JPH11768A - スポット溶接制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質のスポット溶接ができるようにする。 【解決手段】 スポット溶接開始時には、まず電極チッ
プ１２Ａを母材に当接するまで下げ、次に所定圧力で加
圧する。スポット溶接が始まると、中央演算装置２０
は、位置検出器（エンコーダ）から得られる電極チップ
１２Ａの時系列的な移動（振動）状態（電極間変位波
形）を記憶回路２６に記憶されている基準電極間変位波
形と比較し、これによって溶接状態の良否を判断し、溶
接電流や通電時間等にフィードバックする。スポット溶
接が終了すると、電極チップ１２Ａを母材に当接した位
置まで上昇し、次に初期の位置まで開放する。この開放
動作が正常に行われなければ、中央演算装置２０は、電
極が溶着したと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極チップ間の変
位量に基づいて高品質のスポット溶接をすることができ
るスポット溶接制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からスポット溶接の品質を向上させ
るため種々の技術が開発されている。たとえば、特公昭
６１−１５７９５号公報に開示されているように、溶接
の強度を正確に判定できる装置を用いて、以降のスポッ
ト溶接の条件等を改善するもの、また、特開平７−２３
２２７８，２３２２７９号公報に開示されているよう
に、高品質のスポット溶接ができるように最適な制御を
行ないながらスポット溶接を行なうものなどの技術があ
る。

【０００３】このように最適な制御を行ないながら高品
質のスポット溶接をする技術の中でも、注目されている
技術としては、溶接電流通電中（ナゲット生成過程）に
おける母材の熱膨張を利用したものがある。母材の熱膨
張を利用してスポット溶接の品質を向上させるスポット
溶接装置の代表的なものを図９に示す。

【０００４】この図に示したスポット溶接装置は、加圧
装置としてエアーシリンダを用いており、電極チップ間
の加圧力が、中央演算装置の指令によって制御される加
圧力制御回路によって調節できるようになっている。ま
た、電極チップ間には電源回路によって電圧が印加さ
れ、ワーク（母材）の溶接電流は、中央演算装置の指令
によって制御される電流制御回路によって制御される。

【０００５】電極チップ間の変位量は、電極間変位検出
装置によって検出され、その検出値は、電極間変位検出
回路を介して中央演算装置に知らされるようになってい
る。このように、電極チップ間の変位量を検出するの
は、通電期間中の母材の膨張量や膨張率を測定し、これ
らによって溶接状態を推定し、高品質のスポット溶接が
できるように、溶接電流や通電時間にフィードバックを
かけ、また、加圧力を調整するためである。

【０００６】溶接時（通電期間中）に電極チップ間の変
位を検出した場合には、その変位量に対する溶接電流
値、通電時間、加圧力との関係を記憶回路から探し、中
央演算装置によって、変位量に応じた溶接電流値、通電
時間、加圧力に制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置では、加圧力はエアーシリンダーによっ
て与えるようになっているので、安定した加圧力を得る
ことが困難であるとともに、応答性に欠けるなどの問題
がある。また、溶接時の電極チップ間の変位量が微少
（数十μｍから数百μｍ）であるために、溶接ガンアー
ムは相当の剛性を有していなければこの変位量を正確に
検出することはできない。

【０００８】さらに、エアーシリンダーの場合には、母
材に電極チップが接触する瞬間の速度がほぼ最高速度に
近い速度となっているため、接触の衝撃による振動が、
溶接ガン本体、電極アーム、母材等に残っていたり、電
極の先端がその衝撃力で変形したりするため、その変位
量の正確な測定はさらに困難なものとなる。このため、
エアーシリンダーを用いた装置では高品質のスポット溶
接をすることに一定の限界がある。

【０００９】上記のような不具合を解決するため、最近
では加圧装置としてモータを用いた装置が使用されつつ
ある。しかしながら、この装置をもってしても、スポッ
ト溶接をする度に大径化する電極チップの先端径や、そ
の先端径の変化に伴う溶接条件の変化など、細かい点を
考慮した制御をしていないことから、なお、高品質のス
ポット溶接をすることには一定の限界がある。

