JP2006122950A - スポット溶接監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な装置構成で溶接の良否を的確に判断する。
【解決手段】 一対の電極１０１により金属板１０２の複数箇所に連続的に施されるスポット溶接の良否を監視するスポット溶接監視装置１において、各電極１０１間の電圧を検出する検出手段と、この検出手段により検出された電圧に基づく電圧情報２１を連続的に記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶され所定時間を隔てた電圧情報２１同士を比較して電圧情報２１の差異に関する差異情報２２を取得する比較手段と、比較手段により取得された差異情報２２に基づいて溶接の良否を判定する判定手段と、を具備した。
【選択図】図２

Description

本発明は、一対の電極により金属板の複数箇所に連続的に施されるスポット溶接の良否を監視するスポット溶接監視装置に関する。

鉄やアルミニウムなどの金属板を使用する製品については、一対の電極により２枚以上の金属板を挟圧して通電することにより、各金属板同士を溶着させるスポット溶接が利用されている。自動車車両などの比較的大型の製品では、製造ライン上で各電極を有するスポットガンをロボットアームの先端に設置して、１つの製品に対して複数箇所に連続的にスポット溶接が行われる。

スポット溶接では、ワークである金属板に塵埃等が付着していたり、各電極によるワークに対する加圧が不足したり、電極（チップ）が摩耗したりすると、溶接時に各電極間が過電圧となるなどして溶接不良が発生する。このような溶接時においても各電極間には電流が流れることから、溶接不良を検出することは困難である。

そこで、各電極間の電圧値及び電流値を測定して溶接時におけるインピーダンスを連続的に算出し、予め記憶されたインピーダンスに関するデータと比較して、溶接の「良」及び「不良」を判断するスポット溶接監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このスポット溶接監視装置では、溶接が行われる打点毎にインピーダンスのデータを累積的に更新していき、以降の溶接打点における良否の判断に利用している。
特開２００２−２１０５６７号公報

しかしながら、前記スポット溶接監視装置では、全打点が同様な条件で溶接する場合は溶接不良の検出が可能であるが、１つの製品の複数箇所にスポット溶接を施す場合には打点毎に溶接状態が異なることが多いので全打点を同様に判断することは好ましくない。従って、当該打点では正常な溶接状態であっても他の打点と異なる溶接状態となると「不良」と判断されたり、この逆に、当該打点では異常な溶接状態であっても他の打点と同様の溶接状態となると「良」と判断されるおそれがあった。また、各電極の電圧と電流の両方の値を精度良く監視しなければならず、装置構成が複雑となるという問題点もある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な装置構成で溶接の良否を的確に判断することのできるスポット溶接監視装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一対の電極により金属板の複数箇所に連続的に施されるスポット溶接の良否を監視するスポット溶接監視装置であって、各電極間の電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された電圧に基づく電圧情報を連続的に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶され所定時間を隔てた前記電圧情報同士を比較して、これらの電圧情報の差異に関する差異情報を取得する比較手段と、前記比較手段により取得された差異情報に基づいて、溶接の良否を判定する判定手段と、を具備したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、記憶手段には金属板にスポット溶接が施される都度に電圧情報が記憶され、比較手段により所定時間だけ隔てた電圧情報同士が比較されて差異情報が取得される。ここで、所定時間は、例えば比較される２つの電圧情報が同様の溶接状態の打点に対応するよう設定するとよい。
従って、全打点について溶接状態に応じてきめ細かな良否判断を行うことができる。すなわち、全打点について一律に良否判断を行うものに比して、判断の精度を飛躍的に向上させりことができる。
また、各電極間の電圧を検出すればよいので、簡単な装置構成で溶接の良否を判断することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のスポット溶接監視装置において、前記電圧情報は連続する複数回の溶接の電圧データを含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、互いに比較される電圧情報が連続した複数回の溶接時の電圧データを含むので、１つの打点単独で判断することなく、複数回だけ連続した打点の溶接状態に基づいて差異情報が取得されることとなる。
すなわち、１つの打点単独で判断すると誤判定が多くなり、複数回だけ連続した打点の溶接状態を調べないと溶接の異常を判断することが困難となる場合には、的確に溶接の良否を判断することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のスポット溶接監視装置において、前記電圧情報は溶接時の電圧の波形に関することを特徴とする。
尚、ここでいう「電圧の波形」とは、電圧の値と時間を直交する２軸として描かれた軌跡をいう。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の作用に加え、電圧の波形は電圧の値を連続的に検出することにより取得することができので、電圧情報の作成が簡単容易で、実用に際して極めて有利である。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のスポット溶接監視装置において、前記差異情報は電圧の波形の面積を比較して取得された情報を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３の作用に加え、差異情報は電圧波形の面積に関する情報を含むので、溶接部に加えられた熱量の差異に基づいて溶接状態を判断することができる。すなわち、金属板と各電極の組み合わせが、熱量に起因して溶接不良を生じやすい場合などは、溶接状態を効果的に監視することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項３または４に記載のスポット溶接監視装置において、前記差異情報は電圧の波形の振幅を比較して取得された情報を含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、請求項３または４の作用に加え、差異情報は電圧波形の振幅に関する情報を含むので、溶接部に加えられる電圧の最大値に基づいて溶接状態を判断することができる。すなわち、金属板と各電極の組み合わせが、最大電圧値に起因して溶接不良を生じやすい場合などは、溶接状態を効果的に監視することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１から５のいずれか一項に記載のスポット溶接監視装置において、前記差異情報は、所定時間を隔てた前記電圧情報同士の所定の量に関する差であり、前記判定手段は、前記差が予め設定された閾値より大きいか否かにより、溶接の良否を判定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のいずれか一項の作用に加え、電圧の所定の量に関して閾値より大きいか否かにより溶接の良否を判定するので、判定を簡単容易に行うことができる。また、製品毎に要求される溶接の品質が異なる場合には、閾値を変更して柔軟に対応することができ、実用に際して極めて有利である。

