JP3835156B2

JP3835156B2 - 溶接装置および溶接方法

Info

Publication number: JP3835156B2
Application number: JP2000339460A
Authority: JP
Inventors: 孝雅中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002144050A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、作業者が溶接ガンを把持してワークの複数箇所に対し溶接作業を順次行う溶接装置および溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業者が溶接ガンを把持して手作業で溶接を行う溶接装置（例えば特開平１１−５１７２号公報参照）を図７に示す。パネル部品からなるワークＷは、ワーク把持爪１，３およびシリンダ５を備えた治具によって固定されている。このワークＷに対し、天井レール７に取り付けられたケーブルバランサ９およびケーブル１１によって釣り下げられた溶接ガン１３，天井レール７に釣り下げられた溶接トランス１５，天井レール７に取り付けられたケーブルバランサ１７によって釣り下げられ、溶接ガン１３と溶接トランス１５とを接続する溶接二次ケーブルおよびエアホース１９，図示しない溶接タイマなどからなる溶接装置を用いて溶接が行われる。
【０００３】
上記した溶接装置を用いて行う溶接作業は、通常ワークに対する溶接打点の板圧、材質、表面処理の種類などに応じて、電流値、加圧力、通電時間などの溶接条件の設定変更を、溶接打点毎に作業者が行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、上記した従来の溶接装置では、溶接条件の設定変更のための工数を要することや作業者の設定ミスにより溶接不良が発生するという問題がある。また、この問題を回避するために、一つの溶接条件ですべての溶接打点位置をまかなうべく、一番溶接性の悪い打点位置に合わせて溶接条件を設定する場合には、個々の溶接打点に対して最適な溶接ができず、例えば溶接電流値が高すぎる打点位置においては、熱量が高すぎるために、溶融部材がいわゆるチリとなって周囲に飛び散り、溶接品質の悪化および溶接作業性の悪化を招く。
【０００５】
そこで、この発明は、複数の溶接箇所を、作業者が溶接ガンを把持して溶接を順次行う際に、作業者が溶接箇所毎に溶接条件を設定するという煩雑な作業を行うことなく、各溶接箇所に対応した最適な溶接条件で溶接作業を行えるように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】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、溶接ガンにより、治具上に保持したワークの複数箇所に対し溶接作業を行う溶接装置において、前記溶接ガンの前記ワークに対する電極位置を、この溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度および前記治具の回転角度状態に基づき検出する溶接ガン位置検出手段と、前記ワークに対するあらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件をそれぞれ記憶する溶接条件記憶手段と、前記溶接ガン位置検出手段により検出された溶接ガンの電極位置の情報に基づいて前記溶接条件記憶手段に記憶されている溶接条件を選択し、選択した溶接条件により溶接作業を行うよう前記溶接ガンに対して溶接信号を出力する溶接条件選択手段とを有する構成としてある。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、溶接条件選択手段は、あらかじめ決められたすべての溶接位置の溶接作業が完了したかどうかを判断し、すべての溶接位置の溶接が完了していないと判断したときに、溶接抜け情報を出力手段を介して出力する構成としてある。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、溶接条件選択手段は、溶接ガン位置検出手段が検出した溶接ガンの電極位置が、あらかじめ決められた溶接位置に対し所定距離以上離れている場合に、前記溶接ガンに対する溶接信号の出力を停止する構成としてある。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、溶接ガンの電極位置は、溶接ガンの電極先端位置である構成としてある。
【００１０】
