JPH0355230B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンデンサ放電型スタツド溶接機の
溶接品質の良否を判定する方法及び装置に関し、
特に、母材とスタツドとの間にアーク放電を作つ
て溶接部分を溶融し、次にスタツドを母材に抵抗
接触するように圧接してその接触部分に電流を流
すように構成されたコンデンサ放電型スタツド溶
接機における溶接の良否を判定する方法及び装置
に関する。

従来の技術 コンデンサ放電型スタツド溶接機の内、母材と
スタツドとの間にアーク放電を作つてその溶接部
分を溶融し、次にスタツドを母材に抵抗接触する
ように圧接してその接触部分に電流を流して該ス
タツドを確実に母材に溶着するように構成された
コンデンサ放電型スタツド溶接機は良く知られて
いる。この溶接機における溶接の品質の良否は、
スタツドを母材に圧接するタイミングに依存し、
このタイミングが狂うと溶接不良を起こしてしま
う恐れがある。これは、スタツドと母材の溶接部
分のアーク放電による溶融が十分でない状態で
は、抵抗接触による溶着が不安定になるからであ
る。

上記したコンデンサ放電型スタツド溶接機にお
いて、溶接のための放電電流は１つの山形状の波
形となる。これは、アーク放電の成長とコンデン
サに蓄えられた電荷が放電に従つて減少すること
によるものである。すなわち、放電の開始時に
は、コンデンサの電荷量が多く放電電流はアーク
放電の成長とともに上昇勾配で増加するが、放電
の続行に従つて電荷量が次第に減少して放電電流
が徐々に減少しはじめ、遂にはその勾配が正から
負に変わり、放電電流はそのまま下降し、このた
め放電電流の波形は山形状になる。

このような放電電流波形を示すコンデンサ放電
型スタツド溶接機において、最適な圧接点はその
放電電流波形のピークを過ぎた下降線上の、ピー
ク電流値1/2〜1/3の範囲にあれば良いことが経験
的に分かつている。放電電流の最も大きいピーク
の点において溶融のための電流が多くスタツド及
び母材を最も強く溶融するかに見えるが、スタツ
ドも母材も溶融のための熱の伝達に時間遅れがあ
る。従つて、ピークを過ぎた下降線上の、ピーク
値の1/2〜1/3の時点でスタツドと母材が最も適切
に溶融されることが分かつている。

このように最適に溶融された時点でスタツドを
母材に抵抗接触するように圧接するのが好まし
い。このようにスタツドを母材に抵抗接触のため
の圧接を行うと、放電電流波形に小さな山すなわ
ちこぶ状の波形が現れる。これは、その圧接点よ
り前ではアーク放電による電流が流れているのに
対し、圧接点以降ではスタツドと母材との接触に
よる電流が流れることによる。すなわち、圧接後
のスタツドと母材との接触抵抗はアーク放電時の
抵抗より低いため、一時的に電流が増加するが、
コンデンサの放電が進むにつれて再び電流が減少
する。

発明が解決しようとする問題点 従来、このコンデンサ放電型スタツド溶接機に
おける溶接の良否を判定するため、圧接点の電流
を測定し、圧接点が好ましいタイミング範囲にあ
るかどうかを判断していた。すなわち、圧接点電
流を測定するため、溶接電流を検出し、この溶接
電流を残像型ブラウン管（CRT）オシロスコー
プを用いてその電流波形を観測していた。しかし
ながら、かかる従来の方法では、オシロスコープ
の画面上の波形を作業者が目視検査しなければな
らず、全数の溶接の検査を行うことは不可能に近
いことであつた。また作業者の目視によるため、
作業者の無人化に程遠い現状であつた。

