JP2000102879A

JP2000102879A - スポット溶接における品質判定方法およびその装置

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Publication number: JP2000102879A
Application number: JP10277506A
Authority: JP
Inventors: Shuji Oda; 修二小田; Hideki Tamai; 秀樹玉井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-11
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP3858476B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間の抵抗値変化に基づいてスポット溶接の
良否をより精度よく判定できるようにする。【解決手段】電極３、４間の抵抗値変化が検出されて、
通電開始から抵抗値が最大となるまでの経過時間が決定
される。上記経過時間が所定のしきい値よりも小さいと
きは、抵抗値が最大となった後の抵抗値減少量が所定値
以上であることを条件として、良品質であると判定され
る。上記経過時間が所定のしきい値よりも大きいとき
は、抵抗値が最大となるまでの抵抗値の最大上昇速度が
所定値以上であることを条件として、良品質であると判
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスポット溶接におけ
る品質判定方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スポット溶接は、自動車ボディを構成す
るパネル材同士の接合等、種々の分野において利用され
ている（例えば特開平９−８９８２５号公報参照）。ス
ポット溶接が適切に行われた否かを確認すること、つま
りスポット溶接の品質良否を確認することが行われてい
る。

【０００３】スポット溶接の品質良否の確認の１つの手
法として、電極間の抵抗値変化に基づいて行うもの、よ
り具体的には通電開始から抵抗値が最大となるまでの経
過時間が、所定のしきい値よりも小さいか否かに応じ
て、品質良否を判定することが行われている。この点を
詳述すると、抵抗値は、時間の経過に伴って、その初期
時には被溶接部材としての母材の面接触増大により低下
していき、その後、発熱による抵抗増大となり、抵抗値
が最大となった後、通電面積の拡大（ナゲット拡大）に
よる抵抗値の減少となる。そして、抵抗値が最大となる
までの経過時間が小さいということは、その間の発熱が
十分行われていると考えられて、良品質であると判定さ
れ、逆に経過時間が大きいということは、その間の発熱
が十分に行われていないので不良品質と判定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】抵抗値変化に基づいて
スポット溶接の品質良否を、従来のように抵抗値が最大
となるまでの経過時間のみによって判定した場合、良品
質と判定されても実際には不良品質であることもあり、
逆に不良品質であると判定されても実際には良品質であ
る、ということが応々にして生じる。例えば、上記経過
時間が小さくて、この間までの発熱量が十分であると考
えられても、抵抗値が最大となった後の発熱量が小さす
ぎて、不良品質となる場合がある。また、経過時間が大
きくてこの間までの発熱量が小さいと考えられるときで
も、抵抗値が最大となるまでの抵抗値の上昇速度が大き
くてつまり発熱量が大きくて、良品質となる場合もあ
る。

【０００５】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れてたもので、その目的は、電極間の抵抗値変化に基づ
いてスポット溶接の品質良否を判定する場合に、より精
度よく品質の良否判定を行えるようにしたスポット溶接
における品質判定方法およびその装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明方法にあっては、次のような解決手法を採択
してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１
に記載のように、スポット溶接時の電極間の抵抗値変化
を検出する第１ステップと、通電開始から抵抗値が最大
となるまでの経過時間が、あらかじめ設定した所定時間
よりも小さいか大きいかの比較結果を得る第２ステップ
と、前記比較結果が大のときと小のときとで、互いに異
なる抵抗値変化状態に基づいて溶接の品質良否の判定を
行う第３ステップと、を備えているようにしてある。上
記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範
囲における請求項２〜請求項５に記載のとおりである。

【０００７】前記目的を達成するため、本発明装置にあ
っては、次のような解決手法を採択してある。すなわ
ち、特許請求の範囲における請求項６記載のように、ス
ポット溶接時の電極間の抵抗値変化を検出する抵抗値変
化検出手段と、前記抵抗値変化検出手段での検出結果に
基づいて、通電開始から抵抗値が最大となるまでの経過
時間を決定する経過時間決定手段と、前記経過時間決定
手段により決定された前記経過時間が、あらかじめ設定
された所定時間よりも小さいか大きいかを判定する大小
判定手段と、前記大小判定手段での判定結果が大のとき
と小のときとで、互いに異なる抵抗値変化状態に基づい
て溶接の品質良否の判定を行う良否判定手段と、を備え
ているようにしてある。上記解決手法を前提とした好ま
しい態様は、特許請求の範囲における請求項７以下に記
載のとおりである。

