JPH0761547B2 - 抵抗溶接機の電流制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はスポット溶接用，プロジエクション溶接用等と
して適用される抵抗溶接機の電流制御方法に関する。

（従来の技術） 従来，抵抗溶接機の溶接電流を電源の変動，負荷変動に
対して，一定の指定された値になる様に制御しようとす
る定電流制御が広く普及してきた。上記の制御は，マイ
コンの普及とともに第３図の様な構成を用いて，溶接電
源に逆並列に接続されたサイリスタ7,7の点弧角を電流
検出回路12により検出した電流値に応じて制御すること
によって行なわれる。

即ち，第６図の様にある点弧角α１で点弧した場合の電
流I1の値を検出して，あらかじめのマイクロプロセッサ
ーのメモリに格納された第５図の様な点弧角−電流特性
を用いて，指定値I2となる様な点弧角α２を演算にて求
め，それを電源電圧の周期に同期してゼロクロス点から
の発振回路14の発振周波数に応じたディジタル量に換算
してディジタルコンパレータ９にセットして，ディジタ
ルコンパレータ９が各々，電源の正側，負側に応じて発
振回路14よりのクロックをカウントして点弧回路６に出
力することによって行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） ところでこの様な定電流制御において溶接を行こうとす
る場合に，母材にゴミ（鉄粉，砂などの油，水分を含む
もの）が附着していると，通電初期には，第７図（ａ）
の様にゴミをかんで電極が加圧している為に，負荷イン
ピーダンスが大きくなり，第８図に示す様に指定値i3に
対して電流i1が極めて少なくなってしまう。そうする
と，制御系は，検出電流が小さいために，次のサイクル
において指定値の電流を流すために点弧角をさらに進め
る様に働き，この時の電流i2によってゴミが熱せられ，
加圧されている為に爆発等によって飛び散る。そしてこ
の際に，ワーク，電極チップ表面の荒れ，電極チップの
溶着等の悪影響が発生する不都合を生じる。

又，このゴミが吹き飛んだ後には，第７図（ｂ）の様な
状態にて加圧されていることになり，前のサイクルのゴ
ミがある状態にて演算された点弧角にて通電すると，第
９図（ｂ）斜線部の様な大きな電流がゴミが飛んだ後に
流れる様になってしまいこの場合にも電極チップの溶着
等の悪影響を生ずることになる問題がある。このため，
第９図（ａ）に示すようなゴミのない場合の電流特性
と、第９図（ｂ）に示すようなゴミのある場合の電流特
性とが大きく異なることになり，ゴムの有無にかかわら
ず電流を適切に制御することが必要となる。

そこで，一般には，ある倍率以上に電流値を増やさない
様に制御系のプログラムの中で処理を行っている。しか
しながらこの様な場合にもやはり，通電初期の数サイク
ル間に渡って，前記の様なゴミが附着したままで電流が
極めて小さいままの状態が存在することがある。この場
合，点弧角−電流特性がゴミ有と無の場合で大きく異な
るためにやはり，かなり進んだ点弧位相となることが考
えられ，この倍率を小さくしすぎると，指定値に到達す
るまでの遅れ時間が大きくなる恐れがある。又，一般的
に行なわれている定電流制御を用いたスロープ制御（順
次電流を１サイクルずつ上昇するような電流勾配を実現
するよう電流を検出しながら点弧角を制御する制御方
法）を用いて実験を行ったところ，このスロープ時間中
は，順次，指定値をサイクル毎に大きくして行くやり方
と最終の指定値での点弧角を演算した後に，その点弧角
になるまでの点弧角を検出電流値に応じて順次１サイク
ル毎に減少させていくやり方の両者とも，ゴミが付着し
ていると最初の検出電流値が指定値より小さくなるため
に，やはり，第10図（ｂ）に示す様に定電流制御を行っ
ているがゆえの出力電流を補正しようとする作用により
電流のオーバシュート又は，オーバシュートしなくても
かなり大きな電流にてゴミを吹き飛ばすためにチップの
溶着，ワークの表面，チップの荒れを生ずる結果となっ
た。このように定電流制御を用いたスロープ制御による
場合も第10図（ａ）に示すようなゴミのない場合の電流
特性に対して，ゴミの存在が大きな悪影響を与えるもの
となっている。

