JP5190296B2 - 内部構造測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブで検出した磁束密度の変化をデータ処理することにより、部材の内部構造を測定することができる内部構造測定装置に関する。

従来、部材の内部構造を測定する装置として磁気センサ内蔵型のプローブを備えた内部構造測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−３００８７９公報（図２）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の技術の基本原理を説明する図であり、（ａ）において、プローブ１００は、内部構造測定装置に用いられる磁気センサ内蔵型プローブである。また、プローブ１００は、重ね合わせた２枚の鋼板１０１、１０２をスポット溶接した後の鋼板１０１の表面に置かれくぼみ１０３の位置を確認する窓１０４を備えている角パイプ状のベース部１０５と、このベース部１０５の上面１０６で弾性体１０７を介して支持されベース部１０５の上端部に上下方向に移動自在に嵌められていると共に下端部１０８に励磁部及び磁気センサを備えている角柱状のセンサ部１０９と、このセンサ部１０９の上部に取り付けられベース部１０５の上端鍔１１１に接触する下端鍔１１２を下端に備えているカバー部１１３と、からなる。

先ず作業者は、窓１０４からくぼみ１０３の位置を目１１４で見て、プローブ１００を位置決めする。次に、カバー部１１３を白抜き矢印のように下げることでセンサ部１０９も白抜き矢印のように下がるので、センサ部１０９の下端１１５が鋼板１０１の表面に接触する。これにより、センサ部１０９の励磁部によって鋼板１０１が磁化され、磁化された鋼板１０１の磁束密度をセンサ部１０９の磁気センサで検出することができる。この検出信号をデータ処理することでナゲット１１６の径を求めることができる。

ところで、特許文献１のプローブ１００を用いて、大量のくぼみ１０３を連続して測定する場合、作業者はカバー部１１３を急激に押し下げることがあるので、弾性体１０７には（ｂ）に示すように衝撃力Ｆ１が作用することがある。この衝撃力Ｆ１が弾性体１０７に作用すると、弾性体１０７はセンサ部１０９に大きな反力Ｒ１を与えるため、プローブ１００が移動することになる。その結果、プローブ１００の中心軸１１７は、（ｃ）に示すようにくぼみ１０３の中心線１１８からＬ１だけずれる。

このようにプローブ１００がくぼみ１０３からずれた位置に置かれた状態でナゲット１１６の径を求めると、適当な測定結果が得られないので測定をやり直す必要がある。このような測定のやり直しは、適当な測定結果が得られるまで実施されるので、作業効率を低下させる虞がある。

そのため、プローブを測定部位に急激に接触させたとしても、測定部位に対してプローブを高精度に位置決めすることができる内部構造測定装置の開発が求められる。

本発明は、プローブを測定部位に急激に接触させたとしても、測定部位に対してプローブを高精度に位置決めすることができる内部構造測定装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで前記測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介してロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、ガイド部材から前方へ突出させたプローブの先端部分とガイド部材との間に緩衝機構が取り付けられ、測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、カメラは、プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、緩衝機構は、ロボットアームの中心軸に平行に且つプローブの近傍に２個以上設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、緩衝機構は、ダンパとばねの組み合わせで構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介してロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、ガイド部材から前方へ突出させたプローブの先端部分とガイド部材との間に、鋼板に対してプローブの接触を垂直に維持する垂直維持手段が設けられ、測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、カメラは、プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで前記測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介してロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、ガイド部材から前方へ突出させたプローブの先端部分とガイド部材との間に緩衝機構が取り付けられ、測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、カメラは、プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されているので、先ず、プローブの先端部分とガイド部材との間に緩衝機構を取り付けることにより、この緩衝機構は、プローブを部材の測定部位に急激に押し当てた場合に発生する衝撃エネルギーを吸収することができ、且つ衝撃エネルギーの吸収及び放出による変位を小さくすることができる。そのため、測定部位からのプローブのずれ量を低減することができるので、測定部位に対してプローブを高精度に位置決めすることができる。

これに対し、特許文献１のプローブは、ベース部とセンサ部との間に弾性体を取り付けたので、センサ部に取り付けたカバー部を急激に押し下げた場合、弾性体は縮むことで衝撃エネルギーを吸収することができる。しかし、弾性体は圧縮状態から衝撃エネルギーを放出しようと伸びるため、変位が大きくなる。そのため、プローブは当初決めた位置から大きく移動することがあるので、測定部位に対してプローブを高精度に位置決めすることが難しくなる。

したがって、本発明に係る内部構造測定装置を用いれば、特許文献１で生じるプローブの位置ずれが大きいという問題点を解決することができる。請求項１によれば、プローブを測定部位に急激に接触させたとしても、測定部位に対してプローブを高精度に位置決めすることができる内部構造測定装置を提供することができる。

