JP5057217B2 - スポット溶接ロボットの制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接ロボット制御装置およびその制御方法に関する。

従来のスポット溶接ロボットは、スポットガンの加圧力を加圧力補正手段からの信号と基準化圧力記憶手段からの信号を比較して、差分した加圧力を補正値として加える方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。従来のスポット溶接ロボットは、図２に示すように、インタフェース７４は、サーボＣＰＵ７３からのデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有している。サーボアンプ７５は、溶接ロボット６１の各制御軸のサーボモータ６２に流れる電流を検出し、フィードバックされた電流値と指令値との差に基づいてサーボモータ６２の負荷電流を制御するようになっている。同様に、サーボアンプ７５は、溶接ガン２１の電極チップ３３を移動させるサーボモータ２６に流れるモータ電流を検出するモータ電流検知手段として機能しており、フィードバックされた電流値と指令値との差に基づいてサーボモータ２６のモータ電流を制御するようになっている。
制御手段７１のメインＣＰＵ７２には、図３に示すように、加圧力変換手段７６、基準加圧力記憶手段７７、散り発生予知判定手段７８、加圧力補正手段７９が形成されている。これら各手段７６、７７、７８、７９は、メインＣＰＵ７２に格納されたプログラムから構成されている。サーボモータ２６のモータ電流は、加圧力変換手段７６によって加圧力に変換されるようになっている。散り発生予知判定手段７８には、加圧力補正手段７９からの信号と、基準加圧力記憶手段７７からの信号が入力されている。散り発生予知判定手段７８は、モータ電流に基づく加圧力変換手段７６からの加圧力Ｆと、予め設定された基準加圧力Ｆ0 とを比較するようになっている。
散り発生予知判定手段７８は、モータ電流に基づく加圧力Ｆが基準加圧力Ｆ0 よりも低下したと判定された場合は、サーボモータ２６のモータ電流を上昇させて加圧力を高める補正を行うよう加圧力補正手段７９に指令する機能を有している。すなわち、散り発生予知判定手段７８は、加圧力の低下によって散り発生の前兆を予知した場合は、サーボモータ２６のモータ電流に基づく加圧力Ｆを基準加圧力Ｆ0 よりも高めることにより、加圧力Ｆの不足に起因する散り発生を抑制する機能を有している。
特許第３１８０５３０号（第４頁、図１、図８）

スポット溶接ロボットは、自動車のボディーを溶接する際に多点を連打していくような使用に用いられている。自動車の生産数が多いために、溶接する速度も速くなってきており、その溶接品質の確保も重要となってきている。一方、スポット溶接する場合、可動する電極チップをサーボモータで移動させ、トルク制御モードで加圧力が一定となるように動作させている。また、鋼板の材質や厚さに合わせて加圧力は調整されている。つまり、溶接コントローラに鋼板の材質や厚さに合わせて基準加圧力が設定されており、溶接時に鋼板の材質や厚さに合わせて基準加圧力になるようにサーボモータの電流を検出しながら、補正して加圧力を制御しているものである。このように従来のスポット溶接ロボットには、溶接品質を向上させるために、加圧力の調整、電流値の設定、通電時間の設定が厳密に行われており、これらを満足することが望まれていた。
しかしながら、従来のスポット溶接ロボットは、基準加圧力記憶手段とモータ電流に基づく加圧力を比較して補正する手法がとられている。このような方法では、基準加圧力記憶手段とモータ電流から加圧力を補正するものであるが、モータと電極チップ間には、ボールねじなどの摺動部を有しており、これら摺動部のなじみや温度変化によるグリースの状態により摩擦状態が変わるために先端の電極チップに作用する加圧力が十分に作用しないケースが生じており、十分な機能が果たせないケースが生じていた。また、一連のスポット溶接の動作としては、数１００点の溶接点を短時間に溶接していく場合がある。このような場合、サーボモータから電極チップまでの駆動系は摺動部を有しているので、潤滑油の温度特性や経年変化があると、溶接点ごとで適正な加圧力を与えるモータ電流にばらつきが生じることが考えられ、これらのモータ電流のばらつきを許容できないことが生じていた。

