JP2001300738A - 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置 - Google Patents
電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置Info
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- JP2001300738A JP2001300738A JP2000122487A JP2000122487A JP2001300738A JP 2001300738 A JP2001300738 A JP 2001300738A JP 2000122487 A JP2000122487 A JP 2000122487A JP 2000122487 A JP2000122487 A JP 2000122487A JP 2001300738 A JP2001300738 A JP 2001300738A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極が被溶接材を加圧する加圧方式の相違に
拘わらず、溶接を行う際の溶接条件を他の加圧方式のも
のと共通にすることができる電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御方法および制御装置を提供する。 【解決手段】 サーボモータ１３の発生する駆動力を電
極１１に伝達する駆動力伝達機構１４と、前記電極１１
により被溶接材Ｗ1，Ｗ2を所定の加圧力で加圧するよう
に前記サーボモータに指令を発する加圧力指令手段と、
溶接の開始を指令する溶接指令手段３１とを備え、前記
電極１１による通電開始時点からの被溶接材Ｗ1，Ｗ2の
熱膨張による同電極１１の変位量を検出する変位量検出
手段１５と検出された変位量が所定の変位量に達する
と、前記被溶接材Ｗ1，Ｗ2の熱膨張による加圧力の増大
を前記駆動力伝達機構１４における動力伝達特性を参照
して除去するように、前記加圧力指令手段３２が発する
加圧力指令を補正する加圧力指令補正手段３４とによ
り、スポット溶接中の加圧力を略一定とするものであ
る。
拘わらず、溶接を行う際の溶接条件を他の加圧方式のも
のと共通にすることができる電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御方法および制御装置を提供する。 【解決手段】 サーボモータ１３の発生する駆動力を電
極１１に伝達する駆動力伝達機構１４と、前記電極１１
により被溶接材Ｗ1，Ｗ2を所定の加圧力で加圧するよう
に前記サーボモータに指令を発する加圧力指令手段と、
溶接の開始を指令する溶接指令手段３１とを備え、前記
電極１１による通電開始時点からの被溶接材Ｗ1，Ｗ2の
熱膨張による同電極１１の変位量を検出する変位量検出
手段１５と検出された変位量が所定の変位量に達する
と、前記被溶接材Ｗ1，Ｗ2の熱膨張による加圧力の増大
を前記駆動力伝達機構１４における動力伝達特性を参照
して除去するように、前記加圧力指令手段３２が発する
加圧力指令を補正する加圧力指令補正手段３４とによ
り、スポット溶接中の加圧力を略一定とするものであ
る。
Description
【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は電動サーボ式抵抗溶
接装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳し
くは、被溶接材の熱膨張による通電状態への影響を排除
するとともに、溶接不良発生打点を自動検出する電動サ
ーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、被溶接材を電極により加圧しつつ
抵抗溶接を行うスポット溶接においては、サーボモータ
で電極を駆動することによって被溶接材を加圧する電動
サーボ方式と、エア圧力によって被溶接材を加圧するエ
ア方式とが行われている。電動サーボ方式はエア方式に
較べて加圧力制御の精度および応答性に優れており、ロ
ボットによるスポット溶接では電動サーボ方式が多用さ
れている。 【０００３】しかしながら、電動サーボ方式の抵抗溶接
装置（電動サーボ式抵抗溶接装置）によるスポット溶接
では、サーボモータが発生する回転駆動力を電極に伝達
する駆動力伝達系統がエア方式の抵抗溶接装置（エア式
抵抗溶接装置）のそれと比較して複雑であるため、以下
のような問題が生じる。 【０００４】すなわち、図１２に示すように、従来の電
動サーボ式抵抗溶接装置１００では、上側電極１０１と
下側電極１０２との間に一対の被溶接材（以下、ワーク
という）Ｗ1´、Ｗ2´を重ね合わせて配置し、サーボモ
ータ１０３の回転駆動力により例えば上側電極１０１を
上下方向に駆動し、ワークＷ1´、Ｗ2´を各電極１０
１、１０２により所定の加圧力で加圧しつつ溶接するよ
うにされている。サーボモータ１０３が発生する回転駆
動力はタイミングベルト、ギア、チェーンおよびカップ
リングなどの部材からなる動力伝達機構１０４を介して
ボールネジ１０５に伝達され、このボールネジ１０５で
上下方向の直線的駆動力に変換される。 【０００５】ところが、このような従来の電動サーボ式
抵抗溶接装置１００では、ボールネジ１０５の駆動力方
向変換における損失や動力伝達機構１０４における摩擦
などの原因によりサーボモータ１０３の回転駆動力が電
極側に１００％伝達されることはなく、また逆に電極先
端に働く反力がサーボモータ１０３側に１００％伝達さ
れることもない。このため、サーボモータ１０３の回転
駆動力を一定に保つことのみによっては、ワークＷ
1´、Ｗ2´を各電極１０１，１０２が加圧する加圧力を
一定化することはできない。 【０００６】すなわち、図１３（ａ）に示すように、所
定の加圧力Ｆｃ´で各ワークＷ1´、Ｗ2´を各電極１０
１、１０２により加圧しつつ通電を開始すると、同図
（ｂ）に示すように、各ワークＷ1´、Ｗ2´の通電部位
が熱膨張し、この熱膨張が発生する反力Ｆe´が上側電
極１０１を押し上げるように作用する。このとき、各電
極１０１、１０２と対向する各ワークＷ1´、Ｗ2´との
間に働く加圧力Ｆj´は下記式（７）で表される。 【０００７】 Ｆj´＝Ｆｃ´＋（１−η´）Ｆｅ´ （７） 【０００８】ここで、η´は動力伝達機構１０４および
ボールネジ１０５における駆動力の伝達効率（η´＜
１）を表している。すなわち、サーボモータ１０３にお
ける回転駆動力を一定化すると、実際の加圧力Ｆj´は
力（１−η´）Ｆｅ´だけ所定の加圧力Ｆｃ´よりも大
きくなる。なお、動力伝達機構１０４の摩擦、特に静摩
擦による損失はボールネジ１０５における損失に比して
無視できる程度のものであるため、伝達効率η´は実質
的にはボールネジ１０５における伝達効率であるものと
考えてよい。 【０００９】このように、実際の加圧力Ｆj´が所定の
加圧力Ｆｃ´よりも大きくなった場合、各電極１０１、
１０２先端と各ワークＷ1´、Ｗ2´との間の接触面積が
広くなり、この結果、通電中の溶接電流密度は通電開始
時点よりも低下する。したがって、従来の電動サーボ式
抵抗溶接装置１００では、通電中の溶接電流密度の低下
を考慮した溶接条件（通電時間など）を設定する必要が
ある。 【００１０】一方、エア式抵抗溶接装置では、エア圧力
の伝達系統が電動サーボ式に比較して簡単であり、エア
圧力伝達系統における伝達効率η´は略値１とみなすこ
とができる。このため、電極が被溶接材を加圧する加圧
力は通電中も略一定であり、電極と被溶接材との接触面
積にも大きな変化は生じないので、通電中の溶接電流密
度も通電開始時点から略一定になるものと考えることが
できる。 【００１１】したがって、電動サーボ式抵抗溶接装置と
エア式抵抗溶接装置とでは加圧方式の違いから同じ原理
の抵抗溶接装置でありながら、溶接電流密度が溶接条件
に大きな影響を及ぼす要素であるため、全く別の溶接条
件にしたがって溶接を行う必要がある。ところが、溶接
条件は被溶接材の材質などの様々な要因を考慮して決定
されるものであり、その導出には多大な時間を要するた
め、加圧方式の違いにより個別の溶接条件を導出するこ
とは、溶接工程の作業効率をあげる上での妨げとなると
いう問題がある。 【００１２】さらに、従来、電動サーボ式抵抗溶接装置
を用いたスポット溶接では、全ての打点において溶接電
流値が一定とされ、通電時間も全ての打点において一定
とされるので、以下のような問題が生じる。 【００１３】すなわち、鋼板などの被溶接材は同一素材
であっても溶接個所毎に表面状態に若干の相違があり、
