JP3830581B2

JP3830581B2 - 抵抗溶接制御装置

Info

Publication number: JP3830581B2
Application number: JP19082496A
Authority: JP
Inventors: 雅敏古川; 博長谷川
Original assignee: Nadex Co Ltd
Current assignee: Nadex Co Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: JPH1034349A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの電極間にワークを挟圧し該両電極間に溶接電流を通電することによって該ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置に関するものである。
それも、両電極間に溶接電流が通電されワークが高温となって軟らかくなることによって、その両電極間の挟圧力に基づいてワークが側方へ変位してワークの沈み込みが生じて両電極間の距離が接近するという現象が生じるワークを溶接対象とするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗溶接機において良好な溶接を行うためには、ワークに応じて両電極間に適切な溶接電流を流すように制御する必要がある。
そして、その制御の１つとして、常に一定の電流を流す制御がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御には不都合があることがわかった。
すなわち、ワーク（その溶接される部分）に酸化膜が形成されているか否かやワークのメッキの状態や、電極の摩耗度合いによって、溶接結果が良好な場合もあれば、そうでない場合もあり、良否にばらつきが生じている。
【０００４】
そこで、本発明は、常に良好な溶接を行うようにするための制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１に係る発明は、２つの電極間にワークを挟圧し該両電極間に溶接電流を通電することによって、ワークの沈み込みが生じて両電極間の距離が接近するワークに対してである。そして、溶接電流の通電中におけるワークの沈み込みによる両電極の接近速度が、１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間の目標速度になるように、両電極間の接近距離が目標速度より小さい場合は溶接電流を増加し、前記両電極間の接近距離が目標速度より大きい場合は溶接電流を減少するようにフィードバック制御する。
【０００６】
本発明者の研究によって、前述したような側方へ変位するワークの溶接をする際には、ワークの沈み込みによる両電極の接近速度が、１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間の範囲であると、適切に溶接がされることをわかったのである。このように溶接することによって、溶接が不十分のために溶接後にワークの接合が外れたり、過度の溶接によってワークの一部が溶けすぎて飛び散るようなことがなく、適切に溶接されることがわかったのであり、本発明ではそれが応用されているのである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の抵抗溶接制御装置であって、
両電極間の接近速度の平均速度が、前記目標速度と異なる場合には、当該平均速度を新たな目標速度として、前記溶接電流をフィードバック制御する。
なお、「前記目標速度と異なる」とは、ほぼ同一（同一を含む）ではないことをいい、ほぼ同一の場合は引き続きその当初の目標速度が用いられる。
【００１０】
すなわち、まずは両電極の接近速度が、所定の目標速度となるように制御されるが、結果的にそれが実現されない場合もある。それは、その目標速度がそのワークにとって適切ではなかったと考えられるために、目標速度が平均速度に変更されるのである。このように目標速度が変更されることによって、それ以降はその目標速度で両電極が接近することが実現やすくなる。このため、両電極の接近速度がほぼ定常となり、適切に溶接されるのである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接制御装置であって、目標の沈み込み速度になる溶接電流に比して溶接電流を増加しても、前記両電極の接近速度が目標速度の予め設定された割合より小さくなったとき、溶接を停止する。
【００１４】
所定の目標速度でもって制御されることによって適切な溶接が行われていくのであるが、溶接が徐々に進んでいくことによって、それ以上はワークが沈み込まなくなってきて、両電極の接近速度が目標速度の予め設定された割合より小さくなったときに溶接を停止する。
いいかえれば、接近速度が目標速度の予め設定された割合より小さくなった際には溶接が十分に行われていると考えられる。このため、その時点で溶接を終了することにより、適切な溶接を行うことができるのである。
