JP7468418B2 - 溶着判定方法およびスポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶着判定方法およびスポット溶接装置に関する。

従来、積層された複数の金属板で構成される被溶接材を溶接するスポット溶接装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このようなスポット溶接装置は、一対の電極によって被溶接材を挟み込んで加圧した状態で、一対の電極を用いて被溶接材に通電して溶融させた後に、被溶接材への通電を停止して加圧状態で保持することにより、被溶接材にスポット溶接部を形成するように構成されている。

特許文献１のスポット溶接装置は、スポット溶接部と電極との溶着を判定可能に構成されている。具体的に、このスポット溶接装置は、スポット溶接部を形成した後において、電極を被溶接材から離間させる際に電極に作用する反力に基づいて、溶着の有無を判定するように構成されている。

特開２００１－１７０７７８号公報

しかしながら、上記した従来のスポット溶接装置では、スポット溶接部と電極との溶着を判定することが可能であるが、溶着していた場合に電極に作用する反力によって電極が溶接ガンから抜けるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、電極を被溶接材から離間させる際の反力によらずに、スポット溶接部と電極との溶着を判定することが可能な溶着判定方法およびスポット溶接装置を提供することである。

本発明による溶着判定方法は、積層された複数の金属板で構成される被溶接材を一対の電極によって挟み込んで加圧した状態で、一対の電極を用いて被溶接材に通電して溶融させた後に、被溶接材への通電を停止して加圧状態で保持することにより、被溶接材に形成されるスポット溶接部と電極との溶着を判定するものである。溶着判定方法は、一対の電極を用いた被溶接材への通電が行われているときにおける、一対の電極間の抵抗と一対の電極による加圧力と前記電極の位置とを導出するステップと、理想的な溶接が行われた場合の抵抗と導出された抵抗とを用いて算出される第１指標値、および、理想的な溶接が行われた場合の加圧力と導出された加圧力とを用いて算出される第２指標値、並びに、理想的な溶接が行われた場合の電極位置と導出された電極位置とを用いて算出される第３指標値に基づいて、電極がスポット溶接部に溶着しているか否かを判定するステップとを備える。そして、前記第１指標値は、予め設定された第１期間における前記導出された抵抗と前記理想的な溶接が行われた場合の抵抗との差の積算値であり、前記第２指標値は、予め設定された第２期間における前記導出された加圧力と前記理想的な溶接が行われた場合の加圧力との差の積算値であり、前記第３指標値は、予め設定された第３期間における前記導出された電極位置と前記理想的な溶接が行われた場合の電極位置との差の積算値であって、前記第２期間および前記第３期間が同じであり、前記第１期間が前記第２期間および前記第３期間に比べて短いことを特徴とする。

ここで、スポット溶接部と電極との溶着がある場合のその溶接の際には、抵抗増加に起因する過剰入熱によってスパッタ（散り）が発生するとともに、そのスパッタにより被溶接材の厚みが減少して加圧力が低くなる。そこで、スポット溶接時における抵抗に関する第１指標値および加圧力に関する第２指標値並びに電極位置に関する第３指標値を算出して溶着判定に用いることによって、電極を被溶接材から離間させる際の反力によらずに、スポット溶接部と電極との溶着を判定することができる。

上記溶着判定方法において、電極がスポット溶接部に溶着しているか否かの判定は、被溶接材への通電が停止されて加圧状態で保持されているときに行われるようにしてもよい。

本発明によるスポット溶接装置は、積層された複数の金属板で構成される被溶接材に通電するための一対の電極を備え、一対の電極によって被溶接材を挟み込んで加圧した状態で、一対の電極を用いて被溶接材に通電して溶融させた後に、被溶接材への通電を停止して加圧状態で保持することにより、被溶接材にスポット溶接部を形成するように構成されている。スポット溶接装置は、一対の電極を用いた被溶接材への通電が行われているときにおける、一対の電極間の抵抗と一対の電極による加圧力と電極の位置とを導出する導出部と、理想的な溶接が行われた場合の抵抗と導出された抵抗とを用いて算出される第１指標値、および、理想的な溶接が行われた場合の加圧力と導出された加圧力とを用いて算出される第２指標値、並びに、理想的な溶接が行われた場合の電極位置と導出された電極位置とを用いて算出される第３指標値に基づいて、電極がスポット溶接部に溶着しているか否かを判定する判定部とを備える。そして、第１指標値は、予め設定された第１期間における導出された抵抗と理想的な溶接が行われた場合の抵抗との差の積算値であり、第２指標値は、予め設定された第２期間における導出された加圧力と理想的な溶接が行われた場合の加圧力との差の積算値であり、第３指標値は、予め設定された第３期間における導出された電極位置と理想的な溶接が行われた場合の電極位置との差の積算値であって、第２期間および第３期間が同じであり、第１期間が第２期間および第３期間に比べて短くなっている。

