(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ガンの一方の先端部に装着された第１の溶接チップの変位量を検出する第１の溶接チップ変位検出手段と、
前記溶接ガンの他方の先端部に装着された第２の溶接チップの変位量を検出する第２の溶接チップ変位検出手段と、
溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張量に応じて、前記溶接ガンの位置を補正する指令を行う溶接ガン位置補正手段とを有するイコライジング装置であって、
前記溶接ガン位置補正手段が、前記第１の溶接チップ変位検出手段により検出された前記第１の溶接チップの変位量と、前記第２の溶接チップ変位検出手段により検出された前記第２の溶接チップの変位量とから溶接電流通電中における前記被溶接体の溶接部の位置の変位量の算出を行い、その変位量を相殺するように、前記溶接ガンの位置を補正する指令を行うイコライジング装置。
【請求項２】
前記第１の溶接チップ変位検出手段が、前記溶接ガンに設けられた前記第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータの変位量を検出する請求項１記載のイコライジング装置。
【請求項３】
前記第２の溶接チップ変位検出手段が、前記第２の溶接チップの近傍の前記溶接ガンのガンアームのひずみから前記第２の溶接チップの変位量を算出する請求項１又は２記載のイコライジング装置。
【請求項４】
前記溶接ガン位置補正手段において算出される前記被溶接体の溶接部の位置の変位量は、下記式により算出される前記被溶接体の中心位置の変位量ＴＣである請求項１から３の何れかに記載のイコライジング装置。
ＴＣ＝（ＴＵ＋ＴＬ）／２
但し、上記式において、ＴＵは前記第１の溶接チップの変位量であり、ＴＬは前記第２の溶接チップの変位量である。
【請求項５】
溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張に応じて溶接ガンの位置の補正を行うイコライジング方法であって、
前記溶接ガンの一方の先端部に装着された第１の溶接チップの変位量と、前記溶接ガンの他方の先端部に装着された第２の溶接チップの変位量とから溶接電流通電中における被溶接体の溶接部の位置の変位量を算出し、その変位量を相殺するように、前記溶接ガンの位置の補正を行うイコライジング方法。
【請求項６】
前記第１の溶接チップの変位量を、前記溶接ガンに設けられた前記第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータの変位量から算出する請求項５記載のイコライジング方法。
【請求項７】
前記第２の溶接チップの変位量を、前記第２の溶接チップの近傍の前記溶接ガンのガンアームのひずみから算出する請求項５又は６記載のイコライジング方法。
【請求項８】
算出される前記被溶接体の溶接部の位置の変位量は、下記式により算出される前記被溶接体の中心位置の変位量ＴＣである請求項５から７の何れかに記載のイコライジング方法。
ＴＣ＝（ＴＵ＋ＴＬ）／２  
但し、上記式において、ＴＵは前記第１の溶接チップの変位量であり、ＴＬは前記第２の溶接チップの変位量である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ガンのイコライジング装置に関し、特に、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張を考慮した溶接ガンのイコライジング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の本体溶接工程で多用されるスポット溶接では、通常、溶接ロボットのエンドエフェクタとして搭載されている溶接ガンにより、被溶接体を把持し、被溶接体に対して十分な圧力を加えた状態で溶接電流を通電することにより、適切な溶接品質が確保されている。
【０００３】
しかし、この溶接時の加圧により溶接ガンのガンアームにたわみが生じ、このガンアームのたわみに伴い、被溶接体に変形が生じる。
【０００４】
この加圧に伴う被溶接体の変形を防止するための技術として、現在までに幾つかのイコライジング装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の先行技術においては、初期の加圧時や溶接電流の通電後の加圧からの開放時にガンアームのたわみを補正するものであり、溶接電流の通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変形については考慮されておらず、溶接電流の通電中において形成されるナゲットの膨張に伴う被溶接体の変形は保証されていなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、溶接電流の通電中に生じる被溶接体の熱膨張を考慮した溶接ガンのイコライジング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明によれば、溶接ガンの一方の先端部に装着された第１