JP3796746B2 - Spot welding equipment - Google Patents

Spot welding equipment Download PDF

Info

Publication number
JP3796746B2
JP3796746B2 JP35279099A JP35279099A JP3796746B2 JP 3796746 B2 JP3796746 B2 JP 3796746B2 JP 35279099 A JP35279099 A JP 35279099A JP 35279099 A JP35279099 A JP 35279099A JP 3796746 B2 JP3796746 B2 JP 3796746B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
vibration
time
frequency
determination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP35279099A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001025881A (en
Inventor
政信 酒井
修司 鳥居
裕二 小張
裕 馬久地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP35279099A priority Critical patent/JP3796746B2/en
Publication of JP2001025881A publication Critical patent/JP2001025881A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3796746B2 publication Critical patent/JP3796746B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Resistance Welding (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接中において、その溶接状態の良否を判定する機能を備えたスポット溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スポット溶接は、鋼板を使用した種々の製品の製造で実施されている。被溶接材として主に軟鋼板が使用されていたときには、溶接不良も少なく、溶接条件を一定に管理すれば良好な溶接品質を比較的安定して保つことができた。しかし、近年では、軟鋼板に代わって亜鉛メッキ鋼板や高張力鋼板あるいはアルミニウムなどの難溶接材を使用することが多くなり、これに伴って溶接の品質管理が難しくなってきていることから、単に溶接条件を一定に管理するだけではなく、溶接中におけるスポットナゲットの形成状況を直接的に監視して溶接状態の良否を判定する手段が研究開発されている。
【０００３】
従来のスポット溶接装置において、溶接状態の良否を判定する手段としては、例えば、（１）電極チップ間の溶接電流および溶接電圧を測定してチップ間の抵抗を求め、その変化パターンに基づいて溶接状態の良否を判定するもの、（２）溶接電流または溶接電圧を予め設定した基準電流または基準電圧の時間的変化と比較し、その差が許容値内か否かにより溶接状態の良否を判定するもの、（３）溶接電流とは別に電極チップ間に測定用電流を流してチップ間の抵抗を測定し、その抵抗の変化に基づいて溶接状態の良否を判定するもの、等があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の溶接状態良否判定手段、つまり溶接電流や溶接電圧に基づいて溶接状態の良否を判定する手段を備えたスポット溶接装置にあっては、被溶接材の種類ごとに綿密な予備実験を行ない、溶接状態の良否の判定基準を予め求めておくという作業が不可欠となる。この際、単に被溶接材の種類のみならず、錆や汚れなどの表面状態および電極チップの摩耗や変形といった不確定要素によるチップ間抵抗の変化を考慮する必要がある。しかしながら、実際の予備実験では、これらの不確定要素によるチップ間の抵抗の変化まで予測するのが難しく、上記不確定要素を判定基準になるべく盛り込むために多くの手間と時間が費やされていた。また、予備実験によって得た判定手段にあっても、適用範囲が比較的狭くて実用性に乏しいため、実際の溶接現場においては、溶接不良を避けるために、多少のコストをかけてでも厳しい溶接条件を設定せざるを得ないのが現状であった。このため、従来にあっては、溶接状態の良否を判定するうえでの作業の簡略化や判定精度の向上などが要望されていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、溶接中における溶接状態の良否判定を簡単且つ正確に行なうことができるスポット溶接装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるスポット溶接装置は、請求項１として、被溶接材を対向する挟持部にそれぞれ取り付けられた電極チップで加圧して抵抗加熱により溶着させるスポット溶接装置において、溶接中の電極チップの振動を検出する溶接振動検出手段と、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンが予め定めた合格の判定パターンであるか否かを判定する溶接良否判定手段を備えた構成とし、請求項２として、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅レベルが予め定めた合格の判定レベルであるか否かを判定する構成とし、請求項３として、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンが予め定めた合格の判定パターンであるか否かを判定する構成とし、請求項４として、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した加圧側挟持部の質点の固有振動周波数が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定する構成とし、請求項５として、電極チップに対する溶接電流や通電時間、および加圧力のうち少なくとも１つを制御する溶接制御手段を備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅レベル、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターン、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターン、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数、および前記固有振動周波数の時系列変化のうちの少なくとも溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行うと共に、その判定結果に基づいて溶接制御手段による溶接電流、通電時間および加圧力のうちの少なくとも１つをフィードバック制御する構成とし、請求項６として、電極チップ整形交換判定手段を備えており、前記電極チップ整形交換判定手段が、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数が溶接電流通電開始から所定の周波数に達するまでの時間に基づいて電極チップの整形あるいは交換時期の判定を行なう構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
また、本発明に係わるスポット溶接装置は、請求項７として、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の包絡線を所定の期間内で定積分した結果が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定する構成とし、請求項８として、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数あるいは高次振動周波数の包絡線を所定の期間内で定積分した結果が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定する構成とし、請求項９として、請求項７および請求項８に記載のスポット溶接装置において定積分する期間がナゲット形成開始時刻からナゲット成長飽和時刻の間とした
構成とし、請求項１０として、溶接電流の通電開始時刻から溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻までの時間を計測する時間カウンタを備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、前記時間カウンタにより計測された時間が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定する構成とし、請求項１１として、電極チップ整形交換判定手段が、請求項１０に記載のスポット溶接装置において時間カウンタにより計測された時間に基づいて電極チップの整形あるいは交換時期の判定を行なう構成とし、請求項１２として、溶接電流の通電開始時刻から溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻までの時間を計測する時間カウンタと、上記時間内に通電した溶接電流の電流量を算出する手段を備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、上記電流量が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定する構成とし、請求項１３として、溶接良否判定手段が、電極チップに対する溶接電流の通電を示す信号、若しくは電極チップへの加圧を示す信号のいずれか１つ以上の信号が有効である場合に、溶接状態の良否判定を行なう構成とし、請求項１４として、溶接電流通電停止指令を出力する溶接電流停止指示回路が、溶接電流の通電開始時刻から溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻若しくは振幅飽和時刻から所定の時間経過後に溶接電流の通電停止を行なう構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
さらに、本発明に係わるスポット溶接装置は、請求項１５として、溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの加速度を検出する加速度センサを備えている構成とし、請求項１６として、溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの変位を検出する変位センサを備えている構成とし、請求項１７として、溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの加圧力を検出する圧力センサを備えている構成とし、請求項１８として、溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップと加圧源との間の歪を検出する歪ゲージを備えている構成とし、請求項１９として、溶接振動検出手段が、各々の電極チップの加速度を検出する２個の加速度センサを備えると共に、両加速度センサの出力の差から溶接中の振動を検出する構成とし、請求項２０として、溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップと振動周波数を検出する振動センサを備えている構成とし、請求項２１として、溶接振動検出手段が、検出対象周波数と共振する共振機構を備えた構成とし、請求項２２として、溶接振動検出手段が、共振周波数を可変にできる共振周波数可変機構を備えた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明に係わるスポット溶接装置は、周期的な溶接電流による被溶接材の溶融進行や被溶接材を加圧挟持した際の振動変化や、電磁作用による溶融池内部の攪拌振動、および熱膨張変化に起因する振動などのように、スポットナゲットの形成時における普遍的な現象により発生する振動を検出する。すなわち、加速度センサ等の溶接振動検出手段により、溶接中における電極チップの振動を直接的にまたは間接的に検出する。そして、溶接良否判定手段において、溶接振動波形の溶接振動パターン等に基づいて溶接状態の良否を判定する。また、電極チップの整形交換判定手段において、加圧挟持した際に検出される固有振動周波数が溶接電流通電開始から所定の周波数に達するまでの時間等に基づいて電極チップの整形あるいは交換時期の判定を行なう。したがって、予備実験において、例えば、溶接状態が良好である場合と不良である場合の溶接振動波形を求め、その波形に基づいて溶接振動パターンなどを取得し、これらを判定基準として用いることができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜４、請求項７〜１０および請求項１２〜１４に係わるスポット溶接装置によると、電極チップの振動を検出して溶接状態の良否判定を行なうことから、被溶接材の表面における錆や汚れあるいは電極チップの摩耗や変形などの不確定要素の影響をほとんど受けることなく、簡単に且つ正確に溶接状態の良否を判定することができる。これにより、判定基準を定めるための予備実験を大幅に簡素化することができると共に、溶接コストの低減を実現することができ、溶接品質の向上にも貢献することができる。また、既存のスポット溶接装置に判定機能を付加することもきわめて容易に行なうことができ、設備費のさらなる節減なども実現し得る。
【００１１】
本発明の請求項５に係わるスポット溶接装置によると、溶接良否判定手段の判定結果に基づいて電極チップに対する溶接電流等をフィードバック制御することから、良好な溶接状態が得られるように自動制御が行なわれることとなり、溶接不良の発生を著しく低減することができ、さらなる低コストおよび溶接品質の向上が実現し得る。
【００１２】
本発明の請求項６および請求項１１に係わるスポット溶接装置によると、電極チップ先端の劣化判定を行なうことにより、効率の良い電極チップ先端の整形または電極チップの交換が実現し得る。
【００１３】
本発明の請求項１４に係わるスポット溶接装置によると、溶接良否判定において、良と判定された場合、それ以降の溶接電流制御は予備実験で求めた所定の制御量をもって通電停止させることにより、溶接不良を出さずに溶接電力の節約が実現し得る。
【００１４】
本発明の請求項１５〜２２に係わるスポット溶接装置によると、請求項１〜１４と同様の効果を得ることができるうえ、さらに各々の溶接振動検出手段により溶接中の電極チップの振動が正確に検出され、溶接状態の良否判定を高精度で行なうことが実現し得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係わるスポット溶接装置の一実施例を説明する図である。
【００１６】
図示のスポット溶接装置は、一対の溶接ガンアーム１，２に、対向する電極チップ３，４を備えており、重ね合わせた２枚の被溶接材Ｗ１，Ｗ２を両電極チップ３，４で挟んで加圧し、通電による抵抗加熱で両被溶接材Ｗ１，Ｗ２を溶着させるものである。一方の溶接ガンアーム１は、エアーシリンダ５により駆動されるようになっており、他方の溶接ガンアーム２は、少なくとも溶接時において固定状態となっている。
【００１７】
上記スポット溶接装置は、両電極チップ３，４に対する溶接電流、通電時間および通電タイミングを制御する溶接制御手段６と、溶接制御手段６で制御された１次電流を溶接に必要な電流まで増幅させる溶接トランス７と、溶接電流の制御を行なうために通電電流を検出する溶接電流検出トランス８を備えている。
【００１８】
また、上記スポット溶接装置は、溶接中の電極チップの振動を検出する溶接振動検出手段として、可動側の溶接ガンアーム２に加速度センサ９Ａが取り付けてあって、溶接ガンアーム１および電極チップ３の加速度を検出することで、電極チップ３の振動を検出するようになっており、さらに、加速度センサ９Ａで検出した溶接振動波形に基づいて溶接状態の良否を判定する溶接良否判定手段１０Ａを備えると共に、溶接良否判定手段１０Ａの判定結果に基づいて溶接制御手段６による溶接電流および通電時間をフィードバック制御するものとなっている。
【００１９】
すなわち、当該スポット溶接装置は、溶接中において、周期的な溶接電流による被溶接材の溶融進行や電磁作用による溶融池内部の攪拌振動、および熱膨張変化に起因する振動などのように、スポットナゲットの形成時における普遍的な現象により振動が発生することから、その振動を検出して溶接状態の良否を判定するものとなっている。したがって、溶接良否判定手段１０Ａには、振動に基づいて溶接状態の良否を判定し得る判定基準が設けられている。その判定基準を取得するための予備実験の結果を図２４〜図２８に示す。
【００２０】
図２４は、厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼板（冷延鋼板）に対して溶接電流を変化させて溶接を行ない、それぞれのスポットナゲットの形成状態と、溶接振動波形と、溶接振動波形の振幅スペクトルを示したものである。また、図２５は、図２４（ａ）に示す溶接不可の場合と、図２４（ｃ）に示す溶接合格の場合において、双方の溶接振動波形の振幅スペクトルを溶融開始期とスポットナゲット形成進行期とに分けて対比したものである。
【００２１】
図２４から明らかなように、溶接振動波形の特徴としては、溶接振動波形の振幅レベルとスポットナゲット形成との相関、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンとスポットナゲット形成との相関、溶接振動波形の周波数分布の時間変化とスポットナゲット形成との相関が挙げられる。
【００２２】
また、図２５から明らかなように、スポットナゲット形成状態が不可の場合には、溶融開始期（ａ）とスポットナゲット形成進行期（ｃ）の振幅スペクトルに大きな違いは見られないが、スポットナゲット形成状態が合格の場合には、溶融開始期（ｂ）に対してスポットナゲット形成進行期（ｄ）の振幅スペクトルに違いを確認できる。
【００２３】
さらに、図２６〜図２８は、厚さ０．８ｍｍのＳＰＣＣ鋼板、厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼板、および表面処理が施された厚さ１．６ｍｍのＳＰＦＨ４９０相当の高張力鋼板を被溶接材として、同様の溶接実験を行った結果を示すものである。このように、被溶接材の板厚や種類が変わっても、図２４に示した溶接振動波形と同様の振動の特徴が確認されている。つまり、溶接作用に起因する振動を判定対象とすることで、被溶接材の種類ごとに設定する判定基準のパラメータを少なくすることができる。
【００２４】
上記構成を備えたスポット溶接装置は、加速度センサ９Ａによって溶接中における電極チップ３の振動を検出し、溶接良否判定手段１０Ａにおいて、検出した溶接振動波形が予め定めた溶接強度の設計値を満足する溶接振動パターンであるか否かを判定する。あるいは、溶接振動波形の全域または任意のタイミングにおける振幅レベルが予備実験で求めた合格の判定レベルにあるか否かを判定する。あるいは、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンが予備実験で求めた合格の判定パターンを呈しているか否かを判定する。あるいは、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンが予備実験で求めた合格の判定パターンを呈しているか否かを判定する。
【００２５】
なお、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンによる判定は、図２４（ｄ）〜（ｆ）の振幅スペクトルにおいて、溶接電流の２倍の周波数でありかつ溶接振動の主成分である振動周波数Ａ１〜Ａ３に対して、その包絡線変化の発生因子となる干渉周波数Ｂ１〜Ｂ３の振幅レベルあるいは周波数によっても認識することが可能である。また、溶接振動波形の周波数分布の時間変化による判定は、図２５（ｂ）（ｄ）に示す振幅スペクトルにおいて、任意の特徴的な周波数Ｃ３の振幅レベルの時間的変化を判定対象として選択し、この周波数Ｃ３が予備実験で求めた所定のタイミングにおいて合格の判定レベルにあるか否かで溶接状態の良否を判定することが可能である。
【００２６】
このように、上記スポット溶接装置は、溶接作用に起因する振動を判定対象とすることで、被溶接材の表面における錆や汚れあるいは電極チップの摩耗や変形などの不確定要素の影響をほとんど受けることなく、簡単且つ正確に溶接状態の良否を判定し得るものとなっている。また、溶接良否判定手段１０Ａにより、溶接振動波形の振幅レベル、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターン、および溶接振動波形の振幅レベル、溶接振動波形の周波数分布の時間変化のうちの少なくとも１つに基づいて溶接状態の良否判定を行ったのち、その判定結果に基づいて溶接制御手段６による溶接電流および通電時間をフィードバック制御することにより、一旦溶接不良と判定した場合でも、その溶接が良好に行なわれるように自動制御が行なわれる。これにより、溶接不良の発生が著しく低減されることとなる。
【００２７】
図２〜４は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の具体的な一実施例を説明する回路図である。
【００２８】
図２の溶接良否判定手段１０Ｂは、溶接振動波形の振幅レベルを判定対象とするものであって、溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な振動周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ１１と、バンドパスフィルタ１１で抽出した振動信号の振幅レベルを得るための振幅検波回路１２と、予備実験で求めた良否判定の基準レベルを設定する判定レベル設定器１３と、振幅検波回路１２からの振幅レベルと判定レベルを比較する電圧コンパレータ１４と、溶接電流通電後の比較タイミングを設定するためのタイマー１５と、タイマー１５から比較タイミングを得て良否判定比較結果に基づいて溶接状態の良否判定を行なうレベル良否判定回路１６を備えている。この溶接良否判定手段１０Ｂは、溶接振動検出手段９Ｘにより検出した溶接振動波形を振幅レベル信号に変換し、振幅レベルと判定レベルと比較した結果を所定のタイミングにおいて評価することで、溶接状態の良否判定を行なう。
【００２９】
図３の溶接良否判定手段１０Ｃは、溶接振動波形の周波数分布の時間変化を判定対象とするものであって、回路構成を簡素化するために判定対象を特定の周波数に絞り、その代わりに周波数を選択し得るようにしてあり、図２に示す回路構成に、バンドパスフィルタ１１の通過周波数を調整するための周波数設定回路１７を付加した構成になっている。
【００３０】
ここで、包絡線による良否判定は、図２４に示す包絡線の時間軸の変化で捕らえる手段の他に周波数軸で捕らえる手段がある。包絡線の変化は、図２４の振幅スペクトルに示すところの主溶接振動周波数Ａ１（〜Ａ３）と別の溶接振動周波数Ｂ１（〜Ｂ３）の干渉により発生しているので、通常のスポット溶接の設定条件のように、溶接電流によって、主溶接振動周波数Ａ１（〜Ａ３）の周波数および振幅がほぼ一定となる条件下では、干渉溶接振動周波数Ｂ１（〜Ｂ３）の周波数および振幅は、包絡線の周波数および振幅に比例しているとみなすことができる。
【００３１】
したがって、バンドパスフィルタ１１で干渉溶接振動周波数Ｂ１（〜Ｂ３）を抽出するように周波数設定回路１７を設定することで、包絡線に比例した干渉周波数の振幅レベルによる溶接状態の良否判定が行なわれる。また、図２５の振幅スペクトルに示す任意の周波数Ｃ３を抽出するように周波数設定回路１７を設定すれば、抽出信号と判定レベルの比較結果から上記周波数Ｃ３の変化量から、溶接状態の良否判定を行なうことが可能になる。
【００３２】
図４の溶接良否判定手段１０Ｄは、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンを判定対象とするものであって、バンドパスフィルタ１１と、バンドパスフィルタ１１で抽出した振動信号の包絡線を得るための振幅検波回路１２と、溶接電流の通電開始から判定パターンの発信開始に至った際にトリガ信号を出力するトリガ発生回路２１と、トリガ信号を受けて予備実験で求めた判定パターンを発信する判定パターン発信器２２と、溶接振動信号の包絡線と判定パターンの差を得るための演算器２３と、演算器２３の出力から溶接状態の良否判定を行なうパターン良否判定回路２４を備えている。この溶接良否判定手段１０Ｄは、溶接振動検出手段９Ｘにより検出した溶接振動波形を周波数の包絡線信号に変換し、この包絡線の時間変化パターンと判定パターンとの比較においては、演算器２３による双方の差分が所定の変動幅以内にあるか否かを評価することで、溶接状態の良否判定を行なう。
【００３３】
図５は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の他の実施例を説明する回路図である。
【００３４】
図示の溶接良否判定手段１０Ｅは、とくに、１つのスポット溶接装置で多種多様な被溶接材の溶接に適用し得るものであって、先の実施例の振幅レベルを判定対象とする振幅レベル判定型良否判定回路３１と、同じく先の実施例の包絡線の時間変化パターンを判定手段とする包絡線判定型良否判定回路３２と、同じく先の実施例の周波数分布の時間変化を判定対象とする周波数分布判定型良否判定回路３３を備えている。
【００３５】
また、溶接良否判定手段１０Ｅは、それぞれの良否判定回路３１〜３３による判定モードに応じた判定データを記憶する判定基準記憶回路３４と、被溶接材の材質、厚さ、および表面処理等に応じた判定モードおよび判定基準の選択を行なう判定モード制御回路３５と、判定モード制御回路３５からの指示モードにしたがって各良否判定回路３１〜３３の判定結果を評価すると共に最終的な溶接状態の良否判定を行なう総合判定回路３６を備えている。
【００３６】
上記の溶接良否判定手段１０Ｅは、被溶接材ごとに予備実験で求めた判定条件から、どの良否判定回路３１〜３３の判定結果が最適であるか、あるいはどの良否判定回路３１〜３３の組合わせの判定結果が最適であるかを吟味し、被溶接材に対応した最適な良否判定回路３１〜３３を選択することにより、多種多様な被溶接材を連続的に溶接する場合でも溶接状態の良否判定を実行し得るものとなっている。
【００３７】
図６は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の他の実施例を説明する回路図である。
【００３８】
図示の溶接状態良否判定手段１０Ｆは、図２〜５に示すものがいずれもハードウエアによる構成であるのに対して、信号処理および溶接良否判定処理をソフトウエアにて行なう構成となっており、良否判定に必要な振動周波数成分の抽出ならびにアナログ／デジタル変換時のアリアス（ａｌｉａｓ）を防止するバンドパスフィルタ１１と、振動信号をデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換器４２と、デジタルフィルタリングまたは周波数分析とその結果に基づいて溶接状態の良否判定を行なうためのソフトウエアを有するデジタルシグナルプロセッサ４３を備えている。
【００３９】
上記溶接状態良否判定手段１０Ｆによる処理過程を図７に示すフローチャートにおいて説明する。
【００４０】
すなわち、ステップＳ１において溶接プロセスが開始されると、ステップＳ２において、アナログ・デジタル変換器で振動信号を離散数値化し、ステップＳ３において、デジタル処理を行って必要な周波数の振幅情報を抽出する。その後、ステップＳ４において、判定のタイミングに達したか否かを判定し、タイミングに達していない場合（Ｎｏ）にはステップＳ２に戻り、タイミングに達している場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進んで振幅が合格レベルであるか否かを判定する。このステップＳ５において振幅が合格レベルである場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ６に進んで合格判定をし、さらにステップＳ７に進んで次の溶接プロセスに移行する。
【００４１】
また、ステップＳ５において振幅が合格レベルではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ８に進んで不合格判定をしたのち、ステップＳ９においてその不合格判定が始めてか否かを判定する。このステップＳ９において、その不合格判定が初めてである場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０に進んで修正溶接プロセスに移行する。つまり、溶接良否判定手段１０により溶接制御手段６をフィードバック制御し、良好な溶接が行なわれるように溶接電流および通電時間を変更する。そして、ステップＳ９において、不合格判定が初めてではない場合（Ｎｏ）には、先に修正溶接プロセスを経たにもかかわらず不合格判定を受けたことになるから、ステップＳ１１に進んで修正不可能と判断し、溶接不良時の処理を行なう。
【００４２】
なお、この実施例の溶接状態良否判定手段１０Ｆにおけるデジタルシグナルプロセッサ４３は、汎用の信号の処理ＩＣやパーソナルコンピュータに置換えることが可能であり、これにより、汎用性に富むと共に、リアルタイム処理を行なうことができる高速信号処理システムを安価に得ることが可能である。
【００４３】
図８に、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の他の実施例を説明する。
【００４４】
図８は、図１に示すスポット溶接機の溶接振動検出手段が振動センサ９Ｂとなっているものであり、他の記号は図１と同じである。図２９（ａ）は図８に示すスポット溶接装置において、被溶接材Ｗ１，Ｗ２を加圧挟持したときの溶接機全体を簡略化した振動モデルとして表したものである。ここでｋａは加圧用エアーシリンダ５の空気ばね定数を、ｍｕは加圧側挟持部の総質量を、ｋｎは被溶接材Ｗ１，Ｗ２の弾性率から換算したナゲット部１０８のバネ定数を示す。また、図２９（ｂ）はナゲット部１０８のばね定数ｋｎの模式図を示す。この図２９（ｂ）から、ばね定数ｋｎはナゲット形成状態に応じて値が動的に変化する可変ばね要素と見ることができる。次に加圧側挟持部質量ｍｕとばね定数ｋｎとの振動周波数分布のモデル図を図３０に示す。ここでｆｎは加圧側挟持部質量ｍｕとばね定数ｋｎの１次の固有振動周波数を示し、その周波数は図２９（ａ）において空気ばね定数ｋａが小さい場合、概略以下の式で求めることができる。
【００４５】
【数１】

