JP6266838B2 - スパッタ分析方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ガンでワークのスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析方法及び装置に関する。

溶接ガンでワークのスポット溶接を行う際に、ワークから金属が飛散する所謂スパッタが発生する場合がある。スパッタは溶接の品質を低下させる。このため、スパッタが発生する打点を把握し、スパッタの抑制処理を行うことが望ましい。

スパッタの発生状況を確認する技術として、例えば特開２００９−６６６１２号公報が開示されている。特開２００９−６６６１２号公報に記載の技術によれば、溶接される２つのワーク間に隙間が生じている場合にスパッタが発生したと判定される。スパッタ発生回数はワークの打点毎にカウントされて表示装置に表示される。この表示によりオペレータはスパッタが発生しやすい打点を認識できる。

特開２００９−６６６１２号公報に記載の技術によると、オペレータは、スパッタが発生しやすい打点を特定できるものの、スパッタの発生原因を特定できない。このため、スパッタの発生原因を分析する作業に工数が必要である。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、スパッタの発生原因を分析する作業を効率的に行うことが可能なスパッタ分析方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、溶接ガンでワークのスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析方法であって、溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、ワークの設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶工程と、溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボットの教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶工程と、前記溶接教示情報に基づいて前記溶接ロボットが動作したときにスパッタが発生した打点を記憶するスパッタ発生情報記憶工程と、スパッタが発生した前記打点における前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との比較情報を生成する比較情報生成工程と、前記比較情報を画面に表示する画面表示工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る装置は、溶接ガンでワークのスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析装置であって、溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、ワークの設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶部と、溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボットの教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶部と、前記溶接教示情報に基づいて前記溶接ロボットが動作したときにスパッタが発生した打点を記憶するスパッタ発生情報記憶部と、スパッタが発生した前記打点における前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との比較情報を生成する比較情報生成部と、前記比較情報を画面に表示する画面表示部と、を有することを特徴とする。

ワークの設計時にはワークの設計情報が作成される。この設計情報では、打点毎に、溶接時の溶接ガンに関する溶接設計情報（位置、面直方向等）が定められる。また、溶接ロボットにはティーチングによって教示情報が作成される。この教示情報では、打点毎に、溶接時の溶接ガンに関する溶接教示情報（位置、ガン方向等）が定められる。スパッタの発生原因は溶接設計情報と溶接教示情報との相違による場合が多い。本発明は、スパッタが発生した打点を記憶し、スパッタが発生した打点に関して、予め記憶した溶接設計情報と溶接教示情報とを比較して比較情報を生成する。また、生成された比較情報を、オペレータが確認できるように画面に表示する。

本発明によれば、スパッタの発生原因である可能性が高い溶接設計情報と溶接教示情報との比較情報を画面にて確認可能である。このため、スパッタの発生原因を分析する作業を効率的に行うことが可能となる。

図１は本実施形態に係るスパッタ分析装置の機能ブロック図である。 図２は本実施形態に係るスパッタ分析処理のフローチャートである。 図３は溶接設計情報と溶接教示情報と差異角度からなるレポートを示す図である。 図４はワーク上にスパッタが発生した打点を重ねて表示する画面の模式図である。 図５Ａは差異角度を表示する画面の模式図であり、図５Ｂは溶接条件を表示する画面の模式図である。

本発明に係るスパッタ分析方法及び装置の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

［スパッタ分析装置１０の構成］
図１を用いて本実施形態に係るスパッタ分析装置１０の構成を説明する。スパッタ分析装置１０は、溶接時の溶接ガンに関する溶接設計情報を記憶する設計情報記憶部１２と、溶接時の溶接ガンに関する溶接教示情報を記憶する教示情報記憶部１４と、スパッタ発生情報を記憶するスパッタ発生情報記憶部１６と、ワークＷ（図４、図５Ａ、図５Ｂ参照、以下同様とする。）の形状情報を記憶するワーク形状情報記憶部１８と、スパッタの分析に関する一連の処理を実行する分析処理部２０と、分析処理部２０に指令信号を入力する入力装置２２と、分析処理部２０から出力される情報を表示する表示装置２４と、溶接ロボット４２を含むロボット装置４０と、を備える。

