JP3221296B2 - 抵抗溶接の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は特にスポット溶接に用い
る抵抗溶接の制御装置および制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接、特にスポット溶接の溶接継手
は複数の溶接部で構成され、継手全体が要求される強度
を得るためには各溶接部の強度を決めるナゲットが所定
の径に生成していなければならない。しかし、近年その
溶接不良が増大する傾向にある。特に亜鉛メッキ鋼板を
はじめとする表面処理鋼板が多量に使用されはじめたこ
とによる電極表面の消耗、あるいは複雑な形状をしたプ
レス部品による溶接部の馴染み・合いなど、ナゲット径
の不足、ばらつきが大きな問題となっている。溶接現場
においては溶接品質と判別基準の関係を実験的に求め、
溶接条件を含め経験的に溶接品質の管理をしてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の品質管理では溶
接品質と判別基準の関係を予め求めておく作業が不可欠
であり、その適用範囲も限られる。さらに求めた関係は
各溶接部毎あるいは打点毎に所定のナゲット径を確保す
るには大まかなものであり、溶接現場では溶接不良を避
けるため過大な電流による溶接がなされているのが実状
である。その結果、大多数の打点で必要以上のナゲット
径を生成し、さらにはちりの発生などの弊害を起こして
いる。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので溶接中
のナゲットの生成状況を汎用性を持って監視し、その状
態に応じてインプロセスに溶接条件を変更して確実に所
定のナゲット径を生成するもので、各打点毎に確実且つ
高品質な溶接を行なうことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項１の手段は熱伝導計算を利用したシ
ミュレータを用いて同一溶接中に少なくとも一回溶接部
のナゲット形成状況を表す状態量を推定し、推定したナ
ゲット形成状況を表す状態量と、基準の状態量を比較し
溶接条件の修正量を算出し、算出した修正量から溶接条
件の変更を行う抵抗溶接の制御方法において、ナゲット
形成状況を表す状態量を、シミュレータの計算モデルに
おいて少なくとも一つの基準点の温度上昇として、さら
に基準の状態量を前記基準点における基準の温度上昇と
したことを特徴とする。請求項２の手段は請求項１に記
載した抵抗溶接の制御方法において、シミュレータの計
算モデルに少なくとも１つの基準点を設け、前記基準点
において推定される温度上昇をナゲット形成状況を表す
状態量とし、前記基準点における基準の温度上昇を基準
の状態量として、さらに修正する溶接条件を溶接電流と
したことを特徴とする。請求項３の手段は請求項２記載
の抵抗溶接の制御方法において、基準点の温度上昇モデ
ルを予め設定し、溶接中にシミュレータにより算出され
た基準点の温度上昇と、前記温度上昇モデルより基準の
温度上昇を算出することを特徴とする。請求項４の手段
は請求項２記載の抵抗溶接の制御方法において、基準点
の目標温度を所定の時間に設定し、溶接中にシミュレー
タにより算出された基準点の温度上昇と、前記所定の時
刻の目標温度から基準の温度上昇を算出することを特徴
とする。請求項５の手段は請求項２記載の抵抗溶接の制
御方法において、基準点を溶接部中心として溶接電流を
制御することで、所定の時間にナゲットを生成開始させ
ることを特徴とする。請求項６の手段は請求項２記載の
抵抗溶接の制御方法において、基準点を要求するナゲッ
ト径の外径位置として溶接電流を制御することで、所定
の時間に所定のナゲット径を生成させることを特徴とす
る。請求項７の手段は請求項２記載の抵抗溶接の制御方
法において、第１の基準点を溶接部中心として溶接電流
を制御し、所定の時間にナゲットを生成開始させ、 さら
に第２の基準点を要求するナゲット径の外径位置として
溶接電流を制御し所定の時刻に所定のナゲット径を生成
させることを特徴とする。

