JP2006326656A - Resistance welding machine, and method for deciding normal/defective condition of resistance welding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、抵抗溶接の良否を判定する技術に関する。特に、現に実施中あるいは実施直後の抵抗溶接の良否を、超音波を利用して判定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for determining the quality of resistance welding. In particular, the present invention relates to a technique for determining whether or not resistance welding is currently being performed or has just been performed using ultrasonic waves.
抵抗溶接は、重畳配置した複数のワーク(被溶接材)に溶接電流を通電し、ワーク間に生じる抵抗発熱によってワークを溶融して、ワーク同士を接合するものである。抵抗溶接の接合強度は、ワーク間に形成される溶融部(いわゆるナゲット)の大きさに対応する。一般に、抵抗溶接の良否は、ナゲットの大きさに基づいて判定することができる。
現に実施中の抵抗溶接の良否を、超音波を利用して判定する技術が開発されている。例えば特許文献1には、一方の溶接電極から超音波を送信し、送信した超音波を他方の溶接電極において受信して、受信波の強度変化から形成された溶融部の大きさを推定する技術が開示されている。
Techniques have been developed for determining the quality of resistance welding currently being performed using ultrasonic waves. For example, Patent Document 1 discloses a technique for transmitting an ultrasonic wave from one welding electrode, receiving the transmitted ultrasonic wave at the other welding electrode, and estimating the size of the melted portion formed from the intensity change of the received wave. Is disclosed.
特許文献1の技術では、溶融部を透過する超音波の強度が、溶融部の成長に伴って変化することを利用して、溶融部の大きさを推定している。しかしながら、受信される超音波の強度は、外乱等による影響を受けやすいことから、溶融部の大きさを誤って推定してしまうことがある。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、外乱等による影響を極力受けることなく、実施中あるいは実施直後の抵抗溶接の良否を正しく判定できる技術を提供する。
In the technique of Patent Document 1, the size of the melted portion is estimated by utilizing the fact that the intensity of ultrasonic waves that pass through the melted portion changes as the melted portion grows. However, since the intensity of the received ultrasonic wave is easily affected by disturbances and the like, the size of the melted part may be erroneously estimated.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique capable of correctly determining whether or not resistance welding is being performed or is being performed immediately without being affected by disturbance or the like as much as possible.
本発明の技術は、抵抗溶接機に具現化することができる。この抵抗溶接機は、第1溶接電極と、第2溶接電極と、第1溶接電極と第2溶接電極の間に被溶接材を通じて溶接電流を通電する通電手段と、第1溶接電極側に設けられている超音波の送信手段と、第2溶接電極側に設けられている超音波の受信手段と、超音波送信手段が超音波を送信する時点から、超音波受信手段が超音波を受信する時点までの時間を計時する電極間計時手段を備えている。電極間計時手段の用語は、超音波が電極間を伝播するのに要した時間を計時する手段の意味で用いられている。 The technique of the present invention can be embodied in a resistance welder. The resistance welding machine is provided on the first welding electrode side, a first welding electrode, a second welding electrode, an energizing means for energizing a welding current through the material to be welded between the first welding electrode and the second welding electrode, and the first welding electrode side. The ultrasonic wave receiving means, the ultrasonic wave receiving means provided on the second welding electrode side, and the ultrasonic wave receiving means receive the ultrasonic waves from the time when the ultrasonic wave transmitting means transmits the ultrasonic waves. Inter-electrode time measuring means for measuring the time until the time is provided. The term “interelectrode timing means” is used to mean a means for measuring the time required for the ultrasonic wave to propagate between the electrodes.
物質中を伝播する超音波の伝播速度は、その物質の温度によって変化する。図10はその一例を示すものであり、被溶接材(ワーク)の温度と被溶接材内における超音波の伝播速度との関係を示している。図10に示すように、被溶接材の温度が高いときほど、超音波の伝播速度は遅くなる。そのことから、被溶接材内における超音波の伝播速度に基づいて、被溶接材の温度を推定することができる。
被溶接材内に形成される溶融部の大きさ(いわゆるナゲット径)は、被溶接材の温度(特に接合面における温度)によって変化する。図11は、その一例を示すものであり、被溶接材の温度と被溶接材内に形成されるナゲット径との関係を示している。図11に示すように、被溶接材の温度が高いときほど、被溶接材内に形成されるナゲット径は大きくなる。そのことから、被溶接材の温度に基づいて、被溶接材内に形成されたナゲット径を推定することができる。
以上のことから、被溶接材内における超音波の伝播速度を知ることができれば、被溶接材内に形成されたナゲット径を推定することができる。抵抗溶接の良否は、推定されたナゲット径に基づいて判定することができる。
The propagation speed of the ultrasonic wave propagating in the substance changes depending on the temperature of the substance. FIG. 10 shows an example of this, and shows the relationship between the temperature of the workpiece (workpiece) and the ultrasonic wave propagation speed in the workpiece. As shown in FIG. 10, the higher the temperature of the material to be welded, the slower the propagation speed of the ultrasonic wave. Therefore, the temperature of the welded material can be estimated based on the propagation speed of the ultrasonic wave in the welded material.
The size (so-called nugget diameter) of the melted portion formed in the workpiece is changed depending on the temperature of the workpiece (particularly the temperature at the joint surface). FIG. 11 shows an example of this, and shows the relationship between the temperature of the material to be welded and the nugget diameter formed in the material to be welded. As shown in FIG. 11, the higher the temperature of the material to be welded, the larger the nugget diameter formed in the material to be welded. Therefore, the nugget diameter formed in the material to be welded can be estimated based on the temperature of the material to be welded.
From the above, if the propagation speed of the ultrasonic wave in the welded material can be known, the diameter of the nugget formed in the welded material can be estimated. The quality of resistance welding can be determined based on the estimated nugget diameter.
この抵抗溶接機では、第1溶接電極側から超音波を送信し、その超音波を第2溶接電極側において受信して、超音波が第1溶接電極側から被溶接材を通って第2溶接電極側へと到るまでの透過時間を計時することができる。計時された透過時間は被溶接材内を超音波が伝播する伝播速度に対応するので、計時された透過時間は被溶接材の温度に対応することとなる。そのことから、計時された透過時間に基づいて、被溶接材内に形成されたナゲット径を推定することができ、抵抗溶接の良否を判定することが可能となる。抵抗溶接の良否判定は、通電中においても、通電終了直後においても可能である。
この抵抗溶接機では、第2溶接電極側で超音波を受信する場合に、超音波の強度を識別する必要はなく、超音波を受信したことを検出すれば足りる。外乱等によって超音波の受信強度が変動しても、それに追従して良否判定が変動するようなことがない。
この抵抗溶接機によると、外乱等による影響を極力受けることなく、実施中あるいは実施直後の抵抗溶接の良否を正しく判定することができる。
In this resistance welding machine, an ultrasonic wave is transmitted from the first welding electrode side, the ultrasonic wave is received at the second welding electrode side, and the ultrasonic wave passes through the material to be welded from the first welding electrode side to perform the second welding. The transmission time to reach the electrode side can be measured. Since the measured transmission time corresponds to the propagation speed at which the ultrasonic wave propagates through the workpiece, the measured transmission time corresponds to the temperature of the workpiece. Therefore, based on the measured transmission time, the nugget diameter formed in the material to be welded can be estimated, and the quality of resistance welding can be determined. Whether the resistance welding is good or bad can be determined during energization or immediately after energization.
In this resistance welding machine, when receiving the ultrasonic wave on the second welding electrode side, it is not necessary to identify the intensity of the ultrasonic wave, and it is sufficient to detect the reception of the ultrasonic wave. Even if the reception intensity of the ultrasonic wave fluctuates due to disturbance or the like, the pass / fail judgment does not fluctuate following it.
According to this resistance welder, it is possible to correctly determine whether or not resistance welding is being performed or is being performed immediately without being affected by disturbance or the like as much as possible.
