JPS6336983A - 静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電蓄勢式抵抗溶接機の制御部；ｌに関し、一
層詳細には、予め送給時間間隔を短くしてワーク（被溶
接物）に対し予備溶接電流を通電し、それによって当該
ワークの接触抵抗を測定し、次いで、前記測定された接
触抵抗に基づき実溶接電流を適切な値に補正して通電し
て抵抗溶接を迅速且つ確実に行えるように構成した精′
ｆ！級静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置に関する。

従来の静電Ｎ勢式抵抗溶接機の制御可能通電時間は、例
えば、交流式の場合において、商用交流電源の周波数が
６０）ｌｚの時、設定時間単位は１６ｍ５であるし、一
般の静電蓄勢式抵抗溶接機にあっては１乃至１０ｍ　ｓ
単位である。このように溶接時間が長くならざるを得な
い理由は、供給溶接電圧の立ち上がり時間が長いためで
あり、溶接時間を短くしようとすると安定した溶接とな
し得ないからである。然しなから、予見出来るように、
このように長い時間をかける溶接では、ワークへの余分
な熱の拡散による悪影響、すなわち、ワークの変色、変
形および歪み等を生じさせる虞が十分にある。

そこで、抵抗溶接機において、溶接電極間の接触抵抗を
予め検出し、これを基に溶接時間を制御することも当然
考えられる。この種の従来技術が特公昭第６１−２９８
２９号公報に開示されている。当該方法によれば、溶接
電極を介して溶接材料を溶接に至らしめない程度の微弱
且つ一定の直流電流、例えば、別途設けたコンデンサの
放電電流を溶接部に供給し、その時の両溶接電極間の電
圧を測定すれば、次式から溶接電極間の接触抵抗値を求
めることが出来る。

然しなから、この方法で求められる接触抵抗は、開示さ
れているように微弱な電流、具体的には１００Ａに至ら
ない電流であることが必要なため、この電流では抵抗溶
接機の電極先端の若干の酸化やワーク表面の酸化物、汚
れ等を飛散消滅させることが出来ない。従って、これら
に起因する接触抵抗の増分が誤差として含まれることに
なる。この増分値は酸化物やｌηれのない電極およびワ
ークについての接触抵抗に比べ２倍以上になることもあ
り、この場合においては、最早、予備的に測定した接触
抵抗に基づいて実溶接電流を設定すると、完全な溶接作
用が施されなくなり安定で且つ効果的な溶接を行い得な
い欠点があった。この不都合を回避するためには、接触
抵抗を測定する前に抵抗溶接機の電極先端およびワーク
を清掃し、あるいはワークに被覆されたコーティング部
材を除去しなければならず効率的でない等の欠点が存在
している。

さらに、前記特公昭第６１−２９８２９号によって示さ
れるような従来の静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置や、
特公昭第６１−２９８２８号に示される従来の蓄電式抵
抗溶接機制御装置においては、接触抵抗測定用に特別に
直流電源装置が必要になるという構造から製造コストが
著しく高騰する等の難点が指摘されている。

本発明は前記の不都合を悉く克服するためになされたも
のであって、溶接電流をマイクロ秒単位で生成させると
共に、予備的に極く短い時間溶接電流を通電してワーク
に被覆されているコーティング部材等を除去し、次いで
、実溶接を行うことにより常に安定した溶接を遂行する
ことを可能とする静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置を提
供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は静電蓄勢式抵抗
溶接機において、溶接用電源電圧および溶接時間を設定
する演算制御部と、電源側に接続されると共にワークに
所用の溶接電流を送給する第１の増幅手段と、当該第１
増幅手段の電源入力端子に接続される静電蓄勢用コンデ
ンサと、ワーク両端に印加される電圧を入力する第２の
増幅手段と、前記第２増幅手段の出力と演算制御部から
の出力信号をＤ　／　Ａ変換器を介して受けて前記第１
増幅手段の制御入力を制？’ｔｌｌする第３の増幅手段
とからなり、前記第１増幅手段と第２増幅手段と第３増
幅手段とは負帰還ループを構成することを特徴とする。

次に、本発明に係る静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置に
ついて好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。