このように、本発明のスポット溶接監視装置によれば、所定時間だけ隔てた電圧情報同士を比較して差異情報を取得するようにしたので、各打点の溶接状態に対応させることができ、簡単な装置構成で溶接の良否を的確に判断することができる。

図１から図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１はスポット溶接監視装置の概略構成図、図２はスポット溶接監視装置の構成ブロック図、図３は全打点が正常に溶接された際の電圧の波形を示すグラフ、図４は溶接不良の打点を含む電圧の波形を示すグラフ、図５は制御部の動作を示すフローチャートである。

図１に示すように、このスポット溶接監視装置１は、スポット溶接機１００の各電極１０１に接続されるＡ／Ｄ変換器２と、このＡ／Ｄ変換器２に接続される制御部３と、この制御部３に接続されるタッチパネルディスプレイ４と、を備えている。スポット溶接監視装置１は、一対の電極１０１により金属板１０２の複数箇所に連続的に施されるスポット溶接の良否を監視する。本実施形態においては、制御部３は高速シーケンサと称されるものであり、制御部３のＩ／Ｏインターフェース１０に、Ａ／Ｄ変換器２及びタッチパネルディスプレイ４が接続されている。

Ａ／Ｄ変換器２は、各電極１０１間の電圧に関するアナログ信号を、デジタル信号に変換して制御部３へ送信する。本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器２と、これと各電極１０１を接続する電気線５が、各電極１０１間の電圧を検出する検出手段をなす。

図２に示すように、制御部３は、前述のＩ／Ｏインターフェース１０に加えて、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３等を有し、これらは互いにバス１４により接続される。ＲＯＭ１２には、Ａ／Ｄ変換器２から入力された電圧に基づく電圧情報２１をＲＡＭ１３に記憶させるための記憶プログラム３１と、ＲＡＭ１３に記憶され所定時間を隔てた電圧情報２１同士を比較して電圧情報２１の差異に関する差異情報２２を取得するための比較プログラム３２と、この差異状態２２に基づいて溶接の良否を判定するための判定プログラム３３と、が記憶されている。すなわち、本実施形態においては、制御部３が記憶手段、比較手段及び判定手段をなしている。

具体的に、電圧情報２１は、１つの製品におけるスポット溶接機１００が受け持つ打点についての電圧値の波形に関する情報である。図３には、１０回連続して溶接を行い、１０点の連続した打点について正常に溶接が行われた場合の電圧の波形を示す。すなわち、１つの製品の工程で、電圧値は１０サイクルの変動周期を有することとなる。本実施形態においては、図４に示すように、比較に用いる電圧情報２１は連続する２回の溶接の電圧データである。

全打点の差異情報２２のうち、２サイクル目、３サイクル目、５サイクル目及び６サイクル目の差異情報２２は、２サイクル目と３サイクル目の波形の面積と５サイクル目と６サイクル目の波形の面積の差である（図４参照）。そして、判定プログラム３３は、この差が予め設定された閾値３４より大きいか否かにより、溶接の良否を判定するよう構成されている。尚、本実施形態においては、１つの製品の工程で、２回目及び３回目の打点と、５回目及び６回目の打点とが、同様の溶接状態となっている。

以上のように構成された制御部３の動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、製品の溶接が開始されたか否かを判別し（ステップＳ１）、溶接が開始されたと判別した場合は、電圧の波形を計測して図４に示す電圧情報２１を連続的にＲＡＭ１３に記憶させる（ステップＳ２）。尚、ステップＳ１にて溶接が開始されてないと判別した場合は、ステップＳ１へ戻り待機状態となる。

ステップＳ２の後、２サイクル目及び３サイクル目の電圧の波形の面積と、５サイクル目及び６サイクル目の電圧の波形の面積を算出する（ステップＳ３）。次いで、これらの面積を比較して差を算出し、閾値３４より大きいか否かを判別する（ステップＳ４）。ステップＳ４にて差が閾値３４より大きい場合は、溶接不良と判定し（ステップＳ５）、タッチパネルディスプレイ４に溶接不良の表示をして動作を終了する。また、ステップＳ４にて差が閾値３４以下の場合は、正常溶接と判定し（ステップＳ６）、タッチパネルディスプレイ４に正常溶接の表示をして動作を終了する。
尚、図５のフローチャートには、２サイクル目、３サイクル目、５サイクル目及び６サイクル目の溶接の良否を判定するものを示したが、制御部３はこれらのサイクルの他のサイクルの溶接の良否についても順次判定していく。

