JPH0242304B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置に関
し、一層詳細には、予め送給時間間隔を短くして
ワーク（被溶接物）に対し予備溶接電流を通電
し、それによつて当該ワークの接触抵抗を測定
し、次いで、前記測定された接触抵抗に基づき実
溶接電流を適切な値に補正して通電して抵抗溶接
を迅速且つ確実に行えるように構成した精密級静
電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置に関する。

従来の静電蓄勢式抵抗溶接機の制御可能通電時
間は、例えば、交流式の場合において、商用交流
電源の周波数が60Hzの時、設定時間単位は16ｍｓ
であるし、一般の静電蓄勢式抵抗溶接機にあつて
は１乃至10ｍｓ単位である。このように溶接時間
が長くならざるを得ない理由は、供給溶接電圧の
立ち上がり時間が長いためであり、溶接時間を短
くしようとすると安定した溶接となし得ないから
である。然しながら、予見出来るように、このよ
うに長い時間をかける溶接では、ワークへの余分
な熱の拡散による悪影響、すなわち、ワークの変
色、変形および歪み等を生じさせる虞が十分にあ
る。

そこで、抵抗溶接機において、溶接電極間の溶
接抵抗を予め検出し、これを基に溶接時間を制御
することも当然考えられる。この種の従来技術が
特公昭61−29829号公報に開示されている。当該
方法によれば、溶接電極を介して溶接材料を溶接
に至らしめない程度の微弱且つ一定の直流電流、
例えば、別途設けたコンデンサの放電電流を溶接
部に供給し、その時の両溶接電極間の電圧を測定
すれば、次式から溶接電極間の接触抵抗値を求め
ることが出来る。

Ｒ＝Ｖ／Ｉ Ｒ：電極間の抵抗値 Ｖ：電極間電圧 Ｉ：一定の直流電流 然しながら、この方法で求められる接触抵抗
は、開示されているように微弱な電流、具体的に
は100Aに至らない電流であることが必要なため、
この電流では抵抗溶接機の電極先端の若干の酸化
やワーク表面の酸化物、汚れ等を飛散消滅させる
ことが出来ない。従つて、これらに起因する接触
抵抗の増分が誤差として含まれることになる。こ
の増分値は酸化物や汚れのない電極およびワーク
についての接触抵抗に比べ２倍以上になることも
あり、この場合においては、最早、予備的に測定
した接触抵抗に基づいて実溶接電流を設定する
と、完全な溶接作用が施されなくなり安定で且つ
効果的な溶接を行い得ない欠点があつた。この不
都合を回避するためには、接触抵抗を測定する前
に抵抗溶接機の電極先端およびワークを漬掃し、
あるいはワークに被覆されたコーテイング部材を
除去しなければならず効率的でない等の欠点が存
在している。

さらに、前記特公昭第61−29829号によつて示
されるような従来の静電蓄勢式抵抗溶接機の制御
装置や、特公昭第61−29828号に示される従来の
静電蓄勢式抵抗溶接機制御装置においては、接触
抵抗測定用に特別に直流電源装置が必要になると
いう構造から製造コストが著しく高騰する等の難
点が指摘されている。

本発明は前記の不都合を悉く克服するためにな
されたものであつて、溶接電流をマイクロ秒単位
で生成させると共に、予備的に極く短い時間溶接
電流を通電してワークに被覆されているコーテイ
ング部材等を除去し、次いで、実溶接を行うこと
により常に安定した溶接を遂行することを可能と
する静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置を提供する
ことを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は負極側
が実質的にワークの一端部に接続される静電蓄勢
用コンデンサと、 この静電蓄勢用コンデンサの正極側がコレクタ
端子に接続され、かつエミツタ端子がワークの他
端部に接続される複数のトランジスタを並列に接
続したエミツタフオロア回路と、 ワークの両端部に印加される電圧を入力する第
１の増幅手段と、 この第１の増幅手段の出力と予め設定される溶
接電圧にかかる出力とを入力信号として、その出
力側がエミツタフオロア回路のベース端子に接続
される第２の増幅手段とを備え、 エミツタフオロア回路と、第１の増幅手段と第
２の増幅手段とは負荷還ループを形成することを
特徴とする。

