JP5036058B2 - 抵抗溶接電源および抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は抵抗溶接電源に係り、特に抵抗溶接電源の表示部に表示される一溶接工程中の溶接電流等のプロファイルや平均溶接電流値等を複数の溶接工程分そのまま画像データとして記憶部に保存し、この保存された画像データを表示させて品質の良い溶接条件を選択できる抵抗溶接電源と抵抗溶接方法に関するものである。

一対の溶接電極で被溶接材を挟んで圧力を加えながら電流を流すことによって溶接部をジュール発熱させて溶融せしめ被溶接材を冶金的に接合する抵抗溶接技術が公知である。
従来、一般に抵抗溶接においては、電流が溶接品質を左右するもっとも重要な溶接条件とされることから、抵抗溶接電源は主として電流の設定、制御、監視を行うような機能が盛り込まれている。ところが、電流だけをモニタしても電流が一定に制御されるだけで、これをモニタしても実際のナゲットの生成状態やチリの発生の有無は分からない場合が多い。そこで溶接電極間の抵抗または電圧をモニタした方がナゲットの生成状態やチリの発生の有無を知ることができる。また、被溶接材に供給される電力をモニタできればより的確な溶接の品質管理が可能である。そこで、フィードバック式で定電流制御または定電力制御が行われる抵抗溶接の経過ないし結果の良否をモニタするための有用な情報を与える抵抗溶接電源が提案されている（例えば、特許文献１）。

図４は従来の抵抗溶接電源の要部ブロック図である。
この抵抗溶接電源では、通電期間中（一溶接工程中と同じ意味である。）の溶接電極（図示せず）間の電圧の変化および／または通電期間中に溶接電極間に供給された電力（溶接電力）の変化を抵抗溶接の状況を表す波形として画面表示する機能が備えられている。
次に、この波形（プロファイルと同じ意味である。）表示機能について説明する。

電圧検出回路１４４、電力演算回路１４６よりそれぞれ出力される電圧信号はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５２、１５４でデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５６取り込まれる。ＣＰＵ１５６は、それらデジタル化された電圧信号をそれぞれ電圧実効値変化波形、電力値変化波形のデータとして処理してＲＡＭ１６０に書き込む。そしてプログラムに従って、または制御パネル１６８からの要求に応じて、ＣＰＵ１５６は電圧実効値波形、電力値変化波形の一方または両方のデータをＲＡＭ１６０よりより読み出してそれを表示制御回路１６２に送り、ＣＲＴ等のディスプレイ画面１６４に電圧実効値変化波形および／または電力値変化波形を描かせる。

これにより、オペレータは画面１６４上の波形を観測することにより溶接電極間電圧および／または溶接電力の時間特性を波形図として一目で把握することができる、例えば、定電流方式の場合、溶接電極間電圧は溶接電極間抵抗値に比例するので、電圧実効値変化波形から、例えばナゲットの生成状態やチリ発生の有無、あるいは溶接電極の消耗具合を監視することができる。定電力方式の場合、電力値変化波形から、溶接電力の立ち上がり
、立下り特性を知ることができる。また、被溶接材のバラツキを知ることも可能である。

なお、ＲＯＭ１５８はＣＰＵ１５６の諸動作を規定する制御プログラムを格納する。パネルコントローラ１６６はＣＰＵ１５６と制御パネル１６８とをインターフェースする。外部メモリ１７２は、ＲＡＭ１６０に入り切れない波形データあるいは長期保存を必要とする波形データをストアする。Ｉ／Ｏ（入出力装置）１７０は、ＣＰＵ１５６と外部メモリをインターフェイスし、ＣＰＵ１５６からの制御信号ＣＳ１、ＣＳ２をスイッチ回路と通電サイクル制御回路（ともに図示せず。）に送る他、通信回線１７４を介して遠隔の端末あるいはホストコンピュータに接続する。この通信機能により、電圧実行値変化波形および／または電力値変化波形を遠隔でも観測することが可能であり、集中管理システム等において有用である。
特公平７−５５３８１号公報

