JP4880021B2 - Welding workpiece position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、多関節ロボットを用いて溶接ワークとスポット溶接ガンとを相対移動させ、スポット溶接ガンの対向する可動電極と対向電極との間に溶接ワークを挟んで溶接ワークのスポット溶接を行うスポット溶接システムにおいて対向電極が接触する溶接ワークの表面位置を検出する方法に関する。 The present invention provides spot welding for spot welding of a welding workpiece by moving the welding workpiece and a spot welding gun relative to each other using an articulated robot and sandwiching the welding workpiece between a movable electrode and a counter electrode facing each other of the spot welding gun. The present invention relates to a method for detecting a surface position of a welding work piece which a counter electrode contacts in a welding system.
スポット溶接システムは、サーボモータによって駆動される可動電極とこれと対向して配置される対向電極とを有したスポット溶接ガンと、スポット溶接ガンを先端に保持する多関節ロボットとを備えており、多関節ロボットを用いて溶接ワークとスポット溶接ガンとを相対移動させた後、溶接ワーク上の予め定められた打点位置へ向かってスポット溶接ガンの可動電極と対向電極とを閉じてスポット溶接ガンの可動電極と対向電極との間に溶接ワークを挟み、この状態で両電極間に電圧を印加することによって打点位置でスポット溶接を行う。対向電極は、一般にガンアーム上に設置された固定電極である。このようなスポット溶接システムによるスポット溶接作業では、溶接ワーク上の打点位置に可動電極及び対向電極を位置決めできるように、打点位置における溶接ワークの可動電極側表面位置と対向電極側表面位置を多関節ロボットに予め教示する必要がある。 The spot welding system includes a spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode arranged to face the movable electrode, and an articulated robot that holds the spot welding gun at the tip. After moving the welding workpiece and the spot welding gun relative to each other using an articulated robot, the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun are closed toward the predetermined spot position on the welding workpiece to close the spot welding gun. A welding work is sandwiched between the movable electrode and the counter electrode, and spot welding is performed at the striking point position by applying a voltage between both electrodes in this state. The counter electrode is a fixed electrode generally installed on the gun arm. In spot welding work using such a spot welding system, the movable electrode side surface position and the counter electrode side surface position of the welding workpiece at the spot position are articulated so that the movable electrode and the counter electrode can be positioned at the spot position on the weld workpiece. It is necessary to teach the robot in advance.
教示作業では、作業者が溶接ワークの位置を目視にて確認し、多関節ロボットを操作して、スポット溶接ガンの可動電極と対向電極とを閉じたときに溶接ワークの打点位置に可動電極及び対向電極が接触するような位置までスポット溶接ガンを移動させ、スポット溶接ガンを所望の位置に移動させた後に、多関節ロボットの位置および可動側電極チップの位置を記憶させている。すなわち多関節ロボットの位置および可動側電極チップの位置については、溶接ワークの位置に基づいた位置を教示することになる。 In teaching work, when the operator visually confirms the position of the welding workpiece and operates the articulated robot to close the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun, the movable electrode After the spot welding gun is moved to a position where the counter electrode contacts, the spot welding gun is moved to a desired position, and then the position of the articulated robot and the position of the movable electrode tip are stored. That is, as for the position of the articulated robot and the position of the movable electrode tip, a position based on the position of the welding work is taught.
上記のような教示作業では、可動電極及び対向電極が溶接ワークの表面に適切に接触できるように教示していく必要がある。このような可動電極及び対向電極と溶接ワークとの接触の判断を作業者の目視によって行うと、作業者の錬度や、目視のしにくい作業環境によっては接触を正確に検出できず、打点位置における溶接ワークの可動電極側表面位置及び対向電極側表面位置の検出も不正確になる。 In the teaching work as described above, it is necessary to teach the movable electrode and the counter electrode so that they can properly contact the surface of the welding workpiece. When the contact between the movable electrode and the counter electrode and the welded workpiece is determined by the operator's visual observation, the contact cannot be accurately detected depending on the skill level of the operator or the work environment that is difficult to visually check. In addition, detection of the movable electrode side surface position and the counter electrode side surface position of the welded workpiece becomes inaccurate.
このため、特許文献1は、可動電極がサーボモータの駆動によって対向電極に向かって移動され溶接ワークの表面に接触したときに、撓みや凹みのような溶接ワークの弾性変形による反力が溶接ワークから可動電極へ作用することによってサーボモータの電流値(すなわちトルク値)が増加することを利用して、サーボモータの電流値が予め定められた閾値に達したときに可動電極と溶接ワークとが接触したと判断し、このときの可動電極の位置から打点位置における溶接ワークの可動電極側表面位置を検出した後、可動電極と対向電極との間隔が予め測定した打点位置における溶接ワークの厚さに等しくなるまで、対向電極を溶接ワークへ向かって接近させるように多関節ロボットによってスポット溶接ガンを移動させつつ可動電極が溶接ワークに接触した状態を保つようにサーボモータでスポット溶接ガンと同じ移動速度で可動電極を対向電極に向かって移動させることにより、対向電極を溶接ワーク上に位置決めする方法を提案している。
For this reason,
また、特許文献2は、特許文献1と同様の方法で、可動電極が溶接ワークと接触したことを判断すると共に、対向電極が多関節ロボットによって溶接ワークへ向かって移動され溶接ワークの表面に接触したときに溶接ワークの弾性変形によって溶接ワークから多関節ロボットへの反力が発生することを利用して、多関節ロボットへの反力が予め定められた閾値に達したときに対向電極と溶接ワークとが接触したと判断する方法を提案している。なお、多関節ロボットへの反力は、多関節ロボットの各軸を駆動するサーボモータの電流値から求められている。
特許文献1に記載の方法では、対向電極を溶接ワークの表面上に位置決めするために、各打点位置における溶接ワークの厚さを予め設定する必要がある。しかしながら、溶接ワークの厚さの設定には時間を要するので、実際の溶接作業において数百にも及ぶ打点位置における厚さをそれぞれ設定することは困難であるという問題がある。さらに、溶接ワークの設計データ上の値に基づいて各打点位置における溶接ワークの厚さを設定すると、溶接ワーク間の隙間の存在や溶接ワークの個体差の影響で、対向電極が溶接ワークに接触しないことや、対向電極が過度に溶接ワークに押し付けられて溶接ワークを変形させ、最悪の場合に溶接ワークを塑性変形させたりスポット溶接ガンを損傷させたりすることもある。したがって、溶接ワークの変形やスポット溶接ガンの損傷を防ぐためには、溶接ワークの厚さの設定に先立って、溶接ワーク上の全ての打点位置において溶接ワークの厚さを予め測定しておかなければならないという問題もある。
In the method described in
一方、特許文献2に記載の方法では、特許文献1の方法のように、各打点位置における溶接ワークの厚さを測定する必要はない。しかしながら、対向電極が溶接ワークに接触したことを検出するために使用されている溶接ワークから多関節ロボットへの反力は、対向電極が溶接ワークに接触したときに生じる溶接ワークの弾性変形に起因するものである。したがって、反力が閾値を越えるためにはある程度溶接ワークを変形させる必要があり、閾値は溶接ワークの剛性に依存する。また、溶接ワークから多関節ロボットへの反力による多関節ロボットの各軸駆動用サーボモータの電流値の変化は、溶接ワークの剛性に加えて、スポット溶接ガンのアームや多関節ロボットの剛性にも依存する。したがって、対向電極が溶接ワークに接触したことを検出するために使用される反力の閾値は、使用される溶接ワーク、スポット溶接ガン及び多関節ロボットの組み合わせにより異なり、対向電極が溶接ワークに接触したことを正確に検出するためには、反力の閾値を予め実験的に求めた上で定める必要がある。このため、幅広い対応は困難であるという問題がある。
On the other hand, in the method described in
よって、本願発明の目的は、従来技術に存する上記問題を解消して、スポット溶接システムにおいて、溶接ワーク、スポット溶接ガン及び多関節ロボットの剛性に依存することなく、対向電極が接触する溶接ワークの表面位置を正確に検出することができるようにすることにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems existing in the prior art, and in the spot welding system, the welding work piece which the counter electrode contacts without depending on the rigidity of the welding work piece, the spot welding gun and the articulated robot. The object is to be able to accurately detect the surface position.
上記目的に鑑み、本発明によれば、サーボモータによって駆動される可動電極と該可動電極と対向して配置される対向電極とを有するスポット溶接ガンと、前記スポット溶接ガンと溶接ワークのうちの一方を保持し他方に対して相対移動させる多関節ロボットとを備え、前記サーボモータによって前記可動電極と前記対向電極とを接近、離反させ、前記スポット溶接ガンの前記可動電極と前記対向電極との間に前記溶接ワークを挟んで前記溶接ワークのスポット溶接を行うスポット溶接システムにおいて、前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出する溶接ワーク位置検出方法であって、前記可動電極を前記溶接ワークの表面に接するように位置決めした後、前記サーボモータによって前記対向電極に接近させる方向に前記可動電極を予め定められた速度Vgで移動させると同時に、前記多関節ロボットを用いて前記対向電極と前記溶接ワークとを互いに接近させるように前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを前記速度Vgと同じ速度で相対移動させながら、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視することにより、前記対向電極と前記溶接ワークとの接触を検出し、検出したときの前記対向電極の位置から前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出する溶接ワーク位置検出方法が提供される。 In view of the above object, according to the present invention, a spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode disposed to face the movable electrode, and the spot welding gun An articulated robot that holds one and moves relative to the other, and moves the movable electrode and the counter electrode closer to and away from each other by the servo motor, so that the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun In a spot welding system for spot welding of the welding workpiece with the welding workpiece sandwiched therebetween, a welding workpiece position detecting method for detecting a surface position of the welding workpiece in contact with the counter electrode, wherein the movable electrode is After positioning so as to contact the surface of the workpiece, the servo motor can move the movable electrode in a direction to approach the counter electrode. The spot welding gun and the welding workpiece are made the same as the velocity Vg so that the electrode is moved at a predetermined velocity Vg and at the same time the counter electrode and the welding workpiece are brought close to each other using the articulated robot. By monitoring at least one of the moving speed and acceleration of the movable electrode relative to the counter electrode while relatively moving at a speed, contact between the counter electrode and the welding workpiece is detected, and the counter electrode at the time of detection is detected. There is provided a welding workpiece position detection method for detecting a surface position of the welding workpiece with which the counter electrode contacts from a position.
なお、対向電極に対する可動電極の移動速度、加速度の監視は、可動電極を駆動するためのサーボモータの回転速度、回転加速度の監視とそれぞれ等価であり、対向電極に対する可動電極の移動速度、加速度の監視には、可動電極を駆動するためのサーボモータの回転速度、回転加速度の監視がそれぞれ含まれるものとする。 Monitoring the moving speed and acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode is equivalent to monitoring the rotational speed and rotational acceleration of the servo motor for driving the movable electrode, respectively. The monitoring includes monitoring of the rotational speed and rotational acceleration of a servo motor for driving the movable electrode.
上記溶接ワーク位置検出方法では、可動電極を溶接ワークの表面に接するように位置決めした後、サーボモータによって対向電極に接近させる方向に可動電極を予め定められた速度Vgで移動させると同時に、多関節ロボットを用いて対向電極と溶接ワークとを互いに接近させるようにスポット溶接ガンと溶接ワークとを速度Vgと等しい速度で相対移動させるようにしている。したがって、対向電極が溶接ワークに接触すると、可動電極と対向電極との間に溶接ワークを挟み込む形となって、対向電極に対する可動電極の移動が妨げられ、対向電極に対する可動電極の移動速度が予め定められた値Vgから減少する。同様に、対向電極に対する可動電極の加速度が0から負の値に転じる。したがって、対向電極に対する可動電極の移動速度が予め定められた値Vgから減少した時点又は対向電極に対する可動電極の加速度が0から負の値に転じる時点を検出すれば、対向電極が溶接ワークに接触したことを検出することができる。さらに、監視の対象となるのは、任意に予め定められる対向電極に対する可動電極の移動速度又は加速度であるので、電極を駆動するサーボモータの電流又はトルクのように、個々のサーボモータの特性や電極駆動機構の摩擦特性などに依存して変わるものではない。したがって、溶接ワーク、スポット溶接ガン及び多関節ロボットの剛性の影響をほとんど受けずに、対向電極が溶接ワークに接触したことを検出することができる。 In the welding workpiece position detection method, after the movable electrode is positioned so as to contact the surface of the weld workpiece, the movable electrode is moved at a predetermined speed Vg in a direction to approach the counter electrode by a servo motor, and at the same time, The spot welding gun and the welding workpiece are relatively moved at a speed equal to the speed Vg so that the counter electrode and the welding workpiece are brought close to each other using a robot. Therefore, when the counter electrode comes into contact with the welding workpiece, the welding workpiece is sandwiched between the movable electrode and the counter electrode, the movement of the movable electrode with respect to the counter electrode is hindered, and the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode is previously set. Decrease from the defined value Vg. Similarly, the acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from 0 to a negative value. Therefore, if the time when the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode decreases from a predetermined value Vg or the time when the acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from 0 to a negative value is detected, the counter electrode contacts the welding workpiece. Can be detected. Furthermore, since the object to be monitored is the moving speed or acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode, which is arbitrarily determined in advance, the characteristics of the individual servo motors, such as the current or torque of the servo motor that drives the electrodes, It does not change depending on the friction characteristics of the electrode drive mechanism. Therefore, it is possible to detect that the counter electrode is in contact with the welding work without being substantially affected by the rigidity of the welding work, the spot welding gun, and the articulated robot.
