JP4263307B2

JP4263307B2 - Spot welding equipment

Info

Publication number: JP4263307B2
Application number: JP13437299A
Authority: JP
Inventors: 清蟹谷; 名田　　稔; 尚範中村; 章友馬場; 淳藤城
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000317643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業用ロボットのアーム先端に装備されることにより被溶接物に対して所定の溶接を行うようにされたスポット溶接装置に関し、特に、スポット溶接装置自体の姿勢を変えることなく電極の開閉方向を自在に変更可能にしたスポット溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットを使用したスポット溶接では、従来、垂直多関節ロボットに代表されるようなシリアルな軸構成の産業用ロボットのアーム先端にスポット溶接装置としてのスポット溶接ガンを取り付け、ロボット本体を動作させることによりスポット溶接ガンの電極を溶接点まで持っていき、スポット溶接ガンにて電極の開閉動作、加圧動作、及び通電を行わせるようにしている。ここで、電極の開閉動作及び加圧動作に関しては、当初はエアシリンダを使用していた。しかし、近年、実用新案登録第２５０６４０２号や特開平５−１３８３６６号で開示されているように、サーボ機構により電極の開閉動作及び加圧動作を行わせ、これをロボットの１軸として同期、ときには分離した状態で制御する技術も実施されるようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スポット溶接においては、被溶接物の被溶接面に対して直角方向にかつ所定の加圧力で加圧することが、溶接品質を保つための重要な要素となっていることは周知のところである。前述の実用新案登録第２５０６４０２号や特開平５−１３８３６６号で開示されているような従来のスポット溶接ガンは、その形態からＣ型溶接ガンやＸ型溶接ガンと呼ばれるものであるが、これらのものはいずれも電極の開閉方向が１自由度のみとなっている。したがって、被溶接面に対して直角方向に加圧するためには、１自由度で規定される電極の開閉方向が被溶接面に対して直角となるように、溶接ガンを具備するロボット本体を動作させ、スポット溶接ガンの姿勢を決める必要がある。
【０００４】
ここで実際の溶接作業を想定した場合、被溶接物が平板の場合は被溶接面の直角方向は一定となるので溶接ガンの姿勢は各溶接点毎に一定でよいが、被溶接物が自動車のボディのように平面でない場合は被溶接面の直角方向が溶接点毎に変化するので溶接ガンの姿勢を各溶接点毎に変更する必要が生じ、その結果、溶接ガンを具備するロボット本体は、各溶接点毎に溶接ガンの位置を移動させるだけでなく、その姿勢についても変更しなければならず、サイクルタイム増加の要因となっていた。
【０００５】
また、大型の溶接ガンを使用した場合には、溶接点近傍で溶接ガンの姿勢変更ができないこともあり、この場合、ロボット本体を動作させることにより溶接ガンを一旦広い空間に出し、ここで姿勢変更を行った後、溶接点に溶接ガンを近づけるといった余分な動作を要求される場合もあった。これは、従来のスポット溶接ロボットでは、位置決めと姿勢決めについてはロボット本体が受け持ち、一方、開閉、加圧動作については溶接ガンが受け持つといった役割分担が、機構的にはっきりと区分されていることに起因するものである。この機構的な区分のため、溶接ガンが大きい場合、ロボット本体も大きく重くなり、結局のところロボット本体と溶接ガンを合わせた装置全体としても大きく重いものとなるという問題も生じた。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、スポット溶接装置単体でもスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることが可能なスポット溶接装置を提供することを目的とし、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置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】
上記の課題を解決するために、本発明では、一対のスポット溶接用電極間に被溶接物を加圧挟持することによりスポット溶接を行うようにされたスポット溶接装置において、
基部と、
前記一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、
前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、
前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、
前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、
前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、
前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、
前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたことを特徴とするスポット溶接装置を提供した。
【０００８】
すなわち、本発明では、一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、
前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、
前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、
前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、
前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、
前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたので、
複数の伸縮腕に連結されたプレートに対して様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。そのため、基部の位置や姿勢を変えることなく、プレートが保持するスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることができ、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置を提供するものとなった。
【０００９】
ところで、複数の伸縮腕の伸縮動作によりプレートに対して様々な姿勢をとらせるためには、伸縮腕とプレートとの連結は自在継手を介する必要があるが、構造上、各プレートに連結される複数の伸縮腕のうち１本については自在継手を介せずに固着して連結するようにしてもよい。具体的には、極座標アーム機構が３本のアーム構成となる場合は、請求項２にかかる発明のように、３本の伸縮腕と一対のプレートの一方との連結において、３本の伸縮腕のうち、中央に位置する１本の伸縮腕とプレートとは固着して連結し、他の２本の伸縮腕とプレートとは自在継手を介して連結する。かかる構成とすることにより、すべての連結が自在継手を介する形態よりも伸縮腕の動作制御を容易ならしめることができる。
【００１０】
実際のスポット溶接作業においては、スポット溶接用電極に対して給電通路や冷却用の給水通路を確保しておく必要がある。そこで、請求項３にかかる発明では、上述の複数本のアーム構成からなる極座標アーム機構において、複数の傾動腕のうちの一つの傾動腕に固定され、かつ、この傾動腕の直動軸心と平行な軸心を有する補助腕と、この補助腕の長手方向に伸縮自在にされ、かつ一対のプレートの一方と連結された補助腕伸縮腕とを設け、この補助腕及び補助腕伸縮腕を利用して給電通路及び給水通路を確保することとした。具体的には、請求項５にかかる発明のように、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設け、各空洞部にスポット溶接用電極への電線及び冷却水用の水配管を配設するようにした。
【００１１】
また、請求項４にかかる発明では、補助腕及び補助腕伸縮腕は導電性材料からなるとともに、補助腕と補助腕伸縮腕との接触部は給電機能を有する接触子により接続されるようにした。かかる構成としたことにより、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設けずともスポット溶接用電極へ給電することが可能になる。また、補助腕及び補助腕伸縮腕の内部に空洞部を設けた場合は、この空洞部を給水設備専用に割り当てることができる。
【００１２】
上述したように、本発明にかかるスポット溶接装置においては複数の伸縮腕を動作させることによりスポット溶接用電極の動作を制御するわけであるが、そのために、本発明では、複数の伸縮腕を効率的に協調動作させるためにスポット溶接装置の３本の傾動腕のそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされるようにした。
【００１３】
すなわち、本発明では、直動機構はサーボモータ及びボールねじ機構からなるようにした。かかる構成とすれば、サーボモータは油空圧よりも位置決め精度が高く、トルク制御が容易なので、スポット溶接用電極の位置決め精度が高くなるとともに加圧力制御も容易になる。特に、本発明にかかるスポット溶接装置は複数の伸縮腕が協調してスポット溶接用電極の動作制御を行っているので、直動機構の位置決め精度の高さは重要であり、その点でも駆動源としてのサーボモータの使用が好ましい。
【００１４】