また、個々の被溶接材毎にその組成も若干相違するのが
通常である。したがって、同一素材の被溶接材に一定の
溶接電流を一定時間印加する場合にも、各溶接箇所の表
面状態の相違の程度によっては印加されるエネルギ量、
つまり熱量の各打点毎における過不足が生じ、所望のナ
ゲットが形成されず、溶接不良を生じることがある。 【００１４】このため、全ての打点で溶接が適正に行わ
れたか否かを検知するためには、溶接工程の後工程で人
が全ての打点を検査する必要があり、この場合、溶接品
質を見極める経験的な技術が検査者に要求される上、打
点数が多数に上る場合には検査に多大な時間を要すると
いう問題がある。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、電極が被溶接材
を加圧する加圧方式の相違に拘わらず、溶接を行う際の
溶接条件を他の加圧方式のものと共通にすることができ
る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置
を提供することを一つの目的とする。また、本発明は不
良溶接箇所および不良溶接の種類を溶接実行時に自動的
に検出することができる電動サーボ式抵抗溶接装置の制
御方法および制御装置を提供することを他の目的とす
る。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明の電動サーボ式抵
抗溶接装置の制御方法の第１形態は、サーボモータで駆
動される電極により被溶接材を加圧しつつ通電してスポ
ット溶接する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であ
って、前記電極による通電開始時点からの前記被溶接材
の熱膨張による同電極の変位量を検出し、該検出された
変位量が所定の変位量に達すると、前記被溶接材の熱膨
張による加圧力の増大を除去するように前記サーボモー
タの駆動力を調節することを特徴とする。 【００１７】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
方法の第１形態においては、サーボモータの駆動力の調
節が、例えば下記式に基づいてなされる。 【００１８】Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 【 0019 】 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 【００２０】また、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御方法の第２形態は、サーボモータで駆動される電
極により被溶接材を加圧しつつ通電してスポット溶接す
る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、前記
電極による通電開始時点からの前記被溶接材の熱膨張に
よる同電極の変位量を検出し、該検出された通電中にお
ける変位量と溶接終了時点の変位量とに基づいて、溶接
不良箇所および／または溶接不良の種類を検出すること
を特徴とする。 【００２１】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
方法の第２形態においては、溶接不良箇所および／また
は溶接不良の種類の検出が、例えば電極による通電開始
時点からの被溶接材の熱膨張による電極の変位量に基づ
く溶接状態判定パラメータによりなされ、溶接状態判定
パラメータが所定範囲にあれば、適正なナゲットが形成
されたとし、溶接状態判定パラメータが所定値を超えて
いれば、ナゲット内部にチリが発生したとし、溶接状態
判定パラメータが所定値に達していなければ、ナゲット
の溶け込みが浅いとする。 【００２２】一方、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御装置の第１形態は、サーボモータの発生する駆動
力を電極に伝達する駆動力伝達機構と、前記電極により
被溶接材を所定の加圧力で加圧するように前記サーボモ
ータに指令を発する加圧力指令手段と、溶接の開始を指
令する溶接指令手段とを備えてなる電動サーボ式抵抗溶
接装置の制御装置であって、前記電極による通電開始時
点からの被溶接材の熱膨張による同電極の変位量を検出
する変位量検出手段と、検出された変位量が所定の変位
量に達すると、前記被溶接材の熱膨張による加圧力の増
大を前記駆動力伝達機構における動力伝達特性を参照し
て除去するように、前記加圧力指令手段が発する加圧力
指令を補正する加圧力指令補正手段とを備えてなること
を特徴とする。 【００２３】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第１形態においては、加圧力指令補正手段による
補正が、例えば下記式に基づいてなされる。 【００２４】Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 【 0025 】 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 【００２６】また、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御装置の第２形態は、サーボモータで駆動される電
極により被溶接材を所定の加圧力により加圧しつつ通電
してスポット溶接する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置であって、電極による通電開始時点からの被溶接材
の熱膨張による電極の変位量を検出する変位量検出手段
と、該検出された通電中における変位量と溶接終了時点
の変位量とに基づいて、溶接不良箇所および／または溶
接不良の種類を検出する溶接状態検出手段を備えてなる
ことを特徴とする。 【００２７】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第２形態においては、溶接状態検出手段における
溶接不良箇所および／または溶接不良の種類の検出が、
例えば電極による通電開始時点からの被溶接材の熱膨張
による電極の変位量に基づく溶接状態判定パラメータに
よりなされ、溶接状態判定パラメータが所定範囲にあれ
ば、適正なナゲットが形成されたとし、溶接状態判定パ
ラメータが所定値を超えていれば、ナゲット内部にチリ
が発生したとし、溶接状態判定パラメータが所定値に達
していなければ、ナゲットの溶け込みが浅いとする。 【００２８】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第２形態においては、溶接状態検出手段による検
出結果を通知する通知手段を備えてなるのが好ましい。 【００２９】しかして、本発明の電動サーボ式抵抗溶接
装置の制御装置は電動サーボ式抵抗溶接装置に搭載さ
れ、またその電動サーボ式抵抗溶接装置はロボットに搭
載される。 【００３０】 【作用】本発明は前記のように構成されているので、通
電中の加圧力を被溶接部位の熱膨張に拘わらず、通電開
始時点から略一定とすることができ、この結果、溶接部
の溶接電流を略一定とすることができる。 【００３１】また、本発明によれば、溶接実行中に溶接
不良箇所や溶接不良の種類を検出することができる。 【００３２】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。 【００３３】本発明の一実施形態に係る電動サーボ式抵
抗溶接装置（以下、溶接装置という）の概略構成を図１
に示し、溶接装置１０は、一対の被溶接材（以下、ワー
クという）Ｗ1、Ｗ2をスポット溶接する、例えばロボッ
トのハンドに取付けられるサーボガンＧと、溶接用の電
力を供給する溶接電源２０と、サーボガンＧおよび溶接
電源２０の動作を制御する制御装置３０とを備えてな
る。 【００３４】サーボガンＧは、ワークＷ1、Ｗ2を間に挟
むようにワークＷ1、Ｗ2の上下にそれぞれ配される、ワ
ークＷ1、Ｗ2を所定の加圧力により加圧しつつ通電する
上側電極１１および下側電極１２と、上側電極１１を駆
動するための回転駆動力を発生するサーボモータ１３
と、サーボモータ１３が発生する回転駆動力を上下方向
の直線的駆動力に変換して上側電極１１に伝達する駆動
力伝達機構１４と、サーボモータ１３の回転角度位置、
すなわち上側電極１１の上下方向の位置に応じた信号を
出力するエンコーダ（変位量検出手段）１５とから構成
される。 【００３５】制御装置３０は、溶接電源２０にそのオン
・オフを指令する溶接指令手段３１と、サーボモータ１
