JP3733438B2 - 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、接合部への過剰の電流供給が防止される電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ロボットによるスポット溶接においては、ロボットと同期して動作する電動サーボ式抵抗溶接装置(以下、サーボガンという)が用いられている。そして、このサーボガンにおいては、教示データに基づいて溶接電流、加圧力、溶接時間などが制御されてスポット溶接がなされている。
【0003】
しかしながら、従来のサーボガンの制御においては、特開平7ー32160号公報に述べられているように、溶接中の溶接電流値は一定とされ、またその時間も各スポット溶接位置において一定とされているため、次のような問題が生じている。
【0004】
鋼板などの被溶接材は、その表面状態は同一部品であっても溶接される個所ごとにそれぞれ若干の相違があり、またその組成も若干の相違を有している。そのため、一定の溶接時間によりスポット溶接を行った場合、その表面状態などの相違の程度によっては溶接時間に過不足を生ずる場合がある。そして、溶接時間に過不足が生ずると、所望のナゲットが形成されないために溶接不良となるおそれがある。すなわち、溶接時間が適正であれば、図9に示すようなナゲットNが形成されるが、溶接時間が短すぎれば、図10に示すように溶け込みが浅くなるので所望の大きさのナゲットNが形成されず、その逆に溶接時間が長すぎれば、図11に示すようにナゲットNにチリが発生して内部が空洞Vとなる。また、過剰な電流は電極の温度を上昇させ、電極の寿命を縮める原因ともなる。
【0005】
なお、特開平9−168867号公報には、要求するナゲットを直接入力してナゲットが要求ナゲットに成長した時点で通電が停止される抵抗溶接機の制御装置が提案されているが、この提案に係る制御装置では溶接ごとに要求ナゲットを入力しなければならず作業が煩雑であるという問題がある。また、通電停止をどのようにして行うかも不明である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、要求ナゲットを入力することなく接合部に過剰の電流供給が防止される電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法は、電動サーボ式抵抗溶接装置を用いたスポット溶接の制御方法であって、ナゲットの成長が終了した時点で溶接電流をナゲット形成電流まで低減し、ついで所定時間経過後に前記溶接電流をゼロとすることを特徴とする。
【0010】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法においては、例えば、サーボガンのエンコーダ値の増加が終了した時点をナゲットの成長が終了した時点とされたり、サーボガンのエンコーダ値の変化率が負になった時点をナゲットの成長が終了した時点とされたりする。
【0012】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置は、電動サーボ式抵抗溶接装置を用いたスポット溶接の制御装置であって、前記制御装置が溶接電流値指令手段と状態検出手段とを備え、前記状態検出手段により、ナゲットの成長が終了したと判断された場合、溶接電流値指令手段により溶接電流がナゲット形成電流まで低減され、ついで所定時間経過後に溶接電源がオフされることを特徴とする。
【0014】
本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置においては、サーボガンのエンコーダ値の増加が終了したことによりナゲットの成長が終了したとされたり、あるいはサーボガンのエンコーダ値の変化率が負になったことによりナゲットの成長が終了したとされたりする。
【0015】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、接合部にナゲットが形成された後に過剰な溶接電流が供給されるのが防止される。その結果、過剰電流による溶接電極の過度の温度上昇が防止されるため、溶接電極の寿命が延びる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【0017】
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係るサーボガンGの制御装置(以下、単に制御装置という)1を図1にブロック図で示し、この制御装置1は、サーボガンGの溶接電源2にそのオン・オフを指令する溶接指令手段11と、サーボモータ3のエンコーダ4のエンコーダ値の変化から被溶接材Wの状態を検出する状態検出手段12とを主要手段として備えてなる。そして、かかる各手段11、12を備える制御装置1は、図2に示すように、CPUを中心として入出力インターフェース、ROM、RAM、クロックなどを備えてなるものに、前記各手段11,12に対応させたプログラムを格納することにより実現される。
【0018】
次に状態検出手段12による被溶接材Wの状態検出について説明する。なお、溶接指令手段11は、従来よりサーボガンGによるスポット溶接に用いられているものと同様とされているので、その詳細な説明は省略する。
【0019】