上記溶接ワーク位置検出方法では、前記対向電極に対して前記可動電極を駆動するためのサーボモータにトルクリミットが設定されることが好ましい。可動電極を駆動するためのサーボモータにトルクリミットが設定されれば、対向電極が溶接ワークに接触したときにサーボモータのトルクがトルクリミットに達するため、サーボモータによる可動電極の移動が制限され、対向電極が溶接ワークに接触したときの可動電極の移動速度及び加速度の低下をより早く且つより顕著に発生させることができ、検出精度が高められる。また、可動電極及び対向電極による溶接ワークの弾性変形を抑制することができる。 In the welding workpiece position detection method, it is preferable that a torque limit is set in a servo motor for driving the movable electrode with respect to the counter electrode. If a torque limit is set for the servo motor for driving the movable electrode, the torque of the servo motor reaches the torque limit when the counter electrode comes into contact with the welding workpiece. A decrease in the moving speed and acceleration of the movable electrode when the counter electrode comes into contact with the welding workpiece can be generated more quickly and more significantly, and the detection accuracy is improved. Moreover, the elastic deformation of the welding workpiece by the movable electrode and the counter electrode can be suppressed.
前記サーボモータのトルクリミットは、前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを前記速度Vgと同じ速度で移動させているときの前記サーボモータのトルクの値に基づいて定められることが好ましい。対向電極と溶接ワークとを接触させるためにスポット溶接ガンと溶接ワークとを速度Vgと同じ速度で相対移動させる動作を行っているときには、可動電極は速度Vgで移動しており、サーボモータはこの速度Vgを維持するための最低限のトルクで動作している。この必要最低限のトルクを取得してトルクリミットとして設定すれば、対向電極が溶接ワークに接触したときに即座に可動電極の移動が制限されるので、可動電極の移動速度及び加速度の低下をより早く且つより顕著に発生させることができ、検出感度を高めることができる。 It is preferable that the torque limit of the servo motor is determined based on a value of torque of the servo motor when the spot welding gun and the welding workpiece are moved at the same speed as the speed Vg. When the spot welding gun and the welding work are moved relative to each other at the same speed as the speed Vg in order to bring the counter electrode into contact with the welding work, the movable electrode moves at the speed Vg, and the servo motor The motor operates with a minimum torque for maintaining the speed Vg. If this minimum necessary torque is acquired and set as a torque limit, the movement of the movable electrode is immediately restricted when the counter electrode comes into contact with the workpiece, so the movement speed and acceleration of the movable electrode are further reduced. It can be generated quickly and more significantly, and the detection sensitivity can be increased.
前記サーボモータにトルクリミットを設定した場合、前記可動電極を前記溶接ワークの表面に接するように位置決めした後、さらに、前記溶接ワークの表面から予め定められた距離だけオフセットした位置に前記可動電極を位置決めした状態から、前記サーボモータによって前記対向電極に接近させる方向に前記可動電極を予め定められた速度Vgで移動させると同時に、前記多関節ロボットを用いて前記対向電極と前記溶接ワークとを互いに接近させるように前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを前記速度Vgと同じ速度で相対移動させることが好ましい。オフセットは、可動電極を溶接ワークに押し付ける方向に行われてもよく、離反させる方向に行われてもよい。スポット溶接ガンの可動電極が溶接ワークの表面に接する状態では、多関節ロボットの振動などでスポット溶接ガンが振動するだけで、可動電極が溶接ワークに接触したり離れたりして、溶接ワークからの反力が可動電極へ伝わったり抜けたりする不安定な状態になり、対向電極が溶接ワークに接触する前の状態でもサーボモータのトルクが変動し、可動電極を速度Vgに維持するためのトルクの決定が困難となる。これに対して、可動電極を溶接ワークの表面からわずかに離せば、溶接ワークからの反力を除去することが可能となる。また、逆に、可動電極を溶接ワークにわずかに押し付ければ、溶接ワークから可動電極への反力が抜けることがないため、ほぼ一定の反力を安定して受けることができるようになる。したがって、可動電極を溶接ワークの表面からオフセットして位置決めすることによって、可動電極の速度Vgで動作を維持するためのトルクを安定して決定することができるようになる。 When a torque limit is set for the servo motor, the movable electrode is positioned at a position offset from the surface of the welding workpiece by a predetermined distance after positioning the movable electrode in contact with the surface of the welding workpiece. From the positioned state, the movable electrode is moved at a predetermined speed Vg in a direction in which the servomotor approaches the counter electrode, and at the same time, the counter electrode and the welded workpiece are mutually connected using the articulated robot. It is preferable that the spot welding gun and the welding workpiece are relatively moved at the same speed as the speed Vg so as to approach each other. The offset may be performed in a direction in which the movable electrode is pressed against the welding workpiece, or may be performed in a direction in which the movable electrode is separated. In the state where the movable electrode of the spot welding gun is in contact with the surface of the welding workpiece, the spot welding gun simply vibrates due to the vibration of an articulated robot, etc. The servomotor torque fluctuates even before the counter electrode comes into contact with the welding workpiece, and the torque of the torque for maintaining the movable electrode at the speed Vg becomes unstable. It becomes difficult to make a decision. On the other hand, if the movable electrode is slightly separated from the surface of the welding workpiece, the reaction force from the welding workpiece can be removed. Conversely, if the movable electrode is slightly pressed against the welding workpiece, the reaction force from the welding workpiece to the movable electrode will not be lost, so that a substantially constant reaction force can be stably received. Therefore, by positioning the movable electrode offset from the surface of the welding workpiece, the torque for maintaining the operation at the speed Vg of the movable electrode can be determined stably.
上記溶接ワーク位置検出方法では、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視し、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度が一定から減少に転じたとき又は前記対向電極に対する前記可動電極の加速度が0から負に転じたときに、前記対向電極が前記溶接ワークに接触したと判断して、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度が一定から減少に転じたとき又は前記対向電極に対する前記可動電極の加速度が0から負に転じたときの前記対向電極の位置から、前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するようにしてもよい。この場合、一つの例として、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方の値又は単位時間当たりの変化量が負の閾値以下になった時点から、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度又は加速度の時系列波形に沿って時刻を遡り、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度又は加速度の単位時間当たりの変化量が負の値から0又は正の値に変化する時点に、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度が一定から減少に転じた又は前記対向電極に対する前記可動電極の加速度が0から負に転じたと判断することができる。 In the welding workpiece position detection method, at least one of the moving speed and acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode is monitored, and when the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from a constant to a decrease, or with respect to the counter electrode When the acceleration of the movable electrode changes from 0 to negative, it is determined that the counter electrode is in contact with the welding workpiece, and the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from a constant to a decrease or You may make it detect the surface position of the said welding workpiece which the said counter electrode contacts from the position of the said counter electrode when the acceleration of the said movable electrode with respect to a counter electrode turns into negative from 0. In this case, as an example, the movable electrode with respect to the counter electrode from the time when at least one value of the moving speed and acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode or the amount of change per unit time becomes a negative threshold value or less. The time is traced back along the time-series waveform of the moving speed or acceleration, and the amount of change per unit time of the moving speed or acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from a negative value to 0 or a positive value. It can be determined that the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode has changed from a constant to a decrease or the acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode has changed from 0 to negative.
また、上記溶接ワーク位置検出方法では、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視し、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度が減少したとき又は前記対向電極に対する前記可動電極の加速度が0から負に転じたときに、前記多関節ロボットを用いて前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを相対移動させる速度も同じ減少量分だけ減少させるか、もしくは前記多関節ロボットを用いて前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを相対移動させる加速度も同じ減少量分だけ減少させ、前記可動電極又は前記多関節ロボットの移動が停止したときに、前記対向電極が前記溶接ワークに接触したと判断して、前記可動電極又は前記多関節ロボットの移動が停止したときの前記対向電極の位置から、前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するようにしてもよい。 In the welding workpiece position detection method, at least one of the moving speed and acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode is monitored, and when the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode decreases or the movable electrode with respect to the counter electrode is detected. When the acceleration of the electrode changes from 0 to negative, the speed at which the spot welding gun and the welding workpiece are relatively moved using the articulated robot is also decreased by the same amount, or the articulated robot is The acceleration that causes the spot welding gun and the welding workpiece to move relative to each other is also reduced by the same reduction amount, and when the movement of the movable electrode or the articulated robot stops, the counter electrode contacts the welding workpiece. From the position of the counter electrode when the movement of the movable electrode or the articulated robot is stopped. May be detected surface position of the welding workpiece to the counter electrode is in contact.
また、本発明によれば、サーボモータによって駆動される可動電極と該可動電極と対向して配置される対向電極とを有するスポット溶接ガンと、前記スポット溶接ガンと溶接ワークのうちの一方を保持し他方に対して相対移動させる多関節ロボットとを備え、前記サーボモータによって前記可動電極と前記対向電極とを接近、離反させ、前記スポット溶接ガンの前記可動電極と前記対向電極との間に前記溶接ワークを挟んで前記溶接ワークのスポット溶接を行うスポット溶接システムにおいて、前記可動電極及び前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置をそれぞれ検出する溶接ワーク位置検出方法であって、前記可動電極と前記溶接ワークとが、互いに離れた状態から接近するように、前記多関節ロボットを用いて前記溶接ワークと前記スポット溶接ガンを相対移動させながら、前記サーボモータの電流又はトルクを監視し、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したときもしくは前記電流又はトルクがそれぞれの単位時間当たりの変化量よりも所定の閾値以上に増加したときに前記可動電極が前記溶接ワークに接触したと判断して、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したとき、もしくは前記電流又はトルクがそれぞれの単位時間当たりの変化量よりも所定の閾値以上に増加したときの前記可動電極の位置と前記多関節ロボットの位置とから前記可動電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、上述した溶接ワーク位置検出方法により前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップとを含むことを特徴とする溶接ワーク位置検出方法が提供される。
さらに、本発明によれば、サーボモータによって駆動される可動電極と該可動電極と対向して配置される対向電極とを有するスポット溶接ガンと、前記スポット溶接ガンと溶接ワークのうちの一方を保持し他方に対して相対移動させる多関節ロボットとを備え、前記サーボモータによって前記可動電極と前記対向電極とを接近、離反させ、前記スポット溶接ガンの前記可動電極と前記対向電極との間に前記溶接ワークを挟んで前記溶接ワークのスポット溶接を行うスポット溶接システムにおいて、前記可動電極及び前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置をそれぞれ検出する溶接ワーク位置検出方法であって、前記可動電極と前記溶接ワークとが、互いに接触した状態から離反するように、前記多関節ロボットを用いて前記溶接ワークと前記スポット溶接ガンを相対移動させながら、前記サーボモータの電流又はトルクを監視し、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したときもしくは前記電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が負の値からゼロまたは正の値になったときに前記可動電極が前記溶接ワークから離れたと判断して、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したとき、もしくは前記電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が負の値からゼロまたは正の値になったときの前記可動電極の位置と前記多関節ロボットの位置とから前記可動電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、上述した溶接ワーク位置検出方法により前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップとを含むことを特徴とする溶接ワーク位置検出方法が提供される。
Further, according to the present invention, a spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode arranged to face the movable electrode, and holding one of the spot welding gun and the welding workpiece is held. An articulated robot that moves relative to the other, the servomotor moves the movable electrode and the counter electrode closer to and away from each other, and the gap between the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun is In a spot welding system that performs spot welding of the welding workpiece with the welding workpiece sandwiched therebetween, a welding workpiece position detection method for detecting a surface position of the welding workpiece in contact with the movable electrode and the counter electrode, wherein the movable electrode and said welding workpiece, sea urchin by you approach from the state separated from each other, the welding workpiece by using the multi-joint robot While relatively moving the spot welding gun, the monitor current or torque of the servo motor, the current or torque or the current or torque each unit time was increased to more than a predetermined threshold value than the respective predetermined values When the amount of change per time increases to a predetermined threshold value or more, it is determined that the movable electrode has contacted the welding workpiece, and the current or torque increases to a predetermined threshold value or more than the respective predetermined value. Or when the current or torque is increased by a predetermined threshold value or more than the amount of change per unit time, the welding electrode contacts the movable electrode from the position of the articulated robot and the position of the articulated robot. Detecting the surface position of the welding workpiece, and detecting the welding workpiece in contact with the counter electrode by the welding workpiece position detecting method described above. Welding workpiece position detecting method characterized by comprising the steps of detecting the surface position is provided.
