JP5638102B2 - スポット溶接ガンを有する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する。特に、本発明は、サーボモータにより駆動される可動電極チップと該可動電極チップに対向する固定電極チップとの間で被溶接ワークを加圧して溶接を行うスポット溶接ガンを有するスポット溶接システムに関する。

スポット溶接システムにおいては、スポット溶接ガンを駆動するサーボモータに供給されるトルク指令とそのトルク指令により電極チップ先端で発生する加圧力との関係を校正する作業が行われている。このような作業は、溶接を開始する前に行われる。その後、動作プログラムに従って、スポット溶接ガンが被溶接ワークを加圧して溶接する作業を繰返し行う。

スポット溶接ガンは、可動電極チップと固定電極チップとを含んでいる。可動電極チップが固定電極チップを押込み、固定電極チップが取付けらた金属製のアームを弾性変形させることにより、要求される加圧力を電極チップ間に発生させる。しかしながら、高い加圧力で長期間にわたって繰返し加圧すると、アームが金属疲労によって部分的に塑性変形したり、亀裂が部分的に生じる場合がある。

スポット溶接ガンのアームが部分的に塑性変形したり、アームに亀裂が部分的に生じた場合には、スポット溶接ガンのアーム全体の剛性が低下する。従って、スポット溶接ガンのアームの弾性変位量が大きくなる。このため、加圧力を変更しない場合であっても、被溶接ワークが押込まれて溶接品質が低下する可能性がある。また、亀裂が発生したアームを使用し続ける場合には、亀裂が進行してアームが最終的に破損することもある。それゆえ、操作者はスポット溶接ガンの状態を定期的に目視で確認する必要がある。しかしながら、操作者がスポット溶接ガンのそれぞれを目視で確認するのは時間を必要とする上に、微少な塑性変形や微少な亀裂を経験の浅い操作者が発見するのは難しい。

さらに、スポット溶接ガンのアーム全体の剛性が低下していない場合であっても、スポット溶接ガンの機構部、例えばボールねじ、軸受などが摩耗したり、機構部の潤滑油が劣化することがある。そのような場合には、機構部の摩擦抵抗が変化する。

例えば、機構部の摩擦抵抗が増加すると、機構部の伝達効率が低下する。従って、所望の加圧力が発生するように過去に校正されたトルク指令であっても、実際の加圧力と所望の加圧力との間に偏差が生じている場合がある。

このような場合には、サーボモータに供給されるトルク指令により発生する実際の加圧力を圧力センサにより検出し、実際の圧力とトルク指令との間の関係を再度校正する必要がある。しかしながら、圧力センサにより加圧力を測定するときには、スポット溶接システムを停止させる必要がある。このため、被溶接ワークを溶接しているときには、このような校正作業を行うことはできない。

このような理由から、スポット溶接システムを停止させて圧力センサにより加圧力を実際に測定する間隔が長くなる傾向がある。従って、加圧力に偏差が生じていることを認識しないまま、スポット溶接システムを稼働させ、結果的に溶接品質を低下させる可能性がある。また、圧力センサは比較的高価であるので、多数の圧力センサを準備するのが困難である。

このため、サーボモータを備えたスポット溶接ガンにおいては、これらの問題を解決するために様々な手法が提案されている。

例えば特許文献１は、予め加圧動作を複数回行ったときの、加圧時間と電極チップの先端位置との間の関係から回帰式を求め、回帰式から大幅に逸脱したときにスポット溶接ガンが劣化したと診断することを開示している。

また、特許文献２においては、サーボモータのエンコーダにより測定された電極チップの弾性変位量に、所定の電極チップの支持剛性を乗算して実際の加圧力を算出している。そして、設定加圧力が実際の加圧力に等しくなるように、加圧力係数を補正している。

さらに、特許文献３および特許文献４においては、定常動作状態においてサーボモータに流れる電流に基づいて、スポット溶接ガンの機構部における摩擦抵抗の変化を検出し、その変化を補正することで加圧力を補正している。

特開2007-29994号公報 特許第3503359号公報 特開2008-296226号公報 特開2010-000528号公報

しかしながら、特許文献１において、スポット溶接ガンのアームに亀裂が発生した場合には、電極チップ先端位置が変化する。このため、電極チップ先端位置と加圧時間との間の関係を用いてスポット溶接ガンの異常を判断すると、実際には劣化しているにもかかわらず、スポット溶接ガンが劣化していないと判断する可能性がある。また、電極チップの摩耗や変形によって電極チップ先端位置に誤差が生じると、診断精度が低下するという問題もある。

