JPH0780655A - 電極チップの交換時期検知方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極チップの損耗量を正確に把握し、電極チ
ップの最適交換時期を検知する。 【構成】 新品の電極チップ２４、３３を取付けた状態
で板厚Ｔの被溶接物９０を加圧し、無通電加圧状態での
電極チップ３３の位置Ｘ₁ を記憶し、スポット溶接時に
は記憶された電極チップ３３の位置Ｘ₁ と使用によって
損耗した電極チップ２４、３３による板厚Ｔの被溶接物
９０の加圧時の電極チップ３３の位置Ｘ₂とを比較して
損耗した電極チップ２４、３３の損耗量Ｘ₁ −Ｘ₂ を算
出し、電極チップ２４、３３の損耗量Ｘ₁ −Ｘ₂ が予め
設定された限界値ｄに達しているか否かを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接における
電極チップの損耗量を正確に把握し、電極チップの最適
交換時期を検知する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の生産工場では、車両ボデーの溶
接作業の多くは溶接ロボットによって行なわれる。図８
は、溶接ロボットによるスポット溶接作業の一例を示し
ている。図８に示すように、溶接ロボット１には、溶接
ガン２が取付けられている。溶接ガン２は、溶接ロボッ
ト１によって予め教示された車両ボデー６の溶接位置
（打点位置）に逐次位置決めされるようになっている。

【０００３】溶接ガン２は、電極チップ３と電極チップ
４とを有しており、電極チップ３が空気圧によって作動
する加圧シリンダ５によって昇降される。溶接ロボット
１によって溶接ガン２が位置決めされた状態では、車両
ボデー６の溶接部位は電極チップ３と電極チップ４とに
よって加圧され、両電極間に溶接電流が流され、スポッ
ト溶接が行なわれる。スポット溶接作業においては、溶
接打点数が増えてくると電極チップが損耗によって変形
するので、定期的に電極チップの交換が行われる。車両
ボデーのスポット溶接作業の場合は、たとえば一定時間
毎または車両ボデーの溶接台数毎に電極チップの交換が
行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スポット溶接においては、電極チップの損耗量の評価が
定量的でないため、電極チップを無駄にするという問題
がある。つまり、電極チップが損耗した状態でスポット
溶接を続行すると、溶接条件の変化によって溶接品質が
低下するので、従来では電極チップがまだ使用できるに
もかかわらず電極チップを早目に交換することが行われ
ており、それだけ電極チップの使用に無駄が生じてい
る。

【０００５】電極チップの損耗度を検知する技術とし
て、特開平３−２９７５８４号公報に開示された装置が
知られているが、この装置では電極チップ表面における
光の反射波の変化によって損耗度を判定するため、作業
環境が悪い場合は正確に電極の損耗度を把握することが
難かしく、信頼性に欠ける。

【０００６】本発明は、電極チップの損耗量を正確に把
握し、電極チップの最適交換時期を検知することが可能
な電極チップの交換時期検知方法およびその装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る電極チップの交換時期検知方法およびそ
の装置は、つぎのように構成されている。 （１）新品の電極チップを取付けた状態で所定の板厚の
被溶接物を加圧し、無通電加圧状態での電極チップの位
置を記憶し、スポット溶接時には、前記記憶された電極
チップの位置と使用により損耗した電極チップによる所
定の板厚の被溶接物の加圧時の電極チップの位置とに基
づき損耗した電極チップの損耗量を算出し、該算出され
た電極チップの損耗量が予め設定された限界値を越えた
場合に電極チップの交換時期であると判定することを特
徴とする電極チップの交換時期検知方法。 （２）電極チップの位置を検出する電極位置検出手段
と、新品の電極チップによる所定の板厚の被溶接物を加
圧した際の電極チップの位置を、前記電極位置検出手段
を介して記憶する位置記憶手段と、前記位置記憶手段に
記憶された新品の電極チップの位置と、使用により損耗
した電極チップによる所定の板厚の被溶接物の加圧時の
電極チップの位置とに基づき、損耗した電極チップの損
耗量を算出する損耗量演算手段と、前記損耗量演算手段
によって算出された電極チップの損耗量と、予め設定さ
れた電極チップの損耗量の限界値とを比較し、該損耗量
が限界値を越えている場合は電極チップの交換時期であ
る旨の指令する判定手段と、を備えたことを特徴とする
電極チップの交換時期検知装置。

