JP3733438B2

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

Info

Publication number: JP3733438B2
Application number: JP04169399A
Authority: JP
Inventors: 吉洋戸田; 馨塚田; 等荒砂; 賢瀬戸; 和嗣吹田; 浩二野村; 恭典松田
Original assignee: JFE Steel Corp; Toyota Motor Corp; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: JFE Steel Corp; Toyota Motor Corp; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP2000237878A

Description

【０００１】
【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

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。