JP7006388B2 - 抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接装置に係る。特に、本発明は、予備通電を実施した後に、該予備通電で得られた各種パラメータのマスタパターンに従って本溶接を実施するものにおける改良に関する。

従来、車両の車体フレームを製造するに当たり、複数の金属板を互いに接合する手段として抵抗スポット溶接が利用されている。この抵抗スポット溶接は、一対の電極で被溶接材（複数の金属板）を挟持しながら通電を行い、被溶接材自身の電気抵抗等により発生するジュール熱を利用して金属板同士を溶融させて接合するものである。

また、抵抗スポット溶接の手法として、特許文献１に開示されているように、本溶接に先立って予備通電（特許文献１ではテスト溶接と称している）を実施し、この予備通電での各種パラメータの変化に基づき、制御パラメータを調整しながら本溶接を実施することが知られている。具体的に、この特許文献１では、予備通電時に、適正な溶接ナゲットが形成される場合の電極間の電気特性から瞬時発熱量の時間変化を計算して記憶しておき、この瞬時発熱量の時間変化に基づき、通電パターンを複数のステップに区切って各ステップ毎の瞬時発熱量の時間変化の目標値を記憶する。そして、本溶接時に、前記目標値として記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として抵抗スポット溶接を開始し、何れかのステップにおいて、実際の瞬時発熱量の時間変化量が目標の前記時間変化曲線から外れた場合には、その差に基づいて、残りの通電時間での溶接電流値等の制御パラメータを調整するようにしている。

特許第５５８２２７７号公報

しかしながら、抵抗スポット溶接を多数回に亘って実施した場合、電極の摩耗によってその先端径が拡大すると、本溶接時における溶接箇所での発熱密度が小さくなってしまう。つまり、溶接箇所全体としての瞬時発熱量の時間変化量が目標の時間変化曲線から外れていない場合であっても、溶接箇所での発熱密度が小さくなっていることに起因して適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）が確保されないまま本溶接が終了してしまう可能性があった。このように、目標値として記憶させた瞬時発熱量の時間変化曲線を基準として瞬時発熱量の時間変化量を規定して本溶接を行うといった制御では、十分な溶接精度が得られない可能性があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予備通電を実施した後に本溶接を実施するに際し、十分な溶接精度を得ることができる抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、互いに重ね合わされた複数の金属板で成る被溶接材を一対の電極で挟持し該電極間に通電を行って前記金属板同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接方法を前提とする。そして、この抵抗スポット溶接方法は、前
記被溶接材の情報を取得し、この取得した情報に基づいて設定された溶接条件で予備通電を実施する工程と、前記予備通電での実施状態を測定し、それに基づいて本溶接での溶接条件のマスタパターンを設定する工程と、前記マスタパターンの溶接条件で前記本溶接を実施し、該本溶接での通電時間が所定時間内である場合に、溶接異常の発生の有無を判定する工程と、前記溶接異常が発生していない場合に、この溶接異常の発生の可能性の有無を判定する工程と、前記溶接異常の発生の可能性がある場合に、前記溶接異常の発生を未然に防止するように前記本溶接での溶接条件を補正して通電を継続する工程と、前記溶接異常の発生の可能性が無い場合に、前記本溶接での溶接条件が前記設定されているマスタパターンに一致するように該溶接条件を補正して通電を継続する工程と、前記溶接異常が発生している場合に、溶接条件を、予め設定された異常時溶接条件に変更すると共に、溶接異常の発生を報知する工程とを、含み、前記本溶接の実施中に、前記金属板の溶融量が目標とする所定量に達したか否かを判定する判定動作を行い、前記本溶接での通電時間が前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接での通電を継続する溶接遅延処理を行うことを特徴とする。

この特定事項により、被溶接材の情報に応じた溶接条件で予備通電を実施し、適正な溶融部が得られる溶接条件のマスタパターンを設定する。そして、本溶接では、このマスタパターンの溶接条件で溶接を実施し、溶接異常の発生の有無および溶接異常の発生の可能性の有無を判定する。ここでいう溶接異常とは例えば散り（溶融金属の飛散）の発生である。そして、溶接異常が発生していない場合であっても溶接異常の発生の可能性がある場合には、溶接異常の発生を未然に防止するように本溶接での溶接条件を補正して通電を継続する。また、溶接異常が発生していない場合であって溶接異常の発生の可能性も無い場合には、前記本溶接での溶接条件が前記マスタパターンに一致するように溶接条件を補正して通電を継続する。また、溶接異常が発生している場合には、予め設定された異常時溶接条件で本溶接を実施すると共に、溶接異常の発生を報知する。このように溶接異常の発生の可能性の有無に応じて溶接条件を補正していくことにより、電極の摩耗量に関わりなく、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

何らかの原因によって金属板の溶融が進まず、前記溶接終了設定時間に達したにも拘わらず、その溶融量が目標とする所定量に達していない場合には、本溶接での通電が継続されることになる。これにより、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

また、前記本溶接での通電時間が前記溶接終了設定時間を超えた所定経過時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接を強制終了して溶接異常の発生を報知することが好ましい。

何らかの原因によって金属板の溶融が進まず、前記溶接終了設定時間を超えた所定経過時間に達したにも拘わらず、その溶融量が目標とする所定量に達していない場合には、本溶接を強制終了して溶接異常の発生を報知する。これにより、金属板の溶融量が十分に得られない状態のまま本溶接が長期に亘って継続されてしまうことを回避し、被溶接材の確認を作業者に促すことができる。

