JP2001138061A - 加圧力から溶接電流を決定する抵抗溶接装置と溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通電制御にあたり、目標加圧力になってから
通電開始する装置とその方法では、タクトタイムの短縮
には限界がある。本発明は、従来の技術が解決できない
課題を解決するためのものであり、タクトタイムをさら
に短縮させる技術を実現するものである。 【解決手段】 一対の電極と、加圧指令手段と、加圧力
検出手段を備える。また、予め設定した加圧力―溶接電
流の関数に則り、検出した加圧力からその加圧力に対応
する適正な溶接電流を導出する加圧力―溶接電流変換手
段を備える。さらに、溶接電流制御手段を備える。そし
て、ワークを挟持後、加圧指令の開始と共に電極の移動
を開始する。そのワークに電極が接した直後からそのワ
ークに加圧を行なう。予め設定した加圧力―溶接電流の
関数に則り、検出した加圧力からその加圧力に対応する
適正な溶接電流を導出する。その溶接電流をそのワーク
に通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の抵抗溶接技
術による場合よりも溶接時間を短くすることを可能とす
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接技術では、一対の電極間にワー
クを挟持してワークを加圧した状態でワークに通電する
ことでワークに抵抗発熱を生じさせ、その発熱によって
ワークを溶接する。溶接結果や溶接品質には、一対の電
極による加圧力と通電する溶接電流の大きさが大きく影
響する。従って、ワークに見合った加圧力や溶接電流の
大きさに制御することが重要であり、従来から、加圧力
や溶接電流値について予め目標値を設定しておき、これ
らの値がその目標値になるようにフィードバック制御し
ながら溶接している。

【０００３】その制御技術を図１中の加圧力検出線２と
溶接電流制御線４に示す。なお、横軸は時間であり、縦
軸はそれぞれ加圧力と溶接電流の大きさないしは電流値
である。この関係は、図１中の、ライン６、８、１０、
１２でも同様である。図１の加圧力検出線２について説
明する。通常、一対の電極の少なくとも一方はエアシリ
ンダ等によってワークに対して接近離脱可能となってお
り、電磁弁等によってそのエアシリンダに対する圧縮空
気の流入と放出が制御される。作業者又はロボットによ
って離反した電極間にワークを位置決めした後、タイミ
ングＡで一対の電極を接近させるアクチュエータに対し
て加圧開始指令を送る。この結果、タイミングＡで一対
の電極は接近を開始する。タイミングＢで一対の電極間
にワークが挟持され始める。時間Ｔａは、電極が接近を
開始してからワークに接触するまでの時間である。タイ
ミングＢ以降、電極間の加圧力が増大する。時間Ｔｂ
は、電極がワークを挟持し始めてから加圧力が目標加圧
力Ｐ４になるのに要する時間である。タイミングＣで加
圧力が目標加圧力Ｐ４に達したとき以降は、電極を接近
離脱させるアクチュエータの出力をフィードバック制御
して加圧力を目標加圧力Ｐ４に維持する。

【０００４】タイミングＣから所定時間Ｔｃだけ経過し
た時点（タイミングＤ）で、溶接電流の通電を開始す
る。この所定時間Ｔｃは、電極が接近し始めてからワー
クを挟持しはじめるまでの時間Ｔａと、挟持し始めてか
ら加圧力が目標加圧力Ｐ４にまで増大する時間Ｔｂがワ
ークによって変動することがあることから、すべてのワ
ークについて加圧力が目標加圧力Ｐ４にまで増大してい
るとできる余裕時間である。目標加圧力Ｐ４に調整され
ているはずのタイミングＤで通電を開始し、タイミング
ＥまでのＴｄ時間通電する。このときの通電電流の大き
さＩ４は目標加圧力Ｐ４で加圧されているワークを適正
に溶接できる大きさに設定されている。

【０００５】タイミングＥで通電を停止した後、時間Ｔ
ｅの間は目標加圧力Ｐ４に維持し、タイミングＦで加圧
終了指令を電極のためのアクチュエータに送る。する
と、タイミングＦ以降に加圧力は減少し、タイミングＧ
で電極はワークから離脱し、タイミングＨで一対の電極
が大きく離反し、その離反した電極間から溶接されたワ
ークを取りだし、次に溶接するワークをセットできる状
態となる。タイミングＡからタイミングＨまでで１回の
溶接サイクルが終了する。