の溶接チップの変位量を検出する第１の溶接チップ変位検出手段と、前記溶接ガンの他方の先端部に装着された第２の溶接チップの変位量を検出する第２の溶接チップ変位検出手段と、溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張量に応じて、前記溶接ガンの位置を補正する指令を行う溶接ガン位置補正手段とを有するイコライジング装置であって、前記溶接ガン位置補正手段が、前記第１の溶接チップ変位検出手段により検出された前記第１の溶接チップの変位量と、前記第２の溶接チップ変位検出手段により検出された前記第２の溶接チップの変位量とから溶接電流通電中における前記被溶接体の溶接部の位置の変位量の算出を行い、その変位量を相殺するように、前記溶接ガンの位置を補正する指令を行うイコライジング装置が提供される。
【０００８】
第１の溶接チップ変位検出手段が、溶接ガンの一方の先端部に装着された第１の溶接チップの変位量を検出し、第２の溶接チップ変位検出手段が、当該溶接ガンの他方の先端部に装着された第２の溶接チップの変位量を検出し、当該検出された変位量より、溶接ガン位置補正手段において溶接電流通電中に熱膨張を生じる被溶接体の溶接部の位置の変位量を算出し、その変位量を相殺するように、溶接ガンの位置の補正の指令を行うことにより、溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張量に応じた溶接ガンの位置の補正が可能となる。
【０００９】
（２）上記発明においては、特に限定されないが、前記第１の溶接チップ変位検出手段が、前記溶接ガンに設けられた前記第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータの変位量を検出することがより好ましい。
【００１０】
第１の溶接チップ変位検出手段が、第１の溶接チップの変位量として、溶接ガンの第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータにおける溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う変位量を検出することにより、的確に第１の溶接チップの変位量を検出することが可能となる。
【００１１】
（３）上記発明においては、特に限定されないが、前記第２の溶接チップ変位検出手段が、前記第２の溶接チップの近傍の前記溶接ガンのガンアームのひずみから前記第２の溶接チップの変位量を算出することがより好ましい。
【００１２】
第２の溶接チップ変位検出手段が、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う当該第２の溶接チップの近傍のガンアームのひずみから第２の溶接チップの変位量を算出することにより、的確に第２の溶接チップの変位量を測定することが可能となる。
【００１３】
（４）上記発明においては、特に限定されないが、前記溶接ガン位置補正手段において算出される前記被溶接体の溶接部の位置の変位量は、下記式により算出される前記被溶接体の中心位置の変位量ＴＣであることがより好ましい。
ＴＣ＝（ＴＵ＋ＴＬ）／２
但し、上記式において、ＴＵは前記第１の溶接チップの変位量であり、ＴＬは前記第２の溶接チップの変位量である。
【００１４】
溶接ガン位置補正手段において、第１の溶接チップ変位量と、第２の溶接チップ変位量とから算出される被溶接体の溶接部の位置の変位量として、被溶接体の中心位置の変位量を算出することにより、溶接電流通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変位を的確に推定することが可能となる。
【００１５】
（５）上記目的を達成するために、本発明によれば、溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張に応じて溶接ガンの位置の補正を行うイコライジング方法であって、前記溶接ガンの一方の先端部に装着された第１の溶接チップの変位量と、前記溶接ガンの他方の先端部に装着された第２の溶接チップの変位量とから溶接電流通電中における被溶接体の溶接部の位置の変位量を算出し、その変位量を相殺するように、前記溶接ガンの位置の補正を行うイコライジング方法が提供される。
【００１６】
溶接電流通電中における第１の溶接チップの変位量と、第２の溶接チップの変位量とから、溶接電流通電中における被溶接体の溶接部の位置の変位量を算出し、その変位量を相殺するように、溶接ガンの位置の補正を行うことにより、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張量に応じた適切な溶接ガンの位置を補正することが可能となる。
【００１７】
（６）上記発明においては、特に限定されないが、前記第１の溶接チップの変位量を、前記溶接ガンに設けられた前記第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータの変位量から算出することが好ましい。
【００１８】