また、前記抵抗スポット溶接方法を実施する抵抗スポット溶接装置も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、互いに重ね合わされた複数の金属板で成る被溶接材を挟持する一対の電極を備え、前記被溶接材を挟持した前記電極間に通電を行って前記金属板同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接装置を前提とする。そして、この抵抗スポット溶接装
置は、前記被溶接材の情報を取得する被溶接材情報取得部と、前記被溶接材情報取得部が取得した情報に基づいて設定された溶接条件で予備通電を実施する予備通電実施部と、前記予備通電での実施状態を測定する測定部と、前記測定部が測定した前記実施状態に基づいて本溶接での溶接条件のマスタパターンを登録するマスタパターン登録部と、前記マスタパターンの溶接条件で前記本溶接を実施する本溶接実施部と、前記本溶接での通電時間を計測する通電時間計測部と、前記本溶接での通電時間が所定時間内である場合に、溶接異常の発生の有無および溶接異常の発生の可能性の有無を判定する溶接異常判定部と、前記溶接異常の発生の可能性がある場合に、前記溶接異常の発生を未然に防止するように前記本溶接での溶接条件を補正し、前記溶接異常の発生の可能性が無い場合に、前記本溶接での溶接条件が前記設定されているマスタパターンに一致するように該溶接条件を補正し、前記溶接異常が発生している場合に、溶接条件を、予め設定された異常時溶接条件に変更する溶接条件補正部と、前記溶接異常が発生している場合に、溶接異常の発生を報知するアラーム出力部と、前記本溶接の実施中に、前記金属板の溶融量が目標とする所定量に達したか否かを判定する判定動作を行う比較部と、前記本溶接での通電時間が前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接での通電を継続する溶接遅延処理を行う遅延条件算出部と、を備えていることを特徴とする。
また、前記本溶接での通電時間が前記溶接終了設定時間を超えた所定経過時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接を強制終了して前記アラーム出力部から溶接異常の発生を報知するようになっていることが好ましい。

この抵抗スポット溶接装置においても、前述した抵抗スポット溶接方法の場合と同様に、溶接異常の発生の可能性の有無に応じて溶接条件を補正していくことにより、電極の摩耗量に関わりなく、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

本発明では、予備通電を実施した後に、該予備通電で得られた各種パラメータのマスタパターンに従って本溶接を実施するものにおいて、本溶接で溶接異常が発生していない場合に、この溶接異常の発生の可能性の有無を判定する。そして、溶接異常の発生の可能性がある場合には、溶接異常の発生を未然に防止するように本溶接での溶接条件を補正して通電を継続し、溶接異常の発生の可能性が無い場合には、本溶接での溶接条件が設定されているマスタパターンに一致するように溶接条件を補正して通電を継続するようにしている。このように溶接異常の発生の可能性の有無に応じて溶接条件を補正していくことにより、電極の摩耗量に関わりなく、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

実施形態に係る抵抗スポット溶接装置のスポット溶接ガンを示す概略構成図である。 抵抗スポット溶接装置の制御ブロック図である。 抵抗スポット溶接の制御手順を示すフローチャート図である。 予備通電時の溶接電流の変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、２枚のアルミニウム製板材同士を溶接するための抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接装置として本発明を適用した場合について説明する。

－抵抗スポット溶接装置の構成－
図１は本実施形態に係る抵抗スポット溶接方法に使用される抵抗スポット溶接装置のスポット溶接ガンＧを示す概略構成図である。

スポット溶接ガンＧは、ロボットアームＲＡに保持されたガン本体１の上部１ａに装着された上部電極２と、ガン本体１の下部１ｂに装着された下部電極３と、上部電極２を保持して昇降させる電動式の上部電極昇降装置（以下、単に電極昇降装置という）４と、上部電極２と下部電極３との間に流す電流値（溶接電流値）を調整する電流調整装置５とを主要構成要素として構成されている。なお、図１において、Ｗ１，Ｗ２はアルミニウム製板材であり、これらアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が被溶接材Ｗを構成している。

ガン本体１は、図１に示すように、下部１ｂの上面に前記下部電極３が立設されている。また、ガン本体１の上部１ａの先端に前記電極昇降装置４が装着されている。

電極昇降装置４は、ガン本体１の上部１ａの先端に装着されているサーボモータ４１と、このサーボモータ４１の駆動軸（図示省略）と結合している昇降部材４２とを備えており、この昇降部材４２の下端４２ａに前記上部電極２が装着されている。また、この電極昇降装置４は、後述する制御装置１００からの加圧力指令信号に従ってサーボモータ４１を作動させ、これにより昇降部材４２を昇降させることにより上部電極２と下部電極３との間で挟持される被溶接材Ｗに対する加圧力を調整可能となっている。

電流調整装置５は、制御装置１００から送信される電流指令信号に応じて上部電極２と下部電極３との間に流す電流値を調整するものである。この電流調整装置５としては、例えば可変抵抗器を備えたものやコンバータを備えたもの等の周知の装置が適用される。

