(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサにおいて、
圧力を抵抗値の変化として検知する３個以上の感圧素子が、ヘッドを前後に分割した先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分にそれぞれ形成された互いの対向面間に弾性体を重ねて介在させられると共に、前記先端側ヘッド部分及び前記基端側ヘッド部分は、前記対向面間での前記弾性体の膨縮により互いに傾倒自在に一体化されたことを特徴とするスポット溶接電極の面直度センサ。
【請求項２】
先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対して直交方向の互いの対向面の一方の前記対向面に半球状凸部を形成し、他方の前記対向面には前記一方の前記対向面に対して細隙を形成させるように、前記半球状凸部に係合する半球状凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載のスポット溶接電極の面直度センサ。
【請求項３】
弾性体を重ねた感圧素子が、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対して直交方向の対向面間に介在することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスポット溶接電極の面直度センサ。
【請求項４】
弾性体を重ねた感圧素子が、前記先端側ヘッド部分又は前記基端側ヘッド部分のヘッド中心軸線に対する外周面を形成する対向面及びこの対向面を包囲して前記基端側ヘッド部分又は前記先端側ヘッドの内周面を形成する対向面間に介在することを特徴とする請求項２記載のスポット溶接電極の面直度センサ。
【請求項５】
互いの対向面間に、両側の基材シート間に複数個の感圧素子が配列されて介在するシート状感圧センサが介在させられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のスポット溶接電極の面直度センサ。
【請求項６】
請求項１によるスポット溶接電極の面直度センサを用いてスポット溶接されるワークに対する電極の面直状態からのずれ角及びずれ方向を計測するための計測方法であって、
ヘッド中心軸線に直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した２次元座標面に対して各感圧素子の配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、この各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及び前記総合合成ベクトルのＸ軸及びＹ軸への分解ベクトルの比からずれ方向を計測することを特徴とするスポット溶接電極の面直度計測方法。
【請求項７】
６個以上の偶数個の感圧素子を１個置きに選択した２群に分割し、それぞれの群の総合合成ベクトルの大きさの差が所定範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする請求項６記載のスポット溶接電極の面直度計測方法。
【請求項８】
表示手段の表示画面に、背景画像として２次元座標面に同心円状のずれ角目盛を表示し、前記２次元座標面に総合合成ベクトルを表示することを特徴とする請求項６又は請求項７記載のスポット溶接電極の面直度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサ及びこのセンサを用いた面直度計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アームにスポット溶接機が取付けられた溶接ロボットでは、電極をワークに対して面直に前進させて打点させるために、溶接対象となるワークに対応してロボット動作をティーチングする必要がある。