JPS60177961A - スタツド溶接機の溶接良否判定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンデンサ放電型スタッド溶接機の溶接品質
の良否を判定する方法及び装置に関する。

従来技術 ］ンデンサ放電型スタッド醇接機において、その溶接の
品質の良否は、アーク放電により溶融したスタッドが母
材に圧接させられるタイミングに依存し、そのタイミン
グが狂うと溶接不良全引起してしまうことが知られてい
る。この圧接のタイミングを本書ではプランジ点と称す
る。プランジ点は、山形状の溶接電流波形の頂点を過ぎ
た下降線上にあって、プランジ点における容接電流値は
ピークの電流値の／／！〜／／３の範囲にあるのが良い
と一般に言われている。

従来、このプランジ点電流を測定するため、溶接電流を
検出し、この溶接電流を残像型オシロスコープ（ＣＲＴ
ディスプレイ）号用いてその電流波形を観測していた。

しかしｌｆがら、ががる従来の方法では、ＣＲＴ上の波
形を作業者が目視検渣しなければならず、全数の溶接の
検査を行うことは不可能に近いことであった。また作業
者の目視によるため、作業者の無人化に程迷い現状であ
った０ 発明の目的 従って本発明の目的は、全数の溶接の品質の良否をその
溶接毎に簡巣に且つ自動的に判定できる方法及び装置を
提供することにある。

発明の構成 かかる目的全達成するため、本発明によれば、溶接電流
のピーク値を保持してピーク溶接電流値を作り出し、他
方で溶接電流の正勾配部分と負勾配部分とを見出して画
部分の論理積演算によりプランジ点を検出し、該プラン
ジ点における溶接電流値を保持してノランノ点溶接電流
値を作り出し１前記ピーク溶接電流値とゾランゾ点溶接
電流値とを比較し、グランジ点溶接電流値がピーク溶接
電流値の所定の範囲にあるか否かにより溶接品質の良否
を判定する方法が提供される。

また、本発明によれば、上記方法を実施する装置として
、帆接電流のピーク値全保持するピーク電流保持器と、
前記浴接”電流を微分してその負勾配部分を検出する負
勾配検出器と、溶接電流を微分してその正勾配部分を検
出する正勾配検出器と。。

相互に直列に接続され前記溶接電流が人力されており、
一方の素子の制御端子には負勾配検出器の出力が他方の
素子の制御端子には正勾配検出器の出力がそれぞれ接続
されて成るλつのスイッチ素子と、該スイッチ素子の出
力に接続され、画素子の轡通によって入力される溶接電
流の電流値を保持するプランジ点電流保持器とから成り
、該プランジ点電流保持器の出力と前記ピーク電流保持
器の出力との比較により溶接品質の良否を判定する装置
が提供される。

発明の作用 溶接電流の１２７２点は、前記したように、溶接電流波
形の頂点を過ぎた下降線上にある。この点において溶接
電流波形にはこぶ状の波形が現れる。このような溶接電
流の波形の勾配を見ると頂点を間にしてその前半部では
正の勾配となっておリ、後半部ではプランノ点を除いて
負の勾配となっている、またプランノ点ではこぶ状の部
分で僅かで番ゴあるが正の勾配となった後書ｒ’Ｊ負の
勾配となる。従って、正の勾配部分と負の勾配部分とを
検出してその論理積（ＡＮＤ）ｉとると、ノランジ点だ
けで１７ｗとなり、この時の電流値全保持することによ
りプランジ点電流値を得ることができる。他方で、溶接
電流のピーク電流値を保持しておくと、プランジ点電流
値がそのピーク電流値のどの範囲にあるかは極めて容易
に判定できる。

従って、プランジ点電流値がピーク電流値の／／／２〜
／／／３にあれば、その酌接品質が“良“であると判定
することができる。

発明の効果 本発明によれば、残像型ブラウン管オシロスコープ等の
高価な機械を用いることなく、また、作業者に波形観測
のための目視検査を強いることなく、全ての溶接に渡っ
て極めて容易に且つ自動的にコンデンサ放電型スタッド
溶接機の溶接品質の良否が判定される。また、溶接品質
良好の時のみ次の溶接個所に溶接機を進め、不良の時に
は再度溶接させるように設定しておけば醇接作梨の無人
化が図られる。っ更に、ｍ接電流のピーク値を保持して
いるので、その溶接電流が適切なものであるかどうかも
判定することができる。