【００１０】このような限界が生じるのは、実際の設備
ではスポット溶接を連続的に行なうため、電極チップの
先端形状はその都度変化し、当然のごとく通電サイクル
中の電極チップ間の変位量や電極チップ間の通電波形の
時間的変化も一定ではなくなり、また、電極形状の磨耗
の推移も外乱の影響で一定ではなくなることなどに起因
している。

【００１１】本発明は、このような従来の多くの問題を
解消するためになされたものであり、さらに高品質のス
ポット溶接が可能なスポット溶接制御装置の提供を目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は次のように構成される。

【００１３】請求項１に記載の発明は、母材にスポット
溶接を施す電極チップと、当該電極チップを移動させる
サーボモータと、前記電極チップの移動量を検出するエ
ンコーダと、スポット溶接中は、前記電極チップが前記
母材を所定の加圧力で加圧するように前記サーボモータ
の発生トルクを制御する制御手段と、前記エンコーダか
ら検出される前記電極チップの移動量の時系列的変化か
らスポット溶接状態の良否を判断する判断手段とを有す
ることを特徴とする。

【００１４】制御手段は、スポット溶接中の加圧力が一
定となるようにサーボモータの発生トルクを制御する。
スポット溶接が開始されると、母材が膨張し電極チップ
が加圧力に抗して押し戻されるが、このときの電極チッ
プの移動量の時間的変化からスポット溶接の良否が判断
される。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のスポット溶接制御装置において、前記制御手段は、ス
ポット溶接を開始する際には、前記電極チップが前記母
材に当接するまで移動させ、その後一定のトルクで前記
電極チップを前記母材に加圧する２段加圧制御を行うこ
とを特徴とする。

【００１６】制御手段は、電極チップを母材に一旦当接
させて、その後加圧させる。この２段加圧制御により電
極チップの寿命が向上する。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
のスポット溶接制御装置において、前記制御手段は、ス
ポット溶接を終了する際には、前記電極チップを任意の
トルクで前記母材の当接位置まで開放し、その後任意の
速度で前記電極チップを開放位置まで開放する２段開放
制御を行うことを特徴とする。

【００１８】制御手段は、電極チップを一旦当接位置
（加圧する際に電極チップと母材とが当接した位置）ま
で戻し、その後、開放位置まで開放する。この２段開放
制御により電極チップの寿命が向上する。

【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のスポット溶接制御装置において、前記制御手段は、前
記２段開放制御を行っても、電極チップが開放位置まで
開放しない場合には、電極チップが母材に溶着している
か、又はその他のトラブルが生じたものと判断する溶着
検知処理を行うことを特徴とする。

【００２０】制御手段は、任意のトルクで電極チップを
開放する処理をするが、電極チップが開放されなかった
場合には、電極チップの溶着などのトラブルの発生が考
えられるので、これを検知してサーボモータを停止させ
るなどの処理をする。

【００２１】請求項５に記載の発明は、母材にスポット
溶接を施す電極チップと、当該電極チップを移動させる
サーボモータと、前記電極チップの移動量を検出するエ
ンコーダと、スポット溶接中は、前記電極チップが前記
母材を所定の加圧力で加圧するように前記サーボモータ
の発生トルクを制御するトルク制御手段と、前記母材と
電極チップとの間に溶接電流を供給する溶接電源と、正
常な電極チップで前記母材にスポット溶接を施した場合
に得られた基準電極間変位波形を記憶する記憶手段と、
前記電極チップでスポット溶接をしたときに前記エンダ
ーダから得られた電極間変位波形を前記記憶手段に記憶
されている基準電極間変位波形と比較して溶接状態を認
識し、認識された溶接状態に基づいて前記溶接電源から
の溶接電流、通電時間又は前記サーボモータによる前記
電極チップの加圧力を調整する溶接制御手段とを有する
ことを特徴とする。

【００２２】電極間変位波形を調べるとスポット溶接が
どのような状態で行われているかがわかる。したがっ
て、理想的な溶接が行われた際に採集された基準電極間
変位波形とスポット溶接中に採集された電極間変位波形
とを比較することによって、溶接電流値やその通電時
間、電極チップの加圧力を最適なものに調整する。

