(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、
被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて一定の時間間隔ごとに回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、
算出された回帰直線に近似する回帰モデルを探索し当該回帰モデルに基づいて溶接条件を最適化する溶接条件最適化手段と、
前記溶接条件が最適化された後の前記電極の変位量に基づいて、前記被溶接部材の熱膨張過程をリアルタイムに数値化、または、グラフ化して表示する表示手段とを有することを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
【請求項２】
サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、
被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度、収縮量の内の少なくとも１つの熱膨張過程を一定の時間間隔ごとに算出する熱膨張過程算出手段と、
前記熱膨張過程算出手段によって算出された熱膨張過程から溶接状態を算出する溶接状態算出手段と、
前記溶接状態算出手段によって算出された溶接状態に基づいて、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化する最適化手段と、
前記溶接条件が最適化された後の熱膨張過程から溶接条件、溶接状態、溶接結果の良否の少なくとも１つをリアルタイムで表示する表示手段とを有することを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
【請求項３】
前記表示手段は、
前記熱膨張過程から得られた溶接状態から、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件の変更をリアルタイムで案内表示する機能をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の溶接ロボットの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の溶接ロボットの制御装置は、
表示手段に表示された溶接条件の変更案内表示に基づいて、前記溶接条件を手動入力できる入力手段をさらに有することを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
【請求項５】
サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、
被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度、収縮量の内の少なくとも１つの熱膨張過程を算出する熱膨張過程算出手段と、
前記熱膨張過程算出手段によって算出された熱膨張過程から溶接状態を算出する溶接状態算出手段と、
前記溶接状態算出手段によって算出された溶接状態に基づいて、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化する最適化手段と、
前記最適化手段によって最適化された溶接条件を用いて前記スポット溶接ガンによりスポット溶接するスポット溶接手段とを有することを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
【請求項６】
前記最適化手段は、
溶接条件を修正する優先順位及び重み付けを設定する設定手段を有し、
前記設定手段によって設定された優先順位及び重み付けを考慮して、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化することを特徴とする請求項５に記載の溶接ロボットの制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の溶接ロボットの制御装置は、
前記電極の変位量、前記被溶接部材の熱膨張過程、溶接条件、溶接状態、溶接結果のそれぞれの良否、溶接状態の内のいずれかを外部装置に出力する出力手段をさらに備えたことを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接中の電極の変位量を経時的に検出することによって最適な溶接条件をリアルタイムで設定し、高品質のスポット溶接ができるようにした溶接ロボットの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スポット溶接の品質を管理、向上させるため様々な方法が提案されている。これらの方法の中には、溶接電流通電中（ナゲット生成過程）の被溶接部材の熱膨張の状況からスポット溶接の状態（信頼性）を調べる方法がある。
【０００３】
例えば、特公昭４８−４１４２２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、溶接電流通電中の熱膨張による被溶接部材の最大変位量Ｈmax によりナゲット径を推定し、推定したナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００４】
また、例えば米国特許３４００２４２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、熱膨張による被溶接部材の変位速度ｄｈ／ｄｔにより溶接時に形成されるナゲット径を推定し、推定したナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００５】
