特許 7582268 ナゲット径の推定方法および判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】ナゲット径の推定方法および判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/24 20060101AFI20241106BHJP

   B23K 11/25 20060101ALI20241106BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20241106BHJP

   B23K 11/11 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B23K11/24 394

B23K11/25 513

B23K11/25 512

B23K31/00 Z

B23K11/11 540

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022109710

(22)【出願日】2022-07-07

(65)【公開番号】P2024008123

(43)【公開日】2024-01-19

【審査請求日】2024-04-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小倉 修平

(72)【発明者】

【氏名】関口 智彦

(72)【発明者】

【氏名】泉野 亨輔

(72)【発明者】

【氏名】松木 優樹

(72)【発明者】

【氏名】江島 翔太

(72)【発明者】

【氏名】沖田 泰明

(72)【発明者】

【氏名】兒玉 瑞希

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１７１９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２２５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－５８０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－７９４８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １１／１１

Ｂ２３Ｋ １１／２４

Ｂ２３Ｋ １１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

抵抗スポット溶接により形成されたナゲットのナゲット径の推定方法であって、
前記抵抗スポット溶接は、
重ね合わされた２以上の金属板を一対の電極チップで挟んで、加圧して通電を行う第１工程と、
前記第１工程における前記通電を停止して、前記２以上の金属板を前記一対の電極チップによって加圧する第２工程と、を有し、
前記推定方法は、
前記第１工程における前記２以上の金属板の厚さ方向の膨張量と、前記第１工程における前記一対の電極チップ間の電気抵抗値と、を用いてナゲット厚さを推定する厚さ推定工程と、
前記２以上の金属板のそれぞれの厚さと、推定した前記ナゲット厚さとを用いて、前記ナゲットが隣り合う２の前記金属板の界面に到達していると推定される場合に、前記膨張量と、前記電気抵抗値とを用いて前記ナゲット径を推定する径推定工程と、を有する、推定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の推定方法であって、
前記厚さ推定工程において、
前記膨張量と、前記電気抵抗値とに加え、前記第２工程における前記２以上の金属板の前記厚さ方向の収縮量を用いて前記ナゲット厚さを推定し、
前記径推定工程において、
前記膨張量と、前記電気抵抗値とに加え、前記収縮量を用いて前記ナゲット径を推定する、推定方法。

【請求項3】

請求項２に記載の推定方法であって、
前記収縮量は、
前記第２工程の開始時の前記２以上の金属板の厚さから、前記第２工程の終了時の前記厚さを減じた値である、推定方法。

【請求項4】

請求項２に記載の推定方法であって、
前記電気抵抗値は、
前記第１工程の終了時点から予め定められた取得時間遡った時点から、前記終了時点までの前記電気抵抗値の平均であり、
前記取得時間は、前記第１工程の工程時間の半分の時間以下である、推定方法。

【請求項5】

請求項１に記載の推定方法であって、
推定した前記ナゲット厚さの半分の長さが、前記２以上の金属板の前記厚さ方向における中央位置と、前記中央位置から最も離れた前記界面との距離より長い場合、前記ナゲットが前記界面に到達していると推定する、推定方法。

【請求項6】

請求項２に記載の推定方法であって、
前記ナゲット厚さをＮＴ［ｍｍ］、前記ナゲット径をＮＤ［ｍｍ］、前記膨張量をＥ［ｍｍ］、前記収縮量をＳ［ｍｍ］、前記電気抵抗値をＲ［Ω］、予め定めた定数をＣ１～Ｃ８とした場合、
以下の式（１）を用いて前記ナゲット厚さを求め、式（２）を用いて前記ナゲット径を求める、推定方法。
ＮＴ＝Ｃ１×Ｅ＋Ｃ２×Ｓ＋Ｃ３×Ｒ＋Ｃ４・・（１）
ＮＤ＝Ｃ５×Ｅ＋Ｃ６×Ｓ＋Ｃ７×Ｒ＋Ｃ８・・（２）