ところで、高品質の溶接を行わせるためには、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、加圧力を互いに等しくし、かつ、加圧方向を互いに逆向きとしなければならない。従来技術にあるようなＣ型溶接ガンでは、一対のスポット溶接用電極は一方が固定（固定側電極）で他方が可動（移動側電極）となっており、移動側電極が固定側電極に対して開閉動作する形態となっているので、通常、加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向も互いに逆向きとなる。しかし、本発明にかかるスポット溶接装置では、各スポット溶接用電極は複数の伸縮腕により独立して動作する形態となっているので、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるような手段を設けなければならない。そこで、本発明では、一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにした。これにより、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなる。
【００１５】
上述したように、本発明にかかるスポット溶接装置は、固定部材である基部を基準にして伸縮腕のストローク等の設計緒元の範囲内でスポット溶接用電極の位置や姿勢を変更することができるので、スポット溶接装置単体でも溶接作業は可能である。しかし、自動車ボディに代表されるような長大な被溶接物の場合は、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を可変とする必要がある。そこで、請求項５にかかる発明では、上述のスポット溶接装置の基部を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。例えば、図４に示すような６軸の垂直多関節ロボットでは動作範囲内でアーム先端を様々な位置や姿勢に設定できるので、このアーム先端にスポット溶接装置の基部を把持させるようにすれば、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなる。これにより、スポット溶接用電極の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボットの各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置の各伸縮腕を動作させることにより対処できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図３は本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の機構図であり、図１は正面図、図２は左側面図、図３は平面図（上面図）である。
【００１７】
基部１は、スポット溶接装置０がロボット等に把持されたときの取付ベースとなるものである。したがって、スポット溶接装置０がロボットのアーム先端に取り付けられた場合は、基部１とロボットのアーム先端との相対位置は不変である。参考までに、図４に、本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置を６軸の垂直多関節ロボット５１に取り付けたときの態様を示す。平面図（上面図）である図３に示すように、基部１の水平断面形状は略六角形を呈しており、各面にサポート２、２１、２２、２′、２１′、２２′が設けられている。このうち図３で見て左側すなわちサポート２、２１、２２、及びこれに連結される部材と、図３で見て右側すなわちサポート２′、２１′、２２′、及びこれに連結される部材とにより、一対の極座標アーム機構を構成している。この一対の極座標アーム機構は互いに同一の構成となっているので、以下、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構について説明することにする。なお、図２の左側面図は、この左側の極座標アーム機構を中心にして示したものである。
【００１８】
３つのサポート２、２１、２２のそれぞれには、基部１の取付軸１′と直交するそれぞれの回転軸１３、１３１、１３２回りに回転可能に基部１に接続されている。これらサポート２、２１、２２には、それぞれの回転軸１３、１３１、１３２と直交する回転軸１４、１４１、１４２回りにそれぞれ回転可能にされた傾動腕３、４、５が接続されている。これら傾動腕３、４、５はそれぞれには、その長手方向に伸縮自在にされた伸縮腕６、７、８が取り付けられている。これら３組のサポート、傾動腕及び伸縮腕により、極座標アーム機構を構成する。
【００１９】
伸縮腕６、７、８の先端にはプレート９が接続されている。ここで、伸縮腕６、７、８のそれぞれとプレート９との連結方法について詳述する。複数の伸縮腕の伸縮動作によりプレートに対して様々な姿勢をとらせるためには、伸縮腕とプレートとの連結は自在継手を介する必要があるが、構造上、各プレートに連結される複数の伸縮腕のうち１本については自在継手を介せずに固着して連結するようにしてもよい。そこで、３本の伸縮腕６、７、８とプレート９との連結において、中央に位置する伸縮腕６とプレート９とは固着して連結し、他の２本の伸縮腕７、８のそれぞれとプレート９とは自在継手を介して連結する。かかる構成とすることにより、すべての連結が自在継手を介する形態よりも伸縮腕の動作制御を容易ならしめることができる。
【００２０】
さらに、傾動腕３、４、５の配置について詳述する。傾動腕３、４、５の直動軸心をそれぞれ１５、１６、１７とすると、これら各直動軸心のそれぞれは、直動機構としての伸縮腕６、７、８の制御定数を減らすという点で、前記軸心１３、１４の交点を通ることが望ましいが、これに限定されず、軸心１３、１４の交点に対してオフセットして設けるようにしてもよい。図１に示すように、スポット溶接用電極３１を紙面の左右方向に動作可能にするためには、傾動腕４、５のそれぞれの直動軸心１６、１７は傾動腕３の直動軸心１５に対してある程度傾斜させて取り付けなければならない。この傾斜量については、図３に示すように、傾動腕４、５のそれぞれを支持するサポート２１、２２の基部１からの長さや配置、あるいはサポート２１、２２が取り付けられる略六角形を呈した基部１の水平断面形状により決定されるものである。
【００２１】
プレート９には、一対のスポット溶接用電極の一方３１を先端に取付可能にされた電極把持部材１８が取り付けられている。以上の構成により、伸縮腕６、７、８が独立して動作することにより、スポット溶接用電極３１に対しては伸縮腕６、７、８の可動範囲等の設計緒元の範囲内で様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。以上、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構について説明したが、右側の極座標アーム機構についても同様である。したがって、６本の伸縮腕を動作させることにより、一対のスポット溶接用電極３１、３１′の間に被溶接物が加圧保持され、これにより溶接作業が行われることになる。
【００２２】
次に、伸縮腕の動作機構について説明する。ここでも、図１の正面図及び図３の平面図で見て左側の極座標アーム機構についてのみ説明する。傾動腕３、４、５はそれぞれの一端にはサーボモータ２０が設けられ、傾動腕３、４、５内に設けられたボールねじに結合されている。かかるサーボモータ２０及びボールねじが伸縮腕６、７、８のそれぞれを動作させる直動機構を構成している。よって、各伸縮腕に対応する直動機構を動作制御することにより、伸縮腕６、７、８に接続されたプレート９を様々な姿勢で位置決めすることが可能になる。各直動機構を構成するサーボモータは、一般に、位置決め制御やトルク制御が容易であるとされているので、複数の伸縮腕が協調動作することによりスポット溶接用電極を動作させるようにした本発明では、駆動装置としてのサーボモータの使用は、油空圧を駆動源とする形態よりも、好ましい。
【００２３】
以上の構成により、傾動腕３、４、５内に設けられた直動機構によって伸縮腕６、７、８が直動することにより、スポット溶接用電極３１の動作にかかわるプレート９はロボット本体との取付ベースである基部１に対して、伸縮腕６、７、８のストロークの範囲内で様々な位置・姿勢をとることが可能になる。さらに、スポット溶接用電極３１の加圧力についても伸縮腕６、７、８を駆動する直動機構を制御することにより可能となる。具体的には、各直動機構を構成するサーボモータのトルク制御により可能となる。
【００２４】
ここで、本実施形態にかかるスポット溶接装置における加圧力制御方法について説明する。前述したように、スポット溶接において溶接品質を確保するためには、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御を行うことが重要である。本実施形態にかかるスポット溶接装置では、各スポット溶接用電極は複数の伸縮腕により独立して動作する形態となっているので、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるような手段を講じる必要がある。そこで、本発明では、一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極３１に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極３１′に対して加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにした。これにより、一対のスポット溶接用電極のそれぞれの電極について、溶接時に加圧力が互いに等しくなるとともに加圧方向が互いに逆向きとなるよう制御されるようにした。
【００２５】
この点について詳述するために、任意の溶接点に位置決めされた本実施形態にかかるスポット溶接装置０を具備するロボットを想定する。傾動腕３、４、５はそれぞれの軸心１５、１６、１７と、対となる溶接用電極３１、３１′のそれぞれの中心位置を与えておき、位置決めされた時の電極中心位置を結ぶ直線方向を加圧方向とするその加圧方向との方向余弦をそれぞれｅ１、ｅ２、ｅ３とすれば、スポット溶接用電極３１に関する所定の加圧力ベクトルＦは式（１）で表される。
