(57)【要約】【課題】スポット溶接システムにおいて、溶接ガンの構造上の個体差や経時での特性変化に対応して、電極対の閉速度を適正値に迅速に自動調整できるようにする。【解決手段】スポット溶接システム１０のガン開閉制御装置２０は、電極対１４の閉速度を指定する速度設定値Ｖｃに従い、サーボモータ１２に動作指令Ｃを出力する動作指令部２２と、動作指令部に与えられる速度設定値を適正値Ｖｃａに自動調整する設定値調整部２４とを備える。設定値調整部は、動作指令部の動作指令によりサーボモータが電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる加圧力Ｆを時系列で表す力データＦｄを取得する力データ取得部２６と、力データ取得部が取得した力データにおける収束前の過渡データＦｔｄに基づき、速度設定値の適正値を定める適正値演算部２８とを備える。このとき、力データの過渡データの応答波形が経験上許容されるものであるか否かが評価される。【選択図】図１
2008307575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを駆動源として開閉動作する電極対を有する溶接ガンと、該溶接ガン及び被溶接ワークのいずれか一方を担持して、該溶接ガンと該被溶接ワークとの相対的な位置及び姿勢を変化させるように動作するロボットと、該サーボモータを制御して該溶接ガンの該電極対を開閉動作させるガン開閉制御装置とを具備するスポット溶接システムにおいて、
前記ガン開閉制御装置は、
前記電極対の閉速度を指定する速度設定値に従い、該電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力が予め指定した力目標値に収束するように、前記サーボモータに動作指令を出力する動作指令部と、
前記動作指令部に与えられる前記速度設定値を適正値に自動調整する設定値調整部とを具備し、
前記設定値調整部は、
前記動作指令部の前記動作指令により前記サーボモータが前記電極対を閉動させたときの、該電極対の間に生じる前記加圧力を時系列で表す力データを取得する力データ取得部と、
前記力データ取得部が取得した前記力データにおける収束前の過渡データに基づき、前記速度設定値の前記適正値を定める適正値演算部と、
を具備することを特徴とするスポット溶接システム。
【請求項２】
前記適正値演算部は、
前記力データ取得部が取得した前記力データにおける前記過渡データから、該過渡データの応答形態を代表的に表す代表値を算定する代表値算定部と、
前記代表値算定部が算定した前記代表値を、前記力目標値を基準として予め用意された代表値許容範囲と比較して、該代表値が該代表値許容範囲に含まれるときに前記速度設定値を前記適正値と判断する一方、該代表値が該代表値許容範囲に含まれないときに前記速度設定値を不適値と判断する比較判断部と、
前記比較判断部の判断に基づき、前記速度設定値が前記適正値であるときに該速度設定値に対する自動調整工程を終了させる一方、前記速度設定値が前記不適値であるときに、該速度設定値とは異なる第２の速度設定値を定めて、該第２の速度設定値を前記動作指令部に与える調整処理部とを具備する、
請求項１に記載のスポット溶接システム。
【請求項３】
前記動作指令部及び前記設定値調整部は、前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記調整処理部が定めた前記第２の速度設定値に対する自動調整工程を実行する、請求項２に記載のスポット溶接システム。
【請求項４】
前記力データ取得部が取得した前記力データにおける前記過渡データが、前記力目標値に対するオーバーシュートを含むときに、前記代表値算定部は、該過渡データの最大値を前記代表値として算定する、請求項２又は３に記載のスポット溶接システム。
【請求項５】
前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記調整処理部は、予め用意された既定調整量を該速度設定値から減算することにより、前記第２の速度設定値を定める、請求項４に記載のスポット溶接システム。
【請求項６】
前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記調整処理部は、前記代表値と前記代表値許容範囲における予め定めた値との差に基づいて求めた算定調整量を該速度設定値から減算することにより、前記第２の速度設定値を定める、請求項４に記載のスポット溶接システム。
【請求項７】
前記力データ取得部が取得した前記力データにおける前記過渡データが、全体に渡り前記力目標値に対するアンダーシュートを示すときに、前記代表値算定部は、該過渡データの予め定めた時期の値を前記代表値として算定する、請求項２又は３に記載のスポット溶接システム。
【請求項８】
前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記調整処理部は、予め用意された既定調整量を該速度設定値に加算することにより、前記第２の速度設定値を定める、請求項７に記載のスポット溶接システム。
【請求項９】
前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記調整処理部は、前記代表値と前記代表値許容範囲における予め定めた値との差に基づいて求めた算定調整量を該速度設定値に加算することにより、前記第２の速度設定値を定める、請求項７に記載のスポット溶接システム。
【請求項１０】
前記動作指令部及び前記設定値調整部は、前記比較判断部により前記適正値との判断が得られるまで、前記調整処理部が順次定める複数の異なる速度設定値に対し、前記自動調整工程を繰り返して実行するとともに、該自動調整工程の繰り返し回数が予め定めた限界数を超えたときには該自動調整工程を強制的に終了する、請求項２〜９のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
【請求項１１】
前記力データ取得部は、
１つの前記力目標値に関連して予め用意された互いに異なる複数の前記速度設定値に従い前記動作指令部が前記サーボモータに前記電極対を閉動させたときの、該電極対の間に生じる前記加圧力を時系列で表す互いに異なる複数の前記力データを取得し、
前記適正値演算部は、
前記力データ取得部が取得した前記複数の力データのそれぞれにおける前記過渡データから、該過渡データのそれぞれの応答形態を代表的に表す複数の代表値を算定する代表値算定部と、
前記代表値算定部が算定した前記複数の代表値と、該複数の代表値のそれぞれに対応する前記複数の速度設定値との、相関性を近似的に表す力／速度曲線を求める関数算定部と、
前記関数算定部が求めた前記力／速度曲線を用いて、前記力目標値を基準として予め用意された代表値最適値に対応する適用速度設定値を、前記適正値として決定して、該適用速度設定値を前記動作指令部に与える適正値決定部とを具備する、
請求項１に記載のスポット溶接システム。
【請求項１２】
前記力データ取得部が取得した前記複数の力データのそれぞれにおける前記過渡データの少なくとも１つが、前記力目標値に対するオーバーシュートを含むときに、前記代表値算定部は、該オーバーシュートを含む該過渡データの最大値を前記代表値として算定する、請求項１１に記載のスポット溶接システム。
【請求項１３】
前記力データ取得部が取得した前記複数の力データのそれぞれにおける前記過渡データの少なくとも１つが、全体に渡り前記力目標値に対するアンダーシュートを示すときに、前記代表値算定部は、該アンダーシュートを示す該過渡データの予め定めた時期の値を前記代表値として算定する、請求項１１に記載のスポット溶接システム。
【請求項１４】
前記動作指令部の前記動作指令により前記サーボモータが前記電極対を閉動させたときの、該サーボモータに与えられる制御電流値と該サーボモータから得た速度実測値とから、該サーボモータに加わる外乱トルクを推定する外乱オブザーバをさらに具備し、前記力データ取得部は、該外乱オブザーバが推定した該外乱トルクの時系列データを、前記力データとして取得する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
【請求項１５】
前記動作指令部の前記動作指令により前記サーボモータが前記電極対を閉動させたときの、該電極対の間に生じる現実の前記加圧力を感知する圧力センサをさらに具備し、前記力データ取得部は、該圧力センサが感知した該現実の加圧力の時系列データを、前記力データとして取得する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
【請求項１６】
前記ロボットを制御するロボット制御装置をさらに具備し、前記ガン開閉制御装置は該ロボット制御装置の機能の一部である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
【請求項１７】
サーボモータを駆動源として開閉動作する電極対を有する溶接ガンの、該電極対の閉速度を調整する閉速度調整方法において、
前記電極対の閉速度を指定する速度設定値を用意し、
前記速度設定値に従い、前記サーボモータを動作させて前記電極対を閉動させ、
前記サーボモータが前記電極対を閉動させたときの、該電極対の間に生じる加圧力を時系列で表す力データを取得し、
前記力データにおける収束前の過渡データに基づき、前記速度設定値の適正値を定めること、
を特徴とする閉速度調整方法。
【請求項１８】
前記速度設定値の適正値を定めるときに、
前記電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力の力目標値を基準として設定した代表値許容範囲を用意し、
