JP6971724B2 - One-sided spot welding equipment and one-sided spot welding method - Google Patents
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本発明は、片側スポット溶接装置及び片側スポット溶接方法に関する。 The present invention relates to a one-sided spot welding apparatus and a one-sided spot welding method.
従来、積層された複数の金属板からなるワークを溶接打点位置において一対の電極で挟持し、一方の電極から他方の電極へ電流を流して積層された金属板の接合を行うダイレクトスポット溶接が知られている。また、自動車等の車両の製造工程では、ワークを両側から電極で挟持できない場合に、溶接電極を溶接打点位置に押し当てるとともにアース電極を溶接打点位置の対面とは異なる位置に押し当てて、これらの電極間を通電することにより溶接を行う片側スポット溶接が用いられている。 Conventionally, direct spot welding is known in which a work composed of a plurality of laminated metal plates is sandwiched between a pair of electrodes at a welding point position, and a current is passed from one electrode to the other electrode to join the laminated metal plates. Has been done. Further, in the manufacturing process of a vehicle such as an automobile, when the work cannot be sandwiched between the electrodes from both sides, the weld electrode is pressed against the welding spot position and the ground electrode is pressed against the welding spot position, which is different from the facing position. One-sided spot welding is used, in which welding is performed by energizing between the electrodes of.
片側スポット溶接では、ワークの溶接打点位置の片面にのみ溶接電極により加圧力を付与した状態で通電を行うため、ワークを溶接電極により両面から挟持するダイレクトスポット溶接に比べて、溶接打点位置においてワークを構成している金属板間の接触面が不安定な状態になりやすい。特に、溶接を行う際に溶接打点位置において金属板間に隙間が生じている場合には、溶接部に穴が開いて溶接不良となったり、スパッタが発生したりしてしまう。溶接不良が発生した場合には、その後の手直し作業が発生することから、工数が増えて生産効率の低下に繋がってしまう。 In one-sided spot welding, electricity is applied to only one side of the work at the welding point position with a pressure applied by the welding electrode. Therefore, compared to direct spot welding in which the work is sandwiched from both sides by the welding electrode, the work is placed at the welding point position. The contact surface between the metal plates constituting the above tends to be unstable. In particular, if there is a gap between the metal plates at the welding spot position during welding, a hole is opened in the welded portion, resulting in poor welding or spattering. When a welding defect occurs, the subsequent reworking work is required, which increases the man-hours and leads to a decrease in production efficiency.
一方、このような金属板間の隙間をなくすために、片側スポット溶接において溶接電極による加圧力を大きくすると、ワークが変形したりして、板間の接触面積が増大し発熱量が減少しナゲットが形成し難くなる等、溶接品質や組立精度に影響を及ぼすことになる。 On the other hand, if the pressure applied by the weld electrode is increased in one-sided spot welding in order to eliminate such a gap between the metal plates, the work may be deformed, the contact area between the plates may increase, and the calorific value may decrease. Will be difficult to form, which will affect the welding quality and assembly accuracy.
片側スポット溶接において、溶接電極の加圧力を増大させることなく、金属板間の隙間の形成を抑制する方法として、特許文献1には、溶接電極の周囲に、該溶接電極を囲む筒状の押圧ガイドを設けた片側スポット溶接装置が記載されている。この片側スポット溶接装置では、溶接電極を押し当てる前に、押圧ガイドによって溶接打点位置の周囲のワークに加圧力を付与して金属板間の隙間をなくし、この状態で溶接電極とアース電極とをワークに当接して通電を行っている。
In one-sided spot welding, as a method of suppressing the formation of gaps between metal plates without increasing the pressing force of the weld electrode,
しかしながら、押圧ガイドにより加圧力を付与した状態であっても、金属板間にゴミが挟まれている等により、隙間が十分に解消されないことがある。従来の片側スポット溶接装置では、このような状態であっても溶接が実行されるため、品質の低下や、手直し作業の発生等による製造コストの増加に繋がっていた。 However, even in a state where pressure is applied by the pressing guide, the gap may not be sufficiently eliminated due to dust being sandwiched between the metal plates and the like. In the conventional one-sided spot welding apparatus, welding is performed even in such a state, which leads to a decrease in quality and an increase in manufacturing cost due to the occurrence of reworking work.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、量産工程において溶接品質を確保して製造コストを低減することができる片側スポット溶接装置及び片側スポット溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a one-sided spot welding apparatus and a one-sided spot welding method capable of ensuring welding quality and reducing manufacturing costs in a mass production process. ..
