JP7083785B2 - 溶接制御装置、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の板金部品を接合するために用いられる溶接機を制御する制御装置に関し、特に、抵抗溶接機の制御装置に関する。

複数の板金部品を接合する代表的な技術として抵抗溶接がある。抵抗溶接、例えばスポット溶接では、接合対象の複数の部材を重ね合わせて通電し、その通電で発生するジュール熱により部材を部分的に溶融させて接合させる。

このような抵抗溶接では、溶接条件が加工の仕上がりに大きく影響する。溶接条件としては、加圧力、溶接電流、通電時間がある。これらの条件は、加工対象の部品の形状、材質、組合せなどにより異なるため、あらかじめ加工対象部品の組合せに応じた作業条件を抵抗溶接機の条件設定装置の記憶部に登録しておき、作業の都度、加工対象に応じて登録されたパターンを呼び出し設定するのが一般的である。

しかし、この方法では加工対象部品に応じて人手により作業条件を選択するため、選択ミスが生じる可能性がある。また、図面などの作業指示を確認する必要があるため選択のために時間を要してしまう。

この課題に対して、例えば特許文献１に記載されている装置は、ユーザから加工工程ごとの加工仕様データを取り込み、取り込んだ加工仕様に対応する作業条件（加圧力、印加電流、通電時間等）を、予め定めておいた加工仕様ごとの作業条件を示すデータベースから読み出して設定する構成である。

特開２０１０－１０５０００号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている装置は、加工工程ごとに加工仕様が予め定られている必要があり、加工仕様を定めるために人手が必要である。人手により、加工仕様を定める作業は、紙図面を基に３次元ＣＡＤデータを人間が選定し、加工部位の図面を人間が読んで、部品の材質、位置関係などから加工仕様を決定する作業となる。そのため、図面の読む能力や加工仕様を決定する能力が要求され、図面の読み違えや加工仕様の決定ミスなど、ヒューマンエラーの可能性があった。また、加工仕様の決定に時間が掛かるという問題もあった。

また、特許文献１に記載されている装置は、データベースを参照して抵抗溶接機に対して溶接条件を設定することができるが、溶接条件が抵抗溶接機に正確に登録されているかどうかのアンサーバック機能がない。このため、例えば通信異常や抵抗溶接機の異常などにより設定が正確になされていない場合に不良の要因となる。また、作業実績記録の観点では、溶接条件設定時の条件を実績データベースに記録する、または手書きで残すのみに留まっており、実際に作業した瞬間の加圧力、溶接電流、通電時間が、設定された条件通りに実施されたかの確認機能がない。

また、正しい溶接条件で作業を実施しても、分流等により適正な電流が流れずに、溶接が不完全となる不良が起こる可能性があり、これらの事象は作業後すぐに発見することは難しく、後工程または長ければ数年後に剥がれるなどの不良が発生して初めて発覚する。このため、設定した通りの溶接作業が実行されているかどうかを、溶接を実行した時点で確認する機能が要望されていた。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、図面データから溶接部位ごとの溶接条件を生成することのできる溶接制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の溶接制御装置は、１以上の溶接部を含む加工対象の図面データを受け取って格納する図面格納部と、複数種類の被溶接部材と複数種類の母材との組み合わせごとに予め求めておいた溶接条件を格納する溶接条件データベースと、溶接部抽出部と、溶接条件生成部とを有する。図面格納部の図面データには、加工対象の溶接部を構成する被溶接部材の種類と母材の種類が含まれている。溶接部抽出部は、図面データから１以上の溶接部ごとに、被溶接部材の種類と母材の種類とを抽出する。溶接条件生成部は、１以上の溶接部ごとに、溶接部抽出部が読み出した被溶接部材の種類と母材の種類の組み合わせに対応する溶接条件を、溶接条件データベースに格納された情報を参照することにより求める。

本発明によれば、図面データから溶接部の被溶接部材の種類と母材の種類を抽出し、その組み合わせに適した溶接条件を生成することができるため、人手を介さずに図面データから溶接条件を生成できる。