【０００６】この従来からの溶接技術では、加圧力を目
標加圧力Ｐ４に調整し、加圧力を目標加圧力Ｐ４に維持
した状態で通電していた。溶接電流Ｉ４はその目標加圧
力Ｐ４の下で適正に溶接できる値に制御されることか
ら、この技術で適正な溶接結果を得ることができる。

【０００７】しかしながら、電極を接近させ始めてから
目標加圧力Ｐ４に調整するまでにはＴａ＋Ｔｂの時間を
要する。さらに、Ｔａ＋Ｔｂ時間が安定しないことか
ら、余裕時間Ｔｃを待って通電を開始しなければなら
ず、溶接サイクルの開始タイミングＡから通電開始タイ
ミングＤまでの期間が長くなるという問題がおきてい
る。

【０００８】従来技術の上記した問題点を改善する技術
が、特開平１―９５８８１号公報に記載されている。こ
れをライン６と８を参照して説明する。この技術では遅
くともタイミングＢ以降に時時刻刻と加圧力を検出し、
検出された加圧力が目標加圧力Ｐ４にまで上昇したタイ
ミングＤ２を検出し、その検出されたタイミングＤ２で
通電を開始させる。この方法では、通電開始タイミング
を時間によって制御する方式に代えて検出された加圧力
によって制御する方式にしたため、余裕時間Ｔｃ分だけ
溶接に要する時間を短くできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１のライン８で示す
通電技術によって溶接時間は余裕時間Ｔｃだけ短縮化さ
れる。ところが溶接の現場ではさらに溶接時間を短縮化
することが求められている。本発明は溶接時間をさらに
短縮化することを目的に研究されたものである。さらに
短縮化しようとすると、図１のライン６と８の関係から
明らかに、加圧力が目標加圧力Ｐ４になるのを待って通
電を開始する制御方式から、加圧力が目標加圧力Ｐ４に
なるのを待たないで通電を開始する方式にあらためる必
要がある。ところが加圧力が目標加圧力Ｐ４に達する以
前に通電を開始すると、ワークからチリが発生して適切
に溶接できないという問題がおこる。そこで、チリの発
生を防ぎながら、しかも、目標加圧力Ｐ４になるのを待
たないで通電を開始する方式の可能性を種々に研究し
た。

【００１０】加圧力と溶接電流をさまざまに変化させて
溶接してみた結果、図３に示す４つの領域が存在するこ
とを確認した。領域１はチリが発生せず溶接強度が確保
できる領域、即ち、適正溶接が可能な領域、領域２は溶
接強度は確保できるがチリが発生する領域、領域３はチ
リは発生しないが溶接強度が確保できない領域、領域４
はチリが発生して溶接強度も確保できない領域である。
前記した特開平１―９５８８１号公報に記載の方法で
は、通電中、領域１内に位置するＹ点の条件を維持する
ように制御している。つまり通電中、加圧力を目標加圧
力Ｐ４に維持し、溶接電流をその加圧力Ｐ４の下で適正
に溶接できる値Ｉ４に制御している。

【００１１】本発明者は、適正に溶接できる領域１が広
がりを持っており、加圧力が目標加圧力Ｐ４以下であっ
ても適正に溶接できる溶接電流が存在することを認識
し、この認識に立って、チリの発生を防ぎながら、しか
も、目標加圧力Ｐ４になるのを待たないで通電を開始す
る方式が可能であることに想到し、この方式によって溶
接時間をさらに短縮化できることを見出した。