上記の抵抗溶接機では、前記電極間計時手段によって計時された計時時間が、基準範囲内にあるのか否かを判定する計時時間判定手段が付加されていることが好ましい。
計時される透過時間と被溶接材内に形成されるナゲット径は略対応する。そのことから、必要とする接合強度が得られるナゲット径等に基づいて、計時されるべき透過時間の基準範囲を定めておくことができる。計時された透過時間が基準範囲内にあるのか否かを判定することによって、抵抗溶接が正常に行われたのか否かを判定することができる。
In the above resistance welding machine, it is preferable that a time measuring unit for determining whether or not the time measured by the inter-electrode time measuring unit is within a reference range is added.
The measured transmission time and the nugget diameter formed in the material to be welded substantially correspond. Therefore, the reference range of the transmission time to be timed can be determined based on the nugget diameter or the like that provides the required bonding strength. By determining whether or not the measured transmission time is within the reference range, it can be determined whether or not resistance welding has been performed normally.
判定手段は、電極間計時手段が溶接電流の通電前において計時した計時時間に基づいて、前記基準範囲を修正することが好ましい。
計時手段によって計時される透過時間は、被溶接材の厚さや溶接電極の長さによっても変化する。そのことから、被溶接材の厚さに製造誤差が生じている場合や、溶接電極に摩耗が生じている場合等には、透過時間に関する基準範囲を修正しておく必要が生じる。
この抵抗溶接機では、溶接電流の通電前に透過時間を計時することによって、被溶接材の温度が上昇する前の透過時間を把握する。温度上昇前の透過時間は、主に被溶接材の厚さや溶接電極の長さに応じて変化する。温度上昇前の透過時間に基づいて透過時間に関する基準範囲を修正しておくことで、被溶接材の厚さに製造誤差が生じている場合や、溶接電極に摩耗が生じている場合等でも、抵抗溶接の良否を正しく判定することができる。
The determination means preferably corrects the reference range based on the time measured by the inter-electrode time measuring means before energization of the welding current.
The transmission time measured by the time measuring means also varies depending on the thickness of the material to be welded and the length of the welding electrode. Therefore, when a manufacturing error occurs in the thickness of the material to be welded or when the welding electrode is worn, it is necessary to correct the reference range regarding the transmission time.
In this resistance welding machine, the transmission time before the temperature of the workpiece is increased is grasped by measuring the transmission time before energization of the welding current. The transmission time before the temperature rise varies mainly depending on the thickness of the material to be welded and the length of the welding electrode. By correcting the reference range related to the transmission time based on the transmission time before the temperature rise, even if there is a manufacturing error in the thickness of the material to be welded or if the welding electrode is worn, The quality of resistance welding can be correctly determined.
通電手段は、判定手段の判定結果に基づいて、溶接電流を増減調節することが好ましい。あるいは、判定手段の判定結果に基づいて、溶接電流の通電時間を長短調節することが好ましい。
それにより、抵抗溶接が不良のままで終了してしまうことを防ぐことが可能となる。
The energizing means preferably adjusts the welding current to increase or decrease based on the determination result of the determining means. Alternatively, it is preferable to adjust the energizing time of the welding current to be longer or shorter based on the determination result of the determining means.
Thereby, it is possible to prevent the resistance welding from being ended with a defect.
上記の抵抗溶接機では、第1溶接電極側に設けられている超音波の受信手段と、第2溶接電極側に設けられている超音波の送信手段と、第1溶接電極側の超音波送信手段が超音波を送信する時点から第1溶接電極側の超音波受信手段が超音波を受信するまでの時間を計時する第1電極側計時手段と、第2溶接電極側の超音波送信手段が超音波を送信する時点から第2溶接電極側の超音波受信手段が超音波を受信するまでの時間を計時する第2電極側計時手段とが付加されていることが好ましい。 In the above resistance welding machine, the ultrasonic wave receiving means provided on the first welding electrode side, the ultrasonic wave transmission means provided on the second welding electrode side, and the ultrasonic wave transmission on the first welding electrode side A first electrode-side time measuring means for measuring a time from when the means transmits ultrasonic waves until the ultrasonic receiving means on the first welding electrode side receives ultrasonic waves; and an ultrasonic transmission means on the second welding electrode side. It is preferable that a second electrode-side time measuring unit for measuring a time from when the ultrasonic wave is transmitted until the ultrasonic receiving unit on the second welding electrode side receives the ultrasonic wave is preferably added.
電極間計時手段によって計時される透過時間には、第1溶接電極側の超音波送信手段と第1溶接電極の先端部との間を超音波が伝播するのに要した時間と、超音波が被溶接材を透過するのに要した時間と、超音波が第2溶接電極の先端部と第2溶接電極側の超音波受信手段との間を伝播するのに要した時間が含まれる。超音波が被溶接材を透過するのに要した実透過時間を抽出することができれば、溶接電極の温度や摩耗等に影響を受けることなく、抵抗溶接の良否をより正しく判定することができる。
この抵抗溶接機では、第1溶接電極側の超音波送信手段が送信した超音波が被溶接材を透過して第2溶接電極側へと伝播するとともに、第1溶接電極の先端部で反射して第1溶接電極側の超音波受信手段にも受信される。そのことから、第1電極側計時手段によって計時される時間は、第1溶接電極側の超音波送信手段と第1溶接電極の先端部との間を超音波が伝播するのに要する時間に対応する。同様に、第2電極側計時手段によって計時される時間は、第2溶接電極の先端部と第2溶接電極側の超音波受信手段との間を超音波が伝播するのに要する時間に対応する。
電極間計時手段によって計時された透過時間と、第1電極側計時手段によって計時された時間と、第2電極側計時手段によって計時された時間に基づいて、超音波が被溶接材を透過するのに要した時間を算出することが可能となる。
この抵抗溶接機によると、超音波が被溶接材を透過するのに要する時間を正確に把握することができるので、溶接電極の温度や摩耗等に影響を受けることなく、抵抗溶接の良否を正しく判定することができる。
The transmission time measured by the interelectrode timing means includes the time required for the ultrasonic wave to propagate between the ultrasonic transmission means on the first welding electrode side and the tip of the first welding electrode, and the ultrasonic wave It includes the time required to penetrate the workpiece and the time required for the ultrasonic wave to propagate between the tip of the second welding electrode and the ultrasonic receiving means on the second welding electrode side. If the actual transmission time required for the ultrasonic wave to pass through the material to be welded can be extracted, the quality of resistance welding can be more correctly determined without being affected by the temperature or wear of the welding electrode.
In this resistance welding machine, the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transmission means on the first welding electrode side is transmitted through the material to be welded and propagates to the second welding electrode side, and is reflected at the tip of the first welding electrode. Is also received by the ultrasonic wave receiving means on the first welding electrode side. Therefore, the time measured by the first electrode side time measuring means corresponds to the time required for the ultrasonic wave to propagate between the ultrasonic transmitting means on the first welding electrode side and the tip of the first welding electrode. To do. Similarly, the time measured by the second electrode side time measuring means corresponds to the time required for ultrasonic waves to propagate between the tip of the second welding electrode and the ultrasonic receiving means on the second welding electrode side. .
Based on the transmission time measured by the interelectrode time measuring means, the time measured by the first electrode side time measuring means, and the time time measured by the second electrode side time measuring means, the ultrasonic wave passes through the workpiece. It is possible to calculate the time required for.
According to this resistance welder, it is possible to accurately grasp the time required for the ultrasonic wave to penetrate the workpiece, so that the resistance welding can be properly performed without being affected by the temperature or wear of the welding electrode. Can be determined.
