专利名称：焊接工件位置检测装置以及焊接工件位置检测方法
技术领域：
本发明涉及检测被点焊的工件的位置的焊接工件位置检测装置以及焊接工件位 置检测方法。
背景技术：
在使用机器人通过自动运行来进行工件的点焊的情况下，当作业程序中记录的工 件位置(点焊打点位置)从实际的工件位置偏移时，产生对工件施加过负荷或者不正确地 流过焊接电流等问题，导致焊接品质的降低。因此，以往在进行点焊前预先检测工件位置， 并根据该工件位置修正点焊打点位置。在日本专利第4233584号公报(JP4233584B)中记载的系统中，在点焊枪的可动电 极和相对电极之间配置工件，通过伺服电动机的驱动使可动电极接近工件表面。并且，当电 动机电流超过了预定值时，判断出可动电极与工件表面接触，在伺服电动机中产生了干扰 转矩，根据此时的可动电极的位置检测工件位置。在JP4233584B中记载的系统中，当可动电极与工件表面接触时，认为伺服电动机 的转矩阶梯状地变化来检测工件位置。但是，实际的伺服电动机的转矩在可动电极与工件 表面接触后倾向于慢慢上升。因此，在电动机电流超过预定值的时刻，可动电极已经充分地 挤压工件表面，处于从接触位置移动后的状态，在电动机电流超过预定值时判断出可动电 极已与工件表面接触，因此无法高精度地检测工件位置。
发明内容
根据本发明的一种方式，提供一种焊接工件位置检测装置，其中具备点焊枪，其 具有隔着工件互相相对配置的一对电极；机器人，其保持点焊枪以及工件的某一方，使其能 够相对于另一方相对移动；伺服电动机，其使一对电极相对于工件接近以及离开；物理量 检测部，其检测为使一对电极中的一方接触工件的表面而通过伺服电动机使一对电极中的 一方向工件的表面接近移动时的、与伺服电动机的转矩具有相关关系的物理量；位置检测 部，其检测一对电极的位置；存储部，其存储通过物理量检测部检测出的物理量以及通过位 置检测部检测出的检测值；以及运算部，其根据存储部中存储的物理量的时序数据，计算一 对电极中的一方与工件的表面开始接触的接触开始时刻，并且根据存储部中存储的位置检 测部的检测值，运算接触开始时刻的工件位置。另外，根据本发明的另一方式，提供一种焊接工件位置检测方法，其包含以下步 骤通过机器人，保持具有隔着工件互相相对配置的一对电极的点焊枪以及工件的某一方， 使其能够相对于另一方相对移动；通过伺服电动机，为使一对电极中的一方与工件的表面 接触，而使一对电极中的一方向工件的表面接近移动；根据与使一对电极中的一方向工件 的表面接近移动时的伺服电动机的转矩有相关关系的物理量，判断一对电极中的一方与工 件的表面的接触开始时刻；以及根据判断出一对电极中的一方开始与工件的表面接触的时 刻的一对电极的位置，运算工件的位置。
本发明的目的、特征以及优点，通过与附图关联的以下实施方式的说明变得更加 明了。在该附图中，图1概要地表示具有本发明的实施方式的焊接工件位置检测装置的点焊系统的 整体结构。图2表示作业程序的执行引起的可动电极和相对电极的动作。图3是表示图1的机器人控制装置以及焊枪控制装置中执行的处理的一例的流程 图。图4A表示图3的工件位置检测处理中的可动电极和相对电极的动作。图4B表示图3的工件位置检测处理中的可动电极和相对电极的动作。图4C表示图3的工件位置检测处理中的可动电极和相对电极的动作。图4D表示图3的工件位置检测处理中的可动电极和相对电极的动作。图5表示图3的工件位置检测处理中的可动电极驱动用伺服电动机的电动机转矩 和电动机速度的时间变化的例子。图6A说明使用了电动机转矩的具体时序变化的、与可动电极的挤压判定相关的处理。图6B表示图6A的变形例。图7A说明使用了电动机转矩的具体时序变化的、与可动电极的接触开始时刻的 判定相关的处理。图7B表示图7A的变形例。图8表示图1的变形例。图9表示图1的另一变形例。
