JPS6150708B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、検出機構を被溶接材から遠く離れ
た位置に取り付けてもスポツト溶接の強度が非常
に精度よく検出でき、溶接現場で多い通電中の電
源変動やスパツタなどの影響を受けないようにし
た、スポツト溶接における溶接強度の監視方法お
よびその装置に関するものである。

スポツト溶接は鋼板を使用する製品の種々のも
のに多く使用されるが、近年その溶接不良が増大
する傾向にある。すなわち、従来は一般に軟鋼板
が被溶接材であつたことから通電不良も生じにく
く、また技術の進歩により年々不良件数も減少し
てきていたが、軟鋼板に代つて新材料が使用され
てくるに及んで、溶接不良の発生率が増大する傾
向が見られるようになつたのである。

新材料としては、亜鉛鋼板や高張力鋼板があ
る。これらの材料はスポツト溶接をするに当り、
従来の軟鋼板に比較して非常にシビアに電流監視
を行なわないと溶接不良が出るのである。そこで
溶接電流を監視することが必要となるが、溶接不
良の原因は通電電流の不足（溶接不良の約50％の
原因）のほか、電極合い不良（同約15％）、その
他（同20％）があり、溶接電流監視による溶接不
良の検出は50％に止まることになつて、それ以上
は望めない問題があつた。

そこで単に溶接電流を検出するのみのものでは
ない高度の監視装置の出現が望まれるようになつ
た。この点については工夫がなされ、より正確
に、より簡単に、そしてコスト的にも有利な溶接
強度監視装置が開発されて、本出願人の特許発明
（特許第1265248号、特公昭59−40550号）になつ
ている。またこの特許発明に係る技術をさらに進
歩させた技術も完成して、本出願人から特許出願
がなされている（特公昭60−43835号公報参照）。

この発明はこれらの関連技術であつて、この発
明のうちの第１の発明を図について説明すると、
まず第１図は、溶接ガン電極に接続されたリード
線によつて取り出された検出電圧Ｖの成分を示す
ものである。この図に示すように、検出電圧Ｖの
中には、真の電極間電圧成分（有効成分）Ｖ_R
と、誘導ノイズ成分（リアクタンス成分を含む）
Ｖ_Nと、溶接ガン電極抵抗成分Ｖ_rとが含まれてい
るものである。

スポツト溶接において溶接強度の真の値を知る
には、スポツト溶接に有効成分として作用する真
の電極間電圧成分Ｖ_Rのみを取り出されなければ
ならない。しかしながら第１図の検出電圧Ｖから
単純に誘導ノイズ成分Ｖ_Nと、溶接ガン電極抵抗
成分Ｖ_rとを除去したのみでは、第２図に示すよ
う精度よく除去できない成分Ｖ_Aが残存してしま
う。

そこで第１の発明ではこの成分Ｖ_Aを除去して
真の溶接強度を知るために、第３図に示すよう
に、検出電圧Ｖから誘電ノイズ成分Ｖ_Nと溶接ガ
ン電極抵抗成分Ｖ_rとを除去した後の成分を積分
し（第３図イ）、この値から、最小電圧を通電時
間中積分した値（第３図ロ）を減算して、第３図
ハに示すような有効成分の積分値を得、これをあ
らかじめ設定した基準値と比較するものである。

次に第２の発明の一実施例を第４図について説
明する。この第２の発明を実施するとき、第１の
発明を用いることになる。第４図において１は溶
接トランスであつて、この溶接トランス１には溶
接ガン電極２，３が接続されている。溶接ガン電
極２，３の先端のチツプ４，５間には被溶接物
６，７が挾持され、溶接電流が流れることにな
る。８は電圧検出回路であつて、溶接ガン電極
２，３間に印加される電圧を検出するものであ
る。この電圧検出回路８の出力側には、次に説明
する誘導ノイズ成分除去回路９と溶接ガン電極抵
抗成分除去回路１０とが順次接続され、その後段
に処理回路１１が接続されている。

誘導ノイズ成分除去回路９は、サンプルホール
ド回路１２と零クロスタイミング回路１３とから
成つている。そして前述の電圧検出回路８の出力
信号はサンプルホールド回路１２が受け、その出
力を溶接ガン電極抵抗成分除去回路１０の加算回
路１４の１つの入力端に与えるようになつてい
る。溶接ガン電極３にはトロイダルコイル１５が
巻かれており、微分電流検出回路１６を介して、
誘導ノイズ成分除去回路９の零クロスタイミング
回路１３の入力側に接続されている。また微分電
流検出回路１６の出力の一部は積分回路１７を介
して、溶接ガン電極抵抗成分除去回路１０のサン
プルホールド回路１８の入力側にも加えられるよ
うになつている。

