JP2017185529A - 消耗品監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接装置における消耗品の交換期間を適切に把握することができる消耗品監視装置を提供する。【解決手段】アーク溶接装置の消耗品の交換時期を監視する消耗品監視装置２において、 前記消耗品の消耗因子の値を計測する消耗因子計測部２１と、前記消耗因子の計測値に基づいて前記消耗品の消耗度を算出する消耗度算出部２２と、前記消耗度の累積値が予め定めた閾値に達するまでの期間を推定し、前記消耗品の交換時期を算出する交換時期算出部２３と、算出した交換時期を外部に出力する交換時期出力部２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接ロボットの溶接トーチにおける消耗品の交換に関する情報を出力する、消耗品監視装置に関する。

アーク溶接に用いる給電チップは、溶接を実行するたびに、ワイヤとの摩擦や給電時の発熱による変質などで摩耗していく。摩耗した給電チップは、給電位置の変化や、ワイヤの狙い位置ずれ、送給抵抗の増加など、均一な溶接品質を阻害する一つの要因となっている。そのため、給電チップを定期的に交換する必要が生じるが、適切な交換時期の把握が難しいという問題があった。たとえば、溶接品質に影響を与えていない時期に給電チップを交換すると、交換時期が早すぎることになり、コストが不必要に増加することとなる。一方、コスト低下のために、摩耗した給電チップを継続して使用した場合、溶接品質に影響を及ぼし、溶接不良を引き起こすこともあった。

そのため、アーク溶接における電極の管理方法として、電極の消耗因子であるアークの発生回数やアークの発生時間を累積させ、基準量を超えた場合に電極の交換を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
また、溶接電流に閾値を設けて監視することで、給電チップの摩耗による溶接ワイヤへの給電位置の変化を検出し、給電チップの摩耗を検知する技術が知られている（たとえば、特許文献２）。

特開２００８−８０４００ 特開２００９−６１４８９

しかしながら、特許文献１記載の方法では、電流、電圧等の、給電チップの各消耗因子の閾値設定には溶接の習熟と経験が必要であり、その閾値が妥当かどうかの根拠は乏しいという問題があった。
特許文献２記載の方法では、溶接時の電流値、電圧値の変化から給電チップの給電位置の変化を検出することにより、ある程度正確な給電チップの摩耗具合を把握することは可能である。しかしながら、溶接時の電流値、電圧値は、給電チップの摩耗以外の要因、例えばワークの精度誤差等でも変動するため、一時的に変動することがある。このため、まだ摩耗していない状態の給電チップを使用していても、摩耗していると誤検出するという問題があった。

上記課題を解決するために、本発明による、
アーク溶接装置の消耗品の交換時期を監視する消耗品監視装置において、
前記消耗品の消耗因子の値を計測する消耗因子計測部と、
前記消耗因子の計測値に基づいて前記消耗品の消耗度を算出する消耗度算出部と、
前記消耗度の累積値が予め定めた閾値に達するまでの期間を推定し、前記消耗品の交換時期を算出する交換時期算出部と、
算出した交換時期を外部に出力する交換時期出力部と、
を備えたものである。
このような構成により、給電チップの消耗具合を観測することができ、将来の消耗具合も推測することができる。これにより、給電チップを適時に交換することができる。

また、本発明による消耗品監視装置では、消耗因子として、アーク溶接中の電流値、電圧値、ワイヤ送給量、アーク発生時間、アーク発生回数、溶接不良発生回数および非アーク溶接中のワイヤ送給量の少なくとも１つを設定する。
このような構成により、給電チップの消耗に寄与する要因を自由に設定することができ、溶接の形態にあわせて正確な消耗度を算出することができる。例えば、ＴＩＧ溶接におけるナメ付け溶接などでは溶接ワイヤを使わないため、ワイヤ送給量の消耗因子を設定しないことでより正確な消耗度を算出することができる。

また、本発明による消耗品監視装置では、消耗度は、消耗因子ごとにあらかじめ設定された係数を乗じることで算出してもよい。
このような構成により、より正確な消耗度を算出することができる。例えば、給電チップの消耗においては、非溶接中のワイヤ送給の摩擦による消耗より、アークスタート発生による発熱による消耗の方が、影響が大きい。そのため、消耗度の算出の際に、非溶接中のワイヤ送給には小さい係数を乗じ、アーク発生回数には大きい係数を乗じることができ、消耗因子ごとの消耗品に対する消耗の影響度合を加味することができる。

