JPS6160754B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は抵抗溶接品質評価モニタ装置に関す
る。

従来から抵抗溶接評価モニタ装置として被溶接
材の温度を検出して溶接結果を評価しようとした
実験結果は数例出ており、被溶接材の温度と溶接
結果の間には高い相関性のあることが知られてい
る。この既報の温度モニタリング方式を示したも
のが第１図、第２図である。

第１図は温度検出手段として熱電対を設けた事
例を示す。電極ホルダ１を介して電極チツプ２を
設けている。この電極チツプ２間に設けられた２
つの被溶接材３を抵抗溶接するようになつてい
る。４はその溶接部を示している。電極チツプ２
の中央部にはアルメル６、クロメル７より成る熱
電対が埋め込まれている。この熱電対は絶縁材５
によつて電極チツプ２から絶縁されている。更
に、耐熱性接着材８によつて支持固定されてい
る。尚、９は水冷溝である。熱電対の測定結果は
測定器１０によつて測定検出され、抵抗溶接品質
評価モニタされる。この方式は、熱電対を電極チ
ツプに埋め込むことにより溶接部中央直上の表面
温度を測定する熱電対固着電極方式と呼びうるも
のである。この構成では適正な測定条件下で測定
波形処理を行うことにより被溶接材の表面温度を
高い精度で計測できる。しかし、実用性の面から
考えた場合、熱電対と被溶接材の接触状態を一定
にすることが困難なこと、被溶接材表面の汚れが
不均一なこと、水冷構造のため電極チツプの接触
により急激に熱がうばわれること等のために温度
測定精度が悪くなり、また個々の電極チツプ毎に
熱電対を埋め込むと電極チツプのコストが高くな
るという欠点を持つ。

第２図は電極チツプ近傍の被溶接材の温度を赤
外線温度計で測定する方法による従来例である。
図で、赤外線温度計１１は赤外線レベル（波長レ
ベルは約0.8〜2.85μｍ）を検出するものであ
り、溶接時に発生する輻射熱の中の赤外線を検出
するようにしている。この時の抵抗溶接部の検出
温度は700℃乃至800℃〜1000℃位である。上記赤
外線温度計１１は電極チツプの外部に設けられ、
溶接部に近い温度測定点１２の温度を測定するよ
うにしている。このやり方は、上記熱電対方式の
如き欠点はないが、温度測定個所が溶接部から離
れていること、測定個所の温度が正確な溶接温度
でないことのため、検出精度が悪いという欠点を
持つ。即ち、測定温度と溶接結果との相関性が低
いという欠点を持つ。更に、第１図、第２図の従
来例ともに、測定した温度からいかに正確に抵抗
溶接品質評価を行うかについては技術的に確立さ
れていなかつた。以上のことを総括してみるに、
従来の各種の提案は未だ端諸についたばかりであ
り、本格的に実用化への導はこれからの課題であ
つた。

本発明の目的は、極めて実用的な抵抗溶接品質
評価モニタ装置を提供するものである。

本発明の要旨は、第１に溶接個所の温度を正確
に感知しうること、第２にその測定温度からいか
に正確に品質評価を行うかということ、の２点に
ついて解決したものである。上記第１の課題につ
いては、赤外線温度計を電極チツプ内に設けたこ
と、第２の課題については、各種の実験結果に基
づき品質評価を自動的に行うようにしたこと、に
よつて解決している。以下、図面により本発明を
詳述する。

