(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボットを駆動して溶接ガンの一対の電極のうち一方の電極を固定の基準当接部位に押し付けて溶接ガンブラケットを該一方の電極側のストッパに当てて該一方の電極側のイコライズを押し切り、押し付けた電極の先端位置と該電極を非摩耗状態で基準当接部位に押し付けた時の該電極の電極位置との差から前記一方の電極の摩耗量を求める工程と、
溶接ガンアクチュエータを駆動して前記一対の電極を互いに接触させ、その時の前記溶接ガンアクチュエータの駆動位置と前記一対の電極を非摩耗状態で互いに接触させた時の前記溶接ガンアクチュエータの駆動位置との差から前記一対の電極の両方の電極の摩耗量の総和を求め、該摩耗量の総和から既に求めた前記一方の電極の摩耗量を差し引いて前記一対の電極のうち他方の電極の摩耗量を求める工程と、
前記一方の電極の摩耗量に基づいて前記溶接ガンの軌道計画を修正し、前記両方の電極の摩耗量に基づいて溶接ガンアクチュエータの原位置を修正する工程を、
含む溶接ガンの原位置割り出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ロボットに支持された溶接ガンの原位置の割り出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ロボットの先端にツールチェンジャーを介して溶接ガンを装着し、溶接ガンをロボットにて駆動してワークの溶接打点位置に順次移動させ、スポット溶接を実行することは、従来、たとえば特開平８−２７６２７９号公報により、知られている。
溶接ガンの溶接ロボットへの着脱は、ツールチェンジャー部位にて行われる。溶接ガンが電動サーボ溶接ガンの場合、ツールチェンジャー部位で溶接ガンを外すと溶接ガン側への電気の供給が切られ溶接ガン側のデータ（原位置などに関するエンコーダーデータ）が失われるので、着脱時のデータ保持のために、溶接ガン側にバッテリーを、通常、搭載する。しかし、バッテリーは、溶接ガン側の重量を増加させ、ロボットによる駆動速度を制限する、電圧チェックや寿命管理等のメンテナンスが必要、また、電極（溶接チップ）の摩耗による原位置（たとえば、ワークの板厚方向中心に対応する位置）のずれの補正に対しては対応できない、という問題を有する。
上記特開平８−２７６２７９号公報は、バッテリーに代えてリミットスイッチによる原位置割り出しを提案している。そこでは、交換可能なサーボ溶接ガンに可動溶接チップの原点検出用のリミットスイッチを設けることにより、サーボ溶接ガン側の状態保持用のバッテリー廃止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平８−２７６２７９号公報の方法を含め、従来方法には、つぎの問題があった。
電極の摩耗による溶接ガンの原位置のずれの補正に対応できない。この補正が正確に行われていないと、溶接ガンの一対の電極を正確に打点位置に移動させることができず、電極の加圧不十分、あるいは電極の過加圧によるワークの変形、損傷などを生じるおそれがある。
また、特開平８−２７６２７９号公報の場合には、リミットスイッチやリミットスイッチからの信号をコントローラーに伝えるための機構など、余分な構造が必要になる。
本発明の目的は、電極の摩耗による溶接ガンの原位置のずれの補正に対応でき、しかもデータ保持のためのバッテリや、原位置割り出しのためのリミットスイッチなど、追加の部品を必要としない、溶接ガンの原位置割り出し方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  溶接ロボットを駆動して溶接ガンの一対の電極のうち一方の電極を固定の基準当接部位に押し付けて溶接ガンブラケットを該一方の電極側のストッパに当てて該一方の電極側のイコライズを押し切り、押し付けた電極の先端位置と該電極を非摩耗状態で基準当接部位に押し付けた時の該電極の電極位置との差から前記一方の電極の摩耗量を求める工程と、
