(57)【要約】溶接チップの検査要素（３０）が提示される。溶接チップの検査要素（３０）は、第１位置合わせ部材（５２）と、この位置合わせ部材に結合された第１てこ要素（６０）とを含む。第１てこ要素（６０）はさらに、第１旋回部（６２）に結合され、第１位置合わせ部材（５２）は、溶接チップ（２２）に関連する第１の位置合わせ状態を判定するように動作可能である。溶接チップ（２２）の位置合わせがずれている場合、溶接チップ（２２）は、第１位置合わせ部材（５２）に接触する。
2006509630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接チップの検査要素であって、
第１位置合わせ部材と、
前記位置合わせ部材に結合され、さらに第１旋回部に結合された第１てこ要素とを備え、
前記第１位置合わせ部材は、溶接チップに関連する第１の位置合わせ状態を判定するように動作可能であり、前記溶接チップの位置合わせがずれている場合、前記溶接チップは、前記第１位置合わせ部材に接触する、溶接チップの検査要素。
【請求項２】
前記第１位置合わせ部材はさらに、前記第１位置合わせ部材を貫通して配設された開口を備え、前記開口は、前記溶接チップを脱着可能に受けるように動作可能である、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項３】
前記開口のサイズは、前記溶接チップに関連する位置合わせ公差に基づくものであり、前記第１位置合わせ部材および前記第１てこ要素は、ハウジング内に収容される、請求項２に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項４】
前記第１旋回部に結合され、前記第１旋回部、前記第１てこ要素、および前記第１位置合わせ部材を支持するように動作可能な装着台と、
前記装着台に結合され、前記第１てこ要素の動きを検出するように動作可能な第１センサとをさらに備える、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項５】
前記第１センサはさらに、前記第１センサと前記第１てこ要素の接触に基づいて、前記溶接チップの位置合わせ不良を検出するように動作可能である、請求項４に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項６】
前記装着台に結合され、前記溶接チップに関連する第２の位置合わせ状態を検出するように動作可能な第２位置合わせ部材と、
前記第２位置合わせ部材に結合され、前記装着台に結合された第２てこ要素とをさらに備え、
前記第１および第２の位置合わせ部材は、前記溶接チップを脱着可能に受けるように動作可能な開口を形成し、
前記溶接チップの位置合わせがずれている場合、前記第１および第２のてこ要素の少なくとも１つが、前記溶接チップと、前記第１および第２の位置合わせ部材の少なくとも１つとの接触に応答して動く、請求項５に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項７】
記憶装置上の符号化されたコンピュータ・ソフトウェアをさらに備え、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
前記第１センサから第１位置合わせ情報を受け取り、
少なくとも１つの位置合わせ予想値に関して前記第１位置合わせ情報を解析し、
前記解析に基づいて警告を生成し、
前記解析に基づいて障害状態を生成するように動作可能である、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項８】
前記コンピュータ・ソフトウェアはさらに、
前記第１の位置合わせ状態が、前記第１の位置合わせ状態についての適切な値を示す予想位置合わせ状態の範囲から外れているときに、前記警告を生成し、
前記警告が、前記溶接チップの深刻な位置合わせ不良に関連する値を示す位置合わせ障害の範囲内にあるときに、前記障害状態を生成するように動作可能である、請求項７に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項９】
前記溶接チップは、１対の溶接チップを含み、前記溶接チップの検査要素はさらに、
前記装着台に結合され、前記溶接チップに関連する押付け力を求めるように動作可能な圧力センサと、
前記装着台に結合され、前記溶接チップに関連する温度を求めるように動作可能な熱センサとを備える、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項１０】
前記第１位置合わせ部材は、少なくとも１つのほぼ円形の端部および前記第１位置合わせ部材を貫通して配設された開口を有するほぼ平坦なバーを含む、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項１１】
前記第１位置合わせ部材は、前記溶接チップとの接触に応答して押し下げられるように動作し、前記第１てこ要素が、前記第１センサとの接触に応答して圧電性の電荷の生成を引き起こす、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項１２】
前記位置合わせ部材は、ほぼ円形の要素を含む、請求項１に記載の溶接チップの検査要素。
【請求項１３】
溶接工程監視装置であって、
装着台に結合され、溶接チップに関連する押付け力を求めるように動作可能な圧力センサと、
前記装着台に結合され、前記溶接チップに関連する温度を求めるように動作可能な熱センサと、
前記装着台に結合された旋回部と、
