JP4445279B2

JP4445279B2 - スポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置

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Publication number: JP4445279B2
Application number: JP2004027147A
Authority: JP
Inventors: 慎一宮坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-02-03
Also published as: JP2005219065A

Description

本発明は、電極チップをワークに接触させた後に通電してワークを溶接するスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置に関する。

自動車のフレームの溶接にはスポット溶接が多用されている。スポット溶接では、接合すべき部材同士を接触及び加圧させた状態で溶接電流を通電することにより部材の接触部を溶融させて所定の溶接強度を得ている。スポット溶接における接合強度を十分なものとするためには、フレームのプレス成型時の微小な歪みをなくして面圧を高める必要があり、各部材間の面圧を高めるためにスポット溶接時の加圧力を十分大きく設定することがある。

一方、自動車のフレームはより一層の軽量化及び強度の向上が望まれていることから高強度鋼板等が採用されることがあり、各部材間の面圧を高めるための加圧力を非常に大きい値に設定する必要がある。特に、溶接部におけるフレームの歪みの状態は均一であるとは限らないため加圧力は余裕をみてさらに大きめに設定する必要がある。

ところで、加圧力を大きくして各部材間の面圧を大きく設定すると、その部分の接触抵抗が低下することとなり発熱量が低下する。発熱量は接触抵抗に比例するからである。つまり、十分な接合強度を得るための所定の発熱量を発生させるためにはより大きい溶接電流を通電する必要があり、必要以上に面圧を大きくすることはエネルギー効率を低下させる。

電極チップとワークとの接触状態を検知することができると、その時点から加圧力を規定量だけ増加させることができて好適である。電極チップとワークとの接触状態を検知するため、予め溶接電流の通電（被溶接物の挟持）を判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、溶接チップに跳ね返り現象が発生した場合においても過大電流がワークに通電することを防止できて好適である。

また、挟圧力対応値の変動、安定を判別する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特公平７−１２５４７号公報特開平７−６０４５７号公報

ところで、前記特許文献１に記載された方法によれば、電極チップとワークとの間の通電量の有無によって接触状態を検出することから、他の接合部位や治具による電流リークの影響を受けやすく、溶接を行う箇所におけるワークの接触を正確には検出できない場合がある。

また、前記特許文献２に記載された方法によれば、電極チップの消耗量を高精度且つ頻繁に検出・補正する必要があり、生産効率の低下を招く。しかも挟圧力対応値測定手段としてのミクロ的な変位を検出する高精度の変位センサを設ける必要がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡便な構成及び手順によって電極チップとワークとの接触状態を確実に検出することのできるスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、電極チップをワークに接触させて通電し、前記ワークを溶接するスポット溶接の溶接制御方法において、前記電極チップに設けられた超音波送信・受信部から超音波を発信するステップと、前記電極チップを前記ワーク側に移動させる移動ステップと、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の１回目の受信までの第１往復時間と、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の２回目の受信までの第２往復時間との差が、前記電極チップと前記ワークとが接触していないときの前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の受信までの往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きい場合に、前記電極チップと前記ワークとが接触していると判定する判定ステップとを備え、前記判定ステップにて前記電極チップと前記ワークとが接触していると判定された後に溶接を行うことを特徴とする。

このように、電極チップに設けられた超音波送信・受信部によって発信した超音波の往復時間を計測することによって、電極チップとワークとの接触状態を簡便な構成によって確実に検出することができる。

この場合、前記移動ステップは、前記電極チップを位置制御によって所定位置まで移動させる位置制御ステップと、前記電極チップを速度制御によって所定速度で移動させる速度制御ステップとを有してもよい。

また、前記ワークは、前記電極チップと接触可能に配置された第１ワークと、
前記第１ワークを挟んで該電極チップとは反対側に位置する第２ワークとを有し、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の３回目の受信までの第３往復時間と前記第２往復時間との差が、該第２往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きい場合に、前記電極チップと前記第１ワークとの接触面に対する該第１ワークの裏面と前記第２ワークとが接触していると判定するワーク接触判定ステップを備えてもよい。

