JP3128500B2 - ナゲット形成監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はナゲット形成監視装
置、更に詳細にはスポット溶接時にナゲットの形成状態
を簡易、且つ正確に把握し得るナゲット形成監視装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車産業等の溶接技術において
は、溶接が瞬時に完了するスポット溶接（抵抗溶接）と
称される溶接方法が主に採用されており、例えば積重し
た２枚の被溶接材を電極チップで加圧し、数千〜数万Ａ
の電流を短時間通電することによって上記積重した各被
溶接材を接合するようにしている。

【０００３】上記各被溶接材が確実に接合されたか否か
を溶接作業中に把握する方法としては、溶接電流の通電
時に電極チップ間における溶接電圧、及び溶接電流その
ものの変化を検出・演算し、電極チップ間における溶接
抵抗の変化を検出することによってナゲットの形成状態
を把握するといった手段がその方法の一つとして提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
スポット溶接機においては、溶接電流がＳＣＲ等によっ
て位相制御されることにより波形が複雑となっている
上、電極チップ間における溶接電流を直接検出するには
トロイダル・コイルの起電力を測定する以外に実用的な
方法がなく、従って上述した従来のナゲットの形成状態
を把握する手段において電極チップ間における溶接電圧
及び溶接電流が検出できたとしても、その検出した電圧
及び電流の位相差までを正確に補正して演算することは
極めて困難であり、演算結果と実際の溶接結果とは一致
しない結果がしばしば生じていた。

【０００５】本発明は上述の従来の技術の欠点に着目
し、これを解決せんとしたものであり、その目的は、溶
接電流を通電するための電源とは別に交流定電流電源を
準備し、溶接電流の周波数と異なる所定の周波数であ
り、且つ溶接電流の電流値より低い所定の周波数の監視
用交流定電流を電極チップ間に通電し、この電極チップ
間において検出される上記所定の周波数の電圧の変化か
ら求まる電極チップ間抵抗の変化に基づき、或いは、溶
接電圧を印加するための電源とは別に交流定電圧電源を
準備し、溶接電圧の周波数と異なる所定の周波数であ
り、且つ溶接電圧の電圧値より低い所定の周波数の監視
用交流定電圧を電極チップ間に印加し、この電極チップ
間において検出される上記所定の周波数の電流の変化か
ら求まる電極チップ間抵抗の変化に基づき、ナゲットの
形成状態の簡易、且つ正確な把握を可能にするナゲット
形成監視装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的に鑑
みてなされたものであり、その要旨とするところは、ス
ポット溶接時にナゲットの形成状態を監視する装置であ
って、溶接電流の周波数と異なる所定の周波数であり、
且つ溶接電流の電流値より低い所定の電流値である監視
用交流定電流を溶接電流逆流防止機構等を介して電極チ
ップ間に通電する交流定電流電源と、監視用交流定電流
の通電時に電極チップ間において上記所定の周波数の電
圧のみを検出するフィルタ手段と、該フィルタ手段にて
検出された電圧の変化に基づいて通電中におけるナゲッ
トの形成状態を算出する処理手段と、該処理手段にて算
出されたナゲットの形成状態を出力する出力手段と、を
備えてなることを特徴とするナゲット形成監視装置にあ
る。

【０００７】この態様によれば、電極チップ間において
検出される上記所定の周波数の電圧の変化から求まる電
極チップ間抵抗の変化に基づき、例えばその電極チップ
間抵抗を予め定めた電極チップ間抵抗と通電中における
ナゲットの形成状態との関係に照合してその時点におい
てナゲットの形成がどの程度進行しているかを算出する
ことにより、ナゲットの形成状態の簡易、且つ正確な把
握を可能にする。

