JP7185382B2 - インダイレクトスポット溶接装置のケーブルの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、インダイレクトスポット溶接装置に設けられるケーブルを検査するための方法に関する。

スポット溶接としては、一対の電極で複数の金属板を挟持して通電するダイレクトスポット溶接や、一方の電極（溶接電極）と他方の電極（アース電極）とを異なる箇所に当接させて通電するインダイレクトスポット溶接が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２００６－１９８６７６号公報

ダイレクトスポット溶接の場合、図８に示すように、ロボットアーム１０１の先端に、一対の電極１０２，１０３及びトランス１０５を有する溶接ガン１０４が設けられる。外部の電源から供給された電流が、ロボットアーム１０１に沿って設けられたケーブル１０６を介してトランス１０５に供給され、トランス１０５で大電流（太い点線参照）に変換されて一対の電極１０２，１０３間に通電される。この場合、ロボットアーム１０１に沿ったケーブル１０６には、トランス１０５で変換される前の小さい電流（細い点線参照）が流れる。

一方、インダイレクトスポット溶接の場合、図９に示すように、ロボットアーム２０１の先端に溶接電極２０２が設けられ、ロボットアーム２０１とは別に設けられた加圧装置（例えば、シリンダ２０８）にアース電極２０３が設けられる。この場合、ケーブル２１０を介して外部の電源から供給された電流が、固定側（例えば床面）に設けられたトランス２０５で大電流に変換されて、ケーブル２０７→溶接電極２０２→ワークＷ→アース電極２０３→ケーブル２０６という経路を流れる。

上記のようなインダイレクトスポット溶接装置では、溶接時に、ケーブル２０６，２０７に、トランス２０５で変換された大電流（太い点線参照）が流れる。この大電流で発生する磁界によってケーブル２０６，２０７自体が振動することにより、ケーブル２０６，２０７に断線が生じる恐れがある。特に、トランス２０５と溶接電極２０２とを接続するケーブル２０７は、ロボットアーム２０１を動かす度に曲げ伸ばしされるため、断線が生じる恐れが高い。ケーブル２０７が断線すると、ワークに供給される電流値が低下して溶接不良が生じるため、製造ラインを一旦停止してケーブル２０７の交換を行う必要が生じ、生産性の低下を招く。

以上の事情から、本発明が解決すべき課題は、インダイレクトスポット溶接において、ケーブルの断線による製造ラインの停止を回避して生産性の低下を防止することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ロボットアームの先端に取り付けられた溶接電極と、前記ロボットアーム以外の場所に設けられたアース電極と、前記溶接電極と前記アース電極との間に通電する電流を発生させるトランスと、前記トランスと前記溶接電極とを電気的に接続する可撓性のケーブルとを備えたインダイレクトスポット溶接装置の前記ケーブルを検査するための方法であって、前記ケーブルを含む通電経路の抵抗値を測定する工程と、前記通電経路の抵抗値に基づいて前記ケーブルの断線の有無を判定する工程とを有するインダイレクトスポット溶接装置のケーブルの検査方法を提供する。

上記のように、本発明では、溶接電極とトランスとを接続するケーブルを含む通電経路の抵抗値を測定し、この抵抗値が所定値を超えたら、ケーブルに許容以上の断線が生じていると判定する。このように、ケーブルの状態（断線の程度）を監視することで、ケーブルに致命的な断線が生じて溶接不良が生じる前にケーブルの交換を行うことができるため、ケーブルを交換するために製造ラインを突然停止させる事態を回避できる。

上記の方法では、例えば、トランスに接続された導電体に溶接電極を当接させることにより前記ケーブルを含む通電経路を形成することができる。このとき、溶接電極の先端に、溶接時に溶融した材料（金属）が付着していると、導電体との接触抵抗が大きくなるため、ケーブルを含む通電経路の抵抗値が大きくなる。この場合、通電経路の抵抗値が所定値を超えた場合でも、それが溶接電極と導電体との接触抵抗の増大によるものか、ケーブルの抵抗値の増大（すなわちケーブルの断線）によるものかを判別しにくくなる。

そこで、溶接電極を研磨して先端に付着した金属を除去し、その直後に（具体的には、研磨後、次の打点を溶接するまでの間に）溶接電極を導電体に当接させて、ケーブルを含む通電経路を形成することが好ましい。この場合、溶接電極の先端に付着した金属の影響を排除した通電経路の抵抗値が得られるため、この通電経路の抵抗値からケーブルの断線の有無をより正確に判定することができる。

