JP7005832B2

JP7005832B2 - スポット溶接用電極の良否判定装置

Info

Publication number: JP7005832B2
Application number: JP2017071518A
Authority: JP
Inventors: 信浩古瀬
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018171630A

Description

本発明は、スポット溶接用電極先端の研磨状態の良否を判定する装置に関する。

スポット溶接に用いられる電極は、溶接作業時に高温状態で加圧力がかかるとともに大電流が流れるため、使用するうちに先端が摩耗して平坦部分が形成されたり、溶接対象物の金属成分が付着したりする。この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熱を得ることができなくなり、溶接不良を引き起こす。このような電極の劣化による溶接不良を防ぐため、電極の先端部を所定の曲面形状に戻すべく、一定周期毎に電極先端を切削研磨している。

電極先端の研磨は、溶接ロボットの近くに配置された研磨装置を使用して行われる。研磨装置は、例えば電極先端部を嵌入可能な凹み部にカッターが装着されたカッターホルダを有する。電極研磨の際には、溶接ガン先端に設けられた一対の電極で上記カッターホルダを押し付けて挟みながら、当該カッターホルダをモータの駆動力によって一定方向に回転させる。

研磨作業後において電極先端形状の研磨状態を自動的に判定する装置が開示されている（例えば特許文献１を参照）。同文献においては、研磨後の電極先端中央へ光を照射し、その反射光の光量に基づき、電極先端形状の良否を判定している。特許文献１に開示された判定手法によると、電極先端の中央部の光反射特性を基準として良否判定を行うので、電極先端中央の比較的狭い範囲は精度よくカ研磨状態を判定することができる。電極先端の研磨においては、丸みを帯びた先端形状がより正確に復元していることが重要であるが、上記特許文献１に記載された判定手法では、電極先端において中央部を囲む周辺部については研磨状態を正確に判定できないおそれがあった。したがって、電極先端の研磨状態を正確に判定するうえで、改善の余地があった。

特開２００２－２７３５７５号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、電極先端の研磨状態の良否をより正確に判定するのに適したスポット溶接用電極の良否判定装置を提供することを主たる課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によって提供されるスポット溶接用電極の良否判定装置は、電極の先端部表面に対して判定用光を照射する光源部と、上記判定用光が照射された上記先端部表面を撮像するカメラ部と、上記カメラ部により撮像された上記先端部表面の画像に基づいて上記電極の研磨状態の良否を判定する判定部と、を備え、上記カメラ部による上記先端部表面の撮像方向が上記光源部による上記判定用光の照射方向に対して実質的に傾斜することを特徴としている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の一例を示す概略構成図である。図１に示した良否判定装置により線状光が照射された電極の先端部表面の一例を示しており、（ａ）は電極の先端側から当該電極の中心軸に沿う方向に見た状態を表し、（ｂ）はカメラ部により撮像された電極の画像を表す。図１に示した良否判定装置により線状光が照射された電極の先端部表面の他の例を示しており、（ａ）は電極の先端側から当該電極の中心軸に沿う方向に見た状態を表し、（ｂ）はカメラ部により撮像された電極の画像を表す。本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の他の例を示し、平面視における光源部の配置を表す図である。図４のＶ－Ｖ線矢視図である。図４のＶＩ－ＶＩ線矢視図である。図４に示した良否判定装置により線状光が照射された電極の先端部表面を表す。本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置のさらに他の例を示す概略構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の一例を示している。図１に示すように、本実施形態の良否判定装置Ａ１は、光源部１と、カメラ部２と、判定部３とを備えている。

光源部１は、スポット溶接用電極（図１に示す電極６）の先端部表面に対して判定用光を照射するためのものである。電極６は、主要部が概略円柱状であるとともに、先端部が先細り曲面形状とされている。光源部１としては、詳細な図示説明は省略するが、例えば判定用光の一例である線状光を照射するものが挙げられ、レーザー光源によりラインレーザー光を照射する構成、あるいはＬＥＤモジュールから発せられた光を導光板を介して線状スリットから照射する構成、などを採用することができる。本実施形態においては、光源部１から照射される線状光の照射方向Ｎ１は、電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向と実質的に一致している。なお、光源部１から照射される線状光については、１本であっても複数本（２本以上）であってもよい。