さらに、前記ワーク接触判定ステップにて前記第１ワークの裏面と前記第２ワークとが接触していないと判定された場合に、前記電極チップから該第１ワークに付与される加圧力を所定量増加するステップを備えてもよい。

また、本発明は、電極チップをワークに接触させて通電し、前記ワークを溶接するスポット溶接の溶接制御装置において、前記電極チップに設けられた超音波送信・受信部と、前記超音波送信・受信部から超音波を発信させるとともに反射波を受信し、超音波の往復時間を検出する超音波制御部と、前記電極チップを進退駆動させる電極チップ駆動制御部と、前記電極チップに電圧を印加する通電制御部と、を有し、前記電極チップ駆動制御部によって前記電極チップを前記ワークに接触させる際、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の１回目の受信までの第１往復時間と、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の２回目の受信までの第２往復時間との差が、前記電極チップと前記ワークとが接触していないときの前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の受信までの往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きくなった場合に、前記電極チップ駆動制御部は前記電極チップの前記ワークに対する加圧力を規定量増加させた後に前記通電制御部が前記電極チップに電圧を印加することを特徴とする。

このように、電極チップに設けられた超音波送信・受信部によって発信した超音波の往復時間を計測することによって、電極チップとワークとの接触状態を簡便な構成によって確実に検出することができる。また、ワーク間の面圧が必要十分な面圧となり十分な溶接強度でスポット溶接をすることができ、しかも、接触抵抗の低下を抑えることができ、溶接電流を抑制してエネルギー効率を向上させることができる。

本発明に係るスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置によれば、簡便な構成及び手順によって電極チップとワークとの接触状態を確実に検出することができる。

以下、本発明に係るスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１１を参照しながら説明する。本実施の形態に係るスポット溶接の溶接制御方法は溶接制御装置１０を用いて行われる。

図１に示すように、溶接制御装置１０は、ワークＷに対してスポット溶接を行うための装置であって、電極チップ１４を備える溶接ガン１６と、ワークＷに接続されている電極１８と、コントローラ２０とを有する。

溶接ガン１６は、ガン支持部２２と、三相交流を駆動源とするサーボモータ２４と、その駆動軸（図示せず）に連結されたボールねじ２６と、該ボールねじ２６の位置を検出する検出器２８と、ボールネジ２６を覆うカバー３０と、ボールねじ２６の先端に設けられたホルダ３２とを有し、該ホルダ３２には前記電極チップ１４が保持されている。

前記ボールねじ２６は、前記サーボモータ２４の回転作用下に変位することにより、前記電極チップ１４が上下方向に移動する。電極チップ１４の先端から高さＤ１（図２参照）の箇所には、超音波を発信及び受信する超音波プローブ（超音波送信・受信部）３４が設けられている。

コントローラ２０は、超音波プローブ３４から超音波を発信させるとともに反射波を受信し、超音波の往復時間Ｔを所定のタイマによって検出する超音波制御部３６と、サーボモータ２４を制御して電極チップ１４を進退駆動させる電極チップ駆動制御部３８と、電極チップ１４及び電極１８に電圧を印加して通電させる通電制御部３９と、これらの超音波制御部３６、電極チップ駆動制御部３８及び通電制御部３９を統合的に制御する統括制御部４０とを有する。

電極チップ駆動制御部３８は、統括制御部４０からの信号を受信するインタフェース４２と、電極チップ１４の位置を制御する位置制御部４４と、該電極チップ１４の移動速度を制御する速度制御部４６と、該速度制御部４６に接続される速度変換部４８と、サーボモータ２４に通電される三相交流を制御する電流制御部５０と、該電流制御部５０から導出される信号の振幅に応じてパルス幅を変化させるパルス幅変調部５２と、パワー素子を備える電力増幅部５４とを有する。

