JP5223283B2 - チップドレスの状態監視方法、監視装置およびスポット溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接システムに関し、特に電動式溶接ガンにおけるチップドレスの状態監視方法に関する。

スポット溶接ガンを有するロボットは、定期的にロボット近傍に置かれたチップドレッサにより、電極チップの切削を行う必要がある。電極チップの切削は、チップドレッサの歯が回転している状態で、適当な接触圧力でドレッサの歯を挟み込んで行う。
電極チップは、溶接中の先端の形状変形や磨耗、さまざまな汚れの付着のため、定期的なチップドレスが必要であり、チップドレスが正常に行われない場合、溶接品質に多大な影響をもたらす。また、チップドレッサの異常等に気づかずにチップドレスを行わないまま、溶接を続けると、溶接品質悪化により後工程の改修作業に時間を要する。以上の理由で、近年、チップドレスの状態監視の要求が高まっている。

チップドレスが正常に行われたかの検出は様々な方法で行われている。従来はチップドレッサのモータにセンサを取り付けモータ自体の回転状態をセンサを用いて検出し、電極チップの切削が正常におこなわれたか判定しているものがある。しかし、当該技術では、センサを用いてチップドレッサの回転状態を判定するという手順を取っているので、センサの使用によりコストがかかるという問題がある。また、センサを使用する場合は、生産ラインにおいて溶接時にスパッタが多量に飛び散ることから、センサの故障につながるという問題もある。

上記問題を解決することができるチップドレス状態監視方法が、例えば、特許文献１に開示されている。
図３は、その状態監視方法を実施するための抵抗溶接システムである。
抵抗溶接システム１０は、多関節型の溶接ロボット１２と、チップドレス状態監視装置である制御装置１４と、前記制御装置１４からドレッシング異常を受信してこのドレッシング異常を表示するとともに、作業者がデータ入力等の各種作業を行う操作装置１６と、前記溶接ロボット１２に装着される電動式溶接ガン１８を構成する電極チップ２０ａ、２０ｂのドレッシング作業を行うチップドレッサ２２とを備える。
溶接ロボット１２の先端部にはスプリング２４ａ、２４ｂを有するイコライズ機構２６が設けられており、前記イコライズ機構２６を介して電動式溶接ガン１８が取り付けられている。電動式溶接ガン１８は、いわゆるＣ型溶接ガン構造に設定されており、内部のサーボモータ２８を介して上下方向に駆動される可動側の電極チップ２０ａと、略Ｃ字状のアーム３０に固着される固定側の電極チップ２０ｂとを備え、この一対の電極チップ２０ａ、２０ｂによりワークＰが把持可能である。
図４は、状態監視方法を示すフローチャートである。まず、予め電極チップを空打ちして（ステップＳ２）電極チップの初期位置を求めておく（ステップＳ３）。次に、所定回数の溶接を行った後に（ステップＳ５）ドレッシング（チップドレス）を行い（ステップＳ７）、再度電極チップを空打ちする（ステップＳ７）。最後に、予め求めた電極チップの初期位置とドレッシング後の電極チップの位置から電極チップ全体の摩耗量を求め、これが、所定の範囲内にあるか否かを監視するのである。
特開２００２−２１９５８１号公報（第３−６頁、図１）