第１の溶接チップの変位量として、溶接ガンの第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータにおける溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う変位量を検出することにより、的確に第１の溶接チップの変位量を検出することが可能となる。
【００１９】
（７）上記発明においては、特に限定されないが、前記第２の溶接チップの変位量を、前記第２の溶接チップの近傍の前記溶接ガンのガンアームのひずみから算出することが好ましい。
【００２０】
第２の溶接チップの変位量として、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う当該第２の溶接チップの近傍のガンアームのひずみを検出することにより、的確に第２の溶接チップの変位量を測定することが可能となる。
【００２１】
（８）上記発明においては、特に限定されないが、算出される前記被溶接体の溶接部の位置の変位量は、下記式により算出される前記被溶接体の中心位置の変位量ＴＣであることが好ましい。
ＴＣ＝（ＴＵ＋ＴＬ）／２  
但し、上記式において、ＴＵは前記第１の溶接チップの変位量であり、ＴＬは前記第２の溶接チップの変位量である。
【００２２】
第１の溶接チップ変位量と、第２の溶接チップ変位量とから算出される被溶接体の溶接部の位置の変位量として、被溶接体の中心位置の変位量を算出することにより、溶接電流通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変位を的確に推定することが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張量に応じた溶接ガンの位置の補正をすることが可能となり、被溶接体の変形を生じさせずにナゲット形成を行うことが可能となり、適切な溶接品質を確保することが出来る。
【００２４】
また、溶接ガンに装着された第１の溶接チップ及び第２の溶接チップの溶接電流通電中に生じる変位量を検出することにより、被溶接体の熱膨張量を把握することが可能となり、さらに、第１の溶接チップの変位量及び第２の溶接チップの変位量より溶接電流通電中に生じる被溶接体の溶接部の位置の変位量を算出することにより、直接検出が困難な被溶接体の溶接部の中心位置の変位量を推定することが可能となる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、第１の溶接チップ変位検出手段が、第１の溶接チップの変位量として、溶接ガンの第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータにおける溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う変位量を検出することにより、的確に第１の溶接チップの変位量を検出することが可能となる。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、第２の溶接チップ変位検出手段が、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う当該第２の溶接チップの近傍のガンアームのひずみを検出から第２の溶接チップの変位量を算出することにより、的確に第２の溶接チップの変位量を測定することが可能となる。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、被溶接体の溶接部の位置の変位量として、被溶接体の中心位置の変位量を算出することにより、溶接電流通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変位を的確に推定することが可能となる。
【００２８】
請求項５記載の発明によれば、溶接電流通電中における第１の溶接チップの変位量と、第２の溶接チップの変位量とから、被溶接体の熱膨張量を把握することが可能となり、さらに、直接検出が困難な被溶接体の溶接部の中心位置の変位量を推定することが可能となる。これにより、溶接電流通電中における被溶接体の熱膨張量に応じた適切な溶接ガンの位置の補正をすることが可能となり、被溶接体の変形を生じさせずにナゲット形成が行え、適切な溶接品質を確保することが出来る。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、第１の溶接チップの変位量として、溶接ガンの第１の溶接チップを移動させるためのアクチュエータにおける溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う変位量を検出することにより、的確に第１の溶接チップの変位量を検出することが可能となる。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、第２の溶接チップの変位量として、溶接電流通電中に生じる被溶接体の熱膨張に伴う当該第２の溶接チップの近傍のガンアームのひずみを検出することにより、的確に第２の溶接チップの変位量を測定することが可能となる。
【００３１】
