JP2009090316A - チップドレスの状態監視方法、監視装置およびスポット溶接システム - Google Patents

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Abstract

【課題】タクトタイムをより短縮することのできるチップドレッサの状態監視方法、監視装置を提供する。
【解決手段】スポット溶接用の電動式溶接ガンと、該電極チップを切削するチップドレッサとを備えた溶接システムにおいて、前記チップドレッサを動作させる第1のステップと、前記電極チップを前記チップドレッサに接触させてその接触圧力を漸増させる第2のステップと、前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第3のステップと、前記ステップ3の所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4のステップと、前記ステップ4の一定時間経過後、前記可動側電極チップの位置を検出する第5のステップと、前記第3および第5のステップで検出した可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップの切削量を求め、所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6のステップと、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、スポット溶接システムに関し、特に電動式溶接ガンにおけるチップドレスの状態監視方法に関する。
スポット溶接ガンを有するロボットは、定期的にロボット近傍に置かれたチップドレッサにより、電極チップの切削を行う必要がある。電極チップの切削は、チップドレッサの歯が回転している状態で、適当な接触圧力でドレッサの歯を挟み込んで行う。
電極チップは、溶接中の先端の形状変形や磨耗、さまざまな汚れの付着のため、定期的なチップドレスが必要であり、チップドレスが正常に行われない場合、溶接品質に多大な影響をもたらす。また、チップドレッサの異常等に気づかずにチップドレスを行わないまま、溶接を続けると、溶接品質悪化により後工程の改修作業に時間を要する。以上の理由で、近年、チップドレスの状態監視の要求が高まっている。
チップドレスが正常に行われたかの検出は様々な方法で行われている。従来はチップドレッサのモータにセンサを取り付けモータ自体の回転状態をセンサを用いて検出し、電極チップの切削が正常におこなわれたか判定しているものがある。しかし、当該技術では、センサを用いてチップドレッサの回転状態を判定するという手順を取っているので、センサの使用によりコストがかかるという問題がある。また、センサを使用する場合は、生産ラインにおいて溶接時にスパッタが多量に飛び散ることから、センサの故障につながるという問題もある。
上記問題を解決することができるチップドレス状態監視方法が、例えば、特許文献1に開示されている。
図3は、その状態監視方法を実施するための抵抗溶接システムである。
抵抗溶接システム10は、多関節型の溶接ロボット12と、チップドレス状態監視装置である制御装置14と、前記制御装置14からドレッシング異常を受信してこのドレッシング異常を表示するとともに、作業者がデータ入力等の各種作業を行う操作装置16と、前記溶接ロボット12に装着される電動式溶接ガン18を構成する電極チップ20a、20bのドレッシング作業を行うチップドレッサ22とを備える。
溶接ロボット12の先端部にはスプリング24a、24bを有するイコライズ機構26が設けられており、前記イコライズ機構26を介して電動式溶接ガン18が取り付けられている。電動式溶接ガン18は、いわゆるC型溶接ガン構造に設定されており、内部のサーボモータ28を介して上下方向に駆動される可動側の電極チップ20aと、略C字状のアーム30に固着される固定側の電極チップ20bとを備え、この一対の電極チップ20a、20bによりワークPが把持可能である。
図4は、状態監視方法を示すフローチャートである。まず、予め電極チップを空打ちして(ステップS2)電極チップの初期位置を求めておく(ステップS3)。次に、所定回数の溶接を行った後に(ステップS5)ドレッシング(チップドレス)を行い(ステップS7)、再度電極チップを空打ちする(ステップS7)。最後に、予め求めた電極チップの初期位置とドレッシング後の電極チップの位置から電極チップ全体の摩耗量を求め、これが、所定の範囲内にあるか否かを監視するのである。
特開2002−219581号公報(第3−6頁、図1)
ところが、従来の監視方法によると、電極チップの位置を求めるために必ず空打ちを行っているため、タクトタイムが伸びてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、タクトタイムをより短縮することのできるチップドレッサの状態監視方法、監視装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項1に記載の発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
