JP3651301B2 - スポット溶接制御装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接中の電極間変位量を経時的に検出することによって高品質のスポット溶接ができるようにしたスポット溶接制御装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スポット溶接の品質を管理、向上させるため様々な方法が提案されている。これらの方法の中には、溶接電流通電中（ナゲット生成過程）の被溶接部材の熱膨張の状況からスポット溶接の状態（信頼性）を調べる方法がある。
【０００３】
例えば、特公昭４８−４１４２２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、溶接電流通電中の熱膨張による被溶接部材の最大変位量Ｈmax によりナゲット径を推定し、このナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００４】
また、例えば米国特許３４００２４２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、熱膨張による被溶接部材の変位速度ｄｈ／ｄｔにより溶接時に形成されるナゲット径を推定し、この推定したナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００５】
さらに、特開平７−２３２２７９号公報に開示されている発明は、溶接電流通電終了後の被溶接部材の収縮状況を検出し、これによって、溶接の信頼性を測ろうとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの方法でも、被溶接部材と電極との接触状態が正規の状態から外れて行なわれた場合には、溶接中の散りの発生や初期接触抵抗値のバラツキ、または近傍に存在する溶接済み打点への溶接電流の分流などが原因となって、推定したナゲット径から溶接の信頼性を定量的に測ることは困難になる。
【０００７】
たとえば、図１２（Ａ）に示すように被溶接部材Ｗ同士が隙間がある状態で溶接された場合には、電極間変位量の経時変化は、図１２（Ｂ）に示すように正規の状態（被溶接部材間に隙間がなく、電極が溶接部材に垂直に当接している状態）で得られる最大変位量Ｈmax よりもかなり小さな最大変位量ｈmax を呈する経時変化となる。
【０００８】
また、図１３（Ａ）に示すように被溶接部材Ｗに対して電極１が傾いた状態、すなわち打角が不適当な状態で溶接された場合にも、電極間変位量の経時変化は、図１３（Ｂ）に示すように正規の状態で得られる最大変位量Ｈmax よりもかなり小さな最大変位量ｈmax を呈する経時変化となる。
【０００９】
さらに、上記のいずれの場合にも、電極間変位速度ｄｈ／ｄｔは、正規の状態で得られる電極間変位速度ｄｈ／ｄｔよりも小さな値になる。
【００１０】
したがって、上記した従来のいずれの方法によっても、被溶接部材Ｗに隙間があったり、打角が不適当な状態で溶接された場合には、最終的に溶接品質に問題がないような溶接が行なわれた場合であっても溶接不良と判定されてしまうことになる。
【００１１】
また、上記した従来の方法は、溶接中に得られた電極間変位量から、事後的に溶接の信頼性を測るものであるから、溶接結果から得られた溶接条件のフィードバックは、次の溶接作業から可能となる。したがって、従来の方法では最低でも一個の溶接品が不良になることを容認しなければならない。
【００１２】
本発明は、このような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、その第１の目的は、被溶接部材と電極との接触状態の如何に拘らず、検出された電極間変位量の経時的な変化からナゲット径の推定（溶接の信頼性または溶接品質に等価）を正確にすることができ、その推定されたナゲット径に基づいて、高品質の溶接に必要となる最適な溶接条件を算出できるようにするスポット溶接制御装置およびその制御方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、被溶接部材と電極との接触状態の如何に拘らず、刻々と検出される電極間変位量の変化状態に基づいて、最適な溶接条件をリアルタイムで設定することができるようにしたスポット溶接制御装置およびその制御方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
【００１５】
請求項１に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００２５】
上記第２の目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量と前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正して前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件設定手段は、前記電極間変位量検出手段によって検出される電極間変位量が前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または請求項１２に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件設定手段は、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線が前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量または前記通電制御手段によって行なわれた溶接が適正であるかどうかを表示する表示手段をさらに有することを特徴とする。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４または請求項１５に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、一対の電極の磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とする。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１７または請求項１８に記載のスポット溶接制御方法において、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は次のような効果を奏する。
【００４１】
請求項１、請求項２または請求項７に記載の発明によれば、一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、この検出された電極間変位量の内の一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘らず、溶接状態の正確な判定が可能になる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、検出された被溶接部材の厚さに応じて溶接条件を設定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘らず、より適した溶接条件の下で溶接をすることができるようになる。
【００４３】
請求項４または請求項５に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して電極間変位量を補正するようにし、一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、この検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電極の磨耗の程度の如何に拘らず、溶接状態の正確な判定が可能になる。
【００４４】
請求項６に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して電極間変位量を補正するようにし、検出された被溶接部材の加圧状態に応じて溶接条件を設定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電極の磨耗の程度の如何に拘らず、より適した溶接条件の下で溶接をすることができるようになる。
【００４５】
請求項８または請求項１０に記載の発明によれば、検出された電極間変位量と記憶されている基準電極間変位量とを比較することによって溶接条件を設定し、その溶接条件を、優先順位や重み付けにより、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定するようにしたので、時々刻々と変化する溶接状態に対してリアルタイムで溶接条件を変更することができるようになり、常に適した溶接をすることができるようになる。
【００４６】
請求項９または請求項１０に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変位量を補正するようにし、溶接条件を、優先順位や重み付けにより、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定するようにしたので、最適な溶接をすることができるようになる。
【００４７】
請求項１１、請求項１３または請求項１７に記載の発明によれば、検出された電極間変位量から算出した回帰直線と記憶されている基準回帰直線とを比較することによって溶接条件を設定するようにしたので、時々刻々と変化する溶接状態に対してリアルタイムで溶接条件を変更することができるようになり、常に適した溶接をすることができるようになる。
【００４８】
請求項１２または請求項１８に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変位量を補正するようにしたので、最適な溶接をすることができるようになる。
【００４９】
請求項１４、請求項１６または請求項１９に記載の発明によれば、溶接条件を、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定することができるようになる。
【００５０】
請求項１５に記載の発明によれば、電極間変位量または溶接が適正であるかどうかを表示するようにしたので、溶接状態を随時確認することができるようになる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明のスポット溶接制御装置およびスポット溶接制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５２】
図１は、本発明にかかるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【００５３】
スポット溶接制御装置は、溶接ガン１０の動作を制御する溶接ガン制御装置２０、溶接ガン１０の動作状態を検出するセンサ部３０から構成される。
【００５４】
溶接ガン制御装置２０は、データ処理装置２２、演算装置２４と記憶装置２６から構成される。
【００５５】
データ処理装置２２は、センサ部３０から出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量の経時変化（電極間変位量データ）を演算装置２４や記憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。
【００５６】
演算装置２４は、データ処理装置２２からの検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデータ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電極間変位量データ、基準データ）により、可動電極１２の磨耗量、固定電極１４の磨耗量、これらの磨耗量に対する補正量、溶接状態の判定などの演算をする。
【００５７】
記憶装置２６は、データ処理装置２２からの検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶したり、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力される電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成された）ことを判定するために予め設定されている基準データを記憶したりするものである。
【００５８】
なお、基準データは、正規の状態（被溶接部材間に隙間がなく、両電極が被溶接部材を垂直に加圧している状態）で得られる電極間変位量の経時変化とその最大変位量Ｈmax からなるデータであり、たとえば、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示してあるようなデータである。
【００５９】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された電極間変位量データと基準データとを比較して、この比較結果から溶接状態の信頼性が十分であるか、溶接品質に問題がないかを判定することになる。この判定の結果、溶接品質に問題があると判断された場合には、最適な溶接条件を作成し、この溶接条件を次回以降の溶接条件とする。作成された溶接条件は、溶接電流を制御する外部装置に設定される。
【００６０】
センサ部３０は、電極間変位量検出手段として機能するエンコーダ３２と、電極の磨耗量や基準位置を決定するために使用される電極先端検出センサ３４とを有している。
【００６１】
エンコーダ３２は、溶接ガン１０の可動電極１２の位置を検出するセンサであり、この位置は、可動電極１２を昇降させるサーボモータ３４の回転量から検出される。
