(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ガンにより被溶接材をスポット溶接するに際して、少なくとも通電中は、当該溶接ガンの溶接電極の圧接方向の位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御することを特徴とするスポット溶接電極の最適位置制御方法。
【請求項２】
溶接ガンにより被溶接材をスポット溶接するに際して、当該溶接ガンの溶接電極の被溶接材に対する加圧力を検出し、当該加圧力に基づき、少なくとも通電中は、前記溶接電極の圧接方向の位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御することを特徴とするスポット溶接電極の最適位置制御方法。
【請求項３】
溶接電極の圧接方向の位置を検出し、検出位置と目標位置とからサーボモータを用いて当該溶接電極の圧接方向の位置を当該目標位置に制御することを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接電極の最適位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット溶接電極の最適位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空圧式スポット溶接においては、通電時間およびその前後の一定時間は電極ガンの押圧力Ｐを一定にしている。したがって、溶接時における電極の挙動は次のようになる。
【０００３】
溶接時の母材は、まず溶接ガンのスクイズにより微少量が弾性圧縮される。そして、通電が開始されると発熱による熱膨張により電極位置は後退する。その後、被溶接材の接触部にナゲット（溶融部）が形成され、これが成長すると母材は逆に収縮し、これによって圧接圧力が低下するため、電極位置は前進することになる。
【０００４】
なお、電極の加圧力不足による散りの発生を防止する技術としては、特開平７−９６３７６号公報に開示されているような技術がある。
【０００５】
ところで、過大な加圧、溶接電流、通電時間は過度のナゲットの成長を促し、溶接部が表面を破って飛散するすなわちスパッター（散り）発生の原因になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように前記押圧力Ｐを一定とした場合、ナゲットの成長時に溶接ガンの被溶接材への「押し込み」が必然的に発生する。これはスパッター発生の原因になる。
【０００７】
このスパッターの発生を回避するために、前述の特開平７−９６３７６号公報に開示されている技術では、溶接時の加圧力の低下をサーボモータに流す電流値を変化させることによって解決している。
【０００８】
このように加圧力を調整する制御は、制御の応答性が問題となる。つまり、溶接は非常に短時間で完了するので、その間に電極の加圧力の制御を狙い通りにすることは至難の技であると思われるからである。
【０００９】
本発明は、スポット溶接において、比較的制御の容易な電極位置の制御によってスパッターの発生を防止できるスポット溶接電極の最適位置制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、次の構成を有する。
請求項１の発明は、溶接ガンにより被溶接材をスポット溶接するに際して、少なくとも通電中は、当該溶接ガンの溶接電極の圧接方向の位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御することを特徴とするスポット溶接電極の最適位置制御方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、溶接ガンにより被溶接材をスポット溶接するに際して、当該溶接ガンの溶接電極の被溶接材に対する加圧力を検出し、当該加圧力に基づき、少なくとも通電中は、前記溶接電極の圧接方向の位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御することを特徴とするスポット溶接電極の最適位置制御方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、溶接電極の圧接方向の位置を検出し、検出位置と目標位置とからサーボモータを用いて当該溶接電極の圧接方向の位置を当該目標位置に制御することを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接電極の最適位置制御方法である。