次に、本発明に係る静電蓄勢式抵抗溶接機の制
御装置について好適な実施例を挙げ、添付の図面
を参照しながら以下詳細に説明する。

先ず、第１図に本発明の一実施例の回路ブロツ
ク構成を示す。

第１図において、参照符号１０は交流一次電源
を示し、電源トランス１２の入力端子の両端に接
続される。電源トランス１２の出力端子の一方は
整流素子１４のアノードに接続され、整流素子１
４のカソードは静電蓄勢用コンデンサ１６の正端
子に接続される。当該静電蓄勢用コンデンサ１６
の負端子は前記電源トランス１２の出力端子の他
方に接続され、以上の結線の基に静電蓄勢用コン
デンサ１６の両端に電荷が蓄積される。当該静電
蓄勢用コンデンサ１６の正電極側にはスイツチ作
用も営む複数の並列に接続されたトランジスタエ
ミツタフオロア回路である電圧バツフア手段２２
のコレクタ端子に接続される。当該電圧バツフア
手段２２のエミツタ端子は溶接電極２４の一方の
電極２４ａに接続される。溶接電極２４の他方の
電極２４ｂは予めその値が正確に測定されたシヤ
ント抵抗２０を介して前記静電蓄勢用コンデンサ
１６の負電極に接続される。参照符号２６は重畳
されるワーク（被溶接物）を示し、溶接電極２４
ａ，２４ｂに挾持される。

次に、溶接電極２４ａ，２４ｂの両端電圧は第
１の増幅手段としての第１の演算増幅器４０の入
力に加えられ、当該演算増幅器４０の出力側は第
２の増幅手段としての第２の演算増幅器３８の一
方の第１の入力端子および、例えば、アナログス
イツチ等のスイツチ手段５４内の第１のスイツチ
５４ｂに接続される。当該スイツチ手段５４は演
算制御部３０によつて開閉制御される。

一方、前記第２演算増幅器３８の他方の入力端
子には演算制御部３０からの出力信号を受ける
Ｄ／Ａ変換器３６のアナログ出力が導入される。
このアナログ出力は予め設定される溶接電圧にか
かる出力である。当該第２演算増幅器３８の出力
側は前記電圧バツフア手段２２のベース端子に接
続されている。このようにして前記バツフア手段
２２が能動状態にある時には、第１演算増幅器４
０と、第２演算増幅器３８およびバツフア手段２
２は閉ループの状態となり、この時、溶接電極２
４間の電圧は前記Ｄ／Ａ変換器３６の出力電圧と
等しくすべく負帰還作用が働くように夫々の演算
増幅器３８，４０およびバツフア手段２２の極性
を構成しておく。

さらに、前記シヤント抵抗２０の両端の電圧は
第３の演算増幅器５２に送給され、当該第３演算
増幅器５２の出力側は前記スイツチ手段５４内の
第２スイツチ５４ａに接続される。前記スイツチ
手段５４の夫々のスイツチ５４ａ，５４の共通端
子はＡ／Ｄ変換器５６に接続されている。当該
Ａ／Ｄ変換器５６の一方の出力側は前記溶接電極
２４間の電圧値を記憶するための電圧記憶手段６
２に接続される。当該記憶手段６２は、例えば、
RAMICからなる。

次に、前記記憶手段６２の出力側は前記演算制
御部３０に接続され、この演算幅器３０によつて
その値が読み取られる。前記Ａ／Ｄ変換器５６の
他方の出力側は予めその値が正確に測定された前
記シヤント抵抗２０の抵抗値とその両端電圧値か
ら決定される電流値を記憶するための記憶手段５
８に接続されている。そこで、前記電流記憶手段
５８の一方の出力は比較器６０の一方の入力側に
接続され、当該比較器６０の他方の入力側には基
準電流設定用デジタルスイツチ５０が接続され、
前記比較器６０の出力側は演算制御部３０に入力
されるよう接続されている。

そこで、演算制御部３０で比較器６０の出力で
ある差電圧が読み取られる。前記電流記憶手段５
８の他方の出力側は演算制御部３０に直接接続さ
れ、その電流値が読み取られる。演算制御部３０
において読み取られた前記電圧値と電流値とは演
算制御部３０を介して表示装置６６で表示され
る。当該表示装置６６は、例えば、LEDで構成
されている。

演算制御部３０には、以上述べた溶接構成の他
に接触抵抗測定用デジタルスイツチ６８、接触抵
抗測定用時間設定デジタルスイツチ７０、実溶接
電圧設定用デジタルスイツチ３４、実溶接時間設
定用デジタルスイツチ３２および補正率設定用デ
ジタルスイツチ６４が夫々接続されている。前記
演算制御部３０の内部には、図示しない入出力制
御部、演算部、判断処理に係るCPUおよびタイ
マが含まれ所望の動作を遂行する。

本実施例に係る静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装
置は基本的には以上のように構成されるものであ
り、次にその作用並びに効果について第１図乃至
第４図を用いて説明する。

先ず、第１の手順として実溶接電圧と実溶接時
間を決定する動作について説明する。この場合、
静電蓄勢用コンデンサ１６は交流電源１０、電源
トランス１２、整流素子１４を通じ常に所望の電
圧に充電されているものとする。このような状態
において、実溶接電圧および実溶接時間の最適値
を決定するために供試用ワーク２６を電極２４に
よつて挟持した後、実溶接電圧設定用デジタルス
イツチ３４および実溶接時間設定用デジタルスイ
ツチ３２を適当に設定する。当該実溶接電圧設定
用デジタルスイツチ３４の設定値は演算制御部３
０を介して電圧設定用Ｄ／Ａ変換器３６に入力さ
れる。Ｄ／Ａ変換器３６では前記デジタル設定値
に基づくアナログ電圧値に変換され、このアナロ
グ電圧は演算増幅器３８の一方の入力を通じ、電
圧バツフア手段２２を介して前記供試用ワーク２
６に送給される。ワーク２６の両端電圧は第１演
算増幅器４０で検出され、当該出力は前記第２演
算増幅器３８の他方の入力に帰還される。この場
合、第２演算増幅器３８の入力間に電圧の差が生
じると、すなわち、前記設定入力電圧とワーク２
６間の両端電圧が等しくない場合には、さらに電
圧バツフア手段２２の出力電圧を調整するように
作用し、所謂、負帰還作用を営んで前記設定入力
電圧とワーク２６の両端電圧の両電圧を等しくす
る。然るに、第２演算増幅器３８、電圧バツフア
手段２２、第１演算増幅器４０の形成する帰還ル
ープはアナログ信号ループであり、極めて高速に
動作させることが可能である。実験したところに
よれば、後述する電圧バツフア回路を用いて約
20μs程度以下の立ち上がり時間t_rおよび立ち下が
り時間t_fを得ることが可能であつた（第２図参
照）。

次に、前記電圧バツフア手段２２は実質的には
第１図に示されるように、ベース、エミツタ、コ
レクタが夫々接続された複数個の並列接続された
エミツタフオロク回路である。特に、ベース、エ
ミツタ間の接合容量の小さいトランジスタを選択
することにより、大電流でしかも高速のボルテー
ジフオロワとして動作させることが出来る。第２
図に示す実験例ではこのように選択した約120個
のトランジスタを並列接続して用いた。但し、こ
の場合、ワーク２６に流れる大電流路に係るシヤ
ント抵抗２０、静電蓄勢用コンデンサ１６のイン
ピーダンスは十分に低い値の素子が選択されてい
る。

一方、スイツチ手段５４は前記接触抵抗測定用
電圧設定デジタルスイツチ６８若しくは実溶接電
圧設定用デジタルスイツチ３４からの信号を受け
た時、演算制御部３０からの制御信号によりスイ
ツチ５４ｂ側が閉じるため、前記第１演算増幅器
４０の出力に表れるワーク２６の両端に加えられ
た電圧はＡ／Ｄ変換器５６を通じて電圧記憶手段
６２に記憶されると共に、演算制御部３０を介し
て表示装置６６に表示し確認されることになる。

次いで、前記実溶接時間設定用デジタルスイツ
チ３２で設定された設定値により演算制御部３０
の中の図示しないタイマの時間設定がなされ、前
記Ｄ／Ａ変換器３６への信号の通電時間が制御さ
れることになる。

以上の手順により供試用ワーク２６は実際に溶
接される。この溶接された供試用ワーク２６の引
張度、ナゲツトの形状等を測定確認し、安定した
溶接状態を得るまで何回か上記手順により供試用
ワーク２６への試行錯誤を繰り返した後、最も安
定した溶接に係る実溶接電圧および実溶接時間を
得る。