請求項５の発明は、溶接ガンにより、治具上に保持したワークの複数箇所に対し溶接作業を行う溶接方法において、前記溶接ガンの前記ワークに対する電極位置を、この溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度および前記治具の回転角度状態に基づき溶接ガン位置検出手段が検出し、この検出した溶接ガンの電極位置の情報に基づいて、前記ワークに対するあらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件を、この溶接条件を記憶している溶接条件記憶手段から溶接条件選択手段が選択して溶接作業を行う溶接方法としてある。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、溶接ガン位置検出手段が、溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度およびワークを保持する治具の回転角度状態に基づき検出した溶接ガンの電極位置に対し、あらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件を溶接条件選択手段によって選択して溶接作業を行うようにしたため、ワークにおける複数の溶接位置を、作業者が溶接ガンを把持して溶接を行う際に、作業者が溶接位置毎に溶接条件を設定するという煩雑な作業を行うことなく、各溶接位置に対応した溶接条件で高品質な溶接作業を行うことができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、溶接条件選択手段は、あらかじめ決められたすべての溶接位置の溶接作業が完了したかどうかを判断し、すべての溶接位置の溶接が完了していないと判断したときに、溶接抜け情報を出力手段を介して出力するようにしたため、溶接抜けを防止でき、すべての溶接位置に対して確実に溶接作業を行うことができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、溶接条件選択手段は、溶接ガン位置検出手段が検出した溶接ガンの電極位置が、あらかじめ決められた溶接位置に対し所定距離以上離れている場合に、溶接ガンに対する溶接信号の出力を停止するようにしたため、実際の溶接が設計上の溶接位置の近傍でのみ行え、溶接位置のばらつきを減少させることができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、溶接ガンの電極位置は、溶接ガンの電極先端位置である構成としたため、溶接ガン位置としてより正確な検出値が得られる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、溶接ガンにより、治具上に保持したワークの複数箇所に対し溶接作業を行う溶接方法において、前記溶接ガンの電極位置を、溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度および前記治具の回転角度状態に基づき検出し、前記ワークに対するあらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件を、この溶接条件を記憶している溶接条件記憶手段から溶接条件選択手段が選択して溶接作業を行うようにしたため、複数の溶接位置を、作業者が溶接ガンを把持して溶接を行う際に、作業者が溶接位置毎に溶接条件を設定するという煩雑な作業を行うことなく、各溶接位置に対応した溶接条件で高品質な溶接作業を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は、この発明の実施の一形態を示す溶接装置のブロック図、図２は、同溶接装置に使用される溶接ガン２１と、車体パネル部品であるワークＷを保持する治具２３とを示す側面図である。この溶接ガン２１は、固定電極２１ａと可動電極２１ｂとを有して、これら各電極２１ａ，２１ｂ相互間に所定の加圧力を付与してワークＷを挟持した状態で、所定の電圧を付加しつつ、作業者がガンアーム部２１ｃを把持して手作業でワークＷの複数箇所に対し順次スポット溶接を行うものである。
【００１８】
上記した溶接ガン２１は、天井２４に施設された天井レール２５に取付ブラケット２７を介して移動可能に取付られたケーブルバランサ２９に、ケーブル３１を介して釣り下げられており、ガンアーム部２１ｃの図２中で上端付近と、取付ブラケット２７から水平方向に図中で左側に突出して設けられている支持アーム３３との間は、６自由度を有するリンク機構３５によって連結されている。
【００１９】
リンク機構３５は、６つの関節３７（３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅ，３７ｆ）と、これら各関節３７を連結するリンク３９（３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅ）とから構成されている。各関節３７は、それぞれ３６０度自由に回転することができる。
【００２０】
リンク機構３５を６自由度以上の構成とすることで、リンク機構３５の一端に取り付けられた溶接ガン２１は、３次元空間上で任意の位置および姿勢をとることが可能となる。リンク機構３５の自由度を６自由度未満に設定する場合は、溶接作業において溶接ガン２１の動きを妨げないように構成する必要がある。
【００２１】
