スポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法およびその装置
【課題】 スポット溶接する複数の金属板の隙間を計測する。
【解決手段】 本発明は、アームの先端に支持された第１の電極と、該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持して溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いる。挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむアームの挟持方向のたわみ量との関係を求める。アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間の計測箇所を配置し、第２の電極により金属板を加圧する。第２の電極による第１の加圧力と荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する。第２の加圧力が第１の加圧力より小さいとき、第２の加圧力と加圧力とたわみ量との関係とに基づいてアームの挟持方向のたわみ量を算出する。算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、加圧中の第２の電極の挟持方向位置とに基づいて計測箇所の隙間を算出する。
【解決手段】 本発明は、アームの先端に支持された第１の電極と、該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持して溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いる。挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむアームの挟持方向のたわみ量との関係を求める。アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間の計測箇所を配置し、第２の電極により金属板を加圧する。第２の電極による第１の加圧力と荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する。第２の加圧力が第１の加圧力より小さいとき、第２の加圧力と加圧力とたわみ量との関係とに基づいてアームの挟持方向のたわみ量を算出する。算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、加圧中の第２の電極の挟持方向位置とに基づいて計測箇所の隙間を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重なり合う複数の金属板の隙間を計測する方法およびその装置に関し、重なり合う複数の金属板を２つの電極により挟持しつつ該２つの電極間に電流を流すことによりその挟持箇所を溶接するスポット溶接の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
重なり合う複数の金属板を２つの電極により挟持しつつ該２つの電極間に電流を流すことによりその挟持箇所を溶接するスポット溶接において、良好に溶接するためには、金属板の材質、板厚、または金属板間の隙間（設計図上にはなくても、実際には発生する非意図的な隙間）などに対応させて、電極が金属板を加圧する力（加圧力）や２つの電極間に流す電流（溶接電流）、溶接時間（通電時間）などの溶接条件を適切に設定して制御する必要がある。
【０００３】
加圧力を制御するスポット溶接の方法として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、サーボモータによって電極を送ることにより該電極が金属板を加圧する溶接装置に適用される方法で、溶接中におけるサーボモータの電流の変化に基づいて予め設定されている加圧力を補正するものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、溶接条件を決めるための要素のうち、金属板の材質、板厚などは既知であり或いは簡単に求めることができるが、金属板間の隙間は簡単に求めることができないことがある。重なり合う複数の金属板が中央部が凹状に窪んだ板形状である場合（例えば、車両のフレームなど）、板の縁部における隙間は目視できるためノギスや隙間ゲージで測定することができるが、中央部における隙間は目視できないためノギスや隙間ゲージなどで測定することができない。
【０００６】
このような場合、従来では、まず、粘土を間に挟んで２つの金属板を重ね、溶接する前に一度両金属板を離し、重なり合う金属板間の空間形状に変形した粘土から金属板間の隙間を測定していた。したがって、溶接される金属板の形状が複雑になればなるほど、または隙間が目視できない溶接箇所が増えれば増えるほど、金属板の隙間を測定するのに時間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は、スポット溶接される重なり合う複数の金属板間の隙間を、スポット溶接装置を用いて簡単に計測することができる金属板隙間計測方法およびその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、アームの先端に支持された第１の電極と、送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測するスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法であって、（１）金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむ前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を求める工程と、（２）前記アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間が計測される複数の金属板の計測箇所を配置し、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記金属板を加圧する工程と、（３）前記送り手段による第１の加圧力と前記荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する工程と、（４）前記第２の加圧力が第１の加圧力より小さいときに、第２の加圧力と前記工程（１）において求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出する工程と、（５）前記工程（４）において算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記工程（２）において加圧中の前記第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、前記計測箇所の隙間を算出する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、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装置を用いた金属板隙間計測方法において、前記スポット溶接装置を溶接ロボットのアームに保持させると共に、前記溶接ロボットによる複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所について複数の金属板間の隙間を計測し、計測された隙間を各溶接箇所に関連付けて記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測する金属板隙間計測装置であって、前記送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、前記送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、前記アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、前記位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、前記第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、前記電極配置手段により前記第１および第２の電極の間に前記計測箇所が配置された状態で、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、前記荷重検出手段で検出された荷重と前記たわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出し、算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて前記計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の金属板隙間計測装置において、前記計測箇所は溶接箇所であって、各溶接箇所と対応する前記隙間算出手段が算出した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有することを特徴とする。