次に，点弧角をゴミがない場合の定常状態での点弧より
進まない様な制御方法を取り入れて実験を行った結果や
はり，この様な状態でも電流のオーバシュートは生じな
いがチップの溶着，ワーク表面，チップの荒れは解消さ
れなかった。

上記のように従来の制御方法は，ゴミの存在の有無に大
きな影響を受けるものであり，ゴミが存在すると通電時
に電極が母材に溶着する欠点を生じるものであった。ま
た，実際の工程ラインにおいては電流が溶着するとライ
ンが停止することなり，生産効率を低下させる不都合が
生じるものであり，この他電極チップやワークに荒れが
生じると溶接品質が低下すると共に溶接後の工程で補修
を必要とする不都合があった。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記のような各種の実験・調査からチップの溶
着がゴミの付着と定電流制御を行なっていることとによ
り相乗的に発生していると考えられる点に着目して創案
されたもので，その要旨とするところは，交流電源周期
から点弧して電流を発生すると共に点弧角の減少に応じ
て電流値の絶対値が上昇するような点弧角−電流特性を
有する抵抗溶接機において，同抵抗溶接機の通電開始時
から所定時間内では上記点弧角を漸次減少させて上記点
弧角−電流特性により電流値を上昇させるプレヒートス
ロープ制御を実行し，また上記所定時間の経過後には電
流値を検出しながら上記点弧角−電流特性に基き電流値
が一定値となるよう上記点弧角−電流特性に基き電流値
が一定値となるよう上記点弧角を制御する定電流制御を
実行することを特徴とする抵抗溶接機の電流制御方法に
ある。

（作用） 本発明によれば，抵抗溶接機の通電開始時から所定時間
内においてはプレヒートスロープ制御により出力電流に
かかわらず点弧角が漸次減少されて電流値が徐々に上昇
するものであるため，たとえ母材にゴミ等が付着してい
ても，ゴミ等は加圧された状態で通電されることとなり
加熱されて吹き飛ばされるものであり，ゴミ等が除去さ
れた後に急激に電流が上昇することもないものである。
また，通電開始時から所定時間の経過後には定電流制御
により電流値が一定値となるよう点弧角が制御されるも
のであるため，電源の変動及び負荷の変動が生じても電
流が一定値に制御されるものであり，プレヒートスロー
プ制御により母材のゴミ等は除去されるため定電流制御
において従来のように過大電流が発生することもないも
のである。

（実施例） 以下，本発明の実施例を添付図面に基き詳細に説明す
る。本実施例において，抵抗溶接機の概略構成は第３図
に示した従来のものとほぼ同様である。第３図の構成を
更に詳しく説明すると，第３図中,1は１次回路２に接続
された交流電源,3は溶接電極チップ4,4を有する２次回
路,5は１次回路２と２次回路３との間に設けられた溶接
変圧器で,1次回路２の電圧・電流を増幅して２次回路３
に大電流・大電圧を作用させるものである。また６は１
次回路に設けられ，電源に対して逆並列に設けられた２
つのサイリスタ7,7と，サイリスタ7,7のON・OFFを制御
するスイッチイング回路８とを有する点弧回路,9は後述
の制御回路10からの制御信号を受け指令された点弧角を
実現するよう発振回路14からのクロックパルスをカウン
トしながらスイッチング回路８に作動信号を送出するデ
ジタルコンパレータである。なお発振回路14は第４図
（ii）のようなパルス出力を発生するものであり，デジ
タルコンパレータ９は第４図（iii）に示すような信号
をスイッチング回路８に出力するものである。また11は
交流電源１の発生する電圧が負側から正側へ変動して０
電位点を交差するゼロクロス点を検出してゼロクロス点
毎の周期的な信号を発するよう設けられた電源周期信号
発生回路であり，第４図（ｉ）に示すような出力信号を
制御回路10に送出するものである。12は１次回路２に設
けられた検流器を介して１次回路に流れる電流を検出す
る電流検出回路,13は電流検出回路の出力信号をデジタ
ル信号に変換するA/Dコンバータである。

