JPH07108461B2 - インバータ式抵抗溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ式の抵抗溶
接方法に係り、特に定電流制御を行う抵抗溶接方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ式の抵抗溶接法は、効率、力
率にすぐれ、溶接トランスを小型にできるため、自動溶
接機、特に溶接ロボットに広く利用されている。この種
の電源装置には、整流素子付きの溶接トランスがよく使
われる。この溶接トランスは、全体の構成部分が一体的
なユニットとしてつくられているトランスで、二次コイ
ルに整流素子を一体的に取り付け、溶接ガンに直結され
るようになっている。この直結構造により、二次ケーブ
ルを短くし、インピーダンスドロップや消費電力を低減
することができる。

【０００３】このような整流素子付溶接トランスをロボ
ットに搭載したインバータ式抵抗溶接電源装置におい
て、いわゆる定電流制御を行う場合は、溶接トランスの
二次側回路に電流検出センサを取り付け、この電流検出
センサの出力信号をフィードバックして、二次側電流
（溶接電流）が設定値に一致するようインバータ回路の
動作を制御するのが通例となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、溶接通電を
実行するため、ロボットのガンに被溶接物を挟ませ、イ
ンバータ回路を作動させても、二次側回路に溶接電流が
流れないことがある。この異常事態の原因としては、主
として３つの場合がある。

【０００５】第１は、溶接トランスの二次側の整流素子
が短絡破壊した場合である。整流素子付溶接トランスに
おいては、二次側コイルの導体（コイル片）で一対の整
流素子をそれぞれ両側から挟着する構造を採るが、両整
流素子に対する電気接触用の加重がアンバランスになっ
ていると、一方の整流素子が短絡破壊しやすく、そうな
ると他方の整流素子も過電圧に耐えきれずやがて短絡破
壊しやすい。

【０００６】第２は、溶接トランスとガンの二次導体ま
たは溶接電極とを接続する二次側ケーブルが断線した場
合である。溶接トランスをロボットに搭載することで二
次側ケーブルは大幅に短くなるが、それでもロボットの
運動に際の捩れにより、あるいは経時的な疲労により、
断線することがある。

【０００７】第３は、二次側回路に取り付けられた電流
検出センサの出力線がロボットの運動の際に付近の物体
に引っ掛かるなどして断線した場合である。この場合、
実際には二次側回路に電流が流れるが、電流検出センサ
の出力信号がフィードバックされないため、電源装置は
無通電と判断して、動作しなくなる。

【０００８】これら３つの原因の外に、発生頻度は少な
いが、被溶接物と溶接電極との間に絶縁物が挟まったと
きにも、二次側回路で溶接電流が流れない場合がある。

【０００９】従来は、二次側回路においてそのような無
通電の異常事態が発生すると、溶接作業を中断し、作業
員が装置各部を１つ１つ点検して原因を突き止めてい
た。そして、原因を突き止めたなら、その故障箇所を修
理し、それから溶接作業を再開させていた。しかし、こ
のように溶接作業を中断させている間、溶接ラインはス
トップするため、生産効率の低下を来していた。

【００１０】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、二次側回路において無通電の異常事態が発生し
たときに溶接作業の中断を最小限にして生産効率の向上
をはかるインバータ式抵抗溶接方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のインバータ式抵抗溶接方法は、溶接トラン
スの二次側回路を流れる電流を設定値に一致させるため
の定電流制御を行うインバータ式抵抗溶接方法におい
て、溶接トランスの二次側回路を流れる電流を検出する
手段の出力信号に基づいて前記二次側回路における無通
電の異常事態を検出すること、前記無通電の異常事態が
検出された場合に、被溶接物から溶接電極を開放して前
記インバータ回路を作動させ、前記溶接トランスの一次
側回路を流れる電流を検出する手段の出力信号を基に前
記無通電の異常事態に対する所定の検査を行うこと、前
記検査で所定の検査結果が得られたときは、前記一次側
電流検出手段の出力信号に基く定電流制御に切り換え
て、溶接通電を再開することの諸ステップを有する構成
とした。

【００１２】

【作用】正常時は、原則として、二次側フィードバック
方式で定電流制御が行われる。しかし、何かの原因で溶
接通電サイクル中に二次側回路で溶接電流が流れなかっ
たとのモニタ結果が出された場合は、直ちに溶接通電を
中断または中止させ、溶接電極を被溶接物から開放（分
離）させる。