前記力データにおける前記過渡データから、該過渡データの応答形態を代表的に表す代表値を算定し、
前記代表値を前記代表値許容範囲と比較して、該代表値が該代表値許容範囲に含まれるときに前記速度設定値を前記適正値と判断する一方、該代表値が該代表値許容範囲に含まれないときに前記速度設定値を不適値と判断し、
前記速度設定値が前記適正値であるときに該速度設定値に対する自動調整工程を終了させる一方、前記速度設定値が前記不適値であるときに、該速度設定値とは異なる第２の速度設定値を定める、
請求項１７に記載の閉速度調整方法。
【請求項１９】
前記速度設定値が前記不適値であるときに、前記第２の速度設定値に対する自動調整工程を実行する、請求項１８に記載の閉速度調整方法。
【請求項２０】
前記速度設定値を用意するときに、
前記電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力の１つの力目標値に関連して、前記電極対の閉速度をそれぞれに指定する互いに異なる複数の速度設定値を用意し、
前記力データを取得するときに、
前記複数の速度設定値のそれぞれに従い前記サーボモータが前記電極対を閉動させたときの、該電極対の間に生じる前記加圧力を時系列で表す互いに異なる複数の力データを取得し、
前記速度設定値の適正値を定めるときに、
前記力目標値を基準として設定した代表値最適値を用意し、
前記複数の力データのそれぞれにおける前記過渡データから、該過渡データのそれぞれの応答形態を代表的に表す複数の代表値を算定し、
前記複数の代表値と、該複数の代表値のそれぞれに対応する前記複数の速度設定値との、相関性を近似的に表す力／速度曲線を求め、
前記力／速度曲線を用いて、前記代表値最適値に対応する適用速度設定値を、前記適正値として決定する、
請求項１７に記載の閉速度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを備えたスポット溶接システムに関する。本発明はまた、スポット溶接システムで実行可能な溶接ガンの閉速度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接技術の一種として知られるスポット溶接では、溶接ガンの一対の電極（本願で「電極対」と称する）の間に、互いに重ねた複数枚の被溶接ワークを挟持して、それら被溶接ワークの挟持箇所に所定加圧力を加えながら所定時間に渡り所定電流を流すことで、所望品質の溶接部を得ている。溶接ガンは通常、固定側の電極に対し、可動側の電極を適当な速度で開閉動作させる構成を有し、近年、可動電極の駆動源としてサーボモータが多用される傾向にある。また、自動車の組立工程等に適用されるスポット溶接システムは、被溶接ワーク上の複数の接合箇所をそれらの多様な位置及び姿勢に対応して迅速かつ正確に溶接するべく、多関節型等の産業用ロボット（本願で「ロボット」と略称する）のアーム構造（すなわちマニピュレータ）の末端部に、作業ツール（すなわちエンドエフェクタ）としての溶接ガンを装着したロボットシステムの構成を一般に採用している。或いは、被溶接ワークが比較的小寸の場合には、定置した溶接ガンに対し、ロボットが被溶接ワークをハンドで把持して多彩に動作することで、複数の接合箇所を順次所定の溶接作業位置に位置決めするシステム構成も採用されている。
【０００３】
溶接ガンの電極対の間に被溶接ワークを目標加圧力で挟持しようとする際に、電極対を閉じる（本願で「閉動」と称する）方向への可動電極の移動速度（本願で「閉速度」と称する）を適正化することが、溶接部の品質を向上させるとともに溶接工程のサイクルタイムを短縮する観点で肝要である。例えば、可動電極の閉速度が早過ぎる場合、被溶接ワークに加わる加圧力のオーバーシュートが過大になって、加圧力が目標値に十分に安定しない状態で溶接電流の通電が開始される傾向があり、結果として溶接品質の低下を招く恐れがある。またこの場合、溶接ガンや被溶接ワークが損傷を生じることも懸念される。他方、可動電極の閉速度が遅過ぎる場合には、被溶接ワークに加わる加圧力が目標値に達するまでの時間が長くなるので、加圧力が不足した状態で溶接電流の通電が開始される傾向があり、やはり溶接品質の低下を招く恐れがある。いずれの場合も、加圧力が目標値に安定した後に溶接電流の通電を開始するように構成すれば、一定の溶接品質を確保することは可能であるが、反面、サイクルタイムが増加する問題が生じる。
【０００４】
溶接ガンにおける上記した電極対の閉速度の適正化は、従来、作業者が個々の溶接ガンに対し手作業で実施していた。具体的には、電極間の加圧力を感知する圧力センサを用いて、作業者が、電極対を実際に閉動させたときの圧力センサの出力波形を監視しながら、目標加圧力に対するオーバーシュートが許容範囲内に収まるように閉速度を手作業で試行錯誤的に微調整していた。しかし、一般に溶接ガンは、同一機種であっても動作部分の摩擦や構成部品の剛性等に関する構造上の個体差を有し、また、１台の溶接ガンにおいても電極摩耗等の経時での特性変化を生じるので、上記したような手作業による閉速度調整手法では、作業者に過大な負担が掛かるとともに、システムの立ち上げに時間を要する問題があった。
【０００５】
ここで、サーボモータを電極対の駆動源とする溶接ガンにおいて、モータ電流の制御に加えて、電極間に生じる実際の加圧力に基づいて可動電極の突き出し量（すなわち固定電極に対する押し付け量）を自動補正することで、加圧力を適正に制御可能な加圧力制御方法が、従来提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載される加圧力制御方法では、電極対の閉動時に、可動電極を被溶接ワークへの接触位置よりも十分手前から減速して低速で被溶接ワークに接触させることで、「常にアンダーシュート方向から接触を行う」ように加圧力を制御している。その上で、モータ電流の検出値を用いて、電極対に実際に生じている実加圧力を監視し、監視開始から所定時間経過後にも実加圧力が設定値（目標値）に達しない場合には、その偏差に応じて可動電極の突き出し量（目標位置）を補正する。このような手法により、電極対と被溶接ワークとの衝突を緩和するとともに、電極摩耗に対応して随時適正な加圧力を確保することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３１２２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載される溶接ガン加圧力制御方法は、可動電極を被溶接ワークに低速で接触させることで、常にアンダーシュートの応答形態を呈するように加圧力を制御するものであるから、加圧力の安定に要する時間が長くなる傾向があり、結果として、前述したように、溶接品質の低下や溶接サイクルタイムの増加を招く危惧がある。また、実加圧力の監視開始から所定時間経過後（すなわち定常時）に行われる収束判断（すなわち実加圧力が設定値に達したか否かの判断）に基づいて、可動電極の突き出し量（目標位置）を補正する構成であるから、加圧力制御に要する時間も長くなることが懸念される。さらに、可動電極の突き出し量を補正する際に、固定電極側の構成部品の撓みを考慮して指令位置を演算しているので、溶接ガンの構造上の個体差に対応するためには個体毎のデータを用意する必要があり、システム立上作業が煩雑になる。
【０００８】
本発明の目的は、ロボットを備えたスポット溶接システムにおいて、溶接ガンの構造上の個体差や経時での特性変化に対応して、電極対の閉速度を適正値に迅速に自動調整でき、以って、溶接品質の向上及び溶接サイクルタイムの短縮を実現するとともに、システム立上作業の簡易化及び迅速化を達成することができるスポット溶接システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、スポット溶接システムで実行可能な溶接ガンの閉速度調整方法において、溶接ガンの構造上の個体差や経時での特性変化に対応して、電極対の閉速度を適正値に迅速に自動調整でき、以って、溶接品質の向上及び溶接サイクルタイムの短縮を実現するとともに、システム立上作業の簡易化及び迅速化を達成することができる閉速度調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サーボモータを駆動源として開閉動作する電極対を有する溶接ガンと、溶接ガン及び被溶接ワークのいずれか一方を担持して、溶接ガンと被溶接ワークとの相対的な位置及び姿勢を変化させるように動作するロボットと、サーボモータを制御して溶接ガンの電極対を開閉動作させるガン開閉制御装置とを具備するスポット溶接システムにおいて、ガン開閉制御装置は、電極対の閉速度を指定する速度設定値に従い、電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力が予め指定した力目標値に収束するように、サーボモータに動作指令を出力する動作指令部と、動作指令部に与えられる速度設定値を適正値に自動調整する設定値調整部とを具備し、設定値調整部は、動作指令部の動作指令によりサーボモータが電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる加圧力を時系列で表す力データを取得する力データ取得部と、力データ取得部が取得した力データにおける収束前の過渡データに基づき、速度設定値の適正値を定める適正値演算部と、を具備することを特徴とするスポット溶接システムを提供する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスポット溶接システムにおいて、適正値演算部は、力データ取得部が取得した力データにおける過渡データから、過渡データの応答形態を代表的に表す代表値を算定する代表値算定部と、代表値算定部が算定した