JP2761814B2 - 抵抗溶接制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抵抗溶接機の通電制御
に係り、特に定電流制御方式を改善する方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接の通電では、一定の電流を被溶
接材に流すようにフィードバックをかける定電流制御が
最も多く用いられており、最近普及しているインバータ
式抵抗溶接機でも定電流制御が主流になっている。その
主な理由としては、加圧力および通電時間とともに電流
が抵抗溶接の３大溶接条件とされていること、トロイダ
ルコイルやカレントトランス等によって容易に電流を測
定することができるためフィードバックループを構成し
やすいこと等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、定電流制御
によると、通電初期に、一時的（過渡的）ではあるが、
電流が設定値を大きく越えてしまう、つまりオーバシュ
ートする現象が生じる。特に、インバータ式抵抗溶接機
では、高速のフィードバック制御を行うにもかかわら
ず、そのような電流オーバシュート現象が顕著に現れ
る。

【０００４】定電流制御において、電流オーバシュート
現象が生じる原因としては、通電が開始すると電流が零
の値から設定値に向かってフィードバック制御により急
激・高速に立ち上げられるために設定値に達してもその
勢いが直には止まらないことや、抵抗溶接機の二次側回
路に含まれるインダクタンスが電流に慣性力を与えるこ
と等が考えられる。いずれにしても、このような電流オ
ーバシュート現象が生じると、スプラッシュの発生する
おそれがあり、具合が悪かった。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、通電初期に電流オーバシュート現象が出ないよ
うにしてスプラッシュを防止し、定電流制御による溶接
通電の安定化・高品質化をはかる抵抗溶接制御方法およ
び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の抵抗溶接制御方法は、定電力制御によって
通電を立ち上げる工程と、被溶接材に供給される電流が
所定の電流設定値に達した時に前記定電力制御から定電
流制御に切り換える工程と、前記定電流制御を通電終了
まで行う工程とを有する方法とした。

【０００７】

【０００８】

【０００９】また、本発明の抵抗溶接制御装置は、被溶
接材に供給される電流を検出するための電流検出手段
と、被溶接材に供給される電流を溶接電流設定値に一致
させるための定電流制御を行う定電流制御手段と、被溶
接材に供給される電力を溶接電力設定値に一致させるた
めの定電力制御を行う定電力制御手段と、この定電力制
御手段によって通電を開始し、電流検出手段より得られ
る電流測定値が所定の溶接電流設定値に達した時に定電
流制御手段による通電に切り換える通電制御切換手段と
を具備する構成とした。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明では、通電が開始されると、最初に定電
力制御が行われ、被溶接材に供給される電力が設定値に
一致（到達）するように、フィードバックがかかる。こ
うして、被溶接材に対する電流および電圧は立ち上がる
が、定電力制御による通電では電圧のほうがより急激に
立ち上がるため、そのぶん電流は少し抑え気味に立ち上
がる。したがって、電流オーバシュート現象は生じな
い。そして、電流が設定値に達すると、その時点で定電
力制御から定電流制御に切り換えられ、以後通電終了ま
で定電流制御による通電が実行される。

【００１２】第２の抵抗溶接制御方法または第２の抵抗
溶接制御装置では、上記のような定電圧制御に代えて定
電圧制御が行われる。この場合でも、電流が抑え気味に
立ち上がるので、電流オーバシュート現象は生ぜず、電
流が設定値に達した時点から定電流制御に切り換えられ
る。

【００１３】第３の抵抗溶接制御方法では、第１または
第２の抵抗溶接制御方法において、定電流制御に切り換
えられた後はΔＲ制御によって被溶接部の抵抗値変化が
監視され、ナゲット形成にとって最適な時点で通電が止
められる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例を適用したインバータ
式抵抗溶接システムの主要な回路構成を示すブロック
図、図２はこの実施例におけるＣＰＵの機能を示すブロ
ック図、図３は実施例の作用を示すための波形図であ
る。

【００１５】図１において、商用の３相交流（Ｓ，Ｔ，
Ｕ）が３相全波整流回路１０に入力され、この整流回路
１０の出力端子に得られる直流電圧はコンデンサ１２で
平滑されてからインバータ回路１４に入力される。この
インバータ回路１４は４つのトランジスタＴＲ１〜ＴＲ
４を有し、インバータ駆動回路８０からのインバータ駆
動信号Ｆａ，ＦｂにしたがってトランジスタＴＲ１，Ｔ
Ｒ３とトランジスタＴＲ２，ＴＲ４とが商用交流周波数
よりも十分に高い所定の周波数で交互にオン・オフする
ことにより、出力端子ＯＵＴ０，ＯＵＴ１に高周波の交
流矩形波パルスが得られる。

