(57)【要約】溶接チップ試験ヘッド（３０）が提示される。アライメント部材は、その中に配置された開口（５８）を有して、スプリング要素（５３）に結合されている。スプリング要素（５３）はさらにマウンティング（５０）に結合される。この開口（５８）は、溶接チップ（２２）を脱着可能に受け入れることができ、アライメント部材（３０）は、溶接チップ（２２）に関連するアライメントを測定するのに使用できる。コンピュータ・ソフトウエアは記憶装置にエンコードされている。コンピュータ・ソフトウエアは、アライメント部材（３０）からアライメントを受け取り、その値を、少なくとも１つの予期されるアライメント値に対して解析するのに使用できる。このコンピュータ・ソフトウエアは、解析に基づいて警報を生成するとともに、解析に基づいて障害を生成するのにも使用できる。
2004535302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接チップ試験ヘッドであって、
第１のアライメント部材と、
前記アライメント部材に結合された第１のスプリング要素であって、マウンティングにさらに結合された第１のスプリング要素とを含み、
前記第１のアライメント部材は、前記溶接チップに関連する第１のアライメントを測定するように動作可能であり、前記溶接チップのアライメントがずれている場合には、前記第１のスプリング要素が圧縮される、溶接チップ試験ヘッド。
【請求項２】
前記マウンティングに結合された第２のアライメント部材であって、前記溶接チップに関連する第２のアライメントを検出するように動作可能な第２のアライメント部材と、
前記第２のアライメント要素に結合され、かつ前記マウンティングに結合された第２のスプリング要素とを含み、
前記第１および第２のアライメント要素は、前記溶接チップを脱着可能に収容するように動作可能な開口であり、前記溶接チップのアライメントがずれている場合には、前記第１および第２のアライメント・スプリングの少なくとも１つが圧縮される、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項３】
記憶装置にエンコードされたコンピュータ・ソフトウエアであって、
前記第１のアライメント部材から第１のアライメントを受け取り、
少なくとも１つの予期されるアライメント値に対して前記第１のアライメントを解析し、
前記解析に基づいて警報を生成し、かつ
前記解析に基づいて障害を生成するように動作可能な、コンピュータ・ソフトウエアをさらに備える、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項４】
前記コンピュータ・ソフトウエアが、
前記第１のアライメントが、予期されるアライメントの範囲外にあるときには、警報を生成するように動作可能であり、前記予期されるアライメントは前記第１のアライメントの適切な値を示し、かつ
前記警報が障害アライメントの範囲内であるときには、障害を生成するように動作可能であり、前記障害アライメントが溶接チップの重大なアライメント不良に関連する値を示す、請求項２に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項５】
前記マウンティングに結合されて、前記スプリング要素の圧縮を検出するように動作可能なセンサ要素をさらに備える、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項６】
前記溶接チップが、１組の溶接チップを含むとともに、
前記マウンティングに結合されて、前記溶接チップに関連する圧搾力を測定するように動作可能な圧力センサと、
前記マウンティングに結合されて、前記溶接チップに関連する温度を測定するように動作可能な熱センサとをさらに備える、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項７】
前記第１のアライメント部材がワッシャを備える、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項８】
前記アライメント部材がさらに、前記溶接チップとの接触に応答して押し下げる作用をするとともに、前記スプリング要素が、押し下げられるのに応答して圧電電荷を生成させる、請求項５に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項９】
複数の溶接チップをさらに備える、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項１０】
前記アライメント部材が、概して円形の要素を備え、前記概して円形の要素の内部に配置される開口の寸法が、前記溶接チップに関連するアライメント公差に基づく、請求項１に記載の溶接チップ試験ヘッド。
【請求項１１】
溶接プロセス監視装置であって、
マウンティングに結合されて、溶接チップに関連する圧搾力を測定するように動作可能な圧力センサと、
前記マウンティングに結合されて、前記溶接チップに関連する温度を測定するように動作可能な熱センサと、