請求項８記載の発明によれば、被溶接体の溶接部の位置の変位量として、被溶接体の中心位置の変位量を算出することにより、溶接電流通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変位を的確に推定することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態における溶接ロボットの全体構成を示す図であり、図２は、図１の溶接ロボット１のエンドエフェクタである溶接ガン１０の構成を示す図である。また、図３は、本発明の実施形態における制御の構成を示すブロック図であり、図４は、溶接電流通電中における溶接チップ１３ａ、１３ｂ及び被溶接体１５の変位の状態を示す図である。
【００３４】
図１に示すように、本発明の実施形態における溶接ロボット１は、例えば、複数のアームを関節機構を介して順次連結したＮ個の関節を有する多関節機構２であり、図３に示すように関節ごとに駆動可能なように１つずつの溶接ロボット用モータ３０、４０、５０を有しており、従って、当該多関節機構２は、Ｎ個の溶接ロボット用モータ３０、４０、５０を有する。それぞれの関節に対応したＮ個の溶接ロボット用モータ３０、４０、５０は、図３に示すように溶接ロボット用制御装置６０により制御が行われる。さらに当該多関節機構２の先端部には、エンドエフェクタであり溶接機である溶接ガン１０が具備されており、溶接用電源（不図示）から溶接電流を給電するための溶接電流給電用ケーブル３が多関節機構２を介して当該溶接ガン１０に配管されている。
【００３５】
溶接ガン１０は、図２に示すように、ガンアーム１１と、２つの支持部材１２ａ、１２ｂと、２つの溶接チップ１３ａ、１３ｂと、スライド機構１４と、溶接ガン用モータ２０と、溶接ガン用エンコーダ２１と、ひずみセンサ２２とから構成されている。
【００３６】
当該ガンアーム１１は、図２に示すように概略コの字に形成されており、ガンアーム１１の下部ガンアーム１１ｂの先端部側には、固定側支持部材１２ｂを介して固定側溶接チップ１３ｂが設けられている。
【００３７】
一方、ガンアーム１１の上部ガンアーム１１ａには、垂直方向（図２中の矢印の方向）に摺動が可能なスライド機構１４が取り付けられており、当該スライド機構１４の可動部１４ａには、可動側支持部材１２ａを介して可動溶接チップ１３ａが装着されている。この可動側溶接チップ１３ａと固定側溶接チップ１３ｂとは、中心軸が一致するように、且つ、対向するようにそれぞれ装着されている。さらに、その垂直方向上部に、溶接チップ１３ａ、１３ｂに被溶接体１５を狭持させ、加圧させるためのアクチュエータである溶接ガン用モータ２０が設けられている。当該溶接ガン用モータ２０の駆動によりスライド機構１４を介して可動側支持部材１３ａがスライドされることにより、当該溶接チップ１３ａ、１３ｂ間の間隔を自在に調整することが可能となっている。先述の溶接電流給電用ケーブル３は、溶接ガン１０の各溶接チップ１３ａ、１３ｂに溶接電流を給電するように接続されている。
【００３８】
溶接ガン用エンコーダ２１は、溶接ガン用モータ２０の駆動軸の回転角の変位量を検出するための手段である。当該溶接ガン用モータ２０の回転角の変位量の検出に基づいて、溶接電流通電中における被溶接体１５の熱膨張により可動側溶接チップ１３ａが押し戻される量である可動側溶接チップ変位量ＴＵの算出を的確に行うことが可能となる。なお、当該溶接ガン１０の溶接チップ１３ａ、１３ｂ間の間隔を調整するためのアクチュエータがエアシリンダの場合は、当該エアシリンダに変位計等の位置計測手段を設けることで溶接電流通電中における被溶接体１５の熱膨張による可動側溶接チップ変位量ＴＵを検出することが可能である。
【００３９】
ひずみセンサ２２は、溶接電流の通電時に被溶接体１５の熱膨張に伴うガンアーム１１ｂのひずみを検出する手段であり、適切なひずみの検出が可能なように固定側溶接チップ１３ｂの近傍の下部ガンアーム１１ｂに設けられている。当該ひずみセンサ２２により検出されたひずみと、予め測定してある当該ガンアーム１１の弾性係数とから、溶接電流通電中における被溶接体１５の熱膨張により、加圧の方向とは逆の方向に下部ガンアーム１１ｂが押し戻される量、即ち、固定側溶接チップ１３ｂが押し戻される量である固定側溶接チップ変位量ＴＬの算出を的確に行うことが可能となる。なお、当該ひずみセンサは、圧電素子や水晶などで構成されるひずみセンサ、或いは、ひずみゲージなどを用いることができる。
【００４０】
以下に、図３のブロック図に基づいて、本発明の実施形態における制御の構成について説明する。
【００４１】
図３に示すように、本発明の実施形態における制御の構成は、溶接ロボット用制御装置６０と、溶接ガン位置補正装置７０と、ガンアーム１１の上部ガンアーム１１ａに設けられた溶接ガン用モータ２０と、溶接ガン用の溶接ガン用エンコーダ２１と、下部ガンアーム１１ｂに設けられたひずみセンサ２２と、溶接用ロボット１の多関節機構２の各関節に設けられているＮ個の溶接ロボット用モータ３０、４０、５０と、当該Ｎ個の各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０の駆動軸の回転角の変位量を検出するためのＮ個の溶接ロボット用エンコーダ３１、４１、５１とから構成されている。
