JP4268274B2

JP4268274B2 - 溶接部温度領域判別機能を有する抵抗溶接装置

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Publication number: JP4268274B2
Application number: JP19251399A
Authority: JP
Inventors: 博長谷川
Original assignee: Nadex Co Ltd
Current assignee: Nadex Co Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP2001018073A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ワークを一対の溶接電極間にセットし、その電極間に溶接電流を流すことでワークに抵抗発熱を生じさせてワークを溶接する技術の改良に関する。特に、溶接中に溶接部の温度領域を判別することを可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の溶接技術において良好な溶接結果を安定的に得るためには、溶接中に溶接部の温度領域（例えば低温度領域にあるのか高温度領域にあるのか）を検出できることが好ましい。溶接中に温度領域がわかれば、その後の溶接条件を修正して溶接工程の終了時に安定して良好な溶接結果が得られるようにすることができる。例えば溶接工程中の高温度領域に達しているはずのタイミングにおいてなお低温度領域にあればその後の溶接電流を増加させて温度上昇率を増大させる修正が可能となるし、逆にまだ高温度領域になってはいけないはずのタイミングで高温度領域になっていればその後の溶接電流を減少させてその後の温度上昇率を減少させるといった修正が可能となり、良好な溶接結果を安定的に得ることが可能となる。
しかしながら、実験室レベルではさておき、例えば自動車ボデーの組立て現場等において、溶接中に溶接部の温度領域を判別する技術は実用化されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、溶接中に溶接部の温度領域を判別することができる技術を実現することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１に記載の技術を創作した。この技術では、間欠的に溶接電極を流すサイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内に少なくとも２度以上ワーク抵抗が検出される。そして、その２度以上にわたって検出されたワーク抵抗の差を演算し、その差が閾値と比較される。
ワークを構成する素材の抵抗はそのワーク素材の温度に依存して変化する。多くのワーク素材は温度が上昇すると抵抗も上昇する。ここで単位温度あたりの抵抗変化巾は温度領域によって変化することが知られている。多くのワーク素材では、低温度領域にある間は単位温度あたりの抵抗変化巾が大きく、高温度領域になると単位温度あたりの抵抗変化巾が小さくなる。
溶接電流を調整するサイリスタが点弧してから消弧するまでに溶接部の温度は上昇する。このサイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内に２度以上ワーク抵抗を検出すると、この２度のワーク抵抗の検出間隔内で溶接部温度は上昇しており、それに伴ってワーク抵抗も変化しているはずである。上記したように、単位温度あたりの抵抗変化巾は温度領域によって変化し、通常のワーク素材では、低温度領域にある間は単位温度変化することで抵抗は大きく変化し、高温度領域になると単位温度変化しても抵抗はさほど大きく変化しない。上記に例示した抵抗―温度特性を有するワーク素材を溶接している場合であれば、２度にわたって検出されたワーク抵抗の変化が比較的に大きければ溶接部が低温度領域にあることがわかり、ワーク抵抗の変化が比較的に小さければ溶接部が高温度領域にあることがわかる。
このようにして、請求項１に記載の技術によって溶接工程中に溶接部の温度がいかなる温度領域にあるかを判別することが可能となる。前記の例示で言えば、低温度領域にあるか高温度領域にあるかが判別される。なお上記は例示に過ぎず、この解決手段によると、低温度領域か高温度領域かの二者択一のみならず、温度領域が低中高の３領域のいずれにあるか、あるいはさらに多くの温度領域のなかから判別されることもある。
請求項１に記載の発明に従ってサイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内に２度以上ワーク抵抗を算出する場合、ワーク抵抗を正確に算出するには、溶接電流の時間的変化に起因して生じる誘導成分による影響を考慮することが必要とされる。誘導成分を考慮した上で正確なワーク抵抗が算出されるようにするためには、請求項２に記載された構成を備えていることが好ましい。