位置合わせ部材とを備え、前記位置合わせ部材は、前記位置合わせ部材中に配設された開口を有し、かつ、てこ要素に結合され、前記てこ要素はさらに、前記旋回部に結合され、前記開口は、前記溶接チップを脱着可能に受けるように動作可能であり、前記溶接工程監視装置はさらに、
前記てこ要素の動きを検出し、前記溶接チップに関連する位置合わせ状態を求めるように動作可能な位置合わせセンサと、
記憶装置上の符号化されたコンピュータ・ソフトウェアとを備え、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
前記押付け力、前記温度、および前記位置合わせ状態の少なくとも１つを、少なくとも１つの予想値に関して解析し、
前記解析に基づいて警告を生成し、
前記解析に基づいて障害状態を生成するように動作可能である、溶接工程監視装置。
【請求項１４】
前記位置合わせ部材は、ほぼ円形の端部および前記位置合わせ部材を貫通して配設された前記開口を有するほぼ平坦なバーを含む、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【請求項１５】
前記ソフトウェアはさらに、
前記押付け力、前記温度、または前記位置合わせ状態の１つを、予想押付け力、予想温度、または予想位置合わせ状態のそれぞれの範囲の１つと比較し、
前記押付け力、前記温度、または前記位置合わせ状態の１つが、予想押付け力、予想温度、または予想位置合わせ状態のそれぞれの前記範囲の１つを超えるときに、前記押付け力、前記温度、または前記位置合わせ状態の１つ、ならびに、予想押付け力、予想温度、または予想位置合わせ状態の前記範囲の１つを含む前記警告を生成し、
前記警告を適切な受取人に伝えるように動作可能である、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【請求項１６】
前記ソフトウェアはさらに、
前記押付け力、前記温度、または前記位置合わせ状態の１つを、障害押付け力、障害温度、または障害位置合わせ状態の範囲の１つと比較し、
前記押付け力、前記温度、または前記位置合わせ状態の１つがそれぞれ、障害押付け力、障害温度、または障害位置合わせの前記範囲の１つに入るときに、前記押付け力、前記温度、および前記位置合わせ状態の少なくとも１つ、ならびに、障害押付け力、障害温度、および障害位置合わせ状態の前記範囲の少なくとも１つを含む前記障害状態を生成し、
前記障害状態を適切な受取人に伝えるように動作可能である、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【請求項１７】
前記位置合わせセンサは、前記溶接チップが前記位置合わせ部材に接触し、それによって、前記旋回部の周りで前記てこ要素を移動させて、前記位置合わせセンサに接触することに応答して、前記溶接チップの前記位置合わせを求めるように動作可能である、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【請求項１８】
前記位置合わせ部材はさらに、前記溶接チップとの接触に応答して押し下げられるように動作し、前記位置合わせセンサが、前記てこ要素と前記位置合わせセンサの接触に応答して圧電性の電荷の生成を引き起こす、請求項１７に記載の溶接工程監視装置。
【請求項１９】
前記位置合わせ部材は、ほぼ円形の要素を含み、前記開口のサイズは、前記溶接チップに関連する位置合わせ公差に基づくものである、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【請求項２０】
前記位置合わせ部材はほぼ円形であり、
前記てこ部分はロッドを含み、
前記開口はほぼ円形であり、
前記圧力センサは、歪ゲージまたは機械式センサの１つを含み、
前記熱センサは、赤外線センサまたは熱電対の１つを含む、請求項１３に記載の溶接工程監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に溶接に関し、より詳細には、溶接工程（ｗｅｌｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を監視する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の社会でコンピュータがますます重要になるにつれ、様々な産業で、機器をより効率よくかつ有効に制御および監視するために、ますますコンピュータ制御システムが採用されている。自動溶接を利用する産業ではますます、コンピュータ制御機器が使用されている。
【０００３】
自動溶接に関わる産業は、組立ラインの効率を上げるために、コンピュータ制御機械に向かっている。組立ライン上での一般的な１つの動作は、複数の構成要素を合わせて溶接することである。溶接動作はしばしば、コンピュータ制御溶接装置によって自動的に実施される。多くの場合、溶接装置の動作が適切かどうかの判定は、溶接が実施された後でそれを検査することによって手作業で実施される。例えば、詮索検査（ｐｒｙ  ｔｅｓｔ）を利用して、２つの要素が適切に結合していない不良溶接部を判定し得る。しかし、手作業の検査は、問題が検出される前に、多くの不良溶接部が生成される恐れがあるので望ましくないことがあり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、溶接工程を監視するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態では、溶接チップの検査要素（ｗｅｌｄ  ｔｉｐ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を説明する。ある溶接チップの検査要素が提示される。この溶接チップの検査要素は、第１位置合わせ部材（ｆｉｒｓｔ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ）と、この位置合わせ部材に結合された第１てこ要素とを含む。この第１てこ要素（ｆｉｒｓｔ  ｌｅｖｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）はさらに、第１旋回部（ｆｉｒｓｔ  ｐｉｖｏｔ）に結合され、第１位置合わせ部材は、溶接チップに関連する第１の位置合わせ状態を判定するように動作可能である。溶接チップの位置合わせがずれている場合、この溶接チップは、第１位置合わせ部材に接触する。