なお、リンク機構３５は、溶接作業者の負担にならないように、アルミニウム，ジュラルミン，プラスチックなど、なるべく軽量な素材で製作する。同様の目的で、関節３７は、なるべく回転・摺動摩擦が少なくなるような構造とする。
【００２２】
治具２３は、床４１上に、回転軸４３を介して底板４５が回転可能に支持されており、底板４５上には、複数の支持ブラケット４７が立設されている。支持ブラケット４７の上部には、固定爪４９と、支持ブラケット４７の上端にピン５１を介して回動可能な可動爪５３とからなるワーク把持用の爪５５が設けられ、可動爪５３は、支持ブラケット４７にピン５７を介して回動可能に取り付けられたシリンダ５９により、ピン５１を介して回動する。
【００２３】
前記したリンク機構３５における６つの関節３７には、図１に示されている、関節角度を検出するエンコーダ６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ）がそれぞれ備えられ、これにより各関節３７の回転角度が検出できるようになっている。また、治具２３側の回転軸４３にも、回転角度を検出するエンコーダ６３が備えられている。これらの各エンコーダ６１，６３の検出信号は、パルスカウンタ６５を経て溶接ガン位置検出手段としての電極先端位置算出部６７に各軸角度として入力される。
【００２４】
電極先端位置算出部６７は、得られた関節角度情報、治具２３の回転角度情報に加え、あらかじめ求めておいた、各リンク３９の長さや溶接ガン２１の機械的寸法、構成などの情報を基に、溶接ガン２１における固定電極２１ａの先端の３次元空間上の位置、すなわち電極先端位置を、治具２３側に設定してある３次元空間座標系にて算出する。
【００２５】
ワークＷ上の溶接打点位置の３次元位置情報は、治具２３側に設定された３次元空間座標系上の位置として、溶接位置記憶手段としての打点位置情報データベース６９にあらかじめ記憶されている。打点位置情報データベース６９に記憶されている各打点位置は、作業者自身があらかじめ認識しており、溶接作業の際には、その打点位置付近に溶接ガン２１を近付ける。
【００２６】
溶接作業位置判断手段としての作業打点判断部７１は、打点位置情報データベース６９の情報を基に、電極先端位置算出部６７より得られた電極先端位置（固定電極２１ａの先端位置）と、ワークＷ上の各溶接打点位置との間の３次元空間上での距離を算出し、最も近い距離の打点位置を作業者が溶接しようとしている打点（以下、作業打点と呼ぶ）であると判断する。
【００２７】
各溶接打点位置の溶接条件は溶接条件記憶手段としての溶接条件データベース７３に記憶されており、溶接条件選択手段としての溶接条件変更部７５は、作業打点判断部７１が判断した作業打点が変わる毎に、その作業打点に対応する溶接条件を溶接条件データベース７３から読み出す。
【００２８】
溶接条件データベース７３に記憶する情報としては、溶接タイマ７７が溶接電流値、通電時間などのデータを直接受け取れるタイプものであれば、溶接条件のデータをそのまま記憶させる。一方、溶接タイマ７７が溶接条件データを直接受け取れないタイプのものであれば、あらかじめ溶接タイマに設定した複数の起動系列のうち、どの起動系列を選択すればよいかを溶接条件データベース７３に記憶させればよい。
【００２９】
加圧力の情報に関しては、溶接ガン２１の加圧シリンダの空気圧を任意に変更する手段である電空比例弁７９（サーボガンであればサーボモータコントローラ）に対して与える情報あるいは対応する電圧値を、直接溶接条件データベース７３に記憶させればよい。
【００３０】
溶接条件変更部７５は、作業者が溶接を開始するために押す溶接起動スイッチ８１のオン・オフを認識し、溶接起動スイッチ８１がオンとなったタイミングで溶接条件データベース７３から読み取った溶接条件を溶接タイマ７７，電空比例弁７９に出力する。
【００３１】
また、溶接条件変更部７５は、溶接作業が完了した打点位置を記憶しておき、作業完了時にワーク把持用の爪５５によるワークＷに対する把持を開放するために作業者が押す作業完了スイッチ８３のオン・オフを認識し、作業完了スイッチ８３がオンとなったタイミングですべての打点位置に対する溶接作業が完了したかどうかを判断し、完了していないと判断した場合に、表示装置８５に溶接抜けの打点位置を表示させると同時に、警報装置８７に溶接抜けの警報を出力させる。すなわち、表示装置８５および警報装置８７は、溶接抜け情報を出力する出力手段を構成している。
【００３２】
前記した電極先端位置算出部６７，作業打点判断部７１および溶接条件変更部７５は、いずれもＣＰＵとＲＯＭ，ＲＡＭを備えた、例えばＰＬＣ(Programable Logic Controller)などで構成されており、これら電極先端位置算出部６７，作業打点判断部７１および溶接条件変更部７５により、溶接コントローラ８９を構成している。
【００３３】
次に、上記した溶接装置の作用を、図３および図４に示す溶接コントローラ８９の制御動作に基づき説明する。作業者は、把持している溶接ガン２１をワークＷに近付け、固定電極２１ａと、固定電極２１ａに対して離反させた状態の可動電極２１ｂとの間にワークＷが位置するよう溶接ガン２１を移動させる。このときの電極先端位置は、打点位置情報データベース６９に記憶されていて作業者が最初に溶接作業を行おうとしている打点位置付近となるように、作業者が溶接ガン２１を移動させているものとする。