その中に配置された開口を有し、スプリング要素に結合されたアライメント部材であって、前記スプリング要素がさらに前記マウンティングに結合されるとともに、前記開口は前記溶接チップを脱着可能に収容するように動作可能であり、前記アライメント部材は、前記溶接チップに関連するアライメントを測定するように動作可能であるアライメント部材と、
記憶装置にエンコードされたコンピュータ・ソフトウエアであって、圧搾力、温度、および少なくとも１つの予期値に対するアライメントの少なくとも１つを解析し、その解析に基づいて警報を生成し、かつその解析に基づいて障害を生成する、コンピュータ・ソフトウエアを備える、溶接プロセス監視装置。
【請求項１２】
前記圧力センサが歪ゲージまたは機械式センサの１つを備え、前記熱センサが赤外センサまたは熱電対の１つを備える、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１３】
前記アライメント部材がワッシャを備える、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１４】
前記ロジックが、
前記圧搾力、前記温度、または前記アライメントの１つを、それぞれ予期される圧搾力の範囲、予期される温度の範囲、または予期されるアライメントの範囲の１つと比較し、
前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つが、予期される圧搾力、予期される温度、または予期されるアライメントのそれぞれの前記範囲の１つを超える場合に警報を生成し、前記警報に、前記圧搾力、前記温度、または前記アライメントの１つと、予期される圧搾力、予期される温度、または予期されるアライメントの前記範囲の１つを含め、かつ
前記警報を適当な受領者に伝達するのにさらに使用可能な、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１５】
前記ロジックが、
前記圧搾力、前記温度、または前記アライメントの１つを、それぞれ障害圧搾力の範囲、障害温度の範囲、または障害アライメントの範囲の１つと比較し、
前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つが、障害圧搾力、障害温度、または障害アライメントのそれぞれの前記範囲の１つに含まれる場合に障害を生成し、前記障害に、前記圧搾力、前記温度、または前記アライメントの１つと、障害圧搾力、障害温度、または障害アライメントの前記範囲の１つを含め、かつ
前記障害を適当な受領者に伝達するのにさらに使用可能な、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１６】
前記アライメント・センサが、前記溶接チップが前記アライメント・センサに接触して前記アライメント・センサを前記スプリング要素上に移動させるのに応答して、前記溶接チップのアライメントを測定するように動作可能な、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１７】
前記アライメント・センサが前記溶接チップとの接触に応答して、押し下げる作用をするとともに、前記スプリング要素が、押し下げられるのに応答して圧電電荷を生成させる、請求項１６に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１８】
前記アライメント・センサの移動が、レーザによって検出される、請求項１７に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項１９】
複数の溶接チップをさらに備える、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項２０】
前記アライメント・センサが、概して円形の要素を含み、前記開口の寸法が前記溶接チップに関連するアライメント公差に基づく、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項２１】
前記開口が、概して円形である、請求項１１に記載の溶接プロセス監視装置。
【請求項２２】
溶接チップのアライメントを測定するステップと、
前記アライメントを、前記アライメントに対する少なくとも１つの期待値に対して解析するステップと、
前記解析に基づいて、警報を生成するステップと、
前記解析に基づいて、障害を生成するステップとを含む、溶接プロセスの監視方法。
【請求項２３】
前記溶接チップのアライメントを測定するステップが、溶接チップによるアライメント・センサの移動を検出するステップと、前記アライメントを制御システムに伝達するステップとを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶接チップの温度を測定するステップと、
前記溶接チップの圧搾力能力を測定するステップと、
前記温度および前記圧搾力を、少なくとも１つの予期値に対して解析するステップとをさらに含む、請求項２２に記載の溶接プロセスの監視方法。
【請求項２５】
