JP3049231B2 - 抵抗溶接機の溶接制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗溶接機の溶接
制御装置に関し、特に、溶接時にスパッタ（散り）の発
生や溶接外れと呼ばれる溶融不足を招くことなく溶接で
きるようにしたものの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の抵抗溶接機は、例えば
図３に示す如く、エアシリンダ（図示せず）に駆動され
て互いに接離する電極４，１０を備え、これら電極４，
１０間に鋼板等からなる複数の被溶接材Ｗ１，Ｗ２を挟
んでエアシリンダにより加圧し、その加圧状態で電極
４，１０間に溶接トランス１２を介して溶接電流を所定
の通電時間だけ通電してジュール熱を発生させ、このジ
ュール熱により被溶接材Ｗ１，Ｗ２同士を溶接するもの
であり、その溶接の条件としては溶接電流、通電時間、
加圧力及び電極４，１０の先端径がある。そして、上記
ジュール熱Ｑは、上記溶接電流をＩ、電極４，１０間の
抵抗をＲ、通電時間をｔとすると、Ｑ＝０．２４Ｉ²Ｒ
ｔで求められる。

【０００３】この抵抗溶接機の溶接制御装置の１例とし
て、従来、例えば特開昭５５―１２６３８９号公報に示
されるように、スポット溶接機において、溶接電流及び
通電サイクル数から係数を作り、溶接毎の信号により係
数をカウンタでカウントし、このカウンタの出力信号に
より溶接電流の目標値を設定割合だけ補正することによ
り、溶接機の電極が摩耗したときに、溶接電流や通電サ
イクル数の違いによる電極の摩耗量の変化に追従して電
流の補正時期を調整するようにしたものが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
抵抗溶接機のエアシリンダに加圧エアを供給する場合、
コンプレッサにより加圧された高圧の加圧エアを減圧弁
に供給して設定圧力に減圧調整し、この調整された２次
加圧エアをシリンダに給排することで、そのシリンダを
伸縮作動させて電極間の加圧力を得るようにしている。
尚、溶接現場においては、設備費が安価でメンテナンス
や管理も容易である等の理由から、上記減圧弁としては
直動型リリーフ式の減圧弁が多用されている。

【０００５】そして、上記減圧弁により減圧調整された
２次エア圧力は、通常一定であると考えられていたが、
本発明者の研究によれば、環境温度の変化が原因で減圧
弁の減圧特性が変化し、その調整された２次エア圧力が
季節により変わることが判明した。この原因は、例えば
減圧弁におけるシール用Ｏリングの摩擦特性の変化等が
考えられる。このため、図７に示すように、夏期と冬期
との間で２次エア圧力に基づく溶接加圧力が変化して適
正溶接条件の１つである溶接電流の適正範囲が異なるこ
ととなり、年間を通じて溶接加工を行うとき、スパッタ
の発生やナゲット規格を外れた溶接外れが生じるという
問題がある。従って、斯かる問題に対処するために、年
間を通じての適正溶接電流の条件が極めて狭くなる。特
に、１つの溶接機により、材質や厚さ、表面のメッキの
種類やメッキ厚が異なる複数種類の被溶接材を溶接する
場合には、上記溶接加圧力の変化により大きな影響を受
け、適正溶接条件がさらに狭められているのが現状であ
る。尚、一般に、上記スパッタは、被溶接材同士の溶接
強度が確保されていることを示すもので発生が好ましい
と考えられているが、実際には、単位面積当たりの溶接
強度の低下やスパッタ付着のために品質劣化、スパッタ
除去のための加工数の増加、設備の劣化、スパッタによ
る災害、入熱過大によるエネルギーロス等を考慮した場
合、発生しない方が理想である。

