JPH0212673B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は交流抵抗溶接時において被溶接箇所
の状態に応じて溶接電流を制御することのできる
抵抗溶接装置に関する。

一般に、抵抗溶接において、その溶接品質は各
種の電気量、即ち、電圧・電流はもとより電圧を
電流で除した抵抗、電圧と電流の積である電力、
さらにはこれを通電時間で積分した値等と深い関
係があることは、従来からよく知られている。例
えば、軟鋼薄板を用いて正常な溶接が行なわれた
場合、その電極間には通常第１図中にＡとして示
したごときエンベロープを有する電圧波形が得ら
れる。

しかし、溶接条件に何らかの変化が生じた場
合、例えば第２図に示すごとく、被溶接材１およ
び１′を上・下溶接電極２および２′で点溶接して
生じたナゲツト３の近傍に、新たな点溶接を行な
う場合には、溶接点間隔が狭いために溶接電流４
に分流４′が生じて溶接点５に十分な電流が供給
されず、そのために、溶接強さが標準値に達しな
いことがある。このような場合には、電極間には
第１図中にＢとして示すごときエンベロープの電
圧波形が生ずる。この分流した電流量は、被溶接
材の形状、溶接ピツチ等によつてまちまちであ
り、従つてどの程度分流しているか正確に計測す
ることができないため、このような溶接作業にお
いては、通常、余裕をみて大電流を流していた。
その結果、電極に損傷を生じたり、溶接電流不足
の場合には規定の溶接強度に達せず、不良溶接と
なる等の難点があつた。

このような難点を克服するものとして、先に本
願と同じ出願人の出願にかかる特開昭54−33246
号に開示されているごとき「抵抗溶接方法および
装置」が提案された。この抵抗溶接方法および装
置は、抵抗溶接において、被溶接材を最適溶接条
件で溶接した際の電気量を該被溶接材を挾持する
両電極からリード線を介して検出し、この検出し
た電気量を演算増幅回路を介して増幅したのち、
Ａ／Ｄ変換器によつて所望の形態のデイジタル値
に変換して記憶回路に記憶させる。つぎに、この
記憶させた電気量とその後の溶接時に検出した電
気量とをデイジタル比較回路によつて比較し、こ
の両電気量の差のデイジタル値を演算回路によつ
て算出する。さらに、この演算値をＤ／Ａ変換器
によつてアナログ値に変換したのち、位相制御回
路を含む交流溶接電源によつて、この変換された
アナログ信号にもとづいて前記演算回路の演算値
に相当する量だけSCRの点弧角を位相制御し、
前記記憶回路に記憶された標準電気量に自動的に
トレースさせることのできるよう、溶接電流を制
御して確実な溶接を行なうようにしたものであ
る。

この抵抗溶接方法および装置によれば、確か
に、過大電流による電極の損傷や電流不足による
溶接強度不足等を排除して、最適のナゲツトを得
るのに効果はあるが、あらかじめ設定された最適
溶接条件で溶接した際の電気量と、その後の溶接
時に検出した電気量とを、半サイクル毎のサンプ
リング間隔で比較して得た両電気量の差を用いて
溶接電流の位相制御を行うのに、常に一定の追従
特性に従つて溶接電流の位相制御を行つているた
め、両電気量の差が予測した変動値を上回つた場
合や電源電圧の変動による外乱が生じた場合は、
基準となる電気量に迅速かつ確実に追従させるに
は無理があつた。すなわち、いま基準となる電気
量を、例えば電極間電圧Vrとし、その後の溶接
時に検出した電極間電圧V_tとの差電圧をΔvとす
る。このΔvをもとに制御すべき溶接電流をΔiと
すれば、この両者の間には次の関係がある。

Δi_p＝kΔv_(p-1) ……(1) ここで、ｋは制御の回復率（ループゲイン）、
ｐは溶接時間中における半サイクル周期の繰返し
数である。しかし、この式において得られるΔi_p
の値は、上述のように、個々の溶接装置、溶接材
料、あるいは溶接条件によつて異つており、ま
た、ｋの値が電源電圧V_eの変動などによる外乱
や差電圧Δvの多寡に関係なく一定に定められて
いるために、基準となる電極間電圧V_rへの追随
性が悪く、不安定になつてナゲツト部分の品質に
バラツキが生ずるという欠点があつた。

