JPH09216071A - 抵抗溶接機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は推算した溶接部の温度分布と目標ナゲ
ットを比較して溶接機の出力を制御することで、設定さ
れたナゲットを得ることができる抵抗溶接機の制御装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】溶接電流検出手段５、電極間電圧検出手段
６、温度分布を推算する温度分布推算手段９、インダク
タンス特性値演算手段１４、前記温度分布推算手段９に
より推算した温度分布とインダクタンス特性値を用いて
推算した温度分布を比較して前記温度分布推算手段を調
整する調整手段２４と前記の温度分布により溶接条件を
制御する制御手段１３を備えて、調整した温度分布推算
手段によって推算した温度分布と目標ナゲットを比較し
て溶接条件を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特にスポット溶接に
用いる抵抗溶接機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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制御可
能な装置の出現が待たれていた。

【０００３】この課題に対し、溶接機を直接制御するも
のではないが類似の技術として溶接終了後にその溶接結
果の良否を判別する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。溶接結果の良否が判定できれば
その次回の溶接にはその結果を反映させることができ
る。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
−１４３１２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、その一例として特公昭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、（７）熱伝導モデルを用い、ナゲ
ット径をコンピュータを用いて算出するもので、その一
例として佐野：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年）、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年）に開示されたも
の、等がある。また、溶接機を直接制御するものとして
は、（８）熱伝導モデルから母材温度分布を算出しその
温度分布からナゲット径を推算すると共に溶接中の電極
移動量を用いて温度分布を修正するもので、特公平７−
１６７９１号公報がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式におい
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。

【０００５】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。（７）は前記の
問題点を解消できる可能性をもっており熱伝導方程式を
解くのに時間を要するのが最大の欠点となっていた。こ
のため、高速でナゲット径を演算する手法が考案され、
溶接終了後ではあるが溶接現場において全溶接打点をモ
ニタする装置が実用化されている。

【０００６】したがって、抵抗溶接機に（７）、（８）
を除く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。また、（７）の式によっても、溶接結果が判
別できるのは溶接終了後であり溶接機そのものの出力を
制御し必要とするナゲット径を得られるようにするもの
ではないという課題や、連続打点を行う場合には打点に
伴う電極損耗の考慮を行う必要があるという課題があっ
た。さらに、（８）は（７）を一歩進めた方式である
が、電極の移動量を用いているため移動量の検出装置が
必要となりコスト高となる。さらに溶接位置が被溶接材
の端部あるいは被溶接材同士の合いが悪い場合には適用
できないという課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１手段では、
溶接電流検出手段と、電極間電圧検出手段と、前記検出
手段により検出した溶接電流および電極間電圧の経時変
化から溶接部の温度分布１を推算する温度分布推算手段
と、前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変化から
溶接部のインダクタンス特性値を算出するインダクタン
ス特性値演算手段と、前記温度分布１と前記インダクタ
ンス特性値を用いて推算した温度分布２を比較した結果
により前記温度分布推算手段を調整する調整手段と、前
記温度分布１により溶接条件を制御する制御手段により
構成されたものである。

【０００８】さらに、本発明の第２手段では、溶接電流
検出手段と、電極間電圧検出手段と、前記検出手段によ
り検出した溶接電流および電極間電圧の経時変化から溶
接部の温度分布１を推算する温度分布推算手段と、前記
溶接電流および前記電極間電圧の経時変化から溶接部の
インダクタンス特性値を算出するインダクタンス特性演
算手段と、前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変
化からニューラルネットワークを用いてインダクタンス
特性値を推算するニューロ・インダクタンス特性値推算
手段と、前記温度分布１と前記インダクタンス特性値を
用いて推算した温度分布２を比較した結果により前記温
度分布推算手段を調整する調整手段と、前記温度分布１
により溶接条件を制御する制御手段により構成されたも
のである。

【０００９】さらに、本発明の第３手段では、第１また
は第２のいずれかの解決手段と共に前記温度分布１を溶
接打点毎に記憶する温度分布記憶手段と、インダクタン
ス特性値を打点毎に記憶するインダクタンス特性値記憶
手段と、予め設定した打点について記憶した前記温度分
布１に統計的な処理を行った値と前記の記憶したインダ
クタンス特性値に統計的な処理を行った値を用いて推算
した温度分布２を比較した結果により前記温度分布推算
手段を調整する調整手段により構成され、さらに、本発
明の第４手段では第３の解決手段と共に、各溶接打点の
設定条件を記憶する設定条件記憶手段と、予め設定した
打点について前記設定条件別に記憶した前記温度分布１
に統計的な処理を行った値と記憶した前記インダクタン
ス特性値に統計的な処理を行った値を用いて推算した温
度分布２を用いて前記温度分布推算手段を調整する調整
手段により構成されたものである。

