(57)【要約】【課題】電極の傾斜角度を高い精度で測定して溶接不良の発生を抑制することができる抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】溶接対象物を挟むように配置される下部電極１８及び上部電極２４と、寸法測定器３２の測定結果に基づき、上部電極２４の傾斜角度を測定する角度測定部３８と、角度測定部３８による傾斜角度の測定結果に基づき、溶接対象物の溶接を制御する制御部４０とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象物を挟むように配置される第１及び第２の電極と、
前記第１の電極の傾斜角度を測定する傾斜測定部と、
前記傾斜測定部による前記傾斜角度の測定結果に基づき、前記溶接対象物の溶接を制御する制御部と
を有する抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記傾斜角度が所定の範囲内か否かを判定し、前記傾斜角度が前記所定の範囲内でない場合に前記溶接対象物の溶接を中止する請求項１記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
前記傾斜測定部は、前記第１の電極の前記傾斜角度に応じて変化する寸法量に基づき、前記傾斜角度を測定する請求項１又は２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項４】
前記傾斜測定部は、前記第１の電極を介して対向するように配置された投光部及び受光部を有する寸法測定器を有し、
前記投光部は、前記第１の電極の側に光を投光し、
前記受光部は、前記第１の電極に遮られずに通過した前記光を受光し、
前記寸法測定器は、前記受光部の受光結果に基づき、前記光を遮る前記第１の電極の影の長さを測定し、
前記傾斜測定部は、前記影の長さの測定結果に基づき前記傾斜角度を測定する請求項３記載の抵抗溶接装置。
【請求項５】
前記第１の電極が棒状の電極であり、
前記投光部が投光する前記光がライン状の光であり、
前記第１の電極が傾斜していない場合の前記第１の電極の軸方向に直交する面から前記ライン状の光が傾斜するように、前記投光部及び前記受光部が傾斜して配置されている請求項４記載の抵抗溶接装置。
【請求項６】
前記傾斜測定部は、
前記第１の電極を介して対向するように配置された第１の投光部及び第１の受光部を有する第１の寸法測定器と、
前記第１の電極を介して対向するように配置された第２の投光部及び第２の受光部を有し、前記第１の寸法測定器に平行に配置された第２の寸法測定器とを有し、
前記第１の投光部は、前記第１の電極の側に第１の光を投光し、
前記第１の受光部は、前記第１の電極に遮られずに通過した前記第１の光を受光し、
前記第１の寸法測定器は、前記第１の受光部の受光結果に基づき、前記第１の光の一端から前記第１の電極の側面までの距離である第１の距離を測定し
前記第２の投光部は、前記第１の電極の側に第２の光を投光し、
前記第２の受光部は、前記第１の電極に遮られずに通過した前記第２の光を受光し、
前記第２の寸法測定器は、前記第２の受光部の受光結果に基づき、前記第２の光の一端から前記第１の電極の側面までの距離である第２の距離を測定し、
前記傾斜測定部は、前記第１の距離の測定結果及び前記第２の距離の測定結果に基づき前記傾斜角度を測定する請求項３記載の抵抗溶接装置。
【請求項７】
第１の電極と第２の電極との間に溶接対象物を挟むように配置して、前記溶接対象物の溶接を行う抵抗溶接方法であって、
前記第１の電極の傾斜角度を測定する工程と、
測定した前記傾斜角度に基づき、前記溶接対象物の溶接を制御する工程と
を有する抵抗溶接方法。
【請求項８】
前記溶接対象物の溶接を制御する工程では、前記傾斜角度が所定の範囲内か否かを判定し、前記傾斜角度が前記所定の範囲内でない場合に前記溶接対象物の溶接を中止する請求項７記載の抵抗溶接方法。
【請求項９】
前記傾斜角度を測定する工程では、前記第１の電極の前記傾斜角度に応じて変化する寸法量に基づき、前記傾斜角度を測定する請求項７又は８に記載の抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接は、加圧しつつ接触させた溶接対象物間に溶接電流を流すことにより発生するジュール熱を利用して溶接対象物を接合するものである。抵抗溶接における加圧に際して溶接対象物に加えられる荷重ないし加圧力は、溶接の品質を左右する要因の一つとなっている。そこで、抵抗溶接のひとつである抵抗スポット溶接において加圧力を測定しつつ溶接を行う溶接システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、特許文献２には、被測定物に光ビームを照射し、その照射面からの反射光ビームの強度に基づき被測定物の傾斜角度を測定する角度測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５９７９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８６４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
抵抗溶接において、溶接電流及び加圧力は、適切に設定する必要がある。溶接電流が小さいと金属が溶融せずに溶接強度が不足する一方、溶接電流が大きいと溶融した金属が爆飛することになる。また、加圧力が大きいと溶接対象物が変形したり圧痕が生じたりする一方、加圧力が小さいと、爆飛が起きやすくなる。しかし、エアシリンダ等により加圧が行われる場合には、加圧力が一定にならず経時的に変動する。そこで、上記特許文献１に記載された溶接システムでは、溶接の際の加圧力を測定し、加圧力が適正な範囲から外れた場合に溶接を中止するように制御されている。