上記目的を達成するために、請求項1に記載の片側スポット溶接装置は、第1の金属板とこれに重ねられた第2の金属板とを有するワークに対し、前記第1の金属板に当接する溶接電極と、前記第2の金属板に当接するアース電極と、前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段と、を備え、前記溶接電極及び前記アース電極の間を通電して前記第1の金属板と前記第2の金属板とを溶接する片側スポット溶接装置において、溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する検出手段と、前記押圧手段又は前記溶接電極により所定の加圧力を前記ワークに付与した際に前記検出手段が検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する制御部と、を備え、前記検出手段は、前記押圧手段又は前記溶接電極が前記ワークから受ける反力に基づいて前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出することを特徴とする。
また、請求項2に記載の片側スポット溶接装置は、第1の金属板とこれに重ねられた第2の金属板とを有するワークに対し、前記第1の金属板に当接する溶接電極と、前記第2の金属板に当接するアース電極と、前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段と、を備え、前記溶接電極及び前記アース電極の間を通電して前記第1の金属板と前記第2の金属板とを溶接する片側スポット溶接装置において、溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する検出手段と、前記押圧手段又は前記溶接電極により所定の加圧力を前記ワークに付与した際に前記検出手段が検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づき、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が無いと判定した場合に、前記押圧手段を前記第1の金属板から離した状態でスポット溶接を実行し、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が予め設定した規定範囲内であると判定した場合に、前記押圧手段によって前記第1の金属板に加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行し、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が前記規定範囲外であると判定した場合に、スポット溶接の実行を禁止することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the one-sided spot welding apparatus according to
Further, the one-sided spot welding apparatus according to
この構成によれば、押圧手段又は溶接電極により所定の加圧力を付与した際に検出手段が検出した第1の金属板と第2の金属板との間の隙間の状態に基づいてスポット溶接を実行するか否かを判定するので、加圧力が付与された状態で第1の金属板と第2の金属板との間の隙間の状態から溶接不良を発生する可能性がある場合に、スポット溶接の実行を禁止することができる。これにより、溶接不良に伴う手直し作業を低減し、製造コストを低減することができる。 According to this configuration, spot welding is performed based on the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate detected by the detecting means when a predetermined pressing force is applied by the pressing means or the welding electrode. Since it is determined whether or not to execute, when there is a possibility that welding failure may occur due to the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate under the pressure applied, the spot Welding can be prohibited. As a result, it is possible to reduce the reworking work due to welding defects and reduce the manufacturing cost.
また、請求項1の構成によれば、押圧手段又は溶接電極による加圧力付与の過程で、押圧手段又は溶接電極がワークから受ける反力が変化することを利用して第1の金属板及び第2の金属板の隙間の状態を検出することができるので、例えば、反力を計測可能なロードセル等、既存の比較的安価な機器を用いて隙間の状態を検出することができ、製造コストを抑えることができる。
Further, according to the configuration of
また、請求項2の構成によれば、押圧手段及び溶接電極により加圧力が付与されていない状態で、第1の金属板と第2の金属板との間に隙間が無い場合に、押圧手段による加圧力を解放して、金属板間の接触面積が大きくなりすぎるのを防止しながらスポット溶接を実行することができる。また、隙間が有る場合に、所定の加圧力を付与することで隙間の状態が規定範囲内となった場合に、押圧手段によって加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行することで、金属板間に隙間があるワークに対して良好なスポット溶接を施すことができる。また、隙間が有る場合に、所定の加圧力を付与しても隙間の状態が規定範囲外である場合に、スポット溶接の実行を禁止することで溶接不良が発生することを防止することができる。
Further, according to the configuration of
また、上記目的を達成するために、請求項3に記載の片側スポット溶接方法は、第1の金属板とこれに重ねられた第2の金属板とを有するワークに対し、溶接電極を前記第1の金属板に当接するとともに、アース電極を前記第2の金属板に当接し、前記溶接電極及び前記アース電極の間を通電して前記第1の金属板と前記第2の金属板とを溶接する片側スポット溶接方法において、前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段又は前記溶接電極により、前記ワークに所定の加圧力を付与して、検出手段により溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する隙間検出工程と、前記検出手段にて検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する判定工程と、を含み、前記隙間検出工程において、前記検出手段は、前記押圧手段又は前記溶接電極が前記ワークから受ける反力に基づいて前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出することを特徴とする。
また、請求項4に記載の片側スポット溶接方法は、第1の金属板とこれに重ねられた第2の金属板とを有するワークに対し、溶接電極を前記第1の金属板に当接するとともに、アース電極を前記第2の金属板に当接し、前記溶接電極及び前記アース電極の間を通電して前記第1の金属板と前記第2の金属板とを溶接する片側スポット溶接方法において、前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段又は前記溶接電極により、前記ワークに所定の加圧力を付与して、検出手段により溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する隙間検出工程と、前記検出手段にて検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づいて、スポット溶接を実行又は禁止する溶接工程と、を含み、前記溶接工程では、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が無いと判定された場合に、前記押圧手段を前記第1の金属板から離した状態でスポット溶接を実行し、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が予め設定した規定範囲内であると判定された場合に、前記押圧手段によって前記第1の金属板に加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行し、前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が前記規定範囲外であると判定された場合に、スポット溶接の実行を禁止することを特徴とする。
Further, in order to achieve the above object, the one-sided spot welding method according to claim 3 uses the welding electrode for a work having a first metal plate and a second metal plate superposed on the first metal plate. The first metal plate and the second metal plate are brought into contact with each other by contacting the ground electrode with the second metal plate and energizing between the welded electrode and the ground electrode. In the one-sided spot welding method for welding, a predetermined pressing force is applied to the work by a pressing means arranged in the vicinity of the welding electrode and pressing the first metal plate toward the second metal plate side or the welding electrode. Based on the gap detection step in which the detection means detects the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate at the welding position, and the state of the gap detected by the detection means. Te, seen including a determination step of determining whether or not to perform the spot welding, the in the gap detection step, said detection means, said pressing means or the welding electrode on the basis of the reaction force received from the workpiece It is characterized in that the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate is detected.