【００２３】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
のスポット溶接制御装置において、前記記憶手段には、
さらにその電極チップにおける溶接回数と電極間変位波
形との関係が記憶され、前記溶接制御手段は、その電極
チップの溶接回数と電極間変位波形との関係を加味して
溶接状態を認識し、認識された溶接状態に基づいて前記
溶接電源からの溶接電流、通電時間又は前記サーボモー
タによる前記電極チップの加圧力を調整することを特徴
とする。

【００２４】このようにすることで、電極チップの溶接
回数による磨耗や、先端形状の変化に応じた最適のスポ
ット溶接を行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】上記のように構成される本発明のスポッ
ト溶接制御装置は各請求項ごとに次のような効果を奏す
る。

【００２６】請求項１に記載の発明では、スポット溶接
中は、電極チップが一定の圧力で母材を加圧し、この状
態で電極チップの移動量を検出し、この移動量の時系列
的変化状態からスポット溶接の良否を判断するようにし
たので、溶接中の電極チップの移動量を正確に把握しさ
えすればスポット溶接の状態が把握できるようになる。

【００２７】請求項２に記載の発明は、スポット溶接を
する際に、２段加圧制御により電極チップを加圧するよ
うにしているので、電極チップが母材に接触する際の衝
撃がなくなり、その分、電極チップの寿命が向上する。

【００２８】請求項３に記載の発明は、スポット溶接の
終了の際に、２段開放制御により電極チップを開放する
ようにしているので、電極チップが母材から離れる際の
衝撃を和らげることができ、その分、電極チップの寿命
が向上する。

【００２９】請求項４に記載の発明は、２段開放制御の
際に電極チップの開放がうまく行われなかった場合に
は、溶着検知処理を行うので、スポット溶接後のトラブ
ルの発生が認識できるようになる。

【００３０】請求項５に記載の発明は、電極間変位波形
を基準電極間変位波形と比較して溶接状態を認識するよ
うにしているから、スポット溶接状態を正確に把握する
ことができ、その状態の把握から、溶接電流値やその通
電時間、電極チップの加圧力を最適なものに調整するこ
とができる。このため、スポット溶接の品質を向上させ
ることができるようになる。

【００３１】請求項６に記載の発明では、電極チップに
おける溶接回数と電極間変位波形との関係に基づいて溶
接状態を認識できるようにしたので、電極チップの溶接
回数の変化による磨耗状況などをも勘案しつつさらに正
確な溶接状態の把握が可能となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかるスポット
溶接制御装置の全体構成を示すブロック図である。母材
１０には、その上下方向から溶接ガン１１に取り付けら
れた電極チップ１２Ａ，１２Ｂが圧接される。この圧接
された状態で電源回路１５から両電極チップ１２Ａ，１
２Ｂに溶接電流が供給される。この溶接電流の電流値や
通電時間（溶接時間）は、中央演算装置２０の指令に基
づいて動作する電流制御回路１６によって制御される。

【００３３】電極チップ１２Ａは、サーボモータ１８に
よって昇降される。このサーボモータには、位置検出器
としてエンコーダ１９が取り付けられ、このエンコーダ
１９によって電極チップ１２Ａの微少な上下動が検出さ
れる。なお、サーボモータ１８の動作は、中央演算装置
２０の指令に基づいて動作するサーボ制御回路２２によ
って制御される。また、エンコーダ１９で検出された電
極チップ１２Ａの変位量は、サーボモータ１８の位置制
御のため、サーボ制御回路２２にフィードバックされ
る。

【００３４】電極間変位判定回路２４は、溶接中に電極
チップ１２Ａ，１２Ｂが母材１０の熱膨張によって押し
戻されたかどうかを判断するための回路である。この判
断は、エンコーダ１９によって検出される電極チップ１
２Ａの位置の変動（上方向に移動する）を検出すること
によって行なう。

【００３５】記憶回路２６は、溶接ガンアームの形状、
その剛性、電極チップの起動トルク（静摩擦力）、加圧
力伝達系の特性、通電周波数、電極チップの形状や磨耗
量、母材の板厚、材質、枚数に関する情報を記憶してい
る回路である。また、後述する基準電極間変位波形や溶
接中に検出される電極間変位量、その電極チップの溶接
回数も記憶されるようになっている。したがって、スポ
ット溶接は、この記憶回路２６に記憶されている情報を
もとに最適な溶接条件（電極の加圧力、溶接電流、通電
時間）で行なわれることになる。