また，制御回路10はROM及びRAMを備えてマイクロプロセ
ッサ等により構成されており，電源同期信号発生回路1
1,及びA/Dコンバータ13を介した電流検出回路12からの
検出信号を受けてデジタルコンパレータ９に制御信号を
送出するものである。

この制御回路10は第１図に示すような制御動作を実行す
るよう構成されている。

第１図に示す制御回路10の制御動作は加圧溶接作業毎の
加圧溶接機の通電開始と同時に開始される。制御動作が
開始されるとまずステップS1で初期設定として制御回路
10内のパルスカウンタがリセットされてカウントパルス
CPが０となる。なおこのパルスカウンタは電源同期信号
発生回路11から出力されるパルス数をカウントするよう
設けられているものである。その後ステップS2では電源
同期信号発生回路11から交流電源１の発生する電圧が負
側から正側に変動して０電位点を交差したことを検出す
るゼロクロス信号が入力されたか否かが判別され，入力
されない場合はその判別を続ける。またゼロクロス信号
が入力されたことを検出するとステップS3に至り，カウ
ントパルスCPの値を現在の値に１を加算したものとす
る。その後ステップS4ではカウントパルス値CPが所定値
Ｔ以下であるか否かが判別されるが，この所定値Ｔは通
電開始時からの所定時間に相当するもので，実際には数
パルスに相当するものであり0.05〜0.1秒程度の時間に
対応するものである。そしてステップS4でCP≦Ｔである
と判別された場合にはステップS5に至って更にCP＝１で
あるか否かが判別され,CP＝１である場合，すなわち通
電開始直後である場合にはステップS6に至り点弧角αが
通電初期点弧角αｏとなるようにデジタルコンパレータ
９に制御信号を送出する。ここで通電初期点弧角αｏは
母材に付着したゴミ等が加熱されて吹き飛ばされる程度
の小電流に対応したものとなるよう第５図に示した点弧
角−電流特性に基き予め設定されたものである。ステッ
プS6を通過した後は再びステップS2に戻り以下のチャー
トを繰り返す。またステップS5でCP＝１でないと判別さ
れた場合にはステップS7に至り，点弧角αを通電初期点
弧角αｏからスロープ比ΔαのCP値倍だけ進角させたも
のとなるようにデジタルコンパレータ９に制御信号を送
出した後，ステップS2に戻り以下のチャートを繰り返
す。

ところで，ステップS5〜S7の制御はカウントパルス値Ｔ
に相当する通電後の所定時間内に実行されるものであ
り，カウントパルス値CPの増加（時間の経過）に伴ない
点弧角αを漸次減少させるものとなっている。このため
結果的に第５図に示した点弧角−電流特性により電流値
がパルス毎に漸次増大して行くものとなっており，フィ
ードフォワード制御によるプレヒートスロープ制御を実
行するものとなっている。

またステップS4でCP≦Ｔでないと判別された場合にはス
テップS8に至り，カウンパルス値CPがＴ＋１であるか否
かが判別される。CP＝Ｔ＋１である場合，すなわちプレ
ヒートスロープ制御が終了した直後である場合にはステ
ップS9に至り点弧角αが，所望の抵抗溶接を実行するた
めに必要な所定電流値Icに対応するよう点弧角−電流特
性に基いて予め設定された点弧角αｃとなるようデジタ
ルコンパレータ９に制御信号を送出する。その後ステッ
プS10では，点弧角αｃで発生した電流値を電流検出回
路12からの検出信号により検出する。この後はステップ
S2に戻り以下のチャートを繰り返す。またステップS8で
カウントパルス値CPがＴ＋１でないと判別された場合に
はステップS11に至る。ステップS11では１パルス前の電
流値ｉと今回出力する電流値Ixの平均値が所定電流値Ic
となるように，電流値2Ic−ｉに対応する今回の点弧角
αｘを点弧角−電流特性に基いて算出する。そしてステ
ップS12では点弧角αがαｘとなるようデジタルコンパ
レータ９に制御信号を送出した後，前述のステップS10
に至り電流値ｉを検出した後ステップS2に戻る。

