JP2001018073A

JP2001018073A - 溶接部温度領域判別機能を有する抵抗溶接装置

Info

Publication number: JP2001018073A
Application number: JP11192513A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hasegawa; 博長谷川
Original assignee: Nadex Co Ltd
Current assignee: Nadex Co Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-23
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP4268274B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な溶接結果を安定的に得ることを可能にす
るために、溶接工程中において溶接部の温度領域を判別
することができる技術を実現する。【解決手段】一回の通電期間内に少なくとも２度以上ワ
ーク抵抗を算出してその差を演算し、演算された差を閾
値と比較して溶接部の温度領域を判別する装置が付加さ
れたことを特徴とする。溶接工程中に溶接部の温度がい
かなる温度領域にあるかが判別される。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークを一対の溶接電
極間にセットし、その電極間に溶接電流を流すことでワ
ークに抵抗発熱を生じさせてワークを溶接する技術の改
良に関する。特に、溶接中に溶接部の温度領域を判別す
ることを可能とする技術に関する。

【0002】

【従来の技術】上記の溶接技術において良好な溶接結果
を安定的に得るためには、溶接中に溶接部の温度領域
（例えば低温度領域にあるのか高温度領域にあるのか）
を検出できることが好ましい。溶接中に温度領域がわか
れば、その後の溶接条件を修正して溶接工程の終了時に
安定して良好な溶接結果が得られるようにすることがで
きる。例えば溶接工程中の高温度領域に達しているはず
のタイミングにおいてなお低温度領域にあればその後の
溶接電流を増加させて温度上昇率を増大させる修正が可
能となるし、逆にまだ高温度領域になってはいけないは
ずのタイミングで高温度領域になっていればその後の溶
接電流を減少させてその後の温度上昇率を減少させると
いった修正が可能となり、良好な溶接結果を安定的に得
ることが可能となる。しかしながら、実験室レベルでは
さておき、例えば自動車ボデーの組立て現場等におい
て、溶接中に溶接部の温度領域を判別する技術は実用化
されていない。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、溶接中に
溶接部の温度領域を判別することができる技術を実現す
ることを目的とする。

