JPH0759351B2 - 溶接コントローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一対の電極間に被溶接材
を挟み、該電極を介して該被接材に溶接電流を通電し、
該通電によって該被接材に発熱を生じさせ、この発熱に
よって被溶接材を溶接する溶接機のためのコントローラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記形式の溶接機では、溶接電流の遮断
タイミングを制御する必要がある。これが早すぎると溶
接が不充分となり、これが遅すぎれば溶接時間が不必要
に伸びて生産性を損ねる他、電極の摩耗が激しくなった
り、スパッタが発生して溶接強度や外観を損ねてしま
う。このために特公昭６２−１８２７３号公報の技術で
は、ΔＲが所定の値となったときに溶接電流を遮断す
る。ここでΔＲはＲ（ＭＡＸ）−Ｒ（ＰＲＥＳＥＮＴ）
であり、Ｒ（ＭＡＸ）は溶接進行中に生じた電極間抵抗
の最大値、Ｒ（ＰＲＥＳＥＮＴ）は現在の電極間抵抗を
示している。電極間抵抗は、被溶接材の昇温とともに上
昇し、ナゲットの成長とともに下降することから一旦上
昇しついで下降する傾向にある。そこで特公昭６２−１
８２７３号公報では現在の抵抗Ｒ（ＲＰＥＳＥＮＴ）が
抵抗最大値Ｒ（ＭＡＸ）より所定量下降したときにナゲ
ットが成長したとして通電を遮断するのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術による場
合、抵抗降下量、すなわちΔＲに関する所定値を必要と
する。この際当然のことながら、例えば被溶接材の材
質、板厚、枚数、メッキ層等が異なってくれば、抵抗降
下量に関する所定値も異なってくることになる。

【０００４】このため溶接機が用いられる条件ごとに、
適正な抵抗降下量の基準値を実験的にあるいは計算して
求めておく必要があり、溶接機の使用者や製造・販売業
者の負担が大きい。特に近来被溶接材の材質，板厚，メ
ッキ層等が多様に変化する傾向にあり、条件ごとに基準
値を求めることが大きな負担となっている。

【０００５】また多様な需要に応えるためには、多様な
条件毎に基準値等を記憶させておく必要があり、記憶装
置が大型化する他、それを操作する作業が複雑となって
かえって使いづらくなるという問題も生じ始めている。
さらに、また被溶接材が同一であっても、繰返し溶接を
行なっていると例えば電極径が増大するなどの経時的変
化がおこり、これを補正する処理を予め条件ごとに求め
ておかなくてはならない。

【０００６】本発明では、上記事情に鑑み、いちいち溶
接条件ごとに基準値を求めておく必要がなく、それに伴
って溶接作業者が溶接条件の切換えを入力操作する必要
も無くすことのできる新たな溶接コントローラを開発す
ることにした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、一対の電極間に挟まれた被溶接材に溶接電流を通電
することによって該被溶接材を溶接する溶接機のコント
ローラであり、電極間の抵抗に関する量を検出する手段
と、該検出手段で検出された電極間抵抗が上昇から下降
に転ずる現象の発生を監視する手段と、該監視手段で該
現象の発生が監視された時以後で該検出手段で検出され
た電極間抵抗の時間微分値の絶対値が所定値以下となっ
たときに、該溶接電流の通電を遮断する手段とを有する
ことを特徴とする溶接コントローラを創り出した。なお
ここでいう所定値とは、実施例の記載からも明らかなよ
うに、予め定められている一定の値でもよく、また各溶
接工程ごとに算出されるものであってもよい。