さらに、特開平９−２２５６５１号公報に開示されている発明は、溶接電流通電中の被溶接部材の熱膨張の飽和後、通電を遮断して良好な溶接品質が得られるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法は、溶接中に得られた電極の変位量から、事後的に溶接の信頼性を測るものであるから、溶接結果から得られた溶接条件のフィードバックは、次の溶接作業から可能となる。したがって、従来の方法では最低でも一個の溶接品が不良になることを容認しなければならない。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、溶接中に刻々と検出される電極の変位量の変化状態に基づいて、最適な溶接条件をリアルタイムで設定することができるようにした溶接ロボットの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて一定の時間間隔ごとに回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、算出された回帰直線に近似する回帰モデルを探索し当該回帰モデルに基づいて溶接条件を最適化する溶接条件最適化手段と、前記溶接条件が最適化された後の前記電極の変位量に基づいて、前記被溶接部材の熱膨張過程をリアルタイムに数値化、または、グラフ化して表示する表示手段有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度、収縮量の内の少なくとも１つの熱膨張過程を一定の時間間隔ごとに算出する熱膨張過程算出手段と、前記熱膨張過程算出手段によって算出された熱膨張過程から溶接状態を算出する溶接状態算出手段と、前記溶接状態算出手段によって算出された溶接状態に基づいて、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化する最適化手段と、前記溶接条件が最適化された後の熱膨張過程から溶接条件、溶接状態、溶接結果の良否の少なくとも１つをリアルタイムで表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の溶接ロボットの制御装置において、前記表示手段は、前記熱膨張過程から得られた溶接状態から、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件の変更をリアルタイムで案内表示する機能をさらに有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の溶接ロボットの制御装置に、表示手段に表示された溶接条件の変更案内表示に基づいて、前記溶接条件を手動入力できる入力手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、サーボモータによって電極が駆動されるスポット溶接ガンを作業端に備えた溶接ロボットを制御する制御装置であって、被溶接部材の溶接中に、前記電極の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段によって検出された変位量に基づいて、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度、収縮量の内の少なくとも１つの熱膨張過程を算出する熱膨張過程算出手段と、前記熱膨張過程算出手段によって算出された熱膨張過程から溶接状態を算出する溶接状態算出手段と、前記溶接状態算出手段によって算出された溶接状態に基づいて、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化する最適化手段と、前記最適化手段によって最適化された溶接条件を用いて前記スポット溶接ガンによりスポット溶接するスポット溶接手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の溶接ロボットの制御装置において、前記最適化手段は、溶接条件を修正する優先順位及び重み付けを設定する設定手段を有し、前記設定手段によって設定された優先順位及び重み付けを考慮して、溶接電流値、通電時間、加圧力から成る溶接条件をリアルタイムで最適化することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の溶接ロボットの制御装置において、前記電極の変位量、前記被溶接部材の熱膨張過程、溶接条件、溶接状態、溶接結果のそれぞれの良否、溶接状態の内のいずれかを外部装置に出力する出力手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は次のような効果を奏する。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、被溶接部材の溶接条件最適化後の熱膨張過程をリアルタイムで見ることができるので、溶接状態を逐次認識することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、溶接条件最適化後における、溶接条件、溶接状態、溶接結果の良否の少なくとも１つをリアルタイムで見ることができるので、溶接品質を逐次確認することができる。
【００１９】
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、溶接条件の変更をリアルタイムで案内表示するようにしたので、最適な溶接条件の設定を容易にすることができる。
