JPS6178579A - スポツト溶接用制御方法 - 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】 本発明は、スポット溶接における電極チップの摩耗度に
対応して溶接電流または通電時間等の諸条件をコントロ
ールする溶接制御方法に関する。

スポット溶接機において、その電極チップは溶接作業を
長時間行うと、溶接時の強大な加圧力と加熱等により次
第に電極チップの先端がキノコ状にめくれ上がり、徐々
に電極チップ先端の面積が拡大変形し、直接溶接性に影
響をおよぼすことになる。

したがって、良好な溶接品質を得るためには、通常は電
極チップ先端の形状を周期的にドレッシングするか、新
しいものに交換する必要があるが、この作業周期を長く
する対策として、予め電極チップの摩耗推移を見込んで
溶接電流を所定の溶接回数毎に数段階にわけて増加させ
るいわゆるステップアップ制御方式や、溶接電流を溶接
打点数、１回［１毎に連続して増加させていくいわゆる
リニアアップ制御方式等によって電極チップの先端形状
の変化に対応した補正を行ってきた。

しかし、今日のように溶接ロボットを大量に導入した亜
鉛メッキ鋼板や磨き軟鋼板等の多種混合生産ラインにお
いては、異種材質の被溶接物が複雑な比率で混合してお
り、電極チップの摩耗度の相違する溶接条件下で行なわ
れる亜鉛メッキ鋼板のスポット溶接では、大電流が必要
であり、磨き軟鋼板１こ比べ電極チップのよごれや消耗
が激しく一層電極チツブの整形作業やチップ交換作業の
周期が短かくなり、高稼動率で生産する製造上の見地か
ら、これらの附帯作業にかかる時間的負担が問題視され
る一方、このような状況下でこれまでのステップ・アッ
プ制御やリニア・アップ制御にもとずく補正では、次な
る問題が挙げられ、その対応策が強く望まれていた。

すなわち、ステップ・アップ制御やリニア・アップ制御
は、いずれも多種混流生産ライン下で異種金属の溶接に
応じて、その都度適正な電流上昇率を求めて通電するこ
とはむつかしいだけでなく、これまでの補正は、あくま
でも溶接打点数を適正な溶接品質を得るためのパラメー
タとしているため、その実、電極チップの損耗度に対し
、溶接品質に悪影響を与えない範囲でどれだけの電流値
を増加させるべきか、その電流上昇率は必ずしも実際の
電極チップの消耗度に対し一致対応しているとは限らな
い。

したがって、従来は、溶接品質上無難に、やや高めの上
昇率で電流値を設定しているのが普通で、その過大条件
下での溶接は、電極チップの損耗を著るしく促進し、電
極チップのドレッシングやチップ交換の頻度を増すとい
う不合理な面があった。

また、従来において適正な電流上昇率を出すためには、
数百〜数千打点を対象に、電極チップが連続して何打点
溶接したらどれだけ消耗するのか、実験上それを確認す
るのが容易でなかった。

そこで、本発明は、上記のような実験にもとずく電極チ
ップ損耗度合に対応した条件出しとは無関係に、しかも
混流ラインでの摩耗度の異なるスポット溶接に対し、電
極チップの摩耗推移を１打点ごと検出し、尤も適した電
流比率あるいは通電時間で電流を供給し得ることができ
、電極チップのドレッシングやチップ交換の周期を伸ば
し、多種混流生産ラインでもなお生産性の向上を図るこ
とを主な目的とする。

以下、本発明の適応制御方式につき詳細に説明する。

周知のように、一般的な溶接電流においては、溶接過程
中の電極間抵抗は、第１図に示すような推移を示すのが
代表的である。同図に示されたＣ区間は、通電開始直後
の不安定領域で、この間の電極間抵抗の挙動は被溶接材
のあたり具合（なじみ）や油、サビ等の被溶接物表面の
汚染状況等に依存する。この表面接触抵抗は、通電開始
後１〜２サイクルで消滅し、電極間抵抗は急速に低下す
る。次にｂ区間では、溶接部の温度上昇による被溶接物
の固有抵抗の上昇と溶接部の軟化、圧潰による通電路面
積の拡大が同時に進行する。この間は温度上昇によるチ
ップ間抵抗の増加の方が通電路面積の拡大による抵抗値
減少を上廻るので、結果として、電極間抵抗は上昇し、
この過程の終了付近で極太値となる。この間はナゲツト
の生成開始および成長初期にあたる。