具体实施例方式以下，参照图1 图9说明本发明的实施方式的焊接工件位置检测装置。图1概 要地表示具有本发明的实施方式的焊接工件位置检测装置的点焊系统的整体结构。图1的 点焊系统具备多关节型机器人1、点焊枪2、控制机器人1的机器人控制装置3、控制点焊 枪2的焊枪控制装置4。机器人1是一般的6轴垂直多关节型机器人，具有固定在地面上的底座10、可转动 地与底座10连接的下臂11、可旋转地与下臂11的尖端部连接的上臂12、可旋转地安装在 上臂12的尖端部的点焊枪2。机器人1内置多个(为了方便仅图示1个)机器人驱动用的 伺服电动机13。伺服电动机13通过来自机器人控制装置3的控制信号被驱动，通过伺服电 动机13的驱动，变更点焊枪2的位置以及姿态。点焊枪2是所谓的C型点焊枪，具有可旋转地与上臂12的尖端部连接的二字形的 枪臂23、和工件夹持用的伺服电动机M。枪臂23具有从L字形的框架23a的端部突出设 置的棒状的相对电极22、以及与相对电极22相对地突出设置的棒状的可动电极21。将可 动电极21和相对电极22配置在同一轴上。相对电极22被固定在框架23a上，与此相对， 可动电极21能够在与相对电极22相同的轴上相对于框架23a移动。
伺服电动机M通过来自焊枪控制装置4的控制信号被驱动，通过伺服电动机M 的驱动，可动电极21接近相对电极22以及从相对电极22远离。在可动电极21和相对电 极22之间在板厚方向上夹持工件W，进行工件W的点焊。工件W通过未图示的工件支持装
置支持。在机器人驱动用的各伺服电动机13上设置编码器13a，通过编码器13a检测伺服 电动机13的绕轴的旋转角度。检测出的旋转角度被反馈到机器人控制装置3，通过机器人 控制装置3中的反馈控制，控制臂尖端部的点焊枪2的位置以及姿态。由此可以将与框架 23a 一体化的相对电极22定位在工件W的板厚方向的示教位置，并且可以根据来自编码器 13a的信号检测相对电极22的位置以及姿态。同样地，在工件夹持用的伺服电动机M上设置编码器Ma，通过编码器2 检测伺 服电动机对的绕轴的旋转角度。检测出的旋转角度被反馈到焊枪控制装置4，通过焊枪控 制装置4中的反馈控制可以相对于相对电极22来对可动电极21进行定位。电极21、22间 的开放量根据伺服电动机M的旋转角度而变化，但在本实施方式中，把使可动电极21与相 对电极22接触时、即开放量为0时的伺服电动机M的旋转角度预先设定为基准值。由此， 根据来自编码器2 的信号可以检测从基准值开始的旋转角度，可以检测电极21、22间的 开放量。机器人控制装置3以及焊枪控制装置4分别包含具有CPU、ROM、RAM、其它周边电 路等的运算处理装置。机器人控制装置3与焊枪控制装置4连接。机器人控制装置3和焊 枪控制装置4进行通信，互相收发信号。在机器人控制装置3上还连接了示教操作盘5和 生产线控制盘6。在机器人控制装置3的存储器中以能够改写的形式存储了机器人1以及点焊枪2 的动作程序(作业程序)或示教数据等。在示教数据中包含在大量焊接部位对工件W进 行点焊时的机器人1以及点焊枪2的位置以及姿态、即焊枪打点数据。根据该示教数据生 成用于自动运行的作业程序。在自动运行时，机器人控制装置3按照作业程序使机器人1动作，控制相对于工件 W的点焊枪2的位置和姿态，在电极21、22之间配置工件W。另外，焊枪控制装置4按照作 业程序使可动电极21动作，控制在工件W上施加的、电极21、22的加压力，并且按照作业程 序控制向电极21、22供给的电流，在预定的焊接打点位置执行点焊。示教操作盘5具有通过操作员操作的操作部51、和对操作员报知预定的信息的显 示部52。从操作部51主要输入与机器人1的动作相关的示教指令、或与作业程序的编辑或 执行相关的指令等。机器人1的设定状态或动作状态、异常状态等各种信息被显示在显示 部52上。虽然省略了图示，但在工厂内的生产线上设置了多个上述点焊系统，生产线控制 盘6与这些系统的各机器人控制装置3连接。向生产线控制盘6发送来自各机器人控制装 置3和周边设备的信号，生产线控制盘6可以根据这些信号集中地管理点焊的生产线。通过 在生产线控制盘6上设置的显示部61、或者与生产线控制盘6连接的显示装置(未图示) 等，也可以掌握各机器人1的动作状态。生产线控制盘6输入来自各机器人控制装置3的信号，对各机器人控制装置3输 出外部信号。生产线控制盘6也可以向各机器人控制装置3输出用于执行作业程序的启动指令。来自生产线控制盘6的外部信号中也包含以太网(注册商标)通信等各种通信手段。 另外，也可以通过示教操作盘5的操作来输出这些指令。图2表示自动运行时的作业程序的执行引起的电极21、22的动作。在图2中，在 水平地保持工件W的状态下移动各电极21、22来进行点焊。