(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を降圧する溶接トランスと、
前記溶接トランスの溶接電流を設定して電流設定値を出力する電流設定器と、
前記溶接電流を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、
電極の加圧力を設定して加圧力設定値を出力する加圧力設定器と、
前記電極の加圧力を検出して加圧力検出値を出力する加圧力検出器と、
前記溶接電流の通電時間を設定して電流通電時間設定値を出力する電流通電時間設定器と、
前記加圧力検出値と前記加圧力設定値との加圧力差値を算出する加圧力差値算出回路と、
前記加圧力差値に対する前記電流設定値の補正値である電流設定補正値と、前記電流通電時間設定値の補正値である電流通電時間設定補正値との関係を示す関数が保存され、前記加圧力差値算出回路の算出値に基づいて前記電流設定補正値及び前記電流通電時間設定補正値を算出する電流補正値算出回路と、
前記電流設定値に前記電流設定補正値を加算する電流設定値補正回路と、
前記電流通電時間設定値に前記電流通電時間設定補正値を加算する電流通電時間設定値補正回路と、
前記電流検出値と前記電流設定値補正回路の出力値との誤差を増幅する電流誤差増幅回路と、
前記電流誤差増幅回路の出力値と前記電流通電時間設定値補正回路の出力値とにより前記インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、
を備えたことを特徴とする抵抗溶接制御装置。
【請求項２】
前記加圧力検出値が前記加圧力設定値よりも小さいとき、前記電流設定値及び前記電流通電時間設定値を減少させることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適正なナゲットを得ることができる改善された抵抗溶接制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接を行う抵抗溶接制御装置は、溶接トランスの二次側に設けられた電流検出器が母材に通電される二次電流（以下、溶接電流という。）を検出して、この検出値が予め定めた溶接電流の設定値と一致するように制御される。（例えば、特許文献１参照。）。例えば上部電極に設けられたエアーシリンダへのエアーの供給量が不足して、上部電極と下部電極に挟まれた母材が、予め定めた加圧力で加圧されない場合がある。この場合、加圧力が低くなると電極と母材との間及び母材と母材との間の接触抵抗が増加して発熱量が大きくなる。そこで従来、上部電極又は下部電極の近傍に設けられた加圧力検出器によって母材への加圧力を検出して、この検出値が予め定めた加圧力よりも不足して、この不足に対応して、溶接電流設定値を減少させて所望の発熱量が得られるようにして溶接を行っていた。電極の加圧力は、増加する場合よりも上述した原因によって不足する場合の方が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３８０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来技術の抵抗溶接制御装置は、電極の加圧力が不足しているときに溶接電流の設定値のみを減少させていた。この場合、溶接電流の設定値のみを減少させると、スポット溶接中に母材の抵抗値の変化が大きくなるために、溶接の状態が大きく変化して、ナゲットの形成に時間がかかり、所望のナゲット径が得られない場合があった。そこで所望のナゲット径を得るために溶接電流の通電時間を増加させると、発生した熱量が熱拡散してナゲットの周囲が軟化して強度が低下するという不具合があった。
【０００５】
本発明は、適正なナゲットを形成することができる抵抗溶接制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
インバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を降圧する溶接トランスと、
前記溶接トランスの溶接電流を設定して電流設定値を出力する電流設定器と、
前記溶接電流を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、
電極の加圧力を設定して加圧力設定値を出力する加圧力設定器と、
前記電極の加圧力を検出して加圧力検出値を出力する加圧力検出器と、
前記溶接電流の通電時間を設定して電流通電時間設定値を出力する電流通電時間設定器と、
前記加圧力検出値と前記加圧力設定値との加圧力差値を算出する加圧力差値算出回路と、
前記加圧力差値に対する前記電流設定値の補正値である電流設定補正値と、前記電流通電時間設定値の補正値である電流通電時間設定補正値との関係を示す関数が保存され、前記加圧力差値算出回路の算出値に基づいて前記電流設定補正値及び前記電流通電時間設定補正値を算出する電流補正値算出回路と、