【０００６】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記抵抗溶接機の溶接条件を適正に制
御することにより、環境温度の変化に伴ってアクチュエ
ータに対する気体圧力が変わって加圧力が変化しても、
そのことに関係なく、スパッタや溶接外れのない安定し
た溶接結果が得られて、溶接品質を向上できるようにす
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、溶接機の加圧用アクチュエータに
供給される加圧気体の圧力を検出して、この気体圧力に
応じて溶接電流又は通電時間の少なくとも一方を演算
し、この演算値で被溶接材が溶接されるように溶接機を
制御することとした。

【０００８】具体的には、請求項１の発明では、圧力調
整弁で調整された気体圧力により作動するアクチュエー
タを有し、このアクチュエータにより電極間に複数の被
溶接材を挟んで加圧し、その加圧状態で電極間に溶接電
流を所定時間だけ通電して電極間にジュール熱を発生さ
せ被溶接材同士を溶接するようにした抵抗溶接機の溶接
制御装置が対象である。

【０００９】そして、上記圧力調整弁により調整された
気体圧力を検出する圧力検出手段と、溶接機による溶接
直前に上記圧力検出手段により検出された気体圧力に基
づき、予め溶接機毎に設定された気体圧力と溶接加圧力
との関係の特性から、溶接機の被溶接材に対する溶接加
圧力を予測して電極間の抵抗値を算出し、この抵抗値か
ら、電極間に発生するジュール熱が略一定となるよう
に、溶接電流又は通電時間の少なくとも一方からなる溶
接条件値を演算し、該溶接条件値で被溶接材が溶接され
るように溶接機を制御する制御手段とを設けたことを特
徴としている。

【００１０】上記の構成により、溶接機により被溶接材
を溶接するとき、制御手段において、その直前に圧力検
出手段により検出された気体圧力から、予め溶接機毎に
設定された気体圧力と溶接加圧力との関係の特性から、
被溶接材に対する溶接加圧力が予測されてそれを基に電
極間の抵抗値が算出され、この抵抗値に基づき、電極間
に発生するジュール熱が略一定となるように、溶接電流
又は通電時間の少なくとも一方からなる溶接条件値が演
算され、この溶接条件値で被溶接材が溶接されるように
溶接機が制御される。このため、圧力調整弁により調整
される気体圧力が環境温度の変化により変わってアクチ
ュエータによる電極間の溶接加圧力が変化しても、それ
を補うように溶接電流又は通電時間の少なくとも一方か
らなる溶接条件値が変えられるので、溶接時に電極間に
発生するジュール熱を略一定に維持することができ、環
境温度の変化に拘わらず、溶接外れやスパッタの発生の
ない安定した溶接結果を得ることができ、溶接品質を向
上させることができる。しかも、溶接時にその都度、溶
接条件値を演算するので、リアルタイムで溶接条件値を
変えて略一定のジュール熱を維持することができ、被溶
接材の厚さや材質等が変わっても安定した溶接結果を確
保することができる。

【００１１】請求項２の発明では、上記溶接条件値は溶
接電流とする。また、請求項３の発明では、溶接条件値
は通電時間とする。さらに、請求項４の発明では、溶接
条件値は溶接電流と通電時間との積とする。これら発明
によれば、望ましい溶接条件値が得られる。

【００１２】請求項５の発明では、溶接機は、少なくと
も材質及び厚さが異なる複数種類の被溶接材を溶接する
ものとする。こうすると、本発明の適用が有効であり、
作用効果が顕著に得られる。

