特許 7402490 スポット溶接用電極検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-13

(45)【発行日】2023-12-21

(54)【発明の名称】スポット溶接用電極検査装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/36 20060101AFI20231214BHJP

   B23K 11/11 20060101ALI20231214BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

B23K11/36

B23K11/11

G01N21/88 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019190391

(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公開番号】P2021065889

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】591260948

【氏名又は名称】株式会社キョクトー

(74)【代理人】

【識別番号】100111132

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100170900

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 渉

(72)【発明者】

【氏名】手澤 和宏

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１５８７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０５１９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０６９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３０５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０２５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７８８８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １１／３６

Ｂ２３Ｋ １１／１１

Ｇ０１Ｎ ２１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業用ロボット周りに位置する機器に取り付けられた収容ケース部、及び、該収容ケース部に収容され、当該収容ケース部の内側において溶接ガンに装着保持されたスポット溶接用電極の先端を撮影するカメラ本体を有するカメラユニットと、
上記産業用ロボットから離間した位置に配設され、且つ、上記カメラユニットを制御する制御ユニットと、
上記カメラユニットに一端が接続される一方、上記制御ユニットに他端が接続されたカメラケーブルと、
金属材からなる被取付体と、を備え、
上記制御ユニットは、上記カメラ本体で撮影した画像を処理するとともに当該画像の処理結果と予め設定された設定値とを比較して上記電極の状態を判定する制御基板と、該制御基板を収容するとともに上記被取付体に取り付けられた金属製のケーシングとを備えていることを特徴とするスポット溶接用電極検査装置。

【請求項2】

請求項１に記載のスポット溶接用電極検査装置において、
上記制御基板は、シングルボードコンピュータであり、ネットワークケーブルを接続可能に構成され、当該ネットワークケーブルを介して繋がるパーソナルコンピュータに対して信号を送受信可能なネットワーク接続部、モニタに接続可能に構成され、当該モニタに対して信号を送信可能なモニタ接続部、及び、上記溶接ガンがアーム先端に固定された産業用ロボットに接続可能に構成され、当該ロボットに対して信号を送受信可能なロボット接続部の少なくとも１つを有していることを特徴とするスポット溶接用電極検査装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のスポット溶接用電極検査装置において、
上記電極は、上記カメラユニットを挟んで一対設けられ、
上記カメラユニットは、上記各電極の先端側を挿入して当該各電極をそれぞれ固定する一対の固定用孔が形成された測定基準部と、
上記一対の固定用孔の間において上記各電極に対して傾斜配置され、上記各固定用孔に固定された状態の各電極の先端をそれぞれ映し出す鏡面を両側に有する板状のミラーとを備え、
上記カメラ本体は、上記両固定用孔の並設方向と直交する方向で、且つ、上記ミラーの両側において当該ミラーの各鏡面をそれぞれ撮影可能に一対配設されていることを特徴とするスポット溶接用電極検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、自動車生産ラインにおいて用いられるスポット溶接用の電極検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、自動車生産ラインでは、溶接ガンの先端に装着保持した電極を鋼板に押し付けて加圧し、通電することにより鋼板を抵抗発熱させて溶接するスポット溶接が実施されている。スポット溶接は、通電時の電流値、通電時間、加圧力及び電極の状態を適切に管理することにより品質を安定させることができる。この中で、電極の先端は、真円で、且つ、不要物が付着していない状態であれば最も溶接の品質を安定させることができるが、溶接を所定回数行うと摩耗して真円でなくなったり、あるいは、酸化被膜等が付着して状態が悪化し、その状態のまま続けて溶接を行うと溶接部の品質が安定しなくなる。したがって、悪化した電極先端を適切な状態に研磨する必要があり、その研磨状態を適切に管理する必要がある。例えば、特許文献１では、溶接ガンに装着保持された電極の先端を撮影するカメラ本体と、該カメラ本体を制御する制御基板と、カメラ本体及び制御基板を収容するケーシングとを備え、制御基板は、カメラ本体で撮影した画像を処理するとともに当該画像の処理結果と予め設定された設定値とを比較して電極の状態を判定するようになっていて、これにより、電極の研磨状態を管理している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１９－５０２５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述の如き溶接ガンは、自動車生産ラインにおいては、産業用ロボットのアーム先端に固定されて使用されることが多い。したがって、特許文献１の如きスポット溶接用電極検査装置は、産業用ロボットの周囲に配置する必要があるが、産業用ロボットの周囲には各種設備が配置されていて利用できるスペースが限定されるため、出来るだけコンパクトな形状であることが要求される。