特許文献２においては、電極チップが互いに当接したときにモータ電流が増加することを利用して、電極チップが当接したときの電極チップの先端位置を求めている。しかしながら、電極チップの先端位置を正確に求めるためには、電極チップを低速で当接させる必要がある。さらに、電極チップを低速で当接させたときの加圧力は、実際の生産時におけるスポット溶接ガンの加圧力とは異なる。このため、検出された加圧力偏差の精度が低下するという問題がある。

また、溶接作業時における電極チップの摩耗や変形によって、電極チップ先端位置は変化する。このため、特許文献２において当接時における電極チップ先端位置を予め測定しておいたとしても、電極チップ先端位置がズレるという問題がある。

さらに、加圧力のバラツキは、スポット溶接ガンの機構部における静止摩擦が影響している。このため、特許文献３および特許文献４で測定されるサーボモータに流れる電流からでは、静止摩擦の影響を把握できない。このため、特許文献３および特許文献４で補正された加圧力は、静止摩擦の影響を考慮していない可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スポット溶接ガンのアームに変形または亀裂が生じたり、機構部の摩耗により摩擦が変化したりした場合に、スポット溶接ガンの異常を容易に推定することのできるスポット溶接システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、サーボモータにより駆動される可動電極チップと該可動電極チップに対向する固定電極チップとの間で被溶接ワークを加圧して溶接を行うスポット溶接ガンを有するスポット溶接システムにおいて、前記サーボモータの回転位置を測定するエンコーダと、前記可動電極チップと前記固定電極チップとの間で前記被溶接ワークを加圧する、前記スポット溶接ガンの基準加圧力指令値および少なくとも一つの検出用加圧力指令値を作成する加圧指令値作成部と、前記基準加圧力指令値に基づいて前記サーボモータを駆動させたときの前記サーボモータの回転位置と、前記少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいて前記サーボモータを駆動させたときの前記サーボモータの回転位置との間の回転位置偏差を、前記スポット溶接ガンにおける弾性変位量偏差として算出する弾性変位量偏差算出部と、前記スポット溶接ガンの加圧力を正常に発揮できるように調整された状態において前記弾性変位量偏差算出部により測定された弾性変位量偏差を基準変位量偏差として記憶する記憶部と、前記スポット溶接ガンの加圧力を再調整する必要がある状態において前記弾性変位量偏差算出部が前記基準加圧力指令値および前記少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいて測定した弾性変位量偏差と、前記記憶部に記憶された基準変位量偏差との間の偏差が所定値よりも大きい場合に前記スポット溶接ガンに異常があると推定する推定部とを具備する、スポット溶接システムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記推定部が前記スポット溶接ガンに異常があると推定したときに、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告部を具備する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を表示する表示部を具備する。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を時間と一緒に時系列で記憶する記憶部を具備する。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を時間と一緒に時系列で表示する表示部を具備する。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差に前記スポット溶接ガンのバネ定数を乗算して、加圧力偏差を算出する加圧力偏差算出部を具備する。
７番目の発明によれば、６番目の発明において、さらに、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第一偏差所定値より小さい場合には、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差に基づいて、加圧動作時における前記サーボモータへのトルク指令値または加圧動作時における前記サーボモータの回転位置指令値を補正する加圧力偏差補正部を具備する。
８番目の発明によれば、７番目の発明において、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第一偏差所定値以上であった場合には、前記加圧力偏差補正部による補正処理を行わないようにした。
９番目の発明によれば、８番目の発明において、さらに、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第二偏差所定値以上であった場合に、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告部を具備する。
１０番目の発明によれば、６番目から９番目のいずれかの発明において、さらに、前記加圧力偏差を表示する表示部を具備する。
１１番目の発明によれば、６番目から１０番目のいずれかの発明において、さらに、前記加圧力偏差を時間と一緒に時系列で記憶する記憶部を具備する。
１２番目の発明によれば、１１番目の発明において、前記加圧力偏差を時間と一緒に時系列で表示する表示部を具備する。