【請求項7】

請求項１から６の何れか一項に記載の推定方法を用いた判定方法であって、
前記２以上の金属板のそれぞれの厚さと、推定した前記ナゲット厚さとを用いて、前記ナゲットが前記界面に到達していないと推定される場合に、溶接不良と判定する判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ナゲット径の推定方法および判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、重ね合わされた複数の金属板を溶接する方法にスポット溶接がある（例えば、特許文献１）。スポット溶接では、通電による発熱により金属板の被接合面付近が溶融された後、凝固されて溶接される。溶融金属が凝固して形成されたナゲットのナゲット径は、接合強度などの溶接品質を評価する指標として用いることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開ＷＯ２０１７／２１２９１６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ナゲット径の実測に代えて、溶接過程で変化する物理量を測定し、測定した物理量を用いてのナゲット径の推定が試みられている。そして、ナゲット径の推定精度の向上が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、抵抗スポット溶接により形成されたナゲットのナゲット径の推定方法が提供される。この推定方法に係る前記抵抗スポット溶接は、重ね合わされた２以上の金属板を一対の電極チップで挟んで、加圧して通電を行う第１工程と、前記第１工程における前記通電を停止して、前記２以上の金属板を前記一対の電極チップによって加圧する第２工程と、を有する。この推定方法は、前記第１工程における前記２以上の金属板の厚さ方向の膨張量と、前記第１工程における前記一対の電極チップ間の電気抵抗値と、を用いてナゲット厚さを推定する厚さ推定工程と、前記２以上の金属板のそれぞれの厚さと、推定した前記ナゲット厚さとを用いて、前記ナゲットが隣り合う２の前記金属板の界面に到達していると推定される場合に、前記膨張量と、前記電気抵抗値とを用いて前記ナゲット径を推定する径推定工程と、を有する。この形態によれば、ナゲットが界面に到達していない場合に算出される低い精度の推定のナゲット径を除外することができる。よって、推定したナゲット径の推定精度を向上させることができる。
（２）上記形態の推定方法であって、前記厚さ推定工程において、前記膨張量と、前記電気抵抗値とに加え、前記第２工程における前記２以上の金属板の前記厚さ方向の収縮量を用いて前記ナゲット厚さを推定し、前記径推定工程において、前記膨張量と、前記電気抵抗値とに加え、前記収縮量を用いて前記ナゲット径を推定してもよい。第２工程では、通電が停止されることにより金属板の膨張が止まり、電極チップによる加圧により溶融部は厚さ方向に収縮すると共に、界面方向に広がる。よって、この形態によれば、収縮量を用いてナゲット径を推定することにより、第２工程における界面方向における溶融部であるナゲットの膨張量を反映することができるため、推定精度をさらに向上させることができる。
（３）上記形態の推定方法であって、前記収縮量は、前記第２工程の開始時の前記２以上の金属板の厚さから、前記第２工程の終了時の前記厚さを減じた値であってもよい。この形態によれば、収縮量として、第２工程の開始時の２以上の金属板の厚さから、第２工程の終了時の厚さを減じた値を用いることができ、収縮量を求める算出負荷を軽減することができる。
（４）上記形態の推定方法であって、前記電気抵抗値は、前記第１工程の終了時点から予め定められた取得時間遡った時点から、前記終了時点までの前記電気抵抗値の平均であり、前記取得時間は、前記第１工程の工程時間の半分の時間以下であってもよい。第２工程の開始時点から予め定められた取得時間遡った時点から、第２工程の開始時までの前記電気抵抗値の平均と、ナゲット厚さとナゲット径とのそれぞれは、良い相関関係がある。よって、この形態によれば、ナゲット厚さとナゲット径とのそれぞれの推定精度をさらに向上させることができる。
（５）上記形態の推定方法であって、推定した前記ナゲット厚さの半分の長さが、前記２以上の金属板の前記厚さ方向における中央位置と、前記中央位置から最も離れた前記界面との距離より長い場合、前記ナゲットが前記界面に到達していると推定してもよい。この形態によれば、推定したナゲット厚さの半分の長さが、２以上の金属板の厚さ方向における中央位置と、中央位置から最も離れた界面との距離より長い場合、ナゲットが前記界面に到達していると推定することができる。
（６）上記形態の推定方法であって、前記ナゲット厚さをＮＴ［ｍｍ］、前記ナゲット径をＮＤ［ｍｍ］、前記膨張量をＥ［ｍｍ］、前記収縮量をＳ［ｍｍ］、前記電気抵抗値をＲ［Ω］、予め定めた定数をＣ１～Ｃ８とした場合、以下の式（１）を用いて前記ナゲット厚さを求め、式（２）を用いて前記ナゲット径を求めてもよい。
ＮＴ＝Ｃ１×Ｅ＋Ｃ２×Ｓ＋Ｃ３×Ｒ＋Ｃ４・・（１）
ＮＤ＝Ｃ５×Ｅ＋Ｃ６×Ｓ＋Ｃ７×Ｒ＋Ｃ８・・（２）
ナゲット厚さと、ナゲット径とは、それぞれ、膨張量と、収縮量と、電気抵抗値とのそれぞれと比例関係にある。このため、この形態によれば、式（１）および式（２）を用いて、ナゲット厚さと、ナゲット径とを推定することができる。
（７）上記形態の推定方法を用いた判定方法であって、前記２以上の金属板のそれぞれの厚さと、推定した前記ナゲット厚さとを用いて、前記ナゲットが前記界面に到達していないと推定される場合に、溶接不良と判定してもよい。この形態によれば、溶接品質を適切に判定することができる。
本開示は、推定方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、推定装置、推定装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る抵抗スポット溶接装置の概略構成を示す模式図。

