JP2016117085A - 接合ツール検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで、且つ、作業者の負担を減らすことができ、さらには、生産ラインの稼働率を下げずに摩擦攪拌用の接合ツールの管理を適切に行う。
【解決手段】接合ツール4は産業用ロボット2によって基準位置Baに固定される。基準位置Baの側方には、基準位置Baに固定された接合ツール4のピン4bの先端周縁に向かって光を照射するLED光源7が設けられる。CCDカメラ82は、基準位置Baに固定された接合ツール4の先端側をその軸心方向から撮影する。制御盤9は、CCDカメラ82で撮影した撮影画像P1を演算処理する演算処理部9a、及び演算処理部9aでの処理結果に基づき、ピン4bの先端周縁にLED光源7による反射光L1が有るか否かを判定する判定部9bを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば、自動車の生産ラインに設置された摩擦攪拌接合装置において用いられる接合ツールの検査を行う接合ツール検査装置に関する。
従来より、重ね合わせた金属板同士を互いに接合する1つの方法として摩擦攪拌による接合が知られている。この接合は、先端の軸心上にピンを有する棒状の接合ツールをその軸心回りに回転させるとともに、重ね合わせた金属板に上記接合ツールの先端を押し込むように移動させることにより、金属板同士を互いに摩擦熱で軟化させるとともに攪拌させて固相接合させるものである。
ところで、上述の如き摩擦攪拌接合は、接合ツールの先端側が摩耗等により劣化すると、金属板において十分に攪拌がされずに接合不良が発生するおそれがあるので、接合ツールの先端側の状態を適切に管理する必要がある。
摩擦攪拌接合装置が設置された生産ラインでは、上記接合ツールの先端側の管理を、一般的に、作業者の定期的な目視確認により行うが、この目視確認は煩雑であるため、これを回避するために、例えば、特許文献1に開示されている検査装置を適用して接合ツールの先端側の状態を管理することが考えられる。この検査装置は、溶接ガンの先端に電極を装着保持した状態で、電極を周期的に溶接ガンの側方からカメラで撮影し、撮影した画像を用いて電極先端径や電極長さを算出したり、電極先端の状態等を確認して、正常な状態の電極であるか否かを比較判定し、電極の状態を管理している。
特開2009−160656号公報
ところで、摩擦攪拌接合用の接合ツールは、その先端部分に攪拌時における軟化金属の一部や、或は、ゴミ等の不要物が付着すると、その後にその接合ツールを用いて接合する接合部の接合品質が安定しなくなる。したがって、接合ツールを先端側から見て不要物が付着しているか否かを確認する必要がある。
また、接合ツール先端に設けられたピンが摩耗や破損によってその長さが短くなると接合時における攪拌が不十分になって接合不良が発生するおそれがある。したがって、接合不良の発生を防ぐために接合ツール先端のピンの長さを管理する必要がある。
しかし、特許文献1の如き装置で上記接合ツールを撮影してその先端側の不要物の付着状態とピンの長さ方向の状態とを共に把握しようとすると、接合ツールの姿勢を変更しながら接合ツールの先端側をカメラで複数回撮影するか、若しくはカメラの位置を変更しながら接合ツールの先端側を複数回撮影しなければならず、検査に多くの時間を費やしてしまい、生産ラインの稼働率を下げてしまうことになる。
これを回避するために、2台のカメラで同時に接合ツールを2方向から撮影することが考えられるが、カメラの台数が無駄に増えてコストが嵩むことになってしまう。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで、且つ、作業者の負担を減らすことができ、さらには、生産ラインの稼働率を下げずに摩擦攪拌用接合ツールの管理を適切に行うことができる接合ツール検査装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、接合ツールのピンの先端周縁に光を照射しながら接合ツールの先端側を当該接合ツールの軸心方向からカメラで撮影するようにしたことを特徴とする。
具体的には、本発明は、先端の軸心上にピンを有する摩擦攪拌接合用の棒状接合ツールの検査を行う接合ツール検査装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
すなわち、第1の発明では、上記接合ツールを予め決められた基準位置に固定するツール固定手段と、上記基準位置の側方に固定され、上記接合ツールが上記基準位置に固定された状態で上記接合ツールの軸心に対して交差する方向から上記ピンの先端周縁に向かって光を照射する光源と、上記基準位置に固定された上記接合ツールの先端側を当該接合ツールの軸心方向から撮影するカメラと、該カメラで撮影した撮影画像を演算処理する演算処理部、及び該演算処理部での処理結果に基づき、上記ピンの先端周縁に上記光源による反射光が有るか否かを判定する判定部を有する制御手段とを備えていることを特徴とする。