以上のように、電圧実効値変化波形や電力値変化波形を観測することは溶接品質を管理する上で有用な手段である。
しかしながら、この従来の抵抗溶接電源においては、通電期間内の波形だけが外部メモリに記憶されたり、通信回線を介して外部の端末やホストコンピュータに送られて観測できるだけであって、複数の溶接工程の波形データを記憶するものではない。このため、この抵抗溶接電源では、溶接条件を変えて溶接したときの波形を記憶させておき、後に溶接条件と溶接品質との関係を調査し、適切な溶接条件を選択するという使い方はとはできないという欠点があった。また、記憶される情報も波形だけであるため、設定値、溶接条件や測定値等は記憶されないので、どのような設定で溶接したときの波形なのか全く分からなくなってしまい、再度記憶波形のような溶接を行おうとしても条件設定が困難であるという欠点もあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、抵抗溶接電源の表示部に表示されている全ての情報を画像データのまま記憶部に記憶させることで使い勝手の良い抵抗溶接電源を提供することを第１の目的とし、使い勝手の良い溶接方法を提供することを第２の目的とする。

本発明になる抵抗溶接電源は、定電流制御、定電圧制御、または定電力制御の内いずれか１の制御モードを選択可能とし、選択した制御モードに拘らず、一溶接工程中における溶接電流および溶接電圧を検出し、この溶接電流と溶接電圧とから溶接電力および溶接抵抗を算出し、これらの一溶接工程中のプロファイルとともに設定された制御モードの設定値と検出された溶接電流、溶接電圧、算出された溶接電力、および溶接抵抗のそれぞれの平均値を表示する表示器を備える抵抗溶接電源であって、前記表示を複数の溶接工程分画像データとして記憶する記憶部を備えたことを特徴とするものである。

そして、この抵抗溶接電源にあっては、記憶部はバッテリによりバックアップされていることを特徴とするものである。

本発明になる抵抗溶接方法は、前記抵抗溶接電源を使用した抵抗溶接方法であって、前記記憶部に記憶された複数の溶接工程中の表示からもっとも溶接品質がよい溶接工程を選択し、このときの溶接条件を用いて溶接を行うことを特徴とするものである。

また、本発明になる抵抗溶接電源は、前記抵抗溶接電源に前記記憶部に記憶されている複数の溶接工程のフィードバックされた溶接電流、溶接電圧、溶接電力、および溶接抵抗のプロファイルデータの中から予め決められた基準により選択された１溶接工程分のプロファイルデータと実際の溶接工程中のフィードバックされた溶接電流、溶接電圧、溶接電力
、および溶接抵抗を予め決められた範囲内にあるか否かそれぞれ比較判定するトレースモニタ判定部を備えることを特徴とするものである。

また、本発明になる抵抗溶接方法は、前記抵抗溶接電源を使用した抵抗溶接方法であって
、前記トレースモニタ判定部で、フィードバックプロファイルデータがトレースプロファイルデータから予め決められた範囲を外れたときに溶接異常と判定し、異常を表示すると共に以降の溶接作業を停止することを特徴とするものである。

本発明になる抵抗溶接電源によれば、抵抗溶接電源に複数の溶接工程の波形データを記憶させる記憶部を設けたので、溶接条件を変えて溶接したときの波形を記憶させておき、後に溶接条件と溶接品質との関係を調査し、適切な溶接条件を選択可能とする抵抗溶接電源を提供できる。また、記憶される情報も波形だけでなく、設定値、溶接条件や測定値等は記憶されるので、どのような設定で溶接したときの波形なのか簡単に把握でき、簡単に再度記憶波形のような溶接を行うことができる抵抗溶接電源を提供することができる。

また、本発明になる抵抗溶接方法によれば、簡単に良好な溶接品質が得られる溶接条件が設定できる抵抗溶接方法を提供することができる。また、設定プロファイルデータだけでなく、フィードバックプロファイルデータを用いて溶接品質を判定することができる抵抗溶接方法を提供することができる。

次に本発明について図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明になる抵抗溶接電源を構成するの機能ブロックの一部で、主に溶接条件の設定関係と実際の溶接時の設定プロファイルの表示とフィードバックプロファイルの表示関係の機能ブロックである。図２は本発明になる抵抗溶接電源を構成する機能ブロックの残部全てで、設定プロファイルを基に溶接されたのフィードバックデータの取得関係と判定関係の機能ブロック図である。なお、動作説明の必要から、ＣＰＵバスやアドレスデコーダなど、一部については図１および図２に記載している。

図１において、１はＣＰＵ（図示せず。）のアドレスバスとデータバスを制御するバスコントローラ、３はＣＰＵのアクセスするアドレスをデコードするアドレスアドレスデコーダ、５はＣＰＵからのデータの書き込み／読み出しポートであるＲ／Ｗポート、７はＣＰＵと外部とのデータの入出力を制御する入出力制御部、９はこの抵抗溶接電源の操作する操作部である。