【0005】

これに対応するために、カメラ本体及び制御基板を収容するケーシング全体を小型化することも考えられるが、ケーシング全体を単に小型化してしまうと、当該ケーシング内部の空間が狭くなって熱がこもり易くなるので、連続使用時においては制御基板に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、産業用ロボット周りのスペースが狭い場合であっても設置することができ、しかも、連続使用時においても制御基板に悪影響を及ぼし難い放熱性の高いスポット溶接用電極検査装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明は、電極を撮影するカメラ本体を有するカメラユニットとカメラ本体を制御する制御ユニットとを別体構造にするとともに離間可能な構成にし、さらには、制御ユニットが放熱し易くなるように工夫を凝らしたことを特徴とする。

【0008】

すなわち、第１の発明では、産業用ロボット周りに位置する機器に取り付けられた収容ケース部、及び、該収容ケース部に収容され、当該収容ケース部の内側において溶接ガンに装着保持されたスポット溶接用電極の先端を撮影するカメラ本体を有するカメラユニットと、上記産業用ロボットから離間した位置に配設され、且つ、上記カメラユニットを制御する制御ユニットと、上記カメラユニットに一端が接続される一方、上記制御ユニットに他端が接続されたカメラケーブルと、金属材からなる被取付体と、を備え、上記制御ユニットは、上記カメラ本体で撮影した画像を処理するとともに当該画像の処理結果と予め設定された設定値とを比較して上記電極の状態を判定する制御基板と、該制御基板を収容するとともに上記被取付体に取り付けられた金属製のケーシングとを備えていることを特徴とする。

【0009】

第２の発明では、第１の発明において、上記制御基板は、シングルボードコンピュータであり、ネットワークケーブルを接続可能に構成され、当該ネットワークケーブルを介して繋がるパーソナルコンピュータに対して信号を送受信可能なネットワーク接続部、モニタに接続可能に構成され、当該モニタに対して信号を送信可能なモニタ接続部、及び、上記溶接ガンがアーム先端に固定された産業用ロボットに接続可能に構成され、当該ロボットに対して信号を送受信可能なロボット接続部の少なくとも１つを有していることを特徴とする。

【0010】

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記電極は、上記カメラユニットを挟んで一対設けられ、上記カメラユニットは、上記各電極の先端側を挿入して当該各電極をそれぞれ固定する一対の固定用孔が形成された測定基準部と、上記一対の固定用孔の間において上記各電極に対して傾斜配置され、上記各固定用孔に固定された状態の各電極の先端をそれぞれ映し出す鏡面を両側に有する板状のミラーとを備え、上記カメラ本体は、上記両固定用孔の並設方向と直交する方向で、且つ、上記ミラーの両側において当該ミラーの各鏡面をそれぞれ撮影可能に一対配設されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

第１の発明では、カメラユニットがカメラケーブルを介して制御ユニットから離間しているので、カメラユニットのみを産業用ロボット周りに設置可能になる。したがって、産業用ロボット周りのスペースが狭い場合であっても電極検査装置を設置することができる。また、制御基板を収容するケーシングが金属製であるとともに金属材からなる被取付体に接触しているので、ケーシング内部で発生する熱が当該ケーシングを介して被取付体へと移動し易くなる。したがって、ケーシング内部に熱がこもり難くなり、連続使用時においても制御基板に悪影響を及ぼし難くすることができる。

