JPH1034349A - 抵抗溶接制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線状のワーク等に対して常に良好な溶接がで
きるようにする。装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 電極２６，３６間に線状のワークＷ１，
Ｗ２を挟圧し両電極２６，３６間に溶接電流を通電する
ことによってワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行
う抵抗溶接制御装置であって、溶接電流の通電中におけ
るワークの沈み込みによる両電極２６，３６の接近速度
が１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間であり、
かつほぼ定常的なものになるようにフィードバック制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、２つの電極間に
ワークを挟圧し該両電極間に溶接電流を通電することに
よって該ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵
抗溶接制御装置に関するものである。それも、両電極間
に溶接電流が通電されワークが高温となって軟らかくな
ることによって、その両電極間の挟圧力に基づいてワー
クが側方へ変位してワークの沈み込みが生じて両電極間
の距離が接近するという現象が生じるワークを溶接対象
とするものに関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接機において良好な溶接を行うた
めには、ワークに応じて両電極間に適切な溶接電流を流
すように制御する必要がある。そして、その制御の１つ
として、常に一定の電流を流す制御がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような制御には不都合があることがわかった。すなわ
ち、ワーク（その溶接される部分）に酸化膜が形成され
ているか否かやワークのメッキの状態や、電極の摩耗度
合いによって、溶接結果が良好な場合もあれば、そうで
ない場合もあり、良否にばらつきが生じている。

【０００４】そこで、本発明は、常に良好な溶接を行う
ようにするための制御装置を提供することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、２つの電極間にワークを挟
圧し該両電極間に溶接電流を通電することによって該ワ
ークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御
装置であって、前記溶接電流の通電中におけるワークの
沈み込みによる両電極の接近速度が１００μｍ／秒から
１００００μｍ／秒の間になるように前記溶接電流をフ
ィードバック制御することを特徴とする。

【０００６】本発明者の研究によって、前述したような
側方へ変位するワークの溶接をする際には、ワークの沈
み込みによる両電極の接近速度がこのような範囲である
と適切に溶接がされることをわかったのである。このよ
うに溶接することによって、溶接が不十分のために溶接
後にワークの接合が外れたり、過度の溶接によってワー
クの一部が溶けすぎて飛び散るようなことがなく、適切
に溶接されることがわかったのであり、本発明ではそれ
が応用されているのである。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明の抵抗溶接制御装置であって、前記両電極の接近速度
がほぼ定常的なものになるように前記溶接電流をフィー
ドバック制御することを特徴とする。

【０００８】本発明者の研究によって、請求項１に係る
発明のうちでも、前記両電極の接近速度がほぼ定常的な
ものの場合はさらに適切に溶接されることがわかったの
であり、本発明ではそれが応用されているのである。

【０００９】請求項３に係る発明は、請求項１に係る発
明の抵抗溶接制御装置であって、前記両電極の接近速度
が所定の目標速度となるように所定の時間の間前記溶接
電流をフィードバック制御する手段と、その所定の時間
の間の平均速度が前記目標速度と異なる際には、当該平
均速度を新たな目標速度として前記両電極の接近速度が
その新たな目標速度となるように前記溶接電流をフィー
ドバック制御する手段とを有することを特徴とする。な
お、「前記目標速度と異なる」とは、ほぼ同一（同一を
含む）ではないことをいう。そして、ほぼ同一の場合
は、引き続きその当初の目標速度が用いられる。

【００１０】すなわち、まずは両電極の接近速度が所定
の目標速度となるように制御されるが、結果的にそれが
実現されない場合もある。それは、その目標速度がその
ワークにとって適切ではなかったと考えられるために、
目標速度が変更されるのである。このように目標速度が
変更されることによって、それ以降はその目標速度で両
電極が接近することが実現やすくなる。このため、両電
極の接近速度がほぼ定常となり、適切に溶接されるので
ある。

【００１１】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
係る発明の抵抗溶接制御装置であって、次回の溶接の際
には、その溶接の当初から、前記両電極の接近速度が前
記新たな目標速度となるように前記溶接電流をフィード
バック制御することを特徴とする。

【００１２】前述したように、変更された目標速度はワ
ークにとって適切な目標速度と考えられるため、それを
当初から採用することによって、当初から適切に溶接を
行うことが可能となる。この発明は、前回と次回とが同
じ条件のワークの溶接を行うのに特に便利である。