即，在工件W的上方以及下方 分别相对于工件W垂直地配置一对电极21、22后，将各电极21、22移动到工件的上表面以 及下表面的焊接打点位置来进行点焊。此外，若使工件的上下表面的某一方的焊接打点位置偏移工件W的板厚度的量， 则成为工件上下表面的另一方的焊接打点位置。因此，在程序上仅将工件上下表面的某一 方(例如工件下表面)的焊接打点位置与工件板厚一起进行了设定。在自动运行时，首先，各电极21、22向点焊开始前的待机位置移动。即，以预定速 度移动到从工件表面离开预定距离Da、Db的位置1，在此暂时停止。接着，各电极21、22沿 着图的路径以预定速度向焊接打点位置(位置幻移动后，对工件W施加预定的加压力。在 该状态下，通过预定的电流条件对电极21、22通电。此后，各电极21、22向点焊结束后的待 机位置移动。即，以预定速度移动到从工件表面离开预定距离Dc、Dd的位置3，在此暂时停 止。此外，在焊接部位有多个的情况下，各电极21、22向与下一焊接部位对应的点焊 开始前的待机位置移动，在多个焊接部位连续地对工件W进行点焊。在这种情况下，考虑各 焊接部位的周围的障碍物25，为使障碍物25和电极21、22不干扰而针对每个焊接部位设定 电极21、22的开放量Da Dd。然而，将电极21、22移动到预定的焊接打点位置后对工件W进行点焊时，即使是同 种的工件W，由于进行工件W的批次变更或设置工件W的夹具的位置调整等，工件表面的点 焊打点位置有时从成为目标的点焊打点位置偏移。当发生这样的偏移时，发生对工件W施 加过负荷，或者不正确地流过焊接电流等问题，导致焊接品质的降低。因此，需要检测实际 的工件位置来修正点焊打点位置，但是，由于在多个点焊打点位置的全部位置手动进行该 修正，因此需要大量的精力和时间。另外，作业者直接目视确认点焊打点位置的偏移来进行 修正，修正的程度由作业者的熟练度而左右，无法保证焊接品质均勻。因此，在本实施方式 中，在进行基于自动运行的点焊前，以下那样自动检测工件位置，修正作业程序上的点焊打 点位置。图3是表示机器人控制装置3以及焊枪控制装置4中执行的工件位置检测处理的 一例的流程图，图4A 图4D表示执行工件位置检测处理时的各电极21、22的动作的一例， 图5表示执行工件位置检测处理时的伺服电动机M的电动机转矩T以及电动机速度ν的 时间变化的一例。此外，电动机转矩T与伺服电动机M的驱动电流存在相关关系。因此，根据从焊 枪控制装置4输出的驱动电流可以求出图5的电动机转矩T。另外，电动机速度ν与伺服电 动机M的旋转速度存在相关关系。因此，根据从编码器2 反馈的旋转角度可以求出图5 的电动机速度V。例如通过操作员进行的示教操作盘5或者生产线控制盘6的操作，在输入工件位 置检测指令时开始图3所示的工件位置检测处理。该工件位置检测处理在设定了作业程序 后进行。因此，在存储器中将作业程序中设定的工件下表面的点焊打点位置、工件厚度to、点焊开始前以及结束后的待机位置(图2的Da、Db、Dc、Dd)、使电极21、22向点焊打点位置 移动时的电动机速度Vl等预先作为设定值进行存储。在图3的步骤Sl中，向伺服电动机13、24输出控制信号，将点焊枪2的各电极21、 22分别向工件W的焊接打点位置的铅直上方以及铅直下方的预定的开放位置移动。利用作 业程序来进行该处理，各电极21、22沿着图2所示的路径移动到从工件表面离开Da、Db的 开放位置(位置2的虚线)。考虑点焊时的障碍物25的位置而生成了作业程序，因此，通过 利用作业程序可以防止各电极21、22和工件W或障碍物25的干扰。在步骤S2中，对各伺服电动机13、24输出用于维持步骤Sl的电极21、22的开放 位置的控制信号。由此，如图4A所示，各电极21、22从工件表面离开预定距离Da、Db后静 止。此时如图5所示，电动机转矩T恒定(Tl)，电动机ν为0。继续该状态直到到达预定时 刻tl。此外，也可以不自动地进行各电极21、22向工件上方以及下方的开放位置的移动或 停止，而由操作员一边目视各电极21、22的位置一边手动进行。S卩，可以省略步骤Sl和步 骤S2的处理。在步骤S3中，向伺服电动机M输出控制信号，如图4B所示，使可动电极21接近 工件表面。例如如图5所示，将电动机速度ν加速到预先决定的预定速度vl，此后，为维持 该预定速度vl而对伺服电动机M进行速度控制(时刻tl 时刻t2)。