JPH10249543A - スポット溶接ガンの加圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動源６によってイコライズ動作されるガン
本体２に、ガン本体に対し不動の固定電極チップ３と、
加圧源４に連結される可動電極チップ５とを設けて成る
スポット溶接ガンにおいて、ワークＷに両電極チップ
３，５を均等な力で圧接させて、高品質の溶接を行い得
られるようにする。 【解決手段】 ワークＷに対する固定電極チップ３の駆
動源６による圧接力が実質的に零になるように駆動源６
を制御し、ワークＷに対する両電極チップ３，５の加圧
力の差を生じないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてロボット
に搭載して使用するスポット溶接ガンに適用される加圧
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスポット溶接ガンとし
て、特開平６−３２８２６７号公報に見られるように、
ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、
固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可
動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケット
に対し前記両電極チップの対向方向に駆動源によって移
動可能としたものは知られている。

【０００３】上記スポット溶接ガンは、加圧源によって
可動電極チップをワークに当接させると共に、駆動源に
よるガン本体の移動で固定電極チップをワークに当接さ
せることができ、所謂、イコライズ機能を得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記スポット溶接ガン
は、加圧源の加圧力が可動電極チップと、ガン本体を介
して固定電極チップとに均等に作用するが、固定電極チ
ップには駆動源による加圧力が付加される。特に、ワー
クのセット位置の誤差やロボットの位置決め誤差により
スポット溶接ガンに対するワークの相対位置が固定電極
チップ側にずれると、固定電極チップに付加される加圧
力が大きくなり、ワークに対する固定電極チップの加圧
力と可動電極チップの加圧力との差が大きくなる。

【０００５】ここで、両電極チップの加圧力に差を生ず
ると、加圧力の小さな電極チップとワークとの接触抵抗
が加圧力の大きな電極チップとワークとの接触抵抗より
大きくなるため、通電時にワークの発熱中心が加圧力の
小さな電極チップ側にずれる。そして、図９（Ｂ）に示
すように、ナゲットＮの最大径部が加圧力の小さな電極
チップ側（図の上側）にずれ、ワークＷの接合面におけ
るナゲット径が小さくなり、ワークＷのせん断溶接強度
が低下する。また、ワークＷの接合面におけるナゲット
径が所要値になるように、電接電流を増加すると、上側
のワークＷが溶け過ぎて、スパッタが飛散したり、電極
チップが溶着するといった不具合を生ずる。

【０００６】本発明は、以上の点に鑑み、固定電極チッ
プの加圧力と可動電極チップの加圧力とを均等化させ
て、スパッタやチップ溶着を生ずることなく高品質の溶
接を行い得られるようにすることを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極
チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動
作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持
ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆動源
によって移動可能としたスポット溶接ガンの加圧制御装
置において、ワーク加圧時のワークに対する固定電極チ
ップの加圧力と可動電極チップの加圧力との差が実質的
に零になるように前記駆動源を制御する制御手段を備え
ることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、ワークに対する固定電極
チップの加圧力と可動電極チップの加圧力とが均等にな
る。そのため、ワークと両電極チップとの接触抵抗も均
等になり、通電時の発熱中心がワーク接合面に合致す
る。その結果、ワーク接合面で最大径になるようにナゲ
ットが形成され、せん断溶接強度の高い高品質の溶接を
行い得られ、且つ、スパッタやチップ溶着も生じにくく
なる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照して、ＲはワークＷの
溶接を行うロボットであり、ロボットＲの動作端の手首
Ｒａにスポット溶接ガンＧが取付けられている。

【００１０】スポット溶接ガンＧは、図２に示す如く、
手首Ｒａに固定されるガン支持ブラケット１に上下動自
在に支持されるガン本体２を備えている。ガン本体２に
は、下方にのびるＣ形ヨーク２ａが取付けられており、
Ｃ形ヨーク２ａの下部先端に固定電極チップたる下チッ
プ３が取付けられている。また、ガン本体２の上面にサ
ーボモータから成る加圧源４を搭載し、加圧源４により
ガン本体２内のボールねじ機構（図示せず）を介して上
下動されるロッド４ａをガン本体２の下方に突出させ、
ロッド４ａの下端に、下チップ３に対向させて可動電極
チップたる上チップ５を取付け、Ｃ形のスポット溶接ガ
ンを構成している。

