JP3982603B2 - Surface straightness sensor of spot welding electrode and surface straightness measurement method - Google Patents

Surface straightness sensor of spot welding electrode and surface straightness measurement method Download PDF

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達也 藤▲崎▼
輝明 東
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサ及びこのセンサを用いた面直度計測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アームにスポット溶接機が取付けられた溶接ロボットでは、電極をワークに対して面直に前進させて打点させるために、溶接対象となるワークに対応してロボット動作をティーチングする必要がある。このため、特開平10−216955号公報によれば、電極を模した形状に形成されたヘッドの先端面に3個以上の圧電素子を配設し、その検知信号レベルの偏差が零になるように、ロボットにティーチングする電極の面直度の設定方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなティーチング方法により、ワークに対応して電極を面直に加圧させると、短い通電時間で均一に溶接でき、スパッタの発生も防止できるが、ヘッドの先端面に圧電素子を配置するのを前提にするために、耐久性の点で問題があり、また素子の突出形状によりワーク面の形状が測定精度に影響し易く、さらに圧電素子を感圧素子とするために感圧信号が加速度に対応したレベルで過渡的に発生し、したがって高精度の信号処理も難しくなる可能性があった。
【0004】
本発明は、このような点に鑑みて、耐久性及び計測精度を向上させ得る冒頭に述べた類のスポット溶接電極の面直度センサ及びこの面直度センサを用いた面直度計測方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項1により、電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサにおいて、圧力を抵抗値の変化として検知する3個以上の感圧素子が、ヘッドを前後に分割した先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分にそれぞれ形成された互いの対向面間に弾性体を重ねて介在させられると共に、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分は、対向面間での弾性体の膨縮により互いに傾倒自在に一体化されたことを特徴とする。
【0006】
面直度センサがワークに向けて前進駆動されて加圧されると、先端側ヘッド部分が、電極を模した形状により電極の面直度に応じて基端側ヘッド部分に対して弾性体の膨縮により傾倒する。各感圧素子は、加圧力、傾倒方向及び傾倒度に対応した圧力を抵抗値の変化として検知し、各感圧素子の検知信号に対応した圧力分布が検知される。
【0007】
請求項1によるスポット溶接電極の面直度センサを用いてスポット溶接されるワークに対する電極の面直状態からのずれ角及びずれ方向を計測するための計測方法としては、請求項6により、ヘッド中心軸線に直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した2次元座標面に対して各感圧素子の配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及び総合合成ベクトルのX軸及びY軸への分解ベクトルの比からずれ方向を計測することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1乃至図4を基に本発明のスポット溶接電極の面直度センサを用いた計測方法を実施する装置の実施の形態を説明する。図2はこの計測装置を用いるロボット溶接機を示すもので、溶接ロボット1のアーム先端に、抵抗スポット溶接ガンのヨーク5が取付けられ、その上側の開放端にはシリンダ6が取付けられ、下側の開放端にはシャンク、つまり電極ホルダ7aが取付けられている。この電極ホルダに装着される電極8a及びシリンダロッド6aの先端に取付けられた電極ホルダ7に装着される電極8間に、シリンダ6による加圧でワーク9を挟持してスポット溶接が行われる。このような溶接動作に際して、溶接ロボット1は、打点位置でシリンダ6の前進駆動により電極8、8aがワーク9を面直状態で加圧するように、姿勢を予めティーチングされる。
【0009】
図1は、このようなティーチングを行うために、電極8又は8aに代えて,電極ホルダ7又は7aの先端に取付けられる面直度センサ19であり、電極8、8aを模した形状に形成されたヘッド10を分割し、その内部にシート状感圧センサ12を介在させて構成される。その検知信号は、図3に示す回路装置に供給される。
【0010】
ヘッド10は、電極と同一の材質もしくは剛性の他の金属或いは合成樹脂製の円筒状であり、そのヘッド中心軸線Aはシリンダロッド6aの中心軸線に一致し、シリンダ6の前進駆動方向に対応する。このヘッドは、ヘッド中心軸線Aに対して直交方向へ切断されて、基端側ヘッド部分10aと、中心軸線Aに対して点対称の凸曲面状で先端部分で直交平面になった先端側ヘッド部分10bとに分割され、互いの円形平面状の対向面10c、10dが形成される。対向面10cの中心部には半球状凸部11が形成され、対向面10dには僅かに浅い対応した半球状凹部14が形成され、細隙14aを置いている。
【0011】
一方の対向面10cにはシート状感圧センサ12が接合され、この感圧センサに重ねて接合された弾性シート13が、さらに他方の対向面10dに接合され、ヘッド10として一体化されている。これらのシートには、凸部11に対応した直径の開口部12b、13bが形成されている。シート状感圧センサ12は、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧素子15を等間隔で6個以上、例えば30°間隔で円周位置に12個配列して対向面10cと同一円形状の両側の基材シート12a間に介在させて構成されている。この基材シートは可撓性を呈する合成樹脂製である。これにより、基端側ヘッド部分10a及び先端側ヘッド部分10bは、細隙14aで規定される角度範囲内で主に弾性シート13を膨縮させて復帰可能に互いに傾倒することにより、感圧素子15を膨縮度に応じて加圧し得るようになっている。面直の加圧力は、凸部11に加わる。
【0012】
感圧素子15には、図3に示すように、感圧素子15の検知信号をそのレベルに対応した圧力信号として取り込んでコンピュータにより演算処理を行う回路装置が付属し、ヘッド中心軸線Aに直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した2次元座標面に対して12個の感圧素子15のそれぞれの配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからワーク9に対する電極8、8の面直からのずれ角α及び総合合成ベクトルの方向からずれ方向θを計測する。
【0013】