【００６２】
電極先端検出センサ３６は、可動電極１２の先端位置を検出するセンサであって、予め設定されている初期位置（原位置）から電極先端検出センサ３６によって可動電極１２の先端が検出されるまでの可動電極１２の変位量（後で示す可動電極位置データ(1)）から可動電極１２の磨耗量を検出するために用いられるものである。
【００６３】
次に、図１のスポット溶接制御装置の動作について説明する。
【００６４】
スポット溶接制御装置は、以下の手順で溶接ガン１０の動作を制御する。
【００６５】
《電極の磨耗量に基づく補正量の算出》
スポット溶接制御装置は、溶接をする前に可動電極１２と固定電極１４の磨耗量を検出し、これらの磨耗量に基づいて可動電極１２に設定されている初期位置（原位置）を補正する。すなわち、可動電極１２と固定電極１４は、溶接を重ねるごとにその先端部分が磨耗する。磨耗した可動電極１２と固定電極１４から得られた電極間変位量データは、新品の可動電極１２と固定電極１４を用いて得られる電極間変位量データとは異なってしまうため、正確に溶接状態を判定することが困難になる。可動電極１２と固定電極１４の磨耗量に基づく補正は、こうした不具合を防ぐため行なわれるものである。
【００６６】
以下、電極の磨耗量を検出して補正する具体的な手順を説明する。
【００６７】
まず、データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１２の先端が電極先端検出センサ３６で検出されるまで現在設定されている初期位置（原位置）から可動電極１２を下降させる。このときのサーボモータ３４の回転量、すなわち可動電極１２の初期位置からの変位量は、エンコーダ３２によって検出され、可動電極位置データ(1)としてデータ処理装置２２を介して演算装置２４に入力される。
【００６８】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２の可動電極位置データ(1)と今測定された可動電極位置データ(1)とを比較し、両可動電極位置データ(1)の値が相違していた場合には、その差値（磨耗量）を可動電極１２の補正量として記憶装置２６に記憶する。
【００６９】
可動電極１２の補正量を算出した後、再度データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１２の先端が固定電極１４の先端に当接するまで可動電極１２を下降させる。このときのサーボモータ３４の回転量、すなわち可動電極１２の初期位置からの変位量は、エンコーダ３２によって検出され、可動電極位置データ(2)としてデータ処理装置１２を介して演算装置２４に入力される。
【００７０】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２と固定電極１４による可動電極位置データ(2)と今測定された可動電極位置データ(2)とを比較し、両可動電極位置データ(2)の値が相違していた場合には、その差値（可動電極１２と固定電極１４の磨耗量の和）を求め、この差値から前回求めた可動電極１２のみの補正量（磨耗量）を差し引いて固定電極１４の磨耗量を求める。これを固定電極１４の補正量として記憶装置２６に記憶する。
【００７１】
《電極間変位量データの測定を開始する基準位置の設定》
以上の手順によって両電極１２，１４の補正量を算出した後、電極間変位量データの測定を開始する基準位置に可動電極１４を設定する。
【００７２】
以下、基準位置の設定の具体的な手順について説明する。
【００７３】
まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２が初期位置から新品の固定電極１４に接触するまでの変位量と、これから溶接しようとしている被溶接部材の総板厚と、可動電極１２と固定電極１４の補正量とから基準位置を算出する。この基準位置は、新品の可動電極１２が初期位置から新品の固定電極１４に接触するまでの変位量から被溶接部材の総板厚を引いて、これに可動電極１２と固定電極１４の補正量を加えることによって求められる。つまり、基準位置は、新品の可動電極１２と固定電極１４を用いた場合に、可動電極１２の先端が被溶接部材を加圧することなく接触する位置であり、被溶接部材が正規に加圧される場合の可動電極１２の位置である。この基準位置は、記憶装置２６に記憶される。
【００７４】
なお、溶接ガン１０の懐開口部に被溶接部材を置かずに、基準位置から可動電極１２を下降させ、可動電極１２が固定電極１４を所定の加圧力で加圧する可動電極１２の位置、すなわち固定電極１４の先端位置は、基準加圧位置として記憶装置２６に記憶される。
【００７５】
演算装置２４によって基準位置の算出が終了したら、被溶接部材を溶接ガン１０の懐開口部内で固定電極１４に接触させた状態で固定し、データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１４の先端が被溶接部材に加圧することなく接触する位置、すなわち、算出された基準位置まで可動電極１４を下降させる。
【００７６】
《被溶接部材の加圧位置の適否判定》
次に、この基準位置を基準として、実際に被溶接部材が所望の加圧力で加圧されるように可動電極１２をさらに下降させる。このとき、サーボモータ３４はトルク制御する。したがって、可動電極１２は、被溶接部材を所望の加圧力（トルク）で加圧したところで自然に停止することになる。この下降位置（加圧位置）を検出することによって、被溶接部材が両電極１２，１４にどのような状態（正規の状態、打角が不適当な状態または被溶接部材間に隙間がある状態）で加圧されているかを知ることができる。したがって、検出された加圧位置に応じて溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）が補正される。また、検出された加圧位置が著しく不適切であるときには、被溶接部材の種類が予定の種類と異なっている可能性があるか、その他のトラブルの発生が予想されることから、溶接作業が中止される。
【００７７】
以下、被溶接部材の加圧位置の適否を判定する手順について具体的に説明する。
【００７８】
データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、基準位置まで下降している可動電極１２をさらに一定の加圧力で下降させる。このときの基準位置から可動電極１２が被溶接部材を一定の加圧力で加圧して停止するまでの可動電極１２の変位量はエンコーダ３２によって検出され、この変位量と基準位置とから可動電極１２の位置が加圧位置として算出される。この加圧位置は記憶装置２６に記憶される。
【００７９】
次に演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている基準加圧位置（換言すれば、固定電極１４の先端位置）に、溶接される被溶接部材の総板厚を加えさらに許容値を加えて得られる第１基準位置と、記憶装置２６に記憶されている加圧位置とが比較され、加圧位置が第１基準位置を越えている場合（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある場合）には被溶接部材間に隙間がある状態であるか、あるいは打角が不適当な状態であると考えられるので、記憶装置２６に記憶されている溶接条件の内、その状態に最も適した溶接条件を選んで溶接電流を制御する外部装置（図示せず）にその溶接条件を設定する。
【００８０】
また、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている基準加圧位置に、溶接される被溶接部材の総板厚を加え、この値から許容値を差し引いて得られる第２基準位置と、記憶装置２６に記憶されている加圧位置とを比較し、加圧位置が第２基準位置を越えている場合（加圧位置が第２基準位置より固定電極側にある場合）には、被溶接部材の総板厚よりも小さい間隔で可動電極１２と固定電極１４とが対峙していることになるので、可動電極１２または固定電極１４に異常があるか、被溶接部材に対する溶接条件が不良であると判断し、「異常」を出力して溶接を中断する。
【００８１】
《スポット溶接》
上記の処理によって設定された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）に基づき、溶接ガン１０は被溶接部材を溶接条件にしたがった加圧力で加圧し、溶接電流を制御する外部装置は溶接条件にしたがった溶接電流をその条件で設定された通電時間だけ溶接ガン１０に供給する。
【００８２】
《スポット溶接の判定》
スポット溶接が行なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データと両電極１２，１４の補正量から、概念的には図２に示すようなグラフを作成する。
【００８３】
図２に示すグラフは、通電時間ｔに対して基準位置（ａに示す位置）からの可動電極１２の電極間変位量ｈをプロットして得られるものである。可動電極１２は、基準位置から被溶接部材を加圧するために固定電極１４に向けて下降し、被溶接部材を一定の加圧力で加圧したところ（加圧位置）で停止する。
【００８４】
図２に示したように、正規の状態で加圧された場合には、電極間変位量ｈは点ｑ（加圧位置）から始まる曲線１に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。また、被溶接部材間に隙間がある場合には、電極間変位量ｈは、正規の状態で加圧される場合よりも上（可動電極側）の点ｐ（加圧位置）から始まる曲線２に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。さらに、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合には、電極間変位量ｈは、点Ｐよりもさらに上（可動電極側）の点ｏ（加圧位置）から始まる曲線３に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。
【００８５】
このように、正規の状態で加圧された場合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合には、加圧位置（ｑ，ｐ，ｏ）がそれぞれ異なるが、いずれの場合にも、被溶接部材への通電が開始され、被溶接部材が溶け始める通電時間Ｔ以降では、電極間変位量は同じような変化をし、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。
【００８６】
したがって、このような特徴を利用し、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準データとを比較することによって、適正な溶接が行なわれたかどうかを正確に判定することがとができる。
【００８７】
すなわち、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データに記憶装置２６に記憶されている基準データを重ね、基準データの一定の範囲内（予め定められた許容範囲内）に電極間変位量データが収まれば、適切な溶接が行なわれたものと判断し、そうでない場合には、適切でない溶接が行なわれたものと判断し、基準データとのずれの大きさに応じて次回以降に用いる溶接条件を設定する。
【００８８】
このように、本実施の形態においては、基準位置を基準として電極間変位量データをとっている。ところが従来は、本実施の形態における加圧位置を基準として電極間変位量データをとっているので、とられたデータは、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示してあるような基準データから大きく外れた曲線となってしまう。本実施の形態では、基準位置を基準として電極間変位量データをとることによって、両データのレベルを合わせ、基準データと比較できるようにしているのである。
【００８９】
次に、以上に述べた本実施の形態の処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００９０】
演算装置２４は、記憶装置２６から溶接条件を読み込み（Ｓ１）、この条件に基づいて被溶接部材を加圧する加圧力、溶接電流、通電時間という具体的な溶接条件を設定する（Ｓ２）。次に、可動電極１２の先端を基準位置（正規な状態の下で被溶接部材に接触する位置）まで移動し（Ｓ３）、基準位置からさらに可動電極１２を下降させて被溶接部材を加圧し（Ｓ４）、可動電極１２の基準位置からの変位量により可動電極１２の加圧位置を算出する（Ｓ５）。
【００９１】
続いて、この加圧位置が、第１基準位置または第２基準位置を越えていないかどうかが判断され（Ｓ６）、この判断の結果、加圧位置が第１基準位置と第２基準位置との間にあれば、正規の状態であるから、設定された溶接条件によりスポット溶接を行なう（Ｓ７）。そして、溶接中の電極間変位量を一定の時間間隔で通電時間が終了するまで連続的に検出し、記憶装置２６に記憶させる（Ｓ８〜Ｓ１０）。通電終了時間になったら、通電を終了して（Ｓ１１）、ガンを開放し、スポット溶接作業を終了する（Ｓ１２）。
【００９２】