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明の抵
抗溶接装置は、ワークを挟持してそのワークを加圧した
状態でそのワークに通電する一対の電極と、加圧力検出
手段と、加圧力から溶接電流を決定する手段と、溶接電
流制御手段を備えている。ここで、加圧力検出手段は遅
くとも当該一対の電極がワークを挟持し始めたとき以降
の加圧力を検出しつづけるものであり、加圧力から溶接
電流を決定する手段は、加圧力の下で適正に溶接が進行
する範囲内に設定されている溶接電流の大きさが記憶さ
れたマップを有するとともに、加圧力検出手段で検出さ
れた加圧力と当該マップとから溶接電流の大きさを時時
刻刻と決定するものであり、溶接電流制御手段は、加圧
力から溶接電流を決定する手段で読み出された溶接電流
の大きさに実際の溶接電流の大きさを制御するものであ
る。

【００１３】図４は、加圧力の下で適正に溶接が進行す
る範囲内に設定されている溶接電流の大きさを記憶して
いるマップの一例を示している。即ち、検出された加圧
力が目標加圧力Ｐ４以下であっても、例えば加圧力がＰ
３の加圧力であっても、Ｉ３の大きさの溶接電流を通電
すれば適正に溶接を進行させることができる。このよう
に、加圧力の下で適正に溶接を進行させることができる
溶接電流がマップ化されているために、この溶接装置に
よると、加圧力が目標加圧力Ｐ４にまで増大するのを待
つことなく、加圧力が通電開始可能な最低加圧力Ｐ３に
まで増大したタイミングで通電を開始することができ
る。

【００１４】この溶接装置によると、図１のライン１２
に例示されるように溶接電流が制御される。即ち、タイ
ミングＢで電極がワークを挟持し始め、以後加圧力が増
大する。図１のタイミングＢでの現象は図４での点Ｎ１
に相当する。図１のタイミングＤ３は、検出された加圧
力が通電開始可能な最低加圧力Ｐ３にまで増大して通電
可能となったタイミングである。この装置では、検出さ
れた加圧力が目標加圧力Ｐ４に達するタイミングＤ４で
なく、それよりも早いタイミングＤ３で通電が開始され
る。このときの通電電流の値は、目標加圧力Ｐ４の下で
通電される値でなく、図４のマップに従って算出される
それよりも小さな値Ｉ３であり、この結果、そのときの
加圧力Ｐ３が目標加圧力Ｐ４よりも低くてもチリが発生
せず、適正に溶接され始める。

【００１５】以後、加圧力は目標加圧力Ｐ４に向けて上
昇する。この間（タイミングＤ３とＤ４の間）、加圧力
が検出されつづけ、その加圧力とマップから溶接電流が
決定されることから溶接電流の大きさは増加していき、
タイミングＤ４で目標加圧力Ｐ４の下で適正に溶接が進
行する溶接電流Ｉ４に調整される。以後は加圧力が目標
加圧力Ｐ４に維持され、そしてその目標加圧力Ｐ４の下
で適正に溶接が進行する溶接電流Ｉ４に維持されて溶接
が進行する。

【００１６】以上の結果、通電の終了タイミングＥ３
は、従来の終了タイミングであるＥやＥ２よりも早めら
れ、その分溶接時間が短縮化される。

【００１７】本発明の溶接方法は、一対の電極間にワー
クを挟持してそのワークを加圧した状態でそのワークに
通電する抵抗溶接方法において、その一対の電極間にワ
ークを位置させた状態でその一対の電極の接近させ始め
る工程と、加圧力を時時刻刻と検出する工程と、検出さ
れた加圧力に対してその加圧力の下で適正に溶接が進行
する範囲内の溶接電流の大きさを決定する工程と、決定
された大きさの溶接電流を通電する工程とを有する。

【００１８】この方法によると、検出された加圧力が目
標加圧力Ｐ４になる以前から溶接電流の通電を開始する
ことができ、しかも、そのことによってチリの発生を招
かないようにできる。このために従来の方法よりも、溶
接時間を短縮させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態の一例を
図面を参照して説明する。図２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
溶接装置は溶接制御装置２０と、電極４２をワークＷに
対して接近離脱させるエアシリンダ３２と、一対の電極
４２、４４等を主体にして構成されている。