【0004】

【課題を解決するための手段】このために、請求項１に
記載の技術を創作した。この技術では、間欠的に通電さ
れる溶接電流の一回の通電期間内に少なくとも２度以上
ワーク抵抗が検出される。そして、その２度以上にわた
って検出されたワーク抵抗の差を演算し、その差が閾値
と比較される。ワークを構成する素材の抵抗はそのワー
ク素材の温度に依存して変化する。多くのワーク素材は
温度が上昇すると抵抗も上昇する。ここで単位温度あた
りの抵抗変化巾は温度領域によって変化することが知ら
れている。多くのワーク素材では、低温度領域にある間
は単位温度あたりの抵抗変化巾が大きく、高温度領域に
なると単位温度あたりの抵抗変化巾が小さくなる。溶接
電流の一回の通電期間内に溶接部の温度は上昇する。こ
の一回の通電期間内に２度以上ワーク抵抗を検出する
と、この２度のワーク抵抗の検出間隔内で溶接部温度は
上昇しており、それに伴ってワーク抵抗も変化している
はずである。上記したように、単位温度あたりの抵抗変
化巾は温度領域によって変化し、通常のワーク素材で
は、低温度領域にある間は単位温度変化することで抵抗
は大きく変化し、高温度領域になると単位温度変化して
も抵抗はさほど大きく変化しない。上記に例示した抵抗
―温度特性を有するワーク素材を溶接している場合であ
れば、２度にわたって検出されたワーク抵抗の変化が比
較的に大きければ溶接部が低温度領域にあることがわか
り、ワーク抵抗の変化が比較的に小さければ溶接部が高
温度領域にあることがわかる。このようにして、請求項
１に記載の技術によって溶接工程中に溶接部の温度がい
かなる温度領域にあるかを判別することが可能となる。
前記の例示で言えば、低温度領域にあるか高温度領域に
あるかが判別される。なお上記は例示に過ぎず、この解
決手段によると、低温度領域か高温度領域かの二者択一
のみならず、温度領域が低中高の３領域のいずれにある
か、あるいはさらに多くの温度領域のなかから判別され
ることもある。請求項１に記載の発明に従って一回の通
電期間内に２度以上ワーク抵抗を算出する場合、ワーク
抵抗を正確に算出するには、溶接電流の時間的変化に起
因して生じる誘導成分による影響を考慮することが必要
とされる。誘導成分を考慮した上で正確なワーク抵抗が
算出されるようにするためには、請求項２に記載された
構成を備えていることが好ましい。請求項２に記載され
た抵抗溶接装置の場合、溶接電流がほぼゼロであり、従
って電極間電圧もほぼゼロであるはずのタイミングでの
リード線間電圧とそのときの溶接電流の時間微分値が検
出されることから、リード線間電圧と電極間電圧との間
に差をもたらす誘導電圧係数が算出され、そしてこの算
出された誘導電圧係数を用いてワーク抵抗が算出され
る。このために、この構成を備えた抵抗溶接装置による
と、溶接電流が時間的に変動しているタイミングでのワ
ーク抵抗を正確に算出することが可能となり、一回の通
電期間内に２度以上ワーク抵抗を算出するにあたって各
回毎に算出されるワーク抵抗を正確なものとすることが
できる。従って請求項２に記載された特徴を備えた抵抗
溶接装置によると、溶接部の温度領域の判定精度が向上
する。この発明に従って溶接部の温度領域が判別できる
ことから、この判別を繰返し実行することで、いつ温度
領域が変化したかを検出することが可能となる。このた
めに、請求項３に記載の構成が創案された。請求項３に
記載の構成を備えた抵抗溶接装置の場合、各通電期間毎
に温度領域の判別が繰返し実行されることから、例え
ば、どの通電期間までは低温度領域にあってどの通電期
間以降に高温度領域に移行したかの特定ができる。この
ために、いつの通電期間のときに、溶接部の温度が温度
領域の切り替わる境界温度に達したかの特定が可能とな
る。請求項３に記載の技術によると、溶接部の温度がい
つ境界温度に達したかの特定が可能なことから、通電し
た電力量と溶接部の昇温の関係が把握される。このため
に請求項4に記載の構成が創作された。請求項４に記載
の構成によると、溶接部が例えば低温度領域から高温度
領域に切り替わる境界温度に達したときが特定されるこ
とから、それまでの累積電力量が算出でき、この結果、
その境界温度にまで昇温させるに要した累積電力量が算
出される。即ち、投入した累積電力量とその結果生じた
温度上昇巾の関係が明らかになり、単位温度上昇させる
に要した電力量が算出される。請求項４に記載の抵抗溶
接装置によると、放熱されやすくて温度が上昇しにくい
のか、あるいは放熱されにくくて温度が上昇しやすいの
かといった判別が可能となる。請求項４にしたがって、
溶接部の温度を単位温度上昇させるに要する電力量が算
出できれば、さらに電力を加えてさらに昇温させ、溶接
部の温度を溶融温度にまで上昇させるに要する電力量が
算出される。この総電力量が算出されれば、算出された
総電力量が溶接終了時までに投入されるようにするため
に必要とされるこれから投入すべき溶接電流の値が計算
可能となり、このようにして計算された溶接電流に制御
することによって良好な溶接結果が得られるはずであ
る。請求項５の抵抗溶接装置はこの解決原理を活用して
必要な溶接電流を計算する。請求項５に記載の装置によ
ると、溶接中に溶接部の温度が温度領域の切り替わる境
界温度に達したときに、溶接終了時までに加えるべき総
電力量が算出される。この加えるべき総電力量が算出さ
れた後、その後に予定されている通電期間を考慮するこ
とによってその後に投入するべき単位時間あたりの電力
が計算され、さらにワーク抵抗を考慮することによって
溶接電流が計算される。溶接の終了時に必要な電力量が
投入されたか否かを判別することによって正しく溶接さ
れたか否かの指標を得ることが好ましい。必要な電力量
が投入されていなければ適切な異常処理をすることが可
能となる。このために、請求項６に記載の構成が付加さ
れていることが好ましい。請求項６に記載の構成が備わ
っていると、境界温度にまで昇温させるに要した電力量
から算出される溶融温度にまで昇温させるに要する総電
力量と、実際に投入された累積電力量が比較され、必要
な電力量が実際に投入されたか否かのチェックが行なわ
れる。

【0005】

【実施の形態】以下に本発明の実施の形態の一例を図面
を参照して説明する。図１は、この発明を利用した抵抗
溶接装置の一例の全体構成を示している。この抵抗溶接
装置は、コントローラ２０と溶接トランス４２と一対の
電極５２、５４等を主体にして構成されている。

【0006】コントローラ２０はサイリスタ３８を有し、断
続的に点弧と消弧を繰返して溶接トランスの一次側電流
を調整する（ひいては溶接トランスの二次側電流すなわ
ち溶接電流を調整する）。サイリスタ３８の点弧はコン
トローラ２０に内蔵されているコンピュータで制御され
る。コンピュータは、ＣＰＵ２６とＲＡＭ２４とＲＯＭ
２２とそれらを結ぶバス等によって構成されている。コ
ンピュータにはＩ／Ｏ３２を介してスイッチ３０が接続
されており、そのスイッチ３０がオンすることでコンピ
ュータは図２、３に示すプログラムに基づいて動作をは
じめて溶接装置を制御する。コンピュータはサイリスタ
３８を所望のタイミングで点弧させるほか、電極５２、
５４を接近させる図示されていないエアーシリンダに圧
縮空気を与えたり圧縮空気を逃がしたりするバルブを制
御する。また何らかの異常時には異常出力回路３４から
異常信号を出力させ、その結果、作業者が溶接結果の良
否の判別を容易に行なうことが可能となる。。