【０００６】
しかしながら、上記のように電極に加わる加圧力の大きさのみならず、電極の傾斜に起因して溶接対象物に接触する電極の端面に対して不均一に加圧されると、溶接不良、特に爆飛の原因となる。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されるような従来の角度測定装置では、抵抗溶接における電極の傾斜角度を測定することは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、電極の傾斜角度を高い精度で測定して溶接不良の発生を抑制することができる抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、溶接対象物を挟むように配置される第１及び第２の電極と、前記第１の電極の傾斜角度を測定する傾斜測定部と、前記傾斜測定部による前記傾斜角度の測定結果に基づき、前記溶接対象物の溶接を制御する制御部とを有する抵抗溶接装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の観点によれば、第１の電極と第２の電極との間に溶接対象物を挟むように配置して、前記溶接対象物の溶接を行う抵抗溶接方法であって、前記溶接対象物の溶接中に、前記第１の電極の傾斜角度を測定する工程と、測定した前記傾斜角度に基づき、前記溶接対象物の溶接を制御する工程とを有する抵抗溶接方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極の傾斜角度を高い精度で測定して溶接不良の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置において水平に配置された寸法測定器を示す概略図（その１）である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置において水平に配置された寸法測定器を示す概略図（その２）である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置において傾斜して配置された寸法測定器を示す概略図（その１）である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置において傾斜して配置された寸法測定器を示す概略図（その２）である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器の傾斜角度とその余弦値との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器の傾斜角度と上部電極の傾斜角度の角度測定精度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態による抵抗溶接方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態による抵抗溶接装置の全体構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器を示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態による抵抗溶接装置において寸法測定器より測定される長さを説明する概略図である。
【図１２】図１２は、一般的な抵抗溶接装置を示す概略図である。
【図１３】図１３は、抵抗溶接における上部電極の傾斜を説明する概略図である。
【図１４】図１４は、従来の角度測定装置を示す概略図である。
【図１５】図１５は、従来の角度測定装置により抵抗溶接における電極の傾斜角度を測定する場合の困難さを説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態による抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法の説明に先立ち、抵抗溶接装置において生じうる電極の傾斜及びこれに起因する問題点について説明する。
【００１４】
図１２は、一般的な抵抗溶接装置を示す概略図である。図１２に示す抵抗溶接装置は、溶接対象物である金属板を重ね合わせた状態で上下から挟み込む一対の電極を用いて溶接するものである。
【００１５】
図１２に示すように、抵抗溶接装置３００は、下部電極３０２と、下部電極３０２に対向するように下部電極３０２の上側に設けられた上部電極３０４とを有している。下部電極３０２は、電極保持具３０６に保持されている。下部電極３０２上には、溶接対象物である金属板３０８、３１０が重ね合わされた状態で載置される。下部電極３０２及び上部電極３０４には、溶接電流を流すための溶接電源３１２が接続されている。
【００１６】
上部電極３０４に対しては、上部電極３０４を上下方向に駆動する電極駆動装置３１４が設けられている。電極駆動装置３１４には、電極駆動装置３１４の動作を制御する加圧力制御装置３１６接続されている。また、上部電極３０４には、上部電極３０４に対してその軸方向に加わる加圧力の大きさを測定して電気信号を出力する加圧力センサ３１８が設けられている。加圧力センサ３１８には、ロードセルが用いられている。加圧力センサ３１８には、加圧力センサ３１８が出力する電気信号を受け、加圧力の測定値を出力する加圧力測定装置３２０が接続されている。
【００１７】
加圧力制御装置３１６、加圧力測定装置３２０、溶接電源３１２には、抵抗溶接装置３００の動作を制御する制御装置３２２が接続されている。
【００１８】