【００１６】インバータ回路１４より出力された高周波
の交流矩形波パルスは溶接トランス１６の一次側コイル
に供給され、二次側コイルに低電圧・大電流のパルスが
得られる。この二次側パルスが一対のダイオードＤ1,Ｄ
2 からなる整流回路で直流に変換され、この直流の二次
電流（溶接電流）Ｉ2 が電極チップ２０，２２およびワ
ーク２４，２６を流れ、ワーク２４，２６で抵抗発熱が
発生する。

【００１７】本実施例のシステムでは、ワーク２４，２
６に供給される二次電流Ｉ2 を検出するために、二次側
回路にトロイダルコイル２８が設けられ、このトロイダ
ルコイル２８の出力端子が二次電流検出回路３０の入力
端子に接続される。二次回路で二次電流Ｉ2 が流れる
と、トロイダルコイル２８の出力端子より二次電流Ｉ2
の微分波形を表す信号が得られる。二次電流検出回路３
０は、その微分波形信号を積分することにより二次電流
Ｉ2 の波形を復元し、その波形から瞬時的な電流測定値
Ｓi を割り出す。この電流測定値Ｓi は、ＣＰＵ４０に
与えられるとともに溶接電力演算回路３６の一方の入力
端子に与えられる。

【００１８】また、ワーク２４，２６に印加される電圧
および供給される電力を検出するために、電極チップ２
０，２２が電圧検出線３２，３２を介してチップ間電圧
検出回路３４の入力端子に接続される。このチップ間電
圧検出回路３４は、入力した電圧検出信号を増幅したう
えで、これを瞬時的な電圧測定値Ｓv に変換する。この
電圧測定値Ｓv は、溶接電力演算回路３６の他方の入力
端子に与えられるとともに、ＣＰＵ４０に与えられる。

【００１９】溶接電力演算回路３６は、溶接電圧検出回
路３４からの電圧測定値Ｓv に二次電流検出回路３０か
らの電流測定値Ｓi を乗算することにより、ワーク２
４，２６に供給される瞬時的な電力測定値Ｓp を割り出
し、この電力測定値Ｓp をＣＰＵ４０に与える。なお、
電圧測定値Ｓｖは厳密にはワーク２４，２６に電極チッ
プ２０，２２の先端部を加えた導体路の電圧降下を表す
値であるが、電極チップ２０，２２の先端部における電
圧降下分は事実上無視し得る程に低いので、電圧測定値
Ｓｖを近似的にワーク２４，２６に印加される電圧の値
とみなすことができる。

【００２０】また、ワーク２４，２６の抵抗値を検出す
るために、チップ間電圧検出回路３０からの電圧測定値
Ｓv と二次電流検出回路３４からの電流測定値Ｓi とが
チップ間抵抗値演算回路３８の入力端子に与えられる。
チップ間抵抗値演算回路３８は、電圧測定値Ｓv を電流
測定値Ｓi で割算することにより、電極チップ２０，２
２間の瞬時的な抵抗値ＳR を演算し、このチップ間抵抗
値ＳR をＣＰＵ４０に与える。電極チップ２０，２２の
先端部の抵抗値は事実上無視し得る程に低いので、チッ
プ間抵抗値ＳR を近似的にワーク２４，２６の抵抗値を
表すデータとみなすことができる。

【００２１】ＣＰＵ４０は、入力部７０から各種設定値
等のデータを取り込むとそれらをメモリ７２に格納し、
設定値、測定値、溶接結果等を表示出力するときは表示
部（図示せず）に表示データを送る。電源回路７４は、
交流電源電圧から各種の直流動作電圧を生成し、それら
をＣＰＵ４０その他の各部に供給する。電流トランス７
６および一次電流検出回路７８は二次側で溶接電流を検
出できない場合に使用されるもので、これらの電流検出
手段によって検出された一次電流に溶接トランス１６の
巻線比を乗じることで、二次電流（溶接電流）の値が割
り出される。インバータ駆動回路８０は、ＣＰＵ４０か
らのインバータ制御信号ｆa,ｆb を増幅してインバータ
駆動信号Ｆa,Ｆb としたうえで、これらの信号Ｆa,Ｆb
によってインバータ回路１４のトランジスタＴＲ1 〜Ｔ
Ｒ4 をスイッチング制御する。

