JPH079155A - アプセット溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部材の断面積に応じた適切な溶接条件による
溶接を実現するとともに、安定した溶接品質を得るこ
と。 【構成】 ステアリングホィール用のリング状パイプＷ
の両端部を把持部１１により把持した状態で端面を突合
せて加圧するとともに溶接する抵抗溶接機と、ロール装
置の回転量を検出してパイプＷの送り量を測定する送り
センサ４と、リング状に曲げ切断されたリング状パイプ
Ｗを加圧装置に搬送する搬送部材に配設され、リング状
パイプＷの重量を測定するロードセル５と、対向するロ
ール装置のロールの変位量を検出することによりパイプ
Ｗの直径を測定する径センサ６と、測定されたパイプＷ
の送り量と重量に基づきパイプ部材の断面積を求める断
面積演算回路７１と、前記径センサ６が測定したパイプ
Ｗの径と前記断面積に基づき溶接条件を決定する溶接条
件決定回路７４を有するメイン制御装置７とから成るア
プセット溶接装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部材の長さと重量に基
づき部材の断面積を求めて、この断面積に応じて適切な
溶接条件で溶接を行うアプセット溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアプセット溶接機で定電流制御方
式の溶接制御装置を備えたものにおいては、溶接条件を
一旦設定すると、設定された一定の溶接条件に従って制
御するものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のアプセット
溶接機は、設定された一定の溶接条件に従って、機械的
に制御するものであるため、溶接する部材の寸法、厚
さ、すなわち断面積が変化すると、溶接電流が一定でも
電流密度が変化するので、溶接部の溶け込み状態が変化
して、安定した溶接品質が得られないという問題が有っ
た。

【０００４】そこで本発明者は、系統的な実験を行った
結果、溶接する部材の長さと重量を求め、これに基づき
溶接部の断面積を求め、この断面積に応じた溶接条件で
溶接するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究
開発を重ねた結果、溶接する部材の断面積に応じた適切
な溶接条件による溶接を実現し、安定した溶接品質を得
るという目的を達成する本発明に到達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）のアプセット溶接装置は、端部を突合せる
部材を把持部により把持して加圧する加圧装置と、前記
部材の突合せ端部を挟んで対向して配設された少なくと
も一対の電極と、前記一対の電極に溶接電流を通電する
通電装置と、前記部材の長さを測定する長さセンサと、
前記部材の重量を測定する重量センサと、前記長さセン
サが測定した長さと重量センサが測定した重量に基づき
前記部材の断面積を求めて、この断面積に応じた溶接条
件を通電装置に出力する制御装置とから成るものであ
る。

【０００６】本発明（請求項２に記載の第２発明）のア
プセット溶接装置は、リング状に成形されたパイプ部材
の両端部を把持部により把持して両端面を突合せて加圧
する加圧装置と、前記パイプ部材の突合された端面を挟
んで対向して配設された少なくとも一対の電極と、前記
一対の電極に溶接電流を通電する通電装置と、リング状
に成形する前のパイプ部材の送り量を測定する送りセン
サと、リング状に成形されたパイプ部材を係止する部材
に配設され前記パイプ部材の重量を測定するロードセル
と、パイプ部材の径を測定する径センサと、前記送りセ
ンサおよびロードセルによって測定されたパイプ部材の
送り量と重量に基づきパイプ部材の断面積を求めて、こ
の断面積と前記径センサが測定したパイプ部材の径に基
づき、予め記憶されているアプセット量と溶接条件との
関係から対応する溶接条件を通電装置に出力する制御装
置とから成るものである。

【０００７】

【作用】上記構成より成る第１発明のアプセット溶接装
置は、長さセンサにより部材の長さを測定するととも
に、重量センサにより部材の重さを求めて、制御装置に
より測定した部材の長さと重量とに基づき部材の断面積
を求めて、この断面積に応じた溶接条件が通電装置に出
力され、通電装置がこの溶接条件に応じた溶接電流で部
材の端部を溶接するものである。