一方、ステップＳ６で、加圧位置が、第１基準位置を越えている（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある）と判断された場合には、電極間の距離が正規の状態のときよりも広いので（Ｓ１３）、加圧位置が溶接条件の補正ができる範囲内である場合には（Ｓ１４）、設定された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）を加圧位置に合わせて補正する（Ｓ１５）。また、加圧位置が、第２基準位置を越えている（加圧位置が第２基準位置より固定電極側にある）と判断された場合には、電極間の距離が正規の状態のときよりも狭いので（Ｓ１３）、可動電極１２または固定電極１４に異常があるか、被溶接部材に対する溶接条件が不良であると判断し、「異常」を出力して溶接を中断する。なお、加圧位置が、第１基準位置を越えている（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある）と判断された場合でも、加圧位置が溶接条件の補正ができる範囲を大きく越えている場合には、適切な溶接をすることができないので、「異常」を出力して溶接を中断する（Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１６）。
【００９３】
このように、本実施の形態では、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準データとを比較することによって、正規の状態で加圧された場合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合のいずれの場合でも、適正な溶接が行なわれたかどうかが正確に判定できることになる。
【００９４】
以上の実施の形態では、電極間変位量を基準位置を基準としてサンプリングし、そのサンプリングしたデータから溶接が適切に行なわれたかどうかを判断したり、次回以降の溶接条件を変更したりしているが、次に示す実施の形態では、電極間変位量は従来通りの手法でサンプリングし、そのサンプリングしたデータから被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度などをリアルタイムに算出して現在行なわれつつある溶接の電流密度の大きさを推定し、その推定に基づいて溶接条件をリアルタイムに変更している。
【００９５】
以下に第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００９６】
図４は、第２の実施の形態におけるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【００９７】
スポット溶接制御装置には、第１の実施の形態とは異なり、溶接ガン１０の電極間に溶接電流を供給する溶接電流制御装置４０が設けられ、これに伴って溶接ガン制御装置２０には、溶接電流制御装置４０との情報を授受するための外部入出力装置２８が設けられている。
【００９８】
なお、溶接ガン制御装置２０は、溶接条件を演算された推定電流密度に基づいて自動的に修正する自動修正モード、溶接条件を作業者が手動で修正する手動修正モードを選択できるようになっており、この選択は、溶接ガン制御装置２０に設けられている図示しないコントロールパネルのボタン操作によって行なう。
【００９９】
データ処理装置２２は、センサ部３０から出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量の経時変化を演算装置２４や記憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。
【０１００】
出力される検出情報の内、可動電極位置データは、外部入出力装置２８を介して図示しないロボット制御装置に出力され、それに接続されている教示ペンダントや作業者用の表示装置に溶接中の熱膨張量の経時変化が数値としてまたグラフとして表示され、溶接状態をリアルタイムに確認することができるようになっている。溶接ガン制御装置２０が手動修正モードに設定されている場合には、作業者は、この教示ペンダントの表示に基づいて、手動操作で溶接条件を変更することになる。
【０１０１】
演算装置２４は、データ処理装置２２からの検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデータ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電極間変位量データ、基準電極間変位量、回帰モデル、電極先端径、適正電流密度）により、回帰直線の算出、推定電流密度の算出、溶接状態（溶接品質）のリアルタイムな判定などを行なう。
【０１０２】
記憶装置２６は、データ処理装置２２からの検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶したり、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力される電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成された）ことを判定するために予め設定されている基準電極間変位量や基準回帰直線としての回帰モデルを記憶したり、溶接条件を変更する必要があるかどうかを判断するための適正電流密度を記憶したりするものである。なお、基準電極間変位量及び回帰モデルは、図９に示すような電極間変位量の経時的変化に関するデータである。
【０１０３】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された電極間変位量データから図８に示すような回帰直線を算出し、算出された回帰直線から現在どのような溶接が行なわれつつあるかを認識するための推定電流密度を演算し、これを適正電流密度と比較して、この比較結果から、このままの溶接条件で溶接しても信頼性の十分な溶接ができるか、または溶接条件を変更しないと信頼性の十分な溶接作業をすることができないかを判定することになる。この判定の結果、信頼性の十分な溶接作業をすることができないと判断された場合には、最適な溶接条件を作成し、作成された溶接条件は、リアルタイムに外部入出力装置２８を介して溶接電流制御装置４０に設定される。
【０１０４】
溶接電流制御装置４０は、設定された溶接条件にしたがって、可動電極１２と固定電極１４とによって挟まれた被溶接部材に電流を流し、スポット溶接をする。
【０１０５】
図５は、溶接条件のリアルタイムな修正や溶接品質の判定の処理を示すフローチャートであり、図６は、図５のフローチャートにおける推定電流密度算出のサブルーチンフローチャートであり、図７は、図５のフローチャートにおける溶接条件最適化処理のサブルーチンフローチャートである。
【０１０６】
《推定電流密度算出》
まず、可動電極１２と固定電極１４とによって被溶接部材を加圧する。このとき、可動電極１２と固定電極１４が所定の打角で被溶接部材を加圧するようにする。なお、打角は被溶接部材面に対して垂直な方向を０゜としたときに５゜程度の傾きならば溶接品質には悪影響を与えない。加圧位置まで可動電極１２が下降したら、予め決められた溶接条件により通電が開始される（Ｓ２１）。
【０１０７】
通電が始まると被溶接部材は膨張して可動電極１２をその加圧力に抗して押し上げるが、このときの可動電極１２と固定電極１４との間隔の変化量、すなわち、電極間変位量が可動電極１２の変位量としてエンコーダ３２によって測定される。この電極間変位量は、連続的に、または０．５ｍｓｅｃあるいは１〜５ｍｓｅｃ程度のごく僅かな時間間隔ごとにサンプリングされ（Ｓ２２）、この測定結果は記憶装置２６に記憶される（Ｓ２３）。なお、サンプリング間隔はこのような時間間隔に限定されるものではなく、後述する回帰直線の算出時間間隔に合わせて適宜設定すると良い。
【０１０８】
そして、測定した電極間変位量から、一定の時間間隔ｔwidth ごとに回帰直線を求め、求めた回帰直線の傾きと切片を記憶する。ここで求める回帰直線は、図８に示すように、横軸を時間軸Ｔ、縦軸を変位量ｈとした２次元平面における直線である。また、回帰直線の切片とは、回帰直線の時間軸上０の切片である。
【０１０９】
これにより得られる回帰直線は、ｈ＝θ１×Ｔ＋ＨT0となる。ここで、式中、ｈは電極間変位量、Ｔは時間、θ１は回帰直線の傾き、ＨT0は回帰直線の切片の値である。なお、回帰直線を一定時間間隔ごとに算出しているのは、得られた回帰直線に基づいて、現在行なわれつつある溶接状態をリアルタイムで判定するためである（Ｓ２４）。
【０１１０】
次に、このようにして求められた回帰直線により、可動電極１２と固定電極１４から被溶接部材に供給される電流の密度、すなわち推定電流密度を算出する。この推定電流密度の算出は、図６のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２５）。
【０１１１】
まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている現在使用中の可動電極１２と固定電極１４との電極先端径と現在行なわれつつある溶接に使用されている溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間、板厚など）を読み出すとともに（Ｓ４１，Ｓ４２）、演算装置２４でカウントされている溶接作業（通電）が開始されてから今現在までの通電経過時間を読み出して（Ｓ４３）、これらのデータ（電極先端径、加圧力、溶接電流、通電時間、板厚）の内の少なくとも１つ以上のデータと、通電経過時間及び算出された上記の回帰直線に基づいて、記憶装置２６に予め記憶されている回帰モデルの中で、現在の溶接状態に最も近似または適合する回帰モデルが存在するかどうかを探索する（Ｓ４４）。適合する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルから推定電流密度を算出し、一方、近似する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルを補間して推定電流密度を算出する（Ｓ４５）。
【０１１２】
《溶接条件最適化》
このようにして推定電流密度の算出が終了すると、演算装置２４は、記憶装置２６に予め記憶してある現在の溶接条件に対する適正電流密度を読み出して、演算された推定電流密度とこの適正電流密度（許容範囲が設けてある）とを比較し、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内であれば、溶接条件として設定されている通電時間まで、Ｓ２２〜Ｓ２５までの処理を繰り返し、現在設定されている溶接条件にしたがって溶接作業を継続する（Ｓ２６，Ｓ３０）。
【０１１３】
一方、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内でなければ、溶接ガン制御装置２０が溶接条件の自動修正モードに設定されているかどうかが判断され（Ｓ２７）、自動修正モードに設定されていなければ、演算装置２４は演算した推定電流密度を記憶装置２６に記憶させる。また、自動修正モードに設定されていれば、現在の溶接条件を最適な溶接条件に変更するための溶接条件最適化処理が行なわれる。この溶接条件最適化処理は、図７のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２９）。
【０１１４】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている溶接条件最適化の溶接パラメータを読み込む。この溶接条件最適化の溶接パラメータは、溶接条件を変更する場合の適用の優先順位、適用の重み付け、溶接条件最適化の有効／無効の状態に関するものである。たとえば溶接条件を変更するための要素として、溶接電流、通電時間、加圧力、電極先端径が設定されている場合には、ある回帰モデルに対しては、たとえば、それらの優先順位を「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、「電極先端径」が４番、適用の重み付けを「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％、「電極先端径」が４０％というように設定されている。なお、溶接条件最適化が「有効」に設定されている場合には、溶接条件が変更されるが、それが「無効」に設定されている場合には、溶接条件は変更されない（Ｓ５１）。
【０１１５】
読み込んだ溶接パラメータの優先順位に溶接電流を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５２）、その溶接電流に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の溶接電流値を変更する。たとえば、上記の例では、「溶接電流」の重み付けが２０％であるので、現在の溶接電流値を２０％上昇させる（Ｓ５３，Ｓ５４）。
【０１１６】
また、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に通電時間を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５５）、その通電時間に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の通電時間を変更する。たとえば、上記の例では、「通電時間」の重み付けが３０％であるので、現在の通電時間を３０％長くする（Ｓ５６，Ｓ５７）。
【０１１７】
さらに、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に加圧力を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５８）、その加圧力に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の加圧力を変更する。たとえば、上記の例では、「加圧力」の重み付けが１０％であるので、現在の加圧力を１０％上昇させる（Ｓ５９，Ｓ６０）。