【図2】溶接工程における時間と変位量との関係を示す図。

【図3】溶接の各工程における被溶接部材の断面の様子を示す模式図。

【図4】推定式の精度が十分でない場合を説明する図。

【図5】実測のナゲット径と膨張量との関係を示す図。

【図6】実測のナゲット径と収縮量との関係を示す図。

【図7】実測のナゲット径と電気抵抗値との関係を示す図。

【図8】ナゲット径推定処理のフローチャート。

【図9】ナゲット厚さの半分の長さの推定結果。

【図10】実施例１に係るナゲット径の推定結果。

【図11】実施例２に係るナゲット径の推定結果。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．実施形態：
Ａ１．抵抗スポット溶接装置の構成
図１は、抵抗スポット溶接装置１００の概略構成を示す模式図である。以下の説明において、図１に示す上下の方向を用いる。上下方向は、可動電極である後述する電極チップ２１が昇降する昇降方向と平行である。

【0009】

抵抗スポット溶接装置１００は、２以上の金属板が重ね合わされた被溶接部材Ｗを溶接する。図１では、被溶接部材Ｗとして、２以上の金属板である第１金属板Ｗ１と、第２金属板Ｗ２とが重ね合わされ場合を例示している。抵抗スポット溶接装置１００は、溶接ガン１０と、電源装置３０と、制御装置８０とを備えている。

【0010】

溶接ガン１０は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられている。ガン本体１１は、ロボットアームにより被溶接部材Ｗの目的の溶接点まで移動される。溶接ガン１０は、ガン本体１１と、移動機構２０と、一対の電極チップ２１，２２と、加圧装置４０とを有する。ガン本体１１は、Ｕ字形状を有し、一対の電極チップ２１，２２が取り付けられている。一対の電極チップ２１，２２の一方の電極チップ２１は、可動電極であり、ガン本体１１の上部に取り付けられている。一対の電極チップ２１，２２の他方の電極チップ２２は、固定電極であり、ガン本体１１の下部の電極チップ２１と対向する位置に取り付けられている。

【0011】

移動機構２０は、電極チップ２１を昇降させる。移動機構２０は、図示しないサーボモータを有し、サーボモータの回転力を昇降方向の直線移動力に変換し、変換した直線移動力を電極チップ２１に伝達することにより、電極チップ２１を昇降させる。電源装置３０は、目標の電流値の溶接電流を一対の電極チップ２１，２２間に供給する。加圧装置４０は、図示しないシリンダーを備え、電極チップ２１を被溶接部材Ｗに押し付けて加圧する。

【0012】

抵抗スポット溶接装置１００は、さらに、エンコーダ５１と、歪みゲージ５２と、電流センサ５３と、電圧センサ５４とを備えている。エンコーダ５１は、予め定められた時間毎に移動機構２０のサーボモータの回転量を検出し、検出した回転量を示す信号を制御装置８０に送信する。歪みゲージ５２は、電極チップ２２の近くに取り付けられており、予め定められた時間毎に外力による変位量を検出し、変位量を示す信号を制御装置８０に送信する。エンコーダ５１と、歪みゲージ５２とは、後述するように、一対の電極チップ２１，２２間の距離の変化量を検出するために用いられる。

【0013】

電流センサ５３は、予め定められた時間毎に、電源装置３０から供給される溶接電流の電流値を検出し、電流値を示す信号を制御装置８０に送信する。電流センサ４３は、例えば、トロイダルコイルを用いて実現される。電圧センサ５４は、予め定められた時間毎に、電極チップ２１と電極チップ２２との間の電圧値を検出し、電圧値を示す信号を制御装置８０に送信する。

【0014】

制御装置８０は、図示しないプロセッサと、図示しない記憶装置と、各センサとプロセッサとの間で信号やり取りを行う図示しないインターフェース回路などを備えるコンピュータとして構成されている。制御装置８０は、機能部として、溶接制御部８１と、推定部８２とを有する。溶接制御部８１および推定部８２は、制御装置８０のプロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。溶接制御部８１は、スポット溶接の後述する各工程において、電源装置３０などの各部を制御する。推定部８２は、スポット溶接の終了後、溶接において形成された、後述するナゲットＮのナゲット径ＮＤを推定する。