【０００６】
本発明は、多くの技術的な利点をもたらす。本発明の様々な実施形態は、これらの技術的な利点の全部または一部をもたらすこともできるし、何の利点ももたらさないこともある。このような技術的な１つの利点は、多くの不良溶接部が作製される前に、生じ得る溶接上の問題を検出し得ることである。溶接機器の性能の様々な要素を調べることによって、問題および進展中の問題をより迅速に検出することができる。問題の早期検出により、不良溶接部の数が減り、例えば組立ラインの生産性が向上する。別の技術的な利点は、のど距離（ｔｈｒｏａｔ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）が短い溶接システムを監視し得ることである。
【０００７】
本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めばもっともよく理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、溶接工程監視システム１０を示すブロック図である。システム１０は、組立ライン１２、溶接ステーション１４、溶接アーム１６、制御システム１８、および監視ステーション２０を備える。
【０００９】
組立ライン１２は、溶接ステーション１４がアクセス可能な位置に物理的な品目を配置する適切な組立ラインを含む。より具体的には、組立ライン１２は、物理的な製品に１つまたは複数の溶接を実施する適切な時間が溶接ステーション１４に与えられるように、所定の経路に沿ってこれらの製品を移動し得る。
【００１０】
溶接ステーション１４は、組立ライン１２上の製品に対して、自動、手動、および／または半手動の制御による溶接を実施するステーションを含む。より具体的には、溶接ステーション１４は、溶接アーム１６を機械的かつ／または論理的に制御して、組立ライン１２上の製品を溶接できる。
【００１１】
溶接アーム１６は、移動して組立ライン１２上の製品を溶接するように動作可能な関節型または非関節型のアームを含む。溶接アーム１６は、１つまたは複数の溶接チップ２２も含む。
【００１２】
溶接チップ２２は、溶接部を生成するように動作可能なチップを含む。一実施形態では、溶接チップ２２は、抵抗溶接を実施するのに使用する銅製のチップを含み、水冷または空冷とし得る。本発明は、溶接チップ２２の特定の数、溶接チップ２２を製作するための特定な材料、または冷却機構の種類に限定されるものではない。
【００１３】
一実施形態では、溶接チップ２２は、互いに対向し、溶接部の位置の両側に合わせられる。溶接チップ２２が互いに、かつ溶接位置から適切な距離のところにきたときに、適切な方法で溶接が実施される。溶接アーム１６は、溶接チップ２２を適切に位置決めする適切なやり方で、旋回、回転、またはその他の方法で移動できる。溶接チップ２２から溶接アーム１６までの距離は、のど距離として知られている。より具体的には、のど距離は、溶接チップから、溶接チップを保持するアームが、溶接チップを移動する機器などの別の物体と結合する点までの距離である。
【００１４】
制御システム１８は、プロセッサ２４および／または記憶装置２６を備える。プロセッサ２４は、汎用または専用の適切なデータ処理装置、例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（現場でプログラム可能なゲート・アレイ）、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、または、記憶装置２６に格納されたコンピュータ・ソフトウェアを実行するように動作可能な他の適切なハードウェアを含む。
【００１５】
記憶装置２６は、コンピュータ可読媒体などの一時的かつ／または恒久的な適切なコンピュータ可読記憶装置を、単独で、または適切に組み合わせた形で含む。例えば、記憶装置２６は、磁気記憶装置、光記憶装置、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）およびＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）などの電子記憶装置、および他の適切な物理的、光学的、または電子的な記憶装置の１つまたは複数を、適切に組み合わせた形で含み得る。記憶装置２６は、プロセッサ２４により実行可能なコンピュータの命令を記憶するように動作可能である。あるいは、制御システム１８によって実施される機能は、ハードウェアとソフトウェアの組合せによって実施することもでき、また、全体がハードウェア内に存在することもできる。
【００１６】
制御システム１８は、溶接アーム１６および溶接チップ２２の動作および制御を行う際に、溶接ステーション１４の助けとなるように動作可能である。制御システム１８はさらに、監視ステーション２０および溶接ステーション１４から情報を受け取って、記憶および解析を行うように動作可能である。例えば、制御システム１８は、溶接ステーション１４または監視ステーション２０で生成された誤差またはその他のデータを受け取って、記憶装置２６のログに記録することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、異なる構成要素に対して複数の制御システム１８を使用することができる。さらに、監視ステーション２０に関連するデータを、１つまたは複数のリモート・コンピュータまたはその他のシステムに送信することができる。
