JPH0127392B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は抵抗溶接における電極間電圧検出方
法、特に溶接回路のリアクタンス及び誘起起電力
に基づく電圧降下分を除去し、溶接部における抵
抗分電極間電圧のみを検出することのできる改良
された電極間電圧検出方法に関するものである。

被溶接物に大電流を供給し溶接部の抵抗発熱に
よつて溶接を行なう抵抗溶接が周知であり、特に
重ね接合された部分の接触部に通電して両部材を
点接合する抵抗点溶接は自動車、航空機、鉄道車
両あるいは家庭電化製品などの薄板金属製品に応
用され、きわめて高い生産性を示している。

しかしながら、前述した抵抗溶接は接合部の表
面状態、溶接打点位置、打点回数その他の種々の
要因により溶接結果がバラツキやすく、溶接不良
を生じやすいという欠点があつた。このような溶
接品質を向上させる為に、従来よりいくつかの溶
接電流最適制御方法が提案されているが、従来方
法においては、溶接部の状態を正しく検出する為
の適当な方法が無い為に良好な品質を保障する為
の溶接電流制御方法を得ることができなかつた。
抵抗溶接は、溶接部に発生するジユール熱で行な
われるので、溶接部の状態はその発熱量を検出す
ることによつて求めることができる。そして、溶
接電流は溶接中ほぼ一定値である為、溶接部発熱
量は溶接部電圧を検出することにより測定可能と
なる。溶接部発熱に寄与する溶接部電圧は抵抗分
電極間電圧で求めることができるが、通常の場
合、電極間電圧には溶接回路におけるリアクタン
ス及び誘起起電力（この誘起起電力は、電極間電
圧を測定する検出用リード線上に点溶接したとき
流れる溶接電流で発生する磁束で誘起する起電力
を言う。）による電圧降下成分が含まれ、これら
の電圧降下成分は抵抗分電極間電圧に比べて無視
することのできない大きな値である。この為に従
来の電極間電圧検出方法ではリアクタンス及び誘
起起電力による誤差成分の為にきわめて測定精度
が低下するという欠点があり、正しい溶接制御に
利用出来る検出信号を得ることができなかつた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、リアクタンス及び誘起起電力
による誤差成分を除去して溶接部の発熱量に正し
く対応する抵抗分電極電圧のみを求めることので
きる抵抗溶接における改良された電極間電圧検出
方法を提供することにある。

上記目的を達成する為に、本発明はリアクタン
ス及び誘起起電力による電圧降下誤差成分を固定
分と溶接条件の変動に応じて変化する変動分とに
分け、固定分は抵抗溶接時の電流変化率に所定の
係数を乗算した値を抵抗溶接時の合成電極電圧に
加えて電圧降下固定分を除去し、又、変動分に対
しては、変動分より十分に大きな絶対値を有する
所定の抵抗分補助定数を合成電極間電圧に加算及
び減算して２個の中間演算値を得、この中間演算
値を互いに差演算することにより電圧降下変動分
を除去することを特徴とする。以上のようにし
て、本発明によれば、リアクタンス及び誘起起電
力による電圧降下固定分及び電圧降下変動分を含
む合成電極間電圧から溶接部における抵抗分電極
間電圧のみが求められ、溶接部の状態を正確に知
ることが可能となる。

本発明において、溶接回路のリアクタンス及び
誘起起電力は溶接機の諸元、溶接条件及び被溶接
物の寸法及び特性からあらかじめ求めることがで
き、これら各種の要因に適合した係数及び定数を
あらかじめ演算回路に入力することが可能であ
る。電極間電圧は電極チツプから導出することも
でき又、溶接機変圧回路の２次側端子電圧を測定
しても良い。本発明において、電極間電圧を変圧
回路２次側端子電圧として検出する場合には、２
次側回路抵抗成分を変動誤差成分の除去に用いら
れる抵抗分補助定数として利用することが可能で
ある。

以下本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図には抵抗溶接における電極間電圧検出状
態を示し、２枚の薄板１０ａ及び１０ｂを重ね合
せ接合し、両側面から電極チツプ１２ａ及び１２
ｂにより溶接電流が供給されている。第１図にお
いては両チツプ１２ａ及び１２ｂから電極間電圧
ｖが検出される。第２図には電極間の等価回路が
示され、溶接部の発熱作用に供される抵抗ｒ、電
極間リアクタンスｌ及びリード端子に誘起される
誘起リアクタンスＫとからなる直列回路にほぼ一
定値の溶接電流ｉが流れる。