１１は操作部９の操作により設定される溶接条件等を格納する記憶部、１３は操作部９の操作により設定される溶接条件のうち特に１溶接工程における時間対制御対象となる溶接電流、溶接電圧、溶接電力、および溶接部の抵抗の各データを格納するプロファイルデータ記憶部、１５は実際の溶接工程ごとにフィードバックされる時間対溶接電流、溶接電圧
、溶接電力、および溶接部の抵抗の各データの内、特に記憶させておいたデータを時間毎に読み出しプロファイルとして生成するトレースモニタプロファイル生成部である。ここで、プロファイルとは１溶接工程において変動する溶接電流、溶接電圧、溶接電力、または溶接部の抵抗の各データを経過時間毎に表したものである。

この４種類のフィードバックされた値は、必要に応じて主記憶部２３に格納されているものを読み出す。１７は１溶接工程の設定された制御対象のデータとフィードバックされた制御対象ではないデータと時間との関係、フィードバックされた溶接電流の平均値等の表示データを格納する表示データ記憶部、１９は表示データ記憶部に格納されているデータを読み出し、使用する表示器に合わせる表示制御部、２１は表示形式に合わせられたデータを表示する表示器、２３は表示データ記憶部１７に格納されているデータから選択されたものを格納する主記憶部である。

図２において、３１はプロファイルデータ記憶部１３に格納されているデータから操作部９で指定された制御対象（例えば、溶接電流）のデータを溶接動作開始時から時間毎に読み出し、プロファイルを生成するプロファイル生成部、３３はプロファイル生成部３１からの制御対象の時間毎のデータと電力抵抗算出部５７からのフィードバックされる指定された制御対象と同種のデータとからＰＩＤ係数を決定するＰＩＤゲインアシスト部、３５は差分検出部５９からの差分データとＰＩＤゲインアシスト部３３からのＰＩＤ係数を受けて、差分をなくすように操作量を決定するＰＩＤ制御部である。

３７はＰＩＤ制御部３５からの操作量を受けて、操作量に応じたパルス幅の制御信号を生成するＰＷＭ制御部、３９は商用電源（例えば、２００Ｖ）の交流電源を受電して整流を行う整流部、４１は整流部３９からの整流された電流を平滑化するコンデンサ、４３はコンデンサ４１からの平滑化された電流をＰＷＭ制御部３７からの制御信号に応じてスイッチングすることで電流を制御するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）、４５はＩＧＢＴ４３でスイッチングされた商用電圧を低電圧で大電流の溶接電流に変成する溶接トランス、４９は溶接トランス４５からの溶接電流を受けて被溶接物（図示せず。）を溶接する溶接電極、５１は溶接電極４９から検出した溶接電流と溶接電圧を検出する電流、電圧検出部である。

５３は電流、電圧検出部５１からの電流、電圧を所定の増幅度で増幅する増幅部、５５は増幅部５３からの増幅された電流、電圧の実効値を算出し、デジタルデータに変換する実効値算出部、５７は実効値算出部５５からのデジタル変換された電流と電圧とを受けて電力データと溶接部の抵抗データを算出する電力抵抗値算出部、５９はプロファイル生成部３１から読み出された制御対象のプロファイルデータと電力抵抗値算出部５７からフィードバックされる制御対象のプロファイルデータとの差分を算出する差分算出部である。

６１はフィードバックされた１溶接工程の時間対溶接電流等のプロファイルを生成するトレースモニタプロファイル生成部、６３はプロファイル生成部３１からの設定された１溶接工程のプロファイルデータ、トレースモニタプロファイル生成部６１からのフィードバックされた溶接電流等の１溶接工程のトレースモニタプロファイルデータ、および電力抵抗値算出部５７からの溶接工程毎にフィードックされる溶接電流等のフィードバックプロファイルデータを受けて、設定プロファイルデータとフィードバックプロファイルデータ
、トレースモニタプロファイルデータとフィードバックプロファイルデータとの差異を検出し、フィードバック制御の良否を判定するトレースプロファイルモニタ判定部である。

次に、このような抵抗溶接電源の動作について説明する。
最初に溶接動作について説明する。操作部９を用いて、溶接条件等必要なデータを全て設定したうえで、溶接開始を指令する。ここでは、制御対象として溶接電流を選択しているものとして説明する。
この溶接開始指令を受けるとＰＷＭ制御部３７から制御信号が出力されるのでＩＧＢＴ４３がスイッチングされるから、溶接トランス４５を介して所定の低電圧、大電流の溶接電流が溶接電極４９に流れ始める。このときの溶接電流と溶接電圧とは電流、電圧検出部５１で検出され、前述のように直接制御対象ではない溶接電圧、溶接電力および溶接部の抵抗もフィードバックされる。フィードバックされる溶接電流はＰＩＤ制御に利用されるが、他は３種のフィードバックデータはＰＩＤ制御には利用されず、表示器２１に表示され、この表示をオペレータが観察して溶接品質管理等に利用する。

