JP2012183550A - 抵抗溶接方法、抵抗溶接部材、抵抗溶接機とその制御装置、抵抗溶接機の制御方法とその制御プログラムおよび抵抗溶接の評価方法とその評価プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の抵抗溶接方法は、圧接された電極(11)から投入される電力により被溶接物(W)の溶接部(Y)の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定工程と、溶融開始時から電極を介して被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出工程と、第1電力量が第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定工程と、溶融開始時から第1電力量第1設定値に到達するまでジュール加熱を行う加熱工程とを備えることを特徴とする。超音波の振幅変化を検出することにより溶融開始時を的確に特定し、その溶融開始時以降の電力量を制御することにより、外乱が存在する場合でも溶接品質の安定化を図れる。
【選択図】図9
Description
(1)本発明の抵抗溶接方法は、圧接された電極から投入される電力により被溶接物の溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定工程と、前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出工程と、前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定工程と、前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも前記第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱工程とを備え、前記溶接部が溶融凝固してできるナゲットを安定形成させ得ることを特徴とする。
上記の抵抗溶接方法を用いると、溶接不良の抑止や溶接品質の安定化が図られた製品を得ることができる。従って本発明は、単に抵抗溶接方法としてのみならず、各ナゲット形状が安定した抵抗溶接部材としても把握され得る。
また本発明は、上記の抵抗溶接方法を実現する抵抗溶接機およびその制御装置としても把握できる。
(1)すなわち本発明は、被溶接物に外接する電極と該被溶接物の溶接部をジュール加熱する加熱用電流を該電極へ供給する電源装置とを備える抵抗溶接機の制御装置であって、前記電極から前記被溶接物へ投入される電力により前記溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定部と、前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出部と、前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定部と、前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも該第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱部と、を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御装置でもよい。
さらに本発明は、上記の抵抗溶接機の制御方法またはその制御プログラムとしても把握できる。
(1)すなわち本発明は、被溶接物に外接する電極と該被溶接物の溶接部をジュール加熱する加熱用電流を該電極へ供給する電源装置とを備える抵抗溶接機の制御方法であって、前記電極から前記被溶接物へ投入される電力により前記溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定ステップと、前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出ステップと、前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定ステップと、前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも該第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱ステップと、を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法でもよい。
加えて本発明は、抵抗溶接の評価方法およびその評価プログラムとしても把握できる。
(1)すなわち本発明は、圧接された電極から投入される電力により被溶接物の溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定ステップと、前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出ステップと、前記第1電力量に基づき前記溶接部の溶接状況を推定する推定ステップと、を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法でもよい。
11 電極
20 溶接ロボット
30 制御装置
40 電源装置
51 斜角型発信素子
52 斜角型受信素子