【0015】

Ａ２．溶接工程
図２は、溶接工程における時間と一対の電極チップ２１，２２間の距離の変化量である変位量との関係を示す図である。図２の横軸は、予圧工程Ｐ１０の開始時点を基点とする経過時間［ｍｓ］である。図２の縦軸は、変位量［ｍｍ］である。図２の変位量のデータは、後述する実施例２の各サンプルのデータである。図３は、溶接の各工程における被溶接部材Ｗの断面の様子を示す模式図である。

【0016】

溶接が開始されると、準備工程において、図１に示すように、溶接ガン１０は、一対の電極チップ２１，２２が被溶接部材Ｗを挟み、電極チップ２２が第２金属板Ｗ２の下面と接触する位置に配置される。その後、移動機構２０により、電極チップ２１が第１金属板Ｗ１の上面と接触する位置まで下降される。

【0017】

次に、図２に示す予圧工程Ｐ１０において、加圧装置４０により、電極チップ２１は被溶接部材Ｗに押し付けられる。これにより、被溶接部材Ｗは、目標の圧力にて加圧される。この加圧は、通電に先立つ加圧であるため、予圧とも呼ばれる。圧力値は、数千Ｎ程度である。これにより、加圧を安定させることができる。

【0018】

通電工程Ｐ２０において、重ね合わされた２以上の金属板は、一対の電極チップ２１，２２で挟まれた状態で、加圧され通電される。具体的には、一対の電極チップ２１，２２により被溶接部材Ｗが加圧された状態で、一対の電極チップ２１，２２間に溶接電流が供給され、通電が行われる。これにより、一対の電極チップ２１，２２間の電気抵抗値に応じたジュール熱が生じて、被溶接部材Ｗの厚さ方向の中央位置付近から金属の溶融が始まる。通電時間が長くなるにつれ、図３の通電工程Ｐ２０にて示すように、溶融金属部分であるナゲットＮは成長する。図３では、ナゲットＮを斜線ハッチングにて示している。

【0019】

図２に示す、保持工程Ｐ３０では、通電工程Ｐ２０における通電が停止され、２以上の金属板が、一対の電極チップ２１，２２によって加圧される。具体的には、通電工程Ｐ２０にてナゲットＮが十分成長した後、保持工程Ｐ３０において、加圧は維持された状態で、一対の電極チップ２１，２２間の通電が停止される。これにより、ナゲットＮは冷却され、溶融金属が凝固し、第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２とが溶接される。保持工程Ｐ３０の終了後、電極チップ２１は上昇され、被溶接部材Ｗを挟持していた一対の電極チップ２１，２２は解放される。

【0020】

以下の説明において、予圧工程Ｐ１０の開始時点を溶接開始時と呼び、予圧工程Ｐ１０から保持工程Ｐ３０までを溶接工程と呼ぶ。また、予圧工程Ｐ１０を第１工程とも呼び、通電工程Ｐ２０を第２工程とも呼ぶ。

【0021】

図２の縦軸の変位量は、エンコーダ５１と、歪みゲージ５２により検出された一対の電極チップ２１，２２間の距離の変化量である。変位量は、溶接開始時の一対の電極チップ２１，２２間の距離をゼロした場合の変化量である。

【0022】

図３の通電工程Ｐ２０に示すように、通電工程Ｐ２０では、金属の熱膨張により、加圧している一対の電極チップ２１，２２には、図３中、白抜きの矢印にて示すように、一対の電極チップ２１，２２間を広げる方向、つまり加圧方向と逆方向の力がかかる。よって、図２に示すように通電工程Ｐ２０では、ナゲットＮの成長に伴い、次第に変位量が増加する。

【0023】

ここで、通電工程Ｐ２０を例示して、変位量の検出方法について補足する。上記のように、通電工程Ｐ２０では、一対の電極チップ２１，２２には、加圧方向と逆方向の力がかかる。この力により、移動機構２０が有するサーボモータの回転軸は、電極チップ２１が上昇する方向と対応する方向に回転する。よって、エンコーダ５１が検出する回転量により、電極チップ２１の変位量を求めることができる。また、被溶接部材Ｗの膨張により、溶接ガン１０の位置は、溶接開始時のから変化する。歪みゲージ５２は、この位置の変化量を検出する。したがって、エンコーダ５１の検出値と、歪みゲージ５２の検出値により、一対の電極チップ２１，２２間の距離の変化量、すなわち変位量を検出することができる。

