JP2009072796A - スポット溶接装置及びその電流制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被溶接物を一対の電極間に挟み込み、該電極間に電流を流して前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、前記電極先端の摩耗量に基づき前記電極間に流す電流値を制御し、高精度の溶接を行うことのできるスポット溶接装置及びその電流制御方法を提供する。
【解決手段】被溶接物を一対の電極１，２間に挟み込み、前記電極間を通電することにより前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置１００において、前記電極１，２の先端径を検出する先端径検出手段５，６と、前記先端径検出手段５，６が検出した電極の先端径に基づき、電極間に流す所定の電流値を決定する溶接電流決定手段５と、前記溶接電流決定手段５が決定した電流値に基づき前記電極１，２間に流す電流を制御する溶接電流制御手段４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば２枚の鋼板を一対の電極チップで挟み込んで圧着させ、電極間に所定の電流を流し、その抵抗熱により接合するスポット溶接装置及びその電流制御方法に関する。

スポット溶接装置においては、図４に示すように例えば２枚の重ねられたワーク（被溶接物である鋼板等）Ｗ１、Ｗ２を、一対の電極チップ５０、５１でクランプして（挟み込んで）圧着させ、電極間に所定の電流（溶接電流と呼ぶ）を流すことにより溶接する。

ところで、このようなスポット溶接装置にあっては、溶接の度に電極チップ５０、５１をワークＷ１、Ｗ２に押圧するため、溶接回数が増加するにつれ電極チップ５０、５１の先端部が摩耗する（変形する）。
例えば図５に示す電極先端部（図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は底面図）を未使用の電極チップのものとした場合、電極先端が摩耗すると、図６に示す電極先端部（図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は底面図）のように、その先端部の径がｄ１からｄ２に拡径する。

従来、電極チップの摩耗度合については、目視による経験で判断したり、或いは打点数をカウントして、その使用不可となる寿命を判断していたが、それらの方法は正確ではないため、自動的に所定量の摩耗を検出する装置、方法も開示されている（特許文献１、２）。

ところで、前記のように電極チップの先端部が次第に摩耗して拡径すると、ワークとの接触面積も増大し、単位面積あたりの電流値が減少する。
したがって、電極チップが使用不可となる寿命前であっても、電極先端の摩耗の進行に伴い、溶接電流を増加させなければ溶接強度を維持出来ないという課題があった。

このような課題に対し従来は、使用する電極チップの使用限界（打点数）を定め、例えば図７のグラフに示すように、電極チップの使用が限界となるまでの打点数（限界値）を例えば１０等分し、夫々の打点数の段階で溶接電流が増加するよう電流値を設定していた。
尚、打点数の増加と共に電流値が増加する電流のステップアップ率は、従来、全ての溶接機について一律に決められていた。
特開平７−２３２２８１号公報 特開平８−２２４６７１号公報

しかしながら、ワークを溶接する際の条件（溶接条件）は、様々なワークの材質・板厚・組み合わせがあり、例えば自動車の溶接の場合、数百条件にも及ぶ。さらに、ワーク同士、或いは、電極とワークとの面直状況など、複数の要素を含んでいる。
したがって、実際には全ての溶接機の電極摩耗量を一律に判断できるものではなく、摩耗量を打点数のみで電流値のステップアップ率を決定しても、実際の摩耗量に適した電流値と一致せず、精度よい溶接が出来ないという課題があった。

また従来、電極に流す電流不足を確実に回避するために、前記多種にわたる溶接条件のうち、摩耗度が最も速い条件（最悪条件）を想定し、電流値のステップアップ率を決定していた。
しかしながら、摩耗量に対して過電流となる場合があり、摩耗が促進され、バリ・スパッタ等の発生を引き起こす上に、無駄に電力を消費するという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、被溶接物を一対の電極間に挟み込み、前記電極間に電流を流して前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、前記電極先端の摩耗量に基づき前記電極間に流す電流値を制御し、高精度の溶接を行うことのできるスポット溶接装置及びその電流制御方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るスポット溶接装置は、被溶接物を一対の電極間に挟み込み、該電極間を通電することにより前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、前記電極の先端径を検出する先端径検出手段と、前記先端径検出手段が検出した電極の先端径に基づき、電極間に流す所定の電流値を決定する溶接電流決定手段と、前記溶接電流決定手段が決定した電流値に基づき前記電極間に流す電流を制御する溶接電流制御手段とを備えることに特徴を有する。

このように構成することにより、所定の打数からなる各溶接サイクルに移行する前に、電極の先端径を検出し、その径に適した溶接電流値を適用することができる。
したがって、溶接を重ねることで電極チップ先端の摩耗が進行しても、溶接の各サイクルにおいて最適な溶接電流値を設定することができ、ワークの溶接を高精度に行うことができる。
また、電極間に流す電流が過電流となることがないため、摩耗の進行が促進されることなく、バリ・スパッタ等の発生や無駄な電力消費を抑制することができる。