溶接ガンアクチュエータを駆動して前記一対の電極を互いに接触させ、その時の前記溶接ガンアクチュエータの駆動位置と前記一対の電極を非摩耗状態で互いに接触させた時の前記溶接ガンアクチュエータの駆動位置との差から前記一対の電極の両方の電極の摩耗量の総和を求め、該摩耗量の総和から既に求めた前記一方の電極の摩耗量を差し引いて前記一対の電極のうち他方の電極の摩耗量を求める工程と、
前記一方の電極の摩耗量に基づいて前記溶接ガンの軌道計画を修正し、前記両方の電極の摩耗量に基づいて溶接ガンアクチュエータの原位置を修正する工程を、
含む溶接ガンの原位置割り出し方法。
【０００５】
上記（１）の方法では、一方の電極を固定の基準当接部位に押し付けることにより該一方の電極の先端の位置がわかり、それと摩耗していなかった状態の電極の先端位置（ロボットコントローラに記憶してある）との比較から該一方の電極の摩耗量がわかる。
溶接ガンおよび／または溶接ロボットはイコライズによる変位が可能であり、検出したロボット先端位置のずれが、摩耗によるものかイコライズによる変位によるものかが分からなくなるので、イコライズを押し切った状態で、すなわち検出したロボット先端位置のずれにイコライズによる変位を含まないようにした状態で、電極の先端位置を溶接ロボットの駆動位置から求めることとした。
一方の電極は、固定側電極であっても可動側電極であってもよい。固定側電極の場合は、そのまま電極を基準当接部位に押し付ければよく、可動側電極の場合は、電極を所定の基準位置（たとえば、最も引いた位置）にしてその状態で固定した上（ブレーキをかけた上）、電極を基準当接部位に押し付ければよい。
また、一対の電極のうち他方の電極の摩耗が求められる。溶接ガンを基準当接部位から後退させて、溶接ガンアクチュエータ（電極を対向する電極に向けて移動させるアクチュエータ）を駆動させ、一対の電極チップを接触（当接）させる。この時の溶接ガンアクチュエータ（加圧軸アクチュエータ）の電極駆動位置と、両電極が摩耗していなった状態での電極接触時の溶接ガンアクチュエータの電極駆動位置（ロボットコントローラーに記憶してある）との比較から両電極の摩耗量の総和がわかる。この総和から、（１）で求めた一方の電極の摩耗量を差し引くことにより、他方の電極の摩耗量がわかる。
また、電極の摩耗量分、溶接ガンの原位置が補正される。一方の電極の摩耗量分溶接ロボットによる溶接ガン原位置を補正すると共に駆動軌跡を補正し、両方の電極の摩耗量に基づいて溶接ガンアクチュエータの原位置（たとえば、最も引いた状態の位置）を補正する。これによって、溶接ガンは電極の摩耗にかかわらず、正規の打点位置に移動され、正規の加圧力でスポット溶接を実行できる。
上記（１）の方法においても、バッテリーによるデータ保持は必要でなく、またリミットスイッチによる原位置割り出しは行われていない。従来からあった部品のみを用いて、原位置割り出しが行われている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の溶接ガンの原位置割り出し方法を実施する直前の装置の概略を示し、図２〜図４は本発明の溶接ガンの原位置割り出し方法を実施中の装置の状態を工程別に示しており、図５はその工程をフローチャートで示している。
【０００７】
図１に示すように、溶接ガン１は、たとえば電動サーボ溶接ガンからなる（ただし、それに限るものではなく電極をシリンダ駆動するタイプの溶接ガンであってもよい）。溶接ガン１は、一対の電極４l 、４u を有する。一対の電極４l 、４u のうち一方の電極（たとえば、電極４l ）は溶接ガン本体（ブラケット１３を含む部分）に対して固定の固定電極であり、他方の電極（たとえば、電極４u ）は固定電極に対して進退される可動電極である。可動電極４u は溶接ガンアクチュエータ５によりアクチュエータ軸方向に駆動される。電動サーボ溶接ガンの場合は、アクチュエータ５はモータおよびボールねじ機構であり、シリンダ駆動溶接ガンの場合は、アクチュエータ５はエアシリンダである。６はトランスを示す。