－制御装置－
次に、抵抗スポット溶接装置の制御装置１００について説明する。本実施形態に係る抵抗スポット溶接装置によって実施される抵抗スポット溶接は、先ず、被溶接材Ｗに対する予備通電を行って、適正な溶融部（所定径の溶接ナゲット）が確保できる溶接条件のマスタパターンを取得し、このマスタパターンを登録する。そして、本溶接では、このマスタパターンの溶接条件で抵抗スポット溶接を実施するようにしている。また、本実施形態では、予備通電および本溶接それぞれについて、所定期間だけ初期通電を行った後、所定期間だけ通電を停止し（インターバルをおき）、その後、本通電を行うものとなっている。前記初期通電は、例えばアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の表面に酸化膜（電気抵抗が高い膜）が存在する場合に、この酸化膜を除去または小さくして本通電でのアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融を容易にするために実施される。また、本通電は、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２を溶融させて接合させるための通電であって、その溶接電流値は、前記初期通電での溶接電流値よりも高く設定される。

図２は、抵抗スポット溶接装置の制御装置１００の制御ブロック図である。この制御装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等を備えて構成されている。

そして、この制御装置１００は、被溶接材情報取得部１０１および溶接条件選定部１０２を備えている。

制御装置１００には、複数種類の被溶接材Ｗの情報を格納した被溶接材情報データベースＷＤＢが接続されており、被溶接材情報取得部１０１は、この被溶接材情報データベースＷＤＢから特定の被溶接材Ｗの情報を取得する。被溶接材情報データベースＷＤＢは、作業者によって操作される入力装置６から入力された複数種類の被溶接材Ｗの情報を格納している。この被溶接材Ｗの情報としては、被溶接材Ｗの材質、板厚、重ね枚数（板組）等の組み合わせが挙げられる。つまり、車体製造ライン上を流れてくる可能性のある全ての種類の被溶接材Ｗの情報が、入力装置６から被溶接材情報データベースＷＤＢに予め入力されて、これら情報が該被溶接材情報データベースＷＤＢに格納されている。そして、被溶接材情報取得部１０１は、車体製造ライン上を流れてきた被溶接材Ｗを認識し（例えば被溶接材Ｗに付されたタグ等の情報を読み取る等して認識し）、この認識した被溶接材Ｗに合致する被溶接材Ｗの情報を被溶接材情報データベースＷＤＢから取得（抽出）するようになっている。

また、制御装置１００には、被溶接材Ｗの種類に応じた溶接条件を格納した溶接条件データベースＴＤＢが接続されており、溶接条件選定部１０２は、この溶接条件データベースＴＤＢから特定の溶接条件を取得する。溶接条件データベースＴＤＢは、被溶接材Ｗの種類に応じた複数の溶接条件を格納している。この溶接条件としては、被溶接材Ｗの種類に応じた溶接電流値および被溶接材Ｗに対する加圧力等が挙げられる。具体的には、溶接時に散り（溶融金属の飛散）が発生することなく所定の溶接ナゲット径が確保できる溶接電流値および加圧力が、被溶接材Ｗの種類に応じて実験的に求められ、この被溶接材Ｗの種類と溶接電流値および加圧力との関係が溶接条件データベースＴＤＢに予め格納されている。これにより、車体製造ライン上を流れてくる可能性のある全ての種類の被溶接材Ｗに応じた溶接条件（溶接電流値および加圧力等の情報）が、溶接条件データベースＴＤＢに予め格納されている。そして、溶接条件選定部１０２は、前記被溶接材情報取得部１０１から送信された情報である被溶接材Ｗの種類に対応する溶接条件を溶接条件データベースＴＤＢから取得（抽出）するようになっている。

また、制御装置１００は、加圧力調整部１０３および溶接電流調整部１０４を備えている。

加圧力調整部１０３は、予備通電時に、前記溶接条件選定部１０２によって選定された溶接条件（加圧力の条件）に従った加圧力指令信号を電極昇降装置４に送信する。また、溶接電流調整部１０４は、予備通電時に、前記溶接条件選定部１０２によって選定された溶接条件（溶接電流値の条件）に従った電流指令信号を電流調整装置５に送信する。

加圧力調整部１０３および溶接電流調整部１０４はこのような機能を備えているため、本発明でいう予備通電実施部を構成している。

また、これら加圧力調整部１０３および溶接電流調整部１０４は、後述するマスタパターン登録部１０５に登録されている溶接電流の変化パターンや加圧力の変化パターンに応じて、本溶接時における加圧力指令信号を電極昇降装置４に送信すると共に、本溶接時における電流指令信号を電流調整装置５に送信する。この本溶接の具体的な制御については後述する。

加圧力調整部１０３および溶接電流調整部１０４はこのような機能も備えているため、本発明でいう本溶接実施部としても構成されている。

また、制御装置１００は、マスタパターン登録部１０５を備えている。このマスタパターン登録部１０５は、前記予備通電を実施している際に、適正な大きさの溶接ナゲットを確保することができる理想的な溶接電流の変化パターンや加圧力の変化パターン等を作成して登録するものである。また、このマスタパターン登録部１０５は、この場合の電極変位、電圧、電気抵抗等についてもそれぞれ測定または算出してマスタパターンとして登録する。このため、制御装置１００には、加圧力測定部２０１、電極変位測定部２０２、電圧測定部２０３、電流測定部２０４が接続されている。