Figure 0003796746
【００４６】
つまり加圧側挟持部質量ｍｕが一定である溶接機では固有振動周波数ｆｎはナゲット形成状態を表す信号と言える。
【００４７】
また電極チップ３，４と被溶接材Ｗ１，Ｗ２は圧接しているためナゲット部のばね定数ｋｎの復元力は接触点を原点とする非対称非線形と考えられる。このためｆｎの整数高次の振動周波数が発生する。なお実際の振動周波数分布にはさらに電磁振動や溶接機の他の固有振動周波数が混在しているが、ここでは説明を容易にするために省略してある。
【００４８】
ここで、前記ばね定数ｋｎがナゲット形成状態に応じて変化し、その変化が前記加圧側挟持部の質点の１次の固有振動周波数ｆｎの変化、つまり溶接が開始されナゲット形成部の金属が溶融するとばね定数ｋｎが低下することに着目して、予備実験で求めた合格ナゲット形成時と同等か否かを前記固有振動周波数ｆｎを比較することで溶接状態の良否判定を行なう。
【００４９】
ここで、加圧側挟持部の質点とは加圧側挟持部の振動を考えるうえで加圧側挟持部の形、大きさを無視し、その１点のみで代表させ、加圧側挟持部の質量ｍｕという力学的性質だけで持たせた仮想の点をいう。
【００５０】
図９は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００５１】
この実施例ではナゲット形成状態を反映して振動するスポット溶接装置の加圧側挟持部の固有振動周波数ｆｎを判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｇは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な固有振動周波数ｆｎを抽出する加圧電極振動検出回路２００と、抽出された振動信号を電圧レベルに変換するための周波数／電圧変換回路２０１と、予備実験で求めた良否判定の基準レベルを設定する判定レベル設定器１３と、検出された振動信号の振幅レベルと合格判定レベルを比較する電圧コンパレータ１４と、溶接電流通電後の比較タイミングを設定するためのタイマー１５と、タイマー１５から比較タイミングを得て良否判定比較結果に基づいて溶接状態の良否判定を行なうレベル良否判定回路１６を備えている。この溶接振動検出手段９Ｘにより検出された振動波形は加圧電極振動検出回路２００、周波数／電圧変換回路２０１により固有振動周波数ｆｎに対応した電圧レベル信号へ変換され、合否判定基準レベルと比較した結果が所定のタイミングにおいて評価されて溶接状態の良否判定を行なう。
【００５２】
図１０は前記加圧電極振動検出回路２００の一実施例を示すものである。ナゲット形成状態によって変化する前記固有振動周波数ｆｎのみを検出して出力するために、前記固有振動周波数ｆｎの下限周波数以下の振動信号を除去するハイパスフィルタ２０２と、上限周波数以上の振動信号を除去するためのローパスフィルタ２０３との縦続構成となっている。つまり固有振動周波数ｆｎのみがフィルタを通過して出力される。これは前記固有振動周波数ｆｎの変化範囲内において他の振動成分とのＳＮ比が確保できている場合に有効なもっとも簡単な構成である。
【００５３】
図１１は前記加圧電極振動検出回路２００の他の実施例を示すものである。振動信号を周波数分布データへ変換するためのＦＦＴ回路２０４と、前記振動信号中の定常振動成分の周波数分布データを設定する定常振動周波数分布設定器２０５と、ＦＦＴ回路２０４の出力する周波数分布データから定常振動成分を除去するための
周波数分布減算器２０６と、減算結果の分布データを振動信号に戻すための逆ＦＦＴ回路２０７とから構成される。したがってナゲット形成状態によって変化する前記固有振動周波数ｆｎ以外の振動は、定常的に発生している振動であることから、たとえ定常振動成分が大きくても、また周波数が重なることがっても周波数分布減算器２０６で差し引かれる。この結果、変動分である前記固有振動周波数ｆｎがＳＮ比を高めて出力される。
【００５４】
図３１に前記固有振動周波数ｆｎとばね定数ｋｎの時系列変化の関係を示す。この図より前記固有振動周波数ｆｎの時系列変化ｆｎ（ｔ）を監視することでナゲット形成状況をリアルタイムで判定できることがわかり、よって、合格ナゲットの形成に導くための溶接インプロセス制御が実現できる。
【００５５】
図１２は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００５６】
この実施例では固有振動周波数ｆｎの時系列変化パターンを合格判定対象とするもので、さらに合格ナゲットの形成に導くための溶接補正制御指令機能を有するものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｈは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な固有振動周波数ｆｎを抽出する加圧電極振動検出回路２００と、抽出された振動信号を電圧レベルに変換するための周波数／電圧変換回路２０１と、溶接電流通電開始から合格パターン発生の開始を指示するトリガ発生回路２１と、再生トリガを受けて合格ナゲット形成時の固有振動周波数ｆｎの時系列変化を電圧信号として再生する合格パターン発生器２０９と、その合格パターンに対する固有振動周波数ｆｎの時系列変化のずれ量を検出する減算器２３と、そのずれ量からリアルタイムで良否判定を行なうリアルタイム良否判定回路２１１と、良否判定結果を受けて、予め設定した補正制御論理に基づいた溶接電流、通電時間、加圧力の補正制御指令を出すインプロセス補正制御回路２１２を備えている。この溶接振動検出手段９Ｘにより検出された振動波形は加圧電極振動検出回路２００、周波数／電圧変換回路２０１により固有振動周波数ｆｎに応じた電圧レベル信号へ変換され、この電圧信号レベルの時系列変化と合格パターンのずれ量が減算器２３で逐次算出され、リアルタイム良否判定回路２１１にてそのずれ量が所定の許容判定以内にあるか否かでナゲット形成過程の良否判定を行なう。
【００５７】
したがって溶接振動検出手段９Ｘにより検出された振動波形は加圧電極振動検出回路２００、周波数／電圧変換回路２０１により固有振動周波数ｆｎに応じた電圧レベル信号へ変換され、この電圧信号レベルの時系列変化と合格パターンのずれ量が減算器２３で逐次算出され、リアルタイム良否判定回路２１１にてそのずれ量が所定の許容範囲以内にあるか否かでナゲット形成過程の良否判定が行なえる。また不良判定が出た場合は即座にインプロセス補正制御回路２１２にて不良分析が行なわれる。例えば合格パターンとのずれ量がマイナス方向へ拡大している場合はナゲット形成速度が遅いと判断できるので、この場合は溶接電流を高める補正制御指令を出すことでナゲット形成を促進させることができる。このようにして積極的に合格ナゲットの形成へ導くためのフィードバック制御が可能となる。
【００５８】
図３２は、電極チップ先端の劣化とナゲット部の溶融開始時刻ｔｍ（ｎ）の関係を示す。図示のように、電極チップ先端の劣化に伴って溶融開始時刻ｔｍ（ｎ）が遅れることに着目すると、前記固有振動周波数ｆｎ（ｔ）が溶融開始時の固有振動周波数ｆｎ（ｔｍ）に達する時刻ｔｍ（ｎ）が、予備実験で求めた電極チップ使用限界時刻ｔｌに達したか否かにより電極チップ先端の劣化判定ができる。
【００５９】
図１３は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００６０】
この実施例ではナゲット部の溶融開始時刻における固有振動周波数ｆｎ（ｔｍ）を判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｉは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な固有振動周波数ｆｎを抽出する加圧電極振動検出回路２００と、抽出された振動信号を電圧レベルに変換するための周波数／電圧変換回路２０１と、前記固有振動周波数ｆｎ（ｔｍ）に対応した電圧レベルＶｍを設定する溶融開始時刻判定レベル設定器２１３と、抽出した電圧レベルと溶融開始時刻判定レベルＶｍを比較して溶融開始時刻ｔｍを判定する電圧コンパレータ１４と、溶接電流通電開始から溶融開始時刻ｔｍまでの時間を計る時間カウンタ２１４と、時間カウンタの値が電極チップ使用限界時刻ｔｌに達したか否かで電極チップの整形または交換時期の判定を行なう電極チップ整形交換判定回路２１５と、チップ整形判定履歴を保存するメモリ２１６を備えている。
【００６１】
したがって溶接振動検出手段９Ｘにより検出された振動波形は加圧電極振動検出回路２００、周波数／電圧変換回路２０１により固有振動周波数ｆｎに応じた電圧レベル信号へ変換され、この電圧信号レベルと溶融開始時刻判定レベルを比較して溶融開始時刻ｔｍが検出され続いて通電開始からの時間が求められる。この時間長さが予め設定してある電極チップ使用限界ｔｌに達した場合、電極チップ先端が劣化したと判断し電極チップの整形時期と判定する。またこの整形時期の判定累積回数は履歴としてメモリ２１６へ保存され、判定累積が所定の回数に達した場合は電極チップ消耗と判断し交換時期と判定をする。この判定結果によって効率の良い電極チップの整形または交換が行なえる。
【００６２】
図３３は、ナゲット形成と相関のある振動の振幅包絡線を所定期間で定積分した結果と、そのときのナゲット径の実測値の関係を示す。図示のように、上記関係が比例することに着目すると、振幅包絡線を所定の期間で定積分した結果と比較して溶接状態の良否判定を行なうことができる。ここで、前記ナゲット形成と相関のある振動周波数として図３０に示す前記固有振動周波数ｆｎを選択することを提案し、定積分する所定期間として、図３１に示す溶融開始時刻ｔｍからナゲット飽和時刻ｔｇを選択することを提案することができる。
【００６３】
ここで、前記固有振動周波数ｆｎを選択するにはバンドパスフィルタを使用し、その通過周波数設定を図３１に示すナゲット飽和時刻ｔｇにおける固有振動周波数ｆｎ（ｔｇ）に合わせる。これにより不要な振動周波数を除去すると共に、図３４（ａ）に示すようにフィルタの通過利得作用により、固有振動周波数の変化ｆｎ（ｔ）は振動振幅の変化Ａｎ（ｔ）に置き換わる。この結果図３４（ｂ）に示すように溶融開始時刻ｔｍからナゲット飽和時刻ｔｇにかけて振幅が変化する振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔが得られる。なおナゲット飽和時刻ｔｇ経過後、ナゲットが凝固に転じる領域では固有振動周波数が再びｆｎ（ｔｍ）側へ移動するために振動振幅が低下することになる。次に振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔから包絡線Ａｎ（ｔ）を抽出し定積分することになるが、このとき、ナゲット形成の良否が明確に現れる期間を定積分期間に選定することが望ましい。実験の結果、図３５に示すように、形成されるナゲット径と平均振動振幅の大きさ、および振動振幅が飽和（最大振幅点）するまでの早さは互いに比例し、かつ連動することがわかった。この特徴に着目して定積分期間を溶融開始時刻ｔｍからナゲット飽和時刻ｔｇに設定することで定積分結果とナゲット径の良好な相関特性を得ることができる。
【００６４】
図１４は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。この実施例ではナゲット形成と相関のある振動包絡線の定積分値を判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｊは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な振動信号を抽出するバンドパスフィルタ１１と、抽出された振動信号の包絡線を得るための振幅検波回路１２と、包絡線を所定の期間で積分する定積分回路２１７と、合格ナゲット形成時の定積分レベルを設定する合格判定レベル設定器１３と、定積分結果と合格判定レベルを比較する電圧コンパレータ１４と、溶接電流通電後の比較タイミングを決定するためのタイマー１５と、比較タイミングを得て、合格判定比較結果に基づいて溶接状態の良否判定を行なうレベル良否判定回路１６を備えている。ここでバンドパスフィルタ１１の通過周波数にはナゲット飽和時期固有振動周波数ｆｎ（ｔｇ）を設定し、また定積分回路２１７の積分期間にはナゲット溶融開始時刻ｔｍからナゲット飽和時刻ｔｇまでの期間を設定する。なお定積分回路２１７の具体的回路例としては積分リセットスイッチと静電容量素子を用いた電荷蓄積によるアナログ積分回路などが挙げられる。
【００６５】
したがって、溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から、バンドパスフィルタ１１のサ用により図３４（ｂ）に示すようなナゲット形成に応じて振幅変化する固有振動周波数信号Ａｎ（ｔ）ｓｉｎ２πｆｎ（ｔｇ）ｔが抽出され、続いてその包絡線Ａｎ（ｔ）の定積分値がナゲット溶融開始時刻ｔｍからナゲット飽和時刻ｔｇの期間で計算されて、予備実験にて求めた合格ナゲット形成時の定積分値と比較される。その比較結果が所定のタイミングにおいて評価されて溶接状態の良否判定が行なわれる。なお定積分結果とナゲット径の近似式を求めておけばナゲット径の推定値を出力することもできる。
【００６６】
図３６（ａ）は通電開始時刻からの振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔを示し、図３６（ｂ）は、図３６（ａ）における前記振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔの振幅拡大開始時刻ｔｒまでの時間Ｔｒとナゲット径との関係を示す。図３６（ｂ）に示すように、上記関係が指数曲線で近似できる実験結果を得たことに着目すると、溶接時に得られる振幅拡大開始時間Ｔｒを予備実験で得た合格ナゲット形成時の振幅拡大開始時間Ｔｒと比較することでナゲット形成が完了するより前にナゲット形成状態の良否判定ができる。また近似式を求めておくことで振幅拡大開始時刻ｔｒ時点においてナゲット径の推定ができる。
【００６７】
図１５は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００６８】
この実施例ではナゲット形成と相関のある振動信号の振幅拡大開始時間を判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｋは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な振動信号を抽出するバンドパスフィルタ１１と、抽出された振動信号の包絡線を得るための振幅検波回路１２と、包絡線の立ち上がり開始を検出する振幅拡大開始検出回路２１８と、溶接電流通電開始から前記振幅拡大開始の検出までの時間を計る時間カウンタ２１４と、溶接電流通電後の比較タイミングを決定するためのタイマー１５と、比較タイミングを得て、拡大開始時間の計測結果に基づいた溶接状態の良否判定を行なう良否判定回路２１０を備えている。ここで振幅拡大開始検出回路２１８の具体的回路例としては検出閾値を設定した電圧コンパレータや、変化点検出に良く用いられる微分回路が挙げられる。
【００６９】
したがって、前記同様に溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から、ナゲット形成に応じて振幅変化する包絡線Ａｎ（ｔ）が抽出され、続いて溶接電流通電開始から包絡線の立ち上がり検出までの時間が計測され、その計算結果が予備実験で求めた合格ナゲット形成時の拡大開始時間にあるか否かを所定のタイミングにおいて評価して溶接状態の良否判定を行なう。なお拡大開始時間の計測結果とナゲット径の近似式を求めておけばナゲット径の推定値を出力することもできる。
【００７０】
また、図３６（ｂ）に示すようにナゲット径が不合格の領域では前記振幅拡大開始時間Ｔｒが長くなることに着目すると、電極チップ先端の劣化によるところのナゲット径不合格の場合には前記振幅拡大開始時刻ｔｒが予備実験で求めた図３２の電極チップ使用限界時刻ｔｌに達したか否かにより電極チップ先端の劣化判定ができる。この判定結果から効率の良い電極チップ先端の整形または電極チップの交換が実現できる。
【００７１】
図１６は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００７２】
図示の溶接良否判定手段１０Ｌは、図１５の構成に、図１３の電極チップ整形交換判定回路２１５と、判定履歴保存用のメモリ２１６が追加された構成となっている。
【００７３】
したがって、前記図１５の実施例と同様の作用により溶融開始時間を計測し、その計測時間が前記図１３の実施例と同様の作用により電極チップの整形または交換時期が判定できる。
【００７４】
図３７は、図３６（ａ）に示す前記振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔの振幅拡大開始時刻ｔｒから振幅飽和時刻ｔｓまでに流れた電流量∫Ｉｗ2ｄｔとナゲット径との関係を示す。図３７にて示されるように前記関係は指数曲線で近似できる実験結果を得たことに着目すると溶接時に得られる電流量∫Ｉｗ2ｄｔを予備実験で得た合格ナゲット形成時の電流量∫Ｉｗ2ｄｔと比較することでナゲット形成が完了するより前にナゲット形成状態の良否判定ができる。また近似式を求めておくことで振幅拡大飽和時刻ｔｓ時点においてナゲット径の推定ができる。
【００７５】
図１７は、上記発明をスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【００７６】
この実施例では所定の期間に通電した溶接電流の電流量を判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｍは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な振動信号を抽出するバンドパスフィルタ１１と、抽出された振動信号の包絡線を得るための振幅検波回路１２と、得られた包絡線の立ち上がり開始を検出する振幅拡大開始検出回路２１８と、包絡線の飽和を検出する振幅飽和検出回路２１９と、溶接電流のモニタ信号を検出する溶接電流検出トランス５と、得られた溶接電流モニタ信号を絶対値信号に変換する２乗演算回路２２０と、その電流絶対値信号から所定期間の電流量を算出する定積分回路２１７と、合格ナゲット形成時の電流量を設定する合格判定レベル設定器１３と、算出された電流量と合格判定レベルを比較する電圧コンパレータ１４と、比較タイミングを決定するためのタイマー１５と、比較タイミングを得て、電圧コンパレータ１４の比較結果に基づいた溶接状態の良否判定を行なう良否判定回路１６を備えている。
【００７７】
したがって前記同様に溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から、ナゲット形成に応じて振幅変化する包絡線Ａｎ（ｔ）が抽出され、続いて図３６（ａ）に示す包絡線の立ち上がり開始時刻ｔｒと飽和時刻ｔｓが検出され、前記開始時刻ｔｒから飽和時刻ｔｓまでに通電された電流量が算出される。その電流量が合格ナゲット形成時の電流量より大きいか否かを所定のタイミングにおいて評価して溶接状態の良否判定を行なうことができる。なお電流量の算出結果とナゲット径の近似式を求めておけばナゲット径の推定値を出力することもできる。
【００７８】
溶接良否判定の誤動作防止の実施例としては、図９、図１４、図１５、図１７に示すタイマー１５に溶接電流検出トランスやエアーシリンダ圧センサからの信号を入力する方法が挙げられる。したがってこれらセンサからの通電中あるいは加圧中を示す信号により溶接良否判定を実行させることで外乱振動による誤判定を防止できる。
【００７９】
図１８は、溶接電流通電停止指令出力を有する溶接良否判定手段の一の実施例である。この実施例では振動振幅拡大開始時刻ｔｒまたは振幅飽和時刻ｔｓのいずれかを切り換えて良否の判定対象とするものである。図示の溶接良否判定手段１０Ｎは、前記加圧側挟持部に取り付けた溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から判定に必要な振動信号を抽出するバンドパスフィルタ１１と、抽出された振動信号の包絡線を得るための振幅検波回路１２と、得られた包絡線の立ち上がり開始を検出する振幅拡大開始検出回路２１８と、包絡線の飽和を検出する振幅飽和検出回路２１９と、溶接電流通電開始から前記振幅拡大開始時刻または前記振幅飽和時刻の検出までの時間を計る時間カウンタ２１４と、その計測時間に基づいた溶接状態の良否判定を行なう良否判定回路２１０、その良否判定回路からの良判定を得て所定の経過時間の後に溶接電流通電停止指令を出力する通電停止指示回路２２１を備えている。
【００８０】
したがって前記同様に溶接振動検出手段９Ｘの検出信号から、ナゲット形成に応じて振幅変化する包絡線Ａｎ（ｔ）が抽出され、続いて図３６（ａ）に示す包絡線の立ち上がり開始時刻ｔｒまたは飽和時刻ｔｓが検出され、溶接電流通電開始からの時間が計測される。その計算結果が予備実験で求めた合格ナゲット形成時の拡大開始時間または振幅飽和時間にあるか否かを評価して溶接状態の良否判定を行ない、続いて判定結果が良の場合は、通電停止指示回路２２１により所定の経過時間の後に溶接電流通電停止指令を出力する。これにより過剰な溶接電流を節約して合格ナゲットを形成させることができる。
【００８１】
図１９は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段の他の実施例を説明する図である。なお、溶接ガンアーム１，２、電極チップ３，４およびエアーシリンダ５については、図１に示す実施例のものと同一である。
【００８２】
この実施例では、溶接振動検出手段として、両溶接ガンアーム１，２の間に高分解能変位センサ９Ｂが取り付けてあって、この高分解能変位センサ９Ｂで溶接中における両電極チップ３，４間の変位を検出することにより、溶接中における電極チップ３の振動を検出するものとなっている。
【００８３】
図２０は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する図である。
【００８４】
この実施例では、溶接振動検出手段として、可動側の溶接ガンアーム１に対するエアーシリンダ５の加圧力（荷重）または、反力の伝達経路に例えばロードセル等の圧力センサ９Ｃが取り付けてあって、この圧力センサ９Ｃで溶接中における電極チップ３の加圧力を検出することにより、溶接中における電極チップ３の振動を検出するものとなっている。
【００８５】
図２１は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する図である。
【００８６】
この実施例では、溶接振動検出手段として、エアーシリンダ５に圧力センサ９Ｄが取り付けてあって、この圧力センサ９Ｄでエアーシリンダ５の内圧Ｐを検出して溶接中における電極チップ３の加圧力を間接的に検出することにより、溶接中における電極チップ３の振動を検出するものとなっている。
【００８７】
図２２は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する図である。
【００８８】
この実施例では、溶接振動検出手段として、可動側の溶接ガンアーム１において、電極チップ３と加圧源であるエアーシリンダ５の間に歪ゲージ９Ｅが取り付けてあって、この歪ゲージ９Ｅで溶接中における溶接ガンアーム１に生じる歪を検出することにより、溶接中における電極チップ３の振動を検出するものとなっている。
【００８９】
なお、歪ゲージ９Ｅは、例えば、溶接振動で発生した溶接ガンアーム１の曲げによる歪および垂直荷重による歪のいずれか大きい方を検出し得るように取り付け方を決定する。
【００９０】
図２３は、本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する図である。
【００９１】
この実施例では、溶接振動検出手段として、両溶接ガンアーム１，２に、加速度センサ９Ａ，９Ａがそれぞれの感度極性を一致させた状態で取り付けてあると共に、両加速度センサ９Ａ，９Ａの出力の差を得る差動増幅器９Ｆを備えており、差動増幅器９Ｆからの出力によって溶接中における電極チップ３，４の振動を検出するものとなっている。
【００９２】
上記溶接振動検出手段を備えたスポット溶接装置は、溶接ロボットにより取回しが成される溶接ガンあるいはハンドガンのように、装置全体が可動するものに適用される。つまり、この種の装置では、装置全体の振動ＶＧが溶接状態の良否判定の障害となるので、差動増幅器９Ｆにおいて両加速度センサ９Ａ，９Ａの出力の差を得ることで装置全体の振動ＶＧをキャンセルし、溶接振動Ｖｗのみを検出するようにしている。
【００９３】
図３８は、本発明に係わるスポット溶接装置の共振溶接振動検出手段の一実施例を説明する図である。図３８（ａ）は本実施例における機械共振機構をモデル化した図である。図示のように溶接振動検出手段９Ｇと弾性支持材１０２からなる機械共振機構を設ける。ここで、溶接振動検出手段９Ｇはケース１０１内に波板状の弾性支持材１０２にて上下自由に振動するように固定されている。その共振周波数が検出対象の振動周波数に一致するように溶接振動検出手段９Ｇの質量ｍｓまたは弾性支持材１０２のばね定数ｋｓを設計する。図３８（ｂ）にこの構成による周波数検出感度特性の例を示す。したがって、電磁振動などナゲット形成とは無関係な振動が混在する溶接振動の中から、検出対象の振動周波数を選択的に検出し出力することができる。また、図３８（ｃ）は他の実施例を示すもので、溶接振動検出手段９Ｇを弾性支持材１０９を介し振動検出部位（例えば電極４）に直接貼り付ける構成としている。この場合も溶接振動検出振動９Ｇの質量ｍｓと弾性支持材１０９のばね定数ｋｓを検出対象の振動周波数に一致するように設計する。
【００９４】
図３９は、本発明に係わるスポット溶接装置の可変共振型共振溶接振動検出手段の一実施例をモデル化して説明する図である。図３９（ａ）は前記図３８（ａ）と同様の構成に加え、溶接振動検出手段９Ｈに付加質量ｍａを取り付けることで共振周波数ｆｒを変更させる。また、図３９（ｂ）では溶接振動検出手段９Ｈを梁状の弾性支持材１０５にて横方向自由に振動するように支持し、さらに共振周波数設定ピン１０６を梁状の弾性支持材の長手方向にスライドさせることによりばね定数ｋｎを変化させて共振周波数ｆｒを変更する実施例である。このように質量またはばね定数の可変機構を設けることにより、その可変機構を使って用途に応じて検出対象周波数を変更できる。
【００９５】
なお、本発明に係わるスポット溶接装置は、その詳細な構成が上記各実施例のみに限定されるものではなく、例えば、溶接振動手段として圧電フィルムセンサ等を用いることもでき、さらには、上記各実施例を組み合わせた構成とすることも可能であって、本発明の要旨を変えない範囲で様々の実施形態が可能となることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるスポット溶接装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の具体的な一実施例を説明する回路図である。
【図３】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段の他の実施例を説明する回路図である。
【図４】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図５】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図６】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図７】図６に示す溶接良否判定手段の処理過程を説明するフローチャートである。
【図８】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段のさらに他の実施例を説明する図である。
【図９】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する図である。
【図１０】加圧電極振動検出回路の一実施例を示す図である。
【図１１】加圧電極振動検出回路の他の実施例を示す図である。
【図１２】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１３】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１４】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１５】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１６】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１７】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接良否判定手段に実施した例を説明する回路図である。
【図１８】溶接電流通電停止指令出力を有する溶接良否判定手段の一の実施例である。
【図１９】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段の他の実施例を説明する図である。
【図２０】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図２１】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図２２】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図２３】本発明に係わるスポット溶接装置の溶接振動検出手段のさらに他の実施例を説明する回路図である。
【図２４】予備実験の結果として、異なる溶接電流でのスポットナゲットの形成状態、溶接振動波形および振幅スペクトルを示す説明図である。
【図２５】図２４（ａ）の溶接不可の場合と図２４（ｃ）の溶接合格の場合における溶融開始期およびスポットナゲット形成進行期のそれぞれの溶接振動波形の振幅スペクトルを示す説明図である。
【図２６】厚さ０．８ｍｍのＳＰＣＣ鋼板を溶接した際の各種振動振幅とスポットナゲット径の成長率との関係を示すグラフである。
【図２７】厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ鋼板を溶接した際の各種振動振幅とスポットナゲット径の成長率との関係を示すグラフである。
【図２８】表面処理が施された厚さ１．６ｍｍのＳＰＦＨ４９０相当の高張力鋼板を溶接した際の各種振動振幅とスポットナゲット径の成長率との関係を示すグラフである。
【図２９】（ａ）は図８に示すスポット溶接装置において、被溶接材Ｗ１，Ｗ２を加圧挟持したときの溶接機全体を簡略化した振動モデルとして表した図であり、（ｂ）はナゲット部１０８のばね定数ｋｎの模式図を示した図である。
【図３０】加圧側挟持部質量とばね定数との振動周波数分布のモデル図である。
【図３１】固有振動周波数とばね定数の時系列変化の関係を示す図である。
【図３２】電極チップ先端の劣化とナゲット部の熔融開始時刻の関係を示す図である。
【図３３】ナゲット形成と相関のある振動の振幅包括線を所定期間で定積分した結果と、そのときのナゲット径の実測値の関係を示す図である。
【図３４】（ａ）は固有振動周波数と振動振幅の関係を示す図であり、（ｂ）は溶融開始時刻からナゲット飽和時刻にかけての振動信号の振幅の変化を示す図である。
【図３５】平均振動振幅と振幅飽和タイミングの関係を示す図である。
【図３６】（ａ）は通電開始時刻からの振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔを示す図であり、（ｂ）は（ａ）における前記振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔの振幅拡大開始時刻ｔｒまでの時間Ｔｒとナゲット径との関係を示す図である。
【図３７】図３６（ａ）に示す前記振動信号Ａｎ（ｔ）ＳＩＮ２πｆｎ（ｔｇ）ｔの振幅拡大開始時刻ｔｒから振幅飽和時刻ｔｓまでに流れた電流量∫Ｉｗ2ｄｔとナゲット径との関係を示す図である。
【図３８】本発明に係わるスポット溶接装置の共振溶接振動検出手段の一実施例を説明する図である。
【図３９】本発明に係わるスポット溶接装置の可変共振型共振溶接振動検出手段の一実施例をモデル化して説明する図である。
【符号の説明】
１，２ 溶接ガンアーム
３，４ 電極チップ
５ エアシリンダ（駆動源）
６ 溶接制御手段
９Ａ 加速度センサ（溶接振動検出手段）
９Ｂ 高分解能変位センサ（溶接振動検出手段）
９Ｃ，９Ｄ 圧力センサ（溶接振動検出手段）
９Ｅ 歪ゲージ（溶接振動検出手段）
９Ｆ 差動増幅器（溶接振動検出手段）
９Ｘ 溶接振動検出手段
１０Ａ〜１０Ｆ 溶接良否判定手段
Ｗ１，Ｗ２ 被溶接材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spot welding apparatus having a function of determining the quality of a welding state during welding.
[0002]
[Prior art]
Spot welding is performed in the manufacture of various products using steel plates. When a mild steel sheet was mainly used as the material to be welded, there were few welding defects, and good welding quality could be maintained relatively stably if the welding conditions were controlled to be constant. However, in recent years, instead of mild steel plates, galvanized steel plates, high-tensile steel plates or difficult-to-weld materials such as aluminum are often used. In addition to managing the welding conditions uniformly, research and development has been conducted on means for directly monitoring the formation state of spot nuggets during welding to determine whether the welding state is good or bad.
[0003]