Further, according to the present invention, a spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode arranged to face the movable electrode, and holding one of the spot welding gun and the welding workpiece is held. An articulated robot that moves relative to the other, the servomotor moves the movable electrode and the counter electrode closer to and away from each other, and the gap between the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun is In a spot welding system that performs spot welding of the welding workpiece with the welding workpiece sandwiched therebetween, a welding workpiece position detection method for detecting a surface position of the welding workpiece in contact with the movable electrode and the counter electrode, wherein the movable electrode And the welding workpiece are separated from the state of contact with each other using the articulated robot. The current or torque of the servo motor is monitored while the spot welding gun and the spot welding gun are moved relative to each other, and when the current or torque increases to a predetermined threshold value or more than the respective predetermined value, or the unit of the current or torque When the amount of change per time has changed from a negative value to zero or a positive value, it is determined that the movable electrode has moved away from the welding workpiece, and the current or torque is equal to or greater than a predetermined threshold value than the respective predetermined value. Or when the amount of change per unit time of the current or torque changes from a negative value to zero or a positive value, the position of the movable electrode and the position of the articulated robot A step of detecting a surface position of the welding workpiece in contact; and a surface of the welding workpiece in contact with the counter electrode by the welding workpiece position detection method described above. Welding workpiece position detecting method characterized by comprising the steps of detecting a location is provided.
上記溶接ワーク位置検出方法は、検出された前記可動電極が接触する前記溶接ワークの表面位置と、検出された前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置とから、前記溶接ワークの厚さを求めるステップをさらに含んでもよい。このように、溶接ワークの厚さを求めれば、予め設定されている溶接ワークの厚さと比較して、両者の差が予め定められた許容値を超えたときに、溶接ワークの厚さが異常であると判断することができる。これにより、作業者は、溶接ワークの取り違えや設置ミスを発見したり、検出ポイントの妥当性を判断することができ、作業ミスを防ぐことが可能になる。 The welding work position detection method includes calculating the thickness of the welding work from the detected surface position of the welding work contacted by the movable electrode and the detected surface position of the welding work contacted by the counter electrode. The step of obtaining may further be included. As described above, when the thickness of the welded workpiece is obtained, the thickness of the welded workpiece is abnormal when the difference between the two exceeds a predetermined allowable value as compared with the preset thickness of the welded workpiece. Can be determined. Thereby, the operator can find a mistake in the welding work and an installation error, can determine the validity of the detection point, and can prevent an operation error.
以上のすべての溶接ワーク位置検出方法は、溶接を行うプログラム命令を実行することによって、実施されるようになっていることが好ましい。 It is preferable that all the above-mentioned welding work position detection methods are implemented by executing a program command for performing welding.
本発明によれば、可動電極を溶接ワークの表面に接するように位置決めした状態又は要せうワークの表面から予め定められた距離だけオフセットした位置に位置決めされた状態から、対向電極に接近させる方向に可動電極を速度Vgで移動させると共に対向電極と溶接ワークとを互いに接近させるようにスポット溶接ガンと溶接ワークとを速度Vgと同じ速度で相対移動させるので、対向電極が溶接ワークに接触すると、対向電極に対する可動電極の移動が妨げられ、対向電極に対する可動電極の移動速度が予め定められた速度Vgから減少すると共に、対向電極に対する可動電極の加速度は0から負に転じる。このことを利用して、対向電極に対する可動電極の移動速度又は加速度を監視することにより、溶接ワーク、スポット溶接ガン及び多関節ロボットの剛性の影響をほとんど受けずに、対向電極が溶接ワークに接触したことを検出することができ、対向電極が溶接ワークに接触したと判断したときの対向電極の位置データから、対向電極が接触する溶接ワークの表面位置を検出することができる。 According to the present invention, the direction in which the movable electrode is brought into contact with the surface of the welding workpiece or the state in which the movable electrode is positioned at a position offset by a predetermined distance from the surface of the required workpiece is approached to the counter electrode. The spot welding gun and the welding workpiece are relatively moved at the same speed as the velocity Vg so that the movable electrode is moved at a speed Vg and the opposing electrode and the welding workpiece are brought close to each other. The movement of the movable electrode with respect to the counter electrode is hindered, and the moving speed of the movable electrode with respect to the counter electrode decreases from a predetermined speed Vg, and the acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode changes from 0 to negative. By utilizing this fact, the moving speed or acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode is monitored, so that the counter electrode contacts the weld work with almost no influence from the rigidity of the welding work, spot welding gun, and articulated robot. The position of the surface of the welding workpiece that is in contact with the counter electrode can be detected from the position data of the counter electrode when it is determined that the counter electrode has contacted the welding workpiece.
また、求められた対向電極が接触する溶接ワークの表面位置と、別の方法により求めた可動電極が接触する溶接ワークの表面位置とから、溶接ワークの厚さを正確に求めることができる。 Further, the thickness of the weld work can be accurately obtained from the surface position of the weld work contacted with the obtained counter electrode and the surface position of the weld work contacted with the movable electrode obtained by another method.
以下、図面を参照して本発明の幾つかの実施形態を説明する。図面においては、同一の部分に同じ参照符号を付している。
最初に、図1及び図2を参照して、本発明の溶接ワーク位置検出方法を適用可能なスポット溶接システム10の全体構成について説明する。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
Initially, with reference to FIG.1 and FIG.2, the whole structure of the
本発明の溶接ワーク位置検出方法を適用可能なスポット溶接システム10は、多関節ロボット12と、スポット溶接ガン14と、多関節ロボット12の動作を制御するロボット制御装置16と、スポット溶接ガン14の動作を制御するスポット溶接ガン制御装置18とを備え、多関節ロボット12によって溶接ワークWとスポット溶接ガン14とを相対移動させることができるようになっている。
The
多関節ロボット12は、例えば4軸垂直多関節型であり、床上に設置される基台20と、基台20上に垂直軸線J1周りに回転可能に支持された旋回台22と、水平軸線J2周りに回転可能に一端部を旋回台22に支持された下部アーム24と、水平軸線J3周りに回転可能に下部アーム24の他端部に支持された上部アーム26と、水平軸線J3に垂直な軸線J4周りに上部アーム26に対して回転可能に支持された手首要素28とを含む。しかしながら、多関節ロボット12は、上記のような4軸垂直多関節型である必要はなく、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させることができれば、6軸垂直多関節型ロボットなど他のタイプの多関節ロボットとすることができる。
The articulated
スポット溶接ガン14は、可動電極30とこれと対向して配置される対向電極32とからなる一対の電極を含み、可動電極30はサーボモータ34によって駆動されて対向電極32に対して接近、離反されるようになっており、可動電極30と対向電極32とを閉じてその間に溶接ワークWを挟み、この状態で可動電極30と対向電極32との間に電圧を印加することによりスポット溶接を行う。対向電極32は、ガンアーム上に配置された固定電極であることが一般的であるが、可動電極30と同様にサーボモータによって駆動されるようになっていてもよい。
The
図1及び図2では、ロボット制御装置16とスポット溶接ガン制御装置18が別個に設けられているが、ロボット制御装置16とスポット溶接ガン制御装置18が一体的に設けられていてもよい。また、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとが相対移動できるようになっていれば、図1に示されているように、ワーク固定台(図示せず)上に溶接ワークWを固定すると共にスポット溶接ガン14を多関節ロボット12の先端に水平軸線J5周りに回転可能に支持してもよく、図2に示されているように、床面上に設置されたガンスタンド36にスポット溶接ガン14を固定すると共に溶接ワークWを多関節ロボット12の先端に保持してもよい。後者のように溶接ワークWを多関節ロボット12の先端に保持する場合には、図2に示されているように、手首要素28の先端に溶接ワークWを把持するためのロボットハンド38が水平軸線J5周りに回転可能に装着される。
1 and 2, the
本発明による溶接ワーク位置検出方法は、スポット溶接システム10の教示作業で溶接ワークW上の所定の位置(以下、打点位置と記載する。)に対向電極32を位置決めするときや打点位置の板厚を測定するときなどに、対向電極32を用いて溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出するために使用される。また、検出した溶接ワークWの対向電極側表面の位置に基づいて、スポット溶接プログラムの打点教示位置データの修正や、新たな打点教示位置データの作成を行うために使用することもできる。
In the welding work position detection method according to the present invention, when the
本発明による溶接ワーク位置検出方法では、最初に、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めすることを要する。そこで、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めする方法について説明する。
In the welding workpiece position detection method according to the present invention, first, the
最も基本的な方法としては、作業者がスポット溶接ガン14と多関節ロボット12を操作して、溶接ワークWの可動電極側表面と可動電極30の位置を目視にて確認しながら、溶接ワークWの可動電極側表面に可動電極30を接するように位置決めする方法もあるが、他にも様々な方法を用いて、溶接ワークWの可動電極側表面に可動電極30を接するように位置決めすることができる。例えば、従来技術のように、多関節ロボット12を操作して、スポット溶接ガン14の可動電極30と対向電極32とを閉じたときに可動電極30及び対向電極32が溶接ワークW上の打点位置に接触する位置までスポット溶接ガン14を移動させた後、サーボモータ34の駆動によって可動電極30を対向電極32へ向かって移動させ、サーボモータ34の電流又はトルクが予め定められた閾値に達したときに可動電極30と溶接ワークWとが接触したと判断して、サーボモータ34の駆動を停止させることにより、溶接ワークWの可動電極側表面に可動電極30を接するように位置決めすることができる。
