DE102009061145B3 - Bewertungsverfahren unter Verwendung von Ultraschallwellen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer momentanen Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:Bestimmen einer Ankunftszeit, ab dann, wenn Ultraschallwellen dazu gebracht werden, von einer Oberfläche wenigstens eines der Werkstücke (W11, W12) einzufallen, bis die Ultraschallwellen an der momentanen Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) ankommen,Bestimmen einer momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen aus einer Transmissionszeit, in der die Ultraschallwellen durch den geschmolzenen Teil (120) durchgelassen werden, und einer Entfernung von einer Oberfläche eines der Werkstücke (W11, W12) zu einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke (W11, W12); undErfassen der momentanen Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils (120) durch Multiplizieren der momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen mit der Ankunftszeit.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen darauf ausgeführt wird.
• Wenn Punktschweißen, das eine Art von Schweißtechnik bildet, durchgeführt wird, werden, wie wohlbekannt ist, Werkstücke, die wechselseitig aneinander anliegend angeordnet wurden, zwischen einem Paar von Elektrodenspitzen gegriffen und indem bewirkt wird, dass ein Strom zwischen den Elektroden fließt, wird Schweißen in der Form von Schweißpunkten auf den Werkstücken ausgeführt.
• Punktschweißen wird typischerweise zum Beispiel durch eine Schweißpistole durchgeführt, die an einem Ende eines Roboterarms eines belehrbaren Roboters angeordnet ist. Insbesondere wird der Roboter, der im Voraus belehrt wurde, einleitend betrieben (bewegt), um zu ermöglichen, dass Werkstücke zwischen Elektrodenspitzen eingefügt werden, die auf einer öffenbaren/schließbaren Klammer der Schweißpistole angeordnet sind. Als nächstes werden die Werkstücke durch Schließen der Klammer zwischen den Elektrodenspitzen gegriffen. In diesem Zustand werden die Elektrodenspitzen unter Spannung gesetzt und bewirkt, dass Strom dazwischen fließt, wodurch ein geschmolzener Teil innerhalb der Werkstücke gebildet wird. Schließlich wird begleitend zu der Verfestigung des geschmolzenen Teils ein Schweißpunkt auf den Werkstücken ausgebildet.
• Beim in der vorangehenden Weise implementierten Punktschweißen werden das Wachstum und die Verfestigung des geschmolzenen Teils, d.h. mit welchem Zeitablauf der geschmolzene Teil wächst und sich verfestigt, überprüft. Als ein derartiges Erfassungsverfahren ist die in der japanischen Patentveröffentlichung JP S59 - 014 189 A offenbarte Technik bekannt. Insbesondere ist in diesem Verfahren ein Ultraschalloszillator zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen in eine der Elektrodenspitzen eingebaut. Ultraschallwellen werden von dem Ultraschalloszillator gesendet, woraufhin die Ultraschallwellen von einer reflexionsinduzierenden Oberfläche, die auf der anderen verbleibenden Elektrodenspitze angeordnet ist, reflektiert werden und die reflektierten Ultraschallwellen von dem vorstehend erwähnten Ultraschalloszillator empfangen werden.
• Wenn Widerstandsschweißen in Bezug auf eine Vielzahl von Werkstücken wiederholt durchgeführt wird, leiden die Elektrodenspitzen allmählich unter Abnutzung und Abrieb. Als ein Ergebnis erfahren die Kontaktflächen zwischen den Elektrodenspitzen und dem Werkzeug Änderungen und einhergehend damit ändert sich auch die Fläche der Elektrodenspitze, die fähig ist, Ultraschallwellen zu senden. In dem Fall, dass ein derartiger Zustand auftritt, wird in dem Verfahren der japanischen Patentveröffentlichung JP S59 — 014 189 A, das voraussetzt, dass die Kontaktfläche zwischen den Elektrodenspitzen und dem Werkstück konstant bleibt, die Erfassungsgenauigkeit der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils und folglich die Genauigkeit beim Berechnen der Geschwindigkeit, mit der der geschmolzene Teil sich entwickelt und wächst, verschlechtert.
• Wenn das Verfahren der japanischen Patentveröffentlichung JP S59 — 014 189 A ferner implementiert wird, um zu bewerten, mit welchem Zeitablauf der geschmolzene Teil wächst, wenn die Elektrodenspitzen in Bezug auf das Werkstück in einem geneigten Zustand anliegen, tritt aufgrund der unpassenden Belehrung des Roboters eine Nichtübereinstimmung zwischen der Wachstumsgeschwindigkeit, die geschätzt wurde, als der Roboter passend gelehrt wurde, und der gemessenen Wachstumsgeschwindigkeit auf. Da die Person, welche die Bewertung ausführt, in einem derartigen Fall nicht darüber informiert wird, dass die Elektrodenspitzen in Bezug auf das Werkstück in einem geneigten Zustand anliegen, besteht das Problem, dass nicht bewertet werden kann, ob die Wachstumsgeschwindigkeit des geschmolzenen Teils passend ist oder nicht.
• Andererseits wurden in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung JP 2007 - 248 457 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils vorgeschlagen, um zu untersuchen, mit welchem Zeitablauf der geschmolzene Teil gewachsen ist und sich verfestigt hat. Insbesondere mit dem Erfassungsverfahren und der Vorrichtung der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung JP 2007 - 248 457 A werden Ultraschallwellen von einem in eine Schweißspitze eingebauten Sender-Empfänger in Richtung des geschmolzenen Teils geleitet, wobei reflektierte Wellen, die von dem geschmolzenen Teil reflektiert werden, oder durchgehende Wellen, die den geschmolzenen Teil durchlaufen haben, erfasst werden.
• In dem herkömmlichen Verfahren der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung JP 2007 - 248 457 A wird der geschmolzene Teil basierend auf der Hypothese erfasst, dass die Geschwindigkeit von Ultraschallwellen konstant ist. Jedoch wurde gemäß von den gegenwärtigen Erfindern ausgeführten eifrigen und sorgfältigen Untersuchungen herausgefunden, dass die Geschwindigkeit derartiger Ultraschallwellen einhergehend mit einem Temperaturanstieg des Werkstücks tatsächlich verzögert (d.h. langsamer) wird. Wenn folglich die Temperatur des Werkstücks sich anschließend an das Fortschreiten des Punktschweißens ändert, besteht eine Sorge, dass die Erfassungsgenauigkeit beim Erfassen der Position des geschmolzenen Teils unter Verwendung eines derartigen herkömmlichen Verfahrens, wenn auch nur etwas, verschlechtert werden kann.
• Ferner offenbart DE 101 48 036 A1 ein Verfahren zur Gewinnung von Informationen zur Beurteilung der Güte von Widerstandsschweißverbindungen während des Schweißvorganges. Bei diesem Verfahren wird der Bereich einer sich während des Schweißvorganges bildenden Schweißlinse mit Ultraschall beaufschlagt, um so die Position der Schweißlinse anhand von Signalen zu ermitteln, die bei Reflexion der Ultraschallwellen an der Schweißlinse entstehen.
• Des Weiteren wird in EP 1 688 738 A1 eine Methode und eine Vorrichtung für die Prozessüberwachung zur Beurteilung der Qualität von Widerstandsschweißverbindungen mittels Ultraschall offenbart. Hierbei wird eine Analyse des Spektrums der Ultraschallwellen genutzt, um den Operator mit Informationen über Ort, Qualität, Dicke und Größe der Punktschweißung zu versorgen.
• In WO 94 / 03 799 A1 wird ein Verfahren zur on-line Bewertung von Schweißvorgängen mittels Ultraschall offenbart, in dem unter anderem Informationen zum zeitlichen Temperaturverlauf des Schweißbereichs und dem zu erwartenden Schweißdurchmesser bereitgestellt werden.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitzustellen, das fähig ist, die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils mit größerer Genauigkeit zu erfassen.
• Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, um das vorstehende Verfahren zum Erfassen der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils auszuführen.
• Es wird ein Verfahren, das nicht Teil der Erfindung ist, zum Bewerten eines Kontaktflächenverhältnisses einer Elektrodenspitze bereitgestellt, um ein Verhältnis zwischen einer Gesamtfläche einer Region der Elektrodenspitze, die bewirken kann, dass Ultraschallwellen auf ein Werkstück, das geschweißt werden soll, einfallen, und einer Kontaktfläche, an der die Region den Kontakt in Bezug auf das Werkstück herstellt, zu bestimmen, wobei die Elektrodenspitze zum Durchführen von Widerstandsschweißen dient, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Bestimmen einer korrelierenden Beziehung zwischen der Kontaktfläche und dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in der Region in das Werkstück eintreten;
• Senden von Ultraschallwellen von einem Ultraschalloszillator, der in einem Zustand in die Elektrodenspitze eingebaut wird, in dem die Elektrodenspitze von dem Werkstück getrennt ist, und Messen einer Intensität erster reflektierter Wellen, die von einem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden; und
• Senden von Ultraschallwellen von dem Ultraschalloszillator in einem Zustand, in dem die Elektrodenspitze an dem Werkstück anliegt, und Bestimmen einer Intensität zweiter reflektierter Wellen, die von dem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden,
• wobei, nachdem aus der folgenden Gleichung (1-1) ein Reflexionsgrad, der ein Intensitätsverhältnis zwischen den ersten reflektierten Wellen und den zweiten reflektierten Wellen bildet, bestimmt wurde, aus der folgenden Gleichung (1-2) der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen bestimmt wird, der in das Werkstück eintritt, und
• die Kontaktfläche, in der die Region den Kontakt in Bezug auf das Werkstück herstellt, aus dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, und der korrelierenden Beziehung bestimmt wird und ein Kontaktflächenverhältnis aus der folgenden Gleichung (1-3) bestimmt wird, $$\begin{array}{l}\text{Reflexionsgrad}\mathrm{ = }\left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{ccc}& & \end{array}\end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\end{array}\begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{l}\text{1 - Reflexionsgrad}\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Kontaktflächenverhältnis}\mathrm{=}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Kontaktfläche der Elektrodenspitze}\right)\hfill \end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cc}& (\text{Gesamtfläche der Region}\text{, die bewirken kann}\text{, dass Ultraschallwellen}\end{array}\\ \begin{array}{cccc}& & & \text{auf das Werkstück einfallen})\end{array}\end{array}$$
  