514 超音波減衰材
W ワーク(被溶接物)
X 電力量
抵抗溶接は、被溶接物に圧接された電極を介して通電された溶接部が、その有する種々の抵抗によって抵抗発熱(ジュール発熱)して溶融した後、その部分が冷却凝固することによりなされる接合である。
本発明に係る第1電力量算出工程は、被溶接物に圧接された電極を流れる電流などに基づいて算出される。電力量は電流と電圧の時間積分値として求まるが、その変形式から求めてもよい。電極への通電は直流でも交流でもよく、交流の場合なら実効値に基づいて電力量が算出されてもよい。
本発明に係る第1判定工程は、第1電力量算出工程で算出された電力量またはその電力量に対応する指標値と、第1設定値との対比によりなされる。比較対象が電力量であるか、指標値であるかに応じて、適切な第1設定値が選択される。代表的な指標値は、被溶接物の溶接部が溶融凝固して形成されたナゲットの大きさ(ナゲット径)である。
(1)溶融開始時特定工程
溶融開始時特定工程は、溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより、その溶融開始時を特定する工程である。この溶融開始時特定工程は、前述したように、透過波振幅を検出する透過波振幅検出工程と、この透過波振幅の急減時を判定する急減時判定工程とを含むと好適である。
透過波振幅検出工程は、例えば、超音波センサ(発信素子)から発信されて溶接部を通過した超音波(透過波)が、別の超音波センサ(受信素子)で受信され、その波形(振幅)が検出されることになされる。これら超音波センサの構造、配置、取付角度、取付方法などは、抵抗溶接機の構造、被溶接物の種類や配置、溶融開始時の検出精度等を考慮して、適宜選択または調整されればよい。
急減時判定工程で、透過波振幅の急減時が判定される。この判定方法(アルゴリズム)は問わない。例えば、検出される透過波の振幅値(Vc)が、それ以前に検出された最大の振幅値(Vp)の所定割合以下に低下したときを急減時と判定してもよい(図9参照)。振幅値との比較対象は、最大振幅値には限らず、ある期間の振幅値の平均値(Vave)等でもよい。なお、振幅値が不安定となり易い通電中の区間は、振幅値の検出や判定を行わないようにしてもよい。
電極の形状、材質などは問わない。電極は通常、円柱状または円筒状の銅製である。円筒状の電極の場合、その内部に冷却水が供給されて電極が強制冷却されていると、電極の損耗が抑制されて好ましい。
電源装置は、交流電源でも直流電源でもよい。交流電源には単相電源または三相電源などがある。また電源装置は、定電流電源でも定電圧電源でもよい。定電流電源であると、被溶接物が加熱されて高温になるほど発生するジュール熱量も多くなり、被溶接物が溶融凝固したナゲットが確実に形成されるので好ましい。なお、電極から被溶接物に供給する好ましい電流値などは、被溶接物の材質、所望するナゲット径、通電時間等によって異なる。
被溶接物の形状、材質などは問わない。代表的な被溶接物は積層した鋼板である。例えば、厚さ0.5〜3mm程度、含有炭素量(C)が0.05〜0.2質量%の軟鋼板が抵抗溶接に用いられる。その他、高強度鋼(ハイテン)、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム(Al)、Al合金、銅(Cu)、Cu合金、ニッケル(Ni)、Ni合金などの素材を被溶接物にしてもよい。さらに被溶接物は異種材の組み合わせでもよい。
《投入電力量とナゲットの形成》
重ねた2枚の鋼板からなるワーク(被溶接物)のカットモデルを用いて、様々な外乱が存在する状況下でそれら鋼板を抵抗溶接(スポット溶接)し、その溶接スポット(溶接部)の様子を高速度カメラで撮影した。こうしてスポット溶接時におけるナゲットの形成過程を観察した。
(1)本発明の抵抗溶接機に係る一実施例であるスポット溶接機1を図3に示す。スポット溶接機1は、多関節型の溶接ロボット20と、この溶接ロボット20を制御する制御装置30と、電源装置40とを備える。
スポット溶接したいワークWを保持台(図略)に設置する。ワークWの溶接スポット、ワークWの物性値、電極11によるワークWの挟持力、電極11へ供給する電流値、通電時間、所望のナゲット径に対応した目標値(第1設定値)などの溶接条件を制御装置30へ入力設定する。
(1)本発明に係る実施例である制御装置30は、さらに、溶接スポットの溶接状況を監視する監視回路(図略)を備える。
スポット溶接の溶接状況を評価するには、図9に示したステップS14〜19により行うことができる。溶接状況の良否を評価するのみであれば、ステップS19のような第1電力量Q1と第1設定値X1との大小関係から評価可能である(推定ステップ、評価ステップ)。勿論、図2Bに示すような第1電力量Q1とナゲット径Dとを対応づけたデータベースを予め用意しておけば、実際に積算した第1電力量Q1から、溶接部に形成されるナゲット径Dを推定することができる(ナゲット推定ステップ、推定ステップ、評価ステップ)。
Claims (14)
- 圧接された電極から投入される電力により被溶接物の溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定工程と、
前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出工程と、
前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定工程と、
前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも前記第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱工程とを備え、
前記溶接部が溶融凝固してできるナゲットを安定形成させ得ることを特徴とする抵抗溶接方法。 - 前記溶融開始時特定工程は、
前記溶接部を透過した超音波の振幅である透過波振幅を検出する透過波振幅検出工程と、
該透過波振幅が第2設定値以下に減少する急減時を判定する急減時判定工程と、を含む請求項1に記載の抵抗溶接方法。 - 前記加熱工程は、前記第1判定工程の判定結果に基づき前記被溶接物の加熱条件を変更する加熱変更工程を含む請求項1または2に記載の抵抗溶接方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の抵抗溶接方法により溶接されたことを特徴とする抵抗溶接部材。
- 被溶接物に外接する電極と該被溶接物の溶接部をジュール加熱する加熱用電流を該電極へ供給する電源装置とを備える抵抗溶接機の制御装置であって、
前記電極から前記被溶接物へ投入される電力により前記溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定部と、
前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出部と、
前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定部と、
前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも該第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱部と、
を有することを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。 - 被溶接物に圧接される電極と、
該被溶接物の溶接部をジュール加熱する加熱用電流を該電極へ供給する電源装置と、
請求項5に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする抵抗溶接機。 - 前記電極は、前記被溶接物を略同軸上の両側からそれぞれ圧接する第1電極と第2電極とからなり、
前記第1電極の軸部に装着され前記超音波を発信する発信素子と、
前記第2電極の軸部に装着され該発信素子から発信された超音波を受信する受信素子と、
をさらに備える請求項6に記載の抵抗溶接機。 - 前記発信素子は、前記第1電極の軸部の斜方向から前記被溶接物の向きへ前記超音波を発信する斜角型発信素子であり、
前記受信素子は、該斜角型発信素子から発信された超音波を、前記第2電極の軸部の斜方向から前記被溶接物の向きで受信する斜角型受信素子である請求項7に記載の抵抗溶接機。 - さらに、前記第1電極の軸部または前記第2電極の軸部には、前記発信素子または前記受信素子に対して前記被溶接物の反対側に、超音波を減衰させる超音波減衰材が設けられている請求項7または8に記載の抵抗溶接機。
- 被溶接物に外接する電極と該被溶接物の溶接部をジュール加熱する加熱用電流を該電極へ供給する電源装置とを備える抵抗溶接機の制御方法であって、
前記電極から前記被溶接物へ投入される電力により前記溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定ステップと、
前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出ステップと、
前記第1電力量または該第1電力量に対応した前記溶接部の溶接状況を指標する溶接指標値が少なくとも第1設定値に到達したか否かを判定する第1判定ステップと、
前記溶融開始時から前記第1電力量または前記溶接指標値が少なくとも該第1設定値に到達するまで前記ジュール加熱を行う加熱ステップと、
を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。 - 請求項10に記載の抵抗溶接機の制御方法を、コンピュータを機能させて実行することを特徴とする抵抗溶接機の制御プログラム。
- 圧接された電極から投入される電力により被溶接物の溶接部の少なくとも一部がジュール加熱されて溶融を開始する時である溶融開始時を、該溶接部へ発信された超音波の変化を検出することにより特定する溶融開始時特定ステップと、
前記溶融開始時から前記電極を介して前記被溶接物へ投入された電力の積算値である第1電力量を算出する第1電力量算出ステップと、
前記第1電力量に基づき前記溶接部の溶接状況を推定する推定ステップと、
を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法。 - 前記推定ステップは、前記第1電力量に基づいて前記溶接部が溶融凝固して形成されたナゲットの大きさを推定するナゲット推定ステップである請求項12に記載の抵抗溶接の評価方法。
- 請求項12または13のいずれかに記載の抵抗溶接の評価方法を、コンピュータを機能させて実行することを特徴とする抵抗溶接の評価プログラム。
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