JP2000005882A

JP2000005882A - スポット溶接制御装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2000005882A
Application number: JP5272699A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Kamisada; 光憲神定
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JP3651301B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質のスポット溶接ができるようにする。【解決手段】一対の電極の磨耗量を検出し、この一対
の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中
における前記一対の電極の電極間変位量を基準位置ａか
ら連続的に検出し、検出された電極間変位量を検出され
た磨耗量で補正し、補正後の電極間変位量ｈに基づいて
前記被溶接部材の溶接状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接中の電極間変
位量を経時的に検出することによって高品質のスポット
溶接ができるようにしたスポット溶接制御装置およびそ
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、スポット溶接の品質を管理、
向上させるため様々な方法が提案されている。これらの
方法の中には、溶接電流通電中（ナゲット生成過程）の
被溶接部材の熱膨張の状況からスポット溶接の状態（信
頼性）を調べる方法がある。

【０００３】例えば、特公昭４８−４１４２２号公報、
特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明で
は、溶接電流通電中の熱膨張による被溶接部材の最大変
位量Ｈmax によりナゲット径を推定し、このナゲット径
から溶接の信頼性を測っている。

【０００４】また、例えば米国特許３４００２４２号公
報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明
では、熱膨張による被溶接部材の変位速度ｄｈ／ｄｔに
より溶接時に形成されるナゲット径を推定し、この推定
したナゲット径から溶接の信頼性を測っている。

【０００５】さらに、特開平７−２３２２７９号公報に
開示されている発明は、溶接電流通電終了後の被溶接部
材の収縮状況を検出し、これによって、溶接の信頼性を
測ろうとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たいずれの方法でも、被溶接部材と電極との接触状態が
正規の状態から外れて行なわれた場合には、溶接中の散
りの発生や初期接触抵抗値のバラツキ、または近傍に存
在する溶接済み打点への溶接電流の分流などが原因とな
って、推定したナゲット径から溶接の信頼性を定量的に
測ることは困難になる。

【０００７】たとえば、図１２（Ａ）に示すように被溶
接部材Ｗ同士が隙間がある状態で溶接された場合には、
電極間変位量の経時変化は、図１２（Ｂ）に示すように
正規の状態（被溶接部材間に隙間がなく、電極が溶接部
材に垂直に当接している状態）で得られる最大変位量Ｈ
max よりもかなり小さな最大変位量ｈmax を呈する経時
変化となる。

【０００８】また、図１３（Ａ）に示すように被溶接部
材Ｗに対して電極１が傾いた状態、すなわち打角が不適
当な状態で溶接された場合にも、電極間変位量の経時変
化は、図１３（Ｂ）に示すように正規の状態で得られる
最大変位量Ｈmax よりもかなり小さな最大変位量ｈmax
を呈する経時変化となる。

【０００９】さらに、上記のいずれの場合にも、電極間
変位速度ｄｈ／ｄｔは、正規の状態で得られる電極間変
位速度ｄｈ／ｄｔよりも小さな値になる。

【００１０】したがって、上記した従来のいずれの方法
によっても、被溶接部材Ｗに隙間があったり、打角が不
適当な状態で溶接された場合には、最終的に溶接品質に
問題がないような溶接が行なわれた場合であっても溶接
不良と判定されてしまうことになる。

【００１１】また、上記した従来の方法は、溶接中に得
られた電極間変位量から、事後的に溶接の信頼性を測る
ものであるから、溶接結果から得られた溶接条件のフィ
ードバックは、次の溶接作業から可能となる。したがっ
て、従来の方法では最低でも一個の溶接品が不良になる
ことを容認しなければならない。

【００１２】本発明は、このような従来の技術の問題を
解消するために成されたものであり、その第１の目的
は、被溶接部材と電極との接触状態の如何に拘らず、検
出された電極間変位量の経時的な変化からナゲット径の
推定（溶接の信頼性または溶接品質に等価）を正確にす
ることができ、その推定されたナゲット径に基づいて、
高品質の溶接に必要となる最適な溶接条件を算出できる
ようにするスポット溶接制御装置およびその制御方法を
提供することである。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、被溶接部材
と電極との接触状態の如何に拘らず、刻々と検出される
電極間変位量の変化状態に基づいて、最適な溶接条件を
リアルタイムで設定することができるようにしたスポッ
ト溶接制御装置およびその制御方法を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るための本発明は、次のように構成される。

【００１５】請求項１に記載の発明は、被溶接部材を加
圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電
極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位
量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出
された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状
態を判定する溶接状態判定手段とを有することを特徴と
する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検
出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が
前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の
電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被
溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該
加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に
検出することを特徴とする。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検
出手段によって検出された前記加圧位置における電極間
距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧
状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接
条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定さ
れた溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制
御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とす
る。

【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置
において、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量
検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の
内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部
材の溶接状態を判定することを特徴とする。

【００１９】請求項５に記載の発明は、被溶接部材を加
圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を
検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変
位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出
手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された
電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された
磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づ
いて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定
手段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装
置。

【００２０】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検
出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が
前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の
電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被
溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該
加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に
検出することを特徴とする。

【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検
出手段によって検出された前記加圧位置における電極間
距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧
状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接
条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定さ
れた溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制
御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とす
る。

【００２２】請求項８に記載の発明は、請求項５ないし
請求項７のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置
において、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量
検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の
内、一部の区間の電極間変位量を前記磨耗量検出手段に
よって検出された磨耗量によって補正し、補正された電
極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定
することを特徴とする。

【００２３】請求項９に記載の発明は、一対の電極によ
り被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前
記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検
出し、検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部
材の溶接状態を判定することを特徴とする。

【００２４】請求項１０に記載の発明は、一対の電極の
磨耗量を検出し、前記一対の電極により被溶接部材を加
圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電
極間変位量を基準位置から連続的に検出し、検出された
電極間変位量を検出された磨耗量で補正し、補正後の電
極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定
することを特徴とする。

【００２５】上記第２の目的を達成するための本発明
は、次のように構成される。

【００２６】請求項１１に記載の発明は、被溶接部材を
加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の
電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段
と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電
極間変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によ
って検出された電極間変位量と前記基準電極間変位量記
憶手段に記憶されている基準電極間変位量とを比較する
比較手段と、記比較手段による比較結果から前記被溶接
部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶
接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて
前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを
有することを特徴とする。

【００２７】請求項１２に記載の発明は、被溶接部材を
加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量
を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間
変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、予
め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変
位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検
出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検
出された磨耗量によって補正して前記基準電極間変位量
記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と比較する
比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶
接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記
溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づい
て前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段と
を有することを特徴とする。