【００１３】請求項６の発明では、上記圧力調整弁は減
圧弁とする。この場合も、本発明の適用が有効であり、
作用効果が顕著に得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図２は本発明の実施形態の全体構
成を示し、１は例えば溶接ロボットに設けられた抵抗溶
接機としての交流式スポット溶接機で、この溶接機１は
アーム部３を有する溶接機本体２を備えている。上記ア
ーム部３は先端部が水平方向に延びる略Ｌ字状のもの
で、その先端部の上面には固定電極４が取付固定されて
いる。溶接機本体２には上記固定電極４の真上位置に上
下方向の軸線を有するアクチュエータとしてのエアシリ
ンダ６が設けられ、このシリンダ６は加圧用及び加圧解
除用の２つのポート７，８を有する。シリンダ６のピス
トンロッド９は下側に突出し、このピストンロッド９の
下端部（先端部）には上記固定電極４と所定間隔をあけ
て上下に対向する移動電極１０が取付固定されている。
また、溶接機本体２には、溶接を開始したときに溶接開
始信号を出力する溶接開始信号出力部１１と、溶接トラ
ンス１２（図３参照）と、この溶接トランス１２に接続
された溶接電流入力部１３とが設けられており、シリン
ダ６の２つのポート７，８のいずれか一方にそれぞれ後
述の２次加圧エアを供給することにより、シリンダ６を
伸縮作動させて移動電極１０を固定電極４に接離させ、
加圧用ポート７に２次加圧エアを供給したときには、シ
リンダ６の伸長作動により移動電極１０を下降移動させ
て固定電極４に接近させ、両電極４，１０間に複数（図
示例では２枚）の被溶接材Ｗ１，Ｗ２を挟んで加圧し、
その加圧状態で電極４，１０間に溶接電流を所定時間
（通電時間）だけ通電して電極４，１０間にジュール熱
を発生させ被溶接材Ｗ１，Ｗ２を溶接する一方、加圧解
除用ポート８に２次加圧エアを供給したときには、シリ
ンダ６の収縮作動により移動電極１０を上昇移動させて
固定電極４から離隔させ、両電極４，１０による被溶接
材Ｗ１，Ｗ２への加圧を停止するようになっている。

【００１５】上記エアシリンダ６は圧力調整弁としての
減圧弁２６により減圧調整された２次加圧エアの圧力を
受けて作動するようになっている。すなわち、図２にお
いて、２０は１次加圧エアを供給するコンプレッサで、
このコンプレッサ２０にはドライア２１を介して１次エ
ア配管２２が接続され、この１次エア配管２２の下流端
部は複数の接続部２３，２３，…に分岐して接続されて
いる。この複数の接続部２３，２３，…に接続エア配管
２４，２４，…が接続され、この１つの接続エア配管２
４の下流端部は直動型リリーフ式の減圧弁２６（レギュ
レータ）の入力ポート２７に接続されている（他の接続
エア配管２４，２４，…は他の設備に接続されてい
る）。この減圧弁２６は上記１次加圧エアを所定の２次
エア圧力に減圧調整して出力ポート２８に吐出するもの
で、該出力ポート２８には２次エア配管２９が接続さ
れ、この２次エア配管２９の下流端部は電磁式の方向切
換弁３１の入力ポート３２に接続されている。この方向
切換弁３１は加圧側及び加圧解除側の２つのポート３
３，３４を有し、加圧側ポート３３は加圧側配管３５を
介して上記エアシリンダ６の加圧用ポート７に、また加
圧解除側ポート３４は加圧解除側配管３６を介して同エ
アシリンダ６の加圧解除用ポート８にそれぞれ接続され
ており、方向切換弁３１を切換作動させることで、シリ
ンダ６の２つのポート７，８にそれぞれ択一的に２次加
圧エアを供給してシリンダ６を伸縮作動させ、移動電極
１０及び固定電極４を互いに接離させる。

【００１６】上記加圧側配管３５の途中には、上記減圧
弁２６により減圧調整された２次加圧エアの圧力を例え
ば１ｍ秒毎に検出する圧力検出手段としてのエア圧力セ
ンサ４０が検出配管３８を介して接続され、このセンサ
４０の出力は制御部４１に入力されている。この制御部
４１は、溶接の都度、溶接機１からの溶接開始信号をト
リガ信号として、エア圧力センサ４０により検出された
２次加圧エアのエア圧力に基づき適正溶接電流を演算す
る適正電流演算部４２と、この適正電流演算部４２から
の出力信号により作動して通電時間を設定するタイマ４
３とを備え、このタイマ４３から溶接機１の溶接電流入
力部１３を介して溶接トランス１２に通電するようにな
っている。