ところが、従来の監視方法によると、電極チップの位置を求めるために必ず空打ちを行っているため、タクトタイムが伸びてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、タクトタイムをより短縮することのできるチップドレッサの状態監視方法、監視装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
本発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、以下のステップを含むことを特徴とする。（１）前記チップドレッサの動作を開始させる第１のステップ。（２）前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させて当該接触圧力を漸増させる第２のステップ。（３）前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第３のステップ。（４）前記第３のステップの所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４のステップ。（５）前記第４のステップの接触状態を維持しながら、一定時間をおいたタイミングで前記可動側電極チップの位置を検出する第５のステップ。（６）前記第３および第５のステップで検出した前記可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６のステップ。
本発明は、前記切削量が零の場合は、前記チップドレッサのカッタが回転していないものと判断することを特徴とする。
本発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、以下のステップを含むことを特徴とする。（１）前記チップドレッサの動作を開始させる第１のステップ。（２）前記電極チップと前記カッタとの接触中における前記可動側電極チップの位置を監視する第８のステップ。（３）前記第１のステップ実行後、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第２のステップ。（４）前記第２のステップ実行後、所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４のステップ。（５）前記第８のステップで監視する前記可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６のステップ。（６）前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断する第９のステップ。
本発明は、前記切削量が所定の範囲を外れたとき、直ちに切削を中止することを特徴とする。
本発明は、前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断することを特徴とする。
本発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムのチップドレスの状態監視装置において、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させてその接触圧力を漸増させる第２の手段と、前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第３の手段と、前記所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４の手段と、前記第4の手段による接触状態を維持しながら、一定時間をおいたタイミングで前記可動側電極チップの位置を検出する第５の手段と、前記第３および第５の手段が検出した前記可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６の手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムのチップドレスの状態監視装置において、前記電極チップと前記カッタとの接触中における前記可動側電極チップの位置を監視する第８の手段と、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第２の手段と、所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４の手段と、前記第８の手段が監視する前記可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６の手段と、前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断する第９の手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、スポット溶接システムにおいて、チップドレスの状態監視装置を備えたことを特徴とする。

本発明によると、チップドレス中の可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判断することによりチップドレスの状態を監視することができ、タクトへの影響なしにチップドレスの状態監視をすることができる。
また、可動側電極チップの位置を常時監視することにより、切削量が許容範囲を外れた場合には直ちに切削動作を停止させることができ、２次被害を防止することができる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の方法を実施するチップドレスの様子を示す説明図である。装置の概略構成は従来例の図３と同様であるので省略する。
図において、２２はチップドレッサであり、三相交流モータ３によって駆動される。三相交流モータ３の出力は、ベベルギヤ機構１１を介してカッタ１３に伝達されるようになっている。
１８はロボット等の作業機械に設けられた電動式溶接ガンである。
電動式溶接ガン１８のシャンク先端に取り付けられた上下一対の電極チップ２０ａ、２０ｂ（以下、上側を「可動側電極チップ」、下側を「固定側電極チップ」と呼ぶ。）を、カッタ１３に対して上下から挟むように押し当て、この状態でカッタ１３が回転することにより一対の電極チップ２０ａ、２０ｂが同時に切削され、ドレッシングが行われる。なお、従来例同様、一対の電極チップ２０ａ、２０ｂは電動式溶接ガン１８に取り付けられたものであり、電動式溶接ガン１８に設けられているサーボモータ（電極チップ駆動手段）２８がボールネジを駆動することにより、可動側チップ２０ａが上下方向に移動する。