【００３４】
この状態で、電極先端位置算出部６７が、リンク機構３５の各軸のエンコーダ信号を、パルスカウンタ６５を経て取り込むことで（ステップ３０１）、リンク機構３５の各関節３７の角度を算出する（ステップ３０３）。これと並行して電極先端位置算出部６７は、治具２３の回転軸４３のエンコーダ信号を、パルスカウンタ６５を経て取り込むことで（ステップ３０５）、回転軸４３の回転角度を算出する（ステップ３０７）。続いて電極先端位置算出部６７は、前記算出した各関節３７の角度および回転軸４３の回転角度に基づき、電極先端位置、つまり固定電極２１ａの先端の３次元位置を算出する（ステップ３０９）。
【００３５】
上記算出した電極先端の３次元位置情報は、作業打点判断部７１に取り込まれ、作業打点判断部７１は、打点位置情報データベース６９から、上記取り込んだ電極先端位置と最も距離の近い位置の作業打点を探し出す（ステップ３１１）。探し出された作業打点情報は、溶接条件変更部７５に取り込まれ、溶接条件変更部７５は、溶接条件データベース７３から、前記探し出された作業打点に対応する溶接条件を選択する（ステップ３１３）。
【００３６】
ここで溶接条件変更部７５は、作業完了スイッチ８３がオンされたかどうかを判断し（ステップ３１５）、オンとなっている場合は、打点位置情報データベース６９に記憶されているすべての打点位置に対して溶接作業が完了していないとして、表示装置８５に、溶接抜け打点の位置を表示させると同時に（ステップ３１７）、警報装置８７にて溶接抜けの警報を発するよう動作信号を出力する（ステップ３１９）。これにより、作業者による溶接作業抜けを防止することができる。
【００３７】
上記ステップ３１５で、作業完了スイッチ８３がオンされていない場合には、溶接起動スイッチ８１がオンされたかどうかを判断し（ステップ３２１）、溶接起動スイッチ８１がオンされた場合には、溶接タイマ７７および電空比例弁７９に対し、それぞれの溶接条件を出力する（ステップ３２３）。これにより、図４に示すように、実際の溶接作業が実施される（ステップ３２５）。
【００３８】
ステップ３１７および３１９で溶接抜けの表示および警報が発せられた後と、ステップ３２１で溶接起動スイッチ８１がオンされていない場合には、前記ステップ３０１，３０５に戻る。
【００３９】
図４において、溶接実施後は、その打点位置の溶接が完了したかどうかを判断し（ステップ３２７）、溶接が完了している場合には、すべての打点位置に対する溶接作業が完了したかどうかを判断する（ステップ３２９）。すべての打点位置の溶接作業が完了している場合には、作業完了スイッチ８３がオンされたかどうかを判断し（ステップ３３１）、ここで作業完了スイッチ８３がオンされている場合には、作業完了処理がなされる（ステップ３３３）。
【００４０】
このように、上記した溶接装置による溶接方法によれば、各溶接打点位置毎の溶接条件は、あらかじめ溶接条件データベース７３に記憶されており、各溶接打点位置に対しては、この記憶されている最適な溶接条件で溶接作業が行われるので、作業者が各溶接打点位置毎に溶接条件を設定するという煩雑な作業を行うことなく、溶接品質を高度に確保することができるとともに、複数の打点位置に対する連続した溶接作業を容易に行うことができる。
【００４１】
図５は、溶接ガン２１を支持する機構として、図２におけるケーブルバランサ２９に代えて助力アーム９１を使用した例を示している。この助力アーム９１においても、それぞれの関節部９３（９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄ，９３ｅ，９３ｆ）にエンコーダ６１を設けることで、各関節部９３の角度を検出し、溶接ガン２１の電極先端位置（固定電極２１ａの先端位置）を算出できるようにする。
【００４２】
上記図５において、９５は、床４１に立設され、関節部９３ａを中心として助力アーム９１全体を回転させる支柱であり、９７は、関節部９３ｂを中心として先端側が上下に回動するリンク、９９は、一端が関節部９３ｃに連結して他端側が水平方向に回動するリンク、１０１は、関節部９３ｆと溶接ガン２１とを連結して先端側つまり溶接ガン２１側が図５中で紙面に直交する軸を中心として上下に回動するリンクである。関節部９３ｅは、関節部９３ｆから先の溶接ガン２１側を図５中で左右方向の軸を中心として回転させるものである。リンク９７と支柱９５の下部との間には、リンク９７から先の溶接ガン２１側の部分の重量を支えるための空圧シリンダ１０３が介在されている。
【００４３】
上記した図５の助力アーム９１は床置型であるが、図６は、助力アーム１０５を、天井２４から釣り下げられた天釣型とした例である。この助力アーム１０５は、図５におけるリンク９９と関節部９３ｄとの間に上下方向に延長されるリンク１０７を図５のものに追加するとともに、図５の関節部９３ｄに代えて、リンク９９とリンク１０７との間に関節部９３ｇを追加して設け、助力アーム全体の上下を図５に対して反転させたものである。なお、関節部９３ｇは、図６中で上下方向の軸を中心として溶接ガン２１側を回転させる。
