって制御される産業用ロボットのアーム先端１に、別の位置検出器４付きサーボモータ３を移動側電極６の駆動源として持ち、この移動側電極６のみが開閉動作するようにされたＣ型溶接ガン２が取り付けられている。移動側電極６はボールネジ５を介して、制御装置内の電極駆動回路１４によって制御されるサーボモータ３により駆動される。また、固定側電極７はＣ型溶接ガン２の固定側に取り付けられており、制御装置内のロボット駆動回路１２によって制御されるロボットのアーム先端１に取り付けられたＣ型溶接ガン２を上下することにより上下動するようにされている。

次に、制御装置内の回路構成について説明する。プログラムデータ９には、電極が摩耗していない状態における各溶接点のロボット位置データ及び移動側電極位置データと、電極合計摩耗量検出位置（電極の摩耗量を検出する際のロボット位置データ及び移動側電極位置データ）とが予め記憶されている。また、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６は、「基準位置書込（書込）」、「摩耗量検出（検出）」及び中立状態（「書込」でも「検出」でもない状態）に設定できるようにされている。ここで、プログラムデータ読み込み回路１０がプログラムデータ９から読み込む位置データは、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６の設定状態により異なるようにされている。すなわち、プログラムデータ読み込み回路１０は、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６が中立状態の場合は、各溶接点のロボット位置データと移動側電極位置データをプログラムデータ９から読み込む。一方、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６が「書込」または「検出」に選択された場合は、電極合計摩耗量検出位置をプログラムデータ９から読み込む。ロボット位置データはロボット位置指令作成回路１１に送られ、移動側電極位置データは電極指令位置作成回路１３に送られる。

電極位置検出回路８は位置検出器４より電極位置を読み込む。基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「書込」または「検出」に選択し、かつ、位置検出器４で検出される位置データが変化しなくなった場合のみ、電極位置検出回路８は電極位置を基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６に送るようにされている。ここで、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「書込」に選択した場合は、このときの電極位置を電極合計基準位置として電極合計基準位置メモリ１８に書き込む。一方、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「検出」に選択した場合は、このときの電極位置、電極合計基準位置及び電極摩耗比率αより電極合計摩耗量及び固定側電極摩耗量を算出し、それぞれ電極合計摩耗量メモリ２０と固定側電極摩耗量メモリ１５に書き込む。なお、電極摩耗比率αは固定側電極７の摩耗量の、電極の合計摩耗量に対する比率であり、使用する電極の種類、被溶接物の種類及び１回の溶接時間等の溶接条件によって決まる値であり、実際に数回溶接を行い、電極の摩耗量を測定する等して求める。

電極合計基準位置メモリ１８、電極合計摩耗量メモリ２０及び固定側電極摩耗量メモリ１５のそれぞれに記憶されている位置データの出力タイミングは、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６の設定状態により異なる。即ち、電極合計基準位置メモリ１８は、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「検出」に選択した場合のみデータを出力する。また、電極合計摩耗量メモリ２０及び固定側電極摩耗量メモリ１５は、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６が中立状態の場合のみデータを出力する。

ロボット位置指令作成回路１１から出力した溶接点のロボット位置データに、補正量である固定側電極摩耗量メモリ１５より出力した固定側電極摩耗量が加えられ、ロボット駆動回路１２に送られる。同様に、電極位置指令作成回路１３から出力した溶接点の移動側電極位置データに、補正量である電極合計摩耗量メモリ２０より出力した電極合計摩耗量が加えられ、電極駆動回路１４に送られる。

次に、図２のフローチャート及び図３のＣ形溶接ガンの作動説明図により、本実施形態における処理の流れについて説明を行う。なお、以下の説明文中における「ステップ＊＊」（＊＊は整数）の記述は、図２のフローチャートにおけるステップ番号を示す符号に対応している。

第１に、電極合計基準位置の検出が行われる。図３（ａ）に示すように、未使用の対となる２個の電極、即ち移動側電極６及び固定側電極７をＣ形溶接ガン２に取り付け、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「書込」に選択する（基準位置書込モードとする）。移動側電極６が固定側電極７側に動作し（ステップ３１）、位置検出器４及び電極位置検出回路８により移動側電極６の現在位置データＰが読み込まれる（ステップ３２）。この現在位置データＰを前回のスキャンで読み込んだ位置データＰ′と比較し、これらが同値であれば図３（ｂ）に示すように、移動側電極６が固定側電極７に当接して停止したものと判断し（ステップ３３Ｙ）、サーボモータ３の回転を停止することにより移動側電極６の動作を停止させ（ステップ３５）、ステップ３６に進む。一方、現在位置データＰと前回のスキャンで読み込んだ位置データＰ′が同値でなければ（ステップ３３Ｎ）、ステップ３２〜３３を繰り返す（ステップ３４）。ステップ３６において、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６は基準位置書込モードとなっているので（ステップ３６Ｙ）、この現在位置データＰを電極合計基準位置Ｐ１として電極合計基準位置メモリ１８に記憶する。