【００１３】請求項５に係る発明は、請求項１に係る発
明の抵抗溶接制御装置であって、前記両電極の接近速度
が所定の目標速度となるように所定の時間の間前記溶接
電流をフィードバック制御する手段と、前記両電極の実
際の接近速度が前記フィードバック制御に追従できなく
なった際にその溶接を停止する手段とを有することを特
徴とする。

【００１４】所定の目標速度でもって制御されることに
よって適切な溶接が行われていくのであるが、溶接が徐
々に進んでいくことによって、それ以上はワークが沈み
込まなくなってきて、電極の接近速度が目標速度に追従
しなくなる。いいかえれば、目標速度に追従しなくなっ
た際には溶接が十分に行われていると考えられる。この
ため、その時点で溶接を終了することにより、適切な溶
接を行うことができるのである。

【００１５】なお、本発明は、請求項３に係る発明につ
いて適用されてもよい。その際には、「追従できなくな
った」とは、必要に応じて変更された目標速度に追従で
きなくなった場合を示す。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項１に係る発
明の抵抗溶接制御装置であって、前記両電極の接近速度
が所定の目標速度となるように所定の時間の間前記溶接
電流をフィードバック制御する手段と、前記両電極の実
際の接近速度が前記目標速度に到達した時点から所定時
間経過した際にその溶接を停止する手段とを有すること
を特徴とする。

【００１７】所定の目標速度でもって制御されることに
よって適切な溶接が行われていくのであるが、それが所
定の時間継続されることによって、溶接が十分に行われ
たと考えられる。このため、その時点で溶接を終了する
ことにより、適切な溶接を行うことができるのである。

【００１８】なお、請求項５に係る発明と同様に、本発
明も、請求項３に係る発明について適用されてもよい。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項
６に係る発明の抵抗溶接制御装置であって、溶接停止後
において両電極間の距離が所定範囲内か否かによって、
溶接結果の良否判定を行うことを特徴とする。

【００２０】前述したような側方へ変位するワークの溶
接をする際には、最終的にどのくらいワークが沈み込ん
だときに適切な溶接が行われたかが求められる。そこ
で、ワークの沈み込み量がその所定の範囲以内か否かに
よって、適切に溶接が行われたか否かが判定される。そ
して、このように溶接結果の良否が判定されることによ
って、再度溶接すべきか、もう溶接する必要はないかの
材料が与えられることになり、適切な溶接を行う上で便
利である。

【００２１】請求項８に係る発明は、請求項１〜請求項
６に係る発明の抵抗溶接制御装置であって、溶接開始か
ら所定時間経過後における前記両電極の実際の接近速度
が所定の理想範囲内か否かによって、溶接結果の良否判
定を行うことを特徴とする。

【００２２】両電極の接近速度が１００μｍ／秒から１
００００μｍ／秒の範囲内であれば適切な溶接が行われ
ることは前述のとおりであるが、さらにそのうちでもワ
ークに応じて好ましい範囲（理想範囲）がある。このた
め、実際の接近速度がその理想範囲内であったか否かに
基づいて溶接結果の良否判定を行うことができるのであ
る。また、溶接開始から所定時間経過後としたのは、溶
接の当初は接近速度が低いためである。

【００２３】

【発明の実施の形態】 ＜第１実施形態＞次に、本発明の第１実施形態を図１〜
図８に基づいて説明する。図１に示すように、この抵抗
溶接機１０は、本体部１２に対して、横方向に張り出す
ように下側支持部２０及び上側支持部３０が設けられて
いる。

【００２４】下側支持部２０には下側プラテン２２が固
定され、上側支持部３０には上側プラテン３２がシリン
ダ３１によって上下動可能に設けられている。各プラテ
ン２２，３２にはシャンク２４，３４が設けられ、各シ
ャンク２４，３４には電極２６，３６が設けられてい
る。また、上側支持部３０には変位センサ３８が設けら
れており、上側プラテン３２の位置（変位）を始終認識
するようにされている。

【００２５】ワークＷ１，Ｗ２は、両電極２６，３６間
に挟持される。そして、シリンダ３１の駆動によって、
上側プラテン３２が下降され、両電極２６，３６によっ
てワークＷ１，Ｗ２が挟圧され、電源回路４２からの溶
接電流が両電極２６，３６間に流されて、両ワークＷ
１，Ｗ２の溶接がされるようにされている。