前記溶接チップの温度を測定するステップが、赤外線センサを使用して前記溶接チップから放射される熱を計測するステップと、前記温度を制御システムに伝達するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧搾力を測定するステップが、歪ゲージの位置における前記溶接チップの圧力を、その歪ゲージに対する前記溶接チップの衝突に応答して計測するステップと、前記圧搾力を制御システムに伝達するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記アライメントを解析するステップが、前記アライメントを予期されるアライメントの範囲と比較するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記解析が、前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つと、予期される圧搾力、予期される温度または予期されるアライメントのそれぞれの範囲の１つとを比較するステップをさらに含むとともに、前記警報を生成するステップが、
前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つが、予期される圧搾力、予期される温度または予期されるアライメントのそれぞれの範囲の１つを超える場合に、警報を発生するステップであって、前記警報が、前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つ、および予期される圧搾力、予期される温度または予期されるアライメントの前記範囲の１つを含むステップと、
前記警報を適切な受領者に伝達するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記解析が、前記圧搾力、前記温度または前記アライメントの１つと、障害圧搾力の範囲、障害温度の範囲または障害アライメントの範囲の１つとを比較するステップをさらに含むとともに、前記障害を生成するステップが、
前記障害圧搾力、前記障害温度または前記障害アライメントの１つが、それぞれ、障害圧搾力の範囲、障害温度の範囲または障害アライメントの範囲の１つの範囲にあるときに、障害を生成するステップであって、前記障害が、前記障害圧搾力、前記障害温度または前記障害アライメントの少なくとも１つ、および障害圧搾力の範囲、障害温度の範囲または障害アライメントの範囲の少なくとも１つを含むステップと、
前記障害を適切な受領者に伝達するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
適当な受領者が、システム管理者を含む、請求項２９に記載の方法。
【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、より具体的には溶接プロセス監視のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータが今日の社会において益々重要になるにつれて、様々な産業において、より効率的かつ効果的に設備を制御、監視するために、益々多くのコンピュータ制御システムが採用されている。自動溶接を使用する産業では、コンピュータ制御設備の使用が増加している。
【０００３】
自動溶接に関係する産業は、アセンブリ・ラインの効率を向上させるためにコンピュータ制御機械に転向した。アセンブリ・ラインでの１つの共通作業は、構成部品の溶接結合である。溶接作業は、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ことが多い。溶接装置の適正動作の判定には、溶接を行った後に溶接部を検査することによって、人手で実施されることが多い。例えば、プライテスト（ｐｒｙ  ｔｅｓｔ）を使用して、２つの要素を適正に結合していない不良溶接を判定することができる。しかしながら、人手による検査は、問題が検出される以前に多数の不良溶接が発生する可能性があるために、望ましくはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、溶接プロセス監視のための改良型方法およびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態においては、溶接チップ試験ヘッドについて記述する。アライメント部材は、その中に配置された開口を有し、スプリング要素に結合されている。このスプリング要素は、マウントにさらに結合されている。前記開口は、脱着可能に溶接チップを収容するのに使用が可能であり、アライメント部材は、溶接チップに関連するアライメントを判定する動作に使用可能である。コンピュータ・ソフトウエアが記録装置上に符号化される。コンピュータ・ソフトウエアは、アライメント部材からアライメントを受け取り、そのアライメントを、少なくとも１つの予期されるアライメント値に対して解析するのに使用が可能である。このコンピュータ・ソフトウエアは、さらに、解析に基づいて警報を生成したり、解析に基づいて障害（ｆａｕｌｔ）を生成するのに使用することができる。
【０００６】
