JPH0242031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スポツト溶接における電極チツプの
摩耗度に対応して溶接電流または通電時間の諸条
件をコントロールする溶接制御方法に関する。

スポツト溶接機において、その電極チツプは溶
接作業を長時間行うと、溶接時の強大な加圧力と
加熱等により次第に電極チツプの先端がキノコ状
にめくれ上がり、徐々に電極チツプ先端の面積が
拡大変形し、直接溶接性に影響をおよぼすことに
なる。

したがつて、良好な溶接品質を得るためには、
通常は電極チツプ先端の形状を周期的にドレツシ
ングするか、新しいものに交換する必要がある
が、この作業周期を長くする対策として、予め電
極チツプの摩耗推移を見込んで溶接電流を所定の
溶接回数毎に数段階にわけて増加させるいわゆる
ステツプアツプ制御方式や、溶接電流を溶接打点
数、１回目毎に連続して増加させていくいわゆる
リニアアツプ制御方式等によつて電極チツプの先
端形状の変化に対応した補正を行つてきた。

しかし、今日のように溶接ロボツトを大量に導
入した亜鉛メツキ鋼板や磨き軟鋼板等の多種混合
生産ラインにおいては、異種材質の被溶接物が複
雑な比率で混合しており、電極チツプの摩耗度の
相違する溶接条件下で行なわれる亜鉛メツキ鋼板
のスポツト溶接では、大電流が必要であり、磨き
軟鋼板に比べ電極チツプのよごれや消耗が激し
く、一層電極チツプの整形作業やチツプ交換作業
の周期が短かくなり、高稼動率で生産する製造上
の見地から、これらの附帯作業にかかる時間的負
担が問題視される一方、このような状況下でこれ
までのステツプ・アツプ制御やリニア・アツプ制
御にもとづく補正では、次なる問題が挙げられ、
その対応策が強く望まれていた。

すなわち、ステツプ・アツプ制御やリニア・ア
ツプ制御は、いずれも多種混流生産ライン下で異
種金属の溶接に応じて、その都度適正な電流上昇
率を求めて通電することはむつかしいだけでな
く、これまでの補正は、あくまでも溶接打点数を
適正な溶接品質を得るためのパラメータとしてい
るため、その実、電極チツプの損耗度に対し、溶
接品質に悪影響を与えない範囲でどれだけの電流
値を増加させるべきか、その電流上昇率は必ずし
も実際の電極チツプの消耗度に対し一致対応して
いるとは限らない。

したがつて、従来は、溶接品質上無難に、やや
高めの上昇率で電流値を設定しているのが普通
で、その過大条件下での溶接は、電極チツプの損
耗を著るしく促進し、電極チツプのドレツシング
やチツプ交換の頻度を増すという不合理な面があ
つた。

また、従来において適正な電流上昇率を出すた
めには、数百〜数千打点を対象に、電極チツプが
連続して何打点溶接したらどれだけ消耗するの
か、実験上それを確認するのが容易でなかつた。

そこで、本発明は、上記のような実験に基く電
極チツプ損耗度合に対応した条件出しとは無関係
に、しかも混流ラインでの摩耗度の異なるスポツ
ト溶接に対し、電極チツプの摩耗推移を１打点ご
と検出し、尤も適した電流比率あるいは通電時間
で電流を供給し得ることができ、電極チツプのド
レツシングやチツプ交換の周期を伸ばし、多種混
流生産ラインでもなお生産性の向上を図ることを
主な目的とする。

以下、本発明の適応制御方式につき詳細に説明
する。

周知のように、一般的な溶接電流においては、
溶接過程中の電極間抵抗は、第１図に示すような
推移を示すのが代表的である。同図に示されたａ
区間は、通電開始直後の不安定領域で、この間の
電極間抵抗の挙動は被溶接材のあたり具合（なじ
み）や油、サビ等の被溶接物表面の汚染状況等に
依存する。この表面接触抵抗は、通電開始後１〜
２サイクルで消滅し、電極間抵抗は急速に低下す
る。次にｂ区間では、溶接部の温度上昇による被
溶接物の固有抵抗の上昇と溶接部の軟化、圧潰に
よる通電路面積の拡大が同時に進行する。この間
は温度上昇によるチツプ間抵抗の増加の方が通電
路面積の拡大による抵抗値減少を上廻るので、結
果として、電極間抵抗は上昇し、この過程の終了
付近で極大値となる。この間はナゲツトの生成開
始および成長初期にあたる。