【０００６】

【作用】請求項１の手段は汎用的且つ高精度の熱伝導計
算を利用したシミュレータからナゲット形成状況を予測
し溶接電流を制御し、電極の消耗あるいは負荷の変動な
どに対しても各溶接部毎に安定した溶接品質を実現する
ことができ、シミュレータの計算モデル中に設定した基
準点の温度上昇を監視すれば、基準点が溶融開始する時
間を推測することができ、基準点を溶接部中心とすれば
ナゲットの形成開始時刻、被溶接板間方向に基準点を設
定すれば基準点を外径とするナゲットが成長する時刻を
推定することができ、実際のナゲット生成以前にナゲッ
ト形成状況を推測できるものである。請求項２の手段は
基準点の温度上昇と、ナゲットの形成に必要な基準とな
る温度上昇から修正する溶接電流の修正量を算出できる
ものである。請求項３の手段は基準点における温度上昇
モデルを設定することで、基準の温度上昇を算出できる
ものである。請求項４の手段は基準点の目標温度を所定
の時刻に設定することで、基準の温度上昇を算出できる
ものである。請求項５の手段は基準点を溶接部中心とす
ることで、所定の時間にナゲットを生成開始させること
ができるものである。請求項６の手段は基準点を要求す
るナゲット径の外径位置とすることで、所定の時間に所
定のナゲット径を生成させることができるものである。
請求項７の手段は第１の基準点を溶接部中心として所定
の時間にナゲットを生成開始させ、さらに第２の基準点
を要求するナゲット径の外径位置とすることで所定の時
間に所定のナゲット径を生成させ、確実に安定したナゲ
ット径の確保ができるものである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面の図１〜図１８
に沿って詳細に説明する。まず、請求項１の手段として
の抵抗溶接の制御装置の実施例について図１、図２を用
いて説明する。熱伝導計算を利用したシミュレーション
演算に必要な物理量、すなわち被溶接材を挟む電極間の
電圧および溶接電流をそれぞれ電圧検出部１と電流検出
部２で測定し、第１演算部３に出力する。第１演算部３
では検出した電極間の電圧、溶接電流と予め入力された
被溶接材の板厚、重ね枚数、材質から熱伝導計算を利用
したシミュレータを用いて溶接部の状態を推定し、ナゲ
ット形成状況を観測する状態量を第２演算部４に出力す
る。図２は第１演算部３に用いられる熱伝導計算を利用
したシミュレータを説明するフローチャートである。ま
ず、溶接部の計算モデルの合成抵抗と、溶接中に測定し
た両検出値から算出される電極間の抵抗を同定すること
によって板−電極間および板−板間の通電路である通電
径の推定を行う。つぎに、求めた通電径と計算モデルか
ら溶接部の電位分布を算出し、抵抗発熱による熱伝導計
算から溶接部の温度分布を推定する。ここで被溶接材の
溶融温度以上になった溶融部分がナゲット、溶接板間の
溶融部直径がナゲット径となる。この演算を溶接終了時
まで繰り返せば、溶接途上の溶接部の温度分布などを非
破壊的に推測することができ、電極間の電圧と溶接電流
を測定して同時に、このシミュレータを用いて高速演算
すればリアルタイムに溶接部の状態をモニタリングする
ことができる。第２演算部４では第１演算部３から出力
されたナゲット形成状況を観測する状態量と、所定のナ
ゲット形成に必要な状態量を比較し、比較結果から溶接
条件の修正量を制御部５に出力する。制御部５では第２
演算部４から出力された溶接条件の修正量に従って、溶
接機６を制御し溶接条件の変更を行う。このように実施
例では熱伝導計算を利用したシミュレータによってイン
プロセスに溶接条件が修正され所定のナゲットが形成さ
れるため、各溶接部毎に確実且つ高品質な溶接を実現で
きる。

【０００８】請求項２の手段としての抵抗溶接の制御方
法を実施するフローチャートは図３（ａ），（ｂ）に示
すとおりである。図３（ａ）は本発明の制御方法を実施
する手段のフローチャートの一例を示すもので、図３
（ｂ）は図３（ａ）の変形実施例を示すものである。図
３（ａ）について説明すると、まず、溶接中に少なくと
も１回、熱伝導計算を利用したシミュレータを用いてイ
ンプロセスに溶接部のモニタリングし、ナゲット形成状
況を表す状態量を推定する。そして所定のナゲット形成
を得るために必要な状態量を基準の状態量として、前記
の推定された状態量と基準の状態量を比較し、その比較
結果から溶接条件の修正量を算出して同一溶接中に溶接
条件の変更を行うものである。このように熱伝導計算を
利用したシミュレータを用いてインプロセスに溶接条件
を制御し所定のナゲットを生成させることができ、各溶
接部毎に確実且つ高品質な溶接を実現できる。図３
（ｂ）は前記した実施例を変形したものである。熱伝導
計算を利用したシミュレータを用いてナゲット形成状況
を表す状態量を推定し、所定のナゲット形成とならない
と推定された場合、所定のナゲット形成を得るために必
要な基準の状態量と前記した推定した状態量を比較し、
その比較結果から同一溶接中に溶接条件の変更を行うも
のである。本実施例においても図３（ａ）で説明した効
果が得られることは明らかである。