【０１１８】
そして、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に電極先端径（チップドレス開始）の指令が含まれている場合には（Ｓ６１）、ロボットを制御する制御装置にチップドレス指令を出力して、可動電極１２と固定電極１４の電極チップをドレスする（Ｓ６２）。
【０１１９】
たとえば、図５のフローチャートのＳ２５のステップで算出された回帰直線が＋Ｂランクに示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（多過ぎる）ので、図１０に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値をやや減少させ、通電時間をやや減少させ、加圧力をやや増加させるという指令が出される。
【０１２０】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が２０％減少され、通電時間が３０％減少され、また加圧力が１０％増加されることになる。
【０１２１】
また、算出された回帰直線が−Ｃランクに示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（少な過ぎる）ので、図１０に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値を増加させ、チップドレスを行なうべき指令が出される。
【０１２２】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「電極先端径」が２番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が５０％、「電極先端径」が５０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が５０％増加され、可動電極１２と固定電極１４の電極チップを研磨するチップドレスが行なわれることになる。このような溶接条件は、各回帰モデル毎に設けられている。
【０１２３】
このようにして溶接条件の変更が行なわれた後に、この変更された溶接条件の下で再び回帰直線が算出され、この回帰直線に基づく新たな溶接条件が算出される。このように溶接条件の変更を頻繁に繰り返し、図９の理想的な回帰モデル（Ａランク）に近い状態で溶接が行なわれるようにしている。
【０１２４】
なお、入熱速度が遅い場合（回帰直線の傾きが小さい場合）に、溶接電流を増加しているのは、入熱速度が速くなるように（回帰直線の傾きが大きくなるように）するためであり、また、入熱速度が速い場合（回帰直線の傾きが大きい場合）に、溶接電流を減少させ、加圧力を増加させているのは、入熱速度が遅くなるように（回帰直線の傾きが小さくなるように）するためである。これにより、散りの発生が抑制され、最短時間で理想の溶接を行うことができるようになる。
【０１２５】
本実施の形態で溶接をした場合の効果をさらに詳しく説明する。
【０１２６】
たとえば、図１２及び図１３に示したように、被溶接部材間に隙間がある状態または打角がある状態で同一の溶接条件で溶接した場合の電極間変位量の経時変化をグラフ化すると、図１１に示すようなグラフになる。
【０１２７】
図１１では、電極チップ先端の直径が８．０ｍｍのものを使用して打角および被溶接部材間の隙間（板隙）の大きさを変えて、それぞれ３点づつ実際にスポット溶接を行ったときの、電極間変位量と時間の関係を示すグラフであり、図中φの値は各サンプルにおいて溶接後、溶接部の破壊検査によって溶接状態の適否を判定するための指標となるナゲット径を実測した値である。なお、打角および板隙以外の通電条件などは同じである。
【０１２８】
この図から明らかなように、打角や板隙が変わることにより、膨脹時の変位量や、図８に示してある仮想飽和点に達する時間が異なることが分かる。そして仮想飽和点に達する時間（仮想飽和時間）は入熱速度と相関関係がある。すなわち、仮想飽和時間が長い程入熱速度が遅く、このため、ナゲット径が痩せている（小さい）ことが分かる。このような傾向は打角や板隙によらず、入熱速度とナゲット径の大きさに相関関係のあることを示している。したがって、入熱速度がわかればどの程度溶接電流を増加すれば適切な溶接をすることができるかが想定できるのである。なお、図１１においてサンプルデータは、各打角および板隙の条件ごとに３つのデータを示しているが、図面を見易くするために、図中、回帰直線や仮想飽和点、仮想飽和時間を示す点線については各条件ごとに１つのサンプルデータについてのみ示した。他のサンプルデータについても同様の傾向である。
【０１２９】
この図１１から分かる溶接時の熱膨張の傾向について説明する。
【０１３０】
まず、板隙は、複数の板材を重ね合わせて溶接する場合、その隙間は、被溶接部材と両電極１２，１４との間、および被溶接部材同士の間に発生する。ここで、図１１のＡおよびＢのサンプルデータを参照すると、打角０゜のときには、板隙のない方（板隙０ｍｍ）が板隙がある方（板隙５ｍｍ）より電極間変位量が多くなる傾向がある。これは、打角０゜で板隙があった場合には、通電開始により板材が溶融、軟化し馴染んでくるため、電極間変位量、その変位量の増加割合、すなわち傾きが共に減少しているものと考えられる。
【０１３１】
これに対し、データＣおよびＤで示した打角５゜の場合には、板隙のない方が変位量、傾き共に減少している。この傾向は、前述したように板隙がある場合に溶接を行うとこれが馴染むために、変位量が減少するといった考え方からすると逆の傾向である。このような打角５゜のときの傾向は、板隙がある場合には、被溶接部材のそれぞれが個別に曲げ強度を持ち、打角が５゜程度であれば両電極１２，１４の加圧力によって比較的容易に変形するため、通電直前の板隙（この場合は被溶接部材間の隙間）は両電極１２，１４の加圧力によって吸収され、結果的に板隙がない状態で溶接されたものと同等になることから生じると考えられる。ただし、打角が傾いていることから生じる被溶接部材と両電極１２，１４との接触不良（被溶接部材表面と各電極との隙間）は加圧力だけでは免れることができないので、上記ＡやＢのサンプルより変位量、傾き共に減少していると考えられる。
【０１３２】
一方、板隙が初めから０であると、その強度は各被溶接部材が全体として一体となっているために剛性が高くなり、被溶接部材が変形しにくいため、打角が傾いているために生じている接触不良は、板隙が初めからあり、被溶接部材が加圧力によって僅かに変形し得る場合（Ｃのサンプル）よりも悪い状態で溶接が始まり、結果的に打角が傾いている影響を大きく受けて、Ｃのサンプルよりも変位量が少なくまた傾きも小さくなったものと考えられる。
【０１３３】
したがって、単純に打角や板隙からはナゲット径がどの様になるかを推定することは困難であるが、本発明を適用することで、上述したように、打角や板隙がどの様な状態であっても、最終的には理想的な溶接状態で溶接されたのと同じ溶接を行なうことができる。
【０１３４】
以上のように溶接条件の変更が繰り返されながら通電時間が経過すると（Ｓ３０）、溶接電流制御装置４０は電極への通電を停止し（Ｓ３１）、溶接作業を終了する。
【０１３５】
《スポット溶接の判定》
スポット溶接が行なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データから、概念的には図１１に示すようなグラフを作成する。このグラフから傾きが０である回帰直線と実際に得られた電極間変位量データとの交点を求め、溶接時における熱膨張の飽和点を算出し（Ｓ３２）、この飽和点から被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間を算出し、これらを記憶装置２６に予め理想的な溶接モデルとして記憶されている被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間と比較して、溶接品質を判定している。
【０１３６】
なお、記憶装置２６に予め記憶されている基準電極間変位量に基づいて判定する場合には、電極間変位量データと基準電極間変位量とが比較され、一致していれば、溶接品質が良好であると判断することになる（Ｓ３３）。
【０１３７】
そして、溶接ガン制御装置２０が自動修正モードに設定されていれば（Ｓ３４）、図１１に示したような溶接経過を示す熱膨張推移グラフ、算出された推定電流密度、熱膨張飽和点、溶接品質判定結果を教示ペンダントや作業用の表示装置に表示させる（Ｓ３５）。一方、自動修正モードに設定されていなければ、自動修正モードの場合に表示される項目に加えて、溶接条件を作業者が手動で変更できるようにするためのナビゲーションの表示がされる。したがって、作業者はこの表示を見ながら溶接条件を変更することになる（Ｓ３６）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【図２】 可動電極の電極間変位量ｈの経時変化を示す電極間変位量データを示す図である。
【図３】 図１のスポット溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 第２の実施の形態におけるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【図５】 図４のスポット溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】 図５のフローチャートの内の「推定電流密度算出」のサブルーチンフローチャートである。
【図７】 図５のフローチャートの内の「溶接条件最適化処理」のサブルーチンフローチャートである。
【図８】 回帰直線の算出過程の説明に供する図である。
【図９】 回帰モデルの一例を示す図である。
【図１０】 溶接条件の設定変更過程の説明に供する図である。
【図１１】 打角や隙間の有無による電極間変位量の相違を示す図である。
【図１２】 溶接部材間に隙間がある場合の電極間変位量の変化状態を示す図である。
【図１３】 電極チップの打角が傾いた場合の電極間変位量の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…溶接ガン
１２…可動電極
１４…固定電極
２０…溶接ガン制御装置
３０…センサ部
３２…エンコーダ
３４…サーボモータ
４０…溶接電流制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接中の電極間変位量を経時的に検出することによって高品質のスポット溶接ができるようにしたスポット溶接制御装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スポット溶接の品質を管理、向上させるため様々な方法が提案されている。これらの方法の中には、溶接電流通電中（ナゲット生成過程）の被溶接部材の熱膨張の状況からスポット溶接の状態（信頼性）を調べる方法がある。
【０００３】
例えば、特公昭４８−４１４２２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、溶接電流通電中の熱膨張による被溶接部材の最大変位量Ｈmax によりナゲット径を推定し、このナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００４】
また、例えば米国特許３４００２４２号公報、特公昭５３−４０５７号公報に開示されている発明では、熱膨張による被溶接部材の変位速度ｄｈ／ｄｔにより溶接時に形成されるナゲット径を推定し、この推定したナゲット径から溶接の信頼性を測っている。
【０００５】
さらに、特開平７−２３２２７９号公報に開示されている発明は、溶接電流通電終了後の被溶接部材の収縮状況を検出し、これによって、溶接の信頼性を測ろうとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの方法でも、被溶接部材と電極との接触状態が正規の状態から外れて行なわれた場合には、溶接中の散りの発生や初期接触抵抗値のバラツキ、または近傍に存在する溶接済み打点への溶接電流の分流などが原因となって、推定したナゲット径から溶接の信頼性を定量的に測ることは困難になる。
【０００７】
たとえば、図１２（Ａ）に示すように被溶接部材Ｗ同士が隙間がある状態で溶接された場合には、電極間変位量の経時変化は、図１２（Ｂ）に示すように正規の状態（被溶接部材間に隙間がなく、電極が溶接部材に垂直に当接している状態）で得られる最大変位量Ｈmax よりもかなり小さな最大変位量ｈmax を呈する経時変化となる。
【０００８】
また、図１３（Ａ）に示すように被溶接部材Ｗに対して電極１が傾いた状態、すなわち打角が不適当な状態で溶接された場合にも、電極間変位量の経時変化は、図１３（Ｂ）に示すように正規の状態で得られる最大変位量Ｈmax よりもかなり小さな最大変位量ｈmax を呈する経時変化となる。
【０００９】
さらに、上記のいずれの場合にも、電極間変位速度ｄｈ／ｄｔは、正規の状態で得られる電極間変位速度ｄｈ／ｄｔよりも小さな値になる。
【００１０】
したがって、上記した従来のいずれの方法によっても、被溶接部材Ｗに隙間があったり、打角が不適当な状態で溶接された場合には、最終的に溶接品質に問題がないような溶接が行なわれた場合であっても溶接不良と判定されてしまうことになる。
【００１１】
また、上記した従来の方法は、溶接中に得られた電極間変位量から、事後的に溶接の信頼性を測るものであるから、溶接結果から得られた溶接条件のフィードバックは、次の溶接作業から可能となる。したがって、従来の方法では最低でも一個の溶接品が不良になることを容認しなければならない。