Ｆ＝Ａｅ１＋Ｂｅ２＋Ｃｅ３（１）
この式（１）から求められるスカラ量Ａ、Ｂ、Ｃが各傾動腕３、４、５のそれぞれに与える力となる。一方、対となる他方のスポット溶接用電極３１′については、同一の加圧力でかつ逆の加圧方向で、すなわち式（１）の左辺を−Ｆとして、同様に各傾動腕のスカラ量をもとめればよい。加圧力ベクトルを与えるに際しては、対となるスポット溶接用電極３１、３１′のそれぞれの中心位置を与えておき、位置決めされた時の電極中心位置を結ぶ直線方向を加圧方向とし、加圧力のスカラ量のみを与える手段でも実施は可能である。このようにして、本実施形態にかかるスポット溶接装置では、所定の方向への加圧動作について容易に制御することができる。
【００２６】
実際の加圧動作について、図５を参照して説明する。２つの極座標アーム機構のそれぞれの先端に設けられた電極部４２、４３において、図５（ａ）は、平板状の被溶接物４１に対してそれぞれＦ、−Ｆの加圧力を加えた状態を示している。一方、図５（ｂ）は、所定の角度で曲げられた被溶接物４１、４１′に対する加圧動作の変化の様子を示している。図５（ｂ）において、被溶接物の平板部４１の溶接状態である状態Ａから被溶接物の曲げ部４１′の溶接状態に移行する場合、Ｃ型溶接ガンなどの従来技術におけるスポット溶接装置では、被溶接物に対して面直に加圧するためには状態Ｂに移行する必要があり、この場合、スポット溶接装置を把持するロボット本体を動作させ、スポット溶接装置の姿勢を変更する必要がある。しかし、本実施形態におけるスポット溶接装置では、前述したように様々な方向に加圧動作ができるので、スポット溶接装置の姿勢については状態Ａと同一である状態Ｃに移行した後、被溶接物に対して面直に加圧するような制御が可能であり、よってスポット溶接装置の姿勢を変更させるようなロボット本体の動作は不要である。
【００２７】
ところで、一般に産業用ロボットでは、所定の作業を行わせるために、アーム先端に工具類を取り付ける。そして、この工具類に対しては、何らかのエネルギーまたはこれに類するものの供給が必要となる。この工具類は本発明ではスポット溶接装置０が該当し、このスポット溶接装置０に対してスポット溶接用電極３１、３１′への給電及び冷却水の供給が必要となる。これら給電設備及び給水設備を本実施形態におけるスポット溶接装置０に配置するとすれば、傾動腕３、４、５の内部に挿通させる方法が考えられる。しかし、スポット溶接を行う際に与えられる加圧力に見合うだけの剛性を確保するために、傾動腕３、４、５及び伸縮腕６、７、８はある程度大型化せざるを得ず、さらにこれらの内部に給電設備及び給水設備を設けることはさらなる大型化を招くことになる。
【００２８】
そこで、３本の傾動腕のうちの一つの傾動腕に固定され、かつ、この傾動腕の直動軸心と平行な軸心を有する補助腕と、この補助腕の長手方向に伸縮自在にされ、かつ一対のプレートの一方と連結された補助腕伸縮腕とを設け、この補助腕及び補助腕伸縮腕を利用して給電通路及び給水通路を確保することとした。具体的には、図１に示すように、傾動腕３と一体とし、傾動腕３の軸心１５に対し平行に軸心１０を設け、この軸心１０に沿って傾動腕３と一体になったケーシングに補助腕１１を設ける。この補助腕１１の先端には電気及び水が供給可能な自在継手１９が取り付けられており、この自在継手１９の先端には例えば基部１に取り付けられた図示しないトランスからの配線及び水配管を接続する。
【００２９】
補助腕１１には前記軸心１０に沿ってこの補助腕１１にガイドされた補助腕伸縮腕１２が直動可能に設けられており、この伸縮腕１２には自在継手１９より補助腕１１に設けられた空洞をスパイラル状とした水配管（図示せず）が取り付けられている。配線についても水配管と同様に空洞内に設けるようにすることができるが、補助腕１１、補助腕伸縮腕１２、プレート９、及び電極把持部材１８は導電性材料からなるとともに、補助腕１１と補助腕伸縮腕１２との接触部は給電機能を有する接触子（図示せず）により接続されるようにし、さらに補助腕伸縮腕１２の他端にはプレート９が通電可能、水配管接続可能に固着するようにしてもよい。かかる構成とすることにより、空洞部を給水設備専用に割り当てることができるので、補助腕１１及び補助腕伸縮腕１２の小型化が図られるものとなる。なお、補助腕伸縮腕１２をプレート９に固着する点については、こうすることによりプレート９が軸心１５廻りに回転することを防止できるためである。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態にかかるスポット溶接装置０は、固定部材である基部１を基準にして６本伸縮腕のストローク等の設計緒元の範囲内でスポット溶接用電極３１、３１′の位置や姿勢を変更することができるので、スポット溶接装置単体でも溶接作業は可能である。しかし、自動車ボディに代表されるような長大な被溶接物の場合は、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を可変とする必要がある。そこで、スポット溶接装置０の基部１を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。例えば、図４に示すような６軸の垂直多関節ロボット５１では動作範囲内でアーム先端を様々な位置や姿勢に設定できるので、このアーム先端にスポット溶接装置０の基部１を把持させるようにすれば、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなる。これにより、スポット溶接用電極３１、３１′の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボット５１の各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置０の６本の伸縮腕を動作させることにより対処できる。
【００３１】
ところで、一般に多関節ロボットでは各アーム駆動機構を協調動作させる必要があるために、各アーム駆動機構の相互を同期制御させている。そこで、上記実施形態にあるように、伸縮腕を動作させる直動機構をサーボモータ及びボールねじ機構からなるようにし、かつ、かかるスポット溶接装置を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした場合は、直動機構のサーボモータの駆動と多関節ロボットのアーム駆動機構を動作させるサーボモータの駆動とを互いに同期制御させるようにする。これにより、スポット溶接装置０が有する６本の伸縮腕の直動機構のそれぞれが６軸構成の多関節ロボット５１のアーム駆動機構の付加軸のように制御されるので、６本の伸縮腕のそれぞれが多関節ロボット５１の第７軸〜第１２軸として同期制御されることになる。かかる構成とすることによ例えば複数の溶接点を連続して溶接する場合、一対のスポット溶接用電極３１、３１′がこれら電極に挟持された被溶接物に対して安全な間隔まで退避させたことを制御上確認することなしに、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を動作させること、すなわちスポット溶接装置０本体を移動させることができるので、特に溶接点が多数存在する使用形態の場合はサイクルタイムが著しく短縮することになる。
【００３２】
さらに、上記構成を発展させて、スポット溶接装置０は多関節ロボット５１と同一の制御装置にて制御されるようにしてもよい。ここで、同一の制御装置にて制御されるとは、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を駆動する制御回路とスポット溶接装置０の直動機構を駆動する制御回路とが一の制御装置に配置され、同期制御が行われることをいう。さらに、溶接品質向上のため溶接電流などの本来スポット溶接装置０において制御されるパラメータについても多関節ロボット５１と同一の制御装置にて制御する機能を付加しても良い。かかる構成とすることにより、従来行っていた多関節ロボットとスポット溶接装置との相互の制御装置間での制御信号の送受が不要となるばかりではなく、多関節ロボットとスポット溶接装置の間で行われるインターロックについても一の制御装置内のソフトウエア上で処理することができるものとなる。なお、制御装置に同期・非同期の切換機能を付加することにより、必要に応じて、スポット溶接装置０の直動機構を駆動する制御回路が、多関節ロボット５１のアーム駆動機構を駆動する制御回路に対して、独立して動作するようにさせることも可能である。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、上記実施形態においては、給電及び給水は傾動腕３に設けられた部材により行うようにしていたが、これを傾動腕４あるいは傾動腕５に設けられた部材により行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の実施形態によれば、一対のスポット溶接用電極のそれぞれを保持する一対のプレートと、前記基部と前記一対のプレートのそれぞれとを連結する一対の極座標アーム機構からなり、前記一対の極座標アーム機構のそれぞれは、前記基部に対して傾動腕を連結する自在継手を構成するサポートの３本と、前記３本のサポートのそれぞれに保持された３本の傾動腕と、を有し、前記３本の傾動腕はそれぞれの長手方向にサーボモータ及びボールねじ機構により伸縮自在にされ、かつ前記一対のプレートの一方とは自在継手を介して連結され、前記一対のプレートの一方に設けられたスポット溶接用電極に対して所定の加圧方向及び加圧力を与えるよう制御され、前記一対のプレートの他方に設けられたスポット溶接用電極に対して前記加圧力とは同一の加圧力でかつ前記加圧方向とは逆の加圧方向を与えるよう制御されるようにしたので、
