JP6015275B2 - 抵抗溶接装置および抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗溶接装置および抵抗溶接方法に関し、特に、溶接電極およびワークの状態を事前に測定することにより溶接品質を制御することが可能な抵抗溶接機を実現する抵抗溶接装置およびその方法に関する。

従来の抵抗溶接方法としては、例えば、特許文献１の特公昭６１−０５０７０９号公報「抵抗溶接制御装置」や特許文献２の特開２０１２−０４５５６９号公報「抵抗溶接方法および抵抗溶接装置」に記載されているような技術がある。

前記特許文献１および前記特許文献２には、溶接時の溶接状態をモニタする手段が記載されているが、いずれに記載の技術も、溶接用の電流印加時における溶接電極間の電圧を測定して、そこから計算される溶接電極間の抵抗値を利用して、溶接状態の良否を判定している。

特公昭６１−０５０７０９号公報（第１−２頁） 特開２０１２−０４５５６９号公報（第５−６頁）

前記特許文献１や前記特許文献２に記載されているように、溶接用の電流印加時における溶接電極間の電圧を測定する方法として、溶接初期の数サイクルの間印加した溶接電流を用いる方法や、溶接電流印加の前に測定用に印加する微小電流を用いる方法が一般的である。

ここで、二つのワーク間を抵抗溶接する場合の等価回路を図７の説明図に示している。図７の説明図においては、一対の溶接電極である左電極Ｌおよび右電極Ｒを用いてワークａとワークｂとを抵抗溶接する場合を示しており、図７に示す各抵抗は次のような意味を有している。

（１）接触抵抗Ｒ１
一対の溶接電極と二つのワークのうち上側のワークａとが接触する箇所の接触抵抗であり、左接触抵抗Ｒ１＿Ｌは、左電極Ｌとワークａとが接触している箇所の接触抵抗、右接触抵抗Ｒ１＿Ｒは、右電極Ｒとワークａとが接触している箇所の接触抵抗である。
（２）通電経路抵抗Ｒ２
抵抗発熱が発生するワーク内の通電経路の抵抗であり、発熱を促し、二つのワーク間の溶融接合すなわちワークａとワークｂとの間の溶融接合に寄与する抵抗である。
（３）全体抵抗ＲＴ
一対の溶接電極間の抵抗すなわち左電極Ｌと右電極Ｒとの間の抵抗であり、接触抵抗Ｒ１と通電経路抵抗Ｒ２とを加えた次の式（１）により与えられる。
［ＲＴ］＝［Ｒ１＿Ｌ］＋［Ｒ１＿Ｒ］＋［Ｒ２］

なお、図７に示す等価回路は、平行な一対の溶接電極を重ね合わせたワークの表面に平行に配置したパラレルギャップ溶接装置の場合の構成例を示しており、溶接電極との接触面を形成するワークａの上面側と対向するワークｂの下面側は、絶縁体が貼り付けられている構成であるか、もしくは、固定用治具の表面に絶縁処理を施しておき、ワークaやワークｂから固定用治具への電流パスが存在しない構成であるか、のいずれかの構成になっているものとする。

ここで、接触抵抗Ｒ１すなわち左接触抵抗Ｒ１＿Ｌ、右接触抵抗Ｒ１＿Ｒの抵抗値は、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの電極状態の変化によって変動するものであり、溶接を行った際の溶接電極の端面（先端）に形成される酸化膜の状態変化、溶接を行った際の溶接電極の形状変化、ワークすなわちワークａ、ワークｂのカスなどの不純物（ゴミ）の付着、溶接電極との接触面を形成するワークａと溶接電極との接触状態の変化などの各種の溶接不良発生要因によって変動する。

前記特許文献１や前記特許文献２に記載のような従来の電圧測定技術においては、図７の等価回路に示した全体抵抗ＲＴを算出することが可能な電極間電圧の測定結果が得られるのみであって、全体抵抗ＲＴの内訳となる、二つのワークａ、ワークｂ間の抵抗溶接接合に寄与する通電経路抵抗Ｒ２と、その他の変動要因である接触抵抗Ｒ１との内訳が不明のままである。このため、溶接接合品質の制御を行うためのパラメータが少なく、溶接品質に問題があることが検出されても、溶接不良の発生要因を判別して正確な対策を講じるということができず、溶接品質の向上を図ることができないという問題がある。

（本発明の目的）
本発明の目的は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、実際の溶接動作を実施することに先立って、事前に、溶接品質に問題があるか否かを判定し、溶接品質に問題があると判定した場合に、溶接不良の発生要因を正確に識別して、溶接品質の向上を図ることを可能にする抵抗溶接装置および抵抗溶接方法を提供することを、その目的としている。

前述の課題を解決するため、本発明による抵抗溶接装置および抵抗溶接方法は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明による抵抗溶接装置は、重ね合わせた二つのワークに一対の溶接電極から溶接用の電流を流すことにより前記二つのワーク間の抵抗で発熱させ、前記二つのワークを溶接する抵抗溶接装置であって、前記一対の溶接電極間の電圧を電極間電圧として測定する電極間電圧モニタ部と、前記二つのワーク内の通電経路の電圧を通電経路電圧として測定する通電経路電圧モニタ部と、前記一対の溶接電極の端面それぞれの容量値を測定する容量測定部と、前記電極間電圧モニタ部、前記通電経路電圧モニタ部および前記容量測定部の測定結果に基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを溶接動作の実施に先立って事前に判定し、良好な溶接品質が得られないと判定した場合、前記二つのワーク間の溶接を抑止し、溶接が不良になる発生要因を判別する溶接事前判定部と、を少なくとも備えていることを特徴とする。