【００１２】
本発明は、このような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、その第１の目的は、被溶接部材と電極との接触状態の如何に拘らず、検出された電極間変位量の経時的な変化からナゲット径の推定（溶接の信頼性または溶接品質に等価）を正確にすることができ、その推定されたナゲット径に基づいて、高品質の溶接に必要となる最適な溶接条件を算出できるようにするスポット溶接制御装置およびその制御方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、被溶接部材と電極との接触状態の如何に拘らず、刻々と検出される電極間変位量の変化状態に基づいて、最適な溶接条件をリアルタイムで設定することができるようにしたスポット溶接制御装置およびその制御方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
【００１５】
請求項１に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とする。
【００２５】
上記第２の目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量と前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正して前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件設定手段は、前記電極間変位量検出手段によって検出される電極間変位量が前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または請求項１２に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件設定手段は、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線が前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置において、前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量または前記通電制御手段によって行なわれた溶接が適正であるかどうかを表示する表示手段をさらに有することを特徴とする。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４または請求項１５に記載のスポット溶接制御装置において、前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、一対の電極の磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とする。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１７または請求項１８に記載のスポット溶接制御方法において、前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は次のような効果を奏する。
【００４１】
請求項１、請求項２または請求項７に記載の発明によれば、一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、この検出された電極間変位量の内の一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘らず、溶接状態の正確な判定が可能になる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、検出された被溶接部材の厚さに応じて溶接条件を設定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態の如何に拘らず、より適した溶接条件の下で溶接をすることができるようになる。
【００４３】
請求項４または請求項５に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して電極間変位量を補正するようにし、一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、この検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電極の磨耗の程度の如何に拘らず、溶接状態の正確な判定が可能になる。
【００４４】
請求項６に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して電極間変位量を補正するようにし、検出された被溶接部材の加圧状態に応じて溶接条件を設定するようにしたので、被溶接部材の加圧状態および電極の磨耗の程度の如何に拘らず、より適した溶接条件の下で溶接をすることができるようになる。
【００４５】
請求項８または請求項１０に記載の発明によれば、検出された電極間変位量と記憶されている基準電極間変位量とを比較することによって溶接条件を設定し、その溶接条件を、優先順位や重み付けにより、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定するようにしたので、時々刻々と変化する溶接状態に対してリアルタイムで溶接条件を変更することができるようになり、常に適した溶接をすることができるようになる。
【００４６】
請求項９または請求項１０に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変位量を補正するようにし、溶接条件を、優先順位や重み付けにより、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定するようにしたので、最適な溶接をすることができるようになる。
【００４７】
請求項１１、請求項１３または請求項１７に記載の発明によれば、検出された電極間変位量から算出した回帰直線と記憶されている基準回帰直線とを比較することによって溶接条件を設定するようにしたので、時々刻々と変化する溶接状態に対してリアルタイムで溶接条件を変更することができるようになり、常に適した溶接をすることができるようになる。
【００４８】
請求項１２または請求項１８に記載の発明によれば、電極の磨耗量を検出して検出された電極間変位量を補正するようにしたので、最適な溶接をすることができるようになる。
【００４９】
請求項１４、請求項１６または請求項１９に記載の発明によれば、溶接条件を、溶接電流、通電時間、電極の加圧力のいずれかまたはこれらの任意の組み合わせによって設定することができるようになる。
【００５０】
請求項１５に記載の発明によれば、電極間変位量または溶接が適正であるかどうかを表示するようにしたので、溶接状態を随時確認することができるようになる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明のスポット溶接制御装置およびスポット溶接制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５２】
図１は、本発明にかかるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【００５３】
スポット溶接制御装置は、溶接ガン１０の動作を制御する溶接ガン制御装置２０、溶接ガン１０の動作状態を検出するセンサ部３０から構成される。
【００５４】
溶接ガン制御装置２０は、データ処理装置２２、演算装置２４と記憶装置２６から構成される。
【００５５】
データ処理装置２２は、センサ部３０から出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量の経時変化（電極間変位量データ）を演算装置２４や記憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。
【００５６】
演算装置２４は、データ処理装置２２からの検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデータ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電極間変位量データ、基準データ）により、可動電極１２の磨耗量、固定電極１４の磨耗量、これらの磨耗量に対する補正量、溶接状態の判定などの演算をする。
【００５７】
記憶装置２６は、データ処理装置２２からの検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶したり、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力される電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成された）ことを判定するために予め設定されている基準データを記憶したりするものである。
【００５８】
なお、基準データは、正規の状態（被溶接部材間に隙間がなく、両電極が被溶接部材を垂直に加圧している状態）で得られる電極間変位量の経時変化とその最大変位量Ｈmax からなるデータであり、たとえば、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示してあるようなデータである。
【００５９】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された電極間変位量データと基準データとを比較して、この比較結果から溶接状態の信頼性が十分であるか、溶接品質に問題がないかを判定することになる。この判定の結果、溶接品質に問題があると判断された場合には、最適な溶接条件を作成し、この溶接条件を次回以降の溶接条件とする。作成された溶接条件は、溶接電流を制御する外部装置に設定される。
【００６０】
センサ部３０は、電極間変位量検出手段として機能するエンコーダ３２と、電極の磨耗量や基準位置を決定するために使用される電極先端検出センサ３４とを有している。
【００６１】
エンコーダ３２は、溶接ガン１０の可動電極１２の位置を検出するセンサであり、この位置は、可動電極１２を昇降させるサーボモータ３４の回転量から検出される。
【００６２】
電極先端検出センサ３６は、可動電極１２の先端位置を検出するセンサであって、予め設定されている初期位置（原位置）から電極先端検出センサ３６によって可動電極１２の先端が検出されるまでの可動電極１２の変位量（後で示す可動電極位置データ(1)）から可動電極１２の磨耗量を検出するために用いられるものである。
【００６３】
次に、図１のスポット溶接制御装置の動作について説明する。
【００６４】
スポット溶接制御装置は、以下の手順で溶接ガン１０の動作を制御する。
【００６５】
《電極の磨耗量に基づく補正量の算出》
スポット溶接制御装置は、溶接をする前に可動電極１２と固定電極１４の磨耗量を検出し、これらの磨耗量に基づいて可動電極１２に設定されている初期位置（原位置）を補正する。すなわち、可動電極１２と固定電極１４は、溶接を重ねるごとにその先端部分が磨耗する。磨耗した可動電極１２と固定電極１４から得られた電極間変位量データは、新品の可動電極１２と固定電極１４を用いて得られる電極間変位量データとは異なってしまうため、正確に溶接状態を判定することが困難になる。可動電極１２と固定電極１４の磨耗量に基づく補正は、こうした不具合を防ぐため行なわれるものである。
【００６６】
以下、電極の磨耗量を検出して補正する具体的な手順を説明する。
【００６７】
まず、データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１２の先端が電極先端検出センサ３６で検出されるまで現在設定されている初期位置（原位置）から可動電極１２を下降させる。このときのサーボモータ３４の回転量、すなわち可動電極１２の初期位置からの変位量は、エンコーダ３２によって検出され、可動電極位置データ(1)としてデータ処理装置２２を介して演算装置２４に入力される。
【００６８】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２の可動電極位置データ(1)と今測定された可動電極位置データ(1)とを比較し、両可動電極位置データ(1)の値が相違していた場合には、その差値（磨耗量）を可動電極１２の補正量として記憶装置２６に記憶する。
【００６９】
可動電極１２の補正量を算出した後、再度データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１２の先端が固定電極１４の先端に当接するまで可動電極１２を下降させる。このときのサーボモータ３４の回転量、すなわち可動電極１２の初期位置からの変位量は、エンコーダ３２によって検出され、可動電極位置データ(2)としてデータ処理装置１２を介して演算装置２４に入力される。
【００７０】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２と固定電極１４による可動電極位置データ(2)と今測定された可動電極位置データ(2)とを比較し、両可動電極位置データ(2)の値が相違していた場合には、その差値（可動電極１２と固定電極１４の磨耗量の和）を求め、この差値から前回求めた可動電極１２のみの補正量（磨耗量）を差し引いて固定電極１４の磨耗量を求める。これを固定電極１４の補正量として記憶装置２６に記憶する。
【００７１】
《電極間変位量データの測定を開始する基準位置の設定》