【０００８】また本考案の他の要旨は、スポット溶接時
にナゲットの形成状態を監視する装置であって、溶接電
圧の周波数と異なる所定の周波数であり、且つ溶接電圧
の電圧値より低い所定の電圧値である監視用交流定電圧
を電極チップ間に印加する交流定電圧電源と、監視用交
流定電圧の印加時に電極チップ間において上記所定の周
波数の電流のみを検出するフィルタ手段と、該フィルタ
手段にて検出された電流の変化に基づいて通電中におけ
るナゲットの形成状態を算出する処理手段と、該処理手
段にて算出されたナゲットの形成状態を出力する出力手
段と、を備えてなることを特徴とするナゲット形成監視
装置にある。

【０００９】この態様によれば、電極チップ間において
検出される上記所定の周波数の電流の変化から求まる電
極チップ間抵抗の変化に基づき、例えばその電極チップ
間抵抗を予め定めた電極チップ間抵抗と通電中における
ナゲットの形成状態との関係に照合してその時点におい
てナゲットの形成がどの程度進行しているかを算出する
ことにより、そのナゲットの形成状態の簡易、且つ正確
な把握を可能にする。

【００１０】更に、本発明においては、監視用交流定電
流、或いは監視用交流定電圧の周波数を例えば３０〜７
０ＫHz程度の高周波帯に設定する態様とすることがで
き、この態様よれば、電極チップ間に通電される監視用
交流定電流、或いは監視用交流定電圧が電極チップ間に
並列接続された状態にある溶接変圧器の二次側に流れる
ことにより生ずる上記所定の周波数の電圧検出精度の低
下、及び電流検出精度の低下を最小限に抑えることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】溶接電流を通電するための電源と
は別に交流定電流電源を準備する本発明のナゲット形成
監視装置において、上記交流定電流電源は、溶接電流の
周波数と異なる所定の周波数であり、且つ溶接電流の電
流値より低い所定の電流値である監視用交流定電流を電
極チップ間に通電するものであり、また上記交流定電圧
電源は、溶接電圧の周波数と異なる所定周波数であり、
且つ溶接電圧の電圧値より低い電圧値である監視用交流
電圧を電極チップ間に印加するものであり、この交流定
電流電源、及び交流定電圧電源は、溶接電流を通電、或
いは溶接電圧を印加するための電源とは別に準備された
ものである。ここで溶接電流の周波数と異なる所定の周
波数とは、５０Hz或いは６０Hzといった溶接電流の周波
数に対し、例えば３０〜７０ＫHzといった周波数から任
意に選択した適当な所定の周波数をいい、この監視用交
流定電流の所定の周波数は溶接電流の周波数と明確に区
別できる所定の周波数であればよいが、監視用交流定電
流としては溶接電流の周波数に対して溶接電流に含まれ
る高調波を避けた周波数の正弦波交流であることが望ま
しい。また、溶接電流の電流値より低い所定の電流値と
は、例えば１０ＫＡの溶接電流の電流値に対して５０〜
１００Ａ程度の電流値をいい、溶接電流による溶接に影
響を及ぼさない程度に溶接電流の電流値より低い電流値
であればよいが、マイクロ・スポット溶接から大電流抵
抗溶接まで対応するために、監視用交流定電流は溶接電
流の電流値に対して数段階に可変し得る態様として実用
化することが望ましい。尚、溶接電圧の周波数と異なる
所定の周波数、及び溶接電圧の電圧値より低い所定の電
圧値についても、上述した溶接電流の周波数と異なる所
定の周波数、及び溶接電流の電流値より低い所定の電流
値と同様のことが言える。更に、本発明のナゲット形成
監視装置において、例えば上記交流定電流電源と、該電
源より監視用交流定電流が通電される電極チップとの間
に、溶接電流逆流防止機構を介在させる態様とすれば、
溶接電流の交流定電流電源部への逆流を防止することが
できる。

