JP5818005B2 - 抵抗溶接装置の検査方法及び偏磁電流計測器 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗溶接装置の検査方法及び偏磁電流計測器に関するものである。

図４に示されるインバータ式抵抗スポット溶接装置１０は、インバータ式抵抗溶接制御装置１２（以下、単に「制御装置」ともいう。）と溶接ガン１４とが、一次電線１６で接続されており、制御装置１２の溶接タイマーによって、溶接電流、溶接時間等の制御を行うことにより、板状素材であるワークＷ（図５参照）に対し、抵抗スポット溶接を行なうものである。
溶接ガン１４は、ガン本体１８とインバータ式溶接トランス２０とを含み、図５に概略的に示される構成の、等価回路を有している。この等価回路は、制御装置１２に接続された一次電線１６から、高周波トランス２２を介して二次側回路２４に電力供給を受け、二次側回路２４の整流部２６（図示の例では、二次側回路２４中に、四つのダイオードが並列に配置されて構成されている。）によって整流した電流を、ガン本体１８の導電体２８、３０に保持された電極３２、３４へと供給するものである。そして、電極３２、３４によってワークＷを挟持し、所定の圧力及び電流を付与することで、ワークＷを溶融させ、スポット溶接を行うものである（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０００−０４２７５１号公報 特開平０１−０２７７８６号公報

さて、上記構成の溶接ガン１４は、整流部２６を構成する四つのダイオードのうちの一つに、いわゆるダイオードの途中故障（逆耐圧等の劣化により漏れ電流が増える現象）が発生すると、インバータ式溶接トランス２０の一次電流の正負の波形が、図６に図中Ａで示される範囲のようにアンバランスとなる、偏磁電流を引き起こすこととなる。
一方、制御装置１２における溶接電流制御の手法は、インバータ式溶接トランス２０の一次電流を検出し、そのピーク値を一定にするよう制御する定電流制御が採用されることが一般的である。このため、一次電流にこの偏磁電流が発生すると、偏磁電流分を誤差分としてフィードバックしてしまい、インバータ式溶接トランス２０の二次側回路２４の溶接電流がその誤差分だけ低下してしまう。そして、溶接電流の低下が大きくなると、溶接不具合である、いわゆる溶接はなれを引き起こしてしまうこととなる。

かかる偏磁電流を検出するにあたり、従来は、制御装置１２の電源ブレーカを遮断し、制御装置１２の扉を開けて、図４に示されるように、一次電線１６の片方を端子Ｖ（又はＵ）から外して、電流センサであるカレントトランス３６に貫通するよう挿入する。そして、外した一次電線１６の片方を、再び端子Ｖに接続し、制御装置１２の扉を閉め、制御装置１２の電源ブレーカを投入して、溶接を行う。又、カレントトランス３６の検出信号を専用アンプ３８で増幅し、オシロスコープ等の電流表示手段４０により、図６に示されるような電流波形を表示する、といった一連の操作、作業を行う必要があった。このため、偏磁電流の検出後は、一次電線１６からカレントトランス３６を取り外す作業が必要となった。又、上記作業を生産ラインの非稼動時に実施する必要があることから、管理工数が多大であると共に、電源施工に対する安全性を十分に確保することも、必要不可欠であった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、抵抗溶接装置の制御回路に発生する偏磁電流を、簡単かつ確実に検査することを可能とすることにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）インバータ式抵抗溶接制御装置に接続される三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線から、高周波トランスを介して二次側回路に電力供給を受け、該二次側回路の整流部によって整流した電流を、溶接ガンの電極へと供給するインバータ式溶接トランスを備える、抵抗溶接装置の溶接電流計測方法であって、磁束の変化を検出する電流センサを、前記一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出し、前記電流センサからの出力信号の正負の値に基づき、前記インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を検知し、前記二次側回路の整流部の途中劣化を予知する抵抗溶接装置の検査方法。

本項に記載の抵抗溶接装置の検査方法は、電流センサを、一次電線の表面をなぞるように相対移動させることで、インバータ式抵抗溶接制御装置に対して一次電線を着脱することなしに、磁束の変化を検出するものである。又、電流センサにより、一次電線の表面をなぞるように相対移動させる間の、磁束の変化を検出することで、三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線の、電流ゲインの変化を考慮し、電流ゲインの高い位置での検出結果を、電流検知に有効活用するものである。そして、電流センサからの出力信号の正負の値に基づき、インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を検知し、前記二次側回路の整流部の途中劣化を予知するものである。
なお、電流センサを、一次電線の表面をなぞるように相対移動させる際には、適宜、電流センサを、一次電線の長手方向や周方向に向けて移動させることとする。