【００４２】
溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン用モータ２０及び各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０の駆動の制御を行う手段であり、溶接ロボット１の多関節機構２の各関節に設けられている溶接ロボット用モータ３０、４０、５０の駆動の制御を行い、溶接ロボット１のエンドエフェクタである溶接ガン１０の位置及び姿勢の制御を行う。さらに、溶接ガン１０に設けられた溶接ガン用モータ２０の駆動を制御を行い、溶接ガン１０の被溶接体１５の挟持、加圧の制御を行う。さらに、当該溶接ロボット用制御装置６０は、各エンコーダ２１、３１、４１、５１により検出され送信された各モータ２０、３０、４０、５０の駆動軸の回転角の変位量より、溶接電流通電中における溶接ガン用モータ２０の変位量である可動側溶接チップ変位量ＴＵ及び多関節機構２の各関節の位置の算出を行い、エンドエフェクタである溶接ガン１０の位置の算出を行う。
【００４３】
当該溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン用モータ２０と、各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０とに制御のための駆動指令を送信可能なようにそれぞれ接続されており、溶接ガン位置補正装置７０に算出した可動側溶接チップ変位量ＴＵを送信可能なように接続されている。また、溶接ガン用エンコーダ２１と、Ｎ個の溶接ロボット用エンコーダ３１、４１、５１とからそれぞれ検出された各モータ２０、３０、４０、５０の駆動軸の回転角の変位量を受信可能なように接続されており、さらに、溶接ガン位置補正装置７０から溶接ガン１０の位置の補正を行うための指令である位置補正指令を受信可能なように接続されている。
【００４４】
溶接ガン位置補正装置７０は、ひずみセンサ２２により検出され送信された下部ガンアーム１１ｂのひずみと、予め測定してあるガンアーム１１の弾性係数とから固定側溶接チップ変位量ＴＬを算出し、当該算出された固定側溶接チップ変位量ＴＬと、溶接ガン用エンコーダ２１により検出され溶接ロボット用制御装置６０に算出された可動側溶接チップ変位量ＴＵとから、被溶接体１５の中心位置の変位量である被溶接体中心位置変位量ＴＣの算出を行う手段である。さらに、当該算出された被溶接体中心位置変位量ＴＣに基づいて、溶接ロボット用制御装置６０に溶接ガン１０の位置補正指令を送信する手段である。
【００４５】
当該溶接ガン位置補正装置７０は、溶接ロボット用制御装置６０により算出された可動側溶接チップ変位量ＴＵを受信可能なように接続されており、ひずみセンサ２２にて検出された下部ガンアーム１１ｂのひずみの情報を受信可能なように接続されている。また、算出された被溶接体中心位置変位量ＴＣに基づいた溶接ガンの位置補正指令を溶接ロボット用制御装置６０へ送信可能なように接続されている。なお、当該溶接ガン位置補正装置７０における被溶接体中心位置変位量ＴＣの算出のための処理は、後に詳述する。
【００４６】
多関節機構２の各関節に具備されたＮ個の溶接ロボット用モータ３０、４０、５０は、溶接ロボット用制御装置６０から駆動指令を受信可能なようにそれぞれ接続されており、さらに、各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０に対して、１つずつの溶接ロボット用エンコーダ３１、４１、５１が設けられており、例えば、第１の溶接ロボット用モータ３０の駆動軸の回転角の変位量を第１の溶接ロボット用エンコーダ３１が検出し、当該回転角変位量の情報を溶接ロボット用制御装置６０に送信可能なように接続されており、第２の溶接ロボット用モータ４０の駆動軸の回転角の変位量を第２の溶接ロボット用エンコーダ４１が検出し、当該回転角変位量の情報を溶接ロボット用制御装置６０に送信可能なように接続されており、第Ｎの溶接ロボット用モータ５０の駆動軸の回転角の変位量を第Ｎの溶接ロボット用エンコーダ５１が検出し、当該回転角変位量の情報を溶接ロボット用制御装置６０に送信可能なように接続されている。
【００４７】
ひずみセンサ２２は、上述の通り下部ガンアーム１１ｂのひずみを検出する手段であり、検出した下部ガンアーム１１ｂのひずみを溶接ガン位置補正装置７０に送信可能なように接続されている。
【００４８】
以下に作用について説明する。
【００４９】
まず、被溶接体１５に溶接電流を通電した場合の形成されるナゲット１６の熱膨張に伴う溶接チップ１３ａ、１３ｂの変位の状態について説明する。図４は、溶接電流通電中における溶接チップ１３ａ、１３ｂ及び被溶接体１５の変位の状態を示す図であり、上部ガンアーム１１ａ及び下部ガンアーム１１ｂの剛性は実質的に等しい場合に発生する熱膨張の現象を示している。
【００５０】