【0012】

第２の発明では、ネットワーク接続部を介して電極検査装置をパーソナルコンピュータに直接接続できるので、例えば、制御基板による電極の状態の判定結果等を集計したり、或いは、データ解析等を行ったりすることが簡単に行えるようになる。また、モニタ接続部を介して電極検査装置をモニタに直接接続できるので、制御基板による電極の状態の判定結果等をモニタに簡単に表示させることができる。さらに、ロボット接続部を介して電極検査装置を産業用ロボットに直接接続できるので、制御基板と産業用ロボットとの間における検査開始信号や検査終了信号などの信号のやり取りを制御基板と産業用ロボットとの間において直接行うことができる。つまり、生産ラインに電極検査装置を導入するに当たり、各種装置との間における接続を用途に応じて簡単に行うことができ、生産ラインの設計が容易になる。

【0013】

第３の発明では、測定基準部によって各電極からミラーを介しての各カメラ本体までの距離が一定となるので、測定値にばらつきが発生し難くなる。また、ミラーによって各電極の先端を真正面から各カメラ本体で撮影できるようになるので、撮影画像を制御基板で処理することによって少なくとも２方向以上の先端径を一度に測定できるようになる。これらにより、生産ラインの稼働率を下げることなく各電極の先端径の測定、つまり真円であるか否かの測定を正確に行うことができる。また、ミラーの両側の鏡面が各電極の先端を同時に映し出すことにより、一対の電極の先端の画像を同時に撮影できるようになり、生産ラインの稼働率を下げることなく電極先端の測定を行うことができる。さらに、一対の電極の先端間にはカメラ本体を配設せず、ミラーのみを配設しているだけなので、カメラユニットの電極間の距離を短くでき、カメラユニットをコンパクトな構造にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るスポット溶接用電極検査装置の斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係るカメラユニットの斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る制御ユニットを下方から見た分解斜視図である。

【図4】図２のIV－IV線における断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係るスポット溶接用電極検査装置を他の機器に接続した一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

【0016】

図１乃至図４は、本発明の実施形態に係るスポット溶接用電極検査装置１を示す。この電極検査装置１は、自動車の生産ラインにおいて、鋼板をスポット溶接にて溶接する際に使用する溶接ガンＧのシャンク先端に装着保持した一対の電極１０の状態を検査するためのものであり、電極１０の先端を撮影するカメラユニット２と、当該カメラユニット２を制御する制御ユニット３と、カメラユニット２に一端が接続される一方、制御ユニット３に他端が接続されたカメラケーブル４とを備えている。

【0017】

カメラユニット２は、略直方体形状をなす収容ケース部２１と、該収容ケース部２１の一方の側面に設けられた平面視で略Ｌ字状をなす板状のブラケット部２２とを備え、該ブラケット部２２により他の機器９に取付可能になっている。

【0018】

収容ケース部２１における長手方向一方側の上壁及び下壁には、図４に示すように、上下に対向する一対の測定基準部２１ａが設けられている。

【0019】

各測定基準部２１ａの中央部分には、収容ケース部２１の内部に連通する固定用孔２１ｂが互いに対応するように形成され、各固定用孔２１ｂの内周面は、収容ケース部２１の内部に近づくにつれて次第に縮径する湾曲形状をなしている。

【0020】

固定用孔２１ｂの内周面は、電極１０の先端側の形状に対応していて、電極１０の先端側を固定用孔２１ｂに挿入すると、当該固定用孔２１ｂの中心線に電極１０の中心軸が一致した状態で電極１０が固定されるようになっている。

【0021】

収容ケース部２１内部における両測定基準部２１ａの間には、図４に示すように、収容ケース部２１の幅方向に延びるミラーモジュール５が配設されている。

【0022】

該ミラーモジュール５は、当該ミラーモジュール５の骨格をなす樹脂製のモジュールフレーム５ａを備え、該モジュールフレーム５ａの各固定用孔２１ｂに対応する位置には、それぞれ開口部５ｂが形成されている。

【0023】

モジュールフレーム５ａにおける両開口部５ｂの間には、両側に鏡面を有する板状のミラー６が設けられている。

【0024】

該ミラー６は、両開口部５ｂの間において各固定用孔２１ｂに固定された各電極１０に対して傾斜配置されており、ミラー６の各鏡面は、各固定用孔２１ｂに固定された状態の各電極１０の先端をそれぞれ映し出すようになっている。