【０００９】請求項３の手段としての抵抗溶接の制御方
法の実施例について図４、図５、図６、図７を用いて詳
細に説明する。本実施例に用いた実験結果の溶接条件は
亜鉛めっき鋼板１．２ｍｍｔの二枚重ね、溶接電流１
１．０ｋＡ、加圧力３２０ｋｇｆ、溶接時間１１ｃｙｃ
ｌｅ（ｉｎ ６０Ｈｚ）である。図４は前記熱伝導計算
を利用したシミュレータを用いて推定したナゲットの形
成過程の、打点数の増加による推移を示すものである。
連続打点による電極表面の消耗に伴い、溶接部の電流密
度が低下するためナゲットの形成開始時刻が次第に遅れ
ていることがわかる。約１３００打点で本溶接条件の時
間中にはナゲットが形成されず、電極寿命となった。こ
こでナゲット形成状況を推定されたナゲット形成過程に
よって監視し、溶接条件を制御しようとすると本実施例
に示したようにナゲットの形成開始時刻の遅れによっ
て、制御開始時間も遅れてしまう。加えて、一般には溶
接時間には予め設定された上限があるため、ナゲット形
成が不十分であると判断された時に、制御を行う時間が
残されていない。すなわち、インプロセスに溶接条件を
制御して所定のナゲット形成を得るためにはナゲットの
形成状況を予測することが不可欠となる。図５は図４に
示した結果を溶接部中心の温度で整理した結果を示して
いる。図中のそれぞれの打点数について、溶接部中心の
温度の溶融点に達する時刻が図４に示したナゲットの形
成開始時刻と一致しており、またその温度変化は溶融点
まで直線的な温度上昇を示し、打点数増加に伴ってその
温度上昇の傾きが小さくなる。すなわち図４に示した打
点数の増加に伴うナゲット形成開始時刻の遅れはシミュ
レータから算出される溶接部中心の温度の上昇をモニタ
リングすればナゲットの形成開始以前に推測することが
できる。図６は溶接部中心の温度上昇からナゲットの形
成開始時刻を推定したときの精度を示すものである。図
中、□印は図４に示したシミュレータより推定される実
際のナゲットの形成開始時刻を、＋印は溶接時間３ｃｙ
ｃｌｅ時点の溶接部中心の温度上昇の傾きから推測した
ナゲットの形成開始時刻である。最大約１．５ｃｙｃｌ
ｅ程度の誤差で、連続打点に伴うナゲットの形成開始時
刻の遅れを推定できている。このように溶接部中心の温
度上昇によって、ナゲットの形成開始時刻とともに所定
のナゲット径に成長するまでに必要な溶接時間の不足
分、電極の消耗の程度など実際のナゲット形成開始以前
に推測できる。図７（ａ）は単打点溶接において、同図
（ｂ）に示すように被溶接板間の中心軸より半径方向に
離れた部分に温度の観測点を設定し中心軸より１ｍｍ毎
に溶接中の温度変化を示すものである。温度上昇のパタ
ーンは図５と同じく溶融点まで直線的に変化し、その傾
きは中心軸より離れるにつれ小さくなる。溶接時間に伴
って板間の各部分が溶融点に達した時間で結ぶと、図４
に示したナゲットの形成過程となる。すなわち、図５で
説明したことと同じくシミュレータから算出される被溶
接板間の所定位置の温度上昇をモニタリングすればナゲ
ット形成状況を、さらに所望のナゲット径の外径位置の
温度上昇をモニタリングすれば溶接終了時に所望のナゲ
ットが形成されるかどうかを推測できる。本実施例によ
れば基準点を予め設定し熱伝導計算を利用したシミュレ
ータを用いて、算出される溶接部の温度分布から前記基
準点の温度上昇をモニタリングすることで所定のナゲッ
トの形成が得られるかを推測することができる。すなわ
ち請求項２の手段のナゲット形成状況を表す状態量を予
め設定した基準点の温度上昇として、さらに所定のナゲ
ットの生成に必要な基準の温度上昇と比較して溶接条件
を制御すれば所定のナゲット形成を生成させることがで
きる。本実施例は上記方法により、電極消耗、負荷の変
動など溶接状態が変化しても、インプロセスに溶接条件
を制御し常に安定且つ良好な溶接品質を実現できる。