第2の発明では、第1の発明において、上記光源は、上記基準位置に固定された状態の上記接合ツールの軸心周りに等間隔に複数配置され、上記演算処理部は、上記各光源の反射光の位置から上記ピンの先端径を計算するピン先端径計算部を有し、上記判定部は、上記ピン先端径計算部の計算結果が予め決められた設定範囲内に有るか否かを判定することを特徴とする。
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記演算処理部は、上記接合ツールの先端側の輝度値を計算する輝度値計算部を有し、上記判定部は、上記輝度値計算部の計算結果が予め決められた設定範囲内に有るか否かを判定することを特徴とする。
第1の発明では、摩耗や破損によりピンの長さが短くなると、光源から照射される光がピンに反射しなくなるので、接合ツールの軸心方向から接合ツールの先端側を撮影した撮影画像においてピンに反射光が発生しているか否かを確認することにより、ピンの長さが短くなったか否かを判定することができる。したがって、1つのカメラで撮影した画像によって接合ツールの先端部に対するゴミ等の不要物の付着状態とピンの長さ方向の状態とが分かるようになり、無駄にカメラを増やしてコストが嵩むといったことがない。また、1つのカメラを用いて接合ツールを一方向からしか撮影しないので、接合ツールを複数の方向から撮影することによって検査時間が嵩んでしまうということを回避して、生産ラインの稼働率を下げることなく接合ツールの管理を行うことができる。さらに、作業者が定期的に目視確認を行う必要がなくなるので、作業者の作業負荷を減らすことができる。
第2の発明では、ピンの先端径が正確に分かるようになるので、ピンの先端が極度に摩耗して接合の際に接合部の品質に影響を及ぼす状態であるか否かを接合作業前に知ることができ、接合不良の接合部を後工程に流出させないようにできる。
第3の発明では、接合ツール先端側に付着する不要物は、カメラによる撮影画像においてその他の部分と輝度値が異なる。したがって、輝度値の違いを確認することで接合ツール先端に不要物が付着しているか否かを接合作業前に定量的に知ることができ、接合不良の接合部を後工程に確実に流出させないようにできる。
本発明の実施形態に係る接合ツール検査装置を備えた摩擦攪拌接合装置の概略正面図である。 図1のA−A線における断面図である。 本発明の実施形態に係る接合ツール検査装置の制御ブロック図を示すものである。 接合ツールの先端側を軸心方向からCCDカメラで撮影した図である。 (a)は、図4のB部拡大図であり、(b)は、(a)の画像をピン先端計算部にて演算処理を行っている途中の図である。 実施形態に係る接合ツール検査装置による接合ツール検査時のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
図1は、本発明の実施形態に係る接合ツール検査装置1を備えた摩擦攪拌接合装置10を示す。該摩擦攪拌接合装置10は、自動車の生産ラインFに配置され、摩擦攪拌点接合によって2枚の板状プレス部品11からワークWを組み立てるものである。
上記摩擦攪拌接合装置10は、サーボモータ制御の産業用ロボット2(ツール固定手段)を備えている。
該産業用ロボット2のアーム2a先端には、接合ユニット3が取り付けられ、該接合ユニット3は、内部に駆動部31aを有する略円柱状のユニット本体31を備えている。
該ユニット本体31の軸心方向一端側には、細長い棒状の接合ツール4を上記ユニット本体31の軸心と一致する姿勢で保持可能なチャック32が設けられ、該チャック32は、上記駆動部31aによって上記接合ツール4を軸心周りに回転させながら当該接合ツール4の軸心に沿って移動させることが可能となっている。
上記接合ツール4は、図2に示すように、上下方向に延びる棒状のツール本体4aを備え、該ツール本体4a先端(長手方向一端)の軸心上には、ピン4bが突設されている。
上記産業用ロボット2を挟んで図1紙面右側は、上記両プレス部品11を組み立てる接合領域X1になっており、図1紙面左側は、上記接合ツール4の先端側を検査する検査領域X2になっている。
上記接合領域X1には、プレス部品11を水平方向に延びる姿勢で保持可能なクランプ装置13が水平方向に離間して一対配置されている。
該両クランプ装置13の間には、直方体形状の支持ブロック14が配置され、当該支持ブロック14上において上記各クランプ装置13によって保持されたプレス部品11が重なるようになっている。
一方、上記検査領域X2には、上下に延びる架台5が設置され、該架台5の上端には、ボックス形状の検査装置本体6が取り付けられている。