以上のように、本発明によれば、ケーブルの断線を事前に検知することができるため、ケーブル交換に伴う製造ラインの停止を回避して生産性の低下を防止することができる。

インダイレクトスポット溶接装置の側面図である。 ケーブルの断面図である。 図１のインダイレクトスポット溶接装置において、溶接電極を研磨する様子を示す側面図である。 図１のインダイレクトスポット溶接装置において、ケーブルの断線を検査する様子を示す側面図である。 検査用通電経路の抵抗値と検査回数との関係を示すグラフである。 他の実施形態に係るインダイレクトスポット溶接装置の側面図である。 さらに他の実施形態に係るインダイレクトスポット溶接装置の側面図である。 ダイレクトスポット溶接装置の側面図である。 比較例に係るインダイレクトスポット溶接装置の側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すインダイレクトスポット溶接装置は、ロボットアーム１と、ロボットアーム１の先端に取り付けられた溶接電極２と、ロボットアーム１以外の場所に設けられたアース電極３と、固定側（例えば床面）に設けられたトランス４と、溶接電極２を研磨する研磨装置５とを備える。

溶接電極２は、ロボットアーム１により、ロボットアーム１の可動範囲内の任意の三次元位置に任意の姿勢で配置される。本実施形態では、ロボットアーム１の先端に加圧装置としてのシリンダ６が設けられ、このシリンダ６のピンに溶接電極２が取り付けられる。シリンダ６のピンを突出あるいは退入させることで、溶接電極２が自身の軸心方向（図１の上下方向）に移動する。

アース電極３は、固定側（例えば床面）に設けられた加圧装置としてのシリンダ７のピンに取り付けられる。このシリンダ７のピンを突出あるいは退入させることで、アース電極３が自身の軸心方向（図１の上下方向）に移動する。

溶接電極２とトランス４とは、可撓性のケーブル８を介して電気的に接続される。図示例では、ケーブル８がロボットアーム１に沿って設けられ、ロボットアーム１に追従して変形可能とされる。具体的には、図２に示すように、ケーブル８が、多数の導線（銅線）８ａ１を撚って形成された導線束８ａと、導線束８ａの外周を覆う可撓性のチューブ８ｂと、導線束８ａとチューブ８ｂとの間を流通する冷却媒体８ｃ（例えば冷却水）とを備える。

アース電極３とトランス４とは、導電体を介して電気的に接続される。本実施形態では、アース電極３とトランス４が金属（例えば銅）等の導電性の剛体からなるブスバー９を介して接続される（図１参照）。シリンダ７によりアース電極３を昇降させたときでも、ブスバー９とアース電極３とは通電可能な状態で維持される。トランス４は、外部の電源（図示省略）とケーブル１０を介して接続される。

上記のインダイレクトスポット溶接装置による溶接は、以下の手順で行われる。まず、図示しないセット台に金属板Ｗ１，Ｗ２を含むワークをセットする。この状態で、シリンダ７を駆動してアース電極３を上昇させて、アース電極３を金属板Ｗ２に下方から当接させる。その後、ロボットアーム１を駆動して金属板Ｗ１，Ｗ２の重合部の上方に溶接電極２を配し、シリンダ６を駆動して溶接電極２を降下させ、溶接電極２で金属板Ｗ１，Ｗ２の重合部を上方から加圧する。この状態で、ケーブル１０を介して供給された電流を、トランス４で大電流に変換して溶接電極２とアース電極３との間に通電することにより、溶接電極２の直下における金属板Ｗ１,Ｗ２の接触部が抵抗発熱により溶融して接合される。

以上のようなインダイレクトスポット溶接によれば、金属板Ｗ１，Ｗ２の重合部を挟持できない場合でも、当該重合部を溶接することができる。また、アース電極３を金属板Ｗ２に当接させた状態を維持したまま、ロボットアーム１で溶接電極２を他の場所に移動させて複数点を溶接することができる。

溶接を繰り返すうちに、溶接電極２の先端には、溶融した金属板Ｗ１の材料が付着する。このように、溶接電極２の先端に金属が付着すると、溶接品質を低下させる恐れがあるため、図３に示すように溶接電極２の先端を定期的（例えば、所定の打点数ごと）に研磨装置５で研磨し、先端に付着した金属を除去して溶接電極２の母材（銅）を露出させる。

上記のようなインダイレクトスポット溶接を行う際、トランス４で変換された大電流は、ケーブル８、溶接電極２、金属板Ｗ１，Ｗ２、アース電極３、ブスバー９を介した溶接用通電経路Ｍ１を流れる（図１参照）。このとき、ブスバー９は剛体で形成されるため、大電流が流れても損傷することはほとんどない。一方、ケーブル８は、可撓性を有するため、トランス４で変換された大電流が流れると、このときに発生する磁場によりケーブル８自身が振動する。また、ケーブル８は、ロボットアーム１に追従して変形するため、ロボットアーム１を駆動するために曲げ伸ばしされる。以上のように、ケーブル８に振動や曲げ伸ばしが生じることで、ケーブル８の導線束８ａの一部が断線する恐れがある。