In a conventional spot welding apparatus, as means for determining the quality of the welding state, for example, (1) the welding current and welding voltage between electrode tips are measured to determine the resistance between the tips, and welding is performed based on the change pattern. (2) The welding current or welding voltage is compared with a preset reference current or reference voltage over time, and whether the difference is within an allowable value is judged. (3) In addition to the welding current, a current for measurement was passed between the electrode tips to measure the resistance between the tips, and the quality of the welding state was judged based on the change in resistance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the spot welding apparatus provided with the conventional welding state quality determination means as described above, that is, a means for determining the quality of the welding state based on the welding current and the welding voltage, it is carefully determined for each type of material to be welded. It is indispensable to conduct a preliminary experiment and to obtain a criterion for determining whether the welding state is good or not in advance. At this time, it is necessary to consider not only the type of the material to be welded but also the change in resistance between the chips due to the uncertain factors such as the surface state such as rust and dirt and the wear and deformation of the electrode tips. However, in actual preliminary experiments, it is difficult to predict even the resistance change between chips due to these uncertainties, and much effort and time have been spent to incorporate the uncertainties as a criterion. . In addition, even in the judgment means obtained by preliminary experiments, since the application range is relatively narrow and impractical, in actual welding sites, severe welding is required at some cost to avoid welding defects. The current situation was that we had to set the conditions. For this reason, conventionally, there has been a demand for simplification of work and improvement of determination accuracy in determining whether the welding state is good or bad.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object thereof is to provide a spot welding apparatus that can easily and accurately determine the quality of a welded state during welding.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The spot welding apparatus according to the present invention is the spot welding apparatus according to claim 1, wherein the welding is performed in the spot welding apparatus in which the material to be welded is pressurized by the electrode tips respectively attached to the opposing clamping portions and welded by resistance heating. Vibration detection means for detecting welding vibration waveform detected by welding vibration detection means It is determined whether the time variation pattern of the frequency distribution is a predetermined pass determination pattern It is set as the structure provided with the welding quality determination means, and as Claim 2, the welding quality determination means is In addition to performing pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, Amplitude level of welding vibration waveform detected by welding vibration detection means Determines whether or not is at a predetermined pass determination level As a configuration, as claimed in claim 3, the welding pass / fail judgment means comprises: In addition to performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, Temporal change pattern of envelope of welding vibration waveform detected by welding vibration detection means Determines whether or not is a predetermined pass determination pattern Structure and claim 4 As a welding quality determination means, In addition to performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, Natural vibration frequency of the material point of the pressure side clamping part detected by the welding vibration detection means Determines whether or not is a predetermined acceptance value Structure and claim 5 As a welding control means for controlling at least one of the welding current and energization time for the electrode tip and the applied pressure, the welding pass / fail judgment means, the amplitude level of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, Time variation pattern of the envelope of the welding vibration waveform, time variation of the frequency distribution of the welding vibration waveform pattern , The natural vibration frequency of the mass of the pressing side clamping part, and the time change of the frequency distribution of the welding vibration waveform at least among the time-series changes of the natural vibration frequency pattern And determining whether the welding state is good or not based on the feedback control, and based on the determination result, feedback control is performed on at least one of the welding current, the energization time, and the applied pressure by the welding control means, 6 As Comprising an electrode tip shaping exchange determining means, The electrode tip shaping / exchange determining means is configured to determine the time for shaping or replacing the electrode tip based on the time from when the natural vibration frequency of the mass of the pressing side clamping portion reaches a predetermined frequency after the start of welding current energization, The above configuration serves as means for solving the conventional problems.
[0007]
Further, the spot welding apparatus according to the present invention is as follows. 7 As a welding quality determination means, In addition to performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, The result of definite integration of the envelope of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means within a specified period Determines whether or not is a predetermined acceptance value Structure and claim 8 As a welding quality determination means, In addition to performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, The result of definite integration of the natural vibration frequency or higher-order vibration frequency envelope of the mass of the pressure side clamping part within a specified period Determines whether or not is a predetermined acceptance value Structure and claim 9 As claims 7 And claims 8 In the spot welding apparatus described in, the period of definite integration is between the nugget formation start time and the nugget growth saturation time
Structure and claim 10 As provided with a time counter that measures the time from the welding current energization start time to the amplitude expansion start time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, In addition to performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, Time measured by the time counter Determines whether or not is a predetermined acceptance value Structure and claim 11 As an electrode tip shaping exchange determination means, 10 In the spot welding apparatus according to claim 1, the electrode tip is shaped or replaced based on the time measured by the time counter, 12 A time counter for measuring the time from the welding current energization start time to the amplitude expansion start time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, and a means for calculating the current amount of the welding current energized within the time Equipped with welding quality determination means, In addition to performing pass / fail judgment of the welding state based on the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, Above current Determines whether or not is a predetermined acceptance value Structure and claim 13 As described above, the welding quality determination means determines whether the welding state is good or not when one or more signals of a signal indicating energization of the welding current to the electrode tip or a signal indicating pressurization to the electrode tip are valid. Claims to be made and claims 14 As a welding current stop instruction circuit that outputs a welding current energization stop command, welding is performed after a predetermined time has elapsed from the amplitude expansion start time or amplitude saturation time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means from the welding current energization start time. The current supply is stopped, and the above structure is used as a means for solving the conventional problems.
[0008]
Further, the spot welding apparatus according to the present invention is as follows. 15 The welding vibration detecting means includes an acceleration sensor for detecting the acceleration of the electrode tip during welding, and 16 The welding vibration detecting means includes a displacement sensor for detecting the displacement of the electrode tip during welding, and 17 The welding vibration detecting means includes a pressure sensor for detecting the pressure applied to the electrode tip during welding, and 18 The welding vibration detection means includes a strain gauge that detects strain between the electrode tip and the pressure source during welding, and 19 The welding vibration detection means includes two acceleration sensors that detect acceleration of each electrode chip, and detects vibration during welding from a difference between outputs of both acceleration sensors. 20 The welding vibration detection means includes an electrode tip during welding and a vibration sensor that detects a vibration frequency. 21 The welding vibration detection means includes a resonance mechanism that resonates with the detection target frequency, and 22 As described above, the welding vibration detection means includes a resonance frequency variable mechanism that can change the resonance frequency, and the above structure is used as a means for solving the conventional problems.
[0009]
The spot welding apparatus according to the present invention is a process of melting a welded material due to a periodic welding current, a vibration change when the material to be welded is pressed, a stirring vibration inside a molten pool due to electromagnetic action, and a thermal expansion change. The vibration generated by the universal phenomenon at the time of the formation of the spot nugget, such as the vibration caused by the phenomenon, is detected. That is, the vibration of the electrode tip during welding is detected directly or indirectly by welding vibration detection means such as an acceleration sensor. And in a welding quality determination means, the quality of a welding state is determined based on the welding vibration pattern etc. of a welding vibration waveform. Further, in the electrode tip shaping / replacement judging means, the determination of the electrode tip shaping / replacement timing based on the time until the natural vibration frequency detected when the pressure is clamped until the welding current energization reaches a predetermined frequency, etc. To do. Therefore, in a preliminary experiment, for example, a welding vibration waveform when the welding state is good or bad can be obtained, a welding vibration pattern or the like can be obtained based on the waveform, and these can be used as a criterion.
[0010]
【The invention's effect】
Claims 1 to 1 of the present invention 4 , Claims 7-10 And claims 12-14 According to the spot welding device, the vibration of the electrode tip is detected and the quality of the welding state is judged, so the influence of uncertain factors such as rust and dirt on the surface of the welded material or wear and deformation of the electrode tip is affected. It is possible to determine the quality of the welding state easily and accurately with almost no reception. As a result, the preliminary experiment for determining the determination criterion can be greatly simplified, the welding cost can be reduced, and the welding quality can be improved. In addition, it is possible to add a determination function to an existing spot welding apparatus very easily, and further reduction in equipment costs can be realized.
[0011]
Claims of the invention 5 According to the spot welding apparatus related to the above, since feedback control of the welding current to the electrode tip is performed based on the determination result of the welding quality determination means, automatic control is performed so that a good welding state is obtained, resulting in poor welding. Generation can be significantly reduced, and further low cost and improved welding quality can be realized.
[0012]
Claims of the invention 6 And claims 11 According to the spot welding apparatus according to, by performing deterioration determination on the tip of the electrode tip, efficient shaping of the tip of the electrode tip or replacement of the electrode tip can be realized.
[0013]
Claims of the invention 14 According to the spot welding apparatus related to the above, when it is determined that the welding quality is good, the welding current control after that is stopped by energizing and stopping at a predetermined control amount obtained in the preliminary experiment, so that no welding failure occurs. Power savings can be realized.
[0014]
Claims of the invention 15-22 According to the spot welding apparatus according to claim 1 to claim 1. 14 In addition, the welding vibration detecting means can accurately detect the vibration of the electrode tip during welding, and it can be realized that the quality of the welding state is determined with high accuracy.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a spot welding apparatus according to the present invention.
[0016]
The illustrated spot welding apparatus includes a pair of welding gun arms 1 and 2 which are opposed to electrode tips 3 and 4, and sandwiched two welded materials W1 and W2 between both electrode tips 3 and 4. Pressure is applied and both the workpieces W1 and W2 are welded by resistance heating by energization. One welding gun arm 1 is driven by an air cylinder 5, and the other welding gun arm 2 is fixed at least during welding.
[0017]
The spot welding apparatus amplifies the primary current controlled by the welding control means 6 and the welding control means 6 for controlling the welding current, the energization time and the energization timing for the electrode tips 3 and 4 to the current necessary for welding. A welding transformer 7 and a welding current detection transformer 8 for detecting an energization current in order to control the welding current are provided.
[0018]
In the spot welding apparatus, an acceleration sensor 9A is attached to the movable welding gun arm 2 as welding vibration detection means for detecting the vibration of the electrode tip during welding, and the acceleration of the welding gun arm 1 and the electrode tip 3 is measured. By detecting, the vibration of the electrode tip 3 is detected, and further provided with welding quality determination means 10A for determining the quality of the welding state based on the welding vibration waveform detected by the acceleration sensor 9A, and welding. Based on the determination result of the pass / fail determination means 10A, the welding current and the energization time by the welding control means 6 are feedback-controlled.
[0019]
That is, during the welding, the spot welding apparatus is a spot nugget such as the melting progress of the material to be welded by the periodic welding current, the stirring vibration inside the molten pool due to electromagnetic action, and the vibration caused by the thermal expansion change. Since a vibration is generated by a universal phenomenon at the time of forming, the vibration is detected to determine the quality of the welded state. Therefore, the welding quality determination means 10A is provided with a determination standard that can determine the quality of the welding state based on the vibration. The result of the preliminary experiment for acquiring the criterion is shown in FIGS.
[0020]
FIG. 24 shows welding of a 1.6 mm-thick SPCC steel sheet (cold rolled steel sheet) with varying welding current, the formation state of each spot nugget, the welding vibration waveform, and the amplitude spectrum of the welding vibration waveform. Is shown. FIG. 25 shows the amplitude spectrum of both welding vibration waveforms in the case where welding is not possible shown in FIG. 24A and the case where welding is shown in FIG. It is divided and divided.
[0021]
As is apparent from FIG. 24, the characteristics of the welding vibration waveform include the correlation between the amplitude level of the welding vibration waveform and spot nugget formation, the correlation between the temporal change pattern of the envelope of the welding vibration waveform and spot nugget formation, and the welding vibration. There is a correlation between the time change of the frequency distribution of the waveform and spot nugget formation.
[0022]
In addition, as apparent from FIG. 25, when the spot nugget formation state is impossible, there is no significant difference in the amplitude spectrum between the melting start period (a) and the spot nugget formation progress period (c). When the formation state is acceptable, a difference can be confirmed in the amplitude spectrum of the spot nugget formation progress period (d) with respect to the melting start period (b).
[0023]
Further, FIG. 26 to FIG. 28 show a welded material of a 0.8 mm thick SPCC steel plate, a 1.6 mm thick SPCC steel plate, and a surface-treated high tensile strength steel plate equivalent to 1.6 mm SPFH490. As a result, the result of conducting a similar welding experiment is shown. Thus, even if the plate thickness and type of the material to be welded change, vibration characteristics similar to the welding vibration waveform shown in FIG. 24 have been confirmed. That is, by setting the vibration caused by the welding action as a determination target, it is possible to reduce the parameters of the determination criterion set for each type of material to be welded.
[0024]
The spot welding apparatus having the above configuration detects vibration of the electrode tip 3 during welding by the acceleration sensor 9A, and the detected welding vibration waveform satisfies a predetermined design value of welding strength in the welding quality determination means 10A. It is determined whether it is a welding vibration pattern. Alternatively, it is determined whether or not the amplitude level at the entire region of the welding vibration waveform or at an arbitrary timing is at the acceptable determination level obtained in the preliminary experiment. Alternatively, it is determined whether or not the temporal change pattern of the envelope of the welding vibration waveform exhibits the acceptable determination pattern obtained in the preliminary experiment. Alternatively, it is determined whether or not the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform exhibits the acceptable determination pattern obtained in the preliminary experiment.
[0025]