次に、第２の手順として実溶接に先立つてワー
クの接触抵抗を測定し、ワークの存否を含めてワ
ークの異常を検出するための基準電流を決める接
触抵抗測定用電圧設定デジタルスイツチ６８およ
び接触抵抗測定用時間設定デジタルスイツチ７０
を作動させた時についてその動作および作用を説
明する。

当該接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイツチ
６８および接触抵抗測定用時間設定デジタルスイ
ツチ７０を作動させる時は、実溶接設定用デジタ
ルスイツチの夫々のデジタル値は０として動作さ
せないようにしておく。次に、新しい供試用ワー
ク２６を溶接電極２４に挟持設定する。その上
で、接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイツチ６
８の電圧値は前の手順で得た実溶接電圧値と同じ
値に設定する。また、接触抵抗測定用時間設定デ
ジタルスイツチ７０の時間は同じく前の手順で得
た実溶接時間の1/10乃至1/20の値に経験上設定す
ればよい。接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイ
ツチ６８および接触抵抗測定用時間設定デジタル
スイツチ７０が選択された時に、前記スイツチ手
段５４は演算制御部３０の指令を受け、スイツチ
５４ａ側が接続される。これらの設定動作の基で
前記Ｄ／Ａ変換器３６は演算制御部３０の指令の
基に前手順と同様な手順で接触抵抗測定用アナロ
グ電圧を出力する。そして、当該電圧と相等しい
電圧がワーク２６に送給され、ワーク２６を通ず
る電流はシヤント抵抗２０を介して検出され、第
３演算増幅器５２、スイツチ手段５４、Ａ／Ｄ変
換器５６および電流記憶手段５８を介して演算制
御部３０に導入されると共に、表示装置６６にお
いて接触抵抗に応じた電流値が表示される。然る
に、この接触抵抗測定用の電流値は前記Ｄ／Ａ変
換器３６、第２演算増幅器３８、電圧バツフア手
段２２、第１演算増幅器４０、第２演算増幅器３
８の閉ループにより制御されるので、前述したよ
うに、μs単位でしかも大電流を流すことが可能な
ため、抵抗溶接機の電極先端の酸化物やワーク表
面の酸化物、汚れ等を飛散消滅させて正確な接触
抵抗を測定することが出来る。さらに、第２の手
順を繰り返し遂行した後、測定した接触抵抗に係
る平均の電流値を基準電流設定用デジタルスイツ
チ５０に設定する。

次に、この接触抵抗の分布から電流補正率（例
えば、30％）を決定し、補正率設定用デジタルス
イツチ６４によつて演算制御部３０に記憶させ
る。

次いで、接触抵抗チエツクを含む溶接電圧の設
定シーケンスを接触抵抗測定用電圧設定デジタル
スイツチ６８、接触抵抗測定用時間設定デジタル
スイツチ７０、実溶接電圧設定用デジタルスイツ
チ３４および実溶接時間設定用デジタルスイツチ
３２を用いて設定する。これは、例えば、第３図
に示すように、実溶接電圧Ａに先立つて接触抵抗
チエツク電圧Ｂ、本実施例では、2Vを発生させ
るためのものである。

そこで、以上に述べた準備の基に実際の溶接を
行う。すなわち、溶接電極２４の間にワーク２６
を挟持し、動作開始スイツチ１５０を作動させ
る。このスイツチ操作の基で、先ず、前記第３図
に基づいて予備電流、例えば、500A（アンペア）
の電流を流すべく電圧Ｂを演算制御部３０の作動
によりワーク２６に送給する。すなわち、Ｄ／Ａ
変換器３６から第２の演算増幅器３８に対して電
圧Ｂを出力すればよい。然しながら、実際にワー
ク２６に流れた電流が400Aであつたとすると、
当該400Aの電流値が第３演算増幅器５２を通じ
電流記憶手段５８に一次的に記憶され、演算制御
部３０では記憶された400Aの値が前記補正率設
定範囲（本実施例の設定では±30％）内の電流値
であるかどうかを判断する。この判断に基づきワ
ーク２６に実電流500Aを流すようにＤ／Ａ変換
器３６の入力に（500/400）×2Vに相当する補正
したデジタル信号を供給する。これは第４図の休
止期間t₂後に行われる。これにより、実際、ワー
ク２６に送給されるt₃間の電圧は2.5Vになり実溶
接電流として500Aの電流を流すことが出来る。
本設定においては、例えば、溶接電極２４間にワ
ーク２６がない場合には、予備電流が流れた時に
通常少なくとも500Aの30％以上の値になり、こ
れは補正の範囲外であるから演算制御部３０の判
断により実電圧Ａは発生させないようになる。す
なわち、Ｄ／Ａ変換器３６の出力電圧値を零値に
して溶接電流が零値になるようにする。この作用
は溶接電極の破壊を防ぐと共に経済的であるため
に特に重要である。