Further, in the one-sided spot welding method according to
この構成によれば、押圧手段又は溶接電極により所定の加圧力を付与した際の第1の金属板と第2の金属板との間の隙間の状態に基づいてスポット溶接を実行するか否かを判定するので、加圧力を付与した際の第1の金属板と第2の金属板との間の隙間の状態から溶接不良を発生する可能性がある場合に、スポット溶接の実行を禁止することができる。これにより、溶接不良に伴う手直し作業を低減し、製造コストを低減することができる。 According to this configuration, whether or not spot welding is performed based on the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate when a predetermined pressing force is applied by the pressing means or the welding electrode. Therefore, when there is a possibility that welding defects may occur due to the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate when the pressing force is applied, the execution of spot welding is prohibited. be able to. As a result, it is possible to reduce the reworking work due to welding defects and reduce the manufacturing cost.
本発明に係る片側スポット溶接装置及び片側スポット溶接方法によれば、量産工程において溶接品質を確保して製造コストを低減することができる。 According to the one-sided spot welding apparatus and the one-sided spot welding method according to the present invention, welding quality can be ensured and the manufacturing cost can be reduced in the mass production process.
図1は、本発明の実施の形態である片側スポット溶接装置10を示す側面図である。片側スポット溶接装置10は、例えば、自動車等の車両の製造工程(例えば、アウタパネルとリンフォースの接合など)において用いられ、少なくとも一部が重ねられた複数の金属板51,52からなるワーク(被溶接部材)50に溶接電極13とアース電極15とを当接し、これらの間を通電することで金属板51,52間を接合する。
FIG. 1 is a side view showing a one-sided
本実施の形態ではワーク50の一例として、2枚の金属板51,52を積層したものを記載しているが、金属板の枚数は2枚に限られず、3枚以上であってもよい。以下の説明では、片側スポット溶接装置10に対してワーク50をセットした状態において、溶接電極13が当接する金属板を第1の金属板51とし、アース電極15が当接する金属板を第2の金属板としている。本実施の形態では、第1の金属板51の板厚が、第2の金属板52よりも薄くなっている。なお、第1の金属板51と第2の金属板52とは、それぞれ、溶接された複数枚の金属板で構成されていてもよい。
In the present embodiment, as an example of the
片側スポット溶接装置10は、溶接ロボットのロボットアーム2に取付けられた支持ブラケット3を有しており、支持ブラケット3に固定された第1加圧機構11及び第2加圧機構12と、第1加圧機構11に接続された溶接電極13と、第2加圧機構12に接続された押圧部材(押圧手段)14と、アース電極15と、溶接トランス16と、検出手段17と、制御部18と、アラーム装置19とを備える。
The one-side
第1加圧機構11は、第1アクチュエータ21と、第1アクチュエータ21に連結されて上下方向に延びるロッド22とを備える。第2加圧機構12は、第2アクチュエータ25と、第2アクチュエータ25に連結されて上下方向に延びるロッド26とを備える。
The
第1アクチュエータ21及び第2アクチュエータ25は、それぞれ、支持ブラケット3の下部に位置するベース部3aの下面に固定されており、例えば、エアシリンダ、サーボシリンダ、又はサーボモータ等によりそれぞれ構成することができる。ロッド22及び26は互いに平行に延びており、それぞれ、第1アクチュエータ21及び第2アクチュエータ25のそれぞれの駆動力により軸方向である上下方向に進退移動する。
The
第1加圧機構11のロッド22の先端部には、シャンク23を介して溶接電極13が設けられる。溶接電極13は、第1加圧機構11の作動により、上方側へ移動した退避位置と、下方側へ移動してワーク50の第1の金属板51の表面に当接し、第1の金属板51に加圧力を付与する加圧溶接位置との間を移動する。
A
第2加圧機構12のロッド26の先端部には、押圧部材14が設けられる。押圧部材14は、上面がロッド26に連結されて溶接電極13側へ延びる平板状の基部31と、基部31の下面から下方へ突出する加圧部32を有する。押圧部材14は、加圧部32a,32bと検出手段17との間が絶縁されるように、少なくとも一部が絶縁性の材料で形成される。なお、図1に示すように押圧部材14の絶縁性を確保するために検出手段17と押圧部材14との間に絶縁性部材34を介在させるものであってもよく、この場合、前記加圧部32a,32bの材質をワーク加圧時における当該加圧部32a,32bの摩耗・耐熱性を考慮して任意の材質のものが選定可能になる。
A pressing
加圧部32は、ワーク50の第1の金属板51に当接して、第1の金属板51を第2の金属板52側に押圧する部位であり、本実施の形態では、図3に示すように溶接電極13の近傍位置に一対の加圧部32a,32bが、溶接電極13を挟んでその両側で第1の金属板51を押圧可能となるように、溶接電極13の近傍に配置されている。
The pressurizing
押圧部材14は、第2加圧機構12の作動により、上方側へ移動した退避位置と、下方側へ移動してワーク50の第1の金属板51の表面に当接し、第1の金属板51に加圧力を付与する加圧位置との間を移動する。
The pressing
溶接トランス16は、溶接電極13とアース電極15との間に電流を流すための溶接電源であり、溶接電極13は、シャンク23及びケーブル41を介して溶接トランス16の出力端子に電気的に接続され、アース電極15は、ケーブル42を介して溶接トランス16のアース端子に電気的に接続される。なお、図示例のアース電極15は、アクチュエータを備えた第3加圧機構43のロッド44の先端部に取付けられており、ロッド44が進退移動することで、セットされたワーク50の第2の金属板52に当接・離間可能に構成されている。
The
