(57)【要約】【課題】溶接品質判定精度を向上させる。【解決手段】溶接電流通電中に電極間電圧と電流を測定して、電極間の抵抗の変化をとらえ、この電極間抵抗の変化から特徴パラメータ（通電開始直後抵抗値Ｒｓｔ、その逆数をＲｓｔ−１、抵抗最大値Ｒｐｅａｋ、その経過時間Ｔｐｅａｋ、一定時間後Ｔ１から通電終了時間ＷｅｌｄＥｎｄまでの抵抗平均値Ｒａｖｅ、通電終了直前抵抗値Ｒｆｉｎ、その逆数をＲｆｉｎ−１）を生成し、特徴パラメータから判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析により溶接の良否を判定する。【選択図】            図６
2004160510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流通電中に所定時間間隔で溶接電極間の電圧および電流を計測する段階と、
得られた前記電圧および電流の値から、所定時間間隔ごとの抵抗値を算出する段階と、
前記抵抗値からナゲット生成過程を示す抵抗値特徴パラメータを生成する段階と、
前記抵抗値特徴パラメータに対して、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって溶接が良好であるか不良であるかを判断する段階と、
を有することを特徴とする溶接品質判定方法。
【請求項２】
前記溶接が良好であるか不良であるかを判断する段階は、
前記抵抗値特徴パラメータに対して判別分析を行う段階と、
判別分析の結果得られたデータから良好データのみを抽出する段階と、
抽出された良好データについてのみ、ナゲット径を目的変数とする重回帰分析を行うための数量データとする段階と、
前記重回帰分析の結果からナゲット径を推定する段階と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定方法。
【請求項３】
溶接電流通電中に得られる単位時間ごとの母材の熱膨張量から前記母材の膨張変化に関する直線近似式を求める第１段階と、
第１段階で求められた直線近似式のうち傾きが最大と最小の直線近似式を求める第２段階と、
溶接電流通電後に得られる単位時間ごとの前記母材の熱膨張量から前記母材の収縮変化に関する直線近似式を求める第３段階と、
第３段階で求められた直線近似式のうち傾きが最大の直線近似式を求める第４段階と、
溶接電流通電後の前記母材の熱膨張量から前記母材の収縮変化に関する二次曲線近似式を求める第５段階と、
前記傾きが最大の直線近似式、前記傾きが最小の直線近似式、前記二次曲線近似式のそれぞれが得られた時刻を求める第６段階と、
前記傾きが最大の直線近似式、前記傾きが最小の直線近似式、前記二次曲線近似式、および、これらの近似式が得られた時刻に基づいて、ナゲット生成過程を示す熱膨張量特徴パラメータを生成する第７段階と、をさらに有し、
前記溶接が良好であるか不良であるかを判断する段階は、前記熱膨張量特徴パラメータを前記抵抗値特徴パラメータと共に用いて、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって、溶接が良好であるか不良であるかを判断することを特徴とする請求項１に記載の溶接品質判定方法。
【請求項４】
前記抵抗値特徴パラメータは、
通電開始直後の抵抗値、通電開始直後の抵抗値の逆数、通電中の抵抗最大値、通電開始から前記抵抗最大値までの経過時間、通電開始から予め定めた一定時間経過後から通電終了までの抵抗値の平均値、通電終了直前の抵抗値、および通電終了直前の抵抗値の逆数であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の溶接品質判定方法。
【請求項５】
溶接電流通電中に溶接電極間の電圧を測定するための電極間電圧測定手段と、
溶接電流通電中に溶接電極間の電流を測定するための電極間電流測定手段と、前記電極間電圧測定手段により計測された電圧値と前記電極間電流測定手段により測定された電流値から、前記通電中における所定時間間隔ごとの抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
前記抵抗値算出手段が算出した抵抗値からナゲット生成過程を示す抵抗値特徴パラメータを生成する抵抗値特徴パラメータ生成手段と、
前記抵抗値特徴パラメータに対して、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって溶接が良好であるか不良であるかを判断する良否判断手段と、
を有することを特徴とする溶接品質判定装置。
【請求項６】
前記溶接品質判断手段は、
前記抵抗値特徴パラメータに対して判別分析を行う判別分析手段と、
前記判別分析手段による判別分析の結果得られたデータのうち良好データのみに対して重回帰分析を行う重回帰分析手段と、を有し、
重回帰分析の結果から溶接品質が良好であるか不良であるかを判断することを特徴とする請求項５に記載の溶接品質判定装置。