次にＣ区間においては、通電路面積はナゲツトの成長と
ともに拡大を続けるが、ワークの温度上昇が飽和値に達
してはシ一定となるので電極間抵抗は低下する。

一方、電極チップはスポット溶接を繰返すことにより、
電極先端面積が徐々に拡大し接触抵抗が低下すると共に
被溶接物内の通電路径が拡大しこれにより電極チップ間
抵抗は低下する。

したがって、通電開始後４−５サイクル内での電極チッ
プ間抵抗の最低値は一般的に電極チップ先端径の拡大程
度、すなわち、電極チップ摩耗度に比例することが言え
る。

本発明は、溶接通、電毎に時々刻々変化する電極チップ
の最低値のみを検出し、この最低値を遂一記憶保持する
と共に、実溶接打点毎にその直前までの所定の既溶接打
点回数より上記最低値の平均を求め、かつその平均値が
予め電極チップの摩耗度に応じて数段階にわけて設定し
た溶接電流変化境界値に達したときに、それぞれの境界
値に対応した条件にしたがって溶接電流を供給するよう
に構成したものである。

この制御方式を実施するときは、第２図のブロック図で
示す装管により、予め電信チップの摩耗度に応じて数段
階に溶接電流の増加比率と時期を決定する境界値を設定
器に入力する。

例えば、予め２〜１０段階程度の損耗した電極チップを
用意し、チップが新品状態から予想される最大摩耗まで
を溶接品質を維持する上で必要な溶接条件の段数を決定
し、それぞれの境界値（１〜３）を設定する。すなわち
、電極チップの摩耗度に対応して溶接電流２通電時間な
どを損耗等級別（＋−１ｆｆ）に実験により求めこれを
設定器に設定する（第３図参照）。

実際には下記の各条件等が実験により設定器に設定され
る。

■初期通電以降の電流値と通電時間 初期通電時間は、初期不安定領域を越えて比較的短い方
が望ましい。

■初期通電以降の電流値と通電時間 初期通電ｌこよる溶接上の寄与も考慮に入れ全体として
１つの溶接条件を形成させる。

■等級別による溶接電流等の諸条件を変化すべき境界値 先述したように電極チップが新品の状態から予想される
最大摩耗までを溶接品質を保持する上で必要な段数に分
割する。

■平均を算出する所定の基準打点数 この基準打点数は生産ラインの実状に合わせ溶接ガンや
被溶接物の機械的要因：材質その他を考慮し決定する。

即ち１打点のみの抵抗値を基準とした場合の不測の外乱
による不安定性を軽減するよう考慮する。

まず、任意サイクル（例えば半サイクル〜１０サイクル
程度）の初期通電期間に、電極間電圧のほか、トロイダ
ルコイルまたはＣＴなどで溶接電流を半サイクル毎に検
出し、その出力信号を受ける最低抵抗演算回路により電
極間抵抗値を次の式から求める。

電極間電圧 電極間抵抗＝□ 溶接電流 上記の演算回路から求められた電極間抵抗のうち最小値
のみ記憶保持回路（こより遂−ホールドする。

次いで、溶接回数１〜１００打点を対象に、例えば任意
設定の打点数１０点を設定器を介して平均値演算回路に
設定したと仮定すると、溶接毎に１０点の各最低値を記
憶保持回路から引出し、チップ間抵抗の最低値の平均を
算出する。この算出方法は、たとえば第４図に示すよう
に、任意の設定打点数（打点群）を１０に設定し、溶接
打点が１〜ｎまであるとすると１群■は今打った溶接打
点が１１であれば、古い溶接打点１を除き、最も新しい
溶接打点１１を加え２〜１１の各溶接打点の最低抵抗の
平均値を次の式から求める。

上記により求められた平均値を打点１１の最低抵抗とみ
なす。

次の溶接打点１２を打つと、次に古い溶接打点２を除き
、最も新しい溶接打点１２を加え３〜１２の各溶接打点
の最低値の平均値を新しい最低値として使用するという
ように、溶接の進行と共に。

その打点群の一番古い溶接打点を捨てて、今打った溶接
打点を加えて平均した値を今の溶接打点の最低抵抗値と
するのである。このようにして被溶接物のなじみ具合な
どの不測の外乱の影響に対応する。

かくして、スポット溶接の初期通電以降は、このように
して選択された溶接条件に従って溶接を行い、溶接打点
の進行に伴ない、溶接打点ごとに平均値演算回路の出力
と、予め設定された境界値とを比較演算回路により比較
し、平均値が境界値を越えたとき、比較演算回路からの
指令値により等級を一段すすめ、その等級に予め設定さ
れた諸条件に忠実に一致させるべく、位相制御点弧回路
を経てサイリスタを制御し、溶接を行う。

なお、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、亜鉛メッキ鋼板
の溶接を繰返すことによって電極チップ先端に銅と亜鉛
の合金層が形成され、今までの説明に対し電極の摩耗に
よる電極間抵抗の低下を打消すような作用がみられる。

すなわち、電極チップの摩耗は、進行しているのに電極
間抵抗を検出する限りではその程度がｑ減されて見える
ということがあるが、それは、前述した各等級基準とそ
れぞれに対する溶接条件を決定する際に上記打消効果を
勘案すればよい。

以上、本発明によれば電極チップ先端形状の変化に応じ
て溶接電流を増加するスポット溶接用制（２）方法とし
て、磨き軟鋼板であれ、亜鉛メッキ鋼板であれあるいは
その混流であれ、溶接過程中の電極間抵抗の最低値から
実際の電極チップの磨耗状況を検出して、その都度、チ
ップ摩耗状況に対応した適正な溶接条件で通電すること
ができるので、従来のようにスポット溶接を何打点打っ
たら電極チップがどれだけ消耗するか、実際の生産ライ
ンの状況に近い状態で実験を行なわなくてはならないと
いう不合理な条件設定から解放され、チップ損耗に対応
する適正条件を求める実験のみで、比較的容易に条件設
定ができるほか、不測の外乱などにより電極チップの摩
耗度の変動を見込み従来のように電流上昇率を高めに設
定する必要がなく、より適正な溶接条件で溶接ができる
うえ、適正条件を使用することによって電極チップのド
レッシングやチップ交換の周期を伸ばすことができ、チ
ップ交換などの附蕾作業を減少し、混流ラインでの生産
性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接過程中の電極間抵抗の推移を示す波形図
、第２図は、本発明方法を実施するための一例を示すブ
ロック図、第３図は、電極チップの損耗度に応じて計算
された電極チップ間抵抗最低値の平均値の推移と、溶接
品質を補正するためのいくつかの摩耗等級別に対応する
境界値との関連を示すグラフ。第４図は、設定打点数の
最低抵抗の平均値を算出する方法を示す図表。 ナＩ記 班 一溶撞回数 −４−３区 １　　２、　３　４　　５　　６　　７　　１？　　９
　　ｔＯｒｔ　　ｆｚ中今口 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和５９年特許願第１９９２４９号 ２、発明の名称 スポット溶接用制御方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　神奈川県用崎市多摩区枡形ＩＴ目２３番１号
名　称　　　株式会社　　電元社製作所４、補正命令の
日付　　　　自　発　　　　　　ビューニ」５、補正の
対象 明細書の一特許請求の範１及び゛発明の詳細な説明」の
欄６、補正の内容 別紙のとおり （１）特許請求の範囲を別紙のとおり訂正します。 （２）明細書第４ページ１３行〜１４行の［・・・実験
にもとずく」を［・・・実験にｉ＜Ｊと訂正します。 （３）同第６ページ１３行と第９ページ２行の「逐一」
を「逐一」と訂正します。 （４）同第９ページ２行の「最小値」を「最低値」に訂
正します。 （５）同第９ベージ１２行の「古い溶接打点ｌを除き、
」を「最も古い溶接打点１を除き、」と訂正します。 （６）同第１１ページ７行と８行の間に次の文章を挿入
します。 「なお、電極チップが予想される最大摩耗に達した状態
、即ち、前記最低抵抗値の低下が予め設定された最終の
境界値を越えて進行した場合には、従来のリニアアップ
及びステップアップ制御で行われていたと同様、完了信
号を発するなどの機能を付加することも容易であること
は言うまでもない。」 特許請求の範囲を次のように訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極チップ先端形状の変化に応じて溶接電流及び通電時
   間等の諸条件を制御するスポット溶接用制御方法におい
   て、溶接通電毎に時々刻々変化する電極チップ間抵抗の
   通電初期における最低値を検出し、この最低値を遂一記
   憶保持すると共に、平均すべき所定の打点数を越えない
   ように、１打点加える毎に最も古い打点の最低抵抗値を
   捨てて、今打つた溶接打点の最低値を加えて所定の打点
   数での電極間抵抗値の平均値を順次求め、かつその平均
   値が予め電極チップの溶接摩耗に応じて数段階にわけて
   設定した溶接電流等の諸条件の変化すべき境界値に達し
   たときに、それぞれの境界値に対応した諸条件にしたが
   つて溶接を行うようにしたことを特徴とするスポット溶
   接用制御方法。