（２）上記（１）項において、前記電流センサの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値から、電流の偏磁状態の有無を判断する抵抗溶接装置の検査方法。
本項に記載の抵抗溶接装置の検査方法は、電流センサの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値から、電流の偏磁状態の有無を判断することで、例えば、出力信号の正負の実行値を比較する場合よりも、判断誤差を少なくするものである。

（３）上記（１）（２）項において、前記電流センサの出力が、前記一次電線の構造に起因する電流ゲインの変化を考慮した所定の出力値以上のときに限り、前記一次電線における偏磁電流の有無を判断する抵抗溶接装置の検査方法（請求項１）。
本項に記載の抵抗溶接装置の検査方法は、電流センサの出力が所定の出力値以上のときに限り、一次電線における偏磁電流の有無を判断することで、偏磁電流の有無の判断精度を高めるものである。又、三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線の、電流ゲインの変化を考慮し、電流ゲインの高い位置での検出結果を、電流検知に有効活用するものである。そして、所定の出力値は、上記趣旨を考慮して、適宜設定されるものである。

（４）インバータ式抵抗溶接制御装置に接続される一次電線から、高周波トランスを介して二次側回路に電力供給を受け、該二次側回路の整流部によって整流した電流を、溶接ガンの電極へと供給するインバータ式溶接トランスを備える、抵抗溶接装置の溶接電流計測方法に用いられる偏磁電流計測器であって、
磁束の変化を検出する検知部と、該検知部からの出力信号のピークホールド機能を有する演算部と、前記検知部からの出力信号の正負のピーク値を比較した値を表示する電流表示部とを含み、
磁束の変化を検出する電流センサを、前記一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出し、前記電流センサからの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値に基づき、前記インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を検知する偏磁電流計測器（請求項２）。
本項に記載の偏磁電流計測器は、磁束の変化を検出する検知部を、一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を、インバータ式抵抗溶接制御装置に対して一次電線を着脱することなしに、検出するものである。又、電流センサにより、一次電線の表面をなぞるように相対移動させる間の、磁束の変化を検出することで、通常は三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線の、電流ゲインの変化を考慮し、電流ゲインの高い位置での検出結果を、電流検知に有効活用するものである。そして、検知部からの出力信号のピークホールド機能を有する演算部において、計測された電流の正負のピーク値を比較し、該比較値を電流表示部に表示するものである。よって、電流表示部に表示された、検知部からの出力信号の正負のピーク値を比較した値に基づき、インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無の判断が、可能となる。
そして、電流センサの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値から、電流の偏磁状態の有無を判断することで、例えば、出力信号の正負の実行値を比較する場合よりも、判断誤差を少なくするものである。

（５）上記（４）項において、演算部は、電流センサの出力が所定の出力値以上のときに限り、計測された電流の正負のピーク値を比較し、電流表示部に比較値を出力する偏磁電流計測器（請求項３）。
本項に記載の偏磁電流計測器は、演算部は、電流センサの出力が所定の出力値以上のときに限り、計測された電流の正負のピーク値を比較し、電流表示部に比較値を出力することで、インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無の判断誤差を少なくするものである。又、通常は三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線の、電流ゲインの変化を考慮し、電流ゲインの高い位置での検出結果を、電流検知に有効活用するものである。そして、所定の出力値は、上記趣旨を考慮して、適宜設定されるものである。

（６）上記（４）（５）項に係る偏磁電流計測器が組み込まれているインバータ式抵抗溶接制御装置。
本項に記載のインバータ式抵抗溶接制御装置は、磁束の変化を検出する検知部と、該検知部からの出力信号のピークホールド機能を有する演算部と、前記検知部からの出力信号の正負のピーク値を比較した値を表示する電流表示部とを含む偏磁電流計測器が組み込まれていることで、インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を、自己診断するものである。この場合、例えば、インバータ式抵抗溶接制御装置の溶接タイマー内に、検知部、演算部を組み込むこととする。又、装置キャビネットに設けられた既存の表示板に、検知部からの出力信号の正負のピーク値を比較した値を表示する、電流表示部又は電流表示機能を持たせることとする。