【００３６】以上のように構成された装置を用いて高品
質のスポット溶接をするわけであるが、この装置の動作
を説明する前に本発明装置を構成するに至った理由を説
明しておく。

【００３７】前述のような従来の装置では、通電中の母
材の熱膨張量や熱膨張率をリアルタイムに計測するため
に、溶接ガンアームの剛性確保が必要であったり、電極
チップの変位を検出するセンサの取り付け位置の調整、
校正、価格等の問題を常に抱えていた。本発明では、エ
ンコーダ１９によって溶接中の母材１０の熱膨張量や熱
膨張率、または熱膨張、収縮の時系列データを電極間変
位波形として検出できるようにしており、従来のこのよ
うな問題をなくしている。なお、電極間変位波形は、母
材１０の実際の変位量に対して完全には比例しない。こ
れは、母材１０の熱膨張初期（微少な変位量）において
は電極駆動系の特性、たとえばベルトやカップリング等
の特性が合成されるからであり、電極駆動系の損失（遊
び）も重畳されるからである。したがって、電極間変位
波形は、溶接ガンの形状、その合成、駆動方式、構成部
品などによって異なってくる。

【００３８】発明者の研究によると、本発明装置を用い
ることにより、溶接中の母材１０の熱膨張、収縮による
電極間変位は、溶接ガン１１のアームの撓みに吸収され
ることなくわずかな変位も検出できることがわかった。
このように、微少の変位が検出できるようになったの
は、電極チップ１２Ａ，１２Ｂの加圧力を正確に制御し
ているからに他ならない。

【００３９】つまり、電極チップが加圧されるにしたが
って溶接ガン１１のアームはサーボモータ１８の加圧力
に応じて撓むが、電極チップ１２Ａ，１２Ｂの加圧中は
その加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態となってい
る。この加圧力はサーボモータ１８によって正確に制御
されている。この状態で溶接を開始すると、母材１０の
熱膨張により一瞬、溶接ガン１１のアームの撓み量が増
加する。このため、その加圧力と撓みとの釣り合いが不
均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極チップ１
２Ａが押し戻される。この押し戻された位置の経時的変
化を電極間変位波形として検出すれば、溶接時の状況が
正確に把握できる。

【００４０】図２は、電極チップ１２Ａ，１２Ｂ間の実
変位量とその実変位量に対するエンコーダ１９の検出変
位量との関係を実験によって調べた結果を示したもので
ある。この図を見れば明らかなように、実変位量とエン
コーダ検出変位量とは完全には一致しないものの、はっ
きりとした相関関係があることがわかる。尚、完全には
一致しないのは、機械構成部品の損失（遊び）のためで
あると考えられる。

【００４１】溶接中に実際に測定された電極間変位量
（変位波形）、エンコーダ波形、溶接電流波形の一例を
図３及び図４に示す。これらの波形を採ってみてわかっ
たことは、単相交流を用いた場合には、電極間変位量が
その交流周波数の２倍の周波数でかつ溶接電流の大きさ
に比例した大きさで振動する電極間変位波形となるとい
うことである。したがって、予めこのような電極間変位
波形の傾向を記憶させておくことによって、溶接時にお
ける母材１０の熱膨張量を正確に推定することができる
ようになる。

【００４２】また、実験では、電極間変位波形が電極チ
ップ先端形状にも依存しているかを調査した。この結果
図５に示すようなチップ間変位と時間との関係が得られ
た。たとえば、連続打点中のドーム型電極チップ先端形
状（初期接触面積）の変化と電極間変位（変位波形）の
時間的推移をみると、電極チップが新しく初期接触面積
が小さいほど電極間変位は極端に減少する傾向を示す。
これは、初期接触面積が小さいと、溶接電流が一点に集
中しやすくなり、電流が過大となるため、散りが発生す
るからである。逆に、電極チップの初期接触面積が大き
くなると、電極間変位は緩やかな減少傾向を示す。これ
は、初期接触面積の増加によって散りが発生しにくくな
るためである。