請求項２に記載された抵抗溶接装置の場合、溶接電流がほぼゼロであり、従って電極間電圧もほぼゼロであるはずのタイミングでのリード線間電圧とそのときの溶接電流の時間微分値が検出されることから、リード線間電圧と電極間電圧との間に差をもたらす誘導電圧係数が算出され、そしてこの算出された誘導電圧係数を用いてワーク抵抗が算出される。このために、この構成を備えた抵抗溶接装置によると、溶接電流が時間的に変動しているタイミングでのワーク抵抗を正確に算出することが可能となり、サイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内に２度以上ワーク抵抗を算出するにあたって、各回毎に算出されるワーク抵抗を正確なものとすることができる。従って請求項２に記載された特徴を備えた抵抗溶接装置によると、溶接部の温度領域の判定精度が向上する。
この発明に従って溶接部の温度領域が判別できることから、この判別を繰返し実行することで、いつ温度領域が変化したかを検出することが可能となる。このために、請求項３に記載の構成が創案された。
請求項３に記載の構成を備えた抵抗溶接装置の場合、通電期間毎に（ここでいう通電期間は、サイリスタが点弧してから消弧するまでの期間をいう）温度領域の判別が繰返し実行されることから、例えば、どの通電期間までは低温度領域にあってどの通電期間以降に高温度領域に移行したかの特定ができる。このために、いつの通電期間のときに、溶接部の温度が温度領域の切り替わる境界温度に達したかの特定が可能となる。
請求項３に記載の技術によると、溶接部の温度がいつ境界温度に達したかの特定が可能なことから、通電した電力量と溶接部の昇温の関係が把握される。このために請求項４に記載の構成が創作された。
請求項４に記載の構成によると、溶接部が例えば低温度領域から高温度領域に切り替わる境界温度に達したときが特定されることから、それまでの累積電力量が算出でき、この結果、その境界温度にまで昇温させるに要した累積電力量が算出される。即ち、投入した累積電力量とその結果生じた温度上昇巾の関係が明らかになり、単位温度上昇させるに要した電力量が算出される。請求項４に記載の抵抗溶接装置によると、放熱されやすくて温度が上昇しにくいのか、あるいは放熱されにくくて温度が上昇しやすいのかといった判別が可能となる。
請求項４にしたがって、溶接部の温度を単位温度上昇させるに要する電力量が算出できれば、さらに電力を加えてさらに昇温させ、溶接部の温度を溶融温度にまで上昇させるに要する電力量が算出される。この総電力量が算出されれば、算出された総電力量が溶接終了時までに投入されるようにするために必要とされるこれから投入すべき溶接電流の値が計算可能となり、このようにして計算された溶接電流に制御することによって良好な溶接結果が得られるはずである。請求項５の抵抗溶接装置はこの解決原理を活用して必要な溶接電流を計算する。
請求項５に記載の装置によると、溶接中に溶接部の温度が温度領域の切り替わる境界温度に達したときに、溶接終了時までに加えるべき総電力量が算出される。この加えるべき総電力量が算出された後、その後に予定されている通電期間を考慮することによってその後に投入するべき単位時間あたりの電力が計算され、さらにワーク抵抗を考慮することによって溶接電流が計算される。
溶接の終了時に必要な電力量が投入されたか否かを判別することによって正しく溶接されたか否かの指標を得ることが好ましい。必要な電力量が投入されていなければ適切な異常処理をすることが可能となる。このために、請求項６に記載の構成が付加されていることが好ましい。
請求項６に記載の構成が備わっていると、境界温度にまで昇温させるに要した電力量から算出される溶融温度にまで昇温させるに要する総電力量と、実際に投入された累積電力量が比較され、必要な電力量が実際に投入されたか否かのチェックが行なわれる。
【０００５】
【実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は、この発明を利用した抵抗溶接装置の一例の全体構成を示している。この抵抗溶接装置は、コントローラ２０と溶接トランス４２と一対の電極５２、５４等を主体にして構成されている。
【０００６】
コントローラ２０はサイリスタ３８を有し、断続的に点弧と消弧を繰返して溶接トランスの一次側電流を調整する（ひいては溶接トランスの二次側電流すなわち溶接電流を調整する）。サイリスタ３８の点弧はコントローラ２０に内蔵されているコンピュータで制御される。コンピュータは、ＣＰＵ２６とＲＡＭ２４とＲＯＭ２２とそれらを結ぶバス等によって構成されている。コンピュータにはＩ／Ｏ３２を介してスイッチ３０が接続されており、そのスイッチ３０がオンすることでコンピュータは図２、３に示すプログラムに基づいて動作をはじめて溶接装置を制御する。コンピュータはサイリスタ３８を所望のタイミングで点弧させるほか、電極５２、５４を接近させる図示されていないエアーシリンダに圧縮空気を与えたり圧縮空気を逃がしたりするバルブを制御する。また何らかの異常時には異常出力回路３４から異常信号を出力させ、その結果、作業者が溶接結果の良否の判別を容易に行なうことが可能となる。。