本発明はこのように構成したので、抵抗溶接装置の制御回路に発生する偏磁電流を、簡単かつ確実に検査することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る偏磁電流計測器の模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は偏磁電流計測器の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る偏磁電流計測器を用いた、抵抗溶接装置の検査方法を示す模式図であり、（ｂ）は、偏磁電流計測器により計測される偏磁電流の波形を示す模式図である。 （ａ）は、一般的な一次電線の断面図、（ｂ）は、（ａ）に示される一次電線を構成する三本の単線が、捩じられた状態にあることを示す模式図、（ｃ）は、一次電線を構成する三本の単線と電流センサとの位置関係の変化に起因する、偏磁電流計測器の電流センサからの出力信号の増減を示す説明図である。 従来の、インバータ式抵抗スポット溶接装置と、偏磁電流の有無の検査方法とを示す模式図である。 図４に示される、インバータ式抵抗スポット溶接装置のガン本体とインバータ式溶接トランスとの等価回路を示す図である。 偏磁電流の波形を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る抵抗溶接装置の溶接電流計測方法は、図１に示される偏磁電流計測器５０を用いるものである。この偏磁電流計測器５０は、一次電線１６の磁束の変化を検出する検知部５１と、検知部５１からの出力信号のピークホールド機能を有する演算部５９と、検知部５１からの出力信号の正負のピーク値を比較した値を表示する電流表示部５７とを含むものである。
ここで、検知部５１は、一次電線１６の表面に接触してなぞる操作に適した、平坦な接触面を有するケースの内部に、ホール素子、カレントトランス等の電流センサを格納したものである。又、演算部５９は、本体６０に内蔵された電気回路により構成されており、図１（ｃ）に示されるように、波形整形部５２、ゲイン調整部５３、ピークホールド部５４、Ａ／Ｄコンバータ５５、ＣＰＵ５６を備えている。ここで、波形整形部５２は、検知部５１によって検知される電流波形（図５（ｂ）参照）から適宜ノイズを除去して整形する機能部である。又、ゲイン調整部５３は、波形整形部５２にて整形された電流波形を適宜増幅する機能部である。又、ピークホールド部５４は、ゲイン調整部５３にて増幅された電流波形の、正負のピーク値を記憶する機能部である。そして、ＣＰＵ５６は、ピークホールド部５４に記憶された電流波形の正負のピーク値（図２（ｂ）の符号α、β参照）が所定の値以上のときに限り、計測された電流の正負のピーク値を比較し、電流表示部５７に比較値α／β（又はβ／α）を出力する機能部である。これらの各機能部は、本説明における所定の機能を果たす限り、任意のハードウェア又はソフトウェア、更にはその組み合わせにより実装することも可能である。

更に、電流表示部５７は、図１（ｂ）に示されるように、比較値α／βを数値表示する液晶表示部５７Ａと、装置の動作状態や、電流波形の正負のピーク値が所定の値に達しているか否か等、必要な情報を点灯表示するＬＥＤ表示部５７Ｂを含み、これらの各表示部５７Ａ、５７Ｂも、本体６０に設けられている。
そして、検知部５１は棒状の操作ハンドル６２の先端部に固定されており、検知部５１に接続された電気ケーブル６４が、ハンドル６２内を通過して本体６０に接続されている。又、本体６０、ハンドル６２及び電気ケーブル６４は、何れも、作業者の操作性、携帯性を考慮した寸法に構成されている。なお、必要に応じ、比較値α／βが所定値を上回った時に発報するアラームを、表示部５７に設けることとしても良い。

そして、作業者は、図１に示される偏磁電流計測器５０を携帯し、操作ハンドル６２を把持して、検知部５１を、図１（ｂ）及び図２（ａ）に矢印Ｘで示されるように、一次電線１６の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出するものである。なお、検知部５１を、一次電線１６の表面をなぞるように相対移動させる際には、適宜、検知部５１を、一次電線１６の長手方向Ｘのみならず周方向に向けて、移動させることとする。又、一次電線１６の表面をなぞる際には、検知感度を高めるために、可能な限り、一次電線１６の表面に検知部５１を接触させた状態を維持して、移動させることが望ましい。
又、図１の例では、本体６０と、検知部５１を備えるハンドル６２とが、電気ケーブル６４によって接続された別体構造を有しているが、適宜、本体６０とハンドル６２とを一体化させた構成とすることも可能である。

さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。
まず、本発明の実施の形態に係る抵抗溶接装置の検査方法は、偏磁電流計測器５０の検知部５１を、一次電線１６の表面をなぞるように相対移動させることで、従来（図４参照）のように、インバータ式抵抗溶接制御装置１２に対して一次電線１６を着脱することなく、磁束の変化を検出することが可能である。ところで、図３（ａ）（ｂ）に示されるように、一次電線１６は、通常、パワー（＋）線６６、パワー（−）線６８、アース線７０といった三本の単線が捩じられ、介在物７２と共に、紙テープ７４、絶縁シース７６によって被覆された内部構造を有するものである。又、各単線は（便宜上アース線７０のみ示す）、導体７０ａが絶縁材７０ｂで被覆された構成となっている。このため、検知部５１を、図２（ａ）に矢印Ｘで示されるように、一次電線１６の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出すると、図３（ｃ）に示されるように、測定位置によって電流出力が変化することとなる。

