(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極チップを電動モータにより運動変換機構を介して開閉動作させる電動式スポット溶接機における加圧制御方法であって、
１対の電極チップ間にワークが挟まれて、電動モータに流れるモータ電流が上昇したとき、所定の設定電流値でモータ電流のそれ以上の上昇を規制し、ワークに対する加圧力を設定電流値に対応する設定加圧力に制御するものにおいて、
モータ電流が設定電流値に上昇したところで、電流値が波状に変化する波形電流をモータ電流に重畳する、
ことを特徴とする電動式スポット溶接機における加圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧源として電動モータを用いる電動式スポット溶接機における加圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式スポット溶接機は、電動モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構等の運動変換機構を備え、１対の電極チップを電動モータにより運動変換機構を介して開閉動作させるように構成されている。そして、両電極チップ間にその閉じ動作でワークを挟圧し、この状態で両電極チップ間に通電してワークのスポット溶接を行う。
【０００３】
ここで、両電極チップ間にワークが挟まれると、電動モータの負荷が増加して、電動モータに流れるモータ電流が上昇する。そこで、従来は、所定の設定電流値でモータ電流のそれ以上の上昇を規制し、ワークに対する加圧力を設定電流値に対応する設定加圧力に制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
加圧力を実測したところ、実際の加圧力は設定電流値に対応する設定加圧力に達していないことが判明した。これは、運動変換機構における摩擦損失によるものと考えられる。この摩擦損失は、電極チップがワークに接触後停止する直前の状態に左右され、ワークに接触するまでの電極チップの移動速度、ワークの弾性等によって変化する。摩擦損失が最小になるのは、停止直前において運動変換機構の各部が全て動摩擦状態に存するときであり、逆に、運動変換機構の殆んどの部分が静摩擦状態に存するときに最大になり、最大と最小との差はかなり大きくなる。そのため設定加圧力と実加圧力との偏差のばらつきもかなり大きくなる。この場合、加圧力を検出するロードセル等の加圧力センサを組込み、加圧力が設定加圧力になるようにモータ電流をフィードバック制御することも考えられるが、これではコスト、メンテナンス、耐久性の面で不利になる。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、設定加圧力と実加圧力との偏差を加圧力センサを用いずに可及的に減少し得るようにした加圧制御方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明は、１対の電極チップを電動モータにより運動変換機構を介して開閉動作させる電動式スポット溶接機における加圧制御方法であって、１対の電極チップ間にワークが挟まれて、電動モータに流れるモータ電流が上昇したとき、所定の設定電流値でモータ電流のそれ以上の上昇を規制し、ワークに対する加圧力を設定電流値に対応する設定加圧力に制御するものにおいて、モータ電流が設定電流値に上昇したところで、電流値が波状に変化する波形電流をモータ電流に重畳している。
【０００７】
波形電流を重畳すると、電動モータの出力トルクが波形電流に応じて波状に変化し、運動変換機構の静摩擦状態になっていた部分が出力トルクの変化で動摩擦状態に移行する。そして、運動変換機構の各部が全て動摩擦状態に存するときに波形電流の重畳終了で電極チップが停止することになる。従って、運動変換機構における摩擦損失は最小になり、設定加圧力と実加圧力との偏差が可及的に減少する。
【０００８】
【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にスポット溶接機たるＣ形の溶接ガンＧが取付けられている。
【０００９】
溶接ガンＧは、手首Ｒａに固定されるガン支持ブラケット１にガイドバー１ａを介して上下方向にイコライズ動作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３が取付けられており、Ｃ形ヨーク３の下部先端に固定電極チップたる下チップ４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電動モータ５を搭載し、該モータ５により後記詳述するボールねじ機構６を介して上下動されるロッド７をガン本体２の下方に突出させ、ロッド７の下端に、下チップ４に対向させて可動電極チップたる上チップ８を取付けている。
【００１０】
溶接ガンＧはロボットＲの動作でワークＷの各打点位置に移動され、各打点位置に到着したときロボットコントローラ９からガンコントローラ１０に加圧指令が送信され、ガンコントローラ１０による電動モータ５の制御で上チップ８が所定の開放位置から下動される。上チップ８の下動でこれがワークＷに当接すると、以後当接反力でガン本体２がガン支持ブラケット１に対し上動して下チップ４がワークＷに当接し、ワークＷが上下の両チップ４，８間に挟まれて加圧される。この状態で両チップ４，８間に通電してワークＷの各打点部をスポット溶接する。