加圧力測定部２０１は、前記被溶接材Ｗに対する各電極２，３による加圧力を測定するものであって、例えば電極昇降装置４の内部に収容されたロードセルで構成されている。なお、前記本通電が実施された場合に、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が溶融に伴って膨張すると、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２に、各電極２，３による加圧力に対する反力が発生することになり、加圧力測定部２０１で測定される加圧力は大きな値として得られることになる。このため、この加圧力測定部２０１で測定される加圧力の変化に基づいてアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融したか否かを判定することができる（前記反力によって動力伝達系が逆回転するものとなっていない場合）。

電極変位測定部２０２は、電極昇降装置４の内部に収容され、前記サーボモータ４１の出力軸の回転角度位置を検出して上部電極２の昇降位置を測定するエンコーダによって構成されている。動力伝達系にボールネジ等が備えられている場合、前述したようにアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が溶融に伴って膨張すると、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２に、各電極２，３による加圧力に対する反力が発生することになる。この反力は上部電極２を上方へ移動させる力として作用するため、サーボモータ４１の出力軸の回転角度位置を検出してこの回転角度位置に基づいてアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融したか否かを判定することができる。

電圧測定部２０３は、各電極２，３間の電圧（電位差）を検出する。また、電流測定部２０４は、各電極２，３間の実際の溶接電流値を検出する。これら電圧測定部２０３および電流測定部２０４の構成は公知であるため、ここでの説明は省略する。

加圧力測定部２０１、電極変位測定部２０２、電圧測定部２０３、電流測定部２０４はこのような機能を備えているため、これらによって本発明でいう測定部２００が構成されている。

また、制御装置１００は抵抗算出部１０６を備えている。この抵抗算出部１０６は、前記電圧測定部２０３で測定された電圧値および電流測定部２０４で測定された電流値が入力され、これら電圧値を電流値で除算することで電気抵抗を算出する。

また、制御装置１００は、通電時間計測部１０７、比較部１０８、遅延条件算出部１０９を備えている。

通電時間計測部１０７は、本溶接での本通電が開始されてからの通電時間（通電経過時間）を計測する。比較部１０８は、前記電気抵抗、加圧力、電極変位それぞれの目標値と、実際の電気抵抗、加圧力、電極変位とを比較し、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定の目標溶融量まで溶融したか否かを判定するためのものである。遅延条件算出部１０９は、通電時間計測部１０７で計測された通電時間が所定時間（マスタパターンにおける溶接終了設定時間）に達しているにも拘わらず、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定の目標溶融量まで溶融していない場合に、前記加圧力調整部１０３および溶接電流調整部１０４に向けて溶接遅延指令信号を送信し、本通電を継続させるものである。

また、制御装置１００は、散り発生判定部（溶接異常判定部）１１０、溶接条件補正部１１１を備えている。

散り発生判定部１１０は、加圧力、電極変位、電気抵抗の変動傾向に基づいて散りの発生の有無、および、散りの発生の可能性の有無を判定するものである。具体的には、加圧力、電極変位、電気抵抗の変動傾向に対して、散り発生判定閾値、および、この散り発生判定閾値よりも所定量だけ小さい値（絶対値が小さい値）である散り発生可能性判定閾値をそれぞれ設定しておく。そして、加圧力、電極変位、電気抵抗の変動傾向のうちの少なくとも一つが散り発生判定閾値を超えている場合には散りが発生していると判定する。具体的には、散り発生が発生すると、加圧力は小さくなり、電極変位は大きくなり、電気抵抗は大きくなる傾向がある。このため、実際の加圧力が散り発生判定閾値を下回った場合、実際の電極変位が散り発生判定閾値を上回った場合、実際の電気抵抗が散り発生判定閾値を上回った場合に散りが発生していると判定することになる。また、加圧力、電極変位、電気抵抗の変動傾向が何れも発生判定閾値を超えていない場合には、これら加圧力、電極変位、電気抵抗の変動傾向のうちの少なくとも一つが散り発生可能性判定閾値を超えている場合には散りが発生する可能性があると判定する。

溶接条件補正部１１１は、前記散りが発生する可能性があると判定された場合に、溶接条件を補正するものである。つまり、現在の溶接条件で本通電を継続した場合には将来的に散りが発生する可能性があることを考慮して、散りの発生を抑制できるように、加圧力および溶接電流値を補正する。具体的には、加圧力を高くすると共に溶接電流値を低くするように補正する。

また、制御装置１００は、アラーム出力部１１２を備えている。このアラーム出力部１１２は、前記電気抵抗、加圧力、電極変位の変動傾向のうちの少なくとも一つが散り発生判定閾値を超えていることで散りが発生していると判定された場合に、図示しない操作パネル上にアラーム表示を行って、散りが発生していることを作業者に報知する。

－抵抗スポット溶接－
次に、前述の如く構成された抵抗スポット溶接装置を使用した抵抗スポット溶接について説明する。図３は、抵抗スポット溶接の制御手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、抵抗スポット溶接装置の稼働中、所定時間毎に繰り返して実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、被溶接材Ｗの情報を取得する。この情報取得動作としては、前述したように、被溶接材情報取得部１０１が、車体製造ライン上を流れてきた被溶接材Ｗを認識し、この認識した被溶接材Ｗに合致する被溶接材Ｗの情報を被溶接材情報データベースＷＤＢから取得する。