此时如图5所示， 电动机转矩T在从Tl增加到T2后，在可动电极21的勻速移动时变为恒定。以下，将时刻 tl 时刻的范围内电动机转矩T大致恒定的状态称为基准状态，将基准状态下的电动机转 矩T2称为基准转矩。当接近动作前的可动电极21和工件表面的距离短时，在步骤S3中， 可以使可动电极21临时在与工件W相反的方向上移动后接近移动到工件表面，由此可以使 可动电极21勻速接近工件表面，可以确保基准状态。在步骤S4中，开始向存储器存储电动机转矩T的检测用的物理量以及电极21、22 的位置检测用的物理量。即，每隔预定时间(例如每隔数毫秒)，将向伺服电动机对输出的 驱动电流以及来自编码器13a、Ma的信号存储在存储器中。在步骤S5中，判定有无可动电极21的工件W的挤压。所谓工件W的挤压，是如图 4C所示，可动电极21与工件表面接触后，如图4D所示，在弹性变形的范围内充分挤压可动 电极21来使工件W弯曲的状态。在该工件W的挤压后，将可动电极21向上方移动来停止 工件W的挤压时，工件W恢复到挤压前的状态。在步骤S5中，根据向伺服电动机对输出的 驱动电流运算电动机转矩T，并且将电动机速度ν恒定状态(基准状态)下的电动机转矩T 设定为基准转矩T2。并且，当电动机转矩T从该基准转矩T2增加预定量ΔΤ1以上时，判定 为有工件W的挤压。此外，基准状态下的电动机转矩T并非严格地恒定，例如在预定的范围Δ TO内变 化(参照图6Α)。因此，在步骤S5中，可以将基准状态下的电动机转矩T的最大值设定为基 准转矩Τ2，也可以将基准状态下的电动机转矩T的平均值或者最小值设定为基准转矩Τ2。 预定量△ Tl考虑基准状态下的电动机转矩T的变化，设定为至少比ΔΤ0大的值、并且设定 为不使工件W发生塑性变形的值。Δ ΤΟ、Δ Tl可以通过实验来求出，把在该实验中求出的 值预先作为设定值来存储。此时如图5所示，在时刻t2，可动电极21开始与工件表面接触时，对伺服电动机 24作用的负荷增加，因此电动机转矩T增加。在时刻t3，电动机转矩T的增加量ΔΤ达到预定量ΔΤ1时，控制装置3、4判定为有工件W的挤压。此外，将该时刻t3的电动机转矩T 称为挤压电动机转矩T3。在步骤S5中判定为有工件W的挤压时，进入步骤S6。在步骤S6中，向伺服电动机M输出控制信号，停止可动电极21的接近移动。由 此，如图5所示，电动机速度ν减速，在时刻t4电动机速度ν变为0。在该减速停止范围内 如图5所示，电动机转矩T比挤压电动机转矩T3增加。在步骤S7中，结束电动机转矩T的 检测用的物理量(向伺服电动机M的驱动电流)以及电极21、22的位置检测用的物理量 (来自编码器13a、Ma的信号)的存储处理(步骤S4)。在步骤S8中，计算可动电极21的位置检测用修正量Δ d、即可动电极21的工件W 的挤压量。在计算修正量△(!时，首先根据在存储器中存储的电动机转矩T的时序数据，计 算可动电极21开始与工件表面接触的接触开始时刻(图5的t2)。具体来说，从工件W的 挤压时刻t3开始回溯，计算电动机转矩T比挤压电动机转矩T3减少了预定的预定量α (参 照图7Α)的时刻tc，作为接触开始时刻。接着，通过在存储器中存储的来自编码器13a、Ma 的信号，分别计算接触开始时刻的可动电极位置、和可动电极21的接近移动停止时刻的可 动电极位置，将两者的差设定为修正量Ad。在此，预定量α可以预先在实验中求出，但也可以根据可动电极21的移动时的挤 压时刻t3的挤压电动机转矩T3和基准状态下的基准转矩T2求出。例如可以将挤压电动 机转矩T3和基准转矩T2的差ΔΤ1作为预定量a。也可以把在ΔΤ1上乘以预定的比例 (例如0. 5)所得到的值作为预定量α。在这种情况下，工件W的挤压判定时(图5的O的可动电极位置、和可动电极21 的接近移动停止时(图5的t4)的可动电极位置(可动电极停止位置)，仅可动电极21减 速停止的距离不同。因此，在步骤S8中最好分别计算接触开始时刻的可动电极位置和可动 电极停止位置，将两者的差设定为修正量Ad。像这样通过考虑可动电极21的减速停止动 作，修正量Ad的计算精度提高。此外，可动电极21在短时间内减速停止，因此，即使把工 件W的挤压判定时的可动电极位置、即时刻t3的可动电极位置作为可动电极停止位置来计 算修正量Δ d，实质上也没有问题。