JP3725281B2 - スポット溶接ガンの加圧制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてロボットに搭載して使用するスポット溶接ガンに適用される加圧制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のスポット溶接ガンとして、特開平6−328267号公報に見られるように、ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆動源によって移動可能としたものは知られている。
【0003】
上記スポット溶接ガンは、加圧源によって可動電極チップをワークに当接させると共に、駆動源によるガン本体の移動で固定電極チップをワークに当接させることができ、所謂、イコライズ機能を得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記スポット溶接ガンは、加圧源の加圧力が可動電極チップと、ガン本体を介して固定電極チップとに均等に作用するが、固定電極チップには駆動源による加圧力が付加される。特に、ワークのセット位置の誤差やロボットの位置決め誤差によりスポット溶接ガンに対するワークの相対位置が固定電極チップ側にずれると、固定電極チップに付加される加圧力が大きくなり、ワークに対する固定電極チップの加圧力と可動電極チップの加圧力との差が大きくなる。
【0005】
ここで、両電極チップの加圧力に差を生ずると、加圧力の小さな電極チップとワークとの接触抵抗が加圧力の大きな電極チップとワークとの接触抵抗より大きくなるため、通電時にワークの発熱中心が加圧力の小さな電極チップ側にずれる。そして、図7(B)に示すように、ナゲットNの最大径部が加圧力の小さな電極チップ側(図の上側)にずれ、ワークWの接合面におけるナゲット径が小さくなり、ワークWのせん断溶接強度が低下する。また、ワークWの接合面におけるナゲット径が所要値になるように、電接電流を増加すると、上側のワークWが溶け過ぎて、スパッタが飛散したり、電極チップが溶着するといった不具合を生ずる。
【0006】
本発明は、以上の点に鑑み、固定電極チップの加圧力と可動電極チップの加圧力とを均等化させて、スパッタやチップ溶着を生ずることなく高品質の溶接を行い得られるようにすることを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆動源によって移動可能としたスポット溶接ガンの加圧力制御方法において、可動電極チップと固定電極チップをそれぞれ加圧源と駆動源により開放位置からワークに接近する閉じ方向に移動させ、固定電極チップがワークから所定距離離間したランディング開始位置に到達したところでガン本体を停止し、その後は、駆動源の駆動力をガン本体の重量を支えるのに必要充分な値に切換保持し、可動電極チップがワークと当接した後も、可動電極チップによるワークの加圧を継続し、その当接反力によって駆動源の制止を解除することで、固定電極チップの閉じ方向への移動を再開させ、可動電極チップと固定電極チップによってワークを挟持加圧することを特徴とする。
【0008】
駆動源の駆動力を上記の値に切換えると、駆動力がガン本体の重量による駆動負荷に等しくなり、駆動源が制止されてガン本体は動かなくなる。その後、可動電極チップがワークに当接すると、駆動源に作用する負荷が当接反力によって軽減され、駆動源の制止が解かれる。その結果、ガン本体、即ち、固定電極チップがガン本体に対する可動電極チップの移動速度に等しい速度でランディング開始位置から移動してワークに当接する。
【0009】
ここで、駆動源からガン本体に伝達される力はガン本体の重量で相殺されるから、ワークに対する固定電極チップの駆動源による加圧力は実質的に零になる。そのため、ワークに対する固定電極チップの加圧力は、ガン本体を介して作用する可動電極チップのワークに対する加圧反力だけになり、ワークに対する両電極チップの加圧力が均等になる。従って、ワークに対する両電極チップの接触抵抗も均等になり、通電時の発熱中心がワーク接合面に合致する。その結果、ワーク接合面で最大径になるようにナゲットが形成され、せん断溶接強度の高い高品質の溶接を行い得られ、且つ、スパッタやチップ溶着も生じにくくなる。
【0010】
ところで、可動電極チップの打撃によるワークの変形を防止するには、可動電極チップを低速でワークに当接させることが必要になるが、可動電極チップを開放位置から低速で閉じ動作させたのでは時間がかかる。これに対し、可動電極チップについてもワークから所定距離離間したランディング開始位置を設定し、固定電極チップと可動電極チップとを夫々の開放位置から閉じ方向に移動させ、両電極チップが夫々のランディング開始位置に到達した後、可動電極チップをランディング開始位置の移動速度より低い所定の設定速度で閉じ方向に移動させれば、ワークの変形を防止して、且つ、加圧に要する時間を可及的に短縮でき、有利である。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1を参照して、RはワークWの溶接を行うロボットであり、ロボットRの動作端の手首Raにスポット溶接ガンGが取付けられている。