【００１０】さらに、第５の解決手段では、溶接電流検
出手段と、電極間電圧検出手段と、前記検出手段により
検出した溶接電流および電極間電圧の経時変化から溶接
部の温度分布１を推算する温度分布推算手段と、前記溶
接電流および前記電極間電圧の経時変化から散りの発生
状況を検出する散り発生状況検出手段と、前記温度分布
推算手段により推算された温度分布１と前記散り発生状
況を用いて推算した温度分布３を比較した結果により前
記温度分布推算手段を調整する調整手段と、前記温度分
布１により溶接条件を制御する制御手段により構成さ
れ、さらに、第６の手段では、溶接電流検出手段と、電
極間電圧検出手段と、前記検出手段により検出した溶接
電流および電極間電圧の経時変化から溶接部の温度分布
１を推算する温度分布推算手段と、前記溶接電流および
前記電極間電圧の経時変化から散りの発生状況を検出す
る散り検出手段と、前記溶接電流および前記電極間電圧
の経時変化からニューラルネットワークを用いて散り発
生状況を検出するニューロ散り発生状況推算手段と、前
記温度分布推算手段により推算された温度分布１と前記
散り発生状況を用いて推算した温度分布３を比較した結
果により前記温度分布推算手段を調整する調整手段と、
前記温度分布１により溶接条件を制御する制御手段によ
り構成されたものである。

【００１１】さらに、本発明の第７手段では第５または
第６のいずれかの解決手段と共に温度分布１を溶接打点
毎に記憶する温度分布記憶手段と、散り発生状況を打点
毎に記憶する散り発生状況記憶手段と、予め設定した打
点について記憶した前記温度分布１に統計的な処理を行
った値と記憶した前記散り発生状況に統計的な処理を行
った値を用いて推算した温度分布３を比較した結果によ
り前記温度分布推算手段を調整する調整手段により構成
されたものである。

【００１２】さらに、本発明の第８手段では第７の解決
手段と共に、各溶接打点の設定条件を記憶する設定条件
記憶手段と、予め設定した打点について前記設定条件別
に記憶した前記温度分布１に統計的な処理を行った値と
記憶した前記散り発生状況に統計的な処理を行った値を
用いて推算した温度分布３を比較した結果により前記温
度分布推算手段を調整する調整手段により構成されたも
のである。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記構成により、本発明の請求項
１記載の発明は、温度分布推算手段により溶接電流検出
手段と電極間電圧検出手段が検出した溶接中の溶接電流
と電極間電圧を用いて予め設定した熱伝導モデルにて溶
接部の時々刻々の温度分布１を数値演算し、同時にイン
ダクタンス特性値演算手段は前記溶接電流と前記電極間
電圧を用いて溶接部のインダクタンス特性値を算出す
る。調整手段は前記の温度分布推算手段により推算され
た温度分布１と、前記のインダクタンス特性値により推
算された溶接部の温度分布２を比較し前記温度分布推算
手段を調整する作用を有する。制御手段では前記の温度
分布１と、予め設定した溶接部に必要とされるナゲット
径や溶け込み等のナゲットの形状を示す値（以下、目標
ナゲットとする）を比較して溶接条件の制御を行う作用
を有する。

【００１４】さらに、請求項２に記載の発明は、温度分
布推算手段により溶接電流検出手段と電極間電圧検出手
段が検出した溶接中の溶接電流と電極間電圧を用いて予
め設定した熱伝導モデルにて溶接部の時々刻々の温度分
布１を数値演算し、同時に前記溶接電流と前記電極間電
圧の経時変化からニューラルネットワークを用いてイン
ダクタンス特性値をより高速に推算する。調整手段は前
記の温度分布推算手段により推算された温度分布１と、
前記のインダクタンス特性値により推算された溶接部の
温度分布２を比較し前記温度分布推算手段を調整する作
用を有する。制御手段では前記の温度分布１と予め設定
した目標ナゲットを比較して溶接条件の制御を行う作用
を有する。

【００１５】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
１または２のいずれかに記載の構成において温度分布１
とインダクタンス特性値を記憶し、設定された打点毎に
前記の記憶された温度分布１に統計処理を行った値と、
記憶され統計的な処理を行ったインダクタンス特性値か
ら推算された温度分布２を比較して前記温度分布推算手
段を調整する作用を有する。

【００１６】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の構成に加えて設定条件記憶手段により各打点
の設定条件を記憶し、設定された打点毎において前記設
定条件別に、前記の記憶された温度分布１に統計処理を
行った値と、記憶されたインダクタンス特性値に統計的
な処理を行った値から推算された温度分布２を比較し前
記温度分布推算手段を調整する作用を有する。

【００１７】さらに、請求項５に記載の発明は、温度分
布推算手段により溶接電流検出手段と電極間電圧検出手
段が検出した溶接中の溶接電流と電極間電圧を用いて予
め設定した熱伝導モデルにて溶接部の時々刻々の温度分
布を数値演算すると共に散り検出手段により前記溶接電
流と前記電極間電圧を用いて散り発生状況を検出する。
調整手段は前記の温度分布推算手段により推算された温
度分布１と前記の散り発生状況を用いて推算した温度分
布３を比較し前記温度分布推算手段を調節する作用を有
する。制御手段では前記の温度分布１と予め設定した目
標ナゲットを比較して溶接条件の制御を行う作用を有す
る。