また、本発明による消耗品監視装置では、交換時期算出部は、過去に記録された前記消耗度に基づいて、前記閾値に達するまでの期間を推定してもよい。
このような構成により、過去の消耗度の累積傾向から、将来の消耗度の増加傾向を算出することができ、より正確な交換時期の推定が可能となる。

また、本発明による消耗品監視装置では、交換時期算出部が出力部に出力する、閾値に達するまでの期間は、日時でもよいし、溶接時間または溶接回数でもよい。
このような構成により、消耗品の交換までの期間の把握がより行いやすくなる。

また、本発明による消耗品監視装置では、交換対象物は給電チップである。
このような構成により、例えば、給電チップの自動交換機を有した溶接ロボットにおいて、交換時期に達したら給電チップを自動で交換することができる。

本発明による消耗品監視装置によれば、アーク溶接装置における消耗品の交換期間を適切に把握することができる。その結果、消耗品の交換時期において、早すぎることによるコストアップや、遅すぎることによる溶接不良を回避することができる。

本発明の実施の形態１による消耗品監視装置を有する溶接ロボットシステムの構成を示す図 同実施形態における給電チップの消耗について説明するための図 同実施形態における消耗度の算出の例を示す図 同実施形態における回帰直線による消耗度の変化推移算出の例を示す図 同実施形態における直線曲線による消耗度の変化推移算出の例を示す図 同実施形態における消耗品監視装置２内の消耗因子計測部２１の処理について説明するための図 同実施形態における消耗品監視装置２内の消耗度算出部２２の処理について説明するための図 同実施形態における消耗品監視装置２内の交換時期算出部２３の処理について説明するための図

以下、本発明による消耗品監視装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による消耗品監視装置は、溶接時の電流と電圧とワイヤ送給量とアーク発生回数とアーク発生時間と溶接異常回数および非溶接中のワイヤ送給量の計測値にそれぞれ異なる係数を乗じ、累積した値を用いて、消耗品の監視を行う。本実施の形態では、監視する消耗品は、後述する溶接トーチ３a先端部の給電チップ２７とする。

図１は、本実施の形態による溶接ロボットシステムの構成を示す図である。本実施の形態による溶接ロボットシステム１０１はロボット制御装置１と、溶接ロボット３と、溶接トーチ３ａと、溶接機４と、ワイヤ送給装置５と、入出力端末６とを備える。
図２は、溶接ロボット３先端部に取り付けられた、溶接トーチ３ａの先端部における給電チップ２７の断面図を示す。給電チップ２７内には、溶接ワイヤ２８が挿通しており、給電点２９にて、溶接ワイヤ２８と給電チップ２７は接触している。

溶接ロボット３は、複数軸を備える多関節マニピュレータであり、減速機を介してモータにより駆動される。モータはエンコーダを有し、各軸の回転角度を検出することができる。また、溶接ロボット３の先端部には、溶接トーチ３ａが取り付けられており、溶接トーチ３ａ先端部には給電チップ２７が取り付けられている。
ワイヤ送給装置５から送給される溶接ワイヤ２８は、溶接トーチ３ａおよび給電チップ２７内を挿通している。溶接機４は溶接トーチ３ａおよびワーク８の間に高電圧を印加しており、給電チップ２７を挿通する溶接ワイヤ２８と、ワーク８の間にアークを発生させる。そのアークによる熱によって、ワーク８と送給された溶接ワイヤ２８が溶融することにより溶接が行われる。

溶接機４は、溶接用の高電圧を溶接トーチ３ａや母材８に印加する電源や、ワイヤ送給装置５による溶接ワイヤ２８の送給を制御するワイヤ送給制御部や、ロボット制御装置１から送信される溶接条件に応じて、溶接電源を制御する溶接制御部等を備えている。溶接制御部は溶接状態を監視し、アークが発生している間、消耗因子計測部２１にアーク発生信号を出力する。また、アーク切れや、溶着等の溶接不良が発生した際にも、溶接不良発生信号を消耗因子計測部２１に出力する。
また、ワイヤ送給装置５には、ワイヤの送給量を監視するワイヤ監視ユニット５ａを有する。ワイヤ監視ユニット５ａはエンコーダを有し、送給されたワイヤの速度や送給量を計測することが可能となっている。

