(57)【要約】【課題】スポット溶接ガンの可動電極による被溶接物への加圧力を所期の値にする。【解決手段】スポット溶接装置は、ロボットと、スポット溶接ガンと、制御装置とを備える。スポット溶接ガンは、ガンアーム、固定電極、可動電極、およびガン用モータを備える。制御装置は、ガン用モータの動作を制御して可動電極を移動させ、固定電極と可動電極との間で被溶接物を加圧挟持してスポット溶接を施す。また、制御装置は、ガン用モータに位置指令を出力する位置制御によってガン用モータの動作を制御する。【選択図】図５
2014042931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、
ガンアーム、前記ガンアームに固定される固定電極、前記ガンアームの前記固定電極と対向する位置に設けられる可動電極、および前記可動電極を移動させるガン用モータを備えるスポット溶接ガンと、
前記ガン用モータの動作を制御して前記可動電極を移動させ、前記固定電極と前記可動電極との間で被溶接物を加圧挟持してスポット溶接を施す制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記ガン用モータに位置指令を出力する位置制御によって前記ガン用モータの動作を制御すること
を特徴とするスポット溶接装置。
【請求項２】
前記固定電極の軸方向と前記可動電極の軸方向とをＺ軸方向、前記Ｚ軸方向と直交する軸方向をＸ軸方向、前記ガンアームの前記Ｚ軸方向のたわみ量をｚ、前記ガンアームの前記Ｘ軸方向のたわみ量をｘ、前記可動電極による前記被溶接物への所期の加圧力をＦａとする場合、
前記制御装置は、前記加圧力Ｆａが前記被溶接物に作用する場合の前記たわみ量ｚと前記たわみ量ｘとを算出すると共に、前記可動電極が前記たわみ量ｚおよび前記たわみ量ｘに基づいて算出される補正量の分移動するように前記ガン用モータの動作を制御すること
を特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
【請求項３】
前記ロボットを駆動するロボット用モータ
をさらに備え、
前記固定電極の軸方向と前記可動電極の軸方向とをＺ軸方向、前記Ｚ軸方向と直交する軸方向をＸ軸方向、前記ガンアームの前記Ｚ軸方向のたわみ量をｚ、前記ガンアームの前記Ｘ軸方向のたわみ量をｘ、前記可動電極による前記被溶接物への所期の加圧力をＦａとする場合、
前記制御装置は、前記加圧力Ｆａが前記被溶接物に作用する場合の前記たわみ量ｚと前記たわみ量ｘとを算出すると共に、前記ロボットが前記たわみ量ｚおよび前記たわみ量ｘの分駆動するように前記ロボット用モータの動作を制御すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のスポット溶接装置。
【請求項４】
前記加圧力Ｆａのベクトルと前記Ｘ軸方向とのなす角度をθ、前記ガンアームの前記Ｚ軸方向のバネ定数をｋ（ｚ）とする場合、
前記制御装置は、前記たわみ量ｚを以下の式
ｚ＝Ｆａ×sinθ／ｋ（ｚ）
に従って算出すること
を特徴とする請求項２または請求項３に記載のスポット溶接装置。
【請求項５】
前記加圧力Ｆａのベクトルと前記Ｘ軸方向とのなす角度をθ、前記ガンアームの前記Ｘ軸方向のバネ定数をｋ（ｘ）とする場合、
前記制御装置は、前記たわみ量ｘを以下の式
ｘ＝Ｆａ×cosθ／ｋ（ｘ）
に従って算出すること
を特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、スポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スポット溶接装置においては、固定電極と可動電極とを有するスポット溶接ガンを備え、ガン用モータで可動電極を固定電極に向けて移動させ、被溶接物を固定電極と可動電極との間で加圧挟持し、その状態で固定電極と可動電極との間に所定時間電流を流すことでスポット溶接を施すように構成される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このスポット溶接を適切に行うには、可動電極による被溶接物への加圧力が所期の値であることが望ましい。そこで、上記したスポット溶接装置にあっては、加圧力が所期の値となるようなガン用モータのトルク指令を予め設定しておき、そのトルク指令をガン用モータへ出力する、即ちガン用モータをトルク制御して被溶接物を加圧挟持し、スポット溶接を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５９６７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えばガン用モータの出力を可動電極に伝達するボールねじ機構の静止摩擦係数や動摩擦係数などは、繰り返し動作に伴うなじみなどによって変化する。そのため、上記の如く予め設定されたトルク指令でモータ制御すると、被溶接物への加圧力が時間の経過とともに所期の値にならなくなる可能性があった。