【００１８】さらに、請求項６に記載の発明は、温度分
布推算手段により溶接電流検出手段と電極間電圧検出手
段が検出した溶接中の溶接電流と電極間電圧を用いて予
め設定した熱伝導モデルにて溶接部の時々刻々の温度分
布を数値演算すると共に前記溶接電流と前記電極間電圧
の経時変化からニューラルネットワークを用いてより高
速に散り発生状況を検出する。調整手段は前記の温度分
布推算手段により推算された温度分布１と前記の散り発
生状況を用いて推算した温度分布３を比較し前記温度分
布推算手段を調節する作用を有する。制御手段では前記
の温度分布１と予め設定した目標ナゲットを比較して溶
接条件の制御を行う作用を有する。

【００１９】さらに、請求項７に記載の発明は、請求項
５または６のいずれかに記載の構成において温度分布推
算手段により推算された時々刻々の温度分布１と散り発
生状況を記憶し、設定された打点毎に前記の記憶された
時々刻々の温度分布に統計処理を行った値と、記憶され
た散り発生状況に統計処理を行った値を用いて推算した
温度分布３を比較して前記温度分布推算手段を調整する
作用を有する。

【００２０】さらに、請求項８に記載の発明は、請求項
７に記載の構成に加えて設定条件記憶手段により各打点
の設定条件を記憶し、設定された打点毎において前記設
定条件別に前記の記憶された温度分布１に統計処理を行
った値と記憶された散り発生状況に統計的な処理を行っ
た値により推算された温度分布２を比較した結果により
前記温度分布推算手段を調整する作用を有する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態について図１を
用いて説明する。図１において、１は被溶接材、２は前
記被溶接材１を挟み加圧機構（図示せず）により加圧さ
れ溶接部に溶接電流を通電する溶接電極（以下、単に電
極という）、３は溶接電流を供給する溶接電源、４は溶
接電源３と電極２を接続する二次導体、５は溶接電流検
出手段で例えばトロイダルコイルまたは電流シャントと
検出線で構成される。６は電極間電圧検出手段で電極ま
たは電極ホルダ（図示せず）の所定の位置に接続された
検出線により検出を行う。

【００２２】７は本制御装置を示し、前記溶接電流検出
手段５と前記電極間電圧検出手段６の出力を演算可能な
データ信号に変換する検出部８および温度分布を推算す
る温度分布推算手段９と温度分布を打点毎に記憶し、統
計的な処理を行う温度分布記憶手段１０を備えた演算部
１１およびナゲット設定手段１２にて入力された必要と
される目標ナゲットと前記温度分布演算手段にて推算さ
れた温度分布を比較することで溶接電源を制御する制御
手段１３および前記の検出された溶接電流と検出された
電極間電圧を用いて溶接部のインダクタンス特性値を算
出するインダクタンス特性値演算手段１４、ニューラル
ネットワークを用いて前記の検出された溶接電流と検出
された電極間電圧からインダクタンス特性値を算出する
ニューロ・インダクタンス特性値推算手段１５、インダ
クタンス特性値を打点毎に記憶し統計的な処理を行うイ
ンダクタンス特性値記憶手段１６、算出されたインダク
タンス特性値を用いて溶接部の温度分布２を推算するイ
ンダクタンス特性値による温度分布推算手段（以下、単
にインダクタンス温度分布推算手段とする）１７を備え
たインダクタンス特性値演算部１８および検出された溶
接電流と検出された電極間電圧を用いて散り発生状況を
検出する散り発生状況検出手段１９と、ニューラルネッ
トワークを用いて前記の検出された溶接電流と検出され
た電極間電圧から散り発生状況を推算するニューロ散り
発生状況推算手段２０と、散り発生状況を打点毎に記憶
し統計的な処理を行う散り発生状況記憶手段２１および
散り発生状況を用いて溶接部の温度分布３を推算する溶
融状況推算手段２２を備えた散り発生状況演算部２３お
よび前記温度分布推算手段９により推算さされた温度分
布１と、前記インダクタンス特性値演算部１８により推
算された温度分布２または散り発生状況演算部２３によ
り推算された温度分布３を比較して前記温度分布推算手
段９を調整する調整手段２４および溶接の設定条件を入
力するキー２５と各打点の設定条件を記憶する設定条件
記憶手段２６を備えた設定条件記憶部２７を備えてい
る。

【００２３】なお、溶接電流制御、設定時間制御および
加圧力制御などの抵抗溶接の制御装置が通常備えている
が本発明に直接関係しない、その他の構成要素に関して
は、図示と説明を省略した。