上記抵抗溶接装置３００では、金属板３０８、３１０を挟み込む上部電極３０４と下部電極３０２との間に溶接電流が通電されて溶接が行われる。この間、制御装置３２２により、加圧力の測定値が所定の上限値以下であるか否か、所定範囲内にあるか否かの判断が繰り返し行われる。加圧力の測定値が所定の上限値を超え又は所定範囲外となった場合、制御装置３２２によりその時点で溶接工程が中断される。
【００１９】
上記のような抵抗溶接装置において、上部電極又は下部電極が高精度な角度測定が必要となる微少な角度で傾斜していることがある。このような電極の傾斜について上部電極の場合を例に説明する。図１３は、抵抗溶接における上部電極の傾斜を説明する概略図である。なお、図１３では、水平面内にＸ軸及びこれに直交するＹ軸をとり、上下方向に沿ってＺ軸をとり、これらＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向とした３次元座標系を定義する。
【００２０】
図１３（ａ）に示すように、上部電極３０４は、電極保持具への取り付けに際して傾斜して取り付けられることがある。例えば、図１３（ａ）では、上下方向に対して上部電極３０４が傾斜角度αでＹ軸回りに傾斜している状態を示している。
【００２１】
上記のように上部電極３０４が傾斜している場合、図１３（ｂ）に示すように上部電極３０４を下降させて金属板３０８、３１０を加圧すると、上部電極３０４が傾斜していな場合と比較して、上部電極３０４と金属板３１０との接触面積が小さくなる。この結果、溶接電流が局所的に集中することになり、溶融した金属板材料の爆飛が発生しやすい状態となる。
【００２２】
図１２に示すような抵抗溶接装置では、溶接時に加えられる加圧力だけしか測定していない。このため、電極が傾斜していたとしても、測定される加圧力が適正範囲内であれば、溶接が継続されることになる。このため、電極の傾斜により溶接電流が局所的に集中してもこれを回避することは困難であり、爆飛の発生を抑制することは困難であると考えられる。
【００２３】
一方、上述した特許文献２に記載された角度測定装置では、以下に述べるように、抵抗溶接に用いられる電極の傾斜角度を測定することは困難であると考えられる。
【００２４】
図１４は、特許文献２に記載された従来の角度測定装置を示す概略図である。図１４に示すように、角度測定装置４００は、光ビームを被測定物４０２に照射する光源４０４と、光源４０４と被測定物４０２との間の光路上に順次配置されたコリメータレンズ４０６及びテレセントリックレンズ４０８とを有している。さらに、角度測定装置４００は、コリメータレンズ４０６とテレセントリックレンズ４０８との間の光路上に配置されたハーフミラー４１０と、ハーフミラー４１０の反射側に配置された観察光学系４１２とを有している。観察光学系４１２は、レンズ４１２ａと撮像装置４１２ｂとを有している。
【００２５】
角度測定装置４００では、光源４０４から出射された光ビームがコリメータレンズ４０６及びテレセントリックレンズ４０８を順次通して被測定物４０２に照射される。被測定物４０２に照射された光ビームは被測定物４０２の照射面で反射され、その反射光ビームがテレセントリックレンズ４０８を通過してハーフミラー４１０で反射された後、観察光学系４１２で撮像される。このとき、強度が最も強い反射光ビームを受光することで、結像位置の座標と被測定物４０２の傾斜角度との間に成立する線形性により、被測定物４０２の傾斜角度が測定される。
【００２６】
図１５は、上記特許文献２に記載された従来の角度測定装置により電極の傾斜角度を測定する場合の困難さを説明する概略図である。
【００２７】
まず、丸棒型の上部電極３０４の傾斜を測定する場合、溶接対象物と接触する上部電極３０４の下端面の傾斜を測定しようとすると、角度測定装置４００の各部を上部電極３０４と下部電極３０２との間に配置する必要がある。例えば、図１５（ａ）に示すように、光源４０４、コリメートレンズ４０６、ハーフミラー４１０、テレセントリックレンズ４０８を上部電極３０４と下部電極３０２との間に配置する必要がある。しかしながら、抵抗溶接では、上部電極３０４と下部電極３０２との間に溶接対象物を挟み込んで溶接を行うため、このような角度測定装置４００の配置は不可能であると考えられる。
【００２８】
一方、図１５（ｂ）に示すように、角度測定装置４００を上部電極３０４の側方に配置して、上部電極３０４の側面の傾斜を測定することが考えられる。しかしながら、この場合、丸棒型の上部電極３０４では、その側面が曲面であるため、側面での反射光が容易に散乱し、高い角度分解能を実現することは困難である。また、上部電極３０４の材質、表面粗さにより反射強度が変わるため、反射強度により角度分解能が変動する角度測定装置４００では、高い精度で上部電極３０４の傾斜角度を測定することは困難であると考えられる。
【００２９】
本発明は、電極の傾斜角度を高い精度で測定して溶接不良の発生を抑制することを可能にするものである。以下、本発明の実施形態による抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法について図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態による抵抗溶接装置の全体構成を示す概略図である。図２及び図３は、本実施形態による抵抗溶接装置において水平に配置された寸法測定器を示す概略図である。図４及び図５は、本実施形態による抵抗溶接装置において傾斜して配置された寸法測定器を示す概略図である。図６は、本実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器の傾斜角度とその余弦値との関係を示すグラフである。図７は、本実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器の傾斜角度と上部電極の傾斜角度の角度測定精度との関係を示すグラフである。図８は、本実施形態による抵抗溶接方法を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、本実施形態による抵抗溶接装置の構成について図１乃至図７を用いて説明する。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態による抵抗溶接装置１０は、支持体１２と、下部電極保持体１４と、電極ホルダー１６と、下部電極１８と、上部電極保持体２０と、電極ホルダー２２と、上部電極と２４とを有している、また、抵抗溶接装置１０は、電極駆動部２６と、電極駆動制御部２８と、溶接電源３０とを有している。