【0007】溶接電流ｉ（ｔ）の検出用に溶接トランスの一
次側にトロイダルコイルＣＴが挿入されており、このト
ロイダルコイルＣＴは溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値ｄ
ｉ（ｔ）／ｄｔに比例する電圧を出力する。トロイダル
コイルＣＴで検出された溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値
ｄｉ（ｔ）／ｄｔは、Ａ／Ｄ変換回路３６でＡ／Ｄ変換
された後コンピュータに入力される。コンピュータは、
時時刻刻と入力される溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値ｄ
ｉ（ｔ）／ｄｔを時時刻刻と記憶するほか、これを積分
していくことによって溶接電流ｉ（ｔ）を算出し、算出
された溶接電流ｉ（ｔ）を時時刻刻と記憶していく。こ
の実施の形態では、溶接トランスの一次側で溶接電流に
関する値を検出しているようにしているが、二次側で検
出してもよい。

【0008】また、この実施の形態では、溶接電流の通電ケ
ーブル４１，４３の途中４４，４８からリード線４５、
４７を取り出してリード線４５，４７間電圧を電圧検出
計４０で検出している。検出されたリード線間電圧はＡ
／Ｄ変換器２８でデジタル値に変換されてコンピュータ
に入力される。この実施の形態では、溶接トランスの二
次側からリード線間電圧を検出しているが、一次側から
リード線をとりだしてもよい。前記のようにして、この
実施の形態では、リード線簡電圧Ｖ２（ｔ）、溶接電流
ｉ（ｔ）、溶接電流の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔが時
時刻刻とコンピュータに入力あるいはコンピュータで算
出されて記憶される。

【0009】そして、後で詳しく説明するように、リード線
間電圧検出計４０で検出された電圧と、一対の電極５
２，５４間の電圧との間に差異をもたらす誘導電圧係数
（これは時時刻刻と変化する）がコンピュータで時時刻
刻と算出されて記憶される。またその誘導電圧係数を使
って一対の電極５２，５４間のワーク抵抗がコンピュー
タで時時刻刻と算出されて記憶される。また一回の通電
期間（サイリスタ３８が点弧して消弧するまで）内での
ワーク抵抗の変化量（この実施の形態では、サイリスタ
38が点弧してから消弧するまでの一通電期間内で、溶接
電流の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧する
タイミングまでの間におけるワーク抵抗の最大値から、
その通電期間内の点弧タイミングからその溶接電流の時
間微分値がゼロになるタイミングまでの間におけるワー
ク抵抗の最小値を差し引いた値をいう。）もコンピュー
タに算出されて記憶される。

【0010】そして前記のワーク抵抗の変化量と、ワーク素
材に固有な抵抗と温度の特性にしたがって予め設定され
ている閾値とを比較することによって、そのときの溶接
部の温度領域が判別される。この判別処理は各通電期間
毎に実施されるために、いずれの通電期間において一の
温度領域から他の温度領域に変化したのか、すなわちい
ずれの通電期間まで通電したときに、溶接部の温度が温
度領域が切り替わる境界温度にまで上昇したかが判別さ
れる。この結果を用いてコンピュータは、溶接部を単位
温度（たとえば１度）上昇させるに要する電力量（ワッ
トアワー）を算出する。その後コンピュータは、溶接部
を単位温度上昇させるに要する電力量とワークが溶融す
るときの溶融温度とからその溶接部を溶融させるに要す
る電力量を算出する。さらにコンピュータは、それの以
後の任意の時点で、それまでの累積電力量と上記で算出
された総電力量から残余の溶接期間内で投入すべき電力
量を計算し、残余の通電期間とワーク抵抗から今後に投
入するべき目標溶接電流を計算する。またコンピュータ
は、溶接の終了時点で、実際に投入された累積電力量と
計算によって算出された総電力量とを比較し、合理的な
電力量が実際に投入されたか否かを検証する。

【0011】図２は、コンピュータによって実行される処理
の手順を示している。図１のスイッチ３０がＯＮするこ
とで図２のステップＳ２が開始される。最初のステップ
Ｓ４では前回の溶接工程で投入した累積電力量Ｑｍのデ
ータ等を消去する。

【0012】ステップＳ６では予備通電を行なう。そこでは
例えば２サイクル（この実施の形態では商用周波数で溶
接電流を通電する。ただしこの発明の技術思想は商用周
波数で通電する場合のみならず、任意の周波数に対して
適用できる）通電した後、２サイクル分は通電を停止し
て溶接部を冷却し、ワーク抵抗を安定させてから、ステ
ップＳ７以降を実行する。予備通電の通電パターンは設
定変更可能である。