電力増幅部５４とサーボモータ２４との間に設けられた三相電力線のうち２本には電流を検出する電流検出素子５６ａ、５６ｂが設けられており、検出された電流信号Ｉを電流制御部５０へ供給している。また、検出器２８によって検出されたボールねじ２６の位置信号Ｚは位置制御部４４へ供給されるとともに速度変換部４８に供給される。速度変換部４８では供給された位置信号Ｚを微分して速度信号Ｖを求めて速度制御部４６に供給している。このように検出器２８は位置制御及び速度制御に用いられるものであり、スポット溶接を行う際のワークＷに対する加圧力制御には用いられない。つまり、検出器２８の精度はスポット溶接の溶接品質に直接的に影響することがなく、比較的低精度のもので足りる。

位置制御部４４では、統括制御部４０からインタフェース４２を介して供給される位置指令Ｃｚ及び位置信号Ｚに基づいて電極チップ１４の位置制御を行うことができる。同様に、速度制御部４６では、統括制御部４０からインタフェース４２を介して供給される速度指令Ｃｖ及び速度信号Ｖとに基づいて電極チップ１４の速度制御を行うことができ、電流制御部５０では、統括制御部４０から供給される加圧力指令Ｃｐと電流信号Ｉとに基づいてサーボモータ２４へ供給する電流の制御を行うことができる。電流制御部５０によって行われる電流の制御は、サーボモータ２４が発生するトルクを制御することとなり、結果的に電極チップ１４のワークＷに対する加圧力制御を行うことができる。

コントローラ２０は、超音波プローブ３４のスピーカを発振させて超音波を発信させるとともに反射波を受信し、超音波の往復時間Ｔを検出する。

超音波制御部３６は、超音波を発信させてその発信時Ｔ０（図４参照）から反射波を受信するまでの往復時間Ｔ、及び多重反射の受信時の各反射波間の往復時間Ｔを計測する機能を有するととともに、これらの計測された往復時間Ｔと設定された閾値とを比較する機能を有する。また、超音波制御部３６は、多重反射の受信波が十分に減衰したときには、再度超音波を発信して計測を自動的に続行することができる。超音波制御部３６における各反射波間の時間を計測する機能はタイマカウンタ等によって簡便に構成することができる。

超音波プローブ３４の超音波発信部としてのスピーカは、超音波受信部としてのマイクと兼用としてもよく、また超音波発信部と受信部は別体型としてもよい。

図２に示すように、ワークＷは、一端がＵ字状の第１ワーク６０と該第１ワーク６０のＵ字部に挿入されている第２ワーク６２とからなる。第１ワーク６０のＵ字部は上方部６０ａと下方部６０ｂが側方部６０ｃで接続される形状となっており、下方部６０ｂと第２ワーク６２が接触し、第２ワーク６２と上方部６０ａとの間には高さＤ０の隙間部がある。上方部６０ａの高さ（厚さ）はＤ２であり、下方部６０ｂと第２ワーク６２の合計高さ（厚さ）はＤ３である。

第１ワーク６０は、高張力鋼等の高強度鋼板であり、プレス成型によって一端がＵ字状に成型されており、隙間部の高さＤ０は成型の誤差により多少不均一となる。

第２ワーク６２には前記電極１８が接続されるとともに電気的に接地されている。電極１８はスポット溶接を行う箇所から離れた箇所に設けられており、いわゆるインダイレクト溶接式となっている。

次に、このように構成される溶接制御装置１０を用いて、ワークＷに対してスポット溶接を行う溶接制御方法について図３を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１において、超音波制御部３６から超音波プローブ３４に対して指示を与え、超音波を発信するとともに反射波を検出して超音波の往復時間Ｔを計測する。