【００２４】以上のように構成された抵抗溶接機の制御
装置について、第１手段の実施の形態について図２を用
いてその動作を説明する（括弧内の数字は図２のフロー
チャート内の番号を示す）。まず、ナゲット設定手段１
２により溶接部に必要とされる目標ナゲットを入力する
（ステップ１）。また、キー２５により設計書で与えら
れた溶接材１に関する情報（板材質、板厚、重ね枚数な
ど）と使用する電極２に関する情報（材質、先端形状な
ど）を入力し通電開始時の溶接条件を設定する（ステッ
プ２）。以上の準備作業の後、上下の電極２の間に溶接
材１を挟み通電を開始する。制御部１３は前記の設定し
た溶接条件で与えられる溶接電流と加圧力にて通電を開
始する（ステップ３）。溶接電流が通電されると溶接電
流および電極間電圧が溶接電流検出手段５および電極間
電圧検出手段６により時々刻々に検出され（ステップ
４）、検出部８によりデータ信号に変換されて演算部１
１に入力される。前記演算部１１では温度推算手段９に
て温度分布１を推算する（ステップ５）。

【００２５】温度分布１の推算は溶接部の断面を図４
（ａ）に示すようにΔｒ×Δｚの大きさの格子状小区画
群Ａｉｊ（ｉ＝１，２，・・・；ｊ＝１，２，・・・）
に区分し、この断面の区画を電極の中心軸を回転軸とし
て３６０度回転して得られる、図４（ｂ）に示すような
環状立体区分Ｍｉｊを単位として実行する。すなわち、
この環状立体区分ごとに固有抵抗、電位、温度分布１を
図３に示すフローチャートにしたがって算出する。

【００２６】まず、この環状立体区分ごとの固有抵抗を
溶接部の温度分布１から定める（ステップ１０１）。通
電開始時（ｔ＝０）の固有抵抗は、すべての環状立体区
分において室温における固有抵抗値である。また算出に
当たっては、微小時間Δｔの間は温度は一定であり、固
有抵抗も一定であると考える。つぎに、この区分ごとの
固有抵抗の合成として通電部の平均固有抵抗を算出し、
この平均固有抵抗と検出された溶接電流および電極間電
圧を、数式（１）に代入することにより通電径を算出し
（ステップ１０２）、以後の演算はこの通電径内部の区
分について実施する。

【００２７】

【数１】

【００２８】つぎに、数式（２）により環状立体区分ご
との電位分布を算出し（ステップ１０３）、この電位分
布を用いて、数式（３）により環状立体区分ごとの電流
密度を算出する（ステップ１０４）。

【００２９】

【数２】

【００３０】さらに、この算出した電流密度と固有抵抗
を用いて数式（４）により区分ごとの温度分布１を算出
する（ステップ１０５）。図５には任意の時刻における
格子状小区画群それぞれの温度を算出して、等しい温度
の区画を結んだ等温度線をひいた場合の温度分布１の算
出例を示す。温度分布の計算はＳ．Ｏ．Ｒ法を用いて収
束するまで反復計算を行う。

【００３１】

【数３】

【００３２】

【数４】

【００３３】温度分布推算手段９は、この温度分布１を
温度分布記憶手段１０に伝送するとともに、この新しい
温度分布１から再び区分ごとの固有抵抗を定め（ステッ
プ１０１）、検出された溶接電流および電極間電圧を用
いて演算を繰り返す。

【００３４】前記インダクタンス特性値演算部１８は、
時々刻々入力される前記溶接電流と前記電極間電圧を用
いて数式（５）により溶接部のインダクタンス特性値を
算出する（ステップ６）。前記インダクタンス温度分布
推算手段１７では、強磁性体である鋼板においてキュリ
ー温度を超えた場合については常磁性体となり溶接部に
おいてキュリー温度以上となる温度域が半径方向に拡大
していくにつれて溶接部のインダクタンス特性値が変化
することを利用して、発明者らが実験的に求めた関数を
用いて、溶接部の温度分布２を推算する（ステップ
７）。

【００３５】

【数５】

【００３６】図６には任意の時刻にてキュリー温度を７
００℃とした場合における溶接部の温度分布２を算出し
た結果の一例を示す。インダクタンス特性値の変化よ
り、通電全域にわたってキュリー温度以上となったこと
を示している。

【００３７】前記制御部１３は任意の時間毎に前記目標
ナゲットと前記温度分布推算手段９にて推算された温度
分布１を比較して、前記の設定した溶接条件により決定
された溶接時間における溶接部の温度分布１を前記目標
ナゲットが得られるような値となるように溶接条件を制
御する（ステップ８）。

【００３８】調整手段２４は時々刻々に入力される前記
温度分布推算手段９により推算された温度分布１と前記
インダクタンス温度推算手段１７により推算された温度
分布２を比較して、前記温度分布推算手段９により推算
された温度分布１が前記インダクタンス温度推算手段１
７により推算された温度分布２と異なる場合は、前記温
度分布推算手段９に用いる外部要因を示す物性値に変化
があったと判断して物性値を変更する（ステップ９）。
変更については図５で示す温度分布１と図６で示す温度
分布２を比較して行う。第１に両者に差がない場合、物
性値の変更は行わない。第２に温度分布２で示すキュリ
ー温度（本実施例では７００℃と設定したが板種類によ
り異なる。）が温度分布１よりも広い場合、実際の溶接
現象よりも通電径を過小に評価しており通電径を大きく
して発熱量を減少させる方向へ物性値を変更する。第３
に温度分布２で示すキュリー温度が温度分布１よりも狭
い場合、実際の溶接よりも通電径を過大に評価している
ため、通電径を小さくして発熱量を増加させる方向へ物
性値を変更する。