請求項２に係る発明では、緩衝機構は、ロボットアームの中心軸に平行に且つプローブの近傍に２個以上設けられている。そのため、プローブを測定部位に急激に接触させたとしても、２個の緩衝機構で衝撃エネルギーを吸収するので、測定部位からのプローブのずれ量をさらに低減することができる。したがって、測定部位に対するプローブの位置決め精度をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明では、緩衝機構は、ダンパとばねの組み合わせで構成されるので、安価な内部構造測定装置を実現することができる。

請求項４に係る発明では、鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介してロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、ガイド部材から前方へ突出させたプローブの先端部分とガイド部材との間に、鋼板に対してプローブの接触を垂直に維持する垂直維持手段が設けられ、測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、カメラは、プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されているので、先ず、プローブの先端部分とガイド部材との間に、部材に対してプローブの接触を垂直に維持する垂直維持手段を設けることにより、プローブを部材に常に垂直に接触させることができる。そのため、プローブにより部材の内部構造を測定するとき、測定データにばらつきが生じることがないので、部材の内部構造を高精度に測定することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。また、以下では部材の内部構造は、重ね合わせた２枚の鋼板をスポット溶接することにより鋼板間に形成されるナゲットを例にして説明する。

図１は本発明に係る内部構造測定装置の構成図であり、内部構造測定装置１０は、床１１に設けられているロボット１２と、このロボット１２のアーム１３の先端に取り付けられているブラケット１４（詳細後述）と、このブラケット１４の中央に緩衝機構２０、２０（詳細後述）を介して取り付けられているプローブ３０（詳細後述）と、ブラケット１４の両端に取り付けられている２眼のカメラ４９、５０（詳細後述）と、ロボット１２とプローブ３０と２眼のカメラ４９、５０とに接続されている制御部７０（詳細後述）と、で構成される。

制御部７０は、ロボット１２にケーブル７１を介して接続されロボット１２を制御するコントロールユニット７２と、２眼のカメラ４９、５０にケーブル７３、７３を介して接続され２眼のカメラ４９、５０からの画像情報に基づいて画像処理を実施するパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと記す。）を用いた画像処理機器７４と、プローブ３０に無線７５を介して接続されプローブ３０からの無線信号を受け取る無線インターフェース７６と、この無線インターフェース７６に接続されスポット溶接によって重ね合わせた２枚の鋼板間に形成されるナゲットの径を計算すると共にナゲット径の評価を表示するパソコンを用いた内部構造評価機器７７と、からなる。

加えて、プローブ３０から制御部７０へ信号を送る通信路の一部としてのプローブ３０から無線インターフェース７６までの通信路は、無線方式にした。プローブ３０にケーブルが接続されていると、ロボット１２のアーム１３を動作させたときに誤って部材にケーブルを接触させてしまうことがある。部材にケーブルが接触すると、ケーブルは損傷するので、プローブ３０から制御部７０への信号伝達が滞る虞がある。この点、本発明ではプローブ３０から制御部へ信号を送る通信路の一部としてのプローブ３０から無線インターフェース７６までの通信路を無線方式にしたので、プローブ３０から制御部７０への信号伝達の安定化を実現することができる。

７８はティーチング用操作盤、７９は車体、８１は台車、８２はレール、８３は台車側爪部材、８４はコンベヤ、８５はコンベヤ側爪部材、９６はメモリ、９７はコントローラである。

図２は図１の２部拡大図であり、２眼のカメラ４９、５０は、車体（図１の符号７９）の鋼板表面８６に向かって２方向から見ることで２つの光軸８７、８８がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点８９になるようにブラケット１４の両端に取り付けられている。また、２眼のカメラ４９、５０の高さＨ１は、ティーチング時に作業者が画像処理機器（図１の符号７４）のディスプレイ（図１の符号９１）で鋼板表面８６を見て決定する高さである。

さらに、カメラ５０は、ブラケット１４の右側に取付台５１を介して取り付けられているＣＣＤカメラ５２と、このＣＣＤカメラ５２の先端に取り付けられているレンズ５３と、このレンズ５３の中間部を覆うように取付台５１に取り付けられている照明器具５４と、ＣＣＤカメラ５２の後端に取り付けられているチューブ継手５５と、このチューブ継手５５に接続されケーブル（図１の符号７３）を保護するチューブ５６と、で構成される。

５７はロボット（図１の符号１２）のアーム側フランジ、５８はブラケット側フランジ、５９はボルト、６１はねじ、６２はボルトである。

なお、カメラ４９の構成は、カメラ５０と同様であるため、カメラ４９の構成の説明は省略する。

図３は図２の３矢視図であり、カメラ５０は、前述の構成に加えて、焦点８９が例えばプローブ３０の中心軸であり且つロボット（図１の符号１２）のアーム１３の中心軸である中心軸３１から一定の距離Ｗ１離れて、ブラケット１４に支持部材３２を介して取り付けられている。また、プローブ３０は、鋼板表面８６に接触させ鋼板の測定部位の磁束密度の変化を検出するものである。

