(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板材を重ね合わせた溶接ワークを抵抗溶接する際に発生するスパッタを検出するスパッタ検出方法であって、
前記溶接ワークに電極を配置し、当該電極で前記溶接ワークを加圧しつつ前記電極に通電することで、前記複数の板材同士を抵抗溶接し、
前記電極に通電中、前記電極の先端と前記溶接ワークとの接触状態を監視し、当該電極の先端と前記溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断するスパッタ検出方法において、
前記電極に通電中、前記電極に内蔵された発振器から前記溶接ワークに対して横波を出力するとともに、当該電極に内蔵されたセンサで前記横波の反射波を検出し、
前記横波の往復時間を測定し、当該往復時間が低下して第１の基準値を超えた場合には、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することを特徴とするスパッタ検出方法。
【請求項２】
複数の板材を重ね合わせた溶接ワークを抵抗溶接する際に発生するスパッタを検出するスパッタ検出方法であって、
前記溶接ワークに電極を配置し、当該電極で前記溶接ワークを加圧しつつ前記電極に通電することで、前記複数の板材同士を抵抗溶接し、
前記電極に通電中、前記電極の先端と前記溶接ワークとの接触状態を監視し、当該電極の先端と前記溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断するスパッタ検出方法において、
前記電極に通電中、前記電極に内蔵された発振器から前記溶接ワークに対して縦波を出力するとともに、当該電極に内蔵されたセンサで前記縦波の反射波を検出し、
前記反射波の強度が上昇して第２の基準値を超えた場合には、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することを特徴とするスパッタ検出方法。
【請求項３】
複数の板材を重ね合わせた溶接ワークを抵抗溶接する際に発生するスパッタを検出するスパッタ検出方法であって、
前記溶接ワークに電極を配置し、当該電極で前記溶接ワークを加圧しつつ前記電極に通電することで、前記複数の板材同士を抵抗溶接し、
前記電極に通電中、前記電極の先端と前記溶接ワークとの接触状態を監視し、当該電極の先端と前記溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断するスパッタ検出方法において、
前記電極は、前記溶接ワークを挟んで一対設けられ、
前記一対の電極間に通電中、前記一対の電極のうちの一方に内蔵された発振器から前記溶接ワークに対して縦波を出力するとともに、前記一対の電極のうちの他方の電極に内蔵されたセンサで前記縦波の透過波を検出し、
前記透過波の強度が低下して第３の基準値を超えた場合には、前記一対の電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することを特徴とするスパッタ検出方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のスパッタ検出方法において、
前記基準値を超えた状態が第１の所定時間以上連続した場合、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することを特徴とするスパッタ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ検出方法に関する。詳しくは、複数の板材を重ね合わせた溶接ワークを抵抗溶接する際に発生するスパッタを検出するスパッタ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の製造工程では、複数の板材を重ねて抵抗溶接することが行われている。例えば、自動車のボディを製造する際には、剛性が高く厚い２枚のインナパネルと、このインナパネルよりも剛性が低く薄いアウタパネルと、を重ねて抵抗溶接する。
この抵抗溶接では、複数枚の金属の板材を重ね合わせた溶接ワークを一対の電極間に挟んで加圧することにより局部的に接触面積を小さくする。そして、一対の電極間に電流を流すことで、この狭い接触面に大電流を流して、板材間の接触面に溶融部を生じさせる。
【０００３】
ところで、抵抗溶接による発熱が過大になると、溶融部の一部が飛散するスパッタが発生し、溶融部やその周囲に溶接不良が生じるおそれがある。