【0013】ステップＳ７では、通電サイクル数がすでに設
定されているか否かを判定し、設定されていなければ異
常報知して（ステップＳ１６）、処理を一旦終了する
（ステップＳ１８）。正常時には、それに先だって通電
サイクル数はすでに設定されている。

【0014】この場合には、次にステップＳ８が実行され
る。ここでは、通電サイクル数を判定する。即ち、後記
するステップＳ１４で実行される抵抗変化量ΔＲ（ｔ）
と予め設定した変化量設定値（閾値）Ｅの比較の結果、
前者が後者以上の状態が設定された通電サイクル数以上
継続したときに、ステップS８でイエスとなり、ステッ
プＳ１６で異常報知して溶接工程を終了する（ステップ
Ｓ１８）。これは設定された通電サイクル数だけ通電し
ても、溶接部が低温度領域にとどまり、高温度領域に移
行しない場合に相当する。溶接部が低温度領域にあって
通電サイクル数が設定されたサイクル数以下の間はステ
ップS１０以降を実行する。

【0015】ステップＳ１０では、サイリスタ３８の点弧角
の制御が行われる。この処理では、溶接電流をあらかじ
めプログラムされた所定値と比較し、大き過ぎれば点弧
角を遅らせて溶接電流を抑制し、小さすぎれば点弧角を
早めて溶接電流を増大させる。尚、点弧角の制御方式は
溶接環境に合わせて最適なものを選択すればよく、例え
ばワークの単位体積あたりの電力量がコンスタントにな
るように点弧角を制御してもよい。サイリスタ３８が点
弧するたびに、一回の通電期間が始まる。

【0016】次にステップＳ１２で抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と
累積電力量Ｑｍ（ｔ）を計算する。このステップＳ１２
の詳細を図３で説明する。ステップＳ５０がスタート
し、ステップＳ５２で時時刻刻と検出されるリード線間
電圧Ｖ２（ｔ）、溶接電流ｉ（ｔ）、溶接電流の時間微
分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔをコンピュータに時時刻刻と記憶
する。この実施の形態では一通電期間あたり５１２サン
プルの検出を行なう。

【0017】そして溶接電流ｉ（ｔ）がほぼゼロとなるタイ
ミングでのリード線間電圧Ｖ２（ｔ）と溶接電流の時間
微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔから、そのタイミングにおける
誘導電圧係数Ｘ２（ｔ）を算出する（ステップＳ５
４）。その値は次の式で計算できる。Ｘ２（ｔ）＝Ｖ２（ｔ）／[ｄｉ（ｔ）／ｄｔ] この誘導電圧係数Ｘ２（ｔ）が通電期間毎に更新され
て、コンピュータに記憶されていく。

【0018】ステップＳ５６では、前記のステップＳ５２で
コンピュータに時時刻刻と記憶されているリード線間電
圧Ｖ２（ｔ）と溶接電流ｉ（ｔ）と溶接電流の時間微分
値ｄｉ（ｔ）／ｄｔと、ステップＳ５４でコンピュータ
に時時刻刻と記憶されている誘導電圧係数Ｘ２（ｔ）か
ら、時時刻刻と変化するワーク抵抗Ｒ（ｔ）を算出して
記憶する。その値は次の式で計算できる。Ｒ（ｔ）＝[Ｖ２（ｔ）−Ｘ２（ｔ）・ｄｉ（ｔ）／ｄ
ｔ]／ｉ（ｔ）

【0019】ステップＳ５８では、一通電期間内で溶接電流
の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧するタイ
ミングまでの間（即ち後半）におけるワーク抵抗の最大
値から、その通電期間内での点弧タイミングからその溶
接電流の時間微分値がゼロになるタイミングまでの間
（即ち前半）におけるワーク抵抗の最小値を差し引い
て、ワーク抵抗の変化量ΔＲ（ｔ）を算出して記憶す
る。このことによって、一度の通電期間内で２度以上に
わたってワーク抵抗を検出してその差を算出する処理が
実行される。一度の通電期間内でのワーク抵抗の差を求
めるにあたって、通電期間内の前半期間内と後半期間内
でそれぞれあらかじめ設定されている２回のタイミング
でのワーク抵抗の変化を求める方法、前半期間の平均ワ
ーク抵抗と後半期間の平均ワーク抵抗の差を求める方法
など各種手法が採用できるが、この実施の形態で採用し
た方法を取るときに最も安定した結果が得られることが
実験によって確認されている。

【0020】次にステップＳ５９で、一回の通電期間（この
通電時間をΔｐとする）内にワークに投入された電力量
ｑ（ｔ）を算出して記憶する。その値は次の式で計算で
きる（ステップＳ５９）。ｑ（ｔ）＝｛ｉ（ｔ）²・Ｒ
（ｔ）｝をΔｐ時間に亘って時間積分した値。