【０００８】

【作用】このように構成された電極チップの交換時期検
知方法およびその装置においては、予め新品の電極チッ
プを取付けた状態で所定の板厚の被溶接物を加圧し、無
通電加圧時の電極チップの位置が記憶される。実際のス
ポット溶接時には、記憶された新品の電極チップの位置
と使用によって損耗した電極チップによる被溶接物の加
圧時の電極チップの位置とが比較され、電極チップの損
耗量が算出される。つぎに、算出された電極チップの損
耗量が予め設定された限界値に達しているか否が判定さ
れ、損耗量が限界値を越えている場合は、電極チップの
交換時期である旨が検知される。このように、電極チッ
プの損耗量を定量的に把握することが可能となるので、
損耗量が限界値に達していない電極チップは交換する必
要がなくなり、電極チップの無駄な使用が解消される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る電極チップの交換時期検
知方法およびその装置の望ましい実施例を、図面を参照
して説明する。図１ないし図７は、本発明の一実施例を
示しており、とくに自動車のボデーのスポット溶接に適
用した例を示している。まず、本発明の電極チップの交
換時期検知方法が適用されるスポット溶接装置について
説明する。

【００１０】図６は、スポット溶接装置の全体構成を示
している。図６に示すように、スポット溶接装置１１
は、溶接ガン２１、溶接ロボット６１、制御手段７１等
から構成されている。溶接ガン２１は、溶接ロボット６
１の手首部６５に取付けられている。溶接ガン２１の開
放、加圧動作および溶接ロボット６１の動きは、制御手
段７１によって制御されるようになっている。

【００１１】図６に示すように、溶接ガン２１は、つぎ
のように構成されている。溶接ガン２１は、Ｃ形フレー
ム２２を有しており、Ｃ形フレーム２２の下部にはホル
ダ２３を介して電極チップ２４が装着されている。Ｃ形
フレーム２２の上部には、サーボモータ２６が取付けら
れている。サーボモータ２６の出力軸には、軸継手２７
を介してボールネジ２８が連結されている。ボールネジ
２８は、軸受部２９ａ、２９ｂを介してＣ形フレーム２
２に回転可能に保持されている。ボールネジ２８には、
ナット３０が螺合されている。ナット３０は、ボールネ
ジ２８の回転に伴ってボールネジ２８の軸方向に移動す
るようになっている。

【００１２】ナット３０の外周部には、連結部材３１が
取付けられている。連結部材３１の一端には、ホルダ３
２を介して電極チップ３３が装着されている。電極チッ
プ３３は、サーボモータ２６の回転によって軸方向に移
動するようになっている。電極チップ３３の位置は、サ
ーボモータ２６の後部に設けられた電極位置検出手段と
してのエンコーダ３４により検出可能となっている。本
実施例では、サーボモータ２６の回転量によって間接的
に電極チップ３３の位置を検出しているが、電極チップ
３３の進退距離を直接検出する電極位置検出手段であっ
てもよい。

【００１３】Ｃ形フレーム２２には、薄板鋼板からなる
被溶接物（車両ボデー）９０の位置ずれを吸収するため
のイコライザ（位置ずれ補正機構部）４１が取付けられ
ている。イコライザ４１は、後述する溶接ロボット６１
の手首に連結されている。Ｃ形フレーム２２は、イコラ
イザ４１を介して後述する溶接ロボット６１の手首部６
５にフローティングされた状態で保持されている。

【００１４】電極チップ３３は、図示されないケーブル
を介してキックレスケーブル５５の一方に電気的に接続
されている。電極チップ２４は、Ｃ形フレーム２２を介
してキックレスケーブル５５の一方に電気的に接続され
ている。キックレスケーブル５５の他方は、溶接ロボッ
ト６１に固定された溶接トランス５６に接続されてい
る。溶接トランス５６は、タイマ機能を有するコントロ
ーラ５７を介して溶接電源（図示略）に接続されてい
る。コントローラ５７は、後述する制御手段７１と接続
されている。