【００１５】
請求項１の発明によれば、少なくとも通電中は、溶接電極の位置を一定に制御するので、溶接部に通電しているときに膨張後にナゲットが形成されて収縮するときに溶接電極が「押し込み」を生じてスパッターが発生することを確実に防止できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、溶接ガンの溶接電極の被溶接材に対する加圧力を検出し、この加圧力に基づき、少なくとも通電中は、溶接電極の位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御する。すなわち、被溶接材の材質、溶接条件により母材収縮時の加圧低下量を小さく抑えるほうがよい場合がある。この場合には、この請求項２の発明のように加圧力応じて制御したほうがスパッターの発生をより抑えることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、溶接電極の位置を検出し、検出位置と目標位置とからサーボモータで位置制御するので、正確な位置制御が可能となり、スパッターの発生を確実に防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は第１の実施形態に係るスポット溶接方法を実施するスポット溶接装置の制御ブロック図、図２はスポット溶接の制御フローチャート、図３は被溶接材に対する電極の当たり状態説明図、図４は位置制御に対する加圧力および膨張量例の説明図、図５はナゲット成長過程説明図、図６は第２実施形態に位置制御に対する加圧力および膨張量例の説明図である。
【００１９】
スポット溶接装置においては、図１に示すように、対向する溶接電極１０（上側電極１０Ｕ、下側電極１０Ｌ）を設けた溶接ガン１２と、下側の溶接電極１０Ｌを固定し、上側の溶接電極１０Ｕを上下方向に駆動するサーボモータ１４とがロボットアーム１６の先端部に設けられたサーボガンの溶接電極位置制御の対象となるものである。
【００２０】
すなわち、サーボモータ１４にはエンコーダが設置されてこのエンコーダにより上側電極１０Ｕの現在位置信号をモニタし、制御部（コントローラ）１８に入力すると共に、サーボモータ１４の電流により電極１０Ｕ、１０Ｌによる被溶接材２０に対する加圧力をモニタして制御部１８に入力するようになっており、制御部からはサーボモータ１４に位置指令が出力されて、電極１０Ｕ位置Ｘを指令位置にするように制御する。
【００２１】
したがって、サーボモータ１４により電極位置Ｘを制御でき、モータ電流により加圧力、エンコーダにより電極位置Ｘをモニタでき、これらによって、各電極１０Ｕ、１０Ｌ間の位置を制御するようになっている。
【００２２】
前記溶接装置の制御を図２のフローチャートに基づき説明する。
図３に示すように、まず、被溶接材２０を電極１０Ｕ、１０Ｌ間に挟んで電極１０Ｕのスクイズ（前進）を開始し、電極１０Ｕを被溶接材２０に接近させる（Ｓ１）。次に、電極１０Ｕ、１０Ｌの加圧力Ｐが一定値Ｐ１を超えるまで待って（Ｓ２）、超えたならば（Ｓ２：Ｙ）、サーボモータ１４に指令を入力して電極位置Ｘを当該位置に位置決めする制御を開始する。以降は、電極の位置Ｘを変化させないように制御する（Ｓ３）。
【００２３】
そして、スクイズが完了した後に（Ｓ４：Ｙ）、溶接通電を開始する（Ｓ５）。一定時間の通電が終了し（Ｓ６：Ｙ）、保持完了も完了したならば（Ｓ７：Ｙ）、電極１０Ｕの位置決め制御を終了し、電極を原位置に後退させる（Ｓ８）。溶接が完了したことを確認して溶接制御を終了する（Ｓ９）。
【００２４】
溶接電極１０は図３に示すように、スクイズすると先端チップが被溶接材２０に当たって弾性圧縮するが、その加圧力Ｐが一定値になったことを検出するとサーボモータ１４でその場で位置決めする。以降、通電により被溶接材２０を挟みつけた状態で上側電極１０Ｕの位置Ｘを位置決めするが、通電による発熱の熱膨張により被溶接材２０の膨張量Ｅが変化する。
しかしながら、電極の位置Ｘは、この膨張量の増減に拘らずに常に一定の位置になるように制御される。
【００２５】