図４の（ａ）部は、溶接電流を通電する前における溶接チップ１３ａ、１３ｂが板厚ｔ１の被溶接体１５を挟持し、加圧している状態を示しており、溶接電流の通電がされていないため、被溶接体１５に熱膨張は生じていない。当該被溶接体１５は実質的に同一の板厚の２枚の金属板１５ａから構成され、当該２枚の金属板１５ａは同一の材料から成る。
【００５１】
図４の（ｂ）部は、溶接電流通電中における溶接チップ１３ａ、１３ｂが被溶接体１５を挟持し、加圧している状態を示しており、被溶接体１５は、図４の（ａ）部のものと同一のものであり、被溶接体１５の溶接電流の通電が行われ、発生するジュール熱によりナゲット１６が形成されている箇所に熱膨張が生じていることを示している。当該ナゲット１６に生じる熱膨張のため、溶接電流通電中の被溶接体１５の通電部、即ち、図４の（ｂ）部のナゲット１６部、の板厚は、図４の（ａ）部の溶接電流通電前の被溶接体１５の板厚ｔ１より厚い板厚ｔ２となっている。溶接電流通電中におけるナゲット１６の板厚ｔ１から板厚ｔ２への膨張により、可動側溶接チップ１３ａは加圧とは逆の方向に可動側溶接チップ変位量ＴＵ分押され、固定側溶接チップ１３ｂも加圧とは逆の方向に固定側溶接チップ変位量ＴＬ分押される。図４の（ａ）部及び（ｂ）部の間に、溶接電流通電中における被溶接体１５の熱膨張によって溶接チップ１３ａ、１３ｂが加圧の方向とは逆の方向に押される量である可動側溶接チップ変位量ＴＵ及び固定側溶接チップ変位量ＴＬが示されている。
【００５２】
図５は、上記の溶接ガン用エンコーダ２１及びひずみゲージ２２により検出された溶接電流通電中における被溶接体１５のナゲット１６の膨張に伴う可動側溶接チップ変位量ＴＵ及び固定側溶接チップ変位量ＴＬと、後述する溶接ガン位置補正装置７０において算出された被溶接体中心位置変位量ＴＣとを示す図である。この図において、横軸は溶接電流の通電時間を示しており、時間０ｍｓに溶接電流の通電が開始されている。また、縦軸の変位量において、溶接チップ１３ａ、１３ｂの鉛直上向きの変位量が当該縦軸の正方向であり、可動側溶接チップ変位量ＴＵ及び固定側溶接チップ変位量ＴＬの変位量０ｍｍ、即ち、当該縦軸の原点は、溶接電流通電直前の被溶接体１５を挟持し、加圧を行った状態である。この図より、溶接電流の通電時間が経過し、発生するジュール熱により被溶接体１５のナゲット１６の熱膨張に伴い、可動側溶接チップ１３ａが加圧と逆の方向に、即ち、縦軸正方向に押され、固定側溶接チップ１３ｂも加圧と逆の方向に、即ち、縦軸負方向に押されていることが分かる。さらに、溶接電流通電中に生じる当該ナゲット部１６の熱膨張に伴い、溶接チップ１３ａ、１３ｂの位置はそれぞれ変位を生ずるが、可動側溶接チップ変位量ＴＵと固定側溶接チップ変位量ＴＬとは必ずしも等しくなく、これらの変位に従って、被溶接体１５の中心の位置も一定ではなく、変位していることが分かる。
【００５３】
さらに、上部ガンアーム１１ａの剛性と下部ガンアーム１１ｂの剛性とが異なる場合に、可動側溶接チップ変位量ＴＵと固定側溶接チップ変位量ＴＬとの差が特に大きくなる場合がある。例えば、図６は、図４の場合と同様の条件で溶接電流を通電した場合の溶接チップ１３ａ、１３ｂ及び被溶接体１５の変位の状態を示す図であり、図６の（ａ）部は溶接電流を通電する前における溶接チップ１３ａ、１３ｂの被溶接体１５を挟持し、加圧している図であり、図６の（ｂ）部は、溶接電流通電中における溶接チップ１３ａ、１３ｂ及び被溶接体１５を示している。図６の（ａ）部は溶接電流通電前のため、被溶接体１５に熱膨張が生じておらず、図６の（ｂ）部は、溶接電流の通電により熱膨張が生じている。図６の図４の場合と異なる点は、可動側支持部材１２ａを介して可動側溶接チップ１３ａを装着している上部ガンアーム１１ａの剛性よりも、固定側支持部材１２ｂを介して固定側溶接チップ１３ｂを装着している下部ガンアーム１１ｂの剛性が強い点である。この場合、下部ガンアーム１１ｂには、下部ガンアーム１１ｂの剛性の強さにより、熱膨張に伴う固定側溶接チップ１３ｂの変位は生じておらず、熱膨張に伴って生じる大部分の変位は、可動側溶接チップ変位量ＴＵとなっている。この図より、この上部ガンアーム１１ａと下部ガンアーム１１ｂとの剛性の差により、被溶接体１５の中心位置は鉛直方向上向きに著しく変位することが分かる。図６の（ａ）部及び（ｂ）部の間に、溶接電流通電中における被溶接体１５の熱膨張によって可動側溶接チップ１３ａが加圧の方向とは逆の方向に押される量である可動側溶接チップ変位量ＴＵ、及び、ガンアーム１１の上部ガンアーム１１ａと、下部ガンアーム１１ｂとの間の剛性の差により生じた被溶接体１５の中心位置の変位量である被溶接体中心位置変位量ＴＣが示されており、固定側溶接チップ変位量ＴＬは実質的に０に等しいため図示されていない。
【００５４】
以上のように、溶接電流通電中における被溶接体１５のナゲット１６の熱膨張に伴い、被溶接体１５の中心位置が移動し、被溶接体１５に変形が生じ、この状態で溶接されると適切な溶接品質の確保が困難となる。そのため、被溶接体１５の変形を抑えるために、以下に述べる溶接電流通電中における熱膨張に伴う被溶接体中心位置変位量ＴＣの算出を行い、当該被溶接中心位置変位量ＴＣに基づいて溶接ロボット１の動作を補正するための処理を行う必要がある。
【００５５】
図７は、溶接ガン位置補正装置７０及び溶接ロボット用制御装置６０における被溶接体中心位置変位量ＴＣの算出及び溶接ロボット１の補正動作の制御についてのフローチャートを示す図である。
【００５６】
図７のステップＳ１００において、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ロボット１の多関節機構２の各関節に具備されている溶接ロボット用モータ３０、４０、５０に対して駆動指令を送信し、各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０は当該駆動指令に従い駆動を行う。この駆動により溶接ガン１０が被溶接体１５を挟持可能な位置に位置決めされたら、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン用モータ２０に駆動指令を送信し、溶接ガン用モータ２０は、当該指令に従い駆動を行い、溶接チップ１３ａ、１３ｂにより被溶接体１５を挟持し、所定の加圧力にて加圧する。
【００５７】
次に、ステップＳ２００において、溶接ロボット用制御装置６０は、例えば、溶接電流の通電の開始の指令を溶接機用制御装置（不図示）に送信し、当該溶接機用制御装置は、溶接用電源より溶接電流を溶接チップ１３ａ、１３ｂに給電し、これにより被溶接体１５への溶接電流の通電が行われる。
【００５８】
次に、ステップＳ３００において、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン用エンコーダ２１により検出され送信される溶接ガン用モータ２０の駆動軸の回転角の変位量より可動側溶接チップ変位量ＴＵを算出し、当該算出した可動側溶接チップ変位量ＴＵを溶接ガン位置補正装置７０に送信する。
【００５９】
次に、ステップＳ４００において、溶接ガン位置補正装置７０は、ひずみセンサ２２より送信される下部ガンアーム１１ｂのひずみと、予め測定してある当該ガンアーム１１の弾性係数とから、被溶接体１５の熱膨張により加圧の方向とは逆の方向に固定側溶接チップ１１ｂが押し戻される量である固定側溶接チップ変位量ＴＬの算出を行う。
【００６０】
次に、ステップＳ５００において、溶接ガン位置補正装置７０は、ステップＳ３００において溶接ロボット用制御装置６０により算出され送信された可動側溶接チップ変位量ＴＵと、ステップＳ４００において下部ガンアーム１１ｂのひずみ及びガンアームの弾性係数とから算出した固定側溶接チップ変位量ＴＬとから、被溶接体１５の溶接部の位置の変位量であり、溶接チップ１３ａ、１３ｂの中心軸上にある被溶接体１５の中心位置の変位量である被溶接体中心位置変位量ＴＣの算出を行う。ここで、被溶接体１５は、実質的に同一板厚の２枚の金属板１５ａから構成され、いずれも同一の材料から成る場合、金属板１５ａのそれぞれの膨張量は、ほぼ等しいとみなせることから、被溶接体中心位置変位量ＴＣは、ＴＣ＝（ＴＵ＋ＴＬ）／２として算出することが出来る。ここで、被溶接体１５の溶接部の位置の変位量として、被溶接体１５の中心位置の変位量を算出することにより、溶接電流通電中に生じる熱膨張に伴う被溶接体の変位量を的確に算出することが可能となる。なお、溶接電流通電中においては被溶接体１５に対する加圧力は実質的に一定に維持されており、溶接ガン１０に生じるひずみの原因は、ナゲット部１６における熱膨張がほとんどであるため、上記の方法により溶接電流通電における熱膨張に伴う被溶接体１５の変位量を精度良く算出することが出来る。
【００６１】
以上のように可動側溶接チップ変位量ＴＵと、固定側溶接チップ変位量ＴＬとから被溶接体中心位置変位量ＴＣを算出することにより、直接検出が困難な被溶接体１５の溶接部の中心の位置の変位量を推定することが可能となる。
【００６２】
次に、ステップＳ６００において、溶接ガン位置補正装置７０は、溶接ガン１０の位置をステップＳ５００にて算出されたナゲット１６の形成における熱膨張に伴って生じた被溶接体中心位置変位量ＴＣ分を補正する制御、即ち、熱膨張による被溶接体１５の中心位置の変位の方向に対して反対の方向に、被溶接体中心位置変位量ＴＣと同じ量だけ溶接ガン１０を移動させるための溶接ガン位置補正指令を溶接ロボット用制御装置６０に送信する。当該指令に従い、溶接ロボット用制御装置６０は、各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０に駆動指令を送信し、当該指令に従い、溶接ロボット１は溶接ガン１０を補正すべき位置に移動させる。
【００６３】
図８は、上述の図６に示されるような上部ガンアーム１１ａの剛性に対して下部ガンアーム１１ｂの剛性が強いため、被溶接体中心位置変位量ＴＣが溶接チップ１３ａ、１３ｂの中心軸上の鉛直上向きに生じた場合において、図７のステップＳ６００における溶接ロボット用制御装置６０による溶接ガン１０の位置の補正制御の例を示す図である。図８において補正制御を行う前の溶接ガン１０の位置を破線１０ａで示し、補正制御を行った後の溶接ガン１０の位置１０ｂを実線で示す。上記ステップ５００において溶接ガン位置補正装置７０により算出された溶接チップ１３ａ、１３ｂの中心軸上の鉛直上向きの被溶接体中心位置変位量ＴＣに対して、図８では、上記ステップＳ６００において、溶接ロボット用制御装置６０が、溶接ロボット１に対して、補正制御前の溶接ガン位置１０ａから鉛直下向き（図８中の矢印の方向）に、被溶接体中心位置変位ＴＣの絶対値に等しい距離Ｌにある補正制御後の溶接ガン位置１０ｂに移動させるような補正制御を行っていることを示している。
