JP7371559B2 - スポット溶接の可否判定装置および可否判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接の可否を判定する技術に関する。

従来、自動車の車体の溶接設備では、車体の溶接部位をスポット溶接するための溶接ロボットが使用されている。この種の溶接ロボットには、下記特許文献１に記載のようなスポット溶接ガンが取付けられており、この溶接ガンの２つの電極チップで溶接部位を挟み込んで抵抗溶接を行うように構成されている。

特開２００１－１５０１４８号公報

ところで、既存の溶接ロボットを使用して、新型車の車体の被溶接部をスポット溶接するとき、この車体のスポット溶接が可能であるか否かの溶接可否を予め判断する必要がある。そこで、作業者は、溶接ガンの複数の溶接姿勢のそれぞれについて、この溶接ガンとワークとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転できるか否かを確認する確認作業を行う。

この確認作業では、実機である溶接ロボットを使用し、車体に対して溶接ガンを複数の溶接姿勢のそれぞれについてチップ軸線を中心に実際に回転させる。また、このときの溶接ガンとワークとの間の間隔を手作業で確認する。このとき、作業者は、溶接ガンを全ての溶接姿勢についてワークとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができるときに、ワークのスポット溶接が可能であると判断する。一方で、作業者は、溶接ガンを少なくとも１つの溶接姿勢についてワークとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができないときに、ワークのスポット溶接が不能であると判断する。

ところが、実機である溶接ロボットを使用する場合、作業者は、上述の確認作業を溶接ガンが担当する全てのスポット打点について行うことになる。このため、確認作業に多くの時間を要するうえに、作業者負担の増加による見落とし等の発生が適正な確認の妨げになるという問題が生じ得る。とりわけ、溶接ガンの数や各溶接ガンが担当するスポット打点の数が増えると、このような問題がより顕著になる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ワークに対するスポット溶接の可否を短時間で適正に判定するのに有効な技術を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
ワークをスポット溶接する溶接ロボットの動作をコンピュータ・シミュレーションすることにより溶接可否を判定する、スポット溶接の可否判定装置であって、
上記ワークの形状を模したワークモデルと上記溶接ロボットの溶接ガンの形状を模した溶接ガンモデルとを含むスポット溶接モデルにおける上記溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢について、未使用状態の２つの電極チップにより上記ワークモデルのスポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第１溶接姿勢とし、未使用状態から摩耗した摩耗状態の上記２つの電極チップにより上記ワークモデルの上記スポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第２溶接姿勢とし、未使用状態の上記２つの電極チップを上記ワークモデルの上記スポット打点から離間させたときの溶接姿勢を第３溶接姿勢としたとき、上記３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つの溶接姿勢のそれぞれについて上記溶接ガンモデルを仮想空間において上記２つの電極チップを通るチップ軸線を中心に回転させる場合に上記２つの電極チップを除いて上記ワークモデルとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができる回転可能角度範囲を導出するシミュレーション実行部と、
上記シミュレーション実行部による実行結果に基づいて上記少なくとも２つの溶接姿勢の上記回転可能角度範囲に共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する判定部と、
を備え、
上記シミュレーション実行部は、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行い、
上記判定部は、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する、スポット溶接の可否判定装置、
にある。

本発明の他の態様は、
ワークをスポット溶接する溶接ロボットの動作をコンピュータ・シミュレーションすることにより溶接可否を判定する、スポット溶接の可否判定方法であって、
上記ワークの形状を模したワークモデルと上記溶接ロボットの溶接ガンの形状を模した溶接ガンモデルとを含むスポット溶接モデルにおける上記溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢について、未使用状態の２つの電極チップにより上記ワークモデルのスポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第１溶接姿勢とし、未使用状態から摩耗した摩耗状態の上記２つの電極チップにより上記ワークモデルの上記スポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第２溶接姿勢とし、未使用状態の上記２つの電極チップを上記ワークモデルの上記スポット打点から離間させたときの溶接姿勢を第３溶接姿勢としたとき、上記３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つの溶接姿勢のそれぞれについて上記溶接ガンモデルを仮想空間において上記２つの電極チップを通るチップ軸線を中心に回転させる場合に上記２つの電極チップを除いて上記ワークモデルとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができる回転可能角度範囲を導出するシミュレーション実行ステップと、
上記シミュレーション実行ステップによる実行結果に基づいて上記少なくとも２つの溶接姿勢の上記回転可能角度範囲に共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する判定ステップと、
を有し、
上記シミュレーション実行ステップは、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行うステップであり、
上記判定ステップは、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定するステップである、スポット溶接の可否判定方法、
にある。

