JPH05138366A - クランプを含む工具操作を制御するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 クランプ等のサーボ制御を、溶接等の作業の
制御システムとロボットの位置決め制御システムの双方
の利点のみが組み合わせてクランプ等のサーボ制御を行
なう。 【構成】 クランプ１２によって行われる溶接作業が、
サーボ制御ユニット１６’と電子的スイッチ１７を含ん
でいる溶接キャビネット１５による制御の下にある。ク
ランプは、一つの溶接場所から他の溶接場所へと、サー
ボ制御ユニット１６が設けられている制御ユニット１４
による制御の下にあるロボット１３によって動かされ
る。スイッチ１７が、溶接作業とクランプ開の作動の始
まり部分とクランプ閉の作動の終わり部分は溶接キャビ
ネット１５による制御の下にある（このときロボットは
動かないでいる）一方で、クランプの移動はクランプの
大きい開閉の作動の部分と同期に制御ユニット１４によ
る制御の下にあるように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工片に対して特定の
作業を行うためのクランプを、クランプと前記加工片の
間の相対的移動が自動位置決めシステムによって制御さ
れることを含む工具操作を制御するための装置、もっと
特定的に言うならば、前記作業を制御するためのユニッ
トと、主としては前記クランプの駆動手段による開閉を
制御するに適したサーボ制御ユニットと、前記位置決め
システムを制御するためのユニットと、前記作業の進行
に関する情報を提供するに適したセンサーを含んでいる
装置に関する。

【０００２】クランプまたはその他のクランプ用部材を
有する工具操作手段は、例えば、ヒンジつきまたはジョ
ーが案内されるタイプの二つの協働部材が、ある時点で
処理または組立てられる一つまたは複数の加工片に向っ
て動き、次いでそこから離れて他の作業位置へと移動さ
せられることが要求されるような、電気スポット溶接の
クランプ、クランピングまたはクリンピングまたはステ
ップル打込みのための手段、またはその他の同様のタイ
プの手段、によって構成されることができる。自動位置
決めシステムは、数値制御または同様の制御を有するプ
ログラマブル・コントローラまたはコンピュータの制御
下にあるロボットまたはマニプレータで構成されてい
る。

【０００３】上記において、クランプと加工片の間の相
対的移動について述べたが、それは、クランプを含んだ
工具操作手段が地面に対して静止していてロボットが加
工片を動かす場合や、加工片が地面に対して静止してい
てロボットが工具操作手段を搬送する場合も包含してい
る。

【０００４】上述した駆動手段、すなわち、その場所で
サーボ制御される駆動手段は、サーボ制御される空気圧
式アクチュエータ、サーボ制御される油圧式アクチュエ
ータ、または、機械的システムと組合わされたサーボ制
御される電動モータで構成されていることができる。

【０００５】特に電動モーター使用の方式が、本出願人
の名で受付けられた下記の特許出願において記述されて
いる。

【０００６】フランス特許出願第８５１２２３９号（１
９８５年８月９日出願）、欧州特許出願第８７４００３
０５号（１９８７年２月１１日出願）、およびフランス
特許出願第８９１２３４４号（１９８９年９月２０日出
願）。

【０００７】

【従来の技術】本発明が解決しようとする問題点を説明
するために、以下において、上記の装置の現在公知の二
つの方式を説明するが、サーボ制御される電動アクチュ
エータが装備された抵抗溶接のクランプを制御すること
を課題としてとり上げる。