【００２０】
請求項５及び請求項６に記載の発明によれば、最適化された溶接条件を用いてスポット溶接できるようにしたので、常に安定した溶接品質を得ることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、電極の変位量、前記被溶接部材の熱膨張過程などの諸量を外部装置に出力できるようにしたので、既存の溶接ロボットに容易に適用することができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の溶接ロボットの制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明装置を備えたスポット溶接ロボットの概略構成図である。ロボット本体１の作業端には、溶接ガン１０が取り付けられている。溶接ガン１０には、可動電極１２および固定電極１４に電流を供給するトランス６が接続されている。トランス６に印加する電圧や溶接ガン１０の動作は、溶接ガン制御装置２０によって制御される。また、ロボット本体１にはロボット制御装置７が接続され、ロボット本体１の動作はこのロボット制御装置７によって制御される。
【００２４】
尚、ロボット制御装置７には、表示部８を備えたペンダント９が接続され、ロボット本体１を手動で動作させたり、溶接条件の設定をしたり、溶接条件の修正の優先順位や重み付けの設定をしたり、ロボットの動作プログラムの変更をする場合には、このペンダント９を操作する。また、ロボット制御装置７自体にも表示装置５と操作パネル４が設けられている。操作パネル４は、ペンダンと９と同様に、ロボット本体１を手動で動作させたり、溶接条件の設定をしたり、溶接条件の修正の優先順位や重み付けの設定をしたり、ロボットの動作プログラムの変更をする各種の操作ボタンを有している。
【００２５】
図２は、溶接ロボットの制御装置とこの装置によって動作が制御される溶接ガン１０の概略構成図である。
【００２６】
溶接ロボットの制御装置は、溶接ガン１０の動作を制御する溶接ガン制御装置２０、溶接ガン１０の動作状態を検出するセンサ部３０から構成される。
【００２７】
溶接ガン制御装置２０は、データ処理装置２２、演算装置２４と記憶装置２６から構成される。
【００２８】
なお、溶接ガン制御装置２０は、溶接条件を演算された推定電流密度に基づいて自動的に修正する自動修正モード、溶接条件を作業者が手動で修正する手動修正モードを選択できるようになっている。
【００２９】
データ処理装置２２は、センサ部３０から出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先端検出信号）を入力し、この検出情報から電極の変位量の経時変化（電極間変位量データ）を演算装置２４や記憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。
【００３０】
データ処理装置２２から出力される検出情報の内、可動電極位置データは、図１に示したロボット制御装置７の表示装置５またはペンダント９の表示部８に出力され、表示装置５または表示部８において被溶接部材の熱膨張過程がリアルタイムに数値化され、またはグラフ化されて表示される。作業者は、この表示を見て現在行なわれつつある被溶接部材の溶接状態を視覚的に認識できることになる。
【００３１】
演算装置２４は、データ処理装置２２からの検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデータ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電極間変位量データ、基準電極間変位量、回帰モデル、電極先端径、適正電流密度）により、回帰直線の算出、推定電流密度の算出、溶接状態（溶接品質）のリアルタイムな判定などを行なう。また、演算装置２４は、センサ部３０から出力された可動電極位置データから、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張張量、飽和時間、収縮速度、収縮量を演算する。さらに、演算装置２４は、演算された熱膨張過程から、溶接条件、溶接状態、溶接結果を、表示装置５または表示部８に表示する。
【００３２】
記憶装置２６は、データ処理装置２２からの検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶したり、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力される電極の変位量の経時変化に関するデータを電極間変位量データとして記憶したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成された）ことを判定するために予め設定されている基準電極間変位量や基準回帰直線としての図７に示すような回帰モデルを記憶したり、溶接条件を変更する必要があるかどうかを判断するための適正電流密度を記憶したりするものである。なお、回帰モデルは、電極の変位量の経時的変化に関するデータから生成されたモデルであり、本実施の形態では、代表的な溶接条件により溶接が行なわれた場合に得られるであろう回帰モデルを記憶装置２６に記憶させている。
【００３３】
また、記憶装置２６には、ペンダント９や操作パネル４によって設定される溶接条件の修正の優先順位及び重み付けも記憶される。
