JPH06657A - 抵抗スポット溶接の溶接条件制御方法 - Google Patents

抵抗スポット溶接の溶接条件制御方法

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JPH06657A
JPH06657A JP4157011A JP15701192A JPH06657A JP H06657 A JPH06657 A JP H06657A JP 4157011 A JP4157011 A JP 4157011A JP 15701192 A JP15701192 A JP 15701192A JP H06657 A JPH06657 A JP H06657A
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JP
Japan
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welding
electrode tip
current
tip diameter
pressure
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Application number
JP4157011A
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English (en)
Inventor
Akihisa Nishimura
晃尚 西村
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は電極先端径の変化による溶接条件の変
化に対応して適正制御を行う抵抗スポット溶接の溶接条
件制御方法に関し、電極径の経時変形に拘わらず適正な
溶接を行うことを目的とする。 【構成】予め多変量解析手法に基づいて電極先端径の回
帰式を求めておき、抵抗スポット溶接時に上記回帰式よ
り現在の打点数における電極先端径を予測し、上記予想
された電極先端径に基づき電極先端面積を求め、次に溶
接打点の板合わせから必要な電流密度及び加圧力を設定
し、この電流密度及び加圧力に上記電極先端面積を乗じ
て最適溶接電流及び最適加圧力を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は抵抗スポット溶接の溶接
条件制御方法に係り、特に電極先端径の増大による溶接
条件の変化に対応して適正制御を行う抵抗スポット溶接
の溶接条件制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば自動車の製造ラインにおいては、
抵抗スポット溶接が多用されている。この抵抗スポット
溶接は、重ね合わされた部材の接触部に通電した時に発
生する抵抗発熱を利用して両部材を点接合する溶接方法
であり、極めて高い生産性を有している。
【0003】しかるに抵抗スポット溶接では、電極が熱
負荷と加圧力を常に繰り返し受けることにより摩耗し、
その先端径が次第に増大していくことが知られている。
スポット電極の先端径が増大した場合、溶接電流密度の
低下が生じ、溶接溶融部(ナゲット)が小さくなり、所
定の溶接強度が得られなくなる。そこで従来より、溶接
強度の低下を防ぐための方法として、電極の先端径が増
大するのに伴い溶接電流を多く流す制御方法が一般に行
われている。
【0004】具体例としては、溶接電流のステップ・ア
ップ・コントロールと称せられる電流の段階的増加方式
が知られている。この段階的増加方式は、溶接電流を溶
接打点回数に応じて段階的に増加させる方法が知られて
いる。
【0005】また、他の例としては、CCD(固体撮像
素子)カメラ或いはイメージセンサ等を用い、電極先端
形状が変化する様子をモニタリングし、このモニタリン
グされた電極先端形状の変化に対応させて溶接電流を増
加させる方法が知られている(特開平3−248780
号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記したス
テップ・アップ・コントロールの場合、ステップ・アッ
プのパターン設定は経験や堪にたよるところが多く、従
って使用する電極の先端径にバラツキがあったり、予想
を越えた摩耗が進行した場合には電極の摩耗量と溶接電
流が不適正となり必ずしも効率的な制御を行うことがで
きないという問題点があった。
【0007】また、CCDカメラやイメージセンサ等の
撮像装置を用いる方法では、電極径が直接的に検出でき
るために適正な溶接電流を設定することができる。しか
るに、CCDカメラやイメージセンサは高価であり、ま
た溶接時に発生するスパッタや粉塵がカメラやセンサの
レンズに付着し適正な撮像処理(即ち、電流制御処理)
ができないおそれがあるという問題点があった。
【0008】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電極先端径を多変量解析で回帰すると共にそのデ
ータに基づき溶接電流及び加圧力を制御することによ
り、電極径の経時変形に拘わらず適正な溶接を行いうる
抵抗スポット溶接の溶接条件制御方法を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、予め多変量解析手法に基づいて電極先
端径の回帰式を求めておき、抵抗スポット溶接時に上記
回帰式より現在の打点数における電極先端径を予測し、
上記予想された電極先端径に基づき電極先端面積を求
め、次に溶接打点の板合わせから必要な電流密度及び加
圧力を設定し、この電流密度及び加圧力に上記電極先端
面積を乗じて最適溶接電流及び最適加圧力を求めること
を特徴とするものである。
【0010】
【作用】上記の方法によれば、予め多変量解析手法に基
づいて求められた回帰式により、打点数に対応した電極
先端径を予測することができる。即ち、直接撮像装置等
により監視することなく電極先端径を求めることが可能
となる。また、電極先端径の回帰式は予め多変量解析手
法に基づいて求められている式であるため、抵抗スポッ
ト溶接時には、この回帰式に現在の打点数等のデータを
代入するだけで電極先端径を予測することができる。従
って、電極先端径を予測するための回路は簡単な構成の
演算回路で済み、溶接装置の低コスト化を図ることがで
きると共に、正確な電極先端径を求めることができるた
め、溶接に必要な電流密度及び加圧力を最適に保持で
き、安定した溶接を行うことができる。
【0011】
【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。
【0012】本発明に係る抵抗スポット溶接の溶接条件
制御方法は、大略して2段階の処理により構成されてい
る。その一つは制御準備段階であり、もう一つは溶接制
御段階である。この内、制御準備段階は経時的に大きく
なる電極先端径を予測するための回帰式を求める処理で
ある。また溶接制御段階は、制御準備段階で求められた
回帰式に基づき電極先端径を予測し、予測された電極先
端径に基づき電流密度及び加圧力を最適な状態に制御す
る処理である。以下、各段階で行われる処理について詳
述する。
【0013】先ず、制御準備段階について説明する。
【0014】図1(A)は制御準備段階の処理を示すブ
ロック図である。制御準備段階の処理は、同図に示され
るように、実際に抵抗スポット溶接を行う実験をし、打
点数Ni の時における電極先端径DNi,発熱量Qi,加圧
力Pi,被溶接物のめっき目付量mi の各実験データを求
める(図中、P1で示す処理)。
【0015】続いて、多変量解析処理を行う演算部に上
記の如く求められた実験データを入力して回帰式を演算
し(P2)、演算部で求められた回帰式は溶接装置1の
中央演算装置(CPU)2に格納される(P3)。
【0016】ここで、具体的な多変量解析処理について
説明する。電極先端径の増大は、打点数N,被溶接物の
発熱量Q,加圧力P,被溶接物のめっき目付量m等に依
存する。そこで、これらの因子を説明変数とし、電極先
端径Dを基準本数として重回帰分析すると、下記の回帰
式が求められる。
【0017】 D1N =a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+ … −−−(1) ここで、上式の各パラメータは下記の通りである。
【0018】D1N :N打点後の電極先端径の回帰値 x1:打点数N,x2:発熱量Q,x3:加圧力P,x4:めっ
き目付量m,… である。また、発熱量Qは下式により求められる。
【0019】
【数1】 但し、I:溶接電流 V:電極間電圧 t:溶接時間 しかるに、実際の求め方としては、0.5 サイクル毎に電
流,電極間電圧をモニタし、各サイクルでの(I×V)
の総和で近似することにより発熱量Qを求めている。従
って、実際に発熱量Qを求める式は下式となる。
【0020】
【数2】 また、上記した回帰式(1)の各係数(a0,1,2,
3,4 …)は、実験から下式を最小にするよう決定す
る。
【0021】
【数3】 但し、DNi:i番目の実験での電極先端径の実測値 x1i:i番目の実験での打点数 x2i:i番目の実験での発熱量 x3i:i番目の実験での加圧力 x4i:i番目の実験でのめっき目付量 図2は、回帰式(1)により求められる電極先端径(予
測値)と、実際に抵抗アーク溶接を行なった場合におけ
る電極先端径を測定した値(実測値)とを比較して示す
図である。同図に示すように、電極先端径の予測値と実
測値との間には良い相関関係が認められ、よって回帰式
(1)により求められる電極先端径を実際に抵抗アーク
溶接を行うことにより変化する電極先端径とみなすこと
ができる。従って、この回帰式(1)を用いて電極先端
径を演算することにより、CCDやイメージセンサ等の
高価な機器を用いることなく正確な電極先端径を求める
ことができる。また、多変量解析処理を行う演算部も汎
用されている演算回路を用いることができ、回帰式
(1)を求めるための回路も比較的簡単な構成で済む。
上記の如く求められた回帰式(1)は、溶接装置1に組
み込まれているCPU2に格納される。
【0022】続いて、溶接制御段階について説明する。
【0023】図1(B)は、溶接制御段階において用い
る溶接装置1を示している。同図において3は溶接用ロ
ボットであり、例えば6軸の関節型ロボットが用いられ
る。この溶接用ロボット3は、そのアーム部に抵抗アー
ク溶接を行うための溶接ガン4が配設れさており、この
溶接ガン4には溶接トランス5及び加圧制御ユニット6
が接続されている。
【0024】溶接トランス5は、溶接ガン4に設けられ
た電極に所定の電流を流すと共に打点数をカウントする
ものであり、タイマーコンタクター7に設けられている
電極電流制御回路8に接続されている。また加圧制御ユ
ニット6は、溶接ガン4が被溶接物9を加圧する加圧力
を制御するものであり、タイマーコンタクター7に設け
られている駆動制御回路10に接続されている。更に、
タイマーコンタクター7は前記したCPU2に接続され
ており、タイマーコンタクター7からはCPU2に向
け、打点数N,現在の設定電極電流IR,現在の設定加圧
力PR,めっき目付量m等のデータが出力され、またCP
U2からタイマーコンタクター7に向けては後述する設
定電極電流IR 及び設定加圧力PR が出力される。
【0025】上記ハード構成を有する溶接装置1におい
て、CPU2が実行する溶接条件制御動作について図3
を用いて以下説明する。尚、CPU2には前記した制御
準備段階を実行することにより、電極先端径を予測する
回帰式が既に格納されているものとして説明する。
【0026】同図に示す処理が起動すると、先ずステッ
プ10(以下、ステップをSと略称する)において、C
PU2はタイマーコンタクター7から打点数N,現在の
設定電極電流IR,現在の設定加圧力PR,めっき目付量m
の各データを取り込む。続くS12では、予め格納され
ている電極先端径を予測する回帰式(1)にS10で取
り込まれた各データを代入して電極先端径DN (予想
値)を演算する。このステップ12で演算される電極先
端径DN は、前記したように溶接処理を行うことにより
変化する実際の電極先端径と高精度に対応しており(図
2参照)、よって電極先端径DN を実際の電極先端径と
みなすことができる。
【0027】続くS14では、S12で求められた電極
先端径DN に基づき、電極先端面積Sを真円に近似して
求める。具体的には、電極先端面積SはS=(DN /2)
×πで求められる。
【0028】S16では、溶接打点の板合わせから溶接
に必要な電流密度i,加圧密度pを設定し、それにS1
4で求めた電極先端面積Sを乗算するとにより最適溶接
電流IOPT 及び最適加圧力POPT を演算する。この場
合、溶接に必要な電流密度i及び加圧密度pは、溶接打
点における板合わせを示す情報(例えば、被溶接物の材
質,板重ね枚数,シーラーの有無等)と電極先端径との
関数で表し、予めデータベース化しておく。この構成と
することにより、各打点毎に溶接に必要な電流密度i,
加圧密度pが設定され、電極先端径がDN の時の夫々の
最適溶接電流IOP T 及び最適加圧力POPT を容易に求め
ることができる。
【0029】S18ではタイマーコンタクター7から現
在の設定電極電流IR を取り込み、続くS20では現在
の設定電極電流IR とS16で演算された最適溶接電流
OP T とを比較する。そして、S20において両電流値
R ,IOPT の差が±10%以上であると判断された場
合には、現在の設定電極電流IR は最適な溶接を行い得
る範囲を越えていると判断し、S22においてS16で
演算された最適溶接電流IOPT を新たに設定電極電流I
R と変更する。
【0030】一方、S20において、両電流値IR ,I
OPT の差が±10%未満の範囲に収まっている場合に
は、現在の設定電極電流IR は最適溶接を行うのに適し
た範囲にあるとしてS22の処理は実行しない。
【0031】続くS24では、S20,22で設定され
た設定電極電流IR が溶接装置1が出し得る最大溶接電
流IMAX に達したかどうかが判定さる。そして、設定電
極電流IR が最大溶接電流IMAX に達するまでは上記S
10〜S24の処理が繰り返し実行され、設定電極電流
R が最大溶接電流IMAX に達すると電流制御を完了す
る。
【0032】また、加圧制御においても同様な処理が実
行され、S26でタイマーコンタクター7から現在の設
定加圧力PR を取り込み、続くS28では現在の設定加
圧力PR とS16で演算された最適加圧力POPT とを比
較する。そして、S28において両電流値IR ,IOPT
の差が±10%以上であると判断された場合には、S3
0においてS16で演算された最適加圧力POPT を新た
に設定加圧力PR と変更する。一方、S20において、
両加圧力値PR ,POPT の差が±10%未満の範囲に収
まっている場合には、S22の処理は実行しない。
【0033】続くS32では、S28,30で設定され
た設定加圧力PR が溶接装置1が出し得る最大加圧力P
MAX に達したかどうかが判定され、設定加圧力PR が最
大加圧力PMAX に達するまでは上記S10〜S32の処
理は繰り返し実行され、設定加圧力PR が最大加圧力P
MAX に達すると加圧制御を完了する。
【0034】尚、上記した実施例においては、溶接装置
1に設けられているCPU2と回帰式を演算する演算部
を別構成とした例を示したが、回帰式を演算する演算部
をCPU2に一体的に組み込んだ構成としてもよい。
【0035】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、予め多変量
解析手法に基づいて求められた回帰式により、打点数に
対応した電極先端径を予測することができるため、直接
撮像装置等により監視することなく電極先端径を求める
ことが可能となり、また電極先端径の回帰式は予め多変
量解析手法に基づいて求められている式であるため、抵
抗スポット溶接時にはその情報を電極移動装置側(例え
ばロボットを用いている場合にはロボット側)から常時
受け取るだけで電極先端径を予測することができ、電極
先端径を予測するための回路構成を簡略化でき溶接装置
の低コスト化を図ることができ、更には回帰式により求
められる電極先端径は実際の電極先端径と高精度に対応
してるため、溶接に必要な電流密度及び加圧力を最適に
保持でき安定した溶接を行うことができる等の特長を有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の制御準備段階と溶接制御段階を説
明するための図である。
【図2】回帰式により求められる電極先端径(予測値)
と、実際に抵抗アーク溶接を行なった場合における電極
先端径を測定した値(実測値)とを比較して示す図であ
る。
【図3】CPUが実行する溶接条件制御動作を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1 溶接装置 2 CPU 3 溶接ロボット 4 溶接ガン 5 溶接トランス 6 加圧制御ユニット 7 タイマーコンタクター 8 電極電流制御回路 9 被溶接物

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め多変量解析手法に基づいて電極先端
    径の回帰式を求めておき、 抵抗スポット溶接時に上記回帰式より現在の打点数にお
    ける電極先端径を予測し、 上記予想された電極先端径に基づき電極先端面積を求
    め、 次に溶接打点の板合わせから必要な電流密度及び加圧力
    を設定し、該電流密度及び加圧力に上記電極先端面積を
    乗じて最適溶接電流及び最適加圧力を求めることを特徴
    とする抵抗スポット溶接の溶接条件制御方法。
JP4157011A 1992-06-16 1992-06-16 抵抗スポット溶接の溶接条件制御方法 Pending JPH06657A (ja)

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