【００１７】ここで、上記制御部４１の適正電流演算部
４２において適正溶接電流を演算するための処理動作を
図１に示すフローチャートにより説明するに、まず、ス
テップＳ１で上記エア圧力センサ４０により検出された
２次加圧エアのエア圧力を読み込む。次のステップＳ２
において、上記読み込んだエア圧力が設定値（詳しくは
設定値から所定範囲の間）に達してから一定時間（例え
ば３０ｍ秒）が経過したかどうかを判定する。この判定
がＹＥＳのときにはそのままステップＳ４に進むが、Ｎ
Ｏの判定のときにはステップＳ３に進み、エア供給開始
時間から一定時間（例えば１／６０秒を１サイクルとし
て４０サイクル）が経過したか否かを判定する。このス
テップＳ３の判定がＮＯのときには上記ステップＳ１に
戻るが、ＹＥＳのときには上記ステップＳ４に進む。こ
のステップＳ４では、上記読み込んだエア圧力を基に電
極４，１０間の加圧力を予測する。具体的には、図４に
示すように、予め実験によるデータの蓄積によりエア圧
力と加圧力との関係を示す特性が各溶接機１毎に設定さ
れており、この特性に対し検出されたエア圧力に対応す
る加圧力を求める。

【００１８】次のステップＳ５では、上記予測した加圧
力に基づいて電極４，１０間の抵抗値を演算する。具体
的には、図５に示す如く、例えば通電開始後の抵抗値の
変化が加圧力毎に設定されており、例えば加圧力が１５
０〜２００Ｋｇｆであるときには、通電開始から４サイ
クル（４／６０秒）後の抵抗値は６２５Ωであり、加圧
力が２２５〜３２５Ｋｇｆであるときには、同抵抗値は
５６０Ωにであるというように演算される。

【００１９】さらに、ステップＳ６で上記演算した抵抗
値から、電極４，１０間に発生するジュール熱が略一定
となるように適正の溶接電流値を演算し、この後、ステ
ップＳ７において、上記演算した適正溶接電流値をタイ
マ４３に出力し、しかる後に終了する。

【００２０】この実施形態では、上記ステップＳ１，Ｓ
４〜Ｓ７により、溶接機１による溶接直前にエア圧力セ
ンサ４０により検出された２次加圧エアのエア圧力から
溶接機１の被溶接材Ｗ１，Ｗ２に対する溶接加圧力を予
測して電極４，１０間の抵抗値を算出し、電極４，１０
間に発生するジュール熱が略一定となるように溶接電流
値を演算し、この溶接電流値で被溶接材Ｗ１，Ｗ２が溶
接されるように溶接機１を制御する制御手段４５が構成
されている。

【００２１】したがって、この実施形態においては、溶
接機１により被溶接材Ｗ１，Ｗ２を溶接するとき、その
両被溶接材Ｗ１，Ｗ２を固定電極４上に載せた状態で、
まず、方向切換弁３１がその入力ポート３２を加圧側ポ
ート３３に連通させるように切り換えられ、減圧弁２６
で減圧された２次加圧エアが２次エア配管２９及び加圧
側配管３５を介して溶接機１のシリンダ６の加圧用ポー
ト７に供給され、そのシリンダ６が伸長作動して移動電
極１０が固定電極４に接近し、これら両電極４，１０間
に被溶接材Ｗ１，Ｗ２が挟持されて加圧開始される。

【００２２】この間、上記加圧側配管３５を介して溶接
機１のシリンダ６に供給される２次加圧エアのエア圧力
がエア圧力センサ４０により常時検出される。そして、
図６に示すように、この検出されたエア圧力が設定値に
達して一定時間が経過したとき、上記エア圧力に基づい
て電極４，１０間の加圧力が予測され、この予測した加
圧力に基づいて電極４，１０間の抵抗値が演算され、こ
の演算抵抗値から適正の溶接電流値が求められて、この
演算した適正溶接電流値はタイマ４３による通電時間分
だけ溶接機１の溶接電流入力部１３に出力され、溶接機
１の溶接トランス１２が作動して溶接電流値が上記通電
時間だけ電極４，１０間に通電される。このことで、図
３に示すように、電極４，１０間にジュール熱が発生
し、このジュール熱により被溶接材Ｗ１，Ｗ２同士の接
合部が溶融してナゲットＷが生じ、被溶接材Ｗ１，Ｗ２
がスポット溶接される。