１番目の発明においては、サーボモータの回転位置のみに基づいてスポット溶接ガンに異常があるか否かを推定している。従って、スポット溶接ガンのアームに過度の変形や亀裂が発生した場合および機構部の摩擦が変化した場合に、スポット溶接ガンの異常を容易に推定することができる。また、操作者が定期的にスポット溶接ガンの状態を目視で確認する作業を排除したり、目視検査で判断できない微少な異常を把握することもできる。さらに、加圧時のスポット溶接ガンのサーボモータ回転位置をエンコーダから測定するだけで足りるので、測定のために必要な機器を追加する必要が無く、設備コストの増加を抑えることもできる。
２番目および９番目の発明によれば、スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告を出力することで、警告を知った操作者が溶接作業を停止させ、溶接不良が発生するのを事前に防止できる。
３番目から５番目および１０番目から１２番目の発明によれば、現在のスポット溶接ガンのアームに発生した亀裂の度合いや加圧力偏差と、その時間に伴う変化傾向を操作者が認識することができる。
６番目の発明によれば、機構部の摩耗で摩擦が変化した際に、それに伴って生じる加圧力偏差を自動で精度よく検出することができる。圧力センサを用いて加圧力を測定する作業を省略し、加圧力の再調整に必要な作業工数を軽減できる。さらに、加圧時のスポット溶接ガンのサーボモータ回転位置をエンコーダから測定して加圧力偏差を検出するので、加圧力測定のために必要な機器を追加する必要が無く、設備コストの増加を抑える事ができる。
７番目の発明によれば、検出した加圧力偏差に基づいてサーボモータへのトルク指令値やサーボモータの回転位置指令を補正し、それにより、所望の加圧力を達成して溶接品質を改善することができる。
８番目の発明によれば、加圧力偏差の補正を行わないことにより、異常な補正による溶接不良が発生するのを事前に防止できる。

本発明に基づくスポット溶接システムの略図である。 他のスポット溶接システムの略図である。 本発明に基づくスポット溶接システムの動作を説明するフローチャートである。 弾性変位量偏差を求めるためのフローチャートである。 加圧力指令値と回転位置との関係を示す図である。 偏差とアームの亀裂の進行度合いとの関係を示す図である。 本発明に基づくスポット溶接システムの追加の動作を説明するフローチャートである。 加圧力指令値と回転位置との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくスポット溶接システムの略図である。スポット溶接システム１は、多関節ロボット１５と、スポット溶接ガン２０と、ロボット制御装置１０とを主に含んでいる。図１においては、スポット溶接ガン２０を先端に備えた多関節ロボット１５が示されている。スポット溶接ガン２０は、ガン軸に取付けられた可動電極チップ２２と、これに対向して配置された固定電極チップ２１とを含んでいる。

図１から分かるように、固定電極チップ２１は、スポット溶接ガン２０の本体から湾曲して延びる金属製のアーム２７の先端に取付けられている。また、可動電極チップ２２にはサーボモータ２５が接続されている。サーボモータ２５を駆動することにより、可動電極チップ２２は、ガン軸（図示しない）に沿って固定電極チップ２１に向かって前進すると共に固定電極チップ２１から後退する。

また、サーボモータ２５にはエンコーダ２６が取付けられている。このエンコーダ２６はサーボモータ２５の回転位置を検出してロボット制御装置１０に供給する。ロボット制御装置１０は、多関節ロボット１５のサーボモータ（図示しない）のそれぞれを制御する。また、ロボット制御装置１０は、トルク指令をサーボモータ２５に入力してスポット溶接ガン２０を制御する。

多関節ロボット１５を動作させることにより、スポット溶接ガン２０を所望の位置まで移動させる。つまり、多関節ロボット１５は、固定電極チップ２１の先端を所望の位置に位置決めする役目を果たす。次いで、スポット溶接ガン２０は、可動電極チップ２２をガン軸に沿って移動させて被溶接ワーク（図示しない）を固定電極チップ２１と可動電極チップ２２との間に挟んで加圧する。その状態で固定電極チップ２１および可動電極チップ２２を通電することによりスポット溶接が行われる。

図１に示されるように、ロボット制御装置１０はデジタルコンピュータであり、固定電極チップ２１と可動電極チップ２２との間で被溶接ワークを加圧するスポット溶接ガン２０の基準加圧力指令値および少なくとも一つの検出用加圧力指令値を作成する加圧指令値作成部３１を含んでいる。

さらに、ロボット制御装置１０は、基準加圧力指令値に基づいてサーボモータ２５を駆動させたときのサーボモータ２５の回転位置と、少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいてサーボモータ２５を駆動させたときのサーボモータ２５の回転位置との間の回転位置偏差を、スポット溶接ガン２０における弾性変位量偏差として算出する弾性変位量偏差算出部３２を含んでいる。