【００４３】電極チップの初期接触面積が最適ナゲット
径に近い場合には、通電初期の溶接電流が適度となり、
散りの発生もなく、電極間変位は一旦増加（熱膨張）
し、通電終了後、初期の板厚近くまで減少（収縮）す
る。

【００４４】一方、電極チップの初期接触面積が最適ナ
ゲット径を越えると、通電面積が増加するため、電極間
変位は一旦緩やかに増加するが、通電終了後の減少はほ
とんど確認されない。これは、電極接触面積が飽和状態
に達し、かろうじてナゲットが生成されているものと判
断できる。

【００４５】さらに、電極チップの初期接触面積が増加
すると、電極接触面積は完全に飽和状態に達し、電極間
変位（熱膨張）もほとんど確認されず、ナゲットもほと
んど生成されない。このような電極チップの接触面積の
変化傾向をも考慮して電極間変位波形の傾向を記憶させ
ておくことによって、より正確に、溶接時における母材
１０の熱膨張量を推定することができるようになる。

【００４６】本発明では以上のようなことを前提に、図
１に示した装置を図６から図８に示すフローチャートの
ように制御することによって高品質のスポット溶接を可
能にしている。以下に、この処理を詳細に説明する。

【００４７】図６は、溶接を開始するときに、電極チッ
プ１２Ａ，１２Ｂを母材１０に対して２段加圧する処
理、及び溶接が終了したときに電極チップ１２Ａ，１２
Ｂを母材１０から２段開放する処理を示したものであ
り、図７は、図６の処理に加え、電極チップ１２Ａ，１
２Ｂを母材１０から離すときに溶着状態を検出する処理
を加えたものである。

【００４８】図６のフローチャートでは、まず、中央演
算装置２０は、スポット溶接開始の指令を受けると、記
憶回路２６に記憶されている母材１０（被溶接板材）の
板厚合計、電極チップ１２Ａ，１２Ｂの磨耗量から母材
１０の接触（当接）位置を算出し、その位置に電極チッ
プを位置決めさせる。尚、図１ではスポット溶接ガンし
か示してないが、この溶接ガンは実際にはロボットのガ
ンに取り付けられており、そのロボットの動作は中央演
算装置２０によって制御されている（Ｓ１）。位置決め
が終了すると、サーボ制御回路２２は、サーボモータ１
８を作動させ、任意の速度及びトルクで母材１０の接触
直前まで電極チップ１２Ａを下降させる。つまり、電極
チップ１２Ａは、母材１０を加圧する直前で停止される
ことになる（第１段加圧）（Ｓ２）。

【００４９】つぎに、サーボモータ１８の制御方式をト
ルク制御方式に切り換えて、設定圧力になるまで母材１
０を加圧する（第２段加圧）。この加圧力の検出は、サ
ーボモータ１８に流れる電流値に基づいてサーボモータ
制御回路２２によって行なわれる。このようにして２段
加圧をすると、母材１０に電極チップ１２Ａが接触した
状態から加圧が行なわれるので、加圧時の衝撃がなくな
り、電極チップ１２Ａの先端部の塑性変形を避けること
ができるようになる。したがって、長期にわたって電極
チップ１２Ａの初期形状を保つことが可能となり、電極
チップ１２Ａの寿命（連続打点可能数）が向上する（Ｓ
３，Ｓ４）。設定圧力まで母材１０を加圧したことが確
認されたときには、スポット溶接が開始されるが、この
処理は図８のフローチャートに基づいて後で詳しく説明
する（Ｓ５，Ｓ６）。

【００５０】スポット溶接が終了すると、予め設定した
トルク、任意の速度で母材１０との接触位置まで電極チ
ップ１２Ａを上昇させる（Ｓ７）。そして、任意の速度
及びトルクで電極チップ１２Ａを最初の位置まで移動さ
せる（Ｓ８）。つまり、２段開放制御を行っている。こ
のように２段階で電極チップ１２Ａを開放させることに
よって、開放時に電極チップ１２Ａが受ける開放時の衝
撃（振動）をなくすことができる。