【０００８】添付図面の図１から図３ｂまでを参照しつ
つ説明する。

【０００９】図１は電動アクチュエータ１が装着された
溶接用クランプを示している。このクランプは、７にお
いて一つだけのヒンジを含んでいることからＸ−クラン
プと言われる。クランプは、上側の電極担持アーム３と
下側の電極担持アーム２で構成されている。これら二つ
のアームは、上述したヒンジ７の軸の回りで相互間ヒン
ジ付けされてされている。二つのアームのうちの一方の
ものは、クランプの固定クレードル１９に、例えばフラ
ンス特許出願第８９１２３４４（１９８９年９月２０日
出願）に記載されているようなバックオフと自動センタ
リング・システムによって結合されている。電動アクチ
ュエータ１は、第１にアクチュエータ・ロッド１１を経
てアーム３へ、第２にアクチュエータ・ステータ５とク
ランク２ａを経てアーム２へ連結されている。この電動
アクチュエータは、ローター１０がモーターの回転運動
をロッド１１の直線運動に変えるためのナット・ボール
ねじシステム６のナットを収容している電動モーターで
構成されている。このモーターは、レゾルバー式または
他の何らかのタイプ（増分型、ポテンショメータなど）
の位置センサー８を持ち、それにより制御システムがロ
ーターの角度位置についての情報を受けられ、したがっ
て、モーターとボールねじの組立体が位置と速度につい
てサーボ制御されることが可能になっている。本願に特
有なその他のセンサー（力、電流、加速度などの測定
用）が、同様に取付けられることができる。

【００１０】ここで説明している例においては、クラン
プは、クランプを移動させるに適しているロボットのリ
スト（手首部）９に固定されており、溶接されるべき加
工片１２’と１３’は地面に対して静止したままでい
る。

【００１１】モーターとヒンジが組合って働くので、ク
ランプを閉じること、すなわち金属の板である加工片１
２’と１３’を電極２’と３’の間でクランプするこ
と、そして、それにより、それら加工片を互いの方向に
接近させることが可能になっている。十分な力が付与さ
れた上で、加工片１２’と１３’の間に溶融スポットが
できるように、組み合わされたそれらの加工片を通して
電流が流され、それにより、スポット溶接Ｎが得られ
る。溶接のサイクルが完了すると、アーム２と３を開く
ようにモーターが制御されるが、この場合、サーボ制御
システムは、それらのアームが次のスポットＮ＋１へと
到達できるようにするために、十分に大きく離してアー
ムを開く。クランプが開かれたならば、ロボットは、ク
ランプを次のスポットへと移動させて新しい溶接サイク
ルを開始することができる。

【００１２】図２ａと２ｂは、制御ユニット１４による
制御の下にあるロボット１３の端部に取付けられたクラ
ンプ１２を示している。そのクランプは、溶接サイクル
を制御するため、つまり溶接されるべき加工片を通して
流れる溶接電流をモニタリングするための溶接キャビネ
ット（作業制御ユニット）１５に接続されている。

【００１３】クランプのモーターをサーボ制御するユニ
ット１６のためには、二つの構造方式が提供され得る。
すなわち、第１の構造方式：この構造方式は図２ａで示
されていて、そこでは、サーボ制御ユニット１６が溶接
キャビネット１５の中に含まれており、それにより多く
の利点が生じている。すなわち、 ａ）両電極の位置と、両電極間の力と、溶接電流との間
の正確な同期が得られる。それによりサイクル時間が短
縮される（必要な力が達成されるや否や溶接電流が付与
され得る）、 ｂ）品質が向上する（電流が流れている間、力の強さが
確実に分かる。）、 ｃ）信頼性が向上する（クランプが閉じたときに、重ね
られた金属板の厚さは正しいか、電極はどれ程磨耗した
かなど、電極相互間の距離に関する多くのテストができ
る。）、 ｄ）溶接に関するすべてのパラメータが一つの制御ユニ
ットの中に集められており、それにより、溶接の部分と
ハンドリングの部分（ロボットの部分）の間での機能の
分離がはっきりしている。

