JP4646179B2

JP4646179B2 - スポット溶接方法

Info

Publication number: JP4646179B2
Application number: JP2002370718A
Authority: JP
Inventors: 勇一石田
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP2004195545A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータにて制御されたスポット溶接ガンにより被溶接物を加圧挟持することによって、被溶接物に対して所望の溶接加工を施すようにされたサーボ制御溶接ガンにおけるスポット溶接方法に関し、特に、溶接時の加圧力がスポット溶接ガンの姿勢による影響を受けることのないスポット溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スポット溶接ガンにおいては、エアシリンダやサーボモータ等の駆動源により一方の電極（移動側チップ）を動作させ、これと対をなす他方の電極（固定側チップ）との間に被溶接物を加圧挟持し、両電極間に電流を流すことにより所望の溶接加工を行うようにしている。移動側チップの駆動源がサーボモータの場合は、被溶接物を加圧挟持する力いわゆる加圧力は、サーボモータを駆動制御するサーボ演算部へ送信する電流指令値に依存することになる。そして、溶接点毎に指定した要求加圧力を得るために、予め設定された加圧力テーブルに基づいて要求加圧力を電流指令値へ変換し、この電流指令値をサーボモータを駆動制御するサーボ演算部へ送るようにしている。
【０００３】
ここで、加圧力テーブルとは、加圧力と電流指令値との関係を示したグラフであり、予め作成しておくものである。この加圧力テーブルの作成方法としては、決められたスポット溶接ガンの姿勢、例えば図１に示すように移動側チップの加圧方向が重力方向と同一方向となるような姿勢において、外部装置により実際に加圧している力を測定し、その時の移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流を測定し、この測定を実際に使用する加圧力の範囲で複数の異なる加圧力について行うことにより作成する。そして、このとき作成された加圧力とサーボモータへの帰還電流との関係を示した図２のようなグラフを加圧力テーブルとしている。なお、この加圧力テーブルに関しては、特許文献１等にも開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５９６７２２号公報、図６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スポット溶接ガンの種類や形状によっては、スポット溶接ガンの駆動系が重力の影響を受けてしまい、移動側チップを駆動するサーボモータへ供給された電流がすべて加圧力に変換されない場合がある。例えば、前述したように移動側チップの加圧方向が重力方向と同一方向になるような姿勢において加圧力テーブルを作成した場合には、図４に示すように移動側チップの加圧方向が反重力方向（重力方向とは正反対の方向）と同一方向になるような姿勢で溶接する際には、加圧力テーブルに基づいて求められた電流指令値をサーボ演算部へ送るようにしても、重力の影響により、実際の加圧力は加圧力テーブルで規定される加圧力よりも小さくなってしまう。
【０００６】
被溶接物が平板のように単純な形状の場合は移動側チップの加圧方向が各溶接点毎に同じなので問題とはならないが、被溶接物が自動車ボディのように複雑な形状を呈している場合は移動側チップの加圧方向が図３に示すように各溶接点毎で異なるので、任意の一方向の姿勢においてのみ加圧力テーブルが作成されている場合は、この加圧力テーブル通りの電流指令値を出力しても、溶接点によっては要求される加圧力が発生せず溶接品質が悪くなるという問題があった。このように、従来技術においては、加圧力テーブルを作成した際のスポット溶接ガンの姿勢と実際に溶接した場合のスポット溶接ガンの姿勢とが異なることに起因する問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、スポット溶接ガンの溶接姿勢に依存することなく、要求される加圧力を得ることが可能なスポット溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、請求項１に係る発明では、サーボモータによりスポット溶接ガンの一方の電極すなわち移動側チップを加圧方向に移動させることにより、移動側チップに対向して設けられた他方の電極すなわち固定側チップとの間で被溶接物を加圧挟持し、これにより被溶接物に対して所望の溶接加工を施すようにされたスポット溶接方法において、移動側チップの加圧方向を重力方向と同一方向としたときの第１の加圧力テーブル、及び移動側チップの加圧方向を反重力方向と同一方向としたときの第２の加圧力テーブルを予め用意し、スポット溶接ガンの任意の溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θ及び前記第１及び第２の加圧力テーブルに基づいてこの任意の溶接点における電流指令値を算出し、この電流指令値に基づいて前記サーボモータを駆動制御するようにしたことを特徴とするスポット溶接方法を提供した。
【０００９】