【００１７】
監視ステーション２０は、検査要素３０およびチップ・ドレッサ３２を備える。監視ステーション２０は、溶接チップ２２に対して様々な検査および修復の動作を実施するように動作可能である。
【００１８】
検査要素３０は、溶接チップ２２に対して１つまたは複数の検査を実施するように動作可能である。例えば、検査要素３０は、溶接チップ冷却状態、溶接チップ位置合わせ、溶接チップ２２の利用可能な押付け力、アーム１６に関連する空圧コンポーネントの状態、および溶接ステーション１４に関連する力の設定を求めることができる。本発明の範囲から逸脱することなく、これらの検査の一部を割愛することもできるし、他の検査を実施することもできる。検査要素３０については、図２および図３に関連してより詳細に説明する。
【００１９】
チップ・ドレッサ３２は、溶接チップ２２を修復するように動作可能である。より具体的には、溶接チップ２２は、組立ライン１２上の製品を溶接するのに使用するので、溶接チップ２２は、先が丸くなることがある。チップ・ドレッサ３２は、溶接チップ２２をとがらせるように動作可能である。チップ・ドレッサ３２については、図４に関連してより詳細に論じる。
【００２０】
動作時には、製品は、組立ライン１２に沿って溶接ステーション１４に移動する。次いで、溶接ステーション１４は、組立ライン１２上の製品に１つまたは複数の溶接部を生成するように、溶接アーム１６に指示する。例えば、アーム１６は、関節型とし、溶接チップ２２を溶接が必要とされる位置に移動させることができる。次いで、溶接チップ２２は適宜、溶接部を生成する。一実施形態では、溶接部の所望の位置の周りに溶接チップ２２を押し付け、次いで、抵抗溶接を利用して溶接部を生成する。より具体的には、アーム１６は、溶接チップ２２をともにより近くに移動して溶接すべき製品の一部を静止かつ接触する位置で保持し、溶接が完了する。所定の数の作業後、溶接ステーション１４は、溶接チップ２２を監視ステーション２０に移動させるか、あるいは、監視ステーション２０を溶接チップ２２に移動させる。監視ステーション２０で、検査要素３０およびチップ・ドレッサ３２によって、溶接チップ２２に対して様々な検査が実施される。次いで、溶接ステーション１４は、溶接アーム１６および溶接チップ２２を、組立ライン１２上の溶接製品に戻す。
【００２１】
監視ステーション２０は、検査要素３０からの１つまたは複数の情報の項目を決定できる。例えば、監視ステーション２０は、溶接チップ冷却状態、溶接チップ位置合わせ状態、溶接チップ押付け力の状態、空圧コンポーネント状態、溶接力の設定状態、チップ・ドレッシング力状態（ｔｉｐ  ｄｒｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ  ｓｔａｔｕｓ）、チップ・ドレッサ（ｔｉｐ  ｄｒｅｓｓｅｒ）３２に対する溶接チップの姿勢、チップ・ドレッサ力の能力状態（ｔｉｐ  ｄｒｅｓｓｅｒ  ｆｏｒｃｅ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ  ｓｔａｔｕｓ）、溶接チップ力の調節に関する２値型空気調節器（ａｉｒ−ｂｉｎａｒｙ−ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）の状態、チップ・ドレッサドウェル時間（ｔｉｐ  ｄｒｅｓｓｅｒ  ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ）、チップ・ドレッサのブレード状態、溶接アームが曲がっているかどうか、および監視動作が失敗したかどうかを判定し得る。
【００２２】
図２は、本発明に従って構築された検査要素３０の実施例の細部を示す側面図である。図３は、検査要素３０の上面図である。よりわかりやすいように、図２および図３を合わせて論じる。検査要素３０は、装着台５０、１つまたは複数の位置合わせ要素５２、１つまたは複数のセンサ５３、圧力センサ５４、温度センサ５６、開口５８、てこ部分６０、および旋回部６２を備える。
【００２３】
装着台（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）５０により、監視ステーション２０に対する本質的に安定した取付けが実現され、それによって、検査要素３０が監視ステーション２０に比較的しっかり固定して装着される。例えば、装着要素（ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）５０は、鋼製のアームを備えることができる。装着要素５０は、任意の適切な形状とすることができ、多くの異なる材料で作製し得るはずである。装着台５０の一部は、位置合わせ要素５２、センサ５３、圧力センサ５４、温度センサ５６、開口５８、てこ部分６０、および旋回部６２を収容するハウジングを備えることができ、その結果、これらの要素が、破片および溶接スラグから保護される。位置合わせ要素５２、センサ５３、圧力センサ５４、温度センサ５６、開口５８、てこ部分６０、および旋回部６２を破片および溶接スラグから保護することによって、信頼性を高めることができる。例えば、溶接チップ３２からの溶接スラグにより、位置合わせ要素５２の動作が妨げられることがあり、ハウジングにより、検査要素３０がより確実に動作することができる。このハウジングは、金属またはプラスチックなど、任意の適切な材料で作製することができ、溶接チップ３２を開口５８に挿入し、そこから取り外し得る形状とすることができる。