【００１２】
加えて、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の金属板隙間計測装置において、前記電極配置手段が、溶接ロボットのアームであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、スポット溶接される重なり合う複数の金属板の隙間は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を利用して計測される。
【００１４】
具体的に説明すると、前提として、まず、金属板の挟持方向の加圧力と、その加圧力によってたわむアームの挟持方向のたわみ量との関係が求められる。本明細書で言う挟持方向は、移動する電極の移動軸方向である。
【００１５】
次に、アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けるとともに、隙間が計測される複数の金属板の測定箇所を第1および第２の電極間に配置し、送り手段により第２の電極を送って複数の金属板を加圧する。
【００１６】
続いて、送り手段による加圧力（第1の加圧力）と加重検出器により検出される加圧力（第２の加圧力）とを比較する。
【００１７】
比較した結果、前記第２の加圧力が第1の加圧力より小さい場合、すなわち複数の金属板の間に隙間が存在する場合（なお、隙間がない場合は、第２の加圧力は第1の加圧力とほぼ同一の大きさである。）、その隙間を算出するために必要な、アームの挟持方向のたわみ量を、第２の加圧力と先に求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて算出する。
【００１８】
この算出したアームのたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、加圧中の第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、複数の金属板の隙間を算出する。
【００１９】
これにより、スポット溶接される、目視できない重なり合う複数の金属板間の隙間を簡単に計測することができ、その計測結果に基づいて（隙間に対応して）適切な溶接条件を設定することが可能になる。
【００２０】
また、請求項２によれば、スポット溶接装置は溶接ロボットのアームに保持されており、溶接ロボットの複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所における複数の金属板間の隙間が計測される。これにより、ティーチング時以外において溶接箇所の隙間を計測する必要がなくなり、溶接箇所の隙間が確実に計測されることになる。
【００２１】
また、溶接箇所と対応する隙間とが関連付けされて記憶手段に記憶される。溶接時に記憶手段を参照することにより、各溶接箇所を隙間に対応する溶接条件で溶接することができる。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、スポット溶接される重なり合う複数の金属板の隙間は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置と、送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、金属板の非挟持状態で、送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、電極配置手段により第１および第２の電極の間に計測箇所が配置された状態で、送り手段によって第２の電極を送ることにより加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、荷重検出手段で検出された荷重とたわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいてアームの挟持方向のたわみ量を算出し、算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とにより計測される。
【００２３】
これにより、スポット溶接装置がスポット溶接する、目視できない重なり合う複数の金属板間の隙間を簡単に計測することができ、その計測結果に基づいて（隙間に対応して）適切な溶接条件を設定することが可能になる。
【００２４】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、溶接箇所と対応する計測した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有する。溶接時に記憶手段を参照することにより、各溶接箇所を隙間に対応する溶接条件で溶接することができる。
【００２５】
加えて、請求項５に記載の発明によれば、電極配置手段は、溶接ロボットのアームである。これにより、例えば溶接ロボットの複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所における複数の金属板間の隙間を計測することができる。そして、各溶接箇所の溶接条件を対応する隙間に基づいて適切に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法を実施するための装置、すなわち金属板隙間計測装置を概略的に示している。
【００２７】
図に符号１０に示す金属板隙間計測装置は、スポット溶接装置（溶接ガン）１２を保持するアーム型の溶接ロボット１４とそれに関連する制御装置１６、１８とを有する。別の観点から言えば、溶接ロボット１４が複数の金属板の隙間を計測する機能を有する。
【００２８】
溶接ガン１２は、いわゆるＣ型ガンと言われるものであって、図２に示すように、重なり合う複数の金属板Ｗａ、Ｗｂとを挟持しつつその挟持箇所をスポット溶接するための２つの電極２０ａ、２０ｂを備え、電極２０ａをＣ字形状のアーム２２の先端に支持されている電極２０ｂに向かって送るように構成されている。
【００２９】
溶接ガン１２は、電極２０aを、電極２０ａの送り機構を示す図２に示すように、サーボモータ２４によって電極２０ｂに向かって送るように構成されている。具体的には、サーボモータ２４からの回転力がベルト２６を介してボールねじ２８に伝達され、ボールねじ２８が回転することにより先端に電極２０ａを支持するロッド３０が送られ、それにより電極２０ａが電極２０ｂに向かって移動される。
【００３０】
また、溶接ガン１２にはサーボモータ２４の回転量を検出するエンコーダ３２が設けられており、サーボモータ２４は検出した回転量に対応する信号を制御装置１６に出力するように構成されている。
【００３１】
図１に戻り、制御装置１６は、溶接ロボット１４やサーボモータ２４を制御するとともに、電極２０ａ、２０ｂ間を流れる溶接電流の電流値や通電時間などの溶接条件を設定する溶接電流制御装置１８を制御するように構成されている。制御装置１６の詳細については後述する。
【００３２】
溶接電流制御装置１８は、電極２０ａと２０ｂ間に通電する電流(溶接電流)を制御するためのものであり、外部の電流源（図示せず）から電流の供給を受け、その電流をトランス（増幅装置）３４に出力するように構成されている。トランス３４は、溶接制御装置１８からの出力電流を増幅して２つの電極２０ａと２０ｂ間に電流を流すように構成されている。図1において、溶接電流の流れは二点鎖線で示している。
【００３３】
また、溶接電流制御装置１８は、制御装置１６の制御によりトランス３４に出力する電流の電流値を変更したり、またはトランス３４への供給電流をＯＮ／ＯＦＦするように構成されている。
【００３４】
ここまでは溶接に必要な構成要素を説明したが、金属板隙間計測装置１０は、金属板の隙間の計測のみに必要な、ロードセル３６を有する。
【００３５】
ロードセル３６は、アーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するためのもので、金属板の隙間の計測時、図１や図２に示すように電極２０ｂの先端に取り付けられる（または、電極２０ｂと交換されてアーム２２に取り付けられる。）。また、ロードセル３６は、検出した挟持方向の力に対応する信号を制御装置１６に出力するように構成されている。
【００３６】
次に、金属隙間計測装置１０の制御系について説明する。
【００３７】
図３は、制御装置１６を中心とする金属隙間計測装置１０の制御系を示している。
【００３８】
制御装置１６は、エンコーダ３２やロードセル３６からの信号、およびマニュアルコントローラ３８からの操作信号に基づいて、溶接ロボット１４、溶接電流制御装置１８、およびサーボモータ２４を制御するように構成されている。マニュアルコントローラ３８は、作業者がマニュアルでロボット１４を操作するためのコントローラであり、例えばティーチング時に使用される。
【００３９】
具体的には、制御装置１６は、溶接ロボット１４の動作を制御するロボット制御部５０と、電極２０ａが金属板を加圧するときの加圧力を制御する加圧力制御部（請求の範囲に記載の加圧力設定手段に対応。）５２と、電極２０ａ位置検出部（位置検出手段に対応。）５４と、アーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するためのアーム荷重検出部（荷重検出手段に対応。）５６と、アーム２２のたわみ特性を設定するアームたわみ特性設定部（たわみ特性設定手段に対応。）５８と、２つの電極２０ａ、２０ｂに挟持される複数の金属板の隙間を算出するための隙間算出部６０と、記憶部６２と、自動溶接を実行するための自動溶接実行部６４とを有する。