【００２８】請求項１３に記載の発明は、請求項１１ま
たは請求項１２に記載のスポット溶接制御装置におい
て、前記溶接条件設定手段は、前記電極間変位量検出手
段によって検出される電極間変位量が前記基準電極間変
位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と一致
するように溶接条件を設定することを特徴とする。

【００２９】請求項１４に記載の発明は、被溶接部材を
加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の
電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段
と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極
間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、
基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準
回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算
出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶さ
れている基準回帰直線とを比較する比較手段と、前記比
較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を
設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段に
よって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の
通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴
とする。

【００３０】請求項１５に記載の発明は、被溶接部材を
加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量
を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間
変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前
記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位
量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によ
って補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出
する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基
準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、前記回
帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準
回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比
較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前
記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段
と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件
に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制
御手段とを有することを特徴とする。

【００３１】請求項１６に記載の発明は、請求項１４ま
たは請求項１５に記載のスポット溶接制御装置におい
て、前記溶接条件設定手段は、前記回帰直線算出手段に
よって算出された回帰直線が前記基準回帰直線記憶手段
に記憶されている基準回帰直線と一致するように溶接条
件を設定することを特徴とする。

【００３２】請求項１７に記載の発明は、請求項１１な
いし請求項１６のいずれか１項に記載のスポット溶接制
御装置において、前記溶接条件は、前記一対の電極から
前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、または
その通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の
電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させるこ
とのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであるこ
とを特徴とする。

【００３３】請求項１８に記載の発明は、請求項１１な
いし請求項１６のいずれか１項に記載のスポット溶接制
御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検
出された電極間変位量または前記通電制御手段によって
行なわれた溶接が適正であるかどうかを表示する表示手
段をさらに有することを特徴とする。

【００３４】請求項１９に記載の発明は、請求項１７ま
たは請求項１８に記載のスポット溶接制御装置におい
て、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、
優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とす
る。

【００３５】請求項２０に記載の発明は、一対の電極に
より被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出
された電極間変位量と予め設定された基準電極間変位量
とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を
設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極
の通電状態を制御することを特徴とする。

【００３６】請求項２１に記載の発明は、一対の電極の
磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧し
ながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間
変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量を検
出された磨耗量で補正し、補正後の電極間変位量と予め
設定された基準電極間変位量とを比較し、比較結果から
前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条
件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御すること
を特徴とする。

【００３７】請求項２２に記載の発明は、一対の電極に
より被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出
された電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された
回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比
較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定さ
れた溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制
御することを特徴とする。

【００３８】請求項２３に記載の発明は、一対の電極の
磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧し
ながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間
変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量を検
出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量
から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定
された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶
接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づ
いて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴と
する。

【００３９】請求項２４に記載の発明は、請求項２０な
いし請求項２３のいずれか１項に記載のスポット溶接制
御方法において、前記溶接条件は、前記一対の電極から
前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、または
その通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の
電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させるこ
とのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであるこ
とを特徴とする。

【００４０】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は次のよ
うな効果を奏する。

【００４１】請求項１、請求項２、請求項４または請求
項９に記載の発明によれば、一対の電極の電極間変位量
を基準位置から連続的に検出し、この検出された電極間
変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する
ようにしたので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘ら
ず、溶接状態の正確な判定が可能になる。

【００４２】請求項３に記載の発明によれば、検出され
た被溶接部材の厚さに応じて溶接条件を設定するように
したので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘らず、より
適した溶接条件の下で溶接をすることができるようにな
る。

【００４３】請求項５、請求項６、請求項８または請求
項１０に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して
電極間変位量を補正するようにし、一対の電極の電極間
変位量を基準位置から連続的に検出し、この検出された
電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判
定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電
極の磨耗の程度の如何に拘らず、溶接状態の正確な判定
が可能になる。

【００４４】請求項７に記載の発明によれば、電極の磨
耗量を検出して電極間変位量を補正するようにし、検出
された被溶接部材の加圧状態に応じて溶接条件を設定す
るようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電極の
磨耗の程度の如何に拘らず、より適した溶接条件の下で
溶接をすることができるようになる。

【００４５】請求項１１、請求項１３または請求項２０
に記載の発明によれば、検出された電極間変位量と記憶
されている基準電極間変位量とを比較することによって
溶接条件を設定するようにしたので、時々刻々と変化す
る溶接状態に対してリアルタイムで溶接条件を変更する
ことができるようになり、常に適した溶接をすることが
できるようになる。

【００４６】請求項１２または請求項２１に記載の発明
によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変
位量を補正するようにしたので、最適な溶接をすること
ができるようになる。

【００４７】請求項１４、請求項１６または請求項２２
に記載の発明によれば、検出された電極間変位量から算
出した回帰直線と記憶されている基準回帰直線とを比較
することによって溶接条件を設定するようにしたので、
時々刻々と変化する溶接状態に対してリアルタイムで溶
接条件を変更することができるようになり、常に適した
溶接をすることができるようになる。

【００４８】請求項１５または請求項２３に記載の発明
によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変
位量を補正するようにしたので、最適な溶接をすること
ができるようになる。

【００４９】請求項１７、請求項１９または請求項２４
に記載の発明によれば、溶接条件を、溶接電流、通電時
間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み
合わせによって設定することができるようになる。

【００５０】請求項１８に記載の発明によれば、電極間
変位量または溶接が適正であるかどうかを表示するよう
にしたので、溶接状態を随時確認することができるよう
になる。

【００５１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明のスポット溶接制
御装置およびスポット溶接制御方法を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００５２】図１は、本発明にかかるスポット溶接制御
装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概
略図である。

【００５３】スポット溶接制御装置は、溶接ガン１０の
動作を制御する溶接ガン制御装置２０、溶接ガン１０の
動作状態を検出するセンサ部３０から構成される。

【００５４】溶接ガン制御装置２０は、データ処理装置
２２、演算装置２４と記憶装置２６から構成される。

【００５５】データ処理装置２２は、センサ部３０から
出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先
端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量
の経時変化（電極間変位量データ）を演算装置２４や記
憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されてい
る溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極
加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。

【００５６】演算装置２４は、データ処理装置２２から
の検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデー
タ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電
極間変位量データ、基準データ）により、可動電極１２
の磨耗量、固定電極１４の磨耗量、これらの磨耗量に対
する補正量、溶接状態の判定などの演算をする。

【００５７】記憶装置２６は、データ処理装置２２から
の検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原
位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶した
り、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する
補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力され
る電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位
量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶
したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接
が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成され
た）ことを判定するために予め設定されている基準デー
タを記憶したりするものである。

