JPH08206846A - スポット溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の溶接チップの先端部間に被溶接物を挟
持してスポット溶接を行う際に、その先端部の位置が、
スポット溶接用ガンの変形などに起因して変位すること
を防ぐ。 【構成】 スポット溶接用ガンの溶接チップをモータに
よって駆動し、その負荷電流を検出し、メモリには負荷
電流に対応したロボットを駆動するための制御データを
ストアしておき、検出された負荷電流に対応した制御デ
ータをメモリから読出すことによって、ロボットを動作
させ、これによって溶接チップで被溶接物を挟持する加
圧力によってスポット溶接用ガンが弾性変形しても、溶
接チップの先端部の位置を常に静止したままに保つこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スポット溶接方法およ
び装置に関し、特にスポット溶接用ガンの一対の溶接チ
ップによってワークである被溶接物を挟持してスポット
溶接する際に、その溶接チップの先端部の位置が変化し
ないようにしたスポット溶接方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からのスポット溶接装置では、複数
軸のロボットの手首にスポット溶接用ガンを装着し、こ
のスポット溶接用ガンは、Ｃ字状、Ｘ字状などのガンア
ームの両端部に一対の溶接チップが相互に近接／離反可
能に設けられ、これらの溶接チップの先端部間に被溶接
物を挟持してスポット溶接を行うように構成されてい
る。溶接チップを先端部間で被溶接物を挟持してスポッ
ト溶接を行う際に、その加圧力に応じてガンアームが弾
性変形し、また溶接チップも弾性変形する。したがって
加圧力に依存して溶接チップの先端部の位置およびその
溶接チップの姿勢が予期する状態からずれる。その結
果、溶接チップに被溶接物を挟持した状態で、その被溶
接物に不所望な外力を作用させることになり、そのため
ワークである被溶接物が歪んだ状態で溶接が行われるこ
とになり、したがって溶接精度が低下し、また溶接チッ
プの寿命が短くなる。

【０００３】また溶接チップの先端部間に被溶接物を挟
持した状態で加圧時に被溶接物が変位すると、たとえば
その被溶接物の他の部分を他のスポット溶接用ガンによ
って溶接を行っているとき、前記他のスポット溶接用ガ
ンによる溶接が不完全になってしまうおそれもある。さ
らにまた溶接チップの先端部と被溶接物とは相互に滑り
を生じると、被溶接物に傷が付く。

【０００４】この問題を解決する或る先行技術では、ス
ポット溶接用ガンを、予め定める一方向に、ばねを用い
て変位自在にしてロボットの手首に装着するようにし
た、いわゆるイコライジング機構付き溶接ガンが用いら
れる。この先行技術では、スポット溶接用ガンに、イコ
ライジング機構が必要となるので、構成が大形化し、ま
た重くなりロボットの手首の可搬性能に制限が生じるこ
とになる。

【０００５】他の先行技術は特開平６−１５５０３６に
開示される。この先行技術では、スポット溶接時の予め
定める加圧力に対応してスポット溶接用ガンの溶接チッ
プによる被溶接物の挟持初期からスポット溶接を行って
挟持が終了するまでの全期間において、スポット溶接の
ために予め定める指定加圧力で加圧した時における溶接
チップの予め定めるずれ変位量だけ変位した状態に保
ち、これによって前記予め定める加圧力による加圧時に
おける溶接チップの先端部の位置を予め定める位置に保
つようにしている。

