JPH0242302B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スポツト溶接機における定電流制御
方法に関し、特に本電流に遅れを来すパイロツト
通電や煩雑なテスト通電を行わずに溶接開始時に
適切な溶接電流を流すようにしたものである。

（従来の技術） 一般のスポツト溶接機では、第３図に示すよう
に一対のサイリスタ１０，１２からなるコンタク
タを介して主電源電圧V₀を溶接トランス１４の
一次側コイルに供給し、その二次側コイルから溶
接電流Ｉを流して被溶接材１６，１８をジユール
発熱によつて溶融せしめ、それら被溶接材１６，
１８を治金的に接合する。

第３図において２０は、サイリスタ１０，１２
にゲートドライブ信号Ga，Gbを与えてそれらサ
イリスタの点弧角または点弧位相を制御する溶接
制御装置または溶接タイマである。また２２は溶
接電流Ｉの測定に使われるトロイダルコイルであ
る。

第４図および第５図は、サイリスタ１０，１２
の点弧角φを変えることによつて溶接電流を制御
する方式の原理を示す。第４図は点弧角φを力率
角θに一致させた場合で、このときの溶接電流Ｉ
は略連続的な正弦波、いわゆるフルヒート電流波
形になる。第５図は点弧角φを力率角θよりさら
にζだけ大きくした（遅らせた）場合で、このと
き溶接トランス１４の一次側には電圧のかからな
い期間が発生し、溶接電流Ｉは不連続になると同
時にそのピーク値も小さくなり、いわゆるヒー
ト・コントロール電流波形になる。点弧角φの遅
れζを更に大きくすると、電圧の休止期間が増
え、溶接電流Ｉの大きさが更に小さくなる。この
ように、点弧角φを変えることによつて溶接電流
Ｉの大きさを制御することができる。

ところで、第４図および第５図では１サイクル
しか示されてないが、実際には複数、例えば10サ
イクル流され、各々のサイクルにおいて溶接電流
Ｉが設定電流値I₀に一致するように点弧角φが制
御され、いわゆる定電流制御が行われる。

しかし、最初（第１）のサイクルで流れる溶接
電流Ｉが設定電流値I₀から大きくずれると、後の
サイクルで次第に安定するようになつても、溶接
品質には悪い影響が生ずる。すなわち、最初の溶
接電流Ｉが大きすぎると火花が飛び、小さすぎる
と溶接電流がゆつくり（遅く）増大するアツプス
ロープになる。

したがつて、定電流制御では、最初のサイクル
で設定電流値I₀に近い適切な溶接電流Ｉを流すこ
とが肝要である。

そのために従来は、正規の通電（本通電）前に
予め定めた適当な点弧角φで１サイクルのパイロ
ツト通電を行つてそのとき流れる溶接電流の測定
値（実効値）と遅れ角（γ）とから力率角θと最
適点弧角φmとを算出し、その直後の本通電では
その最適点弧角φmで最初のサイクルの通電を行
うようにしている。

また、別の方式として、溶接電流制御装置２０
の設置時に数サイクルに亘るテスト通電を行い、
それによつてやはり力率角θと最適点弧角φmと
を算出してそれをメモリに記憶し、各溶接時には
その最適点弧角φmを読み出して最初のサイクル
の通電を行つている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前者の方式によれば、各溶接の本通電
前に必ずパイロツト通電分の１サイクルの遅れが
でるので、連続的に高速な溶接作業を行うには不
便であつた。また、溶接電流実効値と遅れ角とか
ら力率角と最大点弧角を算出するために特別な演
算回路を必要とした。一方、後者の方式によれ
ば、タイマ設置時の調整作業が煩雑になるという
不便があり、またこの方式でも、力率角と最適点
弧角とを算出するための特別な演算回路を必要と
した。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、本通電に遅れを来すパイロツト通電
や煩雑な通電を行うことなく、また力率角等を算
出するための特別な演算回路を必要とすることな
く溶接開始時に適切な溶接電流を流すようにした
定電流制御方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の方法は、力率角を
パラメータとして一定のサイリスタ点弧角−相対
溶接電流特性を有するスポツト溶接機において設
定電流値に等しい溶接電流が流れるように各溶接
サイクルのサイリスタ点弧角を制御する定電流制
御方法であつて、スポツト溶接機の最大電流およ
び力率角の概略値を定め、それら概略値に対応す
るサイリスタ点弧角を前記サイリスタ点弧角−相
対溶接電流特性に基づいて決定し、最初の溶接サ
イクルでは上記決定されたサイリスタ点弧角で通
電させ、第２のサイクル以降では前回の溶接サイ
クルで流れた溶接電流の測定値と設定電流値との
比較誤差をなくすようなサイリスタ点弧角で通電
させることを特徴とする。

（作用） 第１図に、スポツト溶接機のサイリスタ点弧角
−相対溶接電流特性を示す。図示のように力率角
θが変化すると特性曲線も変わるが、一般のスポ
ツト溶接機の力率角θは50゜〜70゜で大差がないの
で、概略値として例えば60゜に定めることができ
る。また、最大電流はスポツト溶接機の構造ない
し接続形態によつて規定されるが、大抵は既知で
あり、その概略値を定めることは容易である。