１溶接工程の間連続的に電流、電圧検出部５１で検出され、フィードバックされた溶接電流は差分検出部５９で設定プロファイル生成部３１からの設定された溶接電流のプロファイルデータと対応する時間毎に差分を検出し、差分がなくなるようにＰＩＤ制御部３５からの操作量を受けてＰＷＭ制御部３７で制御信号のパルス幅を変化させてＩＧＢＴ部４３のスイッチング時間を変化させる。このようにして１溶接工程分の溶接が実行される。

次に、この１溶接工程における前述の設定プロファイルデータと４種のフィードバックプロファイルデータと溶接電流の平均値等の表示器２１への表示について説明する。
図３は、表示器２１への表示の１例を示す図である。表示器２１に表示されるプロファイルデータは１溶接工程における時間対設定およびフィードバックデータの波形図として表される。

図３において、（１）は制御対象である溶接電流の設定プロファイルデータ、（２）は制御対象である溶接電流のフィードバックプロファイルデータ、（３）および（４）は制御対象外の溶接電圧、溶接電力のフィードバックプロファイルデータ、（５）は表示されているプロファイルデータを見やすくするカーサ、（６）は設定された溶接条件の内、表示されているプロファイルデータ等を得たときの溶接条件、（７）は溶接電流の設定値、（８）は１溶接の時間、（９）、（１０）、および（１１）は表示されている溶接電圧等のプロファイルデータの縦軸の最大値、（１２）は溶接電圧の平均値、（１３）は溶接電流の平均値、（１４）は溶接電力の平均値、（１５）は溶接部の抵抗の平均値、（１６）は１溶接工程のアップスロープ時間、溶接時間、ダウンスロープ時間である。

溶接条件（６）、溶接電流（７）、および１溶接工程のアップスロープ時間、溶接時間
、ダウンスロープ時間（１６）は操作部９の操作をＣＰＵが入力し、ＣＰＵが溶接条件等記憶部１１に格納されている溶接条件の中から選択されたもの読み出し、表示データ記憶部１７に格納する。そして、表示制御部１９が表示データ記憶部から読み出すことにより表示器２１に表示する。

設定プロファイルデータは操作部９の操作による指定をＣＰＵが読み取り、ＣＰＵがプロファイルデータ記憶部１３から指定されたプロファイルデータを読み出し、表示データ記憶部１７に格納し、表示制御部１９により読み出されて表示器２１に表示される。フィードバックされる溶接電流、溶接電圧、溶接電力、および溶接部の抵抗のプロファイルデータは実効値変換部５５と電力抵抗値算出部５７とからＲ／Ｗポート５、アドレスデコーダ３を介してＣＰＵに取り込まれ、ＣＰＵにより表示データ記憶部１７に格納され、同じようにして表示器２１に表示される。

カーサ（５）、溶接電流の設定値（７）、（８）は１溶接工程全体の時間、表示されている溶接電圧等のプロファイルデータの縦軸の最大値（９）、（１０）、および（１１）、溶接電圧の平均値（１２）、溶接電流の平均値（１３）、溶接電力の平均値（１４）、溶接部の抵抗の平均値（１５）はフィードバックされた溶接電流等をもとにＣＰＵで計算して表示データ表示記憶部１７に格納され、同じようにして表示器２１に表示される。

続いて、表示器２１への溶接工程毎の表示データを表示形式のまま主記憶部２３に記憶させる動作について説明する。
この表示データの記憶方法はマニュアルで操作部９からの指令によるもの、予め設定されている閾値を超えたときによるものがある。マニュアルによるものでは、溶接条件を少しずつ変更し、それぞれの溶接条件ごとに表示データ記憶部１７に格納するのと同じようにして主記憶部２３に格納する。例えば、溶接品質がよいときの溶接条件を見出すものである。閾値を基準としたものでは、フィードバックデータが所定の閾値を超えたとＣＰＵが判断したときに、ＣＰＵが表示データ記憶部１７に格納するのと同じようにして主記憶部２３に格納する。例えば溶接品質が悪い場合のフィードバックデータを記憶させるものである。こうして、被溶接物に応じてよりよい溶接条件を見出したり、溶接品質が悪化したときにそれ以降の溶接を停止したるすることができる。