上記の、スポット溶接の可否判定装置は、シミュレーション実行部と判定部を少なくとも備える。シミュレーション実行部によれば、仮想空間に溶接ガンを模して生成された溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つについて回転可能角度範囲が導出される。判定部によれば、シミュレーション実行部によって導出された、少なくとも２つの溶接姿勢の回転可能角度範囲に共通範囲があるときにワークのスポット溶接が可能であると判定される。

上記の、スポット溶接の可否判定方法は、シミュレーション実行ステップと判定ステップを少なくとも有する。シミュレーション実行ステップによれば、仮想空間に溶接ガンを模して生成された溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つについて回転可能角度範囲が導出される。判定ステップによれば、ミュレーション実行ステップによって導出された、少なくとも２つの溶接姿勢の回転可能角度範囲に共通範囲があるときにワークのスポット溶接が可能であると判定される。

ここで、溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢はいずれも、実際の溶接ロボットの溶接ガンを使用してワークのスポット溶接を行うことを想定して、そのスポット溶接が可能であるか否かを判断する指標となる姿勢である。そこで、少なくとも２つ溶接姿勢について回転可能角度範囲に共通範囲が有るか否かを予めシミュレーションで検証することによって、１つの溶接姿勢のみで判定するのに比べて、ワークのスポット溶接が可能であるか否かの判定の信頼度を高めることができる。

また、コンピュータ・シミュレーションを使用することによって、実機である溶接ロボットを使用して溶接ガンとワークとの間の隙間を作業者が実際に確認する場合に比べて、溶接可否の判定に要する時間を短縮することができ、しかも作業者による見落とし等の発生を防ぐことができる。とりわけ、溶接ガンの数や各溶接ガンが担当するスポット打点の数が多い場合により高い効果が得られる。

以上のごとく、上記の各態様によれば、ワークに対するスポット溶接の可否を短時間で適正に判定するのに有効な技術を提供することができる。

実施形態１の、スポット溶接の可否判定装置と溶接ロボットの全体構成を示す図。 実施形態１の、スポット溶接の可否判定装置のブロック図。 図２中のシミュレーション実行部のブロック図。 実施形態１の、スポット溶接の可否判定方法を示すフローチャート。 図４中の判定処理のフローチャート。 実施形態１の、スポット溶接の可否判定装置の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第１配置状態の溶接ガンモデルがワークのスポット打点に到達した様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第２配置状態の溶接ガンモデルがワークのスポット打点に到達した様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第１配置状態の溶接ガンモデルを第１溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第１配置状態の溶接ガンモデルを第２溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第１配置状態の溶接ガンモデルを第３溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第２配置状態の溶接ガンモデルを第１溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第２配置状態の溶接ガンモデルを第２溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 図２中の表示部の画面に表示されたスポット溶接モデルにおいて、第２配置状態の溶接ガンモデルを第３溶接姿勢でチップ軸線を中心に回転させる様子を示す図。 第１配置状態の溶接ガンモデルについて、回転可能角度範囲及び共通範囲について説明するための図。 第２配置状態の溶接ガンモデルについて、回転可能角度範囲及び共通範囲について説明するための図。 スポット溶接の可否判定結果の一例を示す図。

上述の態様の好ましい実施形態について以下に説明する。

上記の、スポット溶接の可否判定装置において、上記シミュレーション実行部は、上記３つの溶接姿勢の全てについて上記回転可能角度範囲を導出するのが好ましい。

この可否判定装置によれば、溶接ガンモデルの３つ全ての溶接姿勢について回転可能角度範囲を導出してそれらの共通範囲の有無を判定することによって、ワークのスポット溶接が可能であるか否かの判定の信頼度を更に高めることができる。

上記の、スポット溶接の可否判定装置において、上記シミュレーション実行部は、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行い、
上記判定部は、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定するのが好ましい。

この可否判定装置によれば、溶接ガンモデルの第１配置状態と第２配置状態の両方について回転可能角度範囲の共通範囲の有無を判定することによって、ワークに溶接ガンを一方向からのみアクセスさせる場合のみならず、別方向からもアクセスさせる場合を想定して、ワークのスポット溶接が可能であるか否かの判定を行うことが可能になる。

上記の、スポット溶接の可否判定方法において、上記シミュレーション実行ステップは、上記３つの溶接姿勢の全てについて上記回転可能角度範囲を導出するステップであるのが好ましい。

この可否判定方法によれば、溶接ガンモデルの３つ全ての溶接姿勢について回転可能角度範囲を導出してそれらの共通範囲の有無を判定することによって、ワークのスポット溶接が可能であるか否かの判定の信頼度を更に高めることができる。

上記の、スポット溶接の可否判定方法において、上記シミュレーション実行ステップは、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行うステップであり、
上記判定ステップは、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定するステップであるのが好ましい。

この可否判定方法によれば、第１配置状態と第２配置状態の両方について回転可能角度範囲の共通範囲の有無を判定することによって、ワークに溶接ガンを一方向からのみアクセスさせる場合のみならず、別方向からもアクセスさせる場合を想定して、ワークのスポット溶接が可能であるか否かの判定を行うことが可能になる。