【０００６】この先行技術では、溶接電流を供給する実
際のスポット溶接時に先立って、溶接チップによる被溶
接物の挟持初期に、予め定める変位量だけスポット溶接
用ガンを移動するので、そのような指定加圧力が作用さ
れない状態期間中には、前述の問題点、すなわちワーク
である被溶接物に不所望な外力が加わり、またその被溶
接物が不所望に移動し、あるいはまた溶接チップと被溶
接物とが相互に滑りを生じてしまうなどの問題点があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
の小形化および軽量化を図り、しかも溶接チップによる
加圧力の変化中においても、溶接チップの先端部の位置
がスポット溶接用ガンなどの変形によって変位しないよ
うにして、溶接を高精度で行うことができるようにした
スポット溶接方法および装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数軸のロボ
ットの手首に装着されたスポット溶接用ガンの一対の溶
接チップを駆動源によって駆動して溶接チップの先端部
間に被溶接物を挟持してスポット溶接するスポット溶接
方法において、溶接チップの先端部による被溶接物の加
圧力に応じて、前記先端部の位置が変化しないようにロ
ボットを駆動するための制御データを、予め作成して、
メモリにストアしておき、スポット溶接時に指定加圧力
に達するまでと、指定加圧力に達してから、および加圧
前に戻るまでの加圧力をリアルタイムに検出して、その
加圧力に対応した制御データをメモリから読出してロボ
ットを動作させ、これによって前記先端部の位置を静止
したままに保つことを特徴とするスポット溶接方法であ
る。また本発明は、一対の溶接チップをモータによって
駆動して溶接チップの先端部間に被溶接物を挟持してス
ポット溶接するスポット溶接用ガンを、複数軸のロボッ
トによって移動するスポット溶接装置において、モータ
の負荷電流を検出する手段と、負荷電流に対応して、溶
接チップの先端部の位置が変化しないようにロボットを
駆動するための制御データがストアされるメモリと、負
荷電流検出手段の出力に応答し、検出された負荷電流に
対応する制御データをメモリから読出してロボットを動
作させる制御手段とを含むことを特徴とするスポット溶
接装置である。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、一対の溶接チップをモータな
どの駆動源によって駆動される溶接チップの先端部間で
ワークである被溶接物を挟持するスポット溶接用ガン
が、複数軸のロボットの手首に装着され、メモリには、
この溶接チップの先端部による被溶接物の加圧力に応じ
て溶接チップの先端部の位置、さらには溶接チップの姿
勢などが変化しないようにロボットを駆動するための制
御データが予め作成されてメモリにストアしておき、し
たがって溶接チップによって被溶接物を挟持し、その加
圧力を時間経過に伴って漸増してゆく状態において、ま
たその加圧力を漸減するときにおいても、加圧力に対応
してメモリにストアされている制御データを読出し、リ
アルタイムにロボットを動作させることにより先端部の
位置が、さらにはその姿勢などが静止したままで動かな
いように保つことができる。

【００１０】また本発明に従えば、溶接チップの先端部
による被溶接物の加圧力は、溶接チップを駆動するモー
タの負荷電流に対応しており、この負荷電流を負荷電流
検出手段によって検出し、検出された負荷電流に対応し
てメモリにストアされている制御データを読出し、ロボ
ットを動作させるようにすることもまた可能である。

【００１１】モータに代えて、そのほかの構成を有する
駆動源、たとえば流体圧シリンダなどを用いることがで
きる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のスポット溶接装
置の全体の構成を示すブロック図である。６軸のロボッ
ト１は、床２に固定された基台４に下部アーム５が第１
軸Ｊ１まわりに旋回可能とされる。また下部アーム５
は、第２軸Ｊ２まわりに前後角変位可能に、かつさらに
上部アーム６が第３軸Ｊ３まわりに上下に角変位可能に
設けられる。上部アーム６の手首７は、第４軸Ｊ４、第
５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６まわりに角変位することがで
きる。手首７には、本発明に従うスポット溶接用ガン８
が装着される。