また、本発明の装置においては正勾配の検出のため溶接
電流をλ度微分しており、これにより、それ程大きい１
ノベルでは現オつれないノランジ点のこぶ状波を明確に
検出することができる利点もあるＯ 実施例 以下本発明の実施例について図面ケ参照しながら説明す
る。第１図において、コンデンサ放電型スタッド溶接機
１のスタッド把握部（図示せず）に取付けられたスタッ
ド２と母材３とには溶接機１のコンデンサ４に蓄えられ
た電気エネルギーが午えられてスタッド２の先端と母材
３との間にアーク放電を生じさせ、スタッド２が母）ｌ
Ａ３に的着される。この溶接の品質は、アーク放電によ
り溶融したスタッド２の先端が母材３に圧接されるタイ
ミングに依存し、そのタイミングが狂うと溶接不良を起
してしまうことが知ら才１ている。この圧接のタイミン
グすなわちデランゾ点は山形状の溶接電流波形の頂点を
過ぎた下降線上にあってその良い。

溶接電流波形の観測のため、本発明においては、ピーク
溶接電流値及びデランノ点溶接電流値を保持してこれら
を出力するピーク及びプランジ点電流値保持回路５が設
けられている。この回路５には溶接機ｌと母材３の間に
直列に設けられた抵抗６の両端に現れる電圧が人力され
ており、抵抗６の両端の電圧は溶接電流に応じて変化す
るものであって、結局、回路５には溶接電流が人力され
ることになる。回路５からのピーク溶接電流値は出力端
子７を介して、またシラ／ノ点溶接電流値は出力端子８
′？を介してそれぞれ比較判定回路９に送られ、この回
路９でノランノ点溶接電流がピーク／　／ 溶接電流の所定の範囲内（４〜４）にあるか否かを判断
し、該回路９から溶接良否信号が出力される。この溶接
良否信号は、ラングやスピーカ等に送られて良否の表示
を行うのに用いられてもよいし、また、溶接自動制御装
置（図示せず）に送って作業の自動化すなわち無人化を
図るようにしてもよい。

第２図にピーク及びプランジ点電流値保持回路５のブロ
ック図を示す。第１図の抵抗６によって得られた電流波
形は増幅器１１で増幅される。溶接電流波形は第弘図＜
Ｅｓ）に示すように全体としてほぼ山形状になっており
、グランジ点（Ｚ　）　においてこぶ伏の波形が現れる
。増幅器１１から出力されるｍ接電流はピーク電流保持
器１２に送られ、溶接電流の頂点（第≠図（ａ）のｙ点
）の電流が保持されて出力端子７に出力される（第≠図
（１）参照）。

溶接電流のゾランジ点を検出するため、増幅器１１の出
力は負勾配検出器１３と正勾配検出器１４とに送られる
。負勾配検出器１３は、ｍ接電流が減少している部分す
なわち頂点から後半の部分を検出し、この部分に対応す
るタイミングと幅の・９ルスを出力する。なお、この場
合、グランゾ点におけゐ正勾配には不感な程度に設定す
るのが良い。正勾配検出器１４は、溶接電流が増大して
いる部分子なわち溶接電流の開始から頂点までの前半部
分と第≠図（ａ）の２点（プランジ点）でのこぶ状に増
大している部分とを検出し、これらの部分に対応した幅
とタイミングをｚつノつの・セルスを出力する。雨検出
！ａ１３．１４の出力はＡ　Ｎ　Ｄｒ−）１６に送られ
、ここで論理積演算（ＡｒＪＤ）ざ４、戸うンノ点に対
応するパルスが出力される。

このプランジ点パルスは、増幅器１１がらの溶接電流が
人力されたスイッチ回路１７の制御端子に送られ、スイ
ッチ１８を導通させる。スイッチ回路１７の出力はプラ
ンジ点電流保持′ａ１９に入力され、スイッチの導通に
よって入力されたプランジ点の溶接電流を保持し、出力
端子８に出カッる。

なお、ピーク電流保持器１２は、後述の第３図に示した
のと同様の回路を用いることができるが、それに限るつ
もりはなく池のピーク値保持回路であってもよいことは
勿論である。また、プランジ点電流保持器１９も同様の
回路によって実現できるが、能の回路例えばアナログホ
ールド回路であってもよい。勾配検出′ａ１３．１４は
碍接電流波形の勾配を検出することができる限り、アナ
ログ演算器でもデジタル演算器でもよく、アナログ演算
器の場合、伎分器と比較器の組合せ回路がその代表的な
ものであろう。またデジタル演算器の場合、Ａ／Ｄ変換
器を必要とするであろう。ＡＮＤｆ−）１６は必須のも
のではなく、例えば、スイッチ回路１７のスイッチ１８
をλつ用いてこれらを相互に直列に並べそれぞれの制御
端子に検出器１３．１４の出力をそれぞれ接続すること
により論理積演算をすることができ、この場合にはＡＮ
Ｄダート１６は不快になる。スイッチ回路１７のスイッ
チ１８は機械的スイッチでもよいが、半導体スイッチ等
の電子スイッチであってもよく、外部信号で制御できる
限り任意のスイッチ素子を用いることができる。

比較判定回路９（第１図）では、回路５の出力端子７か
らピーク溶接電流値が、また出力端子８からｆランノ点
溶接電流値がそれぞれ入力される。

入力されたプランジ点溶接電流値がピーク溶接電流値と
比較され、プランジ点溶接電流値がピークｌ　／ 溶接電流値の所定の範囲内（／２〜４）にあるかどうか
を判定し、所定の範囲内にあると、例えば溶接良否信号
＊　−／　Ｉにする。この回路９は上記機能を有する限
り任意の回路で構成することができ、その詳細な構成に
ついては図示を省略する。比較判定について、その代表
的な構成では、単純な電圧比較器により上記比較判定を
行うことができる。

しかしながら、これとは別にピーク溶接電流値と７″ラ
ンジ醇接電流値とそれぞれ独立に計測して、ピーク溶接
電流値が所定の値にあるかどうかを判定し、そのピーク
溶接電流値に対してプランジ点溶接電流が所定の範囲内
の値にあるかどうかを判定するようにしてもよい。これ
によれば、ピーク溶接電流値の判定も行われるので、溶
接電流が過大または過少であるかどうかも同時に検査す
ることができる。

第３図は、第２図に示したピーク及びグランジ点電流値
保持回路５と同様の作用を成す別の回路を示すもので、
入力端子２１．２２には、第１図の抵抗６から酌接電流
信号が人力される。この信号は増幅器２３によって反転
増幅され、その出力は、反転型第１微分器２４と、第２
増幅器２５に入力される。第２の増幅器２５も反転増幅
器であり、その出力信号（ｇ）（ｒ増１隔器２３に入力
される波形（第ｊ図（ａ））と同相にする。増幅器２５
の出力はピーク電流保持器２６に入力される。

ピーク電流保持器２６は演算増幅器２７とダイオード２
８とＦＥＴ２９とから成りＦＥＴのダートにはコンデン
サ３０が設けられている。かかる保持器は公知のもので
あるがその動作の概略を説明すると、リセット回路３１
等により出力端子７がゼロになるようにした後、増幅′
ａ２７に信号を加えると、ダイオード２８を介してコン
デンサ３０に充電されその電圧に応じてＦＥＴのソース
・ド１／イン間に電流が流れ出し、抵抗３２の電圧が徐
々に上る。人力信号がピーク値を越えて減少し始めると
ダイオード２８とＦＥＴのケ９−トの高インビンダンス
とによりコンデンサの電荷はどこにも逃げることなくそ
のまま長く保持する。従って、この保持器２０は、ビー
ク浴接電流値を保持して出力端子７からピーク酸接電流
値全出力する。

第２増幅器２　Ｆ）の出力は、２つのフォトカプラ３４
．３５のフォトトランジスタが直列に接続されて成るス
イッチ回路に人力される−１これらのフォトトランジス
タはスイッチ素子として作用するものであり、既に述べ
たように、スイッチ素子を１つ直列に接続することによ
って論理積演算器（すなわちＡＮＤケ゛−ト）としての
機能を果す。

λつのフォトトランジスタを通った溶接電流信号は、第
１の電流保持器２６と同じ構成の電流保持器３６に送ら
れ、フォトカプラ３４．３５のフォトトラン・ゾスタの
両方が導通したときの信号の値を出力端子８に出力する
。後述のように、一つのフォトトランジスタが共に導通
するのはプランジ点であるから、出力端子８からは≠ラ
ンジ点溶接電流値が出力される。