上記の抵抗溶接機では、電極間計時手段によって計時された時間と、第1電極側計時手段によって計時された計時時間と、第2電極側計時手段によって計時された時間から算出される超音波が被溶接材を透過するのに要した実透過時間が、所定の基準範囲内にあるのか否かを判定する透過時間判定手段が付加されていることが好ましい。
算出された実透過時間が基準範囲内にあるのか否かを判定することによって、抵抗溶接が正常に行われたのか否かをより正しく判定することができる。
In the resistance welding machine, the ultrasonic wave calculated from the time measured by the inter-electrode time measuring means, the time measured by the first electrode-side time measuring means, and the time measured by the second electrode-side time measuring means is It is preferable that a transmission time determination means for determining whether or not the actual transmission time required for passing through the workpiece is within a predetermined reference range is added.
By determining whether or not the calculated actual transmission time is within the reference range, it is possible to more correctly determine whether or not resistance welding has been performed normally.
判定手段は、第1電極側計時手段によって計時された計時時間と第2電極側計時手段によって計時された計時時間に基づいて、算出した前記実透過時間および/又は前記基準範囲を修正することが好ましい。
被溶接材の板厚方向(通電方向)における温度分布が偏っていると、被溶接材の到達温度に対して、得られる接合強度が低くなることがある。被溶接材の板厚方向(通電方向)における温度分布は、第1溶接電極の温度と第2溶接電極の温度のバランスによって推定することができる。第1溶接電極の温度と第2溶接電極の温度のバランスが不適切である場合には、十分な接合強度が得られないことがあることから、被溶接材の到達すべき温度を高めることが必要となる。
第1電極側計時手段によって計時される計時時間が、第1電極の温度によって変化する。そのことから、第1電極側計時手段によって計時される計時時間は、第1電極の温度に略対応する。同様に、第2電極側計時手段によって計時される計時時間は、第2電極の温度に略対応する。
この抵抗溶接機では、第1電極側計時手段によって計時される計時時間と第2電極側計時手段によって計時される計時時間に基づいて、算出した超音波が被溶接材を透過するのに要した実透過時間を修正することができる。あるいは、実透過時間に関する基準範囲を修正することができる。それにより、第1電極側計時手段による計時時間と第2電極側計時手段による計時時間に基づいて、被溶接部材の板厚方向における温度分布が偏っていると推定される場合に、被溶接材の到達すべき温度を高めた上で、抵抗溶接の良否を判定することができる。
The determining means may correct the calculated actual transmission time and / or the reference range based on the time measured by the first electrode side time measuring means and the time measured by the second electrode side time measuring means. preferable.
If the temperature distribution in the plate thickness direction (energization direction) of the material to be welded is biased, the obtained bonding strength may be lower than the ultimate temperature of the material to be welded. The temperature distribution in the plate thickness direction (energization direction) of the material to be welded can be estimated by the balance between the temperature of the first welding electrode and the temperature of the second welding electrode. When the balance between the temperature of the first welding electrode and the temperature of the second welding electrode is inappropriate, sufficient bonding strength may not be obtained. Necessary.
The time measured by the first electrode side time measuring means varies depending on the temperature of the first electrode. Therefore, the time measured by the first electrode side time measuring means substantially corresponds to the temperature of the first electrode. Similarly, the time measured by the second electrode side time measuring means substantially corresponds to the temperature of the second electrode.
In this resistance welding machine, it was necessary for the calculated ultrasonic wave to pass through the workpiece based on the time measured by the first electrode side time measuring means and the time measured by the second electrode side time measuring means. The actual transmission time can be corrected. Alternatively, the reference range for the actual transmission time can be corrected. Accordingly, when it is estimated that the temperature distribution in the plate thickness direction of the welded member is deviated based on the time measured by the first electrode side time measuring means and the time measured by the second electrode side time measuring means, It is possible to determine whether the resistance welding is good or not after increasing the temperature to be reached.
本発明の技術は、実施中あるいは実施直後の抵抗溶接の良否を判定する方法に具現化することもできる。この判定方法は、一方の溶接電極側から超音波を送信する送信工程と、他方の溶接電極側において超音波を受信する受信工程と、送信工程で超音波を送信した時点から受信工程で超音波を受信した時点までの時間を計時する計時工程と、計時工程において計時した計時時間が所定範囲内にあるのか否かを判定する判定工程を備えている。
この判定方法によると、外乱等による影響を極力受けることなく、実施中あるいは実施直後の抵抗溶接の良否を正しく判定することができる。
The technique of the present invention can also be embodied in a method for determining the quality of resistance welding during or immediately after implementation. This determination method includes a transmission step of transmitting ultrasonic waves from one welding electrode side, a reception step of receiving ultrasonic waves on the other welding electrode side, and an ultrasonic wave in the reception step from the time when ultrasonic waves are transmitted in the transmission step. And a determination step of determining whether or not the time measured in the time measurement step is within a predetermined range.
According to this determination method, the quality of resistance welding during or immediately after the execution can be correctly determined without being affected by disturbances or the like as much as possible.
本発明により、抵抗溶接の良否を工程内において正確に判定することが可能となり、製造品質の向上や製造コストの削減を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to accurately determine the quality of resistance welding in the process, and it is possible to improve manufacturing quality and reduce manufacturing cost.
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) 抵抗溶接機は、第1溶接電極に設けられている第1超音波振動子と、第2溶接電極に設けられて第2超音波振動子を備えている。
(形態2) 抵抗溶接機は、超音波が第1超音波振動子からワークを透過して第2超音波振動子まで伝播するのに要する透過時間の基準値を、溶接電流の通電時間の関数によって記憶している。
(形態3) 抵抗溶接機は、超音波が第1超音波振動子からワークを透過して第2超音波振動子まで伝播するのに要する透過時間に関して、抵抗溶接が正しく完了したと判定するための完了基準値を記憶している。
(形態4) 抵抗溶接機は、超音波が第1超音波振動子からワークを透過して第2超音波振動子まで伝播するのに要する透過時間に関して、溶接電流の通電開始前に対する正常値である開始基準値を記憶している。
First, the main features of the embodiments described below are listed.
(Mode 1) The resistance welder includes a first ultrasonic transducer provided on the first welding electrode and a second ultrasonic transducer provided on the second welding electrode.
(Mode 2) The resistance welder uses a reference value for the transmission time required for the ultrasonic wave to pass through the workpiece from the first ultrasonic transducer and propagate to the second ultrasonic transducer as a function of the energization time of the welding current. Remember by.
(Mode 3) The resistance welding machine determines that the resistance welding is correctly completed with respect to the transmission time required for the ultrasonic wave to pass through the workpiece from the first ultrasonic transducer and propagate to the second ultrasonic transducer. The completion reference value is stored.
(Mode 4) The resistance welding machine is a normal value with respect to the transmission time required for the ultrasonic wave to propagate from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer and to the second ultrasonic transducer before the start of energization of the welding current. A certain starting reference value is stored.
