JP5025111B2 - 溶接電極の交換時期検出方法 - Google Patents

Description

本発明は抵抗溶接装置の溶接電極の交換時期検出方法に関するものである。

抵抗溶接装置は、ワークに一対の溶接電極を加圧接触させ、溶接電流を通電し、ワーク間の電気抵抗により金属を発熱させ、溶接電極を加圧接触させた部分にナゲットを形成するものである。

また、抵抗溶接装置には、電気式のサーボモータで、溶接電極の加圧動作を行うものや、溶接電極をエアシリンダに取り付け、予め設定しておいた所定の加圧力に到達したときに、溶接電極に溶接電流を通電するものがある。溶接電極をエアシリンダに取り付けたものは、エアシリンダにより、溶接電極の押し込み量の誤差を吸収できるので、溶接電極を所定の溶接位置に移動させる移動制御装置の制御が容易である。また、エアシリンダから溶接電極に所定の加圧力が付与されるため、溶接過程でワーク表面の軟化に伴わせて溶接電極をワークにしずみ込ませるのが容易である。

エアシリンダに溶接電極を取り付けた構造を有する抵抗溶接装置の溶接作業での動作は、例えば、（１）待機位置にあるエアシリンダを溶接位置に移動させる。（２）エアシリンダを伸張させてワークに押し当て加圧する。（３）溶接電流を通電しワークを溶接する。（４）エアシリンダを後退させる。（５）エアシリンダを他の溶接位置に移動させる。・・・（２）〜（５）の溶接作業を繰り返し、（６）溶接作業終了後、エアシリンダを待機位置に戻す。というものになる。

溶接電極は、上述した溶接作業の中で、抵抗溶接を行うにつれて徐々に磨耗していく。このため、溶接電極を研磨して磨耗した部分の形状を補正することが定期的に行われる。そして、溶接電極の磨耗がある程度進むと溶接電極の交換が必要になる。溶接電極の磨耗による交換時期は、溶接回数や研磨回数などと磨耗量の経験的な相関関係に基づいて定めている。

特開平９−１５０２７８号公報には、電気式のサーボモータで、溶接電極の加圧動作を行う抵抗溶接装置が記載されており、この場合、サーボモータ内のエンコーダの信号を利用して溶接電極の磨耗量を演算で求めることが開示されている。
特開平９−１５０２７８号公報

溶接電極をエアシリンダに取り付けたものは、電気式のサーボモータとは異なり、エンコーダの信号を利用して溶接電極の磨耗量を演算で求める手法を適用することができない。また、溶接回数や研磨回数と磨耗量の経験的な相関関係に基づいて、溶接電極の交換時期を定める場合、磨耗量の把握が正確ではないため、安全性を考慮して交換時期を早めに設定する必要がある。このため、実際には交換が必要でない場合にも交換している場合もあり、不経済であった。

本発明に係る溶接電極の交換時期検出方法は、エアシリンダと、エアシリンダの作動により上下方向に移動するガンロッドに取り付けた溶接電極と、予め記憶させた位置にエアシリンダを移動させる移動制御手段とを備えた抵抗溶接装置の溶接電極の交換時期検出方法であって、抵抗溶接装置はエアシリンダに装入したピストンがエアシリンダの下死点領域に位置するのを検知するセンサを備え、該センサはエアシリンダに取り付けられており、ガンロッドに磨耗による交換の基準となる交換基準溶接電極を取り付けて、エアシリンダを伸張させた状態で交換基準溶接電極を所定の基準面に押し当てたときに、センサがピストンを検知している検知状態から非検知状態に切り替わるエアシリンダの位置を検査位置として移動制御手段に記憶させる工程と、ガンロッドに溶接電極を取り付けて一連の溶接作業を行う中で、適宜に検査位置にエアシリンダを移動させ、溶接電極を基準面に押し当てたときに、センサが検知状態から非検知状態に切り替わらないことで、溶接電極の磨耗交換時期を検出する工程を備えている。

