JP6062908B2 - 被加圧物へ作用する加圧力を一定とすることができるスポット溶接システム、方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被加圧物へ作用する加圧力を一定とすることができるスポット溶接システム、方法、およびコンピュータプログラムに関する。

スポット溶接ガンの可動電極から、被溶接ワーク等の被加圧物に作用する加圧力は、
スポット溶接ガンの姿勢毎に変化する。このように変化する加圧力を一定とするために、圧力センサを用いて、スポット溶接ガンの姿勢毎に可動電極による加圧力の変化を計測し、計測された該加圧力の変化に基づいて、可動電極を駆動するサーボモータへの加圧力指令を校正する技術が知られている（例えば、特許文献１および２）。

特開２００４−１９５５４５号公報 特開２００５−６６６５４号公報

上述した従来の手法によれば、スポット溶接ガンの姿勢を複数回に亘って変更し、それぞれの姿勢において圧力センサによって可動電極による加圧力を計測していたので、校正作業が煩雑となっていた。

本発明の一態様において、スポット溶接システムは、対向電極、該対向電極に対して移動可能に配置される可動電極、および可動電極を駆動する駆動部を有するスポット溶接ガンと、可動電極の位置を検出する位置検出部とを備える。

また、このスポット溶接システムは、スポット溶接ガンを予め定められた第１の姿勢に配置させて、駆動部を第１の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの第１の位置と、スポット溶接ガンを第１の姿勢とは異なる第２の姿勢に配置させて、駆動部を第１の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの第２の位置と、第１の加圧力指令とに基づいて、第１の姿勢にて可動電極から被加圧物へ作用する第１の加圧力と、第２の姿勢にて可動電極から被加圧物へ作用する第２の加圧力との間の変化量を算出する加圧力変化量算出部を備える。

ここで、第１の加圧力指令と第１の加圧力とは、互いに一致する。駆動部は、サーボモータを有してもよい。第１の加圧力指令と第１の加圧力とを互いに一致させるように、第１の姿勢において第１の加圧力指令でサーボモータを駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの該サーボモータからのフィードバック値と、第１の加圧力との間の相関関係が、予め校正されてもよい。

加圧力変化量算出部は、第１の位置に対する第２の位置の比と、第１の加圧力に対する第２の加圧力の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、変化量を算出してもよい。

加圧力変化量算出部は、スポット溶接ガンを第１の姿勢に配置させ、駆動部を第３の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの第３の位置と、第３の加圧力指令とにさらに基づいて、変化量を算出してもよい。

加圧力変化量算出部は、第１の位置と第３の位置との差に対する、第２の位置と第３の位置との差の比と、第１の加圧力と第３の加圧力指令との差に対する、第２の加圧力と第３の加圧力指令との差の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、変化量を算出してもよい。

スポット溶接ガンは、対向電極を支持する第１のアームと、可動電極を支持し、第１のアームに対して移動可能に設けられる第２のアームとをさらに有してもよい。

スポット溶接システムは、可動電極によって対向電極を予め定められた力で加圧したときの、第１のアームの第１の撓み量および第２のアームの第２の撓み量の和に対する該第１の撓み量の比率を、位置検出部によって検出された位置に乗算することによって該位置を補正する位置補正部をさらに備えてもよい。

スポット溶接システムは、加圧力変化量算出部によって算出された変化量に基づいて、第２の姿勢において駆動部を駆動させるための第２の加圧力指令を決定する加圧力指令決定部をさらに備えてもよい。

加圧力変化量算出部は、スポット溶接ガンを、第１の姿勢とは異なる複数の姿勢に配置させ、該複数の姿勢毎に、駆動部を第１の加圧力指令で駆動したときに可動電極から対向電極へ作用する加圧力と第１の加圧力との間の変化量を算出し、算出した複数の該変化量に基づいて、スポット溶接ガンの姿勢と該変化量との相関関係を算出してもよい。被加圧物は、対向電極であってもよい。

本発明の他の態様において、この方法は、対向電極、該対向電極に対して移動可能な可動電極、および該可動電極を駆動する駆動部を有するスポット溶接ガンにおいて、該スポット溶接ガンの姿勢に応じて変化する、可動電極から被加圧物へ加えられる加圧力の変化量を算出するためのものである。

この方法は、スポット溶接ガンを第１の姿勢に配置させることと、駆動部を第１の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの、可動電極の第１の位置を検出することと、スポット溶接ガンを、第１の位置とは異なる第２の姿勢に配置させることとを備える。

また、この方法は、駆動部を第１の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの、可動電極の第２の位置を検出することと、第１の位置、第２の位置、および第１の加圧力指令に基づいて、第１の姿勢にて可動電極から被加圧物へ加えられた第１の加圧力と、第２の姿勢にて可動電極から被加圧物へ加えられた第２の加圧力との間の変化量を算出することとを備える。

ここで、第１の加圧力指令と第１の加圧力とは、互いに一致する。この方法は、第１の加圧力指令と第１の加圧力とを互いに一致させるように、第１の姿勢において第１の加圧力指令でサーボモータを駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときのサーボモータからのフィードバック値と、第１の加圧力との間の相関関係を予め校正することをさらに備えてもよい。