【００６４】
図７に戻り、ステップＳ６００における溶接ガン１０の位置の補正制御がされたら、次に、ステップＳ７００において、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接電流の所定の通電時間を経過したか否かの判断を行う。当該判断において、所定の通電時間が経過していないと判断される限り（ステップＳ７００にてＮＯ）、上記ステップＳ３００からステップＳ６００までの処理が繰り返され、被溶接体１５の中心位置に変位が発生する度に、当該変位を補正する制御を行い、被溶接体１５の中心位置の変位量に従って溶接ガン１０の位置を補正することにより、被溶接体１５の中心位置を一定に保つことが可能となる。
【００６５】
ステップＳ７００の判断において、溶接電流の所定の通電時間を経過したと判断された場合（ステップＳ７００にてＹＥＳ）、次に、ステップＳ８００において、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン１０の被溶接体１５の挟持、加圧を開放する指令を溶接ガン用モータ２０に送信し、当該指令に従って溶接ガン用モータ２０が駆動し、被溶接体１５が溶接ガン１０から開放される。
【００６６】
次に、ステップＳ９００において、溶接ロボット用制御装置６０は、溶接ガン１０を次の溶接打点位置へ移動するよう駆動指令を各溶接ロボット用モータ３０、４０、５０に送信し、当該指令に従って溶接ロボット用モータ３０、４０、５０は駆動し、溶接ガン１０が次の打点位置に移動される。
【００６７】
以上のように、被溶接体の熱膨張に伴う被溶接体の中心位置の変位量に従って溶接ガンの位置の補正を行う制御を溶接電流の通電開始から終了までの間、繰り返すことで、熱膨張に伴う被溶接体の中心位置の上下への移動を抑え、被溶接体の変形を伴わずにナゲット形成を行うことが可能となり、適切な溶接品質を確保することが出来る。
【００６８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における溶接ロボットの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示される溶接ロボットのエンドエフェクタである溶接ガンの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における制御の構成を示すブロック図である。
【図４】溶接電流通電中における溶接チップ及び被溶接体の変位の状態を示す図である。
【図５】溶接電流通電中における被溶接体中心位置変位量と、可動側溶接チップ変位量と、固定側溶接チップ変位量とを示す図である。
【図６】下部ガンアームの剛性が強い場合の溶接電流通電中における溶接チップ及び被溶接体の変位の状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における被溶接体の中心位置の変位量の算出及び溶接ロボットの補正制御のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施形態における図６に示される下部ガンアームの剛性が強い場合の溶接ガンの補正制御の例を示す図である。
【符号の説明】
１…溶接ロボット
２…多関節機構
３…溶接電流通電用ケーブル
１０…溶接ガン
１０ａ…補正制御前の溶接ガン位置
１０ｂ…補正制御後の溶接ガン位置
１１…ガンアーム
１１ａ…上部ガンアーム
１１ｂ…下部ガンアーム
１２ａ…固定側支持部材
１２ｂ…可動側支持部材
１３ａ…可動側溶接チップ
１３ｂ…固定側溶接チップ
１４…スライド機構
１４ａ…可動部
１５…被溶接体
１５ａ…金属板
１６…ナゲット
２０…溶接ガン用モータ
２１…溶接ガン用エンコーダ
２２…ひずみセンサ
３０…第１の溶接ロボット用モータ
３１…第１の溶接ロボット用エンコーダ
４０…第２の溶接ロボット用モータ
４１…第２の溶接ロボット用エンコーダ
５０…第Ｎの溶接ロボット用モータ
５１…第Ｎの溶接ロボット用エンコーダ
６０…溶接ロボット用制御装置
７０…溶接ガン位置補正装置
Ｌ…補正移動量
ＴＵ…可動側溶接チップ変位量
ＴＬ…固定側溶接チップ変位量
ＴＣ…被溶接体中心位置変位量
【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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【図７】
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【図８】
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