入出力端末６は、例えばティーチペンダント等の、溶接ロボット３のティーチングや、再生動作時の確認等に使用される端末であり、ディスプレイ等の出力装置やボタン等の入力装置等を有している。入出力端末６は、入力装置から入力された操作によって、対応する情報等をロボット制御装置１に通知する。このとき通知される情報は、例えばロボットの手動操作の際の動作方向や速度、作業プログラムの編集や記憶等の情報である。また、このように通知された操作に応じた情報を、ディスプレイ等の出力装置に表示する。このとき、ディスプレイ等に出力する情報は、例えば、手動操作時の各軸角度の情報や、編集後の作業プログラムの内容である。なお、入出力端末６からロボット制御装置１に入力された信号等は、図示しない経路を介して実行部１２や溶接制御部１４に入出力されてもよく、消耗品監視装置２内の、消耗度算出部２２や、交換時期出力部２４等に入出力されてもよい。例えば、消耗品監視装置２から出力される情報を受け取り、ディスプレイに表示したり、音声出力を行ったりしてもよい。消耗品監視装置２から出力される情報とは、後述する給電チップ２７の交換時期や給電チップ交換指令、消耗度であってもよい。

ロボット制御装置１は、教示情報記憶部１１と、実行部１２と、サーボ制御部１３と、溶接制御部１４と、消耗品監視装置２とを備える。

教示情報記憶部１１では、作業プログラムにおける各軸角度や速度を含んだ移動命令および溶接開始、溶接終了命令を含んだ教示情報と後述する消耗度関連情報が記憶される。教示情報には、前述したように移動命令が含まれており、溶接ロボット３の各軸モータにおける回転位置や、回転速度、溶接ロボット３の先端位置を示す座標情報等の位置情報が含まれている。また、溶接開始、溶接終了命令には、溶接機４に通知する電流・電圧の各指令値や、溶接制御方法を示す溶接パラメータ値等の溶接情報が含まれている。
消耗度関連情報には、どの消耗因子を計測するかの情報と、消耗因子ごとの係数と、後述する交換時期の推定に用いる回帰分析手法の種別と、消耗度の閾値が含まれている。消耗度関連情報は、教示情報とは別に持っていてもよいし、教示情報に含まれていてもよい。教示情報および消耗度関連情報は教示情報記憶部内に保有する、またはロボット制御装置１内で共通に使用する、半導体メモリや磁気ディスク等で実現される。

実行部１２は、前記教示情報や、入出力端末６から通知される信号に応じて、溶接ロボット３の各軸モータに対する回転位置の位置指令や速度指令を生成する。これらの指令はサーボ制御部１３に出力されてもよい。また、実行部１２は、前記教示情報や、入出力端末６からの信号を解釈し、溶接制御部１４に対して溶接の開始や終了等の指令を出力する。その指令には、溶接電流や溶接電圧等の溶接パラメータが含まれ、溶接法や、制御方法等の溶接に関連するパラメータを含んでいてもよい。また、実行部１２は、前記溶接の開始や終了等の指令の際に、前記消耗度関連情報を参照し、消耗因子の計測の開始、終了を、図示しない経路で消耗因子計測部２１に通知してもよい。

サーボ制御部１３は、実行部１２から通知される、溶接ロボット３の各軸モータに対する回転位置の位置指令や速度指令を受け取り、各軸モータの駆動を制御する。また、溶接ロボット３の各軸モータのエンコーダから現在位置等の情報を受け取り、各軸モータの回転位置や速度が、実行部１２から受け取った指令が示す位置や速度となるようにフィードバック制御を行う。

溶接制御部１４は、実行部１２から受け取った溶接開始や終了の指令を受けとり、溶接機４に対して、溶接電流や溶接電圧等の出力指令を通知する。

消耗品監視装置２は、消耗因子計測部２１と、消耗度算出部２２と、交換時期出力部２４とを備える。なお、この消耗品監視装置２はロボット制御装置１に内蔵されてもよく、外部に通信可能に接続されていてもよく、溶接機４に内蔵されていてもよい。