本発明は、多数の技術的利点を提供する。本発明の様々な実施形態は、これらの技術的利点のすべて、もしくはいくつかを提供するか、または何も提供しない。そのような技術的利点の１つは、多数の溶接不良が発生する前に潜在的な溶接問題を検出する能力である。溶接設備の性能の様々な要素を検査することによって、問題および、大きくなりつつある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って、溶接不良の数は減少し、例えば、アセンブリ・ラインの生産性が向上する。
以下の詳細な説明を、添付の図面と合わせ読めば、本発明が最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、溶接プロセス監視システム１０を示すブロック図である。システム１０は、アセンブリ・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を含む。
【０００８】
アセンブリ・ライン１２は、溶接ステーション１４が届く場所に物品を配置するための適当なアセンブリ・ラインを備える。より具体的には、アセンブリ・ライン１２は、製造物に１つまたは複数の溶接を行うのに適当な時間が溶接ステーション１４に与えられるように、製造物を所定の経路に沿って移動させることができる。
【０００９】
溶接ステーション１４は、アセンブリ・ライン１２の製造物に、自動、手動および／または部分手動で制御して溶接を実施するための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、アセンブリ・ライン１２上の製造物を溶接するために、溶接アーム１６の機械的および／または論理的制御を行うことができる。
【００１０】
溶接アーム１６は、アセンブリ・ライン１２上の溶接製造物まで移動するように動作可能な関節式、または非関節式アームを備える。溶接アーム１６はまた、１つまたは複数の溶接チップ２２を備える。
【００１１】
溶接チップ２２は、溶接を生成するように動作可能なチップを備える。一実施形態においては、溶接チップ２２は、抵抗溶接を実行するのに使用する銅チップを含み、水冷却または空気冷却されていることもある。本発明は、溶接チップ２２のいかなる特定の数、溶接チップ２２を製造するためのいかなる特定の材料、あるいは冷却機構のいかなる種類にも限定されるものではない。
【００１２】
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、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）または記憶装置２６に記憶されたコンピュータ・ソフトウエアを実行するように動作可能な、その他の好適なハードウエアなどの、好適な汎用または専用データ処理装置を備える。
【００１３】
記憶装置２６は、コンピュータ可読媒体などの、適当な過渡的および／または永続的コンピュータ可読記憶装置を単独で、または適当な組み合わせで含む。例えば、記憶装置２６は、１つまたは複数の磁気記憶装置、光学記憶装置、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）やダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）などの電子記憶装置、および好適に組み合わせたその他の適当な物理式、光学式または電子式の記憶装置を備えることができる。記憶装置２６は、プロセッサ２４によって実行可能な、コンピュータ命令を記憶するのに使用できる。代替手法として、制御システム１８が実施する機能は、ハードウエアとソフトウエアの併用によって実行するか、またはすべてハードウエア中に置くことができる。
【００１４】
制御システム１８は、溶接アーム１６および溶接チップ２２の作動と制御において、溶接ステーション１４を支援するのに使用できる。制御システム１８はさらに、記憶および解析のための、監視ステーション２０および溶接ステーション１４から情報を受け取るのに使用可能である。例えば、制御システム１８は、記憶装置２６上のログに記録するために、溶接ステーション１４または監視ステーション２０において生成されるエラーデータまたはその他のデータを受け取ることができる。多重制御システム１８は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる構成要素に使用することができる。さらに、監視ステーション２０に関連するデータは、１つまたは複数の遠隔コンピュータに送ることができる。
【００１５】
監視ステーション２０は、試験要素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に対して様々な試験作業および修理作業を実行するように動作可能である。
【００１６】
試験要素３０は、溶接チップ２２について１つまたは複数の試験を実行することができる。例えば、試験要素３０は、溶接チップの冷却状態、溶接チップアライメント、溶接チップ２２の利用可能な圧搾力（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｆｏｒｃｅ）、アーム１６に関連する空圧構成要素状態、および溶接ステーション１４に関連する力設定を測定することができる。これらの試験のいくつかは省略して、その他の試験を、本発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。試験要素３０について、図２および３に関連して、より詳細に記述する。