このため、特開平１０−２１６９５５号公報によれば、電極を模した形状に形成されたヘッドの先端面に３個以上の圧電素子を配設し、その検知信号レベルの偏差が零になるように、ロボットにティーチングする電極の面直度の設定方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなティーチング方法により、ワークに対応して電極を面直に加圧させると、短い通電時間で均一に溶接でき、スパッタの発生も防止できるが、ヘッドの先端面に圧電素子を配置するのを前提にするために、耐久性の点で問題があり、また素子の突出形状によりワーク面の形状が測定精度に影響し易く、さらに圧電素子を感圧素子とするために感圧信号が加速度に対応したレベルで過渡的に発生し、したがって高精度の信号処理も難しくなる可能性があった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、耐久性及び計測精度を向上させ得る冒頭に述べた類のスポット溶接電極の面直度センサ及びこの面直度センサを用いた面直度計測方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、電極を模した形状に形成されて電極ホルダに電極に代えて取付けられるヘッドに、電極の前進駆動方向に沿ったヘッド中心軸線に対する円周位置に複数個の感圧素子が等角度間隔で配列されることにより、スポット溶接されるワークに向けて前進駆動される電極のワークに対する面直状態からのずれ角を検知するスポット溶接電極の面直度センサにおいて、圧力を抵抗値の変化として検知する３個以上の感圧素子が、ヘッドを前後に分割した先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分にそれぞれ形成された互いの対向面間に弾性体を重ねて介在させられると共に、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分は、対向面間での弾性体の膨縮により互いに傾倒自在に一体化されたことを特徴とする。
【０００６】
面直度センサがワークに向けて前進駆動されて加圧されると、先端側ヘッド部分が、電極を模した形状により電極の面直度に応じて基端側ヘッド部分に対して弾性体の膨縮により傾倒する。各感圧素子は、加圧力、傾倒方向及び傾倒度に対応した圧力を抵抗値の変化として検知し、各感圧素子の検知信号に対応した圧力分布が検知される。
【０００７】
請求項１によるスポット溶接電極の面直度センサを用いてスポット溶接されるワークに対する電極の面直状態からのずれ角及びずれ方向を計測するための計測方法としては、請求項６により、ヘッド中心軸線に直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した２次元座標面に対して各感圧素子の配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及び総合合成ベクトルのＸ軸及びＹ軸への分解ベクトルの比からずれ方向を計測することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４を基に本発明のスポット溶接電極の面直度センサを用いた計測方法を実施する装置の実施の形態を説明する。図２はこの計測装置を用いるロボット溶接機を示すもので、溶接ロボット１のアーム先端に、抵抗スポット溶接ガンのヨーク５が取付けられ、その上側の開放端にはシリンダ６が取付けられ、下側の開放端にはシャンク、つまり電極ホルダ７ａが取付けられている。この電極ホルダに装着される電極８ａ及びシリンダロッド６ａの先端に取付けられた電極ホルダ７に装着される電極８間に、シリンダ６による加圧でワーク９を挟持してスポット溶接が行われる。このような溶接動作に際して、溶接ロボット１は、打点位置でシリンダ６の前進駆動により電極８、８ａがワーク９を面直状態で加圧するように、姿勢を予めティーチングされる。
【０００９】
図１は、このようなティーチングを行うために、電極８又は８ａに代えて，電極ホルダ７又は７ａの先端に取付けられる面直度センサ１９であり、電極８、８ａを模した形状に形成されたヘッド１０を分割し、その内部にシート状感圧センサ１２を介在させて構成される。その検知信号は、図３に示す回路装置に供給される。