このとき、図４に示すように、超音波の発信時Ｔ０からの超音波の往復時間Ｔ１₁、Ｔ１₂、Ｔ１₃…の経過後に第１反射波１００ａ、第２反射波１００ｂ、第３反射波１００ｃ…が超音波プローブ３４において順次受信される。第１反射波１００ａ、第２反射波１００ｂ、第３反射波１００ｃ…は、所定のレベルＬより大きい受信波として抽出され、ノイズ１０２と明確に区別される。

また、第１反射波１００ａ、第２反射波１００ｂ、第３反射波１００ｃ…は包絡線１０４に沿って漸次減衰し、反射波の受信レベルがレベルＬを下回ったときには超音波プローブ３４から超音波を再度発信して、往復時間Ｔの計測を継続する。

往復時間Ｔ１₁、Ｔ１₂、Ｔ１₃…は略等しい値であり、説明の便宜上これらを代表的に往復時間Ｔ１としても表記する。同様に、後述する往復時間Ｔ２₁、Ｔ２₂、Ｔ２₃…、往復時間Ｔ３₁、Ｔ３₂、Ｔ３₃…をそれぞれ代表的に往復時間Ｔ２及びＴ３としても表記する。

ところで、超音波は超音波プローブ３４から電極チップ１４の先端部までの高さＤ１の距離を往復することから、往復時間Ｔ１は理論的には次の（１）式で表される。
Ｔ１＝２×Ｄ１／Ｖ１ …（１）

ここで、Ｖ１は電極チップ１４内における音速で、既知の値である。

超音波制御部３６では、計測した超音波の往復時間Ｔが、Ｔ≒Ｔ１であることを認識し、電極チップ１４が第１ワーク６０の上方部６０ａに対して離間していることを確認できる。

次に、ステップＳ２において、電極チップ駆動制御部３８は電極チップ１４を下降させる。このとき、電極チップ１４が予め設定された位置に下降するまでは位置指令Ｃｚに基づいて位置制御部４４の作用下に位置制御を行うことにより、電極チップ１４を迅速に動作させてサイクルタイムを短縮することができる。また、電極チップ１４が設定された位置に到達した後は、速度指令Ｃｖを電極チップ駆動制御部３８に供給して電極チップ１４を速度制御によって所定速度で下降させるとよい。これにより、電極チップ１４を適切な速度で第１ワーク６０に接近及び接触させることができ、電極チップ１４に衝撃が加わることがない。

ステップＳ３において、超音波制御部３６は往復時間Ｔと予め設定された第１閾値Ａ１とを比較することによって、電極チップ１４が第１ワーク６０の上方部６０ａに当接したか否かを確認する。電極チップ１４が上方部６０ａに当接したとき、つまりＴ＞Ａ１であるときにはステップＳ４へ移り、当接する前、つまりＴ≦Ａ１であるときにはステップＳ３を続行する。

ここで、往復時間Ｔは電極チップ１４が上方部６０ａに当接する以前にはＴ＝Ｔ１であり、当接後にはＴ＝Ｔ２であるものとすると、第１閾値Ａ１は、例えば、その中間値であるＡ１＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２として設定するとよい。

図５に示すように、電極チップ１４が第１ワーク６０の上方部６０ａに当接したときには、超音波は超音波プローブ３４から前記高さＤ１及び上方部６０ａの高さＤ２の距離を往復する。従って、この場合の往復時間Ｔ２はＴ２＞Ｔ１であり、理論的には次の（２）式で表される。
Ｔ２＝２×Ｄ１／Ｖ１＋２×Ｄ２／Ｖ２ …（２）

ここで、Ｖ２は第１ワーク６０の上方部６０ａ内における音速で、既知の値である。

（１）式及び（２）式から、第１閾値Ａ１は、Ａ１＝Ｔ１＋Ｄ２／Ｖ２として設定される。

また、この場合、図６に示すように、超音波の発信時Ｔ０からの超音波の往復時間Ｔ２₁、Ｔ２₂、Ｔ２₃…（＝Ｔ２）の経過後に第１反射波１０６ａ、第２反射波１０６ｂ、第３反射波１０６ｃ…が超音波プローブ３４において順次受信される。第１反射波１０６ａ、第２反射波１０６ｂ、第３反射波１０６ｃ…は前記包絡線１０４よりも急な傾斜の包絡線１０８に沿って漸次減衰し、反射波の受信レベルがレベルＬを下回ったときには超音波プローブ３４から超音波を再度発信する。

なお、電極チップ１４が消耗して高さＤ１が多少短くなった場合であっても、その消耗量ΔＤ１が第１閾値Ａ１と比較して十分に小さいときには、このステップＳ３の処理において電極チップ１４と上方部６０ａとの接触を検出することができる。

また、電極チップ１４が上方部６０ａに当接する前の段階においては、超音波制御部３６において往復時間Ｔ１を計測可能であることから、その時点で計測された往復時間Ｔ１に基づいて第１閾値Ａ１（及び後述する第２閾値Ａ２）を適宜更新するようにしてもよい。これにより、電極チップ１４が消耗して短くなったときにも、自動的に第１閾値Ａ１（及び第２閾値Ａ２）を更新することができる。従って、電極チップ１４の長さを計測したり、第１閾値Ａ１を更新するために溶接制御装置１０の動作を停止させる必要がなく、生産効率が高い。

さらに、ステップＳ３においては、往復時間Ｔの変化幅ΔＴ（この場合、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）と予め設定された第１変化幅閾値Ｂ１とを比較することによって、電極チップ１４が第１ワーク６０の上方部６０ａに当接したか否かを確認するようにしてもよい。この場合、電極チップ１４が上方部６０ａに当接したとき、つまりΔＴ＞Ｂ１であるときにはステップＳ４へ移り、当接する前、つまりΔＴ≦Ｂ１であるときにはステップＳ３を続行するようにする。第１変化幅閾値Ｂ１は、例えば、Ｂ１＝Ｄ２／Ｖ２として設定される。これにより、電極チップ１４の消耗度合いに影響されることなくスポット溶接を適切に行うことができる。また、第１変化幅閾値Ｂ１は電極チップ１４の消耗に無関係であることから、第１変化幅閾値Ｂ１は更新する必要がない。

次に、ステップＳ４において、電極チップ駆動制御部３８は電極チップ１４の動作制御を速度制御から加圧力制御にする。つまり、速度制御部４６を一時的に無効化するとともに所定の加圧力指令Ｃｐを電流制御部５０に供給する。

次に、ステップＳ５において、超音波制御部３６は往復時間Ｔと予め設定された第２閾値Ａ２とを比較することによって、第１ワーク６０の上方部６０ａが第２ワーク６２に当接したか否かを確認する。上方部６０ａが第２ワーク６２に当接したとき、つまりＴ＞Ａ２であるときにはステップＳ７へ移り、当接する前、つまりＴ≦Ａ２であるときにはステップＳ６へ移る。

ここで、往復時間Ｔは上方部６０ａが第２ワーク６２に当接する以前にはＴ＝Ｔ２であり、当接後にはＴ＝Ｔ３であるものとすると、第２閾値Ａ２は、例えば、その中間値であるＡ２＝（Ｔ２＋Ｔ３）／２として設定するとよい。

上方部６０ａが第２ワーク６２に当接したときには、図７に示すように、超音波は超音波プローブ３４から前記高さＤ１、上方部６０ａの高さＤ２及び、下方部６０ｂと第２ワーク６２の合計高さＤ３の距離を往復する。従って、この場合の往復時間Ｔ３はＴ３＞Ｔ２であり、理論的には次の（３）式で表される。
Ｔ３＝２×Ｄ１／Ｖ１＋２×Ｄ２／Ｖ２＋２×Ｄ３／Ｖ３…（３）