【０００７】
溶接電流ｉ（ｔ）の検出用に溶接トランスの一次側にトロイダルコイルＣＴが挿入されており、このトロイダルコイルＣＴは溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔに比例する電圧を出力する。トロイダルコイルＣＴで検出された溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔは、Ａ／Ｄ変換回路３６でＡ／Ｄ変換された後コンピュータに入力される。コンピュータは、時時刻刻と入力される溶接電流ｉ（ｔ）の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔを時時刻刻と記憶するほか、これを積分していくことによって溶接電流ｉ（ｔ）を算出し、算出された溶接電流ｉ（ｔ）を時時刻刻と記憶していく。この実施の形態では、溶接トランスの一次側で溶接電流に関する値を検出しているようにしているが、二次側で検出してもよい。
【０００８】
また、この実施の形態では、溶接電流の通電ケーブル４１，４３の途中４４，４８からリード線４５、４７を取り出してリード線４５，４７間電圧を電圧検出計４０で検出している。検出されたリード線間電圧はＡ／Ｄ変換器２８でデジタル値に変換されてコンピュータに入力される。この実施の形態では、溶接トランスの二次側からリード線間電圧を検出しているが、一次側からリード線をとりだしてもよい。前記のようにして、この実施の形態では、リード線簡電圧Ｖ２（ｔ）、溶接電流ｉ（ｔ）、溶接電流の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔが時時刻刻とコンピュータに入力あるいはコンピュータで算出されて記憶される。
【０００９】
そして、後で詳しく説明するように、リード線間電圧検出計４０で検出された電圧と、一対の電極５２，５４間の電圧との間に差異をもたらす誘導電圧係数（これは時時刻刻と変化する）がコンピュータで時時刻刻と算出されて記憶される。またその誘導電圧係数を使って一対の電極５２，５４間のワーク抵抗がコンピュータで時時刻刻と算出されて記憶される。また一回の通電期間（サイリスタ３８が点弧して消弧するまで）内でのワーク抵抗の変化量（この実施の形態では、サイリスタ38が点弧してから消弧するまでの一通電期間内で、溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧するタイミングまでの間におけるワーク抵抗の最大値から、その通電期間内の点弧タイミングからその溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングまでの間におけるワーク抵抗の最小値を差し引いた値をいう。）もコンピュータに算出されて記憶される。
【００１０】
そして前記のワーク抵抗の変化量と、ワーク素材に固有な抵抗と温度の特性にしたがって予め設定されている閾値とを比較することによって、そのときの溶接部の温度領域が判別される。この判別処理は各通電期間毎に実施されるために、いずれの通電期間において一の温度領域から他の温度領域に変化したのか、すなわちいずれの通電期間まで通電したときに、溶接部の温度が温度領域が切り替わる境界温度にまで上昇したかが判別される。この結果を用いてコンピュータは、溶接部を単位温度（たとえば１度）上昇させるに要する電力量（ワットアワー）を算出する。その後コンピュータは、溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量とワークが溶融するときの溶融温度とからその溶接部を溶融させるに要する電力量を算出する。さらにコンピュータは、それの以後の任意の時点で、それまでの累積電力量と上記で算出された総電力量から残余の溶接期間内で投入すべき電力量を計算し、残余の通電期間とワーク抵抗から今後に投入するべき目標溶接電流を計算する。またコンピュータは、溶接の終了時点で、実際に投入された累積電力量と計算によって算出された総電力量とを比較し、合理的な電力量が実際に投入されたか否かを検証する。
【００１１】
図２は、コンピュータによって実行される処理の手順を示している。図１のスイッチ３０がＯＮすることで図２のステップＳ２が開始される。最初のステップＳ４では前回の溶接工程で投入した累積電力量Ｑｍのデータ等を消去する。
【００１２】