カメラ部２は、線状光が照射された、電極６の先端部表面を撮像するものであり、例えばＣＣＤイメージセンサなどが採用される。図１から理解されるように、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙ（カメラ部２の光軸Ｏｙの沿う方向）は、光源部１による線状光の照射方向Ｎ１（電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向）に対して所定角度傾斜している。

図２および図３は、線状光が照射された電極６の先端部表面を表す。図２は、１本の線状光Ｌ１が電極６の先端部表面に照射される場合を示し、図３は２本の線状光Ｌ１，Ｌ２が電極６の先端部表面に照射される場合を示す。図２（ａ）および図３（ａ）は、電極６の先端側から当該電極６の中心軸Ｏｘに沿う方向に見た状態を表す。図２（ｂ）および図３（ｂ）は、カメラ部２により撮像された電極６の画像を表す。

図２（ａ）および図３（ａ）から理解されるように、光源部１は、電極６の先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通るように線状光Ｌ１を照射する。図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、カメラ部２により撮像された画像において、電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１（Ｌ２）は、電極６の先端部の曲面形状が反映された曲線状となる。本実施形態において、光源部１およびカメラ部２は、互いの相対位置が変化することなく電極６の中心軸Ｏｘ回りに回転可能とされている。

判定部３は、カメラ部２により撮像された、電極６の先端部表面の画像に基づいて、電極６の研磨状態の良否を判定するものである。

スポット溶接による溶接作業時には、スポット溶接用電極としての一対の電極により溶接対象物（ワーク）を所定の加圧力で挟みつつ、一対の電極６，６間に所定値の溶接電流が流れる。一対の電極６，６は、繰り返し行う溶接作業に伴って先端が摩耗し、形状変化を来すが、研磨装置（図示略）を用いて所望形状となるように研磨される。研磨装置は、一対の電極６，６の先端形状に対応する形状のカッターを備えている。電極６，６の研磨作業は、一対の電極６，６で上記カッターを挟んで押圧しつつ当該カッターを回転させることにより行う。

判定部３による電極先端の良否判定は、例えば制御盤（図示略）による制御に基づいて行う。当該制御盤は、一対の電極が搭載された溶接ロボット（図示略）の駆動制御を行うものである。制御盤は、研磨装置の駆動制御も行う。例えば溶接作業時には、制御盤から溶接ロボットへ制御信号が出力されつつ、各種センサ等による検出信号が制御盤に入力される。また、研磨作業時には、制御盤から溶接ロボットや研磨装置へ制御信号が出力されつつ、各種検出信号が制御盤に入力される。

本実施形態では、例えば上記制御盤において、判定部３による判定の基準となる基準画像が記憶されている。この基準画像は、研磨後の電極６の先端が所望形状に仕上げられた場合においてカメラ部２により撮像された電極６の先端部表面の画像である。

判定部３において電極先端の良否判定を行う際、まず、研磨後の電極６を光源部１に対して適切な位置に配置する。次に、光源部１により電極６の先端部表面に線状光を照射し、カメラ部２により当該電極６の先端部表面を撮像する。ここで、例えば光源部１およびカメラ部２を電極６の中心軸Ｏｘ回りに所定角度ずつ回転させ、所定角度毎に回転位相の異なる複数の画像を撮像する。次いで、判定部３において、当該撮像された画像と、上記制御盤の記憶部から読み出した上記基準画像とを対比し、例えば上記撮像された画像と基準画像との一致ないし相違の度合いに応じて、電極６の先端の研磨状態の良否を判定する。なお、電極先端の研磨状態の良否判定手法は、上記のように撮像画像と基準画像とを対比する手法に限定されない。例えば撮像画像について画像処理を施し、電極６の先端部適所の寸法を測定して当該測定寸法に基づいて良否判定するといった手法を採用してもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態のスポット溶接用電極の良否判定装置Ａ１においては、光源部１により電極６の先端部表面に線状光を照射し、カメラ部２により撮像された電極６の先端部表面の画像に基づいて電極６の先端の研磨状態の良否を判定する。電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１（Ｌ２）は、当該先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通っており、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙ（カメラ部２の光軸Ｏｙの沿う方向）は、光源部１から照射される線状光の照射方向Ｎ１（電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向）に対して傾斜している。このような構成によれば、カメラ部２により撮像された画像において、電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１（Ｌ２）は、電極６の先端部の曲面形状が反映された曲線状となる。そして、この曲線状の線状光Ｌ１（Ｌ２）が写り込んだ撮像画像に基づいて電極６の研磨状態の良否を判定するので、当該先端部の曲面形状の各部が所定の曲率に復元しているか否かを確認することができる。したがって、本実施形態によれば、電極６の先端における曲面形状が所望形状に復元しているか否かについて、例えば上記特許文献１に記載された電極先端中央の反射光量に基づいて判定する手法と比べて、直接的かつ正確に判定することが可能である。その結果、電極研磨後において溶接品質の維持を実現することができる。