【００１１】
電動モータ５は、図２に示す如く、ガン本体２に立設したモータハウジング５ａと、モータハウジング５ａ内に固定したステータ５ｂと、モータハウジング５ａ内に軸支した中空のロータ５ｃとで構成されており、前記ロッド７をガン本体２内のガイドスリーブ２ａを通してロータ５ｃ内に挿入している。ロッド７の上部は中空に形成されており、ロッド７の中空部にロータ５ｃの上端部に固定した螺杆６ａを挿入すると共に、ロッド７の上端部に螺杆６ａに螺合する多数のボールを内蔵するナット６ｂを固定し、これら螺杆６ａとナット６ｂとでロータ５ｃの回転をロッド７の上下動に変換する運動変換機構たるボールねじ機構６を構成している。
【００１２】
モータハウジング５ａの上端部には、ロータ５ｃに連結される入力軸１１ａを有するエンコーダ１１がステー１１ｂを介して取付けられており、エンコーダ１１によりロータ５ｃの回転角度を検出し得るようにしている。そして、エンコーダ１１の信号をガンコントローラ１０に入力し、ロータ５ｃの回転角度とボールねじ機構６のピッチとから上チップ８の位置を割出し、スポット溶接後に上チップ８をその位置が所定の開放位置に合致するまで電動モータ５によって上動させるようにしている。
【００１３】
電動モータ５による上チップ８の下動で上記の如くワークＷが下チップ４と上チップ８との間に挟まれると、電動モータ５の負荷が増加して、電動モータ５に流れるモータ電流が上昇する。そして、所要の設定加圧力に合わせて設定した設定電流値にモータ電流が上昇したところで、ガンコントローラ１０によりモータ電流のそれ以上の上昇を規制し、ワークＷを設定加圧力で加圧するようにしている。
【００１４】
然し、図３に示すように、モータ電流を設定電流値Ｉｓに維持しても、実加圧力は、ボールねじ機構６における摩擦損失により、設定電流値Ｉｓに対応する設定加圧力Ｐｓよりも低くなる。ここで、モータ電流に電流値が波状に変化する波状電流ａを重畳すると、実加圧力が設定加圧力Ｐｓに近付く。これは、波形電流ａの重畳で電動モータ５の出力トルクが波状に変化し、ボールねじ機構６の静摩擦状態になっていた部分（ボール）が出力トルクの変化で動摩擦状態に移行し、摩擦損失が減少するためである。ところで、図３では、効果の確認を容易にするため、波形電流ａの重畳タイミングを意図的に遅らせているが、実際のスポット溶接に際しては、モータ電流が設定電流値Ｉｓに上昇したところで仮想線に示す如く直ちに波形電流ａを重畳する。
【００１５】
尚、波形電流ａの周波数が小さ過ぎたり大き過ぎると、静摩擦状態から動摩擦状態にうまく移行しないため、周波数は５〜１００Ｈｚ、好ましくは２０〜６０Ｈｚとする。図３では周波数を４０Ｈｚとしている。
【００１６】
また、波形電流ａの振幅が小さ過ぎる場合も静摩擦状態から動摩擦状態にうまく移行せず、一方、振幅が大き過ぎると、ボールねじ機構６のボールや螺杆の摩耗による耐久性の悪化を生ずるため、波形電流ａの振幅は、その半値が設定電流値Ｉｓの３〜５０％、好ましくは１０〜２０％になるように設定する。図３では振幅の半値を設定電流値Ｉｓの１５％としている。
【００１７】
また、波形電流ａの重畳サイクル数が小さ過ぎると、静摩擦状態から動摩擦状態への移行が完了する前に波形電流ａの重畳が終了してしまう。一方、波形電流ａの重畳サイクル数が大き過ぎると、ボールねじ機構６のボールのフレッチングコロージョン現象を引き起こし、ボールの部分摩耗を生ずる。そのため、波形電流ａの重畳サイクル数は１／２〜１０サイクル、好ましくは１〜４サイクルとする。図３では重畳サイクル数を１．５サイクルとしている。
【００１８】
また、図３では波形電流ａを正弦波としているが、三角波や矩形波であっても良い。また、波形電流ａの重畳中に波形電流ａの周波数や振幅や波形を可変することも可能であり、例えば、振幅を次第に減少させるようにしても良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、設定加圧力と実加圧力との偏差を加圧力センサを用いたフィードバック制御を行わずに可及的に減少でき、コスト、メンテナンス、耐久性の面で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スポット溶接機を搭載したロボットの側面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大截断面図
【図３】モータ電流と実加圧力との関係を示すグラフ
【符号の説明】
Ｇ      溶接ガン（電動式スポット溶接機）
４，８  電極チップ        ５  電動モータ
６            ボールねじ機構        ａ    波形電流
【図１】
0003597378.tif 000002
【図２】
0003597378.tif 000003
【図３】
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