[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP3703017B2 - Spot welding monitoring method and monitoring apparatus - Google Patents

Spot welding monitoring method and monitoring apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3703017B2
JP3703017B2 JP2001170782A JP2001170782A JP3703017B2 JP 3703017 B2 JP3703017 B2 JP 3703017B2 JP 2001170782 A JP2001170782 A JP 2001170782A JP 2001170782 A JP2001170782 A JP 2001170782A JP 3703017 B2 JP3703017 B2 JP 3703017B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
phase difference
vibration
amplitude
spot welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001170782A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002361438A (en
Inventor
政信 酒井
修司 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2001170782A priority Critical patent/JP3703017B2/en
Publication of JP2002361438A publication Critical patent/JP2002361438A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3703017B2 publication Critical patent/JP3703017B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種鋼板などの被溶接材を接合するスポット溶接において、その溶接状態の良否をインプロセスにて判定するのに用いられるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、鋼板を使用する種々の製品において、鋼板の溶接にはスポット溶接が広く利用されている。これらの製品において、従来では、被溶接材として軟鋼板を用いていたため、溶接不良も少なく、所定の溶接条件を管理することにより溶接品質を比較的安定して保つことが可能であった。ところが、近年では、被溶接材として、防錆性能を高めた溶融合金化亜鉛めっき鋼板などの難溶接材が主に用いられるようになり、これに伴ってスポット溶接機の電極チップの摩耗などに起因する溶接不良が発生することから、溶接品質の管理が難しいという問題が生じている。そのため、スポット溶接に際しては、単に溶接条件を一定に管理するだけでなく、打点毎のナゲットの品質をも高精度で管理する必要が生じていた。
【0003】
そこで、ナゲットの品質を管理するために様々なモニタリング装置が提案されており、例えば、とくに製造ラインにおいて要求の高い全溶接打点のインプロセスモニタリングに適応するものとして、溶接時の金属溶融状況に起因する振動現象に着目してスポット溶接の良否判定を行うモニタリング方法があった。(特願平11−352790号および特願平11−353915号)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うスポット溶接のモニタリング方法において、スポット溶接機の形式や構造によっては、金属溶融状況に起因する振動がスポット溶接機の機械振動に埋もれて良否判定が困難になることがある。例えば、一般にC型ガンと呼ばれる鉤状のアームを備えたスポット溶接機では、アーム剛性が低いことから、通電に伴ってアーム部や電極チップへ作用する電磁力により引き起こされる機械振動の振幅が大きくなる。この機械振動は通電電流周波数の2倍の周波数に同期した減衰を伴う断続的な振動となる。このため、良否判定の評価対象となる振動が、すなわち、金属溶融状況に起因する振動がスポット溶接機の機械的な断続的振動に埋もれて良否の判定をくだすことが困難になる場合があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行う際に、例えば、C型ガンのような低剛性の交流スポット溶接機であったとしても、安定したスポット溶接の良否判定を行うことができるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係わるスポット溶接のモニタリング方法は、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出すると共に、交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差を検出し、振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に良否判定の判定基準領域を設定して、検出した振幅値および位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行う構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【0007】
本発明の請求項2に係わるスポット溶接のモニタリング装置は、振幅軸に2個の振幅しきい値を設定すると共に位相差軸に1個の位相差しきい値を設定して、二次元マップ上に溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域の4つの判定基準領域を設定し、断続的機械減衰振動の振幅値および交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差が二次元マップ上の溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域のうちのどこの領域に属するかによってスポット溶接の良否判定を行うことを特徴としている。
【0008】
本発明の請求項3に係わるスポット溶接のモニタリング方法は、溶接開始時における初期振幅値および初期位相差に基づいて二次元マップの振幅軸および位相差軸を設定することを特徴としている。
【0009】
本発明の請求項4に係わるスポット溶接のモニタリング方法は、検出した断続的機械減衰振動の振幅値が予め設定した電極摩耗判定しきい値を越えた段階で電極摩耗と判定し、電極摩耗と判定した段階で摩耗電極の振幅変動幅よりも低くかつ新品電極時における振幅値よりも高い値に電極摩耗判定しきい値を変更することを特徴としている。
【0010】
本発明の請求項5に係わるスポット溶接のモニタリング方法は、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動と交流溶接電流との位相差を検出して、前回分の位相差から今回分の位相差を減じて変化量を算出し、この算出した変化量が所定値以上でかつ極性が負の場合にのみその変化量を積算して、積算値が予め設定した良否判定しきい値を下回った場合に溶接不良と判定することを特徴としている。
【0011】
本発明の請求項6に係わるスポット溶接のモニタリング方法は、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出すると共に、断続的機械減衰振動の断続周期間の振動波形における正側振幅値を積分し且つその積分結果を最大正側振幅値および周期の積で除して断続的機械減衰振動の減衰量の指標としての減衰指標を算出して位相差に置換し、振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に良否判定の判定基準領域を設定して、検出した振幅値および振動減衰指標から置換した位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行うことを特徴としている。
【0012】
一方、本発明の請求項7に係わるスポット溶接のモニタリング装置は、重ね合わせた被溶接材(鋼板)同士を一対の電極チップで加圧しつつ両電極チップに交流溶接電流を通電して、抵抗加熱により両被溶接材同士を溶接するスポット溶接において、電極チップあるいはその近傍のガンアームに取り付けられて溶接中に発生する振動を検出する振動センサと、この振動センサが検出したスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出する振動振幅検出手段と、交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差(遅れ時間)を検出する振動位相差検出手段と、良否判定の判定基準領域を振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に設定する良否判定基準領域設定手段と、検出した振幅値および位相差を二次元マップに照らし合わせてスポット溶接箇所に形成されるナゲットの良否を判定する溶接良否判定手段を備えた構成としており、このスポット溶接のモニタリング装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0013】
本発明の請求項8に係わるスポット溶接のモニタリング装置において、良否判定基準領域設定手段は、振幅軸に2個の振幅しきい値を設定すると共に位相差軸に1個の位相差しきい値を設定して、二次元マップ上に溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域の4つの判定基準領域を設定し、溶接良否判定手段は、振動振幅検出手段で検出した振幅値および振動位相差検出手段で検出した位相差が二次元マップ上の溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域のうちのどこの領域に属するかによってスポット溶接の良否判定を行う構成としたことを特徴としている。
【0014】
本発明の請求項9に係わるスポット溶接のモニタリング装置において、二次元マップの振幅軸および位相差軸は、溶接開始時における初期振幅値および初期位相差に基づいて設定されている構成としたことを特徴としている。
【0015】
本発明の請求項10に係わるスポット溶接のモニタリング装置は、振動振幅検出手段が検出した断続的機械減衰振動の振幅値が予め設定した電極摩耗判定しきい値を越えた段階で電極摩耗と判定する電極摩耗判定手段と、電極摩耗判定手段により電極摩耗と判定された段階で摩耗電極の振幅変動幅よりも低くかつ新品電極時における振幅値よりも高い値に電極摩耗判定しきい値を変更する判定しきい値調整手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【0016】
本発明の請求項11に係わるスポット溶接のモニタリング装置は、より簡便にナゲットの良否の判定を行うために、図11に示すように、ナゲット径の減少{Dn(1)からDn(4)}と位相差の変化{Jp(1)からJp(4)}との間に相関関係があることに着目してなされたもので、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動と交流溶接電流との位相差を検出する振動位相差検出手段と、この振動位相差検出手段が検出した前回分の位相差から今回分の位相差を減じた変化量を算出する位相変化量検出手段と、位相変化量検出手段が検出した変化量が所定値以上でかつ極性が負の場合にのみその変化量を積算する位相差変化量積算手段と、位相差変化量積算手段で積算した変化量が予め設定した良否判定しきい値を下回った場合に溶接不良と判定する溶接不良検出手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【0017】
本発明の請求項12に係わる発明は、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うスポット溶接のモニタリング装置において、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出する振動振幅検出手段と、断続的機械減衰振動の断続周期間の振動波形における正側振幅値を積分する振動振幅積分手段と、この振動振幅積分手段による積分結果を最大正側振幅値および周期の積で除して断続的機械減衰振動の減衰量の指標としての減衰指標を算出して位相差に置換する減衰指標算出手段と、良否判定の判定基準領域を振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に設定する良否判定基準領域設定手段と、検出した振幅値および振動減衰指標から置換した位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行う溶接良否判定手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【0018】
【発明の効果】
請求項1および請求項7に記載の発明によれば、溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、例えば、低剛性の交流スポット溶接機などにおいてナゲット形成状況に対応した金属溶融振動がスポット溶接機の機械振動に埋もれて容易に検出できない場合であったとしても、通電時の電磁力を加振源とした大振幅の断続的機械減衰振動を検出対象としていることから、信号検出に高度な信号抽出技術を必要とすることなく、金属溶融振動を容易に信号検出することができ、スポット溶接の良否判定を確実に行うことができる。
【0019】
また、表面コーティング層の溶解振動を検出対象としていないため、様々な鋼材に適用することが可能であり、すなわち、スポット溶接の良否モニタリングの適用範囲拡大を促進することが可能であり、さらに、振動振幅値および位相差の2つの変数を用いて良否の判定を行うことから、電極チップの先端形状や溶接電流や加圧力変動が複合的に作用した場合でも、適正に良否判定を行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0020】