【0012】
スポット溶接ガンGは、図2に示す如く、手首Raに固定されるガン支持ブラケット1に上下動自在に支持されるガン本体2を備えている。ガン本体2には、下方にのびるC形ヨーク2aが取付けられており、C形ヨーク2aの下部先端に固定電極チップたる下チップ3が取付けられている。また、ガン本体2の上面にサーボモータから成る加圧源4を搭載し、加圧源4によりガン本体2内のボールねじ機構(図示せず)を介して上下動されるロッド4aをガン本体2の下方に突出させ、ロッド4aの下端に、下チップ3に対向させて可動電極チップたる上チップ5を取付け、C形のスポット溶接ガンを構成している。
【0013】
ガン本体2は、図3に示す如く、ガン支持ブラケット1に固定した上下方向に長手の1対のガイドバー1aに摺動自在に支持されている。そして、ガン支持ブラケット1の上面にサーボモータから成る駆動源6を搭載し、これに連結される上下方向に長手のボールねじ6aをガン本体2に固定のナット6bに螺挿して、駆動源6によりボールねじ機構を介してガン本体2が上下動されるようにしている。尚、このボールねじ機構は、ガン本体2の重量がナット6bを介してボールねじ6aに逆転トルクとして作用するように構成されている。
【0014】
加圧源4及び駆動源6はガンコントローラ7によって制御される。ガンコントローラ7は、スポット溶接ガンGがロボットRの作動でワークWの所定の打点位置に到達したとき、ロボットコントローラ8からの加圧指令を受けてスポット溶接ガンGの加圧制御を行う。
【0015】
加圧制御は図4に示すように行うもので、以下その詳細について説明する。
尚、ティーチング時に、下チップ3と上チップ5の夫々について、ワークWから所定距離離間したランディング開始位置を設定すると共に、ガン移動時のワークWへの干渉を防止するために、ランディング開始位置よりもワークWから離間した開放位置を設定し、これらの位置データをガンコントローラ7に格納しておく。
【0016】
加圧指令を受けると(S1)、加圧源4により上チップ5をその開放位置から閉じ方向たる下方に移動すると共に、駆動源6によりガン本体2を上動させて、下チップ3をその開放位置から閉じ方向たる上方に移動する(S2)。そして、加圧源4及び駆動源6の回転量から割出される上下の各チップ3,5の位置に基づいて速度制御を行い(S3)、下チップ3と上チップ5とを夫々のランディング開始位置に同時に到達させる。
【0017】
ここで、上チップ5のワークWに対する下降速度は、ガン本体2に対する上チップ5の下降速度からガン本体2、即ち、下チップ3の上昇速度を減算した値になる。従って、開放位置とランディング開始位置との間の距離が下チップ3と上チップ5とで等しい場合、上チップ5のガン本体2に対する下降速度を下チップ3の上昇速度の2倍にすることで下チップ3と上チップ5とを夫々のランディング開始位置に同時に到達させることができる。
【0018】
また、図5(A)に示すように、下チップ3がそのランディング開始位置に到達した時点でその移動速度が零になるように、下チップ3の速度制御を行う。
【0019】
そして、下チップ3と上チップ5とが夫々のランディング開始位置に到達したところで、駆動源6の駆動トルクをガン本体2の重量を支えるのに必要充分な保持トルクに切換保持し(S5)、この状態で上チップ5をランディング開始位置に到達する前の速度より低い移動速度でガン本体2に対し下降させる(S6)。
【0020】
この場合、上チップ5がワークWに当接するまでは、ガン本体2の重量による逆転トルクと保持トルクとのバランスで駆動源6が制止されるため、下チップ3は図5(B)に示すようにランディング開始位置から動かない。尚、保持トルクは溶接ガンGの姿勢によって変化するが、駆動源6の駆動負荷によって姿勢に応じた保持トルクを割出すことができる。
【0021】
上チップ5がワークWに当接すると、駆動源6に作用する逆転トルクが保持トルクよりも小さくなり、駆動源6の制止が解かれて、下チップ3がガン本体2に対する上チップ5の下降に追従して上昇し、下チップ3がワークWに当接したところで、加圧源4による加圧力が上チップ5とガン本体2を介して下チップ3とに均等に作用する。ここで、加圧源4の駆動トルクは、ワークWへの下チップ3の当接後の駆動負荷の増加で増加するが、所要の加圧力に合わせてリミッタ値が設定されており、加圧源4の駆動トルクがリミッタ値に上昇したとき(S7)、通電プロセスに移行する。
【0022】
この制御方式では、駆動源6からガン本体2に伝達される力がガン本体2の重量で相殺され、ワークWに対する下チップ3の駆動源6による加圧力は実質的に零になり、且つ、上チップ5を介してワークWに作用するガン本体2の重量による加圧力も駆動源6によってガン本体2の重量が支えられるため零になり、ワークWに対する下チップ3の加圧力と上チップ5の加圧力との差も実質的に零になる。