図２はチップドレッサにおいてチップドレスの状態を監視する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
（ステップ１）スポット溶接作業においては所定の打点数毎に電極チップの先端部の切削を行う必要があるので、所定の打点数の溶接終了後、三相交流モータ３を駆動してチップドレッサ２２の動作を開始する。
（ステップ２）電動式溶接ガン１８の固定側電極チップをチップドレッサ２２のカッタ１３付近に動作させ、電動式溶接ガン１８の可動側チップ２０ａをサーボモータ２８で駆動することにより、カッタ１３に対して上下から挟むようにして、接触圧力を漸増して押し当てながら可動側および固定側電極チップ２０ａ、２０ｂの切削を開始する。
（ステップ３）接触圧力が所定の一定値になったら、そのときの電動式溶接ガン１８のサーボモータ回転位置を検出する。すなわち、サーボモータ回転位置から可動側電極チップ２０ａの位置（第１の可動側電極チップ位置）を検出する。なお、接触圧力が所定の一定値になったときに位置検出を行うのは、接触圧力が増加しているときに位置検出を行っても検出値が安定せず、後述するステップ６での良否判定の精度に影響するからである。
（ステップ４）ステップ３で一定値となった接触圧力を維持しつつ、切削を一定時間継続する。
（ステップ５）一定時間経過後、再度電動式溶接ガン１８のサーボモータ回転位置を検出する。すなわち、サーボモータ回転位置から可動側電極チップ２０ａの位置（第２の可動側電極チップ位置）を検出する。
（ステップ６）チップドレッサ２２が正常に回転していれば、可動側電極チップ先端が予め求めた所定量切削されるため、切削開始直後と加圧動作終了直前の電動式溶接ガン１８のサーボモータ位置を比較すると、切削分のサーボモータ２８の位置変動が存在する。正常切削時の電動式溶接ガン１８のサーボモータ位置変動量の基準値（ｘｍｍ）とその許容範囲（ｘ±ｙｍｍ）を設定しておくことで、チップドレスの状態の良否を判定することができる。すなわち、第１と第２の可動側の電極チップ位置の差（以下、「切削量」と呼ぶ。）が、設定許容範囲内にあるか否かを判断することにより、チップドレスの状態判定を行うことができる。具体的には以下のように判定を行う。
（１）切削量が、設定許容範囲外で、その設定許容範囲よりも小さいとき
例えば、設定許容範囲が２±１ｍｍで、切削量が０．５ｍｍのような場合である。カッタ１３内に切削屑がたまり、可動側電極チップ２０ａと切削刃の接触面積が減った場合や、カッタ１３が磨耗により可動側電極チップ２０ａに対して滑っている場合等などが考えられるので、ドレス不足であるとして、異常であると判断、通知する。また、切削量が、ゼロであるような極端に小さい場合は、電線や制御線の断線などによりカッタ１３がまったく回転していない状態であるとして、異常であると判断、通知する。
（２）切削量が、設定許容範囲内のとき
チップドレスは正常に行われたものと判断する。
（３）切削量が、設定許容範囲外で、その設定許容範囲よりも大きいとき
例えば、設定許容範囲が２±１ｍｍで、切削量が４ｍｍのような場合である。電動式溶接ガン１８のサーボモータ位置変動量が許容値を越える例としては、チップドレス中に、電極チップが外れる場合等が考えられるので、過剰ドレス（削り過ぎ）であるとして、異常であると判断、通知する。
（４）切削量が、基準値よりも小さくかつ設定許容範囲の限界に近いとき
例えば、設定許容範囲が２±１ｍｍで、切削量が１．１ｍｍのような場合である。異常までには至らないが、カッタ１３内に切削屑がたまり、可動側電極チップ２０ａとカッタ１３の接触面積が減った場合や、カッタ１３が磨耗により可動側電極チップ２０ａに対して滑っている場合等などが考えられるので、カッタ１３のチェックが必要であることを通知する。
（ステップ７）挟み込み動作を終了し、サーボモータ２８を駆動して電動式溶接ガン１８の開放を行う。なお、本ステップは、必ずしもステップ６の後に行う必要は無く、ステップ７と平行してステップ５の後に行ってもよい。

なお、本発明が特許文献１と大きく異なる部分は、チップドレスの前後に空打ちして状態判定をするのではなく、チップドレス中に状態判定をしている点である。

実施例１におけるステップ３および５では、単に所定の条件を満たしたときに第１と第２の可動側電極チップ２０ａの位置を検出していた。しかし、電極チップ切削中の電動式溶接ガンのサーボモータ位置、すなわち、可動側電極チップ２０ａの位置を常時監視することで、切削量が許容範囲を外れた場合には直ちに切削動作を停止させることが可能であり、２次被害を防止することができる。
また、切削量が許容範囲を外れた場合だけでなく、実施例１のステップ６で示した判断基準を適用することもできる。