【００３３】
支持体１２の下部には、下部電極保持体１４が取り付けられている。下部電極保持体１４には、電極ホルダー１６が取り付けられている。電極ホルダー１６には、棒状の下部電極１８がその軸方向を上下にして保持されている。
【００３４】
支持体１２の上部には、上部電極保持体２０が取り付けられている。上部電極保持体２０には、電極ホルダー２２が取り付けられている。電極ホルダー２２には、棒状の上部電極２４がその軸方向を上下にして保持されている。上部電極２４の下端面は、下部電極１８の上端面に対向するように配置されている。また、上部電極保持体２０には、上部電極保持体２０及び電極ホルダー２２とともに上部電極２４を上下に駆動する電極駆動部２６が設けられている。電極駆動部２６は、例えばエアシリンダにより構成されている。電極駆動部２６には、電極駆動部２６による上部電極２４の駆動を制御する電極駆動制御部２８が接続されている。
【００３５】
なお、下部電極１８及び上部電極２４の形状は、特に限定されるものではない。下部電極１８及び上部電極２４として、例えば横断面形状が円形状の丸棒型のものを用いることができる。また、下部電極１８及び上部電極２４として、例えば横断面形状が四角形状の角棒型のものを用いることができる。また、下部電極１８及び上部電極２４の材料も特に限定されるものではないが、例えば、タングステンや、アルミナ分散銅、クロム銅等の銅系合金を用いることができる。また、下部電極１８及び上部電極２４の径も特に限定されるものではなく、種々の径のものを用いることができる。例えば、下部電極１８及び上部電極２４として、直径が３〜８ｍｍ等であり、長さが５０ｍｍ等であるものを用いることができる。
【００３６】
溶接に際しては、下部電極１８と上部電極２４との間に、重ね合わされた溶接対象物が配置されて挟持される。挟持された溶接対象物は、電極駆動部２６により上部電極２４を下降させることにより加圧されるようになっている。なお、溶接対象物は、特定のものに限定されるものではなく、金属板、リード線等の種々の金属材を溶接対象物とすることができる。
【００３７】
また、下部電極１８と上部電極２４とには、溶接電源３０が接続されている。溶接電源３０は、溶接時において、下部電極１８と上部電極２４との間に溶接電流を流すため、これら電極１８、２４間に電圧を印加するものである。
【００３８】
また、抵抗溶接装置１０は、上部電極２４に向けて投光した平行光を遮る上部電極２４の影の長さを測定する寸法測定器３２を有している。寸法測定器３２は、平行光を投光する投光部３４と、投光部３４により投光されて上部電極２４に遮られずに通過した平行光を受光する受光部３６とを有している。さらに、抵抗溶接装置１０は、寸法測定器３２による測定結果に基づき、上部電極２４の傾斜角度を測定する角度測定部３８を有している。寸法測定器３２及び角度度測定部３８により傾斜測定部が構成されている。
【００３９】
投光部３４と受光部３６とは、支持体１２に取り付けられている。投光部３４は上部電極２４の一方の側方に配置され、受光部３６は上部電極２４の他方の側方に配置されており、投光部２４と受光部３６とは、上部電極２４を挟んで対向するように配置されている。
【００４０】
投光部３４は、上部電極２４の幅よりも広い幅を有するライン状の平行光を上部電極２４に向けて投光するようになっている。投光部３４により投光される平行光は、例えばレーザ光が整形されたものである。
【００４１】
受光部３６は、投光部３４により投光されて上部電極２４に遮られずに通過した平行光を受光するようになっている。受光部３６は、平行光の受光結果に基づき、平行光を遮る上部電極２４の影の長さに応じた出力信号を出力する。
【００４２】
受光部３６には、角度測定部３８が接続されている。角度測定部３８は、受光部３６の出力信号に基づき、上部電極２４の傾斜角度を測定するようになっている。
【００４３】
なお、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６は、後述するように、水平面に対して傾斜可能に支持体１２に取り付けられている。これにより、寸法測定器３２では、投光部３４により投光されて受光部３６により受光される平行光を水平面に対して傾斜させることが可能になっている。
【００４４】
なお、寸法測定器３２では、投光部３４及び受光部３６を水平面に沿った状態にすることもできる。これにより、水平面に沿った平行光が投光部３４により投光されて受光部３６により受光されるようにすることもできる。
【００４５】
また、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６は、上部電極２４のサイズ、上部電極２４の側方のスペース等に応じて所定のサイズのものを用いることができる。例えば、投光部３４として、幅７１．５ｍｍ、高さ３８ｍｍ、奥行き１０９ｍｍであるものを用い、受光部３６として、幅７１．５ｍｍ、高さ３８ｍｍ、奥行き１２６．５ｍｍであるものを用いることができる。また、この場合、投光部３４と受光部３６との間隔は、例えば１６０ｍｍに設定することができる。
【００４６】