そこで、本発明の実施の形態では、検知部５１により、一次電線１６の表面に対して意図的に相対移動させ、その間の磁束の変化を検出することで、上述の如く、通常は三本の単線６６、６８、７０が捩じられた内部構造を有する一次電線１６の、電流ゲインの変化を考慮し、電流ゲインの高い位置での検出結果を、電流検知に有効活用することが可能となる。そして、検知部５１の出力が所定の出力値以上のときに限り、一次電線１６における偏磁電流（図２（ｂ）の符号Ａ参照）の有無を判断することで、偏磁電流の有無の判断精度を高めることが可能となる。よって、「所定の出力値」は、上記趣旨を考慮して適宜設定されるものであるが、例えば、図３（ｃ）の電流出力Ｉ（Ａ）のピーク値の、半値を閾値とすることとする。

そして、本発明の実施の形態では、図２（ｂ）に示される、検知部５１からの出力信号の正負のピーク値α、βを比較した値から、電流の偏磁状態Ａの有無を判断することで、例えば、出力信号の正負の実行値を比較する場合よりも、判断誤差を少なくすることが可能となる。
よって、本発明の実施の形態によれば、生産ラインの稼動中であっても、作業者の空き時間を利用して、簡単かつ確実に、制御装置１２の偏磁電流の発生の有無を把握することが可能となり、測定工数の時間低減が可能となる。又、定期管理も少ない工数で済み、インバータ式溶接トランス２０のダイオード（図５の整流部２６参照）の途中劣化も事前に予知することも可能となり、計画的なダイオードの交換計画を立てることも可能となる。

又、本発明の実施の形態に係る偏磁電流計測器５０は、磁束の変化を検出する検知部５１を、一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出するに適した、携帯性を考慮したものである。そして、ピークホールド機能を有する演算部５９において、検知部５１からの出力信号の正負のピーク値α、β（図２（ｂ））を比較し、電流表示部５７に表示するものである。よって、作業者は、電流表示部５７に表示された、検知部５１からの出力信号の正負のピーク値α、βを比較した値に基づき、インバータ式溶接トランス２０における偏磁電流の有無の判断を行うことが可能となる。

しかも、演算部５９は、検知部５１の出力が所定の出力値以上のときに限り、計測された電流の正負のピーク値α、βを比較し、電流表示部５７に比較値を出力することで、例えば、出力信号の正負の実行値を比較する場合よりも、インバータ式溶接トランス２０（図５参照）における偏磁電流の有無の、判断誤差を少なくすることが可能となる。

１０：インバータ式抵抗スポット溶接装置、１２：インバータ式抵抗溶接制御装置、１４：溶接ガン、１６：一次電線、１８：ガン本体、２０：インバータ式溶接トランス、２２：高周波トランス、２４：二次側回路、２６：整流部、 ３２、３４：電極、４０：電流表示手段、５０：偏磁電流計測器、５１：検知部、５４：ピークホールド部、５７：電流表示部、５９：演算部

Claims (3)

1. インバータ式抵抗溶接制御装置に接続される三本の単線が捩じられた内部構造を有する一次電線から、高周波トランスを介して二次側回路に電力供給を受け、該二次側回路の整流部によって整流した電流を、溶接ガンの電極へと供給するインバータ式溶接トランスを備える、抵抗溶接装置の溶接電流計測方法であって、
   磁束の変化を検出する電流センサを、前記一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出し、
   前記電流センサの出力が、前記一次電線の構造に起因する電流ゲインの変化を考慮した所定の出力値以上のときに限り、
   前記電流センサからの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値に基づき、前記インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を検知し、前記二次側回路の整流部の途中劣化を予知することを特徴とする抵抗溶接装置の検査方法。
2. インバータ式抵抗溶接制御装置に接続される一次電線から、高周波トランスを介して二次側回路に電力供給を受け、該二次側回路の整流部によって整流した電流を、溶接ガンの電極へと供給するインバータ式溶接トランスを備える、抵抗溶接装置の溶接電流計測方法に用いられる偏磁電流計測器であって、
   磁束の変化を検出する検知部と、該検知部からの出力信号のピークホールド機能を有する演算部と、前記検知部からの出力信号の正負のピーク値を比較した値を表示する電流表示部とを含み、
   磁束の変化を検出する電流センサを、前記一次電線の表面をなぞるように相対移動させ、その間の磁束の変化を検出し、前記電流センサからの出力信号の正負の、ピーク値を比較した値に基づき、前記インバータ式溶接トランスにおける偏磁電流の有無を検知することを特徴とする偏磁電流計測器。
3. 前記演算部は、電流センサの出力が所定の出力値以上のときに限り、計測された電流の正負のピーク値を比較し、前記電流表示部に比較値を出力することを特徴する請求項２記載の偏磁電流計測器。

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