第１増幅器２３の出力は、反転型第１微分器２４に人力
されている。この微分器２４は直列接続されたコンデン
サ３８と反転増幅器３９とで構成され、人力された信号
を微分してその勾配を得るとともに勾配信号を反転して
出力する。第１微分器２４の出力はダイオード４０を介
して第１比較器４１の非反転入力に接続され、ダイオー
ド４０により、比較器４１へは負レベルの信号のみが人
力される。比較器４１の反転入力には負レベルの基準電
圧が印加され、第１微分器２４からの入力端子が基準電
圧より負にならない限り比較器４１の出力はほぼゼロで
ある。比較器４１の電源電圧端子は、図示のように接地
電位と負の電圧とにより負のレベルにバイアスされてお
り、第７微分器４１からの人力′電圧が、比較器４１の
反転入力に加えられた基準電圧より負のレベルになると
比較器４１の出力は負の電圧音出力し、これにより第２
フオトカノラ３５の発光ダイオードに電流が流れてこれ
が発光し、その結果、スイッチ素子としての、第２フオ
トカゾラーのフォトトランジスタを導通させる。

第１微分器２４の出力は第一の反転型微分器４３に人力
される。この第、２微分器４２は第１微分器と同じ構成
で成り、第１微分器２４の出力を再度微分反転する作用
を成し、一度微分された信号を再度微分するのでプラン
ジ点における溶接電流波形のこぶ状波形における変曲点
をきわ立たせるのに有効なものとなる。すなわち第１微
分器２４では十分に目立たせることができなかったプラ
ンジ点をこの第２微分器４２で明瞭にさせることができ
る。

第、２微分器４２の出力はダイオード４４を介して、第
１比較器４１と同じ第２比較器４５に入力され、第２微
分器４２の出力が第２比較器４５の基準電圧より更に負
になると第２比較器４５から負の電圧が出力される。こ
れにより第１フオトカグラ３４の発光ダイオードが発光
し、スイッチ素子としての、第１フオトカグラ３４のフ
ォト・トランジスタを導通させる。

この第３図の回路の動作において、入力端子２１．２２
には第≠図（ａ）の溶接電流信号が入力されると、増幅
器２３からは第ｊ図（ｂ）の信号が出力される。この信
号が第１微分器２４により微分、反転されると、第を図
＋Ｃ）に示すように、人力信号（ｂ）の負の勾配部分（
すなわち前半部分）で正レベルになり、後半部分の正の
勾配部分で負のレベルを示す信号（Ｃ）を出力する。こ
の信号（Ｃ）がダイオード４０を介して第１比較器４１
に人力されると、この比較器４１からは第ｊ図（ｆ）の
信号を出力し、この信号（ｆ）の負のレベルの間、第２
フォトカプラ３５０発光ダイオードを発光させ、第２フ
オトカプラ３５のフォトトランジスタを導通させる。す
なわち、このフォトカプラ３５のフォト・トランジスタ
は、醇接電流信号（ａ）の後半部分（負勾配部分）で導
通することになる。

第７ｗｔ分器２４からの信号（ｃ）は第、２微分器４３
によって再度微分され反転される。第≠図において（Ｃ
）の信号は（ｄ）の信号に示すように、正の部分で負に
され、負の部分で正にされ、またプランジ点Ｚ（ａの波
形参照）での変曲点が拡大され、該部分で短かい時間で
はあるが負のレベルとなる。信号（ｄ）はダイオード４
４を介して第１比較′ａ４５に入力され、第≠図（ｅ）
に示すように、第２比較器４５は、溶接電流の前半部分
とプランジ点２とで負のレベルとなるパルスを出力して
第１フオトカグラ３４の発光ダイオードを発光させる。

これにより第７フオトカノラ３４のフォト・ｌ・ランジ
スタが導通させらね２、溶接′直流の前半部とプランジ
点で第２増幅′ａ２５からの信号を通過させる。

前述のように第２フオトカ≠う３５のフォトトランジス
タは溶接電流の後半部でのみ導通するので、λつのフォ
トトランジスタが共に導通するのはプランジ点２だけで
あり、第≠図（ｈ）に示すように、プランジ点に相当す
る部分の信号だけが保持器３６に入力される。信号（ｈ
）の人力により、保持器３６はプランジ点溶接電流をそ
のまま保持し、出力端子８に第≠図（Ｊ）の信号を出力
する。