さらに、抵抗溶接装置１０は、抵抗溶接装置１０の動作全体を制御する制御部４０を有している。制御部４０には、電極駆動制御部２８、溶接電源３０、及び角度測定部３８が制御可能に接続されている。
【００４７】
制御部４０は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（図示せず）を有している。また、制御部４０は、ＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム、ＣＰＵが参照するデータベース等を格納するＲＯＭ（図示せず）を有している。また、制御部４０は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（図示せず）を有している。
【００４８】
制御部４０は、溶接電源３０による溶接電流の通電を制御することができる。また、制御部４０は、電極駆動制御部２８を制御して、電極駆動部２６による上部電極２４の駆動を制御することができる。また、制御部４０は、角度測定部３８による上部電極２４の傾斜角度の測定結果を受けて、この測定結果に基づき、溶接電流の通電及び上部電極２４の駆動を制御することができる。
【００４９】
上部電極２４は、その軸方向を上下にして電極ホルダー２２に保持されるべきものである。しかしながら、上部電極２４は、傾斜して電極ホルダー２２に保持されてしまうことがある。本実施形態による抵抗溶接装置１０は、寸法測定器３２による測定結果に基づき、角度測定部３８において、電極ホルダー２２に保持された上部電極２４の傾斜角度を測定するものである。
【００５０】
以下、本実施形態による抵抗溶接装置１０における上部電極２４の傾斜角度の測定について、さらに図２乃至図７を用いて詳述する。なお、図１において、抵抗溶接装置１０の正面から水平にみた奥行方向に沿ってＸ軸をとり、寸法測定器３２の投光部３４と受光部３６とが対向して配置された横方向に沿ってＹ軸をとり、上下方向に沿ってＺ軸をとる。図１においてこれらＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向とした３次元座標系を定義し、図２乃至図５においても同様の３次元座標系を用いて以下の説明を行う。
【００５１】
図２及び図３は、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６がＸ方向に沿って水平に配置され、水平面に沿った平行光４２が投光部３４から受光部３６に投光される場合を示している。また、図２は、上部電極２４が傾斜しておらずその軸方向がＺ方向に沿っている場合を示している。また、図３は、上部電極２４がＺ方向に対して傾斜角度αでＹ軸回りに傾斜している場合を示している。
【００５２】
寸法測定器３２の受光部３６は、投光部３４から投光された平行光４２を遮る上部電極２４の影の長さＬを測定する。図２に示すように、上部電極２４が傾斜していない場合、影の長さＬは、上部電極２４の直径ｄに等しくなる。
【００５３】
一方、図３に示すように、上部電極２４が傾斜すると、影の長さＬは、上部電極２４が傾斜していない場合と比較して長くなる。影の長さＬと上部電極２４の傾斜角度αとの関係は、次式で表すことができる。影の長さＬは、上部電極２４の傾斜角度αに応じて変化する寸法量である。
Ｌ＝ｄ／ｃｏｓα
【００５４】
したがって、上部電極２４の傾斜角度αは、受光部３６により測定される影の長さＬ、及び既知の量である上部電極２４の直径ｄから次式に従って求めることができる。
α＝ａｒｃｃｏｓ（ｄ／Ｌ）
【００５５】
また、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６は、Ｘ方向に対して所定の傾斜角度でＹ軸回りに傾斜させてもよい。投光部３４及び受光部３６を傾斜させることにより、上部電極２４の傾斜角度αをより高精度に測定することができる。以下、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６を傾斜させた場合について説明する。
【００５６】
図４及び図５は、寸法測定器３２の投光部３４及び受光部３６がＸ方向に対して傾斜角度γでＹ軸回りに傾斜して配置され、傾斜角度γで傾斜した平行光４４が投光部３４から受光部３６に投光される場合を示している。また、図４は、上部電極２４が傾斜しておらずその軸方向がＺ方向に沿っている場合を示している。また、図５は、上部電極２４がＺ方向に対して傾斜角度αでＹ軸回りに傾斜している場合を示している。
【００５７】
傾斜角度γで傾斜した投光部３４は、傾斜していない上部電極２４の軸方向、すなわちＺ方向に直交する面からＹ軸回りに傾斜角度γで傾斜した平行光４４を上部電極２４に向けて投光する。
【００５８】
傾斜角度γで傾斜した受光部３６は、傾斜角度γで傾斜した投光部３４から投光された平行光４４を遮る上部電極２４の影の長さＬ（γ）を測定する。図４に示すように、上部電極２４が傾斜していない場合、影の長さＬ（γ）は、ｄ／ｃｏｓγとなる。
【００５９】
一方、図５に示すように、上部電極２４が傾斜した場合、影の長さＬ（γ）と上部電極２４の傾斜角度α並びに投光部３４及び受光部３６の傾斜角度γとの関係は、次式で表すことができる。影の長さＬ（γ）は、上部電極２４の傾斜角度αに応じて変化する寸法量である。
Ｌ（γ）＝ｄ／ｃｏｓ（α＋γ）
【００６０】
したがって、上部電極２４の傾斜角度αは、受光部３６により測定される影の長さＬ（γ）、既知の量である上部電極２４の直径ｄ、及び予め設定した投光部３４及び受光部３６の傾斜角度γから次式に従って求めることができる。
α＝ａｒｃｃｏｓ（ｄ／Ｌ（γ））−γ
【００６１】
ここで、上記のようにして求められる上部電極２４の傾斜角度αの角度測定精度Ｐ１は、次式に従って計算される。ただし、ωは、寸法測定器３２による寸法の測定精度である。
Ｐ１＝ａｒｃｃｏｓ（ｄ／（ｄ×ｃｏｓγ＋ω））−γ
【００６２】
ここで、図６に、寸法測定器３２の傾斜角度γ、すなわち投光部３４及び受光部３６の傾斜角度γの余弦値を計算した余弦曲線を示す。余弦曲線において、γ＝０°の余弦値とγ＝０．１°の余弦値の差、及びγ＝６０°の余弦値とγ＝６０．１°の余弦値の差を計算すると、それぞれ以下のようになる。
ｃｏｓ０°−ｃｏｓ０．１°≒１．５×１０−６
ｃｏｓ６０°−ｃｏｓ６０．１°≒０．００１５
【００６３】
したがって、両余弦値の差の比は、０．００１５／１．５×１０−６＝１０００倍となる。このため、寸法測定器３２を傾斜させない傾斜角度γ＝０°の場合よりも、寸法測定器３２を６０°傾斜させたγ＝６０°の場合の方が、非常に高い角度測定精度で上部電極２４の傾斜角度を測定することができる。したがって、要求される測定精度等に応じて、寸法測定器３２を所定の傾斜角度γで傾斜させて所望の角度測定精度を実現することができる。高精度の角度測定精度を実現するためには、寸法測定器３２の傾斜角度γは、例えば３５°〜８５°の範囲内に設定することができ、具体的には例えば６５°に設定することができる。
【００６４】
なお、上部電極２４の傾斜角度αの測定範囲Ｒに対して、寸法測定器３２により測定すべき影の長さＬ（γ）の測定領域（測定範囲）Ｗは、次式で表される。
Ｗ＝ｄ／ｃｏｓ（γ＋Ｒ）
【００６５】
したがって、寸法測定器３２の測定可能範囲に影の長さＬ（γ）の測定領域Ｗが収まるように、寸法測定器３２の傾斜角度γを設定する必要がある。
【００６６】
ここで、上部電極２４について、寸法測定器３２の傾斜角度γと上部電極２４の傾斜角度の角度測定精度との関係を求めた結果の一例を図７に示す。図７は、直径φが８ｍｍである上部電極２４について、上記角度測定精度Ｐ１の式に従い、異なる傾斜角度γに対して角度測定精度を求めたものである。なお、図７には、上記の式に従い求めた測定領域Ｗをあわせて示している。
【００６７】
図７において、角度測定精度について所定の角度を下回り目標値を満足する傾斜角度γの範囲を両矢印で示している。上部電極２４の直径φが異なると、角度測定精度の目標値を満足する傾斜角度γの範囲も変化することが分かっている。具体的には、上部電極２４の直径φが小さくなるに従い、角度測定精度の目標値を満足する傾斜角度γの範囲は、傾斜が大きくなる側にシフトすることが分かっている。したがって、上部電極２４の直径φに応じて、寸法測定器３２の傾斜角度３２の傾斜角度γを適宜設定することにより、所望の角度測定精度を得ることができる。
【００６８】
こうして、本実施形態による抵抗溶接装置１０では、投光部３４と受光部３６とを有する寸法測定器３２の測定結果に基づき、角度測定部３８において、上部電極２４の傾斜角度αが測定される。寸法測定器３２は、上部電極２４を挟んで対向するように投光部３４と受光部３６とを上部電極２４の側方に配置すればよいため、抵抗溶接装置１０内に容易に設置することが可能である。また、寸法測定器３２は、反射光を利用せずに、影の長さＬ又はＬ（γ）を測定する。このため、上部電極２４が丸棒型のものであってその側面が曲面であっても、精度を損なうことなく、上部電極２４の傾斜角度αを測定することができる。また、上部電極２４の材質、側面の表面粗さ等により傾斜角度の測定精度が損なわれることもない。
【００６９】
なお、上部電極２４は、上記のようにＹ軸回りに傾斜角度αで傾斜するのみならず、Ｙ軸回りの傾斜角度成分α及びＸ軸回りの傾斜角度成分βを持って傾斜することがある。しかしながら、そのような場合であっても、爆飛等の溶接不良の発生の主たる原因となる特定の軸回りの傾斜角度成分を測定することにより、溶接不良の発生を抑制することができる。
【００７０】
角度測定部３８では、上述した寸法測定器３２の測定結果と上部電極２４の傾斜角度αとの関係に従い、寸法測定器３２の測定結果に基づき、上部電極２４の傾斜角度αが測定される。
【００７１】
制御部４０は、角度測定部３８で測定された上部電極２４の傾斜角度αに基づき、抵抗溶接装置１０の動作を制御することができる。例えば、制御部１０は、傾斜角度αが、予め設定された適正範囲内であれば溶接を継続し、適正範囲を超えた場合に、爆飛等の溶接不良が発生するおそれがあるものとして、溶接を中止する制御を行うことができる。なお、傾斜角度αについて、Ｙ軸回りで時計回りの傾斜をプラス値、Ｙ軸回りで反時計回りの傾斜をマイナス値で表すとすると、例えば、傾斜角度αの適正範囲は、−αｔ超、＋αｔ未満と表すことができる。ここで、αｔは、角度の絶対値であり、傾斜角度αが−αｔ以下になり、また、＋αｔを以上になると、爆飛等の溶接不良が発生するおそれのあるものとして予め試験、シミュレーション等により求められたものである。
【００７２】
なお、制御部４０は、溶接を中止する制御に代えて、溶接電流の大きさ、加圧力の大きさ等の溶接条件を変更し、できるだけ溶接不良の発生が抑制された溶接条件で溶接を継続する制御を行うこともできる。
【００７３】
次に、本実施形態による抵抗溶接方法について図８を用いて説明する。
【００７４】
まず、下部電極１８と上部電極２４との間に、溶接対象物として、例えば２枚の金属板を重ねて配置する（ステップＳ１０）。
【００７５】
次いで、電極駆動部２６により上部電極２４を下降させて、上下方向において所定の加圧力で金属板を加圧する（ステップＳ１１）。こうして、下部電極１８と上部電極２４との間に金属板を挟み込む。
【００７６】
次いで、上述のように、寸法測定器３２において、投光部３４により上部電極２４に向けて平行光が投光される。受光部３６は、投光部３４により投光された平行光を遮る上部電極２４の影の長さＬ又はＬ（γ）を測定する。受光部３６は、測定された影の長さＬ又はＬ（γ）に応じた出力信号を角度測定部３８に出力する。角度測定部３８は、受光部３６からの出力信号に基づき、上述のように上部電極２４の傾斜角度αを測定する（ステップＳ１２）。また、角度測定部３８は、測定された傾斜角度αに応じた出力信号を制御部４０に出力する。
【００７７】
制御部４０は、角度測定部３８からの出力信号に基づき、上部電極２４の傾斜角度αが所定の適正範囲内か否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、傾斜角度αが−０．０５°超、＋０．０５°未満の範囲内か否かを判定する。この傾斜角度αの適正範囲は、爆飛等の溶接不良を発生することなく溶接を行うことができる範囲として予め試験等により求められ、データベースとして制御部４０のＲＯＭに格納されている。また、傾斜角度αの適正範囲は、径、材質等が異なる各種の上部電極２４ごとに求められている。
【００７８】
制御部４０は、上部電極２４の傾斜角度αが適正範囲内でないと判定すると（ステップＳ１３のＮＯ）、爆飛等の溶接不良が発生するおそれが高いため、溶接の中止処理を行う。溶接の中止処理に際して、制御部４０は、電極駆動制御部２８を制御して上部電極２４を上昇させて上部電極２４による加圧を終了する。
【００７９】
なお、溶接を中止する制御に代えて、溶接電流の大きさ、加圧力の大きさ等の溶接条件を変更し、できるだけ爆飛等の溶接不良の発生が抑制された溶接条件で溶接を継続する制御を行ってもよい。
【００８０】
一方、制御部４０は、上部電極２４の傾斜角度αが適正範囲内であると判定すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、溶接処理を続行し、制御部４０により溶接電源３０を制御して、溶接電源３０により上部電極２４と下部電極１８との間に電圧を印加する。こうして、上部電極２４と下部電極１８との間に溶接電流を流し、溶接電流の通電を開始する（ステップＳ１５）。
【００８１】
上部電極２４と下部電極１８との間に溶接電流の通電が開始されて溶接電流が流れると、接触抵抗によりジュール熱が発生する。発生したジュール熱により、上部電極２４と下部電極１８との間に挟まれた２枚の金属板の接触部にナゲットが形成され、この接触部で接合される。溶接電流が通電される間、電極駆動制御部２８により、電極駆動部２６による上下方向の加圧力が一定に制御される。
【００８２】
溶接を継続する間、制御部４０は、溶接が完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。溶接が完了したか否かは、設定された溶接時間が経過したか否か、上部電極２４の下方への変位量が設定値を超えたか否か等により判定することができる。制御部４０は、溶接が完了していないと判定すると（ステップＳ１６のＮＯ）、溶接を継続する。
【００８３】
一方、制御部４０は、溶接が完了したと判定すると（ステップＳ１６のＹＥＳ）、溶接電源３０による電圧の印加を停止して溶接電流の通電を終了する（ステップＳ１７）。こうして、溶接対象物である金属板の溶接を完了する。
【００８４】
このように、本実施形態によれば、寸法測定器３２により測定される影の長さＬ又はＬ（γ）に基づき、上部電極２４の傾斜角度αを測定する。したがって、本実施形態によれば、上部電極２４の傾斜角度αを高い精度で測定することができ、上部電極２４の傾斜による爆飛等の溶接不良の発生を抑制することができる。
【００８５】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法について図９乃至図１１を用いて説明する。なお、上記第１実施形態による抵抗溶接装置及び抵抗溶接方法と同様の構成要素については説明を省略し又は簡潔にする。図９は、本実施形態による抵抗溶接装置の全体構成を示す概略図である。図１０は、本実施形態による抵抗溶接装置における寸法測定器を示す概略図である。図１１は、本実施形態による抵抗溶接装置において寸法測定器より測定される長さを説明する概略図である。なお、図９乃至図１１についても、図１乃至図５における３次元座標系と同様の３次元座標系を用いて以下の説明を行う。
【００８６】
図９に示すように、本実施形態による抵抗溶接装置１００の基本的構成は、上記第１実施形態による抵抗溶接装置１０の基本的構成とほぼ同様である。本実施形態による抵抗溶接装置１００は、１台の寸法測定器３２に代えて、２台の寸法測定器３２ａ、３２ｂを有する点で、第１実施形態による抵抗溶接装置１０とは異なっている。
【００８７】
寸法測定器３２ａ、３２ｂは、ともに上記第１実施形態における寸法測定器３２と同様の構成を有している。寸法測定器３２ａは、投光部３４と同様の投光部３４ａと、受光部３６と同様の受光部３６ｂとを有している。また、寸法測定器３２ｂは、投光部３４と同様の投光部３４ｂと、受光部３６と同様の受光部３６ｂとを有している。
【００８８】
寸法測定器３２ａの投光部３４ａと受光部３６ａとは、上部電極２４を挟んで対向するように水平に配置されている。また、寸法測定器３２ｂの投光部３４ｂと受光部３６ｂとは、寸法測定器３２ａの下方に所定の間隔を空けて、上部電極２４を挟んで対向するように水平に配置されている。投光部３４ａと投光部３４ｂとは、上下に所定の間隔を空けて互いに揃った位置に配置されている。また、受光部３６ａと受光部３６ｂとは、上下に所定の間隔を空けて互いに揃った位置に配置されている。
【００８９】
図１０に示すように、投光部３４ａは、上部電極２４の幅よりも広い幅を有するライン状の平行光４６を上部電極２４に向けて水平に投光する。受光部３６ａは、投光部３４ａにより投光されて上部電極２４により一部が遮られた平行光４６を受光する。受光部３６ａは、平行光４６の受光結果に基づき、平行光４６の一端から上部電極２４の側面までのＸ方向における距離ＬＸ１に応じた出力信号を出力する。距離ＬＸ１は、上部電極２４の傾斜角度αに応じて変化する寸法量である。