在步骤S9中，使用可动电极停止位置和修正量Δ d运算工件位置。具体来说，计算 将可动电极停止位置向上方偏移修正量Ad后所得的值、即可动电极21与工件表面接触的 状态下的可动电极位置，将其作为工件上表面的点焊打点位置而存储在存储器中。另外，计 算将该工件上表面的点焊打点位置偏移了工件W的板厚to所得的值，将其作为工件下表面 的点焊打点位置而存储在存储器中。使用该计算出的点焊打点位置修正作业程序。此外， 步骤S9的可动电极停止位置，可以是工件W的挤压判定时的可动电极位置。此外，可以计算通过以上处理检测出的点焊打点位置、和预先在作业程序上设定 的点焊打点位置的差分，将该差分显示在示教操作盘5的显示部52或生产线控制盘6的显 示部61等上。另外，当该差分在预定值以上时，可以经由示教操作盘5或生产线控制盘6 向操作员报知报警等。通过以上处理，预定的焊接部位的工件位置检测处理结束。当工件位置检测处理 结束时，各电极21、22通过来自控制装置3、4的信号，移动到从工件表面离开预定量Dc、Dd 的位置。当焊接部位有多个时，各电极21、22移动到下一焊接部位并执行同样的处理。此 外，工件位置检测处理的电极21、22的移动，也可以通过操作员的手动操作来进行。
对本实施方式的动作总结如下。当通过操作员的操作，输入工件位置检测指令时， 可动电极21和相对电极22向从工件表面离开预定量Da、Db的开始位置移动(步骤Si)。 此后，可动电极21以预定速度vl接近工件W(步骤S； )。图6A表示此时的电动机转矩T的 变化。根据可动电极21的接近动作时的电动机转矩T的检测结果，设定电动机转矩T大致 恒定的基准转矩T2，当电动机转矩T从基准转矩T2增加预定量ΔΤ1以上时，可动电极21 停止接近动作(步骤S5、步骤S6)。根据通过以上的可动电极21的接近动作而得到的电动机转矩T的时序数据，计算 可动电极21开始与工件表面接触的时刻(步骤S8)。即，如图7A所示，从可动电极21挤压 工件W的时刻tp (图6A的t3)开始回溯，计算电动机转矩T减少了预定量α的时刻tc，作 为接触开始时刻。进而，运算该接触开始时刻的可动电极位置、和可动电极21的停止时刻 的可动电极位置的差，设定与可动电极21的挤压量相当的位置检测修正量Ad(步骤S8)。 然后，根据可动电极21的停止位置和位置检测修正量△(!，运算工件表面的点焊打点位置 (步骤S9)。根据本实施方式可以起到以下的作用效果。(1)根据使可动电极21向工件表面接近移动时的电动机转矩T的时序数据，计算 可动电极21开始与工件表面接触的时刻，并且计算与可动电极21向工件表面的挤压量相 当的位置检测修正量Ad，根据可动电极21的挤压后的停止位置和位置检测修正量Ad计 算出工件位置。由此可以考虑可动电极21从开始与工件表面接触到停止为止的可动电极 21的挤压量，检测出工件位置(工件表面位置)，工件位置的检测精度提高。(2)根据电动机转矩T判定可动电极21是否为预定的挤压状态，当判定为是预定 的挤压状态时，使可动电极21的接近移动停止。由此，在工件W的弹性变形的范围内可以 将可动电极21可靠地挤压工件表面，能够进行基于可动电极21的挤压量的、高精度的工件 位置的检测。(3)把可动电极21的接近动作时的电动机转矩恒定的状态设为基准状态，电动机 转矩T比该基准状态下的基准转矩Τ2增加了预定量ΔΤ1以上时，使可动电极21的接近移 动停止，因此可以防止可动电极21的过大的挤压，可以防止工件W的损伤。(4)使可动电极21以预定速度vl接近工件表面，将该勻速移动时的电动机转矩T 设定为基准转矩Τ2，因此可以恰当地设定基准转矩Τ2，可以准确地判断可动电极21的预定 的挤压。(5)从工件W的挤压时刻开始回溯，计算电动机转矩T减少了预定量α的时刻，作 为接触开始时刻，因此，即使可动电极21与工件表面接触后电动机转矩T缓慢变化，也可以 准确地求出接触开始时刻，工件位置的检测精度提高。(6)利用点焊用的作业程序进行了工件位置检测处理，因此可以使各电极21、22 移动到与障碍物25等不干扰的预定的焊接位置来检测工件位置。此外，在以上的控制装置3、4中的处理(步骤S5)中，当电动机转矩T比基准转矩 Τ2增加了预定量ΔΤ1以上时，判定为成为预定的挤压状态(图6Α)。