【0021】次に直前の通電期間終了時までの累積電力量Ｑ
ｍ（ｔ０）にこの通電期間での電力量ｑ（ｔ）を加算
し、この通電期間終了時までの累積電力量Ｑｍ（ｔ）を
算出して、記憶する（ステップＳ６０）。

【0022】累積電力量Ｑｍ（ｔ）を求めるステップＳ６０
までの一連の処理が済んだら（ステップＳ６２）、図２
のステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４での比較
では数学上均等な各種不等式を利用することができ、例
えば、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と変化量設定値Ｅの大小を
直接比較してもよいし、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と変化量
設定値Ｅとの差をゼロと比較してもよい。

【0023】前記の抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が閾値である変化
量設定値Ｅより大きい間（溶接部が低温度領域にとどま
っている間に相当する）はステップＳ８に帰り、設定し
た通電サイクル数と実際に通電したサイクル数を比較す
る。設定通電サイクル数と実際の通電サイクル数の比較
の結果、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が変化量設定値Ｅよりも
大きい状態が持続しているうちに設定通電サイクル数に
達してしまったら、溶接部の温度が溶接に適する温度に
達していないうちに設定されている通電サイクル数が終
了してしまったことに相当するので、異常報知して（ス
テップＳ１６）、溶接工程を中止する（ステップＳ１
８）。

【0024】一方、設定された通電回数だけ通電しない内に
ステップＳ１４がイエスとなって溶接部の温度が境界温
度にまで上昇したことが判別されると、それ以後はステ
ップＳ１９以降の処理が実施される。例えば本実施形態
で溶接する軟鋼板の場合、図４（横軸は温度、縦軸は抵
抗率）の温度―抵抗率特性曲線７０に示すように、約８
００℃より低温の領域、約８００℃以上約１５３０℃以
下の領域、約１５３０℃より高温の温度領域に大別で
き、それぞれ線７１、線７２、線７３のようになる。抵
抗率ρは、線７１で示されるように約８００℃までは温
度増加に伴い増加し、その後は線７２で示されるように
約１５３０℃までほぼ一定となり、融点に相当する約１
５３０℃からは線７３に示されるように急増する。なお
抵抗率ρと抵抗値Ｒには次の関係が成立している。Ｒ＝
ρ・Ｌ／ｓ。ここでＬはワークの厚さ、ｓはワークの通
電面積を示す。溶接過程において、厚さＬと通電面積ｓ
は溶接部の熱膨張やナゲットの成長過程に応じて時間と
共に変化するが、一通電期間内での微小時間における変
化は非常に少ないので、この発明で利用するワーク抵抗
の変化を扱うにあたっては厚さＬと通電面積ｓをほぼ一
定と見なすことができる。前式から明らかなように抵抗
値Ｒすなわちワーク抵抗は、抵抗率ρに比例する。した
がってワーク抵抗の変化は溶接部の温度の変化に対応す
ることになる。

【0025】サイリスタの点弧から消弧までの通電期間、つ
まり溶接電流が通電している間に、ジュール熱が発生し
て溶接部は加熱される。それに伴って溶接部の温度は変
化して、その温度変化がワーク抵抗に変化をもたらす。

【0026】本実施の形態では、図４に示す特性に対応し
て、単位温度あたりの抵抗の変化巾が比較的大きな正の
値を取る８００度以下の低温度領域と、単位温度あたり
の抵抗率の変化巾がほぼゼロとなる８００度以上の温度
領域を判別する。そのために、閾値としては比較的大き
な正の値とほぼゼロとを判別できるほぼゼロの値として
いる。ステップＳ１４において、前記の抵抗変化量ΔＲ
（ｔ）がゼロより大きい場合は、溶接部がほぼ８００℃
以下の低温度領域にあり、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）がゼロ
以下の場合には、溶接部がほぼ８００℃以上の温度領域
にある事になる。交流の溶接電流が最大となって溶接電
流の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧するタ
イミングまでの間におけるワーク抵抗の最大値の方が、
この通電期間内での点弧タイミングからその溶接電流の
時間微分値がゼロになるタイミングまでの間におけるワ
ーク抵抗の最小値より大きい場合は、通電による溶接部
温度の上昇に伴い溶接部の抵抗率が増加していることに
対応する。従って抵抗変化量ΔＲ（ｔ）がゼロより大き
い場合は、溶接部の温度は温度増加に伴って抵抗率が増
加する約８００℃より低温の領域にあることを示す。