この請求項１に係る構成によれば、スポット溶接ガンの溶接姿勢における重力の影響を考慮するために、移動側チップの加圧方向を重力方向と同一方向としたときの第１の加圧力テーブル、及び移動側チップの加圧方向を反重力方向（重力方向とは正反対の方向）と同一方向としたときの第２の加圧力テーブルの２つを、実際に測定するなどして予め用意しておく。スポット溶接ガンが任意の溶接点にあるときに、この溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θを求める。そして、この角度θ及び前記第１及び第２の加圧力テーブルに基づいてこの任意の溶接点における電流指令値を算出するようにすれば、この算出された電流指令値は重力の影響が考慮されたものとなる。したがって、この重力の影響が考慮された電流指令値に基づいて移動側チップを加圧方向に移動させるサーボモータを駆動制御するようにすれば、被溶接物を加圧挟持したときに得られる実際の加圧力は、その溶接点で要求される加圧力すなわち要求加圧力に等しくなる。そのため、スポット溶接ガンの姿勢に依存することなく、要求される加圧力を得ることが可能となる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記任意の溶接点における電流指令値Ａは、前記第１の加圧力テーブルから得られる移動側チップを重力方向に加圧したときの要求加圧力に対応したサーボモータへの帰還電流Ａ1 と、前記第２の加圧力テーブルから得られる移動側チップを反重力方向に加圧したときの要求加圧力に対応したサーボモータへの帰還電流Ａ2 と、前記スポット溶接ガンの任意の溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θと、に基づいて、Ａ＝｛（Ａ1 ＋Ａ2 ）＋（Ａ2 −Ａ1 ）cos θ｝／２の関係式より算出するようにした。
【００１１】
各溶接点においては、溶接点個々におけるスポット溶接ガンの要求加圧力及び溶接姿勢に関するデータが教示等により予め与えられている。スポット溶接ガンの要求加圧力に関するデータ及び第１の加圧力テーブルより、移動側チップを重力方向に加圧したときの溶接点の要求加圧力に対応した帰還電流Ａ1 が得られる。同様に、スポット溶接ガンの要求加圧力に関するデータ及び第２の加圧力テーブルより、移動側チップを反重力方向に加圧したときの溶接点の要求加圧力に対応した帰還電流Ａ2 が得られる。さらに、スポット溶接ガンの溶接姿勢に関するデータより、溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θが求められる。よって、これらＡ1 、Ａ2 、及びθを請求項２に係る前述の関係式に入力すれば、各溶接点における電流指令値Ａが算出されることになる。
【００１２】
【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５は、本発明に係るスポット溶接方法が適用されるロボット制御装置を含むブロック図である。この図５において、１は各溶接点にロボットを動作させるための溶接位置情報を読み込む溶接位置データ読込み部である。２は各溶接点において要求される加圧力（要求加圧力）を読み込む加圧力データ読込み部である。３はスポット溶接ガンの任意の姿勢における重力方向を算出するスポット溶接ガン姿勢解析部である。４はスポット溶接ガンの任意の溶接点における要求加圧力をその溶接点の溶接姿勢における重力方向も考慮して電流指令値へ変換する加圧力→電流指令値算出部である。５は電流指令値に基づいて移動側チップを駆動するサーボモータを制御するサーボ演算部である。６はスポット溶接ガンであり、図１に示すようにロボットアーム先端に装備され、サーボ演算部５にて制御される駆動源としてのサーボモータにより一方の電極（移動側チップ）を動作させ、これと対をなす他方の電極（固定側チップ）との間に被溶接物を加圧挟持し、両電極間に電流を流すことにより所望の溶接加工を行うようにしている。
【００１３】
次に、前述したスポット溶接ガン姿勢解析部３及び加圧力→電流指令値算出部４において実施される処理の内容について説明する。図６に示すように、予め２つの加圧力テーブルを用意する。すなわち、一つは、移動側チップの加圧方向を重力方向と同一の下向き方向としたときの第１の加圧力テーブル８である。また、もう一つは、移動側チップの加圧方向を重力方向とは逆向きの方向すなわち反重力方向である上向き方向としたときの第２の加圧力テーブル７である。
【００１４】
ここで、加圧力テーブルとは、加圧力と電流指令値との関係を示したグラフであり、予め作成しておくものである。第１の加圧力テーブル８の作成方法としては、図１に示すように移動側チップの加圧方向が重力方向と同一方向となるときの姿勢において、外部装置により実際に加圧している力を測定し、その時の移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流を測定し、この測定を実際に使用する加圧力の範囲で複数の異なる加圧力について行う。同様に、第２の加圧力テーブル７の作成方法としては、図４に示すように移動側チップの加圧方向が反重力方向と同一方向となるときの姿勢において、外部装置により実際に加圧している力を測定し、その時の移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流を測定し、この測定を実際に使用する加圧力の範囲で複数の異なる加圧力について行う。そして、これらの測定で得られた加圧力と移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流との関係を表すものとして、図６に示したグラフを作成する。この図６に示したグラフが、第１の加圧力テーブル８及び第２の加圧力テーブル７である。
【００１５】
ここで、加圧力データ読込み部２において読み込まれる任意の溶接点に要求される加圧力（要求加圧力）をＰとすると、式（１）及び式（２）に示す関係が成り立つ。
【００１６】
【数１】