以下、ワークのスポット溶接にかかる、スポット溶接の可否判定装置および可否判定方法の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

この実施形態を説明するための図面において、特にことわらない限り、水平方向である第１方向を矢印Ｘで示し、水平方向であり且つ第１方向Ｘと直交する第２方向を矢印Ｙで示し、第１方向Ｘと第２方向Ｙの両方に直交する第３方向を矢印Ｚで示すものとする。また、溶接ガンのチップ軸線に沿った軸方向を矢印Ｄで示すものとする。

（実施形態１）
図１に示されるように、実施形態１にかかる溶接ロボット４は、ワーク１の各部位のうち予定された被溶接部のスポット打点２にスポット溶接を施すためのものである。ワーク１は、複数の板材が予め板厚方向に重ねられることによって構成されている。この溶接ロボット４は、典型的には、車体の組み立て工程におけるスポット溶接で使用される。

溶接ロボット４は、複数の軸を有する多関節ロボットであり、ロボットアーム先端部に溶接ガン５を備えている。この溶接ロボット４に対しては制御装置を搭載した制御盤４ａが設けられており、ロボットアーム先端部の三次元座標及び向きが制御装置によって変更可能とされている。これにより、溶接ガン５を所望の位置及び姿勢に設定することができる。

溶接ガン５は、ワーク１の被溶接部のスポット打点２を挟み込んで狭圧した状態で溶接電流が供給される電極チップセットを有し、この電極チップセットは、２つの電極チップ６，７によって構成されている。電極チップ６は、ワーク１を挿入するための空間８を隔てて電極チップ７と同軸で配置されている。電極チップ７は、アクチュエータ（図示省略）によって２つの電極チップ６，７を通る仮想のチップ軸線Ａ上を往復動作可能に構成されている。本構成によれば、２つの電極チップ６，７の間の空間８の軸方向Ｄの電極間距離を適宜に変更することができる。

図２に示されるように、実施形態１の、スポット溶接の可否判定装置（以下、単に「可否判定装置」という。）１０は、ワーク１をスポット溶接する溶接ロボット４の動作をコンピュータ・シミュレーションすることにより、ワーク１のスポット溶接の可否を判定するためのものである。

可否判定装置１０は、データ処理部１１と、表示部１７と、操作部１８と、を備えている。また、データ処理部１１は、記憶部１２と、モデル生成部１３と、シミュレーション実行部１４と、判定部１５と、出力部１６と、を備えている。

記憶部１２は、外部装置やメディアを介して予め入力された入力情報や、データ処理部１１で使用するプログラムや、データ処理部１１で処理された後の結果情報などを記憶して格納するための記憶手段として構成されている。

モデル生成部１３は、ワーク１の形状を模したワークモデル１ｍと、溶接ロボット４の形状を模した溶接ロボットモデル４ｍと、を含むスポット溶接モデル９ｍを仮想空間（後述の「仮想空間Ｓ」）に生成するためのものである。ワークモデル１ｍは、ワーク１を仮想空間に３次元で表現するものであり、溶接ロボットモデル４ｍは、溶接ロボット４を仮想空間に３次元で表現するものである。溶接ロボットモデル４ｍには、溶接ガン５の形状を模した溶接ガンモデル５ｍが含まれている。このモデル生成部１３によれば、スポット溶接モデル９ｍを仮想空間に生成することができる。

図３に示されるように、シミュレーション実行部１４は、スポット打点到達確認部１４ａと、回転可能角度範囲導出部１４ｂと、を有する。

スポット打点到達確認部１４ａは、モデル生成部１３によって生成されたスポット溶接モデル９ｍにおいて、溶接ロボットモデル４ｍの動きをシミュレーションすることによって、溶接ガンモデル５ｍがワーク１の被溶接部のスポット打点２に到達するか否かを確認するためのものである。

回転可能角度範囲導出部１４ｂは、スポット溶接モデル９ｍにおける溶接ガンモデル５ｍの３つの溶接姿勢（後述の「第１溶接姿勢Ｐ１」と「第２溶接姿勢Ｐ２」と「第３溶接姿勢Ｐ３」）のそれぞれについて溶接ガンモデル５ｍの回転をシミュレーションすることによって、回転可能角度範囲Ｍ，Ｎを導出するためのものである。この回転可能角度範囲導出部１４ｂによれば、３つの全ての溶接姿勢について回転可能角度範囲Ｍ，Ｎが導出される。このシミュレーションの詳細については後述する。

図２に戻り説明すると、判定部１５は、シミュレーション実行部１４による実行結果に基づいて、ワーク１のスポット溶接が可能であるか否かを判定する判定処理を行うように構成されている。