In addition, the determination by the time change pattern of the envelope of the welding vibration waveform is determined by the vibration frequency A1 having a frequency twice the welding current and the main component of the welding vibration in the amplitude spectra of FIGS. ˜A3 can also be recognized by the amplitude levels or frequencies of the interference frequencies B1 to B3, which are the factors causing the envelope change. In addition, the determination based on the temporal change in the frequency distribution of the welding vibration waveform is performed by selecting a temporal change in the amplitude level of any characteristic frequency C3 as a determination target in the amplitude spectrum shown in FIGS. It is possible to determine whether the welding state is good or not based on whether or not the frequency C3 is at a pass determination level at a predetermined timing obtained in a preliminary experiment.
[0026]
As described above, the spot welding apparatus is subject to the influence of uncertain factors such as rust and dirt on the surface of the material to be welded or wear and deformation of the electrode tip by making the vibration caused by the welding action as a determination target. Therefore, it is possible to determine the quality of the welding state easily and accurately. Further, the welding quality determination means 10A makes at least one of the amplitude level of the welding vibration waveform, the temporal change pattern of the envelope of the welding vibration waveform, the amplitude level of the welding vibration waveform, and the time change of the frequency distribution of the welding vibration waveform. After performing the pass / fail judgment of the welding state based on the result, feedback control of the welding current and the energization time by the welding control means 6 based on the judgment result makes it possible to perform the welding even when it is judged that the welding is poor. Automatic control is performed as is done. This significantly reduces the occurrence of poor welding.
[0027]
2 to 4 are circuit diagrams for explaining a specific example of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0028]
The welding pass / fail judgment means 10B in FIG. 2 is intended to judge the amplitude level of the welding vibration waveform, and includes a bandpass filter 11 that extracts a vibration frequency component necessary for judgment from the detection signal of the welding vibration detection means 9X. , An amplitude detection circuit 12 for obtaining the amplitude level of the vibration signal extracted by the band-pass filter 11, a determination level setting unit 13 for setting a reference level for pass / fail determination obtained in a preliminary experiment, and the amplitude from the amplitude detection circuit 12 A voltage comparator 14 for comparing the level and the determination level, a timer 15 for setting a comparison timing after energization of the welding current, a comparison timing is obtained from the timer 15, and the quality determination of the welding state is performed based on the quality determination comparison result. A level pass / fail judgment circuit 16 is provided. The welding quality determination means 10B converts the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X into an amplitude level signal, and evaluates the result of comparison between the amplitude level and the determination level at a predetermined timing, thereby determining the quality of the welding state. Make a decision.
[0029]
The welding pass / fail judgment means 10C in FIG. 3 is for judging the time change of the frequency distribution of the welding vibration waveform, and narrows down the judgment target to a specific frequency in order to simplify the circuit configuration. The frequency setting circuit 17 for adjusting the pass frequency of the bandpass filter 11 is added to the circuit configuration shown in FIG.
[0030]
Here, the quality determination by the envelope includes means for capturing on the frequency axis in addition to the means for capturing by the change of the time axis of the envelope shown in FIG. Since the change in the envelope is caused by the interference between the main welding vibration frequency A1 (˜A3) shown in the amplitude spectrum of FIG. 24 and another welding vibration frequency B1 (˜B3), the setting of normal spot welding is performed. As in the condition, under the condition that the frequency and amplitude of the main welding vibration frequency A1 (to A3) are substantially constant depending on the welding current, the frequency and amplitude of the interference welding vibration frequency B1 (to B3) is the frequency of the envelope. And can be considered to be proportional to the amplitude.
[0031]
Therefore, by setting the frequency setting circuit 17 so that the band welding filter 11 extracts the interference welding vibration frequency B1 (to B3), the quality determination of the welding state is performed based on the amplitude level of the interference frequency proportional to the envelope. . Further, if the frequency setting circuit 17 is set so as to extract an arbitrary frequency C3 shown in the amplitude spectrum of FIG. 25, the quality determination of the welding state is made from the amount of change in the frequency C3 from the comparison result of the extracted signal and the determination level. It becomes possible to do.
[0032]
The welding pass / fail judgment means 10D in FIG. 4 is intended to determine the temporal change pattern of the envelope of the welding vibration waveform, and obtains the bandpass filter 11 and the envelope of the vibration signal extracted by the bandpass filter 11. Amplitude detecting circuit 12 for triggering, trigger generating circuit 21 for outputting a trigger signal when starting to send a determination pattern from the start of welding current application, and a determination pattern obtained in a preliminary experiment upon receiving the trigger signal A judgment pattern transmitter 22, a calculator 23 for obtaining a difference between the envelope of the welding vibration signal and the judgment pattern, and a pattern quality judgment circuit 24 for judging the quality of the welding state from the output of the calculator 23 are provided. This welding pass / fail judgment means 10D converts the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X into a frequency envelope signal, and in the comparison between the time change pattern of this envelope and the judgment pattern, both are calculated by the calculator 23. It is judged whether the welding state is good or bad by evaluating whether or not the difference is within a predetermined fluctuation range.
[0033]
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0034]
The illustrated welding quality determination means 10E can be applied to welding of a wide variety of workpieces with a single spot welding apparatus, and is an amplitude level determination type that uses the amplitude level of the previous embodiment as a determination target. The pass / fail judgment circuit 31, the envelope determination type pass / fail judgment circuit 32 which also uses the envelope time change pattern of the previous embodiment as a determination means, and the frequency which is also subject to the time change of the frequency distribution of the previous embodiment. A distribution determination type pass / fail determination circuit 33 is provided.
[0035]
Further, the welding pass / fail judgment means 10E corresponds to the judgment reference storage circuit 34 for storing judgment data corresponding to the judgment mode by the respective pass / fail judgment circuits 31 to 33, the material to be welded, the thickness, the surface treatment, and the like. A determination mode control circuit 35 for selecting a determination mode and a determination criterion, and evaluation results of each of the quality determination circuits 31 to 33 according to an instruction mode from the determination mode control circuit 35, and final pass / fail determination of the welding state A comprehensive judgment circuit 36 is provided.
[0036]
The above-mentioned welding pass / fail judgment means 10E determines which pass / fail judgment circuits 31 to 33 have the optimum judgment results or combinations of pass / fail judgment circuits 31 to 33 based on the judgment conditions obtained in the preliminary experiment for each workpiece. By examining whether the determination result is optimal and selecting the optimal quality determination circuits 31 to 33 corresponding to the welded material, it is possible to determine whether the welded state is good even when continuously welding a wide variety of welded materials. Judgment can be executed.
[0037]
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0038]
The welding state pass / fail judgment means 10F shown in the figure has a configuration in which the signal processing and the weld pass / fail judgment processing are performed by software, whereas the ones shown in FIGS. Extraction of vibration frequency components necessary for pass / fail judgment and bandpass filter 11 for preventing alias during analog / digital conversion, A / D converter 42 for converting vibration signals into digital data, and digital filtering Alternatively, the digital signal processor 43 having software for performing pass / fail judgment of the welding state based on the frequency analysis and the result is provided.
[0039]
The process performed by the welding state pass / fail judgment means 10F will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0040]
That is, when the welding process is started in step S1, vibration signals are converted into discrete values by an analog / digital converter in step S2, and amplitude information of necessary frequencies is extracted by performing digital processing in step S3. Thereafter, in step S4, it is determined whether or not the determination timing has been reached. If the timing has not been reached (No), the process returns to step S2, and if the timing has been reached (Yes), the process proceeds to step S5. It is determined whether or not the amplitude is at an acceptable level. In step S5, when the amplitude is at the acceptable level (Yes), the process proceeds to step S6 to determine acceptance, and further proceeds to step S7 to shift to the next welding process.
[0041]
If the amplitude is not at the pass level in step S5 (No), the process proceeds to step S8 to make a failure determination, and then in step S9, it is determined whether or not the failure determination has started. In this step S9, when the rejection determination is the first time (Yes), it progresses to step S10 and transfers to a correction welding process. In other words, the welding control means 6 is feedback-controlled by the welding quality determination means 10, and the welding current and the energization time are changed so that good welding is performed. And in step S9, when the failure determination is not the first time (No), since the failure determination has been received even though the correction welding process has been performed first, the process proceeds to step S11 and cannot be corrected. It judges that it is, and processing at the time of poor welding is performed.
[0042]
In addition, the digital signal processor 43 in the welding state pass / fail judgment means 10F of this embodiment can be replaced with a general-purpose signal processing IC or a personal computer. It is possible to obtain a high-speed signal processing system that can be obtained at low cost.
[0043]
FIG. 8 illustrates another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0044]
In FIG. 8, the welding vibration detection means of the spot welder shown in FIG. 1 is a vibration sensor 9B, and other symbols are the same as those in FIG. FIG. 29A shows a simplified vibration model of the entire welding machine when the workpieces W1 and W2 are pressed and clamped in the spot welding apparatus shown in FIG. Here, ka represents the air spring constant of the air cylinder for pressurization 5, mu represents the total mass of the pressing side clamping part, and kn represents the spring constant of the nugget part 108 converted from the elastic modulus of the workpieces W1 and W2. FIG. 29B is a schematic diagram of the spring constant kn of the nugget portion 108. From FIG. 29B, the spring constant kn can be regarded as a variable spring element whose value dynamically changes according to the nugget formation state. Next, FIG. 30 shows a model diagram of the vibration frequency distribution between the pressure-side clamping portion mass mu and the spring constant kn. Here, fn represents the primary natural vibration frequency of the pressure-side clamping portion mass mu and the spring constant kn, and the frequency can be roughly calculated by the following equation when the air spring constant ka is small in FIG. .
[0045]
[Expression 1]
Figure 0003796746
[0046]
That is, it can be said that the natural vibration frequency fn is a signal representing the nugget formation state in a welding machine in which the pressure side clamping portion mass mu is constant.
[0047]
Further, since the electrode tips 3 and 4 and the workpieces W1 and W2 are in pressure contact, the restoring force of the spring constant kn of the nugget portion is considered to be asymmetric nonlinear with the contact point as the origin. For this reason, an integer higher-order vibration frequency of fn is generated. The actual vibration frequency distribution further includes electromagnetic vibrations and other natural vibration frequencies of the welding machine, but are omitted here for ease of explanation.
[0048]
Here, the spring constant kn changes according to the nugget formation state, and the change is a change in the primary natural vibration frequency fn of the material point of the pressing side clamping portion, that is, welding is started and the metal in the nugget formation portion is melted. Then, paying attention to the decrease of the spring constant kn, the quality of the welded state is judged by comparing the natural vibration frequency fn with whether or not it is equivalent to the formation of the acceptable nugget obtained in the preliminary experiment.
[0049]
Here, the mass point of the pressure side clamping part means that the shape and size of the pressure side clamping part is ignored when considering the vibration of the pressure side clamping part, and only one point is represented as the mass mu of the pressure side clamping part. An imaginary point given only by mechanical properties.
[0050]
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0051]
In this embodiment, the natural vibration frequency fn of the pressure side clamping portion of the spot welding apparatus that vibrates reflecting the nugget formation state is determined. The welding quality determination means 10G shown in the figure includes a pressure electrode vibration detection circuit 200 that extracts a natural vibration frequency fn necessary for determination from a detection signal of a welding vibration detection means 9X attached to the pressure side clamping portion, and an extracted vibration. A frequency / voltage conversion circuit 201 for converting a signal to a voltage level; a determination level setting unit 13 for setting a reference level for pass / fail determination obtained in a preliminary experiment; and an amplitude level and a pass determination level of a detected vibration signal. A voltage comparator 14 for comparison, a timer 15 for setting a comparison timing after energization of the welding current, and a level pass / fail judgment circuit 16 that obtains the comparison timing from the timer 15 and judges pass / fail of the welding state based on the pass / fail judgment comparison result. It has. The vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X is converted into a voltage level signal corresponding to the natural vibration frequency fn by the pressure electrode vibration detection circuit 200 and the frequency / voltage conversion circuit 201, and compared with the pass / fail judgment reference level. Is evaluated at a predetermined timing to determine whether the welding state is good or bad.
[0052]
FIG. 10 shows an embodiment of the pressure electrode vibration detection circuit 200. In order to detect and output only the natural vibration frequency fn that changes depending on the nugget formation state, a high-pass filter 202 that removes vibration signals that are lower than the lower limit frequency of the natural vibration frequency fn, and vibration signals that are higher than the upper limit frequency are removed. Therefore, it has a cascade configuration with the low-pass filter 203 for this purpose. That is, only the natural vibration frequency fn is output through the filter. This is the simplest configuration effective when the SN ratio with other vibration components can be secured within the change range of the natural vibration frequency fn.
[0053]
FIG. 11 shows another embodiment of the pressure electrode vibration detection circuit 200. From the FFT circuit 204 for converting the vibration signal into frequency distribution data, the steady vibration frequency distribution setting unit 205 for setting the frequency distribution data of the steady vibration component in the vibration signal, and the frequency distribution data output from the FFT circuit 204 For removing stationary vibration components