(実施例1)
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の技術を実施した実施例1の抵抗溶接機の構成を模式的に示している。図1に示すように、本実施例の抵抗溶接機2は、第1電極10と、第1電極10に対向している第2電極20と、一対の溶接電極10、20間に溶接電流を通電する電源回路42を備えている。図示省略するが、溶接電極10、20は、例えばロボットアーム等のような移動装置に設けられている。移動装置は、一対の溶接電極10、20を溶接の施工箇所へと移動したり、一対の溶接電極10、20を互いに接近/離反したりする。移動装置は、抵抗溶接機2において必須の構成ではないが、抵抗溶接機2と同期して動作する必要があることから、抵抗溶接機2が移動装置を備える構成とするのもよい。
抵抗溶接機2は、従来の抵抗溶接機と同様に、重畳配置されているワークW1とワークW2の両側から一対の溶接電極10、20を当接させ、一対の溶接電極10、20間に溶接電流を通電する。ワークW1、W2の間に溶接電流が通電されると、ワークW1、W2(特にワークW1、W2の接触面)において電気抵抗に起因する発熱が生じる。その結果、ワークW1、W2に亘って溶融部(いわゆるナゲット)Nが生成され、ワークW1、W2が溶接されることとなる。ワークW1、W2を溶接したときの接合強度は、生成されたナゲットNの大きさによって変化する。生成されるナゲットNの大きさは、ワークW1、W2に溶接電流を流したときのワークW1、W2の到達温度に依存することが知られている。ワークW1、W2の到達温度は、例えば溶接電流や、通電時間や、溶接電極10、20をワークW1、W2に当接させる当接力等によって変化する。これらのパラメータは、ワークW1、W2の寸法(板厚)や、ワークW1、W2の材質や、必要とする接合強度等に基づいて設定される。
Example 1
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows the configuration of a resistance welder according to a first embodiment in which the technique of the present invention is implemented. As shown in FIG. 1, the
Like the conventional resistance welding machine, the
図1に示すように、本実施例の抵抗溶接機2では、第1電極10側に第1超音波振動子12が設けられており、第2電極22側に第2超音波振動子22が設けられている。超音波振動子12、22は、圧電素子を用いて構成されており、入力した電気信号(振動電圧)によって振動し、超音波を送信することができる。また、超音波振動子12、22は、超音波を受信することによって振動し、電気信号(振動電圧)を出力することができる。第1超音波振動子12は第2超音波振動子22に向けて配置されており、第2超音波振動子22は第1超音波振動子12に向けて配置されている。それにより、第1超音波振動子12は、ワークW1、W2の溶接位置(ナゲットNの形成位置)や第2超音波振動子22に向けて、超音波を送信することができる。また、第1超音波振動子12は、第2超音波振動子22から送信されてワークW1、W2の溶接位置(ナゲットNの形成位置)を通過した超音波を、高い感度で受信することができる。同様に、第2超音波振動子22は、ワークW1、W2の溶接位置(ナゲットNの形成位置)や第1超音波振動子12に向けて、超音波を送信することができる。また、第2超音波振動子22は、第1超音波振動子12から送信されてワークW1、W2の溶接位置(ナゲットNの形成位置)を通過した超音波を、高い感度で受信することができる。
図1に示す第1超音波振動子12や第1超音波振動子22の取付位置は、その一例を示すものであって、これに限定されない。例えば各電極10、20が備える電極チップや、電極チップを固定するシャンク等に取付けることができる。
As shown in FIG. 1, in the
The attachment positions of the first
抵抗溶接機2は、送信回路14と、受信回路26と、透過時間計時回路32と、判定回路38と、表示装置34と、コントローラ50等を備えている。
送信回路14は、第1超音波振動子12に接続されている。送信回路14は、第1超音波振動子12に電気信号を出力することによって、第1超音波振動子12から超音波を送信させる回路である。一方、送信回路14は、透過時間計時回路32にも接続されている。送信回路14は、第1超音波振動子12に超音波送信用の電気信号を出力するタイミングと同時に、送信タイミング信号を透過時間計時回路32へと出力する。
受信回路26は、第2超音波振動子22に接続されている。受信回路26は、第2超音波振動子22が出力する電気信号を入力することによって、第2超音波振動子22が超音波を受信したことを検出する回路である。受信回路26は、第2超音波振動子22が超音波を受信したことを検出すればよく、受信した超音波の強度を識別する必要は必ずしもない。一方、受信回路26は、透過時間計時回路32にも接続されている。受信回路26は、第2超音波振動子22から電気信号を入力したタイミングと同時に、受信タイミング信号を透過時間計時回路32へと出力する。
抵抗溶接機2では、第1超音波振動子12は超音波の送信用振動子として機能し、第2超音波振動子22は超音波の受信用振動子として機能する。図1から明らかなように、第1超音波振動子12から発信される超音波は、第1電極10とワークW1とワークW2と第2電極20を順に伝播し、第2超音波振動子22によって受信される。
The
The
The receiving
In the
透過時間計時回路32は、第1超音波振動子12から超音波が送信された時点から、第2超音波振動子22によって超音波が受信された時点までの時間を計時する回路である。即ち、超音波が、第1超音波振動子12から、第1電極10とワークW1、W2と第2電極20を透過して、第2超音波振動子22まで到達するのに要する時間を計時する回路である。透過時間計時回路32は、送信回路14から送信タイミング信号を入力した時点から、受信回路26から受信タイミング信号を入力した時点までを計時することによって、この超音波の透過時間を計時する。
判定回路38は、透過時間計時回路32に接続されており、透過時間計時回路32が計時した透過時間を入力する。判定回路38は、透過時間計時回路32が計時した透過時間に基づいて、ワークW1、W2に施工されている溶接の良否を判定する。
The transmission
The
ここで、ワークW1、W2に施工されている溶接の良否を、計時された透過時間に基づいて判定する原理について、図10、図11を参照しながら説明する。図10は、ワークW1、W2の温度と、ワークW1、W2における超音波の伝播速度の関係を示すグラフである。図11は、溶接時におけるワークW1、W2の温度と、形成されるナゲットの大きさ(いわゆるナゲット径)の関係を示している。ここで、ワークW1、W2のそれぞれは、冷間圧延鋼板(SPC材)であって、それらの板厚は1.2mmである。
図10に示すように、ワークW1、W2における超音波の伝播速度は、ワークW1、W2の温度によって変化する。詳しくは、ワークW1、W2の温度が高いときほど、ワークW1、W2における超音波の伝播速度は遅くなる。従って、ワークW1、W2の板厚が同じであれば、計時された透過時間が長いときほど、ワークW1、W2における超音波の伝播速度が遅いことを示しており、ワークW1、W2の温度が高いことを意味している。このことから、計時された透過時間に基づいて、ワークW1、W2の温度を推定することが可能となる。
一方において、図11に示すように、溶接時に形成されるナゲット径は、ワークW1、W2の温度によって変化する。詳しくは、ワークW1、W2の温度が所定温度(融点)を越えた時にナゲットの生成が始まり、ワークW1、W2の温度が高くなるほど、形成されるナゲット径は大きくなる。このことから、ワークW1、W2の温度に基づいて、形成されるナゲット径を推定することができる。先に説明したように、計時された透過時間に基づいてワークW1、W2の温度を推定することが可能であることから、計時された透過時間に基づいて、形成されたナゲット径を推定することができる。詳しくは、計時された透過時間が長いときほど、ナゲット径が大きく形成されていると推定することができる。
Here, the principle of determining the quality of the welding applied to the workpieces W1 and W2 based on the measured transmission time will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the temperature of the workpieces W1 and W2 and the ultrasonic wave propagation speed in the workpieces W1 and W2. FIG. 11 shows the relationship between the temperature of the workpieces W1 and W2 during welding and the size of the nugget formed (so-called nugget diameter). Here, each of the workpieces W1 and W2 is a cold-rolled steel plate (SPC material), and the plate thickness thereof is 1.2 mm.
As shown in FIG. 10, the propagation speed of the ultrasonic waves in the workpieces W1 and W2 varies depending on the temperatures of the workpieces W1 and W2. Specifically, the higher the temperature of the workpieces W1 and W2, the slower the propagation speed of the ultrasonic waves in the workpieces W1 and W2. Therefore, if the workpieces W1 and W2 have the same thickness, the longer the measured transmission time is, the slower the propagation speed of the ultrasonic waves in the workpieces W1 and W2 is. Means high. From this, it becomes possible to estimate the temperatures of the workpieces W1 and W2 based on the measured transmission time.
On the other hand, as shown in FIG. 11, the nugget diameter formed during welding varies depending on the temperatures of the workpieces W1 and W2. Specifically, nugget generation starts when the temperature of the workpieces W1 and W2 exceeds a predetermined temperature (melting point), and the higher the temperature of the workpieces W1 and W2, the larger the nugget diameter formed. From this, the diameter of the nugget formed can be estimated based on the temperatures of the workpieces W1 and W2. Since the temperature of the workpieces W1 and W2 can be estimated based on the measured transmission time as described above, the formed nugget diameter is estimated based on the measured transmission time. Can do. Specifically, it can be estimated that the longer the measured transmission time, the larger the nugget diameter.