発明の目的 従つて本発明の目的は、全数の溶接の品質の良
否をその溶接毎に簡単に且つ自動的に判定できる
方法及び装置を提供することにある。

発明の構成 かかる目的を達成するため、本発明によれば、
コンデンサに充電したエネルギーを用いて母材に
スタツドを溶接するため、母材とスタツドとの間
にアーク放電を作り、次にスタツドを母材に抵抗
接触するように圧接してその接触部分に電流を流
すように構成されたコンデンサ放電型スタツド溶
接機の溶接良否判定方法において、スタツド溶接
機のコンデンサ放電電流を検知して該放電電流の
ピーク値を保持し、前記放電電流の正勾配部分と
負勾配部分とを検出し、両部分の論理積演算によ
り前記のスタツドと母材との抵抗接触のための圧
接点を見出して該圧接点における放電電流の値を
保持し、前記ピーク値と前記圧接点電流値とを比
較して圧接点電流値がピーク値の所定範囲にある
か否かを判定することを特徴とするコンデンサ放
電型スタツド溶接機の溶接良否判定方法が提供さ
れる。

また、本発明によれば、上記方法を実施する装
置として、スタツド溶接機のコンデンサに蓄えら
れたエネルギーを利用する溶接電流供給回路の溶
接電流を受け取つて該電流のピーク値を保持する
ピーク電流保持器と、前記溶接電流を受け取つて
該電流を微分してその負勾配部分を検出する負勾
配検出器と、前記溶接電流を受け取つて該電流を
微分しその正勾配部分を検出する正勾配検出器
と、一方の素子の制御端子には前記負勾配検出器
の出力が接続され、他方の素子の制御端子には正
勾配検出器の出力が接続されており、入力の側に
は溶接電流が入力された、相互に直列に接続され
た２つのスイツチ素子と、該スイツチ素子の出力
側に接続され、両素子の導通によつて供給される
溶接電流の電流値を保持する圧接点電流値保持器
と、前記ピーク電流保持器の出力と前記圧接点電
流値保持器の出力とを受け取るように接続され、
前記ピーク値と前記圧接点の電流値を比較して圧
接点電流値がピーク値の所定範囲にあるか否かを
判定する比較判定器とから成ることを特徴とする
コンデンサ放電型スタツド溶接機の溶接良否判定
装置が提供される。

発明の作用 抵抗接触のための圧接点は、前記したように、
溶接電流波形の頂点を過ぎた下降線上にある。こ
の点において溶接電流波形にはこぶ状の波形が現
れる。このような溶接電流の波形の勾配を見ると
頂点を闇にしてその前半部では正の勾配となつて
おり、後半部では圧接点を除いて負の勾配となつ
ている。また圧接点ではこぶ状の部分で僅かでは
あるが正の勾配となつた後再び負の勾配となる。
従つて、正の勾配部分と負の勾配部分とを検出し
てその論理積（AND）をとると、圧接点だけで
“１”となり、この時の電流値を保持することに
より圧接点電流値を得ることができる。他方で、
溶接電流のピーク電流値を保持しておくと、圧接
点電流値がそのピーク電流値のどの範囲にあるか
は極めて容易に判定できる。従つて、圧接点電流
値がピーク電流値の1/2〜1/3にあれば、その溶接
品質が“良”であると判定することができる。

発明の効果 本発明によれば、残像型ブラウン管オシロスコ
ープ等の高価な機械を用いることなく、また、作
業者に波形観測のための目視検査を強いることな
く、全ての溶接に渡つて極めて容易に且つ自動的
にコンデンサ放電型スタツド溶接機の溶接品質の
良否が判定される。また、溶接品質良好の時のみ
次の溶接個所に溶接機を進め、不良の時には再度
溶接させるように設定しておけば溶接作業の無人
化が図られる。更に、溶接電流のピーク値を保持
しているので、その溶接電流が適切なものである
かどうかも判定することができる。

また、本発明の装置においては正勾配の検出の
ために溶接電流を２度微分しており、これによ
り、それ程大きいレベルでは現われない抵抗接触
圧接点のこぶ状波を明確に検出することができる
利点もある。

実施例 以下本発明の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第１図において、コンデンサ放電型
スタツド溶接機１のスタツド把握部（図示せず）
に取付けられたスタツド２と母材３とには溶接機
１のコンデンサ４に蓄えられた電気エネルギーが
与えられてスタツド２の先端と母材３との間にア
ーク放電を生じさせ、スタツド２が母材３に溶着
される。この溶接の品質は、アーク放電により溶
融したスタツド２の先端が母材３に抵抗接触する
ように圧接されるタイミングに依存し、そのタイ
ミングが狂うと溶接不良を起してしまうことが知
られている。この圧接のタイミング点は山形状の
溶接電流波形の頂点を過ぎた下降線上にあつては
その溶接電流のピーク値の1/2〜1/3の範囲内にあ
るのが良い。