The most basic method is that the operator operates the
また、サーボモータ34による対向電極32に対する可動電極30の移動に代えて、多関節ロボット12を用いてスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させることによって可動電極30と溶接ワークWとを接近、離反させて、可動電極30が溶接ワークWから離れた状態から可動電極30と溶接ワークWとを互いに接触させる動作又は可動電極30と溶接ワークWとが互いに接触した状態から完全に離れさせる動作の少なくとも一部を行わせながら、サーボモータ34の電流又はトルクを監視し、サーボモータ34の電流又はトルクの変化傾向が変化したときに、可動電極30が溶接ワークWに接触した又は可動電極30が溶接ワークWから完全に離れたと判断して、接触した又は離れたと判断したときの位置に可動電極30を位置決めしてもよい。
Further, instead of moving the
後者の方法の一例として、例えば、多関節ロボット12を操作して、スポット溶接ガン14の可動電極30と対向電極32とを閉じたときに溶接ワークW上の打点位置に可動電極30及び対向電極32が接触する位置までスポット溶接ガン14を移動させた後、サーボモータ34によって可動電極30を速度Vgで駆動しながら、多関節ロボット12を用いて、可動電極30と溶接ワークWとを互いに離れた状態から接近させる方向にスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させ、同時にサーボモータ34の電流又はトルクを監視する。可動電極30が溶接ワークWに接触すると、溶接ワークWが可動電極30に押圧されて弾性変形を生じ、その反力が溶接ワークWから可動電極30に作用するので、可動電極30を対向電極32に対して速度Vgで移動する状態を維持しようとして、サーボモータ34のトルク及び電流が増加する。このことを利用して、サーボモータ34の電流又はトルクを監視し、サーボモータ34の電流又はトルクが予め定めておいた基準状態と比較して増加する傾向に転じたときに、可動電極30が溶接ワークWに接触したと判断して、このときの位置を可動電極30が溶接ワークWに接する位置とみなして、この位置に可動電極30を位置決めする。サーボモータの電流又はトルクが予め定められた基準状態と比較して増加する傾向に転じたことは、例えばサーボモータ34の電流又はトルクが基準状態のサーボモータ34の電流又はトルクの値よりも予め定められた閾値以上に増加したことやサーボモータ34の電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が基準状態のサーボモータ34の電流又はトルクの単位時間当たりの変化量よりも予め定められた閾値以上増加したことを検出することによって検出することができる。
As an example of the latter method, for example, when the articulated
なお、「基準状態と比較して増加する傾向に転じたとき」とは、サーボモータ34の電流又はトルクの実際の値又は単位時間当たりの変化量が、基準状態にあると仮定した場合のサーボモータ34の電流又はトルクの値又は単位時間当たりの変化量よりも増加したときを意味する。また、基準状態は、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとの相対移動開始後で且つ可動電極30と溶接ワークWとの接触前の予備動作区間におけるサーボモータ34の電流又はトルクの値又は単位時間当たりの変化量から定められる。
Note that “when the trend starts to increase compared to the reference state” means that the actual value of the current or torque of the
また、他の方法として、多関節ロボット12を操作して、スポット溶接ガン14の可動電極30と対向電極32とを閉じたときに溶接ワークW上の打点位置に可動電極30及び対向電極32が接触する位置までスポット溶接ガン14を移動させた後、サーボモータ34によって可動電極30を速度Vgで駆動しながら、多関節ロボット12を用いて、可動電極30と溶接ワークWとを互いに押し付けた状態から離反させる方向にスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させ、同時にサーボモータ34の電流又はトルクを監視する。可動電極30と溶接ワークWとを互いに押し付けた状態から多関節ロボット12を用いて可動電極30が溶接ワークWから離反する方向に移動すると、可動電極30による溶接ワークWの弾性変形量が減少して、溶接ワークWから可動電極30に作用する反力も減少し、サーボモータ34の電流及びトルクが減少する。さらに、可動電極30が溶接ワークWから完全に離れると、可動電極30の押圧による溶接ワークWの弾性変形がなくなって、溶接ワークWから可動電極30に作用する反力が解消され、サーボモータ34のトルク及び電流の減少も止まって、ほぼ一定となる。このことを利用して、サーボモータ34の電流又はトルクを監視し、サーボモータ34の電流又はトルクが予め定めておいた基準状態と比較して増加する傾向に転じたとき(サーボモータ34の電流又はトルクの減少傾向が終了したとき)に、可動電極30が溶接ワークWから完全に離れたと判断して、このときの位置を可動電極30が溶接ワークWに接する位置とみなして、この位置に可動電極30を位置決めする。サーボモータ34の電流又はトルクが予め定めておいた基準状態と比較して増加する傾向に転じたこと(サーボモータ34の電流又はトルクの減少傾向が終了したこと)は、例えばサーボモータ34の電流又はトルクの時系列データを解析することによって、サーボモータ34の電流又はトルクの実際の値又は単位時間当たりの変化量が、基準状態にあると仮定したときのサーボモータ34の電流又はトルクの値よりも予め定められた閾値以上増加したことやサーボモータ34の電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が、基準状態の単調減少を表す負の値から0又は正の値になることを検出すること、サーボモータ34の電流又はトルクの時系列波形の変化傾向の変化点を解析的に求めることなどによって検出することができる。
As another method, when the articulated
なお、「基準状態と比較して増加する傾向に転じたとき(減少傾向が終了したとき)」とは、サーボモータ34の電流又はトルクの実際の値又は単位時間当たりの変化量が、基準状態にあると仮定した場合のサーボモータ34の値又は単位時間当たりの変化量よりも増加したときを意味する。また、基準状態は、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとの相対移動開始後で且つ可動電極30と溶接ワークWとの離隔前の予備動作区間におけるサーボモータ34の電流又はトルクの値又は単位時間当たりの変化量から定められる。
Note that “when the trend starts to increase compared to the reference state (when the decreasing trend ends)” means that the actual value of the current or torque of the
このように、サーボモータ34による対向電極32に対する可動電極30の移動に代えて、多関節ロボット12を用いてスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させることによって可動電極30と溶接ワークWとを接近、離反させて、可動電極30が溶接ワークWから離れた状態から可動電極30と溶接ワークWとを互いに接触させる動作又は可動電極30と溶接ワークWとが互いに接触した状態から完全に離れさせる動作の少なくとも一部を行わせれば、サーボモータ34による可動電極30の移動速度を抑えて、可動電極駆動機構内の動摩擦によるサーボモータ34の電流又はトルクの揺らぎを低減させることができる。この結果、可動電極30と溶接ワークWとの接触によるサーボモータ34の電流又はトルクの変化傾向の変化をより正確に検出することを可能とさせ、溶接ワークWの表面位置をより正確に検出できるようになる。
Thus, instead of the movement of the
特に、サーボモータ34によって可動電極30を駆動する速度Vgを0として、可動電極30と溶接ワークWとを接触させる動作又は接触した状態から完全に離れさせる動作の全てを多関節ロボット12の移動によって行わせれば、可動電極30によって溶接ワークWの表面の位置を検出するときに、可動電極30はサーボモータ34によって駆動されないので、可動電極駆動機構内の動摩擦によるサーボモータ34の電流又はトルクの揺らぎがほとんど無くなる。したがって、可動電極30と溶接ワークWとが接触したとき又は可動電極30が溶接ワークWから完全に離れたときのサーボモータ34の電流又はトルクの変化傾向の変化を正確に検出することが可能となり、溶接ワークWの表面位置を正確に検出できるようになる。
In particular, the speed Vg at which the
また、サーボモータ34によって可動電極30を駆動する速度Vgを静摩擦が除去できる程度の極めて低い速度にしてもよい。サーボモータ34によって可動電極30を駆動する速度Vgを0として、対向電極32に対して可動電極30を完全に静止させていると、可動電極駆動機構内の静摩擦に起因して、可動電極30が溶接ワークWに接触しているときに溶接ワークWから受ける反力が損失してサーボモータ34に伝達されず、反力を受けているにもかかわらずサーボモータ34の電流又はトルクがほとんど変動しない不感帯が生じてしまう。このような不感帯は、静摩擦が大きい場合、可動電極30による溶接ワークWの表面の検出精度に悪影響を及ぼす可能性がある。これに対して、静摩擦が除去できる程度の極めて低い速度でサーボモータ34によって可動電極30を駆動すれば、このような不感帯を解消させることができる。また、静摩擦が除去できる程度の極めて低い速度Vgで対向電極32に対して可動電極30を移動させても、可動電極駆動機構内の動摩擦は小さくなるので、動摩擦によるサーボモータ34の電流又はトルクの揺らぎは最小限に抑えることができる。
Further, the speed Vg at which the
次に、対向電極32が接触する溶接ワークの表面位置を検出する溶接ワーク位置検出方法を説明する。最初に、多関節ロボット12を操作して、スポット溶接ガン14の可動電極30と対向電極32とを閉じたときに溶接ワークW上の打点位置に可動電極30及び対向電極32が接触する位置までスポット溶接ガン14を移動させ、任意の方法により、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めする。なお、可動電極30を駆動するサーボモータ34にトルクリミットを設定する場合に限っては、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めした後、さらに、この位置から予め定められた距離だけオフセットした位置に可動電極30を位置決めしてもよい。理由については、後述する。次に、図3に示されているように、溶接ワークWの可動電極側表面に接する状態から対向電極32に接近させる方向にサーボモータ34によって可動電極30を予め定められた速度Vgで移動させると同時に、多関節ロボット12を用いて対向電極32と溶接ワークWとを互いに離れた状態から接近させる方向にスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを速度Vgと等しい速度Vrで相対移動させ、対向電極32に対する可動電極30の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視する。そして、対向電極32に対する可動電極30の移動速度及び加速度の少なくとも一方の監視により対向電極32と溶接ワークWとの接触を検出すると、検出したときの対向電極32の先端の位置から溶接ワークWの対向電極側表面位置を求める。対向電極32に対する可動電極30の移動速度及び加速度は、直接的に測定してもよく、可動電極30を駆動するサーボモータ34から求めてもよい。
Next, a welding work position detection method for detecting the surface position of the welding work that contacts the
なお、対向電極に対する可動電極の移動速度及び加速度の監視は、可動電極を駆動するためのサーボモータの回転速度及び回転加速度の監視とそれぞれ等価であり、対向電極に対する可動電極の移動速度及び加速度の監視には、可動電極を駆動するためのサーボモータの回転速度及び回転加速度の監視がそれぞれ含まれるものとする。 Note that monitoring the moving speed and acceleration of the movable electrode relative to the counter electrode is equivalent to monitoring the rotational speed and acceleration of the servo motor for driving the movable electrode, respectively. The monitoring includes monitoring the rotational speed and rotational acceleration of a servo motor for driving the movable electrode.
ここで、対向電極32が溶接ワークWに接触したときの対向電極32の先端の位置の位置データは、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データに基づいて、例えば以下のようにして求められる。
Here, the position data of the position of the tip of the
床面から基台20上に支持される旋回台22の水平軸線J2までの距離、垂直軸線J1と水平軸線J2との軸間距離、水平軸線J2と水平軸線J3との軸間距離、水平軸線J3と軸線J4との軸間距離が一定であるので、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置は、多関節ロボット12の各軸の回転角度から求めることができる。また、多関節ロボット12の手首要素28の先端からスポット溶接ガン14の対向電極32の先端までの位置は、予め定められており常に一定である。したがって、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと多関節ロボット12の手首要素28の先端とスポット溶接ガン14の対向電極32の先端との位置関係から、スポット溶接ガン14の対向電極32の先端の位置データが求められる。
The distance from the floor surface to the horizontal axis J2 of the
上記の溶接ワーク位置検出方法は、多関節ロボット12を駆動するサーボモータの電流又はトルクや可動電極30を駆動するサーボモータ34の電流又はトルクではなく、対向電極32に対する可動電極30の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視することを特徴としている。対向電極32が溶接ワークWに接触するまでは、対向電極32に対する可動電極30の移動速度は、Vgで一定である。一方、可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま、対向電極32が溶接ワークWに接触すると、可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWを挟み込む状態になるので、対向電極32に対する可動電極30の移動が妨げられ、対向電極32に対する可動電極30の移動速度が予め定められた値Vgから減少し、やがて0になる。このとき、対向電極32に対する可動電極の加速度は、0から負の値に転じ、やがて再び0になる。したがって、対向電極32に対する可動電極30の移動速度又は加速度を監視すれば、溶接ワークW、多関節ロボット12及びスポット溶接ガン14の剛性の影響をほとんど受けずに、対向電極32が溶接ワークWに接触したことを検出することができる。また、対向電極32が溶接ワークWに接触したときの対向電極32の位置から溶接ワークWの対向電極側表面位置を検出するので、溶接ワークWの表面の打点位置に対向電極32を位置決めするに先立って、打点位置における溶接ワークWの厚さを計測する必要がない。
The welding work position detection method described above is not the current or torque of the servo motor that drives the articulated
本発明の溶接ワーク表面検出方法では、対向電極32に対して可動電極30を駆動するサーボモータ34にトルクリミットを設定することが好ましい。このようにサーボモータ34にトルクリミットを設定すれば、対向電極32が溶接ワークWに接触したときにサーボモータ34のトルクが即座にトルクリミットに達する。この結果、サーボモータ34による可動電極30の動作が制限され、対向電極32が溶接ワークWに接触したときにサーボモータ34の回転速度及び回転加速度すなわち可動電極30の移動速度及び加速度をより顕著に低下させることができ、接触の検出が容易となる。