本実施形態の溶接制御装置の構成のブロック図である。 （ａ）実施形態の加工対象１００の一例の斜視図、（ｂ）図面データの構造の一例を示す説明図である。 実施形態の溶接制御装置の溶接条件データベース５のデータ構造の一例を示す説明図である。 実施形態の溶接部抽出部５１が抽出した溶接部データの構造の一例を示す説明図である。 実施形態の溶接条件生成部５２が生成した溶接条件のデータ構造の一例を示す説明図である。 実施形態の表示装置に表示される画面の例を示す図である。 実施形態の溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態の溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の抵抗溶接機とその作業指示を行うための電子化図面に関する一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通のデータ、部材には、同一の符号を付している。

まず、本実施形態の溶接制御装置の構造について説明する。

図１に示すように、本実施形態の溶接制御装置は、抵抗溶接機１２に接続されて溶接を制御する装置であり、格納部３０と演算部５０とを備えている。

格納部３０には、図面格納部２と、溶接部データ格納部４と、溶接条件データベース５と、生成した溶接条件の格納部３と、作業実績格納部６とが備えられている。演算部５０には、溶接部抽出部５１と、溶接条件生成部５２と、実績取込部５４が備えられている。

図面格納部２は、３次元CADデータ１等の図面データを受け取って格納する。図面データは、例えば、図２（ａ）に示すように、１以上の溶接部２１，２２，２３を含む加工対象１００のデータであり、１以上の溶接部２１，２２，２３をそれぞれ構成する被溶接部材９０の種類の示すデータと母材８０の種類を示すデータが含まれている。被溶接部材９０や母材８０の種類を示すデータとは、例えば、被溶接部材９０や母材８０の板厚や材質をいう。

図２（ｂ）に図面データが３次元CADデータである場合に、溶接部２１，２２，２３のデータ構造を示す。ＣＡＤデータには、プロパティデータとして接合部２１，２２，２３の板厚や材質のデータと、溶接点（打点）９１の位置である打点位置情報が含まれている。
溶接条件データベース５には、複数種類の被溶接部材９０と複数種類の母材８０との組み合わせごとに予め求めておいた溶接条件を格納されている。例えば、図３のように、被溶接部材９０の材質Ａ，Ｂ，Ｃごとに板厚１，２，３の３種類がある場合であって、複数母材８０の材質Ｄ，Ｅ，Ｆごとに板厚４，５，６の３種類がある場合、それらの各組み合わせについて、予め試験等を行うことにより、十分な接合強度が得られると検証済みの溶接条件（通電電流値、通電時間、加圧力）が格納されている。

溶接部抽出部５１は、図面格納部２に格納されている図面データから１以上の溶接部２１，２２，２３ごとに、被溶接部材９０の種類（板厚、材質）と母材８０の種類（板厚、材質）と、被溶接部材９０の打点位置情報を抽出し、これを溶接部データとする（図４参照）。また、溶接部抽出部５１は、必要に応じて溶接部２１，２２，２３の被溶接部材９０と母材８０の形状データも、図面データから抽出して、溶接部データ格納部４に格納する。

溶接部抽出部５１は、抽出した被溶接部材９０の板厚や材質と、抽出した母材８０の板厚や材質と、溶接を行う打点位置を、被溶接部材９０と母材８０の形状とともに、接続されている表示装置１０に表示してもよい（図６参照）。表示の際に、溶接部抽出部５１は、被溶接部材９０と母材８０のうち上側に位置する部材を強調表示してもよい。

溶接条件生成部５２は、１以上の溶接部２１，２２，２３ごとに、溶接部抽出部５１が読み出した被溶接部材９０の種類（板厚、材質）と母材８０の種類（板厚、材質）の組み合わせに対応する溶接条件（通電電流、通電時間、加圧力）を、溶接条件データベース５に格納された情報を参照することにより求める。これにより、溶接条件生成部５２は、溶接部２１，２２，２３ごとに十分な接合強度が得られると検証済みの溶接条件を図５のように生成することができる。