【００２０】溶接制御装置２０は、内蔵されているコン
ピュータで加圧力と溶接電流と溶接時間を制御する。コ
ンピュータは、ＣＰＵ２２とＲＡＭ２４とＲＯＭ２６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／Ｏ２８を介して加圧力制御装置３０が接続
されており、エアシリンダ３２の圧力を制御する。本実
施の形態では、加圧力制御装置３０がエアシリンダ３２
に給排気する空気量を制御する。ＣＰＵ２２から指示さ
れた信号がＩ／Ｏ２８を介して加圧力制御装置３０に伝
達され、加圧力制御装置３０ではエアシリンダ３２に圧
縮空気を加えたり逃がしたりする図示されていないバル
ブを制御し、このバルブの制御によってエアシリンダ３
２の圧力を制御し、電極４２を移動させ、さらに電極４
２と４４による加圧力を制御する。

【００２１】そのエアシリンダ３２内の空気圧は加圧力
検出手段３４で検出され、検出された加圧力が目標加圧
力Ｐ４となるように、加圧力制御装置３０がフィードバ
ック制御される。なお、電極４２と４４による加圧力は
エアシリンダ３２の空気圧とボア径によって決定され
る。

【００２２】加圧力検出手段３４で検出された加圧力信
号が、設定した値に至らない等の異常な値を示していた
ら、Ｉ／Ｏ２８を介して異常出力手段４６により異常報
知する。

【００２３】ＲＯＭ２６には、加圧力を検索キーとして
そのときの溶接電流を指示するマップが記憶されてい
る。マップに記憶されている加圧力と溶接電流の関係は
図４の太い実線の関係におかれている。通電可能な最低
加圧力Ｐ３以下では通電されず、最低加圧力Ｐ３のとき
に最低溶接電流Ｉ３が対応しており、点Ｎ３とＮ４間で
は加圧力の増大に伴って溶接電流が増大する関係におか
れている。点Ｎ３とＮ４間の加圧力と溶接電流の関係
は、いずれも適正溶接が可能な領域１内に属しており、
このマップに基づいて決定される溶接電流で溶接すると
適正な溶接が得られる関係におかれている。

【００２４】加圧力検出手段３４で検出された加圧力信
号はＣＰＵ２２に送られ、ＣＰＵ２２はその加圧力信号
をキーとしてマップを検索してそのときに通電する溶接
電流の値を決定し、決定された溶接電流の値を溶接電流
制御手段３６に送る。溶接電流制御手段３６は溶接電源
３８から供給される電力を制御して、溶接トランス４０
の一次側電流を制御し、溶接トランス４０の二次側電流
すなわち１対の電極４２、４４によってワークＷに実際
に通電する溶接電流を、マップによって決定された溶接
電流の値に制御する。

【００２５】次に上記溶接装置の作動の様子を説明す
る。溶接作業の開始時には、一対の電極４２，４４が離
反しており、作業者又はロボットがワークＷを電極４
２，４４間に位置決めする。この状態で、図５中のステ
ップＳ２に示されるように、加圧開始指令を送る。これ
は図１中のタイミングＡにおいて実施される。タイミン
グＡでＣＰＵ２２から加圧力制御装置３０に加圧開始指
令が送られると、加圧力制御装置３０は電磁弁を開いて
圧縮空気をエアシリンダに送り込み、電極４２をワーク
Ｗに向けて前進させ始める。次にステップＳ４に示され
るように、実際の加圧力が検出される。図１に示したＴ
ａ時間が経過するまでは、エアシリンダ３２が電極４２
をスムースに送り出し、エアシリンダ３２内の圧力は上
昇しない。この間は図５のステップＳ６がノーとなり、
ステップＳ４が繰返し実行される。図１のタイミングＢ
になると、電極４２がワークＷに接触する。加圧力制御
装置３０はエアシリンダ３２にさらに圧縮空気を送り込
み、それ以後は一対の電極４２、４４による加圧力が増
大する。増大中もステップＳ４が繰返し実行され、加圧
力が時時刻刻と検出される。

【００２６】検出された加圧力が通電可能な最小加圧力
Ｐ３に達すると、即ち、図１のタイミングＤ３になる
と、ステップＳ６がイエスとなってステップＳ８以降の
処理に進む。又、予めタイミングＡからの閾時間を設け
ておき、その閾時間を経ても通電可能な最小加圧力Ｐ３
に達しない場合は、ステップＳ２０を経てステップＳ２
４に進ませて、図２中の異常出力手段４６により異常報
知させる。