（２）本発明による抵抗溶接方法は、重ね合わせた二つのワークに一対の溶接電極から溶接用の電流を流すことにより前記二つのワーク間の抵抗で発熱させ、前記二つのワークを溶接する抵抗溶接装置による抵抗溶接方法であって、前記一対の溶接電極間の電圧を電極間電圧として測定する電極間電圧モニタステップと、前記二つのワーク内の通電経路の電圧を通電経路電圧として測定する通電経路電圧モニタステップと、前記一対の溶接電極の端面それぞれの容量値を測定する容量測定ステップと、前記電極間電圧モニタステップ、前記通電経路電圧モニタステップおよび前記容量測定ステップにおける測定結果に基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを溶接動作の実施に先立って事前に判定し、良好な溶接品質が得られないと判定した場合、前記二つのワーク間の溶接を抑止し、溶接が不良になる発生要因を判別する溶接事前判定ステップと、を少なくとも有していることを特徴とする。

本発明の抵抗溶接装置および抵抗溶接方法によれば、以下のような効果を奏することができる。

すなわち、溶接電極とワークとの間の接触不良、二つのワーク間の接触不良、二つのワーク間のゴミの付着、溶接電極端面（先端）の異常の検出、ワーク表面上のゴミの付着のそれぞれを分別して検出することができ、溶接品質の向上を図ることが可能である。その理由は、溶接状態をモニタする手段として、従来技術の同様の溶接電極間の全体抵抗の測定・算出手段に加え、ワーク間の抵抗（通電経路抵抗）の測定・算出手段と、溶接電極端面（先端）の容量値の測定手段および容量値変化量の算出手段を設け、それらの各測定・算出手段を組合せて、溶接状態の判定を総合的に行うことができるからである。

本発明に係る抵抗溶接装置の内部構成の一例を説明するための説明図である。 本発明に係る抵抗溶接装置の内部構成の他の例を説明するための説明図である。 平行平板容量値の測定時において電極高さ合わせを行うための第１の仕組みを説明するための説明図である。 平行平板容量値の測定時において電極高さ合わせを行うための第２の仕組みを説明するための説明図である。 図１、図２に示した抵抗溶接装置の動作の一例を説明するためのフローチャートの前半部である。 図１、図２に示した抵抗溶接装置の動作の一例を説明するためのフローチャートの後半部である。 図１および図２に示した抵抗溶接装置の溶接電極すなわち左電極、右電極の端面（先端）の状態変化の様子を説明するための説明図である。 二つのワーク間のパラレルギャップ溶接を行う場合の等価回路を説明するための説明図である。

以下、本発明による抵抗溶接装置および抵抗溶接方法の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、二つのワーク間を溶接電極によって抵抗溶接する際に、抵抗溶接時の発熱に寄与する抵抗箇所（すなわち通電経路抵抗）と、ワークと接触する溶接電極の端面（先端）の酸化膜や不純物の付着さらには溶接電極とワークとの接触状態などのその他の変動要因になる接触抵抗とを切り分けて、溶接電極およびワークの状態を詳細にモニタし、そこから得られた情報を溶接行為にフィードバックすることにより、良好な溶接品質を確保することを主要な特徴としている。

より具体的には、本発明は、溶接電極およびワーク内通電経路の状態を詳細にモニタするために、以下に示すような仕組みを備えている。

（１）第１のモニタ手段
従来技術として図７の等価回路に示した電極間電圧を測定して全体抵抗ＲＴを算出する電極間電圧モニタ回路に加え、さらに、ワーク内の通電経路電圧を測定して通電経路抵抗Ｒ２を算出する通電経路電圧モニタ回路を第１のモニタ手段として備える。ここで、通電経路電圧の測定に使用する電流は、従来の溶接電極間電圧を測定する際の電流を用いるので、通電経路の電圧は４端子法による測定になり、ワークに接触するプローブの接触抵抗を排除した測定を行うことができる。

（２）第２のモニタ手段
抵抗溶接を実施する前に、溶接電極端面（先端）の酸化膜による形状変化およびゴミの付着を検出するために、溶接電極端面（先端）の容量値を事前に測定する容量測定装置を第２のモニタ手段として備える。抵抗溶接を連続的に実施すると、溶接電極の端面（先端）に形成される酸化膜の状態（厚さや形状）が変化し、さらに、それに加え、溶接時に発生するすす等のゴミが溶接電極の端面（先端）に付着する可能性がある。二つのワーク間の抵抗溶接を実施する前に、ワークと溶接電極との間の容量値を測定して、イニシャル状態の基準容量値と比較することにより、前述のごとき溶接電極端面（先端）の状態変化を検出し、電極端面の状態変化の管理を行うことができる。

かくのごとき第１のモニタ手段および第２のモニタ手段を組合せて、実際の抵抗溶接動作の実施に先立って、事前に、溶接電極の二つの電極間における全体抵抗の算出のみならず、ワーク内の通電経路抵抗の算出、溶接電極端面（先端）状態の変化の検出を実施することにより、溶接電極とワークとの間の接触不良、ワーク同士の接触不良、電極端面（先端）の異常（酸化膜もしくはゴミの付着）、電極と接触するワーク上のゴミの付着、二つのワーク間のゴミの付着を、段階的に切り分けて検出することができる。