【００１２】本発明における上記フィルタ手段として
は、交流定電流電源より通電される監視用交流定電流の
周波数、交流定電圧電源より印加される監視用交流定電
圧の周波数に対応したバンド・パス・フィルタを採用す
る。このフィルタ手段においては、交流定電流電源より
電極チップ間に通電された監視用交流定電流の周波数に
対応する電圧のみの検出が行なわれ、或いは交流定電圧
電源より印加された監視用交流定電圧の周波数に対応し
た電流のみの検出が行なわれる。特に、溶接電圧を印加
するための電源とは別に交流定電圧電源を準備するナゲ
ット形成監視装置においては、フィルタ手段として、シ
ャント抵抗を含む態様のものとするほか、電極チップ間
において上記所定の周波数の電圧を検出し得るあらゆる
態様のものを採用することができる。

【００１３】また、処理手段は、フィルタ手段にて検出
された電圧の変化から求まる電極チップ間抵抗の変化、
或いはフィルタ手段にて検出された電流の変化から求ま
る電極チップ間抵抗の変化を、図１に示すスポット溶接
時の電極チップ間抵抗の典型的な変化例と照合して、そ
のナゲットの形成状態を算出（推定）するものであり、
その手段は適当なハードウェア及びソフトウェアによっ
て実現することができる。スポット溶接時の一般の電極
チップ間抵抗は図１に示すように変化し、ナゲットは図
中〜の状態を経て形成される。ここで、はサーフ
ェース・ブレーク・ダウン（Surface break down）と称
され、上記電極チップによる被溶接材の加圧開始から加
圧力が定常状態になるまでの間の電極チップ間抵抗の変
化を示し、はアスペリティ・ソフトニング（Asperity
softning ）と称され、上記加圧力が定常状態となり各
被溶接材の接触抵抗が定常状態となるポイントを示し、
はテンペラチュア・インクリーズ（Temperature incr
ease）と称され、溶接点の温度が急激に高まるポイント
を示すものであり、はファースト・メルティング（Fi
rst melting ）と称され、被溶接材の電流密度が最も高
い部分が溶融を開始するポイントを示し、はナゲット
・グロース、メカニカル・コラプス（Nuggetgrowth, Me
chanical collapase ）と称され、ナゲット形成の進行
を示し、はエクスパルジョン（Expulsion ）と称さ
れ、電極チップ間抵抗が低下していく状態を示すもので
ある。従って、上記フィルタ手段にて検出された電圧の
変化から求まる電極チップ間抵抗の変化、或いはフィル
タ手段にて検出された電流の変化から求まる電極チップ
間抵抗の変化が、図１中〜のどの過程に位置するか
を照合することにより、そのナゲットの形成状態の簡
易、且つ正確な把握を可能にする。また、図１中におい
て、Ａは極小値、Ｂは極大値、Ｃは通電終了直前の値を
示す。尚、算出された電極チップ間抵抗の変化と、図１
に示す一般の電極チップ間抵抗の変化と、を実際に照合
する場合には、図１に示す一般の電極チップ間抵抗の変
化に許容範囲を設けておき、算出された電極チップ間抵
抗の変化が、その許容範囲に含まれるか否かによって、
ナゲットの形成状態を把握し、或いは所定品質の基準に
対する合否を分別することが可能になる。

【００１４】上述した何れのナゲット形成監視装置にお
いても、処理手段をスポット溶接機と連動させ、電極チ
ップ間への溶接電流の通電開始直後に監視用交流定電流
の通電を開始し、また溶接電流の通電終了直前に監視用
交流定電流の通電を終了するように、或いは処理手段を
スポット溶接機と連動させ、電極チップ間への溶接電圧
の印加開始直後に監視用交流定電圧の印加を開始し、ま
た溶接電圧の印加終了直前に監視用交流定電圧の印加を
終了するようにしている。

【００１５】また、上記処理手段にて算出されたナゲッ
トの形成状態を出力する出力手段としては、リアルタイ
ムでその結果を表示するディスプレイや、プリンター
や、アラーム等の適当なものを任意に採用することがで
きる。