【００５８】なお、基準データは、正規の状態（被溶接
部材間に隙間がなく、両電極が被溶接部材を垂直に加圧
している状態）で得られる電極間変位量の経時変化とそ
の最大変位量Ｈmax からなるデータであり、たとえば、
図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示してあるような
データである。

【００５９】演算装置２４は、記憶装置２６に記憶され
た電極間変位量データと基準データとを比較して、この
比較結果から溶接状態の信頼性が十分であるか、溶接品
質に問題がないかを判定することになる。この判定の結
果、溶接品質に問題があると判断された場合には、最適
な溶接条件を作成し、この溶接条件を次回以降の溶接条
件とする。作成された溶接条件は、溶接電流を制御する
外部装置に設定される。

【００６０】センサ部３０は、電極間変位量検出手段と
して機能するエンコーダ３２と、電極の磨耗量や基準位
置を決定するために使用される電極先端検出センサ３４
とを有している。

【００６１】エンコーダ３２は、溶接ガン１０の可動電
極１２の位置を検出するセンサであり、この位置は、可
動電極１２を昇降させるサーボモータ３４の回転量から
検出される。

【００６２】電極先端検出センサ３６は、可動電極１２
の先端位置を検出するセンサであって、予め設定されて
いる初期位置（原位置）から電極先端検出センサ３６に
よって可動電極１２の先端が検出されるまでの可動電極
１２の変位量（後で示す可動電極位置データ(1)）から
可動電極１２の磨耗量を検出するために用いられるもの
である。

【００６３】次に、図１のスポット溶接制御装置の動作
について説明する。

【００６４】スポット溶接制御装置は、以下の手順で溶
接ガン１０の動作を制御する。

【００６５】《電極の磨耗量に基づく補正量の算出》ス
ポット溶接制御装置は、溶接をする前に可動電極１２と
固定電極１４の磨耗量を検出し、これらの磨耗量に基づ
いて可動電極１２に設定されている初期位置（原位置）
を補正する。すなわち、可動電極１２と固定電極１４
は、溶接を重ねるごとにその先端部分が磨耗する。磨耗
した可動電極１２と固定電極１４から得られた電極間変
位量データは、新品の可動電極１２と固定電極１４を用
いて得られる電極間変位量データとは異なってしまうた
め、正確に溶接状態を判定することが困難になる。可動
電極１２と固定電極１４の磨耗量に基づく補正は、こう
した不具合を防ぐため行なわれるものである。

【００６６】以下、電極の磨耗量を検出して補正する具
体的な手順を説明する。

【００６７】まず、データ処理装置２２から可動電極加
圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電
極１２の先端が電極先端検出センサ３６で検出されるま
で現在設定されている初期位置（原位置）から可動電極
１２を下降させる。このときのサーボモータ３４の回転
量、すなわち可動電極１２の初期位置からの変位量は、
エンコーダ３２によって検出され、可動電極位置データ
(1)としてデータ処理装置２２を介して演算装置２４に
入力される。

【００６８】演算装置２４は、記憶装置２６に記憶され
ている新品の可動電極１２の可動電極位置データ(1)と
今測定された可動電極位置データ(1)とを比較し、両可
動電極位置データ(1)の値が相違していた場合には、そ
の差値（磨耗量）を可動電極１２の補正量として記憶装
置２６に記憶する。

【００６９】可動電極１２の補正量を算出した後、再度
データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサ
ーボモータ３４を動作させ、可動電極１２の先端が固定
電極１４の先端に当接するまで可動電極１２を下降させ
る。このときのサーボモータ３４の回転量、すなわち可
動電極１２の初期位置からの変位量は、エンコーダ３２
によって検出され、可動電極位置データ(2)としてデー
タ処理装置１２を介して演算装置２４に入力される。

【００７０】演算装置２４は、記憶装置２６に記憶され
ている新品の可動電極１２と固定電極１４による可動電
極位置データ(2)と今測定された可動電極位置データ(2)
とを比較し、両可動電極位置データ(2)の値が相違して
いた場合には、その差値（可動電極１２と固定電極１４
の磨耗量の和）を求め、この差値から前回求めた可動電
極１２のみの補正量（磨耗量）を差し引いて固定電極１
４の磨耗量を求める。これを固定電極１４の補正量とし
て記憶装置２６に記憶する。

【００７１】《電極間変位量データの測定を開始する基
準位置の設定》以上の手順によって両電極１２，１４の
補正量を算出した後、電極間変位量データの測定を開始
する基準位置に可動電極１４を設定する。

【００７２】以下、基準位置の設定の具体的な手順につ
いて説明する。

【００７３】まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記
憶されている新品の可動電極１２が初期位置から新品の
固定電極１４に接触するまでの変位量と、これから溶接
しようとしている被溶接部材の総板厚と、可動電極１２
と固定電極１４の補正量とから基準位置を算出する。こ
の基準位置は、新品の可動電極１２が初期位置から新品
の固定電極１４に接触するまでの変位量から被溶接部材
の総板厚を引いて、これに可動電極１２と固定電極１４
の補正量を加えることによって求められる。つまり、基
準位置は、新品の可動電極１２と固定電極１４を用いた
場合に、可動電極１２の先端が被溶接部材を加圧するこ
となく接触する位置であり、被溶接部材が正規に加圧さ
れる場合の可動電極１２の位置である。この基準位置
は、記憶装置２６に記憶される。

【００７４】なお、溶接ガン１０の懐開口部に被溶接部
材を置かずに、基準位置から可動電極１２を下降させ、
可動電極１２が固定電極１４を所定の加圧力で加圧する
可動電極１２の位置、すなわち固定電極１４の先端位置
は、基準加圧位置として記憶装置２６に記憶される。

【００７５】演算装置２４によって基準位置の算出が終
了したら、被溶接部材を溶接ガン１０の懐開口部内で固
定電極１４に接触させた状態で固定し、データ処理装置
２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４
を動作させ、可動電極１４の先端が被溶接部材に加圧す
ることなく接触する位置、すなわち、算出された基準位
置まで可動電極１４を下降させる。

【００７６】《被溶接部材の加圧位置の適否判定》次
に、この基準位置を基準として、実際に被溶接部材が所
望の加圧力で加圧されるように可動電極１２をさらに下
降させる。このとき、サーボモータ３４はトルク制御す
る。したがって、可動電極１２は、被溶接部材を所望の
加圧力（トルク）で加圧したところで自然に停止するこ
とになる。この下降位置（加圧位置）を検出することに
よって、被溶接部材が両電極１２，１４にどのような状
態（正規の状態、打角が不適当な状態または被溶接部材
間に隙間がある状態）で加圧されているかを知ることが
できる。したがって、検出された加圧位置に応じて溶接
条件（加圧力、溶接電流、通電時間）が補正される。ま
た、検出された加圧位置が著しく不適切であるときに
は、被溶接部材の種類が予定の種類と異なっている可能
性があるか、その他のトラブルの発生が予想されること
から、溶接作業が中止される。