請求項2および請求項8に記載の発明によれば、上記した構成としているので、請求項1および請求項7に記載の発明と同様の効果を得ることができるうえ、しきい値を定めやすくなること、絶対的な良否判定が可能になること、電極摩耗の進行具合を予測できること、不測の電流低下による溶接不良も判定可能になること、といった非常に優れた効果がもたらされる。
【0021】
請求項3および請求項9に記載の発明によれば、上記した構成としたから、請求項1,2および請求項7,8に記載の発明と同様の効果を得ることができるうえ、多種類の溶接条件にも対応することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0022】
請求項4および請求項10に記載の発明によれば、上記した構成としたため、電極チップの先端の摩耗具合と相関の高い振動振幅値と所定の電極摩耗判定しきい値とを比較することで精度の高い摩耗検知を行うことができ、加えて、電極摩耗判定後にしきい値を変更することで、信頼性の低下および電極摩耗の見逃しを防止することが可能であると共に、電極整形時あるいは電極交換時には自動的に電極摩耗警報を解除することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0023】
請求項5および請求項11に記載の発明によれば、上記した構成としているので、ナゲット径の生成と相関の高い位相変化量と、その発生回数とを積算するといった簡単な演算によって、スポット溶接の良否判定を行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0024】
請求項6および請求項12に記載の発明によれば、上記した構成としたから、複雑な振動波形であったとしても、その振動の減衰度合いを示す指標としての実用的な値を簡単に求めることができ、より一層信頼性の高い良否の判定を安定して行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0025】
【実施例】
以下、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置を図面に基づいて説明する。
【0026】
まず、本発明による良否判定の基本原理について説明する。図1(a)は、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング装置の基本構成と、通電時に検出される電極チップ部分の振動波形の一例を示すものである。同図において、符号10はスポット溶接機、11は溶接制御装置、12は溶接トランスである。溶接電流波形Iwに対して検出される機械振動Vsは、振動位相差(遅れ時間)dθを有していることがわかる。また、振動位相差dθを同一電極チップにて溶接不良(丸枠)が発生するまで連続溶接したときの推移で見てみると、図1(b)に示すように、最小合格ナゲット径Dnに初めて至る約1100回までに単調増加する特性が観察され、溶接不良(丸枠)発生時には、逆に減少する特徴が見られる。さらに、振動振幅値Avも同様に単調増加する傾向が観察される。
【0027】
そして、これらの振動位相差dθおよび振動振幅値Avの各推移を平面座標上(二次元マップ上)にプロットした場合、その座標点の軌跡は、図2(a)に示すように、概ね▲1▼→▲2▼→▲3▼と推移することがわかった。
【0028】
ここで、▲1▼は、新品電極で溶接して合格ナゲット径が生成された場合にプロットされるOK領域に相当し、▲2▼は、電極摩耗が進行した場合にプロットされるOK領域に相当し、▲3▼は、溶接不良が発生した場合にプロットされるNG領域に相当する。なお、▲4▼は、通電不良領域であり、溶接電源の電力供給不足時の通電電流低下を想定した実験においてこの領域にプロットされることがわかった。
【0029】
本発明は、これらの振動位相差dθおよび振動振幅値Avの座標点に着目したものであって、溶接電流波形Iwに対する電極チップ部分の機械振動Vsの振動位相差dθおよび振動振幅値Avの座標点を監視することで、溶接不良を検出するものである。
【0030】
なお、図1(a)の振動位相差dθの軸の指標は、振動位相差角(deg)を溶接電流の2乗波の一周期(360deg)で正規化したものである。また、振動振幅値Avは、半周期(180deg)毎の最大振動振幅値Avの平均値をその打点での振動振幅値Avとしている。さらに、図2(a)のX軸(位相軸)およびY軸(振幅軸)は、新品電極で良好に溶接できたときの座標で正規化したものである。
【0031】
ここで、振動振幅値Avおよび振動位相差dθの座標軌跡のメカニズムについて考察すると、図3は被溶接材のナゲット形成部における温度変化と、電極チップの先端形状の変化と、これに伴う溶接点の物理現象の変化とを整理したものであって、溶接状態が『良』のときと『不良』のときの実際の物理現象を正確に表すことはかなり複雑であり、かつ、不規則性要素が多分に含まれているため、ここでは理想的な単純なモデルにてマクロ的な物理現象を考える。
【0032】
まず、溶接時に電極チップ部分に作用する力学要素を簡単に説明すると、電極チップ15には加圧シリンダによる加圧力Fpが強く作用している。この電極チップ15には、溶接電流Iwの通電によって誘導される電磁力が加振源となって、電極チップ15の軸線に直交するX軸方向(Fmx)と軸線に沿うZ軸方向(Fmz)に溶接電流Iwの2倍の周波数で脈動的な力が加わる。そして、抵抗加熱により被溶接材Wpの内部にナゲット径(溶融径)Dnの溶融池が形成される。また、電極チップ15は、加圧力Fpにより被溶接材Wpに食い込み、被溶接材Wpの剛性と溶融池の内圧の合成力と加圧力Fpの釣り合う状態を継続する。
【0033】
そこで、この状態が溶接不良時にはどのように変化するか、電極部の代表的な機械力学パラメータで見てみると、新品電極チップ15によって被溶接材Wpの温度が溶接に必要十分な高い温度になっている場合(図3▲1▼)を基準として、この際モデル化した粘性減衰係数Cおよびばね定数Kを温度の関数C(t),K(t)と電極チップの先端形状の関数C(s),K(s)とでそれぞれ評価する。
【0034】
まず、図3▲1▼において、電極チップ15の先端形状の関数C(s)は、電極チップ15の先端形状がドーム状をなしている都合上、被溶接材Wpへの食い込み量が深くなる分だけ抵抗力として作用する被溶接材Wpの断面方向の投影面積が大きくなることから、「中」程度と仮定し、一方、温度の関数C(t)は、被溶接材Wpのナゲット形成部が十分に溶解しているので、外力に対する抵抗力の作用が低いと考えて「小」と仮定する。
【0035】
次に、電極チップの先端形状の関数K(s)は、C(s)と同様に被溶接材Wpの断面方向の投影面積が大きく、その影響はC(s)よりは大きいと考えて「大」と仮定し、一方、温度の関数K(t)は、金属溶解温度近辺において極端にばね定数が低下する関係上「小」と仮定する。
【0036】
つまり、図3▲1▼において、被溶接材Wpのナゲット形成部における粘性減衰係数Cおよびばね定数Kは、「C(s,t)=中小」および「K(s,t)=中」と仮定する。
【0037】
以降、電極チップ15が摩耗した場合(図3▲2▼)と、電極チップ15が摩耗して通電面積が拡大したために生じる電流密度低下により被溶接材Wpのナゲット形成部における温度が下がった場合(図3▲3▼)と、電極チップ15の先端形状が十分な電流密度が得られる状態であっても通電不足によって必要な電流密度を確保できずに被溶接材Wpのナゲット形成部における温度が下がった場合(図3▲4▼)を上記と同様の考え方でそれぞれ評価すると、図3▲2▼〜▲4▼は、粘性減衰係数Cおよびばね定数Kの相対的な大小関係にあると考えられる。
【0038】
ここで、粘性減衰係数Cおよびばね定数Kを変数とする外力(電磁力)に対する振動振幅値および振動位相差の一般式は、数1および数2で表わされる。
【0039】
【数1】

Figure 0003703017
【0040】
【数2】
Figure 0003703017
【0041】
但し、mは加圧系の質量であり、また、ωは溶接機の加圧機構部の固有振動数であり、いずれも定数として取り扱うことができる。
【0042】
そこで、上記数1および数2に、仮定した粘性減衰係数Cおよびばね定数Kを当てはめて評価した結果、振幅および位相差は図3に示すようになる。
【0043】
この際、完成した図3の電極チップの先端形状と、被溶接材のナゲット形成部の温度との組み合わせの推移は、基準の図3▲1▼から開始して電極チップの先端形状が摩耗して平らになる図3▲2▼へ遷移し、必要な電流密度が得られない程度に摩耗が進んで被溶接材Wpのナゲット形成部の温度が低下する図3▲3▼へと変遷すると考えられる。この▲1▼→▲2▼→▲3▼の状態遷移が通常の溶接作業時における径時変化に対応したものとなる。
【0044】
一方、電極チップの先端の摩耗が進んでいない場合であったとしても、通電電流が不足すると、電流密度が低下して被溶接材Wpのナゲット形成部の温度が下がる。このとき、通電電流不足により外力(電磁力)も低下するのに伴なって振幅が「小」となる点で他の▲1▼〜▲3▼の状態とは異なる。したがって、この▲4▼の状態は通常の溶接作業時における径時変化とは無関係に発生する。
【0045】
上記のようにして求めた振幅および位相差の各推移を平面座標上(二次元マップ上)にプロットすると、図4(a)に示す軌跡を描いて、溶接不良の発生に至ると推測され、▲1▼から▲2▼への遷移時においては、▲1▼および▲2▼を往復しながら、次第に▲2▼へ遷移する傾向にある。
【0046】
なお、実際の溶接現場では、偶発的な溶接電流Iwの低下以外にも加圧力Fpの低下が溶接不良を引き起こす要因として挙げられる。この場合、加圧力Fpの低下は、被溶接材Wpへの電極チップ15の食い込み量が浅くなるために図3▲2▼と等価な状態になると考えられ、したがって、検出した振幅および位相差の座標が図4(a)のどの位置にあるかを評価することで、溶接の良否を含む溶接状態を推定することができる。
【0047】
図5は、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置の一実施例を示している。
【0048】
図5に示すように、スポット溶接機10は、シリンダロッドに加圧軸17を一体的に設けたエアシリンダ19と、このエアシリンダ19に電機絶縁体14を介して結合された溶接ガンアーム18と、加圧軸17と溶接ガンアーム18に設けられて互いに対向する電極チップ15,16を備えており、図示しない重ね合わせた2枚の被溶接材を電極チップ15,16で挟んで加圧し、通電による抵抗加熱で両被溶接材を溶着させるものとなっている。加圧軸17はエアシリンダ19により空気圧で加圧駆動されるようになっており、他方のガンアーム18は、少なくとも溶接時において固定状態となっている。
【0049】
上記スポット溶接機10は、両電極チップ15,16に対する溶接電流、通電時間(サイクル数)および通電角が、溶接制御装置11で制御され、その出力である1次電流を溶接トランス12において溶接に必要な電流Iwまで増幅させる。この場合、加圧軸17、溶接ガンアーム18、両電極チップ15,16および図示しない被溶接材で溶接電流回路が構成される。なお、電極チップ15,16の断続的機械減衰振動を検出するための振動センサ20は、例えば圧電素子を用いた加速度センサを適用し、溶接する際に被溶接材と干渉せず、かつ、電極チップ部分の振動を適切な感度で検出可能な位置にブラケットを用いるか、または直接接着して取り付ける。
【0050】
上記のスポット溶接機10を用いて行うスポット溶接のモニタリング装置21は、電極間電圧Veを入力して通電タイミング信号φcを生成する通電角検出回路211と、上記振動センサ20の検出信号Vsを入力してこの検出信号Vsから不必要な周波数成分の除去を行うと共に同検出信号Vsを後段の回路に適正な信号レベルまで増幅させた検出振動信号Vmを出力する振動検出回路212と、振動振幅検出回路(振動振幅検出手段)213と、振動位相差検出回路(振動位相差検出手段)214と、良否判定基準座標設定回路(良否判定基準領域設定手段)215と、溶接良否判定回路(溶接良否判定手段)216と、電極摩耗判定回路(電極摩耗判定手段)217と、判定しきい値調整回路(判定しきい値調整手段)218を備えている。
【0051】
この場合、図8のタイミングチャートに示すように、電極間電圧Ve(2)は、スポット溶接機10の通電経路のインダクタンスにより溶接電流Iw(1)を微分した波形として検出され、この実施例に係わる通電角検出回路211では、簡単かつ安価でしかも時間分解能に優れた電極間電圧Veを検出し、その急峻な電圧変化点のみで細いパルス信号が出るように処理して通電タイミング信号φcを生成出力している。この際、細いパルス信号の生成には、ハイパスフィルタを適用でき、このようにして得られた細いパルス信号は、はじめの信号Poが通電開始時期(以下、点弧)に対応し、次の信号Pcが通電停止時期(以下、消弧)に対応して、後段における振動位相差の算出時の基準タイミング信号として使用される。
【0052】
また、振動振幅検出回路213では、入力された振動検出回路212からの検出振動信号Vmに基づいて振動振幅値Avを計測して振幅信号Jaを出力し、一方、振動位相差検出回路214では、入力された通電タイミング信号φcおよび検出振動信号Vmの位相差dθを計測して振動位相差信号Jpを出力するようになっている。
【0053】
さらに、良否判定基準座標設定回路215は、スポット溶接の良否判定の際の判定基準座標Jcを振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に設定出力するものであり、溶接良否判定回路216では、良否判定基準座標設定回路215が出力する判定基準座標Jcに振動位相差信号Jpおよび振幅信号Jaを照らし合わせて溶接良否を判定して判定信号Sjを出力するようになっている。
【0054】
さらにまた、電極摩耗判定回路217では、振動振幅信号Jaと電極摩耗判定基準値Se’とを比較して電極チップの先端が摩耗したことを判定して、電極摩耗判定信号Sdを出力するようになっており、判定しきい値調整回路218では、電極摩耗判定信号Sdを入力し、その電極摩耗判定信号Sdが電極摩耗を示した際に、電極摩耗判定基準値Seを電極摩耗検知後に設定すべき値に調整するようになっている。
【0055】
上記モニタリング装置21の基本処理手順を図6のフローチャートに基づいて説明する。
【0056】
まず、ステップS1において、図5に示すモニタリング装置21に外部から入力された振幅しきい値Sy1,Sy2および位相しきい値Sxに基づいて、図4(b)に示すように、良否判定基準座標を設定する、すなわち、二次元マップ上に、新品電極で溶接した場合のOK領域▲1▼,電極摩耗が進行した場合のOK領域▲2▼,NG領域▲3▼および通電不良領域▲4▼を設定し、ステップS2において、通電タイミング信号φcを読み込んで溶接電流の通電タイミングを測定し、ステップS3において、検出振動信号Vmの振幅Avを測定し、この際、溶接電流の少なくとも1サイクル以上の平均振幅値Jaを求め、以降の良否判定において安定した判定結果が得られるようにする。
