JP3082531B2 - 電極チップの溶着検知方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極チップをサーボモ
ータの回転によって移動させるスポット溶接の技術に関
し、とくに電極チップのフィードバック制御を利用した
電極チップと被溶接物との溶着を検知する方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の生産工場では、車両ボデーの溶
接作業の多くは溶接ロボットによって行なわれる。図１
２は、溶接ロボットによるスポット溶接作業の一例を示
している。図１２に示すように、溶接ロボット１には、
溶接ガン２が取付けられている。溶接ガン２は、溶接ロ
ボット１によって予め教示された車両ボデー６の溶接位
置（打点位置）に逐次位置決めされるようになってい
る。

【０００３】溶接ガン２は、電極チップ３と電極チップ
４とを有しており、電極チップ３が空気圧によって作動
する加圧シリンダ５によって昇降される。溶接ロボット
１によって溶接ガン２が位置決めされた状態では、車両
ボデー６の溶接部位は電極チップ３と電極チップ４とに
よって加圧され、両電極間に溶接電流が流され、スポッ
ト溶接が行なわれる。

【０００４】スポット溶接においては、電極チップの損
耗等に起因する溶接品質の低下を防止するため、溶接電
流は所定値よりも多少高めに設定されている。そのた
め、電極チップの研摩後、電極チップ交換後などには特
に高い溶接電流が電極チップを介して被溶接物に流れ、
電極チップと被溶接物とが溶着することがある。

【０００５】図１３に示すように、従来の加圧シリンダ
によるスポット溶接の場合では、電極チップ３、４が被
溶接物である車両ボデー６に溶着した場合は、溶接ガン
２の加圧開放ができなくなり、加圧開放動作以降の動作
に進むことができなくなる。そのため、溶接作業時間が
予め設定されたサイクルタイムをオーバーすることにな
り、ランプ等の点灯によって溶接異常であることが作業
者に知らされる。

【０００６】図１４は、図１３に示す電極チップ３、４
の溶着Ａが発生した場合の対策手順を示している。ステ
ップ１１で電極チップ３、４の溶着Ａが発生すると、ス
テップ１２においてサイクルタイムオーバーによって溶
接異常である旨のランプが点灯し、その旨が作業者に知
らされる。溶接異常が作業者に知らされると、ステップ
１３において溶接ガン２が加圧解放動作にもかかわらず
閉じているか否かが目視によって確認される。ここで、
電極チップ３、４と被溶接物６との溶着によって溶接ガ
ン２が閉じていると作業者によって確認された場合は、
ステップ１４で作業者が溶接ライン内に入り、電極チッ
プ３、４と被溶接物６との溶着の外しが行われる。

【０００７】ステップ１３において、溶接ガン２が開い
ていると作業者によって確認された場合は、ステップ１
５に進み、溶接が完了しているか否かが作業者によって
確認される。ここで、溶接が完了していると確認された
場合は、ステップ１６に進み、溶接作業の再開によって
次の溶接位置に溶接ガン２が移動する。ステップ１５に
おいて、溶接が完了していないと確認された場合は、ス
テップ１７に進み、その溶接位置でのスポット溶接を実
施し、溶接作業が再開される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
の方法によって電極チップと被溶接物との溶着の検知を
行う場合は、溶着の検知は作業者の目視によって行わざ
るを得ないので、電極チップの溶着の検知に時間がかか
る。したがって、電極チップの溶着に起因する生産ライ
ンの停止時間が長くなり、生産性の点で問題がある。ス
ポット溶接における溶着検出の先行技術として、実開平
２−３２３８５号公報が知られているが、この場合は、
加圧保持の終了時点後、溶着検出のためにワークに電流
を流さなければならないので、上述と同様に溶着の検知
に時間がかかる。また、溶着検出専用の電源や電流セン
サ、増幅回路等が必要となり、装置の構成が複雑とな
る。