【００１７】
チップ・ドレッサ３２は、溶接チップ２２を修理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はアセンブリ・ライン１２上で製造物を溶接するのに使用されるので、溶接チップ２２は鈍くなる可能性がある。チップ・ドレッサ３２は、溶接チップ２２を鋭利にする働きをする。チップ・ドレッサ３２について、図４に関連してより詳細に述べる。
【００１８】
作動に際しては、製造物はアセンブリ・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、溶接アーム１６に命令を与えて、アセンブリ・ライン１２上の製造物の１箇所または複数箇所に溶接を行う。例えば、アーム１６は、関節式になっており、溶接チップ２２を溶接が必要な場所に移動することができる。次いで、溶接チップ２２は適当な溶接を行う。一実施形態においては、溶接チップ２２は、所望の溶接の場所の回りに圧搾されて、次いで抵抗溶接を使用して、溶接を行う。より具体的には、アーム１６は、溶接チップ２２同士を互いに接近するように移動させて、溶接を終了させる間、溶接しようとする製造物の部分を静止かつ接触する位置に保持することができる。所定の数の作業の後に、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（または、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において、試験要素３０およびチップ・ドレッサ３２によって、様々な試験が溶接チップ２２について実施される。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、アセンブリ・ライン１２の溶接製造物に戻す。
【００１９】
図２は、本発明と関連して構築された試験要素３０の実施例の詳細を示す、側面図である。図３は、試験要素３０の上面図である。図２および３については、より分かりやすくするために、併せて説明する。試験要素３０は、マウンティング５０、１つまたは複数のアライメント・センサ５２、１つまたは複数のスプリング５３、圧力センサ５４、温度センサ５６および開口５８を含む。
【００２０】
マウンティング５０は、監視ステーション２０への本質的に安定した取り付けを可能にして、これによって、試験要素３０は監視ステーション２０に相対的に確実に装着される。例えば、マウンティング要素５０は、スチール・アームを含んでもよい。装着要素５０は、ほとんど任意の形状でもよく、かつ多数の異なる材質で製作することができる。
【００２１】
アライメント・センサ５２は、溶接チップ２２のアライメント不良（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を検出することのできる要素を備える。一実施形態においては、アライメント・センサ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、ワッシャの部分、またはワッシャ全体のような形状をしたスプリング・マウント・メンバを含む。アライメント・センサ５２の形状は、アライメント・センサ５２の数と同様に、比較的重要ではない。図示した実施形態においては、単一のアライメント・センサ５２が、試験要素３０の対向両側面にそれぞれに配置されている。しかしながら、複数のアライメント・センサ５２を、試験要素３０のいずれの側にも含めることによって、アライメント不良の方向を検知することもできる。例えば、両側に４つのセンサを配置することによって、アライメント不良の位置を４つの四分円の１つに同定することもできる。アライメント・センサ５２の移動は、監視ステーション２０によって検出可能である。移動した特定のアライメント・センサ５２も、監視ステーション２０に対して利用可能である。代替方法として、アライメント・センサ５２は、レーザ、赤外線センサ、またはその他の適当な機械式、電気式または光学式のアライメント検出機器を備えてもよい。
【００２２】
開口５８は、アライメント・センサ５２の内部に配置されて、これによって、アライメント・センサ５２を貫通して溶接チップ２２を挿入することを可能にする。溶接チップ２２が、開口５８に位置合わせされていない場合には、アライメント・センサ５２が起動される。開口５８の寸法は、溶接チップ２２のアライメントに特定の公差を設定するために、変更することができる。例えば、４分の３インチのチップを、８分の７インチ開口５８とともに使用することによって、溶接チップ２２にアライメント誤差に対する最小の公差を与えることができる。
【００２３】