図1の判定回路38は、計時された透過時間に基づいて溶接の良否を判定するために、透過時間に関する基準値を記憶している。図2に、判定回路38が記憶している透過時間に関する基準値の一例を示す。図2に示すように、判定回路38は、透過時間に関する基準値を、通電時間tの関数(曲線A)によって記憶している。図2に示す曲線Aを、透過時間に関する基準推移曲線Aという。図2において、通電時間0はワークW1、W2に溶接電流の通電を開始する時点を示しており、通電時間t4は通電を終了する時点を示している。即ち、予定されている溶接電流の通電時間はt4である。通電時間の経過に伴って、ワークW1、W2の温度が上昇していくことから、透過時間の基準値も増大していく。例えば通電終了時点t4において、計時された透過時間が基準透過時間P6を超えていれば、ワークW1、W2が予定された温度に到達しており、その結果、予定された大きさのナゲットが形成されたと判断することができる。以下、溶接電流の通電開始時点t=0に対する透過時間の基準値P1を開始基準値P1といい、溶接完了時点t=t4に対する透過時間の基準値P6を完了基準値P6ということがある。
透過時間に関する基準推移曲線は、ワーク寸法やワーク材質や必要とする接合強度等によって様々に変化する。透過時間に関する基準推移曲線は、実験や計算に基づいて予め作成しておくことができる。基準推移曲線には、ワークW1、W2の温度変化に伴う超音波の伝播速度の変化や、ワークW1、W2の温度変化に伴うワークW1、W2の体積変化等が加味されている。判定回路38は、複数種類の基準推移曲線を記憶している。
The
The reference transition curve relating to the transmission time varies depending on the workpiece size, workpiece material, required bonding strength, and the like. The reference transition curve relating to the transmission time can be prepared in advance based on experiments and calculations. The reference transition curve takes into account changes in the propagation speed of ultrasonic waves accompanying changes in temperature of the workpieces W1 and W2, changes in volume of the workpieces W1 and W2 accompanying changes in temperature of the workpieces W1 and W2, and the like. The
表示装置34は、判定回路38による判定結果を表示する装置であって、判定回路38による判定結果を作業者等に報知するための装置である。表示装置34は、例えば「溶接正常」や「温度未達」や「溶接異常」等を表示することができる。
コントローラ50は、抵抗溶接機2の動作を制御する制御装置である。コントローラ50は、ワークW1、W2に施工する溶接箇所毎に、溶接電流や、通電時間や、溶接電極10、20をワークW1、W2に当接させる当接力等のパラメータを記憶している。コントローラ50は、記憶している溶接パラメータ等に基づいて、抵抗溶接機2の各部の動作を制御したり、一対の溶接電極10、20が設けられている移動装置等に動作指令を与えたりする。また、コントローラ50には、判定回路38による判定結果が入力されるようになっている。詳しくは後述するが、コントローラ50は、判定回路38による判定結果に基づいて、電源回路42の動作を制御する。
The
The
図3は、抵抗溶接機2が実施する動作の流れを示すフローチャートである。図3に示す動作フローに沿って、抵抗溶接機2がワークW1、W2に抵抗溶接を施工する際の動作の流れについて説明する。
ステップS2では、第1溶接電極10と第2溶接電極20によって、重畳配置されているワークW1とワークW2を加圧挟持する。先に説明したように、第1溶接電極10と第2溶接電極20の位置は、ロボットアーム等の移動装置によって調節することができる。移動装置は、コントローラ50の動作指令を受けて、一対の溶接電極10、20によって、ワークW1、2を加圧する。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of operations performed by the
In step S <b> 2, the work W <b> 1 and the work W <b> 2 that are arranged to overlap are pressed and clamped by the
ステップS4では、溶接電流を通電するに先立って、通電前における超音波の透過時間を計時する。送信回路14は、コントローラ50からの動作指令を受けて、第1超音波振動子12から超音波を送信する。同時に、送信回路14は、送信タイミング信号を透過時間計時回路32へと出力する。図4(a)に示すように、第1超音波振動子12から送信された超音波は、ワークW1、W2を透過し、第2超音波振動子22によって受信される。第2超音波振動子22が超音波を受信すると、受信回路26は受信タイミング信号を透過時間計時回路32へと出力する。透過時間計時回路32は、送信タイミング信号と受信タイミング信号に基づいて、第1超音波振動子12から第2超音波振動子22までの超音波の透過時間を計時する。透過時間計時回路32が計時した透過時間は、判定回路38へと出力される。
通電前における超音波の透過時間は、ワークW1、W2が加熱される前であることから、主に超音波振動子12、22間の距離によって変動する。従って、ワークW1、W2の板厚に製造誤差が生じていたり、溶接電極10、20に摩耗が生じていたりすると、通電前における超音波の透過時間は変動することとなる。
以下では、このステップS4における透過時間の計時値が例えばP2(図2参照)であったものとして、以降の動作フローについて説明を続ける。図2に示すように、透過時間P2は、開始基準値P1よりも長いものとする。
In step S4, prior to energizing the welding current, the ultrasonic transmission time before energization is measured. The
Since the ultrasonic transmission time before energization is before the workpieces W1 and W2 are heated, the ultrasonic transmission time varies mainly depending on the distance between the
Hereinafter, the subsequent operation flow will be described on the assumption that the measured time value of the transmission time in step S4 is, for example, P2 (see FIG. 2). As shown in FIG. 2, it is assumed that the transmission time P2 is longer than the start reference value P1.
ステップS6では、判定回路38が、ステップS4で計時された通電前における透過時間P2に基づいて、記憶している透過時間に関する基準推移曲線(図2中の曲線A)を修正する。図2に示すように、判定回路38は、ステップS4で計時された透過時間P2と、記憶している開始基準値P1との差分に基づいて、基準推移曲線Aを修正する。詳しくは、基準推移曲線Aが記述している透過時間の基準値に、その差分P2−P1を加算して、新たな基準推移曲線Bを作成する。それにより、完了基準値P6は、新たな完了基準値P7へと修正される。ここで、P7=P6+(P2−P1)である。このステップS6の処理によって、ワークW1、W2の板厚に生じている製造誤差や、溶接電極10、20に生じている摩耗等による影響を受けることなく、正確な判定を行うことが可能となる。
In step S6, the
図3のステップS8では、溶接電流の通電が開始される。電源回路42は、コントローラ50の指令に従って、一対の電極10、20間に溶接電流を通電する。ワークW1、W2は、溶接電流が通電されることによって、急速に加熱されていく。
ステップS10では、図4(b)に示すように、溶接電流の通電中における超音波の透過時間を計時する。超音波の透過時間の計時は、先に説明したステップS6と同様に行われる。後述するように、通電中における超音波の透過時間は、通電期間中に亘って繰り返し行われる。図5に、通電中における透過時間の経時変化(図中の曲線C)を例示する。図5中の曲線Bは、図2に示した修正後の基準推移曲線Bを示している。
以下では、現時点の通電時間がt3であって、透過時間の計時値が例えばPm3(図5)であったものとして、以降の動作フローについて説明を続ける。
In step S8 of FIG. 3, energization of the welding current is started. The
In step S10, as shown in FIG. 4B, the ultrasonic transmission time is measured while the welding current is applied. The ultrasonic transmission time is measured in the same manner as step S6 described above. As will be described later, the ultrasonic wave transmission time during energization is repeated over the energization period. FIG. 5 illustrates a change with time in the transmission time during energization (curve C in the figure). A curve B in FIG. 5 shows the corrected reference transition curve B shown in FIG.
Hereinafter, assuming that the current energization time is t3 and the measured value of the transmission time is, for example, Pm3 (FIG. 5), the subsequent operation flow will be described.