【請求項７】
前記溶接品質判断手段は、
前記抵抗値特徴パラメータに対する判別分析閾値を算出する判別分析閾値算出手段をさらに有し、
前記判別分析手段は、算出された判別分析閾値に基づいて生成された抵抗値特徴パラメータに対して判別分析を行うことを特徴とする請求項６に記載の溶接品質判定装置。
【請求項８】
ナゲット形成過程での母材の熱膨張量を測定する膨張量測定手段と、
測定された熱膨張量を記憶する記憶手段と、
前記膨張量測定手段で測定される熱膨張量または前記記憶手段に記憶された熱膨張量から、単位時間ごとの前記母材の膨張変化、収縮変化に関する直線近似式および二次曲線近似式を算出する近似式算出手段と、
前記算出された直線近似式のうち傾きが最大と最小の近似式を判別する近似式傾き判別手段と、
傾きが最大の直線近似式、傾きが最小の直線近似式、前記二次曲線近似式、および、これらの近似式が得られた時刻に基づいて、ナゲット生成過程での熱膨張量特徴パラメータを生成する熱膨張量特徴パラメータ生成手段と、をさらに有し、
前記溶接品質判断手段は、前記抵抗値特徴パラメータとともに前記熱膨張量特徴パラメータを用いて、溶接品質が良好であるか不良であるかを判断することを特徴とする請求項５記載の溶接品質判定装置。
【請求項９】
前記抵抗値特徴パラメータは、
通電開始直後の抵抗値、通電開始直後の抵抗値の逆数、通電中の抵抗最大値、通電開始から前記抵抗最大値までの経過時間、通電開始から予め定めた一定時間経過後から通電終了までの抵抗値の平均値、通電終了直前の抵抗値、および通電終了直前の抵抗値の逆数であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の溶接品質判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接品質判定方法およびその装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
一般的な軟鋼板スポット溶接において、正常な溶接が行われた場合、母材は溶接電流通電中（ナゲット生成過程）の発熱によって熱膨張を起こす。この母材の熱膨張を利用して、溶接品質の良否を判定する従来の方法の一つに、母材の加圧後の厚みに依存しない基準位置から電極チップの相対位置の変化量または絶対位置の変化量を計測し、この計測値に基づいて溶接電流通電中の電極チップ間変位量を検出して、この電極チップ間変位量から溶接品質の良否を判定する方法がある（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献】
特開２０００−５８８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法は、電極チップの先端位置が溶接部材の熱膨張および板隙以外の影響を受けないことを前提としている。しかし、実際の溶接にあっては、電極の交換や、ちりの発生などにより溶接ガンに大きな振動、衝撃が加わることが多く、これらにより電極チップがシャンクにはめ込まれている量が変化してしまい。電極間の変位量が正確に測定できなくなることがある。
【０００５】
この点、電極の交換に際しては、交換後改めて電極チップ間の基準位置を測定しなおすなどの方法をとれば補正することも可能であるが、溶接中におけるちりの発生や振動により、電極チップのはめ込み量が変化した場合には対応することができず、正確な電極間の変位量を得ることができない。このため、電極チップ間変位量の推定精度が低下し、正確な溶接品質判定を行うことができなくなることがあるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電極チップ先端位置が母材の熱膨張および母材の板隙以外の影響を受ける場合でも高精度な溶接品質判定が行えるようにした溶接品質判定方法およびその装置の提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、溶接電流通電中に所定時間間隔で溶接電極間の電圧および電流を計測する段階と、得られた前記電圧および電流の値から、所定時間間隔ごとの抵抗値を算出する段階と、前記抵抗値からナゲット生成過程を示す抵抗値特徴パラメータを生成する段階と、前記抵抗値特徴パラメータに対して、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって溶接が良好であるか不良であるかを判断する段階と、を有することを特徴とする溶接品質判定方法により達成される。
【０００８】