以上述べたように、本発明によれば、μs単位で
溶接電流を制御出来る。このため、極く短い時間
に必要量の電流をワークに流すことが可能となる
ため、溶接点の周囲に熱が拡散することが防止さ
れ、必要な範囲に必要な量の熱を発生させること
が可能となる。結局、余剰な熱によるワークの変
色・歪みが防げる。さらに、従来の静電蓄勢式抵
抗溶接機の制御装置では、電流の立ち上がり時間
が長いため、この時間の熱の拡散による悪影響を
防ぐことが不可能であつたことに対し、本発明に
よる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置では立ち上
がり、立ち下がり時間が非常に短いために、必要
な電流を溶接の最初から供給出来るという大きな
利点を生み出す。加えて、ワークに付着している
酸化膜等により溶接電流を流すと爆飛を起こす虞
のある材料が混入している場合等は、補正機能を
利用してこの爆飛等を防ぐことが可能なため、溶
接電極を傷める心配もない。さらには、従来の静
電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置においては接触抵
抗測定用に直流電源を必要としていたが、本発明
では接触抵抗の測定も実溶接と同一の回路で行え
るように構成したため回路自体が一層簡略化され
る。

このように、本発明に係る静電蓄勢式抵抗溶接
機の制御装置によれば、高品質でしかも高速の溶
接が出来且つ経済的であるという効果が得られ
る。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、補正範囲外のレベルを検出し
た時警報装置を作動させる等、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変
更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す回路ブ
ロツク図、第２図は本発明に係る溶接電圧の波形
図、第３図は本発明の一実施例の作用説明に供す
る波形図である。 １０……交流一次電源、１２……電源トラン
ス、１４……整流素子、１６……静電蓄勢用コン
デンサ、２０……シヤント抵抗、２２……電圧バ
ツフア手段、２４……溶接電極、２６……ワー
ク、３０……演算制御部、３２……実溶接時間設
定用デジタルスイツチ、３４……実溶接電圧設定
用デジタルスイツチ、３８，４０，５２……演算
増幅器、５４……スイツチ手段、５６……Ａ／Ｄ
変換器、６０……比較器、６２……電圧記憶手
段、６４……補正率設定用デジタルスイツチ、６
６……表示装置、６８……接触抵抗測定用電圧設
定デジタルスイツチ、７０……接触抵抗測定用時
間設定デジタルスイツチ、１５０……動作開始ス
イツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負極側が実質的にワークの一端部に接続され
   る静電蓄勢用コンデンサと、 この静電蓄勢用コンデンサの正極側がコレクタ
   端子に接続され、かつエミツタ端子がワークの他
   端部に接続される複数のトランジスタを並列に接
   続したエミツタフオロア回路と、 ワークの両端部に印加される電圧を入力する第
   １の増幅手段と、 この第１の増幅手段の出力と予め設定される溶
   接電圧にかかる出力とを入力信号として、その出
   力側がエミツタフオロア回路のベース端子に接続
   される第２の増幅手段とを備え、 エミツタフオロア回路と、第１の増幅手段と第
   ２の増幅手段とは負帰還ループを形成することを
   特徴とする静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の制御装置におい
   て、第１の増幅手段と第２の増幅手段は演算増幅
   器からなる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の制
   御装置において、静電蓄勢用コンデンサの負極側
   とワーク間に電流測定用シヤント抵抗を挿入して
   なる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の制御装置におい
   て、電流測定用シヤント抵抗に基づいて測定され
   るワークの接触抵抗にかかる予備電流の値が、予
   め設定されている基準電流値の所定範囲外の値で
   あつた場合には、予め設定されている溶接電圧を
   溶接電流が零値となる値に設定するように制御す
   る比較器と演算制御部とを有する静電蓄勢式抵抗
   溶接機の制御装置。