該検査装置本体6と上記産業用ロボット2とで本発明の接合ツール検査装置1を構成している。
上記検査装置本体6は、図2に示すように、略直方体形状の金属製収容ケース61を備えている。
該収容ケース61の上面略中央には、当該収容ケース61の内部に連通する連通孔61aが形成され、該連通孔61aの径は、上記接合ツール4の外径より大きく形成されている。
上記収容ケース61の上面には、カバープレート62が取り付けられ、該カバープレート62の略中央には、上記接合ツール4を挿入可能なツール挿入孔62aが形成されている。
該ツール挿入孔62aは、下方に行くにしたがって次第に縮径していて、上記カバープレート62を上記収容ケース61に取り付けた状態で上記連通孔61aに対応するようになっている。
また、上記カバープレート62のツール挿入孔62a周縁には、環状の第1突条部62bが下方に向かって突設され、その先端面は、上記連通孔61a周縁に接触している。
上記第1突条部62bには、径方向に延びるスリット62dが周方向に等間隔に4つ形成されている。尚、図2には、2つのスリット62dのみを示す。
一方、上記カバープレート62の外周縁には、第2突条部62cが下方に向かって突設され、その先端面は、上記収容ケース61上面の外周部分に接触している。
そして、ツール挿入孔62aの中央部分が本発明における基準位置Baとなっていて、上記接合ツール4を上記ツール挿入孔62aに上方から挿入して上記基準位置Baに固定すると、上記接合ツール4のピン4b先端が上記各スリット62dに対応するようになっている。
上記収容ケース61と上記カバープレート62との間の空間12には、4つの青色のLED光源7がそれぞれ上記各スリット62dに対応する位置に設けられている。
すなわち、上記LED光源7は、上記基準位置Baに固定された状態の上記接合ツール4の軸心周りに4つ配置され、上記接合ツール4が上記基準位置Baに固定された状態で、上記各LED光源7から照射された光は、上記スリット62dを通過する際に集光されるとともに上記接合ツール4の軸心に対して交差する方向に向かって進んで上記ピン4bの先端周縁に反射するようになっている。
上記収容ケース61内部の上記連通孔61aに対応する位置には、ブロック形状のカメラユニット8が配設されている。
該カメラユニット8は、当該カメラユニット8の骨格をなすホルダ本体部81を備え、該ホルダ本体部81の上面には、開口部81aが形成されている。
上記ホルダ本体部81の内部には、撮影方向が上向く姿勢でCCDカメラ82が収容されている。
また、上記ホルダ本体部81の中途部には、白色板83が取り付けられ、該白色板83には、上記基準位置Baに固定された接合ツール4の先端面を照明する白色のLED光源83aが複数取り付けられている。
さらに、上記ホルダ本体部81の上部には、乳白色の樹脂製拡散板84が設けられ、該拡散板84は、上記LED光源83aから発せられる光を拡散させるようになっている。
そして、上記CCDカメラ82は上記開口部81aを介して基準位置Baに固定された接合ツール4を先端側(接合ツール4の軸心方向)から撮影するようになっている。
上記産業用ロボット2及び上記検査装置本体6には、図3に示すように、当該産業用ロボット2及び検査装置本体6を制御する制御盤9(制御手段)が接続されている。
該制御盤9は、上記CCDカメラ82で撮影した撮影画像P1(図4参照)を演算処理する演算処理部9aと、該演算処理部9aでの処理結果に基づき、上記ピン4bの先端周縁に上記LED光源7による反射光L1が有るか否かを判定する判定部9bとを備えている。
上記演算処理部9aは、上記各LED光源7の各反射光L1の位置から上記ピン4bの先端径Raを計算するピン先端径計算部9cと、上記接合ツール4の先端側の輝度値を計算する輝度値計算部9dとを有している。
上記ピン先端径計算部9cは、具体的には、図5(a)、(b)に示すように、撮影画像P1の色調を変化させ、反射光L1を黄色に、反射光L1以外の領域を黒色に変更した撮影画像P2を作るようになっている。
また、上記ピン先端径計算部9cは、上記撮影画像P2の色調が大きく変化する箇所をピン4bの先端面周縁に対応する位置であるとしてその位置を抽出するようになっている(図5(b)の4つの赤線E1)。
さらに、上記ピン先端径計算部9cは、上記ピン4b周りに180°離れた赤線E1同士の距離R1、R2をそれぞれ計算し、得られた距離R1、R2を平均化してピン4bの先端径Raを得るようになっている。
上記輝度値計算部9dは、具体的には、撮影画像P1において接合ツール4先端面のピン4bに対応する箇所以外の領域の各画素の輝度値を計算するようになっている。
上記判定部9bは、上記ピン4bの先端周縁に反射光L1が有ると判定すると、上記ピン先端径計算部9cの計算結果(ピン先端径Ra)が予め決められた設定範囲T1内に有るか否かを判定するようになっている。