また、上記目的は、溶接電流通電中に溶接電極間の電圧を測定するための電極間電圧測定手段と、溶接電流通電中に溶接電極間の電流を測定するための電極間電流測定手段と、前記電極間電圧測定手段により計測された電圧値と前記電極間電流測定手段により測定された電流値から、前記通電中における所定時間間隔ごとの抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記抵抗値算出手段が算出した抵抗値からナゲット生成過程を示す抵抗値特徴パラメータを生成する抵抗値特徴パラメータ生成手段と、前記抵抗値特徴パラメータに対して、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって溶接が良好であるか不良であるかを判断する良否判断手段と、を有することを特徴とする溶接品質判定装置により達成される。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、通電中に測定された電極間の電圧と電流から算出された抵抗値に基づいて溶接の良否判定をすることとしたので、電極チップ先端位置が熱膨張以外の要因により変動するような場合でも、より正確に溶接品質を判定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる溶接品質判定方法およびその装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、単相交流スポット溶接装置を用いて一般的な軟鋼板をスポット溶接する場合を例示する。
【００１１】
図１は本発明にかかるスポット溶接を行う溶接ガンとその制御装置と溶接品質判定装置からなるシステム全体の構成を示す概略図であり、図２は溶接品質判定装置の概略構成図であり、図３および図４は溶接品質判定手順を示すフローチャートである。
【００１２】
まず、このシステムは、溶接ガン１と、この溶接ガン１の動作を制御する溶接ガン制御装置２と、溶接ガン制御装置２に接続され、溶接品質の判定を行う溶接品質判定装置３とから構成される。
【００１３】
溶接ガン１は、周知のとおり、溶接ガンアーム１１に固定電極１２と可動電極１３が取り付けられている。
【００１４】
固定電極１２は溶接ガンアーム１１の下部に固定されている。一方、可動電極１３は溶接ガンアーム１１に対しボールねじ機構１４によって上下動可能なように取り付けられていて、溶接ガンアーム１１の上部に設けられているサーボモータ１５がボールねじを回転させることで上下動する。また、サーボモータ１５にはエンコーダ１８が備えられていてその回転量が出力される。
【００１５】
固定電極１２および可動電極１３の先端は、いずれも溶接ガンアーム１１に設けられているシャンク１６に電極チップ１７がはめ込まれているものである。
【００１６】
また、固定電極１２および可動電極１３にはそれぞれ電圧を測定するための電圧測定用プローブ５１を取り付けている。
【００１７】
また、溶接ガンアーム１１の固定電極１２側の外周には、溶接電流を測定するための電流測定用コイル５２を巻いてある。これにより溶接ガンアーム１１内部に通している溶接電流を流すための電力線ケーブル（不図示）を流れる電流を計測する。なお、溶接電流を流すための電力線ケーブルを溶接ガンアーム１１以外の部分に通す場合には、その周りに電流測定用コイル５２を巻く必要があるので、適宜、電力線ケーブルの配置を考慮して電流測定用コイル５２の設置位置は変更するとよい。
【００１８】
なお、溶接ガンアーム１１自体は、たとえばロボットアーム１０１などに取り付けられるようになっている。
【００１９】
溶接ガン制御装置２は、データ処理装置２１、演算装置２２、および記憶装置２５から構成される。
【００２０】
データ処理装置２１は、エンコーダ１８、電圧測定用プローブ５１、および電流測定用コイル５２からの可動電極位置データ、電極電圧データ、および溶接電流データが入力される。データ処理装置２１は、これらのデータを演算装置２２や記憶装置２５に出力する一方、溶接品質判定装置３にも出力している。
【００２１】
なお、可動電極位置データは、エンコーダ１８のパルス出力信号の数からモータ回転量を求め、モータ回転量に応じたボールねじ機構１４のネジピッチから可動電極１３の移動量を算出している。電極電圧データは電圧測定用プローブ５１によって計測された固定電極１２と可動電極１３間の電圧値である。溶接電流データはこの時点では単純に電流測定用コイル５２に誘起した電圧および電流の値である。
【００２２】
演算装置２２は、データ処理装置２１からの各データ、記憶装置２５に記憶されている溶接条件、および後述する溶接品質判定装置３の溶接シーケンスに基づいて溶接ガン１の開閉動作を制御する。
【００２３】
記憶装置２５は、データ処理装置２１からの各データを記憶するとともに、溶接時における加圧力や印加する電圧値などの溶接条件を記憶している。
【００２４】
溶接品質判定装置３は、電流値測定部３１、電圧値測定部３２、膨張量測定部３３、溶接シーケンス（時間管理）部３４、抵抗値算出部３５、特徴パラメータ生成部３６、判別関数算出部３７、判別分析閾値算出部３８、重回帰式算出部３９、判別分析部４０、重回帰分析部４１、メモリ４２、およびクロック発生部４３から構成されている。
【００２５】
電流値測定部３１は、データ処理装置２１からの溶接電流データ（電流測定用コイル５２に誘起した電圧値および電流値、以下同様）から溶接中において時々刻々と変化する実際に流れた溶接中の電極間電流の値を算出する。すなわち、溶接電流データである電流測定用コイル５２に誘起した電圧および電流をトランスの二次電流とし、溶接ガン１の電力用ケーブルをトランスの１次側として、二次側である電流測定用コイル５２に誘起した電圧と電流の値から１次側である電力用ケーブルに流れている電流値を算出するのである。この電流値測定部３１と電流測定用コイル５２によって電極間電流測定手段が構成されることになる。
【００２６】
電圧値測定部３２は、データ処理装置２１からの溶接電圧データから溶接中において時々刻々と変化する実際に流れた溶接中の電極間電圧の値を算出する。この電圧値測定部３２と電圧測定用プローブが電極間電圧測定手段を構成する。
【００２７】
膨張量測定部３３は、データ処理装置２１からの可動電極位置データ（可動電極１３の移動量、以下同様）から、溶接ガン１の電極がナゲット形成過程でどのように移動するのかを算出している。つまり、溶接電流の供給が始まることにより電極に挟まれている部分の母材が膨張し、溶接電流の供給が終わるとその部分の母材が収縮するので、可動電極１３はこの母材の膨張・収縮にしたがって上下に移動する。膨張量測定部３３は、これを可動電極位置データから単位時間ごとに算出してメモリ４２に記憶させている。この膨張量測定手段とエンコーダ１８が膨張量測定部３３を構成する。
【００２８】
溶接シーケンス部（時刻管理）３４は、クロック発生部４３から出力されるクロック信号に基づいて時刻管理を行う。具体的には、クロック発生部４３からのクロック信号によりスポット溶接が開始されてから（溶接電流通電開始後）の時刻をカウントする。膨張量測定部３３で熱膨張量が測定されるが、測定された熱膨張量には、スポット溶接が開始されてからの時刻が付加される。したがって、メモリ４２に記憶される熱膨張量データは、スポット溶接開始時を基準とする時刻と、その時刻における母材の熱膨張量とを単位時間ごとに測定したデータとなる。
【００２９】
抵抗値算出部３５は、電流値測定部３１によって求められた溶接中における電流値と、電圧遅速底部によって求められた溶接中の電圧値から、溶接中に時々刻々と変化する抵抗値を算出する。算出された抵抗値は、クロック発生部４３からのクロック信号によりスポット溶接が開始されてから（溶接電流通電開始後）の時刻を付けて、抵抗値データとしてメモリ４２に記憶される。この抵抗値算出部３５が抵抗値算出手段となる。
【００３０】
特徴パラメータ生成部３６は、傾きが最大の直線近似式、傾きが最小の直線近似式、二次曲線近似式、および、これらの近似式が得られた時刻に基づいて、ナゲット生成過程での熱膨張量特徴パラメータを生成し、また、抵抗値データから抵抗値特徴パラメータを生成する。この特徴パラメータ生成部３６が抵抗値特徴パラメータ生成手段および熱膨張量特徴パラメータ生成手段として機能する。
【００３１】
判別関数算出部３７は、膨張量測定部３３でリアルタイムに測定される熱膨張量、またはメモリ４２に記憶された熱膨張量データに基づいて、膨張変化に関する直線近似式、収縮変化に関する直線近似式、および二次曲線近似式を算出する。膨張変化か収縮変化かは、可動電極位置データにより電極の移動量に基づいて、電極が上下いずれの方向に移動しているのかを判断する。また、算出された近似式には、その近似式が得られた時刻が付加される。たとえば、ある近似式が、スポット溶接開始時を基準とした時刻ｔを中心とする膨張量データから得られたものであるときには、その近似式が得られた時刻はｔであるということになる。この判別関数算出部３７が近似式算出手段として機能する。
【００３２】
判別分析閾値算出部３８は、特徴パラメータ生成部３６で生成された抵抗値特徴パラメータおよび熱膨張量特徴パラメータに対する判別分析閾値を算出する。判別分析閾値は、実際に測定されるナゲット径が０であり、かつ判別分析スコアが最大となる値であるか、または、実際に測定されるナゲット径が良品規格値以上であり、かつ判別分析スコアが最小となる値である。この判別分析閾値算出部３８が判別分析閾値算出手段として機能する。
【００３３】
重回帰式算出部３９は、膨張量測定部３３でリアルタイムに測定される熱膨張量、またはメモリ４２に記憶された熱膨張量データに基づいて、膨張変化に関する重回帰式を算出する。
【００３４】
判別分析部４０は、判別分析閾値算出部３８で算出された判別分析閾値に基づいて抵抗値特徴パラメータおよび熱膨張量特徴パラメータに対して判別分析を行い、最終的に溶接品質の判別結果を出力する。この判別分析部４０が判別分析手段として機能する。
【００３５】
重回帰分析部４１は、判別分析の結果得られたデータのうち良好データのみに対して重回帰分析を行う。重回帰分析部４１が重回帰分析手段として機能する。
【００３６】
メモリ４２は、膨張量測定部３３で測定された熱膨張量データ、抵抗値算出部３５で算出された抵抗値データ、溶接シーケンス部３４で得られた時刻、特徴パラメータ生成部３６によって生成された膨張量特徴パラメータおよび抵抗値特徴パラメータ、判別分析閾値算出部３８で算出された判別分析閾値、判別関数算出部３７で算出された近似式、および判別分析部４０での溶接品質の判別結果を記憶する。このメモリ４２が記憶手段として機能する。
【００３７】
判別分析部４０、重回帰分析部４１および判別分析閾値算出部３８によって溶接品質判断手段を構成するが、溶接品質判断手段では、最終的に行われる重回帰分析の結果から溶接品質が良好であるか不良であるかも判断することができる。この溶接品質判断手段は、生成された抵抗値特徴パラメータおよび熱膨張量特徴パラメータに対して、判別分析、または重回帰分析の少なくとも一方の分析を行うことによって溶接品質が良好であるか不良であるかを判断するようにしても良い。
【００３８】
クロック発生部４３は、溶接品質判定装置３を構成する全ての構成要素にクロック信号を供給する。上述の膨張量測定部３３を初めとする全ての構成要素は、このクロック信号に基づいて動作する。
【００３９】
次に、図３および図４に示した溶接品質判定手順のフローチャートを参照して本発明にかかる溶接品質判定方法を説明する。
【００４０】
まず、溶接ガン１の上下の電極で母材の所定の部分を加圧する。この状態で溶接電流の通電が開始されると、溶接シーケンス部３４は、溶接開始時を基準として時刻を計時するために時刻ｎを０に設定し、サンプリングの所定時間Ｓｔ（たとえば、交流の半波時間）の待ち時間を入れる（Ｓ１、Ｓ２）。この所定時間の待ち時間は、一定の間隔で後述する熱膨張量や抵抗値をサンプリングするためである。
【００４１】
通電開始と同時に、電圧測定部が電極間電圧を測定、記憶し（Ｓ３）、電流測定部が電極間電流（溶接電流）を測定、記憶し（Ｓ４）、膨張量測定部３３が、母材の熱膨張量を測定、記憶する（Ｓ５）。
【００４２】
続いて、判別関数算出部３７が、溶接が開始されてからこれまでにメモリ４２に蓄積された熱膨張量データに基づいて直線近似式を算出する（Ｓ６）。
【００４３】
続いて、判別関数算出部３７において、溶接が開始されてからこれまでに求められた直線近似式の傾きを比較し、最大と最小の傾きを持つ直線近似式をそれらの近似式が得られた時刻と共にメモリ４２に記憶させる（Ｓ７〜Ｓ９）。以上の処理は、単位時間Ｓｔごとに溶接電流の通電が終了するまで行われる（Ｓ１０）。以上の処理によって母材の膨張時の熱膨張量データ、直線近似式が得られる。
【００４４】
ここまでの処理における母材の熱膨張について説明する。図５は母材の熱膨張量の変化を示す熱膨張波形図である。
【００４５】
メモリ４２に記憶されている熱膨張量データを時系列に並べると、図５に示すような熱膨張波形（ｔ＝０からＷｅｌｄＥｎｄまで）が生成される。この熱膨張波形に対して各時刻Ｔｎを起点とした任意の時間幅Ｔｗで直線近似式を求める。したがって、溶接電流通電中に得られる直線近似式は、熱膨張量を単位時間Ｓｔごとに記憶した総数Ｎから任意の時間幅Ｔｗをサンプリングの単位時間Ｓｔで割った値Ｗｎを減算した数ｎ（ｎ＝Ｎ−Ｗｎ）となる。このｎ個の直線近似式の傾きを比較し、膨張時の最大傾きが観測された時刻と近似直線式（図５のＨ＝ａ＋ｂｘ）、および膨張から収縮に移行する変極点で最小傾きが観測された時刻とその近似直線式（図５のＨ＝ａ０＋ｂ０ｘ）を求める。
【００４６】
通電終了後は、溶接シーケンス部３４が、もう一度、サンプリングの所定時間Ｓｔの待ち時間を入れる（Ｓ１１）。
【００４７】
続いて、膨張量測定部３３が、継続して母材の熱膨張量（マイナスの熱膨張量）を測定、記憶するする（Ｓ１２）。測定された熱膨張量は、単位時間Ｓｔごとに時刻と共にメモリ４２に記憶される。
【００４８】
続いて、判別関数算出部３７が、溶接電流の通電が終了してからこれまでにメモリ４２に蓄積された熱膨張量データに基づいて直線近似式を算出する（Ｓ１３）。
【００４９】
続いて、判別関数算出部３７が、溶接電流の通電が終了してからこれまでに求められた直線近似式の傾きを比較し、最大の傾きを持つ直線近似式をその近似式が得られた時刻と共にメモリ４２に記憶させる（Ｓ１４〜Ｓ１６）。
【００５０】
以上の処理は、溶接電流の通電が終了してから母材の収縮が収まるまでの時間として設定した時間（サンプリング）が終了するまで行われる（Ｓ１７）。
【００５１】
以上の処理によって母材の収縮時の熱膨張量データ、直線近似式が得られる。
【００５２】
ここまでの処理を先ほどの図５に示した熱膨張波形図を参照しながら説明する。
【００５３】
メモリ４２に記憶されている熱膨張量データを時系列に並べると、図５に示すような熱膨張波形（ｔ＝ＷｅｌｄＥｎｄからＨｅｎｄまで）が生成される。この熱膨張波形に対して各時刻Ｔｎを起点とした任意の時間幅Ｔｗで直線近似式を求める。上記と同様に、溶接電流通電中に得られる直線近似式は、熱膨張量を単位時間Ｓｔごとに記憶した総数Ｎから任意の時間幅Ｔｗをサンプリングの単位時間Ｓｔで割った値Ｗｎを減算した数ｎ（ｎ＝Ｎ−Ｗｎ）となる。このｎ個の直線近似式の傾きを比較し、膨張時の最大傾きが観測された時刻）とその近似直線式（図５のＨ＝ａ’＋ｂ’ｘ）を求める。
【００５４】
この後、判別関数算出部３７は、溶接電流の通電が終了してからこれまでにメモリ４２に蓄積された熱膨張量データに基づいて二次曲線近似式（図５のＨ＝ａ”＋ｂ”ｘ＋ｃ”ｘ２）を算出し、これをメモリ４２に記憶させる（Ｓ１８）。
【００５５】
さらに続いて、抵抗値算出部３５が、先のステップＳ３および４において記憶した電圧値および電流値から、通電開始から終了まで（ｔ＝０からＷｅｌｄＥｎｄまで）の間における抵抗値を算出する（Ｓ１９）。
【００５６】
ここで、通電中における抵抗変化を説明する。図６は上記のようにして測定された通電中における抵抗値の変化を示す抵抗波形図である。
【００５７】
ここでは、抵抗値の計測間隔、すなわち、単位時間Ｓｔを溶接電流の交流半波ごとに電極間抵抗値を算出している。
【００５８】
図６は、この算出した抵抗値データを時系列に配置した抵抗波形である。
【００５９】
まず、通電開始直後の抵抗値をＲｓｔ、その逆数をＲｓｔ−１とする。通電中の抵抗最大値をＲｐｅａｋとし、通電開始（ｔ＝０）からこのＲｐｅａｋまでの経過時間をＴｐｅａｋとする。また、通電開始から予め定めた一定時間をＴ１、通電終了時間をＷｅｌｄＥｎｄとし、Ｔ１からＷｅｌｄＥｎｄ間の抵抗の平均値をＲａｖｅとする。通電終了直前の抵抗値をＲｆｉｎとし、その逆数をＲｆｉｎ−１とする。
【００６０】
一般にスポット溶接では次の事柄が知られている。ナゲット形成の原因となる被溶融部の発熱量は、母材中の電流密度の影響が大きい。定電流制御において溶接電流はほぼ一定に保たれるため、電流密度は被溶接部材である板と板の間の通電路面積により決定される。また、この通電路面積は板と板の間の接触面積と相関が強い。
【００６１】
たとえば、母材間に板隙がある場合、溶接通電が始まると被溶接部は発熱により軟化し、塑性変形により板の合いが良くなる、いわゆる「馴染み」が生じる。この馴染みにおいては、板と板の間の接触面積および熱膨張量は、母材間の板隙がない場合と比べて異なる挙動を示す。
【００６２】
図７は板隙がない場合おける溶接中の加圧状態とそのときのエンコーダ１８からの信号による熱膨張量を示すグラフであり、図８は板隙がある場合における溶接中の加圧状態とそのときのエンコーダ１８からの信号による熱膨張量を示すグラフである。なお、図７に示したものと図８に示したものは、同じナゲット径が形成された場合である。
【００６３】
図７（Ａ）に示すように板隙がない場合は、図７（Ｂ）に示すように、計測される熱膨張量のほとんど全てが、母材の熱膨張によるものである。一方、図８（Ａ）に示すように板隙がある場合は、図８（Ｂ）に示すように、板隙の馴染みによる変形によって計測される熱膨張量が減少してしまい、正確な熱膨張量をエンコーダ１８からの信号だけでは正確に推定することができないのである。  また、このような熱膨張量の計測においては、溶接の際の加圧時や溶接中の衝撃によりシャンク１６内に電極チップ１７が潜り込んだような場合にも、図８に示したのと同様に、シャンク１６内への潜り込みに相当する分熱膨張量の計測流尾が異なってしまうのである。
【００６４】
したがって、熱膨張量のみを利用した溶接品質判定・推定においては、母材間に板隙がある場合、この馴染みによる差分に関する情報が欠落するために熱膨張量波形とナゲット形成状況の相関が低下し、また、シャンク１６への電極チップ１７の潜り込みによっても熱膨張量波形とナゲット形成状況の相関が低下する。よって熱膨張量から求めた熱膨張量特徴パラメータによる説明変数と、目的変数であるナゲット良否またはナゲット径の相関も低下するため、判別分析および重回帰分析の判定、推定精度が悪化する。
【００６５】
本実施の形態では、さらに抵抗波形から求めた抵抗値特徴パラメータを用いることで、この熱膨張量から求めた熱膨張量特徴パラメータによる説明変数と、目的変数であるナゲット良否またはナゲット径の相関の低下を補うこととしている。
【００６６】
すなわち、抵抗波形から求めた抵抗値特徴パラメータを用いることで、接触面積に関する情報、および直接ナゲット形成に関する情報が含まれており、これにより馴染みやシャンク１６への電極チップ１７の潜り込みによる差分に関する情報を補っている。
【００６７】
スポット溶接では、電極間抵抗Ｒ＝体積抵抗＋接触抵抗となる。ただし、接触抵抗は通電開始直後０．５ＣＹＣ（１０ｍｓｅｃ）にほぼ消滅する。よって電極間抵抗Ｒ≒ρ×Ｌ／Ｓ（ただし、ρ；固有抵抗、Ｌ；通電路の長さ、Ｓ；通電路面積）となる。
【００６８】