出力部１６は、判定部１５による判定処理の結果や、この判定処理の過程で生じる情報や、データ処理部１１における各処理の過程で生じる情報などを、表示部１７に出力するためのものである。

上記のデータ処理部１１は、典型的には、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、このＣＰＵにバスを介して互いに情報伝達可能に接続されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段と、を搭載したコンピュータによって構成される。

表示部１７は、情報を表示可能なディスプレイによって構成されている。データ処理部１１の出力部１６から出力された情報がこの表示部１７に表示される。

操作部１８は、ユーザの手指で操作可能なマウス等の入力装置によって構成されている。ユーザは、表示部１７に表示された情報を視認しながら操作部１８を適宜に操作して操作情報をデータ処理部１１に入力することができる。

可否判定装置１０は、溶接ロボット４のための制御盤４ａ（図１を参照）に情報伝達可能に接続されるのが好ましい。この場合、可否判定装置１０の出力部１６から出力された情報に基づいて溶接ロボット４を実際に制御してワーク１のスポット溶接を行うことができる。

次に、図４～図１６を参照しながら、実施形態１の、スポット溶接の可否判定方法（以下、単に「可否判定方法」という。）について説明する。

この可否判定方法は、可否判定装置１０を使用して図４に示されるフローチャートの複数のステップ（ステップＳ１０１からステップＳ１２０までのステップ）を順次実行することによって行われる。
なお、必要に応じて、このフローチャートの複数のステップの少なくとも１つを複数のステップに分割したり、このフローチャートに別の１つ或いは複数のステップを追加したりすることもできる。

図４中のステップＳ１０１は、溶接ガンモデル５ｍが第１配置状態Ｃ１（図６を参照）でワーク１の被溶接部のスポット打点２に到達するか否かを確認するステップである。このステップＳ１０１では、スポット溶接モデル９ｍにおいてワークモデル１ｍに対する溶接ガンモデル５ｍの仮想空間Ｓの動きがシミュレートされる。このステップＳ１０１によれば、実機の溶接ロボット４の溶接ガン５が第１配置状態Ｃ１でワーク１のスポット打点２に到達するか否かを確認することができる。

図４中のステップＳ１０２は、ステップＳ１０１で溶接ガンモデル５ｍが第１配置状態Ｃ１でワーク１のスポット打点２に到達すると判定した（ステップＳ１０１の「Ｙｅｓ」）場合に、フラグａを「到達」とするステップである。

図４中のステップＳ１０３は、ステップＳ１０１で溶接ガンモデル５ｍが第１配置状態Ｃ１でワーク１のスポット打点２に到達しないと判定した（ステップＳ１０１の「Ｎｏ」）場合に、フラグａを「未到達」とするステップである。

図４中のステップＳ１０４は、溶接ガン５が第２配置状態Ｃ２（図７を参照）でワーク１の被溶接部のスポット打点２に到達するか否かを確認するステップである。このステップＳ１０４では、スポット溶接モデル９ｍにおいてワークモデル１ｍに対する溶接ガンモデル５ｍの仮想空間Ｓの動きがシミュレートされる。このステップＳ１０４によれば、実機の溶接ロボット４の溶接ガン５が第２配置状態Ｃ２でワーク１のスポット打点２に到達するか否かを確認することができる。

図４中のステップＳ１０５は、ステップＳ１０４で溶接ガン５が第２配置状態Ｃ２でワーク１のスポット打点２に到達すると判定した（ステップＳ１０４の「Ｙｅｓ」）場合に、フラグｂを「到達」とするステップである。

図４中のステップＳ１０６は、ステップＳ１０４で溶接ガン５が第２配置状態Ｃ２でワーク１のスポット打点２に到達しないと判定した（ステップＳ１０４の「Ｎｏ」）場合に、フラグｂを「未到達」とするステップである。

ここで、図６には、第１配置状態Ｃ１の溶接ガンモデル５ｍを含むスポット溶接モデル９ｍが表示部１７の画面１７ａに表示された様子を示している。この第１配置状態Ｃ１は、仮想空間Ｓにおいて、２つの電極チップ６，７の間にワークモデル１ｍのスポット打点２が配置されるとともに、一方の電極チップ６がスポット打点２の表面２ａに対向し、且つ他方の電極チップ７がスポット打点２の裏面２ｂに対向した状態である。

また、図７には、第２配置状態Ｃ２の溶接ガンモデル５ｍを含むスポット溶接モデル９ｍが表示部１７の画面１７ａに表示された様子を示している。この第２配置状態Ｃ２は、仮想空間Ｓにおいて、２つの電極チップ６，７の間にワークモデル１ｍのスポット打点２が配置されるとともに、一方の電極チップ６がスポット打点２の裏面２ｂに対向し、且つ他方の電極チップ７がスポット打点２の表面２ａに対向した状態である。