設計情報記憶部１２は、ワークＷの設計時に作成される溶接設計情報として、打点毎に設定される各種情報、例えば打点番号、打点順、位置情報、溶接面の面直方向情報、板組情報等を記憶する。位置情報は、特定位置を基準とした座標系にて打点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を示す情報である。面直方向情報は、打点の面直方向すなわち溶接面の法線方向を示す情報である。通常、スポット溶接時には溶接ガンの電極チップの軸線方向を法線方向と一致させることから、面直方向情報は溶接ガンの姿勢情報を示す。板組情報は、打点位置で組み合わされている各金属板の情報を示す情報であり、板厚、鋼種等の情報を含む。設計情報記憶部１２はデータベース化されていることが望ましい。

教示情報記憶部１４は、溶接ロボット４２に対して教示される溶接教示情報として、打点毎に設定される各種情報、例えば打点番号、打点順、位置情報、ガン方向情報、溶接条件情報等を記憶する。位置情報は、特定位置を基準とした座標系にて打点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を示す情報である。ガン方向情報は溶接ガンの姿勢情報であり、溶接時の電極チップの軸線方向を示す情報である。溶接条件情報は、打点毎の加圧力、電流値、通電時間（通電サイクルともいう）等を示す情報である。教示情報記憶部１４はデータベース化されていることが望ましい。

スパッタ発生情報記憶部１６は、各打点で発生したスパッタの発生履歴をスパッタ発生情報として記憶する。スパッタ発生情報には、例えば、ワークＷの種類、溶接ロボット４２の種類、打点番号、打点順、スパッタ発生日時等が含まれる。スパッタ発生情報記憶部１６は、スパッタ発生情報を複数の溶接ロボット４２の分だけ記憶する。スパッタ発生情報記憶部１６はデータベース化されていることが望ましい。

ワーク形状情報記憶部１８は、各ワークＷの３次元形状情報を記憶する。ワーク形状情報記憶部１８はデータベース化されていることが望ましい。

分析処理部２０は、各種演算処理を行うＣＰＵと、各種データを記憶するメモリと、データを入出力する入出力部等を備えており、例えばパーソナルコンピュータで構成される。分析処理部２０は、内部又は外部に記憶されるプログラムを実行することにより、指示取得部３０と情報取得部３２と比較情報生成部３４とスパッタ情報抽出部３６と画像情報出力部３８として機能する。各部の機能については下記スパッタ分析処理の説明にて述べる。

入力装置２２は、オペレータが操作可能なマウスやキーボード等を備える。オペレータが入力装置２２を介して入力操作を行うと、入力装置２２は分析処理部２０の指示取得部３０に指令信号を出力する。

表示装置２４は、画面２６を備える。表示装置２４は、分析処理部２０から出力される各種情報、例えばワークＷの形状画像や溶接設計情報と溶接教示情報との差異情報を画面２６に表示する。

ロボット装置４０は、複数の関節及び回転軸を備えた溶接ロボット４２と、溶接ロボット４２を制御する制御部４４と、を備える。制御部４４は、溶接教示情報を記憶し、溶接教示情報を用いて溶接ロボット４２の動作を制御する。

［スパッタ分析処理］
図２を用いて本実施形態に係るスパッタ分析処理の手順を説明する。

ステップＳ１にて、溶接設計情報を記憶する。新規の製品を製造する際にはその製品を構成するワークＷが設計される。その際、ワークＷの設計情報が定められる。ワークＷの設計情報は溶接設計情報を含む。設計情報記憶部１２はワークＷの設計情報及びそこに含まれる溶接設計情報を記憶する。

ステップＳ２にて、溶接教示情報を記憶する。新規のワークＷを溶接する際には溶接ロボット４２の動作を決める教示作業、所謂ティーチングが行われる。この教示作業により、ロボット装置４０の制御部４４に溶接教示情報を含むティーチングデータが作成される。教示情報記憶部１４は制御部４４に記憶されるティーチングデータから溶接設計情報を取得して記憶する。

ステップＳ３にて、分析処理の要否が判定される。オペレータは入力装置２２を用いて分析開始の指令信号を出力する。分析処理部２０が入力装置２２から分析開始の指令信号を受け取った場合、すなわち分析処理が必要である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ５に移行して分析処理が開始される。一方、分析処理部２０が入力装置２２から分析開始の指令信号を受け取らない場合、すなわち分析処理が不要である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４にて、ワークＷの溶接を行い、スパッタ発生情報を記憶する。制御部４４はティーチングデータに基づいて溶接ロボット４２を動作させてスポット溶接を行う。スポット溶接時にスパッタが発生すると抵抗値が低下する。この際、制御部４４は電流値を一定に保つために電圧値を低下させると共に、スパッタ発生情報を記録する。スパッタ発生情報はスパッタ発生情報記憶部１６に送られて記憶される。ステップＳ４の処理は、分析処理部２０が入力装置２２から分析開始の指令信号を受け取るまで継続して行われる。