次にＣ区間においては、通電路面積はナゲツト
の成長とともに拡大を続けるが、ワークの温度上
昇が飽和値に達してほゞ一定となるので電極間抵
抗は低下する。

一方、電極チツプはスポツト溶接を繰返すこと
により、電極先端面積が徐々に拡大し接触抵抗が
低下すると共に被溶接物内の通電路径が拡大しこ
れにより電極チツプ間抵抗は低下する。

したがつて、通電開始後４〜５サイクル内での
電極チツプ間抵抗の最低値は通電開始後の不安定
状態、すなわち通電開始後１〜２サイクル間に消
滅する被溶接物のあたり具合や表面の汚損状況へ
の依存がなくなつた状態を含み、かつ溶接部の温
度上昇による固有抵抗の上昇、通電路面積の拡大
による影響をいまだ受けず、純粋に電極チツプ径
の値を反映していると言える。したがつて、該最
低抵抗値は一般に電極チツプ先端径の拡大程度、
すなわち電極チツプ摩耗度に比例することが言え
る。

本発明は、電極チツプ先端形状の変化に応じて
溶接電流及び通電時間等の諸条件を制御するスポ
ツト溶接用制御方法において、溶接通電毎に時々
刻々変化する電極チツプ間抵抗の通電初期におけ
る最低値を検出し、この最低値を逐一記憶保持す
ると共に、平均すべき所定の打点数を越えないよ
うに、１打点加える毎に最も古い打点の最低抵抗
値を捨てて、今打つた溶接打点の最低値を加えて
所定の打点数での電極間抵抗の平均値を順次求
め、かつその平均値が予め電極チツプの溶接摩耗
に応じて数段階にわけて設定した溶接電流等の諸
条件の変化すべき境界値に達したときに、それぞ
れの境界値に対応した諸条件にしたがつて溶接を
行うようにしたことを特徴とする。

この制御方式を実施するときは、第２図のブロ
ツク図で示す装置により、予め電極チツプの摩耗
度に応じて数段階に溶接電流の増加比率と時期を
決定する境界値を設定器に入力する。

例えば、予め２〜10段階程度の損耗した電極チ
ツプを用意し、チツプが新品状態から予想される
最大摩耗までを溶接品質を維持する上で必要な溶
接条件の段数を決定し、それぞれの境界値（１〜
３）を設定する。すなわち、電極チツプの摩耗度
に対応して溶接電流、通電時間などを損耗等級別
（〜）に実験により求めこれを設定器に設定
する（第３図参照）。

実際には下記の各条件等が実験により設定器に
設定される。

初期通電以降の電流値と通電時間 初期通電時間は、初期不安定領域を越えて比
較的短い方が望ましい。

初期通電以降の電流値と通電時間 初期通電による溶接上の寄与も考慮に入れ全
体として１つの溶接条件を形成させる。

等級別による溶接電流等の諸条件を変化すべ
き境界値 先述したように電極チツプが新品の状態から
予想される最大摩耗までを溶接品質を保持する
上で必要な段数に分割する。

平均を算出する所定の基準打点数 この基準打点数は生産ラインの実状に合わせ
溶接ガンや被溶接物の機械的要因：材質その他
を考慮し決定する。即ち１打点のみの抵抗値を
基準とした場合の不測の外乱による不安定性を
軽減するよう考慮する。

まず、任意サイクル（例えば半サイクル〜10サ
イクル程度）の初期通電期間に、電極間電圧のほ
か、トロイダルコイルまたはCTなどで溶接電流
を半サイクル毎に検出し、その出力信号を受ける
最低抵抗演算回路により電極間抵抗値を次の式か
ら求める。

電極間抵抗＝電極間電圧／溶接電流 上記の演算回路から求められた電極間抵抗のう
ち最低値のみ記憶保持回路により逐一ホールドす
る。

次いで、溶接回数１〜100打点を対象に、例え
ば任意設定の打点数10点を設定器を介して平均値
演算回路に設定したと仮定すると、溶接毎に10点
の各最低値を記憶保持回路から引出し、チツプ間
抵抗の最低値の平均を算出する。この算出方法
は、たとえば第４図に示すように、任意の設定打
点数（打点群）を10に設定し、溶接打点が１〜ｎ
まであるとすると、群は今打つた溶接打点が11
であれば、最も古い溶接打点１を除き、最も新し
い溶接打点11を加え２〜11の各溶接打点の最低抵
抗の平均値を次の式から求める。