• Durch Durchführen derartiger Berechnungen kann als Information erhalten werden, wie viele Ultraschallwellen, die von der Elektrodenspitze gesendet werden, in das Werkstück eintreten. Durch Ausführen von Korrekturen basierend auf dieser Information kann bewertet werden, in welchem Ausmaß sich der Kontaktzustand zwischen den Werkstücken und der Elektrodenspitze geändert hat.
• Wenn ferner das Intensitätsverhältnis und das Kontaktflächenverhältnis wiederholt direkt nach dem Beginn des Widerstandsschweißens bestimmt werden, steigt in dem Fall, dass die Elektrodenspitze abgenutzt wird, das Kontaktflächenverhältnis einhergehend mit der Abnahme des Intensitätsverhältnisses. Durch kontinuierliches Vergleichen des Intensitätsverhältnisses und des Kontaktflächenverhältnisses kann beurteilt werden, ob die Abnutzungsmenge der Elektrodenspitze innerhalb eines zulässigen Bereichs ist.
• Was ferner die korrelierende Beziehung zwischen dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, und der Kontaktfläche anbetrifft, wird zum Beispiel, nachdem Ultraschallwellen von dem in die Elektrodenspitze eingebauten Ultraschalloszillator gesendet wurden und eine Ultraschallwellenintensitätsverteilung des Ultraschalloszillators bestimmt wurde, die Gesamtfläche der Region, die bewirken kann, dass die Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen, bestimmt, indem die Intensitätsverteilung über einen maximalen Bereich, in dem die Intensität der Ultraschallwellen beobachtet wird, integriert wird, während die korrelierende Beziehung bestimmt werden kann, indem die Intensitätsverteilung wiederholt über einen Bereich, in dem die Intensität der Ultraschallwellen beobachtet wird, integriert wird.
• Des Weiteren existiert ein Verfahren, das nicht Teil der Erfindung ist, zum Bewerten eines Innenwiderstands, um einen momentanen Innenwiderstand von Werkstücken zu bewerten, die zwischen einem Paar von Elektrodenspitzen gegriffen werden und an denen Widerstandsschweißen durchgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Bestimmen einer Gesamtfläche einer Region der Elektrodenspitze, die bewirken kann, dass Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen, und einer korrelierenden Beziehung zwischen einer Kontaktfläche, an der die Region den Kontakt in Bezug auf das Werkstück herstellt, und dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in der Region in das Werkstück eintreten;
• Senden von Ultraschallwellen von einem Ultraschalloszillator, der in einem Zustand in die Elektrodenspitze eingebaut wird, in dem die Elektrodenspitze von dem Werkstück getrennt ist, und Messen einer Intensität erster reflektierter Wellen, die von einem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden;
• Senden von Ultraschallwellen von dem Ultraschalloszillator in einem Zustand, in dem die Elektrodenspitze an den Werkstücken anliegt, und Bestimmen einer Intensität zweiter reflektierter Wellen, die von dem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden; und
• Bestimmen eines Gesamtwiderstands zwischen dem Paar von Elektrodenspitzen, die in Kontakt mit den Werkstücken sind,
• wobei, nachdem aus der folgenden Gleichung (1-4) ein Reflexionsgrad, der ein Intensitätsverhältnis zwischen den ersten reflektierten Wellen und den zweiten reflektierten Wellen bildet, bestimmt wurde, aus der folgenden Gleichung (1-5) der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen bestimmt wird, der in das Werkstück eintritt, und
• wobei, nachdem die Kontaktfläche, in der die Region den Kontakt in Bezug auf das Werkstück herstellt, aus dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, und der korrelierenden Beziehung bestimmt wurde, ein Kontaktflächenverhältnis aus der folgenden Gleichung (1-6) bestimmt wird, und
• der momentane Innenwiderstand der Werkstücke aus der folgenden Gleichung (1-7) bestimmt wird. $$\begin{array}{l}\text{Reflexionsgrad}\mathrm{ = }\left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{ccc}& & \end{array}\end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\end{array}\begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{l}\text{1 - Reflexionsgrad}\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Kontaktflächenverhältnis}\mathrm{=}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Kontaktfläche der Elektrodenspitze}\right)\hfill \end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cc}& (\text{Gesamtfläche der Region}\text{, die bewirken kann}\text{, dass Ultraschallwellen}\end{array}\\ \begin{array}{cccc}& & & \text{auf das Werkstück einfallen})\end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Momentaner Innenwiderstand}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cc}& \left(\text{Gesamtwiderstand zwischen dem Paar von Elektrodenspitzen}\right)\end{array}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cc}& \begin{array}{l}\times \hfill \end{array}\left(\text{Kontaktflächenverhältnis}\right)\end{array}\end{array}\end{array}\end{array}\end{array}$$
  
• Insbesondere kann in diesem Fall der Innenwiderstand der Werkstücke bestimmt werden, nachdem Korrekturen gemäß den vorstehend erwähnten Informationen durchgeführt wurden. Daher kann der Innenwiderstand der Werkstücke mit größerer Genauigkeit bewertet werden.
• In diesem Fall kann die korrelierende Beziehung zwischen dem Bruchteil von Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, und der Kontaktfläche ebenfalls wie vorstehend diskutiert bestimmt werden.
• Ferner existiert ein Verfahren, das nicht Teil der Erfindung ist, zum Bewerten einer Dämpfungsrate, um eine Dämpfungsrate von Ultraschallwellen innerhalb von Werkstücken zu bewerten, die zwischen einer ersten Elektrodenspitze und einer zweiten Elektrodenspitze gegriffen werden und auf denen Widerstandsschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Senden von Ultraschallwellen von einem Ultraschalloszillator, der in einem Zustand in die erste Elektrodenspitze eingebaut wird, in dem sowohl die erste Elektrodenspitze als auch die zweite Elektrodenspitze von den Werkstücken getrennt sind, und Messen einer Intensität erster reflektierter Wellen, die von einem Ende der ersten Elektrodenspitze reflektiert werden;
• Senden von Ultraschallwellen von dem Ultraschalloszillator in einem Zustand, in dem sowohl die erste Elektrodenspitze als auch die zweite Elektrodenspitze an den Werkstücken anliegen, und Messen einer Intensität zweiter reflektierter Wellen, die von dem Ende der ersten Elektrodenspitze reflektiert werden, zusammen mit dem Messen einer Intensität von durchgehenden Wellen, die auf einen Empfänger einfallen, der in die zweite Elektrodenspitze eingebaut ist,
• wobei, nachdem aus der folgenden Gleichung (1-8) ein Reflexionsgrad bestimmt wurde, aus der folgenden Gleichung (1-9) der Bruchteil der Wellen bestimmt wird, der in das Werkstück eintritt, und
• wobei, nachdem aus der folgenden Gleichung (1-10) eine korrigierte eintretende Wellenintensität von Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, bestimmt wurde, aus der folgenden Gleichung (1-11) eine korrigierte durchgehende Wellenintensität bestimmt wird, und
• wobei die Dämpfungsrate aus der folgenden Gleichung (1-12) bestimmt wird, $$\begin{array}{l}\text{Reflexionsgrad}\mathrm{ = }\left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{ccc}& & \end{array}\end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\end{array}\begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{l}\text{1 - Reflexionsgrad}\hfill \end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Korrigierte eintretende Wellenintensität}\mathrm{=}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\times \\ \begin{array}{cc}& \left(\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\right)\end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Korrigierte durchgehende Wellenintensität}\mathrm{=}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{durchgehende Wellenintensität}\right)\text{/}\hfill \end{array}\\ \begin{array}{cc}& \left(\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\right)\end{array}\end{array}$$
  
  $$\begin{array}{l}\text{Dämpfungsrate}\mathrm{=}\text{1-}\\ \begin{array}{cc}& \left(\text{korrigierte durchgehende Wellenintensität}\right)\end{array}\text{/}\\ \begin{array}{ccc}& & \left(\text{korrigierte eintretende Wellenintensität}\right)\end{array}\end{array}$$
  
• Die Ultraschallwellen wurden im Inneren der Werkstücke gedämpft. Jedoch kann die Dämpfungsrate der Ultraschallwellen, die dem Bruchteil der Wellen entspricht, die in das Werkstück eintreten, erhalten werden. Wenn man eine derartige Dämpfung berücksichtigt, können Änderungen in dem Zustand der Werkstücke mit größerer Genauigkeit bewertet werden.
• Ferner wird ein Verfahren, das nicht Teil der Erfindung ist, zum Bestimmen eines Neigungszustands einer Elektrodenspitze bereitgestellt, um zu bestimmen, ob die Elektrodenspitze in Bezug auf Werkstücke geneigt ist oder nicht, wenn ein Roboter gelehrt wird, der mit einer Schweißpistole ausgestattet ist, welche die Elektrodenspitze hat, die Widerstandsschweißen durchführt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Senden von Ultraschallwellen von einem Ultraschalloszillator, der in einem Zustand in die Elektrodenspitze eingebaut wird, in dem die Elektrodenspitze von den Werkstücken getrennt ist, und Messen einer Intensität erster reflektierter Wellen, die von einem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden;
• Senden von Ultraschallwellen von dem Ultraschalloszillator in einem Zustand, in dem die Elektrodenspitze senkrecht zu den Werkstücken an den Werkstücken anliegt, und Bestimmen einer Intensität zweiter reflektierter Wellen, die von dem Ende der Elektrodenspitze reflektiert werden, woraufhin eine zeitabhängige Änderung des Reflexionsgrads, der als ein Intensitätsverhältnis der ersten reflektierten Wellen und der zweiten reflektierten Wellen definiert ist, durch die folgende Gleichung (1-13) überprüft wird,
• wobei die zeitabhängige Änderung des Reflexionsgrads zu einer Zeit untersucht wird, wenn die Elektrodenspitze des Roboters, bei dem die Belehrung abgeschlossen ist, an den Werkstücken anliegt, und
• wobei beurteilt wird, dass die Elektrodenspitze in Bezug auf die Werkstücke geneigt ist, wenn eine Verkleinerungsbreite der zeitabhängigen Änderung klein im Vergleich zu einer Verkleinerungsbreite der zeitabhängigen Änderung des Reflexionsgrads ist, wenn die Elektrodenspitze senkrecht zu den Werkstücken an dem Werkstück anliegt, während beurteilt wird, dass die Elektrodenspitze senkrecht zu den Werkstücken an dem Werkstück anliegt, wenn die jeweiligen Verkleinerungsbreiten der zeitabhängigen Änderungen miteinander übereinstimmen. $$\begin{array}{l}\text{Reflexionsgrad}\mathrm{ = }\left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{ccc}& & \end{array}\end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$
  
