(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材に溶接電極を介して溶接電流を流し、被溶接材の接合界面に抵抗発熱により溶接を行う少なくとも予熱期間とアプセット変形期間とを有するアプセットバット溶接において、
前記被溶接材に流される溶接電流を検出する溶接電流検出手段と、
前記被溶接材に印加される溶接電圧を検出する溶接電圧検出手段と、
前記接合界面に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段と、
前記各検出手段の検出値から前記被溶接材の初期突合せ状態の良否を判定する判定手段を備え、
前記判定手段は、前記溶接電圧検出手段で検出される溶接電圧を前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎に平均した平均溶接電圧を、前記溶接電流検出手段で検出される溶接電流を前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎に平均した平均溶接電流で除して前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎の平均抵抗を演算し、当該平均抵抗が前記予熱期間の中でどの程度ばらつくかを前記平均抵抗の標準偏差を演算して当該標準偏差の値で求めると共に当該標準偏差の値が所定の基準値に比べてどの程度大きいか小さいかによって初期突合せ状態の良否を判定することを特徴とするアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置を用いて、
前記初期突合せ状態の良否を、前記予熱期間の平均抵抗の標準偏差が所定の基準値か否かで判定することを特徴とするアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置および良否判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルミ合金及びスチールの突合せ溶接には、作業面や能率面で優れているアプセットバット溶接法が多用されるようになってきている。
アプセットバット溶接法は、被溶接材の接合端面を突合せ、所定の加圧力を付加した状態で所定の溶接電流を流し、突合せ端面の接触抵抗及び材料の固有抵抗によるジュール熱により突合せ端面を加熱軟化させ、この軟化部を大加圧力により接合面に対して垂直に押出して接合する溶接法であって、直流電流を使用するためＤＣバット溶接法とも呼ばれる。
【０００３】
アプセットバット溶接法は、被溶接材を搬送設備により高速自動搬送して短時間通電により瞬間的に溶接する非常に高効率な溶接法であるが、被溶接材の溶接機への搬送が搬送設備により高速で行われることから、搬送精度がそのまま初期突合せ精度に影響する。アプセットバット溶接品質の維持向上のためには素材板幅方向のヒートバランスを良好にすることが不可欠であるが、このヒートバランスは接合端面の初期突合せ精度に大きく影響される。
【０００４】
ところで、従来、アプセットバット溶接工程における被溶接材の搬送精度を定量的に監視する装置はなく、通電を停止した状態で被溶接材を溶接機の溶接電極でクランプした後に、被溶接材の接合端面が突合せ状態に至るまでのギャップ長さや、電極端部から接合端面までの距離（突出し距離）を定期的に計測することにより、搬送設備の搬送精度をチェックしているのが実状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のギャップ長さや突出し距離は自動搬送生産中と手動搬送状態では値が異なり、実際の搬送設備の搬送精度を正確に表してはいない。また、計測に多くの工数を要するため、現実には多くのデータをサンプリングすることができず、また計測データの測定誤差等により、正確な搬送設備の搬送精度良否を判定することが困難である。
【０００６】
このため、搬送精度不良の状態で通電初期の突合せが行われる可能性が高く、突合せ精度不良によるヒートアンバランスの発生で溶接品質が低下し、溶接不良品が後工程に流出するおそれがある。
【０００７】
ヒートアンバランスの原因には、搬送設備の搬送精度の他、溶接電極偏磨耗等も含まれるが、搬送設備の搬送精度は他の要因に比べて格段に影響度が高く、そのため、搬送精度の不具合を早期に発見すべく多くのメンテナンス工数をかけざるを得なかった。
【０００８】