但是，作为判定部的 处理不限于此，例如图6Β所示，当电动机转矩T的每单位时间的增加的比例AT/At比基 准状态下的电动机转矩T的每单位时间的增加的比例ΔΤ0/At增加了预定量以上时，可以 判定为成为预定的挤压状态。或者，当设基准状态下的电动机转矩T的增加的比例ΔΤ0/At大致为0，电动机转矩T的每单位时间的增加的比例ΔΤ/At成为预定值以上时，可以 判定为成为预定的挤压状态。可以预先通过实验来求出基准状态下的电动机转矩T2。当已知基准转矩T2时，考 虑基准转矩T2，预先设定成为挤压判定的阈值的电动机转矩Ta或者电动机转矩T的每单位 时间的增加的比例Δ Ta/At，当电动机转矩T达到预定值Ta以上时，或者转矩增加的比例 ΔΤ/Δ 达到预定值ATa/At以上时，可以判定为成为预定的挤压状态。也可以完全不考 虑基准状态，单纯地当电动机转矩T达到预定值以上时、或者转矩增加的比例△ T/ △ t达到 预定值以上时，判定为成为预定的挤压状态。在以上的实施方式中，通过控制装置3、4中的处理(步骤S8)，从工件W的挤压时 刻tp开始回溯，计算电动机转矩T减少了预定量α的时刻tc，作为接触开始时刻(图7Α)。 但是，接触开始时刻的计算处理不限于此，也可以着眼于电动机转矩T的每单位时间的增 加的比例Δ T/At的变化来计算接触开始时刻。例如图7Β所示，由于挤压时刻tp的电动 机转矩T的增加的比例Δ T/At为正值，因此，从挤压时刻tp开始回溯，计算AT/At从正 变为0或负的时刻tc作为接触开始时刻。此外，在上述实施方式中，通过控制装置3、4自动地进行用于检测工件位置的一 连串动作，但也可以手动地进行一部分动作。通过来自控制装置3、4的信号自动地进行可 动电极21的接近动作以及停止动作(步骤S3、步骤S6)，但例如也可以通过操作员一边监 视电动机转矩T的变化一边操作开关装置等，手动地进行至少某一方的动作。可以由操作 员监视可动电极21的挤压状态，由操作员自身判断是否变为可动电极21与工件表面接触 后的预定的挤压状态。因此可以省略作为控制伺服电动机13、24的控制部的控制装置3、4 的结构、或作为判定有无预定的挤压状态的判定部的控制装置3、4的结构。在上述实施方式中，根据接触开始时的可动电极位置和接近移动停止时的可动电 极位置的差计算修正量Ad，检测出工件位置，但是也可以不计算修正量Ad，例如使用预 先通过实验求出的修正量Ad检测工件位置。也可以通过目视或各种测量装置等测量可动 电极21的停止时的工件W的弯曲量，并求出修正量Ad。可以重复进行使可动电极21向工 件表面移动预定量后停止，然后确认与工件表面的接触状态的作业，根据可动电极21 —次 的移动量和此时的电动机转矩T的变化量，求出修正量Δ d。在上述实施方式中，根据向伺服电动机M输出的驱动电流检测出电动机转矩T， 但只要是与电动机转矩T有相关关系的物理量，则可以检测转矩、电流、速度、加速度等任 意物理量，物理量检测部的结构不限于上述结构。根据来自编码器13a、Ma的信号检测出 电极21、22的位置，但是位置检测部的结构不限于此。将向伺服电动机对输出的驱动电流 以及来自编码器13a、Ma的信号存储在控制装置3、4内的存储器中，但是存储部的结构不 限于此，也可以存储在控制装置3、4的外部的存储装置中。在上述实施方式中，使可动电极21接近移动到工件表面，但是也可以代替可动电 极21而使相对电极22接近移动到工件表面，根据此时的物理量的变化计算接触开始时刻。 即，通过伺服电动机13驱动机器人1来使相对电极22接近以及远离工件表面，并且根据伺 服电动机13的转矩变化计算接触开始时刻。通过机器人控制装置3和焊枪控制装置4的CPU执行了图3的工件位置检测处 理，但也可以构成为集中了机器人控制装置3和焊枪控制装置4的一个控制装置。即，也可以在机器人控制装置3中包含焊枪控制装置4的功能，运算部的结构不限于上述结构。利 用预定的点焊用的作业程序控制电极21、22的位置，但也可以与作业程序无关地控制电极 21、22的位置。在上述实施方式中，根据电动机转矩T的时序数据计算接触开始时刻，并且根据 该接触开始时刻的可动电极位置和挤压停止时的可动电极停止位置的差，计算位置检测修 正量Δ d (步骤S8)，根据可动电极停止位置和修正量Δ d运算工件位置(步骤S9)，但也可 以不计算修正量△(!