従つて、本発明の目的は、交流抵抗溶接時にお
いて、被溶接個所の状態変化によるも、あらかじ
め指定された溶接条件のもとに溶接した際の基準
となる電気量に迅速、かつ確実に追従させるべ
く、溶接電流を制御することのできる抵抗溶接装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、交流溶接電源の電源電圧
V_eの変動によるも、あらかじめ指定された溶接
条件のもとに溶接した際の基準となる電気量に迅
速、かつ確実に追従させるべく、溶接電流を制御
することのできる抵抗溶接装置を提供することに
ある。

本発明のさらに他の目的は、あらかじめ指定さ
れた溶接条件のもとに溶接された基準となる電極
間電圧V_rと、その後の溶接時における電極間電
圧V_tとの差Δvが大なる場合においても、上記基
準となる電極間電圧V_rに迅速、かつ確実に追従
させるべく、溶接電流を制御することのできる抵
抗溶接装置を提供することにある。

本発明による抵抗溶接装置は、被溶接材料を挾
持する両電極から電気量をうけて、該電気量を
Ａ／Ｄ変換する手段と、前記被溶接材料を指定さ
れた溶接条件で溶接した際の前記両電極から得ら
れる電気量を前記Ａ／Ｄ変換手段がうけた場合
に、該Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ変換された電
気量をうけて、該電気量を記憶する手段と、該記
憶手段により記憶された電気量とその後の溶接時
に前記Ａ／Ｄ変換手段から得られる電気量とを比
較する手段と、該比較手段の出力に従つて溶接電
流を制御する交流溶接電源とを含んでなる抵抗溶
接装置において、前記比較手段の出力側に位相変
換データを出力する手段を設け、該出力手段のな
かに前記比較手段により比較される両電気量の差
に対応してその差を補正するための位相変換デー
タテーブルを収容しておき、溶接時に前記比較手
段の出力に応じて該当する位相変換データを検索
し、該検索された出力によつて前記交流溶接電源
内のSCRの点弧角を制御するようにしたことを
特徴とする。

次に、本発明による抵抗溶接装置の実施例につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。

第３図は本発明による実施例の構成を示すブロ
ツク図である。この図において、１０は交流溶接
電源であり、溶接機頭（図示せず）に設けられた
起動用マイクロスイツチ１２ａに接続されたアク
チユエータ１２によつて付勢される。アクチユエ
ータ１２の出力信号は計時回路１３に入力され、
この入力信号を起点として溶接時間設定ツマミ１
３ａによりあらかじめ設定された時間に亘り、計
時回路１３は溶接電流を被溶接材に供給すべく作
動する。この計時回路１３は、例えば通常の交流
溶接電源に使用されている単安定マルチ・バイブ
レータと双安定マルチ・バイブレータ、もしくは
カウンタ回路から構成される。サイリスタ・トリ
ガパルス発生回路１４は、詳細を後述する位相制
御回路１１からの信号によつて、前記計時回路１
３の作動期間中、同期パルス発生回路１５の出力
パルスに同期して、トリガパルスを発生する。サ
イリスタ・トリガパルス発生回路１４の出力は、
スイツチング素子１６を介してSCR１７に加え
られ、このSCR１７によつて交流電源１８から
の供給電圧が調整され、溶接トランス１９を介し
て溶接電極２および２′に供給される。