代表値を、力目標値を基準として予め用意された代表値許容範囲と比較して、代表値が代表値許容範囲に含まれるときに速度設定値を適正値と判断する一方、代表値が代表値許容範囲に含まれないときに速度設定値を不適値と判断する比較判断部と、比較判断部の判断に基づき、速度設定値が適正値であるときに当該速度設定値に対する自動調整工程を終了させる一方、速度設定値が不適値であるときに、当該速度設定値とは異なる第２の速度設定値を定めて、第２の速度設定値を動作指令部に与える調整処理部とを具備する、スポット溶接システムを提供する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスポット溶接システムにおいて、動作指令部及び設定値調整部は、速度設定値が不適値であるときに、調整処理部が定めた第２の速度設定値に対する自動調整工程を実行する、スポット溶接システムを提供する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のスポット溶接システムにおいて、力データ取得部が取得した力データにおける過渡データが、力目標値に対するオーバーシュートを含むときに、代表値算定部は、過渡データの最大値を代表値として算定する、スポット溶接システムを提供する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスポット溶接システムにおいて、速度設定値が不適値であるときに、調整処理部は、予め用意された既定調整量を当該速度設定値から減算することにより、第２の速度設定値を定める、スポット溶接システムを提供する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のスポット溶接システムにおいて、速度設定値が不適値であるときに、調整処理部は、代表値と代表値許容範囲における予め定めた値との差に基づいて求めた算定調整量を当該速度設定値から減算することにより、第２の速度設定値を定める、スポット溶接システムを提供する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項２又は３に記載のスポット溶接システムにおいて、力データ取得部が取得した力データにおける過渡データが、全体に渡り力目標値に対するアンダーシュートを示すときに、代表値算定部は、過渡データの予め定めた時期の値を代表値として算定する、スポット溶接システムを提供する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のスポット溶接システムにおいて、速度設定値が不適値であるときに、調整処理部は、予め用意された既定調整量を当該速度設定値に加算することにより、第２の速度設定値を定める、スポット溶接システムを提供する。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のスポット溶接システムにおいて、速度設定値が不適値であるときに、調整処理部は、代表値と代表値許容範囲における予め定めた値との差に基づいて求めた算定調整量を当該速度設定値に加算することにより、第２の速度設定値を定める、スポット溶接システムを提供する。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項２〜９のいずれか１項に記載のスポット溶接システムにおいて、動作指令部及び設定値調整部は、比較判断部により適正値との判断が得られるまで、調整処理部が順次定める複数の異なる速度設定値に対し、自動調整工程を繰り返して実行するとともに、自動調整工程の繰り返し回数が予め定めた限界数を超えたときには自動調整工程を強制的に終了する、スポット溶接システムを提供する。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載のスポット溶接システムにおいて、力データ取得部は、１つの力目標値に関連して予め用意された互いに異なる複数の速度設定値に従い動作指令部がサーボモータに電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる加圧力を時系列で表す互いに異なる複数の力データを取得し、適正値演算部は、力データ取得部が取得した複数の力データのそれぞれにおける過渡データから、過渡データのそれぞれの応答形態を代表的に表す複数の代表値を算定する代表値算定部と、代表値算定部が算定した複数の代表値と、複数の代表値のそれぞれに対応する複数の速度設定値との、相関性を近似的に表す力／速度曲線を求める関数算定部と、関数算定部が求めた力／速度曲線を用いて、力目標値を基準として予め用意された代表値最適値に対応する適用速度設定値を、適正値として決定して、適用速度設定値を動作指令部に与える適正値決定部とを具備する、スポット溶接システムを提供する。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のスポット溶接システムにおいて、力データ取得部が取得した複数の力データのそれぞれにおける過渡データの少なくとも１つが、力目標値に対するオーバーシュートを含むときに、代表値算定部は、オーバーシュートを含む過渡データの最大値を代表値として算定する、スポット溶接システムを提供する。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載のスポット溶接システムにおいて、力データ取得部が取得した複数の力データのそれぞれにおける過渡データの少なくとも１つが、全体に渡り力目標値に対するアンダーシュートを示すときに、代表値算定部は、アンダーシュートを示す過渡データの予め定めた時期の値を代表値として算定する、スポット溶接システムを提供する。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスポット溶接システムにおいて、動作指令部の動作指令によりサーボモータが電極対を閉動させたときの、サーボモータに与えられる制御電流値とサーボモータから得た速度実測値とから、サーボモータに加わる外乱トルクを推定する外乱オブザーバをさらに具備し、力データ取得部は、外乱オブザーバが推定した外乱トルクの時系列データを、力データとして取得する、スポット溶接システムを提供する。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスポット溶接システムにおいて、動作指令部の動作指令によりサーボモータが電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる現実の加圧力を感知する圧力センサをさらに具備し、力データ取得部は、圧力センサが感知した現実の加圧力の時系列データを、力データとして取得する、スポット溶接システムを提供する。
【００２５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のスポット溶接システムにおいて、ロボットを制御するロボット制御装置をさらに具備し、ガン開閉制御装置はロボット制御装置の機能の一部である、スポット溶接システムを提供する。
【００２６】
請求項１７に記載の発明は、サーボモータを駆動源として開閉動作する電極対を有する溶接ガンの、電極対の閉速度を調整する閉速度調整方法において、電極対の閉速度を指定する速度設定値を用意し、速度設定値に従い、サーボモータを動作させて電極対を閉動させ、サーボモータが電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる加圧力を時系列で表す力データを取得し、力データにおける収束前の過渡データに基づき、速度設定値の適正値を定めること、を特徴とする閉速度調整方法を提供する。
【００２７】
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の閉速度調整方法において、速度設定値の適正値を定めるときに、電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力の力目標値を基準として設定した代表値許容範囲を用意し、力データにおける過渡データから、過渡データの応答形態を代表的に表す代表値を算定し、代表値を代表値許容範囲と比較して、代表値が代表値許容範囲に含まれるときに速度設定値を適正値と判断する一方、代表値が代表値許容範囲に含まれないときに速度設定値を不適値と判断し、速度設定値が適正値であるときに当該速度設定値に対する自動調整工程を終了させる一方、速度設定値が不適値であるときに、当該速度設定値とは異なる第２の速度設定値を定める、閉速度調整方法を提供する。
【００２８】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の閉速度調整方法において、速度設定値が不適値であるときに、第２の速度設定値に対する自動調整工程を実行する、閉速度調整方法を提供する。
【００２９】