【００１３】この開放状態において、たとえばインバー
タ回路を数サイクルだけ作動させ、その時の一次側回路
の通電状態を調べる。この検査の結果、一次側回路で電
流が流れたときは、たとえば二次側回路の整流素子が短
絡破壊したものと判定し、作業員等に通報して修理を促
す。

【００１４】しかし、上記の検査において一次側回路で
電流が流れなかったときは、一次側電流検出センサを用
いる一次側フィードバック方式による定電流制御に切り
換えて、以後の溶接通電を実行する。したがって、溶接
通電を中断していた溶接ポイントに対して溶接通電を再
開し、それが正常に行われたなら、次の溶接ポイントに
対する溶接通電を実行する。これにより、二次回路にお
ける無通電の異常事態の原因が電源装置自体の故障では
なく、たとえば二次側電流検出センサの出力線の断線等
の場合には、検査にわずかな時間をとるだけで、溶接ラ
インをストップさせずに、溶接作業を実質的に継続的に
続行することができる。したがって、溶接ラインの生産
性を向上させることができる。

【００１５】なお、一次側フィードバック方式による定
電流制御に切り換えた直後に溶接通電が正常に行われる
か、あるいはやはり無通電のままであるかを監視し、無
通電のままであった場合は、溶接通電を再び中断して所
定の警報を発することで、二次側ケーブルの断線等の異
常事態に対して早期に措置をとることができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例による方法を実施す
るインバータ式抵抗溶接電源装置の構成を示す。

【００１７】この電源装置は、三相インバータ式で、三
相の商用交流電圧Ｓ，Ｔ，Ｕをブレーカ１０を通して三
相整流回路１２に入力し、この整流回路１２の直流出力
電圧をインバータ回路１４に供給する。このインバータ
回路１４は、ＧＴＲまたはＦＥＴ等で構成され、入力し
た直流を商用周波数よりも高い周波数（たとえば６００
Ｈｚ〜２ＫＨｚ）のスイッチングで切り刻むようにして
パルス状の交流を出力する。インバータ回路１４の動作
は、インバータ制御部２６からの制御信号ＣＳによって
制御される。

【００１８】インバータ回路１４からの交流出力電圧は
溶接トランス１８の一次側コイルに供給され、この溶接
トランス１８の二次側コイルに得られる二次側電圧は一
対のダイオード（整流素子）２０Ａ，２０Ｂによって直
流に整流され、この直流が二次側ケーブル２２，２２を
介して溶接ガン２４に供給される。溶接ガン２４の回動
可能な一対の導体アームの先端には一対の溶接電極２６
Ａ，２６Ｂがそれぞれ取り付けられ、溶接時にはこれら
の溶接電極２６Ａ，２６Ｂが被溶接物（図示せず）を挟
んだ状態の下で、直流の溶接電流（二次側電流）Ｉ2 を
流すようになっている。

【００１９】なお、溶接トランス１８およびダイオード
２０Ａ，２０Ｂは、溶接ロボットのアーム（図示せず）
に搭載された整流素子付溶接トランス１６において一体
的に組み立てられている。溶接ガン２２は、ロボット・
アームの先端部に取り付けられており、電源装置とは別
体のロボット制御部５０の制御の下で、被溶接物に対す
る挟み込みまたは開放を行う。

【００２０】この電源装置では、定常時には原則とし
て、二次側フィードバック方式で定電流制御を行う。こ
の制御のために、二次側回路に、たとえば図示のように
溶接ガン２４の一方の導体アームに巻架されるようにし
て、電流検出センサたとえばトロイダルコイル２８が取
り付けられる。溶接時、二次側回路に二次側電流Ｉ2 が
流れると、トロイダルコイル２８より二次側電流Ｉ2 に
対応した電圧信号ｆ2 が出力され、この電圧信号ｆ2 を
基に二次側電流検出回路３０より二次側電流Ｉ2の値を
表す電流検出信号Ｆ2 が得られる。この電流検出信号Ｆ
2 は、切換回路３２を介してインバータ制御部３４に与
えられる。インバータ制御部３４は、電流検出信号Ｆ2
を設定部３６からの二次側電流設定値［Ｉ2 ］と比較
し、その比較誤差に応じた制御信号ＣＳをインバータ回
路１４に与える。