【0057】
次に、ステップS4において、通電タイミング信号φcと検出振動信号Vmとを読み込んで、両者の振動位相差dθを測定し(図1(a)の波形グラフ参照)、この際、溶接電流の少なくとも1サイクル以上の平均位相差Jpを求め、以降の良否判定において安定した判定結果が得られるようにする。
【0058】
そして、ステップS5において、ステップS1で設定した良否判定基準座標上に対してステップS3,S4で測定した平均振幅値Jaおよび平均位相差Jpの各座標を照合し、まず、ステップS6において、平均振幅値Jaと振幅しきい値Sy2とを比較して、平均振幅値Jaが通電不良等による溶接不良を起こしているか否かを判定し、振幅しきい値Sy2<平均振幅値Jaである場合(Yes)は通電不良等による溶接不良を起こしていないと判定して、すなわち、通電不良領域▲4▼にはないと判定して、ステップS7に進み、一方、振幅しきい値Sy2≧平均振幅値Jaである場合(No)は通電不良等による溶接不良を起こしていると判定して、すなわち、通電不良領域▲4▼にあると判定して、ステップS9において、溶接不良の判定結果を出力する。
【0059】
次いで、ステップS7において、平均振幅値Jaおよび平均位相差Jpの各座標がNG領域▲3▼にあるか否かを判定し、この際、振幅しきい値Sy1≦平均振幅値Jaでかつ位相しきい値Sx≧平均位相差Jpである場合(Yes)はNG領域▲3▼にあると判定して、ステップS9において、溶接不良の判定結果を出力し、一方、それ以外である場合(No)はOK領域▲1▼,▲2▼にあると判定し、ステップS8において、溶接良好の判定結果を出力する。
【0060】
次に、電極チップの摩耗判定の処理を開始する。ここで、電極チップ摩耗判定の判定基準値には、図7に示すように、電極チップ摩耗の履歴状態に応じて二通りの値があり、一方は、新品電極あるいは電極先端を新品同様に研磨整形した場合に適用される電極摩耗判定基準値Se’(H)であり、他方は、一旦電極摩耗と判定されてから次の新品電極への交換あるいは電極先端の整形までに適用される電極摩耗判定基準値Se’(L)である。
【0061】
そこで、まず、ステップS10において、前回の判定で電極チップ摩耗の有無を調べ、既に電極チップ摩耗があった場合(Yes)は、ステップS11において、外部から入力された電極摩耗判定基準値Seに予め定めた調整係数Hを乗じた値を新しい電極摩耗判定基準値Se’(L)とし、一方、電極チップ摩耗がないと判定された場合(No)は、ステップS12において、外部から入力された電極摩耗判定基準値Seをそのまま電極摩耗判定基準値Se’(H)とする。
【0062】
次に、ステップS13において、平均振幅値Jaと電極摩耗判定基準値Se’とを比較し、電極摩耗判定基準値Se’<平均振幅値Jaである場合(Yes)は、ステップS14において、電極摩耗と判定し、電極摩耗判定基準値Se’≧平均振幅値Jaである場合(No)は、ステップS15において、未だ電極チップが摩耗していないと判定する。
【0063】
以上で一回の溶接における良否判定処理を完了する。なお、続けて次の溶接に備えるために、ステップS14,S15からステップS2に戻り、次の溶接における新しい振動情報に基づいて上記一連の処理が継続される。
【0064】
上記したように、この実施例に係わるモニタリング装置21によれば、通電時の電磁力を加振源とした大振幅の断続的機械減衰振動を検出対象としていることから、信号検出に高度な信号抽出技術を必要とすることなく、金属溶融振動を容易に信号検出することができ、その結果、スポット溶接の良否判定を確実に行うことが可能である。
【0065】
また、表面コーティング層の溶解振動を検出対象としていないため、様々な鋼材に適用することが可能であり、したがって、スポット溶接の良否モニタリングの適用範囲拡大を促進することが可能であり、加えて、振動振幅値Jaおよび位相差Jpの2つの変数を用いて良否の判定を行うため、電極チップの先端形状や溶接電流や加圧力変動が複合的に作用した場合でも、適正に良否判定を行うことができる。
【0066】
さらに、上記したモニタリング装置21によれば、電極チップの先端の摩耗具合と相関の高い振動振幅値Jaと所定の電極摩耗判定しきい値Seとを比較することで摩耗検知を行うことができ、加えて、電極摩耗判定後にしきい値Seを変更することで、信頼性の低下および電極摩耗の見逃しを防止することができる。
【0067】
図9は、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置の他の実施例を示している。
【0068】
図9に示すように、この実施例のモニタリング装置21’は、電極間電圧Veを入力して通電タイミング信号φcを生成する通電角検出回路211と、上記振動センサ20の検出信号Vsを入力してこの検出信号Vsから不必要な周波数成分の除去を行うと共に同検出信号Vsを後段の回路に適正な信号レベルまで増幅させた検出振動信号Vmを出力する振動検出回路212と、通電タイミング信号φcおよび検出振動信号Vmを入力すると共に両信号の位相差dθを計測して、前回の位相差に対する変化量を算出して位相変化量信号ΔJpを出力する位相変化量検出回路(位相変化量検出手段)220と、その位相変化量が所定値以上であった場合にのみその位相変化量を積算して位相差積算信号ΣΔJpを出力する位相差積算回路(位相差変化量積算手段)221と、外部から入力される溶接不良判定基準値Jbと位相差積算信号ΣΔJpとを比較して溶接不良検出信号Sbを出力する溶接不良検出回路(溶接不良検出手段)222を備えている。
【0069】
上記モニタリング装置21’の基本処理手順を図10のフローチャートに基づいて説明する。
【0070】
まず、ステップS21において、図9に示すモニタリング装置21’に外部から入力された溶接不良判定基準値Jbを設定し、ステップS22において、通電タイミング信号φcを読み込んで溶接電流の通電タイミングを測定し、ステップS23において、通電タイミング信号φcと検出振動信号Vmとを読み込んで、両者の振動位相差dθを測定し(図1(a)の波形グラフ参照)、ステップS24において、数3に示すように、前回の溶接時における振動位相差dθに対する変化量を算出して位相変化量信号ΔJpを出力する。
【0071】
【数3】
Figure 0003703017
【0072】
続いて、ステップS25において、予め求めておいた不感幅Cと位相変化量信号ΔJpとを比較して、C≧ΔJpである場合(No)は、溶接状態が前回とほぼ同様に良好であると判定し、一方、C<ΔJpである場合(Yes)は、溶接状態に変化があったと判定して次に進み、合わせて、ステップS26において、その位相変化量信号ΔJpの極性が負(0<ΔJp)である場合(Yes)は、溶接が不良の方向へ変化したと判定し、ステップS27において、その負の位相変化量信号ΔJpを前回までの位相変化量信号ΔJpに積算して位相差積算信号ΣΔJpを得る。
【0073】
次に、ステップS28において、位相差積算信号ΣΔJpとステップS21で設定した溶接不良判定基準値Jbとを比較し、溶接不良判定基準値Jb<位相差積算信号ΣΔJpである場合(Yes)には、溶接不良に至ったことを検出して、ステップS29において、溶接不良検出信号Sbを出力し、一方、溶接不良判定基準値Jb≧位相差積算信号ΣΔJpである(No)には、溶接状態が不良発生の方向にあるものの不良発生には至っていないと判定し、溶接不良検出信号Sbは出力しない。
【0074】
以上で一回の溶接における良否判定処理を完了する。なお、続けて次の溶接に備えるために、ステップS29からステップS22に戻り、次の溶接における新しい振動情報に基づいて上記一連の処理が継続される。
【0075】
上記したように、この実施例に係わるモニタリング装置21’によれば、ナゲット径の生成と相関の高い位相変化量と、その発生回数とを積算するといった簡単な演算によって、スポット溶接の良否判定を行うことができる。
【0076】
図12は、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置のさらに他の実施例を示している。
【0077】
図12に示すように、この実施例によるモニタリング方法およびモニタリング装置21’’が図5に示すモニタリング方法およびモニタリング装置21と相違するところは、振動位相差の替わりに振動減衰指標をパラメータとした点にあり、他の構成は図5に示すモニタリング方法およびモニタリング装置21とおなじである。
【0078】
すなわち、このモニタリング装置21’’は、通電角検出回路211からの通電タイミング信号φcと振動検出回路212からの検出振動信号Vmとを入力して、図13に示すように、通電0.5サイクル期間(=T)における振動波形の正側振幅値を積分した減衰振動積分信号∫Vmおよびその同一期間(=T)内の最大振動振幅Vpを同期間で積分した最大振幅積分信号∫Vpを算出して出力する振動振幅積分回路(振動振幅積分手段)230と、減衰振動積分信号∫Vmと最大振幅積分信号∫Vpとの比を計算して振動減衰指標を求めると共に位相差信号Jpに置換する減衰指標算出回路(減衰指標算出手段)231を備えている。
【0079】
次に、このモニタリング装置21’’の動作を説明する。ここでは、振動振幅積分回路230と減衰指標算出回路231の動作を計算式で説明し、良否判定手順に関する動作説明は、図6のフローチャートにおいて対応する処理ステップのみ示し、全体の説明は省略する。
【0080】
まず、振動振幅積分回路230の減衰振動積分信号∫Vmおよび最大振幅積分信号∫Vpの計算式は、数4および数5で表される。
【0081】
【数4】
Figure 0003703017
【0082】
【数5】
Figure 0003703017
【0083】
また、減衰指標算出回路231の減衰指標Id(Jp)の計算式は、数6で表される。
【0084】
【数6】
Figure 0003703017
【0085】
この際、対応する良否判定処理手順のステップは、図6のフローチャートにおけるステップ4の「位相差Jpの測定」であり、この「位相差Jpの測定」に替えて数4,数5および数6の演算処理がなされて良否判定が実行される。
【0086】
なお、減衰振動積分信号∫Vmの正側振幅についての具体的な説明は省いたが、例えば、交流信号の測定に用いられる一般的な整流回路にて実現できることを補足しておく。
【0087】
上記したように、この実施例に係わるモニタリング装置21’’によれば、複雑な振動波形であったとしても、その振動の減衰度合いを示す指標としての実用的な値を簡単に求めることができ、より一層信頼性の高い良否の判定を安定して行うことが可能である。
【0088】
最後に、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置による良否判定を板厚0.8mmの溶融合金化亜鉛めっき鋼板の2枚重ね溶接において適用した結果の一例を図2(b)に示す。この例では、2枚の鋼板が溶着していない、いわゆる、剥がれに至る溶接不良を検出するように良否判定基準値を定めたものである。当然ながら、溶接不良には溶着があっても、そのナゲット径が合格値に達しないものもあることから、このような不良を検出するためには、振幅しきい値Sy1と、位相しきい値Sxを加減することで可能となる。
【0089】
なお、本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置は、その構成が上記各実施例のみに限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるスポット溶接の原理を示す説明図(a)および溶接打点数に対する振動位相差,振幅値およびナゲット径の関係を示すグラフ(b)である。
【図2】振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる判定基準座標上における電極チップ先端形状の状態遷移を示すグラフ(a)および本発明に係わるスポット溶接のモニタリング方法およびモニタリング装置による良否判定を板厚0.8mmの溶融合金化亜鉛めっき鋼板の2枚重ね溶接において適用した結果を示すグラフ(b)である。
【図3】溶接部分における物理現象を説明する図である。
【図4】振幅および位相差の各推移を二次元マップ上にプロットした説明図(a)および二次元マップ上に設定した良否判定の判定基準領域を説明する図(b)である。
【図5】本発明に係わるスポット溶接のモニタリング装置の一実施例を説明する基本ブロック図である。
【図6】本発明に係わるスポット溶接のモニタリング装置による基本的な処理手順を説明するフローチャートである。
【図7】電極摩耗判定手段を説明するグラフである。
【図8】通電タイミングを検出する手段を説明するタイミングチャートである。
【図9】本発明に係わるスポット溶接のモニタリング装置の他の実施例を説明する基本ブロック図である。
【図10】図9に示したスポット溶接のモニタリング装置による基本的な処理手順を説明するフローチャートである。
【図11】ナゲット径の減少と位相差の変化との間の相関関係を説明するグラフである。
【図12】本発明に係わるスポット溶接のモニタリング装置のさらに他の実施例を説明する基本ブロック図である。
【図13】振動波形の減衰指標を求める方法を説明する図である。
【符号の説明】
10 スポット溶接機
21,21’,21’’ モニタリング装置
213 振動振幅検出回路(振動振幅検出手段)
214 振動位相差検出回路(振動位相差検出手段)
215 良否判定基準座標設定回路(良否判定基準領域設定手段)
216 溶接良否判定回路(溶接良否判定手段)
217 電極摩耗判定回路(電極摩耗判定手段)
218 判定しきい値調整回路(判定しきい値調整手段)
220 位相変化量検出回路(位相変化量検出手段)
221 位相差積算回路(位相差変化量積算手段)
222 溶接不良検出回路(溶接不良検出手段)
230 振動振幅積分回路(振動振幅積分手段)
231 減衰指標算出回路(減衰指標算出手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spot welding monitoring method and a monitoring device used for determining whether a welding state is good or not in spot welding for joining welded materials such as various steel plates.