ステップＳ６では予備通電を行なう。そこでは例えば２サイクル（この実施の形態では商用周波数で溶接電流を通電する。ただしこの発明の技術思想は商用周波数で通電する場合のみならず、任意の周波数に対して適用できる）通電した後、２サイクル分は通電を停止して溶接部を冷却し、ワーク抵抗を安定させてから、ステップＳ７以降を実行する。予備通電の通電パターンは設定変更可能である。
【００１３】
ステップＳ７では、通電サイクル数がすでに設定されているか否かを判定し、設定されていなければ異常報知して（ステップＳ１６）、処理を一旦終了する（ステップＳ１８）。正常時には、それに先だって通電サイクル数はすでに設定されている。
【００１４】
この場合には、次にステップＳ８が実行される。ここでは、通電サイクル数を判定する。即ち、後記するステップＳ１４で実行される抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と予め設定した変化量設定値（閾値）Ｅの比較の結果、前者が後者以上の状態が設定された通電サイクル数以上継続したときに、ステップS８でイエスとなり、ステップＳ１６で異常報知して溶接工程を終了する（ステップＳ１８）。これは設定された通電サイクル数だけ通電しても、溶接部が低温度領域にとどまり、高温度領域に移行しない場合に相当する。
溶接部が低温度領域にあって通電サイクル数が設定されたサイクル数以下の間はステップS１０以降を実行する。
【００１５】
ステップＳ１０では、サイリスタ３８の点弧角の制御が行われる。この処理では、溶接電流をあらかじめプログラムされた所定値と比較し、大き過ぎれば点弧角を遅らせて溶接電流を抑制し、小さすぎれば点弧角を早めて溶接電流を増大させる。尚、点弧角の制御方式は溶接環境に合わせて最適なものを選択すればよく、例えばワークの単位体積あたりの電力量がコンスタントになるように点弧角を制御してもよい。サイリスタ３８が点弧するたびに、一回の通電期間が始まる。
【００１６】
次にステップＳ１２で抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と累積電力量Ｑｍ（ｔ）を計算する。このステップＳ１２の詳細を図３で説明する。ステップＳ５０がスタートし、ステップＳ５２で時時刻刻と検出されるリード線間電圧Ｖ２（ｔ）、溶接電流ｉ（ｔ）、溶接電流の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔをコンピュータに時時刻刻と記憶する。この実施の形態では一通電期間あたり５１２サンプルの検出を行なう。
【００１７】
そして溶接電流ｉ（ｔ）がほぼゼロとなるタイミング（ｔ＝ｔ _ｉ＝０とする）でのリード線間電圧Ｖ２（ｔ _ｉ＝０）と溶接電流の時間微分値ｄｉ（ｔ _ｉ＝０）／ｄｔから、そのタイミングにおける誘導電圧係数Ｘ２（ｔ _ｉ＝０）を算出する（ステップＳ５４）。その値は次の式で計算できる。
Ｘ２（ｔ _ｉ＝０）＝Ｖ２（ｔ _ｉ＝０）／[ｄｉ（ｔ _ｉ＝０）／ｄｔ]
この誘導電圧係数Ｘ２（ｔ _ｉ＝０）が通電期間毎に更新されて、コンピュータに記憶されていく。
【００１８】
ステップＳ５６では、前記のステップＳ５２でコンピュータに時時刻刻と記憶されているリード線間電圧Ｖ２（ｔ）と溶接電流ｉ（ｔ）と溶接電流の時間微分値ｄｉ（ｔ）／ｄｔと、ステップＳ５４でコンピュータに時時刻刻と記憶されている誘導電圧係数Ｘ２（ｔ _ｉ＝０）から、時時刻刻と変化するワーク抵抗Ｒ（ｔ）を算出して記憶する。その値は次の式で計算できる。
Ｒ（ｔ）＝[Ｖ２（ｔ）−Ｘ２（ｔ _ｉ＝０）・ｄｉ（ｔ）／ｄｔ]／ｉ（ｔ）
【００１９】
ステップＳ５８では、一通電期間内で溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧するタイミングまでの間（即ち後半）におけるワーク抵抗の最大値から、その通電期間内での点弧タイミングからその溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングまでの間（即ち前半）におけるワーク抵抗の最小値を差し引いて、ワーク抵抗の変化量ΔＲ（ｔ）を算出して記憶する。このことによって、一度の通電期間内で２度以上にわたってワーク抵抗を検出してその差を算出する処理が実行される。一度の通電期間内でのワーク抵抗の差を求めるにあたって、通電期間内の前半期間内と後半期間内でそれぞれあらかじめ設定されている２回のタイミングでのワーク抵抗の変化を求める方法、前半期間の平均ワーク抵抗と後半期間の平均ワーク抵抗の差を求める方法など各種手法が採用できるが、この実施の形態で採用した方法を取るときに最も安定した結果が得られることが実験によって確認されている。
【００２０】
次にステップＳ５９で、一回の通電期間（この通電時間をΔｐとする）内にワークに投入された電力量ｑ（ｔ）を算出して記憶する。その値は次の式で計算できる（ステップＳ５９）。
ｑ（ｔ）＝｛ｉ（ｔ）²・Ｒ（ｔ）｝をΔｐ時間に亘って時間積分した値。
【００２１】
