(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、
上部チップを降下させて被溶接物間の隙間をゼロとする手順と、
前記隙間をゼロとしたときの密着時加圧力を算出する手順と、
前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、  前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順と、
上部チップおよび下部チップ間に通電してスポット溶接する手順と、
上部チップが上昇するタイミングを監視する手順と、
上部チップの上昇開始時より前記指令加圧力を設定加圧力に戻す手順
とを含んでなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
【請求項２】
前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を停止した状態でなされることを特徴とする請求項１記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
【請求項３】
前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を継続させた状態でなされることを特徴とする請求項１記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
【請求項４】
電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、
上部チップを低加圧力により被溶接物を加圧した状態で上部チップの降下動作を停止させる手順と、
上部チップの降下動作を停止した時点における被溶接物間の隙間を算出する手順と、
前記隙間および被溶接物のバネ定数を用いて密着時加圧力を算出する手順と、  前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、  前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順
とを含んでなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
【請求項５】
チップ昇降装置とチップ位置検出装置とを有する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置であって、
前記制御装置が、被溶接物の板厚、バネ定数などの被溶接物の特性を登録する特性登録部と、前記チップ位置検出装置からの検出値に基づいてチップ位置を算出するチップ位置算出部と、被溶接物をチップにより低加圧力により加圧した状態における被溶接物間の隙間を算出する隙間算出部と、被溶接物の加圧力を設定する加圧力設定部と、前記バネ定数および隙間に基づいて被溶接物相互が密着した状態における加圧力を算出する密着時加圧力算出部と、前記設定加圧力および密着時加圧力に基づいて指令加圧力を算出する指令加圧力算出部とを備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置を備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置。
【請求項７】
請求項６記載の電動サーボ式抵抗溶接装置を有することを特徴とするスポット溶接ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、被溶接物間に隙間が存在しても適正な加圧力によりスポット溶接がなし得る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車製造ラインにおけるスポット溶接ロボットを用いたスポット溶接では、スポット溶接ガンとして電動サーボ式抵抗溶接装置、いわゆるサーボガンが用いられている。そして、このスポット溶接ガンでは、加圧力を所定値とするために加圧力の制御がなされている。この加圧力制御装置として、例えば、電動式上部チップ昇降手段と制御手段と位置検出手段とからなる電動式スポット溶接ガンの加圧力制御装置であって、前記制御手段が、加圧力設定部及び前記スポット溶接ガンが被溶接物を挾持した状態における前記昇降手段の供給電流値と加圧力の関係を予め記憶している加圧力データ部を有し、前記制御手段が、前記加圧力設定部により設定された加圧力に応じて、前記加圧力データ部から前記昇降手段への供給電流値を設定することを特徴とする電動式スポット溶接ガンの加圧力制御装置が用いられている（例えば、実開平５ー２４１７１号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、被溶接板に歪などがあると被溶接板相互を当接した場合、被溶接板相互間に隙間が生ずる（図４参照）。そして、かかる隙間がある状態にもかかわらず、前記加圧力制御装置により加圧力の制御を行ってスポット溶接を行うと、加圧力の大部分が隙間を無くすために、つまり被溶接板相互を密着させるために使用される。