(57)【要約】【課題】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値を増減させる温度パターン追従電流制御を行う抵抗溶接制御方法において、溶接部に異常変動が発生すると溶接部温度推定値に誤差が生じて適正なナゲット径を形成することができなくなる。【解決手段】本発明は、１つの打点位置での溶接が終了した際に、溶接部温度推定値の最大値Ｔｍが予め定めた基準最大値Ｔｔ未満である場合及び／又は通電した前記溶接電流値の平均値Ｉａが予め定めた基準平均値Ｉｔ未満である場合には、その打点位置で再度の抵抗溶接を行う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】
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値を増減させる温度パターン追従電流制御を行う抵抗溶接制御方法において、
１つの打点位置での溶接が終了した際に、前記溶接部温度推定値の最大値が予め定めた基準最大値未満である場合及び／又は通電した前記溶接電流値の平均値が予め定めた基準平均値未満である場合には、その打点位置で再度の抵抗溶接を行うことを特徴とする抵抗溶接制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の再度の抵抗溶接を行うときは、前記温度パターン追従電流制御を停止して予め定めた一定値の溶接電流を通電することを特徴とする抵抗溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接に使用される抵抗溶接に関し、特に、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値を増減させる温度パターン追従電流制御を行う抵抗溶接制御方法の改善に関する。
【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、アルミニウム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及び形状、電極の形状及び消耗度、被溶接材間及び被溶接材・電極間の接触状態等に応じて適正化する必要がある。すなわち、１つの打点位置において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、上記の種々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、溶接電圧値並びに電極及び被溶接材の物理的定数を入力として、溶接部温度推定値を演算する。
【０００５】
図５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［ｋＡ］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、各経過時間における溶接部温度推定値Ｔｃを熱伝導計算によって演算し、温度変化目標パターンＴｐとの誤差増幅値ΔＴ＝Ｇain・（Ｔｐ−Ｔｃ）を算出し、この温度誤差増幅値ΔＴに応じて溶接電流Ｉｗを増減させて溶接部温度推定値Ｔｃが温度変化目標パターンＴｐに略沿うようにしている。これにより、溶接部の温度変化が適正化されて、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。
【０００６】
同図に示すように、時間経過に伴って温度変化目標パターンＴｐは上昇するように設定されている。このため、溶接部温度推定値Ｔｃはこれに追従して上昇し最大値Ｔｍに達する。溶接電流Ｉｗも時間経過に伴って上昇するのが通常である。ただし、溶接電流Ｉｗは、フィードバック制御によって変化するので、溶接部状態によって変化パタ−ンは多様であり、時には上昇しないで略一定値となる場合もある。上記の温度変化目標パターンＴｐは、電極及び被溶接材の材質、形状等に応じて予め試験によって設定する。ただし、基準となる電極及び被溶接材の材質、形状等を定めて基準温度変化目標パターンを予め設定しておき、被溶接材の板厚が異なる場合にはこの基準温度変化目標パターンを基にして計算によって温度変化目標パターンＴｐを新たに生成する方法もある（上記の従来技術としては、例えば特許文献１、特願２００３−３７１６６３等を参照）。
【０００７】
【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】
【０００８】
上述したようにナゲット径の適正化及びチリ発生の抑制が難しいメッキ鋼板、高張力鋼板等に対する抵抗溶接において、電極の消耗度、電極の表面状態、電極・被溶接材間の接触状態、複数の被溶接材間の接触状態等の溶接部状態が変動しても、上述した温度パターン追従電流制御を行うことによって高品質な溶接結果を得ることができる。しかし、稀な頻度ではあるが、溶接部状態が通常の変動範囲を超えて異常変動する場合がある。このようなケ−スとしては、抵抗溶接開始直後に発生した大きな粒状のチリ（以下、スパッタという）が電極・被溶接材間に挟まれて接触状態が非常に悪くなるケースがある。また、消耗によって電極の形状が歪に変形して電極・被溶接材間の接触状態が非常に悪くなるケースもある。また、被溶接材間に隙間が存在して接触状態が非常に悪くなるケースもある。このような溶接部状態の異常変動が発生すると、温度パターン追従電流制御を行っていても適正な溶接品質を得ることができない場合が生じる。以下、この異常変動状態の発生時の温度パターン追従電流制御について図面を参照して説明する。
