JP3593981B2 - 溶接電極間移動量検出方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接時におけるナゲットの膨張・収縮により一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を検出する溶接電極間移動量検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スポット溶接に代表される抵抗溶接の分野では、溶接品質の良否をリアルタイム（溶接中）で判断するための方法として、被溶接部材に形成されるナゲットの膨張量を、溶接中の溶接電極間移動量として検出することが知られている。これは、溶接中の被溶接物の熱膨張と溶接品質との間に、深い因果関係があることを利用したものである。
【０００３】
そして、被溶接部材の熱膨張という物理現象を、溶接中の溶接電極間移動量としてとらえ、この溶接電極間移動量をどのように検出するか、あるいはその検出結果を加工して溶接品質の代用特性とするかについて、種々の方法が提案されている。
【０００４】
一般的には、溶接ガンの溶接電極間移動量を検出する検出器としては、リニアスケール（直線方向の位置を検出可能なスケール）や、レーザ測距センサ等が用いられる。また、サーボモータを駆動手段とした溶接ガンでは、モータに内蔵ないし付設される位置検出器を用いることも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの溶接電極間移動量の検出器も、直接的に溶接中の被溶接部材の物理現象を計測することはできない。
【０００６】
すなわち、溶接打点の周辺は、溶接治具や被溶接部材との干渉が起こり易くなるため、溶接電極間移動量の検出器は、電極から離れた部位、例えばエアシリンダやサーボモータといった駆動手段における、電極に連結されて（回転ないし直線）移動させられる回転軸やピストンロツドなどの駆動部等の近傍に取り付けざるを得ないものであった。
【０００７】
このため、ナゲットの熱膨張により溶接ガンの電極を押し戻す力が、溶接ガンの撓み、およびエアシリンダやサーボモータの摩擦等の機械的なロスに吸収されてしまい、正確な溶接電極間移動量を検出することができず、結果的に、溶接品質の良否判定の精度を低下させている、という問題があった。
【０００８】
つまり、厳密には電極間寸法の変化量である溶接電極間移動量を検出しているのではなく、電極を移動させる駆動装置における駆動部の移動量を代用的に検出しているに過ぎず、これによる不都合は、特に溶接ガンの撓みが大きくなる大型の溶接ガンの場合に、顕著に現れることになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる溶接電極間移動量検出方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
（１）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出方法であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量と、前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量と、を加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出することを特徴とする溶接電極間移動量検出方法。
（２）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と、前記加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（３）前記加圧力は、前記溶接ガンに設けられた加圧力検出手段により検出されることを特徴とする請求項２に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（４）前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力と前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（５）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と、前記溶接ガンの歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（６）前記歪み量は、前記溶接ガンに設けられた歪み量検出手段により検出されることを特徴とする請求項５に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（７）前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（８）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出装置であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量を検出する駆動部移動量検出手段と、
前記駆動部移動量検出手段により検出される移動量と前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量とを加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出する制御手段と、
を有することを特徴とする溶接電極間移動量検出装置。
（９）前記電極から被溶接部材に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と前記加圧力検出手段により検出される加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
（１０）前記電極から被溶接部材に加圧力が付加されたときの溶接ガンの歪み量を検出する歪み量検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と前記歪み量検出手段により検出される歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１２】
請求項１，２，８，９に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項５，１０に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる上、溶接ガンの歪み量を直接検出するものであるため、歪み量の検出位置の自由度は高く、装置も簡素なものとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を算出することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力による溶接ガンの歪み量をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を算出することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面の図１〜図７及び図１４を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【００２０】
この溶接装置は、溶接ガン１０と制御装置２０よりなる。
【００２１】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。この溶接ガン１０は、通常、ロボットアームの先端などに取り付けられる。
【００２２】
一方、制御装置２０は、中央処理演算装置（ＣＰＵ）２２、補助演算装置２４、および記憶装置２６よりなる。
【００２３】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００２４】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用される。
【００２５】
また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っている。
【００２６】
記憶装置２６は、溶接プログラムや溶接条件（溶接加圧力、溶接電流、通電時間、通電間隔）などを記憶している。
【００２７】
なお、サーボモータを電極駆動手段とした溶接ガンの多くは、ロボットのアプリケーションとして位置付けられているため、制御装置２０は、一般に、ロボット制御装置に内蔵される場合が多い。したがって、溶接ガン１０のモータ１８もロボットの１軸として動作され位置制御されるので、モータ１８には、通常、サーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９が組み込まれている。
【００２８】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段としての加圧力検出器１７が、電極が取り付けられた溶接ガン１０のガンアーム１１に設けられている。具体的には、図１に示すように、加圧力検出器１７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。但し、加圧力検出器１７は、電極間に発生する加圧力と同等の加圧力を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能である。また、加圧力検出器１７としては、例えば圧力センサが使用されるが、具体的にはストレインゲージの入力部にダイヤフラムを介在して得られた圧力値を電気信号として出力する方式や、圧電素子を用いて直接圧力値を電気信号として出力する方式等があるが、これら圧力センサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。そして、加圧力検出器１７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００２９】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００３０】
ところで、溶接ガン１０のガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００３１】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００３２】
図２は溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図３は溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図４は加圧力に基づき溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図、図５は加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【００３３】
図２，３に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐにガンアーム１１の剛性に対応した係数（以下、加圧力に関する剛性係数ｋ１と称する）を乗じて得られる撓み量ｐｋ１と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋ｐｋ１）。ここで、加圧力に関する剛性係数ｋ１は単位加圧力を加えたときのガンアームの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００３４】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量ｐｋ１を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００３５】
ガンアーム１１の撓み量ｐｋ１は、加圧力検出器１７の出力に、加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて求めることができる。ここで、加圧力検出器１７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐをより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出することができる。
【００３６】
図３，４に示すように、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００３７】
すなわち、加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え、このときのガンアーム１１に組み込んだ加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加えたときの加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐ′と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００３８】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、加圧力の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる。
【００３９】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、加圧力に関する剛性係数ｋ１のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００４０】
例えば加圧力とモータ位置との組のデータが、（ｐ，ｈ）、（ｐ′，ｈ′）の２点の場合は、ｋ１＝（ｈ′−ｈ）／（ｐ′−ｐ）となる。
【００４１】
図５に示すように、多数の点のデータを取得する場合には、回帰直線Ａを求めてその傾きを係数ｋ１とすることができる。なお、溶接ガンの剛性が低い場合は、図５において傾きの大きい回帰直線Ｂとなり、剛性が高い場合は、傾きの小さい回帰直線Ｃとなる。
【００４２】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図６，７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求める。
【００４４】
図６に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００４５】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００４６】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、加圧力およびモー夕位置、すなわち加圧力および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、図５に示したような、加圧力と溶接ガンの撓み量の回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する（Ｓ２０）。
【００４７】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）ｐ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００４８】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データｐｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００４９】
次いで、図６により求められたガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｐを、Ｈｎｐ＝（ｐｎ−Ｐ０）×ｋ１の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｐにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００５０】
図１４は、図７の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示す図である。
【００５１】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、加圧力ｐに溶接ガンの加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて得られる撓み量ｐｋ１をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００５２】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００５３】
次に、添付した図面の図８〜図１４を参照して、本発明の第二の実施形態を説明する。
【００５４】
図８は、図１に示す溶接装置の加圧力検出器１７に代えて、歪み量検出器７を設けた場合の概略を示すブロック構成図で、図１と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有しており、この溶接ガン１０は、ロボットアームの先端などに取り付けられる。また、この溶接ガン１０は制御装置２０に接続され、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従って、ＣＰＵ２２にてモータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う等は図１と同様であるので、図示及び詳細説明を省略する。
【００５６】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００５７】
そして、電極１２，１４から被溶接部材１に加圧力が付加される際に、溶接ガン１０の歪み量を検出する歪み量検出手段としての歪み量検出器７が、電極が取り付けられたガンアーム１１に設けられている。具体的には、図８に示すように、歪み量検出器７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。
【００５８】
但し、歪み量検出器７は、電極間に発生する加圧力により生じる歪み量を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能であり、例えば点線で示すようにガンアーム１１に設けてもよい。また、歪み量検出器７としては、例えば歪みセンサが使用されるが、具体的にはストレインゲージより得られる歪み量を直接電気信号として出力する方式や、圧電素子を積層する等により歪み量を電気信号として出力する方式等があり、これら歪みセンサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。特に、第二の実施の形態の歪み量検出器７では、ガンアーム１１等に貼り付けて歪み量を直接検出するものであるので、加圧力検出器１７に比して装着性が良好で構造も簡素である。
【００５９】
そして、歪み量検出器７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００６０】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００６１】
ところで、ガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００６２】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００６３】
図９は、溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図１０は、溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図１１は溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【００６４】
図９，１０に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じるガンアーム１１の歪み量Δｘに関する剛性に対応した係数（以下、歪み量に関する剛性係数ｋ２と称する）を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋Δｘｋ２）。ここで、歪み量に関する剛性係数ｋ２は所定の加圧力により生じる単位歪み量に対する溶接ガンの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００６５】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量Δｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００６６】
ガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２は、歪み量検出器７の出力に、歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて求めることができる。ここで、歪み量検出器７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じる歪み量をより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出することができる。
【００６７】
図１０，１１に示すように、歪み量に基づき求めた溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、当該歪み量とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００６８】
すなわち、歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はＰ０）、ガンアーム１１に組み込んだ歪み量検出器７より歪み量Δｘ０が出力され、この出力値Δｘ０と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。
【００６９】
なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はｐｎ）、前記歪み量検出器７より出力される歪み量Δｘｎと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００７０】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、歪み量の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の剛性係数ｋ２を求めることができる。
【００７１】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に歪み量に関する剛性係数ｋ２を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、歪み量に関する剛性係数ｋ２のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００７２】
例えば歪み量とモータ位置との組のデータが、（Δｘ０，ｈ）、（Δｘｎ，ｈ′）の２点の場合は、ｋ２＝（ｈ′−ｈ）／（Δｘｎ−Δｘ０）となる。
【００７３】
このとき、多数の点のデータを取得する場合には、最小二乗法により回帰直線を求めてその傾きを係数ｋ２とすることができる。この回帰式の導出方法としては、まず溶接ガン１０のモータ１８により任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ０とモータ１８の位置ｈ０を記憶装置に記憶する。次に前回とは異なる任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ１とモータ１８の位置ｈ１を記憶装置２６に記憶する。同様にして、このモータ位置と歪み量を最低２点以上（Δｘ０〜Δｘｎ、ｈ０〜ｈｎ）を取得し、次にそれぞれの点の歪み量の変化量と電極移動方向変化量から最小二乗法を用いて回帰式を導出することができるが、最小二乗法等は公知であるので、詳述は省略する。
【００７４】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図１２，１３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７５】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を求める。
【００７６】
図１２に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００７７】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００７８】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、歪み量およびモー夕位置、すなわち歪み量および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する（Ｓ２０）。
【００７９】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）ｘ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００８０】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データＸｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００８１】
次いで、図１２により求められたガンアーム１１の剛性係数ｋ２を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｘを、Ｈｎｘ＝（ｘｎ−ｘ０）×ｋ２の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｘにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００８２】
ここで図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の例としては、図１４に示す通りである。
【００８３】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、歪み量Δｘに溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００８４】
なお、図８に示すように、歪み量検出器７を溶接ガン１０の可動側電極１２側にある支持部材１６に設けた例を示したが、例えば点線で示すように、固定側電極１４側のガンアーム１１に設けてもよく、このようにガンアーム１１に設けた場合には、加圧力によりガンアーム１１が歪む量は大きくなることから、より大きな出力値が得られ、正確な歪み量が検出できる。すなわち、前記の溶接ガン１０はＣガンタイプと称し、固定電極は被溶接部材との干渉を避ける為大きくまわりこむようなガンアーム１１の構造を有する。この為、固定電極側にある大きく湾曲したガンアーム１１では小さな加圧力で大きな歪み量が得られる。
【００８５】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００８６】
図１５，１６は更に他の実施形態を示すブロック図であるが、第一の実施の形態及び第２の実施の形態では、溶接ガン１０の形態としてＣガンタイプについて説明したが、その他のロボット溶接ガンの形態として加圧力検出器１７と歪み量検出器７のいずれを選択するのが好適かを示したものである。
【００８７】
ここで、図１５は一つの電極で被溶接部材１の片面から押し付けるスタッドガンタイプで、図１６は１対の電極でワークを挟み込むＸガンタイプを示す。
【００８８】