【００７７】以下、被溶接部材の加圧位置の適否を判定
する手順について具体的に説明する。

【００７８】データ処理装置２２から可動電極加圧指令
を出力してサーボモータ３４を動作させ、基準位置まで
下降している可動電極１２をさらに一定の加圧力で下降
させる。このときの基準位置から可動電極１２が被溶接
部材を一定の加圧力で加圧して停止するまでの可動電極
１２の変位量はエンコーダ３２によって検出され、この
変位量と基準位置とから可動電極１２の位置が加圧位置
として算出される。この加圧位置は記憶装置２６に記憶
される。

【００７９】次に演算装置２４は、記憶装置２６に記憶
されている基準加圧位置（換言すれば、固定電極１４の
先端位置）に、溶接される被溶接部材の総板厚を加えさ
らに許容値を加えて得られる第１基準位置と、記憶装置
２６に記憶されている加圧位置とが比較され、加圧位置
が第１基準位置を越えている場合（加圧位置が第１基準
位置より可動電極側にある場合）には被溶接部材間に隙
間がある状態であるか、あるいは打角が不適当な状態で
あると考えられるので、記憶装置２６に記憶されている
溶接条件の内、その状態に最も適した溶接条件を選んで
溶接電流を制御する外部装置（図示せず）にその溶接条
件を設定する。

【００８０】また、演算装置２４は、記憶装置２６に記
憶されている基準加圧位置に、溶接される被溶接部材の
総板厚を加え、この値から許容値を差し引いて得られる
第２基準位置と、記憶装置２６に記憶されている加圧位
置とを比較し、加圧位置が第２基準位置を越えている場
合（加圧位置が第２基準位置より固定電極側にある場
合）には、被溶接部材の総板厚よりも小さい間隔で可動
電極１２と固定電極１４とが対峙していることになるの
で、可動電極１２または固定電極１４に異常があるか、
被溶接部材に対する溶接条件が不良であると判断し、
「異常」を出力して溶接を中断する。

【００８１】《スポット溶接》上記の処理によって設定
された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）に基づ
き、溶接ガン１０は被溶接部材を溶接条件にしたがった
加圧力で加圧し、溶接電流を制御する外部装置は溶接条
件にしたがった溶接電流をその条件で設定された通電時
間だけ溶接ガン１０に供給する。

【００８２】《スポット溶接の判定》スポット溶接が行
なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的
な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力
され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記
憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データ
と両電極１２，１４の補正量から、概念的には図２に示
すようなグラフを作成する。

【００８３】図２に示すグラフは、通電時間ｔに対して
基準位置（ａに示す位置）からの可動電極１２の電極間
変位量ｈをプロットして得られるものである。可動電極
１２は、基準位置から被溶接部材を加圧するために固定
電極１４に向けて下降し、被溶接部材を一定の加圧力で
加圧したところ（加圧位置）で停止する。

【００８４】図２に示したように、正規の状態で加圧さ
れた場合には、電極間変位量ｈは点ｑ（加圧位置）から
始まる曲線１に示すように変化して、変化の途中に最大
変位量Ｈmax に達する。また、被溶接部材間に隙間があ
る場合には、電極間変位量ｈは、正規の状態で加圧され
る場合よりも上（可動電極側）の点ｐ（加圧位置）から
始まる曲線２に示すように変化して、変化の途中に最大
変位量Ｈmax に達する。さらに、被溶接部材と両電極１
２，１４との打角が不適当であった場合には、電極間変
位量ｈは、点Ｐよりもさらに上（可動電極側）の点ｏ
（加圧位置）から始まる曲線３に示すように変化して、
変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。

【００８５】このように、正規の状態で加圧された場
合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電
極１２，１４との打角が不適当であった場合には、加圧
位置（ｑ，ｐ，ｏ）がそれぞれ異なるが、いずれの場合
にも、被溶接部材への通電が開始され、被溶接部材が溶
け始める通電時間Ｔ以降では、電極間変位量は同じよう
な変化をし、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。

【００８６】したがって、このような特徴を利用し、通
電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準デ
ータとを比較することによって、適正な溶接が行なわれ
たかどうかを正確に判定することがとができる。

【００８７】すなわち、通電時間Ｔ以降に測定された電
極間変位量データに記憶装置２６に記憶されている基準
データを重ね、基準データの一定の範囲内（予め定めら
れた許容範囲内）に電極間変位量データが収まれば、適
切な溶接が行なわれたものと判断し、そうでない場合に
は、適切でない溶接が行なわれたものと判断し、基準デ
ータとのずれの大きさに応じて次回以降に用いる溶接条
件を設定する。

【００８８】このように、本実施の形態においては、基
準位置を基準として電極間変位量データをとっている。
ところが従来は、本実施の形態における加圧位置を基準
として電極間変位量データをとっているので、とられた
データは、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示して
あるような基準データから大きく外れた曲線となってし
まう。本実施の形態では、基準位置を基準として電極間
変位量データをとることによって、両データのレベルを
合わせ、基準データと比較できるようにしているのであ
る。

【００８９】次に、以上に述べた本実施の形態の処理を
図３のフローチャートに基づいて説明する。

【００９０】演算装置２４は、記憶装置２６から溶接条
件を読み込み（Ｓ１）、この条件に基づいて被溶接部材
を加圧する加圧力、溶接電流、通電時間という具体的な
溶接条件を設定する（Ｓ２）。次に、可動電極１２の先
端を基準位置（正規な状態の下で被溶接部材に接触する
位置）まで移動し（Ｓ３）、基準位置からさらに可動電
極１２を下降させて被溶接部材を加圧し（Ｓ４）、可動
電極１２の基準位置からの変位量により可動電極１２の
加圧位置を算出する（Ｓ５）。

【００９１】続いて、この加圧位置が、第１基準位置ま
たは第２基準位置を越えていないかどうかが判断され
（Ｓ６）、この判断の結果、加圧位置が第１基準位置と
第２基準位置との間にあれば、正規の状態であるから、
設定された溶接条件によりスポット溶接を行なう（Ｓ
７）。そして、溶接中の電極間変位量を一定の時間間隔
で通電時間が終了するまで連続的に検出し、記憶装置２
６に記憶させる（Ｓ８〜Ｓ１０）。通電終了時間になっ
たら、通電を終了して（Ｓ１１）、ガンを開放し、スポ
ット溶接作業を終了する（Ｓ１２）。