【００２１】以上の構成（ただし切換回路３２を除く）
は従来のこの種電源装置と共通する部分である。本実施
例によれば、かかる構成に加えて、切換回路３２、一次
側の電流検出センサたとえばカレント・トランス３８、
一次側電流検出回路４０、システム制御部４２、無通電
検出部４４、表示部４６、警報発生部４８が設けられる
とともに、設定部３６よりインバータ制御部３４に二次
側電流設定値［Ｉ2 ］だけでなく一次側電流設定値［Ｉ
1 ］も与えられる。

【００２２】カレント・トランス３８は、一次側におい
てインバータ回路１４と溶接トランス１８との間に取り
付けられ、一次側回路に一次側電流Ｉ1 が流れると、そ
の一次側電流Ｉ1 に対応した電圧信号ｆ1 を出力する。
一次側電流検出回路４０は、この電圧信号ｆ1 を基に一
次側電流Ｉ1 の値を表す電流検出信号Ｆ1 を出力し、こ
の電流検出信号Ｆ1 を切換回路３２の他方の入力端子に
与える。そして、後述するように、二次側回路で無通電
の異常事態が発生したときは、二次側電流検出回路３０
からの電流検出信号Ｆ2 に代わって、一次側電流検出回
路４０からの電流検出信号Ｆ1 が切換回路３２を介して
インバータ制御部３４へ送られるようになっている。

【００２３】無通電検出部４４は、切換回路３２の出力
端子に得られる二次側電流検出信号Ｆ2 もしくは一次側
電流検出信号Ｆ1 をモニタし、その信号の状態に基づい
て、通電サイクル中に、二次側回路に電流Ｉ2 が流れた
か否か、または一次側回路に電流Ｉ1 が流れたか否かを
監視し、その監視結果を信号ＲＥによってシステム制御
部４２に伝える。

【００２４】システム制御部４２は、マイクロコンピュ
ータで構成され、電源装置内の各部に所要の制御信号を
与えるとともに外部のロボット制御部５０と所要の制御
信号をやりとりする。すなわち、切換回路３２に対して
は、二次側電流検出信号Ｆ2または一次側電流検出信号
Ｆ1 のいずれを選択すべきかを指示する切換制御信号Ｓ
Ｗを与える。無通電検出部４４に対しては、モニタ時間
を示すタイミング信号ＳＴを与える。表示部４６に対し
ては、検査結果やシステム側からのメッセージ等を画面
に表示するためのデータＳＤおよび表示制御信号ＶＤを
与える。警報発生部４８に対しては、検査で故障が判明
したときに警報信号の発生を指示する制御信号ＳＡを与
える。インバータ制御部３４に対しては、通電の開始お
よび終了のタイミングを指示する制御信号ＳＪを与える
とともに、設定部３６からの二次側電流設定値［Ｉ2 ］
または一次側電流設定値［Ｉ1 ］のいずれを選択すべき
かを指示する選択制御信号ＳＥを与える。

【００２５】また、システム制御部４２とロボット制御
部５０との間において、ロボット制御部５０からはシス
テム制御部４２に対して溶接ロボットの状態、特に溶接
ガン２４が開放している状態か、それとも被溶接物を挟
み込んでいる状態なのかを示すステータス信号ＧＡが与
えられ、システム制御部４２からはロボット制御部５０
に対してガン２６の開放もしくは挟み込みを指示するガ
ン制御信号ＧＢが与えられる。

【００２６】次に、本実施例の作用について説明する。
正常時には、上記のように二次側フィードバック方式で
定電流制御が行われる。溶接通電サイクル中、二次側回
路で溶接電流Ｉ2 が流れると、その電流測定値を表す電
流検出信号Ｆ2 が切換回路３２を介してインバータ制御
部３４に供給され、インバータ制御部３４は溶接電流Ｉ
2 を設定値［Ｉ2 ］に一致させるようにインバータ回路
１４をスイッチング動作させる。