３にその発生する回転駆動力を指令する加圧力指令手段
３２と、エンコーダ１５の出力信号に基づいて各ワーク
Ｗ1、Ｗ2溶融部（通電部位）の熱膨張の状態を検出する
溶融部状態検出手段（変位量検出手段）３３と、溶融部
の熱膨張による各電極１１、１２の加圧力増大を排除す
るように加圧力指令手段３２が発する加圧力指令を補正
するための加圧力調整量を演算する加圧力調整量演算手
段（加圧力指令補正手段）３４と、溶融部状態検出手段
３３により検出される、溶融部の熱膨張による上側電極
１１の通電中の変位量および溶接終了時点の変位量に基
づいてナゲットの形成状況を判定するナゲット形成状況
判定手段（溶接状態検出手段）３５とから構成されてい
る。 【００３６】図２に、制御装置３０のハードウエア構成
を示す。 【００３７】制御装置３０は、前記各手段３１、３２、
３３、３４および３５が各種処理を行うためのプログラ
ムを格納するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）４１と、Ｒ
ＯＭ４１から読み出されたプログラムにしたがって各種
演算を実行するＣＰＵ（中央演算処理ユニット）４２
と、ＣＰＵ４２における演算結果を一時的に記憶するＲ
ＡＭ（随時書込み・読出し可能メモリ）４３と、サーボ
モータ１３、エンコーダ１５および溶接電源２０との間
の信号のやり取りを媒介する入出力インタフェース４４
と、入出力インタフェース４４を介してＣＰＵ４２に入
力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器４５と、ＣＰＵ４２から入出力インタフェース
４４を介して出力されるディジタル信号をアナログ信号
に変換するＤ／Ａ変換器４６と、制御装置３０の各構成
要素を同期して動作させる基本クロックを発生するクロ
ック発生器４７とから構成されている。 【００３８】図３に駆動力伝達機構１４の詳細な構成を
示す。 【００３９】駆動力伝達機構１４は、サーボモータ１３
が発生する回転駆動力を回転数を変えて伝達する、図示
省略するタイミングベルト、ギア、チェーンおよびカッ
プリングなどの各部材から構成される回転駆動力伝達部
１４ａと、回転駆動力伝達部１４ａにより伝達される回
転駆動力を上側電極１１を上下方向に駆動する直線的駆
動力に変換するボールネジ１４ｂとを備えてなる。 【００４０】しかして、図４（ａ）に示すように、加圧
力指令手段３２の指令によりサーボモータ１３が回転駆
動力を発生し、各電極１１、１２が所定の加圧力Ｆｃで
ワークＷ1、Ｗ2を加圧すると、溶接指令手段３１が溶接
電源２０に各電極１１、１２に所定電圧の電力供給を開
始するように指令する。 【００４１】溶接指令手段３１の指令により各電極１
１、１２による通電が開始されると、図４（ｂ）に示す
ように、各ワークＷ1、Ｗ2の通電部位が発熱し、熱膨張
を開始するとともに当該通電部位にナゲットＮが形成さ
れていく。この熱膨張により上側電極１１には上方向の
力Ｆｅが働くが、この間、サーボモータ１３が発生する
回転駆動力（以下、符号Ｆmで表す）は一定であるた
め、上側電極１１は押上げられる。 【００４２】このような熱膨張による上側電極１１の上
方への変位は、エンコーダ１５の出力信号を介して溶融
部状態検出手段３３が監視しており、溶融部状態検出手
段３３により検出される通電開始時点からの上側電極１
１の変位量Ｍが所定の変位量Ｍr（図６参照）に達した
ときに、加圧力調整量演算手段３４が各電極１１、１２
と各ワークＷ1、Ｗ2との間に働く実際の加圧力Ｆｊの増
大を排除するように加圧力指令手段３２による指令を補
正するための加圧力調整量Ｆmcを演算する。 【００４３】すなわち、加圧力ＦｊをワークＷ1、Ｗ2の
熱膨張に拘わらず略一定化するためには、駆動力伝達機
構１４における駆動力の伝達効率η（η＜１）を考慮し
て、下記式（３）が成り立つような加圧力調整量Ｆmcを
加圧力調整量演算手段３４で算出し、この加圧力調整量
Ｆmcにより加圧指令手段３２の指令を補正する必要があ
る。 【００４４】 Ｆj＝η（Ｆm−Ｆmc）＋（１−η）Ｆe＝ηＦm （１） 【００４５】また、 Ｆｃ＝ηＦm （２） であるから、式（１）をＦmcについて解くと、 【００４６】 Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 （３） なる関係が得られる。つまり、駆動力伝達機構１４にお
ける駆動力の伝達効率ηを参照することによって、ワー
クＷ1、Ｗ2の熱膨張による加圧力Ｆｊの増大を除去する
ようにサーボモータ１３の駆動力を調節することが可能
となる。なお、回転駆動力Ｆmおよび加圧調整量Ｆ
mcは、サーボモータ１３固有のトルク定数を参照してサ
ーボモータ１３への供給電流値を指令する指令値を操作
することで制御可能な要素である。 【００４７】図５に制御装置３０における処理の流れを
示す。この処理は所定時間毎にＣＰＵ４２により実行さ
れる。 【００４８】先ず、エンコーダ１５の出力信号により検
出される上側電極１１の通電開始時点からの変位量Ｍが
所定の変位量Ｍrを超えたか否かを判定する（ステップ
Ｓ１）。Ｍ値がＭr値を超えた場合は、ワークＷ1、Ｗ2
の通電部位が熱膨張したものとして加圧調整量Ｆmcを算
出する（ステップＳ２）。 【００４９】次に、算出された加圧調整量Ｆmcに応じて
加圧力指令手段３２が発する加圧力指令を補正し（ステ
ップＳ３）、溶接が終了したか否かを判定する（ステッ
プＳ４）。溶接が終了していない場合は前記ステップＳ
１の処理に戻り、終了した場合は本処理を終了する。 【００５０】また、前記ステップＳ１で変位量Ｍが所定
の変位量Ｍrを超えない場合は、通電部位が熱膨張して
いないものとしてステップＳ４の処理に移行する。 【００５１】図６に以上説明した処理のタイムチャート
を示す。同図では、上側電極１１の上下方向の位置はエ
ンコーダ１５の出力信号値（以下、エンコーダ値ともい
う）Ｅで示されている。 【００５２】時刻ｔ0に上側電極１１の降下が開始され
る。時刻ｔ1に各電極１１、１２が各ワークＷ1、Ｗ2と
接触し、各電極１１、１２による加圧が開始される。時
刻ｔ2にサーボモータ１３の回転駆動力が所定の加圧力
Ｆｃに対応する回転駆動力Ｆmに達すると、上側電極１
１の降下は停止する。このときのエンコーダ値をＥ1と
する。 【００５３】時刻ｔ3に各電極１１、１２を介する通電
が開始され、エンコーダ値Ｅは上昇を開始する。時刻ｔ
4にエンコーダ値ＥのＥ1値からの上昇量が所定の変位量
Ｍrに対応する上昇量を超えると、加圧力調整量Ｆmcに
よるサーボモータ１３の回転駆動力の調整が開始され
る。 【００５４】時刻ｔ5に通電が終了すると、熱膨張した
通電部位は収縮を開始する。時刻ｔ6にエンコーダ値Ｅ
のＥ1値からの上昇量が所定の変位量Ｍrに対応する上昇
量を下回ると、加圧力調整量Ｆmcによるサーボモータ１
３の回転駆動力の調整が終了される。時刻ｔ7には通電
部位の収縮が止まり、ナゲットＮを形成する溶接の全工
程が終了したものとして、上側電極１１の初期位置への
退避が開始される。 【００５５】以下に、ナゲット形成判定手段３５が溶接
状態の良否を判定する処理について説明する。 【００５６】図７、図８および図９に、溶接状態の良否
に対応するナゲットＮの形成状態を示す。ナゲットＮの
形成状態は、電極１１、１２を介してワークＷ1、Ｗ2に
印加される溶接電流の電気的エネルギ量（もしくは、熱
量）によってその良否が決定される。 【００５７】すなわち、エネルギ量が適正であれば、図
７に示すように、溶け込みの適正なナゲットＮ1が得ら
れる。エネルギ量が不足した場合は、図８に示すよう
に、溶け込みの浅い不良ナゲットＮ2が形成される。ま
た、エネルギ量が過多な場合は、図９に示すように、ナ
ゲットＮ3の内部に空洞Ｖが現れ、チリが発生する。 【００５８】図１０にナゲットＮの各形成状態に対応す
るエンコーダ値Ｅの変化の様子を示す。 【００５９】すなわち、エネルギ量が適正で適正なナゲ
ットＮ1が形成されている場合（実線Ｌ1）は、通電開始
時点ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅはエ
ンコーダ値Ｅ1に対して変化量が大きく、また溶接終了
時点（電極退避開始時刻）ｔ7におけるエンコーダ値Ｅ
もエンコーダ値Ｅ1に対して変化量が前記の半分程度と
なる。 【００６０】これに対して、エネルギ量が不足し溶け込
みの浅い不良ナゲットＮ2が形成された場合（一点鎖線
Ｌ2）は、エネルギ量が適正で適正なナゲットＮ1が形成
されている場合（実線Ｌ1）と比較して、通電開始時点
ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅはエンコ
ーダ値Ｅ1に対して変化量が小さく、しかも溶接終了時
点ｔ7におけるエンコーダ値Ｅもエンコーダ値Ｅ1に対し
て変化量が小さくなる。 【００６１】一方、エネルギ量が過多でチリが発生した
ナゲットＮ3が形成されている場合（点線Ｌ3）は、通電
開始時点ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅ
はエンコーダ値Ｅ1に対して変化量が大きいが、溶接終
了時点ｔ7におけるエンコーダ値Ｅはエンコーダ値Ｅ1に
対して変化量が小さくなる。 【００６２】したがって、エンコーダ値Ｅ1に対する通
電中のエンコーダ値Ｅおよびエンコーダ値Ｅ1に対する
溶接終了時点のエンコーダ値Ｅに基づいて、溶接不良の
発生および溶接不良の種類を検出することが可能とな
る。以下具体的に説明する。 【００６３】通電開始時点ｔ3のエンコーダ値Ｅ1を基準
値としてＲＡＭ４３に記憶させる。通電中のエンコーダ
値Ｅ2の基準値Ｅ1からの変化量ΔＥwを下記式（４）に
より算出し、その最大値ΔＥwmaxをＲＡＭ４３に記憶さ
せる。 【００６４】 ΔＥw＝Ｅ2−Ｅ1 （４） 【００６５】次に、電極退避開始時刻ｔ7におけるエン
コーダ値Ｅ3の基準値Ｅ1からの変位量ΔＥeを下記式
（５）により算出する。 【００６６】 ΔＥe＝Ｅ3−Ｅ1 （５） 【００６７】ΔＥwmaxは通電中にナゲットＮに発生する
熱膨張の度合いをエンコーダ値Ｅの変化量として捉えた
ものであり、ΔＥeはナゲットＮの溶接終了時点におけ
る収縮の度合いをエンコーダ値Ｅの変化量として捉えた
ものである。 【００６８】そして、下記式（６）により定義されるβ
をナゲットＮの形成状態を表すパラメータ（溶接状態判
定パラメータ）として設定する。 【００６９】 β＝（ΔＥwmax−ΔＥe）／ΔＥwmax （６） 【００７０】すなわち、パラメータβが所定範囲内にあ
れば、当該打点では適正なナゲットＮが形成されたもの
と判定され、パラメータβが前記所定範囲にない場合は
当該打点では適正なナゲットＮが形成されず溶接不良で
あるものと判定される。 【００７１】また、パラメータβが前記所定範囲のいず
れの側に外れているかに応じて（図１１参照）溶接不良
の種類、すなわちエネルギ量が過多であるのか不足して
いるのかを判定することも可能となる。 【００７２】このように、本実施形態の溶接装置１０で
は、通電開始時点からの上側電極１１の変位量Ｍが所定
の変位量Ｍrに達したときにワークＷ1、Ｗ2の通電部位
が熱膨張したものとして、加圧力指令手段３２が発する
指令が加圧力調整量演算手段３４により算出される加圧
力調整量Ｆmcに対応して補正されるので、通電部位の熱
膨張による加圧力Ｆｊの増大を除去することができる。
これにより、電動サーボ式溶接装置１０における加圧力
Ｆｊを通電部位の熱膨張に拘わらず、溶接中略一定とす
ることができる。 【００７３】また、通電中のエンコーダ値Ｅ2の通電開
始時点ｔ3におけるエンコーダ値Ｅ1からの変化量ΔＥw
の最大値ΔＥwmaxと、溶接終了時点ｔ7におけるエンコ
ーダ値Ｅ3の基準値Ｅ1からの変化量ΔＥeとに基づいて
パラメータβを定義し、このパラメータβによりナゲッ
トＮの形成状態を判定するので、溶接実行時に自動的に
全打点の溶接状態を判定することができる。 【００７４】 【実施例】以下、より具体的な実施例により本発明をよ
り具体的に説明する。 【００７５】図１１に、板厚２ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板
を重ねあわせたものをワークＷ1、Ｗ2として用いた場
合、および板厚１ｍｍの３０１Ｌ−ＭＴ鋼板を重ねあわ
せたものをワークＷ1、Ｗ2として用いた場合のそれぞれ
について、加圧力Ｆｊを一定に保った状態で溶接電源２
０から供給される溶接電流値Ｉを変化させたときの、パ
ラメータβの変化の様子を示す。 【００７６】同図によれば、いずれの場合においても溶
接状態が良好であればパラメータβは所定範囲（０．５
＜β＜０．７）内にあることが分かる。また、溶接電流
値Ｉが小さくナゲットＮの形成状態が不十分であればパ
ラメータβは所定範囲から小さい方向に外れる一方、溶
接電流値Ｉが大きくチリが発生している場合はパラメー
タβは所定範囲から大きい方向に外れる。 【００７７】このように、パラメータβに対して適当な
溶接良好領域（所定範囲）を定めることで、ナゲットＮ
形成状態の良否判定を自動的かつ適切に行うことが可能
となる。また、溶接良好領域の設定は溶接条件に対して
ある程度の余裕度を有しており、被溶接材の材質や板厚
に拘わらず略一定の範囲を用いることができるので、ス
ポット溶接の施工条件毎に煩雑な設定作業を行う必要は
ない。 【００７８】なお、このようにして判定されるナゲット
Ｎの形成状態の判定結果を、溶接不良打点として装置の
操作者や溶接品質の検査者に通知する通知手段を制御装
置１０に設けてもよい。 【００７９】以上、本発明を実施形態および実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および
実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能であ
る。例えば、本実施形態では溶接装置はサーボガンとさ
れているが、本発明の適用はサーボガンに限定されるも
のではなく、各種の電動式スポット溶接装置に適用でき
る。 【００８０】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電極が被溶接材を加圧する加圧力を通電開始時点から溶
接終了時点まで略一定とすることができ、これによって
電動サーボ式抵抗溶接装置における溶接条件を他の加圧
方式における溶接条件と共通化することができるという
優れた効果を奏する。 【００８１】また、スポット溶接の実行時に溶接状態を
自動判定することができ、これによって溶接状態の検査
工程における作業効率を向上させることができるという
優れた効果も奏する。
接装置の制御方法および制御装置に関する。さらに詳し
くは、被溶接材の熱膨張による通電状態への影響を排除
するとともに、溶接不良発生打点を自動検出する電動サ
ーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、被溶接材を電極により加圧しつつ
抵抗溶接を行うスポット溶接においては、サーボモータ
で電極を駆動することによって被溶接材を加圧する電動
サーボ方式と、エア圧力によって被溶接材を加圧するエ
ア方式とが行われている。電動サーボ方式はエア方式に
較べて加圧力制御の精度および応答性に優れており、ロ
ボットによるスポット溶接では電動サーボ方式が多用さ
れている。 【０００３】しかしながら、電動サーボ方式の抵抗溶接
装置（電動サーボ式抵抗溶接装置）によるスポット溶接
では、サーボモータが発生する回転駆動力を電極に伝達
する駆動力伝達系統がエア方式の抵抗溶接装置（エア式
抵抗溶接装置）のそれと比較して複雑であるため、以下
のような問題が生じる。 【０００４】すなわち、図１２に示すように、従来の電
動サーボ式抵抗溶接装置１００では、上側電極１０１と
下側電極１０２との間に一対の被溶接材（以下、ワーク
という）Ｗ1´、Ｗ2´を重ね合わせて配置し、サーボモ
ータ１０３の回転駆動力により例えば上側電極１０１を
上下方向に駆動し、ワークＷ1´、Ｗ2´を各電極１０
１、１０２により所定の加圧力で加圧しつつ溶接するよ
うにされている。サーボモータ１０３が発生する回転駆
動力はタイミングベルト、ギア、チェーンおよびカップ
リングなどの部材からなる動力伝達機構１０４を介して
ボールネジ１０５に伝達され、このボールネジ１０５で
上下方向の直線的駆動力に変換される。 【０００５】ところが、このような従来の電動サーボ式
抵抗溶接装置１００では、ボールネジ１０５の駆動力方
向変換における損失や動力伝達機構１０４における摩擦
などの原因によりサーボモータ１０３の回転駆動力が電
極側に１００％伝達されることはなく、また逆に電極先
端に働く反力がサーボモータ１０３側に１００％伝達さ
れることもない。このため、サーボモータ１０３の回転
駆動力を一定に保つことのみによっては、ワークＷ
1´、Ｗ2´を各電極１０１，１０２が加圧する加圧力を
一定化することはできない。 【０００６】すなわち、図１３（ａ）に示すように、所
定の加圧力Ｆｃ´で各ワークＷ1´、Ｗ2´を各電極１０
１、１０２により加圧しつつ通電を開始すると、同図
（ｂ）に示すように、各ワークＷ1´、Ｗ2´の通電部位
が熱膨張し、この熱膨張が発生する反力Ｆe´が上側電
極１０１を押し上げるように作用する。このとき、各電
極１０１、１０２と対向する各ワークＷ1´、Ｗ2´との
間に働く加圧力Ｆj´は下記式（７）で表される。 【０００７】 Ｆj´＝Ｆｃ´＋（１−η´）Ｆｅ´ （７） 【０００８】ここで、η´は動力伝達機構１０４および
ボールネジ１０５における駆動力の伝達効率（η´＜
１）を表している。すなわち、サーボモータ１０３にお
ける回転駆動力を一定化すると、実際の加圧力Ｆj´は
力（１−η´）Ｆｅ´だけ所定の加圧力Ｆｃ´よりも大
きくなる。なお、動力伝達機構１０４の摩擦、特に静摩
擦による損失はボールネジ１０５における損失に比して
無視できる程度のものであるため、伝達効率η´は実質
的にはボールネジ１０５における伝達効率であるものと
考えてよい。 【０００９】このように、実際の加圧力Ｆj´が所定の
加圧力Ｆｃ´よりも大きくなった場合、各電極１０１、
１０２先端と各ワークＷ1´、Ｗ2´との間の接触面積が
広くなり、この結果、通電中の溶接電流密度は通電開始
時点よりも低下する。したがって、従来の電動サーボ式
抵抗溶接装置１００では、通電中の溶接電流密度の低下
を考慮した溶接条件（通電時間など）を設定する必要が
ある。 【００１０】一方、エア式抵抗溶接装置では、エア圧力
の伝達系統が電動サーボ式に比較して簡単であり、エア
圧力伝達系統における伝達効率η´は略値１とみなすこ
とができる。このため、電極が被溶接材を加圧する加圧
力は通電中も略一定であり、電極と被溶接材との接触面
積にも大きな変化は生じないので、通電中の溶接電流密
度も通電開始時点から略一定になるものと考えることが
できる。 【００１１】したがって、電動サーボ式抵抗溶接装置と
エア式抵抗溶接装置とでは加圧方式の違いから同じ原理
の抵抗溶接装置でありながら、溶接電流密度が溶接条件
に大きな影響を及ぼす要素であるため、全く別の溶接条
件にしたがって溶接を行う必要がある。ところが、溶接
条件は被溶接材の材質などの様々な要因を考慮して決定
されるものであり、その導出には多大な時間を要するた
め、加圧方式の違いにより個別の溶接条件を導出するこ
とは、溶接工程の作業効率をあげる上での妨げとなると
いう問題がある。 【００１２】さらに、従来、電動サーボ式抵抗溶接装置
を用いたスポット溶接では、全ての打点において溶接電
流値が一定とされ、通電時間も全ての打点において一定
とされるので、以下のような問題が生じる。 【００１３】すなわち、鋼板などの被溶接材は同一素材
であっても溶接個所毎に表面状態に若干の相違があり、
また、個々の被溶接材毎にその組成も若干相違するのが
通常である。したがって、同一素材の被溶接材に一定の
溶接電流を一定時間印加する場合にも、各溶接箇所の表
面状態の相違の程度によっては印加されるエネルギ量、
つまり熱量の各打点毎における過不足が生じ、所望のナ
ゲットが形成されず、溶接不良を生じることがある。 【００１４】このため、全ての打点で溶接が適正に行わ
れたか否かを検知するためには、溶接工程の後工程で人
が全ての打点を検査する必要があり、この場合、溶接品
質を見極める経験的な技術が検査者に要求される上、打
点数が多数に上る場合には検査に多大な時間を要すると
いう問題がある。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、電極が被溶接材
を加圧する加圧方式の相違に拘わらず、溶接を行う際の
溶接条件を他の加圧方式のものと共通にすることができ
る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置
を提供することを一つの目的とする。また、本発明は不
良溶接箇所および不良溶接の種類を溶接実行時に自動的
に検出することができる電動サーボ式抵抗溶接装置の制
御方法および制御装置を提供することを他の目的とす
る。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明の電動サーボ式抵
抗溶接装置の制御方法の第１形態は、サーボモータで駆
動される電極により被溶接材を加圧しつつ通電してスポ
ット溶接する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であ
って、前記電極による通電開始時点からの前記被溶接材
の熱膨張による同電極の変位量を検出し、該検出された
変位量が所定の変位量に達すると、前記被溶接材の熱膨
張による加圧力の増大を除去するように前記サーボモー
タの駆動力を調節することを特徴とする。 【００１７】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
方法の第１形態においては、サーボモータの駆動力の調
節が、例えば下記式に基づいてなされる。 【００１８】Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 【 0019 】 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 【００２０】また、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御方法の第２形態は、サーボモータで駆動される電
極により被溶接材を加圧しつつ通電してスポット溶接す
る電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、前記
電極による通電開始時点からの前記被溶接材の熱膨張に
よる同電極の変位量を検出し、該検出された通電中にお
ける変位量と溶接終了時点の変位量とに基づいて、溶接
不良箇所および／または溶接不良の種類を検出すること
を特徴とする。 【００２１】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
方法の第２形態においては、溶接不良箇所および／また
は溶接不良の種類の検出が、例えば電極による通電開始
時点からの被溶接材の熱膨張による電極の変位量に基づ
く溶接状態判定パラメータによりなされ、溶接状態判定
パラメータが所定範囲にあれば、適正なナゲットが形成
されたとし、溶接状態判定パラメータが所定値を超えて
いれば、ナゲット内部にチリが発生したとし、溶接状態
判定パラメータが所定値に達していなければ、ナゲット
の溶け込みが浅いとする。 【００２２】一方、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御装置の第１形態は、サーボモータの発生する駆動
力を電極に伝達する駆動力伝達機構と、前記電極により
被溶接材を所定の加圧力で加圧するように前記サーボモ
ータに指令を発する加圧力指令手段と、溶接の開始を指
令する溶接指令手段とを備えてなる電動サーボ式抵抗溶
接装置の制御装置であって、前記電極による通電開始時
点からの被溶接材の熱膨張による同電極の変位量を検出
する変位量検出手段と、検出された変位量が所定の変位
量に達すると、前記被溶接材の熱膨張による加圧力の増
大を前記駆動力伝達機構における動力伝達特性を参照し
て除去するように、前記加圧力指令手段が発する加圧力
指令を補正する加圧力指令補正手段とを備えてなること
を特徴とする。 【００２３】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第１形態においては、加圧力指令補正手段による
補正が、例えば下記式に基づいてなされる。 【００２４】Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 【 0025 】 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 【００２６】また、本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置
の制御装置の第２形態は、サーボモータで駆動される電
極により被溶接材を所定の加圧力により加圧しつつ通電
してスポット溶接する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置であって、電極による通電開始時点からの被溶接材
の熱膨張による電極の変位量を検出する変位量検出手段
と、該検出された通電中における変位量と溶接終了時点
の変位量とに基づいて、溶接不良箇所および／または溶
接不良の種類を検出する溶接状態検出手段を備えてなる
ことを特徴とする。 【００２７】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第２形態においては、溶接状態検出手段における