【0023】
また、下チップ3のランディング開始位置と上チップ5のランディング開始位置との間にワークWが存在する限り、上記と同様の作用で両チップ3,5の加圧力が均等になり、ワークWのセット誤差やロボットRの位置決め誤差による溶接ガンGに対するワークWの位置ずれに対処できる。
【0024】
上記の如く両チップ3,5の加圧力を均等にすると、両チップ3,5のワークWに対する接触抵抗も均等になり、通電時の発熱中心がワークWの接合面に合致して、図7(A)に示す如く、最大径部がワークWの接合面に合致するようにナゲットNが形成され、せん断溶接強度が向上すると共に、スパッタやチップ溶着も生じにくくなる。
【0025】
また、上記実施形態では、スポット溶接ガンGをC形ガンで構成したが、図6に示すようなX形ガンで構成しても良い。このX形ガンと上記C形ガンとの主たる相違点は、ガン本体2に前後方向に長手の下側ガンアーム9を取付けて、その先端に下チップ3を取付けた点と、先端に上チップ5を取付けた前後方向に長手の上側ガンアーム10を設けて、該アーム10をガン本体2に枢軸11を介して上下方向に揺動自在に軸支し、加圧源4により上下動されるロッド4aに上側ガンアーム10の基端を小リンク4bを介して連結して、該アーム10を上下に揺動させる点であり、他の構成はC形ガンと特に異ならず、C形ガンと同一の部材に上記と同一の符号を付してその説明を省略する。
【0026】
このX形ガンにおいても、ガンコントローラ7により加圧源4と駆動源6とを上記と同様に制御することで両チップ3,5の加圧力を均等にすることができる。
【0027】
また、図2及び図6に示すものでは、加圧源4及び駆動源6をサーボモータで構成しているが、これらをサーボシリンダで構成する場合にも同様に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明装置を具備するスポット溶接ガンを搭載したロボットの側面図
【図2】 スポット溶接ガンの拡大側面図
【図3】 図2のIII−III線截断面図
【図4】 加圧制御の一例を示すフロー図
【図5】 (A)各チップの速度変化を示すグラフ、(B)各チップの位置変化を示すグラフ
【図6】 スポット溶接ガンの他の例を示す側面図
【図7】 (A)両チップの加圧差が無いときに形成されるナゲットを示す図、(B)加圧力差を生じたときに形成されるナゲットを示す図
【符号の説明】
1 ガン支持ブラケット 2 ガン本体
3 下チップ(固定電極チップ) 4 加圧源
5 上チップ(可動電極チップ) 6 駆動源
7 ガンコントローラ
Claims (2)
- ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆動源によって移動可能としたスポット溶接ガンの加圧力制御方法において、
可動電極チップと固定電極チップをそれぞれ加圧源と駆動源により開放位置からワークに接近する閉じ方向に移動させ、
固定電極チップがワークから所定距離離間したランディング開始位置に到達したところでガン本体を停止し、その後は、駆動源の駆動力をガン本体の重量を支えるのに必要充分な値に切換保持し、
可動電極チップがワークと当接した後も、可動電極チップによるワークの加圧を継続し、その当接反力によって駆動源の制止を解除することで、固定電極チップの閉じ方向への移動を再開させ、可動電極チップと固定電極チップによってワークを挟持加圧する、
ことを特徴とするスポット溶接ガンの加圧制御方法。 - 可動電極チップについてもワークから所定距離離間したランディング開始位置を設定し、固定電極チップと可動電極チップとを夫々の開放位置から閉じ方向に移動させ、両電極チップが夫々のランディング開始位置に到達した後、可動電極チップをランディング開始位置の移動速度より低い所定の設定速度で閉じ方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載のスポット溶接ガンの加圧制御方法。
Priority Applications (5)
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CA002230437A CA2230437C (en) | 1997-03-11 | 1998-02-25 | Method of controlling electrode force of spot welding gun |
GB9804139A GB2323054B (en) | 1997-03-11 | 1998-02-26 | Method of controlling electrode force of spot welding gun |
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