【００２７】閾時間内に通電可能な最小加圧力Ｐ３に達
したら、ステップＳ８で、そのときに通電する溶接電流
の値を決定する。ステップＳ８では、図４に例示された
マップと、最後にステップＳ４で検出された加圧力とか
ら、その加圧力の下で適正に溶接できる溶接電流の値を
決定する。ステップＳ１０では、そのとき通電する実際
の溶接電流の大きさをステップＳ８で決定された大きさ
に制御する。これらの処理Ｓ８、Ｓ１０は、ステップＳ
１４に示す通電停止条件が終了するまで繰返し実行され
る。

【００２８】加圧力は、図５とは別の制御手順に従っ
て、加圧信号の開始タイミングＡから終了タイミングＦ
３までの間、目標加圧力Ｐ４を維持するようにフィード
バック制御される。実際には遅れがともなうために、検
出される加圧力は、図１のライン１０に沿って変化す
る。図５の処理の開始後、最初にステップＳ６がイエス
となるのは、図１のタイミングＤ３に示すとき、即ち、
加圧力が通電可能な最小加圧力Ｐ３に上昇したときであ
り、この直後に実行されるステップＳ８では最小溶接電
流Ｉ３が決定される。即ち、図５の処理によってタイミ
ングＤ３で最小溶接電流Ｉ３で通電が開始される。以
後、ステップＳ８が実行されるたびに加圧力が増大して
いくことからステップＳ８で決定される溶接電流も増大
していく。

【００２９】ステップＳ１２とＳ２２は異常状態の判別
のための処理であり、目標加圧力Ｐ４となる前に所定時
間が経過してしまうとステップＳ２４で異常表示する。
所定時間内に目標加圧力Ｐ４に調整される場合には、目
標加圧力Ｐ４に調整される前にはステップＳ２２からス
テップＳ４に戻る処理が繰り返され、目標加圧力Ｐ４に
調整されたとき以降はステップＳ１４からステップＳ４
に戻る処理が繰り返され、この繰返し処理はステップＳ
１４で通電停止条件が成立するまで繰返される。通電中
は、ステップＳ８とＳ１０が繰返し実行され、加圧力に
基づいて溶接電流が決定され、制御される。

【００３０】最初にステップＳ１２がイエスとなるとき
（図１のタイミングＤ４）の溶接電流は目標加圧力Ｐ４
の下での溶接電流Ｉ４であり、それ以後は、結果として
溶接電流がＩ４に維持される。

【００３１】ステップＳ１４で用いる通電停止条件には
各種条件を採用することができるが、この実施形態で
は、最初にステップＳ１２がイエスとなった後（即ち図
１のタイミングＤ４の後）所定時間Ｔｄ４だけ経過した
時点、即ち、タイミングＥ３となったときに通電終了条
件が成立したとしている。この通電時間Ｔｄ４は予め実
験で求められている。

【００３２】ステップＳ８とステップＳ１０が繰返し実
行されることで得られる溶接電流は、予めマップに記憶
されている加圧力と溶接電流の関数に則っている。この
関数は図４におけるＮ３―Ｎ４に示されるように適正溶
接可能領域１内に選ばれている。従って、本実施形態に
よると、加圧力に対応した適切な溶接電流で溶接でき
る。本発明の抵抗溶接装置とその方法では、種々のワー
クの材質、形状に適した関数を設定することができ、実
験により適切な関数を求めておく。

【００３３】ステップＳ１４で通電停止条件が成立した
とき以降はステップＳ１０を実行しない。この結果、通
電が停止される。その後ステップＳ１６とＳ２６によっ
て所定時間Ｔｅだけ加圧力を維持し、タイミングＦ３で
エアシリンダ３２から圧縮空気を放出する。この処理に
よってワークＷの溶接状態が安定する。この加圧持続時
間Ｔｅは予め設定しておく。

【００３４】以上によって１回の溶接が終了し、ワーク
４２と４４が離反するので、溶接済みワークを電極間か
ら取り除き、これから溶接するワークを電極間に位置決
めする。