ステップS12では、判定回路38が、修正後の基準推移曲線Bに基づいて、ステップS10で計時された通電中における超音波の透過時間を判定する。詳しくは、透過時間を計時した時点の通電時間(ここではt3)に対して修正後の基準推移曲線Bが記述している基準値(ここではP3)に基づいて、計時された透過時間(ここではPm3)を判定する。計時された透過時間Pm3が基準値P3と略等しければ、ワークW1、W2の温度が予定通りに上昇しており、溶接が正常に進行していると判断できる。計時された透過時間Pm3が基準値P3を下回っていれば、ワークW1、W2の温度上昇が不足しており、溶接の進行が遅れていると判断できる。計時された透過時間Pm3が基準値P3を上回っていれば、ワークW1W2の温度上昇が過剰となっており、溶接の進行が過剰に進んでいると判断できる。本実施例の判定回路38は、基準値P3に対して許容幅ΔPを設定する。そして、計時された透過時間Pm3が許容範囲P3±ΔP内であれば「温度正常」と判定し、計時された透過時間Pm3が許容範囲P3−ΔP以下であれば「温度不足」と判定し、計時された透過時間Pm3が許容範囲P3+ΔP以下であれば「温度過剰」と判定する。
In step S12, the
ステップS14では、予定された通電時間が経過しているのか否かが判定される。予定された通電時間t4が経過していればステップS16へ進み、予定された通電時間が経過していなければステップS22へ進む。
予定された通電時間が経過しておらず、ステップS22に進んだ場合は、ステップS12の判定結果に基づいて、溶接電流を増減調節が行われる。詳しくは、「温度不足」と判定されていれば溶接電流を増大し、「温度過剰」と判定されていれば溶接電流を減少し、「温度正常」と判定されていれば溶接電流の調節を行わない。例えば図5に示すように、通電時間t3において溶接電流が増大されると、ワークW1、W2の温度上昇速度が増大することから、以降に計時される透過時間の上昇速度も増大していく。
溶接電流の調節後は、再びステップS10へと戻る。以降、予定された通電時間が経過し、ステップS14でイエスとなるまで、ステップS10、S12、S14、S22の処理が順次繰り返される。
予定された通電時間t4が経過し、ステップS16に進んだ場合は、溶接電流の通電が停止される。即ち、抵抗溶接が終了する。
In step S14, it is determined whether or not the scheduled energization time has elapsed. If the scheduled energization time t4 has elapsed, the process proceeds to step S16, and if the scheduled energization time has not elapsed, the process proceeds to step S22.
If the scheduled energization time has not elapsed and the process proceeds to step S22, the welding current is increased or decreased based on the determination result of step S12. Specifically, if it is determined that the temperature is insufficient, the welding current is increased, if it is determined that the temperature is excessive, the welding current is decreased, and if it is determined that the temperature is normal, the welding current is adjusted. Not performed. For example, as shown in FIG. 5, when the welding current is increased during the energization time t3, the temperature increase rate of the workpieces W1 and W2 is increased, so that the increase rate of the transmission time measured thereafter is also increased.
After adjusting the welding current, the process returns to step S10 again. Thereafter, the processes in steps S10, S12, S14, and S22 are sequentially repeated until the scheduled energization time elapses and the answer is YES in step S14.
When the scheduled energization time t4 has elapsed and the process proceeds to step S16, the energization of the welding current is stopped. That is, resistance welding is completed.
ステップS18では、ステップS12における判定結果が、表示装置34等に表示される。図5に示すように、このステップS18で表示される判定結果は、溶接完了時点t4において計時された透過時間Pm4を、完了基準値P7に基づいて判定した判定結果である。即ち、表示装置34等に表示される判定結果によって、施工された溶接が正常に行われたのか否かを知ることができる。例えば「温度不足」と表示された場合は、十分な大きさのナゲットNが形成されておらず、必要な接合強度を有していないと判断することができる。
In step S18, the determination result in step S12 is displayed on the
本実施例の抵抗溶接機2では、抵抗溶接を施工すると同時に、施工した溶接部の正常/異常を判定することができる。それにより、後工程において溶接部を検査する必要がない。また、抵抗溶接が異常に施工されたワークW1、W2が後工程に進むことを防止することもできる。
本実施例の抵抗溶接機2では、第1溶接電極10の第1超音波振動子12から超音波を送信し、第2溶接電極12の第2超音波振動子22によって超音波を受信して、その送受信の時間差に基づいて溶接の良否を判定する。それにより、第2超音波振動子22は、受信した超音波の強度を識別する必要がなく、超音波の受信の有無を識別すれば足りる。溶接の良否を判定する際に、外乱によって影響を受けやすい超音波の強度を用いることがないので、外乱に影響を受けることなく正確な判定を行うことができる。
In the
In the
(実施例2)
図6は、本発明の技術を実施した実施例2の抵抗溶接機102の構成を模式的に示している。実施例2の抵抗溶接機102の一部には、実施例1の抵抗溶接機2と同一の構成が採用されている。従って、実施例1の抵抗溶接機2と同一の構成については、同一の符号を付すことによって、重複して説明することは避けるように努める。
本実施例の抵抗溶接機102は、例えば重畳配置されているワークW1とワークW2とワークW3に抵抗溶接を施工することができる。ワークW3はめっき鋼板であり、その表面にめっき層Yが形成されている。
(Example 2)
FIG. 6 schematically shows the configuration of the
The
本実施例の抵抗溶接機102は、第1電極10と第2電極20と電源回路42を備えている。第1電極10側には第1超音波振動子12が設けられており、第2電極22側には第2超音波振動子22が設けられている。
抵抗溶接機102は、第1送信回路(実施例1の送信回路に相当する)14と、第1受信回路116と、第2送信回路124と、第2受信回路(実施例1の受信回路に相当する)26を備えている。第1送信回路14と第2送信回路124は、同一の回路で構成することができる。第1受信回路116と第2受信回路26は、同一の回路で構成することができる。第1送信回路14と第1受信回路116は、第1超音波振動子12に接続されている。第2送信回路124と第2受信回路26は、第2超音波振動子22に接続されている。従って、本実施例の抵抗溶接機102では、第1溶接電極10の第1超音波振動子12と第2溶接電極20の第2超音波振動子22のそれぞれが、超音波の送信用振動子として機能するとともに、超音波の受信用振動子としても機能する。例えば第1超音波振動子12から送信された超音波は、第2超音波振動子22によって受信されるとともに、第1超音波振動子12自身によっても受信される。また、第2超音波振動子22から送信された超音波は、第1超音波振動子12によって受信されるとともに、第2超音波振動子22自身によっても受信される。
The
The
図6に示すように、第1送信回路14は、第1計時回路118と透過時間計時回路32のそれぞれに接続されている。第1送信回路14が出力する送信タイミング信号は、第1計時回路118と透過時間計時回路32のそれぞれに入力される。第1受信回路116は、第1計時回路118に接続されている。第1受信回路116が出力する受信タイミング信号は、第1計時回路118に入力される。
第1計時回路118は、第1送信回路14から送信タイミング信号を入力した時点から、第1受信回路116から受信タイミング信号を入力した時点までを計時する回路である。即ち、第1計時回路118は、第1超音波振動子12が超音波を送信した時点から、第1超音波振動子12が超音波を受信する時点までの時間を計時することができる。図8(a)に示すように、第1計時回路118が計時する時間は、第1超音波振動子12から送信された超音波が、第1溶接電極10の先端10aにおいて反射し、第1超音波振動子12によって受信されるまでの時間Paである。この第1電極10内を超音波が伝播する時間Paを、第1伝播時間Paとする。
As shown in FIG. 6, the
The
第2送信回路124は、第2計時回路128に接続されている。第2送信回路124が出力する送信タイミング信号は、第2計時回路128に入力される。第2受信回路26は、第2計時回路128と透過時間計時回路32のそれぞれに接続されている。第2受信回路26が出力する受信タイミング信号は、第2計時回路128と透過時間計時回路32のそれぞれに入力される。
第2計時回路128は、第2送信回路124から送信タイミング信号を入力した時点から、第2受信回路26から受信タイミング信号を入力した時点までを計時する回路である。即ち、第2計時回路128は、第2超音波振動子22が超音波を送信した時点から、第2超音波振動子22が超音波を受信する時点までの時間を計時することができる。図8(a)に示すように、第2計時回路128が計時する時間は、第2超音波振動子22から送信された超音波が、第2溶接電極20の先端20aで反射して、第2超音波振動子22によって受信されるまでの時間Pbである。この第2溶接電極20内を超音波が伝播する時間Pbを、第2伝播時間Pbとする。
