JP5424303B2 - 溶接キャップの状態を評価する装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは、ロボット溶接の間に溶接キャップチップの特性を評価する装置に関する。

産業用ロボットは自動溶接で広く用いられている。自動溶接の最も顕著な利点は、精密さと生産性である。ロボット溶接は溶接の再現性を高める。ロボットは、ひとたび正しくプログラムされると、同一の寸法及び仕様のワークピースに対して同一の溶接を常に精密に施すものである。

トーチの運動を自動化することによってエラーの可能性が減少し、その結果、スクラップ及び再作業が減少する。ロボット溶接によれば生産量も増加する。ロボットの方が速く作業するだけでなく、完全装備で最適化されたロボットセルは１日２４時間、１年３６５日、間断なく稼働できるので、人手による溶接セルよりも効率的である。

自動溶接のもう１つの利点は、人件費の減少である。ロボット溶接はまた、人間の溶接工／オペレータを溶接アークの近くの危険な煙や溶融金属から遠ざけることによって、リスクを減少させる。

溶接電極の機能は、電流を導き、高い圧力に耐えて一様な接触面積を維持し、選択された電流と圧力との間の適切な関係を持続させることである。したがって、一様な接触面積を維持しなければならない。

良好な溶接品質は不可欠であり、かなりの程度、電極の接触表面の一様性に依存する。電極の接触表面は、溶接を行う都度、変形する（マッシュルーム状になる）傾向がある。マッシュルーム状になる主たる原因は、軟らかすぎる電極材料、高すぎる溶接圧力、小さすぎる電極接触面積、そして最も重要なのが高すぎる溶接電流である。これらの条件により、過剰な熱が蓄積され、電極チップが軟化する。昨今の被覆付素材の溶接も、電極の表面を汚染する傾向がある。

電極が変形する（チップ（先端）が平らになる）に従い、溶接電流を漸増させて、マッシュルーム状になった溶接チップを補償するように、溶接を制御することが要求される。場合によっては生産ラインを停止して、電極を交換したり手動介入により電極を手でドレッシングしたりしなければならない。このプロセスは溶接サイクルを改善するが、いずれにしてもラインはストップし時間が失われる。さらに、変形した電極は、エネルギー及び電極物質を無用に大量消費する。劣悪な溶接は、劣悪な部品装備、品質管理、溶接面コントロール及び溶接チップ位置から生ずる。

自動チップドレッシングでは、溶接ロボットのアクセスが可能なライン上の場所に、チップドレッサが設置される。ロボットは、規則的な時間間隔で電極をドレッシングするようにプログラムされる。ドレッシングは、各作業サイクルの後、二回ずつの作業サイクルの後、等に行うことができる。これは、各サイクルで何回スポット溶接が行われるかによって決まる。適切な電極形状を維持することは、生産停止時間と光熱費を最小にし、溶接効率を高める。

特許文献１〜５に記載されているような溶接電流ステッパーは、溶接チップの問題に対して十分な解決策を提供するものではない。溶接電流ステッパーは、一種の溶接制御機構であって、溶接電極の摩耗と劣化を補償するべく溶接電流を増加させる（特別な場合には減少させる）ものである。溶接電流ステッパーの１つの実行方法は、制御を、行われた溶接回数を追跡し続けて、行われた溶接回数に応じて溶接電流を増加させる（或いは特別な場合には減少させる）ように実行することである。溶接電流ステッパーの他の実行方法は、電気的な測定を行って溶接プロセスの間の出来事を確認し、それらの出来事に応じて溶接電流を増加又は減少させることである。溶接をカウントするこれらの方法は、電極の摩耗及びパーツ表面での電極接触面積の増加に起因する最適溶接に必要な電流及び力の両者の変動を補償するには、不十分であることが判明している。

システムを単純化するために制御部は溶接ステッパーに設置されているが、溶接熱ステッパーは、電極をドレッシングする前に行われた溶接の全回数と、最後の溶接で到達した初期設定を超える熱パーセント増加との入力を必要とするものである。このように、実際に作業するロボットの溶接チップの主観的評価は、何も行われない。

特許文献６は、電極チップ摩耗を評価する装置及び方法を教示する。チップ交換は、溶接電圧及び溶接電流の測定値に基づいて指定される交換指数平均によって決定される。指定値と基準値との比較が行われる。

特許文献７は、サーボモータ駆動型溶接機を備えた抵抗スポット溶接システム条件を決定する方法を提供することで、異なる解決策を提案している。この方法では、溶接電極の力及び位置を測定かつ制御するとともに、溶接コントローラが、抵抗スポット溶接プロセスの制御に役立つ情報を入手できる。

米国特許第４１０４７２４号明細書 米国特許第４８８５４５１号明細書 米国特許第５０８３００３号明細書 米国特許第５３８６０９６号明細書 米国特許第５４４９８７７号明細書 米国特許第６６３９１８１号明細書 国際公開第２０００／０７１２９１号パンフレット

溶接作業中に溶接キャップ（キャップ形電極。溶接キャップチップとも称する。）の正確かつ実時間での主観的評価を行うことで、精度及び生産性を確保することが望まれている。

本発明の一態様は、溶接キャップの状態を評価する装置であって、少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、前記少なくとも１つの溶接キャップを画像表示するビジュアルスクリーンを有する制御ペンダントであって、画像表示した前記少なくとも１つの溶接キャップの状態を示す画像データを、データ記憶部に格納した溶接キャップ特性データと比較する、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントと、を具備し、前記制御システムは、前記画像データと前記溶接キャップ特性データとの比較により、溶接キャップチップ面の直径の測定と溶接キャップチップ面の溶接キャップチップ加圧方向への後退長さの測定との双方を行うこと、を特徴とする装置である。

本発明は、溶接キャップのチップ面の測定、チップ摩耗の測定、チップ整列の測定、キャップ交換の検証及びキャップタイプの検証等の、種々の特性を検出するための装置及び方法（特にマシンビジョン）を提供する。

好ましい実施形態は、溶接キャップの状態を評価する装置である。この装置は、少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、少なくとも１つの溶接キャップを見るためのビジュアルスクリーンを備える制御ペンダントであって、少なくとも１つの溶接キャップの状態を、データ記憶部に記憶したデータとの比較により評価するための、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する。

評価されるべき溶接キャップの状態は、溶接キャップチップ面の測定、溶接キャップチップ摩耗の測定、溶接キャップチップ整列の測定、溶接キャップの交換の検証、及び溶接キャップのタイプの検証を含むグループから与えられる。

本発明の上記及び他の利点は、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を添付図面に照らして考察することで、当業者に容易に明らかになるであろう。

本発明に係る好適な装置を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの第１の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップの他の比較閾測定値を示す図である。 本発明に係る溶接キャップチップのチップ面測定のための第１の好ましい方法を示すフローチャートである。 本発明に係る溶接キャップチップのチップ摩耗測定のための第２の好ましい方法を示すフローチャートである。 本発明に係る溶接キャップチップのチップ整列測定のための第３の好ましい方法を示すフローチャートである。 本発明に係る溶接キャップのキャップ交換検証のための第４の好ましい方法を示すフローチャートである。 本発明に係る溶接キャップのキャップタイプ検証のための第５の好ましい方法を示すフローチャートである。

図１を参照すると、ワークピース１６に沿って溶接を生成するための溶接キャップチップ１４（以下、溶接キャップ１４と称する。）を装備した溶接ロボット１２を有する溶接ステーション１０を具備するロボット溶接装置が示されている。溶接電源１８及び制御ペンダント２０も備えられている。本発明の制御ペンダントのビジュアルインタフェーススクリーン２２は、後述する方法で用いるために、溶接キャップ１４を画像表示する。制御ペンダント２０は、プロセッサとデータ記憶部とを有する制御システムを備えている。プロセッサは、格納されたコンピュータソフトウエアを実行するべく動作可能なハードウエアを有する適当な汎用又は専用のデータ処理装置を含んで構成される。制御システムは、本発明に係る方法を実行するように動作することができる。