（実施形態の構成例）
次に、本発明に係る抵抗溶接装置の一実施形態について詳細に説明する。まず、第１のモニタ手段として、事前に、一対の溶接電極間の電圧を測定して溶接事前判定部にて全体抵抗Ｒを算出することができる電極間電圧モニタ回路の他に、さらに、ワーク内の通電経路電圧を測定して溶接事前判定部にて通電経路抵抗Ｒを算出することができる通電経路電圧モニタ回路を備えている抵抗溶接装置の構成例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る抵抗溶接装置の内部構成の一例を説明するための説明図であり、重ね合わせたワーク（金属）の一表面に平行な一対の溶接電極を平行に押圧させて、ワーク（金属）の平面方向に電流を流して溶接を行うというパラレルギャップ溶接装置の場合を例に採って示している。図１に示す抵抗溶接装置においては、電圧を測定するための第１のモニタ手段として、前述のように、一対の溶接電極間の電圧を測定して溶接事前判定部にて全体抵抗Ｒを算出することができる電極間電圧モニタ回路と、ワーク内の通電経路電圧を測定して溶接事前判定部にて通電経路抵抗Ｒを算出することができる通電経路電圧モニタ回路とを備えている場合を示している。

図１の説明図において、一対の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒ、二つのワークすなわちワークａ、ワークｂ、左接触抵抗Ｒ１＿Ｌ、右接触抵抗Ｒ１＿Ｒ、全体抵抗ＲＴは、従来技術の説明用として図７に示した説明図の場合と全く同様であり、ここでの重複する説明は省略する。また、図１の説明図においては、電圧を測定するための第１のモニタ手段として、従来技術と同様、全体抵抗ＲＴを算出するために、一対の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒ間の電圧を電極間電圧Ｖ１として測定する電極間電圧モニタ回路１に加えて、さらに、重ね合わせた二つのワークの接合に寄与する通電経路抵抗Ｒ２を算出するために、ワーク内の通電経路の電圧を通電経路電圧Ｖ２として測定する通電経路電圧モニタ回路２を備えた構成としている。

ここで、電極間電圧モニタ回路１は、抵抗溶接機１０本体に内蔵される通常回路であり、左電極Ｌ、右電極Ｒの一対の溶接電極に対する電流源となる抵抗溶接回路１１に並列に接続されている。これに対して、通電経路電圧モニタ回路２には、接触させた部位の電位を読み取ることが可能な一対のプローブすなわち左プローブ２１Ｌと右プローブ２１Ｒとを接続し、一対のプローブは、一対の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを挟んで両側に配置可能な状態に設置され、一方のプローブ例えば左プローブ２１Ｌの測定端子先端は、下側のワークｂの左電極Ｌ側の表面に接触するように配置され、他方のプローブ例えば右プローブ２１Ｒの測定端子先端は、上側のワークａの右電極Ｒ側の表面に接触するように配置される。

左プローブ２１Ｌと右プローブ２１Ｒとによってそれぞれ測定された電位は、通電経路電圧モニタ回路２により、ワークａ、ワークｂのワーク内の通電経路の電圧として検出される。左プローブ２１Ｌと右プローブ２１Ｒとの配置位置は、一対の溶接電極（左電極Ｌ、右電極Ｒ）のピッチ方向の延長線上に配置することにより、溶接電極（左電極Ｌ、右電極Ｒ）からの通電時におけるワーク内の通電経路の電圧をより正確に検出することができる。

なお、左電極Ｌ、右電極Ｒの溶接電極の上下動作機構と左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒのプローブの上下動作機構は、独立した別の機構であり、それぞれ、単独で動作することが可能な構成としている。

ワークａ、ワークｂの実際の溶接動作に先立って、事前に、電極間電圧モニタ回路１により、一対の溶接電極間すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒ間の電圧（電極間電圧）を測定して、溶接事前判定部３０により、一対の溶接電極間すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒ間の抵抗（全体抵抗ＲＴ）を算出するとともに、通電経路電圧モニタ回路２により、ワークａ、ワークｂのワーク内の通電経路電圧を測定して、溶接事前判定部３０により、ワーク内の通電経路抵抗Ｒ２を算出することによって、それぞれの抵抗値が、抵抗溶接の品質が確保可能な値を示しているか否かを、溶接事前判定部３０において判定することができる。さらに、溶接事前判定部３０は、良好な抵抗溶接品質を確保できないと判定した場合には、溶接動作を抑止するとともに、溶接不良の発生要因を判別して、適切な対策を講じることをユーザに指示することができる。

次に、第２のモニタ手段として、一対の溶接電極それぞれとワークとの間の容量を測定して溶接事前判定部にて溶接電極端面（先端）状態の変化を検出することができる容量測定装置を備えている抵抗溶接装置の構成例について、パラレルギャップ溶接装置の場合を例に採って、図２を用いて説明する。図２は、本発明に係る抵抗溶接装置の内部構成の他の例を説明するための説明図であり、溶接電極端面（先端）状態の変化を検出するために、一対の溶接電極それぞれの端面（先端）の状態を測定するために用いる測定用平板４と、一対の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれと測定用平板４との間の容量を測定する容量測定装置３とを備えている場合を示している。なお、該第２のモニタ手段は、図１に示した第１のモニタ手段と併設して配置する構成とすることも勿論可能である。