即ち、各感圧素子151、152・・・1512 の検知信号を入力とし、そのレベルに対応したベクトルv1、v2・・・v12 を作成するベクトルデータ作成手段20と、これらの各ベクトルをX軸及びY軸方向のベクトル成分vX1、vX2・・・vX12及びvY1、vY2・・・vY12に分解するベクトル成分算出手段21と、各ベクトル成分vX1、vX2・・・vX12を加算したX軸方向の総合ベクトル成分VX及びベクトル成分vY1、vY2・・・vY12を加算したY軸方向の総合ベクトル成分VYを合成した総合合成ベクトルVをV=√(V 2X+V 2Y)により算出して、その大きさからずれ角αを算出するずれ角算出手段22と、Y軸からのずれ方向θをθ=tan−1VX/VYを基に算出するずれ方向算出手段23と、ずれ角αが例えば3°以内であるか否かを判定する面直度判定手段24と、感圧素子15を1個置きに選択した奇数群151、153・・・1511及び偶数群152、154・・・1512の2群に分割し、それぞれの群の総合合成ベクトルVO、VEの大きさの差が、30°の回転位置のずれに対応する所定の誤差範囲内にあるか否かを判断することにより、いずれかの感圧素子15が故障していないか否かを監視する感圧素子監視手段25と、計測結果を表示する表示手段としてのティーチングペンダント26とを構成している。
【0014】
ずれ角算出手段22は、所定の加圧力下での総合合成ベクトルVの大きさに対するずれ角αのおおよそ比例関係にある変化曲線データをテーブルとして格納しておくことにより、その大きさに対するずれ角αを0乃至10°程度の範囲で算出する。
【0015】
ティーチングペンダント26の表示画面には、2次元座標面に任意の例えば1°ごとの同心円状のずれ角目盛が背景画像として表示されると共に、この座標上に計測結果である総合合成ベクトルVを表示し、表示画面の隅にずれ角α及びずれ方向θの数値、面直度の合否、感圧素子15の異常の有無等を表示する。
【0016】
このように構成されたスポット溶接電極の面直度計測装置の動作は次の通りである。例えばシリンダ6側の電極ホルダ7に、電極8に代えて、面直度センサ19を装着する。予めのティーチングに従い溶接ロボット1を作動させることにより、面直度センサ19はワーク9の打点位置に向けて移動し、次いでシリンダ6が作動することにより、ヘッド10はロボットの姿勢に応じて前進駆動され、所定の加圧力で電極8a間でワーク9を挟持する。その際、各感圧素子151、152・・・1512は、先端側ヘッド部分10bの基端側ヘッド部分10aに対する傾倒方向及び傾倒度に対応した圧力に相当する電気抵抗を呈する。
【0017】
即ち、ヘッド10が打点位置でワーク9に対して面直の場合、半球状凹部14が半球状凸部11に弾性シート13の介在無しで係合していることにより、各感圧素子15は加圧力を実質上検知しない。即ち、弾性シート13の厚みに応じて均一に僅かに圧縮された圧力が低レベルで検知され、傾倒分が重畳される。面直からずれる場合、対向面10dはずれ方向θに面直からのずれ度合に応じて対向面10cに対して傾倒し、接近した円周位置の感圧素子15がずれ角αに応じて相対的に大きな圧力で加圧され、また離反領域の感圧素子15の検知信号は相対的に小さく、ずれ角αがある程度大きくなると零になる。したがって、円周位置に沿って圧力が変化する圧力分布が検知される。
【0018】
これにより、ベクトルデータ作成手段20ではずれ方向θに近い程大きくなるベクトルv1、v2・・・v12が作成され、ベクトル成分算出手段21はこれらのベクトルデータをそれぞれベクトル成分vX1、vX2・・・vX12及びvY1、vY2・・・vY12に分解する。また、図4に示すように、ずれ角算出手段22はそれぞれの総合ベクトル成分VX、VYを合成し、総合合成ベクトルVを演算し、その大きさをずれ角αとして算出する。さらに、ずれ方向算出手段23は直交方向の総合ベクトル成分VX、VYからずれ方向θを算出する。このずれ方向は、総合合成ベクトルVを基に算出されるために感圧素子15の配列間隔である30°間の途中方向も間断なく計測される。
【0019】
このような演算処理により、ティーチングペンダント26の画面には、図3に示すように、例えばずれ方向θが約−150°で、ずれ角αが4.5°である旨を指示する総合合成ベクトルVが表示される。さらに、ずれ角αが所定の角度以上でティーチングの修正が必要であることも警報される。感圧素子15に異常が生じた場合も警報される。これにより、ティーチングペンダント26をモニタしつつ溶接ロボット1の姿勢を素早くティーチングすることができ、その確認或いは再ティーチングも素早く行うことができ、さらにモニタしつつ加圧状態でのティーチングも可能になる。
【0020】
計測中に、先端側ヘッド部分10bに横向きの衝撃が加わっても凹部14が半球状凸部11に拘束され、面直度センサ19の破損が防止される。
【0021】
図5は別の実施の形態によるヘッド30を備えた面直度センサを示す。基端側ヘッド部分30aは外径の小さな円筒状の先端部35を有し、先端側ヘッド部分30bには先端部35の外周面を形成する対向面35aを隙間を置いて包囲するフランジ36が形成され、その内周面が対向面36aとなる。また、基端側ヘッド部分30aのヘッド中心軸線Aに対して直交方向の対向面に半球状凸部33が形成され、先端側ヘッド部30bの対応する対向面には、細隙34aを形成するように浅い半球状凹部34が形成されて凸部33に係合している。
【0022】
対向面35a及び対向面36a間にはシート状感圧センサ31及び弾性シート32が細片状に巻回されて介在することにより、円周位置に感圧素子が配列され、先端側ヘッド部分30bの基端側ヘッド部分30aに対する傾倒を検知した検知信号が、前述と同様な方法で信号処理されて、ずれ方向θ及びずれ角αが計測される。
【0023】
図6はさらに別の実施の形態による面直度センサを示す。前述のヘッド10の対向面10cの中心部には半球状凸部11が形成され、対向面10dには僅かに浅い対応した半球状凹部14が形成され、細隙14bを置くように、その厚みよりも厚い弾性シート13aが接合されている。これにより、加圧状態で弾性シート13aの圧縮により細隙14bの厚みはゼロになり、さらに先端側ヘッド部分10bの傾倒により、マイナス(引張り方向)の圧力も検知される。
【0024】
尚、前述の実施の形態において、感圧素子の個数は、計測精度の低下を甘受するならば、最低3個で360°範囲のずれ方向でのずれ角を計測することができ、逆に計測精度をさらに向上させる場合前述の30°よりもさらに細かい間隔で感圧素子を配置することもできる。いずれにしても通常のスポット溶接電極の面直のティーチング用としては奇数・偶数グループに分割して素子の異常を判断する場合も含めて6個以上であることが好ましい。
【0025】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、電極の加圧力の分布を定常的に検知し得る面直度センサが実現され、計測精度を向上させるのが容易となり、また加圧状態でのティーチングも可能になる。さらに、感圧素子がヘッドの内部に組み込まれるために耐久性が向上し、ワーク形状による計測精度の低下も受けにくくなる。
【0026】
その際、請求項2の発明により、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分間の傾倒自在の凹凸係合により、感圧素子に加圧力自体は加わらず、感圧素子のダイナミックレンジを狭くでき、検知の直線性を確保し易くなる。感圧素子は、請求項3の発明によりヘッド中心軸線に直交方向へ切断分離された対向面間か、請求項4の発明により切断分離された先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分の一方の外周面及びこの外周面を包囲する他方の内周面間に介在させて、内部に容易に組み込まれる。また、請求項5の発明により、両側の基材シート間に感圧素子が介在するシート状感圧センサを用いると、配列位置が容易に設定され、ヘッド内部への組み込みも容易になる。