溶接電極２および２′には、リード線６および
６′が、例えばクリツプ等で接続されており、こ
れ等の他端は、溶接電流自動制御回路３０のなか
の演算増幅回路３１に接続されている。この演算
増幅回路３１は両溶接電極２および２′からピツ
ク・アツプした第４図ａに示すごとき溶接電圧
（電気量として電圧を例に挙げる）を増幅したの
ち、その出力をアナログ−デイジタル（Ａ／Ｄと
略す）変換器３２に与える。Ａ／Ｄ変換器３２に
おいては、増幅された溶接電圧を第４図ｂに示す
ように全波整流し、半サイクル毎のサンプリング
単位で、第４図ｃに示すようにピーク・ホールド
したのち、その値をＡ／Ｄ変換する。ここで、こ
のＡ／Ｄ変換された信号が被溶接材１および１′
を指定された最適溶接条件で溶接した際の溶接電
圧に対応するものである場合には、一時、スイツ
チ３３を手動操作により“オン”し、Ａ／Ｄ変換
された信号を記憶回路３４に記憶しておく。この
記憶回路３４としては、例えば磁気方式、または
半導体で構成されたRAM（Random Access
Memory）が使用できる。また、記憶回路３４に
は適宜の表示装置３５を接続して、随時記憶され
たデイジタル値をアナログ電圧波形に変えて表示
し、観測し得るように構成することもできる。表
示装置３５は、例えば通常のペン書きオシロスコ
ープ、または電磁オシロスコープ等を使用するこ
とができる。比較回路３６においては、記憶回路
３４に記憶されているデイジタル化された電圧波
形と、その後の溶接過程において新たに検出した
電極間電圧のデイジタル値を半サイクル毎に比較
し、この両電圧の差を位相変換データ出力回路３
７に入力する。位相変換データ出力回路３７に
は、あらかじめこの差電圧のデイジタル値と溶接
電流を制御するSCR１７の位相変換量とを対応
させた位相変換のデータバンクが内蔵されてお
り、比較回路３６から差電圧のデイジタル値が与
えられると、その差電圧に対応する位相変換量を
検索して、交流溶接電源１０の位相制御回路１１
に入力する。位相変換データ出力回路３７には、
電源電圧監視器３８から電源１８の電圧データも
入力されるが、これについては後述する。

位相変換データ出力回路３７の位相変換データ
バンクとしては、例えば磁気方式、または半導体
で構成されたROM（Read Only Memory）が使
用される。このROMには、第５図に模式化して
示すごとき位相変換データテーブルが記憶されて
いる。この図において、左端欄の数字１、２、
…、ｍは、あらかじめ指定された最適溶接条件の
もとに被溶接材１と１′とを溶接した際の基準と
なる電気量、例えば電極間電圧V_rと、その後の
溶接時に検出した電極間電圧V_tとの差電圧Δvの
絶対値をコード化した数字である。この数字の決
め方は、まず実験によつて個々の溶接装置、溶接
材料、あるいは溶接条件において予想される差電
圧Δvの最大の変動値（幅）を決定し、これをも
とに位相変換データテーブルの記憶容量を限定し
たのち、変動値をｍ等分したものである。また、
上段欄の数字１、２、…、ｎ（表番号、または検
索番地と呼ぶ）は、前述のループゲインｋに対
し、使用が予想される溶接装置、溶接材料、ある
いは溶接条件を考慮して、適当な幅をもつた値を
実験によつて求め、その幅をｎ等分したものであ
る。すなわち、このデータテーブルは、基準とな
る電極間電圧V_rと、その後の溶接時に検出した
電極間電圧V_tとの差電圧Δvをもとに、それぞれ
のループゲインｋの値に相当するSCR１７の点
弧角をコード化した値で表わしたものである。こ
の値は検索されて位相変換データ出力回路３７か
ら読み出され、位相制御回路１１に与えられる。

いま、比較回路３６の出力である差電圧Δvの
絶対値が、位相変換データテーブルの差電圧欄の
３に相当したとすれば、別途選ばれた表番号（表
番号の選択については後述する）、例えば２との
交点にある値“１”に相当する量だけ、SCR１
７の点弧角が補正されることになる。なお、位相
変換データテーブルに示される差電圧Δvは絶対
値であるため、Δv＞０のときの出力値は正、Δv
＜０のときの出力値は負、Δv＝０のときの出力
値は０とされる。