【００１０】請求項４の手段の抵抗溶接の制御方法の実
施例について図８、図９を用いて詳細に説明する。図８
は溶接部の計算モデルに予め設定した基準点が溶融温度
に達する前において、時刻ｔに溶接電流Ｉを変化させた
ときの基準点の温度Ｔの温度変化を説明するものであ
る。なお、図８では交流溶接機を例にしているため設定
した電流値に変化するまでのタイムラグ１ｃｙｃｌｅを
考慮しているが、インバータ溶接機など応答の速い溶接
機ではタイムラグは無視できるほど小さくなる。変化さ
せる溶接電流が大きくなれば、電流変化後の温度上昇も
大きくなる。ここで図８に示したように基準点の温度上
昇Ｔ／Δｔが目標温度Ｔ_M からなる目標点Ｍより算出さ
れる基準の温度上昇Ｔ’／Δｔになるための溶接電流量
（１＋ｋ）Ｉ₀ を求める方法について以下に説明する。
図９は任意の時刻ｔに溶接電流Ｉ₀をｋ×１００％変化
させたときの割合ｋと、溶接部中心の温度Ｔｃの電流変
化前の温度上昇ΔＴｃ／Δｔと電流変更後の温度上昇Δ
Ｔ’ｃ／Δｔの比の関係を調べた実験結果である。本実
施例に用いた実験結果の溶接条件は亜鉛めっき鋼板１．
２ｍｍｔの二枚重ね、溶接電流Ｉ₀＝９．０〜１３．０
ｋＡ、加圧力３２０ｋｇｆ、溶接時間２０ｃｙｃｌｅ
（ｉｎ ６０Ｈｚ）である。図９に示す結果を直線で近
似した場合、 （ΔＴ’ｃ／Δｔ）／（ΔＴｃ／Δｔ）＝0.04（ｋ×100）＋1.0 （１） なる関係式が得られる。（１）式を変形すれば、 ｋ×100＝25｛（ΔＴ’ｃ／Δｔ）／（ΔＴｃ／Δｔ）−1.0）｝ （２） となる。すなわち（２）式は、予め設定した基準点にお
ける時刻ｔでの温度上昇ΔＴｃ／Δｔｃと、目標温度Ｔ
_M からなる目標点Ｍより算出される基準の温度上昇ΔＴ
ｃ’／Δｔの比がわかれば制御する溶接電流の割合ｋが
決定できることを示している。本実施例では基準点を溶
接部中心とした場合を示したが他の部分を基準点として
も同じ結果が得られ、また本実施例では板厚１．２ｍｍ
ｔの場合を示したが溶接される板厚によって（１）式の
傾きが異なり板厚１．２ｍｍｔを境とすれば薄板側では
その傾きは大きく厚板側では傾きが小さくなる。例えば
板厚０．６ｍｍｔで約０．０２、板厚２．５ｍｍｔで約
０．５程度である。なお、本実施例は上記の実施例に限
定されるものではなく、 ｋ＝ｆ（ΔＴ／Δｔ，ΔＴ’／Δｔ） （３） または、被溶接材の板厚を考慮して、 ｋ＝ｆ（ΔＴ／Δｔ，ΔＴ’／Δｔ，ｈ） （４） ｈ：板厚 なる関係式を設定すれば同じ結果が得られることは明白
である。本実施例によれば電極の消耗あるいは負荷の変
動など溶接部の発熱状態の過不足を所定の温度上昇にな
るように溶接電流を制御することによって補正し、安定
した溶接品質を実現できる効果を奏するものである。

【００１１】請求項５の手段としての抵抗溶接の制御方
法の実施例について図１０を用いて詳細に説明する。図
１０（ａ）に示すように熱伝導計算を利用したシミュレ
ータを用いて溶接部の温度分布を算出し、請求項４の手
段としての制御方法を用いて電流制御量を決定する時間
と制御信号を出力して実際に電流が変化するまでの時間
を加えた時間間隔ｔｓ毎にフィードバック制御する場合
を示している。図１０（ｂ）は電流制御量の算出に必要
な基準の温度上昇を温度上昇モデルから求める方法の実
施例を説明するものである。まず、予め設定した計算モ
デルの基準点が所定の時間ｔ−ｓｅｔに目標温度Ｔ_M に
達するように温度上昇モデルを設定する。演算区間Ａで
は検出した電極間の電圧と溶接電流を用いて熱伝導計算
を利用したシミュレータにより溶接部の温度分布を推定
する。そして、基準点の温度上昇ΔＴ／Δｔを算出し、
前記の設定した温度上昇モデルから得られる目標点ＭＡ
より基準の温度上昇ΔＴ’／Δｔを算出する。これら基
準点の温度上昇ΔＴ／Δｔと基準の温度上昇Δ’Ｔ／Δ
ｔから前述の請求項４記載の制御方法を用いて溶接電流
Ｉ₁ を決定し、溶接機が電流制御を行うための信号を出
力する。続いて演算区間Ｂでは前記の演算区間Ａの動作
と同じく、シミュレータより得られた基準点の温度上昇
ΔＴ’’／Δｔと温度上昇モデル上の目標点ＭＢからな
る基準の温度上昇ΔＴ’’’／Δｔより請求項４の手段
の制御方法を用いて溶接電流１₂ を求める。図に示すよ
うにこの作業を時間間隔ｔｓ毎に繰り返すことによっ
て、所定の時間ｔ−ｓｅｔに基準点を確実に目標温度Ｔ
_M とすることができる。本実施例によれば予め設定され
た基準点が所定の時間に所定の温度になるための電流制
御が行われるため、電極の消耗あるいは一時的な負荷の
変動などに対しても常に溶接部が良好な発熱状態に制御
され、安定した溶接品質の確保が実現される。また本実
施例に示したように複数回のフィードバック制御を行う
ことでより安定して確実に基準点を所定の時間に所定の
温度にすることができ、さらに目標点を溶融温度とすれ
ば基準点を所定の時間に確実に溶融させることができ
る。