図４に加圧力Ｐ、母材膨張量Ｅ、電極位置Ｘのグラフを示す。位置決めされている電極１０Ｕ、１０Ｌに対しては上記膨張量Ｅの変化により反力が変化するが、電極位置Ｘが一定になるように、制御部１８はサーボモータ１４に位置指令を出し続ける。通電が終了したのちも電極位置Ｘを一定時間保持し、そして保持時間終了後に、前記制御部１８は電極チップを待避させる。
【００２６】
なお、被溶接材２０の溶接部におけるナゲットの成長は図５（ａ）に示すように、スクイズにより突き合わされた被溶接材２０の溶接部２０ａに上、下の電極１０Ｕ、１０Ｌから溶接電流を流すと、（ｂ）に示すように、熱影響部２２が生じる。この熱影響部２２により膨張量Ｅが増える。さらに、時間が経つと、（ｃ）に示すように、その熱影響部２２にコロナボンドとナゲット２２ａが生じて溶融して、膨張量Ｅの増大が止まり減少をし始める。さらに、（ｄ）に示すように、ナゲット２２ａが成長すると、溶接部の２０ａの収縮が進む。
【００２７】
溶接ガン１２により被溶接材２０をスポット溶接するに際して、溶接ガン１２の溶接電極１０Ｕ、１０Ｌの位置を所望品質の溶接が得られる一定位置に制御するので、図４に示したように通電中に溶接部が熱膨張からナゲット２２ａが生じることによる収縮に転じた際に、加圧力を低下させることができる。したがって、ナゲット２２ａ成長時の過大な圧力による電極の「押し込み」を解消し、スパッターの発生を抑制できるので、適性な溶接品質が得られる。
【００２８】
次に第２実施形態を説明する。なお、前記第１実施形態と同様構成なのでその構成は図示を省略する。
【００２９】
この第２実施形態に係るスポット溶接方法においては、図６に示すように、溶接ガン１２により被溶接材２０をスポット溶接するに際して、電極のスクイズにより加圧力がＰ１になった時点で位置決めをし、通電開始後、溶接ガン１２の溶接電極１０Ｕ、１０Ｌの被溶接材２０に対する加圧力Ｐを検出し監視する。この加圧力はサーボモータ１４の電流で検出できる。そして、制御部１８は、検出加圧力Ｐが所定圧力基準Ｐ２を下回ったときには、電極を正方向（電極を若干押圧する方向）に一定量動かして、溶接電極の位置Ｘを所望品質の溶接が得られる所定位置に補正する。つまり、電極位置Ｘ適正な溶接品質が得られるように加圧力Ｐに応じて制御を行う。
【００３０】
すなわち、被溶接材２０の材質により、溶接条件により、母材収縮時の加圧力低下量を小さく抑える方が良い場合がある。このときには、上記のように電極位置Ｘを正方向に補正する方がスパッターの発生を確実に抑制できる。
【００３１】
このように電極の位置を検出し、検出位置と目標位置とからサーボモータで位置制御すると、正確な位置制御ができスパッターの発生を確実に防止できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１の発明によれば、通電中に溶接部が熱膨張からナゲットが生じることによる収縮に転じた際に、加圧力を低下させることができる。したがって、ナゲット成長時および膨張後の過大な圧力による電極の「押し込み」を解消し、また、スパッターの発生を抑制できるので、適正な溶接品質が得られる。
【００３４】
請求項２の発明によれば、被溶接材の材質、溶接条件により母材収縮時の加圧低下量を小さく抑えるほうがよい場合があり、この場合に、加圧力応じて制御してスパッターの発生をより抑えることができる。
【００３５】
請求項３の発明によれば、正確な位置制御を可能にするのでスパッターの発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るスポット溶接方法を実施するスポット溶接装置の制御ブロック図である。
【図２】スポット溶接の制御フローチャートである。
【図３】被溶接材に対する電極の当たり状態説明図である。
【図４】電極位置制御に対する加圧力および膨張量例の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれスポット溶接時のナゲット成長過程の各説明図である。
【図６】第２実施形態に位置制御例に対する加圧力および膨張量例の説明図である。
【符号の説明】
１０  溶接電極
１０Ｕ、１０Ｌ  上側、下側溶接電極
１２  溶接ガン
１４  サーボモータ
１８  制御部
２０  被溶接材
【図１】
0003598683.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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