【００１１】ガン本体２は、図３に示す如く、ガン支持
ブラケット１に固定した上下方向に長手の１対のガイド
バー１ａに摺動自在に支持されている。そして、ガン支
持ブラケット１の上面にサーボモータから成る駆動源６
を搭載し、これに連結される上下方向に長手のボールね
じ６ａをガン本体２に固定のナット６ｂに螺挿して、駆
動源６によりボールねじ機構を介してガン本体２が上下
動されるようにしている。尚、このボールねじ機構は、
ガン本体２の重量がナット６ｂを介してボールねじ６ａ
に逆転トルクとして作用するように構成されている。

【００１２】加圧源４及び駆動源６はガンコントローラ
７によって制御される。ガンコントローラ７は、スポッ
ト溶接ガンＧがロボットＲの作動でワークＷの所定の打
点位置に到達したとき、ロボットコントローラ８からの
加圧指令を受けてスポット溶接ガンＧの加圧制御を行
う。

【００１３】加圧制御には、図４に示す方式と、図６に
示す方式とがあり、以下その詳細について説明する。

【００１４】尚、ティーチング時に、下チップ３と上チ
ップ５の夫々について、ワークＷから所定距離離間した
ランディング開始位置を設定すると共に、ガン移動時の
ワークＷへの干渉を防止するために、ランディング開始
位置よりもワークＷから離間した開放位置を設定し、こ
れらの位置データをガンコントローラ７に格納してお
く。

【００１５】図４に示す制御方式では、加圧指令を受け
ると（Ｓ１）、加圧源４により上チップ５をその開放位
置から閉じ方向たる下方に移動すると共に、駆動源６に
よりガン本体２を上動させて、下チップ３をその開放位
置から閉じ方向たる上方に移動する（Ｓ２）。そして、
加圧源４及び駆動源６の回転量から割出される上下の各
チップ３，５の位置に基づいて速度制御を行い（Ｓ
３）、下チップ３と上チップ５とを夫々のランディング
開始位置に同時に到達させる。

【００１６】ここで、上チップ５のワークＷに対する下
降速度は、ガン本体２に対する上チップ５の下降速度か
らガン本体２、即ち、下チップ３の上昇速度を減算した
値になる。従って、開放位置とランディング開始位置と
の間の距離が下チップ３と上チップ５とで等しい場合、
上チップ５のガン本体２に対する下降速度を下チップ３
の上昇速度の２倍にすることで下チップ３と上チップ５
とを夫々のランディング開始位置に同時に到達させるこ
とができる。

【００１７】両チップ３，５がランディング開始位置に
到達すると（Ｓ４）、以後下チップ３をランディング開
始位置に到達する前の速度より低い所定の設定速度ＶＳ
で上昇させると共に、上チップ５をガン本体２に対し前
記設定速度ＶＳに等しい相対速度で下降させる（Ｓ
５）。そして、下チップ３がワークＷに接触したとき
（Ｓ６）、ガン本体２、即ち、下チップ３を停止し、下
チップ３をワークＷへの接触時点の位置に保持する（Ｓ
７）。

【００１８】下チップ３のワークＷへの接触時点の検出
は以下の如くして行うことができる。例えば、駆動源６
の駆動力（トルク）の上限値を、固定電極チップ３がワ
ークＷに軽く接触（例えば接触圧５ｋｇｆ）したところ
でガン本体２の上動が制止されるような値、即ち、ガン
本体２の重量を支えるのに必要充分な保持トルクに若干
のトルクを加えた値に設定し、ガン本体２の上昇速度を
検出して、これが零になった時点を下チップ３のワーク
Ｗへの接触時点として検出することができる。尚、保持
トルクは溶接ガンＧの姿勢によって変化するが、駆動源
６の駆動負荷によって姿勢に応じた保持トルクを割出す
ことができる。