In the welding workpiece surface detection method of the present invention, it is preferable to set a torque limit on the
サーボモータ34のトルクリミットの値は、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとの相対移動により溶接ワークWから離れた状態から対抗電極32を溶接ワークWに接触させる動作中、すなわち対向電極32が溶接ワークWから離れた状態で対向電極32に対して可動電極30を速度Vgで移動させているときのサーボモータ34のトルクに基づいて、決定することが望ましい。可動電極30が移動速度Vgで動作しているときは、サーボモータ34は可動電極30を速度Vgで移動させるのに必要なトルクを出力している。この速度Vgで移動するのに必要なトルクを上記動作中に測定し、サーボモータ34のトルクリミットの値として設定すれば、対向電極32と可動電極30の間に溶接ワークWを挟み込んだときに、サーボモータ34は可動電極30によって対向電極32及び溶接ワークWを押し返させることができず、可動電極30は移動速度Vgを維持させることができなくなる。すなわち、可動電極30の移動速度及び可動電極30の加速度をさらに顕著に低下させることができるようになるので、より高感度に接触を検出することが可能となる。なお、サーボモータ34のトルクリミットの値として、可動電極30を速度Vgで移動させるのに必要なトルクを実際に設定する際には、多少のマージンを加味して、誤検出を防ぐことが望ましい。この加味するマージンによって検出感度を調整できるのはいうまでもない。
The torque limit value of the
サーボモータ34のトルクリミットの値を決定するタイミングは、対向電極32が溶接ワークWから離れた状態で対向電極32に対して可動電極30が速度Vgで移動しているときであればいつでもよい。典型的には、可動電極30が対向電極32に対する相対移動を開始した直後は、まだ、対向電極32が溶接ワークに接していないので、このときのサーボモータ34のトルク出力に基づいてトルクリミットの値を決定すればよい。例えば、図5に示されるように、対向電極32に対する可動電極30の移動速度がVgになった時刻Ta以降におけるサーボモータ34のトルク出力に基づいてトルクリミットの値を設定すればよい。しかしながら、移動開始直後は、サーボモータ34が加速動作を開始したばかりであり、図6(a)及び(b)に示されるように、可動電極30の移動速度がVgに到達しても、サーボモータ34のトルク出力は不安定で、オーバーシュートが発生することがある。したがって、図6(a)及び(b)に示されるように、移動を開始してから予め定められた時間が経過しサーボモータ34のトルク出力が安定した時刻Tbにおけるトルクに基づいて、サーボモータ34のトルクリミットの値を決定することが好ましい。なお、トルクリミットの値を設定する前に対向電極32が溶接ワークに接しないようにするために、対向電極32と溶接ワークWとの間を引き離して十分な距離を確保してから検出動作を開始することが好ましい。
The timing for determining the value of the torque limit of the
さらに、対向電極32に対して可動電極30が速度Vgで移動している際に予め定められた時間が経過しても対向電極32と溶接ワークWとが接触していないと判断されたときには、その予め定められた時間内のサーボモータ34のトルク出力に基づいてトルクリミットの値を決定するようにしてもよい。この予め定めれた時間を短くすれば、トルクリミットの設定値を一定時間毎に定期的に更新するようにすることができる。図7(a)に示されるように対向電極32に対して可動電極30が一定速度で相対移動しているときでも、スポット溶接ガン14に存在する機械的な抵抗(例えば、駆動部分の内部摩擦や、可動電極と溶接トランス(図示しない)とを接続する導電部の弾性変形など)によって、サーボモータ34のトルク出力は、一定値に安定せず、緩やかに上昇したり(図7(b))、緩やかに減少したり(図7(c))、揺らいだり(図7(d))する場合がある。このようにサーボモータ34のトルク出力が一定値に安定しない場合において、トルクリミットの設定値を定期的に更新することは有効な手段となる。例えば、図7(a)〜(d)に示されるように、一定間隔ΔTごとの時刻Tc、Td、Teにおけるサーボモータ34のトルクに基づいてトルクリミットの設定値の更新を定期的に繰り返せば、適切なトルクリミットを設定することができる。
Furthermore, when it is determined that the
可動電極30を駆動するサーボモータ34にトルクリミットを設定する場合に限っては、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接する位置から既知の距離だけわずかにオフセットした位置に位置決めしめもよいと先述したが、ここで、その理由について述べる。
Only when the torque limit is set for the
実際に可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接した状態で対向電極32と溶接ワークWとの接触を検出するための動作を行うと、多関節ロボット12が動作する際に発生する微小な振動によって、可動電極30が溶接ワークWに対してわずかに押し付けられたり溶接ワークWから離されたりするため、溶接ワークWからの反力を受けたり受けなかったりする不安定な状態になりやすい。サーボモータ34のトルクは可動電極30の移動速度を一定に保つように制御されるので、溶接ワークWから反力を受けると、溶接ワークWを押し返す分のトルクが余計に必要となる。したがって、サーボモータ34の回転速度又は可動電極30の移動速度が図8(a)に示されるように一定であったとしても、可動電極30が溶接ワークWに対してわずかに押し付けたり離れたりする状態下では、図8(b)に示されるように、サーボモータ34のトルクは溶接ワークWから反力を受けた状態での値T‘と受けていない状態での値Tとの間で揺らいで不安定になる。一方、接触の検出感度を向上させるためには、サーボモータ34のトルクリミットは、可動電極30が速度Vgでの移動を維持できる最低限のトルクと等しい値に設定することが好ましい。したがって、可動電極30に伝わる不安定な反力の影響は可能な限り除去することが望ましい。
When the operation for detecting the contact between the
可動電極30を被溶接ワークWからわずかに離した状態で対向電極32と溶接ワークWとの接触を検出するための動作を行うことで、溶接ワークWからの反力を除去することができ、図8(c)に示されるように、サーボモータ34のトルクはサーボモータ34が溶接ワークWから反力を受けていない状態の値Tを維持することが可能となる。また、逆に、可動電極30を被溶接ワークWにわずかに押し付けた状態で対向電極32と溶接ワークWとの接触を検出するための動作を行えば、溶接ワークWからの反力が抜けることがなく、サーボモータ34はほぼ一定の反力を安定して受けることができるので、図8(d)に示されるように、サーボモータ34のトルクはサーボモータ34が溶接ワークWから反力を受けている状態の値T’を維持することが可能となる。すなわち、サーボモータ34のトルク出力に一定のバイアスを与えることに等しくなる。これにより、サーボモータ34のトルクが安定するため、速度Vgでの可動電極30の移動を維持するためのトルクを的確に且つ容易に決定することができるようになる。なお、オフセットした場合は対向電極32による溶接ワークWの検出位置はオフセット距離分だけずれることになるが、オフセット距離は予め定められた既知の値であるので、検出された溶接ワークWの表面位置にオフセット距離を加味すれば正確な溶接ワークWの表面位置を得ることができる。
By performing the operation for detecting the contact between the
また、多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータ(図示せず)にトルクリミットを設定するようにしてもよい。これにより、可動電極30及び対向電極32による溶接ワークの弾性変形を抑制することができる。可動電極30を駆動するサーボモータ34と多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータの両方又は一方のみにトルクリミットを設定してもよいことはもちろんである。
Moreover, you may make it set a torque limit to the servomotor (not shown) which drives each axis | shaft J1-J5 of the articulated
多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータ(図示せず)にトルクリミットを設定する場合においても、スポット溶接ガン14と溶接ワークWとの相対移動により溶接ワークWから離れた状態から対抗電極32を溶接ワークWに接触させる動作中、すなわち対向電極32が溶接ワークWから離れた状態で溶接ワークWに対して対向電極32を可動電極30の速度Vgに等しい速度Vrで相対移動させるように多関節ロボット12が動作させているときの多関節ロボットのサーボモータののトルクに基づいて、トルクリミットの値を決定することが望ましい。その理由及びトルクリミットの設定値の決定方法は、可動電極30を駆動するサーボモータ34にトルクリミットを設定する場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Even when a torque limit is set for a servo motor (not shown) that drives the axes J1 to J5 of the articulated
また、本発明の溶接ワーク位置検出方法では、作業者が手動操作によって一工程ずつ進めてもよいが、スポット溶接システム10が一連の工程を自動的に実行してもよい。例えば、既に全溶接打点位置及びスポット溶接を行うプログラム命令が教示されているスポット溶接プログラムにおいて、上記工程を自動で実行するモードを有効にしてスポット溶接プログラムを再生したときに、溶接ワーク位置検出プログラムを自動的に再生することで、各溶接打点位置近傍に自動的に多関節ロボット12を移動させ、スポット溶接を行うプログラム命令を実行することで、上記工程を自動的に実行して溶接ワークWの表面位置の検出を行い、その検出位置に基づいてその溶接ワークWについて打点教示位置データの修正を行い、さらにその修正量(ずれ量)もロボット制御装置16に記録することもできる。記録した修正量をロボット制御装置16に備えられた教示操作盤に表示するようにしてもよい。また、記録した修正量が過大である場合に、溶接ワークWの位置の異常として、ロボット制御装置16に備えられた教示操作盤にアラーム通知したり、ロボット制御装置16と通信できるライン制御盤やコンピュータなどの外部制御装置にアラーム通知したりしてもよい。
Further, in the welding work position detection method of the present invention, the operator may proceed one step at a time by manual operation, but the
さらに、本発明による溶接ワーク位置検出方法を用いて検出した溶接ワークWの対向電極側表面位置と、溶接ワークWの可動電極側表面位置とを用いて、図4に示されているように、打点位置における溶接ワークWの厚さtを計測することもできる。溶接ワークWの可動電極側表面位置は、例えば、スポット溶接ガン14の対向電極32の先端の位置データと、スポット溶接ガン14の対向電極32の先端に対する可動電極30の先端の相対位置データとから求めることができ、スポット溶接ガン14の対向電極32の先端の位置データは、上述した対向電極32の位置データの求め方と同様にして、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めしたときの多関節ロボット12の先端の位置データからスポット溶接ガン14の対向電極32の先端の位置データを求めることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 4 using the counter electrode side surface position of the welding workpiece W detected using the welding workpiece position detection method according to the present invention and the movable electrode side surface position of the welding workpiece W, It is also possible to measure the thickness t of the welding workpiece W at the hit point position. The movable electrode side surface position of the welding workpiece W is, for example, from the position data of the tip of the
なお、溶接ワークWの可動電極側表面位置の検出は、前述したように、例えば、可動電極30と溶接ワークWとが、互いに離れた状態から接近するか又は互いに接触した状態から離反するように、多関節ロボット12を用いて溶接ワークWとスポット溶接ガン14とを相対移動させながら、サーボモータ34の電流又はトルクを監視し、電流又はトルクの変化傾向が変化したときに、可動電極30が溶接ワークWに接触した又は可動電極30が溶接ワークWから離れたと判断して、電流又はトルクの変化傾向が変化したときの可動電極30の位置と多関節ロボット12の位置とから可動電極30が接触する溶接ワークWの表面位置を検出することによって行うことができる。また、このように検出された溶接ワークWの表面位置に基づいて、検出された可動電極側表面位置に可動電極30を正確に位置決めすることが可能となる。したがって、対向電極32が接触する溶接ワークWの表面位置を検出するステップを開始する前に、上述したように予め検出しておいた溶接ワークWの可動電極側表面位置へ可動電極30を位置決めしておけば、より正確に対向電極32が接触する溶接ワークWの表面位置を検出することができる。
In addition, the detection of the movable electrode side surface position of the welding workpiece W is performed so that, for example, the
求められた各溶接打点における溶接ワークWの厚さtは、スポット溶接プログラムを教示するときに溶接打点における溶接ワークWの厚さを事前に設定する必要がある場合に使用することができる。実際の工場では、数百もの溶接打点における溶接ワークWの正確な厚さをそれぞれ設定しなければならない場合があり、このような場合に、上述したように求められた各溶接打点における溶接ワークWの厚さを使用することが助けとなる。さらに、既に教示したスポット溶接プログラムを修正する場合に、予め設定されている溶接ワークWの厚さ情報を、上記のようにして打点ごとに実際に計測した厚さに修正することもできる。これにより、作業者が溶接ワークWの厚さ情報を予め設定するときには設定を正確に行う必要がなくなる。 The obtained thickness t of the welding workpiece W at each welding point can be used when the thickness of the welding workpiece W at the welding point needs to be set in advance when teaching the spot welding program. In an actual factory, it may be necessary to set the exact thickness of the welding workpiece W at several hundred welding points. In such a case, the welding workpiece W at each welding point determined as described above is used. Using a thickness of will help. Further, when the spot welding program already taught is corrected, the preset thickness information of the welding workpiece W can be corrected to the actually measured thickness for each hit point as described above. This eliminates the need for the operator to accurately set the thickness information of the welding workpiece W in advance.