溶接電流波形の観測のため、本発明において
は、ピーク溶接電流値及び抵抗接触圧接点溶接電
流値を保持してこれらを出力するピーク及び圧接
点電流値保持回路５が設けられている。この回路
５には溶接機１と母材３の間に直列に設けられた
抵抗６の両端に現れる電圧が入力されており、抵
抗６の両端の電圧は溶接電流に応じて変化するも
のであつて、結局、回路５には溶接電流が入力さ
れることになる。回路５からのピーク溶接電流値
は出力端子７を介して、また圧接点溶接電流値は
出力端子８を介してそれぞれ比較判定回路９に送
られ、この回路９で圧接点溶接電流がピーク溶接
電流の所定の範囲内（1/2〜1/3）にあるか否かを
判断し、該回路９から溶接良否信号が出力され
る。この溶接良否信号は、ランプやスピーカ等に
送られて良否の表示を行うのに用いられてもよい
し、また、溶接自動制御装置（図示せず）に送つ
て作業の自動化すなわち無人化を図るようにして
もよい。

第２図にピーク及び圧接点電流値保持回路５の
ブロツク図を示す。第１図の抵抗６によつて得ら
れた電流波形は増幅器１１で増幅される。溶接電
流波形は第４図ａに示すように全体としてほぼ山
形状になつており、抵抗接触圧接点Ｚにおいてこ
ぶ状の波形が現れる。増幅器１１から出力される
溶接電流はピーク電流保持器１２に送られ、溶接
電流の頂点（第４図ａのｙ点）の電流が保持され
て出力端子７に出力される。（第４図ｉ参照）。

溶接電流の抵抗接触圧接点を検出するため、増
幅器１１の出力は負勾配検出器１３と正勾配検出
器１４とに送られる。負勾配検出器１３は、溶接
電流が減少している部分すなわち頂点から後半の
部分を検出し、この部分に対応するタイミングと
幅のパルスを出力する。なお、この場合、圧接点
における正勾配には不感な程度に設定するのが良
い。正勾配検出器１４は、溶接電流が増大してい
る部分すなわち溶接電流の開始から頂点までの前
半部分と第４図ａのＺ点（圧接点）でのこぶ状に
増大している部分とを検出し、これらの部分に対
応した幅とタイミングをもつ２つのパルスを出力
する。両検出器１３，１４の出力はANDゲート
１６に送られ、ここで論理積演算（AND）され、
圧接点に対応するパルスが出力される。この圧接
点パルスは、増幅器１１がらの溶接電流が入力さ
れたスイツチ回路１７の制御端子に送られ、スイ
ツチ１８を導通させる。スイツチ回路１７の出力
は圧接点電流保持器１９に入力され、スイツチの
導通によつて入力された圧接点の溶接電流を保持
し、出力端子８に出力する。

なお、ピーク電流保持器１２は、後述の第３図
に示したのと同様の回路を用いることができる
が、それに限るつもりはなく他のピーク値保持回
路であつてもよいことは勿論である。また、圧接
点電流保持器１９も同様の回路によつて実現でき
るが、他の回路例えばアナグロホールド回路であ
つてもよい。勾配検出器１３，１４は溶接電流波
形の勾配を検出することができる限り、アナグロ
演算器でもデジタル演算器でもよく、アナグロ演
算器の場合、微分器と比較器の組合せ回路がその
代表的なものであろう。またデジタル演算器の場
合、Ａ／Ｄ変換器を必要とするであろう。AND
ゲート１６は必須のものではなく、例えば、スイ
ツチ回路１７のスイツチ１８を２つ用いてこれら
を相互に直列に並べそれぞれの制御端子に検出器
１３，１４の出力をそれぞれ接続することにより
論理積演算をすることができ、この場合には
ANDゲート１６は不要になる。スイツチ回路１
７のスイツチ１８は機械的スイツチでもよいが、
半導体スイツチ等の電子スイツチであつてもよ
く、外部信号で制御できる限り任意のスイツチ素
子を用いることができる。