【００４０】
ロボット制御部５０は、溶接ロボット１４の動作を制御するためのもので、記憶部６２に記憶されている自動溶接プログラム７０に従い、またはマニュアルコントローラ３８からの操作信号に基づいて溶接ロボット１４の動作を制御するように構成されている。
【００４１】
加圧力制御部５２は、電極２０ａが金属板を加圧する加圧力を設定するためのもので、具体的には、図２に示すサーボモータ２４の制御電流値を制御するように構成されている。例えば、所定の加圧力で電極２０ａが金属板を加圧するように、サーボモータ２４の制御電流を対応する電流値に制御する。
【００４２】
電極２０ａ位置検出部５４は、電極２０ａの挟持方向の位置を検出するためのもので、具体的には、エンコーダ３２からの信号に基づいて該位置を検出する。具体的に言えば、エンコーダ３２はサーボモータ２４の回転量を検出している、間接的にはボールねじ２８による電極２０ａの挟持方向の送り量を検出しているため、そのエンコーダ３２からの信号に基づいて電極２０ａの位置を、検出部５４は検出している。
【００４３】
アーム荷重検出部５６は、アーム２２に作用する挟持方向の荷重、例えば図２に示すように２つの電極２０ａ、２０ｂが複数の金属板Ｗａ、Ｗｂを挟持しているときにアーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するように構成されている。具体的には、電極２０ｂの先端に取り付けられたロードセル３６からの信号に基づいてアーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出する。
【００４４】
アームたわみ特性設定部５８は、アーム２２に作用する荷重と、その荷重によってたわむアーム２２の挟持方向のたわみ量との関係を示すアームたわみ特性を求め、求めた特性をデータ７２として記憶部６２に記憶するように構成されている。たわみ特性の求め方は後述する。
【００４５】
隙間算出部６２は、図２に示すように複数の金属板Ｗａ、Ｗｂの隙間を算出するためのものである。隙間の算出方法については後述する。
【００４６】
自動溶接実行部６４は、複数の金属板Ｗａ、Ｗｂの隙間を計測することには関わらず、記憶部６２に記憶されている自動溶接プログラムデータ７２に基づいて、溶接ロボット１４（すなわちロボット制御部５２）、サーボモータ１６（すなわち加圧力制御部５４）、および溶接電流制御装置１８を制御して、複数個所の溶接を順次に自動的に実行するためのものである。
【００４７】
ここからは、金属板隙間計測方法の手順を説明しつつ、関わる構成要素の詳細を説明していく。
【００４８】
図４は、金属板隙間計測装置１０が実施する金属板隙間計測方法の手順の前半部分の流れを示すフローである。
【００４９】
図４に示すフローは、金属板の隙間を計測する前のキャリブレーションの流れを示している。
【００５０】
まず、Ｓ１００において、図１や図２に示すように、ロードセル３６が電極２０ｂの先端に取り付けられる。
【００５１】
次に、Ｓ１１０において、図５に示すように、加圧力制御部５２によってサーボモータ２４を制御し、電極２０ａの先端をロードセル３６に接触させる（ロードセル３６が荷重を検出しないように接触させる。）。接触させたときのエンコーダ３２の出力値をゼロに設定する。すなわち、このときの電極２０ａの先端位置を原点とする挟持方向に延びつつ電極２０ａから２０ｂ方向を正方向とする一軸のみの座標系を設定する。
【００５２】
続いて、Ｓ１２０において、電極２０ａによって設定加圧力Ｐ０でロードセル３６を加圧する。具体的には、電極２０ａがロードセル３６を設定加圧力Ｐ０で加圧するような対応する制御電流値に、サーボモータ２４の制御電流値を加圧力制御部５２に設定させる。
【００５３】
Ｓ１３０において、設定加圧力Ｐ０とロードセル３６の検出値、すなわちロードセル３６が受けている加圧力とが一致するか否かが判定される。一致した場合、ロードセル３６は受けている加圧力と一致する検出値を出力しているとして、Ｓ１３０に進む。そうでない場合、Ｓ１５０に進み、ロードセル３６の検出値が受けている加圧力と一致するように校正する。そして、Ｓ１２０に戻る
【００５４】
Ｓ１４０において、アームたわみ特性設定部５８により、アーム２２のたわみ特性を求める。
【００５５】
具体的には、加圧力制御部５２により電極２０ａがロードセル３６を加圧する加圧力を順次変更していき、各加圧力毎に、電極２０ａ位置検出部５４にエンコーダ３２を介して電極２０ａの先端位置を検出させる。検出された先端位置からＳ１１０で設定された原点までの距離がアーム２２の挟持方向のたわみ量に相当するので、この距離と加圧力との関係、すなわちアーム２２のたわみ特性を求める。求められるたわみ特性（関係）は、図６に示すように、ロードセル３６の検出値（アーム２２が受けている荷重）と、アーム２２の挟持方向のたわみ量とが比例関係にある。以下、ロードセル３６の検出値（荷重）をＱとし、そのときのアーム２２の挟持方向のたわみ量をｆ（Ｑ）（ｆ（Ｑ）はＱの関数）とする。
【００５６】
図６に示すような、求めたたわみ特性を、アームたわみ特性設定部５８は、記憶部６２にデータ７２として記憶する。そして、複数の金属板の隙間を計測するためのキャリブレーションが終了する。
【００５７】
次に、複数の金属板の隙間を計測する手順を、図7に示すフローを参照しながら説明する。
【００５８】
まず、Ｓ３００において、溶接ロボット１４を制御し、治具（図示せず）などにより固定されている重なり合う複数の金属板の隙間の計測箇所が２つの電極２０ａ、２０ｂの間に配置されるように溶接ガン１２を移動させる。
【００５９】
次に、Ｓ３１０において、図８に示すように、電極２０ａにより複数の金属板Ｗａ、Ｗｂを所定加圧力Ｐ１で加圧する。なお、図８（ａ）は２枚の金属板Ｗａ、Ｗｂの間に隙間がない場合を示し、図８（ｂ）は隙間がある場合を示しており、所定加圧力Ｐ１で加圧し始める瞬間の様子を示している（ロードセル３６の先端が、図４に示すフローのＳ１１０において設定された原点に位置する。）。
【００６０】
また、ここで説明する金属板Ｗａ、Ｗｂの厚さ合計はＴであり、隙間の距離はｔである。さらに、隙間がない場合の電極２０ａの先端位置をＢｎ、隙間がある場合の先端位置をＢｄで示している。
【００６１】
続いて、Ｓ３２０において、所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致するか否かが判定される。一致した場合Ｓ３３０に進む。そうでない場合Ｓ３４０に進む。
【００６２】
Ｓ３３０において、Ｓ３２０で所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致する、例えばロードセル３６がＰ１と同一値のＱ１（Ｐ１＝Ｑ２）を検出したことが確認されたので、隙間算出部６０は、複数の金属板の間に隙間が存在しないと判定する。そして、隙間の計測を終了する。
【００６３】
このことを図９（ａ）を用いて具体的に説明すると、２つの金属板ＷａとＷｂとの間に隙間が存在しない場合、電極２０ａからの加圧力Ｐ１が、ロスすることなくロードセル３６にほぼ作用する。その結果、ロードセル３６がＰ１と同一の荷重Ｑ１を検出することになる。したがって、ロードセル３６が所定加圧力Ｐ１と同一の荷重Ｑ１を検出すれば、それは２つの金属板Ｗａ、Ｗｂとの間に隙間が存在しないことを意味する。
【００６４】
一方、Ｓ３２０で所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致しないと判定された場合、Ｓ３４０において、所定加圧力Ｐ１に比べてロードセル３６の検出値Ｑが小さいか否かが判定される。小さいと判定された場合はＳ３５０に進み、そうでない場合Ｓ３７０に進む。
【００６５】
Ｓ３５０において、隙間算出部６０は、Ｓ３４０で所定加圧力Ｐ１に比べてロードセル３６の検出値Ｑが小さいことが確認されたので、複数の金属板の間に隙間が存在すると判定する。
【００６６】
このことを図９（ｂ）を用いて具体的に説明すると、２つの金属板Ｗａ、Ｗｂの間に隙間（距離がｔ）が存在する場合、電極２０ａからの加圧力Ｐ１が、ロードセル３６に作用するだけでなく、他の部分にも作用する。例えば２つの金属板Ｗａ、Ｗｂの電極２０ａ、２０ｂから隙間に比べて大きい距離離れた接触し合う部分にも作用する。その結果、ロードセル３６は所定加圧力Ｐ１より小さい荷重Ｑ２を検出することになる。したがって、ロードセル３６が所定加圧力Ｐ１より小さい荷重Ｑ２を検出すれば、それは２つの金属板Ｗａ、Ｗｂとの間に隙間が存在することを意味する。
【００６７】
隙間算出部６０は、隙間の存在を確認すると、ロードセル３６の検出値と記憶部６２に記憶されているアームたわみ特性データ７２とに基づいて、アーム２２の挟持方向のたわみ量を算出する。図９（ｂ）においては、ロードセル３６の検出値がＱ２であるので、挟持方向のたわみ量ｆ（Ｑ２）が算出される。
【００６８】
