(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のワークと、突起部が形成されたプロジェクションナットを一対の電極間に挟圧し、両電極間に溶接電流を通電することによって前記ワークと前記プロジェクションナットとを溶接する抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置であって、
前記両電極間の距離を測定するセンサと、
前記両電極が最大限接近してかつ前記溶接電流を通電する前の状態において、当該両電極間の距離が前記ワークと前記プロジェクションナットの厚みの合計を示す所定の値か否かを前記センサに基づいて認識し、認識した前記両電極間の距離が前記所定の値である場合に、当該両電極間に前記ワークと前記プロジェクションナットが適切に挟圧されたと判断する挟圧判断手段と、
溶接電流を制御する溶接電流制御手段とを有し、
前記溶接電流制御手段が、前記溶接電流の通電中において、前記センサによって前記両電極の接近速度を認識し、その認識結果に基づいて前記両電極の接近速度が、スパッタを生じることなく前記プロジェクションナットの突起部が潰れていく速度の範囲を示す所定の範囲内になるように、前記接近速度が前記所定の範囲よりも速い場合は前記溶接電流を減少させ、前記接近速度が前記所定の範囲よりも遅い場合は前記溶接電流を増加させるように前記溶接電流の大きさをフィードバック制御し、当該接近速度が当該所定の範囲内となった後には、その際の大きさの電流を引き続き通電するものであることを特徴とする抵抗溶接制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗溶接制御装置であって、
前記溶接電流の通電後において、前記センサを用いて前記両電極間の距離が、前記プロジェクションナットの突起部が潰れた状態となる所定の範囲内であると認識した場合に、当該両電極間に前記ワークと前記プロジェクションナットが適切に溶接されたと判断する溶接結果判断手段を有することを特徴とする抵抗溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平板状のワークとプロジェクションナットを一対の電極間に挟圧し、両電極間に溶接電流を通電することによって前記ワークと前記プロジェクションナットとを溶接する抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置に関する。
なお、プロジェクションナットとは、軸方向に垂直な面に、複数の突起部が形成されているナットのことをいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来、抵抗溶接機において平板状のワークとプロジェクションナット（以下、適宜、ともにワークともいう）とを自動的に溶接するために次のようにされている。
平板状のワークに対して、プロジェクションナットが供給され、その状態で両電極間に両者が挟圧される。その挟圧された状態で、溶接に適切な溶接電流が両電極間に通電される。溶接されるワークの材質や厚さ等に応じて適切な溶接電流があり、過去の多数の溶接結果に基づいて、適切と考えられる値の溶接電流が通電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平板状のワークに対してプロジェクションナットが供給される際に、図５(a) に示すように、プロジェクションナットが適切に平板状のワークに載置されればよい。
しかし、まれに、図５(b) に示すように、プロジェクションナットが平板状のワークの所定の位置に供給されなかったり、図５(c) に示すように、プロジェクションナットが斜めに載置される場合がある。このような場合は、適切な溶接が行われない。そして、それを作業員がチェックするのは煩雑である。
また、溶接電流を通電する際にも、過去の多数のデータに基づいて適切と思われる通電を行うのは煩雑である。すなわち、過去のデータから、作業員が適切と思われる値を考えて、その値をいちいち入力するのは煩雑である。
【０００４】