【０００６】
また、これらの摩擦係数は、スポット溶接装置の雰囲気温度に応じて変化する。そのため、雰囲気温度によっては各摩擦係数が変わり、同様に加圧力が所期の値にならなくなる可能性があった。さらに、スポット溶接ガンの姿勢によっては、重力の影響を受けて、被溶接物への加圧力が所期の値にならないおそれもあった。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、スポット溶接ガンの可動電極による被溶接物への加圧力を所期の値にすることができるスポット溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係るスポット溶接装置は、ロボットと、スポット溶接ガンと、制御装置とを備える。スポット溶接ガンは、ガンアーム、固定電極、可動電極、およびガン用モータを備える。固定電極は、前記ガンアームに固定される。可動電極は、前記ガンアームの前記固定電極と対向する位置に設けられる。ガン用モータは、前記可動電極を移動させる。また、制御装置は、前記ガン用モータの動作を制御して前記可動電極を移動させ、前記固定電極と前記可動電極との間で被溶接物を加圧挟持してスポット溶接を施す。さらに、前記制御装置は、前記ガン用モータに位置指令を出力する位置制御によって前記ガン用モータの動作を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、スポット溶接ガンの可動電極による被溶接物への加圧力を所期の値にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るスポット溶接装置の構成例を示す模式全体図である。
【図２】図２は、図１に示すスポット溶接ガンの模式拡大図である。
【図３】図３は、図１に示すスポット溶接装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す固定電極と可動電極とによってワークが加圧挟持された状態を簡略化して示す模式図である。
【図５】図５は、図１に示すスポット溶接装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図１に示すスポット溶接装置を変形した構成例を示す模式全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するスポット溶接装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、実施形態に係るスポット溶接装置の構成例を示す模式全体図である。図１に示すように、本実施形態に係るスポット溶接装置１は、スポット溶接ロボット２（以下、「ロボット２」と記載する）と、溶接電源３と、制御装置４と、スポット溶接ガン１０とを備える。 
【００１３】
ロボット２は、複数の関節軸Ｊ１〜Ｊ６を有する多関節型ロボットである。かかるロボット２は、ベース１３と、旋回部１４と、下部アーム１５と、上部アーム１６と、第１手首部１７、第２手首部１８と、手首フランジ１９とを備え、これらは互いに回動可能に連結される。
【００１４】
具体的には、旋回部１４は、ベース１３に対して関節軸Ｊ１回りに回動可能に連結され、下部アーム１５は、旋回部１４に対し、関節軸Ｊ１と略直交する関節軸Ｊ２回りに回動可能に連結される。また、上部アーム１６は、下部アーム１５に対して関節軸Ｊ２と略平行な関節軸Ｊ３回りに回動可能に連結され、第１手首部１７は、上部アーム１６に対し、関節軸Ｊ３と略直交する関節軸Ｊ４回りに回動可能に連結される。
【００１５】
また、第２手首部１８は、第１手首部１７に対し、関節軸Ｊ４と略直交する関節軸Ｊ５回りに回動可能に連結され、手首フランジ１９は、第２手首部１８に対し、関節軸Ｊ５と略直交する関節軸Ｊ６回りに回動可能に連結される。
【００１６】
ロボット２には、各関節軸Ｊ１〜Ｊ６に対応してロボット２を駆動する、図示しないロボット用モータＭ１〜Ｍ６（以下、ロボット用モータＭと総称する）が配置されており、かかるロボット用モータＭは、制御装置４によって動作が制御される。ロボット用モータＭは、具体的にはサーボモータであるが、これに限られるものではなく、例えば油圧モータなど他のモータであってもよい。
【００１７】
また、図１で図示を省略するが、ロボット用モータＭには、それぞれエンコーダ２０（図３参照）が取り付けられる。エンコーダ２０から出力される、ロボット用モータＭの回転量や回転角度を示すエンコーダ値は、制御装置４へ出力される。
【００１８】