以上の手順によって両電極１２，１４の補正量を算出した後、電極間変位量データの測定を開始する基準位置に可動電極１４を設定する。
【００７２】
以下、基準位置の設定の具体的な手順について説明する。
【００７３】
まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている新品の可動電極１２が初期位置から新品の固定電極１４に接触するまでの変位量と、これから溶接しようとしている被溶接部材の総板厚と、可動電極１２と固定電極１４の補正量とから基準位置を算出する。この基準位置は、新品の可動電極１２が初期位置から新品の固定電極１４に接触するまでの変位量から被溶接部材の総板厚を引いて、これに可動電極１２と固定電極１４の補正量を加えることによって求められる。つまり、基準位置は、新品の可動電極１２と固定電極１４を用いた場合に、可動電極１２の先端が被溶接部材を加圧することなく接触する位置であり、被溶接部材が正規に加圧される場合の可動電極１２の位置である。この基準位置は、記憶装置２６に記憶される。
【００７４】
なお、溶接ガン１０の懐開口部に被溶接部材を置かずに、基準位置から可動電極１２を下降させ、可動電極１２が固定電極１４を所定の加圧力で加圧する可動電極１２の位置、すなわち固定電極１４の先端位置は、基準加圧位置として記憶装置２６に記憶される。
【００７５】
演算装置２４によって基準位置の算出が終了したら、被溶接部材を溶接ガン１０の懐開口部内で固定電極１４に接触させた状態で固定し、データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、可動電極１４の先端が被溶接部材に加圧することなく接触する位置、すなわち、算出された基準位置まで可動電極１４を下降させる。
【００７６】
《被溶接部材の加圧位置の適否判定》
次に、この基準位置を基準として、実際に被溶接部材が所望の加圧力で加圧されるように可動電極１２をさらに下降させる。このとき、サーボモータ３４はトルク制御する。したがって、可動電極１２は、被溶接部材を所望の加圧力（トルク）で加圧したところで自然に停止することになる。この下降位置（加圧位置）を検出することによって、被溶接部材が両電極１２，１４にどのような状態（正規の状態、打角が不適当な状態または被溶接部材間に隙間がある状態）で加圧されているかを知ることができる。したがって、検出された加圧位置に応じて溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）が補正される。また、検出された加圧位置が著しく不適切であるときには、被溶接部材の種類が予定の種類と異なっている可能性があるか、その他のトラブルの発生が予想されることから、溶接作業が中止される。
【００７７】
以下、被溶接部材の加圧位置の適否を判定する手順について具体的に説明する。
【００７８】
データ処理装置２２から可動電極加圧指令を出力してサーボモータ３４を動作させ、基準位置まで下降している可動電極１２をさらに一定の加圧力で下降させる。このときの基準位置から可動電極１２が被溶接部材を一定の加圧力で加圧して停止するまでの可動電極１２の変位量はエンコーダ３２によって検出され、この変位量と基準位置とから可動電極１２の位置が加圧位置として算出される。この加圧位置は記憶装置２６に記憶される。
【００７９】
次に演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている基準加圧位置（換言すれば、固定電極１４の先端位置）に、溶接される被溶接部材の総板厚を加えさらに許容値を加えて得られる第１基準位置と、記憶装置２６に記憶されている加圧位置とが比較され、加圧位置が第１基準位置を越えている場合（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある場合）には被溶接部材間に隙間がある状態であるか、あるいは打角が不適当な状態であると考えられるので、記憶装置２６に記憶されている溶接条件の内、その状態に最も適した溶接条件を選んで溶接電流を制御する外部装置（図示せず）にその溶接条件を設定する。
【００８０】
また、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている基準加圧位置に、溶接される被溶接部材の総板厚を加え、この値から許容値を差し引いて得られる第２基準位置と、記憶装置２６に記憶されている加圧位置とを比較し、加圧位置が第２基準位置を越えている場合（加圧位置が第２基準位置より固定電極側にある場合）には、被溶接部材の総板厚よりも小さい間隔で可動電極１２と固定電極１４とが対峙していることになるので、可動電極１２または固定電極１４に異常があるか、被溶接部材に対する溶接条件が不良であると判断し、「異常」を出力して溶接を中断する。
【００８１】
《スポット溶接》
上記の処理によって設定された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）に基づき、溶接ガン１０は被溶接部材を溶接条件にしたがった加圧力で加圧し、溶接電流を制御する外部装置は溶接条件にしたがった溶接電流をその条件で設定された通電時間だけ溶接ガン１０に供給する。
【００８２】
《スポット溶接の判定》
スポット溶接が行なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データと両電極１２，１４の補正量から、概念的には図２に示すようなグラフを作成する。
【００８３】
図２に示すグラフは、通電時間ｔに対して基準位置（ａに示す位置）からの可動電極１２の電極間変位量ｈをプロットして得られるものである。可動電極１２は、基準位置から被溶接部材を加圧するために固定電極１４に向けて下降し、被溶接部材を一定の加圧力で加圧したところ（加圧位置）で停止する。
【００８４】
図２に示したように、正規の状態で加圧された場合には、電極間変位量ｈは点ｑ（加圧位置）から始まる曲線１に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。また、被溶接部材間に隙間がある場合には、電極間変位量ｈは、正規の状態で加圧される場合よりも上（可動電極側）の点ｐ（加圧位置）から始まる曲線２に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。さらに、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合には、電極間変位量ｈは、点Ｐよりもさらに上（可動電極側）の点ｏ（加圧位置）から始まる曲線３に示すように変化して、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。
【００８５】
このように、正規の状態で加圧された場合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合には、加圧位置（ｑ，ｐ，ｏ）がそれぞれ異なるが、いずれの場合にも、被溶接部材への通電が開始され、被溶接部材が溶け始める通電時間Ｔ以降では、電極間変位量は同じような変化をし、変化の途中に最大変位量Ｈmax に達する。
【００８６】
したがって、このような特徴を利用し、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準データとを比較することによって、適正な溶接が行なわれたかどうかを正確に判定することがとができる。
【００８７】
すなわち、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データに記憶装置２６に記憶されている基準データを重ね、基準データの一定の範囲内（予め定められた許容範囲内）に電極間変位量データが収まれば、適切な溶接が行なわれたものと判断し、そうでない場合には、適切でない溶接が行なわれたものと判断し、基準データとのずれの大きさに応じて次回以降に用いる溶接条件を設定する。
【００８８】
このように、本実施の形態においては、基準位置を基準として電極間変位量データをとっている。ところが従来は、本実施の形態における加圧位置を基準として電極間変位量データをとっているので、とられたデータは、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）の点線で示してあるような基準データから大きく外れた曲線となってしまう。本実施の形態では、基準位置を基準として電極間変位量データをとることによって、両データのレベルを合わせ、基準データと比較できるようにしているのである。
【００８９】
次に、以上に述べた本実施の形態の処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００９０】
演算装置２４は、記憶装置２６から溶接条件を読み込み（Ｓ１）、この条件に基づいて被溶接部材を加圧する加圧力、溶接電流、通電時間という具体的な溶接条件を設定する（Ｓ２）。次に、可動電極１２の先端を基準位置（正規な状態の下で被溶接部材に接触する位置）まで移動し（Ｓ３）、基準位置からさらに可動電極１２を下降させて被溶接部材を加圧し（Ｓ４）、可動電極１２の基準位置からの変位量により可動電極１２の加圧位置を算出する（Ｓ５）。
【００９１】
続いて、この加圧位置が、第１基準位置または第２基準位置を越えていないかどうかが判断され（Ｓ６）、この判断の結果、加圧位置が第１基準位置と第２基準位置との間にあれば、正規の状態であるから、設定された溶接条件によりスポット溶接を行なう（Ｓ７）。そして、溶接中の電極間変位量を一定の時間間隔で通電時間が終了するまで連続的に検出し、記憶装置２６に記憶させる（Ｓ８〜Ｓ１０）。通電終了時間になったら、通電を終了して（Ｓ１１）、ガンを開放し、スポット溶接作業を終了する（Ｓ１２）。
【００９２】
一方、ステップＳ６で、加圧位置が、第１基準位置を越えている（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある）と判断された場合には、電極間の距離が正規の状態のときよりも広いので（Ｓ１３）、加圧位置が溶接条件の補正ができる範囲内である場合には（Ｓ１４）、設定された溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間）を加圧位置に合わせて補正する（Ｓ１５）。また、加圧位置が、第２基準位置を越えている（加圧位置が第２基準位置より固定電極側にある）と判断された場合には、電極間の距離が正規の状態のときよりも狭いので（Ｓ１３）、可動電極１２または固定電極１４に異常があるか、被溶接部材に対する溶接条件が不良であると判断し、「異常」を出力して溶接を中断する。なお、加圧位置が、第１基準位置を越えている（加圧位置が第１基準位置より可動電極側にある）と判断された場合でも、加圧位置が溶接条件の補正ができる範囲を大きく越えている場合には、適切な溶接をすることができないので、「異常」を出力して溶接を中断する（Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１６）。
【００９３】
このように、本実施の形態では、通電時間Ｔ以降に測定された電極間変位量データと基準データとを比較することによって、正規の状態で加圧された場合、被溶接部材間に隙間がある場合、被溶接部材と両電極１２，１４との打角が不適当であった場合のいずれの場合でも、適正な溶接が行なわれたかどうかが正確に判定できることになる。
【００９４】
以上の実施の形態では、電極間変位量を基準位置を基準としてサンプリングし、そのサンプリングしたデータから溶接が適切に行なわれたかどうかを判断したり、次回以降の溶接条件を変更したりしているが、次に示す実施の形態では、電極間変位量は従来通りの手法でサンプリングし、そのサンプリングしたデータから被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮速度などをリアルタイムに算出して現在行なわれつつある溶接の電流密度の大きさを推定し、その推定に基づいて溶接条件をリアルタイムに変更している。
【００９５】
以下に第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００９６】
図４は、第２の実施の形態におけるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【００９７】
スポット溶接制御装置には、第１の実施の形態とは異なり、溶接ガン１０の電極間に溶接電流を供給する溶接電流制御装置４０が設けられ、これに伴って溶接ガン制御装置２０には、溶接電流制御装置４０との情報を授受するための外部入出力装置２８が設けられている。
【００９８】
なお、溶接ガン制御装置２０は、溶接条件を演算された推定電流密度に基づいて自動的に修正する自動修正モード、溶接条件を作業者が手動で修正する手動修正モードを選択できるようになっており、この選択は、溶接ガン制御装置２０に設けられている図示しないコントロールパネルのボタン操作によって行なう。
【００９９】
データ処理装置２２は、センサ部３０から出力される検出情報（可動電極位置データおよび電極先端検出信号）を入力し、この検出情報から電極間変位量の経時変化を演算装置２４や記憶装置２６に出力したり、記憶装置２６に記憶されている溶接ガン１０の動作プログラムに基づいて、可動電極加圧指令および可動電極解放指令を出力したりする。
【０１００】
出力される検出情報の内、可動電極位置データは、外部入出力装置２８を介して図示しないロボット制御装置に出力され、それに接続されている教示ペンダントや作業者用の表示装置に溶接中の熱膨張量の経時変化が数値としてまたグラフとして表示され、溶接状態をリアルタイムに確認することができるようになっている。溶接ガン制御装置２０が手動修正モードに設定されている場合には、作業者は、この教示ペンダントの表示に基づいて、手動操作で溶接条件を変更することになる。