なお、中心軸３１は、プローブ３０の中心軸とアーム１３の中心軸とを合致させた状態で説明したが、プローブ３０の中心軸とアーム１３の中心軸とがずれた状態であってもよい。

図４はブラケットの斜視図であり、プローブ３０及び２眼のカメラ４９、５０は、ブラケット１４を介してロボット（図１の符号１２）のアーム１３の先端に装着されている。

プローブ３０と２眼のカメラ４９、５０の相対距離（図３の符号Ｗ１）を正確に保つことができるため、プローブ３０の位置決め精度を向上させることができる。また、プローブ３０と２眼のカメラ４９、５０の相対距離を変更したい場合、相対距離の調整を容易に実施することができる。

図５は本発明に係るプローブと緩衝機構の分解斜視図であり、緩衝機構２０は、プローブ３０の先端部分としての取付部材３３に開けたねじ穴３４と、プローブ３０の後端部３５に嵌められるガイド部材３６に開けられたねじ穴３７と、にボルト３８、３８をねじ込んで取り付けられる。

また、ブラケット１４とガイド部材３６は、ブラケット１４の先端３９に開けた穴４１、４１に通すと共にガイド部材３６に開けたねじ穴４２、４２にねじ込むボルト４３、４３によって、組み立てられる。４４は止めねじ、４５は座金、４６はケーブルである。

図６は本発明に係るプローブと緩衝機構の組立図であり、プローブ３０は、ロボット（図１の符号１２）のアーム（図１の符号１３）の先端に取り付けたブラケット１４の先端３９にガイド部材３６を介してアームの中心軸３１の方向に移動自在に取り付けられるとともに、ガイド部材３６から前方（図下）へ突出させたプローブ３０の取付部材３３とガイド部材３６との間に緩衝機構２０、２０を取り付けている。

加えて、緩衝機構２０は、例えばダンパとしてのオイルダンパ２１と例えばばねとしての圧縮コイルばね２２の組み合わせで構成されることを特徴とする。そのため、安価な内部構造測定装置（図１の符号１０）を実現することができる。

なお、ダンパは、オイルダンパ２１を適用して説明したが、ガス併用オイルダンパを適用してもよい。
また、圧縮コイルばね２２の代わりに、板ばねや空気ばね等を適用してもよい。

さらに、緩衝機構２０、２０は、ロボットのアームの中心軸３１に平行に且つプローブ３０の近傍に２個以上設けられていることを特徴とする。そのため、プローブ３０を測定部位に急激に接触させたとしても、２個の緩衝機構２０、２０で衝撃エネルギーを吸収するので、測定部位からのプローブ３０のずれ量をさらに低減することができる。したがって、測定部位に対するプローブ３０の位置決め精度をさらに向上させることができる。

プローブ３０の先端面４７に白抜き矢印のように力が作用すると、オイルダンパ２１及び圧縮コイルばね２２が矢印（１）、（１）の方向に縮むので、プローブ３０はガイド部材３６の角穴４８に案内されて二点鎖線の位置まで移動する。このとき、ブラケット１４及びガイド部材３６は、ロボットのアームに連結されているので静止している。
以上の構成からなる内部構造測定装置１０の作用を次に説明する。具体的には、緩衝機構２０の作用について説明する。

図７は本発明に係る緩衝機構の作用図であり、（ａ）の部材は、車体の水平部の鋼板の断面を示す。車体（図１の符号７９）の鋼板表面８６に臨ませたプローブ３０を矢印（２）のように移動させる。

（ｂ）に示すように、鋼板表面８６にプローブ３０の先端面４７が接触している。この状態からロボット（図１の符号１２）のアーム（図１の符号１３）を動作させ、ブラケット１４及びガイド部材３６を矢印（３）の方向に移動させる。９２はくぼみである。

（ｃ）に示すように、ブラケット１４及びガイド部材３６が（ｂ）に比べて高さＨ２だけ図下へ移動したので、オイルダンパ２１及び圧縮コイルばね２２は圧縮状態である。そのため、プローブ３０を鋼板表面８６に密着させることができる。この状態でナゲット９３の径を測定し、内部構造評価機器（図１の符号７７）のディスプレイ（図１の符号９４）にナゲット径を表示する。

ここで、鋼板表面８６に対するプローブ３０の姿勢について着目すると、プローブ３０は、ロボットのアームの先端にガイド部材３６を介してロボットのアームの中心軸３１の方向に移動自在に取り付けられるとともに、ガイド部材３６から前方へ突出させたプローブ３０の先端部分としての取付部材３３とガイド部材３６との間に、鋼板表面８６に対してプローブ３０の接触を垂直に維持する垂直維持手段としての緩衝機構２０、２０を設けたことを特徴とする。