なお、ロボット２を６軸構成のロボットで説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、６軸構成以外のロボット、例えば７軸や８軸構成のロボットを用いることも可能である。
【００１９】
ロボット２の先端部には、前述したスポット溶接ガン１０が取り付けられており、制御装置４によるロボット用モータＭの制御によって、スポット溶接ガン１０の位置、角度、向きなどが制御される。
【００２０】
スポット溶接ガン１０は、Ｃ型のスポット溶接ガンであり、ハウジング１０ａと、ガンアーム１０ｂと、固定電極１０ｃと、可動電極１０ｄとを備える。なお、スポット溶接ガン１０をＣ型としたが、それに限定されるものではなく、片駆動Ｘ型など他の型式のスポット溶接ガンであってもよい。
【００２１】
図２は、図１に示すスポット溶接ガン１０の模式拡大図である。図２においては、理解の便宜のため、ハウジング１０ａを透視して示す。図２に示すように、ハウジング１０ａには、ガン用モータ１０ｅ、ボールねじ機構１０ｆ、およびエンコーダ１０ｇ、減速機１０ｈなどが収容される。
【００２２】
ガン用モータ１０ｅは、ロボット用モータＭと同様、制御装置４によって動作が制御され、可動電極１０ｄを移動させる。ガン用モータ１０ｅは、具体的にはサーボモータであるが、後述するように制御装置４によって位置制御可能なモータであれば他の種類のモータであってもよい。
【００２３】
ボールねじ機構１０ｆは、ねじ軸１０ｆ１と、ナット１０ｆ２とを備える。ねじ軸１０ｆ１の一端にはガン用モータ１０ｅの出力軸が減速機１０ｈを介して接続される一方、他端付近には図示しないボールを介してナット１０ｆ２が螺合される。また、ナット１０ｆ２には、可動電極１０ｄが取り付けられる。
【００２４】
したがって、ガン用モータ１０ｅが回転すると、その回転出力は減速機を介してねじ軸１０ｆ１に伝達され、ねじ軸１０ｆ１が回転する。ねじ軸１０ｆ１の回転に伴い、ナット１０ｆ２および可動電極１０ｄは、図２において上方向または下方向に伸縮する。このように、ボールねじ機構１０ｆは、ガン用モータ１０ｅの回転運動を可動電極１０ｄの直線運動に変換する機構である。
【００２５】
エンコーダ１０ｇは、ガン用モータ１０ｅに取り付けられ、ガン用モータ１０ｅの回転量や回転角度を示すエンコーダ値を制御装置４へ出力する。ガンアーム１０ｂは、側面視略Ｃ字状を呈する。また、ガンアーム１０ｂは、所定の応力の範囲内において弾性変形自在とされると共に、アルミニウム合金やベリリウム銅などの軽金属から制作される。
【００２６】
本実施形態では、ガンアーム１０ｂの弾性変形を考慮した上で可動電極１０ｄによるワークＷへの加圧力を所期の値にするように構成しているが、この点については図３で後述する。
【００２７】
ガンアーム１０ｂの一端１０ｂ１は、ハウジング１０ａを介してロボット２に接続される。一方、ガンアーム１０ｂの他端１０ｂ２には、固定電極１０ｃが固定される。上記した可動電極１０ｄは、この固定電極１０ｃと対向する位置に設けられる。なお、この明細書においては、固定電極１０ｃの軸方向と可動電極１０ｄの軸方向とを「Ｚ軸方向」、Ｚ軸方向と直交する軸方向、即ち図２において左右方向を「Ｘ軸方向」とする。
【００２８】
上記の如く対向配置された固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとの間には、被溶接物であるワークＷが介挿される。なお、図示は省略するが、ワークＷは架台などによって適宜に固定される。
【００２９】
図３は、図１に示すスポット溶接装置１の構成を示すブロック図である。図３に示す如く、制御装置４は、ロボット用モータ制御部４ａと、ガン用モータ制御部４ｂと、溶接制御部４ｃと、たわみ量算出部４ｄとを備える。各制御部４ａ，４ｂ，４ｃは互いに通信自在に接続されると共に、たわみ量算出部４ｄはロボット用モータ制御部４ａとガン用モータ制御部４ｂとに通信自在に接続される。
【００３０】
ロボット用モータ制御部４ａは、ロボット用モータＭの動作を制御することで、ロボット２を駆動させる。また、ガン用モータ制御部４ｂは、ガン用モータ１０ｅの動作を制御してスポット溶接ガン１０の可動電極１０ｄを伸縮させ、固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとの間でワークＷを加圧挟持させたり、加圧挟持したワークＷを解放させたりする。なお、図３における制御装置４の構成では、本実施形態の説明に関連が深い部分のみを示している。
【００３１】
ここで、一般的なガン用モータの制御について説明する。スポット溶接は、ワークを固定電極と可動電極との間で加圧挟持し、その状態で固定電極と可動電極との間に所定時間電流を流すことで行われる。
【００３２】