その結果、被溶接板同士の接触力が不足し、溶接不良が生ずる場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、被溶接板に歪などがあって、被溶接板相互間に隙間が生じた場合においても所定加圧力により加圧しながらスポット溶接がなし得る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第１形態は、電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、上部チップを降下させて被溶接物間の隙間をゼロとする手順と、前記隙間をゼロとしたときの密着時加圧力を算出する手順と、前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順と、上部チップおよび下部チップ間に通電してスポット溶接する手順と、上部チップが上昇するタイミングを監視する手順と、上部チップの上昇開始時より前記指令加圧力を設定加圧力に戻す手順とを含んでなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第１形態においては、密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を停止した状態でなされたり、あるいは前記密着時加圧力の算出が上部チップの降下動作を継続させた状態でなされたりする。
【０００８】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法の第２形態は、電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、上部チップを低加圧力により被溶接物を加圧した状態で上部チップの降下動作を停止させる手順と、上部チップの降下動作を停止した時点における被溶接物間の隙間を算出する手順と、前記隙間および被溶接物のバネ定数を用いて密着時加圧力を算出する手順と、前記密着時加圧力および設定加圧力に基づいて指令加圧力を算出する手順と、前記指令加圧力により被溶接物を加圧する手順とを含んでなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置は、チップ昇降装置とチップ位置検出装置とを有する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置であって、前記制御装置が、被溶接物の板厚、バネ定数などの被溶接物の特性を登録する特性登録部と、前記チップ位置検出装置からの検出値に基づいてチップ位置を算出するチップ位置算出部と、被溶接物をチップにより低加圧力により加圧した状態における被溶接物間の隙間を算出する隙間算出部と、被溶接物の加圧力を設定する加圧力設定部と、前記バネ定数および隙間に基づいて被溶接物相互が密着した状態における加圧力を算出する密着時加圧力算出部と、前記設定加圧力および密着時加圧力に基づいて指令加圧力を算出する指令加圧力算出部とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、被溶接物間に隙間があったとしても、被溶接物を所定加圧力により加圧した状態でスポット溶接がなし得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１
本発明の実施の形態１の制御方法が適用されているスポット溶接ガンＧを図１に概略図で示し、そのスポット溶接ガンＧの制御に用いる制御装置１０の概略図を図２に示し、そしてその電気的構成の概略図を図３に示す。
【００１４】
スポット溶接ガンＧは、ロボットアームＡに保持されているガン本体１と、上部チップ（上部電極）２と、ガン本体１の下部１ａに装着されている下部チップ（下部電極）３と、上部チップ２を保持して昇降させる電動式上部チップ昇降装置（以下、単にチップ昇降装置という）４と、チップ位置検出装置５とを主要構成要素として備えなる。なお、図１において、Ｗ1，Ｗ2は被溶接板を示す。
【００１５】
ガン本体１は、図１に示すように、概略コの字状部材とされ、その下部１ａ上面に下部チップ３が垂設され、その上部１ｂ先端にチップ昇降装置４が装着されている。
【００１６】
チップ昇降装置４は、ガン本体１の上部１ｂ先端に装着されているサーボモータ４１と、このサーボモータ４１の駆動軸（明瞭には図示されていない）と結合している昇降部材４２とを備えてなるものとされ、そしてこの昇降部材４２の下端４２ａに上部チップ２が装着されている。
【００１７】
チップ位置検出装置５は、例えばエンコーダとされ、前記サーボモータ４１の後端部４１ａに装着されている。そして、その検出値は制御装置１０へ送給される。
【００１８】
制御装置１０は、被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚などを入力する入力部１１と、被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚が登録される板厚登録部１２と、チップ位置検出装置５の検出値によりチップ位置を算出するチップ位置算出部１３と、溶接に必要な加圧力（設定加圧力Ｐ1）を設定する加圧力設定部１４と、チップ昇降装置４の送り動作により上部チップ２が、被溶接板Ｗ1，Ｗ2相互を密着させたときのサーボモータ４１の電流値に基づいて加圧力（密着時加圧力Ｐ0）を算出する密着時加圧力算出部１５と、前記設定加圧力Ｐ1と密着時加圧力Ｐ0とに基づいてサーボモータ４１への指令加圧力Ｐ2を算出する指令加圧力算出部１６と、前記指令加圧力Ｐ2に基いてサーボモータ４１への電流指令値を生成する電流指令値生成部１７と、前記電流指令値をサーボモータ４１へ出力する出力部１８とを主要部として備えてなる。かかる制御装置１０は、図３に示すようにＣＰＵを中心としてＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを備えてなるものに、前記機能に対応したプログラムをＲＯＭに格納することにより実現される。また、ＲＡＭにはチップ位置検出装置５からの検出値や板厚などが一時的に格納される。なお、制御装置１０のその余の構成は、従来よりスポット溶接ガンについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１９】