容量測定装置３の一方の接続端子は、スイッチＳＷを介して図１に示した抵抗溶接回路１１に接続されており、スイッチＳＷは、容量測定装置３を、抵抗溶接回路１１と左電極Ｌとの接続部位に接続するか、または、抵抗溶接回路１１と右電極Ｒとの接続部位に接続するかを切り替えるためのスイッチング動作を行うことにより、左電極Ｌ側、右電極Ｒ側それぞれと単独で接続することができる構成とされている。また、容量測定装置３の他方の接続端子は、測定用平板４の裏面側に接続されている。

ここで、測定用平板４は、本来のワーク（ワークａ、ワークｂ）表面上の溶接位置とは別の位置に独立して設けられるものであり、溶接事前判定部３０の制御により、溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒを、本来のワーク（ワークａ、ワークｂ）表面上の溶接位置から該測定用平板４表面上のあらかじめ定めた位置まで移動させることが可能である。該測定用平板４の表面側に位置した場合の溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）は、該測定用平板４の表面からあらかじめ定めた距離ｄだけ離れた位置に配置され、測定用平板４の表面と溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）とは、平行平板を形成するように構成されている。溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒを測定用平板４表面上のあらかじめ定めた位置まで移動させると、溶接事前判定部３０の制御により、平行平板を形成する測定用平板４の表面と溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）との間の容量値を容量測定装置３によって測定して、溶接事前判定部３０において、該容量値の測定結果の変化に基づいて、溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）における酸化膜やゴミの付着等の電極端面の状態変化を検出することができる。

つまり、平行平板を形成する測定用平板４の表面と溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）との間の容量値すなわち平行平板容量値Ｃは、次の式（１）として与えられる。
Ｃ=ε０×ε×Ｓ／ｄ …（１）
ここで、ε０：真空の誘電率
ε：誘電体の比誘電率
Ｓ：平行平板電極面積
ｄ：平行平板間距離

平行平板電極面積Ｓは、平行平板を形成する溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）の面積であり、その変化分は、式（１）に示すように、平行平板容量値Ｃの変化分と等しくなり、平行平板間距離ｄは、平行平板を形成する溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒそれぞれの端面（先端）と測定用平板４との間の距離であり、その変化分は、式（１）に示すように、平行平板容量値Ｃの変化分の逆数と等しくなる。

ここで、平行平板電極面積Ｓおよび平行平板間距離ｄの変化を精度良く検出するためには、平行平板容量値Ｃの測定時における電極高さ、すなわち、溶接電極の左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）が測定用平板４の表面側に配置される高さを、毎回、同一の高さに正確に合わせることが必要である。

以下に、電極高さ合わせの具体的な仕組みについて２つの実施例を説明する。まず、電極高さ合わせの第１の仕組みについて、図３を用いて説明する。図３は、平行平板容量値Ｃの測定時において電極高さ合わせを行うための第１の仕組みを説明するための説明図である。

図３の説明図に示すように、第１の仕組みにおいては、平行平板を形成する溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの高さを検出する高さ検出装置５を配置するとともに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの高さを調整するための高さ調整機構６を溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを保持する溶接ヘッド７に備えている。

図３に示す電極高さ合わせの第１の仕組みにおいては、まず、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）を測定用平板４の表面に押し付けて、その時の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの高さを高さ合わせの基準位置とし、次に、高さ検出装置５により溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの高さをモニタしながら、高さ調整機構６を制御して、前記基準位置から溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを引き上げて、電極高さ合わせ用の位置としてあらかじめ定めた高さまで上昇させることによって、電極高さを調整する。この結果、平行平板容量値Ｃの測定時には、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）の測定用平板４からの高さを、毎回、同一の高さに位置するように調整することができる。

なお、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）と測定用平板４との間の誘電体は、後述の第２の仕組みの場合とは異なり、図３に示すように、空気である。また、高さ検出装置５は、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの高さを精度良く検出するために、例えば、レーザ変位計による高さの検出機構として備えるようにしても良い。

次に、電極高さ合わせの第２の仕組みについて、図４を用いて説明する。図４は、平行平板容量値Ｃの測定時において電極高さ合わせを行うための第２の仕組みを説明するための説明図である。

図４の説明図に示すように、第２の仕組みにおいては、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）と測定用平板４との間の誘電体として、第１の仕組みの場合とは異なり、あらかじめ定めた厚さを有し、かつ、面精度が高い誘電板８を挿入し、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）を誘電板８に押し当てることによって、平行平板容量値Ｃの測定時には、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）の測定用平板４からの高さを、毎回、同一の高さに位置するように簡単に調整することができる。

ここで、図４に示す電極高さ合わせの第２の仕組みにおいては、比誘電率がより高い誘電板８を挟むことによって、平行平板容量値Ｃの絶対値を大きい値にすることができ、平行平板容量値Ｃの変化の検出をより容易に行うことが可能になる。また、誘電板８の厚さは薄いほど、平行平板容量値Ｃの絶対値が大きくなり、平行平板容量値Ｃの変化の検出をより容易に行うことが可能になる。

