JPH06218554A - 溶接ロボットの溶接ガン位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接ロボットの教示操作及び再生操作を容易
に行ない得るようにすることである。 【構成】 溶接ロボットＲのロボット軸１２、１３に装
着されるガンアーム１５には可動溶接チップ２２と固定
溶接チップ２１とが設けられており、可動溶接チップ２
２はサーボモータ２３により駆動される。溶接チップ２
１、２２をワークＷの打点位置に位置決めする際には、
まず、ガンアーム１５を初期位置に移動させる。この状
態で、可動溶接チップ２２をワークＷに向けてサーボモ
ータ２３により前進移動させる。可動溶接チップ２２が
ワークＷに接触したことは、電流値検出器により自動的
に検知され、固定溶接チップ２１をワークに向けて接触
移動させるべく、ロボット軸が駆動されてガンアーム１
５が移動される。このときには、ガンアーム１５の移動
に対応させて、可動溶接チップはワークＷに接触した状
態を維持するように、前進駆動される。両溶接チップが
ワークＷの表面に接触したことが検出されると自動的に
両溶接チップ２１、２２の移動が停止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接ロボットに装着さ
れ、溶接作業を行なう溶接ガンに設けられた溶接チップ
をワークに接触する位置に位置決めするようにした溶接
ロボットの溶接ガン位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パネル材等をワークとしてこれの溶接を
行なうためのスポット溶接に使用される溶接ロボットに
あっては、近年、溶接ガンの作動を迅速に行なうため
に、溶接ガンをサーボモータにより作動させるようにし
たタイプの溶接ガンが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、サーボモ
ータにより作動するサーボガンを有する溶接ロボットに
あっては、溶接ガンに固定された固定溶接チップとこれ
に向けて進退移動自在となった可動溶接チップとを有し
ており、サーボモータにより駆動される可動溶接チップ
によるワークへの位置決めが高精度で行なうことができ
るという利点がある半面、ワークへの打点位置のティー
チングつまり教示操作と、溶接作業がなされる時におけ
るティーチングされた通りの溶接チップの再生動作とが
容易でないという問題点があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、溶接ロボットに装着された溶接ガン
の溶接チップをワークに対して容易に位置決めし得るよ
うにしてロボットの教示操作及び再生操作を容易にし得
るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、固定溶接チップと当該固定溶接チップに対
して進退移動自在の可動溶接チップとを有し、当該可動
溶接チップを駆動するサーボモータが装着された溶接ガ
ンの位置決め方法であって、前記固定溶接チップの先端
と前記可動溶接チップの先端とが所定の初期間隔となっ
た状態でワークを介して前記固定溶接チップと前記可動
溶接チップとが対向する初期位置に溶接ガンを移動させ
る工程と、前記サーボモータを駆動させて前記可動溶接
チップが前記ワークに接触して前記サーボモータの電流
値が低負荷状態から高負荷状態に変化するまで前記可動
溶接チップを前進させる工程と、前記溶接ロボットによ
り溶接ガンを移動させて前記固定溶接チップを前記ワー
クに向けて接近させると共に前記可動溶接チップを前記
ワークに接触させたまま後退移動させる工程とを有する
溶接ロボットの溶接ガン位置決め方法である。

【０００６】

【作用】上記構成の本発明においては、まず、溶接ガン
つまりガンアームをワークに対して初期位置に移動させ
た後に、サーボモータを駆動して可動溶接チップをワー
クに向けて前進移動させる。この前進移動によって、可
動溶接チップがワークに接触すると、サーボモータの電
流値が低負荷状態から高負荷状態に変化するので、これ
を電流値検出器により検出することにより、自動的に可
動溶接チップの移動が停止される。次いで、固定溶接チ
ップをワークの表面に向けて前進移動させるべく、ロボ
ット軸が駆動されてガンアームが移動する。このときに
は、可動溶接チップがワークの表面に接触した状態とな
るように、可動溶接チップは前進駆動される。両溶接チ
ップがワークの両表面に接触すると、それが検出され
て、位置決めが完了する。したがって、両溶接チップは
ワークに対して所望の接触圧となって容易に位置決めさ
れる。

