JP4222890B2

JP4222890B2 - 電動式溶接ガンの制御方法

Info

Publication number: JP4222890B2
Application number: JP2003186552A
Authority: JP
Inventors: 真次加藤
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005021896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式溶接ガンの制御方法に関し、特に、電動式溶接ガンを駆動する電動機に流れる電流の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スポット溶接ガンを使用した溶接作業においては、溶接の品質を高めるために、溶接ガンが被溶接物に対して最適な加圧力を与えるよう制御する必要がある。そのため、溶接ガンの開閉動作を電動機の駆動により行うようにされた電動式溶接ガン（以下単に「溶接ガン」と記す）においては、一般に、電動機のトルクを制限することにより加圧力の制御を行うようにしている。具体的には、電動機が発生するトルクの大きさは電動機への供給電流の大きさと相関関係があるので、電動機への供給電流を制御することにより加圧力の制御を行うことが可能になる。したがって、例えば特許文献１に開示されているように、電動機への供給電流と溶接ガンの加圧力との相関関係を実際に溶接ガンにより溶接を行うことにより予め求めておき、これをロボット制御装置内のＲＯＭ等の記憶装置に記録しておく。そして、溶接ガンの加圧動作時においては、前述した記憶装置に記録しておいた電動機への供給電流と溶接ガンの加圧力との相関関係を利用し、被溶接物の各溶接点毎の最適な溶接ガンの加圧力に対応した電動機への供給電流を選定するようにしている。
【０００３】
ところで、前述した電動機への供給電流の制御は、一般に、電動機の制御装置が有している電流制限機能を使用している。この電流制限機能においては電動機への供給電流の上限値が設定されているので、この供給電流の上限値を被溶接物の各溶接点毎の最適な加圧力に対応したものに設定しておけば、溶接ガンの加圧動作時に電動機へ供給される供給電流は、被溶接物の各溶接点毎の最適なものとなる。この電流制限機能は、本来は電動機の制御装置が具備するパワー素子を保護する目的で装備されている。具体的には、溶接ガンの開閉動作時にガンが障害物に不意に衝突するなどして電動機へ多大な供給電流が供給されそうになったときに、電流制限機能により設けられた電流の上限値以上に供給電流が流れないようにし、これにより電動機の制御装置が具備するパワー素子を保護するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−２４１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、電動式溶接ガンにおいては、電流制限機能は溶接ガンの開閉動作時と溶接ガンの加圧動作時の双方で使用しているので、これに起因して以下のような問題が生じる。一般に、溶接ガンの開閉動作から加圧動作への移行は連続して行われるので、溶接ガンが閉じる動作時における電流制限機能の電流の上限値を、あるタイミングで、溶接ガンの加圧動作時における電流の上限値に切り換えなければならない。ここで、溶接ガンの加圧動作時における電流の上限値は溶接ガンの開閉動作時における電流の上限値よりも一般に小さいことを考慮した上で、溶接ガンが閉じる動作から加圧する動作へと移行する場合について考える。
【０００６】
この場合、ガンを閉じる動作を実行中の溶接ガンは被溶接物に接触する直前でガンの閉じる速度を減速することになるが、前述した切り換えのタイミングが早すぎると、ガンの減速中に供給電流が加圧動作時の小さい上限値に制限されてしまうことになるので、ガンの閉じる速度が十分に減速されず、その結果、ガンが被溶接物に衝突し、被溶接物上でガンが跳ねる現象が生じることになる。そして、この現象は、ガンの減速時に多大な供給電流を必要とする場合や加圧動作時の加圧力が小さい溶接点における溶接作業において、より顕著に現れる。ここで、ガンの減速時に多大な供給電流を必要とする場合とは、例えば、ガンの開閉加速度を大きい設定とした場合やガンの重量が大きい場合などである。
【０００７】
前述した被溶接物上でガンが跳ねる現象が生じないようにするためには、溶接ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミングを正確に行うことが求められる。しかし、溶接ガンが使用される実際の生産現場においては、溶接時に位置決めされる被溶接物の位置は一般に数ｍｍの単位でその位置がばらつくので、溶接ガンが閉じる際のガンと被溶接物との接触位置は正確に知ることが困難となる。そのため、溶接ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミング、すなわち溶接ガンが閉じる動作時における電流制限機能の電流の上限値から溶接ガンの加圧動作時における電流制限機能の電流の上限値への切り換えのタイミングは、容易に推定することができない。そこで、従来は、被溶接物上でガンが跳ねる現象が生じた場合は、ガンの開閉加速度を小さい設定に変更したり、ガンの開閉速度を遅くしたりすることにより、ガンが被溶接物に衝突する前に停止するようにしていた。