請求項２０に記載の発明は、請求項１７に記載の閉速度調整方法において、速度設定値を用意するときに、電極対から被溶接ワークに及ぼされる加圧力の１つの力目標値に関連して、電極対の閉速度をそれぞれに指定する互いに異なる複数の速度設定値を用意し、力データを取得するときに、複数の速度設定値のそれぞれに従いサーボモータが電極対を閉動させたときの、電極対の間に生じる加圧力を時系列で表す互いに異なる複数の力データを取得し、速度設定値の適正値を定めるときに、力目標値を基準として設定した代表値最適値を用意し、複数の力データのそれぞれにおける過渡データから、過渡データのそれぞれの応答形態を代表的に表す複数の代表値を算定し、複数の代表値と、複数の代表値のそれぞれに対応する複数の速度設定値との、相関性を近似的に表す力／速度曲線を求め、力／速度曲線を用いて、代表値最適値に対応する適用速度設定値を、適正値として決定する、閉速度調整方法を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１に記載の発明によれば、ガン開閉制御装置の設定値調整部が、速度設定値を適正値に自動調整する構成を有するから、作業者の手作業による閉速度調整作業が不要になる。設定値調整部は、力データ取得部が、溶接ガンに実際に生じている加圧力を時系列で表す力データを取得し、適正値演算部が、この力データに基づいて速度設定値の適正値を定めるように構成されているから、作業者が実際の電極間加圧力を圧力センサの出力波形によって監視する従来の手法と同等の機能が、ガン開閉制御装置による閉速度自動調整において確保される。したがって、作業者が電極対の閉速度を手作業で試行錯誤的に微調整する手間を要することなく、溶接ガンにおける構造上の個体差や経時での特性変化に対応して、溶接ガンの機種によらず随時、電極対の閉速度を適正値に自動調整することができる。さらに、ガン開閉制御装置の設定値調整部の適正値演算部が、力データにおける収束前の過渡データに基づき、速度設定値の適正値を定めるので、力データが力目標値に対するオーバーシュート及びアンダーシュートのいずれの応答形態の過渡データを有する場合にも、そのような過渡データの応答形態が所定許容範囲の形態に収まるようにすることを目的として、適正値を定めることができる。したがって、電極対の閉速度を適正値に迅速に自動調整して、溶接品質を向上させるとともに溶接サイクルタイムを短縮することができ、その結果、システム立上作業の簡易化及び迅速化を達成できる。
【００３１】
請求項２に記載の発明によれば、溶接ガンの製造業者やスポット溶接システムの作業者の経験則により予め定められた諸条件（速度設定値、代表値許容範囲）に従って、力データの過渡データの応答形態が、予め定めた許容範囲の形態に収まるように、必要に応じて速度設定値を変更することで、溶接ガンの構造上の個体差や経時での特性変化に影響されること無く、電極対の閉速度を適正値に自動調整することができる。
【００３２】
請求項３に記載の発明によれば、溶接ガンの閉速度自動調整の精度を高めることができる。
【００３３】
請求項４に記載の発明によれば、力データの過渡データの応答形態がオーバーシュートを含むときに、当該オーバーシュートが所定許容範囲に収まるようにすることを目的として、速度設定値を第２の速度設定値に変更することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、経験則に従って用意した既定調整量を用いて、第２の速度設定値を容易に定めることができる。
【００３５】
請求項６に記載の発明によれば、経験則に従って用意した代表値許容範囲を用いて、第２の速度設定値を容易に定めることができる。
【００３６】
請求項７に記載の発明によれば、力データの過渡データの応答形態が全体に渡りアンダーシュートを示すときに、当該アンダーシュートが所定許容範囲に収まるようにすることを目的として、速度設定値を第２の速度設定値に変更することができる。
【００３７】
請求項８に記載の発明によれば、経験則に従って用意した既定調整量を用いて、第２の速度設定値を容易に定めることができる。
【００３８】
請求項９に記載の発明によれば、経験則に従って用意した代表値許容範囲を用いて、第２の速度設定値を容易に定めることができる。
【００３９】
請求項１０に記載の発明によれば、溶接ガンの閉速度自動調整の一層精度を高めることができる。
【００４０】
請求項１１に記載の発明によれば、溶接ガンの製造業者やスポット溶接システムの作業者の経験則により予め定められた諸条件（複数の速度設定値、試行回数、代表値最適値）に従って、１つの溶接ガンに対し、複数の力データの過渡データの応答形態と複数の速度設定値との相関性を近似的に表す力／速度曲線を作成して利用することで、溶接ガンの構造上の個体差や経時での特性変化に影響されること無く、電極対の閉速度を適正値に自動調整することができる。
【００４１】
請求項１２に記載の発明によれば、複数の力データの過渡データの応答形態がオーバーシュートを含むときに、当該オーバーシュートの最大値を代表値として、力／速度曲線を作成できる。
【００４２】
請求項１３に記載の発明によれば、複数の力データの過渡データの応答形態がアンダーシュートを含むときに、当該アンダーシュートの所定時期の値を代表値として、力／速度曲線を作成できる。
【００４３】
請求項１４に記載の発明によれば、別体の圧力センサを用いることなく、外乱オブザーバが推定した外乱トルクの時系列データを力データとして利用することができる。
【００４４】
請求項１５に記載の発明によれば、圧力センサを用いて、現実の加圧力の時系列データを力データとして利用することができる。
【００４５】
請求項１６に記載の発明によれば、ロボットの動作と溶接ガンの動作とを１台のロボット制御装置で統合的に制御できるので、システム構成が簡略化される。
【００４６】
請求項１７〜２０に記載の発明によれば、請求項に記載の発明と同等の作用効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るスポット溶接システム１０の基本構成を機能ブロック図で示す。また、図２〜図６は、スポット溶接システム１０の幾つかの構成例を示す。
【００４８】
図１に示すように、スポット溶接システム１０は、サーボモータ１２を駆動源として開閉動作する電極対１４を有する溶接ガン１６と、溶接ガン１６及び被溶接ワークＷのいずれか一方を担持して、溶接ガン１６と被溶接ワークＷとの相対的な位置及び姿勢を変化させるように動作するロボット１８と、サーボモータ１２を制御して溶接ガン１６の電極対１４を開閉動作させるガン開閉制御装置２０とを備える。ガン開閉制御装置２０は、電極対１４の閉速度を指定する速度設定値Ｖｃに従い、電極対１４から被溶接ワークＷに及ぼされる加圧力Ｆが予め指定した力目標値Ｆｃに収束するように、サーボモータ１２に動作指令Ｃを出力する動作指令部２２と、動作指令部２２に与えられる速度設定値Ｖｃを適正値Ｖｃａに自動調整する設定値調整部２４とを備える。そして、設定値調整部２４は、動作指令部２２の動作指令Ｃによりサーボモータ１２が電極対１４を閉動させたときの、電極対１４の間に生じる加圧力Ｆを時系列で表す力データＦｄを取得する力データ取得部２６と、力データ取得部２６が取得した力データＦｄにおける収束前の過渡データＦｔｄに基づき、速度設定値Ｖｃの適正値Ｖａｃを定める適正値演算部２８とを備える。
【００４９】
上記構成を有するスポット溶接システム１０では、ガン開閉制御装置２０の設定値調整部２４が、動作指令部２２に対し電極対１４の閉速度を指定する速度設定値Ｖｃを、適正値Ｖａｃに自動調整する構成を有するから、作業者の手作業による閉速度調整作業が不要になる。ここで、設定値調整部２４は、力データ取得部２６が、動作指令部２２の動作指令Ｃに従って溶接ガン１６の電極対１４の間に実際に生じている加圧力Ｆを時系列で表す力データＦｄを取得し、適正値演算部２８が、この力データＦｄに基づいて速度設定値Ｖｃの適正値Ｖａｃを定めるように構成されているから、作業者が実際の電極間加圧力を圧力センサの出力波形によって監視する従来の手法と同等の機能が、ガン開閉制御装置２０による閉速度自動調整において確保される。したがって、作業者が電極対の閉速度を手作業で試行錯誤的に微調整する手間を要することなく、溶接ガン１６における構造上の個体差（動作部分の摩擦、構成部品の剛性等の差異）や経時での特性変化（電極摩耗等）に対応して、溶接ガン１６の機種によらず随時、電極対１４の閉速度を適正値Ｖａｃに自動調整することができる。
【００５０】
さらに、スポット溶接システム１０では、ガン開閉制御装置２０の設定値調整部２４の適正値演算部２８が、力データＦｄにおける収束前の過渡データＦｔｄに基づき、速度設定値Ｖｃの適正値Ｖａｃを定めるので、実際の加圧力Ｆを時系列で表す力データＦｄが、力目標値Ｆｃに対するオーバーシュート及びアンダーシュートのいずれの応答形態の過渡データＦｔｄを有する場合にも、そのような過渡データＦｔｄの応答形態が予め定めた許容範囲の形態に収まるようにすることを目的として、適正値Ｖａｃを定めることができる。したがって、既述の特許文献１に記載されるような、電極間加圧力を常にアンダーシュートの応答形態を呈するように制御した上で、実加圧力の定常時の収束判断に基づいて可動電極の突き出し量を補正する手法とは異なり、電極対１４の閉速度を適正値Ｖａｃに迅速に自動調整して、溶接品質を向上させるとともに溶接サイクルタイムを短縮することができる。このように、スポット溶接システム１０によれば、溶接ガン１６の構造上の個体差や経時での特性変化に対応して、電極対１４の閉速度を適正値Ｖａｃに迅速に自動調整でき、以って、溶接品質の向上及び溶接サイクルタイムの短縮を実現するとともに、システム立上作業の簡易化及び迅速化を達成することができる。
【００５１】
図２に示すように、スポット溶接システム１０は、ロボット１８を制御するロボット制御装置３０をさらに備えることができる。そして、ガン開閉制御装置２０は、ロボット制御装置３０の機能の一部を構成することができる。このような構成によれば、ロボット１８の動作と溶接ガン１６の動作とを１台のロボット制御装置３０で統合的に制御できるので、システム構成が簡略化される。
【００５２】