Ｓ３５０でアーム２２のたわみ量が算出されると、続くＳ３６０において、隙間算出部６０は、複数の金属板間の隙間(距離)を算出する。
【００６９】
具体的に例を挙げて説明すると、図９（ｂ）に示すような、電極２０ａの先端位置Ｂｄと、算出したアーム２２の挟持方向のたわみ量ｆ（Ｑ２）と、2つの金属板Ｗａ、Ｗｂの厚さ合計Ｔと、隙間の距離ｔとの挟持方向に延びる一軸上の関係、すなわち数１に示す関係式から隙間の距離ｔを算出する。
【数１】
【００７０】
数１に示す関係式において、電極２０ａの先端位置Ｂｄは、電極２０ａ位置検出部５４、すなわちエンコーダ３２の検出値から求めることができる。厚さ合計Ｔは既知である。したがって、未知である隙間の距離ｔを算出することができる。
【００７１】
隙間を算出すると、隙間算出部６０は、隙間計測箇所と算出した隙間を関連付けて記憶部６２に記憶する。
【００７２】
例えば、隙間計測場所が溶接箇所である場合、自動溶接プログラムデータ７０上において、各溶接箇所と対応する隙間とを関連付けて記憶させる。これにより、自動溶接実行部６４は、各溶接箇所における溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間など）を隙間に対応して設定し、各溶接箇所を順次に自動的に溶接することができる。
【００７３】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００７４】
例えば、上述の実施形態の場合、溶接時には、ロードセルを取り外すまたは電極と交換する必要がある。これに代わり、アームの挟持方向のたわみ量を間接的に検出することができるアーム部分に、溶接電流に耐え得るたわみ検出手段を設けてもよい。これにより、複数の金属板の隙間計測から溶接までを連続的に実行することが可能になる。
【００７５】
また、上述の実施形態の場合、スポット溶接装置は、溶接ロボットの溶接ガンであったがこれに限定されない。本発明に係るスポット溶接装置は、広義には、２つの電極により複数の金属板を挟持しつつ該２つの電極間に電流が通電されることにより挟持箇所を溶接し、一方の電極がたわむアームに支持され、他方の電極が一方に移動していくものである。
【００７６】
さらに、上述の実施形態の場合、算出した複数の金属板の隙間を自動溶接プログラムデータ上において溶接箇所と関連付けして記憶するが、溶接箇所以外に隙間を計測する必要がある場合は、別途計測箇所と該箇所で算出された隙間とを関連付けしてデータとして記憶部に記憶するようにしてもよい。
【００７７】
さらにまた、上述の実施形態のような溶接ロボットの場合、複数の溶接箇所をティチングする時に、各溶接箇所における金属板の隙間の距離を算出するようにしてもよい。
【００７８】
原則的には、スポット溶接する複数の金属板の隙間を計測する箇所は溶接箇所である（溶接条件を適切に設定するために隙間を計測することが多い。）。したがって、ティーチング時において溶接箇所を定義するとともに該溶接箇所における隙間を計測するようにしてもよい。
【００７９】
上述の実施形態の装置１０を例に挙げて説明すると、ティーチング作業において、電極２０ｂの先端にロードセル３６を取り付けた状態で、作業者がマニュアルコントローラ３８を操作することにより、溶接箇所に溶接ガン１２が配置される（溶接箇所が２つの電極２０ａ、２０ｂの間に配置される。)。次に、作業者がマニュアルコントローラ３８のティーチングボタン（自動溶接プログラムデータ７０を作成するために必要な溶接箇所の座標やそのときのロボットや溶接ガンの姿勢パラメータを取得するためのボタン）が押されると同時に、電極２０ａが溶接箇所の金属箇所を加圧し始めて、上述するように該溶接箇所における金属板の隙間を計測する。計測が終了すると、溶接箇所の座標や姿勢パラメータと関連付けされて計測された隙間が記憶部６２にデータ７０として記憶される。そして、この溶接箇所のティーチングが終了したことを作業者に告知（例えばアラーム音による告知）し、作業者に次の溶接箇所のティーチングを実行させる。
【００８０】
これにより、ティーチング時以外に、別途溶接箇所における複数の金属板の隙間を計測する必要がなくなる。また、確実に溶接箇所の隙間が計測される（計測忘れがなくなる。）。
【００８１】
最後に、図面で示されている隙間は、２枚の金属板の間の１つの隙間であるが、本発明の方法及び装置が測定できる隙間は２枚の金属板の間の１つの隙間に限らない。複数枚の金属板の複数の隙間の合計も算出することができる（ただし、複数の隙間それぞれの距離は算出できない。）。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように本発明によれば、スポット溶接する重なり合う複数の金属板の隙間を、スポット溶接装置を用いて簡単に計測することができる。したがって、スポット溶接を実行する種々の溶接加工技術の分野において好適に利用される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属板隙間計測方法を実施する装置の概略図である。
【図２】スポット溶接装置における電極の送り機構を説明するための図である。
【図３】金属板隙間計測装置の制御系を示す図である。
【図４】複数の金属板の隙間を計測する前に実行されるキャリブレーションのフロー図である。
【図５】原点設定を説明するための図である。
【図６】アームのたわみ特性を示す図である。
【図７】複数の金属板の隙間を計測する流れを示すフロー図である。
【図８】複数の金属板を挟持して加圧し始める瞬間を示す図である。
【図９】複数の金属板を挟持して加圧している様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１２ 溶接ガン
１４ 溶接ロボット
２０ａ 電極
２０ｂ 電極
２４ サーボモータ
３２ エンコーダ
３６ ロードセル
５２ 加圧力制御部
５４ 電極２０ａ位置検出部
５６ アーム荷重検出部
５８ アームたわみ特性設定部
６０ 隙間算出部
６２ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重なり合う複数の金属板の隙間を計測する方法およびその装置に関し、重なり合う複数の金属板を２つの電極により挟持しつつ該２つの電極間に電流を流すことによりその挟持箇所を溶接するスポット溶接の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
重なり合う複数の金属板を２つの電極により挟持しつつ該２つの電極間に電流を流すことによりその挟持箇所を溶接するスポット溶接において、良好に溶接するためには、金属板の材質、板厚、または金属板間の隙間（設計図上にはなくても、実際には発生する非意図的な隙間）などに対応させて、電極が金属板を加圧する力（加圧力）や２つの電極間に流す電流（溶接電流）、溶接時間（通電時間）などの溶接条件を適切に設定して制御する必要がある。
【０００３】
加圧力を制御するスポット溶接の方法として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、サーボモータによって電極を送ることにより該電極が金属板を加圧する溶接装置に適用される方法で、溶接中におけるサーボモータの電流の変化に基づいて予め設定されている加圧力を補正するものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、溶接条件を決めるための要素のうち、金属板の材質、板厚などは既知であり或いは簡単に求めることができるが、金属板間の隙間は簡単に求めることができないことがある。重なり合う複数の金属板が中央部が凹状に窪んだ板形状である場合（例えば、車両のフレームなど）、板の縁部における隙間は目視できるためノギスや隙間ゲージで測定することができるが、中央部における隙間は目視できないためノギスや隙間ゲージなどで測定することができない。
【０００６】