【０００８】

【発明の効果】請求項１によれば、抵抗値が最大となる
経過時間がしきい値としての所定時間よりも小さいか大
きいかによって、品質良否の判定条件を振り分けて、よ
り精度よく品質良否の判定を行うことが可能になる。

【０００９】請求項２によれば、抵抗値が最大となるま
での発熱量が小さいと考えられるとき、つまり基本的に
不良品質であると判定されるようなときでも、抵抗値の
上昇度合いをさらに検討することにより、良品質である
のに不良品質であると誤って判定されてしまう事態が防
止される。請求項３によれば、抵抗値が最大となるまで
の発熱量が小さいと考えられるとき、つまり基本的に不
良品質であると判定されるようなときでも、抵抗値の上
昇度合いおよび抵抗値減少度合いをさらに検討すること
により、良品質であるのに不良品質であると誤って判定
されてしまう事態が防止される。

【００１０】請求項４によれば、抵抗値が最大となるま
での発熱量が大きいと考えられるとき、つまり基本的に
良品質であると判定されるようなときでも、抵抗値の減
少度合いをさらに検討することにより、不良品質である
のに良品質であると誤って判定されてしまう事態が防止
される。請求項５によれば、抵抗値測定のバラツキを影
響を極力排除し、しかも抵抗値が最大となる前後での抵
抗値の増減傾向をも加味して、抵抗値が最大となるまで
の経過時間というものをより精度よく決定して、この経
過時間に基づく品質良否の判定をより精度よく行う上で
好ましいものとなる。

【００１１】請求項６によれば、請求項１に対応した効
果を得ることのできる品質判定装置が提供される。請求
項７によれば、請求項２に対応した効果を得ることので
きる品質判定装置が提供される。請求項８によれば、請
求項３に対応した効果を得ることのできる品質判定装置
が提供される。請求項９によれば、請求項４に対応した
効果を得ることのできる品質判定装置が提供される。請
求項１０によれば、請求項５に対応した効果を得ること
のできる品質判定が提供される。請求項１１によれば、
電極間の抵抗値変化を、電極間の電圧と、電極を流れる
電流との関係から簡単に決定することができる。

【００１２】図１に、スポット溶接時において、一対の
電極間における抵抗値が変化する様子の代表的な例が示
され、図１中（ａ）〜（ｄ）で示される符号は、図２の
（ａ）〜（ｄ）の状態に対応している。すなわち、図２
において、１、２は被溶接部材としての母材であり、
３、４はスポット溶接用の電極である。図１において、
スポット溶接の初期時には、母材１、２同士の接触面積
増大による抵抗値減少が現れる。この後、通電路の温度
上昇（ジュール熱発生）により、抵抗値が増大される。
抵抗値が最大となった付近でナゲット５（図２の
（ｃ）、（ｄ）参照）が生成され、通電終了時点ではナ
ゲット５が所望の十分な大きさに成長される。なお、実
施形態では、通電時間は一定の１５サイクル（１サイク
ル＝１／６０秒）とされて、抵抗値検出は０．５サイク
ル毎に行われている。

【００１３】図３は、図１のような抵抗値変化を検出す
るための一例を示すものであり、電極３、４間の電圧が
検出されると共に、電極を流れる電流が検出されて、検
出された電圧と電流とから電極間抵抗値が決定されるよ
うになっている。なお、電極を流れる電流検出のため
に、一方の電極３にトロイダルコイル６が付設される。

【００１４】まず、電極間の電圧の検出のために、Ａ／
Ｄ変換器７を経て、チップ間（電極間）電圧がサンプリ
ングされ（図３の（ａ））、その後誘導電圧が除去され
（図３の（ｂ））、最後に電圧実効値が演算される（図
３の（ｃ）で０．５サイクル毎）。また、電流は、Ａ／
Ｄ変換器７を経て、誘導電圧がサンプリングされ（図３
の（ｄ））、その後積分処理されて電流値が決定され
（図３の（ｅ））、最後に実効値電流が演算される（図
３の（ｆ）で、０．５サイクル毎）。上述のようにして
得られた実効値電圧と実効値電流とに基づいて抵抗値
（の変化）が決定される（図３の（ｇ）で、０．５サイ
クル毎）。