【0027】設定された通電サイクル数を通電する以前に
（図2のステップＳ７がイエスの間に）、溶接部の温度
が温度領域の切り替わる８００℃に達すると、ステップ
S１４での判別結果がイエスとなって処理はステップＳ
１９以降に進む。ステップＳ１４は各通電期間毎に、繰
返し実行されるために、いずれのサイクル数の通電期間
内に溶接部が８００度という境界温度に達したかが特定
される。尚、ステップＳ１４の比較によって、溶接部の
温度が温度領域が切り替わる境界温度に達したか否かを
判断する手法は、間欠的に溶接電流を流す場合に成立す
る。連続的に溶接電流を流す場合には溶接部が冷却され
る期間がなく溶接電流の通過面積が連続的に変化し、ワ
ーク抵抗の変化と図４に示した抵抗率―温度特性が対応
しなくなるからである。

【0028】ステップＳ１９以降は、設定された回数の通電
サイクル数を繰返す以前に、溶接部の蓄熱が進み、本実
施形態では溶接部の温度が約８００℃以上に達した場合
に実行される。

【0029】ステップＳ１９では、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が
変化量設定値Ｅ（本実施形態ではゼロ）以下になる通電
期間まで投入した累積電力量Ｑｍ（ｔ）とその結果生じ
た温度上昇の関係から（ステップＳ１４がイエスとなっ
たときに溶接部は境界温度、この場合８００度に上昇し
たことがわかる）、溶接部を単位温度上昇させるに要す
る電力量を算出して記憶する。

【0030】ステップＳ２０では、ステップＳ１９で記憶し
た単位温度の上昇に要する電力量とそのワーク素材に固
有の溶融温度とから、溶接部を溶融温度にまで昇温する
に要する総電力量Ｑｙを算出して記憶する。ここでは、
単位温度の上昇に要する電力量にワークの溶融温度と室
温との差を乗じて総電力量Ｑｙを算出する。

【0031】ステップＳ２２では、累積電力量Ｑｍ（ｔ）が
総電力量Ｑｙ以上か否かを判定する。累積電力量Ｑｍ
（ｔ）が総電力量Ｑｙより小さい場合は、溶接部が接合
に要する温度にまで昇温されていないと推定させるの
で、ステップＳ２４を以後を繰り返し実行する。

【0032】ステップＳ２４では、実際の通電回数と、設定
されている通電サイクル数を比較する。

【0033】ステップＳ２４で、予め設定されている通電サ
イクル数だけ通電されていない事が判別されると、これ
からの残余の通電期間内に通電すべき目標電力量Ｍ
（ｔ）を算出する。ここでは目標電力量Ｍ（ｔ）を次式
で表す。Ｍ（ｔ）＝Ｑｙ−Ｑｍ（ｔ）。目標電力量Ｍ
（ｔ）が算出されたら、設定されている通電サイクル内
の残余の通電期間ｒ（ｔ）で除することで、目標電力を
算出する（ステップＳ２６）。

【0034】ステップＳ２８では、目標電力とワーク抵抗Ｒ
（ｔ）から目標溶接電流値を計算する。このようにして
計算される目標電流は、この目標電流となるように以後
の溶接電流を制御すれば、設定された通電サイクル数の
通電終了時に、ステップＳ２０で算出された溶融電力量
に等しい累積電力量がワークに加えられる関係にある。
ステップＳ２８の計算はステップＳ１４でイエスとなっ
たとき以降繰り返し実行される。ステップＳ３０では、
サイリスタ３８の点弧角の制御が行われる。この処理で
は、ステップＳ２８で算出された目標溶接電流となるよ
うにサイリスタの点弧角が制御される。

【0035】このようにして本実施形態によると、ステップ
Ｓ２８によって計算時点以降の目標溶接電流が計算さ
れ、その目標電流となるようにサイリスタが制御させる
ので、溶接終了時に必要な電力量が投入されて正常に溶
接されていることが期待される。

【0036】続いてステップＳ３２で、抵抗変化量ΔＲ
（ｔ）と累積電力量Ｑｍ（ｔ）を算出し、記憶する。こ
のステップＳ３２の詳細は、前述したステップＳ１２と
同様に、図３におけるステップＳ５０からステップＳ６
２の一連の工程に示されている。

【0037】そして抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と累積電力量Ｑｍ
（ｔ）を計算するステップＳ３２までの一連の工程処理
が済んだら、ステップＳ２２に帰り、累積電力量Ｑｍ
（ｔ）が総電力量Ｑｙ以上か否かを判定する。累積電力
量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙ以上の場合は、溶接部が溶
接されるに要する温度、つまり溶融状態になるのに必要
な電力量以上の電力量が投入されて正常に溶接されたと
推定できることから、正常報知して（ステップＳ４
０）、溶接工程を終了する（ステップＳ４２）。この場
合、設定された通電サイクル数だけ通電する以前に必要
な電力量が投入されたことに相当する。必要な電力量が
投入されれば、設定された通電サイクル数のうちの残余
のサイクル数の通電はされないままに溶接が終了する。

