JPH0716758A - 抵抗溶接監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］電極間抵抗増大方式による抵抗溶接において溶
接効率の向上と溶接品質の向上をはかる。 ［構成］ＣＰＵ１００は、機能的にはタイミング制御部
１０２、抵抗値演算部１０４、抵抗値記憶部１０６、Δ
ｒ演算部１０８、設定値記憶部１１０、判定部１１２お
よび出力部１１４を有している。半サイクルまたは１サ
イクル毎に抵抗値演算部１０４より得られる電極間抵抗
測定値ｒ1,ｒ2,ｒ3 を基にΔｒ演算部１０８でΔｒ（ｒ
MAX −ｒMIN ）が演算され、判定部１１２でΔｒ演算部
１０８からのΔｒが設定値記憶部１１０からの基準値Δ
Ｒと比較され、溶接結果の良・不良が判定される。判定
部１１２より得られた判定結果は、出力部１１４より所
定の信号として表示部その他の外部装置へ送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被溶接材の間に電気抵
抗増大物質を介在させて行われる抵抗溶接を監視する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者等は、先に、接合されるべき亜
鉛めっき鋼鈑の間に電気抵抗増大物質を介在させて抵抗
溶接を行う方法を提案している。亜鉛めっき鋼鈑におい
ては、鋼鈑表面の亜鉛めっき層が比較的高い導電性を有
する比較的軟性の材質であるため、溶接時に加圧力が加
えられると鋼鈑同士のなじみが良く、また通電初期に亜
鉛が溶融し、合わせ面の電気抵抗が低く、十分な抵抗発
熱が得られないという問題がある。そこで、以前は、亜
鉛めっき鋼鈑に対しては、めっき層を有しない通常の裸
鋼鈑の場合よりも、溶接電流を２５〜５０％、通電時間
を５０〜１００％ほど大きな値に設定していたが、必然
的に電力消費量が増えるだけでなく、溶接電極が損耗し
やすくなり、頻繁に溶接電極のドレッシングないし交換
を行わなくてはならず、メンテナンスが大変であった。

【０００３】上記の抵抗溶接方法はこの問題を解決した
ものである。この方法によれば、亜鉛めっき鋼鈑の間に
抵抗増大物質が介在することにより、合わせ面の電気抵
抗が高くなって接合部位での抵抗発熱量が増大し、小電
流または短時間でナゲットが形成されるので、電力消費
量が少なく、溶接電極も損耗しにくくなり、また抵抗発
熱が接合部位に集中するために溶接に伴うへこみや変形
が少なくなり、さらには圧痕部における亜鉛層の損失が
少ないため防錆性能の低下が回避される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の電極間抵抗増大
方式によると、通常は２〜３サイクルの通電時間で適正
なナゲットが形成されるのであるが、鋼鈑の材質および
厚み、抵抗増大物質の板間介在状態、溶接加圧力、溶接
電流等の諸条件に依存するバラツキのために、必ずしも
設定通電時間で適正なナゲットが形成されるとは限らな
い。一般にこの種の抵抗溶接では定電流制御方式を用い
て溶接電流を一定に制御しているが、通電開始直後に溶
接電流が不安定に立ち上がると、２〜３サイクルの設定
通電時間ではナゲットが十分に成長せず、溶接不良にな
ることがある。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、被溶接材の間に抵抗増大物質を介在させて行わ
れる抵抗溶接におけるナゲットの成長具合ないし溶接結
果を監視し、溶接効率および溶接品質の信頼性を向上さ
せるようにした抵抗溶接監視装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の抵抗溶接監視装置は、接合されるべき被溶
接材の間に電気抵抗増大物質を介在させて行われる抵抗
溶接の溶接結果を監視する抵抗溶接監視装置において、
通電時間中に前記被溶接材を挟む溶接電極間の抵抗を所
定時間毎に測定する電極間抵抗測定手段と、前記電極間
抵抗測定手段より得られる抵抗測定値を基に通電開始直
後の所定の監視期間における前記溶接電極間抵抗の変化
を検出する電極間抵抗変化検出手段と、前記電極間抵抗
変化検出手段より得られる前記溶接電極間抵抗の変化の
特性に基づいて溶接結果の良否を判定する判定手段と、
前記判定手段より得られた判定結果を出力する判定出力
手段とを具備する構成とした。

【０００７】

【作用】被溶接材の間に抵抗増大物質を介在させて行わ
れる抵抗溶接では、抵抗増大物質の作用によって通電開
始直後からナゲットが生成されるのが通常であり、ナゲ
ットの成長具合が通電開始直後の溶接電極間の抵抗値に
反映する。