【００１４】不幸なことに、この構造方式は、クランプ
を開くことがロボットによって制御されてはいないこと
に起因している欠点をもっている。つまり、ロボットが
次のスポットへと動くことを許されるより前に、クラン
プは、それら二つのスポットの間にあるどんな障害物で
も確実に乗り越えられるために十分なだけ開いていなけ
ればならない。このことは、図３ａに示されている搬送
経路を生じさせる。不幸なことに、このような開きを得
る（ａ−ｂ部分）ために必要な時間がサイクル時間に加
算されるので、装置の生産性が阻害される。同様に、閉
じ動作は、ロボットが次のスポット（スポットｃ）に到
着して後はじめて開始できる。そこで、閉じ動作（ｃ−
ｄ）に必要な時間が、ロボットの移動時間に加算され
る。

【００１５】第２の構造方式：この構造方式は図２ｂに
対応しており、サーボ制御ユニット１６がロボット制御
キャビネット１４の中に統合されている。この場合キャ
ビネット１４は、クランプを、あたかも追加の軸（例え
ばロボットが既に６軸を有しているならば第７の軸）が
あるかのように制御し得るので、その結果、クランプの
開きの動作をロボットのその他の動作（移動）と同時に
することが可能になる。このことは、図３ｂに示されて
いる搬送経路を生じさせる。この方式は、一つのスポッ
トから他のスポットへと動くときのクランプの開閉に要
する時間が、完全にまたは部分的に、ロボットの移動の
時間によって隠されるという直接的利点を有する。さら
に、この考え方は、ロボットのトレーニングにより現場
プログラミングを大いに容易化する。その反面で、この
方法は、前述した方式において”利点”であったことを
欠点として含んでいる。つまり、 ａ）電極の位置と、両電極間の力と、溶接電流の間の同
期を得ることが困難であり、したがって、サイクル時間
が長くなる。

【００１６】ｂ）この同期の困難さの故に品質が低下す
る。

【００１７】ｃ）重ねられた金属板である加工片の厚さ
をモニタリングするとか、電極の磨耗をモニタリングす
ることなど、溶接作業に関係している特別なテスト機能
がない。

【００１８】ｄ）溶接の機能とハンドリングの機能（ロ
ボットの機能）の間のはっきりした分離がない。

【００１９】ｅ）ロボットまたはマニプレータのための
制御キャビネットの中で、時として、例えば工具操作の
ための位置と力のサーボ制御を実現させるために、特別
なソフトウェア開発を行うことが必要になる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の一
つ目的は、溶接用クランプまたは同様のものを制御する
ための上述の二つの方式を、それらの欠点が排除され利
点が組み合わされるような組合せを可能にすることであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、このこ
とは、前述のとおりの形式の装置であるが、前記サーボ
制御ユニットが位置決めシステムを制御するためのユニ
ットの中に統合されており、前記作業を制御するための
前記ユニットがもう一つのサーボ制御ユニットを含んで
おり、そして一つのスイッチが、さらに、前記センサー
による制御の下で設けられており、それにより、第１
に、前記作業の間に、前記クランプの開閉が、前記作業
を制御するための前記ユニットの前記のもう一つのサー
ボ制御ユニットによる制御の下にあることが確保され、
第２に、前記クランプの移動の段階の間に、前記クラン
プの開閉が、前記位置決めシステムを制御するための前
記ユニットの前記サーボ制御ユニットによる制御の下に
あることが確保される、ことを特徴とする装置によって
なされる。

【００２２】換言すれば、このようにして、クランプま
たは同様のもの（例えば溶接用ジョーがついているクラ
ンプ）を有している工具操作手段を制御するための一つ
の組合せ制御システムが、作業が行われている間での作
業制御のユニット（溶接または同様の）と、クランプが
移動させられている間での位置決めシステム制御ユニッ
ト（ロボット制御ユニット）の両者によって、クランプ
の開閉を制御することを可能にする。