【００２３】このように、溶接の直前にエア圧力センサ
４０により検出された２次加圧エアのエア圧力から適正
溶接電流が演算され、この溶接電流値で被溶接材Ｗ１，
Ｗ２が溶接されるように溶接機１が制御されるので、減
圧弁２６により減圧調整される２次加圧エアのエア圧力
が夏期又は冬期の環境温度の変化により変わって溶接機
１のエアシリンダ６による加圧力が変化したとしても、
溶接時に電極４，１０間に発生するジュール熱が略一定
になるように溶接電流が補正されることとなる。このた
め、溶接機１により溶接毎に材質及び厚さが異なる複数
種類の被溶接材Ｗ１，Ｗ２を溶接する場合であっても、
上記の如き環境温度の変化に拘わらず、溶接外れやスパ
ッタの発生のない安定した溶接結果を得ることができ、
溶接品質を向上させることができる。

【００２４】また、溶接時にその都度、適正溶接電流を
演算するので、リアルタイムで溶接電流を変えて略一定
のジュール熱を維持することができ、被溶接材Ｗ１，Ｗ
２の厚さや材質等が変わっても常に安定した溶接結果を
確保することができる。

【００２５】さらに、エア圧力センサ４０により検出さ
れた２次加圧エアのエア圧力が設定値に達して一定時間
が経過したときに、適正溶接電流値を演算し、その溶接
電流を電極４，１０間に通電して溶接を行うので、溶接
電流の通電開始までのスクィーズタイムを一定値に固定
している場合、すなわち例えば溶接電流の通電開始をエ
ア圧力が設定値に安定する前の加圧力が低い時点に固定
している場合のように、加圧力不足によるスパッタの発
生や電極４，１０と被溶接材Ｗ１，Ｗ２との溶着の発生
を招いたり、或いは図６に示す如く溶接電流の通電開始
をエア圧力が設定値に安定しているにも拘わらずそれか
ら暫く経過した時点に固定している場合のように、スク
ィーズタイム延いては１サイクルの溶接時間が長くなっ
たりすることはない。その結果、溶接を最短時間でかつ
最適な加圧力により行うことができ、溶接時間を例えば
１打点につき０．１〜０．２秒程度短縮しかつ溶接品質
を向上させることができる。尚、上記のように２次加圧
エアのエア圧力が何等かの原因により設定値に達しない
ことがあっても、そのときには、エア供給開始時間から
一定時間が経過すると、強制的に溶接電流の通電が開始
される。このため、その通電が無闇に遅れることはな
い。

【００２６】尚、本発明は上記実施形態に限定されず、
他の実施形態を包含している。例えば、上記実施形態で
は、減圧弁２６により減圧調整された２次加圧エアを溶
接機１のシリンダ６に給排するようにしているが、減圧
弁２６に代えて、気体圧力を調整する調整弁を設け、溶
接機１は、圧力調整弁により調整された気体圧力を受け
て作動するアクチュエータを備えていればよく、同様の
作用効果が得られる。