他方、第２増幅器２５からの溶接電流信号（ロ）はまた
、ピーク電流保持器２６に送られ、その信号のピーク値
を出力端子７に出力する（第弘図（１）参照）。なお、
第２増幅器２５の出力（ｇ）の波形は示されていないが
第≠図（ａ）とほぼ同じである。

出力端子７及び８から出力されるピーク溶接電流値（１
）及びプランジ点溶接電流値（Ｊ）は、第７図の比較利
足回路９によって比較さｒ＋、、（ｇ接良否信号を出力
することにより、贋接の良否を判定することができる。

従って、オシロスコーｆ２用いることなく極めて容易に
且つ自動的に、全溶接に渡って溶接の品質を検査するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接良否判定装置のブロック図、
第２図は第１図のピーク及びプランジ点電流値保持回路
の第１実施例の回路図、第３図はピーク及びプランジ点
電流値保持回路の第２実施例の回路図、第≠図は第２図
及び第３図の回路の各部分における波形図である。 １・・・コンデンサ放電型スタッド溶接器。 ２・・・スタッド、３・・・母材。 ５・・・ピーク及びノランジ点電流値保持ｌｌＸ１回路
。 ７・・・ピーク電流出力端子、８・・・グランジ点電流
出力端子、９・・・比較判定回路。 １１・・・増幅器、１２・・・ピーク電流値保持器。 １３．１４・・・勾配検出器、１６・・・ＡＮＤダート
。 １７・・・スイッチ回路、１９・・・プランジ点電流保
持器、２３．２５・・・増幅器。 ２４・・・第１倣分器、２６・・・ピーク電流保持器。 ３４・・・第１フオトカグラ、３５・・・第２フォトカ
グラ、３６・・・グランジ電流保持器。 ４１・・・第１比較器、４３・・・第２微分器。 ４５・・・第２比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａ　コンデンサ放電型スタッド溶接機の溶接電流を検知
   し、該溶接電流のピーク値を保持し゛Ｃビーク溶接電流
   値を作り、能力で溶接電流の正勾配部分と負勾配部分と
   を見出して画部分の論理積演算によりゾ２ンジ点を検出
   し、該グラ：７２点における溶接電流値を保持してプラ
   ンジ点溶接電流値を作り、前記ピーク溶接電流値とプラ
   ンジ点溶接電流値とを比較し、プランジ点溶接電流値が
   ピーク溶接電流値の所定の範囲にあるか否かにより溶接
   品質の良否を判定する方法。 Ｊ　コンデンサ放電型スタッド溶接機の溶接電流供給回
   路に設けられた溶接電流検出器からの溶接電流を受ける
   ようになっており、該溶接電流のピーク値を保持するピ
   ーク電流保持器と、前記溶接電流を微分してその負勾配
   部分を検出する負勾配検出器と、溶接電流を微分してそ
   の正勾配部分を検出する正勾配検出器と、相互に直列に
   接続され前記峠接電流が人力されており、一方の素子の
   制御端子には負勾配検出器の出力が能力の素子の制御端
   子には正勾配検出器の出力がそれぞれ接続されて成る２
   つのスイッチ素子と、該スイッチ素子の出力に接続され
   、画素子の導通によって入力される溶接電流の町、流値
   を保持するノランジ点電流保持器とから成り、該ゾラン
   ジ点電流保持器の出力と前記ピーク電流保持器の出力と
   の比較により溶接品質の良否を判定する装置。 ヱ　前記負勾配検出器は反転した引１．流を微分し反転
   する第１微分器とこの微分器からの出力を受け該出力が
   負のレベルにあるのを検知する第７比較器とから成り、
   前記正勾配検出器は前記第１微分器からの出力を再度微
   分し反転する第１＃分器とこの第、２？敞分聯からの出
   力を受け該出力が負のレベルにあるの音検知する第２比
   較器とから成る％許請求の′＠囲第、２項記載の装置。 弘　前記２つの素子はそｔＬｆｆ′Ｌ発光素子と受霞素
   子トで成るフオトカノラで成り、受光素子がアナログス
   イッチとして使用されており、各発光素子は第１及び第
   ２比較器のそれぞれに接続されている特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。 よ　ピーク電流保持器の出力とプランジ点電流保持器の
   出力と全人力し、両出力を比較しピーク電流値に対しプ
   ランジ点電流値が所定範囲内にあるとき良品質であるこ
   とを表示する回路が設けられている特許請求の範囲第２
   項記載の装置。