JPH11285849A

JPH11285849A - スポット溶接機用電極位置検出装置並びにその検出方法及びその補正方法

Info

Publication number: JPH11285849A
Application number: JP11027392A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Kamisada; 光憲神定
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接ロボットに取り付けられた溶接ガンの電
極位置を正確に検出する。【解決手段】一対の相対的に移動自在な溶接用電極２
２，２４を有する溶接ガン２に固有の座標系を定め、任
意の位置に動かされた可動電極２２を当該座標系に定め
られた電極センサ６０により検出し、可動電極２２の前
記任意の位置を溶接ガン２の位置検出器２６によって検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに取り付
けられた溶接ガンの電極位置を正確に検出し、電極磨耗
量を補正するスポット溶接機用電極位置検出装置並びに
その検出方法及びその補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば車体のスポット溶接を行なう溶
接ガンは、サーボモータによって駆動される可動電極と
ガン本体に固定された固定電極とを有している。スポッ
ト溶接時には、可動電極を固定電極側に動かすことによ
って被溶接物を固定電極との間に所望の圧力で挟み、こ
の状態で通電してスポット溶接を行なっている。

【０００３】サーボモータを用いた溶接ガンの場合、被
溶接物に対する加圧力は可動電極の停止位置で間接的に
制御しているため、スポット溶接を連続的に行っている
と、両電極の摩耗により被溶接物に対する固定電極の停
止位置が変化し、同じ停止位置としていたのではスポッ
ト溶接時の加圧力が段々と小さくなって溶接品質に悪影
響を及ぼすようになる。このため、両電極の磨耗量を検
出し、その磨耗量だけ固定電極の停止位置を補正する必
要がある。従来、この補正をするために、次のようにし
て電極の磨耗を検出している。（１）磨耗量検出治具１０の固定ブロックにリミットス
イッチを設置する方法（図１４参照）まず、ロボット全体を測定位置まで動作させ、可動電極
先端で摩耗量検出治具１０のリミットスイッチをＯＮさ
せる。そして、この時のロボット各軸の位置データを取
り込む。次に、同様の動作を固定電極についても行う。
そしてこれらの位置データを新品の電極時の位置データ
と比較し、可動電極、固定電極それぞれの摩耗量を算出
する。最終的には、両電極の磨耗量に合わせてロボット
の各軸位置データを補正する（図１７のフローチャート
参照）。（２）固定ブロックに可動電極を突き当て、サーボモー
タの電流値の変化から電極先端が触れたことを検知する
方法（図１５参照）まず、ロボット全体を測定位置まで動作させ、サーボモ
ータを駆動させて可動電極を固定ブロックに突き当て
る。そして、この時のサーボモータの電流値の変化から
固定ブロックに電極先端が接触したことを検知し（図１
６参照）、接触状態が検知されたら可動電極軸の位置デ
ータを取り込む。さらにサーボモータを駆動させて可動
電極と固定電極とで被溶接物をくわえる。被溶接物がく
わえられたことをこの時のサーボモータの電流値の変化
から検知し、接触状態が検知されたら可動電極軸の位置
データを取り込む。これらの位置データを新品の電極時
の位置データと比較し、可動電極、固定電極それぞれの
摩耗量を算出する。最終的には、両電極の磨耗量に合わ
せてロボットの各軸位置データを補正する（図１８のフ
ローチャート参照）。

【０００４】この場合、可動電極の軸移動により、電極
が固定ブロックに接触したことを検知したが、ロボット
全体を移動させ、可動、固定両電極の位置を算出しても
よい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の方法では次のような欠点がある。（１）の
方法の場合、ロボット本体の機械的なバックラッシュや
剛性に依存する撓み、位置決め繰り返し精度による誤差
の分離ができない。また、溶接作業中に電極を交換した
場合、ロボット（ガン本体）を作業位置より摩耗量検出
治具１０の位置まで移動しなければならず、復旧に時間
を要する。さらに、摩耗量検出治具１０を設置するスペ
ースが必要であり費用も高くなる。（２）の方法の場合
も、ロボット本体の機械的なバックラッシュや剛性に依
存する撓み、位置決め繰り返し精度による誤差の分離が
できない。また、溶接作業中に電極を交換した場合、ロ
ボット（ガン本体）を作業位置より摩耗量検出治具１０
の位置まで移動しなければならず、溶接作業への復旧に
時間がかかる。さらに、摩耗量検出治具１０を設置する
スペースが必要である。

【０００６】本発明は、以上のような従来の問題点を解
消するためになされたものであり、溶接ガンの電極位置
が正確に検出でき、電極磨耗量を正確に補正することが
できるスポット溶接機用電極位置検出装置並びにその検
出方法及びその補正方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、各請求項ごとに次のように構成される。

【０００８】請求項１に記載の発明は、一対の相対的に
移動自在な溶接用電極を有する溶接ガンを溶接ロボット
が操作するスポット溶接機に適用されるスポット溶接機
用電極位置検出装置であって、前記溶接ガンには任意の
座標系が定められ、任意の位置に動かされた可動電極を
検出すべく当該座標系に定められたセンサと、前記溶接
ガンに対する前記可動電極の任意の位置を検出する当該
センサと協同する位置検出器とを有することを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記セ
ンサは、前記可動電極の先端部を検出し、前記可動電極
の前記任意の位置は、前記溶接ガンにおける前記可動電
極の先端部であることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記溶
接ガンは、可動電極を送り方向に送る送り機構と、前記
送り機構を支持するベース部分および前記可動電極に対
して他の溶接用電極を支持する端部部分を有するガンア
ームとを備え、前記センサは、前記ガンアームのベース
部分に固定され、前記可動電極の送り方向と交差する光
線を投射する投光器と、前記ガンアームのベース部分に
固定され、前記投光器からの光線を受光する受光器とを
備えていることを特徴とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記溶
接ガンは、一方の支持片は投光器を支持し他方の支持片
は受光器を支持する相互に間隔をおいて配置された一対
の支持片を備え、前記ガンアームのベース部分に固定さ
れたブラケットをさらに有することを特徴とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記位
置検出器は、前記溶接ガンに固定され、前記可動電極を
送る送り機構と、前記送り機構を駆動するサーボモータ
と、前記サーボモータを制御し、前記可動電極の位置を
検出する制御装置とを有することを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記制
御装置は、前記溶接ガンに取り付けられた可動電極と固
定電極との間の無加圧接触の状態を認識することを特徴
とする。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記制
御装置は、前記送り機構の送りを制御し、スポット溶接
前に、前記溶接ガンに取り付けられた可動電極と固定電
極との間の前記任意の位置に前記可動電極が動く第１の
送り、スポット溶接前に、前記可動電極が無加圧接触の
状態となる第２の送り、スポット溶接後、可動電極が前
記任意の位置に動く第３の送り、スポット溶接後、前記
可動電極が無加圧接触の状態となる第４の送り、第１、
第２、第３、第４の送りの内の少なくとも２つに基づく
可動電極および固定電極の１つの変形を認識することを
特徴とする。

【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記制
御装置は、前記変形に基づく送り機構の送りを制御する
ことを特徴とする。

【００１６】請求項９に記載の発明は、請求項６に記載
のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記制
御装置は、前記可動電極が無加圧接触の状態に入る前
に、固定電極上で加圧力を出すように可動電極を制御す
ることを特徴とする。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記
可動電極と固定電極の内の１つは、前記送り機構に連結
される電極部材と、前記電極部材上に装着される電極チ
ップとを備えていることを特徴とする。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、請求項９に記
載のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前記
制御装置は、前記送り機構の送り量を制御し、前記可動
電極が無加圧接触の状態となる第１の送り量、前記可動
電極が前記固定電極に作用し、前記固定電極の反作用と
釣り合う大きさの加圧力を持つように動かす第２の送り
量、前記可動電極が前記固定電極に作用し、前記固定電
極の反作用と釣り合う大きさとは異なる大きさの加圧力
を持つように動かす第３の送り量、第１、第２、第３の
送り量に基づく溶接ガンの曲りを認識することを特徴と
する。

【００１９】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前
記制御装置は、前記曲りに基づく送り機構の送り量を制
御することを特徴とする。

【００２０】請求項１３に記載の発明は、請求項１１に
記載のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前
記制御装置は、第１の方向を有する前記溶接ガンの第１
の曲り、前記第１の方向とは異なる第２の方向を有する
溶接ガンの第２の曲り、前記溶接ガンの第１と第２の曲
りに基づく溶接ガンの曲りの方向の影響を認識すること
を特徴とする。