【００１９】駆動源６の駆動トルクの上限値を上記の如
く設定しなくても、駆動源６の駆動負荷（モータ電流）
を検出することにより下チップ３のワークＷへの接触時
点を検出することができる。即ち、下チップ３がワーク
Ｗに接触すると駆動負荷が増加し、この増加時点を接触
時点として検出することができる。この場合、接触検出
後に駆動トルクを上記保持トルクに減少し、ワークＷに
対する下チップ３の接触圧を実質的に零にした状態で下
チップ３を停止する。尚、駆動トルクの上限値を上記の
如く設定する場合にも、接触検出後に駆動トルクを保持
トルクに減少することが望ましい。

【００２０】ところで、下チップ３がワークＷに接触す
るまでは、上チップ５のガン本体２に対する下降速度と
ガン本体２の上昇速度とが等しいため、上チップ５はそ
のランディング開始位置に停止しており、下チップ３が
ワークＷに接触してガン本体３が停止されたところで上
チップ５がランディング開始位置から設定速度ＶＳで下
降してワークＷに当接する。当接後は、加圧源４による
加圧力が上チップ５とガン本体２を介して下チップ３と
に均等に作用する。ここで、加圧源４の駆動トルクは、
ワークＷへの上チップ５の当接による駆動負荷の増加に
応じて増加するが、所要の加圧力に合わせてリミッタ値
が設定されており、加圧源４の駆動トルクがリミッタ値
に上昇したとき（Ｓ８）、通電プロセスに移行する。

【００２１】上記制御方法による各チップ３，５の移動
速度の変化や位置の変化は図５（Ａ）（Ｂ）に示す通り
になる。尚、図５（Ａ）の上チップ５の移動速度はガン
本体２に対する相対速度である。

【００２２】上記制御方式によれば、下チップ３がワー
クＷへの接触時点の位置に保持されるため、駆動源６に
よって下チップ３がワークＷに強く当接することはな
く、ワークＷに対する下チップ３の加圧力と上チップ５
の加圧力との差は実質的に零になる。

【００２３】図６に示す制御方式においても、Ｓ１〜Ｓ
４までのステップを上記制御方式と同様に行うが、この
制御方式では、図７（Ａ）に示すように、下チップ３が
そのランディング開始位置に到達した時点でその移動速
度が零になるように、下チップ３の速度制御を行う。

【００２４】そして、下チップ３と上チップ５とが夫々
のランディング開始位置に到達したところで、駆動源６
の駆動トルクをガン本体２の重量を支えるのに必要充分
な保持トルクに切換保持し（Ｓ５）、この状態で上チッ
プ５をランディング開始位置に到達する前の速度より低
い移動速度でガン本体２に対し下降させる（Ｓ６）。

【００２５】これによれば、上チップ５がワークＷに当
接するまでは、ガン本体２の重量による逆転トルクと保
持トルクとのバランスで駆動源６が制止されるため、下
チップ３は図７（Ｂ）に示すようにランディング開始位
置から動かない。上チップ５がワークＷに当接すると、
駆動源６に作用する逆転トルクが保持トルクよりも小さ
くなり、駆動源６の制止が解かれて、下チップ３がガン
本体２に対する上チップ５の下降に追従して上昇する。
そして、下チップ３がワークＷに当接したところで、加
圧源４による加圧力が上チップ５とガン本体２を介して
下チップ３とに均等に作用する。そして、加圧源４の駆
動トルクが所要の加圧力に合わせて設定したリミッタ値
に上昇したとき（Ｓ７）、通電プロセスに移行する。

【００２６】この制御方式では、駆動源６からガン本体
２に伝達される力がガン本体２の重量で相殺され、ワー
クＷに対する下チップ３の駆動源６による加圧力は実質
的に零になり、ワークＷに対する下チップ３の加圧力と
上チップ５の加圧力との差も実質的に零になる。