【００３５】図１から明らかに、本実施形態によるとき
の通電開始タイミングＤ３は、溶接電流制御線４、８に
よるときの通電開始タイミングＤ、Ｄ２と比べて最も早
期であることが判る。溶接電流制御線１２では、タイミ
ングＡでの加圧開始指令からＴａ＋Ｔｂ３を経て通電開
始しているのに対し、溶接電流制御線４ではタイミング
ＡからＴａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ、溶接電流制御線８ではタイミ
ングＡからＴａ＋Ｔｂを経て通電開始している。なお、
Ｔｂ３＜Ｔｂである。従って、本実施の形態によると、
加圧開始指令から、最も早期に通電を停止することがで
きる。その結果、図１から明らかなように、本実施の形
態によるときの溶接サイクルが、溶接電流制御線８によ
るときよりもΔＴ時間短くなり、溶接電流制御線４によ
るときよりもΔＴ＋Ｔｃ時間を短縮化することができ
る。

【００３６】本実施形態の抵抗溶接装置と溶接方法で
は、適正溶接可能領域内の加圧力とその加圧力に対応し
た適正な溶接電流で溶接できるので、チリを発生させず
に溶接強度を確実に確保できる。従って、バリの発生を
抑制できるので塗装や見栄えの問題で商品価値を下げる
ことなく良質な製品を作製できる。またバリ取り作業時
間を低減させることができる。そして溶接強度を確実に
確保できるので、製品の信頼性を向上させることができ
る。

【００３７】なお、加圧力制御装置３０の加圧機構は本
実施の形態で説明した空気式以外にモータ式も用いるこ
とができる。モータ式の場合、一対の電極４２、４４に
よる加圧力が指定した加圧力になるように、モータのト
ルクをサーボ制御する。一対の電極４２、４４の加圧力
は、そのモータのシャフトに取り付けられたボールネジ
のネジピッチとトルクによって決定される。そして本発
明の溶接制御装置とその方法で用いる加圧機構は、空気
式、モータ式に限らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御方法の異なる、加圧力検出線と溶接電流制
御線を示す。

【図２】実施の形態の抵抗溶接装置の全体構成を示す。

【図３】加圧力と溶接電流と溶接結果の関係を示す。

【図４】適正溶接可能領域内に設定されている加圧力と
溶接電流のマップを示す。

【図５】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。

【符号の説明】

１０ ・・加圧力検出線 １２ ・・溶接電流制御線 ２０ ・・溶接制御装置 ３０ ・・加圧力制御装置 ３４ ・・加圧力検出手段 ３６ ・・溶接電流制御手段 ４２ ・・電極 ４４ ・・電極 Ｗ ・・ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを挟持してそのワークを加圧した
   状態でそのワークに通電する一対の電極と、加圧力検出
   手段と、加圧力から溶接電流を決定する手段と、溶接電
   流制御手段とを備えた抵抗溶接装置であり、 加圧力検出手段は、遅くとも当該一対の電極がワークを
   挟持し始めたとき以降の加圧力を検出しつづけ、 加圧力から溶接電流を決定する手段は、加圧力の下で適
   正に溶接が進行する範囲内に設定されている溶接電流の
   大きさが記憶されたマップを有するとともに、加圧力検
   出手段で検出された加圧力と当該マップとから溶接電流
   の大きさを時時刻刻と決定し、 溶接電流制御手段は、加圧力から溶接電流を決定する手
   段で決定された溶接電流の大きさに、実際の溶接電流の
   大きさを制御することを特徴とする抵抗溶接装置。
2. 【請求項２】 一対の電極間にワークを挟持してそのワ
   ークを加圧した状態でそのワークに通電する抵抗溶接方
   法において、 その一対の電極間にワークが位置した状態でその一対の
   電極を接近させ始める工程と、 加圧力を時時刻刻と検出する工程と、 検出された加圧力に対してその加圧力の下で適正に溶接
   が進行する範囲内の溶接電流の大きさを決定する工程
   と、 決定された大きさの溶接電流を通電する工程とを有する
   抵抗溶接方法。