第３図は本発明の被溶接材の熱時間定数に比べ
て十分長い通電時間を要する抵抗溶接の実施例を
示す図である。第１図、第２図と同一記号は同一
内容を示している。本実施例は抵抗スポツト溶接
に関する。上部電極チツプ２に、溶接部中央直上
の被溶接材表面から輻射される電磁波を取り出す
ための貫通孔１８を設け、またコネクター１５を
取りつけるためのネジ１６を設ける。この時の貫
通穴１８の寸法は、十分な輻射エネルギーが取り
出せるならば貫通穴のない場合の溶接と同様の溶
接結果が得られるように小さい径の方が良い。本
実施例では電極チツプ２の先端径7.5mmφに対し
て２mmφの貫通穴１８を設けている。また電極ホ
ルダー１には光ケーブル１７を導出するための穴
を設ける。光フアイバー１４は端面を仕上げてコ
ネクター１５に取り付け、コネクター１５からの
光フアイバー１４取り出し口はアラルダイト等の
接着剤１２で光フアイバー１４を固着保護する。
またコネクター１５と赤外センサー１９の間は光
フアイバー１４を保護するためにナイロン等の被
覆材で覆つた状態とする。光フアイバーの特性は
耐熱性（約1000℃）、及び被溶接材からの輻射波
波長帯の関係から近赤外から中赤外にかけて高い
透過率を有するものであれば良い。本実施例では
オール石英フアイバーを用いている。コネクター
１５と電極チツプ２の取り付けは、温度測定条件
が一定となるように電極チツプ先端面とコネクタ
ー先端面の距離が、これら部品の交換（取りか
え）毎に一定となるべく取りつける。こうして取
り出した輻射波エネルギーは赤外センサ（先の赤
外線温度計１１と的様の温度検出を行い、電気信
号として取り出す構成１９によつて電気信号に変
換され、品質評価モニタに供される。

以上の構成によれば、電極チツプに穴を設け溶
接部中央の被溶接材表面から輻射される電磁波を
光フアイバーを用いて外部に導出し、溶接現象か
ら離れた場所でこの輻射エネルギーを赤外センサ
ーで計測できる。また、上記溶接品質モニタにお
いて、電極チツプ側の光フアイバー端に金属製コ
ネクターを設けた点にも特徴がある。このことに
より、電極チツプと光フアイバーの着脱が容易と
なり、かつ溶接材から光フアイバー端面までの距
離を容易に一定に設定できる。

尚、コネクターを取りつけるためにネジ１６を
設けたが、コネクターの取りつけ方法は、これに
限ることはない。例えば、スプリング板を設けて
固定されてもよい。更に、コネクターやフアイバ
ー１４が堅牢であれば、ネジ等による着脱自在に
する必要はない。また、この実施例においては上
部電極チツプに温度測定用穴を設けたが、これは
下部電極チツプでも同様である。また溶接法につ
いても抵抗スポツト溶接に限らず、プロジエクシ
ヨン溶接・インターフエレン溶接等の抵抗溶接で
あつても本実施例と同様の効果を上げられる。

次に、赤外センサ１９によつて得られた電気信
号の処理回路の実施例を第４図に示す。赤外セン
サー１９から得られた出力は微弱であるため比較
増幅器２０で一度増幅する。増幅された信号は最
大電圧検出回路２１・最大電圧到達時間検出回路
２２・最大電圧と溶接終了時の電圧差検出回路２
３に入力され、それぞれの検出値Ｖ_nax、Ｔ_nax、
Ｖ_nax−Ｖ_Eを電圧レベルで出力する。これらの検
出値は次のレベル判定回路２４，２５，２６でそ
れぞれに固有の設定レベル範囲（高レベル、低レ
ベルＵ）にあるかどうか判別され、その判定を２
値信号として出力する。そして、この判定結果が
全部満足されているか否かをアンドゲート２７に
より溶接結果が良好であるか不良であるかを表示
回路２８に表示させる。その表示方法はランプ表
示・警報表示等種々の方法があるがいずれでも良
い。

この時のタイムチヤートを第５図に示す。図に
於いて、溶接区間Ｔは溶接対象個所に対する溶接
区間を示す。赤外センサー出力は、溶接開始時は
ゆるやかな温度傾斜を持ち、ある時点で最大電圧
Ｖ_naxとなり、溶接終了時にはあるレベルＶ_Eとな
る。そして、その後の温度低下に伴つて０レベル
となつてゆく。溶接開始から最大電圧に達するま
での区間が最大電圧到達時間Ｔ_naxであり、終了
時に電圧差Ｖ_nax−Ｖ_Eが検出される。