前記電流設定値に前記電流設定補正値を加算する電流設定値補正回路と、
前記電流通電時間設定値に前記電流通電時間設定補正値を加算する電流通電時間設定値補正回路と、
前記電流検出値と前記電流設定値補正回路の出力値との誤差を増幅する電流誤差増幅回路と、
前記電流誤差増幅回路の出力値と前記電流通電時間設定値補正回路の出力値とにより前記インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、
を備えたことを特徴とする抵抗溶接制御装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、
前記加圧力検出値が前記加圧力設定値よりも小さいとき、前記電流設定値及び前記電流通電時間設定値を減少させることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の抵抗溶接制御装置は、加圧力検出値が加圧力設定値よりも不足しているときに、適正なナゲットを形成することができ、加圧力が適切なときと同様の溶接品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の抵抗溶接制御装置のブロック図である。
【図２】加圧力差値Ｅｐ％（右縦軸）と、電流設定補正値Ｇｉ％（左縦軸）と、電流通電時間設定補正値Ｇｔ％（横軸）との関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明の抵抗溶接制御装置のブロック図であり、インバータ制御方式の場合であって、溶接電流は直流と成る。同図において、抵抗溶接制御装置のインバータ回路ＩＮＶは、商用交流電源を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。このインバータ回路ＩＮＶは、図示は省略するが、商用交流電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路から構成される。
【００１１】
溶接トランスＴＲは、一次コイル７と二次コイル８とから成り、一次コイル７がインバータ回路ＩＮＶの出力側に接続されている。二次コイル８の出力端子が第１整流素子ＤＲ１及び第２整流素子ＤＲ２をそれぞれ介して上部アーム３ａに接続されるとともに、二次コイル８のセンタータップ１０が下部アーム３ｂに接続されている。上部アーム３ａ及び下部アーム３ｂの先端部に上部電極１ａ及び下部電極１ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００１２】
複数枚の母材２が上部電極１ａ及び下部電極１ｂによって加圧された後に、インバータ回路ＩＮＶから出力された高周波交流電力が、溶接トランスＴＲの一次コイル７に印加され、溶接トランスＴＲの二次コイル８には電圧が降圧された大電流の高周波交流電力が発生する。この二次コイル８に発生した高周波交流電力が第１整流素子ＤＲ１及び第２整流素子ＤＲ２によって半周期毎に交互に整流され、上部電極１ａ及び下部電極１ｂを介して溶接電流Ｉｗが通電され、溶接電圧Ｖｗが印加される。溶接部がジュール熱によって冶金的に接合される。
【００１３】
電流設定器ＩＲは予め定めた溶接電流Ｉｗの設定値である電流設定値Ｉｒを出力する。加圧力設定器ＰＲは予め定めた上部電極１ａと下部電極１ｂとによる母材２への加圧力である加圧力設定値Ｐｒを出力する。エアーシリンダＡＳが上部アーム３ａに取り付けられている。このエアーシリンダＡＳは加圧力設定値Ｐｒを入力して、この加圧力設定値Ｐｒに対応した空気量が供給されて動作して母材２が加圧される。加圧力検出器ＰＤが下部アーム３ｂに取り付けられていて、この加圧力検出器ＰＤが母材２への加圧力を検出して加圧力検出値Ｐｄを出力する。加圧力差値算出回路ＥＰは、加圧力検出値Ｐｄと加圧力設定値Ｐｒとの差である加圧力差値Ｅｐを算出する。電流通電時間設定器ＩＴＲは、予め定めた１回当たりの溶接電流Ｉｗの通電時間である電流通電時間設定値ＩＴｒを出力する。
【００１４】
電流補正値算出回路ＧＤには、加圧力差値Ｅｐに対する電流設定値Ｉｒの補正値である電流設定補正値Ｇｉと、電流通電時間設定値ＩＴｒの補正値である電流通電時間設定補正値Ｇｔとの関係を示す関数が保存されている。この関数は、発熱量＝０．２４×電流の２乗×抵抗×通電時間の関係式に基づき、種々の母材２の材質及び板厚において、加圧力差値Ｅｐを変化させてスポット溶接を行ってナゲット径を実測して、所望のナゲット径が得られるときの電流設定補正値Ｇｉ及び電流通電時間設定補正値Ｇｔが求められ決定される。加圧力差値Ｅｐ、電流設定補正値Ｇｉ及び電流通電時間設定補正値Ｇｔは、増加又は減少する絶対量や、補正率で求めても良い。
【００１５】
加圧力検出値Ｐｄが加圧力設定値Ｐｒよりも不足しているときに、電流設定値Ｉｒを補正しないで溶接電流を通電すると、母材の抵抗値が大きいために発熱量が大きくなる。そのために、コロナボンド径に対してナゲット径が大きくなって、コロナボンドの圧接部で溶融金属を封じ込めておくことができなくなり、溶融金属が圧接部を破壊して外へ放出されてチリが多く発生する。そこで、発熱量が大きく成らないようにするために電流設定値Ｉｒを減少させると、従来技術の課題で述べたように、スポット溶接中に母材の抵抗値の変化が大きくなるために、溶接の状態が大きく変化して、ナゲットの形成に時間がかかり、所望のナゲット径が得られない場合がある。そこで本発明は、電流設定値Ｉｒのみを大きく減少させる代わりに、電流設定値Ｉｒの減少量を少なくして、同時に電流通電時間設定値ＩＴｒも減少させて、スポット溶接中に母材の抵抗値の変化を小さくして、溶接の状態が大きく変化しないようにして、適正なナゲットを得るものである。
【００１６】
電流設定値補正回路ＩＲＲは、電流設定値Ｉｒに電流設定補正値Ｇｉを加算して電流補正設定値Ｉｒｒを出力する。電流通電時間設定値補正回路ＩＴＲＲは、電流通電時間設定値ＩＴｒに電流通電時間設定補正値Ｇｔを加算して電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒを出力する。電流検出器ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して電流検出値Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、電流検出値Ｉｄと電流補正設定値Ｉｒｒとの誤差を増幅して、電流誤差増幅値Ｅｉを出力する。
【００１７】
溶接開始回路ＳＴは、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルとなる溶接開始信号Ｓｔを出力する。起動回路ＯＮは、電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒと溶接開始信号Ｓｔとを入力して、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化した時点から電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒによって定まる時間だけＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。インバータ駆動回路ＤＶは、電流誤差増幅値Ｅｉと起動信号Ｏｎとを入力して、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は、電流誤差増幅値Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、インバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００１８】
以下、動作を説明する。例えば板厚が１ｍｍの軟鋼を２枚重ね合わせて溶接電流の設定値が１０、０００Ａ、溶接電流の通電時間の設定値が０．２ｓｅｃ、電極加圧力の設定値が３ｋＮでスポット溶接を行う場合を説明する。この場合、電流補正値算出回路ＧＤに保存された関数の中から、例えば図２に示す関数を利用する。図２は、加圧力差値Ｅｐ％（右縦軸）と、電流設定補正値Ｇｉ％（左縦軸）と、電流通電時間設定補正値Ｇｔ％（横軸）との関数を示す図である。同図において、例えば、加圧力差値Ｅｐが２０％減のとき、電流設定補正値Ｇｉは４％減であり、電流通電時間設定補正値Ｇｔは１０減であることを示しており、このように、補正することによって所望のナゲット径が得られる。
【００１９】
まず、加圧力設定器ＰＲによって設定された適切な加圧力が母材２にかかる場合を説明する。スポット溶接を開始するために、母材２を下部電極１ｂに設置する。溶接開始回路ＳＴからＨｉｇｈレベルの溶接開始信号ＳｔがエアーシリンダＡＳへ入力されて、上部電極１ａが降下して上部電極１ａと下部電極１ｂとで母材２が挟まれて、加圧力設定器ＰＲによって設定された３ｋＮの加圧力が母材２にかかる。その後、電流設定器ＩＲによって設定された１０、０００Ａの電流が、電流通電時間設定器ＩＴＲによって設定された０．２ｓｅｃの期間だけ母材２に通電されて、スポット溶接が正常に行われる。
【００２０】
次に、エアーシリンダＡＳへエアーを供給するコンプレッサの不具合で、エアーシリンダＡＳへ供給されるエアーが不足して、加圧力設定器ＰＲによって設定された加圧力が母材２に適切にかからない場合を説明する。スポット溶接を開始するために、母材２を下部電極１ｂに設置する。溶接開始回路ＳＴからＨｉｇｈレベルの溶接開始信号ＳｔがエアーシリンダＡＳへ入力されて、上部電極１ａが降下して上部電極１ａと下部電極１ｂとで母材２が挟まれて母材２が加圧される。このとき、加圧力設定器ＰＲによって設定された加圧力が３ｋＮに対して、加圧力検出値Ｐｄが２．４ｋＮしかかなかった場合、加圧力差値算出回路ＥＰは、加圧力差値Ｅｐが０．６ｋＮ、即ち２０％減であることを算出する。
【００２１】
電流補正値算出回路ＧＤは、図２に示した加圧力差値Ｅｐと電流設定補正値Ｇｉと電流通電時間設定補正値Ｇｔとの関数から、加圧力差値Ｅｐが２０％減のとき、電流設定補正値Ｇｉが４％減で、電流通電時間設定補正値Ｇｔが１０％減を選択する。電流設定値補正回路ＩＲＲは、１０、０００Ａの電流設定値Ｉｒに４％減の電流設定補正値Ｇｉを加算して、９，６００Ａの電流補正設定値Ｉｒｒを出力する。電流通電時間設定値補正回路ＩＴＲＲは、０．２ｓｅｃの電流通電時間設定値ＩＴｒに１０％減の電流通電時間設定補正値Ｇｔを加算して、０．１８ｓｅｃの電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒを出力する。
【００２２】
電流誤差増幅回路ＥＩは、電流検出値Ｉｄと電流補正設定値Ｉｒｒとの誤差を増幅して、電流誤差増幅値Ｅｉをインバータ駆動回路ＤＶへ出力する。電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒが起動回路ＯＮへ入力されて、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化した時点から電流通電時間補正設定値ＩＴｒｒによって定まる時間だけＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎをインバータ駆動回路ＤＶへ出力する。これによって、電流設定値補正回路ＩＲＲによって補正された９，６００Ａの電流値が、電流通電時間設定値補正回路ＩＴＲＲによって補正された０．１８ｓｅｃの通電時間だけ通電されてスポット溶接が行われる。
【００２３】
この結果、加圧力検出値Ｐｄが加圧力設定値Ｐｒよりも不足しているときに、電流設定値Ｉｒのみを大きく減少させる代わりに、電流設定値Ｉｒの減少量を少なくして、同時に電流通電時間設定値ＩＴｒも減少させて、スポット溶接中に母材の抵抗値の変化を小さくして、溶接の状態が大きく変化しないようにすることができる。そのために適正なナゲットを形成することができ、加圧力が適切なときと同様の溶接品質を確保することができる。
【００２４】
上述した本発明の抵抗溶接制御装置は、溶接トランスＴＲの二次電流を検出してフィードバック制御を行う場合について説明したが、溶接トランスＴＲの一次電流を検出してフィードバック制御を行う場合も動作及び効果は同様であるので説明を省略する。
【００２５】
また、上述した本発明の抵抗溶接制御装置は、インバータ制御方式の場合で溶電流が直流のときについて説明したが、溶接電流が単相交流電流の場合も同様であるので、説明を省略する。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ            上部電極
１ｂ            下部電極
２            母材
３ａ            上部アーム
３ｂ            下部アーム
７            一次コイル
８            二次コイル
１０            センタータップ
ＡＳ            エアーシリンダ
ＤＲ１            第１整流素子
ＤＲ２            第２整流素子
ＤＶ            インバータ駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅値
Ｅｐ            加圧力差値
ＥＰ            加圧力差値算出回路
ＧＤ            電流補正値算出回路
Ｇｉ            電流設定補正値
Ｇｔ            電流通電時間設定補正値
ＩＤ            電流検出器
Ｉｄ            電流検出値
ＩＮＶ            インバータ回路
ＩＲ            電流設定器
Ｉｒ            電流設定値
ＩＲＲ            電流設定値補正回路
Ｉｒｒ            電流補正設定値
ＩＴｒ            電電流通電時間設定値
ＩＴＲ            電流通電時間設定器
ＩＴｒ            電流通電時間設定値
ＩＴｒ            電流通電時間設定値
ＩＴＲＲ          電流通電時間設定値補正回路
ＩＴｒｒ          電流通電時間補正設定値
Ｉｗ            溶接電流
ＯＮ            起動回路
Ｏｎ            起動信号
ＰＤ            加圧力検出器
Ｐｄ            加圧力検出値
ＰＲ            加圧力設定器
Ｐｒ            加圧力設定値
ＳＴ            溶接開始回路
Ｓｔ            溶接開始信号
ＴＲ            溶接トランス
Ｖｗ            溶接電圧
【図１】
0005851711.tif 000002
【図２】
0005851711.tif 000003