【０００８】

【作用】良く知られているように、溶接電流を通電させ
始めると、最初にまず接触抵抗が減少することに起因し
て電極間抵抗は減少し、次に被溶接材の昇温に起因して
電極間抵抗は上昇し、最後にナゲットの成長に起因して
電極間抵抗は下降し始める。すなわち電極間抵抗が上昇
から下降に移行するタイミングはナゲットが成長し始め
たタイミングに一致する。本発明によると、ナゲットが
成長し始めたとき以後で、電極間抵抗の時間微分値の絶
対値が所定値以下となったとき、すなわち電極間抵抗の
変化スピードが所定値以下となったときに通電が遮断さ
れる。ここでこのタイミングは溶接がほぼ完了して飽和
期となったときであり、このタイミングまで通電してこ
のタイミングで遮断すれば良好な溶接結果が得られる。
またここでは抵抗でなく抵抗の時間微分値をパラメータ
とするため、所定値は溶接条件によらないで設定してお
くことができる。

【０００９】

【実施例】第１実施例 （溶接電流の調整と溶接時間を調整する例） 図１にこの実施例のシステム構成を示す。図中６ａ，６
ｂは一対の電極を示し、この間に挟まれた被溶接材１０
ａ，１０ｂに電源回路１１から溶接電流が通電される。
溶接電流の電流値は電流制御回路８によって調整可能と
なっている。この電流制御回路８は中央演算装置１によ
って制御され、中央演算装置１が指示した電流値となる
ように溶接電流を調整する。

【００１０】電極６ａ，６ｂ間には電極間電圧の検出回
路１４が設けられており、この検出回路１４による検出
値は中央演算装置１に入力可能となっている。また一方
の電極６ｂには電流検出器７が付加されており、この検
出信号は溶接電流検出回路９に送られる。この回路９の
検出値は中央演算装置１に入力可能となっている。また
電圧検出回路１４と電流検出回路９の検出信号は電極間
抵抗の演算回路１５に送られ、演算された電流間抵抗を
示す信号は中央演算装置１に入力可能となっている。さ
らに演算された電極間抵抗を示す信号は電極間抵抗を微
分する回路１６に入力され、この時間微分された値に対
応する信号が中央演算装置１に入力可能となっている。

【００１１】中央演算装置１には、図４に示す処理手順
を実行させるプログラムを記憶している回路２と基準時
間毎にパルスを発生する回路３が接続されている。なお
この実施例では、電圧と電流から電極間抵抗を算出する
例を示しているが、例えば電極間電圧を一定とする条件
が成立していれば、電流のみから抵抗が算出されてもよ
い。

【００１２】図２は、溶接電流と溶接時間の適正領域を
示している。図中Ａの領域は溶接電流の過少域を示して
おり、スパッタは発生しないがナゲットも生成されな
い。一方Ｃの領域は過大領域を示しており、ナゲットは
生成するがスパッタも発生して必要な溶接強度が得られ
ない他、溶接部の外観が悪くなる領域を示している。こ
れに対し、領域Ｂはナゲットが生成されてスパッタが発
生しない適正領域を示している。今領域Ｂの適正条件下
で該溶接電流が通電されていると、図３に示すようにし
て溶接が進行するとともに、電極間抵抗が図示のように
変化することが知られている。

【００１３】通電開始直後にはまず成長開始前期と称さ
れる期間となる。この期間は被溶接材の接触抵抗の減少
に起因して抵抗は減少する。次に成長開始後期を迎る。
この期間は被溶接材の昇温に起因して抵抗は上昇する。
ついで、急速拡大期に至る。このときはナゲットの急成
長とともに抵抗値は急激に下降する。以後抵抗値は緩や
かに下降速度を減じつつ下降を続け、最終的にはほぼ一
定値となる。この間に緩速拡大期，飽和期，冷却期をむ
かえる。

【００１４】さて図４は、記憶回路２に記憶されている
プログラムによって中央演算装置１が実行する処理手順
を示している。まずステップＳ０で溶接がスタートする
と、ステップＳ２で溶接電流として初期値が流され始め
る。ここで初期値は図５(a) のＩｏに示すものであり、
ここでは最も小さい電流値で溶接される被溶接材であっ
てもなお溶接が開始することはない程度の低い値に設定
されている。次に前回の抵抗の時間微分値（旧ｄｒ／ｄ
ｔ）に初期値としてマイナスの値を設定する（ステップ
Ｓ４）。次にステップＳ６で現在の時間微分値を読込
み、それを新たなｄｒ／ｄｔとする。