• Durch Untersuchen kann der zeitabhängigen Änderung der Verkleinerungsbreite des Intensitätsverhältnisses (des Reflexionsgrads) oder einer Differenz von einem passenden Wert in den Ultraschallwellen zur Zeit, wenn die Elektrodenspitze den Kontakt in Bezug auf die Werkstücke herstellt, beurteilt werden, ob die Belehrung in Bezug auf den Roboter, auf dem die Schweißpistole montiert ist, passend durchgeführt wurde oder nicht. Insbesondere in dem Fall, dass die Belehrung in Bezug auf den Roboter passend ist, wird die Kontaktfläche der Elektrodenspitzen in Bezug auf die Werkstücke größer, weil die Elektrodenspitzen in die Werkstücke eingebettet werden, während das Widerstandsschweißen fortschreitet. Da die Ultraschallwellen leicht in die Werkstücke eintreten, nimmt daher das Intensitätsverhältnis im Verlauf der Zeit stark ab.
• Andererseits wird in dem Fall, dass die in Bezug auf den Roboter durchgeführte Belehrung nicht passend ist und folglich die Elektrodenspitzen in einem geneigten Zustand an den Werkstücken anliegen, selbst wenn die Elektrodenspitzen in die Werkstücke eingebettet werden, während das Widerstandsschweißen fortschreitet, nur ein Teil der Region, die bewirken kann, dass Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen, eingebettet, während auch eine Restregion in einem freiliegenden Zustand vorhanden ist. Daher bleibt die Verkleinerungsbreite des Intensitätsverhältnisses selbst mit dem Verlauf der Zeit klein.
• Auf diese Weise kann durch Vergleichen der Verkleinerungsbreiten beurteilt werden, ob die Belehrung in Bezug auf den Roboter passend durchgeführt wurde oder nicht.
• Zuerst wird der Grad berechnet, in dem die Ultraschallwellen, die von den Elektrodenspitzen gesendet werden, tatsächlich in die Werkstücke eintreten, und Korrekturen werden basierend auf dem Ergebnis davon ausgeführt. Folglich können zeitabhängige Änderungen in dem Innenwiderstand der Werkstücke und Änderungen in dem Zustand der Werkstücke mit höherer Genauigkeit bewertet werden.
• Wenn außerdem zum Beispiel die Belehrung an einem Roboter durchgeführt wird, auf dem eine mit den Elektrodenspitzen ausgestattete Schweißpistole montiert ist, kann durch Beurteilen, ob die Elektrodenspitzen geneigt sind, beurteilt werden, ob eine derartige Belehrung passend durchgeführt wurde.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer momentanen Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Bestimmen einer Ankunftszeit, ab dann, wenn die Ultraschallwellen dazu gebracht werden, von einer Oberfläche wenigstens eines der Werkstücke einzufallen, bis die Ultraschallwellen an der momentanen Grenzfläche des geschmolzenen Teils ankommen,
• Bestimmen einer momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen aus einer Transmissionszeit, in der die Ultraschallwellen, durch den geschmolzenen Teil durchgelassen werden, und einer Entfernung von einer Oberfläche eines der Werkstücke zu einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke; und
• Erfassen der momentanen Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils durch Multiplizieren der momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen mit der Ankunftszeit.
• Insbesondere wird in der vorliegenden Erfindung die momentane Geschwindigkeit der Ultraschallwellen während ihrer Erfassung bestimmt, und basierend auf der momentanen Geschwindigkeit wird die Position der Grenzfläche des geschmolzenen Teils erfasst. Anders ausgedrückt wird die Position der Grenzfläche des geschmolzenen Teils, selbst wenn die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen eine Änderung erfährt, basierend auf der Geschwindigkeit nach einer derartigen Änderung erfasst. Daher kann die Position des geschmolzenen Teils mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen durchgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Senden erster Ultraschallwellen von einem ersten Sender-Empfänger einer ersten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines der Werkstücke anliegt, in Richtung eines zweiten Sender-Empfängers einer zweiten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke anliegt, zusammen mit dem Senden zweiter Ultraschallwellen von dem zweiten Sender-Empfänger der zweiten Schweißspitze in Richtung des ersten Sender-Empfängers der ersten Schweißspitze; und
• Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils aus der folgenden Gleichung (2-1) $$\text{F}\mathrm{=}\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(\text{A/2}\mathrm{+}\text{D/2}\right)\right]\right\}\times \left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$
  
  wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die die ersten reflektierten Wellen, die von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, benötigen, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen, die durch den geschmolzenen Teil hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und den zweiten Sender-Empfänger zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen, die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger zurückzukehren, und unter den zweiten Ultraschallwellen D eine Zeit ist, die von dritten reflektierten Wellen, die von einem Ende der zweiten Schweißspitze reflektiert werden, benötigt wird, um von dem zweiten Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem zweiten Sender-Empfänger zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze und der zweiten Schweißspitze ist.
• Wenn in der vorliegenden Erfindung die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils erfasst wird, wird die tatsächliche Geschwindigkeit der Ultraschallwellen zu diesem Zeitpunkt oder ein Wert, der äußerst nahe daran ist, bestimmt. Insbesondere wird, selbst in dem Fall, dass die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen sich entsprechend der Temperatur der Werkstücke ändert, bei der vorliegenden Erfindung die tatsächliche Geschwindigkeit der Ultraschallwellen zu diesem Zeitpunkt oder ein Wert, der äußerst nahe daran ist, verwendet, um die Position der Grenzfläche des geschmolzenen Teils zu erfassen. Folglich kann die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils mit hoher Genauigkeit erfasst werden, und als ein Ergebnis kann die Erfassungsgenauigkeit der Grenzflächenposition verbessert werden.
• Die Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger zu dem Ende der ersten Schweißspitze kann sich von der Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger zu dem Ende der zweiten Schweißspitze unterscheiden. In diesem Fall werden diese Entfernungen beide bestimmt, und die Entfernungen können in den Rechnungen berücksichtigt werden.
• Insbesondere wird gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
• Senden erster Ultraschallwellen von einem ersten Sender-Empfänger einer ersten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines der Werkstücke anliegt, in Richtung einer zweiten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke anliegt, zusammen mit dem Senden zweiter Ultraschallwellen von dem zweiten Sender-Empfänger der zweiten Schweißspitze in Richtung des ersten Sender-Empfängers der ersten Schweißspitze; und
• Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils aus der folgenden Gleichung (2-2) $$\text{F}\mathrm{=}\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(1+\mathrm{\gamma }\right)\text{A/2}\right]\right\}\times \left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$
  
  wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die von den ersten reflektierten Wellen, die von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen, die durch den geschmolzenen Teil hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und den zweiten Sender-Empfänger zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen, die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze und der zweiten Schweißspitze ist, und wobei eine Beziehung H = γI zwischen Werten H und I festgelegt wird, in der γ ein Proportionalitätsfaktor ist, und wobei H eine Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger zu einem Ende der ersten Schweißspitze ist und I eine Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger zu einem Ende der zweiten Schweißspitze ist.
• Außerdem kann einer, der erste Sender-Empfänger oder der zweite Sender-Empfänger, durch einen einfachen Empfänger ersetzt werden. Insbesondere wird gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen darauf ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Senden von Ultraschallwellen von einem Sender-Empfänger einer ersten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines der Werkstücke anliegt, in Richtung eines Empfängers einer zweiten Schweißspitze, die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke anliegt; und
• Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils aus der folgenden Gleichung (2-3) $$\text{F}\mathrm{=}\left\{\text{F/}\left[\text{B}\mathrm{-}\text{A}\right]\right\}\times \left(\text{C}-\text{A}\right)\text{/2}$$
  
  wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die von ersten reflektierten Wellen, die von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem Sender-Empfänger zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen, die durch den geschmolzenen Teil hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und den Empfänger zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen, die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils reflektiert werden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem Sender-Empfänger zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze und der zweiten Schweißspitze ist.
• In diesem Fall kann ähnlich wie vorstehend, wenn die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils erfasst wird, die tatsächliche Geschwindigkeit oder ein Wert der äußerst nahe daran ist, als die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen verwendet werden. Folglich kann die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
• In diesem Fall kann zum Beispiel die erste Schweißspitze einen Sender-Empfänger darin eingebaut haben, während die zweite Schweißspitze einen Empfänger darin eingebaut hat, und ferner kann die Entfernung von dem Ende der ersten Schweißspitze zu dem Sender-Empfänger die gleiche wie die Entfernung von dem Ende der zweiten Schweißspitze zu dem Empfänger sein. Alternativ kann ähnlich dem vorstehend beschriebenen Fall die Entfernung von dem Ende der ersten Schweißspitze zu dem Sender-Empfänger und die Entfernung von dem Ende der zweiten Schweißspitze zu dem Empfänger jeweils bestimmt werden, und ein Verhältnis der Entfernungen kann berechnet werden, und ein derartiges Verhältnis kann in den Berechnungen berücksichtigt werden.
• Hier sind die durchgehenden Wellen, die fähig sind, durch den flüssigphasigen geschmolzenen Teil durchgelassen zu werden, Longitudinalwellen, während Transversalwellen nicht durch den geschmolzenen Teil durchgehen können (durchgelassen werden) und folglich von dem geschmolzenen Teil reflektiert werden. Insbesondere können in allen Fällen Messungen durchgeführt werden, so dass alle der reflektierten Wellen als Transversalwellen gemessen werden, während die vorstehend erwähnten durchgehenden Wellen als Longitudinalwellen gemessen werden.
• Da sich außerdem die Geschwindigkeiten derartiger Longitudinal- und Transversalwellen gegenseitig voneinander unterscheiden, ist es, um die Berechnungen der vorstehend erwähnten Gleichungen (2-1) bis (2-3) auszuführen, notwendig, dass die Geschwindigkeit jeder der Wellen in die Geschwindigkeit der anderen Restwellen umgewandelt wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen darauf ausgeführt wird, wobei das Verfahren aufweist:
• einen ersten Sender-Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine erste Schweißspitze eingebaut ist, die eine Punktschweißvorrichtung bildet;
• einen zweiten Sender-Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine zweite Schweißspitze eingebaut ist, um zusammen mit der ersten Schweißspitze Punktschweißen durchzuführen; und
• eine Zwischenraumabstandsmesseinrichtung zum Messen eines Spitzenzwischenraumabstands zwischen der ersten Schweißspitze und der zweiten Schweißspitze,
• wobei der erste Sender-Empfänger erste reflektierte Wellen, die von dem ersten Sender-Empfänger emittiert und von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, und zweite reflektierte Wellen, die von dem ersten Sender-Empfänger emittiert und von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils reflektiert werden, empfängt, und
• wobei der zweite Sender-Empfänger durchgehende Wellen, die von dem ersten Sender-Empfänger emittiert werden und durch den geschmolzenen Teil durchgelassen werden, und dritte reflektierte Wellen, die von dem zweiten Sender-Empfänger emittiert und von einem Ende der zweiten Schweißspitze reflektiert werden, empfängt.
• Als ein Ergebnis einer derartigen Struktur kann eine momentane Geschwindigkeit der durchgehenden Wellen, in der sich die sich momentan ändernde Temperatur und die Ausbreitungsentfernung widerspiegeln, leicht bestimmt werden. Basierend auf der momentanen Geschwindigkeit kann die Grenzflächenposition mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
• Ferner kann in dem Fall, dass die Beziehung H = γI zwischen den Werten H und I festgelegt wird, in der γ ein Proportionalitätsfaktor ist, H eine Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger zu einem Ende der ersten Schweißspitze ist und I eine Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger zu einem Ende der zweiten Schweißspitze ist, die Entfernung F auch gemäß der vorstehend erwähnten Gleichung (2-2) berechnet werden.
• Wie vorstehend beschrieben, kann einer, der erste Sender-Empfänger oder der zweite Sender-Empfänger, durch einen einfachen Empfänger ersetzt werden. Insbesondere wird gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils bereitgestellt, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen ausgeführt wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
• einen Sender-Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine erste Schweißspitze eingebaut ist, die eine Punktschweißvorrichtung bildet;
• einen Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu empfangen, der in eine zweite Schweißspitze eingebaut ist, um zusammen mit der ersten Schweißspitze Punktschweißen durchzuführen; und
• eine Zwischenraumabstandsmesseinrichtung zum Messen eines Spitzenzwischenraumabstands zwischen der ersten Schweißspitze und der zweiten Schweißspitze,
• wobei der Sender-Empfänger erste reflektierte Wellen, die von dem Sender-Empfänger emittiert und von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, und zweite reflektierte Wellen, die von dem Sender-Empfänger emittiert und von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils reflektiert werden, empfängt, und
• wobei der Empfänger durchgehende Wellen, die von dem Sender-Empfänger emittiert und durch den geschmolzenen Teil durchgelassen werden, empfängt.
• In dieser Struktur kann ebenfalls die tatsächliche Geschwindigkeit der Ultraschallwellen oder ein Wert, der äußerst nahe daran ist, bestimmt werden. Basierend auf einer derartigen Geschwindigkeit kann die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils genau erfasst werden.
• Während gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird, dass die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen sich einhergehend mit Änderungen der Temperatur der Werkstücke und der Schweißspitzen ändert, wird die tatsächliche Geschwindigkeit der Ultraschallwellen oder ein Wert, der äußerst nahe daran ist, bestimmt, wodurch basierend auf einer derartigen Geschwindigkeit die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils erfasst wird. Folglich kann die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
• Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen unter anderem eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als erläuterndes Beispiel gezeigt ist.
• 1 ist eine schematische Strukturansicht einer Messvorrichtung zum Messen einer Intensitätsverteilung von Ultraschallwellen; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 2 ist ein Verteilungsdiagramm, das eine Intensitätsverteilung von durchgehenden Ultraschallwellen zeigt; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 3 ist ein Diagramm, das eine korrelierende Beziehung zwischen dem Bruchteil an Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, und der Kontaktfläche zeigt, die durch Integrieren der Intensitätsverteilung von 2 bestimmt wird; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 4 ist eine schematische Strukturansicht, die wesentliche Teile einer Punktschweißvorrichtung zeigt; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 5 ist eine schematische Strukturansicht wesentlicher Teile, die einen Zustand zeigt, in dem Enden der Elektrodenspitzen während des fortschreitenden Punktschweißens in Werkstücke eingebettet werden; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 6 ist eine schematische Strukturansicht wesentlicher Teile, die einen eingebetteten Zustand zeigt, in dem Enden der Elektrodenspitzen in Bezug auf die Werkstücke geneigt sind; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 7 ist ein Diagramm, das einen Gesamtwiderstand vor der Korrektur und zeitabhängige Änderungen des Innenwiderstands von Werkstücken zeigt, die entsprechend Korrekturen bestimmt werden; (nicht Bestandteil der Erfindung)
• 8 ist eine schematische Strukturansicht, die wesentliche Teile einer Vorrichtung zum Erfassen der Grenzflächenposition eines geschmolzenen Teils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Zuerst sollen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detaillierte Erklärungen in Bezug auf ein Verfahren zum Bewerten eines Kontaktflächenverhältnisses einer Elektrodenspitze, ein Verfahren zum Bewerten eines Innenwiderstands von Werkstücken und ein Verfahren zum Bewerten einer Dämpfungsrate von Ultraschallwellen gegeben werden, die keinen Bestandteil der Erfindung bilden.
• Wenn die Elektrodenspitzen mit den Werkstücken in Kontakt kommen, hat die Elektrodenspitze Regionen (einfallsgeeignete Regionen), die bewirken können, dass Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen, und andere Regionen (einfallsungeeignete Regionen), die, wenngleich sie in Kontakt mit dem Werkstück sind, nicht bewirken können, dass Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen. Selbst wenn ferner die Gesamtheit der einfallsgeeigneten Regionen in Kontakt mit den Werkstücken ist, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass alle der einfallenden Ultraschallwellen tatsächlich in die Werkstücke eintreten. Folglich wird zunächst eine korrelierende Beziehung zwischen einer Kontaktfläche der einfallsgeeigneten Regionen in Bezug auf das Werkstück und dem Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, bestimmt. Die Bestimmung der korrelierenden Beziehung soll unter Bezug auf 1 bis 3 erklärt werden.
• In 1 zeigt die Bezugsnummer 10 eine Elektrodenspitze an. Im Inneren der Elektrodenspitze 10 ist ein Sender-Empfänger 12 sowohl zum Senden als auch Empfangen von Ultraschallwellen darin eingebettet.
• Die Elektrodenspitze 10 drückt mit einer Druckkraft, die so groß ist, wie realisierbar ist, gegen eine untere Endoberfläche eines Mediums 18, das von Haltekörpern 14, 16 gehalten wird. Ferner ist auf einer oberen Endoberfläche des Mediums 18 an einer Stelle entgegengesetzt zu der Elektrodenspitze 10 ein Sensor 20 in Kontakt mit dem Medium 18 angeordnet. In diesem Fall fallen die jeweiligen Mitten der Elektrodenspitze 10 und des Sensors 20 miteinander zusammen.
• Die Elektrodenspitze 10 und der Sensor 20 sind elektrisch durch Zuleitungsdrähte 22, 24 mit einem Ultraschallprüfgerät 26 verbunden. Außerdem ist ein Vorverstärker 28 in dem Zuleitungsdraht 24 eingefügt.
• In einer derartigen Struktur werden zuerst Ultraschallwellen von dem im Inneren der Elektrodenspitze 10 angeordneten Sender-Empfänger 12 gesendet. Derartige Ultraschallwellen werden dazu gebracht, auf das Medium 18 einzufallen und sich durch das Innere des Mediums 18 auszubreiten, um schließlich den Sensor 20 zu erreichen. Ein Ultraschallwellensignal, das den Sensor 20 erreicht hat, wird von dem Vorverstärker 28 verstärkt und als ein Signal an das Ultraschallprüfgerät 26 geleitet.
• Das Ultraschallprüfgerät 26 erkennt die gesendeten Signale als eine Intensität von Ultraschallwellen. Insbesondere wird die Intensität von Ultraschallwellen an der Mittelposition der Elektrodenspitze 10 gemessen.
• Als nächstes wird der Sensor 20 in die Richtung des Pfeils X1 bewegt (wobei jedoch der Sensor 20 an einer Position ist, um sich nicht weiter von der Elektrodenspitze 10 weg abzusondern). In dieser Position werden die vorstehend erwähnten Ultraschallwellentransmissions- und Intensitätsmessungen durchgeführt.
• Danach wird der Sensor 20 wieder in die Richtung des Pfeils X1 bewegt, und an der betroffenen Position werden ebenfalls die vorstehend erwähnten Ultraschallwellentransmissions- und Intensitätsmessungen durchgeführt. Ähnlich werden in der Richtung des Pfeils X2 die Ultraschallwellentransmissions- und Intensitätsmessungen wiederholt.
• Auf diese Weise wird eine Beziehung zwischen dem Abstand von der Mittelposition der Elektrodenspitze 10 und der Intensität der Ultraschallwellen untersucht und aufgezeichnet. Ein Beispiel dafür ist in 2 gezeigt. In 2 zeigt null auf der horizontalen Achse die Mittelposition der Elektrodenspitze 10 an, die positiven Zahlen zeigen den Abstand von der Mittelposition in der Richtung des Pfeils X1 an, und die negativen Zahlen zeigten den Abstand von der Mittelposition in der Richtung des Pfeils X2 an. Andererseits zeigt die vertikale Achse eine Echohöhe an, die der Intensität der Ultraschallwellen entspricht.
• Auf 2 versteht sich, dass eine Region, über die der Abstand bis zu 8 mm von der Mitte reicht, die einfallsgeeignete Region darstellt, die bewirken kann, dass die Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen, während in den Ultraschallwellen eine Intensitätsverteilung an den Tag gelegt wird, in der die Intensität verringert wird, wenn die Trennung von der Mitte größer wird.
• Hier wird die Fläche im Allgemeinen durch Integrieren der Entfernung zwischen zwei Punkten bestimmt. Ähnlich wird in dem vorliegenden Beispiel die Integration von einem Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt der einfallsgeeigneten Region durchgeführt. Insbesondere wird in dem Fall des in 2 gezeigten Beispiels die Integration zwischen - 8 mm und + 8 mm durchgeführt. Auf diese Weise werden die Gesamtfläche der einfallsgeeigneten Region der Elektrodenspitze 10 in Bezug auf das Medium 18 und der Prozentsatz (der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, der in das Medium eintritt) der Ultraschallwellen, die in das Medium 18 eintreten, in Bezug auf die Gesamtmenge von Ultraschallwellen bestimmt.
• Wenn ferner zum Beispiel die Integration zwischen -0,5 mm und +0,5 mm durchgeführt wird, werden die Kontaktfläche und der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Medium 18 eintreten, innerhalb dieses Intervalls berechnet. Ähnlich wird die Integration über einen Bereich passender Intervalle, zum Beispiel von -1 mm bis +1 mm, -2 mm bis +2 mm und ähnliches durchgeführt, und die Kontaktfläche und der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die innerhalb dieses Intervalls in das Medium 18 eintreten, werden berechnet.
• Wenn die Kontaktfläche und der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Medium eintreten, die in der vorstehenden Weise bestimmt werden, aufgezeichnet werden, wird die in 3 gezeigte Kurve, insbesondere eine korrelierende Beziehung zwischen der Kontaktfläche der Elektrodenspitze 10 und dem Anteil der eintretenden Ultraschallwellen erhalten.
• Als nächstes soll ein Verfahren, das nicht Teil der Erfindung ist, zum Bewerten der Kontaktfläche und ähnliches der Elektrodenspitzen in Bezug auf Werkstücke unter Verwendung der korrelierenden Beziehung, die in der vorangehenden Weise erhalten wird, erklärt werden.
• 4 ist eine schematische Strukturansicht, die wesentliche Teile einer Punktschweißvorrichtung 30 zeigt, die eine Widerstandsschweißvorrichtung bildet. Die Punktschweißvorrichtung 30 umfasst eine nicht dargestellte Schweißpistole, die fähig ist, sich zu öffnen und zu schließen, und die auf einem Ende eines nicht dargestellten Roboterarms angeordnet ist. Eine erste Elektrodenspitze 32 und eine zweite Elektrodenspitze 34, die in der gleichen Weise wie die vorstehend erwähnte Elektrodenspitze 10 aufgebaut sind, sind in einer wechselseitig gegenüberliegenden Beziehung auf einem Ende der Schweißpistole angeordnet. Wie in 4 gezeigt, greifen die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 zwei Werkstücke W1, W2 dazwischen, so dass die Werkstücke W1, Ws wechselseitig in zwei Schichten zusammen gestapelt sind. Entsprechend liegt das Ende der ersten Elektrodenspitze 32 an dem oberen Werkstück W1 an, während die zweite Elektrodenspitze 34 an dem unteren Werkstück W2 anliegt.
• Ein Sender-Empfänger 36, der fähig ist, Ultraschallwellen sowohl zu senden als auch zu empfangen, ist innen in der ersten Elektrodenspitze 32 installiert (in diese eingebaut). Abgesehen davon ist ein Empfänger 38, der fähig ist, Ultraschallwellen zu empfangen, innen in der zweiten Elektrodenspitze 34 installiert (in diese eingebaut).
• Der Sender-Empfänger 36 und der Empfänger 38 sind mit einer nicht dargestellten Echomessvorrichtung verbunden. Die Echomessvorrichtung ist fähig, die Intensität von Ultraschallwellen (reflektierten Wellen), die an den Sender-Empfänger 36 zurück gesendet werden, oder die Intensität der Ultraschallwellen (durchgehenden Wellen), die an dem Empfänger 38 ankommen, zu messen.
• In der vorstehend erwähnten Struktur wird zuerst auf die folgende Weise eine Bewertung des Kontaktflächenverhältnisses der Elektrodenspitzen implementiert.
• Zunächst werden Ultraschallwellen von dem Sender-Empfänger 36 im Inneren der ersten Elektrodenspitze 32 gesendet. Zu diesem Zeitpunkt liegt die erste Elektrodenspitze 32 nicht an dem Werkstück W1 an. Folglich werden alle Ultraschallwellen, die an dem Ende der ersten Elektrodenspitze 32 angekommen sind, aufgrund des Mediums der Atmosphäre oder des Vakuums, das eine große Differenz der akustischen Impedanz zeigt, reflektiert und werden als erste reflektierte Wellen an den Sender-Empfänger 36 zurück gesendet. Die Intensität der ersten reflektierten Wellen wird von der Echomessvorrichtung gemessen.
• Als nächstes werden die wechselseitig gestapelten Werkstücke W1, W2 durch Bewegen des Roboters zwischen der ersten Elektrodenspitze 32 und der zweiten Elektrodenspitze 34 der Schweißpistole eingefügt. Natürlich ist die Schweißpistole zu dieser Zeit in einem geöffneten Zustand, und folglich sind die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 maximal getrennt.
• Anschließend wird die Schweißpistole geschlossen, und das Ende der ersten Elektrodenspitze 32 wird zum Anliegen an dem oberen Werkstück W1 gebracht, während das Ende der zweiten Elektrodenspitze 34 zum Anliegen an dem unteren Werkstück W2 gebracht wird. Insbesondere werden die Werkstücke W1, W2 zwischen der ersten Elektrodenspitze 32 und der zweiten Elektrodenspitze 34 eingelegt und gegriffen.
• Als nächstes wird eine Spannung an die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 angelegt, woraufhin die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 mit Spannung versorgt werden. Natürlich fließt zusammen damit Strom durch das Innere der Werkstücke W1, W2, und als ein Ergebnis wird am Rand der Grenzflächen W1 und W2 ein geschmolzener Teil 40 ausgebildet.
• Ferner werden gleichzeitig mit dem Unter-Spannung-Setzen erneut Ultraschallwellen von dem Sender-Empfänger 36 gesendet. Zu dieser Zeit tritt ein Teil der Ultraschallwellen aus der Region auf dem Ende der ersten Elektrodenspitze 32, die in Bezug auf das Werkstück W1 anliegt, in das Werkstück W1 ein. Selbst, wenn es andererseits eine Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 (auf die nachstehend auch als eine Ultraschallwellen-einfallsgeeignete Region Bezug genommen wird) gibt, die bewirken könnte, dass Ultraschallwellen auf das Werkstück W1 einfallen, werden an einer derartigen Region die Ultraschallwellen reflektiert, wenn eine derartige Region nicht in Bezug auf das Werkstück W1 anliegt. Auch wenn ferner Ultraschallwellen eine Region errecht haben, die in Bezug auf das Werkstück W1 anliegt, tritt ein Teil davon tatsächlich nicht in das Werkstück ein, sondern wird reflektiert. Zweite reflektierte Wellen werden als ein Ergebnis derartiger Reflexionen erzeugt, und die zweiten reflektierten Wellen werden an den Sender-Empfänger 36 zurück gesendet.
• Die zweiten reflektierten Wellen werden von dem Sender-Empfänger 36 empfangen. Die vorstehend erwähnte Echomessvorrichtung misst dann zu dieser Zeit die Intensität der zweiten reflektierten Wellen.
• Aus den Intensitäten der ersten reflektierten Wellen und der zweiten reflektierten Wellen, die in der vorangehenden Weise gemessen werden, wird ein Intensitätsverhältnis bestimmt, wie durch die folgende Gleichung (1-14) angezeigt. $$\begin{array}{l}\text{Intensitätsverhältnis}\mathrm{=}\\ \begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{cc}& \left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cc}& \left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\end{array}\end{array}\end{array}$$