[0002]
[Prior art]
At present, spot welding is widely used for welding steel sheets in various products using steel sheets. Conventionally, in these products, since mild steel sheets have been used as materials to be welded, there are few welding defects, and it has been possible to maintain welding quality relatively stably by managing predetermined welding conditions. However, in recent years, difficult-to-weld materials such as hot-dip galvanized steel sheets with enhanced rust prevention performance have been mainly used as welded materials, and this has led to wear of electrode tips of spot welders. Due to the occurrence of poor welding, there is a problem that it is difficult to manage the welding quality. Therefore, in spot welding, it is necessary to manage not only the welding conditions to be constant but also the quality of the nugget at each hit point with high accuracy.
[0003]
Therefore, various monitoring devices have been proposed to control the quality of the nugget. For example, it can be applied to in-process monitoring of all welding points that are particularly demanding on the production line. There has been a monitoring method for determining whether or not spot welding is good by focusing on the vibration phenomenon. (Japanese Patent Application Nos. 11-352790 and 11-353915)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in spot welding monitoring methods that determine the quality of spot welding based on vibrations that occur during welding, depending on the type and structure of the spot welder, the vibration caused by the metal melting condition may become the mechanical vibration of the spot welder. It may be buried and it may be difficult to judge good or bad. For example, in a spot welder having a saddle-shaped arm generally called a C-type gun, the arm rigidity is low, so that the amplitude of mechanical vibration caused by electromagnetic force acting on the arm portion and electrode tip with energization increases. Become. This mechanical vibration becomes an intermittent vibration accompanied by attenuation synchronized with a frequency twice as large as the energization current frequency. For this reason, it may be difficult for the vibration to be evaluated for pass / fail judgment, that is, the vibration caused by the metal melting state to be buried in the mechanical intermittent vibration of the spot welder and make the pass / fail judgment. There is a problem, and it has been a conventional problem to solve this problem.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation. For example, a low-rigidity AC spot welder such as a C-type gun is used to determine whether or not spot welding is good based on vibrations generated during welding. Even if it is, it aims at providing the monitoring method and monitoring apparatus of the spot welding which can perform the quality determination of the stable spot welding.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The spot welding monitoring method according to claim 1 of the present invention generates an electromagnetic force as an excitation source when an AC welding current is applied when performing spot welding quality determination based on vibrations generated during welding. The amplitude value of intermittent mechanically damped vibration in the electrode part of the spot welder is detected, and the phase difference between the AC welding current and intermittent mechanically damped vibration is detected, and is determined by the amplitude axis and the phase difference axis orthogonal thereto. It is configured to set a pass / fail judgment reference area on the two-dimensional map and perform spot welding pass / fail judgment based on the detected amplitude value and phase difference position on the two-dimensional map. As a means to solve the problem.
[0007]
The spot welding monitoring apparatus according to claim 2 of the present invention sets two amplitude threshold values on the amplitude axis and sets one phase difference threshold value on the phase difference axis, and displays it on a two-dimensional map. The following four criteria areas are set: welding good area, welding failure attention area, welding failure area, and welding energization failure area, and the amplitude value of intermittent mechanical damping vibration and the phase difference between AC welding current and intermittent mechanical damping vibration. Is characterized in that the quality of spot welding is judged according to which of the good welding region, the poor welding attention region, the poor welding region, and the poor welding energization region on the two-dimensional map.
[0008]
The spot welding monitoring method according to claim 3 of the present invention is characterized in that the amplitude axis and phase difference axis of the two-dimensional map are set based on the initial amplitude value and initial phase difference at the start of welding.
[0009]
In the spot welding monitoring method according to claim 4 of the present invention, electrode wear is determined when the detected amplitude value of intermittent mechanical damping vibration exceeds a preset electrode wear determination threshold value, and the electrode wear is determined. At this stage, the electrode wear determination threshold value is changed to a value lower than the amplitude fluctuation range of the wear electrode and higher than the amplitude value at the time of a new electrode.
[0010]
The spot welding monitoring method according to claim 5 of the present invention generates an electromagnetic force as an excitation source when an AC welding current is applied when performing spot welding quality determination based on vibrations generated during welding. The phase difference between the intermittent mechanical damping vibration and the AC welding current in the electrode part of the spot welder is detected, and the amount of change is calculated by subtracting the phase difference for this time from the phase difference for the previous time. The amount of change is integrated only when the value is greater than or equal to a predetermined value and the polarity is negative, and when the integrated value falls below a preset pass / fail judgment threshold, it is determined that welding is defective.
[0011]
The spot welding monitoring method according to claim 6 of the present invention generates an electromagnetic force as an excitation source when an AC welding current is applied when performing spot welding quality determination based on vibration generated during welding. Detects the amplitude value of intermittent mechanically damped vibration at the electrode part of the spot welder. As well as Integrating the positive-side amplitude value in the vibration waveform between intermittent periods of continuous mechanically damped vibration and dividing the integration result by the product of maximum positive-side amplitude value and period as an index of the amount of intermittent mechanically damped vibration Calculate the attenuation index The phase difference is replaced, and a pass / fail judgment criterion region is set on the two-dimensional map defined by the amplitude axis and the phase difference axis orthogonal thereto, and the phase difference replaced from the detected amplitude value and vibration attenuation index is set. Based on the position on the 2D map It is characterized in that the quality of pot welding is judged.
[0012]
On the other hand, in the spot welding monitoring apparatus according to claim 7 of the present invention, resistance welding is performed by applying an AC welding current to both electrode tips while pressing the overlapped workpieces (steel plates) with a pair of electrode tips. In spot welding where two workpieces are welded together, a vibration sensor attached to an electrode tip or a gun arm in the vicinity thereof for detecting vibrations generated during welding, and an electrode portion of a spot welder detected by the vibration sensor Vibration amplitude detecting means for detecting the amplitude value of intermittent mechanically damped vibration, vibration phase difference detecting means for detecting a phase difference (delay time) between AC welding current and intermittent mechanically damped vibration, and determination criterion region for pass / fail judgment Is set on a two-dimensional map defined by an amplitude axis and a phase difference axis orthogonal to the amplitude axis, and the detected amplitude value and phase In order to solve the conventional problems described above, the configuration of the spot welding monitoring device is provided with a welding pass / fail judgment means for judging the pass / fail of the nugget formed at the spot welded location in light of the two-dimensional map. As a means of.
[0013]
In the spot welding monitoring apparatus according to claim 8 of the present invention, the pass / fail judgment reference region setting means sets two amplitude threshold values on the amplitude axis and one phase difference threshold value on the phase difference axis. Set and set four determination reference areas, a good welding area, a poor welding attention area, a poor welding area, and a poor welding energization area, on the two-dimensional map, and the welding quality determination means uses the amplitude detected by the vibration amplitude detection means. The quality of spot welding is determined by whether the phase difference detected by the value and the vibration phase difference detection means belongs to the good welding region, the poor welding attention region, the poor welding region, or the poor welding current region on the two-dimensional map. It is characterized by having a configuration for performing.
[0014]
In the spot welding monitoring apparatus according to claim 9 of the present invention, the amplitude axis and the phase difference axis of the two-dimensional map are set based on the initial amplitude value and the initial phase difference at the start of welding. It is a feature.
[0015]
The spot welding monitoring apparatus according to claim 10 of the present invention determines electrode wear when the amplitude value of the intermittent mechanical damping vibration detected by the vibration amplitude detecting means exceeds a preset electrode wear determination threshold value. Electrode wear determination means, and determination to change the electrode wear determination threshold value to a value that is lower than the amplitude fluctuation range of the wear electrode and higher than the amplitude value at the time of a new electrode when it is determined as electrode wear by the electrode wear determination means It is characterized by having a configuration including a threshold value adjusting means.