【００２４】
位置合わせ要素５２は、溶接チップ２２の位置合わせ不良を検出するように動作可能な要素を含む。一実施形態では、位置合わせ要素５２は、溶接チップ２２との接触に応答して移動するように動作可能なワッシャ（ｗａｓｈｅｒ）の一部またはワッシャ全体に類似の形状の部材を含む。より具体的には、位置合わせ要素５２は、旋回部６２の周りで旋回し、てこ部分６０を移動させてセンサ５３と接触させる。さらに、位置合わせ要素５２は、１つまたは複数のばねを使用して、位置合わせ要素５２を特定の位置に戻し、かつ／または保持することができる。例えば、このばねを使用して、位置合わせ要素５２を、位置合わせ不良の溶接チップ３２と接触した後で初期位置に戻すことができる。別の例では、位置合わせ要素５２を装着した場合。
【００２５】
位置合わせ要素５２の形状は、位置合わせ要素５２が溶接チップ２２の位置合わせ不良を検出するように動作可能である限り、位置合わせ要素５２の数と同様に比較的重要ではない。一実施形態では、単一の位置合わせ要素５２が、検査要素３０の対向する側にそれぞれ配置される。ただし、位置合わせ不良の方向を感知し得るように、複数の位置合わせ要素５２を含めることができるはずである。例えば、ワッシャ様の形状を全体的に形成するように４つのセンサを配置して、４つの象限の１つにおける位置合わせ不良を見つけることができるはずである。あるいは、位置合わせ要素５２は、レーザ、赤外線センサまたはその他の適切な機械式、電気式、または光学式の位置合わせ検出機器を含み得る。位置合わせ要素５２の動きは、監視ステーション２０によって検出可能である。監視ステーション２０は、移動した特定の位置合わせ要素５２も利用し得る。
【００２６】
一実施形態では、位置合わせ要素５２は、てこ部分６０の端部に結合されたほぼ円形の要素を備えることができる。てこ部分６０は、位置合わせ要素５２を支持するように動作可能なロッド（ｒｏｄ）、バー（ｂａｒ）またはその他の物体を備え、旋回部６２の周りで旋回することができる。てこ部分６０は、位置合わせ要素５２の一部として形成することもでき、位置合わせ要素５２に別に結合させることもできる。てこ部分６０はさらに、位置合わせ要素５２と異なるサイズのものとし得る。例えば、図３に示すように、てこ部分６０は、位置合わせ要素５２よりも小さくすることができる。
【００２７】
一実施形態では、溶接アーム１６および溶接チップ２２は、小型の溶接部に使用され、動きが制限されることがある。より具体的には、溶接チップ２２の最大間隔は、約１．２５インチとすることができるが、大型の溶接部用の溶接チップ２２およびアーム１６が開くことができる間隔は、約６インチである。さらに、溶接チップ２２ののど距離は、精密溶接システムを使用すると短くなることがある。位置合わせ要素５２は、溶接チップ間の距離およびのど距離に基づいて選択することができる。例えば、特定の位置合わせ要素５２は、１組の特定の溶接チップ２２に実施するには物理的に大きすぎることがある。
【００２８】
開口５８は、位置合わせ要素５２内に配設され、位置合わせ要素５２を通して溶接チップ２２の挿入を可能にする。溶接チップ２２が開口５８に位置合わせされていない場合、位置合わせ要素５２が活動化されることになる。開口５８のサイズは、溶接チップ２２の位置合わせのための特定の公差を設定するために可変とすることができる。例えば、３／４インチのチップを、７／８インチの開口５８とともに使用して、溶接チップ２２の位置合わせ不良の公差を最小限に抑えることができる。
【００２９】
センサ５３は、てこ部分６０の動きを検出するように動作可能な検出要素を備える。一実施形態では、センサ５３は、例えば溶接チップ２２が位置合わせ要素５２に接触するときに位置合わせ要素５２に加えられる力に応答して、てこ部分６０とセンサ５３との接触を検出できる。一実施形態では、センサ５３とてこ部分６０の接触により、監視ステーション２０によって受信可能な圧電性の電荷が生成されて、制御システム１８によって解析される。別の実施形態では、例えば、位置合わせ要素５２および／またはてこ部分６０の動きが、１つまたは複数のレーザ・ビームが遮断する場合には、レーザまたはその他の光学システムによって、センサ５３による位置合わせ要素５２の動きを検出できる。一般に、１つまたは複数のセンサ５３を、装着台５０に結合して、位置合わせ要素５２の動きを検出できる。例えば、センサ５３は、レーザ、ばね５３に応答する圧電電流生成器、機械式センサ、光学式センサ、電子センサ、磁気センサまたはその他の適切な感知装置を単独で、または適切に組み合わせて含み得る。
【００３０】
力センサ５４は、溶接チップ２２によって加えられる力を測定するように動作可能なセンサ要素を含む。例えば、力センサ５４は、歪ゲージ、ロード・セル（ｌｏａｄ  ｃｅｌｌ）またはその他の機械式の力センサを含み得る。
【００３１】
温度センサ５６は、溶接チップ２２の温度を検出するように動作可能なセンサを含む。温度センサ５６は、溶接チップ２２のうち、温度センサ５６に隣接する１つの溶接チップの温度を個々に求めるように動作可能とすることができる。例えば、温度センサ５６は、溶接チップ２２が検査要素３０に挿入されるときに、溶接チップ２２によって放射される熱を検出できる。赤外線センサ（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｅｎｓｏｒ）５６は、赤外線熱センサ（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｈｅａｔ  ｓｅｎｓｏｒ）、熱電対またはその他の適切な温度測定機器を含み得る。上記で述べたように、１つの温度センサ５６が、上側の溶接チップの温度を別に求め、第２温度センサ５６が、下側の溶接チップの温度を求めることができる。