【００３４】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された電極間変位量データから図６に示すような回帰直線を算出し、算出された回帰直線から現在どのような溶接が行なわれつつあるかを認識するための推定電流密度を演算し、これを適正電流密度と比較して、この比較結果から、このままの溶接条件で溶接しても信頼性の十分な溶接ができるか、または溶接条件を変更しないと信頼性の十分な溶接作業をすることができないかを判定することになる。この判定の結果、信頼性の十分な溶接作業をすることができないと判断された場合には、最適な溶接条件（溶接電流値、通電時間、加圧力からなる）を作成し、作成されたこの溶接条件をロボット制御装置７の表示装置５またはペンダント９の表示部８に案内表示する。
【００３５】
このとき、溶接ガン制御装置２０が手動修正モードに設定されている場合には、作業者は、この案内表示を見ながらペンダント９のキー操作によって溶接条件を入力することになる。また、溶接ガン制御装置２０が自動修正モードに設定されている場合には、演算装置２４は、予め設定されている修正の優先順位や重み付けを考慮して、最適な溶接条件（溶接電流値、通電時間、加圧力からなる）を作成する。
【００３６】
センサ部３０は、変位量検出手段として機能するエンコーダ３２と、電極の磨耗量や基準位置を決定するために使用される電極先端検出センサ３６とを有している。
【００３７】
エンコーダ３２は、溶接ガン１０の可動電極１２の位置を検出するセンサであり、この位置は、可動電極１２を昇降させるサーボモータ３４の回転量から検出される。
【００３８】
電極先端検出センサ３６は、可動電極１２の先端位置を検出するセンサであって、予め設定されている初期位置（原位置）から電極先端検出センサ３６によって可動電極１２の先端が検出されるまでの可動電極１２の変位量から可動電極１２の磨耗量を検出するために用いられるものである。
【００３９】
次に、図２に示す本発明装置の動作をフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００４０】
図３は、溶接パラメータのリアルタイムな修正や溶接品質の判定の処理を示すフローチャートであり、図４は、図３のフローチャートにおける推定電流密度算出のサブルーチンフローチャートであり、図５は、図３のフローチャートにおける溶接条件最適化処理のサブルーチンフローチャートである。
【００４１】
《推定電流密度算出》
まず、可動電極１２と固定電極１４とによって被溶接部材を加圧する。このとき、可動電極１２と固定電極１４が所定の打角で被溶接部材を加圧するようにする。なお、打角は被溶接部材面に対して垂直な方向を０゜としたときに５゜程度の傾きならば溶接品質には悪影響を与えない。加圧位置まで可動電極１２が下降したら、予め決められた溶接条件により通電が開始される（Ｓ２１）。
【００４２】
通電が始まると被溶接部材は膨張して可動電極１２をその加圧力に抗して押し上げるが、このときの可動電極１２と固定電極１４との間隔の変化量、すなわち、電極の変位量が可動電極１２の変位量としてエンコーダ３２によって測定される。この電極の変位量は、連続的に、または０．５ｍｓｅｃあるいは１〜５ｍｓｅｃ程度のごく僅かな時間間隔ごとにサンプリングされ（Ｓ２２）、この測定結果は記憶装置２６に記憶される（Ｓ２３）。なお、サンプリング間隔はこのような時間間隔に限定されるものではなく、後述する回帰直線の算出時間間隔に合わせて適宜設定すると良い。
【００４３】
そして、演算装置２４は、測定した電極の変位量から、一定の時間間隔ｔwidth ごとに回帰直線を求め、求めた回帰直線の傾きと切片を記憶する。ここで求める回帰直線は、図６に示すように、横軸を時間軸Ｔ、縦軸を変位量ｈとした２次元平面における直線である。また、回帰直線の切片とは、回帰直線の時間軸上０の切片である。
【００４４】
これにより得られる回帰直線は、ｈ＝θ１×Ｔ＋ＨT0となる。ここで、式中、ｈは電極の変位量、Ｔは時間、θ１は回帰直線の傾き、ＨT0は回帰直線の切片の値である。なお、回帰直線を一定時間間隔ごとに算出しているのは、得られた回帰直線に基づいて、現在行なわれつつある溶接状態をリアルタイムで判定するためである。
【００４５】
このときには、演算装置２４は、この回帰直線から、被溶接部材の熱膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度、収縮量も算出される。なお、熱膨張速度と収縮速度は、単位時間当たりの可動電極１２の変位量から求めることができ、飽和熱膨張量と収縮量は可動電極１２の変位量から求めることができる。飽和時間は、溶接が開始されてから飽和熱膨張量に達するまでの時間である（Ｓ２４）。
【００４６】
次に、このようにして求められた回帰直線により、可動電極１２と固定電極１４から被溶接部材に供給される電流の密度、すなわち推定電流密度を算出する。この推定電流密度の算出は、図４のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２５）。
【００４７】
まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている現在使用中の可動電極１２と固定電極１４との電極先端径と現在行なわれつつある溶接に使用されている溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間、板厚など）を読み出すとともに（Ｓ４１，Ｓ４２）、演算装置２４でカウントされている溶接作業（通電）が開始されてから今現在までの通電経過時間を読み出して（Ｓ４３）、電極先端径と溶接条件から成るデータ（電極先端径、加圧力、溶接電流、通電時間、板厚）の内の少なくとも１つ以上のデータと、通電経過時間及び算出された上記の回帰直線に基づいて、記憶装置２６に予め記憶されている回帰モデルの中で、現在の溶接状態に最も近似または適合する回帰モデルが存在するかどうかを探索する（Ｓ４４）。適合する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルから推定電流密度を算出し、一方、近似する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルを補間して推定電流密度を算出する（Ｓ４５）。
【００４８】
《溶接条件最適化》
このようにして推定電流密度の算出が終了すると、演算装置２４は、記憶装置２６に予め記憶してある現在の溶接条件に対する適正電流密度を読み出して、演算された推定電流密度とこの適正電流密度（許容範囲が設けてある）とを比較し、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内であれば、溶接条件として設定されている通電時間まで、Ｓ２２〜Ｓ２５までの処理を繰り返し、現在設定されている溶接条件にしたがって溶接作業を継続する（Ｓ２６，Ｓ３０）。
【００４９】
一方、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内でなければ、溶接ガン制御装置２０が溶接条件の自動修正モードに設定されているかどうかが判断され（Ｓ２７）、自動修正モードに設定されていなければ、すなわち、手動修正モードに設定されていれば、演算装置２４は、演算した推定電流密度を記憶装置２６に記憶させる。また、自動修正モードに設定されていれば、現在の溶接条件を最適な溶接条件に変更するための溶接条件最適化処理が行なわれる。この溶接条件最適化処理は、図７のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２９）。
【００５０】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている溶接条件最適化の溶接パラメータを読み込む。この溶接条件最適化の溶接パラメータは、溶接条件を変更する場合の修正の優先順位、適用の重み付け、溶接条件最適化の有効／無効の状態に関するものである。たとえば溶接条件を変更するための要素として、溶接電流、通電時間、加圧力、電極先端径が設定されている場合には、ある回帰モデルに対しては、たとえば、それらの優先順位を「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、「電極先端径」が４番、適用の重み付けを「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％、「電極先端径」が４０％というように設定されている。なお、溶接条件最適化が「有効」に設定されている場合には、溶接条件が変更されるが、それが「無効」に設定されている場合には、溶接条件は変更されない（Ｓ５１）。
【００５１】
読み込んだ溶接パラメータに溶接電流を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５２）、その溶接電流に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の溶接電流値を変更する。たとえば、上記の例では、「溶接電流」の重み付けが２０％であるので、現在の溶接電流値を２０％上昇させる（Ｓ５３，Ｓ５４）。
【００５２】
また、読み込んだ溶接パラメータに通電時間を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５５）、その通電時間に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の通電時間を変更する。たとえば、上記の例では、「通電時間」の重み付けが３０％であるので、現在の通電時間を３０％長くする（Ｓ５６，Ｓ５７）。
【００５３】
さらに、読み込んだ溶接パラメータに加圧力を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５８）、その加圧力に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の加圧力を変更する。たとえば、上記の例では、「加圧力」の重み付けが１０％であるので、現在の加圧力を１０％上昇させる（Ｓ５９，Ｓ６０）。
【００５４】
そして、読み込んだ溶接パラメータに電極先端径（チップドレス開始）の指令が含まれている場合には（Ｓ６１）、ロボットを制御する制御装置にチップドレス指令を出力して、可動電極１２と固定電極１４の電極チップをドレスする（Ｓ６２）。
【００５５】
たとえば、図５のフローチャートのＳ２５のステップで算出された回帰直線が＋Ｂランクに示す回帰モデルの曲線に近似している場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（多過ぎる）ので、図８に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値をやや減少させ、通電時間をやや減少させ、加圧力をやや増加させるという指令が出される。
【００５６】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が２０％減少され、通電時間が３０％減少され、また加圧力が１０％増加されることになる。
【００５７】