溶接ガン電極抵抗成分除去回路１０のサンプル
ホールド回路１８の出力側は、極性反転回路１９
の入力側と、電流低下補正回路２０のピークホー
ルド回路２１の入力側と差動アンプ２２の１つの
入力側に接続されている。ピークホールド回路２
１の出力側は差動アンプ２２の他の１つの入力側
に接続されている。そしてこの差動アンプ２２の
出力側は、前述の加算回路１４の１つの入力端に
接続されている。また前述の極性反転回路１９の
出力側も、可変抵抗器２３を介して加算回路１４
の１つの入力端に接続されている。加算回路１４
は３つの入力端に入力された３つの信号を加算す
ることになる。

加算回路１４の出力側は処理回路１１の積分回
路２４の入力側と、最小電圧メモリ回路２５の入
力側に接続されている。処理回路１１には通電時
間メモリ回路２６も設けられていて、誘導ノイズ
成分除去回路９の零クロスタイミング回路１３の
出力信号を受けるようになつている。

ここで最小電圧メモリ回路２５について説明す
る。通電時間中のチツプ間最小電圧υ_nioを取り
出す手段として、チツプ間電圧υよりも大なる電
圧Ｖ_Kを設定してチツプ間電圧υとの演算により
最小電圧υ_nioを得るものであるが、最小電圧υ_ni
ｏが負となることのないように、設定電圧Ｖ_Kはチ
ツプ間電圧のピーク値Ｖ_pに対して十分大となる
ように設定する。すなわち、第５図に示すよう
に、チツプ４，５間電圧のピーク値Ｓ_pより十分
大なる電圧Ｖ_Kを設定し、第６図に示すように、
この電圧Ｖ_Kを設定する電圧設定回路３５からの
出力Ｖ_Kとチツプ間電圧υとを入力する差動アン
プ３６とこの差動アンプ３６からの出力（Ｖ_K−
υ）をピークホールド回路３７に入力して、その
最大値をホールドする。その最大出力（Ｖ_K−
υ）_naxと電圧設定回路３５からの出力とを差動ア
ンプ３８に入力して電圧υの最小値υ_nioをメモ
リーの形で得ることができる。

第４図において２７は第１の演算回路である。
この第１の演算回路２７は、その入力側に接続さ
れた最小電圧メモリ回路２５と通電時間メモリ回
路２６に記憶された最小電圧と通電時間とを乗算
するものである。

２８は第２の演算回路である。この第２の演算
回路２８は、第１の演算回路２７からの出力を積
分回路２４からの出力から減算するものであるの
で、入力側にはこれらが接続されている。そして
出力側には、この第２の演算回路２８の出力を上
下限設定回路２９からの信号と比較する比較判定
回路３０が接続されている。そしてこの比較判定
回路３０の出力側には、出力表示回路３１が接続
されている。

このように構成されたこの装置は次のように作
用する。まず、電圧検出回路８が検出する溶接ガ
ン電極２，３間の電圧Ｖのうち、誘導ノイズ成分
除去回路９によつて、真の電極間電圧以外の成分
である誘導ノイズ成分（リアクタンス成分を含
む）Ｖ_Nが除去される。続いて溶接ガン電極抵抗
成分除去回路１０によつて溶接ガン電極２，３に
よつて生ずる損失分相当の電圧Ｖ_rが除去されて
有効成分が残る（第１図、第２図参照）。

これはトロイダルコイル１５によつて検出され
た電流は微分電流検出回路１６によつて処理さ
れ、dI／dt＝０のときに電圧が検出されて、誘導
ノイズ成分が除去されるのである。この信号は積
分回路１７によつて積分された後、極性反転回路
１９によつて極性反転されて加算されることによ
り減算される。処理回路１１の積分回路２４はこ
のようにして得られた有効成分を積分する。また
最小電圧メモリ回路２５は通電時間中における最
小電圧を記憶する。一方、通電時間メモリ回路２
６によつて通電時間も記憶される。

溶接ガン電極抵抗成分除去回路１０の作用につ
いて説明すると、電圧検出用リード線はスポツト
溶接作業の都合上、チツプ先端には取付けること
は不可能であり、このリード線は溶接ガン電極の
中間に取付けるため、溶接ガン電極の固有抵抗ｒ
とそれに流れる溶接電流ｉとにより溶接ガン電極
抵抗成分である電圧Ｖ_r（＝ｉ×ｒ）を生じる。
従つて、電圧検出回路８が検出する電圧Ｖは溶接
ガン電極抵抗成分Ｖ_rが加算されたものであり、
この電極抵抗成分Ｖ_rは検出精度向上のうえから
溶接ガン電極抵抗成分除去回路１０によつて検出
電圧Ｖから除去する必要がある。