【００１３】床２にはまた、架台９によって被溶接物１
０が固定位置で取付けられる。ワークである被溶接物１
０は、スポット溶接用ガン８によってスポット溶接され
る。

【００１４】図２は、スポット溶接用ガン８の構成をも
っ具体的に示す断面図である。図２の紙面内で大略的に
Ｃ字状に形成されるガンアーム１２の両端部には、一対
の溶接チップ１３，１４が取付けられている。一方の溶
接アーム１３は、レール１５に沿ってその溶接チップ１
３の軸線方向に変位自在である。溶接チップ１３に設け
られるナット部材１６は、ボールねじなどのねじ棒１７
に螺合し、このねじ棒１７は、モータ１８によって回転
駆動される。ねじ棒１７が正逆回転されることによっ
て、溶接チップ１３が被溶接物１０を介してもう１つの
溶接チップ１３に近接方向に移動し、または離反方向に
変位する。本発明の他の実施例として、モータ１８によ
って一対の溶接チップ１３，１４の両者が、相互に近接
／離反方向に変位するように構成されてもよい。

【００１５】モータ１８は、たとえばＡＣ（交流）サー
ボモータであってもよく、あるいは直流モータであって
もよく、このようなモータは、出力トルクが負荷電流に
対応している。モータ１８は、そのほかの構成を有して
いてもよい。

【００１６】図３は、本発明の一実施例の電気的構成を
示すブロック図である。モータ１８の負荷電流は負荷電
流検出手段１９によって検出され、その検出出力はマイ
クロコンピュータなどによって実現される処理回路２０
に与えられる。処理回路２０にはメモリ２１が接続され
る。また処理回路２０は、ロボット１の各軸Ｊ１〜Ｊ６
を駆動するために総括的に参照符２２で示される駆動手
段を動作させる。またこの処理回路２０によって、溶接
制御手段２３が動作され、スポット溶接用ガン８の一対
の溶接チップ１３，１４に溶接電流が供給される。

【００１７】図４は、スポット溶接用ガン８の一対の溶
接チップ１３，１４によって被溶接物１０を挟持する際
における状態を示す簡略化した側面図である。溶接チッ
プ１３，１４の先端部による被溶接物１０の加圧力が零
またはごく僅かであるときには、ガンアーム１２および
溶接チップ１３，１４の弾性変形は零またはほとんど生
じていない。被溶接物１０を溶接チップ１３，１４で挟
持し、その加圧力が増大すると、図４（２）に示される
ようにガンアーム１２が弾性変形し、また溶接チップ１
３，１４が弾性変形する。したがってスポット溶接用ガ
ン８の位置が変位しないままであるとすれば、溶接チッ
プ１３，１４の先端部の位置、したがって被溶接物１０
の溶接位置は、図４（１）の参照符２４から、図４
（２）の参照符２５で示されるように移動する結果とな
る。そこで本発明では、加圧力に応じて、スポット溶接
用ガン８をロボット１によって移動して、溶接チップ１
３，１４の先端部、したがって溶接位置２４が、加圧力
に拘わらず一定に保たれ、さらに溶接チップ１３，１４
の姿勢が一定に保たれるように、駆動手段２２を制御し
て動作させる。

【００１８】図５は、スポット溶接の動作を説明するた
めの図である。時刻ｔ１からスポット溶接のための動作
を開始する。時刻ｔ１では、溶接チップ１３，１４の先
端部は被溶接物１０の表面に接触している。モータ１８
を駆動することによって、溶接チップ１３，１４によっ
て被溶接物１０が大きな加圧力で挟持されてゆき、それ
に伴い、時刻ｔ１〜ｔ２の時間では、モータ１８の負荷
電流検出手段１９によって検出される負荷電流が増大
し、加圧力が増大する。時刻ｔ２においてモータ１８の
負荷電流が予め定める一定値Ｉ１に達すると、その状態
が保たれ、図５（２）に示されるように溶接チップ１
３，１４間に、溶接制御手段２３によって溶接電流が供
給される。この溶接電流は、時刻ｔ２〜ｔ２ａ間で供給
され、これによってスポット溶接が行われる。その後、
時刻ｔ３では、モータ１８を逆転し、これによって溶接
チップ１３，１４による被溶接物１０の加圧力が時間経
過に伴って減少し、それに応じてモータ１８の負荷電流
が減少してゆき、加圧力が減少してゆく。