【０００８】上記構成より成る第２発明のアプセット溶
接装置は、送りセンサによりパイプ部材の長さを測定す
るとともに、ロードセルによりパイプ部材の重さを求め
て、制御装置により測定した部材の長さと重量に基づき
部材の断面積を求め、この断面積と径センサが測定した
パイプ部材の径とに対応する溶接条件を抽出して通電装
置に出力して、通電装置がこの抽出された溶接条件に応
じた溶接電流でリング状のパイプ部材の両端部を溶接す
るものである。

【０００９】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明のアプセット
溶接装置は、長さセンサおよび重量センサによって検出
した部材の長さおよび重量に基づき部材の断面積に応じ
た適切な溶接条件による溶接を実現するとともに、安定
した溶接品質を得ることができるという効果を奏する。

【００１０】上記作用を奏する第２発明のアプセット溶
接装置は、長さセンサおよび重量センサによって検出し
た部材の長さおよび重量に基づくパイプ部材の断面積お
よび径センサが検出したパイプ部材の径に応じた最適な
溶接条件による溶接を実現するとともに、一層安定した
溶接品質を得ることができるという効果を奏する。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。

【００１２】（第１実施例）第１実施例のアプセット溶
接装置は、第１発明および第２発明の実施例であり、本
発明をステアリングホィールの芯金用のリング状のパイ
プ部材の両端の溶接に適用したものである。

【００１３】第１実施例のアプセット溶接装置は、図１
ないし図１４に示すようにステアリングホィール用のリ
ング状パイプＷの両端部を把持部１１により把持した状
態で端面を突合せて加圧する加圧部１２を有する加圧装
置１と、把持部１１内においてリング状パイプＷに接触
させて配設した一対の電極２と、および前記一対の電極
に対して設定に応じた溶接条件を実現するための溶接電
流を通電する通電装置３とから成る抵抗溶接機と、ロー
ル装置の回転量を検出してパイプＷの送り量を測定する
送りセンサ４と、リング状に曲げた後切断されたリング
状パイプＷを加圧装置に搬送する搬送部材に配設され、
リング状パイプＷの重量を測定するロードセル５と、対
向するロール装置のロールの変位量を検出することによ
りパイプＷの直径を測定する径センサ６と、前記送りセ
ンサ４およびロードセル５によって測定されたパイプＷ
の送り量と重量に基づきパイプの断面積を求める断面積
演算回路７１と、この断面積と前記径センサ６が測定し
たパイプＷの径に基づき溶接条件を決定する溶接条件決
定回路７４を有するメイン制御装置７とから成る。

【００１４】パイプコイル材Ｐをワークであるリング状
パイプＷに加工するワーク加工装置８は、図９に示すよ
うに複数のロール装置で構成されパイプコイル材Ｐを直
線状に矯正した後測長する矯正測長部８１と、直線状に
矯正されたパイプ材Ｐを一定の曲率に曲げた後一定長さ
で切断する曲げ切断部８２とから成り、切断された一定
曲率のリング状パイプのワークＷが搬送装置８３の搬送
部材８４によりアプセット溶接装置の加圧装置１の把持
部１１に載置される。

【００１５】溶接機の加圧装置１の把持部１１は、図９
に示されるワーク加工装置によって加工され両端が分離
したリング状のパイプＷの両端部を、図１、図４、およ
び図５に示すように加圧シリンダにより上下に動く上方
把持部１１Ｕを固定された下方把持部１１Ｄに接近させ
て把持する構成より成る。

【００１６】加圧装置１の加圧部１２、図１および図４
に示すように一方の把持部に加圧シリンダ１２Ｃを係止
して、他方の把持部を固定とし、加圧シリンダ１２Ｃの
加圧により一方の把持部を他方の把持部に接近させるこ
とにより、リング状のパイプの両端面を当接させ、図１
０に示すような台形パターンＳＶに従い加圧することが
できる構成より成る。