[0016]
The spot welding monitoring apparatus according to claim 11 of the present invention reduces the nugget diameter {Dn (1) to Dn (4)} as shown in FIG. And the change in phase difference {Jp (1) to Jp (4)}, with a correlation between them, and when an AC welding current is applied, electromagnetic force is generated as an excitation source Vibration phase difference detection means for detecting the phase difference between intermittent mechanically damped vibration and AC welding current in the electrode part of the spot welding machine, and the current phase from the previous phase difference detected by the vibration phase difference detection means. Phase change amount detection means that calculates the amount of change by subtracting the phase difference, and phase difference change amount integration that integrates the change amount only when the change amount detected by the phase change amount detection means is greater than or equal to a predetermined value and the polarity is negative And the phase difference change amount integrating means The present invention is characterized in that a welding failure detection means for determining a welding failure when the amount of change made falls below a preset pass / fail judgment threshold value is provided.
[0017]
According to a twelfth aspect of the present invention, in a spot welding monitoring device for determining whether or not spot welding is good based on vibrations generated during welding, an electromagnetic force is generated as an excitation source when an AC welding current is applied. Vibration amplitude detecting means for detecting the amplitude value of intermittent mechanically damped vibration in the electrode portion of the spot welder, and vibration amplitude integrating means for integrating the positive amplitude value in the vibration waveform during the intermittent period of intermittent mechanically damped vibration; By dividing the integration result by the vibration amplitude integration means by the product of the maximum positive amplitude value and the period, a damping index is calculated as an index of the amount of intermittent mechanical damping vibration. And replace with phase difference An attenuation index calculating means, and a pass / fail judgment reference area setting means for setting a pass / fail judgment reference area on a two-dimensional map defined by an amplitude axis and a phase difference axis orthogonal thereto. , Based on the detected amplitude value and the position on the two-dimensional map of the phase difference replaced from the vibration damping index It is characterized by having a configuration including a welding quality determination means for determining quality of spot welding.
[0018]
【The invention's effect】
According to the first and seventh aspects of the invention, when determining the quality of spot welding based on vibrations generated during welding, for example, in a low-rigidity AC spot welder, it corresponds to the nugget formation situation. Even if the metal melting vibration is buried in the mechanical vibration of the spot welder and cannot be detected easily, it detects the large amplitude intermittent mechanical damping vibration using the electromagnetic force during energization as the excitation source. Further, it is possible to easily detect a metal melting vibration without requiring an advanced signal extraction technique for signal detection, and it is possible to reliably determine whether or not spot welding is good.
[0019]
In addition, since the dissolution vibration of the surface coating layer is not targeted for detection, it can be applied to various steel materials, that is, it is possible to promote the expansion of the application range of spot welding quality monitoring. Since the pass / fail judgment is performed using the two variables of the amplitude value and the phase difference, the pass / fail judgment can be properly performed even when the tip shape of the electrode tip, the welding current, and the pressure fluctuation are combined. This is a very good effect.
[0020]
According to the invention described in claim 2 and claim 8, since it has the above-described configuration, the same effect as that of the invention described in claims 1 and 7 can be obtained, and the threshold value can be easily determined. Therefore, it is possible to obtain an excellent effect that it is possible to make an absolute pass / fail judgment, predict the progress of electrode wear, and make it possible to determine a welding failure due to an unexpected current drop.
[0021]
According to the invention described in claim 3 and claim 9, since it is configured as described above, the same effects as those of the invention described in claims 1, 2 and 7, 8 can be obtained, and various types can be obtained. Therefore, it is possible to cope with the above welding conditions.
[0022]
According to the fourth and tenth aspects of the invention, since the above-described configuration is adopted, the vibration amplitude value having a high correlation with the wear condition of the tip of the electrode tip is compared with a predetermined electrode wear determination threshold value. It is possible to detect wear with high accuracy, and in addition, by changing the threshold value after electrode wear determination, it is possible to prevent a drop in reliability and oversight of electrode wear, and at the time of electrode shaping or The electrode wear alarm can be automatically canceled at the time of electrode replacement, which is an excellent effect.
[0023]
According to the invention described in claim 5 and claim 11, since it has the above-described configuration, spot welding is performed by a simple calculation such as integrating the amount of phase change highly correlated with generation of the nugget diameter and the number of occurrences thereof. It is possible to obtain a very excellent effect of being able to make a pass / fail judgment.
[0024]
According to the sixth and twelfth aspects of the present invention, since the above-described configuration is adopted, even if the vibration waveform is complicated, a practical value as an index indicating the degree of attenuation of the vibration is easily obtained. Therefore, it is possible to obtain a very excellent effect that it is possible to perform the determination of pass / fail with higher reliability stably.
[0025]
【Example】
Hereinafter, a spot welding monitoring method and monitoring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
First, the basic principle of pass / fail determination according to the present invention will be described. FIG. 1A shows an example of a basic configuration of a spot welding monitoring apparatus according to the present invention and an example of a vibration waveform of an electrode tip portion detected during energization. In the figure, reference numeral 10 is a spot welder, 11 is a welding control device, and 12 is a welding transformer. It can be seen that the mechanical vibration Vs detected with respect to the welding current waveform Iw has a vibration phase difference (delay time) dθ. Further, when the vibration phase difference dθ is seen in the transition when continuous welding is performed until the welding failure (round frame) occurs with the same electrode tip, as shown in FIG. 1B, the minimum acceptable nugget diameter Dn is obtained. A characteristic that monotonously increases up to about 1100 times, which is the first time, is observed, and when the welding failure (round frame) occurs, a characteristic that decreases conversely is observed. Furthermore, the tendency that the vibration amplitude value Av also increases monotonously is observed.
[0027]
When these transitions of the vibration phase difference dθ and the vibration amplitude value Av are plotted on a plane coordinate (on a two-dimensional map), the locus of the coordinate point is approximately ▲ as shown in FIG. It turned out that it changed with 1 ▼ → ▲ 2 ▼ → ▲ 3 ▼.
[0028]
Here, (1) corresponds to an OK region plotted when a pass nugget diameter is generated by welding with a new electrode, and (2) indicates an OK region plotted when electrode wear progresses. Corresponding (3) corresponds to an NG region plotted when welding failure occurs. In addition, (4) is an energization failure area, and it was found that this area is plotted in an experiment assuming a decrease in energization current when the power supply of the welding power source is insufficient.
[0029]
The present invention focuses on the coordinate points of the vibration phase difference dθ and the vibration amplitude value Av, and the coordinates of the vibration phase difference dθ and the vibration amplitude value Av of the mechanical vibration Vs of the electrode tip portion with respect to the welding current waveform Iw. By monitoring the points, welding defects are detected.
[0030]
The index of the axis of the vibration phase difference dθ in FIG. 1A is obtained by normalizing the vibration phase difference angle (deg) with one cycle (360 deg) of the square wave of the welding current. The vibration amplitude value Av is the average value of the maximum vibration amplitude values Av for each half cycle (180 deg) as the vibration amplitude value Av at the hit point. Furthermore, the X-axis (phase axis) and Y-axis (amplitude axis) in FIG. 2A are normalized with the coordinates when a new electrode can be satisfactorily welded.
[0031]
Here, considering the mechanism of the coordinate locus of the vibration amplitude value Av and the vibration phase difference dθ, FIG. 3 shows the temperature change in the nugget forming portion of the material to be welded, the change in the tip shape of the electrode tip, and the welding point associated therewith. It is quite complicated to represent the actual physical phenomenon when the welding state is “good” and “bad”, and the irregularity factor. Is considered to be a macrophysical phenomenon in an ideal simple model.
[0032]
First, the mechanical elements that act on the electrode tip portion during welding will be briefly described. The electrode tip 15 is strongly subjected to the pressure Fp applied by the pressure cylinder. An electromagnetic force induced by energization of the welding current Iw serves as an excitation source for the electrode tip 15, and an X-axis direction (Fmx) perpendicular to the axis of the electrode tip 15 and a Z-axis direction (Fmz) along the axis. A pulsating force is applied at a frequency twice the welding current Iw. And the molten pool of nugget diameter (melting diameter) Dn is formed in the to-be-welded material Wp by resistance heating. In addition, the electrode tip 15 bites into the workpiece Wp with the applied pressure Fp, and keeps a balance between the rigidity of the workpiece Wp, the combined force of the internal pressure of the molten pool, and the applied pressure Fp.
[0033]
Therefore, how the state changes in the case of poor welding is determined by using typical mechanical parameters of the electrode portion. The new electrode tip 15 causes the temperature of the welded material Wp to reach a sufficiently high temperature necessary for welding. The viscosity damping coefficient C and spring constant K modeled at this time are expressed as temperature functions C (t) and K (t) and the tip shape function C of the electrode tip. (s) and K (s) are evaluated.
[0034]
First, in FIG. 3 (1), the tip shape function C (s) of the electrode tip 15 has a deeper bite into the material to be welded Wp because the tip shape of the electrode tip 15 has a dome shape. Since the projected area in the cross-sectional direction of the workpiece Wp that acts as a resistance force increases, it is assumed to be “medium”, while the temperature function C (t) is the nugget formation portion of the workpiece Wp. Is sufficiently dissolved, so it is assumed that the action of the resistance force against the external force is low and is “small”.
[0035]
Next, the function K (s) of the tip shape of the electrode tip has a large projected area in the cross-sectional direction of the material Wp to be welded, similarly to C (s), and its influence is considered to be larger than C (s). On the other hand, the temperature function K (t) is assumed to be “small” because the spring constant is extremely lowered near the metal melting temperature.
[0036]
That is, in FIG. 3 (1), the viscous damping coefficient C and the spring constant K in the nugget forming portion of the workpiece Wp are “C (s, t) = medium” and “K (s, t) = medium”. Assume.
[0037]
Thereafter, when the electrode tip 15 is worn (FIG. 3 (2)) and when the temperature at the nugget forming portion of the material Wp to be welded is lowered due to the decrease in current density caused by the wear of the electrode tip 15 and the enlargement of the current-carrying area. (FIG. 3 (3)) and the temperature at the nugget formation portion of the work piece Wp cannot be ensured due to insufficient energization even when the tip shape of the electrode tip 15 provides a sufficient current density. 3 (4) is evaluated in the same way as described above, it can be seen that FIGS. 3-2 to 4-4 are in a relative magnitude relationship between the viscous damping coefficient C and the spring constant K. Conceivable.
[0038]
Here, general expressions of the vibration amplitude value and the vibration phase difference with respect to the external force (electromagnetic force) having the viscous damping coefficient C and the spring constant K as variables are expressed by the following equations (1) and (2).
[0039]
[Expression 1]
Figure 0003703017
[0040]
[Expression 2]
Figure 0003703017
[0041]
However, m is the mass of the pressurization system, and ω is the natural frequency of the pressurization mechanism part of the welding machine, both of which can be handled as constants.
[0042]
Therefore, as a result of evaluation by applying the assumed viscous damping coefficient C and spring constant K to the above formulas 1 and 2, the amplitude and phase difference are as shown in FIG.
[0043]
At this time, the transition of the combination of the tip shape of the completed electrode tip of FIG. 3 and the temperature of the nugget forming portion of the material to be welded starts from the reference FIG. The transition to Fig. 3 (2), which is flattened, is considered to change to Fig. 3 (3) where the wear progresses to the extent that the required current density cannot be obtained and the temperature of the nugget formation portion of the work piece Wp decreases. It is done. This state transition of (1) → (2) → (3) corresponds to a change with time in a normal welding operation.
