JP7311394B2 - スポット溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接システムに関する。

リベット接合に比べて軽量化を実現でき、溶接時間も短く作業効率が良いなどの多くの利点を有することから、例えば、自動車ボディの接合工程など、多くの産業、技術分野の金属部材同士の接合手法として、スポット溶接が多用されている。

スポット溶接（点溶接、抵抗溶接）は、電気抵抗溶接の一種であり、二つの金属材料を重ね合わせるなどして接触させ、接触部を丸棒状の銅合金電極で加圧しながら大電流を通電し、接触部の金属材料を電気抵抗で発熱させるとともに局所的に溶融させて接合する。

また、自動車ボディの接合工程などの生産ラインでは、ロボットと、ロボットのアームに取り付けて支持されたサーボモータ駆動のスポット溶接ガン（電極棒）や、溶接タイマー（制御装置）などを有するスポット溶接機（スポット溶接装置）と、を備えたスポット溶接システムが用いられている。

一方、スポット溶接を行うシステムでは、予期せぬ事態によって、いわゆるスポット溶接の打点抜け（溶接抜け、未通電）、溶接機の故障などの異常が発生するケースがあり、このようなスポット溶接の異常が発生すると、当然、製品の品質に影響を与えることになる。

このため、何らかの原因でスポット溶接の打点抜けなどの異常が発生したときにすぐに気づけるような仕組み・システムの開発が望まれていた。

ちなみに、近年、スポット溶接システムは、サーボモータ駆動のスポット溶接ガンを用い、加圧力を細かく設定できるようになっており、溶接時のスパッタも少なく、外から眺めているだけでは生産時の異常をすぐに気づくことが難しくなっている。

これに対し、特許文献１には、「所定箇所へ移動可能な移動手段を備える溶接機本体を設け、溶接機本体を所定箇所へ移動した後に通電し車種毎にスポット溶接を行うスポット溶接ロボットの制御方法であって、溶接機本体が出力する溶接を行った溶接完了情報を入力して溶接打点数をカウントするカウント手段を備え、スポット溶接ロボットが通電してスポット溶接を行うスポット溶接工程を、予め定める複数回を１サイクルとして行う１サイクル溶接工程を終了したか否かを判断する溶接作業終了判断手段を備え、予め定められた前記１サイクル溶接工程のスポット溶接打点数とカウント手段がカウントした溶接打点数とが一致するか否かを判断する適正溶接終了判断手段を備え、溶接作業終了判断手段が１サイクル溶接工程を終了したと判断するまでカウント手段によって溶接打点数をカウントし、１サイクル溶接工程終了後に適正溶接終了判断手段によって１サイクル溶接工程が正常に終了したか否かを判断可能としたことを特徴とするスポット溶接ロボットの適正溶接打点判断方法。」が開示されている。

特開２００８－２１３０２０号公報

しかしながら、上記従来のスポット溶接ロボットの適正溶接打点判断方法では、単に、予め定められた設計溶接打点数と、カウント手段でカウントした実溶接打点数とが一致するか否かでスポット溶接工程の適否を判断する。

この場合には、まず、１サイクルのどの打点で打点抜けなどの異常が発生しているかを捉えることができない。このため、復旧後の再溶接時には、異常箇所を見つけ出して特定する作業が必要になり、多大な労力と時間を要することになる。

また、適正に溶接が行われていないにもかかわらず、カウントされてしまうケースも起こり得るため、スポット溶接の打点抜けなどの異常を正確に検出することができないおそれがある。

ここで、スポット溶接を行うロボットと溶接タイマー（制御装置）を組み合わせたシステムでは、打点抜けなどの異常が発生する要因が、ロボット側でなく、ロボットと溶接タイマーの間に入っているＰＬＣ（programmable logic controller）等の処理の異常であるケースがある。すなわち、ロボットから見たときに、溶接開始指令が正しく出され、溶接完了指令（溶接完了信号）も正しく受信しているにも関わらず、打点抜けなどの異常が発生するケースがある。

これに対し、上記従来のスポット溶接ロボットの適正溶接打点判断方法では、溶接機側の駆動をカウントし、スポット溶接工程の適否と判断する。
このため、やはり、溶接機の異常、溶接機とロボットの間のＰＬＣの処理の異常などが生じた場合には、適正に判断できない。