表番号１、２、…、ｎの選択は、電源電圧に変
動が生じた場合、または上述の差電圧Δvの値が
あらかじめ想定した最大変動値（幅）を超えた場
合に上述のSCR１７の点弧角の補正量を補償す
るためになされるものである。ここで、差電圧
Δvの値が最大変動値（幅）を超えた場合を除い
て考えると、まず個々の溶接工程が開始される前
に、表番号の選択によつて電源電圧V_eの変動に
対する補償が行なわれ、ついで溶接中は差電圧
Δvの多寡による補償が行なわれる。これらの制
御について、第６図を参照して詳しく説明する。
同図において、電源電圧監視器３８は電源１８の
電圧V_eを常時監視するための装置であり、例え
ば公知のデイジタル・ボルトメータ等を使用する
ことができる。この電源電圧監視器３８によつて
デイジタル化された電圧データは、位相変換デー
タ出力回路３７の電源電圧デコーダ３７ａに与え
られる。デコーダ３７ａは基準となる電圧値に対
する入力電圧の変動量を複数レベルの信号に分類
して出力する。例えば、最適溶接条件のもとにお
いて溶接した際の標準電圧を100Vと設定した場
合に、初め指定された表番号から表番号を１ラン
クシフトさせる値を電源電圧変動値の５％とする
と、電源電圧が105〜109Vの範囲にある時は表番
号を１ランクシフトアツプさせる選択信号を出力
し、110〜114Vの範囲にある時は２ランク、115
〜119Vの範囲にある時は３ランクシフトアツプ
させる選択信号を出力する。また、電源電圧が標
準電圧を下廻り、95〜91Vの範囲にある時は表番
号を１ランクシフトダウンさせる選択信号を出力
し、90〜86Vの範囲にある時は２ランク、85〜
81Vの範囲にある時は３ランクシフトダウンさせ
る選択信号を出力する。このようにして、デコー
ダ３７ａから得られた選択信号はデータバンク３
７ｃに入力され、それぞれの選択信号の有するシ
フト量によつて表番号が選択（指定）される。い
ま、溶接を行なうに当つて、その時の変動幅を考
慮し、表番号２が選定されているときに、電源電
圧が５％昇圧した場合は１ランクシフトアツプに
より表番号３が選定され、５％降圧した場合には
表番号１が選定される。

このようにして選択された表番号とその後に行
われる溶接の際の差電圧番号の選択（差電圧デコ
ーダ３７ｂによる）により、良好な溶接が行われ
ているときに、何らかの条件変化によつて基準と
なる電極間電圧V_rとその後の溶接時に検出した
電極間電圧V_tとの差電圧Δvの値が予め設定され
た最大変動値（幅）を超えて大幅に変動した場合
は、その差電圧Δvによつて、すでに電源電圧に
もとづいて選択されている位相変換データバンク
３７ｃの表番号がさらに修正される。このような
場合に適合するように、位相変換データ出力回路
３７には、別に閾値で動作する差電圧デコーダ３
７ｄ（図には見られない）が設けられており、比
較回路３６の出力をうけて、得られるデコーダ出
力により位相変換データバンク３７ｃの表番号を
シフトするようにしてある。例えば、差電圧Δv
が0.3Vを越えると、差電圧デコーダ３７ｄによ
つて、電源電圧が変動した場合と同様に位相変換
データバンク３７ｃのデータテーブルの表番号を
自動的に１ランクシフトさせる。これによつて、
SCR１７の点弧角を変更するのに最適な表が選
択される。

交流溶接電源１０内の位相制御回路１１には溶
接電流設定回路が設けられており、前述のように
溶接の初期において、溶接電流設定ツマミ１１ａ
によりサイリスタ・トリガパルス発生回路１４を
制御して、溶接電流を設定する。なお、この位相
制御回路１１に入力した位相変換データ出力回路
３７からの検索されたデータ出力は、すでに位相
変換量に変えられているので、そのままの形で位
相制御回路１１を通過し、サイリスタ・トリガパ
ルス発生回路１４に与えられる。これをうけたサ
イリスタ・トリガパルス発生回路１４のトリガパ
ルスは、位相変換量に相当する量だけデイジタル
的にシフトされ、上記記憶回路３４に記憶されて
いる標準の電極間電圧波形に追従するように、
SCR１７の点弧角が制御される。