なお、図２の説明において式（１）を用いて説明した平行平板電極面積Ｓの変化の検出に関しては、測定用平板４の大きさを、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）の面積に対して十分に大きいサイズとすることによって、酸化膜やゴミ等の付着による平行平板電極面積Ｓが変化した場合であっても、測定用平板４とのＸ，Ｙ方向の位置ずれによる容量値の変化を吸収することができるので、酸化膜やゴミ等の付着による平行平板電極面積Ｓの変化を確実に検出することができ、さらに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極ＲのＸ，Ｙ方向の測定位置の位置精度が粗くても構わないようにすることもできる。

（実施形態の動作の説明）
次に、本発明に係る抵抗溶接装置の一実施形態として図１、図２に示した抵抗溶接装置の動作の一例について、図５Ａ及び図５Ｂで示すフローチャートを用いて詳細に説明する。図５Ａはそのフローチャートの前半部であり、図５Ｂはそのフローチャートの後半部である。図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートは、図１、図２に示した抵抗溶接装置の動作の一例を示している。このフローチャートは、図１に示した第１のモニタ手段と図２に示した第２のモニタ手段との双方を備えた構成において、二つのワーク（ワークａ、ワークｂ）間の実際の溶接動作に先立って、溶接事前判定部３０において、事前に、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの状態およびワーク内の通電経路の状態を検出して、溶接動作の可否を判定し、溶接品質が不良になると判定した場合には、溶接不良の発生要因を識別するという手順の一例を示している。

図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートにおいて、まず、ワーク内の通電経路電圧測定用のプローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒを降下させて、左プローブ２１Ｌを下側のワークｂの表面に、また、右プローブ２１Ｒを上側のワークａの表面に接触させることによって、通電経路電圧測定用のプローブとワークとを接触させて、ワーク内の通電経路の電圧測定が可能な状態に設定する（ステップＳ１）。

次に、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒをワークａの表面上に降下させて、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒとワークａとを接触させ、通常溶接時と同じ荷重を印加する（ステップＳ２）。この際、荷重印加後も、プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒのワークすなわちワークｂ、ワークａとの接触状態が変わらないように、ワークすなわちワークａ、ワークｂの表面状態にダメージを与えない範囲で、プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒの降下時の高さ設定を事前に調整しておく。

次に、図１に示したように、電圧測定用電流Ｉを抵抗溶接回路１１から発生させて、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒに印加することにより（ステップＳ３）、電極間電圧モニタ回路１によって電極間電圧Ｖ１を測定し、通電経路電圧モニタ回路２によってワーク内の通電経路電圧Ｖ２を測定することによって、電極間の全体抵抗ＲＴおよびワーク内の通電経路抵抗Ｒ２の各抵抗値を算出する（ステップＳ４）。

電極間電圧モニタ回路１によって電極間電圧Ｖ１より算出された全体抵抗ＲＴの抵抗値があらかじめ設定された第１の規定値以下であった場合には（ステップＳ５のＹｅｓ）、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの状態およびワーク内の通電経路の状態が溶接に適した状態であると判断することができるので、通電経路電圧測定用プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒを上昇させて、ワークすなわちワークｂ、ワークａとの接触がない状態に設定した後（ステップＳ６）、重ね合わせた二つのワークすなわちワークａ、ワークｂ間の通常溶接を実施し（ステップＳ７）、溶接が終了した時点で、荷重を開放させるとともに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを上昇させて、ワークａとの接触がない状態に移行する（ステップＳ８）。

これに対して、電極間電圧モニタ回路１によって電極間電圧Ｖ１より算出された全体抵抗ＲＴの抵抗値があらかじめ設定された第１の規定値を超えた場合には（ステップＳ５のＮｏ）、通電経路電圧モニタ回路２によって通電経路電圧Ｖ２より算出された通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値があらかじめ設定された第２の規定値以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ９）。

ここで、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値があらかじめ設定された第２の規定値を超えていた場合には（ステップＳ９のＮｏ）、全体抵抗ＲＴの抵抗値が前記第１の規定値よりも大で、かつ、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値が前記第２の規定値よりも大となっているので、ワーク内の通電経路の抵抗の不良（つまりワークａとワークｂとの接触不良）と判定することができる。したがって、かかる場合には、一旦、通電経路電圧測定用プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒを上昇させて、ワークすなわちワークｂ、ワークａとの接触がない状態に設定するとともに（ステップＳ１１）、荷重を開放させるとともに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを上昇させて、ワークａとの接触がない状態に移行する（ステップＳ１２）。

しかる後、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値が前記第２の規定値よりも大きいことを検出した検出回数が、あらかじめ設定された第３の規定値以下か否かを判定し（ステップＳ１３）、検出回数が該第３の規定値以下であった場合には（ステップＳ１３のＹｅｓ）、ステップＳ１に復帰して、再度、溶接動作を開始する。つまり、荷重開放および再荷重の動作を行うことにより、ワークａとワークｂとの接触状態が変化するため、全体抵抗ＲＴの改善（全体抵抗ＲＴの抵抗値が前記第１の規定値以下になる状況）や通電経路抵抗Ｒ２の改善を期待することができるので、ステップＳ１に復帰して、溶接動作を繰り返す。

しかし、検出回数が前記第３の規定値を超えてしまった場合には（ステップＳ１３のＮｏ）、荷重開放および再荷重の動作を繰り返し行っても、全体抵抗ＲＴの改善や通電経路抵抗Ｒ２の改善を図ることができなく、同様の状況が繰り返される場合であり、ワークａとワークｂとの間にゴミなどの付着物が介在する可能性が考えられるので、双方のワークすなわちワークａ、ワークｂの接触面の清掃を行うことにし（ステップＳ１４）、しかる後、ステップＳ１に復帰して、再度、溶接動作を開始する。

