JP6116054B2

JP6116054B2 - スポット溶接機の電極検査装置、及び、スポット溶接機の電極検査方法

Info

Publication number: JP6116054B2
Application number: JP2013161619A
Authority: JP
Inventors: 建栄沈; 鵬趙
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: JP2015030012A

Description

本発明は、スポット溶接機の電極を検査し、電極のドレッシングの判定を精度良く行わせるスポット溶接機の電極検査装置、及び、スポット溶接機の電極検査方法に関する。

従来より、スポット溶接による溶接品質を維持するためには、加圧力、電流値、通電時間等の条件を所定に保つことが大切である。特に、溶融亜鉛メッキ鋼板を溶接する場合、融点の低い亜鉛が溶接熱によって溶融し、溶接電流の経路を広げて電流密度の低下を招くと、高い電流が必要となり、通常の溶接条件では溶接品質を維持することが困難となる。また、連続溶接を行うと、電極先端の温度は大きく上昇し、鋼板の亜鉛メッキが電極の先端面に付着してしまう。更に、溶接用電極の素材として使用されている銅は、容易に亜鉛と合金を生成して溶着するため、このような電極へのメッキの付着の問題は、スポット溶接の品質が低下する原因となっている。そこで、スポット溶接の品質を維持するために、電極（チップ）のドレッシング（電極整形、あるいは研磨）処理が実施され、このような電極のドレッシング処理は、従来、溶接回数、使用時間毎に応じて行われている。この電極のドレッシング処理の良否を判定する方法として、例えば、特開２０１１−２１８３７１号公報（以下、特許文献１という）には、所定回数の溶接後にドレッシング処理するにあたり、電極の画像を取得して、画像処理により電極の根元と先端とを画像上で特定するとともに根元と先端との間の距離を画像上で測定し、ドレッシング処理の直前と直後とに測定した電極の根元と先端との距離の差を電極の切削量として算出し、算出した切削量が予め定めた許容範囲内に有るか否かを判断し、切削量が許容範囲内に無いと判断したときに警告を発するスポット溶接システムのドレッシング判定方法の技術が開示されている。

特開２０１１−２１８３７１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されるようなスポット溶接システムの技術のように所定回数のスポット溶接を行ってから電極のドレッシング処理を実行する技術では、電極のドレッシング処理を実行すべき最適なタイミングを検出することができないという課題がある。ドレッシング処理が必要であるのにも係わらずドレッシング処理を行うことなく溶接を継続すると溶接品質の低下を招くため、溶接品質を維持することを第１に考え、ドレッシング処理を実行するまでの溶接回数、使用時間を短めに設定して対応しているが、必要以上にドレッシング処理を行うと電極の消耗が早まり、また、ドレッシング処理の頻度が高くなると溶接作業の遅れによって生産性の低下を招くという問題がある。更に、上述の特許文献１に開示されるような画像の整形加工の直前と直後の距離情報を用いてドレッシング処理の判定を行う技術では、電極を撮影する方向による誤差等が含まれ、また、画像情報に基づく距離情報の微少な差を精度良く演算しなければ、精度の良い判定結果を得ることができないため、ドレッシング処理の判定システムが複雑、高価になるという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に高価で複雑な装置、及び複雑な演算をする必要なく、たとえ組立作業の合間であっても短時間に、精度良く容易に電極のドレッシング処理の要否を判定し、ドレッシング処理を実行すべき最適なタイミングを検出して電極のドレッシング処理を最低限に抑えつつ電極の状態に応じてドレッシング処理を適切に行って十分な溶接品質を得ることができるスポット溶接機の電極検査装置、及び、スポット溶接機の電極検査方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によるスポット溶接機の電極検査装置は、スポット溶接機の電極のワークとの接触端面のカラー画像を撮影する電極撮影手段と、上記電極撮影手段で撮像したカラー画像をＨＳＶの色空間に変換するＨＳＶ変換手段と、ＨＳＶの色空間に変換された上記接触端面の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着するメッキの値となっているか否か判定するメッキ判定手段と、走査した上記接触端面の画素数と上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定した画素の数に基づいて上記接触端面に対するメッキが付着したメッキ面積割合を算出するメッキ面積割合算出手段と、上記メッキ面積割合を予め設定しておいた上限閾値と比較して、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えていない場合は、上記電極を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定された画素のＶ値に基づいて電極の研磨時間を算出し、該電極の研磨を行わせる溶接判定手段とを備えた。