また、ロボット制御装置１０は、スポット溶接ガン２０の加圧力を正常に発揮できるように調整された状態において弾性変位量偏差算出部３２により測定された弾性変位量偏差を基準変位量偏差として記憶する記憶部３３を含んでいる。この記憶部３３は、各種プログラムおよびデータも記憶する。

さらに、ロボット制御装置１０は、スポット溶接ガン２０の加圧力を再調整する必要がある状態において弾性変位量偏差算出部３２が基準加圧力指令値および少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいて測定した弾性変位量偏差と、記憶部３３に記憶された基準変位量偏差との間の偏差が所定値よりも大きい場合に前記スポット溶接ガンに異常があると推定する推定部３４を含んでいる。

さらに、ロボット制御装置１０は、記弾性変位量偏差と基準変位量偏差との間の偏差にスポット溶接ガン２０のバネ定数を乗算して、加圧力偏差を算出する加圧力偏差算出部３５を含んでいる。さらに、ロボット制御装置１０は、加圧力偏差算出部３５により算出された加圧力偏差に基づいて、加圧動作時におけるサーボモータ２５へのトルク指令値または加圧動作時におけるサーボモータ２５の回転位置指令値を補正する加圧力偏差補正部３６を含んでいる。

さらに、教示操作盤５１がロボット制御装置１０に接続されている。操作者は、教示操作盤５１の表示部５１ａに、ロボット制御装置１０からの各種情報を表示させられ、これらを閲覧できる。また、教示操作盤５１の入力部５１ｂ（キーボード）によりロボット制御装置１０の各種の操作および設定を行うことができる。

さらに、ロボット制御装置１０に接続された周辺機器５２は、ロボット制御装置１０と通信して、所定の専用処理、例えば停止処理を行うよう設定されている。例えば、周辺機器５２がライン制御盤である場合には、複数のロボット制御装置を管理する。

図２は他のスポット溶接システムの略図である。図２に示されるスポット溶接システム１’おいては、スポット溶接ガン２０は固定台１７に固定されている。そして、多関節ロボット１５のアームの先端には、ハンドピース１６が備えられている。

多関節ロボット１５はハンドピース１６により被溶接ワーク（図示しない）を把持し、固定電極チップ２１と可動電極チップ２２との間に被溶接ワークを位置決めする。次いで、スポット溶接ガン２０は、可動電極チップ２２をガン軸に沿って移動させて被溶接ワークを固定電極チップ２１と可動電極チップ２２との間に挟んで加圧する。その状態で固定電極チップ２１および可動電極チップ２２を通電することによりスポット溶接が行われる。また、図２に示されるロボット制御装置１０は前述したのと同様であるので、再度の説明を省略する。以下においては、図１に示されるスポット溶接システム１について説明する。しかしながら、図２に示されるスポット溶接システム１’も概ね同様である。

図３は本発明に基づくスポット溶接システムの動作を説明するフローチャートである。図３のステップＳ１１において、スポット溶接ガン２０のトルク−加圧力換算テーブルを作成する。

具体的には、複数のトルク指令Ｔ１、Ｔ２、…に基づいて固定電極チップ２１と可動電極チップ２２との間で加圧動作を行う。そして、そのときの実際の圧力を圧力センサ（図示しない）で測定する。これら測定結果に基づいて、トルクと加圧力との間の関係を表すトルク−加圧力換算テーブルを作成する。なお、トルク−加圧力換算テーブルが予め作成されている場合には、ステップＳ１１を省略してもよい。

次いで、ステップＳ１２において、初期設定プログラムを実行する。初期設定プログラムは、スポット溶接ガン２０がその加圧力を正常に発揮できるように調整された状態において実行されるものとする。その後、ステップＳ１３において、弾性変位量偏差算出部３２が弾性変位量偏差を測定する。図４は弾性変位量偏差を求めるためのフローチャートである。以下、図４を参照して、弾性変位量偏差の算出手法を説明する。

はじめに、加圧指令値作成部３１が基準加圧力指令値ｆ０と、少なくとも一つの検出用加圧力指令値ｆ１、ｆ２、ｆ３を作成する。図面を参照して説明する実施形態においては、ｆ０＜ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係があるが、加圧力指令値ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３が他の関係を有していてもよい。

