JP4512900B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータ駆動のスポット溶接ガンを多関節ロボットと組み合わせたスポット溶接システムの制御装置に係り、特に、溶接電極の保守用などのために複数の電流検出回路を備えたロボット制御装置に関する。

スポット溶接は、溶接電極を被溶接物（以下「ワーク」と記す）にあてて加圧しながら電流を流してワークの溶接を行う。溶接電極の動きをサーボ制御するシステムでは、その際の加圧力を、駆動サーボモータへ流す電流値に基づいて制御することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−５８１５７号公報

図３は、そのようなシステムにおける駆動電流の制御構成を示している。システムは、ロボット（図示なし）の本体先端または本体周辺に取り付けたスポット溶接ガン１と、システム制御用のロボット制御装置１１とを有する。スポット溶接ガン１は、溶接電極をワークに対して押し付けて加圧するためのサーボモータ２を搭載している。

ロボット制御装置１１はサーボアンプ１６を備えていて、このサーボアンプ１６がスポット溶接ガン１のサーボモータ２に接続されている。このサーボモータ２の動作は、サーボアンプ１６のロボット制御ＣＰＵ７が指令して、パワー素子４でサーボモータ２を駆動して行う。 その際のフィードバック制御として、サーボモータ２に流れる電流が電流検出器３によりアナログ検出される。この検出値は、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル変換され、変換されたデータがロボット制御ＣＰＵ７に入力される。ロボット制御ＣＰＵ７は、このデータに基づいて指令値の計算をし、サーボモータ２へ流す電流を制御する。

このようなスポット溶接システムでは、近年、溶接電極の加圧力が増大する傾向にあり、これに伴い加圧力を保持させるためにサーボモータ２へ流す電流も大きくなってきている。それに伴って、前述した電流フィードバック制御用の電流検出器３も、大電流を検出できるものが用いられるようになってきている。

一方、スポット溶接システムでは、ワークに対する溶接作業の外に、スポット溶接ガン１の電極先端の摩耗量検出や電極を成形するドレス作業などの電極保守の際にも、電極の加圧動作を行うことがある。その際の加圧力は、ほとんどの場合、ワークに対する溶接作業ほどの大きさを必要としない。そのため、前述した電極保守の際の加圧動作では、サーボモータ２の電流は比較的小さく、電流検出器３の出力も小さい。

これに対して、前述の通り、従来のロボット制御装置１１は、大電流を検出可能な電流検出器３を用いる傾向にある。これに対応したＡ／Ｄ変換器５は、大電流分を処理する様にビット分解能が割り当てられているので、小さな電流に割り当てられるビットが少なくなり、その結果小さい電流の検出については精度が悪くなる。その為、電極保守の際の加圧動作では、フィードバック制御の精度が低下して、加圧力がばらつくことがある。この場合、適切な加圧力が得られず、電極摩耗量の検出誤差が発生したり、ドレス作業による成形品質が悪くなったりする。その結果、ワークに対する溶接作業自体の品質も悪くなる。

本発明は、ロボット溶接システムにおいて、サーボモータへ流す電流を調整して溶接電極を被溶接物へ押し付ける加圧力を制御する作業、又は、スポット溶接ガンの電極先端の摩耗量検出や電極を成形するドレス作業を含む電極保守の際に電極を加圧する作業、のいずれかに応じた的確な加圧力の付与を可能にするロボット制御装置の提供を目的とする。

本発明による、多関節ロボットと、サーボモータ（２）により溶接電極を駆動する少なくとも１台のスポット溶接ガン（１）とを含む溶接システムを制御するためのロボット制御装置であって、
サーボモータ（２）に流れる電流を検出する電流検出器（３）と、
サーボモータ（２）の作動を制御するとともに、電流検出器（３）の検出値に応じて、サーボモータ（２）へ流す電流を調整し、溶接電極を被溶接物へ押し付ける加圧力を制御するロボット制御ＣＰＵ（７）とを有するロボット制御装置において、
前記電流検出器（３）は、ホール素子（１５）と、該ホール素子（１５）を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線（１７、１８）と、
該複数の配線（１７、１８）のいずれか１つを選択可能にされた切替手段（１２、１３、１４）とを含み、
前記切替手段（１２、１３、１４）は、前記サーボモータ（２）に接続された一次側コネクタ（１５）と、
前記複数の配線（１７、１８）のそれぞれに接続された複数の二次側コネクタ（１３、１４）と、
前記電流検出器（３）の出力をＡ／Ｄ変換してロボット制御ＣＰＵ（７）に送るＡ／Ｄ変換器（５）とを含み、
前記サーボモータ（２）へ流す電流を調整して溶接電極を被溶接物へ押し付ける加圧力を制御する作業のときは前記ホール素子（１５）を挿通させる回数を１回だけとした配線（１７）を使用し、
スポット溶接ガンの電極先端の摩耗量検出や電極を成形するドレス作業を含む電極保守の際に電極を加圧する作業のときは前記ホール素子（１５）を挿通させる回数を複数回とした配線（１８）を使用することを特徴とする。

前述した構成では、電流検出器は、ホール素子を具備し、このホール素子の中を通した配線に流れる電流の磁界を検出し、これを電圧信号として出力するものを使用している。本構成では、ホール素子の中を挿通させる配線の回数を増やせば、電流の値がその回数分倍増される特徴を利用している。すなわち、係る特徴を利用し、本構成における電流検出器は、あらかじめ想定され得る最大電流を測定可能なものを使用し、ホール素子を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線と、これら複数の配線のいずれか１つを選択可能にされた切替手段とを具備するものとしている。

前述した構成では、溶接電極の保守作業時などの小電流を検出する際には、ホール素子内を通る複数の配線の中から、切替手段により、ホール素子内を挿通させた回数が多い配線にサーボモータとの接続を切り替え、これによりサーボモータを通る比較的小さな電流を精度良く検出できるようにする。このように精度良く検出された電流値をＡ／Ｄ変換してロボット制御ＣＰＵへ送り、このデータに基づくフィードバック制御を行うことにより、溶接電極の保守作業時においても的確な加圧力が得られることになる。

なお、前述した切替手段としては、例えば、スポット溶接ガンを駆動するサーボモータに接続された一次側コネクタと、ホール素子を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線のそれぞれに接続された複数の二次側コネクタとすればよい。係る構成とすれば、実施する作業に応じて、作業者が一次側コネクタの接続先を複数の二次側コネクタのいずれか一つに選択的に切り替えることにより、サーボモータに流れる電流の検出精度を最適なものに選択することができるようになる。

また、前述した切替手段としては、例えば、ホール素子を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線のいずれか１つを、ロボット制御ＣＰＵの指令により選択可能にされたマルチプレクサとしてもよい。係る構成とすれば、例えば、溶接電極の保守作業時などの小電流を検出する際には、ロボット制御ＣＰＵの指令により、マルチプレクサが、ホール素子内を通る複数の配線の中からホール素子内を挿通させた回数が多い配線に自動的に切り替えることになるので、作業の自動化を図ることができる。

本発明によると、前述の通り、実際にワークに対してスポット溶接を行う際の加圧力制御を損なうことなく、溶接電極の保守のための比較的に小さい加圧力をも正確に制御し得るので、溶接電極の適切な保守作業が可能である。その結果、この溶接電極を用いたスポット溶接の品質を良好にすることができる。

次に、図１に示す実施例のロボット制御装置２１に基づいて、本発明を説明する。図１中、前述の図３を参照して説明した前述した従来例と同様な構成部分には同じ参照符号を付している。
ロボット制御装置２１は、多関節ロボット（図示なし）およびスポット溶接ガン１とともに、ロボット溶接システムを形成している。スポット溶接ガン１は、多関節ロボットの本体先端または本体周辺に取り付けられていて、溶接電極をワークに対して押し付けて加圧するためのサーボモータ２を搭載している。
なお、ロボット制御装置２１は、ロボット溶接システム全体を制御する構成を備えているが、本発明に関連する箇所を除いて、従来と同様で良い構成部分については図示と説明を省略する。

ロボット制御装置２１はサーボアンプ１６を含み、このサーボアンプ１６は、スポット溶接ガン１のサーボモータ２に電気接続したパワー素子４と、ロボット制御ＣＰＵ７とを有する。このロボット制御ＣＰＵ７は、多関節ロボットおよびスポット溶接ガン１の作動プログラムを内蔵し、パワー素子４に接続している。
さらに、サーボアンプ１６は、サーボモータ２に流れる電流を検出するための電流検出器３を有し、この電流検出器３の出力側には、電流検出器３のアナログの電流値出力をデジタル変換してロボット制御ＣＰＵ７へ入力するための電流検出用Ａ／Ｄ変換器５を有している。

本実施形態において使用される電流検出器３は、ホール素子１５と、切替手段としての一次側コネクタ１２および二次側コネクタ１３、１４とを少なくとも具備している。
このうち、ホール素子１５は、この中を挿通した配線１７、１８に流れる電流により生ずる磁界を検出し、この磁界の大きさを電圧信号として出力するものである。さらに、この電流検出器３は、サーボモータ２に想定される最大電流について、これを正確に検出し得る容量を有するものである。

また、一次側コネクタ１２は一対のメスピンを具備している。
一方、二次側コネクタ１３、１４の一方１３は、ホール素子１５に挿通させる回数を１回だけにした配線１７の両端に接続されており、これら一対のオスピンは二次側コネクタ１３あるいは１４のいずれか一方と接続可能にされている。
また、一次側コネクタ１２の一対のメスピンのそれぞれは、サーボモータ２とサーボアンプ１６のパワー素子４のそれぞれに接続されている。
二次側コネクタ１３、１４の一方１３の一対のメスピンのそれぞれは、１本の配線１７により互いに接続されており、この配線１７はホール素子１５内を１回だけ挿通されている。
二次側コネクタ１３、１４の他方１４のメスピンのそれぞれは、ホール素子１５内を２回挿通している。
ただし、図１に示すように、二次側コネクタ１３の一方１３の１本の配線１７はホール素子１５内を１回だけ挿通しているのに対し、二次側コネクタ１４の一対のオスピン同士を接続した前述の配線１８はホール素子１５内を２回挿通している。

次に、前述した回路構成における作用について説明する。スポット溶接ガン１の動作は、ロボット制御ＣＰＵ７が指令して、パワー素子４でサーボモータ２を駆動して行う。その際に、フィードバック制御として、サーボモータ２に流れる電流が電流検出器３により検出される。電流検出器３の出力は、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル変換され、この変換データがロボット制御ＣＰＵ７へ入力される。ロボット制御ＣＰＵ７は、この変換データに基づいて指令値の計算をし、サーボモータ２へ流す電流を制御する。

この時、実施する作業に応じて、作業者が切替手段としての一次側コネクタ１２の接続先を二次側コネクタ１３または１４のいずれか一方に選択的に切り替えることにより、サーボモータ２に流れる電流の検出精度を選択する。係る点について、以下詳述する。

本実施形態に係るロボット溶接システムでは、スポット溶接ガン１がワークに対してスポット溶接を行うとき、すなわちサーボモータ２に流れる電流が大きくなる作業のときには、サーボモータ２およびパワー素子４に接続されている切替手段としての一次側コネクタ１２の接続先を二次側コネクタ１３または１４の一方に選択する。
これにより、ホール素子１５内を１回だけ挿通した配線１７により、サーボモータ２の電流値が検出されることになる。前述したように、電流検出器３はサーボモータ２に想定される最大電流についてこれを正確に検出し得る容量を有するものであるので、サーボモータ２に流れる電流が大きい場合でも、このときの電流値を正確に検出して、フィードバックすることができるようになる。

一方、溶接電極の摩耗検出やドレス作業などの電極の保守を行うとき、すなわちサーボモータ２に流れる電流が小さくなる作業のときには、サーボモータ２およびパワー素子４に接続されている切替手段としての一次側コネクタ１２の接続先を二次側コネクタ１３または１４の他方１４に選択する。これにより、ホール素子１５内を２回挿通した配線１８により、サーボモータ２の電流値が検出されることになる。係る状況においては、電流により生ずる磁界は接続先を二次側コネクタ１３に選択した前述の場合の２倍となり、これに基づいて発生する電圧信号も２倍となる。そのため、電流検出器３において検出可能な電流範囲は接続先を二次側コネクタ１３に選択した前述の場合の１／２となるが、実際の電流値の２倍の電流を検出可能になる。すなわち、電流検出器３内の電流値データのＳＮ比が２倍向上し、検出データの精度が向上することになる。そして、この電流検出器３の出力からＡ／Ｄ変換器５で得た電流値を、ロボット制御ＣＰＵ７における演算により２で除算することにより、実際の電流値が獲得できることになる。そのため、サーボモータ２を通る比較的少ない電流をも正確に検出して、フィードバックすることができるようになる。

以上のように、本実施形態に係るロボット制御装置では、スポット溶接ガン１がワークに対してスポット溶接を行うとき、および溶接電極の摩耗検出やドレス作業などの電極の保守を行うときのいずれの場合においても、サーボモータ２に流れる電流値を正確に検出してフィードバックすることができるようになるので、溶接電極の動作制御における精度向上が可能となる。

なお、前述した実施形態では、切替手段としてコネクタ１２、１３、１４を使用し、溶接作業用に電流検出器３が具備するホール素子１５内を１回だけ挿通させた配線１７が接続された二次側コネクタ１３に加えて、溶接電極保守用にホール素子１５内を２回挿通させた配線１８が接続された二次側コネクタ１４を設けるものとしている。

なお、前述した実施形態では、切替手段として１つの一次側コネクタ１２および複数個の二次側コネクタ１３、１４を使用していたが、本発明は係るコネクタを使用した切替手段に限定されるものではない。切替手段の他の一例として、図２に示すように、ロボット制御ＣＰＵ７からの指令（制御信号）により接続先を変更可能な機能を有するマルチプレクサ１９を使用してもよい。
この詳細について、図２を参照して説明する。ただし、以下の説明においては、前述の図１に係る実施形態の説明と重複する箇所については、再度の説明は省略する。
また、図２中、前述の図１を参照して説明した前述した実施形態と同様な構成部分には同じ参照符号を付している。
図２に示すように、電流検出器３内にマルチプレクサ（ＭＵＸ）１９を設ける。このマルチプレクサ１９はロボット制御ＣＰＵ７に接続され、実施する作業の内容に応じて、ホール素子１５を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線１７、１８のいずれか１つを選択するようにする。

本発明の一実施形態に係るロボット制御装置２１の構成を示す概略図である。 本発明の他の実施形態に係るロボット制御装置２１の構成を示す概略図である。 従来のロボット制御装置１１の構成を示す概略図である。

１ スポット溶接ガン
２ サーボモータ
３ 電流検出器
４ パワー素子
５ Ａ／Ｄ変換器
６ サーボアンプ
７ ロボット制御ＣＰＵ
１１ ロボット制御装置
１２ 一次側コネクタ（切替手段）
１３、１４ 二次側コネクタ（切替手段）
１５ ホール素子
１６ サーボアンプ
１７ ホール素子１５に挿通させる回数を１回だけとした配線
１８ ホール素子１５に挿通させる回数を２回とした配線
１９ マルチプレクサ（切替手段）
２１ ロボット制御装置

Claims (2)

1. 多関節ロボットと、サーボモータ（２）により溶接電極を駆動する少なくとも１台のスポット溶接ガン（１）とを含む溶接システムを制御するためのロボット制御装置であって、
   サーボモータ（２）に流れる電流を検出する電流検出器（３）と、
   サーボモータ（２）の作動を制御するとともに、電流検出器（３）の検出値に応じて、サーボモータ（２）へ流す電流を調整し、溶接電極を被溶接物へ押し付ける加圧力を制御するロボット制御ＣＰＵ（７）とを有するロボット制御装置において、
   前記電流検出器（３）は、ホール素子（１５）と、該ホール素子（１５）を挿通させる回数を互いに異にした複数の配線（１７、１８）と、
   該複数の配線（１７、１８）のいずれか１つを選択可能にされた切替手段（１２、１３、１４）とを含み、
   前記切替手段（１２、１３、１４）は、前記サーボモータ（２）に接続された一次側コネクタ（１５）と、
   前記複数の配線（１７、１８）のそれぞれに接続された複数の二次側コネクタ（１３、１４）と、
   前記電流検出器（３）の出力をＡ／Ｄ変換してロボット制御ＣＰＵ（７）に送るＡ／Ｄ変換器（５）とを含み、
   前記サーボモータ（２）へ流す電流を調整して溶接電極を被溶接物へ押し付ける加圧力を制御する作業のときは前記ホール素子（１５）を挿通させる回数を１回だけとした配線（１７）を使用し、
   スポット溶接ガンの電極先端の摩耗量検出や電極を成形するドレス作業を含む電極保守の際に電極を加圧する作業のときは前記ホール素子（１５）を挿通させる回数を複数回とした配線（１８）を使用することを特徴とするロボット制御装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記切替手段（１２、１３、１４）はマルチプレクサ（１９）であることを特徴とするロボット制御装置。

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