【００４４】
上記した図５および図６の溶接装置においても、図１の溶接装置と同様に電極先端位置を算出して、あらかじめ設定されたそれぞれの溶接打点位置に対して最適な溶接条件で溶接作業を行うことができる。
【００４５】
なお、作業打点判断部７１が、打点位置情報データベース６９に記憶されている作業打点位置に対し、電極先端位置（固定電極２１ａの先端位置）が、あらかじめ設定した所定の距離以上離れていると判断した場合には、溶接条件変更部７５に作業打点情報を出力しないようにする。これにより、溶接条件変更部７５からは溶接起動信号が出力されないので、実際の溶接作業は設計上の溶接打点位置もしくはその近傍でのみ行われ、必要としない部位に対する溶接作業を回避することができる。この場合、溶接条件変更部７５による溶接起動信号の出力を可能とする電極先端位置の溶接打点位置からの距離を、より近傍に設定することで、作業者による溶接打点位置のばらつきを極力抑えることが可能となる。
【００４６】
また、打点位置情報データベース６９に記憶されている複数の作業打点位置を、あらかじめ複数の領域内に設定し、その領域毎に溶接完了を判定して、任意の領域内におけるすべての作業打点位置に対する溶接が完了していないにも拘わらず、別の領域内の作業打点位置に対して溶接を行った場合には、溶接が完了してない領域の位置と溶接抜けの警告を表示装置８５に表示したり、警報装置８７から警報を発するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す溶接装置のブロック図である。
【図２】図１の溶接装置に使用される溶接ガンとワークを保持する治具とを示す側面図である。
【図３】図１の溶接装置における溶接コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図１の溶接装置における溶接コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】溶接ガンを支持する機構として助力アームを使用した例を示す図２に相当する側面図である。
【図６】助力アームを天釣型とした例を示す図５に相当する側面図である。
【図７】従来例を示す図２に相当する側面図である。
【符号の説明】
２１溶接ガン
６７電極先端位置算出部（溶接ガン位置検出手段）
６９打点位置情報データベース（溶接位置記憶手段）
７１作業打点判断部（溶接作業位置判断手段）
７３溶接条件データベース（溶接条件記憶手段）
７５溶接条件変更部（溶接条件選択手段）
８５表示装置（出力手段）
８７警報装置（出力手段）
Ｗワーク

Claims

溶接ガンにより、治具上に保持したワークの複数箇所に対し溶接作業を行う溶接装置において、前記溶接ガンの前記ワークに対する電極位置を、この溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度および前記治具の回転角度状態に基づき検出する溶接ガン位置検出手段と、前記ワークに対するあらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件をそれぞれ記憶する溶接条件記憶手段と、前記溶接ガン位置検出手段により検出された溶接ガンの電極位置の情報に基づいて前記溶接条件記憶手段に記憶されている溶接条件を選択し、選択した溶接条件により溶接作業を行うよう前記溶接ガンに対して溶接信号を出力する溶接条件選択手段とを有することを特徴とする溶接装置。
溶接条件選択手段は、あらかじめ決められたすべての溶接位置の溶接作業が完了したかどうかを判断し、すべての溶接位置の溶接が完了していないと判断したときに、溶接抜け情報を出力手段を介して出力することを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
溶接条件選択手段は、溶接ガン位置検出手段が検出した溶接ガンの電極位置が、あらかじめ決められた溶接位置に対し所定距離以上離れている場合に、前記溶接ガンに対する溶接信号の出力を停止することを特徴とする請求項１または２記載の溶接装置。
溶接ガンの電極位置は、溶接ガンの電極先端位置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接装置。
溶接ガンにより、治具上に保持したワークの複数箇所に対し溶接作業を行う溶接方法において、前記溶接ガンの前記ワークに対する電極位置を、この溶接ガンを支持するリンク機構の関節部の回転角度および前記治具の回転角度状態に基づき溶接ガン位置検出手段が検出し、この検出した溶接ガンの電極位置の情報に基づいて、前記ワークに対するあらかじめ決められた複数の溶接位置に対応した溶接条件を、この溶接条件を記憶している溶接条件記憶手段から溶接条件選択手段が選択して溶接作業を行うことを特徴とする溶接方法。