The
The
判定回路138は、第1計時回路118と第2計時回路128と透過時間計時回路32のそれぞれに接続されている。判定回路138は、第1計時回路118が計時した第1伝播時間Paと、第2計時回路128が計時した第2伝播時間Pbと、透過時間計時回路32が計時した透過時間を入力し、それらの計時時間に基づいて施工されている溶接の良否を判定する。
図8(a)(b)に示すように、第1計時回路118が計時した第1伝播時間Paと、第2計時回路128が計時した第2伝播時間Pbと、透過時間計時回路32が計時した透過時間Pcと、超音波がワークW1、W2、W3を透過するのに要した実透過時間Pdとの間には、次式の関係が成立する。
Pd=Pc−{(Pa/2)+(Pb/2)}
判定回路138は、上記の関係式を利用して実透過時間Pdを算出し、実透過時間Pdに基づいて溶接の良否を判定する。溶接電極10、20内における超音波の伝播速度は、溶接電極10、20の温度によって変化する。実透過時間Pdを用いることによって、溶接電極10、20内における超音波の伝播速度変化による影響を受けることなく、溶接の良否を正しく判定することができる。
判定回路138は、実施例1で説明した透過時間に関する基準推移曲線Aに換えて、実透過時間Pdに関する基準推移曲線を記憶している。実透過時間Pdに関する基準推移曲線は、実施例1の基準推移曲線Aと同様に、実験や計算によって予め用意しておくことができる。
The
As shown in FIGS. 8A and 8B, the first propagation time Pa timed by the
Pd = Pc-{(Pa / 2) + (Pb / 2)}
The
The
図7は、抵抗溶接機102が実施する動作の流れを示すフローチャートである。図7に示す動作フローに沿って、抵抗溶接機102がワークW1、W2、W3に抵抗溶接を施工する際の動作の流れについて説明する。
ステップS102では、図8(a)に示すように、一対の溶接電極10、20によってワークW1、W2、W3を加圧するに先立って、溶接電流の通電前における第1伝播時間Paと第2伝播時間Pbを計時する。第1伝播時間Paや第2伝播時間Pbは、それぞれ第1溶接電極10や第2溶接電極20に生じている摩耗等によって変化する。溶接電流の通電前に第1伝播時間Paと第2伝播時間Pbを計時しておくことによって、第1溶接電極10や第2溶接電極20に生じている摩耗等を把握することができる。このとき、例えば第1伝播時間Paが所定値を下回っており、第1溶接電極10に許容レベルを超える摩耗が生じていると推定される場合には、溶接動作を中止するようにしてもよい。
ステップS104では、一対の溶接電極10、20によってワークW1、W2、W3を加圧挟持する。
ステップS106では、図8(b)に示すように、溶接電流を通電するに先立って、通電前における超音波の透過時間Pcを計時する。第1送信回路14によって第1超音波振動子12から超音波が送信され、第2受信回路26によって第2超音波振動子22が超音波を受信したことが検出される。透過時間計時回路32は、第1送信回路14から入力する送信タイミング信号と、第2受信回路26から入力する受信タイミング信号によって、超音波の透過時間Pcを計時する。
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of operations performed by the
In step S102, as shown in FIG. 8A, prior to pressurizing the workpieces W1, W2, and W3 by the pair of
In step S104, the workpieces W1, W2, and W3 are pressed and clamped by the pair of
In step S106, as shown in FIG. 8B, prior to applying the welding current, the ultrasonic transmission time Pc before the energization is measured. An ultrasonic wave is transmitted from the first
ステップS108では、判定回路138が、ステップS2で計時した第1伝播時間Paおよび第2伝播時間Pbと、ステップS106で計時した透過速度Pcから、通電前における実透過時間Pdを算出する。
ステップS110では、判定回路138が、ステップS108で算出した通電前における実透過時間Pdに基づいて、実透過時間に関する基準推移曲線を修正する。この修正処理は、実施例1で説明した図3のステップS6の修正処理と同様に実行される。
ステップS112では、溶接電流の通電が開始される。
ステップS114では、図8(c)に示すように、通電中における第1伝播時間Paと第2伝播時間Pbが計時される。溶接電流の通電中では、溶接電極10、20の温度が上昇する。溶接電極10、20の温度が上昇することによって、溶接電極10、20内を超音波が伝播する速度が低下する。その結果、溶接電極10、20の温度上昇に伴って、通電中における第1伝播時間Paと第2伝播時間Pbは増大していく。そのことから、例えば通電中における第1伝播時間Paに基づいて、第1溶接電極10の温度を推定することができる。厳密に推定する場合は、通電前(常温)における第1伝播時間Paと通電中における第1伝播時間Paとの比に基づいて、第1溶接電極10の温度を推定するとよい。同様に、通電中における第2伝播時間Pbに基づいて、第2溶接電極20の温度を推定することができる。
In step S108, the
In step S110, the
In step S112, energization of the welding current is started.
In step S114, as shown in FIG. 8C, the first propagation time Pa and the second propagation time Pb during energization are measured. During the energization of the welding current, the temperature of the
ステップS116では、図8(d)に示すように、通電中における透過時間Pcが計時される。第1超音波振動子12から送信された超音波は、ワークW1、W2、W3内に形成されている溶融部(ナゲット)Nを通過し、第2超音波振動子22によって受信される。ステップS116で計時される透過時間Pcは、ワークW1、W2、W3の温度に応じて変化する。
ステップS118では、判定回路138が、ステップS114で計時した第1伝播時間Paおよび第2伝播時間Pbと、ステップS116で計時した透過速度Pcから、通電中における実透過時間Pdを算出する。
In step S116, as shown in FIG. 8D, the transmission time Pc during energization is counted. The ultrasonic wave transmitted from the first
In step S118, the
ステップS120では、判定回路138が、算出した実透過時間Pdの判定処理に先立って、ステップS114で計時された通電中における第1伝播時間Paと第2伝播時間Pbに基づいて、実透過時間Pdに関する基準推移曲線を再度修正する。
図9は、ワークW1、W2、W3の板厚方向における温度分布を説明する図である。図9(a)は板厚方向の温度分布が適切なときのナゲットNの形成位置を示しており、図9(b)はそのときの板厚方向の温度分布を示している。図9(c)は板厚方向の温度分布が偏っているときのナゲットNの形成位置を示しており、図9(d)はそのときの板厚方向の温度分布を示している。図9に示すように、例えばワークW1、W2、W3内の到達温度が同じTcであっても、板厚方向の温度分布によって形成されるナゲットNは異なることとなる。図9(c)に示すように、温度分布がワークW1側に偏っていると、ナゲットNがワークW1側に偏在することとなり、ワークW2とワークW3間に接合不良が生じてしまう。このような現象は、本実施例のように多数のワークを同時に溶接する場合等に生じやすい。
In step S120, the
FIG. 9 is a diagram for explaining the temperature distribution in the plate thickness direction of the workpieces W1, W2, and W3. FIG. 9A shows the formation position of the nugget N when the temperature distribution in the plate thickness direction is appropriate, and FIG. 9B shows the temperature distribution in the plate thickness direction at that time. FIG. 9C shows the formation position of the nugget N when the temperature distribution in the plate thickness direction is biased, and FIG. 9D shows the temperature distribution in the plate thickness direction at that time. As shown in FIG. 9, for example, even if the ultimate temperatures in the workpieces W1, W2, and W3 are the same Tc, the nuggets N formed by the temperature distribution in the plate thickness direction are different. As shown in FIG. 9C, when the temperature distribution is biased toward the workpiece W1, the nugget N is biased toward the workpiece W1, and a bonding failure occurs between the workpiece W2 and the workpiece W3. Such a phenomenon is likely to occur when a large number of workpieces are welded simultaneously as in this embodiment.