次に直前の通電期間終了時までの累積電力量Ｑｍ（ｔ０）にこの通電期間での電力量ｑ（ｔ）を加算し、この通電期間終了時までの累積電力量Ｑｍ（ｔ）を算出して、記憶する（ステップＳ６０）。
【００２２】
累積電力量Ｑｍ（ｔ）を求めるステップＳ６０までの一連の処理が済んだら（ステップＳ６２）、図２のステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４での比較では数学上均等な各種不等式を利用することができ、例えば、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と変化量設定値Ｅの大小を直接比較してもよいし、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と変化量設定値Ｅとの差をゼロと比較してもよい。
【００２３】
前記の抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が閾値である変化量設定値Ｅより大きい間（溶接部が低温度領域にとどまっている間に相当する）はステップＳ８に帰り、設定した通電サイクル数と実際に通電したサイクル数を比較する。設定通電サイクル数と実際の通電サイクル数の比較の結果、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が変化量設定値Ｅよりも大きい状態が持続しているうちに設定通電サイクル数に達してしまったら、溶接部の温度が溶接に適する温度に達していないうちに設定されている通電サイクル数が終了してしまったことに相当するので、異常報知して（ステップＳ１６）、溶接工程を中止する（ステップＳ１８）。
【００２４】
一方、設定された通電回数だけ通電しない内にステップＳ１４がイエスとなって溶接部の温度が境界温度にまで上昇したことが判別されると、それ以後はステップＳ１９以降の処理が実施される。
例えば本実施形態で溶接する軟鋼板の場合、図４（横軸は温度、縦軸は抵抗率）の温度―抵抗率特性曲線７０に示すように、約８００℃より低温の領域、約８００℃以上約１５３０℃以下の領域、約１５３０℃より高温の温度領域に大別でき、それぞれ線７１、線７２、線７３のようになる。抵抗率ρは、線７１で示されるように約８００℃までは温度増加に伴い増加し、その後は線７２で示されるように約１５３０℃までほぼ一定となり、融点に相当する約１５３０℃からは線７３に示されるように急増する。なお抵抗率ρと抵抗値Ｒには次の関係が成立している。Ｒ＝ρ・Ｌ／ｓ。ここでＬはワークの厚さ、ｓはワークの通電面積を示す。溶接過程において、厚さＬと通電面積ｓは溶接部の熱膨張やナゲットの成長過程に応じて時間と共に変化するが、一通電期間内での微小時間における変化は非常に少ないので、この発明で利用するワーク抵抗の変化を扱うにあたっては厚さＬと通電面積ｓをほぼ一定と見なすことができる。前式から明らかなように抵抗値Ｒすなわちワーク抵抗は、抵抗率ρに比例する。したがってワーク抵抗の変化は溶接部の温度の変化に対応することになる。
【００２５】
サイリスタの点弧から消弧までの通電期間、つまり溶接電流が通電している間に、ジュール熱が発生して溶接部は加熱される。それに伴って溶接部の温度は変化して、その温度変化がワーク抵抗に変化をもたらす。
【００２６】
本実施の形態では、図４に示す特性に対応して、単位温度あたりの抵抗の変化巾が比較的大きな正の値を取る８００度以下の低温度領域と、単位温度あたりの抵抗率の変化巾がほぼゼロとなる８００度以上の温度領域を判別する。そのために、閾値としては比較的大きな正の値とほぼゼロとを判別できるほぼゼロの値としている。
ステップＳ１４において、前記の抵抗変化量ΔＲ（ｔ）がゼロより大きい場合は、溶接部がほぼ８００℃以下の低温度領域にあり、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）がゼロ以下の場合には、溶接部がほぼ８００℃以上の温度領域にある事になる。
交流の溶接電流が最大となって溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングから消弧するタイミングまでの間におけるワーク抵抗の最大値の方が、この通電期間内での点弧タイミングからその溶接電流の時間微分値がゼロになるタイミングまでの間におけるワーク抵抗の最小値より大きい場合は、通電による溶接部温度の上昇に伴い溶接部の抵抗率が増加していることに対応する。従って抵抗変化量ΔＲ（ｔ）がゼロより大きい場合は、溶接部の温度は温度増加に伴って抵抗率が増加する約８００℃より低温の領域にあることを示す。
【００２７】