【0025】

モジュールフレーム５ａ内部における長手方向両端寄りの位置には、ミラー６の各鏡面に反射して映し出された各電極１０の先端をそれぞれ真正面から撮影する一対のカメラ本体７が組み付けられている。

【0026】

すなわち、各カメラ本体７は、両固定用孔２１ｂの並設方向と直交する方向で、且つ、ミラー６の両側において当該ミラー６の各鏡面をそれぞれ撮影可能に一対配設されている。

【0027】

各カメラ本体７の周りには、ミラー６の鏡面を介して電極１０の先端を照明する複数の照明用光源７ａが配設されている。

【0028】

また、各カメラ本体７の先端側には、乳白色の樹脂からなる拡散板７ｂが配設され、該拡散板７ｂは、照明用光源７ａから発せられてミラー６に向かう光を拡散させることにより、光の輝度分布の不均一を改善するようになっている。

【0029】

さらに、各測定基準部２１ａとモジュールフレーム５ａとの間には、固定用孔２１ｂを塞いでゴミ等がミラーモジュール５内へ侵入するのを防止する透明樹脂製の保護カバー８が設けられている。

【0030】

該保護カバー８の固定用孔２１ｂに対応する位置には、中央部が周縁部よりも電極１０側に位置するように緩やかに湾曲する湾曲面部８ａが設けられている。

【0031】

該湾曲面部８ａは、ミラー６で反射した照明用光源７ａの光をカメラ本体７の撮影範囲外に反射させてカメラ本体７のレンズに写り込まなくなるようにすることにより、電極１０の先端面が鮮明に撮影されるようにしている。

【0032】

収容ケース部２１の上面には、図１及び図２に示すように、当該収容ケース部２１の上面全域に対応する形状をなすカバープレート２３が設けられている。

【0033】

該カバープレート２３は、収容ケース部２１に対して当該収容ケース部２１の長手方向にスライド可能になっていて、一方側にスライドすると、図１に示すように、固定用孔２１ｂを覆って当該固定用孔２１ｂから収容ケース部２１内部にゴミ等が入り込まないようにする一方、他方側にスライドすると、図２に示すように、固定用孔２１ｂを開放して電極１０の検査を行えるようになっている。

【0034】

制御ユニット３は、図１及び図３に示すように、厚みを有する扁平な略板状をなしており、その裏面全域が金属材で形成された架台１１（被取付体）に接するように当該架台１１に取り付けられている。

【0035】

制御ユニット３は、図３に示すように、表面側が緩やかに膨らむ湾曲形状をなす金属製のケーシング３１と、該ケーシング３１に収容された略矩形板状をなす制御基板３２とを備えている。

【0036】

該制御基板３２は、シングルボードコンピュータであり、各カメラ本体７で撮影した画像をカメラケーブル４を介して取り込むとともに処理し、且つ、当該画像の処理結果と予め設定された設定値とを比較して電極１０の状態を判定するようになっている。

【0037】

また、制御基板３２には、図３及び図５に示すように、ネットワークケーブル１２を接続可能なネットワーク接続部３２ａが設けられ、該ネットワーク接続部３２ａは、ネットワークケーブル１２を介して繋がるパーソナルコンピュータ１３に対して信号を送受信可能になっている。

【0038】

さらに、制御基板３２には、モニタ１４を接続可能なモニタ接続部３２ｂが設けられ、該モニタ接続部３２ｂは、各カメラ本体７で撮影した画像や当該画像の処理結果等をモニタ１４に送信可能になっている。

【0039】

それに加えて、制御基板３２には、溶接ガンＧがアーム先端に固定された産業用ロボット１５に接続可能なロボット接続部３２ｃが設けられ、該ロボット接続部３２ｃは、産業用ロボット１５に対して、例えば、測定開始信号や測定終了信号等の信号を送受信可能になっている。

【0040】

尚、制御基板３２におけるカメラ本体７で撮影した画像の具体的な演算処理方法や電極１０の状態の判定処理方法は、特許文献１に開示されている演算処理方法や判定処理方法を適用することができる。