  
• Durch Bestimmen des Intensitätsverhältnisses wird schließlich der Reflexionsgrad der Ultraschallwellen zu der Zeit, wenn die erste Elektrodenspitze 32 an dem Werkstück W1 anliegt, bestimmt.
• Zum Beispiel in dem Fall eines Betriebsfehlers (Bewegungsfehlers) der Schweißpistole, so dass die erste Elektrodenspitze 32 nicht zum Anliegen an das Werkstück W1 kommt, obwohl die Schweißpistole geschlossen ist, werden alle Ultraschallwellen an dem Ende der ersten Elektrodenspitze 32 reflektiert. Folglich ist die Intensität der zweiten reflektierten Wellen gleich der Intensität der ersten reflektierten Wellen, und das durch die vorstehend erwähnten Gleichungen (1-14) bestimmte Intensitätsverhältnis oder anders ausgedrückt der Reflexionsgrad wird 1.
• Im Gegensatz dazu treten in dem Fall, dass die erste Elektrodenspitze 32 an dem Werkstück W1 anliegt, Ultraschallwellen in das Werkstück W1 ein. Wenn in diesem Fall die Intensität der zweiten reflektierten Wellen null wäre, dann würde das Intensitätsverhältnis (der Reflexionsgrad) ebenfalls null werden, und es könnte angenommen werden, dass alle Ultraschallwellen in das Werkstück W1 eintreten. In einem derartigen Fall ist in dem vorliegenden Beispiel die Ultraschallwellen-einfallsgeeignete Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 über deren Gesamtheit in Kontakt mit dem Werkstück W1, und es wird bewertet, dass die Gesamtfläche der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region gleich der Kontaktfläche ist.
• Tatsächlich steigt direkt, nachdem die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 zum Anliegen an den Werkstücken W1, W2 gekommen sind und unter Spannung gesetzt wurden, die Temperatur der Werkstücke W1, W2 nicht wesentlich an. Infolgedessen werden die Werkstücke W1, W2 zu dieser Zeit nicht erweicht, und folglich liegt nur das äußerste Ende der ersten Elektrodenspitze 23 daran an. Insbesondere liegt nicht notwendigerweise die gesamte Fläche der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 an den Werkstücken an. Wie aus dieser Tatsache eingeschätzt werden kann, ist insbesondere direkt, nachdem das Punktschweißen eingeleitet wird, nicht notwendigerweise die gesamte Fläche der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region äquivalent zu der Kontaktfläche.
• Folglich wird basierend auf dem Intensitätsverhältnis (dem Reflexionsgrad) der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, die in das Werkstück W1 eintreten, durch die folgende Gleichung (1-15) bestimmt. $$\begin{array}{l}\left(\text{Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\right)\\ \begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{l}=\text{1-}\left(\text{Intensitätsverhältnis}\right)\hfill \end{array}\\ \begin{array}{ccc}& & \end{array}\begin{array}{l}=\text{1-}\hfill \end{array}\\ \begin{array}{ccc}& & \left(\text{Intensität zweiter reflektierter Wellen}\right)\end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \begin{array}{cc}& \left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\end{array}\end{array}\end{array}$$

  
• Zum Beispiel in dem Fall, dass die Intensität der ersten reflektierten Wellen und die Intensität der zweiten reflektierten Wellen jeweils 100 und 20 sind, ist das Intensitätsverhältnis, wie gemäß der vorstehenden Gleichung (1-14) berechnet, 0,2. Dies bedeutet, dass 20% der von dem Sender-Empfänger 36 emittierten Ultraschallwellen als zweite reflektierte Wellen reflektiert werden.
• Außerdem wird in diesem Fall der Bruchteil der einfallenden Ultraschallwellen, der in das Werkstück eintritt, gemäß Gleichung (1-15) zu 0,8 bestimmt. Das heißt, in diesem Fall treten 80% der emittierten Ultraschallwellen in das Werkstück W1 ein.
• Basierend auf dem Bruchteil der Ultraschallwellen, die in das Werkstück eintreten, von 80% wird aus der in 3 gezeigten korrelierenden Beziehung die Kontaktfläche auf dem Ende der ersten Elektrodenspitze 32 in Bezug auf das Werkstück W1 bestimmt. Insbesondere wird von der 80%-Position auf der vertikalen Achse von 3 eine horizontale Linie L gezogen, und danach wird von dem Schnitt zwischen der horizontalen Linie L und der Kurve eine vertikale Linie M zu der horizontalen Achse gezogen. Der Schnitt zwischen der horizontalen Achse und der vertikalen Linie M wird als die Kontaktfläche genommen.
• Andererseits wird die Gesamtfläche der einfallsgeeigneten Region der ersten Elektrodenspitze 32, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung der Elektrodenspitze 10, die den gleichen Aufbau wie die erste Elektrodenspitze 32 hat, vorab bestimmt. Folglich wird ein Kontaktflächenverhältnis aus der folgenden Gleichung (1-16) bestimmt. $$\begin{array}{l}\text{Kontaktflächenverhältnis}\mathrm{=}\left(\text{Kontaktfläch der Elektrodenspitze}\right)\text{/}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}(\text{Gesamtfläche der Region}\text{, die bewirken kann}\text{,}\hfill \end{array}\\ \begin{array}{ccc}& & \text{dass Ultraschallwellen auf das Werkstück einfallen})\end{array}\end{array}$$

