WO2004108339A1 - スポット溶接方法、スポット溶接機およびスポット溶接ロボット - Google Patents

スポット溶接方法、スポット溶接機およびスポット溶接ロボット Download PDF

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Definitions

  • the present invention provides a spot welding method and apparatus for welding a superimposed work by sandwiching the work between a pair of electrodes and energizing and welding between the electrodes. And a method and an apparatus for detecting the same.
  • Patent Document 1 JP-A-2000-254786
  • Patent Document 2 JP 2001-138063
  • the method of using the resistance value between the electrodes has a problem in that accurate determination cannot be performed because the current-carrying area changes due to the wear of the electrodes, and the resistance value changes for the same plate thickness. there were. Also, since the resistance value is measured after pressurization, a nugget can be formed on the surface of the work. However, since the resistance value changes as a result, there is a problem that even if the defect is removed and welding is attempted again, it is determined to be an NG product.
  • an object of the present invention is to provide a spot welding machine that can reliably detect defects such as missing workpieces and foreign matter entrapment before welding.
  • the present invention relates to a spot welding method in which a superposed work is sandwiched between a fixed electrode and a movable electrode, pressurized, and energized and welded between the electrodes.
  • a spot welding method in which a superposed work is sandwiched between a fixed electrode and a movable electrode, pressurized, and energized and welded between the electrodes.
  • the position of the movable electrode when the work is sandwiched by the electrodes is measured, and the value is stored as a reference value. Measuring the position of the movable electrode when the position is sandwiched, and comparing the position with the reference value, and performing welding when the position is within a certain range with respect to the reference value.
  • a step of issuing an alarm and stopping the welding operation is provided.
  • the thickness of the work is detected based on the moving amount of the movable electrode, there is an effect that a defect such as a missing work can be reliably detected.
  • dedicated hardware such as a dedicated sensor is not required, the defect can be detected easily and inexpensively, and the reliability of the spot welding robot can be improved.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a spot welding gun used for carrying out the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a spot welding gun showing an embodiment of the present invention.
  • 1 is a spot welding gun.
  • the spot welding gun 1 is assembled integrally with a transformer (not shown), attached to the tip of a robot (not shown), and moved to a position programmed by the control device of the robot to perform spot welding.
  • Reference numeral 2 denotes a frame of the spot welding gun 1 having a fixed electrode 3 attached to a lower portion thereof and a movable electrode 4 attached to an upper portion thereof.
  • the movable electrode 4 is driven by a servo motor 5 and moves up and down in the vertical direction in the figure to sandwich and press the work 6 with the fixed electrode 3.
  • the servo motor 5 is controlled by the robot controller as an additional axis of the robot, and the position, speed, and thrust (pressing force) of the movable electrode 4 are freely controlled.
  • the spot welding method according to the present invention is divided into a “plate thickness measurement” stage and an “inspection” stage.
  • the reference work is the work that is the actual work target, and has been confirmed to be free from missing parts or foreign matter.
  • the thickness is measured by measuring the position (TH) where the movable electrode 4 contacts the work 6
  • TH corresponds to the moving distance to the position where the movable electrode 4 abuts on the work 6 corresponding to the zero point of the overall value encoder. This TH is used as a reference value in the “test” stage.
  • the allowable range (THA) of the position (TH) at each hit point is calculated as a percentage of TH Set by rate. In other words, if the TH fluctuates beyond the THA% range, it is determined that the workpiece is missing or a foreign object has been caught.
  • (6) TH and THA are stored in the robot controller for each dot.
  • the inspection is executed for each point when the job is executed in the playback mode.
  • the amount of wear of the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 becomes a problem. This is because the amount of movement of the movable electrode 4 increases when the electrodes are worn. Therefore, the amount of electrode wear is measured periodically, for example, at every 100 dots. The amount of wear was measured by hitting the workpiece 6 with the spot gun 1 and hitting it with the workpiece, and comparing the amount of movement of the movable electrode when the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 came into contact with the amount of movement before wear. Then you can find it easily. Hereinafter, this wear amount is represented by DMF.
  • TR Operate the movable electrode 4 to make it contact the surface of the work 6 and obtain the position (TR) of the movable electrode 4 at this time.
  • TR is obtained by multiplying the number of pulses of the absolute encoder by a predetermined coefficient, like TH.
  • TR-DMF value is greater than TH * (100 + THA) ZlOO, it is judged that there is a missing part and the spot welding is interrupted and an alarm is issued.
  • TR-DMF value is less than TH * (100-THA) ZlOO, it is judged that foreign matter is caught and the spot welding work is interrupted and an alarm is issued.
  • the above-mentioned "thickness measurement” and “inspection” may be executed by a control device of a force welding power source executed by software in a control device of the robot.
  • the pressing force of the movable electrode 4 in “measurement of thickness” and “inspection” is selected to be smaller than that in actual welding, a nugget can be prevented from being generated in the work 6.
  • the thickness of the workpiece is detected based on the amount of movement of the movable electrode, defects such as missing workpieces can be reliably detected, and the invention can be applied to spot welding robots that do not require dedicated hardware such as dedicated sensors.

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Abstract

ワークの欠落や異物のかみ込みなどの欠陥を、溶接施工前に確実に検出できるスポット溶接機を提供する。 　重ね合わせたワーク（６）を固定電極（３）と可動電極（４）で挟んで加圧し、前記電極（３），（４）間に通電して溶接するスポット溶接方法において、実際の溶接作業に先立って、電極（３），（４）でワーク（６）を挟持したときの可動電極（４）の位置を計測し、その値を基準値ＴＨとして記憶する段階と、実際の溶接作業の実行時に、前電極（３），（４）でワーク（６）を挟んだときの可動電極（４）の位置ＴＲを計測する段階と、位置ＴＲを基準値ＴＨと比較して、位置ＴＲが基準値ＴＨに対して一定の範囲にあるときは溶接作業を実行し、位置ＴＲが前記一定の範囲にないときは警報を発して溶接作業を中止する段階を備える。

Description

明 細 書
スポット溶接方法、スポット溶接機およびスポット溶接ロボット
技術分野
[0001] 本発明は重ね合わせたワークを一対の電極で挟んで加圧し、前記電極間に通電し て溶接するスポット溶接方法およびその装置、特にワークの欠落ある 、は異物のか み込みを自動的に検出する方法および装置に関するものである。
背景技術
[0002] 重ね合わせたワークを一対の電極で挟んで加圧し、前記電極間に通電して溶接す るスポット溶接は自動車の車体の組み立て分野等で多用されている。特に近年は空 気圧装置に代えて、サーボモータで電極を駆動加圧する電動スポット溶接ガンを産 業用ロボットに取り付けてスポット溶接を自動的に施工するスポット溶接装置およびス ポット溶接ロボットが広く普及して 、る。
スポット溶接ロボットを使用する自動化ラインでは、上流工程でワークを組み立てて 、治具で固定して、スポット溶接工程に搬送して来るのであるが、何らかの原因でヮ ークが正しく固定されな力つたり、組み付けるべき部品が欠落したり、あるいは異物を かみ込んだりしていても、無人化ラインであるので、それらの不具合が見過ごされて、 そのままスポット溶接が施工されて、下流工程に流れてしまうという問題があった。 この問題を解決するために、スポット溶接用電極でワークを挟んだときの、電極間の 抵抗値を求めて、その大小によりワークの欠落の異常を検出するスポット溶接機の発 明（例えば、特許文献 1、特許文献 2)が提案されている。
特許文献 1：特開 2000— 254786号公報
特許文献 2 :特開 2001— 138063号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しカゝしながら、電極間の抵抗値を利用する方法は、電極の磨耗により通電面積が変 化して、同じ板厚に対する抵抗値が変化するので正確な判定が出来ないという問題 があった。また、加圧した後で抵抗値を計測するので、ワークの表面にナゲットができ 、その結果抵抗値が変化するので、欠陥を除去して再度溶接を試みても NG品であ ると判定されるという問題があった。
そこで、本発明はワークの欠落や異物のかみ込みなどの欠陥を、溶接施工前に確 実に検出できるスポット溶接機を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
[0004] 上記の課題を解決するために、本発明は、重ね合わせたワークを固定電極と可動 電極で挟んで加圧し、前記電極間に通電して溶接するスポット溶接方法にぉ 、て、 実際の溶接作業に先立って、前記電極で前記ワークを挟持したときの前記可動電極 の位置を計測し、その値を基準値として記憶する段階と、実際の溶接作業の実行時 に、前記電極前記ワークを挟んだときの前記可動電極の位置を計測する段階と、前 記位置を前記基準値と比較して、前記位置が前記基準値に対して一定の範囲にあ るときは溶接作業を実行し、前記位置が前記一定の範囲にないときは警報を発して 溶接作業を中止する段階を備えるものである。
発明の効果
[0005] 以上説明したように、可動電極の移動量を基準にして、ワークの板厚を検出するの で、ワークの欠落等の欠陥を確実に検出できると言う効果がある。また、専用のセン サ等、専用のハードウェアが不要なので、簡単かつ安価に欠陥を検出して、スポット 溶接ロボットの信頼性を向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]本発明の実施に用いるスポット溶接ガンの概念図である。
符号の説明
[0007] 1 スポット溶接ガン
2 フレーム
3 固定電極
4 可動電極
5 サーボモータ
6 ワーク 発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
実施例 1
[0009] 図 1は本発明の実施例を示すスポット溶接ガンの概念図である。図において、 1は スポット溶接ガンである。スポット溶接ガン 1は図示しないトランスと一体に組立られて 、図示しないロボットの先端に取り付けられて、前記ロボットの制御装置においてプロ グラムされた位置に移動してスポット溶接を施工する。
2はスポット溶接ガン 1のフレームであり、その下部に固定電極 3が取り付けられ、上 部には可動電極 4が取り付けられている。可動電極 4はサーボモータ 5で駆動され、 図の上下方向に進退して、固定電極 3との間でワーク 6を挟持加圧する。サーボモー タ 5は前記ロボットの制御装置によって、前記ロボットの付加軸として制御され、可動 電極 4の位置、速度、推力（加圧力）が自在に制御される。
[0010] 次にスポットガン 1によるスポット溶接方法を説明する。本発明のスポット溶接方法 は「板厚測定」の段階と、「検査」の段階に分かれる。
(板厚測定）
以下、板厚測定の方法を順に説明する。
(1)基準ワークを治具にセットする。基準ワークは実際の作業対象のワークであって、 部品の欠落や異物のかみ込みが無い事が確認されたワークである。
(2)ロボット制御装置を「プレイモード」から「ユーティリティモード」に変更し、「板厚測 定」を選択する。
(3)溶接作業ジョブ (プログラム)を実行する。「ユーティリティモード」、「板厚測定」を 選択している。現実の溶接は実行されず、各打点ごとに板厚測定を実行する。
(4)板厚測定は、可動電極 4がワーク 6に当接した位置 (TH)を測定して行なわれる
。具体的には、サーボモータ 5の回転角度を示す絶対エンコーダのパルス数をカウン トし、そのパルス数に所定の係数を乗じて THを求める。 THは全体値エンコーダの零 点に相当する可動電極 4の位置力 ワーク 6に当接した位置までの移動距離に相当 する。この THは「検査」の段階で基準値として使用される。
(5)次に、各打点における前記位置 (TH)の許容範囲 (THA)を、 THに対する百分 率で設定する。つまり THが士 THA%の範囲を超えて変動すると、ワークの欠落ある いは異物のかみ込みがあつたと判断するものである。
(6)THおよび THAを各打点ごとにロボット制御装置内部に記憶する。
[0011] (検査）
検査は、プレイバックモードにおけるジョブの実行時に各打点をごとに実行される。 ここで、固定電極 3と可動電極 4の磨耗量が問題になる。電極が磨耗すれば、可動電 極 4の移動量が大きくなるからである。そこで、電極の磨耗量を定期的、例えば 100 打点毎に計測する。磨耗量の測定はスポットガン 1にワーク 6を挟まな 、で空打ちし て、固定電極 3と可動電極 4が当接したときの可動電極の動作量を、磨耗する前の動 作量と比較すれば、簡単に求めることができる。以下、この磨耗量を DMFで表す。
[0012] さて、検査は次の手順で実行される。
(1)固定電極 3をワーク 6の裏面に当接させる。
(2)可動電極 4を動作させてワーク 6の表面に当接させて、このときの可動電極 4の位 置 (TR)を求める。 TRは THと同様に絶対エンコーダのパルス数に所定の係数を乗 じて求める。
(3)位置 TRを磨耗量で補正した値 (TR— DMF)を求めて、これを板厚測定時の位 置 (基準値) THと比較する。
(4) TR— DMFの値力 TH * (100+THA) ZlOOよりも大きい場合は、ワークの欠 落があると判断して、スポット溶接を中断して警報を発する。
(5) TR— DMFの値力 TH * (100— THA) ZlOOよりも小さい場合は、異物のかみ 込みがあると判断して、スポット溶接作業を中断して警報を発する。
(6)前記警報を受けた作業者がワークの欠落等の欠陥を排除したら、警報を解除し て、スポット溶接作業を再開する。
[0013] 以上の「板厚測定」および「検査」は、ロボットの制御装置内部のソフトウェアで実行 される力 溶接電源の制御装置が実行してもよい。また、「板厚測定」および「検査」 における可動電極 4の加圧力は、実際の溶接に比べて小さな値を選べばワーク 6に ナゲットが生じるのを避けることができる。
産業上の利用可能性 可動電極の移動量を基準にして、ワークの板厚を検出するので、ワークの欠落等の 欠陥を確実に検出でき、専用のセンサ等、専用のハードウェアが不要なスポット溶接 ロボットに適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 重ね合わせたワークを固定電極と可動電極で挟んで加圧し、前記電極間に通電して 溶接するスポット溶接方法にぉ ヽて、
実際の溶接作業に先立って、前記電極で前記ワークを挟持したときの前記可動電 極の位置を計測し、その値を基準値として記憶する段階と、
実際の溶接作業の実行時に、前記電極で前記ワークを挟んだときの前記可動電極 の位置を計測する段階と、
前記位置を前記基準値と比較して、前記位置が前記基準値に対して一定の範囲 にあるときは溶接作業を実行し、前記位置が前記一定の範囲にないときは警報を発 して溶接作業を中止する段階を備えることを特徴とするスポット溶接方法。
[2] 重ね合わせたワークを固定電極と可動電極で挟んで加圧し、前記電極間に通電して 溶接するスポット溶接機において、
実際の溶接作業に先立って、前記電極で前記ワークを挟持したときの前記可動電 極の位置を計測し、その値を基準値として記憶する手段と、
実際の溶接作業の実行時に、前記電極で前記ワークを挟んだときの前記可動電極 の位置を計測する手段と、
前記位置を前記基準値と比較して、前記位置が前記基準値に対して一定の範囲 にあるときは溶接作業を実行し、前記位置が前記一定の範囲にないときは警報を発 して溶接作業を中止する手段を備えることを特徴とするスポット溶接機。
[3] 請求項 2に記載のスポット溶接機を、アームを先端に取り付けたことを特徴とするス ポット溶接ロボット。
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