溶接条件生成部５２は、生成した図５の溶接条件を格納部３に格納するとともに、接続されている溶接機１２の動作制御部１１に出力して、溶接条件を設定する。

ここで、溶接機１２の構造について説明する。溶接機１２は、抵抗溶接機であり、図１のように、一対の電極７３，７４と、電極７３，７４間に通電する電源７１と、電極７３，７４により、重ね合わせて配置された被溶接部材９０と母材とを挟んで加圧する加圧部７２と、動作制御部１１とを備えている。動作制御部１１は、電源７１の通電電流と加圧部７２の加圧力を制御する制御部６３と、溶接条件格納部６４と、実績格納部６２とを備えている。

溶接条件生成部５２は、生成した溶接条件（通電電流値、通電時間、加圧力）を動作制御部１１の溶接条件格納部６４に格納することにより溶接機１２に設定する。

制御部６３は、溶接条件格納部６４に格納された溶接条件（通電電流値、通電時間、加圧力）を読み込んで電源７１と加圧部７２を制御する。一方、制御部６３は、実際に流れた電流値、通電時間、加圧力を、電源７１および加圧部７２に内蔵されているセンサから取り込んで実績格納部６２に格納する。

溶接条件生成部５２は、本実施形態では、条件照合部５３を備え、条件照合部５３は、溶接条件設定時に溶接条件格納部６４に格納した溶接条件を、溶接条件格納部６４から取り込んで、設定した溶接条件と照合する。これにより、条件照合部５３は、溶接条件が、溶接機１２に確実に設定されているかどうかを確認する。

また、実績取込部５４は、溶接機１２の実績格納部６２から溶接作業の実績データを取り込んで、作業実績格納部６に格納する。なお、実績取込部５４は、実績データが溶接条件データベース５に格納されている溶接条件に合致しているかを検証し、合致してない場合には、ユーザ（作業者）に警告を出すことも可能である。これにより、不良品が発生する可能性を溶接時に即時に警告することができ、不良品が市場に出回らないようにすることができる。

以下、本実施形態の演算部５０の動作を図7、図８のフローを用いて説明する。

ここでは、演算部５０が、ＣＰＵとメモリから構成され、ＣＰＵがメモリに予め格納されたプログラムを実行することにより、溶接部抽出部５１、溶接条件生成部５２、実績取込部５４の機能をソフトウエアによって実現する構成について説明する。ただし、演算部５０の一部または全部をハードウェアによって実現することも可能である。ハードウェアによって実現する場合には、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用い、溶接部抽出部５１、溶接条件生成部５２、実績取込部５４の動作を少なくとも実現するように回路設計を行なえばよい。

図１、図２に示すように、抵抗溶接を行う加工対象１００の設計情報は、３次元ＣＡＤソフトにて作成された図面データ（以下、３次元ＣＡＤデータと呼ぶ）１として図面格納部２に取り込まれ保存されている。

ステップ７０１において、溶接部抽出部５１は、溶接部データを作成するために、図面格納部２内のデータから、加工対象の３次元ＣＡＤデータ１を選択する。

ステップ７０２において、溶接部抽出部５１は、３次元ＣＡＤデータから、溶接部２１、２２，２３のそれぞれの溶接部材９０と母材８０の材質および板厚、ならびに、打点９１の位置情報（以下、打点情報とも呼ぶ）を抽出し、図４のような溶接部データを生成する。打点情報は、被溶接部材９０のみに付与される情報である。抵抗溶接における複数の溶接部２１，２２，２３は、被溶接部材９０と母材８０の関係によって溶接条件が異なる場合が多い。打点位置情報は、複数の溶接部２１，２２，２３を明確に区別するために重要な情報である。

ステップ７０３において、溶接部抽出部５１は、溶接部２１，２２，２３の被溶接部材９０と母材８０の形状、位置関係などを立体的に表示する作業指示表示画像１６を作成する。具体的には、溶接部抽出部５１は、加工対象の３次元ＣＡＤデータ１の位置、角度などを被溶接部材９０と母材８０の見やすい予め定めた位置や角度に調整した後、打点情報が含まれるかどうかにより被溶接部材９０を選択し、被溶接部材９０を強調表示（例えばハイライト表示）する画像１６（図６参照）を生成する。

また、溶接部抽出部５１は、作業指示表示画像１６とともに、被溶接部材９０と母材８０の板厚と材質を表示する画像１５も生成する。作業指示表示画像１５、１６を、溶接部抽出部５１は、表示装置１０に表示させる。このステップ７０３の処理により作業者は、溶接する部材９０，８０を視覚的に把握しやすくなる。

ステップ７０４において、作業者が、作業指示表示画像１６を見て、修正が必要と判断した場合には、コンソール１０ａから修正を指示する。これを受けて、溶接部抽出部５１は、図面を修正する（ステップ７０５）。

ステップ７０６において、溶接部抽出部５１は、図４のような溶接部データを溶接データ格納部４に格納する。完成した溶接部データを溶接部データベース４に登録する。

上記ステップ７０１～７０６は、図面格納部２に複数の加工対象１００の図面データが格納されている場合には、複数の加工対象１００ごとに行って、それぞれの加工対象１００の溶接部データを溶接部データベース４に事前に登録しておく。

ステップ８０１において、作業者は、抵抗溶接の作業を行う時点で、これから抵抗溶接する加工対象１００を特定する情報が書き込まれた作業指導票８と作業者タグ９をＲＦＩＤ（radio frequency identifier）リーダー７(またはバーコード等)によって読み込む。

ステップ８０２において、溶接条件生成部５２は、ステップ８０１で読み込まれた加工対象１００を特定する情報を受け取って、その加工対象１００の溶接部データ（図４）を溶接部データベース４から読み出す。そして、溶接条件生成部５２は、溶接部２１，２２，２３ごとに被溶接部材９０の材質・板厚、母材８０の材質・板厚を読み出して、それらの組み合わせに適合した溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間など）を溶接条件データベース５（図３）から求める。これにより、加工対象１００に含まれる溶接部２１，２２，２３ごとの溶接条件（図５）が生成される。

ステップ８０３において、溶接条件生成部５２は、ステップ８０２で生成した各溶接部の溶接条件を抵抗溶接機１２の溶接条件格納部６４に送信して格納することにより、溶接機１２に設定する。同時に、溶接条件生成部５２は、図６の作業指示表示画像１５にも溶接条件を表示する。さらに、溶接条件生成部５２は、溶接条件を溶接条件格納部３にも格納する。条件照合部５３は、溶接条件格納部６４に格納されている溶接条件を読み出す（アンサーバック）。

ステップ８０４において、条件照合部５３は、アンサーバックされた設定値を、溶接条件格納部６４に送信した溶接条件または溶接条件データベース５に格納されている接合条件と対比し、一致するかどうかを判定する。

一致しない場合は、ステップ８０５に進み、条件照合部５３は、表示装置１０にエラー表示するとともに、ステップ８０６において、条件照合部５３は、設備故障や通信障害の確認や修理の指示を行う。これにより、設備故障、通信障害などにより、送信された溶接条件が抵抗溶接機１２の溶接条件格納部３に正しく書き込まれない（設定されない）まま、誤って作業を実施してしまうことを防止することができる。

一致する場合は、ステップ８０７に進み、条件照合部５３は、作業者に、作業指示表示画像１５、１６に表示された向き、位置になるよう加工対象１００の被溶接部材９０と母材８０を抵抗溶接機１２にセットし、フットペダルを踏むように、促す表示を表示部１０に表示する。

これにより、作業者が被溶接部材９０と母材８０を抵抗溶接機１２にセットし、フットペダルを踏むと、抵抗溶接機１２の制御部６３は、溶接条件格納部６４に格納されている接合条件（通電電流値、通電時間、加圧力）を読み込んで、この接合条件となるように電源７１と加圧部７２を制御し、抵抗溶接を実現する。