【００１５】溶接ロボット６１は、制御軸が６軸であり
各制御軸毎に設けられたサーボモータ６２によって駆動
されるようになっている。溶接ロボット６１は、周知の
技術であるので、これに関する詳細な説明は省略する。

【００１６】溶接ロボット６１の動きは、制御手段７１
によって制御されるようになっている。制御手段７１に
は、複数の溶接位置が教示されており、溶接ロボット６
１は教示された溶接位置に溶接ガン２１を位置決めする
ようになっている。制御手段７１には、溶接ロボット６
１の各制御軸の位置情報が入力されており、これに基づ
いて溶接ロボット６１によって移動される溶接ガン２１
の位置情報が把握される。また、制御手段７１には、電
極チップ３３の位置情報が電極位置検出手段としてのン
コーダ３４から入力される。

【００１７】図７は、制御手段７１の概略構成を示して
いる。制御手段７１は、メインＣＰＵ７２、サーボＣＰ
Ｕ７３、インタフェース７４、サーボアンプ７５から構
成されている。メインＣＰＵ７２の第１の軌道計算部７
２ａは、溶接ロボット６１自体の軌道計算をする機能を
有しており、第２の軌道計算部７２ｂは、溶接ロボット
６１の軌道を加味した溶接ガン２１の電極チップ３３の
軌道計算を行う機能を有している。また、メインＣＰＵ
７２の加圧力設定部７２ｃは、各溶接打点毎に設定され
る加圧力に対応する負荷電流を指令する機能を有してい
る。

【００１８】サーボＣＰＵ７３は、第１の軌道計算部７
２ａからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、溶接ロボット６１を予め教示された
溶接位置へ所定の速度で移動する指令機能を有してい
る。図５における溶接ロボット６１は、各制御軸毎にサ
ーボモータ６２の速度を検出するタコジェネレータ６３
と、位置検出用のセンサ６４とを有している。

【００１９】サーボＣＰＵ７３は、第２の軌道計算部７
２ｂからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、電極３３を所定の位置へ所定の速度
で移動する指令機能を有している。図７における溶接ガ
ン２１は、サーボモータ２６による電極チップ３３の移
動速度を検出するタコジェネレータ３５と、位置検出用
のエンコーダ３４を有している。また、サーボＣＰＵ７
３は、メインＣＰＵ７２における加圧力設定部７２ｃか
らの指令情報とフィードバックされた負荷電流値との差
により、加圧力に対応した負荷電流を求める機能を有し
ている。

【００２０】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。

【００２１】制御手段７１のメインＣＰＵ７２には、図
５に示す位置記憶手段７５、損耗量演算手段７６、判定
手段７７が形成されている。位置記憶手段７５には、電
極位置検出手段であるエンコーダ３４からの電極位置信
号が入力されている。位置記憶手段７５は、無通電加圧
状態での新品の電極チップ３３の位置を記憶する機能を
有している。損耗量演算手段７６には、エンコーダ３４
からの電極位置信号と、位置記憶手段７５に記憶された
電極チップ３３の位置信号が入力されるようになってい
る。

【００２２】損耗量演算手段７６は、位置記憶手段７５
に格納された新品の電極チップ３３の位置と、電極位置
検出手段であるエンコーダ３４からの電極チップ３３の
位置とに基づき、電極チップ２４、３３の損耗量を算出
する機能を有している。判定手段７７は、損耗量演算手
段７６によって算出された電極チップ２４、３３の損耗
量Ｘ₁ −Ｘ₂ と、予め設定された電極チップ２４、３３
の損耗量の限界値ｄとを比較し、損耗量Ｘ₁ −Ｘ₂ が限
界値ｄを越えている場合は電極チップ２４、３３の交換
時期である旨を表示手段７８に指令する機能を有してい
る。損耗量演算手段７６および判定手段７７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。