【０００７】

【実施例】以下、図示する本発明の一実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。図１はサーボガンを有する溶
接ロボットＲの一例を示す図であり、図示しない基台部
に取付けられた台座１０には、矢印Ｊ１方向に旋回自在
に旋回台１１が設けられており、この旋回台１１にはロ
ボット軸１２が矢印Ｊ２の方向に揺動自在に装着されて
いる。そして、このロボット軸１２には、ロボット軸１
３が矢印Ｊ３で示される方向に揺動自在かつ矢印Ｊ４で
示される方向に回転自在に装着されている。このロボッ
ト軸１３の先端には、サーボガンつまり溶接ガン１４が
矢印Ｊ５で示される方向に揺動回転自在かつ矢印Ｊ６方
向に回転自在に取付けられている。したがって、図示す
るロボットＲは合計６軸の機能を有している。

【０００８】溶接ガン１４は、Ｃ字形状となったガンア
ーム１５を有し、このガンアーム１５には固定溶接チッ
プ２１と、この固定溶接チップ２１とによりワーク（図
示省略）を溶接する可動溶接チップ２２とが設けられて
いる。この可動溶接チップ２２を固定溶接チップ２１に
向けて進退移動させるためのサーボモータ２３が、ガン
アーム１５に取付けられている。このサーボモータ２３
の作動を含めて、合計７軸の制御が、図１に示されたロ
ボット制御装置２４により制御される。

【０００９】図２は図１に示されたガンアーム１５の詳
細を示す図であり、先端に可動溶接チップ２２が装着さ
れる駆動ロッド２５は、ガンアーム１５に取付けられた
軸受２６に軸方向に摺動自在に支持されている。ガンア
ーム１５に取付けられたサーボモータ２３の主軸に設け
られたプーリ２７と駆動ロッド２５の外側に形成された
ボールねじの部分に嵌合されたナット部２８とがタイミ
ンングベルト２９により連結されている。したがって、
サーボモータ２３を駆動するとベルト２９を介してナッ
ト部２８が回転し、このナット部２８と噛合うボールね
じの部分により駆動ロッド２５が軸方向に摺動すること
になる。

【００１０】図３は上述した溶接ロボットＲを用いてパ
ネルつまりワークＷに対して溶接作業や教示作業を行な
っている状態を示す概略図であり、図３において実線は
ロボットＲにより溶接チップ２１、２２がワークＷに接
触した状態を示し、破線は溶接チップ２１、２２が開放
された状態を示す。

【００１１】図４は溶接チップ２１、２２をワークＷの
所定の位置に位置決めする手順を示す図であり、まず、
溶接ロボットＲを駆動させて溶接ガン１４つまりガンア
ーム１５を、図４（Ａ）に示されるように、初期位置に
移動させる。このときには、図示されるように、固定溶
接チップ２１と可動溶接チップ２２とが所定の初期間隔
ＬT となった状態で、これらのチップ２１、２２がワー
クＷを介して相互に対向した状態となるように設定され
る。

【００１２】この初期位置のもとで、まず可動溶接チッ
プ２２をワークＷに向けて前進移動させるべく、サーボ
モータ２３が低速で駆動される。このサーボモータ２３
に対して供給される電流値は常にモニターされており、
図４（Ｂ）に示されるように、可動溶接チップ２２がワ
ークＷの表面に接触すると、サーボモータ２３に供給さ
れる電流値が所定の電流値を越えることになり、低負荷
状態から高負荷状態に変化する。これが検出されたなら
ば、サーボモータ２３の駆動を停止させる。これによ
り、可動溶接チップ２２は図４（Ａ）に示された距離Ｌ
U だけ移動したことになる。

【００１３】次いで、固定溶接チップ２１をワークＷの
表面つまり可動溶接チップ２２が接触している反対側の
表面に接触させるべく、ロボット軸を駆動してガンアー
ム１５を移動させる。そのまま移動させたのでは、ワー
クＷの表面に接触した可動溶接チップ２２がワークＷか
ら離れてしまうので、可動溶接チップ２２がワークＷの
表面に接触した状態を維持するように、可動溶接チップ
２２をガンアーム１５の移動速度に対応した速度で前進
移動させる。図４（Ｃ）は、このようにしてガンアーム
１５に対応させて可動溶接チップ２２を前進移動させる
ことにより、両溶接チップ２１、２２がワークＷの表面
に接触した状態を示す。したがって、可動溶接チップ２
２は、最終的には、初期間隔ＬT からワークＷの厚みＬ
P の寸法を引いた距離だけ前進移動することになる。最
終的な前進移動の距離、つまり（ＬT −ＬP ）の値だけ
可動チップ２２が前進移動したことは、可動溶接チップ
２２の移動距離をカウントすることにより検出される。