また、制御部６３は、抵抗溶接の際に実際に流れた通電電流値、通電時間、および、加圧力を電源７１および加圧部７２内のセンサから取り込んで、作業実績値として実績格納部６２に格納する。

ステップ８０８において、実績取込部５４は、作業実績値を実績格納部６２から取り込む。

ステップ８０９において、取り込んだ作業実績値（加圧力、溶接電流、通電時間など）が、溶接条件データベース５に格納されている適切な設定条件の範囲から逸脱していないかを判定する。逸脱していない場合、ステップ８１０に進み、実績取込部５４は、作業実績格納部６に、実績値、日時および作業者タグ９から取得した作業者の情報を書き込む。

ステップ８０９において、適切な溶接条件範囲から逸脱している場合は、ステップ８１１に進み、表示装置１０にエラー表示すると共に、作業実績格納部６へ不具合情報として実績値、日時および作業者情報が書き込み、さらに、作業者に部材の確認、作業のやり直しを指示する表示を表示装置１０に表示する。これにより、不良品の見逃しを防止することができる。

上述してきたように、本実施形態の溶接制御装置によれば、図面データから溶接部の被溶接部材の種類と母材の種類を抽出し、その組み合わせに適した溶接条件を生成することができるため、人手を介さずに図面データから溶接条件を生成できる。

また、生成した溶接条件を確実に抵抗溶接機に設定されているかどうかをその場で確認することができるため、不良品を低減できる。

さらに、実際の溶接時の条件（作業実績）が、適切な範囲内を逸脱していないかについてもその場で確認できるため、不良品を低減できる。

なお、上述してきた実施形態では、溶接制御装置を抵抗溶接機１２と隣接して配置しているが、溶接制御装置を遠隔値に配置し、抵抗溶接機１２との信号やデータのやり取りを通信回線（インターネットを含む）を介して行ってもよい。これにより、いわゆるクラウドコンピューティングにより、ユーザの抵抗溶接機１２を制御する制御サービスを実現することができる。

１：３次元ＣＡＤデータ
２：図面格納部
３：生成した溶接条件格納部
４：溶接部データ格納部
５：溶接条件データベース
６：作業実績格納部
７：ＲＦＩＤリーダー
８：作業指導票
９：作業者タグ
１０：電子化図面表示ＰＣ
１１：動作制御部
１２：抵抗溶接機
１５：溶接条件表示部
１６：作業指示表示部
１７：抵抗溶接打点情報
８０：母材
９０：被溶接部材
９１：打点

Claims (10)