本発明に係る溶接キャップチップ検査評価方法は、チップ面の測定、チップ摩耗の測定、チップ整列の測定、キャップ交換の検証及びキャップタイプの検証を提供する。

図２は、使用前の溶接キャップ１４ａと使用後の溶接キャップ１４ｂとを示す。本発明のチップ面測定方法は、溶接チップ面の直径２４ａ及び直径２４ｂを測定する。

図３Ａ〜図３Ｋは、本発明の種々の方法で用いられる閾値を決定するための、対向配置した溶接キャップ１４に対して行われる種々の測定データを例示する。これらの測定データは、チップ面と、チップ摩耗と、チップ整列と、溶接キャップに用いられるあらゆるタイプのキャップについての標準キャップ測定データを検証するためのキャップタイプとを含む。

〔チップ面測定〕
チップ面の制御は、良好な溶接を生み出すための一要素である。チップ面成長をもたらす公知の二方法は、上述したチップドレッシング及び溶接ステッパーである。具体的には、チップドレッシングはキャップを原形に切削復元する。キャップは、チップ面の寸法に関わらず、何回かの溶接の後にドレッシングされる。ドレッサーは整備が厄介であり、正確に切削しないことがある。カッターは消耗品であり、したがって高価である。劣悪なカッターが取り付けられていることもある。溶接ステッパーは、摩耗した溶接チップを補償するべく電流を調整するために用いられる。溶接電流は、経年的に増加するチップ面の接触面積により、直接的な影響を受ける。調整後の電流は、この影響を補償することができる。チップ検査は、オペレータにより人手で行われる。チップ面直径についての知識は、溶接コントローラが、補償のための溶接電流を正しく調整したり、チップのドレッシングされた時期を検証したり、チップをドレッシングするべき時期を指示したりすることを、支援するために用いられる。

図４は、溶接チップ面測定プロセス３０の作業方法の一例を示すフローチャートである。図３Ａ及び図３Ｃは、このプロセスにおける比較用の閾測定データを決定するために用いられるチップ面測定データの幾つかを例示する。図４の方法では、最初のステップ１００で、制御ペンダント２０が、ビジュアルインタフェーススクリーン２２と、“良い”キャップと現時点の溶接キャップ（以下、現キャップと称する。）とを比較して現キャップの状態を決定するための、所定の閾値とを提供する。ステップ１０２で、システムは、チップドレッシングのための所定の閾値を用いて、“良い”キャップを、インタフェーススクリーン２２上で与えられる現キャップと比較することにより、現キャップをドレッシングする必要があるか否かを決定する。或いはまた、ステップ１０４で、現キャップがドレッシングされていることを、比較によって検証する。ステップ１０６で、キャップをドレッシングする必要があるとされた場合には、ステップ１０８で、制御ペンダント２０はＰＣ（パーソナルコンピュータ）とインタフェース接続して、現キャップのチップ（先端）のドレッシングの要請を生成する。ステップ１１０で、溶接制御ステッパーが、ＰＣにインタフェース接続されて、現キャップのチップをドレッシングする。ステップ１０２で、システムは、現キャップの測定データ（図３Ａ〜図３Ｅ）を、キャップ交換のための所定の閾値と比較する。現キャップがキャップ交換の所定の閾値に達していない場合には、ステップ１０６へ進んでキャップをドレッシングする。現キャップがキャップ交換の所定の閾値に達している場合には、ステップ１１２でアラームをセットして、ステップ１１４でキャップの交換を要請する。

〔チップ摩耗測定〕
図３Ｄ及び図３Ｅは、このプロセスにおける比較用の閾測定データを決定するために用いられるチップ摩耗測定データの幾つかを例示する。図５は、溶接キャップが新しく交換されたとき及び摩耗したときに溶接キャップのチップの再整列を行うチップ摩耗測定プロセスの作業方法の一例を示すフローチャートである。チップ位置調整は、サーボガンによって行うことが好ましいが、他の手段を用いることもできる。チップ面測定プロセスと同様に、チップ整列の閾測定データの比較により、溶接キャップ１４を交換する必要があることを指示でき、或いは溶接キャップ１４が交換されていることを検証できる。ステップ２００で、ビジュアルインタフェーススクリーン２２が、現キャップの画像を、閾測定データと現キャップとの比較のために、グラフ又は他の形式の可視測定データと共に表示する。比較により閾値に到達したことが示された場合には、ステップ２０２で、ＷＡＲＮ又はＦＡＵＬＴアラームを発する。ステップ２０４で、キャップの交換を要請して、キャップを交換する。ステップ２０６で、キャップが交換されたことの検証を行う。検証がＮＯＴであった（つまりキャップ交換されていない）場合には、ステップ２０８で、ＦＡＵＬＴコマンドを出す。ステップ２１０で、キャップ交換の中止／再試行／無視／継続を選択することができる。全ての方法で同様であるが、ユーザの選択は掲示され記録される。また、ステップ２００で閾値に到達していなかった場合には、ステップ２１２で、インタフェース接続されたサーボガンに、許容閾値範囲内でチップ位置を調整することを要請する。