スプリング５３は、アライメント・センサ５２およびマウンティング５０に結合された、圧縮可能な要素を含む。スプリング５３は、溶接チップ２２がアライメント・センサ５２と接触するときのように、アライメント・センサ５２にかけられた力に応じて圧縮可能である。一実施形態においては、スプリング５３を押し下げることによって、圧電電荷が生成されて、これを監視ステーション２０が受け取り、制御システム１８によって解析することができる。別の実施形態においては、例えば、アライメント・センサ５２の移動が、１つまたは複数のレーザ・ビームを遮断する場合のように、レーザまたはその他の光学システムによって、スプリング５３上のアライメント・センサ５２の移動を検出することができる。一般的には、１つまたは複数のセンサ要素５５を、マウンティング５０に結合することによって、アライメント・センサ５２の圧縮を検出することができる。例えば、センサ要素５５には、レーザ、スプリング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、電子式センサ、磁気センサ、またはその他の好適なセンシング・デバイスを含めてもよい。
【００２４】
力センサ５４には、溶接チップ２２が発揮する力を計測するように動作可能なセンサ要素を含めることができる。例えば、力センサ５４には、歪ゲージ、ロード・セル、またはその他の機械式力センサを含めることができる。
【００２５】
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備える。温度センサ５６は、温度センサ５６が隣接する溶接チップ２２の１つの温度を、個別に測定することができる。例えば、温度センサ５６は、溶接チップ２２が試験要素３０に挿入されるときに、溶接チップ２２が放射する熱を検出することができる。赤外線センサ５６には、赤外線熱センサ、熱電対またはその他の好適な温度計測機器を含めることができる。前述のように、１つの温度センサ５６が、上部溶接チップの温度を別個に測定し、その間に、第２の温度センサ５６が、下部溶接チップの温度を測定してもよい。
【００２６】
作動に際して、溶接チップ２２は、開口５８から試験要素３０内に挿入される。溶接チップ２２が、その期待される位置に対する位置合わせがずれている場合には、溶接チップ２２は、１つまたは複数のアライメント・センサ５２に突き当たることになる。アライメント・センサ５２が、溶接チップ２２に応答して移動すると、監視ステーション２０が、溶接チップ２２のアライメント不良を検知することになる。あるいは、アライメント・センサ５２が、レーザなどの光学デバイスを備える場合には、アライメント不良は、溶接チップ２２とレーザ・ビームとの交差によって検出することができる。
【００２７】
さらに、複数のセンサを試験要素３０の両側に使用する場合には、どのアライメント・センサ５２が移動したかを検出することによって、溶接チップ２２のアライメント不良の性質および程度についてのより良い情報を、監視ステーション２０に与えることができる。
【００２８】
温度センサ５６は、溶接チップ２２の現在温度を測定し、それに関連するデータが監視ステーション２０に取り込まれる。力センサ５４は、溶接チップ２２が与える圧力の大きさを測定し、それに関連するデータが、やはり監視ステーション２０に取り込まれる。より具体的には、溶接チップ２２は、溶接チップ２２が製造物を溶接しているときに、使用されるのと同じ大きさの速度および圧力で、開口５８に挿入することができる。関係する計測を行った後に、試験要素３０から引き出された溶接チップ２２は、チップ・ドレッサ３２の方向に移動するか、または溶接の実行に戻すことができる。
【００２９】
図４は、チップ・ドレッサ３２のさらに詳細を示す図である。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を含む。チップ・ドレッサ要素１００は、溶接チップ２２を受け入れて、溶接チップ２２を鋭利にするように動作可能な要素を含む。より具体的には、チップ２２は、チップ・ドレッサ要素１００に挿入されて鋭利にされる。チップ・ドレッサ要素１００には、モータによって駆動される回転刃を使用して溶接チップ２２を鋭利化してもよい。一般に、溶接チップ２２を鋭利化する作業は、「チップ・ドレッシング」と呼ばれる。チップ・ドレッサ要素１００は、監視ステーション２０に結合してもよい。
【００３０】
モータ負荷電流センサ１０１は、チップ・ドレッサ要素１００に結合されて、チップ・ドレッサ要素１００の刃を駆動するモータの電流消費を検出するのに使用できる。モータ負荷電流センサ１０１は、チップ・ドレッサ・モータの電流消費を、監視ステーション２０に伝達する。
【００３１】
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、チップ・ドレッサ・モータがバランスを失うか、または異常作動したのを検出するように動作可能である。
【００３２】
作動に際しては、溶接チップ２２がチップ・ドレッサ要素１００に鋭利化のために挿入される。次いで、チップ・ドレッサ要素１００は、溶接チップ２２を鋭利化するために、１つまたは複数の刃を適当な速度で回転させる。より具体的には、チップ・ドレッサ要素１００は、溶接チップ２２上に尖った先端を形成することを試みる。電流センサ１０１は、刃を駆動するモータが消費する電流量を計測し、そのモータが消費する電流量を解析のために制御システム１８に伝達する。モータが消費する電流量は、通常よりも大きな電流を消費すること、刃が鈍くなること、またはその他の問題によって、故障しつつあるモータを指示することができる。加速度計１０２は、チップ・ドレッサ要素１００の作動に起因する振動量を検出する。検出された振動レベルは、解析のために制御システム１８に伝達される。例えば、振動の増加は、チップ・ドレッサ要素１００の平衡を失わせる刃の破損を示す可能性がある。