【００１５】ステップＳ８では、前回の抵抗変化率（旧
ｄｒ／ｄｔ）がプラスでしかも今回の抵抗変化率（新ｄ
ｒ／ｄｔ）がマイナスとなったか否かを判定する。すな
わち今まで抵抗値が上昇し今回抵抗値が下降し始めた現
象が発生したか否かを判定する。図５(c) に示すように
通電開始直後は一様に抵抗は減少し（すなわちｄｒ／ｄ
ｔは新旧ともにマイナスである）、ステップＳ８がノー
となる。このときにはステップＳ１０で抵抗変化率を更
新し、さらにステップＳ１１で溶接電流をΔＩだけ増大
させたのち、ステップＳ６に復帰する（ループＲ１
４）。この結果図５(a) のように溶接電流ＩはΔＩだけ
増大されてゆく。ΔＩだけ増大されてゆくとともに被溶
接材は昇温され抵抗値は増大に転ずる。すなわちｄｒ／
ｄｔは図５(d) に示すようにマイナスからプラスに転
じ、以後プラスを続ける。この間ステップＳ８はノーで
あり続けるため、電流値はΔＩずつ増加されてゆく。

【００１６】電流がΔＩずつ増加されてゆき、ついには
ナゲットを成長させ始めると、図５(c) の点ｅに示すよ
うに抵抗は上昇から下降に転ずる。すなわち図５(d) の
点ｇに示すようにｄｒ／ｄｔはプラスからマイナスに変
化する。このとき図４のステップＳ８がイエスとなる。
ここでステップＳ８がイエスとなると、ステップＳ１１
がスキップされるようになる。このため図５の(a) のｆ
に示すようにそのとき以後溶接電流はその値に維持され
る。ここで維持される溶接電流値はナゲットを成長させ
得る最小の値であり、過大でも過少でもない。

【００１７】このように、この実施例ではステップＳ８
によって電極間抵抗が上昇から下降に転ずる現象の発生
を監視する手段が構成され、ステップＳ８がイエスとな
ったとき以後はステップＳ１１をスキップさせることに
よって、該現象の発生以前は溶接電流を増大させ、該現
象の発生後は溶接電流を維持する電流調整手段が構成さ
れている。なおこの実施例ではステップＳ１１をスキッ
プさせて電流値を維持している。しかしながら、電流値
を実測してみると、電源変動等に起因して電流値は僅か
に変動する。それでもほぼ良好な溶接結果が得られる。
すなわちここでいう維持とは厳格に維持するもののみな
らず、ほぼ維持するものを許容するのである。

【００１８】電極間抵抗が上昇から下降に転じたとき、
すなわちナゲットが成長を開始し始めて図３に示した急
速拡大期に移行したときには、まず図４のステップＳ１
６で旧変化率（旧ｄｒ／ｄｔ）をゼロに初期化する（こ
れはｄｒ／ｄｔのピーク値を検索するための人偽的処理
である）。次にステップＳ１８で旧ｄｒ／ｄｔの絶対値
と新ｄｒ／ｄｔの絶対値を比較する。ここで図５(d) の
期間Ｆ（急速拡大期）の間は抵抗変化率（ｄｒ／ｄｔ）
の絶対値は増大するため図４のステップＳ１８がイエス
となる。このときはステップＳ２０で旧ｄｒ／ｄｔを更
新し、またステップＳ２２で新ｄｒ／ｄｔを更新する。
抵抗変化率（ｄｒ／ｄｔ）の絶対値が増大し続ける間、
すなわち図５の(d) のＦに示す急速拡大期の間は以上の
処理が繰返され（図４のループＲ２４）、溶接電流はナ
ゲットが成長し始めたときの値に維持される。