ここで、消耗因子計測部２１を説明する前に、消耗因子の説明を行う。本発明における消耗因子とは、アーク溶接における電流値、電圧値、ワイヤ送給量、アーク発生時間、アーク発生回数、溶接不良発生回数および非アーク溶接中のワイヤ送給量の少なくとも１つを含む。次に、これらの各消耗因子がどのように給電チップ２７の消耗に関わるかを説明する。まず、給電チップ２７の大きな摩耗の要因は、アーク発生時の給電チップ２７と溶接ワイヤ２８間の発熱である。溶接機４から溶接電圧が印加されると、給電チップ２７を通じ、給電点２９にて溶接ワイヤ２８に電圧が印加される。このとき、接触部２９には少なからず抵抗があり、電圧が印加される際に電流が流れ、その際熱エネルギーが発生する。給電チップ２７と溶接ワイヤ２８間の発熱はこのように発生する。
給電チップ２７は、一般的に導電率の高い銅等の金属製の材質が使用され、給電時の発熱により、熱変質、または熱変形が発生する。熱変質が発生すると、給電チップ２７の導電率が発生し、給電点２９の抵抗値が大きくなる恐れがあり、結果として発熱量は増加する。熱変形が発生すると、給電点２９が変動するため、給電点２９とワーク８までのワイヤ突出し長さが変化する。ワイヤ突出し長さが変化すると、アーク発生時の電圧が増加または現象することになり、均一な給電が阻害され、溶接品質の低下要因となる。
このように、給電チップ２７における発熱は給電チップ２７の変質や変形等の消耗を引き起こし、その発熱に寄与する大きな要因が溶接電流及び溶接電圧である。

ワイヤの送給量も給電チップ２７の消耗の一つの要因となる。アーク溶接中の溶接電流は、主にワイヤ送給量によって変動するため、アーク溶接中のワイヤ送給量の増減は、発熱の増減となる。また、溶接ワイヤ２８と給電チップ２７間の摩擦も変形の要因となる。摩擦によって、給電チップ２７の先端部の形状が変化すれば、給電点も移動する。前述のように、給電点２９の変化は溶接品質の低下要因となるため、ワイヤの送給量が多ければ、給電チップ２７の消耗量が大きいといえる。
また、溶接期間中のワイヤ送給以外でも、ワイヤの送給は行われる。例えば、溶接終了時に、ワイヤカッター等で溶接ワイヤ２８の先端部を切断することで、溶接ワイヤ２８の先端部の形状を均一に保ち、アーク発生の安定性を高めるような処理を行うことがある。この場合、溶接終了時にもある程度の長さを送給し、その後溶接ワイヤ２８を切断する。このように、非溶接中以外のワイヤ送給においても、摩擦による給電チップ２７の消耗が発生するため、非溶接中においてもワイヤの送給は給電チップ２７の消耗の要因となる。

また、アーク発生時間は、すなわち発熱が加わる累積時間と同義であり、給電チップ２７の消耗を示す指針となる。また、溶接開始時のみ溶接電流を大きく上げる制御が一般的に用いられていることから、アーク発生時間が同じでも、アーク発生回数が多い方が発熱は大きくなり、給電チップ２７の消耗が早いとされる。
溶接不良回数においても、給電チップ２７の消耗要因となる。例えばアーク切れの溶接不良に関しては、アーク切れが発生するたびに前記の溶接開始時の制御が行われ、結果として導通する溶接電流が大きくなり、発熱が大きくなる。また、溶接ワイヤ２８溶着の不良に関しては、溶着を解除するために、一時的に溶接電圧を大きく引き上げる処理が一般的に行われている。そのため、より発熱も大きくなるため、給電チップ２７の消耗も大きなものとなる。
このように、様々な要因により、給電チップ２７の消耗は進行し、その要因ごとに消耗の進行度合いも異なる。

消耗因子計測部２１は、前記の消耗因子のそれぞれの値を計測し、予め定められた計測期間ごとに計測値を消耗因子計測部内のバッファに保存する。溶接電流および溶接電圧は、溶接トーチ３ａとワーク８との間の電流、電圧を予め定められたサンプリング間隔で取得し、その取得した値の瞬時値、または計測期間内の平均値、または計測期間内における中間値を取得し、計測値として使用する。溶接時のワイヤ送給量および非溶接時のワイヤ送給量は、ワイヤ送給装置５に取り付けられているワイヤ監視ユニット５ａのエンコーダの値を予め定められたサンプリング間隔で取得し、その変位量から送給長さを算出する。算出された送給長さに、使用しているワイヤの比重を乗じることにより、送給量が計算される。この送給量の計測期間内における累積量を計測値とする。アーク発生回数は、計測期間内における溶接機４からアーク発生成功信号が出力された回数を計測値とする。アーク発生時間は、計測期間内において、溶接機４からのアーク発生信号が出力されている時間を計測する。溶接不良回数は、計測期間内における、溶接機４からの溶接不良発生信号が通知された回数を計測値とする。また、このとき溶接不良ごとに異なる信号が出力された場合、溶接不良の種類ごとに回数を計測してもよい。
なお、消耗因子計測部２１は教示情報記憶部１１に記憶されている消耗度関連情報から、どの消耗因子を計測するかの情報を取得し、指定された消耗因子のみの計測を行ってもよい。また、実行部１２、または入出力端末６から図示されない経路で通知される情報に基づいて計測を行ってよい。例えば、電流、電圧等の溶接中に取得する消耗因子においては、実行部１２から溶接開始の通知を受け取ってから計測を開始してもよいし、常に取得してもよい。また、一時的に給電チップ２７を取り外す等、給電チップ２７の消耗に起因しない動作を行う場合は、入出力端末６に計測停止の入力を行い、入出力端末６から計測停止の通知を受け取ることで、計測を停止してもよい。
また、消耗因子計測部２１が内部のバッファに計測値を保存した際に、消耗度算出部２２に、計測完了の通知を行ってもよい。また、計測値はリングバッファ等の複数記憶できる領域に計測期間ごとに記憶していってもよく、あらかじめ指定した数の計測値が溜まってから通知してもよい。
また、この計測期間は、予め定めた一定時間でも良いし、例えば実行部１２から通知される溶接開始、終了の期間でも良い。また、消耗因子ごとに別に計測期間を定めてもよい。