サーボガンGの加圧力および溶接電流を所定値に設定して被溶接材Wのスポット溶接を行うと、被溶接材Wは加熱されて熱膨張するとともにナゲットNを生成する。この生成されたナゲットNは、その形成過程においては膨張する。その結果、被溶接材Wの間隔が増大する。この間隔が増大する速度は、被溶接材Wに供給される熱量に依存し、またその供給される熱量は被溶接材Wの表面状態に依存する。すなわち、表面状態が悪ければその速度は速くなり、その逆に表面状態がよければその速度は遅くなる。一方、サーボガンGの加圧力はスポット溶接中は所定値に維持されているので、被溶接材Wの間隔が増大すればその分サーボモータ3の変位を計測しているエンコーダ4のエンコーダ値も変化する。つまり、被溶接材Wの間隔が増大した分だけサーボモータ3により駆動されているサーボガンGのチップ(上部電極)5が押し戻され、それに伴ってサーボモータ3のエンコーダ値も変化する(図3参照)。そこで、このエンコーダ値の単位時間当りの変化率(以下、エンコーダ速度という)を検出すれば、被溶接材Wの熱膨張およびナゲットNの成長の程度、つまり被溶接材Wの状態を知ることができる。
【0020】
次に、図3および図4を参照しながら、かかる構成とされている制御装置1による鋼板Wのスポット溶接について説明する。なお、図3はエンコーダ値の時間変化を模式的に示したものであり、また図4は溶接電流値の時間変化を模式的に示したものである。
【0021】
(1)溶接指令手段11から溶接電源2に対して電源オンの指令が送出される。
【0022】
(2)溶接電源2は所定電流をサーボガンGに通電する。
【0023】
(3)サーボガンGにより、鋼板Wがスポット溶接される。
【0024】
(4)スポット溶接開始後におけるエンコーダ値が制御装置1に送出される。なお、このエンコーダ値はサーボガンGの加圧開始から継続して送出されていてもよい。
【0025】
(5)状態検出手段12は入力されたエンコーダ値の変化に基づいてナゲットNの成長が終了したか否か判定する。
【0026】
(6)状態検出手段12がナゲットNの成長が終了したと判定すると、その判定結果に基づいて溶接指令手段11は溶接電源2に電源オフを指示する。
【0027】
(7)溶接電源2は、溶接指令手段11からの指示に応答して溶接電流をオフする。
【0028】
このように、この実施の形態1おいては、ナゲットNの成長が終了した時点で溶接電流をオフとし、鋼板Wへの溶接電流の供給を停止しているので、鋼板Wへ過剰電流が供給されることによるナゲットNのチリが防止される。また、過剰電流の供給が防止されるので、省電力化が図られるとともに、電極5、6の必要以上の温度上昇が防止されて電極5、6の寿命が延びる。
【0029】
なおこの場合、ナゲットNの成長速度が負になった場合に溶接電源2をオフにするようにしてもよい。
【0030】
実施の形態2
本発明の実施の形態2に係る制御装置1Aを図5にブロック図で示し、この制御装置1Aは、実施の形態1の制御装置1を改変したものであって、溶接指令手段11に代えて、サーボガンGの溶接電源2にその電流値を指令する溶接電流値指令手段14を備えてなるものである。
【0031】
以下、図3および図6を参照しながら、かかる構成とされている制御装置1Aによる鋼板Wのスポット溶接について説明する。
【0032】
(1)溶接電流値指令手段14から溶接電源2に対して電源オンおよび溶接電流指令値が送出される。
【0033】
(2)溶接電源2は指令された電流をサーボガンGに通電する。
【0034】
(3)サーボガンGにより、鋼板Wがスポット溶接される。
【0035】
(4)スポット溶接開始後におけるエンコーダ値が制御装置1Aに送出される。なお、このエンコーダ値はサーボガンGの加圧開始から継続して送出されていてもよい。
【0036】
(5)状態検出手段12は入力されたエンコーダ値の変化に基づいてナゲットNの成長が終了したか否か判定する。
【0037】
(6)状態検出手段12がナゲットNの成長が終了したと判定すると、その判定結果に基づいて溶接電流値指令手段14は溶接電源2に溶接電流を所定値まで低減するようにを指示する。この所定値は、例えば、4(t)0.5(ナゲット形成電流)とされる。ここに、tは板厚(単位:mm)とされる。
【0038】
(7)溶接電流値指令手段14は所定時間が経過した後に溶接電源2に電源オフを指示する。この所定時間は、例えばチリが発生した際にナゲット径が基準値まで回復する時間とされる。その具体的な値については溶接試験などによって決定される。
【0039】
(8)溶接電源2は、溶接電流値指令手段14からの指示に応答して溶接電流をオフする。
【0040】
このように、この実施の形態2おいては、ナゲットNの成長が終了した時点で溶接電流を所定値まで低減してそれから所定時間経過後に溶接電源2をオフとし、鋼板Wへの溶接電流の供給を停止しているので、鋼板Wへ過剰の溶接電流が供給されることによるナゲットNのチリが防止される。また、この実施の形態2では、ナゲットNの成長が終了した時点で溶接電流を所定値まで低減してそれから所定時間経過後に溶接電源2をオフとしているので、実施の形態1に比してチリ発生時に状態検出手段12がナゲットNの成長が終了したと誤判定しても、ナゲット径が回復するまで通電するので充分な接合強度が得られるという利点がある。
【0041】
なおこの場合、ナゲットNの成長速度が負になった場合に溶接電流を所定値まで低減するようにしてもよい。
【0042】
実施の形態3
本発明の実施の形態3に係る制御装置1Bを図7にブロック図で示し、この制御装置1Bは、実施の形態1の制御装置1を改変したものであって、溶接指令手段11に代えて、サーボガンGの溶接電源2にその電流値を指令する溶接電流値指令手段16を備えてなるものである。
【0043】