そこで本発明は、アプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否をリアルタイムで適切に判定し得る良否判定装置および良否判定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置は、請求項１記載のように、被溶接材に溶接電極を介して溶接電流を流し、被溶接材の接合界面に抵抗発熱により溶接を行う少なくとも予熱期間とアプセット変形期間とを有するアプセットバット溶接において、前記被溶接材に流される溶接電流を検出する溶接電流検出手段と、前記被溶接材に印加される溶接電圧を検出する溶接電圧検出手段と、前記接合界面に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段と、前記各検出手段の検出値から前記被溶接材の初期突合せ状態の良否を判定する判定手段を備え、前記判定手段は、前記溶接電圧検出手段で検出される溶接電圧を前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎に平均した平均溶接電圧を、前記溶接電流検出手段で検出される溶接電流を前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎に平均した平均溶接電流で除して前記予熱期間の中の時間軸に沿った多数の微小区間毎の平均抵抗を演算し、当該平均抵抗が前記予熱期間の中でどの程度ばらつくかを前記平均抵抗の標準偏差を演算して当該標準偏差の値で求めると共に当該標準偏差の値が所定の基準値に比べてどの程度大きいか小さいかによって初期突合せ状態の良否を判定することを特徴とする。
【００１０】
前記判定装置によれば、溶接初期の予熱期間における初期突合せの状況が、前記溶接電流検出手段と溶接電圧検出手段と加圧力検出手段の各検出値に反映するから、これら検出値から逆に初期突合せ状態の判定を行うことが可能となる。
【００１１】
一方、本発明の請求項２に記載の初期突合せ状態の良否判定方法の発明は、請求項１に記載のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置を用いて、前記初期突合せ状態の良否を、前記予熱期間の平均抵抗の標準偏差が所定の基準値か否かで判定することを特徴とする。
【００１２】
前記判定方法によれば、予熱期間における平均抵抗の標準偏差を演算して基準値と比較し、初期突合せ精度の良否がリアルタイムに判定されるので、搬送設備の精度判定が迅速に行われる。
【００１３】
予熱期間における平均抵抗の標準偏差を用いる理由は、図５を参照して説明される。同図（Ａ）は搬送精度が良好な場合の電極１，２による被溶接材１のクランプ状態を示し、同図（Ｂ）は搬送精度が不良の場合のクランプ状態を示している。
被溶接材４は搬送設備により溶接電極位置に搬送された後、電極１，２によりクランプされ、その後接合端面同士の初期突合せが行われる。そして予熱期間において通電が開始され入熱が開始されるのであるが、ここで搬送精度が良い場合は、図５（Ａ）のように被溶接材４が電極１，２で正常にクランプされ、良好な突合せ精度が得られるため予熱期間における接触抵抗が常に安定した状態に保たれる。従って、搬送精度が良い場合は初期突合せ精度が安定して接触抵抗の標準偏差も低くなるのである。
【００１４】
ところが、搬送精度が悪く初期突合せ精度が悪い場合は、図５（Ｂ）のように被溶接材４が位置ずれしたまま電極１，２でクランプされ、良好な突合せ精度が得られないため予熱期間における接触抵抗が不安定となる。従って、搬送精度が悪い場合は初期突合せ精度が安定せず、接触抵抗の標準偏差も高くなるのである。
本発明は以上のように被溶接材の搬送精度の良否が予熱期間における接触抵抗の標準偏差の高低として現れることに着目し完成するに至ったものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図を参照して説明する。
図１はアプセットバット溶接装置の概略構成を示したもので、被溶接材であるアルミ合金製リム素材４の接合界面３の近傍が、固定側の溶接電極１と移動側の溶接電極２によってクランプされている。５は両溶接電極１と２の間に直流電流を供給する溶接電源、６は溶接電源５から供給される直流電流を制御する電流制御装置、７は油圧源であり、シリンダ８に油圧源７から油圧をかけて溶接電極２を駆動することにより、接合界面３に加圧力が付加される。９は接合界面３に付加される加圧力を制御する加圧力制御装置である。１０は溶接電極位置へ被溶接材の接合界面を自動搬送する搬送装置である。