消耗度算出部２２は、一定時間ごと、または、消耗因子計測部２１から計測完了の通知を受け取った際に消耗度を算出する。本発明における消耗度とは、取得された計測値に、消耗度関連情報内の消耗因子ごとの係数を乗じ、累積した値とする。この消耗度を算出する例を、図３に記載する。同一の消耗因子に対して、計測値が複数存在する場合は、まとめて取得した計測値の平均値や中間値を消耗度の算出に使用してもいいし、別々に使用してもよい。
消耗度は、消耗度算出部２２内のバッファに保持され、すでに保持されている消耗度があった場合、直近の消耗度に新たに算出した消耗度を加算し、現在の日時または計測値に付与されている日時情報を付与し、消耗度として保持する。消耗度算出部２２内のバッファは、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、磁気ディスク等の記憶媒体にて実現される。
また、消耗度の算出を完了した際には、交換時期算出部２４に消耗度算出完了の通知を行ってもよい。また、入出力端末６から通知される任意のタイミングで、バッファ内の消耗度をクリアしてもよい。例えば、給電チップ２７の交換を完了した際に、交換完了を入出力端末６に入力した場合、交換時期算出部２４内の消耗度をクリアするなど行ってもよい。

交換時期算出部２３は、所定のタイミングにおいて、消耗度演算部２２で保存された最新のＮ個の消耗度と、消耗度関連情報に記憶されている消耗度の閾値を取得する。所定のタイミングとは、予め定められた時間ごと、または、消耗度算出部２２から、消耗度算出完了の通知を受け取るごとのいずれかとする。また、Ｎは２以上の整数であり、保存されている消耗度の全ての個数でもよいし、使用者が任意に設定した個数でもよい。
消耗度を取得すると、取得したＮ個の消耗度の内、最新の値を取り出し、消耗度の閾値と比較を行う。このとき、消耗度が、消耗度の閾値以上の場合、交換時期出力部２４に給電チップ交換指令を出力する。
前記比較において、最新の消耗度が、消耗度の閾値よりも小さい場合、取得したＮ個の消耗度を用いて、図４および図５で示すように回帰分析を行い、消耗度の変化推移を、回帰直線または回帰曲線の近似式として算出する。このとき、Ｎは２以上の整数とする。その後、図４および図５における、消耗度閾値、近似直線または近似曲線との交点を、消耗度が前記閾値に達する日時を推定し、その消耗度情報を交換時期出力部２４に出力してもよい。なお、ここで出力する消耗度情報は、消耗度が閾値に達する日時または、算出に用いた最新のＮ個の消耗度または、回帰直線および回帰曲線の近似式のいずれかを含んでいてもよい。
また、このとき、回帰分析の手法は、直線回帰と曲線回帰のいずれか一方ではなく、両方であってもよい。交換時期出力部２４に出力する、消耗度が閾値に達する日時も、近似直線で算出した日時と近似曲線で算出した日時のいずれか一方ではなく、両方であってもよい。また、この消耗度情報は、前記の給電チップ交換指令に付与してもよい。
また、回帰分析の手法においても、直線回帰と曲線回帰だけではなく、公知である多変量解析手法のいずれかの手法を用いてもよく、どの分析手法を用いるかの情報は、消耗度関連情報から取得してもよい。