すなわち、溶接ガン電極成分Ｖ_rの大きさは被
溶接物６，７がないときの電圧が相当するため、
予め溶接前に被溶接物６，７のない状態でチツプ
４，５を圧接して通電して加算回路１４の出力側
に接続した零調整用メータ３３の指示値が零にな
るように可変抵抗器２３を調整する。ところで、
溶接電流ｉが変動すれば除去すべき電圧も電流ｉ
に比例させる必要があるため、可変抵抗器２３の
可変抵抗には、微分電流検出回路１６、積分回路
１７からサンプルホールド回路１８、極性反転回
路１９を通つて溶接電流に比例した電流を供給す
る。

次に電流低下補正回路２０の作用について説明
すると、電極間電圧Ｖ_R（＝Ｒ×ｉ）は、工場内
で他の隣接溶接機が同時通電した場合には線路の
インピーダンスによつて電圧低下が生じ、これに
よつて監視精度を低下させる場合がある。すなわ
ち、第７図に示すように電圧が低い状態におい
て、上記の理由で電圧低下が生じると、積分電圧
が小さい（溶接強度不良）にも拘らず、第８図に
示すように積分電圧が見掛上大きくなり、溶接強
度良とする判定の誤りをもたらす。

このため、次のように補正を行なう必要があ
る。

すなわち、第８図に示す電圧低下分を補正する
ことによつて真の最小電圧υ_nioを得るために、
第９図ないし第１１図に示すように、電流低下に
対応するチツプ間電圧低下分を追加する補正が必
要であり、具体的には、サンプルホールド回路１
８からの瞬時電流出力のピーク値をピークホール
ド回路２１を通して差動アンプ２２に入力し、電
流のピーク値と低下電流値との差を電圧値に換算
したものを差動アンプ２２から出力して加算回路
１４に入力することによつて、電流低下を補正す
る。

第１の演算回路２７は通電時間と最小電圧との
乗算をする。次に第２の演算回路２８は、積分回
路２４の積分値から第１の演算回路２７の出力を
積分した値を減ずる（第３図イないしハ参照）。
この結果を比較判定回路３０で、上下限設定回路
２９によつてあらかじめ設定した値と比較され、
判定されることになる。

この発明は上述のように構成したものであるか
ら、検出機構を被溶接物６，７から遠くはなれた
位置に取付けてもスポツト溶接の強度が非常に精
度よく検出できる利点がある。そして通電時間中
の最小電圧を記憶し、また通電時間を記憶してデ
ータ処理をするので、被溶接物６，７に流れる電
流にたとえ変動があつても、その影響を受けない
特徴もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を理論的に説明するための電
圧と時間との関係を示す線図、第２図は第１図の
ものの一部の成分を除去した後の状態を示す線
図、第３図イ，ロ，ハは、第１の発明の過程を示
す線図、第４図は第２の発明の回路図、第５図は
電圧の説明図、第６図は最小電圧メモリ回路のブ
ロツク回路図、第７図ないし第１１図は作動状態
の説明図である。 １……溶接トランス、２，３……溶接ガン電
極、４，５……チツプ、６，７……被溶接物、８
……電圧検出回路、９……誘導ノイズ成分除去回
路、１０……溶接ガン電極抵抗成分除去回路、１
１……処理回路、１６……微分電流検出回路、１
７，２４……積分回路、２５……最小電圧メモリ
回路、２６……通電時間メモリ回路、２７……第
１の演算回路、２８……第２の演算回路、２９…
…上下限設定回路、３０……比較判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スポツト溶接において、溶接ガン電極に印加
   される溶接電圧を検出し、この検出された溶接電
   圧から誘導ノイズ成分および溶接ガン電極抵抗成
   分を除去し、これら両成分を除去した後の有効溶
   接電圧と通電時間中におけるその最小電圧との電
   圧差を通電時間中積分し、その積分値と基準設定
   値とを比較測定することにより溶接強度を監視す
   るスポツト溶接における溶接強度の監視方法。 ２ 溶接ガン電極に印加される電圧を検出する電
   圧検出回路と、該電圧検出回路の出力側に順次接
   続される誘導ノイズ成分除去回路および溶接ガン
   電極抵抗成分除去回路と、これらの除去回路によ
   り非有効成分を除去した後の有効溶接電圧を通電
   時間中積分する積分回路と、通電時間中における
   最小電圧を記憶する最小電圧メモリ回路と、通電
   時間を記憶する通電時間メモリ回路と、これらの
   メモリ回路に記憶された最小電圧と通電時間とを
   乗算する第１の演算回路と、該第１の演算回路か
   らの出力を前記積分回路からの出力から減算する
   第２の演算回路と、該第２の演算回路からの出力
   値とあらかじめ設定された基準値とを比較測定す
   る比較測定回路と、該比較測定回路からの出力に
   より良否判定表示する表示装置とを具備すること
   を特徴とするスポツト溶接における溶接強度の監
   視装置。