本発明の溶着判定方法およびスポット溶接装置によれば、電極を被溶接材から離間させる際の反力によらずに、スポット溶接部と電極との溶着を判定することができる。

スポット溶接装置の構成を説明するための図である。 図１のスポット溶接装置の制御装置を示したブロック図である。 スポット溶接時における抵抗の経時変化の一例を示したグラフである。 図３の期間Ｔ１を拡大して示した図である。 スポット溶接時における加圧力の経時変化の一例を示したグラフである。 判定式について説明するための模式的なグラフである。 第１実施形態のスポット溶接装置によるスポット溶接時の動作を説明するためのフローチャートである。 スポット溶接時における電極位置の経時変化の一例を示したグラフである。 第２実施形態のスポット溶接装置によるスポット溶接時の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるスポット溶接装置１００の構成について説明する。

スポット溶接装置１００は、被溶接材１５０をスポット溶接するように構成されている。被溶接材１５０は、積層された複数の金属板１５１で構成されている。たとえば、金属板１５１は鋼板であり、三枚の金属板１５１によって被溶接材１５０が構成されている。スポット溶接装置１００は、図１に示すように、ロボットアーム１と、溶接ガン２と、一対の電極３と、電極昇降装置４と、電流調整装置５とを備えている。

ロボットアーム１には、先端に溶接ガン２が取り付けられている。ロボットアーム１は、溶接ガン２を移動させるために設けられている。すなわち、溶接ガン２の位置および姿勢は、ロボットアーム１によって調整可能である。

溶接ガン２は上部２ａおよび下部２ｂを有し、一対の電極３は対向配置される上部電極３ａおよび下部電極３ｂを有する。上部２ａには電極昇降装置４が設けられ、電極昇降装置４に上部電極３ａが取り付けられている。下部２ｂには、上方に突出するように下部電極３ｂが設けられている。このため、上部電極３ａが可動電極であり、下部電極３ｂが固定電極である。

電極昇降装置４は、サーボモータ４１と、サーボモータ４１によって昇降される昇降部材４２とを含んでいる。昇降部材４２には、下方に突出するように上部電極３ａが設けられている。サーボモータ４１によって昇降部材４２が下降されることにより、一対の電極３の間に被溶接材１５０が挟持されるように構成されている。

電流調整装置５は、一対の電極３の間に被溶接材１５０が挟持されているときに、その挟持される被溶接材１５０に通電可能に構成されている。電流調整装置５は、一対の電極３の間に流す電流（溶接電流）を調整することが可能である。

このスポット溶接装置１００では、一対の電極３によって被溶接材１５０を挟み込んで加圧した状態で、一対の電極３を用いて被溶接材１５０に通電して溶融させた後に、被溶接材１５０への通電を停止して加圧状態で保持することにより、被溶接材１５０にスポット溶接部１５０ａが形成されるようになっている。具体的に、スポット溶接装置１００は、被溶接材１５０に応じた溶接条件でスポット溶接を行うように構成されている。溶接条件には、一対の電極３による加圧力、被溶接材１５０に通電される溶接電流、通電が開始されてから停止されるまでの通電時間、および、通電が停止された後に加圧状態で保持される保持時間などが含まれている。

また、スポット溶接装置１００は、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着を判定可能に構成されている。このスポット溶接部１５０ａと電極３との溶着には、スポット溶接部１５０ａに対して上部電極３ａのみが溶着する場合と、スポット溶接部１５０ａに対して下部電極３ｂのみが溶着する場合と、スポット溶接部１５０ａに対して上部電極３ａおよび下部電極３ｂの両方が溶着する場合とが含まれている。スポット溶接装置１００は、報知装置６と、制御装置７とを備えている。

報知装置６は、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着があった場合にユーザに報知するように構成されている。制御装置７は、スポット溶接装置１００を制御するように構成されている。具体的に、制御装置７は、ロボットアーム１を用いて溶接ガン２の位置および姿勢を調整するように構成されている。また、制御装置７は、被溶接材１５０に応じた溶接条件でスポット溶接が行われるように、電極昇降装置４および電流調整装置５を制御するように構成されている。さらに、制御装置７は、スポット溶接が行われる際に、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着を判定して、溶着があった場合に報知装置６に通知するように構成されている。

また、制御装置７は、図２に示すように、制御部７１と、記憶部７２と、入力部７３と、出力部７４とを含んでいる。制御部７１は、制御装置７を制御するように構成されている。なお、制御部７１は、本発明の「導出部」および「判定部」の一例である。記憶部７２には、後述する判定式７２ａおよびマスタパターン７２ｂなどが記憶されている。

入力部７３には、電圧測定部８１、電流測定部８２、加圧力測定部８３および電極位置測定部８４などが接続され、それら各測定部の測定結果が入力されている。電圧測定部８１は、一対の電極３間の電圧を測定するために設けられ、電流測定部８２は、被溶接材１５０に通電される溶接電流を測定するために設けられている。制御部７１は、電圧測定部８１および電流測定部８２の測定結果に基づいて、一対の電極３間の抵抗を算出するように構成されている。加圧力測定部８３は、一対の電極３による加圧力を測定するために設けられている。加圧力測定部８３は、たとえば、歪センサであり、溶接ガン２の下部２ｂに配置されている。電極位置測定部８４は、上部電極３ａの位置を測定するために設けられている。電極位置測定部８４は、たとえば、サーボモータ４１の出力軸の回転角度位置を検出するエンコーダである。

出力部７４には、電極昇降装置４、電流調整装置５および報知装置６などが接続されている。出力部７４は、電極昇降装置４、電流調整装置５および報知装置６などに制御信号を出力するように構成されている。制御部７１は、各測定部からの入力などに基づいて、電極昇降装置４、電流調整装置５および報知装置６を制御するように構成されている。

－溶着判定方法－
次に、図３～図６を参照して、第１実施形態のスポット溶接装置１００による溶着判定方法について説明する。

ここで、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着がある場合のその溶接の際には、抵抗増加に起因する過剰入熱によってスパッタ（散り）が発生するとともに、そのスパッタにより被溶接材１５０の厚みが減少して加圧力が低くなる。そこで、第１実施形態では、スポット溶接時における抵抗および加圧力を用いて溶着の有無が判定される。

図３は、理想的な溶接が行われた場合における通電時間中の抵抗の経時変化（マスタパターン）と、溶着があった場合のその溶接の際における通電時間中の抵抗の経時変化の一例と、溶着がなかった場合のその溶接の際における通電時間中の抵抗の経時変化の一例とを示したグラフである。図４は、図３の期間Ｔ１を拡大して示した図である。マスタパターンは、外乱の無い理想状態での波形であり、予め設定されている。

図３および図４に示すように、溶着ありの場合には、マスタパターンに比べて、通電初期において異物の噛み込み等により抵抗が高くなる。これに対して、溶着なしの場合には、溶着ありの場合に比べて、マスタパターンに倣った形状になる。そこで、マスタパターンに対する通電初期の抵抗の乖離が、溶着の有無を判定するための１つの指標として利用される。

図５は、理想的な溶接が行われた場合における通電時間中の加圧力の経時変化（マスタパターン）と、溶着があった場合のその溶接の際における通電時間中の加圧力の経時変化の一例と、溶着がなかった場合のその溶接の際における通電時間中の加圧力の経時変化の一例とを示したグラフである。マスタパターンは、外乱の無い理想状態での波形であり、予め設定されている。

図５に示すように、溶着ありの場合には、マスタパターンと異なり、スパッタによる被溶接材１５０の厚みの減少により加圧力が低くなる。これに対して、溶着なしの場合には、溶着ありの場合に比べて、マスタパターンに倣った形状になる。そこで、マスタパターンに対する加圧力の乖離が、溶着の有無を判定するための１つの指標として利用される。