そのため、プローブ３０を鋼板表面８６に常に垂直に接触させることができるので、プローブ３０により部材の内部構造を測定するとき、測定データにばらつきが生じることがない。したがって、部材の内部構造を高精度に測定することができる。

加えて、プローブ３０を（ａ）の位置から（ｃ）に示すように鋼板表面８６に急激に押し当てた場合について説明する。内部構造測定装置（図１の符号１０）では、プローブ３０の先端部分としての取付部材３３とガイド部材３６との間に緩衝機構２０を取り付けたので、この緩衝機構２０は、プローブ３０を部材の測定部位としての鋼板表面８６に急激に押し当てた場合に発生する衝撃エネルギーを吸収することができ、且つ衝撃エネルギーの吸収及び放出による変位を小さくすることができる。そのため、測定部位からのプローブ３０のずれ量を低減することができるので、測定部位に対してプローブ３０を高精度に位置決めすることができる。

これに対し、図８に示すように特許文献１のプローブ１００は、ベース部１０５とセンサ部１０９との間に弾性体１０７を取り付けたので、センサ部１０９に取り付けたカバー部１１３を急激に押し下げた場合、弾性体１０７は縮むことで衝撃エネルギーを吸収することができる。しかし、弾性体１０７は圧縮状態から衝撃エネルギーを放出しようと伸びるため、変位が大きくなる。そのため、プローブ１００は当初決めた位置から大きく移動することがあるので、測定部位に対してプローブ１００を高精度に位置決めすることが難しくなる。

したがって、本発明に係る内部構造測定装置を用いれば、特許文献１で生じるプローブの位置ずれが大きいという問題点を解決することができる。よって、プローブ３０を鋼板表面８６に急激に接触させたとしても、鋼板表面８６に対してプローブ３０を高精度に位置決めすることができる内部構造測定装置を提供することができる。

尚、本発明に係る部材の内部構造は、実施の形態では重ね合わせた２枚の鋼板をスポット溶接することにより鋼板間に形成されるナゲットに適用したが、この他に溶接金属中に生成される内部欠陥にも適用可能であり、一般の溶接欠陥に適用することは差し支えない。

本発明の内部構造測定装置は、２枚の鋼板をスポット溶接することにより鋼板間に形成されるナゲット径の測定に好適である。

本発明に係る内部構造測定装置の構成図である。 図１の２部拡大図である。 図２の３矢視図である。 ブラケットの斜視図である。 本発明に係るプローブと緩衝機構の分解斜視図である。 本発明に係るプローブと緩衝機構の組立図である。 本発明に係る緩衝機構の作用図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。

符号の説明

１０…内部構造測定装置、１２…ロボット、１３…アーム（ロボットアーム）、１４…ブラケット、２０…緩衝機構（緩衝機構、垂直維持手段）、２１…オイルダンパ（ダンパ）、２２…圧縮コイルばね（ばね）、３０…プローブ、３１…中心軸、３３…取付部材（先端部分）、３６…ガイド部材、４８…角穴、４９、５０…カメラ、７０…制御部、８６…鋼板表面、９２…くぼみ、９３…ナゲット。

Claims (4)

1. 鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで前記測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、前記鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、
   前記プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介して前記ロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、
   前記ガイド部材から前方へ突出させた前記プローブの先端部分と前記ガイド部材との間に緩衝機構が取り付けられ、
   前記測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、前記ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、
   前記カメラは、前記プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、前記ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されている、
   ことを特徴とする内部構造測定装置。
2. 前記緩衝機構は、前記ロボットアームの中心軸に平行に且つ前記プローブの近傍に２個以上設けられていることを特徴とする請求項１記載の内部構造測定装置。
3. 前記緩衝機構は、ダンパとばねの組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内部構造測定装置。
4. 鋼板の測定部位にプローブを接触させ、このプローブで前記測定部位の磁束密度の変化を検出し、この磁束密度の変化をデータ処理することにより、前記鋼板の内部構造を測定することができる内部構造測定装置において、
   前記プローブは、ロボットアームの先端に取り付けたブラケットにガイド部材を介して前記ロボットアームの中心軸の方向に移動自在に取り付けられ、
   前記ガイド部材から前方へ突出させた前記プローブの先端部分と前記ガイド部材との間に、前記鋼板に対して前記プローブの接触を垂直に維持する垂直維持手段が設けられ、
   前記測定部位に向かって２方向から見ることで２つの光軸がＶ字をなし、このＶ字の谷が焦点になるように、前記ブラケットに２つのカメラが取り付けられ、
   前記カメラは、前記プローブの中心軸から一定の距離だけ離されていると共に、前記ロボットアームの中心軸から一定の距離だけ離されている
   ことを特徴とする内部構造測定装置。

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