被溶接材Ｗの情報を取得した後、ステップＳＴ２に移り、溶接条件を選定する。この溶接条件の選定動作としては、前述したように、溶接条件選定部１０２が、被溶接材Ｗの種類（被溶接材情報取得部１０１から送信された情報）に対応する溶接条件を溶接条件データベースＴＤＢから取得する。ここで取得される溶接条件（加圧力および溶接電流値）としては、被溶接材Ｗの材質として表面に酸化膜が存在する等して電気抵抗が高い被溶接材Ｗ（例えばホットスタンプ材）であるほど、散りの発生を抑制するべく溶接電流値としては低いものが選定される。また、被溶接材Ｗの板厚として薄いものであるほど、散りの発生を抑制するべく溶接電流値としては低いものが選定される。また、被溶接材Ｗの重ね枚数として枚数が多いほど、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２に所定の目標溶融量が得られるように加圧力としては高いものが溶接電流値としては高いものが選定される。

このようにして溶接条件を選定した後、ステップＳＴ３に移り、この溶接条件で予備通電が実施される。つまり、上部電極２および下部電極３による被溶接材Ｗに対する加圧力、および、上部電極２と下部電極３との間の溶接電流値が溶接条件とされて予備通電が実施される。具体的には、前記選定された溶接条件である加圧力に応じた加圧力指令信号が加圧力調整部１０３から電極昇降装置４に出力され、前記選定された溶接条件である溶接電流値に応じた電流指令信号が溶接電流調整部１０４から電流調整装置５に出力されることで、この加圧力および溶接電流値での予備通電が実施される。

図４は、この予備通電時の溶接電流の変化の一例を示す図である。図中の実線は選定された溶接条件での溶接電流の変化パターンを表している。図中の破線は実際に予備通電を実施した場合に適正な大きさの溶接ナゲットを確保することができる溶接電流の変化パターンを表している。これが本溶接に使用されるマスタパターンとなる。図中のタイミングＴ１からＴ２までの期間がマスタパターンによって設定された本通電での通電時間である。また、図示しないが、加圧力においても同様にして本溶接に使用されるマスタパターンが取得されることになる。更に、この予備通電では、電極変位測定部２０２による電極変位の測定、電圧測定部２０３による電圧の測定、抵抗算出部１０６による電気抵抗の算出が行われ、これによってもマスタパターンが取得される。

ステップＳＴ４では、このようにして取得された各マスタパターンが前記マスタパターン登録部１０５に登録される。

そして、ステップＳＴ５では、前記マスタパターンでの溶接条件で本溶接が実施される。つまり、上部電極２および下部電極３による被溶接材Ｗに対する加圧力、および、上部電極２と下部電極３との間の溶接電流値が前記マスタパターンでの溶接条件とされて本溶接が実施される。この本溶接の開始に連動して前記通電時間計測部１０７が通電時間（通電経過時間）の計測を開始する。

このようにして本溶接が開始された後、ステップＳＴ６に移り、通電時間計測部１０７で計測されている本溶接の通電時間が、前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間（図４におけるタイミングＴ２）に未だ達していない（通電時間＜Ｔ２）状態にあるか否かを判定する。

本溶接の開始初期時にあっては、本溶接の通電時間は未だ溶接終了設定時間Ｔ２に達していないので、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ７に移る。ステップＳＴ７では、本溶接中における散りが発生したか否かを判定する。この散りの発生の有無の判定は、前述の如く測定された加圧力および電極変位、前述の如く算出された電気抵抗それぞれについて予め散り発生判定のための閾値を設定しておき、これら閾値と、実際の加圧力、電極変位、電気抵抗とを比較することにより行われる。これらパラメータのうち一つでも閾値を超えている場合には散りが発生していると判断される。

散りが発生しておらず、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、現時点で散りが発生する可能性（散り発生傾向）があるか否かを判定する。この散り発生傾向の有無の判定も、加圧力、電極変位、電気抵抗それぞれについて予め散り発生傾向判定のための閾値（前記散り発生判定のための閾値よりも絶対値が小さい値）を設定しておき、これら閾値と、実際の加圧力、電極変位、電気抵抗とを比較することにより行われる。これらパラメータのうち一つでも閾値を超えている場合には散り発生傾向があると判断される。

散り発生傾向がなく、ステップＳＴ８でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、現時点で溶接品質が確保されているか否かを判定する。この判定は、現時点で本溶接を終了させた場合に適正な大きさの溶接ナゲットを確保することができる状態にあるか否かを判定するものである。

具体的には、前述したように、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が溶融に伴って膨張すると、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２に、各電極２，３による加圧力に対する反力が発生することになり、加圧力測定部２０１で測定される加圧力は大きな値として得られることになる。このため、この加圧力測定部２０１で測定される加圧力の変化に基づいてアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融したか否かを判定することができるので、この加圧力測定部２０１で測定される加圧力が所定値（予め実験等に基づいて設定された値）に達している場合にはアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融しており、適正な大きさの溶接ナゲットを確保することができる状態にある（溶接品質が確保されている）と判断できる。

また、前述したようにアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が溶融に伴って膨張することで生じる前記反力によって上部電極２が上方へ移動するものである場合には、サーボモータ４１の出力軸の回転角度位置を検出し、この回転角度位置に基づいてアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融したか否かを判定することができる。このため、電極変位測定部２０２で検出されるサーボモータ４１の出力軸の回転角度位置が所定値（予め実験等に基づいて設定された値）に達している場合にはアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２が所定量（目標溶融量）まで溶融しており、適正な大きさの溶接ナゲットを確保することができる状態にある（溶接品質が確保されている）と判断できる。

未だ溶接品質が確保されておらず、ステップＳＴ９でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１０に移り、現在の各パラメータの値と前記マスタパターンでの各パラメータの値とを比較し、その偏差分だけパラメータを補正することで溶接条件をマスタパターンに一致させる（溶接条件補正部１１１による溶接条件の補正）。

このようにしてパラメータを補正しながら、前記溶接終了設定時間Ｔ２に到達するまで、散り発生や散り発生傾向が生じない限り、ステップＳＴ６，ＳＴ７，ＳＴ８，ＳＴ９，ＳＴ１０の動作が繰り返される。

そして、溶接終了設定時間Ｔ２に到達するまでの間に散り発生や散り発生傾向が生じることなく、溶接品質が確保された場合にはステップＳＴ９でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１５に移って溶接終了処理を実施する。つまり、電極２，３間の通電を停止すると共に、この電極２，３による被溶接材Ｗに対する加圧力を解除する。

その後、本溶接が終了した被溶接材Ｗの搬出と共に、次の溶接対象である被溶接材Ｗの搬入が行われ、ステップＳＴ１６で、次の溶接対象である被溶接材Ｗの搬入が完了したか否かを判定する。次の溶接対象である被溶接材Ｗの搬入が完了し、ステップＳＴ１６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１７に移り、この搬入された被溶接材Ｗは、前回溶接対象であった被溶接材Ｗと同一種類のものであるか否かを判定する。

そして、これらが同一種類のものであった場合には、ステップＳＴ１７でＹＥＳ判定され、前記ステップＳＴ４で登録されていたマスタパターンでの溶接条件を使用して、今回の溶接対象である被溶接材Ｗに対して本溶接を実施する（ステップＳＴ５）。この被溶接材Ｗに対する本溶接は前述の場合と同様に行われる。

一方、今回の溶接対象である被溶接材Ｗが、前回の溶接対象であった被溶接材Ｗとは異なる種類のものである場合には、この新たな種類の被溶接材Ｗに対するマスタパターンを取得して登録する必要があることから、ステップＳＴ１７でＮＯ判定されて、前述したステップＳＴ１以降の動作に従ってマスタパターンが登録され、この登録されたマスタパターンでの溶接条件を使用して本溶接が行われることになる（ステップＳＴ５）。

一方、溶接終了設定時間Ｔ２に到達するまでの間に散り発生傾向が生じ、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１１に移り、散り発生を未然に防止するように溶接条件を補正して通電を継続する。ここで行われる溶接条件の補正としては溶接電流値を低減させることが挙げられる。つまり、溶融部に対する入熱量を低下させることで散り発生を未然に防止するようにする。この場合の補正量は、実験またはシミュレーションに基づいて設定される。例えば、前記閾値と、実際の加圧力、電極変位、電気抵抗との乖離量が大きいほど補正量としても大きく設定されることになる。

このような散り発生傾向が生じている場合、この散り発生傾向が解消するまで、ステップＳＴ６，ＳＴ７，ＳＴ８，ＳＴ１１の動作が繰り返される。

また、溶接終了設定時間Ｔ２に到達するまでの間に散りが発生し、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、溶接条件を散り発生時溶接条件に変更する。この散り発生時溶接条件は、例えば前記溶接条件データベースＴＤＢに格納されており、この溶接条件データベースＴＤＢから読み出される。具体的には、マスタパターンでの溶接条件に比べて溶接電流値を低く設定すると共に加圧力を高く設定する。このような散り発生時溶接条件での本溶接が開始された後、ステップＳＴ１３で所定時間が経過したか否かを判定し、この所定時間が経過すると、ステップＳＴ１４に移って前記アラーム出力部１１２からアラーム信号が出力される。例えば、抵抗スポット溶接装置の操作盤のモニタ画面にアラーム表示が行われ、作業者に溶接異常（散り）が発生していることを報知する。

その後、ステップＳＴ１５に移って溶接終了処理を実施する。つまり、電極２，３間の通電を停止すると共に、この電極２，３による被溶接材Ｗに対する加圧力を解除する。この場合、溶接不良が生じている可能性があるとして被溶接材Ｗは検査工程に搬送されることになる。

一方、本溶接の実施中において、溶接品質が確保されないまま（ステップＳＴ９でのＮＯ判定が継続されたまま）本溶接の通電時間が前記溶接終了設定時間Ｔ２に達すると、ステップＳＴ６でＮＯ判定されてステップＳＴ１８に移る。このステップＳＴ１８では、本溶接の通電時間が、前記溶接終了設定時間Ｔ２経過後の強制終了時間Ｔ３に達した（通電時間≧Ｔ３）状態にあるか否かを判定する。この強制終了時間Ｔ３は任意に設定が可能である。

本溶接の通電時間が、前記強制終了時間Ｔ３に達しておらず（通電時間＜Ｔ３）、ステップＳＴ１８でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１９に移り、前記ステップＳＴ９の場合と同様に、現時点で溶接品質が確保されたか否かを判定する。

そして、未だ溶接品質が確保されておらず、ステップＳＴ１９でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２０に移り、本溶接を継続するべく溶接遅延条件を算出する。この溶接遅延条件は、本溶接を継続する時間を算出するものであって、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の現在の溶融量と前記目標溶融量との偏差が大きいほど長い時間として算出される。このようにして溶接遅延条件が算出された後、ステップＳＴ６に戻り、本溶接が継続される。なお、この場合の溶接遅延時間としては一律に設定されるものであってもよい。