なお、タイミング電源回路２０は、タイミング
回路用電源トランス２１、同期パルス発生回路２
２およびタイミング回路２３からなり、前記溶接
電流自動制御回路３０の各構成要素を駆動するた
めの動作タイミングをとるためのものである。

上記のごとく構成された抵抗溶接装置の操作手
順について、以下に詳述する。まず、本格的な溶
接作業に先立つて、被溶接材を実験的に溶接し、
当該被溶接材を溶接するに最も適した溶接条件
（溶接電流、通電時間および加圧力）を定めて、
この溶接条件たる溶接電流および通電時間を位相
制御回路１１の溶接電流設定つまみ１１ａおよび
計時回路１３の溶接時間（通電時間）設定つまみ
１３ａによつて設定する。その後、溶接機頭（図
示せず）に装備された上・下電極２および２′で
被溶接材１および１′を挾持し、加圧を開始する
と、溶接機頭内に装備されたマイクロ・スイツチ
１２ａがプリセツトされた加圧力において作動
し、アクチユエータ１２を介して通電開始の指令
を計時回路１３に与える。計時回路１３において
は、アクチユエータ１２の指令を起点として溶接
時間設定ツマミ１３ａによりあらかじめ設定され
た時間に亘り、溶接電流をサイリスタ・トリガパ
ルス発生回路１４により制御されたSCR１７を
介して被溶接材１および１′に供給する。この最
初の溶接時に溶接電極２および２′間に発生する
電圧波形は以後の溶接において標準となる電圧波
形であり、これをリード線６および６′でピツ
ク・アツプし、演算増幅回路３１において演算増
幅する。演算増幅回路３１の出力は、Ａ／Ｄ変換
器３２においてＡ／Ｄ変換され、スイツチ３３を
介して記憶回路３４に記憶される。このような過
程を経て記憶回路３４に記憶された波形を標準電
圧波形と称する。叙上の操作によつて、当該被溶
接材に最適な標準電圧波形を記憶回路３４に記憶
させたならば、スイツチ３３を開いて実際の溶接
作業を行なう。

以後に行われる同種の溶接においてピツク・ア
ツプされ、演算増幅回路３１およびＡ／Ｄ変換器
３２により処理された電極間電圧は、比較回路３
６に入力されて記憶回路３４の標準電圧波形と比
較される。この比較は定められたサンプリング間
隔（半サイクル）毎に照合され、両電圧波形の差
値（差電圧）が求められて位相変換データ出力回
路３７に与えられる。位相変換データ出力回路３
７においては、まず溶接直前に電源電圧監視器３
８からの電源電圧の変動量により、当初設定され
た位相変換データテーブルの表番号を修正し、つ
いでこの補償された番号の表内の前記差電圧に対
応するSCR１７の位相変換データ（位相変換量）
が検索される。この検索されたデータは、後段の
位相制御回路１１に入力され、サイリスタ・トリ
ガパルス発生回路１４およびスイツチング素子１
６を介してSCR１７の点弧角を逐次調整し、溶
接電流の値は半サイクル毎に増減される。このよ
うに良好な溶接が行われているときに差電圧が最
大変動値（幅）を超えた場合には、位相変動デー
タテーブルの表番号が修正される。その結果、溶
接の電極間電圧波形は標準電圧波形に迅速かつ確
実に追従し、これによつて、溶接品質は常に一定
に保たれる。

なお、上記実施例の説明においては、点溶接装
置において、その溶接電極間の標準となる電圧波
形を記憶装置に記憶させ、この標準電圧波形を常
にトレースすることにより溶接品質を一定に保つ
回路構成について説明したが、被溶接材によつて
は電極間電圧よりは動抵抗、即ち電圧を電流で除
した値の方が、溶接品質とより密接な関係を有す
る場合も考えられる。その場合は簡単な回路変
更、即ちＶ／Ｉの演算回路を挿入することにより
変更可能である。また、電圧・電流の積、即ち
Ｖ・Ｉ＝Ｅなる溶接エネルギーが溶接結果とより
密接な関係があるとすれば、同様にＶ・Ｉの演算
回路を付加すればよい。このように、本発明によ
る抵抗溶接装置は、溶接結果と最も関係の深い各
種の電気量を任意に選択し、これを標準値として
記憶回路に記憶させておき、以後の溶接波形を常
にこの標準値に追従させることができることは言
うまでもない。