【０１０１】
演算装置２４は、データ処理装置２２からの検出情報や記憶装置２６に記憶されている各種のデータ（初期位置、基準位置、加圧位置、基準加圧位置、電極間変位量データ、基準電極間変位量、回帰モデル、電極先端径、適正電流密度）により、回帰直線の算出、推定電流密度の算出、溶接状態（溶接品質）のリアルタイムな判定などを行なう。
【０１０２】
記憶装置２６は、データ処理装置２２からの検出情報を記憶したり、可動電極１４の初期位置（原位置）、基準位置、加圧位置、基準加圧位置を記憶したり、可動電極１２および固定電極１４の磨耗量に対する補正量を記憶したり、データ処理装置２０から出力される電極間変位量の経時変化に関するデータを電極間変位量データ（基準データと比較されるデータ）として記憶したり、溶接ガン１０の動作プログラムやスポット溶接が適切に行なわれた（充分な径のナゲットが生成された）ことを判定するために予め設定されている基準電極間変位量や基準回帰直線としての回帰モデルを記憶したり、溶接条件を変更する必要があるかどうかを判断するための適正電流密度を記憶したりするものである。なお、基準電極間変位量及び回帰モデルは、図９に示すような電極間変位量の経時的変化に関するデータである。
【０１０３】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された電極間変位量データから図８に示すような回帰直線を算出し、算出された回帰直線から現在どのような溶接が行なわれつつあるかを認識するための推定電流密度を演算し、これを適正電流密度と比較して、この比較結果から、このままの溶接条件で溶接しても信頼性の十分な溶接ができるか、または溶接条件を変更しないと信頼性の十分な溶接作業をすることができないかを判定することになる。この判定の結果、信頼性の十分な溶接作業をすることができないと判断された場合には、最適な溶接条件を作成し、作成された溶接条件は、リアルタイムに外部入出力装置２８を介して溶接電流制御装置４０に設定される。
【０１０４】
溶接電流制御装置４０は、設定された溶接条件にしたがって、可動電極１２と固定電極１４とによって挟まれた被溶接部材に電流を流し、スポット溶接をする。
【０１０５】
図５は、溶接条件のリアルタイムな修正や溶接品質の判定の処理を示すフローチャートであり、図６は、図５のフローチャートにおける推定電流密度算出のサブルーチンフローチャートであり、図７は、図５のフローチャートにおける溶接条件最適化処理のサブルーチンフローチャートである。
【０１０６】
《推定電流密度算出》
まず、可動電極１２と固定電極１４とによって被溶接部材を加圧する。このとき、可動電極１２と固定電極１４が所定の打角で被溶接部材を加圧するようにする。なお、打角は被溶接部材面に対して垂直な方向を０゜としたときに５゜程度の傾きならば溶接品質には悪影響を与えない。加圧位置まで可動電極１２が下降したら、予め決められた溶接条件により通電が開始される（Ｓ２１）。
【０１０７】
通電が始まると被溶接部材は膨張して可動電極１２をその加圧力に抗して押し上げるが、このときの可動電極１２と固定電極１４との間隔の変化量、すなわち、電極間変位量が可動電極１２の変位量としてエンコーダ３２によって測定される。この電極間変位量は、連続的に、または０．５ｍｓｅｃあるいは１〜５ｍｓｅｃ程度のごく僅かな時間間隔ごとにサンプリングされ（Ｓ２２）、この測定結果は記憶装置２６に記憶される（Ｓ２３）。なお、サンプリング間隔はこのような時間間隔に限定されるものではなく、後述する回帰直線の算出時間間隔に合わせて適宜設定すると良い。
【０１０８】
そして、測定した電極間変位量から、一定の時間間隔ｔwidth ごとに回帰直線を求め、求めた回帰直線の傾きと切片を記憶する。ここで求める回帰直線は、図８に示すように、横軸を時間軸Ｔ、縦軸を変位量ｈとした２次元平面における直線である。また、回帰直線の切片とは、回帰直線の時間軸上０の切片である。
【０１０９】
これにより得られる回帰直線は、ｈ＝θ１×Ｔ＋ＨT0となる。ここで、式中、ｈは電極間変位量、Ｔは時間、θ１は回帰直線の傾き、ＨT0は回帰直線の切片の値である。なお、回帰直線を一定時間間隔ごとに算出しているのは、得られた回帰直線に基づいて、現在行なわれつつある溶接状態をリアルタイムで判定するためである（Ｓ２４）。
【０１１０】
次に、このようにして求められた回帰直線により、可動電極１２と固定電極１４から被溶接部材に供給される電流の密度、すなわち推定電流密度を算出する。この推定電流密度の算出は、図６のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２５）。
【０１１１】
まず、演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている現在使用中の可動電極１２と固定電極１４との電極先端径と現在行なわれつつある溶接に使用されている溶接条件（加圧力、溶接電流、通電時間、板厚など）を読み出すとともに（Ｓ４１，Ｓ４２）、演算装置２４でカウントされている溶接作業（通電）が開始されてから今現在までの通電経過時間を読み出して（Ｓ４３）、これらのデータ（電極先端径、加圧力、溶接電流、通電時間、板厚）の内の少なくとも１つ以上のデータと、通電経過時間及び算出された上記の回帰直線に基づいて、記憶装置２６に予め記憶されている回帰モデルの中で、現在の溶接状態に最も近似または適合する回帰モデルが存在するかどうかを探索する（Ｓ４４）。適合する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルから推定電流密度を算出し、一方、近似する回帰モデルが存在する場合には、その回帰モデルを補間して推定電流密度を算出する（Ｓ４５）。
【０１１２】
《溶接条件最適化》
このようにして推定電流密度の算出が終了すると、演算装置２４は、記憶装置２６に予め記憶してある現在の溶接条件に対する適正電流密度を読み出して、演算された推定電流密度とこの適正電流密度（許容範囲が設けてある）とを比較し、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内であれば、溶接条件として設定されている通電時間まで、Ｓ２２〜Ｓ２５までの処理を繰り返し、現在設定されている溶接条件にしたがって溶接作業を継続する（Ｓ２６，Ｓ３０）。
【０１１３】
一方、演算された推定電流密度が適正電流密度の範囲内でなければ、溶接ガン制御装置２０が溶接条件の自動修正モードに設定されているかどうかが判断され（Ｓ２７）、自動修正モードに設定されていなければ、演算装置２４は演算した推定電流密度を記憶装置２６に記憶させる。また、自動修正モードに設定されていれば、現在の溶接条件を最適な溶接条件に変更するための溶接条件最適化処理が行なわれる。この溶接条件最適化処理は、図７のフローチャートに示すような手順によって行なわれる（Ｓ２９）。
【０１１４】
演算装置２４は、記憶装置２６に記憶されている溶接条件最適化の溶接パラメータを読み込む。この溶接条件最適化の溶接パラメータは、溶接条件を変更する場合の適用の優先順位、適用の重み付け、溶接条件最適化の有効／無効の状態に関するものである。たとえば溶接条件を変更するための要素として、溶接電流、通電時間、加圧力、電極先端径が設定されている場合には、ある回帰モデルに対しては、たとえば、それらの優先順位を「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、「電極先端径」が４番、適用の重み付けを「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％、「電極先端径」が４０％というように設定されている。なお、溶接条件最適化が「有効」に設定されている場合には、溶接条件が変更されるが、それが「無効」に設定されている場合には、溶接条件は変更されない（Ｓ５１）。
【０１１５】
読み込んだ溶接パラメータの優先順位に溶接電流を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５２）、その溶接電流に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の溶接電流値を変更する。たとえば、上記の例では、「溶接電流」の重み付けが２０％であるので、現在の溶接電流値を２０％上昇させる（Ｓ５３，Ｓ５４）。
【０１１６】
また、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に通電時間を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５５）、その通電時間に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の通電時間を変更する。たとえば、上記の例では、「通電時間」の重み付けが３０％であるので、現在の通電時間を３０％長くする（Ｓ５６，Ｓ５７）。
【０１１７】
さらに、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に加圧力を変更すべき指令が含まれている場合には（Ｓ５８）、その加圧力に設定されている重み付けに応じたフィードバック量を決定し、現在の加圧力を変更する。たとえば、上記の例では、「加圧力」の重み付けが１０％であるので、現在の加圧力を１０％上昇させる（Ｓ５９，Ｓ６０）。
【０１１８】
そして、読み込んだ溶接パラメータの優先順位に電極先端径（チップドレス開始）の指令が含まれている場合には（Ｓ６１）、ロボットを制御する制御装置にチップドレス指令を出力して、可動電極１２と固定電極１４の電極チップをドレスする（Ｓ６２）。
【０１１９】
たとえば、図５のフローチャートのＳ２５のステップで算出された回帰直線が＋Ｂランクに示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（多過ぎる）ので、図１０に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値をやや減少させ、通電時間をやや減少させ、加圧力をやや増加させるという指令が出される。
【０１２０】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「通電時間」が２番、「加圧力」が３番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が２０％、「通電時間」が３０％、「加圧力」が１０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が２０％減少され、通電時間が３０％減少され、また加圧力が１０％増加されることになる。
【０１２１】
また、算出された回帰直線が−Ｃランクに示す回帰モデルの曲線に近かった場合には、現在行なわれつつある溶接の推定電流密度は、適正電流密度からはずれている（少な過ぎる）ので、図１０に示すような溶接条件の変更が指示される。つまり、溶接電流値を増加させ、チップドレスを行なうべき指令が出される。
【０１２２】
この回帰モデルの場合に、優先順位として、「溶接電流」が１番、「電極先端径」が２番、適用の重み付けとして、「溶接電流」が５０％、「電極先端径」が５０％というように設定されているとすれば、現在の溶接条件における溶接電流が５０％増加され、可動電極１２と固定電極１４の電極チップを研磨するチップドレスが行なわれることになる。このような溶接条件は、各回帰モデル毎に設けられている。
【０１２３】
このようにして溶接条件の変更が行なわれた後に、この変更された溶接条件の下で再び回帰直線が算出され、この回帰直線に基づく新たな溶接条件が算出される。このように溶接条件の変更を頻繁に繰り返し、図９の理想的な回帰モデル（Ａランク）に近い状態で溶接が行なわれるようにしている。
【０１２４】
なお、入熱速度が遅い場合（回帰直線の傾きが小さい場合）に、溶接電流を増加しているのは、入熱速度が速くなるように（回帰直線の傾きが大きくなるように）するためであり、また、入熱速度が速い場合（回帰直線の傾きが大きい場合）に、溶接電流を減少させ、加圧力を増加させているのは、入熱速度が遅くなるように（回帰直線の傾きが小さくなるように）するためである。これにより、散りの発生が抑制され、最短時間で理想の溶接を行うことができるようになる。
【０１２５】
本実施の形態で溶接をした場合の効果をさらに詳しく説明する。
【０１２６】
たとえば、図１２及び図１３に示したように、被溶接部材間に隙間がある状態または打角がある状態で同一の溶接条件で溶接した場合の電極間変位量の経時変化をグラフ化すると、図１１に示すようなグラフになる。
【０１２７】
図１１では、電極チップ先端の直径が８．０ｍｍのものを使用して打角および被溶接部材間の隙間（板隙）の大きさを変えて、それぞれ３点づつ実際にスポット溶接を行ったときの、電極間変位量と時間の関係を示すグラフであり、図中φの値は各サンプルにおいて溶接後、溶接部の破壊検査によって溶接状態の適否を判定するための指標となるナゲット径を実測した値である。なお、打角および板隙以外の通電条件などは同じである。
【０１２８】