【００１５】
なお、本発明は、請求項２に係る発明について適用されてもよい。その際には、「追従できなくなった」とは、必要に応じて変更された目標速度に追従できなくなった場合を示す。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接制御装置であって、両電極の実際の接近速度が目標速度に到達した時点からの経過時間を計測し、その継続時間が予め設定した所定時間経過したときに溶接を停止する。
【００１７】
所定の目標速度でもって制御されることによって適切な溶接が行われていくのであるが、目標速度に到達した時点から、予め設定した所定時間継続されることによって、溶接が十分に行われたと考えられる。このため、その時点で溶接を終了することにより、適切な溶接を行うことができるのである。
【００１８】
請求項５の抵抗溶接制御装置は、請求項１〜請求項４に記載の抵抗溶接制御装置であって、ワークの沈み込み速度が低い溶接開始当初と溶接終期を除く期間において、前記両電極の実際の接近速度が、所定の理想範囲内か否かによって、溶接結果の良否判定を行う。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１に示すように、この抵抗溶接機１０は、本体部１２に対して、横方向に張り出すように下側支持部２０及び上側支持部３０が設けられている。
【００２４】
下側支持部２０には下側プラテン２２が固定され、上側支持部３０には上側プラテン３２がシリンダ３１によって上下動可能に設けられている。各プラテン２２，３２にはシャンク２４，３４が設けられ、各シャンク２４，３４には電極２６，３６が設けられている。また、上側支持部３０には変位センサ３８が設けられており、上側プラテン３２の位置（変位）を始終認識するようにされている。
【００２５】
ワークＷ１，Ｗ２は、両電極２６，３６間に挟持される。そして、シリンダ３１の駆動によって、上側プラテン３２が下降され、両電極２６，３６によってワークＷ１，Ｗ２が挟圧され、電源回路４２からの溶接電流が両電極２６，３６間に流されて、両ワークＷ１，Ｗ２の溶接がされるようにされている。
【００２６】
ワークＷ１，Ｗ２としては、図３〜図５のような場合が考えられる。図３は、ワークＷ１，Ｗ２とも線状の場合である。図４は、ワークＷ１が線状であって、ワークＷ２が板状の場合である。図５は、ワークＷ１が複数の突起部を有するナットであり、ワークＷ２が板状の場合である。
いずれも、ワークＷ１，Ｗ２が挟圧されかつ溶接電流が通電された際に、そのジュール熱によってワークＷ１及び／又はＷ２が高温となって軟らかくなることによって側方へ変形し、両電極２６，３６間の距離が接近するようなものである。これをワークの沈み込みということとする。また、ワークＷ１及び／又はワークＷ２のことを単にワークとも表す。
【００２７】
この抵抗溶接機１０に対して、制御装置が設けられている。図２に示すように、制御装置はＣＰＵ４０を有し、ＣＰＵ４０には電源回路４２や変位センサ３８が接続されている。また、ＣＰＵ４０には、クロック４４，起動回路４６，メモリ４８も接続されている。起動回路４６はシリンダ３１の駆動を制御する。メモリ４８には次述の制御内容のプログラム等が記憶されている。
【００２８】
制御装置の制御内容は、図６及び図７のフローチャートや図８のタイミングチャートのとおりである。なお、両電極２６，３６間の挟圧力は常に一定であるとする。
【００２９】
両電極２６，３６によってワークＷ１，Ｗ２を挟圧した後に、まず、両電極２６，３６間に予備的な通電を行う（ステップＳ１）。これによって、電極２６，３６とワークＷ１，Ｗ２とがなじむようになる。そして、その後にしばらくワークＷ１，Ｗ２が冷却するまで通電を中断する（ステップＳ２）。
【００３０】
その後、両電極２６，３６間に溶接電流の通電（本通電）を開始する（ステップＳ３）。この際の電流値としては、そのワークＷ１，Ｗ２において過去の経験によって最も好ましいと思われる電流値等が考えられる。
【００３１】
そして、次に、実際のワークＷ１，Ｗ２の沈み込み速度（両電極２６，３６間の接近速度）Ｖと、目標とされている沈み込み速度Ｖ₀とが比較される（ステップＳ４）。
なお、ここで、目標の沈み込み速度Ｖ₀の値は、後述するように、前回の溶接の際の目標の沈み込み速度Ｖ₀の値が使用される。
目標の沈み込み速度Ｖ₀の値は、１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間の値である。また、その範囲内においても、ワークに応じてさらに好ましい範囲（理想範囲）があり、好ましくは、その理想範囲内の値がとられる。
【００３２】