【００３９】その後はフローチャートに示す（ステップ
３）から（ステップ９）までを、前記の温度分布推算手
段９により推算される溶接部の温度分布１について前記
目標ナゲットが得られる値となるまで繰り返し実施し
（ステップ１０）、前記目標ナゲットが得られたと判断
した場合は通電を終了する（ステップ１１）。

【００４０】また、第２手段では前記インダクタンス特
性値演算部１８にて、時々刻々入力される前記溶接電流
と前記電極間電圧を用いて数式（５）により溶接部のイ
ンダクタンス特性値を算出する前記インダクタンス特性
値演算手段１４の代わりにニューラルネットワークを用
いてインダクタンス特性値を算出するニューロ・インダ
クタンス特性値推算手段１５を用いる。

【００４１】また、第３手段では温度分布推算手段９に
より推算された時々刻々の温度分布１を打点毎に温度分
布記憶手段１０に記憶し、また前記インダクタンス特性
値演算手段１４または前記ニューロ・インダクタンス特
性値推算手段１５により推算されたインダクタンス特性
値に統計的な処理を行った結果を前記インダクタンス特
性値記憶手段１６に記憶する。設定された打点毎に前記
温度分布記憶手段１０により記憶した温度分布１に対し
て任意の範囲の移動平均処理や最大値検索などの統計的
な処理を行った結果と前記インダクタンス特性値記憶手
段１６により記憶したインダクタンス特性値を用いて推
算した温度分布２を比較し前記温度分布推算手段９の調
整を行う。

【００４２】また、第４手段では設定された打点毎に設
定条件記憶手段２６に記憶された設定条件別に、前記の
温度分布記憶手段１０により記憶した温度分布１に対し
て移動平均処理などの統計的な処理を行った結果と、前
記インダクタンス特性値記憶手段１６により記憶したイ
ンダクタンス特性値を用いて推算した温度分布２に対し
て設定条件記憶手段２６に記憶された設定条件別に移動
平均などの統計的な処理を行った結果を、比較して前記
温度分布推算手段９の調整を行う。

【００４３】また、第５手段では第１の解決手段と同様
に温度分布推算手段９により温度分布１を推算する。そ
の後に散り発生状況検出手段１９により検出された溶接
電流と検出された電極間電圧を用いて散り発生状況を検
出する。検出された散り発生の時期と、電極間電圧を溶
接電流で割った電極間抵抗の変化の大きさから散り発生
状況を算出する。図７（ａ）は散りが発生した場合の溶
接電流、電極間の抵抗を示す。本実施例においては１８
サイクルにて散りが発生し、抵抗値がΔｒだけ減少して
いる。溶融状況推算手段２２において、散り発生時期は
高温部の拡大する時期に大きく関係し、また散り発生時
の電極間抵抗の変化は散り発生に関わるエネルギー量、
すなわち温度分布を示すことを利用して、発明者らが実
験的に求めた関数を用いて温度分布３を推算する。図７
（ｂ）には推算した温度分布３の一例を示す。本実施例
では１８サイクルにて散りが発生していることおよびΔ
ｒの値を用いて１６サイクルでの溶接部周辺での温度分
布３を平均８００℃と推算している。さらに調整手段２
４において、前記の温度分布推算手段９により推算され
た温度分布１と前記の溶融状況推算手段２２により推算
された溶接部の温度分布３を比較し前記温度分布推算手
段９を調節する。

【００４４】また、第６手段では散り発生状況演算部２
３にて、ちり発生状況検出手段１９の代わりに、ニュー
ラルネットワークを用いて散り発生状況を検出するニュ
ーロ散り発生状況推算手段２０を用いる。

【００４５】また、第７手段では温度分布推算手段９に
より推算された時々刻々の温度分布１を打点毎に前記の
温度分布記憶手段１０に記憶し統計的な処理を行い、ま
た散り発生状況検出手段１９またはニューロ散り発生状
況推算手段２０により推算された散り発生状況を散り発
生状況記憶手段２１に記憶する。設定された打点毎に前
記の温度分布記憶手段１０により記憶した温度分布１に
対して移動平均処理などの統計的な処理を行った値と、
記憶した散り発生状況に統計的な処理を行った値を用い
て推算した温度分布３を比較して前記温度分布推算手段
９の調整を行う。

【００４６】また、第８手段では設定された打点毎に前
記の温度分布記憶手段１０により記憶した温度分布に対
して設定条件記憶手段２６に記憶された設定条件別に移
動平均処理などの統計的な処理を行った結果と、散り発
生状況記憶手段２１により記憶した散り発生状況に統計
的な処理を行った値を用いて推算した温度分布３を比較
して前記温度分布推算手段９の調整を行う。

