JP4605701B2

JP4605701B2 - スポット溶接装置

Info

Publication number: JP4605701B2
Application number: JP2004228339A
Authority: JP
Inventors: 卓司泉谷; 良平足立; 英世竹内; 剛志天野; 高史新明; 陵菊池
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: JP2006043732A

Description

本発明はスポット溶接装置に関するものである。

スポット溶接装置は、一対の相対向する電極で被溶接物を挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流すことにより、被溶接物をスポット溶接するものである。

スポット溶接の制御には、特開２００２−９６１７８号公報に記載されているように、溶接電流を、所定通電時間でワークの発熱量が適正ナゲットを形成するために必要な目標熱量に達するように制御するものが知られている。

また、スポット溶接には、初期通電の後に所望のナゲットを形成するための適応制御（リアルタイム制御）を行なう方法も知られている。斯かる適応制御の手法としては、特開平９−１６８８６７号公報、特開平１１−２８５８４８号公報、特表２００４−５１０５８３号公報に記載されたものなどが知られている。これらは電極間の電流及び電圧を測定しながら溶接を行ない、溶接中に測定される電極間の電流値及び電圧値に基づいて溶接部に生成されているナゲットを予測する制御手法が取られている。
特開２００２−９６１７８号公報特開平９−１６８８６７号公報特開平１１−２８５８４８号公報特表２００４−５１０５８３号公報

実際の生産ラインでは、スポット溶接は、連続して行なわれるため、電極は徐々に発熱していく。電極が発熱すると、それに伴い電極自身の抵抗値が上昇する。上述した特許文献に記載されたスポット溶接では、斯かる電極自身の電気抵抗が変化することは加味されていない。特に、適応制御において、単純に、電極間の電圧を溶接部の電圧として制御していると、電極自身の発熱に伴なう、電極自身の抵抗値の上昇により、測定値と溶接部における真値との誤差が大きくなり、適応制御の精度が低下する。

本発明に係るスポット溶接装置は、斯かる問題を解決するため、一対の相対向する電極で被溶接物を挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流して被溶接物をスポット溶接するスポット溶接装置において、電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れるように配設され、電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに発熱して電極と同様に電気抵抗が変化する比較導体と、電極間の電気抵抗値（Ｒ ₁ ）から比較導体の電気抵抗値（Ｒ ₂ ）を引くことにより溶接部の実抵抗（Ｒ _X ）を算出する演算部とを備えたものである。

本発明に係るスポット溶接装置によれば、比較導体の抵抗値Ｒ₂は、電極自身の抵抗値Ｒ_1Aと等価なものとして考えることができる（Ｒ₂≒Ｒ_1A）。従って、電極２、３間の抵抗値Ｒ₁から比較導体の抵抗値Ｒ₂を引くことにより、溶接部の実抵抗Ｒｘを算出することができる。この溶接部の実抵抗Ｒｘを適応制御に利用することにより、適応制御の精度を高く維持することができる。すなわち、比較導体の抵抗値Ｒ₂は、比較導体に掛かる電圧や電流値を検出することにより簡単に算出できる。これにより、発熱により変化する電極自身の電気抵抗を即座に算出でき、これを既知の適応制御に利用することにより、適応制御の精度を高く維持することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置を図面に基づいて説明する。

スポット溶接装置１は、図１に示すように、スポット溶接を行なう一対の電極２、３と、一対の電極２、３に電流を流す電源４と、電極２、３に加圧力を付与するアクチュエータ５と、電極間２、３に流れる電流を検出する電流検出部６と、比較導体７と、電極２、３間の電圧を検出する第１電圧検出部８と、比較導体７に掛かる電圧を検出する第２電圧検出部９と、電源４及びアクチュエータ５を制御する制御部１０とを備えている。そして、所定の溶接位置に被溶接物としての金属体Ｗを置き、アクチュエータ８を作動させ、一対の電極２、３により金属体Ｗを所定の加圧力で挟み、電極２、３に通電して溶接を行なうものである。電極２、３の加圧力や、通電パターンは、制御部１０において予め設定されており、制御部１０は予め設定されたプログラムに沿って電源４及びアクチュエータ８に制御信号を送り溶接を実行させるようになっている。