図４～図６、および図８は、本発明に係るスポット溶接用電極の良否判定装置の他の例を示している。なお、これらの図においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。

図４に示した良否判定装置Ａ２は、光源部１と、カメラ部２と、判定部３とを備えている。本実施形態において、光源部１の配置構成およびカメラ部２の配置が上記実施形態の良否判定装置Ａ１と異なっている。

光源部１は、４つの線状光源１１，１２を含んで構成されており、対をなす線状光源１１，１２が２組配置されている。理解の便宜上、図４においては、対をなす線状光源１１，１２について点線で囲んでいる。図５に示すように、対をなす線状光源１１，１２から照射される線状光は同じ方向を向いており、当該線状光の照射方向Ｎ１は、電極６の中心軸Ｏｘに対して所定角度傾斜している。また、図６に示すように、他の対をなす線状光源１１，１２から照射される線状光は同じ方向を向いており、当該線状光の照射方向Ｎ２は、電極６の中心軸Ｏｘに対して所定角度傾斜している。

また、図５、図６から理解されるように、本実施形態において、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙ（カメラ部２の光軸Ｏｙの沿う方向）は、電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向と実質的に一致している。

図７は、線状光が照射された電極６の先端部表面を表す。同図は、電極６の先端側から当該電極６の中心軸Ｏｘに沿う方向に見た状態を表し、カメラ部２により撮像された電極６の画像である。

図７から理解されるように、２組の対をなす線状光源１１，１２は、電極６の先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通るように線状光Ｌ１，Ｌ２を照射する。同図に示すように、カメラ部２により撮像された画像において、電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１，Ｌ２は、電極６の先端部の曲面形状が反映された曲線状となる。本実施形態において、光源部１（線状光源１１，１２）およびカメラ部２は、互いの相対位置が変化することなく電極６の中心軸Ｏｘ回りに回転可能とされている。判定部３における電極先端の良否判定手法は、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態のスポット溶接用電極の良否判定装置Ａ２においては、光源部１により電極６の先端部表面に線状光を照射し、カメラ部２により撮像された電極６の先端部表面の画像に基づいて電極６の先端の研磨状態の良否を判定する。電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１，Ｌ２は、当該先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通っており、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙ（カメラ部２の光軸Ｏｙの沿う方向）は、光源部１（線状光源１１，１２）から照射される線状光の照射方向Ｎ１，Ｎ２に対して傾斜している。このような構成によれば、カメラ部２により撮像された画像において、電極６の先端部表面に照射された線状光Ｌ１，Ｌ２は、電極６の先端部の曲面形状が反映された曲線状となる。そして、この曲線状の線状光Ｌ１，Ｌ２が写り込んだ撮像画像に基づいて電極６の研磨状態の良否を判定するので、当該先端部の曲面形状の各部が所定の曲率に復元しているか否かを確認することができる。したがって、本実施形態によれば、電極６の先端における曲面形状が所望形状に復元しているか否かについて、例えば上記特許文献１に記載された電極先端中央の反射光量に基づいて判定する手法と比べて、直接的かつ正確に判定することが可能である。その結果、電極研磨後において溶接品質の維持を実現することができる。

図８に示した良否判定装置Ａ３は、光源部１と、カメラ部２と、判定部３とを備えている。上記実施形態の良否判定装置Ａ２においては１つの電極６について良否判定を行うように構成されていたが、本実施形態の良否判定装置Ａ３においては、一対の電極６，６について良否判定を行うことが可能に構成されている。

光源部１およびカメラ部２については、一対の電極６，６それぞれに対応して２組設けられている。各電極６に対応する光源部１は、図４に示した良否判定装置Ａ２の場合と同様の４つの線状光源１１，１２を含んで構成される。即ち、対をなす線状光源１１，１２から照射される線状光の照射方向Ｎ１および他の対をなす線状光源１１，１２から照射される線状光の照射方向（図示せず、図６で示した照射方向Ｎ２に対応）は、それぞれ電極６の中心軸Ｏｘに対して所定角度傾斜している。また、線状光源１１，１２は、電極６の先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通るように線状光を照射する。