【０００９】本発明は、スポット溶接における電極チッ
プと被溶接物との溶着を素早く検知することが可能な電
極チップの溶着検知方法およびその装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る電極チップの溶着検知方法およびその溶
着検知装置は、つぎのように構成されている。 （１）サーボモータの回転により電極チップを移動さ
せ、該電極チップの実際の位置を指令位置に追従させる
フィードバック制御を用いたスポット溶接であって、前
記電極チップが取付けられた溶接ガンの加圧解放動作時
に、少なくとも電極チップの指令位置と電極チップの実
際の位置との差が規定値を越えている場合は、電極チッ
プと被溶接物との溶着が生じていると判定することを特
徴とする電極チップの溶着検知方法。 （２）被溶接物に対して電極チップを進退させるサーボ
モータと、電極チップの位置を検出する電極位置検出手
段と、前記電極チップが指令位置まで移動するようにサ
ーボモータに指令を与える位置指令手段と、溶接ガンの
加圧解放動作時に、前記電極位置検出手段によって検出
される電極チップの位置と前記位置指令手段による電極
チップの指令位置との差が規定値を越えている場合は、
電極チップと被溶接物との溶着が生じていると判定し、
異常表示を指令する溶着判定手段と、を備えたことを特
徴とする電極チップの溶着検知装置。

【００１１】

【作用】このように構成された電極チップの溶着検知方
法およびその装置においては、電極チップと被溶接物と
が溶着している場合は、電極チップが指令位置に追従し
て動くことができなくなる。そのため、溶着状態にある
溶接ガンの加圧解放動作時には、電極チップの指令位置
と電極チップの実際の位置との差が大きくなり、規定値
を越えることになる。電極チップが溶着していない状態
では、電極チップの位置は指令位置に迅速に追従するの
で、指令位置と電極チップの位置との差を規定値と比較
することにより、電極チップと被溶接物との溶着の有無
が判定可能となる。この溶着判定は、溶接ガンの加圧解
放動作開始と同時に行われるので、従来のような目視に
よる溶着の確認や、加圧保持の終了時点後に溶着検出の
ためにワークに電流を流す方法に比べて、溶着の検知を
素早く行うことが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明に係る電極チップの溶着検知
方法およびその装置の望ましい実施例を、図面を参照し
て説明する。

【００１３】第１実施例 図１ないし図６は、本発明の第１実施例を示しており、
とくに自動車のボデーのスポット溶接に適用した例を示
している。まず、本発明の溶着検知方法が適用されるス
ポット溶接装置について説明する。

【００１４】図５は、スポット溶接装置の全体構成を示
している。図５に示すように、スポット溶接装置２０
は、溶接ガン２１、溶接ロボット６１、制御手段７１等
から構成されている。溶接ガン２１は、溶接ロボット６
１の手首部65に取付けられている。溶接ガン２１の開
放、加圧動作および溶接ロボット６１の動きは、制御手
段７１によって制御されるようになっている。

【００１５】図５に示すように、溶接ガン２１は、つぎ
のように構成されている。溶接ガン２１は、Ｃ形フレー
ム２２を有しており、Ｃ形フレーム２２の下部にはホル
ダ２３を介して電極チップ２４が装着されている。Ｃ形
フレーム２２の上部には、サーボモータ２６が取付けら
れている。サーボモータ２６の出力軸には、軸継手２７
を介してボールネジ２８が連結されている。ボールネジ
２８は、軸受部２９ａ，２９ｂを介してＣ形フレーム２
２に回転可能に保持されている。ボールネジ２８には、
ナット３０が螺合されている。ナット３０は、ボールネ
ジ２８の回転に伴ってボールネジ２８の軸方向に移動す
るようになっている。

【００１６】ナット３０の外周部には、連結部材３１が
取付けられている。連結部材３１の一端には、ホルダ３
２を介して電極チップ３３が装着されている。電極チッ
プ３３は、サーボモータ２６の回転によって軸方向に移
動するようになっている。電極チップ３３の位置は、サ
ーボモータ２６の後部に設けられた電極位置検出手段と
してのエンコーダ３４により検出可能となっている。本
実施例では、サーボモータ２６の回転量によって間接的
に電極チップ３３の位置を検出しているが、電極チップ
３３の進退距離を直接検出する電極位置検出手段であっ
てもよい。