検出手段17は、溶接位置における第1の金属板51と第2の金属板52との間の隙間の状態を検出するものである。ここで、溶接位置とは、溶接電極13が当接する溶接打点位置及び又はその近傍位置をいう。また、隙間の状態とは、隙間の有無や隙間の大きさ、また、これらを推定可能な隙間に関する情報等を含む意味である。本実施の形態では検出手段17の一例としてロードセルを用いており、このロードセルは、押圧部材14の上面に取付けられ、押圧部材14の加圧部32a,32bが第1の金属板51に当接して所定の加圧力を付与した際に、第1の金属板51から受ける反力を検出し、この検出結果に基づいて、金属板51及び52の間の隙間の有無及び隙間の大きさ等の隙間の状態を推定し検出する。なお、本実施形態では検出手段17としてロードセルを用いることで、ワーク50からの反力を測定するものであるため、ワーク形状が段違い、切欠きなどで第1の金属板51と第2の金属板52がずれて配置されている場合などに左右されず測定可能となる。また、検出手段17はロードセルに限られず、前述したようなワーク形状が段違い、切欠き等で第1の金属板51と第2の金属板52がずれて配置されている場合などは、例えば、ダイヤルゲージやレーザーセンサやカメラ等を適宜設置して隙間の有無及び隙間の大きさを検出してもよい。
The detecting means 17 detects the state of the gap between the
制御部18は、例えばCPU等の情報処理部、RAMやROM等の記憶部、入出力インターフェイス等を有して構成され、第1加圧機構11、第2加圧機構12、溶接トランス16、検出手段17及びアラーム装置19と接続されている。制御部18は、記憶部に記憶されたプログラム(例えば、各タイミングにおける溶接電極13及び押圧部材14の上下位置及び加圧力、各タイミングにおける溶接電極13の通電電流など)に基づいて、第1加圧機構11及び第2加圧機構12による溶接電極13及び押圧部材14の進退移動やワーク50に対する加圧力、溶接トランス16により溶接電極13に供給される溶接電流の電流値などを制御する。また、記憶部には、スポット溶接を実行するか否かの判定に用いられる、第1の金属板51と第2の金属板52との間の隙間の状態を判定するための一つ以上の閾値(所定値)が設定されている。なお、本実施形態では、閾値として事前に対象ワークを用いた場合における溶接処理が適正に行える反力値Nth(所定範囲を持つものでもよい)を設定しておく。
The
また、制御部18は、押圧部材14により所定の加圧力が付与された状態において、検出手段17により検出された第1及び第2の金属板51,52間の隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する判定部を有する。本実施の形態では、ワーク50を片側スポット溶接装置10にセットして溶接電極13をワーク50から離間させた状態で、押圧部材14を退避位置から加圧位置まで所定の速度で移動させてワーク50に所定の押圧力を付与し、この際に押圧部材14が第1の金属板51や第2の金属板52から受ける反力を検出手段17により測定する。制御部18は、例えば、押圧部材14による所定の加圧力と検出された反力との関係や、記憶部に予め記憶された基準となる反力の波形データと検出された反力の波形データとの比較などにより、第1及び第2の金属板51、52間の隙間の状態を第1〜第4のパターンに区分する。
Further, the
具体的には、図2(a),(b)に示すように、溶接電極13及び押圧部材14がワーク50から離れた状態及び押圧部材14によりワーク50に所定の押圧力を付与した状態において、第1の金属板51と第2の金属板52との間に隙間が無いと判定した場合に、第1のパターンに区分する。なお、図2〜図4において、一点鎖線Bは、ワーク50をセットした状態(ワーク50に加圧力が付与されていない状態)における、ワーク50の上下方向の基準位置を示している。本実施の形態では、ワーク50の溶接位置において、第2の金属板52の下面側にこれを支持する設置台を配置しておらず、ワーク50は加圧力を付与することで基準位置Bから下方に僅かに沈み込む。
Specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, in a state where the
また、判定部は、図3(a),(b)に示すように、溶接電極13及び押圧手段14がワーク50から離れた状態で第1の金属板51と前記第2の金属板52との間に隙間dが有ると判定し、さらに、押圧手段14が当接してワーク50に所定の加圧力を付与した際に、所定条件で検出されたワーク50からの反力が閾値nth以下であると判定した場合に、第2のパターンに区分する。第2のパターンでは、加圧力付与により、隙間dが所定範囲内まで潰れた状態となり、隙間dの状態が予め設定した規定範囲内と判定される。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the determination unit includes the
また、判定部は、図4(a),(b)に示すように、溶接電極13及び押圧手段14がワーク50から離れた状態で隙間dが有ると判定し、さらに、押圧手段14が当接してワーク50に所定の加圧力を付与した際に、所定条件下で検出された反力が閾値nthを超える、又は、加圧力を付与しても隙間dが所定範囲内まで潰れないと判定した場合に、第3又は第4のパターンに区分する。第3及び第4のパターンでは、隙間dの状態が予め設定した規定範囲外と判定される。
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the determination unit determines that there is a gap d when the
図5は、押圧部材14がワーク50から受ける反力の時間変化を示すグラフである。第1のパターンでは、図5(a)に示すように、押圧部材14を退避位置から加圧位置まで移動させると、時間閾値Tthまでの間、押圧部材14がワーク50に接触せず、反力値(単位:N)は零(又は零に近い値)となる。ここで、閾値Tthは所定範囲を持つものでもよい。時間閾値Tthでは、第1及び第2の金属板51,52による反力を受けてほぼ一定の傾斜角度θ1で直線的に反力が増加する。なお、ここで「直線的」とは、例えば、図5の点X2、点X4などのように時間軸に対して反力値の傾向が大きく変化する変化点が発生しないという意味であり、図5(a)〜(c)では便宜的に変化点X2,X4,X5,X7,X8の前後を直線的に図示しているが、実際の計測値では必ずしも直線的になるとは限らない。ワーク50が下方へ沈み込んで押圧部材14の加圧力が所定の値に達すると(図5(a)の点X2)、これと同等のほぼ一定の反力を受ける。
FIG. 5 is a graph showing the time change of the reaction force that the pressing
第2のパターンでは、図5(b)に示すように、時間閾値Tthまでの間に、押圧部材14が第1の金属板51に接触して、第1の金属板51の反力を受ける。時間閾値Tthまでの間、反力はほぼ一定の傾斜角度θ2で直線的に増加する。ここで傾斜角度の大きさは、θ1>θ2である。時間閾値Tthでは、第1及び第2の金属板51,52の反力を受けて、傾斜角度θ3が大きくなる。押圧部材14の加圧力が所定値に達すると(図5(b)の点X5)、ほぼ一定の反力を受ける。特に、第2のパターンでは、傾斜角度がθ2からθ3に変化する変化点X4において、反力値が反力閾値nth以下となる。このような反力データを有するワーク50は、押圧部材14により予め設定した加圧力(すなわち、閾値nthと等しい加圧力nth)が付与されることで、隙間dが所定範囲内(すなわち、隙間d≦閾値dth)になることが推定され、隙間dの状態が予め設定した規定範囲内と判定される。
In the second pattern, as shown in FIG. 5B, the pressing