[0044]
On the other hand, even if the wear of the tip of the electrode tip has not progressed, if the energization current is insufficient, the current density is lowered and the temperature of the nugget forming portion of the material to be welded Wp is lowered. At this time, it differs from the other states (1) to (3) in that the amplitude becomes “small” as the external force (electromagnetic force) decreases due to insufficient energization current. Therefore, the state of (4) occurs regardless of the change in diameter during normal welding work.
[0045]
When each transition of the amplitude and the phase difference obtained as described above is plotted on a plane coordinate (on a two-dimensional map), it is estimated that a locus shown in FIG. At the time of transition from (1) to (2), there is a tendency to gradually shift to (2) while reciprocating between (1) and (2).
[0046]
In an actual welding site, in addition to the accidental decrease in the welding current Iw, a decrease in the applied pressure Fp is cited as a factor that causes poor welding. In this case, the decrease in the applied pressure Fp is considered to be equivalent to the state shown in FIG. 3 (2) because the amount of the electrode tip 15 biting into the workpiece Wp becomes shallow, and accordingly, the detected amplitude and phase difference are reduced. By evaluating which position in FIG. 4A the coordinates are in, it is possible to estimate the welding state including the quality of the welding.
[0047]
FIG. 5 shows an embodiment of the spot welding monitoring method and monitoring apparatus according to the present invention.
[0048]
As shown in FIG. 5, the spot welder 10 includes an air cylinder 19 integrally provided with a pressure shaft 17 on a cylinder rod, and a welding gun arm 18 coupled to the air cylinder 19 via an electrical insulator 14. The electrode tip 15, 16 is provided on the pressure shaft 17 and the welding gun arm 18 so as to oppose each other, and two stacked materials to be welded (not shown) are sandwiched between the electrode tips 15, 16 to pressurize them. Both the welded materials are welded by resistance heating. The pressure shaft 17 is driven by air pressure by an air cylinder 19 and the other gun arm 18 is fixed at least during welding.
[0049]
In the spot welder 10, the welding current, energization time (number of cycles) and energization angle for both electrode tips 15 and 16 are controlled by the welding control device 11, and the primary current as the output is welded by the welding transformer 12. Amplify to the required current Iw. In this case, a welding current circuit is constituted by the pressurizing shaft 17, the welding gun arm 18, the two electrode tips 15, 16 and the material to be welded (not shown). The vibration sensor 20 for detecting intermittent mechanically damped vibrations of the electrode tips 15 and 16 applies an acceleration sensor using, for example, a piezoelectric element, and does not interfere with the material to be welded when welding. A bracket is used at a position where vibration of the chip portion can be detected with appropriate sensitivity, or it is attached by direct bonding.
[0050]
The spot welding monitoring device 21 using the spot welding machine 10 receives an energization angle detection circuit 211 that inputs an interelectrode voltage Ve and generates an energization timing signal φc, and a detection signal Vs of the vibration sensor 20. A vibration detection circuit 212 that removes unnecessary frequency components from the detection signal Vs and outputs a detection vibration signal Vm obtained by amplifying the detection signal Vs to an appropriate signal level in a subsequent circuit, and vibration amplitude detection Circuit (vibration amplitude detection means) 213, vibration phase difference detection circuit (vibration phase difference detection means) 214, quality determination reference coordinate setting circuit (quality determination reference area setting means) 215, welding quality determination circuit (welding quality determination) Means) 216, an electrode wear determination circuit (electrode wear determination means) 217, and a determination threshold adjustment circuit (determination threshold adjustment means) 218. That.
[0051]
In this case, as shown in the timing chart of FIG. 8, the interelectrode voltage Ve (2) is detected as a waveform obtained by differentiating the welding current Iw (1) by the inductance of the energization path of the spot welder 10, and this example shows The energizing angle detection circuit 211 detects the interelectrode voltage Ve that is simple, inexpensive and excellent in time resolution, and generates an energization timing signal φc by processing so that a thin pulse signal is output only at the steep voltage change point. Output. At this time, a high-pass filter can be applied to generate a thin pulse signal. The thin pulse signal thus obtained corresponds to the first signal Po corresponding to the energization start timing (hereinafter referred to as ignition), and the next signal Pc is used as a reference timing signal at the time of calculation of the vibration phase difference in the subsequent stage, corresponding to the energization stop timing (hereinafter, arc extinction).
[0052]
The vibration amplitude detection circuit 213 measures the vibration amplitude value Av based on the detected vibration signal Vm from the input vibration detection circuit 212 and outputs the amplitude signal Ja, while the vibration phase difference detection circuit 214 The phase difference dθ between the input energization timing signal φc and the detected vibration signal Vm is measured, and the vibration phase difference signal Jp is output.
[0053]
Further, the pass / fail judgment reference coordinate setting circuit 215 sets and outputs the judgment reference coordinate Jc at the time of spot weld pass / fail judgment on a two-dimensional map defined by an amplitude axis and a phase difference axis orthogonal thereto. In the pass / fail judgment circuit 216, the judgment reference coordinate Jc output from the pass / fail judgment reference coordinate setting circuit 215 is compared with the vibration phase difference signal Jp and the amplitude signal Ja to judge the weld pass / fail and output the judgment signal Sj. Yes.
[0054]
Furthermore, the electrode wear determination circuit 217 compares the vibration amplitude signal Ja and the electrode wear determination reference value Se ′ to determine that the tip of the electrode tip has been worn, and outputs an electrode wear determination signal Sd. The determination threshold adjustment circuit 218 receives the electrode wear determination signal Sd, and sets the electrode wear determination reference value Se after the electrode wear is detected when the electrode wear determination signal Sd indicates electrode wear. It is designed to adjust to a power value.
[0055]
The basic processing procedure of the monitoring device 21 will be described based on the flowchart of FIG.
[0056]
First, in step S1, based on the amplitude threshold values Sy1, Sy2 and the phase threshold value Sx externally input to the monitoring device 21 shown in FIG. 5, as shown in FIG. In other words, on the two-dimensional map, the OK region (1) when welding with a new electrode, the OK region (2), NG region (3), and poor current conduction region (4) when electrode wear progresses In step S2, the energization timing signal φc is read and the energization timing of the welding current is measured. In step S3, the amplitude Av of the detected vibration signal Vm is measured. At this time, at least one cycle of the welding current is measured. An average amplitude value Ja is obtained so that a stable determination result can be obtained in subsequent quality determinations.
[0057]
Next, in step S4, the energization timing signal φc and the detected vibration signal Vm are read and the vibration phase difference dθ between them is measured (see the waveform graph in FIG. 1A). At this time, at least one of the welding currents is measured. An average phase difference Jp equal to or greater than the cycle is obtained so that a stable determination result can be obtained in the subsequent pass / fail determination.
[0058]
In step S5, the coordinates of the average amplitude value Ja and average phase difference Jp measured in steps S3 and S4 are collated with the pass / fail judgment reference coordinates set in step S1, and first, in step S6, the average amplitude is determined. The value Ja is compared with the amplitude threshold value Sy2, and it is determined whether or not the average amplitude value Ja causes a welding failure due to a conduction failure or the like. When amplitude threshold value Sy2 <average amplitude value Ja (Yes) ) Determines that no welding failure has occurred due to a failure in energization or the like, that is, it is determined that the current is not in the current failure region (4), and the process proceeds to step S7, while amplitude threshold value Sy2 ≧ average amplitude value Ja If it is (No), it is determined that a welding failure due to an energization failure or the like has occurred, that is, it is determined that it is in the energization failure region (4), and in step S9, a welding failure is determined. And outputs the determination result.
[0059]
Next, in step S7, it is determined whether or not the coordinates of the average amplitude value Ja and the average phase difference Jp are in the NG region {circle around (3)}. At this time, the amplitude threshold value Sy1 ≦ the average amplitude value Ja and the phase is set. When the threshold value Sx ≧ the average phase difference Jp (Yes), it is determined that it is in the NG region {circle around (3)}, and in step S9, the result of determination of poor welding is output, while other than that (No). Are determined to be in the OK regions {circle around (1)} and {circle around (2)}, and in step S8, a result of determining good welding is output.
[0060]
Next, the electrode tip wear determination process is started. Here, as shown in FIG. 7, there are two kinds of determination values for electrode tip wear determination, depending on the history of electrode tip wear, and one of them is polishing a new electrode or electrode tip like a new one. The electrode wear determination reference value Se ′ (H) applied when the electrode is shaped, and the other is the electrode wear applied after the electrode wear is determined to be replaced with the next new electrode or the electrode tip is shaped. The determination reference value Se ′ (L).
[0061]
Therefore, first, in step S10, the presence or absence of electrode tip wear is checked in the previous determination. If electrode tip wear has already occurred (Yes), in step S11, the electrode wear determination reference value Se input from the outside is set in advance. A value obtained by multiplying the determined adjustment coefficient H is a new electrode wear determination reference value Se ′ (L). On the other hand, when it is determined that there is no electrode tip wear (No), in step S12, an electrode input from the outside The wear determination reference value Se is directly used as the electrode wear determination reference value Se ′ (H).
[0062]
Next, in step S13, the average amplitude value Ja and the electrode wear determination reference value Se ′ are compared. If electrode wear determination reference value Se ′ <average amplitude value Ja (Yes), the electrode wear is determined in step S14. If the electrode wear determination reference value Se ′ ≧ the average amplitude value Ja (No), it is determined in step S15 that the electrode tip is not yet worn.
[0063]
This completes the quality determination process in one welding. In order to prepare for the next welding, the process returns from steps S14 and S15 to step S2, and the series of processes described above is continued based on new vibration information in the next welding.
[0064]
As described above, according to the monitoring device 21 according to this embodiment, since a large-amplitude intermittent mechanical damping vibration using an electromagnetic force during energization as a vibration source is a detection target, a high-level signal is used for signal detection. Without requiring an extraction technique, it is possible to easily detect the signal of the metal melting vibration, and as a result, it is possible to reliably determine whether the spot welding is good or bad.
[0065]
In addition, since the dissolution vibration of the surface coating layer is not targeted for detection, it can be applied to various steel materials, and therefore it is possible to promote the expansion of the application range of spot welding quality monitoring, Since the pass / fail judgment is performed using the two variables of the vibration amplitude value Ja and the phase difference Jp, the pass / fail judgment is properly performed even when the tip shape of the electrode tip, the welding current, and the pressure fluctuation are combined. Can do.
[0066]
Furthermore, according to the monitoring device 21 described above, wear detection can be performed by comparing the vibration amplitude value Ja highly correlated with the wear state of the tip of the electrode tip and the predetermined electrode wear determination threshold value Se, In addition, by changing the threshold value Se after the electrode wear determination, it is possible to prevent the reliability from being lowered and the electrode wear from being overlooked.
[0067]
FIG. 9 shows another embodiment of the spot welding monitoring method and monitoring apparatus according to the present invention.
[0068]
As shown in FIG. 9, the monitoring device 21 ′ of this embodiment inputs an energization angle detection circuit 211 that inputs an interelectrode voltage Ve and generates an energization timing signal φc, and a detection signal Vs of the vibration sensor 20. A vibration detection circuit 212 that removes unnecessary frequency components from the detection signal Vs and outputs a detection vibration signal Vm obtained by amplifying the detection signal Vs to an appropriate signal level in a subsequent circuit, and an energization timing signal φc And a detected vibration signal Vm and a phase difference detection circuit (phase change amount detection means) that measures a phase difference dθ between the two signals, calculates a change amount with respect to the previous phase difference, and outputs a phase change amount signal ΔJp. ) 220 and a phase difference integration circuit (phase difference change) that outputs the phase difference integration signal ΣΔJp by integrating the phase change amount only when the phase change amount is equal to or greater than a predetermined value. (Quantity integrating means) 221 and a welding failure detection circuit (welding failure detection means) 222 that compares the welding failure determination reference value Jb inputted from the outside with the phase difference integration signal ΣΔJp and outputs a welding failure detection signal Sb. ing.
