JPH07100662A - 溶接状態の監視方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗溶接機の溶接状態を監視するにあたり、
溶接時のスパッタを確実に検出する。 【構成】 溶接の通電開始時における通電電流の値が所
定値より小さくなり、その後前記通電電流の値が所定値
より大きくなると、スパッタが発生したと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接品質管理を行うた
めに抵抗溶接機の溶接状態を監視する監視方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】溶接の品質を管理するべく、溶接状態の良
否を監視する監視装置では例えば特公昭５６−３７０３
７号公報のように溶接時の通電電流の平均値を測定し、
この平均値と予め定められた値との大小を比較するよう
にしていた。このような比較によって溶接の強度不足
等、溶接に対する不良を検出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような監視装置で
は通電電流平均値の大小で比較しているだけであるた
め、溶接の強度不足等、全体的な不良情報しか得ること
ができない。特にこの強度不足の原因の一つであるスパ
ッタの発生を検出することができず、溶接不良の原因究
明を図ることが困難である。このように、従来では不良
情報が乏しく、溶接の品質保証能力が低くなってしまう
という問題点を生ずる。更にスパッタが発生すると被溶
接物の破片が基板回路上等に付着するため、スパッタ発
生時にはこの溶接作業をすぐに停止させなければならな
い。

【０００４】そこで、本発明は、溶接不良の原因となる
スパッタの発生を確実に検出できるようにすることを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、抵抗溶接機の溶接状態を監視する溶接状
態の監視方法であって、溶接時の通電電流を検出し、通
電開始時において前記通電電流の値が所定値よりも小さ
くなり、その後前記通電電流の値が前記所定値よりも大
きくなると、スパッタが発生したと判断することを特徴
とする。

【０００６】また、抵抗溶接機の溶接状態を監視する溶
接状態の監視装置であって、溶接時の通電電流を検出す
る検出手段と、通電開始時において該検出手段から入力
した通電電流の値と所定値とを比較し、該通電電流の値
が該所定値よりも小さくなり、その後該通電電流の値が
該所定値よりも大きくなったとき、スパッタが発生した
と判断する判断手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】被溶接物どうしを加圧し、ここに大電流を流す
とスパッタ（被溶接物の一部が飛び散る状態）が発生す
ることがある。このスパッタ（飛び散り）は通電開始時
に発生し易い。これは通電始めは被溶接物間の接触抵抗
が大きく、ここに大電流が流れると大きな熱エネルギー
が発生し、この被溶接物に急激な温度変化が起こるため
である。このスパッタが発生すると、電流が流れるべき
被溶接物の間に空間ができるため、電流は一時的に０レ
ベル近くまで落ち込み、その後正常の電流値に復帰す
る。

【０００８】そこで本発明では通電開始時における通電
電流の落ち込みを監視するようにしている。すなわち、
通電開始時の通電電流の値が所定値よりも小さくなり、
その後該所定値よりも大きくなったとき、スパッタが発
生したと判断する。このようにして、本発明では特にス
パッタを検出して溶接不良の原因究明を一層図れるよう
にする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を用いて説
明する。図１は本発明の第一の実施例を示す溶接機のシ
ステム図である。１はスポット溶接機を示す。２は電流
検出器で、一般にトロイダルコイルと称され、リング状
に銅線を巻回して構成したものである。

【００１０】このトロイダルコイルを溶接機の二次アー
ム３に挿入して、このアーム３から数千アンペアから数
万アンペアの大電流を間接測定する。４はスポット溶接
機１により加圧された２つの被溶接物で、例えば銅から
なる比較的大型の電極板である。この被溶接物４には図
示はしないが溶接用の突起が設けられている。５，６は
溶接電流の監視装置で、５は溶接電流波形監視装置（ス
パッタ専用）、６は溶接強度監視装置である。本例では
この２つの監視装置により溶接状態を二重にチェックし
ている。

【００１１】溶接電流波形監視装置５内にある処理回路
５０は入力インターフェス、ＡＤ変換器、ＣＰＵ（中央
処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯ
Ｍ（リードオンリメモリ）、出力インターフェースを備
えたものである。尚、これらの要素は何れも公知のため
図示はしない。この処理回路５０は上述した電流検出器
２により検出された電流を入力し、入力インターフェス
により所定のレベルまで落とした後、波形表示器５１へ
そのアナログ電流を出力する。また一方で電流検出器２
により検出された電流はＡＤ変換器により所定期間毎に
デジタル値に変換される。