設定された通電サイクル数を通電する以前に（図2のステップＳ７がイエスの間に）、溶接部の温度が温度領域の切り替わる８００℃に達すると、ステップS１４での判別結果がイエスとなって処理はステップＳ１９以降に進む。ステップＳ１４は各通電期間毎に、繰返し実行されるために、いずれのサイクル数の通電期間内に溶接部が８００度という境界温度に達したかが特定される。尚、ステップＳ１４の比較によって、溶接部の温度が温度領域が切り替わる境界温度に達したか否かを判断する手法は、間欠的に溶接電流を流す場合に成立する。連続的に溶接電流を流す場合には溶接部が冷却される期間がなく溶接電流の通過面積が連続的に変化し、ワーク抵抗の変化と図４に示した抵抗率―温度特性が対応しなくなるからである。
【００２８】
ステップＳ１９以降は、設定された回数の通電サイクル数を繰返す以前に、溶接部の蓄熱が進み、本実施形態では溶接部の温度が約８００℃以上に達した場合に実行される。
【００２９】
ステップＳ１９では、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）が変化量設定値Ｅ（本実施形態ではゼロ）以下になる通電期間まで投入した累積電力量Ｑｍ（ｔ）とその結果生じた温度上昇の関係から（ステップＳ１４がイエスとなったときに溶接部は境界温度、この場合８００度に上昇したことがわかる）、溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量を算出して記憶する。
【００３０】
ステップＳ２０では、ステップＳ１９で記憶した単位温度の上昇に要する電力量とそのワーク素材に固有の溶融温度とから、溶接部を溶融温度にまで昇温するに要する総電力量Ｑｙを算出して記憶する。ここでは、単位温度の上昇に要する電力量にワークの溶融温度と室温との差を乗じて総電力量Ｑｙを算出する。
【００３１】
ステップＳ２２では、累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙ以上か否かを判定する。累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙより小さい場合は、溶接部が接合に要する温度にまで昇温されていないと推定させるので、ステップＳ２４を以後を繰り返し実行する。
【００３２】
ステップＳ２４では、実際の通電回数と、設定されている通電サイクル数を比較する。
【００３３】
ステップＳ２４で、予め設定されている通電サイクル数だけ通電されていない事が判別されると、これからの残余の通電期間内に通電すべき目標電力量Ｍ（ｔ）を算出する。ここでは目標電力量Ｍ（ｔ）を次式で表す。Ｍ（ｔ）＝Ｑｙ−Ｑｍ（ｔ）。目標電力量Ｍ（ｔ）が算出されたら、設定されている通電サイクル内の残余の通電期間ｒ（ｔ）で除することで、目標電力を算出する（ステップＳ２６）。
【００３４】
ステップＳ２８では、目標電力とワーク抵抗Ｒ（ｔ）から目標溶接電流値を計算する。このようにして計算される目標電流は、この目標電流となるように以後の溶接電流を制御すれば、設定された通電サイクル数の通電終了時に、ステップＳ２０で算出された溶融電力量に等しい累積電力量がワークに加えられる関係にある。ステップＳ２８の計算はステップＳ１４でイエスとなったとき以降繰り返し実行される。
ステップＳ３０では、サイリスタ３８の点弧角の制御が行われる。この処理では、ステップＳ２８で算出された目標溶接電流となるようにサイリスタの点弧角が制御される。
【００３５】
このようにして本実施形態によると、ステップＳ２８によって計算時点以降の目標溶接電流が計算され、その目標電流となるようにサイリスタが制御させるので、溶接終了時に必要な電力量が投入されて正常に溶接されていることが期待される。
【００３６】
続いてステップＳ３２で、抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と累積電力量Ｑｍ（ｔ）を算出し、記憶する。このステップＳ３２の詳細は、前述したステップＳ１２と同様に、図３におけるステップＳ５０からステップＳ６２の一連の工程に示されている。
【００３７】
そして抵抗変化量ΔＲ（ｔ）と累積電力量Ｑｍ（ｔ）を計算するステップＳ３２までの一連の工程処理が済んだら、ステップＳ２２に帰り、累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙ以上か否かを判定する。累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙ以上の場合は、溶接部が溶接されるに要する温度、つまり溶融状態になるのに必要な電力量以上の電力量が投入されて正常に溶接されたと推定できることから、正常報知して（ステップＳ４０）、溶接工程を終了する（ステップＳ４２）。この場合、設定された通電サイクル数だけ通電する以前に必要な電力量が投入されたことに相当する。必要な電力量が投入されれば、設定された通電サイクル数のうちの残余のサイクル数の通電はされないままに溶接が終了する。
【００３８】