【００１９】図６は、モータ１８の負荷電流に対応する
溶接チップ１３，１４による被溶接物１０の加圧力を示
すグラフである。モータ１８の負荷電流が増大するにつ
れて、その負荷電流に対応して加圧力が増大する。した
がってこの負荷電流を検出することによって、加圧力を
知ることができる。

【００２０】図７は、溶接チップ１３，１４による被溶
接物１０の加圧力に対応するツール座標系におけるずれ
量を示すグラフである。図７（１）は加圧力に対応する
ツール座標系におけるｘ軸方向の溶接位置のずれ量を示
す。図７（２）は加圧力に対応するツール座標系のｙ軸
方向のずれ量を示す。図７（３）は加圧力に対応するツ
ール座標系におけるｚ軸方向のずれ量を示す。このよう
にして加圧力に対応したツール座標系におけるｘ，ｙ，
ｚの各軸方向のずれ量を予め実測して求めておく。

【００２１】本発明によれば、このような図７に示され
る各軸方向の溶接位置における目標値からのずれ量が零
となり、また溶接チップ１３，１４の姿勢がほぼ一定に
保たれるように、ロボット１の各軸Ｊ１〜Ｊ６の駆動手
段２２を動作させるための制御データを、図３に示され
るメモリ２１にストアしておく。このメモリ２１のスト
ア内容は、たとえば表１に示されるとおりであり、ツー
ル座標系ｘ−ｙ−ｚの各軸方向の加圧力、したがってモ
ータ１８の負荷電流に対応したずれ量を表す制御データ
である。

【００２２】

【表１】

【００２３】図８は、処理回路２０の動作を説明するた
めのフローチャートである。スポット溶接を行うに当た
って、前述の図５（１）に示されるようにモータ１９の
検出負荷電流が時刻ｔ１から増加して、溶接チップ１
３，１４によって被溶接物１０がステップａ２で加圧さ
れ始めると、その負荷電流がステップａ３において常に
検出される。処理回路２０は、検出された負荷電流に対
応するロボット１の制御データを、ステップａ４で読出
し、この制御データに基づいてロボット１の各軸の駆動
手段２２を動作させ、これによって溶接チップ１３，１
４の先端部、したがって溶接部２４が予め定める目標位
置からずれることなく静止したままに保たれるように、
しかもその溶接チップ１３，１４の姿勢が初期の状態に
保たれるように、ロボット１が動作される。このような
動作が繰返され、図５（１）に示される時刻ｔ４以降に
おいて、モータ１８の検出される負荷電流が零になる
と、一連の溶接作業が終了したものと判断され、ステッ
プａ６で動作を休止する。こうして溶接チップ１３，１
４による被溶接物１０に対する加圧力は、モータ１８の
負荷電流を検出することによって知ることができ、前述
の時刻ｔ１において加圧指令を処理回路２０で発生され
ることによって、そのモータ１８の負荷電流が図５
（１）の目標とする電流値Ｉ１に達するまで、その負荷
電流が増加し、その値Ｉ１で負荷電流が制限され、この
状態で溶接電流が供給されてスポット溶接が行われる。
その後、溶接チップ１３，１４が離間方向に移動し、加
圧力が減少するのに伴い、負荷電流が減少し、時刻ｔ４
では加圧終了時点であって加圧前の状態に戻る。時刻ｔ
１〜ｔ２では、加圧力が増加し、また時刻ｔ３〜ｔ４で
は、加圧力が減少し、このように加圧力は連続的に変化
する。したがってこの連続的に変化する加圧力に対応す
るモータ１８の負荷電流値に応じて、リアルタイムで、
スポット溶接用ガン８のたわみ量に応じて、ロボット１
の合計６軸の駆動軸２２を上述のように駆動して制御
し、そのたわみ補正動作を行い、溶接チップ１３，１４
の先端部である溶接位置２４が変化しないように保つ。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、スポット溶接用ガンの
一対の溶接チップを駆動源によって駆動して被溶接物を
挟持する際における加圧力に対応して、メモリに予めス
トアしてある制御データを読出して先端部の位置が変化
しないようにロボットを駆動するようにしたので、この
溶接チップによる被溶接物の挟持時に、被溶接物に対し
て不所望な外力を加えることが、常時、避けることがで
きるようになる。したがって溶接の精度を高くすること
ができ、また溶接チップの寿命を長くすることができ
る。また溶接チップに挟持されている被溶接物が変位す
ることはなく、したがってその被溶接物にたとえば他の
スポット溶接用ガンを用いて溶接を行い、あるいはまた
他の加工を行っているとき、その溶接などの加工が不完
全になってしまうというおそれはない。さらに被溶接物
と溶接チップとは滑りを生じて被溶接物に傷を付けてし
まうことがない。