【００１２】またＲＯＭ内には検出された電流に対する
上限値，下限値がこの電流波形に合わせて記憶されてい
る。この上限値，下限値は通電時間と共に変化するもの
で、この通電時間に各々対応した値が記憶されてある。
ＣＰＵはこのＡＤ変換された電流値（サンプリング値）
を取り込み、通電始め（通電１〜５サイクル）の電流値
を上述した下限値と比較して溶接の不良状態を検出す
る。即ち、電流値が下限値よりも小さくなり、その後電
流値が再び下限値以上になったとき、スパッタが発生し
たと判断する。

【００１３】尚、この通電開始の検出は作業者のスイッ
チ操作、或いはシーケンサ７からの信号により判断すれ
ばよい。また電流値が上限値以上になれば何らかの通電
異常があると判断してもよい。本例のように通電始め
（通電開始時）を５サイクルまでとしたのは次の理由に
よる。すなわち、理論的には被溶接物の接触抵抗が大き
い１サイクル目における熱エネルギーが最も大きく、こ
の点でスパッタが発生し得るので、本来スパッタだけを
検出するにはこの１サイクルのみの電流波形を監視すれ
ばよいが、実際には被溶接物の接合の位置ずれ等によ
り、１サイクル以外の点（例えば３サイクル目）でスパ
ッタが発生することがある。従って、本例では１サイク
ル以外の点でもスパッタが発生することを考慮し、余裕
を見て５サイクルまで監視するようにしている。

【００１４】ＲＡＭにはスパッタ発生時の電流値及び通
電時間を示すＮＧデータが記憶されるようになってい
る。またＣＰＵは溶接不良の判断時にＮＧ信号、及び上
記ＮＧデータを後述するシーケンサ７に出力する。また
溶接が正常であると判断したときにはこれを示すＯＫ信
号をシーケンサ７に出力する。

【００１５】尚、ＣＰＵは不良時だけでなく常にサンプ
リング毎の電流値及び通電時間をデータとしてシーケン
サ７へ出力する。波形表示器５１は上述したアナログ波
形を通電時間の経過に伴い刻々と表示させるもので、例
えば公知のオシロスコープからなる。また上述した上限
値，下限値を示す波形エリア（正常な波形の範囲）がこ
のアナログ波形と共に表示される。

【００１６】一方、抵抗溶接ではスパッタの発生という
不具合以外に、溶接強度の不足による接合強度の低下、
及び過大な溶接による被溶接物自体の溶融という不具合
も有しているため、この溶接強度の不足、或いは溶接強
度大という状態を溶接強度監視装置６にて監視するよう
にしている。溶接強度監視装置６内にある処理回路６０
は上述した処理回路５０と同様、その内部に入力インタ
ーフェース、ＡＤ変換器、ＣＰＵ（中央処理装置）、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオン
リメモリ）、出力インターフェースを備えている。

【００１７】この処理回路６０は上述した電流検出器２
により検出された電流を入力する。そしてこの電流がＡ
Ｄ変換器により所定期間毎にデジタル値に変換される。
変換された電流値はＣＰＵの計算により実効値に直さ
れ、更にこの実効値は通電開始からの通電時間と積算さ
れ、通電面積として変換される。またＲＯＭ内にこの通
電面積に対する標準の通電面積を予め記憶されておく。
そして通電が終了した時点での通電面積とこの標準の通
電面積とを比較し、この標準の通電面積よりも所定量以
上小さければ（大きければ）、溶接強度不足（溶接強度
大）を示すＮＧ信号、及びこのときの通電面積をＮＧデ
ータとしてシーケンサ７へ出力する。また差が所定量以
内であれば溶接が正常であることを示すＯＫ信号をシー
ケンサ７へ出力する。また上述のように算出された実効
値は数値表示器６１へ送出される。

【００１８】尚、このＣＰＵは不良時だけでなく正常時
においても通電面積を通常データとして常にシーケンサ
７へ出力する。数値表示器６１はこの実効値を入力し、
通電の時間経過に伴って刻々とその実効値を表示するも
のである。シーケンサ７は内部メモリに記憶されたプロ
グラムにより、スポット溶接機１の動作制御（通電制
御、アーム３の駆動制御等）を行うものである。シーケ
ンサ７はこれら処理回路５０、６０から出力されるＯＫ
信号、ＮＧ信号を取り込み、ＮＧ信号を受信すると溶接
機を停止させ、ブザーやエラー表示等で溶接が不良であ
ることを作業者に知らせる。