また、前記先端径検出手段は、前記一対の電極による加圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段が検出した圧力値に基づき、前記電極の先端径を求めることが望ましい。
このような構成によれば、例えば圧力検出手段を感圧シートとし、これをクランプすることにより圧力値を求め、これに基づき、演算或いはルックアップテーブル等により容易に電極の先端径を求めることができる。

また、前記溶接電流決定手段は、前記電極の先端径の値に対して電流値が定められたルックアップテーブルと、前記ルックアップテーブルを記憶する記憶手段とを有し、前記先端径検出手段が検出した電極の先端径に対し、前記ルックアップテーブルを参照することにより所定の電流値を決定することが望ましい。
このように構成することにより、電極の先端径に対する最適な電流値を容易に求めることができる。

また、課題を解決するために、本発明に係るスポット溶接装置の電流制御方法は、被溶接物を一対の電極間に挟み込み、該電極間を通電することにより前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置の電流制御方法であって、前記電極の先端径を検出するステップと、前記電極の先端径に基づき、電極間に流す所定の電流値を決定するステップと、前記決定した電流値に基づき前記電極間に流す電流値を制御するステップとを実行することに特徴を有する。
このような方法によれば、所定の打数からなる各溶接サイクルに移行する前に、電極の先端径を検出し、その径に適した溶接電流値を適用することができる。
したがって、溶接を重ねることで電極チップ先端の摩耗が進行しても、溶接の各サイクルにおいて最適な溶接電流値を設定することができ、ワークの溶接を高精度に行うことができる。
また、電極間に流す電流が過電流となることがないため、摩耗の進行が促進されることなく、バリ・スパッタ等の発生や無駄な電力消費を抑制することができる。

また、前記電極の先端径を検出するステップにおいて、前記一対の電極による加圧力を検出するステップと、前記検出した圧力値に基づき、前記電極の先端径を求めるステップとを実行することが望ましい。
このような一連のステップにおいて、例えば感圧シートを一対の電極でクランプすることにより圧力値を検出することができ、さらに、検出した圧力値に基づき、演算或いはルックアップテーブル等により容易に電極の先端径を求めることができる。

また、前記電極の先端径に基づき、所定の電流値を決定するステップにおいて、前記電極の先端径の値に対して電流値が定められたルックアップテーブルを参照することにより所定の電流値を決定するステップを実行することが望ましい。
このようにすれば、電極の先端径に対する最適な電流値を容易に求めることができる。

本発明によれば、被溶接物を一対の電極間に挟み込み、前記電極間に電流を流して前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、前記電極先端の摩耗量に基づき前記電極間に流す電流値を制御し、高精度の溶接を行うことのできるスポット溶接装置及びその電流制御方法を得ることができる。

以下、本発明に係るスポット溶接装置及びその電流制御方法の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るスポット溶接装置の概略構成を示すブロック図である。図示するように、このスポット溶接装置１００は、例えば２枚の鋼板（被溶接物）からなるワーク（図示せず）を、一対の対向する電極チップ（電極）１、２によりクランプして（挟み込み）圧着させ、電極間に所定の電流を流し、その抵抗熱により接合するものである。

電極チップ１、２は、スポットガン３の先端に互いに対向するよう取り付けられ、ワークをクランプできるよう設けられている。尚、スポットガン３は図示しないロボットに取り付けられており、そのロボットにより複数の打点位置に移動するよう構成されている。
また、前記スポットガン３には、溶接タイマ４（溶接電流制御手段）が接続され、溶接タイマ４に設定された溶接時の電流値等に基づき、スポットガン３が電極チップ１、２間に電流を流すようになされている。

また、溶接タイマ４は制御装置５に接続され、溶接タイマ４へのパラメータ設定は制御装置５により行われる。
制御装置５には、押圧された際、その圧力を検出するための感圧シート６（圧力検出手段）が接続され、この感圧シート６が検出した圧力値が入力されるようになされている。

また、制御装置５は、入力された圧力値から電極先端の接触面積を求め、その面積から電極先端径を算出するようになされている。
或いは、予め電極チップの種類に応じて圧力値に対する電極先端径を定めたルックアップテーブルを不揮発メモリ等の記憶手段５ａに記録しておき、変換時に参照するようにしてもよい。
このように、感圧シート６、制御装置５により先端径検出手段が構成されている。

また、制御装置５は、不揮発メモリ等の記憶手段５ａを有し、この記憶手段５ａには、（摩耗により変化する）電極先端径と（その径に対し最適な）電流値との対応関係を予め記録したルックアップテーブルが記録されている。尚、このルックアップテーブルをグラフで表せば、例えば図２に示すグラフ曲線となる。