また、上記判定部9bは、上記ピン4bのピン先端径Raが設定範囲T1内であると判定すると、上記輝度値計算部9dの計算結果が予め決められた設定範囲T2内に有るか否かを判定するようになっている。
さらに、上記判定部9bは、各判定結果を表示モニタ9e(表示部)に表示させるようになっている。
そして、上記制御盤9は、ワークWを組み立てる際、上記産業用ロボット2に接合開始信号を出力してクランプ装置13にセットされたプレス部品11上に接合ユニット3を配置するとともに、接合ツール4を回転させながらその先端側を両プレス部品11に押し込むことにより、当該両プレス部品11同士を摩擦熱で軟化させるとともに攪拌させて固相接合させるようになっている。
また、上記制御盤9は、上記接合ツール4の検査を行う際、上記産業用ロボット2に検査開始信号を出力して接合ツール4を上記基準位置Baに固定させるとともに、上記検査装置本体6に検査開始信号を出力して基準位置Baに固定された上記接合ツール4の先端側の検査を行うようになっている。
そして、上記制御盤9は、上記接合ツール4の先端側に問題があると判定すると、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)にライン停止信号を出力する一方、上記接合ツール4の先端側に問題が無いと判定すると、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)にライン継続信号を出力するようになっている。
次に、接合ツール検査装置1における具体的な検査制御を図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、上記接合領域X1での接合作業が終了した後、産業用ロボット2は、アーム2aの姿勢を変更して基準位置Baに接合ツール4を固定させる。その後、産業用ロボット2から制御盤9にツール固定完了信号が出力される。
制御盤9は、上記産業用ロボット2からツール固定完了信号を受け取ると、図6のフローチャートのステップS1に進む。このステップS1では、基準位置Baに固定された接合ツール4の先端側をその軸心方向からCCDカメラ82で撮影することにより撮影画像P1を得る。
次いで、ステップS2では、撮影画像P1内にLED光源7による反射光L1が4つ全て有るか否かを判定部9bが判定する。
このステップS2で判定がNOであるとき、すなわち、撮影画像P1内に反射光L1が4つ全て無いと判定部9bが判定すると、ステップS9に進み、制御盤9は、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)にライン停止信号を出力した後、ステップS10に進んで表示モニタ9eに警告を表示させる。
一方、ステップS2の判定がYESであるとき、すなわち、撮影画像P1内に反射光L1が4つ全てあると判定部9bが判定すると、ステップS3に進む。
このステップS3では、ピン先端径計算部9cが撮影画像P1に映る4つの反射光L1からピン4bの先端径Raを計算する。具体的には、図5(a)、(b)に示すように、まず、撮影画像P1の色調を変化させ、反射光L1を黄色に、反射光L1以外の領域を黒色にした撮影画像P2を得る。次いで、撮影画像P2の色調が大きく変化する箇所をピン4bの先端面周縁に対応する位置(図5(b)の赤線E1部分)であるとして抽出する。そして、ピン4b周りに180°離れた赤線E1同士の距離R1、R2をそれぞれ計算し、得られた距離R1、R2を平均化してピン先端径Raを得た後、ステップS4に進む。
しかる後、ステップS4では、ピン先端径Raが予め決められた設定範囲T1内か否かを判定部9bが判定する。
このステップS4で判定がNOであるとき、すなわち、ピン先端径Raが設定範囲T1外であると判定部9bが判定すると、ステップS9に進み、制御盤9は、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)にライン停止信号を出力した後、ステップS10に進んで表示モニタ9eに警告を表示させる。
一方、ステップS4の判定がYESであるとき、すなわち、ピン先端径Raが設定範囲T1内であると判定部9bが判定すると、ステップS5に進む。
このステップS5では、輝度値計算部9dが撮影画像P1おいて接合ツール4先端面のピン4bに対応する箇所以外の領域の各画素の輝度値を計算して、ステップS6に進む。
このステップS6では、輝度値計算部9dで計算した各画素の輝度値が予め決められた設定範囲T2外(異常値)であるか否かを判定部9bが判定する。
このステップS6の判定がYESであるとき、すなわち、輝度値計算部9dで計算した各画素の輝度値が予め決められた設定範囲T2外であると判定部9bが判定すると、ステップS9に進み、制御盤9は、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)にライン停止信号を出力した後、ステップS10に進んで表示モニタ9eに警告を表示させる。