【００１２】請求項６の手段としての抵抗溶接の制御方
法の実施例について図１１を用いて詳細に説明する。図
１１（ａ）は請求項５の手段に対応する図１０（ａ）を
用いて説明したものと同じく時間間隔ｔｓ毎にフィード
バック制御する場合を示している。図１１（ｂ）は溶接
電流の制御量の算出に必要な基準の温度上昇を所定の時
刻ｔ−ｓｅｔに設定した目標温度Ｔ_M から求める方法を
示すものである。まず、予め設定した計算モデルの基準
点が所定の時刻ｔ−ｓｅｔに目標温度Ｔ_M に達するよう
に目標点Ｍを設定する。演算区間Ａでは検出した電極間
の電圧と溶接電流を用いて熱伝導計算を利用したシミュ
レータにより溶接部の温度分布を推定する。そして、基
準点の温度上昇ΔＴ／Δｔを算出し、目標点Ｍから基準
の温度上昇ΔＴ’／Δｔを算出する。これら基準点の温
度上昇ΔＴ／Δｔと基準のΔ’Ｔ／Δｔから前述の請求
項４の手段の制御方法を用いて溶接電流Ｉ₁ を決定し、
制御信号を溶接機へ出力する。続いて演算区間Ｂでは前
記の演算区間Ａの動作と同じく、シミュレータより得ら
れた温度上昇ΔＴ’’／Δｔと目標点Ｍからなる基準の
温度上昇ΔＴ’’’／Δｔより目標点Ｍに近づくように
制御電流Ｉ₂ を求める。図に示すようにこの作業を時間
間隔ｔｓ毎に繰り返すことによって、基準点を所定の時
間ｔ−ｓｅｔに目標温度Ｔ_M とすることができる。本実
施例によれば予め設定された基準点が所定の時間に所定
の温度に達するように溶接電流が制御されるため、電極
の消耗あるいは負荷の変動などに対しても常に溶接部を
良好な発熱状態に制御することができ、溶接の品質を保
つことができる効果を奏するものである。また本実施例
に示したように複数回のフィードバック制御を行うこと
でより安定して確実に基準点を所定の時間に所定の温度
にすることができ、さらに目標点を溶融温度とすれば基
準点を所定の時間に確実に溶融させることができる。

【００１３】請求項７の手段の抵抗溶接の制御方法の実
施例について、図１２、図１３、図１４を用いて詳細に
説明する。図１２（ａ）は請求項５の手段に対応する図
１０（ａ）と同じく時間間隔ｔｓ毎にナゲットの生成開
始までフィードバック制御する場合を示している。図１
２（ｂ）は溶接電流の制御量を算出するために必要な基
準の温度上昇を求める方法で、本実施例では請求項６の
手段の制御方法を用いた場合を示している。すなわち、
所定の時間ｔ−ｓｅｔに溶接部中心の温度Ｔｃが溶融す
るように目標点Ｍを設定し、シミュレータから推定され
る溶接部の温度分布から基準点である溶接部中心の温度
Ｔｃの温度上昇を算出し、前記温度上昇と目標点Ｍによ
って求められる基準の温度上昇から、請求項４の手段の
制御方法を用いて溶接電流を制御し所定の時間ｔ−ｓｅ
ｔに溶接部中心の温度Ｔｃを溶融開始させるものであ
る。前述の請求項３記載の抵抗溶接の制御方法では溶接
部中心の温度上昇によって、ナゲットの形成開始時間が
推定できることを説明した。すなわち、本制御方法を用
いれば、インプロセスに溶接電流を制御し、溶接部中心
を所定の時間に溶融させることで、ナゲットを所定の時
間に生成開始させることができる。図１３、図１４は本
制御方法を実機に導入して溶接実験をした結果の一例を
示している。溶接条件は亜鉛めっき鋼板１．２ｍｍｔの
二枚重ね、溶接開始電流１１．５ｋＡ、加圧力３２０ｋ
ｇｆ、溶接時間１２ｃｙｃｌｅ（ｉｎ６０Ｈｚ）で、約
６００打点溶接後の電極を用いて本制御方法を用いた場
合と制御を行わない一定電流による溶接を比較した。な
お、本実施例ではナゲットの生成を開始させる所定の時
間ｔ−ｓｅｔを電極新品溶接時のナゲットの生成開始時
間７ｃｙｃｌｅに設定し、ナゲット生成後に溶接開始電
流に戻すようにした。連続打点による電極の消耗で溶接
部の電流密度が低下するため、一定電流では図１４の○
印に見るようにナゲットの生成開始時間が遅く十分なナ
ゲットが成長していない。それに対して本制御を行うと
図中の＋印に見るように溶接電流が制御され、図中の△
印のように所定の時間にナゲットが生成開始し、新品電
極時と同じ十分なナゲット径が得られた。本実施例によ
れば、電極の消耗あるいは一時的な負荷の変動などに対
しても常に溶接部を良好な発熱状態に制御することがで
き、所定の時間にナゲットの生成を開始することができ
る。なお、本実施例は本発明になんら限定を与えるもの
ではなく、他の板厚等でも同じ効果が得られ、また本実
施例では請求項６記載の制御方法を用いたが請求項５記
載の制御方法を用いても同じ効果を奏することは明らか
である。