【００５１】図７のフローチャートにおいて、Ｓ１１〜
Ｓ１７のステップまでの処理は図６のフローチャートの
処理とまったく同じであるので繰り返して説明しない
が、このフローチャートでは、電極の溶着を検知する処
理が付け加えられているので、この部分を説明する。

【００５２】スポット溶接が終了すると、電極チップ１
２Ａを開放させるが、開放させる際には、サーボモータ
１８のトルクを開放するときのトルクに設定して、任意
の速度で最初の位置まで移動させる指令をする。この指
令はサーボ制御回路２２から出力される。なお、このよ
うにトルクを決めるのは、電極チップと母材とが溶着し
ていた場合に、電極チップがガンアームより脱落してし
まわないようにするためである（Ｓ１８）。

【００５３】一定のトルクで駆動しても、電極チップ１
２Ａが上昇しない場合には、溶接時に母材１０と電極チ
ップ１２Ａとが溶着している可能性があるので、サーボ
制御回路２２は、溶着を検知した旨を中央演算装置２０
に出力する。中央演算装置２０ではこれを受けて溶着検
知の処理（溶着したことを表示したり、サーボ制御回路
２２にサーボモータ１８の停止指令を出力）する（Ｓ１
９，Ｓ２０）。

【００５４】電極チップ１２Ａが最初の位置まで上昇し
た場合には、溶着やその他のトラブルがなかったものと
みなされるから、通常通り処理を終了する（Ｓ２１）。

【００５５】次に、溶接処理を図８のフローチャートに
基づいて説明する。上記のフローチャートのようにして
電極チップ１２Ａが母材を加圧すると、中央演算装置２
０は、記憶回路２６に記憶されている電極チップの形状
と母材の板厚、材質、枚数に関する溶接諸条件を読み込
んで、加圧力、溶接電流値、通電時間、基準電極間変位
波形などの溶接条件を決定する。なお、この基準電極間
変位波形は、推定される電極間変位波形（実際に得られ
る波形）を基に機械系の損失や伝達特性を考慮して決定
された波形であり、溶接回数を重ねるにしたがって電極
先端径が変化する場合には、これを考慮した基準電極間
変位波形へと変化させる（Ｓ３０，Ｓ３１）。つぎに、
現在取り付けられている電極チップの溶接回数（この回
数は中央演算装置２０が把握している）から、溶接時の
基準電極間変位波形を決定し、電極チップ１２Ａと母材
１０との接触位置を算出する（Ｓ３２，Ｓ３３）。接触
位置が決定すると、２段加圧処理が行なわれる（図６の
フローチャートのＳ２〜Ｓ５までの処理）。つまり、も
う一段階電極チップ１２Ａで母材１０を加圧する。この
ように、２段階の加圧を行なうのは、電極チップ１２
Ａ，１２Ｂの先端形状が母材１０との接触の衝撃で変形
しないようにし、また、正確な位置にスポット溶接がで
きるようにするためである（Ｓ３４）。加圧が終わる
と、記憶回路２６に記憶されている，スポット溶接時に
おける変位量をクリアし、溶接条件として決定された電
流値で通電される。この電流の制御は電流制御回路１６
によって行なわれる（Ｓ３５，Ｓ３６）。

【００５６】スポット溶接時は、電極チップ１２Ａ，１
２Ｂを介して電源回路１５から母材１０に通電され、母
材１０の電極チップ１２Ａ，１２Ｂの接触部分のみが発
熱して溶け始める。母材１０が溶け始めると膨張して電
極チップ１２Ａを押し戻す方向に力がはたらき、電極チ
ップ１２Ａが加圧力に抗して押し戻される。この押し戻
された距離はエンコーダ１９によって検出され、記憶回
路２６に記憶される。つまり、記憶回路２６には、電極
チップ１２Ａの位置変化の時系列的なデータが蓄積され
ることになる。これが電極間変位波形となり、ナゲット
の生成過程を時系列的に捕らえたデータとなる。この電
極間変位波形は溶接条件が同一であれば、全く同じ波形
となる。したがって、この電極間変位波形を分析するこ
とによって、スポット溶接の状態が把握できることにな
り、品質を向上させるためには溶接条件のどれを改善す
べきかがわかることになる（Ｓ３７，Ｓ３８）。