一方、変化点X4における反力値が閾値nthを超える場合(図5(b)の第3のパターンの範囲にある場合)、押圧部材14により加圧力nthを付与しても隙間dが所定範囲外(すなわち、隙間d>閾値dth)であったり、隙間d≦閾値dthであっても溶接時の接触面積が不足したりすることが推定される。このような反力データを有するワーク50は、隙間dを所定範囲内とするのに要する加圧力が加圧力nthを超えることから、隙間dの状態が予め設定した規定範囲外と判定され、第3のパターンに区分される。
On the other hand, if the reaction force value at the change point X 4 exceeds the threshold value n th (when in range of the third pattern of FIG. 5 (b)), the gap also by the pressing
第4のパターンでは、図5(c)に示すように、まず、押圧部材14が第1の金属板51の反力を受けて、反力がほぼ一定の傾斜角度θ4(θ4<θ1)で直線的に増加し、時間閾値Tthに達する前に(変化点X7)、第1及び第2の金属板51,52の反力を受けて傾斜角度θ5(θ5>θ4)で直線的に反力が増加する。押圧部材14の加圧力が所定値に達すると(点X8)、ほぼ一定の反力を受ける。このような反力データを有するワーク50は、金属板51,52間に異物が存在することにより、所定の加圧力を付与しても隙間dが潰せない状態(すなわち、隙間d>閾値dth)となり、隙間dの状態が予め設定した規定範囲外と判定される。
In the fourth pattern, as shown in FIG. 5C, first, the pressing
このように、反力の波形データから、第1の金属板51が当接するタイミング、傾斜角度θ、傾斜角度θが変化する変化点が発生するタイミング及び変化点における反力値などを検出することで、隙間dの状態を検出し、ワーク50を第1〜第4のパターンに区分することができる。なお、本実施の形態では、第3のパターンと第4のパターンとを予め設定した規定範囲外としているが、第4のパターンのみを予め設定した規定範囲外としてもよい。
In this way, from the reaction force waveform data, it is possible to detect the timing at which the
制御部18は、第1のパターンの場合、図2(c)に示すように押圧部材14による加圧力を解放してスポット溶接を実行する制御を行う。また、第2のパターンの場合、図3(c)に示すように押圧部材14によって所定の加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行する制御を行う。また、第3及び第4のパターンの場合、スポット溶接の実行を禁止する制御を行う。
In the case of the first pattern, the
アラーム装置19は、制御部18からの指示信号に基づいて作動し、視覚的なアラーム(例えば、ランプの点灯等)及び又は聴覚的なアラーム(例えば、ブザー音等)を発生させる。
The
片側スポット溶接装置10のロボットアーム2は、図示しないロボット制御部の作動制御により作動して三次元方向に移動可能であり、ロボットアーム2の移動に伴って、溶接電極13及び押圧部材14が次元方向に移動する。ロボット制御部には、ワーク50の溶接打点位置を順次スポット溶接するための作動プログラム等のデータが格納されている。
The
次に、片側スポット溶接装置10を用いた溶接方法について説明する。
Next, a welding method using the one-side
まず、図1に示すように、片側スポット溶接装置10のロボットアーム2を溶接位置まで移動させ、ワーク50を図示していない設置台にセットし、アース電極14を第2の金属板52に当接させる(ワーク設置工程)。ワーク設置工程において、溶接電極13及び押圧部材14は退避位置にある。
First, as shown in FIG. 1, the
次に、第2加圧機構12を作動させて、押圧部材14を退避位置から加圧位置へ移動させる。この際、検出手段17は、押圧部材14がワーク50から受ける反力を検出し、この検出結果に基づき、制御部18は第1の金属板51と第2の金属板52との間の隙間dの状態を検出する(隙間検出工程)。本実施の形態では、押圧部材14による加圧力付与の前後の隙間の状態から、ワーク50を第1〜第4のパターンのいずれかに区分けする。
Next, the
制御部18は、検出手段17にて検出した隙間の反力による波形データ(図5参照)に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定し(判定工程)、判定結果に基づいてスポット溶接を実行又は禁止する(溶接工程)。
The
図6は、上述した隙間検出工程、判定工程及び溶接工程において、制御部18がワーク50を第1〜第4のパターンに区分してスポット溶接を実行又は禁止する際の動作を示したフローチャート図である。
FIG. 6 is a flowchart showing an operation when the
制御部18は、ワーク50がセットされると、押圧部材14を加圧位置に移動させて、ワーク50に所定の加圧力を付与し(ステップS1)、検出手段17から検出結果を取得する(ステップS2)。取得した検出結果(すなわち、ワーク50から受ける反力)に基づき、制御部18の判定部は、ワーク50に加圧力を付与する前の状態で、溶接位置において第1及び第2の金属板51,52の間に隙間dが有るか否かを判定する(ステップS3)。
When the
ステップS3において、検出手段17による押圧時の反力の波形データに基づいて隙間dが無い(すなわち、隙間dが略0)と判定した場合(ステップS3:Yes)、ワーク50を第1のパターンに区分する(図2(a),(b)参照)。第1のパターンに区分されると、図2(b),(c)に示すように、制御部18は、押圧部材14を加圧位置から退避位置に移動させて加圧力を解放する(ステップS4)。その後、溶接電極13を加圧溶接位置に移動させ、溶接電極13とアース電極15との間を通電し、スポット溶接を行う(ステップS5)。
In step S3, when it is determined that there is no gap d (that is, the gap d is substantially 0) based on the waveform data of the reaction force at the time of pressing by the detection means 17 (step S3: Yes), the
ステップS3において、隙間dが有る(すわなち、隙間dが略0より大きい値)と判定した場合(ステップS3:No)、制御部18の判定部は、検出手段17から取得した検出結果に基づき、押圧部材14により所定の加圧力を付与した際に隙間dが潰せるか否かを判定する(ステップS6)。隙間dが潰せる(すなわち、図5(c)の波形データから外れる)場合(ステップS6:Yes)、時間閾値Tthで生じる変化点X4において、ワーク50から受ける反力値nが閾値nth以下であるか否かを判定する(ステップS7)。
When it is determined in step S3 that there is a gap d (that is, a value where the gap d is larger than substantially 0) (step S3: No), the determination unit of the