ここで、固有抵抗ρは温度依存性があるため、通電による母材の温度変化に合わせてρも変化する。通電路の長さＬはほぼ板厚に等しく一定、通電路面積Ｓは母材の軟化・溶融に伴い増大する。
【００６９】
通電初期は、通電路の温度は未だ上昇しておらず常温に近いため、固有抵抗ρはほぼ一定であり、前述のように通電路面積と接触面積は相関が強い。よってＲｓｔ、Ｒｓｔ−１は初期接触面積と相関がある。
【００７０】
通電開始により通電路面積Ｓは次第に広がるが、１／Ｓの減少により温度上昇による固有抵抗ρの増加の効果が大きく、結果として電極間抵抗Ｒは増加する。そして、接触部の温度が母材の溶融温度を超えると溶融部の形成が始まり通電路面積Ｓは急速に拡大するが、この領域では固有抵抗ρはほぼ一定であるため、電極間抵抗Ｒは減少するに到る。
【００７１】
これらにより電極間抵抗Ｒのピーク時期はナゲット形成開始時期に近いものとなる。よって板隙の有無やシャンク１６内への電極チップ１７の潜り込みなどと関わりなく、Ｔｐｅａｋはナゲット形成速度と直接相関があると考えられる。
【００７２】
一方、電極間抵抗ＲがピークＲｐｅａｒｋを過ぎた後、溶融部は液状となり温度変化が小さくなるため固有抵抗ρおよび通電路の長さＬはほぼ一定の状態となる。したがって、通電路面積Ｓは電極間抵抗Ｒにより推定できる。また、通電路面積Ｓと、溶融部面積、すなわちナゲット径とは相関が強い。したがって、Ｒａｖｅ、Ｒｆｉｎ−１は通電終了時のナゲット径と相関がある。
【００７３】
そこで処理は、抵抗値算出の後、特徴パラメータ生成部３６が、まず、膨張時の熱膨張量データから得られた、最大傾きが観測された時刻（図５のＴ）と近似直線式（図５のＨ＝ａ＋ｂｘ）、最小傾きが観測された時刻（図５のＴ）と近似直線式（図５のＨ＝ａ０＋ｂ０ｘ）、および、収縮時の熱膨張量データから得られた、最大傾きが観測された時刻（図５のＴ）と近似直線式（図５のＨ＝ａ’＋ｂ’ｘ）、二次曲線近似式（図５のＨ＝ａ”＋ｂ”ｘ＋ｃ”ｘ２）から、熱膨張による熱膨張量特徴パラメータを生成する（Ｓ２０およびＳ２１）とともに、電開始直後の抵抗値（図６のＲｓｔ）、その逆数（図６のＲｓｔ−１）、通電中の抵抗最大値（図６のＲｐｅａｋ）、通電開始からこのＲｐｅａｋまでの経過時間（図６のＴｐｅａｋ）、通電開始から予め定めた一定時間をＴ１とし、Ｔ１からＷｅｌｄＥｎｄ間の抵抗の平均値（図６のＲａｖｅ）、通電終了直前の抵抗値（図６のＲｆｉｎ）、およびその逆数（図６のＲｆｉｎ−１）を、抵抗測定から求めた抵抗値特徴パラメータとして生成する（Ｓ２０）。なお、通電開始から予め定めた一定時間をＴ１は、任意の時間でよいがＲｐｅａｋ後から通電終了までの間の予め決めた時間とする。
【００７４】
続いて、判別分析閾値算出部３８が、特徴パラメータ生成部３６で生成された抵抗値特徴パラメータおよび熱膨張量特徴パラメータに対する判別分析閾値を算出する（Ｓ２２）。判別分析閾値は、実際に測定されるナゲット径が０であり、かつ判別分析スコアが最大となる値であるか、または、実際に測定されるナゲット径が良品規格値以上であり、かつ判別分析スコアが最小となる値である。
【００７５】
続いて、判別分析部４０が、判別分析閾値算出部３８で算出された判別分析閾値に基づいて抵抗値特徴パラメータおよび熱膨張量特徴パラメータに対して判別分析を行う。この判別分析を行うことによって、非線形部分の熱膨張データと抵抗値データから不良品のデータが排除される（Ｓ２３）。このため、正確な溶接品質の判定に必要な良好データのみが抽出される（Ｓ２４）。
【００７６】
続いて、重回帰式算出部３９が、判別分析の結果得られた良好データのみに対して重回帰式を求める（Ｓ２５）。
【００７７】
最後に、重回帰分析部４１が、良好データにより最終的に行われる重回帰分析を行って（Ｓ２６）、その結果からナゲット径を推定し（Ｓ２７）、溶接品質が良好であるか不良であるかを判断する（Ｓ２８）。
【００７８】
この良否部判別に際しては、ここでは、３つの方法がある、
第１に、熱膨張波形から求めた熱膨張量特徴パラメータを生成し、これにＲｓｔ、Ｒｓｔ−１、Ｔｐｅａｋ、Ｒａｖｅ、Ｒｆｉｎ−１を加えたものを説明変数として判別分析を行いナゲット径の良否判定を行う。
【００７９】
第２に、熱膨張および抵抗波形から求めた特徴パラメータを説明変数とし、重回帰分析によりナゲット径の推定を行う。
【００８０】
第３に、熱膨張および抵抗波形から求めた特徴パラメータを説明変数とし、判別分析を行うが、この時、実ナゲット径が良品規格値以上かつ判別分析スコアが最小となる値を判別分析の判別闘値とする。これにより良品と判断されたサンプルのみを対象に、熱膨張および抵抗波形から求めた特徴パラメータを説明変数とし、重回帰分析によりナゲット径の推定を行う。このように、判別分析を行ってから良好データのみについて重回帰分析などの統計手法に基づいてナゲット径の推定式を求めることで、実溶接ナゲット径と推定ナゲット径とが線形的な関係になり、ナゲット径の判定のための特徴を高精度でとらえることができるため、高い相関を示すようになるため、溶接品質の良否判定精度が大幅に向上する。
【００８１】
また、抽出された良好データのみ用いて、その特徴パラメータを、ナゲット径を目的変数とする重回帰分析のための目的変数とすることで、重回帰分析の結果からナゲット径を推定することが可能となる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態では、抵抗波形から求めた抵抗値特徴パラメータを、熱膨張から求めた熱膨張量特徴パラメータに加えて説明変数とすることで、母材間に板隙がある場合やシャンク１６内への電極チップ１７の潜り込みの発生があっても、ナゲット形成状態に関して抵抗値による抵抗値特徴パラメータにより、熱膨張よる熱膨張量特徴パラメータのみを利用した方法を補償し、判別分析および重回帰分析における説明変数と目的変数間の相関が向上し、ナゲット良否判定精度およびナゲット径推定精度が向上する。
【００８３】
次に、板隙のありと板隙なしの母材を実際に溶接し、本実施の形態により、ナゲット径の推定と溶接の良否判定の実験を行った結果について説明する。
【００８４】
図９は、板隙のあり、なしの母材を実際に溶接した抵抗波形図である。
【００８５】
図９に示すように、板隙の有無にかかわらず、ナゲットが良好なもの（図示ＯＫ）に対して、ナゲットが不良なもの（図示ＮＧ）は抵抗値特徴パラメータのうち、特に所定時間Ｔ１以降の抵抗値の平均Ｒａｖｅ、および通電終了直前の抵抗値の逆数Ｒｆｉｎ−１がグラフ上高い位置にあり、良品に対して不良であることが判断できる。
【００８６】
図９においては、４つのデータのみであるが、さらに複数の実際に溶接した結果を上述した処理手順にしたがって良品データを抽出し、統計的手法を用いることで特徴パラメータによりナゲットの良否を判別することができるようになる。
【００８７】
以上のように本実施の形態によれば、溶接中における電極間変位量の基づいた母材の熱膨張量のみならず、溶接通電中の抵抗値を基にナゲットの良否判定を行うこととしたので、被溶接部における板隙による影響のほか、さらに電極チップのシャンクへの潜り込み、またその他の溶接中に溶接ガンや電極チップに加わる衝撃など、電極チップの変位量が熱膨張以外の要因により変動するような場合でも、これらの影響を補償して、より正確に溶接品質を判定することができるようになる。
【００８８】
なお、以上説明したこの実施の形態は、本発明を限定するものではなく、たとえば、上述した実施の形態からも明らかなように、熱膨張量の計測を行わずに抵抗値の計測のみにより溶接品質の判定を行うようにしてもよい。さらに、熱膨張量の計測以外にもさまざまなナゲットの判定や推定方法と組み合わせてもよい。
【００８９】
また、上述した実施の形態では、溶接制御のための制御装置と、溶接判定のための溶接品質判定装置とを別のものとして説明したが、これらは一体的なものであってもよい。
【００９０】
さらには、当業者によってさまざまな改変ができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるスポット溶接を行う溶接ガンとその制御装置と溶接品質判定装置からなるシステム全体の構成を示す概略図である。
【図２】溶接品質判定装置の概略構成図である。
【図３】溶接品質判定手順を示すフローチャートである。
【図４】溶接品質判定手順を示すフローチャートである。
【図５】母材の熱膨張量の変化を示す熱膨張波形図である。
【図６】通電中における抵抗値の変化を示す抵抗波形図である。
【図７】板隙がない場合おける溶接中の加圧状態とそのときのエンコーダ１８からの信号による熱膨張量を示すグラフである。
【図８】板隙がある場合における溶接中の加圧状態とそのときのエンコーダ１８からの信号による熱膨張量を示すグラフである。
【図９】板隙のあり、なしの母材を実際に溶接した抵抗波形図である。
【符号の説明】
１  溶接ガン
２  溶接ガン制御装置
３  溶接品質判定装置
１１  溶接ガンアーム
１２  固定電極
１３  可動電極
１４  ボールねじ機構
１５  サーボモータ
１５  シャンク
１７  電極チップ
２１  データ処理装置
２２  演算装置
２５  記憶装置
３１  電流値測定部
３２  電圧値測定部
３３  膨張量測定部
３４  溶接シーケンス部
３５  抵抗値算出部
３６  特徴パラメータ生成部
３７  判別関数算出部
３８  判別分析閾値算出部
３９  重回帰式算出部
４０  判別分析部
４１  重回帰分析部
４２  メモリ
４３  クロック発生部
５１  電圧測定用プローブ
５２  電流測定用コイル
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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