したがって、より精度よく、正確に、スポット溶接の打点抜けなどの異常が発生したときにすぐにこれを検出可能な信頼性の高い仕組み・システムが強く望まれていた。

本開示のスポット溶接システムの一態様は、ロボット及び前記ロボットの駆動を制御するロボット側制御部を有するロボット側システムと、前記ロボットに取り付けられた溶接ガン、及び溶接機側制御部を有する溶接機側システムと、を備え、前記ロボット側システムに、スポット溶接を施す部材の溶接部の適正な厚さ情報を予め記憶する記憶部と、スポット溶接を施す部材の溶接部の厚さを計測する溶接部厚さ計測部と、溶接開始指令時と溶接完了指令時の溶接部の厚さを比較するとともに、前記記憶部に記憶された適正な溶接部の厚さ情報と比較して、良否を判定する比較判定部と、を備える構成とした。

本開示のスポット溶接システムの一態様においては、ロボット側で正常にシーケンスが動作し、その先で問題が発生して打点抜けなどの異常が発生した場合であっても、確実に異常を検出することができる。

また、一箇所のスポット溶接作業あるいは複数のスポット溶接作業、すなわち、打点単位あるいは一つのセットで未溶接箇所（異常）を検出するため、復旧時に容易に異常が発生した箇所を特定して再溶接を行うことが可能になる。

よって、本開示のスポット溶接システムの一態様によれば、より精度よく、正確に、スポット溶接の打点抜けなどの異常が発生したときにすぐにこれを検出可能な信頼性の高いスポット溶接システムを実現できる。これにより、スポット溶接の打点抜けなどの異常が検出されずに製品の品質に影響を与えることを防止でき、信頼性の高い製品の提供、製造歩掛りの向上を図ることが可能になる。

一態様のスポット溶接システムを示すブロック図である。 一態様のスポット溶接システムによってスポット溶接作業を行っている状態を示す図である。 一態様のスポット溶接システムによって溶接部の厚さの検出例を示す図である。

以下、図１から図３を参照し、一実施形態に係るスポット溶接システムについて説明する。

本実施形態のスポット溶接システム１は、図１及び図２に示すように、例えば、生産ラインに具備され、自動車ボディなどの作業対象に対して抵抗スポット溶接を施すためのシステムであり、電極棒を備えた溶接ガン７、及び溶接電流を流す時間と電流の大きさ、加圧時間（スクイズ・タイム）、予熱時間、保持時間（ホールド・タイム）、冷却時間（クール・タイム）など溶接を行う一連の動作（シーケンス）に必要な動作時間を制御する溶接タイマー（溶接機側制御部）８などからなるスポット溶接機（溶接装置）６と、サーボモータ駆動する溶接ガン７などをアームに取り付けて支持する多関節状のロボット４と、ロボット４の駆動を制御するロボット側制御装置（ロボット側制御部）５と、を備えて構成されている。

スポット溶接システム１は、ロボット４及びロボット側制御部５のロボット側システム２と、溶接機側システム３とが、ロボット側システム２から出された溶接開始指令（溶接開始信号）が直接的に溶接機側システム３に送られ、溶接完了指令（溶接完了信号）が溶接機側システム３から直接的にロボット側システム２に送られるように構成されている。

あるいは、スポット溶接システム１は、ロボット側システム２から出された溶接開始指令がＰＬＣに送られ、ＰＬＣで適宜処理を施して溶接機側システム３に送られ、溶接完了指令が溶接機側システム３からＰＬＣに送られ、ＰＬＣで適宜処理を施し、ロボット側システム２に送られるように構成されている。

一方、本実施形態のスポット溶接システム１は、例えばロボット側制御装置５など、ロボット側システム２に、適正なスポット溶接が行われた場合のスポット溶接を施す部材（複数の部材）の溶接部（打点）の厚さ情報を予め記憶する記憶部９と、スポット溶接を施す部材（複数の部材）の溶接部（打点）の厚さを電極棒の位置などによって計測する溶接部厚さ計測部１０と、溶接開始指令時と溶接完了指令時の溶接部の厚さを比較するとともに、記憶部９に記憶された適切な溶接が行われた際の溶接部の厚さ情報と比較して、良否（適否、異常の有無）を判定する比較判定部１１と、比較判定部１１によって不適であると判定された場合にアラームなどを発する警告部１２と、を備えている。

そして、上記のように構成した本実施形態のスポット溶接システム１においては、図３に示すように、スポット溶接を施す複数の部材を重ねた状態の溶接対象の溶接部を挟み込むように溶接ガン７の一対の電極棒が配置されると、圧力がかかり、溶接部厚さ計測部１０によってこの圧力に応じた溶接部の厚さの減少が検出される。

次に、ロボット側システム２の制御装置５から溶接タイマー８、あるいはＰＬＣ及び溶接タイマー８に溶接開始指令が出されると、これを受けた溶接タイマー８によって溶接ガン７の電極棒から溶接対象の溶接部に所定の電流が流れ、大電流が流れることによって溶接対象の溶接部が発熱して溶融する。

このとき、発熱によって溶接部が膨張し、溶接部厚さ計測部１０によって溶接部の厚さの増大が検出される。

大電流が流れることによって溶接対象の溶接部が発熱して溶融し、所定の時間、所定の電流が流れた段階で、溶接タイマー８から溶接完了指令がロボット側システム２の制御装置５、あるいはＰＬＣ及び制御装置５に送られる。この溶接対象の溶接部が溶融して融合し、徐々に冷却する段階で、溶接部が収縮し、溶接部厚さ計測部１０によって溶接部の厚さの減少が検出される。

本実施形態のスポット溶接システム１では、所定時間、所定の電流が流れた際の溶接対象の溶接部の溶接開始指令時の厚さが記憶部９に記憶されており、上記のようにスポット溶接を行った段階で、比較判定部１１が、記憶部９に記憶された溶接開始指令時と溶接完了指令時の溶接部の厚さ（差分）と、溶接部厚さ計測部１０によって計測された溶接開始指令時と溶接完了指令時の溶接部の厚さ（差分）とを比較し、これら溶接部の設定厚さ（差分）と実測厚さ（差分）の差が許容範囲内にあるか否が確認される。

そして、溶接部の設定厚さ（差分）と実測厚さ（差分）の差が許容範囲内にある場合には、適正にスポット溶接が行われたと判定され、許容範囲内にない場合には、打点抜けや溶接機の故障など、何らかの不具合、すなわち異常があると判定される。

また、本実施形態では、このように異常が検出された場合に、警告部１２からアラームなどが外部に通知され、オペレータなどに異常が生じていることを早期に且つ確実に認識させることができる。

したがって、本実施形態のスポット溶接システム１においては、所定時間、所定の電流を流してスポット溶接を行う際の溶接対象の溶接部の厚さの変化を捉えることによって、打点抜けや溶接機の故障などの異常の有無を判定、判断することができる。これにより、ロボット側で正常にシーケンスが動作し、その先で問題が発生して打点抜けなどの異常が発生した場合であっても、確実に異常を検出することができる。

本実施形態のスポット溶接システム１においては、１つの溶接部（打点）ごとに（あるいは複数の溶接部（打点）の１セットごとに）溶接時間を計測して異常の有無を判断することができる。これにより、異常が発生した溶接部を容易に特定できるため、復旧などを行って容易に再溶接作業を行い、対応することが可能になる。

１セットなど、複数の溶接部をひとまとめにし、これら複数の溶接部の溶接作業を行うとともに全体の溶接時間を計測して異常の有無を判断した場合には、溶接部の数を適宜設定することによって、溶接作業の効率化と、異常箇所の特定の容易さとを両立することが可能になる。

よって、本実施形態のスポット溶接システム１によれば、より精度よく、正確に、スポット溶接の打点抜けなどの異常が発生したときにすぐにこれを検出可能な信頼性の高いスポット溶接システムを実現できる。これにより、スポット溶接の打点抜けなどが検出されずに製品の品質に影響を与えることを防止でき、信頼性の高い製品の提供、製造歩掛りの向上を図ることが可能になる。

また、本実施形態のスポット溶接システム１においては、ロボット側システム２と溶接機側システム３の間にＰＬＣが介設されている場合であっても、ロボット側システム２で異常を捉えることができる。

以上、スポット溶接システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ スポット溶接システム
２ ロボット側システム
３ 溶接機側システム
４ ロボット
５ ロボット側制御部
６ スポット溶接機
７ 溶接ガン
８ 溶接タイマー（溶接機側制御部）
９ 記憶部
１０ 溶接部厚さ計測部
１１ 比較判定部
１２ 警告部

Claims (2)

1. ロボット及び前記ロボットの駆動を制御するロボット側制御部を有するロボット側システムと、
   前記ロボットに取り付けられた溶接ガン、及び溶接機側制御部を有する溶接機側システムと、を備え、
   前記ロボット側システムに、
   スポット溶接を施す部材の溶接部の適正な厚さ情報を予め記憶する記憶部と、
   スポット溶接を施す部材の溶接部の厚さを計測する溶接部厚さ計測部と、
   溶接開始指令時と溶接完了指令時の溶接部の厚さを比較するとともに、前記記憶部に記憶された適正な溶接部の厚さ情報と比較して、良否を判定する比較判定部と、
   を備える、スポット溶接システム。
2. 前記ロボット側システムと前記溶接機側システムの間にＰＬＣが介設されている、
   請求項１に記載のスポット溶接システム。

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