上記のインダイレクトスポット溶接装置は、上記のようなケーブル８の断線の有無を検査する検査機構を有する。検査機構は、例えば図４に示すように、トランス４にブスバー１４を介して接続された導電体（例えば金属板、特に銅板）からなる検査用アース電極１１と、電流測定部１２と、演算部１３とを備える。検査用アース電極１１は、例えば研磨装置５に絶縁状態で取り付けられる。演算部１３は、算出部１３ａ、判定部１３ｂ、及び警報部１３ｃを有する。

電流測定部１２は、例えば、ブスバー１４の外周に設けられた非接触式の測定プローブ１２ａと、測定プローブ１２ａからの信号によりブスバー１４に流れる電流値を測定する測定器１２ｂとを有する。測定プローブ１２ａとしては、例えばトロイダルコイルを使用できる。トロイダルコイルは、後述する検査用通電経路Ｍ２の外周に配され、図示例ではブスバー１４の外周に配される。この場合、ブスバー１４に電流が流れることで発生する磁界によりトロイダルコイルに電流が流れ、このトロイダルコイルの電流値を測定器１２ｂで検出することで、ブスバー１４に流れる電流値が測定される。尚、トロイダルコイルは、検査用通電経路Ｍ２及び溶接用通電経路Ｍ１の双方の電流値を測定できる箇所に設けることが好ましい。図示例では、ブスバー１４のうち、アース電極３に接続するブスバー９との合流部よりもトランス４側に、トロイダルコイル（測定プローブ１２ａ）が設けられる。この他、例えばケーブル８の外周にトロイダルコイルを設けてもよい。

検査機構によるケーブル８の検査は、以下の手順で行われる。まず、検査用アース電極１１に溶接電極２を当接させることにより、ケーブル８を含む検査用通電経路Ｍ２が形成される。本実施形態では、ケーブル８、溶接電極２、検査用アース電極１１、及びブスバー１４を介した検査用通電経路Ｍ２が形成される。このように、溶接電極２を検査用アース電極１１に当接させるだけで、回路のスイッチング等の操作を要することなく、検査用通電経路Ｍ２を容易に形成することができる。このとき、シリンダ７によりアース電極３を降下させて金属板Ｗ２から離反させることで、アース電極３側に検査用の電流が流れる事態を確実に防止できる。

この状態で、検査用通電経路Ｍ２に微小な電流を流し、このときにブスバー１４に流れる電流値、すなわち検査用通電経路Ｍ２に流れる電流値を、電流測定部１２で測定する。こうして電流測定部１２で測定した検査用通電経路Ｍ２の電流値と、トランス４の電圧値（二次電圧値）とが演算部１３に伝達される。そして、演算部１３の算出部１３ａが、検査用通電経路Ｍ２の電流値とトランス４の電圧値とから、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値を算出する。そして、判定部１３ｂが、算出部１３ａで算出した検査用通電経路Ｍ２の抵抗値が所定の域値（上限値）を超えているか否かを判定し、超えている場合は、その信号が警報部１３ｃに伝達されて警報が発せられる。

図４で示す検査用通電経路Ｍ２を形成する部材のうち、溶接電極２、検査用アース電極１１、及びブスバー１４は剛体で形成され、且つ、十分な通電経路を有しているため、これらの部材の抵抗値は非常に低い。従って、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値は、ケーブル８の抵抗値と、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部の抵抗値とが支配的要因となる。

本実施形態では、研磨装置５で溶接電極２を研磨した直後（具体的には、研磨後、次の打点を溶接する前）に、溶接電極２を検査用アース電極１１に当接させて検査用通電経路Ｍ２を形成し、その抵抗値を測定する。この場合、溶接電極２に付着した金属（亜鉛等）が除去されて、溶接電極２の母材（銅）が良好に露出した状態で、溶接電極２が検査用アース電極１１に当接されるため、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部の通電状態を安定させ、この接触部における抵抗値を安定させることができる。これにより、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値の変化が、主にケーブル８の抵抗値の変化に起因すると考えることができるため、上記のように、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値が所定値を超えているか否かを検査することで、ケーブル８の抵抗値が所定値を超えているか否か、すなわち、ケーブル８に所定以上の断線が生じているか否かを判定することができる。

以上のように、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値を定期的（例えば、溶接電極２を研磨する度）に測定することで、ケーブル８の断線の状態を監視することができる。これにより、ケーブル８に致命的な断線が生じる前にケーブル８を交換することができるため、ケーブル８の断線による溶接不良が生じて製造ラインが突然停止する事態を回避できる。