【0027】
請求項6の発明によれば、感圧素子の各検知信号を基に2次元座標面における圧力分布のベクトルデータを作成して、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及びその方向からずれの方向が感圧素子の間欠配列にも拘らず高精度に計測される。その際、請求項7の発明によれば、ベクトル合成による計測に際して、個々の感圧素子が故障により検知信号を発生し得なくなったのも検知でき、請求項8の発明によれば、ベクトル合成による計測に際して、計測結果が2次元座標面上にベクトルの静止画像が表示されることにより、ティーチングが容易に行われ、計測しながらティーチングすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態によるスポット溶接電極の面直度センサを示すもので、同図Aはその断面図、同図Bはその分割した感圧センサ部分の平面図である。
【図2】 同面直度センサを用いてティーチングが行われる溶接ロボットの概略構成を示す図である。
【図3】 同面直度センサの検知信号を処理する回路装置の構成を示す図である。
【図4】 同回路装置の動作を説明するもので、同図Aはずれ方向、同図Bはずれ角の計測動作を説明する図である。
【図5】 別の実施の形態による面直度センサの断面図である。
【図6】 さらに別の実施の形態による面直度センサの断面図である。
【符号の説明】
7、7a 電極ホルダ
8、8a 電極
10、30 ヘッド
10a、30a 基端側ヘッド部分
10b、30b 先端側ヘッド部分
10c、10d、35a、36a 対向面
11、33 半球状凸部
12、31 シート状感圧センサ
13、13a、32 弾性シート
14、34 半球状凹部
14a、14b 細隙
15 感圧素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a plurality of pressure-sensitive elements are equiangular at a circumferential position with respect to a head central axis along the forward drive direction of an electrode on a head formed in a shape simulating an electrode and attached to an electrode holder instead of the electrode. A surface-weldness sensor of a spot welding electrode that detects a deviation angle from a face-to-face state of an electrode that is driven forward toward a workpiece to be spot-welded by being arranged at intervals, and a surface straightness using this sensor This relates to the degree measurement method .
[0002]
[Prior art]
In a welding robot in which a spot welder is attached to an arm, it is necessary to teach the robot operation corresponding to the workpiece to be welded in order to advance the electrode in a plane perpendicular to the workpiece and make a spot. For this reason, according to Japanese Patent Laid-Open No. 10-216955, three or more piezoelectric elements are arranged on the tip surface of a head formed in the shape of an electrode so that the deviation of the detection signal level becomes zero. In addition, a method for setting the surface straightness of the electrode teaching the robot is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By using such a teaching method to press the electrode straight in response to the workpiece, welding can be performed uniformly in a short energization time and spatter can be prevented, but a piezoelectric element is placed on the tip of the head. As a result, there is a problem in terms of durability, and the shape of the work surface is likely to affect the measurement accuracy due to the protruding shape of the element. In addition, since the piezoelectric element is a pressure-sensitive element, the pressure-sensitive signal is accelerated. Therefore, there is a possibility that high-accuracy signal processing becomes difficult.
[0004]