交換時期出力部２４は、交換時期算出部２３から給電チップ交換指令を受け取った場合、入出力端末６や、図示しない給電チップ２７の自動交換機に対して給電チップ２７の交換に関する情報を出力する。
交換時期算出部２３から消耗度情報を受け取った場合は、消耗度情報から、予測交換日時と、現在日時からの日数および時間とのどちらか、または両方を出力してもよい。また、交換時期出力部２４が上記のいずれかの出力を行う際に、現在の消耗度と、上記の回帰分析において、どの手法を使用したかを出力してもよく、図４および図５に示すように、変化推移のグラフ情報を出力してもよく、算出した近似式を出力してもよい。また、消耗度が０から現在の値になるまでにかかった時間を示してもよい。
交換時期出力部２４が出力する各情報は、入出力端末６のディスプレイや、ＬＣＤや７ＳｅｇＬＥＤに表示してもよく、音声等で交換時期を出力してもよい。また、給電チップ２７の自動交換機を有している場合において、給電チップ交換指令を受け取った場合は、即座に自動交換機に、給電チップ交換信号を出力してもよい。消耗度情報に予測交換日時が含まれていた場合、その日時を交換時期出力２４内のバッファに保持し、現在日時が予測交換日時を超えた、またはあらかじめ定められた一定期間より近くなった時点で、入出力端末６のディスプレイに交換を促す表示を行ってもよいし、自動交換機に給電チップ交換信号を出力してもよい。なお、交換時期出力２４内のバッファは、フラッシュメモリや磁気ディスク等の不揮発性の記憶媒体であることが望ましいが、そうでなくてもよい。

なお、上記で示した制御装置１、および消耗品監視装置２内の各部のバッファは、装置内の共通のメモリを使用してもよいし、別々に保持していてもよい。

ここで、消耗品監視装置２における処理の流れの一例を説明する。まず、消耗因子計測部２１の処理の流れを、図６を用いて使用する。なお、消耗品監視装置２以外のロボット制御装置１については、一般的に公知な技術として説明を省略する。また、交換時期出力部２４についても、交換時期算出部２３から取得した情報に対応する出力を行うのみであり、前述の通りのため詳細な処理の説明は省略する。

（ステップＳ１）消耗因子計測部２１は動作を開始すると、教示情報部記憶部１１に保存された消耗度関連情報を取得し、その情報から、どの消耗因子が計測対象かを取得する。なお、この動作開始のタイミングは電源起動時でもよいし、入出力端末６から計測指令が入力されたタイミングでもよいし、実行部１２から溶接開始が通知されたタイミングでもよい。

（ステップＳ２）取得対象となる消耗因子が存在するかどうかを確認する。取得対象の消耗因子が存在しなければ、ステップＳ１に戻り、取得対象が指定されるまで計測を行わない。

（ステップＳ３）取得対象が存在した場合、消耗因子の計測を開始する。前段で示した消耗因子の計測方法によって、値を計測する。例えば、電流の場合は、50msec毎に溶接中の電流の値をサンプリングする。

（ステップＳ４）消耗因子の計測が完了したかどうかを判断する。本実施例では、一定時間値を取得し続けることを前提としており、所定の時間経過したら、計測が完了したと判断する。計測が完了していないと判断した場合、ステップＳ３に戻り、消耗因子の計測を続ける。例えば、サンプリング間隔５０ｍｓｅｃで１秒間電流を取得し続けるといった動作を行う。このとき、本実施例においては、サンプリングした電流は、それぞれ異なる領域に保存され、計測が完了するまで値を保持する。

（ステップＳ５）計測が完了した場合、計測結果を保存する。このとき、各消耗因子の計測値から一つの代表値を取得してもよい。代表値とは、例えば、平均値や、中間値とする。例えば、１秒間取得し続けた電流値の平均値を代表値として用いてもよい。

（ステップＳ６）計測を完了した場合、消耗度算出部２２に計測完了の通知を行ってもよい。その後、ステップＳ１の処理に戻り、次の計測を行う。
また、この時動作を終了し、次の計測開始の指令が来るまで計測を行わなくてもよい。

続いて、消耗度算出部２２の処理の流れを、図７を用いて説明する。
（ステップＳ７）消耗度算出部２２は起動すると、消耗因子計測部２１の計測完了まで待機する。計測完了と判定する条件は、消耗因子計測部２１から計測完了の通知を受けることでもよい。

（ステップＳ８）計測完了と判断した場合、消耗因子計測部２１が保存した計測値を取得する。このとき、消耗因子計測部２１の計測部が記憶されているバッファにおいて、読み出した値をクリアしてもよく、クリアしたことを消耗因子計測部２１に通知してもよい。