本発明に係るスポット溶接システム１０は、図３及び図４に示すように、多関節型等のロボット１８のアーム構造（すなわちマニピュレータ）３２の末端部に、作業ツール（すなわちエンドエフェクタ）としての溶接ガン１６を装着して、ロボット１８が多彩に動作することで、被溶接ワーク（図示せず）上の多様な位置及び姿勢を呈する接合箇所に対し、溶接ガン１６の電極対１４を順次位置決めする構成を有することができる。或いは図５に示すように、スポット溶接システム１０を、ロボット１８の作業領域の所定位置に定置した溶接ガン１６に対し、ロボット１８が、アーム構造３２の末端部に装着したハンド３４で被溶接ワーク（図示せず）を把持して多彩に動作することで、複数の接合箇所を順次所定の溶接作業位置に位置決めするように構成することもできる。
【００５３】
溶接ガン１６は、電極対１４として、固定側（図で下側）の電極１４ａと、電極１４ａに対し開閉動作する可動側（図で上側）の電極１４ｂとを有する。サーボモータ１２は、ガン開閉制御装置２０（又はロボット制御装置３０の一機能）からの動作指令Ｃに従い、可動側の電極１４ｂを固定側の電極１４ａに対して適当な速度で開閉動作させる。溶接ガン１６は、両電極１４ａ、１４ｂの間に、互いに重ねた複数枚の被溶接ワーク（図示せず）を挟持して、それら被溶接ワークの挟持箇所に所定加圧力を加えながら所定時間に渡り所定電流を流すことで、所望品質の溶接部を得ることができる。なお溶接ガン１６は、一対のみならず、複数の電極対１４を有することもできる。
【００５４】
スポット溶接システム１０は、動作指令部２２の動作指令Ｃ（図１）によりサーボモータ１２が溶接ガン１６の電極対１４を閉動させたときの、電極対１４の間に生じる現実の加圧力を感知する圧力センサ３６を含む構成（図４）と、そのような圧力センサを含まない構成（図３、図５）との、いずれかを採用できる。圧力センサを含まない場合（図３、図５）、ガン開閉制御装置２０（又はロボット制御装置３０の一機能）は、前述した設定値調整部２４の力データ取得部２６（図１）が、サーボモータ１２からのフィードバック情報Ｍに基づき、溶接ガン１６の電極対１４の間に実際に生じている加圧力の力データＦｄ（図１）を取得する（取得方法は後述する）。
【００５５】
他方、圧力センサ３６を含む場合（図４）、ガン開閉制御装置２０（又はロボット制御装置３０の一機能）は、設定値調整部２４の力データ取得部２６（図１）が、圧力センサ３６からの情報（圧力検出信号Ｓ）により、力データＦｄ（図１）を直接的に取得する。なお、圧力センサ３６を含む構成では、圧力センサ３６は、ガン開閉制御装置２０による閉速度自動調整工程の間のみ、溶接ガン１６の電極対１４の間に設置される。また、圧力センサ３６からの圧力検出信号Ｓを増幅するアンプと、アンプで増幅した圧力検出信号Ｓを画面表示する一方でアナログ信号に変換してガン開閉制御装置２０に送るモニタとを含む信号処理装置３８が、圧力センサ３６とガン開閉制御装置２０との間に設置されている。
【００５６】
図６は、ガン開閉制御装置２０（又はロボット制御装置３０の一機能）の構成の一例をブロック線図で示す。図示の例では、予め、溶接ガン１６の製造業者やスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定した標準値（初期値）としての速度設定値Ｖｃが、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力されてメモリ４０に格納される。動作指令部２２は、メモリ４０に格納されている速度設定値Ｖｃに従い、サーボモータ１２を制御する為の動作指令Ｃを生成し、共有ＲＡＭ４２に動作指令Ｃを渡す。
【００５７】
ガン開閉制御装置２０は、共有ＲＡＭ４２に格納された動作指令Ｃに含まれる位置指令Ｃｐと、サーボモータ１２の速度実測値Ｖを積分器（１／ｓ（ｓはラプラス演算子））４４で変換した主フィードバック量としての位置情報Ｍｐと、増幅・調整器４６の位置制御ゲインＫｐとによって、サーボモータ１２を位置制御する。ここで、サーボモータ１２の速度実測値Ｖは、サーボモータ１２に設置したパルスコーダ等の速度・位置検出器（図示せず）から得ることができる。
【００５８】
また、ガン開閉制御装置２０は、動作指令部２２の動作指令Ｃによりサーボモータ１２が溶接ガン１６の電極対１４を閉動させたときの、サーボモータ１２に与えられる制御電流値Ａとサーボモータ１２の速度実測値Ｖとから、サーボモータ１２に加わる外乱トルクＤｔを推定する外乱オブザーバ４８を備えている。そしてガン開閉制御装置２０は、共有ＲＡＭ４２に格納された動作指令Ｃに含まれるトルク指令Ｃｔと、外乱オブザーバ４８が推定した外乱トルクＤｔと、増幅・調整器５０のトルク制御ゲインＫｔとによって、サーボモータ１２をトルク制御する。なお、外乱オブザーバ４８が推定した外乱トルクＤｔは、共有ＲＡＭ４２に渡される。
【００５９】
ガン開閉制御装置２０は、上記した位置制御とトルク制御とを切り替える内部スイッチ（ＳＷ）５２をさらに備える。ガン開閉制御装置２０では、溶接ガン１６の電極対１４の可動側電極１４ｂ（図３）が、被溶接ワークに対し所定の加圧力（閾値）を生じる基準加圧位置（接触開始後の適当な位置）に到達するまでは、サーボモータ１２に対して位置制御が実行される。そして、可動側電極１４ｂ（図３）が基準加圧位置に到達した時点で、動作指令部２２から内部スイッチ５２に制御切替指令が送られ、内部スイッチ５２が動作して位置制御をトルク制御に切り替える。その後、電極対１４の間に生じる加圧力Ｆが力目標値Ｆｃ（図１）に収束するまで、サーボモータ１２に対してトルク制御が実行される。
【００６０】
上記構成において、サーボモータ１２に加わる外乱Ｄは、溶接ガン１６の電極対１４の間に生じる加圧力Ｆを主として含んでいる。したがって、外乱オブザーバ４８が推定した外乱トルクＤｔの波形（すなわち時系列データ）は、電極対１４の間の加圧力Ｆの応答波形（すなわち時系列データ）の相似形となる。そこで、設定値調整部２４は、外乱オブザーバ４８が推定した外乱トルクＤｔの時系列データを、力データＦｄとして共有ＲＡＭ４２から取得し（力データ取得部２６（図１））、取得した力データＦｄにおける収束前の過渡データＦｔｄ（図１）に基づき、速度設定値Ｖｃの適正値Ｖａｃを定める（適正値演算部２８（図１））ことができる。
【００６１】
或いは、スポット溶接システム１０が圧力センサ３６を含む場合（図４）には、圧力センサ３６が感知した現実の加圧力の時系列データ（すなわち圧力検出信号Ｓ）がインタフェース５４を介してガン開閉制御装置２０に入力され、適宜信号処理された後に、力データＦｄとして設定値調整部２４（力データ取得部２６（図１））に取得される。なお、設定値調整部２４（適正値演算部２８（図１））が求めた適正値Ｖａｃは、メモリ４０に格納されて、実際のスポット溶接工程で使用される。また、後述するように、適正値Ｖａｃに対する更なる調整が必要な場合には、適正値Ｖａｃは、直接又はメモリ４０を介して、動作指令部２２に渡される。
【００６２】
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第１実施形態によるスポット溶接システムにおける、ガン開閉制御装置２０の構成及びそれによる溶接ガン１６（図１）の閉速度自動調整工程を説明する。なお、図示実施形態によるガン開閉制御装置２０は、図１に示すガン開閉制御装置２０と同一の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
図７に示すように、ガン開閉制御装置２０は、動作指令部２２と設定値調整部２４とを備え、設定値調整部２４が、力データ取得部２６と適正値演算部２８とを備える。図示実施形態では、適正値演算部２８は、力データ取得部２６が取得した力データＦｄにおける過渡データＦｔｄから、過渡データＦｔｄの応答形態を代表的に表す代表値Ｒを算定する代表値算定部５６と、代表値算定部５６が算定した代表値Ｒを、力目標値Ｆｃ（図１）を基準として予め用意された代表値許容範囲Ｒａと比較して、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａに含まれるときに速度設定値Ｖｃを適正値Ｖａｃと判断する一方、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａに含まれないときに速度設定値Ｖｃを不適値Ｖｉｃと判断する比較判断部５８と、比較判断部５８の判断に基づき、速度設定値Ｖｃが適正値Ｖａｃであるときに速度設定値Ｖｃに対する自動調整工程を終了させる一方、速度設定値Ｖｃが不適値Ｖｉｃであるときに、速度設定値Ｖｃとは異なる第２の速度設定値Ｖｃ２を定めて、第２の速度設定値Ｖｃ２を動作指令部２２に与える調整処理部６０とを備える。
【００６４】
上記構成を有するガン開閉制御装置２０では、動作指令部２２に与えられる速度設定値Ｖｃが適正値Ｖａｃであるか不適値Ｖｉｃであるかを判断するために、適正値演算部２８が、力データＦｄの過渡データＦｔｄにおける代表値（例えばオーバーシュートの最大値）Ｒが、予め用意された代表値許容範囲（例えばオーバーシュートの許容範囲）Ｒａに含まれるか否かを検査している。ここで、代表値許容範囲Ｒａは、予め、溶接ガン１６の製造業者やスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定するものであり、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力されて、例えばメモリ４０（図６）に格納される。このように、第１実施形態によるガン開閉制御装置２０によれば、速度設定値Ｖｃから生じる力データＦｄの過渡データＦｔｄの応答波形が経験上許容されるものであるか否かを評価することで、速度設定値Ｖｃの妥当性が迅速かつ正確に判断され、適正値Ｖａｃが特定される。
【００６５】
上記構成において、速度設定値Ｖｃが適正値Ｖａｃであったときには、適正値演算部２８は、速度設定値Ｖｃを適正値Ｖａｃとしてメモリ４０（図６）に格納することができる。実際のスポット溶接工程では、動作指令部２２は、メモリ４０から読み出した速度設定値Ｖｃ（適正値Ｖａｃ）に従い、動作指令Ｃを出力することができる。また、速度設定値Ｖｃが不適値Ｖｉｃであったときには、動作指令部２２及び設定値調整部２４は、調整処理部６０が定めた第２の速度設定値Ｖｃ２に対する自動調整工程を実行することができる。
【００６６】
この自動調整工程では、動作指令部２２は、第２の速度設定値Ｖｃ２に従い、サーボモータ１２に動作指令Ｃを出力し、設定値調整部２４は、この動作指令Ｃによりサーボモータ１２が電極対１４を閉動させたときの、力データＦｄの過渡データＦｔｄにおける代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａに含まれるか否かを評価して、第２の速度設定値Ｖｃ２が適正値Ｖａｃであるか不適値Ｖｉｃであるかを判断する。そして、第２の速度設定値Ｖｃ２が適正値Ｖａｃであった場合には、第２の速度設定値Ｖｃ２に対する自動調整工程を終了させる。また、第２の速度設定値Ｖｃ２が不適値Ｖｉｃであった場合には、第２の速度設定値Ｖｃ２とは異なる第３の速度設定値Ｖｃ３を定めて、第３の速度設定値Ｖｃ３を動作指令部２２に与える。このようにして、溶接ガン１６（図１）の閉速度自動調整の精度を高めることができる。
【００６７】
さらに、動作指令部２２及び設定値調整部２４は、比較判断部５８により適正値Ｖａｃであるとの判断が得られるまで、調整処理部６０が順次定める複数の異なる速度設定値Ｖｃｎに対し、上記した自動調整工程を繰り返して実行することができる。これにより、溶接ガン１６（図１）の閉速度自動調整の精度を一層高めることができる。この場合、自動調整工程の繰り返し回数が予め定めた限界数を超えたときには、エラーと判断して、自動調整工程を強制的に終了することが、保安上有利である。
【００６８】
次に、上記した第１実施形態によるガン開閉制御装置２０が実行する閉速度自動調整工程、及び設定値調整部２４における速度設定値Ｖｃ・・・Ｖｃｎの妥当性の判断手法の一例を、具体的に説明する。
図８のフローチャートに示すように、第１実施形態による閉速度自動調整工程では、まず作業者が、標準値（初期値）としての速度設定値Ｖｃ（図７）を指定し（ステップＱ１）、次いでガン開閉制御装置２０が、閉速度自動調整のための溶接ガン１６（図１）の加圧動作（すなわち電極対１４（図１）の閉動）の試行回数をカウントして、試行回数が予め定めた限界数Ｌに達したか否かを判断する（ステップＱ２）。ここでは最初の試行であるから、動作指令部２２（図７）が、初期速度設定値Ｖｃに従い、サーボモータ１２に対し動作指令Ｃ（図７）を出力して、閉速度自動調整のための加圧動作を開始する（ステップＱ３）。
【００６９】
次に、ガン開閉制御装置２０は、溶接ガン１６に圧力センサ３６（図４）が設置されているか否かを、例えば作業者による予備設定入力に基づいて判断し（ステップＱ４）、圧力センサ３６が設置されていない場合は、力データ取得部２６（図７）が、外乱オブザーバ４８（図６）が推定した外乱トルクＤｔ（図６）の監視を開始して、外乱トルクＤｔの時系列データを力データＦｄ（図７）として取得する（ステップＱ５）。他方、圧力センサ３６が設置されている場合は、力データ取得部２６が、圧力センサ３６の出力（圧力検出信号Ｓ）の監視を開始して、圧力検出信号Ｓの時系列データを力データＦｄとして取得する（ステップＱ６）。
【００７０】
過渡応答成分が十分に減衰して定常状態に至った力データＦｄが力データ取得部２６に取得されると、動作指令部２２が、サーボモータ１２に指令を与えて加圧動作を終了し（ステップＱ７）、力データ取得部２６が、外乱トルクＤｔ又は圧力検出信号Ｓの監視を終了する（ステップＱ８）。そこで、適正値演算部２８（図７）は、力データ取得部２６が取得した力データＦｄに対し、その過渡データＦｔｄ（図７）の応答波形が経験上許容されるものであるか否かを評価する（ステップＱ９）。
【００７１】
具体的には、図９に示すように、力データＦｄにおける過渡データＦｔｄが、力目標値Ｆｃに対するオーバーシュートを含むとき（図９（ａ））には、代表値算定部５６（図７）が、過渡データＦｔｄの最大値を代表値Ｒとして算定する。また、力データＦｄにおける過渡データＦｔｄが、全体に渡り力目標値Ｆｃに対するアンダーシュートを示すとき（図９（ｂ））には、代表値算定部５６が、過渡データＦｔｄの予め定めた時期Ｔｘの値を代表値Ｒとして算定する。この時期Ｔｘは、例えば、前述したように動作指令部２２（図７）からの指令により内部スイッチ５２（図６）が位置制御をトルク制御に切り替える時期とすることができる。なお、代表値Ｒは、力データＦｄの絶対値として算定しても良いし、力目標値Ｆｃを基準とする相対値として算定しても良い。
【００７２】
このようにして代表値Ｒ（過渡データＦｔｄの最大値又は時期Ｔの値）が算定されると、比較判断部５８（図７）は、予め用意した代表値許容範囲Ｒａに代表値Ｒが含まれるか否かを検査し、代表値許容範囲Ｒａに代表値Ｒが含まれていたときに、速度設定値Ｖｃが適正値Ｖａｃであると判断する（ステップＱ１０）。そして調整処理部６０（図７）は、この判断に基づき、閉速度自動調整工程を終了する。
【００７３】
他方、代表値Ｒ（過渡データＦｔｄの最大値又は時期Ｔの値）が代表値許容範囲Ｒａに含まれていなかったとき（図９（ａ）、（ｂ）の状態）には、比較判断部５８は、速度設定値Ｖｃが不適値Ｖｉｃであると判断する（ステップＱ１０）。そして、調整処理部６０は、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａを超えているか否かを判断し（ステップＱ１１）、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａを超えていたとき（すなわち過渡データＦｔｄのオーバーシュートが過剰であるとき（図９（ａ）参照））には、速度設定値Ｖｃが過大であると見なせるので、予め用意された既定調整量ΔＶを速度設定値Ｖｃから減算することにより、第２の速度設定値Ｖｃ２を定める（ステップＱ１２）。他方、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａを下回ったとき（すなわち過渡データＦｔｄがアンダーシュートを示すとき（図９（ｂ）参照））には、速度設定値Ｖｃが過小であると見なせるので、調整処理部６０は、予め用意された既定調整量ΔＶを速度設定値Ｖｃに加算することにより、第２の速度設定値Ｖｃ２を定める（ステップＱ１３）。
【００７４】
或いは、ステップＱ１１で、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａを超えていたときに、調整処理部６０は、ステップＱ１２で、代表値Ｒと代表値許容範囲Ｒａの例えば上限値Ｒａｕとの差に基づいて算定調整量ΔＶ´を求め、この算定調整量ΔＶ´を速度設定値Ｖｃから減算することにより、第２の速度設定値Ｖｃ２を定めることもできる。この場合、ΔＶ´＝Ｇ（Ｒ−Ｒａｕ）とすることができる（Ｇは比例係数）。また、ステップＱ１１で、代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａを下回ったときに、調整処理部６０は、ステップＱ１３で、代表値Ｒと代表値許容範囲Ｒａの例えば下限値Ｒａｌ（図示の例では力目標値Ｆｃ）との差に基づいて算定調整量ΔＶ´を求め、この算定調整量ΔＶ´を速度設定値Ｖｃに加算することにより、第２の速度設定値Ｖｃ２を定めることもできる。この場合、ΔＶ´＝Ｇ（Ｒａｌ−Ｒ）とすることができる（Ｇは比例係数）。なお、算定調整量ΔＶ´は、代表値Ｒを代表値許容範囲Ｒａに収めるように速度設定値Ｖｃを調整する量であるから、上記構成において、調整処理部６０は、代表値Ｒと代表値許容範囲Ｒａにおける（上限値Ｒａｕ及び下限値Ｒａｌ以外の）予め定めた任意の値Ｒａｏ（例えば中間値）との差に基づいて、算定調整量ΔＶ´を求めることもできる。
【００７５】
ここで、前述した既定調整量ΔＶは、予めスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定するものであり、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力されて、例えばメモリ４０（図６）に格納される。既定調整量ΔＶが小さいほど、閉速度自動調整の精度が高まる。同様に、算定調整量ΔＶ´を求めるための比例係数Ｇは、予めスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定するものであり、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力されて、例えばメモリ４０（図６）に格納される。比例係数Ｇが小さいほど、閉速度自動調整の精度が高まる。なお、算定調整量ΔＶ´を求めるための値Ｒａｏも、同様に、予めスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定して、ガン開閉制御装置２０に入力、格納することができる。
【００７６】
このようにして第２の速度設定値Ｖｃ２が定まると、ガン開閉制御装置２０は、閉速度自動調整のための溶接ガン１６（図１）の加圧動作の試行回数を１だけ増加させ（ステップＱ１４）て、ステップＱ２に戻り、第２の速度設定値Ｖｃ２に対する自動調整工程（ステップＱ２〜Ｑ１４）を実行する。そして、ステップＱ１０で、過渡データＦｔｄの代表値Ｒが代表値許容範囲Ｒａに含まれる（つまり速度設定値Ｖｃｎが適正値Ｖａｃである）と判断されるまで、複数の異なる速度設定値Ｖｃｎに対し自動調整工程を繰り返して実行する。このとき、ステップＱ２で、加圧動作の試行回数が限界数Ｌを超えたと判断された場合には、自動調整工程を強制的に終了する。