【0038】累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙに達しな
い間はステップＳ２４が繰り返し実行される。ここで、
累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙより小さい内に、
ステップＳ１０とＳ３０による間欠通電の繰り返し回数
が設定された回数を超えてしまうと、ステップＳ２４の
判別結果がイエスとなる。すなわち、予定された通電回
数だけ通電したときに、なお必要な電力量が投入されて
いない場合に、ステップＳ２４はイエスとなる。このと
きには、ステップＳ３４で累積電力量Ｑｍ（ｔ）と総電
力量Ｑｙの一致度Ｙを算出する。ここでは一致度Ｙを次
式で表す。Ｙ＝Ｑｍ（ｔ）／Ｑｙこの一致度Ｙの値が予め設定した下限値より低いか否か
判定して（ステップＳ３６）、低くない場合は正常報知
して（ステップＳ４０）、溶接工程を終了する（ステッ
プＳ４２）。また、低い場合は異常報知して（ステップ
Ｓ３８）、溶接工程を終了する（ステップＳ４２）。

【0039】この実施の形態の場合、ステップＳ２８でそれ
以後の目標溶接電流を時時刻刻と計算しなおしていくた
めに、設定された通電サイクル数の通電完了時にちょう
ど必要な総電力量が投入されるはずであり、ステップＳ
２２でイエスとなっても余りに大きな電力量が投入され
ることはなく、ステップＳ２２でイエスとなっても電力
量の不足量が余りに大きくならないようにしている。

【0040】ワークが軟鋼板ではない場合は、そのワーク素
材の抵抗率の温度特性に注目してワーク抵抗の変化量設
定値を任意に設定して、前記の溶接工程を行なえばよ
い。

【0041】図５と図６に溶接電流とワーク抵抗の実測カー
ブを示す。横軸は時間を示し、縦軸はカーブ８０、８２
に対して電流がとられ、カーブ８１、８３に対しては抵
抗がとられている。溶接電流カーブは８０、８２で示さ
れ、ワーク抵抗カーブは８１、８３で示されている。図
中、Ｃ１、Ｃ２は、一回の通電期間内に２度算出された
ワーク抵抗の変化巾がほぼゼロとなったときのワーク抵
抗の波形を示している。それ以前のワーク抵抗波形は、
前半が小さくて後半が大きいのに対し（これは溶接部の
温度上昇に起因して抵抗が大きく増大することに主とし
て対応している）、カーブＣ１、Ｃ２の前後で通電期間
内の抵抗変化巾が小さくなり、カーブＣ１、Ｃ２以降の
ワーク抵抗波形では、前半が大きくて後半が小さくなっ
ている（これは溶接部での通電面積の増大に主として対
応している）。このカーブＣ１、Ｃ２の位置から、溶接
部が境界温度８００℃に達した通電期間が特定される。

【0042】図６は図５に比べて、抵抗変化量がゼロになる
ワーク抵抗波形が早いタイミングに現れることが判る。
良好な溶接が行なわれる場合には比較的早いタイミング
に抵抗変化量がゼロになり、短時間で溶接部の温度が８
００℃以上に上昇する。図５の溶接結果は不良であり、
図６での溶接結果は良好であった。図５の場合に溶接不
良をもたらすことは図２のステップＳ３６で発見され、
ステップＳ３８でオペレータに知らされる。

【0043】以上の説明では、ワークに軟鋼鈑を用いた場合
について説明した。他のワーク素材の場合も、図４に示
した温度と抵抗率の特性において、温度領域によって単
位温度あたりの抵抗変化巾が変化することが知られてお
り、例えば、低温度領域で大きな抵抗変化巾Ａ１とな
り、中温度領域でそれよりも小さな抵抗変化巾Ａ２とな
り、高温度領域でいっそう小さな抵抗変化巾Ａ３となる
素材であれば、Ａ１とＡ２の中間に閾値を設定すること
で低温度と中温度の判別が可能となり、Ａ２とＡ３の中
間に閾値を設定することで中温度と高温度の判別が可能
となる。本実施の形態では、一回の通電期間の後半での
ワーク抵抗の最大値と前半での最小値の差によって抵抗
変化分を算出し、これによって判定精度を向上させてい
るが、抵抗変化分の算出方法はこれに限られない。ま
た、本実施の形態では、誘導電圧係数を時時刻刻と更新
することでワーク抵抗の算出精度を高めているが、誘導
電圧係数にはあらかじめ想定されている規定値を用いて
も良い。さらに本実施の形態では、ステップＳ１４を繰
返し実施することでいつ境界温度に達したかが特定でき
るようになっているが、必要な時点でステップＳ１４を
実行してその時点での温度領域を判別するだけで優位な
結果を得ることもできる。