従つて、第２図の等価回路から、電極チツプ１
２ａ及び１２ｂ間の合成電極電圧ｖは、 ｖ＝ri＋ｌdi／dt＋Ｋdi／dt ……(1) で表わされる。(1)式から明らかなように合成電極
間電圧ｖは抵抗溶接に寄与する発熱量を表わす抵
抗分電圧降下riの他に溶接回路のリアクタンスに
よる電圧降下分ｌdi／dtそして誘起起電力による電 圧降下分Ｋdi／dtを含み、これらの電圧降下分が誤 差成分として、検出精度を低下させる。ここで、
(1)式は ｖ＝ri＋（ｌ＋Ｋ）di／dt ……(2) となり、溶接機、溶接条件及び被溶接物が特定さ
れれば(2)式の（ｌ＋Ｋ）は所定の固有値となり、
この特定の条件下においては（ｌ＋Ｋ）に対応す
る所定の係数A₁を電流変化率に乗算して、この
結果を合成電極間電圧ｖに差演算すれば、抵抗分
のみの電極間電圧riを得ることが可能となる。

即ち、（ｌ＋Ｋ）＝A₁とすれば、 ｖ−A₁di／dt＝ri ……(3) となり、抵抗分電極間電圧riのみを導くことがで
きる。

しかしながら、通常の場合、溶接時のリアクタ
ンス成分は溶接機、溶接条件、被溶接物その他の
種々の条件により変動し、特に溶接位置決め時の
状態などにより、溶接作用毎に異なるリアクタン
スとなることが知られている。従つて、(3)式によ
れば、依然としてリアクタンス電圧降下分の変動
による誤差を含むこととなる。このような変動成
分を含む合成電極間電圧ｖは ｖ＝ri＋（ｌ＋Ｋ）di／dt＋Δldi／dt ……(4) で示される。

本発明においては、前述した変動分Δldi／dtを除 去する為に、この電圧降下変動分より十分に大き
な絶対値を有する所定の抵抗分補助定数を合成電
極間電圧に加算及び減算するものである。

第３図には本発明に係る検出方法の適用される
演算回路が示され、以下に第４図のベクトル図を
参照しながら、本発明による誤差成分の除去作用
を説明する。

第３図において、合成電極間電圧ｖは電圧検出
器１４により検出され、又、電流変化率di／dtはト ロイダルコイル１６により検出される。合成電極
間電圧は第４図のベクトルＶで示され、抵抗成分
riとリアクタンス成分（ｌ＋Ｋ）di／dt＋Δldi／dtを
含 む。トロイダルコイル１６の検出値di／dtには合成 電極間電圧中に含まれるリアクタンス電圧降下固
定分（ｌ＋Ｋ）に相当する係数A₁が乗算され、
その出力−A₁di／dtが合成電極間電圧ｖと共に加算 器１８に加えられる。この結果、合成電極間電圧
ｖからはリアクタンス電圧降下固定分が除去さ
れ、ベクトルV₁で示されるように、抵抗成分riと
リアクタンス変動分Δldi／dtを含んだ電圧に変換さ れる。

ここで、リアクタンス電圧降下変動分Δldi／dtは 溶接条件その他により変化する変動成分である為
固定成分と異なり、所定の補正値にて除去するこ
とはできない。この為、本発明においてはこの変
動成分の絶対値より十分に大きな絶対値を有する
所定の抵抗分補助定数を電極間電圧に加算及び減
算して２個の中間演算値を形成する。即ち、第３
図において、トロイダルコイル１６の出力は積分
器２０により積分され、電流ｉを求める。そし
て、この電圧ｉに係数A₂を乗算した抵抗分補助
定数A₂iを加算器１８に供給する。従つて、加算
器１８の出力には第１の中間演算値 v₂＝ri＋Δldi／dt＋A₂i ……(5) が得られる。更に、この中間演算値v₂は加算器２
２により−2A₂iと加算され、加算器２２の出力
は v₃＝ri＋Δldi／dt−A₂i ……(6) が得られる。これら各中間演算値は第４図のペク
トル（V₂）、（V₃）にて示されている。

前述した演算作用が第５図の波形に示されてい
る。合成電極間電圧ｖからリアクタンス電圧降下
固定分（ｌ＋Ｋ）di／dtが除去されたri＋Δldi／dtの
波 形は被溶接物によるリアクタンス変化による電圧
降下分Δldi／dtがあるため、その波形は溶接電流ｉ の波形に比較してくずれており、半波波形の中心
に最大値が生じない。そこで、被溶接物の抵抗ｒ
に相当する電極間電圧riを得るため、被溶接物の
リアクタンス変化分による電圧降下Δldi／dtに対し て十分に大きくかつ電極間電圧の抵抗成分riと同
相の溶接電流波形から成る２個の補助定数A₂i、
−A₂iを加える瞬時値演算を行なう。この結果、
(5)、(6)式に示した両中間演算値v₂、v₃はその最大
値が半波波形の中心に近づいた波形として示され
る。要するに、本実施例は、第５図から理解でき
るように、まず、交流の合成電極間電圧Ｖ及び被
溶接物に流れる電流の電流変化率di／dtを測定する。