この方法は、変化量を算出するときに、第１の位置に対する第２の位置の比と、第１の加圧力に対する第２の加圧力の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、該変化量を算出してもよい。

この方法は、第１の位置を検出した後に、駆動部を第３の加圧力指令で駆動して可動電極で被加圧物を加圧したときの第３の位置を算出することをさらに備えて、変化量を算出するときに、第３の位置と第３の加圧力指令とにさらに基づいて、該変化量を算出してもよい。

この方法は、変化量を算出するときに、第１の位置と第３の位置との差に対する、第２の位置と第３の位置との差の比と、第１の加圧力と第３の加圧力指令との差に対する、第２の加圧力と第３の加圧力指令との差の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、該変化量を算出してもよい。本発明のさらに他の態様において、コンピュータプログラムは、上述の方法をコンピュータに実行させる。

本発明の一実施形態に係るスポット溶接システムの概略図である。 図１に示すスポット溶接ガンの拡大図である。 図１に示すスポット溶接システムのブロック図である。 スポット溶接ガンを第１の姿勢に配置させた状態を示す。 スポット溶接ガンを第１の姿勢から回転させた状態を示す。 スポット溶接ガンを、第１の姿勢から回転させた状態を示す。 スポット溶接ガンを、第１の姿勢から回転させた状態を示す。 本発明の一実施形態に係る、スポット溶接システムの動作フローのフローチャートである。 スポット溶接ガンの姿勢と、加圧力の変化量との間の関係を表すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る、スポット溶接システムの動作フローのフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るスポット溶接システムの概略図である。 図１１に示すスポット溶接システムのブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係るスポット溶接システム１０について説明する。スポット溶接システム１０は、ロボット１２、ロボット制御部１４、およびスポット溶接ガン３０を備える。

ロボット１２は、例えば垂直多関節型ロボットであり、床に固定されたベース１６と、ベース１６に回動可能に連結されたロボットアーム１８とを有する。本実施形態に係るスポット溶接ガン３０は、いわゆるＣ型スポットガンであって、ロボットアーム１８の先端に設けられており、ロボットアーム１８によって移動される。

ロボット制御部１４は、ロボット１２およびスポット溶接ガン３０の各要素を直接的または間接的に制御する。ロボット制御部１４は、記憶部２０を内蔵する。この記憶部２０は、例えば、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであって、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等により構成される。

記憶部２０は、ロボット１２を動作させるのに用いられるロボットプログラム等、スポット溶接システム１０の動作時に必要な定数、変数、設定値、プログラム等を記録している。

図２に示すように、スポット溶接ガン３０は、ベース部３２、固定アーム（第１のアーム）３４、可動アーム（第２のアーム）３６、およびサーボモータ３８を備える。ベース部３２は、ロボットアーム１８の先端に、手首部１８ａを介して連結されている。

固定アーム３４は、その基端４０がベース部３２に固定されており、その先端４２にて対向電極４４を支持している。本実施形態においては、固定アーム３４は、基端４０から先端４２まで略Ｌ字状に湾曲して延在する。

可動アーム３６は、ベース部３２にガン軸Ｏに沿って移動可能に設けられている。本実施形態においては、可動アーム３６は、直線状に延びる棒であって、その上端（図示せず）が、運動変換機構（図示せず）を介して、サーボモータ３８の出力シャフト（図示せず）に機械的に接続され、その下端４６にて可動電極を支持している。

動力変換機構は、例えば、ボール螺子機構、またはタイミングベルトおよびプーリーからなる機構を含み、サーボモータ３８の出力シャフトの回転運動を、ガン軸Ｏに沿った往復運動へ変換する。

可動アーム３６は、この動力変換機構を介して、サーボモータ３８によってガン軸Ｏに沿って往復動される。対向電極４４および可動電極４８は、ガン軸Ｏ上に位置決めされている。

対向電極４４および可動電極４８は、ロボット制御部１４の指令に応じて通電する。これにより、対向電極４４および可動電極４８は、該対向電極４４および可動電極４８の間に挟持した被溶接ワークを、スポット溶接する。

可動電極４８は、サーボモータ３８によって可動アーム３６が駆動されるにつれて、対向電極４４に向かう方向、および対向電極４４から離れる方向へ、ガン軸Ｏに沿って往復動する。

サーボモータ３８は、ロボット制御部１４からの指令に応じて、動力変換機構を介して、可動アーム３６を駆動し、以って可動電極４８を移動させる。このように、サーボモータ３８は、可動アーム３６および可動電極４８を駆動する駆動部５２（図３）として機能する。

サーボモータ３８には、エンコーダ５０が取り付けられている。このエンコーダ５０は、サーボモータ３８の回転位置を検出してロボット制御部１４に送信する。なお、エンコーダ５０の代替として、例えばホール素子を適用してもよい。

ロボット制御部１４は、ロボットアーム１８の動作を制御する。ロボット制御部１４は、ロボットアーム１８を動作させることによって、スポット溶接ガン３０の姿勢を変化させることができる。