（ステップＳ９）消耗度関連情報から、消耗因子ごとの係数を取得する。

（ステップＳ１０）消耗度を算出する。取得した消耗因子ごとの計測値と係数をそれぞれ乗じ、すべての値を累積する。この結果を、消耗因子計測部２１が計測した時間内における消耗度とする。

（ステップＳ１１）消耗度算出部２１内のバッファから、過去に算出した消耗度を読み出し、値が存在しなければ、そのまま値を保存する。過去に算出した消耗度が存在すれば、その値を読出し、新たに算出した消耗度を加算してバッファに追加で保存する。なお、このときに日時情報を消耗度に付与して保存してもよく、その日時情報は消耗因子計測部２１が計測完了した時間でもよく、図示しないカレンダーや時計部から取得された現在日時でもよい。

（ステップＳ１２）消耗度の保存が完了した場合、交換時期算出部２３に、消耗度保存完了通知を通知してもよい。その後、ステップＳ７に戻り、処理を継続する。

続いて、交換時期算出部２３の処理を、図８を用いて説明する。
（ステップＳ１３）消耗度算出部２２から消耗度の保存が完了するまで待機する。消耗度の保存が完了したと判断する条件は、保存完了通知を受け取ることでもよい。

（ステップＳ１４）最新のＮ個の消耗度を取得する。Ｎは２以上の整数であり、以前給電チップ２７を交換してから計測した消耗度の値の数でもよいし、過去取得したすべての消耗度の数でもよいし、使用者によって任意に定められた数でもよい。

（ステップＳ１５）消耗度関連情報から、消耗度の閾値を取得する。このとき、閾値が特に設定されていない場合は、取得しないでもよい。また、閾値は一つだけでなくてもよく、複数設けてもよい。例えば、第一の閾値と、第一の閾値より大きい値に設定された第二の閾値とを設け、第一の閾値のみを超過した場合は給電チップ２７の交換を促す画面表示するのみとし、第二の閾値を超過した場合は交換指令を即座に通知する等、閾値超過における警告レベルを分けたものでも良い。

（ステップＳ１６）取得した閾値と最新の消耗度を比較する。

（ステップＳ１７）消耗度が閾値を超えていた場合、交換時期出力部２４に給電チップ交換指令を出力する。このとき、通知する交換指令に、読み出した消耗度も含めてもよい。その後、ステップＳ１３に戻り、次の通知を待つ。

（ステップＳ１８）消耗度が閾値を超えていない場合、読み出した消耗度に対し、回帰分析を行い、消耗度の増加推移を算出する。このとき、回帰分析は直線回帰でもよく、曲線回帰でもよい。また、過去Ｎ個分の全ての消耗度を使わなくてもよい。例えば、過去Ｎ個よりも少ない個数Ｍだけを使用したり、外れ値等を除いた有意な値のみ使用したりしてもよい。そして、消耗度の増加推移に対して、閾値に達するまでの期間を算出する。このとき算出する期間は、閾値を超えるまでの日数、時間のいずれかでもよい。また、前期の日数と時間を、最新の消耗度の取得日時に加算し、閾値に達する日時情報を取得してもよい。

（ステップＳ１９）ステップＳ１９で行った回帰分析による結果を消耗度情報として交換時期出力部２４に出力する。消耗度情報は、消耗度の増加推移を示す、回帰直線および回帰曲線の計算式、または閾値を超えるまでの日数および時間、または閾値を超える日時情報の少なくとも一つを含んでいてもよい。

以上のように、本実施形態による消耗品監視装置２によれば、給電チップ２７における消耗に寄与する各溶接現象において、どれだけ消耗を進行させたかという数値で計測し、また、その消耗の進行の速さも、過去の実績に基づいて算出することができる。そのため、例えば給電チップ２７の交換時期を、アークオン時間やアーク発生回数、ワイヤ送給量の累積値のみで判断するよりも、より正確に判断することが可能となる。その結果、消耗品監視装置２が出力する交換情報を用いることによって、給電チップ２７の交換を適時に行うことができるようになり、給電チップ２７が消耗するより前に交換してしまい、コストの増加や、給電チップ２７が消耗したまま溶接を行い、溶接品質が低下することによる検査時間や歩留まりの増加を防ぐことが可能となる。
また、交換時期を推定できるため、保守部品として備蓄している給電チップ２７の補充も計画的に行うことができ、不必要に大量に買ったり、足りなくなったりすることも防止できる。