【００１７】Ｃ形フレーム２２には、薄板鋼板からなる
被溶接物（車両ボデー）９０の位置ずれを吸収するため
のイコライザ（位置ずれ補正機構部）４１が取付けられ
ている。イコライザ４１は、後述する溶接ロボット６１
の手首に連結されている。Ｃ形フレーム２２は、イコラ
イザ４１を介して後述する溶接ロボット６１の手首部６
５にフローティングされた状態で保持されている。

【００１８】電極チップ３３は、図示されないケーブル
を介してキックレスケーブル５５の一方に電気的に接続
されている。電極チップ２４は、Ｃ形フレーム２２を介
してキックレスケーブル５５の一方に電気的に接続され
ている。キックレスケーブル５５の他方は、溶接ロボッ
ト６１に固定された溶接トランス５６に接続されてい
る。溶接トランス５６は、タイマ機能を有するコントロ
ーラ５７を介して溶接電源（図示略）に接続されてい
る。コントローラ５７は、後述する制御手段７１と接続
されている。

【００１９】溶接ロボット６１は、制御軸が６軸であり
各制御軸毎に設けられたサーボモータ６２によって駆動
されるようになっている。溶接ロボット６１は、周知の
技術であるので、これに関する詳細な説明は省略する。

【００２０】溶接ロボット６１の動きは、制御手段７１
によって制御されるようになっている。制御手段７１に
は、複数の溶接位置が教示されており、溶接ロボット６
１は教示された溶接位置に溶接ガン２１を位置決めする
ようになっている。制御手段７１には、溶接ロボット６
１の各制御軸の位置情報が入力されており、これに基づ
いて溶接ロボット６１によって移動される溶接ガン２１
の位置情報が把握される。また、制御手段７１には、電
極チップ３３の位置情報が電極位置検出手段としてのエ
ンコーダ３４から入力される。

【００２１】図６は、制御手段７１の概略構成を示して
いる。制御手段７１は、メインＣＰＵ７２、サーボＣＰ
Ｕ７３、インタフェース７４、サーボアンプ７５から構
成されている。メインＣＰＵ７２の第１の軌道計算部７
２ａは、溶接ロボット６１自体の軌道計算をする機能を
有しており、第２の軌道計算部７２ｂは、溶接ロボット
６１の軌道を加味した溶接ガン２１の電極チップ３３の
軌道計算を行う機能を有している。また、メインＣＰＵ
７２の加圧力設定部７２ｃは、各溶接打点毎に設定され
る加圧力に対応する負荷電流を指令する機能を有してい
る。

【００２２】サーボＣＰＵ７３は、第１の軌道計算部７
２ａからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、溶接ロボット６１を予め教示された
溶接位置へ所定の速度で移動する指令機能を有してい
る。図５における溶接ロボット６１は、各制御軸毎にサ
ーボモータ６２の速度を検出するタコジェネレータ６３
と、位置検出用のセンサ６４とを有している。

【００２３】サーボＣＰＵ７３は、第２の軌道計算部７
２ｂからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、電極３３を所定の位置へ所定の速度
で移動する指令機能を有している。図６における溶接ガ
ン２１は、サーボモータ２６による電極チップ３３の移
動速度を検出するタコジェネレータ３５と、位置検出用
のエンコーダ３４を有している。また、サーボＣＰＵ７
３は、メインＣＰＵ７２における加圧力設定部７２ｃか
らの指令情報とフィードバックされた負荷電流値との差
により、加圧力に対応した負荷電流を求める機能を有し
ている。