本発明は、上記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、状況の変化に伴う加圧力とサーボモータのトルクの関係として補正するスポット溶接ロボットの制御装置および方法を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットと、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御装置と、を備えたスポット溶接システムであって、前記サーボモータの定常動作状態のトルクを検出する定常トルク算出手段と、前記サーボモータの定常動作状態のトルクを記憶する定常動作記憶手段を備え、前記定常トルク算出手段の値と前記定常動作記憶手段の値を比較し、差分値を基準加圧記憶手段の値に加減算する演算部を備えたものである。
請求項２記載の発明は、前記演算部の値と加圧力変換手段の値を比較し、加圧力補正手段で前記サーボモータへの電流指令を生成するものである。
請求項３記載の発明は、前記定常トルク算出手段は、前記サーボモータが前記定常動作状態の際に、前記サーボモータの電流を検出するモータ電流検出手段からの出力を切り替えるスイッチを備えたものである。
請求項４記載の発明は、サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、前記サーボモータの定常動作状態で、定常トルク算出手段が前記サーボモータのトルク算出し、前記定常トルク算出手段の値は、定常動作記憶手段の値と比較され、差分値は、演算部で基準加圧記憶手段の値に加減算されるものである。
請求項５記載の発明は、前記定常トルク算出手段は、前記サーボモータが定常動作状態の際に、前記サーボモータの電流を検出するモータ電流検出手段からの出力をスイッチにより切り替えられ、信号を受け取るものである。
請求項６記載の発明は、サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、定常動作記憶手段は、前記スポット溶接ロボットがスポット溶接を行う前に前記サーボモータの定常動作状態のトルク特性を記憶し、基準加圧力記憶手段は、前記スポット溶接ロボットがスポット溶接を行う前に、加圧力と前記サーボモータのトルクとの関係を記憶するようにしたものである。
請求項７記載の発明は、サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、一連のスポット溶接完了後の前記サーボモータの定常動作状態で、定常トルク算出手段が前記サーボモータのトルク算出するものである。
請求項８記載の発明は、前記定常トルク算出手段の値と定常動作手段の値との差分値が、演算部で基準加圧記憶手段に加減算された結果を一連のスポット溶接の工程で用いるものである。

本発明によると、基準加圧力記憶手段とモータ電流に基づく加圧力を比較して補正する手法に加えて、サーボモータの定常動作時の電流の状態を検出することにより、電極チップが動作するホールねじなどの摺動部の摩擦部分の抵抗変化を検出でき、この値を加えることにより正確に電極チップへ加圧力を加えることができるものである。
また、一連のスポット溶接の動作として数１００点溶接する場合、溶接している間に摺動抵抗の変化が、摺動部のなじみ状態の変化に伴って生じることがあるが、この一連の作業を完了した時点で、摺動部の抵抗変化をサーボモータのトルクを補正した値として加えることにより、容易に補正することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

スポット溶接ロボットの構成は、スポットガンを備えた多関節の産業用ロボットの形態を備えており、スポットガンに備えられた電極チップがサーボモータと直動駆動機構により動作する点など、従来技術と同様の構成であるので詳細な説明は割愛する。図１に本実施例の制御ブロック図を示す。図示しない電極チップを動作させるサーボモータ１と、サーボモータ１の駆動電流を検出するモータ電流検出手段２と、サーボモータ１の駆動電流を加圧力に変換する加圧力変換手段３と、鋼板の材質や板厚、枚数から設定された加圧力を備えた基準加圧力記憶手段４と、サーボモータ１の駆動電流からの加圧力と基準加圧力記憶手段４とを比較して差分値だけ加圧する加圧力補正手段５と、スポットガンの定常的な動作電流からトルクを記憶する定常動作記憶手段７と、サーボモータ１の定常動作の際のモータトルクを算出する定常トルク算出手段６と、モータ電流検出手段２を定常トルク検出手段６に定常動作時だけサーボモータ１の駆動電流値を送信するようなスイッチ８から構成されている。
ここで、定常動作とはサーボモータ１で図示しない鋼板を加圧して溶接後に、電極チップを移動する際の動作を示しており、目標位置へ位置制御されている状態である。
本願発明が従来技術と異なる部分は、従来は基準加圧力記憶手段４からの信号と加圧力変換手段３とを比較して加圧力を加圧力補正手段５で補正して鋼板を加圧するが、本実施例は事前に設定された基準加圧力記憶手段４を定常動作時のサーボモータ１の駆動電流と定常動作記憶手段との電流値や電流波形を比較してその補正値を基準加圧力記憶手段に加減算する演算部９を備えた点である。

次に、本実施例の処理手順について説明する。
（１）基準加圧力記憶手段４に鋼板の材質や板厚、枚数から加圧力とサーボモータトルクの関係を設定する。
（２）定常動作時のサーボモータ１の駆動電流からトルクを定常動作記憶手段７に設定する。
（３）溶接指令１０にしたがった加圧力を加圧力変換手段３が発生する。
（４）基準加圧力記憶手段４と、定常トルク算出手段６と定常動作記憶手段７との差分値を演算部９で演算する。
（５）加圧力変換手段３と演算部９の計算結果を比較し、加圧力補正手段５に差分値を送信する。
（６）加圧力変換手段３で補正後の加圧力をサーボモータ１の電流指令に発信し、図示しない電流アンプを介してサーボモータ１に通電する。
当然ながら、電極チップが鋼板に接触していない場合の加圧力は、基準加圧力記憶手段４と、定常トルク算出手段６と定常動作記憶手段７との差分値を演算部９で演算された加圧力であり、その後、モータ電流検出手段２で検出された電流値が加圧力変換手段３にフィードバックされるので、その後は差分値が電極チップと鋼板との間に作用することになる。
電極チップが鋼板に接触し加圧され、通電された後に開放される。このとき、モータ電流検出手段２で検出された電流値は、スイッチ８がオンされることで定常トルク算出手段６に送信され、定常動作時のサーボモータ１の動作トルクが、定常動作記憶手段７に記憶された値や、位置決め制御される際の電流パターンと比較されて、差分値が演算部９に加えられる。この差分値は、演算部９で基準加圧力記憶手段４に加減算される。つまり、定常状態での軸受やボールねじなどの周囲温度変化に伴うグリースなどの摩擦状態の変動分を基準加圧力記憶手段４に格納された加圧力とモータトルクの関係に加減算するものである。