【００１４】請求項８の手段の抵抗溶接の制御方法の実
施例について図１５を用いて詳細に説明する。図１５は
本実施例の制御方法の動作の一例を説明するもので、同
図（ａ）には溶接中の溶接電流変化、同図（ｂ）には同
図（ｃ）に示すように必要なナゲット径の外形位置にお
ける温度Ｔｄｎの変化およびナゲット径ｄｎの変化と、
参考としてナゲットの生成開始時間に関係して溶接部中
心の温度Ｔｃの変化を示している。まず溶接終了時に必
要なナゲット径からその外径位置を基準点として、熱伝
導計算を利用したシミュレータを用いて基準点の温度Ｔ
ｄｎの変化をモニタリングし、請求項４の手段の制御方
法を用いて溶接電流を制御し所定の時間ｔｄ−ｓｅｔに
基準点を溶融させるものである。請求項３の手段の抵抗
溶接の制御方法では板−板間の所定位置の温度上昇をモ
ニタリングすることによってナゲット径の形成状況が推
測できることを説明した。すなわち、上記制御方法によ
って所定の時間に所定の大きさのナゲットを生成させる
ことができる。本実施例では基準点を外径位置とする方
法について説明したが、さらに溶接部中心と外径位置と
の間に基準点を加えることで、ナゲット形成状況の確認
とより高精度の制御を行うことができる。本実施例によ
れば、電極の消耗あるいは負荷の変動などに対しても常
に溶接部を良好な発熱状態に制御することができ、所定
の時間に所定の大きさのナゲットを生成させることがで
きる効果を奏するものである。

【００１５】請求項９の手段の抵抗溶接の制御方法の実
施例について、図１６、図１７、図１８を用いて詳細に
説明する。図１６は本実施例の制御方法の動作の一例を
示すもので、同図（ａ）には制御信号に伴う溶接中の溶
接電流の変化、同図（ｂ）には計算モデル中に設定した
溶接部中心の温度Ｔｃの変化、溶接終了時に必要なナゲ
ット径の外径位置の温度Ｔｄｎの変化、およびナゲット
径ｄｎの変化を示している。また、本実施例では図１６
（ａ）に示すように、請求項４の手段の制御方法を用い
て電流制御量を決定する時間と、制御信号を出力して実
際に電流が変化するまでの時間を加えた時間間隔ｔｓ毎
にフィードバック制御する場合を一例としている。ま
ず、請求項７の手段の制御方法を用いて溶接部中心を基
準点として、シミュレータによってモニタリングされる
溶接部の基準点の温度Ｔｃの温度上昇から請求項４の手
段の制御方法を用いて溶接電流を制御し、所定の時間ｔ
−ｓｅｔにナゲットを生成させる。さらに請求項８の手
段の制御方法を用いて必要なナゲット径の外径位置を基
準点として、基準点の温度Ｔｄｎから請求項４の手段の
制御方法を溶接電流を制御し所定の時間ｔｄ−ｓｅｔに
所定のナゲット径を生成させるもので、所定のナゲット
径到達時に溶接終了とする。本実施例によれば電極の消
耗あるいは負荷の変動などに対しても常に溶接部中心の
温度上昇と、必要なナゲット径の外径位置の温度上昇か
ら所定の時間にナゲットが生成開始し、所定の時間に所
定のナゲット径が生成されるように溶接電流が制御され
るため、溶接部を良好な発熱状態に制御することがで
き、確実に溶接の品質を保つことができる効果を奏する
ものである。また本実施例に示したように複数回のフィ
ードバック制御を行うことでより安定して確実に所定の
時間に所定のナゲット径を生成することができる。図１
７、図１８には上記実施例で説明した制御方法を用いて
溶接実験を行った一例を示す。亜鉛めっき鋼板０．６ｍ
ｍｔの二枚重ねの連続打点実験を行い、図１７は比較デ
ータとして従来より行われているステップアップ制御、
図１８は本実施例の制御方法による実験結果で、上より
溶接電流の打点変化、ナゲットの生成開始時間の打点変
化、ナゲット径の打点変化を示している。図中、本実施
例の制御方法の電流打点変化は実効電流の平均値を表示
している。また、所定のナゲットの生成開始時刻ｔ−ｓ
ｅｔを７ｃｙｃｌｅ、所定のナゲット径到達時刻ｔｄ−
ｓｅｔをナゲットの生成開始時刻に４ｃｙｃｌｅを加え
たものとし、ナゲットの生成時刻およびナゲット径到達
時刻の多少のずれを考慮して最大溶接時間１５ｃｙｃｌ
ｅの範囲で所定のナゲット径到達と同時に通電を停止し
た。両制御とも連続打点時のナゲット径の良否基準を５
√ｈ＝３．８７ｍｍとした。図１７に示すステップアッ
プ制御では打点開始直後においてナゲットの生成直後に
ちりが発生しナゲットの良否基準に達しないことがあっ
た。また、ナゲットを生成させるための電流とナゲット
生成後の電流が同じであるため、７００打点付近までほ
ぼ全打点にわたり過大電流によるちりが発生し、ナゲッ
ト径は打点の増加に従い大きくなり必要以上のナゲット
径が生成された。７００打点以降はナゲットの形成時刻
の遅れによって十分な飽和時間が得られない場合が多く
約１０００打点で電極寿命となった。図１８に示す本実
施例の制御方法では電極先端の状態に応じて、ナゲット
生成とナゲット径確保に必要な適正な電流制御が行われ
るため、ナゲットの生成時刻およびナゲット径もほぼ一
定に安定しておりステップアップ制御の約２倍の電極寿
命となった。また、ちりの発生頻度も大幅に減少し、ち
りが発生した場合でも通電終期のナゲットが十分成長し
た後によるものが多く、ナゲット径は十分に確保されて
いる。このように本実施例の制御方法によれば、所定の
時間に所定のナゲット径が安定に確保でき、さらにちり
発生数の減少、電極の長寿命化などの効果があることも
実証された。以上の実験結果からも明らかに本実施例に
よれば、所定の時間にナゲットが生成開始し、所定の時
間に所定のナゲット径が生成されるように溶接電流が制
御されるため、溶接部を良好な発熱状態に制御すること
ができ、確実に溶接の品質を保つことができる効果を奏
するものである。なお、各請求項で説明した実施例は本
発明になんら限定を与えるものではなく、本発明の要旨
を変えない範囲内で種々の変形実施が可能であることは
いうまでもない。