【００１５】上述のようにして得られた電極間の抵抗値
変化が、良否判定部（図３の（ｈ））に入力されて、こ
の良否判定部によって、後述のようにして、スポット溶
接の良否が判定される。スポット溶接の良否判定の前提
として、通電開始から抵抗値が最大値（ピーク値）とな
るまでの経過時間が決定されるが、この経過時間の決定
が、次のようにして行われる。すなわち、図４に示すよ
うに、抵抗値が上昇つまり増大しているとき、抵抗値上
昇の最大傾きを示す特性線がαとして決定され、また抵
抗値減少の最大傾きを示す特性線がβとして決定され
る。そして、両方の特性線αとβとの交点γに対応した
時点までの経過時間が、抵抗値が最大となる上記経過時
間として決定される。なお、図３の（ａ）〜（ｈ）まで
の各部分は、マイクロコンピュ−タを利用して構成され
た制御ユニット（コントロ−ラ）での機能別の制御部分
をブロック図的に示すものである。

【００１６】図５〜図８は、抵抗値が最大となる経過時
間のみによってスポット溶接の品質良否を判定した場合
に、判定誤まりを生じ易いことを説明するためのもので
ある。まず、図５は、通電径が母材１、２の溶融に伴っ
て広がっていく溶接例を示すもので、図５の符号１番、
２番、３番がナゲット５の成長していく過程を示し、そ
のときの抵抗値変化の様子が図６に示される。この場合
の抵抗値変化の特徴は、抵抗値が最大となるまでの経過
時間が小さく（短く）、ナゲット径の成長とともに通電
径が拡大して抵抗値が減少する。

【００１７】次に、図７は、通電径が初期に広がって、
溶融が縦方向（母材１、２の重なり方向）に広がってい
く場合を示し、そのときの抵抗値変化の様子が図８に示
される。この場合の特徴は、初期に通電径が確保される
ために発熱による抵抗増が緩やかとなり、抵抗値が最大
となるまでの経過時間が大きい（長い）ものとなり、ナ
ゲット径の成長による通電径の拡大が少ないために抵抗
値の減少が少ないものとなる。

【００１８】図５の場合において、経過時間が小さいも
のの、抵抗値が最大となってからの発熱量が不十分で、
不良品質となる場合も有り、このような不良品質を良品
質と誤判定されてしまう事態を防止することが望まれ
る。また、図７の場合において、経過時間が大きいもの
の、抵抗値の上昇速度が十分大きかったり、抵抗値が最
大となった後の抵抗値減少量が十分に大きくて、結果と
して発熱量が十分確保されて良品質となる場合も多く、
このような良品質を不良品質と誤判定してしまう事態を
防止することが望まれる。

【００１９】図９は、本発明によるスポット溶接の品質
判定例を示すフロ−チャ−トであり、以下この図９につ
いて説明するが、図９は図３の（ｈ）で示す良否判定部
での制御内容に相当する。なお、図９の例では、基本的
に、経過時間が所定時間（所定のしきい値）よりも大き
いか小さいかによって、品質良否の判定条件を変更する
ようにしてある。

【００２０】まず、Ｑ（ステップ−以下同じ）１におい
て、前述した抵抗値変化がモニタリングされた後、Ｑ２
において、初期発熱量を示す波形パラメ−タが算出され
る。Ｑ３においては、初期発熱量が大きいか否か（所定
のしきい値以上であるか否か）が判別され、このＱ３の
判別でＮＯのときは、初期エネルギが絶対的に不足して
いるときなので、Ｑ１３において不良品質と判定される
（ＮＧ判定）。

【００２１】Ｑ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４におい
て、抵抗値が最大となるまでの経過時間が、あらかじめ
設定された所定時間（所定のしきい値）よりも大きいか
否かが判別される。このＱ４の判別でＮＯのときは、基
本的に良品質のときであるが、不良品質である場合を考
慮して、図５、図６の判別が行われる。すなわち、Ｑ５
において、抵抗値が最大となってから、当該最大抵抗値
から通電終了までの間での抵抗値減少量（最大減少量）
が大きいか否か、より具体的には抵抗値減少量が所定の
しきい値α１以上であるか否かが判別される。このＱ５
の判別でＹＥＳのときは、抵抗値が最大となってからの
発熱量も十分確保されているので、Ｑ８において良品質
と判定される（ＯＫ判定）。