したがつて、例えば最大電流の概略値が16KA
（キロアンペア）に定められたスポツト溶接機に
おいて設定電流値が8KAに選ばれた場合、図示
の特性で設定電流値に相当する相対電流は0.5と
なるので、特性曲線（θ＝60゜）で対応するサイ
リスタ点弧角φは約105゜となる。

本発明では、このようにして決定された点弧角
（約105゜）で最初の溶接サイクルの通電を行うの
で、パイロツト通電やテスト通電等を行う必要が
ない。そして、第２の溶接サイクル以降では前回
の溶接サイクルで流れた溶接電流の測定値と設定
電流値とを比較してその比較誤差をなくすような
サイリスタ点弧角θで通電を行うので、最初の溶
接サイクルでの溶接電流が設定値より多少ずれて
も、あるいは電源電圧の変動、電圧波形の歪み、
被溶接物の抵抗変化（負荷変動）等による誤差が
生じても、直ちに補正がなされて安定した高精度
な定電流制御が行われる。

また、本発明では、サイリスタ点弧角−相対溶
接電流特性を利用して力率角の概略値を定めるの
で、力率角を演算するための演算手段を備える必
要がない。

（実施例） 第２図は本発明の実施に好適な溶接電流制御装
置（溶接タイマ）の回路構成を示す。

第２図において、トロイダルコイル２２は第３
図と同じもので、溶接電流Ｉが流れると、その微
分値に対応した波形の電圧信号Ｅ１を発生する。

トロイダルコイル２２の端子は、測定レンジ切
替用の第１スイツチ３６により選択される抵抗３
０，３２，３４のいずれか１つを介して演算増幅
器３８の反転入力端子に接続される。演算増幅器
３８の非反転入力端子は接地されるとともに、そ
の出力端子と反転入力端子間にはコンデンサ４０
が接続され、これにより演算増幅器３８は積分回
路として動作し、その出力端子には電圧信号Ｅ１
を積分した電圧信号、すなわち溶接電流Ｉに対応
した波形の電圧信号Ｅ２が得られる。本実施例に
おいて、抵抗３０，３２，３４の抵抗値R30、
R32、R34は１：２：４の比に選ばれている。こ
の積分回路の積分定数は１／CR（Ｃはコンデンサ
４０のキヤパシタンス、Ｒは抵抗３０，３２また
は３４の抵抗値）であるから、抵抗３０，３２，
３４がそれぞれ選ばれたときの電圧信号Ｅ２のレ
ベルを≪E2a≫、≪E2b≫、≪E2c≫とすると、
それらレベル≪E2a≫、≪E2b≫、≪E2c≫は
１：0.5：0.25の比になる。したがつて、抵抗３
０が選択されて10KAの溶接電流Ｉが流れたとき
の電圧信号Ｅ２のレベルを基準レベル≪E2s≫と
すれば、抵抗３２が選択されて20KAの溶接電流
Ｉが流れた場合、および抵抗３４が選択されて
40KAの溶接電流Ｉが流れた場合にも基準レベル
≪E2s≫の電圧信号Ｅ２が得られる。而して本実
施例では、抵抗３０が５〜10KAレンジ用、抵抗
３２が10〜20KAレンジ用、抵抗３４が20〜
40KAレンジ用に選択される。

演算増幅器３８の出力端子は測定レンジ切替用
の第２スイツチ５２によつて選択される抵抗４２
〜５０のいずれか１つを介して演算増幅器５４の
反転入力端子に接続される。演算増幅器５４の非
反転入力端子は接地されるとともに、その出力端
子と反転入力端子間には抵抗５６が接続され、こ
れにより演算増幅器５４は増幅回路として動作
し、その出力端子には電圧信号Ｅ２の所定倍
（R58／R42〜R50）のレベルの電圧信号Ｅ３が得
られる。本実施例において、抵抗４２〜５０，５
６の抵抗値R42、R44、R46、R48、R50、R56は
1.0：1.2：1.4：1.6：1.8：2.0の比に選ばれてい
る。したがつて、抵抗４２が選ばれると増幅率は
2.0／1.0になり、抵抗４４が選ばれると増幅率は
2.0／1.2になり、抵抗４６が選ばれると増幅率は
2.0／1.4になり、抵抗４８が選ばれると増幅率は
2.0／1.6になり、抵抗５０が選ばれると増幅率は
2.0／1.8になる。このように多段階的な増幅率に
よつて、上記抵抗３０〜３４およびスイツチ３６
による大まかな測定レンジが多段階的に精細化さ
れたレンジとなり、実質上任意の最大電流値IM
に対応して電圧信号Ｅ３のレベルを基準レベル≪
E2s≫にすることができる。