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。

【0044】請求項１の抵抗溶接装置によると、溶接工程中
に溶接部の温度がいかなる温度領域にあるかを判別する
ことが可能となる。このために、判別時点以後の溶接条
件を修正するなどの処理を可能とする。

【0045】請求項２の抵抗溶接装置によると、溶接電流が
ほぼゼロであるタイミングで誘導電圧係数を算出し、そ
の算出された誘導電圧係数を用いてワーク抵抗を算出し
て、溶接部の温度領域を判別することより、溶接部の温
度領域の判定精度が向上する。

【0046】請求項３の抵抗溶接装置によると、溶接部温度
領域が一の温度領域から他の温度領域に変化したときの
通電期間が特定可能となるので、いつの通電期間のとき
に、温度領域が切り替わる境界温度に達したかの特定が
可能となる。この結果、投入エネルギと温度上昇の関係
が把握可能となる。

【0047】請求項４の抵抗溶接装置によると、温度領域が
変化したときの通電期間までに投入した累積電力量を算
出でき、その累積電力量と温度領域が変化する温度とか
ら溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量が算出さ
れるので、ワーク素材が放熱されやすくて温度が上昇し
にくいのか、あるいは温度が上昇しやすいのかといった
判別が可能となる。

【0048】請求項５の抵抗溶接装置によると、ワークを溶
融させるに要する総電力量を算出でき、その算出された
総電力量を用いてその後に投入する目標溶接電流値が計
算されるので、良好な溶接に必要な溶接電流値で溶接工
程を制御することができる。

【0049】請求項６の抵抗溶接装置によると、ワークを溶
融させるに要する総電力量が算出され、その算出された
総電力量と溶接終了時までに投入した累積電力量が比較
されるので、必要な電力量が実際に投入されたか否かの
判別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の抵抗溶接装置の全体構成を示す。

【図２】コンピュータによって実行される処理の手順を
示すフローチャートである。

【図３】コンピュータによって実行される処理の手順の
詳細を示すフローチャートである。特に抵抗変化量と累
積電力量の計算処理部分を示す。

【図４】軟鋼板の温度―抵抗率特性を示す。

【図５】溶接不良の場合の溶接電流波形とワーク抵抗値
波形を示す。

【図６】溶接良好の場合の溶接電流波形とワーク抵抗値
波形を示す。

【符号の説明】

２０コントローラ５２電極５４電極５６ワーク７０温度―抵抗率特性曲線８０溶接電流波形８１ワーク抵抗値波形

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に間欠的に溶接電流を流す抵
抗溶接装置において、一回の通電期間内に少なくとも２
度以上ワーク抵抗を算出してその差を演算し、演算され
た差を閾値と比較して溶接部の温度領域を判別する装置
が付加されたことを特徴とする溶接部温度領域判別機能
を有する抵抗溶接装置。
【請求項２】溶接電流の供給ケーブルから分岐したリー
ド線間電圧の検出装置と、溶接電流の検出装置と、溶接
電流の時間微分値の検出装置と、検出された溶接電流が
ほぼゼロであるタイミングでのリード線間電圧と溶接電
流の時間微分値とからリード線間電圧と電極間電圧との
間に差をもたらす誘導電圧係数を算出する装置と、算出
された誘導電圧係数とその直前及び/又は直後に検出さ
れたリード線間電圧と溶接電流と溶接電流の時間微分値
とからその直前及び/又は直後のワーク抵抗を算出する
装置を有し、それらの装置によって一回の通電期間内に
２度以上ワーク抵抗を算出することを特徴とする請求項
１に記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】前記判別装置が各通電期間毎に作動し、溶
接部温度領域が一の温度領域から他の温度領域に変化し
たときの通電期間が特定可能となっていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項４】前記の温度領域が変化したときの通電期間
までに投入した累積電力量を算出する装置と、その累積
電力量と温度領域が変化する境界温度とから溶接部を単
位温度上昇させるに要する電力量を算出する装置とが付
加された事を特徴とする請求項３に記載の抵抗溶接装
置。
【請求項５】前記で算出された溶接部を単位温度上昇さ
せるに要する電力量からワークを溶融させるに要する電
力量を算出する装置と、前記で算出された溶融させるに
要する電力量と計算時点での累積電力量の差と計算時点
から溶接終了時までの残りの通電期間とワーク抵抗とか
ら、計算時点以降の溶接電流の目標値を計算する装置と
が付加された事を特徴とする請求項４に記載の抵抗溶接
装置。
【請求項６】前記で算出された溶接部を単位温度上昇さ
せるに要する電力量からワークを溶融させるに要する電
力量を算出する装置と、前記で算出された溶融させるに
要する電力量と溶接終了時までに投入した累積電力量を
比較する装置とを有することを特徴とする請求項４又は
５に記載の抵抗溶接装置。