また、本発明の一態様によるスポット溶接機の電極検査方法は、スポット溶接機の電極のワークとの接触端面のカラー画像を撮影する第１の工程と、上記第１の工程で撮像したカラー画像をＨＳＶの色空間に変換する第２の工程と、ＨＳＶの色空間に変換された上記接触端面の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着する亜鉛メッキの値となっているか否か判定する第３の工程と、走査した上記接触端面の画素数と上記第３の工程で電極に付着した亜鉛メッキと判定した画素の数に基づいて上記接触端面に対する亜鉛メッキが付着したメッキ面積割合を算出する第４の工程と、上記メッキ面積割合を予め設定しておいた上限閾値と比較して、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えていない場合は、上記電極を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記第３の工程で電極に付着した亜鉛メッキと判定された各画素の最大のＶ値に基づいて電極の研磨時間を算出し、該電極の研磨を行わせる第５の工程とを備えた。

本発明のスポット溶接機の電極検査装置、及び、スポット溶接機の電極検査方法によれば、特に高価で複雑な装置、及び複雑な演算をする必要なく、たとえ組立作業の合間であっても短時間に、精度良く容易に電極のドレッシング処理の要否を判定し、ドレッシング処理を実行すべき最適なタイミングを検出して電極のドレッシング処理を最低限に抑えつつ電極の状態に応じてドレッシング処理を適切に行って十分な溶接品質を得ることが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る、スポット溶接機の電極検査装置の概略構成図である。本発明の実施の一形態に係る、電極判定ユニットで実行される判定プログラムのフローチャートである。本発明の実施の一形態に係る、電極判定機に挿入された電極の撮影画像を示し、図３（ａ）はカメラにより撮影された全体画像で、図３（ｂ）は設定された電極検査範囲を示す。本発明の実施の一形態に係る、メッキ厚さとＶ値の相関を示す説明図である。本発明の実施の一形態に係る、最大Ｖ値と研磨時間の相関を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１はスポット溶接機の電極検査装置を示す。尚、本実施の形態では、スポット溶接機として亜鉛メッキが施されたワーク４０をスポット溶接するスポット溶接機の電極検査装置を例に説明する。

スポット溶接機の電極検査装置１は、検査のために電極１０をセットする電極セット部２０と、電極セット部２０にセットした電極１０を検査する検査ユニット３０とから構成されている。

電極セット部２０は、検査対象の電極１０を挿入して固定する孔部２１ａが穿設され、外部からの光が遮光されるセットボックス２１と、セットボックス２１内で、セットボックス２１の孔部２１ａの正面に向けてレンズ、撮像素子等の光学系が配置され、該光学系の光軸と挿入された電極１０の中心軸とが略一致するように設けられ、挿入された電極１０の先端面（ワーク４０との接触端面）１１との焦点距離等が調整自在で、挿入された電極１０を撮影可能な電極撮影手段としてのカラーカメラ２２と、セットボックス２１内で、挿入された電極１０の接触端面１１に向けてカラー撮影のための所定の照明光を照射する単数、或いは複数の照明ランプ２３とから主要に構成されている。

検査ユニット３０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵと略称）と各種データ及びプログラムを記憶する記憶装置とを備えたコンピュータ本体３１と、このコンピュータ本体３１に接続された、キー入力装置であるキーボード３２と、ポインティングデバイスであるマウス３３と、表示装置であるモニタ３４等を有して主要に構成されている。このコンピュータ本体３１は、画像処理部３１ａと判定部３１ｂとから構成されている。

そして、ワーク４０の一連の溶接箇所４１に対するスポット溶接が完了した後、図１中の矢印ＦＸで示すように、スポット溶接機のアーム２を電極セット部２０側に戻し、スポット溶接機の溶接ガン（図示せず）先端の検査対象の電極１０をセットボックス２１の孔部２１ａに挿入し、後述する判定プログラムに従って、スポット溶接機の電極検査を実行する。

画像処理部３１ａでは、カラーカメラ２２で撮影して得られた電極１０の接触端面１１のカラー画像をＨＳＶ（色相（Hue）、彩度（Saturation）、明度（Value））の色空間に変換する。すなわち、画像処理部３１ａはＨＳＶ変換手段としての機能を有している。