地运算工件位置。例如也可以根据在存储器中存储的编码器2 的检 测值直接求出接触开始时刻的可动电极位置，根据该可动电极位置运算工件位置。在这种 情况下，不需要计算修正量Δ d，因此可以简化控制装置3、4中的处理。即，本发明的最大特 征在于，根据电动机转矩T的时序数据计算可动电极21的接触开始时刻，并且求出该接触 开始时刻的可动电极位置，由此提高工件位置的检测精度，并不一定需要求出修正量Ad。 但是，通过把求出的修正量Δ d针对每个检测出的焊接位置存储在存储器内，可以与在别 的机会在相同的焊接位置检测出工件表面位置时求出的修正量的计算结果进行比较，也可 以用于确认检测处理的妥当性。同样地，通过将在某焊接位置计算出的修正量和在别的焊 接位置计算出的修正量彼此进行比较，以可以进行互相的检测处理的妥当性的确认。综上 所述，若包含以下步骤来检测工件表面位置，则本发明的焊接工件位置检测方法不限于上 述方法，该步骤是在可动电极21和相对电极22之间配置了工件W的状态下，为使可动电 极21或相对电极22接触工件表面而使可动电极21或相对电极22向工件表面接近移动的 步骤；根据使可动电极21或相对电极22向工件表面接近移动时的电动机转矩T，判断可动 电极21或相对电极22开始与工件表面接触的时刻的步骤；根据判断出可动电极21或相对 电极22开始与工件表面接触的时刻的电极21、22的位置，运算工件位置的步骤。只要具有点焊枪2和机器人1，具有焊接工件位置检测装置的点焊系统的整体结 构不限于图1的结构，该点焊枪2是通过伺服电动机M接近以及远离的一对电极21、22的 点焊枪2 ；该机器人1是为了在电极21、22之间配置工件W而将点焊枪2和工件W的某一 方以相对于另一方可以相对移动的方式进行保持的机器人1。例如也可以使可动电极21和 相对电极22的双方能够相对于点焊枪2的框架23a相对移动。可以如图8或图9所示那 样构成点焊系统。图8是把点焊枪2构成为具有能够开闭的一对枪臂^a、26b和在各枪臂 的尖端部上安装的可动电极21以及相对电极22的、所谓的X型的点焊枪的例子。图9是 通过设置在预定位置的枪架15支持点焊枪2，并且在机器人1的尖端部经由机器人手16保 持工件W的例子，通过机器人1的驱动使工件W相对于点焊枪2相对移动，在电极21、22之 间配置了工件W。也可以使枪架15能够移动。根据本发明，根据电极与工件实际开始接触的时刻的电极的位置运算工件位置， 因此可以高精度地检测出工件位置。以上，与优选实施方式相结合地说明了本发明，但本领域技术人员可以理解，在不 脱离请求专利保护的范围所公开的范围的情况下，可以进行各种修正以及变更。
权利要求
1.一种焊接工件位置检测装置，其特征在于，具备点焊枪O)，其具有隔着工件互相相对配置的一对电极01、22)；机器人(1)，其保持所述点焊枪以及所述工件中的某一方，使其能够相对于另一方相对 移动；伺服电动机(13、对)，其使所述一对电极相对于所述工件接近以及离开；物理量检测部(3、4)，其检测为使所述一对电极中的一方接触所述工件的表面而通过 所述伺服电动机使所述一对电极中的一方向所述工件的表面接近移动时的、与所述伺服电 动机的转矩具有相关关系的物理量；位置检测部(13a、2^)，其检测所述一对电极的位置；存储部(3、4)，其存储通过所述物理量检测部检测出的物理量以及通过所述位置检测 部检测出的检测值；以及运算部(3、4)，其根据所述存储部中存储的物理量的时序数据，计算所述一对电极中的 一方与所述工件的表面开始接触的接触开始时刻，并且根据所述存储部中存储的所述位置 检测部的检测值，运算所述接触开始时刻的工件位置。
2.根据权利要求1所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述焊接工件位置检测装置还具备控制所述伺服电动机的控制部(3、4)，所述运算部具有判定部(3、4)，该判定部(3、4)根据通过所述物理量检测部检测出的 物理量，判定是否成为所述一对电极中的一方与所述工件的表面接触后的预定的挤压状 态，当通过所述判定部判定为已成为所述预定的挤压状态时，所述控制部将所述伺服电动 机控制成使所述一对电极中的一方向所述工件的表面的接近移动停止。