平均値＝
設定された打点数の各最低抵抗値の総和／設定打点数 上記により求められた平均値を打点11の最低抵
抗とみなす。

次の溶接打点12を打つと、次に古い溶接打点２
を除き、最も新しい溶接打点12を加え３〜12の各
溶接打点の最低値の平均値を新しい最低値として
使用するというように、溶接の進行と共に、その
打点群の一番古い溶接打点を捨てて、今打つた溶
接打点を加えて平均した値を今の溶接打点の最低
抵抗値とするのである。このようにして被溶接物
のなじみ具合などの不測の外乱の影響に対応す
る。

かくして、スポツト溶接の初期通電以降は、こ
のようにして選択された溶接条件に従つて溶接を
行い、溶接打点の進行に伴ない、溶接打点ごとに
平均値演算回路の出力と、予め設定された境界値
とを比較演算回路により比較し、平均値が境界値
を越えたとき、比較演算回路からの指令値により
等級を一段すすめ、その等級に予め設定された諸
条件に忠実に一致させるべく、位相制御点弧回路
を経てサイリスタを制御し、溶接を行う。

なお、亜鉛メツキ鋼板の溶接において、亜鉛メ
ツキ鋼板の溶接を繰返すことによつて電極チツプ
先端に銅と亜鉛の合金層が形成され、今までの説
明に対し電極の摩耗による電極間抵抗の低下を打
消すような作用がみられる。すなわち、電極チツ
プの摩耗は、進行しているのに電極間抵抗を検出
する限りではその程度が軽減されて見えるという
ことがあるが、それは、前述した各等級基準とそ
れぞれに対する溶接条件を決定する際に上記打消
効果を勘案すればよい。

なお、電極チツプが予想される最大摩耗に達し
た状態、即ち、前記最低抵抗値の低下が予め設定
された最終の境界値を越えて進行した場合には、
従来のリニアアツプ及びステツプアツプ制御で行
われていたと同様、完了信号を発するなどの機能
を付加することも容易であることは言うまでもな
い。

以上、本発明によれば電極チツプ先端形状の変
化に応じて溶接電流を増加するスポツト溶接用制
御方法として、磨き軟鋼板であれ、亜鉛メツキ鋼
板であれあるいはその混流であれ、溶接過程中の
電極間抵抗の最低値から実際の電極チツプの磨耗
状況を検出して、その都度、チツプ摩耗状況に対
応した適正な溶接条件で通電することができるの
で、従来のようにスポツト溶接を何打点打つたら
電極チツプがどれだけ消耗するか、実際の生産ラ
インの状況に近い状態で実験を行なわなくてはな
らないという不合理な条件設定から解放され、チ
ツプ損耗に対応する適正条件を求める実験のみ
で、比較的容易に条件設定ができるほか、不測の
外乱などにより電極チツプの摩耗度の変動を見込
み従来のように電流上昇率を高めに設定する必要
がなく、より適正な溶接条件で溶接ができるう
え、適正条件を使用することによつて電極チツプ
のドレツシングやチツプ交換の周期を伸ばすこと
ができ、チツプ交換などの附帯作業を減少し、混
流ラインでの生産性をより向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接過程中の電極間抵抗の推移を示
す波形図、第２図は、本発明方法を実施するため
の一例を示すブロツク図、第３図は、電極チツプ
の損耗度に応じて計算された電極チツプ間抵抗最
低値の平均値の推移と、溶接品質を補正するため
のいくつかの摩耗等級別に対応する境界値との関
連を示すグラフ。第４図は、設定打点数の最低抵
抗の平均値を算出する方法を示す図表。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電極チツプ先端形状の変化に応じて溶接電流
   及び通電時間等の諸条件を制御するスポツト溶接
   用制御方法において、溶接通電毎に時々刻々変化
   する電極チツプ間抵抗の通電初期における最低値
   を検出し、この最低値を逐一記憶保持すると共
   に、平均すべき所定の打点数を越えないように、
   １打点加える毎に最も古い打点の最低抵抗値を捨
   てて、今打つた溶接打点の最低値を加えて所定の
   打点数での電極間抵抗値の平均値を順次求め、か
   つその平均値が予め電極チツプの溶接摩耗に応じ
   て数段階にわけて設定した溶接電流等の諸条件の
   変化すべき境界値に達したときに、それぞれの境
   界値に対応した諸条件にしたがつて溶接を行うよ
   うにしたことを特徴とするスポツト溶接用制御方
   法。