なお、本実施の形態では、給電チップ２７が一つの場合を想定しているが、複数電極を用いた溶接の場合のように、複数の給電チップを有していてもよい。この場合、消耗度を主電極と副電極でそれぞれ設けていてもよいし、算出するための係数も主電極用と副電極用に設けていてもよい。

なお、本実施の形態では、交換を行う消耗品が、消耗電極を用いる際に使用される給電チップである場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、ＴＩＧ溶接などに使用されるタングステン電極のような、非消耗電極を用いた溶接における非消耗電極であってもよい。この場合、ワイヤを送給することはないので、消耗因子計測における、ワイヤ送給量の消耗因子を計測せず、また、消耗因子に乗じる係数も０にしておけばよい。また、ＴＩＧ溶接におけるアークスタートの手法として、非消耗電極先端をワークに接触させてアークスタートを行う、リフトスタートと呼ばれる手法や、電極とワークを離した状態でアークスタートを行う通常のアークスタートの２種類が存在する。これら２種類のアークスタート方法では、アークスタート時に導通する電流および印加される電圧に違いが生じるため、結果的に非消耗電極の発熱による消耗の違いに寄与する。そのため、アーク発生回数を、リフトスタート回数、通常アーク発生回数の２種類に分けて計測してもよい。また、消耗電極でも同様に、アークスタート時に溶接ワイヤをワークに接触させた状態から引き上げてスタートさせるタッチスタートと、溶接ワイヤとワークを話した状態でアークスタートさせる通常アークスタートの２種類が存在する。こちらも同様に、アークスタート時に導通する電流と印加される電圧に違いが生じるため、給電チップ２７の消耗に違いが生じる。そのため、消耗電極の場合でも、アーク発生回数を２種類に分けて計測してもよいものとする。

また、交換を行う消耗品は、電極である必要もなく、ワイヤの送給経路に使用している部品でもよい。例えば、非図示のワイヤリールから、送給装置５まで溶接ワイヤを挿通された状態で接続されている非図示のコンジットケーブルや、送給装置５に使用する非図示の送給ローラーや、送給装置５から溶接トーチ３ａまで溶接ワイヤを挿通された状態で接続されているパワーケーブル７等でもよい。これら消耗品は、溶接中、非溶接中にかかわらず、ワイヤの送給量のみに起因して消耗する。そのため、ワイヤ送給量の消耗因子のみ計測し、ワイヤ送給量以外の消耗因子は計測せず、係数も０としてもよい。

また、上記で示した各消耗品の消耗度計測は、どれか一つだけ設定してもよいし、それぞれ異なった消耗度として同時に計測してもよい。

以上より、本発明による消耗品監視装置によれば、消耗品の交換を適時に行うための情報を出力できるという効果が得られ、例えば、ロボット制御装置が有する装置などとして有用である。

１０１ 溶接ロボットシステム
１ ロボット制御装置
２ 消耗品監視装置
３ 溶接ロボット
３ａ 溶接トーチ
４ 溶接機
５ 送給装置
５ａ 送給速度計測ユニット
６ 入手力端末
７ パワーケーブル
１１ 教示情報記憶部
１２ 実行部
１３ サーボ制御部
１４ 溶接制御部
２１ 消耗因子計測部
２２ 消耗度算出部
２３ 交換時期算出部
２４ 交換時期出力部

Claims (5)

1. アーク溶接装置の消耗品の交換時期を監視する消耗品監視装置において、
   前記消耗品の消耗因子の値を計測する消耗因子計測部と、
   前記消耗因子の計測値に基づいて前記消耗品の消耗度を算出する消耗度算出部と、
   前記消耗度の累積値が予め定めた閾値に達するまでの期間を推定し、前記消耗品の交換時期を算出する交換時期算出部と、
   算出した交換時期を外部に出力する交換時期出力部と、
   を備えた消耗品監視装置。
2. 前記消耗因子は、アーク溶接中の電流値、電圧値、ワイヤ送給量、アーク発生時間、アーク発生回数、溶接不良発生回数および非アーク溶接中のワイヤ送給量の少なくとも１つを含む、請求項１記載の消耗品監視装置。
3. 前記消耗度は、前記消耗因子ごとにあらかじめ設定された係数を乗じることで算出される、請求項１または請求項２に記載の消耗品監視装置。
4. 前記交換時期算出部は、過去に記録された前記消耗度に基づいて、前記閾値に達するまでの期間を推定する、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の消耗品監視装置。
5. 前記消耗品は、溶接用の給電チップである、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の消耗品監視装置。

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