比較判定回路９（第１図）では、回路５の出力
端子７からピーク溶接電流値が、また出力端子８
から抵抗接触圧接点溶接電流値がそれぞれ入力さ
れる。入力された圧接点溶接電流値がピーク溶接
電流値と比較され、圧接点溶接電流値がピーク溶
接電流値の所定の範囲内（1/2〜1/3）にあるかど
うかを判定し、所定の範囲内にあると、例えば溶
接良否信号を“１”にする。この回路９は上記機
能を有する限り任意の回路で構成することがで
き、その詳細な構成については図示を省略する。
比較判定について、その代表的な構成では、単純
な電圧比較器により上記比較判定を行うことがで
きる。しかしながら、これとは別にピーク溶接電
流値と圧接点溶接電流値とそれぞれ独立に計測し
て、ピーク溶接電流値が所定の値にあるかどうか
を判定し、そのピーク溶接電流値に対して圧接点
溶接電流が所定の範囲内の値にあるかどうかを判
定するようにしてもよい。これによれば、ピーク
溶接電流値の判定も行われるので、溶接電流が過
大または過少であるかどうかも同様に検査するこ
とができる。

第３図は、第２図に示したピーク及び圧接点電
流値保持回路５と同様の作用を成す別の回路を示
すもので、入力端子２１，２２には、第１図の抵
抗６から溶接電流信号が入力される。この信号は
増幅器２３によつて反転増幅され、その出力は、
反転型第１微分器２４と、第２増幅器２５に入力
される。第２の増幅器２５も反転増幅器であり、
その出力信号ｇを増幅器２３に入力される波形
（第４図ａ）と同相にする。増幅器２５の出力は
ピーク電流保持器２６に入力される。

ピーク電流保持器２６は演算増幅器２７とダイ
オード２８とFET２９とから成りFETのゲート
にはコンデンサ３０が設けられている。かかる保
持器は公知のものであるがその動作の概略を説明
すると、リセツト回路３１等により出力端子７が
ゼロになるようにした後、増幅器２７に信号を加
えると、ダイオード２８を介してコンデンサ３０
に充電されその電圧に応じてFETのソース・ド
レイン間に電流が流れ出し、抵抗３２の電圧が
徐々に上る。入力信号がピーク値を越えて減少し
始めるとダイオード２８とFETのゲートの高イ
ンピンダースとによりコンデンサの電荷はどこに
も逃げることなくそのまま長く保持する。従つ
て、この保持器２６は、ピーク溶接電流値を保持
して出力端子７からピーク溶接電流値を出力す
る。

第２増幅器２５の出力は、２つのフオトカプラ
３４，３５のフオトトランジスタが直列に接続さ
れて成るスイツチ回路に入力される。これらのフ
オトトランジスタはスイツチ素子として作用する
ものであり、既に述べたように、スイツチ素子を
２つ直列に接続することによつて論理積演算器
（すなわちANDゲート）としての機能を果す。

２つのフオトトランジスタを通つた溶接電流信
号は、第１の電流保持器２６と同じ構成の電流保
持器３６に送られ、フオトカプラ３４，３５のフ
オトトランジスタの両方が導通したときの信号の
値を出力端子８に出力する。後述のように、２つ
のフオトトランジスタが共に導通するのは圧接点
であるから、出力端子８からは圧接点溶接電流値
が出力される。

第１増幅器２３の出力は、反動型第１微分器２
４に入力されている。この微分器２４は直列接続
されたコンデンサ３８と反転増幅器３９とで構成
され、入力された信号を微分してその勾配を得る
とともに勾配信号を反転して出力する。第１微分
器２４の出力はダイオード４０を介して第１比較
器４１の非反転入力に接続され、ダイオード４０
により、比較器４１へは負レベルの信号のみが入
力される。比較器４１の反転入力は負レベルの基
準電圧が印加され、第１微分器２４からの入力電
圧が基準電圧より負にならない限り比較器４１の
出力はほぼゼロである。比較器４１の電源電圧端
子は、図示のように接地電位と負の電圧とにより
負のレベルにバイアスされており、第１微分器４
１からの入力電圧が、比較器４１の反転入力に加
えられた基準電圧より負のレベルになると比較器
４１の出力は負の電圧を出力し、これにより第２
フオトカプラ３５の発光ダイオードに電流が流れ
てこれが発光し、その結果、スイツチ素子として
の、第２フオトカプラーのフオトトランジスタを
導通させる。