【００１９】ナゲットが急速に拡大する時期を終えて緩
速に拡大する時期に移行すると、図５の(d) に示すよう
に抵抗変化率ｄｒ／ｄｔの絶対値は減少し始める。この
とき図４のステップＳ１８はノーとなり、次にステップ
Ｓ２６が実行される。ステップＳ２６では、絶対値が減
少し始めたときの抵抗変化率（旧ｄｒ／ｄｔであり図５
(d) の点Ｐに示す変化率のピーク値）をＭＡＸとして記
憶する。

【００２０】次に図４のステップＳ２８，Ｓ３０が繰返
し実行され、変化率の絶対値がピーク値ＭＡＸの絶対値
の５０％となるタイミングまでループＲ３２が繰返され
る（この場合ＭＡＸもｄｒ／ｄｔもマイナスの値をとる
ことがわかっているためステップＳ３０では絶対値とし
ていないが、技術的意味では絶対値を比較していること
に相当する。）。図５(d) の点Ｑに示すように、変化率
の絶対値がピーク値の５０％にまで減少すると、ステッ
プＳ３０がイエスとなって溶接電流は停止される（ステ
ップＳ３４）。すなわち図５の(a) と(d) に示されるよ
うに、変化率の絶対値がピーク値の５０％となるまで
は、ナゲットを成長させ始めたときの溶接電流が維持さ
れ、そのとき以後は溶接電流が停止される。ここで抵抗
変化率の絶対値がピーク値の５０％となるタイミングは
経験的に図３の飽和期に相当することがわかっており、
このタイミングまで溶接電流を流すとほぼ完全に溶接が
行なわれることがわかっている。なお飽和期に相当する
タイミングはピーク値の２０〜６０％程度の抵抗変化率
になったときに対応するため、上記５０％は２０〜６０
％の範囲内で予め修正しておいてもよい。

【００２１】以上からわかるように、この実施例では、
抵抗変化率のピーク値の５０％が所定値にとられてい
る。ピーク値は溶接条件ごとに異なるが、これを参照し
て通電を停止するため、溶接条件ごとに基準値を設定し
ておく必要はない。なおこれにかえてｄｒ／ｄｔが微小
な所定値以下となったら溶接を停止するようにしてもよ
い。溶接がほぼ完了したときのｄｒ／ｄｔは材質・板厚
等と無関係に微小な所定値であることがわかっているた
め、このようにしても、溶接条件によらず適切タイミン
グで溶接を停止させることができる。

【００２２】この実施例では、抵抗が上昇から下降に移
行するタイミング（これは変化率がプラスからマイナス
に転ずるタイミングに一致する）に基づいて溶接電流を
調整するため、予め基準値を定めておく必要がない。ま
た抵抗変化率がピーク値の５０％になるタイミングに基
づいて溶接時間を調整するため、予め基準時間を定めて
おく必要がない。そして上述の現象は被溶接材の材質，
板厚，枚数等によらないで共通に適用されるため、広範
な溶接条件で同一のプログラムが利用可能であり、操作
者がいちいちプラグラムないし基準値を切換えるといっ
た手間もかからない。

【００２３】第２実施例（挟圧力調整タイプ） 図６に第２実施例のシステム構成が示されている。この
実施例では第１実施例のものに、挟圧装置５とその挟圧
力を制御する装置４が付加されている。挟圧力制御装置
４は中央演算装置１の挟圧力指示値に一致するように挟
圧装置５の挟圧力を制御する。

【００２４】この実施例では、挟圧力が適値となれば溶
接が適正に進行する溶接電流が予め通電されている。そ
の後、図４のステップＳ６〜Ｓ１２を繰返すループＲ１
４と同様にして、抵抗変化率ｄｒ／ｄｔがプラスからマ
イナスに転ずるまで、すなわち抵抗が上昇から下降に転
じ始めるまで挟圧力を増大してゆく。このためにステッ
プＳ１１にかえて「挟圧力をΔＰ増大」させる処理が実
行される。この実施例によると、挟圧力はナゲットが成
長し始めたときの値に維持される。この挟圧力は過大で
も過少でもないため、挟圧力が適値に保たれた状態で溶
接が行なわれる。なおこの実施例の場合にも、挟圧力に
関する基準値を予め設定しておく必要がない。