ステップS7において、反力値nが閾値nth以下であると判定した場合(ステップS7:Yes)、ワーク50を第2のパターンに区分する(図3(a),(b)参照)。第2のパターンに区分されると、制御部18は、図3(c)に示すように、押圧部材14を加圧位置に維持してワーク50に所定の加圧力を付与したまま、溶接電極13を加圧溶接位置に移動させ、溶接電極13とアース電極15との間を通電し、スポット溶接を行う(ステップS5)。
In step S7, when it is determined that the reaction force value n is equal to or less than the threshold value n th (Step S7: Yes), dividing the
ステップS7において、反力値nが閾値nthを超えると判定した場合(ステップS7:No)、ワーク50を第3のパターンに区分する。第3のパターンに区分されると、制御部18は、スポット溶接の実行を禁止する制御を行う。本実施の形態では、押圧部材14をワーク50から離間させて溶接電極13及び押圧部材14を退避位置とし、アラーム装置19を作動させてアラームを発生させる(ステップS8)。
In step S7, when it is determined that the reaction force value n exceeds the threshold value n th (step S7: No), dividing the
また、ステップS6において、隙間dが潰れないと判定した場合(ステップS6:No)、ワーク50を第4のパターンに区分し(図4(a),(b)参照)、その後、ステップS8へ移行してスポット溶接の実行を禁止する制御を行う。
If it is determined in step S6 that the gap d is not crushed (step S6: No), the
なお、上述した片側スポット溶接方法において、アース電極15は、スポット溶接を実行する判定が行われた後に、ワーク50に当接させてもよい。また、反力を検出する際の所定の加圧力と、第2のパターンでスポット溶接を実行する際に押圧部材14が付与する所定の加圧力とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
In the one-sided spot welding method described above, the
上述した片側スポット溶接装置10を用いた片側スポット溶接方法によれば、第1及び第2の金属板51,52の間に隙間dが有る場合に、押圧部材14によって加圧力を付与して隙間dを所定範囲内に潰した状態で、溶接電極13により加圧してスポット溶接を実行することができるので、量産で発生する板間の隙間の影響を考慮して溶接することで品質の安定化を図ることができる。また、加圧力を付与した状態で隙間dが異物介在などにより潰れない場合には、溶接不良が発生する確率が高いためスポット溶接を禁止することで溶接不良時の手直し作業を低減し、製造コストを低減することができる。さらに、ステップS7で反力値nが閾値nthを超える場合には、押圧部材14により加圧力を付与しても溶接品質が安定しない可能性があるとしてスポット溶接を禁止することで、より確実に溶接不良の発生を抑制することができる。
According to the one-sided spot welding method using the one-sided
また、加圧力が付与されていない状態で隙間dが実質的に無い場合に、押圧部材14による加圧力を解放してスポット溶接を実行することで、溶接位置において第1及び第2の金属板51,52の間の接触面積を増加させることなく、スポット溶接を実行することができる。接触面積が大きいと発熱の起点がなくなり、溶接打点位置にナゲットが形成され難くなるが、押圧部材14を解放して過度な接触面積にならないようにすることで良好なスポット溶接部を得ることができる。
Further, when there is substantially no gap d in the state where the pressing force is not applied, the pressing force by the pressing
さらに、隙間dの有無によって押圧部材14を使用又は不使用とすることで、量産工程において片側スポット溶接装置10の電流値範囲を広く確保することができる。図7は、スポット溶接の電流値を変化させた際のナゲット径の変化を示す表であって、第1のパターンに区分される「隙なし」のワーク50と、第1の金属板51と第2の金属板52が接触するのに必要な押し付け力(すなわち、閾値nth)を60Nに設定した、第2のパターンに区分される「隙あり」のワーク50とを比較して示したものである。図7(a)は、押圧部材14を使用しない場合を示し、図7(b)は、押圧部材14により60Nの加圧力を付与した場合を示し、図7(c)は、(a)の「隙間なし」と(b)の「隙間あり」を並べたものである。スポット溶接は、規定のナゲット径を満たしチリが発生しない状態(すなわち、図7のドットで示した、規定のナゲット径を確保し、且つチリが発生する手前の範囲)であることが好ましい。
Further, by using or not using the pressing
図7(a)の押圧部材14を使用しない場合、「隙間なし」及び「隙間あり」の両方のワーク50に対して、溶接品質を確保できる適切な電流値範囲がなく、図7(b)の60Nの加圧力を付与した場合、8.5〜9.5kAが適切な電流値範囲となる。本実施の形態のように「隙間なし」の第1のパターンと、「隙間あり」の第2のパターンとで押圧部材14の使用と不使用とを組み合わせた場合には、図7(c)に示すように適切な電流値範囲は8〜9.5kAとなり、電流値範囲を広く確保して品質安定性を向上することができる。
When the pressing
(変形例)
図8は、片側スポット溶接装置10の変形例を示す要部拡大斜視図である。なお、図8及び図9では、押圧部材14の加圧部32a,32bが第1の金属板51に当接する位置をドットで示している。片側スポット溶接装置10は、溶接電極13とアース電極15とをワーク50の上面側に配置してスポット溶接を行うものであってもよく、溶接電極13とアース電極15とが一つのガンに取付けられ、個々に進退移動(上下移動)可能なツインガン方式であってもよい。
(Modification example)
FIG. 8 is an enlarged perspective view of a main part showing a modified example of the one-sided
図9は、片側スポット溶接装置10の他の変形例を示す要部拡大斜視図である。本変形例では、ワーク50の第2の金属板52が溶接された2枚の金属板52a,52bにより構成されている。2枚の金属板52a,52bは閉断面を構成しており、アース電極15は、実線で示すように第1の金属板51の下面に接触する金属板52aに上方から当接する。なお、アース電極15はこの配置に代えて、仮想線で示すように、金属板52aと金属板52bとの積層部分や、金属板52bに当接してもよい。
FIG. 9 is an enlarged perspective view of a main part showing another modification of the one-sided
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、押圧部材14の一対の加圧部32a,32bにより溶接電極13の周囲の2点を加圧しているが、押圧部材14は、溶接電極13の近傍を複数点もしくは少なくとも1点を加圧する構成であればよく、押圧部材14の加圧部を筒状に形成して溶接電極13の全周囲を加圧する構成としてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the pair of pressurizing