次に、図４を参照しながら、かかる構成とされている制御装置１０によるスポット溶接について説明する。
【００２０】
（１）入力部１１より被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚、設定加圧力Ｐ1等を入力する。
【００２１】
（２）チップ昇降装置４を起動して上部チップ２を降下させる。
【００２２】
（３）チップ位置検出装置５からの検出値に基づいてチップ位置算出部１３により算出された上部チップ２の位置により、上部・下部チップ２，３間の間隔が、板厚登録部１２に登録されている被溶接板Ｗ1，Ｗ2の各板厚から算出される合計板厚に一致し、被溶接板Ｗ1，Ｗ2相互が密着したと判断されるとチップ昇降装置４を停止して上部チップ２の降下を停止させる。
【００２３】
（４）密着時加圧力算出部１５によりサーボモータ４１の電流値から密着時加圧力Ｐ0を算出する。
【００２４】
（５）前記設定加圧力Ｐ1と前記密着時加圧力Ｐ0とを用いて指令加圧力算出部１６により指令加圧力Ｐ2を算出する。この指令加圧力Ｐ2の算出は、例えば下記式１によりなされる。
【００２５】
Ｐ2＝Ｐ0＋Ｐ1                                  （１）
【００２６】
（６）算出された指令加圧力Ｐ2に基づいて電流指令値生成部１７によりサーボモータ４１の電流指令値が生成される。
【００２７】
（７）生成された電流指令値をチップ昇降装置４に送給する。
【００２８】
（８）チップ昇降装置４は入力された電流指令値によりサーボモータ４１を駆動して上部チップ２の加圧力を指令加圧力Ｐ2とする。つまり、被溶接板Ｗ1、Ｗ2を所定の加圧力で加圧する。
【００２９】
（９）被溶接板Ｗ1，Ｗ2の加圧力が所定値となると上部・下部チップ２，３間に通電してスポット溶接を行う。
【００３０】
（10）チップ位置算出部６３により、上部チップ２が上昇するタイミングを監視する。
【００３１】
（11）上昇開始時より加圧力を設定加圧力Ｐ1に戻す。
【００３２】
このように、この実施の形態１によれば、被溶接板Ｗ1，Ｗ2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板Ｗ1，Ｗ2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。
【００３３】
実施の形態２
本発明の実施の形態２は、実施の形態１の制御装置１０によるスポット溶接の手順を一部改変したものであって、以下にその内容を説明する。
【００３４】
（１）入力部１１より被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚、設定加圧力Ｐ1等を入力する。
【００３５】
（２）チップ昇降装置４を起動して上部チップ２を降下させる。
【００３６】
（３）チップ位置検出装置５からの検出値に基づいてチップ位置算出部１３により算出された上部チップ２の位置により、上下チップ２，３間の間隔が、板厚登録部１２に登録されている被溶接板Ｗ1，Ｗ2の各板厚から算出される合計板厚に一致し、被溶接板Ｗ1，Ｗ2相互が密着したと判断されると、密着時加圧力算出部１５によりサーボモータ４１の電流値から密着時加圧力Ｐ0を算出する。この間、チップ昇降装置４による上部チップ２の降下動作は続行されている。つまり、上部チップ２による加圧は継続されている。
【００３７】
（４）前記設定加圧力Ｐ1と前記密着時加圧力Ｐ0とを用いて指令加圧力算出部１６により指令加圧力Ｐ2を算出する。この指令加圧力Ｐ2の算出は、例えば前記式１によりなされる。
【００３８】
（５）算出された指令加圧力Ｐ2に基づいて電流指令値生成部１７によりサーボモータ４１の電流指令値が生成される。
【００３９】
（６）生成された電流指令値をチップ昇降装置４に送給する。
【００４０】
（７）チップ昇降装置４は入力された電流指令値になるまで上部チップ２による加圧を継続する。
【００４１】
（８）被溶接板Ｗ1，Ｗ2の加圧力が所定値となると上下チップ２，３間に通電してスポット溶接を行う。
【００４２】
（９）チップ位置算出部６３により、上部チップ２が上昇するタイミングを監視する。
【００４３】
（10）上昇開始時より加圧力を設定加圧力Ｐ1に戻す。
【００４４】
このように、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、被溶接板Ｗ1，Ｗ2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板Ｗ1，Ｗ2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。また、途中で上部チップ２の降下動作が停止されることがないので、サイクルタイムが短縮されるという実施の形態１では得られない効果も得られる。
【００４５】
実施の形態３
本発明の実施の形態３の制御方法に用いられる制御装置６０の概略図を図５に示す。なお、スポット溶接ガンＧの構成は実施の形態１と同様とされている。
【００４６】
