JPS6161909B2 - - 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も受けないようにす
ると共に、特に亜鉛メツキ鋼板を溶接するときに
生じ易かつたスポツト溶接不良を自動的に監視で
きるようにした、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、本出願人によつてす
でに特許出願されている（特開昭56−109178
号）。またこの特許出願に係る技術をさらに進歩
させた技術も完成して、やはり本出願人から別に
特許出願がなされている（特開昭57−62876号お
よび特開昭57−94479号）。

これらの技術により、従来溶接不良が多く発生
した新材料の溶接にあつても、溶接不良の発生率
を極端に低く（あるいは皆無に）することに成功
したが、被溶接材が亜鉛メツキ鋼板である場合に
のみ、いまひとつの改良の余地があつた。すなわ
ち、亜鉛メツキ鋼板は、スポツト溶接を行なう際
に、表面処理層が溶接電流で変態するときにその
抵抗降下電圧が発生するので、この電圧を被溶接
材自体が溶融し接合する時の抵抗降下で発生する
電圧と区別しないと、監視精度が低下することに
なるからである。

この発明はこの問題を解決するためになされた
ものである。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Vr
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Vrとを除去したのみでは、第２図に示すよう
に、精度よく除去できない成分Ｖ_Aが残存してし
まう。また被溶接物が亜鉛メツキ鋼板であるとき
には、第２図に示すように、通電時間の初期にお
いて、表面処理層によつて電圧Ｖ_Bが発生する。

そこで第１の発明では、上記した成分Ｖ_Aとと
もに成分Ｖ_Bも除去して、真の溶接強度を知るよ
うにしたものである。これを第３図について説明
すると、まず溶接ガン電極の両極間に印加される
電極間電圧Ｖ（第３図ａ）から亜鉛メツキ層で発
生する電圧Ｖ_B（第３図ｂ）を減ずる。この電圧
Ｖ_Bは時間に従つて変化するもので、その値は、
全く溶着しない場合の電圧E₀（ナゲツトなし）
の電圧変化から実験的に求めるものである。この
電圧変化Ｅは、Ｅ＝E₀ε^-〓^tの関数に近似するこ
とが実験的に確認されている。なお電圧E₀と定
数εの値は、亜鉛メツキ層の厚さと材質により決
まることが確認されている。第３図ｃは電極間電
圧Ｖから亜鉛メツキ層で発生する電圧Ｖ_Bを減じ
た結果を示すものである。

第３図ｄは、第３図ｃに示した電圧と、第１図
に示す検出電圧Ｖから、誘導ノイズ成分Ｖ_Nと溶
接ガン電極抵抗成分Vrとを除去した後の成分を
積分した後の電圧波形である。この値から、最小
電圧を通電時間中積分した値（第３図ｅ）を減算
して、第３図ｆ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電圧値と比較
するのである。この比較結果により、溶接強度を
監視することになる。

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
（亜鉛メツキ鋼板）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。誘導ノイズ成分除去回路９の一部を成す零ク
ロスタイミング回路１３と溶接ガン電極抵抗成分
除去回路１０の一部の加算回路１４の１つの入力
端の間には、溶接電流の通電開始と終了を検出す
る通電開始終了信号発生回路１５と、関数発生回
路１６とが直列に接続されている。

溶接ガン電極３にはトロイダルコイル１７が巻
かれており、微分電流検出回路１８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１８の出力の一部は積分回路１９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２０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２０の出力側は、極性反転回路２１
の入力側と、電流低下補正回路２２のピークホー
ルド回路２３の入力側と差動アンプ２４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
３の出力側は差動アンプ２４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２４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２１の
出力側も、可変抵抗器２５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４つの入力端に入力された４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２６の入力側と、最小電圧メモリ回路２７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２８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。２９は第１
の演算回路である。この第１の演算回路２９は、
その入力側に接続された最小電圧メモリ回路２７
と通電時間メモリ回路２８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。

３０は第２の演算回路である。この第２の演算
回路３０は、第１の演算回路２９からの出力を積
分回路２６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３０の出力を上
下限設定回路３１からの信号と比較する比較判定
回路３２が接続されている。そしてこの比較判定
回路３２の出力側には、出力表示回路３３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。この除去は、トロイダル
コイル１７によつて検出された電流が微分電流検
出回路１８によつて処理され、dI／dt＝０のとき
に電流が検出され、この電圧が零クロスタイミン
グ回路１３によつて定められるタイミングで一瞬
サンプルホールド回路１２に与えられて行なわれ
る。

次に溶接ガン電極抵抗成分の除去は、被溶接物
６，７を入れずにチツプ４，５を空打ちし、その
時の電圧と電流（微分電流を積分したもの）を零
クロスタイミング回路１３に与え、この出力信号
を所定のタイミングで２つのサンプルホールド回
路１２，２０に与える。そして電流側は極性反転
回路２１によつて極性反転した後、加算回路１４
によつて加算し、この結果が零になるように可変
抵抗器２５を調整することによつて除去すること
ができる。

亜鉛メツキ層で発生する電圧の除去は次のよう
に行なう。まず、実験的に求めた関数Ｅ＝E₀ε^-
〓^ｔの電圧が極性反転して発生する関数発生回路
１６を溶接ガン電極２，３への通電開始と同時に
起動させる。この電圧を加算回路１４に加えるこ
とにより、亜鉛メツキ層で発生する電圧は、前述
した誘導ノイズ成分および溶接ガン抵抗成分の除
去と同期して除去されることになる（第３図ａな
いしｃ参照）。

被溶接材抵抗成分の除去は次のようにして行な
われる。すなわち、加算回路１４の出力電圧は溶
接ガン電極２，３の通電時間中、積分回路２６に
よつて積分する。また加算回路１４の出力電圧の
最小電圧は最小電圧メモリ回路２７で記憶され
る。そしてこの電圧は、通電時間メモリ回路２８
の出力信号である通電時間に、第１の演算回路２
９によつて乗算される。

この乗算によつて被溶接材抵抗成分に相当する
積分電圧を求めることができる。次に第２の演算
回路３０により、積分回路２６の出力信号である
積分値から第１の演算回路２９の出力を積分した
値の減算をする（第３図ｄないしｆ参照）。この
結果を比較判定回路３２で、上下限設定回路３１
によつてあらかじめ設定された値と比較すること
により、被溶接材抵抗成分の除去をすることがで
きる。この結果は出力表示回路３３で表示される
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。また被溶接物６，
７が亜鉛メツキ鋼板である場合、有効成分の積分
値と溶接強度の相関が低く、このために従来溶接
不良の検出精度が不充分であつたのを、この発明
によれば充分に高い精度で検出できることにな
り、溶接不良の発生をほぼ確実に抑制することが
できることになる。さらに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長もあ
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ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、第１の発
明の過程を示す線図、第４図は第２の発明の一実
施例の回路図である。 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、１１…処理回路、
１５…通電開始終了信号発生回路、１６…関数発
生回路、１８…微分電流検出回路、１９，２６…
積分回路、２７…最小電圧メモリ回路、２８…通
電時間メモリ回路、２９…第１の演算回路、３０
…第２の演算回路、３１…上下限設定回路、３２
…比較判定回路、３３…出力表示回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 亜鉛メツキ鋼板の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
   接ガン電極抵坑成分を除去して有効溶接電圧を
   得、該有効溶接電圧から、実験的に求めた一定関
   数で変化する亜鉛メツキ層で発生する電圧を減
   じ、該減じた後の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
   分値とあらかじめ設定した基準電圧とを比較測定
   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 亜鉛メツキ鋼板のスポツト溶接機において、
   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、前記誘導ノイズ成分除去回
   路の一部を成す零クロスタイミング回路と溶接ガ
   ン電極抵抗成分除去回路の一部の加算回路の１つ
   の入力端の間に接続された通電開始終了信号発生
   回路および亜鉛メツキ層で発生する電圧変化の関
   数を発生する関数発生回路と、前記誘導ノイズ成
   分除去回路および溶接ガン電極抵抗成分除去回路
   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電圧とを比較
   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。