【0041】

以上より、本発明の実施形態によると、カメラユニット２がカメラケーブル４を介して制御ユニット３から離間しているので、カメラユニット２のみを産業用ロボット１５周りに設置可能になる。したがって、産業用ロボット１５周りのスペースが狭い場合であっても電極検査装置１を設置することができる。

【0042】

また、制御基板３２を収容するケーシング３１が金属製であるとともに金属材からなる架台１１に接触しているので、ケーシング３１内部で発生する熱が当該ケーシング３１を介して架台１１へと移動し易くなる。したがって、ケーシング３１内部に熱がこもり難くなり、連続使用時においても制御基板３２に悪影響を及ぼし難くすることができる。

【0043】

また、ネットワーク接続部３２ａを介して電極検査装置１をパーソナルコンピュータ１３に直接接続できるので、例えば、制御基板３２による電極１０の状態の判定結果等を集計したり、或いは、データ解析等を行ったりすることが簡単に行えるようになる。また、モニタ接続部３２ｂを介して電極検査装置１をモニタ１４に直接接続できるので、制御基板３２による電極１０の状態の判定結果等をモニタ１４に簡単に表示させることができる。また、ロボット接続部３２ｃを介して電極検査装置１を産業用ロボット１５に直接接続できるので、制御基板３２と産業用ロボット１５との間における検査開始信号や検査終了信号などの信号のやり取りを制御基板３２と産業用ロボット１５との間において直接行うことができる。つまり、生産ラインに電極検査装置１を導入するに当たり、各種装置との間における接続を用途に応じて簡単に行うことができ、生産ラインの設計が容易になる。

【0044】

さらに、各測定基準部２１ａに設けられた固定用孔２１ｂによって、当該各固定用孔２１ｂに固定した各電極１０からミラー６を介しての各カメラ本体７までの距離が一定となるので、測定値にばらつきが発生し難くなる。また、ミラー６によって各電極１０の先端を真正面から各カメラ本体７で撮影できるようになるので、撮影画像を制御基板３２で処理することによって少なくとも２方向以上の先端径を一度に測定できるようになる。これらにより、生産ラインの稼働率を下げることなく各電極１０の先端径の測定、つまり真円であるか否かの測定を正確に行うことができる。

【0045】

また、ミラー６の両側の鏡面が各電極１０の先端を同時に映し出すことにより、一対の電極１０の先端の画像を同時に撮影できるようになり、生産ラインの稼働率を下げることなく電極１０先端の測定を行うことができる。さらに、一対の電極１０の先端間にはカメラ本体７を配設せず、ミラー６のみを配設しているだけなので、カメラユニット２の電極１０間の距離を短くでき、カメラユニット２をコンパクトな構造にすることができる。

【0046】

尚、本発明の実施形態では、一対のカメラ本体７で一対の電極１０の各先端面を撮影して画像処理を行うようにしているが、１つのカメラ本体７で１つの電極１０の先端面を撮影して画像処理を行う構成であってもよい。

【0047】

また、本発明の実施形態では、制御ユニット３を金属材からなる架台１１に取り付けているが、その他の箇所に取り付けるようにしてもよく、例えば、金属材からなる他の設備等に取り付けるようにしてもよい。

【0048】

また、本発明の実施形態では、制御基板３２にネットワーク接続部３２ａ、モニタ接続部３２ｂ及びロボット接続部３２ｃが設けられているが、これに限らず、ネットワーク接続部３２ａ、モニタ接続部３２ｂ及びロボット接続部３２ｃの少なくとも１つが設けられていればよい。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、例えば、自動車生産ラインにおいて用いられるスポット溶接用の電極検査装置に適している。

【符号の説明】

【0050】

１ スポット溶接用電極検査装置
２ カメラユニット
３ 制御ユニット
４ カメラケーブル
６ ミラー
７ カメラ本体
１０ 電極
１１ 架台（被取付体）
１２ ネットワークケーブル
１３ パーソナルコンピュータ
１４ モニタ
１５ 産業用ロボット
２１ａ 測定基準部
２１ｂ 固定用孔
３１ ケーシング
３２ 制御基板
３２ａ ネットワーク接続部
３２ｂ モニタ接続部
３２ｃ ロボット接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】