累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙに達しない間はステップＳ２４が繰り返し実行される。ここで、累積電力量Ｑｍ（ｔ）が総電力量Ｑｙより小さい内に、ステップＳ１０とＳ３０による間欠通電の繰り返し回数が設定された回数を超えてしまうと、ステップＳ２４の判別結果がイエスとなる。すなわち、予定された通電回数だけ通電したときに、なお必要な電力量が投入されていない場合に、ステップＳ２４はイエスとなる。このときには、ステップＳ３４で累積電力量Ｑｍ（ｔ）と総電力量Ｑｙの一致度Ｙを算出する。ここでは一致度Ｙを次式で表す。
Ｙ＝Ｑｍ（ｔ）／Ｑｙ
この一致度Ｙの値が予め設定した下限値より低いか否か判定して（ステップＳ３６）、低くない場合は正常報知して（ステップＳ４０）、溶接工程を終了する（ステップＳ４２）。また、低い場合は異常報知して（ステップＳ３８）、溶接工程を終了する（ステップＳ４２）。
【００３９】
この実施の形態の場合、ステップＳ２８でそれ以後の目標溶接電流を時時刻刻と計算しなおしていくために、設定された通電サイクル数の通電完了時にちょうど必要な総電力量が投入されるはずであり、ステップＳ２２でイエスとなっても余りに大きな電力量が投入されることはなく、ステップＳ２２でイエスとなっても電力量の不足量が余りに大きくならないようにしている。
【００４０】
ワークが軟鋼板ではない場合は、そのワーク素材の抵抗率の温度特性に注目してワーク抵抗の変化量設定値を任意に設定して、前記の溶接工程を行なえばよい。
【００４１】
図５と図６に溶接電流とワーク抵抗の実測カーブを示す。横軸は時間を示し、縦軸はカーブ８０、８２に対して電流がとられ、カーブ８１、８３に対しては抵抗がとられている。溶接電流カーブは８０、８２で示され、ワーク抵抗カーブは８１、８３で示されている。図中、Ｃ１、Ｃ２は、一回の通電期間内に２度算出されたワーク抵抗の変化巾がほぼゼロとなったときのワーク抵抗の波形を示している。それ以前のワーク抵抗波形は、前半が小さくて後半が大きいのに対し（これは溶接部の温度上昇に起因して抵抗が大きく増大することに主として対応している）、カーブＣ１、Ｃ２の前後で通電期間内の抵抗変化巾が小さくなり、カーブＣ１、Ｃ２以降のワーク抵抗波形では、前半が大きくて後半が小さくなっている（これは溶接部での通電面積の増大に主として対応している）。このカーブＣ１、Ｃ２の位置から、溶接部が境界温度８００℃に達した通電期間が特定される。
【００４２】
図６は図５に比べて、抵抗変化量がゼロになるワーク抵抗波形が早いタイミングに現れることが判る。良好な溶接が行なわれる場合には比較的早いタイミングに抵抗変化量がゼロになり、短時間で溶接部の温度が８００℃以上に上昇する。図５の溶接結果は不良であり、図６での溶接結果は良好であった。
図５の場合に溶接不良をもたらすことは図２のステップＳ３６で発見され、ステップＳ３８でオペレータに知らされる。
【００４３】
以上の説明では、ワークに軟鋼鈑を用いた場合について説明した。他のワーク素材の場合も、図４に示した温度と抵抗率の特性において、温度領域によって単位温度あたりの抵抗変化巾が変化することが知られており、例えば、低温度領域で大きな抵抗変化巾Ａ１となり、中温度領域でそれよりも小さな抵抗変化巾Ａ２となり、高温度領域でいっそう小さな抵抗変化巾Ａ３となる素材であれば、Ａ１とＡ２の中間に閾値を設定することで低温度と中温度の判別が可能となり、Ａ２とＡ３の中間に閾値を設定することで中温度と高温度の判別が可能となる。
本実施の形態では、一回の通電期間の後半でのワーク抵抗の最大値と前半での最小値の差によって抵抗変化分を算出し、これによって判定精度を向上させているが、抵抗変化分の算出方法はこれに限られない。
また、本実施の形態では、誘導電圧係数を時時刻刻と更新することでワーク抵抗の算出精度を高めているが、誘導電圧係数にはあらかじめ想定されている規定値を用いても良い。
さらに本実施の形態では、ステップＳ１４を繰返し実施することでいつ境界温度に達したかが特定できるようになっているが、必要な時点でステップＳ１４を実行してその時点での温度領域を判別するだけで優位な結果を得ることもできる。
【発明の効果】
本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００４４】
請求項１の抵抗溶接装置によると、溶接工程中に溶接部の温度がいかなる温度領域にあるかを判別することが可能となる。このために、判別時点以後の溶接条件を修正するなどの処理を可能とする。
【００４５】
請求項２の抵抗溶接装置によると、溶接電流がほぼゼロであるタイミングで誘導電圧係数を算出し、その算出された誘導電圧係数を用いてワーク抵抗を算出して、溶接部の温度領域を判別することより、溶接部の温度領域の判定精度が向上する。
【００４６】