第１微分器２４の出力は第２の反転型微分器４
３に入力される。この第２微分器４３は第１微分
器と同じ構成で成り、第１微分器２４の出力を再
度微分反転する作用を成し、一度微分された信号
を再度微分するので圧接点における溶接電流波形
のこぶ状波形における変曲点をきわ立たせるのに
有効なものとなる。すなわち第１微分器２４では
十分に目立たせることができなかつた圧接点をこ
の第２微分器４３で明瞭にさせることができる。

第２微分器４３の出力はダイオード４４を介し
て、第１比較器４１と同じ第２比較器４５に入力
され、第２微分器４３の出力が第２比較器４５の
基準電圧より更に負になると第２比較器４５から
負の電圧が出力される。これにより第１フオトカ
プラ３４の発光ダイオードが発光し、スイツチ素
子としての、第１フオトカプラ３４のフオト・ト
ランジスタを導通させる。

この第３図の回路の動作において、入力端子２
１，２２には第４図ａの溶接電流信号が入力され
ると、増幅器２３からは第４図ｂの信号が出力さ
れる。この信号が第１微分器２４より微分、反転
されると、第４図ｃに示すように、入力信号ｂの
負の勾配部分（すなわち前半部分）で正レベルに
なり、後半部分の正の勾配部分で負のレベルを示
す信号ｃを出力する。この信号ｃがダイオード４
０を介して第１比較器４１に入力されると、この
比較器４１からは第４図ｆの信号を出力し、この
信号ｆの負のレベルの間、第２フオトカプラ３５
の発光ダイオードを発光させ、第２フオトカプラ
３５のフオトトランジスタを導通させる。すなわ
ち、このフオトカプラ３５のフオト・トランジス
タは、溶接電流信号ａの後半部分（負勾配部分）
で導通することになる。

第１微分器２４からの信号ｃは第２微分器４３
によつて再度微分され反転される。第４図におい
てｃの信号はｄの信号に示すように、正の部分で
負にされ、負の部分で正にされ、また圧接点Ｚ
（ａの波形参照）での変曲点が拡大され、該部分
で短かい時間ではあるが負のレベルとなる。信号
ｄはダイオード４４を介して第２比較器４５に入
力され、第４図ｅに示すように、第２比較器４５
は、溶接電流の前半部分と圧接点ｚとで負のレベ
ルとなるパルスを出力して第１フオトカプラ３４
の発光ダイオードを発光させる。これにより第１
フオトカプラ３４のフオト・トランジスタが導通
させられ、溶接電流の前半部と圧接点で第２増幅
器２５からの信号を通過させる。

前述のように第２フオトカプラ３５のフオトト
ランジスタは溶接電流の後半部でのみ導通するの
で、２つのフオトトランジスタが共に導通するの
は圧接点ｚだけであり、第４図ｈに示すように、
圧接点に相当する部分の信号だけが保持器３６に
入力される。信号ｈの入力により、保持器３６は
圧接点溶接電流をそのまま保持し、出力端子８に
第４図ｊの信号を出力する。

他方、第２増幅器２５からの溶接電流信号ｇは
また、ピーク電流保持器２６に送られ、その信号
のピーク値を出力端子７に出力する（第４図ｉ参
照）。なお、第２増幅器２５の出力ｇの波形は示
されていないが第４図ａとほぼ同じである。