It comprises a frequency distribution subtracter 206 and an inverse FFT circuit 207 for returning distribution data of the subtraction result to a vibration signal. Therefore, vibrations other than the natural vibration frequency fn that change depending on the nugget formation state are vibrations that are steadily generated. Therefore, even if the steady vibration component is large or the frequencies overlap, the frequency distribution Subtracted by the subtracter 206. As a result, the natural vibration frequency fn, which is a fluctuation, is output with an increased SN ratio.
[0054]
FIG. 31 shows the relationship between the natural vibration frequency fn and the time series change of the spring constant kn. From this figure, it can be seen that the nugget formation state can be determined in real time by monitoring the time-series change fn (t) of the natural vibration frequency fn, and therefore, the welding in-process control for leading to the formation of the acceptable nugget can be realized.
[0055]
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0056]
In this embodiment, the time series change pattern of the natural vibration frequency fn is set as a pass determination target, and further has a welding correction control command function for leading to formation of a pass nugget. The welding quality determination means 10H shown in the figure includes a pressure electrode vibration detection circuit 200 that extracts a natural vibration frequency fn necessary for determination from a detection signal of a welding vibration detection means 9X attached to the pressure side clamping portion, and an extracted vibration. Frequency / voltage conversion circuit 201 for converting a signal to a voltage level, trigger generation circuit 21 for instructing start of generation of a pass pattern from the start of welding current energization, and natural vibration frequency fn at the time of formation of a pass nugget upon receipt of a regeneration trigger A pass pattern generator 209 that reproduces a time series change as a voltage signal, a subtractor 23 that detects a shift amount of the time series change of the natural vibration frequency fn with respect to the pass pattern, and a pass / fail judgment in real time from the shift amount. In response to the real-time pass / fail judgment circuit 211 and the pass / fail judgment result, the welding current based on the preset correction control logic, Time, and a in-process correction control circuit 212 to issue a correction control command pressure. The vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X is converted into a voltage level signal corresponding to the natural vibration frequency fn by the pressure electrode vibration detection circuit 200 and the frequency / voltage conversion circuit 201, and the time series change of the voltage signal level. The subtractor 23 sequentially calculates the deviation amount of the pass pattern, and the real-time good / bad determination circuit 211 determines whether the nugget formation process is good or not based on whether or not the deviation amount is within a predetermined allowable determination.
[0057]
Therefore, the vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X is converted into a voltage level signal corresponding to the natural vibration frequency fn by the pressurization electrode vibration detection circuit 200 and the frequency / voltage conversion circuit 201, and the time series change of the voltage signal level. The subtractor 23 sequentially calculates the deviation amount of the acceptable pattern, and the real time pass / fail judgment circuit 211 can judge whether the nugget formation process is good or bad depending on whether or not the deviation amount is within a predetermined allowable range. In addition, when a defect determination is made, the in-process correction control circuit 212 immediately performs defect analysis. For example, when the amount of deviation from the acceptable pattern increases in the negative direction, it can be determined that the nugget formation speed is slow. In this case, the nugget formation can be promoted by issuing a correction control command for increasing the welding current. In this way, feedback control for positively leading to formation of an acceptable nugget is possible.
[0058]
FIG. 32 shows the relationship between the deterioration of the tip of the electrode tip and the melting start time tm (n) of the nugget portion. As illustrated, when the melting start time tm (n) is delayed with the deterioration of the tip of the electrode tip, the time at which the natural vibration frequency fn (t) reaches the natural vibration frequency fn (tm) at the start of melting. The deterioration of the tip of the electrode tip can be determined based on whether or not tm (n) has reached the electrode tip use limit time tl obtained in the preliminary experiment.
[0059]
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0060]
In this embodiment, the natural vibration frequency fn (tm) at the melting start time of the nugget portion is to be determined. The welding quality determination means 10I shown in the drawing includes a pressure electrode vibration detection circuit 200 that extracts a natural vibration frequency fn necessary for determination from a detection signal of a welding vibration detection means 9X attached to the pressure side clamping portion, and an extracted vibration. A frequency / voltage conversion circuit 201 for converting a signal into a voltage level, a melting start time determination level setting unit 213 for setting a voltage level Vm corresponding to the natural vibration frequency fn (tm), and the extracted voltage level and melting A voltage comparator 14 that compares the start time determination level Vm to determine the melting start time tm, a time counter 214 that measures the time from the start of welding current application to the melting start time tm, and the value of the time counter is the electrode tip use limit time an electrode tip shaping / replacement determining circuit 215 for determining the timing of shaping or replacement of the electrode tip depending on whether or not tl has been reached; And a memory 216 for storing the shaping judgment history.
[0061]
Therefore, the vibration waveform detected by the welding vibration detection means 9X is converted into a voltage level signal corresponding to the natural vibration frequency fn by the pressure electrode vibration detection circuit 200 and the frequency / voltage conversion circuit 201, and the voltage signal level and the melting start time are converted. By comparing the determination levels, the melting start time tm is detected, and then the time from the start of energization is obtained. When this time length reaches a preset electrode tip use limit tl, it is determined that the tip of the electrode tip has deteriorated and it is determined that the electrode tip is shaped. In addition, the number of times of shaping time determination accumulation is stored in the memory 216 as a history. When the number of accumulated determinations reaches a predetermined number of times, it is determined that the electrode tip is consumed and the replacement time is determined. Based on this determination result, the electrode tip can be shaped or replaced efficiently.
[0062]
FIG. 33 shows the relationship between the result of constant integration of the amplitude envelope of vibration correlated with nugget formation over a predetermined period and the measured value of the nugget diameter at that time. As shown in the figure, focusing on the fact that the relationship is proportional, it is possible to determine whether the welding state is good or bad by comparing with the result of definite integration of the amplitude envelope over a predetermined period. Here, it is proposed that the natural vibration frequency fn shown in FIG. 30 is selected as the vibration frequency correlated with the nugget formation, and the nugget saturation time tg from the melting start time tm shown in FIG. Can be proposed.
[0063]
Here, in order to select the natural vibration frequency fn, a band pass filter is used, and its pass frequency setting is matched with the natural vibration frequency fn (tg) at the nugget saturation time tg shown in FIG. As a result, unnecessary vibration frequencies are removed, and the change fn (t) of the natural vibration frequency is replaced with the change An (t) of the vibration amplitude by the filter gain effect as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 34B, a vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t whose amplitude changes from the melting start time tm to the nugget saturation time tg is obtained. Note that, after the nugget saturation time tg has elapsed, in the region where the nugget starts to solidify, the natural vibration frequency moves again to the fn (tm) side, so that the vibration amplitude decreases. Next, the envelope An (t) is extracted from the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t and definite integration is performed. At this time, a period in which the quality of nugget formation clearly appears is selected as the definite integration period. It is desirable. As a result of the experiment, as shown in FIG. 35, it is found that the nugget diameter to be formed, the average vibration amplitude, and the speed until the vibration amplitude is saturated (maximum amplitude point) are proportional to each other and interlocked with each other. It was. By focusing on this feature and setting the definite integration period from the melting start time tm to the nugget saturation time tg, a good correlation characteristic between the definite integration result and the nugget diameter can be obtained.
[0064]
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus. In this embodiment, the determination target is a definite integral value of a vibration envelope having a correlation with nugget formation. The welding quality determination means 10J shown in the figure includes a bandpass filter 11 that extracts a vibration signal necessary for determination from the detection signal of the welding vibration detection means 9X attached to the pressure side clamping portion, and an envelope of the extracted vibration signal. An amplitude detection circuit 12 for obtaining, a definite integration circuit 217 for integrating the envelope in a predetermined period, a pass determination level setting unit 13 for setting a definite integration level when forming a pass nugget, a definite integration result and a pass determination level A level comparator circuit 16 for comparing the voltage comparator 14, the timer 15 for determining the comparison timing after energization of the welding current, and the level determination circuit 16 that obtains the comparison timing and determines the quality of the welding state based on the pass determination comparison result. I have. Here, the nugget saturation time natural vibration frequency fn (tg) is set as the pass frequency of the bandpass filter 11, and the period from the nugget melting start time tm to the nugget saturation time tg is set as the integration period of the definite integration circuit 217. To do. A specific circuit example of the definite integration circuit 217 includes an analog integration circuit by charge accumulation using an integration reset switch and a capacitance element.
[0065]
Therefore, the natural vibration frequency signal An (t) sin2πfn (tg) t whose amplitude changes in accordance with the nugget formation as shown in FIG. 34 (b) from the detection signal of the welding vibration detection means 9X. , And then the definite integral value of the envelope An (t) is calculated in the period from the nugget melting start time tm to the nugget saturation time tg, To be compared. The comparison result is evaluated at a predetermined timing to determine whether the welding state is good or bad. If an approximate expression of the definite integration result and the nugget diameter is obtained, an estimated value of the nugget diameter can be output.
[0066]
FIG. 36 (a) shows the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t from the energization start time, and FIG. 36 (b) shows the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t in FIG. 36 (a). The relationship between the time Tr until the amplitude expansion start time tr and the nugget diameter is shown. As shown in FIG. 36 (b), paying attention to the fact that the above-described relationship can be approximated by an exponential curve, the amplitude expansion start time Tr obtained during welding is obtained as a result of preliminary experiments. By comparing with the start time Tr, it is possible to determine whether the nugget formation state is good before the nugget formation is completed. Further, by obtaining an approximate expression, the nugget diameter can be estimated at the time of amplitude expansion start time tr.
[0067]
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0068]
In this embodiment, the amplitude expansion start time of the vibration signal having a correlation with the nugget formation is set as the determination target. The illustrated welding quality determination means 10K includes a bandpass filter 11 that extracts a vibration signal necessary for determination from the detection signal of the welding vibration detection means 9X attached to the pressing side clamping portion, and an envelope of the extracted vibration signal. An amplitude detection circuit 12 for obtaining, an amplitude expansion start detection circuit 218 that detects the start of the rise of the envelope, a time counter 214 that measures the time from the start of welding current energization to the detection of the start of amplitude expansion, and after the welding current energization The timer 15 for determining the comparison timing and the quality determination circuit 210 which obtains the comparison timing and determines the quality of the welding state based on the measurement result of the expansion start time. Here, specific circuit examples of the amplitude expansion start detection circuit 218 include a voltage comparator in which a detection threshold is set, and a differentiation circuit often used for change point detection.
[0069]
Accordingly, the envelope An (t) whose amplitude changes according to the nugget formation is extracted from the detection signal of the welding vibration detection means 9X as described above, and then the time from the start of the welding current energization to the detection of the rise of the envelope is measured. Then, it is evaluated at a predetermined timing whether or not the calculation result is in the expansion start time at the time of forming the accepted nugget obtained in the preliminary experiment, and the quality of the welding state is determined. If the measurement result of the expansion start time and the approximate expression of the nugget diameter are obtained, an estimated value of the nugget diameter can be output.
[0070]
Further, as shown in FIG. 36 (b), when attention is paid to the fact that the amplitude expansion start time Tr becomes long in the region where the nugget diameter is unacceptable, in the case where the nugget diameter is unacceptable due to deterioration of the tip of the electrode tip, Deterioration determination of the tip of the electrode tip can be made based on whether or not the amplitude expansion start time tr has reached the electrode tip use limit time tl of FIG. 32 obtained in the preliminary experiment. From this determination result, efficient shaping of the tip of the electrode tip or replacement of the electrode tip can be realized.
[0071]
FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0072]
The illustrated welding quality determination means 10L has a configuration in which an electrode tip shaping / exchange determination circuit 215 and a memory 216 for storing a determination history are added to the configuration in FIG.
[0073]
Accordingly, the melting start time is measured by the same operation as that of the embodiment of FIG. 15, and the shaping time or the replacement time of the electrode tip can be determined by the same operation time as that of the embodiment of FIG.
[0074]
FIG. 37 shows the amount of current ∫Iw flowing from the amplitude expansion start time tr to the amplitude saturation time ts of the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t shown in FIG. 2 The relationship between dt and a nugget diameter is shown. As shown in FIG. 37, when attention is paid to the fact that an experimental result that can be approximated by an exponential curve is obtained, the current amount ∫Iw obtained during welding 2 Current amount 電流 Iw at the time of formation of an acceptable nugget obtained by dt in a preliminary experiment 2 By comparing with dt, the quality of the nugget formation state can be determined before the nugget formation is completed. Further, by obtaining an approximate expression, the nugget diameter can be estimated at the time of amplitude expansion saturation time ts.