【００２３】メインＣＰＵ７２の位置記憶手段７５に
は、新品の電極チップ２４、３３の場合における電極チ
ップ３３の位置情報が予め入力されている。この位置情
報の入力は、図３の処理手順に基づいて行われる。図２
のステップ１０１で処理が開始され、ステップ１０２で
は、製品設計データからの打点情報に基づき、特定の打
点位置における被溶接物９０の総板厚Ｔおよび板合わせ
情報が入力される。ステップ１０３では、溶接ガン２１
に装着されている損耗した電極チップ２４、３３が取外
され、新品な電極チップ２４、３３と交換される。

【００２４】電極チップ２４、３３の交換が完了する
と、ステップ１０４に進み、新品の電極チップ２４、３
３による総板厚Ｔの被溶接物９０の無通電加圧が行われ
る。この加圧位置は、ステップ１０２の位置と対応して
いる。ステップ１０５においては、電極チップ２４、３
３による無通電加圧時の電極チップ３３の位置Ｘ₁ がエ
ンコーダ３４からメインＣＰＵ７２の位置記憶手段７５
に入力され、位置記憶手段７５には損耗の発生していな
い状態の電極チップ３３の位置Ｘ₁ が格納される。ステ
ップ１０５の処理が終了すると、ステップ１０６に進ん
で、新品の電極チップ３３の位置入力処理は完了する。

【００２５】つぎに、本発明の電極チップの交換時期検
出方法について説明する。自動車の組立ラインではコン
ベアによって車両ボデーが間欠的に移動され、車両ボデ
ーの停止時にスポット溶接作業が行なわれる。車両ボデ
ーが所定の位置に位置決めされると、待期状態にあった
溶接ロボット６１によって溶接ガン２１が溶接位置に向
って移動される。

【００２６】電極チップ２４、３３の交換時期検知は、
図４の処理手順に基づいて行われる。図４のステップ１
１０で処理が開始され、ステップ１１１に進み、電極チ
ップ２４、３３による総板厚Ｔの被溶接物９０の加圧が
行われる。つぎに、ステップ１１２に進み、加圧完了状
態における電極チップ３３の位置Ｘ₂ が損耗量演算手段
７６のメモリ内に取り込まれる。この場合の電極チップ
３３の位置Ｘ₂ は、両電極チップ２３、２４の合計の損
耗量を含めた値である。

【００２７】電極チップ３３の位置情報Ｘ₂ が演算手段
７６に入力されると、位置記憶手段７５に格納された電
極チップ３３の位置Ｘ₁ と実際のスポット溶接時におけ
る電極チップ３３の位置Ｘ₂ とが比較される。ここで
は、位置Ｘ₁ から位置Ｘ₂ を減算することにより、電極
チップ２４、３３の合計の損耗量が算出される。

【００２８】ステップ１１２の処理が終了すると、ステ
ップ１１３に進み、ステップ１１２で算出された電極チ
ップ２４、３３の損耗量が予め設定された限界値ｄに達
しているか否かが判定される。ここで、電極チップ２
４、３３の合計の損耗量Ｘ₁ −Ｘ₂ が限界値ｄを越えて
いないと判断された場合は、ステップ１１１に戻り、ス
ポット溶接が続行される。ステップ１１３において、電
極チップ２４、３３の合計の損耗量Ｘ₁ −Ｘ₂ が限界値
を越えていると判断された場合は、ステップ１１４に進
み、判定手段７７から表示手段７６に電極値２４、３３
の交換時期である旨が出力され、ステップ１１５で処理
は完了する。

【００２９】表示手段７８の表示によって電極チップの
交換時期が作業者に知らされると、作業者によって損耗
した電極チップ２４、３３が新品の電極チップ２４、３
３と交換される。電極チップ２４、３３の交換が行われ
ると、図３のステップ１０４、１０５に示すように、再
び無通電加圧が実施され、電極チップ３３の位置が位置
記憶手段７５に格納される。このように、電極チップ２
４、３３の交換毎に電極チップ３３の位置検出を行うの
は、電極チップ２４、３３の加工精度を考慮したもので
あり、これにより電極チップ２４、３３の仕上がり寸法
にばらつきが生じても正確な損耗量を把握することが可
能となる。