このように、第１配置状態Ｃ１と第２配置状態Ｃ２は、仮想空間Ｓにおいて溶接ガンモデル５ｍのチップ軸線Ａを、このチップ軸線Ａに垂直な垂直線を中心に互いに１８０°反転させた関係にある。そして、実際にワーク１に溶接ガン５をアクセスさせるとき、溶接ガン５を第１配置状態Ｃ１に設定する場合と第２配置状態Ｃ２に設定する場合とではアクセス方向が異なる。このため、第１配置状態Ｃ１と第２配置状態Ｃ２は、ワーク１に溶接ガン５を一方向からアクセスさせるのみならず別方向からもアクセスさせる場合を想定したものとなる。

図４中のステップＳ１０７は、フラグａまたはフラグｂが「到達」とされているか否かを判定するステップである。このステップＳ１０７によれば、フラグａまたはフラグｂが「到達」とされている場合にステップＳ１０８にすすみ、そうでない場合には、ステップＳ１０８からステップＳ１１１までのステップをスキップしてステップＳ１２０にすすむ。

図４中のステップＳ１０８は、フラグａが「到達」とされているか否かを判定するステップである。このステップＳ１０８によれば、フラグａが「到達」とされている場合にステップＳ１０９にすすみ、そうでない場合には、ステップＳ１０９をスキップしてステップＳ１１０にすすむ。

図４中のステップＳ１０９は、第１配置状態Ｃ１の溶接ガンモデル５ｍの回転可能角度範囲Ｍを導出するステップである。このステップＳ１０９では、スポット溶接モデル９ｍにおける溶接ガンモデル５ｍの３つの溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれについて、この溶接ガンモデル５ｍを、チップ軸線Ａを中心に少なくとも１周回転させるようなシミュレートを行う。このシミュレートは、表示部１７の画面１７ａ上でユーザが操作部１８を操作して溶接ガンモデル５ｍを実際に回転させることによって実施されてもよいし、或いは表示部１７の画面１７ａに表示されたシミュレート開始用の操作ボタンをユーザが操作部１８で操作して溶接ガンモデル５ｍを自動的に回転させることによって実施されてもよい。

ここで、図８に示されるように、第１配置状態Ｃ１にある溶接ガンモデル５ｍの第１溶接姿勢Ｐ１は、未使用状態（即ち、摩耗する前の状態）の２つの電極チップ６，７によりワークモデル１ｍのスポット打点２を挟み込んだときの溶接姿勢とされる。このとき、一方の電極チップ６の先端がスポット打点２の表面２ａに当接し、且つ他方の電極チップ７の先端がスポット打点２の裏面２ｂに当接する。

また、図９に示されるように、第１配置状態Ｃ１にある溶接ガンモデル５ｍの第２溶接姿勢Ｐ２は、未使用状態から摩耗した摩耗状態の２つの電極チップ６，７によりワークモデル１ｍのスポット打点２を挟み込んだときの溶接姿勢とされる。このとき、摩耗状態の一方の電極チップ６の先端がスポット打点２の表面２ａに当接し、且つ摩耗状態の他方の電極チップ７の先端がスポット打点２の裏面２ｂに当接する。２つの電極チップ６，７のそれぞれの摩耗状態は、例えばチップ軸線Ａに沿った軸方向について未使用状態からの摩耗寸法を管理基準値などの情報に基づいて予め定めることによって定義される。

また、図１０に示されるように、第１配置状態Ｃ１にある溶接ガンモデル５ｍの第３溶接姿勢Ｐ３は、未使用状態の２つの電極チップ６，７をワークモデル１ｍのスポット打点２から離間させたときの溶接姿勢とされる。このとき、一方の電極チップ６はスポット打点２の表面２ａに隙間を隔てて対向し、且つ他方の電極チップ７はスポット打点２の裏面２ｂに隙間を隔てて対向する。第３溶接姿勢Ｐ３は、２つの電極チップ６，７のそれぞれのスポット打点２からの離間距離を予め定めることによって定義することができる。

そして、上記のステップＳ１０９によれば、図８～図１０のそれぞれの溶接姿勢について、溶接ガンモデル５ｍを２つの電極チップ６，７を除いてワークモデル１ｍとの間に所定値以上の隙間を確保した状態でチップ軸線Ａを中心に回転させることができる角度範囲が回転可能角度範囲Ｍとして導出される。

溶接ガンモデル５ｍがワーク１の各部位のうちスポット打点２の周辺部３と干渉する場合には、スポット打点２にスポット溶接を施すのが難しい。そこで、溶接ガンモデル５ｍのうち２つの電極チップ６，７を除く部位である周辺部３とワークモデル１ｍとの間に所定値以上の隙間が確保できるか否かを予め確認するのが好ましい。

「所定値」は、溶接ガン５の寸法公差や、溶接ガンモデル５ｍに対して溶接ガン５が実際に動くときの軌跡の誤差や、安全率などを考慮しつつ、ワーク１に対する溶接ガン５の干渉を防ぐのに有効な値として予め定められるのが好ましい。一例として、所定値を５ｍｍに設定することができる。

このとき、溶接姿勢Ｐ１についての回転可能角度範囲Ｍが回転可能角度範囲Ｍ１とされ、溶接姿勢Ｐ２についての回転可能角度範囲Ｍが回転可能角度範囲Ｍ２とされ、溶接姿勢Ｐ３についての回転可能角度範囲Ｍが回転可能角度範囲Ｍ３とされる。

図４中のステップＳ１１０は、フラグｂが「到達」とされているか否かを判定するステップである。このステップＳ１１０によれば、フラグｂが「到達」とされている場合にステップＳ１１１にすすみ、そうでない場合には、ステップＳ１１１をスキップしてステップＳ１２０にすすむ。

図４中のステップＳ１１１は、第２配置状態Ｃ２の溶接ガン５の回転可能角度範囲Ｎを導出するステップである。このステップＳ１１１では、スポット溶接モデル９ｍにおける溶接ガンモデル５ｍの３つの溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれについて、この溶接ガンモデル５ｍを、チップ軸線Ａを中心に少なくとも１周回転させるようなシミュレートを行う。このシミュレートの手法は、前述のステップＳ１０９の場合と同様であり、その説明を省略する。

ここで、図１１に示されるように、第２配置状態Ｃ２にある溶接ガンモデル５ｍの第１溶接姿勢Ｐ１は、未使用状態（即ち、摩耗する前の状態）の２つの電極チップ６，７によりワークモデル１ｍのスポット打点２を挟み込んだときの溶接姿勢とされる。このとき、一方の電極チップ６の先端がスポット打点２の裏面２ｂに当接し、且つ他方の電極チップ７の先端がスポット打点２の表面２ａに当接する。

また、図１２に示されるように、第２配置状態Ｃ２にある溶接ガンモデル５ｍの第２溶接姿勢Ｐ２は、未使用状態から摩耗した摩耗状態の２つの電極チップ６，７によりワークモデル１ｍのスポット打点２を挟み込んだときの溶接姿勢とされる。このとき、摩耗状態の一方の電極チップ６の先端がスポット打点２の裏面２ｂに当接し、且つ摩耗状態の他方の電極チップ７の先端がスポット打点２の表面２ａに当接する。

また、図１３に示されるように、第２配置状態Ｃ２にある溶接ガンモデル５ｍの第３溶接姿勢Ｐ３は、未使用状態の２つの電極チップ６，７をワークモデル１ｍのスポット打点２から離間させたときの溶接姿勢とされる。このとき、一方の電極チップ６はスポット打点２の裏面２ｂに隙間を隔てて対向し、且つ他方の電極チップ７はスポット打点２の表面２ａに隙間を隔てて対向する。

そして、上記のステップＳ１１１によれば、図１１～図１３のそれぞれの溶接姿勢について、溶接ガンモデル５ｍを２つの電極チップ６，７を除いてワークモデル１ｍとの間に所定値以上の隙間を確保した状態でチップ軸線Ａを中心に回転させることができる角度範囲が回転可能角度範囲Ｎとして導出される。このときの所定値も、ステップＳ１０９で設定した値と同一の値であるのが好ましい。

このとき、溶接姿勢Ｐ１についての回転可能角度範囲Ｎが回転可能角度範囲Ｎ１とされ、溶接姿勢Ｐ２についての回転可能角度範囲Ｎが回転可能角度範囲Ｎ２とされ、溶接姿勢Ｐ３についての回転可能角度範囲Ｎが回転可能角度範囲Ｎ３とされる。

図５のフローチャートに示されるように、ステップＳ１２０は、ステップＳ１２１からステップＳ１２４までのステップによって構成されている。

ステップＳ１２１は、フラグａおよびフラグｂが「未到達」とされている否かを判定するステップである。このステップＳ１２１によれば、フラグａおよびフラグｂが「未到達」とされている場合にステップＳ１２４にすすみ、そうでない場合にステップＳ１２２にすすむ。

ステップＳ１２２は、図４中のステップＳ１０９で導出された回転可能角度範囲Ｍと、図４中のステップＳ１１１で導出された回転可能角度範囲Ｎと、に基づいて、共通範囲Ｍｃまたは共通範囲Ｎｃが有るか否かを判定するステップである。このステップＳ１２２によれば、共通範囲Ｍｃまたは共通範囲Ｎｃが有る場合にステップＳ１２３にすすみ、そうでない場合にステップＳ１２４にすすむ。

ここで、共通範囲Ｍｃは、第１配置状態Ｃ１にある溶接ガンモデル５ｍについてのものであり、共通範囲Ｎｃは、第２配置状態Ｃ２にある溶接ガンモデル５ｍについてのものである。これらの共通範囲Ｍｃ，Ｎｃは、データ処理部１１のシミュレーション実行部１４に或いは判定部１５（図２を参照）において導出され、記憶部１２に格納される。

ステップＳ１２３によれば、共通範囲Ｍｃと共通範囲Ｎｃの少なくとも一方が有るときに、その判定結果を「溶接可」として判定処理を終了する。これに対して、ステップＳ１２４によれば、共通範囲Ｍｃと共通範囲Ｎｃのいずれも無いときに、その判定結果を「溶接不可」として判定処理を終了する。

ここで、上記のステップＳ１２２の具体例について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。

図１４に示されるように、第１配置状態Ｃ１の共通範囲Ｍｃについては、第１溶接姿勢Ｐ１における回転可能角度範囲Ｍ１と、第２溶接姿勢Ｐ２における回転可能角度範囲Ｍ２と、第３溶接姿勢Ｐ３における回転可能角度範囲Ｍ３と、をチップ軸線Ａに沿って重ね合わせることによって判定が可能である。本例では、３つの回転可能角度範囲Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が全て重なる領域が有るため、共通範囲Ｍｃが有ると判定される。

図１５に示されるように、第２配置状態Ｃ２の共通範囲Ｎｃについては、第１溶接姿勢Ｐ１における回転可能角度範囲Ｎ１と、第２溶接姿勢Ｐ２における回転可能角度範囲Ｎ２と、第３溶接姿勢Ｐ３における回転可能角度範囲Ｎ３と、をチップ軸線Ａに沿って重ね合わせることによって判定が可能である。本例では、３つの回転可能角度範囲Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が全て重なる領域が無いため、共通範囲Ｎｃは無いと判定される。

図１６に示されるように、スポット溶接の可否判定結果の一例によれば、スポット打点Ｒ１については、第１配置状態Ｃ１の共通範囲Ｍｃが有り、第２配置状態Ｃ２の共通範囲Ｎｃが有るため、「溶接可」と判定される。スポット打点Ｒ２については、第１配置状態Ｃ１の共通範囲Ｍｃが有り、第２配置状態Ｃ２の共通範囲Ｎｃが無いため、「溶接可」と判定される。スポット打点Ｒ３，Ｒ４についてはいずれも、第１配置状態Ｃ１の共通範囲Ｍｃが無く、第２配置状態Ｃ２の共通範囲Ｎｃが無いため、「溶接不可」と判定される。

なお、上記構成の可否判定装置１０の記憶部１２に格納されている共通範囲Ｍｃ，Ｎｃについての情報は、制御盤４ａ（図１を参照）に搭載されている制御装置に伝送されるのが好ましい。これにより、実際にワーク１をスポット溶接する際に、これらの情報を使用して溶接ロボット４を制御することができる。

上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果が得られる。

上記の可否判定装置１０及び可否判定方法において、溶接ガンモデル５ｍの３つの溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はいずれも、実際の溶接ロボット４の溶接ガン５を使用してワーク１のスポット溶接を行うことを想定して、そのスポット溶接が可能であるか否かを判断する指標となる姿勢である。そこで、溶接ガンモデル５ｍの３つ全ての溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３について回転可能角度範囲に共通範囲が有るか否かを予めシミュレーションで検証することによって、ワーク１のスポット溶接が可能であるか否かの判定の信頼度を高めることができる。

しかも、溶接ガンモデル５ｍの第１配置状態Ｃ１と第２配置状態Ｃ２の両方について回転可能角度範囲の共通範囲の有無を判定することによって、ワーク１に溶接ガン５を一方向からのみアクセスさせる場合のみならず、別方向からもアクセスさせる場合を想定して、ワーク１のスポット溶接が可能であるか否かの判定を行うことが可能になる。

また、コンピュータ・シミュレーションを使用することによって、実機である溶接ロボット４を使用して溶接ガン５とワーク１との間の隙間を作業者が実際に確認する場合に比べて、溶接可否の判定に要する時間を短縮することができ、しかも作業者による見落とし等の発生を防ぐことができる。とりわけ、溶接ガン５の数や各溶接ガン５が担当するスポット打点の数が多い場合により高い効果が得られる。

以上のごとく、上述の実施形態１によれば、ワーク１に対するスポット溶接の可否を短時間で適正に判定するのに有効な技術を提供することができる。

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、各実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上述の実施形態１では、３つ全ての溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３について回転可能角度範囲を導出してそれらの共通範囲の有無を判定する場合について例示したが、これに代えて３つ溶接姿勢Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のうちの少なくとも２つの溶接姿勢について回転可能角度範囲を導出してそれらの共通範囲の有無を判定するようにしてもよい。