ここで、Ｖ３は下方部６０ｂと第２ワーク６２との複合部における等価音速であり、既知の値である。

（２）式及び（３）式から、第２閾値Ａ２は、Ａ２＝Ｔ２＋Ｄ３／Ｖ３として設定される。

また、この場合、図８に示すように、超音波の発信時Ｔ０からの超音波の往復時間Ｔ３₁、Ｔ３₂、Ｔ３₃…（＝Ｔ３）の経過後に第１反射波１１０ａ、第２反射波１１０ｂ、第３反射波１１０ｃ…が超音波プローブ３４において順次受信される。第１反射波１１０ａ、第２反射波１１０ｂ、第３反射波１１０ｃ…は前記包絡線１０８よりも急な傾斜の包絡線１１２に沿って漸次減衰し、反射波の受信レベルがレベルＬを下回ったときには超音波プローブ３４から超音波を再度発信する。

さらに、ステップＳ５においては、往復時間Ｔの変化幅ΔＴ（この場合、ΔＴ＝Ｔ３−Ｔ２）と予め設定された第２変化幅閾値Ｂ２とを比較することによって、上方部６０ａが第２ワーク６２に当接したか否かを確認するようにしてもよい。この場合、上方部６０ａが第２ワーク６２に当接したとき、つまりΔＴ＞Ｂ２であるときにはステップＳ７へ移り、当接する前、つまりΔＴ≦Ｂ２であるときにはステップＳ６へ移るようにする。第２変化幅閾値Ｂ２は、例えば、Ｂ２＝Ｄ３／Ｖ３として設定される。第２変化幅閾値Ｂ２は電極チップ１４の消耗に無関係であることから、第２変化幅閾値Ｂ２は更新する必要がない。

ステップＳ６においては、電極チップ駆動制御部３８により電極チップ１４の加圧力を規定量増加する。つまり、統括制御部４０において読み取った電流信号Ｉに対して、増加する加圧力に相当する電流値を加算した値を加圧力指令Ｃｐとして電流制御部５０に与える。

ステップＳ６の処理を行った後にはステップＳ５へ戻る。つまり、ステップＳ５及びＳ６を繰り返し実行することによって、上方部６０ａが第２ワーク６２に当接するまで電極チップ１４の加圧力を徐々に増加する。これにより、第１ワーク６０の側方部６０ｃの弾性力や隙間部の高さＤ０の値にかかわらず、加圧力を適切に増加させて上方部６０ａを第２ワーク６２に確実に接触させることができる。

一方、ステップＳ７においては、電極チップ駆動制御部３８により電極チップ１４の加圧力を規定量だけさらに増加させる。つまり、統括制御部４０において読み取った電流信号Ｉに対して、規定量の加圧力に相当する電流値を加算して加圧力指令Ｃｐとして電流制御部５０に与える。

このように、当初の隙間部の高さＤ０の大小にかかわらず、隙間部の高さＤ０がＤ０＝０となった時点における加圧力から該加圧力を相対的に規定量だけさらに増加させることにより、上方部６０ａと第２ワーク６２との相互間における面圧を必要十分な値に設定することができる。つまり、面圧が不足することにより溶接強度が不十分になることを防止でき、溶接品質が向上する。また、面圧が過剰に大きくなることを防ぎ、接触抵抗が低下することを防止できる。接触抵抗の低下が防止されることから、溶接時の所定発熱量を発生させるための電流が低く抑えられてエネルギー効率が向上する。

なお、このステップＳ７における加圧力の規定量増加の処理では、加圧力を徐々に増加させるようにしてもよい。

次に、ステップＳ８において、通電制御部３９により電極チップ１４と電極１８との間に電圧を印加して所定電流の通電制御を行い、スポット溶接を行う。このとき、溶接電流は電極チップ１４、上方部６０ａ、第２ワーク６２及び電極１８の順の経路を流れる。これにより、図９に示すように、電極チップ１４の近傍でワークＷが溶融してナゲット１２０が生成され、上方部６０ａと第２ワーク６２とが接合される。