【０００９】
図６は、温度パターン追従電流制御中に溶接部状態が異常変動し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。同図は、溶接開始直後に大粒のスパッタが発生して電極・被溶接材間に挟まれて接触状態が異常状態になった場合である。この状態になると、電極・被溶接材間の接触抵抗値が異常値になるために、熱伝導計算による溶接部温度推定値Ｔｃは大きな誤差を含んだ値となる。しかし、この誤差を含んだ溶接部温度推定値Ｔｃをフィードバック値として制御されるために、同図に示すように、溶接部温度推定値Ｔｃは温度変化目標パターンＴｐに沿うように溶接電流Ｉｗが増減する。しかし、この溶接部温度推定値Ｔｃは溶接部の温度を正確に推定した値ではないために、ナゲット径は適正値よりも小さくなる。こ場合、溶接部温度推定値Ｔｃは真の値よりも高く演算されるので、溶接電流Ｉｗの値は通常変動時のＬ１曲線（図５のＩｗ）よりも相当に低くなる。この結果、ナゲット径は適正範囲よりも小さくなり不良な溶接結果となる。
【００１０】
図７は、温度パターン追従電流制御中に溶接部状態が異常変動し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。同図は、上述した図６の場合と同様に溶接開始直後に大粒のスパッタが発生して電極・被溶接材間に挟まれた場合である。しかし図６とは異なり、５cycが経過した時点でこのスパッタが溶融等して除去されて通常の変動状態に戻った場合である。したがって、５cycまでは図６と同様に溶接部温度推定値Ｔｃが真の値よりも高いために、溶接電流Ｉｗは通常変動時Ｌ１よりも低くなる。５cyc経過後は通常の変動状態に戻るので、溶接部温度推定値Ｔｃは真の値と一致する。このために、５cyc経過時点での溶接部温度推定値Ｔｃは温度変化目標パターンＴｐよりも低くなる。この偏差を小さくするために溶接電流Ｉｗは急増する。しかし、溶接途中での溶接電流Ｉｗの増加では溶接部温度推定値Ｔｃを温度変化目標パターンＴｐに一致させることができないまま溶接が終了する。この結果、通常変動時に比べて溶接電流値Ｉｗが低く溶接部温度推定値Ｔｃも低くなるために、ナゲット径は適正範囲よりも小さくなり不良な溶接品質となる。
【００１１】
そこで、本発明では、溶接部状態が異常変動したときでも良好な溶接品質を得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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、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値を増減させる温度パターン追従電流制御を行う抵抗溶接制御方法において、
１つの打点位置での溶接が終了した際に、前記溶接部温度推定値の最大値が予め定めた基準最大値未満である場合及び／又は通電した前記溶接電流値の平均値が予め定めた基準平均値未満である場合には、その打点位置で再度の抵抗溶接を行うことを特徴とする抵抗溶接制御方法である。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明記載の再度の抵抗溶接を行うときは、前記温度パターン追従電流制御を停止して予め定めた一定値の溶接電流を通電することを特徴とする抵抗溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明によれば、抵抗溶接中に溶接部状態に異常変動状態が発生しても、この異常変動状態を自動判別して再度の抵抗溶接を行うので、異常変動状態が発生したときでも適正なナゲット径を形成することができる。
【００１５】
さらに、上記第２の発明によれば、異常変動状態を判別して再度の抵抗溶接を行うときに温度パターン追従電流制御を停止して所定溶接電流値を通電するので、第１回目の溶接結果に関わりなく確実に適正なナゲット径を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００１８】
ステップＳＴ１において、１つの打点位置で温度パターン追従電流制御によって抵抗溶接を行う。ステップＳＴ２において、１打点の溶接中における溶接部温度推定値Ｔｃの最大値（溶接部温度推定最大値）Ｔｍ及び溶接電流Ｉｗの平均値Ｉａを算出し、この溶接部温度推定最大値Ｔｍが予め定めた基準最大値Ｔｔ未満でありかつこの溶接電流平均値Ｉａが予め定めた基準平均値Ｉｔ未満であるかを判別する。判別結果がＹＥＳならばステップＳＴ３に進み、ＮＯならばこの打点位置での溶接を終了する。ここのステップＳＴ２では、溶接部状態が異常変動状態にあったかを判別している。この判別方法は以下のとおりである。
【００１９】