判定部３１ｂでは、ＨＳＶの色空間に変換された電極１０の接触端面１１の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着する亜鉛メッキの値となっているか否か判定し、走査した電極１０の接触端面１１の画素数と電極に付着した亜鉛メッキと判定した画素の数に基づいて電極１０の接触端面１１に対する亜鉛メッキが付着したメッキ面積割合Ｒznを算出する。

そして、メッキ面積割合Ｒznを予め設定しておいた上限閾値Ｒｃと比較して、メッキ面積割合Ｒznが予め設定しておいた上限閾値Ｒｃを超えていない場合は、電極１０を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、メッキ面積割合Ｒznが予め設定しておいた上限閾値Ｒｃを超えている場合は、電極１０に付着した亜鉛メッキと判定された各画素の最大のＶ値Ｖmaxに基づいて電極の研磨時間Ｔｓを算出し、該電極の研磨処理（ドレッシング処理）を行わせる。尚、電極１０の接触端面１１における亜鉛メッキの付着状態や、スポット溶接継続の許可信号、ドレッシング処理の実行促進の信号等は、適宜、モニタ３４にて表示される。このように、判定部３１ｂはメッキ判定手段、メッキ面積割合算出手段、溶接判定手段としての機能を有している。

次に、検査ユニット３０で実行される判定プログラムを、図２のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、ワーク４０の一連の溶接箇所４１に対するスポット溶接が完了した後、図１中の矢印ＦＸで示すように、スポット溶接機のアーム２が電極セット部２０側に戻され、スポット溶接機の溶接ガン（図示せず）先端の検査対象の電極１０がセットボックス２１の孔部２１ａに挿入され、セットされる。

次に、Ｓ１０２に進み、カラーカメラ２２で電極１０が、接触端面１１側から撮影される。尚、図３（ａ）は、カラーカメラ２２で撮影されるカラー画像を示す。

次いで、Ｓ１０３に進み、検査ユニット３０の画像処理部３１ａで、電極１１のエッジ１１ａが検出される。尚、本実施の形態では、セットボックス２１の孔部２１ａの内径と電極１１のエッジ１１ａとは略一致する（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。

次に、Ｓ１０４に進んで、Ｓ１０２で得られたカラー画像から、画像中の検査範囲１１ｂを設定する。この検査範囲１１ｂは、例えば、図３（ｂ）で示すように、電極１１の外形を内接円とする四角形領域内に設定される。以下、この検査範囲１１ｂにおいて、この検査範囲１１ｂを構成する各画素が、図３（ｂ）中の一点波線で示すように走査され、各画素毎に判定される（図中、左上端から右下端に至るまでの全画素が走査される）。

次いで、Ｓ１０５に進み、カラー画像で得られている電極１１のＲＧＢ値をＨＳＶの色空間に変換する。

次に、Ｓ１０６に進み、現在、判定の対象となっている対象画素が電極の接触端面内の画素が否か判定される。すなわち、対象画素が、図３（ｂ）中のエッジ１１ａの円内の画素であれば接触端面内の画素と判定され、円外の画素であれば接触端面外の画素と判定される。

Ｓ１０６の判定の結果、対象画素が電極の接触端面内の画素と判定された場合はＳ１０７に進み、電極面積Ｎがインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）される。

その後、Ｓ１０８に進み、対象画素のＨ値、Ｓ値、Ｖ値の色データが取得される。

次に、Ｓ１０９に進み、Ｓ１０８で取得したＨ値、Ｓ値、Ｖ値と色データと、予めＨ値、Ｓ値、Ｖ値の領域範囲で設定しておいた亜鉛メッキのＨ値、Ｓ値、Ｖ値の領域範囲とが比較され、Ｈ値、Ｓ値、Ｖ値が亜鉛メッキの領域範囲であれば亜鉛メッキと判定してＳ１１０に進み、亜鉛メッキ部画素数Ｎznがインクリメント（Ｎzn＝Ｎzn＋１）される。

次いで、Ｓ１１１に進み、対象画素の亜鉛メッキの厚さｔが設定される。この亜鉛メッキの厚さｔは、予め実験等により設定しておいた、図４に示すような、亜鉛メッキ厚さｔとＶ値の相関図を参照することにより行われ、対象画素のＶ値を基に、該画素の亜鉛メッキ厚さｔが設定される。