加えて、予め設定された溶接ワークWの厚さと計測した溶接ワークWの厚さとを比較し、両者の差が過大である場合には、ワーク厚さの以上であり、溶接ワークWの異常又は計測位置の異常があると判断することもできる。例えば、設定されている溶接ワークWの厚さに比べて、計測した溶接ワークWの厚さが厚すぎる場合は、可動電極30と対向電極32との間に埋め込みボルトなどの異物が存在することが考えられ、溶接打点としての検出位置が不適正であると判断できる。さらに、溶接ワークWが適正に設置されていない場合にも、設定されている溶接ワークWの厚さと計測した溶接ワークWの厚さの差は過大になるので、溶接ワークWの異常と判断できる。また、設定されている溶接ワークWの厚さと計測した溶接ワークWの厚さの差は過大でありながら溶接ワークの異常や溶接打点位置の異常も見られない場合には、可動電極30又は対向電極32の摩耗が大きくなっている可能性があると考えることもできる。これらの異常を検出した場合には、ロボット制御装置16に設けられた教示操作盤やロボット制御装置16と通信できる外部制御装置(ライン制御盤やコンピュータなど)にアラーム通知用信号を出力することもできる。
In addition, when the thickness of the welding workpiece W set in advance is compared with the measured thickness of the welding workpiece W, and the difference between the two is excessive, the workpiece thickness is equal to or more than that, It can also be determined that there is an abnormality in the measurement position. For example, when the measured thickness of the welding workpiece W is too thick compared to the set thickness of the welding workpiece W, foreign matter such as an embedded bolt exists between the
以下では、本発明に従って溶接ワークWの対向電極側表面位置を検出する方法の幾つかの具体的な実施形態を説明する。本発明の溶接ワーク位置検出方法では、多関節ロボット12によってスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを相対移動させることができれば同じ効果を得ることができるが、以下においては、説明の簡単化のために、図1に示されているように、スポット溶接ガン14を多関節ロボット12によって保持して、溶接ワークWに対して相対移動させる場合を例として説明する。しかしながら、図2に示されているように、溶接ワークWを多関節ロボット12によって保持してスポット溶接ガン14に対して相対移動させてもよく、この場合、以下の説明において、多関節ロボット12によってスポット溶接ガン14を移動させる代わりに溶接ワークWを移動させればよい。
Below, some specific embodiment of the method of detecting the counter electrode side surface position of the welding workpiece | work W according to this invention is described. In the welding workpiece position detection method of the present invention, the same effect can be obtained if the
図9を参照して、本発明の溶接ワーク位置検出方法の第1の実施形態を説明する。第1の実施形態では、図1に示されているスポット溶接システム10において、サーボモータ34によって可動電極30を対向電極32に接近させる方向に予め定められた速度Vgで移動させながら多関節ロボット12によってスポット溶接ガン14を保持してワーク固定台(図示せず)に固定された溶接ワークWに対して速度Vgと同じ速度Vrで互いに接近させる方向に相対移動させる。
With reference to FIG. 9, 1st Embodiment of the welding workpiece position detection method of this invention is described. In the first embodiment, in the
本実施形態では、最初に、多関節ロボット12を操作して、可動電極30と対向電極32とが閉じたときに溶接ワークW上の溶接箇所(打点位置)に接触するような位置までスポット溶接ガン14を移動させ、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めする(ステップS100)。このとき、対向電極32は、溶接ワークWから完全に離れた状態になっている。溶接ワークWの可動電極側表面に対する可動電極30の位置決めは、上述したように、任意の方法によって行えばよい。
In the present embodiment, first, the articulated
次に、図3に示されているように、サーボモータ34によって可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接する状態から対向電極32に接近させる方向に予め定められた速度Vgで移動させると共に、多関節ロボット12を用いて対向電極32と溶接ワークWとを互いに離れた状態から接近させる方向にスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを速度Vgと等しい速度Vrで相対移動させる(ステップS102)。すなわち、可動電極30と溶接ワークWとの相対位置を変えずに可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま、対向電極32を溶接ワークWに接近させる。同時に、可動電極30の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視する(ステップS104)。可動電極30の移動速度及び加速度は、直接的に測定してもよく、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度及び回転加速度から求めてもよい。また、対向電極32に対する可動電極30の移動速度及び加速度は、可動電極30を駆動するためのサーボモータ34の回転速度及び回転加速度にそれぞれ比例するので、可動電極30の移動速度又は加速度に代えて、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度又は回転加速度を監視してもよい。監視の際には、サンプリング時間毎に、可動電極30の移動速度又は加速度あるいはサーボモータ34の回転速度又は回転加速度の情報と共に、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データ及び対向電極32に対する可動電極30の相対位置データを逐次記録していく。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、スポット溶接ガン14の可動電極30を駆動するサーボモータ34と多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータ(図示せず)にトルクリミットを設定するか否かを決定する(ステップS106)。トルクリミットを設定する場合には、ステップS108に進み、スポット溶接ガン14の可動電極30を駆動するサーボモータ34へのトルクリミットの設定と多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータへのトルクリミットの設定の少なくとも一方を行った後、ステップS110に進む。各サーボモータのトルクリミットは、以降で対向電極32と溶接ワークWとの接触を検出するための動作を行うために必要なトルクが十分出力できるような値に設定される。ステップS102以降では、可動電極が速度Vgで移動し、多関節ロボット12の手首要素28の先端すなわち対向電極32は速度Vrで移動しているので、このときにそれぞれのサーボモータが実際に出力しているトルクに基づいて、各サーボモータのトルクリミットの値を設定することが好ましい。また、トルクリミットの設定値は、予め定められた値としてもよい。一方、トルクリミットを設定しない場合には、ステップS106から直接ステップS110に進む。
Next, it is determined whether or not to set a torque limit on the
可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま対向電極32が溶接ワークWに接触すると、可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWを挟み込む形となって、対向電極32に対する可動電極30の移動が妨げられる。すると、サーボモータ34は移動速度Vgを一定に維持するように制御されるため、より大きなトルクを出力しようとするが、サーボモータ34の出力限界に達して、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度が減少する。この結果、設定された速度Vgを維持できなくなり、対向電極32に対する可動電極30の移動速度が予め定められた値Vgから減少する。また、対向電極32に対する可動電極30の加速度は、0から負の値に転じる。このことを利用して、対向電極32に対する可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度、もしくは対向電極32に対する可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度を逐次チェックし(ステップS110)、対向電極32に対する可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度が減少したとき、もしくは対向電極32に対する可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度が0から負の値に転じたときに、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断する。また、対向電極32が溶接ワークWに接触していないと判断された場合には、ステップS104に戻り、可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方の監視を続け、さらに、ステップS106で、再度トルクリミットを設定しなおすか否かを決定する。トルクリミットを設定しなおす場合は、例えば、ステップS108で可動電極30を駆動するサーボモータ34と多関節ロボット12の各軸を駆動するサーボモータがそれぞれ出力しているトルクに基づいてトルクリミットの値を決定しなおし、再設定すればよい。トルクリミットの設定値の更新は、予め定められた時間間隔で行ってもよい。
When the
可動電極30を駆動するサーボモータ34にトルクリミットが設定されている場合には、対向電極32が溶接ワークWに接触した後、サーボモータ34のトルクが出力限界より早くトルクリミットに達するので、サーボモータ34の回転速度及び可動電極30の移動速度がより速く減少し、これと同時に、サーボモータ34の回転加速度及び可動電極30の加速度も変化する。特に、対向電極32が溶接ワークWに接触する前のサーボモータ34のトルクとほぼ等しい又は僅かに大きい値にサーボモータ34のトルクリミットが設定されている場合、対向電極32が溶接ワークWに接触したことを即座に検出することができる。
When a torque limit is set for the
対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断すると、対向電極32に対する可動電極30の移動及び多関節ロボット12の動作を停止させて、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断したときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと手首要素28の先端に対するスポット溶接ガン14の対向電極32の先端の相対位置データとに基づいて、溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出し、溶接ワークWの表面位置の検出工程を終了する(ステップS112)。
When it is determined that the
図10は、本実施形態に従って対向電極32が接触する溶接ワークWの対向電極側表面を検出するときのサーボモータ34のトルク、回転速度及び回転加速度の変化を時系列で表したグラフを示しており、(a)がトルクのグラフ、(b)が回転速度のグラフ、(c)が回転加速度のグラフである。なお、対向電極32に対する可動電極30の移動速度の変化を時系列で表したグラフも図10(b)と同様になり、対向電極32に対する可動電極30の加速度の変化を時系列で表したグラフも図10(c)と同様になる。また、図10において、区間Aは、検出動作を行っていない状態、区間Bは、検出動作中で対向電極32がまだ溶接ワークWに接触していない状態、区間Cは、検出動作中で対向電極32が溶接ワークWに接触している状態を示す。
FIG. 10 is a graph showing changes in torque, rotational speed, and rotational acceleration of the
検出動作開始前において、可動電極30は対向電極32に対して静止しており、サーボモータ34によって駆動されていない。したがって、区間Aでは、サーボモータ34のトルクはある値で一定となり、回転速度及び回転加速度は0となる。一方、検出動作が始まると、可動電極30は対向電極32に対して速度Vgで移動させられるので、区間Bでは、対向電極32に対する可動電極30の移動速度が速度Vgに到達するまでサーボモータ34のトルク及び回転速度が増加し、Vgに到達すると両者とも一定となる。したがって、対向電極32に対する可動電極30の加速度及びサーボモータ34の回転加速度は、対向電極32に対する可動電極30の移動速度がVgに到達するまでは正の値になり、Vgに到達すると両者とも0となる。さらに、区間Cになって、可動電極30が溶接ワークWに接触した状態を保ったまま対向電極30が溶接ワークWに接触すると、可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWを挟み込んだ形となって、対向電極32に対する可動電極30の移動が妨げられる。この結果、サーボモータ34は移動速度Vgを一定に維持するように制御され、サーボモータ34のトルクが増加するが、やがてモータの出力限界又はトルクリミットに達して、一定となる。図10(a)は、サーボモータ34のトルクリミットが区間Bにおけるサーボモータ34のトルク(すなわち、負荷がほとんどない状態で対向電極32に対して可動電極30を速度Vgで移動させるために必要となるサーボモータ34のトルク)と等しい値に設定されている場合を示しており、区間Bと区間Cにおいてサーボモータ34のトルクはほぼ一定の値を示している。一方、対向電極32に対する可動電極30の移動速度は、予め定められた値Vgから減少して、やがて0となり、可動電極30は対向電極32に対して停止するので、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度も、図10(b)に示されるように、予め定められた値から減少して、やがて0となる。また、対向電極32に対する可動電極30の加速度は、対向電極32に対する可動電極30の移動速度に伴って変化するので、図10(c)に示されるように、区間Bでは0になり、区間Cでは負の値に転じて、可動電極30が対向電極32に対して停止すると再度0になる。
Prior to the start of the detection operation, the
上述したように、サーボモータ34にトルクリミットを設定することにより、可動電極30が溶接ワークWを押圧することによって溶接ワークWを過度に変形させることを防止することができる。さらに、対向電極32が溶接ワークWに接触したときに可動電極30がより早く減速されるようになり、対向電極32が溶接ワークWに接触した時点の検出の遅れを低減させることができる。また、多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータにもトルクリミットを設定すれば、多関節ロボット12によって移動させられるスポット溶接ガン14の対向電極32が溶接ワークWを押圧して過度に変形させることを防止することができる。
As described above, by setting a torque limit in the
また、可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま多関節ロボット12を用いて対向電極32を溶接ワークWに接近させることにより溶接ワークWに接触させると、対向電極32が溶接ワークWに接触したときに可動電極30の移動速度又は可動電極30を駆動するためのサーボモータ34の回転速度が一定の状態から変化して徐々に減少する。したがって、可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度を監視すれば、可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じたときを対向電極32が溶接ワークWに接触した時点と判断することができる。同様に、可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま多関節ロボット12を用いて対向電極32を溶接ワークWに接近させることにより溶接ワークWに接触させると、対向電極32が溶接ワークWに接触したときに可動電極30の加速度又は可動電極30を駆動するためのサーボモータ34の回転加速度が0から変化して負の値に転じる。したがって、可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度を監視すれば、可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度がほぼ0から負の値に転じたときを対向電極32が溶接ワークWに接触した時点と判断することができる。
Further, when the
さらに、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断されたときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと手首要素28の先端に対するスポット溶接ガン14の対向電極32の先端の相対位置データとから、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断されたときの対向電極32の先端の位置データを求めることができ、求められた対向電極32の先端の位置データを溶接ワークWの表面の位置データとみなせば、溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出することができる。
Further, the position data of the tip of the
ここで、可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じた時点は、可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度の時系列曲線すなわち波形を解析して、可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じた点(以下、変化点と記載する。)を求めることにより特定される。変化点を求めるためのサーボモータ34の回転速度の時系列波形の解析方法の例として、以下の三つが挙げられる。なお、可動電極30の移動速度の変化点を求めるための可動電極30の移動速度の時系列波形の解析方法も同様であることは言うまでもない。
Here, when the moving speed of the
(i)図11に示されているように、サーボモータ34の回転速度の基準値に対する減少量が予め定められた閾値α(>0)を超えた点を変化点とみなす。サーボモータ34の回転速度は、溶接ワークWの剛性にかかわらず最終的に0になるので、閾値αは区間Bにおけるサーボモータ34の回転速度から0までの範囲の任意の値とすればよい。閾値αが小さいほど、対向電極32が溶接ワークWに接触したことを早く検出することができる。閾値αは、区間Bにおけるサーボモータ34の回転速度に対する割合(例えば10%など)を用いて決定してもよい。