3.根据权利要求2所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述判定部，当通过所述物理量检测部检测出的物理量达到预定值以上时，或者通过 所述物理量检测部检测出的物理量的每单位时间的增加的比例达到预定值以上时，判定为 已成为所述预定的挤压状态。
4.根据权利要求2所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述判定部，当通过所述物理量检测部检测出的物理量比所述一对电极中的一方与所 述工件的表面接触前的物理量大体恒定的状态、即基准状态下的物理量增加了预定量以上 时，或者通过所述物理量检测部检测出的物理量的每单位时间的增加的比例比所述基准状 态下的物理量的每单位时间的增加的比例增加了预定量以上时，判定为已成为所述预定的 挤压状态。
5.根据权利要求4所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述基准状态是所述一对电极中的一方正在勻速接近所述工件的表面的状态。
6.根据权利要求2所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述运算部，从通过所述判定部判定为已成为所述预定的挤压状态的第一时刻开始回 溯，计算在所述存储部中存储的物理量比所述第一时刻的物理量减少了预定量以上的第二 时刻，作为所述接触开始时刻。
7.根据权利要求2所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述运算部，从通过所述判定部判定为已成为所述预定的挤压状态的第一时刻开始回 溯，计算在所述存储部中存储的物理量的每单位时间的增加的比例变为0或者为负的第二 时刻，作为所述接触开始时刻。
8.根据权利要求2 7中任意一项所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述控制部根据用于进行预定的点焊的作业程序来控制所述伺服电动机。
9.根据权利要求2 7中任意一项所述的焊接工件位置检测装置，其特征在于，所述运算部，根据在所述存储部中存储的所述接触开始时刻的所述位置检测部的检测 值、与通过所述控制部停止了所述一对电极中的一方时的所述位置检测部的检测值，计算 所述一对电极中的一方的位置检测修正量，并根据该位置检测修正量和停止所述一对电极 中的一方时的所述位置检测部的检测值，运算所述工件的位置。
10.一种焊接工件位置检测方法，其特征在于，包含以下步骤通过机器人，保持具有隔着工件互相相对配置的一对电极的点焊枪以及所述工件的某 一方，使其能够相对于另一方相对移动；通过伺服电动机，为使所述一对电极中的一方与所述工件的表面接触，而使所述一对 电极中的一方向所述工件的表面接近移动；根据与使所述一对电极中的一方向所述工件的表面接近移动时的所述伺服电动机的 转矩有相关关系的物理量，判断所述一对电极中的一方与所述工件的表面的接触开始时 刻；以及根据判断出所述一对电极中的一方开始与所述工件的表面接触的时刻的所述一对电 极的位置，运算所述工件的位置。
全文摘要
本发明提供焊接工件位置检测装置以及焊接工件位置检测方法，该装置具备点焊枪，具有隔着工件互相相对配置的一对电极；机器人，保持点焊枪及工件的某一方，使其能够相对于另一方相对移动；伺服电动机，使一对电极相对于工件接近及离开；物理量检测部，检测为使一对电极中的一方接触工件的表面而通过伺服电动机使一对电极中的一方向工件的表面接近移动时的、与伺服电动机的转矩具有相关关系的物理量；位置检测部，检测一对电极的位置；存储部，存储检测出的物理量及检测值；运算部，根据存储的物理量的时序数据，计算一对电极中的一方与工件的表面开始接触的接触开始时刻，根据存储部中存储的位置检测部的检测值，运算接触开始时刻的工件位置。
文档编号B23K9/095GK102139399SQ201010617830
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年1月28日
发明者畑田将伸, 西村昭典, 青木俊道, 高桥广光 申请人:发那科株式会社