(57)【要約】【課題】１対の電極１ａ、１ｂによって複数枚重ねの被溶接材２を加圧・通電する抵抗溶接にあって、各打点ごとの被溶接材の総板厚を予め設定し、この総板厚を少なくともパラメータとする熱伝導計算によって抵抗溶接中の溶接部の温度を推定し、この溶接部温度推定値Ｔｃが予め定めた温度変化目標パターンＴｐに略沿うように溶接電流値Ｉｗを増減させる抵抗溶接制御方法において、各打点ごとの総板厚の設定及びその値に最適な温度変化目標パターンＴｐの設定を自動化し、生産効率を向上させることが課題である。【解決手段】本発明は、各打点における総板厚を両電極の移動距離の計測値に基づく演算によって自動設定し、かつ、温度変化目標パターンＴｐをこの総板厚の演算値Ｂｃに応じて自動設定する抵抗溶接制御方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極によって複数枚重ねの被溶接材を加圧・通電する抵抗溶接にあって、各打点ごとの被溶接材の総板厚を予め設定し、この総板厚を少なくともパラメータとする熱伝導計算によって抵抗溶接中の溶接部の温度を推定し、この溶接部温度推定値が予め定めた温度変化目標パターンに略沿うように溶接電流値を増減させる抵抗溶接制御方法において、
前記各打点における総板厚を前記両電極の移動距離の計測値に基づく演算によって自動設定し、かつ、前記温度変化目標パターンを前記総板厚の演算値に応じて自動設定することを特徴とする抵抗溶接制御方法。
【請求項２】
前記両電極間の距離を予め設定し、各打点での前記両電極の移動距離を計測し、前記電極間距離から前記電極移動距離を減算して前記総板厚を演算することを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接中の溶接部の温度を熱伝導計算によって推定し、この溶接部温度推定値が予め定めた温度変化目標パターンに略沿うように溶接電流を制御する抵抗溶接において生産効率を向上させるための抵抗溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数枚重ねた被溶接材を１対の電極によって加圧・通電して溶接する抵抗スポット溶接において、溶接部の良好な品質を得るためには、ナゲット径が適正範囲内で形成されること及び溶接中にチリが発生しないことが重要である。特に、最近多く使用されている亜鉛メッキ鋼板及び高張力鋼板の抵抗溶接では、ナゲット径が変動しやすくかつチリも発生しやすいために、これらの発生を抑制する制御方法が種々提案されている。
【０００３】
ナゲット径の適正化及びチリの発生の防止のためには、抵抗溶接中の溶接部の温度変化を被溶接材の材質、総板厚に応じて適正化する必要がある。すなわち、溶接開始時点から溶接終了時点までの溶接部の温度変化を、上記の溶接条件に応じて予め定めた温度変化目標パターンに沿うように溶接電流を制御することによって、ナゲット径の適正なチリも発生しない良好な溶接品質を得ることができる。このような温度パターン追従電流制御では、抵抗溶接中の溶接部の温度変化を計測する必要があるが、溶接部は外部から見えないために直接その温度変化を計測することは困難である。このために、溶接部の温度変化を熱伝導計算によってリアルタイムに演算して溶接部温度推定値を求める方法が多く提案されている。
【０００４】
上記の熱伝導計算方法には、微分方程式及び有限要素分析法を用いる方法、溶接部のエネルギーバランスモデルに基づく平均温度推定値を計算する方法等がある。これらの熱伝導計算方法では、溶接電流値、溶接電圧値、被溶接材の総板厚、電極及び被溶接材の材質・形状によって定まる物理的定数を入力として、溶接部温度推定値を演算することが多い。
【０００５】
図４は、上述した温度パターン追従電流制御の一例を示す溶接部温度推定値Ｔｃ及び溶接電流Ｉｗの時間変化図である。同図において、横軸は溶接開始時点からの経過時間ｔを慣例により商用電源の１周期（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの逆数）＝１サイクル（cyc）として表わしている。また、左の縦軸は溶接部温度推定値Ｔｃ［℃］及び温度変化目標パターンＴｐ［℃］を表わし、右の縦軸は制御操作量である溶接電流Ｉｗを実効値で表わしたものである。温度パターン追従電流制御では、各経過時間ｔにおける溶接部温度推定値Ｔｃを演算し、温度変化目標パターンＴｐとの温度誤差増幅値ΔＴ＝Ｇain・（Ｔｐ−Ｔｃ）を算出する。そして、この温度誤差増幅値ΔＴを積分し予め定めた溶接電流の初期値Ｉｓと加算して溶接電流Ｉｗ＝Ｉｓ＋∫ΔＴ・ｄｔを制御する。これにより、溶接部温度推定値Ｔｃを温度変化目標パターンＴｐに沿わせることができ、溶接部の温度変化を適正化してナゲット径の適正なチリの発生しない良好な溶接品質を得ることができる（例えば、特許文献１、特願２００３−０７８２９６等参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２２１２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来技術の温度パターン追従電流制御では、各打点ごとに温度変化目標パターンＴｐを予め設定し、溶接部温度推定値Ｔｃを熱伝導計算によって演算する必要がある。上述したように、溶接部温度推定値Ｔｃを演算するためには、溶接電流Ｉｗ、溶接電圧Ｖｗ、被溶接材の総板厚Ｂ［mm］、電極及び被溶接材の材質・形状によって定まる物理的定数をパラメータとして入力する必要がある。