最後に、こうして格納した溶接電流等の４種のプロファイルデータ等の利用方法について説明する。
ＣＰＵは前述のようにして、表示器２１に表示されたプロファイルデータの中から、例えば溶接状態が良かったときのものを主記憶部２３に格納している。このような溶接状態が良かったときのプロファイルデータを主記憶部２３から読み出し、バスコントローラ１を介してトレースモニタプロファイル生成部１５に格納しておく。そして、操作部９からの指令により、溶接動作が開始されると溶接電流など４種のフィードバックデータが電力抵抗値算出部５７を介してトレースプロファイルモニタ判定部６３に入力されると同時に同じタイミングでトレースモニタプロファイル生成部６１から溶接電流などの４種のトレースプロファイルデータが入力される。

こうして、入力されたトレースプロファイルデータとフィードバックデータとを比較判定し、所定の閾値内に収まっているか否かで溶接状態の良し悪しを判定し、Ｒ／Ｗポート５を介してＣＰＵが読み取り可能とすると共に、入出力制御部７を介して外部に送出することを可能とする。こうすることで設定プロファイルデータとの比較判定で溶接状態の良し悪しを判定するだけでなく、実際に溶接したときのフィードバックデータからなるトレースプロファイルデータと比較判定することで、実際に近い状態で比較判定ができるようになる。

本発明になる抵抗溶接電源を構成するの機能ブロックの一部で、主に溶接条件の設定関係と実際の溶接時の設定プロファイルの表示とフィードバックプロファイルの表示関係の機能ブロックである。 本発明になる図２は本発明になる抵抗溶接電源を構成する機能ブロックの残部全てで、設定プロファイルを基に溶接されたのフィードバックデータの取得関係と判定関係の機能ブロック図である。 表示器への表示の１例を示す図である。 従来の抵抗溶接電源の要部ブロック図である。

符号の説明

９ 操作部、１１ 溶接条件等記憶部、１３ プロファイルデータ記憶部
１５ トレースプロファイルモニタ記憶部、１７ 表示データ記憶部、
１９ 表示制御部、 ２１ 表示器、 ３１ プロファイル生成部３１、
３３ ＰＩＤゲインアシスト、３５ ＰＩＤ制御部、３７ ＰＷＭ信号生成部３７、
３９ 整流部、４１ 平滑コンデンサ、４３ ＩＧＢＴ、４５ 溶接トランス４５、
４９ 溶接電極、５１ 溶接電流、電圧検出部、５３ 増幅部、５５ 実効値変換部、
５７ 電力／抵抗値算出部、５９ 差分検出部、
６１ トレースモニタプロファイル生成部、６３ トレースプロファイルモニタ判定部

Claims (5)

1. 定電流制御、定電圧制御、または定電力制御の内いずれか１の制御モードを選択可能とし、選択した制御モードに拘らず、一溶接工程中における溶接電流および溶接電圧を検出し、この溶接電流と溶接電圧とから溶接電力および溶接抵抗を算出し、これらの一溶接工程中のプロファイルとともに設定された制御モードの設定値と検出された溶接電流、溶接電圧、算出された溶接電力、および溶接抵抗のそれぞれの平均値を表示する表示器を備える抵抗溶接電源であって、
   前記表示を複数の溶接工程分画像データとして記憶する記憶部を
   備えたことを特徴とする抵抗溶接電源。
2. 前記記憶部はバッテリバックアップされていることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接電源。
3. 請求項１記載の抵抗溶接電源を使用した抵抗溶接方法であって、
   前記記憶部に記憶された複数の溶接工程中の表示からもっとも溶接品質がよい溶接工程を選択し、このときの溶接条件を用いて溶接を行うことを特徴とする抵抗溶接方法。
4. 請求項１記載の抵抗溶接電源に
   前記記憶部に記憶されている複数の溶接工程のフィードバックされた溶接電流、溶接電圧
   、溶接電力、および溶接抵抗のプロファイルデータの中から予め決められた基準により選択された１溶接工程分のプロファイルデータと実際の溶接工程中のフィードバックされた溶接電流、溶接電圧、溶接電力、および溶接抵抗を予め決められた範囲内にあるか否かそれぞれ比較判定するトレースモニタ判定部を備えることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接電源。
5. 請求項４記載の抵抗溶接電源を使用した抵抗溶接方法であって、
   前記トレースモニタ判定部で、フィードバックプロファイルデータがトレースプロファイルデータから予め決められた範囲を外れたときに溶接異常と判定し、異常を表示すると共に以降の溶接作業を停止することを特徴とする抵抗溶接方法。

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