JP3795175B2

JP3795175B2 - スポット溶接ガンの加圧制御方法

Info

Publication number: JP3795175B2
Application number: JP05640597A
Authority: JP
Inventors: 敏明長沢; 信雄小林; 勲分藤; 幸治小田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH10249535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてロボットに搭載して使用するスポット溶接ガンに適用される加圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスポット溶接ガンとして、特開平６−３２８２６７号公報に見られるように、ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し前記両電極チップの対向方向に駆動源によって移動可能としたものは知られている。
【０００３】
上記スポット溶接ガンは、加圧源によって可動電極チップをワークに当接させると共に、駆動源によるガン本体の移動で固定電極チップをワークに当接させることができ、所謂、イコライズ機能を得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記スポット溶接ガンは、加圧源の加圧力が可動電極チップと、ガン本体を介して固定電極チップとに均等に作用するが、固定電極チップには駆動源による加圧力が付加される。特に、ワークのセット位置の誤差やロボットの位置決め誤差によりスポット溶接ガンに対するワークの相対位置が固定電極チップ側にずれると、固定電極チップに付加される加圧力が大きくなり、ワークに対する固定電極チップの加圧力と可動電極チップの加圧力との差が大きくなる。
【０００５】
ここで、両電極チップの加圧力に差を生ずると、加圧力の小さな電極チップとワークとの接触抵抗が加圧力の大きな電極チップとワークとの接触抵抗より大きくなるため、通電時にワークの発熱中心が加圧力の小さな電極チップ側にずれる。そして、図７（Ｂ）に示すように、ナゲットＮの最大径部が加圧力の小さな電極チップ側（図の上側）にずれ、ワークＷの接合面におけるナゲット径が小さくなり、ワークＷのせん断溶接強度が低下する。また、ワークＷの接合面におけるナゲット径が所要値になるように、電接電流を増加すると、上側のワークＷが溶け過ぎて、スパッタが飛散したり、電極チップが溶着するといった不具合を生ずる。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、固定電極チップの加圧力と可動電極チップの加圧力とを均等化させて、スパッタやチップ溶着を生ずることなく高品質の溶接を行い得られるようにすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し両電極チップの対向方向に駆動源によってワークへ移動可能としたスポット溶接ガンの加圧制御方法において、ワークの打点位置と、固定電極チップ及び可動電極チップの各ランディング開始位置と、ランディング開始位置よりもワークの打点位置から離間した固定電極チップ及び可動電極チップの各開放位置とを設定する過程と、固定電極チップと可動電極チップとがそれぞれのランディング開始位置に同時に到達するように各開放位置に基づいて速度制御する過程と、各ランディング開始位置に到達後、固定電極チップをランディング開始位置に到達する前の速度より低い所定設定速度でワークの打点位置まで上昇させると共に、固定電極チップの所定設定速度に等しい相対速度で可動電極チップをワークの打点位置まで下降させる過程と、固定電極チップがワークに接触したとき上昇を停止し、可動電極チップが相対速度を維持したままワークに当接する過程と、を備える構成を有している。
【０００８】
本発明によれば、固定電極チップがワークへの接触時点の位置に保持されるため、ワークに対する固定電極チップの駆動源による接触圧は極く小さくなる。そのため、ワークに対する固定電極チップの加圧力は、ガン本体を介して作用する可動電極チップのワークに対する加圧反力だけになり、ワークに対する両電極チップの加圧力が均等になる。従って、ワークに対する両電極チップの接触抵抗も均等になり、通電時の発熱中心がワーク接合面に合致する。その結果、ワーク接合面で最大径になるようにナゲットが形成され、せん断溶接強度の高品質の溶接を行い得られ、且つ、スパッタやチップ溶着も生じにくくなる。