【００２１】請求項１４に記載の発明は、請求項１３に
記載のスポット溶接機用電極位置検出装置において、前
記制御装置は、前記影響に基づく送り機構の送り量を制
御することを特徴とする。

【００２２】請求項１５に記載の発明は、一対の相対的
に移動自在な溶接用電極を有する溶接ガンを溶接ロボッ
トが操作するスポット溶接機に適用されるスポット溶接
機用電極位置検出装置であって、前記溶接ガンには任意
の座標系が定められ、任意の位置に動かされた可動電極
を検出すべく当該座標系に定められたセンサ手段と、前
記溶接ガンに対する前記可動電極の任意の位置を検出す
る当該センサ手段と協同する位置検出手段とを有するこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項１６に記載の発明は、一対の相対的
に移動自在な溶接用電極を有する溶接ガンを溶接ロボッ
トが操作するスポット溶接機に適用されるスポット溶接
機用電極位置検出方法であって、溶接ガンに座標系を定
め、センサを前記座標系に固定し、任意の位置に動かさ
れた可動電極を前記センサで検出し、前記溶接ガンにお
ける前記可動電極の任意の位置を前記センサと協同する
位置検出器によって検出することを特徴とする。

【００２４】請求項１７に記載の発明は、請求項１６に
記載のスポット溶接機用電極位置検出方法において、前
記センサによる検出は、前記可動電極の先端部を検出す
ることを含み、前記可動電極の前記任意の位置は、溶接
ガンに対する前記可動電極の先端部であることを特徴と
する。

【００２５】請求項１８に記載の発明は、溶接ロボット
に取り付けられ、サーボモータで可動電極を駆動するタ
イプの溶接ガンに用いる電極位置補正方法であって、前
記溶接ガンに前記可動電極の先端部を検出する先端検出
器を固定して取り付ける第１段階と、前記溶接ガンに新
品の可動電極と固定電極を取り付けてその先端部が前記
先端検出器によって検出されるまで前記可動電極を駆動
する第２段階と、前記可動電極が原位置から前記先端検
出器によってその先端部が検出されるまでの移動量を算
出する第３段階と、引き続いて前記可動電極を前記固定
電極に突き当てるまで駆動する第４段階と、前記可動電
極の加圧力を減じて加圧力がなくなった時点での前記可
動電極の原位置から突き当て位置までの移動量を算出す
る第５段階と、溶接が行なわれた後に、前記可動電極が
原位置から前記先端検出器によってその先端部が検出さ
れるまでの移動量を算出する第６段階と、引き続いて前
記可動電極を固定電極に突き当てるまで駆動する第７段
階と、前記可動電極の加圧力を減じて加圧力がなくなっ
た時点での前記可動電極の原位置から突き当て位置まで
の移動量を算出する第８段階と、新品の可動電極によっ
て得られたそれぞれの移動量と溶接後の可動電極によっ
て得られたそれぞれの移動量とに基づいて、可動電極と
固定電極のそれぞれの磨耗量を算出する第９段階とを有
することを特徴とする。

【００２６】請求項１９に記載の発明は、請求項１８に
記載の溶接ガンの電極位置補正方法において、前記第４
段階で行なわれる可動電極を固定電極に突き当てる動作
は、前記サーボモータによって得られる溶接ガンの最大
許容加圧力以内の最大加圧力で両電極同士を加圧する動
作を含むことを特徴とする。

【００２７】請求項２０に記載の発明は、請求項１８に
記載の溶接ガンの電極位置補正方法において、溶接ロボ
ットに取り付けられ、サーボモータで可動電極を駆動す
るタイプの溶接ガンに用いる電極位置補正方法であっ
て、前記第９段階で算出された可動電極と固定電極のそ
れぞれの磨耗量に基づいて、溶接時における加圧時の前
記可動電極の位置を補正する段階をさらに有することを
特徴とする。

【００２８】請求項２１に記載の発明は、溶接ロボット
に取り付けられ、サーボモータで可動電極を駆動するタ
イプの溶接ガンに用いる電極位置補正方法であって、前
記可動電極を固定電極に突き当てるまで駆動する第１段
階と、前記可動電極を第１の設定加圧力で加圧して前記
可動電極の原位置から突き当て位置までの移動量を算出
する第２段階と、前記第１の設定加圧力とは異なる加圧
力で両電極同士を再度加圧する第３段階と、前記可動電
極の原位置から突き当て加圧位置までの移動量を算出す
る第４段階と、前記突き当て位置までの移動量と前記突
き当て加圧位置までの移動量から前記溶接ガンの剛性を
算出する第５段階とを有することを特徴とする。

【００２９】請求項２２に記載の発明は、請求項２１に
記載の溶接ガンの電極位置補正方法において、前記第５
段階で算出された溶接ガンの剛性に基づいて溶接時にお
ける加圧時の前記可動電極の位置を補正する段階をさら
に有することを特徴とする。

【００３０】請求項２３に記載の発明は、請求項２１に
記載の溶接ガンの電極位置補正方法において、前記第１
段階から第４段階の処理を行ない、次に、前記溶接ガン
の姿勢を変えて、再度前記第１段階から第４段階を溶接
ガンを鉛直の姿勢で行ない、それぞれの姿勢によって得
られたそれぞれの移動量から前記ガンの自重を勘案した
剛性を算出する段階を有することを特徴とする。

【００３１】請求項２４に記載の発明は、請求項２３に
記載の溶接ガンの電極位置補正方法において、前記段階
で算出された溶接ガンの自重を勘案した剛性に基づいて
溶接時における前記可動電極の加圧時の位置を補正する
段階をさらに有することを特徴とする。

【００３２】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は次のよ
うな効果を奏する。

【００３３】請求項１乃至請求項１５に記載の発明で
は、ロボット本体の機械的なバックラッシュや剛性に依
存する撓み、位置決め繰り返し精度による誤差を含まな
い両電極の位置を高精度で検出することができる。

【００３４】請求項１６および請求項１７に記載の発明
では、ロボット本体の機械的なバックラッシュや剛性に
依存する撓み、位置決め繰り返し精度による誤差を含ま
ない両電極の位置を高精度で検出することができる。

【００３５】請求項１８及び請求求項２０に記載の発明
では、ロボット本体の機械的なバックラッシュや剛性に
依存する撓み、位置決め繰り返し精度による誤差を含ま
ない高精度な両電極の摩耗量を検出することができる。
従って、電極摩耗量の正確な補正ができるため溶接品質
の更なる向土が望める。また、溶接作業中に電極を交換
した場合であっても、ロボット（溶接ガン本体）を同作
業位置より空加圧できる位置までの最小限の移動で済む
ため、復旧時間を短縮できる。さらに、特別に摩耗量検
出装置を設置するスペースも必要なく、費用もかからな
い。

【００３６】請求項１９に記載の発明では、溶接に用い
る電極の多くは頻繁な電極交換を前提としているため、
電極先端の取り付け方法はテーパーの付いた円柱形の電
極チップを、それに勘合する電極ホルダに打ち込む形で
取り付けている。従って、電極チップの挿入が甘い場合
は、加圧を繰り返すたびに電極チップが電極ホルダにめ
り込み、あらかじめ計測した電極摩耗量に誤差を生じて
くる。従って、電極摩耗量検出の直前に最大許容加圧力
にて電極を加圧することにより、電極チップを十分に挿
入することができるため、高精度な電極の摩耗量を検出
することができる。また、以降の加圧による電極摩耗量
の誤差は生じない。従って、電極摩耗量の正確な補正が
できるため溶接品質の更なる向上が望める。

【００３７】請求項２１及び請求項２２に記載の発明で
は、従来できなかった溶接ガンのアームの撓み量検出と
この検出に基づく補正ができる。このため、加圧力にあ
わせた最適なガンアーム撓み量の補正ができるため溶接
品質の更なる向上が望める。

【００３８】請求項２３及び請求項２４に記載の発明で
は、従来、できなかったガンアームの撓み量検出とこの
検出に基づく補正ができるばかりでなく、ガン姿勢によ
る電極加圧力のばらつきを補正し、所望の電極加圧力を
正確に出すことができるため、溶接品質が安定する。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００４０】現在一般的に用いられているスポット溶接
装置は、その装置自体で加圧点と被溶接物のずれを補正
する機能（エコライジング）を持っていない。従って、
被溶接物を溶接する際には、電極加圧前において固定電
極が被溶接物に隙間なく接している必要がある（以下、
この位置を固定電極接触点と称す）。また、可動電極に
おいても、被溶接物と接触する点で停止しなければ、電
極や被溶接物に悪影響を及ぼすことから、電極が被溶接
物に接する位置（以下、可動電極接触点と称す）を予め
知る必要もある。

【００４１】ところが、連続的に溶接を行った場合、電
極の摩耗により、前述の固定電極接触点や可動電極接触
点は常に変化する。また、ロボット等に取り付けられる
溶接ガンは、ロボット等の可搬重量の制限などからガン
本体の剛性確保に限界があることから、電極加圧時にお
いてガンアームに撓みが発生して加圧点もずれる。

【００４２】仮に、被溶接物の厚みが限りなく薄い場
合、固定電極接触点と可動電極接触点はほぼ一致する。
そして、この点を理論加圧点とした場合、加圧力（数百
Ｋｇｆ）によりガンアームが撓むため、図４に示すよう
に、実加圧点Ｚｔは理論加圧点Ｚｊからガンアーム撓み
量ΔＺ分だけずれた位置になる。

【００４３】従って、なんらかの方法により固定電極接
触点、可動電極接触点、理論加圧点、及び実加圧点を検
出する必要がある。

【００４４】また、溶接ガン可動電極の可動部の自重
は、ガン姿勢により電極加圧力の誤差を生み出すため電
極加圧力を不安定にする。

【００４５】従来、加圧時のガン本体の撓み量（実加圧
点）は、計測器を用いて実測しているため、本発明のよ
うな方法は有効である。また、ガン姿勢による電極加圧
力への影響については従来は考慮されていない。したが
って、本発明は、以上のような問題を解消するために成
されたものである。

【００４６】図１は、図９に詳細が示される溶接ガン２
の各電極の位置を検出する電極位置検出装置１を示し、
また、図８は、電極位置検出装置１が用いられているス
ポット溶接装置Ｗを示す。図１に示すように、電極位置
検出装置１は、溶接ガン２と制御システム５とから構成
される。また、図８に示すように、スポット溶接装置Ｗ
は、電極位置検出装置１と、ハードウエアとして溶接ガ
ン２を含む溶接ロボットＲを備えている。図８のスポッ
ト溶接装置Ｗは、理解を容易にすべく、地面に配置され
る分離された溶接変圧器ＴＲを有するタイプのロボット
を例示している。なお、スポット溶接装置Ｗは、溶接ガ
ン２にコンパクトな溶接変圧器が取り付けられているも
のであっても良い。

【００４７】図８に示すように、スポット溶接装置Ｗに
は、地面に据え付けられ溶接ガン２を操作する溶接ロボ
ットＲと、スポット溶接装置Ｗを制御する制御装置５０
とが設けられ、溶接変圧器ＴＲの前面にはコントロール
パネル５０ａが、溶接ロボットＲの基台にはコントロー
ルパネル５０ｂが、溶接ロボットＲのアームにはコント
ロールパネル５０ｃおよび５０ｄがそれぞれ取り付けら
れ、それぞれのコントロールパネル５０ａ〜５０ｄから
制御装置５０に各種の指令が出力できるようになってい
る。

【００４８】さらに、スポット溶接装置１には、図示は
されていないが、必要な動力や流体を供給する装置、電
気ケーブル、光ケーブル、通信や制御のための信号線、
インターフェース、オーバーヘッドレールに吊される油
圧や空圧のライン、空気調和装置、電極に冷却液を供給
する冷却ホースを含む冷却系を備えている。

【００４９】図１に示す制御装置５０は、スポット溶接
装置Ｗの動作を制御する中央処理装置（以下、ＣＰＵと
いう）５２と、高速演算が可能な演算装置５４と、動作
に必要なプログラムおよび関連データを記憶する記憶装
置５６とを有している。

【００５０】図８に示すように、溶接ガン２は、溶接ロ
ボットＲの複数の自由度を持つアームの端部に取り付け
られ、これらのアームによって、一対の相対的に移動自
在な溶接用電極（可動電極２２と固定電極２４の組み合
わせ）がスポット溶接の所望の初期位置に設定されるよ
うに溶接ガン２の姿勢が三次元的に制御される。

【００５１】図８および図９に示すように、可動電極２
２と固定電極２４は、溶接ガン２に取り付けられる。ガ
ンアームと称されるガンボディー２０は、アーム端部部
分２０ａ、アームベース部分２０ｂ、中間体部分２０ｃ
の間で弓形またはＣ字形状に形成されている。送り機構
３０は、アームベース部分２０ｂに取り付けられて支持
されている。サーボモータ２６は、アームベース部分２
０ｂに取り付けられ、送り機構３０を駆動する。可動電
極２２は、送り機構３０の送り方向Ｄｆの各々の向きに
動かすことができる。固定電極２４は、可動電極２２と
対向する位置にアーム端部部分２０ａによって取り付け
られている。

【００５２】溶接ガン２には、ガンアーム２０にブラケ
ットセット７０を固定することによって先端検出器とし
て機能する電極センサ６０が組み込まれる。アーム端部
部分２０ａには、電極ホルダ２０ｄと水ジャケット２０
ｅが設けられている。ガンボディー２０には、その内部
に冷却水を流通させる冷却路が形成され、その冷却路に
は冷却ホースが接続される。また、ガンボディー２０に
は、固定電極２４に溶接電流を導く導体も有している。

【００５３】送り機構３０は、アームベース部分２０ｂ
に固定されるマウントベース３１と、送り方向Ｄｆに進
退するようにマウントベース３１に回転自在に取り付け
られ、サーボモータ２６のドライブシャフトに連結され
るボールネジ３２と、ボールネジ３２に噛み合わせて取
り付けるナット部材３３と、ナット部材３３に取り付け
られたスライドベース３４と、スライドベース３４に取
り付けられ、ガンボディー２０の冷却路に連結される冷
却路が形成された電極ホルダー３５とから構成される。

【００５４】図１０に示すようにサーボモータ２６は、
ＣＰＵ５２からインターフェース２６ｂに入力されるモ
ータ駆動指令Ｃによってモータ駆動電流Ｉが制御され
る。このモータ駆動電流Ｉは、モータ駆動指令Ｃにより
サーボモータ２６ａを介してインターフェース２６ｂか
ら送られる。

【００５５】モータ駆動電流Ｉは、電流計２６ｃによっ
て電流データＤｉとして測定される。サーボモータ２６
ａの現在の回転数は、エンコーダ２６ｄによって回転デ
ータＤｒとして測定される。このモータ駆動電流Ｉは、
ＣＰＵ５２のモータ駆動指令Ｃとして測定されてはなら
ない。電流データＤｉと回転データＤｒは、インターフ
ェース２６ｂに同時に出力されて、電極位置データＤｐ
としてＣＰＵ５２に送られる。電流データＤｉと回転デ
ータＤｒは、非多重化される。回転データＤｒは、ＣＰ
Ｕ５２に入力され、送り機構３０における可動電極２２
の供給電流が計算される。

【００５６】電流データＤｉは、後で説明されるゼロト
ルク点をチェックするためにＣＰＵ５２に入力される。

【００５７】図１０に示すように、サーボモータ２６ａ
はボールネジ３２に連結され、駆動トルクＴｄをもって
ボールネジ３２を回転させ、ナット部材３３を駆動し、
それによってスライドベース３４が動き、可動電極２２
が送り方向Ｄｆに送られるように電極ホルダ３５が移動
する。ガンアーム２０に設定した直角座標系の軸をＺと
すると、可動電極２２（より詳しくは、そのチップ端
部）は、Ｚ軸に沿って再生あるいは最初の位置Ｚ＝０か
ら一定の前進位置Ｚ＝Ｚｉ（Ｚｉ＞０）まで送られる。
可動電極２２は、対象物Ｏｂ（例えば溶接される点ある
いは固定電極２４）に当接し、対象物Ｏｂ上で加圧力を
発生させる。

【００５８】対象物Ｏｂを、対象物Ｏｂが押された位置
Ｚ＝Ｚｊ（Ｚｊ＞Ｚｉ）で止まるまで微小距離ΔＺだけ
前方に押し出すと、力Ｆが釣り合う（例えば固定電極２
４からの反力あるいはガンアーム２０のアーム端部部分
２０ａが少し曲がることによって）。

【００５９】図１１に示すように、駆動トルクＴｄは、
モータ駆動電流Ｉの増加に応じて増加する。

【００６０】送り機構３０は、重量、機械的抵抗および
バックラッシュを有するので、駆動トルクＴのフリクシ
ョンΔＴｄは、損失として消費され、残り（Ｔｄ−ΔＴ
ｄ）が加圧力Ｆとなる。そして、送り機構３０は、電流
増加のステップ数に対応し、定められたゼロ加圧点（Ｆ
＝０）を有する。ゼロ加圧点（Ｆ＝０）は、このゼロ加
圧点（Ｆ＝０）に対応する厳密なゼロトルク点（Ｔ＝
０）を含むトルクの大きさに設定されたレンジ内におい
て、モータトルクＴ（ここで使用されるように）とし
て、ＣＰＵ５２が駆動トルクＴｄの大きさから明確にま
た効果的にフラクション（Ｔｄ−ΔＴｄ）を認識できる
ように、予めＣＰＵ５２に教示されている。

【００６１】図９に示すように、可動電極２２は、可動
電極２２のベース端部で電極ホルダ３５に捩じ込まれる
電気的導電性を有するアダプタ２２ａと、アダプタ２２
ａの末端に仕上げられる先がとがったあるいは丸い電極
チップ２２ｂとを有している。

【００６２】図１２は、可動電極２２の端部部分の断面
図である。アダプタ２２ａは、その内部に形成される供
給と戻りの冷却路２２ｃおよび放射状に電極チップ２２
ｂの内側に向けてテーパの付いた外周面２２ｄを末端に
有する。電極チップ２２ｂには、冷却液循環のための孔
またはくぼみ２２ｅが形成され、その孔またはくぼみ２
２ｅは、アダプタ２２ａの外側の周辺２２ｄ上に強制的
に合わせられ、水密状態を実現する放射状に外側に向け
てテーパの付いた内周面２２ｆを有する。

【００６３】可動電極２２の位置は、電極センサ６０に
よって検出される電極チップ２２ｂの端部（すなわちト
ップのプロフィール）のＺ軸座標により表される。ドレ
スされた電極チップ２２ｂは、固定電極２４に対して可
動電極２２を、サーボモータ２６の定格、形状、アダプ
タ２２ａと電極チップ２２ｂの寸法に関連して許される
最も大きい基準力（例えば４００のｋｇｆ、以降、最大
加圧力と称する）で押すことによって完全に挿入された
状態で装着することができる。

【００６４】固定電極２４は、電極ホルダ２０ｄにネジ
止めされる電気的伝導性を有するアダプタ２４ａと、ア
ダプタ２４ａに強制的に仕上げられる先がとがったある
いは丸い電極チップ２４ｂとから構成される。

【００６５】固定電極２４がここにあるとき、可動電極
２２との当接の後、その位置は電極チップ２４ｂの端部
のＺ軸座標により表される。

【００６６】一方のホースからの冷却液は、余分の絶縁
なしで、溶接電圧が比較的低くなるように電極チップ２
２ｂおよび２４ｂを介して循環され他方のホースに戻
る。

【００６７】電極センサ６０は、無接触タイプのセンサ
であり、赤外線のビームＢを照射するためにアームベー
ス部分２０ｂに固定された放射器と、伝送器または投光
器（以降ひとまとめにして「投光器」）６１、可動電極
２２の送り方向Ｄｆと直交しているコヒーレントあるい
は非コヒーレント光と、投光器６１からビームＢを受け
取るためにアームベース部分２０ｂに固定された光電式
ダイオードあるいはトランジスタ、光結合素子あるいは
光検出している受光器（以降ひとまとめにして「受光
器」）６２とを有している。

【００６８】投光器６１は、制御装置５０からすなわち
ＣＰＵ５２から出力される駆動コマンドの信号線６１ａ
を介して制御される。受光器６２は、制御装置５０に検
出データＤｔ（図１を参照のこと）を送る信号線６２ａ
に接続され、ＣＰＵ５２にそのデータを入出力する。

【００６９】受光器６２は、可動電極２２の電極チップ
２２ｂの先がとがった、丸いあるいは歪んだ形状の端部
を検出する。この検出は、例えば、ビームＢの光線の大
部分の受光が電極チップ端部により遮られ、検出データ
ＤｔがＣＰＵ５２に入力されたときに行なわれる。これ
は、遮っている電極チップ端部を検出するために処理さ
れる。電極チップ端部が検出されると、計算された現在
の送り位置が読み込まれ、それによって電極２２の現在
の位置は、検出された電極チップ端部のＺ軸座標につい
て定められ、検出される。

【００７０】投光器６１および受光器６２は、両方とも
ガン２に設定された直角座標系にブラケットセット７０
によって固定される。図１０により例示されるように、
投光器６１からのビームＢは、定められた座標のＺ＝Ｚ
ｒ（０＜Ｚｒ＜Ｚｉ）を有している基準点で垂直にＺ軸
と交差する。

【００７１】図９に示すように、ブラケットセット７０
はアームベース部分２０ｂに固定され、可動電極２２の
送り方向Ｄｆに垂直な方向に相互に間隔をおいて配置さ
れ、ねじ７２ａ、７１ａによってアームベース部分２０
ｂに固定される一対の実質的にＣ形の支持片７１、７２
を有し、一方の支持片７１は投光器６１を支持し、他方
の支持片７２は受光器６２を支持する。

【００７２】可動電極２２は、アームベース部分２０ｂ
（図９）の正面および固定電極２４のチップ端部との間
のアーム寸法Ｈ（図１）を横切って、センサ６０の後方
に位置する最初の位置Ｚ＝０（図１０）から停止位置Ｚ
＝Ｚｊ（図１０）まで前進するのに充分なストロークが
与えられる。このストロークは、溶接ガン２のアーム間
隔（２０ａと２０ｂとの間）より大きい。

【００７３】図１３（Ａ）は、図１の電極位置検出装置
１による電極位置検出の原理および相互電極距離の測定
原理の基本的な使用を例示し、１３（Ｂ）は、電極の変
形の測定への電極位置検出の原理の適用を例示してい
る。図１３（Ａ）において、可動電極２２（より詳しく
は新品の電極チップ２２ｂ）は３つの位置を有する。位置（ｉ）この位置は、最初の点Ｚ＝０に同一であると今仮定され
る初めのゼロの送り点である。位置（ii）丸いチップ端部は、基準点Ｚ＝ＺｒでビームＢを遮る。位置（iii）電極チップの端部は、固定電極２４の丸いチップ端部
（新品の先端２４ｂの）に初めの接触点Ｚ＝Ｚｉ１で無
加圧の状態で接触する。この無加圧の接触状態は、最大
の加圧力であってもよい最大加圧力Ｆ（図１１）で初め
に検出した後、ほんの少し戻したゼロトルク点（Ｔ＝
０）として、ＣＰＵ５２によって検出される。

【００７４】可動電極２２は、送り機構３０によって送
られる。

【００７５】まず、位置（ｉ）から位置（ii）までの距
離Ｚｒのところで、電極チップの端部が受光器６２（図
９）によって検出され、ＣＰＵ５２（図１）によって認
識される。ＣＰＵ５２は、現在の計算された送りＦｒ１
を読み込み、現在の電極位置がＺｒであることと、位置
（ii）から位置（iii）への付加距離がＬｒ１（＝Ｚｉ
１−Ｚｒ）であることを知る。既に述べられた無加圧接
触の状態は、ＣＰＵ５２がＺｉ１である現在の電極位置
として、現在の計算された送りＦｉ１（＝Ｆｒ１＋Ｌｒ
１）を読み込むとき、ＣＰＵ５２において、検出され
る。

【００７６】この結果、ＣＰＵ５２は、次回の溶接の前
に、レファレンス位置Ｚｒでの可動電極２２と固定電極
２４（使っていない先端２４ｂについては仕上げられ
た）との間の現在の間隔として、基準点Ｚｒおよび参照
距離Ｌｒ１（＝Ｚｉ１−Ｚｒ）に達するために可動電極
２２（使っていない先端２２ｂについては仕上げられ
た）の必要な送り量Ｆｒｉ（＝Ｚｒ）を知らされる。

【００７７】図１３Ｂにおいて、変形または一回以上の
溶接作業で磨耗する可動電極２２は、再び３つの位置を
有する。位置（iv）電極２２は、その変形の程度に対応するギャップｄＺ１
をもって、初めの送り点Ｚ＝０より短く、または小さい
現在のゼロ送り点（−ｄＺ１）で待機する。位置（ｖ）その歪んだ電極チップの端部は、基準点Ｚ＝Ｚｒでビー
ムＢを遮る。位置（vi）電極チップの端部は、電極２４の変形の程度に対応する
ギャップｄＺ２をもって、初めの接触点Ｚｉ１より遠い
現在の接触点Ｚ＝Ｚｉ２（＝Ｚｉ１＋ｄＺ２）で固定電
極２４の歪んだチップ端部上に無加圧の状態で接触す
る。

【００７８】可動電極２２は、まず位置（iv）から位置
（ｖ）への距離Ｚｒ＋ｄＺ１に送られる。そのチップ端
部は受光器６２で検出され、Ｚｒである電極位置として
現在の計算された送りＦｒ２を読み込んだときにＣＰＵ
５２が検出する。

【００７９】位置（ｖ）から位置（vi）への付加距離Ｌ
ｒ２（＝Ｚｉ２−Ｚｒ）において、ＣＰＵ５２がＺｉ２
である電極位置として現在の計算された送りＦｉ２（＝
Ｆｒ２＋Ｌｒ２）を読み込むとき、無加圧接触の状態が
ＣＰＵ５２によって検出される。この結果、ＣＰＵ５２
は、可動電極２２（使用された先端２２ｂについては仕
上げられた）が基準点Ｚｒおよび参照距離Ｌｒ２に達す
るために必要な送りＦｒ２（＝Ｚｒ＋ｄＺ１）を、基準
位置Ｚｒでの可動電極２２と固定電極２４（使用された
先端２４ｂについては仕上げられた）との現在の間隔と
して知らされる。

【００８０】基準位置Ｚｒは共通であり、関連データ
（Ｆｒ１およびＦｉ１あるいはＬｒ１、およびＦｒ２お
よびＦｉ２あるいはＬｒ２を少なくともを含む）は記憶
装置５６（図１）に記憶されるので、ＣＰＵ５２は、電
極チップ２２ｂおよび２４ｂの変形のそれぞれの程度、
ｄＺ１、ｄＺ２を決めるために、例えば送り距離、電極
位置あるいは相互電極距離の修正あるいは補正などのい
ろいろな適用のために、任意のセットデータを読み込ん
で処理することができる。

【００８１】電極位置検出装置１において、可動電極２
２はその上に投光器６１からのビームＢによって定めら
れる参照目盛を有している目盛のない参照メジャーとし
て機能する。基準点Ｚｒを越えて送られたとき、メジャ
ーは定められる長さを有する。なお、図９のスポット溶
接機Ｗは、加工物の溶接点から外れた場合にその位置に
電極位置を自動補正するイコライザ（固定電極２４を溶
接点の下側のレベル「固定電極接触点」で隙間なく接触
させ、可動電極２２を溶接点の上側のレベル「可動電極
接触点」で無加圧の状態で接触させるために必要とする
手段）は装備されていない。

【００８２】溶接ガン２は、ロボットアームの公称許容
荷重を考慮して設計された重量を有し、ガンアーム２０
は、溶接時に、加圧力の増加により、わずかであるが増
大する曲がりとともに可動電極側部から作用する加圧力
Ｆに耐える剛性および強度を有する。それゆえに、図４
にて図示したように、溶接点の位置の偏差が発生する。
溶接点は、可動電極接触点が実質的に固定電極接触点と
一致するため、ゼロの厚さであると仮定される。そし
て、それは、点Ｚ＝Ｚｔによって、理論上の加圧点とし
て示される。

【００８３】ガンアーム２０は加圧力Ｆ（数百ｋｇｆ）
で撓むので、理論上の加圧点Ｚｔがそこから小さい距離
ΔＺ（図１０を参照のこと）をおいて位置する他の点Ｚ
ｊにずれる。さらに、加圧力Ｆは、溶接ガン２の姿勢に
対してもわずかに変化する。本実施例は、このような力
の位置の偏差および力の変化については、電極位置の基
本的な検出および修正に加えて対処できる。

【００８４】図２は、図１の電極位置検出装置１による
基本的な検出および修正のための動作のフローチャート
を示す。

【００８５】溶接ガン２は、新品の（先端２２ｂ）可動
電極２２および新品の（先端２４ｂ）固定電極２４を備
えている。

【００８６】ステップＳ１では、駆動コマンドＣは、可
動電極２２から出力される加圧力を定義するコマンドデ
ータとともに制御装置５０のＣＰＵ５２からサーボモー
タ２６に出力される。ロマンドＣが与えられると、サー
ボモータ２６は可動電極２２を圧縮方向、すなわち送り
方向Ｄｆ（図１０）に低速度で動かす。

【００８７】ステップＳ２では、可動電極２２のチップ
端部は、先端検出器（図１３（Ａ）のＺｒ）として用い
られる電極センサ６０によって検出される。検出される
とすぐに、可動電極２２の現在の位置Ｆｒ１は、記憶装
置５６（以降、記憶装置１と呼ぶ）の記憶領域に記憶さ
れる。

【００８８】ステップＳ３では、図５に示すように、可
動電極２２は、固定電極２４に接触するまで、高速度で
動かされる（距離Ｌｒ１だけ）。

【００８９】ステップＳ４では、可動電極２２が固定電
極２４と接触し、両電極２２、２４上の仕上げられた電
極チップ２２ｂ、２４ｂが端部に合わせられるように、
可動電極２２は最大の加圧力Ｆ０で固定電極２４に対し
押圧される。

【００９０】ステップＳ５〜Ｓ７では、サーボモータ２
６の出力トルクをステップＳ４の状態から徐々に減少さ
せている。可動電極２２の加圧力Ｆ０を減少させ、加圧
力Ｆ０がΔＦからゼロに減じられたとき、可動電極２２
の接触点Ｚｉ１（図１３（Ａ））が検出され（Ｆｉ１を
送るように）、記憶装置５６（以降、記憶装置２と呼
ぶ）の他の記憶領域に記憶される。これによって、記憶
装置１および記憶装置２は、新品の可動装置２２および
固定電極２４の電極チップ端部の位置Ｚｒ、Ｚｉ１のデ
ータＦｒ１、Ｆｉ１を記憶することになる。

【００９１】ステップＳ８では、サーボモータ２６は可
動電極２２を定められている原位置に復帰するために高
速で動かす。これによって、アーム間隔Ｈ（図１）を開
放している。前述のステップＳ１〜Ｓ８は、電極チップ
の完全なドレッシングをすべく、記憶装置１および記憶
装置２のデータをアップデートするため好ましくは二回
実行されてもよい。

【００９２】何度かスポット溶接を行なうと、電極２
２、２４のチップ端部は、磨耗または変形するため、ス
テップＳ９〜Ｓ１１が処理される。そこでは、端部検出
器２８により検出される可動電極２２の位置Ｚｒ上のデ
ータＦｒ２（図１３（Ｂ））が記憶装置５６（以降、記
憶装置３と呼ぶ）の記憶領域に記憶され、また、可動電
極２２の接触点Ｚｉ２上のデータＦｉ２が前記憶装置５
６（以降記憶装置４と呼ぶ）の他の記憶領域に記憶され
る。

【００９３】ステップ１２では、記憶装置１〜記憶装置
４に記憶されたデータは、可動電極２２および固定電極
２４の摩耗量ｄＬ１およびｄＬ２（図５）の計算のため
にＣＰＵ５２によって次のように処理される。

【００９４】記憶装置１〜記憶装置４に記憶されたデー
タは、ゼロの送り点あるいは可動電極２２の原位置から
の送り（図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）のＦｒ１、Ｆ
ｉ１、Ｆｒ２、Ｆｉ２）あるいは変位に関して記憶され
たものである。したがって、記憶装置３のデータ（Ｆｒ
２）は、可動電極２２の摩耗量ｄＬ１（＝ｄＺ１）を決
めるために記憶装置１のデータ（Ｆｒｉ）から減じら
れ、記憶装置４のデータ（Ｆｉ２）は可動電極２２およ
び固定電極２４の全摩耗量ｄＬ１＋ｄＬ２を決めるため
に記憶装置３のデータ（Ｆｒ２）から減じられる。さら
に、可動電極２２の摩耗量ｄＬ１は、固定電極２４の摩
耗量ｄＬ２（＝ｄＺ２）を決めるために全摩耗量ｄＬ１
＋ｄＬ２から減じられる。

【００９５】ステップＳ１３では、計算された摩耗量ｄ
Ｌ１およびｄＬ２は制御装置５０において、例えば可動
電極２２を位置させるためのコマンドＣの修正あるいは
ロボットＲの（軌跡）教示データの修正のために用いら
れる。

【００９６】換言すれば、摩耗量ｄＬ１およびｄＬ２の
補正や修正は、可動電極２２（電極摩耗を考慮した図１
０の釣合点Ｚｊ）の溶接姿勢あるいはロボットＲによっ
て定められる軌跡の位置のコマンドデータから作られ
る。このような検出によって、繰り返された位置決めあ
るいは機械的な剛性およびロボットＲのバックラッシュ
に従う曲げの蓄積のために起因するエラーから解放され
て、電極摩耗を正確に検出することができる。このよう
な正確な修正は、溶接品質を向上させることになる。

【００９７】溶接作業における電極チップ交換の後、ロ
ボットＲを同作業位置より空加圧できる位置までの最小
限の移動で済むため、溶接作業の復旧時間が短縮でき
る。さらに、特別に摩耗量検出装置を設置するスペース
も必要なく、費用もかからない等の種々の効果が得られ
ることになる。

【００９８】電極チップ２２ｂ、２４ｂ（図１２）は、
それぞれ消耗品であり、頻繁な交換を必要とする。これ
らは、チップアダプタ２２ａあるいは２４ａ内に挿入さ
れる。電極の先端部分の仕上げが不十分であると、結果
として予期しない電極長の変化を引き起こす。電極チッ
プ先端は溶接の度に動かされるので、対向する電極の先
端で押されるとき、摩耗検出のエラーの原因となる。本
実施例はこの問題に対処することができる。

【００９９】さらに、電極位置検出装置１は、溶接ガン
２の撓みの正確かつ高速な検出が可能であり、溶接ガン
２の撓みに対する電極位置の量的な補正に適用できる。

【０１００】図６は、電極位置検出装置１のこのような
適用において、観測されるガンの撓み量のグラフを示す
図である。

【０１０１】可動電極２２は、異なる加圧力Ｆで固定電
極２４上に多数回当接する。それぞれの回は、加圧力デ
ータ（１回目Ｆ＜２００Ｋｇ、２回目Ｆ＜３００Ｋｇ、
３回目Ｆ＜４００Ｋｇと４回目Ｆ＜５００Ｋｇ）と、記
憶装置５６のデータセット（ｍ１、ｍ２、ｍ３とｍ４）
として記憶する位置のデータ（１回目０．２ｍｍ未満の
ΔＺ、２回目０．３ｍｍ未満、３回目０．４ｍｍ未満と
４回目０．５ｍｍ未満）との組合わせを有している。

【０１０２】このようにして集められた複数のデータセ
ットはＣＰＵ５２に読み込まれ、それらは、溶接ガン２
の曲げ（ΔＺ＝Ｍ（Ｆ）＝ｂ１Ｆ＋ｂ２）の一次線形関
数Ｍ代表を評価するために一次回帰式と組み合わせられ
る最小二乗法により処理される。ここで、ｂ１は、傾き
ｄＭ／ｄＦとしての定数であり、ｂ２は撓み量ΔＺとし
ての定数である。関数Ｍが有利な直線性を有するよう
に、少なくとも２つのデータセットは個々の場合の定数
ｂ１およびｂ２を決めるためにうまく処理される。任意
の加圧力Ｆに対する溶接ガンの撓み量ΔＺは、評価され
た直線Ｍに沿ったデータの内部あるいは補間により評価
されてもよく、電極位置の修正のために、溶接ガンの撓
みに対する補正のために用いられてもよい。

【０１０３】図３は、溶接ガンの撓みに対する電極位置
修正に適用される電極位置検出装置１の動作のフローチ
ャートを示す。

【０１０４】このような処理を行なうのは、次のような
理由からである。

【０１０５】一般に抵抗スポット溶接機に用いる電極は
消耗品であり、頻繁な電極交換を前提としているため、
電極先端の取り付け方法はテーパーのついた円柱形の電
極チッブを、それに勘合する電極ホルダに打ち込む形で
取り付けられている。従って、電極チップの挿入が甘い
場合は、加圧を繰り返すたびに電極チップが電極ホルダ
にめり込み、後に行う電極摩耗量の検出に誤差が生じる
ことになる。

【０１０６】これから説明する処理では、抵抗スポット
溶接ガンの撓み量検出方法と撓み量補正方法に関する内
容である。この方法は、従来、経験値や推定値に頼って
いた抵抗スポット溶接ガンのアーム撓み量を定量的、且
つ正確、迅速に検出するものである。

【０１０７】溶接ガン２には、溶接にはまだ使用されて
いない新品の可動電極２２（上の先端２２ｂ）および固
定電極２４（上の先端２４ｂ）が取り付けられている。
ＣＰＵ５２は、今説明された方法（図２のステップＳ１
およびＳ２）で記憶装置１に記憶された可動電極２２の
位置Ｚｉ１のデータＦｒ１（図１３（Ａ））を有し、今
説明された方法（図２のステップＳ３〜Ｓ８で）で記憶
装置２に記憶されたゼロ加圧点Ｚｉ１のデータＦｒ１
（図１３（Ａ））を有する。したがって、電極チップの
先端２２ｂおよび２４ｂは端部（ステップＳ４の最大の
加圧力Ｆ０で）に合わせられる。

【０１０８】図３のステップＳ２１では、駆動コマンド
Ｃは、可動電極２２により出される加圧力を定義するコ
マンドデータを有し、ＣＰＵ５２からサーボモータ２６
に出力される。サーボモータ２６は、与えられたコマン
ドＣによって、圧縮方向に低速度で可動電極２２を動か
す。

【０１０９】ステップＳ２２では、可動電極２２のチッ
プ端部は、先端検出器（Ｚｒ）として機能する電極セン
サ６０によって検出される。

【０１１０】ステップＳ２３では、接触点Ｚｉ１に達す
るために必要な可動電極２２のための付加送り量Ｌｒ１
（図１３Ａ）に基づいて、固定電極との接触位置を計算
する。

【０１１１】ステップＳ２４では、可動電極２２はそれ
が固定電極２４と接触するまで高速（送りＬｒ１で）で
動かされる。

【０１１２】ステップＳ２５〜Ｓ２７では、可動電極２
２が固定電極２４をゼロ加圧するように、電極２２は、
加圧力Ｆ（最初は最大のＦ０であってその後に徐々に減
らされるようにプリセットされる）で、図１０に示すよ
うに、加圧接触点Ｚｊで停止し、電極２２が少し（余分
の送りΔＺによって、）進むように、固定電極２４に対
向して押すように動かされる。加圧力Ｆは、反力とガン
アーム２０の曲げのためにつりあう。

【０１１３】ステップＳ２８では、ＣＰＵ５２は記憶装
置５６において、押加圧Ｆ（図６のｍ４のような）のデ
ータとともに押圧接触点（Ｚｊ）上のデータ（全送りＦ
ｉ１＋ΔＺの）の組合わせを記憶する。

【０１１４】ステップＳ２９では、前述のステップＳ２
５〜Ｓ２８の処理が１回以上繰り返される。各々の回
で、最初から変わる（徐々に減少する）加圧力Ｆを適用
し、変化する加圧力Ｆ（図６のｍ３、ｍ２あるいはｍ１
のような）のデータとともに様々な接触点（Ｚｊ）上の
データ（Ｆｉ１＋ΔＴ）を記憶装置５６において記憶す
る。

【０１１５】ステップＳ３０では、記憶されたデータセ
ット（ＦおよびＺｊ上の）がＣＰＵ５２において読み込
まれる。それらは、溶接ガンの撓み関数Ｍ（図６）ある
いはその定数ｂ１およびｂ２に関して、例えば一次回帰
式を用いて溶接ガン２の剛性を決めるために処理され、
その結果データは、記憶装置５６において記憶される。

【０１１６】ステップＳ３１では、サーボモータ２６は
可動電極２２を原位置に復帰するために高速で動かす。
数回のスポット溶接作業の後、フローチャートの制御フ
ローは、ステップＳ３２からステップ３４に進み、端部
検出器２８により検出される可動電極２２の位置Ｚｒ上
のデータＦｒ２（図１３（Ｂ））が記憶装置の記憶領域
に記憶され、また、可動電極２２および固定電極２４の
ゼロ加圧点Ｚｉ２上のデータＦｉ２が記憶装置４の他の
記憶領域において記憶される。

【０１１７】ステップＳ３５では、記憶装置１〜記憶装
置４に記憶されたデータ（図１３（Ａ）および図１３
（Ｂ）のＦｒ１、Ｆｉ１、Ｆｒ２、Ｆｉ２）は、説明さ
れた方法（図２のステップＳ１２のような）の可動電極
２２および固定電極２４の摩耗量ｄＬ１およびｄＬ２
（図５）を計算するためにＣＰＵ５２により処理され
る。

【０１１８】ステップＳ３６では、様々な押圧力Ｆに依
存して変化する溶接ガンの撓みＭを考慮して、例えば可
動電極２２を位置させるためのコマンドＣの修正あるい
はロボットＲへの（軌跡）教示データの補正のために、
制御装置５０はガン剛性上の記憶されたデータ（ステッ
プＳ３０で）とともに計算された摩耗量ｄＬ１、ｄＬ２
を用いる。

【０１１９】換言すれば、可動電極２２の溶接姿勢のた
め、ロボットＲによって定められる軌跡のため、電極２
２および２４の摩耗量ｄＬ１およびｄＬ２、および溶接
ガン２あるいはガンアーム２０の撓みＭを補正するため
の修正は（図１０のつりあっている点Ｚｊの方に押され
る）位置のコマンドデータから作られる。

【０１２０】このような測定をして補正を行なうと、電
極チップを十分に挿入することができるため、高精度な
電極の摩耗量を検出することができる。また、以降の加
圧による電極摩耗量の誤差は生じない。従って、従来で
きなかったガンアームの撓み量検出と補正ができる。ま
た、加圧力にあわせた最適なガンアーム撓み量の補正が
できるため溶接品質の更なる向上が望める。

【０１２１】図３のステップＳ２１〜Ｓ３１は、図２の
ステップＳ８およびＳ９との間で実行されてもよい。こ
の場合には、次の溶接作業において用いられる加圧力Ｆ
のために、余分の送り（ΔＺ）、全送り（Ｆｉ１＋Δ
Ｚ）あるいは釣り合い点Ｚｊは、単に記憶装置２６にお
いて記憶されてもよく、また溶接作業の電極送りの決定
に直接使用するために読みとってもよい。

【０１２２】加圧力Ｆは、その分配された重量を有する
溶接ガン２の姿勢に対して変化する。例えば、加圧力Ｆ
は、アーム端部部分２０ａ上の固定電極２４が、可動電
極２２からの下方への加圧力Ｆおよび送り機構３０を有
するアームベース部分２０ｂからの荷重のフラクション
を支える標準的なガン位置と、固定電極２４が、可動電
極２２から上への押圧力を受け取る逆のガン位置との間
で変化する。

【０１２３】図７は、ロボットアームの回転軸にほぼ水
平にセットされた溶接ガン２（重量２０ｋｇ）の姿勢に
依存する加圧力Ｆの変化の測定結果を示す図である。

【０１２４】姿勢は、ゼロラジアンのノーマル位置から
各々の反対側の二分の一ラジアンまで変化され、７つの
データセットｎ０‐ｎ６を得ている。

【０１２５】回帰式ｙ＝Ａｓｉｎ（ｘ）＋Ｂおよび最小
二乗法を用いて正弦曲線Ｎを記述する。ここで、ｙはガ
ン曲がり、ｘはガン姿勢、Ａはガン重量、Ｂは有効トル
クＴ（図１１）の大きさに対する定数である。

【０１２６】図１の電極位置検出装置１は、次のように
して溶接ガン２の姿勢を考慮して電極位置の修正が行な
われる。

【０１２７】最初に、溶接ガン２は、可動電極２２が実
質的に垂直方向の下向きにその向きが定められる送り方
向Ｄｆを有するノーマル位置にセットされ、ガン２の撓
みの第１のデータは説明された方法（図３のステップＳ
２１〜Ｓ２８で）で検出され、記憶装置５６に記憶され
る。

【０１２８】次に、溶接ガン２は可動電極２２が実質的
に垂直方向の上向きにその向きが定められる送り方向Ｄ
ｆ（図９）を有する逆位置にセットされ、ガン２の撓み
の第２のデータが同様に検出されて記憶される。

【０１２９】そして、第１および第２のデータは、ＣＰ
Ｕ５２に読み込まれ、正弦曲線が溶接ガン２の任意の姿
勢における押圧点Ｚｊ（図４）上に押しつける重量荷重
の成分を表すように、第１および第２のデータに対応す
る上限値および下限値である正弦曲線（ｙ＝Ａｓｉｎ
（ｘ）＋Ｂ）の回帰式計算によって処理される。

【０１３０】それゆえに、溶接において、加圧力Ｆは溶
接ガン２の様々な姿勢の荷重成分を補正するために修正
され、溶接点には望ましい加圧力が与えられるため、溶
接品質を確実に向上させることができる。

【０１３１】本実施例において、ＣＰＵ５２は、電極摩
耗を直接に測定し電極位置を補正し溶接ガン２の姿勢に
よる溶接ガン２の撓みおよび加圧力変化のための直接の
量的な補正をする参照スケールを調整するための参照ス
ケールとして可動電極２２を用いている。

【０１３２】前述の説明から明らかなように、本実施例
によって、繰り返された位置決め、機械的な剛性に従う
溶接ガンの撓みおよびロボットのバックラッシュなどの
エラーから逃れて、電極摩耗量を正確に検出することが
ができる。結果として生じる正確な修正は、溶接品質を
改善することになる。

【０１３３】本実施形態は、溶接の度に消耗され頻繁な
交換が要求される電極チップの問題に対処でき、電極長
さの予期しない変化が起きないため不十分な仕上げであ
ってもよい。

【０１３４】本実施形態は、電極摩耗量の検出の前に最
大の加圧力を用い、徹底的な仕上げを達成し、電極摩耗
の正確な検出ができるようにし、繰り返された圧縮から
生じる検出エラーを除去し、結果として溶接品質が向上
する。

【０１３５】また、本実施形態は溶接ガンの撓みに対す
る電極位置の量的な補正ができ、撓みに対する正確な補
正をすることができる。

【０１３６】さらに、本実施形態では、様々なガン姿勢
の荷重成分が補正でき、溶接点に作用する望ましい加圧
力が得られるので、溶接品質が確実に高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極位置検出装置を示す図である。

【図２】図１の装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】図１の装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】電極位置の偏差の説明に供する図である。

【図５】電極の磨耗量の決定の説明に供する図であ
る。

【図６】溶接ガンの撓みの変化を示すグラフである。

【図７】溶接ガンの姿勢と加圧力の変動を示すグラフ
である。

【図８】本発明の電極位置検出装置が搭載されたスポ
ット溶接機の斜視図である。

【図９】図８に示したスポット溶接機における溶接ガ
ンの詳細図である。

【図１０】図９の溶接ガンが持つサーボモータの電気
回路図である。

【図１１】図１０のサーボモータのトルクを変化させ
るグラフである。

【図１２】図９の溶接ガンの溶接用電極の先端部の断
面図である。

【図１３】電極位置検出の原理を示す図である。

【図１４】従来の電極磨耗量検知方法の説明に供する
図である。

【図１５】従来の電極磨耗量検知方法の説明に供する
図である。

【図１６】従来の電極磨耗量検知方法の説明に供する
図である。

【図１７】図１４に示した従来の電極磨耗量検知方法
の処理を示すフロチャートである。

【図１８】図１５及び図１６に示した従来の電極磨耗
量検知方法の処理を示すフロチャートである。

【符号の説明】

１０…摩耗量検出治具、２０…溶接ガン、２２…可動電極、２４…固定電極、２６…サーボモータ、３０…送り機構、５０…制御装置、６０…電極センサ、６１…投光器、６２…受光器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の相対的に移動自在な溶接用電極を
有する溶接ガンを溶接ロボットが操作するスポット溶接
機に適用されるスポット溶接機用電極位置検出装置であ
って、前記溶接ガンには任意の座標系が定められ、任意の位置に動かされた可動電極を検出すべく当該座標
系に定められたセンサと、前記溶接ガンに対する前記可動電極の任意の位置を検出
する当該センサと協同する位置検出器とを有することを
特徴とするスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項２】前記センサは、前記可動電極の先端部を
検出し、前記可動電極の前記任意の位置は、前記溶接ガンにおけ
る前記可動電極の先端部であることを特徴とする請求項
１に記載のスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項３】前記溶接ガンは、前記可動電極を送り方向に送る送り機構と、前記送り機構を支持するベース部分および前記可動電極
に対して他の溶接用電極を支持する端部部分を有するガ
ンアームとを備え、前記センサは、前記ガンアームのベース部分に固定され、前記可動電極
の送り方向と交差する光線を投射する投光器と、前記ガンアームのベース部分に固定され、前記投光器か
らの光線を受光する受光器とを備えていることを特徴と
する請求項２に記載のスポット溶接機用電極位置検出装
置。
【請求項４】前記溶接ガンは、一方の支持片は投光器を支持し他方の支持片は受光器を
支持する相互に間隔をおいて配置された一対の支持片を
備え、前記ガンアームのベース部分に固定されたブラケ
ットをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の
スポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項５】前記位置検出器は、前記溶接ガンに固定され、前記可動電極を送る送り機構
と、前記送り機構を駆動するサーボモータと、前記サーボモータを制御し、前記可動電極の位置を検出
する制御装置とを有することを特徴とする請求項１に記
載のスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項６】前記制御装置は、前記溶接ガンに取り付けられた可動電極と固定電極との
間の無加圧接触の状態を認識することを特徴とする請求
項５に記載のスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項７】前記制御装置は、前記送り機構の送りを制御し、スポット溶接前に、前記溶接ガンに取り付けられた可動
電極と固定電極との間の前記任意の位置に前記可動電極
が動く第１の送り、スポット溶接前に、前記可動電極が無加圧接触の状態と
なる第２の送り、スポット溶接後、可動電極が前記任意の位置に動く第３
の送り、スポット溶接後、前記可動電極が無加圧接触の状態とな
る第４の送り、第１、第２、第３、第４の送りの内の少なくとも２つに
基づく可動電極および固定電極の１つの変形を認識する
ことを特徴とする請求項６に記載のスポット溶接機用電
極位置検出装置。
【請求項８】前記制御装置は、前記変形に基づく送り機構の送りを制御することを特徴
とする請求項７に記載のスポット溶接機用電極位置検出
装置。
【請求項９】前記制御装置は、前記可動電極が無加圧接触の状態に入る前に、固定電極
上で加圧力を出すように可動電極を制御することを特徴
とする請求項６に記載のスポット溶接機用電極位置検出
装置。
【請求項１０】前記可動電極と固定電極の内の１つ
は、前記送り機構に連結される電極部材と、前記電極部材上に装着される電極チップとを備えている
ことを特徴とする請求項９に記載のスポット溶接機用電
極位置検出装置。
【請求項１１】前記制御装置は、前記送り機構の送り量を制御し、前記可動電極が無加圧接触の状態となる第１の送り量、前記可動電極が前記固定電極に作用し、前記固定電極の
反作用と釣り合う大きさの加圧力を持つように動かす第
２の送り量、前記可動電極が前記固定電極に作用し、前記固定電極の
反作用と釣り合う大きさとは異なる大きさの加圧力を持
つように動かす第３の送り量、第１、第２、第３の送り量に基づく溶接ガンの曲りを認
識することを特徴とする請求項９に記載のスポット溶接
機用電極位置検出装置。
【請求項１２】前記制御装置は、前記曲りに基づく送り機構の送り量を制御することを特
徴とする請求項１１に記載のスポット溶接機用電極位置
検出装置。
【請求項１３】前記制御装置は、第１の方向を有する前記溶接ガンの第１の曲り、前記第１の方向とは異なる第２の方向を有する前記溶接
ガンの第２の曲り、前記溶接ガンの第１と第２の曲りに基づく溶接ガンの曲
りの方向の影響を認識することを特徴とする請求項１１
に記載のスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項１４】前記制御装置は、前記影響に基づく送り機構の送り量を制御することを特
徴とする請求項１３に記載のスポット溶接機用電極位置
検出装置。
【請求項１５】一対の相対的に移動自在な溶接用電極
を有する溶接ガンを溶接ロボットが操作するスポット溶
接機に適用されるスポット溶接機用電極位置検出装置で
あって、前記溶接ガンには任意の座標系が定められ、任意の位置に動かされた可動電極を検出すべく当該座標
系に定められたセンサ手段と、前記溶接ガンに対する前記可動電極の任意の位置を検出
する当該センサ手段と協同する位置検出手段とを有する
ことを特徴とするスポット溶接機用電極位置検出装置。
【請求項１６】一対の相対的に移動自在な溶接用電極
を有する溶接ガンを溶接ロボットが操作するスポット溶
接機に適用されるスポット溶接機用電極位置検出方法で
あって、溶接ガンに座標系を定め、センサを前記座標系に固定し、任意の位置に動かされた可動電極を前記センサで検出
し、前記溶接ガンにおける前記可動電極の任意の位置を前記
センサと協同する位置検出器によって検出することを特
徴とするスポット溶接機用電極位置検出方法。
【請求項１７】前記センサによる検出は、前記可動電極の先端部を検出することを含み、前記可動電極の前記任意の位置は、溶接ガンに対する前
記可動電極の先端部であることを特徴とする請求項１６
に記載のスポット溶接機用電極位置検出方法。
【請求項１８】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記溶接ガンに前記可動電極の先端部を検出する先端検
出器を固定して取り付ける第１段階と、前記溶接ガンに新品の可動電極と固定電極を取り付けて
その先端部が前記先端検出器によって検出されるまで前
記可動電極を駆動する第２段階と、前記可動電極が原位置から前記先端検出器によってその
先端部が検出されるまでの移動量を算出する第３段階
と、引き続いて前記可動電極を前記固定電極に突き当てるま
で駆動する第４段階と、前記可動電極の加圧力を減じて加圧力がなくなった時点
での前記可動電極の原位置から突き当て位置までの移動
量を算出する第５段階と、溶接が行なわれた後に、前記可動電極が原位置から前記
先端検出器によってその先端部が検出されるまでの移動
量を算出する第６段階と、引き続いて前記可動電極を固定電極に突き当てるまで駆
動する第７段階と、前記可動電極の加圧力を減じて加圧力がなくなった時点
での前記可動電極の原位置から突き当て位置までの移動
量を算出する第８段階と、新品の可動電極によって得られたそれぞれの移動量と溶
接後の可動電極によって得られたそれぞれの移動量とに
基づいて、可動電極と固定電極のそれぞれの磨耗量を算
出する第９段階とを有することを特徴とする溶接ガンの
電極位置補正方法。
【請求項１９】前記第４段階で行なわれる可動電極を
固定電極に突き当てる動作は、前記サーボモータによっ
て得られる溶接ガンの最大許容加圧力以内の最大加圧力
で両電極同士を加圧する動作を含むことを特徴とする請
求項１８に記載の溶接ガンの電極位置補正方法。
【請求項２０】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記第９段階で算出された可動電極と固定電極のそれぞ
れの磨耗量に基づいて、溶接時における前記可動電極の
位置決め位置を補正する段階をさらに有することを特徴
とする請求項１８に記載の溶接ガンの電極位置補正方
法。
【請求項２１】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記可動電極を固定電極に突き当てるまで駆動する第１
段階と、前記可動電極を第１の設定加圧力で加圧して前記可動電
極の原位置から突き当て位置までの移動量を算出する第
２段階と、前記第１の設定加圧力とは異なる加圧力で両電極同士を
再度加圧する第３段階と、前記可動電極の原位置から突き当て加圧位置までの移動
量を算出する第４段階と、前記突き当て位置までの移動量と前記突き当て加圧位置
までの移動量から前記溶接ガンの剛性を算出する第５段
階とを有することを特徴とする溶接ガンの電極位置補正
方法。
【請求項２２】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記第５段階で算出された溶接ガンの剛性に基づいて溶
接時における加圧時の前記可動電極の位置を補正する段
階をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の
溶接ガンの電極位置補正方法。
【請求項２３】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記第１段階から第４段階を溶接ガンを鉛直の姿勢で行
ない、次に、前記溶接ガンの姿勢を変えて、再度前記第
１段階から第４段階の処理を行ない、それぞれの姿勢によって得られたそれぞれの移動量から
前記ガンの自重を勘案した剛性を算出する段階を有する
ことを特徴とする請求項２１に記載の溶接ガンの電極位
置補正方法。
【請求項２４】溶接ロボットに取り付けられ、サーボ
モータで可動電極を駆動するタイプの溶接ガンに用いる
電極位置補正方法であって、前記段階で算出された溶接ガンの自重を勘案した剛性に
基づいて溶接時における前記可動電極の加圧時の位置を
補正する段階をさらに有することを特徴とする請求項２
３に記載の溶接ガンの電極位置補正方法。