本実施例の抵抗溶接機102では、第1伝播時間Paに基づいて第1溶接電極10の先端部10aの温度(ワークW1の表面温度に相当する)Taを推定し、第2伝播時間Pbに基づいて第2溶接電極20の先端部20aの温度(ワークW3の表面温度に相当する)Tbを推定する。図9(b)に示すように、推定した温度Taと推定した温度Tbが略等しければ、板厚方向の温度分布が適正であると判断できる。この場合、判定回路138は、基準推移曲線の修正は行わない。一方、図9(d)に示すように、推定した温度Taと推定した温度Tbに有意な差異が生じていれば、板厚方向の温度分布が偏っていると判断できる。この場合、判定回路138は基準推移曲線の修正処理を実行する。判定回路138は、基準推移曲線が記述している実透過時間Pdを増大させ、修正後の基準推移曲線を作成する。それにより、ワークW1、W2、W3の目標到達温度が高められることとなり、ナゲットNがより大きく形成されることとなる。図9(c)に示すようにナゲットNが偏在していても、ワークW1、W2、W3を併せて溶接することができ、必要な接合強度を得ることができる。
In the
図7のステップS122では、ステップS120で修正された基準推移曲線に基づいて、ステップS118で算出された実透過時間Pdを判定する。この判定処理は、実施例1で説明した図3のステップS12の判定処理と同様に実行される
ステップS124では、ステップS118で算出された実透過時間Pdが、実透過時間Pdに関する完了基準値を超えているのか否かを判定する。算出された実透過時間Pdが完了基準値を超えていれば、ワークW1、W2、W3の温度が十分に上昇しており、必要な接合強度が得られるナゲットNが形成されたと判断できる。この場合、ステップS126へ進み、溶接電流の通電を終了する。一方、算出された実透過時間Pdが完了基準値を超えていなければ、さらに溶接電流の通電を継続する必要がある。この場合、ステップS132へ進み、S122の判定結果に基づいて溶接電流の増減調節を行う。次いで、再びステップS114へと戻り、算出される実透過時間Pdが完了基準値を超えるまで、ステップS114以降を繰り返し実行する。
In step S122 of FIG. 7, the actual transmission time Pd calculated in step S118 is determined based on the reference transition curve corrected in step S120. This determination process is executed in the same manner as the determination process in step S12 of FIG. 3 described in the first embodiment. In step S124, the actual transmission time Pd calculated in step S118 is the completion reference value for the actual transmission time Pd. Determine if it has exceeded. If the calculated actual transmission time Pd exceeds the completion reference value, it can be determined that the temperatures of the workpieces W1, W2, and W3 are sufficiently increased, and the nugget N that can obtain the necessary bonding strength is formed. In this case, the process proceeds to step S126, and energization of the welding current is terminated. On the other hand, if the calculated actual transmission time Pd does not exceed the completion reference value, it is necessary to continue energization of the welding current. In this case, it progresses to step S132 and the increase / decrease adjustment of a welding current is performed based on the determination result of S122. Next, the process returns to step S114 again, and step S114 and subsequent steps are repeatedly executed until the calculated actual transmission time Pd exceeds the completion reference value.
抵抗溶接機102では、ワークW1、W2、W3等を超音波が透過する時間に基づいて、溶接中におけるワークW1、W2、W3内の溶接状態を逐次推定することができる。そして、抵抗溶接機102は、ワークW1、W2、W3に十分なナゲットNが形成される時点まで、溶接電流の通電を継続する。抵抗溶接機102は、判定回路138の判定結果に基づいて溶接電流の通電期間を増減調整することによって、必要な接合強度が得られる溶接をより確実に施工することができる。
抵抗溶接機102によると、各ワークの板厚に寸法誤差が生じていても、溶接電極に摩耗が生じていても、ワークの板厚方向の温度分布に偏りが生じていても、ワーク群を十分な接合強度で溶接することができる。
The
According to the
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and achieving one of the objects itself has technical utility.
2・・実施例1の抵抗溶接機
10・・第1溶接電極
12・・第1超音波振動子
14・・送信回路(第1送信回路)
20・・第2溶接電極
22・・第2超音波振動子
26・・受信回路(第2受信回路)
32・・透過時間計時回路
34・・表示装置
38・・実施例1の判定回路
42・・電源回路
50・・コントローラ
102・・実施例2の抵抗溶接機
116・・第1受信回路
118・・第1計時回路
124・・第2送信回路
128・・第2計時回路
138・・実施例2の判定回路
2.
20 ....
32..Transmission
Claims (9)
第2溶接電極と、
第1溶接電極と第2溶接電極の間に被溶接材を通じて溶接電流を通電する通電手段と、
第1溶接電極側に設けられている超音波の送信手段と、
第2溶接電極側に設けられている超音波の受信手段と、
超音波送信手段が超音波を送信する時点から、超音波受信手段が超音波を受信する時点までの時間を計時する電極間計時手段と、
を備える抵抗溶接機。 A first welding electrode;
A second welding electrode;
An energizing means for energizing a welding current through the material to be welded between the first welding electrode and the second welding electrode;
Ultrasonic transmission means provided on the first welding electrode side;
Ultrasonic receiving means provided on the second welding electrode side;
An inter-electrode time measuring means for measuring the time from the time when the ultrasonic transmitting means transmits ultrasonic waves to the time when the ultrasonic receiving means receives ultrasonic waves;
Resistance welding machine with
前記第2溶接電極側に設けられている超音波の送信手段と、
前記第1溶接電極側の超音波送信手段が超音波を送信する時点から、前記第1溶接電極側の超音波受信手段が超音波を受信するまでの時間を計時する第1電極側計時手段と、
前記第2溶接電極側の超音波送信手段が超音波を送信する時点から、前記第2溶接電極側の超音波受信手段が超音波を受信するまでの時間を計時する第2電極側計時手段と、
が付加されていることを特徴とする請求項1の抵抗溶接機。 Ultrasonic receiving means provided on the first welding electrode side;
Ultrasonic transmission means provided on the second welding electrode side;
First electrode-side time measuring means for measuring the time from when the ultrasonic transmitting means on the first welding electrode side transmits ultrasonic waves until the ultrasonic receiving means on the first welding electrode side receives ultrasonic waves; ,
Second electrode side timing means for timing the time from when the ultrasonic transmitting means on the second welding electrode side transmits ultrasonic waves until the ultrasonic receiving means on the second welding electrode side receives ultrasonic waves; ,
The resistance welding machine according to claim 1, further comprising:
一方の溶接電極側から超音波を送信する送信工程と、
他方の溶接電極側において超音波を受信する受信工程と、
送信工程において超音波を送信した時点から、受信工程において超音波を受信した時点までの時間を計時する計時工程と、
前記計時工程において計時した計時時間が、所定の基準範囲内にあるのか否かを判定する判定工程と、
を備える判定方法。 A method for judging the quality of resistance welding,
A transmission step of transmitting ultrasonic waves from one welding electrode side;
A receiving step of receiving ultrasonic waves on the other welding electrode side;
A time measuring process for measuring the time from when the ultrasonic wave is transmitted in the transmitting process to the time when the ultrasonic wave is received in the receiving process;
A determination step of determining whether or not the time measured in the time measurement step is within a predetermined reference range;
A determination method comprising:
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