これらのパラメータの中で溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗは検出器によって計測することができるので予め設定する必要はない。さらに、電極及び被溶接材の物理的定数はワークが定まれば各打点共に同一値に設定することができる場合が多い。しかし、被溶接材の総板厚Ｂは各打点ごとに異なる値になることが多いために、各打点ごとに総板厚Ｂを予め設定する必要がある。１つのワークに数百点もの打点がある場合には、この数百点の打点ごとに総板厚Ｂのデータを溶接装置に予め設定することになる。この設定作業には多くの時間がかかるために生産効率が低下するという課題があった。
【０００８】
また、各打点ごとの温度変化目標パターンＴｐを設定するためには、上述したように、被溶接材の材質及び総板厚Ｂをパラメータとして入力する必要がある。このために、基準となる被溶接材の材質及び総板厚Ｂｓを定めて基準温度変化目標パターンを試験によって求め、被溶接材の材質及び総板厚Ｂが異なる場合にはこの基準温度変化目標パターンを修正して制御に使用している。被溶接材の材質はワークによって定まるので、各打点ごとの材質の設定は同一値になる場合が多い。しかし、上述したように、総板厚Ｂは各打点ごとに異なることが多いために、各打点ごとに予め設定する必要がある。このように、溶接部温度推定値Ｔｃの演算及び温度変化目標パターンＴｐの設定のためには、各打点ごとの被溶接材の総板厚Ｂを予め設定する必要があり、この設定には多くの時間がかかるために生産効率の低下を招いていた。
【０００９】
そこで、本発明では、各打点ごとの被溶接材の総板厚の設定時間を短縮することができる抵抗溶接制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、１対の電極によって複数枚重ねの被溶接材を加圧・通電する抵抗溶接にあって、各打点ごとの被溶接材の総板厚を予め設定し、この総板厚を少なくともパラメータとする熱伝導計算によって抵抗溶接中の溶接部の温度を推定し、この溶接部温度推定値が予め定めた温度変化目標パターンに略沿うように溶接電流値を増減させる抵抗溶接制御方法において、
前記各打点における総板厚を前記両電極の移動距離の計測値に基づく演算によって自動設定し、かつ、前記温度変化目標パターンを前記総板厚の演算値に応じて自動設定することを特徴とする抵抗溶接制御方法である。
【００１１】
また、第２の発明は、前記両電極間の距離を予め設定し、各打点での前記両電極の移動距離を計測し、前記電極間距離から前記電極移動距離を減算して前記総板厚を演算することを特徴とする第１の発明記載の抵抗溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の抵抗溶接制御方法によれば、各打点での被溶接材の総板厚を演算によって自動設定し、この演算された総板厚に応じた温度変化目標パターンを自動設定することができる。このために、各打点ごとの総板厚データを予め設定する必要がないので、設定時間を省略することができ、生産効率が向上する。さらに、各打点ごとの総板厚を正確に自動設定しそれに最適な温度変化目標パターンが自動設定されて温度パターン追従電流制御が行われるので、常に良好な溶接品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１５】
サイリスタＳＣＲは、商用交流電源ＡＣを入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従って溶接電流Ｉｗの実効値が所定値になるように位相制御する。変圧器ＴＲは、抵抗溶接に適した電圧値に降圧する。１対の電極１ａ、１ｂは溶接ガン３の先端に装着される。モータＭによって溶接ガン３が駆動されることで、両電極１ａ、１ｂは移動して複数枚の被溶接材２を加圧し、溶接電流Ｉｗが通電し溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００１６】
総板厚演算回路ＢＣは、上記の両電極１ａ、１ｂの移動距離Ｌｄを上記のモータＭの回転によって計測して総板厚演算信号Ｂｃを出力する。この演算動作の詳細は図２で後述する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接部温度推定値演算回路ＴＣは、上記の総板厚演算信号Ｂｃ、電流検出信号Ｉｄ及び電圧検出信号Ｖｄを入力として、予め定めた電極及び被溶接材の物理的定数を使用して熱伝導計算によって演算して溶接部温度推定値信号Ｔｃを出力する。温度変化目標パターン設定回路ＴＰは、上記の総板厚演算信号Ｂｃを入力として、予め定めた基準温度変化目標パターンを修正して温度変化目標パターン信号Ｔｐを出力する。この修正動作の詳細は図３で後述する。温度誤差増幅回路ＥＴは、上記の温度変化目標パターン信号Ｔｐと上記の溶接部温度推定値信号Ｔｃとの誤差を増幅して、温度誤差増幅信号ΔＴ＝Gain・（Ｔｐ−Ｔｃ）を出力する。温度誤差積分回路ＳＤＴは、適当な初期値Ｉｓ及び上記の温度誤差増幅信号ΔＴを入力として、電流制御設定信号Ｉsc＝Ｉｓ＋∫ΔＴ・dtを出力する。上記の温度誤差増幅回路ＥＴ及び上記の温度誤差積分回路ＳＤＴによって上述した温度パターン追従電流制御を行っている。
【００１７】