先ず、第１図に本発明の一実施例の回路ブロック構成を
示す。

第１図において、参照符号１０は交流−次電源を示し、
電源トランス１２の入力端子の両端に接続される。電源
トランス１２の出力端子の一方は整流素子１４のアノー
ドに接続され、整流素子１４のカソードは静電蓄勢用コ
ンデンサ１６の正端子に接続される。当該静電蓄勢用コ
ンデンサ１６の負端子は前記電源トランス１２の出力端
子の他方に接続され、以上の結線の基に静電蓄勢用コン
デンサ１６の両端に電荷が蓄積される。当該静電蓄勢用
コンデンサ１６の正電極側にはスイッチ作用も営む複数
の並列に接続されたトランジスタを含む電圧バッファ手
段２２の一方の入力に接続される。当該電圧バッファ手
段２２の出力は溶接電極２４の一方の電極２４ａに接続
される。溶接電極２４の他方の電極２４ｂは予めその値
が正確に測定されたシャント抵抗２０を介して前記静電
蓄勢用コンデンサ１６の負電極に接続される。参照符号
２６は重畳されるワーク（被溶接物）を示し、溶接電極
２４ａ、２４ｂに挟持される。

次に、溶接電極２４ａ、２４ｂの両端電圧は第１の演算
増幅器４０の入力に加えられ、当該演算増幅器４０の出
力側は第２の演算増幅器３８の一方の入力端子および、
例えば、アナログスイッチ等のスイッチ手段５４内の第
１のスイッチ５４ｂに接続される。当該スイッチ手段５
４は演算制御部３０によって開閉制御される。

一方、前記第２演算増幅器３８の他方の入力端子には演
算制御部３０からの出力信号を受けるＤ／Ａ変換器３６
のアナログ出力が導入される。

当該第２演算増幅器３８の出力側は前記電圧バッファ手
段２２の他方の入力に接続されている。このようにして
前記バッファ手段２２が能動状態にある時には、第１演
算増幅器４０と、第２演算増幅器３８およびバッファ手
段２２は閉ループの状態となり、この時、溶接電極２４
間の電圧は前記Ｄ／Ａ変換器３６の出力電圧と等しくす
べく負帰還作用が働くように夫々の演算増幅器３８．４
０およびバッファ手段２２の極性を構成しておく。

さらに、前記シャント抵抗２０の両端の電圧は第３の演
算増幅器５２に送給され、当該第３演算増幅器５２の出
力側は前記スイッチ手段５４内の第２スイ・ノチ５４ａ
に接続される。前記スイッチ手段５４の夫々のスイッチ
５４ａ、５４ｂの共通端子はＡ／Ｄ変換器５６に接続さ
れている。当該Ａ／Ｄ変換器５６の一方の出力側は前記
溶接電極２４間の電圧値を記憶するための電圧記憶手段
６２に接続される。当該記憶手段６２は、例えば、ＲＡ
Ｍ　ＩＣからなる。

次に、前記記憶手段６２の出力側は前記演算制御部３０
に接続され、この演算制御部３０によってその値が読み
取られる。前記Ａ／Ｄ変換器５６の他方の出力側は予め
その値が正確に測定された前記シャント抵抗２０の抵抗
値とその両端電圧値から決定される電流値を記憶するた
めの記憶手段５８に接続されている。そこで、前記電流
記憶手段５８の一方の出力は比較器６０の一方の入力端
に接続され、当該比較器６０の他方の入力端には基準電
流設定用デジタルスイッチ５０が接続され、前記比較器
６０の出力側は演算制御部３０に入力されるよう接続さ
れている。

そこで、演算制？ＩＩ１部３０で比較器６０の出力であ
る差電圧が読み取られる。前記電流記憶手段５８の他方
の出力側は演算制御部３０に直接接続され、その電流値
が読み取られる。演算制御部３０において読み取られた
前記電圧値と電流値とは演算制御部３０を介して表示装
置６６で表示される。当該表示装置６６は、例えば、Ｌ
ＥＤで構成されている。

演算制御部３０には、以上述べた接続構成の他に接触抵
抗測定用電圧設定デジタルスイッチ６８、接触抵抗測定
用時間設定デジタルスイッチ７０、実溶接電圧設定用デ
ジタルスイッチ３４、実溶接時間設定用デジタルスイッ
チ３２および補正率設走用デジタルスイッチ６４が夫々
接続されてい・コ。