【００１９】更にシーケンサ７は内部に備えられたメモ
リに上記ＮＧデータを格納する。即ち、処理回路５０か
らＮＧ信号を受信すると、このスパッタ発生時の電流値
及び通電時間を示すＮＧデータを品質管理情報としてメ
モリに格納する。また通常のデータ（電流値、通電時
間）も格納する。更に処理回路６０からＮＧ信号を受信
すると、この溶接強度不足、或いは溶接強度大のときの
通電面積を示すＮＧデータを品質管理情報としてメモリ
に格納する。また通常のデータ（通電面積）も常に格納
する。

【００２０】以上のように、このメモリに格納されたＮ
Ｇデータ（溶接強度大、スパッタ発生、及び溶接強度不
足）、通常のデータは後に読み出せるようにしてある。
次に本例についての動作を説明する。シーケンサ７の制
御により、スポット溶接機１のアーム３が２枚の電極板
４を加圧し、更に電流をコイルに流し、電極板４間に大
電流を通電させる。このとき溶接電流波形監視装置５は
この電極板４溶接における通電始め（１〜５サイクル）
の電流波形を監視し、また溶接強度監視装置６はこの電
極板４溶接における通電開始から終了までの通電面積を
監視する。

【００２１】処理回路５０はこの通電電流の波形を刻々
波形表示器５１へ送出し、波形表示器５１にこのアナロ
グ波形を表示させる。これと共に波形エリアが表示され
る。このアナログ波形、及び波形エリアを作業者が目視
することにより、リアルタイムに溶接の状態を知ること
ができる。即ち、アナログ波形が波形エリア内にあれば
正常と判断し、またアナログ波形が波形エリアよりも一
時的に下回ったとき、作業者はスパッタが発生したと判
断することができる。

【００２２】本例では作業者が不良判断を行うだけでな
く、処理回路５０でこの不良判断を行うようにしてい
る。即ち処理回路５０は通電始め（１〜５サイクル）の
電流波形とこれに対する下限値とを比較し、この電流が
上限値以下で且つ下限値以上であれば、溶接は正常と判
断してＯＫ信号をシーケンサ７へ出力する。一方、電流
が下限値より小さくなり、再び下限値以上に復帰したら
スパッタが発生したと判断してＮＧ信号、及びこのとき
のＮＧデータをシーケンサ７へ出力する。この時、シー
ケンサ７は溶接機を停止させ、ブザー等を駆動させると
ともに上述のＮＧデータをメモリに格納する。作業者は
このブザー等の駆動により溶接作業を迅速に停止させる
ことができる。これによって溶接作業の工程時間を無駄
に費やしてしまうことを防止するとともに、溶接不良の
次工程流出を防止することが可能となる。

【００２３】更にこの処理回路５０について図２を用い
て詳細に説明する。図２はスパッタ発生時の電流波形を
示す図である。縦軸を電流値（Ｉ）、横軸を通電経過時
間（Ｔ）とし、図中に示すｉが実際に流れている通電電
流の値（アナログ波形）である。この場合、通電電流ｉ
の周期は約２０ミリ秒であり、実効値は約４キロアンペ
アである。

【００２４】更に通電電流ｉが正の場合、図に示すｉ₁
はこの通電電流に対する上限値、ｉ ₂ は下限値である。
また通電電流ｉが負の場合、ｉ₁ は下限値、ｉ₂ は上限
値となる。これらは正常な波形に合わせて設定され、一
種の正弦波として表される。尚、実際にはこれらの波形
が波形表示器５１に表示されている。以下、通電電流ｉ
が正の場合について説明する。

【００２５】この上限値ｉ₁ と下限値ｉ₂ との間が上述
した波形エリアである。この波形エリアは実験等により
予め求められ、処理回路５０のメモリに記憶されてい
る。図中矢印が処理回路５０のサンプリング時期のう
ち、数点をピックアップしたものである。実際には２０
０μｓｅｃ毎にサンプリングがなされる。このサンプリ
ング時期毎（２００μｓｅｃ毎）に、サンプリング回数
の累積値や内部タイマ等から通電時間を検出し、この通
電時間に対応して記憶された上限値ｉ₁ ，下限値ｉ₂ を
ＲＯＭから読み出し、検出された実際の通電電流ｉとこ
の上限値ｉ₁ ，下限値ｉ₂ とを比較する。そして通電電
流ｉが上限値ｉ₁ 以下で且つ下限値ｉ₂以上であれば波
形エリア内にあり正常と判断する。