【０００８】本発明では、電極間抵抗値測定手段より所
定時間毎に得られる電極間抵抗測定値を基に、電極間抵
抗変化検出手段で通電開始直後の所定の監視期間におけ
る溶接電極間抵抗の変化が検出され、判定手段でその溶
接電極間抵抗の変化の特性からナゲットの成長具合が認
識され、溶接結果の良・不良が判定される。この判定結
果は判定出力手段によって出力され、たとえば表示装置
で表示される。

【０００９】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例による抵抗溶接
監視装置の回路構成を示す。図２は図１の各部の信号波
形を示す。

【００１１】まず、抵抗溶接機において、通電時間中、
入力端子１０，１２に入力された商用周波数の交流電源
電圧Ｅ（図２の(A) ）が、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の一次コ
イルに供給される。溶接トランス１８の二次コイルに発
生した交流の誘導起電力（二次電圧）は二次導体および
一対の溶接電極２０，２２を介して被溶接材２４，２６
に印加され、二次回路に溶接電流ｉ（図２の(B) ）が流
れる。この溶接電流ｉは、抵抗溶接制御装置２８により
一対のサイリスタ１４，１６の点弧タイミングを調整す
ることによって制御されている。

【００１２】被溶接材２４，２６はそれぞれ亜鉛めっき
鋼鈑であり、それらの合わせ面には予めたとえばセラミ
ックス粉末からなる抵抗増大物質３０が散布、塗布ある
いは貼付されている。溶接時に加圧装置（図示せず）に
よって被溶接材２４，２６が互いに押し付けられると、
抵抗増大物質３０が両被溶接材２４，２６の合わせ面の
密着またはなじみを妨げ、電極間抵抗を増大させる。そ
こに溶接電流ｉが流れると、接合部位で集中的・効率的
に抵抗発熱が発生し、小電流または短時間でナゲットが
形成される。

【００１３】このような抵抗溶接機に用いられる本実施
例の抵抗溶接監視装置は、溶接電流ｉを検出するために
トロイダルコイル３２を溶接機の二次回路に取り付け
る。トロイダルコイル３２より溶接電流ｉの微分波形を
表す信号ｄｉが出力される。このトロイダルコイル出力
信号ｄｉは積分回路からなる波形復元回路３４に入力さ
れ、波形復元回路３４の出力端子より溶接電流ｉの波形
または瞬時値を表す溶接電流検出信号ｑｉ（図２の(B)
）が得られる。この溶接電流検出信号ｑｉに基づいて
ゼロ電流検出回路３６よりＣＰＵ１００とタイミング制
御回路３８とにタイミング信号Ｔz （図２の(D) ）が与
えられる。

【００１４】ゼロ電流検出回路３６は、電流が流れると
サイリスタ電圧が下がり、電流が止まるとサイリスタ電
圧が上がるという現象に基づいて、サイリスタ電圧の変
化から各半サイクル毎の溶接電流の導通開始時点および
終了時点を検出する。ゼロ電流検出回路３６からのタイ
ミング信号Ｔz に応動してタイミング制御回路３８よ
り、後述する通電時間制御部に対してサンプリングホー
ルド用のタイミング信号ＴSH（図２の(G) ）および積分
リセット用のタイミング信号ＴR （図２の(H) ）が発生
される。

【００１５】また、波形復元回路３４より得られた溶接
電流検出信号ｑｉは、電流積分回路４０にも入力され
る。電流積分回路４０は、タイミング制御回路３８から
のタイミング信号ＴR に応動して１サイクル毎に正極性
の溶接電流検出信号ｑｉを時間積分し、その時間積分値
を表す電流積分値信号Ｓｉを出力する（図２の(E) ）。
サンプルホールド回路４４は、タイミング制御回路３８
からのタイミング信号ＴSHに応動して各サイクル毎に正
極性の溶接電流ｉが止まった時の電流積分値信号Ｓｉの
値［Ｓin］（ｎ＝１，２，…）をサンプリングしてホー
ルドする（図２の(E) ）。この電流サンプリングホール
ド値［Ｓｉn ］は、Ａ／Ｄ変換器４６でディジタル信号
［ＤＳｉn ］に変換されたうえでＣＰＵ１００に入力さ
れる。