以下、図3および図8を参照しながら、かかる構成とされている制御装置1Bによる鋼板Wのスポット溶接について説明する。
【0044】
(1)溶接電流値指令手段16から溶接電源2に対して電源オンおよび溶接電流指令値が送出される。
【0045】
(2)溶接電源2は指令された電流をサーボガンGに通電する。
【0046】
(3)サーボガンGにより、鋼板Wがスポット溶接される。
【0047】
(4)スポット溶接開始後におけるエンコーダ値が制御装置1Bに送出される。なお、このエンコーダ値はサーボガンGの加圧開始から継続して送出されていてもよい。
【0048】
(5)状態検出手段12は入力されたエンコーダ値の変化に基づいてナゲットNの成長が終了したか否か判定する。
【0049】
(6)状態検出手段12がナゲットNの成長が終了したと判定すると、その判定結果に基づいて溶接電流値指令手段16は溶接電源2に溶接電流を一定速度でゼロまで低減するようにを指示する。この一定速度は、例えば設定した通電時間でゼロとなる速度とされ、具体的には溶接試験等により決定される。
【0050】
(7)溶接電源2は、溶接電流値指令手段16からの指示に応答して溶接電流を一定速度でゼロまで低減する。
【0051】
このように、この実施の形態3おいては、ナゲットNの成長が終了した時点で溶接電流を一定速度でゼロまで低減しているので、鋼板Wへの過剰溶接電流よるナゲットNのチリが防止される。また、この実施の形態3では、ナゲットの成長が終了した時点で溶接電流を一定速度でゼロまで低減しているので、実施の形態1および実施の形態2に比して溶接部を徐冷できるという利点がある。
【0052】
なおこの場合、ナゲットNの成長速度が負になった場合に溶接電流を一定速度でゼロまで低減するようにしてもよい。
【0053】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、接合部に過剰電流が供給されるのを防止できるという優れた効果が得られる。また、接合部に過剰電流が供給されないので、過剰電流によるチリの発生が防止されるとともに、溶接電極の必要以上の温度上昇が防止されて溶接電極の寿命が延びるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の制御装置のブロック図である。
【図2】同制御装置の電気的構成の概略図である。
【図3】エンコーダ値の時間的変化を模式的に示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態1における溶接電流の時間的変化を模式的に示すグラブである。
【図5】本発明の実施の形態2の制御装置のブロック図である。
【図6】本発明の実施の形態2における溶接電流の時間的変化を模式的に示すグラブである。
【図7】本発明の実施の形態3の制御装置のブロック図である。
【図8】本発明の実施の形態3における溶接電流の時間的変化を模式的に示すグラブである。
【図9】溶接時間が適正な場合のナゲットの模式図である。
【図10】溶接時間が短い場合のナゲットの模式図である。
【図11】溶接時間が長すぎる場合のナゲットの模式図であって、チリが発生した様子を示す。
【符号の説明】
1 制御装置
11 溶接指令手段
12 状態検出手段
14,16 溶接電流値指令手段
2 溶接電源
3 サーボモータ
4 エンコーダ
5 上部電極、チップ
6 下部電極、チップ
G サーボガン
N ナゲット
V 空洞
W 被溶接材、鋼板
Claims (7)
- 電動サーボ式抵抗溶接装置を用いたスポット溶接の制御方法であって、ナゲットの成長が終了した時点で溶接電流をナゲット形成電流まで低減し、ついで所定時間経過後に前記溶接電流をゼロとすることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
- サーボガンのエンコーダ値の増加が終了した時点をナゲットの成長が終了した時点とすることを特徴とする請求項1記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
- サーボガンのエンコーダ値の変化率が負になった時点をナゲットの成長が終了した時点とすることを特徴とする請求項1記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。
- 電動サーボ式抵抗溶接装置を用いたスポット溶接の制御装置であって、前記制御装置が溶接電流値指令手段と状態検出手段とを備え、
前記状態検出手段により、ナゲットの成長が終了したと判断された場合、溶接電流値指令手段により溶接電流がナゲット形成電流まで低減され、ついで所定時間経過後に溶接電源がオフされることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 - サーボガンのエンコーダ値の増加が終了したことにより、ナゲットの成長が終了したとすることを特徴とする請求項4記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。
- サーボガンのエンコーダ値の変化率が負になったことにより、ナゲットの成長が終了したとすることを特徴とする請求項4記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。
- 請求項4、5または6記載の制御装置を備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置。
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