この溶接電極の交換時期検出方法によれば、エアシリンダの作動により上下方向に移動するガンロッドに溶接電極を取り付けて一連の溶接作業を行う中で、適宜に検査位置にエアシリンダを移動させ、溶接電極を基準面に押し当てたときに、エアシリンダに取り付けられ、エアシリンダに装入したピストンがエアシリンダの下死点領域に位置するのを検知するセンサが検知状態から非検知状態に切り替わらないことで、溶接電極の磨耗交換時期を検出することができるので、エアシリンダに溶接電極を取り付けた抵抗溶接装置において、溶接電極の磨耗交換時期を適切に判断することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る溶接電極の交換時期検出方法を、これを具現化した一形態である抵抗溶接装置に基づいて説明する。

この抵抗溶接装置１０は、図１に示すように、溶接電極１１を取り付けたエアシリンダ１２と、エアシリンダ１２の移動制御手段１３と、ピストン１４（図２参照）を検知するセンサ１５、１６と、溶接電極１１の磨耗交換時期を検出する基準面１７を備えている。なお、この実施形態の抵抗溶接装置１０は、一対の溶接電極１１を横に配設したもので、シリーズスポット溶接を行うものである。

シリーズスポット溶接やインダイレクトスポット溶接などのワークの片側から溶接電極を押し当てる片側溶接では、溶接電極を押し当てる裏側にワークを支持するものがない場合もあり、溶接電極の加圧力の調整が重要になる。このようにエアシリンダに溶接電極を取り付けると、溶接電極の加圧力の調整が容易であり、また、溶接過程でワーク表面の軟化に伴わせて溶接電極をワークにしずみ込ませる溶接作業中にワーク表面が軟化した場合でも、溶接電極の加圧力をエアシリンダで一定に保ったまま、溶接電極をワーク表面の変形に追従させて、ワークに押し込むことができる。このため、シリーズスポット溶接やインダイレクトスポット溶接などのワークの片側から溶接電極を押し当てる片側溶接では、この実施形態のように、エアシリンダに溶接電極を取り付けた構造を有する抵抗溶接装置を用いることが有効である。

エアシリンダ１２は、この実施形態では、ピストンロッド（図示省略）に溶接電極１１を取り付けるガンロッド１８を取り付けており、溶接電極１１は斯かるガンロッド１８の先端に取り付けられている。そして、エアシリンダ１２に空気を供給することにより、ガンロッド１８を伸張させ、エアシリンダ１２内の空気を開放することにより、ガンロッド１８を後退させることができる。エアシリンダ１２の伸張は制御装置１９により、空気の供給、開放を制御している。

また、エアシリンダ１２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、エアシリンダ１２の下死点領域２１でピストン１４の位置を検知するセンサ１５を取り付けている。この実施形態では、センサ１５は、近接センサで構成されており、図示は省略するが、ピストン１４に磁石を付けておき、エアシリンダ１２の外側に磁気近接センサを取り付けた構造を採用するとよい。なお、この実施形態では、エアシリンダ１２の上死点領域２２にも同様のセンサ１６を取り付けている。これにより、ピストン１４をエアシリンダ１２の下死点領域２１及び上死点領域２２で検知して、ガンロッド１８が伸張している状態（図２（ｂ））か、後退している状態（図２(ａ)）かを検知している。検知された情報は、エアシリンダ１２のシーケンス制御に用いることができる。

溶接電極１１は、図示は省略するが、内部に冷却水が供給されるスポット冷却構造を備えている。例えば、溶接電極１１は、新品の状態では全長が２３ｍｍ程度あり、溶接作業を行う中で徐々に磨耗していき、適宜に研磨して用いられる。内部に冷却水が供給されるスポット冷却構造を備えているため、最適には新品の状態から先端が８ｍｍほどの磨耗したところで交換している。

移動制御手段１３は、エアシリンダ１２を予め記憶した位置に移動させるものであり、例えば、制御装置のついたロボットアームなどの移動機構で構成するとよい。この実施形態では、移動制御手段１３は、図１に示すように、エアシリンダ１２を移動させる位置を記憶する記憶部１３ａを備えており、記憶部１３ａに予め設定した位置にエアシリンダ１２を移動させることができるようになっている。