次に、図１〜図８を参照して、スポット溶接システム１０の動作について説明する。スポット溶接システム１０によって被溶接ワークＷをスポット溶接する場合、ロボット制御部１４は、図４に示すように、可動電極４８と対向電極４４との間で被溶接ワークＷを挟持するように、サーボモータ３８を駆動して可動アーム３６を移動させる。

このときに実際に可動電極４８および対向電極４４によって被溶接ワークＷに作用する加圧力は、スポット溶接ガン３０の姿勢によって、変化し得る。例えば、図４に示すスポット溶接ガン３０の姿勢においては、ガン軸Ｏが鉛直方向に一致し、且つ、可動電極４８が、対向電極４４の鉛直上方に位置決めされている。

なお、図４中のｚ軸プラス方向は、鉛直方向を示しており、ｘ−ｙ平面は、ｚ軸と直交する水平面である。図４に示す姿勢において、仮に、ロボット制御部１４が、サーボモータ３８へ予め定められた加圧力指令Ｐ_０を送信し、該加圧力指令Ｐ_０に応じて、可動電極４８で被溶接ワークＷを加圧したとする。

このときに可動電極４８から被溶接ワークＷに加えられる加圧力は、サーボモータ３８のトルクを運動変換機構によってガン軸Ｏ方向に変換したときの力成分Ｆ_ｍと、運動変換機構や可動電極４８を含めた可動部分の重力成分Ｆ_ｇとの合成になる。

次に、図４に示す姿勢から、スポット溶接ガン３０を、図４中のｙ軸周りに角度θだけ回転させて、同じ加圧力指令Ｐ_０によって可動電極４８で被溶接ワークＷを加圧したとする。このときに可動電極４８から被溶接ワークＷに実際に加えられる加圧力は、上記の力成分Ｆ_ｍと、上記の重力成分Ｆ_ｇにｃｏｓθを乗算した力成分Ｆ_ｇｃｏｓθとの合成になる。

したがって、この姿勢における加圧力は、図４に示す姿勢における加圧力に比べて、Ｆ_ｇ（１−ｃｏｓθ）だけ減少することになる。このため、例えば、図５、図６、および図７に示すように、（図４の紙面表側から見て時計回り方向をプラス方向として）θ＝＋４５°、＋９０°、および＋１８０°となるように、スポット溶接ガン３０をｙ軸周りにそれぞれ回転させるにつれて、可動電極４８から被溶接ワークＷに実際に加えられる加圧力は、減少していくことになる。

このように、スポット溶接ガン３０の姿勢によって、可動電極４８から被溶接ワークＷに作用する力（すなわち、可動電極４８と対向電極４４との間で被溶接ワークＷを挟み込む力）が変化すると、溶接品質の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係るスポット溶接システム１０は、図８に示すフローを実行し、可動電極４８と対向電極４４とで被溶接ワークＷを加圧する力を一定とするために、スポット溶接システム１０の姿勢による加圧力の変化量を算出する。

ここで、図８に示すフローを実行する前に、スポット溶接ガン３０を、予め定められた第１の姿勢に配置させ、サーボモータ３８への加圧力指令と、可動電極４８から対向電極４４に作用する加圧力とが、互いに一致するように、校正作業が実行される。

具体的には、可動電極４８と対向電極４４との間に加圧センサ（図示せず）を配置する。そして、ロボット制御部１４は、予め定められた加圧力指令でサーボモータ３８を駆動し、可動電極４８と対向電極４４との間で加圧センサを挟み込み、そのときの加圧力を測定する。

一方、ロボット制御部１４は、このときのサーボモータ３８からのフィードバック値（例えば、サーボモータ３８の負荷トルク、フィードバック電流、または、制御モデルから推測することができる推定外乱トルク）を取得する。これにより、ロボット制御部１４は、加圧センサによって計測された実際の加圧力と、フィードバック値との相関関係を取得する。

この相関関係に基づいて、第１の姿勢において、サーボモータ３８への加圧力指令と、可動電極４８から対向電極４４に作用する加圧力とを互いに一致させるように、該相関関係を校正する。上述の第１の姿勢は、例えば、図４に示す姿勢に設定される。

この校正作業が終了したときに、図８に示すフローは、開始される。ステップＳ１において、ロボット制御部１４は、スポット溶接ガン３０を、上述の第１の姿勢に配置する。具体的には、ロボット制御部１４は、ロボットアーム１８を動作させて、スポット溶接ガン３０を、図４に示す姿勢に配置させる。

ステップＳ２において、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８を第１の加圧力指令Ｐ_１で駆動して、可動電極４８によって、被加圧物としての対向電極４４を加圧する。具体的には、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８に第１の加圧力指令Ｐ_１を送信する。

サーボモータ３８は、受信した第１の加圧力指令Ｐ_１に応じて可動アーム３６を対向電極４４へ向かって移動させ、これにより、可動電極４８を対向電極４４に押し当てる。そして、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８からのフィードバック値が、第１の加圧力指令Ｐ_１に相当する値に到達したときに、サーボモータ３８の動作を停止する。

このとき、可動電極４８は、第１の加圧力Ｆ_１で対向電極４４を加圧する。上述したように、第１の姿勢においては、サーボモータ３８への加圧力指令が、可動電極４８から対向電極４４に作用する加圧力に一致するように校正されているので、第１の加圧力Ｆ_１は、第１の加圧力指令Ｐ_１に一致していると見做すことができる。

ステップＳ３において、ロボット制御部１４は、可動電極４８の第１の位置Ｄ_１を検出する。具体的には、ロボット制御部１４は、エンコーダ５０からサーボモータ３８の第１の回転位置Ｒ_１を取得する。

ここで、エンコーダ５０によって得られたサーボモータ３８の回転角度と可動電極４８の位置とは、運動変換機構のピッチ送り量に従った相関関係がある。したがって、可動電極４８の第１の位置Ｄ_１は、エンコーダ５０によって得られた第１の回転角度Ｒ_１から求めることができる。このように、本実施形態においては、エンコーダ５０は、可動電極４８の位置を検出するための位置検出部５４（図３）として機能する。

ステップＳ４において、ロボット制御部１４は、スポット溶接ガン３０の姿勢を変化させる。例えば、ロボット制御部１４は、ロボットアーム１８を動作させて、スポット溶接ガン３０を、図４中のｙ軸周りに予め定められた角度θ（例えば、＋３０°）だけ回転させる。その結果、スポット溶接ガン３０は、ステップＳ１における第１の姿勢とは異なる第２の姿勢に配置されることになる。

ステップＳ５において、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８を第１の加圧力指令Ｐ_１で駆動して、可動電極４８で対向電極４４を加圧する。具体的には、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８からのフィードバック値が、第１の加圧力指令Ｐ_１に相当する値に到達するまで、ロボット制御部１４は、可動アーム３６を対向電極４４へ向かう方向へ移動させるように、サーボモータ３８を駆動する。

ステップＳ６において、ロボット制御部１４は、可動電極４８の第２の位置Ｄ_２を検出する。具体的には、ロボット制御部１４は、エンコーダ５０からサーボモータ３８の第２の回転位置Ｒ_２を取得する。

上述したように、スポット溶接ガン３０を第１の姿勢からｙ軸周りに回転させて、同じ加圧力指令によってサーボモータ３８を駆動した場合、可動電極４８から対向電極４４に実際に加えられる加圧力は、第１の姿勢における加圧力と比べて、Ｆ_ｇ（１−ｃｏｓθ）だけ減少する。したがって、ステップＳ５において可動電極４８から対向電極４４に実際に加えられる第２の加圧力Ｆ_２は、第１の加圧力Ｆ_１よりも小さくなる。

一方、可動電極４８と対向電極４４との間に作用している加圧力は、固定アーム３４の弾性変形による反力に相当し、固定アーム３４の弾性係数は姿勢によらず常に一定のため、姿勢変化によって可動電極４８と対向電極４４との間に作用している加圧力が変わると、固定アーム３４の弾性変形量も変化する。このため、このステップＳ６にて検出される第２の位置Ｄ_２（第２の回転位置Ｒ_２）は、第１の位置Ｄ_１（第１の回転位置Ｒ_１）とは異なる値となる。

ステップＳ７において、ロボット制御部１４は、第１の姿勢にて可動電極４８と対向電極４４との間に作用していた第１の加圧力Ｆ_１と、第２の姿勢にて可動電極４８と対向電極４４との間に作用していた第２の加圧力Ｆ_２との間の変化量δ_θを算出する。

ここで、第１の位置Ｄ_１、第２の位置Ｄ_２、第１の加圧力Ｆ_１、および第２の加圧力Ｆ_２の間には、固定アーム３４の弾性係数は姿勢によらず常に一定であるため、以下の式１で示す関係性が存在する。
Ｄ_１／Ｄ_２＝Ｆ_１／Ｆ_２ ・・・（式１）
上述したように、式１中の第１の加圧力Ｆ_１は、該Ｆ_１に対して校正されている第１の加圧力指令Ｐ_１から既知である。したがって、式１から、第１の加圧力Ｆ_１と第２の加圧力Ｆ_２との間の変化量δ_θ＝Ｆ_１−Ｆ_２を求めることができる。

このように、本実施形態においては、ロボット制御部１４は、第１の位置Ｄ_１と、第２の位置Ｄ_２と、第１の加圧力Ｆ_１（すなわち、第１の加圧力指令Ｐ_１）とに基づいて、変化量δ_θを算出する加圧力変化量算出部５６（図３）としての機能を担う。

なお、第１の回転位置Ｒ_１および第２の回転位置Ｒ_２を用いて、変化量δ_θを算出することも可能である。具体的には、以下の式２から、第１の加圧力Ｆ_１と第２の加圧力Ｆ_２との間の変化量δ_θ＝Ｆ_１−Ｆ_２を求めることもできる。
Ｒ_１／Ｒ_２＝Ｆ_１／Ｆ_２ ・・・（式２）

ステップＳ８において、ロボット制御部１４は、算出した変化量δ_θを記憶部２０に記憶する。ステップＳ９において、ロボット制御部１４は、使用者から指定されたスポット溶接ガン３０の姿勢の全てにおいて、加圧力の変化量δ_θの算出を終了したか否かを判断する。

ロボット制御部１４は、指定された全ての姿勢に関して加圧力の変化量δ_θを算出した場合にＹＥＳと判断し、図８に示すフローを終了する。一方、ロボット制御部１４は、ＮＯと判断した場合、ステップＳ４へ戻り、スポット溶接ガン３０の姿勢を変更し、変更後の姿勢に関して、加圧力の変化量δ_２θを算出する。

一例として、ロボット制御部１４は、使用者から、第１の姿勢（すなわち、θ＝０°）を基準として、−１８０°〜＋１８０°の範囲で、３０°の間隔で順次スポット溶接ガン３０の姿勢を変更し、各々の姿勢について加圧力の変化量δ_θを算出する指令を受け付ける。

このような指令を受け付けた場合、ロボット制御部１４は、θ＝−１８０°、−１５０°、−１２０°、−９０°、−６０°、−３０°、０°（すなわち第１の姿勢）、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、および１８０°の姿勢に関して、ステップＳ４〜Ｓ９をループして実行する。

その結果、図９に示すデータテーブルを取得することができる。なお、図９の縦軸は、可動電極４８と対向電極４４との間で作用する加圧力の変化量δ_θを示し、横軸は、第１の姿勢（θ＝０°）からのｙ軸周りの角度を示す。

図９に示すように、各姿勢毎の加圧力の変化量δ_θのデータテーブルを作成しておけば、測定を行っていない姿勢（例えば、θ＝４５°）についても、その近辺の姿勢における加圧力の変化量δ_θ（例えばδ_３０°、δ_６０°）の傾向から、加圧力の変化量を推定できる。一例として、図９の点線６０に、取得した複数の変化量δ_θから導出した、第１の姿勢からの角度θと変化量δとの間の相関関係のグラフを示す。

なお、本実施形態においては、スポット溶接ガン３０は、いわゆるＣ型スポットガンである。したがって、スポット溶接ガン３０を図４中のｘ軸周りに回転させたときの、第１の姿勢からの角度θと、加圧力の変化量δ_θとの間の相関関係は、図９と同様になる。ロボット制御部１４は、このように算出した図９に示すデータテーブルを、記憶部２０に記憶する。

被溶接ワークへの溶接作業を実行する場合、ロボット制御部１４は、記憶した図９のデータテーブルに基づいて、スポット溶接ガン３０の任意の姿勢においてサーボモータ３８を駆動させるための加圧力指令を決定する。

例えば、ロボット制御部１４が、ロボットアーム１８を動作させて、スポット溶接ガン３０を、図７に示す姿勢（すなわち、θ＝±１８０°）に配置させたとする。ロボット制御部１４は、記憶部２０に記憶されたデータテーブルを読み出して、該姿勢（θ＝＋１８０°）に対応する変化量δ_１８０°を算出する。

そして、ロボット制御部１４は、変化量δ_１８０°を、サーボモータ３８への加圧力指令に換算し、該加圧力指令で第１の加圧力指令Ｐ_１を補正することによって、図７に示す姿勢においてサーボモータ３８を駆動させるための第２の加圧力指令Ｐ_２を決定する。

これにより、図７に示す姿勢においても、第１の加圧力Ｆ_１と同じ加圧力で、可動電極４８と対向電極４４とで被溶接ワークＷを加圧することができる。このように、本実施形態においては、ロボット制御部１４は、算出した変化量δ_θに基づいて、第２の加圧力指令Ｐ_２を決定する加圧力指令決定部５８（図３）としての機能を担う。

なお、上述の式１の第１の加圧力Ｆ_１は、第１の加圧力指令Ｐ_１と一致している。したがって、第２の姿勢における第２の加圧力指令Ｐ_２を、以下の式３を用いて、算出してもよい。
Ｄ_１／Ｄ_２＝Ｐ_１／Ｐ_２
Ｐ_２＝Ｐ_１×Ｄ_２／Ｄ_１ ・・・（式３）

上述のように、本実施形態によれば、一旦、第１の姿勢での第１の加圧力指令Ｐ_１と第１の加圧力Ｆ_１との間の相関関係を校正すれば、加圧力センサなどの外部機器を使用することなく、任意の姿勢における加圧力の変化量δ_θを算出することができる。

そして、該変化量δ_θに基づいて、任意の姿勢においてサーボモータ３８への加圧力指令を補正することで、該任意の姿勢においても、校正された加圧力Ｆ_１と同じ加圧力で、被溶接ワークを押し付けることができる。これにより、溶接時における加圧力の精度を向上させることができるので、溶接品質を維持することができる。

次に、図１０を参照して、スポット溶接システム１０の他の動作方法について説明する。なお、図１０において、図８にて説明したステップと同様のものに関しては、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る動作方法においては、ステップＳ１の後、ステップＳ１１において、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８を基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆ（第３の加圧力指令）で駆動して、可動電極４８によって対向電極４４を加圧する。

具体的には、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８に基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆを送信し、サーボモータ３８は、該基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆに応じて可動アーム３６を対向電極４４へ向かって移動させ、可動電極４８を対向電極４４に押し当てる。

そして、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８からのフィードバック値が、基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆに相当する値に到達したときに、ロボット制御部１４は、サーボモータ３８の動作を停止する。

このとき、可動電極４８は、基準加圧力Ｆ_Ｒｅｆで対向電極４４を加圧する。上述したように、第１の姿勢においては、サーボモータ３８への加圧力指令と、可動電極４８から対向電極４４に作用する加圧力とが互いに一致するように校正されているので、基準加圧力Ｆ_Ｒｅｆは、基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆに一致することになる。

ここで、基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆは、第１の加圧力指令Ｐ_１とは異なる値（例えば、Ｐ_Ｒｅｆ＜Ｐ_１）に設定される。したがって、基準加圧力Ｆ_Ｒｅｆは、第１の加圧力Ｆ_１とは異なる大きさの力（例えば、Ｆ_Ｒｅｆ＜Ｆ_１）となる。

ステップＳ１２において、ロボット制御部１４は、可動電極４８の基準位置Ｄ_Ｒｅｆ（第３の位置）を検出する。具体的には、ロボット制御部１４は、エンコーダ５０からサーボモータ３８の基準回転位置Ｒ_Ｒｅｆを取得する。可動電極４８の基準位置Ｄ_Ｒｅｆは、エンコーダ５０によって得られた基準回転位置Ｒ_Ｒｅｆから求めることができる。

ステップＳ６の後、ステップＳ１３において、ロボット制御部１４は、第１の姿勢にて可動電極４８と対向電極４４との間に作用していた第１の加圧力Ｆ_１と、第２の姿勢にて可動電極４８と対向電極４４との間に作用していた第２の加圧力Ｆ_２との間の変化量δ_θを算出する。

ここで、ステップＳ１１にて取得した基準位置Ｄ_Ｒｅｆ、ステップＳ２にて取得した第１の位置Ｄ_１、ステップＳ６にて取得した第２の位置Ｄ_２、第１の加圧力Ｆ_１、基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆ、および第２の加圧力Ｆ_２の間には、以下の式４で示す関係性が存在する。
（Ｄ_１−Ｄ_Ｒｅｆ）／（Ｄ_２−Ｄ_Ｒｅｆ）＝（Ｆ_１−Ｐ_Ｒｅｆ）／（Ｆ_２−Ｐ_Ｒｅｆ） ・・・（式４）

ここで、式４中の第１の加圧力Ｆ_１は、該Ｆ_１に対して校正された第１の加圧力指令Ｐ_１から既知である。したがって、式４から、第１の加圧力Ｆ_１と第２の加圧力Ｆ_２との間の変化量δ_θ＝Ｆ_１−Ｆ_２を求めることができる。

本実施形態によれば、加圧力の変化量δ_θをより高精度に算出することができる。この効果について、以下に説明する。一般的に、可動電極４８の位置Ｄ_ｎは、可動電極４８の先端と対向電極４４の先端が接するときの可動電極４８の位置をゼロ位置（すなわち、０．０ｍｍ）とし、該ゼロ位置からどれだけ可動電極４８が移動しているかで定義される。

しかしながら、実際上、このゼロ位置が僅かにずれてしまう場合がある。このような状態で、加圧力の変化量δ_θの算出を行うと、算出結果に誤差が生じてしまう虞がある。そこで、本実施形態においては、上述の式４に示すように、基準加圧指令Ｐ_Ｒｅｆと基準位置Ｄ_Ｒｅｆとを導入し、位置Ｄ_１、Ｄ_２と基準位置Ｄ_Ｒｅｆとの差、および、加圧力Ｆ_１、Ｆ_２と基準加圧力指令Ｐ_Ｒｅｆとの差に基づいて、変化量δ_θを算出している。

この方法によれば、基準位置Ｄ_Ｒｅｆも第１の位置Ｄ_１も同じ第１の姿勢にて求められた値であるので、仮に、上述のゼロ位置が僅かにずれていたとしても、その誤差を相殺することができる。その結果、加圧力の変化量δ_θをより高精度に算出することができる。

なお、この方法によれば、校正を行うときに用いる力センサに僅かにオフセット誤差が含まれることによって、加圧力の校正作業に一律の誤差が生じてしまった場合においても、その誤差を打ち消すことができる。

なお、記憶部２０は、図８および図１０に示す動作フローをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを予め記憶し、ロボット制御部１４は、該スポット溶接作業を行う前に、該コンピュータプログラムに従って、図８および図１０に示す動作フローを自動で実行してもよい。

次に、図１１および図１２を参照して、本発明の他の実施形態に係るスポット溶接システム７０について説明する。なお、以下の実施形態において、既述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

スポット溶接システム７０は、ロボット１２、ロボット制御部７２、およびスポット溶接ガン８０を備える。ロボット制御部７２は、ロボット１２およびスポット溶接ガン８０の各要素を直接的または間接的に制御する。ロボット制御部７２は、記憶部２０を内蔵する。

本実施形態に係るスポット溶接ガン８０は、いわゆるＸ型スポット溶接ガンであって、開閉可能な一対のガンアーム８２（第１のアーム）およびガンアーム８４（第２のアーム）と、ガンアーム８２の先端に取り付けられた対向電極８６と、ガンアーム８４の先端に取り付けられた可動電極８８と、サーボモータ９２とを有する。

ガンアーム８２およびガンアーム８４は、枢動軸９０を介して互いに対して回動可能に連結されている。サーボモータ９２は、シリンダ（図示せず）を介して、ガンアーム８２およびガンアーム８４を枢動軸９０周りに回動させ、以って、対向電極８６および可動電極８８を、互いに接近および離反するように移動させる。

このように、サーボモータ９２は、対向電極８６および可動電極８８を駆動する駆動部９４として機能する。このサーボモータ９２には、上述のエンコーダ５０が取付けられている。スポット溶接ガン８０は、上述の実施形態と同様に、図８または図１０に示す動作フローに従って、スポット溶接ガン８０の任意の姿勢における、加圧力の変化量δ_θを算出する。

ここで、本実施形態に係るスポット溶接ガン８０のような、いわゆるＸ型スポット溶接ガンにおいては、対向電極８６および可動電極８８によって被溶接ワークを加圧すると、可動電極８８が取り付けられているガンアーム８４も弾性変形してしまう。

このようなスポット溶接ガン８０において、上述のステップＳ３およびＳ６にて第１の位置Ｄ_１および第２の位置Ｄ_２を計測した場合、得られた位置情報には、ガンアーム８４の撓みも含まれることになる。

スポット溶接ガン８０の姿勢を変化させたときの加圧力の変化量δ_θは、対向電極８６が取り付けられたガンアーム８２の撓みに相関するので、取得した第１の位置Ｄ_１および第２の位置Ｄ_２から、可動電極８８を支持するガンアーム８４の撓み量を取り除くことが好ましい。

そこで、本実施形態においては、ガンアーム８４の撓み量の影響を排除すべく、ロボット制御部７２は、上述のステップＳ３、Ｓ６、およびＳ１２にて検出した可動電極８８の位置Ｄ_１、Ｄ_２、およびＤ_Ｒｅｆを、以下のように補正する。

すなわち、ロボット制御部７２は、可動電極８８によって対向電極８６を予め定められた力で加圧したときの、ガンアーム８２の第１の撓み量ε１と、このときのガンアーム８４の第２の撓み量ε２の和に対する第１の撓み量ε１の比率ｒ＝ε１／（ε１＋ε２）を、ステップＳ３、Ｓ６、およびＳ１２にて検出された位置Ｄ_１、Ｄ_２、およびＤ_Ｒｅｆに乗算する。

ロボット制御部７２は、このように補正された位置Ｄ_１×ｒ、Ｄ_２×ｒ、およびＤ_Ｒｅｆ×ｒを用いて、変化量δ_θを算出する。このように、ロボット制御部７２は、位置Ｄ_１、Ｄ_２、およびＤ_Ｒｅｆに補正する位置補正部９６としての機能を担う。なお、上述の第１の撓み量ε１および第２の撓み量ε２は、実験的に求めることができ、記憶部２０に予め記憶されている。

この構成によれば、位置Ｄ_１、Ｄ_２、およびＤ_Ｒｅｆを、対向電極８６が取り付けられたガンアーム８２の撓み量と同等になるように補正することができるので、いわゆるＸ型ガンに代表される構造のスポット溶接ガンにおいて、より高精度に加圧力の変化量δ_θを算出できる。

なお、本実施形態における比率ｒを、上述スポット溶接システム１０の動作フローに適用し、位置Ｄ_１、Ｄ_２を、位置Ｄ_１×ｒ、Ｄ_２×ｒに補正した上で、変化量δ_θを算出してもよい。

また、上述の実施形態においては、可動電極４８、８８によって、被加圧物として対向電極４４、８６を加圧する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、対向電極４４、８６の代わりに、可動電極４８、８８にたいして固定されたものであれば、如何なるものも被加圧物として機能させることができる。

また、上述の実施形態においては、多関節ロボットに設けられたスポット溶接ガン３０、８０の姿勢変化について述べた。しかしながら、これに限らず、スポット溶接ガンが台座に設置されるようなシステムにおいて、この台座にスポット溶接ガンの姿勢変更ができるような機構が組み込まれている場合においても、同様にスポット溶接ガンの姿勢毎の加圧力変化を求めることができる。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，７０ スポット溶接システム
１２ ロボット
１４，７２ ロボット制御部
３０，８０ スポット溶接ガン
３４，３６，８２，８４ ガンアーム
４４，８６ 対向電極
４８，８８ 可動電極
５２，９４ 駆動部
５６ 加圧力変化量算出部
５８ 加圧力指令決定部

Claims (15)

1. 対向電極、該対向電極に対して移動可能に配置される可動電極、および前記可動電極を駆動する駆動部を有するスポット溶接ガンと、
   前記可動電極の位置を検出する位置検出部と、
   前記スポット溶接ガンを予め定められた第１の姿勢に配置させて、前記駆動部を第１の加圧力指令で駆動して前記可動電極で被加圧物を加圧したときの第１の前記位置と、前記スポット溶接ガンを前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢に配置させて、前記駆動部を前記第１の加圧力指令で駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの第２の前記位置と、前記第１の加圧力指令と、に基づいて、前記第１の姿勢にて前記可動電極から前記被加圧物へ作用する、前記第１の加圧力指令と一致する第１の加圧力と、前記第２の姿勢にて前記可動電極から前記被加圧物へ作用する第２の加圧力との間の変化量を算出する加圧力変化量算出部と、を備える、スポット溶接システム。
2. 前記駆動部は、サーボモータを有し、
   前記第１の加圧力指令と前記第１の加圧力とを互いに一致させるように、前記第１の姿勢において前記第１の加圧力指令で前記サーボモータを駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの該サーボモータからのフィードバック値と、前記第１の加圧力との間の相関関係が、予め校正されている、請求項１に記載のスポット溶接システム。
3. 加圧力変化量算出部は、前記第１の位置に対する前記第２の位置の比と、前記第１の加圧力に対する前記第２の加圧力の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、前記変化量を算出する、請求項１または２に記載のスポット溶接システム。
4. 前記加圧力変化量算出部は、前記スポット溶接ガンを前記第１の姿勢に配置させ、前記駆動部を第３の加圧力指令で駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの第３の前記位置と、前記第３の加圧力指令と、にさらに基づいて、前記変化量を算出する、請求項１または２に記載のスポット溶接システム。
5. 前記加圧力変化量算出部は、前記第１の位置と前記第３の位置との差に対する、前記第２の位置と前記第３の位置との差の比と、前記第１の加圧力と前記第３の加圧力指令との差に対する、前記第２の加圧力と前記第３の加圧力指令との差の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、前記変化量を算出する、請求項４に記載のスポット溶接システム。
6. 前記スポット溶接ガンは、
   前記対向電極を支持する第１のアームと、
   前記可動電極を支持し、前記第１のアームに対して移動可能に設けられる第２のアームと、をさらに有し、
   前記スポット溶接システムは、前記可動電極によって前記対向電極を予め定められた力で加圧したときの、前記第１のアームの第１の撓み量および前記第２のアームの第２の撓み量の和に対する該第１の撓み量の比率を、前記位置検出部によって検出された前記位置に乗算することによって該位置を補正する位置補正部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
7. 前記加圧力変化量算出部によって算出された前記変化量に基づいて、前記第２の姿勢において前記駆動部を駆動させるための第２の加圧力指令を決定する加圧力指令決定部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
8. 加圧力変化量算出部は、前記スポット溶接ガンを、前記第１の姿勢とは異なる複数の姿勢に配置させ、該複数の姿勢毎に、前記駆動部を前記第１の加圧力指令で駆動したときに前記可動電極から前記対向電極へ作用する加圧力と前記第１の加圧力との間の変化量を算出し、算出した複数の該変化量に基づいて、前記スポット溶接ガンの姿勢と該変化量との相関関係を算出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
9. 前記被加圧物は、前記対向電極である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のスポット溶接システム。
10. 対向電極、該対向電極に対して移動可能な可動電極、および該可動電極を駆動する駆動部を有するスポット溶接ガンにおいて、該スポット溶接ガンの姿勢に応じて変化する、前記可動電極から被加圧物へ加えられる加圧力の変化量を算出する方法であって、
    前記スポット溶接ガンを第１の姿勢に配置させることと、
    前記駆動部を第１の加圧力指令で駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの、前記可動電極の第１の位置を検出することと、
    前記スポット溶接ガンを、前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢に配置させることと、
    前記駆動部を前記第１の加圧力指令で駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの、前記可動電極の第２の位置を検出することと、
    前記第１の位置、前記第２の位置、および前記第１の加圧力指令に基づいて、前記第１の姿勢にて前記可動電極から前記被加圧物へ加えられた、前記第１の加圧力指令と一致する第１の加圧力と、前記第２の姿勢にて前記可動電極から前記被加圧物へ加えられた第２の加圧力との間の変化量を算出することと、を備える、方法。
11. 前記駆動部は、サーボモータを有し、
    前記方法は、前記第１の加圧力指令と前記第１の加圧力とを互いに一致させるように、前記第１の姿勢において前記第１の加圧力指令で前記サーボモータを駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの該サーボモータからのフィードバック値と、前記第１の加圧力との間の相関関係を予め校正することをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記変化量を算出するときに、前記第１の位置に対する前記第２の位置の比と、前記第１の加圧力に対する前記第２の加圧力の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、該変化量を算出する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の位置を検出した後に、前記駆動部を第３の加圧力指令で駆動して前記可動電極で前記被加圧物を加圧したときの第３の位置を算出することをさらに備え、
    前記変化量を算出するときに、前記第３の位置と前記第３の加圧力指令とにさらに基づいて、該変化量を算出する、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記変化量を算出するときに、前記第１の位置と前記第３の位置との差に対する、前記第２の位置と前記第３の位置との差の比と、前記第１の加圧力と前記第３の加圧力指令との差に対する、前記第２の加圧力と前記第３の加圧力指令との差の比とが、互いに同じとなる関係性に基づいて、該変化量を算出する、請求項１３に記載の方法。
15. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。

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