実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀とほぼ同じ値の場合は、溶接電流値はそのままとされる（ステップＳ６）。実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀より小さい場合は、所定のゲインで溶接電流値が増加される（ステップＳ８）。実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀より大きい場合は、所定のゲインで溶接電流値が減少される（ステップＳ１０）。
【００３３】
このようなフィードバック制御が、所定の時間（所定時間Ｔａ）経過するまで（ステップＳ１２でＮｏの間）繰り返される。
このようにして、沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀の値となるように制御される。
前述したように、溶接電流の通電によって、ワークが高温となり軟らかくなって側方へ変位することによってワークの沈み込みが生じるのであるが、溶接電流値が小さいとワークの沈み込みが小さく、溶接電流値が大きいとワークの沈み込みが大きく、溶接電流値とワークの沈み込み量との間には正の相関関係があるため、このように制御されるのである。
【００３４】
上記のようなフィードバック制御が所定時間された後には（ステップＳ１２でＹｅｓとなった場合）、上記のようにフィードバック制御されたことによる実際の沈み込み速度の平均値Ｖａと、目標の沈み込み速度Ｖ₀とが比較される（ステップＳ１４）。
【００３５】
ケース１のように、実際の平均の沈み込み速度Ｖａが目標の沈み込み速度Ｖ₀とほぼ同じ値の場合は、引き続き、その目標の沈み込み速度Ｖ₀の値がとられる（ステップＳ１６）。
しかしながら、上記のようにフィードバック制御しても、実際の平均の沈み込み速度Ｖａが目標の沈み込み速度Ｖ₀よりもかなり小さい場合（ケース２）や、かなり大きい場合（ケース３）がある。その際には、目標の沈み込み速度Ｖ₀の値が、それまでの平均の沈み込み速度Ｖａの値に変更される（ステップＳ１８，Ｓ２０）。
すなわち、所定の時間の間フィードバック制御してもそれに追従しない場合は、そのワークに対してはそれまでの目標の沈み込み速度が適切ではなかったと考えられるためであり、無理に目標の沈み込み速度となるようにさらに制御すると、溶接電流が過大又は過少となって、適切に溶接されないからである。そして、沈み込み速度が前述した範囲内（１００μｍ／秒〜１００００μｍ／秒）であるのならば、沈み込み速度がそのいずれかの値で一定となるようにするのが好ましいため（そうとわかったため）、このように目標の沈み込み速度Ｖ₀の値を変更するのである。
【００３６】
そして、実際の沈み込み速度が、上記のように必要に応じて変更された目標の沈み込み速度Ｖ₀となるように、フィードバック制御される（ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）。このフィードバック制御の内容は上述したものと同じである。
なお、この変更された目標の沈み込み速度Ｖ₀が、次回の溶接の際（同様なワークの溶接の場合）には、当初からの目標とされる。このようにすることによって、当初から適切な目標の沈み込み速度Ｖ₀でもって制御することができて、便利だからである。
【００３７】
上記のように、必要に応じて変更された目標の沈み込み速度Ｖ₀をもってフィードバック制御されていく。しかし、それでも、時間の経過とともに、徐々にその追従度合いが悪くなってきて、溶接電流が増大しても、実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀よりも小さくなってきてしまう。これは、十分に溶接がされてくると、溶接電流が増加されても沈み込み量が小さくなってくるからである。
したがって、この観点から、実際の沈み込み速度Ｖが、目標の沈み込み速度Ｖ₀の９０％以下になったら（ステップＳ３０でＹｅｓ）、通電が終了される（ステップＳ３２）。このようにして、適切なタイミングで溶接が終了される。
【００３８】
上記のようにして、適切な溶接がされるように制御されるが、次に、その溶接が結果的に適切なものであったか否かが判断される（ステップＳ３４）。例えば、ワークに応じて、適切な溶接が行われた際のワークの沈み込み量（許容範囲）が予め求めてある。そして、ワークの沈み込み量（両電極２６，３６間の距離）が測定され、その測定値が上記許容範囲内か否かが判断される。
測定値がその許容範囲内の際は、適切にワークの溶接が行われたのであるため、その旨の表示がされる（ステップＳ３６）。一方、測定値がその許容範囲外の際は、適切な溶接がされなかったと考えられるために、その旨の表示がされる（ステップＳ３８）。
【００３９】
また、ステップＳ３４におけるワークの溶接の良否の判断方法として、次の方法もある。すなわち、上記のように溶接の制御が行われる際には、ワークの沈み込み速度Ｖの値は１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間の値とはされるが、その範囲内のうちでも、前述したように、本来ならばワークによって異なる所定の理想範囲内の値がとられることが望ましい。
