JP4163581B2 - スポット溶接用電極の良否判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接用電極の先端の良否を判定して、溶接不良の発生を未然に防止するスポット溶接用電極の良否判定装置に関する。

スポット溶接は、電極を溶接対象物に加圧して溶接電流を流すため、連続して行われる溶接作業により電極の先端に平坦部が形成され、この平坦部は次第に拡大されていく。この様な状態のまま溶接作業を続けると、電流密度が低下して所定のジュール発熱を得ることができず、その結果として溶接不良が発生する。このような不具合を未然に防止するためにスポット溶接においては、電極の先端を所望の曲面形状にするべく定期的に研磨している。

電極の研磨作業は、擂鉢状の凹部にカッターを配設したホルダを回転させる研磨装置を使用し、擂鉢状の凹部にスポット溶接用電極を押し当てた状態でホルダを回転させて電極の先端を研磨するなどの方法が用いられている。（例えば、特許文献１参照。）

一方、研磨後には、何らかの方法で電極の研磨状態の良否を判定する必要がある。従来より、研磨状態の良否を自動的に判定する装置として、基準穴に電極先端部を嵌め込み、その穴からの電極の突出量をリミットスイッチで検出することにより先端部が所定の曲率を形成していることを判定する装置が知られている（特許文献２参照）。しかし、このようなリミットスイッチによる検出では、電極先端部に溶接対象物の酸化物が付着している場合などは適正な良否判定ができず、判定結果に誤りが生じるという問題があった。

近年ではこれらの問題点を克服すべく、電極先端部に検査光線を照射し、その反射光量を計測して、その計測値によって研磨状態の良否を判定するスポット溶接用電極の研磨良否検査装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）
特開２００２−２９２４７２号公報 実開平５−２４１７５号公報 特開２００２−２７３５７５号公報

特許文献３に開示されている研磨良否検査装置によると、研磨後の電極先端部からの反射光量により研磨状態の良否を判定するので、誤判定のおそれもなく、適正に研磨状態の良否を判定できる。

しかしながら、特許文献３に開示されている研磨良否検査装置では、精密部品である光センサユニットを位置決めハウジングの外部からの操作により、位置決めハウジングの内部において移動可能に構成されているので、その構造が複雑となるとともに、光センサユニットが損傷を受けるおそれもある。また、位置決めハウジングの内部において光センサユニットを摺動させ、対向する一対の着座部の間に光センサユニットの検査部を進入させるため、検査部と着座部の間に所定のクリアランスを確保する必要があり、着座部の対向間隔が増大する傾向にある。着座部の対向間隔が増大すると、検査部と着座部の間隔も増大し、その結果、電極検査時において、検査部に対して着座部に着座させた電極の位置が遠ざかる。そうすると、電極先端部からの反射光の計測精度が低下するおそれも生じる。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、構造の簡略化と光センサユニットの耐久性向上とを図るとともに、高精度なスポット溶接用電極の良否判定装置を提供することを課題とする。

本発明によると、ハウジングと、電極の先端を当接させる凹状の一対の着座部と、当該着座部の中心に形成された開口部と、所定の反射特性を有する基準反射部材と、電極の先端面および基準反射部材に光線を照射するとともに電極および基準反射部材からの反射光を検出する光センサユニットと、当該光センサユニットで検出した反射光の反射光量に基づき電極の良否を判定する良否判定手段とを有するスポット溶接用電極の良否判定装置であって、上記光センサユニットは上記ハウジングの内部に固設され、上記基準反射部材は上記ハウジングの外部に設けられるとともに移動手段によって上記開口部に臨む第１位置と上記開口部から離れる第２位置との間で移動可能であることを特徴とする、スポット溶接用電極の良否判定装置が提供される。