【0024】

図２に示すように、保持工程Ｐ３０の期間では、変位量は減少する。これは、図３の保持工程Ｐ３０に示すように、通電の停止により熱膨張が収まり、熱膨張による一対の電極チップ２１，２２間を広げる力よりも、加圧装置４０が付与している加圧力が上回るからである。

【0025】

溶接により形成されたナゲットＮの第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２との界面における断面形状は概ね円形である。ナゲットＮの界面における断面形状の直径であるナゲット径ＮＤ（図４）は溶接強度と相関する。このため、ナゲット径ＮＤは、溶接品質を管理するためなどに用いられる。ナゲット径ＮＤの実測に代えて、溶接工程において検出される物理量を用いた推定式を用いてのナゲット径ＮＤの推定が試みられている。ここで、発明者らは、推定式の精度が十分でない場合があることを見出した。

【0026】

図４は、推定式の精度が十分でない場合を説明する図である。発明者らは、ナゲットＮの中心であるナゲット中心ＮＣが被溶接部材Ｗの隣り合う２の金属板の界面に一致しない場合であって、ナゲットＮが最も遠い界面に到達していない場合に、推定式の精度が不十分であることを見出した。なお、本実施形態では、被溶接部材Ｗの厚さ方向の中央位置をナゲットＮの中心位置であるとみなす。

【0027】

図４の「（Ａ）一致する場合」に示すように、被溶接部材Ｗである第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２とが同じ厚さの金属板である場合には、ナゲット中心ＮＣと被溶接部材Ｗの界面とは一致する。

【0028】

対して、図４の「（Ｂ）一致しない場合」の（Ｂ１）に示すように、被溶接部材Ｗである第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２とが異なる厚さの金属板である場合には、ナゲット中心ＮＣと被溶接部材Ｗの界面とは一致しない。また、（Ｂ２）に示すように、被溶接部材Ｗが、互いに同じ厚さを有する第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２と第３金属板Ｗ３との３組の金属板である場合には、ナゲット中心ＮＣと被溶接部材Ｗの界面とは一致しない。また、（Ｂ３）に示すように、被溶接部材Ｗが、第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２と第３金属板Ｗ３との３組の金属板であり、両側の第１金属板Ｗ１と第３金属板Ｗ３と厚さが互いに異なる場合には、ナゲット中心ＮＣと被溶接部材Ｗの界面とは一致しない。

【0029】

そこで、次に詳述するナゲット径推定工程では、ナゲットＮが最も遠い界面に到達していると推定される場合に、ナゲット径ＮＤが推定される。これにより、ナゲットＮが界面に到達していない場合に算出される低い精度の推定のナゲット径ＮＤを除外することができる。よって、推定したナゲット径ＮＤの推定精度を向上させることができる。

【0030】

さらに、発明者らは、ナゲット径ＮＤの推定式に、図２に示す保持工程Ｐ３０の期間における変位量をパラメータとして加えることで、ナゲット径ＮＤの推定精度を向上させることを見出した。図３の保持工程Ｐ３０にて示すように一対の電極チップ２１，２２による加圧によりナゲットＮは押しつぶされ、界面方向に広がるように、つまりナゲット径ＮＤが長くなるように変形する。よって、この変位量をナゲット径ＮＤの推定式に加えることでナゲット径ＮＤの推定精度を向上させることができる。

【0031】

ナゲット径ＮＤの推定式では、保持工程Ｐ３０の期間における変位量に加えて、通電工程Ｐ２０の期間における変位量と、通電工程Ｐ２０における電気抵抗値とを用いる。なお、電気抵抗値とは、一対の電極チップ２１，２２間の電圧を溶接電流で除して算出される値である。具体的に、電気抵抗値とは、電圧センサ５４で検出される電圧値を電流センサ５３で検出された電流値で除して算出される値である。本実施形態では、通電工程Ｐ２０における電気抵抗値として、通電工程Ｐ２０の終了時点から予め定められた取得時間ＧＴ（図２）遡った時点から、通電工程Ｐ２０の終了時点までの電気抵抗値の平均値を用いる。なお、通電工程Ｐ２０の終了時点と保持工程Ｐ３０の開始時点とは同じ時点である。取得時間ＧＴは、通電工程Ｐ２０の工程時間の半分の時間以下である。本実施形態において、通電工程Ｐ２０の工程時間は２６０ｍｓ程度であり、取得時間ＧＴは、３０ｍｓ程度である。通電工程Ｐ２０の期間における変位量と、通電工程Ｐ２０の取得時間ＧＴにおける電気抵抗値とを用いるのは、いずれの物理量も、ナゲット径ＮＤと良好な比例関係にあるからである。ここで、通電工程Ｐ２０の期間における変位量を膨張量、保持工程Ｐ３０の期間における変位量を収縮量と呼ぶ。このように、本開示では、通電工程Ｐ２０における被溶接部材Ｗの厚さ方向の膨張量として、一対の電極チップ２１，２２間の距離の増加量を用いる。また、保持工程Ｐ３０における被溶接部材Ｗの厚さ方向の収縮量として、一対の電極チップ２１，２２間の距離の減少量を用いる。このように、被溶接部材Ｗの厚さとして、一対の電極チップ２１，２２間の距離を用いることにより、被溶接部材Ｗの厚さを精度良く検出することができる。

