(57)【特許請求の範囲】
【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力制御方法において、
可動電極チップと固定電極チップをそれぞれ加圧源と駆動源により開放位置からワークに接近する閉じ方向に移動させ、
固定電極チップがワークから所定距離離間したランディング開始位置に到達したところでガン本体を停止し、その後は、駆動源の駆動力をガン本体の重量を支えるのに必要充分な値に切換保持し、
可動電極チップがワークと当接した後も、可動電極チップによるワークの加圧を継続し、その当接反力によって駆動源の制止を解除することで、固定電極チップの閉じ方向への移動を再開させ、可動電極チップと固定電極チップによってワークを挟持加圧する、
ことを特徴とするスポット溶接ガンの加圧制御方法。
【請求項２】
可動電極チップについてもワークから所定距離離間したランディング開始位置を設定し、固定電極チップと可動電極チップとを夫々の開放位置から閉じ方向に移動させ、両電極チップが夫々のランディング開始位置に到達した後、可動電極チップをランディング開始位置の移動速度より低い所定の設定速度で閉じ方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧制御方法。
【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方法に関する。
【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７（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】
上記課題を解決するため、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力制御方法において、可動電極チップと固定電極チップをそれぞれ加圧源と駆動源により開放位置からワークに接近する閉じ方向に移動させ、固定電極チップがワークから所定距離離間したランディング開始位置に到達したところでガン本体を停止し、その後は、駆動源の駆動力をガン本体の重量を支えるのに必要充分な値に切換保持し、可動電極チップがワークと当接した後も、可動電極チップによるワークの加圧を継続し、その当接反力によって駆動源の制止を解除することで、固定電極チップの閉じ方向への移動を再開させ、可動電極チップと固定電極チップによってワークを挟持加圧することを特徴とする。
【０００８】
駆動源の駆動力を上記の値に切換えると、駆動力がガン本体の重量による駆動負荷に等しくなり、駆動源が制止されてガン本体は動かなくなる。その後、可動電極チップがワークに当接すると、駆動源に作用する負荷が当接反力によって軽減され、駆動源の制止が解かれる。その結果、ガン本体、即ち、固定電極チップがガン本体に対する可動電極チップの移動速度に等しい速度でランディング開始位置から移動してワークに当接する。
【０００９】
ここで、駆動源からガン本体に伝達される力はガン本体の重量で相殺されるから、ワークに対する固定電極チップの駆動源による加圧力は実質的に零になる。そのため、ワークに対する固定電極チップの加圧力は、ガン本体を介して作用する可動電極チップのワークに対する加圧反力だけになり、ワークに対する両電極チップの加圧力が均等になる。従って、ワークに対する両電極チップ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。
【００１０】
ところで、可動電極チップの打撃によるワークの変形を防止するには、可動電極チップを低速でワークに当接させることが必要になるが、可動電極チップを開放位置から低速で閉じ動作させたのでは時間がかかる。これに対し、可動電極チップについてもワークから所定距離離間したランディング開始位置を設定し、固定電極チップと可動電極チップとを夫々の開放位置から閉じ方向に移動させ、両電極チップが夫々のランディング開始位置に到達した後、可動電極チップをランディング開始位置の移動速度より低い所定の設定速度で閉じ方向に移動させれば、ワークの変形を防止して、且つ、加圧に要する時間を可及的に短縮でき、有利である。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
加圧制御は図４に示すように行うもので、以下その詳細について説明する。
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。
【００１６】
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（Ｓ３）、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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、図５（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。
【００１９】
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）。
【００２０】
この場合、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５（Ｂ）に示すようにランディング開始位置から動かない。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。
【００２１】
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し、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。ここで、加圧源４の駆動トルクは、ワークＷへの下チップ３の当接後の駆動負荷の増加で増加するが、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（Ｓ７）、通電プロセスに移行する。
【００２２】
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、且つ、上チップ５を介してワークＷに作用するガン本体２の重量による加圧力も駆動源６によってガン本体２の重量が支えられるため零になり、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。
【００２３】
また、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。
【００２４】
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７（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。
【００２５】
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６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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、図２及び図６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】  加圧制御の一例を示すフロー図
【図５】  （Ａ）各チップの速度変化を示すグラフ、（Ｂ）各チップの位置変化を示すグラフ
【図６】  スポット溶接ガンの他の例を示す側面図
【図７】  （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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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