【００７７】
このように、上記第１実施形態に係る閉速度自動調整工程によれば、溶接ガン１６の製造業者やスポット溶接システム１０の作業者の経験則により予め定められた諸条件（初期速度設定値Ｖｃ、代表値許容範囲Ｒａ、既定調整量ΔＶ（又は比例係数Ｇ））に従って、１つの溶接ガン１６に対し、電極対１４の間の実際の加圧力Ｆを時系列で表す力データＦｄの過渡データＦｔｄの（特にオーバーシュート領域の）応答形態が、予め定めた許容範囲の形態に収まるように、必要に応じて調整工程を繰り返すことで、溶接ガン１６の構造上の個体差や経時での特性変化に影響されること無く、電極対１４の閉速度を適正値Ｖａｃに自動調整することができる。なお、図９の例では、代表値許容範囲Ｒａの下限値Ｒａｌが力目標値Ｆｃに設定されているが、下限値Ｒａｌを力目標値Ｆｃよりも幾分低い値に設定することもできる。この場合には、力データＦｄの過渡データＦｔｄが若干のアンダーシュートを示すような速度設定値Ｖｃも、適正値Ｖａｃとして許容されることになる。
【００７８】
次に、図１０〜図１４を参照して、本発明の第２実施形態によるスポット溶接システムにおける、ガン開閉制御装置２０の構成及びそれによる溶接ガン１６（図１）の閉速度自動調整工程を説明する。なお、図示実施形態によるガン開閉制御装置２０は、図１に示すガン開閉制御装置２０と同一の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
図１０に示すように、ガン開閉制御装置２０は、動作指令部２２と設定値調整部２４とを備え、設定値調整部２４が、力データ取得部２６と適正値演算部２８とを備える。図示実施形態では、力データ取得部２６は、１つの力目標値Ｆｃ（図１）に関連して予め用意された互いに異なる複数（ｍ個）の速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]に従い動作指令部２２がサーボモータ１２に電極対１４（図１）を閉動させたときの、電極対１４の間に生じる加圧力Ｆ（図１）を時系列で表す互いに異なる複数（ｍ個）の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]を取得する。また、適正値演算部２８は、力データ取得部２６が取得した複数の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]のそれぞれにおける過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]から、それら過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]のそれぞれの応答形態を代表的に表す複数（ｍ個）の代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]を算定する代表値算定部６２と、代表値算定部６２が算定した複数の代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]と、それら代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]のそれぞれに対応する複数の速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]との、相関性を近似的に表す力／速度曲線Ｊを求める関数算定部６４と、関数算定部６４が求めた力／速度曲線Ｊを用いて、力目標値Ｆｃを基準として予め用意された代表値最適値Ｒｂに対応する適用速度設定値Ｖｒｃを、適正値Ｖａｃとして決定して、適用速度設定値Ｖｒｃ（適正値Ｖａｃ）を動作指令部２２に与える適正値決定部６６とを備える。
【００８０】
上記構成を有するガン開閉制御装置２０では、動作指令部２２が、閉速度自動調整のための溶接ガン１６（図１）の加圧動作（すなわち電極対１４（図１）の閉動）を予め定めた試行回数（ｍ回）だけ、互いに異なる速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]に従い試行することで、適正値演算部２８が、それら速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]と、それぞれに対応する力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]の過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]における代表値（例えばオーバーシュートの最大値）Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]との、相関性を近似的に表す力／速度曲線Ｊを作成する。そして、この力／速度曲線Ｊを参照することで、予め用意された代表値最適値（例えばオーバーシュートの最大値の最適値）Ｒｂに対応する適用速度設定値Ｖｒｃ（すなわち適正値Ｖａｃ）が決定される。
【００８１】
ここで、代表値最適値Ｒｂは、予め、溶接ガン１６の製造業者やスポット溶接システム１０の作業者が経験則により指定するものであり、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力されて、例えばメモリ４０（図６）に格納される。また、加圧動作の試行回数ｍ及びそれぞれの速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]も、スポット溶接システム１０の作業者が経験則により予め指定するものであり、速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]を、図示しない入力手段によりガン開閉制御装置２０に入力して、例えばメモリ４０（図６）に格納することができる。このように、第２実施形態によるガン開閉制御装置２０によれば、経験則により定めた複数の速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]と、それぞれに対応して取得された複数の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]の過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の応答波形との、一定の関係を近似により求めることで、経験則に従い、適正値Ｖａｃとしての適用速度設定値Ｖｒｃが迅速かつ正確に特定される。
【００８２】
上記構成において、適正値演算部２８は、決定した適用速度設定値Ｖｒｃを適正値Ｖａｃとしてメモリ４０（図６）に格納することができる。実際のスポット溶接工程では、動作指令部２２は、メモリ４０から読み出した適用速度設定値Ｖｒｃ（適正値Ｖａｃ）に従い、動作指令Ｃを出力することができる。
【００８３】
次に、上記した第２実施形態によるガン開閉制御装置２０が実行する閉速度自動調整工程、及び設定値調整部２４における適用速度設定値Ｖｒｃの決定手法の一例を、具体的に説明する。
図１１のフローチャートに示すように、第２実施形態による閉速度自動調整工程では、まず作業者が、第１の速度設定値Ｖｃ[１]（図１０）を指定し（ステップＵ１）、次いでガン開閉制御装置２０の動作指令部２２（図１０）が、速度設定値Ｖｃ[１]に従い、サーボモータ１２に対し動作指令Ｃ（図１０）を出力して、閉速度自動調整のための加圧動作を開始する（ステップＵ２）。
【００８４】
次に、ガン開閉制御装置２０は、溶接ガン１６に圧力センサ３６（図４）が設置されているか否かを、例えば作業者による予備設定入力に基づいて判断し（ステップＵ３）、圧力センサ３６が設置されていない場合は、力データ取得部２６（図１０）が、外乱オブザーバ４８（図６）が推定した外乱トルクＤｔ（図６）の監視を開始して、外乱トルクＤｔの時系列データを力データＦｄ[１]（図１０）として取得する（ステップＵ４）。他方、圧力センサ３６が設置されている場合は、力データ取得部２６が、圧力センサ３６の出力（圧力検出信号Ｓ）の監視を開始して、圧力検出信号Ｓの時系列データを力データＦｄ[１]として取得する（ステップＵ５）。
【００８５】
過渡応答成分が十分に減衰して定常状態に至った力データＦｄ[１]が力データ取得部２６に取得されると、動作指令部２２が、サーボモータ１２に指令を与えて加圧動作を終了し（ステップＵ６）、力データ取得部２６が、外乱トルクＤｔ又は圧力検出信号Ｓの監視を終了する（ステップＵ７）。そこで、適正値演算部２８（図１０）は、力データ取得部２６が取得した力データＦｄ[１]における過渡データＦｔｄ[１]（図１０）の代表値Ｒ[１]を算定し、速度設定値Ｖｃ[１]と代表値Ｒ[１]とをセットにして、メモリ４０（図６）に格納する（ステップＵ８）。
【００８６】
ここで、代表値Ｒ[１]の具体的な算定手法は、前述した第１実施形態における代表値Ｒの算定手法と同一である。つまり、図１２に示すように、力データＦｄ[ｎ]（ｎは１〜ｍ）における過渡データＦｔｄ[ｎ]が、力目標値Ｆｃに対するオーバーシュートを含むときには、代表値算定部６２（図１０）が、過渡データＦｔｄ[ｎ]の最大値を代表値Ｒ[ｎ]として算定する。また、力データＦｄ[ｎ]における過渡データＦｔｄ[ｎ]が、全体に渡り力目標値Ｆｃに対するアンダーシュートを示すときには、代表値算定部６２が、過渡データＦｔｄ[ｎ]の予め定めた時期Ｔｘ（例えば位置制御をトルク制御に切り替える時期）の値を代表値Ｒ[ｎ]として算定する。
【００８７】