【００３３】
図５は、システム１０の例示的な作動方法を示すフローチャートであり、様々なステップに対する順序が明らかに必要でない限り、これらのステップは任意の順序で実施することができる。この方法は、ステップ２００で始まり、ここでは制御システム１８が、溶接アーム１６および溶接チップ２２に対するチェック間隔に到達したかどうかを判定する。一実施形態においては、溶接ステーション１４がある数の作業を実行したときに、チェック間隔に到達し、この場合に作業はいくつかの数の溶接を含む。例えば、それぞれ１０箇所の溶接を含む５つの作業の後に、制御システム１８は、チェック間隔に到達したと判定し、試験のために溶接ステーション１４に、制御アーム１６と溶接チップ２２を、監視ステーション２０まで移動させることができる。代替手法として、監視ステーション２０が溶接チップ２２の方に移動するか、または溶接チップ２２と監視ステーション２０の両方が移動してもよい。
【００３４】
次に、ステップ２０２において、試験要素３０が、溶接チップ２２の温度を測定する。より具体的には、温度センサ５６を使用して、溶接チップ２２の温度を測定することができる。一旦、溶接チップ２２の温度が測定されると、溶接チップに供給されている冷却量を、溶接チップ２２の実際の温度を溶接チップ２２の期待される温度または温度範囲と比較することによって求めることができる。したがって、溶接チップ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、溶接チップ２２は、水冷システムを使用して冷却することが可能であり、この場合に、水がアーム１６を介して溶接チップ２２へと循環されて、溶接プロセス中に生成された熱を取り除く。溶接チップ２２の不適切な冷却は、溶接チップ２２の寿命を減少させるとともに、不良溶接の発生機会を増大させる可能性がある。
【００３５】
ステップ２０４において、溶接チップ２２のアライメントが、監視ステーション２０によって測定される。より具体的には、溶接チップ２２が試験要素３０に挿入されると、アライメント・センサ５２が移動させられる可能性がある。アライメント・センサ５２が、溶接チップ２２によって移動させられる場合には、溶接チップ２２および／またはアーム１６が、正しく位置合わせされていない。制御システム１８および監視システム２０は、この情報を使用することによって、アーム１６および／または溶接チップ２２を再位置合わせし、かつ／または修繕担当者にアーム１６と溶接チップ２２との再位置合わせが必要なことを知らせることができる。
【００３６】
ステップ２０６に進むと、溶接チップ２２にかけられた圧搾力が測定される。より具体的には、力センサ５４が、溶接チップ２２が発揮する圧力の大きさを計測し、記録する。溶接チップ２２がアセンブリ・ライン１２上の製造物を溶接するのに使用されるに従って、十分な力で圧搾する能力は、磨耗またはその他の問題によって低下する可能性がある。監視ステーション２０を使用することによって、適切な圧搾力が適切に溶接製造物にかけられるようにすることができる。センサ５４で計測された圧搾力は、制御システム１８での解析のために監視ステーション２０に伝達し、かつ／または遠隔コンピュータ・システムに送ってもよい。
【００３７】
次いで、ステップ２１０で、溶接チップ２２は試験要素３０からチップ・ドレッサ３２まで移動される（または、チップ・ドレッサ３２が移動されるか、または溶接チップ２２とチップ・ドレッサ３２とが両方移動される）。チップ・ドレッサ３２において、チップ・ドレッシング要素１００の力設定が測定される。より具体的には、チップ・ドレッサ要素１００の切刃を回転させるのに使用される力の大きさが、上述の電流計測を使用して測定される。
【００３８】
ステップ２１４において、加速度計１０２を使用して、曲がった溶接ガンまたはアライメント不良を意味する可能性のある、過剰な振動が検出される。
【００３９】
次に、ステップ２１８において、監視ステーション２０と、アーム１６および溶接チップ２２とによって実施された最後のチェック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の現在チェックの時間などの、監視ステーション２０からの情報を解析して、前回のチェック作業から、異常および／または不測の時間が過ぎたかどうかを判定する。
【００４０】
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・ドレッシング作業によってとられる時間が求められる。次いで、ステップ２２２において、損傷したチップ・ドレッサ要素１００内のカッタ刃が、この時間間隔および／または加速度計１０２を使用する振動解析に基づいて検出される。
【００４１】
次いで、ステップ２２４において、カッタ刃の鋭利さが評価される。より具体的には、カッタ刃の鋭利さが、溶接チップ２２を鋭利化するのに要する時間を解析することによって評価される。鈍いカッタ刃は、溶接チップ２２を適切に鋭利化することができないか、かつ／または予期しない時間をとる可能性がある。