このようにして本溶接を遅延させながら、前記強制終了時間Ｔ３に到達するまで、溶接品質が確保されない状態が継続すると、ステップＳＴ６，ＳＴ１８，ＳＴ１９，ＳＴ２０の動作が繰り返される。

そして、強制終了時間Ｔ３に到達するまでの間に溶接品質が確保された場合には、ステップＳＴ１９でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１５に移って前述した溶接終了処理以降の動作を実施する。

また、溶接品質が確保されることなく強制終了時間Ｔ３に達した場合には、ステップＳＴ１８でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１４に移って前記アラーム出力部１１２からアラーム信号が出力される。この場合、溶接不良が生じている可能性があるとして被溶接材Ｗは検査工程に搬送されることになる。

以上の動作が、所定時間毎に繰り返される。

以上の動作が行われるため、前記ステップＳＴ１～ＳＴ３の動作が本発明でいう「被溶接材の情報を取得し、この取得した情報に基づいて設定された溶接条件で予備通電を実施する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ４の動作が本発明でいう「予備通電での実施状態を測定し、それに基づいて本溶接での溶接条件のマスタパターンを設定する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ５～ＳＴ７の動作が本発明でいう「マスタパターンの溶接条件で本溶接を実施し、該本溶接での通電時間が所定時間内である場合に、溶接異常の発生の有無を判定する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ８の動作が本発明でいう「溶接異常が発生していない場合に、この溶接異常の発生の可能性の有無を判定する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ１１の動作が本発明でいう「溶接異常の発生の可能性がある場合に、溶接異常の発生を未然に防止するように本溶接での溶接条件を補正して通電を継続する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ９，ＳＴ１０の動作が本発明でいう「溶接異常の発生の可能性が無い場合に、本溶接での溶接条件が設定されているマスタパターンに一致するように該溶接条件を補正して通電を継続する工程」に相当する。また、前記ステップＳＴ１２～ＳＴ１４の動作が本発明でいう「溶接異常が発生している場合に、溶接条件を、予め設定された異常時溶接条件に変更すると共に、溶接異常の発生を報知する工程」に相当する。

以上説明したように、本実施形態では、被溶接材Ｗの情報に応じた溶接条件で予備通電を実施し、適正な溶融部が得られる溶接条件のマスタパターンを設定する。そして、本溶接では、このマスタパターンの溶接条件で溶接を実施し、散り（溶接異常）の発生の有無および散りの発生の可能性の有無を判定する。そして、散りが発生していない場合であっても散りの発生の可能性がある場合には、散りの発生を未然に防止するように本溶接での溶接条件を補正して通電を継続する。また、散りが発生していない場合であって散りの発生の可能性も無い場合には、本溶接での溶接条件がマスタパターンに一致するように溶接条件を補正して通電を継続するようにしている。このように散りの発生の可能性の有無に応じて溶接条件を補正していくことにより、電極の摩耗量に関わりなく、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

また、本実施形態では、本溶接での通電時間が前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間Ｔ２に達した時点において、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融量が所定量に達していない場合には、本溶接での通電を継続する溶接遅延処理を行うようにしている。これによっても、適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができて、十分な溶接精度を得ることができる。

また、本実施形態では、本溶接での通電時間が前記溶接終了設定時間Ｔ２を超えた所定経過時間（強制終了時間）Ｔ３に達した時点において、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融量が所定量に達していない場合には、本溶接を強制終了してアラーム信号を出力するようにしている。つまり、何らかの原因によってアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融が進まず、前記溶接終了設定時間Ｔ２を超えた強制終了時間Ｔ３に達したにも拘わらず、その溶融量が所定量に達していない場合には、本溶接を強制終了してアラーム信号を出力するようにしている。これにより、アルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融量が十分に得られない状態のまま本溶接が長期に亘って継続されてしまうことを回避し、被溶接材Ｗの確認を作業者に促すことができる。

また、本実施形態では、以下に述べる効果を奏することもできる。

つまり、アルミニウム系材料や鉄系材料を同一の車体製造ライン上に流す場合、各材料の特性によって溶融部の生成条件が異なることになるが、本実施形態によれば、それぞれに対して適正な溶融部の大きさ（溶接ナゲット径）を確保することができる。

また、通電に伴う材料の軟化、溶融に伴い通電経路が逐次変化するため、瞬時発熱量の時間変化量を規定して本溶接を行うといった制御（前記特許文献１のもの）では十分な溶接精度を得ることができなかったが、本実施形態によれば、通電経路が逐次変化する場合であっても、溶接条件を補正していることにより、十分な溶接精度を得ることができる。

－他の実施形態－
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態では、２枚のアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２同士を溶接するための抵抗スポット溶接に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、３枚以上の板材同士を溶接するための抵抗スポット溶接として適用することも可能である。また、本発明の抵抗スポット溶接方法が適用可能な板材の材料としては、アルミニウムに限らず、鉄、マグネシウム、チタン、銅等であってもよい。また、異種金属同士の溶接に適用することもできる。

また、前記実施形態では、予備通電および本溶接それぞれについて、所定期間だけ初期通電を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、本通電のみでアルミニウム製板材Ｗ１，Ｗ２の溶融量が十分に得られる場合には、初期通電を行わないようにしてもよい。