【００１０】
ヘッド１０は、電極と同一の材質もしくは剛性の他の金属或いは合成樹脂製の円筒状であり、そのヘッド中心軸線Ａはシリンダロッド６ａの中心軸線に一致し、シリンダ６の前進駆動方向に対応する。このヘッドは、ヘッド中心軸線Ａに対して直交方向へ切断されて、基端側ヘッド部分１０ａと、中心軸線Ａに対して点対称の凸曲面状で先端部分で直交平面になった先端側ヘッド部分１０ｂとに分割され、互いの円形平面状の対向面１０ｃ、１０ｄが形成される。対向面１０ｃの中心部には半球状凸部１１が形成され、対向面１０ｄには僅かに浅い対応した半球状凹部１４が形成され、細隙１４ａを置いている。
【００１１】
一方の対向面１０ｃにはシート状感圧センサ１２が接合され、この感圧センサに重ねて接合された弾性シート１３が、さらに他方の対向面１０ｄに接合され、ヘッド１０として一体化されている。これらのシートには、凸部１１に対応した直径の開口部１２ｂ、１３ｂが形成されている。シート状感圧センサ１２は、圧力に応じて抵抗値が変化する感圧素子１５を等間隔で６個以上、例えば３０°間隔で円周位置に１２個配列して対向面１０ｃと同一円形状の両側の基材シート１２ａ間に介在させて構成されている。この基材シートは可撓性を呈する合成樹脂製である。これにより、基端側ヘッド部分１０ａ及び先端側ヘッド部分１０ｂは、細隙１４ａで規定される角度範囲内で主に弾性シート１３を膨縮させて復帰可能に互いに傾倒することにより、感圧素子１５を膨縮度に応じて加圧し得るようになっている。面直の加圧力は、凸部１１に加わる。
【００１２】
感圧素子１５には、図３に示すように、感圧素子１５の検知信号をそのレベルに対応した圧力信号として取り込んでコンピュータにより演算処理を行う回路装置が付属し、ヘッド中心軸線Ａに直交し、かつこのヘッド中心軸線上に原点が在るとして想定した２次元座標面に対して１２個の感圧素子１５のそれぞれの配列位置及び検知信号レベルに対応したベクトルを作成し、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからワーク９に対する電極８、８の面直からのずれ角α及び総合合成ベクトルの方向からずれ方向θを計測する。
【００１３】
即ち、各感圧素子１５１、１５２・・・１５１２  の検知信号を入力とし、そのレベルに対応したベクトルｖ１、ｖ２・・・ｖ１２  を作成するベクトルデータ作成手段２０と、これらの各ベクトルをＸ軸及びＹ軸方向のベクトル成分ｖＸ１、ｖＸ２・・・ｖＸ１２及びｖＹ１、ｖＹ２・・・ｖＹ１２に分解するベクトル成分算出手段２１と、各ベクトル成分ｖＸ１、ｖＸ２・・・ｖＸ１２を加算したＸ軸方向の総合ベクトル成分ＶＸ及びベクトル成分ｖＹ１、ｖＹ２・・・ｖＹ１２を加算したＹ軸方向の総合ベクトル成分ＶＹを合成した総合合成ベクトルＶをＶ＝√（Ｖ  ２Ｘ＋Ｖ  ２Ｙ）により算出して、その大きさからずれ角αを算出するずれ角算出手段２２と、Ｙ軸からのずれ方向θをθ＝ｔａｎ−１ＶＸ／ＶＹを基に算出するずれ方向算出手段２３と、ずれ角αが例えば３°以内であるか否かを判定する面直度判定手段２４と、感圧素子１５を１個置きに選択した奇数群１５１、１５３・・・１５１１及び偶数群１５２、１５４・・・１５１２の２群に分割し、それぞれの群の総合合成ベクトルＶＯ、ＶＥの大きさの差が、３０°の回転位置のずれに対応する所定の誤差範囲内にあるか否かを判断することにより、いずれかの感圧素子１５が故障していないか否かを監視する感圧素子監視手段２５と、計測結果を表示する表示手段としてのティーチングペンダント２６とを構成している。
【００１４】
ずれ角算出手段２２は、所定の加圧力下での総合合成ベクトルＶの大きさに対するずれ角αのおおよそ比例関係にある変化曲線データをテーブルとして格納しておくことにより、その大きさに対するずれ角αを０乃至１０°程度の範囲で算出する。
【００１５】
ティーチングペンダント２６の表示画面には、２次元座標面に任意の例えば１°ごとの同心円状のずれ角目盛が背景画像として表示されると共に、この座標上に計測結果である総合合成ベクトルＶを表示し、表示画面の隅にずれ角α及びずれ方向θの数値、面直度の合否、感圧素子１５の異常の有無等を表示する。
【００１６】
このように構成されたスポット溶接電極の面直度計測装置の動作は次の通りである。例えばシリンダ６側の電極ホルダ７に、電極８に代えて、面直度センサ１９を装着する。予めのティーチングに従い溶接ロボット１を作動させることにより、面直度センサ１９はワーク９の打点位置に向けて移動し、次いでシリンダ６が作動することにより、ヘッド１０はロボットの姿勢に応じて前進駆動され、所定の加圧力で電極８ａ間でワーク９を挟持する。その際、各感圧素子１５１、１５２・・・１５１２は、先端側ヘッド部分１０ｂの基端側ヘッド部分１０ａに対する傾倒方向及び傾倒度に対応した圧力に相当する電気抵抗を呈する。
【００１７】
即ち、ヘッド１０が打点位置でワーク９に対して面直の場合、半球状凹部１４が半球状凸部１１に弾性シート１３の介在無しで係合していることにより、各感圧素子１５は加圧力を実質上検知しない。即ち、弾性シート１３の厚みに応じて均一に僅かに圧縮された圧力が低レベルで検知され、傾倒分が重畳される。面直からずれる場合、対向面１０ｄはずれ方向θに面直からのずれ度合に応じて対向面１０ｃに対して傾倒し、接近した円周位置の感圧素子１５がずれ角αに応じて相対的に大きな圧力で加圧され、また離反領域の感圧素子１５の検知信号は相対的に小さく、ずれ角αがある程度大きくなると零になる。したがって、円周位置に沿って圧力が変化する圧力分布が検知される。
【００１８】
これにより、ベクトルデータ作成手段２０ではずれ方向θに近い程大きくなるベクトルｖ１、ｖ２・・・ｖ１２が作成され、ベクトル成分算出手段２１はこれらのベクトルデータをそれぞれベクトル成分ｖＸ１、ｖＸ２・・・ｖＸ１２及びｖＹ１、ｖＹ２・・・ｖＹ１２に分解する。また、図４に示すように、ずれ角算出手段２２はそれぞれの総合ベクトル成分ＶＸ、ＶＹを合成し、総合合成ベクトルＶを演算し、その大きさをずれ角αとして算出する。さらに、ずれ方向算出手段２３は直交方向の総合ベクトル成分ＶＸ、ＶＹからずれ方向θを算出する。このずれ方向は、総合合成ベクトルＶを基に算出されるために感圧素子１５の配列間隔である３０°間の途中方向も間断なく計測される。
【００１９】
このような演算処理により、ティーチングペンダント２６の画面には、図３に示すように、例えばずれ方向θが約−１５０°で、ずれ角αが４．５°である旨を指示する総合合成ベクトルＶが表示される。さらに、ずれ角αが所定の角度以上でティーチングの修正が必要であることも警報される。感圧素子１５に異常が生じた場合も警報される。これにより、ティーチングペンダント２６をモニタしつつ溶接ロボット１の姿勢を素早くティーチングすることができ、その確認或いは再ティーチングも素早く行うことができ、さらにモニタしつつ加圧状態でのティーチングも可能になる。
【００２０】
計測中に、先端側ヘッド部分１０ｂに横向きの衝撃が加わっても凹部１４が半球状凸部１１に拘束され、面直度センサ１９の破損が防止される。
【００２１】
図５は別の実施の形態によるヘッド３０を備えた面直度センサを示す。基端側ヘッド部分３０ａは外径の小さな円筒状の先端部３５を有し、先端側ヘッド部分３０ｂには先端部３５の外周面を形成する対向面３５ａを隙間を置いて包囲するフランジ３６が形成され、その内周面が対向面３６ａとなる。また、基端側ヘッド部分３０ａのヘッド中心軸線Ａに対して直交方向の対向面に半球状凸部３３が形成され、先端側ヘッド部３０ｂの対応する対向面には、細隙３４ａを形成するように浅い半球状凹部３４が形成されて凸部３３に係合している。
【００２２】
対向面３５ａ及び対向面３６ａ間にはシート状感圧センサ３１及び弾性シート３２が細片状に巻回されて介在することにより、円周位置に感圧素子が配列され、先端側ヘッド部分３０ｂの基端側ヘッド部分３０ａに対する傾倒を検知した検知信号が、前述と同様な方法で信号処理されて、ずれ方向θ及びずれ角αが計測される。
【００２３】
図６はさらに別の実施の形態による面直度センサを示す。前述のヘッド１０の対向面１０ｃの中心部には半球状凸部１１が形成され、対向面１０ｄには僅かに浅い対応した半球状凹部１４が形成され、細隙１４ｂを置くように、その厚みよりも厚い弾性シート１３ａが接合されている。これにより、加圧状態で弾性シート１３ａの圧縮により細隙１４ｂの厚みはゼロになり、さらに先端側ヘッド部分１０ｂの傾倒により、マイナス（引張り方向）の圧力も検知される。
【００２４】
尚、前述の実施の形態において、感圧素子の個数は、計測精度の低下を甘受するならば、最低３個で３６０°範囲のずれ方向でのずれ角を計測することができ、逆に計測精度をさらに向上させる場合前述の３０°よりもさらに細かい間隔で感圧素子を配置することもできる。いずれにしても通常のスポット溶接電極の面直のティーチング用としては奇数・偶数グループに分割して素子の異常を判断する場合も含めて６個以上であることが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電極の加圧力の分布を定常的に検知し得る面直度センサが実現され、計測精度を向上させるのが容易となり、また加圧状態でのティーチングも可能になる。さらに、感圧素子がヘッドの内部に組み込まれるために耐久性が向上し、ワーク形状による計測精度の低下も受けにくくなる。
【００２６】
その際、請求項２の発明により、先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分間の傾倒自在の凹凸係合により、感圧素子に加圧力自体は加わらず、感圧素子のダイナミックレンジを狭くでき、検知の直線性を確保し易くなる。感圧素子は、請求項３の発明によりヘッド中心軸線に直交方向へ切断分離された対向面間か、請求項４の発明により切断分離された先端側ヘッド部分及び基端側ヘッド部分の一方の外周面及びこの外周面を包囲する他方の内周面間に介在させて、内部に容易に組み込まれる。また、請求項５の発明により、両側の基材シート間に感圧素子が介在するシート状感圧センサを用いると、配列位置が容易に設定され、ヘッド内部への組み込みも容易になる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、感圧素子の各検知信号を基に２次元座標面における圧力分布のベクトルデータを作成して、各ベクトルを合成した総合合成ベクトルの大きさからずれ角及びその方向からずれの方向が感圧素子の間欠配列にも拘らず高精度に計測される。その際、請求項７の発明によれば、ベクトル合成による計測に際して、個々の感圧素子が故障により検知信号を発生し得なくなったのも検知でき、請求項８の発明によれば、ベクトル合成による計測に際して、計測結果が２次元座標面上にベクトルの静止画像が表示されることにより、ティーチングが容易に行われ、計測しながらティーチングすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態によるスポット溶接電極の面直度センサを示すもので、同図Ａはその断面図、同図Ｂはその分割した感圧センサ部分の平面図である。
【図２】  同面直度センサを用いてティーチングが行われる溶接ロボットの概略構成を示す図である。
【図３】  同面直度センサの検知信号を処理する回路装置の構成を示す図である。
【図４】  同回路装置の動作を説明するもので、同図Ａはずれ方向、同図Ｂはずれ角の計測動作を説明する図である。
【図５】  別の実施の形態による面直度センサの断面図である。
【図６】  さらに別の実施の形態による面直度センサの断面図である。
【符号の説明】
７、７ａ  電極ホルダ
８、８ａ  電極
１０、３０  ヘッド
１０ａ、３０ａ  基端側ヘッド部分
１０ｂ、３０ｂ  先端側ヘッド部分
１０ｃ、１０ｄ、３５ａ、３６ａ  対向面
１１、３３  半球状凸部
１２、３１  シート状感圧センサ
１３、１３ａ、３２  弾性シート
１４、３４  半球状凹部
１４ａ、１４ｂ  細隙
１５  感圧素子
【図１】
0003982603.tif 000002
【図２】
0003982603.tif 000003
【図３】
0003982603.tif 000004
【図４】
0003982603.tif 000005
【図５】
0003982603.tif 000006
【図６】
0003982603.tif 000007