JPH03243282A - 抵抗溶接機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、抵抗溶接における溶接部の品質を溶接過程に
おいて自動的に保証するようにした抵抗溶接機制御装置
に関するものである。

従来の技術 従来の抵抗溶接機において、被溶接材の溶接状態は、溶
接電極先端の形状、電極加圧力、被溶接材の表面処理状
態、被溶接材の形状や加工状態などによって大きく変化
する。したがって、溶接電流、溶接時間、電極加圧力を
一定に保っても、溶接部の溶接品質を一定にすることが
できず、溶接終了後、抜取り破壊試験が行なわれている
のが現状である。

また、このような問題に対処するため、従来から溶接部
の品質をモニタする方法として電極間電圧方式、電極間
抵抗方式、超音波方式などの各種品質保証方式が考えら
れている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の溶接電流、溶接時間、電極加圧力
を一定に制御する抵抗溶接機制御装置では、前記したよ
うに溶接電極先端の形状、電極加圧力、被溶接材の表面
処理状態、被溶接材の形状や加工状態などが大きく変化
するため、溶接品質を一定に保つことが困難である。こ
のため、溶接条件を必要以上に過大に設定して溶接する
ことが行なわれているが、このようにすると、溶接ナゲ
ツトの表面に窪みを生して溶接部外観が悪くなり、塵埃
の発生、人力電力や溶接時間の増加、溶接電極先端の変
形による電極寿命の減少など、安全面、経済面からも問
題がある。

また、前記したモニタ方式は、溶接電極先端の形状、被
溶接材の表面処理状態によっては実用に供することがで
きず、溶接終了後にしか適用できないなとの制約があり
、溶接部の品質を常に保証することができない問題があ
る。

溶接中にモニタできる装置として、溶接部の温度を赤外
線カメラによって監視する装置が提案されているが、カ
メラの形状が大きく、溶接作業の妨げとなり、実用に供
することが困難である。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、溶接中に自動的に溶接条件を制御して溶接品質を保証
し、過不足のない溶接ナゲツトを形成することができ、
しかも温度測定部をコンパクトにまとめることのできる
実用的な抵抗溶接機制御装置を提供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段 本発明は、前記目的を達成するために、溶接電極の中心
から予め定めた距離だけ離れた位置の溶接電極の周囲部
分に対応する被溶接材の表面温度分布を光イメージファ
イバーおよび温度検出器により検出し、その検出された
表面温度分布から予め設定された同一表面温度の点を連
ねた等混線を検出してその等混線で囲まれた面積を算出
し、この等混線で囲まれた面積と予め定めた基準面積と
を比較して等混線で囲まれた面積が基準面積と一致した
時に溶接電極から被溶接材に加える溶接電流を停止する
ようにしたものである。

作用 本発明は、前記構成により、被溶接材に形成される溶接
ナゲツトの大きさを溶接材表面に伝導される等混線変化
を検出することにより検知することができ、検出された
等混線で囲まれた面積が予め設定したナゲツト径に対応
した基準面積に一致した時に溶接電流を停止するように
制御することにより、被溶接材に形成される溶接ナゲツ
トの大きさを所望の大きさに制御することが可能になり
、溶接品質を常に保証することができるようになる。ま
た、被溶接材表面の温度分布を光イメージファイバーお
よび温度検出器で検出するので、温度検出部の構成がコ
ンパクトになる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の構成を示している。第１図
において、ｌａ、ｌｂは溶接電極、２ａ、　２ｂは被溶
接材、３は電源回路、４は光イメージファイバー　５は
温度検出器、６は温度信号処理回路、７は溶接条件設定
回路、８は演算回路、９は記憶回路、１０は基準面積発
生回路、１１は信号比較回路、１２は電流制御回路、１
３は電流検出器、１４は増幅回路である。

溶接電極１ａ、ｌｂは、被溶接材２ａ、２ｂを挟んで加
圧し、トランスおよび半導体素子からなるる電源回路３
から溶接電流の給電を受ける。光イメージファイバー４
は、透過帯域が赤外線領域まで有するイメージファイバ
ーであり、その先端部を溶接電極１ａ、ｌｂから予め定
められた距離だけ離れた被溶接材２ａ、２ｂの温度検出
部表面に向けて配置され、後端部を温度検出器５内部の
温度検出素子に向けて配置されている。温度検出器５は
、非接触型の温度検出器で、複数の温度検出素子を一次
元一に配置し、１０面構成の回転ミラーを用いた光学系
の走査機構を備えている。温度検出器５は、光イメージ
ファイバー４により伝送されてきた被溶接材２ａ、　２
ｂに生ずる表面温度分布のイメージを走査機構により二
次元走査し、その温度分布イメージに含まれる赤外線温
度信号を電気信号に変換して温度信号処理回路６に入力
する。この温度検出器５は、複数の温度検出素子を被溶
接材２ａ、２ｂの表面の温度測定範囲に対応する光イメ
ージファイバー４の出射端に対応して二次元に配置し、
これらの温度検出素子により被溶接材２ａ、　２ｂの表
面温度分布を検出するようにしてもよい。