また、ステップＳ９において、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値があらかじめ設定された第２の規定値以下であった場合には（ステップＳ９のＹｅｓ）、全体抵抗ＲＴの抵抗値が前記第１の規定値よりも大で、かつ、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値が前記第２の規定値以下になっているので、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒ側の異常と判定することができる。かくのごとき溶接電極側の異常としては、溶接電極とワークａとの接触抵抗の不良もしくは溶接電極端面（先端）の酸化膜が異常に厚くなったことによる抵抗値の増大のいずれかの異常が想定される。したがって、前述の二つの異常（溶接電極とワークａとの接触抵抗の不良か、または、溶接電極端面（先端）の酸化膜が厚くなったことによる抵抗値の増大か）の切り分けを行うために、以下に示す切り分け動作を行う。

まず、通電経路電圧測定用プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒを上昇させて、ワークすなわちワークｂ、ワークａとの接触がない状態に設定する（ステップＳ１０）。

次に、荷重を開放させるとともに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを上昇させて、ワークａとの接触がない状態に移行させた後、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを、溶接電極端面（先端）の酸化膜の厚さを測定するために、図２に示したような平行平板容量値Ｃ測定用の測定用平板４上に移動させて（ステップＳ１５）、溶接電極端面（先端）と測定用平板４との平行平板間容量Ｃの容量値の変化量を測定する（ステップＳ１６）。つまり、溶接電極端面（先端）の状態変化により、平行平板間容量Ｃの容量値が変化するので、容量値変化の基準となる容量値（基準容量値）を事前に測定しておくことによって、基準容量値に対する変化量を求めることができる。

測定した平行平板間容量Ｃの容量値の変化量があらかじめ設定した変化量閾値以下であった場合には（ステップＳ１７のＹｅｓ）、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値が前記第２の規定値以下であり、かつ、平行平板間容量Ｃの容量値の変化量が基準容量値以下であるので、ワークの傾きなどによる溶接電極端面（先端）とワークａとの接触不良が発生しているものと判定することができる。

したがって、かかる場合には、一旦、通電経路電圧測定用プローブすなわち左プローブ２１Ｌ、右プローブ２１Ｒを上昇させて、ワークすなわちワークｂ、ワークａとの接触がない状態に設定し、さらに、荷重を開放させるとともに、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを上昇させて、ワークａとの接触がない状態に移行した後、平行平板間容量Ｃの容量値の変化量が前記基準容量値以下であったことを検出した検出回数が、あらかじめ設定された第４の規定値以下か否かを判定し（ステップＳ１８）、検出回数が該第４の規定値以下であった場合には（ステップＳ１８のＹｅｓ）、溶接電極とワークａとの接触不良の可能性が高いものと判定して、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを測定用平板４上からワークａ表面上の溶接位置まで戻した後（ステップＳ１９）、ステップＳ１に復帰して、再度、溶接動作を開始する。つまり、荷重開放および再荷重の動作を行うことにより、溶接電極端面（先端）とワークａとの接触不良状態が変化するため、全体抵抗ＲＴの改善（全体抵抗ＲＴの抵抗値が前記第１の規定値以下になる状況）や溶接電極の端面（先端）状態の改善を期待することができるので、ステップＳ１に復帰して、溶接動作を繰り返す。

しかし、検出回数が前記第４の規定値を超えてしまった場合には（ステップＳ１８のＮｏ）、荷重開放および再荷重の動作を繰り返し行っても、全体抵抗ＲＴの改善や溶接電極の端面（先端）状態の改善を図ることができなく、同様の状況が繰り返される場合であり、ワークａ表面にゴミなどの付着物が介在する可能性が考えられるので、ワークａの表面の清掃を行うことにし（ステップＳ２０）、しかる後、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを測定用平板４上からワークａ表面上の溶接位置まで戻した後（ステップＳ２１）、ステップＳ１に復帰して、再度、溶接動作を開始する。

また、ステップＳ１７において、測定した平行平板間容量Ｃの容量値の変化量があらかじめ設定した変化量閾値を超えていた場合には（ステップＳ１７のＮｏ）、通電経路抵抗Ｒ２の抵抗値が前記第２の規定値以下であり、かつ、平行平板間容量Ｃの容量値の変化量が基準容量値よりも大きい場合であるので、溶接電極の端面（先端）に形成された酸化膜が正常値よりも厚くなっているか、もしくは、溶接電極の端面（先端）側にゴミが付着しているものと判定することができる。

溶接電極の端面（先端）の状態変化の様子を図６の説明図に示している。すなわち、図６は、図１および図２に示した抵抗溶接装置の溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）の状態変化の様子を説明するための説明図である。

図６の説明図において、図６（Ａ）は、溶接電極の端面（先端）の初期状態を示し、溶接電極の端面（先端）には酸化膜９ａが厚さｄ２で形成され、酸化膜９ａの下面と測定用平板４の上面との間の距離は、共通の距離としてあらかじめ定めた距離ｄ１に調整されている状態を示している。また、図６（Ｂ）は、溶接電極の端面（先端）に酸化膜９ｂが初期状態よりも厚く形成された場合を示し、図６（Ｃ）は（Ｂ）、溶接電極の端面（先端）の酸化膜９ｃの上にさらにゴミ９ｄが付着した場合を示している。