そこで、本発明は、簡易な構造によって、平板状のワークに対してプロジェクションナットが適切に載置されたか否かを判断するとともに、ワークに応じて自動的に適切な溶接電流を通電することができる抵抗溶接制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明の抵抗溶接制御装置は、平板状のワークと、突起部が形成されたプロジェクションナットを一対の電極間に挟圧し、両電極間に溶接電流を通電することによって前記ワークと前記プロジェクションナットとを溶接する抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接制御装置であって、前記両電極間の距離を測定するセンサと、前記両電極が最大限接近してかつ前記溶接電流を通電する前の状態において、当該両電極間の距離が前記ワークと前記プロジェクションナットの厚みの合計を示す所定の値か否かを前記センサに基づいて認識し、認識した前記両電極間の距離が前記所定の値である場合に、当該両電極間に前記ワークと前記プロジェクションナットが適切に挟圧されたと判断する挟圧判断手段と、溶接電流を制御する溶接電流制御手段とを有する。
そして前記溶接電流制御手段が、前記溶接電流の通電中において、前記センサによって前記両電極の接近速度を認識し、その認識結果に基づいて前記両電極の接近速度が、スパッタを生じることなく前記プロジェクションナットの突起部が潰れていく速度の範囲を示す所定の速度範囲内になるように、前記接近速度が前記所定の範囲よりも速い場合は前記溶接電流を減少させ、前記接近速度が前記所定の範囲よりも遅い場合は前記溶接電流を増加させるように前記溶接電流の大きさをフィードバック制御し、当該接近速度が当該所定の速度範囲内となった後には、その際の大きさの電流を引き続き通電するものであることを特徴とする。
【０００６】
この発明では、まず、前記両電極が最大限接近した状態（溶接電流の通電前）において、センサに基づいて、当該両電極間の距離が前記ワークと前記プロジェクションナットの厚みの合計を示す所定の値か否かが認識される。そして、その認識結果によって、当該両電極間に前記ワークと前記プロジェクションナットが適切に挟圧されたか否かが判断される。
両電極が最大限接近した状態、すなわち、両電極が接近していきそれ以上接近しなくなった状態においては、ワークが適切に挟圧されている場合には、両電極間の距離は、ワークの厚み（平板状のワークの厚みとプロジェクションナットの高さの合計）とほぼ同一の距離となる。一方、プロジェクションナットが載置されずに、平板状のワークのみを挟圧した場合は、上記のように適切に挟圧した場合よりも両電極間の距離が短くなる。また、プロジェクションナットが斜めに載置された場合は両電極間の距離が長くなる。
このように、ワークが適切に挟圧された場合は両電極間の距離はワークに応じたほぼ所定の値となり、そうでないときはそれから外れた値となる。
このため、その距離に基づいて、ワークが適切に挟圧されたか否かを容易に判断することができる。
【０００７】
また、本発明者による試行錯誤の結果、両電極間にワークを挟圧した状態において、前記両電極の接近速度を指標として溶接電流を制御すれば適切に溶接することができることが判明したのである。これによれば、平板状のワークやプロジェクションナットの材質や大きさ等が異なっても、適切に溶接できることになった。
【０００８】
また、本発明では、上記の２つの機能を１つのセンサを用いて達成することが可能であり、装置の複雑化が回避される。
【０００９】
本発明者の研究により、前記溶接電流制御手段として、前記両電極の接近速度が予め入力された所定の範囲内になるように制御し、当該接近速度が当該所定の範囲内となった後にはその際の大きさの電流を引き続き通電すれば、容易に、かつ特に適切に溶接することができることが判明した。そして、請求項１に係る発明の作用効果をより具体的に得ることができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、前記溶接電流の通電後において、前記センサを用いて前記両電極間の距離が、前記プロジェクションナットの突起部が潰れた状態となる所定の範囲内であると認識した場合に、当該両電極間に前記ワークと前記プロジェクションナットが適切に溶接されたと判断する溶接結果判断手段を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明では、請求項１に係る発明の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。平板状のワークに対してプロジェクションナットが溶接される際、プロジェクションナットの突起部が潰れていく。その突起部のほとんどの部分が潰れた場合が最も適切に溶接されたといえる。このため、溶接電流の通電後において、両電極間の距離が、プロジェクションナットの突起部が適切に潰れた際の距離（所定の範囲内）であると認識された場合に、適切に溶接されたと判断される。このようにして、本発明ではワークが適切に溶接されたか否かが容易に判断できる。
【００１２】