具体的には、以下の判定式（１）および（２）を用いて、溶着の有無が判定される。すなわち、式（１）を用いて判定値Ｙ１が算出され、式（２）が成立する場合に溶着ありと判定される。

式（１）において、Ｒ（ｔ）は、スポット溶接の際に算出された抵抗であり、Ｒ_M（ｔ）は、抵抗のマスタパターンである。Ｆ（ｔ）は、スポット溶接の際に測定された加圧力であり、Ｆ_M（ｔ）は、加圧力のマスタパターンである。ａ１およびｂ１は、それぞれ、予め設定された係数である。たとえば、ａ１が正値であり、ｂ１が負値である。式（２）のｎ１は、予め設定された判定閾値である。なお、判定式（１）および（２）や抵抗および加圧力のマスタパターンなどは、制御装置７の記憶部７２に格納されている。

すなわち、通電時間中の期間Ｔ１（図４参照）における算出された抵抗とマスタパターンとの差の積算値が、第１指標値として算出される。期間Ｔ１は、時点ｔ１から時点ｔ２までの予め設定された期間であり、たとえば通電初期に設定されている。また、通電時間中の期間Ｔ２（図５参照）における測定された加圧力とマスタパターンとの差の積算値が、第２指標値として算出される。期間Ｔ２は、時点ｔ１から時点ｔ３までの予め設定された期間であり、たとえば通電初期から通電末期までの期間である。そして、第１指標値および第２指標値を用いて判定値Ｙ１が算出され、その判定値Ｙ１が判定閾値ｎ１と比較されることにより、溶着の有無が判定される。

なお、期間Ｔ１は、期間Ｔ２に比べて短い。たとえば、期間Ｔ１およびＴ２の開始時点ｔ１が同じに設定されており、期間Ｔ１の終了時点ｔ２が期間Ｔ２の終了時点ｔ３よりも早期に到来する。また、期間Ｔ１は本発明の「第１期間」の一例であり、期間Ｔ２は本発明の「第２期間」の一例である。

ここで、係数ａ１、ｂ１および判定閾値ｎ１は、過去の溶接時において溶着があった場合のその溶接の際の抵抗および加圧力と、過去の溶接時において溶着がなかった場合のその溶接の際の抵抗および加圧力とを用いて算出されている。具体的には、溶着ありのデータの集合と、溶着なしのデータの集合とを区別できるように、係数ａ１およびｂ１が設定される。そして、溶着ありのデータの集合と、溶着なしのデータの集合との中間に判定閾値ｎ１が設定される。たとえば、過去データのサンプル番号を横軸とし、各サンプルの判定値Ｙ１を縦軸としてプロットすると、図６のようになる。すなわち、溶着ありのサンプルの判定値Ｙ１は判定閾値ｎ１よりも大きくなり、溶着なしのサンプルの判定値Ｙ１は判定閾値ｎ１よりも小さくなる。つまり、上記した判定式（１）および（２）を用いて、溶着の有無を判定することが可能である。

－スポット溶接時の動作－
次に、図７を参照して、第１実施形態のスポット溶接装置１００によるスポット溶接時の動作について説明する。このスポット溶接動作は、ロボットアーム１により溶接ガン２が被溶接材１５０に対して所定の位置および姿勢に配置された後に行われる。なお、以下の各ステップは、制御装置７の制御部７１によって実行される。

まず、図７のステップＳＴ１において、電極昇降装置４のサーボモータ４１が駆動され、上部電極３ａが下降されることにより、被溶接材１５０が一対の電極３によって挟み込まれて加圧される。なお、一対の電極３による加圧力が溶接条件で設定された値（加圧力）となるようにサーボモータ４１が制御される。

次に、ステップＳＴ２において、電流調整装置５により被溶接材１５０への通電が行われる。なお、被溶接材１５０に流れる溶接電流が溶接条件で設定された値（溶接電流）となるように電流調整装置５が制御される。このため、被溶接材１５０でジュール熱が発生して、被溶接材１５０の温度が上昇されると、被溶接材１５０が溶融される。

次に、ステップＳＴ３において、抵抗および加圧力が導出される。具体的には、電圧測定部８１により一対の電極３間の電圧が測定されるとともに、電流測定部８２により溶接電流が測定される。そして、電圧測定部８１および電流測定部８２の測定結果に基づいて抵抗が算出される。また、加圧力測定部８３により、一対の電極３による加圧力が測定される。

次に、ステップＳＴ４において、通電時間が経過したか否かが判断される。すなわち、通電を開始してからの経過時間が、溶接条件で設定された値（通電時間）を過ぎたか否かが判断される。そして、通電時間が経過したと判断された場合には、ステップＳＴ５に移る。その一方、通電時間が経過していないと判断された場合には、ステップＳＴ２に戻る。このため、通電時間が経過するまで、被溶接材１５０への通電と、抵抗および加圧力の導出とが継続される。

次に、ステップＳＴ５において、電流調整装置５による被溶接材１５０への通電が停止される。

次に、ステップＳＴ６において、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着が判定される。この溶着判定は、上記した判定式（１）および（２）を用いて行われる。具体的には、ステップＳＴ３で算出された抵抗と、記憶部７２に格納された抵抗のマスタパターンとから、第１指標値が算出される。第１指標値は、期間Ｔ１（図４参照）における算出された抵抗とマスタパターンとの差の積算値である。また、ステップＳＴ３で測定された加圧力と、記憶部７２に格納された加圧力のマスタパターンとから、第２指標値が算出される。第２指標値は、期間Ｔ２（図５参照）における測定された加圧力とマスタパターンとの差の積算値である。次に、第１指標値および第２指標値を用いて、判定値Ｙ１が算出される。そして、判定値Ｙ１が判定閾値ｎ１よりも大きい場合には、スポット溶接部１５０ａと電極３とが溶着していると判定され、判定値Ｙ１が判定閾値ｎ１以下の場合には、スポット溶接部１５０ａと電極３とが溶着していないと判定される。

次に、ステップＳＴ７において、溶着ありであるか否かが判断される。そして、溶着ありではないと判断された場合（溶着なしの場合）には、ステップＳＴ８に移る。その一方、溶着ありであると判断された場合には、ステップＳＴ１０に移る。

次に、ステップＳＴ８において、保持時間が経過したか否かが判断される。すなわち、通電を停止してからの経過時間が、溶接条件で設定された値（保持時間）を過ぎたか否かが判断される。そして、保持時間が経過したと判断された場合には、ステップＳＴ９に移る。その一方、保持時間が経過していないと判断された場合には、ステップＳＴ８が繰り返し行われる。このため、一対の電極３により被溶接材１５０が加圧された状態で、保持時間が経過するまで待機する。これにより、溶融金属が冷却されて凝固し、ナゲットを有するスポット溶接部１５０ａが形成される。

次に、ステップＳＴ９において、電極昇降装置４のサーボモータ４１が駆動され、上部電極３ａが上昇されるとともに、ロボットアーム１によって溶接ガン２が移動されることにより、一対の電極３が被溶接材１５０から離間される。このとき、電極３がスポット溶接部１５０ａに溶着していないため、電極３が溶接ガン２から抜けることがなく、かつ、被溶接材１５０が溶接ガン２によって引っ張られることもない。そして、スポット溶接動作が終了される。

また、ステップＳＴ１０において、溶着ありが報知装置６に通知され、報知装置６がユーザに溶着があったことを報知する。この場合、一対の電極３が被溶接材１５０から離間されることなく、スポット溶接動作が終了（非常停止）される。この非常停止後には、ユーザによる復帰作業が行われる。

－効果－
第１実施形態では、上記のように、スポット溶接時における抵抗に関する第１指標値および加圧力に関する第２指標値を算出して溶着判定に用いることによって、電極３を被溶接材１５０から離間させる際の反力によらずに、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着を判定することができる。

また、第１実施形態では、溶着判定が保持時間に行われ、溶着ありの場合に非常停止されることによって、電極３が溶接ガン２から抜けないようにすることができるとともに、被溶接材１５０が溶接ガン２によって引っ張られないようにすることができる。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態のスポット溶接装置１００による溶着判定方法について説明する。なお、第２実施形態のスポット溶接装置１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。

ここで、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着がある場合のその溶接の際には、上記したように、抵抗増加に起因する過剰入熱によってスパッタ（散り）が発生するとともに、そのスパッタにより被溶接材１５０の厚みが減少して加圧力が低くなる。さらに、被溶接材１５０の厚みの減少により電極位置の変化（上部電極３ａの下方への移動）が発生する。そこで、第２実施形態では、スポット溶接時における抵抗および加圧力に加えて電極位置を用いて溶着の有無が判定される。

図８は、理想的な溶接が行われた場合における通電時間中の上部電極３ａの位置の経時変化（マスタパターン）と、溶着があった場合のその溶接の際における通電時間中の上部電極３ａの位置の経時変化の一例と、溶着がなかった場合のその溶接の際における通電時間中の上部電極３ａの位置の経時変化の一例とを示したグラフである。マスタパターンは、外乱の無い理想状態での波形であり、予め設定されている。

図８に示すように、溶着ありの場合には、マスタパターンと異なり、スパッタによる被溶接材１５０の厚みの減少により上部電極３ａの下方への移動（電極変位）が発生する。これに対して、溶着なしの場合には、溶着ありの場合に比べて、マスタパターンに倣った形状になる。そこで、マスタパターンに対する電極位置の乖離が、溶着の有無を判定するための１つの指標として利用される。

具体的には、以下の判定式（３）および（４）を用いて、溶着の有無が判定される。すなわち、式（３）を用いて判定値Ｙ２が算出され、式（４）が成立する場合に溶着ありと判定される。

式（３）において、Ｒ（ｔ）は、スポット溶接の際に算出された抵抗であり、Ｒ_M（ｔ）は、抵抗のマスタパターンである。Ｆ（ｔ）は、スポット溶接の際に測定された加圧力であり、Ｆ_M（ｔ）は、加圧力のマスタパターンである。Ｓ（ｔ）は、スポット溶接の際に測定された電極位置であり、Ｓ_M（ｔ）は、電極位置のマスタパターンである。ａ２、ｂ２およびｃ２は、それぞれ、予め設定された係数である。たとえば、ａ２が正値であり、ｂ２およびｃ２が負値である。式（４）のｎ２は、予め設定された判定閾値である。なお、判定式（３）および（４）や、抵抗、加圧力および電極位置のマスタパターンなどは、制御装置７の記憶部７２に格納されている。

すなわち、通電時間中の期間Ｔ１（図４参照）における算出された抵抗とマスタパターンとの差の積算値が、第１指標値として算出される。期間Ｔ１は、時点ｔ１から時点ｔ２までの予め設定された期間であり、たとえば通電初期に設定されている。また、通電時間中の期間Ｔ２（図５参照）における測定された加圧力とマスタパターンとの差の積算値が、第２指標値として算出される。期間Ｔ２は、時点ｔ１から時点ｔ３までの予め設定された期間であり、たとえば通電初期から通電末期までの期間である。また、通電時間中の期間Ｔ３（図８参照）における測定された電極位置とマスタパターンとの差の積算値が、第３指標値として算出される。期間Ｔ３は、時点ｔ１から時点ｔ３までの予め設定された期間であり、たとえば期間Ｔ２と同じである。そして、第１指標値および第２指標値に加えて第３指標値を用いて判定値Ｙ２が算出され、その判定値Ｙ２が判定閾値ｎ２と比較されることにより、溶着の有無が判定される。なお、期間Ｔ３は、本発明の「第３期間」の一例である。

ここで、係数ａ２、ｂ２、ｃ２および判定閾値ｎ２は、過去の溶接時において溶着があった場合のその溶接の際の抵抗、加圧力および電極位置と、過去の溶接時において溶着がなかった場合のその溶接の際の抵抗、加圧力および電極位置とを用いて算出されている。具体的には、溶着ありのデータの集合と、溶着なしのデータの集合とを区別できるように、係数ａ２、ｂ２およびｃ２が設定される。そして、溶着ありのデータの集合と、溶着なしのデータの集合との中間に判定閾値ｎ２が設定される。第２実施形態では、第１実施形態に比べて、溶着ありのデータの集合と、溶着なしのデータの集合との間隔を広くすることができるので、溶着判定の精度向上を図ることが可能である。