しかし、ガンの開閉加速度を小さい設定に変更したり、ガンの開閉速度を遅くしたりすることは、サイクルタイムの増加を招くことになり、作業効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、前述した問題点を解決するためになされたものであり、ガンの開閉加速度を小さくしたりガンの開閉速度を遅くしたりしなくても、被溶接物上でガンが跳ねる現象が生じないような、電動式溶接ガンの制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明では、ガンの開閉動作および加圧動作が電動機の駆動により行うようにされた電動式溶接ガンの制御方法において、ガンの開閉動作時の電流制限値Ａおよびガンの加圧動作時の電流制限値Ｂをそれぞれ算出し、ガンが加圧動作する際における前記電動機の加圧に必要な電流方向の電流については、ガンの開閉動作時は前記電流制限値Ａにて電流制限がかけられるが、ガンの加圧動作時は前記電流制限値Ｂにて電流制限がかけられるようにし、一方、ガンが加圧動作する際における前記電動機の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流については、ガンの開閉動作時及びガンの加圧動作時のいずれの場合も前記電流制限値Ａにて電流制限がかけられるようにし、前記ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミングは閉じる動作を行っているガンの減速中としたことを特徴とする電動式溶接ガンの制御方法を提供した。
【００１０】
係る構成としたことにより、ガンの加圧に必要な電流方向の電流に関する電流制限ｅのみが開閉動作時の電流制限値Ａからこれよりも相対的に小さな加圧動作時の電流制限値Ｂに切り替わり、一方、これとは逆方向のガンの減速に必要な電流方向の電流に関する電流制限ｆは開閉動作時の電流制限値Ａのままとなる。そのため、ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミングが閉じる動作を行っているガンの減速中であった場合でも、閉じ動作中のガンは十分な減速が行われることになるので、ガンが被溶接物に高速で当たることはなく、ガンが跳ねる現象は生じない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る電動式溶接ガンの制御方法が適用される溶接システムのブロック図である。図１において、１は溶接ガン可動側装置であり、この溶接ガン可動側装置１は一般的にはボールねじでシャンクを駆動する形態となっている。２は溶接ガン可動側装置１を駆動するＡＣブラシレスモータなどの電動機である。３は電動機２の位置を知るための位置検出器である。４は電動機２の現在の電流を観測するための電流検出器である。５はサーボコントローラを示し、サーボコントローラ５内には位置制御部５ａおよび電流制御部５ｂが存在する。位置制御部５ａは位置検出器３が検出した電動機２の位置を入力し、電流制御部５ｂは電流検出器４が検出した電動機２の電流を入力する。この図１に示した溶接システムは、通常、サーボコントローラ５により電動機２の位置および電流を観測しながら電動機２に供給する電流を制御し、これにより溶接ガン可動側装置１は所望の動作が行われることになる。
【００１２】
次に、図２に示した本発明の一実施形態に係る電動式溶接ガンの制御方法の処理の流れを示すフローチャートを参照して、図１に示したサーボコントローラ５内で制御される処理について説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流を正側の電流とし、一方、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流を負側の電流としている。サーボコントローラ５内では、周期的に以下の処理が行われる。
【００１３】
まず、ステップ１００において、溶接ガンの開閉動作時用の電流制限値Ａを算出する。この電流制限値Ａは、一般に、電動機２や溶接ガンを構成する機械要素の許容値から求まる数値である。なお、この電流制限値Ａは、固定値としてもよいし、ダイナミックに変化する値としてもよい。
【００１４】
次に、ステップ１０１において、所望の加圧力に相当する電流の制限値、すなわち溶接ガンの加圧動作時用の電流制限値Ｂを算出する。この電流制限値Ｂは、一般に、電動機２への供給電流と溶接ガンの加圧力との相関関係から求める。なお、この相関関係は、例えば、実際に溶接ガンにより溶接を行うことにより予め求めておけばよい。
【００１５】
次に、ステップ１０２において、溶接ガンの加圧動作が開始されているか否かを判断する。ここで、溶接ガンの加圧動作が開始されていなかった場合（ステップ１０２Ｎｏ）、すなわち溶接ガンが開閉動作を行っているなどの場合は、ステップ１０６に移行する。このステップ１０６においては、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流すなわち正側の電流、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流すなわち負側の電流のいずれについても、前述したステップ１０１において算出した溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて、電流制限をかける。
【００１６】