ステップＳ５にて、分析処理が開始され、各種情報を取得する。分析処理部２０の情報取得部３２は、設計情報記憶部１２から溶接設計情報を取得し、教示情報記憶部１４から溶接教示情報を取得し、スパッタ発生情報記憶部１６からスパッタ発生情報を取得し、ワーク形状情報記憶部１８からワーク形状情報を取得する。

ステップＳ６にて、溶接設計情報と溶接教示情報との差異情報を生成する。比較情報生成部３４は、情報取得部３２で取得された溶接設計情報に含まれる打点情報（位置、面直方向）と、情報取得部３２で取得された溶接教示情報に含まれる打点情報（位置、ガン方向）を取得する。そして、溶接設計情報に含まれる面直方向情報（姿勢情報）と溶接教示情報に含まれるガン方向情報（姿勢情報）との差異角度を演算する。更に、図３に示されるように、各打点の溶接設計情報と溶接教示情報と差異角度からなるレポート５０を生成する。

ステップＳ７にて、指定期間内のスパッタ発生情報を抽出する。オペレータは入力装置２２を操作して分析を希望するスパッタ発生期間を指定する。指示取得部３０は指定された期間をスパッタ情報抽出部３６に指示する。スパッタ情報抽出部３６は指定された分析期間のスパッタ発生情報を抽出する。更に、抽出したスパッタ発生情報のデータ件数を打点番号毎にカウントすることにより、打点毎のスパッタ発生回数を算出する。

ステップＳ８にて、スパッタ発生状況を画面２６に表示する。画像情報出力部３８はワーク形状情報に基づいてワークＷの３次元画像情報を生成し表示装置２４に出力する。図４に示されるように、表示装置２４は画面２６にワークＷの３次元画像２８を表示する。このとき、画像情報出力部３８は、スパッタ情報抽出部３６で算出された打点毎のスパッタ発生回数に関する情報を３次元画像情報に付加する。図４に示されるように、表示装置２４は、画面２６内のワークＷの画像２８に各打点Ｐ１〜Ｐ５を球状のシンボルで表示する。更に各シンボルをスパッタ発生回数に応じた色で表示する。このように打点毎のスパッタ発生回数、すなわちスパッタ発生状況がシンボルの色で表示される。なお、本実施形態はシンボルの中心を打点の中心に一致させている。このため、図４ではワークＷの外側にでているシンボルの一部分のみが示されている。

ステップＳ９にて、指定された打点における溶接設計情報と溶接教示情報との差異を画面２６に表示する。図５Ａに示されるように、画面２６には入力装置２２のマウスで操作可能なポインタ２８Ａが表示される。オペレータはマウスを操作して、スパッタ発生原因を調べたい打点Ｐ１〜Ｐ５のいずれかのシンボル上にポインタ２８Ａを位置させる。指示取得部３０はポインタ２８Ａが位置する打点Ｐ１〜Ｐ５を画像情報出力部３８に指示する。画像情報出力部３８は、比較情報生成部３４で生成されたレポート５０に基づいて、指定された打点の差異角度情報を表示装置２４に出力する。図５Ａに示されるように、表示装置２４は画面２６にポインタ２８Ａが位置する打点Ｐ３の差異角度２８Ｂを表示する。

溶接ガンの姿勢が設計で定められる姿勢に対して大きくずれている場合、スパッタが発生しやすい。オペレータはこの差異角度２８Ｂの大きさから、スパッタの発生原因が溶接ガンの姿勢ずれにあるか否かを推測できる。

ところで、スパッタは姿勢ずれの他に溶接条件に起因する場合もある。ステップＳ９で画面２６に示される差異角度２８Ｂから姿勢ずれが確認できない場合はステップＳ１０以降の処理が有効である。