【００９２】一方、ステップＳ６で、加圧位置が、第１
基準位置を越えている（加圧位置が第１基準位置より可
動電極側にある）と判断された場合には、電極間の距離
が正規の状態のときよりも広いので（Ｓ１３）、加圧位
置が溶接条件の補正ができる範囲内である場合には（Ｓ
１４）、設定された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電
時間）を加圧位置に合わせて補正する（Ｓ１５）。ま
た、加圧位置が、第２基準位置を越えている（加圧位置
が第２基準位置より固定電極側にある）と判断された場
合には、電極間の距離が正規の状態のときよりも狭いの
で（Ｓ１３）、可動電極１２または固定電極１４に異常
があるか、被溶接部材に対する溶接条件が不良であると
判断し、「異常」を出力して溶接を中断する。なお、加
圧位置が、第１基準位置を越えている（加圧位置が第１
基準位置より可動電極側にある）と判断された場合で
も、加圧位置が溶接条件の補正ができる範囲を大きく越
えている場合には、適切な溶接をすることができないの
で、「異常」を出力して溶接を中断する（Ｓ１３，Ｓ１
４，Ｓ１６）。

【００９３】このように、本実施の形態では、通電時間
Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準データと
を比較することによって、正規の状態で加圧された場
合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電
極１２，１４との打角が不適当であった場合のいずれの
場合でも、適正な溶接が行なわれたかどうかが正確に判
定できることになる。

【００９４】以上の実施の形態では、電極間変位量を基
準位置を基準としてサンプリングし、そのサンプリング
したデータから溶接が適切に行なわれたかどうかを判断
したり、次回以降の溶接条件を変更したりしているが、
次に示す実施の形態では、電極間変位量は従来通りの手
法でサンプリングし、そのサンプリングしたデータから
被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速
度などをリアルタイムに算出して現在行なわれつつある
溶接の電流密度の大きさを推定し、その推定に基づいて
溶接条件をリアルタイムに変更している。

【００９５】以下に第２の実施の形態を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００９６】図４は、第２の実施の形態におけるスポッ
ト溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶
接ガンの概略図である。

【００９７】スポット溶接制御装置には、第１の実施の
形態とは異なり、溶接ガン１０の電極間に溶接電流を供
給する溶接電流制御装置４０が設けられ、これに伴って
溶接ガン制御装置２０には、溶接電流制御装置４０との
情報を授受するための外部入出力装置２８が設けられて
いる。

【００９８】なお、溶接ガン制御装置２０は、溶接条件
を演算された推定電流密度に基づいて自動的に修正する
自動修正モード、溶接条件を作業者が手動で修正する手
動修正モードを選択できるようになっており、この選択
は、溶接ガン制御装置２０に設けられている図示しない
コントロールパネルのボタン操作によって行なう。

【００９９】データ処理装置２２は、センサ部３０から
出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先
端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量
の経時変化を演算装置２４や記憶装置２６に出力した
り、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作
プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電
極解放指令を出力したりする。

【０１００】出力される検出情報の内、可動電極位置デ
ータは、外部入出力装置２８を介して図示しないロボッ
ト制御装置に出力され、それに接続されている教示ペン
ダントや作業者用の表示装置に溶接中の熱膨張量の経時
変化が数値としてまたグラフとして表示され、溶接状態
をリアルタイムに確認することができるようになってい
る。溶接ガン制御装置２０が手動修正モードに設定され
ている場合には、作業者は、この教示ペンダントの表示
に基づいて、手動操作で溶接条件を変更することにな
る。

【０１０１】演算装置２４は、データ処理装置２２から
の検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデー
タ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電
極間変位量データ、基準電極間変位量、回帰モデル、電
極先端径、適正電流密度）により、回帰直線の算出、推
定電流密度の算出、溶接状態（溶接品質）のリアルタイ
ムな判定などを行なう。

【０１０２】記憶装置２６は、データ処理装置２２から
の検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原
位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶した
り、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する
補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力され
る電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位
量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶
したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接
が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成され
た）ことを判定するために予め設定されている基準電極
間変位量や基準回帰直線としての回帰モデルを記憶した
り、溶接条件を変更する必要があるかどうかを判断する
ための適正電流密度を記憶したりするものである。な
お、基準電極間変位量及び回帰モデルは、図９に示すよ
うな電極間変位量の経時的変化に関するデータである。

【０１０３】演算装置２４は、記憶装置２６に記憶され
た電極間変位量データから図８に示すような回帰直線を
算出し、算出された回帰直線から現在どのような溶接が
行なわれつつあるかを認識するための推定電流密度を演
算し、これを適正電流密度と比較して、この比較結果か
ら、このままの溶接条件で溶接しても信頼性の十分な溶
接ができるか、または溶接条件を変更しないと信頼性の
十分な溶接作業をすることができないかを判定すること
になる。この判定の結果、信頼性の十分な溶接作業をす
ることができないと判断された場合には、最適な溶接条
件を作成し、作成された溶接条件は、リアルタイムに外
部入出力装置２８を介して溶接電流制御装置４０に設定
される。

【０１０４】溶接電流制御装置４０は、設定された溶接
条件にしたがって、可動電極１２と固定電極１４とによ
って挟まれた被溶接部材に電流を流し、スポット溶接を
する。

【０１０５】図５は、溶接条件のリアルタイムな修正や
溶接品質の判定の処理を示すフローチャートであり、図
６は、図５のフローチャートにおける推定電流密度算出
のサブルーチンフローチャートであり、図７は、図５の
フローチャートにおける溶接条件最適化処理のサブルー
チンフローチャートである。

【０１０６】《推定電流密度算出》まず、可動電極１２
と固定電極１４とによって被溶接部材を加圧する。この
とき、可動電極１２と固定電極１４が所定の打角で被溶
接部材を加圧するようにする。なお、打角は被溶接部材
面に対して垂直な方向を０゜としたときに５゜程度の傾
きならば溶接品質には悪影響を与えない。加圧位置まで
可動電極１２が下降したら、予め決められた溶接条件に
より通電が開始される（Ｓ２１）。

【０１０７】通電が始まると被溶接部材は膨張して可動
電極１２をその加圧力に抗して押し上げるが、このとき
の可動電極１２と固定電極１４との間隔の変化量、すな
わち、電極間変位量が可動電極１２の変位量としてエン
コーダ３２によって測定される。この電極間変位量は、
連続的に、または０．５ｍｓｅｃあるいは１〜５ｍｓｅ
ｃ程度のごく僅かな時間間隔ごとにサンプリングされ
（Ｓ２２）、この測定結果は記憶装置２６に記憶される
（Ｓ２３）。なお、サンプリング間隔はこのような時間
間隔に限定されるものではなく、後述する回帰直線の算
出時間間隔に合わせて適宜設定すると良い。