In view of these points, the present invention provides a surface straightness sensor for a spot welding electrode and a surface straightness measurement method using the surface straightness sensor of the kind described at the beginning that can improve durability and measurement accuracy. The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, according to the present invention, a head formed in a shape simulating an electrode and attached to an electrode holder in place of the electrode is attached to a head central axis along the forward drive direction of the electrode. A spot welding electrode that detects a deviation angle of the electrode that is driven forward toward the workpiece to be spot welded from a perpendicular state with respect to the workpiece by arranging a plurality of pressure sensitive elements at equal angular intervals in the circumferential position. In the surface straightness sensor, three or more pressure-sensitive elements that detect pressure as a change in resistance value are formed on the front-side head portion and the base-side head portion obtained by dividing the head in the front-rear direction. An elastic body is interposed between the distal end side head portion and the proximal end side head portion so that they can be tilted together by expansion and contraction of the elastic body between the opposing surfaces. That.
[0006]
When the surface straightness sensor is driven forward and pressurized toward the workpiece, the distal-side head portion has an elastic body with respect to the proximal-side head portion according to the surface straightness of the electrode due to the shape imitating the electrode. Tilt by expansion and contraction. Each pressure sensitive element detects a pressure corresponding to the applied pressure, the tilt direction, and the tilt degree as a change in resistance value, and a pressure distribution corresponding to the detection signal of each pressure sensitive element is detected.
[0007]
A measuring method for measuring a deviation angle and a deviation direction from a perpendicular state of an electrode to a workpiece to be spot welded by using a surface straightness sensor of a spot welding electrode according to claim 1 comprises: A vector corresponding to the arrangement position of each pressure-sensitive element and the detection signal level is created on a two-dimensional coordinate plane that is assumed to be orthogonal to the axis and the origin is on this head central axis, and each vector is synthesized. The shift direction is measured from the shift angle from the size of the total composite vector and the ratio of the decomposition vector of the total composite vector to the X axis and the Y axis.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an apparatus for carrying out a measuring method using the spot-welding electrode surface straightness sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a robot welding machine using this measuring apparatus. A resistance spot welding gun yoke 5 is attached to the tip of the arm of the welding robot 1, and a cylinder 6 is attached to the upper open end thereof. A shank, i.e., an electrode holder 7a is attached to the open end. Spot welding is performed by sandwiching the workpiece 9 by pressurization of the cylinder 6 between the electrode 8a attached to the electrode holder and the electrode 8 attached to the electrode holder 7 attached to the tip of the cylinder rod 6a. During such a welding operation, the welding robot 1 is taught in advance so that the electrodes 8 and 8a pressurize the workpiece 9 in a face-to-face state by the forward drive of the cylinder 6 at the striking position.