【００２６】ワークＷ１，Ｗ２としては、図３〜図５の
ような場合が考えられる。図３は、ワークＷ１，Ｗ２と
も線状の場合である。図４は、ワークＷ１が線状であっ
て、ワークＷ２が板状の場合である。図５は、ワークＷ
１が複数の突起部を有するナットであり、ワークＷ２が
板状の場合である。いずれも、ワークＷ１，Ｗ２が挟圧
されかつ溶接電流が通電された際に、そのジュール熱に
よってワークＷ１及び／又はＷ２が高温となって軟らか
くなることによって側方へ変形し、両電極２６，３６間
の距離が接近するようなものである。これをワークの沈
み込みということとする。また、ワークＷ１及び／又は
ワークＷ２のことを単にワークとも表す。

【００２７】この抵抗溶接機１０に対して、制御装置が
設けられている。図２に示すように、制御装置はＣＰＵ
４０を有し、ＣＰＵ４０には電源回路４２や変位センサ
３８が接続されている。また、ＣＰＵ４０には、クロッ
ク４４，起動回路４６，メモリ４８も接続されている。
起動回路４６はシリンダ３１の駆動を制御する。メモリ
４８には次述の制御内容のプログラム等が記憶されてい
る。

【００２８】制御装置の制御内容は、図６及び図７のフ
ローチャートや図８のタイミングチャートのとおりであ
る。なお、両電極２６，３６間の挟圧力は常に一定であ
るとする。

【００２９】両電極２６，３６によってワークＷ１，Ｗ
２を挟圧した後に、まず、両電極２６，３６間に予備的
な通電を行う（ステップＳ１）。これによって、電極２
６，３６とワークＷ１，Ｗ２とがなじむようになる。そ
して、その後にしばらくワークＷ１，Ｗ２が冷却するま
で通電を中断する（ステップＳ２）。

【００３０】その後、両電極２６，３６間に溶接電流の
通電（本通電）を開始する（ステップＳ３）。この際の
電流値としては、そのワークＷ１，Ｗ２において過去の
経験によって最も好ましいと思われる電流値等が考えら
れる。

【００３１】そして、次に、実際のワークＷ１，Ｗ２の
沈み込み速度（両電極２６，３６間の接近速度）Ｖと、
目標とされている沈み込み速度Ｖ₀ とが比較される（ス
テップＳ４）。なお、ここで、目標の沈み込み速度Ｖ₀
の値は、後述するように、前回の溶接の際の目標の沈み
込み速度Ｖ₀ の値が使用される。目標の沈み込み速度Ｖ
₀ の値は、１００μｍ／秒から１００００μｍ／秒の間
の値である。また、その範囲内においても、ワークに応
じてさらに好ましい範囲（理想範囲）があり、好ましく
は、その理想範囲内の値がとられる。

【００３２】実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速
度Ｖ₀ とほぼ同じ値の場合は、溶接電流値はそのままと
される（ステップＳ６）。実際の沈み込み速度Ｖが目標
の沈み込み速度Ｖ₀ より小さい場合は、所定のゲインで
溶接電流値が増加される（ステップＳ８）。実際の沈み
込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀ より大きい場合
は、所定のゲインで溶接電流値が減少される（ステップ
Ｓ１０）。

【００３３】このようなフィードバック制御が、所定の
時間（所定時間Ｔａ）経過するまで（ステップＳ１２で
Ｎｏの間）繰り返される。このようにして、沈み込み速
度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀ の値となるように制御さ
れる。前述したように、溶接電流の通電によって、ワー
クが高温となり軟らかくなって側方へ変位することによ
ってワークの沈み込みが生じるのであるが、溶接電流値
が小さいとワークの沈み込みが小さく、溶接電流値が大
きいとワークの沈み込みが大きく、溶接電流値とワーク
の沈み込み量との間には正の相関関係があるため、この
ように制御されるのである。

【００３４】上記のようなフィードバック制御が所定時
間された後には（ステップＳ１２でＹｅｓとなった場
合）、上記のようにフィードバック制御されたことによ
る実際の沈み込み速度の平均値Ｖａと、目標の沈み込み
速度Ｖ₀ とが比較される（ステップＳ１４）。