そこで、このスパッタの発生による溶接不良を検出するため、例えば、溶接ワークの抵抗値を測定し、抵抗値が急激に低下した場合には、スパッタが発生したと判定する手法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】実公平６−４４５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スパッタが発生すると、溶接ワークの板厚が瞬間的に減少して、電極と溶接ワークとの間に隙間が生じるため、スパッタが発生してから抵抗値が変化するまで遅れが発生する。よって、上述の提案手法では、スパッタが発生してからスパッタを検出するまでに時間がかかる、という問題があった。
【０００５】
本発明は、スパッタを早期に検出できるスパッタ検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスパッタ検出方法は、複数の板材（例えば、後述の板材２１、２２）を重ね合わせた溶接ワーク（例えば、後述の溶接ワーク２）を抵抗溶接する際に発生するスパッタを検出するスパッタ検出方法であって、前記溶接ワークに電極（例えば後述の溶接電極３１、３１Ａ、３１Ｂ、３２、３２Ａ、３２Ｂ）を配置し、当該電極で前記溶接ワークを加圧しつつ前記電極に通電することで、前記複数の板材同士を抵抗溶接し、前記電極に通電中、前記電極の先端と前記溶接ワークとの接触状態を監視し、当該電極の先端と前記溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断することを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、スパッタが発生すると、溶接ワークの板厚が瞬間的に減少して、電極と溶接ワークとの間に隙間が生じることを見出した。
そこで、この発明によれば、電極の先端と溶接ワークとの接触状態を監視し、この電極と溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断した。よって、隙間を検出するだけでよいから、簡易な方法で精度よくかつ早期にスパッタを検出できる。
【０００８】
この場合、前記電極に通電中、前記電極に内蔵された発振器（例えば、後述の超音波発振器３１１）から前記溶接ワークに対して横波を出力するとともに、当該電極に内蔵されたセンサ（例えば、後述のセンサ３１２）で前記横波の反射波を検出し、前記横波の往復時間を測定し、当該往復時間が低下して第１の基準値を超えた場合には、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することが好ましい。
【０００９】
この場合、前記電極に通電中、前記電極に内蔵された発振器（例えば、後述の超音波発振器３１１Ａ）から前記溶接ワークに対して縦波を出力するとともに、当該電極に内蔵されたセンサ（例えば、後述のセンサ３１２Ａ）で前記縦波の反射波を検出し、前記反射波の強度が上昇して第２の基準値を超えた場合には、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することが好ましい。
【００１０】
この場合、前記電極は、前記溶接ワークを挟んで一対設けられ、前記一対の電極間に通電中、前記一対の電極のうちの一方に内蔵された発振器（例えば、後述の超音波発振器３１１Ｂ）から前記溶接ワークに対して縦波を出力するとともに、前記一対の電極のうちの他方の電極に内蔵されたセンサ（例えば、後述のセンサ３１２Ｂ）で前記縦波の透過波を検出し、前記透過波の強度が低下して第３の基準値を超えた場合には、前記一対の電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、発振器から溶接ワークに向かって縦波や横波を出力し、これら出力した波の透過波や反射波をセンサで検出する。そして、検出した透過波や反射波の強度または反射波の往復時間が変化して基準値を超えた場合には、隙間が生じたと判定する。よって、隙間を容易に検出できる。
【００１２】
この場合、前記基準値を超えた状態が第１の所定時間以上連続した場合、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することが好ましい。
【００１３】
この場合、前記基準値を超えた状態が第１の所定時間以上第２の所定時間以下の範囲で連続した場合、前記電極の先端と前記溶接ワークとの間に隙間が生じたと判定することが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、基準値を超えた状態が連続する時間に基づいて隙間の発生を判定したので、ノイズやその他の原因による誤判定を防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電極の先端と溶接ワークとの接触状態を監視し、この電極と溶接ワークとの間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断した。よって、隙間を検出するだけでよいから、簡易な方法で精度よくかつ早期にスパッタを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システム１の構成を示す図である。