出力端子７及び８から出力されるピーク溶接電
流値ｉ及び圧接点溶接電流値ｊは、第１図の比較
判定回路９によつて比較され、溶接良否信号を出
力することにより、溶接の良否を判定することが
できる。従つて、オシロスコープを用いることな
く極めて容易に且つ自動的に、全溶接に渡つて溶
接の品質を検査することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接良否判定装置のブロ
ツク図、第２図は第１図のピーク及び圧接点電流
値保持回路の第１実施例の回路図、第３図はピー
ク及び圧接点電流値保持回路の第２実施例の回路
図、第４図は第２図及び第３図の回路の各部分に
おける波形図である。 １……コンデンサ放電型スタツド溶接器、２…
…スタツド、３……母材、５……ピーク及び圧接
点電流値保持回路、７……ピーク電流出力端子、
８……圧接点電流出力端子、９……比較判定回
路、１１……増幅器、１２……ピーク電流値保持
器、１３，１４……勾配検出器、１６……AND
ゲート、１７……スイツチ回路、１９……圧接点
電流保持器、２３，２５……増幅器、２４……第
１微分器、２６……ピーク電流保持器、３４……
第１フオトカプラ、３５……第２フオトカプラ、
３６……圧接点電流保持器、４１……第１比較
器、４３……第２微分器、４５……第２比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンデンサに充電したエネルギーを用いて母
   材にスタツドを溶接するため、母材とスタツドと
   の間にアーク放電を作つてその溶接部分を溶融
   し、次にスタツドを母材に抵抗接触するように圧
   接してその接触部分に電流を流すように構成され
   たコンデンサ放電型スタツド溶接機の溶接良否判
   定方法において、スタツド溶接機のコンデンサ放
   電電流を検知して該放電電流のピーク値を保持
   し、前記放電電流の正勾配部分と負勾配部分とを
   検出し、両部分の論理積演算により前記のスタツ
   ドと母材との抵抗接触のための圧接点を見出して
   該圧接点における放電電流の値を保持し、前記ピ
   ーク値と前記圧接点電流値とを比較して圧接点電
   流値がピーク値の所定範囲にあるか否かを判定す
   ることを特徴とするコンデンサ放電型スタツド溶
   接機の溶接良否判定方法。 ２ コンデンサに蓄積したエネルギーを用いて母
   材にスタツドを溶接するため、母材とスタツドと
   の間にアーク放電を作つてその溶接部分を溶融
   し、次にスタツドを母材に抵抗接触するように圧
   接してその接触部分に電流を流すように構成され
   たコンデンサ放電型スタツド溶接機の溶接良否判
   定装置において、スタツド溶接機のコンデンサに
   蓄えられたエネルギーを利用する溶接電流供給回
   路の溶接電流を受け取つて該電流のピーク値を保
   持するピーク電流保持器と、前記溶接電流を受け
   取つて該電流を微分しその負勾配部分を検出する
   負勾配検出器と、前記溶接電流を受け取つて該電
   流を微分しその正勾配部分を検出する正勾配検出
   器と、一方の素子の制御端子には前記負勾配検出
   器の出力が接続され且つ他方の素子の制御端子に
   は正勾配検出器の出力が接続されており、入力の
   側には溶接電流が入力され、相互に直列に接続さ
   れた２つのスイツチ素子と、該スイツチ素子の出
   力側に接続され、両素子の導通によつて供給され
   る溶接電流の電流値を保持する圧接点電流値保持
   器と、前記ピーク電流保持器の出力と前記圧接点
   電流値保持器の出力とを受け取るように接続さ
   れ、前記ピーク値と前記圧接点の電流値を比較し
   て圧接点電流値がピーク値の所定範囲にあるか否
   かを判定する比較判定器とから成ることを特徴と
   するコンデンサ放電型スタツド溶接機の溶接良否
   判定装置。 ３ 前記負勾配検出器は、反転した溶接電流を微
   分し且つ反転する第１微分器と、この微分器から
   の出力を受け該出力が負のレベルにあるのを検知
   する第１比較器とから成り、前記正勾配検出器
   は、前記第１微分器からの出力を再度微分し且つ
   反転する第２微分器と、この第２微分器からの出
   力を受け該出力が負のレベルにあるのを検知する
   第２比較器とから成る特許請求の範囲第２項記載
   の装置。 ４ 前記２つの素子は夫々発光素子と受光素子と
   で成るフオトカプラで成り、受光素子がアナログ
   スイツチとして使用されており、発光素子は前記
   第１比較器又は第２比較器に接続されている特許
   請求の範囲第２項記載の装置。