また、前記溶接終了設定時間Ｔ２に達するまでに溶接品質が確保される状況となった場合には、この溶接終了設定時間Ｔ２に達するのを待つことなく本溶接を終了させるようにしてもよい。

また、散りが発生していると判定された場合、溶接条件を散り発生時溶接条件に変更することなく、直ちに本溶接を終了させるようにしてもよい。

また、散りが発生した場合、マスタパターン登録部１０５に登録されているマスタパターンが適正でない可能性があることを考慮し、前記ステップＳＴ１１で行う溶接条件の補正（散り発生を未然に防止する溶接条件の補正）に従ってマスタパターンを再登録するようにしてもよい。

本発明は、予備通電を実施した後に、該予備通電で得られた各種パラメータのマスタパターンに従って本溶接を実施する抵抗スポット溶接に適用可能である。

２ 上部電極
３ 下部電極
４ 電極昇降装置
５ 電流調整装置
１００ 制御装置
１０１ 被溶接材情報取得部
１０３ 加圧力調整部
１０４ 溶接電流調整部
１０５ マスタパターン登録部
１０６ 抵抗算出部
１０７ 通電時間計測部
１０９ 遅延条件算出部
１１０ 散り発生判定部（溶接異常判定部）
１１１ 溶接条件補正部
１１２ アラーム出力部
２００ 測定部
２０１ 加圧力測定部
２０２ 電極変位測定部
２０３ 電圧測定部
２０４ 電流測定部
Ｗ 被溶接材
Ｗ１，Ｗ２ アルミニウム製板材（金属板）

Claims (4)

1. 互いに重ね合わされた複数の金属板で成る被溶接材を一対の電極で挟持し該電極間に通電を行って前記金属板同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接方法において、
   前記被溶接材の情報を取得し、この取得した情報に基づいて設定された溶接条件で予備通電を実施する工程と、
   前記予備通電での実施状態を測定し、それに基づいて本溶接での溶接条件のマスタパターンを設定する工程と、
   前記マスタパターンの溶接条件で前記本溶接を実施し、該本溶接での通電時間が所定時間内である場合に、溶接異常の発生の有無を判定する工程と、
   前記溶接異常が発生していない場合に、この溶接異常の発生の可能性の有無を判定する工程と、
   前記溶接異常の発生の可能性がある場合に、前記溶接異常の発生を未然に防止するように前記本溶接での溶接条件を補正して通電を継続する工程と、
   前記溶接異常の発生の可能性が無い場合に、前記本溶接での溶接条件が前記設定されているマスタパターンに一致するように該溶接条件を補正して通電を継続する工程と、
   前記溶接異常が発生している場合に、溶接条件を、予め設定された異常時溶接条件に変更すると共に、溶接異常の発生を報知する工程とを、含み、
   前記本溶接の実施中に、前記金属板の溶融量が目標とする所定量に達したか否かを判定する判定動作を行い、
   前記本溶接での通電時間が前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接での通電を継続する溶接遅延処理を行うことを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
2. 請求項１記載の抵抗スポット溶接方法において、
   前記本溶接での通電時間が前記溶接終了設定時間を超えた所定経過時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接を強制終了して溶接異常の発生を報知することを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
3. 互いに重ね合わされた複数の金属板で成る被溶接材を挟持する一対の電極を備え、前記被溶接材を挟持した前記電極間に通電を行って前記金属板同士を溶融して接合する抵抗スポット溶接装置において、
   前記被溶接材の情報を取得する被溶接材情報取得部と、
   前記被溶接材情報取得部が取得した情報に基づいて設定された溶接条件で予備通電を実施する予備通電実施部と、
   前記予備通電での実施状態を測定する測定部と、
   前記測定部が測定した前記実施状態に基づいて本溶接での溶接条件のマスタパターンを登録するマスタパターン登録部と、
   前記マスタパターンの溶接条件で前記本溶接を実施する本溶接実施部と、
   前記本溶接での通電時間を計測する通電時間計測部と、
   前記本溶接での通電時間が所定時間内である場合に、溶接異常の発生の有無および溶接異常の発生の可能性の有無を判定する溶接異常判定部と、
   前記溶接異常の発生の可能性がある場合に、前記溶接異常の発生を未然に防止するように前記本溶接での溶接条件を補正し、前記溶接異常の発生の可能性が無い場合に、前記本溶接での溶接条件が前記設定されているマスタパターンに一致するように該溶接条件を補正し、前記溶接異常が発生している場合に、溶接条件を、予め設定された異常時溶接条件に変更する溶接条件補正部と、
   前記溶接異常が発生している場合に、溶接異常の発生を報知するアラーム出力部と、
   前記本溶接の実施中に、前記金属板の溶融量が目標とする所定量に達したか否かを判定する判定動作を行う比較部と、
   前記本溶接での通電時間が前記マスタパターンにおける溶接終了設定時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接での通電を継続する溶接遅延処理を行う遅延条件算出部と、を備えていることを特徴とする抵抗スポット溶接装置。
4. 請求項３記載の抵抗スポット溶接装置において、
   前記本溶接での通電時間が前記溶接終了設定時間を超えた所定経過時間に達した時点において、前記金属板の溶融量が前記所定量に達していない場合、前記本溶接を強制終了して前記アラーム出力部から溶接異常の発生を報知することを特徴とする抵抗スポット溶接装置。

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