このような場合、従来では、まず、粘土を間に挟んで２つの金属板を重ね、溶接する前に一度両金属板を離し、重なり合う金属板間の空間形状に変形した粘土から金属板間の隙間を測定していた。したがって、溶接される金属板の形状が複雑になればなるほど、または隙間が目視できない溶接箇所が増えれば増えるほど、金属板の隙間を測定するのに時間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は、スポット溶接される重なり合う複数の金属板間の隙間を、スポット溶接装置を用いて簡単に計測することができる金属板隙間計測方法およびその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、アームの先端に支持された第１の電極と、送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測するスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法であって、（１）金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむ前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を求める工程と、（２）前記アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間が計測される複数の金属板の計測箇所を配置し、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記金属板を加圧する工程と、（３）前記送り手段による第１の加圧力と前記荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する工程と、（４）前記第２の加圧力が第１の加圧力より小さいときに、第２の加圧力と前記工程（１）において求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出する工程と、（５）前記工程（４）において算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記工程（２）において加圧中の前記第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、前記計測箇所の隙間を算出する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、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装置を用いた金属板隙間計測方法において、前記スポット溶接装置を溶接ロボットのアームに保持させると共に、前記溶接ロボットによる複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所について複数の金属板間の隙間を計測し、計測された隙間を各溶接箇所に関連付けて記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測する金属板隙間計測装置であって、前記送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、前記送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、前記アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、前記位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、前記第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、前記電極配置手段により前記第１および第２の電極の間に前記計測箇所が配置された状態で、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、前記荷重検出手段で検出された荷重と前記たわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出し、算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて前記計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の金属板隙間計測装置において、前記計測箇所は溶接箇所であって、各溶接箇所と対応する前記隙間算出手段が算出した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有することを特徴とする。
【００１２】
加えて、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の金属板隙間計測装置において、前記電極配置手段が、溶接ロボットのアームであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、スポット溶接される重なり合う複数の金属板の隙間は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を利用して計測される。
【００１４】
具体的に説明すると、前提として、まず、金属板の挟持方向の加圧力と、その加圧力によってたわむアームの挟持方向のたわみ量との関係が求められる。本明細書で言う挟持方向は、移動する電極の移動軸方向である。
【００１５】
次に、アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けるとともに、隙間が計測される複数の金属板の測定箇所を第1および第２の電極間に配置し、送り手段により第２の電極を送って複数の金属板を加圧する。
【００１６】
続いて、送り手段による加圧力（第1の加圧力）と加重検出器により検出される加圧力（第２の加圧力）とを比較する。
【００１７】
比較した結果、前記第２の加圧力が第1の加圧力より小さい場合、すなわち複数の金属板の間に隙間が存在する場合（なお、隙間がない場合は、第２の加圧力は第1の加圧力とほぼ同一の大きさである。）、その隙間を算出するために必要な、アームの挟持方向のたわみ量を、第２の加圧力と先に求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて算出する。
【００１８】
この算出したアームのたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、加圧中の第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、複数の金属板の隙間を算出する。
【００１９】
これにより、スポット溶接される、目視できない重なり合う複数の金属板間の隙間を簡単に計測することができ、その計測結果に基づいて（隙間に対応して）適切な溶接条件を設定することが可能になる。
【００２０】
また、請求項２によれば、スポット溶接装置は溶接ロボットのアームに保持されており、溶接ロボットの複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所における複数の金属板間の隙間が計測される。これにより、ティーチング時以外において溶接箇所の隙間を計測する必要がなくなり、溶接箇所の隙間が確実に計測されることになる。
【００２１】
また、溶接箇所と対応する隙間とが関連付けされて記憶手段に記憶される。溶接時に記憶手段を参照することにより、各溶接箇所を隙間に対応する溶接条件で溶接することができる。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、スポット溶接される重なり合う複数の金属板の隙間は、アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置と、送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、金属板の非挟持状態で、送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、電極配置手段により第１および第２の電極の間に計測箇所が配置された状態で、送り手段によって第２の電極を送ることにより加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、荷重検出手段で検出された荷重とたわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいてアームの挟持方向のたわみ量を算出し、算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とにより計測される。
【００２３】
これにより、スポット溶接装置がスポット溶接する、目視できない重なり合う複数の金属板間の隙間を簡単に計測することができ、その計測結果に基づいて（隙間に対応して）適切な溶接条件を設定することが可能になる。
【００２４】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、溶接箇所と対応する計測した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有する。溶接時に記憶手段を参照することにより、各溶接箇所を隙間に対応する溶接条件で溶接することができる。
【００２５】
加えて、請求項５に記載の発明によれば、電極配置手段は、溶接ロボットのアームである。これにより、例えば溶接ロボットの複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所における複数の金属板間の隙間を計測することができる。そして、各溶接箇所の溶接条件を対応する隙間に基づいて適切に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法を実施するための装置、すなわち金属板隙間計測装置を概略的に示している。
【００２７】
図に符号１０に示す金属板隙間計測装置は、スポット溶接装置（溶接ガン）１２を保持するアーム型の溶接ロボット１４とそれに関連する制御装置１６、１８とを有する。別の観点から言えば、溶接ロボット１４が複数の金属板の隙間を計測する機能を有する。
【００２８】
溶接ガン１２は、いわゆるＣ型ガンと言われるものであって、図２に示すように、重なり合う複数の金属板Ｗａ、Ｗｂとを挟持しつつその挟持箇所をスポット溶接するための２つの電極２０ａ、２０ｂを備え、電極２０ａをＣ字形状のアーム２２の先端に支持されている電極２０ｂに向かって送るように構成されている。