【００２５】さらに本発明による構成は、簡単であり、
スポット溶接用ガンの小形化、軽量化を図ることができ
る。

【００２６】また本発明によれば、溶接チップをモータ
によって駆動する構成とし、その負荷電流を検出し、こ
の負荷電流に対応してメモリにストアしてある制御デー
タを読出してロボットを駆動するようにし、これによっ
て構成の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の構成を示す側面図で
ある。

【図２】図１に示される実施例のスポット溶接用ガン８
の具体的な構成を示す簡略化した断面図である。

【図３】図１および図２に示される実施例の電気的構成
を示すブロック図である。

【図４】溶接チップ１３，１４によって被溶接物１０を
挟持したときにおける弾性変形を説明するための図あ
る。

【図５】スポット溶接動作を説明するための図である。

【図６】モータ１８の負荷電流に対応する被溶接物１０
の溶接チップ１３，１４による加圧力を説明するための
図である。

【図７】溶接チップ１３，１４による被溶接物１０の加
圧力に依存するツール座標系ｘ−ｙ−ｚの各軸方向の目
標値からのずれ量を示す図である。

【図８】処理回路２０の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ ロボット ２ 床 ４ 基台 ５ 下部アーム ６ 上部アーム ７ 手首 ８ スポット溶接用ガン ９ 架台 １０ 被溶接物 １２ ガンアーム １３，１４ 溶接チップ １５ レール １６ ナット部材 １７ ねじ棒 １８ モータ １９ 負荷電流検出手段 ２０ 処理回路 ２１ メモリ ２２ 駆動手段 ２３ 溶接制御手段 第１〜第６軸 Ｊ１〜Ｊ６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数軸のロボットの手首に装着されたス
   ポット溶接用ガンの一対の溶接チップを駆動源によって
   駆動して溶接チップの先端部間に被溶接物を挟持してス
   ポット溶接するスポット溶接方法において、 溶接チップの先端部による被溶接物の加圧力に応じて、
   前記先端部の位置が変化しないようにロボットを駆動す
   るための制御データを、予め作成して、メモリにストア
   しておき、 スポット溶接時に前記加圧力を検出して、その加圧力に
   対応した制御データをメモリから読出してロボットを動
   作させ、これによって前記先端部の位置を静止したまま
   に保つことを特徴とするスポット溶接方法。
2. 【請求項２】 一対の溶接チップをモータによって駆動
   して溶接チップの先端部間に被溶接物を挟持してスポッ
   ト溶接するスポット溶接用ガンを、複数軸のロボットに
   よって移動するスポット溶接装置において、 モータの負荷電流を検出する手段と、 負荷電流に対応して、溶接チップの先端部の位置が変化
   しないようにロボットを駆動するための制御データがス
   トアされるメモリと、 負荷電流検出手段の出力に応答し、検出された負荷電流
   に対応する制御データをメモリから読出してロボットを
   動作させる制御手段とを含むことを特徴とするスポット
   溶接装置。