【００１７】一対の電極２は、図５に示されるようにリ
ング状パイプＷにその突合せ端面を挟んで対抗して配設
されている。

【００１８】通電装置３は、図５に示されるように一対
の電極２に接続した昇圧トランス３Ｔより成る通電部３
１と、通電部３１に制御信号を出力して設定された溶接
条件に対応する通電を可能にする溶接条件制御部３２と
から成り、図１０に示すような３つの通電パルスＣ１、
Ｃ２、Ｃ３で示されるような溶接電流の通電制御を可能
にする構成より成る。

【００１９】図１０において、最初の通電パルスは、溶
接部の予熱を行う予熱パルスＣ１で前半は徐々に増加す
る部分が形成され、溶接電流Ｃ１、パルス時間ｔ１に設
定され、２番目の本溶接を行う本溶接パルスＣ２は、最
大電流Ｃ２による短時間であるパルス時間ｔ２だけ溶接
を行うもので、最後の通電パルスＣ３は、焼き戻しのた
めに保熱を行うもので、後半は徐々に減少する部分を形
成し、溶接電流Ｃ３、パルス時間ｔ３に設定されてい
る。

【００２０】送りセンサ４は、図６および図７に示すよ
うにパイプＷを測長する測長部８１において対向して配
設され、パイプＷに当接してパイプＷを図６中上方に送
り出すロール装置８ＲＡ、８ＲＢの一方のロール装置８
ＲＡのロールＲＡの回転軸に配設され、ロールＲＡと一
体的に回転するエンコーダ４０により構成され、ロール
ＲＡの回転量よりパイプＷの送り量すなわち送られてリ
ング状に成形されたパイプＷの長さを検出するものであ
る。

【００２１】ロードセル５は、図８に示すように一定の
曲率に曲げられ切断されたリング状パイプＷを把持して
曲げ切断部８２から加圧装置１に搬送する搬送装置８３
の搬送部材８４の中間にサンドイッチ状に介挿された圧
電型のロードセルで構成され、搬送されるリング状パイ
プＷの重量に応じた電気的出力を出力し得る構成より成
る。

【００２２】径センサ６は、図６および図７に示すよう
にパイプＷを挟圧するロール装置８ＲＡ、８ＲＢのロー
ルＲＡおよびＲＢを押圧する各エアシリンダＥＡおよび
ＥＢのフランジ部に配設された磁気的変位センサ６Ａ、
６Ｂで構成され、エアシリンダＥＡおよびＥＢ内に介挿
されたピストン（図示せず）にロッドを介して連結した
ロールＲＡおよびＲＢとエアシリンダＥＡおよびＥＢの
フランジ部との相対距離を求めることにより、パイプＷ
の直径を検出し得る構成より成る。

【００２３】アプセットセンサ９Ａは、図４に示すよう
に、リング状パイプを把持して可動側の把持部１１Ｕ、
１１Ｄを備えた部材１Ｍと一体的に動く棒状部材９１
と、固定側の把持部１１Ｄを備えた部材１Ｆに配設され
たポテンションメータ９２により構成され、溶接時のリ
ング状パイプＷのアプセット量を電気的信号として出力
出来る構成より成る。

【００２４】電流センサ９Ｂは、図５に示すように通電
部３１と電極２との間のケーブル５Ｃに配設され、流れ
る電流をカレントプローブによって形成されるうず電流
より検出する構成より成るものである。

【００２５】カードリーダ１０は、カードに設定された
溶接を行うリング状パイプ部材の材質、寸法その他に応
じた設定条件を読み取り、出力する構成より成る。

【００２６】メイン制御装置７は、パイプ部材の断面積
を演算する断面積演算回路７１と、アプセット量を判別
するアプセット量判別回路７２と、溶接電流を判別する
電流判別回路７３と、、および溶接条件決定回路７４と
から成る。

【００２７】断面積演算回路７１は、ロードセル５が出
力する電気的出力の中から一定重量である搬送部材８４
の重量を差し引いたリング状パイプＷのみの重量を演算
し、この重量を送りセンサ４が出力するリング状パイプ
Ｗの長さと既知のリング状パイプＷの比重との積で割る
ことにより、リング状パイプＷの断面積を演算し得る構
成より成るものである。