【００３２】
てこ部分６０は、位置合わせ要素５２と溶接チップ２２との接触を示すように動作可能な位置合わせ要素５２の一部を含む。あるいは、てこ部分６０は、別個の位置合わせ要素５２に結合することができる。より具体的には、てこ部分６０は、位置合わせ要素５２と溶接チップ２２との接触に応答して動くことができ、それによってセンサ５３が活動化され、溶接チップ２２の位置合わせ不良が示される。てこ部分６０は、溶接チップ２２に関して適宜、適切な形状、サイズ、および重量のものとすることができる。例えば、てこ部分６０は、位置合わせ要素５２の直径とほぼ同じ幅にすることもできるし、それよりも小さく、または大きくすることもできる。別の実施例では、位置合わせ要素５２が位置合わせ不良の溶接チップ２２によって動くときにのみてこ部分６０が動くように、位置合わせ要素５２よりもてこ部分６０を重くすることができる。
【００３３】
旋回部６２は、位置合わせ要素５２およびてこ部分６０を支持し、かつ位置合わせ要素５２およびてこ部分６０が動くことができるように動作可能な適切な旋回点を含む。例えば、旋回部６２は、ヒンジ、ピン、ロッドまたはその他の適切な旋回要素を含み得る。
【００３４】
動作時には、溶接チップ２２は、開口５８を通って検査要素３０に挿入される。溶接チップ２２が、その予想位置からずれている場合には、溶接チップ２２は、位置合わせ要素５２の１つまたは複数に当たることになる。位置合わせ要素５２が、溶接チップ２２に応答して動く場合には、監視ステーション２０が、溶接チップ２２の位置合わせ不良を感知することになる。あるいは、位置合わせ要素５２がレーザなどの光学装置を備える場合、位置合わせ不良は、溶接チップ２２がレーザ・ビームを横切ることによって検出し得る。より具体的には、てこ部分６０が、位置合わせ要素５２の動きに応答して旋回部６２の周りで動き、センサ５３を活動化して溶接チップ２２の位置合わせ不良を示す。
【００３５】
一実施形態では、検査要素３０のそれぞれの側で複数のセンサを使用する場合には、どの位置合わせ要素５２が動くかを検出することによって、監視ステーション２０は、溶接チップ２２の位置合わせ不良の性質及び程度に関するより詳細な情報を得ることができる。
【００３６】
温度センサ５６は、溶接チップ２２の現在の温度を決定し、監視ステーション２０がその関連データを取得する。力センサ５４は、溶接チップ２２によって加えられる圧力の大きさを決定し、やはり監視ステーション２０がその関連データを取得する。より具体的には、溶接チップ２２は、溶接チップ２２が製品を溶接するときに用いるのと同じ大きさのスピードおよび圧力で、開口５８に挿入し得る。関連する測定が行われた後、検査要素３０から取り出された溶接チップ２２は、チップ・ドレッサ３２に移動させることもできるし、溶接を実施するために戻すこともできる。
【００３７】
図３Ａは、位置合わせ要素５２およびてこ部分６０の一実施形態の上面図である。この実施形態では、位置合わせ要素５２は、端部に穴またはその他の適切な開口を備えたほぼ平坦なバーを備えることができる。このバーは、金属製、プラスチック製またはその他の適切な材料製とすることができる。このバーのてこ部分６０は、ほぼ矩形であり、位置合わせ要素５２はほぼ円形である。
【００３８】
図４は、チップ・ドレッサ３２をさらに詳細に示す図である。チップ・ドレッサ３２は、チップ・ドレッサ要素１００、荷重センサ１０１、および振動センサ１０２を備える。チップ・ドレッサ要素１００は、溶接チップ２２を受け取り、溶接チップ２２をとがらせるように動作可能な要素を含む。より具体的には、チップ・ドレッサ要素１００にチップ２２を挿入してとがらせる。チップ・ドレッサ要素１００は、モータ駆動の回転ブレードを使用して、溶接チップ２２をとがらせる。一般に、溶接チップ２２をとがらせる動作を、「チップ・ドレッシング」と称する。ドレッサ要素１００は、監視ステーション２０に結合し得る。
【００３９】
モータ負荷電流センサ１０１は、チップ・ドレッサ要素１００に結合され、チップ・ドレッサ要素１００のブレードを駆動するモータの電流引込み（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｒａｗ）を検出するように動作可能である。モータ負荷電流センサ１０１は、チップ・ドレッサ・モータの電流引込みを監視ステーション２０に伝える。
【００４０】
ピーク振動加速度計１０２は、チップ・ドレッサ要素１００のピーク振動を検出する。チップ・ドレッサ要素１００の振動を検出することによって、ピーク振動加速度計１０２は、釣合いのとれていない、または動作不良のチップ・ドレッサ・モータを検出するように動作可能である。
【００４１】
動作時には、チップ・ドレッサ要素１００に溶接チップ２２を挿入してとがらせる。次いで、チップ・ドレッサ要素１００は、適切なスピードで１つまたは複数のブレードを回転させて、溶接チップ２２をとがらせる。より具体的には、チップ・ドレッサ要素１００は、溶接チップ２２にとがった先端部を形成するように試みる。電流センサ１０１は、ブレードを駆動するモータによって引き出された電流の大きさを測定し、それを制御システム１８に伝えて解析する。モータによって引き出された電流の大きさは、例えば、通常よりも引き出される電流が大きいことによって故障しつつあるモータ、丸くなったブレード、または他の問題を示すことがある。加速度計１０２は、チップ・ドレッサ要素１００の動作に起因する振動の大きさを検出する。検出された振動レベルは、制御システム１８に伝えられて解析される。例えば、振動の増加は、チップ・ドレッサ要素１００を不釣合いにするブレードの破損を示すことがある。