【０１０８】そして、測定した電極間変位量から、一定
の時間間隔ｔwidth ごとに回帰直線を求め、求めた回帰
直線の傾きと切片を記憶する。ここで求める回帰直線
は、図８に示すように、横軸を時間軸Ｔ、縦軸を変位量
ｈとした２次元平面における直線である。また、回帰直
線の切片とは、回帰直線の時間軸上０の切片である。

【０１０９】これにより得られる回帰直線は、ｈ＝θ１
×Ｔ＋ＨT0となる。ここで、式中、ｈは電極間変位量、
Ｔは時間、θ１は回帰直線の傾き、ＨT0は回帰直線の切
片の値である。なお、回帰直線を一定時間間隔ごとに算
出しているのは、得られた回帰直線に基づいて、現在行
なわれつつある溶接状態をリアルタイムで判定するため
である（Ｓ２４）。

【０１１０】次に、このようにして求められた回帰直線
により、可動電極１２と固定電極１４から被溶接部材に
供給される電流の密度、すなわち推定電流密度を算出す
る。この推定電流密度の算出は、図６のフローチャート
に示すような手順によって行なわれる（Ｓ２５）。

【０１１１】まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記
憶されている現在使用中の可動電極１２と固定電極１４
との電極先端径と現在行なわれつつある溶接に使用され
ている溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間、板厚な
ど）を読み出すとともに（Ｓ４１，Ｓ４２）、演算装置
２４でカウントされている溶接作業（通電）が開始され
てから今現在までの通電経過時間を読み出して（Ｓ４
３）、これらのデータ（電極先端径、加圧力、溶接電
流、通電時間、板厚）の内の少なくとも１つ以上のデー
タと、通電経過時間及び算出された上記の回帰直線に基
づいて、記憶装置２６に予め記憶されている回帰モデル
の中で、現在の溶接状態に最も近似または適合する回帰
モデルが存在するかどうかを探索する（Ｓ４４）。適合
する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルか
ら推定電流密度を算出し、一方、近似する回帰モデルが
存在する場合には、その回帰モデルを補間して推定電流
密度を算出する（Ｓ４５）。

【０１１２】《溶接条件最適化》このようにして推定電
流密度の算出が終了すると、演算装置２４は、記憶装置
２６に予め記憶してある現在の溶接条件に対する適正電
流密度を読み出して、演算された推定電流密度とこの適
正電流密度（許容範囲が設けてある）とを比較し、演算
された推定電流密度が適正電流密度の範囲内であれば、
溶接条件として設定されている通電時間まで、Ｓ２２〜
Ｓ２５までの処理を繰り返し、現在設定されている溶接
条件にしたがって溶接作業を継続する（Ｓ２６，Ｓ３
０）。

【０１１３】一方、演算された推定電流密度が適正電流
密度の範囲内でなければ、溶接ガン制御装置２０が溶接
条件の自動修正モードに設定されているかどうかが判断
され（Ｓ２７）、自動修正モードに設定されていなけれ
ば、演算装置２４は演算した推定電流密度を記憶装置２
６に記憶させる。また、自動修正モードに設定されてい
れば、現在の溶接条件を最適な溶接条件に変更するため
の溶接条件最適化処理が行なわれる。この溶接条件最適
化処理は、図７のフローチャートに示すような手順によ
って行なわれる（Ｓ２９）。

【０１１４】演算装置２４は、記憶装置２６に記憶され
ている溶接条件最適化の溶接パラメータを読み込む。こ
の溶接条件最適化の溶接パラメータは、溶接条件を変更
する場合の適用の優先順位、適用の重み付け、溶接条件
最適化の有効／無効の状態に関するものである。たとえ
ば溶接条件を変更するための要素として、溶接電流、通
電時間、加圧力、電極先端径が設定されている場合に
は、ある回帰モデルに対しては、たとえば、それらの優
先順位を「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、
「加圧力」が３番、「電極先端径」が４番、適用の重み
付けを「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、
「加圧力」が１０％、「電極先端径」が４０％というよ
うに設定されている。なお、溶接条件最適化が「有効」
に設定されている場合には、溶接条件が変更されるが、
それが「無効」に設定されている場合には、溶接条件は
変更されない（Ｓ５１）。

【０１１５】読み込んだ溶接パラメータの優先順位に溶
接電流を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５
２）、その溶接電流に設定されている重み付けに応じた
フィードバック量を決定し、現在の溶接電流値を変更す
る。たとえば、上記の例では、「溶接電流」の重み付け
が２０％であるので、現在の溶接電流値を２０％上昇さ
せる（Ｓ５３，Ｓ５４）。

【０１１６】また、読み込んだ溶接パラメータの優先順
位に通電時間を変更すべき指令が含まれている場合には
（Ｓ５５）、その通電時間に設定されている重み付けに
応じたフィードバック量を決定し、現在の通電時間を変
更する。たとえば、上記の例では、「通電時間」の重み
付けが３０％であるので、現在の通電時間を３０％長く
する（Ｓ５６，Ｓ５７）。

【０１１７】さらに、読み込んだ溶接パラメータの優先
順位に加圧力を変更すべき指令が含まれている場合には
（Ｓ５８）、その加圧力に設定されている重み付けに応
じたフィードバック量を決定し、現在の加圧力を変更す
る。たとえば、上記の例では、「加圧力」の重み付けが
１０％であるので、現在の加圧力を１０％上昇させる
（Ｓ５９，Ｓ６０）。

【０１１８】そして、読み込んだ溶接パラメータの優先
順位に電極先端径（チップドレス開始）の指令が含まれ
ている場合には（Ｓ６１）、ロボットを制御する制御装
置にチップドレス指令を出力して、可動電極１２と固定
電極１４の電極チップをドレスする（Ｓ６２）。

【０１１９】たとえば、図５のフローチャートのＳ２５
のステップで算出された回帰直線が＋Ｂランクに示す回
帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつ
ある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれて
いる（多過ぎる）ので、図１０に示すような溶接条件の
変更が指示される。つまり、溶接電流値をやや減少さ
せ、通電時間をやや減少させ、加圧力をやや増加させる
という指令が出される。

【０１２０】この回帰モデルの場合に、優先順位とし
て、「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧
力」が３番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が２
０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％とい
うように設定されているとすれば、現在の溶接条件にお
ける溶接電流が２０％減少され、通電時間が３０％減少
され、また加圧力が１０％増加されることになる。