また、この発明では、請求項１に係る発明において述べた２つの機能を含む３つの機能を１つのセンサを用いて達成することが可能であり、機能の高度性に比較して、装置の複雑化が回避される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、この抵抗溶接機１０は、本体部１２に対して、横方向に張り出すように下側支持部２０及び上側支持部３０が設けられている。
下側支持部２０には下側プラテン２２が固定され、上側支持部３０には上側プラテン３２がシリンダ３１によって上下動可能に設けられている。各プラテン２２，３２にはシャンク２４，３４が設けられ、各シャンク２４，３４には電極２６，３６が設けられている。
そして、シリンダ３１の駆動によって、上側プラテン３２を下降させ、両電極２６，３６によって平板状のワークＷ１，プロジェクションナットＷ２を挟圧し、電源回路４２からの溶接電流を両電極２６，３６間に流して両ワークＷ１，Ｗ２の溶接がされるようにされている。
【００１４】
本体部１２には、制御装置が設けられている。制御装置はＣＰＵ４０を有し、ＣＰＵ４０には電源回路４２や変位センサ３８が接続されている。
変位センサ３８は、基準高さに対する上側プラテン３２の位置、すなわち、基準高さに対する電極３６の位置を計測する。
ＣＰＵ４０には、クロック４４，起動回路４６，メモリ４８，アラーム（異常アラーム）５０も接続されている。起動回路４６はシリンダ３１の駆動を制御する。メモリ４８には次述の制御内容のプログラム等が記憶されている。
【００１５】
制御装置の制御内容を、図３のフローチャートや図４のタイミングチャートに基づいて説明する。
まず、電極２６上に平板状のワークＷ１が載置され、ワークＷ１の上にプロジェクションナットＷ２が供給された状態で、加圧が開始される（ステップＳ２，タイミングｔ１）。すなわち、シリンダ３１が駆動され、上側プラテン３２とともに上側の電極３６が下降される。
そして、電極３６がそれ以上下降できない状態となったとき（最大限下降したとき）に、電極３６の高さが変位センサ３８によって測定され、両電極２６・３６間の距離が認識される。そして、その距離が、適切なほぼ所定の値か否かが判断される（ステップＳ４，タイミングｔ２）。
【００１６】
図５(a) に示すように、平板状のワークＷ１上に適切にプロジェクションナットＷ２が載置され、両電極２６・３６間に両ワークＷ１，Ｗ２が適切に挟圧された場合は、両電極２６・３６間の距離は、両ワークＷ１，Ｗ２の厚み（高さ）の合計Ｔ１とほぼ同じ（ほぼ所定の値）となる（図４中のＡ参照）。ほぼ同じである場合は、両電極２６・３６間に適切にワークＷ１，Ｗ２が挟圧されていると判断されて、ステップＳ６へ移行する。
【００１７】
両電極２６・３６間の距離が所定の値よりもかなり短い（電極３６がかなり低い）場合は、図５(b) に示すように、両電極２６・３６間には平板状のワークＷ１しかなく、所定の位置にプロジェクションナットＷ２が設置されなかったと考えられる（図４中のＢ参照）。
また、両電極２６・３６間の距離が所定の値よりもかなり長い（電極３６がかなり高い）場合は、平板状のワークＷ１上にプロジェクションナットＷ２が不適切に載置されたと考えられる。例えば図５(c) に示すように、プロジェクションナットＷ２が斜めに載置された場合等である（図４中のＣ参照）。
いずれの場合もステップＳ４でＮｏとなり、異常アラームが作動される（ステップＳ２６）。そして、シリンダ３１が駆動され、上側プラテン３２とともに上側の電極３６が上昇されて（ステップＳ２８）、終了する。
【００１８】
ステップＳ６では、両電極２６・３６間の溶接電流の通電が開始される。そして、通電中、電極３６の下降速度（すなわち、両電極２６・３６の接近速度）が所定の範囲内か否かが判断され、所定の範囲内になるようにフィードバック制御される（ステップＳ１２〜Ｓ１８，タイミングｔ３〜ｔ５）。
溶接の際に、プロジェクションナットＷ２の突起部Ｐ（図５(a) 参照）が潰れていくが、その潰れていく速度（両電極２６・３６の接近速度）は、ある所定の範囲内に収まることが望ましい。その速度があまり速すぎるとスパッタが生じて適切に溶接できないし、その速度があまり遅すぎると効率良く溶接することができないのである。そして、その速度と溶接電流との間には相関関係がある。このため、時々刻々の速度に応じて溶接電流値が増減される。
すなわち、電極３６の下降速度が所定の範囲（その上限）よりも速い場合は（ステップＳ１２でＹｅｓ）、溶接電流値が減少される（ステップＳ１４）。また、電極３６の下降速度が所定の範囲（その下限）よりも遅い場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、溶接電流値が増加される（ステップＳ１８）。