【００２７】しかし、何かの原因で溶接通電サイクル中
に二次側回路で溶接電流Ｉ2 が流れない事態、つまり無
通電の事態が発生すると、無通電検出部４４がその無通
電の異常事態を検出し、信号ＲＥによってシステム制御
部４２に知らせる。そうすると、システム制御部４２
は、直ちにインバータ制御部３４に対して溶接通電を中
断または中止させ、ロボット制御部５０にガン制御信号
ＧＢを与えて溶接ガン２４を開放させる。ガン２４の開
放によって溶接電極２４Ａ，２６Ｂが被溶接物から開放
（分離）する。

【００２８】次に、システム制御部４２は、切換制御信
号ＳＷにより切換回路３２を一次側電流検出回路４０側
へ切り換えたうえで、インバータ制御部３４にテスト通
電を行わせる。このテスト通電は、インバータ回路１４
を数サイクルだけスイッチングさせるものでよい。この
テスト通電において、一次側回路に電流Ｉ1 が流れる
と、システム制御部４２は無通電検出部４４を通してそ
のことを認識し、この検査結果から、今回の二次側回路
における無通電の原因は整流素子付溶接トランス１６の
ダイオード２０Ａ，２０Ｂのいずれか一方または双方が
短絡破壊したものであると判定する。つまり、たとえば
一方のダイオード２０Ａが短絡破壊した場合、ダイオー
ド２０Ｂに順方向、ダイオード２０Ａに逆方向の二次側
電圧が印加する半周期において、二次側電流Ｉ2 は溶接
ガン２４側へ流れずに、Ｉ2'で示すように短絡状態のダ
イオード２０Ａ側へ大電流となって流れる。したがっ
て、この二次側電流Ｉ2'に対応した一次側電流Ｉ1'が一
次側回路で流れることになる。また、両ダイオード２０
Ａ，２０Ｂが短絡破壊した場合は各半周期つまり全周期
を通じて短絡電流が流れ続けることになる。

【００２９】このような検査結果が得られた場合は、ダ
イオード２０Ａ，２０Ｂを交換修理するしかないので、
システム制御部４２は、警報発生部４８に警報を発生さ
せるとともに、表示部４６に今回の無通電の原因を表示
して、作業員に修理作業を促す。

【００３０】上記テスト通電において、一次側回路に電
流Ｉ1 が流れなかった場合、システム制御部４２は、次
にロボット制御部５０にガン制御信号ＧＢを与えて溶接
ガン２４に再び被溶接物を挟ませる。これによって、溶
接電極２６Ａ，２６Ｂが再び被溶接物に加圧接触する。
この状態で、システム制御部４２は、インバータ制御部
３４に溶接通電を再開させる。ただし、今度は一次側フ
ィードバック方式の定電流制御による溶接通電を行わせ
る。このために、システム制御部４２は、インバータ制
御部３４に設定部３６からの一次側電流設定値［Ｉ1 ］
を選択させる。

【００３１】これにより、インバータ制御部３４は、一
次側回路に流れる電流Ｉ1 が一次側電流設定値［Ｉ1 ］
に一致するようにインバータ回路１４をスイッチング動
作させる。この一次側電流設定値［Ｉ1 ］は二次側電流
設定値［Ｉ2 ］に所定値（溶接トランス１８の巻線比
等）を乗じた値に選ばれるので、このような一次側フィ
ードバック方式の定電流制御が行われることで、二次側
回路には二次側電流設定値［Ｉ2 ］に一致するような二
次側電流Ｉ2 が流れる。このようにして、先に中断した
溶接ポイントに対して溶接通電が再度行われることにな
る。

【００３２】システム制御部４２は、この溶接通電が正
常に行われる否かを無通電検出部４４を通して監視し、
正常の場合は、今回の二次側回路における無通電の原因
は二次側の電流検出センサ（トロイダルコイル）２８の
故障、通常はセンサ出力線２９の断線によるものと判定
し、溶接通電を続行する。

【００３３】このように一次側フィードバック方式の定
電流制御に切り換えて溶接通電を続行する一方で、シス
テム制御部４２は、表示部４６に今回の無通電の原因を
表示し、さらには必要に応じて警報発生部４８に警報を
出させ、作業員に二次側電流検出センサ回りの点検・修
理を促す。そして、作業員が復旧作業を完了して所定の
スイッチを操作したならば、この操作に応答してシステ
ム制御部４２は、切換回路３２を二次側電流検出回路３
０側へ切り換えるとともに、インバータ制御部３４に二
次側電流設定値［Ｉ2 ］を選択させ、一次側フィードバ
ック方式から二次側フィードバック方式に戻す。

【００３４】しかし、上記のようにして一次側フィード
バック方式の定電流制御に切り換えて溶接通電を行って
も、やはり一次側回路に電流Ｉ1 が流れない場合があ
る。システム制御部４２は、無通電検出部４４を通して
そのことを確認すると、今回の二次側回路における無通
電の原因はおそらく二次側ケーブル２２，２２が断線し
たか、あるいは場合によっては被溶接物の表面に絶縁性
の異物が付着したものと判定する。

【００３５】この場合は、二次側ケーブル２２，２２を
交換修理するか、あるいは被溶接物の表面から絶縁性の
異物を除去するしかないので、システム制御部４２は、
警報発生部４８に警報を発生させるとともに、表示部４
６に今回の無通電の原因を表示して、作業員に修理作業
を促す。なお、無通電の原因が絶縁性の異物かどうかを
確認するために、同一の溶接ポイントにおいて、または
溶接電極２６Ａ，２６Ｂを別の溶接ポイントに移して溶
接通電を何回か再実行するようにしてもよい。このよう
な溶接通電の再実行によって一次側回路に電流Ｉ1 が流
れ始めた場合は絶縁性の異物が付着していたものと判定
してよい。

【００３６】このように、本実施例においては、溶接通
電の実行開始時または実行中に二次側回路で無通電の異
常事態が発生したときは、システム内で検査を行ってそ
の原因を究明し、表示出力するようにした。これによ
り、作業員は、各部の点検を行うことなく、直ちに不良
・故障箇所を修理・交換し、早急に溶接工程を再開させ
ることができる。また、無通電の原因が実際には電源装
置自体の故障ではなく、二次側電流検出センサの出力線
の断線等であった場合は、システムが一次側フィードバ
ック方式に自動的に切り換えて正常時と同様な定電流制
御を行うようにしたので、溶接ラインを無駄にストップ
させずに済み、生産効率の向上をはかることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインバー
タ式抵抗溶接方法によれば、二次側回路において無通電
の異常事態が検出された場合は、原因を究明するための
検査を行い、所定の検査結果が得られたときは、自動的
に二次側フィードバック方式から一次側フィードバック
方式の定電流制御に切り換えて、溶接作業を続行するよ
うにしたので、溶接ラインを無駄にストップさせずに済
み、溶接工程における生産効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶接
電源装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１４ インバータ回路 １６ 整流素子付溶接トランス ２２ 二次側ケーブル ２４ 溶接ガン ２８ トロイダルコイル（二次側電流検出センサ） ３０ 二次側電流検出回路 ３２ 切換回路 ３４ インバータ制御部 ３６ 設定部 ３８ カレント・トランス（一次側電流検出センサ） ４０ 一次側電流検出回路 ４２ システム制御部 ４４ 無通電検出部 ５０ ロボット制御部

フロントページの続き (72)発明者 小林 信雄 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地の１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 磯貝 一雄 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地の１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−182384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−179875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15078（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−94879（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トランスの二次側回路を流れる電流
   を設定値に一致させるための定電流制御を行うインバー
   タ式抵抗溶接方法において、 溶接トランスの二次側回路を流れる電流を検出する手段
   の出力信号に基づいて前記二次側回路における無通電の
   異常事態を検出すること、 前記無通電の異常事態が検出された場合に、被溶接物か
   ら溶接電極を開放して前記インバータ回路を作動させ、
   前記溶接トランスの一次側回路を流れる電流を検出する
   手段の出力信号を基に前記無通電の異常事態に対する所
   定の検査を行うこと、 前記検査で所定の検査結果が得られたとき、前記一次側
   電流検出手段の出力信号に基く定電流制御に切り換え
   て、溶接通電を再開すること、の諸ステップを有するこ
   とを特徴とするインバータ式抵抗溶接方法。
2. 【請求項２】前記一次側電流検出手段の出力信号に基く
   定電流制御に切り換えた直後に溶接通電が正常に行われ
   るか否かを監視し、異常の場合には溶接通電を中断して
   所定の警報を発生するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のインバータ式抵抗溶接方法。