そして、図４のステップＳ５１においては、加圧指令値作成部３１により作成された基準加圧力指令値ｆ０に基づいて、可動電極チップ２２と固定電極チップ２１との間で被溶接ワーク（図示しない）を加圧する。そして、ステップＳ５２において、サーボモータ２５に流れるモータ電流が基準加圧力指令値ｆ０に到達したか否かを判定する。

モータ電流が基準加圧力指令値ｆ０に到達した場合には、エンコーダ２６によりサーボモータ２５の回転位置ｘ０を測定する（ステップＳ５３）。この回転位置ｘ０は弾性変位量として記憶部３３に記憶される。なお、ステップＳ５２において、モータ電流が基準加圧力指令値ｆ０に到達していないと判定された場合には、モータ電流が基準加圧力指令値ｆ０に到達するまでステップＳ５２の判定処理を繰返す。

そして、ステップＳ５４において、検出用加圧力指令値、例えば検出用加圧力指令値ｆ１に基づいて、可動電極チップ２２と固定電極チップ２１との間で被溶接ワーク（図示しない）を加圧する。そして、ステップＳ５５において、サーボモータ２５に流れるモータ電流が検出用加圧力指令値ｆ１に到達したか否かを判定する。

モータ電流が検出用加圧力指令値ｆ１に到達した場合には、エンコーダ２６によりサーボモータ２５の回転位置ｘ１を測定する（ステップＳ５６）。この回転位置ｘ１は弾性変位量として記憶部３３に記憶される。なお、ステップＳ５５において、モータ電流が検出用加圧力指令値ｆ１に到達していないと判定された場合には、モータ電流が検出用加圧力指令値ｆ１に到達するまでステップＳ５５の判定処理を繰返す。

その後、ステップＳ５７において、他の検出用加圧力指令値ｆ２、ｆ３でも同様な処理を行う必要があるか否かを判定する。他の検出用加圧力指令値ｆ２、ｆ３についても、サーボモータ２５の回転位置ｘ２、ｘ３がそれぞれ測定されている場合には、ステップＳ５８に進む。そして、ステップＳ５８においては、弾性変位量偏差算出部３２が弾性変位量の偏差を算出する。

ここで、図５は加圧力指令値と回転位置との関係を示す図である。図５の横軸は加圧力指令値を表しており、縦軸は回転位置を表している。図５から分かるように、加圧力指令値が大きいほど、回転位置も大きくなるのが分かる。

弾性変位量偏差算出部３２は、基準加圧力指令値ｆ０に対応する回転位置ｘ０と、各加圧力指令値ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応する回転位置ｘ１、ｘ２、ｘ３との間の偏差をそれぞれ算出する。つまり、図５から分かるように、弾性変位量偏差算出部３２は弾性変位量偏差ｄ１（＝ｘ１−ｘ０）、ｄ２（＝ｘ２−ｘ０）、ｄ３（＝ｘ３−ｘ０）を算出する。

なお、図４においては、一つの加圧力指令値、例えば基準加圧力指令値ｆ０について複数回にわたって加圧動作を行い、複数の回転位置ｘ０の平均値を正式な回転位置ｘ０として採用してもよい。そのような場合には、弾性変位量の分散を小さくすることができる。

また、ステップＳ５２、５５においては、モータ電流が加圧力指令値に到達したときに、サーボモータ２５の回転位置を測定するようにしている。しかしながら、サーボモータ２５の回転位置を所定時間毎に順次測定し、回転位置が変化しなくなったときに加圧力指令値に対応する加圧力が得られたと判断し、そのときの回転位置を採用してもよい。

再び図３を参照すると、図３のステップＳ１３においては、これら弾性変位量偏差ｄ１、ｄ２、ｄ３をそれぞれ基準変位量偏差ｂ１、ｂ２、ｂ３として記憶部３３に記憶する。そして、ステップＳ１４においては、スポット溶接システム１を通常の動作プログラムに基づいて動作させ、被溶接ワーク（図示しない）を溶接する。

そして、スポット溶接ガン２０の加圧力を再調整する必要がある状態になると、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５においては、診断用プログラムを実行する。診断用プログラムは、初期設定プログラムと実質的に同様であってもよい。これにより、弾性変位量偏差算出部３２が弾性変位量偏差を前述したように再度算出する。次いで、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で算出された弾性変位量偏差ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’を現在変位量偏差ｎ１、ｎ２、ｎ３として記憶部３３に記憶する。