【００１６】
図２（ａ）は接合界面３の溶接前の状態を示すもので、図２（ｂ）は接合界面３の溶接中の状態を示すものである。図２に示すように、溶接電極２が矢印Ｆ方向に駆動して接合界面３に加圧力が付加されるが、溶接時の接合界面３の加熱軟化により、溶接電極２はＡで示す距離だけ移動する。ここで溶接開始時における予熱期間の平均抵抗は、搬送設備精度を判定する上で重要なパラメータである。
【００１７】
次に、図３はアルミ合金製ディスクホイール用リムのアプセットバット溶接における電極変位量、加圧力密度及び電流密度に関するタイムチャートの１例を示すもので、初期突合せまでの空走距離である電極変位量Ｇ及び加圧力密度Ｐ1のスクイズ時間Ｔ0と、加圧力密度Ｐ1、電流密度Ｉ1及び電極変位量Ｌ1の予熱時間Ｔ1と、加圧力密度Ｐ2、電流密度Ｉ2及び電極変位量Ｌ2の加熱時間Ｔ2と、加圧力密度Ｐ3及び電極変位量Ｌ3のアプセット変形時間Ｔ3とより成立っている。
【００１８】
ここで、スクイズ期間では、通電前の状態で接合界面の均一な接触が行われ、予熱期間では、通電と加圧による入熱によりアルミ合金の固有抵抗の増加と変形に伴う接合界面の均一化が行われ、加熱期間では加圧力を低下させ接触抵抗の増加を活用して入熱を図り、加圧力低下と共に電流密度を下げることにより溶融アルミ合金の飛散が抑制され、アプセット変形期間では、通電しない状態で大加圧力の付加により溶融酸化物を確実に排出し、接合界面に新生面を露出させ健全な溶接が行われる。
【００１９】
次に、図４は本発明のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置の基本構成を示すブロック図で、この判定装置は、溶接電流検出手段１１、溶接電圧検出手段１２、加圧力検出手段１３を有し、各検出手段から検出される検出値に基づいて平均抵抗標準偏差演算手段１４により予熱期間の平均抵抗の標準偏差が演算され、判定手段１５により平均抵抗の標準偏差をもとに初期突合せ精度が判定され、基準値を満足しない場合は警報手段１６により警報が発せられるようになっている。
【００２０】
ここで、予熱期間における平均抵抗の標準偏差を用いて初期突合せ精度が判定されるが、この標準偏差を取上げた理由について以下に説明する。
【００２１】
予熱期間における平均抵抗は、溶接電圧検出手段で検出される溶接電圧を、溶接電流検出手段で検出される溶接電流で除して求められる（平均抵抗＝平均溶接電圧／平均溶接電流）。この予熱期間における平均抵抗は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、通電開始前の初期突合せ状態により接触抵抗が異なるため、平均抵抗値が変化する。ある一定の平均抵抗を維持することが、安定した初期突合せを維持する上で重要である。そこで、この平均抵抗の標準偏差を演算し、その標準偏差が小さい場合には、安定した初期突合せが確保されており、この標準偏差が大きい場合は、安定した初期突合せが確保されていないと判定する。要するに、適正な標準偏差が維持されているかどうかで、初期突合せ精度の良否を判定するのである。
【００２２】
次に、図６はアプセットバットにおける初期突合せ状態の良否判定装置の基本回路を示すブロック図で、プロセシングユニット（ＣＰＵ）２０を介して相互に接続されたメモリ（ＲＯＭ）２１、メモリ（ＲＡＭ）２２、入力インターフェース２３、出力インターフェース２４及びキーボード、ディスプレイ、プリンタ等を有する周辺機器２５が収納されたコントローラ２６が設けられており、コントローラ２６にＡ／Ｄコンバータ３０を介して溶接電流検出回路３１、溶接電圧検出回路３２、加圧力検出回路３３が接続されている。
【００２３】
前記各検出回路の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ３０を介して入力インターフェース２３からプロセシングユニット（ＣＰＵ）２０に入力され、プロセシングユニット（ＣＰＵ）２０で演算された前述の各特性値をそれぞれの基準値と比較し、基準値から外れる場合は出力インターフェース２４を介して駆動回路３４が駆動され、前述の警報手段１６から警報が発せられるようになっている。
【００２４】
なお、前記コントローラ２６におけるメモリ（ＲＯＭ）２１は、後述のフローチャートを含む種々の処理に供するプログラムを記憶し、プロセシングユニット（ＣＰＵ）２０が起動されている間は当該プログラムを実行し、メモリ（ＲＡＭ）２２は当該プログラムの実行に必要な変数データを一時的に記憶するものである。