【００２４】インタフェース７４は、サーボＣＰＵ７３
からのデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有
している。サーボアンプ７５は、溶接ロボット６１の各
制御軸のサーボモータ６２に流れる電流を検出し、フィ
ードバックされた電流値と指令値との差に基づいてサー
ボモータ６２の負荷電流を制御するようになっている。
同様に、サーボアンプ７５は、溶接ガン２１の電極チッ
プ３３を移動させるサーボモータ２６に流れるモータ電
流を検出するモータ電流検知手段として機能しており、
フィードバックされた電流値と指令値との差に基づいて
サーボモータ２６のモータ電流を制御するようになって
いる。

【００２５】制御手段７１のメインＣＰＵ７２には、図
４に示す溶着判定手段７６が形成されている。溶着判定
手段７６には、位置指令手段であるサーボＣＰＵ７３か
らの電極チップ３３の指令位置（Ｐ_CMD ）情報と、電極
位置検出手段であるエンコーダ３４からの電極チップ３
３の実際の位置（Ｐ_E ）情報が逐次入力されている。溶
着判定手段７６は、溶接ガン２１の加圧解放動作時に、
電極チップ３３の指令位置Ｐ_CMD と実際の電極チップ３
３の位置Ｐ_E との差が規定値（スレッショルド値）を越
えている場合は、電極チップ２４、３３と被溶接物９０
との溶着が生じている旨の判定し、表示手段７７に異常
表示を指令する機能を有している。溶着判定手段７６
は、メインＣＰＵ７２に格納されたプログラムから構成
されている。

【００２６】本実施例における電極チップ３３の指令位
置Ｐ_CMD は、電極チップ３３の最終位置を示すものでは
なく、最終位置に到達する過程における指令位置であ
る。したがって、本実施例では数ｍｓｅｃ（８ｍｓｅｃ
程度）毎に、指令位置Ｐ_CMD と電極チップ３３の実際の
位置Ｐ_E が溶着判定手段７６に入力され、入力時点毎に
溶着の有無の判定が行われる。

【００２７】つぎに、本発明の電極チップの溶着検知方
法および作用について説明する。自動車の組立ラインで
はコンベアによって車両ボデーが間欠的に移動され、車
両ボデーの停止時にスポット溶接作業が行なわれる。車
両ボデーが所定の位置に位置決めされると、待期状態に
あった溶接ロボット６１によって溶接ガン２１が溶接位
置に向って移動される。

【００２８】図２は、溶接チップ２４、３３と被溶接物
９０との溶着検知の処理手順を示している。ステップ１
００にて処理が開始され、ステップ１１１に進んで、溶
接ガン２１の加圧開放指令後における電極チップ３３の
指令位置Ｐ_CMD と、実際の電極チップ３３の位置情報Ｐ
_E が監視される。つぎに、ステップ１０２に進んで指令
位置Ｐ_CMD と電極３３の実際の位置Ｐ_E との差が規定値
（スレッショルド値）を越えたか否かが溶着判定手段７
６によって判断される。ここで、｜Ｐ_E −Ｐ_{CM D} ｜が規
定値を越えていると判断された場合は、ステップ１０３
に進んで電極チップ２４、３３が被溶接物９０と溶着し
ていると判断し、ステップ１０４に進んで表示手段７７
のランプが点灯し、その旨が作業者に知らされる。

【００２９】このように、電極チップ２４、３３と被溶
接物９０とが溶着している状態では、被溶接物９０に対
して電極チップ２４、３３は動くことができないので、
図３の特性に示すように、指令位置Ｐ_CMD に対して実際
の電極チップ３３の位置Ｐ_Eとの差が大きくなり、電極
チップ２４、３３が被溶接物９０に溶着していると判断
される。ステップ１０２において、電極チップ３３の指
令位置Ｐ_CMD と電極チップ３３の実際の位置Ｐ_E との差
が規定値を越えていないと判断された場合は、電極チッ
プ２４、３３の溶着は生じていないとみなしてステップ
１０５に進み、溶接作業が継続される。ステップ１０４
およびステップ１０５の処理が終了すると、ステップ１
０６に進み、溶着検知の処理は完了する。

【００３０】第２実施例 図７ないし図９は、本発明の第２実施例を示している。
第２実施例が第１実施例と異なるところは、サーボモー
タのモータ電流を加味した溶着検知方法であり、その他
の部分は第１実施例に準じるので、準じる部分に第１実
施例と同一の符号を付すことにより準じる部分の説明を
省略し、異なる部分についてのみ説明する。後述する他
の実施例も同様とする。

【００３１】図９に示すように、本実施例では溶着判定
手段７６には、電極チップ３３の指令位置Ｐ_CMD と、実
際の電極チップ３３の位置Ｐ_E と、サーボモータ２６の
モータ電流値ｉＭが入力されている。溶着判定手段７６
は、溶接ガン２１の加圧解放動作時に、電極チップ３３
の指令位置Ｐ_CMD と電極チップ３３の実際の位置Ｐ_Eと
の差が規定値を越え、かつサーボモータ２６のモータ電
流値ｉＭが規定値（スレッショルド値）を越えている場
合は、電極チップ２４、３３と被溶接物９０との溶着が
生じていると判定し、表示手段７７に異常表示を指令す
る機能を有している。本実施例において、電極チップ２
４、３３の溶着の検知にサーボモータ２６のモータ電流
チップｉＭを加味しているのは、断線等によるサーボモ
ータ２６の故障等を考慮したものであり、電極チップ３
３の位置検出だけでは判定信頼性が低下するからであ
る。

【００３２】このように構成された第２実施例において
は、図７に示す手順で溶着検知の処理が行われる。図７
は、ステップ１１１、１１２の処理のみが第１実施例と
異なっている。ステップ１１１では溶接ガン２１の加圧
解除動作後に、電極チップ３３の指令位置Ｐ_CMD と実際
の電極チップ３３の位置Ｐ_E との差と、サーボモータ２
６のモータ電流値ｉＭが監視される。この処理が終了す
ると、ステップ１１２に進む。

【００３３】ステップ１１２においては、電極チップ３
３の指令位置Ｐ_CMD と実際の電極チップ３３の位置Ｐ_E
との差が規定値を越え、かつサーボモータ２６のモータ
電流値ｉＭが規定値を越えたか否かが判断される。ここ
で、｜Ｐ_E −Ｐ_CMD ｜とｉＭが共に規定値を越えている
と判断された場合は、ステップ１０３に進み、電極チッ
プ２４、３３の溶着であると判断される。

【００３４】ステップ１１２において、｜Ｐ_E −Ｐ_CMD
｜とｉＭが共に規定値を超えていない場合は、電極チッ
プ２４、３３の溶着は発生していないとみなし、ステッ
プ１０５に進んで溶接作業が続行される。このように、
電極チップ２４、３３が被溶接物９０と溶着している場
合は、電極チップ３３が被溶接物９０から離れようとす
る際には、図８に示すように、サーボモータ２６には大
きなモータ電流が流れるので、溶着の有無の判断が確実
となる。

【００３５】第３実施例 図１０および図１１は、本発明の第３実施例を示してい
る。第１実施例および第２実施例では、電極チップ２
３、３３と被溶接物９０との溶着を検知するのみの構成
としたが、本実施例では溶着した部分を加圧解放動作に
よって外すことを可能にしたものである。

【００３６】図１０は、溶着した部分を自動で外すこと
を可能にした処理手順を示しており、第２実施例の図７
の処理にステップ１２１の処理を付加したものである。
本実施例においては、図１０のステップ１０３で電極チ
ップ２４、３３が溶着していると判断された場合は、ス
テップ１２１に進み、図１１に示すように、サーボモー
タ２６のモータ電流を段階的に上昇させて加圧解放力を
高め、溶接ガン２１の開放が試行される。ここで、モー
タ電流を段階的に上昇させるのは、溶接ガン２１の強制
開放によって被溶接物９０の溶着部が変形するのを防止
するためである。