このようにして代表値Ｒ[１]が算定されると、ガン開閉制御装置２０は、加圧動作の試行回数が予め定めた回数ｍに達したか否かを判断する（ステップＵ９）。加圧動作の試行回数が所定回数ｍに達していなければ、試行回数を１だけ増加させ（ステップＵ１０）、速度設定値Ｖｃ[１]を予め定めた別の速度設定値Ｖｃ[２]（図１０）に変更し（ステップＵ１１）て、ステップＵ２に戻る。そこで、動作指令部２２が、速度設定値Ｖｃ[２]に従い、閉速度自動調整のための加圧動作を開始して、後続のステップＵ３〜Ｕ９を実行する。
【００８８】
このようにして、加圧動作の試行回数が所定回数ｍに達するまで、ステップＵ２〜Ｕ１１を繰り返すことで、速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]と代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]とが、メモリ４０に格納される。このとき、上記したように、複数の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]のそれぞれにおける過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の少なくとも１つが、力目標値Ｆｃに対するオーバーシュートを含む場合は、オーバーシュートを含む過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の最大値が代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]として算定されて記憶される。また、複数の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]のそれぞれにおける過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の少なくとも１つが、全体に渡り力目標値Ｆｃに対するアンダーシュートを示す場合は、アンダーシュートを示す過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の予め定めた時期Ｔｘの値が代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]として算定されて記憶される。
【００８９】
ステップＵ９で加圧動作の試行回数が所定回数ｍに達したと判断されると、関数算定部６４（図１０）は、メモリ４０に格納された速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]及び代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]を読み出して、それらの相関性を近似的に表す力／速度曲線Ｊ（図１０）を求める（ステップＵ１０）。例えば、図１３に示すように、速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]と代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]との相関関係を一次近似することで、一次関数の力／速度曲線Ｊを求めることができる（図１３（ａ））。或いは、図１４に示すように、速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]と代表値Ｒ[１]〜Ｒ[ｍ]との相関関係を二次近似することで、二次関数の力／速度曲線Ｊを求めることができる（図１４（ａ））。このように、力／速度曲線Ｊの次数は任意である。
【００９０】
ここで、図示の例では、自動調整のための溶接ガン１６（図１）の加圧動作を、予め用意した複数の速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]のうち、最も値の小さい速度設定値Ｖｃ[１]（力データＦｄ[１]がアンダーシュートの応答形態を呈するもの）から開始しているが、速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]の使用順序は任意である。また、これら速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]の定め方は、前述したように経験則に従うものであるが、この定め方及び加圧動作の試行回数ｍが、閉速度自動調整の精度に影響することは理解されよう。すなわち、試行回数ｍを増やすほど、閉速度自動調整の精度が高まる。
【００９１】
このようにして力／速度曲線Ｊが求まると、適正値決定部６６（図１０）は、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）に示すように、力／速度曲線Ｊを用いて、予め指定した代表値最適値（例えばオーバーシュートの最大値の最適値）Ｒｂに対応する適用速度設定値Ｖｒｃ（すなわち適正値Ｖａｃ）を決定する（ステップＵ１３）。これにより、閉速度自動調整工程が終了する。
【００９２】
このように、上記第２実施形態に係る閉速度自動調整工程によれば、溶接ガン１６の製造業者やスポット溶接システム１０の作業者の経験則により予め定められた諸条件（速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]、試行回数ｍ、代表値最適値Ｒｂ）に従って、１つの溶接ガン１６に対し、電極対１４の間の実際の加圧力Ｆを時系列で表す複数の力データＦｄ[１]〜Ｆｄ[ｍ]の過渡データＦｔｄ[１]〜Ｆｔｄ[ｍ]の応答形態と、指定された速度設定値Ｖｃ[１]〜Ｖｃ[ｍ]との相関性を近似的に表す力／速度曲線Ｊを作成して利用することで、溶接ガン１６の構造上の個体差や経時での特性変化に影響されること無く、電極対１４の閉速度を適正値Ｖａｃに自動調整することができる。なお、図１３及び図１４の例では、１つの代表値最適値Ｒｂに対応する１つの適用速度設定値Ｖｒｃを決定しているが、例えば被溶接ワークの素材等に応じて予め複数の代表値最適値Ｒｂを用意することで、複数の適用速度設定値Ｖｒｃを決定することもできる。
【００９３】
なお、以上の説明から理解されるように、本発明に係る溶接ガン閉速度自動調整方法は、ロボットを備えないスポット溶接システムにおいても、専用のガン開閉制御装置により、実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係るスポット溶接システムの基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のスポット溶接システムの好適な変形例を示す機能ブロック図である。
【図３】図１のスポット溶接システムの全体構成の一例を概略で示す図である。
【図４】図１のスポット溶接システムの全体構成の他の例を概略で示す図である。
【図５】図１のスポット溶接システムの全体構成のさらに他の例を概略で示す図である。
【図６】図１のスポット溶接システムにおけるガン開閉制御装置の制御構成の一例を示すブロック線図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるスポット溶接システムにおけるガン開閉制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７のガン開閉制御装置による溶接ガンの閉速度自動調整工程を示すフローチャートである。
【図９】図８の閉速度自動調整工程における速度設定値の妥当性の判断手法の一例を説明する図で、（ａ）オーバーシュートの応答形態を呈する力データ、及び（ｂ）アンダーシュートの応答形態を呈する力データを示す。
【図１０】本発明の第２実施形態によるスポット溶接システムにおけるガン開閉制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】図１０のガン開閉制御装置による溶接ガンの閉速度自動調整工程を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の閉速度自動調整工程における適用速度設定値の決定手法の一例を説明する図である。
【図１３】図１１の閉速度自動調整工程における適用速度設定値の決定手法の一例を説明する図で、（ａ）力／速度曲線の作成段階、及び（ｂ）適用速度設定値の決定段階を示す。
【図１４】図１１の閉速度自動調整工程における適用速度設定値の決定手法の他の例を説明する図で、（ａ）力／速度曲線の作成段階、及び（ｂ）適用速度設定値の決定段階を示す。
【符号の説明】
【００９５】
１０    スポット溶接システム
１２    サーボモータ
１４    電極対
１６    溶接ガン
１８    ロボット
２０    ガン開閉制御装置
２２    動作指令部
２４    設定値調整部
２６    力データ取得部
２８    適正値演算部
３０    ロボット制御装置
３６    圧力センサ
４０    メモリ
４８    外乱オブザーバ
５６、６２    代表値算定部
５８    比較判定部
６０    調整処理部
６４    関数算定部
６６    適正値決定部
【図１】
2008307575.tif 000003
【図２】
2008307575.tif 000004
【図３】
2008307575.tif 000005
【図４】
2008307575.tif 000006
【図５】
2008307575.tif 000007
【図６】
2008307575.tif 000008
【図７】
2008307575.tif 000009
【図８】
2008307575.tif 000010
【図９】
2008307575.tif 000011
【図１０】
2008307575.tif 000012
【図１１】
2008307575.tif 000013
【図１２】
2008307575.tif 000014
【図１３】
2008307575.tif 000015
【図１４】
2008307575.tif 000016