【００２８】アプセット量判別回路７２は、図４に示す
ように溶接終了信号が出力された時点のアプセットセン
サ９Ａから供給されるポテンションメータ９２の出力か
ら溶接開始信号が出力された時点の零点としてのポテン
ションメータ９２の出力を差し引くことにより、アプセ
ット量を演算し、アプセット量がカードリーダ１０によ
って設定された設定条件によって定まる許容範囲内かど
うかを判別し、溶接条件に適合しない許容範囲外のリン
グ状パイプを溶接した場合は、異常停止信号を出力する
構成より成る。

【００２９】電流判別回路７２は、電流センサ９Ｂから
出力されるうず電流信号の変化をフォローするととも
に、設定条件によって定まる電流の許容範囲内かどうか
を判別し、許容範囲外の設定条件に反する場合は、溶接
電流の異常信号および通電時間の異常信号を出力し得る
構成より成る。

【００３０】溶接条件決定回路７４は、断面積演算回路
７１が出力する断面積信号と径センサ６が出力するリン
グ状パイプＷの直径信号とに基づき溶接条件例えば溶接
電流もしくは加圧力、通電時間等を基本的に制御する信
号を出力し得る構成より成る。

【００３１】溶接条件決定回路７４は、アプセット量判
別回路７１、電流判別回路７２のいずれかがアプセット
量、溶接電流または通電時間に関して異常が有る場合
は、抵抗溶接機に停止信号を出力し得る構成より成る。

【００３２】上記構成より成る第１実施例のアプセット
溶接装置は、図９の制御フローに示すようにワーク加工
装置８の矯正測定部８１においてパイプコイル材Ｐが直
線状に矯正された後、ロール装置８ＲＡ、８ＲＢを駆動
するエアシリンダＥＡおよびＥＢに配設した磁気的変位
センサ６Ａ、６Ｂで構成された径センサ６によりパイプ
Ｗの直径が測定される。

【００３３】次にロール装置８ＲＡのロールＲＡの回転
軸に配設されたエンコーダ４０により構成された送りセ
ンサ４により、曲げ切断部８２に供給されたパイプＷの
送り量すなわちパイプＷの長さが測定される。

【００３４】曲げ切断部８２において一定の曲率に曲げ
られた後切断されたリング状パイプＷは、搬送装置８３
によって搬送される際、リング状パイプＷを係止する搬
送部材８４に配設されたロードセル５により重量が測定
される。

【００３５】メイン制御装置７の断面積演算回路７１
は、ロードセル５の電気的出力の中から搬送部材の既知
の重量を減算してリング状パイプＷのみの重量を演算
し、この重量と送りセンサ４の出力であるリング状パイ
プＷの長さと比重とによりリング状パイプＷの断面積を
演算する。

【００３６】すなわち、図１２に示すように直径１２．
７mmのパイプを半径１７．７cmのリングに曲げたものに
ついて一例として本発明者が行った測定によればパイプ
の板厚と接合部の断面積の関係は図１２に示すような比
例関係になり、パイプ板厚とパイプリング重量との関係
は図１３に示すような比例関係になる。規格１．２mmの
板厚のパイプであっても、図１３中破線で示す１．０５
〜１．３５の範囲で板厚がバラツキ、それに伴い重量も
３３８グラムから４２４グラムの範囲でバラツキが出
る。図１２および図１３の関係より、パイプの接合部断
面積とパイプリング重量との関係は、図１４に示すよう
に比例関係になる。断面積演算回路７１は、パイプの断
面積と重量との比例関係に着目し、且つパイプリングの
長さのバラツキも考慮して、最終的にリング状パイプＷ
の断面積を演算するものである。

【００３７】メイン制御装置７は、各センサが検出した
信号がカードリーダ１０においてカードにより設定され
た設定条件に対して、パイプの径、送りおよび断面積
（板厚）において異常がある場合は溶接機の停止信号が
出力される。