  
• Wie aus Gleichung (1-16) zu verstehen, ist das Kontaktflächenverhältnis durch ein Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 und der Kontaktfläche, auf der die erste Elektrodenspitze 32 in Bezug auf das Werkstück W1 in Kontakt ist, definiert.
• Auf diese Weise wird in dem vorliegenden Beispiel in dem Fall, dass ein Teil der Ultraschallwellen in das Werkstück W1 eintritt, während ein Restteil davon an dem Ende der ersten Elektrodenspitze 32 reflektiert wird, ein Teil der einfallsgeeigneten Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 als von dem Werkstück W1 getrennt bestimmt, und eine Bewertung wird unter der Prämisse durchgeführt, dass das Unter-Spannung-Setzen nur von der Region ausgeführt wird, die in Kontakt mit dem Werkstück W1 ist.
• Durch Ausführen einer derartigen Bewertung kann bewertet werden, ob die erste Elektrodenspitze 32 abgenutzt wurde. Wenn die erste Elektrodenspitze 32 abgenutzt ist, nimmt das Intensitätsverhältnis ab und zusammen damit wird das Kontaktflächenverhältnis größer. Zum Beispiel kann durch Vergleichen sowohl des Intensitätsverhältnisses als auch des Kontaktflächenverhältnisses direkt nach dem Einleiten des Punktschweißens beurteilt werden, ob die Abnutzungsmenge der ersten Elektrodenspitze 32 innerhalb eines zulässigen Bereichs ist.
• Natürlich können das Intensitätsverhältnis und das Kontaktflächenverhältnis während des Punktschweißens kontinuierlich berechnet werden, und in dem Fall, dass das Intensitätsverhältnis größer als ein vorbestimmter Wert wird, oder wenn das Kontaktflächenverhältnis kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, kann ebenfalls bestimmt werden, dass die Abnutzungsmenge der ersten Elektrodenspitze 32 den zulässigen Bereich überschritten hat.
• Ferner kann durch Ausführen einer derartigen Bewertung bestimmt werden, ob die passende Belehrung in Bezug auf den Roboter durchgeführt wurde oder nicht. Insbesondere in dem Fall, dass der Roboter richtig belehrt wurde, liegen die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34, wie in 4 gezeigt, an den Werkstücken W1, W2 an, während sie sich in einer senkrechten Richtung in Bezug auf die Werkstücke W1, W2 erstrecken.
• Wenn die das Unter-Spannung-Setzen fortschreitet und die Temperatur der Werkstücke W1, W2 ausreichend gestiegen ist, werden die Werkstücke W1, W2 erweicht. Als ein Ergebnis werden die Enden der ersten Elektrodenspitze 32 und der zweiten Elektrodenspitze 34, wie in 5 gezeigt, etwas in die Werkstücke W1, W2 eingebettet und damit einhergehend vergrößert sich die Ultraschall-einfallsgeeignete Region in Bezug auf das Werkstück W1. Folglich wird der durch die vorstehende Gleichung (1-14) bestimmte Reflexionsgrad mit dem Verlauf der Zeit kleiner.
• Wenn andererseits in Bezug auf den Roboter keine passende Belehrung durchgeführt wurde, ist die Ultraschallwellen-einfallsgeeignete Region als ein Ergebnis davon in dem Fall, dass die erste Elektrodenspitze 32 und die zweite Elektrodenspitze 34 in einem geneigten Zustand in Bezug auf die Werkstücke W1, W2 sind, nicht vollständig eingebettet, obwohl die Enden der ersten Elektrodenspitze 32 und der zweiten Elektrodenspitze 34, wie in 6 gezeigt, in die Werkstücke W1, W2 eingebettet werden. Folglich wird die Verkleinerungsbreite des Reflexionsgrads mit dem Verlauf der Zeit klein.
• Eine derartige Tendenz wird hervorstechend, wenn der Neigungswinkel der ersten Elektrodenspitze 32 in Bezug auf das Werkstück W1 groß wird. Folglich wird unter einer vorher bekannten Bedingung für den Neigungswinkel der ersten Elektrodenspitze 32 in Bezug auf das Werkstück W1 eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und einer zeitabhängigen Änderung der Verkleinerungsbreite des Reflexionsgrads registriert (aufgezeichnet), und unter Bezugnahme auf eine derartige Aufzeichnung und die zweitabhängige Änderung der Verkleinerungsbreite des Reflexionsgrads kann während des Punkschweißens, bei dem der Neigungswinkel noch nicht bekannt ist, der unbekannte Neigungswinkel bestimmt werden. Infolgedessen kann auf diese Weise bestimmt werden, ob die in Bezug auf den Roboter durchgeführte Belehrung korrigiert werden sollte.
• Ferner kann der momentane Innenwiderstand der Werkstücke W1, W2 auf die folgende Weise bewertet werden.
• Der Widerstand während des Punktschweißens ist die Summe des Kontaktwiderstands zwischen der ersten Elektrodenspitze 32 und dem Werkstück W1, des momentanen Innenwiderstands der Werkstücke W1, W2 und des Kontaktwiderstands zwischen der zweiten Elektrodenspitze 34 und dem Werkstück W2. Während der Kontaktwiderstand der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region einhergehend mit dem Fortschreiten des Punktschweißens größer wird (siehe 5), werden der Kontaktwiderstand zwischen der ersten Elektrodenspitze 32 und dem Werkstück W1 ebenso wie der Kontaktwiderstand zwischen der zweiten Elektrodenspitze 34 und dem Werkstück W2 beide kleiner.
• Folglich kann basierend auf dem Kontaktflächenverhältnis, wie aus den vorstehenden Gleichungen (1-14) bis (1-16) bestimmt, der momentane Innenwiderstand der Werkstücke W1, W2 aus der folgenden Gleichung (1-17) bestimmt werden. $$\begin{array}{l}\text{Momentaner Innenwiderstand der Werkstücke W1}\text{, W2}\mathrm{=}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}(\text{Gesamtwiderstand zwischen der ersten Elektrodenspitze 32}\hfill \end{array}\\ \begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{cc}& \text{und der zweiten Elektrodenspitze 34})\end{array}\times \left(\text{Kontaktflächenverhältnis}\right)\end{array}$$

  
• 7 ist ein Diagramm, das den Gesamtwiderstand zwischen der ersten Elektrodenspitze 32 und der zweiten Elektrodenspitze 34 und die zeitabhängige Änderung des Innenwiderstands der Werkstücke W1, W2, wie gemäß Gleichung (1-17) bestimmt, zeigt. Auf diese Weise kann der momentane Innenwiderstand der Werkstücke W1, W2 durch Durchführen der Korrekturen, die das Kontaktflächenverhältnis der Ultraschallwellen-einfallsgeeigneten Region auf der ersten Elektrodenspitze 32 berücksichtigen, mit hoher Genauigkeit bewertet werden.
• Ferner erfahren die Ultraschallwellen im Inneren der Werkstücke W1, W2 eine Dämpfung. In diesem Fall kann ohne Berücksichtigung einer derartigen Dämpfung nicht leicht eine genaue Bewertung durchgeführt werden. Folglich wird die Dämpfung der Ultraschallwellen im Inneren der Werkstücke W1, W2 auf die folgende Weise bestimmt.
• Zunächst wird der Reflexionsgrad aus der vorstehenden Gleichung (1-14) bestimmt. Der auf diese Weise bestimmte Reflexionsgrad wird von 1 subtrahiert. Anders ausgedrückt wird, wenn die Berechnung gemäß der Gleichung (1-15) durchgeführt wird, der Bruchteil der Ultraschallwellen, der in das Werkstück W1 eintritt, erhalten.
• Als nächstes wird eine korrigierte eintretende Wellenintensität der Ultraschallwellen, die in das Werkstück W1 eintreten, aus der folgenden Gleichung (1-18) bestimmt. $$\begin{array}{l}\text{Korrigierte eintretende Wellenintensität}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cc}& \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Intensität erster reflektierter Wellen}\right)\hfill \end{array}\times \\ \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\begin{array}{l}\hfill \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Bruchteil der Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$

  
• Außerdem wird eine korrigierte durchgehende Wellenintensität aus der folgenden Gleichung (1-19) bestimmt. $$\begin{array}{l}\text{Korrigierte durchgehende Wellenintensität}\mathrm{=}\\ \begin{array}{cc}& \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{durchgehende Wellenintensität}\right)\hfill \end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{Bruchteil der Wellen}\text{, die in das Werkstück eintreten}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$

  
• Hier sind durchgehende Wellen als Ultraschallwellen definiert, die von dem Sender-Empfänger 36 gesendet werden, durch das Werkstück W1, W2 hindurch gehen und von dem Empfänger 38 empfangen werden.
• Basierend auf der korrigierten eintretenden Wellenintensität und der korrigierten durchgehenden Wellenintensität, die wie vorstehend beschrieben bestimmt wurden, wird aus der folgenden Gleichung (1-20) die Dämpfungsrate bestimmt. $$\begin{array}{l}\text{Dampfungsrate}\mathrm{=}\text{1-}\\ \begin{array}{cc}& \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{korrigierte durchgehende Wellenintensität}\right)\hfill \end{array}\text{/}\\ \begin{array}{cccc}& & & \end{array}\begin{array}{l}\left(\text{korrigierte eintretende Wellenintensität}\right)\hfill \end{array}\end{array}$$

  
• Zum Beispiel ist die Intensität der zweiten reflektierten Wellen in dem Fall, dass die Intensität der ersten reflektierten Wellen 300 ist, 60, und die Intensität der durchgehenden Wellen ist 160, da die Intensität der durchgehenden Wellen im Gegensatz zu der Intensität von 300 der einfallenden Wellen 160 ist, ist die ersichtliche Dämpfungsrate 1 - 160/300 = 0,47. Eine derartige Dämpfungsrate berücksichtigt jedoch nicht, in welchem Grad die Ultraschallwellen aus den einfallenden Ultraschallwellen tatsächlich in das Werkstück W1 eintreten.
• Andererseits und zum Beispiel werden gemäß den vorstehend erwähnen Gleichungen (1-14), (1-15) und (1-18) bis (1-20) die folgenden Werte bestimmt: $$\text{Reflexionsgrad}\mathrm{=}\text{60/300}\mathrm{=}\text{0}\text{,2}$$

  

  $$\text{Bruchteil einfallender Wellen}\text{, der in das Werkstück eintritt}\mathrm{=}\text{1}\mathrm{-}\text{0}\text{,2}\mathrm{=}\text{0}\text{,8}$$

  

  $$\text{korrigierte eintretende Wellenintensität}\mathrm{=}\text{300}\times \text{0}\text{,8}\mathrm{=}\text{240}$$

  

  $$\text{korrigierte durchgehende Wellenintensität}\mathrm{=}\text{160/0}\text{,8}\mathrm{=}\text{200}$$

  

  $$\text{Dämpfungsrate}\mathrm{=}\text{1}\mathrm{-}\text{200/240}\mathrm{=}\text{0}\text{,17}$$