電極高さ合わせの第１の仕組みおよび第２の仕組みにおいて前述したように、溶接電極の端面（先端）の高さを、毎回、同一に調整することができるので、図６（Ｂ）のような厚い酸化膜９ｂが形成された場合や図６（Ｃ）のようなゴミ９ｄが付着した場合等、溶接電極の端面（先端）の状態変化が発生した場合であっても、測定用平板４の上面との間の距離ｄ１は、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）に示すように、図６（Ａ）の初期状態の場合と共通（同一の距離）になり、図６（Ｂ）のような酸化膜９ｂの厚さｄ２の変化、図６（Ｃ）のような酸化膜９ｃとゴミ９ｄとの合計の厚さｄ２の変化が、平行平板間容量値Ｃの初期状態からの変化として検出される。

したがって、かくのごとき溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒの端面（先端）の状態変化（厚い酸化膜の形成状態やゴミの付着状態）が発生していた場合には、図５ＢのステップＳ２２に示すように、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを研磨プレート上の位置に移動して、電極端面の研磨を行う（ステップＳ２２）。電極端面の研磨により、不必要な電極端面の酸化膜の除去およびゴミの除去を行うことができる。

電極端面の研磨後、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを、再度、酸化膜の測定を行うための測定用平板４上に移動させて（ステップＳ２３）、平行平板間容量Ｃの容量値の変化量を測定した後（ステップＳ２４）、溶接電極すなわち左電極Ｌ、右電極Ｒを測定用平板４上からワークａ表面上の溶接位置まで戻した後（ステップＳ２５）、ステップＳ１に復帰して、再度、溶接動作を開始する。

以上のような動作を行うことにより、実際の溶接動作に先立って、良好な溶接品質が得られるか否かを判定することができ、良好な溶接品質が得られない場合には、その溶接不良の発生要因を識別することができる。

なお、図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートにおいては、第１のモニタ手段の動作を実施した後、第２のモニタ手段の動作を実施する場合について説明したが、順番を入れ替えて、まず、第２のモニタ手段の動作を実施し、しかる後に、第１のモニタ手段の動作を実施するようにしても良い。

また、以上の説明においては、抵抗溶接装置として、平行な一対の溶接電極を重ねたワーク（金属）の一表面に平行に押圧するパラレルギャップ溶接装置の場合について説明したが、本発明は、かかる場合のみに限るものではなく、例えば、重ねたワーク（金属）を一対の溶接電極間に挟み込み、ワーク（金属）の厚さ方向に電流を流すタイプのスポット溶接装置であっても良い。

（実施形態の効果の説明）
以上に詳細に説明したように、本実施形態においては次のような効果が得られる。

すなわち、溶接電極とワークａとの間の接触不良、ワークａとワークｂとの間の接触不良、ワークａとワークｂとの間のゴミの付着、溶接電極端面（先端）の異常、ワークａ表面上のゴミの付着のそれぞれを分別して検出することができ、溶接品質の向上を図ることが可能である。その理由は、溶接状態をモニタする手段として、従来技術の同様の溶接電極間の全体抵抗ＲＴの測定・算出手段に加え、ワーク間の抵抗（通電経路抵抗Ｒ２）の測定・算出手段と、溶接電極端面（先端）の容量値の測定手段および容量値変化量の算出手段を設け、それらの各測定・算出手段を組合せて、溶接状態の判定を総合的に行うことができるからである。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

１ 電極間電圧モニタ回路
２ 通電経路電圧モニタ回路
３ 容量測定装置
４ 測定用平板
５ 高さ検出装置
６ 高さ調整機構
７ 溶接ヘッド
８ 誘電板
９ａ 酸化膜
９ｂ 酸化膜
９ｃ 酸化膜
９ｄ ゴミ
１０ 抵抗溶接機
１１ 抵抗溶接回路
２１Ｌ 左プローブ
２１Ｒ 右プローブ
３０ 溶接事前判定部
ａ ワーク
ｂ ワーク
ｄ 平行平板間距離
Ｉ 電圧測定用電流
Ｌ 左電極
Ｒ 右電極
Ｒ１ 接触抵抗
Ｒ１＿Ｌ 左接触抵抗
Ｒ１＿Ｒ 右接触抵抗
Ｒ２ 通電経路抵抗
ＲＴ 全体抵抗
Ｓ 平行平板電極面積
ＳＷ スイッチ
Ｖ１ 電極間電圧
Ｖ２ 通電経路電圧

Claims (10)