【００３７】ステップ１２１において、溶接ガン２１が
開放したと判断された場合は、ステップ１０５に進んで
溶接作業が続行される。ステップ１２１において、溶接
ガン２１が開放しないと判断された場合は、ステップ１
０４に進み、表示手段７７によって異常表示が表示され
る。したがって、本実施例では溶着の程度が比較的小さ
い場合は、自動で溶着を外すことが可能となるので、作
業者による溶着部分の外し作業が不要となり、第１実施
例および第２実施例に比べて溶接装置の休止時間が大幅
に短縮される。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。 （１）溶接ガンの加圧解放動作時に、少なくとも電極チ
ップの指令位置と電極チップの実際の位置との差が規定
値を越えている場合は、電極チップと被溶接物との溶着
が生じていると判定するようにしたので、電極チップと
被溶接物との溶着を素早く検知することができる。した
がって、電極チップの溶着に起因する生産ラインの停止
時間を短縮することができ、生産性を高めることができ
る。 （２）電極チップのフィードバック制御の機能を溶着検
知に利用しているので、従来のような電極チップの溶着
検知のための特殊機器類を必要とせず、溶着検知装置の
簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電極チップの溶着検
知方法が適用されるスポット溶接装置の概略構成図であ
る。

【図２】図１のスポット溶接装置による電極チップの溶
着検知の処理手順を示すフローチャートである。

【図３】図１のスポット溶接装置における電極チップの
指令位置と実際の電極チップの位置との関係を示す特性
図である。

【図４】図１のスポット溶接装置における溶着検知の制
御ブロック図である。

【図５】図１のスポット溶接装置の全体構成図である。

【図６】図５における制御手段の制御系統図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る電極チップの溶着検
知の処理手順を示すフローチャートである。

【図８】図８のステップ１１２における溶着判定に用い
られる電極チップの位置とサーボモータのモータ電流と
の関係を示す特性図である。

【図９】図８の溶着判定処理に基づく溶着検知の制御ブ
ロック図である。

【図１０】本発明の第３実施例に係る電極チップの溶着
検知の処理手順を示すフローチャートである。

【図１１】図１０のステップ１２１の処理におけるサー
ボモータのモータ電流の変化を示す特性図である。

【図１２】従来のスポット溶接作業の一例を示す斜視図
である。

【図１３】図１２のスポット溶接作業における電極チッ
プと被溶接物との溶着状態を示す拡大断面図である。

【図１４】図１２の溶着状態を検知するための従来の作
業処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２０ スポット溶接装置 ２１ 溶接ガン ２６ サーボモータ ３３ 電極チップ ３４ 電極位置検出手段 ７３ 位置指令手段 ７５ モータ電流検知手段 ７６ 溶着判定手段 ７７ 表示手段 ９０ 被溶接物 Ｐ_E 電極チップの指令位置 Ｐ_CMD 電極チップの実際の位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/00 - 11/36 330

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータの回転により電極チップを
   移動させ、該電極チップの実際の位置を指令位置に追従
   させるフィードバック制御を用いたスポット溶接であっ
   て、前記電極チップが取付けられた溶接ガンの加圧解放
   動作時に、少なくとも電極チップの指令位置と電極チッ
   プの実際の位置との差が規定値を越えている場合は、電
   極チップと被溶接物との溶着が生じていると判定するこ
   とを特徴とする電極チップの溶着検知方法。
2. 【請求項２】 被溶接物に対して電極チップを進退させ
   るサーボモータと、 電極チップの位置を検出する電極位置検出手段と、 前記電極チップが指令位置まで移動するようにサーボモ
   ータに指令を与える位置指令手段と、 溶接ガンの加圧解放動作時に、前記電極位置検出手段に
   よって検出される電極チップの位置と前記位置指令手段
   による電極チップの指令位置との差が規定値を越えてい
   る場合は、電極チップと被溶接物との溶着が生じている
   と判定し、異常表示を指令する溶着判定手段と、を備え
   たことを特徴とする電極チップの溶着検知装置。