次に、Ｓ１１２に進み、今まで走査してきた画素（亜鉛メッキと判定された画素）の中で、最大のＶ値Ｖmaxが算出される。

次いで、Ｓ１１３に進み、モニタ３４上の対象画素部分に黒色が出力される。図３（ａ）、図３（ｂ）における符号１１ｃは、本判定によりモニタ３４上に黒く表示される亜鉛メッキの部分を示す。

次に、Ｓ１１４に進み、検査範囲１１ｂの全画素の判定が終了したか否か判定され、未だ終了していない場合は、Ｓ１１６に進み、次の画素を対象画素に設定してＳ１０６からの処理を繰り返す。

一方、前述のＳ１０６の判定の結果、対象画素が電極の接触端面外の画素と判定された場合もＳ１１６からの処理を繰り返す。

また、前述のＳ１０９の判定の結果、対象画素のＨ値、Ｓ値、Ｖ値が亜鉛メッキの領域範囲外（亜鉛メッキではない）と判定された場合は、Ｓ１１５に進み、非亜鉛メッキ部画素数Ｎｕをインクリメント（Ｎｕ＝Ｎｕ＋１）してＳ１１４へとジャンプする。

そして、Ｓ１１４で、検査範囲１１ｂの全画素の判定が終了したと判定された場合は、Ｓ１１７に進み、例えば、以下の（１）式により、亜鉛メッキのメッキ面積割合Ｒznを算出する。
Ｒzn＝Ｎzn／Ｎ …（１）
尚、Ｎ＝Ｎzn＋Ｎｕである。

そして、Ｓ１１８に進み、メッキ面積割合Ｒznと予め設定しておいた上限閾値Ｒｃとを比較し、メッキ面積割合Ｒznが上限閾値Ｒｃを超えていない場合（Ｒzn＜Ｒｃの場合）、Ｓ１１９に進み、スポット溶接の継続が可能と判定し、モニタ３４上に信号出力し、作業者に対して溶接作業の許可を表示してプログラムを抜ける。この溶接作業の許可により、再び、図１中の矢印ＲＸで示すように、電極１０がセットボックス２１の孔部２１ａから抜去され、スポット溶接機のアーム２がワーク４０側に戻され、スポット溶接が継続される。

逆に、メッキ面積割合Ｒznが上限閾値Ｒｃを超えている場合（Ｒzn≧Ｒｃの場合）、Ｓ１２０に進み、スポット溶接の継続が不可能と判定し、モニタ３４上に信号出力して作業者に警告する。

次いで、Ｓ１２１に進み、検査範囲１１ｂの全画素中の最大のＶ値Ｖmaxを基に、予め実験等により設定しておいた、図５に示すような、最大Ｖ値と研磨時間Ｔｓの相関図を参照してドレッシング処理の研磨時間Ｔｓを算出し、出力（モニタ３４上に出力）して、Ｓ１２２に進み、ドレッシング処理を実行させる。このドレッシング処理の実行の後は、再び、Ｓ１０２に戻り、カラーカメラ２２による電極１０の撮影が行われ、電極１０の判定が行われる。

このように、本発明の実施の形態によれば、カラーカメラ２２で撮影して得られた電極１０の接触端面１１のカラー画像をＨＳＶの色空間に変換し、ＨＳＶの色空間に変換された電極１０の接触端面１１の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着する亜鉛メッキの値となっているか否か判定し、走査した電極１０の接触端面１１の画素数と電極に付着した亜鉛メッキと判定した画素の数に基づいて電極１０の接触端面１１に対する亜鉛メッキが付着したメッキ面積割合Ｒznを算出する。そして、メッキ面積割合Ｒznを予め設定しておいた上限閾値Ｒｃと比較して、メッキ面積割合Ｒznが予め設定しておいた上限閾値Ｒｃを超えていない場合は、電極１０を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、メッキ面積割合Ｒznが予め設定しておいた上限閾値Ｒｃを超えている場合は、電極１０に付着した亜鉛メッキと判定された各画素の最大のＶ値Ｖmaxに基づいて電極の研磨時間Ｔｓを算出し、該電極のドレッシング処理を行わせるようになっている。