次に、本発明の第２実施例について説明する。本発明の第２実施例が第１実施例と異なる部分は、電極チップが鋼板から開放され、定常動作状態でサーボモータが動作する際にモータ電流検出手段の値を定常トルク算出手段に取り込むことを、一連のスポット溶接が完了した時点で、数回定常動作で電極チップを上下動させてモータ電流検出手段の値を検出するようにした点である。
本実施例の処理手順について説明する。
（１）基準加圧力記憶手段４に鋼板の材質や板厚、枚数から加圧力とサーボモータトルクの関係を設定する。
（２）定常動作時のサーボモータ１の駆動電流値からトルクを定常動作記憶手段７に設定する。
（３）定常動作時のサーボモータ１の駆動電流をモータ電流検出手段２で検出し、スイッチ８を切り替えて定常トルク算出手段６でトルクに換算する。
（４）基準加圧力記憶手段４と、定常トルク算出手段６と定常動作記憶手段７との差分値を演算部９で演算する。演算結果を一連作業の補正値として用いる。
（５）加圧力変換手段３と演算部９の計算結果を比較し、加圧力補正手段５に差分値を送信する。
（６）加圧力変換手段３で補正後の加圧力をサーボモータ１の電流指令に発信し、図示しない電流アンプを介してサーボモータ１に通電する。
以上の通り、本発明の制御ブロックを構成することにより、サーボモータを含む電極チップの駆動機構の推力に及ぼす影響を除去して正確な加圧力を供給することができるようになる。

本発明の実施例を示すスポット溶接ロボットの制御ブロック図 従来のスポット溶接ロボットの制御ブロック図 従来のスポット溶接ロボットの制御ブロック図

符号の説明

１ サーボモータ
２ モータ電流検出手段
３ 加圧力変換手段
４ 基準加圧力記憶手段
５ 加圧力補正手段
６ 定常トルク算出手段
７ 定常動作記憶手段
８ スイッチ
９ 演算部
１０ 溶接指令

Claims (8)

1. サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットと、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御装置と、を備えたスポット溶接システムであって、
   前記サーボモータの定常動作状態のトルクを検出する定常トルク算出手段と、前記サーボモータの定常動作状態のトルクを記憶する定常動作記憶手段を備え、
   前記定常動作状態は電極チップを閉状態から開状態へと移動する間の動作状態であり、
   前記定常トルク算出手段の値と前記定常動作記憶手段の値を比較し、差分値を基準加圧記憶手段の値に加減算する演算部を備えたことを特徴とするスポット溶接システム。
2. 前記演算部の値と加圧力変換手段の値を比較し、加圧力補正手段で前記サーボモータへの電流指令を生成することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接システム。
3. 前記定常トルク算出手段は、前記サーボモータが前記定常動作状態の際に、前記サーボモータの電流を検出するモータ電流検出手段からの出力を切り替えるスイッチを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接システム。
4. サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、前記サーボモータの定常動作状態で、定常トルク算出手段が前記サーボモータのトルク算出し、前記定常トルク算出手段の値は、定常動作記憶手段の値と比較され、差分値は、演算部で基準加圧記憶手段の値に加減算されることを特徴とするスポット溶接ロボットの制御方法。
5. 前記定常トルク算出手段は、前記サーボモータが定常動作状態の際に、前記サーボモータの電流を検出するモータ電流検出手段からの出力をスイッチにより切り替えられ、信号を受け取ることを特徴とする請求項４記載のスポット溶接ロボットの制御方法。
6. サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、
   加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、
   定常動作記憶手段は、前記スポット溶接ロボットがスポット溶接を行う前に前記定常動作状態のトルクを記憶し、基準加圧記憶手段は、前記スポット溶接ロボットがスポット溶接を行う前に、スポット溶接を行う鋼板の材質や板厚、枚数から加圧するために必要な加圧力とその時のサーボモータトルクとの関係を記憶するようにしたことを特徴とするスポット溶接ロボットの制御方法。
7. サーボモータの回転により電極チップを移動させて被溶接物を加圧するスポット溶接ロボットを備え、加圧力をモータトルクに換算し、指定した加圧力に到達するようモータトルクをフィードバック制御するスポット溶接ロボットの制御方法であって、一連のスポット溶接完了後の前記サーボモータの定常動作状態で、定常トルク算出手段が前記サーボモータのトルク算出することを特徴とするスポット溶接ロボットの制御方法。
8. 前記定常トルク算出手段の値と定常動作手段の値との差分値が、演算部で基準加圧記憶手段に加減算された結果を一連のスポット溶接の工程で用いることを特徴とする請求項７記載のスポット溶接ロボットの制御方法。