[0075]
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating an example in which the above-described invention is implemented in a welding quality determination unit of a spot welding apparatus.
[0076]
In this embodiment, the amount of welding current energized during a predetermined period is to be determined. The welding quality determination means 10M shown in the figure includes a bandpass filter 11 that extracts a vibration signal necessary for determination from a detection signal of the welding vibration detection means 9X attached to the pressure side clamping portion, and an envelope of the extracted vibration signal. An amplitude detection circuit 12 for obtaining, an amplitude expansion start detection circuit 218 for detecting the start of rising of the obtained envelope, an amplitude saturation detection circuit 219 for detecting the saturation of the envelope, and a monitor signal for the welding current are detected. Welding current detection transformer 5, a square calculation circuit 220 that converts the obtained welding current monitor signal into an absolute value signal, a definite integration circuit 217 that calculates a current amount for a predetermined period from the current absolute value signal, and a pass nugget A pass judgment level setting device 13 for setting the current amount at the time of formation, a voltage comparator 14 for comparing the calculated current amount with the pass judgment level, and a comparison timing. A timer 15 for a constant, to obtain a comparison timing, and a quality judgment circuit 16 for performing quality determination of the welding condition based on a comparison result of the voltage comparator 14.
[0077]
Therefore, similarly to the above, an envelope An (t) whose amplitude changes according to the nugget formation is extracted from the detection signal of the welding vibration detecting means 9X, and subsequently, the envelope rise start time tr shown in FIG. The time ts is detected, and the amount of current energized from the start time tr to the saturation time ts is calculated. Whether or not the current amount is larger than the current amount at the time of forming the acceptable nugget can be evaluated at a predetermined timing to determine whether the welding state is good or bad. If the calculation result of the current amount and the approximate expression of the nugget diameter are obtained, an estimated value of the nugget diameter can be output.
[0078]
As an example of preventing malfunction of welding quality determination, there is a method of inputting a signal from a welding current detection transformer or an air cylinder pressure sensor to the timer 15 shown in FIGS. 9, 14, 15, and 17. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination due to disturbance vibration by executing the welding quality determination based on the signal indicating that power is being supplied from the sensors or during pressing.
[0079]
FIG. 18 is an example of a welding pass / fail judgment means having a welding current energization stop command output. In this embodiment, either the vibration amplitude expansion start time tr or the amplitude saturation time ts is switched to be a pass / fail judgment target. The illustrated weld quality determination means 10N includes a bandpass filter 11 that extracts a vibration signal necessary for determination from the detection signal of the welding vibration detection means 9X attached to the pressing side clamping portion, and an envelope of the extracted vibration signal. An amplitude detection circuit 12 for obtaining, an amplitude expansion start detection circuit 218 for detecting the start of rising of the obtained envelope, an amplitude saturation detection circuit 219 for detecting the saturation of the envelope, and the amplitude expansion from the start of energization of the welding current A time counter 214 for measuring the time until the detection of the start time or the amplitude saturation time, a pass / fail judgment circuit 210 for judging pass / fail of the welding state based on the measured time, and a pass / fail judgment from the pass / fail judgment circuit are obtained and predetermined An energization stop instruction circuit 221 that outputs a welding current energization stop command after the elapsed time is provided.
[0080]
Accordingly, similarly to the above, from the detection signal of the welding vibration detecting means 9X, an envelope An (t) whose amplitude changes in accordance with the formation of the nugget is extracted, and subsequently, the rising start time tr or saturation of the envelope shown in FIG. Time ts is detected, and the time from the start of welding current energization is measured. Evaluate whether the calculation result is the expansion start time or amplitude saturation time at the time of formation of the acceptable nugget obtained in the preliminary experiment, and judge whether the welding state is good or not, and if the judgment result is good, stop energizing The instruction circuit 221 outputs a welding current energization stop command after a predetermined elapsed time. Thereby, an excessive welding current can be saved and a pass nugget can be formed.
[0081]
FIG. 19 is a view for explaining another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention. The welding gun arms 1, 2, electrode tips 3, 4, and air cylinder 5 are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0082]
In this embodiment, a high resolution displacement sensor 9B is attached between the welding gun arms 1 and 2 as welding vibration detection means, and the displacement between the electrode tips 3 and 4 during welding by the high resolution displacement sensor 9B. By detecting this, the vibration of the electrode tip 3 during welding is detected.
[0083]
FIG. 20 is a view for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0084]
In this embodiment, as a welding vibration detection means, a pressure sensor 9C such as a load cell is attached to a pressure (load) of the air cylinder 5 against the movable welding gun arm 1 or a reaction force transmission path. By detecting the applied pressure of the electrode tip 3 during welding with the sensor 9C, vibration of the electrode tip 3 during welding is detected.
[0085]
FIG. 21 is a view for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0086]
In this embodiment, as a welding vibration detection means, a pressure sensor 9D is attached to the air cylinder 5, and the internal pressure P of the air cylinder 5 is detected by the pressure sensor 9D to indirectly apply the pressure force of the electrode tip 3 during welding. By detecting automatically, the vibration of the electrode tip 3 during welding is detected.
[0087]
FIG. 22 is a view for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0088]
In this embodiment, as a welding vibration detection means, a strain gauge 9E is attached between the electrode tip 3 and the air cylinder 5 as a pressure source in the welding gun arm 1 on the movable side, and the strain gauge 9E is being welded. The vibration of the electrode tip 3 during welding is detected by detecting the distortion generated in the welding gun arm 1 in FIG.
[0089]
The strain gauge 9E determines how to attach the strain gauge 9E so that the greater one of the strain due to bending of the welding gun arm 1 generated by welding vibration and the strain due to vertical load can be detected.
[0090]
FIG. 23 is a view for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[0091]
In this embodiment, as welding vibration detecting means, acceleration sensors 9A and 9A are attached to both welding gun arms 1 and 2 with their sensitivity polarities matched, and the difference between the outputs of both acceleration sensors 9A and 9A. The differential amplifier 9F is provided, and the vibration of the electrode tips 3 and 4 during welding is detected by the output from the differential amplifier 9F.
[0092]
The spot welding apparatus provided with the welding vibration detecting means is applied to an apparatus in which the entire apparatus is movable, such as a welding gun or a hand gun operated by a welding robot. That is, in this type of apparatus, the vibration VG of the entire apparatus becomes an obstacle to the quality determination of the welded state. Therefore, by obtaining the difference between the outputs of the two acceleration sensors 9A and 9A in the differential amplifier 9F, the vibration VG of the entire apparatus is obtained. It cancels and only the welding vibration Vw is detected.
[0093]
FIG. 38 is a view for explaining an embodiment of the resonance welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention. FIG. 38A is a diagram modeling a mechanical resonance mechanism in the present embodiment. As shown in the figure, a mechanical resonance mechanism comprising a welding vibration detecting means 9G and an elastic support member 102 is provided. Here, the welding vibration detecting means 9G is fixed in the case 101 so as to freely vibrate up and down by a corrugated elastic support member 102. The mass ms of the welding vibration detection means 9G or the spring constant ks of the elastic support member 102 is designed so that the resonance frequency coincides with the vibration frequency to be detected. FIG. 38B shows an example of frequency detection sensitivity characteristics according to this configuration. Therefore, it is possible to selectively detect and output a vibration frequency to be detected from welding vibrations in which vibrations unrelated to nugget formation such as electromagnetic vibrations are mixed. FIG. 38 (c) shows another embodiment, in which the welding vibration detection means 9G is directly attached to the vibration detection site (for example, the electrode 4) via the elastic support member 109. Also in this case, the mass ms of the welding vibration detection vibration 9G and the spring constant ks of the elastic support member 109 are designed to match the vibration frequency of the detection target.
[0094]
FIG. 39 is a diagram for explaining an example of a variable resonance type resonance welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention. FIG. 39 (a) changes the resonance frequency fr by attaching an additional mass ma to the welding vibration detecting means 9H in addition to the same configuration as in FIG. 38 (a). Further, in FIG. 39B, the welding vibration detecting means 9H is supported by the beam-like elastic support member 105 so as to vibrate freely in the lateral direction, and the resonance frequency setting pin 106 is further arranged in the longitudinal direction of the beam-like elastic support member. In this embodiment, the resonance frequency fr is changed by changing the spring constant kn. Thus, by providing a variable mechanism of mass or spring constant, the detection target frequency can be changed according to the application using the variable mechanism.
[0095]
The spot welding apparatus according to the present invention is not limited in its detailed configuration to the above embodiments. For example, a piezoelectric film sensor or the like can be used as the welding vibration means. Needless to say, various embodiments can be made without departing from the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific example of welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining still another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating still another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining still another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
7 is a flowchart for explaining a processing process of a welding quality determination unit shown in FIG.
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment of the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example implemented in a welding quality determination unit of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of a pressure electrode vibration detection circuit.
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the pressure electrode vibration detection circuit.
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example implemented in a welding quality determination unit of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example implemented in the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example implemented in the welding quality determination means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an example implemented in a welding quality determination unit of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an example implemented in a welding quality determination unit of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating an example implemented in a welding quality determination unit of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is an example of a welding pass / fail judgment means having a welding current energization stop command output.
FIG. 19 is a view for explaining another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 20 is a circuit diagram for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 21 is a circuit diagram for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 22 is a circuit diagram illustrating still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 23 is a circuit diagram for explaining still another embodiment of the welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a spot nugget formation state, a welding vibration waveform, and an amplitude spectrum at different welding currents as a result of a preliminary experiment.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing amplitude spectra of welding vibration waveforms in the melting start period and spot nugget formation progress period when welding is not possible in FIG. 24A and when welding is passed in FIG. 24C. .
FIG. 26 is a graph showing the relationship between various vibration amplitudes and the growth rate of the spot nugget diameter when an SPCC steel plate having a thickness of 0.8 mm is welded.
FIG. 27 is a graph showing the relationship between various vibration amplitudes and the growth rate of the spot nugget diameter when an SPCC steel plate having a thickness of 1.6 mm is welded.
FIG. 28 is a graph showing the relationship between various vibration amplitudes and the growth rate of the spot nugget diameter when a 1.6 mm-thick high-strength steel plate equivalent to SPFH490 subjected to surface treatment is welded.
FIG. 29A is a diagram showing a simplified vibration model of the entire welding machine when the workpieces W1 and W2 are pressed and clamped in the spot welding apparatus shown in FIG. 8, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic diagram of a spring constant kn of a nugget portion 108.
FIG. 30 is a model diagram of vibration frequency distribution of a pressing side clamping portion mass and a spring constant.
FIG. 31 is a diagram showing a relationship between a natural vibration frequency and a time series change of a spring constant.
FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the deterioration of the tip of the electrode tip and the melting start time of the nugget portion.
FIG. 33 is a diagram showing a relationship between a result of definite integration of a vibration amplitude inclusion line correlated with nugget formation in a predetermined period and an actual measurement value of the nugget diameter at that time.
34A is a diagram showing the relationship between the natural vibration frequency and the vibration amplitude, and FIG. 34B is a diagram showing a change in the amplitude of the vibration signal from the melting start time to the nugget saturation time.
FIG. 35 is a diagram showing a relationship between average vibration amplitude and amplitude saturation timing.
36A is a diagram showing a vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t from the start time of energization, and FIG. 36B is a diagram showing the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t in FIG. It is a figure which shows the relationship between time Tr to the amplitude expansion start time tr of, and a nugget diameter.
FIG. 37 shows the amount of current ∫Iw flowing from the amplitude expansion start time tr to the amplitude saturation time ts of the vibration signal An (t) SIN2πfn (tg) t shown in FIG. 2 It is a figure which shows the relationship between dt and a nugget diameter.
FIG. 38 is a view for explaining an embodiment of resonance welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
FIG. 39 is a diagram for explaining an example of variable resonance type resonance welding vibration detecting means of the spot welding apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2 Welding gun arm
3,4 electrode tip
5 Air cylinder (drive source)
6 Welding control means
9A Acceleration sensor (welding vibration detection means)
9B High resolution displacement sensor (welding vibration detection means)
9C, 9D pressure sensor (welding vibration detection means)
9E strain gauge (welding vibration detection means)
9F differential amplifier (welding vibration detection means)
9X Welding vibration detection means
10A to 10F Weld quality judgment means
W1, W2 Welding material

Claims (22)

被溶接材を対向する挟持部にそれぞれ取り付けられた電極チップで加圧して抵抗加熱により溶着させるスポット溶接装置において、溶接中の電極チップの振動を検出する溶接振動検出手段と、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンが予め定めた合格の判定パターンであるか否かを判定する溶接良否判定手段を備えたことを特徴とするスポット溶接装置。In a spot welding apparatus that pressurizes and welds a material to be welded with opposing electrode tips by resistance heating, a welding vibration detecting means for detecting vibration of the electrode tip during welding, and a welding vibration detecting means A spot welding apparatus comprising welding quality determination means for determining whether or not a time change pattern of a frequency distribution of a detected welding vibration waveform is a predetermined acceptable determination pattern . 溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅レベルが予め定めた合格の判定レベルであるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。In addition to the welding quality determination means performing quality determination of the welding state based on the time distribution pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, the amplitude level of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means is a predetermined pass. It is determined whether it is a determination level, The spot welding apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の包絡線の時間変化パターンが予め定めた合格の判定パターンであるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。In addition to the welding quality determination means performing quality determination of the welding state based on the time variation pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, the time variation pattern of the envelope of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means is previously determined. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not the determined determination pattern is acceptable . 溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した加圧側挟持部の質点の固有振動周波数が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。In addition to the welding pass / fail judgment means performing the pass / fail judgment of the welding state based on the time distribution pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, the natural vibration frequency of the material point of the pressing side clamping portion detected by the welding vibration detection means is previously determined. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not the determined determination value is acceptable . 電極チップに対する溶接電流や通電時間、および加圧力のうち少なくとも１つを制御する溶接制御手段を備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅レベル、溶接振動波形の包絡線の時間変化パターン、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターン、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数、および前記固有振動周波数の時系列変化のうちの少なくとも溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行うと共に、その判定結果に基づいて溶接制御手段による溶接電流、通電時間および加圧力のうちの少なくとも１つをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。Welding control means for controlling at least one of welding current, energizing time, and applied pressure to the electrode tip is provided, the welding pass / fail judgment means detects the amplitude level of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, welding vibration time change pattern of the envelope of the waveform, the time change pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, the frequency distribution of at least the welding vibration waveform of the time-series change in the natural vibration frequency, and the natural vibration frequency of the mass of the pressure-side clamping portion The quality of the welding state is determined based on the time change pattern , and at least one of the welding current, the energization time, and the applied pressure by the welding control means is feedback controlled based on the determination result. Item 10. The spot welding apparatus according to Item 1. 電極チップ整形交換判定手段を備えており、前記電極チップ整形交換判定手段が、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数が溶接電流通電開始から所定の周波数に達するまでの時間に基づいて電極チップの整形あるいは交換時期の判定を行なうことを特徴とする請求項４または５に記載のスポット溶接装置。  The electrode tip shaping / replacement determining means includes the electrode tip shaping / replacement determining means, and the electrode tip shaping / replacement determining means determines whether the natural vibration frequency of the material point of the pressing side holding portion reaches the predetermined frequency from the start of welding current application. 6. The spot welding apparatus according to claim 4 or 5, wherein determination of shaping or replacement time is performed. 溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の包絡線を所定の期間内で定積分した結果が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。In addition to the welding quality determination means performing quality determination of the welding state based on the time distribution pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform, the welding vibration waveform envelope detected by the welding vibration detection means is determined within a predetermined period. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not the result of the definite integration is a predetermined pass determination value . 溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、加圧側挟持部の質点の固有振動周波数あるいは高次振動周波数の包絡線を所定の期間内で定積分した結果が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。In addition to determining whether the welding quality is good or not based on the time variation pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform , the welding quality determination means also displays an envelope of the natural vibration frequency or higher-order vibration frequency of the material point of the pressing side clamping portion. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not a result of definite integration within a predetermined period is a predetermined pass determination value . 定積分する期間がナゲット形成開始時刻からナゲット成長飽和時刻の間としたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to claim 7 or 8, wherein the definite integration period is between the nugget formation start time and the nugget growth saturation time. 溶接電流の通電開始時刻から溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻までの時間を計測する時間カウンタを備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、前記時間カウンタにより計測された時間が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。It has a time counter that measures the time from the welding current energization start time to the amplitude expansion start time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, and the welding pass / fail judgment means changes the time distribution of the frequency distribution of the welding vibration waveform. The determination as to whether the time measured by the time counter is a predetermined pass determination value in addition to determining whether the welding state is good or not based on a pattern. Spot welding equipment. 電極チップ整形交換判定手段を備えており、前記電極チップ整形交換判定手段が、時間カウンタにより計測された時間に基づいて電極チップの整形あるいは交換時期の判定を行なうことを特徴とする請求項１０に記載のスポット溶接装置。  The electrode tip shaping / replacement determining means is provided, and the electrode tip shaping / replacement determining means determines the shaping or replacement time of the electrode tip based on the time measured by the time counter. The spot welding apparatus as described. 溶接電流の通電開始時刻から溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻までの時間を計測する時間カウンタと、上記時間内に通電した溶接電流の電流量を算出する手段を備えており、溶接良否判定手段が、溶接振動波形の周波数分布の時間変化パターンに基づいて溶接状態の良否判定を行なうのに加えて、上記電流量が予め定めた合格の判定値であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。A time counter that measures the time from the welding current energization start time to the amplitude expansion start time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means, and a means for calculating the current amount of the welding current energized within the time In addition to determining whether the welding quality is good or not based on the time variation pattern of the frequency distribution of the welding vibration waveform , the welding quality determination means determines whether the current amount is a predetermined acceptable determination value. spot welding apparatus according to claim 1, wherein the determining. 溶接良否判定手段が、電極チップに対する溶接電流の通電を示す信号、若しくは電極チップへの加圧を示す信号のいずれか１つ以上の信号が有効である場合に溶接状態の良否判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。  The welding pass / fail judgment means performs the pass / fail judgment of the welding state when at least one of a signal indicating energization of the welding current to the electrode tip or a signal indicating pressurization to the electrode tip is valid. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein 溶接電流通電停止指令を出力する溶接電流停止指示回路を備えており、前記回路が、溶接振動検出手段で検出した溶接振動波形の振幅拡大開始時刻若しくは振幅飽和時刻から所定の時間経過後に溶接電流の通電停止を行なうことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。  A welding current stop instruction circuit for outputting a welding current energization stop command is provided, and the circuit detects the welding current after a predetermined time has elapsed from the amplitude expansion start time or amplitude saturation time of the welding vibration waveform detected by the welding vibration detection means. The spot welding apparatus according to claim 1, wherein energization is stopped. 溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの加速度を検出する加速度センサを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the welding vibration detection means includes an acceleration sensor that detects acceleration of the electrode tip during welding. 溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの変位を検出する変位センサを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the welding vibration detecting means includes a displacement sensor for detecting the displacement of the electrode tip during welding. 溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップの加圧力を検出する圧力センサを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the welding vibration detection means includes a pressure sensor that detects a pressure applied to the electrode tip during welding. 溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップと加圧源との間の歪を検出する歪ゲージを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the welding vibration detection means includes a strain gauge for detecting strain between the electrode tip and the pressure source during welding. 溶接振動検出手段が、各々の電極チップの加速度を検出する２個の加速度センサを備えると共に、両加速度センサの出力の差から溶接中の振動を検出することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  15. The welding vibration detection means includes two acceleration sensors for detecting acceleration of each electrode tip, and detects vibration during welding from a difference between outputs of both acceleration sensors. The spot welding apparatus in any one. 溶接振動検出手段が、溶接中における電極チップ振動周波数を検出する振動センサを備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to claim 1, wherein the welding vibration detection means includes a vibration sensor that detects an electrode tip vibration frequency during welding. 溶接振動検出手段が、検出対象周波数と共振する共振機構を備えたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to claim 1, wherein the welding vibration detection means includes a resonance mechanism that resonates with a detection target frequency. 溶接振動検出手段が、共振周波数を可変にできる共振周波数可変機構を備えたことを特徴とする請求項２１に記載のスポット溶接装置。  The spot welding apparatus according to claim 21, wherein the welding vibration detecting means includes a resonance frequency variable mechanism capable of changing a resonance frequency.
JP35279099A 1999-05-07 1999-12-13 Spot welding equipment Expired - Fee Related JP3796746B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35279099A JP3796746B2 (en) 1999-05-07 1999-12-13 Spot welding equipment

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11-126764 1999-05-07
JP12676499 1999-05-07
JP35279099A JP3796746B2 (en) 1999-05-07 1999-12-13 Spot welding equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001025881A JP2001025881A (en) 2001-01-30
JP3796746B2 true JP3796746B2 (en) 2006-07-12

Family

ID=26462891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35279099A Expired - Fee Related JP3796746B2 (en) 1999-05-07 1999-12-13 Spot welding equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3796746B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5738702B2 (en) * 2011-07-25 2015-06-24 トヨタ自動車株式会社 Resistance welding evaluation method, resistance welding machine control method, resistance welding machine control device, and resistance welding machine
KR101758900B1 (en) * 2015-12-24 2017-07-18 주식회사 조웰 Spot welding quality inspection system
JP7186129B2 (en) * 2019-05-09 2022-12-08 日産自動車株式会社 WELDING MOTION EXTRACTION DEVICE AND WELDING MOTION EXTRACTION METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001025881A (en) 2001-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5196642B2 (en) Resistance welding method monitoring method and apparatus for carrying out the method
CA1286370C (en) Ultrasonic method and apparatus for spot weld control
US8021504B2 (en) Quality control method for ultrasound welding
JP3221356B2 (en) Quality evaluation method and apparatus for resistance welds
EP1145795B1 (en) Welding joining equipment for resistance welding
KR101447955B1 (en) Method or evaluating welding quality of spot welding and record media recorded program for implement thereof
JP2006524577A (en) Member welding method
JP3796746B2 (en) Spot welding equipment
JP2001025880A (en) Spot welding equipment
EP3698911A1 (en) Welding system and operation method thereof
JP5738702B2 (en) Resistance welding evaluation method, resistance welding machine control method, resistance welding machine control device, and resistance welding machine
JPH0671457A (en) Resistance welding controller
JP4881180B2 (en) Spot welding inspection method and inspection apparatus
JP3620463B2 (en) Spot welding monitoring device
JP3651301B2 (en) Spot welding control device and control method thereof
JPH11768A (en) Spot welding controller
JP3651310B2 (en) Welding robot controller
JP3703017B2 (en) Spot welding monitoring method and monitoring apparatus
JPH11285848A (en) Resistance spot welding method
JP3705057B2 (en) Spot welding equipment
JP2005271029A (en) Ultrasonic welding equipment
JP7192566B2 (en) Method and apparatus for detecting expulsion in electric resistance welding
JP3136866B2 (en) Method and apparatus for monitoring quality of resistance welding electrode
JP2006110554A (en) Method for judging quality of resistance spot welding and monitoring device
JP2000102880A (en) Method and device for controlling welding conditions of resistance welding

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041221

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050221

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050713

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050912

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051004

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060303

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060327

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060409

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees