(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ガンによる溶接中の電極間変位量を測定し、
測定した電極間変位量が、あらかじめ決められた規定値を超えて変動した場合に、当該変動の発生が、前記電極間変位量が飽和点に達する前である場合に、溶接の不良と判定することを特徴とする溶接状態判定方法。
【請求項２】
前記溶接状態判定方法は、さらに、前記変動の発生が前記電極間変位量が飽和点に達する前である場合には、前記電極間変位量の変動量から被溶接材の損失量を算出し、当該算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合は溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないことを特徴とする請求項１記載の溶接状態判定方法。
【請求項３】
溶接ガンによる溶接中の電極間変位量を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した電極間変位量が、あらかじめ決められた規定値を超えて変動したか否かによりスパッタの発生を検出するスパッタ検出手段と、
前記スパッタ検出手段が検出したスパッタの発生時間と、前記電極間変位量が飽和点に達した時間とを比較して、前記スパッタの発生時間が前記電極間変位量が飽和点に達した時間より前である場合に、溶接の不良と判定する良否判定手段と、
を有することを特徴とする溶接状態判定装置。
【請求項４】
前記良否判定手段は、さらに、前記スパッタの発生時間が前記電極間変位量が飽和点に達した時間より前である場合に、前記スパッタ検出手段が検出した電極間変位量の変動量から被溶接材の損失量を算出し、当該算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合に溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないすることを特徴とする請求項３記載の溶接状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗溶接における溶接状態判定方法、およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から抵抗溶接、特にスポット溶接においては、溶接中における溶接ガンの電極変位量を測定することが行われている。この電極間変位量は、たとえばナゲット径の推定などに用いられ、溶接状態の判定に使用されている（たとえば特開平１１−５８０２９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接中においてスパッタが発生した場合、電極間変位量が大きく変動するため、この電極間変位量を用いてナゲット径の推定や溶接品質の判定を行うことができないといった問題がある。
【０００４】
また、スパッタの発生自体は、溶接不良に結びつくものと結びつかないものがあり、スパッタの発生があった場合に、かならずしも溶接不良と判定することができないといった問題もある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、スパッタの発生と溶接不良の判定を明確に行うことのできる溶接状態判定方法、およびその装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００７】
（１）溶接ガンによる溶接中の電極間変位量を測定し、測定した電極間変位量が、あらかじめ決められた規定値を超えて変動した場合に、当該変動の発生が、前記電極間変位量が飽和点に達する前である場合に、溶接の不良と判定することを特徴とする溶接状態判定方法。
【０００８】
（２）前記溶接状態判定方法は、さらに、前記変動の発生が前記電極間変位量が飽和点に達する前である場合には、前記電極間変位量の変動量から被溶接材の損失量を算出し、当該算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合は溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないことを特徴とする。
【０００９】
（３）溶接ガンによる溶接中の電極間変位量を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した電極間変位量が、あらかじめ決められた規定値を超えて変動したか否かによりスパッタの発生を検出するスパッタ検出手段と、前記スパッタ検出手段が検出したスパッタの発生時間と、前記電極間変位量が飽和点に達した時間とを比較して、前記スパッタの発生時間が前記電極間変位量が飽和点に達した時間より前である場合に、溶接の不良と判定する良否判定手段と、を有することを特徴とする溶接状態判定装置。
【００１０】