[0069]
The basic processing procedure of the monitoring device 21 ′ will be described based on the flowchart of FIG.
[0070]
First, in step S21, the welding failure determination reference value Jb input from the outside is set to the monitoring device 21 ′ shown in FIG. 9, and in step S22, the energization timing signal φc is read to measure the energization timing of the welding current, In step S23, the energization timing signal φc and the detected vibration signal Vm are read and the vibration phase difference dθ between them is measured (see the waveform graph in FIG. 1A). In step S24, as shown in Equation 3, A change amount with respect to the vibration phase difference dθ at the previous welding is calculated, and a phase change amount signal ΔJp is output.
[0071]
[Equation 3]
Figure 0003703017
[0072]
Subsequently, in step S25, the dead width C obtained in advance and the phase change amount signal ΔJp are compared, and if C ≧ ΔJp (No), the welding state is as good as the previous time. On the other hand, if C <ΔJp (Yes), it is determined that the welding state has changed, and the process proceeds to the next. In addition, in step S26, the polarity of the phase change amount signal ΔJp is negative (0 < If (ΔJp), (Yes), it is determined that the welding has changed in the direction of failure, and in step S27, the negative phase change signal ΔJp is integrated with the previous phase change signal ΔJp to integrate the phase difference. A signal ΣΔJp is obtained.
[0073]
Next, in step S28, the phase difference integrated signal ΣΔJp is compared with the welding failure determination reference value Jb set in step S21. If the welding failure determination reference value Jb <the phase difference integration signal ΣΔJp (Yes), In step S29, the welding failure detection signal Sb is output after detecting that the welding failure has occurred. On the other hand, if the welding failure judgment reference value Jb ≧ phase difference integration signal ΣΔJp (No), the welding state is poor. Although it is in the direction of occurrence, it is determined that no failure has occurred, and the welding failure detection signal Sb is not output.
[0074]
This completes the quality determination process in one welding. In order to prepare for the next welding, the process returns from step S29 to step S22, and the series of processes described above is continued based on new vibration information in the next welding.
[0075]
As described above, according to the monitoring device 21 ′ according to this embodiment, the quality determination of spot welding can be performed by a simple calculation such as adding up the amount of phase change and the number of occurrences highly correlated with the generation of the nugget diameter. It can be carried out.
[0076]
FIG. 12 shows still another embodiment of the spot welding monitoring method and monitoring apparatus according to the present invention.
[0077]
As shown in FIG. 12, the monitoring method and the monitoring device 21 ″ according to this embodiment are different from the monitoring method and the monitoring device 21 shown in FIG. 5 in that a vibration damping index is used as a parameter instead of the vibration phase difference. The other configuration is the same as the monitoring method and the monitoring device 21 shown in FIG.
[0078]
That is, the monitoring device 21 ″ inputs the energization timing signal φc from the energization angle detection circuit 211 and the detected vibration signal Vm from the vibration detection circuit 212, and as shown in FIG. A damped vibration integrated signal ∫Vm obtained by integrating the positive amplitude value of the vibration waveform in the period (= T) and a maximum amplitude integrated signal ∫Vp obtained by integrating the maximum vibration amplitude Vp in the same period (= T) during the same period are calculated. The vibration amplitude integrating circuit (vibration amplitude integrating means) 230 to be outputted and the ratio between the damped vibration integrated signal ∫Vm and the maximum amplitude integrated signal ∫Vp are calculated to obtain the vibration damping index and replaced with the phase difference signal Jp. An attenuation index calculation circuit (attenuation index calculation means) 231 is provided.
[0079]
Next, operation | movement of this monitoring apparatus 21 '' is demonstrated. Here, the operations of the vibration amplitude integration circuit 230 and the attenuation index calculation circuit 231 will be described with calculation formulas, and the operation description regarding the pass / fail determination procedure will be shown only in the corresponding processing steps in the flowchart of FIG. 6, and the entire description will be omitted.
[0080]
First, the calculation formulas of the damped vibration integration signal ∫Vm and the maximum amplitude integration signal ∫Vp of the vibration amplitude integration circuit 230 are expressed by Equations 4 and 5.
[0081]
[Expression 4]
Figure 0003703017
[0082]
[Equation 5]
Figure 0003703017
[0083]
Further, the calculation formula of the attenuation index Id (Jp) of the attenuation index calculation circuit 231 is expressed by Equation 6.
[0084]
[Formula 6]
Figure 0003703017
[0085]
At this time, the step of the corresponding pass / fail judgment processing procedure is “measurement of phase difference Jp” in step 4 in the flowchart of FIG. 6. The pass / fail judgment is executed by performing the above calculation process.
[0086]
Although a specific description of the positive amplitude of the damped vibration integration signal ∫Vm has been omitted, it will be supplemented that it can be realized by, for example, a general rectifier circuit used for measuring an AC signal.
[0087]
As described above, according to the monitoring device 21 ″ according to this embodiment, even if the vibration waveform is complicated, a practical value as an index indicating the degree of vibration attenuation can be easily obtained. Therefore, it is possible to stably perform the determination of pass / fail with higher reliability.
[0088]
Finally, FIG. 2 (b) shows an example of the result of applying the pass / fail judgment by the spot welding monitoring method and the monitoring device according to the present invention in the double lap galvanized steel sheet having a thickness of 0.8 mm. . In this example, the pass / fail judgment reference value is determined so as to detect a so-called weld failure leading to peeling, in which two steel plates are not welded. Of course, even if there is a weld failure, the nugget diameter may not reach the acceptable value. Therefore, in order to detect such a failure, the amplitude threshold value Sy1 and the phase threshold value are detected. This is possible by adjusting Sx.
[0089]
Note that the spot welding monitoring method and monitoring apparatus according to the present invention are not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram (a) showing the principle of spot welding according to the present invention, and a graph (b) showing a relationship between a vibration phase difference, an amplitude value, and a nugget diameter with respect to the number of welding points.
FIG. 2 is a graph (a) showing a state transition of an electrode tip tip shape on a judgment reference coordinate defined by an amplitude axis and a phase difference axis orthogonal thereto, and the quality of the spot welding monitoring method and monitoring device according to the present invention. It is a graph (b) which shows the result of having applied the determination in the two-ply welding of the hot galvannealed steel plate with a plate thickness of 0.8 mm.
FIG. 3 is a diagram for explaining a physical phenomenon in a welded portion.
FIG. 4A is an explanatory diagram in which transitions of amplitude and phase difference are plotted on a two-dimensional map, and FIG. 4B is a diagram illustrating a determination criterion region for pass / fail judgment set on the two-dimensional map.
FIG. 5 is a basic block diagram for explaining an embodiment of a spot welding monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a basic processing procedure by the spot welding monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating electrode wear determination means.
FIG. 8 is a timing chart for explaining means for detecting energization timing.
FIG. 9 is a basic block diagram for explaining another embodiment of the spot welding monitoring apparatus according to the present invention.
10 is a flowchart for explaining a basic processing procedure by the spot welding monitoring apparatus shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a graph illustrating a correlation between a decrease in nugget diameter and a change in phase difference.
FIG. 12 is a basic block diagram illustrating still another embodiment of the spot welding monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining a method for obtaining an attenuation index of a vibration waveform.
[Explanation of symbols]
10 Spot welder
21,21 ', 21''monitoring device
213 Vibration amplitude detection circuit (vibration amplitude detection means)
214 Vibration phase difference detection circuit (vibration phase difference detection means)
215 Pass / fail judgment reference coordinate setting circuit (pass / fail judgment reference area setting means)
216 Welding quality judgment circuit (welding quality judgment means)
217 Electrode wear determination circuit (electrode wear determination means)
218 judgment threshold value adjustment circuit (judgment threshold value adjusting means)
220 Phase change detection circuit (phase change detection means)
221 Phase difference integration circuit (phase difference change amount integration means)
222 Welding failure detection circuit (welding failure detection means)
230 Vibration amplitude integrating circuit (vibration amplitude integrating means)
231 Attenuation index calculation circuit (attenuation index calculation means)

Claims (12)

溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出すると共に、交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差を検出し、振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に良否判定の判定基準領域を設定して、検出した振幅値および位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行うことを特徴とするスポット溶接のモニタリング方法。  Amplitude value of intermittent mechanically damped vibration at the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source when AC welding current is applied when performing pass / fail judgment of spot welding based on vibration generated during welding Detecting the phase difference between the AC welding current and the intermittent mechanical damping vibration, and setting the pass / fail judgment criteria region on the two-dimensional map defined by the amplitude axis and the phase difference axis orthogonal to the amplitude axis. A spot welding monitoring method comprising: performing spot welding quality determination based on the detected amplitude value and phase difference on a two-dimensional map. 振幅軸に2個の振幅しきい値を設定すると共に位相差軸に1個の位相差しきい値を設定して、二次元マップ上に溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域の4つの判定基準領域を設定し、断続的機械減衰振動の振幅値および交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差が二次元マップ上の溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域のうちのどこの領域に属するかによってスポット溶接の良否判定を行う請求項1に記載のスポット溶接のモニタリング方法。  Two amplitude threshold values are set on the amplitude axis and one phase difference threshold value is set on the phase difference axis, and a good welding region, a poor welding attention region, a poor welding region, and a welding are displayed on the two-dimensional map. The four criteria areas for the poor conduction area are set, and the amplitude value of intermittent mechanical damping vibration and the phase difference between the AC welding current and intermittent mechanical damping vibration are the good welding area, the poor welding attention area, The spot welding monitoring method according to claim 1, wherein the quality of spot welding is determined according to which of the poor welding region and the poor welding current region belongs. 溶接開始時における初期振幅値および初期位相差に基づいて二次元マップの振幅軸および位相差軸を設定する請求項1または2に記載のスポット溶接のモニタリング方法。  The spot welding monitoring method according to claim 1 or 2, wherein an amplitude axis and a phase difference axis of a two-dimensional map are set based on an initial amplitude value and an initial phase difference at the start of welding. 検出した断続的機械減衰振動の振幅値が予め設定した電極摩耗判定しきい値を越えた段階で電極摩耗と判定し、電極摩耗と判定した段階で摩耗電極の振幅変動幅よりも低くかつ新品電極時における振幅値よりも高い値に電極摩耗判定しきい値を変更する請求項1ないし3のいずれかに記載のスポット溶接のモニタリング方法。  