本実施形態では、カメラ部２の光軸Ｏｙが沿う方向は、電極６の中心軸Ｏｘが沿う方向に対して直角である。また、電極６とカメラ部２との間には、直角プリズムミラー４が介在している。これにより、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙは、電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向と実質的に一致している。そして、このような配置の光源部１，１、カメラ部２，２、および直角プリズムミラー４，４は、筐体５に支持されており、一体化されている。筐体５は、電極６の中心軸Ｏｘ回りに回転可能とされている。判定部３における電極先端の良否判定手法は、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、電極先端の良否判定を行う際、筐体５を電極６の中心軸Ｏｘ回りに所定角度ずつ回転させ、回転位相の異なる複数の画像を撮像する。なお、本実施形態では、各光源部１が４つの線状光源１１，１２（２組の対をなす線状光源１１，１２）を含んで構成されるが、線状光源１１，１２の数量はこれに限らない。例えば、各光源部１に含まれる線状光源１１，１２の数をさらに増やせば、１回の撮像あたり電極６の先端部形状をより正確に把握することが可能となる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態のスポット溶接用電極の良否判定装置Ａ３においては、光源部１により電極６の先端部表面に線状光を照射し、カメラ部２により撮像された電極６の先端部表面の画像に基づいて電極６の先端の研磨状態の良否を判定する。電極６の先端部表面に照射された線状光は、当該先端部表面と電極６の中心軸Ｏｘとの交点Ｐｘを通っており、カメラ部２による電極６の先端部表面の撮像方向Ｎｙ（電極６の中心軸Ｏｘの沿う方向）は、光源部１（線状光源１１，１２）から照射される線状光の照射方向Ｎ１（Ｎ２）に対して傾斜している。このような構成によれば、カメラ部２により撮像された画像において、電極６の先端部表面に照射された線状光は、電極６の先端部の曲面形状が反映された曲線状となる。そして、この曲線状の線状光が写り込んだ撮像画像に基づいて電極６の研磨状態の良否を判定するので、当該先端部の曲面形状の各部が所定の曲率に復元しているか否かを確認することができる。したがって、本実施形態によれば、電極６の先端における曲面形状が所望形状に復元しているか否かについて、例えば上記特許文献１に記載された電極先端中央の反射光量に基づいて判定する手法と比べて、直接的かつ正確に判定することが可能である。その結果、電極研磨後において溶接品質の維持を実現することができる。

さらに、本実施形態においては、一対の電極６，６について同時に研磨状態の良否判定を行うことが可能である。したがって、一対の電極６，６の良否判定に係る作業を効率よく行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に変更が可能である。

上記実施形態においては、判定用光として線状光を用いる場合について説明したがこれに限定されない。判定用光としては、例えばメッシュ状など特定のパターン形状を有する光や、電極先端部までの光路において遮蔽物を設けることにより電極先端部表面において陰が形成される構成の光などを採用してもよい。また、電極の先端部表面に照射される判定用光については、必ずしも電極先端部表面と電極の中心軸との交点を通る必要はない。さらに、光源部やカメラ部の配置についても、上記実施形態に示した配置に限定されるものではない。

Ａ１，Ａ２，Ａ３良否判定装置
１光源部
１１，１２線状光源
２カメラ部
３判定部
４直角プリズムミラー
５筐体
６電極
Ｌ１，Ｌ２線状光
Ｎ１，Ｎ２照射方向
Ｎｙ撮像方向
Ｏｘ中心軸（電極の中心軸）
Ｏｙ光軸（カメラ部の光軸）
Ｐｘ交点

Claims

スポット溶接用電極の先端部の研磨状態の良否を判定する装置であって、
電極の先端部表面に対して当該電極の先端部表面と上記電極の中心軸との交点を通るように線状光を照射する光源部と、
上記線状光が照射された上記先端部表面を撮像するカメラ部と、
上記カメラ部により撮像された上記先端部表面の画像に基づいて上記電極の研磨状態の良否を判定する判定部と、を備え、
上記カメラ部による上記先端部表面の撮像方向が上記光源部による上記線状光の照射方向に対して実質的に傾斜しており、
上記光源部および上記カメラ部は、互いの相対位置が変化することなく上記電極の上記中心軸回りに回転可能である、スポット溶接用電極の良否判定装置。