次に、ステップＳ９において、溶接電流の通電を停止した後、電極チップ駆動制御部３８により電極チップ１４を上昇させる。このとき、電極チップ駆動制御部３８は位置制御により電極チップ１４を所定の高さまで移動させる。

このように本実施の形態に係るスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置１０によれば、電極チップ１４を上方部６０ａに接触させる際、電極チップ１４に設けられた超音波プローブ３４から超音波を発信するとともに該超音波の反射波の検出を行い、超音波の往復時間Ｔが第１閾値Ａ１を超えることに基づいて電極チップ１４と上方部６０ａとの接触を確実に検知することができる。また、その後に加圧力を増加させた後、超音波の往復時間Ｔが第２閾値Ａ２を超えることに基づいて上方部６０ａと第２ワーク６２との接触を確実に検知することができる。

さらにこの後、電極チップ１４の加圧力を規定量増加させることにより、上方部６０ａと第２ワーク６２との面圧を適切な圧力に保持することができ、溶接品質の低下を防ぐとともに、発熱のための溶接電流が過大となることを防止できる。しかも、溶接制御装置１０は高精度なセンサ等が不要な簡便な構成であり、その制御手順も簡潔である。

本実施の形態に係るスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置１０によれば、第１ワーク６０の上方部６０ａと第２ワーク６２が確実に接触している状態で通電を開始することができる。これにより、第１ワーク６０と第２ワーク６２隙間部がなくなることから、隙間部における不要な放電等を防止できる。

また、ワークＷの支持形態は上述した形態に限らず、ワークＷの下方を受けブロックで支持して、電極チップ１４と受けブロックとによりワークＷを挟持して溶接するようにしてもよい。

さらに、図１０に示すように、ワークＷの支持形態は電極チップ１４と対向してワークＷを挟持する電極チップ１３０を設け、該電極チップ１３０を前記電極１８の代わりとして用いる両押し式としてもよい。

さらにまた、溶接制御装置１０は、図１１に示すように、袋構造のワークＷ１における隙間部１３２に対して、いわゆる片押し溶接として適用してもよい。この場合、隙間部１３２の上側部材１３４に電極チップ１４が接触したことを検出した後、加圧力を増加して隙間部１３２をなくし、上側部材１３４と下側部材１３６が接触した後に、さらに規定量だけ加圧力を増加してスポット溶接を行うとよい。

なお、これらの場合には、受けブロックや電極チップ１３０の影響を考慮して前記第２閾値Ａ２の値を設定するとよい。

以上の説明では、ワークＷにおけるスポット溶接を行う面が略水平であるものとして説明したが、ワークＷの向きは任意方向に設定可能であって、電極チップ１４はワークＷ、Ｗ１等の溶接面に対して略直角となるように設定すればよい。

また、超音波プローブ３４から発信する超音波は、ワークＷ、Ｗ１との接触状態の検出の用途以外にも、スポット溶接を行った後にナゲット１２０が正常に生成されているか否かの調査用途に用いてもよい。

本発明に係るスポット溶接の溶接制御方法及び溶接制御装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るスポット溶接の溶接制御装置の概略ブロック図である。電極チップがワークに当接する前段階における電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。本実施の形態に係るスポット溶接の溶接制御方法の手順を示すフローチャートである。電極チップがワークに当接する前段階における超音波の受信波形を示すグラフである。電極チップがワークに当接した段階における電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。電極チップがワークに当接した段階における超音波の受信波形を示すグラフである。電極チップがワークに当接し、ワークの隙間部がなくなった段階における電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。電極チップがワークに当接し、ワークの隙間部がなくなった段階における超音波の受信波形を示すグラフである。電極チップによりワークを押圧するとともに通電してスポット溶接を行う段階における電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。両押し式でスポット溶接を行う際の電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。袋構造のワークを片押し式でスポット溶接を行う際の電極チップとワークとの位置関係を示す模式図である。