ステップＳ１０にて、溶接条件を表示するか否かが判定される。オペレータは入力装置２２を用いて溶接条件表示の指令信号を出力する。例えば、オペレータはマウスを操作し、打点Ｐ１〜Ｐ５のいずれかのシンボル上にポインタ２８Ａを位置させ、マウスをクリックする。すると、入力装置２２から溶接条件表示の指令信号が出力される。分析処理部２０が入力装置２２から溶接条件表示の指令信号を受け取った場合、ステップＳ１１に移行して溶接条件が表示される。一方、分析処理部２０が入力装置２２から溶接条件表示の指令信号を受け取らない場合、一連の処理は終了する。

ステップＳ１１にて、指定された打点における溶接条件を画面２６に表示する。指示取得部３０はクリックされた打点Ｐ１〜Ｐ５を画像情報出力部３８に指示する。画像情報出力部３８は、情報取得部３２で取得された溶接教示情報に含まれる溶接条件情報（加圧力、電流値、通電時間）を取得し、指定された打点の溶接条件情報を表示装置２４に出力する。図５Ｂに示されるように、表示装置２４は画面２６にポインタ２８Ａが位置する打点Ｐ３の溶接条件２８Ｃを表示する。オペレータはこの溶接条件２８Ｃから、スパッタの発生原因が溶接条件にあるか否かを推測できる。

［本実施形態のまとめ］
本実施形態に係る方法は、溶接ガンでワークＷのスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析方法であって、溶接時の溶接ガンに関する溶接情報として、ワークＷの設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶工程（ステップＳ１）と、溶接時の溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボット４２の教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶工程（ステップＳ２）と、溶接教示情報に基づいて溶接ロボット４２が動作したときにスパッタが発生した打点を記憶するスパッタ発生情報記憶工程（ステップＳ４）と、スパッタが発生した打点における溶接設計情報と溶接教示情報との比較情報を生成する比較情報生成工程（ステップＳ６）と、比較情報を画面２６に表示する画面表示工程（ステップＳ９）と、を有する。

また、本実施形態に係る装置は、溶接ガンでワークＷのスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析装置１０であって、溶接時の溶接ガンに関する溶接情報として、ワークＷの設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶部１２と、溶接時の溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボット４２の教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶部１４と、溶接教示情報に基づいて溶接ロボット４２が動作したときにスパッタが発生した打点を記憶するスパッタ発生情報記憶部１６と、スパッタが発生した打点における溶接設計情報と溶接教示情報との比較情報（レポート５０、差異角度２８Ｂ）を生成する比較情報生成部３４と、比較情報（レポート５０、差異角度２８Ｂ）を画面２６に表示する画面表示部（画像情報出力部３８、表示装置２４）と、を有する。

本実施形態によれば、スパッタの発生原因である可能性が高い溶接設計情報と溶接教示情報との比較情報を画面２６にて確認可能である。このため、スパッタの発生原因を分析する作業を効率的に行うことが可能となる。オペレータは、差異を減らすように溶接教示情報を修正することにより、スパッタの発生率を低減させることができる。

また、本実施形態において、溶接設計情報と溶接教示情報は、溶接ガンが打点を溶接するときの姿勢情報（面直方向情報、ガン方向情報）を含んでいる。そして、溶接設計情報と溶接教示情報との差異は、溶接設計情報に含まれる姿勢情報（面直方向情報）と溶接教示情報に含まれる姿勢情報（ガン方向情報）との差異である。

本実施形態によれば、スパッタの発生原因である可能性が高い溶接設計情報の姿勢情報（面直方向情報）と溶接教示情報の姿勢情報（ガン方向情報）との差異を画面２６にて確認可能である。このため、スパッタの発生原因を分析する作業をより効率的に行うことが可能となる。

また、本実施形態において、溶接教示情報は、溶接打点における加圧力、電流値、通電時間の少なくとも１つの情報を含む。そして、画面表示部（画像情報出力部３８、表示装置２４）が、加圧力、電流値、通電時間の少なくとも１つの情報を画面２６に表示する溶接条件表示工程（ステップＳ１１）を更に行う。

本実施形態によれば、スパッタの発生原因が姿勢情報でない場合に、スパッタの発生原因である可能性が高い溶接条件情報、すなわち加圧力、電流値、通電時間の情報を確認できる。このため、スパッタの発生原因を分析する作業をより効率的に行うことが可能となる。