その後、ステップＳ１７においては、推定部３４は、現在変位量偏差ｎ１、ｎ２、ｎ３から基準変位量偏差ｂ１、ｂ２、ｂ３をそれぞれ減算して、偏差ｖ１（＝ｎ１−ｂ１）、ｖ２（＝ｎ２−ｂ２）、ｖ３（＝ｎ３−ｂ３）を新たに求める。そして、推定部３４は、これら偏差ｖ１…が第一所定値よりも大きいか否かを判定する。第一所定値は実験等により予め求められた値であり、記憶部３３に記憶されているものとする。なお、後述する他の所定値も同様である。

ここで、図６は偏差ｖとアーム２７の亀裂の進行度合いとの関係を示す図である。図６において横軸は偏差ｖ１…を表すと共に、縦軸はアーム２７に形成された亀裂の進行度合いを表している。図６に示されるように、偏差ｖが大きいほど、アーム２７の亀裂は進行している。

従って、図３のステップＳ１７において偏差ｖ１…が第一所定値よりも大きい場合には、ステップＳ１８においてスポット溶接ガン２０に異常があると判断する。言い換えれば、ステップＳ１８においては、スポット溶接ガン２０のアーム２７に亀裂または塑性変形が生じているものと判断する。なお、偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３のうちの少なくとも一つが第一所定値よりも大きい場合にスポット溶接ガン２０に異常があると判断してもよく、また、偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３のうちの全てが第一所定値よりも大きい場合にスポット溶接ガン２０に異常があると判断してもよい。

また、ステップＳ１８において異常があると判断された場合には、教示操作盤５１の表示部５１ａを通じて操作者に警告を出すのが好ましい。このような場合には、操作者はスポット溶接システム１を停止させ、スポット溶接ガン２０の部品、例えばアーム２７を交換するなどの処置を行う。あるいは、周辺機器５２を通じて、スポット溶接システム１を停止させることも可能である。従って、溶接不良が発生するのを事前に防止できる。

そして、ステップＳ１９に進み、偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３を時間と一緒に記憶部３３に記憶する。また、ステップＳ１９においては、操作者は、記憶された偏差ｖ１…および過去の偏差ｖ１’…を教示操作盤５１に順番にまたは一度に表示させる。このため、偏差ｖ１…および過去の偏差ｖ１’…の間の差が後述する第二所定値を早期に越えることが予測される場合には、操作者はスポット溶接ガン２０の部品、例えばアーム２７を早期に交換する。これにより、スポット溶接システム１における溶接品質が低下するのを事前に防ぐと共に、スポット溶接システム１が突然に停止するのを回避することができる。

そして、ステップＳ２０においては、これら偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３と、記憶部３３に記憶された過去の偏差ｖ１’、ｖ２’、ｖ３’とを比較する。これら偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３と過去の偏差ｖ１’、ｖ２’、ｖ３’との間の差が第二所定値よりも大きい場合には、異常があると判断し、操作者に対して同様に警告表示することができる（ステップＳ２１）。

ところで、図７は本発明に基づくスポット溶接システムの追加の動作を説明するフローチャートである。図７に示される追加の動作は、図３に示されるフローチャートに続いて実行するようにしてもよい。

図７のステップＳ２２においては、スポット溶接ガン２０のバネ定数を算出する。バネ定数は、基準変位量偏差を算出する際に用いた複数の加圧力指令値と複数の回転位置との間の関係から公知の手法で求めることができる。言い換えれば、バネ定数は図５に示される直線の傾きに相当する。

次いで、ステップＳ２３においては、加圧力偏差算出部３５は、ステップＳ２２で求めたバネ定数ＫにステップＳ１７で求めた偏差ｖ１、ｖ２、ｖ３をそれぞれ乗算して、加圧力偏差Ａ１（＝Ｋ×ｖ１）、Ａ２（＝Ｋ×ｖ２）、Ａ３（＝Ｋ×ｖ３）を算出する。本発明では、機構部の摩耗で摩擦が変化した際に、それに伴って生じる加圧力偏差を加圧力偏差算出部３５が自動で精度よく算出することができる。

また、加圧力偏差算出部３５を用いる場合には、圧力センサを用いて加圧力を測定する作業を省略し、加圧力の再調整に必要な作業工数を軽減できる。また、本発明では、加圧時のスポット溶接ガン２０のサーボモータ２５の回転位置をエンコーダ２６から測定して加圧力偏差を検出するので、加圧力測定のために必要な機器、例えば圧力センサを追加する必要が無く、設備コストの増加を抑えることも可能である。

ところで、図８は加圧力指令値と回転位置との関係を示す図である。図８においては横軸は加圧力指令値を表すと共に、縦軸は基準変位量偏差を表している。さらに、図８には、前述した偏差ｖ１、ｖ２が示されている。図８から分かるように、これら偏差ｖ１、ｖ２に対応する加圧力偏差Ａ１、Ａ２を線形補間で求めるようにしてもよい。図８には示さない加圧力偏差Ａ３も同様である。この場合には、バネ定数Ｋを算出することなしに、加圧力偏差Ａ１…を算出することができる。

再び図７を参照すると、ステップＳ２４において、加圧力偏差Ａ１…のそれぞれが第三所定値よりも大きいか否かを判定する。そして、加圧力偏差Ａ１…のそれぞれが第三所定値よりも大きくない場合には、ステップＳ２５に進んで、加圧力を補正する。すなわち、ステップＳ２５においては、サーボモータ２５へのトルク指令値を補正するか、またはサーボモータ２５の回転位置指令値を補正し、それにより、加圧力偏差Ａ１…がゼロになるようにする。これにより、所望の加圧力を達成して溶接品質を改善することができる。

なお、加圧力偏差Ａ１…のそれぞれが第三所定値よりも大きい場合には、加圧力を補正することなしに、ステップＳ２６に進む。この場合には、加圧力偏差の補正を行わないことにより、異常な補正による溶接不良が発生するのを事前に防止することができる。

そして、ステップＳ２６においては、加圧力偏差Ａ１…と第四所定値とを比較する。第四所定値は第三所定値よりも大きい値である。そして、加圧力偏差Ａ１が第四所定値よりも大きい場合には、教示操作盤５１の表示部５１ａを通じて操作者に警告を出力する（ステップＳ２７）。あるいは、周辺機器５２を通じて、スポット溶接システム１を停止させてもよい。

これに対し、加圧力偏差Ａ１が第四所定値よりも大きくない場合には、警告を出力することなしに、ステップＳ２８に進む。すなわち、本発明においては、加圧力偏差Ａ１…が第三所定値と第四所定値との間にある場合にのみ、加圧力が補正されず、また警告も出力されない。

次いで、ステップＳ２８においては、加圧力偏差Ａ１…を教示操作盤５１の表示部５１ａに表示する。これにより、操作者は、示操作盤５１の表示部５１ａを通じて、加圧力偏差の値を確認することができる。そして、加圧力偏差が大きい場合には、操作者自身がスポット溶接システム１を停止させ、加圧力の再調整を行えばよい。

その後、ステップＳ２９においては、加圧力偏差Ａ１…を記憶部３３に時系列で記憶させる。そして、過去に記憶された複数の加圧力偏差を示操作盤５１の表示部５１ａに一緒に表示する（ステップＳ３０）。これにより、操作者は、急激に加圧力偏差が変化していることなどを把握することができる。また、加圧力偏差の変化量が所定値よりも大きい場合には教示操作盤５１の表示部５１ａに警告を出力してもよい。また、操作者は、早期に加圧力偏差が第四所定値を超えることが予想される場合は、早期に加圧力の再調整を行ってもよい。この場合には、溶接品質の低下を未然に防ぐことが可能である。

なお、所定の溶接作業が終了後にロボットが元位置に戻る間に、診断プログラムを実行してもよい。これにより、生産時間が増加することなく、スポット溶接ガン２０の亀裂診断や加圧力偏差の診断を行うことができる。

このように、本発明においては、サーボモータ２５の回転位置のみに基づいてスポット溶接ガン２０に異常があるか否か推定している。従って、スポット溶接ガン２０のアーム２７に過度の変形が発生した場合および機構部の摩擦が変化した場合に、スポット溶接ガン２０の異常を容易に推定することができる。さらに、本発明においては、加圧時間を必要とする従来技術と比較して、アーム２７に亀裂が生じたことを誤って検出することがない。

さらに、偏差ｖ１…を教示操作盤５１の表示部５１ａに表示できるので、操作者は、アーム２７の変形や亀裂の進行度合いを把握することができる。また、加圧力偏差も教示操作盤５１の表示部５１ａに表示できるので、操作者は機構部の摩擦が変化したことを把握することもできる。

また、本発明においては、弾性変位量偏差と基準変位量偏差との間の偏差に基づいて異常判定している。従って、摩耗や変形により電極チップの先端位置が変化している場合であっても、スポット溶接ガン２０の異常を高精度で診断することができる。

さらに、操作者が定期的にスポット溶接ガン２０の状態を目視で確認する作業を排除したり、目視検査で判断できない微少な異常を把握することができる。さらに、加圧時のスポット溶接ガン２０のサーボモータ２５の回転位置をエンコーダ２６から測定するだけで足りるので、測定のために必要な機器を追加する必要が無く、設備コストの増加を抑えることも可能である。

１、１’ スポット溶接システム
１０ ロボット制御装置
１５ 多関節ロボット
１６ ハンドピース
２０ スポット溶接ガン
２１ 固定電極チップ
２２ 可動電極チップ
２５ サーボモータ
２６ エンコーダ
２７ アーム
３１ 加圧指令値作成部
３２ 弾性変位量偏差算出部
３３ 記憶部
３４ 推定部
３５ 加圧力偏差算出部
３６ 加圧力偏差補正部
５１ 教示操作盤
５１ａ 表示部（警告部）
５１ｂ 入力部
５２ 周辺機器

Claims (12)

1. サーボモータにより駆動される可動電極チップと該可動電極チップに対向する固定電極チップとの間で被溶接ワークを加圧して溶接を行うスポット溶接ガンを有するスポット溶接システムにおいて、
   前記サーボモータの回転位置を測定するエンコーダと、
   前記可動電極チップと前記固定電極チップとの間で前記被溶接ワークを加圧する、前記スポット溶接ガンの基準加圧力指令値および少なくとも一つの検出用加圧力指令値を作成する加圧指令値作成部と、
   前記基準加圧力指令値に基づいて前記サーボモータを駆動させたときの前記サーボモータの回転位置と、前記少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいて前記サーボモータを駆動させたときの前記サーボモータの回転位置との間の回転位置偏差を、前記スポット溶接ガンにおける弾性変位量偏差として算出する弾性変位量偏差算出部と、
   前記スポット溶接ガンの加圧力を正常に発揮できるように調整された状態において前記弾性変位量偏差算出部により測定された弾性変位量偏差を基準変位量偏差として記憶する記憶部と、
   前記スポット溶接ガンの加圧力を再調整する必要がある状態において前記弾性変位量偏差算出部が前記基準加圧力指令値および前記少なくとも一つの検出用加圧力指令値に基づいて測定した弾性変位量偏差と、前記記憶部に記憶された基準変位量偏差との間の偏差が所定値よりも大きい場合に前記スポット溶接ガンに異常があると推定する推定部とを具備する、スポット溶接システム。
2. さらに、前記推定部が前記スポット溶接ガンに異常があると推定したときに、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告部を具備する、請求項１に記載のスポット溶接システム。
3. さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を表示する表示部を具備する、請求項１または２に記載のスポット溶接システム。
4. さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を時間と一緒に時系列で記憶する記憶部を具備する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスポット溶接システム。
5. さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差を時間と一緒に時系列で表示する表示部を具備する請求項４に記載のスポット溶接システム。
6. さらに、前記弾性変位量偏差と前記基準変位量偏差との間の前記偏差に前記スポット溶接ガンのバネ定数を乗算して、加圧力偏差を算出する加圧力偏差算出部を具備する、請求項１から５のいずれか一項に記載のスポット溶接システム。
7. さらに、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第一偏差所定値より小さい場合には、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差に基づいて、加圧動作時における前記サーボモータへのトルク指令値または加圧動作時における前記サーボモータの回転位置指令値を補正する加圧力偏差補正部を具備する、請求項６に記載のスポット溶接システム。
8. 前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第一偏差所定値以上であった場合には、前記加圧力偏差補正部による補正処理を行わないようにした請求項７に記載のスポット溶接システム。
9. さらに、前記加圧力偏差算出部により算出された加圧力偏差が第二偏差所定値以上であった場合に、前記スポット溶接ガンの異常を外部に知らせる警告部を具備する、請求項８に記載のスポット溶接システム。
10. さらに、前記加圧力偏差を表示する表示部を具備する、請求項６から９のいずれか一項に記載のスポット溶接システム。
11. さらに、前記加圧力偏差を時間と一緒に時系列で記憶する記憶部を具備する請求項６から１０のいずれか一項に記載のスポット溶接システム。
12. 前記加圧力偏差を時間と一緒に時系列で表示する表示部を具備する請求項１１に記載のスポット溶接システム。

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