第２に、電極の摩耗量の検出が行われる。図３（ｃ）は、未使用の対となる２個の電極の長さが摩耗により変化した様子を示している。基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６を「検出」に選択する（摩耗量検出モードとする）。移動側電極６が固定側電極７側に動作し（ステップ３１）、位置検出器４及び電極位置検出回路８により移動側電極６の現在位置データＰが読み込まれる（ステップ３２）。この現在位置データＰを前回のスキャンで読み込んだ位置データＰ′と比較し、これらが同値であれば図３（ｄ）に示すように、移動側電極６が固定側電極７に当接して停止したものと判断し（ステップ３３Ｙ）、サーボモータ３の回転を停止することにより移動側電極６の動作を停止させ（ステップ３５）、ステップ３６に進む。一方、現在位置データＰと前回のスキャンで読み込んだ位置データＰ′が同値でなければ（ステップ３３Ｎ）、ステップ３２〜３３を繰り返す（ステップ３４）。ステップ３６において、基準位置書込／摩耗量検出切替回路１６は摩耗量検出モードとなっているので（ステップ３６Ｎ）、この現在位置データＰと電極合計基準位置Ｐ１より、電極合計摩耗量Ｌｔを「Ｌｔ＝Ｐ−Ｐ１」により求め（ステップ３８）、これを電極合計摩耗量メモリ２０に記憶する（ステップ３９）。さらに、電極摩耗比率α（０≦α≦１）より、固定側電極７の摩耗量Ｌｓを「Ｌｓ＝Ｌｔ×α」により求め（ステップ４０）、これを固定側電極摩耗量メモリ１５に記憶する（ステップ４１）。

なお、移動側電極６及び固定側電極７の位置補正は、図４に示すようにして行われる。図４（ａ）は電極が摩耗する前の初期状態を示している。また、図４（ｂ）は固定側電極７がＬｓ、移動側電極６がＬｍそれぞれ摩耗した状態を示している。図４（ｃ）に示すように、固定側電極７の位置は、固定側電極７から移動側電極６に向かう方向に、固定側電極摩耗量メモリ１５より読み込んだ固定側電極７の摩耗量Ｌｓ分だけ、Ｃ型溶接ガン２を動作させることにより補正する。図４（ｄ）に示すように、移動側電極６の位置は、移動側電極６から固定側電極７に向かう方向に、電極合計摩耗量メモリ２０より読み込んだ電極合計摩耗量Ｌｔ分だけ、サーボモータ３を回転させることにより補正する。ここで、移動側電極６の位置補正量は移動側電極６の摩耗量Ｌｍではなく、電極合計摩耗量Ｌｔとなっている。これは固定側電極７の位置補正はＣ型溶接ガン２を動作させることにより行っているため、固定側電極７の位置補正時に、移動側電極６の位置も固定側電極７の摩耗量Ｌｓ分変化してしまうので、移動側電極６の補正量は固定側電極７の摩耗量Ｌｓと移動側電極６の摩耗量Ｌｍの合計、即ち電極合計摩耗量Ｌｔとなるためである。

以上述べたように、本実施形態では、電極が摩耗する前後のそれぞれにおいて、移動側電極６と固定側電極７を当接させたときの移動側電極６の位置を検出し、両位置の差を算出することにより電極の合計摩耗量を求め、さらにこの電極の合計摩耗量と電極摩耗比率αとにより固定側電極７の摩耗量を求めるようにした。また、移動側電極６の摩耗量は電極の合計摩耗量から固定側電極７の摩耗量を差し引くことにより求めるようにした。この方法によれば、移動側電極６と固定側電極７を当接させるだけで、両電極の摩耗量を短時間に求めることができる。このように、本実施形態によれば、移動側電極６および固定側電極７を当接させることにより両電極の摩耗量を求めるようにしたので、従来技術のように被溶接物に変形をきたすことなく、電極の摩耗量を検出することが可能になる。

なお、電極位置の補正は、電極の交換や電極の研磨により電極の摩耗量が大きく変化した後の第１点目の溶接前に行い、溶接稼働中においては予め設定された溶接点数毎に行えば、高精度の電極の位置決めができるようになる。

本発明を実施するための最良の形態に係る、溶接ガンの電極摩耗量検出方法が適用される装置の構成を示すブロック図である。 本発明を実施するための最良の形態に係る、溶接ガンの電極摩耗量検出方法の処理の流れを示すフローチャートである。 Ｃ形溶接ガンの作動説明図である。 電極位置の補正状態を示す説明図である。

符号の説明

１ アーム先端
２ Ｃ形溶接ガン（溶接ガン）
３ サーボモータ
６ 移動側電極
７ 固定側電極

Claims (1)

1. サーボモータにより一方の電極としての移動側電極を動作させ、該移動側電極と対をなす他方の電極としての固定側電極とで被溶接物を挟み加圧保持する溶接ガンにおいて、
   予め実際に溶接を行うことにより移動側電極および固定側電極の摩耗量を測定し、これにより電極摩耗比率αを算出しておき、
   移動側電極および固定側電極が摩耗する以前にこれら両電極を当接させ、このとき当接した位置を基準位置として予め記憶しておき、
   これ以降、移動側電極および固定側電極が当接した位置と前記基準位置との差から移動側電極および固定側電極の摩耗量の合計を算出し、
   該移動側電極および固定側電極の摩耗量の合計と前記電極摩耗比率αとに基づいて、移動側電極の摩耗量および固定側電極の摩耗量を算出するようにしたことを特徴とする溶接ガンの電極摩耗量検出方法。

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