【００４７】なお、本実施例においては抵抗溶接の制御
装置としたが、抵抗溶接の品質監視装置に適用し、推算
するナゲットの推算精度を向上させても良く、通電開始
時の溶接条件は入力された値で行うとしたが、予め本装
置にて設定した溶接条件、前記の溶接材に関する情報ま
たは設定された目標ナゲットにより推算した溶接条件に
て通電を開始しても良い。

【００４８】またなお、溶接を温度分布推算手段９によ
り推算される温度分布１について前記目標ナゲットが得
られる値となるまで繰り返すとしたが、設定された溶接
時間において前記目標ナゲットが得られない場合は、そ
のことを表示して通電を停止させても良く、目標ナゲッ
トが得られるまで通電を続けても良い。

【００４９】また、温度分布推算手段９の代わりに測定
したインダクタンス特性値を用いて推算した温度分布２
または散り発生状況を用いて推算した温度分布３を直接
用いて溶接条件を制御しても良い。

【００５０】またなお、温度分布１と温度分布２の比較
結果及び温度分布１と温度分布２の比較結果を用いて温
度分布推算手段９の物性値を調整する場合、実施例に記
載の方法に限定するものではない。

【００５１】以上のように本実施の形態によれば、第１
手段では溶接電流検出手段５と、電極間間電圧検出手段
６と、前記検出手段により検出した溶接電流及び電極間
電圧の経時変化から溶接部の温度分布を推算する温度分
布推算手段９と、前記溶接電流及び前記電極間電圧の経
時変化から溶接部のインダクタンス特性値を演算するイ
ンダクタンス特性演算手段１４と、前記温度分布推算手
段９により推算した温度分布と、前記インダクタンス特
性値を用いて推算した温度分布を比較した結果を用いて
前記温度分布推算手段９を調整する調整手段２４と、前
記温度分布により溶接条件を制御する制御手段１３を備
えて、溶接位置が被溶接材の端部あるいは被溶接材同士
の合いが悪い場合などの外部要因が変化した場合でも、
温度分布推算手段９をインダクタンス特性値を用いて推
算した温度分布により調整することで通電中の時々刻々
の温度分布が精度良く推算可能となるため、前記の温度
分布を用いて前記目標ナゲットが得られるように溶接条
件を制御することで、前記目標ナゲットを生成すること
ができるものである。

【００５２】また、第２手段では第１の解決手段におい
て前記のニューロ・インダクタンス特性値推算手段１５
を用いることで、安価でより高速なインダクタンス特性
値の推算が可能となり、インダクタンス特性値により推
算した温度分布を用いて調整した温度分布推算手段９を
用いて溶接条件を制御することで、目標ナゲットを生成
することができるものである。

【００５３】また、第３手段では第１または第２の解決
手段に加え、設定された打点毎に前記の温度分布記憶手
段１０により記憶した温度分布に対して移動平均処理な
どの統計的な処理を行った結果と、前記インダクタンス
特性値記憶手段１６に記憶されたインダクタンス特性値
を用いて推算した温度分布を比較することで、連続した
打点において徐々に変化する電極損耗などの外部要因に
関しても、合いの悪さなどの個々の打点のばらつきを排
除した状態にて温度分布推算手段９の調整を行うことが
できるものである。

【００５４】また、第４手段では第３の解決手段に加
え、設定条件記憶手段２６に記憶された設定条件別に比
較を行うことで、連続打点中に板厚や材質などの設定条
件が異なる溶接が存在しても前記温度分布推算手段９の
調整を行うことができるものである。

【００５５】また、第５手段では溶接電流検出手段５
と、電極間電圧検出手段６と、前記検出手段により検出
した溶接電流及び電極間電圧の経時変化から溶接部の温
度分布１を推算する温度分布推算手段９と、前記溶接電
流及び前記電極間電圧の経時変化から散り発生状況を検
出する散り発生状況検出手段１９と、前記散り発生状況
を用いて溶接部の温度分布３を推算する溶融状況推算手
段２２と、前記温度分１と前記温度分布３を比較して前
記温度分布推算手段９を調整する調整手段２４と、前記
温度分布１により溶接条件を制御する制御手段１３を備
えて、溶接位置が被溶接材の端部あるいは被溶接材同士
の合いが悪い場合などの外部要因が変化した場合でも、
温度分布推算手段９を散り発生状況を用いて推算した温
度分布により調整することで、通電中の時々刻々の温度
分布が精度良く推算可能となるため、前記の温度分布を
用いて溶接条件を制御することで、目標ナゲットを生成
することができるものである。

【００５６】また、第６手段では第５の解決手段におい
てニューロ散り発生状況推算手段２０を用いることで、
安価でより高速な散り発生状況の推算が可能となり、散
り発生状況により調整した温度分布１を用いて溶接条件
を制御することで、目標ナゲットを生成することができ
るものである。