前記演算制御部３０の内部には、図示しない入出力制御
部、演算部、判断処理に係るＣＰＵおよびタイマが含ま
れ所望の動作を遂行する。

本実施例に係る静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置は基本
的には以上のように構成されるものであり、次にその作
用並びに効果について第１図乃至第４図を用いて説明す
る。

先ず、静電蓄勢用コンデンサ１６は交流電源１０、電源
トランス１２）整流素子１４を通じ常に所望の電圧に充
電されているものとする。このような状態において、実
溶接電圧および実溶接時間の最適値を決定するために供
試用ワーク２６を電極２４によって挟持した後、実溶接
電圧設定用デジタルスイッチ３４および実溶接時間設定
用デジタルスイッチ３２を適当に設定する。当該実溶接
電圧設定用デジタルスイッチ３４の設定値は演算制御部
３０を介して電圧設定用Ｄ／Ａ変換器３６に入力される
。Ｄ／Ａ変換器３６では前記デジタル設定に基づくアナ
ログ電圧値に変換され、このアナログ電圧は演算増幅器
３８の一方の入力を通じ、電圧バッファ手段２２を介し
て前記供試用ワーク２６に送給される。ワーク２６の両
端電圧は第１演算増幅器４０で検出され、当該出力は前
記第２演算増幅器３８の他方の入力に加速される。この
場合、第２演算増幅器３８の入力間に電圧の差が生じる
と、すなわち、前記設定入力電圧とワーク２６間の両端
電圧が等しくない場合には、さらに電圧パフフプ手段２
２の出力電圧を調整するように作用し、所謂、負帰還作
用を営んで前記設定入力電圧とワーク２６０両端電圧の
両電圧を等しくする。然るに、第２演算増幅器３８、電
圧バッファ手段２２）第１演算増幅器４０の形成する帰
還ループはアナログ信号ループであり、極めて高速に動
作させることが可能である。実験したところによれば、
後述する電圧バッファ回路を用いて約２０μｓ程度以下
の立ち上がり時間（ｔｒ　）および立ち下がり時間（ｔ
ｒ）を得ることが可能であった（第２図参照）。

次に、前記電圧バッファ手段２２は実質的には第１図に
示されるように、ベース、エミッタ、コレクタが夫々接
続された複数個の並列接続されたエミッタフォロワ回路
である。特に、ペース、エミッタ間の接合容量の小さい
トランジスタを選択することにより、大電流でしかも高
速のボルテージフォロワとして動作させることが出来る
。第２図に示す実験例ではこのように選択した約１２０
個のトランジスタを並列接続して用いた。但し、この場
合、ワーク２６に流れる大電流路に係るシャント抵抗２
０、静電蓄勢用コンデンサ１６のインピーダンスは十分
に低い値の素子が選択されている。

一方、スイッチ手段５４は前記接触抵抗測定用電圧設定
デジタルスイッチ６Ｂ若しくは実溶接電圧設定用デジタ
ルスイッチ３４からの信号を受けた時、演算制御部３０
からの制御信号によりスイッチ５４ｂ側が閉じるため、
前記第１演算増幅器４０の出力に表れるワーク２６の両
端に加えられた電圧はＡ／Ｄ変換器５６を通じて電圧記
憶手段６２に記ｔαされると共に、演算制御部３０を介
して表示装置６６に表示し確認されることになる。

次いで、前記実溶接時間設定用デジタルスイッチ３２で
設定された設定値により演算制御部３０の中の図示しな
いタイマの時間設定がなされ、前記Ｄ／Ａ変換器３６へ
の信号の通電時間が制御されることになる。

以上の手順により供試用ワーク２６は実際に溶接される
。この溶接された供試用ワーク２６の引張強度、ナゲツ
トの形状等を測定確認し、安定した溶接状態を得るまで
何回か上記手順により供試用ワーク２６への試行錯誤を
繰り返した後、最も安定した溶接に係る実溶接電圧およ
び実溶接時間を得る。