このような構成のスポット溶接用電極の良否判定装置を用いると、光センサユニットはハウジングの内部に固設されており、移動させる必要がないので損傷を受け難く、耐久性が向上する。そして、移動手段をハウジングの外部に設けたので、ハウジングの内外に跨る連結が不要となり、ハウジングの構造を簡略化できるとともに、装置全体の製造コストを低減できる。また、光センサユニットを対向する一対の着座部の間に固定的に設けることにより、光センサユニットが移動可能に構成されている場合と比べて着座部同士を近接させることが可能となり、電極の良否判定においても高精度な判定結果を得られる。

好ましくは、上記基準反射部材は、上記ハウジングの長手方向に沿って摺動する摺動体に取付けられており、上記移動手段は、当該摺動体を摺動させるように構成されている。

このような構成によると、移動手段は、基準反射部材が取付けられた摺動体をハウジングの長手方向に沿って摺動させるように構成されているので、移動手段にかかる占有スペースを小型化でき、その結果として装置全体を小型化できる。

好ましくは、上記移動手段は、回動軸心を中心に回動可能な回動手段であるとともに、上記基準反射部材が上記回動手段の回動動作にともない上記着座部の形成された窪んだ領域に入り込み可能に構成されている。

このような構成によると、基準反射部材はハウジングの外周面よりも内側に入り込み、光センサユニットに近接するので、基準反射部材からの反射光の計測精度を高めることができる。

好ましくは、上記基準反射部材からの反射光量に基づく第１閾値と、上記電極からの反射光量に基づく電極の種類毎に固有の第２閾値があらかじめ設定されている。

このような構成によると、基準反射部材からの反射光量に基づく１種類の第１閾値があらかじめ設定されていることにより、良否判定装置の使用に伴う光センサユニットおよびその他の光量計測にかかる部品の経時劣化に対応した閾値の再設定が可能となり、光センサユニットおよびその他の光量計測にかかる部品の長寿命化を図ることができる。さらに、電極からの反射光量に基づくとともに溶接ガンの形式毎および電極の種類毎に異なった複数の第２閾値が設定されていることにより、電極の種類毎に研磨状態の良否判定を行えるので、良否判定装置の汎用性を高めることができる。

好ましくは、上記摺動体は、上記第１位置において上記着座部を覆う防塵カバーの形態である。

このような構成によると、摺動体が第１位置に配置されているときには、摺動体は着座部を覆う防塵カバーとして機能するので、塵・埃などの異物が外部から侵入して着座部や基準反射部材に付着するなどの不具合を効果的に防止することができる。

本発明の第１の実施形態について、図１〜図６を参照しつつ具体的に説明する。図１に示すように、本発明の第１の実施形態にかかるスポット溶接用電極の良否判定装置１は、ハウジング１０、光センサユニット２０、光源３０、良否判定手段４０、移動手段５０を備えている。

図１〜図３に示すように、ハウジング１０は、外形が四角柱状で円柱状の中空部分を有する筒状に形成され、その先端側には中心に開口部１３，１４が形成された上下方向に一対の擂鉢状の着座部１１，１２が配設されている。光センサユニット２０は、ハウジング１０の長手方向の軸心に沿う姿勢にて当該ハウジング１０の内部に固定されているとともに、一対のセンサ部２１，２２と光ファイバーケーブル２３を備えている。両センサ部２１，２２は、それぞれ開口部１３，１４に向けて光線を発する発光部２４と、電極などで反射した反射光を受ける受光部２５より構成されている（図３参照）。発光部２４および受光部２５は、光ファイバーケーブル２３を通じて、それぞれ光源３０および良否判定手段４０に接続されている。

図４に示すように、良否判定手段４０は、光量計測部４１と、閾値記憶部４２と、良否判定部４３と、表示部４４とを備えている。光量計測部４１においては、光ファイバーケーブル２３を通じて届いた反射光を受光素子にて電気信号に変換して、反射光量を計測できるように構成されている。良否判定部４３においては、閾値記憶部４２にあらかじめ設定・記憶された閾値と、光量計測部４１で得られた反射光量との関係より、電極の研磨状態の良否判定を行うように構成されている。そして、良否判定部４３で得られた判定結果は表示部４４に表示され、作業者により外部から判定結果が識別できるように構成されている。

図１および図５に示すように、移動手段５０は、駆動源としてのアクチュエータ５１、ハウジング１０の長手方向に沿って摺動する摺動体５４を備えている。アクチュエータ５１は、摺動体５４を図１に示す前進位置（第１位置）と図５に示す後退位置（第２位置）とに進退移動させるもので、例えばハウジング１０の上部に固設されるエアシリンダ５２、エアシリンダ５２より出入するピストンロッド５３で構成され、ピストンロッド５３の先端は摺動体５４と連結されている。摺動体５４は、正面視コの字状をなしており、ハウジング１０の外周面を包囲するように形成されるとともにハウジング１０の長手方向に沿って摺動可能に構成されている。また、摺動体５４には、基準反射部材としての一対の原点ピン５７，５８が着脱可能に止着されており、摺動体５４が前進位置にシフトした際に、原点ピン５７，５８の中心が開口部１３，１４の中心に略一致し、センサ部２１，２２から発せられた光線が開口部１３，１４を通じて原点ピン５７，５８に照射できるように構成されている。本実施形態において、摺動体５４は着座部１１，１２を覆う防塵カバーの形態であるとともに、良否判定装置１を使用しないときには、摺動体５４は前進位置に配置されている。これより、塵・埃などの異物が外部から摺動体５４の内側に侵入して着座部１１，１２および原点ピン５７，５８に付着することがないので、反射光量の計測値に誤差が生じるおそれもない。

ここで閾値について具体的に説明する。閾値には、原点ピン固有の第１閾値と、電極固有の第２閾値とが設けられている。第１閾値は、摺動体５４を前進位置に配置させた状態にて、原点ピン５７，５８に光線を照射したときに反射する反射光の反射光量に基づいて設定されている。第２閾値は、良好に研磨された一対の電極を着座部１１，１２に着座させた状態にて、電極先端面に光線を照射したときに反射する反射光の反射光量に基づいて設定されている。なお、第１閾値および第２閾値を設定する際には光センサユニット２０や受光素子などの光量計測にかかる部品が新品の状態にて同時期に行うことにより、第１閾値および第２閾値を適正な基準値として扱うことができる。また、第２閾値は、異なる電極の種類毎（溶接ガンの形式別に対応する電極の種類毎）にそれぞれ設定しておくと、判定対象である電極の種類に対応する第２閾値を選択的に使用することによってスポット溶接用電極の良否判定装置１の汎用性を高められ、さらに有益である。

次に、スポット溶接用電極の良否判定装置１を用いた研磨電極の良否判定方法について、具体的に説明する。図１に示すように、摺動体５４はあらかじめ前進位置に配置されている。この状態で両センサ部２１，２２の発光部２４より原点ピン５７，５８の先端面に光線を照射させ、原点ピン５７，５８の先端面で反射した反射光を受光部２５にて受光する（図３参照）。受光部２５で受光した反射光は、光ファイバーケーブル２３を通じて光量計測部４１に送られ、原点ピン５７，５８の反射光量が計測される（図４参照）。

引き続き、図５に示すように、エアシリンダ５２を退避作動させて摺動体５４を後退位置に配置させる。このとき着座部１１，１２は外部に開放されており、電極を着座可能な状態である。そして、ティーチングされたスポット溶接機（図示せず）を作動させて、図６に示すように、電極２，３の先端面の中心が開口部１３，１４の中心に略一致するように電極２，３を着座部１１，１２に着座させる。着座部１１，１２は擂鉢状に形成されているので、先端付近が球状外面をなす異なる種類の電極（例えば、ドーム電極、タンクドーム電極、スマート電極など）に対して幅広く兼用することができる。この状態でセンサ部２１，２２（発光部）より電極２，３の先端面に光線を照射させ、電極２，３の先端面で反射した反射光をセンサ部２１，２２（受光部）にて受光する。センサ部２１，２２で受光した反射光は、光ファイバーケーブル２３を通じて光量計測部４１に送られ、電極２，３の反射光量が計測される。そして、電極２，３の反射光量計測後には、電極２，３を着座部１１，１２から離し、エアシリンダ５２を伸長作動させて摺動体５４を前進位置に移動させる。