(I) As shown in FIG. 11, a point where the amount of decrease with respect to the reference value of the rotational speed of the
(ii)図12に示されているように、サーボモータ34の回転速度の単位時間Δt当たりの変化量Δv、すなわちサーボモータ34の回転速度の時系列波形の傾きが、予め定められた閾値β(≦0)以下になった点を変化点とみなす。対向電極32が溶接ワークWに接触すると図12に示されているようにサーボモータ34の移動速度は単調に減少するので、閾値βは負の値となる。減少開始直後を検出したい場合には、閾値βを0に近い負の値とすればよい。
(Ii) As shown in FIG. 12, the amount of change Δv per unit time Δt of the rotational speed of the
(iii)対向電極32が溶接ワークWに接触するとサーボモータ34の回転速度は単調減少を示すので、サーボモータ34の回転速度の時系列波形の傾きは負の値になる。そこで、図13に示されているように、まず、(i)又は(ii)の方法によって、サーボモータ34の回転速度の変化点を求め、これを仮の変化点とし、仮の変化点から回転速度の時系列波形に沿って時刻を遡ってサーボモータ34の回転速度の単位時間当たりの変化量(すなわち回転速度の時系列波形の傾き)を求めていき、回転速度の時系列波形の傾きがほぼ0になる点を真の変化点とし、真の変化点において、回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じたとみなす。なお、サーボモータ34の回転速度の時系列波形は離散的なサンプリング点の集合であるので、必ずしも時系列波形上に傾きが0になる点が存在するとは限らない。したがって、実際には、仮の変化点(時刻Td1)から回転速度の時系列波形に沿って時刻を遡って回転速度の時系列波形の傾きが負の値から0又は正の値になる点(時刻Td3)を特定し、その直前のサンプリング点(時刻Td2)を真の変化点とすればよい。このような方法によれば、図13に示されるように、サーボモータ34の回転速度が曲線的に減少していく場合でも、サーボモータ34の回転速度が一定の状態から減少に転じた直後の時刻を正確に特定することができ、溶接ワークWの対向電極側表面の位置を正確に求めることが可能となる。
(Iii) When the
対向電極32に対する可動電極30の移動速度Vgは、任意に予め定められるものであるので、溶接ワークW、スポット溶接ガン14及び多関節ロボットの剛性の影響を受けることがなく、速度Vgから一定の状態から減少に転じた点を特定するための上述した閾値の設定が容易となる。
Since the moving speed Vg of the
可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度による検出の判断も基本的に同じ考えを適用できる。可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度がほぼ0の状態から負に転じた時点は、可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度の時系列曲線すなわち波形を解析して、可動電極30の加速度又はサーボモータ34の回転加速度がほぼ0の状態から負に転じた点(以下、変化点と記載する。)を求めることにより特定される。変化点を求めるためのサーボモータ34の回転加速度の時系列波形の解析方法の例として、以下の三つが挙げられる。なお、可動電極30の加速度の変化点を求めるための可動電極30の加速度の時系列波形の解析方法も同様であることは言うまでもない。
The same idea can be basically applied to the determination of detection based on the acceleration of the
(i)図14に示されるように、サーボモータ34の回転加速度が負の値になった点を変化点とみなす。ただし、実際のサーボモータ34の回転速度は微小な変化をするので、誤検出を防ぐために、サーボモータ34の回転加速度が負の値になった点を変化点とするのではなく、予め定められた閾値γ(<0)を下回った点を変化点とみなすことが好ましい。閾値γは任意の負の値とすればよく、閾値γを0に近い負の値にすれば、対向電極32が溶接ワークWに接触したことを早く検出することができる。
(I) As shown in FIG. 14, the point at which the rotational acceleration of the
(ii)サーボモータ34の回転加速度は、図14に示されるように、0から階段状に負の値(負の加速度)にとぶ場合だけではなく、図15に示されるように特定の負の加速度へ徐々に変化する場合もある。このような場合には、図15に示されているように、対向電極32が溶接ワークWに接触するとサーボモータ34の回転速度は単調に減少し、それに伴いサーボモータ34の回転加速度は、最初の微小時間内で0から特定の負の値に徐々に低下し、特定の負の値で一定の状態を続けた後に再度徐々に上昇してやがて0になる。そこで、サーボモータ34の回転加速度の単位時間Δt当たりの変化量Δa、すなわちサーボモータ34の回転加速度の時系列波形の傾きが、予め定められた閾値δ(≦0)以下になった点を変化点とみなす。減少開始直後を検出したい場合には、閾値δを0に近い負の値とすればよい。
(Ii) The rotational acceleration of the
(iii)対向電極32が溶接ワークWに接触するとサーボモータ34の回転加速度は0から減少するので、サーボモータ34の回転加速度の時系列波形の傾きは負の値になる。そこで、図16に示されているように、まず、(i)又は(ii)の方法によって、サーボモータ34の回転加速度の変化点を求め、これを仮の変化点とし、仮の変化点から回転加速度の時系列波形に沿って時刻を遡ってサーボモータ34の回転加速度の単位時間当たりの変化量(すなわち回転加速度の時系列波形の傾き)を求めていき、回転加速度の時系列波形の傾きがほぼ0になる点を真の変化点とし、真の変化点において、回転加速度がほぼ0の状態から減少に転じたとみなす。なお、サーボモータ34の回転加速度の時系列波形は離散的なサンプリング点の集合であるので、必ずしも時系列波形上に傾きが0になる点が存在するとは限らない。したがって、実際には、仮の変化点(時刻Td1)から回転加速度の時系列波形に沿って時刻を遡って回転加速度の時系列波形の傾きが負の値から0又は正の値になる点(時刻Td3)を特定し、その直前のサンプリング点(時刻Td2)を真の変化点とすればよい。このような方法によれば、図16に示されるように、サーボモータ34の回転速度が曲線的に減少していく場合でも、サーボモータ34の回転加速度がほぼ0の状態から負に転じた直後の時刻を正確に特定することができ、溶接ワークWの対向電極側表面の位置を正確に求めることが可能となる。
(Iii) When the
なお、本実施形態では、可動電極30及び対向電極32による溶接ワークWの変形を最小限に抑えるために、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断されると、ロボット制御装置16及びスポット溶接ガン制御装置18は、多関節ロボット12及びサーボモータ34の動作を停止させ、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断したときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと手首要素28の先端に対するスポット溶接ガン14の対向電極32の相対位置データとから溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出する。しかしながら、解析方法(iii)を採用する場合には、仮の変化点を特定した時点で解析に必要なサーボモータ34の回転速度及び/又は回転加速度の時系列データが揃い、それ以降に検出動作を継続する必要がないので、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断された後ではなく、仮の変化点を特定した時点で多関節ロボット12及びサーボモータ34の動作を停止させてもよい。
In this embodiment, in order to minimize the deformation of the welding workpiece W by the
また、対向電極32と溶接ワークWとが接触したと判断した後も、多関節ロボット12及びサーボモータ34が惰走してしまい、多関節ロボット12及びサーボモータ34が停止したときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置及び対向電極32の先端に対する可動電極30の先端の相対位置と、可動電極30と溶接ワークWとが接触したと判断したときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置及び対向電極32の先端に対する可動電極30の先端の相対位置とが異なってしまうことがある。したがって、スポット溶接ガン14の可動電極30及び対向電極32を位置決めすることが最終目的である場合には、多関節ロボット12の惰走を是正するために、対向電極32と溶接ワークWとが接触したと判断したときの位置に多関節ロボット12を移動され且つサーボモータ34を回転させればよい。
Further, even after it is determined that the
図17を参照して、本発明の溶接ワーク位置検出方法の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、図1に示されているスポット溶接システム10において、サーボモータ34によって可動電極30を対向電極32に接近させる方向に予め定められた速度Vgで移動させながら多関節ロボット12によってスポット溶接ガン14を保持してワーク固定台(図示せず)に固定された溶接ワークWに対して速度Vgと同じ速度Vrで互いに接近させる方向に相対移動させる。しかしながら、第2の実施形態は、多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14の移動速度又は加速度を可動電極30の移動速度及び加速度に常に一致させるように制御することにより、多関節ロボット12を自動的に停止させ、多関節ロボット12が停止したことを検出することによって、可動電極30の移動速度が減少したこともしくは可動電極30の加速度が0から負の値に転じたことを検出する点において異なっている。
With reference to FIG. 17, a second embodiment of the welding workpiece position detection method of the present invention will be described. Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, in the
第2の実施形態のステップS200〜S208は、それぞれ、第1の実施形態のS100〜S108と全く同じであるので、ここでは説明を省略し、異なるステップについてのみ説明する。第2の実施形態においても、図3に示されているように、可動電極30を溶接ワークWの可動電極側表面に接するように位置決めした状態から、サーボモータ34によって可動電極30を対向電極32に接近させる方向に予め定められた速度Vgで移動させると共に、多関節ロボット12を用いて対向電極32と溶接ワークWとを互いに離れた状態から接近させる方向にスポット溶接ガン14と溶接ワークWとを速度Vgと等しい速度Vrで相対移動させながら、可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視し、この際に必要であれば、可動電極30を駆動するサーボモータ34と多関節ロボット12の各軸を駆動するサーボモータにトルクリミットを設定する(ステップS200〜S208)。すなわち、可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま、対向電極32を溶接ワークWに接近させ、同時に可動電極30の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視する。可動電極30の移動速度及び加速度は、直接的に測定してもよく、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度及び回転加速度から求めてもよい。監視の際には、サンプリング時間毎に、可動電極30の移動速度又は加速度あるいはサーボモータ34の回転速度又は回転加速度の情報と共に、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データ及び対向電極32に対する可動電極30の相対位置データを逐次記録していく。
Since steps S200 to S208 of the second embodiment are exactly the same as S100 to S108 of the first embodiment, description thereof is omitted here, and only different steps are described. Also in the second embodiment, as shown in FIG. 3, the
一方、第2の実施形態では、第1の実施形態と異なり、ロボット制御装置16は、サーボモータ34による対向電極32に対する可動電極30の移動速度又は加速度に一致させるように多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14の移動速度又は加速度すなわち対向電極32の移動速度又は加速度を制御する(ステップS210)。
On the other hand, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the
可動電極30が溶接ワークWに接した状態を保ったまま対向電極32が溶接ワークWに接触すると、可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWを挟み込む形となって、対向電極32に対する可動電極30の移動が妨げられる。すると、サーボモータ34は移動速度Vgを一定に維持するように制御されるため、より大きなトルクを出力しようとするが、サーボモータ34の出力限界に達して、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度が減少する。この結果、設定された速度Vgを維持できなくなり、対向電極32に対する可動電極30の移動速度が予め定められた値Vgから減少し、0になる。また、このとき、対向電極32に対する可動電極30の加速度は0から負の値に転じる。
When the
さらに、本実施形態では、対向電極32に対する可動電極30の移動速度に一致させるように多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の移動速度が制御されるので、多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の移動速度すなわち多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度が、対向電極32に対する可動電極30の移動速度の減少に伴って、速度Vr(=Vg)から減少し、0になる。また、対向電極32に対する可動電極30の加速度に一致させるように多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の加速度を制御する場合も同様に、対向電極32に対する可動電極30の加速度の減少に伴って、多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の加速度すなわち多関節ロボット12の手首要素28の先端の加速度が減少される。すなわち、最終的に、可動電極30及び対向電極32は溶接ワークWを挟み込む形で停止する。したがって、多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度が0になったか否かを判断し(ステップS212)、0になって、可動電極30及び対向電極32が停止したときの多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと手首要素28に対するスポット溶接ガン14の対向電極32の先端の相対位置データとに基づいて、溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出し、溶接ワークWの表面位置の検出工程を終了する(ステップS214)。
Further, in the present embodiment, the
図18は本実施形態に従って対向電極32が接触する溶接ワークWの対向電極側表面を検出するときのサーボモータ34のトルク及び回転速度、多関節ロボットの手首要素28の先端の移動速度の変化を時系列で表したグラフを示しており、(a)がサーボモータ34のトルクのグラフ、(b)がサーボモータ34の回転速度のグラフ、(c)が多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度のグラフである。さらに、図19は本実施形態に従って対向電極32が接触する溶接ワークWの対向電極側表面を検出するときのサーボモータ34のトルク及び回転加速度、多関節ロボットの手首要素28の先端の加速度の変化を時系列で表したグラフを示しており、(a)がサーボモータ34のトルクのグラフ、(b)がサーボモータ34の回転加速度のグラフ、(c)が多関節ロボット12の手首要素28の先端の加速度のグラフである。なお、対向電極32に対する可動電極32の移動速度の変化を時系列で表したグラフも図18(b)と同様になり、対向電極32に対する可動電極32の加速度の変化を時系列で表したグラフも図19(b)と同様になる。また、図18及び図19において、区間Aは、検出動作を行っていない状態、区間Bは、検出動作中で対向電極32がまだ溶接ワークWに接触していない状態、区間Cは、検出動作中で対向電極32が溶接ワークWに接触している状態を示す。
FIG. 18 shows changes in the torque and rotational speed of the
検出動作開始前において、可動電極30は対向電極32に対して静止しており、サーボモータ34によって駆動されておらず、多関節ロボット12も駆動されていない。したがって、区間Aでは、サーボモータ34のトルクは一定となり、回転速度及び回転加速度は0となると共に、多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度及び加速度も0になる。一方、検出動作が始まると、可動電極30が対向電極32に対して速度Vgで移動させられると共に、多関節ロボット12によってスポット溶接ガン14及びその対向電極32が対向電極32に対する可動電極30の移動速度Vgと同じ速度で移動させられる。したがって、区間Bでは、対向電極32に対する可動電極30の移動速度が速度Vgに到達するまでサーボモータ43のトルク及び回転速度が増加し、Vgに到達すると両者とも一定となり、また、多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度が速度Vgまで増加して一定となる。したがって、サーボモータ34の回転加速度は、対向電極32に対する可動電極30の移動速度がVgに到達するまで増加し、Vgに到達すると0になり、また、多関節ロボット12の手首要素28の先端の加速度も同様の挙動を示す。さらに、区間Cになって、可動電極30が溶接ワークWに接触した状態を保ったまま対向電極30が溶接ワークWに接触すると、可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWを挟み込んだ形となって、対向電極32に対する可動電極30の移動が妨げられる。この結果、サーボモータ34は、サーボモータ34は移動速度Vgを一定に維持するように制御され、サーボモータ34のトルクが増加するが、やがてモータの出力限界又はトルクリミットに達して、一定となる。
Prior to the start of the detection operation, the