【００３８】断面積演算回路７１は、径センサ６の出力
より、パイプ径に対応する軽・中・重のレベルを選択す
るとともに、演算した断面積が選択された軽・中・重の
３つのレベルのうちのどのレベルに該当するかを判別し
て、予め記憶されている溶接の電流密度のレベルが段階
的に増加するように設定された溶接条件１、溶接条件
２、溶接条件３の中から前記軽・中・重の該当するレベ
ルに対応するいずれか一つの溶接条件を出力する。

【００３９】溶接条件決定回路７４は、断面積演算回路
７１が出力する溶接条件と径センサ６により測定された
パイプＷの直径とにより溶接条件を仮決定する。

【００４０】加圧装置１の加圧シリンダ１１Ｃの作動に
より把持部１１Ｕ、１１Ｄによって把持され、加圧部１
２の加圧シリンダ１２Ｃによりリング状のパイプＷを当
接させて突合せた後、溶接条件決定回路７４により仮に
決定された溶接条件で溶接を行い、アプセットセンサ９
Ａおよび電流センサ９Ｂにより溶接電流、および通電時
間の溶接条件、およびアプセット量が測定され、溶接異
常および溶け込み異常の有無が確認され、異常が無けれ
ば、上記の最適な溶接条件を出力するものである。

【００４１】通電装置３は、カードリーダ１０によって
読み込んだ設定条件およびパイプＷの長さと重量で決定
されるパイプ部材の断面積とパイプＷの直径に対応する
溶接条件決定回路７４が出力した溶接条件に従い図１０
に示す予熱波形Ｃ１、本溶接波形Ｃ２および保熱波形Ｃ
３の溶接電流を一対の電極２に印加して、突合せ端面に
作用させて溶接を行う。

【００４２】上記作用を奏する第１発明のアプセット溶
接装置は、ワークＷであるリング状のパイプの断面積
（板厚）その他が徐々に変化した場合、パイプＷの断面
積の変化（減少、増加）として検出し、それに応じた溶
接条件を決定し、決定された適切な溶接条件で溶接を行
うので、ワークの断面積の変化に応じた適切な溶接を実
現し、溶接不良品の発生を防止するという効果を奏す
る。

【００４３】また第１実施例のアプセット溶接装置は、
アプセット量、溶接電流、および溶接時間が許容範囲を
越えた場合には、異常を知らせ停止するので、溶接不良
品を検出してそれを取り除くことができるとともに、設
定条件とワークとの条件違いにより継続して溶接不良品
が出る場合は、ワークに合わせて設定条件を変更するこ
とによりそれを未然に防止することができるという効果
を奏する。

【００４４】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００４５】上述の第１実施例は一例として送り量（パ
イプの長さ）をエンコーダにより検出したが、本発明と
してはロールの回転軸に歯を刻設した円板を固着して磁
気的に回転角を検出して送り量を検出することも可能で
ある。

【００４６】上述の第１実施例は一例として圧電型のロ
ードセルによりリング状パイプＷの重量を検出したが、
本発明としては、図１５に示すようにワイヤストレンゲ
ージ、半導体ひずみゲージを起歪部に貼着したロードセ
ルＲＳを採用したり、リング状パイプの溶接の前に重量
測定部において重量測定をする工程を設けることも可能
である。

【００４７】上述の第１実施例において、径センサは、
一例として磁気的変位センサにより一対のロールＲＡお
よびＲＢの各変位を検出してパイプＷの直径を検出した
が、本発明としては、一方のロールは固定とし、可動す
るロールの変位を触針式のセンサで検出してパイプＷの
直径を検出することも可能である。

【００４８】また径センサは、図１６および図１７に示
すようにパイプＷに上下において当接回転するローラの
変位を２個の機械式又は光学的電位計６Ｃおよび６Ｄに
より測定して、２個の変位計の出力よりパイプＷの直径
を演算回路６Ｅにより演算することも可能である。

【００４９】上述の第１実施例においては、断面積の軽
・中・重の３つのレベルに対応する３つの溶接条件で制
御する例について述べたが、本発明としては、パイプＷ
の断面積に比例する溶接電流密度で溶接することも可能
である。