［他の実施形態］
比較情報生成部３４で生成されたレポート５０を記憶装置に保存することも可能である。

レポート５０に含まれる溶接設計情報の打点位置と溶接教示情報の打点位置を図４に示される画面２６に表示することも可能である。

レポート５０を生成しなくてもよい。この場合、ポインタ２８Ａが打点Ｐ１〜Ｐ５に移動されたときに、比較情報生成部３４がその打点Ｐ１〜Ｐ５における溶接設計情報と溶接教示情報を取得して両者の比較情報を生成すればよい。

溶接ガンの姿勢情報や溶接条件情報の他にスパッタの発生原因となりうる情報を溶接設計情報及び／又は溶接教示情報から取得して、画面２６に表示することも可能である。

各打点Ｐ１〜Ｐ５における比較情報、溶接条件情報及びその他情報、例えば板組情報等の一覧を予め画面２６に表示しておいてもよい。更に、ポインタ２８Ａの移動操作やクリック操作に応じて、指示された打点Ｐ１〜Ｐ５の比較情報、溶接条件情報及びその他情報をハイライト表示することも可能である。

Claims (6)

1. 溶接ガンでワーク（Ｗ）のスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析方法であって、
   溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、ワーク（Ｗ）の設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶工程と、
   溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボット（４２）の教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶工程と、
   前記溶接教示情報に基づいて前記溶接ロボット（４２）が動作したときにスパッタが発生した打点（Ｐ１〜Ｐ５）を記憶するスパッタ発生情報記憶工程と、
   スパッタが発生した前記打点（Ｐ１〜Ｐ５）における前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との比較情報（２８Ｂ）を生成する比較情報生成工程と、
   前記比較情報（２８Ｂ）を画面（２６）に表示する画面表示工程と、を有する
   ことを特徴とするスパッタ分析方法。
2. 請求項１に記載のスパッタ分析方法において、
   前記溶接設計情報と前記溶接教示情報は、前記溶接ガンが前記打点（Ｐ１〜Ｐ５）を溶接するときの姿勢情報を含み、
   前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との差異は、前記溶接設計情報に含まれる前記姿勢情報と前記溶接教示情報に含まれる前記姿勢情報との差異である
   ことを特徴とするスパッタ分析方法。
3. 請求項２に記載のスパッタ分析方法において、
   前記溶接教示情報は、溶接打点における加圧力、電流値、通電時間の少なくとも１つの情報を含み、
   前記加圧力、前記電流値、前記通電時間の少なくとも１つの情報を前記画面（２６）に表示する溶接条件表示工程を更に有する
   ことを特徴とするスパッタ分析方法。
4. 溶接ガンでワーク（Ｗ）のスポット溶接を行う際に発生するスパッタを分析するスパッタ分析装置（１０）であって、
   溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、ワーク（Ｗ）の設計情報で定められる溶接設計情報を記憶する設計情報記憶部（１２）と、
   溶接時の前記溶接ガンに関する溶接情報として、溶接ロボット（４２）の教示情報で定められる溶接教示情報を記憶する教示情報記憶部（１４）と、
   前記溶接教示情報に基づいて前記溶接ロボット（４２）が動作したときにスパッタが発生した打点（Ｐ１〜Ｐ５）を記憶するスパッタ発生情報記憶部（１６）と、
   スパッタが発生した前記打点（Ｐ１〜Ｐ５）における前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との比較情報（２８Ｂ）を生成する比較情報生成部（３４）と、
   前記比較情報（２８Ｂ）を画面（２６）に表示する画面表示部（３８、２４）と、を有する
   ことを特徴とするスパッタ分析装置（１０）。
5. 請求項４に記載のスパッタ分析装置（１０）において、
   前記溶接設計情報と前記溶接教示情報は、前記溶接ガンが前記打点（Ｐ１〜Ｐ５）を溶接するときの姿勢情報を含み、
   前記溶接設計情報と前記溶接教示情報との差異は、前記溶接設計情報に含まれる前記姿勢情報と前記溶接教示情報に含まれる前記姿勢情報との差異である
   ことを特徴とするスパッタ分析装置（１０）。
6. 請求項５に記載のスパッタ分析装置（１０）において、
   前記溶接教示情報は、溶接打点における加圧力、電流値、通電時間の少なくとも１つの情報を含み、
   前記画面表示部（３８、２４）は、前記加圧力、前記電流値、前記通電時間の少なくとも１つの情報を前記画面（２６）に表示する
   ことを特徴とするスパッタ分析装置（１０）。

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