一対の電極２、３のうち下側に配設された電極３は固定されており、上側に配設された電極２は下側の可塑導体１１を介して電源４に連結されており、電気的に連結された状態でアクチュエータ５によって上下に移動するように配設されている。

比較導体７は、電極２、３間に流れる電流と同じ量の電流が流れるように配設され、電極２、３間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに電極２、３と同様に発熱して電気抵抗が変化する導体である。この実施形態では、比較導体７は、図１に示すように、下側の電極２、３と電源４との間の電気経路に配設している。

この比較導体７は、図２に示すように、絶縁体２１を挟んで積層した二つの導体２２、２３間に端部を接続した略Ｖ字形の導体２４を用いている。そして、略Ｖ字形の導体２４の材質及び長さを変えることにより、電流を流したときの比較導体７の発熱量、電気抵抗の変化が調節できるようになっている。比較導体７は、電極２、３間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに電極２、３と同様に発熱して電気抵抗が変化するように形状や材質を調整するとよい。なお、比較導体７の形状や配設位置は上記に限定されるものではない。

制御部１０は、電流検出部６で検出された電流値Ａと、第１電圧検出部８で検出された電圧値Ｖ₁と、第２電圧検出部９で検出された電圧値Ｖ₂に基づいて、溶接部Ｗの実抵抗（電極２、３間の抵抗値から電極２、３自身の抵抗を除いたもの）を算出する演算部を備えている。

この実施形態では、電流検出部６で検出された電流値Ａと第１電圧検出部８で検出された電圧値Ｖ₁に基づいて電極２、３間の抵抗値Ｒ₁を算出し、電流検出部６で検出された電流値Ａと第２電圧検出部９で検出された電圧値Ｖ₂に基づいて比較導体７の抵抗値Ｒ₂を算出する。電極２、３間の抵抗値Ｒ₁は、厳密には電極自身の抵抗値Ｒ_1Aと溶接部Ｗの実抵抗Ｒｘの和である。比較導体７は電極２、３間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに電極２、３と同様に発熱して電気抵抗が変化する導体として調整しているので、比較導体７の抵抗値Ｒ₂は、電極自身の抵抗値Ｒ_1Aと等価なものとして考えることができる（Ｒ₂≒Ｒ_1A）。従って、電極２、３間の抵抗値Ｒ₁から比較導体７の抵抗値Ｒ₂を引くことにより、溶接部Ｗの実抵抗Ｒｘを算出する。すなわち、この実施形態に例示されたスポット溶接装置１は、図３に示す回路図で表現することができ、溶接部Ｗの実抵抗Ｒｘを、下記の数１の式より求めることができる。

このように、このスポット溶接装置１によれば、溶接中、溶接部Ｗの実抵抗Ｒｘを推定することができる。実抵抗の演算は、数１の式で示すように、それ程複雑なものではないので、リアルタイムにこれを演算することができ、スポット溶接の適応制御などに即座にフィードバックすることができる。これにより、適応制御の精度を高く維持することができる。

このスポット溶接装置１で測定される実抵抗を利用した適応制御は、例えば、溶接過程における溶接部Ｗの実抵抗に基づいて、溶接部Ｗの温度を推定し、溶接部Ｗの温度と溶接部Ｗに生成されているナゲット形状との相関関係を示す、経験的データに基づいてナゲット形状を推定しながら、それに応じて電極２、３間に通電させる電流値を調整してスポット溶接を行なうものである。また、溶接部Ｗの実抵抗から、溶接部Ｗに形成されたナゲットの形状を知る上での重要なファクターの１つである溶接部Ｗの温度を推定し、これに基づいて適応制御を行なうこともできる。

適応制御は通常実験室における経験的データを基にしており、電極２、３間の電圧の測定値が、経験的なデータからずれていき、本来、測定すべき溶接部Ｗの実抵抗の真値からの誤差が大きくなり易い。特に、実際の生産ラインでは、連続して多数のスポット溶接を行なうことが多々あり、電極２、３の状態が刻々と変化するので、斯かる誤差が特に大きくなり易い。