以上の各検出要素Ｖ_nax、Ｔ_nax、Ｖ_nax−Ｖ_Eの
それぞれの意味を以下述べよう。実験によれば、
上記３要素が品質評価に重要な役割を果すことが
明らかとなつた。溶接条件の良否は、大きく２つ
に分けられる。第１はナゲツトサイズがある大き
さ以上にあること、第２は電極チツプへのピツク
アツプ（オーバーヒートによる）が起らないこと
である。上記第１の判定条件は、時間Ｔ_naxが小
さい程よい結果を生む。Ｖ_naxの下限値もきいて
くる。電圧差Ｖ_nax−Ｖ_Eも関係してくる。更に、
上記第２の判定条件はＶ_naxの上限値、Ｖ_nax−Ｖ
_Eの上限値がきいてくる。こうした結果を利用し
て、アンドゲート２７が働き、品質評価がなされ
る。

尚、この３要素すべてをもつて品質評価の対象
とする必要は必ずしもない。例えば、Ｔ_naxのみ
によつても品質評価は可能である。更に、上記３
要素以外でも評価は可能である。例えば、センサ
出力を積分し、その結果を評価対象にしてよい。
いずれにしろ、その時々の溶接対象や精度上の許
容範囲によつて決定してくる。

以上の実施例による品質評価は、必ずしも赤外
センサ出力に限定されるものではない。また、処
理回路はマイコン利用によつても可能である。

以上詳述したように、本発明によれば、溶接部
中心の温度と高い相関性をもつ溶接部中央直上被
溶接材表面の温度を容易に確実に精度良く測定で
き、その結果溶接品質の判定結果の信頼を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の被溶接材温度測定
方法を説明する図、第３図及び第４図は本発明の
一実施例を示すもので、第３図は抵抗スポツト溶
接に適用した実施例図、第４図は信号処理回路
図、第５図はタイムチヤートである。 ２……電極チツプ、３……被溶接材、１４……
光フアイバー、１９……赤外センサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 抵抗溶接される被溶接材の溶接部表面の温度
   を電極チツプに対応する部分で非接触によつて、
   電気信号として検出する手段と、該手段から得ら
   れる電気信号を取り込み処理して抵抗溶接品質評
   価を自動的に行う手段とより成る抵抗溶接品質評
   価モニタ装置。 ２ 抵抗溶接用の電極チツプに設けられ、該電極
   チツプに対応する部分の被溶接材の溶接部表面か
   ら輻射される電磁波を外部に導出する光フアイバ
   ーと、該光フアイバーから導出された電磁波から
   赤外線を検出する赤外センサーと、該センサー出
   力からの電気信号を取り込み処理して抵抗溶接品
   質評価を自動的に行う処理手段と、より成る抵抗
   溶接品質評価モニタ装置。 ３ 抵抗溶接される被溶接材の溶接部表面の温度
   を電極チツプに対応する部分で非接触により電気
   信号として検出する手段と、該手段から得られる
   電気信号を取り込み、該電気信号の最大電圧、該
   最大電圧に到達するまでの時間、及び溶接終了時
   の電圧と上記最大電圧との差、との少なくともい
   ずれか一つを取り出し、該取り出した信号により
   品質評価を自動的に行わせてなる手段と、より成
   る抵抗溶接品質評価モニタ装置。 ４ 上記光フアイバーは金属製コネクタを介して
   電極チツプ上に設けてなる特許請求の範囲第２項
   記載の抵抗溶接品質評価モニタ装置。 ５ 上記処理手段は、上記電気信号の最大電圧、
   該最大電圧に到達するまでの時間、及び溶接終了
   時の電圧と上記最大電圧との差、その少なくとも
   いずれか一つを取り出し、該取り出した信号によ
   り品質評価を自動的に行わせてなる手段とより成
   る特許請求の範囲第２項記載の抵抗溶接評価モニ
   タ装置。 ６ 上記３つの信号のすべてが品質評価上定めた
   それぞれの許容範囲に入つているかどうかを判定
   し、その判定の結果、すべてが許容範囲に入つて
   いる時、品質良好の判定を行うようにした特許請
   求の範囲第５項記載の抵抗溶接評価モニタ装置。