次いで、該電流変化率di／dt＝０（第５図の横軸の 交点、その点を破線による縦軸で示す）のときの
電圧Ｖの値が抵抗分電圧降下riであることと、そ
のときの電圧降下riが最大値を示すことに着目
し、電流変化率di／dtを積分することにより電圧降 下riと同相の電流ｉを求める。この電流ｉを基に
求めた補助定数A₂i、−A₂iを、A₂i≫Δldi／dtに選ん で、（ri＋Δldi／dt）に瞬時演算して２つの中間演算 値V₂、V₃を求める（第５図参照）。このように瞬
時演算すると、（ri±A₂i＋Δldi／dt）の最大値が縦 軸上に移動する。これらの中間値V₂、V₃の最大
値をスカラー的に差演算すると、第５図に示すrI
の如く求めらろるのである。このようにして、本
実施例は、抵抗溶接時の通常の使用状態において
発生すると考えられるリアクタンス成分による誤
差を除去するものである。

第４図のベクトル図から明らかなように、電極
間電圧の抵抗成分riは、リアクタンス分は
そしてその合成値はで示され、に対して
十分大きくかつと同相の（＝′）を
に加えると、その加算された中間演算値はそ
の虚軸分のがほとんど無視されることとな
る。即ち、 の≪′（Δl≪A₂）であるから ≒（ｒ＋A₂）Ｉ≒（＋′）＝′……(8
) が得られる。

以上のように、本発明においては、抵抗分補助
定数A₂をリアクタンス電圧降下変動分より十分
に大きな絶対値に設定したので、V₂及びV₃はほ
ぼその抵抗成分である′及び′で近似するこ
とができる。

以上のようにして得られた２個の近似中間演算
値は溶接電流ｉとほぼ同相であるので、加算器１
８，２２の出力電圧の各々の瞬時波形における最
大値でスカラー的に演算を行なえば、被溶接物の
電極間電圧抵抗成分riを得ることができる。即
ち、加算器１８の出力の最大値は と成り、又、加算器２２の最大値は と成り、前記したとおり本発明においては、抵抗
分補助定数A₂をリアクタンス電圧降下変動分よ
り十分に大きな絶対値に設定したので、V₂及び
V₃はほぼその抵抗成分である′及び′で近似
することができ、 (9)、(10)式は ≒（ｒ＋A₂）Ｉ＝′ ……(11) ≒（ｒ−A₂）Ｉ＝′ ……(12) で示される。従つて、これら２個の中間演算値の
最大値及び、換言すれば、上記(11)式及び(12)
式より、その近似値′及び′を加算器２４に
よつて下記（13）式のように差演算することによ
り、 電極間電圧中の抵抗成分Ｉを得ることができる。
従つて、最大値′と′との差が、第５図では
加算器２４の出力として最大値rIが出力されるこ
とになる。

第６図には第３図の加算器２４の好適な実施例
が示されている。加算器１８の出力は端子２４ａ
から加算器２４に供給され、ダイオードD₁にて
半波整流された後、抵抗R₁、R₂及びコンデンサ
C₁から成る積分回路にて半波における最大値が
求められる。同様に端子２４ｂから供給された加
算器２２の出力はダイオードD₂、抵抗R₃、R₄及
びコンデンサC₂によりその最大値が求められる。
両積分回路の回路定数は同一であるが、ダイオー
ドD₁とD₂とは互いに逆極性で接続されているの
で両最大値は正負逆極性と成る。これらの最大値
出力は抵抗値の等しい抵抗R₅、R₆を介して加算
され、演算増幅器Ａの非反転入力端子に供給され
る。この供給電圧は（13）式のrIの２倍の値と成
る。増幅器Ａはその抵抗R₇、R₈の値を適当に設
定することにより、2rIを２で除算し、その出力
端子２４ｃにrIを出力する。

以上の説明から明らかなように、本発明におい
ては、リアクタンス電圧降下変動分の絶対値より
十分に大きな絶対値を有する所定の抵抗分補助定
数を重畳させることによつて変動分を近似除去す
ることができる。

第７図には第３図と類似する本発明の他の実施
例が示され、第３図における加算器２２が反転増
幅器２６に置換され、加算器１８の出力が直接反
転増幅器２６の出力と演算されることを特徴と
し、回路構成が若干簡素化される利点を有する。

前述した実施例は第１図で示されるように電極
チツプから合成電極間電圧を検出しているが、溶
接装置の変圧回路二次側出力電圧を合成電極間電
圧として検出することも可能である。第８図には
溶接装置の等価回路が示され、溶接電源一次コイ
ル３０と二次コイル３２とから変圧器が形成され
ている。変圧器二次回路は電極間抵抗ｒ、電極間
リアクタンス固定分ｌ、Ｋ及び電極間リアクタン
ス変動分Δlの他にケーブルなどの抵抗Ｒ及びリ
アクタンスＬを含む。従つて二次端子電圧v₁は v₁＝ri＋（Ｌ＋ｌ＋Ｋ）di／dt＋Δldi／dt＋Ri……(
14) で示される。第９図には電圧検出器１４にて二次
端子電圧v₁を検出し、トロイダルコイル１６の電
流変化率と演算して電極間電圧の抵抗分を検出す
る本発明の好適な実施例が示されている。又、第
１０図には第９図のベクトル図が示されている。
前述した実施例と同様に、第９図においても加算
器１８にはリアクタンス電圧降下分を除去する
為、、電流変化率di／dtに所定の係数A₁＝（Ｌ＋ｌ＋ Ｋ）を乗算した補正値が供給され、この結果加算
器１８の出力には v₂＝ri＋Δldi／dt＋Ri ……(15) が得られる。

二次端子電圧を検出するこの実施例では二次回
路抵抗Ｒが存在し、この抵抗Ｒは通常の場合リア
クタンス電圧降下変動分よりも十分に大きな絶対
値を有する為に、この抵抗成分Ｒが抵抗分補助定
数として利用することが可能である。従つて、積
分器２０の出力は反転増幅器２６により反転さ
れ、二次回路抵抗に対応する抵抗分補助定数−
Riが加算器２４に供給される。この実施例では、
二次端子電圧v₁には二次回路抵抗Ｒからなる補助
定数が含まれているので、補助定数は単に第２の
中間演算値を得る為のみに用いられば良い。

以上説明したように、本発明によれば、合成電
極間電圧中に含まれるリアクタンス及び誘起起電
力による電圧降下の固定分及び変動分を除去し、
抵抗成分のみを検出することができるので、溶接
特性に対応する正確な情報を得ることができ、こ
の情報から溶接作用時に良好な制御作用を行なう
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は抵抗点溶接時の電極部を示す要部正面
図、第２図は第１図の等価回路、第３図は本発明
を利用した電極間電圧検出方法の好適な実施例を
示すブロツク回路図、第４図は第３図のベクトル
図、第５図は第３図の波形図、第６図は加算器の
回路図、第７図は第３図と類似する本発明の他の
実施例を示すブロツク図、第８図は溶接装置の変
圧器等価回路図、第９図は本発明の検出方法を利
用した更に他の実施例を示すブロツク回路図、第
１０図は第９図のベクトル図である。 ｖ……電極間電圧、ｌ＋Ｋ……リアクタンス固
定分、Δl……リアクタンス変動分、A₁……係数、
A₂……補助定数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接機変圧回路からの交流電圧を電極を介し
   て被溶接物に印加し、被溶接物に大電流を供給し
   て溶接部の抵抗発熱によつて溶接を行う抵抗溶接
   機において、抵抗溶接時の溶接回路におけるリア
   クタンス及び誘起起電力による電圧降下固定分、
   抵抗分電圧降下、並びに溶接条件の変動に応じて
   変化する溶接回路のリアクタンスによる電圧降下
   変動分を含む合成電極間電圧及び被溶接物に流れ
   る電流の電流変化率を測定し、溶接回路における
   リアクタンス及び誘起起電力による電圧降下固定
   分に対応する所定の係数と前記電流変化率とを乗
   算して前記合成電極間電圧に加え電圧降下固定分
   を除去し、前記電流変化率を積分することにより
   前記抵抗分電圧降下と同相の電流成分を求め、溶
   接条件の変動に応じて変化する溶接回路のリアク
   タンスによる電圧降下変動分の絶対値より十分に
   大きな絶対値を有し、かつ前記抵抗分電圧降下と
   同相の電流成分を基に算出した２つの所定の抵抗
   分補助定数を合成電極間電圧に加算及び減算して
   ２個の中間演算値を得、前記中間演算値の最大値
   を互いに差演算することにより前記電圧降下変動
   分を除去し、合成電極間電圧から溶接部における
   抵抗分電極間電圧のみを求める抵抗溶接における
   電極間電圧検出方法。 ２ 溶接装置の変圧回路２次側出力電圧を合成電
   極間電圧として検出し、２次側出力電圧に含まれ
   る２次側回路抵抗成分を抵抗分補助定数として用
   いたことを特徴とする特許請求の範囲１記載の抵
   抗溶接における電極間電圧検出方法。