次に、第２の手順として実溶接に先立ってワークの接触
抵抗を測定し、ワークの存否を含めてワークの異常を検
出するための基準電流を決める接触抵抗測定用電圧設定
デジタルスイッチ６８および接触抵抗測定用時間設定デ
ジタルスイッチ７０を作動させた時についてその動作お
よび作用を説明する。

当該接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイッチ６８およ
び接触抵抗測定用時間設定デジタルスイッチ７０を作動
させる時は、実溶接設定用デジタルスイッチの夫々のデ
ジタル値はＯとして動作させないようにしておく。次に
、新しい供試用ワーク２６を溶接電極２４に挟持設定す
る。その上で、接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイッ
チ６８の電圧値は前の手順で得た実溶接電圧値と同じ値
に設定する。また、接触抵抗測定用時間設定デジタルス
イッチ７００時間は同しく前の手順で得た実溶接時間の
１７１０乃至１／２０の値に経験上設定すればよい。接
触抵抗測定用電圧設定デジタルスイッチ６８および接触
抵抗測定用時間設定デジタルスイッチ７０が選択された
時に、前記スイッチ手段５４は演算制御部３０の指令を
受け、スイッチ５４ａ側が接続される。これらの設定動
作の基で前記Ｄ／Ａ変換器３６は演算制御部３０の指令
の基に前手順と同様な手順で接触抵抗測定用アナログ電
圧を出力する。そして、当該電圧と相等しい電圧がワー
ク２６に送給され、ワーク２６を通ずる電流はシャント
抵抗２ｏを介して検出され、第３演算増幅器５２）スイ
ッチ手段５４、Ａ／Ｄ変換器５６および電流記憶手段５
８を介して演算制御部３０に導入されると共に、表示筒
Ｗ６６において接触抵抗に応じた電流値が表示される。

然るに、この接触抵抗測定用の電流値は前記Ｄ／Ａ変換
器３６、第２演算増幅器３８、電圧バッファ手段２２）
第１演算増幅器４０、第２演算増幅器３８ノ閉ループに
より制御されるので、前述したように、μＳ単位でしか
も大電流を流すことが可能なため、抵抗溶接機の電極先
端の酸化物やワーク表面の酸化物、汚れ等を飛散消滅さ
せて正確な接触抵抗を測定することが出来る。さらに、
第２の手順を繰り返し遂行した後、測定した接触抵抗に
係る平均の電流値を基準電流設定用デジタルスイッチ５
０に設定する。

次に、この接触抵抗の分布から電流補正率（例えば、３
０％）を決定し、補正率設定用デジタルスイッチ６４に
よって演算制御部３ｏに記憶させる。

次いで、接触抵抗チエツクを含む溶接電圧の設定シーケ
ンスを接触抵抗測定用電圧設定デジタルスイッチ６８、
接触抵抗測定用時間設定デジタル信号・７チ７０、実溶
接電圧設定用デジタルスイッチ３４および実溶接時間設
定用デジタルスイッチ３２を用いて設定する。これは、
例えば、第３図に示すように、実溶接電圧Ａに先立って
接触抵抗チエツク電圧Ｂを発生させるためのものである
。

そこで、以上に述べた準備の基に実際の溶接を行う。す
なわち、溶接電極２４の間にワーク２６を挟持し、動作
開始スイッチ１５０を作動させる。

このスイッチ繰作の基で、先ず、前記第３図に基づいて
予備電流、例えば、５０ＱＡ　（アンペア）の電流を流
すべく電圧Ｂを演算制御部３０の作動によりワーク２６
に送給する。然しなから、実際にワーク２６に流れた電
流が４０ＯＡであったとすると、当該４００Ａの電流値
が第３演算増幅器５２を通じ電流記憶手段５８に一次的
に記憶され、演算制御部３０では記憶された４００Ａの
値が前記補正率設定範囲（本実施例の設定では±３０％
）内の電流値であるかどうかを判断する。この判断に基
づきワーク２６に実電流５００　Ａを流すようにＤ／Ａ
変換器３６の入力に（５００／４００）　Ｘ　２　Ｖに
相当する補正したデジタル信号を供給する。これは第４
図の休止期間ｔ２後に行われる。これにより、実際、ワ
ーク２６に送給されるｔ３間の電圧は２．５■になり実
溶接電流として５００　Ａの電流を流すことが出来る。

本設定においては、例えば、溶接電極２４間にワーク２
６がない場合には、予備電流１００が流れた時に通常少
なくとも５００　Ａの３０％以上の値になり、これは補
正の範囲外であるから演算制御部３０の判断により実電
圧Ａは発生させないようになる。この作用は溶接電極の
破壊を防ぐと共に経済的であるために特に重要である。

以上述べたように、本発明によれば、μＳ単位で溶接電
流を制御出来る。このため、掻く短い時間に必要量の電
流をワークに流すことが可能となるため、溶接点の周囲
に熱が拡散することが防止され、必要な範囲に必要な量
の熱を発生させることが可能となる。結局、余剰な熱に
よるワークの変色・歪みが防げる。さらに、従来の静電
蓄勢式抵抗溶接機の制御装置では、電流の立ち上がり時
間が長いため、この時間の熱の拡散による悪影響を防ぐ
ことが不可能であったことに対し、本発明による静電蓄
勢式抵抗溶接機の制御装置では立ち上がり、立ち下がり
時間が非常に短いために、必要な電流を溶接の最初から
供給出来るという大きな利点を生み出す。

加えて、ワークに付着している酸化膜等により溶接電流
を流すと爆飛を起こす虞のある材料が混入している場合
等は、補正機能を利用してこの爆飛等を防ぐことが可能
なため、溶接電極を傷める心配もない。さらには、従来
の静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置においては接触抵抗
測定用に直流電源を必要としていたが、本発明では接触
抵抗の測定も実溶接と同一の回路で行えるよう構成した
ため回路自体が一層簡略化される。

このように、本発明に係る静電蓄勢式抵抗溶接機の制御
装置によれば、高品質でしかも高速の溶接が出来且つ経
済的であるという効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではな（、例え
ば、補正範囲外のレベルを検出した時警報装置を作動さ
せる等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す回路ブロック図
、 第２図は本発明に係る溶接電圧の波形図、第３図は本発
明の一実施例の作用説明に供する波形図である。 １０・・・交流−次電源　　　１２・・・電源トランス
エ４・・・整流素子 １６・・・静電蓄勢用コンデンサ ２０・・・シャント抵抗　　　２２・・・電圧バ・７フ
ア手段２４・・・溶接電極　　　　　２６・・・ワーク
３０・・・演算制御部 ３２・・・実溶接時間設定用デジタルスイッチ３４・・
・実溶接電圧設定用デジタルスイッチ３８．４０．５２
・・・演算増幅器 ５４・・・スイッチ手段　　　５６・・・Ａ／Ｄ変換器
６０・・・比較器　　　　　　６２・・・電圧記憶手段
６４・・・補正率設定用デジタルスイッチ６６・・・表
示装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電蓄勢式抵抗溶接機において、溶接用電源電圧
   および溶接時間を設定する演算制御部と、電源側に接続
   されると共にワークに所用の溶接電流を送給する第１の
   増幅手段と、当該第１増幅手段の電源入力端子に接続さ
   れる静電蓄勢用コンデンサと、ワーク両端に印加される
   電圧を入力する第２の増幅手段と、前記第２増幅手段の
   出力と演算制御部からの出力信号をＤ／Ａ変換器を介し
   て受けて前記第１増幅手段の制御入力を制御する第３の
   増幅手段とからなり、前記第１増幅手段と第２増幅手段
   と第３増幅手段とは負帰還ループを構成することを特徴
   とする静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の制御装置において、
   第１増幅手段は複数個のトランジスタを並列に接続した
   エミッタフォロワ回路からなる静電蓄勢式抵抗溶接機の
   制御装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の制御装
   置において、第２増幅手段と第３増幅手段は演算増幅器
   からなる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の制御装置において、ワークと直列に電流測定用シャ
   ント抵抗を挿入してなる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装
   置。
5. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記
   載の制御装置において、演算制御部には予備電流と基準
   電流とを比較する比較器の出力側を接続し、当該予備電
   流と基準電流との差が所定の範囲外であった場合には、
   前記演算制御部によりワークに溶接電流の通電を停止さ
   せるよう構成してなる静電蓄勢式抵抗溶接機の制御装置
   。