【００１６】溶接電極２０，２２は電圧検出線４５，４
７を介して電圧積分回路４６の入力端子に接続されてい
る。これにより、通電中は、溶接電極２０，２２間の電
圧ｖ（図２の(C) ）が電圧積分回路４６に入力される。
電圧積分回路４６は、タイミング制御回路３８からのタ
イミング信号ＴR に応動して、１サイクル毎に正極性の
溶接電流検出信号ｑｉが流れている時間にわたって溶接
電極間電圧ｖを時間積分し、その時間積分値を表す電圧
積分値信号Ｓｖを出力する（図２の(F) ）。サンプルホ
ールド回路４８は、タイミング制御回路３８からのタイ
ミング信号ＴSHに応動して、各サイクル毎に正極性の溶
接電流ｉが止まった時の電流積分値信号Ｓｖの値［Ｓｖ
n ］（ｎ＝１，２，…）をサンプリングし、かつホール
ドする（図２の(F) ）。この電圧サンプリングホールド
値［Ｓｖn ］は、Ａ／Ｄ変換器５０でディジタル信号
［ＤＳｖn ］に変換されてからＣＰＵ１００に入力され
る。

【００１７】なお、各半波の通電サイクルの後半で電極
間電圧ｖの極性が反転するのは、抵抗溶接機のインダク
タンスによる誘導起電力である。この誘導起電力は両極
性でほぼ均等に発生している。したがって、逆極性の分
も積分されることによって、結果的には両極性で誘導成
分がキャンセルされ、電圧サンプリングホールド値［Ｓ
ｖn ］は正味の電極間電圧に対応した値となっている。

【００１８】ＣＰＵ１００は、メモリ５２に格納されて
いる制御プログラムにしたがって所要の演算および制御
を行うもので、機能的には図３に示すように、タイミン
グ制御部１０２、抵抗値演算部１０４、抵抗値記憶部１
０６、Δｒ演算部１０８、設定値記憶部１１０、判定部
１１２および出力部１１４からなる。図４は、本実施例
の抵抗溶接監視装置におけるＣＰＵ１００の処理動作を
示すフローチャートである。

【００１９】図３において、タイミング制御部１０２
は、タイミング制御回路３８からのタイミング信号Ｔz
に応動して、それに同期した内部タイミング信号Ｔ0 ，
Ｔ1 を各部に与える（図４のステップ２００）。設定値
記憶部１１０は、設定部５４より入力された通電時間設
定値ＳＣおよび抵抗変化設定値ΔＲを保持し、Δｒ演算
部１０８に通電時間設定値ＳＣを与え、判定部１１２に
抵抗変化設定値ΔＲを与える。

【００２０】抵抗値演算部１０４は、Ａ／Ｄ変換器４４
より電流サンプリングホールド値［ＤＳｉn ］を受け取
るとともに、Ａ／Ｄ変換器５０より電圧サンプリングホ
ールド値［ＤＳｖn ］を受け取り、［ＤＳｖn ］を［Ｄ
Ｓｉn ］で割算して、１サイクル毎の電極間抵抗値（測
定値）ｒn を求める（ステップ２０２）。抵抗値演算部
１０４より得られた１サイクル毎の電極間抵抗値ｒn
は、抵抗値記憶部１０６に格納される（ステップ２０
４）。

【００２１】本実施例では、被溶接材２４，２６の間に
抵抗増大物質３０を介在させて抵抗溶接が行われるた
め、通電時間設定値ＥＣは短い通電サイクル、たとえば
３サイクルに選ばれる。

【００２２】この場合、第３サイクルの前半サイクルが
終了した時点が判断され（ステップ２０６）、第３サイ
クル分の電極間抵抗測定値ｒ3 が得られた直後に、Δｒ
演算部１０８が第１サイクル分の電極間抵抗測定値ｒ1
と第３サイクル分の電極間抵抗測定値ｒ3 との差を演算
し（ステップ２０８）、両者の大小関係を検査する（ス
テップ２１０）。その結果、ｒ1 ＞ｒ3 のときは、一応
正常と判断して次にΔｒを演算し（ステップ２１２）、
ｒ1 ≦ｒ3 のときは異常と判断して出力部１１４に異常
検知信号ＡＲを与える（ステップ２１６）。後者の場
合、つまり異常検知信号ＡＲがΔｒ演算部１０８より発
生された場合、出力部１１４はその異常事態を知らせる
表示信号を表示部５６に送る。その結果、表示部５６の
ランプまたは画面で異常報知の表示が行われる。さら
に、必要に応じて、出力部１１４からの異常報知信号が
外部の警報装置（図示せず）へ送られ、該警報装置から
警報音または音声メッセージが出されるようにしてもよ
い。また、記録のため、出力部１１４からの異常報知信
号が外部の記録装置（図示せず）へ送られてもよい。