－スポット溶接時の動作－
次に、図９を参照して、第２実施形態のスポット溶接装置１００によるスポット溶接時の動作について説明する。このスポット溶接動作は、ロボットアーム１により溶接ガン２が被溶接材１５０に対して所定の位置および姿勢に配置された後に行われる。なお、以下の各ステップは、制御装置７の制御部７１によって実行される。また、ステップＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ１４、ＳＴ１５、ＳＴ１７、ＳＴ１８、ＳＴ１９およびＳＴ２０は、それぞれ、図７のステップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ４、ＳＴ５、ＳＴ７、ＳＴ８、ＳＴ９およびＳＴ１０と同様であるため、説明を省略する。

図９のステップＳＴ１３では、抵抗、加圧力および電極位置が導出される。具体的には、電圧測定部８１により一対の電極３間の電圧が測定されるとともに、電流測定部８２により溶接電流が測定される。そして、電圧測定部８１および電流測定部８２の測定結果に基づいて抵抗が算出される。また、加圧力測定部８３により、一対の電極３による加圧力が測定される。また、電極位置測定部８４により、上部電極３ａの位置が測定される。

また、ステップＳＴ１６では、スポット溶接部１５０ａと電極３との溶着が判定される。この溶着判定は、上記した判定式（３）および（４）を用いて行われる。具体的には、ステップＳＴ１３で算出された抵抗と、記憶部７２に格納された抵抗のマスタパターンとから、第１指標値が算出される。第１指標値は、期間Ｔ１（図４参照）における算出された抵抗とマスタパターンとの差の積算値である。また、ステップＳＴ１３で測定された加圧力と、記憶部７２に格納された加圧力のマスタパターンとから、第２指標値が算出される。第２指標値は、期間Ｔ２（図５参照）における測定された加圧力とマスタパターンとの差の積算値である。また、ステップＳＴ１３で測定された電極位置と、記憶部７２に格納された電極位置のマスタパターンとから、第３指標値が算出される。第３指標値は、期間Ｔ３（図８参照）における測定された電極位置とマスタパターンとの差の積算値である。次に、第１指標値、第２指標値および第３指標値を用いて、判定値Ｙ２が算出される。そして、判定値Ｙ２が判定閾値ｎ２よりも大きい場合には、スポット溶接部１５０ａと電極３とが溶着していると判定され、判定値Ｙ２が判定閾値ｎ２以下の場合には、スポット溶接部１５０ａと電極３とが溶着していないと判定される。

－効果－
第２実施形態では、上記のように、スポット溶接時における抵抗に関する第１指標値および加圧力に関する第２指標値に加えて、スポット溶接時における電極位置に関する第３指標値を算出して溶着判定に用いることによって、溶着判定の精度向上を図ることができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（他の実施形態）
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、第１および第２実施形態では、被溶接材１５０が三枚の金属板１５１で構成される例を示したが、これに限らず、被溶接材が二枚の金属板で構成されていてもよいし、被溶接材が四枚以上の金属板で構成されていてもよい。

また、第１および第２実施形態では、金属板１５１が鋼板である例を示したが、これに限らず、金属板がアルミニウム合金板などであってもよい。また、被溶接材が、材質の異なる金属板（たとえば、鋼板およびアルミニウム合金板）によって構成されていてもよい。

また、第１および第２実施形態では、第１指標値が、算出された抵抗とマスタパターンとの差の積算値である例を示したが、これに限らず、第１指標値が、算出された抵抗とマスタパターンとの差の最大値などであってもよい。なお、第２指標値および第３指標値についても同様である。

また、第１実施形態では、抵抗の乖離を積算する期間Ｔ１の開始時点ｔ１と、加圧力の乖離を積算する期間Ｔ２の開始時点ｔ１とが同じに設定される例を示したが、これに限らず、抵抗の乖離を積算する期間の開始時点と、加圧力の乖離を積算する期間の開始時点とが異なっていてもよい。また、第２実施形態では、抵抗の乖離を積算する期間Ｔ１の開始時点ｔ１と、加圧力の乖離を積算する期間Ｔ２の開始時点ｔ１と、電極位置の乖離を積算する期間Ｔ３の開始時点ｔ１とが同じに設定される例を示したが、これに限らず、抵抗の乖離を積算する期間の開始時点と、加圧力の乖離を積算する期間の開始時点と、電極位置の乖離を積算する期間の開始時点とが異なっていてもよい。