このため、電極１０の接触端面１１の画像一枚のみで容易に電極１０の検査ができるため、特に高価で複雑な装置、及び複雑な演算をする必要なく、たとえ組立作業の合間であっても短時間に、精度良く容易に電極１０のドレッシング処理の要否を判定することができる。

また、短時間にドレッシング処理の要否を判定できることから、スポット溶接作業の合間にドレッシング処理の要否を判定して、ドレッシング処理が真に必要な最適なタイミングを検出し、電極１０のドレッシング処理を最低限に抑えて実行することにより、電極１０の寿命を長く保ち、また、ドレッシング処理の頻度も最小限として一連の組立作業の効率の向上を図ることも可能となる。

更に、ドレッシング処理に必要な時間も精度良く提供されるため、ドレッシング処理の効率化も図ることができる。また、ドレッシング処理後の電極状態も溶接が可能か否か確認が繰り返されるので、常に最適な電極状態によるスポット溶接で十分な溶接品質を確保することができる。

尚、本実施の形態では、亜鉛メッキが施されたワーク４０を例に説明したが、他のメッキが施されたワークに対しても適用できることは云うまでもない。

また、本実施の形態では、一対の電極の片側のみを検査する電極検査装置を例に説明したが、特に電極セット部を一対に設けて、一対の電極を同時に検査可能な電極検査装置としても良い。

１電極検査装置
１０電極
１１接触端面
２０電極セット部
２１セットボックス
２１ａ孔部
２２カラーカメラ（電極撮影手段）
２３照明ランプ
３０検査ユニット
３１コンピュータ本体
３１ａ画像処理部’（ＨＳＶ変換手段）
３１ｂ判定部（メッキ判定手段、メッキ面積割合算出手段、溶接判定手段）
３４モニタ
４０ワーク
４１溶接箇所

Claims

スポット溶接機の電極のワークとの接触端面のカラー画像を撮影する電極撮影手段と、
上記電極撮影手段で撮像したカラー画像をＨＳＶの色空間に変換するＨＳＶ変換手段と、
ＨＳＶの色空間に変換された上記接触端面の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着するメッキの値となっているか否か判定するメッキ判定手段と、
走査した上記接触端面の画素数と上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定した画素の数に基づいて上記接触端面に対するメッキが付着したメッキ面積割合を算出するメッキ面積割合算出手段と、
上記メッキ面積割合を予め設定しておいた上限閾値と比較して、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えていない場合は、上記電極を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定された画素のＶ値に基づいて電極の研磨時間を算出し、該電極の研磨を行わせる溶接判定手段と、
を備えたことを特徴とするスポット溶接機の電極検査装置。
上記溶接判定手段は、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定された各画素の最大のＶ値に基づいて電極の研磨時間を算出することを特徴とする請求項１記載のスポット溶接機の電極検査装置。
上記溶接判定手段は、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記メッキ判定手段で電極に付着したメッキと判定された画素のＶ値に基づいて当該画素におけるメッキの厚さを推定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスポット溶接機の電極検査装置。
上記メッキは亜鉛メッキであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のスポット溶接機の電極検査装置。
スポット溶接機の電極のワークとの接触端面のカラー画像を撮影する第１の工程と、
上記第１の工程で撮像したカラー画像をＨＳＶの色空間に変換する第２の工程と、
ＨＳＶの色空間に変換された上記接触端面の画像を各画素毎に走査し、それぞれの画素のＨ値とＳ値とＶ値の値が予め設定しておいた電極に付着する亜鉛メッキの値となっているか否か判定する第３の工程と、
走査した上記接触端面の画素数と上記第３の工程で電極に付着した亜鉛メッキと判定した画素の数に基づいて上記接触端面に対する亜鉛メッキが付着したメッキ面積割合を算出する第４の工程と、
上記メッキ面積割合を予め設定しておいた上限閾値と比較して、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えていない場合は、上記電極を用いたスポット溶接の継続を許可する一方、上記メッキ面積割合が上記予め設定しておいた上限閾値を超えている場合は、上記第３の工程で電極に付着した亜鉛メッキと判定された各画素の最大のＶ値に基づいて電極の研磨時間を算出し、該電極の研磨を行わせる第５の工程と、
を備えたことを特徴とするスポット溶接機の電極検査方法。