【００２９】
溶接ガン１２は、電極２０aを、電極２０ａの送り機構を示す図２に示すように、サーボモータ２４によって電極２０ｂに向かって送るように構成されている。具体的には、サーボモータ２４からの回転力がベルト２６を介してボールねじ２８に伝達され、ボールねじ２８が回転することにより先端に電極２０ａを支持するロッド３０が送られ、それにより電極２０ａが電極２０ｂに向かって移動される。
【００３０】
また、溶接ガン１２にはサーボモータ２４の回転量を検出するエンコーダ３２が設けられており、サーボモータ２４は検出した回転量に対応する信号を制御装置１６に出力するように構成されている。
【００３１】
図１に戻り、制御装置１６は、溶接ロボット１４やサーボモータ２４を制御するとともに、電極２０ａ、２０ｂ間を流れる溶接電流の電流値や通電時間などの溶接条件を設定する溶接電流制御装置１８を制御するように構成されている。制御装置１６の詳細については後述する。
【００３２】
溶接電流制御装置１８は、電極２０ａと２０ｂ間に通電する電流(溶接電流)を制御するためのものであり、外部の電流源（図示せず）から電流の供給を受け、その電流をトランス（増幅装置）３４に出力するように構成されている。トランス３４は、溶接制御装置１８からの出力電流を増幅して２つの電極２０ａと２０ｂ間に電流を流すように構成されている。図1において、溶接電流の流れは二点鎖線で示している。
【００３３】
また、溶接電流制御装置１８は、制御装置１６の制御によりトランス３４に出力する電流の電流値を変更したり、またはトランス３４への供給電流をＯＮ／ＯＦＦするように構成されている。
【００３４】
ここまでは溶接に必要な構成要素を説明したが、金属板隙間計測装置１０は、金属板の隙間の計測のみに必要な、ロードセル３６を有する。
【００３５】
ロードセル３６は、アーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するためのもので、金属板の隙間の計測時、図１や図２に示すように電極２０ｂの先端に取り付けられる（または、電極２０ｂと交換されてアーム２２に取り付けられる。）。また、ロードセル３６は、検出した挟持方向の力に対応する信号を制御装置１６に出力するように構成されている。
【００３６】
次に、金属隙間計測装置１０の制御系について説明する。
【００３７】
図３は、制御装置１６を中心とする金属隙間計測装置１０の制御系を示している。
【００３８】
制御装置１６は、エンコーダ３２やロードセル３６からの信号、およびマニュアルコントローラ３８からの操作信号に基づいて、溶接ロボット１４、溶接電流制御装置１８、およびサーボモータ２４を制御するように構成されている。マニュアルコントローラ３８は、作業者がマニュアルでロボット１４を操作するためのコントローラであり、例えばティーチング時に使用される。
【００３９】
具体的には、制御装置１６は、溶接ロボット１４の動作を制御するロボット制御部５０と、電極２０ａが金属板を加圧するときの加圧力を制御する加圧力制御部（請求の範囲に記載の加圧力設定手段に対応。）５２と、電極２０ａ位置検出部（位置検出手段に対応。）５４と、アーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するためのアーム荷重検出部（荷重検出手段に対応。）５６と、アーム２２のたわみ特性を設定するアームたわみ特性設定部（たわみ特性設定手段に対応。）５８と、２つの電極２０ａ、２０ｂに挟持される複数の金属板の隙間を算出するための隙間算出部６０と、記憶部６２と、自動溶接を実行するための自動溶接実行部６４とを有する。
【００４０】
ロボット制御部５０は、溶接ロボット１４の動作を制御するためのもので、記憶部６２に記憶されている自動溶接プログラム７０に従い、またはマニュアルコントローラ３８からの操作信号に基づいて溶接ロボット１４の動作を制御するように構成されている。
【００４１】
加圧力制御部５２は、電極２０ａが金属板を加圧する加圧力を設定するためのもので、具体的には、図２に示すサーボモータ２４の制御電流値を制御するように構成されている。例えば、所定の加圧力で電極２０ａが金属板を加圧するように、サーボモータ２４の制御電流を対応する電流値に制御する。
【００４２】
電極２０ａ位置検出部５４は、電極２０ａの挟持方向の位置を検出するためのもので、具体的には、エンコーダ３２からの信号に基づいて該位置を検出する。具体的に言えば、エンコーダ３２はサーボモータ２４の回転量を検出している、間接的にはボールねじ２８による電極２０ａの挟持方向の送り量を検出しているため、そのエンコーダ３２からの信号に基づいて電極２０ａの位置を、検出部５４は検出している。
【００４３】
アーム荷重検出部５６は、アーム２２に作用する挟持方向の荷重、例えば図２に示すように２つの電極２０ａ、２０ｂが複数の金属板Ｗａ、Ｗｂを挟持しているときにアーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出するように構成されている。具体的には、電極２０ｂの先端に取り付けられたロードセル３６からの信号に基づいてアーム２２に作用する挟持方向の荷重を検出する。
【００４４】
アームたわみ特性設定部５８は、アーム２２に作用する荷重と、その荷重によってたわむアーム２２の挟持方向のたわみ量との関係を示すアームたわみ特性を求め、求めた特性をデータ７２として記憶部６２に記憶するように構成されている。たわみ特性の求め方は後述する。
【００４５】
隙間算出部６２は、図２に示すように複数の金属板Ｗａ、Ｗｂの隙間を算出するためのものである。隙間の算出方法については後述する。
【００４６】
自動溶接実行部６４は、複数の金属板Ｗａ、Ｗｂの隙間を計測することには関わらず、記憶部６２に記憶されている自動溶接プログラムデータ７２に基づいて、溶接ロボット１４（すなわちロボット制御部５２）、サーボモータ１６（すなわち加圧力制御部５４）、および溶接電流制御装置１８を制御して、複数個所の溶接を順次に自動的に実行するためのものである。
【００４７】
ここからは、金属板隙間計測方法の手順を説明しつつ、関わる構成要素の詳細を説明していく。
【００４８】
図４は、金属板隙間計測装置１０が実施する金属板隙間計測方法の手順の前半部分の流れを示すフローである。
【００４９】
図４に示すフローは、金属板の隙間を計測する前のキャリブレーションの流れを示している。
【００５０】
まず、Ｓ１００において、図１や図２に示すように、ロードセル３６が電極２０ｂの先端に取り付けられる。
【００５１】
次に、Ｓ１１０において、図５に示すように、加圧力制御部５２によってサーボモータ２４を制御し、電極２０ａの先端をロードセル３６に接触させる（ロードセル３６が荷重を検出しないように接触させる。）。接触させたときのエンコーダ３２の出力値をゼロに設定する。すなわち、このときの電極２０ａの先端位置を原点とする挟持方向に延びつつ電極２０ａから２０ｂ方向を正方向とする一軸のみの座標系を設定する。
【００５２】
続いて、Ｓ１２０において、電極２０ａによって設定加圧力Ｐ０でロードセル３６を加圧する。具体的には、電極２０ａがロードセル３６を設定加圧力Ｐ０で加圧するような対応する制御電流値に、サーボモータ２４の制御電流値を加圧力制御部５２に設定させる。
【００５３】
Ｓ１３０において、設定加圧力Ｐ０とロードセル３６の検出値、すなわちロードセル３６が受けている加圧力とが一致するか否かが判定される。一致した場合、ロードセル３６は受けている加圧力と一致する検出値を出力しているとして、Ｓ１３０に進む。そうでない場合、Ｓ１５０に進み、ロードセル３６の検出値が受けている加圧力と一致するように校正する。そして、Ｓ１２０に戻る
【００５４】
Ｓ１４０において、アームたわみ特性設定部５８により、アーム２２のたわみ特性を求める。
【００５５】
具体的には、加圧力制御部５２により電極２０ａがロードセル３６を加圧する加圧力を順次変更していき、各加圧力毎に、電極２０ａ位置検出部５４にエンコーダ３２を介して電極２０ａの先端位置を検出させる。検出された先端位置からＳ１１０で設定された原点までの距離がアーム２２の挟持方向のたわみ量に相当するので、この距離と加圧力との関係、すなわちアーム２２のたわみ特性を求める。求められるたわみ特性（関係）は、図６に示すように、ロードセル３６の検出値（アーム２２が受けている荷重）と、アーム２２の挟持方向のたわみ量とが比例関係にある。以下、ロードセル３６の検出値（荷重）をＱとし、そのときのアーム２２の挟持方向のたわみ量をｆ（Ｑ）（ｆ（Ｑ）はＱの関数）とする。
【００５６】
図６に示すような、求めたたわみ特性を、アームたわみ特性設定部５８は、記憶部６２にデータ７２として記憶する。そして、複数の金属板の隙間を計測するためのキャリブレーションが終了する。
【００５７】
次に、複数の金属板の隙間を計測する手順を、図7に示すフローを参照しながら説明する。
【００５８】
まず、Ｓ３００において、溶接ロボット１４を制御し、治具（図示せず）などにより固定されている重なり合う複数の金属板の隙間の計測箇所が２つの電極２０ａ、２０ｂの間に配置されるように溶接ガン１２を移動させる。
【００５９】