[0009]
FIG. 1 shows a surface straightness sensor 19 that is attached to the tip of the electrode holder 7 or 7a in place of the electrode 8 or 8a in order to perform such teaching, and is formed in a shape simulating the electrodes 8 and 8a. The head 10 is divided and a sheet-like pressure sensor 12 is interposed therein. The detection signal is supplied to the circuit device shown in FIG.
[0010]
The head 10 has a cylindrical shape made of another metal or synthetic resin having the same material or rigidity as the electrode. The head central axis A coincides with the central axis of the cylinder rod 6a and corresponds to the forward drive direction of the cylinder 6. . This head is cut in a direction orthogonal to the head center axis A, and a proximal-side head portion 10a and a distal-side head that is a convex curved surface that is point-symmetric with respect to the central axis A and that is perpendicular to the distal end portion. Dividing into portions 10b, opposite circular planar opposing surfaces 10c, 10d are formed. A hemispherical convex portion 11 is formed at the center of the opposing surface 10c, and a corresponding shallow hemispherical concave portion 14 is formed on the opposing surface 10d, with a slit 14a.
[0011]
A sheet-like pressure sensor 12 is joined to one facing surface 10c, and an elastic sheet 13 joined to the pressure sensing sensor is joined to the other facing surface 10d and integrated as a head 10. . In these sheets, openings 12b and 13b having a diameter corresponding to the convex portion 11 are formed. The sheet-like pressure sensor 12 has six or more pressure-sensitive elements 15 whose resistance values change according to the pressure at equal intervals, for example, 12 at 30 ° intervals in the circumferential position, and the same circular shape as the facing surface 10c. Between both sides of the base sheet 12a. This base sheet is made of a synthetic resin exhibiting flexibility. As a result, the proximal-side head portion 10a and the distal-side head portion 10b mainly tilt the elastic sheet 13 within an angle range defined by the slit 14a and tilt each other so that the pressure-sensitive element can be restored. 15 can be pressurized according to the degree of expansion / contraction. The direct pressure is applied to the convex portion 11.
[0012]
As shown in FIG. 3, the pressure sensitive element 15 is provided with a circuit device that takes a detection signal of the pressure sensitive element 15 as a pressure signal corresponding to the level and performs calculation processing by a computer, and is orthogonal to the head central axis A. In addition, vectors corresponding to the arrangement positions and detection signal levels of the twelve pressure-sensitive elements 15 are created with respect to the two-dimensional coordinate plane assumed to have the origin on the head central axis, The deviation angle α from the surface of the electrodes 8 and 8 with respect to the workpiece 9 and the direction of the deviation from the direction of the synthetic vector are measured from the size of the synthesized synthetic vector.
[0013]
That is, the detection signal of each pressure sensitive element 151, 152... 1512 is input, the vector data creating means 20 for creating vectors v1, v2. And vector component calculation means 21 that decomposes the vector components vX1, vX2... VX12 and vY1, vY2... VY12 in the Y-axis direction, and the total in the X-axis direction by adding the vector components vX1, vX2,. A total synthesized vector V obtained by synthesizing a total vector component VY in the Y-axis direction obtained by adding the vector component VX and the vector components vY1, vY2,... VY12 is calculated by V = √ (V 2X + V 2Y) and deviates from the magnitude. Deviation angle calculation means 22 for calculating the angle α, and deviation direction calculation for calculating the deviation direction θ from the Y axis based on θ = tan−1VX / VY. Means 23, surface straightness determination means 24 for determining whether or not the deviation angle α is within 3 °, for example, odd number groups 151, 153. The group is divided into two groups 152, 154... 1512, and the difference in the magnitude of the total composite vector VO, VE of each group is within a predetermined error range corresponding to a rotational position shift of 30 °. By determining whether or not any of the pressure sensitive elements 15 has failed, a pressure sensitive element monitoring means 25 for monitoring whether or not a failure has occurred, and a teaching pendant 26 as a display means for displaying the measurement results are configured. ing.