一方、ステップ１０２において、溶接ガンの加圧動作が開始されていた場合は（ステップ１０２Ｙｅｓ）、ステップ１０３に移行する。このステップ１０３では、溶接ガンの加圧動作においては正側の電流を制限するのか負側の電流を制限するのかを選択する。前述したように、本実施形態においてはガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流を正側の電流としているので、溶接ガンの加圧動作においては正側の電流を制限することになる（ステップ１０３Ｙｅｓ）。この場合、ステップ１０４に移行する。このステップ１０４においては、電動機２の正側の電流は、前述したステップ１０２において算出した溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限値Ｂにて電流制限をかける。一方、このステップ１０４においては、電動機２の負側の電流は、前述したステップ１０１において算出した溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限をかける。
【００１７】
以上説明したように、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流を正側の電流とし、一方、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流を負側の電流とした場合は、以下のようになる。すなわち、正側の電流については、溶接ガンの開閉動作時は溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられるが、溶接ガンの加圧動作時は溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限値Ｂにて電流制限がかけられることになる。一方、負側の電流については、溶接ガンの開閉動作時及び溶接ガンの加圧動作時のいずれの場合も、溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられることになる。
【００１８】
なお、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流を負側の電流とし、一方、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流を正側の電流とした場合（ステップ１０３Ｎｏ）は、以下のようになる。すなわち、負側の電流については、溶接ガンの開閉動作時は溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられるが、溶接ガンの加圧動作時は溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限値Ｂにて電流制限がかけられることになる。一方、正側の電流については、溶接ガンの開閉動作時及び溶接ガンの加圧動作時のいずれの場合も、溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられることになる（ステップ１０５）。
【００１９】
以上のように、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流については、溶接ガンの開閉動作時は溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられるが、溶接ガンの加圧動作時は溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限値Ｂにて電流制限がかけられることになる。一方、ガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流については、溶接ガンの開閉動作時及び溶接ガンの加圧動作時のいずれの場合も、溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限値Ａにて電流制限がかけられることになる。
【００２０】
次に、前述した本実施形態に係る方法を適用した場合と適用しなかった場合との違いについて、図３を参照して説明する。図３は、ガン軸速度すなわちガンの開閉速度、及びガン軸電流すなわちガンを駆動する電動機２に流れる電流について、それぞれの時間変化を示したグラフであり、（ａ）図が本実施形態に係る方法を適用しなかった場合、（ｂ）図が本実施形態に係る方法を適用した場合である。図３の各図において、横軸は時間、縦軸はガン軸速度およびガン軸電流である。なお、この図３に示したガン軸速度及びガン軸電流の波形は、本実施形態を説明するために模式的に示したものであり、実測した波形をプロットしたものではない。
【００２１】
図３においては、ガンが閉じ動作を行った後、電流制限切り替え信号ｇにより連続的に加圧に入り、溶接終了後に電流制限切り替え信号ｈによりガンが開き動作を開始するまでを描いている。ここで、電流制限切り替え信号ｇは、溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限から溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限に切り換えるための信号であり、一方、電流制限切り替え信号ｈは、溶接ガンが加圧動作を行っている場合の電流制限から溶接ガンが開閉動作を行っている場合の電流制限に切り換えるための信号である。これらの電流制限切り替え信号ｇ及びｈは、物理的に生成した信号であってもよいし、ソフトウェアにより仮想的に作り出した信号であってもよい。なお、（ａ）図、（ｂ）図のそれぞれにおいて、ｃはガン軸速度、ｄはガン軸電流、ｅは正側の電流制限すなわちガンが加圧動作する際における電動機２の電流方向の電流における電流制限、ｆは負側の電流制限すなわちガンが加圧動作する際における電動機２の電流方向とは逆方向の電流における電流制限である。
【００２２】