【００１６】更にまた、上記処理手段にて算出された電
極チップ間抵抗の変化は、ナゲットの形成状態の把握に
のみ利用されるだけでなく、ナゲットの形成状態に応じ
た溶接電流や通電時間、或いは溶接電圧や印加時間等の
自動補正（フィード・バック・コントロール）にも利用
することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
添付図面において、図２は本発明にかかるナゲット形成
監視装置の一実施例を示すブロック図である。

【００１８】スポット溶接時にナゲットの形成状態を監
視する本発明にかかるナゲット形成監視装置１０は、図
２に示すように、溶接電流の周波数５０Hzより高い周波
数５０ＫHzであり、且つ溶接電流の電流値１０ＫＡより
低い電流値１００Ａである監視用交流定電流を逆流防止
用フィルタ１１を介して電極チップ９，９’間に通電す
る交流定電流電源部１２と、上記電極チップ９，９’間
に通電された電流から上記周波数５０ＫHzの電圧のみを
検出する監視電圧用フィルタ１３と、該監視電圧用フィ
ルタ１３にて検出された上記周波数５０ＫHzの電圧の変
化、即ち電極チップ９，９’間抵抗の変化に基づいて被
溶接材８，８’のナゲットの形成状態を算出する処理部
１４と、該処理部１４にて算出されたナゲットの形成状
態を出力する出力部１５と、を備えてなる。また、上記
処理部１４には、測定開始のタイミング、測定終了のタ
イミングを、スポット溶接機（図示せず）のシーケンス
・タイマーと連動して動作するように設定等するための
操作部１６が接続されている。

【００１９】上記交流定電流電源部１２は、その周波数
が溶接電流の周波数５０Hzより高い周波数５０ＫHzであ
り、且つその電流値が溶接電流の電流値１０ＫＡより低
い電流値１００Ａである監視用交流定電流を電極チップ
９，９’間に通電するものであり、この監視用交流定電
流は、溶接電流の当該交流定電流電源部１２への逆流を
防止するための上記逆流防止用フィルタ１１を介して通
電される。

【００２０】監視電圧用フィルタ１３は、電源部１２よ
り電極チップ９，９’間に通電される監視用交流定電流
に対応した周波数５０ＫHzの電圧のみを検出することが
できるバンド・パス・フィルタである。この監視電圧用
フィルタ１３によってナゲットの形成進行に伴う電圧の
変化を検出することができる。尚、検出された電圧は、
ＡＤ変換された後、後述する処理部１４へ送出される。

【００２１】処理部１４は、上記監視電圧用フィルタ１
３にて検出された電圧の変化、即ち電極チップ間抵抗の
変化に基づいて、ナゲットの形成状態を算出するもので
あり、具体的には、図１中の極小値Ａ、極大値Ｂ、及び
通電終了直前の値Ｃを算出し、各値が図１に示す一般の
電極チップ間抵抗の変化に付加した許容範囲（例えば、
±５％）に含まれるか否かによって、ナゲットの形成状
態の把握、或いは所定品質の基準に対する合否の分別を
可能にする。

【００２２】出力部１５としては、ディスプレイ、プリ
ンター、アラーム等の適当な手段を任意に採用すること
ができ、ナゲットの形成状態を簡易に伝達することがで
きる。また、ナゲットの形成進行に応じて、溶接電流、
及びその通電時間を調節する態様とすることもできる。

【００２３】本実施例のナゲット形成監視装置１０で
は、一般の溶接電流（周波数５０Hz）の電流値１０ＫＡ
よりも遥かに低い電流値１００Ａの監視用交流定電流
（周波数５０ＫHz）を電極チップ９，９’間に通電し、
この電極チップ９，９’間において上記監視電圧用フィ
ルタ１３を介して周波数５０ＫHzの電圧のみを検出し、
その検出した電圧の変化、即ち電極チップ９，９’間抵
抗の変化に基づき、被溶接材８，８’におけるナゲット
の形成状態を算出する態様としたので、スポット溶接時
において電極チップ９，９’間に何ら影響を及ぼすこと
もなく、ナゲットの形成状態の簡易、且つ正確な把握を
可能にする。

【００２４】また、本発明の他のナゲット形成監視装置
（図示せず）は、溶接電圧の周波数と異なる所定の周波
数であり、且つ溶接電圧の電圧値より低い所定の電圧値
である監視用交流定電圧を電極チップ間に印加する交流
定電圧電源を、上記交流定電流電源に代えて採用したも
のであって、この装置では、交流定電圧電源より電極チ
ップ間に監視用交流定電圧を印加し、この電極チップ間
において検出される上記所定の周波数の電流の変化から
求まる電極チップ間抵抗の変化に基づき、上述の交流定
電流電源を採用したナゲット形成監視装置と同様に、ナ
ゲットの形成状態の簡易、且つ正確な把握を可能にす
る。尚、フィルタ手段として、シャント抵抗を含む態様
のもの等を採用することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明のナゲット形成監視装置は、溶接
電流を通電するための電源とは別に交流定電流電源を準
備し、溶接電流の周波数と異なる所定の周波数であり、
且つ溶接電流の電流値より低い所定の周波数の監視用交
流定電流を電極チップ間に通電し、この電極チップ間に
おいて検出される上記所定の周波数の電圧の変化から求
まる電極チップ間抵抗の変化に基づき、或いは、溶接電
圧を印加するための電源とは別に交流定電圧電源を準備
し、溶接電圧の周波数と異なる所定の周波数であり、且
つ溶接電圧の電圧値より低い所定の周波数の監視用交流
定電圧を電極チップ間に印加し、この電極チップ間にお
いて検出される上記所定の周波数の電流の変化から求ま
る電極チップ間抵抗の変化に基づき、ナゲットの形成状
態の簡易、且つ正確な把握を可能にするといった顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スポット溶接時の電極チップ間抵抗の典型的な
変化例を示すグラフである。

【図２】本発明にかかるナゲット形成監視装置の一実施
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

８，８’ 被溶接材 ９，９’ 電極チップ １０ 本発明のナゲット形成監視装置 １１ 逆流防止用フィルタ（溶接電流逆流防止機構） １２ 交流定電流電源 １３ 監視電圧用フィルタ（フィルタ手段） １４ 処理部（処理手段） １５ 出力部（出力手段） １６ 操作部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/25 B23K 11/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スポット溶接時にナゲットの形成状態を
   監視する装置であって、 溶接電流の周波数と異なる所定の周波数であり、且つ溶
   接電流の電流値より低い所定の電流値である監視用交流
   定電流を電極チップ間に通電する交流定電流電源と、上
   記監視用交流定電流の通電時に上記電極チップ間におい
   て上記所定の周波数の電圧のみを検出するフィルタ手段
   と、該フィルタ手段にて検出された電圧の変化から求ま
   る電極チップ間抵抗の変化に基づいて通電中におけるナ
   ゲットの形成状態を算出する処理手段と、該処理手段に
   て算出されたナゲットの形成状態を出力する出力手段
   と、を備えてなることを特徴とするナゲット形成監視装
   置。
2. 【請求項２】 スポット溶接時にナゲットの形成状態を
   監視する装置であって、 溶接電圧の周波数と異なる所定の周波数であり、且つ溶
   接電圧の電圧値より低い所定の電圧値である監視用交流
   定電圧を電極チップ間に印加する交流定電圧電源と、上
   記監視用交流定電圧の印加時に上記電極チップ間におい
   て上記所定の周波数の電流のみを検出するフィルタ手段
   と、該フィルタ手段にて検出された電流の変化から求ま
   る電極チップ間抵抗の変化に基づいて通電中におけるナ
   ゲットの形成状態を算出する処理手段と、該処理手段に
   て算出されたナゲットの形成状態を出力する出力手段
   と、を備えてなることを特徴とするナゲット形成監視装
   置。