（４）前記良否判定手段は、さらに、前記スパッタの発生時間が前記電極間変位量が飽和点に達した時間より前である場合に、前記スパッタ検出手段が検出した電極間変位量の変動量から被溶接材の損失量を算出し、当該算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合に溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、溶接中に電極間変位量を測定して、測定した変位量が規定値を超えて変動した場合に、これをスパッタの発生として、その発生位置が、飽和点の前である場合に、溶接の不良と判定することとしたので、電極間変位量から単にスパッタの発生を検出するだけでなく、スパッタに起因する溶接不良を的確に判定することができる。
【００１３】
請求項２記載の本発明によれば、電極間変位量の変動が規定値を超えた場合に、その変動の発生が、前記電極間変位量が飽和点に達する前である場合には、前記電極間変位量から被溶接材の損失量を算出して、算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合に溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないこととしたので、被溶接部材の損失量に対応してスパッタの発生によって失われた被溶接部材の量から溶接不良を判定することができる。
【００１４】
請求項３記載の本発明によれば、溶接中における電極間変位量を変位量測定手段が測定して、スパッタ検出手段が測定した変位量からスパッタの発生を検出し、良否判定手段がスパッタの発生位置が飽和点の前である場合に、溶接の不良とを判定することとしたので、電極間変位量から単にスパッタの発生を検出するだけでなく、スパッタに起因する溶接不良を的確に判定することができる。
【００１５】
請求項４記載の本発明によれば、スパッタの発生時間が電極間変位量が飽和点に達した時間より前である場合には、さらに良否判定手段が、スパッタが検出されたときの電極間変位量の変動量から被溶接材の損失量を算出して、算出した損失量があらかじめ決めた損失量の規定値を超えて大きい場合に溶接不良と判断し、当該算出した損失量が前記損失量の規定値を超えていない場合は溶接不良としないこととしたので、被溶接部材の損失量に対応してスパッタの発生によって失われた被溶接部材の量から溶接不良を判定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明にかかるスポット溶接を実行する溶接装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
たとえば複数の板材などを重ね合わせた溶接部材１０は、その上下方向から溶接ガン１１に取り付けられた電極チップ１２ａ，１２ｂによって挟持、圧接される。
【００１９】
電極チップ１２ａおよび１２ｂはその一方、ここでは１２ａが図示上下に可動自在であり、サーボモータなどから構成される閉圧装置１８によって昇降制御され、この電極チップ１２ａの昇降動作によって溶接部材１０を所定の圧力で圧接する。
【００２０】
そして、電極チップ１２ａおよび１２ｂには、溶接部材１０を圧接した状態で電源回路１５から両電極チップ１２ａ，１２ｂに溶接電流が供給される。
【００２１】
この溶接電流の電流量や通電時間（溶接時間）は、中央演算装置２０の指令に基づいて動作する電流制御回路１６によって制御される。
【００２２】
電極チップ１２ａの位置は、たとえばエンコーダなどからなる電極位置検出装置１９によって検出される。
【００２３】
この電極位置検出装置１９によって溶接中における電極チップ１２ａの微少な上下動が検出され、これが固定された電極チップ１２ｂとの間における溶接中の熱膨張による電極間変位量として測定される。測定された電極間変位量は記憶回路２６に一旦記憶され、この電極間変位量のデータから、中央演算装置２０が溶接状態の判定を行う。
【００２４】
なお、記憶回路２６には、溶接を行うときの溶接条件、およびスパッタの有無を判定するための規定値の値などが記憶されている。
【００２５】
閉圧装置１８の動作は、中央演算装置２０の指令に基づいて動作する閉圧制御回路２２によって制御される。
【００２６】
また、電極位置検出装置１９で検出された電極チップ１２ａの変位量は、電極位置検出回路２４を介し閉圧装置１８の位置制御のため、閉圧制御回路２２にフィードバックされて、電極チップ１２ａ，１２ｂによる加圧力の制御にも用いられている。
【００２７】
中央演算装置２０は、電極位置検出装置１９によって検出された電極チップ１２ａの位置情報から電極間変位量を求め、後述するように、求めた電極間変位量から、スパッタの発生の有無と、溶接の良否判定を行う。
【００２８】
また、中央演算装置２０には、図示しないディスプレイなどが設けられており溶接状態の判定結果を表示する。
【００２９】
なお、図１に示した溶接装置は、あくまでも本実施形態を説明するために溶接装置の概略構成を説明するためのものであり、実際の溶接装置にあっては、たとえば作業者が手持ちするものやロボットのエンドエフェクタとして使用するものなど様々であるが、基本的な構成は上述したものと同様であり、本発明は上述したような溶接装置に限定して用いられるものではなく、様々な溶接装置に適用できるものである。