まず、本実施形態に係る方法を適用しなかった（ａ）図の場合について説明する。本実施形態に係る方法を適用しなかった従来の場合は、（ａ）図に示すように、正側の電流制限ｅおよび負側の電流制限ｆのいずれについても、電流制限切り替え信号ｇにて、開閉動作時の電流制限値Ａから加圧動作時の電流制限値Ｂに切り換えている。ガンの開閉動作時の速度設定が大きい場合は、（ａ）図に示すように、一般に、加圧動作時の電流制限値Ｂは開閉動作時の電流制限値Ａよりもその絶対値の大きさが相対的に小さくなる。この場合、正側の電流制限ｅについては、これはガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向の電流における電流制限なので、加圧動作時の電流制限値Ｂに切り替わることは問題ない。しかし、負側の電流制限ｆについては、これはガンが加圧動作する際における電動機２の加圧に必要な電流方向とは逆方向、すなわち閉じ動作を行っている際のガンを減速させるための電動機２の電流方向と同一方向の電流における電流制限なので、これについても加圧動作時の電流制限値Ｂに切り替わることは問題となる。すなわち、閉じ動作を行っている際のガンを減速させるための電動機２の電流方向の電流が、開閉動作時の電流制限値Ａよりもその絶対値の大きさが相対的に小さい加圧動作時の電流制限値Ｂに切り替わることになるので、減速中のガンは十分な減速が行われないことになる。その結果、（ａ）図のガン軸速度ｃが０を境に大きく振れていることから分かるように、ガンが被溶接物に高速で当たり、ガンが跳ねる現象が生じている。
【００２３】
次に、本実施形態に係る方法を適用した（ｂ）図の場合について説明する。本実施形態に係る方法を適用した場合は、（ｂ）図に示すように、正側の電流制限ｅについては、開閉動作時から加圧動作時に電流制限を切り換えるための電流制限切り替え信号ｇにて、開閉動作時の電流制限値Ａから加圧動作時の電流制限値Ｂに切り換えている。一方、負側の電流制限ｆについては、開閉動作時および加圧動作時のいずれも開閉動作時の電流制限値Ａのままである。そのため、仮に電流制限切り替え信号ｇの発生タイミングが閉じる動作を行っているガンの減速中であった場合でも、ガンの加圧に必要な電流の方向すなわち正側の電流制限ｅのみが開閉動作時の電流制限値Ａからこれよりもその絶対値の大きさが相対的に小さな加圧動作時の電流制限値Ｂに切り替わり、一方、ガンの減速に必要な電流の方向すなわち負側の電流制限ｆは開閉動作時の電流制限値Ａのままなので、閉じ動作中のガンは十分な減速が行われることになる。その結果、（ｂ）図のガン軸速度ｃに示すように、ガンが被溶接物に高速で当たることはなく、ガンが跳ねる現象は生じない。そのため、電流制限切り替え信号ｇの発生タイミングが多少前後することがあったとしても、ガンは開閉動作において十分に減速した後、加圧動作へとスムースに移行することになる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ガンの開閉動作から加圧動作へと連続移行する場合に、ガンの開閉動作用の電流制限から加圧動作用の電流制限への切り替えは、ガンが加圧動作する際における電動機の加圧に必要な電流方向の電流についてのみ切り替えを行うようにし、この電流方向とは逆の電流方向の電流については切り替えを行わないようにした。これにより、ガンの減速に必要な電流方向の電流については開閉動作用の電流制限のままとなるので、閉じ動作中のガンは指令された動作速度まで十分に減速できることとなり、その結果、ガンの開閉動作から加圧動作への移行がスムースに行われることとなった。そのため、ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミングが閉じる動作を行っているガンの減速中であった場合でも、閉じ動作中のガンは十分な減速が行われることになるので、ガンが被溶接物に高速で当たることはなく、ガンが跳ねる現象は生じない。したがって、本発明では、ガンが跳ねる現象を生じさせないようにするために、ガンの開閉加速度を小さい設定に変更したり、ガンの開閉速度を遅くしたりする必要はなくなったので、サイクルタイムの増加を招くことはなくなり、その結果、作業効率が向上するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式溶接ガンの制御方法が適用される溶接システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動式溶接ガンの制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】ガン軸速度およびガン軸電流の時間変化を示したグラフであり、（ａ）図が本実施形態に係る方法を適用しなかった場合、（ｂ）図が本実施形態に係る方法を適用した場合である。
【符号の説明】
１溶接ガン可動側装置
２電動機
３位置検出器
４電流検出器
５サーボコントローラ
５ａ位置制御器
５ｂ電流制御器

Claims

ガンの開閉動作および加圧動作が電動機の駆動により行うようにされた電動式溶接ガンの制御方法において、
ガンの開閉動作時の電流制限値Ａおよびガンの加圧動作時の電流制限値Ｂをそれぞれ算出し、
ガンが加圧動作する際における前記電動機の加圧に必要な電流方向の電流については、ガンの開閉動作時は前記電流制限値Ａにて電流制限がかけられるが、ガンの加圧動作時は前記電流制限値Ｂにて電流制限がかけられるようにし、
一方、ガンが加圧動作する際における前記電動機の加圧に必要な電流方向とは逆方向の電流については、ガンの開閉動作時及びガンの加圧動作時のいずれの場合も前記電流制限値Ａにて電流制限がかけられるようにし、
前記ガンの開閉動作から加圧動作への移行のタイミングは閉じる動作を行っているガンの減速中としたことを特徴とする電動式溶接ガンの制御方法。