【００２６】一方、例えば１サイクル目でスパッタが発
生すると、本図に示すように一時的に電流値が０近くま
で落ち込み、再び正常の波形に復帰するという、一種の
パルス状の波形が発生することになる。従って、本例で
は（通電電流ｉが正の場合）、あるサンプリング時期に
おいて通電電流ｉが下限値ｉ₂ より小さくなり、この時
点から所定のサンプリング期間以内に通電電流ｉが再び
下限値ｉ₂ 以上に復帰したら、スパッタが発生している
と判断するようにしている。

【００２７】本例ではこのように所定のサンプリング期
間以内という期間限定をしているので、更に精度よくス
パッタのみを検出することができる。尚、この所定のサ
ンプリング期間の設定は、実際に計測されたスパッタの
発生期間に基づいて行えばよい。また所定サンプリング
期間以上、通電電流ｉが下限値ｉ₂ より小さくなり続け
た場合、スパッタではなく、溶接不足と判断する。

【００２８】以上通電電流ｉが正の場合について説明し
たが、通電電流ｉが負の場合はｉ₁が下限値、ｉ₂ が上
限値となり、通電電流ｉ，下限値ｉ₁ ，及び上限値ｉ₂
を絶対値に変換し、上述した正の場合と同じ要領で通電
電流ｉを監視する。例えば通電電流ｉの絶対値が下限値
ｉ₁ の絶対値よりも小さくなり、この時点から所定のサ
ンプリング期間以内に通電電流ｉが再び下限値ｉ₁ より
大きくなったときスパッタが発生したと判断する。

【００２９】一方、処理回路６０は通電電流（実効値）
を刻々数値表示器６１へ送出し、数値表示器６１にこの
実効値を表示させる。この実効値を作業者が目視するこ
とにより、リアルタイムに溶接の状態を知ることができ
る。更に処理回路６０は通電開始から終了までの通電面
積と標準の通電面積とを比較し、標準の通電面積との差
が所定値以内であれば正常と判断してＯＫ信号をシーケ
ンサ７へ出力する。

【００３０】また標準の通電面積よりも所定値以上小さ
ければ溶接強度不足と判断してＮＧ信号をシーケンサ７
へ出力する。このＮＧ信号受信時にシーケンサ７は、ブ
ザー等を駆動させるとともにこのときのＮＧデータをメ
モリに格納する。更に標準の通電面積よりも所定値以上
大きければ溶接強度大と判断してＮＧ信号をシーケンサ
７へ出力する。このＮＧ信号受信時にシーケンサ７は、
ブザー等を駆動させるとともにこのときのＮＧデータを
メモリに格納する。

【００３１】このようにして、メモリに格納されたＮＧ
データ、及び通常のデータは、数枚の電極板溶接終了時
（例えば一日の溶接作業が終了した時）に外部プリンタ
等でグラフ化して出力され、溶接強度不足等の解析を行
えるようにする。例えば溶接強度不足に対するスパッタ
発生率や、スパッタ発生時期等を確認することができ、
適切に通電電流を制御するための有効な資料とすること
ができる。

【００３２】次に本発明の第二の実施例について説明す
る。本例では上述したスパッタ、溶接強度過大、及び溶
接強度不足の監視を１つの監視装置で兼用するようにし
たものである。以下図３を用いて本例を説明する。図３
は本発明の第二の実施例を示す溶接機のシステム図で、
図１と同等なものには同一符号を付してある。

【００３３】電流検出器２１はアームに流れる大電流を
検出するもので、この電流を後述する処理回路８０へ出
力するものである。８はスパッタ、溶接強度過大、及び
溶接強度不足を監視する監視装置で、その内部に処理回
路８０及びこれと電気的に接続された波形表示器８１を
備えたものである。

【００３４】処理回路８０は図１で説明した処理回路５
０，６０と同様、その内部に入力インターフーェス、Ａ
Ｄ変換器、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、出
力インターフェースを備えている。この処理回路８０は
上述した電流検出器２１により検出された電流を入力す
る。そしてこの電流がＡＤ変換器により所定期間毎にデ
ジタル値に変換される（サンプリング）。