【００４２】
図５は、システム１０の動作方法の例を示す流れ図であり、これら様々なステップについて、ある順序が明らかに必要とされない限り、これらのステップは任意の順序で行うことができるはずである。この方法は、ステップ２００で始まる。ステップ２００では、制御システム１８が、溶接アーム１６および溶接チップ２２についての検査間隔に到達したかどうかを判定する。あるいは、制御システム１８は、チップ・ドレッサ３２を監視することができる。より具体的には、制御システム１８は、チップ・ドレッサ３２を駆動するモータの開始に関して、チップ・ドレッサ３２を監視することができる。制御システム１８は、チップ・ドレッサ３２用のモータの開始を利用して、検査要素３０によって溶接チップ２２を検査すべきことを示し得る。例えば、チップ・ドレッサ３２に関連するタイミングまたはその他の論理により、溶接チップ２２をドレッシングすべきことを判定することができ、制御システム１８は、この論理を用いて検査要素３０を活動化させ、溶接チップ２２を検査することができる。チップ・ドレッサ３２を監視することによって、検査要素３０は、システム１０の他の要素とはよりいっそう独立に動作し得る。例えば、検査要素３０がチップ・ドレッサ３２を監視するように、検査要素３０を既存のシステムに追加することができる。こうすると、検査要素３０を既存のシステムに追加するコストを少なくすることができる。
【００４３】
一実施形態では、この検査間隔は、溶接ステーション１４が、ある数の溶接を含む作業をある数だけ実施したときに到達される。例えば、それぞれ１０個の溶接を伴う５つの作業の後で、制御システム１８は、検査間隔に到達したことを判定し、溶接ステーション１４に、制御アーム１６および溶接チップ２２を監視ステーション２０に移動させて検査することができる。あるいは、監視ステーション２０が溶接チップ２２に移動することもできるし、溶接チップ２２および監視ステーション２０がともに移動することもできる。
【００４４】
次に、ステップ２０２で、検査要素３０は、溶接チップ２２の温度を求める。より具体的には、温度センサ５６を使用して、溶接チップ２２の温度を求めることができる。溶接チップ２２の温度が求められると、溶接チップ２２の実際の温度と、溶接チップ２２について予想される温度または温度範囲とを比較することによって、溶接チップに供給すべき冷却の量を求めることができる。このように、溶接チップの冷却システムの動作不良または溶接チップ２２の欠陥を検出することができる。より具体的には、アーム１６を貫通して溶接チップ２２に水を循環させて、溶接工程中に生成される熱を取り去る水冷システムを使用して、溶接チップ２２を冷却し得る。溶接チップ２２の冷却が不適切だと、溶接チップ２２の寿命が短くなる一因になり、溶接が不適切になる可能性が増えることがある。
【００４５】
ステップ２０４で、監視ステーション２０によって溶接チップ２２の位置合わせが判定される。より具体的には、溶接チップ２２が検査要素３０に挿入されると、位置合わせ要素５２が動く可能性がある。溶接チップ２２によって位置合わせ要素５２が動く場合には、溶接チップ２２および／またはアーム１６は正しく位置合わせされていない。次いで、制御システム１８および監視ステーション２０は、この情報を用いて、アーム１６および／または溶接チップ２２を位置合わせし直し、かつ／または、アーム１６および溶接チップ２２を位置合わせし直す必要を修理作業員に伝えることができる。
【００４６】
ステップ２０６に進むと、溶接チップ２２に加えられる押付け力が求められる。より具体的には、力センサ５４は、溶接チップ２２によって加えられる圧力の大きさを測定し記録する。組立ライン１２上の製品は、溶接チップ２２を使用して溶接するので、十分な力で押し付けるための溶接チップ２２の能力は、摩耗または他の問題のために小さくなることがある。監視ステーション２０を使用して確実に適切な押付け力を加え、それによって製品を適切に溶接することができる。センサ５４での押付け力の測定値を、監視ステーション２０に伝えて制御システム１８で解析し、かつ／または、リモート・コンピュータ・システムに送信することができる。
【００４７】
次いで、ステップ２１０で、検査要素３０からチップ・ドレッサ３２に溶接チップ２２を移動させる（あるいは、チップ・ドレッサ３２を移動させるか、溶接チップ２２およびチップ・ドレッサ３２をともに移動させる）。チップ・ドレッサ３２で、チップ・ドレッシング要素１００の力の設定を求める。より具体的には、上述の電流測定を利用して、チップ・ドレッサ要素１００の切削ブレードを回転させるのに用いる力の大きさが求められる。
【００４８】
ステップ２１４で、加速度計１０２を使用して、溶接ガンが曲がっているか、位置合わせが不良であることを示し得る過剰な振動を検出する。
【００４９】
次に、ステップ２１８で、監視ステーション２０およびアーム１６ならびに溶接チップ２２によって実施された最後の検査からの間隔が求められる。より具体的には、制御システム１８は、アーム１６および溶接チップ２２の現在の検査の時間など、監視ステーション２０からの情報を解析し、最後の検査動作から、異常な、および／または予想外の長さの時間が経過しているかどうかを判定する。
【００５０】
ステップ２２０に進むと、チップ・ドレッサ要素１００によるチップ・ドレッシング動作にかかった時間の長さが求められる。次いで、ステップ２２２で、この時間間隔、および／または加速度計１０２を使用した振動解析に基づいて、チップ・ドレッサ要素１００の切削ブレードが損傷を受けたことを検出する。