電流実効値演算回路ＩＲＭは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力としてその実効値を演算して、電流実効値信号Ｉrmを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと上記の電流実効値信号Ｉrmとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って上記のサイリスタＳＣＲを位相制御するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００１８】
図２は、上述した総板厚演算回路ＢＣによる総板厚Ｂの演算方法を示す図である。同図（Ａ）は両電極１ａ、１ｂが原位置（ホームポジション）にある場合であり、両電極間の距離はＡ［mm］である。この電極間距離Ａは、溶接ガン及び電極が決まれば幾何学的に定まる距離であるので、予め設定することができる。同図（Ｂ）は、両電極１ａ、１ｂが移動して被溶接材２を加圧し通電を開始する直前の状態である。両電極の移動距離Ｌｄ［mm］＝Ｌａ＋Ｌｂとなる。電極は溶接ガンの動作によって移動するので、溶接ガンを駆動するモータの回転距離を計測することによって上記のＬａ及びＬｂを計測することができる。上記の電極間距離Ａ及び電極移動距離Ｌｄによって、総板厚Ｂ＝Ａ−Ｌｄは演算することができる。
【００１９】
上記の電極間距離Ａは、溶接準備時に計測して予め設定しても良い。また、被溶接材を挟まないで両電極を直接接触させてそのときの電極の移動距離を電極間距離Ａとして計測することもできる。この方法では、電極が途中で交換されて電極形状が変わっても、電極間距離Ａを自動計測することができるメリットがある。上記では、通電直前に総板厚Ｂを演算する場合について説明した。しかし、溶接ロボットを使用する場合等には打点位置の教示作業を行うときに、上記の演算を実施して打点の教示データの１つとして演算された総板厚Ｂを記憶しても良い。
【００２０】
図３は、上記の温度変化目標パターン設定回路ＴＰが総板厚演算信号Ｂｃに応じて温度変化目標パターンを自動設定する方法の一例を示す図である。被溶接材の総板厚Ｂが予め定めた基準値Ｂｓであるときの基準温度変化目標パターンを同図のＴp1として設定する。そして、総板厚Ｂの値を３つの範囲に分け、それぞれの範囲の温度変化目標パターンを下記のように設定する。
(1)  Ｂｓ＋ΔＢ＜Ｂときは温度変化目標パターンをＴp3とする。
(2)  Ｂｓ＋ΔＢ≧Ｂ≧Ｂｓ−ΔＢときは温度変化目標パターンをＴp1とする。
(3)  Ｂｓ−ΔＢ＞Ｂときは温度変化目標パターンをＴp2とする。
ここで、ΔＢは予め定めた所定幅である。
このように設定することによって演算された総板厚Ｂに適した温度変化目標パターンが選択されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態において総板厚Ｂの演算方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において温度変化目標パターンＴｐを総板厚に応じて修正する方法を示す図である。
【図４】従来技術の温度パターン追従電流制御を行ったときの溶接部温度推定値Ｔｃ及び溶接電流Ｉｗの時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ａ、１ｂ        電極
２            被溶接材
３            溶接ガン
Ａ            電極間距離
ＡＣ            商用交流電源
Ｂ            総板厚
ＢＣ            総板厚演算回路
Ｂｃ            総板厚演算信号
Ｂｓ            （総板厚の）基準値
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＴ            温度誤差増幅回路
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＲＭ            電流実効値演算回路
Ｉrm            電流実効値信号
Ｉｓ            （溶接電流の）初期値
Ｉsc            電流制御設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｌｄ            電極移動距離
Ｍ            モータ
ＳＣＲ            サイリスタ
ＳＤＴ            温度誤差積分回路
ＴＣ            溶接部温度推定値演算回路
Ｔｃ            溶接部温度推定値（信号）
ＴＰ            温度変化目標パターン設定回路
Ｔｐ            温度変化目標パターン（信号）
ＴＲ            変圧器
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
ΔＢ            所定幅
ΔＴ            温度誤差増幅（値／信号）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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