溶接不良箇所および／または溶接不良の種類の検出が、
例えば電極による通電開始時点からの被溶接材の熱膨張
による電極の変位量に基づく溶接状態判定パラメータに
よりなされ、溶接状態判定パラメータが所定範囲にあれ
ば、適正なナゲットが形成されたとし、溶接状態判定パ
ラメータが所定値を超えていれば、ナゲット内部にチリ
が発生したとし、溶接状態判定パラメータが所定値に達
していなければ、ナゲットの溶け込みが浅いとする。 【００２８】本発明の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御
装置の第２形態においては、溶接状態検出手段による検
出結果を通知する通知手段を備えてなるのが好ましい。 【００２９】しかして、本発明の電動サーボ式抵抗溶接
装置の制御装置は電動サーボ式抵抗溶接装置に搭載さ
れ、またその電動サーボ式抵抗溶接装置はロボットに搭
載される。 【００３０】 【作用】本発明は前記のように構成されているので、通
電中の加圧力を被溶接部位の熱膨張に拘わらず、通電開
始時点から略一定とすることができ、この結果、溶接部
の溶接電流を略一定とすることができる。 【００３１】また、本発明によれば、溶接実行中に溶接
不良箇所や溶接不良の種類を検出することができる。 【００３２】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。 【００３３】本発明の一実施形態に係る電動サーボ式抵
抗溶接装置（以下、溶接装置という）の概略構成を図１
に示し、溶接装置１０は、一対の被溶接材（以下、ワー
クという）Ｗ1、Ｗ2をスポット溶接する、例えばロボッ
トのハンドに取付けられるサーボガンＧと、溶接用の電
力を供給する溶接電源２０と、サーボガンＧおよび溶接
電源２０の動作を制御する制御装置３０とを備えてな
る。 【００３４】サーボガンＧは、ワークＷ1、Ｗ2を間に挟
むようにワークＷ1、Ｗ2の上下にそれぞれ配される、ワ
ークＷ1、Ｗ2を所定の加圧力により加圧しつつ通電する
上側電極１１および下側電極１２と、上側電極１１を駆
動するための回転駆動力を発生するサーボモータ１３
と、サーボモータ１３が発生する回転駆動力を上下方向
の直線的駆動力に変換して上側電極１１に伝達する駆動
力伝達機構１４と、サーボモータ１３の回転角度位置、
すなわち上側電極１１の上下方向の位置に応じた信号を
出力するエンコーダ（変位量検出手段）１５とから構成
される。 【００３５】制御装置３０は、溶接電源２０にそのオン
・オフを指令する溶接指令手段３１と、サーボモータ１
３にその発生する回転駆動力を指令する加圧力指令手段
３２と、エンコーダ１５の出力信号に基づいて各ワーク
Ｗ1、Ｗ2溶融部（通電部位）の熱膨張の状態を検出する
溶融部状態検出手段（変位量検出手段）３３と、溶融部
の熱膨張による各電極１１、１２の加圧力増大を排除す
るように加圧力指令手段３２が発する加圧力指令を補正
するための加圧力調整量を演算する加圧力調整量演算手
段（加圧力指令補正手段）３４と、溶融部状態検出手段
３３により検出される、溶融部の熱膨張による上側電極
１１の通電中の変位量および溶接終了時点の変位量に基
づいてナゲットの形成状況を判定するナゲット形成状況
判定手段（溶接状態検出手段）３５とから構成されてい
る。 【００３６】図２に、制御装置３０のハードウエア構成
を示す。 【００３７】制御装置３０は、前記各手段３１、３２、
３３、３４および３５が各種処理を行うためのプログラ
ムを格納するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）４１と、Ｒ
ＯＭ４１から読み出されたプログラムにしたがって各種
演算を実行するＣＰＵ（中央演算処理ユニット）４２
と、ＣＰＵ４２における演算結果を一時的に記憶するＲ
ＡＭ（随時書込み・読出し可能メモリ）４３と、サーボ
モータ１３、エンコーダ１５および溶接電源２０との間
の信号のやり取りを媒介する入出力インタフェース４４
と、入出力インタフェース４４を介してＣＰＵ４２に入
力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器４５と、ＣＰＵ４２から入出力インタフェース
４４を介して出力されるディジタル信号をアナログ信号
に変換するＤ／Ａ変換器４６と、制御装置３０の各構成
要素を同期して動作させる基本クロックを発生するクロ
ック発生器４７とから構成されている。 【００３８】図３に駆動力伝達機構１４の詳細な構成を
示す。 【００３９】駆動力伝達機構１４は、サーボモータ１３
が発生する回転駆動力を回転数を変えて伝達する、図示
省略するタイミングベルト、ギア、チェーンおよびカッ
プリングなどの各部材から構成される回転駆動力伝達部
１４ａと、回転駆動力伝達部１４ａにより伝達される回
転駆動力を上側電極１１を上下方向に駆動する直線的駆
動力に変換するボールネジ１４ｂとを備えてなる。 【００４０】しかして、図４（ａ）に示すように、加圧
力指令手段３２の指令によりサーボモータ１３が回転駆
動力を発生し、各電極１１、１２が所定の加圧力Ｆｃで
ワークＷ1、Ｗ2を加圧すると、溶接指令手段３１が溶接
電源２０に各電極１１、１２に所定電圧の電力供給を開
始するように指令する。 【００４１】溶接指令手段３１の指令により各電極１
１、１２による通電が開始されると、図４（ｂ）に示す
ように、各ワークＷ1、Ｗ2の通電部位が発熱し、熱膨張
を開始するとともに当該通電部位にナゲットＮが形成さ
れていく。この熱膨張により上側電極１１には上方向の
力Ｆｅが働くが、この間、サーボモータ１３が発生する
回転駆動力（以下、符号Ｆmで表す）は一定であるた
め、上側電極１１は押上げられる。 【００４２】このような熱膨張による上側電極１１の上
方への変位は、エンコーダ１５の出力信号を介して溶融
部状態検出手段３３が監視しており、溶融部状態検出手
段３３により検出される通電開始時点からの上側電極１
１の変位量Ｍが所定の変位量Ｍr（図６参照）に達した
ときに、加圧力調整量演算手段３４が各電極１１、１２
と各ワークＷ1、Ｗ2との間に働く実際の加圧力Ｆｊの増
大を排除するように加圧力指令手段３２による指令を補
正するための加圧力調整量Ｆmcを演算する。 【００４３】すなわち、加圧力ＦｊをワークＷ1、Ｗ2の
熱膨張に拘わらず略一定化するためには、駆動力伝達機
構１４における駆動力の伝達効率η（η＜１）を考慮し
て、下記式（３）が成り立つような加圧力調整量Ｆmcを
加圧力調整量演算手段３４で算出し、この加圧力調整量
Ｆmcにより加圧指令手段３２の指令を補正する必要があ
る。 【００４４】 Ｆj＝η（Ｆm−Ｆmc）＋（１−η）Ｆe＝ηＦm （１） 【００４５】また、 Ｆｃ＝ηＦm （２） であるから、式（１）をＦmcについて解くと、 【００４６】 Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 （３） なる関係が得られる。つまり、駆動力伝達機構１４にお
ける駆動力の伝達効率ηを参照することによって、ワー
クＷ1、Ｗ2の熱膨張による加圧力Ｆｊの増大を除去する
ようにサーボモータ１３の駆動力を調節することが可能
となる。なお、回転駆動力Ｆmおよび加圧調整量Ｆ
mcは、サーボモータ１３固有のトルク定数を参照してサ
ーボモータ１３への供給電流値を指令する指令値を操作
することで制御可能な要素である。 【００４７】図５に制御装置３０における処理の流れを
示す。この処理は所定時間毎にＣＰＵ４２により実行さ
れる。 【００４８】先ず、エンコーダ１５の出力信号により検
出される上側電極１１の通電開始時点からの変位量Ｍが
所定の変位量Ｍrを超えたか否かを判定する（ステップ
Ｓ１）。Ｍ値がＭr値を超えた場合は、ワークＷ1、Ｗ2
の通電部位が熱膨張したものとして加圧調整量Ｆmcを算
出する（ステップＳ２）。 【００４９】次に、算出された加圧調整量Ｆmcに応じて
加圧力指令手段３２が発する加圧力指令を補正し（ステ
ップＳ３）、溶接が終了したか否かを判定する（ステッ
プＳ４）。溶接が終了していない場合は前記ステップＳ
１の処理に戻り、終了した場合は本処理を終了する。 【００５０】また、前記ステップＳ１で変位量Ｍが所定
の変位量Ｍrを超えない場合は、通電部位が熱膨張して
いないものとしてステップＳ４の処理に移行する。 【００５１】図６に以上説明した処理のタイムチャート
を示す。同図では、上側電極１１の上下方向の位置はエ
ンコーダ１５の出力信号値（以下、エンコーダ値ともい
う）Ｅで示されている。 【００５２】時刻ｔ0に上側電極１１の降下が開始され
る。時刻ｔ1に各電極１１、１２が各ワークＷ1、Ｗ2と
接触し、各電極１１、１２による加圧が開始される。時
刻ｔ2にサーボモータ１３の回転駆動力が所定の加圧力
Ｆｃに対応する回転駆動力Ｆmに達すると、上側電極１
１の降下は停止する。このときのエンコーダ値をＥ1と
する。 【００５３】時刻ｔ3に各電極１１、１２を介する通電
が開始され、エンコーダ値Ｅは上昇を開始する。時刻ｔ
4にエンコーダ値ＥのＥ1値からの上昇量が所定の変位量
Ｍrに対応する上昇量を超えると、加圧力調整量Ｆmcに
よるサーボモータ１３の回転駆動力の調整が開始され
る。 【００５４】時刻ｔ5に通電が終了すると、熱膨張した
通電部位は収縮を開始する。時刻ｔ6にエンコーダ値Ｅ
のＥ1値からの上昇量が所定の変位量Ｍrに対応する上昇
量を下回ると、加圧力調整量Ｆmcによるサーボモータ１
３の回転駆動力の調整が終了される。時刻ｔ7には通電
部位の収縮が止まり、ナゲットＮを形成する溶接の全工
程が終了したものとして、上側電極１１の初期位置への
退避が開始される。 【００５５】以下に、ナゲット形成判定手段３５が溶接
状態の良否を判定する処理について説明する。 【００５６】図７、図８および図９に、溶接状態の良否
に対応するナゲットＮの形成状態を示す。ナゲットＮの
形成状態は、電極１１、１２を介してワークＷ1、Ｗ2に
印加される溶接電流の電気的エネルギ量（もしくは、熱
量）によってその良否が決定される。 【００５７】すなわち、エネルギ量が適正であれば、図
７に示すように、溶け込みの適正なナゲットＮ1が得ら
れる。エネルギ量が不足した場合は、図８に示すよう
に、溶け込みの浅い不良ナゲットＮ2が形成される。ま
た、エネルギ量が過多な場合は、図９に示すように、ナ
ゲットＮ3の内部に空洞Ｖが現れ、チリが発生する。 【００５８】図１０にナゲットＮの各形成状態に対応す
るエンコーダ値Ｅの変化の様子を示す。 【００５９】すなわち、エネルギ量が適正で適正なナゲ
ットＮ1が形成されている場合（実線Ｌ1）は、通電開始
時点ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅはエ
ンコーダ値Ｅ1に対して変化量が大きく、また溶接終了
時点（電極退避開始時刻）ｔ7におけるエンコーダ値Ｅ
もエンコーダ値Ｅ1に対して変化量が前記の半分程度と
なる。 【００６０】これに対して、エネルギ量が不足し溶け込
みの浅い不良ナゲットＮ2が形成された場合（一点鎖線
Ｌ2）は、エネルギ量が適正で適正なナゲットＮ1が形成
されている場合（実線Ｌ1）と比較して、通電開始時点
ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅはエンコ
ーダ値Ｅ1に対して変化量が小さく、しかも溶接終了時
点ｔ7におけるエンコーダ値Ｅもエンコーダ値Ｅ1に対し
て変化量が小さくなる。 【００６１】一方、エネルギ量が過多でチリが発生した
ナゲットＮ3が形成されている場合（点線Ｌ3）は、通電
開始時点ｔ3直後および通電中におけるエンコーダ値Ｅ
はエンコーダ値Ｅ1に対して変化量が大きいが、溶接終
了時点ｔ7におけるエンコーダ値Ｅはエンコーダ値Ｅ1に
対して変化量が小さくなる。 【００６２】したがって、エンコーダ値Ｅ1に対する通
電中のエンコーダ値Ｅおよびエンコーダ値Ｅ1に対する
溶接終了時点のエンコーダ値Ｅに基づいて、溶接不良の
発生および溶接不良の種類を検出することが可能とな
る。以下具体的に説明する。 【００６３】通電開始時点ｔ3のエンコーダ値Ｅ1を基準
値としてＲＡＭ４３に記憶させる。通電中のエンコーダ
値Ｅ2の基準値Ｅ1からの変化量ΔＥwを下記式（４）に
より算出し、その最大値ΔＥwmaxをＲＡＭ４３に記憶さ
せる。 【００６４】 ΔＥw＝Ｅ2−Ｅ1 （４） 【００６５】次に、電極退避開始時刻ｔ7におけるエン
コーダ値Ｅ3の基準値Ｅ1からの変位量ΔＥeを下記式
（５）により算出する。 【００６６】 ΔＥe＝Ｅ3−Ｅ1 （５） 【００６７】ΔＥwmaxは通電中にナゲットＮに発生する
熱膨張の度合いをエンコーダ値Ｅの変化量として捉えた
ものであり、ΔＥeはナゲットＮの溶接終了時点におけ
る収縮の度合いをエンコーダ値Ｅの変化量として捉えた
ものである。 【００６８】そして、下記式（６）により定義されるβ
をナゲットＮの形成状態を表すパラメータ（溶接状態判
定パラメータ）として設定する。 【００６９】 β＝（ΔＥwmax−ΔＥe）／ΔＥwmax （６） 【００７０】すなわち、パラメータβが所定範囲内にあ
れば、当該打点では適正なナゲットＮが形成されたもの
と判定され、パラメータβが前記所定範囲にない場合は
当該打点では適正なナゲットＮが形成されず溶接不良で
あるものと判定される。 【００７１】また、パラメータβが前記所定範囲のいず
れの側に外れているかに応じて（図１１参照）溶接不良
の種類、すなわちエネルギ量が過多であるのか不足して
いるのかを判定することも可能となる。 【００７２】このように、本実施形態の溶接装置１０で
は、通電開始時点からの上側電極１１の変位量Ｍが所定
の変位量Ｍrに達したときにワークＷ1、Ｗ2の通電部位
が熱膨張したものとして、加圧力指令手段３２が発する
指令が加圧力調整量演算手段３４により算出される加圧
力調整量Ｆmcに対応して補正されるので、通電部位の熱
膨張による加圧力Ｆｊの増大を除去することができる。
これにより、電動サーボ式溶接装置１０における加圧力
Ｆｊを通電部位の熱膨張に拘わらず、溶接中略一定とす
ることができる。 【００７３】また、通電中のエンコーダ値Ｅ2の通電開
始時点ｔ3におけるエンコーダ値Ｅ1からの変化量ΔＥw
の最大値ΔＥwmaxと、溶接終了時点ｔ7におけるエンコ
ーダ値Ｅ3の基準値Ｅ1からの変化量ΔＥeとに基づいて
パラメータβを定義し、このパラメータβによりナゲッ
トＮの形成状態を判定するので、溶接実行時に自動的に
全打点の溶接状態を判定することができる。 【００７４】 【実施例】以下、より具体的な実施例により本発明をよ
り具体的に説明する。 【００７５】図１１に、板厚２ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板
を重ねあわせたものをワークＷ1、Ｗ2として用いた場
合、および板厚１ｍｍの３０１Ｌ−ＭＴ鋼板を重ねあわ
せたものをワークＷ1、Ｗ2として用いた場合のそれぞれ
について、加圧力Ｆｊを一定に保った状態で溶接電源２
０から供給される溶接電流値Ｉを変化させたときの、パ
ラメータβの変化の様子を示す。 【００７６】同図によれば、いずれの場合においても溶
接状態が良好であればパラメータβは所定範囲（０．５
＜β＜０．７）内にあることが分かる。また、溶接電流
値Ｉが小さくナゲットＮの形成状態が不十分であればパ
ラメータβは所定範囲から小さい方向に外れる一方、溶
接電流値Ｉが大きくチリが発生している場合はパラメー
タβは所定範囲から大きい方向に外れる。 【００７７】このように、パラメータβに対して適当な
溶接良好領域（所定範囲）を定めることで、ナゲットＮ
形成状態の良否判定を自動的かつ適切に行うことが可能
となる。また、溶接良好領域の設定は溶接条件に対して
ある程度の余裕度を有しており、被溶接材の材質や板厚
に拘わらず略一定の範囲を用いることができるので、ス
ポット溶接の施工条件毎に煩雑な設定作業を行う必要は
ない。 【００７８】なお、このようにして判定されるナゲット
Ｎの形成状態の判定結果を、溶接不良打点として装置の
操作者や溶接品質の検査者に通知する通知手段を制御装
置１０に設けてもよい。 【００７９】以上、本発明を実施形態および実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および
実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能であ
る。例えば、本実施形態では溶接装置はサーボガンとさ
れているが、本発明の適用はサーボガンに限定されるも
のではなく、各種の電動式スポット溶接装置に適用でき
る。 【００８０】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電極が被溶接材を加圧する加圧力を通電開始時点から溶
接終了時点まで略一定とすることができ、これによって
電動サーボ式抵抗溶接装置における溶接条件を他の加圧
方式における溶接条件と共通化することができるという
優れた効果を奏する。 【００８１】また、スポット溶接の実行時に溶接状態を
自動判定することができ、これによって溶接状態の検査
工程における作業効率を向上させることができるという