【００５１】
次いで、ステップ２２４で、切削ブレードのとがり具合が推定される。より具体的には、溶接チップ２２をとがらせるのに必要とされる時間の長さを解析することによって、切削ブレードのとがり具合が推定される。丸くなった切削ブレードは、チップ２２を適切にとがらせられないことがあり、かつ／または、予想外の長さの時間がかかることがある。
【００５２】
次いで、ステップ２２８で、制御システム１８は、ステップ２００〜２２６の結果を解析する。より具体的には、所定の許容可能な範囲を、温度、位置合わせ、および押付け力（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｆｏｒｃｅ）など、各項目の測定値と関連づけることができる。次いで、測定値と予想値が比較される。さらに、温度、位置合わせ、および押付け力など、様々な測定対象要素についての障害範囲（ｆａｕｌｔ  ｒａｎｇｅ）を、制御システム１８に備えることもできるし、それらをシステム１８に提供することもできる。次いで、制御システム１８は、測定値と障害範囲の値を比較する。障害範囲は、測定対象要素の、差し迫った障害または深刻な問題を示す動作値を示すものである。
【００５３】
判定ステップ２３０に進むと、制御システム１８は、警告を生成すべきかどうかを判定する。より具体的には、警告は、現在はパラメータの範囲内で動作しているが、問題がすぐに発生し得ることを示す収集された情報の解析に基づいて検出された傾向とし得る。例えば、チップ・ドレッサ３２は現在、許容可能な動作パラメータの範囲で動作しているが、チップ・ドレッサ３２の解析から、大規模な交換をすぐに必要とし得ることが示されることがある。警告は、履歴データおよび／または現在の測定データを用いて生成し得る。
【００５４】
別の例では、チップ・ドレッサ２２の測定温度が、チップ・ドレッサ２２の許容可能な温度範囲を超えることがある。工場の責任者または他の管理者がこの情報を用いて、監視ステーション２０の不稼働期間を計画し、監視ステーション２０に関連する他の交換および修理の動作を計画することができる。別の例では、アーム１６および溶接チップ２２は現在、許容可能なパラメータの範囲で動作しているが、監視ステーション２０によって戻されたデータの解析から、かなりの作業をすぐに必要とし得ることが示されることがある。次いで、傾向が検出された場合、判定ステップ２３０のＹＥＳ分岐から、ステップ２３２に進む。
【００５５】
ステップ２３２で、警告を生成し、それを適切な人員に伝えて、検出された傾向を示す。例えば、電子メールによって、工場の責任者または運用監督者に、近い将来に発生し得る障害が伝えられ、差し迫った障害および差し迫った障害を示す解析結果を示すことができる。次いで、工場の責任者は、この警告を用いて保守を計画し、それによって、不稼働期間を短くし、修理の影響を小さくすることができる。一実施形態では、警告は、警告のきっかけとなったデータを含む。ステップ２３０に戻ると、警告を生成しない場合には、ＮＯ分岐から、判定ステップ２３４に進む。
【００５６】
判定ステップ２３４で、制御システム１８は、障害が存在するかどうかを判定する。一般に、障害は、警告よりも差し迫った問題を示すものである。例えば、監視ステーション２０からの情報を解析する制御システム１８によって、溶接チップ２２の差し迫った障害が検出されることがある。制御システム１８によって障害が検出されると、判定ステップ２３４のＹＥＳ分岐からステップ２３６に進む。ステップ２３６で、障害状態が生成され、適切な人員に伝えられる。ある種の実施形態では、障害により、溶接機器を自動的に停止させることができる。例えば、溶接チップ２２用の冷却システムの差し迫った障害は、工場の責任者に送信されるメッセージによって伝えることができる。一実施形態では、障害は、障害のきっかけとなったデータを含む。ステップ２３４に戻ると、障害が検出されない場合、判定ステップ２３４のＮＯ分岐から、ステップ２３８に進む。
【００５７】
ステップ２３８で、制御システム１８は、監視ステーション２０から受け取ったデータを記憶装置２６に記録する。一実施形態では、ＩＳＯ９０００の手順に準拠したやり方で、制御システム１８によってデータが記録される。次いで、この方法が終了する。
【００５８】
添付の特許請求の範囲が定義するように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の変更、置換、および改変も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態による溶接工程監視システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１の監視システムに関連する検査要素の細部を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による検査要素の上面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による位置合わせ要素を示す上面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図１の監視ステーションに関連するチップ・ドレッサのさらなる細部を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図１の監視システムの動作方法の例を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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