【００１７】
抵抗溶接システム１は、金属製の２枚の板材２１および板材２２が重ね合わされた溶接ワーク２を抵抗溶接するものである。
抵抗溶接システム１は、溶接ワーク２を挟んで配置された一対の溶接電極３１、３２と、これら溶接電極３１、３２を互いに接近、離隔させる駆動機構３３と、駆動機構３３を制御する制御装置３４と、溶接電極３１、３２に電流を供給する溶接電源３５と、を備える。
【００１８】
溶接電極３１には、横波を出力する超音波発振器３１１と、この横波の反射波を検出するセンサ３１２と、が内蔵されている。これら超音波発振器３１１およびセンサ３１２は、制御装置３４に接続されている。
【００１９】
以上の抵抗溶接システム１の動作を説明する。
まず、制御装置３４により駆動機構３３を駆動して、溶接電極３１、３２で溶接ワーク２を加圧して、この溶接ワーク２を挟持する。
【００２０】
この状態で、溶接電源３５により、溶接電極３１、３２間に通電する。すると、板材２１、２２間の接触抵抗により、板材２１、２２間で発熱し、この板材２１、２２間には、溶融部２３が生じる。その後、溶融部２３は次第に成長し、これにより、板材２１と板材２２とが溶接される。
【００２１】
ここで、溶接電極３１、３２間に通電中、制御装置３４により、超音波発振器３１１から溶接ワーク２に対して横波を出力するとともに、センサ３１２でこの横波の反射波を検出することで、横波の往復時間を測定する。横波は、固体を透過し空間で反射する性質があるため、溶接電極３１の先端と溶接ワーク２とが接触した状態では、溶接ワーク２の溶融部２４で反射する。このようにして、溶接電極３１、３２の先端と溶接ワーク２との接触状態を監視する。
【００２２】
そして、図２に示すように、溶接電極３１、３２の先端と溶接ワーク２との間に隙間が発生すると、横波が溶接電極３１の先端面で反射するので、往復時間が急激に短くなる。そこで、この往復時間が急激に低下して基準値を超えた状態が所定時間の範囲で連続した場合には、一対の溶接電極３１、３２の先端と溶接ワーク２との間に隙間が生じたと判定し、これにより、スパッタが発生したと判断する。
【００２３】
次に、スパッタを検出する手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ＳＴ１では、初期設定を行う。すなわち、往復時間の異常値の検出フラグｓ、反射波の検出番号ｉ、および、往復時間の異常値の検出回数ｋをゼロに設定する。なお、図３のフローチャートにおいて、往復時間の異常値が測定されると、検出フラグｓがゼロから１となり、通常モードから、異常値がスパッタであるか否かを確認するスパッタ確認モードに移行するものとする。
ＳＴ２では、ナゲット（溶融部）が発生しているか否かを判定する。この判定がＮｏの場合には、再びＳＴ２に戻り、Ｙｅｓの場合には、ＳＴ３に移る。
【００２４】
ＳＴ３では、反射波の検出番号ｉをインクリメントし、ＳＴ４では、この検出した反射波の往復時間ｔｉを測定する。
ＳＴ５では、異常値の検出フラグＳが１であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓの場合は、スパッタ確認モードであるので、ＳＴ８に移り、Ｎｏの場合には、通常モードであるので、ＳＴ６に移る。
【００２５】
ＳＴ６では、往復時間ｔｉが前回計測した往復時間ｔｉ−１±所定値αの範囲内にあるか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合、往復時間ｔｉは異常値ではないため、ＳＴ３に戻る。一方、この判定がＮｏの場合、往復時間ｔｉは異常値であるため、ＳＴ７に移る。
ＳＴ７では、異常値の検出フラグＳを１、異常値の検出回数ｋをインクリメントし、往復時間の異常値の基準値ｔＳをｔｉとして、スパッタ確認モードに移行し、ＳＴ３に戻る。
【００２６】
ＳＴ８では、往復時間ｔｉが基準値ｔＳ±所定値βの範囲内にあるか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合、往復時間ｔｉは基準値ｔＳを中心とした所定範囲内に収まるため、ＳＴ９に移る。この判定がＮｏの場合、往復時間ｔｉは基準値ｔＳを中心とした所定範囲から外れるため、ＳＴ１０に移り、スパッタが発生したか否かを判定する。
【００２７】
ＳＴ９では、異常値の検出回数ｋをインクリメントして、ＳＴ３に戻る。