なお、電極３６の下降速度は、微小時間ごとに電極３６の位置（高さ）が変位センサ３８によって認識され、その変位長さが当該微小時間で除されることによって、算出される。
【００１９】
上記のようなフィードバック制御がされることによって、プロジェクションナットの突起部Ｐの潰れる速度（電極３６の下降速度）が所定の範囲内となれば、ステップＳ１２及びステップＳ１６でともにＮｏとなり、ステップＳ２０へ移行する。
そして、その後は、その際の値の溶接電流が引き続き通電される。通電開始時点から所定の時間が経過するまで（ステップＳ２０でＹｅｓとなるまで）、その値の溶接電流が引き続き通電され、当該所定の時間が満了した時点で通電が停止される（ステップＳ２２）。
図４は、タイミングｔ３〜ｔ４までフィードバック制御され、タイミングｔ４で突起部Ｐの潰れ速度が所定の範囲内となり、タイミングｔ４〜ｔ５において引き続きその定常電流が通電される場合を示している。
【００２０】
一方、通電開始時点から所定の時間経過するまで（ステップＳ１０でＹｅｓとなるまで）、上記のようなフィードバック制御をしても結局所定の範囲内の速度にならなかった場合は、当該所定の時間の間経過した後に、通電が停止される（ステップＳ２２）。
なお、両ステップＳ１０及びステップＳ２０の「所定の時間」は、ともに通電開始時点からの時間であり、同じ時間である。
【００２１】
次に、上記のようにして溶接された結果が、適切なものであるか否かがチェックされる。すなわち、図５(d) に示すように、平板状のワークＷ１に対するプロジェクションナットＷ２の突起部Ｐがほとんど潰れた状態であると、適切に溶接されたといえる。このため、適切に溶接された場合は、両電極２６・３６間の距離が所定の範囲内（ほぼＴ２の値）に収まることになる。
【００２２】
そこで、ステップＳ２４では、溶接終了後における電極３６の高さ（両電極２６・３６間の距離）が所定の範囲内か否かが判断される。そして、その範囲内であれば（ステップＳ２４でＹｅｓ）、適切に溶接されたとして、シリンダ３１が駆動されて電極３６が上昇され（ステップＳ２８，タイミングｔ６）、一連の溶接作業が終了する。
【００２３】
一方、その範囲内でない場合は（ステップＳ２４でＮｏ）、適切に溶接されなかったと考えられるため、異常アラームが作動される（ステップＳ２６）。そして、シリンダ３１が駆動され、上側プラテン３２とともに上側の電極３６が上昇されて（ステップＳ２８）、終了する。
【００２４】
以上のように、この装置では、平板状のワークＷに適切にプロジェクションナットＷ２が載置され両電極２６・３６間に適切に両ワークＷ１，Ｗ２が挟圧されたか否かが自動的に判断され、作業員がチェックする手間が省ける。
【００２５】
また、溶接電流の通電の際には、適切と判断される電極３６の下降速度（プロジェクションナットＷ２の突起部の潰れ速度）のみを予め入力しておくことによって、自動的に適切な溶接電流が通電される。このため、作業員が時々刻々に変化する溶接電流の制御を行う手間が回避される。
【００２６】
また、溶接電流の通電後には、実際にワークＷ１，Ｗ２の溶接が適切に行われたか否かが判断される。このため、作業員がそれをチェックする手間が回避される。
【００２７】
そして、上記の装置では、これらの３つの機能を１つの変位センサ３８の測定結果に基づいて達成することができ、機能が豊富であるにもかかわらず、装置が簡易なものとされ、低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の制御対象となる抵抗溶接機の全体を示す側面図である。
【図２】  図１中の要部を示すブロック図である。
【図３】  本発明の第１実施例の制御内容を示すフローチャートの一部である。
【図４】  図３のフローチャートに対応するタイミングチャートである。
【図５】  電極間にワークが挟圧された状態を示す図である。(a) は適切に挟圧されている状態を示す。(b) はプロジェクションナットが挟圧されなかった場合を示す。(c) はプロジェクションナットが斜めに挟圧された場合を示す。(d) は適切に挟圧された後に、適切に溶接された状態を示す。
【符号の説明】
１０  抵抗溶接機
２６，３６  電極
３８  変位センサ（センサ）
Ｗ１  平板状のワーク（ワーク）
Ｗ２  プロジェクションナット（ワーク）
【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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