【００３０】
次に、以上のように構成された装置によって行われる溶接の際に、スパッタの発生の有無と、溶接状態の良否判定を行う方法について詳細に説明する。
【００３１】
まず、電極間変位量とスパッタの発生について説明する。
【００３２】
図２は、電極間変位量を示す概略図面であり、縦軸が電極間変位量、横軸が時間である。この図において、ａはスパッタが発生せずに正常に溶接された場合を示し、ｂはスパッタが発生した場合を示す。
【００３３】
電極間変位量は、スパッタが発生しない場合、ａに示すように、通電開始（時間０）後、溶接部の熱膨張により徐々に上昇し飽和点に達し、通電終了により収縮する。一方、スパッタが発生すると、ｂに示すように電極間変位量が急激に変動する。本実施の形態は、この急激な電極間変位量の変動があらかじめ決めた規定値より大きい場合にスパッタが発生したものとしている。
【００３４】
そして、このスパッタの発生による溶接の良否判定を行うために、本実施の形態では２つの判断基準を設けている。
【００３５】
第１の判断基準は、電極間変位量が飽和点に達したか否かにより良否判定を行っている。これは、飽和点前のナゲットの膨張過程においてスパッタが発生した場合には、スパッタによってナゲットの生成が阻害される場合が多いため、このような場合を溶接不良の可能性が高いものと判断するものである。一方、飽和点後においてスパッタが発生した場合には、ナゲットがすでに収縮過程に入ってからのスパッタであるため、ナゲットの形成には直接影響を及ぼすことが少ないので、この場合は溶接不良とはしない。
【００３６】
なお、飽和点に達したか否かの判定は、たとえば電極間変位量の回帰分析を行い、回帰直線の傾きが０になった点を飽和点とする。
【００３７】
第２の判断基準は、スパッタが発生したとしても、それによるナゲット形成部分の損失が少なければ、溶接不良とはしないものである。このとき判断の基準となる損失量は、あらかじめ実験によって求めておく必要がある。たとえば、電極間変位量に変動があった場合に、その変動量（変位差）に対して、できあがりのナゲット径が変動がない場合からどの程度減少したかを測定し、この変位差とナゲット径の減少量との関係を取ったテーブルデータを作成しておき、以後、このテーブルデータを参照することで、電極間変位量の変位差から被溶接部材の損失量を算出する。そして、強度不足などの溶接不良が発生するようなナゲット径の減少が認められる変位差を損失量の判断基準とし、このような損失あった場合に溶接不良と判断する。
【００３８】
なお、スパッタの発生を確認するための規定値についても、あらかじめ実験によって求めておく。これについても、先ほどのテーブルデータの作成と同様に、たとえば電極間変位量の変位差に対して、できあがりのナゲット径を対応付けし、ナゲット径の減少が認められる程度となった変位差をスパッタの発生を確認するための規定値とする。
【００３９】
図３は、スパッタが発生した場合の典型例を示す図面である。
【００４０】
まず図３Ａに示するように、飽和点前にスパッタの発生した場合には、回帰直線の傾きθが０にならないうちに、変位量が急激に変動するので、この場合は、さらにその変位差から損失量を算出し、損失量が多い場合には溶接不良としている。一方、図３Ｂに示するように、回帰直線の傾きθが０になった後、すなわち、飽和点に達した後にスパッタが発生した場合は、溶接良と判定する。
【００４１】
次に、上述したスパッタの発生による溶接状態の判定手順を説明する。
【００４２】
図４は、溶接状態の判定手順を示すフローチャートである。
【００４３】
上記装置による溶接動作は、まず、溶接ガン１１によって溶接部材１０を所定の圧力によりホールドするとともに、電極チップ１２ａ，１２ｂに、あらかじめ決められた通電条件により通電を開始する（Ｓ１）。
【００４４】
ホールドおよび通電開始と同時に電極チップ１２ａの位置測定を開始し、その位置変位から電極チップ１２ａと１２ｂとの間隔の変位差、すなわち、電極間変位量を測定する。
【００４５】
このとき、測定頻度は、連続的に、または０．５ｍｓｅｃ、あるいは１〜５ｍｓｅｃ程度のごく僅かな時間間隔ごとにサンプリングして記憶する（Ｓ２）。
【００４６】
なお、サンプリング間隔はこのような時間間隔に限定されるものではなく、後述する回帰直線の算出時間間隔に合わせて適宜設定するとよい。
【００４７】
測定した電極間変位量から、一定の時間間隔ｔｗｉｄｔｈごとに回帰直線を求め、求めた回帰直線の傾きと、変位差を記憶する（Ｓ３）。なお、変位差は、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値の差である。
【００４８】