こうして光量計測部４１で得られる原点ピン５７，５８および電極２，３の反射光量と、閾値記憶部４２に記憶されている第１閾値および第２閾値との関係より、良否判定部４３において研磨状態の良否を判定する。そして、最終的に、例えば「研磨が良好である」あるいは「研磨が不十分である」といった判定結果を表示部４４に表示させる。なお、表示部４４への表示方法としては、色別のランプの点灯などの方法により２通りの判定結果を識別できる程度に表示させるだけものや、計測した光量をもとに電極の具体的な表面状態（例えば良品、銀皮、茶皮、黒皮などの表面粗さ）を表示させるものなど、目的に応じて種々の形態をとり得る。

本発明における光センサユニット２０はハウジング１０に対して固設されているので、光センサユニット２０が移動可能に構成されている場合と比べて着座部１１，１２を互いに近接させることが可能となり、当該着座部１１，１２に着座させた電極２，３の良否判定においても、高精度な判定結果を得ることができる。また、光センサユニット２０などの繊細な部品を移動させる必要がないので、これらの部品が損傷を受け難く、耐久性も高まる。さらに、移動手段５０を構成する部品はすべてハウジング１０の外部にあるので、ハウジング１０の内外に跨る連結が不要となる点で構造が簡単となり、良否判定装置１の製造コストを低減できる。

一方、受光素子や光センサユニット２０などの光量計測にかかる部品の経時劣化に伴って原点ピン５７，５８の反射光量の計測値が低下した場合においても、反射光量の第１閾値に対する減少率などを考慮して閾値を再設定することにより、当該部品を交換することなく適正に良否判定を継続することができる。さらに、第１閾値の再設定値に基づいて第２閾値を再設定することにより、異なる種類の電極に対しても適正な判定結果を継続して得ることができるので、良否判定装置１の汎用性が高められてコスト的にも有利である。

図７〜図８は、本発明の第２の実施形態にかかるスポット溶接用電極の良否判定装置１’を示す。良否判定装置１’は、ハウジング１０、光センサユニット２０、光源３０、良否判定手段４０、移動手段としての回動手段６０を備えている。

回動手段６０は、駆動源としてのアクチュエータ６１、支軸６４を中心に回動する回動部材６５，６６を備えている。アクチュエータ６１は、回動部材６５，６６を図７に示す閉じ位置（第１位置）と図８に示す開き位置（第２位置）とに回動移動させるもので、例えばエアシリンダ６２、エアシリンダ６２より出入りするピストンロッド６３で構成され、エアシリンダ６２およびピストンロッド６３は、それぞれ回動部材６５，６６の後端に、揺動可能に連結されている。回動部材６５，６６は、ハウジング１０の中心軸線に直交する固定された支軸６４を中心に回動する鋏状をなしており、その先端には図７に示す閉じ位置のときにハウジング１０の外面に当接して回動動作を規制する当接面６５ａ，６６ａが設けられている。同じく回動部材６５，６６の先端には、原点ピン６７，６８が着脱自在に止着されているとともに、回動部材６５，６６が閉じ位置にシフトした際に、原点ピン６７，６８が着座部１１，１２の窪んだ領域に入り込むように構成されている。このとき、原点ピン６７，６８の中心が開口部１３，１４の中心に略一致し、センサ部２１，２２から発せられた光線が開口部１３，１４を通じて原点ピン６７，６８に照射できるように構成されている。