このため、上記のフローチャートの制御とは別に、定期的な割り込みによって、ワークの沈み込み速度が始終測定される。そして、ワークの沈み込み速度が上記の理想的な沈み込み速度の範囲以内であったか否かが判断される。なお、溶接の当初は沈み込み速度が低く（溶接開始時点ではゼロ）、溶接の終期においても低くなっているため、その時間帯は除外される。
そして、ワークの沈み込み速度が常にその理想範囲内であるときは、ワークが適切に溶接されたと判断され、その理想範囲外であるときは、ワークの溶接が適切ではなかったと判断される。
【００４０】
以上のように、適切にワークが溶接されるように制御されるとともに、その結果本当に適切にワークの溶接がされたか否かが判断され表示されるために、ユーザーにとって便利である。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図９及び図１０に基づいて説明する。
この実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ３０がステップＳ３１に置き換えられて制御される。
ステップＳ３１では、ワークの実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀に到達した後から所定の時間が経過したか否かが判断される。そして、所定の時間（所定時間Ｔｓ）が経過したら、ワークの溶接が終了したとして、通電が終了される（ステップＳ３２）。
なぜなら、ワークの実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀に到達した後は、多少の変動はあるにしてもワークの実際の沈み込み速度は目標の沈み込み速度に保たれる。そして、目標の沈み込み速度では適切な溶接が行われるのであり、それが所定時間継続されれば適切な溶接が終了すると考えられるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の制御対象となる抵抗溶接機の全体を示す図である。
【図２】図１の抵抗溶接機を制御する本発明の一実施形態の抵抗溶接制御装置を示すブロック図である。
【図３】図１の抵抗溶接機によって溶接されるワークを示す図である。
【図４】同じく、図１の抵抗溶接機によって溶接されるワークを示す図である。
【図５】同じく、図１の抵抗溶接機によって溶接されるワークを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態の制御内容を示すフローチャートの一部である。
【図７】図６のフローチャートの続きのフローチャートである。
【図８】図６及び図７のフローチャートに対応するタイミングチャートである。ただし、本通電以降のもののみを示す。
【図９】本発明の第２実施形態の制御内容を示すフローチャート（一部）である。
【図１０】図９のフローチャートに対応するタイミングチャートである。ただし、本通電以降のもののみを示す。
【符号の説明】
１０抵抗溶接機
２６，３６電極
Ｗ１，Ｗ２ワーク

Claims

２つの電極間にワークを挟圧し該両電極間に溶接電流を通電することによって該ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置であって、
溶接電流を通電するとワークの沈み込みが生じて両電極間の距離が接近するワークに対して、
前記溶接電流の通電中におけるワークの沈み込みによる両電極の接近速度が１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間の目標速度になるように、
前記両電極間の接近速度が目標速度より小さい場合は溶接電流を増加し、前記両電極間の接近速度が目標速度より大きい場合は溶接電流を減少するようにフィードバック制御することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であって、
前記両電極間の接近速度の平均速度が、前記目標速度と異なる場合には、当該平均速度を新たな目標速度として、前記溶接電流をフィードバック制御することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接制御装置であって、
目標の沈み込み速度になる溶接電流に比して溶接電流を増加しても、前記両電極の接近速度が目標速度の予め設定された割合より小さくなったとき、溶接を停止する抵抗溶接制御装置。
請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接制御装置であって、
両電極の実際の接近速度が、目標速度に到達した時点からの経過時間を計測し、その継続時間が予め設定した所定時間経過したときに溶接を停止する抵抗溶接制御装置。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の抵抗溶接制御装置であって、
ワークの沈み込み速度が低い溶接開始当初と溶接終期を除く期間において、前記両電極の実際の接近速度が、所定の理想範囲内か否かによって、溶接結果の良否判定を行うことを特徴とする抵抗溶接制御装置。