複数の伸縮腕に連結されたプレートに対して様々な位置や姿勢をとらせることが可能になる。そのため、基部の位置や姿勢を変えることなく、プレートが保持するスポット溶接用電極の位置や姿勢を変えることができ、さらにはロボット本体の姿勢に関わりなく、被溶接物の被溶接面に対して直角方向に加圧動作及び加圧力制御が可能なスポット溶接装置を提供するものとなった。そのため、スポット溶接装置単体でも複数の溶接点に対処できるようになったので、特に、溶接点相互の間隔が比較的小さな被溶接物については、従来のスポット溶接ガンとロボットとの組み合わせが不要となり、コスト面、スペース面での大幅な改善が実現できるものとなった。また、ロボット本体の姿勢に関係なく被溶接物の被溶接面に対して面直に加圧動作及び加圧力制御が可能となったので、従来加圧動作において面直に加圧するために必要なロボット本体の姿勢変更が不要となり、サイクルタイムの短縮が可能となった。
【００３５】
請求項５にかかる発明の実施形態によれば、スポット溶接装置の基部を多関節ロボットのアーム先端に把持させるようにした。そのため、スポット溶接装置自体の位置や姿勢を変更することができ、長大な被溶接物にも対処できるものとなった。これにより、スポット溶接用電極の位置や姿勢に関して、大まかな変更については多関節ロボットの各関節軸を動作させ、微小な変更についてはスポット溶接装置の各伸縮腕を動作させることにより対処できるものとなった。
【００３６】
なお、本発明ではスポット溶接用として対となる極座標アーム機構の先端にスポット溶接用の電極を設けるようにしたが、電極の代わりに、例えば、爪状の部材を取り付けるようにすれば、不整列な品物の把持も容易に可能となる。したがって、固定部材としての基部に対して個別に回動自在にされた複数のサポートと、この複数のサポートのそれぞれに保持された複数の傾動腕と、この複数の傾動腕のそれぞれの長手方向に伸縮自在にされた複数の伸縮腕と、を有する極座標アーム機構を利用し、この極座標アーム機構の先端に設けられた部材により所定の作業を行う技術については、本発明に基づいて容易に展開可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の左側面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置の平面図（上面図）である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるスポット溶接装置を６軸の垂直多関節ロボットに取り付けたときの形態を示す図である。
【図５】２つの極座標型アームのそれぞれの先端に設けられた電極部４２、４３における溶接状態を示す図であり、（ａ）図は平板状の被溶接物４１に対して加圧力を加えた状態を示し、（ｂ）図は所定の角度で曲げられた被溶接物４１、４１′に対する加圧動作の変化の様子を示す。
【符号の説明】
０スポット溶接装置
１基部
２傾動腕３のサポート
３，４，５傾動腕
６，７，８伸縮腕
９プレート
１０補助腕１１の軸心
１１補助腕
１２補助腕１１伸縮腕
１３サポート２の回転軸
１４傾動腕３の回転軸
１５傾動腕３の軸心
１６傾動腕４の軸心
１７傾動腕５の軸心
１８電極把持部材
１９自在継手
２０モータ
２１傾動腕４のサポート
２２傾動腕５のサポート
３１，３１′ スポット溶接用電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a spot welding apparatus which is equipped with, for example, an arm tip of an industrial robot so as to perform predetermined welding on an object to be welded, and in particular, an electrode without changing the posture of the spot welding apparatus itself. The present invention relates to a spot welding apparatus that can freely change the opening and closing direction.
[0002]
[Prior art]
  In spot welding using an industrial robot, conventionally, a spot welding gun as a spot welding device is attached to the arm tip of an industrial robot with a serial axis configuration represented by a vertical articulated robot, and the robot body is operated. Thus, the electrode of the spot welding gun is brought to the welding point, and the electrode opening / closing operation, pressurizing operation, and energization are performed by the spot welding gun. Here, with respect to the opening / closing operation and pressurizing operation of the electrode, an air cylinder was initially used. However, in recent years, as disclosed in Utility Model Registration No. 2506402 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-138366, the servo mechanism is used to perform the opening / closing operation and pressurizing operation of the electrodes, and this is synchronized as one axis of the robot. Techniques for controlling in a separated state have also been implemented.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in spot welding, it is well known that pressurizing in a direction perpendicular to the surface to be welded with a predetermined pressure is an important factor for maintaining welding quality. . Conventional spot welding guns as disclosed in the aforementioned utility model registration No. 2506402 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-138366 are called C-type welding guns and X-type welding guns because of their forms. In any case, the opening and closing direction of the electrode is only one degree of freedom. Therefore, in order to pressurize in the direction perpendicular to the surface to be welded, the robot body equipped with the welding gun is operated so that the opening and closing direction of the electrode defined by one degree of freedom is perpendicular to the surface to be welded. It is necessary to determine the position of the spot welding gun.
[0004]
  Assuming actual welding work here, if the work piece is a flat plate, the perpendicular direction of the welded surface is constant, so the orientation of the welding gun may be constant for each welding point. If it is not flat like the body of, the right angle direction of the surface to be welded changes for each welding point, so it is necessary to change the position of the welding gun for each welding point. As a result, the robot body equipped with the welding gun In addition to moving the position of the welding gun for each welding point, the posture has to be changed, which causes an increase in cycle time.
[0005]
  In addition, when a large welding gun is used, it may not be possible to change the position of the welding gun in the vicinity of the welding point. In this case, the welding gun is once taken out into a wide space by operating the robot body, In some cases, after the change, an extra operation such as bringing the welding gun closer to the welding point is required. This is because, in conventional spot welding robots, the role sharing such as positioning and posture determination is handled by the robot body, while the welding gun is responsible for opening and closing and pressurizing operations is clearly separated mechanically. It is due. Due to this mechanistic division, when the welding gun is large, the robot main body becomes large and heavy, and eventually, the entire apparatus including the robot main body and the welding gun also becomes large and heavy.
[0006]
  The present invention was made in order to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a spot welding apparatus capable of changing the position and posture of a spot welding electrode even with a spot welding apparatus alone, It is another object of the present invention to provide a spot welding apparatus capable of pressurizing operation and pressure control in a direction perpendicular to the surface to be welded regardless of the posture of the robot body.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, in a spot welding apparatus adapted to perform spot welding by pressing and holding an object to be welded between a pair of spot welding electrodes,
  The base,
  A pair of plates for holding each of the pair of spot welding electrodes;
  Comprising a pair of polar arm mechanisms that connect the base and each of the pair of plates;
  Each of the pair of polar arm mechanisms is
  Against the baseThree of the supports that make up the universal joint that connects the tilting arm and,
  Three tilting arms held on each of the three supports,
  The three tilting armsIn each longitudinal direction, it can be expanded and contracted by a servo motor and a ball screw mechanism, and one of the pair of plates is connected via a universal joint,
  The spot welding electrode provided on one of the pair of plates is controlled to give a predetermined pressing direction and pressing force, and the pressure is applied to the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates. The spot welding apparatus is characterized in that it is controlled so as to apply a pressurizing direction that is the same pressure as the pressure and opposite to the pressurizing direction.
[0008]
  That is, the present invention comprises a pair of plates for holding each of a pair of spot welding electrodes, and a pair of polar arm mechanisms for connecting the base and each of the pair of plates,
  Each of the pair of polar arm mechanisms is
  Against the baseThree of the supports that make up the universal joint that connects the tilting arm and,
  Three tilting arms held on each of the three supports,
  The three tilting armsIn each longitudinal direction, it can be expanded and contracted by a servo motor and a ball screw mechanism, and one of the pair of plates is connected via a universal joint,
  The spot welding electrode provided on one of the pair of plates is controlled to give a predetermined pressing direction and pressing force, and the pressure is applied to the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates. Since the pressure is controlled to give the same pressing force and the pressing direction opposite to the pressing direction,
  Various positions and postures can be taken with respect to the plates connected to the plurality of extendable arms. Therefore, it is possible to change the position and posture of the spot welding electrode held by the plate without changing the position and posture of the base, and to the welding surface of the work piece regardless of the posture of the robot body. The present invention provides a spot welding apparatus capable of pressurization operation and pressure control in a perpendicular direction.
[0009]
  By the way, in order to take various postures with respect to the plate by the expansion / contraction operation of the plurality of expansion / contraction arms, it is necessary to connect the expansion / contraction arm and the plate via a universal joint, but the structure is connected to each plate. One of the plurality of telescopic arms may be fixedly connected without using a universal joint. Specifically, if the polar coordinate arm mechanism has a three-arm configuration, as in the invention according to claim 2, the three telescopic arms are connected in the connection between the three telescopic arms and one of the pair of plates. Among them, one telescopic arm located at the center and the plate are fixedly coupled to each other, and the other two telescopic arms and the plate are coupled via a universal joint. By adopting such a configuration, it is possible to make it easier to control the operation of the telescopic arm than a configuration in which all connections are made through universal joints.
[0010]
  In an actual spot welding operation, it is necessary to secure a power supply passage and a cooling water supply passage for the spot welding electrode. Therefore, in the invention according to claim 3, in the polar coordinate arm mechanism having the plurality of arm configurations described above, one of the plurality of tilting arms is fixed to the tilting arm, and the linear axis of the tilting arm is An auxiliary arm having a parallel axis and an auxiliary arm extendable arm that is extendable in the longitudinal direction of the auxiliary arm and connected to one of a pair of plates are provided, and the auxiliary arm and the auxiliary arm extendable arm are used. Thus, it was decided to secure a power supply passage and a water supply passage. Specifically, as in the invention according to claim 5, a hollow portion is provided inside the auxiliary arm and the auxiliary arm telescopic arm, and an electric wire to the spot welding electrode and a water pipe for cooling water are arranged in each hollow portion. I set it up.
[0011]
  In the invention according to claim 4, the auxiliary arm and the auxiliary arm extendable arm are made of a conductive material, and the contact portion between the auxiliary arm and the auxiliary arm extendable arm is connected by a contact having a power feeding function. . With such a configuration, it is possible to supply power to the spot welding electrode without providing a hollow portion inside the auxiliary arm and the auxiliary arm telescopic arm. Moreover, when a hollow part is provided inside the auxiliary arm and the auxiliary arm telescopic arm, this hollow part can be allocated exclusively for water supply equipment.
[0012]
  As described above, in the spot welding apparatus according to the present invention, the operation of the spot welding electrode is controlled by operating a plurality of extendable arms.BookIn the invention, in order to efficiently coordinate the plurality of extendable arms, the servomotor and the ball screw mechanism can be extended and retracted in the longitudinal direction of each of the three tilting arms of the spot welding apparatus.
[0013]
  That is, in the present invention, the linear motion mechanism is composed of a servo motor and a ball screw mechanism. With this configuration, the servomotor has higher positioning accuracy than oil-pneumatic pressure and easy torque control, so that the positioning accuracy of the spot welding electrode is increased and the pressure control is facilitated. In particular, since the spot welding apparatus according to the present invention controls the operation of the electrode for spot welding in cooperation with a plurality of extendable arms, the high positioning accuracy of the linear motion mechanism is important. The use of a servo motor is preferred.
[0014]
  By the way, in order to perform high-quality welding, it is necessary to make the applied pressures equal to each other and the pressurizing directions to be opposite to each other for each of the pair of spot welding electrodes. In a C-type welding gun as in the prior art, one of the pair of spot welding electrodes is fixed (fixed side electrode) and the other is movable (moving side electrode). Therefore, normally, the applied pressures are equal to each other and the pressurizing directions are also opposite to each other. However, in the spot welding apparatus according to the present invention, each spot welding electrode is configured to operate independently by a plurality of extendable arms, so that the welding pressure is equal to each other and the pressing directions are opposite to each other during welding. There must be a means to Therefore, in the present invention, the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates is controlled to give a predetermined pressing direction and pressure to the spot welding electrode provided on one of the pair of plates. On the other hand, the pressurizing force is controlled to be the same pressurizing force and the pressurizing direction opposite to the pressurizing direction. Thereby, about each electrode of a pair of spot welding electrode, a pressurizing direction becomes mutually equal at the time of welding, and a pressurization direction becomes mutually opposite.
[0015]
  As described above, the spot welding apparatus according to the present invention can change the position and posture of the spot welding electrode within the range of the design specifications such as the stroke of the telescopic arm with reference to the base portion which is a fixing member. Therefore, welding work is possible even with a spot welding device alone. However, in the case of a long workpiece such as an automobile body, the position and posture of the spot welding device itself must be variable. Therefore, in the invention according to claim 5, the base portion of the above-mentioned spot welding apparatus is held by the arm tip of the articulated robot. For example, in a 6-axis vertical articulated robot as shown in FIG. 4, the arm tip can be set in various positions and postures within the movement range, so if the base of the spot welding apparatus is gripped by this arm tip, The position and orientation of the spot welding apparatus itself can be changed, and a long workpiece can be dealt with. Thereby, regarding the position and posture of the spot welding electrode, a rough change can be dealt with by operating each joint axis of the articulated robot, and a minute change can be dealt with by operating each telescopic arm of the spot welding apparatus.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 are mechanism diagrams of a spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view, FIG. 2 is a left side view, and FIG. 3 is a plan view (top view).
[0017]
  The base 1 serves as an attachment base when the spot welding apparatus 0 is gripped by a robot or the like. Therefore, when the spot welding apparatus 0 is attached to the robot arm tip, the relative position between the base 1 and the robot arm tip is unchanged. For reference, FIG. 4 shows a mode when the spot welding apparatus according to one embodiment of the present invention is attached to a six-axis vertical articulated robot 51. As shown in FIG. 3 which is a plan view (top view), the horizontal sectional shape of the base 1 is substantially hexagonal, and supports 2, 21, 22, 2 ', 21', 22 'are provided on each surface. It has been. Of these, the left side, ie, the supports 2, 21, 22 and the members connected thereto as viewed in FIG. 3, and the right side, ie, the supports 2 ′, 21 ′, 22 ′ and the members connected thereto, as seen in FIG. Thus, a pair of polar arm mechanisms are configured. Since the pair of polar arm mechanisms have the same configuration, the left polar arm mechanism will be described below with reference to the front view of FIG. 1 and the plan view of FIG. The left side view of FIG. 2 shows the left polar coordinate arm mechanism as a center.
[0018]
  Each of the three supports 2, 21, and 22 is connected to the base portion 1 so as to be rotatable around respective rotation shafts 13, 131, and 132 that are orthogonal to the mounting shaft 1 ′ of the base portion 1. To these supports 2, 21, and 22, tilting arms 3, 4, and 5, which are rotatable around the rotation axes 14, 141, and 142 orthogonal to the respective rotation axes 13, 131, and 132, are connected.These tilting arms 3, 4, 5Each is provided with telescopic arms 6, 7, 8 that are extendable in the longitudinal direction. These three sets of support, tilting arm and telescopic arm constitute a polar coordinate arm mechanism.
[0019]
  A plate 9 is connected to the ends of the telescopic arms 6, 7, 8. Here, a method of connecting each of the telescopic arms 6, 7, 8 and the plate 9 will be described in detail. In order to take various postures with respect to the plate by the expansion / contraction operation of the plurality of expansion / contraction arms, the connection between the expansion / contraction arm and the plate needs to be via a universal joint. One of the telescopic arms may be fixed and connected without using a universal joint. Therefore, in the connection between the three extendable arms 6, 7, 8 and the plate 9, the extendable arm 6 located at the center and the plate 9 are fixedly connected, and each of the other two extendable arms 7, 8 is connected. And the plate 9 are connected via a universal joint. By adopting such a configuration, it is possible to make it easier to control the operation of the telescopic arm than a configuration in which all connections are made through universal joints.
[0020]
  Further, the arrangement of the tilting arms 3, 4, 5 will be described in detail. Assuming that the linear axes of the tilting arms 3, 4, 5 are 15, 16, 17, respectively, each of these linear axes reduces the control constant of the telescopic arms 6, 7, 8 as the linear mechanism. However, the present invention is not limited to this and may be provided with an offset with respect to the intersection of the axial centers 13 and 14. As shown in FIG. 1, in order to enable the spot welding electrode 31 to move in the left-right direction on the paper surface, the linear axes 16, 17 of the tilting arms 4, 5 are the linear axes of the tilting arm 3. It must be tilted to some extent with respect to 15. As shown in FIG. 3, the inclination amount has a substantially hexagonal shape to which the support 21, 22 supporting the tilting arms 4, 5 is supported from the length or arrangement from the base 1, or to which the support 21, 22 is attached. It is determined by the horizontal cross-sectional shape of the base 1.
[0021]
  An electrode gripping member 18 is attached to the plate 9 so that one of a pair of spot welding electrodes 31 can be attached to the tip. With the above configuration, the telescopic arms 6, 7, 8 operate independently, so that the spot welding electrode 31 can be varied within the range of design specifications such as the movable range of the telescopic arms 6, 7, 8. It becomes possible to take a proper position and posture. While the left polar coordinate arm mechanism has been described with reference to the front view of FIG. 1 and the plan view of FIG. 3, the same applies to the right polar arm mechanism. Therefore, by operating the six extendable arms, the work piece is pressed and held between the pair of spot welding electrodes 31 and 31 ', thereby performing the welding operation.
[0022]
  Next, the operation mechanism of the telescopic arm will be described. Here, only the left polar coordinate arm mechanism as seen in the front view of FIG. 1 and the plan view of FIG. 3 will be described.The tilting arms 3, 4, 5 areA servo motor 20 is provided at one end of each, and is coupled to a ball screw provided in the tilting arms 3, 4, and 5. The servo motor 20 and the ball screw constitute a linear motion mechanism that operates each of the telescopic arms 6, 7, and 8. Therefore, it is possible to position the plate 9 connected to the telescopic arms 6, 7, 8 in various postures by controlling the operation of the linear motion mechanism corresponding to each telescopic arm. Since the servo motors constituting each linear motion mechanism are generally considered to be easy to perform positioning control and torque control, the present invention is configured to operate the spot welding electrode by cooperative operation of a plurality of telescopic arms. Then, the use of a servo motor as a drive device is preferable to a mode in which hydraulic / pneumatic pressure is used as a drive source.
[0023]
  With the above configuration, when the telescopic arms 6, 7, 8 are linearly moved by the linear movement mechanisms provided in the tilting arms 3, 4, 5, the plate 9 involved in the operation of the spot welding electrode 31 is separated from the robot body. It is possible to take various positions and postures within the range of the strokes of the telescopic arms 6, 7, 8 with respect to the base portion 1 that is the mounting base. Furthermore, the pressing force of the spot welding electrode 31 can be controlled by controlling the linear motion mechanism that drives the telescopic arms 6, 7, 8. Specifically, this can be achieved by torque control of servo motors constituting each linear motion mechanism.
[0024]
  Here, the pressure control method in the spot welding apparatus according to the present embodiment will be described. As described above, in order to ensure the welding quality in spot welding, it is important to perform the pressing operation and the pressure control in the direction perpendicular to the surface to be welded of the workpiece. In the spot welding apparatus according to the present embodiment, each spot welding electrode is configured to operate independently by a plurality of extendable arms, so that the pressing force is equal to each other and the pressing directions are opposite to each other during welding. It is necessary to take such measures. Therefore, in the present invention, the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates is controlled to give a predetermined pressing direction and pressure to the spot welding electrode 31 provided on one of the pair of plates. The pressure is controlled so as to give the pressure direction the same as the pressure direction and the pressure direction opposite to the pressure direction. As a result, the electrodes of the pair of spot welding electrodes are controlled so that the applied pressures are equal to each other during welding and the pressing directions are opposite to each other.
[0025]
  In order to describe this point in detail, a robot including the spot welding apparatus 0 according to the present embodiment positioned at an arbitrary welding point is assumed.The tilting arms 3, 4, 5 areThe center positions of the respective axial centers 15, 16, 17 and the welding electrodes 31, 31 'to be paired are given, and a linear direction connecting the electrode center positions when positioned is determined.The direction cosine of the pressure direction and the pressure directionAssuming that e1, e2 and e3 respectively, the predetermined pressure vector F relating to the spot welding electrode 31 is expressed by the equation (1).
    F = Ae1 + Be2 + Ce3 (1)
  The scalar amounts A, B, and C obtained from the equation (1) are the forces applied to the respective tilting arms 3, 4, and 5. On the other hand, for the other pair of spot welding electrodes 31 ', in the same pressurizing direction and in the opposite pressurizing direction, that is, with the left side of Equation (1) as -F, the scalar amount of each tilt arm is similarly set. Find it. When applying the pressing force vector, the respective center positions of the pair of spot welding electrodes 31, 31 'are given, the linear direction connecting the electrode center positions when positioned is set as the pressing direction, It can also be implemented by means of providing only a scalar quantity. Thus, in the spot welding apparatus according to the present embodiment, the pressurizing operation in a predetermined direction can be easily controlled.
[0026]
  The actual pressurizing operation will be described with reference to FIG. In the electrode portions 42 and 43 provided at the respective tips of the two polar coordinate arm mechanisms, FIG. 5A shows a state in which the pressurizing force of F and −F is applied to the flat plate-shaped workpiece 41, respectively. Show. On the other hand, FIG. 5B shows a change in the pressurizing operation for the workpieces 41 and 41 ′ bent at a predetermined angle. In FIG. 5 (b), when the state A, which is the welding state of the flat plate portion 41 of the workpiece, is shifted to the welding state of the bent portion 41 'of the workpiece, a spot welding apparatus in the prior art such as a C-type welding gun. Then, it is necessary to shift to the state B in order to pressurize the workpiece to be welded in a plane, and in this case, it is necessary to operate the robot body that grips the spot welding apparatus and change the attitude of the spot welding apparatus. is there. However, in the spot welding apparatus according to the present embodiment, as described above, pressurizing operations can be performed in various directions. Therefore, after the state of the spot welding apparatus is shifted to the state C, which is the same as the state A, the workpiece is welded. On the other hand, it is possible to perform control such that the pressure is applied in a straight direction, and thus the operation of the robot main body that changes the posture of the spot welding apparatus is unnecessary.
[0027]
  By the way, in general, in an industrial robot, tools are attached to the end of an arm in order to perform a predetermined operation. The tools need to be supplied with some energy or the like. This tool corresponds to the spot welding apparatus 0 in the present invention, and it is necessary to supply power to the spot welding electrodes 31 and 31 ′ and supply cooling water to the spot welding apparatus 0. If these power supply equipment and water supply equipment are arranged in the spot welding apparatus 0 in the present embodiment, a method of inserting them into the tilting arms 3, 4, 5 can be considered. However, the tilting arms 3, 4, 5 and the telescopic arms 6, 7, 8 have to be enlarged to some extent in order to ensure rigidity sufficient for the pressure applied when spot welding is performed. If a power supply facility and a water supply facility are provided in the interior, further enlargement will be caused.
[0028]
  Therefore, an auxiliary arm fixed to one of the three tilting arms and having an axis parallel to the linear axis of the tilting arm, and extendable in the longitudinal direction of the auxiliary arm. In addition, an auxiliary arm telescopic arm connected to one of the pair of plates is provided, and a power feeding passage and a water supply passage are secured by using the auxiliary arm and the auxiliary arm telescopic arm. Specifically, as shown in FIG. 1, the tilt arm 3 is integrated with the tilt arm 3, and an axis 10 is provided parallel to the axis 15 of the tilt arm 3, and the tilt arm 3 is integrated along the axis 10. An auxiliary arm 11 is provided on the casing. A universal joint 19 capable of supplying electricity and water is attached to the distal end of the auxiliary arm 11, and wiring and water piping from a transformer (not shown) attached to the base 1 are connected to the distal end of the universal joint 19, for example. To do.
[0029]
  The auxiliary arm 11 is provided with an auxiliary arm telescopic arm 12 guided by the auxiliary arm 11 along the axis 10 so as to be able to move directly. The elastic arm 12 is provided on the auxiliary arm 11 by a universal joint 19. A water pipe (not shown) having a spiral formed hollow is attached. The wiring can be provided in the cavity similarly to the water pipe, but the auxiliary arm 11, the auxiliary arm telescopic arm 12, the plate 9, and the electrode gripping member 18 are made of a conductive material, The contact portion with the auxiliary arm telescopic arm 12 is connected by a contactor (not shown) having a power feeding function, and the plate 9 can be energized to the other end of the auxiliary arm telescopic arm 12 so that the water pipe can be connected. It may be fixed. By setting it as this structure, since a cavity part can be allocated only for water supply equipment, size reduction of the auxiliary arm 11 and the auxiliary arm expansion-contraction arm 12 will be achieved. The auxiliary arm telescopic arm 12 is fixed to the plate 9 because the plate 9 can be prevented from rotating around the axis 15 by doing so.
[0030]
  As described above, the spot welding apparatus 0 according to the present embodiment includes the spot welding electrodes 31 and 31 ′ within the range of the design specifications such as the strokes of the six telescopic arms with reference to the base 1 that is a fixing member. Since the position and posture of the spot welding apparatus can be changed, welding work can be performed with a spot welding apparatus alone. However, in the case of a long workpiece such as an automobile body, the position and posture of the spot welding device itself must be variable. Therefore, the base 1 of the spot welding apparatus 0 is gripped by the arm tip of the articulated robot. For example, in a 6-axis vertical articulated robot 51 as shown in FIG. 4, the arm tip can be set in various positions and postures within the movement range, so that the base 1 of the spot welding apparatus 0 is gripped by the arm tip. By doing so, the position and posture of the spot welding apparatus itself can be changed, and a long workpiece can be dealt with. As a result, with respect to the position and posture of the spot welding electrodes 31, 31 ', each joint axis of the articulated robot 51 is operated for a rough change, and the six extendable arms of the spot welding apparatus 0 are used for a minute change. It can be dealt with by operating.
[0031]
  By the way, since it is generally necessary for the articulated robots to operate the arm driving mechanisms in a coordinated manner, the arm driving mechanisms are controlled synchronously. Therefore, as in the above embodiment, when the linear motion mechanism for operating the telescopic arm is composed of a servo motor and a ball screw mechanism, and the spot welding device is gripped by the arm tip of the articulated robot The servomotor drive of the linear motion mechanism and the servomotor drive for operating the arm drive mechanism of the articulated robot are controlled synchronously with each other. Thereby, each of the linear motion mechanisms of the six telescopic arms included in the spot welding apparatus 0 is controlled like the additional axis of the arm drive mechanism of the multi-joint robot 51 having the six-axis configuration. Each is controlled synchronously as the seventh to twelfth axes of the articulated robot 51. With this configuration, for example, when welding a plurality of welding points in succession, the pair of spot welding electrodes 31, 31 ′ are retracted to a safe interval with respect to the workpieces sandwiched between these electrodes. It is possible to operate the arm driving mechanism of the multi-joint robot 51 without confirming this in terms of control, that is, to move the spot welding device 0 main body, so in the case of a usage mode in which there are a large number of welding points. Time will be significantly shortened.
[0032]
  Further, the spot welding apparatus 0 may be controlled by the same control apparatus as the articulated robot 51 by developing the above configuration. Here, being controlled by the same control device means that the control circuit for driving the arm drive mechanism of the articulated robot 51 and the control circuit for driving the linear motion mechanism of the spot welding device 0 are arranged in one control device. It means that synchronous control is performed. Furthermore, a function of controlling the parameters originally controlled by the spot welding device 0, such as a welding current, for improving the welding quality by the same control device as the articulated robot 51 may be added. Such a configuration not only eliminates the need for transmission / reception of control signals between the control devices of the articulated robot and spot welding apparatus, which has been performed in the past, but also allows the articulation robot and spot welding equipment to perform the operation. Interlocks that can be processed can also be processed by software in one control device. A control circuit that drives the linear motion mechanism of the spot welding device 0 by adding a synchronous / asynchronous switching function to the control device causes a control circuit that drives the arm drive mechanism of the articulated robot 51 as necessary. However, it is also possible to operate independently.
[0033]
  The embodiment of the present invention has been described above. In the above embodiment, power supply and water supply are performed by a member provided on the tilting arm 3, but this may be performed by a member provided on the tilting arm 4 or the tilting arm 5.
[0034]
【The invention's effect】
  According to an embodiment of the present invention, the pair of plates for holding a pair of spot welding electrodes, and a pair of polar coordinate arm mechanisms for connecting the base and each of the pair of plates, the pair of polar coordinates. Each of the arm mechanisms is relative to the baseThree of the supports that make up the universal joint that connects the tilting arm andThree tilting arms held on each of the three supports,The three tilting armsEach of the pair of plates is stretchable in the longitudinal direction by a servo motor and a ball screw mechanism, and is connected to one of the pair of plates via a universal joint, with respect to a spot welding electrode provided on one of the pair of plates. Is controlled so as to give a predetermined pressing direction and pressing force, and the same pressing force is applied to the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates, and opposite to the pressing direction. Because it was controlled to give the pressure direction of
  Various positions and postures can be taken with respect to the plates connected to the plurality of extendable arms. Therefore, it is possible to change the position and posture of the spot welding electrode held by the plate without changing the position and posture of the base, and to the welding surface of the work piece regardless of the posture of the robot body. The present invention provides a spot welding apparatus capable of pressurization operation and pressure control in a perpendicular direction. As a result, it is now possible to handle multiple welding points with a single spot welding device, especially for workpieces where the distance between welding points is relatively small, the conventional combination of a spot welding gun and robot becomes unnecessary. As a result, significant improvements in cost and space can be realized. In addition, since it is possible to perform pressure operation and pressure control directly on the surface to be welded regardless of the posture of the robot body, it is necessary to press the surface straight in the conventional pressure operation. Changing the posture of the robot body is no longer necessary, and the cycle time can be shortened.
[0035]
  According to the embodiment of the invention according to claim 5, the base of the spot welding apparatus is held by the arm tip of the articulated robot. Therefore, the position and posture of the spot welding apparatus itself can be changed, and it is possible to cope with a long workpiece. As a result, with regard to the position and orientation of the electrode for spot welding, it is possible to deal with rough changes by operating each joint axis of the articulated robot, and for minute changes by operating each telescopic arm of the spot welding device. became.
[0036]
  In the present invention, the electrode for spot welding is provided at the tip of the polar arm mechanism that is paired for spot welding. However, for example, if a nail-like member is attached instead of the electrode, the electrode is not aligned. It is also possible to easily grip a product. Accordingly, a plurality of supports individually rotatable with respect to the base as a fixing member, a plurality of tilting arms held by each of the plurality of supports, and a longitudinal direction of each of the plurality of tilting arms A technology that uses a polar arm mechanism having a plurality of telescopic arms that can be expanded and contracted and performs a predetermined operation by a member provided at the tip of the polar arm mechanism can be easily developed based on the present invention. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a left side view of a spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view (top view) of a spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a form when the spot welding apparatus according to one embodiment of the present invention is attached to a six-axis vertical articulated robot.
FIG. 5 is a view showing a welding state at electrode portions 42 and 43 provided at the respective ends of two polar coordinate type arms; FIG. 5 (a) is a diagram showing a state in which a pressing force is applied to a flat plate-like workpiece 41; FIG. 4B shows a change in the pressurizing operation for the workpieces 41 and 41 ′ bent at a predetermined angle.
[Explanation of symbols]
        0 Spot welding equipment
        1 base
        2 Support for tilting arm 3
        3,4,5 tilting arm
        6,7,8 telescopic arm
        9 plates
      10 Axis of auxiliary arm 11
      11 Auxiliary arm
      12Auxiliary arm 11 telescopic arm
      13 Rotating shaft of support 2
      14 Rotation axis of tilting arm 3
      15 Axis of tilting arm 3
      16 Axis of tilting arm 4
      17 Axis of tilting arm 5
      18 Electrode gripping member
      19 Universal Joint
      20 Motor
      21 Support for tilting arm 4
      22 Support for tilting arm 5
      31, 31 'electrode for spot welding

Claims

In a spot welding apparatus adapted to perform spot welding by pressing and holding an object to be welded between a pair of spot welding electrodes,
The base,
A pair of plates for holding each of the pair of spot welding electrodes;
Comprising a pair of polar arm mechanisms that connect the base and each of the pair of plates;
Each of the pair of polar arm mechanisms is
Three of the supports constituting a universal joint for connecting the tilting arm to the base,
Three tilting arms held on each of the three supports,
The three tilting arms are extended and contracted in the longitudinal direction by a servo motor and a ball screw mechanism, and are connected to one of the pair of plates via a universal joint,
The spot welding electrode provided on one of the pair of plates is controlled to give a predetermined pressing direction and pressing force, and the pressure is applied to the spot welding electrode provided on the other of the pair of plates. The spot welding apparatus is controlled so as to give a pressing direction that is the same pressure as the pressure and opposite to the pressing direction.

In the connection between the three telescopic arms and one of the pair of plates, of the three telescopic arms, one telescopic arm located at the center and the plate are fixedly coupled to each other, and the other two 2. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein the telescopic arm and the plate are connected via a universal joint.

An auxiliary arm fixed to one of the plurality of tilting arms and having an axis parallel to the linear axis of the tilting arm; and extendable in the longitudinal direction of the auxiliary arm; and An auxiliary arm telescopic arm connected to one of the pair of plates,
2. A hollow portion is provided inside the auxiliary arm and the auxiliary arm telescopic arm, and an electric wire to a spot welding electrode and a water pipe for cooling water are arranged in each of the hollow portions. The spot welding apparatus described in 1.

The auxiliary arm and the auxiliary arm extendable arm are made of a conductive material, and a contact portion between the auxiliary arm and the auxiliary arm extendable arm is connected by a contact having a power feeding function. Spot welding equipment.

The spot welding apparatus according to claim 1, wherein the base of the spot welding apparatus is gripped by an arm tip of an articulated robot.