【０００８】
溶接ガン１は溶接ロボット２にツールチェンジャー３を介して着脱可能に連結されている。溶接ロボット２は、たとえば６軸ロボットからなり（６軸ロボット以外のロボットでもよい）、ロボットコントローラー７（コンピューター）により駆動を制御される。  ツールチェンジャー３は、互いに着脱可能な溶接ガン側チェンジャー３ａと溶接ロボット側チェンジャー３ｂとからなり、溶接ガン側チェンジャー３ａは溶接ガン１に固定されており、溶接ロボット側チェンジャー３ｂは溶接ロボット２に固定されている。溶接ガン側チェンジャー３ａと溶接ロボット側チェンジャー３ｂとを連結すると、溶接ガン１は溶接ロボット２に機械的に連結されると共に、電気信号も伝達可能となる。電気信号には、たとえば、アクチュエータ５の位置信号（サーボ溶接ガンの場合はサーボモーターのエンコーダ８の信号）、溶接ロボットコントローラー７の入出力信号が含まれる。
【０００９】
溶接ガン１および／または溶接ロボット２はイコライズ９を有している。図示例では、イコライズ９がツールチェンジャー３より溶接ガン１側に位置する場合を示しているが、イコライズ９は溶接ロボット２自体にあってもよい。図示例では、イコライズ９を、溶接ガンアクチュエータ５の作動方向（加圧軸の作動方向）に伸縮する弾性ばねで模擬してある。
溶接ロボット２の基端（溶接ガン１連結側と反対側端）は固定点である。また、溶接ロボット２の基端に対して定まった位置に基準当接部位（たとえば、基準プレート）１０が設けられている。
【００１０】
つぎに、本発明の溶接ガンの原位置割り出し方法を、図２〜図４および図５を参照して説明する。
図５において、溶接ガン１で一定量のスポット溶接を実行した後、電極４をドレッシングした他の溶接ガンと取り替えたりあるいは新しい電極を装着した溶接ガン１と交換するために、ステップ１０１で、溶接ロボット２を駆動してロボットのガン装着部を溶接ガン置き場に移動させ、溶接ガン１をツールチェンジャー３部位で取外し、ドレッシング済の別の溶接ガン１を装着し、ツールチェンジする。ステップ１０２で、ツールチェンジャー３部位での、別の溶接ガン１の連結を確認し、確認されなければステップ１０１に戻って溶接ガン１の装着を再実行する。ツールチェンジャー３部位での、別の溶接ガン１の連結が確認されると、溶接ガン１の原位置割り出しのためにステップ１０３に進む。
【００１１】
ツールチェンジャー３部位での着脱がある場合は、取外し前の溶接ガンアクチュエータ５の原位置は失われている。
一定量（たとえば、５００回のスポット溶接）の溶接が行われ原位置が狂った溶接ガンを原位置補正のために、溶接ガン１の交換を行うことなく、ステップ１０３に進んでもよく、本発明はそのような場合も含む。
ステップ１０３で、溶接ロボット２を駆動して溶接ガン１を基準当接部位（たとえば、基準プレート）１０に移動させ、溶接ガン１を一対の電極４l 、４u の間に基準当接部位１０のプレートが位置する姿勢にする。この状態が図１の状態である。
【００１２】
ついで、ステップ１０４にて、溶接ロボット２を駆動することにより（この時には溶接ガンアクチュエーター５は駆動させない）、一対の電極４l 、４u のうち何れか一方の電極（たとえば、固定側電極４l ）を、押し付ける電極４l 側のイコライズ９（このイコライズは、ツールチェンジャー３の溶接ガン側にあるものであってもよく、または溶接ロボット２に仕込まれたイコライズであってもよい、以下同じ）を押し切るまで、基準当接部位１０に押し当てる。この状態が図２の状態である。図２では、イコライズ９が押し切られたことをストッパ１１がブラケット１３に当接したことで模擬して示してある。