続いて算出された変位差からスパッタが発生したか否かを判断する（Ｓ４）。ここで、変位差が規定値を超えてスパッタが発生している場合には、続いて、スパッタ発生時間を記憶し（Ｓ５）、スパッタの発生が飽和前か否かを判断する（Ｓ６）。ここでは飽和時間（後述するステップＳ１３）が記憶されていなければ、飽和前にスパッタが発生したものと判断され、ステップＳ７へ進む。一方、飽和時間が記憶されていれば、スパッタ発生前に飽和時間が記憶されたことになるので、その場合、スパッタの発生は飽和後と判断され、ステップＳ１１へ進みスパッタの発生があったことが保持される。
【００４９】
前記ステップＳ６において、スパッタの発生が飽和前であると判断された場合には、続いて、ステップＳ３で得られた変位差から損失量を算出する（Ｓ７）。損失量は前述したとおり、あらかじめ作成されたデータテーブルから算出する。
【００５０】
続いて、損失量が規定値を超えて過大であるか否かを判断し（Ｓ８）、損失量が過大であれば、スパッタ発生によって強度不足が起こる旨を警告する（Ｓ９）。そして、この警告を表示装置や上位の制御装置に送信し（Ｓ１０）、処理を終了する。
【００５１】
一方、前記ステップＳ８において、損失量が過大ではないと判断された場合には、スパッタの発生したことを保持し（Ｓ１１）、ステップＳ１２へ進む。
【００５２】
前記ステップＳ４において、変位差が規定値に未満であると判断された場合、およびステップＳ１１以降においては、ステップＳ１２で、前記ステップＳ３で求めた傾きが０か否かを判断して、０であればそのときの時間を飽和時間として記憶して（Ｓ１３）、ステップＳ１５へ進む。一方、傾きが０でなければ、そのまま溶接終了か否かを判断して（Ｓ１４）、終了していなければステップＳ３へ戻り処理を継続する。一方、溶接終了であれば、スパッタが発生したか否かを前記ステップＳ１１における保持状態から判断して（Ｓ１５）、スパッタが発生していればその情報を（Ｓ１６）、スパッタが発生していなければ正常である旨を（Ｓ１７）、表示装置や上位の制御装置へ送信して（Ｓ１０）、処理を終了する。
【００５３】
図５は、実際に溶接を行った際の電極間変位量の変化を示す図面である。図において、データａには電極間変位量の急激な変動が見られず、正常な状態で溶接を終了したものである。一方、データｂおよびｃには電極間変位量に急激な変動があり、この部分でスパッタが発生したものである。そして、データｂについては飽和前にスパッタが発生したものであり、データｃは飽和後にスパッタが発生したものである。
【００５４】
これら各データを取得した溶接品について、できあがりのナゲット径を計測したところ、飽和前にスパッタが発生したｂは、正常に終了したａに比較して著しくナゲット径が小さくなっており強度不足となる可能性が大きいことがわかった。一方、飽和後にスパッタが発生したｃについては、正常に終了したａとほとんど変わりがなかった。
【００５５】
この結果から、スパッタの発生位置による溶接不良の判定が可能であることがわかる。
【００５６】
なお、図４において、縦軸は電極間変位量を示すものでエンコーダのパルス数であり、横軸は時間である。
【００５７】
以上のように本実施の形態によれば、電極間変位量の計測結果から、スパッタの発生とともに、このスパッタの発生にともなう溶接不良を的確に判定することが可能となる。
【００５８】
以上本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施の形態では、スパッタの発生後、そのときの電極間変位量の差から被溶接部材の損失量を算出して、損失量が過大である場合にのみ溶接不良であると判断したが、これに代えて、スパッタの発生を判断するための規定量として、溶接不良が発生する可能性のある変位差を用いることで、この溶接不良が発生する可能性のあるような変位差が飽和点前で検出された場合に、直接溶接不良が発生するものと判断するようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、溶接中にリアルタイムで溶接状態を判断することとしているが、電極間変位量のデータだけを溶接終了後にまとめて検査することで、各溶接個所における良否を判断するようにしてもよい。
【００５９】
また、飽和点の検出には、回帰直線ではなく、電極間変位量の変化を表すグラフを作成し、このグラフ曲線に接する直線の傾きとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スポット溶接装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  電極間変位量とスパッタの発生を説明するための図面である。
【図３】  スパッタの発生を示す図面である。
【図４】  溶接状態の判定手順を示すフローチャートである。
【図５】  実際に溶接を行った際の電極間変位量の変化を示す図面である。
【符号の説明】
１０…溶接部材、
１１…溶接ガン、
１２ａ，１２ｂ…電極チップ、
２０…中央演算装置、
２６…記憶回路。
【図１】
0003709807.tif 000002
【図２】
0003709807.tif 000003
【図３】
0003709807.tif 000004
【図４】
0003709807.tif 000005
【図５】
0003709807.tif 000006