【００２５】第３実施例（溶接電流と挟圧力の調整タイ
プ） この実施例は図６に示した第２実施例と同様のシステム
構成を備えている。この実施例では図４のスラップＳ１
１が「溶接電流をΔＩだけ増大させ、かつ挟圧力をΔＰ
だけ増大させる」に置換えられている。このためナゲッ
トが成長し始めるまでは溶接電流と挟圧力の両者が増大
され、ナゲットが成長を開始すると成長を開始したとき
の溶接電流値と挟圧力に維持され、両者が適正に保たれ
た状態で溶接が行なわれる。

【００２６】第４実施例（第３実施例の改良タイプ） この実施例は図６に示すシステム構成を備えるととも
に、処理手順が図７，図８のように改良されたために、
次の特徴が付加されている。（狭持の自動化）図７に示
すように、溶接開始が指示されると、まずステップＳ５
２で微弱な電流が電極間に流れるように用意される。た
だし最初は電極間が離れていて被溶接材がまだ挟まれて
いないので、実際には電流が流れない。この状態で次に
電極間の距離を縮め始める（ステップ５４）。電極間距
離が縮まって電極間に被溶接材が挟まれると、図１０
(d) に示すように微弱電流が流れるとともに、電極間抵
抗は低下する。すなわちステップＳ５６がイエスとなる
ことにより被溶接材が電極間に挟圧されたことがわか
る。

【００２７】（大電流の短時間通電）被溶接材が電極間
に挟圧された直後に、ステップＳ５８によって大溶接電
流が短時間流される（図１０(c) のＲを参照）。ここで
この大溶接電流は、表面メッキ層の抵抗成分を消失させ
るに充分な値であり、かつスパッタを発生させない値に
設定されている。

【００２８】この大電流通電により、メッキ層の抵抗成
分が消失するため、第３実施例と同様の処理によって最
適な溶接電流と溶接時間に調整される。すなわちメッキ
層の抵抗成分により最適でない溶接電流や溶接時間に調
整されることがない。

【００２９】（溶接電流の増加率の調整）この実施例で
は、図７のステップＳ１２で用いられる電流の増加量Δ
Ｉが図８のようにして決定される。ステップＳ６２は抵
抗変化率ｄｒ／ｄｔの正負を判断することにより図１１
(c) に示す期間ＳとＴのいずれにあるかを判断する。期
間Ｓであってｄｒ／ｄｔがマイナスであるときにはΔＩ
に大きな値ＬＡＲＧΔＩを設定する（ステップＳ６
４）。この結果図１１(a) の期間Ｓに示すように溶接電
流は急激に大きくなる。これによって溶接電流の最適値
をサーチするまでの処理が短時間化される。

【００３０】図１１(c) のＴに示す期間にはいるとｄｒ
／ｄｔが正となる。このときは図８のステップＳ６６で
増分ΔＩに小さな値ＳＭＡＬＬΔＩが設定される。この
結果図１１(a) の期間Ｔに示すように溶接電流はゆるや
かに大きくなる。これによって溶接電流は正確に最適値
に調整される。

【００３１】なお溶接電流の増分ΔＩは、図９のように
決定してもよい。この場合には、ステップＳ７２と８８
によってｄｒ／ｄｔが負の間、すなわち期間Ｓの間は最
大値ＬＡＲＧΔＩとする。次にステップＳ７４〜Ｓ７８
によって、変化率が上昇している間、すなわち図１１
(c) のＮで示すタイミングまでなお最大値ＬＡＲＧΔＩ
とする。さらにステップＳ８４からＳ８８に進む処理に
よって、変化率がピーク値の半分となるまでの間、すな
わち図１１(c) の０で示すタイミングとなるまではなお
最大値ＬＡＲＧΔＩとする。そしてタイミング０以後
は、スラップＳ８６によって、増分ΔＩをｄｒ／ｄｔの
減少に応じて減少させる。