ステップ１０５で、イコライズ９が押し切られたかどうか、すなわちストッパ１１がブラケット１３に当接したかどうかを確認する。この確認は、実際には、イコライズ９が押し切られたと同時に図５のＡに示すように溶接ロボット２の各軸モータ電流が急に上昇するので、溶接ロボット２の各軸モータ電流が急に上昇したかどうかを検出することによって行われる。
【００１３】
ステップ１０４では、一対の電極４l 、４u のうち他方の電極（たとえば、可動側電極４u ）を、押し付ける電極４u 側のイコライズ９を押し切るまで、基準当接部位１０に押し当ててもよい。この状態が図３の状態である。図３では、イコライズ９が押し切られたことをストッパ１２がブラケット１３に当接したことで模擬して示してある。この場合においても、ステップ１０５でのイコライズ９が押し切られたかどうかの確認は、溶接ロボット２の各軸モータ電流が急に上昇したかどうかを検出することによって行われる。ただし、可動側電極４u を基準当接部位１０に押し当てる場合は、溶接ガンアクチュエータ５を所定位置、たとえば可動側電極４u を最も引いた位置にしておき、その状態で可動側電極４u が溶接ガン本体に対して動かないように固定しておく（たとえば、ブレーキをかけておく）。
【００１４】
ステップ１０５でイコライズの押し切りが確認されると、ステップ１０６に進み、押し付けた電極（たとえば、固定側電極４l ）の先端位置を、溶接ロボット２のロボットコントローラー７のメモリに取り込む（格納する）。電極先端位置は、電極の摩耗量も含んだ位置である。この位置を、ロボットコントローラー７が予め記憶している、電極の非摩耗状態の電極位置と比較する（差をとる）ことにより、押し付けた電極（たとえば、固定側電極４l ）の摩耗量δl （ドレッシングあるいは使用などによる摩耗量）がわかる。そして、この摩耗量δl をロボットコントローラー７のメモリに取り込む（格納する）。
【００１５】
この摩耗量δl 分、溶接ロボットの６軸までによって定まる溶接ガン１の原位置が、押し付けた電極（たとえば、固定側電極４l ）側にずれるので、その分溶接ガン１の原位置は補正される必要がある。すなわち、溶接ロボットの６軸までによって定まる溶接ガン原位置をたとえばワーク板厚方向中心とすると、非摩耗状態の原位置（イコライズ押し切り状態の電極先端位置＋イコライズ量）を、電極摩耗量δl だけ押し付けた電極側にずらす補正をする必要があり、かつ、溶接ロボット２に対して軌道修正が必要になる。この軌道修正はステップ１１５で行われる（後述）。
【００１６】
ついで、ステップ１０７にて、溶接ロボット２を駆動して、一対の電極４l 、４u の間に基準当接部位１０が位置しなくなるように、溶接ガン１を基準当接部位１０から後退させる。
ついで、ステップ１０８にて、溶接ガンアクチュエータ５を駆動して可動側電極４u を移動させ、一対の電極４l 、４u を互いに接触、当接させる。この状態が図４の状態である。
ステップ１０９では、一対の電極４l 、４u を互いに接触、当接したかどうかを確認する。この確認は、溶接ガン１が電動サーボガンからなる場合、一対の電極４l 、４u を互いに接触、当接すると可動電極４u を移動させるロボットアクチュエータとしてのサーボモーターのモーター電流が図５のＢに示すように急に上昇するので、モーター電流を検出することにより行われる。
【００１７】
ステップ１０９で一対の電極４l 、４u の互いの当接が確認されると、ステップ１１０に進み、溶接ガンアクチュエータ５の現在の電極接触位置と摩耗前の電極接触位置（ロボットコントローラーに格納してある）との差から、一対の電極４l 、４u の摩耗量の総和δt を求め、それをロボットコントローラー７のメモリに取り込む（格納する）。
ついで、ステップ１１１で、一対の電極４l 、４u の摩耗量の総和δt から先に求めた一方の電極の摩耗量δl   を差し引いて、一対の電極の他方の電極の摩耗量δu を求める。すなわち、
δt −δl ＝δu 
【００１８】
