JPH05261560A

JPH05261560A - スポット溶接方法およびその装置

Info

Publication number: JPH05261560A
Application number: JP4094916A
Authority: JP
Inventors: Hideo Narita; 英郎成田; Yoshitaka Sakamoto; 好隆坂本; Hisanori Nakamura; 尚範中村; Yoichi Shibata; 洋一柴田; Hideaki Hida; 英明飛田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ガンの加圧および開放動作によって溶接
ロボットの動きが著しく拘束されるのを解消し、スポッ
ト溶接のサイクルタイムを短縮化する。【構成】溶接ロボット６１の位置情報と溶接ガン２１
の電極３３の位置情報とに基づき、溶接ロボット６１に
よる溶接ガン２１の溶接位置への移動中に、溶接ガン２
１の開放動作を行わせるとともに加圧動作を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ロボットによる溶
接ガンの移動中に、溶接ガンの加圧動作および開放動作
を可能にしたスポット溶接方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の生産工場では、車両ボデーの溶
接作業の多くは溶接ロボットによって行なわれる。図６
および図７は、溶接ロボットによる溶接作業の一例を示
している。図６に示すように、溶接ロボット１には、溶
接ガン２が取付けられている。溶接ガン２は、溶接ロボ
ット１によって予め教示された車両ボデー６の溶接位置
Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ₃に逐次位置決めされるようになってい
る。

【０００３】溶接ガン２は、電極３と電極４とを有して
おり、電極３が空気圧によって駆動する加圧シリンダ５
によって昇降される。溶接ロボット１によって溶接ガン
２が位置決めされた状態では、車両ボデー６の溶接部位
は電極３と電極４とによって加圧され、両電極間に溶接
電流が流され、スポット溶接が行なわれる。

【０００４】図８は、図６、７の溶接位置Ｗ₂における
溶接作業時の各機能部の動作特性を示している。図８に
示すように、溶接ロボット１によって溶接ガン２が所定
の位置に位置決めされると、ガン加圧指令によって加圧
シリンダ５が作動し、電極３と電極４との加圧動作が開
始する。ここで、電極３と電極４とによる加圧動作が完
了するまで所要時間はＴ₇である。

【０００５】電極３と電極４による加圧動作が完了する
と、両電極間に溶接電流がＴ₈だけ流され、車両ボデー
６の溶接が行なわれる。通電終了後は、加圧状態が時間
Ｔ₉だけ保持され、その後、開放指令によって溶接ガン
２の開放動作が行なわれる。開放指令から溶接ガン２の
開放完了までの時間はＴ₁₀となる。開放動作が完了する
と、溶接ロボット１は再び動き出し、溶接ガン２はつぎ
の溶接位置Ｗ₃に向って移動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す従来のスポット溶接作業の場合は、溶接ロボット１
によって溶接ガン２が溶接位置に位置決めされた後に加
圧指令が出され、かつ電極３が加圧シリンダ５によって
完全に引き上げられた後に溶接ガン２のつぎの溶接位置
への移動可能になるので、溶接のサイクルタイムＳ₂が
長くなるという問題があった。

【０００７】このように、溶接ロボットを用いた従来の
スポット溶接では、溶接ガン２が溶接ロボット１によっ
て所定の位置に位置決めされても直に通電することはで
きず、また、通電によって溶接が完了しても電極３を完
全に引き上げなければ、つぎの溶接位置に溶接ガン２を
移動させることができない。したがって、従来のスポッ
ト溶接では、溶接ガン２の加圧および開放動作によって
溶接ロボット１の動きが拘束される時間だけ、スポット
溶接のサイクルタイムが長くなる。

【０００８】これに関連した先行技術として特開平１−
２１５４７２号公報が知られている。本公報の溶接方法
では、溶接ロボットによる溶接ガンの打点位置への到着
時に、ガンアームの閉じ動作を開始するようにしている
が、この場合も加圧時間および開放時間により溶接ロボ
ットの動きに無駄が生じ、上述と同様の問題が生じる。

【０００９】本発明は、上記の問題に着目し、溶接ガン
の加圧および開放動作によって溶接ロボットの動きが著
しく拘束されるのを解消し、スポット溶接のサイクルタ
イムを短縮化することが可能なスポット溶接方法および
その装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係るスポット溶接方法およびその装置は、つぎのように
構成される。