【００４２】
次いで、ステップ２２８において、制御システム１８は、ステップ２００からステップ２２６の結果を解析する。より具体的には、所定の許容範囲を、温度、アライメント、および圧搾力などの、それぞれの計測された項目と関連させることができる。計測された値は、次いで、予期される値と比較される。さらに、制御システム１８は、システム１８に供給することができる温度、アライメント、圧搾力などの、様々な計測要素に対する障害範囲を有することができる。次いで、制御システム１８は、これらの計測値を障害範囲の値と比較することができる。この障害範囲（ｆａｕｌｔ  ｒａｎｇｅ）は、差し迫った故障（ｆａｉｌｕｒｅ）または重大な問題を示す、計測要素の動作値を示す。
【００４３】
決定ステップ２３０に進むと、制御システム１８は、警報を生成すべきかどうかを決定する。より具体的には、警報は、収集された情報の解析に基づいて検出される傾向であり、物事がパラメータの範囲内で作動している間に、問題がすぐに発生する可能性のあることを示すことができる。例えば、チップ・ドレッサ３２は、許容できる作動パラメータの範囲内で作動しているが、チップ・ドレッサ３２の解析が、本格的な交換がすぐに必要となることを示す可能性がある。警報は、履歴データおよび／または現在計測値を使用して生成することができる。
【００４４】
別の例に対して、チップ・ドレッサ２２の計測温度は、チップ・ドレッサ２２に対する温度の許容範囲を超える可能性がある。この情報をプラント管理者またはその他の管理者が使用することによって、監視ステーション２０の停止時間を計画し、またその他の交換を計画して監視ステーション２０に関連する作動を修繕することができる。別の例に対して、アーム１６および溶接チップ２２は、許容パラメータの範囲内で作動しているが、監視ステーション２０が戻したデータの解析によれば、重大な作業がすぐに必要になる可能性があることを示すかもしれない。１つの傾向が検出されると、決定ステップ２３０のＹＥＳ分岐が、ステップ２３２に続く。
【００４５】
ステップ２３２において、警報が生成され、適当な担当者に伝達されて、検出された傾向を示す。例えば、近い将来における故障の可能性を、プラント管理者または操業監督者に、差し迫った故障および差し迫った故障を示した解析を示す電子メールを介して、伝達することができる。次いで、プラント管理者はこの警報を使用して、保全を計画することによって、停止時間と修理による影響を低減することができる。一実施形態においては、この警報には、その警報をトリガーしたデータが含まれる。ステップ２３０に戻ると、警報が生成されない場合には、ＮＯ分岐が決定ステップ２３４へと続く。
【００４６】
決定ステップ２３４において、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、障害は警報よりもさらに目前の問題を示す。例えば、溶接チップ２２の差し迫った故障は、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によって検出することができる。制御システム１８によって障害が検出された場合には、決定ステップ２３４のＹＥＳ分岐が、ステップ２３６へと続く。ステップ２３６において障害が生成されて、適当な担当者に伝達される。いくつかの実施形態においては、障害によって溶接設備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故障は、プラント管理者に送付されるメッセージを介して伝達することができる。一実施形態においては、障害にはその障害をトリガーしたデータが含まれる。ステップ２３４に戻ると、障害が検出されない場合には、決定ステップ２３４のＮＯ分岐が、ステップ２３８に続く。
【００４７】
ステップ２３８において、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。一実施形態においては、ＩＳＯ９０００手順に準拠する方法によって、データが制御システム１８によって記録される。これでこの方法が終了する。
【００４８】
その他の変更、置換、および改変も、添付の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態による溶接プロセス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試験要素の詳細を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による試験要素の上面図である。
【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詳細を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図１の監視システムの例示的な動作方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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