【００９０】
投光部３４ｂは、上部電極２４の幅よりも広い幅を有するライン状の平行光４８を上部電極２４に向けて水平に投光する。受光部３６ｂは、投光部３４ｂにより投光されて上部電極２４により一部が遮られた平行光４８を受光する。受光部３６ｂは、平行光４８の受光結果に基づき、平行光４８の一端から上部電極２４の側面までのＸ方向における距離ＬＸ２に応じた出力信号を出力する。距離ＬＸ２は、上部電極２４の傾斜角度αに応じて変化する寸法量である。
【００９１】
受光部３６ａ、３６ｂには、それぞれ角度測定部３８が接続されている。角度測定部３８は、受光部３６ａ、３６ｂの出力信号に基づき、上部電極２４の傾斜角度を測定する。以下、本実施形態による抵抗溶接装置１００における上部電極２４の傾斜角度の測定について、さらに図１１を用いて詳述する。
【００９２】
図１１は、寸法測定器３２ａ、３２ｂの投光部３４ａ、３４ｂ側から上部電極２４をみた状態を示している。図示するように、上部電極２４は、Ｚ方向に対してＹ軸回りに傾斜角度αで傾斜しているとする。また、Ｚ方向における寸法測定器３２ａと寸法測定器３２ｂとの距離、すなわち、Ｚ方向における平行光４６の中心と平行光４８の中心との距離をＬＺとする。すると、上部電極２４の傾斜角度αは、上記距離ＬＸ１、ＬＸ２、ＬＺを用いて次式で表される。
α＝ａｒｃｔａｎ（（ＬＸ２−ＬＸ１）／ＬＺ）
【００９３】
角度測定部３８では、上述した寸法測定器３２ａ、３２ｂの測定結果と上部電極２４の傾斜角度αとの関係に従い、寸法測定器３２ａ、３２ｂの測定結果に基づき、上部電極２４の傾斜角度αが測定される。
【００９４】
なお、上記のようにして求められる上部電極２４の傾斜角度αの角度測定精度Ｐ２は、次式に従って計算される。ただし、ωは、寸法測定器３２ａ、３２ｂによる寸法の測定精度である。
Ｐ２＝ａｒｃｔａｎ（ω／ＬＺ）
【００９５】
角度測定精度Ｐ２は、ωが小さいほど、また、ＬＺが大きいほど良好なものとなる。
【００９６】
制御部４０は、上記第１実施形態による抵抗溶接装置１０の場合と同様に、上部電極２４の傾斜角度αの測定結果に基づき、傾斜角度αが適正範囲内でない場合に溶接を中止する等の制御を行う。
【００９７】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
【００９８】
例えば、上記実施形態では、上部電極２４の傾斜角度を測定する場合について説明したが、下部電極１８も傾斜して電極ホルダー１６に保持されることがある。そこで、下部電極１８の傾斜角度についても、上部電極２４の傾斜角度と同様に測定することができる。上部電極２４の傾斜角度のみならず、下部電極１８の傾斜角度が適正範囲内でない場合にも溶接を中止する等の制御を行うことにより、爆飛等の溶接不良の発生をさらに確実に抑制することができる。なお、上部電極２４及び下部電極１８の両方の傾斜角度を測定してもよいし、いずれか一方の傾斜角度を測定してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、寸法測定器３２又は寸法測定器３２ａ、３２ｂの測定結果に基づき角度測定装置３８で上部電極２４の傾斜角度を測定する場合について説明したが、上部電極２４の傾斜角度を測定する測定手段はこれに限定されるものではない。上記寸法測定器に代えて、上部電極２４の傾斜角度を測定することができる種々の測定手段を用いることができる。
【０１００】
例えば、カメラ等の撮像装置により撮像される上部電極２４の画像に基づき、上記寸法測定器３２又は寸法測定器３２ａ、３２ｂで測定した寸法量に相当する寸法量を測定し、その測定結果に基づき、上記と同様に上部電極２４の傾斜角度を測定してもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、上部電極２４の傾斜角度が適正範囲内でない場合に溶接を中止する制御を行う場合について説明したが、その後、上部電極２４の傾斜角度を適正範囲内に自動的に調整するようにしてもよい。この場合、例えば、上部電極２４を保持する電極ホルダー２２等に、上部電極２４の傾斜角度を調整する調整機構を設け、その調整機構を制御部４０により制御して、上部電極２４の傾斜角度を適正範囲内に自動的に調整することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０・・・抵抗溶接装置
１２・・・支持体
１４・・・下部電極保持体
１６・・・電極ホルダー
１８・・・下部電極
２０・・・上部電極保持体
２２・・・電極ホルダー
２４・・・上部電極
２６・・・電極駆動部
２８・・・電極駆動制御部
３０・・・溶接電源
３２、３２ａ、３２ｂ・・・寸法測定器
３４、３４ａ、３４ｂ・・・投光部
３６、３６ａ、３６ｂ・・・受光部
３８・・・角度測定部
４０・・・制御部
【図６】
2016002556.tif 000003
【図８】
2016002556.tif 000004
【図１４】
2016002556.tif 000005
【図１】
2016002556.tif 000006
【図２】
2016002556.tif 000007
【図３】
2016002556.tif 000008
【図４】
2016002556.tif 000009
【図５】
2016002556.tif 000010
【図７】
2016002556.tif 000011
【図９】
2016002556.tif 000012
【図１０】
2016002556.tif 000013
【図１１】
2016002556.tif 000014
【図１２】
2016002556.tif 000015
【図１３】
2016002556.tif 000016
【図１５】
2016002556.tif 000017