この図から明らかなように、打角や板隙が変わることにより、膨脹時の変位量や、図８に示してある仮想飽和点に達する時間が異なることが分かる。そして仮想飽和点に達する時間（仮想飽和時間）は入熱速度と相関関係がある。すなわち、仮想飽和時間が長い程入熱速度が遅く、このため、ナゲット径が痩せている（小さい）ことが分かる。このような傾向は打角や板隙によらず、入熱速度とナゲット径の大きさに相関関係のあることを示している。したがって、入熱速度がわかればどの程度溶接電流を増加すれば適切な溶接をすることができるかが想定できるのである。なお、図１１においてサンプルデータは、各打角および板隙の条件ごとに３つのデータを示しているが、図面を見易くするために、図中、回帰直線や仮想飽和点、仮想飽和時間を示す点線については各条件ごとに１つのサンプルデータについてのみ示した。他のサンプルデータについても同様の傾向である。
【０１２９】
この図１１から分かる溶接時の熱膨張の傾向について説明する。
【０１３０】
まず、板隙は、複数の板材を重ね合わせて溶接する場合、その隙間は、被溶接部材と両電極１２，１４との間、および被溶接部材同士の間に発生する。ここで、図１１のＡおよびＢのサンプルデータを参照すると、打角０゜のときには、板隙のない方（板隙０ｍｍ）が板隙がある方（板隙５ｍｍ）より電極間変位量が多くなる傾向がある。これは、打角０゜で板隙があった場合には、通電開始により板材が溶融、軟化し馴染んでくるため、電極間変位量、その変位量の増加割合、すなわち傾きが共に減少しているものと考えられる。
【０１３１】
これに対し、データＣおよびＤで示した打角５゜の場合には、板隙のない方が変位量、傾き共に減少している。この傾向は、前述したように板隙がある場合に溶接を行うとこれが馴染むために、変位量が減少するといった考え方からすると逆の傾向である。このような打角５゜のときの傾向は、板隙がある場合には、被溶接部材のそれぞれが個別に曲げ強度を持ち、打角が５゜程度であれば両電極１２，１４の加圧力によって比較的容易に変形するため、通電直前の板隙（この場合は被溶接部材間の隙間）は両電極１２，１４の加圧力によって吸収され、結果的に板隙がない状態で溶接されたものと同等になることから生じると考えられる。ただし、打角が傾いていることから生じる被溶接部材と両電極１２，１４との接触不良（被溶接部材表面と各電極との隙間）は加圧力だけでは免れることができないので、上記ＡやＢのサンプルより変位量、傾き共に減少していると考えられる。
【０１３２】
一方、板隙が初めから０であると、その強度は各被溶接部材が全体として一体となっているために剛性が高くなり、被溶接部材が変形しにくいため、打角が傾いているために生じている接触不良は、板隙が初めからあり、被溶接部材が加圧力によって僅かに変形し得る場合（Ｃのサンプル）よりも悪い状態で溶接が始まり、結果的に打角が傾いている影響を大きく受けて、Ｃのサンプルよりも変位量が少なくまた傾きも小さくなったものと考えられる。
【０１３３】
したがって、単純に打角や板隙からはナゲット径がどの様になるかを推定することは困難であるが、本発明を適用することで、上述したように、打角や板隙がどの様な状態であっても、最終的には理想的な溶接状態で溶接されたのと同じ溶接を行なうことができる。
【０１３４】
以上のように溶接条件の変更が繰り返されながら通電時間が経過すると（Ｓ３０）、溶接電流制御装置４０は電極への通電を停止し（Ｓ３１）、溶接作業を終了する。
【０１３５】
《スポット溶接の判定》
スポット溶接が行なわれている時の可動電極１２の変位状況は、時系列的な電極間変位量データとしてデータ処理装置２２に入力され、記憶装置２６に記憶される。演算装置２４は、記憶装置２６に記憶された時系列的な電極間変位量データから、概念的には図１１に示すようなグラフを作成する。このグラフから傾きが０である回帰直線と実際に得られた電極間変位量データとの交点を求め、溶接時における熱膨張の飽和点を算出し（Ｓ３２）、この飽和点から被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間を算出し、これらを記憶装置２６に予め理想的な溶接モデルとして記憶されている被溶接物の膨張速度、飽和熱膨張量、飽和時間、収縮時間と比較して、溶接品質を判定している。
【０１３６】
なお、記憶装置２６に予め記憶されている基準電極間変位量に基づいて判定する場合には、電極間変位量データと基準電極間変位量とが比較され、一致していれば、溶接品質が良好であると判断することになる（Ｓ３３）。
【０１３７】
そして、溶接ガン制御装置２０が自動修正モードに設定されていれば（Ｓ３４）、図１１に示したような溶接経過を示す熱膨張推移グラフ、算出された推定電流密度、熱膨張飽和点、溶接品質判定結果を教示ペンダントや作業用の表示装置に表示させる（Ｓ３５）。一方、自動修正モードに設定されていなければ、自動修正モードの場合に表示される項目に加えて、溶接条件を作業者が手動で変更できるようにするためのナビゲーションの表示がされる。したがって、作業者はこの表示を見ながら溶接条件を変更することになる（Ｓ３６）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【図２】 可動電極の電極間変位量ｈの経時変化を示す電極間変位量データを示す図である。
【図３】 図１のスポット溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 第２の実施の形態におけるスポット溶接制御装置とその装置によって動作が制御される溶接ガンの概略図である。
【図５】 図４のスポット溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】 図５のフローチャートの内の「推定電流密度算出」のサブルーチンフローチャートである。
【図７】 図５のフローチャートの内の「溶接条件最適化処理」のサブルーチンフローチャートである。
【図８】 回帰直線の算出過程の説明に供する図である。
【図９】 回帰モデルの一例を示す図である。
【図１０】 溶接条件の設定変更過程の説明に供する図である。
【図１１】 打角や隙間の有無による電極間変位量の相違を示す図である。
【図１２】 溶接部材間に隙間がある場合の電極間変位量の変化状態を示す図である。
【図１３】 電極チップの打角が傾いた場合の電極間変位量の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…溶接ガン
１２…可動電極
１４…固定電極
２０…溶接ガン制御装置
３０…センサ部
３２…エンコーダ
３４…サーボモータ
４０…溶接電流制御装置
Claims (19)
- 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、
前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接制御装置。
- 前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接制御装置。 - 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、
前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定する溶接状態判定手段とを有し、
前記溶接状態判定手段は、前記電極間変位量検出手段によって連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正された電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 前記電極間変位量検出手段は、前記一対の電極の内の固定側の電極の先端が前記被溶接部材に接触している状態の下で、前記一対の電極の内の加圧側の電極の先端が所望の加圧力で前記被溶接部材を加圧する位置を加圧位置として設定し、当該加圧位置から前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出することを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接制御装置。
- 前記電極間変位量検出手段によって検出された前記加圧位置における電極間距離から前記被溶接部材の加圧状態を検出し、当該加圧状態に応じて前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項５に記載のスポット溶接制御装置。 - 一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、
通電中における前記一対の電極の電極間変位量を基準位置から連続的に検出し、
連続的に検出された電極間変位量の内、一部の区間の電極間変位量に基づいて前記被溶接部材の溶接状態を判定することを特徴とするスポット溶接制御方法。 - 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量と前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、
前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、
前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
予め設定された基準電極間変位量を記憶する基準電極間変位量記憶手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正して前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、
前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであり、
前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 前記溶接条件設定手段は、前記電極間変位量検出手段によって検出される電極間変位量が前記基準電極間変位量記憶手段に記憶されている基準電極間変位量と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載のスポット溶接制御装置。
- 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、
基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、
前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 被溶接部材を加圧しながら通電する一対の電極と、
前記電極の磨耗量を検出する磨耗量検出手段と、
前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出する電極間変位量検出手段と、
前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量を前記磨耗量検出手段によって検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出する回帰直線算出手段と、
基準電極間変位量に基づく基準回帰直線を記憶する基準回帰直線記憶手段と、
前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線と前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定する溶接条件設定手段と、
前記溶接条件設定手段によって設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御する通電制御手段とを有することを特徴とするスポット溶接制御装置。 - 前記溶接条件設定手段は、前記回帰直線算出手段によって算出された回帰直線が前記基準回帰直線記憶手段に記憶されている基準回帰直線と一致するように溶接条件を設定することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のスポット溶接制御装置。
- 前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置。
- 前記電極間変位量検出手段によって検出された電極間変位量または前記通電制御手段によって行なわれた溶接が適正であるかどうかを表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスポット溶接制御装置。
- 前記溶接条件の溶接電流、通電時間、加圧力には、優先順位と重み付けが設定されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のスポット溶接制御装置。
- 一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
- 一対の電極の磨耗量を検出し、一対の電極により被溶接部材を加圧しながら通電し、通電中における前記一対の電極の電極間変位量を連続的に検出し、検出された電極間変位量を検出された磨耗量によって補正し、補正後の電極間変位量から回帰直線を算出し、算出された回帰直線と予め設定された基準回帰直線とを比較し、比較結果から前記被溶接部材の溶接条件を設定し、設定された溶接条件に基づいて前記一対の電極の通電状態を制御することを特徴とするスポット溶接制御方法。
- 前記溶接条件は、前記一対の電極から前記被溶接部材への溶接電流を変化させること、またはその通電時間を変化させること、あるいは、前記一対の電極が前記被溶接部材を加圧する加圧力を変化させることのいずれかまたはこれらの複数の組み合わせであることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のスポット溶接制御方法。
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