【００１７】
これら式（１）及び式（２）において、Ａ1 は、移動側チップを重力方向に加圧したときの任意の溶接点における要求加圧力Ｐに対応した、移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流であり、前述した移動側チップの加圧方向を重力方向と同一方向としたときの第１の加圧力テーブル８より得られるものである。また、Ａ2 は、移動側チップを反重力方向に加圧したときの任意の溶接点における要求加圧力Ｐに対応した、移動側チップを駆動するサーボモータへの帰還電流であり、前述した移動側チップの加圧方向を反重力方向と同一方向としたときの第２の加圧力テーブル７より得られるものである。さらに、Ａp は加圧力→電流指令値算出部４が出力する電流指令値、Ａg は重力による電流のロス分である。したがって、加圧力→電流指令値算出部４が出力する電流指令値Ａp 及び重力による電流のロス分Ａg は、式（１）及び式（２）より、それぞれ式（３）及び式（４）となる。
【００１８】
【数２】

【００１９】
図７に示すように、スポット溶接ガンの任意の溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角θ（図中９）とすると、重力Ｇの移動側チップ加圧方向成分はＧcos θ（図中１０）となる。これにより、この任意の溶接姿勢における重力による電流のロス分はＡg cos θとなる。よって、任意の溶接点における要求加圧力Ｐを得るために必要な電流指令値Ａは、式（３）及び式（４）より、式（５）により求めればよいことになる。なお、前述したスポット溶接ガンの任意の溶接姿勢における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θは、スポット溶接ガン姿勢解析部３において算出される。
【００２０】
【数３】