このスポット溶接を適切に行うには、可動電極によるワークへの加圧力が所期の値であることが望ましい。そのため、一般的なスポット溶接装置にあっては、加圧力が所期の値となるようなガン用モータのトルク指令を実験などを通じて予め設定しておき、そのトルク指令をガン用モータへ出力する、即ちガン用モータをトルク制御してワークを加圧挟持することによってスポット溶接を行うようにしている。
【００３３】
しかし、例えばボールねじ機構の静止摩擦係数や動摩擦係数などは、繰り返し動作に伴うなじみなどによって変化する。そのため、上記の如く予め設定されたトルク指令でモータ制御すると、ワークへの加圧力が時間の経過とともに所期の値にならなくなる可能性があった。
【００３４】
また、これらの摩擦係数は、スポット溶接装置の雰囲気温度に応じて変化する。そのため、雰囲気温度によっては各摩擦係数が変わり、同様に加圧力が所期の値にならなくなる可能性があった。また、スポット溶接ガンの姿勢によっては、重力の影響を受けて、ワークへの加圧力が所期の値にならないおそれもあった。さらに、可動電極のワークへの接触が比較的高速で行われる場合、加圧力が所期の値に比して大きくなり、タクトタイムを上げられない可能性もあった。
【００３５】
そこで、この実施形態に係るスポット溶接装置１にあっては、制御装置４は、ガン用モータ１０ｅに位置指令を出力する位置制御によってガン用モータ１０ｅの動作を制御するようにした。このように、ガン用モータ１０ｅを位置制御するようにしたので、ボールねじ機構１０ｆの各摩擦係数の変化などの影響を受けることなく、ガン用モータ１０ｅによって駆動される可動電極１０ｄの位置を制御でき、結果として加圧力を所期の値にすることが可能となる。
【００３６】
図３の説明を続けると、ガン用モータ制御部４ｂは、前述したように、位置制御によってガン用モータ１０ｅの動作を制御して可動電極１０ｄを伸縮させる。また、ロボット用モータ制御部４ａも同様に、位置制御によってロボット用モータＭの動作を制御してロボット２を駆動させる。
【００３７】
溶接制御部４ｃは、溶接電源３に接続される。溶接制御部４ｃは、ワークＷが固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとによって加圧挟持された状態で、溶接電源３からの電流を固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとの間に流し、スポット溶接を施す。
【００３８】
たわみ量算出部４ｄは、所期の加圧力がワークＷに作用する場合における、ガンアーム１０ｂのたわみ量を算出する。上記したガン用モータ１０ｅの位置制御とロボット用モータＭの位置制御とは、たわみ量算出部４ｄによって算出されたたわみ量に基づいて行われる。これについて、以下詳説する。
【００３９】
先ずたわみ量の算出について図４を参照しつつ説明する。図４は、固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとによってワークＷが加圧挟持された状態を簡略化して示す模式図である。図４に示すように、固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとでワークＷが加圧挟持され、その加圧力が増加すると、ガンアーム１０ｂは、前述したように弾性変形自在に構成されるため、Ｚ軸方向とＸ軸方向に弾性変形する。
【００４０】
なお、図４においては、弾性変形する前のガンアーム１０ｂを想像線で示した。また図４では、説明のためにガンアーム１０ｂが弾性変形した状態を誇張して描いており、各電極の長さなどは弾性変形する前後で必ずしも一致するようには描かれていない。
【００４１】
たわみ量算出部４ｄでは、このガンアーム１０ｂがワークＷを加圧挟持する場合に弾性変形する現象を考慮して、ワークＷへの所期の加圧力が作用する場合における、ガンアーム１０ｂのたわみ量を計算式によって求める。
【００４２】
以下説明すると、図４に示す如く、可動電極１０ｄからワークＷへ作用する加圧力をＦ、加圧力ＦのベクトルとＸ軸方向とのなす角度をθとした場合、加圧力Ｆは、フックの法則を用いた下記の式（１）、（２）によって表すことができる。
【００４３】
Ｆ×sinθ＝ｋ（ｚ）×ｚ          ・・・式（１）
Ｆ×cosθ＝ｋ（ｘ）×ｘ          ・・・式（２）
上式において、ｋ（ｚ）はガンアーム１０ｂのＺ軸方向のバネ定数、ｋ（ｘ）はガンアーム１０ｂのＸ軸方向のバネ定数、ｚはガンアーム１０ｂのＺ軸方向のたわみ量、ｘはガンアーム１０ｂのＸ軸方向のたわみ量である。
【００４４】
先ず始めに、式（１）、（２）中のバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を実験を通じて予め算出する。実験は、例えば可動電極１０ｄなどワークＷを加圧する部位に加圧力センサを取り付けると共に、ガンアーム１０ｂにたわみセンサを取り付ける。そして、可動電極１０ｄを任意の所定値（以下「第１所定値」と記載する）だけ固定電極１０ｃに向けて伸びるように動作させて、ワークＷを加圧挟持し、ガンアーム１０ｂを弾性変形させる。