次に、Ｓ３１０において、図８に示すように、電極２０ａにより複数の金属板Ｗａ、Ｗｂを所定加圧力Ｐ１で加圧する。なお、図８（ａ）は２枚の金属板Ｗａ、Ｗｂの間に隙間がない場合を示し、図８（ｂ）は隙間がある場合を示しており、所定加圧力Ｐ１で加圧し始める瞬間の様子を示している（ロードセル３６の先端が、図４に示すフローのＳ１１０において設定された原点に位置する。）。
【００６０】
また、ここで説明する金属板Ｗａ、Ｗｂの厚さ合計はＴであり、隙間の距離はｔである。さらに、隙間がない場合の電極２０ａの先端位置をＢｎ、隙間がある場合の先端位置をＢｄで示している。
【００６１】
続いて、Ｓ３２０において、所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致するか否かが判定される。一致した場合Ｓ３３０に進む。そうでない場合Ｓ３４０に進む。
【００６２】
Ｓ３３０において、Ｓ３２０で所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致する、例えばロードセル３６がＰ１と同一値のＱ１（Ｐ１＝Ｑ２）を検出したことが確認されたので、隙間算出部６０は、複数の金属板の間に隙間が存在しないと判定する。そして、隙間の計測を終了する。
【００６３】
このことを図９（ａ）を用いて具体的に説明すると、２つの金属板ＷａとＷｂとの間に隙間が存在しない場合、電極２０ａからの加圧力Ｐ１が、ロスすることなくロードセル３６にほぼ作用する。その結果、ロードセル３６がＰ１と同一の荷重Ｑ１を検出することになる。したがって、ロードセル３６が所定加圧力Ｐ１と同一の荷重Ｑ１を検出すれば、それは２つの金属板Ｗａ、Ｗｂとの間に隙間が存在しないことを意味する。
【００６４】
一方、Ｓ３２０で所定加圧力Ｐ１とロードセル３６の検出値Ｑとが一致しないと判定された場合、Ｓ３４０において、所定加圧力Ｐ１に比べてロードセル３６の検出値Ｑが小さいか否かが判定される。小さいと判定された場合はＳ３５０に進み、そうでない場合Ｓ３７０に進む。
【００６５】
Ｓ３５０において、隙間算出部６０は、Ｓ３４０で所定加圧力Ｐ１に比べてロードセル３６の検出値Ｑが小さいことが確認されたので、複数の金属板の間に隙間が存在すると判定する。
【００６６】
このことを図９（ｂ）を用いて具体的に説明すると、２つの金属板Ｗａ、Ｗｂの間に隙間（距離がｔ）が存在する場合、電極２０ａからの加圧力Ｐ１が、ロードセル３６に作用するだけでなく、他の部分にも作用する。例えば２つの金属板Ｗａ、Ｗｂの電極２０ａ、２０ｂから隙間に比べて大きい距離離れた接触し合う部分にも作用する。その結果、ロードセル３６は所定加圧力Ｐ１より小さい荷重Ｑ２を検出することになる。したがって、ロードセル３６が所定加圧力Ｐ１より小さい荷重Ｑ２を検出すれば、それは２つの金属板Ｗａ、Ｗｂとの間に隙間が存在することを意味する。
【００６７】
隙間算出部６０は、隙間の存在を確認すると、ロードセル３６の検出値と記憶部６２に記憶されているアームたわみ特性データ７２とに基づいて、アーム２２の挟持方向のたわみ量を算出する。図９（ｂ）においては、ロードセル３６の検出値がＱ２であるので、挟持方向のたわみ量ｆ（Ｑ２）が算出される。
【００６８】
Ｓ３５０でアーム２２のたわみ量が算出されると、続くＳ３６０において、隙間算出部６０は、複数の金属板間の隙間(距離)を算出する。
【００６９】
具体的に例を挙げて説明すると、図９（ｂ）に示すような、電極２０ａの先端位置Ｂｄと、算出したアーム２２の挟持方向のたわみ量ｆ（Ｑ２）と、2つの金属板Ｗａ、Ｗｂの厚さ合計Ｔと、隙間の距離ｔとの挟持方向に延びる一軸上の関係、すなわち数１に示す関係式から隙間の距離ｔを算出する。
【数１】
【００７０】
数１に示す関係式において、電極２０ａの先端位置Ｂｄは、電極２０ａ位置検出部５４、すなわちエンコーダ３２の検出値から求めることができる。厚さ合計Ｔは既知である。したがって、未知である隙間の距離ｔを算出することができる。
【００７１】
隙間を算出すると、隙間算出部６０は、隙間計測箇所と算出した隙間を関連付けて記憶部６２に記憶する。
【００７２】
例えば、隙間計測場所が溶接箇所である場合、自動溶接プログラムデータ７０上において、各溶接箇所と対応する隙間とを関連付けて記憶させる。これにより、自動溶接実行部６４は、各溶接箇所における溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間など）を隙間に対応して設定し、各溶接箇所を順次に自動的に溶接することができる。
【００７３】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００７４】
例えば、上述の実施形態の場合、溶接時には、ロードセルを取り外すまたは電極と交換する必要がある。これに代わり、アームの挟持方向のたわみ量を間接的に検出することができるアーム部分に、溶接電流に耐え得るたわみ検出手段を設けてもよい。これにより、複数の金属板の隙間計測から溶接までを連続的に実行することが可能になる。
【００７５】
また、上述の実施形態の場合、スポット溶接装置は、溶接ロボットの溶接ガンであったがこれに限定されない。本発明に係るスポット溶接装置は、広義には、２つの電極により複数の金属板を挟持しつつ該２つの電極間に電流が通電されることにより挟持箇所を溶接し、一方の電極がたわむアームに支持され、他方の電極が一方に移動していくものである。
【００７６】
さらに、上述の実施形態の場合、算出した複数の金属板の隙間を自動溶接プログラムデータ上において溶接箇所と関連付けして記憶するが、溶接箇所以外に隙間を計測する必要がある場合は、別途計測箇所と該箇所で算出された隙間とを関連付けしてデータとして記憶部に記憶するようにしてもよい。
【００７７】
さらにまた、上述の実施形態のような溶接ロボットの場合、複数の溶接箇所をティチングする時に、各溶接箇所における金属板の隙間の距離を算出するようにしてもよい。
【００７８】
原則的には、スポット溶接する複数の金属板の隙間を計測する箇所は溶接箇所である（溶接条件を適切に設定するために隙間を計測することが多い。）。したがって、ティーチング時において溶接箇所を定義するとともに該溶接箇所における隙間を計測するようにしてもよい。
【００７９】
上述の実施形態の装置１０を例に挙げて説明すると、ティーチング作業において、電極２０ｂの先端にロードセル３６を取り付けた状態で、作業者がマニュアルコントローラ３８を操作することにより、溶接箇所に溶接ガン１２が配置される（溶接箇所が２つの電極２０ａ、２０ｂの間に配置される。)。次に、作業者がマニュアルコントローラ３８のティーチングボタン（自動溶接プログラムデータ７０を作成するために必要な溶接箇所の座標やそのときのロボットや溶接ガンの姿勢パラメータを取得するためのボタン）が押されると同時に、電極２０ａが溶接箇所の金属箇所を加圧し始めて、上述するように該溶接箇所における金属板の隙間を計測する。計測が終了すると、溶接箇所の座標や姿勢パラメータと関連付けされて計測された隙間が記憶部６２にデータ７０として記憶される。そして、この溶接箇所のティーチングが終了したことを作業者に告知（例えばアラーム音による告知）し、作業者に次の溶接箇所のティーチングを実行させる。
【００８０】
これにより、ティーチング時以外に、別途溶接箇所における複数の金属板の隙間を計測する必要がなくなる。また、確実に溶接箇所の隙間が計測される（計測忘れがなくなる。）。
【００８１】
最後に、図面で示されている隙間は、２枚の金属板の間の１つの隙間であるが、本発明の方法及び装置が測定できる隙間は２枚の金属板の間の１つの隙間に限らない。複数枚の金属板の複数の隙間の合計も算出することができる（ただし、複数の隙間それぞれの距離は算出できない。）。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように本発明によれば、スポット溶接する重なり合う複数の金属板の隙間を、スポット溶接装置を用いて簡単に計測することができる。したがって、スポット溶接を実行する種々の溶接加工技術の分野において好適に利用される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属板隙間計測方法を実施する装置の概略図である。
【図２】スポット溶接装置における電極の送り機構を説明するための図である。
【図３】金属板隙間計測装置の制御系を示す図である。
【図４】複数の金属板の隙間を計測する前に実行されるキャリブレーションのフロー図である。
【図５】原点設定を説明するための図である。
【図６】アームのたわみ特性を示す図である。
【図７】複数の金属板の隙間を計測する流れを示すフロー図である。
【図８】複数の金属板を挟持して加圧し始める瞬間を示す図である。
【図９】複数の金属板を挟持して加圧している様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１２ 溶接ガン
１４ 溶接ロボット
２０ａ 電極
２０ｂ 電極
２４ サーボモータ
３２ エンコーダ
３６ ロードセル
５２ 加圧力制御部
５４ 電極２０ａ位置検出部
５６ アーム荷重検出部
５８ アームたわみ特性設定部
６０ 隙間算出部