【００１６】

【発明の効果】本発明の請求項１および２の手段によれ
ば、溶接中のナゲットの形成状況を汎用性を持って監視
し、その状態に応じてインプロセスに溶接条件を変更し
て確実に所定のナゲット径を生成するもので、各打点毎
に確実且つ高品質な溶接を実現できる。また、本発明の
請求項３の手段によれば溶接部の温度上昇をモニタリン
グすることで溶接中のナゲットの形成開始時刻、ナゲッ
ト径の成長等の状況を汎用性をもって推定できる。さら
に本発明の請求項４の手段によれば溶接部の計算モデル
に設定した基準点の温度上昇と基準の温度上昇を比較す
ることによって溶接電流を同一溶接中に変化させ、ナゲ
ットの生成に必要な発熱状態にすることができる。ま
た、本発明の請求項５の手段によれば基準点の温度上昇
モデルを設定することで基準の温度上昇を算出すること
ができ、所定のナゲットの生成に必要な溶接電流の変更
量を算出することができる。さらに、本発明の請求項６
の手段によれば基準点の所定の時間の目標温度から基準
の温度上昇を算出することができ、所定のナゲットの生
成に必要な溶接電流の変更量を算出することができる。
また、本発明の請求項７の手段によれば基準点を溶接部
中心とすることで、各打点毎に確実に所定の時間にナゲ
ットを生成開始させることができる。さらに本発明の請
求項８の手段によれば基準点を溶接終了時に必要なナゲ
ット径の外径位置とすることで、各打点毎に確実に所定
の時間に所定のナゲット径を生成させることができる。
また、本発明の請求項９の手段によれば基準点を溶接部
中心に設定し、さらに別の基準点を溶接終了時に必要な
ナゲット径の外径位置とすることで溶接電流を制御すれ
ば、各打点毎に確実に所定の時間にナゲットを生成開始
させ溶接終了時に所定のナゲット径を生成させることが
できる。このように、本発明によれば溶接中のナゲット
の生成状況を汎用性を持って監視し、その状態に応じて
インプロセスに溶接条件を変更して確実に所定のナゲッ
ト径を生成するもので、各打点毎に確実且つ高品質な溶
接を実現できる優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の抵抗溶接の制御装置の構成を示
すブロック説明図

【図２】同制御装置において用いられる熱伝導計算を利
用したシミュレータを説明するフローチャート

【図３】（ａ）請求項２記載の抵抗溶接の制御方法にお
ける動作を説明するフローチャート （ｂ）同制御方法における別の動作を説明するフローチ
ャート

【図４】請求項３記載の抵抗溶接の制御方法における連
続打点に伴うナゲット形成状況の説明図

【図５】同制御方法における連続打点に伴う溶接部中心
の温度変化の説明図

【図６】同制御方法におけるナゲットの生成開始時間の
推定精度の説明図

【図７】（ａ）請求項３記載の抵抗溶接の制御方法にお
ける溶接中の板−板間温度変化の説明図 （ｂ）図７（ａ）における温度変化の観測位置を示す説
明図

【図８】請求項４記載の抵抗溶接の制御方法における溶
接電流変化と温度上昇変化を表す説明図

【図９】同制御方法における溶接電流変化と温度上昇変
化の関係を示す説明図

【図１０】（ａ）請求項５記載の抵抗溶接の制御方法に
おける溶接中の制御の動作とそれに伴う溶接電流の変化
の説明図 （ｂ）同制御方法における温度上昇モデルから基準の温
度上昇を算出する方法の一実施例の説明図