【００２５】
次に、前述の重要特性について、各検出手段による検出から演算までを各フローチャート等に基づいて説明する。
【００２６】
図７は前述の重要特性の概略処理を示すフローチャートで、溶接開始によりサンプリングが開始され（ステップＳ１，Ｓ２）、溶接終了によりサンプリングが終了する（ステップＳ３，Ｓ４）。次いで前述の重要特性が演算され（ステップＳ５〜Ｓ６）、それらの演算結果より突合せ精度の良否が判定され（ステップＳ７）、「否」の場合は異常信号が出力される（ステップＳ８）。
【００２７】
次に、前記図８に示す予熱期間平均抵抗とその標準偏差演算に関するフローチャートを用いて、サンプリングから演算までを具体的に説明する。
【００２８】
図８は平均抵抗とその標準偏差に関するフローチャートで、先ず溶接電流、溶接電圧、加圧力のサンプリングを開始し（ステップ１０１）、通電が開始されているかを判定し（ステップ１０２）、開始されていれば予熱期間の溶接電流、溶接電圧の測定を開始する（ステップ１０３）。次いで、加圧曲線の微分値が負になっているかを判定し（ステップ１０４）、負になっていれば加圧力減少即ち予熱期間終了であるから、予熱期間の溶接電流・溶接電圧の測定を終了する（ステップ１０５）。次いで、タイムアップしているかを判定し（ステップ１０６）、タイムアップしていれば予熱期間における平均抵抗値と被溶接材毎の平均抵抗の標準偏差を演算する（ステップ１０７，１０８）。
【００２９】
上述の要領により演算された予熱期間における平均抵抗の標準偏差の値を、基準値と比較して突合せ精度の良否が判定され、「否」と判定された場合には、前述のように警報が発せられる。この場合には、後工程に溶接不良品が流されないように溶接ラインの稼動が直ちに停止されると共に、搬送設備精度の異常個所の点検と調整が行われ、処置が完了すれば溶接ラインは再稼動される。
【００３０】
ここで本実施例では、スクイズ期間、予熱期間、加熱期間及びアプセット変形期間の４期間より成るアルミ合金アプセットバット溶接方法の場合について突合せ精度の判定を行ったが、本発明は前記溶接方法の場合に限定されるものではなく、スチールを含むすべてのアプセットバット溶接に用いられる溶接方法に対しても同様に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。すなわち、請求項１に記載のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定装置によれば、予熱期間の平均抵抗の標準偏差を演算し、当該標準偏差が基準値に比べてどの程度大きいか小さいかによって搬送設備による溶接初期突合せ精度を定量的に判定することができる。
【００３２】
請求項２に記載のアプセットバット溶接における初期突合せ状態の良否判定方法によれば、アプセットバット溶接時における初期突合せ状態の良否判定がリアルタイムで迅速に行われ、それによって溶接初期突合せ精度不良による溶接品質不良多発を未然に防止することができ、また不良発生時の対策結果が直ちに判ることにより、早期対策が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  溶接装置の概略構成を示す正面図。
【図２】  電極変位量を説明する断面図であって、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接中の断面図。
【図３】  電極変位量、加圧力密度及び電流密度の関連を示す模式図。
【図４】  突合せ精度判定装置の基本構成を示すブロック図。
【図５】  初期突合せ状態と平均抵抗を示す模式図で、（Ａ）は突合せ良好状態、（Ｂ）は突合せ不良状態。
【図６】  突合せ精度判定装置の基本回路を示すブロック図。
【図７】  メイン概略処理を示すフローチャート。
【図８】  平均抵抗と平均抵抗標準偏差演算に関するフローチャート。
【符号の説明】
１  （固定側）溶接電極
２  （移動側）溶接電極
３  接合界面
４  被溶接材
１０  溶接性判定装置
１１  溶接電流検出手段
１２  溶接電圧検出手段
１３  加圧力検出手段
１４  平均抵抗標準偏差演算
１５  突合せ精度判定手段
【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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