  
• Auf diese Weise kann die Dämpfungsrate genauer bestimmt werden, indem die Dämpfungsrate bestimmt wird, während berücksichtigt wird, in welchem Grad die Ultraschallwellen aus den emittieren Ultraschallwellen tatsächlich in das Werkstück W1 eintreten. Ferner kann durch Ausführen von Bewertungen basierend auf den Ultraschallwellen, während ihre Dämpfungsrate berücksichtigt wird, die Änderung des Innenwiderstands der Werkstücke W1, W2 oder die Änderung der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 40 präziser bewertet werden.
• Als nächstes soll ein Verfahren zum Erfassen einer Grenzflächenposition eines geschmolzenen Teils gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, während eine bevorzugte Ausführungsform in Bezug auf eine Erfassungsvorrichtung zum Ausführen eines derartigen Verfahrens vorgestellt wird.
• 8 ist eine schematische Ansicht wesentlicher Teile einer Vorrichtung 110 zum Erfassen der Grenzflächenposition eines geschmolzenen Teils (worauf hier nachstehend einfacher als eine Erfassungsvorrichtung Bezug genommen wird) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Erfassungsvorrichtung ist an einer Punktschweißvorrichtung angebracht.
• Die Punktschweißvorrichtung umfasst eine (nicht gezeigte) Schweißpistole, die fähig ist, sich zu öffnen und zu schließen und die auf einem Ende eines nicht dargestellten Roboterarms angeordnet ist. Eine erste Schweißspitze 112 und eine zweite Schweißspitze 114 sind an einem distalen Ende der Schweißpistole bereitgestellt. Wie in 8 gezeigt, schieben die erste Schweißspitze 112 und die zweite Schweißspitze 114 zwei wechselseitig gestapelte Werkstücke W11 und W12 zwischen sich ein und greifen sie. Dementsprechend liegt ein Ende der ersten Schweißspitze 112 an dem oberen Werkstück W11 an, während die zweite Schweißspitze 114 an dem unteren Werkstück W12 anliegt.
• Ein erster Sender-Empfänger 116 und ein zweiter Sender-Empfänger 118 sind jeweils innen innerhalb der ersten Schweißspitze 112 und der zweiten Schweißspitze 114 montiert. Der erste Sender-Empfänger 116 und der zweite Sender-Empfänger 118 sind fähig, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen. In den folgenden Beschreibungen werden Ultraschallwellen, die von dem ersten Sender-Empfängerl 16 gesendet werden, als erste Ultraschallwellen bezeichnet, und Ultraschallwellen, die von dem zweiten Sender-Empfänger 118 gesendet werden, werden als zweite Ultraschallwellen bezeichnet.
• In der Schweißpistole ist ein nicht dargestellter Messgeber bereitgestellt, um den Abstand zwischen dem Ende der ersten Schweißspitze 112 und dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 oder anders ausgedrückt den Spitzenzwischenraumabstand zu messen. Der Spitzenzwischenraumabstand wird von dem Messgeber kontinuierlich gemessen. Der Messgeber bildet zusammen mit dem ersten Sender-Empfänger 116 und dem zweiten Sender-Empfänger 118 die Erfassungsvorrichtung 110.
• Wie vorstehend beschrieben, liegt das Ende der ersten Schweißspitze 112 an dem oberen Werkstück W11 an und das Ende der zweiten Schweißspitze 114 liegt an dem unteren Werkstück W12 an. Folglich ist der Spitzenzwischenraumabstand in der Dickenrichtung im Wesentlichen gleich der Summe der Breitenabmessungen der Arbeitsstücke W11 und W12.
• Das Verfahren zum Erfassen der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in der folgenden Weise unter Verwendung der Erfassungsvorrichtung, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, implementiert.
• Zuerst werden die wechselseitig gestapelten Werkstücke W11, W12 zwischen der ersten Schweißspitze 112 und der zweiten Schweißspitze 114 der Schweißpistole eingefügt. Natürlich ist die Schweißpistole zu diesem Zeitpunkt geöffnet und entsprechend sind die erste Schweißspitze 112 und die zweite Schweißspitze 114 maximal voneinander getrennt.
• Danach wird die Schweißpistole geschlossen und das Ende der ersten Schweißspitze 112 liegt an dem oberen Werkstück W11 an, einhergehend damit, dass das Ende der zweiten Schweißspitze 114 an dem unteren Werkstück W12 anliegt. Das heißt, die Werkstücke W11, W12 werden zwischen der ersten Schweißspitze 112 und der zweiten Schweißspitze 114 gegriffen.
• Als nächstes wird eine Spannung an die erste Schweißspitze 112 und die zweite Schweißspitze 114 angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Strom zwischen der ersten Schweißspitze 112 und der zweiten Schweißspitze 114 fließt. Natürlich geht einhergehend mit dem Anlegen der Spannung daran Strom durch das Innere der Werkstücke W11, W12, und die Grenzfläche zwischen den Werkstücken W11, W12 wird dann geschmolzen. Insbesondere beginnt sich ein geschmolzener Teil 120 auszubilden. Wie nachstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Entfernung F von der oberen Endoberfläche des oberen Werkstücks W11 zu der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120 bestimmt.
• Außerdem werden im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Betrieb der Schweißpistole erste Ultraschallwellen und zweite Ultraschallwellen jeweils sowohl von dem ersten Sender-Empfänger 116 als auch dem zweiten Sender-Empfänger 118 gesendet.
• In den ersten Ultraschallwellen sind sowohl Transversalwellen als auch Longitudinalwellen enthalten. Unter derartigen Wellen, wird ein Teil der Transversalwellen an dem Ende der ersten Schweißspitze 112 reflektiert und wird zu reflektierten Wellen 122. Die Zeit, die benötigt wird, damit derartige erste reflektierte Wellen 122 von dem ersten Sender-Empfänger 116 emittiert (gesendet) werden und dann zu dem ersten Sender-Empfänger 116 zurückkehren, ist als eine Zeit A definiert.
• Ferner sind durchgehende Wellen 124 Longitudinalwellen, die fähig sind, in den geschmolzenen Teil 120, der in einer flüssigen Phase ist, einzudringen und durch ihn hindurch zu gehen, wobei derartige durchgehende Wellen 124 schließlich den zweiten Sender-Empfänger 118 erreichen. Die Zeit, die benötigt wird, damit die durchgehenden Wellen 124 von dem ersten Sender-Empfänger 116 emittiert werden, bis sie den zweiten Sender-Empfänger 118 erreichen, ist als eine Zeit B definiert.
• Wenn es andererseits Transversalwellen gibt, die in das Innere des Werkstücks W11 eintreten, ohne an dem Ende der ersten Schweißspitze 112 reflektiert zu werden, dringen derartige Transversalwellen nicht durch den geschmolzenen Teil 120, der in der flüssigen Phase ist, ein. Insbesondere werden derartige Transversalwellen an der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120 reflektiert, wobei sie zweite reflektierte Wellen 126 werden. Die Zeit, die insgesamt benötigt wird, damit die zweiten reflektierten Wellen 126 von dem ersten Sender-Empfänger 116 emittiert (gesendet) werden, an der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120 reflektiert werden und dann zu dem ersten Sender-Empfänger 116 zurückkehren, ist als eine Zeit C definiert.
• In einer ähnlichen Weise wird ein Teil der Transversalwellen der zweiten Ultraschallwellen ebenfalls an dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 reflektiert, wobei dritte reflektierte Wellen 128 erzeugt werden. Die Zeit, die benötigt wird, damit die dritten reflektierten Wellen 128 von dem zweiten Sender-Empfänger 118 gesendet werden und dann zu dem zweiten Sender-Empfänger 118 zurückkehren, ist als eine Zeit D definiert.
• Die Bezugsnummer 130 in 8 zeigt durchgehende Wellen im Werkstückinneren an, die durch die Werkstücke W11, W12 durchgelassen werden. Die Zeit, die benötigt wird, dass derartige durchgehende Wellen 130 im Werkstückinneren aus der oberen Endoberfläche des Werkstücks W11 beginnen, bis sie die untere Endoberfläche des Werkstücks W12 erreichen, ist als eine Zeit T definiert.
• Hier bedeutet der Buchstabe E die Summe der Abmessungen in der Dickenrichtung der Werkstücke W11, W12 oder anders ausgedrückt den Spitzenzwischenraumabstand, α bedeutet die momentane Transmissionsgeschwindigkeit der durchgehenden Wellen 124, β bedeutet die Zeit von der Emission der durchgehenden Wellen 124 von dem Ende der ersten Schweißspitze 112 bis zum Erreichen der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120, und F bedeutet die Entfernung von der oberen Oberfläche des oberen Werkstücks W11 zu der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120. Unter diesen Werten wird die Entfernung F durch Multiplizieren der momentanen Geschwindigkeit der durchgehenden Wellen 124 mal der Zeit β bestimmt. Das heißt, die folgende Gleichung (2-4) ist erfüllt. $$\text{F}\mathrm{=\alpha }\times \mathrm{\beta }$$

  
• Als nächstes werden die Werte α und β in Gleichung (2-4) bestimmt.
• Die momentane Geschwindigkeit α der durchgehenden Wellen 130 im Werkstückinneren wird basierend auf dem Spitzenzwischenraumabstand E und der Zeit T, die wie vorstehend beschrieben definiert sind, aus der folgenden Gleichung (2-5) berechnet. $$\mathrm{\alpha =}\text{E/T}$$

  
• Die Zeit T wird bestimmt, indem sowohl die Zeit, bis die ersten Ultraschallwellen das Ende der ersten Schweißspitze 112 erreichen, als auch die Zeit, die die durchgehenden Wellen 124 von dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 bis zum Erreichen des zweiten Sender-Empfängers 118 laufen, von der Zeit B subtrahiert werden, die benötigt wird, dass die in den von dem ersten Sender-Empfänger 116 emittierten ersten Ultraschallwellen enthaltenen Longitudinalwellen (durchgehenden Wellen 124) durch die Werkstücke W11, W12 gehen und den zweiten Sender-Empfänger 118 erreichen.
• Die Zeit bis die ersten Ultraschallwellen das Ende der ersten Schweißspitze 112 erreichen, ist eine Hälfte der Zeit, die benötigt wird, damit die ersten reflektierten Wellen 122 von dem ersten Sender-Empfänger 116 emittiert werden und dann zu dem ersten Sender-Empfänger 116 zurückkehren, oder ist anders ausgedrückt durch A/2 definiert. Ferner ist die Zeit für die durchgehenden Wellen 124, um von dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 zu laufen, bis sie den zweiten Sender-Empfänger 118 erreichen, die gleiche wie die Zeit, in der die zweiten Ultraschallwellen das Ende der zweiten Schweißspitze 114 erreichen, oder ist anders ausgedrückt gleich einer Hälfte (D/2) der Zeit, die benötigt wird, damit die dritten reflektierten Wellen 128 von dem zweiten Sender-Empfänger 118 gesendet werden und dann zu dem zweiten Sender-Empfänger 118 zurückkehren. Das heißt, die folgende Gleichung (2-6) ist erfüllt. $$\text{T}\mathrm{=}\text{B}\mathrm{-}\left(\text{A/2}\mathrm{+}\text{D/2}\right)$$

  
• Die vorstehende Gleichung (2-6) wird in die vorstehende Gleichung (2-5) substituiert, um die folgende Gleichung (2-7) zu erhalten. $$\mathrm{\alpha }=\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(\text{A/2}\mathrm{+}\text{D/2}\right)\right]$$

  
• Ferner wird β bestimmt, indem die Zeit, die benötigt wird, so dass die ersten reflektierten Wellen 122 von dem ersten Sender-Empfänger 116 gesendet werden, bis sie zu dem ersten Sender-Empfänger 116 zurückkehren, von der Zeit, die benötigt wird, o dass die zweiten reflektierten Wellen 126 von dem ersten Sender-Empfänger gesendet werden und danach von dem geschmolzenen Teil 120 reflektiert werden, bis sie zu ersten Sender-Empfänger 116 zurückkehren, subtrahiert wird und ferner die Hälfte einer solchen Differenz genommen wird. Anders ausgedrückt ist die folgende Gleichung (2-8) erfüllt. $$\mathrm{\beta }=\left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$

  
• Wenn die Gleichungen (2-7) und (2-8) in die Gleichung (2-4) substituiert sind, wird die folgende Gleichung (2-9) erhalten. $$\text{F}\mathrm{=}\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(\text{A/2}\mathrm{+}\text{D/2}\right)\right]\right\}\times \left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$