【０００９】
尚、固定電極チップのワークへの接触時点を検出するには、駆動源の駆動力の上限値を、固定電極チップがワークに軽く接触したところでガン本体の移動が制止されるような値に設定し、ガン本体の移動速度を検出して、この移動速度が零になった時点を固定電極チップのワークへの接触時点として検出し、或いは、駆動源の駆動負荷を検出し、駆動負荷が増加した時点を固定電極チップのワークへの接触時点として検出すれば良い。
【００１０】
また、固定電極チップと可動電極チップとの夫々についてワークから所定距離離間したランディング開始位置を設定し、固定電極チップと可動電極チップとを夫々の開放位置から閉じ方向に移動させ、両電極チップが夫々のランディング開始位置に到達した後、固定電極チップをランディング開始位置に到達する前の移動速度より低い所定の設定速度で閉じ方向に移動させると共に、可動電極チップをガン本体に対し前記設定速度に等しい相対速度で閉じ方向に移動させる。
【００１１】
ここで、可動電極チップのワークに対する移動速度は、ガン本体に対する可動電極チップの移動速度からガン本体、即ち、固定電極チップの移動速度を減算した速度になる。従って、上記の如く速度を制御すれば、固定電極チップがワークに接触してその移動が停止されるまで、可動電極チップはそのランディング開始位置から動かず、ワークへの固定電極チップの当接後に可動電極チップが設定速度でワークに対し移動してワークに当接する。このように、固定電極チップがワークに当接してから可動電極チップがワークに当接するため、可動電極チップの打撃によるワークの変形を確実に防止することができる。また、ランディング開始位置まで各チップを比較的高速で閉じ動作させることにより、加圧制御に要する時間を短縮して、溶接作業の能率を向上させることもできる。
なお、本発明では、スポット溶接ガンがＣ形ガン及びＸ形ガンのいずれであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、ＲはワークＷの溶接を行うロボットであり、ロボットＲの動作端の手首Ｒａにスポット溶接ガンＧが取付けられている。
【００１３】
スポット溶接ガンＧは、図２に示す如く、手首Ｒａに固定されるガン支持ブラケット１に上下動自在に支持されるガン本体２を備えている。ガン本体２には、下方にのびるＣ形ヨーク２ａが取付けられており、Ｃ形ヨーク２ａの下部先端に固定電極チップたる下チップ３が取付けられている。また、ガン本体２の上面にサーボモータから成る加圧源４を搭載し、加圧源４によりガン本体２内のボールねじ機構（図示せず）を介して上下動されるロッド４ａをガン本体２の下方に突出させ、ロッド４ａの下端に、下チップ３に対向させて可動電極チップたる上チップ５を取付け、Ｃ形のスポット溶接ガンを構成している。
【００１４】
ガン本体２は、図３に示す如く、ガン支持ブラケット１に固定した上下方向に長手の１対のガイドバー１ａに摺動自在に支持されている。そして、ガン支持ブラケット１の上面にサーボモータから成る駆動源６を搭載し、これに連結される上下方向に長手のボールねじ６ａをガン本体２に固定のナット６ｂに螺挿して、駆動源６によりボールねじ機構を介してガン本体２が上下動されるようにしている。尚、このボールねじ機構は、ガン本体２の重量がナット６ｂを介してボールねじ６ａに逆転トルクとして作用するように構成されている。
【００１５】
加圧源４及び駆動源６はガンコントローラ７によって制御される。ガンコントローラ７は、スポット溶接ガンＧがロボットＲの作動でワークＷの所定の打点位置に到達したとき、ロボットコントローラ８からの加圧指令を受けてスポット溶接ガンＧの加圧制御を行う。
【００１６】
加圧制御は図４に示すように行うもので、以下その詳細について説明する。
尚、ティーチング時に、下チップ３と上チップ５の夫々について、ワークＷから所定距離離間したランディング開始位置を設定すると共に、ガン移動時のワークＷへの干渉を防止するために、ランディング開始位置よりもワークＷから離間した開放位置を設定し、これらの位置データをガンコントローラ７に格納しておく。
【００１７】
加圧指令を受けると（Ｓ１）、加圧源４により上チップ５をその開放位置から閉じ方向たる下方に移動すると共に、駆動源６によりガン本体２を上動させて、下チップ３をその開放位置から閉じ方向たる上方に移動する（Ｓ２）。そして、加圧源４及び駆動源６の回転量から割出される上下の各チップ３，５の位置に基づいて速度制御を行い（Ｓ３）、下チップ３と上チップ５とを夫々のランディング開始位置に同時に到達させる。
【００１８】
ここで、上チップ５のワークＷに対する下降速度は、ガン本体２に対する上チップ５の下降速度からガン本体２、即ち、下チップ３の上昇速度を減算した値になる。従って、開放位置とランディング開始位置との間の距離が下チップ３と上チップ５とで等しい場合、上チップ５のガン本体２に対する下降速度を下チップ３の上昇速度の２倍にすることで下チップ３と上チップ５とを夫々のランディング開始位置に同時に到達させることができる。
【００１９】
両チップ３，５がランディング開始位置に到達すると（Ｓ４）、以後下チップ３をランディング開始位置に到達する前の速度より低い所定の設定速度ＶＳで上昇させると共に、上チップ５をガン本体２に対し前記設定速度ＶＳに等しい相対速度で下降させる（Ｓ５）。そして、下チップ３がワークＷに接触したとき（Ｓ６）、ガン本体２、即ち、下チップ３を停止し、下チップ３をワークＷへの接触時点の位置に保持する（Ｓ７）。
【００２０】
下チップ３のワークＷへの接触時点の検出は以下の如くして行うことができる。例えば、駆動源６の駆動力（トルク）の上限値を、固定電極チップ３がワークＷに軽く接触（例えば接触圧５ｋｇｆ）したところでガン本体２の上動が制止されるような値、即ち、ガン本体２の重量を支えるのに必要充分な保持トルクに若干のトルクを加えた値に設定し、ガン本体２の上昇速度を検出して、これが零になった時点を下チップ３のワークＷへの接触時点として検出することができる。尚、保持トルクは溶接ガンＧの姿勢によって変化するが、駆動源６の駆動負荷によって姿勢に応じた保持トルクを割出すことができる。
【００２１】
駆動源６の駆動トルクの上限値を上記の如く設定しなくても、駆動源６の駆動負荷（モータ電流）を検出することにより下チップ３のワークＷへの接触時点を検出することができる。即ち、下チップ３がワークＷに接触すると駆動負荷が増加し、この増加時点を接触時点として検出することができる。この場合、接触検出後に駆動トルクを上記保持トルクに減少し、ワークＷに対する下チップ３の接触圧を実質的に零にした状態で下チップ３を停止する。尚、駆動トルクの上限値を上記の如く設定する場合にも、接触検出後に駆動トルクを保持トルクに減少することが望ましい。
【００２２】
ところで、下チップ３がワークＷに接触するまでは、上チップ５のガン本体２に対する下降速度とガン本体２の上昇速度とが等しいため、上チップ５はそのランディング開始位置に停止しており、下チップ３がワークＷに接触してガン本体３が停止されたところで上チップ５がランディング開始位置から設定速度ＶＳで下降してワークＷに当接する。当接後は、加圧源４による加圧力が上チップ５とガン本体２を介して下チップ３とに均等に作用する。ここで、加圧源４の駆動トルクは、ワークＷへの上チップ５の当接による駆動負荷の増加に応じて増加するが、所要の加圧力に合わせてリミッタ値が設定されており、加圧源４の駆動トルクがリミッタ値に上昇したとき（Ｓ８）、通電プロセスに移行する。
【００２３】
上記制御方法による各チップ３，５の移動速度の変化や位置の変化は図５（Ａ）（Ｂ）に示す通りになる。尚、図５（Ａ）の上チップ５の移動速度はガン本体２に対する相対速度である。
【００２４】
上記制御方式によれば、下チップ３がワークＷへの接触時点の位置に保持されるため、駆動源６によって下チップ３がワークＷに強く当接することはなく、ワークＷに対する下チップ３の加圧力と上チップ５の加圧力との差は実質的に零になる。
【００２５】
また、下チップ３のランディング開始位置と上チップ５のランディング開始位置との間にワークＷが存在する限り、上記と同様の作用で両チップ３，５の加圧力が均等になり、ワークＷのセット誤差やロボットＲの位置決め誤差による溶接ガンＧに対するワークＷの位置ずれに対処できる。
【００２６】
上記の如く両チップ３，５の加圧力を均等にすると、両チップ３，５のワークＷに対する接触抵抗も均等になり、通電時の発熱中心がワークＷの接合面に合致して、図７（Ａ）に示す如く、最大径部がワークＷの接合面に合致するようにナゲットＮが形成され、せん断溶接強度が向上すると共に、スパッタやチップ溶着も生じにくくなる。
【００２７】
また、上記実施形態では、スポット溶接ガンＧをＣ形ガンで構成したが、図６に示すようなＸ形ガンで構成しても良い。このＸ形ガンと上記Ｃ形ガンとの主たる相違点は、ガン本体２に前後方向に長手の下側ガンアーム９を取付けて、その先端に下チップ３を取付けた点と、先端に上チップ５を取付けた前後方向に長手の上側ガンアーム１０を設けて、該アーム１０をガン本体２に枢軸１１を介して上下方向に揺動自在に軸支し、加圧源４により上下動されるロッド４ａに上側ガンアーム１０の基端を小リンク４ｂを介して連結して、該アーム１０を上下に揺動させる点であり、他の構成はＣ形ガンと特に異ならず、Ｃ形ガンと同一の部材に上記と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
このＸ形ガンにおいても、ガンコントローラ７により加圧源４と駆動源６とを上記と同様に制御することで両チップ３，５の加圧力を均等にすることができる。
【００２９】
また、図２及び図６に示すものでは、加圧源４及び駆動源６をサーボモータで構成しているが、これらをサーボシリンダで構成する場合にも同様に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を具備するスポット溶接ガンを搭載したロボットの側面図
【図２】スポット溶接ガンの拡大側面図
【図３】図２のIII−III線截断面図
【図４】加圧制御の一例を示すフロー図
【図５】（Ａ）各チップの速度変化を示すグラフ、（Ｂ）各チップの位置変化を示すグラフ
【図６】スポット溶接ガンの他の例を示す側面図
【図７】（Ａ）両チップの加圧差が無いときに形成されるナゲットを示す図、（Ｂ）加圧力差を生じたときに形成されるナゲットを示す図
【符号の説明】
１ガン支持ブラケット２ガン本体
３下チップ（固定電極チップ）４加圧源
５上チップ（可動電極チップ）６駆動源
７ガンコントローラ

Claims

ガン本体に、ガン本体に対し不動の固定電極チップと、固定電極チップに対し加圧源によって開閉動作される可動電極チップとを設け、ガン本体をガン支持ブラケットに対し上記両電極チップの対向方向に駆動源によってワークへ移動可能としたスポット溶接ガンの加圧制御方法において、
上記ワークの打点位置と、上記固定電極チップ及び上記可動電極チップの各ランディング開始位置と、このランディング開始位置よりも上記ワークの打点位置から離間した上記固定電極チップ及び上記可動電極チップの各開放位置とを設定する過程と、
上記固定電極チップと上記可動電極チップとがそれぞれのランディング開始位置に同時に到達するように上記各開放位置に基づいて速度制御する過程と、
各ランディング開始位置に到達後、上記固定電極チップをランディング開始位置に到達する前の速度より低い所定設定速度で上記ワークの打点位置まで上昇させると共に、この固定電極チップの所定設定速度に等しい相対速度で上記可動電極チップを上記ワークの打点位置まで下降させる過程と、
上記固定電極チップが上記ワークに接触したとき上昇を停止し、上記可動電極チップが上記相対速度を維持したまま上記ワークに当接する過程と、
を備えることを特徴とするスポット溶接ガンの加圧制御方法。
前記固定電極チップの前記ワークへの接触時点の検出は、前記駆動源の駆動力の上限値を、固定電極チップがワークに軽く接触したところで前記ガン本体の移動が制止されるような値に設定し、当該ガン本体の移動速度を検出して、この移動速度が零になった時点を固定電極チップのワークへの接触時点として検出することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧制御方法。
前記固定電極チップの前記ワークへの接触時点の検出は、前記駆動源の駆動負荷を検出し、当該駆動負荷が増加した時点を固定電極チップのワークへの接触時点として検出することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接ガンの加圧制御方法。
前記スポット溶接ガンが、Ｃ形ガン及びＸ形ガンのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスポット溶接ガンの加圧制御方法。