次に、良否判定装置１’の作動方法について説明する。図７に示すように、回動部材６５，６６はあらかじめ閉じ位置に配置されている。この状態でセンサ部２１，２２（発光部）より原点ピン６７，６８の先端面に光線を照射させ、原点ピン６７，６８の先端面で反射した反射光をセンサ部２１，２２（受光部）にて受光する。センサ部２１，２２で受光した反射光が光ファイバーケーブル２３を通じて光量計測部４１に送られ、原点ピン６７，６８の反射光量が計測される。このとき、原点ピン６７，６８の先端面はハウジング１０の外周面よりも内側に入り込み、センサ部２１，２２に近接するので、原点ピン６７，６８からの反射光の計測精度が高まる。電極（図示せず）の反射光量計測の際は、図８に示すように、エアシリンダ６２を伸長作動させて回動部材６５，６６を開き位置に配置させる。そして電極を着座部に着座させ、上述と同様の方法にて電極の反射光量を計測する。電極の反射光量計測後には、電極を着座部から離し、エアシリンダ６２を退避作動させて回動部材６５，６６を閉じ位置に移動させる。その他の構成および研磨電極の良否判定方法については、第１の実施形態のものと同様であるために、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、上記実施形態に示された移動手段５０および回動手段６０は、具体的な構成の一例に過ぎず、他にも種々な構成をとり得る。さらに、良否判定装置１は研磨前の電極の良否判定に用いてもよい。

本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の第１実施形態を示す縦断面側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 （イ）は本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置のセンサ部を示す縦断面側面図、（ロ）は（イ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の良否判定手段を示すブロック図である。 本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の第１実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の第１実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の第２実施形態を示す縦断面側面図である。 本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の第２実施形態を示す縦断面側面図である。

符号の説明

１，１’ 良否判定装置
２，３ 電極
１０ ハウジング
１１，１２ 着座部
１３，１４ 開口部
２０ 光センサユニット
４０ 良否判定手段
５０ 移動手段
５４ 摺動体（防塵カバー）
５７，５８，６７，６８ 原点ピン（基準反射部材）
６０ 回動手段

Claims (5)

1. ハウジングと、電極の先端を当接させる凹状の一対の着座部と、当該着座部の中心に形成された開口部と、所定の反射特性を有する基準反射部材と、電極の先端面および基準反射部材に光線を照射するとともに電極および基準反射部材からの反射光を検出する光センサユニットと、当該光センサユニットで検出した反射光の反射光量に基づき電極の良否を判定する良否判定手段とを有するスポット溶接用電極の良否判定装置であって、上記光センサユニットは上記ハウジングの内部に固設され、上記基準反射部材は上記ハウジングの外部に設けられるとともに移動手段によって上記開口部に臨む第１位置と上記開口部から離れる第２位置との間で移動可能であることを特徴とする、スポット溶接用電極の良否判定装置。
2. 上記基準反射部材は、上記ハウジングの長手方向に沿って摺動する摺動体に取付けられており、上記移動手段は、当該摺動体を摺動させるように構成されている、請求項１に記載のスポット溶接用電極の良否判定装置。
3. 上記移動手段は、回動軸心を中心に回動可能な回動手段であるとともに、上記基準反射部材が上記回動手段の回動動作にともない上記着座部の形成された窪んだ領域に入り込み可能に構成されている、請求項１に記載のスポット溶接用電極の良否判定装置。
4. 上記基準反射部材からの反射光量に基づく第１閾値と、上記電極からの反射光量に基づく電極の種類毎に固有の第２閾値があらかじめ設定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のスポット溶接用電極の良否判定装置。
5. 上記摺動体は、上記第１位置において上記着座部を覆う防塵カバーの形態である、請求項２に記載のスポット溶接用電極の良否判定装置。

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