すなわち、例えば最大電流値IMが16KAの場
合には、第１スイツチ３６で10〜20KAレンジ用
の抵抗３２が選ばれることにより、演算増幅器３
８の出力端子に得られる電圧信号Ｅ２のレベルは
基準レベル≪E2s≫の16／20倍が最大値となる。
しかし、第２スイツチ５２で増幅率2.0／1.6用の
抵抗４８が選ばれることにより演算増幅器５４の
出力端子に得られる電圧信号Ｅ３のレベルは、基
準レベル≪E2s≫に対応する基準レベル≪E3s≫
となる。同様に、例えば最大電流値IMが12KA
の場合には、やはり第１スイツチ３６で10〜
20KAレンジ用の抵抗３２が選ばれることにより
電圧信号Ｅ２のレベルは基準レベル≪E2s≫の
12／20倍が最大値となるが、第２スイツチ５２で
増幅率2.0／1.2用の抵抗４４が選ばれることによ
り電圧信号Ｅ３のレベルは基準レベル≪E2s≫に
対応する基準レベル≪E3s≫となる。

このように、本実施例では、実質上任意の最大
電流値IMに対して電圧信号Ｅ３のレベルを基準
値または最大値にすることができるので、後段の
アナログ−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器５８およ
び中央演算処理装置６０における信号処理および
精度の向上が図れる。すなわち、常に最大電流値
IMに対してＡ／Ｄ変換器５８の入力電圧を最大
値（フルレンジ）にすることができるので、その
出力端子に得られるデイジタル信号ｅ３の分解能
が低下することがない。この点に関し、従来では
単に10KA、20KA、40KAの３レンジしかないの
で、最大電流値が例えば16KAの場合には20KA
のレンジが選ばれることによつてＡ／Ｄ変換器５
８の入力電圧（E3）が基準レベルの16／20倍に
減縮され、Ａ／Ｄ変換後のデイジタル信号の分解
能が小さく、測定精度が低くなるという問題があ
つた。また、本実施例では最大電流値IM（例えば
16KA）を相対的に１とすれば設定電流値（例え
ば8KA）が0.5となり、第１図のサイリスタ点弧
角−相対溶接電流特性に対応させることができる
ので、CPU６０における演算処理に便利である。

なお、CPU６０は、第２サイクル以降はデイ
ジタル信号ｅ３に基づいて前回の溶接電流Ｉの実
効値（測定値）を算出し、さらにその測定値を設
定電流値I₀と比較してその誤差を出し、その比較
誤差をなくすようなタイミングのゲートトリガ信
号Ga，Gbを発生する。メモリ６２には、設定電
流値I₀、最大電流値IMおよび力率角θの概略値
のデータが格納されるとともに、スポツト溶接機
のサイリスタ点弧角−相対溶接電流特性が数値デ
ータまたは計算式として格納されている。そして
CPU６０は、最大電流値IMおよび力率角θの概
略値が入力装置（図示せず）より入力されると、
該サイリスタ点弧角−相対溶接電流特性に基づい
て最初のサイクルで使用する点弧角φを決定す
る。またCPU６０は、スイツチ３６，５２の切
替を行う。

（発明の効果） 以上のように、本発明では、スポツト溶接機の
最大電流および力率角の概略値を定めてサイリス
タ点弧角−相対溶接電流特性より決定した点弧角
で最初のサイクルの通電を適切に行うようにした
ので、文通電に遅れを来すパイロツト通電や煩雑
なテスト通電を不要とし、さらには力率角を算出
するための特別な演算回路をも使わずに、溶接開
始時に適切な溶接電流を流し、良好な溶接品質を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するためのサイリ
スタ点弧角−相対溶接電流特性を示す図、第２図
は本発明の実施に好適な溶接電流制御装置（溶接
タイマ）の回路構成を示すブロツク図、第３図は
一般のスポツト溶接機の回路構成を示す回路図、
第４図および第５図はサイリスタ点弧角φを変え
ることによつて溶接電流を制御する方式の原理を
示す図である。 １０，１２……サイリスタ、１４……溶接トラ
ンス、２０……溶接制御装置、２２……トロイダ
ルコイル、３０〜３４……抵抗、３６……第１ス
イツチ、３８……演算増幅器、４０……コンデン
サ、４２〜５０，５６……抵抗、５２……第２ス
イツチ、５４……演算増幅器、５８……アナログ
−デイジタル（Ａ／Ｄ）変換器、６０……中央演
算処理装置、６２……メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 力率角をパラメータとして一定のサイリスタ
   点弧角−相対溶接電流特性を有するスポツト溶接
   機において設定電流値に等しい溶接電流が流れる
   ように各溶接サイクルのサイリスタ点弧角を制御
   する定電流制御方法であつて、 前記スポツト溶接機の最大電流および力率角の
   概略値を定め、それら概略値に対応するサイリス
   タ点弧角を前記サイリスタ点弧角−相対溶接電流
   特性に基づいて決定し、最初の溶接サイクルでは
   前記決定されたサイリスタ点弧角で通電させ、第
   ２の溶接サイクル以降では前回の溶接サイクルで
   流れた溶接電流の測定値と前記設定電流値との比
   較誤差を実質上零にするようなサイリスタ点弧角
   で通電させることを特徴とする定電流制御方法。