【０１２１】また、算出された回帰直線が−Ｃランクに
示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわ
れつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からは
ずれている（少な過ぎる）ので、図１０に示すような溶
接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値を増加
させ、チップドレスを行なうべき指令が出される。

【０１２２】この回帰モデルの場合に、優先順位とし
て、「溶接電流」が１番、「電極先端径」が２番、適用
の重み付けとして、「溶接電流」が５０％、「電極先端
径」が５０％というように設定されているとすれば、現
在の溶接条件における溶接電流が５０％増加され、可動
電極１２と固定電極１４の電極チップを研磨するチップ
ドレスが行なわれることになる。このような溶接条件
は、各回帰モデル毎に設けられている。

【０１２３】このようにして溶接条件の変更が行なわれ
た後に、この変更された溶接条件の下で再び回帰直線が
算出され、この回帰直線に基づく新たな溶接条件が算出
される。このように溶接条件の変更を頻繁に繰り返し、
図９の理想的な回帰モデル（Ａランク）に近い状態で溶
接が行なわれるようにしている。

【０１２４】なお、入熱速度が遅い場合（回帰直線の傾
きが小さい場合）に、溶接電流を増加しているのは、入
熱速度が速くなるように（回帰直線の傾きが大きくなる
ように）するためであり、また、入熱速度が速い場合
（回帰直線の傾きが大きい場合）に、溶接電流を減少さ
せ、加圧力を増加させているのは、入熱速度が遅くなる
ように（回帰直線の傾きが小さくなるように）するため
である。これにより、散りの発生が抑制され、最短時間
で理想の溶接を行うことができるようになる。

【０１２５】本実施の形態で溶接をした場合の効果をさ
らに詳しく説明する。

【０１２６】たとえば、図１２及び図１３に示したよう
に、被溶接部材間に隙間がある状態または打角がある状
態で同一の溶接条件で溶接した場合の電極間変位量の経
時変化をグラフ化すると、図１１に示すようなグラフに
なる。

【０１２７】図１１では、電極チップ先端の直径が８．
０ｍｍのものを使用して打角および被溶接部材間の隙間
（板隙）の大きさを変えて、それぞれ３点づつ実際にス
ポット溶接を行ったときの、電極間変位量と時間の関係
を示すグラフであり、図中φの値は各サンプルにおいて
溶接後、溶接部の破壊検査によって溶接状態の適否を判
定するための指標となるナゲット径を実測した値であ
る。なお、打角および板隙以外の通電条件などは同じで
ある。

【０１２８】この図から明らかなように、打角や板隙が
変わることにより、膨脹時の変位量や、図８に示してあ
る仮想飽和点に達する時間が異なることが分かる。そし
て仮想飽和点に達する時間（仮想飽和時間）は入熱速度
と相関関係がある。すなわち、仮想飽和時間が長い程入
熱速度が遅く、このため、ナゲット径が痩せている（小
さい）ことが分かる。このような傾向は打角や板隙によ
らず、入熱速度とナゲット径の大きさに相関関係のある
ことを示している。したがって、入熱速度がわかればど
の程度溶接電流を増加すれば適切な溶接をすることがで
きるかが想定できるのである。なお、図１１においてサ
ンプルデータは、各打角および板隙の条件ごとに３つの
データを示しているが、図面を見易くするために、図
中、回帰直線や仮想飽和点、仮想飽和時間を示す点線に
ついては各条件ごとに１つのサンプルデータについての
み示した。他のサンプルデータについても同様の傾向で
ある。

【０１２９】この図１１から分かる溶接時の熱膨張の傾
向について説明する。

【０１３０】まず、板隙は、複数の板材を重ね合わせて
溶接する場合、その隙間は、被溶接部材と両電極１２，
１４との間、および被溶接部材同士の間に発生する。こ
こで、図１１のＡおよびＢのサンプルデータを参照する
と、打角０゜のときには、板隙のない方（板隙０ｍｍ）
が板隙がある方（板隙５ｍｍ）より電極間変位量が多く
なる傾向がある。これは、打角０゜で板隙があった場合
には、通電開始により板材が溶融、軟化し馴染んでくる
ため、電極間変位量、その変位量の増加割合、すなわち
傾きが共に減少しているものと考えられる。

【０１３１】これに対し、データＣおよびＤで示した打
角５゜の場合には、板隙のない方が変位量、傾き共に減
少している。この傾向は、前述したように板隙がある場
合に溶接を行うとこれが馴染むために、変位量が減少す
るといった考え方からすると逆の傾向である。このよう
な打角５゜のときの傾向は、板隙がある場合には、被溶
接部材のそれぞれが個別に曲げ強度を持ち、打角が５゜
程度であれば両電極１２，１４の加圧力によって比較的
容易に変形するため、通電直前の板隙（この場合は被溶
接部材間の隙間）は両電極１２，１４の加圧力によって
吸収され、結果的に板隙がない状態で溶接されたものと
同等になることから生じると考えられる。ただし、打角
が傾いていることから生じる被溶接部材と両電極１２，
１４との接触不良（被溶接部材表面と各電極との隙間）
は加圧力だけでは免れることができないので、上記Ａや
Ｂのサンプルより変位量、傾き共に減少していると考え
られる。

【０１３２】一方、板隙が初めから０であると、その強
度は各被溶接部材が全体として一体となっているために
剛性が高くなり、被溶接部材が変形しにくいため、打角
が傾いているために生じている接触不良は、板隙が初め
からあり、被溶接部材が加圧力によって僅かに変形し得
る場合（Ｃのサンプル）よりも悪い状態で溶接が始ま
り、結果的に打角が傾いている影響を大きく受けて、Ｃ
のサンプルよりも変位量が少なくまた傾きも小さくなっ
たものと考えられる。

【０１３３】したがって、単純に打角や板隙からはナゲ
ット径がどの様になるかを推定することは困難である
が、本発明を適用することで、上述したように、打角や
板隙がどの様な状態であっても、最終的には理想的な溶
接状態で溶接されたのと同じ溶接を行なうことができ
る。

【０１３４】以上のように溶接条件の変更が繰り返され
ながら通電時間が経過すると（Ｓ３０）、溶接電流制御
装置４０は電極への通電を停止し（Ｓ３１）、溶接作業
を終了する。