また、算出された回帰直線が−Ｃランクに示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（少な過ぎる）ので、図８に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値を増加させ、チップドレスを行なうべき指令が出される。
【００５８】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「電極先端径」が２番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が５０％、「電極先端径」が５０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が５０％増加され、可動電極１２と固定電極１４の電極チップを研磨するチップドレスが行なわれることになる。このような溶接条件は、各回帰モデル毎に設けられている。
【００５９】
このようにして溶接条件の変更が行なわれた後に、この変更された溶接条件の下で再び回帰直線が算出され、この回帰直線に基づく新たな溶接条件が算出される。このように溶接条件の変更を頻繁に繰り返し、図７の理想的な回帰モデル（Ａランク）に近い状態で溶接が行なわれるようにしている。
【００６０】
なお、入熱速度が遅い場合（回帰直線の傾きが小さい場合）に、溶接電流を増加しているのは、入熱速度が速くなるように（回帰直線の傾きが大きくなるように）するためであり、また、入熱速度が速い場合（回帰直線の傾きが大きい場合）に、溶接電流を減少させ、加圧力を増加させているのは、入熱速度が遅くなるように（回帰直線の傾きが小さくなるように）するためである。これにより、散りの発生が抑制され、最短時間で理想の溶接を行うことができるようになる。
【００６１】
本実施の形態で溶接をした場合の効果をさらに詳しく説明する。
【００６２】
たとえば、被溶接部材間に隙間がある状態または打角がある状態で同一の溶接条件で溶接した場合の電極の変位量の経時変化をグラフ化すると、図９に示すようなグラフになる。
【００６３】
図９では、電極チップ先端の直径が８．０ｍｍのものを使用して打角および被溶接部材間の隙間（板隙）の大きさを変えて、それぞれ３点づつ実際にスポット溶接を行ったときの、電極間変位量と時間の関係を示すグラフであり、図中φの値は各サンプルにおいて溶接後、溶接部の破壊検査によって溶接状態の適否を判定するための指標となるナゲット径を実測した値である。なお、打角および板隙以外の通電条件などは同じである。
【００６４】
この図から明らかなように、打角や板隙が変わることにより、膨脹時の変位量や、図６に示してある仮想飽和点に達する時間が異なることが分かる。そして仮想飽和点に達する時間（仮想飽和時間）は入熱速度と相関関係がある。すなわち、仮想飽和時間が長い程入熱速度が遅く、このため、ナゲット径が痩せている（小さい）ことが分かる。このような傾向は打角や板隙によらず、入熱速度とナゲット径の大きさに相関関係のあることを示している。したがって、入熱速度がわかればどの程度溶接電流を増加すれば適切な溶接をすることができるかが想定できるのである。なお、図９においてサンプルデータは、各打角および板隙の条件ごとに３つのデータを示しているが、図面を見易くするために、図中、回帰直線や仮想飽和点、仮想飽和時間を示す点線については各条件ごとに１つのサンプルデータについてのみ示した。他のサンプルデータについても同様の傾向である。
【００６５】
この図９からわかる溶接時の熱膨張の傾向について説明する。
【００６６】
まず、板隙は、複数の板材を重ね合わせて溶接する場合、その隙間は、被溶接部材と両電極１２，１４との間、および被溶接部材同士の間に発生する。ここで、図９のＡおよびＢのサンプルデータを参照すると、打角０゜のときには、板隙のない方（板隙０ｍｍ）が板隙がある方（板隙５ｍｍ）より電極間変位量が多くなる傾向がある。これは、打角０゜で板隙があった場合には、通電開始により板材が溶融、軟化し馴染んでくるため、電極間変位量、その変位量の増加割合、すなわち傾きが共に減少しているものと考えられる。
【００６７】
これに対し、データＣおよびＤで示した打角５゜の場合には、板隙のない方が変位量、傾き共に減少している。この傾向は、前述したように板隙がある場合に溶接を行うとこれが馴染むために、変位量が減少するといった考え方からすると逆の傾向である。このような打角５゜のときの傾向は、板隙がある場合には、被溶接部材のそれぞれが個別に曲げ強度を持ち、打角が５゜程度であれば両電極１２，１４の加圧力によって比較的容易に変形するため、通電直前の板隙（この場合は被溶接部材間の隙間）は両電極１２，１４の加圧力によって吸収され、結果的に板隙がない状態で溶接されたものと同等になることから生じると考えられる。ただし、打角が傾いていることから生じる被溶接部材と両電極１２，１４との接触不良（被溶接部材表面と各電極との隙間）は加圧力だけでは免れることができないので、上記ＡやＢのサンプルより変位量、傾き共に減少していると考えられる。
【００６８】
一方、板隙が初めから０であると、その強度は各被溶接部材が全体として一体となっているために剛性が高くなり、被溶接部材が変形しにくいため、打角が傾いているために生じている接触不良は、板隙が初めからあり、被溶接部材が加圧力によって僅かに変形し得る場合（Ｃのサンプル）よりも悪い状態で溶接が始まり、結果的に打角が傾いている影響を大きく受けて、Ｃのサンプルよりも変位量が少なくまた傾きも小さくなったものと考えられる。
【００６９】