【００１１】（１）加圧手段によって電極が移動される
溶接ガンを溶接ロボットにより移動させ、予め設定され
た複数の溶接位置に溶接ガンを逐次位置決めし被溶接物
のスポット溶接を連続的に行うに際し、前記溶接ロボッ
トの位置情報と前記電極の位置情報とに基づき、溶接ロ
ボットによる溶接ガンの溶接位置への移動中に、溶接ガ
ンの開放動作を行わせるとともに加圧動作を行わせるこ
とを特徴とするスポット溶接方法。

【００１２】（２）電極を任意の位置に位置決め可能な
加圧手段と、前記加圧手段によって移動される電極の位
置を検出する位置検出手段と、前記加圧手段と位置検出
手段を有する溶接ガンと、前記溶接ガンを被溶接物の複
数の溶接位置へ移動させる溶接ロボットと、前記溶接ロ
ボットの位置情報と前記電極の位置情報とに基づき、溶
接ロボットによる溶接ガンの溶接位置への移動中に、溶
接ガンの開放動作を行わせるとともに加圧動作を行わせ
る制御手段と、を具備したことを特徴とするスポット溶
接装置。

【００１３】

【作用】このように構成されたスポット溶接方法および
その装置においては、つぎのような作用が行なわれる。
上述の（１）、（２）の構成においては、加圧手段によ
って移動される電極の位置が位置検出手段によって検出
される。これにより、制御手段では溶接ロボットの位置
情報と電極の位置情報とを把握することが可能となり、
溶接ロボットの動きと電極の動きとを同期させることが
可能となる。つまり、加圧手段による電極の移動は、溶
接ロボットの１軸を制御するのと全く同じことになり、
電極と溶接ロボットの双方の動きを同期させることがで
きる。したがって、溶接ロボットは従来のように溶接ガ
ンとのインタロックをとる必要がなくなり、溶接ガンの
加圧、開放動作によって溶接ロボットの動きが拘束され
ることはなくなる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明に係るスポット溶接方法およ
びその装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明す
る。図１ないし図５は、本発明の一実施例を示してお
り、とくに自動車のボデーのスポット溶接に適用した例
を示している。まず、本発明のスポット溶接方法が適用
されるスポット溶接装置について説明する。

【００１５】図１は、スポット溶接装置の全体構成を示
している。図１に示すように、スポット溶接装置１１
は、溶接ガン２１、溶接ロボット６１、制御手段７１等
から構成されている。溶接ガン２１は、溶接ロボット６
１の手首部65に取付けられている。溶接ガン２１の開
放、加圧動作および溶接ロボット６１の動きは、制御手
段７１によって制御されるようになっている。

【００１６】図１に示すように、溶接ガン２１は、つぎ
のように構成されている。溶接ガン２１は、Ｃ形フレー
ム２２を有しており、Ｃ形フレーム２２の下部にはホル
ダ２３を介して電極２４が装着されている。Ｃ形フレー
ム２２の上部には、加圧手段２５が取付けられている。

【００１７】加圧手段２５は、つぎように構成されてい
る。加圧手段２５は、サーボモータ２６を有している。
サーボモータ２６の出力軸には、軸継手２７を介してボ
ールネジ２８が連結されている。ボールネジ２８は、軸
受部２９ａ，２９ｂを介してＣ形フレーム２２に回転可
能に保持されている。ボールネジ２８には、ナット３０
が螺合されている。ナット３０は、ボールネジ２８の回
転に伴ってボールネジ２８の軸方向に移動するようにな
っている。

【００１８】ナット３０の外周部には、連結部材３１が
取付けられている。連結部材３１の一端には、ホルダ３
２を介して電極３３が装着されている。電極３３は、サ
ーボモータ２６の回転によって軸方向に移動するように
なっている。電極３３の位置は、サーボモータ２６の後
部に設けられた位置検出手段としてのエンコーダ３４に
より検出可能となっている。

【００１９】Ｃ形フレーム２２には、薄板鋼板からなる
被溶接物（車両ボデー）９０の位置ずれを吸収するため
のイコライザ（位置ずれ補正機構部）４１が取付けられ
ている。イコライザ４１は、後述する溶接ロボット６１
の手首が連結される連結フレーム４２を有している。連
結フレーム４２内には、保持フレーム４３が収納されて
いる。保持フレーム４３は、弾性部材４４を介して連結
フレーム４２に弾性支持されている。

【００２０】保持フレーム４３には、ボールネジ４５が
収納されている。ボールネジ４５は、軸受部４６、４７
を介して保持フレーム４３に回転可能に保持されてい
る。ボールネジ４５の一方には、歯付プーリ４８が取付
けられている。上述したサーボモータ２６の出力軸に取
付けられている軸継手２７の外周部には、歯付プーリ２
７ａが形成されている。この歯付プーリ２７ａとイコラ
イザ４１側の歯付プーリ４８は、タイミングベルト５０
を介して連結されている。

【００２１】イコライザ４１側のボールネジ４５には、
ナット５１が螺合されている。ナット５１は、ボールネ
ジ４５の回転に伴ってボールネジ４５の軸方向に移動可
能となっている。ナット５１の外周部には、ガイド支持
板５２が固定されている。ガイド支持板５２には、一対
のガイド棒５３が連結されており、各ガイド棒５３は保
持フレーム４３に取付けられたガイド用ブッシュ５４に
摺動可能に挿通されている。各ガイド棒５３の他方は、
連結フレーム４２の内壁面に固定されている。

【００２２】保持フレーム４３はＣ形フレーム２２と連
結されており、Ｃ形フレーム２２は連結フレーム４２に
対してフローティングされた状態で保持されている。Ｃ
形フレーム２２は、サーボモータ２６の回転により連結
フレーム４２に対して移動可能となっている。連結フレ
ーム４２の一方の側面４２ａには、後述する溶接ロボッ
ト６１の手首部65が連結されている。

【００２３】電極３３は、図示されないケーブルを介し
てキックレスケーブル５５の一方に電気的に接続されて
いる。電極２４は、Ｃ形フレーム２２を介してキックレ
スケーブル５５の一方に電気的に接続されている。キッ
クレスケーブル５５の他方は、溶接ロボット５１に固定
された溶接トランス５６に接続されている。溶接トラン
ス５６は、タイマ機能を有するコントローラ５７を介し
て溶接電源（図示略）に接続されている。コントローラ
５７は、後述する制御手段７１と接続されている。

【００２４】溶接ロボット６１は、制御軸が６軸であり
各制御軸毎に設けられたサーボモータ６２によって駆動
されるようになっている。溶接ロボット６１は、周知の
技術であるので、これに関する詳細な説明は省略する。

【００２５】溶接ロボット６１の動きは、制御手段７１
によって制御されるようになっている。制御手段７１に
は、複数の溶接位置が教示されており、溶接ロボット６
１は教示された溶接位置に溶接ガン２１を位置決めされ
るようになっている。制御手段７１には、溶接ロボット
６１の各制御軸の位置情報が入力されており、これに基
づいて溶接ロボット６１によって移動される溶接ガン２
１の位置情報が把握される。また、制御手段７１には、
電極３３の位置情報が位置検出手段としてのエンコーダ
３４から入力される。

【００２６】図５は、制御手段７１の概略構成を示して
いる。制御手段７１は、メインＣＰＵ７２、サーボＣＰ
Ｕ７３、インタフェース７４、サーボアンプ７５から構
成されている。メインＣＰＵ７２の第１の軌道計算部７
２ａは、溶接ロボット６１自体の軌道計算をする機能を
有しており、第２の軌道計算部７２ｂは、溶接ロボット
６１の軌道を加味した溶接ガン２１の電極３３の軌道計
算を行う機能を有している。また、メインＣＰＵ７２の
加圧力設定部７２ｃは、各溶接打点毎に設定される加圧
力に対応する負荷電流を指令する機能を有している。

【００２７】サーボＣＰＵ７３は、第１の軌道計算部７
２ａからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、溶接ロボット６１を予め教示された
溶接位置へ所定の速度で移動する指令機能を有してい
る。図５における溶接ロボット６１は、各制御軸毎にサ
ーボモータ６２の速度を検出するタコジェネレータ６３
と、位置検出用のセンサ６４とを有している。

【００２８】サーボＣＰＵ７３は、第２の軌道計算部７
２ｂからの計算値とフィードバックされる速度、位置の
値との差を算出し、電極３３を所定の位置へ所定の速度
で移動する指令機能を有している。図５における溶接ガ
ン２１は、サーボモータ２６による電極３３の移動速度
を検出するタコジェネレータ３５と、位置検出用のエン
コーダ３４を有している。また、サーボＣＰＵ７３は、
メインＣＰＵ７２における加圧力設定部７２ｃからの指
令情報とフィードバックされた負荷電流値との差によ
り、加圧力に対応した負荷電流を求める機能を有してい
る。

【００２９】インタフェース７４は、サーボＣＰＵ７３
からのデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有
している。サーボアンプ７５は、溶接ロボット６１の各
制御軸のサーボモータ６２に流れる電流を検出し、フィ
ードバックされた電流値と指令値との差に基づいてサー
ボモータ６２の負荷電流を制御するようになっている。
同様に、サーボアンプ７５は、溶接ガン２１の電極３３
と移動させるサーボモータ２６に流れる電流を検出する
ようになっており、フィードバックされた電流値と指令
値との差に基づいてサーボモータ２６の負荷電流を制御
するようになっている。

【００３０】図３は、制御手段７１と溶接ガン２１との
情報の授受、および制御手段７１と溶接ロボット６１と
の信号の授受関係を示している。図４は、溶接ロボット
６１と溶接ガン２１の座標系を示している。図４に示す
ように、溶接ガン２１の位置情報は、Ｇ₁〜Ｇ₃である
加圧方向、溶接ガン２１の向きであるベクトルと、加圧
または開放時における電極３３の位置であるｘ、ｙ、ｚ
からなる４×４のマトリクスで表現される。また、溶接
ロボット６１の位置情報は、溶接ガン２１の取付面４２
ａで特定され、図４に示すように、従来からＤｅｎａｖ
ｉｅｔＨｏｒｔｅｒｖｅｒｇの式として有名な４×４
のマトリクスで表現される。

【００３１】つぎに、本発明のスポット溶接方法および
溶接順序について説明する。自動車の組立ラインではコ
ンベアによって車両ボデーが間欠的に移動され、車両ボ
デーの停止時に溶接作業が行なわれる。車両ボデーが所
定の位置に位置決めされると、待期状態にあった溶接ロ
ボット６１によって溶接ガン２１が溶接位置Ａに向って
移動される。

【００３２】図２は、溶接ロボット６１の動きに対する
電極３３の動きおよび通電作業の関係を示している。図
２に示すように、溶接ガン２１の溶接位置Ａへの移動中
には、制御手段７１からの指令により、サーボモータ２
６が回転駆動され、電極３３の下降による加圧動作が開
始される。

【００３３】溶接ロボット６１により溶接ガン２１が被
溶接物（車両ボデー）９０の溶接位置Ａに到達した時点
では、被溶接物９０の溶接される部分は電極３３と電極
２４とによって挟持された状態となる。つぎに、溶接ロ
ボット６１の停止と同時にサーボモータ２６の回転によ
って被溶接物９０が加圧される。この時の電極３３の移
動ストロークは従来の加圧シリンダ方式のものに比べて
著しく小であり、所定の加圧力に到達する時間は非常に
僅かな時間Ｔ₁で済むことになる。

【００３４】被溶接物９０が両電極２４、３３によって
所定荷重で加圧されると、両電極間に溶接電流が時間Ｔ
₂だけ流され、被溶接物９０の溶接が行なわれる。溶接
電流が流された後は時間Ｔ₃だけ加圧状態が保持され、
その後、サーボモータ２６の逆回転による加圧力の除去
が行なわれる。この加圧力除去の時間は、加圧力の付与
とほぼ等しい時間Ｔ₄となる。加圧力の除去完了の信号
は電極３３の位置情報とて把握される。制御手段７１
は、加圧力除去完了時の電極３３の位置情報に基づき、
溶接ガン２１をつぎの溶接位置Ｂに向けて移動させる。

【００３５】溶接ガン２１の溶接位置Ｂへの移動中に
は、図２に示すように、サーボモータ２６の逆回転によ
って電極３３が上昇し、溶接ガン２１の開放動作（時間
Ｔ₅）が行なわれる。この時の電極３３の開放方向への
移動ストロークはＨ₁に設定される。溶接ガン２１が溶
接位置Ｂに接近すると、制御手段７１からの信号により
サーボモータ２６が再び正回転し、溶接ガン２１の加圧
動作（時間Ｔ₆）が行われる。溶接ガン２１が溶接位置
Ｂに到達すると、上述と同様な加圧、通電動作によって
被溶接物９０のスポット溶接が行なわれる。

【００３６】溶接位置Ｂの溶接が終了し、溶接ロボット
６１による溶接ガン２１の溶接位置Ｃへの移動中には、
電極３３の開放方向への移動ストロークはたとえばＨ₂
とされる。これは、被溶接物９０の板厚が薄い方向に変
化したり、溶接部分の形状変化により、電極３３の逃げ
量を溶接位置Ａ、Ｂよりも小とすることができるからで
ある。

【００３７】このように、本実施例ではサーボモータ２
６によって電極３３を移動させるため、電極３３の駆動
は溶接ロボット６１の１軸を制御するのと全く同じこと
になり、溶接ロボット６１の移動と電極３３の移動を同
時に行うことが可能となる。したがって、溶接ガン２１
の加圧および開放動作の大部分を溶接ロボット６１の移
動中に行うことができ、その分、１打点当りの溶接作業
時間Ｓ₁の短縮化がはかれる。本実施例の場合では、従
来に比べて溶接１打点当り０．５秒の短縮がはかれ、溶
接ロボット１台当りの溶接打点数を２０打点とすれば、
スポット溶接時間を１０秒短縮することが可能となる。

【００３８】なお、本実施例では加圧手段としてサーボ
モータ２６を使用したが、任意の位置の位置決めが可能
なものであれば、油圧サーボ等を用いた構成でもよく、
これに限定されない。また、溶接ロボット６１は多関節
式のものに限られず、たとえば数値制御により制御され
る直交座標型の移動手段であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、つぎような効果が得ら
れる。

【００４０】（１）溶接ロボットの位置情報と電極の位
置情報とに基づき、溶接ロボットによる溶接ガンの溶接
位置への移動中に、溶接ガンの開放動作を行なわせると
ともに加圧動作を行わせるようにしたので、溶接ガンの
加圧動作および開放動作によって溶接ロボットの動きが
著しく拘束されるのを解消することができる。したがっ
て、溶接ロボットの動きに無駄がなくなり、溶接ロボッ
トによるスポット溶接のサイクルタイムを短縮化するこ
とができる。

【００４１】（２）電極を任意の位置に位置決めするこ
とが可能となり、各溶接位置における加圧力を容易に可
変することが可能となる。また、電極の開放ストローク
が可変できることから、形状が複雑な被溶接物であって
も電極の無駄な動きが解消され、サイクルタイムの短縮
化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスポット溶接方法を用
いたスポット溶接装置の概略構成図である。

【図２】図１の溶接ロボットの動きに対する電極の動作
および通電動作の関係を示す動作特性図である。

【図３】図１の装置における溶接ロボットと溶接ガンと
の信号の授受関係を示す制御系統図である。

【図４】図１の装置における溶接ロボットと溶接ガンの
座標系を示す模式図である。

【図５】図１の装置における制御手段の制御系統図であ
る。

【図６】溶接ロボットによる従来のスポット溶接方法の
一例を示す斜視図である。

【図７】図６の部分拡大斜視図である。

【図８】図６のスポット溶接方法における溶接ロボット
の動きに対する電極の動作および通電動作の関係を示す
動作特性図である。

【符号の説明】

２１溶接ガン２５加圧手段２６サーボモータ２８ボールネジ３３電極３４位置検出手段４１イコライザ６１溶接ロボット７１制御手段９０被溶接物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田洋一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者飛田英明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧手段によって電極が移動される溶接
ガンを溶接ロボットにより移動させ、予め設定された複
数の溶接位置に溶接ガンを逐次位置決めし被溶接物のス
ポット溶接を連続的に行うに際し、前記溶接ロボットの
位置情報と前記電極の位置情報とに基づき、溶接ロボッ
トによる溶接ガンの溶接位置への移動中に、溶接ガンの
開放動作を行わせるとともに加圧動作を行わせることを
特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】電極を任意の位置に位置決め可能な加圧
手段と、前記加圧手段によって移動される電極の位置を検出する
位置検出手段と、前記加圧手段と位置検出手段を有する溶接ガンと、前記溶接ガンを被溶接物の複数の溶接位置へ移動させる
溶接ロボットと、前記溶接ロボットの位置情報と前記電極の位置情報とに
基づき、溶接ロボットによる溶接ガンの溶接位置への移
動中に、溶接ガンの開放動作を行わせるとともに加圧動
作を行わせる制御手段と、を具備したことを特徴とする
スポット溶接装置。