JP2019141851A - 電気抵抗溶接における散り検知方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接条件等に拘らず定量的に散り現象の発生を検出することができる電気抵抗溶接における散り検知方法及びその装置を提供する。【解決手段】複数の金属板材を重ね合わせたワークWを1対の電極33,34によって加圧すると共に所定の加圧力を維持した状態で1対の電極33,34間に通電することによりワークWを溶接するスポット溶接装置2と、1対の電極33,34の離間距離を連続的に検出する動作制御部42と、検出された離間距離の時間的変化率を検出する演算部51と、1対の電極33,34の接近方向の検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定回路部52とを有する。【選択図】 図1
Description
本発明は、所定の加圧力を維持した状態で1対の電極間に通電することにより複数の金属板材を重ね合わせたワークを溶接する電気抵抗溶接における散り検知方法及びその装置に関する。
従来より、スポット溶接に代表される電気抵抗溶接装置は、車体組立工場等で多用されている。このスポット溶接装置では、複数の金属板材を重ね合わせたワークを1対の電極で挟持し、所定の加圧力を維持した状態で1対の電極間に通電する。
この電極間の通電により発生したジュール熱でワークの溶接部が溶融し、電極間のワーク内部に溶接部の溶融物であるナゲットを生成する。その後、所定の加圧状態を維持しつつ通電を停止することによりナゲットが冷却固化され、複数の金属板材からなるワークが溶接される。
この電極間の通電により発生したジュール熱でワークの溶接部が溶融し、電極間のワーク内部に溶接部の溶融物であるナゲットを生成する。その後、所定の加圧状態を維持しつつ通電を停止することによりナゲットが冷却固化され、複数の金属板材からなるワークが溶接される。
一方、溶接部における電流密度の増大によって、溶接部の温度が過剰に上昇し、溶接部の溶融物がワーク外に飛散する現象、所謂散り現象が発生する。
散り現象が発生した場合、溶融物の飛散により溶接部の肉厚が薄くなるため、接合強度の低下を招き、外表面に飛散物が付着した場合、塗装面の手直しが必要になる虞もある。
そこで、溶融物が飛散する散り現象の発生を未然に抑える技術が提案されている。
散り現象が発生した場合、溶融物の飛散により溶接部の肉厚が薄くなるため、接合強度の低下を招き、外表面に飛散物が付着した場合、塗装面の手直しが必要になる虞もある。
そこで、溶融物が飛散する散り現象の発生を未然に抑える技術が提案されている。
特許文献1の抵抗溶接装置は、1対の電極と、一方の電極に加圧力を付与する加圧装置と、両電極に溶接電流を通電する通電装置とを備え、被溶接物に加圧力を付与して通電することにより溶接する抵抗溶接装置であって、電極の変位量を検出するセンサと、検出された変位量に基づき溶接電流を切替可能な電流切替制御装置とを有し、この電流切替制御装置は、検出された変位量が閾値を超えたとき、それまでの溶接電流よりも高い電流値に切り替えている。
特許文献1の抵抗溶接装置は、溶接部を溶融させることによりワークにおける板材同士の接触面積が増加した後に溶接電流を上昇するため、散りの発生を低減している。
しかし、何らかの要因により溶接部から散りが発生した場合、生産ライン上を流れる多数のワークの中から散りが発生したワークを検出し、手直し等を行う必要がある。
特許文献1の抵抗溶接装置では、溶接電流の調節により散り発生自体の抑制を図っているものの、生産ライン上で実際に散りが発生したワークの特定は、依然として作業者の目視による確認作業に頼らざるを得ず、多数のワークの中から散りが発生したワークを検出することは容易ではない。
しかし、何らかの要因により溶接部から散りが発生した場合、生産ライン上を流れる多数のワークの中から散りが発生したワークを検出し、手直し等を行う必要がある。
特許文献1の抵抗溶接装置では、溶接電流の調節により散り発生自体の抑制を図っているものの、生産ライン上で実際に散りが発生したワークの特定は、依然として作業者の目視による確認作業に頼らざるを得ず、多数のワークの中から散りが発生したワークを検出することは容易ではない。
溶融物の飛散により溶接部の肉厚が薄くなる現象に着目して、1対の電極間距離の位置変化量に基づき散り現象の発生を検出することが考えられる。
しかし、ワークの板厚、溶接電流値、加圧力等の溶接条件や処理態様によっては、散り現象が生じてなくても、1対の電極の挟持動作によりワーク(溶接部)が深く押し潰されることもあり、単に電極間距離の位置変化に基づく検出では高い検出精度を確保できない虞がある。
しかし、ワークの板厚、溶接電流値、加圧力等の溶接条件や処理態様によっては、散り現象が生じてなくても、1対の電極の挟持動作によりワーク(溶接部)が深く押し潰されることもあり、単に電極間距離の位置変化に基づく検出では高い検出精度を確保できない虞がある。
本発明の目的は、溶接条件等に拘らず定量的に散り現象の発生を検出可能な電気抵抗溶接における散り検知方法及びその装置等を提供することである。
請求項1の電気抵抗溶接における散り検知方法は、複数の金属板材を重ね合わせたワークを1対の電極によって加圧すると共に所定の加圧力を維持した状態で前記1対の電極間に通電することにより前記ワークを溶接する電気抵抗溶接における散り検知方法において、前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出ステップと、前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出ステップと、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップと、を有することを特徴としている。