以下、溶接電極の交換時期検出方法を説明する。

溶接電極の交換時期検出方法では、図３（ａ）に示すように、エアシリンダ１２に磨耗による交換の基準となる交換基準溶接電極３１を取り付け、エアシリンダ１２を伸張させた状態（図２（ｂ）に示す状態）で交換基準溶接電極３１を所定の基準面１７に押し当てる。

交換基準溶接電極３１は溶接電極の交換時期を検出するのに、その準備段階で用いる電極である。例えば、実際に使用されて交換を要する程度に磨耗した溶接電極１１を用いるとよい。なお、交換基準溶接電極３１は、溶接電極１１の交換時期を検出するのに、その準備段階で用いる電極であるから、電極としての機能は必要なくてもよい。

図３（ａ）に示すように、エアシリンダ１２を伸張させた状態で交換基準溶接電極３１を所定の基準面１７に押し当て、エアシリンダ１２内の下死点領域２１に取り付けたセンサ１５がピストンを検知している検知状態から非検知状態に切り替わったエアシリンダ１２の位置Ａを検査位置（溶接電極の交換時期検査位置）として移動制御手段１３の記憶部１３ａに記憶させる。このように溶接電極の交換時期検査位置Ａの設定する工程は、実際に溶接電極の交換時期を検出する前の準備工程である。

次に、実際に溶接電極の交換時期を検出する工程では、図３（ｂ）に示すように、エアシリンダ１２に溶接電極１１を取り付け、一連の溶接作業の中で適宜に行う。溶接電極１１は、溶接作業を行うにつれて、徐々に磨耗していくが、溶接作業を始めてすぐ、溶接電極１１の磨耗量が小さい場合は、エアシリンダ１２を伸張させた状態でエアシリンダ１２を検査位置Ａに移動させて溶接電極１１を基準面１７に押し当てたときに、ピストン１４が押し上げられる量が大きい。このため、ピストン１４が下死点領域２１から離れ、センサ１５は検知状態から非検知状態に切り替わる。これに対して、図３（ｃ）に示すように、溶接電極１１が交換すべき程度に磨耗されたものでは、エアシリンダ１２を伸張させた状態でエアシリンダ１２を検査位置Ａに移動させて溶接電極１１を基準面１７に押し当てたときに、ピストン１４が押し上げられる量が小さい。このため、ピストン１４がエアシリンダ１２の下死点領域２１から離れず、センサ１５が検知状態のままで、非検知状態には切り替わらない。これにより、溶接電極１１の磨耗交換時期を検出することができる。

斯かる溶接作業での抵抗溶接装置の動作は、例えば、
（１）待機位置にあるエアシリンダを溶接位置に移動させる。
（２）エアシリンダを伸張させてワークに押し当て加圧する。
（３）溶接電流を通電しワークを溶接する。
（４）エアシリンダを後退させる。
（５）エアシリンダを検査位置Ａに移動させ、基準面に溶接電極を押し当てる。
（６）センサ１５は検知状態から非検知状態に切り替わった場合は、溶接電極の磨耗が、交換を要する程度には進んでいないと判定され、エアシリンダを他の溶接位置に移動させる。
（７）（２）から（６）の動作を繰り返す一連の溶接作業を行う中で、エアシリンダを検査位置Ａに移動させて基準面に溶接電極を押し当てたときに、常に、センサ１５は検知状態から非検知状態に切り替わっている場合は、一連の溶接作業が終了した後にエアシリンダは待機位置に戻す。
ように制御する。

このとき、（２）から（６）の動作を繰り返す一連の溶接作業を行う中で、（５）の動作でエアシリンダを検査位置Ａに移動させ、基準面に溶接電極を押し当てたときに、センサ１５は検知状態から非検知状態に切り替わらなかった場合は、溶接電極の磨耗が交換を要する程度に進んだと判定される。この場合は、溶接作業を中断し、エアシリンダを溶接電極交換位置に移動させ、作業者による溶接電極の交換を待つ。そして、作業者により溶接電極を交換させて、中断された溶接作業を再開するように制御するとよい。