【００５０】上述の第１実施例は、一例として溶接条件
として溶接電流を変える例について代表的に説明した
が、本発明としては、通電時間や加圧力を変えても良
く、又溶接電流、通電時間、加圧力の三者を総合的に制
御することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のアプセット溶接装置を示
す正面図である。

【図２】本発明の第１実施例のアプセット溶接装置を示
す側面図である。

【図３】第１実施例のアプセット溶接装置を示すブロッ
ク図である。

【図４】第１実施例の加圧装置とセンサを示す拡大図で
ある。

【図５】第１実施例装置のアプセット量の基本的制御を
示すブロック図である。

【図６】第１実施例のロール装置および径センサを示す
平面図である。

【図７】第１実施例のロール装置および送りセンサを示
す側面図である。

【図８】第１実施例の搬送部材およびロードセルを示す
部分拡大図である。

【図９】第１実施例のアプセット溶接装置とワーク加工
装置を示す斜視図である。

【図１０】第１実施例の加圧波形、および溶接電流波形
を示す線図である。

【図１１】第１実施例装置の制御フローを示すチャート
図である。

【図１２】パイプの板厚と接合部の面積との関係を示す
線図である。

【図１３】パイプの板厚とパイプリングの重量との関係
を示す線図である。

【図１４】パイプの接合部の断面積とパイプリングの重
量との関係を示す線図である。

【図１５】搬送部材およびロードセルの他の例を示す部
分拡大図である。

【図１６】径センサの他の例を示す正面図である。

【図１７】径センサの他の例を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 加圧装置 ２ 一対の電極 ３ 通電装置 ４ 送りセンサ ５ ロードセル ６ 径センサ ７ メイン制御装置 ８ ワーク加工装置 ９Ａ アプセットセンサ ９Ｂ 電流センサ １０ カードリーダ １１、１１Ｕ、１１Ｄ 把持部 １Ｍ 可動部材 １Ｆ 固定部材 １２ 加圧部 ３Ｔ 昇圧トランス ３１ 通電部 ３２ 溶接条件制御部 ４０ エンコーダ ５Ｃ ケーブル ６Ａ、６Ｂ 磁気的変位センサ ７１ 断面積演算回路 ７２ アプセット量判別回路 ７３ 電流判別回路 ７４ 溶接条件決定回路 ８１ 矯正測長部 ８２ 曲げ切断部 ８３ 搬送装置 ８４ 搬送部材 ８ＲＡ、８ＲＢ ロール装置 ＲＡ、ＲＢ ロール ＥＡ、ＥＢ エアシリンダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部を突合せる部材を把持部により把持
   して加圧する加圧装置と、 前記部材の突合せ端部を挟んで対向して配設された少な
   くとも一対の電極と、 前記一対の電極に溶接電流を通電する通電装置と、 前記部材の長さを測定する長さセンサと、 前記部材の重量を測定する重量センサと、 前記長さセンサが測定した長さと重量センサが測定した
   重量に基づき前記部材の断面積を求めて、この断面積に
   応じた溶接条件を通電装置に出力する制御装置とから成
   ることを特徴とするアプセット溶接装置。
2. 【請求項２】 リング状に成形されたパイプ部材の両端
   部を把持部により把持して両端面を突合せて加圧する加
   圧装置と、 前記パイプ部材の突合された端面を挟んで対向して配設
   された少なくとも一対の電極と、 前記一対の電極に溶接電流を通電する通電装置と、 リング状に成形する前のパイプ部材の送り量を測定する
   送りセンサと、 リング状に成形されたパイプ部材を係止する部材に配設
   され前記パイプ部材の重量を測定するロードセルと、 パイプ部材の径を測定する径センサと、 前記送りセンサおよびロードセルによって測定されたパ
   イプ部材の送り量と重量に基づきパイプ部材の断面積を
   求めて、この断面積と前記径センサが測定したパイプ部
   材の径に基づき、予め記憶されているアプセット量と溶
   接条件との関係から対応する溶接条件を通電装置に出力
   する制御装置とから成ることを特徴とするアプセット溶
   接装置。