この電気抵抗溶接における散り検知方法では、前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出ステップを有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出ステップを有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップを有するため、電極の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
しかも、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップを有するため、電極の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記判定ステップは、通電中に検出された前記1対の電極間の離間距離の変化率を判定することを特徴としている。また、ノイズ等による誤検知影響を考慮し、通電中であっても判定から除外する区間を設定可能である。
この構成によれば、限られた期間における電極間距離の変化率を判定すれば良く、処理の簡単化を図りつつ、散り現象の発生以外の溶接部の状態変化を排除することができる。
この構成によれば、限られた期間における電極間距離の変化率を判定すれば良く、処理の簡単化を図りつつ、散り現象の発生以外の溶接部の状態変化を排除することができる。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記判定ステップの前記所定閾値が0.3mm/secであることを特徴としている。また、現在の所定閾値に適合しない新材料への対応も考慮し、溶接個所ごとの個別閾値の設定や、所定閾値自体の見直しも可能である。
この構成によれば、金属板材の板厚に拘らず散り現象の発生を定量的に検出することができる。
この構成によれば、金属板材の板厚に拘らず散り現象の発生を定量的に検出することができる。
請求項4の発明は、請求項1〜3の何れか1項の発明において、前記判定ステップは、前記検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することを特徴としている。
この構成によれば、散り現象の発生と合わせて散り現象の大きさを検出することができる。
この構成によれば、散り現象の発生と合わせて散り現象の大きさを検出することができる。
請求項5の発明は、請求項1〜4の何れか1項の発明において、前記離間距離検出ステップは、前記1対の電極を備えた溶接ガンが先端に装着されたロボットアームを駆動するための機構を用いて前記1対の電極の離間距離を検出することを特徴としている。
この構成によれば、既存の機構を用いることにより設備の簡単化を図ることができる。
この構成によれば、既存の機構を用いることにより設備の簡単化を図ることができる。
請求項6の電気抵抗溶接における散り検知装置は、複数の金属板材を重ね合わせたワークを1対の電極によって加圧すると共に所定の加圧力を維持した状態で前記1対の電極間に通電することにより前記ワークを溶接する電気抵抗溶接における散り検知装置において、前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出手段と、前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出手段と、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定手段とを有することを特徴としている。
この電気抵抗溶接における散り検知装置では、前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出手段を有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出手段を有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定手段を有するため、電極の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
この電気抵抗溶接における散り検知装置では、前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出手段を有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出手段を有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定手段を有するため、電極の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
請求項7の発明は、請求項6の発明において、前記判定手段は、通電中に検出された前記1対の電極間の離間距離の変化率を判定することを特徴としている。また、ノイズ等による誤検知影響を考慮し、通電中であっても判定から除外する区間を設定可能である。
この構成によれば、基本的に請求項2と同様の効果を奏することができる。
この構成によれば、基本的に請求項2と同様の効果を奏することができる。
請求項8の発明は、請求項6又は7の発明において、前記判定手段の前記所定閾値が0.3mm/secであることを特徴としている。また、現在の所定閾値に適合しない新材料への対応も考慮し、溶接個所ごとの個別閾値の設定や、所定閾値自体の見直しも可能である。
この構成によれば、基本的に請求項3と同様の効果を奏することができる。
この構成によれば、基本的に請求項3と同様の効果を奏することができる。
請求項9の発明は、請求項6〜8の何れか1項の発明において、前記判定手段は、前記検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することを特徴としている。
この構成によれば、基本的に請求項4と同様の効果を奏することができる。
この構成によれば、基本的に請求項4と同様の効果を奏することができる。
請求項10の発明は、請求項6〜9の何れか1項の発明において、前記離間距離検出手段は、前記1対の電極を備えた溶接ガンが先端に装着されたロボットアームを駆動するための機構を用いて前記1対の電極の離間距離を検出することを特徴としている。
この構成によれば、基本的に請求項5と同様の効果を奏することができる。
この構成によれば、基本的に請求項5と同様の効果を奏することができる。
本発明の電気抵抗溶接における散り検知方法及びその装置によれば、溶接条件等に拘らず定量的に散り現象の発生を検出することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明をスポット溶接における散り検知装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
また、以下の説明は、スポット溶接における散り検知方法の説明を含むものである。
以下の説明は、本発明をスポット溶接における散り検知装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
また、以下の説明は、スポット溶接における散り検知方法の説明を含むものである。
以下、本発明の実施例1について図1〜図12に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施例に係る電気抵抗溶接における散り検知装置1は、生産ラインに沿って配設された複数のスポット溶接装置(電気抵抗溶接装置)2と、これら複数のスポット溶接装置2からデータが入力される第1サーバ3と、この第1サーバ3からデータが入力される第2サーバ4と、この第2サーバ4で判定された判定結果を表示可能な複数の表示部5を主な構成要素としている。
図1に示すように、本実施例に係る電気抵抗溶接における散り検知装置1は、生産ラインに沿って配設された複数のスポット溶接装置(電気抵抗溶接装置)2と、これら複数のスポット溶接装置2からデータが入力される第1サーバ3と、この第1サーバ3からデータが入力される第2サーバ4と、この第2サーバ4で判定された判定結果を表示可能な複数の表示部5を主な構成要素としている。
まず、複数のスポット溶接装置2について説明する。
複数のスポット溶接装置2は、何れも同様の仕様に構成され、何れのスポット溶接装置2も第1サーバ3に対して電気的に並列状に接続されている。
図2に示すように、スポット溶接装置2は、スポット溶接ロボット(以下、ロボットと略す)11と、溶接制御装置12と、ロボットコントローラ13と、電動式スポット溶接ガン(以下、溶接ガンと略す)14等を備えている。
複数のスポット溶接装置2は、何れも同様の仕様に構成され、何れのスポット溶接装置2も第1サーバ3に対して電気的に並列状に接続されている。
図2に示すように、スポット溶接装置2は、スポット溶接ロボット(以下、ロボットと略す)11と、溶接制御装置12と、ロボットコントローラ13と、電動式スポット溶接ガン(以下、溶接ガンと略す)14等を備えている。
ロボット11は、6つの関節軸J1〜J6を有する多関節型ロボットである。このロボット11は、ベース21と、旋回部22と、下部アーム23と、上部アーム24と、第1先端部25と、第2先端部26と、先端フランジ部27等を備え、これらは相互に回動可能に構成されている。このロボット11には、各関節軸J1〜J6回りに各部材を夫々駆動可能なロボット用モータM1(図1参照)が配設されている。これらのロボット用モータM1は、サーボモータにより夫々構成され、ロボットコントローラ13によって制御されている。
図1に示すように、ロボット用モータM1には、エンコーダE1が夫々取り付けられ、各ロボット用モータM1の回転量及び回転角度は ロボットコントローラ13に夫々出力されている。
ロボットアームの先端、所謂先端フランジ部27には、溶接ガン14が装着され、ロボットコントローラ13によるロボット用モータM1の制御によって、溶接ガン14の位置、角度、向き等が制御されている。
ロボットアームの先端、所謂先端フランジ部27には、溶接ガン14が装着され、ロボットコントローラ13によるロボット用モータM1の制御によって、溶接ガン14の位置、角度、向き等が制御されている。
図2及び図3に示すように、溶接ガン14は、C型スポット溶接ガンにより構成され、ハウジング31と、ガンアーム32と、可動電極に相当する上側電極33と、固定電極に相当する下側電極34と、ガン用モータM2と、ボールねじ機構35と、エンコーダE2と、減速機36等を備えている。
サーボモータにより構成されたガン用モータM2は、ロボットコントローラ13によって制御され、エンコーダE2により回転量及び回転角度がロボットコントローラ13に出力されている。
ボールねじ機構35は、ねじ軸とナットを備え、減速機36を介したガン用モータM2の回転運動を上側電極33の直線運動に変換する機構である。
尚、スポット溶接ガンは、C型スポット溶接ガンに限られず、X型スポット溶接ガンやO型スポット溶接ガンであっても良い。
サーボモータにより構成されたガン用モータM2は、ロボットコントローラ13によって制御され、エンコーダE2により回転量及び回転角度がロボットコントローラ13に出力されている。
ボールねじ機構35は、ねじ軸とナットを備え、減速機36を介したガン用モータM2の回転運動を上側電極33の直線運動に変換する機構である。
尚、スポット溶接ガンは、C型スポット溶接ガンに限られず、X型スポット溶接ガンやO型スポット溶接ガンであっても良い。
図1に示すように、ロボットコントローラ13は、ロボットコントローラの各構成機器を統括制御するメイン制御部41と、ロボット11や溶接ガン14の動作を制御する 動作制御部42と、電極33,34間に通電する溶接電流値を制御する溶接制御装置等と信号授受を行う外部インターフェース部43と、メモリ等からなる記憶部44等を有している。メイン制御部41は、事前に登録されている教示プログラムを呼び出し、ロボットコントローラの各構成機器を統括して制御している。
動作制御部42は、エンコーダE1及びエンコーダE2の検出値に基づき溶接ガン14を複数の金属板材を重ね合わせたワークWの溶接部(溶接箇所)に移動させるように各ロボット用モータM1及びガン用モータM2を制御している。
また溶接時には、電極33,34によるワークWへの加圧力が規定の加圧力になるようにガン用モータM2の駆動電流を制御している。具体的には、上側電極33によるワークWへの加圧力を規定の加圧力にするため、実験等により個々の溶接仕様(溶接箇所や溶接条件等)に対応した加圧指令値とこれら加圧指令値に対応する電流(トルク)指令値とを対応付けたマップを予め設定しておき、作業対象である溶接箇所の加圧指令値に対応した電流指令値にて制御している。
また溶接時には、電極33,34によるワークWへの加圧力が規定の加圧力になるようにガン用モータM2の駆動電流を制御している。具体的には、上側電極33によるワークWへの加圧力を規定の加圧力にするため、実験等により個々の溶接仕様(溶接箇所や溶接条件等)に対応した加圧指令値とこれら加圧指令値に対応する電流(トルク)指令値とを対応付けたマップを予め設定しておき、作業対象である溶接箇所の加圧指令値に対応した電流指令値にて制御している。
外部インターフェース部43は、溶接制御装置12と接続され、溶接条件番号や溶接指令、溶接完了などの信号授受を行っている。溶接制御装置12は、ロボットコントローラ13から受信した溶接条件番号や溶接指令などに基づき、ワークWの溶接部が上側電極33と下側電極34によって規定加圧力に挟持された状態で、溶接電流を電極33,34間に通電してスポット溶接を施し、通電が終了したら溶接完了をロボットコントローラに送信している。
記憶部44は、上側電極33にワークWの溶接部を把持するための加圧動作開始時点からその溶接部の溶接処理が終了する時点までの電極33,34の離間距離(以下、電極間距離という)を連続的(例えば、100msec毎)に記憶している。具体的には、加圧動作開始時点から上側電極33の位置が動作制御部42を介したエンコーダE2の検出値に基づき溶接処理が終了する時点まで記憶している。
ここで、動作制御部42が電極33,34の離間距離検出手段に相当している。
記憶部44は、上側電極33にワークWの溶接部を把持するための加圧動作開始時点からその溶接部の溶接処理が終了する時点までの電極33,34の離間距離(以下、電極間距離という)を連続的(例えば、100msec毎)に記憶している。具体的には、加圧動作開始時点から上側電極33の位置が動作制御部42を介したエンコーダE2の検出値に基づき溶接処理が終了する時点まで記憶している。
ここで、動作制御部42が電極33,34の離間距離検出手段に相当している。
次に、第1サーバ3について説明する。
第1サーバ3は、各スポット溶接装置2の記憶部44から溶接処理(溶接部)毎の電極間距離を全て入力している。尚、情報処理の効率化のため、複数のスポット溶接装置2と第1サーバ3との間に、全ての溶接処理の電極間距離を収集すると共に電極間距離を蓄積用のデータに変換する収集装置(例えば、収集用PC等)を介在させても良い。
第1サーバ3は、各スポット溶接装置2の記憶部44から溶接処理(溶接部)毎の電極間距離を全て入力している。尚、情報処理の効率化のため、複数のスポット溶接装置2と第1サーバ3との間に、全ての溶接処理の電極間距離を収集すると共に電極間距離を蓄積用のデータに変換する収集装置(例えば、収集用PC等)を介在させても良い。
次に、第2サーバ4について説明する。
第2サーバ4は、第1サーバ3に蓄積された全溶接処理の電極間距離の中から所定の選別条件(例えば、生産日)によって選別された溶接処理の電極間距離を抽出した後、この抽出された溶接処理の電極間距離について時間的変化率を演算すると共に散り発生の有無を判定し、これらの結果を蓄積している。尚、電極間距離の時間的変化率がロボットコントローラ側から取得できる場合は、こちらを収集して蓄積してもよい。
第2サーバ4は、第1サーバ3に蓄積された全溶接処理の電極間距離の中から所定の選別条件(例えば、生産日)によって選別された溶接処理の電極間距離を抽出した後、この抽出された溶接処理の電極間距離について時間的変化率を演算すると共に散り発生の有無を判定し、これらの結果を蓄積している。尚、電極間距離の時間的変化率がロボットコントローラ側から取得できる場合は、こちらを収集して蓄積してもよい。
図1に示すように、第2サーバ4は、溶接プロセス把握手段としての演算部51(変化率検出手段)と、判定回路部52(判定手段)と、 処理結果蓄積部53と、表示回路部54等を備えている。
演算部51は、第1サーバ3から入力した溶接処理の電極間距離から溶接処理中部分を抽出し、これに基づき電極間距離の変化率、所謂上側電極33による下側電極34方向への移動速度の演算と、溶接プロセスの把握を行っている。
処理結果蓄積部53は、演算部51による演算結果や判定回路部52による判定結果等を記憶し、表示回路部54は、処理結果蓄積部53に蓄積された処理結果等のデータを表示部5に表示するための表示用データに変換している。
演算部51は、第1サーバ3から入力した溶接処理の電極間距離から溶接処理中部分を抽出し、これに基づき電極間距離の変化率、所謂上側電極33による下側電極34方向への移動速度の演算と、溶接プロセスの把握を行っている。
処理結果蓄積部53は、演算部51による演算結果や判定回路部52による判定結果等を記憶し、表示回路部54は、処理結果蓄積部53に蓄積された処理結果等のデータを表示部5に表示するための表示用データに変換している。
判定回路部52は、演算部51の演算結果である溶接処理中の電極間距離の変化率と所定の判定閾値を用いて散り現象の発生有無を判定している。
ここで、散り現象が発生しない場合における上側電極33の挙動について説明する。
図4に示すように、スポット溶接では、時刻a1で電極33,34がワークWの加圧動作を開始する。上側電極33は急下降した後、制御遅れによる戻り上昇(加圧力オーバーシュート)後(時刻b1)、溶接部に規定加圧力が作用する位置に維持される。溶接部に規定加圧力が作用した状態で通電が開始されると(時刻c1)、溶接部の温度上昇に伴い溶接部が膨張して上側電極33が上昇する(時刻d1)。その後、上側電極33の位置が安定し(時刻e1)、ナゲット形成後の挟持動作に伴う溶接部の潰れに起因した、なだらかな下降を生じた後(時刻f1)、溶接が完了する。
尚、図4において、上側電極33の位置(電極間距離)を実線、上側電極33の位置変化率(速度)を破線で示している。
ここで、散り現象が発生しない場合における上側電極33の挙動について説明する。
図4に示すように、スポット溶接では、時刻a1で電極33,34がワークWの加圧動作を開始する。上側電極33は急下降した後、制御遅れによる戻り上昇(加圧力オーバーシュート)後(時刻b1)、溶接部に規定加圧力が作用する位置に維持される。溶接部に規定加圧力が作用した状態で通電が開始されると(時刻c1)、溶接部の温度上昇に伴い溶接部が膨張して上側電極33が上昇する(時刻d1)。その後、上側電極33の位置が安定し(時刻e1)、ナゲット形成後の挟持動作に伴う溶接部の潰れに起因した、なだらかな下降を生じた後(時刻f1)、溶接が完了する。
尚、図4において、上側電極33の位置(電極間距離)を実線、上側電極33の位置変化率(速度)を破線で示している。
散り現象は、溶接部における電流密度の増大によって、溶接部の温度が過剰に上昇し、溶接部の溶融物が外部に飛散する現象である。
図5に示すように、散り現象が発生する場合、時刻a2〜時刻e2における上側電極33の挙動は、散り現象が発生しない場合の時刻a1〜時刻e1の挙動と略同様である。
しかし、散り現象が発生する場合には、溶接部の溶融物が瞬時に外部に飛散し、上側電極33の位置が急激に下降するため、下方移動を正としたとき、本溶接処理の時刻f2における上側電極33の位置変化率は0.916(mm/sec)であり、散り現象が発生しない場合の時刻f1における上側電極33の位置変化率0.153(mm/sec)に比べて著しく増加している。
図5に示すように、散り現象が発生する場合、時刻a2〜時刻e2における上側電極33の挙動は、散り現象が発生しない場合の時刻a1〜時刻e1の挙動と略同様である。
しかし、散り現象が発生する場合には、溶接部の溶融物が瞬時に外部に飛散し、上側電極33の位置が急激に下降するため、下方移動を正としたとき、本溶接処理の時刻f2における上側電極33の位置変化率は0.916(mm/sec)であり、散り現象が発生しない場合の時刻f1における上側電極33の位置変化率0.153(mm/sec)に比べて著しく増加している。
電極間距離の変化率を判定することにより、散り現象の発生を目視することなく機械的に検出できることから、本発明者が検討したところ、下側電極34方向へ向かう移動を正としたとき、0.3(mm/sec)が散り現象発生の判定閾値に適しているという結論に至った。
そこで、上記判定閾値について検証実験を行った。
以下、図6〜図10に基づき、各検証実験について説明する。図中、A1a〜A4は、散り発生時を示している。
そこで、上記判定閾値について検証実験を行った。
以下、図6〜図10に基づき、各検証実験について説明する。図中、A1a〜A4は、散り発生時を示している。
図6は、板厚1.20mmと0.60mmのワークWを溶接する2重厚板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A1aの上側電極33の位置変化率は、3.66(mm/sec)であった。
散り発生時A1bの上側電極33の位置変化率は、0.92(mm/sec)であった。
図7は、板厚0.60mmと0.65mmのワークWを溶接する2重薄板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A2の上側電極33の位置変化率は、7.78(mm/sec)であった。
散り発生時A1aの上側電極33の位置変化率は、3.66(mm/sec)であった。
散り発生時A1bの上側電極33の位置変化率は、0.92(mm/sec)であった。
図7は、板厚0.60mmと0.65mmのワークWを溶接する2重薄板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A2の上側電極33の位置変化率は、7.78(mm/sec)であった。
図8は、板厚1.20mmと1.40mmと1.60mmのワークWを溶接する3重厚板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A3の上側電極33の位置変化率は、4.73(mm/sec)であった。
図9は、板厚0.65mmと0.60mmと0.60mmのワークWを溶接する3重薄板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A4の上側電極33の位置変化率は、9.61(mm/sec)であった。
図10は、板厚1.00mmと1.20mmと1.00mmのワークWを溶接する3重厚板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A5の上側電極33の位置変化率は、0.31(mm/sec)であった。
以上の検証実験により、通電開始後の上側電極33の位置変化率が判定閾値0.3以上のとき、ワークWの板材の厚みや板材の数量に拘らず散り現象が発生し、上側電極33の位置変化率が判定閾値0.3未満のとき、散り現象が発生しないことが判明した。
散り発生時A3の上側電極33の位置変化率は、4.73(mm/sec)であった。
図9は、板厚0.65mmと0.60mmと0.60mmのワークWを溶接する3重薄板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A4の上側電極33の位置変化率は、9.61(mm/sec)であった。
図10は、板厚1.00mmと1.20mmと1.00mmのワークWを溶接する3重厚板溶接における散り発生時の上側電極33の位置及び変化率のグラフである。
散り発生時A5の上側電極33の位置変化率は、0.31(mm/sec)であった。
以上の検証実験により、通電開始後の上側電極33の位置変化率が判定閾値0.3以上のとき、ワークWの板材の厚みや板材の数量に拘らず散り現象が発生し、上側電極33の位置変化率が判定閾値0.3未満のとき、散り現象が発生しないことが判明した。
判定回路部52は、演算部51の演算結果である溶接処理中の電極間距離の変化率が、通電開始後において判定閾値0.3以上の溶接処理(散り現象が発生した溶接処理)と、判定閾値0.3未満の溶接処理(散り現象が発生しなかった溶接処理)とを判定している。
また、電極間距離の変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することが可能である。
また、電極間距離の変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することが可能である。
複数の表示部5は、既存のPC等により構成され、第1サーバ3から第2サーバ4に抽出する溶接処理を選別するための選別条件(例えば、生産日等)を入力可能に形成されている。また、この表示部5は、第2サーバ4の処理結果を表示可能に形成されている。具体的には、作業者が、特定の生産ライン,日時,溶接処理条件(ロボット号機や溶接条件番号など)を指定した場合、該当した溶接処理中の電極間距離及び変化率のグラフ(図4〜図10参照)を、散り現象の発生有無及び散り現象の大きさが識別可能な形態で表示される。
これらの情報に基づき、次回以降の溶接条件を見直すことが可能である。例えば、散りが溶接処理の前半に発生した場合は溶接電流値を低下させる対策や、散りが溶接処理の後半に発生した場合は通電時間を短縮する対策などが考えられ、過剰な温度上昇を回避することが可能である。
また処理結果には、生産したワークの固有情報も付与されている。これによって作業者は、散りが発生したワークWを特定し、接合強度の確認、外観チェック、手直し等を行うことも可能である。
これらの情報に基づき、次回以降の溶接条件を見直すことが可能である。例えば、散りが溶接処理の前半に発生した場合は溶接電流値を低下させる対策や、散りが溶接処理の後半に発生した場合は通電時間を短縮する対策などが考えられ、過剰な温度上昇を回避することが可能である。
また処理結果には、生産したワークの固有情報も付与されている。これによって作業者は、散りが発生したワークWを特定し、接合強度の確認、外観チェック、手直し等を行うことも可能である。
次に、図11のフローチャートに基づいて、溶接処理手順について説明する。
尚、Si(i=1,2…)は、各処理のためのステップを示している。溶接個所,加圧指令値,溶接条件番号等は、ワーク種類や作業毎に予め教示プログラムとしてロボットコントローラに登録している。また、溶接電流や通電時間などの溶接条件は、溶接条件番号毎に条件マップとして溶接制御装置に登録している。
尚、Si(i=1,2…)は、各処理のためのステップを示している。溶接個所,加圧指令値,溶接条件番号等は、ワーク種類や作業毎に予め教示プログラムとしてロボットコントローラに登録している。また、溶接電流や通電時間などの溶接条件は、溶接条件番号毎に条件マップとして溶接制御装置に登録している。
図11に示すように、S1にて、溶接ガン14をロボット11の駆動によりワークWの溶接箇所に移動する。S2では、電極33,34にてワークWの溶接部を挟持するための加圧動作を開始する。
ガン用モータM2の駆動電流(トルク)が加圧指令値相当に到達する所まで上側電極33を下側電極34の方向に加圧動作を進め、溶接箇所を規定加圧力で挟持した後(S3)、溶接制御装置へ溶接条件番号と溶接指令を送信する(S4)。溶接制御装置は受信した信号に基づき、条件マップから溶接条件を読み込んで電極33,34間に溶接電流を通電する(S5)。
ガン用モータM2の駆動電流(トルク)が加圧指令値相当に到達する所まで上側電極33を下側電極34の方向に加圧動作を進め、溶接箇所を規定加圧力で挟持した後(S3)、溶接制御装置へ溶接条件番号と溶接指令を送信する(S4)。溶接制御装置は受信した信号に基づき、条件マップから溶接条件を読み込んで電極33,34間に溶接電流を通電する(S5)。
溶接制御装置は、通電(冷却含む)が完了したら溶接完了信号をロボットコントローラへ送信する(S6)。
ロボットコントローラは溶接完了信号を受け取り、加圧動作を終了して溶接ガンを開放する(S7)。
以降教示プログラムに登録されている他溶接個所に対してもS1〜S7の処理を繰り返し、教示プログラムエンドまで実行する(S8〜S9)。
ロボットコントローラは溶接完了信号を受け取り、加圧動作を終了して溶接ガンを開放する(S7)。
以降教示プログラムに登録されている他溶接個所に対してもS1〜S7の処理を繰り返し、教示プログラムエンドまで実行する(S8〜S9)。
次に、図12のフローチャートに基づいて、散り検出処理手順について説明する。
散り検出処理は、作業者による起動操作や、PC等による自動起動により実行されると共に、図11に示した溶接処理とは独立して実行されている。
散り検出処理は、作業者による起動操作や、PC等による自動起動により実行されると共に、図11に示した溶接処理とは独立して実行されている。
図12に示すように、S11にて、第1サーバ3から選別条件(例えば、生産日)によって選別された、ロボットコントローラで検出した電極間距離等のデータを読み込む。
次に、S12にて、電極間距離について時間的変化率を演算し、溶接処理中部分を抜き出し、上側電極33が上昇した位置から下降するポイント(以下、下降点という)抽出と、下降点での電極間距離の最大変化率を演算する。
S12の処理結果は保存され、散り発生判定や処理結果の表示に用いる。
次に、S12にて、電極間距離について時間的変化率を演算し、溶接処理中部分を抜き出し、上側電極33が上昇した位置から下降するポイント(以下、下降点という)抽出と、下降点での電極間距離の最大変化率を演算する。
S12の処理結果は保存され、散り発生判定や処理結果の表示に用いる。
S13では、S12で演算した変化率が判定閾値(0.3mm/sec)以上か否か判定する。
S13の判定の結果、変化率が判定閾値以上の場合、散り発生を判定し(S14)、S16に移行する。
S13の判定の結果、変化率が判定閾値未満の場合、散り未発生を判定し(S15)、S16に移行する。
S13の判定の結果、変化率が判定閾値以上の場合、散り発生を判定し(S14)、S16に移行する。
S13の判定の結果、変化率が判定閾値未満の場合、散り未発生を判定し(S15)、S16に移行する。
S16では、選別条件に対応した溶接処理条件毎(ロボット号機,溶接条件毎)の溶接実行回数と、散り現象の発生回数を記憶し、S17に移行する。
S17では、未判定データが存在しないか否か判定する。
S17の判定の結果、未判定データが存在しない場合、終了し、未判定データが存在する場合、S12にリターンして判定を継続する。
S17では、未判定データが存在しないか否か判定する。
S17の判定の結果、未判定データが存在しない場合、終了し、未判定データが存在する場合、S12にリターンして判定を継続する。
次に、上記スポット溶接における散り検知装置の作用、効果について説明する。
実施例1に係る散り検知装置1によれば、1対の電極33,34の離間距離を連続的に検出する 動作制御部42を有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。検出された電極間距離から溶接処理中部分を抽出し、これに基づき下降点での電極間距離の最大変化率を演算する演算部51を有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、演算部51で演算した最大変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定回路部52を有するため、電極33,34の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
実施例1に係る散り検知装置1によれば、1対の電極33,34の離間距離を連続的に検出する 動作制御部42を有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。検出された電極間距離から溶接処理中部分を抽出し、これに基づき下降点での電極間距離の最大変化率を演算する演算部51を有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、演算部51で演算した最大変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定回路部52を有するため、電極33,34の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
判定回路部52は、下降点での電極間距離の最大変化率を判定するため、限られた期間における電極間距離の変化率を判定すれば良く、処理の簡単化を図りつつ、散り現象の発生以外の溶接部の状態変化を排除することができる。
判定回路部52の判定閾値が0.3mm/secであるため、金属板材の板厚等に拘らず散り現象の発生を定量的に検出することができる。
また、検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定するため、散り現象の発生と合わせて散り現象の大きさを検出することができる。
また、検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定するため、散り現象の発生と合わせて散り現象の大きさを検出することができる。
動作制御部42は、1対の電極33,34を備えた溶接ガン14が先端に装着された ロボット11及び溶接ガン14を駆動するための機構を用いて1対の電極33,34の離間距離を検出するため、既存のエンコーダE2を用いることにより設備の簡単化を図ることができる。
また、この散り検知方法によれば、1対の電極33,34の離間距離を連続的に検出する離間距離検出ステップS11を有するため、電極間距離を時系列的に検出することができる。検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出ステップS12を有するため、溶接部の状態変化を電極間距離をパラメータとして検出することができる。
しかも、前記把握した溶接処理中の1対の電極33,34の接近方向の検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップS13を有するため、電極33,34の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
しかも、前記把握した溶接処理中の1対の電極33,34の接近方向の検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップS13を有するため、電極33,34の挟持動作により溶接部が押し潰された状態と散り現象が生じた状態とを電極間距離の変化率を用いて仕分けすることができ、散り現象の発生を物理量として定量的に検出することができる。
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施形態においては、スポット溶接に適用した例を説明したが、少なくとも、電気抵抗溶接であれば良く、例えばプロジェクション溶接等に適用しても良い。
1〕前記実施形態においては、スポット溶接に適用した例を説明したが、少なくとも、電気抵抗溶接であれば良く、例えばプロジェクション溶接等に適用しても良い。
2〕前記実施形態においては、第1サーバと第2サーバの2つのサーバを設けた例を説明したが、サーバの能力に応じて両者を共通化した単一のサーバにしても良く、また、3以上のサーバに細分化しても良い。
3〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
1 散り検知装置
2 スポット溶接装置
33 上側電極
34 下側電極
42 動作制御部
51 演算部
52 判定回路部
E2 エンコーダ
2 スポット溶接装置
33 上側電極
34 下側電極
42 動作制御部
51 演算部
52 判定回路部
E2 エンコーダ
Claims (10)
- 複数の金属板材を重ね合わせたワークを1対の電極によって加圧すると共に所定の加圧力を維持した状態で前記1対の電極間に通電することにより前記ワークを溶接する電気抵抗溶接における散り検知方法において、
前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出ステップと、
前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出ステップと、
前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする電気抵抗溶接における散り検知方法。 - 前記判定ステップは、通電中に検出された前記1対の電極間の離間距離の変化率を判定することを特徴とする請求項1に記載の電気抵抗溶接における散り検知方法。
- 前記判定ステップの前記所定閾値が0.3mm/secであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気抵抗溶接における散り検知方法。
- 前記判定ステップは、前記検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電気抵抗溶接における散り検知方法。
- 前記離間距離検出ステップは、前記1対の電極を備えた溶接ガンが先端に装着された ロボットアームを駆動するための機構を用いて前記1対の電極の離間距離を検出することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電気抵抗溶接における散り検知方法。
- 複数の金属板材を重ね合わせたワークを1対の電極によって加圧すると共に所定の加圧力を維持した状態で前記1対の電極間に通電することにより前記ワークを溶接する電気抵抗溶接における散り検知装置において、
前記1対の電極の離間距離を連続的に検出する離間距離検出手段と、
前記検出された離間距離の時間的変化率を検出する変化率検出手段と、
前記1対の電極の接近方向の前記検出された変化率が所定閾値以上の場合に散り発生を判定する判定手段とを有することを特徴とする電気抵抗溶接における散り検知装置。 - 前記判定手段は、通電中に検出された前記1対の電極間の離間距離の変化率を判定することを特徴とする請求項6に記載の電気抵抗溶接における散り検知装置。
- 前記判定手段の前記所定閾値が0.3mm/secであることを特徴とする請求項6又は7に記載の電気抵抗溶接における散り検知装置。
- 前記判定手段は、前記検出された変化率が大きい程散り現象が大きいと判定することを特徴とする請求項6〜8の何れか1項に記載の電気抵抗溶接における散り検知装置。
- 前記離間距離検出手段は、前記1対の電極を備えた溶接ガンが先端に装着されたロボットアームを駆動するための機構を用いて前記1対の電極の離間距離を検出することを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の電気抵抗溶接における散り検知装置。
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