【図１１】（ａ）請求項６記載の抵抗溶接の制御方法に
おける溶接中の制御の動作とそれに伴う溶接電流の変化
の説明図 （ｂ）同制御方法における目標点から基準の温度上昇を
算出する方法の一実施例の説明図

【図１２】（ａ）請求項７記載の抵抗溶接の制御方法に
おける溶接中の制御の動作とそれに伴う溶接電流の変化
の説明図 （ｂ）同制御方法における溶接部中心の所定の時間に溶
融点に至るまでの温度変化と、所定の時間にナゲットが
生成開始することを示した説明図

【図１３】請求項７記載の抵抗溶接の制御方法における
溶接実験例で溶接中の溶接電流変化と電極間抵抗変化の
説明図

【図１４】請求項７記載の抵抗溶接の制御方法における
溶接実験例で溶接中の溶接部中心の温度変化とナゲット
径変化の説明図

【図１５】（ａ）請求項８記載の抵抗溶接の制御方法に
おける溶接中の電流変化を示す説明図 （ｂ）同制御方法における溶接中の溶接部中心および所
定のナゲット径外径位置の温度変化とナゲット径変化を
示す説明図 （ｃ）図１５（ｂ）において温度変化の観測位置を示す
説明図

【図１６】（ａ）請求項９記載の抵抗溶接の制御方法に
おける溶接中の制御の動作とそれに伴う溶接電流の変化
の一実施例を示す説明図 （ｂ）同制御方法における溶接中の溶接部中心および所
定のナゲット径外径位置の温度変化とナゲット径変化を
示す説明図

【図１７】請求項９記載の抵抗溶接の制御方法における
溶接実験例で従来法（打点ステップアップ制御）の場合
の説明図

【図１８】請求項９記載の抵抗溶接の制御方法における
溶接実験例で本発明の制御方法の場合の説明図

【符号の説明】

１ 電圧検出部 ２ 電流検出部 ３ 第１演算部 ４ 第２演算部 ５ 制御部 ６ 溶接機 ８（ａ）、（ｂ）、（ｃ） 目標温度（Ｔ_M ） １０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、
（ｆ）、（ｇ） 溶接電流（Ｉ） １３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ） ナゲッ
ト径（ｄｎ） １５（ａ）、（ｂ） 所定のナゲット径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−178275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/24 394 B23K 11/24 310

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱伝導計算を利用したシミュレータを用い
   て同一溶接中に少なくとも一回溶接部のナゲット形成状
   況を表す状態量を推定し、推定したナゲット形成状況を
   表す状態量と、基準の状態量を比較し溶接条件の修正量
   を算出し、算出した修正量から溶接条件の変更を行う抵
   抗溶接の制御方法において、ナゲット形成状況を表す状
   態量を、シミュレータの計算モデルにおいて少なくとも
   一つの基準点の温度上昇として、さらに基準の状態量を
   前記基準点における基準の温度上昇としたことを特徴と
   する抵抗溶接の制御方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載した抵抗溶接の制御方法に
   おいて、シミュレータの計算モデルに少なくとも１つの
   基準点を設け、前記基準点において推定される温度上昇
   をナゲット形成状況を表す状態量とし、前記基準点にお
   ける基準の温度上昇を基準の状態量として、さらに修正
   する溶接条件を溶接電流としたことを特徴とする抵抗溶
   接の制御方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の抵抗溶接の制御方法におい
   て、基準点の温度上昇モデルを予め設定し、溶接中にシ
   ミュレータにより算出された基準点の温度上昇と、前記
   温度上昇モデルより基準の温度上昇を算出することを特
   徴とした抵抗溶接の制御方法。
4. 【請求項４】請求項２記載の抵抗溶接の制御方法におい
   て、基準点の目標温度を所定の時間に設定し、溶接中に
   シミュレータにより算出された基準点の温度上昇と、前
   記所定の時刻の目標温度から基準の温度上昇を算出する
   ことを特徴とする抵抗溶接の制御方法。
5. 【請求項５】請求項２記載の抵抗溶接の制御方法におい
   て、基準点を溶接部中心として溶接電流を制御すること
   で、所定の時間にナゲットを生成開始させることを特徴
   とする抵抗溶接の制御方法。
6. 【請求項６】請求項２記載の抵抗溶接の制御方法におい
   て、基準点を要求するナゲット径の外径位置として溶接
   電流を制御することで、所定の時間に所定のナゲット径
   を生成させることを特徴とする抵抗溶接の制御方法。
7. 【請求項７】請求項２記載の抵抗溶接の制御方法におい
   て、第１の基準点を溶接部中心として溶接電流を制御
   し、所定の時間にナゲットを生成開始させ、さら に第２
   の基準点を要求するナゲット径の外径位置として溶接電
   流を制御し所定の時刻に所定のナゲット径を生成させる
   ことを特徴とする抵抗溶接の制御方法。