上述した図６において、溶接部状態が異常変動状態になると、溶接電流Ｉｗの平均値Ｉａが通常変動時の溶接電流Ｌ１の平均値よりも小さくなる。したがって、通常変動時の溶接電流Ｌ１の平均値又はそれに係数を乗じた値を基準平均値Ｉｔとして予め設定し、溶接電流平均値Ｉａがこの基準平均値Ｉｔ未満のときは異常変動状態であったと判別する。
【００２０】
また、上述した図７において、溶接部状態が異常変動状態になると、溶接電流Ｉｗの平均値Ｉａが通常変動時の溶接電流Ｌ１の平均値よりも小さくなる。さらに、溶接部温度推定値Ｔｃの最大値Ｔｍが温度変化目標パターンＴｐの最大値よりも低くなる。したがって、通常変動時の溶接電流Ｌ１の平均値又はそれに係数を乗じた値を基準平均値Ｉｔとして予め設定し、溶接電流平均値Ｉａがこの基準平均値Ｉｔ未満のときは異常変動状態であったと判別する。または、温度変化目標パターンＴｐの最大値又はそれに係数を乗じた値を基準最大値Ｔｔとして予め設定し、溶接部温度推定値Ｔｃの最大値Ｔｍがこの基準最大値Ｔｔ未満のときは異常変動状態であったと判別する。すなわち、Ｔｍ＜Ｔｔ及び／又はＩａ＜Ｉｔであるときには、溶接部状態が異常変動状態であったと判別することができる。異常変動状態が発生すると上述したようにナゲット径は適正範囲よりも小さくなり不良となる。
【００２１】
ステップＳＴ３において、同一の打点位置で温度パターン追従電流制御によって再度の抵抗溶接を行う。この再度の抵抗溶接によってナゲット径を大きくして適正範囲に入るようにする。上述したように、溶接部状態が異常変動状態であってもそれを自動判別して再度溶接することによって、良好な溶接品質を確保することができる。再度の溶接時も温度パターン追従電流制御を行う理由は、ナゲット径を大きくして適正範囲にすると共に少しでもチリの発生を抑制するためである。
【００２２】
図２は、上述した実施の形態１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。
【００２３】
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、複数枚の被溶接材２を加圧し、電極を介して溶接電流Ｉｗが通電し溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００２４】
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、予め定めた被溶接材及び電極の物理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、予め定めた温度変化目標パターン信号Ｔｐを出力する。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Ｉsi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＝Ｉsi＋∫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によって温度パターン追従電流制御を行っている。
【００２５】
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、後述する起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのとき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。
【００２６】
溶接部温度推定最大値検出回路ＴＭは、上記の溶接部温度推定値信号Ｔｃの最大値を検出して、溶接部温度推定最大値信号Ｔｍを出力する。溶接電流平均値演算回路ＩＡは、上記の電流実効値信号Ｉrmを１回の溶接にわたって平均化して、溶接電流平均値信号Ｉａを出力する。溶接制御回路ＣＣは、上記の溶接部温度推定最大値信号Ｔｍ及び溶接電流平均値信号Ｉａを入力として、上述した図１の各ステップを実行するための起動信号Ｏｎを出力する。すなわち、この溶接制御回路ＣＣは、ステップＳＴ１を実行するために起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして１回目の温度パターン追従電流制御による抵抗溶接を行う。次に、上記の溶接部温度推定最大値信号Ｔｍ及び溶接電流平均値信号ＩａによってステップＳＴ２の判別を実行する。そして、その判別結果に基づいてステップＳＴ３を実行する。
【００２７】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。同図において上述した図１と同一のステップには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１とは異なる点線で示すステップＳＴ３１について説明する。
【００２８】