制御装置６０は、被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚およびそのバネ定数などを入力する入力部６１と、被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚およびバネ定数が登録される板特性登録部６２と、チップ位置検出装置５の検出値によりチップ位置を算出するチップ位置算出部６３と、被溶接板Ｗ1，Ｗ2間の隙間を算出する板隙間算出部６４と、溶接に必要な加圧力（設定加圧力Ｐ1）を設定する加圧力設定部６５と、前記板隙間およびバネ定数により密着時加圧力Ｐ0を算出する密着時加圧力算出部６６と、前記設定加圧力Ｐ1と密着時加圧力Ｐ0とに基づいてサーボモータ４１への指令加圧力Ｐ2を算出する指令加圧力算出部６７と、前記指令加圧力Ｐ2に基づいてサーボモータ４１への電流指令値を生成する電流指令値生成部６８と、前記電流指令値をサーボモータ４１へ出力する出力部６９とを主要部として備えてなる。かかる制御装置６０は、前記と同様に、ＣＰＵを中心としてＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを備えてなるものに、前記機能に対応したプログラムをＲＯＭに格納することにより実現される。また、ＲＡＭにはチップ位置検出装置５からの検出値やバネ定数などが一時的に格納される。なお、制御装置６０のその余の構成は、従来よりスポット溶接ガンについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
次に、かかる構成とされている制御装置６０によるスポット溶接について説明する。
【００４８】
（１）入力部６１より被溶接板Ｗ1，Ｗ2の板厚、設定加圧力Ｐ1等を入力する。
【００４９】
（２）チップ昇降装置４を起動して上部チップ２を降下させる。
【００５０】
（３）５０ｋｇｆ程度の低加圧力により加圧した状態で上部チップ２の降下を停止させる。なお、この低加圧力は、被溶接板Ｗ1，Ｗ2の材質などにより適宜設定され、５０ｋｇｆ限定されるものではない。つまり、被溶接板Ｗ1，Ｗ2にほとんど変形を起こさせない加圧力とされればよい。
【００５１】
（４）チップ位置算出部６３により上部チップ２が停止した位置を算出する。
【００５２】
（５）板隙間算出部６４により板隙間を算出する。
【００５３】
（６）算出された板隙間と前記バネ定数とに基づいて密着時加圧力算出部６６により密着時加圧力Ｐ0を算出する。
【００５４】
（７）前記設定加圧力Ｐ1と前記密着時加圧力Ｐ0とを用いて指令加圧力算出部６７により指令加圧力Ｐ2を算出する。この指令加圧力Ｐ2の算出は、例えば前記式１によりなされる。
【００５５】
（８）算出された指令加圧力Ｐ2に基づいて電流指令値生成部６８によりサーボモータ４１の電流指令値が生成される。
【００５６】
（９）生成された電流指令値をチップ昇降装置４に送給する。
【００５７】
（10）チップ昇降装置４は入力された電流指令値によりサーボモータ４１を駆動して上部チップ２の加圧力を指令加圧力Ｐ2とする。つまり、被溶接板Ｗ1，Ｗ2を所定加圧力で加圧する。
【００５８】
（11）被溶接板Ｗ1，Ｗ2の加圧力が所定値となると上部・下部チップ２，３間に通電してスポット溶接を行う。
【００５９】
（12）チップ位置算出部６３により、上部チップ２が上昇するタイミングを監視する。
【００６０】
（13）上昇開始時より加圧力を設定加圧力Ｐ1に戻す。
【００６１】
このように、この実施の形態３によれば、被溶接板Ｗ1，Ｗ2間に隙間があっても、スポット溶接時にはその隙間がゼロとなり、しかも被溶接板Ｗ1，Ｗ2を所定加圧力で加圧した状態でスポット溶接がなし得るので、加圧力不足による溶接不良が生ずるおそれはない。
【００６２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、図４においては、波打ち状態が上側に生じているが、図６に示すように下側に生じていてもよく、あるいは図７に示すように上下両側に生じていてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば被溶接物に歪などがあるために、被溶接物のスポット溶接位置に隙間が生じても、被溶接物相互を密着させてスポット溶接がなし得るという優れた効果が得られる。それに伴い、被溶接物間に隙間があることにより生ずる溶接不良も解消されるという効果も得られる。
【００６４】
また、本発明をスポット溶接ロボットに適用すれば、溶接不良がなくなり、生産性が向上するという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法が適用されているスポット溶接ガンの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図３】同制御装置の電気的構成の概略図である。
【図４】実施の形態１によるスポット溶接の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る制御装置のブロック図である。
【図６】下側に波打ちが生じている場合におけるスポット溶接の説明図である。
【図７】上下両側に波打ちが生じている場合におけるスポット溶接の説明図である。
【符号の説明】
１      ガン本体
２      上部チップ（上部電極）
３      下部チップ（下部電極）
４      チップ昇降装置
４１    サーボモータ
４２    昇降部材
５      チップ位置検出装置
１０      制御装置
６０      制御装置
Ａ      ロボットアーム
Ｇ      スポット溶接ガン
Ｗ      被溶接板
【図１】
0003661008.tif 000002
【図２】
0003661008.tif 000003
【図３】
0003661008.tif 000004
【図４】
0003661008.tif 000005
【図５】
0003661008.tif 000006
【図６】
0003661008.tif 000007
【図７】
0003661008.tif 000008