優れた効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動サーボ式抵抗溶
接装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
接装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】制御装置のハードウエアの構成を示すブロック
図である。
図である。
【図３】上側電極を駆動する駆動系統の詳細を示す模式
図である。
図である。
【図４】溶接実行時における通電部位の変化の様子を示
す模式図である。
す模式図である。
【図５】制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図で
ある。
ある。
【図６】同処理のタイムチャートであり、同（ａ）はエ
ンコーダ値の変化を示し、同（ｂ）は回転駆動力の変化
を示す。
ンコーダ値の変化を示し、同（ｂ）は回転駆動力の変化
を示す。
【図７】エネルギ量が適正な場合のナゲットＮの形成状
態を示す模式図である。
態を示す模式図である。
【図８】エネルギ量が不足している場合のナゲットＮの
形成状態を示す模式図である。
形成状態を示す模式図である。
【図９】エネルギ量が過多である場合のナゲットＮの形
成状態を示す模式図である。
成状態を示す模式図である。
【図１０】ナゲットＮの形成状態を判定する原理を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図１１】実施例を示すグラフ図である。
【図１２】従来の電動サーボ式抵抗溶接装置の駆動系統
の詳細を示す模式図である。
の詳細を示す模式図である。
【図１３】従来の電動サーボ式抵抗溶接装置の溶接実行
時における通電部位の変化の様子を示す模式図である。
時における通電部位の変化の様子を示す模式図である。
１０ 溶接装置 １１ 上側電極 １２ 下側電極 １３ サーボモータ １５ エンコーダ １４ 駆動力伝達機構 １４ｂ ボールネジ ２０ 溶接電源 ３０ 制御装置 ３１ 溶接指令手段 ３２ 加圧力指令手段 ３３ 溶融部状態検出装置 ３４ 加圧力調整量演算手段 ３５ ナゲット形成状況判定手段 Ｇ サーボガン Ｎ ナゲット Ｖ 空洞 Ｗ ワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 隆生 明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式会 社明石工場内 (72)発明者 瀬渡 賢 神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号 川 崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 4E065 AA05 BA06
Claims (11)
- 【請求項１】 サーボモータで駆動される電極により被
溶接材を加圧しつつ通電してスポット溶接する電動サー
ボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、 前記電極による通電開始時点からの前記被溶接材の熱膨
張による同電極の変位量を検出し、該検出された変位量
が所定の変位量に達すると、前記被溶接材の熱膨張によ
る加圧力の増大を除去するように前記サーボモータの駆
動力を調節することを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接
装置の制御方法。 - 【請求項２】 サーボモータの駆動力の調節が下記式に
基づいてなされることを特徴とする請求項１記載の電動
サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。 Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 - 【請求項３】 サーボモータで駆動される電極により被
溶接材を加圧しつつ通電してスポット溶接する電動サー
ボ式抵抗溶接装置の制御方法であって、 前記電極による通電開始時点からの前記被溶接材の熱膨
張による同電極の変位量を検出し、該検出された通電中
における変位量と溶接終了時点の変位量とに基づいて、
溶接不良箇所および／または溶接不良の種類を検出する
ことを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方
法。 - 【請求項４】 溶接不良箇所および／または溶接不良の
種類の検出が、電極による通電開始時点からの被溶接材
の熱膨張による電極の変位量に基づく溶接状態判定パラ
メータによりなされ、 溶接状態判定パラメータが所定範囲にあれば、適正なナ
ゲットが形成されたとし、溶接状態判定パラメータが所
定値を超えていれば、ナゲット内部にチリが発生したと
し、溶接状態判定パラメータが所定値に達していなけれ
ば、ナゲットの溶け込みが浅いとすることを特徴とする
請求項３記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法。 - 【請求項５】 サーボモータの発生する駆動力を電極に
伝達する駆動力伝達機構と、前記電極により被溶接材を
所定の加圧力で加圧するように前記サーボモータに指令
を発する加圧力指令手段と、溶接の開始を指令する溶接
指令手段とを備えてなる電動サーボ式抵抗溶接装置の制
御装置であって、 前記電極による通電開始時点からの被溶接材の熱膨張に
よる同電極の変位量を検出する変位量検出手段と、 検出された変位量が所定の変位量に達すると、前記被溶
接材の熱膨張による加圧力の増大を前記駆動力伝達機構
における動力伝達特性を参照して除去するように、前記
加圧力指令手段が発する加圧力指令を補正する加圧力指
令補正手段とを備えてなることを特徴とする電動サーボ
式抵抗溶接装置の制御装置。 - 【請求項６】 加圧力指令補正手段による補正が下記式
に基づいてなされることを特徴とする請求項５記載の電
動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 Ｆmc＝Ｆm・（１−η）／η2 ここに、 Ｆmc：加圧力調節量 Ｆm：サーボモータの回転駆動力 η：駆動力の伝達効率 - 【請求項７】 サーボモータで駆動される電極により被
溶接材を所定の加圧力により加圧しつつ通電してスポッ
ト溶接する電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置であっ
て、 電極による通電開始時点からの被溶接材の熱膨張による
電極の変位量を検出する変位量検出手段と、 該検出された通電中における変位量と溶接終了時点の変
位量とに基づいて、溶接不良箇所および／または溶接不
良の種類を検出する溶接状態検出手段とを備えてなるこ
とを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 - 【請求項８】 溶接状態検出手段における溶接不良箇所
および／または溶接不良の種類の検出が、電極による通
電開始時点からの被溶接材の熱膨張による電極の変位量
に基づく溶接状態判定パラメータによりなされ、 溶接状態判定パラメータが所定範囲にあれば、適正なナ
ゲットが形成されたとし、溶接状態判定パラメータが所
定値を超えていれば、ナゲット内部にチリが発生したと
し、溶接状態判定パラメータが所定値に達していなけれ
ば、ナゲットの溶け込みが浅いとすることを特徴とする
請求項７記載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 - 【請求項９】 溶接状態検出手段による検出結果を通知
する通知手段を備えてなることを特徴とする請求項７記
載の電動サーボ式抵抗溶接装置の制御装置。 - 【請求項１０】 請求項５ないし請求項６記載の制御装
置を備えてなることを特徴とする電動サーボ式抵抗溶接
装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の電動サーボ式抵抗溶
接装置を備えてなることを特徴とするロボット。
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| JP2000122487A JP3554830B2 (ja) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | 電動サーボ式抵抗溶接装置の制御方法および制御装置 |
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