【００５７】中央演算装置２０は、Ｓ３２のステップで
設定した基準電極間波形と記憶回路２６に記憶された電
極間波形（エンコーダ１９によって検出された電極チッ
プ１２の押し戻された距離の時系列データ）を比較し
て、両波形から誤差を算出し、この電極間波形が誤差範
囲内であるときには通電終了時間を算出し、通電時間に
達したら通電を終了する（Ｓ３９〜Ｓ４３）。

【００５８】一方、電極間波形が誤差範囲外であるとき
には、この誤差がどのような要因で生じたのかを推定
し、この推定に基づいて、Ｓ３０のステップで読み込ん
だ溶接諸条件の見直しを行ない、この見直した溶接諸条
件に基づいて、再度、加圧力、溶接電流値、通電時間な
どの溶接条件を決定する（Ｓ４４〜Ｓ４６）。

【００５９】以上の処理が終了すると、再度、Ｓ３２の
ステップで設定した基準電極間波形と記憶回路２６に記
憶された電極間波形を比較して、両波形から誤差を算出
し、この電極間波形が誤差範囲内であるときには、基準
電極間変位波形から加圧を保持する時間、すなわち保持
終了時間を算出する（Ｓ４７〜Ｓ５１）。

【００６０】保持終了時間に達したら、検出された変位
波形からナゲット径がどの程度のものであるかを推定
し、要求されるナゲット径が得られていると判断された
場合には、この誤差がどのような要因で生じたのかを推
定し、この推定に基づいて、Ｓ３０のステップで読み込
んだ溶接諸条件の見直しを行ない、この見直した溶接諸
条件を記憶回路２６に記憶させる。

【００６１】たとえば、通電初期の電極間変位が急激に
減少した場合には、散りが発生したものと判断し、加圧
力、溶接電流値を制御する。また、基準電極間変位波形
に対し実変位量が少なかった場合、通電時間を延長する
か、溶接電流を上昇させる。さらに、溶接回数の増加に
従い電極チップ１２Ａの先端形状が変化する場合におい
ては、前述のように基準とする電極間変位波形を変えて
いくが、この基準電極間変位波形または実測された電極
間変位波形より電極チップの初期接触面積が増加し、飽
和状態に近付いたと判断された場合、電極チップの交換
処理を実行するか、電極チップの交換を促すメッセージ
を出力する。

【００６２】そして、２段開放処理（図７のフローチャ
ートのＳ１７〜Ｓ２１の処理）をしてスポット溶接の作
業を終了する（Ｓ５２〜Ｓ５８）。

【００６３】一方、要求されるナゲット径が得られてい
ないと判断された場合には、この誤差がどのような要因
で生じたのかを推定するとともに、異常処理（溶接異常
の表示など）を実行する（Ｓ５９，Ｓ６０）。

【００６４】このように、本発明の装置では、電極チッ
プ１２Ａが母材１０に接触するまでの移動は位置制御で
行い、ゼロタッチ位置に達したときに一時停止させ、そ
の後の加圧は、トルク制御に切り換えて、設定加圧力に
達するまで押し込むようにしている。このため、従来の
ように予め押し込み量を見込んだ位置まで一気に加圧す
るものに比較して、電極チップ１２Ａが受ける衝撃は激
減する。

【００６５】同様に、溶接終了時に電極チップ１２Ａを
開放させる場合も、ゼロタッチ位置まで加圧トルクのま
ま位置制御し、ゼロタッチ位置で減速又は停止させ、引
き続き開放位置まで位置制御で起動するようにしている
ので、開放時の電極チップ１２Ａへの衝撃も激減する。

【００６６】尚、この２段加圧、２段開放の制御がどの
程度の効果をもたらすのかをペンパル型突起電極で検証
したところ、一般鋼板で連続打点数３０，０００打点で
も電極先端部の異常は見られなかった。この３０，００
０打点という数は、エアーガン（３，０００〜４，００
０打点）の約十倍に相当する打点数である。