When the detected amplitude value of the intermittent mechanically damped vibration exceeds the preset electrode wear determination threshold value, it is determined as electrode wear, and when it is determined as electrode wear, it is lower than the amplitude fluctuation range of the wear electrode and is a new electrode. The spot welding monitoring method according to claim 1, wherein the electrode wear determination threshold value is changed to a value higher than the amplitude value at the time. 溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動と交流溶接電流との位相差を検出して、前回分の位相差から今回分の位相差を減じて変化量を算出し、この算出した変化量が所定値以上でかつ極性が負の場合にのみその変化量を積算して、積算値が予め設定した良否判定しきい値を下回った場合に溶接不良と判定することを特徴とするスポット溶接のモニタリング方法。  Intermittent mechanically damped vibration and AC welding in the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source when AC welding current is applied when performing pass / fail judgment of spot welding based on vibration generated during welding Detects the phase difference from the current, calculates the amount of change by subtracting the current phase difference from the previous phase difference, and changes only when the calculated change amount is greater than or equal to a predetermined value and the polarity is negative A spot welding monitoring method characterized by integrating a quantity and determining a welding failure when the integrated value falls below a predetermined pass / fail judgment threshold value. 溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うに際して、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出すると共に、断続的機械減衰振動の断続周期間の振動波形における正側振幅値を積分し且つその積分結果を最大正側振幅値および周期の積で除して断続的機械減衰振動の減衰量の指標としての減衰指標を算出して位相差に置換し、振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に良否判定の判定基準領域を設定して、検出した振幅値および振動減衰指標から置換した位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行うことを特徴とするスポット溶接のモニタリング方法。Amplitude value of intermittent mechanically damped vibration at the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source when AC welding current is applied when performing pass / fail judgment of spot welding based on vibration generated during welding while detect the intermittent mechanical damping vibrations by dividing by the product of the positive-side amplitude value is integrated and most Taisho side amplitude value and the integration result and the period of the vibration waveform between cadences intermittent mechanical damping vibrations An attenuation index as an index of the amount of attenuation is calculated and replaced with a phase difference, and a detection criterion region for pass / fail judgment is set on a two-dimensional map defined by an amplitude axis and a phase difference axis orthogonal thereto. monitoring method of spot welding and performing quality determination of spot weld on the basis of the position in the amplitude value and two-dimensional map on the phase difference obtained by replacing the vibration damping index. 溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うスポット溶接のモニタリング装置において、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出する振動振幅検出手段と、交流溶接電流と断続的機械減衰振動との位相差を検出する振動位相差検出手段と、良否判定の判定基準領域を振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に設定する良否判定基準領域設定手段と、検出した振幅値および位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行う溶接良否判定手段を備えたことを特徴とするスポット溶接のモニタリング装置。  Intermittent machine in the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source in a spot welding monitoring device that performs spot welding quality judgment based on vibrations generated during welding Vibration amplitude detecting means for detecting the amplitude value of the damped vibration, vibration phase difference detecting means for detecting the phase difference between the AC welding current and the intermittent mechanically damped vibration, and the pass / fail judgment criterion region as the amplitude axis and orthogonal thereto Quality determination reference area setting means for setting on a two-dimensional map determined by a phase difference axis to be welded, and welding quality determination means for determining the quality of spot welding based on the position of the detected amplitude value and phase difference on the two-dimensional map A spot welding monitoring device characterized by comprising: 良否判定基準領域設定手段は、振幅軸に2個の振幅しきい値を設定すると共に位相差軸に1個の位相差しきい値を設定して、二次元マップ上に溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域の4つの判定基準領域を設定し、溶接良否判定手段は、振動振幅検出手段で検出した振幅値および振動位相差検出手段で検出した位相差が二次元マップ上の溶接良好領域,溶接不良注意領域,溶接不良領域および溶接通電不良領域のうちのどこの領域に属するかによってスポット溶接の良否判定を行う請求項7に記載のスポット溶接のモニタリング装置。  The pass / fail judgment reference area setting means sets two amplitude threshold values on the amplitude axis and one phase difference threshold value on the phase difference axis, so that a good welding region and poor welding are set on the two-dimensional map. Four determination reference areas, a caution area, a welding failure area, and a welding energization failure area, are set, and the welding quality determination means has two-dimensional amplitude values detected by the vibration amplitude detection means and a phase difference detected by the vibration phase difference detection means. The spot welding monitoring device according to claim 7, wherein the spot welding quality determination is performed according to which of the good welding region, the poor welding attention region, the poor welding region, and the poor welding energization region on the map. 二次元マップの振幅軸および位相差軸は、溶接開始時における初期振幅値および初期位相差に基づいて設定されている請求項7または8に記載のスポット溶接のモニタリング装置。  9. The spot welding monitoring device according to claim 7, wherein the amplitude axis and the phase difference axis of the two-dimensional map are set based on an initial amplitude value and an initial phase difference at the start of welding. 振動振幅検出手段が検出した断続的機械減衰振動の振幅値が予め設定した電極摩耗判定しきい値を越えた段階で電極摩耗と判定する電極摩耗判定手段と、電極摩耗判定手段により電極摩耗と判定された段階で摩耗電極の振幅変動幅よりも低くかつ新品電極時における振幅値よりも高い値に電極摩耗判定しきい値を変更する判定しきい値調整手段を備えた請求項7ないし9のいずれかに記載のスポット溶接のモニタリング装置。  Electrode wear determination means for determining electrode wear when the amplitude value of intermittent mechanical damping vibration detected by the vibration amplitude detection means exceeds a preset electrode wear determination threshold value, and electrode wear determination by the electrode wear determination means 10. A determination threshold value adjusting means for changing the electrode wear determination threshold value to a value lower than the amplitude fluctuation range of the wear electrode and higher than the amplitude value at the time of a new electrode at the stage of being applied. The spot welding monitoring device according to claim 1. 溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うスポット溶接のモニタリング装置において、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動と交流溶接電流との位相差を検出する振動位相差検出手段と、この振動位相差検出手段が検出した前回分の位相差から今回分の位相差を減じた変化量を算出する位相変化量検出手段と、位相変化量検出手段が検出した変化量が所定値以上でかつ極性が負の場合にのみその変化量を積算する位相差変化量積算手段と、位相差変化量積算手段で積算した変化量が予め設定した良否判定しきい値を下回った場合に溶接不良と判定する溶接不良検出手段を備えたことを特徴とするスポット溶接のモニタリング装置。  Intermittent machine in the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source in a spot welding monitoring device that performs spot welding quality judgment based on vibrations generated during welding Vibration phase difference detection means for detecting the phase difference between the damped vibration and the AC welding current, and a phase change for calculating a change amount obtained by subtracting the current phase difference from the previous phase difference detected by the vibration phase difference detection means. The amount detection means, the phase difference change amount integration means for integrating the change amount only when the change amount detected by the phase change amount detection means is equal to or greater than a predetermined value and the polarity is negative, and the phase difference change amount integration means A spot welding monitoring device, comprising: a welding failure detection means for determining a welding failure when the amount of change made falls below a preset pass / fail judgment threshold. 溶接中に発生する振動に基づいてスポット溶接の良否判定を行うスポット溶接のモニタリング装置において、交流溶接電流を通電したときに電磁力を加振源として発生するスポット溶接機の電極部分における断続的機械減衰振動の振幅値を検出する振動振幅検出手段と、断続的機械減衰振動の断続周期間の振動波形における正側振幅値を積分する振動振幅積分手段と、この振動振幅積分手段による積分結果を最大正側振幅値および周期の積で除して断続的機械減衰振動の減衰量の指標としての減衰指標を算出して位相差に置換する減衰指標算出手段と、良否判定の判定基準領域を振幅軸およびこれと直交する位相差軸で定められる二次元マップ上に設定する良否判定基準領域設定手段と、検出した振幅値および振動減衰指標から置換した位相差の二次元マップ上における位置に基づいてスポット溶接の良否判定を行う溶接良否判定手段を備えたことを特徴とするスポット溶接のモニタリング装置。Intermittent machine in the electrode part of a spot welder that generates electromagnetic force as an excitation source in a spot welding monitoring device that performs spot welding quality judgment based on vibrations generated during welding The vibration amplitude detecting means for detecting the amplitude value of the damped vibration, the vibration amplitude integrating means for integrating the positive amplitude value in the vibration waveform during the intermittent period of the intermittent mechanically damped vibration, and the integration result by the vibration amplitude integrating means is maximized. and attenuation index calculating means you substituted out calculate the attenuation index as an indicator of attenuation of intermittent mechanical damping vibrations by dividing by the product of the positive amplitude value and the period of the phase difference, amplitude determination reference area of the quality determination axis and a quality determination reference area setting means for setting on a two-dimensional map defined by the retardation axis orthogonal thereto, the detected amplitude value and the phase which is displaced from the vibration damping index Monitoring device of the spot welding, characterized in that it comprises a welding quality determining means for performing a quality determination of the spot welding on the basis of the position on the two-dimensional map of.
JP2001170782A 2001-06-06 2001-06-06 Spot welding monitoring method and monitoring apparatus Expired - Fee Related JP3703017B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001170782A JP3703017B2 (en) 2001-06-06 2001-06-06 Spot welding monitoring method and monitoring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001170782A JP3703017B2 (en) 2001-06-06 2001-06-06 Spot welding monitoring method and monitoring apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002361438A JP2002361438A (en) 2002-12-18
JP3703017B2 true JP3703017B2 (en) 2005-10-05

Family

ID=19012646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001170782A Expired - Fee Related JP3703017B2 (en) 2001-06-06 2001-06-06 Spot welding monitoring method and monitoring apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3703017B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4747297B2 (en) * 2005-08-24 2011-08-17 国立大学法人鳥取大学 Self-organizing map for health check, display device and display method thereof, and program for displaying self-organizing map for health check
JP5862310B2 (en) * 2012-01-10 2016-02-16 オムロン株式会社 Vibration sensor, external environment detection device
JP6149724B2 (en) * 2013-02-06 2017-06-21 トヨタ自動車株式会社 Welding apparatus and welding method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002361438A (en) 2002-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0878264B1 (en) Method and apparatus for evaluating quality of resistance welds
CA1286370C (en) Ultrasonic method and apparatus for spot weld control
JP2003094167A (en) Arc welding quality evaluation device
US20060006156A1 (en) Laser welding method and apparatus
JP5196642B2 (en) Resistance welding method monitoring method and apparatus for carrying out the method
JP3703017B2 (en) Spot welding monitoring method and monitoring apparatus
KR20180130173A (en) System and Method for Real time Monitoring of Electric Resistance Welding
JP2825708B2 (en) Resistance welding control device
JPH04178275A (en) Resistance spot welding
JP2009226467A (en) Spot welding method of dissimilar plates, and its apparatus
JP3620463B2 (en) Spot welding monitoring device
US4376884A (en) Closed loop control of continuous seam resistance heated forge welding cylinders
CN106077941B (en) Agitating friction soldering set with compression distance and vibrational feedback
JPH0316233B2 (en)
JP2008142773A (en) Resistance welding monitoring method and resistance welding controlling method
JP2001105159A (en) Ultrasonic welder
JP3796746B2 (en) Spot welding equipment
JP2006110554A (en) Method for judging quality of resistance spot welding and monitoring device
JP3589289B2 (en) Quality determination method and quality determination apparatus for laser cladding processing
KR100270098B1 (en) Apparatus and method for quality judge of welding
JP2002192351A (en) Monitoring device for spot welding
JP3120933B2 (en) Resistance welding control method
JP3651276B2 (en) Method for estimating nugget diameter in resistance welding and control method for resistance welding
JPH04300078A (en) Method and device for controlling inverter type resistance welding
JP2010069507A (en) Resistance welding control method

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041102

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080729

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090729

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees