JPH0679785B2 - 抵抗溶接制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は抵抗溶接制御装置に関し、特に溶接電極の使用
段階に関係なく常に適正なナゲットを生成して安定な溶
接品質を得るように工夫したものである。

（従来の技術） 周知のように、抵抗溶接は、２つの金属板（被溶接材）
を重ね、溶接電極で加圧しながら電圧を印加して電流を
流し、溶接部をジュール発熱により加熱して溶融せし
め、被溶融材を治金的に接合する技術である。

このような溶接技術において、溶接強度ないし溶接品質
は、溶接部（接合部）に生じるナゲット（溶融凝固部
分）の生成具合で決まる。したがって、一定の溶接強度
を得るにはナゲットの生成具合を一定に制御すればよ
く、そのための有効な手段として、溶接電極間抵抗値の
時間変化を監視する、いわゆるΔＲ方式が知られてい
る。

第６図および第７図につき、このΔＲ方式を説明する。

第６図は、抵抗溶接における溶接電極間抵抗値の一般的
な時間変化を示す。時刻t1で通電が開始されてから、温
度上昇によって溶接電極間の全抵抗の固有抵抗値が高く
なり、時刻t2で極大抵抗値RPに達する。この時点からナ
ゲットの生成が始まる。そして、ナゲットが成長するに
つれて抵抗値は降下し、時刻t3で極大抵抗値RPよりもΔ
Rfだけ低い抵抗値REに達する。

第７図は、上記のような極大抵抗値RPに対する抵抗変化
（降下）量ΔＲと溶接強度との関係を示す。ΔＲが一定
の変化量ΔRaよりも小さいと溶接エネルギの不足で溶接
強度が不十分になり、またΔＲがΔRbよりも大きくなる
と溶接エネルギの過多でスプラッシュを招き、逆に溶接
強度が低下する。しかして、ΔＲがΔRa〜ΔRbの範囲内
にあれば、十分な溶接強度が得られ、安定な溶接品質が
確保される。

したがって、第７図において、ΔRiがΔRa〜ΔRbの範囲
内に達したときの時刻t3で通電を停止させれば、ナゲッ
トを生成具合を一定に制御することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のΔＲ方式は、溶接電極が常に同じ状態、例えば新
品状態であれば、所期（計算通り）の精度が得られる。
しかし、実際には、同じ溶接電極で何回も溶接を行うこ
とが多く、その場合に経時的な誤差が出てくる。すなわ
ち、溶接回数が増えるにしたがって、溶接電極の先端部
に被溶接材のメッキや油等が付着し、そのような電着物
ないし汚れが溶接電極間の抵抗値に影響して第６図の抵
抗値の時間変化の波形が変動する結果、通電停止のタイ
ミングがずれてナゲットの生成具合にバラツキが出ると
いった不具合がある。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、溶接電極の使用段階に関係なく常に適正なナゲット
を生成して安定な溶接品質を得るようにした抵抗溶接制
御装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の抵抗溶接制御装
置は、溶接電極間に印加される電圧を各サイクル毎に検
出する電圧検出手段と、前記溶接電極間に流れる電流を
各サイクル毎に検出する電流検出手段と、前記電圧検出
手段より得られる各サイクル毎の電圧値と前記電流検出
手段より得られる各サイクル毎の電流値とを基に前記溶
接電極間の抵抗値を各サイクル毎に演算する抵抗値演算
手段と、第１の使用段階における前記溶接電極を短絡し
て通電したときに前記抵抗値演算手段より得られる各サ
イクル毎の抵抗値を各サイクル毎の基準抵抗値として記
憶する記憶抵抗値記憶手段と、前記第１の使用段階より
後の第２の使用段階における前記溶接電極を短絡して通
電したときに前記抵抗値演算手段より得られる各サイク
ル毎の抵抗値と各サイクル毎の前記基準抵抗値との差を
誤差抵抗値として演算する誤差抵抗値演算手段と、前記
第２の使用段階の前記溶接電極を用いた抵抗溶接におい
て各サイクル毎の前記誤差抵抗値で補正をかけて溶接電
流を制御する制御手段とを具備する構成とした。

（作用） 第２の使用段階で得られる誤差抵抗値は、第１の使用段
階から第２の使用段階までの使用（抵抗溶接）によって
溶接電極の電極端部に付着した電着物ないし汚れ等に起
因する増加分である。この増加分は溶接電極を短絡して
通電したときにも現れるので、本発明ではそれが誤差抵
抗値として各サイクル毎に演算・検出される。そして、
本来の抵抗溶接では、上記の増加分がやはり現れて、こ
れによって溶接電極間抵抗値の時間特性は変動するが、
各サイクル毎の誤差抵抗値によって補正、例えばキャン
セルがなされることにより、第１の使用段階のときと同
じような抵抗値の時間特性が得られる。そして、この補
正された時間特性に基づいて溶接電流の通電時間または
大きさ等が制御されることにより、第１の使用段階のと
きとほぼ同じ生成具合のナゲットが得られる。

（実施例） 以下、第１図ないし第５図を参照して本発明の実施例を
説明する。

第１図は、単相の交流式抵抗溶接機に適用した一実施例
による抵抗溶接制御装置の構成を示す。入力端子10,12
間に与えられた電源電圧Ｅは一対のサイリスタ14,16か
らなるコンタクタを介して溶接トランス18の一次側に供
給され、このトランス18で低電圧・大電流への変換が行
われる。しかして、溶接トランス18の二次側より大きな
電流Ｉが溶接電極20,22を介して被溶接材24,26に流れ、
これによって抵抗溶接が行われる。

この抵抗溶接において、電流Ｉの供給停止つまり通電停
止のタイミングはΔＲ方式によってつくられるが、本実
施例によれば、以下説明するような構成と作用により、
溶接電極20,22の使用段階または汚れの程度に関係なく
常に一定の停止タイミングが得られる。

先ず、溶接電極20,22間の電圧Ｖが差動増幅器28を通し
て積分回路30に与えられる。この積分回路30は通電期間
中に各交流サイクルの半周期（０〜π）に亘って電圧Ｖ
を積分する。そうして得られた各積分値SViは、サンプ
ル・ホールド回路32によってサンプル・ホールドされた
後、アナログ−ディジタル（A/D）変換器34でディジタ
ル信号DSViに変換されて抵抗値演算部102に供給され
る。

一方、二次導線にトロイダルコイル36が配置され、ここ
から電流Ｉの微分波形に相当する電圧信号が出力され
る。そして、この電圧信号が積分回路38で積分されるこ
とによって、その出力端子に電流Ｉと相似な波形の電圧
信号ｖが得られ、この電圧信号ｖは積分回路40とA/D変
換器50とに供給される。積分回路40は通電期間中に各交
流サイクルの半周期（０〜π）に亘って電圧信号ｖを積
分する。そして、各積分値sviは、サンプル・ホールド
回路42によってサンプル・ホールドされた後、アナログ
−ディジタル（A/D）変換器44でディジタル信号Dsviに
変換されて抵抗値演算部102に供給される。

抵抗値演算部102は、一方の入力信号DSViを他方の入力
信号Dsviで割り算し、その割算値にある定数を補正乗算
することによって各交流サイクル毎の平均抵抗値Riを演
算する。

各平均抵抗値Riは、溶接モードでは減算部110または106
に供給され、基準抵抗値検出モードでは基準抵抗値記憶
部104に格納され、誤差抵抗値検出モードでは減算部106
に供給される。

ここで、溶接モードとは、実際に抵抗溶接を実行するモ
ードで、図示のように溶接電極20,22を被溶接材24,26に
当ててそこに電圧Ｖを印加し電流Ｉを流す。基準抵抗値
検出モードとは溶接電極20,22がほぼ新品状態（第１の
使用段階）のときの溶接電極間抵抗値を基準抵抗値とし
て検出するモードで、溶接電極20,22を短絡してそこに
電圧Ｖを印加し電流Ｉを流す。誤差抵抗値検出モードと
は、溶接電極20,22をある回数使用して電極端部に電着
物ないし汚れが付着した状態（第２の使用段階）のとき
にその電着物ないし汚れによる溶接電極間抵抗値の増加
分（誤差）を検出するモードで、やはり溶接電極20,22
を短絡してそこに電圧Ｖを印加し電流Ｉを流す。以下、
第２図ないし第５図につき各モードの動作を説明する。

基準抵抗値検出モード 第２図は、最初に行われる基準抵抗値検出モードでの電
流Ｉと溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形を示す。第
２図（Ｂ）に示すように、このモードでは、最初のサイ
クルを除き溶接電極間抵抗値《R2》〜《R15》は通電中
大体一定の値である。上述のように、これら各サイクル
毎の平均抵抗値《R1》〜《R15》は基準抵抗値記憶部104
に格納され、そこに記憶される。

なお、本実施例では、第２図（Ａ）に示すように電流Ｉ
をアップスロープ波形にしているが、他の波形にしても
溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形は第２図（Ｂ）と
同じであり、これは後述する第３図ないし第５図にも当
てはまることである。

溶接モード（第１の使用段階） 第３図は、新品状態の溶接電極20,22を用いた場合の溶
接モードでの電流Ｉと溶接電極間抵抗値Riの時間変化の
波形を示す。第３図（Ｂ）に示すように、溶接電極間抵
抗値Riの時間変化は第６図と同様に山形の波形になる。
この場合、抵抗値演算部102で得られた各サイクル毎の
平均抵抗値R1,R2,R3,……は減算部110と極大値検出・保
持部112とに送られる。しかして、第８サイクルの平均
抵抗値R8で極大になり、この平均抵抗値R8が極大値検出
・保持部112に保持される。減算部110は、極大値R8とそ
れ以降に抵抗値演算部102より与えられる平均抵抗値Rx
（ｘ＝9,10,……）との差（R8-Rx）を演算し、それを一
致判定部114に送る。一致判定部114には、ΔＲ設定部11
6より第７図のΔRa〜ΔRbの範囲内に選ばれた設定値ΔR
fが与えられている。しかして、差（R8-Rx）が設定値Δ
Rfに達した時、一致判定部114より通電停止信号ENが点
弧パルス発生回路52に与えられ、これによって第12サイ
クルで通電が停止され、所期の生成具合のナゲットが得
られる。このように、新品状態の溶接電極20,22を用い
た場合の溶接モードは、従来のΔＲ方式と同様な作用で
ある。

誤差抵抗値検出モード 第４図は、誤差抵抗値検出モードでの電流Ｉと溶接電極
間抵抗値Riの時間変化の波形を示す。第４図（Ｂ）に示
すように、通電期間の前半部から中間部にかけて溶接電
極間抵抗値Riが基準抵抗値検出モード（第２図Ｂ）のと
きよりも高くなっている。これは、溶接電極20,22の先
端部に付着した電着物ないし汚れの影響によるものであ
る。しかし、通電期間の後半部になると加熱によって、
そのような影響分はなくなる。このモードにおいて、抵
抗値演算部102より得られた各交流サイクルの平均抵抗
値R1′,R2′，……は減算部106に逐次与えられる。一
方、基準抵抗値記憶部104から基準抵抗値《R1》，《R
2》，……が減算部106に逐次与えられ、減算部106は相
対応する両入力の差Ri′‐《Ri》（ｉ＝1,2,……）を誤
差抵抗値riとして演算し、それを誤差抵抗値記憶部108
に記憶する。理解されるように、誤差抵抗値riは、電着
物ないし汚れによる各交流サイクル毎の溶接電極間抵抗
値の増加分である。

溶接モード（第２の使用段階） 第５図は、誤差抵抗値検出モードと同じ使用段階におけ
る溶接電極20,22を用いて抵抗溶接を行ったときの電流
Ｉと溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形を示す。第５
図（Ｂ）に示すように通電期間の前半部から中間部にか
けて溶接電極間抵抗値Riが第１の使用段階における溶接
モード（第３図Ｂ）のときよりも高くなっているが、こ
の増加分は、溶接電極20,22の先端部に付着した電着物
ないし汚れの影響によるもので誤差抵抗値riに相当す
る。このような溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形に
基づいて従来のΔＲ方式を適用すると、第５サイクルで
極大値が得られ第９サイクルで抵抗値低下分が設定値Δ
Rfに達して停止タイミングが出されることになり、ナゲ
ットの生成具合が不十分で溶接強度が弱いものになって
しまう。

しかし、本実施例によれば、溶接電極間抵抗値Riから電
着物ないし汚れの影響による誤差抵抗値riがキャンセル
され、それによって得られる第５図（Ｂ）の一点鎖線で
示すような曲線の波形（これは第３図Ｂの波形にほぼ相
当する）に対してΔＲ方式が適用されることにより、新
品状態の溶接電極20,22を用いた抵抗溶接（第３図）と
同様に所定の第12サイクルで停止タイミングが出され、
所期の生成具合のナゲットが得られ、したがって所期の
溶接強度が得られる。

すなわち、このモードでは、抵抗値演算部102で得られ
た各交流サイクルの平均抵抗値Ri″が減算部106に逐次
与えられ、ここで平均抵抗値Ri″とそれに対応した誤差
抵抗値riとの差Ri″‐riが演算される。そして、この差
Ri″‐riが減算部110と極大値検出・保持部112とに逐次
与えられる結果、第８サイクルで極大値が検出され、第
12サイクルで一致判定部114より通電停止信号ENが点弧
パルス発生回路52に与えられる。

点弧角制御部118は、A/D変換器50を介して積分回路38よ
り電流Ｉの検出値に相当する電圧信号ｖを受け取り、そ
れが設定通りになるようにサイリスタ14,16の点弧角を
制御する。また、点弧角制御部118は、誤差抵抗値記憶
部108より溶接電極20,22の汚れないし磨耗度を示すデー
タとして誤差抵抗値riを受け取りそのデータを基に点弧
角に補正をかけることもできるようになっている。

また、誤差抵抗値により電極の汚れ具合を知ることがで
き、その値から電極のドレッシングまたは交換の時機を
知ることもできる。

なお、第１図の鎖線100で囲まれた部分はマイクロコン
ピュータで構成されてよい。またタイミング回路60は、
マイクロコンピュータその他の各部に基準クロック信号
や同期タイミング信号T1,T2,……を供給する。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、何回かの使用によって
溶接電極の電極面に電着物ないし汚れが付き、それによ
って溶接電極間の抵抗値の時間特性が変動しても、その
変動分がキャンセルされて溶接電流の制御がなされるた
め、ナゲットの生成具合をほぼ一定にすることができ、
したがって安定な溶接品質を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単相の交流式抵抗溶接機に適用した本発明の
一実施例による抵抗溶接制御装置の構成を示すブロック
図、 第２図は、基準抵抗値検出モードでの溶接電極間電圧Ｖ
と電流Ｉの時間変化の波形を示す図、 第３図は、新品状態の溶接電極20,22を用いた場合の溶
接モード（第１の使用段階）での電流Ｉと溶接電極間抵
抗値Riの時間変化の波形を示す図、 第４図は、誤差抵抗値検出モード（第２の使用段階）で
の電流Ｉと溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形を示す
図、 第５図は、誤差抵抗値検出モードと同じ（第２の）使用
段階における溶接電極20,22を用いて抵抗溶接を行った
ときの電流Ｉと溶接電極間抵抗値Riの時間変化の波形を
示す図、 第６図は、抵抗溶接における溶接電極間抵抗値の一般的
な時間変化を示す図、および 第７図は、極大抵抗値Rpからの抵抗変化（降下）量ΔＲ
と溶接強度との関係を示す図である。 図面において、 14,16……サイリスタ、 20,22……溶接電極、 24,26……被溶接材、 30,38,40……積分回路、 32,42……サンプル・ホールド回路、 34,44……アナログ−ディジタル変換器、 52……点弧パルス発生回路、 102……抵抗値演算部、 104……基準抵抗値記憶部、 106……減算部、 108……誤差抵抗値記憶部、 110……減算部、 112……極大値検出・保持部、 114……一致判定部、 116……ΔＲ設定部、 118……点弧角制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接電極間に印加される電圧を各サイクル
   毎に検出する電圧検出手段と、 前記溶接電極間に流れる電流を各サイクル毎に検出する
   電流検出手段と、 前記電圧検出手段より得られる各サイクル毎の電圧値と
   前記電流検出手段より得られる各サイクル毎の電流値と
   を基に前記溶接電極間の抵抗値を各サイクル毎に演算す
   る抵抗値演算手段と、 第１の使用段階における前記溶接電極を短絡して通電し
   たときに前記抵抗値演算手段より得られる各サイクル毎
   の抵抗値を各サイクル毎の基準抵抗値として記憶する基
   準抵抗値記憶手段と、 前記第１の使用段階より後の第２の使用段階における前
   記溶接電極を短絡して通電したときに前記抵抗値演算手
   段より得られる各サイクル毎の抵抗値と各サイクル毎の
   前記基準抵抗値との差を誤差抵抗値として演算する誤差
   抵抗値演算手段と、 前記第２の使用段階の前記溶接電極を用いた抵抗溶接に
   おいて各サイクル毎の前記誤差抵抗値で補正をかけて溶
   接電流を制御する制御手段と、 を具備することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記抵抗値演算手段より
   得られる各サイクル毎の抵抗値と各サイクル毎の前記誤
   差抵抗値との差を補正抵抗値として各サイクル毎に演算
   する減算手段と、前記補正抵抗値の極大値を検出する手
   段と、前記極大値が検出されたのち前記補正抵抗値が前
   記極大値より所定値だけ降下したタイミングを検出し、
   そのタイミングで溶接電流の通電を停止させる通電停止
   手段とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の抵抗溶接制御装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、各サイクル毎の前記誤差
   抵抗値に応じて溶接電流の点弧角を各サイクル毎に制御
   する点弧角制御手段からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の抵抗溶接制御装置。