【００５７】また、第７手段では第５または第６の解決
手段に加え、設定された打点毎に前記の温度分布記憶手
段１０により記憶した温度分布に対して移動平均処理な
どの統計的な処理を行った結果と散り発生状況検出手段
１９またはニューロ散り発生状況推算手段２０により記
憶した散り発生状況に対して移動平均などの統計的な処
理を行った結果を用いて推算した温度分布３を比較する
ことで、連続した打点において徐々に変化する電極損耗
などの外部要因に関しても、合いの悪さなどの個々の打
点のばらつきを排除した温度分布推算手段９の調整を行
い、散り発生状況により調整した温度分布１を用いて溶
接条件を制御することで、目標ナゲットを生成すること
ができるものである。

【００５８】また、第８手段では第７の解決手段に加
え、設定条件記憶手段２６に記憶された設定条件別に比
較を行うことで、連続打点中に板厚や材質などの設定条
件が異なる溶接が存在しても前記温度分布推算手段９の
調整を行い、散り発生状況により調整した温度分布１を
用いて溶接条件を制御することで、目標ナゲットを生成
することができるものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明の第１手段では観測可能な物理現
象であるインダクタンス特性値を算出し、算出したイン
ダクタンス特性値の変化を用いて推算した温度分布を用
いて温度分布推算手段を調整することで、電極が損耗す
るなどの外部要因が変化した場合でも、それに応じた温
度分布の推定が可能となると共に、調整した温度分布を
用いて目標ナゲットが得られるように溶接条件を制御す
ることで、溶接位置が被溶接材の端部あるいは被溶接材
同士の合いが悪い場合などの外部要因が変化した場合で
も、安定して目標ナゲットを得ることができる抵抗溶接
機の制御装置を提供することができる。

【００６０】さらに第２手段では、第１手段のなかでイ
ンダクタンス特性値を算出することに換えて、ニューラ
ルネットワークを用いてインダクタンス特性値を推算す
ることで、複雑な計算を行うことなくインダクタンス特
性値を推算し、温度分布推算手段を調整することが可能
となる。

【００６１】さらに第３手段では、第１手段または第２
手段に加え、複数回の溶接について求めたインダクタン
ス特性値に、統計的な処理を行って求めた値を用いて温
度分布推算手段を調整することで、打点毎のばらつきに
関係なく、電極の損耗などの徐々に変化する外部要因に
応じて温度分布推算手段の調整が可能となる。

【００６２】さらに第４手段では、第３手段に加え、打
点毎に変化する板厚や溶接電流などの設定条件別に温度
分布推算手段の調整を行うことで、１台の溶接機にて複
数の設定条件の溶接を行う場合でも、同じ設定条件の中
で温度分布推算手段の調整が可能となる。

【００６３】さらに第５手段では観測可能な物理現象で
ある散りの発生状況を検出し、前記の散り発生状況を用
いて推算した温度分布により温度分布推算手段を調整す
ることで電極が損耗するなどの外部要因が変化した場合
ても、それに応じた温度分布の推定が可能となると共
に、調整した温度分布を用いて目標ナゲットが得られる
ように溶接条件を制御することで、溶接位置が被溶接材
の端部あるいは被溶接材同士の合いが悪い場合などの、
外部要因が変化した場合でも安定して目標ナゲットを得
ることができる抵抗溶接機の制御装置を提供することが
できる。

【００６４】さらに第６手段では、第５手段のなかで散
り状況を検出することに換えて、ニューラルネットワー
クを用いて散り状況を推算することで、複雑な計算を行
うことなく散り状況を高速に求めることが可能となり、
温度分布推算手段を調整することができる。

【００６５】さらに第７手段では、第５手段または第６
手段に加え、複数回の溶接について検出した散り状況
に、統計的な処理を行って求めた値により推算した温度
分布を用いて温度分布推算手段を調整することで、打点
毎のばらつきに関係なく、電極の損耗などの徐々に変化
する外部要因に応じて温度分布推算手段の調整が可能と
なる。

【００６６】さらに第８手段では、第７手段に加え、打
点毎に変化する板厚や溶接電流などの設定条件別に温度
分布推算手段の調整を行うことで、１台の溶接機にて複
数の設定条件の溶接を行う場合でも、同じ設定条件の中
で温度分布推算手段の調整を行うことが可能となるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における抵抗溶接機の制御
装置の構成を示すブロック図

【図２】同抵抗溶接機の制御装置の動作を示すフローチ
ャート

【図３】温度分布の推算手順を示すフローチャート

【図４】（ａ）は同実施の形態における溶接部断面の区
分図 （ｂ）は同実施の形態における溶接部の環状立体区分図

【図５】同実施の形態における溶接部の温度分布１の算
出例を示す図

【図６】同実施の形態における溶接部の温度分布２の算
出例を示す図

【図７】（ａ）は同実施の形態における溶接電流と電極
間抵抗の波形の一例を示す特性図 （ｂ）は同実施の形態における温度分布３の算出例を示
す図

【符号の説明】

５ トロイダルコイル（電流検出手段） ６ 電極間電圧検出手段（電極間電圧測定手段） ９ 温度分布推算手段 １３ 制御手段 １４ インダクタンス特性値演算手段 １５ ニューロ・インダクタンス特性値推算手段 １６ インダクタンス特性値記憶手段 １９ 散り発生状況検出手段 ２０ ニューロ散り発生状況推算手段 ２１ 散り発生状況記憶手段 ２４ 調整手段 ２６ 設定条件記憶手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｌ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接電流検出手段と、電極間電圧検出手段
   と、前記検出手段により検出した溶接電流および電極間
   電圧の経時変化から溶接部の温度分布１を推算する温度
   分布推算手段と、 前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変化から溶接
   部のインダクタンス特性値を算出するインダクタンス特
   性値演算手段と、 前記温度分布推算手段により推算された温度分布１と前
   記インダクタンス特性値を用いて推算した温度分布２を
   比較した結果により前記温度分布推算手段を調整する調
   整手段と、 前記温度分布１を用いて溶接条件である溶接電流、溶接
   時間または加圧力の少なくとも１つを制御する制御手段
   とを備えた抵抗溶接機の制御装置。
2. 【請求項２】溶接電流検出手段と、電極間電圧検出手段
   と、前記検出手段により検出した溶接電流および電極間
   電圧の経時変化から溶接部の温度分布１を推算する温度
   分布推算手段と、 前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変化からニュ
   ーラルネットワークを用いてインダクタンス特性値を推
   算するニューロ・インダクタンス特性値推算手段と、 前記温度分布推算手段により推算された温度分布１と前
   記インダクタンス特性値を用いて推算した温度分布２を
   比較した結果により前記温度分布推算手段を調整する調
   整手段と、 前記温度分布１を用いて溶接条件を制御する制御手段と
   を備えた抵抗溶接機の制御装置。
3. 【請求項３】時々刻々の温度分布１を溶接打点毎に記憶
   する温度分布記憶手段と、 インダクタンス特性値を打点毎に記憶するインダクタン
   ス特性値記憶手段と、 前記の記憶した温度分布１に統計的な処理を行った値と
   前記の記憶したインダクタンス特性値に統計的な処理を
   行った値により推算した温度分布２を比較した結果を用
   いて前記温度分布推算手段を調整する調整手段とを備え
   た請求項１または請求項２記載の抵抗溶接機の制御装
   置。
4. 【請求項４】各溶接打点の設定条件を記憶する設定条件
   記憶手段と、 設定した打点について前記設定条件別に記憶した前記温
   度分布１に統計的な処理を行った値と前記の記憶した前
   記インダクタンス特性値に統計的な処理を行った値によ
   り推算した温度分布２を比較した結果を用いて前記温度
   分布推算手段を調整する調整手段とを備えた請求項３記
   載の抵抗溶接機の制御装置。
5. 【請求項５】溶接電流検出手段と、電極間電圧検出手段
   と、前記検出手段により検出した溶接電流および電極間
   電圧の経時変化から溶接部の温度分布１を推算する温度
   分布推算手段と、 前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変化から散り
   の発生時期および散り発生状況を検出する散り発生状況
   検出手段と、 前記温度分布推算手段により推算された温度分布１と前
   記散り発生状況を用いて推算した温度分布３を比較した
   結果により前記温度分布推算手段を調整する調整手段
   と、 前記温度分布１を用いて溶接条件を制御する制御手段と
   を備えた抵抗溶接機の制御装置。
6. 【請求項６】溶接電流検出手段と、電極間電圧検出手段
   と、前記検出手段により検出した溶接電流および電極間
   電圧の経時変化から溶接部の温度分布１を推算する温度
   分布推算手段と、 前記溶接電流および前記電極間電圧の経時変化からニュ
   ーラルネットワークを用いて散り発生状況を検出するニ
   ューロ散り発生状況推算手段と、 前記温度分布推算手段により推算された温度分布１と前
   記散り発生状況を用いて推算した温度分布３を比較した
   結果により前記温度分布推算手段を調整する調整手段
   と、 前記温度分布１を用いて溶接条件を制御する制御手段と
   を備えた抵抗溶接機の制御装置。
7. 【請求項７】時々刻々の温度分布１を溶接打点毎に記憶
   する温度分布記憶手段と、 溶接部の散り発生状況を打点毎に記憶する散り発生状況
   記憶手段と、 前記の記憶した温度分布１に統計的な処理を行った値と
   前記の記憶した散り発生状況に統計的な処理を行った値
   により推算した温度分布３を比較した結果を用いて前記
   温度分布推算手段を調整する調整手段とを備えた請求項
   ５または請求項６記載の抵抗溶接機の制御装置。
8. 【請求項８】各溶接打点の設定条件を記憶する設定条件
   記憶手段と、 設定した打点について前記設定条件別に記憶した前記温
   度分布１に統計的な処理を行った値と記憶した前記の散
   り発生状況に統計的な処理を行った値により推算した温
   度分布３を比較した結果を用いて前記温度分布推算手段
   を調整する調整手段とを備えた請求項７記載の抵抗溶接
   機の制御装置。