【００２３】このような組合せシステムは、クランプの
動作を位置決めシステムで起される移動と同期化するこ
と、位置決め制御システム（すなわちロボットキャビネ
ット）と前記作業のための制御ユニット（すなわち溶接
キャビネット）の間の情報交換に要する時間を最短にす
ること、および、前記ユニットがそれぞれ専門に分かれ
ているために問題となる作業の諸パラメータを、それら
に対して特定しているような様式で制御することによっ
て、問題の作業を行う（例えばスポット溶接を得る）た
めに用いられる全体のサイクルを最適化することを可能
にする。

【００２４】

【実施例】以降においては、電極クランプを有して本発
明に則っている溶接装置とそれの作動を、制限的ではな
い実施例を用いて、添付図面のうちの前出以外の図を参
照しつつ説明する。

【００２５】図４では、装置の同じ部分または同じ機能
を有する部分を示すために、図２ａおよび図２ｂにおけ
ると同じ参照番号を一貫して用いている。センサー１８
は、例えば、作業経過に関するデータ、この場合には溶
接の作業の進行に関するもの、特には両電極の相対的位
置のデータを提供するようなレゾルバーで構成されてい
る。図２ａおよび図２ｂにおけると同じく、接合される
べき加工片１２’と１３’は地面に対して静止してお
り、一方、クランプ１２は、６軸ロボットと仮定されて
いるロボット１３のリスト（手首部）に取付けられてい
る。

【００２６】図２ａおよび図２ｂにおけると同様に、１
束のケーブル２０が、クランプ１２のトランスＴを、一
般的には”作業制御ユニット”と呼ばれるキャビネット
１５に接続している。ロボット１３、より一般的には”
位置決めシステム”は、同じくその制御ユニット１４に
１束のケーブル２１によって接続されている。図２ｂに
おけると同様に、ユニット１４が類似のサーボ制御ユニ
ット１６を含み、一方、制御ユニット１５は、図２ａの
構造方式におけるものと類似のもう一つのサーボ制御ユ
ニット１６’を含んでおり、そのサーボ制御ユニット１
６’は、クランプの開閉を制御するために、ケーブル２
２を経て（図２ａと２ｂにおける接続が同様に２２で示
されている）電動アクチュエータＶに接続されている。

【００２７】組合せ制御であるので、サーボ制御ユニッ
ト１６’は、ＶＲＥＦ ＲＯＢＯＴとＶＲＥＦ ＷＥＬ
Ｄの間の切換えのためのスイッチ手段を含んでいる。同
様に、もし組合せ制御が実現されないならば、ユニット
１６は、移動と、本願に明かにしている力をも制御でき
なければならない。

【００２８】アクチュエータＶのセンサー１８によって
供給されるデータＶＰＯＳは連結線２３によって、サー
ボ制御ユニット１６ともう一つのサーボ制御ユニット１
６’の両者に伝達される。電子的スイッチ１７は、伝導
アクチュエータＶが、サーボ制御ユニット１６によって
も、サーボ制御ユニット１６’によっても制御され得る
ように設計されている（この電動アクチュエータは、サ
ーボ制御される油圧・空気圧式、または油圧式、または
空気圧式のアクチュエータで置き換えられ得る）。

【００２９】このような状況下で、この装置は以下のよ
うに作動できる。溶接のシーケンスの間には、クランプ
１２は、全面的に溶接キャビネット１５による制御の下
にある。全体のサイクルに含まれているのは（図６）、
クランプの閉じ動作（図５のａ−ｂの経路）と、モニタ
リングを伴っての電極２’と３’の間の圧力付与と、ク
ランプを閉じて保持しての溶接電流の付与と、クランプ
の小さい離隔すなわち二つの電極２’と３’を 溶接接
合されるべき板１２’と１３’から離すに十分なだけの
大きさの離隔までの戻り（図５のｂ−ｃの経路）であ
る。この”小さい離隔”の位置は、ユーザーによってプ
ログラミングされることができる。

【００３０】この時点において、溶接制御システム
は、”サイクルの終わり”の信号をロボット１３に送
り、電子的スイッチ１７に、ロボット１３からの制御信
号ＶＲＥＦＲＯＢＯＴへの切換えを行わせる。この時点
で、ロボットキャビネット１４は、クランプの開閉の動
作をロボットのスポットＮ＋１への経路（図５のｃ−ｄ
の経路）上の動きと同期化することでクランプ１２のモ
ーターＶを制御する役を引受ける。このことは、クラン
プの開閉のために必要な時間がロボットを移動させるた
めに必要な時間によって隠される最適化された搬送経路
を得ることを可能にする。クランプ１２が再びそれの”
小さい離隔”の位置を持ってスポットＮ＋１に到達した
ならば、ロボット１３は動くことを止め、”スタート”
の信号を溶接キャビネット１５に送る。溶接キャビネッ
トは、電子的スイッチ１７を、そのキャビネット自身か
ら来る信号ＶＲＥＦ ＷＥＬＤへと切換えさせる。この
瞬間から、クランプ１２は溶接キャビネット１５によっ
て制御され、新しい溶接シーケンスが始められ得る。

【００３１】図６ｃにおいて、上述した”スタート”の
コマンドはＡにあり、サイクルの終わりはＢにある。そ
してこのＢが、サーボ制御が溶接キャビネット１５から
ロボット制御キャビネット１４に切り換わることに対応
している。段階ａはクランプ１２が閉じられることに対
応し、段階ｂは電極に圧力が付与されることに対応し、
段階ｃは溶接電流が流れる間の時間に対応し、段階ｄは
圧力がなお保たれていることに対応し、段階ｅは電極が
開かれることに対応している。

【００３２】ＶＲＥＦ ＷＥＬＤとＶＲＥＦ ＲＯＢＯ
Ｔの間の切換えによって、”小さい離隔”とされる予め
プログラミングされた値になるとクランプの開が直ぐに
自動的に行われることも可能である。そうすれば、サイ
クル時間がさらに短縮されるという利点が得られる。

【００３３】なお、スイッチ１７は、もう一つのサーボ
制御ユニット１６’の一部分をなしている代りにサーボ
制御ユニット１６の一部分をなしていてもよいことは明
かである。このスイッチは、電子的、電気・機械的、光
学的、またはその他のタイプのものでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動ねじ式アクチュエータが装着されているス
ポット溶接用クランプの概略側面図。

【図２】クランプ、自動位置決めシステム（ロボッ
ト）、および溶接と位置決めのためのそれぞれの制御ユ
ニットを接続する従来例の接続線図。（ａ）は第１の
例、（ｂ）は第２の例を示す。

【図３】図２の接続をされた溶接電極の搬送経路を示す
説明図。（ａ）は図２（ａ）第１の例、（ｂ）は図２
（ｂ）第２の例による説明図。

【図４】本発明の装置全体の接続線図である。

【図５】本発明による溶接電極の搬送経路を示す図であ
る。

【図６】本発明による動作中の諸変化をサイクル中の時
間の関数として表わしたグラフ。（ａ）は溶接サイクル
の間における電極の位置Ｐの変化を示すグラフ。（ｂ）
は両電極間の力Ｆの変化と、溶接の力がＦ₀ であること
を示すグラフ。（ｃ）は溶接電流Ｉの変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 電動アクチュエータ ２ａ クランク ２，３ アーム ２’，３’ 電極 ５ アクチュエータ・ステータ ６ ナット・ボールねじシステム ７ ヒンジ ８ 位置センサー ９ リスト（手首部） １０ ローター １１ アクチュエータ・ロッド １２ クランプ １３ ロボット １２’，１３’ 加工片（金属板） １４ ロボット制御ユニット（ロボットキャビネッ
ト） １５ 溶接制御ユニット（溶接キャビネット） １６ サーボ制御ユニット １６’ もう一つのサーボ制御ユニット １７ 切換えスイッチ １８ センサー １９ クレードル ２０，２１，２２，２３ ケーブル Ｖ 駆動手段 Ｔ トランス Ｎ，Ｎ＋１ スポット溶接の作業場所

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工片に対して特定の作業を行うための
   クランプと、クランプと前記加工片の間の相対的移動が
   自動位置決めシステムによって制御されることを含む工
   具操作を制御するための装置であり、前記作業を制御す
   るためのユニット（１５）と、主として前記クランプの
   駆動手段によって、その開閉を制御するに適したサーボ
   制御ユニット（１６）と、前記位置決めシステム（１
   ３）を制御するためのユニット（１４）と、前記作業の
   進行に関する情報を提供するに適したセンサー（１８）
   を含んでいる装置において、 前記サーボ制御ユニット（１６）が位置決めシステムを
   制御するためのユニット（１４）の中に統合されてお
   り、前記作業を制御するための前記ユニット（１５）が
   もう一つのサーボ制御ユニット（１６’）を含んでお
   り、一つのスイッチ（１７）が、なお、前記センサー
   （１８）による制御の下で設けられており、それによ
   り、 第１に、前記作業の間に、前記クランプの開閉が、前記
   作業を制御するための前記ユニット（１５）の前記のも
   う一つのサーボ制御ユニット（１６’）による制御の下
   にあることが確保され、 第２に、前記クランプの移動の段階の間に、前記クラン
   プの開閉が、前記位置決めシステム（１３）を制御する
   ための前記ユニットの前記サーボ制御ユニット（１６）
   による制御の下にあることが確保されている、ことを特
   徴とする、クランプを含む工具操作を制御するための装
   置。
2. 【請求項２】 前記スイッチ（１７）が、前記のもう一
   つのサーボ制御ユニット（１６’）の一部をなしてい
   る、請求項１に記載のクランプを含む工具操作を制御す
   るための装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチ（１７）が、前記サーボ制
   御ユニット（１６）の一部をなしている、請求項１に記
   載のクランプを含む工具操作を制御するための装置。
4. 【請求項４】 加工片に対して行われるべき前記作業が
   溶接作業であり、クランプ（１２）は二つの溶接電極
   （２’，３’）を含む、請求項１ないし３のいずれか１
   項に記載のクランプを含む工具操作を制御するための装
   置。
5. 【請求項５】 加工片に対して行われるべき前記作業
   が、クリンピング、打抜き、またはステップル打込みの
   作業である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
   クランプを含む工具操作の制御のための装置。
6. 【請求項６】 前記駆動手段（１，Ｖ）が電動ねじ式ア
   クチュエータで構成されている、請求項１ないし５のい
   ずれか１項に記載のクランプを含む工具操作の制御のた
   めの装置。
7. 【請求項７】 前記駆動手段が、サーボ制御される油圧
   ・空気圧式、または油圧式、または空気圧式のアクチュ
   エータで構成されている請求項１ないし５のいずれか１
   項に記載のクランプを含む工具操作の制御のための装
   置。
8. 【請求項８】 前記位置決めシステムを制御するための
   前記ユニット（１４）が、ロボット（１３）を制御する
   ためのキャビネットで構成されている、請求項１ないし
   ７のいずれか１項に記載のクランプを含む工具操作の制
   御のための装置。
9. 【請求項９】 前記位置決めシステムを制御するための
   前記ユニット（１４）が、数値制御システム、プログラ
   マブル・コントローラ、コンピュータ、または同様のも
   ので構成されている、請求項１ないし７のいずれか１項
   に記載のクランプを含む工具操作を制御するための装
   置。
10. 【請求項１０】 前記スイッチ（１７）が、電子的スイ
    ッチ、電気・機械的スイッチ、または光学的スイッチで
    構成されている、請求項１ないし９のいずれか１項に記
    載のクランプを含む工具操作の制御のための装置。