ステップＳＴ２において溶接部状態が異常変動状態にあったと判別されると、ステップＳＴ３１において所定溶接電流値によって再度抵抗溶接を行う。上述した図１では再度の抵抗溶接も温度パターン追従電流制御によって行っていたが、同図においては再度の抵抗溶接は温度パターン追従電流制御を停止して予め定めた一定値の溶接電流を通電して行う。このようにする理由は、再度の抵抗溶接時には十分に大きな溶接電流を通電して十分なナゲット径を確実に形成するためである。このときにチリが発生することがあっても、強度を確保するために適正なナゲット径を形成することを優先するためである。そもそも上述したように異常変動状態が発生して再度の溶接を行う頻度は稀であるために、このような場合は適正なナゲット径を形成することを優先するという考え方である。
【００２９】
図４は、上述した実施の形態２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。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、同図を参照して図２とは異なる点線で示す第２溶接制御回路ＣＣ２、電流設定回路ＩＳ及び電流設定切換回路ＳＷについて説明する。
【００３０】
第２溶接制御回路ＣＣ２は、溶接部温度推定最大値信号Ｔｍ及び溶接電流平均値信号Ｉａを入力として、上述した図３の各ステップを実行するための起動信号Ｏｎ及び切換信号Ｓｗを出力する。すなわち、この第２溶接制御回路ＣＣ２は、ステップＳＴ１を実行するために起動信号Ｏｎ及び切換信号ＳｗをＨｉｇｈレベルにして１回目の温度パターン追従電流制御による抵抗溶接を行う。次に、上記の溶接部温度推定最大値信号Ｔｍ及び溶接電流平均値信号ＩａによってステップＳＴ２の判別を実行する。そして、その判別結果に基づいてステップＳＴ３１を実行するために起動信号Ｏｎを再びＨｉｇｈレベルにし切換信号ＳｗをＬｏｗレベルにして後述する電流設定信号Ｉｓによって定まる所定溶接電流値による再度の抵抗溶接を行う。電流設定回路ＩＳは、予め定めた電流設定信号Ｉｓを出力する。電流設定切換回路ＳＷは、上記の切換信号ＳｗがＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わって電流制御設定信号Ｉscを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは上記の電流設定信号Ｉｓを電流切換設定信号Ｉswとして出力する。この回路によって１回目は温度パターン追従電流制御による抵抗溶接を行い、２回目は所定溶接電流値による抵抗溶接を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る抵抗溶接制御方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接装置のブロック図である。
【図５】従来技術の温度パターン追従電流制御による抵抗溶接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。
【図６】従来技術の課題を説明するための異常変動状態における溶接部温度推定値Ｔｃ及び溶接電流Ｉｗの時間変化を示す図である。
【図７】従来技術の課題を説明するための異常変動状態における溶接部温度推定値Ｔｃ及び溶接電流Ｉｗの図６とは別の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ、１ｂ        電極
２            被溶接材
ＣＣ            溶接制御回路
ＣＣ２            第２溶接制御回路
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
ＩＡ            溶接電流平均値演算回路
Ｉａ            溶接電流平均値（信号）
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            電流設定回路
Ｉｓ            電流設定信号
Ｉsc            電流制御設定信号
Ｉsi            初期値
Ｉsw            電流切換設定信号
Ｉｔ            基準平均値
Ｉｗ            溶接電流
Ｏｎ            起動信号
ＳＣＲ            サイリスタ
ＳＤＴ            温度誤差積分回路
ＳＷ            電流設定切換回路
Ｓｗ            切換信号
ＴＣ            溶接部温度推定値演算回路
Ｔｃ            溶接部温度推定値（信号）
ＴＭ            溶接部温度推定最大値検出回路
Ｔｍ            溶接部温度推定最大値（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
Ｔｔ            基準最大値
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
ΔＴ            温度誤差増幅（値／信号）
【図１】
2005319469.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005319469.tif 000007
【図６】
2005319469.tif 000008
【図７】
2005319469.tif 000009