【００２２】ＣＰＵ４０は、メモリ７２に格納されてい
る制御プログラムにしたがって本抵抗溶接機システムの
全体・各部の制御を行う。本実施例の通電制御に関し
て、ＣＰＵ４０は、機能的には図２に示すように、電流
設定部４２、電流比較部４４、電力設定部４６、電力比
較部４８、ΔＲ設定部５０、ピーク値検出部５２、ΔＲ
降下点検出部５４、シーケンス制御部５６、切換部５
８、インバータ制御信号生成部６０からなる。

【００２３】電流設定部４２は、入力部７０より設定入
力された定電流制御用の設定値Ｑiを電流比較部４４に
与える。電流比較部４４は、二次電流検出回路３４から
受け取った電流測定値Ｓi を該電流設定値Ｑi と比較
し、その差分（電流比較誤差）δｉを切換部５８に与え
るとともにシーケンス制御部５６にも与える。

【００２４】電力設定部４６は、入力部７０より設定入
力された定電力制御用の設定値Ｑpを電力比較部４８に
与える。電力比較部４８は、溶接電力演算回路３６から
受け取った溶接電力測定値Ｓp を該電力設定値Ｑp と比
較し、その差分（電力比較誤差）δｐを切換部５８に与
える。

【００２５】ΔＲ設定部５０は、入力部７０より設定入
力されたΔＲ制御用の設定値ΔＲZをΔＲ降下点検出部
５４に与える。ΔＲ制御とは、定電流制御においてナゲ
ット径ないし溶接強度を最適化するための通電時間制御
である。定電流制御による通電においては、ワークの抵
抗値がある時点でピーク値に達したのち単調に降下する
現象が見られ、そのピーク値から適当な値（ΔＲ）だけ
降下した時点で通電を止めると、最適な溶接強度が得ら
れるという特質がある。しかして、ピーク値検出部５２
は、チップ間抵抗値演算回路３８からの抵抗測定値ＳR
を監視し、チップ間抵抗のピーク値ＲMAX を検出し、そ
のピーク値ＲMAX をΔＲ降下点検出部５４に与える。Δ
Ｒ降下点検出部５４は、チップ間抵抗値演算回路３８か
らの抵抗測定値ＳR を受け取り、ピーク値検出部５２で
ピーク値ＲMAX が検出されると、その時から抵抗測定値
ＳR を監視し、その値がピーク値ＲMAX から設定値ΔＲ
Zだけ下がった時にシーケンス制御部５６に所定のタイ
ミング信号を出力する。

【００２６】シーケンス制御部５６は、通電を開始する
時、インバータ制御信号生成部５４を起動させるととも
に、切換部５８を電力比較部４８側に切り換える。そう
すると、電力比較部４８からの電力比較誤差δｐが切換
部５８を通ってインバータ制御信号生成部６０に与えら
れる。インバータ制御信号生成部６０は、電力比較誤差
δｐを零にするようにクロック周波数ＣＫでパルス幅変
調したインバータ制御信号ｆa,ｆb を出力する。このよ
うにして、定電力制御で通電が開始される。

【００２７】通電を開始した後、シーケンス制御部５６
は、電流比較部４４からの電流比較誤差δｉを監視す
る。二次電流Ｉ2 は零の値から立ち上がるので、立ち上
がり期間中はδｉ＜０の比較誤差が得られる。そして、
立ち上がりが終了し、二次電流Ｉ2 が電流設定値Ｑi に
達してδｉ＝０になると、これに応動してシーケンス制
御部５６は切換部５８を電流比較部４４側へ切り換え
る。これにより、電流比較部４４からの電流比較誤差δ
ｉが切換部５８を通ってインバータ制御信号生成部６０
に与えられ、インバータ制御信号生成部６０は、電流比
較誤差δｉを零にするようなインバータ制御信号ｆa,ｆ
b を生成する。このように、二次電流Ｉ2 が電流設定値
Ｑi に達した時から定電流制御による通電が行われ、一
定の電流がワーク２４，２６に供給される。そして、Δ
Ｒ降下点検出部５４より上記タイミング信号が発生され
ると、その時点でシーケンス制御部５６はインバータ制
御信号生成部６０の動作を停止させる。