以下のステップを含むことを特徴とするものである。(1)前記チップドレッサを動作させる第1のステップ。(2)前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させて当該接触圧力を漸増させる第2のステップ。(3)前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第3のステップ。(4)前記ステップ3の所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4のステップ。(5)前記ステップ4の一定時間経過後、前記可動側電極チップの位置を検出する第5のステップ。(6)前記第3および第5のステップで検出した可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップの切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6のステップ。
請求項2に記載の発明は、前記切削量が零の場合は、前記チップドレッサのカッタが回転していないものと判断することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、以下のステップを含むことを特徴とするものである。(1)前記チップドレッサを動作させる第1のステップ。(2)前記可動側電極チップの位置を監視する第8のステップ。(3)前記第1のステップ実行後、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第2のステップ。(4)前記第2のステップ実行後、所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4のステップ。(5)前記第8のステップで監視する可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6のステップ。
請求項4に記載の発明は、前記切削量が所定の範囲を外れたとき、直ちに切削を中止することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、異常であると判断することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させてその接触圧力を漸増させる第2の手段と、前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第3の手段と、前記所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4の手段と、前期一定時間経過後、前記可動側電極チップの位置を検出する第5の手段と、前記第3および第5の手段が検出した可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップの切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6の手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、前記可動側電極チップの位置を監視する第8の手段と、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第2の手段と、所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4の手段と、前記第8の手段が監視する可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6の手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載のチップドレスの状態監視装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明によると、チップドレス中の可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判断することによりチップドレスの状態を監視することができ、タクトへの影響なしにチップドレスの状態監視をすることができる。
また、可動側電極チップの位置を常時監視することにより、切削量が許容範囲を外れた場合には直ちに切削動作を停止させることができ、2次被害を防止することができる。
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の方法を実施するチップドレスの様子を示す説明図である。装置の概略構成は従来例の図3と同様であるので省略する。
図において、22はチップドレッサであり、三相交流モータ3によって駆動される。三相交流モータ3の出力は、ベベルギヤ機構11を介してカッタ13に伝達されるようになっている。
18はロボット等の作業機械に設けられた電動式溶接ガンである。
電動式溶接ガン18のシャンク先端に取り付けられた上下一対の電極チップ20a、20b(以下、上側を「可動側電極チップ」、下側を「固定側電極チップ」と呼ぶ。)を、カッタ13に対して上下から挟むように押し当て、この状態でカッタ13が回転することにより一対の電極チップ20a、20bが同時に切削され、ドレッシングが行われる。なお、従来例同様、一対の電極チップ20a、20bは電動式溶接ガン18に取り付けられたものであり、電動式溶接ガン18に設けられているサーボモータ(電極チップ駆動手段)28がボールネジを駆動することにより、可動側チップ20aが上下方向に移動する。
図2はチップドレッサにおいてチップドレスの状態を監視する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
(ステップ1)スポット溶接作業においては所定の打点数毎に電極チップの先端部の切削を行う必要があるので、所定の打点数の溶接終了後、三相交流モータ3を駆動してチップドレッサ22の動作を開始する。
(ステップ2)電動式溶接ガン18の固定側電極チップをチップドレッサ22のカッタ13付近に動作させ、電動式溶接ガン18の可動側チップ20aをサーボモータ28で駆動することにより、カッタ13に対して上下から挟むようにして、接触圧力を漸増して押し当てながら可動側および固定側電極チップ20a、20bの切削を開始する。
(ステップ3)接触圧力が所定の一定値になったら、そのときの電動式溶接ガン18のサーボモータ回転位置を検出する。すなわち、サーボモータ回転位置から可動側電極チップ20aの位置(第1の可動側電極チップ位置)を検出する。なお、接触圧力が所定の一定値になったときに位置検出を行うのは、接触圧力が増加しているときに位置検出を行っても検出値が安定せず、後述するステップ6での良否判定の精度に影響するからである。
(ステップ4)ステップ3で一定値となった接触圧力を維持しつつ、切削を一定時間継続する。
(ステップ5)一定時間経過後、再度電動式溶接ガン18のサーボモータ回転位置を検出する。すなわち、サーボモータ回転位置から可動側電極チップ20aの位置(第2の可動側電極チップ位置)を検出する。
(ステップ6)チップドレッサ22が正常に回転していれば、可動側電極チップ先端が予め求めた所定量切削されるため、切削開始直後と加圧動作終了直前の電動式溶接ガン18のサーボモータ位置を比較すると、切削分のサーボモータ28の位置変動が存在する。正常切削時の電動式溶接ガン18のサーボモータ位置変動量の基準値(xmm)とその許容範囲(x±ymm)を設定しておくことで、チップドレスの状態の良否を判定することができる。すなわち、第1と第2の可動側の電極チップ位置の差(以下、「切削量」と呼ぶ。)が、設定許容範囲内にあるか否かを判断することにより、チップドレスの状態判定を行うことができる。具体的には以下のように判定を行う。
(1)切削量が、設定許容範囲外で、その設定許容範囲よりも小さいとき
例えば、設定許容範囲が2±1mmで、切削量が0.5mmのような場合である。カッタ13内に切削屑がたまり、可動側電極チップ20aと切削刃の接触面積が減った場合や、カッタ13が磨耗により可動側電極チップ20aに対して滑っている場合等などが考えられるので、ドレス不足であるとして、異常であると判断、通知する。また、切削量が、ゼロであるような極端に小さい場合は、電線や制御線の断線などによりカッタ13がまったく回転していない状態であるとして、異常であると判断、通知する。
(2)切削量が、設定許容範囲内のとき
チップドレスは正常に行われたものと判断する。
(3)切削量が、設定許容範囲外で、その設定許容範囲よりも大きいとき
例えば、設定許容範囲が2±1mmで、切削量が4mmのような場合である。電動式溶接ガン18のサーボモータ位置変動量が許容値を越える例としては、チップドレス中に、電極チップが外れる場合等が考えられるので、過剰ドレス(削り過ぎ)であるとして、異常であると判断、通知する。
(4)切削量が、基準値よりも小さくかつ設定許容範囲の限界に近いとき
例えば、設定許容範囲が2±1mmで、切削量が1.1mmのような場合である。異常までには至らないが、カッタ13内に切削屑がたまり、可動側電極チップ20aとカッタ13の接触面積が減った場合や、カッタ13が磨耗により可動側電極チップ20aに対して滑っている場合等などが考えられるので、カッタ13のチェックが必要であることを通知する。
(ステップ7)挟み込み動作を終了し、サーボモータ28を駆動して電動式溶接ガン18の開放を行う。なお、本ステップは、必ずしもステップ6の後に行う必要は無く、ステップ7と平行してステップ5の後に行ってもよい。
なお、本発明が特許文献1と大きく異なる部分は、チップドレスの前後に空打ちして状態判定をするのではなく、チップドレス中に状態判定をしている点である。
実施例1におけるステップ3および5では、単に所定の条件を満たしたときに第1と第2の可動側電極チップ20aの位置を検出していた。しかし、電極チップ切削中の電動式溶接ガンのサーボモータ位置、すなわち、可動側電極チップ20aの位置を常時監視することで、切削量が許容範囲を外れた場合には直ちに切削動作を停止させることが可能であり、2次被害を防止することができる。
また、切削量が許容範囲を外れた場合だけでなく、実施例1のステップ6で示した判断基準を適用することもできる。
電極チップ切削中の電動式溶接ガン18のサーボモータ28の位置フィードバックデータに対して、カッタ13の回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、電動式溶接ガン18のサーボモータ位置変動周期波形を取り出す。取り出した波形の振幅が所定の大きさを越えた場合には、電極チップがカッタホルダの中心に位置していない状態で切削され、電極チップに偏心が発生している状態であるとして、異常であると判断、通知する。
また、異常な振幅を検出した場合には即時にチップドレス動作を停止し、被害の低減を図ることができる。
上記各実施例においては、溶接ガンがC型溶接ガン構造に設定される電動式溶接ガンであるとして説明したが、加圧シリンダの作用下に開閉可能な一対のガンアームにそれぞれ電極チップが取り付けられたX型溶接ガン構造等を用いてもよい。
また、作業機械は所定の作業を行うための機械であれば、ロボットに限らず任意でかまわない。
本発明の方法を実施するチップドレスの様子を示す説明図 本発明の方法の処理手順を示すフローチャート 従来および本発明の方法を適用した抵抗溶接システムの構成図 従来の処理手順を示すフローチャート
符号の説明
3 三相交流モータ
11 ベベルギヤ機構
13 カッタ
18 電動式溶接ガン
20a 可動側電極チップ
20b 固定側電極チップ
22 チップドレス装置
28 サーボモータ(電極チップ駆動手段)

Claims (8)

  1. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
    以下のステップを含むことを特徴とするチップドレスの状態監視方法:
    (1)前記チップドレッサを動作させる第1のステップ。
    (2)前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させて当該接触圧力を漸増させる第2のステップ。
    (3)前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第3のステップ。
    (4)前記ステップ3の所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4のステップ。
    (5)前記ステップ4の一定時間経過後、前記可動側電極チップの位置を検出する第5のステップ。
    (6)前記第3および第5のステップで検出した可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップの切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6のステップ。
  2. 前記切削量が零の場合は、前記チップドレッサのカッタが回転していないものと判断することを特徴とする請求項1記載のチップドレス監視方法。
  3. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
    以下のステップを含むことを特徴とするチップドレスの状態監視方法:
    (1)前記チップドレッサを動作させる第1のステップ。
    (2)前記可動側電極チップの位置を監視する第8のステップ。
    (3)前記第1のステップ実行後、前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第2のステップ。
    (4)前記第2のステップ実行後、所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4のステップ。
    (5)前記第8のステップで監視する可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6のステップ。
  4. 前記切削量が所定の範囲を外れたとき、直ちに切削を中止することを特徴とする請求項3記載のチップドレスの状態監視方法。
  5. 前記電極チップ駆動手段の位置フィードバックデータに対して、前記カッタの回転周期を取り出すことのできるバンドパスフィルタをかけ、前記電極チップ駆動手段の変動周期波形を取り出し、
    前記変動周期波形の振幅が所定の大きさを超えた場合には、
    異常であると判断することを特徴とする請求項1または3に記載のチップドレスの状態監視方法。
  6. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
    前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させてその接触圧力を漸増させる第2の手段と、
    前記接触圧力が所定の接触圧力になったとき、前記可動側電極チップの位置を検出する第3の手段と、
    前記所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4の手段と、
    前期一定時間経過後、前記可動側電極チップの位置を検出する第5の手段と、
    前記第3および第5の手段が検出した可動側電極チップの位置の差から前記可動側電極チップの切削量を求め、当該切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6の手段と、を備えたことを特徴とするチップドレスの状態監視装置。
  7. 作業機械に設けられたスポット溶接用の電動式溶接ガンと、前記電動式溶接ガンの電極チップを切削するためのカッタを備えたチップドレッサと、を備え、前記電極チップは、電極チップ駆動手段により移動する可動側電極チップと前記可動側電極チップに対向する固定側電極チップとから構成される溶接システムにおいて、
    前記可動側電極チップの位置を監視する第8の手段と、
    前記電極チップを前記チップドレッサのカッタに接触させる第2の手段と、
    所定の接触圧力を維持しながら、当該接触を一定時間継続する第4の手段と、
    前記第8の手段が監視する可動側電極チップの位置から求めた前記可動側電極チップの切削量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する第6の手段と、を備えたことを特徴とするチップドレスの状態監視装置。
  8. 請求項6または7に記載のチップドレスの状態監視装置を備えたことを特徴とするスポット溶接システム。
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