ついで、ステップ１１３にて、ステップ１１２よりのロボット基準位置（既知）から求まる溶接ガンアクチュエータ５の初期（電極摩耗前）の原点位置を、一対の電極４l 、４u の摩耗量の総和δt 分、一方の電極４l 側に移動さえる補正を行うことにより、溶接ガンアクチュエータ５（加圧軸）の電極摩耗後の原位置（原点位置）ｘ0 を求める。
ついで、ステップ１１４にて、上で求めたｘ0 、δu をロボットコントローラー７のメモリに取り込む（δl はステップ１０６にて既に取込み済）。
溶接ガン１の原位置を求めるデータδl は、新たに装着した溶接ガン１そのものを用いて基準当接部位１０に電極を押し付けて得たデータであり、溶接ガン交換前の溶接ガンの原位置および加圧軸原点位置に関するデータを必要としない。したがって、データ保持のためのバッテリーは必要でない。また、溶接ガンアクチュエータ５の原位置ｘ0 を求めるデータも、一対の電極を互いに当接させるだけで得たものであり、データ保持のためのバッテリーや、位置割り出しのためのリミットスイッチなど、追加の部品が必要とされない。
【００１９】
ついで、ステップ１１５にて、ｘ0 、δl 、δu から、溶接ロボット２に新たに装着した、あるいは所定回数スポット溶接を行った、溶接ガン１の軌道を修正するとともに、溶接ガンアクチュエータ５（加圧軸）の原位置（原点位置）を修正する。
原位置修正を行った後、溶接ロボットを駆動して、溶接ガン１を実際のワーク溶接位置に移動させ、作業プログラム（実際のスポット溶接）を実行する。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の溶接ガンの原位置割り出し方法によれば、一方の電極を固定の基準当接部位に押し付けることにより、溶接ガンの原位置割り出しに必要な、該一方の電極の摩耗量を求めることができる。この方法には、バッテリーによる溶接ガンアクチュエータに関するデータの保持は必要でなく、また位置割り出しのためのリミットスイッチが必要とされない。
また、溶接ガンアクチュエータを駆動させ、一対の電極チップを接触（当接）させることにより、溶接ガンアクチュエータの原位置（原点位置）割り出しに必要な、一対の電極の両方の電極の摩耗量の総和を求めることができる。この方法には、バッテリーによる溶接ガンアクチュエータに関するデータの保持は必要でなく、また位置割り出しのためのリミットスイッチが必要とされない。
また、一方の電極の摩耗量分、溶接ガンの原位置が補正され、該一方の電極の摩耗量分溶接ロボットの溶接ガン駆動軌跡が補正される。また、両方の電極の摩耗量に基づいて溶接ガンアクチュエータの原位置が補正される。これによって、溶接ガンは正規の打点位置に移動され、正規の加圧力でスポット溶接を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の溶接ガンの原位置割り出し方法を実施する装置の概略正面図である。
【図２】  図１の溶接ガンの一方の電極を基準当接部位に押し付けた状態の概略部分正面図である。
【図３】  図１の溶接ガンの他方の電極を基準当接部位に押し付けた状態の概略部分正面図である。
【図４】  図１の溶接ガンの両方の電極を互いに当接させた状態の概略部分正面図である。
【図５】  本発明の一実施例の溶接ガンの原位置割り出し方法の実施手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  溶接ガン
２  溶接ロボット
３  ツールチェンジャー
４、４l 、４u   電極
５  溶接ガンアクチュエーター（加圧軸アクチュエーター）
６  トランス
７  ロボットコントローラー
８  エンコーダー
９  イコライズ
１０  基準当接部位（基準プレート）
１１、１２  ストッパ
１３  ブラケット
【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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