電極チップ切削中の電動式溶接ガン１８のサーボモータ２８の位置フィードバックデータに対して、カッタ１３の回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、電動式溶接ガン１８のサーボモータ位置変動周期波形を取り出す。取り出した波形の振幅が所定の大きさを越えた場合には、電極チップがカッタホルダの中心に位置していない状態で切削され、電極チップに偏心が発生している状態であるとして、異常であると判断、通知する。
また、異常な振幅を検出した場合には即時にチップドレス動作を停止し、被害の低減を図ることができる。

上記各実施例においては、溶接ガンがＣ型溶接ガン構造に設定される電動式溶接ガンであるとして説明したが、加圧シリンダの作用下に開閉可能な一対のガンアームにそれぞれ電極チップが取り付けられたＸ型溶接ガン構造等を用いてもよい。
また、作業機械は所定の作業を行うための機械であれば、ロボットに限らず任意でかまわない。

本発明の方法を実施するチップドレスの様子を示す説明図 本発明の方法の処理手順を示すフローチャート 従来および本発明の方法を適用した抵抗溶接システムの構成図 従来の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

３ 三相交流モータ
１１ ベベルギヤ機構
１３ カッタ
１８ 電動式溶接ガン
２０ａ 可動側電極チップ
２０ｂ 固定側電極チップ
２２ チップドレス装置
２８ サーボモータ（電極チップ駆動手段）

Claims (8)

1. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
   以下のステップを含むことを特徴とするチップドレスの状態監視方法：
   （１）前記チップドレッサの動作を開始させる第１のステップ。
   （２）前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させて当該接触圧力を漸増させる第２のステップ。
   （３）前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第３のステップ。
   （４）前記第３のステップの所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４のステップ。
   （５）前記第４のステップの接触状態を維持しながら、一定時間をおいたタイミングで前記可動側電極チップの位置を検出する第５のステップ。
   （６）前記第３および第５のステップで検出した前記可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６のステップ。
2. 前記切削量が零の場合は、前記チップドレッサのカッタが回転していないものと判断することを特徴とする請求項１記載のチップドレスの状態監視方法。
3. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
   以下のステップを含むことを特徴とするチップドレスの状態監視方法：
   （１）前記チップドレッサの動作を開始させる第１のステップ。
   （２）前記電極チップと前記カッタとの接触中における前記可動側電極チップの位置を監視する第８のステップ。
   （３）前記第１のステップ実行後、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第２のステップ。
   （４）前記第２のステップ実行後、所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４のステップ。
   （５）前記第８のステップで監視する前記可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６のステップ。
   （６）前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断する第９のステップ。
4. 前記切削量が所定の範囲を外れたとき、直ちに切削を中止することを特徴とする請求項３記載のチップドレスの状態監視方法。
5. 前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、
   前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、
   異常であると判断することを特徴とする請求項１に記載のチップドレスの状態監視方法。
6. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムのチップドレスの状態監視装置において、
   前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させてその接触圧力を漸増させる第２の手段と、
   前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第３の手段と、
   前記所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４の手段と、
   前記第４の手段による接触状態を維持しながら、一定時間をおいたタイミングで前記可動側電極チップの位置を検出する第５の手段と、
   前記第３および第５の手段が検出した前記可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６の手段と、を備えたことを特徴とするチップドレスの状態監視装置。
7. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムのチップドレスの状態監視装置において、
   前記電極チップと前記カッタとの接触中における前記可動側電極チップの位置を監視する第８の手段と、
   前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第２の手段と、
   所定の接触圧力を維持しながら、継続して前記電極チップを前記カッタに接触させる第４の手段と、
   前記第８の手段が監視する前記可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップ及び前記固定側電極チップの合計の切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第６の手段と、
   前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断する第９の手段と、を備えたことを特徴とするチップドレスの状態監視装置。
8. 請求項６または７に記載のチップドレスの状態監視装置を備えたことを特徴とするスポット溶接システム。

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