【００４５】
加圧力センサから出力された加圧力をＦ１、たわみセンサから出力されたガンアーム１０ｂのＺ軸方向のたわみ量をｚ１、Ｘ軸方向のたわみ量をｘ１とした場合、式（１）、（２）は、式（３）、（４）のようになる。
Ｆ１×sinθ１＝ｋ（ｚ）×ｚ１          ・・・式（３）
Ｆ１×cosθ１＝ｋ（ｘ）×ｘ１          ・・・式（４）
なお、式中のθ１は、加圧力Ｆ１のベクトルとＸ軸方向とのなす角度である。
【００４６】
実験では次いで、可動電極１０ｄを、上記した第１所定値とは異なる第２所定値だけ固定電極１０ｃに向けて伸びるように動作させて、ワークＷを加圧挟持し、ガンアーム１０ｂを弾性変形させる。そして同様に、この状態における加圧力センサおよびたわみセンサの出力を読み取る。
【００４７】
加圧力センサから出力された加圧力をＦ２、たわみセンサから出力されたガンアーム１０ｂのＺ軸方向のたわみ量をｚ２、Ｘ軸方向のたわみ量ｘ２とした場合、式（１）、（２）は、下記の式（５）、（６）のようになる。
Ｆ２×sinθ２＝ｋ（ｚ）×ｚ２          ・・・式（５）
Ｆ２×cosθ２＝ｋ（ｘ）×ｘ２          ・・・式（６）
なお、式中のθ２は、加圧力Ｆ２のベクトルとＸ軸方向とのなす角度である。
【００４８】
次いで式（３）から（６）までの４つの式を解き、バネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を得る。具体的には、例えば式（３）、（４）においてθ１を消すように解くと共に、式（５）、（６）においてθ２を消すように解く。これにより、バネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）と、各センサ出力から得られる加圧力Ｆ１、Ｆ２、たわみ量ｚ１、ｚ２、ｘ１、ｘ２とからなる２つの式が導き出せ、これを解いてバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を得ることができる。
【００４９】
さらに、ガンアーム１０ｂのポアソン比νも算出する。ポアソン比νは、縦ひずみ［％］に対する横ひずみ［％］の比であり、例えばガンアーム１０ｂのＺ軸方向の長さをｚlength、Ｘ軸方向の長さをｘlengthとした場合、下記の式（７）または式（８）によって求めることができる。
ポアソン比ν＝（ｘ１／ｘlength）／（ｚ１／ｚlength）      ・・・式（７）
ポアソン比ν＝（ｘ２／ｘlength）／（ｚ２／ｚlength）      ・・・式（８）
上記したポアソン比νは、ガンアーム１０ｂの素材が同一であれば一定であるため、式（７）、（８）のいずれの式を用いても算出することができる。
【００５０】
なお、ガンアーム１０ｂの形状や特性などによっては、式（７）、（８）のｚlengthに代えて図４に示すｚlength´を用いた方が適切な場合もありうる（このポアソン比νの算出方法自体は本実施形態の要点ではないため詳細な説明は割愛する）。このように、先ずは実験を通じてバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）およびポアソン比νを予め算出しておき、それを制御装置４の図示しないメモリなどに記憶させておく。
【００５１】
なお、上記したバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）およびポアソン比νの算出は、例えばスポット溶接装置１を工場から出荷する前に行われるが、それに限られるものではなく、スポット溶接装置１の出荷後、実際にスポット溶接を行う場所で算出するようにしてもよい。
【００５２】
上記のようにして得たガンアーム１０ｂのバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）およびポアソン比νは、ガンアーム１０ｂの特性を示すものであるため、その値は、加圧力Ｆの多寡に関わらず、基本的に同じ値である。したがって、バネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）とポアソン比νとが分かれば、任意の加圧力が作用する場合のたわみ量ｚ、ｘを、実際に加圧力が作用する前に、計算式で算出することが可能となる。
【００５３】
本実施形態では、ガンアーム１０ｂの可動電極１０ｄによるワークＷへの加圧力Ｆが所期の値となり、スポット溶接が適切に行われる場合のたわみ量ｚ、ｘを、バネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を用いた計算式で算出し、算出したたわみ量ｚ、ｘに基づいて可動電極１０ｄやロボット２を制御するようにした。
