JPH0647563A - 抵抗溶接の溶接品質監視装置 - Google Patents

抵抗溶接の溶接品質監視装置

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JPH0647563A
JPH0647563A JP4204639A JP20463992A JPH0647563A JP H0647563 A JPH0647563 A JP H0647563A JP 4204639 A JP4204639 A JP 4204639A JP 20463992 A JP20463992 A JP 20463992A JP H0647563 A JPH0647563 A JP H0647563A
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JP
Japan
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welding
nugget diameter
quality
welded
quality monitoring
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Pending
Application number
JP4204639A
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English (en)
Inventor
Koji Fujii
孝治 藤井
Yasuhiro Goto
康宏 後藤
Makoto Riyuudou
誠 龍堂
Hideki Ihara
英樹 井原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接条件変化に対し汎用性が高く、良否判別
精度も良好で、溶接品質の向上も可能な溶接品質監視装
置を提供する。 【構成】 絶縁アンプ6により検出したチップ間電圧
と、トロイダルコイル5と積分回路7により検出した溶
接電流とを用いて、熱伝導モデルに基づいた被溶接材4
の温度分布、次に実際のナゲット径を推算する。さら
に、実際のナゲット径と、キーパネル21より予め入力
された必要なナゲット径とを比較し、溶接結果の良否判
定あるいは溶接条件の変更を出力回路16を介して行
う。 【効果】 溶接過程において発生するチップの圧漬等の
溶接条件変化に対しても良好な精度が得られるので、溶
接品質の監視が効果的に行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にスポット溶接など
の抵抗溶接の溶接品質監視装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、抵抗溶接、特にスポット溶接は鋼
板を使用する種々の製品に用いられているが、近年その
溶接不良が増大する傾向にある。すなわち、従来は一般
に軟鋼板が被溶接材であったことから通電不良も少な
く、溶接条件を一定に管理すれば溶接品質も比較的安定
に保つことができた。しかし、軟鋼板に代わって亜鉛メ
ッキ鋼板や高張力鋼板が多量に使用されはじめ、溶接不
良の発生が増大している。このような背景から、単に溶
接条件を監視するのみのものではなく、溶接品質を精度
良く監視可能な装置の出現が待たれていた。この目的で
これまで種々の溶接品質監視装置が開発されてきた。た
とえば、これまで開発されたものに、 1)溶接電流と溶接電圧からチップ間抵抗を求め、その
変化パターンから溶接結果の良否を判定するもので、そ
の一例として特開昭56−158286号公報に開示さ
れたもの、 2)チップ間電圧と、あらかじめ設定した基準電圧の時
間的変化とを比較し、その差が許容値内か否かにより良
否を判定するもので、その一例として特公昭59−14
312号公報に開示されたもの、さらに、チップ間電圧
より溶接部の発熱に有効に寄与する有効成分を抽出し、
有効成分の時間積分値から溶接結果の良否を判定するも
ので、その一例として特開昭59−40550号公報、
特開昭59−61580号公報に開示されたもの、 3)発熱温度を検出し、その温度変化パターンから溶接
結果の良否を判定するもので、その一例として特開平1
−216246号公報に開示されたもの、 4)被溶接材間に超音波を透過させ、その透過量から溶
接結果の良否を判定するもので、その一例として特開昭
52−94841号公報に開示されたもの、 5)電極チップの溶接中の変位を用いたもので、その一
例として特公昭60−40955号公報に開示されたも
の、 6)溶接電流を検出し、その上下限値を監視し溶接結果
を一定にしようとするもの、等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
式において、1)はチップ先端部の圧潰や分流を生じた
場合や被溶接材の材質が亜鉛メッキ鋼板の場合には抵抗
の変化パターンが一様でなく、溶接結果の良否判定が困
難となる。また、2)は共チップの圧潰、板厚の変化
等、溶接状態が変化する度に溶接結果の判定条件を再設
定しなければならず、実用上良否判定を正確に行うこと
は困難である。3)、4)については、温度検出装置、
超音波の発信、受信装置の設置、取り付け方法において
現場作業上適用困難な問題をかかえている。5)は溶接
現場作業に使用した場合の、ノイズの混入、微少変位測
定の困難さ、抵抗溶接機の機械強度の個体差等により実
用には問題がある。6)はコスト的には安価で、容易に
実現でき、電源の故障、二次導体の断線などの発見には
有効であるが、チップ先端部の圧潰や分流など、電流密
度の低下による溶接部の品質劣化は判別できない。
【0004】また、これらの従来の各種溶接品質監視装
置は、それぞれの溶接材料ごとに溶接現場で予備実験を
行い、溶接品質と判別基準の関係を予め求めておくとい
う作業が不可欠となり、その判別結果も溶接部の良否を
おおまかに判別し得るにすぎなかった。
【0005】したがって、抵抗溶接機に従来の溶接品質
監視装置を併用しても、溶接部の品質不良が発生し、手
直しが必要となるばかりか、場合によっては製品を破棄
したり、市場で問題をおこす場合も発生した。
【0006】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
ので、溶接作業で発生した溶接不良を汎用性をもって監
視でき、しかも設置が容易で、溶接品質の改善もが可能
な、抵抗溶接の溶接品質監視装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の抵抗溶接の溶接品質監視装置は、熱伝導モデ
ル解析に必要な情報の入力手段と、溶接電流およびチッ
プ間電圧を検出する手段と、入力された前記情報と前記
両検出値とから熱伝導モデルに基づいて被溶接材の温度
を算出すると共に、算出された温度分布から溶接部の実
際のナゲット径を推定する手段と、被溶接物のために必
要なナゲット径の入力手段と、前記実際のナゲット径と
必要なナゲット径とを比較し、その比較結果に応じた制
御信号を出力する手段とを備えた構成とした。
【0008】また本発明の抵抗溶接の溶接品質監視装置
は、制御信号を溶接結果の良否判定出力とした。また本
発明の抵抗溶接の溶接品質監視装置は、制御信号を溶接
条件の変更出力とした。
【0009】
【作用】本発明は前記した構成により、たとえば被溶接
材の板厚と材質などの熱伝導モデルの解析に必要な情報
を入力して、通電開始時における固有抵抗値、比熱を求
め、さらに、最初のステップにおける溶接電流とチップ
間電圧を検出し、その検出値から被溶接材の溶接部にお
ける熱伝導モデルの発熱、熱伝導計算を行い、溶接部の
温度分布を決定する。さらに、ここで決定された温度分
布を用いて次のステップにおける溶接部各部の固有抵抗
値、比熱を決定し、次に測定される溶接電流とチップ間
電圧を用いて熱伝導モデルの発熱、熱伝導計算を行うと
いう作業を繰り返し、溶接部の状態を推測していく。こ
の推測過程で被溶接材の溶融温度を越えた部分がナゲッ
トとなる。このように汎用性のある手法で実際のナゲッ
ト径を求めることにより、従来の溶接品質監視装置のよ
うに、被溶接材ごとに溶接現場で溶接実験を行い、溶接
品質と判別基準の関係を予め求める必要がなく、溶接過
程において発生するチップの圧漬等の溶接条件変化に対
しても良好な精度が得られる。さらに溶接部に要求され
る溶接強度から決定されるところの、必要なナゲット径
を入力し、実際のナゲット径と必要なナゲット径とを比
較することにより、溶接結果の良否が数値の大小で明確
に判定できる。あるいは、実際のナゲット径と必要なナ
ゲット径との差の大きさにより溶接電源の出力制御を行
い、ナゲットの形成を確実にすることで溶接品質の改善
を可能とすることもできる。また、溶接電流とチップ間
電圧の検出を行うのみのため、溶接作業現場へも容易に
適用可能である。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1において、図示しない加圧シ
リンダーで加圧される上部チップ2と下部チップ3とを
溶接トランス1の二次側に接続し、これら上部チップ2
と下部チップ3との間に被溶接材4を挿入する。その状
態で溶接を開始すると、溶接開始信号がI/O回路15
よりCPU10に入力され、また、上部チップ2と下部
チップ3との間の電圧が絶縁アンプ6に入力されてチッ
プ間電圧が検出される。同時にトロイダルコイル5の出
力電圧が積分回路7に入力され、溶接電流が検出され
る。それぞれの検出信号はマルチプレクサ8に入力さ
れ、CPU10からの変換要求信号により順次A/Dコ
ンバータ9にてデジタル値に変換される。記憶回路12
はバッテリー11でバックアップされたRAM部分とR
OM部分から構成され、CPU10の動作プログラムと
各種データが格納されている。DSP13は高速数値演
算を行って実際のナゲット径を推算し、その結果が、R
AMにより構成されてCPU10からのアクセスも可能
な記憶回路14に書き込まれる。キーパネル21によっ
て、熱伝導モデル解析に必要な数値、および被溶接物に
必要なナゲット径の値がI/O回路17を介してCPU
10に入力される。CPU10において実際のナゲット
径と必要なナゲット径との比較が行われ、その結果が出
力回路16より外部に出力される。LCD表示器19、
LED表示器20、およびドライバー22を含むプリン
ター23は、キーパネル21の入力情報や、出力回路1
6の出力情報表示に使用される。
【0011】上記構成においてその動作を説明すると、
被溶接材4の板厚、重ね枚数、および溶接結果の良否判
別基準となる必要ナゲット径がキーパネル21より入力
され、記憶回路12に記憶された後、溶接開始信号がI
/O回路15を介してCPU10に入力され、通電が開
始される。CPU10は、溶接開始信号が入力される
と、絶縁アンプ6により検出したチップ間電圧と、トロ
イダルコイル5および積分回路7により検出した溶接電
流とを、マルチプレクサ8を作動させて交互にA/Dコ
ンバータ9でデジタル値に変換し、その値を記憶回路1
4に転送する。記憶回路14には被溶接材4の材質、板
厚に基づく熱伝導計算用データもCPU10より書き込
まれており、DSP13は、それらの値とチップ間電圧
値と溶接電流値とを用い、熱伝導モデルに基づき被溶接
材温度を算出し、その温度分布からナゲット径を推定す
る。
【0012】記憶回路14には、通電開始時点から、定
まった時間間隔(本実施例では4ms)で通電終了時点
まで、チップ間電圧の値と溶接電流の値とがCPU10
により書き込まれる。DSP13は順次それらの値を用
いて被溶接材4の温度分布を計算し、その結果は記憶回
路14に書き込まれる。DSP13の実行する熱伝導モ
デルを用いたナゲット径の推測に関しては、「抵抗溶接
現象とその応用(1)」12頁〜52頁、溶接学会抵抗
溶接研究委員会編、溶接学会技術資料No.7や、佐
野、「スポット溶接での通電路と温度分布の数値解析法
に関する研究」、大阪大学大学院溶接専攻修士論文(昭
和54)や、西宇、「抵抗スポット溶接用数値計算援用
形品質モニタリングの高速化に関する研究」、大阪大学
大学院溶接専攻修士論文(平成3)などに開示されてい
る。CPU10は、通電終了後、記憶回路14に順次書
き込まれたナゲット径の最大値を実際のナゲット径と
し、記憶回路12より必要なナゲット径を読みだし、両
者を比較する。その結果、実際のナゲット径≧必要なナ
ゲット径の場合は出力回路16を介して「良」の信号
を、実際のナゲット径<必要なナゲット径の場合は
「否」の信号を出力するものである。
【0013】このように本発明の実施例の抵抗溶接の溶
接品質監視装置によれば、絶縁アンプ6により検出した
チップ間電圧と、トロイダルコイル5および積分回路7
により検出した溶接電流とを用いて、熱伝導モデルによ
る被溶接材4の温度分布と実際のナゲット径とを推算す
るので、従来の溶接品質監視装置のように、被溶接材ご
とに溶接現場で溶接実験を行い、溶接品質と判別基準の
関係を予め求める必要がなく、溶接過程において発生す
るチップの圧漬等の溶接条件変化に対しても良好な精度
が得られる。さらに、実際のナゲット径と、キーパネル
21より予め入力された必要ナゲット径とを比較するこ
とで、溶接結果の良否が数値の大小で明確に判定でき、
溶接品質の監視が効果的に行えるものである。
【0014】なお、本実施例では、熱伝導モデル解析に
必要な数値、および被溶接物に必要なナゲット径の値
を、キーパネル21よりI/O回路17を介してCPU
10に入力したが、パソコン、CAD等より直接入力し
てもよい。また、実際のナゲット径と必要なナゲット径
との比較結果の出力として、良否判定のみでなく、両者
の差に対応した指令値をアナログまたはデジタル値で出
力回路16より出力し、この指令値によって溶接電源の
出力値を変更してもよい。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、予め被溶
接材の形状と材質などの熱伝導モデルの解析に必要な情
報を入力すると共に、被溶接物に必要なナゲット径を入
力しておき、溶接電流とチップ間電圧を検出し、両検出
値から熱伝導モデルに基づいて被溶接材の温度を算出す
る。この温度分布から生成したナゲット径を精度良く推
定できるため、実際のナゲット径と必要なナゲット径と
を比較することで、溶接結果の良否を明確に判定するこ
とができる。また、実際のナゲット径と必要なナゲット
径との差の大きさにより溶接電源の出力制御を行うこと
で、ナゲットの形成を確実にし、溶接品質を改善するこ
ともできる。さらに、溶接電流とチップ間電圧の検出を
行うだけでよいため、溶接作業現場への適用も容易であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にもとづく抵抗溶接の溶接品質監視装置
の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
5 トロイダルコイル 6 絶縁アンプ 7 積分回路 8 マルチプレクサ 9 A/Dコンバータ 10 CPU 12 記憶回路 13 DSP 14 記憶回路 16 出力回路 21 キーパネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井原 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱伝導モデル解析に必要な情報の入力手
    段と、溶接電流およびチップ間電圧を検出する手段と、
    入力された前記情報と前記両検出値とから熱伝導モデル
    に基づいて被溶接材の温度を算出すると共に、算出され
    た温度分布から溶接部の実際のナゲット径を推定する手
    段と、被溶接物のために必要なナゲット径の入力手段
    と、前記実際のナゲット径と必要なナゲット径とを比較
    し、その比較結果に応じた制御信号を出力する手段とを
    備えたことを特徴とする抵抗溶接の溶接品質監視装置。
  2. 【請求項2】 制御信号が溶接結果の良否判定出力であ
    ることを特徴とする抵抗溶接の溶接品質監視装置。
  3. 【請求項3】 制御信号が溶接条件の変更出力であるこ
    とを特徴とする抵抗溶接の溶接品質監視装置。
JP4204639A 1992-07-31 1992-07-31 抵抗溶接の溶接品質監視装置 Pending JPH0647563A (ja)

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DE69321670T DE69321670T2 (de) 1992-07-31 1993-07-30 Widerstandsschweissmonitor
US08/099,360 US5343011A (en) 1992-07-31 1993-07-30 Resistance welding monitor
EP93112285A EP0581315B1 (en) 1992-07-31 1993-07-30 Resistance welding monitor
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050047232A (ko) * 2003-11-17 2005-05-20 주식회사 나인티시스템 용접 품질 검사 장치 및 방법
KR100900629B1 (ko) * 2002-05-07 2009-06-02 주식회사 포스코 코일 용접부 진단 방법

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