【0032】

なお、発明者らは、ナゲット径ＮＤの実測値と、膨張量、収縮量、および電気抵抗値とのそれぞれとが良好な比例関係にあることを確認している。図５は、実測のナゲット径ＮＤ［ｍｍ］と、膨張量［ｍｍ］との関係を示す図である。膨張量として、図２に例示される、変位の検出点を結んだ特性線を、時間と変位量との関係を示す関数とみなした場合の、通電工程Ｐ２０の期間における積分値を用いている。図５に示すように、実測のナゲット径ＮＤ［ｍｍ］と、膨張量［ｍｍ］とは良好な正の比例関係にある。

【0033】

図６は、実測のナゲット径ＮＤと、収縮量との関係を示す図である。収縮量として、保持工程Ｐ３０（図２）の開始時の変位量から、保持工程Ｐ３０の終了時の変位量を減じた値を用いている。図６に示すように、実測のナゲット径ＮＤと、収縮量とは良好な正の比例関係にある。

【0034】

図７は、実測のナゲット径ＮＤ［ｍｍ］と、電気抵抗値［Ω］との関係を示す図である。電気抵抗値は、上記のように、通電工程Ｐ２０の終了時点から取得時間ＧＴ（図２）遡った時点から、通電工程Ｐ２０の終了時までの電気抵抗値の平均値である。図７に示すように、実測のナゲット径ＮＤ［ｍｍ］と、電気抵抗値［Ω］とは良好な負の比例関係にある。

【0035】

後述のナゲット径推定処理では、ナゲット厚さＮＴについても、ナゲット径ＮＤと同様の推定式を用いて推定する。すなわち、膨張量、収縮量、および電気抵抗値をパラメータとする推定式が用いられる。ナゲット径ＮＤと同様に、膨張量、収縮量、および電気抵抗値のそれぞれと、ナゲット厚さＮＴとは、良好な比例関係にあるあらである。

【0036】

後述のナゲット径推定処理では、推定式を用いて、ナゲット厚さＮＴと、ナゲット径ＮＤとを推定する。推定式は、推定式を求めるために予め行われた実験結果を用いて、重回帰法を用いて求められた式である。ナゲット厚さ推定式（１）は、ナゲット厚さＮＴ［ｍｍ］を推定する式である。ナゲット径推定式（２）は、ナゲット径ＮＤ［ｍｍ］を推定する式である。ナゲット厚さ推定式（１）およびナゲット径推定式（２）は、制御装置８０が備える記憶装置に記憶されている。
ＮＴ＝Ｃ１×Ｅ＋Ｃ２×Ｓ＋Ｃ３×Ｒ＋Ｃ４・・（１）
ＮＤ＝Ｃ５×Ｅ＋Ｃ６×Ｓ＋Ｃ７×Ｒ＋Ｃ８・・（２）
パラメータは次の通りである。
Ｅ［ｍｍ］：膨張量
Ｓ［ｍｍ］：収縮量
Ｒ［Ω］：電気抵抗値
Ｃ１～Ｃ８：定数

【0037】

Ａ３．ナゲット径の推定
図８は、ナゲット径ＮＤの推定方法を実現するナゲット径推定処理のフローチャートである。推定部８２は、溶接工程において、各センサから送信される検出値を溶接開始時からの経過時間と対応付けて、制御装置８０が備える記憶装置に記憶する。溶接工程が終了すると、推定部８２は、記憶した検出値を用いて、上記と同様に、膨張量、収縮量、および電気抵抗値を算出し、制御装置８０が備える記憶装置に記憶する。そして、推定部８２は、算出した膨張量、収縮量、および電気抵抗値を用いて、ナゲット径ＮＤを推定する。なお、膨張量、収縮量、および電気抵抗値の算出は、次のステップＳ１０の実行時に行ってもよい。