【００５４】
即ち、たわみ量ｚ、ｘは、可動電極１０ｄがワークＷに当接する位置と加圧力Ｆが所期の値になる場合の可動電極１０ｄの目標位置とのズレ量に相当する。そのため、たわみ量ｚ、ｘに基づいて可動電極１０ｄやロボット２の動作を制御すれば、可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を目標位置に一致させることができる。
【００５５】
具体的に説明すると、先ず初期設定において、スポット溶接が適切に行われる場合の所期の加圧力Ｆａが、図示しない入力装置を介して制御装置４のたわみ量算出部４ｄに入力される。たわみ量算出部４ｄは、所期の加圧力Ｆａが入力されると、ガンアーム１０ｂのＺ軸方向のたわみ量ｚとＸ軸方向のたわみ量ｘとを算出する。具体的にたわみ量ｚは、式（１）を変形した式（９）に従って求めることができ、たわみ量ｘは、式（２）を変形した式（１０）に従って求めることができる。
ｚ＝Ｆａ×sinθ／ｋ（ｚ）          ・・・式（９）
ｘ＝Ｆａ×cosθ／ｋ（ｘ）          ・・・式（１０）
【００５６】
具体的には、例えば式（９）、（１０）においてθを消すように解くことで、たわみ量ｚ、ｘと、入力された値である加圧力Ｆａと、既に実験で求められているバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）とからなる式が導き出される。上記したようにポアソン比νは、ガンアーム１０ｂの素材が同一であれば一定であるので、たわみ量ｚとたわみ量ｘとの関係式もポアソン比νから導き出される。これらの式を解くことで、たわみ量ｚとたわみ量ｘとを算出する。
【００５７】
このように、加圧力ＦａがワークＷに作用する場合のガンアーム１０ｂのＺ軸方向のたわみ量ｚとＸ軸方向のたわみ量ｘとを、計算式を用いて算出するように構成したので、たわみ量ｚ、ｘを正確に算出することができる。
【００５８】
図３の説明に戻ると、たわみ量算出部４ｄは、式（９）で算出したたわみ量ｚおよび式（１０）で算出したたわみ量ｘをガン用モータ制御部４ｂへ出力すると共に、同じくたわみ量ｚおよびたわみ量ｘをロボット用モータ制御部４ａへ出力する。
【００５９】
ガン用モータ制御部４ｂは、たわみ量ｚと、たわみ量ｘと、エンコーダ１０ｇのエンコーダ値とに基づいてガン用モータ１０ｅの動作を制御する、詳しくは可動電極１０ｄがたわみ量ｚおよびたわみ量ｘに基づいて算出される補正量ａの分移動するようにガン用モータ１０ｅの動作を制御する。
【００６０】
具体的には、加圧力ＦａがワークＷに作用してガンアーム１０ｂが弾性変形した場合、可動電極１０ｄの先端位置は、目標位置から離間する方向、より具体的には図４においてＺ軸方向の負側で、かつＸ軸方向の正側にズレる。したがって、ここでは、そのズレを補正する量だけ可動電極１０ｄを移動させる（伸ばす）ようにする。
【００６１】
たわみ量ｚ、ｘの分ズレた場合の可動電極１０ｄの補正量ａは、例えば三平方の定理を用いた下記の式（１１）で求めることができる。
【数１】
2014042931.tif 000003
【００６２】
したがって、ガン用モータ制御部４ｂは、可動電極１０ｄが、Ｚ軸方向およびＸ軸方向のズレを補正する正側の方向に、換言すれば固定電極１０ｃの方向にたわみ量ｚおよびたわみ量ｘから求められる補正量ａの分だけ移動するようにガン用モータ１０ｅの動作を制御する。
【００６３】
これにより、可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を、加圧力Ｆが所期の値になる場合の可動電極１０ｄの目標位置に一致させることができる。換言すれば、加圧力ＦａがワークＷに作用してガンアーム１０ｂの弾性変形した場合に生じる、可動電極１０ｄの当接位置と目標位置とのＺ軸方向およびＸ軸方向のズレ分を補正することができる。
【００６４】
他方、ロボット用モータ制御部４ａは、たわみ量ｚとたわみ量ｘとエンコーダ２０のエンコーダ値とに基づいてロボット用モータＭの動作を制御する、詳しくはロボット２がたわみ量ｚおよびたわみ量ｘの分駆動するようにロボット用モータＭの動作を制御する。
【００６５】
具体的には、加圧力ＦａがワークＷに作用してガンアーム１０ｂが弾性変形した場合、固定電極１０ｃや可動電極１０ｄの当接位置は、目標位置から図４においてＸ軸方向の正側にたわみ量ｘの分だけズレる。そこで、ロボット用モータ制御部４ａは、ロボット２が、Ｘ軸方向のズレを補正する負側の方向に、たわみ量ｘの分だけ駆動するようにロボット用モータＭの動作を制御する。
【００６６】
またガンアーム１０ｂが弾性変形した場合、固定電極１０ｃの先端位置は、目標位置から図４においてＺ軸方向の正側にたわみ量ｚの分だけズレる。そこで、ロボット用モータ制御部４ａは、ロボット２が、Ｚ軸方向のズレを補正する負側の方向に、たわみ量ｚの分だけ駆動するようにロボット用モータＭの動作を制御する。