温度信号処理回路６は、記憶部とマイコンを含み、演算
回路８から入力される予め設定された基準信号を境界値
として温度検出器５で検出された表面温度分布データを
二値化処理して連ねた等温線を検出し、この作成した等
温線データを温度検出位置に対応した記憶素子からなる
記憶部に記憶させ、演算部はこの等温線で囲まれた部分
の面積を記憶部に格納された等温線データから算出して
出力する。なお、この実施例では、温度検出器５はナゲ
ツト形成部全体をモニタしていないが、ナゲツトは溶接
電極１ａ、ｌｂの中心から等方向に形成されるものと想
定して、モニタ部分の面積から全体の面積を算出してい
る。

溶接条件設定回路７は、被溶接材２ａ、　２ｂの板厚、
材質、ナゲツトの必要径などが入力された設定条件に対
応した出力信号を出力する。演算回路８は、マイコン含
む論理演算回路で、溶接条件設定回路７の出力値に応じ
て記憶回路９に格納された基準面積データを呼び出し、
基準面積発生回路１０に出力するとともに、温度信号処
理回路６に二値化処理のため前記した基準信号を出力し
、さらに信号比較回路１１の出力値に応じて電流制御回
路１２に制御信号を出力し、同時に溶接電流のフィード
バック値が増幅回路１４から入力される。記憶回路９は
、溶接条件設定回路７により設定された溶接条件と、選
択されたナゲツト径に対応する基準面積データが記憶さ
れている。基準面積発生回路１０は、記憶回路９に記憶
された基準面積データから基準面積に相当する信号を出
力して、信号比較回路１１に人力する。信号比較回路１
１は、温度信号処理回路６から出力された信号値と基準
面積発生回路１０から出力された信号値とを比較し、温
度信号処理回路６からの信号値が基準面積発生回路１０
からの信号値に達した時に到達信号を発生する。電流制
御回路１２は、演算回路８からの信号により、電源回路
３の出力を略一定に制御する。電流検出器１３は、溶接
電流を検出して増幅回路１４へ入力させ、増幅回路１４
により増幅された信号は、演算回路８にフィードバック
される。

次に前記実施例の動作について説明する。まず、溶接が
開始されて被溶接材２ａ、２ｂが通電加熱され始めると
、被溶接材２ａ、２ｂの表面温度が増加し始める。この
表面温度の変化は、光イメージファイバー４および温度
検出器５により検出された温度分布データとして温度信
号処理回路６へ出力される。また、溶接条件設定回路７
には、予め所望の溶接結果を得るための条件が人力され
ており、演算回路８はこの条件に応じて、記憶回路９に
格納された基準面積データのひとつを選択し、基準面積
発生回路１０に入力する。基準面積発生回路１０は、基
準面積に相当する信号を信号比較回路１１に出力する。

一方、温度信号処理回路６は、被溶接材２ａ、　２ｂに
形成されて溶接進行とともに拡大してゆくナゲツトの面
積に相当する等温線で囲まれた面積を示す信号を出力す
る。このため信号比較回路１１は、温度信号処理回路６
からの信号と基準面積発生回路１ｏからの信号とを常に
比較することとなり、両方の信号値が一致すると、ナゲ
ツト面積すなわちナゲツト径は所望の大きさに成長した
ことになり、この時点で信号比較回路１１は到達信号を
発生させ、演算回路８に入力する。演算回路８は、この
到達信号が入力されるまで、電流制御回路１２を介して
電源回路３に流れる溶接電流を略一定に保って出力して
おり、到達信号が入力されると、電流制御回路１２を介
して電源回路３に流れる溶接電流を停止する。電流検出
器１３と増幅回路１４とは、溶接電流を検出して演算回
路８に溶接電流の状態をフィードバックし、溶接電流を
略一定に保っている。