ＳＴ１０では、この異常値の検出回数ｋが所定値γ以上所定値δ以下であるか否かを判定する。この判定がＮｏの場合、異常値の検出回数ｋが所定回数の範囲に収まらないので、ノイズと判定され、ＳＴ１２に移る。一方、この判定がＹｅｓの場合、ＳＴ１１に移る。
【００２８】
ＳＴ１１では、スパッタが発生したと判断し、ＳＴ１２では、異常値の検出フラグＳおよび異常値の検出回数ｋをリセットして、ＳＴ３に戻る。
【００２９】
図４は、抵抗溶接システムのタイミングチャートである。
時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、スパッタが発生していないので、往復時間はｒ１で一定である。
時刻ｔ１において、スパッタが発生する。すると、溶接電極と溶接ワークとの間に隙間が発生するので、往復時間が急激に低下し、ｒ２となる。
時刻ｔ２では、抵抗溶接システムにより、スパッタの発生が検出される。
時刻ｔ３では、溶接電極と溶接ワークと再び密着して、往復時間は再びｒ１となる。
【００３０】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）溶接電極３１、３２の先端と溶接ワーク２との接触状態を監視し、これら電極３１、３２と溶接ワーク２との間の隙間を検出した場合には、スパッタが発生したと判断した。よって、隙間を検出するだけでよいから、簡易な方法で精度よくかつ早期にスパッタを検出できる。
【００３１】
（２）超音波発振器３１１から溶接ワーク２に向かって横波を出力し、この出力した横波の反射波をセンサ３１２で検出する。そして、検出した反射波の往復時間が急激に変化して基準値を超えた場合には、隙間が生じたと判定する。よって、隙間を容易に検出できる。
【００３２】
（３）基準値を超えた状態が所定時間の範囲で連続した場合にのみ、電極３１、３２の先端と溶接ワーク２との間に隙間が生じたと判定したので、ノイズやその他の原因による誤判定を防止できる。
【００３３】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システム１Ａの構成を示す図である。
本実施形態では、溶接電極３１Ａ、３２Ａおよび制御装置３４Ａの構成が、第１実施形態と異なる。
すなわち、溶接電極３１Ａには、縦波を出力する超音波発振器３１１Ａと、この縦波の反射波を検出するセンサ３１２Ａと、が内蔵されている。これら超音波発振器３１１Ａおよびセンサ３１２Ａは、制御装置３４Ａに接続されている。
【００３４】
また、制御装置３４Ａは、溶接電極３１Ａ、３２Ａ間に通電中、超音波発振器３１１Ａから溶接ワーク２に対して縦波を出力するとともに、センサ３１２Ａでこの縦波の反射波を検出する。縦波は、固体および液体を透過し空間で反射する性質があるため、溶接電極３１Ａの先端と溶接ワーク２とが接触した状態では、溶接ワーク２を透過する。このようにして、溶接電極３１Ａ、３２Ａの先端と溶接ワーク２との接触状態を監視する。
【００３５】
そして、図６に示すように、溶接電極３１Ａ、３２Ａの先端と溶接ワーク２との間に隙間が発生すると、横波が溶接電極３１Ａの先端面で反射するので、反射波の強度が急激に上昇する。そこで、この反射波の強度が上昇して基準値を超えた状態が所定時間の範囲で連続した場合には、一対の溶接電極３１Ａ、３２Ａの先端と溶接ワーク２との間に隙間が生じたと判定し、これにより、スパッタが発生したと判断する。
【００３６】
本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）の効果と同様の効果がある。
【００３７】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システム１Ｂの構成を示す図である。
本実施形態では、溶接電極３１Ｂ、３２Ｂおよび制御装置３４Ｂの構成が、第１実施形態と異なる。
すなわち、溶接電極３１Ｂには、縦波を出力する超音波発振器３１１Ｂが内蔵され、溶接電極３２Ｂには、この縦波の反射波を検出するセンサ３１２Ｂが内蔵されている。これら超音波発振器３１１Ｂおよびセンサ３１２Ｂは、制御装置３４Ｂに接続されている。
【００３８】
また、制御装置３４Ｂは、溶接電極３１Ｂ、３２Ｂ間に通電中、超音波発振器３１１Ｂから溶接ワーク２に対して縦波を出力するとともに、センサ３１２Ｂでこの縦波の反射波を検出する。縦波は、固体および液体を透過し空間で反射する性質があるため、溶接電極３１Ｂの先端と溶接ワーク２とが接触した状態では、溶接ワーク２を透過する。このようにして、溶接電極３１Ｂ、３２Ｂの先端と溶接ワーク２との接触状態を監視する。
【００３９】