[0014]
The deviation angle calculation means 22 stores, as a table, change curve data that is roughly proportional to the magnitude of the deviation angle α with respect to the magnitude of the total composite vector V under a predetermined applied pressure, and thereby the deviation angle with respect to that magnitude. α is calculated in the range of about 0 to 10 °.
[0015]
On the display screen of the teaching pendant 26, a concentric deviation angle scale for every 1 °, for example, is displayed on the two-dimensional coordinate plane as a background image, and the total composite vector V as a measurement result is displayed on the coordinates. Then, the numerical values of the shift angle α and the shift direction θ, the pass / fail accuracy, the presence / absence of abnormality of the pressure-sensitive element 15 and the like are displayed at the corners of the display screen.
[0016]
The operation of the spot-welding electrode surface straightness measuring apparatus configured as described above is as follows. For example, a surface straightness sensor 19 is attached to the electrode holder 7 on the cylinder 6 side instead of the electrode 8. By operating the welding robot 1 in accordance with the teaching in advance, the surface straightness sensor 19 moves toward the striking position of the work 9, and then the cylinder 6 is operated, so that the head 10 is driven forward according to the posture of the robot. Then, the work 9 is sandwiched between the electrodes 8a with a predetermined pressure. At that time, each of the pressure sensitive elements 151, 152... 1512 exhibits an electrical resistance corresponding to a pressure corresponding to a tilt direction and a tilt degree of the distal-side head portion 10b with respect to the proximal-side head portion 10a.
[0017]
That is, when the head 10 is perpendicular to the workpiece 9 at the hitting position, each hemispherical concave portion 14 is engaged with the hemispherical convex portion 11 without the intervention of the elastic sheet 13, so that each pressure sensitive element 15 is Virtually no pressure is detected. That is, the pressure that is uniformly and slightly compressed according to the thickness of the elastic sheet 13 is detected at a low level, and the tilt is superimposed. When deviating from the surface, the facing surface 10d is tilted with respect to the facing surface 10c in the displacement direction θ according to the degree of displacement from the surface, and the pressure-sensitive element 15 at the close circumferential position is relative to the displacement angle α. The detection signal of the pressure sensitive element 15 in the separation region is relatively small, and becomes zero when the deviation angle α is increased to some extent. Therefore, a pressure distribution in which the pressure changes along the circumferential position is detected.
[0018]
As a result, the vector data creation means 20 creates vectors v1, v2,... V12 that become larger as they approach the shift direction θ, and the vector component calculation means 21 converts these vector data into vector components vX1, vX2,. And vY1, vY2,... VY12. Further, as shown in FIG. 4, the deviation angle calculation means 22 synthesizes the total vector components VX and VY, calculates the total synthesis vector V, and calculates the magnitude as the deviation angle α. Further, the deviation direction calculation means 23 calculates the deviation direction θ from the total vector components VX and VY in the orthogonal direction. Since this deviation direction is calculated based on the total composite vector V, the midway direction between 30 °, which is the arrangement interval of the pressure sensitive elements 15, is also measured without interruption.
[0019]
As a result of such calculation processing, the screen of the teaching pendant 26 is displayed on the teaching pendant 26 as shown in FIG. 3, for example, a synthetic vector that indicates that the deviation direction θ is about −150 ° and the deviation angle α is 4.5 °. V is displayed. Further, it is also warned that teaching angle correction is necessary when the deviation angle α is equal to or greater than a predetermined angle. An alarm is also given when an abnormality occurs in the pressure sensitive element 15. As a result, the attitude of the welding robot 1 can be quickly taught while monitoring the teaching pendant 26, and the confirmation or re-teaching can be performed quickly, and further teaching in a pressurized state can be performed while monitoring.
[0020]
During the measurement, even if a lateral impact is applied to the distal end side head portion 10b, the concave portion 14 is restrained by the hemispherical convex portion 11, and the surface straightness sensor 19 is prevented from being damaged.
[0021]
FIG. 5 shows a surface straightness sensor with a head 30 according to another embodiment. The proximal-side head portion 30a has a cylindrical distal end portion 35 having a small outer diameter, and the distal-side head portion 30b has a flange 36 that surrounds the opposing surface 35a that forms the outer peripheral surface of the distal end portion 35 with a gap. The inner peripheral surface is formed as a facing surface 36a. Further, a hemispherical convex portion 33 is formed on the opposing surface in the direction orthogonal to the head center axis A of the proximal end head portion 30a, and a slit 34a is formed on the corresponding opposing surface of the distal end head portion 30b. Thus, a shallow hemispherical concave portion 34 is formed and engaged with the convex portion 33.