また、第１および第２実施形態では、通電時間が経過した場合に通電が停止される例を示したが、これに限らず、予め設定されたサイクル数の通電が完了された場合に通電が停止されるようにしてもよい。

本発明は、被溶接材に形成されるスポット溶接部と電極との溶着を判定する溶着判定方法、および、その溶着判定方法を実行するスポット溶接装置に利用可能である。

３ 電極
７１ 制御部（導出部、判定部）
１００ スポット溶接装置
１５０ 被溶接材
１５０ａ スポット溶接部
１５１ 金属板

Claims (3)

1. 積層された複数の金属板で構成される被溶接材を一対の電極によって挟み込んで加圧した状態で、前記一対の電極を用いて前記被溶接材に通電して溶融させた後に、前記被溶接材への通電を停止して加圧状態で保持することにより、前記被溶接材に形成されるスポット溶接部と前記電極との溶着を判定する溶着判定方法であって、
   前記一対の電極を用いた前記被溶接材への通電が行われているときにおける、前記一対の電極間の抵抗と前記一対の電極による加圧力と前記電極の位置とを導出するステップと、
   理想的な溶接が行われた場合の抵抗と導出された抵抗とを用いて算出される第１指標値、および、理想的な溶接が行われた場合の加圧力と導出された加圧力とを用いて算出される第２指標値、並びに、理想的な溶接が行われた場合の電極位置と導出された電極位置とを用いて算出される第３指標値に基づいて、前記電極が前記スポット溶接部に溶着しているか否かを判定するステップとを備え、
   前記第１指標値は、予め設定された第１期間における前記導出された抵抗と前記理想的な溶接が行われた場合の抵抗との差の積算値であり、
   前記第２指標値は、予め設定された第２期間における前記導出された加圧力と前記理想的な溶接が行われた場合の加圧力との差の積算値であり、
   前記第３指標値は、予め設定された第３期間における前記導出された電極位置と前記理想的な溶接が行われた場合の電極位置との差の積算値であって、
   前記第２期間および前記第３期間が同じであり、前記第１期間が前記第２期間および前記第３期間に比べて短いことを特徴とする溶着判定方法。
2. 請求項１記載の溶着判定方法において、
   前記電極が前記スポット溶接部に溶着しているか否かの判定は、前記被溶接材への通電が停止されて加圧状態で保持されているときに行われることを特徴とする溶着判定方法。
3. 積層された複数の金属板で構成される被溶接材に通電するための一対の電極を備え、
   前記一対の電極によって前記被溶接材を挟み込んで加圧した状態で、前記一対の電極を用いて前記被溶接材に通電して溶融させた後に、前記被溶接材への通電を停止して加圧状態で保持することにより、前記被溶接材にスポット溶接部を形成するように構成されているスポット溶接装置であって、
   前記一対の電極を用いた前記被溶接材への通電が行われているときにおける、前記一対の電極間の抵抗と前記一対の電極による加圧力と前記電極の位置とを導出する導出部と、
   理想的な溶接が行われた場合の抵抗と導出された抵抗とを用いて算出される第１指標値、および、理想的な溶接が行われた場合の加圧力と導出された加圧力とを用いて算出される第２指標値、並びに、理想的な溶接が行われた場合の電極位置と導出された電極位置とを用いて算出される第３指標値に基づいて、前記電極が前記スポット溶接部に溶着しているか否かを判定する判定部とを備え、
   前記第１指標値は、予め設定された第１期間における前記導出された抵抗と前記理想的な溶接が行われた場合の抵抗との差の積算値であり、
   前記第２指標値は、予め設定された第２期間における前記導出された加圧力と前記理想的な溶接が行われた場合の加圧力との差の積算値であり、
   前記第３指標値は、予め設定された第３期間における前記導出された電極位置と前記理想的な溶接が行われた場合の電極位置との差の積算値であって、
   前記第２期間および前記第３期間が同じであり、前記第１期間が前記第２期間および前記第３期間に比べて短いことを特徴とするスポット溶接装置。

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