【００１４】溶接チップ２１、２２をワークＷから開放
させる際には、ガンアーム１５を固定溶接チップ２１が
ワークＷの表面から離れるように移動させると同時に、
サーボモータ２３を駆動させることにより可動溶接チッ
プ２２を後退移動させる。図４（Ｄ）は開放動作が終了
した状態を示す。

【００１５】このようにして、溶接チップ２１、２２の
ワークＷに対する位置決めが終了することになり、溶接
チップ２１、２２の移動軌跡を溶接ロボットＲの制御装
置内のメモリーに格納する教示動作を行なう場合には、
上述した手順により教示操作がなされる。一方、ワーク
Ｗに対してスポット溶接する場合には、教示された通り
にガンアーム１５及び溶接チップ２１、２２を再現移動
させることにより、溶接操作がなされる。

【００１６】図４に示されたようにして教示操作及び再
現操作がなされる溶接ロボットの制御回路の要部を示す
と図５の通りである。制御部本体をなすマイクロプロセ
ッサＣＰＵ３０には、溶接ロボットＲを用いて溶接作業
を行なう際に、溶接ロボットＲに対して指令開始信号等
を入力するための操作パネル３１、溶接ロボットＲにテ
ィーチング操作つまり教示操作を行なう際に種々の信号
を入力するためのティーチングペンダントつまりティー
チングボックス３２と、サーボモータ２３に供給される
電流値を検出するための電流値検出器３３がそれぞれ図
示しないインターフェースを介して接続されている。

【００１７】このＣＰＵ３０からは、ロボット軸１２、
１３等を駆動するためのロボット軸駆動用のモータ３４
と、サーボモータ２３とにそれぞれ図示しないインター
フェースを介して接続されると共に、ＲＡＭ３５、ＲＯ
Ｍ３６等の種々のメモリーがＣＰＵ３０に接続されてい
る。

【００１８】次に、図６及び図７に示されたフローチャ
ートを参照しつつ本発明の溶接ロボットの溶接ガン位置
決め方法の作動手順について説明する。まず、作業者が
ティーチングボックス３２のキーを操作して教示操作の
開始がステップＳ１で指令されると、ガンアーム１５を
ワークＷに対してスポット溶接を行なうべき初期位置に
向けて移動するステップが実行される（ステップＳ
２）。このステップは作業者がティーチングボックス３
２のキーを操作して溶接ロボットＲを駆動させて、ガン
アーム１５を任意の位置に移動させることによりなされ
る。この初期位置への移動過程にあっては、両溶接チッ
プ２１、２２は相互に初期間隔ＬT だけ離れている。こ
の初期間隔ＬT の値は、予め制御回路のメモリーの中に
格納されている。図４（Ａ）に示されるように、初期位
置にあっては、可動溶接チップ２２はワークＷに対して
距離ＬU だけ離れ、固定溶接チップ２１は距離ＬL だけ
離れているが、これらの距離ＬU 、ＬL の値は任意に設
定することができる。

【００１９】ガンアーム１５が初期位置まで移動された
状態で、操作者がティーチングボックスの加圧指令スイ
ッチをオンすると、ステップＳ３でこれが判断されて、
ステップＳ４が実行され、サーボモータ２３により可動
溶接チップ２２が低速で前進移動する。この際の動作速
度、モータ駆動電流値は、予めメモリーの中に格納され
ており、それを読み出してサーボモータ２３が、通常は
低速、低電流で駆動される。低速に設定したのは、作業
の安全のためであり、低電流に設定したのは、可動溶接
チップ２２がワークＷに接触したことを確実に検知し得
るようにするためである。サーボモータ２３が駆動され
ると、ステップＳ５において、サーボモータ２３の電流
値が電流値検出器３３によりモニターされる。