一方、ステップS6の判定がNOであるとき、すなわち、輝度値計算部9dで計算した各画素の輝度値が予め決められた設定範囲T2内であると判定部9bが判定すると、ステップS7に進み、制御盤9は、生産ラインFのライン制御盤(図示せず)に生産ラインFを継続させる信号を出力した後、ステップS8に進んで表示モニタ9eにワークWが問題ないことを表示させる。
以上より、本発明の実施形態によると、摩耗や破損によりピン4bの長さが短くなると、LED光源7から照射される光がピン4bに反射しなくなるので、接合ツール4の軸心方向から接合ツール4の先端側を撮影した撮影画像P1においてピン4bに反射光L1が発生しているか否かを確認することにより、ピン4bの長さが短くなったか否かを判定することができる。したがって、1つのCCDカメラ82で撮影した撮影画像P1によって接合ツール4の先端部に対するゴミ等の不要物の付着状態とピン4bの長さ方向の状態とが分かるようになり、無駄にCCDカメラ82を増やしてコストが嵩むといったことがない。また、1つのCCDカメラ82を用いて接合ツール4を一方向からしか撮影しないので、接合ツール4を複数の方向から撮影することによって検査時間が嵩んでしまうということを回避して、生産ラインFの稼働率を下げることなく接合ツール4の管理を行うことができる。さらに、作業者が定期的に目視確認を行う必要がなくなるので、作業者の作業負荷を減らすことができる。
また、ピン4bの先端径Raが正確に分かるようになるので、ピン4bの先端が極度に摩耗して接合の際に接合部の品質に影響を及ぼす状態であるか否かを接合作業前に知ることができ、接合不良の接合部を後工程に流出させないようにできる。
さらに、接合ツール4先端に付着する不要物は、CCDカメラ82による撮影画像P1においてその他の部分と輝度値が異なる。したがって、輝度値の違いを確認することで接合ツール4先端に不要物が付着しているか否かを接合作業前に定量的に知ることができ、接合不良の接合部を後工程に確実に流出させないようにできる。
尚、本発明の実施形態では、接合ツール4の先端側の撮影にCCDカメラ82を用いているが、CMOSカメラであってもよい。
また、本発明の実施形態では、LED光源7を4つ空間12に配置しているが、複数取り付けていればよい。また、LED光源7に青色のLEDを使用しているが、CCDカメラ82で撮影する撮影画像において、接合ツール4の先端周縁の境界が鮮明に映し出されるようになる色であれば青色以外のLEDを使用してもよい。
本発明は、例えば、自動車の生産ラインに設置された摩擦攪拌接合装置において用いられる接合ツールの検査を行う接合ツール検査装置に適している。
1 接合ツール検査装置
2 産業用ロボット(ツール固定手段)
4 接合ツール
4b ピン
7 LED光源
9 制御盤(制御手段)
9a 演算処理部
9b 判定部
9c ピン先端径計算部
9d 輝度値計算部
82 CCDカメラ

Claims (3)

  1. 先端の軸心上にピンを有する摩擦攪拌接合用の棒状接合ツールの検査を行う接合ツール検査装置であって、
    上記接合ツールを予め決められた基準位置に固定するツール固定手段と、
    上記基準位置の側方に固定され、上記接合ツールが上記基準位置に固定された状態で上記接合ツールの軸心に対して交差する方向から上記ピンの先端周縁に向かって光を照射する光源と、
    上記基準位置に固定された上記接合ツールの先端側を当該接合ツールの軸心方向から撮影するカメラと、
    該カメラで撮影した撮影画像を演算処理する演算処理部、及び該演算処理部での処理結果に基づき、上記ピンの先端周縁に上記光源による反射光が有るか否かを判定する判定部を有する制御手段とを備えていることを特徴とする接合ツール検査装置。
  2. 請求項1に記載の接合ツール検査装置において、
    上記光源は、上記基準位置に固定された状態の上記接合ツールの軸心周りに等間隔に複数配置され、
    上記演算処理部は、上記各光源の反射光の位置から上記ピンの先端径を計算するピン先端径計算部を有し、
    上記判定部は、上記ピン先端径計算部の計算結果が予め決められた設定範囲内に有るか否かを判定することを特徴とする接合ツール検査装置。
  3. 請求項1又は2に記載の接合ツール検査装置において、
    上記演算処理部は、上記接合ツールの先端側の輝度値を計算する輝度値計算部を有し、
    上記判定部は、上記輝度値計算部の計算結果が予め決められた設定範囲内に有るか否かを判定することを特徴とする接合ツール検査装置。
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