【００３５】ケース１のように、実際の平均の沈み込み
速度Ｖａが目標の沈み込み速度Ｖ₀とほぼ同じ値の場合
は、引き続き、その目標の沈み込み速度Ｖ₀ の値がとら
れる（ステップＳ１６）。しかしながら、上記のように
フィードバック制御しても、実際の平均の沈み込み速度
Ｖａが目標の沈み込み速度Ｖ₀ よりもかなり小さい場合
（ケース２）や、かなり大きい場合（ケース３）があ
る。その際には、目標の沈み込み速度Ｖ₀ の値が、それ
までの平均の沈み込み速度Ｖａの値に変更される（ステ
ップＳ１８，Ｓ２０）。すなわち、所定の時間の間フィ
ードバック制御してもそれに追従しない場合は、そのワ
ークに対してはそれまでの目標の沈み込み速度が適切で
はなかったと考えられるためであり、無理に目標の沈み
込み速度となるようにさらに制御すると、溶接電流が過
大又は過少となって、適切に溶接されないからである。
そして、沈み込み速度が前述した範囲内（１００μｍ／
秒〜１００００μｍ／秒）であるのならば、沈み込み速
度がそのいずれかの値で一定となるようにするのが好ま
しいため（そうとわかったため）、このように目標の沈
み込み速度Ｖ₀ の値を変更するのである。

【００３６】そして、実際の沈み込み速度が、上記のよ
うに必要に応じて変更された目標の沈み込み速度Ｖ₀ と
なるように、フィードバック制御される（ステップＳ２
２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）。このフィードバック制
御の内容は上述したものと同じである。なお、この変更
された目標の沈み込み速度Ｖ₀ が、次回の溶接の際（同
様なワークの溶接の場合）には、当初からの目標とされ
る。このようにすることによって、当初から適切な目標
の沈み込み速度Ｖ₀ でもって制御することができて、便
利だからである。

【００３７】上記のように、必要に応じて変更された目
標の沈み込み速度Ｖ₀ をもってフィードバック制御され
ていく。しかし、それでも、時間の経過とともに、徐々
にその追従度合いが悪くなってきて、溶接電流が増大し
ても、実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀
よりも小さくなってきてしまう。これは、十分に溶接が
されてくると、溶接電流が増加されても沈み込み量が小
さくなってくるからである。したがって、この観点か
ら、実際の沈み込み速度Ｖが、目標の沈み込み速度Ｖ ₀
の９０％以下になったら（ステップＳ３０でＹｅｓ）、
通電が終了される（ステップＳ３２）。このようにし
て、適切なタイミングで溶接が終了される。

【００３８】上記のようにして、適切な溶接がされるよ
うに制御されるが、次に、その溶接が結果的に適切なも
のであったか否かが判断される（ステップＳ３４）。例
えば、ワークに応じて、適切な溶接が行われた際のワー
クの沈み込み量（許容範囲）が予め求めてある。そし
て、ワークの沈み込み量（両電極２６，３６間の距離）
が測定され、その測定値が上記許容範囲内か否かが判断
される。測定値がその許容範囲内の際は、適切にワーク
の溶接が行われたのであるため、その旨の表示がされる
（ステップＳ３６）。一方、測定値がその許容範囲外の
際は、適切な溶接がされなかったと考えられるために、
その旨の表示がされる（ステップＳ３８）。

【００３９】また、ステップＳ３４におけるワークの溶
接の良否の判断方法として、次の方法もある。すなわ
ち、上記のように溶接の制御が行われる際には、ワーク
の沈み込み速度Ｖの値は１００μｍ／秒から１００００
μｍ／秒の間の値とはされるが、その範囲内のうちで
も、前述したように、本来ならばワークによって異なる
所定の理想範囲内の値がとられることが望ましい。この
ため、上記のフローチャートの制御とは別に、定期的な
割り込みによって、ワークの沈み込み速度が始終測定さ
れる。そして、ワークの沈み込み速度が上記の理想的な
沈み込み速度の範囲以内であったか否かが判断される。
なお、溶接の当初は沈み込み速度が低く（溶接開始時点
ではゼロ）、溶接の終期におても低くなっているため、
その時間帯は除外される。そして、ワークの沈み込み速
度が常にその理想範囲内であるときは、ワークが適切に
溶接されたと判断され、その理想範囲外であるときは、
ワークの溶接が適切ではなかったと判断される。