そして、図８に示すように、溶接電極３１Ｂ、３２Ｂの先端と溶接ワーク２との間に隙間が発生すると、横波が溶接電極３１Ｂの先端面で反射するので、透過波の強度が急激に低下する。そこで、この透過波の強度が急激に低下して基準値を超えた状態が所定時間の範囲で連続した場合には、一対の溶接電極３１Ｂ、３２Ｂの先端と溶接ワーク２との間に隙間が生じたと判定し、これにより、スパッタが発生したと判断する。
【００４０】
本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）の効果と同様の効果がある。
【００４１】
［実施例］
スパッタ検出方法の実施例について説明する。
図９は、上述の第１実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例であり、通電時間と反射波の往復時間との関係を示す図である。
図９に示すように、反射波の往復時間は、最初、ｂ１でほぼ一定であるが、時刻ａ１にスパッタが発生して隙間が発生すると急激に低下して第１の基準値ｂ０を超えてｂ２となり、その後、溶接電極と溶接ワークとが再び密着すると、再びｂ１となる。ここで、時刻ａ１にスパッタが発生して隙間が発生した後、この隙間が残った場合には、図９中一点鎖線で示すように、反射波の往復時間は、ｂ２のままとなる。
【００４２】
図１０は、上述の第２実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例であり、通電時間と反射波の強度との関係を示す図である。
図１０に示すように、反射波の強度は、最初、ｃ１でほぼ一定であるが、時刻ａ２にスパッタが発生して隙間が発生すると急激に上昇して第２の基準値ｃ０を超えてｃ２となり、その後、溶接電極と溶接ワークとが再び密着すると、再びｃ１となる。ここで、時刻ａ２にスパッタが発生して隙間が発生した後、この隙間が残った場合には、図１０中一点鎖線で示すように、反射波の強度は、ｃ２のままである。
【００４３】
図１１は、上述の第３実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例であり、通電時間と透過波の強度との関係を示す図である。
図１１に示すように、透過波の強度は、最初、ｄ１でほぼ一定であるが、時刻ａ３にスパッタが発生して隙間が発生すると急激に低下して第３の基準値ｄ０を超えてｄ２となり、その後、溶接電極と溶接ワークとが再び密着すると、再びｄ１となる。ここで、時刻ａ３にスパッタが発生して隙間が発生した後、この隙間が残った場合には、図１０中一点鎖線で示すように、透過波の強度は、ｄ２のままである。
【００４４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システムの構成を示す図である。
【図２】前記実施形態に係る抵抗溶接システムについて、溶接ワークに隙間が発生した状態を示す図である。
【図３】前記実施形態に係る抵抗溶接システムでスパッタを検出するフローチャートである。
【図４】前記実施形態に係る抵抗溶接システムのタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システムの構成を示す図である。
【図６】前記実施形態に係る抵抗溶接システムについて、溶接ワークに隙間が発生した状態を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るスパッタ検出方法が適用された抵抗溶接システムの構成を示す図である。
【図８】前記実施形態に係る抵抗溶接システムについて、溶接ワークに隙間が発生した状態を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るスパッタ検出方法の実施例である。
【符号の説明】
【００４６】
２              溶接ワーク
２１、２２      板材
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３２、３２Ａ、３２Ｂ      溶接電極（電極）
３１１、３１１Ａ、３１１Ｂ      超音波発振器（発振器）
３１２、３１２Ａ、３１２Ｂ      センサ
【図１】
0004933407.tif 000002
【図２】
0004933407.tif 000003
【図３】
0004933407.tif 000004
【図４】
0004933407.tif 000005
【図５】
0004933407.tif 000006
【図６】
0004933407.tif 000007
【図７】
0004933407.tif 000008
【図８】
0004933407.tif 000009
【図９】
0004933407.tif 000010
【図１０】
0004933407.tif 000011
【図１１】
0004933407.tif 000012