符号の説明

１０…溶接制御装置１４…電極チップ
１６…溶接ガン１８…電極
２０…コントローラ２４…サーボモータ
３４…超音波プローブ３６…超音波制御部
３８…電極チップ駆動制御部３９…通電制御部
４０…統括制御部４４…位置制御部
４６…速度制御部４８…速度変換部
５０…電流制御部６０…第１ワーク
６０ａ…上方部６０ｂ…下方部
６０ｃ…側方部６２…第２ワーク
１００ａ、１０６ａ、１１０ａ…第１反射波
１００ｂ、１０６ｂ、１１０ｂ…第２反射波
１００ｃ、１０６ｃ、１１０ｃ…第３反射波
１２０…ナゲットＷ…ワーク

Claims

電極チップをワークに接触させて通電し、前記ワークを溶接するスポット溶接の溶接制御方法において、
前記電極チップに設けられた超音波送信・受信部から超音波を発信するステップと、
前記電極チップを前記ワーク側に移動させる移動ステップと、
前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の１回目の受信までの第１往復時間と、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の２回目の受信までの第２往復時間との差が、前記電極チップと前記ワークとが接触していないときの前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の受信までの往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きい場合に、前記電極チップと前記ワークとが接触していると判定する判定ステップとを備え、
前記判定ステップにて前記電極チップと前記ワークとが接触していると判定された後に溶接を行うことを特徴とするスポット溶接の溶接制御方法。
請求項１記載のスポット溶接の溶接制御方法において、
前記移動ステップは、前記電極チップを位置制御によって所定位置まで移動させる位置制御ステップと、前記電極チップを速度制御によって所定速度で移動させる速度制御ステップとを有することを特徴とするスポット溶接の溶接制御方法。
請求項１又は２記載のスポット溶接の溶接制御方法において、
前記ワークは、前記電極チップと接触可能に配置された第１ワークと、
前記第１ワークを挟んで該電極チップとは反対側に位置する第２ワークとを有し、
前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の３回目の受信までの第３往復時間と前記第２往復時間との差が、該第２往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きい場合に、前記電極チップと前記第１ワークとの接触面に対する該第１ワークの裏面と前記第２ワークとが接触していると判定するワーク接触判定ステップをさらに備えることを特徴とするスポット溶接の溶接制御方法。
請求項３記載のスポット溶接の溶接制御方法において、
前記ワーク接触判定ステップにて前記第１ワークの裏面と前記第２ワークとが接触していないと判定された場合に、前記電極チップから該第１ワークに付与される加圧力を所定量増加するステップをさらに備えていることを特徴とするスポット溶接の溶接制御方法。
電極チップをワークに接触させて通電し、前記ワークを溶接するスポット溶接の溶接制御装置において、
前記電極チップに設けられた超音波送信・受信部と、
前記超音波送信・受信部から超音波を発信させるとともに反射波を受信し、超音波の往復時間を検出する超音波制御部と、
前記電極チップを進退駆動させる電極チップ駆動制御部と、
前記電極チップに電圧を印加する通電制御部と、
を有し、
前記電極チップ駆動制御部によって前記電極チップを前記ワークに接触させる際、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の１回目の受信までの第１往復時間と、前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の２回目の受信までの第２往復時間との差が、前記電極チップと前記ワークとが接触していないときの前記超音波送信・受信部が超音波を発信してから反射波の受信までの往復時間ではなく、且つ所定閾値よりも大きくなった場合に、前記電極チップ駆動制御部は前記電極チップの前記ワークに対する加圧力を規定量増加させた後に前記通電制御部が前記電極チップに電圧を印加することを特徴とするスポット溶接の溶接制御装置。