[0022]
Between the opposing surface 35a and the opposing surface 36a, the sheet-like pressure sensor 31 and the elastic sheet 32 are wound in the form of strips so that the pressure-sensitive elements are arranged at the circumferential position, and the leading-end head portion 30b. The detection signal that detects the tilt of the base end side head portion 30a is subjected to signal processing by the same method as described above, and the shift direction θ and the shift angle α are measured.
[0023]
FIG. 6 shows a surface straightness sensor according to still another embodiment. A hemispherical convex portion 11 is formed at the center of the facing surface 10c of the head 10 described above, and a corresponding hemispherical concave portion 14 corresponding to a slightly shallower surface is formed on the facing surface 10d, and the thickness thereof so as to place the slit 14b. A thicker elastic sheet 13a is joined. As a result, the thickness of the slit 14b becomes zero due to the compression of the elastic sheet 13a in a pressurized state, and a minus (tensile direction) pressure is also detected due to the tilt of the tip side head portion 10b.
[0024]
In the above-described embodiment, if the number of pressure sensitive elements is acceptable for a decrease in measurement accuracy, it is possible to measure a deviation angle in a deviation direction in a 360 ° range with a minimum of three, and conversely measure it. When the accuracy is further improved, the pressure sensitive elements can be arranged at a finer interval than the aforementioned 30 °. In any case, it is preferable that the number is 6 or more, including the case where an element abnormality is determined by dividing into odd / even groups for normal spot welding electrode surface teaching.
[0025]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a surface straightness sensor capable of constantly detecting the distribution of the applied pressure of the electrode is realized, it becomes easy to improve measurement accuracy, and teaching in a pressurized state is also possible. Become. Furthermore, since the pressure-sensitive element is incorporated in the head, the durability is improved and the measurement accuracy due to the workpiece shape is not easily lowered.
[0026]
In this case, the invention according to claim 2 can narrow the dynamic range of the pressure-sensitive element without applying pressure to the pressure-sensitive element by tilting uneven engagement between the distal-side head portion and the proximal-side head portion. It is easy to ensure the linearity of detection. The pressure-sensitive element is formed between the opposing surfaces cut and separated in the direction orthogonal to the head central axis according to the invention of claim 3, or one of the distal-side head portion and the proximal-side head portion cut and separated according to the invention of claim 4. It is easily incorporated inside by being interposed between the outer peripheral surface and the other inner peripheral surface surrounding the outer peripheral surface. Further, according to the invention of claim 5, when a sheet-like pressure sensor in which a pressure-sensitive element is interposed between the base material sheets on both sides is used, the arrangement position is easily set and the incorporation into the head is facilitated.
[0027]
According to the sixth aspect of the present invention, the vector data of the pressure distribution on the two-dimensional coordinate plane is created based on each detection signal of the pressure sensitive element, and the deviation angle and its size are calculated from the size of the total synthesized vector obtained by synthesizing each vector. The direction of deviation from the direction is measured with high accuracy despite the intermittent arrangement of the pressure sensitive elements. In this case, according to the invention of claim 7, it is possible to detect that each pressure-sensitive element cannot generate a detection signal due to a failure in measurement by vector synthesis. According to the invention of claim 8, measurement by vector synthesis is performed. At this time, since the measurement result is displayed as a vector still image on the two-dimensional coordinate plane, teaching is easily performed, and teaching can be performed while measuring.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a surface straightness sensor of a spot welding electrode according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a sectional view thereof, and FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a welding robot in which teaching is performed using the same-surface straightness sensor.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a circuit device that processes a detection signal of the same-surface straightness sensor.
4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the circuit device. FIG. 4A is a diagram for explaining an operation for measuring a deviation direction, and FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a surface straightness sensor according to another embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a surface straightness sensor according to still another embodiment.
[Explanation of symbols]
7, 7a Electrode holder 8, 8a Electrode 10, 30 Head 10a, 30a Base side head portion 10b, 30b Tip side head portion 10c, 10d, 35a, 36a Opposing surface 11, 33 Hemispherical convex portion 12, 31 Sheet-like sensation Pressure sensor 13, 13a, 32 Elastic sheet 14, 34 Hemispherical recess 14a, 14b Narrow gap 15 Pressure sensitive element

Claims (8)

電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサにおいて、
圧力を抵抗値の変化として検知する3個以上の感圧素子が、ヘッドを前後に分割した先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分にそれぞれ形成された互いの対向面間に弾性体を重ねて介在させられると共に、前記先端側ヘッド部分及び前記基端側ヘッド部分は、前記対向面間での前記弾性体の膨縮により互いに傾倒自在に一体化されたことを特徴とするスポット溶接電極の面直度センサ。
A plurality of pressure-sensitive elements are arranged at equiangular intervals at a circumferential position with respect to the head central axis along the forward drive direction of the electrode on a head formed in a shape simulating an electrode and attached to the electrode holder instead of the electrode. In the surface-weldness sensor of the spot welding electrode that detects the deviation angle from the face-to-face state of the workpiece that is driven forward toward the workpiece to be spot-welded,
Three or more pressure-sensitive elements that detect pressure as a change in resistance value are formed by overlapping an elastic body between the opposing surfaces formed on the distal-side head portion and the proximal-side head portion obtained by dividing the head in the front-rear direction. The surface of the spot welding electrode, wherein the front-side head portion and the proximal-side head portion are integrated so as to be tiltable with each other by expansion and contraction of the elastic body between the opposing surfaces. Straightness sensor.