【００６７】
これにより、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を、加圧力Ｆが所期の値になる場合、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄの目標位置に一致させることができる。別言すれば、ロボット２の駆動によってＸ軸方向のズレであるたわみ量ｘおよびＺ軸方向のズレであるたわみ量ｚを吸収するようにしたので、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄの当接位置は目標位置からズレることはない。
【００６８】
このように、ガン用モータ１０ｅの動作とロボット用モータＭの動作とを位置制御して、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄの当接位置を目標位置に一致させるようにしたので、可動電極１０ｄによるワークＷへの加圧力Ｆを所期の値にすることができる。また、加圧力Ｆを所期の値とすることで、スポット溶接を適切に行うことができる。さらに、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄの当接位置を目標位置に一致させることができるため、ワークＷに対して不要な応力が作用することがなく、ひずみ変形の無い適切なスポット溶接が可能になる。
【００６９】
また、一般的なスポット溶接装置においては、例えばガン用モータへのトルク指令とたわみ量との関係を実験を通じてテーブルとして求めておき、スポット溶接時には、トルク指令からテーブルを検索して得られるたわみ量に基づき、ロボット制御する如く構成されることがある。
【００７０】
しかしながら、上記の如く構成すると、テーブルが実験値であるため離散的になり、ロボットなどを連続的に補正動作させることができないおそれがあった。そこで、この実施形態では、テーブルではなく、計算式（式（９）、（１０））を用いてたわみ量ｚ、ｘを算出しているため、ロボット２や可動電極１０ｄを軌跡も含めて連続的に補正動作させることが可能となり、結果として可動電極１０ｄを目標位置に確実に位置させることができる。
【００７１】
図５は、スポット溶接装置１の制御装置４の動作を、初期の設定も含めて示すフローチャートである。
【００７２】
図５に示す如く、先ず制御装置４のたわみ量算出部４ｄは、ガンアーム１０ｂのバネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を実験によって予め求める（ステップＳ１）。具体的にたわみ量算出部４ｄは、実験によって得られる式（３）から（６）までの４つの式を解いて、バネ定数ｋ（ｚ）、ｋ（ｘ）を算出して図示しないメモリに記憶させる。さらに、ステップＳ１では、ガンアーム１０ｂのポアソン比νも算出してメモリに記憶させる。このステップＳ１が、スポット溶接装置１の初期の設定である。
【００７３】
次いで所期の加圧力Ｆａが入力されて設定されると、たわみ量算出部４ｄは、式（９）、（１０）を用いて、所期の加圧力ＦａがワークＷに作用した場合のガンアーム１０ｂのたわみ量ｚ、ｘを算出する（ステップＳ２）。なお、たわみ量算出部４ｄは、たわみ量ｚおよびたわみ量ｘをガン用モータ制御部４ｂへ出力する一方、同じくたわみ量ｚおよびたわみ量ｘをロボット用モータ制御部４ａへ出力する。
【００７４】
制御装置４のガン用モータ制御部４ｂは、たわみ量ｚ、ｘに基づいてガン用モータ１０ｅを位置制御する、具体的には可動電極１０ｄがたわみ量ｚ、ｘに基づいて算出される補正量ａの分移動するようにガン用モータ１０ｅの動作を制御する（ステップＳ３）。
【００７５】
制御装置４のロボット用モータ制御部４ａは、たわみ量ｚ、ｘに基づいてロボット用モータＭを位置制御する、具体的にはロボット２がたわみ量ｚ、ｘの分駆動するようにロボット用モータＭの動作を制御する（ステップＳ４）。このステップＳ３とステップＳ４との処理により、可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を、加圧力Ｆが所期の値になる場合の可動電極１０ｄの目標位置に補正できると共に、可動電極１０ｄによるワークＷへの加圧力を所期の値にすることができる。
【００７６】
なお、説明の都合上、ガン用モータ制御、ロボット用モータ制御の順番で記載したが、ステップＳ３とステップＳ４との処理は、互いに同期させつつ実行される。これにより、可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を、早期かつ正確に目標位置に到達させることができる。
【００７７】