【0038】

厚さ推定工程としてのステップＳ１０において、推定部８２は、予め算出した膨張量、収縮量、および電気抵抗値と、上記のナゲット厚さ推定式（１）とを用いて、ナゲット厚さＮＴを推定する。ステップＳ２０において、推定部８２は、ナゲットＮが界面に到達したか否かを判断する。具体的には、推定部８２は、ナゲット厚さＮＴの半分の長さが、被溶接部材Ｗの厚さ方向における中央位置ＷＣ（図４）と、中央位置ＷＣから最も離れた界面との距離ＩＤ（図４）より長い場合、ナゲットＮが界面に到達していると推定する。

【0039】

ナゲットＮが界面に到達したと判断すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、径推定工程としてのステップＳ３０において、推定部８２は、予め算出した膨張量、収縮量、および電気抵抗値と、上記のナゲット径推定式（２）とを用いて、ナゲット径ＮＤを推定する。そして、推定部８２は、推定したナゲット径ＮＤを制御装置８０が備える記憶装置に記憶し、本処理ルーチンを終了する。

【0040】

一方、ナゲットＮが界面に到達していないと判断すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、推定部８２は、ナゲット径ＮＤを推定せずに、本処理ルーチンを終了する。この方法によれば、推定されたナゲット径ＮＤは、ナゲットＮが界面に到達していない場合の精度の悪い推定のナゲット径ＮＤは除かれるため、ナゲット径ＮＤの推定精度を向上させることができる。

【0041】

Ａ４．実施例１
厚さ０．７ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板を３枚重ね合わせ、スポット溶接した後、上記の推定方法に従って、ナゲット径ＮＤを推定した。なお、実施例１および実施例２では、ナゲット径ＮＤの定義が上記と異なり、ナゲット径ＮＤとして、界面におけるナゲットＮの長さを用いている。ここでの界面におけるナゲットＮの長さとは、ナゲット中心ＮＣを通り、被溶接部材Ｗの厚さ方向と平行な面を切断面とする断面に現れるナゲットＮにおいて、ナゲットＮと１つの金属板の界面との２つの交点の一方の交点から他方の交点までの距離である。ナゲット径ＮＤと、界面におけるナゲットＮの長さとは相関があるため、界面におけるナゲットＮの長さをナゲット径ＮＤとみなして、上記推定方法を適用することが可能である。つまり、界面におけるナゲットＮの長さとは、ナゲット径ＮＤの一態様である。

【0042】

サンプル数は２０である。溶接条件のうち、加圧条件は変更せず、溶接電流の条件を種々設定して溶接を行った。具体的には、溶接電流の電流値を変更した電流パターンを４つ準備して、溶接した。

【0043】

図９は、推定のナゲット径ＮＤの半分の長さの結果である。便宜上、データは、ナゲット径ＮＤの長さ順に並べている。厚さ０．７ｍｍの金属板が用いられているため、距離ＩＤは、０．３５ｍｍとなる。実施例１では、２０のサンプルのうち、６のサンプルが、０．３５ｍｍ以下である。よって、０．３５ｍｍ以下のサンプルを除外して、ナゲット径ＮＤを推定した。

【0044】

図１０は、実施例１に係る推定のナゲット径ＮＤの結果である。図１０の横軸は、推定のナゲット径［ｍｍ］である。図１１の縦軸は、実測のナゲット径［ｍｍ］である。後述する図１１についても同様である。

【0045】

図１０に示すように、実施例１では、ナゲットＮが界面に到達していないと推定される場合を除外しない推定方法よりも精度が向上し、－１０％以上９％以下の精度で、ナゲット径ＮＤを推定することができた。

【0046】

Ａ５．実施例２
厚さ１．８ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板と、厚さ０．９ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板とを重ね合わせ、スポット溶接した後、上記の推定方法に従って、ナゲット径ＮＤを推定した。実施例２についても、実施例１と同様に、溶接条件のうち、加圧条件は変更せず、溶接電流の条件を種々設定して溶接を行った。

【0047】

図１１は、実施例２に係る推定のナゲット径ＮＤの結果である。実施例２では、推定式のパラメータに収縮量を加えない推定方法よりも精度が向上し、－９％以上７％以下の精度で、ナゲット径ＮＤを推定することができた。

【0048】

以上説明した実施形態によれば、ステップＳ１０にて、ナゲット厚さＮＴが推定され、推定したナゲット厚さＮＴを用いて、ナゲットＮが界面に到達していると推定される場合に、ステップＳ２０にてナゲット径ＮＤが推定される。よって、ナゲットＮが界面に到達していない場合に算出される低い精度の推定のナゲット径ＮＤを除外することができるため、推定したナゲット径ＮＤの推定精度を向上させることができる。