【００６７】また、本発明の装置では、ある条件下で正
常にスポット溶接が行われた場合に、電極間変位波形は
特定の波形を示すという事実に基づいて、ナゲットの生
成状態、最終的なナゲット径、溶接品質を推定し、判定
することができる。したがって、外乱による溶接条件の
変化があった場合には、電極間変位量が正常時とは異な
るため、外乱（例えば散りの発生）の発生も容易に検出
することができる。

【００６８】さらに、この判定結果を溶接条件（電極の
加圧力、溶接電流、通電時間など）にフィードバックす
ることによって、必要とするナゲット径を確保すると共
に最適なスポット溶接を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるスポット溶接制御装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図２】 電極チップ間の実変位量とその実変位量に対
するエンコーダの検出変位量との関係を実験によって調
べた結果を示した図である。

【図３】 溶接中に実際に測定された電極間変位量（変
位波形）、エンコーダ波形、溶接電流波形の一例を示す
図である。

【図４】 溶接中に実際に測定された電極間変位量（変
位波形）、エンコーダ波形、溶接電流波形の一例を示す
図である。

【図５】 チップ間変位と時間との関係を示す図であ
る。

【図６】 本発明装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】 本発明装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図８】 本発明装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図９】 従来のスポット溶接制御装置の全体構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１０…母材、 １１…溶接ガン、 １２Ａ，１２Ｂ…電極チップ、 １９…エンコーダ（位置検出器）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材にスポット溶接を施す電極チップ
   と、 当該電極チップを移動させるサーボモータと、 前記電極チップの移動量を検出するエンコーダと、 スポット溶接中は、前記電極チップが前記母材を所定の
   加圧力で加圧するように前記サーボモータの発生トルク
   を制御する制御手段と、 前記エンコーダから検出される前記電極チップの移動量
   の時系列的変化からスポット溶接状態の良否を判断する
   判断手段とを有することを特徴とするスポット溶接制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、スポット溶接を開始す
   る際には、前記電極チップが前記母材に当接するまで移
   動させ、その後一定のトルクで前記電極チップを前記母
   材に加圧する２段加圧制御を行うことを特徴とする請求
   項１に記載のスポット溶接制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、スポット溶接を終了す
   る際には、前記電極チップを任意のトルクで前記母材の
   当接位置まで開放し、その後任意の速度で前記電極チッ
   プを開放位置まで開放する２段開放制御を行うことを特
   徴とする請求項１に記載のスポット溶接制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記２段開放制御を行
   っても、電極チップが開放位置まで開放しない場合に
   は、電極チップが母材に溶着しているか、又はその他の
   トラブルが生じたものと判断する溶着検知処理を行うこ
   とを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接制御装
   置。
5. 【請求項５】 母材にスポット溶接を施す電極チップ
   と、 当該電極チップを移動させるサーボモータと、 前記電極チップの移動量を検出するエンコーダと、 スポット溶接中は、前記電極チップが前記母材を所定の
   加圧力で加圧するように前記サーボモータの発生トルク
   を制御するトルク制御手段と、 前記母材と電極チップとの間に溶接電流を供給する溶接
   電源と、 正常な電極チップで前記母材にスポット溶接を施した場
   合に得られた基準電極間変位波形を記憶する記憶手段
   と、 前記電極チップでスポット溶接をしたときに前記エンコ
   ーダから得られた電極間変位波形を前記記憶手段に記憶
   されている基準電極間変位波形と比較して溶接状態を認
   識し、認識された溶接状態に基づいて前記溶接電源から
   の溶接電流、通電時間又は前記サーボモータによる前記
   電極チップの加圧力を調整する溶接制御手段とを有する
   ことを特徴とするスポット溶接制御装置。
6. 【請求項６】 前記記憶手段には、さらにその電極チッ
   プにおける溶接回数と電極間変位波形との関係が記憶さ
   れ、 前記溶接制御手段は、その電極チップの溶接回数と電極
   間変位波形との関係を加味して溶接状態を認識し、認識
   された溶接状態に基づいて前記溶接電源からの溶接電
   流、通電時間又は前記サーボモータによる前記電極チッ
   プの加圧力を調整することを特徴とする請求項５に記載
   のスポット溶接制御装置。