しかしながら、比較導体７を利用すれば、電極２、３自身の発熱による影響など、電極２、３自身の経時的な変化をリアルタイムに除去して、溶接部Ｗの実抵抗を測定することができる。これにより適応制御の精度を高く維持することができる。

以上、本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置を説明したが、本発明に係るスポット溶接装置は上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、この比較導体７は、電極２、３間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに電極２、３と同様に発熱して電気抵抗が変化するように形状や材質を調整する必要があるが、誤差は生じる場合がある。誤差を補正するため、数２に示すように、第２電圧検出部９で検出される比較導体７の抵抗値Ｒ₂を、電極２、３自身の抵抗値Ｒ_1Aに変換するための変換係数Ｋを求め、比較導体７の調整誤差を演算で補正するようにするとよい。

この場合、変換係数Ｋは、電極を空打ちしたときに比較導体で検出される電圧値を、電極間の電圧値に変換する係数として定めるとよい。この変換係数Ｋを利用することにより、比較導体７の調整手間を軽減することができるとともに、算出される溶接部Ｗの実抵抗Ｒｘの精度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の概略図である。本発明の一実施形態に係る比較導体を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るスポット溶接装置の回路図である。

符号の説明

１スポット溶接装置
２、３電極
４電源
５アクチュエータ
６電流検出部
７比較導体
８アクチュエータ
８電圧検出部
９電圧検出部
１０制御部

Claims

一対の相対向する電極で被溶接物を挟み、加圧した状態で前記電極間に溶接電流を流して前記被溶接物をスポット溶接するスポット溶接装置において、
前記電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れるように配設され、前記電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに発熱して電極と同様に電気抵抗が変化する比較導体と、前記電極間の電気抵抗値（Ｒ ₁ ）から前記比較導体の電気抵抗値（Ｒ ₂ ）を引くことにより溶接部の実抵抗（Ｒ _X ）を算出する演算部とを備えていることを特徴とするスポット溶接装置。
一対の相対向する電極で被溶接物を挟み、加圧した状態で前記電極間に溶接電流を流して前記被溶接物をスポット溶接するスポット溶接装置において、
前記電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れるように配設され、前記電極間に流れる電流と同じ量の電流が流れたときに発熱して電極と同様に電気抵抗が変化する比較導体と、前記比較導体の抵抗値（Ｒ ₂ ）を、電極自身の抵抗値に変換するための変換係数（Ｋ）を記憶した記憶部と、前記電極間の電気抵抗値（Ｒ ₁ ）から前記比較導体の電気抵抗値（Ｒ ₂ ）に変換係数（Ｋ）を掛けた値（ＫＲ ₂ ）を引くことにより溶接部の実抵抗（Ｒ _X ）を算出する演算部とを備えていることを特徴とするスポット溶接装置。
前記電極間に流す電流（Ａ）を検出する電流検出部と、
前記電極間に掛かる電圧（Ｖ ₁ ）を検出する第１電圧検出部と、
前記比較導体に掛かる電圧（Ｖ ₂ ）を検出する第２電圧検出部とを備え、
前記演算部が、前記電流検出部で検出された電流値（Ａ）と、前記第１電圧検出部で検出された電圧値（Ｖ ₁ ）と、第２電圧検出部で検出された電圧値（Ｖ ₂ ）に基づいて、
Ｒ _X ＝（Ｖ ₁ −Ｖ ₂ ）／Ａ
の式により溶接部の実抵抗（Ｒ _X ）を算出する請求項１に記載のスポット溶接装置。
前記電極間に流す電流（Ａ）を検出する電流検出部と、
前記電極間に掛かる電圧（Ｖ ₁ ）を検出する第１電圧検出部と、
前記比較導体に掛かる電圧（Ｖ ₂ ）を検出する第２電圧検出部とを備え、
前記演算部が、前記電流検出部で検出された電流値（Ａ）と、前記第１電圧検出部で検出された電圧値（Ｖ ₁ ）と、第２電圧検出部で検出された電圧値（Ｖ ₂ ）とに基づいて、
Ｒ _X ＝（Ｖ ₁ −ＫＶ ₂ ）／Ａ
の式により溶接部の実抵抗（Ｒ _X ）を算出する請求項２に記載のスポット溶接装置。