図18(a)は、サーボモータ34のトルクリミットが区間Bにおけるサーボモータ34のトルク(すなわち、負荷がほとんどない状態で対向電極32に対して可動電極30を速度Vgで移動させるために必要となるサーボモータ34のトルク)と等しい値に設定されている場合を示しており、区間Bと区間Cにおいてサーボモータ34のトルクはほぼ一定の値を示している。一方、対向電極32に対する可動電極30の移動速度は、予め定められた値Vgから減少して、やがて0となり、可動電極30は対向電極32に対して停止するので、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度も、図18(b)に示されるように、予め定められた値から減少して、やがて0となり、サーボモータ34は停止する。また、多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度は、対向電極32に対する可動電極30の移動速度と一致するので、予め定められた値Vgから減少して、やがて0となり、多関節ロボット12も停止する。同様に、対向電極32に対する可動電極30の加速度は、0から負の値に転じ、やがて再度0となり、可動電極30は対向電極32に対して停止するので、可動電極30を駆動するサーボモータ34の回転速度も、図19(b)に示されるように、0から負の値に転じ、再度0となり、サーボモータ34は停止する。また、多関節ロボット12の手首要素28の先端の移動速度は、対向電極32に対する可動電極30の加速度と一致するので、0から負の値に転じ、再度0となり、多関節ロボット12も停止する。
FIG. 18A shows that the torque limit of the
上述したように、サーボモータ34にトルクリミットを設定することにより、可動電極30が溶接ワークWを押圧することによって溶接ワークWを過度に変形させることを防止することができる。また、対向電極32が溶接ワークWに接触したときに可動電極30がより早く減速されるようになり、対向電極32が溶接ワークWに接触した時点の検出の遅れを低減させることができる。さらに、多関節ロボット12の各軸J1〜J5を駆動するサーボモータにもトルクリミットを設定すれば、多関節ロボット12によって移動させられるスポット溶接ガン14の対向電極32が溶接ワークWを押圧して過度に変形させることを防止することができる。
As described above, by setting a torque limit in the
また、対向電極32に対する可動電極30の移動速度に一致させるように多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の移動速度を制御しているので、対向電極32が溶接ワークWに接触して可動電極30と対向電極32との間に溶接ワークWが挟み込まれる形となり、対向電極32に対して可動電極30が停止すると、多関節ロボット12の動作も停止する。したがって、対向電極32に対する可動電極30の移動又は多関節ロボット12の移動が停止したときに、対向電極32が溶接ワークWに接触したと判断することで、第1の実施形態のように、対向電極32に対する可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じた時点を検出する必要がなくなる。この結果、第1の実施形態において可動電極30の移動速度又はサーボモータ34の回転速度がほぼ一定の状態から減少に転じた時点を特定するために必要とされる各閾値を予め実験的に定める必要もなくなり、また、溶接ワークW、多関節ロボット12及びスポット溶接ガン14の剛性に依存せずに、対向電極32が接触する溶接ワークWの対向電極側表面の位置を検出することが可能となる。さらに、最終的に、可動電極30及び対向電極32が溶接ワークWに接触した状態で停止するので、このときの可動電極30及び対向電極32の先端の位置から溶接ワークWの厚さtを計測することも容易となる。対向電極32に対する可動電極30の加速度に一致させるように多関節ロボット12によるスポット溶接ガン14及びその対向電極32の加速度を制御した場合も同様である。
Further, since the moving speed of the
以上、図示される実施形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、可動電極30の移動速度又は加速度の監視を行うと同時に、多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと対向電極32に対する可動電極30の相対位置データを記録するようにしている。しかしながら、多関節ロボット12及び可動電極30は、ロボット制御装置16及びスポット溶接ガン制御装置18からの時系列上の動作指令に基づいて動作しているので、実行された多関節ロボット12及び可動電極30の動作指令から過去の時刻の多関節ロボット12の手首要素28の先端の位置データと対向電極32に対する可動電極30の相対位置データを求めてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment shown in figure, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above embodiment, the moving speed or acceleration of the
10 スポット溶接システム
12 多関節ロボット
14 スポット溶接ガン
30 可動電極
32 対向電極
34 サーボモータ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記可動電極を前記溶接ワークの表面に接するように位置決めした後、前記サーボモータによって前記対向電極に接近させる方向に前記可動電極を予め定められた速度Vgで移動させると同時に、前記多関節ロボットを用いて前記対向電極と前記溶接ワークとを互いに接近させるように前記スポット溶接ガンと前記溶接ワークとを前記速度Vgと同じ速度で相対移動させながら、前記対向電極に対する前記可動電極の移動速度及び加速度の少なくとも一方を監視することにより、前記対向電極と前記溶接ワークとの接触を検出し、検出したときの前記対向電極の位置から前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出することを特徴とする溶接ワーク位置検出方法。 A spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode disposed to face the movable electrode, and holding one of the spot welding gun and the welding workpiece and moving the spot welding gun relative to the other. An articulated robot, the movable electrode and the counter electrode are moved closer to and away from each other by the servo motor, and the welding workpiece is sandwiched between the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun. In a spot welding system that performs spot welding of the welding workpiece position detection method for detecting the surface position of the welding workpiece that the counter electrode contacts,
After positioning the movable electrode in contact with the surface of the welding workpiece, the movable electrode is moved at a predetermined speed Vg in a direction in which the servomotor approaches the counter electrode, and at the same time, the articulated robot is moved. The moving speed and acceleration of the movable electrode with respect to the counter electrode while the spot welding gun and the weld work are moved relative to each other at the same speed as the speed Vg so that the counter electrode and the weld work are moved closer to each other. By detecting at least one of the counter electrode and the welding workpiece, and detecting the surface position of the welding workpiece in contact with the counter electrode from the position of the counter electrode when detected. A method for detecting a position of a welded workpiece.
前記可動電極と前記溶接ワークとが、互いに離れた状態から接近するように、前記多関節ロボットを用いて前記溶接ワークと前記スポット溶接ガンを相対移動させながら、前記サーボモータの電流又はトルクを監視し、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したときもしくは前記電流又はトルクがそれぞれの単位時間当たりの変化量よりも所定の閾値以上に増加したときに前記可動電極が前記溶接ワークに接触したと判断して、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したとき、もしくは前記電流又はトルクがそれぞれの単位時間当たりの変化量よりも所定の閾値以上に増加したときの前記可動電極の位置と前記多関節ロボットの位置とから前記可動電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、
請求項1から請求項7の何れか一項に記載の溶接ワーク位置検出方法により前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、
を含むことを特徴とする溶接ワーク位置検出方法。 A spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode disposed to face the movable electrode, and holding one of the spot welding gun and the welding workpiece and moving the spot welding gun relative to the other. An articulated robot, the movable electrode and the counter electrode are moved closer to and away from each other by the servo motor, and the welding workpiece is sandwiched between the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun. In the spot welding system for performing spot welding of the welding workpiece position detection method for detecting the surface position of the welding workpiece that the movable electrode and the counter electrode contact each other,
And the movable electrode and the welding workpiece, sea urchin by you approach from the state separated from each other, wherein while the spot welding gun and the welding workpiece by using the multi-joint robot moved relative, the current or torque of the servo motor When the current or torque increases to a predetermined threshold value or more than a predetermined value, or the current or torque increases to a predetermined threshold value or more than a change amount per unit time, the movable When it is determined that the electrode is in contact with the welding workpiece and the current or torque is increased to a predetermined threshold value or more than the predetermined value, or the current or torque is more than the amount of change per unit time. The welding electrode in contact with the movable electrode from the position of the movable electrode and the position of the articulated robot when increased to a predetermined threshold value or more. Detecting a surface position of the click,
Detecting a surface position of the welded workpiece that the counter electrode contacts with the welded workpiece position detecting method according to any one of claims 1 to 7;
Including a welding workpiece position detecting method.
前記可動電極と前記溶接ワークとが、互いに接触した状態から離反するように、前記多関節ロボットを用いて前記溶接ワークと前記スポット溶接ガンを相対移動させながら、前記サーボモータの電流又はトルクを監視し、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したときもしくは前記電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が負の値からゼロまたは正の値になったときに前記可動電極が前記溶接ワークから離れたと判断して、前記電流又はトルクがそれぞれの所定の値よりも所定の閾値以上に増加したとき、もしくは前記電流又はトルクの単位時間当たりの変化量が負の値からゼロまたは正の値になったときの前記可動電極の位置と前記多関節ロボットの位置とから前記可動電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、
請求項1から請求項7の何れか一項に記載の溶接ワーク位置検出方法により前記対向電極が接触する前記溶接ワークの表面位置を検出するステップと、
を含むことを特徴とする溶接ワーク位置検出方法。 A spot welding gun having a movable electrode driven by a servo motor and a counter electrode disposed to face the movable electrode, and holding one of the spot welding gun and the welding workpiece and moving the spot welding gun relative to the other. An articulated robot, the movable electrode and the counter electrode are moved closer to and away from each other by the servo motor, and the welding workpiece is sandwiched between the movable electrode and the counter electrode of the spot welding gun. In the spot welding system for performing spot welding of the welding workpiece position detection method for detecting the surface position of the welding workpiece that the movable electrode and the counter electrode contact each other,
Wherein the movable electrode and the welding workpiece, so away from a state of being in contact with the each other physician, the while the spot welding gun and the welding workpiece by using the multi-joint robot moved relative, current or torque of the servo motor When the current or torque has increased beyond a predetermined threshold value by a predetermined threshold or when the amount of change in the current or torque per unit time has changed from a negative value to zero or a positive value When the current or torque is determined to have moved away from the welding workpiece and the current or torque has increased to a predetermined threshold value or more than the respective predetermined value , or the amount of change per unit time of the current or torque is negative. values from and a position of the movable electrode when it becomes zero or a positive value and the position of the articulated robot of the welding workpiece to the movable electrode contacts the Detecting the surface position,
Detecting a surface position of the welded workpiece that the counter electrode contacts with the welded workpiece position detecting method according to any one of claims 1 to 7;
Including a welding workpiece position detecting method.
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