図５に、検査回数と検査用通電経路Ｍ２の抵抗値との関係を示す。このように、検査回数が多くなるにつれて、ケーブル８の断線が増えるため、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値が上昇する。そして、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値が所定の閾値Ｒ１を超えたら（図中矢印で示す点）、警報部１３ｃが警報を発する。このとき、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値の閾値Ｒ１が、溶接不良が生じる抵抗値Ｒ２に近い値に設定されていると、警報が発せられたら即座に製造ラインを停止させてケーブル８を交換する必要が生じる。従って、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値の閾値Ｒ１は、溶接不良が生じる抵抗値Ｒ２よりもある程度低い値（例えば、抵抗値Ｒ２の８０％以下）に設定することが望ましい。この場合、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値が閾値Ｒ１を超えて警報が発せられた場合でも、そのまましばらく生産を続けて、製造ラインの定期的な停止時（例えば、その日の生産終了後や、生産ラインのメンテナンス時等）にケーブル８の交換作業を行うことができる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、トランス４で変換された後の二次側の通電経路（検査用通電経路Ｍ２）の電流値を測定した場合を示したが、これに限らず、トランス４で変換する前の一次側の通電経路の電流値を測定し、これにトランス４の変換率を掛けて、検査用通電経路Ｍ２の電流値を取得してもよい。

また、上記の実施形態では、トランス４の二次電圧から算出した抵抗値を用いて、ケーブル８の断線の有無を判定している。この場合、検査用通電経路Ｍ２のうち、ケーブル８だけでなく、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部を含む区間の抵抗値を用いてケーブル８の断線の有無を判定することになる。従って、例えば溶接電極２の先端に金属が付着して、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部の抵抗値が上昇すると、上記区間の抵抗値も上昇するため、ケーブル８の断線が生じたものと誤判定する恐れがある。

従って、検査用通電経路Ｍ２のうち、ケーブル８を含み、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部を含まない区間の電圧を測定し、この電圧から算出した抵抗値を用いることが好ましい。例えば、図６に示すように、電圧測定器１５により、ケーブル８の両端付近における電圧（具体的には、ケーブル８のトランス４側端部付近と、溶接電極２との間の電圧）を測定することができる。あるいは、図７に示すように、電圧測定器１５により、溶接電極２と検査用アース電極１１との間の電圧を測定し、この電圧とトランス４の二次電圧との差を用いることができる。これらの電圧から算出した抵抗値を用いることで、溶接電極２と検査用アース電極１１との接触部の状態（抵抗値）の影響を受けることなく、ケーブル８の断線の有無を正確に判定することができる。

また、上記の実施形態では、検査用通電経路Ｍ２の抵抗値に基づいてケーブル８の断線の有無を判定した場合を示したが、これに限らず、例えば、溶接を行う際の溶接用通電経路Ｍ１の抵抗値に基づいてケーブル８の断線の有無を判定してもよい。この場合、検査用通電経路Ｍ２を形成するための機構（検査用アース電極１１やブスバー１４）が不要となる。ただし、溶接用通電経路Ｍ１の抵抗値は、板組みや溶接条件等によって変化するため、この抵抗値からはケーブル８の断線の有無を判定できない場合もある。このような場合は、上記の実施形態のように、溶接を行わない（すなわちワークを介さない）検査用通電経路Ｍ２を形成し、この検査用通電経路Ｍ２の抵抗値に基づいてケーブル８の断線の有無を判定することが好ましい。

１ ロボットアーム
２ 溶接電極
３ アース電極
４ トランス
５ 研磨装置
６ シリンダ
７ シリンダ
８ ケーブル
９ ブスバー
１０ ケーブル
１１ 検査用アース電極
１２ 電流測定部
１３ 演算部
１３ａ 算出部
１３ｂ 判定部
１３ｃ 警報部
１４ ブスバー
Ｍ１ 溶接用通電経路
Ｍ２ 検査用通電経路
Ｗ１，Ｗ２ 金属板

Claims (1)

1. ロボットアームの先端に取り付けられた溶接電極と、前記ロボットアーム以外の場所に設けられたアース電極と、前記溶接電極と前記アース電極との間に通電する電流を発生させるトランスと、前記トランスと前記溶接電極とを電気的に接続する可撓性のケーブルとを備えたインダイレクトスポット溶接装置の前記ケーブルを検査するための方法であって、
   前記ケーブルを含む通電経路の抵抗値を測定する工程と、前記通電経路の抵抗値に基づいて前記ケーブルの断線の有無を判定する工程とを有し、
   前記溶接電極を研磨した後、次の打点を溶接するまでの間に、前記トランスに接続された導電体に前記溶接電極を当接させることにより、前記ケーブルを含む通電経路を形成するインダイレクトスポット溶接装置のケーブルの検査方法。

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