【0049】

また、ステップＳ１０では、膨張量と、電気抵抗値とに加え、収縮量を用いてナゲット厚さが推定され、ステップＳ３０では、膨張量と、電気抵抗値とに加え、収縮量を用いてナゲット径ＮＤが推定される。よって、ナゲット厚さＮＴとナゲット径ＮＤとのそれぞれと、良好な比例関係にある収縮量を用いてナゲット厚さＮＴおよびナゲット径ＮＤを推定することにより、推定精度をさらに向上させることができる。

【0050】

また、収縮量として、保持工程Ｐ３０の開始時の被溶接部材Ｗの厚さから、保持工程Ｐ３０の終了時の被溶接部材Ｗの厚さを減じた値が用いられる。これにより、収縮量の算出負荷を軽減することができる。また、推定式に用いられる電気抵抗値は、通電工程Ｐ２０の終了時点から取得時間ＧＴ遡った時点から、通電工程Ｐ２０の終了時点までの電気抵抗値の平均であり、取得時間ＧＴは、通電工程Ｐ２０の工程時間の半分の時間以下である。この期間の電気抵抗値の平均と、ナゲット厚さＮＴとナゲット径ＮＤとのそれぞれは、良い相関関係があるため、推定精度をさらに向上させることができる。

【0051】

また、ステップＳ２０では、推定したナゲット厚さＮＴの半分の長さが、被溶接部材Ｗの中央位置ＷＣと、中央位置ＷＣから最も離れた界面との距離ＩＤより長い場合、ナゲットＮが界面に到達していると推定する。よって、被溶接部材Ｗの厚さにより定まる距離ＩＤを用いて、ナゲットＮが界面に到達しているか否かを推定することができる。

【0052】

また、ステップＳ１０では、ナゲット厚さ推定式（１）が用いられ、ステップＳ３０では、ナゲット径推定式（２）が用いられる。これにより、ナゲット厚さＮＴおよびナゲット径ＮＤのそれぞれと、膨張量、収縮量、および電気抵抗値との比例関係を反映した推定式を用いて、精度良く、ナゲット厚さＮＴおよびナゲット径ＮＤを推定することができる。

【0053】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記推定方法を用いて、溶接不良の判定方法を実施することができる。ナゲット径推定処理において、ナゲットＮが界面に到達していないと判断すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、推定部８２は、溶接不良であると判定し、溶接不良との判定値を制御装置８０が備える記憶装置に記憶してもよい。これにより、溶接品質を適切に判定することができる。

【0054】

（Ｂ２）上記実施形態では、ナゲット厚さ推定式（１）およびナゲット径推定式（２）のそれぞれに、収縮量がパラメータとして用いられているが、収縮量を用いなくてもよい。ナゲット厚さ推定式（１）およびナゲット径推定式（２）のそれぞれを推定する場合に、少なくとも、膨張量と電気抵抗値とを用いることにより、ナゲット厚さＮＴおよびナゲット径ＮＤのそれぞれを推定することができる。

【0055】

（Ｂ３）上記実施形態では、収縮量として、保持工程Ｐ３０の開始時の被溶接部材Ｗの厚さを示す変位量から、保持工程Ｐ３０の終了時の変位量を減じた値を用いている。収縮量はこれに限られず、例えば、膨張量と同様に算出した積分値を用いてもよい。

【0056】

（Ｂ４）上記実施形態では、各推定式に用いる電気抵抗値として、通電工程Ｐ２０の終了時点から取得時間ＧＴ遡った時点から、通電工程Ｐ２０の終了時点までの電気抵抗値の平均を用いているが、これに限られない。例えば、通電工程Ｐ２０の全期間の電気抵抗値の平均でもよく、平均ではなく、予め定められた時点の電気抵抗値でもよい。

【0057】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0058】

１０…溶接ガン、１１…ガン本体、２０…移動機構、２１，２２…電極チップ、３０…電源装置、４０…加圧装置、５１…エンコーダ、５２…ゲージ、５３…電流センサ、５４…電圧センサ、８０…制御装置、８１…溶接制御部、８２…推定部、１００…抵抗スポット溶接装置、ＧＴ…取得時間、ＮＣ…ナゲット中心、Ｐ１０…予圧工程、Ｐ２０…通電工程、Ｐ３０…保持工程、Ｎ…ナゲット、ＮＤ…ナゲット径、ＮＴ…ナゲット厚さ、ＩＤ…距離、Ｗ…被溶接部材、Ｗ１…第１金属板、Ｗ２…第２金属板、Ｗ３…第３金属板、ＷＣ…中央位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】