【００３５】処理回路８０は上述した処理回路５０と処
理回路６０の処理を兼ね備えた機能を持つ。即ち、処理
回路８０内のＣＰＵはデジタル化された電流値を、通電
開始から終了までの間実効値に直し、更にこの実効値に
通電時間を積算して通電面積を算出し、上述した処理回
路６０と同様に標準の通電面積と比較して溶接強度不
足、或いは溶接強度大を判定する。また一方で処理回路
５０と同様、この電流値を上述した上限、下限値と比較
し、通電開始時（１〜５サイクル）の電流値が下限値を
下回り、その後下限値以上に復帰したときスパッタが発
生したと判断する。

【００３６】尚、通電開始から終了までの間（通電開始
時のみでもよい）に電流値が上限値を越えたとき何らか
の通電異常と判断する処理を追加してもよい。このよう
に溶接が不良であれば図１で説明したものと同様に、Ｎ
Ｇ信号及びＮＧデータ（スパッタ、溶接強度過大、及び
溶接強度不足時のデータ）をシーケンサ９へ出力し、ま
た溶接が正常であればＯＫ信号をシーケンサ９に出力す
る。尚、シーケンサ９は上述したシーケンサ７と同等の
機能を有するので、その説明を省略する。

【００３７】またこの処理回路８０は通電開始から終了
までの間、検出した電流波形及び上述した波形エリアを
波形表示器８１に刻々と表示させる（図２と同様）。
尚、この場合、溶接強度不足を目視にて確認するには、
例えば波形エリアと電流波形とを比較しながら、電流波
形が全体的な期間にわたり波形エリアの下側にある場合
に溶接強度不足であると判断すればよい。またこれとは
逆に電流波形が全体的な期間にわたり波形エリアの上側
にある場合には溶接強度大であると判断すればよい。

【００３８】更に本例では通電開始時である１〜５サイ
クルまではそのサンプリング期間を２００μｓｅｃとし
てスパッタ時の電流落ち込みを精度良く検出できるよう
にしているが、その後（５サイクル〜通電終了）は例え
ば４００μｓｅｃとして、開始時よりもサンプリング期
間を長くし、サンプリングによるＣＰＵの演算負荷を低
減するようにしてある。

【００３９】以上により、本例では例えば溶接強度不足
に対するスパッタ発生率や、スパッタ発生時期等を確認
することができるだけでなく、一つの監視装置で溶接不
良状態を監視できるので、そのハード構成を簡略化する
ことができる。尚、以上の説明では溶接強度不足、或い
は強度過大を実効値と通電時間から判断するようにして
いたが、これに限らず、電流値が予め設定された下限値
（上述した下限値とは異なってもよい）よりも所定時間
以上下回ったとき溶接強度不足、また電流値が予め設定
された上限値（上述した上限値とは異なってもよい）よ
りも所定時間以上上回ったとき溶接強度過大と判断する
ようにしてもよい。

【００４０】更に、上述した説明では通電開始時を５サ
イクルまでとしたが、これに限らず、実験等によってス
パッタが最も遅く発生する時期を検出し、この時期を考
慮して通電開始時を任意に定義してもよい。例えば３サ
イクル目が最も遅く発生する時期であった場合にはこの
３サイクル目までを通電開始時として定義してもよく、
またサイクル単位ではなく、時間単位（例えば通電開始
から１００ミリ秒まで）を通電開始時として定義しても
よい。

【００４１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、溶接不良の原因
となる現象（特に溶接時のスパッタ）の発生を確実に検
出できるので、溶接不良の原因究明を図ることを容易に
し、溶接の品質保証能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す溶接機のシステム図
である。

【図２】スパッタの発生時の電流波形図である。

【図３】本発明の第二実施例を示す溶接機のシステム図
である。

【符号の説明】

１・・・スポット溶接機 ５・・・溶接電流波形監視装置 ６・・・溶接強度監視装置 ８・・・監視装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】抵抗溶接機の溶接状態を監視する溶接状態
   の監視方法であって、溶接時の通電電流を検出し、通電
   開始時において前記通電電流の値が所定値よりも小さく
   なり、その後前記通電電流の値が前記所定値よりも大き
   くなると、スパッタが発生したと判断することを特徴と
   する溶接状態の監視方法。
2. 【請求項２】抵抗溶接機の溶接状態を監視する溶接状態
   の監視装置であって、溶接時の通電電流を検出する検出
   手段と、通電開始時において該検出手段から入力した通
   電電流の値と所定値とを比較し、該通電電流の値が該所
   定値よりも小さくなり、その後該通電電流の値が該所定
   値よりも大きくなったとき、スパッタが発生したと判断
   する判断手段とを備えたことを特徴とする溶接状態の監
   視装置。