1. 重ね合わせた二つのワークに一対の溶接電極から溶接用の電流を流すことにより前記二つのワーク間の抵抗で発熱させ、前記二つのワークを溶接する抵抗溶接装置であって、前記一対の溶接電極間の電圧を電極間電圧として測定する電極間電圧モニタ部と、前記二つのワーク内の通電経路の電圧を通電経路電圧として測定する通電経路電圧モニタ部と、前記一対の溶接電極の端面それぞれの容量値を測定する容量測定部と、前記電極間電圧モニタ部、前記通電経路電圧モニタ部および前記容量測定部の測定結果に基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを溶接動作の実施に先立って事前に判定し、良好な溶接品質が得られないと判定した場合、前記二つのワーク間の溶接を抑止し、溶接が不良になる発生要因を判別する溶接事前判定部と、を少なくとも備えていることを特徴とする抵抗溶接装置。
2. 重ね合わせた前記二つのワークの一方のワークの表面に、平行に配置した前記一対の溶接電極を平行に押圧して接触させ、前記二つのワークの平面方向に電流を流して溶接を行うパラレルギャップ溶接装置として構成していることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接装置。
3. 前記通電経路電圧モニタ部は、前記一対の溶接電極とは別に、前記二つのワークそれぞれに接触させた部位の電位を読み取ることが可能な一対のプローブを備え、前記一対のプローブが、前記一対の溶接電極を挟んで両側に配置され、前記二つのプローブのうち一方のプローブが前記二つのワークの一方のワークに、他方のプローブが前記二つのワークの他方のワークに接触させることが可能な状態に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の抵抗溶接装置。
4. 前記容量測定部は、前記一対の溶接電極の端面それぞれの容量値の測定用に用いる測定用平板を備え、前記一対の溶接電極を前記測定用平板のあらかじめ定めた位置まで移動させ、前記一対の溶接電極の端面それぞれと前記測定用平板との距離をあらかじめ定めた距離に維持した状態、または、前記一対の溶接電極の端面それぞれと前記測定用平板との間にあらかじめ定めた厚さを有する誘電板を挟んだ状態に設定して、前記一対の溶接電極の端面それぞれと前記測定用平板間の容量値を測定し、測定した容量値とあらかじめ測定していた基準容量値との変化量が、あらかじめ設定した変化量閾値を超えているか否かを判定する機能を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の抵抗溶接装置。
5. 前記溶接事前判定部は、前記電極間電圧モニタ部が測定した前記電極間電圧から前記一対の溶接電極間の抵抗を全体抵抗として算出し、前記通電経路電圧モニタ部が測定した前記通電経路電圧から前記二つのワーク内の通電経路における抵抗を通電経路抵抗として算出し、前記容量測定部が測定した前記容量値とあらかじめ測定していた基準容量値との変化量を容量値変化量として算出し、算出した前記全体抵抗と前記通電経路抵抗と前記容量値変化量とに基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを判定するとともに、溶接が不良になる発生要因を判別することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の抵抗溶接装置。
6. 前記溶接事前判定部は、前記全体抵抗があらかじめ設定した第１の規定値以下であった場合には、良好な溶接品質が得られるものと判定して、前記二つのワークの溶接動作の実施を許可し、一方、前記全体抵抗が前記第１の規定値よりも大きく、かつ、前記通電経路抵抗があらかじめ設定した第２の規定値よりも大きい場合には、前記二つのワーク間に接触不良であるものと判定することを特徴とする請求項５に記載の抵抗溶接装置。
7. 前記溶接事前判定部は、前記全体抵抗が前記第１の規定値よりも大きく、かつ、前記通電経路抵抗があらかじめ設定した第２の規定値以下であり、かつ、前記容量値変化量があらかじめ設定した変化量閾値よりも大きい場合には、前記一対の溶接電極のうち該当する溶接電極の端面に形成された酸化膜の異常または該当する当該溶接電極の端面に付着したゴミがあるものと判定することを特徴とする請求項６に記載の抵抗溶接装置。
8. 前記溶接事前判定部は、前記全体抵抗が前記第１の規定値よりも大きく、かつ、前記通電経路抵抗があらかじめ設定した第２の規定値以下であり、かつ、前記容量値変化量があらかじめ設定した変化量閾値以下であった場合には、前記一対の溶接電極と前記二つのワークの一方のワークとの間の接触不良、または、前記一対の溶接電極のうち該当する溶接電極が接触する前記一方のワークの表面に形成された酸化膜の異常または当該一方のワークの表面に付着したゴミがあるものと判定することを特徴とする請求項６または７に記載の抵抗溶接装置。
9. 重ね合わせた二つのワークに一対の溶接電極から溶接用の電流を流すことにより前記二つのワーク間の抵抗で発熱させ、前記二つのワークを溶接する抵抗溶接装置による抵抗溶接方法であって、前記一対の溶接電極間の電圧を電極間電圧として測定する電極間電圧モニタステップと、前記二つのワーク内の通電経路の電圧を通電経路電圧として測定する通電経路電圧モニタステップと、前記一対の溶接電極の端面それぞれの容量値を測定する容量測定ステップと、前記電極間電圧モニタステップ、前記通電経路電圧モニタステップおよび前記容量測定ステップにおける測定結果に基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを溶接動作の実施に先立って事前に判定し、良好な溶接品質が得られないと判定した場合、前記二つのワーク間の溶接を抑止し、溶接が不良になる発生要因を判別する溶接事前判定ステップと、を少なくとも有していることを特徴とする抵抗溶接方法。
10. 前記溶接事前判定ステップは、前記電極間電圧モニタステップにて測定した前記電極間電圧から前記一対の溶接電極間の抵抗を全体抵抗として算出し、前記通電経路電圧モニタステップにて測定した前記通電経路電圧から前記二つのワーク内の通電経路における抵抗を通電経路抵抗として算出し、前記容量測定ステップにて測定した前記容量値とあらかじめ測定していた基準容量値との変化量を容量値変化量として算出し、算出した前記全体抵抗と前記通電経路抵抗と前記容量値変化量とに基づいて、良好な溶接品質が得られるか否かを判定するとともに、溶接が不良になる発生要因を判別することを特徴とする請求項９に記載の抵抗溶接方法。

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