〔チップ整列測定〕
図３Ｂ、図３Ｆ〜図３Ｈは、このプロセスにおける比較用の閾測定データを決定するために用いられるチップ整列測定データの幾つかを例示する。これらの閾測定データは、種々の好ましい溶接ガン形状及び好ましい溶接キャップ／チップ形状と共にマップされて記憶される。図６は、前述した各種プロセスと組み合わせて用いることができるチップ整列測定プロセスの作業方法の一例を示すフローチャートである。チップ位置調整は、サーボガンによって行うことが好ましいが、他の手段を用いることもできる。ステップ３００で、ビジュアルインタフェーススクリーン２２が、現キャップの画像を、閾測定データとキャップ整列の所定の閾値との比較のために表示する。ステップ３０２で、比較の結果、閾値を超えておらず、整列が示されていた場合には、ステップ３００に戻る。閾値を超えていた場合には、ステップ３０４ａで、ＴＣＰ（ツール中心点）の自動調整を行うか、或いはステップ３０４ｂで、前述したようにＷＡＲＮ又はＦＡＵＬＴアラームを発して整列の調整を要請する。ステップ３０６で、キャップが再整列したことを検証する。整列がＮＯＴであった（つまり整列していない）場合には、ステップ３０８で、ＦＡＵＬＴコマンドを出す。ステップ３１０で、キャップ整列の中止／再試行／無視／継続を選択することができる。全ての方法で同様であるが、ユーザの選択は掲示され記録される。

〔チップ交換の検証〕
図３Ｉ及び図３Ｊは、このプロセスにおける比較用の閾測定データを決定するために用いられる溶接キャップ／チップ測定データの好ましいプロファイルの幾つかを示す。図４及び図５のフローチャートには、前述したように、キャップ交換検証プロセスの作業方法の一例を示す図が含まれている。図７は、キャップ交換検証方法の一例を示すフローチャートである。ステップ４００で、ビジュアルインタフェーススクリーン２２が、現キャップの画像を、閾測定データと新品キャップ形状の所定の閾値との比較のために表示する。前述した方法は、キャップ交換を検証するステップを含んでいる。キャップ交換の検証をステップ４０２でも用いて、サーボガン自動調整、リマスタリング、チップ摩耗リセット、及びプログラミングレジスターリセット等のステップの前に確認することができる。検証が確認された場合には、ステップ４０４で確認が定義される。検証が確認されない場合には、ステップ４０６ａで、ＦＡＵＬＴコマンドを出す。ステップ４０８で、キャップ交換の検証の中止／再試行／無視／継続を選択することができる。全ての方法で同様であるが、ユーザの選択は掲示され記録される。

〔キャップタイプの検証〕
図３Ｋは、本発明の方法で提供できる種々の好ましいキャップタイプとの比較のためのマッピングで用いられるキャップチャートの幾つかを示す。図８は、キャップタイプ検証方法の一例を示すフローチャートである。ステップ５００で、ビジュアルインタフェーススクリーン２２が、現キャップの画像を、閾測定データと好ましいキャップ形状の所定の閾値との比較のために表示する。この検証は、通常、前述した方法で示したキャップ交換ステップの後に行われる。検証が行われた場合には、ステップ５０２で、オペレータの所望によりサーボガンリマスター及びＴＣＰの自動調整を行う。また、キャップタイプが検証されなかった場合には、ステップ５０４でＦＡＵＬＴコマンドを出す。ステップ５０６で、新たなキャップタイプの検証の中止／再試行／無視／継続を選択することができる。全ての方法で同様であるが、ユーザの選択は掲示され記録される。