【００３０】本実施例では、サーボモータ２６によって
電極チップ３３を移動させる構成としたが、圧縮エアを
用いた加圧シリンダによって電極チップの移動させる構
造の溶接ガンにも適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。 （１）新品の電極チップを取付けた状態で所定の板厚の
被溶接物を加圧し、無通電加圧状態での電極チップの位
置を記憶し、スポット溶接時には、記憶された電極チッ
プの位置と使用により損耗した電極チップによる所定の
板厚の被溶接物の加圧時の電極チップの位置とに基づき
損耗した電極チップの損耗量を算出し、算出された電極
チップの損耗量が予め設定された限界値を越えた場合に
電極チップの交換時期であると判定するようにしたの
で、電極チップの損耗量を正確に把握することが可能と
なり、電極チップの最適交換時期を検知することができ
る。したがって、電極チップの無駄に使用することがな
くなり、電極チップの消費量を低減することができる。 （２）電極チップを無駄なく使用することが可能となる
ので、電極チップの交換頻度が少なくなる。したがっ
て、電極チップの交換のためのスポット溶接設備の停止
時間を短縮することができ、生産性を高めることができ
る。 （３）従来では電極チップの損耗による溶接品質の低下
を溶接電流を高めることによって補うことも行われてき
たが、本発明においては電極チップが損耗した状態での
スポット溶接作業は解消されるので、溶接電流を高めて
溶接品質を確保する必要もなくなり、省エネルギが図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電極チップの交換時期
検出方法が適用される溶接ガンの概略構成図である。

【図２】図１の溶接ガンにおける電極チップの損耗量の
変化と損耗量の限界とを示す特性図である。

【図３】図１の（Ａ）に示す新品の電極チップを用いて
無通電加圧した際の電極チップの位置を記憶させる処理
手順を示すフローチャートである。

【図４】図１の（Ｂ）に示す損耗した電極チップが使用
限界にあるか否かを判定する処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】図１の溶接ガンにおける電極チップの損耗度判
定のブロック図である。

【図６】図１の溶接ガンを用いたスポット溶接装置の概
略構成図である。

【図７】図６における制御手段の制御系統図である。

【図８】従来のスポット溶接作業の一例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

２１ 溶接ガン ２４ 電極チップ ２６ サーボモータ ２８ ボールネジ ３３ 電極チップ ３４ 電極位置検出手段（エンコーダ） ７５ 位置記憶手段 ７６ 損耗量演算手段 ７７ 判定手段 ９０ 被溶接物 Ｘ₁ 新品の電極チップの位置 Ｘ₂ 損耗した電極チップの位置 ｄ 電極チップの損耗量の限界値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 新品の電極チップを取付けた状態で所定
   の板厚の被溶接物を加圧し、無通電加圧状態での電極チ
   ップの位置を記憶し、スポット溶接時には、前記記憶さ
   れた電極チップの位置と使用により損耗した電極チップ
   による所定の板厚の被溶接物の加圧時の電極チップの位
   置とに基づき損耗した電極チップの損耗量を算出し、該
   算出された電極チップの損耗量が予め設定された限界値
   を越えた場合に電極チップの交換時期であると判定する
   ことを特徴とする電極チップの交換時期検知方法。
2. 【請求項２】 電極チップの位置を検出する電極位置検
   出手段と、 新品の電極チップによる所定の板厚の被溶接物を加圧し
   た際の電極チップの位置を、前記電極位置検出手段を介
   して記憶する位置記憶手段と、 前記位置記憶手段に記憶された新品の電極チップの位置
   と、使用により損耗した電極チップによる所定の板厚の
   被溶接物の加圧時の電極チップの位置とに基づき、損耗
   した電極チップの損耗量を算出する損耗量演算手段と、 前記損耗量演算手段によって算出された電極チップの損
   耗量と、予め設定された電極チップの損耗量の限界値と
   を比較し、該損耗量が限界値を越えている場合は電極チ
   ップの交換時期である旨の指令する判定手段と、を備え
   たことを特徴とする電極チップの交換時期検知装置。