【００２３】ここで、図５および図６に、通電開始直後
の３サイクルにおける電極間抵抗変化の種々のパターン
（特性）を示す。図５は正常な場合（ｒ1 ＞ｒ3 ）、図
６は異常な場合（ｒ1 ≦ｒ3 ）である。抵抗溶接では、
溶接部位でナゲットが成長するにつれて電極間抵抗が低
下するのが通常であり、本実施例のように電極間抵抗増
大方式で行われる抵抗溶接では、抵抗増大物質の作用に
よって通電開始直後からナゲットが生成されるのが通常
である。したがって、ｒ1 ＞ｒ3 のときは一応ナゲット
が成長しているものと判定し、ｒ1 ≦ｒ3 のときはナゲ
ットが実質的に成長していないと判定してよい。

【００２４】正常な場合（ｒ1 ＞ｒ3 ）と判定された後
にステップ２１２で演算されるΔｒは、次の式で求めら
れる。 Δｒ＝ｒMAX −ｒMIN ここで、ｒMAX ，ｒMIN はｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 の中の最大
値、最小値である。つまり、Δｒは、監視期間において
電極間抵抗が最大値ｒMAX から最小値ｒMIN まで変化し
た量（落差）であり、ナゲットの成長具合を表すパラメ
ータである。たとえば、図５の（ａ）のパターンでは、
ｒ1 がｒMAX 、ｒ3 がｒMIN であり、Δｒ＝ｒ1 −ｒ3
である。この場合は、第１〜第３サイクルにわたってナ
ゲットが成長し、その成長具合が（ｒ1 −ｒ3 ）の大き
さに反映する。また、図５の（ｃ）のパターンでは、ｒ
2 がｒMAX で、ｒ3 がｒMIN であり、Δｒ＝ｒ2 −ｒ3
である。この場合は、第２〜第３サイクルにわたってナ
ゲットが成長し、その成長具合が（ｒ2 −ｒ3 ）の大き
さに反映する。したがって、ナゲットの成長具合が大き
いほどΔｒは大きな値になり、ナゲットの成長が十分で
ないときΔｒは小さな値になる。

【００２５】Δｒ演算部１０８で演算されたΔｒは判定
部１１２に与えられる。判定部１１２には、設定部１１
０より適正なナゲットが形成されるための電極間抵抗変
化（落差）の下限値に対応した設定値または基準値ΔＲ
が与えられている。判定部１１２は、Δｒ演算部１０８
より受けたΔｒを基準値ΔＲと比較し（ステップ２１
４）、Δｒ≧ΔＲのときは設定通電時間（３サイクル）
内で適正なナゲットが形成されたもの（溶接良好）と判
定し（ステップ２１８）、Δｒ＜ΔＲのときは設定通電
時間（３サイクル）では未だナゲットの成長が十分では
ない（通電不足）と判定する（ステップ２２０）。

【００２６】上記のような判定部１１２の判定は、判定
結果信号ＯＫ／ＳＨとして出力部１１４に与えられる。
出力部１１４は、溶接良好との判定結果（ＯＫ）、通電
不足との判定結果（ＳＨ）にそれぞれ応じた所定の表示
信号を表示部５６へ送出し、表示部５６に判定結果を表
示させる。また、記録のため、出力部１１４からの判定
結果出力信号またはデータが記録装置へ送られてもよ
い。

【００２７】このように、本実施例では、短時間通電の
抵抗溶接におけるナゲットの成長具合が通電時間中に監
視され、設定通電時間（３サイクル）内で適正なナゲッ
トが形成されたか否かの判定結果が通電終了直後に出さ
れて、各溶接点における溶接結果の良・不良が直ちに判
明するので、良品と不良品との選別、不良品に対する処
置、作業の継続・中止等を適切に行わせることができ
る。したがって、極間抵抗増大方式による抵抗溶接の信
頼性を向上させ、その実用的価値を一層高めることがで
きる。

【００２８】上記した実施例では、設定通電時間を３サ
イクルとして説明したが、これは一例であり、被溶接材
２４，２６の材質その他の溶接条件に合わせて任意のサ
イクル数を設定することができる。

【００２９】また、上記した実施例では、設定通電時間
を３サイクルとした場合、通電開始時点から第３サイク
ルの前半サイクルが終了した時点までの時間が監視期間
に設定されていた。このように、監視期間が設定通電時
間の直前まで及ぶほうが、一般的にはより高い精度でナ
ゲットの成長具合を判定することができる。しかし、設
定通電時間に対する監視期間の時間的位置および範囲
は、任意の値に設定することが可能であり、上記した例
に限られるものではない。