特許法規の規定に従って、本発明をその好ましい実施形態と考えられるものについて説明した。しかし本発明は、その精神及び範囲を逸脱しない限りにおいて、ここに具体的に図示して説明したものとは異なるように実施できるものである。
本発明の他の態様は、溶接キャップを有する溶接ロボットと、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する溶接システムにおいて、該溶接キャップのチップ面の状態を測定する方法であって、前記溶接キャップのチップ面の閾測定データを用意するステップと、前記閾測定データを前記データ記憶部に格納するステップと、前記閾測定データを、前記溶接ロボットの前記溶接キャップの前記チップ面の測定データと比較するステップと、比較に基づいて、前記溶接キャップの前記チップ面をドレッシングする必要があるか否かを決定するステップと、を具備することを特徴とする方法である。
本発明の他の態様は、溶接キャップを有する溶接ロボットと、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する溶接システムにおいて、該溶接キャップのチップ摩耗を測定する方法であって、前記溶接キャップのチップの閾測定データを用意するステップと、前記閾測定データを前記データ記憶部に格納するステップと、前記閾測定データを前記溶接ロボットの前記溶接キャップの前記チップの測定データと比較するステップと、比較に基づいて、前記溶接キャップが交換を必要とするか否かを決定するステップと、を具備することを特徴とする方法である。
本発明の他の態様は、少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する溶接システムにおいて、該溶接キャップのチップ整列を測定する方法であって、好ましい溶接キャップの好ましいチップの整列閾測定データを用意するステップと、前記整列閾測定データを前記データ記憶部に格納するステップと、前記整列閾測定データを前記溶接ロボットの前記少なくとも１つの溶接キャップのチップの整列と比較するステップと、比較に基づいて、前記少なくとも１つの溶接キャップが整列を必要とするか否かを決定するステップと、を具備することを特徴とする方法である。
本発明の他の態様は、少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する溶接システムにおいて、該溶接キャップの交換を検証する方法であって、好ましい溶接キャップ及びチップのプロファイル閾測定データを用意するステップと、前記プロファイル閾測定データを前記データ記憶部に格納するステップと、前記プロファイル閾測定データを前記溶接ロボットの前記少なくとも１つの溶接キャップの溶接キャップ及びチップのプロファイルと比較するステップと、比較に基づいて、前記少なくとも１つの溶接キャップが交換されたか否かを確認するステップと、を具備することを特徴とする方法である。
本発明の他の態様は、少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントとを具備する溶接システムにおいて、該溶接キャップのタイプを検証する方法であって、好ましい溶接キャップ形状の形状閾測定データを用意するステップと、前記形状閾測定データを前記データ記憶部に格納するステップと、前記形状閾測定データを前記溶接ロボットの前記少なくとも１つの溶接キャップの形状と比較するステップと、比較に基づいて、前記少なくとも１つの溶接キャップの形状が好ましい溶接キャップ形状であるか否かを決定するステップと、を具備することを特徴とする方法である。

１２ 溶接ロボット
１４ 溶接キャップ
２０ 制御ペンダント
２２ ビジュアルインタフェーススクリーン

Claims (1)

1. 溶接キャップの状態を評価する装置であって、
   少なくとも１つの溶接キャップを有する溶接ロボットと、
   前記少なくとも１つの溶接キャップを画像表示するビジュアルスクリーンを有する制御ペンダントであって、画像表示した前記少なくとも１つの溶接キャップの状態を示す画像データを、データ記憶部に格納した溶接キャップ特性データと比較する、プロセッサ及びデータ記憶部を備えた制御システムを有する制御ペンダントと、
   を具備し、
   前記制御システムは、前記画像データと前記溶接キャップ特性データとの比較により、溶接キャップチップ面の直径の測定と溶接キャップチップ面の溶接キャップチップ加圧方向への後退長さの測定との双方を行うこと、
   を特徴とする装置。

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