なお、上述したように、溶接作業を行う前に、エアシリンダを検査位置に移動させて、溶接電極の交換時期検出するようにシーケンス制御を組むことにより、溶接作業の前に、必ずシリンダの伸張状態を検出する下死点領域のセンサ１５の動作確認が行えるので、溶接の信頼性を向上させることができる。

斯かる溶接電極の交換時期検出方法によれば、従来の溶接回数や研磨回数に基づく経験的な交換時期の検出方法に比べて、溶接電極１１の磨耗交換の時期を精度良く検出することができる。また、一連の溶接作業の中で、適宜に、エアシリンダ１２を伸張させた状態でエアシリンダ１２を検査位置Ａに移動させるだけでよいので、溶接電極の交換時期検査位置として移動制御手段に記憶させ、移動制御手段のシーケンス制御を変更すればよいので、検出作業は簡単に行える。

例えば、センサ１５、１６としては、斯かる抵抗溶接装置においてエアシリンダのシーケンス制御に用いられる近接センサがエアシリンダの下死点領域に取り付けられている場合には、上述したように、それをそのまま用いてもよい。また、ロボットアームなどに取り付けたエアガンに溶接電極を取り付けた抵抗溶接装置では、通常、ロボットアームにエアガンの移動を制御する機能があるので、斯かる制御装置において、上述した交換時期検査工程の検査位置Ａを記憶させるとよい。従って、この溶接電極の交換時期検出方法および抵抗溶接装置は、新たな装置を追加しなくても現状の抵抗溶接装置に備えられている装置構造をそのまま用いることで実現できる場合があり、設備コストも低く抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る溶接電極の交換時期検出方法および抵抗溶接装置を説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。

例えば、溶接電極の交換時期検出方法は、エアシリンダに溶接電極を取り付けた構造を備えた種々の抵抗溶接装置に適用することができ、抵抗溶接装置の詳細な点については、種々の変更が可能である。

本願発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置を示す図。 （ａ）（ｂ）は本願発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置のエアシリンダおよびセンサを示す概略図。 （ａ）〜（ｃ）は本願発明の一実施形態に係る抵抗溶接装置の使用状態を示す図。

符号の説明

１０ 抵抗溶接装置
１１ 溶接電極
１２ エアシリンダ
１３ 移動制御手段
１３ａ 記憶部
１４ ピストン
１５、１６ センサ
１７ 基準面
１８ ガンロッド
１９ 制御装置
２１ 下死点領域
２２ 上死点領域
３１ 交換基準溶接電極
Ａ 交換時期検査位置

Claims (1)

1. エアシリンダと、エアシリンダの作動により上下方向に移動するガンロッドに取り付けた溶接電極と、予め記憶させた位置にエアシリンダを移動させる移動制御手段とを備えた抵抗溶接装置の溶接電極の交換時期検出方法であって、
   前記抵抗溶接装置はエアシリンダに装入したピストンがエアシリンダの下死点領域に位置するのを検知するセンサを備え、該センサはエアシリンダに取り付けられており、
   前記ガンロッドに磨耗による交換の基準となる交換基準溶接電極を取り付けて、エアシリンダを伸張させた状態で交換基準溶接電極を所定の基準面に押し当てたときに、前記センサがピストンを検知している検知状態から非検知状態に切り替わるエアシリンダの位置を検査位置として前記移動制御手段に記憶させる工程と、
   前記ガンロッドに溶接電極を取り付けて一連の溶接作業を行う中で、適宜に前記検査位置にエアシリンダを移動させ、溶接電極を前記基準面に押し当てたときに、前記センサが検知状態から非検知状態に切り替わらないことで、溶接電極の磨耗交換時期を検出する工程とを備えたことを特徴とする溶接電極の交換時期検出方法。

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