図１５に示すスタッドガンタイプの溶接ガン３０は、アーム３５ａ〜３５ｄ及び関節３１ａ〜３１ｆを備える６自由度ロボットの関節３１ｆに設けた支持部３３に取り付けられている（なお、関節３１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部３３を取り付けてもよい）。そして、支持部３３には、電極ホルダ３６を介して可動側電極１２が設けられ、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。一方、可動側電極１２と対向する位置には、固定部３４に固定側電極１４が設けてある。
【００８９】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９０】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、同じく図示しない送り捩子に連結され、この送り捩子が回転することにより、電極ホルダ３６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９１】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、図外のＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用され、また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っているのであるが、前述したと同様なので説明は省略する。
【００９２】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出器１７が、前記電極ホルダ３６に設けられている。
なお、加圧力検出器１７は図１において説明したものと同様の圧力センサで構成される。
【００９３】
この例で示すスタッドガンタイプでは、加圧力が発生する力点と電極の力点が同軸、あるいは近傍に位置し、長尺なガンアームを持たないため、発生する歪量は微少なものとなる。一方センサの装着性の面では、スタッドガンタイプはガン構造が電極ホルダ３６を介して電極と結合するので、加圧力検出器１７は容易に取り付けできる。そのため、このスタッドガンタイプでは加圧力検出器１７を用いるのが好適である。
【００９４】
図１６に示すＸガンタイプの溶接ガン４０は、アーム４５ａ〜４５ｄ及び関節４１ａ〜４１ｆを備える６自由度ロボットの関節４１ｆに図外の支持部を介して取り付けられている（なお、関節４１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部を取り付けてもよい）。そして、図外の支持部には、電極駆動手段としてのサーボモータ４８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としての図外のエンコーダを有している。また、モータ４８の出力部には、一対のガンアーム４１，４１が設けてあり、図外の駆動伝達機構により一対のガンアーム４１，４１が開閉駆動されるようになっているが、公知の技術であるので図示及び説明は省略する。また、溶接ガン４０の一対のガンアーム４１，４１の先端部には、それぞれ可動側電極１２，１２が設けてあり、一対のガンアーム４１が閉動作することにより、可動側電極１２，１２が被溶接部材１を狭持して所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９５】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９６】
本実施形態では特に、可動側電極１２，１２を設けた一対のガンアーム４１，４１のそれぞれに、被溶接部材１に所定の加圧力が付与されたとき生じる歪み量を検出する歪み量検出器７，７が設けられている。
【００９７】
なお、歪み量検出器７は図８に示す第二の実施の形態として説明したものと同様の歪みセンサで構成される。
【００９８】
この例で示すＸガンタイプは、可動電極側双方にガンアーム４１，４１を持ち、加圧力が発生する力点と電極の力点の軸が長いため、両ガンアーム４１，４１に発生する歪量は大きくなる。一方、センサの装着性の面では、加圧力検出器ではガンアーム４１，４１の一部として組み込み、直接的に加圧力を受けなければならず、溶接電流の電路となるガンアーム４１，４１への取付けは構造を複雑にせざるを得ない。これに対し、歪み量検出器７の場合はガンアーム４１，４１の側面に貼り付けるだけでよいので、貼り付けは容易である。そのため、このタイプでは歪み量検出器７を用いるのが好適である。
【００９９】
なお、図１、図８に示すＣガンタイプでは、前述したように可動電極側に圧力センサを設けると取付けが容易であるが歪量は微少となるため、可動側電極にセンサを設ける場合には、加圧力検出器が好適である。
【０１００】
一方、固定側電極では長尺で大きく湾曲したガンアーム１１があるので、小さな加圧力で大きな歪み量が得られるので、固定側電極にセンサを設ける場合には、歪み量検出器を設けるのが好適である。また歪み量検出器は、直接ガンアーム１１に貼り付けて歪み量を検出するものであるので、貼り付け位置の自由度が高く、装着も容易で装置も簡素である。
【０１０１】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、電極駆動手段としてサーボモータを利用した溶接装置を示したが、これに代えてオイルシリンダやエアシリンダを用いたものであってもよく、このような場合、電極駆動手段の駆動部の移動量を検出する手段としては、例えばピストンの出、戻り量を計測するゲージが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【図２】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図３】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図４】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図５】加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【図６】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図７】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図９】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図１０】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図１１】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図１２】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図１３】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図１４】図７または図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示すである。
【図１５】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図１６】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１・・・被溶接部材、
２・・・ナゲット、
７・・・歪み量検出器（歪み量検出手段）、
１０・・・溶接ガン、
１１・・・ガンアーム、
１２、１４・・・電極、
１７・・・加圧力検出器（加圧力検出手段）、
１８・・・サーボモータ（電極駆動手段）、
１９・・・エンコーダ（駆動部移動量検出手段）、
２０・・・制御装置、
４１・・・ガンアーム、
ｋ１・・・加圧力に関する剛性係数、
ｋ２・・・歪み量に関する剛性係数。
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接時におけるナゲットの膨張・収縮により一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を検出する溶接電極間移動量検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スポット溶接に代表される抵抗溶接の分野では、溶接品質の良否をリアルタイム（溶接中）で判断するための方法として、被溶接部材に形成されるナゲットの膨張量を、溶接中の溶接電極間移動量として検出することが知られている。これは、溶接中の被溶接物の熱膨張と溶接品質との間に、深い因果関係があることを利用したものである。
【０００３】
そして、被溶接部材の熱膨張という物理現象を、溶接中の溶接電極間移動量としてとらえ、この溶接電極間移動量をどのように検出するか、あるいはその検出結果を加工して溶接品質の代用特性とするかについて、種々の方法が提案されている。
【０００４】
一般的には、溶接ガンの溶接電極間移動量を検出する検出器としては、リニアスケール（直線方向の位置を検出可能なスケール）や、レーザ測距センサ等が用いられる。また、サーボモータを駆動手段とした溶接ガンでは、モータに内蔵ないし付設される位置検出器を用いることも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの溶接電極間移動量の検出器も、直接的に溶接中の被溶接部材の物理現象を計測することはできない。
【０００６】
すなわち、溶接打点の周辺は、溶接治具や被溶接部材との干渉が起こり易くなるため、溶接電極間移動量の検出器は、電極から離れた部位、例えばエアシリンダやサーボモータといった駆動手段における、電極に連結されて（回転ないし直線）移動させられる回転軸やピストンロツドなどの駆動部等の近傍に取り付けざるを得ないものであった。
【０００７】
このため、ナゲットの熱膨張により溶接ガンの電極を押し戻す力が、溶接ガンの撓み、およびエアシリンダやサーボモータの摩擦等の機械的なロスに吸収されてしまい、正確な溶接電極間移動量を検出することができず、結果的に、溶接品質の良否判定の精度を低下させている、という問題があった。
【０００８】
つまり、厳密には電極間寸法の変化量である溶接電極間移動量を検出しているのではなく、電極を移動させる駆動装置における駆動部の移動量を代用的に検出しているに過ぎず、これによる不都合は、特に溶接ガンの撓みが大きくなる大型の溶接ガンの場合に、顕著に現れることになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる溶接電極間移動量検出方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
（１）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出方法であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量と、前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量と、を加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出することを特徴とする溶接電極間移動量検出方法。
（２）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と、前記加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（３）前記加圧力は、前記溶接ガンに設けられた加圧力検出手段により検出されることを特徴とする請求項２に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（４）前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力と前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（５）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と、前記溶接ガンの歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（６）前記歪み量は、前記溶接ガンに設けられた歪み量検出手段により検出されることを特徴とする請求項５に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（７）前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（８）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出装置であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量を検出する駆動部移動量検出手段と、
前記駆動部移動量検出手段により検出される移動量と前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量とを加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出する制御手段と、
を有することを特徴とする溶接電極間移動量検出装置。
（９）前記電極から被溶接部材に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と前記加圧力検出手段により検出される加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
（１０）前記電極から被溶接部材に加圧力が付加されたときの溶接ガンの歪み量を検出する歪み量検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と前記歪み量検出手段により検出される歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１２】
請求項１，２，８，９に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項５，１０に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる上、溶接ガンの歪み量を直接検出するものであるため、歪み量の検出位置の自由度は高く、装置も簡素なものとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を算出することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力による溶接ガンの歪み量をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を算出することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面の図１〜図７及び図１４を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【００２０】
この溶接装置は、溶接ガン１０と制御装置２０よりなる。
【００２１】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。この溶接ガン１０は、通常、ロボットアームの先端などに取り付けられる。
【００２２】
一方、制御装置２０は、中央処理演算装置（ＣＰＵ）２２、補助演算装置２４、および記憶装置２６よりなる。
【００２３】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００２４】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用される。
【００２５】
また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っている。
【００２６】
記憶装置２６は、溶接プログラムや溶接条件（溶接加圧力、溶接電流、通電時間、通電間隔）などを記憶している。
【００２７】
なお、サーボモータを電極駆動手段とした溶接ガンの多くは、ロボットのアプリケーションとして位置付けられているため、制御装置２０は、一般に、ロボット制御装置に内蔵される場合が多い。したがって、溶接ガン１０のモータ１８もロボットの１軸として動作され位置制御されるので、モータ１８には、通常、サーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９が組み込まれている。
【００２８】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段としての加圧力検出器１７が、電極が取り付けられた溶接ガン１０のガンアーム１１に設けられている。具体的には、図１に示すように、加圧力検出器１７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。但し、加圧力検出器１７は、電極間に発生する加圧力と同等の加圧力を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能である。また、加圧力検出器１７としては、例えば圧力センサが使用されるが、具体的にはストレインゲージの入力部にダイヤフラムを介在して得られた圧力値を電気信号として出力する方式や、圧電素子を用いて直接圧力値を電気信号として出力する方式等があるが、これら圧力センサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。そして、加圧力検出器１７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００２９】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００３０】
ところで、溶接ガン１０のガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００３１】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００３２】
図２は溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図３は溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図４は加圧力に基づき溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図、図５は加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【００３３】
図２，３に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐにガンアーム１１の剛性に対応した係数（以下、加圧力に関する剛性係数ｋ１と称する）を乗じて得られる撓み量ｐｋ１と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋ｐｋ１）。ここで、加圧力に関する剛性係数ｋ１は単位加圧力を加えたときのガンアームの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００３４】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量ｐｋ１を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００３５】
ガンアーム１１の撓み量ｐｋ１は、加圧力検出器１７の出力に、加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて求めることができる。ここで、加圧力検出器１７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐをより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出することができる。
【００３６】
図３，４に示すように、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００３７】
すなわち、加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え、このときのガンアーム１１に組み込んだ加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加えたときの加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐ′と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００３８】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、加圧力の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる。
【００３９】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、加圧力に関する剛性係数ｋ１のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００４０】
例えば加圧力とモータ位置との組のデータが、（ｐ，ｈ）、（ｐ′，ｈ′）の２点の場合は、ｋ１＝（ｈ′−ｈ）／（ｐ′−ｐ）となる。
【００４１】
図５に示すように、多数の点のデータを取得する場合には、回帰直線Ａを求めてその傾きを係数ｋ１とすることができる。なお、溶接ガンの剛性が低い場合は、図５において傾きの大きい回帰直線Ｂとなり、剛性が高い場合は、傾きの小さい回帰直線Ｃとなる。
【００４２】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図６，７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求める。
【００４４】
図６に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００４５】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００４６】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、加圧力およびモー夕位置、すなわち加圧力および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、図５に示したような、加圧力と溶接ガンの撓み量の回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する（Ｓ２０）。
【００４７】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）ｐ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００４８】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データｐｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００４９】
次いで、図６により求められたガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｐを、Ｈｎｐ＝（ｐｎ−Ｐ０）×ｋ１の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｐにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００５０】
図１４は、図７の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示す図である。
【００５１】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、加圧力ｐに溶接ガンの加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて得られる撓み量ｐｋ１をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００５２】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００５３】
次に、添付した図面の図８〜図１４を参照して、本発明の第二の実施形態を説明する。
【００５４】
図８は、図１に示す溶接装置の加圧力検出器１７に代えて、歪み量検出器７を設けた場合の概略を示すブロック構成図で、図１と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有しており、この溶接ガン１０は、ロボットアームの先端などに取り付けられる。また、この溶接ガン１０は制御装置２０に接続され、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従って、ＣＰＵ２２にてモータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う等は図１と同様であるので、図示及び詳細説明を省略する。
【００５６】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００５７】
そして、電極１２，１４から被溶接部材１に加圧力が付加される際に、溶接ガン１０の歪み量を検出する歪み量検出手段としての歪み量検出器７が、電極が取り付けられたガンアーム１１に設けられている。具体的には、図８に示すように、歪み量検出器７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。
【００５８】
但し、歪み量検出器７は、電極間に発生する加圧力により生じる歪み量を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能であり、例えば点線で示すようにガンアーム１１に設けてもよい。また、歪み量検出器７としては、例えば歪みセンサが使用されるが、具体的にはストレインゲージより得られる歪み量を直接電気信号として出力する方式や、圧電素子を積層する等により歪み量を電気信号として出力する方式等があり、これら歪みセンサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。特に、第二の実施の形態の歪み量検出器７では、ガンアーム１１等に貼り付けて歪み量を直接検出するものであるので、加圧力検出器１７に比して装着性が良好で構造も簡素である。
【００５９】
そして、歪み量検出器７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００６０】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００６１】
ところで、ガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００６２】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００６３】
図９は、溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図１０は、溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図１１は溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【００６４】
図９，１０に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じるガンアーム１１の歪み量Δｘに関する剛性に対応した係数（以下、歪み量に関する剛性係数ｋ２と称する）を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋Δｘｋ２）。ここで、歪み量に関する剛性係数ｋ２は所定の加圧力により生じる単位歪み量に対する溶接ガンの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００６５】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量Δｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００６６】
ガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２は、歪み量検出器７の出力に、歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて求めることができる。ここで、歪み量検出器７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じる歪み量をより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出することができる。
【００６７】
図１０，１１に示すように、歪み量に基づき求めた溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、当該歪み量とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００６８】
すなわち、歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はＰ０）、ガンアーム１１に組み込んだ歪み量検出器７より歪み量Δｘ０が出力され、この出力値Δｘ０と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。
【００６９】
なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はｐｎ）、前記歪み量検出器７より出力される歪み量Δｘｎと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００７０】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、歪み量の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の剛性係数ｋ２を求めることができる。
【００７１】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に歪み量に関する剛性係数ｋ２を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、歪み量に関する剛性係数ｋ２のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００７２】
例えば歪み量とモータ位置との組のデータが、（Δｘ０，ｈ）、（Δｘｎ，ｈ′）の２点の場合は、ｋ２＝（ｈ′−ｈ）／（Δｘｎ−Δｘ０）となる。
【００７３】
このとき、多数の点のデータを取得する場合には、最小二乗法により回帰直線を求めてその傾きを係数ｋ２とすることができる。この回帰式の導出方法としては、まず溶接ガン１０のモータ１８により任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ０とモータ１８の位置ｈ０を記憶装置に記憶する。次に前回とは異なる任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ１とモータ１８の位置ｈ１を記憶装置２６に記憶する。同様にして、このモータ位置と歪み量を最低２点以上（Δｘ０〜Δｘｎ、ｈ０〜ｈｎ）を取得し、次にそれぞれの点の歪み量の変化量と電極移動方向変化量から最小二乗法を用いて回帰式を導出することができるが、最小二乗法等は公知であるので、詳述は省略する。
【００７４】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図１２，１３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７５】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を求める。
【００７６】
図１２に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００７７】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００７８】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、歪み量およびモー夕位置、すなわち歪み量および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する（Ｓ２０）。
【００７９】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）ｘ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００８０】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データＸｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００８１】
次いで、図１２により求められたガンアーム１１の剛性係数ｋ２を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｘを、Ｈｎｘ＝（ｘｎ−ｘ０）×ｋ２の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｘにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００８２】
ここで図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の例としては、図１４に示す通りである。
【００８３】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、歪み量Δｘに溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００８４】
なお、図８に示すように、歪み量検出器７を溶接ガン１０の可動側電極１２側にある支持部材１６に設けた例を示したが、例えば点線で示すように、固定側電極１４側のガンアーム１１に設けてもよく、このようにガンアーム１１に設けた場合には、加圧力によりガンアーム１１が歪む量は大きくなることから、より大きな出力値が得られ、正確な歪み量が検出できる。すなわち、前記の溶接ガン１０はＣガンタイプと称し、固定電極は被溶接部材との干渉を避ける為大きくまわりこむようなガンアーム１１の構造を有する。この為、固定電極側にある大きく湾曲したガンアーム１１では小さな加圧力で大きな歪み量が得られる。
【００８５】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００８６】
図１５，１６は更に他の実施形態を示すブロック図であるが、第一の実施の形態及び第２の実施の形態では、溶接ガン１０の形態としてＣガンタイプについて説明したが、その他のロボット溶接ガンの形態として加圧力検出器１７と歪み量検出器７のいずれを選択するのが好適かを示したものである。
【００８７】
ここで、図１５は一つの電極で被溶接部材１の片面から押し付けるスタッドガンタイプで、図１６は１対の電極でワークを挟み込むＸガンタイプを示す。
【００８８】
図１５に示すスタッドガンタイプの溶接ガン３０は、アーム３５ａ〜３５ｄ及び関節３１ａ〜３１ｆを備える６自由度ロボットの関節３１ｆに設けた支持部３３に取り付けられている（なお、関節３１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部３３を取り付けてもよい）。そして、支持部３３には、電極ホルダ３６を介して可動側電極１２が設けられ、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。一方、可動側電極１２と対向する位置には、固定部３４に固定側電極１４が設けてある。
【００８９】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９０】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、同じく図示しない送り捩子に連結され、この送り捩子が回転することにより、電極ホルダ３６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９１】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、図外のＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用され、また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っているのであるが、前述したと同様なので説明は省略する。
【００９２】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出器１７が、前記電極ホルダ３６に設けられている。
なお、加圧力検出器１７は図１において説明したものと同様の圧力センサで構成される。
【００９３】
この例で示すスタッドガンタイプでは、加圧力が発生する力点と電極の力点が同軸、あるいは近傍に位置し、長尺なガンアームを持たないため、発生する歪量は微少なものとなる。一方センサの装着性の面では、スタッドガンタイプはガン構造が電極ホルダ３６を介して電極と結合するので、加圧力検出器１７は容易に取り付けできる。そのため、このスタッドガンタイプでは加圧力検出器１７を用いるのが好適である。
【００９４】
図１６に示すＸガンタイプの溶接ガン４０は、アーム４５ａ〜４５ｄ及び関節４１ａ〜４１ｆを備える６自由度ロボットの関節４１ｆに図外の支持部を介して取り付けられている（なお、関節４１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部を取り付けてもよい）。そして、図外の支持部には、電極駆動手段としてのサーボモータ４８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としての図外のエンコーダを有している。また、モータ４８の出力部には、一対のガンアーム４１，４１が設けてあり、図外の駆動伝達機構により一対のガンアーム４１，４１が開閉駆動されるようになっているが、公知の技術であるので図示及び説明は省略する。また、溶接ガン４０の一対のガンアーム４１，４１の先端部には、それぞれ可動側電極１２，１２が設けてあり、一対のガンアーム４１が閉動作することにより、可動側電極１２，１２が被溶接部材１を狭持して所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９５】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９６】
本実施形態では特に、可動側電極１２，１２を設けた一対のガンアーム４１，４１のそれぞれに、被溶接部材１に所定の加圧力が付与されたとき生じる歪み量を検出する歪み量検出器７，７が設けられている。
【００９７】
なお、歪み量検出器７は図８に示す第二の実施の形態として説明したものと同様の歪みセンサで構成される。
【００９８】
この例で示すＸガンタイプは、可動電極側双方にガンアーム４１，４１を持ち、加圧力が発生する力点と電極の力点の軸が長いため、両ガンアーム４１，４１に発生する歪量は大きくなる。一方、センサの装着性の面では、加圧力検出器ではガンアーム４１，４１の一部として組み込み、直接的に加圧力を受けなければならず、溶接電流の電路となるガンアーム４１，４１への取付けは構造を複雑にせざるを得ない。これに対し、歪み量検出器７の場合はガンアーム４１，４１の側面に貼り付けるだけでよいので、貼り付けは容易である。そのため、このタイプでは歪み量検出器７を用いるのが好適である。
【００９９】
なお、図１、図８に示すＣガンタイプでは、前述したように可動電極側に圧力センサを設けると取付けが容易であるが歪量は微少となるため、可動側電極にセンサを設ける場合には、加圧力検出器が好適である。
【０１００】
一方、固定側電極では長尺で大きく湾曲したガンアーム１１があるので、小さな加圧力で大きな歪み量が得られるので、固定側電極にセンサを設ける場合には、歪み量検出器を設けるのが好適である。また歪み量検出器は、直接ガンアーム１１に貼り付けて歪み量を検出するものであるので、貼り付け位置の自由度が高く、装着も容易で装置も簡素である。
【０１０１】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、電極駆動手段としてサーボモータを利用した溶接装置を示したが、これに代えてオイルシリンダやエアシリンダを用いたものであってもよく、このような場合、電極駆動手段の駆動部の移動量を検出する手段としては、例えばピストンの出、戻り量を計測するゲージが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【図２】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図３】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図４】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図５】加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【図６】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図７】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図９】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図１０】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図１１】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図１２】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図１３】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図１４】図７または図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示すである。
【図１５】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図１６】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１・・・被溶接部材、
２・・・ナゲット、
７・・・歪み量検出器（歪み量検出手段）、
１０・・・溶接ガン、
１１・・・ガンアーム、
１２、１４・・・電極、
１７・・・加圧力検出器（加圧力検出手段）、
１８・・・サーボモータ（電極駆動手段）、
１９・・・エンコーダ（駆動部移動量検出手段）、
２０・・・制御装置、
４１・・・ガンアーム、
ｋ１・・・加圧力に関する剛性係数、
ｋ２・・・歪み量に関する剛性係数。
Claims (10)
- 溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出方法であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量と、前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量と、を加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出することを特徴とする溶接電極間移動量検出方法。 - 前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と、前記加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 前記加圧力は、前記溶接ガンに設けられた加圧力検出手段により検出されることを特徴とする請求項２に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力と前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と、前記溶接ガンの歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 前記歪み量は、前記溶接ガンに設けられた歪み量検出手段により検出されることを特徴とする請求項５に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接電極間移動量検出方法。
- 溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出装置であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量を検出する駆動部移動量検出手段と、
前記駆動部移動量検出手段により検出される移動量と前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量とを加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出する制御手段と、
を有することを特徴とする溶接電極間移動量検出装置。 - 前記電極から被溶接部材に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と前記加圧力検出手段により検出される加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
- 前記電極から被溶接部材に加圧力が付加されたときの溶接ガンの歪み量を検出する歪み量検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と前記歪み量検出手段により検出される歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
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