上述の実施形態１では、溶接ガンモデル５ｍの第１配置状態Ｃ１と第２配置状態Ｃ２の両方について回転可能角度範囲の共通範囲の有無を判定する場合について例示したが、これに代えて、溶接ガンモデル５ｍの第１配置状態Ｃ１と第２配置状態Ｃ２のいずれか一方について回転可能角度範囲の共通範囲の有無を判定するようにしてもよい。

１ ワーク
１ｍ ワークモデル
２ スポット打点
４ 溶接ロボット
５ 溶接ガン
５ｍ 溶接ガンモデル
６，７ 電極チップ
９ｍ スポット溶接モデル
１０ スポット溶接の可否判定装置（可否判定装置）
１４ シミュレーション実行部
１５ 判定部
Ａ チップ軸線
Ｃ１ 第１配置状態
Ｃ２ 第２配置状態
Ｐ１ 第１溶接姿勢
Ｐ２ 第２溶接姿勢
Ｐ３ 第３溶接姿勢
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｎ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 回転可能角度範囲
Ｍｃ，Ｎｃ 共通範囲
Ｓ 仮想空間
Ｓ１０９，Ｓ１１１ シミュレーション実行ステップ
Ｓ１２０ 判定ステップ

Claims (4)

1. ワークをスポット溶接する溶接ロボットの動作をコンピュータ・シミュレーションすることにより溶接可否を判定する、スポット溶接の可否判定装置であって、
   上記ワークの形状を模したワークモデルと上記溶接ロボットの溶接ガンの形状を模した溶接ガンモデルとを含むスポット溶接モデルにおける上記溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢について、未使用状態の２つの電極チップにより上記ワークモデルのスポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第１溶接姿勢とし、未使用状態から摩耗した摩耗状態の上記２つの電極チップにより上記ワークモデルの上記スポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第２溶接姿勢とし、未使用状態の上記２つの電極チップを上記ワークモデルの上記スポット打点から離間させたときの溶接姿勢を第３溶接姿勢としたとき、上記３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つの溶接姿勢のそれぞれについて上記溶接ガンモデルを仮想空間において上記２つの電極チップを通るチップ軸線を中心に回転させる場合に上記２つの電極チップを除いて上記ワークモデルとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができる回転可能角度範囲を導出するシミュレーション実行部と、
   上記シミュレーション実行部による実行結果に基づいて上記少なくとも２つの溶接姿勢の上記回転可能角度範囲に共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する判定部と、
   を備え、
   上記シミュレーション実行部は、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行い、
   上記判定部は、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する、スポット溶接の可否判定装置。
2. 上記シミュレーション実行部は、上記３つの溶接姿勢の全てについて上記回転可能角度範囲を導出する、請求項１に記載の、スポット溶接の可否判定装置。
3. ワークをスポット溶接する溶接ロボットの動作をコンピュータ・シミュレーションすることにより溶接可否を判定する、スポット溶接の可否判定方法であって、
   上記ワークの形状を模したワークモデルと上記溶接ロボットの溶接ガンの形状を模した溶接ガンモデルとを含むスポット溶接モデルにおける上記溶接ガンモデルの３つの溶接姿勢について、未使用状態の２つの電極チップにより上記ワークモデルのスポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第１溶接姿勢とし、未使用状態から摩耗した摩耗状態の上記２つの電極チップにより上記ワークモデルの上記スポット打点を挟み込んだときの溶接姿勢を第２溶接姿勢とし、未使用状態の上記２つの電極チップを上記ワークモデルの上記スポット打点から離間させたときの溶接姿勢を第３溶接姿勢としたとき、上記３つの溶接姿勢のうちの少なくとも２つの溶接姿勢のそれぞれについて上記溶接ガンモデルを仮想空間において上記２つの電極チップを通るチップ軸線を中心に回転させる場合に上記２つの電極チップを除いて上記ワークモデルとの間に所定値以上の隙間を確保した状態で回転させることができる回転可能角度範囲を導出するシミュレーション実行ステップと、
   上記シミュレーション実行ステップによる実行結果に基づいて上記少なくとも２つの溶接姿勢の上記回転可能角度範囲に共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定する判定ステップと、
   を有し、
   上記シミュレーション実行ステップは、上記少なくとも２つの溶接姿勢について上記回転可能角度範囲を導出する処理を、上記仮想空間において上記溶接ガンモデルの上記チップ軸線を互いに反転させた関係にある第１配置状態と第２配置状態の両方について行うステップであり、
   上記判定ステップは、上記溶接ガンモデルの上記第１配置状態と上記第２配置状態の少なくとも一方について上記共通範囲があるときに上記ワークのスポット溶接が可能であると判定するステップである、スポット溶接の可否判定方法。
4. 上記シミュレーション実行ステップは、上記３つの溶接姿勢の全てについて上記回転可能角度範囲を導出するステップである、請求項３に記載の、スポット溶接の可否判定方法。

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