６２ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームの先端に支持された第１の電極と、送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測するスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法であって、
（１）金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむ前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を求める工程と、
（２）前記アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間が計測される複数の金属板の計測箇所を配置し、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記金属板を加圧する工程と、
（３）前記送り手段による第１の加圧力と前記荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する工程と、
（４）前記第２の加圧力が第１の加圧力より小さいときに、第２の加圧力と前記工程（１）において求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出する工程と、
（５）前記工程（４）において算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記工程（２）において加圧中の前記第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、前記計測箇所の隙間を算出する工程とを含むことを特徴とするスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法において、
前記スポット溶接装置を溶接ロボットのアームに保持させると共に、
前記溶接ロボットによる複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所について複数の金属板間の隙間を計測し、計測された隙間を各溶接箇所に関連付けて記憶手段に記憶することを特徴とするスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法。
【請求項３】
アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測する金属板隙間計測装置であって、
前記送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、
前記送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、
前記アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、
金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、前記位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、
前記第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、
前記電極配置手段により前記第１および第２の電極の間に前記計測箇所が配置された状態で、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、前記荷重検出手段で検出された荷重と前記たわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出し、
算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて前記計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とを有することを特徴とする金属板隙間計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の金属板隙間計測装置において、
前記計測箇所は溶接箇所であって、
各溶接箇所と対応する前記隙間算出手段が算出した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有することを特徴とする金属板隙間計測装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の金属板隙間計測装置において、
前記電極配置手段が、溶接ロボットのアームであることを特徴とする金属板隙間計測装置。
【請求項１】
アームの先端に支持された第１の電極と、送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測するスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法であって、
（１）金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と該加圧力によってたわむ前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を求める工程と、
（２）前記アームに挟持方向の荷重を検出する荷重検出器を取り付けた状態で、該アームの先端と第２の電極との間に、隙間が計測される複数の金属板の計測箇所を配置し、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記金属板を加圧する工程と、
（３）前記送り手段による第１の加圧力と前記荷重検出器により検出される第２の加圧力とを比較する工程と、
（４）前記第２の加圧力が第１の加圧力より小さいときに、第２の加圧力と前記工程（１）において求めた加圧力とたわみ量との関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出する工程と、
（５）前記工程（４）において算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記工程（２）において加圧中の前記第２の電極の挟持方向位置とに基づいて、前記計測箇所の隙間を算出する工程とを含むことを特徴とするスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法において、
前記スポット溶接装置を溶接ロボットのアームに保持させると共に、
前記溶接ロボットによる複数の溶接箇所のティーチング時に、各溶接箇所について複数の金属板間の隙間を計測し、計測された隙間を各溶接箇所に関連付けて記憶手段に記憶することを特徴とするスポット溶接装置を用いた金属板隙間計測方法。
【請求項３】
アームの先端に支持された第１の電極と送り手段によって送られることにより該第１の電極と協働して重なり合う複数の金属板を加圧状態で挟持しつつその挟持箇所を溶接する第２の電極とを有するスポット溶接装置を用いて複数の金属板間の隙間を計測する金属板隙間計測装置であって、
前記送り手段による加圧力を設定する加圧力設定手段と、
前記送り手段による第２の電極の送り位置を検出する位置検出手段と、
前記アームに取り付けられて金属板の挟持方向の荷重を検出する荷重検出手段と、
金属板の非挟持状態で、前記送り手段によって加えられる挟持方向の加圧力と、前記位置検出手段によって検出される前記アームの挟持方向のたわみ量との関係を設定するたわみ特性設定手段と、
前記第１および第２の電極をその間に隙間が計測される複数の金属板の計測箇所が位置するように配置する電極配置手段と、
前記電極配置手段により前記第１および第２の電極の間に前記計測箇所が配置された状態で、前記送り手段によって前記第２の電極を送ることにより前記加圧力設定手段で設定された加圧力で金属板を加圧しつつ、前記荷重検出手段で検出された荷重と前記たわみ特性設定手段で設定された関係とに基づいて前記アームの挟持方向のたわみ量を算出し、
算出したたわみ量と、複数の金属板の厚さ合計と、前記位置検出手段によって検出された加圧中の第２の電極の送り位置とに基づいて前記計測箇所の隙間を算出する隙間算出手段とを有することを特徴とする金属板隙間計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の金属板隙間計測装置において、
前記計測箇所は溶接箇所であって、
各溶接箇所と対応する前記隙間算出手段が算出した隙間とを関連付けて記憶する記憶手段を有することを特徴とする金属板隙間計測装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の金属板隙間計測装置において、
前記電極配置手段が、溶接ロボットのアームであることを特徴とする金属板隙間計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８５８５６（Ｐ２００９−８５８５６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５８２２６（Ｐ２００７−２５８２２６）
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]