請求項３の抵抗溶接装置によると、溶接部温度領域が一の温度領域から他の温度領域に変化したときの通電期間が特定可能となるので、いつの通電期間のときに、温度領域が切り替わる境界温度に達したかの特定が可能となる。この結果、投入エネルギと温度上昇の関係が把握可能となる。
【００４７】
請求項４の抵抗溶接装置によると、温度領域が変化したときの通電期間までに投入した累積電力量を算出でき、その累積電力量と温度領域が変化する温度とから溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量が算出されるので、ワーク素材が放熱されやすくて温度が上昇しにくいのか、あるいは温度が上昇しやすいのかといった判別が可能となる。
【００４８】
請求項５の抵抗溶接装置によると、ワークを溶融させるに要する総電力量を算出でき、その算出された総電力量を用いてその後に投入する目標溶接電流値が計算されるので、良好な溶接に必要な溶接電流値で溶接工程を制御することができる。
【００４９】
請求項６の抵抗溶接装置によると、ワークを溶融させるに要する総電力量が算出され、その算出された総電力量と溶接終了時までに投入した累積電力量が比較されるので、必要な電力量が実際に投入されたか否かの判別が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の抵抗溶接装置の全体構成を示す。
【図２】コンピュータによって実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】コンピュータによって実行される処理の手順の詳細を示すフローチャートである。特に抵抗変化量と累積電力量の計算処理部分を示す。
【図４】軟鋼板の温度―抵抗率特性を示す。
【図５】溶接不良の場合の溶接電流波形とワーク抵抗値波形を示す。
【図６】溶接良好の場合の溶接電流波形とワーク抵抗値波形を示す。
【符号の説明】
２０コントローラ
５２電極
５４電極
５６ワーク
７０温度―抵抗率特性曲線
８０溶接電流波形
８１ワーク抵抗値波形

Claims

一対の電極間に間欠的に溶接電流を流すサイリスタを有する抵抗溶接装置において、サイリスタが点弧してから消弧するまでに少なくとも２度以上ワーク抵抗を算出してその差を演算し、演算された差を閾値と比較して溶接部の温度領域を判別する装置が付加されたことを特徴とする溶接部温度領域判別機能を有する抵抗溶接装置。
溶接電流の供給ケーブルから分岐したリード線間電圧の検出装置と、溶接電流の検出装置と、溶接電流の時間微分値の検出装置と、検出された溶接電流がほぼゼロであるタイミングでのリード線間電圧と溶接電流の時間微分値とからリード線間電圧と電極間電圧との間に差をもたらす誘導電圧係数を算出する装置と、算出された誘導電圧係数とその誘導電圧係数が算出された前記タイミングを含むサイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内に検出されたリード線間電圧と溶接電流と溶接電流の時間微分値とから前記誘導電圧係数が算出された前記タイミングを含むサイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間内のワーク抵抗を算出する装置を有し、それらの装置によってサイリスタが点弧してから消弧するまでに２度以上ワーク抵抗を算出することを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接装置。
前記判別装置が、サイリスタが点弧してから消弧するまでの通電期間毎に作動し、溶接部温度領域が一の温度領域から他の温度領域に変化したときの通電期間が特定可能となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接装置。
前記の温度領域が変化したときの通電期間までに投入した累積電力量を算出する装置と、その累積電力量と温度領域が変化する境界温度とから溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量を算出する装置とが付加された事を特徴とする請求項３に記載の抵抗溶接装置。
前記で算出された溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量からワークを溶融させるに要する電力量を算出する装置と、前記で算出された溶融させるに要する電力量と計算時点での累積電力量の差と計算時点から溶接終了時までの残りの通電期間とワーク抵抗とから、計算時点以降の溶接電流の目標値を計算する装置とが付加された事を特徴とする請求項４に記載の抵抗溶接装置。
前記で算出された溶接部を単位温度上昇させるに要する電力量からワークを溶融させるに要する電力量を算出する装置と、前記で算出された溶融させるに要する電力量と溶接終了時までに投入した累積電力量を比較する装置とを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の抵抗溶接装置。