【００２８】図３は、本実施例の通電制御の作用を示す
波形図である。図３（ａ）に示すように、ｔｓは二次電
流Ｉ２が設定値Ｑｉに達した時刻で、ｔｅはΔＲ制御に
よって通電停止指令が出された時刻である。溶接電流Ｉ
２が流れるとチップ間抵抗値ＳＲは、図３（ｃ）に示す
ように変化する。ここで、チップ間抵抗値ＳＲはチップ
間抵抗値演算回路３８の出力値であり、溶接電流Ｉ２が
流れ始めると一旦降下するが次に上昇し、ピーク値ＲＭ
ＡＸに達した後、再び単調に降下する。ΔＲ降下点検出
部５４は、チップ間抵抗値ＳＲを監視していて、抵抗値
ＳＲがピーク値ＲＭＡＸから設定値ΔＲｚだけ降下した
とき通電停止指令をシーケンス制御部５６に出力し、通
電を停止させる。この通電停止指令が出された時刻が、
上記ｔｅである。図３（ａ）に実線で示すように、遇電
開始時刻から切換時刻ｔｓまでの期間は定電力制御によ
る波形であり、切換時刻ｔｓから通電停止時刻ｔｅまで
の期間は定電流制御による波形である。この制御によ
り、溶接電力は、図３（ｂ）に実線で示すように変化す
る。本発明では、溶接初期に定電力制御によって通電を
立ち上げるので、従来の定電流制御で見られた一点鎖線
ＳＨのような電流オーバシュート現象が現れず、したが
って図３（ｂ）に一点鎖線で示したような過大電力が入
力されず、スプラッシュが発生するおそれがない。

【００２９】なお、上述した実施例では、切換タイミン
グを検出するための設定値と定電流制御用の設定値とを
同じ電流設定値Ｑi で共用したが、両者を別々の値に選
択することも可能である。また、ΔＲ制御法によらず
に、予め設定された通電時間で通電を止めることも可能
である。

【００３０】

【００３１】また、本発明は、上述したようなインバー
タ式抵抗溶接機において特に顕著な効果を奏するもので
あるが、単相交流式、３相交流式等の他の形式の抵抗溶
接機にも適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、定電力
制御によって通電を立ち上げ、電流が設定値に達した時
点から定電流制御を実行するようにしたので、電流オー
バシュート現象ひいてはスプラッシュの生じない溶接を
可能にし、かつ高品質の溶接結果を得ることができる。

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用したインバータ式抵抗
溶接システムの主要な回路構成を示すブロック図であ
る。

【図２】実施例におけるＣＰＵの機能を示すブロック図
である。

【図３】実施例の作用を示すための波形図である。

【符号の説明】

１４ インバータ回路 ２０ 電極チップ ２２ 電極チップ ２４ ワーク ２６ ワーク ３０ チップ間電圧検出回路 ３４ 二次電流検出回路 ３６ 溶接電力検出回路 ４０ ＣＰＵ ４２ 電流設定部 ４４ 電流比較部 ４６ 電力設定部 ４８ 電力比較部 ５０ ΔＲ設定部 ５２ ピーク値検出部 ５４ ΔＲ降下点検出部 ５８ 切換部 ６０ インバータ制御信号生成部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定電力制御によって通電を立ち上げる工
   程と、 被溶接材に供給される電流が所定の電流設定値に達した
   時に前記定電力制御から定電流制御に切り換える工程
   と、 前記定電流制御を通電終了まで行う工程とを有すること
   を特徴とする抵抗溶接制御方法。
2. 【請求項２】 被溶接材に供給される電流を検出するた
   めの電流検出手段と、 前記被溶接材に供給される電流を溶接電流設定値に一致
   させるための定電流制御を行う定電流制御手段と、 前記被溶接材に供給される電力を溶接電力設定値に一致
   させるための定電力制御を行う定電力制御手段と、 前記定電力制御手段によって通電を開始し、前記電流検
   出手段より得られる電流測定値が所定の溶接電流設定値
   に達した時に前記定電流制御手段による通電に切り換え
   る通電制御切換手段とを具備したことを特徴とする抵抗
   溶接制御装置。