【００３２】この実施例によると、制御精度を損ねない
範囲で最大の増分ΔＩを用いることになり、調整までの
時間が著しく短縮化される。なお溶接の終了条件につい
ては第１実施例と同様であり、詳しい説明を省略化す
る。

【００３３】第５実施例 この実施例のシステム図が図１２に示されている。この
システムでは、電極６ａの変位量（挟圧開始後に溶接の
進行とともに電極６ａの位置が変位した量をいう）を検
出する回路１７とアコースティックエミッション信号を
検出する回路１８が付加されており、これら検出回路１
７，１８の検出信号は中央演算装置１に入力可能となっ
ている。

【００３４】第１〜第４実施例では、ステップＳ８で電
極間抵抗が上昇から下降に転ずるタイミング（すなわち
抵抗変化率がプラスからマイナスに転ずるタイミング）
を検出することによって、ナゲットが成長し始めたとき
を検出している。ナゲットが成長を始めると、抵抗が上
昇から下降に転ずる他、図１３(a) に示すように電極変
位量が頭打ちとなり、また図１３(b) に示すようにＡＥ
信号が最大値で安定化する。そこでステップＳ８を、電
極変化量の変化率がほぼゼロとなる点を判別する処理、
あるいはＡＥ信号の変化率がほぼゼロとなる点を判別す
る処理に置換しても、ナゲットが成長し始めたタイミン
グを検出することができる。このようにしても、ナゲッ
トが成長し始めたときの溶接電流および／または挟圧力
によって溶接を実行することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によると、ナゲットの成長が飽和
状態に達したときに溶接電流が遮断されるため良好な溶
接結果が得られる。またここでパラメータとして抵抗の
時間微分値が用いられるため、溶接条件ごとに基準値を
切換える必要がない。このため、本発明によると予め基
準値を求めておく必要がない。すなわち溶接条件が多様
に変化する場合に、その条件ごとに基準値を設定してお
いたり、あるいは操作者が基準値を切換えるといったこ
とが要らない。このため溶接機の使い勝手が著しく向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のシステム図。

【図２】溶接電流の適値を示す図。

【図３】溶接の進行と電極間抵抗の変化の様子を示す
図。

【図４】第１実施例の処理手順図。

【図５】第１実施例の作動を説明する図。

【図６】第２，第３実施例のシステム図。

【図７】第４実施例の処理手順図。

【図８】第４実施例で溶接電流の増分を決定する処理手
順図。

【図９】第４実施例で溶接電流の増分を決定する他の処
理手順図。

【図１０】第４実施例の作動を説明する図。

【図１１】第４実施例の作動を説明する図。

【図１２】第５実施例のシステム図。

【図１３】第５実施例の作用を説明する図。

【符号の説明】

１；中央演算装置 ６ａ，６ｂ；一対の電極 １０ａ，１０ｂ；被溶接材 １５；電極間抵抗演算回路 Ｓ３０とＳ３４：抵抗値の時間微分値の絶対値が所定値
以下となったときに通電を遮断するステップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極間に挟まれた被溶接材に溶接
   電流を通電することによって該被溶接材を溶接する溶接
   機のコントローラであり、 電極間の抵抗に関する量を検出する手段と、 該検出手段で検出された電極間抵抗が上昇から下降に転
   ずる現象の発生を監視する手段と、 該監視手段で該現象の発生が監視された時以後で、該検
   出手段で検出された電極間抵抗の時間微分値の絶対値が
   所定値以下となったときに、該溶接電流の通電を遮断す
   る手段、とを有することを特徴とする溶接コントロー
   ラ。