即ち、例えばガン用モータをトルク制御とし、ロボット用モータを位置制御とした場合、制御ループの違いからいずれか一方のモータの動作に遅れが生じ、ガン用モータによる補正動作とトルク制御による補正動作とを同期させるのが難しかった。
【００７８】
そこで、この実施形態に係るガン用モータ１０ｅとロボット用モータＭとは共に、位置制御によってその動作が制御されるため、位置制御ループ同士互いに同期させながらガン用モータ１０ｅとロボット用モータＭとを制御することも可能となる。これにより、いずれか一方のモータの動作に遅れが生じることはなく、可動電極１０ｄとワークＷとの当接位置を、早期かつ正確に目標位置に到達させることができる。
【００７９】
可動電極１０ｄからワークＷに対して所期の加圧力Ｆａが作用した状態で、制御装置４の溶接制御部４ｃは、電流を固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとの間に所定時間供給させて、スポット溶接を施す（ステップＳ５）。なお、制御装置４は、溶接が完了すると、可動電極１０ｄを固定電極１０ｃから離れる方向へ動かしてワークＷを解放し、ロボット２を動作させてスポット溶接ガン１０を次の溶接点へと移動させる。
【００８０】
上述してきたように、本実施形態では、スポット溶接装置１の制御装置４が、ガン用モータ１０ｅに位置指令を出力する位置制御によってガン用モータ１０ｅの動作を制御するように構成したので、スポット溶接ガン１０の可動電極１０ｄによるワークＷへの加圧力を所期の値にすることができる。
【００８１】
なお、以上ではガンアーム１０ｂの弾性変形に基づくたわみ量ｚ、ｘの分のズレとその補正について説明したが、スポット溶接装置１においては、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄの摩耗に対する補正について考慮するように構成してもよい。
【００８２】
例えば、固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとは、ワークＷを加圧挟持することを繰り返すことで摩耗するため、制御装置４が、スポット溶接を所定回数行うごとにこの摩耗量を取得する。そして、ワークＷを加圧挟持する場合に、制御装置４は、取得した各電極１０ｃ、１０ｄの摩耗量の分だけ固定電極１０ｃの位置および可動電極１０ｄの伸縮量を補正する。
【００８３】
このように、電極摩耗量の取得し、摩耗量に対応した補正を行うことで、固定電極１０ｃおよび可動電極１０ｄをより一層適切な位置に配置させることも可能となる。なお、本実施形態に係るスポット溶接装置１では、上記した電極の摩耗に対する補正を行った上で、さらにガンアーム１０ｂの弾性変形に対する補正を行っている。
【００８４】
また、上記においては、スポット溶接ガン１０をロボット２の先端部に取り付けるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば定置式のスポット溶接ガンであってもよい。詳しくは、例えば図６に示すように、スポット溶接装置１０１おいて、スポット溶接ガン１１０は、ロボット１０２の先端部ではなく、支柱１１０ｉに固定される。なお、スポット溶接ガン１１０の構成は、前述したスポット溶接ガン１０のそれと略同じである。
【００８５】
他方、ロボット１０２の先端部には、ワークＷを把持可能なハンド１３０が取り付けられる。なお、前述したスポット溶接ガン１１０は、このロボット１０２のハンド１３０の動作範囲内に配置されるものとする。
【００８６】
上記の如く構成されたスポット溶接装置１０１おいて、制御装置４は、ワークＷを把持し、そのワークＷがスポット溶接ガン１１０の固定電極１０ｃと可動電極１０ｄとの間に介挿されるように、ハンド１３０を動作させる。そして、制御装置４は、先に述べたと同様、たわみ量ｚ、ｘなどに基づいてガン用モータ１０ｅおよびロボット用モータＭの動作を制御して、可動電極１０ｄやロボット１０２の位置を補正し、スポット溶接を実行する。
【００８７】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１、１０１  スポット溶接装置
２、１０２  ロボット
３  溶接電源
４  制御装置
４ａ  ロボット用モータ制御部
４ｂ  ガン用モータ制御部
４ｃ  溶接制御部
４ｄ  たわみ量算出部
１０、１１０  スポット溶接ガン
１０ｂ  ガンアーム
１０ｃ  固定電極
１０ｄ  可動電極
１０ｅ  ガン用モータ
１０ｆ  ボールねじ機構
Ｍ１〜Ｍ６  ロボット用モータ
【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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