以上の説明から明らかなごとく、本発明による
抵抗溶接装置によれば、被溶接箇所が既に溶接さ
れた箇所との近接によつて生ずる分流や被溶接箇
所の表面状態ならびに溶接条件（溶接電流、通電
時間、加圧力）などに変動が生じても迅速、かつ
確実に標準電気量をトレースすることができると
共に、電源電圧が大きく変動した場合、あるいは
標準電気量とその後の溶接時に検出した電気量と
の差が大きい場合においても、同じように迅速か
つ確実に標準電気量をトレースすることができ
る。それによつて、溶接装置、溶接材料並びに溶
接条件等の変動に左右されることなく、常に最適
のナゲツトを得ることができ、過大電流による電
極の損傷や電流不足による溶接強度不足等がなく
なる点において、溶接品質に対する信頼性を向上
すべく得られる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は抵抗溶接時の電極間電圧波形を示す
図、第２図は抵抗溶接における溶接電流の分流状
態を説明する概略図、第３図は本発明による抵抗
溶接装置の一実施例の構成を示すブロツク図、第
４図ａ，ｂおよびｃは、第３図におけるそれぞれ
電極２，２′からのピツクアツプ電圧、Ａ／Ｄ変
換器における溶接電圧およびそのピーク・ホール
ドされた電圧の波形を示す図、第５図は、第３図
における位相変換データ出力回路のデータバンク
に記憶させた位相変換データテーブルを模式化し
て示した図、第６図は、第５図における位相変換
データテーブルの表番号の選択を説明するための
さらに具体的に示された構成図である。 参照記号：１，１′……被溶接材、２，２′……
上・下電極、６，６′……リード線、１０……交
流溶接電源、１１……位相制御回路、３０……溶
接電流自動制御回路、３１……演算増幅回路、３
２……Ａ／Ｄ変換器、３３……スイツチ、３４…
…記憶回路、３５……表示装置、３６……比較回
路、３７……位相変換データ出力回路、３８……
電源電圧監視器、２０……タイミング電源回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被溶接材料を挾持する両電極から電気量をう
   けて、該電気量をＡ／Ｄ変換する手段と、前記被
   溶接材料を指定された溶接条件で溶接した際の前
   記両電極から得られる電気量を前記Ａ／Ｄ変換手
   段がうけた場合に、該Ａ／Ｄ変換手段によりＡ／
   Ｄ変換された電気量をうけて、該電気量を記憶す
   る手段と、該記憶手段により記憶された電気量と
   その後の溶接時に前記Ａ／Ｄ変換手段から得られ
   る電気量とを比較する手段と、該比較手段の出力
   に従つて溶接電流を制御する交流溶接電源とを含
   んでなる抵抗溶接装置において、前記比較手段の
   出力側に位相変換データを出力する手段を接続
   し、該出力手段のなかに前記比較手段により比較
   される両電気量の差に対応してその差を補正する
   ための位相変換データテーブルを収容しておき、
   溶接時に前記比較手段の出力に応じて該当する位
   相変換データを検索し、該検索された出力によつ
   て前記交流溶接電源内のSCRの点弧角を制御す
   るようにしたことを特徴とする抵抗溶接装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の抵抗溶接装置
   において、前記交流溶接電源の電源電圧の変動を
   監視する手段と、該監視手段により検出された電
   圧変動の多寡に応じて前記位相変換データテーブ
   ルの検索番地を自動的にシフトさせる手段とを付
   加したことを特徴とする抵抗溶接装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の抵抗溶接装置
   において、前記比較手段により比較される両電気
   量の差が予め決められた値を超えると、前記位相
   変換データテーブルの検索番地を自動的にシフト
   させる手段を付加したことを特徴とする抵抗溶接
   装置。