したがって、単純に打角や板隙からはナゲット径がどの様になるかを推定することは困難であるが、本発明を適用することで、上述したように、打角や板隙がどの様な状態であっても、最終的には理想的な溶接状態で溶接されたのと同じ溶接を行なうことができる。
【００７０】
以上のように溶接条件の変更が繰り返されながら通電時間が経過すると（Ｓ３０）、溶接電流制御装置４０は電極への通電を停止し（Ｓ３１）、溶接作業を終了する。
【００７１】
《スポット溶接の判定》
スポット溶接が行なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データから、概念的には図９に示すようなグラフを作成する。このグラフから傾きが０である回帰直線と実際に得られた電極間変位量データとの交点を求め、溶接時における熱膨張の飽和点を算出し（Ｓ３２）、この飽和点から被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間を算出し、これらを記憶装置２６に予め理想的な溶接モデルとして記憶されている被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間と比較して、溶接品質を判定している。
【００７２】
なお、記憶装置２６に予め記憶されている基準電極間変位量に基づいて判定する場合には、電極間変位量データと基準電極間変位量とが比較され、一致していれば、溶接品質が良好であると判断することになる（Ｓ３３）。
【００７３】
そして、溶接ガン制御装置２０が自動修正モードに設定されていれば（Ｓ３４）、図９に示したような溶接経過を示す熱膨張推移グラフ、算出された推定電流密度、熱膨張飽和点、溶接品質判定結果を溶接状態としてペンダント９の表示部８やロボット制御装置７の表示装置５に表示させる（Ｓ３５）。一方、自動修正モードに設定されていなければ、自動修正モードの場合に表示される項目に加えて、溶接条件を作業者がペンダント９を用いて手動で変更できるようにするため溶接条件変更のためのナビゲーションの表示がされる。したがって、作業者はこの表示を見ながら溶接条件を変更することになる（Ｓ３６）。
【００７４】
図１０は、本発明装置の第２の実施の形態における溶接ロボットの制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略構成図である。
【００７５】
溶接ロボットの制御装置には、第１の実施の形態とは異なり、溶接ガン１０の電極間に溶接電流を供給する溶接電流制御装置４０が設けられ、これに伴って溶接ガン制御装置２０には、溶接電流制御装置４０との情報を授受するための外部入出力装置２８が設けられている。
【００７６】
溶接ガン制御装置２０は、溶接条件を演算された推定電流密度に基づいて自動的に修正する自動修正モード、溶接条件を作業者が手動で修正する手動修正モードの選択ができるようになっているのは、第１の実施の形態と同じである。
【００７７】
このような構成の場合には、ロボット制御装置７の表示装置５やペンダント９の表示部８への各種のデータの出力は、外部入出力装置２８を介して行なわれることになる。
【００７８】
また、自動修正モードに設定されている場合には、演算装置２４によって演算された最適な溶接条件は、外部入出力装置２８を介して溶接電流制御装置４０に設定される。溶接電流制御装置４０は、この設定された溶接条件にしたがって、可動電極１２と固定電極１４とによって挟まれた被溶接部材に電流を流し、最適な状態でスポット溶接をすることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる溶接ロボットの制御装置を備えたスポット溶接ロボットの概略構成図である。
【図２】  本発明にかかる溶接ロボットの制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略構成図である。
【図３】  図１の溶接ロボットの制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】  図３のフローチャートの内の「推定電流密度算出」のサブルーチンフローチャートである。
【図５】  図３のフローチャートの内の「溶接条件最適化処理」のサブルーチンフローチャートである。
【図６】  回帰直線の算出過程の説明に供する図である。
【図７】  回帰モデルの一例を示す図である。
【図８】  溶接条件の設定変更過程の説明に供する図である。
【図９】  打角や隙間の有無による電極間変位量の相違を示す図である。
【図１０】  第２の実施の形態にかかる溶接ロボットの制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【符号の説明】
１０…溶接ガン
１２…可動電極
１４…固定電極
２０…溶接ガン制御装置
３０…センサ部
３２…エンコーダ
３４…サーボモータ
４０…溶接電流制御装置
【図１】
0003651310.tif 000002
【図２】
0003651310.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003651310.tif 000006
【図６】
0003651310.tif 000007
【図７】
0003651310.tif 000008
【図８】
0003651310.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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