【００２７】また、上記何れの制御方式でも、下チップ
３のランディング開始位置と上チップ５のランディング
開始位置との間にワークＷが存在する限り、上記と同様
の作用で両チップ３，５の加圧力が均等になり、ワーク
Ｗのセット誤差やロボットＲの位置決め誤差による溶接
ガンＧに対するワークＷの位置ずれに対処できる。

【００２８】上記の如く両チップ３，５の加圧力を均等
にすると、両チップ３，５のワークＷに対する接触抵抗
も均等になり、通電時の発熱中心がワークＷの接合面に
合致して、図９（Ａ）に示す如く、最大径部がワークＷ
の接合面に合致するようにナゲットＮが形成され、せん
断溶接強度が向上すると共に、スパッタやチップ溶着も
生じにくくなる。

【００２９】尚、両チップ３，５の夫々の加圧力をロー
ドセル等のセンサで検出し、両チップ３，５の加圧力差
が零になるように駆動源６を制御することも可能であ
る。

【００３０】また、上記実施形態では、スポット溶接ガ
ンＧをＣ形ガンで構成したが、図８に示すようなＸ形ガ
ンで構成しても良い。このＸ形ガンと上記Ｃ形ガンとの
主たる相違点は、ガン本体２に前後方向に長手の下側ガ
ンアーム９を取付けて、その先端に下チップ３を取付け
た点と、先端に上チップ５を取付けた前後方向に長手の
上側ガンアーム１０を設けて、該アーム１０をガン本体
２に枢軸１１を介して上下方向に揺動自在に軸支し、加
圧源４により上下動されるロッド４ａに上側ガンアーム
１０の基端を小リンク４ｂを介して連結して、該アーム
１０を上下に揺動させる点であり、他の構成はＣ形ガン
と特に異ならず、Ｃ形ガンと同一の部材に上記と同一の
符号を付してその説明を省略する。

【００３１】このＸ形ガンにおいても、ガンコントロー
ラ７により加圧源４と駆動源６とを上記と同様に制御す
ることで両チップ３，５の加圧力を均等にすることがで
きる。

【００３２】また、図２及び図８に示すものでは、加圧
源４及び駆動源６をサーボモータで構成しているが、こ
れらをサーボシリンダで構成する場合にも同様に本発明
を適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置を具備するスポット溶接ガンを搭
載したロボットの側面図

【図２】 スポット溶接ガンの拡大側面図

【図３】 図２のIII−III線截断面図

【図４】 加圧制御の第１の制御方式を示すフロー図

【図５】 （Ａ）第１の制御方式による各チップの速度
変化を示すグラフ、（Ｂ）第１の制御方式による各チッ
プの位置変化を示すグラフ

【図６】 加圧制御の第２の制御方式を示すフロー図

【図７】 （Ａ）第２の制御方式による各チップの速度
変化を示すグラフ、（Ｂ）第２の制御方式による各チッ
プの位置変化を示すグラフ

【図８】 スポット溶接ガンの他の例を示す側面図

【図９】 （Ａ）両チップの加圧差が無いときに形成さ
れるナゲットを示す図、（Ｂ）加圧力差を生じたときに
形成されるナゲットを示す図

【符号の説明】

１ ガン支持ブラケット ２ ガン本体 ３ 下チップ（固定電極チップ） ４ 加圧源 ５ 上チップ（可動電極チップ） ６ 駆動源 ７ ガンコントローラ（制御手段）

フロントページの続き (72)発明者 小田 幸治 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 分藤 勲 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定
   電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開
   閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン
   支持ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆
   動源によって移動可能としたスポット溶接ガンの加圧制
   御装置において、 ワーク加圧時のワークに対する固定電極チップの加圧力
   と可動電極チップの加圧力との差が実質的に零になるよ
   うに前記駆動源を制御する制御手段を備えることを特徴
   とするスポット溶接ガンの加圧制御装置。