【００２１】
以上のように、移動側チップの加圧方向を重力方向と同一の下向き方向としたときの第１の加圧力テーブルと、移動側チップの加圧方向を反重力方向である上向き方向としたときの第２の加圧力テーブルとを予め用意しておけば、スポット溶接ガンの任意の溶接姿勢における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θより、重力の影響を考慮した電流指令値を求めることができる。そして、このとき求めた電流指令値を加圧力→電流指令値算出部４からサーボ演算部５へ出力し、これにより移動側チップを加圧方向に移動させるサーボモータを駆動制御するようにすれば、被溶接物を加圧挟持したときに得られる実際の加圧力は、その溶接点で要求される加圧力すなわち要求加圧力に等しくなる。したがって、スポット溶接ガンの溶接姿勢に依存することなく、スポット溶接ガンの移動側チップは要求される加圧力で被溶接物に対して加圧を行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、スポット溶接ガンの溶接姿勢における重力の影響を考慮するために、移動側チップの加圧方向を重力方向と同一方向としたときの第１の加圧力テーブル、及び移動側チップの加圧方向を反重力方向と同一方向としたときの第２の加圧力テーブルの２つを、実際に測定するなどして予め用意し、スポット溶接ガンが任意の溶接点にあるときに、この溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θを求め、この角度θ及び前記第１及び第２の加圧力テーブルに基づいてこの任意の溶接点における電流指令値を算出するようにしたので、算出された電流指令値は重力の影響が考慮されたものとなった。そのため、この重力の影響が考慮された電流指令値に基づいて移動側チップを加圧方向に移動させるサーボモータを駆動制御するようにすれば、被溶接物を加圧挟持したときに得られる実際の加圧力は、その溶接点で要求される加圧力すなわち要求加圧力に等しいものとなった。したがって、スポット溶接ガンの溶接姿勢に依存することなく、要求される加圧力を得ることが可能となったので、溶接品質等が確保できるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットアーム先端に装備されたスポット溶接ガンを示す説明図であり、移動側チップの加圧方向が重力方向と同一である場合の姿勢を示している。
【図２】加圧力テーブルの一例を示した説明図である。
【図３】溶接時のスポット溶接ガン姿勢の一例を示した説明図である。
【図４】移動側チップの加圧方向が重力方向と同一である場合のスポット溶接ガンの姿勢を示した説明図である。
【図５】本発明に係るスポット溶接方法が適用されるロボット制御装置を含むブロック図である。
【図６】本発明において使用する２つの加圧力テーブルについて示した説明図である。
【図７】スポット溶接ガンの任意の溶接姿勢における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θについて示した説明図である。
【符号の説明】
１溶接位置データ読込み部
２加圧力データ読込み部
３スポット溶接ガン姿勢解析部
４加圧力→電流指令値算出部
５サーボ演算部
６スポット溶接ガン

Claims

サーボモータによりスポット溶接ガンの一方の電極すなわち移動側チップを加圧方向に移動させることにより、該移動側チップに対向して設けられた他方の電極すなわち固定側チップとの間で被溶接物を加圧挟持し、これにより被溶接物に対して所望の溶接加工を施すようにされたスポット溶接方法において、
前記移動側チップの加圧方向を重力方向と同一方向としたときの第１の加圧力テーブル及び前記移動側チップの加圧方向を反重力方向と同一方向としたときの第２の加圧力テーブルを予め用意し、
スポット溶接ガンの任意の溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θ及び前記第１及び第２の加圧力テーブルに基づいてこの任意の溶接点における電流指令値を算出し、
該電流指令値に基づいて前記サーボモータを駆動制御するようにしたことを特徴とするスポット溶接方法。
前記任意の溶接点における電流指令値Ａは、
前記第１の加圧力テーブルから得られる移動側チップを重力方向に加圧したときの要求加圧力に対応した前記サーボモータへの帰還電流Ａ1 と、
前記第２の加圧力テーブルから得られる移動側チップを反重力方向に加圧したときの要求加圧力に対応した前記サーボモータへの帰還電流Ａ2 と、
前記スポット溶接ガンの任意の溶接点における移動側チップの加圧方向と反重力方向とのなす角度θと、に基づいて、
Ａ＝｛（Ａ1 ＋Ａ2 ）＋（Ａ2 −Ａ1 ）cos θ｝／２の関係式より算出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。