【０１３５】《スポット溶接の判定》スポット溶接が行
なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的
な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力
され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記
憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データ
から、概念的には図１１に示すようなグラフを作成す
る。このグラフから傾きが０である回帰直線と実際に得
られた電極間変位量データとの交点を求め、溶接時にお
ける熱膨張の飽和点を算出し（Ｓ３２）、この飽和点か
ら被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮
時間を算出し、これらを記憶装置２６に予め理想的な溶
接モデルとして記憶されている被溶接物の膨張速度、飽
和熱膨張量、飽和時間、収縮時間と比較して、溶接品質
を判定している。

【０１３６】なお、記憶装置２６に予め記憶されている
基準電極間変位量に基づいて判定する場合には、電極間
変位量データと基準電極間変位量とが比較され、一致し
ていれば、溶接品質が良好であると判断することになる
（Ｓ３３）。

【０１３７】そして、溶接ガン制御装置２０が自動修正
モードに設定されていれば（Ｓ３４）、図１１に示した
ような溶接経過を示す熱膨張推移グラフ、算出された推
定電流密度、熱膨張飽和点、溶接品質判定結果を教示ペ
ンダントや作業用の表示装置に表示させる（Ｓ３５）。
一方、自動修正モードに設定されていなければ、自動修
正モードの場合に表示される項目に加えて、溶接条件を
作業者が手動で変更できるようにするためのナビゲーシ
ョンの表示がされる。したがって、作業者はこの表示を
見ながら溶接条件を変更することになる（Ｓ３６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるスポット溶接制御装置とその
装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図であ
る。

【図２】可動電極の電極間変位量ｈの経時変化を示す
電極間変位量データを示す図である。

【図３】図１のスポット溶接制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】第２の実施の形態におけるスポット溶接制御
装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概
略図である。

【図５】図４のスポット溶接制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】図５のフローチャートの内の「推定電流密度
算出」のサブルーチンフローチャートである。

【図７】図５のフローチャートの内の「溶接条件最適
化処理」のサブルーチンフローチャートである。

【図８】回帰直線の算出過程の説明に供する図であ
る。

【図９】回帰モデルの一例を示す図である。

【図１０】溶接条件の設定変更過程の説明に供する図
である。

【図１１】打角や隙間の有無による電極間変位量の相
違を示す図である。

【図１２】溶接部材間に隙間がある場合の電極間変位
量の変化状態を示す図である。

【図１３】電極チップの打角が傾いた場合の電極間変
位量の変化状態を示す図である。

【符号の説明】

１０…溶接ガン１２…可動電極１４…固定電極２０…溶接ガン制御装置３０…センサ部３２…エンコーダ３４…サーボモータ４０…溶接電流制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被溶接部材を加圧しながら通電する一対
の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に
検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶
接状態判定手段とを有することを特徴とするスポット溶
接制御装置。
【請求項２】前記電極間変位量検出手段は、前記一対
の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接
触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の
電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する
位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一
対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴
とする請求項１に記載のスポット溶接制御装置。
【請求項３】前記電極間変位量検出手段によって検出
された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接
部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被
溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の
スポット溶接制御装置。
【請求項４】前記溶接状態判定手段は、前記電極間変
位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量
の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接
部材の溶接状態を判定することを特徴とする請求項１な
いし請求項３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御
装置。
【請求項５】被溶接部材を加圧しながら通電する一対
の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に
検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量に
よって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記
被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを
有することを特徴とするスポット溶接制御装置。
【請求項６】前記電極間変位量検出手段は、前記一対
の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接
触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の
電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する
位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一
対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴
とする請求項５に記載のスポット溶接制御装置。
【請求項７】前記電極間変位量検出手段によって検出
された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接
部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被
溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の
スポット溶接制御装置。
【請求項８】前記溶接状態判定手段は、前記電極間変
位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量
の内、一部の区間の電極間変位量を前記磨耗量検出手段
によって検出された磨耗量によって補正し、補正された
電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判
定することを特徴とする請求項５ないし請求項７のいず
れか１項に記載のスポット溶接制御装置。
【請求項９】一対の電極により被溶接部材を加圧しな
がら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を基準位
置から連続的に検出し、検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶
接状態を判定することを特徴とするスポット溶接制御方
法。
【請求項１０】一対の電極の磨耗量を検出し、前記一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電
し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を基準位
置から連続的に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量で補正し、
補正後の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接
状態を判定することを特徴とするスポット溶接制御方
法。
【請求項１１】被溶接部材を加圧しながら通電する一
対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極
間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間
変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量と前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている
基準電極間変位量とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接
条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。
【請求項１２】被溶接部材を加圧しながら通電する一
対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極
間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間
変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量に
よって補正して前記基準電極間変位量記憶手段に記憶さ
れている基準電極間変位量と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接
条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。
【請求項１３】前記溶接条件設定手段は、前記電極間
変位量検出手段によって検出される電極間変位量が前記
基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間
変位量と一致するように溶接条件を設定することを特徴
とする請求項１１または請求項１２に記載のスポット溶
接制御装置。
【請求項１４】被溶接部材を加圧しながら通電する一
対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極
間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準
回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前
記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線
とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接
条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。
【請求項１５】被溶接部材を加圧しながら通電する一
対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極
間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変
位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量に
よって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算
出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準
回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前
記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線
とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接
条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基
づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手
段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。
【請求項１６】前記溶接条件設定手段は、前記回帰直
線算出手段によって算出された回帰直線が前記基準回帰
直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線と一致する
ように溶接条件を設定することを特徴とする請求項１４
または請求項１５に記載のスポット溶接制御装置。
【請求項１７】前記溶接条件は、前記一対の電極から
前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、または
その通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の
電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させるこ
とのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項１１ないし請求項１６のいずれか
１項に記載のスポット溶接制御装置。
【請求項１８】前記電極間変位量検出手段によって検
出された電極間変位量または前記通電制御手段によって
行なわれた溶接が適正であるかどうかを表示する表示手
段をさらに有することを特徴とする請求項１１ないし請
求項１６のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装
置。
【請求項１９】前記溶接条件の溶接電流、通電時間、
加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていること
を特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のスポ
ット溶接制御装置。
【請求項２０】一対の電極により被溶接部材を加圧し
ながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的
に検出し、検出された電極間変位量と予め設定された基準電極間変
位量とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状
態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
【請求項２１】一対の電極の磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的
に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量で補正し、補正後の電極間変位量と予め設定された基準電極間変位
量とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状
態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
【請求項２２】一対の電極により被溶接部材を加圧し
ながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的
に検出し、検出された電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを
比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状
態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
【請求項２３】一対の電極の磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的
に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量によって補
正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを
比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状
態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
【請求項２４】前記溶接条件は、前記一対の電極から
前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、または
その通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の
電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させるこ
とのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項２０ないし請求項２３のいずれか
１項に記載のスポット溶接制御方法。