第２図は抵抗溶接の一方法であるスポット溶接において
溶接部に形成されるナゲツト径と溶接電流の関係の代表
例を示したものである。また、第３図はナゲツト径と溶
接電流通電時間の関係の代表例を示したものである。さ
らに、第４図はナゲツト径と溶接部の引張せん断強度の
代表例を示したものである。

溶接部の品質とは、溶接部に形成されるナゲツトおよび
それによって得られる溶接部の引張せん断強度を意味し
ており、溶接部の品質を保証することは、溶接部に形成
されるナゲツトの径を被溶接材により規定される大きさ
に制御することを意味している。またこのためには、第
２図および第３図に示す関係から溶接電流を略一定に設
定された場合、溶接電流の通電時間を制御することが有
効な手段であることを示している。

したがって、前記実施例によれば、被溶接材２ａ、　２
ｂに形成されるナゲツト径は、溶接電極１ａ、ｌｂ、被
溶接材２ａ、２ｂ、加圧力などの溶接部の状況が変化し
ても常に光イメージファイバー４を通して温度検出器５
によりモニタされており、温度検出器５の信号を二値化
処理したナゲツト径に対応する等温線で囲まれた面積が
基準面積に到達し、ナゲツト面積すなわちナゲツト径が
所望の値になった時に溶接を終了するため、溶接時間を
過大に設定して長時間溶接電流を印加することによる電
極寿命への悪影響を防止することができ、また塵埃の発
生なしに安全かつ適切な溶接が行なわれ、常に良好な溶
接品質を保証することができる。また、被溶接材２ａ、
２ｂの表面温度分布を赤外線温度信号を伝送する光イメ
ージファイバーを用いて検出するので、温度検出部をコ
ンパクトに構成することができ、溶接作業の邪魔になる
ことがない。さらに、自動的に最短時間で溶接が終了す
るため、同一時間当りの溶接回数が増加し、能率も向上
する。また、不用な電力を消費することもなくなり、溶
接コストも引き下げることができる等の多くの利点を有
する。

発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、溶
接電極の周囲部分に対応する被溶接材の表面温度を光イ
メージファイバーおよび温度検出器を用いて検出し、ナ
ゲツト径に対応する等温線の成長をモニタし、その等温
線で囲まれた面積を予め設定された基準面積と比較し、
等温線が基準面積に一致した時に溶接電極に通電される
溶接電流を停止するようにしたので、溶接部の品質を常
に保証することができ、また装置を溶接作業の邪魔にな
らないように小型化することができ、安全性、作業能系
、経済性を向上させた実用的な抵抗溶接機制御装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の抵抗溶接機制御装置の構成
を示すブロック図、第２図は抵抗溶接機の一種であるス
ポット溶接のナゲツト径と溶接電流の関係を示すグラフ
、第３図は同溶接法のナゲツト径と溶接電流通電時間の
関係を示すグラフ、第４図は同溶接法の引張せん断強度
とナゲツト径の関係を示すグラフである。 ｌａ、ｌｂ・・・溶接電極、２ａ、２ｂ・・・被溶接材
、３・・・電源回路、４・・・光イメージファイバー５
・・・温度検出器、６・・・温度信号処理回路、７・・
・溶接条件設定回路、８・・・演算回路、９・・・記憶
回路、１０・・・基準面積発生回路、１１・・・信号比
較回路、１２・・・電流制御回路、１３・・・電流検出
器、１４・・・増幅回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接電極の中心から予め定めた距離だけ離れた位
   置の前記溶接電極の周囲部分に対応する被溶接材の表面
   温度分布を検出する光イメージファイバーおよび温度検
   出器を備えた温度検出手段と、前記温度検出手段により
   検出された表面温度分布から予め設定された同一表面温
   度の点を連ねた等温線を検出してその等温線で囲まれた
   面積を算出する手段と、前記等温線で囲まれた面積と予
   め定めた基準面積とを比較して等温線で囲まれた面積が
   基準面積と一致した時に前記溶接電極から前記被溶接材
   に加える溶接電流を停止する制御手段とを備えたことを
   特徴とする抵抗溶接機制御装置。
2. （２）温度検出手段が被溶接材表面の温度測定範囲を定
   まった平面上で二次元走査する走査手段を備えているこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の抵抗溶接機制御装置
   。
3. （３）温度検出手段が被溶接材表面の温度測定範囲に対
   応して二次元配置された複数の温度検出素子を備えてい
   ることを特徴とする請求項（１）記載の抵抗溶接機制御
   装置。