続いて、このように構成されたスポット溶接装置１００による電極チップ１、２への電流制御方法について図３のフローに基づき説明する。
先ず、所定の打数からなる１サイクルの溶接作業を所定の電流値で行う（図３のステップＳ１）。

２サイクル目に移行する前において、感圧シート６を電極チップ１，２によりクランプし、所定の圧力でシート６を押圧する（図３のステップＳ２）。
制御装置５は、感圧シート６から検出圧力値を取得し、得られた圧力値に対応する電極先端径を検出する（図３のステップＳ３）。

電極先端径を検出すると、制御装置５は、溶接電流決定手段として機能し、電極先端径と（最適な）電流値との対応関係を予め定めたルックアップテーブルを参照し、次サイクルで用いる電流値を決定する（図３のステップＳ４）。
制御装置５は、前記決定した電流値を溶接タイマ４に設定し、溶接タイマ４によりスポットガン３を制御し、２サイクル目における溶接を実行させる（図３のステップＳ５）。

尚、３サイクル目以降においても、そのサイクルに移行する前において、前記したステップＳ２乃至Ｓ５を実行することにより、その都度、最適な電流値を電極間に通電することができ、高精度の溶接を行うことができる。

以上のように本発明に係るスポット溶接装置及びその電流制御方法の実施の形態によれば、所定の打数からなる各溶接サイクルに移行する前に、感圧シート６への圧力値に基づき電極チップ１，２の先端径が測定され、その径に適した溶接電流値がルックアップテーブルに従い決定される。
したがって、溶接を重ねることで電極チップ１、２先端の摩耗が進行しても、溶接の各サイクルにおいて最適な溶接電流値を設定することができ、ワークの溶接を高精度に行うことができる。
また、電極間に流す電流が過電流となることがないため、摩耗の進行が促進されることなく、バリ・スパッタ等の発生や無駄な電力消費を抑制することができる。

本発明は、車両組立工程等の薄鋼板の重ね溶接に用いられるスポット溶接装置及びその電流制御方法に好適に用いることができる。

図１は、本発明に係るスポット溶接装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、電極先端径と電流値との対応関係を予め記録したルックアップテーブルをグラフで表したものである。 図３は、本発明に係るスポット溶接装置による電流制御方法の流れを示すフローである。 図４は、従来のスポット溶接装置を説明するための図である。 図５は、未使用の電極チップの先端部の拡大図である。 図６は、摩耗した電極チップの先端部の拡大図である。 図７は、従来の打点数に基づく電流値のステップアップ率を示すグラフである。

符号の説明

１ 電極チップ（電極）
２ 電極チップ（電極）
３ スポットガン
４ 溶接タイマ（溶接電流制御手段）
５ 制御装置（先端径検出手段、溶接電流決定手段）
５ａ 記憶手段
６ 感圧シート（先端径検出手段）
１００ スポット溶接装置

Claims (6)

1. 被溶接物を一対の電極間に挟み込み、該電極間を通電することにより前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置において、
   前記電極の先端径を検出する先端径検出手段と、
   前記先端径検出手段が検出した電極の先端径に基づき、電極間に流す所定の電流値を決定する溶接電流決定手段と、
   前記溶接電流決定手段が決定した電流値に基づき前記電極間に流す電流を制御する溶接電流制御手段とを備えることを特徴とするスポット溶接装置。
2. 前記先端径検出手段は、
   前記一対の電極による加圧力を検出する圧力検出手段を備え、
   前記圧力検出手段が検出した圧力値に基づき、前記電極の先端径を求めることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載されたスポット溶接装置。
3. 前記溶接電流決定手段は、
   前記電極の先端径の値に対して電流値が定められたルックアップテーブルと、
   前記ルックアップテーブルを記憶する記憶手段とを有し、
   前記先端径検出手段が検出した電極の先端径に対し、前記ルックアップテーブルを参照することにより所定の電流値を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたスポット溶接装置。
4. 被溶接物を一対の電極間に挟み込み、該電極間を通電することにより前記被溶接物を溶接するスポット溶接装置の電流制御方法であって、
   前記電極の先端径を検出するステップと、
   前記電極の先端径に基づき、電極間に流す所定の電流値を決定するステップと、
   前記決定した電流値に基づき前記電極間に流す電流値を制御するステップとを実行することを特徴とするスポット溶接装置の電流制御方法。
5. 前記電極の先端径を検出するステップにおいて、
   前記一対の電極による加圧力を検出するステップと、
   前記検出した圧力値に基づき、前記電極の先端径を求めるステップとを実行することを特徴とする請求項４に記載されたスポット溶接装置の電流制御方法。
6. 前記電極の先端径に基づき、所定の電流値を決定するステップにおいて、
   前記電極の先端径の値に対して電流値が定められたルックアップテーブルを参照することにより所定の電流値を決定するステップを実行することを特徴とする請求項４または請求項５に記載されたスポット溶接装置の電流制御方法。

Images