このように、本実施形態のスポット溶接監視装置１によれば、ＲＡＭ１３には金属板１０２にスポット溶接が施される都度に電圧情報２１が記憶され、所定時間だけ隔てた電圧情報２１同士が比較されて差異情報２２が取得される。
従って、全打点について溶接状態に応じてきめ細かな良否判断を行うことができる。すなわち、全打点について一律に良否判断を行うものに比して、判断の精度を飛躍的に向上させりことができる。
また、各電極１０１間の電圧を検出すればよいので、簡単な装置構成で溶接の良否を判断することができる。

また、本実施形態のスポット溶接監視装置１によれば、互いに比較される電圧情報２１が連続した複数回の溶接時の電圧データを含むので、１つの打点単独で判断することなく、複数回だけ連続した打点の溶接状態に基づいて差異情報２２が取得されることとなる。
本実施形態においては、２サイクル目及び３サイクル目と、５サイクル目及び６サイクル目については、１つの打点単独で判断すると誤判定が多くなって、複数回だけ連続した打点の溶接状態を調べないと溶接の異常を判断することが困難となっており、的確に溶接の良否を判断することができる。

また、本実施形態のスポット溶接監視装置１によれば、電圧の波形は電圧の値を連続的に検出することにより取得することができので、電圧情報２１の作成が簡単容易で、実用に際して極めて有利である。
ここで、差異情報２２は電圧波形の面積に関する情報を含むので、溶接部に加えられた熱量の差異に基づいて溶接状態を判断することができる。本実施形態においては、金属板１０２と各電極１０１が、熱量に起因して溶接不良を生じやすい組み合わせとなっており、溶接状態を効果的に監視することができる。

また、本実施形態のスポット溶接監視装置１によれば、電圧の波形の面積の差に関して閾値３４より大きいか否かにより溶接の良否を判定するので、判定を簡単容易に行うことができる。また、製品毎に要求される溶接の品質が異なる場合には、閾値３４を変更して柔軟に対応することができ、実用に際して極めて有利である。

尚、前記実施形態においては、電圧情報２１が連続する複数回の溶接の電圧データであるものを示したが、１つの打点単独で判断しても信頼性が高い場合には、電圧情報２１が１回の溶接の電圧データであっても差し支えない。

また、前記実施形態においては、差異情報２２が電圧の波形の面積を比較した取得された情報であるものを示したが、差異情報は電圧の波形の振幅を比較して取得された情報であってもよい。
この場合、差異情報は電圧波形の振幅に関する情報を含むので、溶接部に加えられる電圧の最大値に基づいて溶接状態を判断することができる。すなわち、金属板１０２と各電極１０１の組み合わせが、最大電圧値に起因して溶接不良を生じやすい場合などは、溶接状態を効果的に監視することができる。
この場合も、最大電圧値の差が予め設定された閾値より大きいか否かにより溶接の良否を判定するよう構成すれば、溶接の良否を簡単に判定することができ、製品に要求される溶接の品質に応じて柔軟に対応することができる。

さらに、電圧情報は電圧の波形に関するものでなく、例えば電圧の変化率等のような数値に関するものであってもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示すスポット溶接監視装置の概略構成図である。 スポット溶接監視装置の構成ブロック図である。 全打点が正常に溶接された際の電圧の波形を示すグラフである。 溶接不良の打点を含む電圧の波形を示すグラフである。 制御部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ スポット溶接監視装置
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 制御部
５ 電気線
１０ Ｉ／Ｏインターフェース
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
２１ 電圧情報
２２ 差異情報
３１ 記憶プログラム
３２ 比較プログラム
３３ 判定プログラム
１００ スポット溶接機
１０１ 電極
１０２ 金属板

Claims (6)

1. 一対の電極により金属板の複数箇所に連続的に施されるスポット溶接の良否を監視するスポット溶接監視装置であって、
   各電極間の電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された電圧に基づく電圧情報を連続的に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶され所定時間を隔てた前記電圧情報同士を比較して、これらの電圧情報の差異に関する差異情報を取得する比較手段と、
   前記比較手段により取得された差異情報に基づいて、溶接の良否を判定する判定手段と、を具備したことを特徴とするスポット溶接監視装置。
2. 前記電圧情報は連続する複数回の溶接の電圧データを含むことを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接監視装置。
3. 前記電圧情報は溶接時の電圧の波形に関することを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接監視装置。
4. 前記差異情報は電圧の波形の面積を比較して取得された情報を含むことを特徴とする請求項３に記載のスポット溶接監視装置。
5. 前記差異情報は電圧の波形の振幅を比較して取得された情報を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のスポット溶接監視装置。
6. 前記差異情報は、所定時間を隔てた前記電圧情報同士の所定の量に関する差であり、
   前記判定手段は、前記差が予め設定された閾値より大きいか否かにより、溶接の良否を判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスポット溶接監視装置。

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