また、本発明は、前記押圧部材14側に検出手段17を設けた実施形態に限らず、例えば、溶接電極13側に検出手段17を設け、溶接電極13により所定の加圧力を付与し、溶接電極13が受ける反力から隙間の状態を検出するものであってもよい。
Further, the present invention is not limited to the embodiment in which the detection means 17 is provided on the pressing
10 片側スポット溶接装置
11 第1加圧機構
12 第2加圧機構
13 溶接電極
14 押圧部材
15 アース電極
16 溶接トランス
17 検出手段
18 制御部
19 アラーム装置
10 One-sided
Claims (4)
溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する検出手段と、
前記押圧手段又は前記溶接電極により所定の加圧力を前記ワークに付与した際に前記検出手段が検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する制御部と、を備え、
前記検出手段は、前記押圧手段又は前記溶接電極が前記ワークから受ける反力に基づいて前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出することを特徴とする片側スポット溶接装置。 For a work having a first metal plate and a second metal plate superposed on the first metal plate, a welding electrode that abuts on the first metal plate, an earth electrode that abuts on the second metal plate, and the above. It is provided with a pressing means arranged in the vicinity of the welding electrode and pressing the first metal plate toward the second metal plate, and the first metal is energized between the welding electrode and the ground electrode. In a one-sided spot welding device for welding a plate and the second metal plate,
A detection means for detecting the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate at the welding position, and
A control unit for determining whether or not spot welding is performed based on the state of the gap detected by the detecting means when a predetermined pressing force is applied to the work by the pressing means or the welding electrode is provided. ,
The detecting means is characterized in that the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate is detected based on the reaction force that the pressing means or the welding electrode receives from the work. One-sided spot welder.
溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する検出手段と、
前記押圧手段又は前記溶接電極により所定の加圧力を前記ワークに付与した際に前記検出手段が検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づき、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が無いと判定した場合に、前記押圧手段を前記第1の金属板から離した状態でスポット溶接を実行し、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が予め設定した規定範囲内であると判定した場合に、前記押圧手段によって前記第1の金属板に加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行し、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が前記規定範囲外であると判定した場合に、スポット溶接の実行を禁止することを特徴とする片側スポット溶接装置。 For a work having a first metal plate and a second metal plate superposed on the first metal plate, a welding electrode that abuts on the first metal plate, an earth electrode that abuts on the second metal plate, and the above. It is provided with a pressing means arranged in the vicinity of the welding electrode and pressing the first metal plate toward the second metal plate, and the first metal is energized between the welding electrode and the ground electrode. In a one-sided spot welding device for welding a plate and the second metal plate,
A detection means for detecting the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate at the welding position, and
A control unit for determining whether or not spot welding is performed based on the state of the gap detected by the detecting means when a predetermined pressing force is applied to the work by the pressing means or the welding electrode is provided. ,
The control unit is based on the detection result of the detection means.