ところでステップS8〜S12の制御はカウントパルス値Ｔ
に相当する通電後の所定時間が経過した後に実行される
ものであり,1次回路２に流れる電流値ｉを検出しながら
点弧角αを制御して所定電流値Icを発生させようとする
ものとなっており，フィードバック制御による定電流制
御を実行するものとなっている。

したがって上記のような制御装置を有する上記実施例に
よる電流値の変化は第２図（ａ）に示すようになる。す
なわち第２図（ａ）に示すように通電開始からの所定時
間の間はプレヒートスロープ制御が実行されてサイクル
毎に点弧角が減少して電流値が上昇し，また通電開始か
ら所定時間を経過した後は電流値を検出しながら点弧角
がフィードバック制御され電流値は一定値に維持される
ものである。また，母材にゴミ等が付着していてもプレ
ヒートスロープ制御の間にゴミは加熱されて吹き飛ばさ
れることにより除去されるものであり，点弧角はプレー
ヒート制御中にはサイクル数（カウントパルス値）によ
りスケジュール的に決定され，電流値に左右されること
がないため，ゴミかみにより出力電流が小さくなった場
合にも急激に過大な電流が流れることがなく，オーバシ
ュート，電極チップ４の溶着，電極チップ４及び母材と
なるワーク15の荒れ等を有効に防止できるものである。

上記実施例によれば，プレヒートスロープ制御により溶
接母材に附着したゴミ（鉄粉，砂等の油，水分を含むも
の）に起因して通電時に電極チップが溶着する等の不具
合を効果的に防止する効果を奏すると同時に，定電流制
御により電源の変動，負荷の変動に対して電流を一定値
に制御して良好な溶接性能を確保できる効果を奏するも
のである。そして電極チップの溶着，荒れ，ワーク表面
の荒れが防止されるため，ライン停止時間を削減して生
産効率を向上せしめると共に，溶接品質を向上させて補
修等の作業及び電極チップの保守点検作業を大幅に軽減
する効果を奏するものである。

また，従来の抵抗溶接機の設備を大幅に変更することな
く制御装置を改修するだけで実施できるものであるた
め，安価かつ容易に実施できる効果を奏する。

なお，本発明は上記実施例に何ら限定されるものではな
く，この他本発明の要旨を変えない範囲内で種々の変形
実施が可能であることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上，実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば，電極チップの溶着・荒れ及びワークの表面荒れ等
の不具合を有効に防止して，高品質でかつ信頼製に優れ
工程効率が高く実施の容易な抵抗溶接機の電流制御方法
を提供する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御内容を示す一実施例としてのフロ
ーチャート図，第２図は上記実施例の電流特性図，第３
図は抵抗溶接機の一実施例を示す概略構成図，第４図は
第３図の構成に対応するタイミングチャート図，第５図
は点弧角−電流特性図，第６図は電源電圧，電流，点弧
角の関係を示す説明図，第７図は抵抗溶接の模式図，第
８図は従来例としての定電流制御による特性図，第９図
は定電流制御の電流特性図，第10図は定電流スロープ制
御の電流特性図である。 ６……点弧回路， ９……デジタルコンパレータ， 10……制御回路 11……電源同期信号発生回路 12……電流検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 川端 修 (56)参考文献 特開 昭58−196184（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−43881（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源周期から点弧して電流を発生する
   と共に点弧角の減少に応じて電流値の絶対値が上昇する
   ような点弧角−電流特性を有する抵抗溶接機において，
   同抵抗溶接機の通電開始時から所定時間内では上記点弧
   角を漸次減少させて上記点弧角−電流特性により電流値
   を上昇させるプレヒートスロープ制御を実行し，また上
   記所定時間の経過後には電流値を検出しながら上記点弧
   角−電流特性に基き電流値が一定値となるよう上記点弧
   角を制御する定電流制御を実行することを特徴とする抵
   抗溶接機の電流制御方法