【００２７】また、上記実施形態では、エア圧力センサ
４０により検出されたエア圧力に基づいて適正溶接電流
を演算するようにしているが、同様にして適正通電時間
を演算するようにしてもよく、さらには溶接電流と通電
時間との積を溶接条件値として演算するようにすること
もできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１〜４の発明
によると、圧力調整弁により調整された気体圧力を受け
て作動するアクチュエータにより電極間に複数の被溶接
材を挟んで加圧し、その加圧状態で電極間に溶接電流を
通電時間だけ流してジュール熱を発生させ被溶接材を溶
接する抵抗溶接機において、圧力調整弁により調整され
た気体圧力を検出し、予め溶接機毎に設定された気体圧
力と溶接加圧力との関係 の特性から、溶接機による溶接
直前に検出された気体圧力に基づいて溶接加圧力を予測
して電極間抵抗を演算し、この演算抵抗値から溶接電流
又は通電時間の少なくとも一方からなる溶接条件値をジ
ュール熱が略一定となるように演算して、その溶接条件
値で被溶接材を溶接するようにしたことにより、圧力調
整弁により調整される気体圧力が環境温度の変化により
変わってアクチュエータによる加圧力が変化しても、溶
接時にリアルタイムで電極間の発生ジュール熱を略一定
に維持でき、環境温度の変化や被溶接材の厚さや材質等
の変化に拘わらず、溶接外れやスパッタの発生のない安
定した溶接結果を得て溶接品質の向上を図ることができ
る。

【００２９】請求項５の発明では、溶接機は、少なくと
も材質及び厚さが異なる複数種類の被溶接材を溶接する
ものとした。また、請求項６の発明では、圧力調整弁は
減圧弁とした。これらの発明によると、上記発明の適用
が有効であり、作用効果が顕著に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】適正電流制御部において行われる処理動作を示
すフローチャート図である。

【図２】本発明の実施形態の全体構成を示す図である。

【図３】溶接機の溶接原理を示す図である。

【図４】２次加圧エアのエア圧力と加圧力との関係を示
す特性図である。

【図５】加圧力と抵抗値の関係を示す特性図である。

【図６】溶接時の２次エア圧の変化を示す図である。

【図７】適正溶接電流範囲の夏期及び冬期の違いを示す
図である。

【符号の説明】

１ 溶接機 ４ 固定電極 ６ エアシリンダ（アクチュエータ） １０ 移動電極 ２６ 減圧弁（圧力調整弁） ４０ エア圧力センサ（圧力検出手段） ４１ 制御部 ４２ 適正電流演算部 ４５ 制御手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−95881（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158986（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/00 - 11/36 330

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力調整弁で調整された気体圧力により
   作動するアクチュエータを有し、該アクチュエータによ
   り電極間に複数の被溶接材を挟んで加圧し、その加圧状
   態で電極間に溶接電流を所定時間だけ通電して電極間に
   ジュール熱を発生させ被溶接材同士を溶接するようにし
   た抵抗溶接機の溶接制御装置であって、 上記圧力調整弁により調整された気体圧力を検出する圧
   力検出手段と、 溶接機による溶接直前に上記圧力検出手段により検出さ
   れた気体圧力に基づき、予め溶接機毎に設定された気体
   圧力と溶接加圧力との関係の特性から、溶接機の被溶接
   材に対する溶接加圧力を予測して電極間の抵抗値を算出
   し、該抵抗値から、電極間に発生するジュール熱が略一
   定となるように、溶接電流又は通電時間の少なくとも一
   方からなる溶接条件値を演算し、該溶接条件値で被溶接
   材が溶接されるように溶接機を制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とする抵抗溶接機の溶接制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１の抵抗溶接機の溶接制御装置に
   おいて、 溶接条件値は溶接電流であることを特徴とする抵抗溶接
   機の溶接制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１の抵抗溶接機の溶接制御装置に
   おいて、 溶接条件値は通電時間であることを特徴とする抵抗溶接
   機の溶接制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１の抵抗溶接機の溶接制御装置に
   おいて、 溶接条件値は、溶接電流と通電時間との積であることを
   特徴とする抵抗溶接機の溶接制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの抵抗溶接機の
   溶接制御装置において、 溶接機は、少なくとも材質及び厚さが異なる複数種類の
   被溶接材を溶接するものであることを特徴とする抵抗溶
   接機の溶接制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかの抵抗溶接機の
   溶接制御装置において、 圧力調整弁は、減圧弁であることを特徴とする抵抗溶接
   機の溶接制御装置。