先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対して直交方向の互いの対向面の一方の前記対向面に半球状凸部を形成し、他方の前記対向面には前記一方の前記対向面に対して細隙を形成させるように、前記半球状凸部に係合する半球状凹部を形成したことを特徴とする請求項1記載のスポット溶接電極の面直度センサ。  A hemispherical convex portion is formed on one of the opposing surfaces in a direction orthogonal to the head center axis of the distal-side head portion and the proximal-side head portion, and the one of the opposing surfaces 2. The spot-welding electrode surface straightness sensor according to claim 1, wherein a hemispherical concave portion that engages with the hemispherical convex portion is formed so as to form a slit with respect to the opposing surface. 弾性体を重ねた感圧素子が、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対して直交方向の対向面間に介在することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスポット溶接電極の面直度センサ。  3. The pressure-sensitive element on which an elastic body is stacked is interposed between opposing surfaces in a direction orthogonal to the head center axis of the distal end head portion and the proximal end head portion. Spot welding electrode surface straightness sensor. 弾性体を重ねた感圧素子が、前記先端側ヘッド部分又は前記基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対する外周面を形成する対向面及びこの対向面を包囲して前記基端側ヘッド部分又は前記先端側ヘッドの内周面を形成する対向面間に介在することを特徴とする請求項2記載のスポット溶接電極の面直度センサ。  A pressure-sensitive element overlaid with an elastic body surrounds the opposing surface forming an outer peripheral surface with respect to the head central axis of the distal-end-side head portion or the proximal-end-side head portion, and the proximal-end head portion or the 3. The spot-welding electrode surface straightness sensor according to claim 2, wherein the sensor is interposed between opposing surfaces forming an inner peripheral surface of the tip-side head. 互いの対向面間に、両側の基材シート間に複数個の感圧素子が配列されて介在するシート状感圧センサが介在させられることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載のスポット溶接電極の面直度センサ。  The sheet-like pressure sensor in which a plurality of pressure-sensitive elements are arranged and interposed between the base material sheets on both sides is interposed between the opposing surfaces. A surface straightness sensor of the described spot welding electrode. 請求項1によるスポット溶接電極の面直度センサを用いてスポット溶接されるワークに対する電極の面直状態からのずれ角及びずれ方向を計測するための計測方法であって、
ヘッド中心軸線に直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した2次元座標面に対して各感圧素子の配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、この各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及び前記総合合成ベクトルのX軸及びY軸への分解ベクトルの比からずれ方向を計測することを特徴とするスポット溶接電極の面直度計測方法。
A measuring method for measuring a deviation angle and a deviation direction from an electrode face-to-face state with respect to a workpiece to be spot-welded using the spot-welding electrode face-degree sensor according to claim 1,
A vector corresponding to the arrangement position of each pressure-sensitive element and the detection signal level is created on a two-dimensional coordinate plane that is assumed to be orthogonal to the head center axis and the origin is on the head center axis. A surface straightness measurement method for a spot welding electrode, wherein a deviation direction is measured from a magnitude of a total synthetic vector obtained by combining and a deviation direction from a ratio of a decomposition vector of the total synthetic vector to an X axis and a Y axis.
6個以上の偶数個の感圧素子を1個置きに選択した2群に分割し、それぞれの群の総合合成ベクトルの大きさの差が所定範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする請求項6記載のスポット溶接電極の面直度計測方法。  Dividing six or more even pressure-sensitive elements into two groups selected every other group, and determining whether or not the difference in the magnitude of the total composite vector of each group is within a predetermined range The method of measuring the degree of surface straightness of the spot welding electrode according to claim 6. 表示手段の表示画面に、背景画像として2次元座標面に同心円状のずれ角目盛を表示し、前記2次元座標面に総合合成ベクトルを表示することを特徴とする請求項6又は請求項7記載のスポット溶接電極の面直度計測方法 8. The display screen of the display means displays a concentric deviation angle scale on a two-dimensional coordinate plane as a background image, and displays a synthetic vector on the two-dimensional coordinate plane. Measuring method of surface straightness of spot welding electrode
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