When it is determined that there is no gap between the first metal plate and the second metal plate in a state where the pressing means and the welding electrode are separated from the work, the pressing means is used as the first metal. Perform spot welding away from the plate,
There is a gap between the first metal plate and the second metal plate in a state where the pressing means and the welding electrode are separated from the work, and further, the pressing means or the welding electrode comes into contact with the pressing means or the welding electrode. When it is determined that the state of the gap is within the predetermined range when the predetermined pressing force is applied to the work, the spot is in a state where the pressing force is applied to the first metal plate by the pressing means. Perform welding,
With the pressing means and the welding electrode separated from the work, there is a gap between the first metal plate and the second metal plate, and the pressing means or the welding electrode comes into contact with the pressing means or the welding electrode. A one-sided spot welding apparatus comprising prohibiting execution of spot welding when it is determined that the state of the gap is out of the specified range when the predetermined pressing force is applied to the work.
前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段又は前記溶接電極により、前記ワークに所定の加圧力を付与して、検出手段により溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する隙間検出工程と、
前記検出手段にて検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する判定工程と、を含み、
前記隙間検出工程において、前記検出手段は、前記押圧手段又は前記溶接電極が前記ワークから受ける反力に基づいて前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出することを特徴とする片側スポット溶接方法。 With respect to the work having the first metal plate and the second metal plate superposed on the first metal plate, the weld electrode is brought into contact with the first metal plate and the ground electrode is brought into contact with the second metal plate. In the one-sided spot welding method in which the first metal plate and the second metal plate are welded by energizing between the welding electrode and the ground electrode.
A predetermined pressing force is applied to the work by a pressing means arranged in the vicinity of the welding electrode and pressing the first metal plate toward the second metal plate side or the welding electrode, and welding is performed by the detecting means. A gap detection step for detecting the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate at the position, and a gap detection step.
Based on the state of the gap detected by said detecting means, seen including a determination step of determining whether to execute a spot welding, a,
In the gap detecting step, the detecting means detects the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate based on the reaction force received by the pressing means or the welding electrode from the work. One- sided spot welding method characterized by
前記溶接電極の近傍に配置されて前記第1の金属板を前記第2の金属板側に押圧する押圧手段又は前記溶接電極により、前記ワークに所定の加圧力を付与して、検出手段により溶接位置における前記第1の金属板と前記第2の金属板との間の隙間の状態を検出する隙間検出工程と、
前記検出手段にて検出した隙間の状態に基づいて、スポット溶接を実行するか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果に基づいて、スポット溶接を実行又は禁止する溶接工程と、を含み、
前記溶接工程では、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が無いと判定された場合に、前記押圧手段を前記第1の金属板から離した状態でスポット溶接を実行し、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が予め設定した規定範囲内であると判定された場合に、前記押圧手段によって前記第1の金属板に加圧力を付与した状態でスポット溶接を実行し、
前記押圧手段及び前記溶接電極が前記ワークから離れた状態で前記第1の金属板と前記第2の金属板との間に隙間が有り、さらに、前記押圧手段又は前記溶接電極が当接して前記ワークに前記所定の加圧力を付与した際に該隙間の状態が前記規定範囲外であると判定された場合に、スポット溶接の実行を禁止することを特徴とする片側スポット溶接方法。 With respect to the work having the first metal plate and the second metal plate superposed on the first metal plate, the weld electrode is brought into contact with the first metal plate and the ground electrode is brought into contact with the second metal plate. In the one-sided spot welding method in which the first metal plate and the second metal plate are welded by energizing between the welding electrode and the ground electrode.
A predetermined pressing force is applied to the work by a pressing means arranged in the vicinity of the welding electrode and pressing the first metal plate toward the second metal plate side or the welding electrode, and welding is performed by the detecting means. A gap detection step for detecting the state of the gap between the first metal plate and the second metal plate at the position, and a gap detection step.
A determination step for determining whether or not spot welding is to be performed based on the state of the gap detected by the detection means, and
A welding step in which spot welding is executed or prohibited based on the determination result of the determination step is included.
In the welding process,
When it is determined that there is no gap between the first metal plate and the second metal plate while the pressing means and the welding electrode are separated from the work, the pressing means is used as the first metal plate. Perform spot welding away from the metal plate and
There is a gap between the first metal plate and the second metal plate in a state where the pressing means and the welding electrode are separated from the work, and further, the pressing means or the welding electrode comes into contact with the pressing means or the welding electrode. When it is determined that the state of the gap is within the predetermined range when the predetermined pressing force is applied to the work, the pressing means applies the pressing force to the first metal plate. Perform spot welding,
With the pressing means and the welding electrode separated from the work, there is a gap between the first metal plate and the second metal plate, and the pressing means or the welding electrode comes into contact with the pressing means or the welding electrode. A one-sided spot welding method comprising prohibiting execution of spot welding when it is determined that the state of the gap is out of the specified range when the predetermined pressing force is applied to the work.
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