【００２０】可動溶接チップ２２がワークＷに、図４
（Ｂ）に示されるように接触すると、サーボモータ２３
の電流値は、それまでの低負荷状態から瞬時に高負荷状
態に変化する。これは、ワークＷが図示しない固定部材
により充分に位置決め固定されており、その反力が大き
いためである。高負荷状態に変化すると、電流値検出器
３３により検出される電流値が上昇し、その値が、予め
メモリーに格納されている電流値を越えたことがステッ
プＳ６で判断されたならば、ステップＳ７でサーボモー
タ２３を停止する。

【００２１】次いで、ステップＳ８においてロボット軸
１２、１３がこれを駆動するモータにより駆動されて、
固定溶接チップ２１をワークＷの表面に接触させるべ
く、ガンアーム１５が低速で駆動される。これと共に、
ガンアーム１５が移動しても可動溶接チップ２２がワー
クＷの表面から離れないように、ガンアーム１５による
固定溶接チップ２１の移動速度と同一の速度で同一の距
離だけ、可動溶接チップ２２が前進移動する（ステップ
Ｓ９）。例えば、固定溶接チップ２１の移動距離がＸR
で、移動速度がＶR であれば、可動溶接チップ２２は速
度ＶR が同一で、逆の方向−ＸR に移動する。

【００２２】ステップＳ１０で、可動溶接チップ２２が
全ストロークつまりＬT −ＬP の距離だけ移動したこと
が判断されたならば、ステップＳ１１でサーボモータ２
３及びロボット軸の移動を停止させ、ステップＳ１２で
教示点の位置決めが完了となる。

【００２３】このようにして教示位置の位置決めが完了
した後に、作業者がステップＳ１３において開放動作の
指令を入力すると、ステップＳ１４の開放動作が実行さ
れる。この開放動作において、固定溶接チップ２１がワ
ークＷから離れる速度及び移動距離は、ガンアーム１５
の移動速度及び距離となるが、可動溶接チップ２２をワ
ークＷに対して同一速度で離すには、可動溶接チップ２
２の移動速度は２倍の速度で固定溶接チップ２１と逆の
方向に移動する必要がある。図４（Ｄ）に示されるよう
に、ガンアーム１５の移動により固定溶接チップ２１が
ワークＷに対して距離ＬLaだけ離れ、サーボモータ２３
の駆動により可動溶接チップ２２がワークＷに対して距
離ＬUaだけ離れた場合には、可動溶接チップ２２の合計
の移動距離は、ＬUa＋ＬLaとなる。開放動作において
は、図４（Ａ）に示されるように両溶接チップ２１、２
２相互間を初期間隔ＬT に戻す必要はない。

【００２４】ステップＳ１５において、ロボット軸及び
サーボモータ２３の駆動により、両溶接チップ２１、２
２が所定の開放限の位置まで移動したことが検知された
ならば、開放位置決め動作が完了する。上述した手順は
溶接ロボットの教示操作の手順であるが、溶接ロボット
を再生させて溶接作業を行なう場合には、教示された通
りにロボット軸やサーボモータが駆動される。

【００２５】このように、本発明の溶接ガン位置決め方
法においては、作業者は溶接ロボットを作動させて、ま
ずは任意の初期位置にガンアームを移動させれば良く、
その後には、自動的に可動溶接チップ２２と固定溶接チ
ップ２１とが所定の加圧位置まで移動することになり、
教示再生操作が短時間で容易に行なうことができる。し
かも、両溶接チップ２１，２２は、所望の負荷でワーク
Ｗに接触することになり、オーバーロード等の問題が生
じない。つまり、従来一般に用いられているイコライザ
により溶接ガンを位置決めする方法では、溶接チップ２
１，２２が磨耗すると、可動溶接チップ２２がワークＷ
に当接し、この磨耗量に応じた距離だけワークＷに負荷
を与えた状態で、固定溶接チップ２１がワークＷに当接
するまで溶接ガン１４を移動させた後にスポット溶接を
行うことになるので、ワークＷは押圧力に加えて溶接ガ
ン１４を移動させる反力を受けることになる。しかしな
がら、本実施例では、固定溶接チップ２１と可動溶接チ
ップ２２とを、所定の加圧位置まで移動させることによ
り自動的に位置決めしているので、溶接チップ２１，２
２が磨耗しても、オーバーロード等の問題が生じること
がない。また、ワークＷの変形を防止すると、溶接され
るワーク相互の形状を維持できる。したがって、溶接チ
ップ２１，２２によりワークＷの所定の溶接位置を押圧
してワーク相互を接触させる際、より小さい押圧力で所
望の接触面積を得ることができ、所定の通電抵抗を得る
ことができる。

【００２６】このようにしてワークＷに加わる力を小さ
くすると、溶接チップ２１，２２によって直接押圧して
も、溶接チップ２１，２２の打痕がワークＷに形成され
なくなる。したがって、打痕を防止するために、ワーク
Ｗと溶接チップ２１，２２との間に介していたバックバ
ー（図示せず）が不要になる。このバックバーは、例え
ばシル下やホイールハウスのアーチ部など、溶接位置毎
に、また車種毎に専用のものが必要になることが多く、
このようなバックバーが不要になると、車両の組み立て
コストが極めて低下し、作業性が著しく向上する。

【００２７】さらに、車体の外側つまり車両の外観に影
響する面に当接する溶接チップの先端部の形状を、図８
に示されるような形状にし、当接部を例えば、直径ｄ＝
１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の平面部を有するものとするこ
とにより、当接部の単位面積当たりの押圧力をさらに小
さくして、より確実に打痕を防止するようにしてもよ
い。

【００２８】また特に、空圧シリンダにより作動する従
来のスポット溶接ガンと比較すると、位置決め性や静粛
性が極めて良好となるという利点が得られる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ガンア
ームに固定された固定溶接チップとサーボモータにより
固定溶接チップに向けて進退移動自在となった可動溶接
チップとを有する溶接ガンにおいて、溶接チップのワー
クに対する教示時及び再生時の位置決めが極めて容易に
行なうことができるという効果が得られ、しかも、作業
者によるばらつきを発生させることなく、高精度で位置
決めを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る溶接ロボットを示す
斜視図である。

【図２】 図１に示されたガンアームの詳細を示す正面
図である。

【図３】 溶接ロボットの作動状態を示す概略図であ
る。

【図４】 本発明の溶接ガンの位置決め方法における位
置決め工程を示す正面図である。

【図５】 本発明の溶接ロボットの制御回路を示すブロ
ック図である。

【図６】 本発明の位置決め方法の作動状態を示すフロ
ーチャートである。

【図７】 本発明の位置決め方法の作動状態を示すフロ
ーチャートである。

【図８】 本発明の溶接チップの他の実施例を示す側面
図である。

【符号の説明】

１０…台座、 １１…旋回台、 １２…
ロボット軸、１３…ロボット軸、 １４…溶接ガン、
１５…ガンアーム、２１…固定溶接チップ、２２
…可動溶接チップ、２３…サーボモータ、３０…ＣＰ
Ｕ、 ３１…操作パネル、 ３２…ティーチン
グボックス、３４…ロボット軸駆動モータ、Ｒ…ロボッ
ト、 Ｗ…ワーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定溶接チップと当該固定溶接チップに
   対して進退移動自在の可動溶接チップとを有し、当該可
   動溶接チップを駆動するサーボモータが装着された溶接
   ガンの位置決め方法であって、 前記固定溶接チップの先端と前記可動溶接チップの先端
   とが所定の初期間隔となった状態でワークを介して前記
   固定溶接チップと前記可動溶接チップとが対向する初期
   位置に溶接ガンを移動させる工程と、 前記サーボモータを駆動させて前記可動溶接チップが前
   記ワークに接触して前記サーボモータの電流値が低負荷
   状態から高負荷状態に変化するまで前記可動溶接チップ
   を前進させる工程と、 前記溶接ロボットにより溶接ガンを移動させて前記固定
   溶接チップを前記ワークに向けて接近させると共に前記
   可動溶接チップを前記ワークに接触させたまま後退移動
   させる工程とを有する溶接ロボットの溶接ガン位置決め
   方法。