【００３０】さらに、積分回路４０，４６等をディジタ
ル回路で構成したり、ソフトウェアで構成することも可
能である。

【００３１】また、通電開始直後の最初（第１サイクル
の前半サイクル）に流れる電流が非常に小さくて抵抗発
熱に寄与しない場合には、監視期間を第２サイクルから
開始させるようにしてもよい。

【００３２】また、上記した実施例では、各サイクルの
前半サイクルの電極間抵抗を１サイクル周期で検出した
が、図７に示すように、各サイクルの前半サイクルおよ
び後半サイクルの電極間抵抗を半サイクル周期で検出す
ることも可能である。半サイクル周期のほうが、電極間
抵抗の変化をより精確に監視することができ、設定通電
時間をたとえば２サイクルに設定した場合でも第１サイ
クルの前半および後半サイクルと第２サイクルの前半サ
イクルとで計３個の電極間抵抗値が得られるので、信頼
性の高い判定を行うことができる。

【００３３】また、上記実施例は単相交流式抵抗溶接機
用の抵抗溶接監視装置に係るものであったが、本発明は
３相整流式抵抗溶接機やインバータ式抵抗溶接機用の抵
抗溶接監視装置にも適用可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗溶接
監視装置によれば、接合されるべき被溶接材の間に抵抗
増大物質を介在させて行われる電極間抵抗増大方式の抵
抗溶接において、ナゲットの成長具合を反映する通電開
始直後の溶接電極間抵抗の変化を監視して、溶接結果の
良・不良について信頼性の高い監視結果を得るようにし
たので、良品と不良品との選別、不良品に対する処置、
作業の継続・中止等を適切に行わせることが可能とな
り、溶接効率および溶接品質の信頼性を向上させること
ができる。したがって、電極間抵抗増大方式の利用価値
を高め、その実用化および普及をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による抵抗溶接監視装置の回
路構成およびこの監視装置を適用した単相交流式抵抗溶
接機の回路構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の抵抗溶接機および抵抗溶接監視装置に
おける各部の信号の波形を示すタイミング図である。

【図３】実施例の抵抗溶接監視装置におけるＣＰＵ内の
機能的構成を示すブロック図である。

【図４】実施例の抵抗溶接監視装置における通電時間制
御に関するＣＰＵの処理動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】正常時の電極間抵抗値のパターン（特性）の例
を示す図である。

【図６】異常時の電極間抵抗値のパターン（特性）の例
を示す図である。

【図７】変形例の抵抗溶接機および抵抗溶接監視装置に
おける各部の信号の波形を示すタイミング図である。

【符号の説明】

１４，１６ サイリスタ（コンタクタ） ２０，２２ 溶接電極 ２４，２６ 被溶接材 ２８ 抵抗増大物質 ３０ トロイダルコイル ３２ 波形復元回路 ３８ 設定部 ４４ 電流積分回路 ４６ 電圧積分回路 ４８，５０ サンプルホールド回路 ５２，５４ Ａ／Ｄ変換器 ５６ メモリ ５８ 表示部 １００ ＣＰＵ １０４ 抵抗値演算部 １０６ 抵抗値記憶部 １０８ Δｒ演算部 １１０ 設定値記憶部 １１２ 判定部 １１４ 出力部

フロントページの続き (72)発明者 祖父江 直 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 小鉄 泰生 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 葭原 裕彰 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 渡辺 統市 大阪府吹田市青山台４丁目10番１号 (72)発明者 石川 栄 千葉県野田市二ツ塚95番地の３ ミヤチテ クノス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合されるべき被溶接材の間に抵抗増大
   物質を介在させて行われる抵抗溶接の溶接結果を監視す
   る抵抗溶接監視装置において、 通電時間中に前記被溶接材を挟む溶接電極間の抵抗を所
   定時間毎に測定する電極間抵抗測定手段と、 前記電極間抵抗測定手段より得られる抵抗測定値を基に
   通電開始直後の所定の監視期間における前記溶接電極間
   抵抗の変化を検出する電極間抵抗変化検出手段と、 前記電極間抵抗変化検出手段より得られる前記溶接電極
   間抵抗の変化の特性に基づいて溶接結果の良否を判定す
   る判定手段と、 前記判定手段より得られた判定結果を出力する判定出力
   手段と、を具備することを特徴とする抵抗溶接監視装
   置。