【００２２】前記Ｑ５の判別でＮＯのときは、さらに、
Ｑ６において、抵抗値が最大となった後における抵抗値
減少速度が大きいか否か、つまり抵抗値の最大減少速度
が所定のしきい値以上であるか否かが判別される。この
Ｑ６の判別でＹＥＳのときは、抵抗値が最大となった後
の発熱量も十分大きいとして、Ｑ８において良品質であ
ると判定される。Ｑ６の判別でＮＯのときは、Ｑ７にお
いて、不良品質であると判定される。

【００２３】Ｑ４の判別でＹＥＳのときは、基本的に不
良品質であると考えられるときであるが、良品質である
場合を考慮して、Ｑ９〜Ｑ１１の判別が行われる。すな
わち、Ｑ９において、抵抗値が最大となった後の抵抗値
減少量が大きいか否か、つまり抵抗値の最大減少量が所
定のしきい値α２（α２＝α１でもよいが、α２＜α１
とするのが好ましい）以上であるか否かが判別される。
Ｑ９の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１０において、抵抗値
が最大となるまでの間における抵抗値の上昇速度が大き
いか否か、つまり抵抗値の最大上昇速度が所定のしきい
値以上であるか否かが判別される。Ｑ１０の判別でＹＥ
Ｓのときは、Ｑ１１において、抵抗値が最大となるまで
の間における抵抗値の上昇加速度が大きいか否か、つま
り抵抗値の最大上昇加速度が所定のしきい値以上である
か否かが判別される。Ｑ１１の判別でＹＥＳのときは、
Ｑ１２において、良品質であると判定される。前記Ｑ
９、Ｑ１０あるいはＱ１１の判別でＮＯのときは、それ
ぞれ不良品質であると判定される。

【００２４】図９を補足説明すると、Ｑ６は、品質判定
の精度をより向上させるために設けたものであり、無く
てもよいものである。また、Ｑ５は、抵抗値の減少度合
いを示すものであり、この抵抗値減少量の代わりに、抵
抗値の減少速度が大きいか否かの判別を行うようにして
もよい（抵抗値減少速度が所定のしきい値よりも大きい
ときに良品質判定とする）。また、抵抗値減少量および
抵抗値減少速度の両方でもって判定するようにしてもよ
く、この場合は、抵抗値減少量が所定のしきい値よりも
大きいとき、または抵抗値減少速度が所定のしきい値よ
りも大きいときのいずれか一方の条件を満足したとき
に、良品質であると判定するようにしてもよい（ｏｒ条
件設定であり、不良品質をより積極的に除外するにはａ
ｎｄ条件設定とすることも可能）。

【００２５】Ｑ４の判別でＹＥＳのときにおいて、Ｑ１
２の判別は無くともよいものである。また、Ｑ１０での
抵抗値上昇速度は抵抗値上昇割合を示すものであるが、
抵抗値上昇割合としては、抵抗値上昇量とすることもで
きる。さらに、Ｑ９は無くともよいものであるが、不良
品質を良品質と誤判定するのをより確実に防止する上に
おいては、Ｑ９を設定しておくのが好ましい。いずれに
しても、Ｑ４の判別でＹＥＳのときのときは、良品質を
ピックアップする過程となるので、良品質と判定される
条件を厳しくする方向での設定が好ましい。すなわち、
Ｑ４の判別でＮＯのときの良品質と判定される条件を、
複数の条件設定のｏｒ条件とするのに対して、Ｑ４の判
別でＹＥＳのときの良品質と判定される条件は、複数の
条件設定がなされているときはａｎｄ条件とするのが好
ましい。

【００２６】抵抗値が最大となるまでの経過時間は、図
４のようにして決定することなく、従来同様、各サンプ
リング時点の検出抵抗値のうち最大抵抗値を示す時点ま
でをそのまま経過時間として決定するようにしてもよ
い。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的
に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供す
ることをも暗黙的に含むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】スポット溶接における抵抗値変化の様子の一例
を示す特性図。