【００４０】以上のように、適切にワークが溶接される
ように制御されるとともに、その結果本当に適切にワー
クの溶接がされたか否かが判断され表示されるために、
ユーザーにとって便利である。

【００４１】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態について、第１実施形態との相違点を中心に、図９
及び図１０に基づいて説明する。この実施形態では、第
１実施形態におけるステップＳ３０がステップＳ３１に
置き換えられて制御される。ステップＳ３１では、ワー
クの実際の沈み込み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ ₀ に
到達した後から所定の時間が経過したか否かが判断され
る。そして、所定の時間（所定時間Ｔｓ）が経過した
ら、ワークの溶接が終了したとして、通電が終了される
（ステップＳ３２）。なぜなら、ワークの実際の沈み込
み速度Ｖが目標の沈み込み速度Ｖ₀ に到達した後は、多
少の変動はあるにしてもワークの実際の沈み込み速度は
目標の沈み込み速度に保たれる。そして、目標の沈み込
み速度では適切な溶接が行われるのであり、それが所定
時間継続されれば適切な溶接が終了すると考えられるか
らである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の制御対象となる抵抗溶接
機の全体を示す図である。

【図２】図１の抵抗溶接機を制御する本発明の一実施形
態の抵抗溶接制御装置を示すブロック図である。

【図３】図１の抵抗溶接機によって溶接されるワークを
示す図である。

【図４】同じく、図１の抵抗溶接機によって溶接される
ワークを示す図である。

【図５】同じく、図１の抵抗溶接機によって溶接される
ワークを示す図である。

【図６】本発明の第１実施形態の制御内容を示すフロー
チャートの一部である。

【図７】図６のフローチャートの続きのフローチャート
である。

【図８】図６及び図７のフローチャートに対応するタイ
ミングチャートである。ただし、本通電以降のもののみ
を示す。

【図９】本発明の第２実施形態の制御内容を示すフロー
チャート（一部）である。

【図１０】図９のフローチャートに対応するタイミング
チャートである。ただし、本通電以降のもののみを示
す。

【符号の説明】 １０ 抵抗溶接機 ２６，３６ 電極 Ｗ１，Ｗ２ ワーク

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの電極間にワークを挟圧し該両電極
   間に溶接電流を通電することによって該ワークの溶接を
   行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置であっ
   て、 前記溶接電流の通電中におけるワークの沈み込みによる
   両電極の接近速度が１００μｍ／秒から１００００μｍ
   ／秒の間になるように前記溶接電流をフィードバック制
   御することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であ
   って、 前記両電極の接近速度がほぼ定常的なものになるように
   前記溶接電流をフィードバック制御することを特徴とす
   る抵抗溶接制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であ
   って、 前記両電極の接近速度が所定の目標速度となるように所
   定の時間の間前記溶接電流をフィードバック制御する手
   段と、 その所定の時間の間の平均速度が前記目標速度と異なる
   際には、当該平均速度を新たな目標速度として前記両電
   極の接近速度がその新たな目標速度となるように前記溶
   接電流をフィードバック制御する手段とを有することを
   特徴とする抵抗溶接制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の抵抗溶接制御装置であ
   って、 次回の溶接の際には、その溶接の当初から、前記両電極
   の接近速度が前記新たな目標速度となるように前記溶接
   電流をフィードバック制御することを特徴とする抵抗溶
   接制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であ
   って、 前記両電極の接近速度が所定の目標速度となるように所
   定の時間の間前記溶接電流をフィードバック制御する手
   段と、 前記両電極の実際の接近速度が前記フィードバック制御
   に追従できなくなった際にその溶接を停止する手段とを
   有することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であ
   って、 前記両電極の接近速度が所定の目標速度となるように所
   定の時間の間前記溶接電流をフィードバック制御する手
   段と、 前記両電極の実際の接近速度が前記目標速度に到達した
   時点から所定時間経過した際にその溶接を停止する手段
   とを有することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６に記載の抵抗溶接制
   御装置であって、 溶接停止後において両電極間の距離が所定範囲内か否か
   によって、溶接結果の良否判定を行うことを特徴とする
   抵抗溶接制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項６に記載の抵抗溶接制
   御装置であって、 溶接開始から所定時間経過後における前記両電極の実際
   の接近速度が所定の理想範囲内か否かによって、溶接結
   果の良否判定を行うことを特徴とする抵抗溶接制御装
   置。