1. １以上の溶接部を含む加工対象の３次元ＣＡＤデータである図面データを受け取って格納する図面格納部と、
   複数種類の被溶接部材と複数種類の母材との組み合わせごとに予め求めておいた溶接条件を格納する溶接条件データベースと、
   溶接部抽出部と、
   溶接条件生成部と、
   条件照合部とを有し、
   前記図面格納部の図面データには、前記加工対象の前記溶接部を構成する被溶接部材の種類を示すデータと母材の種類を示すデータが含まれ、
   前記溶接部抽出部は、前記図面データから１以上の前記溶接部ごとに、前記被溶接部材の種類を示すデータと前記母材の種類を示すデータとを抽出し、
   前記溶接部抽出部は、前記加工対象の前記３次元ＣＡＤデータの位置及び角度を、前記被溶接部材と前記母材が見えやすい予め定めた位置及び角度に調整することにより、前記溶接部の前記被溶接部材と前記母材の形状および位置関係を立体的に表示する作業指示表示画像を生成し、
   前記溶接条件生成部は、１以上の前記溶接部ごとに、前記溶接部抽出部が抽出した被溶接部材の種類と母材の種類の組み合わせに対応する溶接条件を、前記溶接条件データベースに格納された情報を参照することにより求め、求めた前記溶接条件を、接続されている溶接機に出力して設定し、
   前記条件照合部は、前記溶接機から、当該溶接機に設定されている溶接条件を取り込んで、前記溶接条件生成部が求めた前記溶接条件または溶接条件データベース内の溶接条件と照合して、一致するかどうか判定し、一致する場合、作業指示表示画像に表示された向きおよび位置になるように前記加工対象の前記被溶接部材と前記母材を溶接機にセットし、溶接するように作業者に促す表示を、接続されている表示装置に表示させる
   ことを特徴とする溶接制御装置。
2. 請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記被溶接部材の種類を示すデータとは、前記被溶接部材の板厚および材質の少なくとも一方であり、前記母材の種類を示すデータとは、前記母材の板厚および材質の少なくとも一方であることを特徴とする溶接制御装置。
3. 請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記条件照合部は、前記溶接機に設定されている溶接条件が、設定した前記溶接条件または溶接条件データベース内の溶接条件と一致しない場合には、エラーを表示装置に表示させることを特徴とする溶接制御装置。
4. 請求項２に記載の溶接制御装置であって、前記溶接部抽出部は、前記図面データから溶接を行う位置データと、前記溶接部の前記被溶接部材と前記母材の形状データを前記図面データからさらに抽出することを特徴とする溶接制御装置。
5. 請求項４に記載の溶接制御装置であって、前記溶接部抽出部は、抽出した前記被溶接部材の板厚および材質の少なくとも一方と、抽出した前記母材の板厚および材質の少なくとも一方を示す情報を、前記作業指示表示画像とともに、接続されている表示装置に表示することを特徴とする溶接制御装置。
6. 請求項５に記載の溶接制御装置であって、前記溶接部抽出部は、前記作業指示表示画像において、溶接点である打点のデータが含まれる前記被溶接部材を強調表示することを特徴とする溶接制御装置。
7. 請求項１に記載の溶接制御装置であって、作業実績格納部と、接続されている溶接機から溶接作業の実績データを取り込んで前記作業実績格納部に格納する実績取込部をさらに有すること特徴とする溶接制御装置。
8. 請求項７に記載の溶接制御装置であって、前記実績取込部は、取り込んだ前記実績データを、設定した前記溶接条件または前記溶接条件データベース内の溶接条件と照合し、一致しない場合には、エラー表示を表示装置に表示させること特徴とする溶接制御装置。
9. 請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記溶接条件は、抵抗溶接の条件である、加圧力、通電電流、および、通電時間であることを特徴とする溶接制御装置。
10. コンピュータを、
    ユーザから、１以上の溶接部を含む加工対象の３次元ＣＡＤデータである図面データを受け取って、接続されている格納部に格納する図面格納手段と、
    前記図面データから１以上の前記溶接部ごとに、被溶接部材の種類と前記母材の種類とを抽出する溶接部抽出手段と、
    １以上の前記溶接部ごとに、前記溶接部抽出手段が読み出した前記被溶接部材の種類と母材の種類の組み合わせに対応する溶接条件を、複数種類の被溶接部材と複数種類の母材との組み合わせごとに予め求めておいた溶接条件を格納する溶接条件データベースを参照することにより求め、接続されている溶接機に設定する溶接条件生成手段と、
    条件照合手段と
    として機能させるためのプログラムであって、
    前記溶接部抽出手段は、前記加工対象の前記３次元ＣＡＤデータの位置及び角度を、前記被溶接部材と前記母材が見えやすい予め定めた位置及び角度に調整することにより、前記溶接部の前記被溶接部材と前記母材の形状および位置関係を立体的に表示する作業指示表示画像を生成し、
    前記条件照合手段は、前記溶接機から、当該溶接機に設定されている溶接条件を取り込んで、前記溶接条件生成手段が求めた前記溶接条件または溶接条件データベース内の溶接条件と照合して、一致するかどうか判定し、一致する場合、前記作業指示表示画像に表示された向きおよび位置になるように前記加工対象の前記被溶接部材と前記母材を溶接機にセットし、溶接するように作業者に促す表示を、接続されている表示装置に表示させる、
    ことを特徴とするプログラム。

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