【図２】図１の特性図における各溶接進行状況での溶接
状態を示す説明図。

【図３】抵抗値変化の検出と品質判定を行うめの制御系
統例を示す図。

【図４】抵抗値が最大となるまでの経過時間の好ましい
決定例を示す図。

【図５】ナゲットの成長過程の一例を示す簡略断面図。

【図６】図５での抵抗値変化を示す図。

【図７】ナゲットの成長過程の別の例を示す簡略断面
図。

【図８】図７での抵抗値変化を示す図。

【図９】本発明の品質判定のための制御例を示すフロ−
チャ−ト。

【符号の説明】

１、２：母材３、４：電極５：ナゲット６：トロイダルコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スポット溶接時の電極間の抵抗値変化を検
出する第１ステップと、通電開始から抵抗値が最大となるまでの経過時間が、あ
らかじめ設定した所定時間よりも小さいか大きいかの比
較結果を得る第２ステップと、前記比較結果が大のときと小のときとで、互いに異なる
抵抗値変化状態に基づいて溶接の品質良否の判定を行う
第３ステップと、を備えていることを特徴とするスポッ
ト溶接における品質判定方法。
【請求項２】請求項１において、前記第２ステップでの比較結果が大のときは、前記第３
ステップにおける抵抗値変化状態が抵抗値の上昇度合と
される、ことを特徴とするスポット溶接における品質判
定方法。
【請求項３】請求項１において、前記第２ステップでの比較結果が大のときは、前記第３
ステップにおける抵抗値変化状態が、抵抗値の上昇度合
および抵抗値の減少度合いとされる、ことを特徴とする
スポット溶接における品質判定方法。
【請求項４】請求項１において、前記第２ステップでの比較結果が小のときは、前記第３
ステップにおける抵抗値変化状態が抵抗値の減少度合と
される、ことを特徴とするスポット溶接における品質判
定方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項に
おいて、抵抗値が最大となるまでの前記経過時間が、抵抗値上昇
の最大傾きと抵抗値減少の最大傾きとの交点となる時間
として決定される、ことを特徴とするスポット溶接にお
ける品質判定方法。
【請求項６】スポット溶接時の電極間の抵抗値変化を検
出する抵抗値変化検出手段と、前記抵抗値変化検出手段での検出結果に基づいて、通電
開始から抵抗値が最大となるまでの経過時間を決定する
経過時間決定手段と、前記経過時間決定手段により決定された前記経過時間
が、あらかじめ設定された所定時間よりも小さいか大き
いかを判定する大小判定手段と、前記大小判定手段での判定結果が大のときと小のときと
で、互いに異なる抵抗値変化状態に基づいて溶接の品質
良否の判定を行う良否判定手段と、を備えていることを
特徴とするスポット溶接における品質判定装置。
【請求項７】請求項６において、前記大小判定手段での判定が大のときは、前記良否判定
手段が、抵抗値の上昇速度に基づいて品質良否の判定を
行うようにされている、ことを特徴とするスポット溶接
における品質判定装置。
【請求項８】請求項６において、前記大小判定手段での判定結果が大のときは、前記良否
判定手段が、抵抗値の上昇速度および抵抗値の減少量に
基づいて品質良否の判定を行うようにされている、こと
を特徴とするスポット溶接における品質判定装置。
【請求項９】請求項６において、前記大小判定手段での判定結果が小のときは、前記良否
判定手段が、抵抗値の減少量に基づいて品質良否の判定
を行うようにされている、ことを特徴とするスポット溶
接における品質判定装置。
【請求項１０】請求項６ないし請求項９のいずれか１項
において、前記経過時間決定手段が、抵抗値上昇の最大傾きと抵抗
値減少の最大傾きとの交点となる時間を前記経過時間と
して決定するようにされている、ことを特徴とするスポ
ット溶接における品質判定装置。
【請求項１１】請求項６ないし請求項１０のいずれか１
項において、前記抵抗値変化検出手段が、電極間での電圧の変化を検出する電圧変化検出手段と、電極に流れる電流の変化を検出する電流変化検出手段
と、前記電圧変化検出手段で検出された電圧変化と前記電流
変化検出手段で検出された電流変化とに基づいて、抵抗
値の変化を決定する抵抗値変化決定手段と、から構成さ
れている、ことを特徴とするスポット溶接における品質
判定装置。