  
• Da sich ferner die jeweiligen Geschwindigkeiten der Longitudinalwellen (durchgehenden Wellen) und der Transversalwellen (reflektierten Wellen) voneinander unterscheiden, muss eine der Geschwindigkeiten umgewandelt werden, wenn jede der vorstehenden Berechnungen durchgeführt wird.
• Begleitend zu dem Fortschreiten des Punktschweißens wächst der geschmolzene Teil 120. In dem Fall, dass es nötig ist, die Grenzflächenposition des wachsenden geschmolzenen Teils 120 erneut zu erfassen, werden die vorstehenden Berechnungen noch einmal angewendet. Insbesondere werden die Berechnungen von den Gleichungen (2-4) bis (2-9) jedes Mal, wenn die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 erfasst wird, wiederholt angewendet. Dies liegt daran, dass einhergehend mit dem Wachstum des geschmolzenen Teils 120, wenn die Temperatur der Werkstücke W11, W12 steigt, sich die momentane Geschwindigkeit der Ultraschallwellen ebenfalls ändert.
• Durch Durchführen der vorstehenden Berechnungen in dieser Weise kann jedes Mal, wenn die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 erfasst wird, selbst unter einer Bedingung, in der die Geschwindigkeit der durchgehenden Wellen 124 sich einhergehend mit einer Änderung der Temperatur der Schweißregion ändert, die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 (die Entfernung F von der oberen Endoberfläche des oberen Werkstücks W11 bis zu der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120) basierend auf der momentanen Geschwindigkeit α abhängig von der Temperatur erfasst werden.
• Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu einem Zeitpunkt, wenn die Erfassung der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 ausgeführt wird, die tatsächliche Geschwindigkeit oder ein Wert äußerst nahe daran als eine momentane Geschwindigkeit α der durchgehenden Wellen 124 bestimmt und basierend auf einer derartigen momentanen Geschwindigkeit α wird die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 erfasst. Folglich kann die Grenzflächenposition mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
• Natürlich kann in der gleichen Weise wie der vorstehenden auch die Entfernung von der unteren Endoberfläche des Werkstücks W12 zu der Grenzfläche des geschmolzenen Teils 120 bestimmt werden.
• Ferner können die Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger 116 zu dem Ende der ersten Schweißspitze 112 und die Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger 118 zu dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 unterschiedlich voneinander sein. Wenn H die Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger 116 zu dem Ende der ersten Schweißspitze 112 darstellt, während I die Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger 118 zu dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 darstellt, wird, da H und I beide entlang einer geraden Linie (geradlinig) liegen, eine proportionale Beziehung dazwischen festgelegt. Das heißt, wenn γ genommen wird, um die proportionale Beziehung zu definieren, ist die folgende Gleichung erfüllt. $$\text{H}=\mathrm{\gamma }\text{I}$$

  
• Folglich wird durch Umformen der vorstehenden Gleichung (2-10) die folgende Gleichung (2-11) abgeleitet. $$\text{F}\mathrm{=}\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(\text{1}\mathrm{+\gamma }\right)\text{A/2}\right]\right\}\times \left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$

  
• Auf diese Weise kann die Position des geschmolzenen Teils 120 durch Berücksichtigen der proportionalen Beziehung in den Berechnungen leicht erfasst werden.
• Obwohl außerdem in der vorstehenden Ausführungsform Sender-Empfänger jeweils sowohl in die erste Schweißspitze 112 als auch die zweite Schweißspitze 114 eingebaut sind, kann zum Beispiel der zweite Sender-Empfänger 118 der zweiten Schweißspitze 114 durch einen innen montierten Empfänger ersetzt werden. In diesem Fall ist zum Beispiel unter der Annahme, dass die Entfernung zwischen dem Ende der ersten Schweißspitze 112 und dem ersten Sender-Empfänger 116 und die Entfernung zwischen dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 und dem Empfänger einander gleich festgelegt werden, die Zeit, die benötigt wird, dass die durchgehenden Wellen 124 von dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 den Empfänger erreichen, gleich der Zeit, die benötigt wird, dass die ersten reflektierten Wellen 122 von dem Ende der ersten Schweißspitze 112 den ersten Sender-Empfänger 116 erreichen. Folglich wird die Entfernung F in diesem Fall aus der folgenden Gleichung (2-12) bestimmt, die durch eine Umformung der vorstehenden Gleichung (2-9) erhalten wird. $$\text{F}=\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\text{A}\right]\right\}\times \left(\text{C}\mathrm{-}\text{A}\right)\text{/2}$$

  
• Natürlich können sich die Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger 116 zu dem Ende der ersten Schweißspitze 112 und die Entfernung von dem vorstehend erwähnten innen montierten Empfänger zu dem Ende der zweiten Schweißspitze 114 auch voneinander unterscheiden. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen beiden Entfernungen entsprechend den vorstehenden Gleichungen (2-10) und (2-11) bestimmt, wobei ein derartiges Verhältnis in den Berechnungen berücksichtigt wird.
• In beiden Fällen kann die Grenzflächenposition zu dem Zeitpunkt, zu dem die Erfassung der Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 durchgeführt wird, mit höherer Genauigkeit erfasst werden, da die Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils 120 basierend auf der momentanen Transmissionswellengeschwindigkeit α der durchgehenden Wellen 124 erfasst wird.
• Außerdem kann auch eine Erfassungsvorrichtung aufgebaut werden, in der der erste Sender-Empfänger 116 durch einen innen montierten Empfänger ersetzt wird, während der zweite Sender-Empfänger 118 in der zweiten Schweißspitze 114 eingebaut bleibt.

Claims (17)

1. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer momentanen Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen einer Ankunftszeit, ab dann, wenn Ultraschallwellen dazu gebracht werden, von einer Oberfläche wenigstens eines der Werkstücke (W11, W12) einzufallen, bis die Ultraschallwellen an der momentanen Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) ankommen, Bestimmen einer momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen aus einer Transmissionszeit, in der die Ultraschallwellen durch den geschmolzenen Teil (120) durchgelassen werden, und einer Entfernung von einer Oberfläche eines der Werkstücke (W11, W12) zu einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke (W11, W12); und Erfassen der momentanen Grenzflächenposition des geschmolzenen Teils (120) durch Multiplizieren der momentanen Geschwindigkeit der Ultraschallwellen mit der Ankunftszeit.
2. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils gemäß Anspruch 1, wobei Ultraschallwellen, die von dem geschmolzenen Teil (120) reflektiert werden, als Transversalwellen gemessen werden und die Ultraschallwellen, die durch den geschmolzenen Teil (120) durchgelassen werden, als Longitudinalwellen gemessen werden.
3. Schweißvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2 eingerichtet ist.
4. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W1, W2) wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen durchgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Senden erster Ultraschallwellen von einem ersten Sender-Empfänger (116) einer ersten Schweißspitze (112), die an einer Oberfläche eines der Werkstücke (W11, W12) anliegt, in Richtung eines zweiten Sender-Empfängers (118) einer zweiten Schweißspitze (114), die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke (W11, W12) anliegt, zusammen mit dem Senden zweiter Ultraschallwellen von dem zweiten Sender-Empfänger (118) der zweiten Schweißspitze (114) in Richtung des ersten Sender-Empfängers (116) der ersten Schweißspitze (112); und Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze (112) und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) aus der folgenden Gleichung (2-1) $$\text{F}=\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(\text{A/2}\mathrm{+}\text{D/2}\right)\right]\right\}\times \left(\text{C}-\text{A}\right)\text{/}2$$

   

   wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die von ersten reflektierten Wellen (122), die von einem Ende der ersten Schweißspitze (112) reflektiert werden, benötigt wird um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger (116) zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen (124), die durch den geschmolzenen Teil (120) hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und den zweiten Sender-Empfänger (118) zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen (126), die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger (116) zurückzukehren, und unter den zweiten Ultraschallwellen D eine Zeit ist, die von dritten reflektierten Wellen (128), die von einem Ende der zweiten Schweißspitze (114) reflektiert werden, benötigt wird, um von dem zweiten Sender-Empfänger (118) emittiert zu werden und zu dem zweiten Sender-Empfänger (118) zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze (112) und der zweiten Schweißspitze (114) ist.
5. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils gemäß Anspruch 4, wobei alle der reflektierten Wellen (122, 126, 128) als Transversalwellen gemessen werden und die durchgehenden Wellen (124) als Longitudinalwellen gemessen werden.
6. Schweißvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 4 oder 5 eingerichtet ist, aufweisend eine erste Schweißspitze (112) mit einem ersten Sender-Empfänger (116) und eine zweite Schweißspitze (114) mit einem zweiten Sender-Empfänger (118).
7. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und darauf Punktschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Senden erster Ultraschallwellen von einem ersten Sender-Empfänger (116) einer ersten Schweißspitze (112), die an einer Oberfläche eines der Werkstücke (W11, W12) anliegt, in Richtung eines zweiten Sender-Empfängers (118) einer zweiten Schweißspitze (114), die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke (W11, W12) anliegt, zusammen mit dem Senden zweiter Ultraschallwellen von dem zweiten Sender-Empfänger (118) der zweiten Schweißspitze (114) in Richtung des ersten Sender-Empfängers (116) der ersten Schweißspitze (112); und Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze (112) und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) aus der folgenden Gleichung (2-2) $$\text{F}=\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\left(1+\text{g}\right)\text{A/2}\right]\right\}\times \left(\text{C}-\text{A}\right)\text{/}2$$

   

   wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die von ersten reflektierten Wellen (122) die von einem Ende der ersten Schweißspitze (112) reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger (116) zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen (124), die durch den geschmolzenen Teil (120) hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und den zweiten Sender-Empfänger (118) zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen (126), die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) reflektiert werden, benötigt wird, um von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert zu werden und zu dem ersten Sender-Empfänger (116) zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze (112) und der zweiten Schweißspitze (114) ist, und wobei eine Beziehung H = gI zwischen Werten H und I festgelegt wird, in der g ein Proportionalitätsfaktor ist, und wobei H eine Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger (116) zu einem Ende der ersten Schweißspitze (112) ist und I eine Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger (118) zu einem Ende der zweiten Schweißspitze ist (114).
8. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils gemäß Anspruch 7, wobei alle der reflektierten Wellen (122, 126, 128) als Transversalwellen gemessen werden und die durchgehenden Wellen (124) als Longitudinalwellen gemessen werden.
9. Schweißvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7 oder 8 eingerichtet ist, aufweisend eine erste Schweißspitze (112) mit einem ersten Sender-Empfänger (116) und eine zweite Schweißspitze (114) mit einem zweiten Sender-Empfänger (118).
10. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen darauf ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Senden von Ultraschallwellen von einem Sender-Empfänger einer ersten Schweißspitze (112), die an einer Oberfläche eines der Werkstücke (W11, W12) anliegt, in Richtung eines Empfängers einer zweiten Schweißspitze (114), die an einer Oberfläche eines anderen der Werkstücke (W11, W12) anliegt; und Bestimmen einer Entfernung F zwischen einem Ende der ersten Schweißspitze (112) und der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) aus der folgenden Gleichung (2-3) $$\text{F}=\left\{\text{E/}\left[\text{B}\mathrm{-}\text{A}\right]\right\}\times \left(\text{C}-\text{A}\right)\text{/}2$$

    

    (2-3) wobei unter den ersten Ultraschallwellen A eine Zeit ist, die von ersten reflektierten Wellen (122), die von einem Ende der ersten Schweißspitze reflektiert werden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem Sender-Empfänger zurückzukehren, B eine Zeit ist, die von durchgehenden Wellen (124), die durch den geschmolzenen Teil (120) hindurch gelassen wurden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und den Empfänger zu erreichen, C eine Zeit ist, die von zweiten reflektierten Wellen (126), die von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) reflektiert werden, benötigt wird, um von dem Sender-Empfänger emittiert zu werden und zu dem Sender-Empfänger zurückzukehren, und E ein Spitzenzwischenraumabstand zwischen der ersten Schweißspitze (112) und der zweiten Schweißspitze (114) ist.
11. Verfahren zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils gemäß Anspruch 10, wobei alle der reflektierten Wellen (122, 126, 128) als Transversalwellen gemessen werden und die durchgehenden Wellen (124) als Longitudinalwellen gemessen werden.
12. Schweißvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 10 oder 11 eingerichtet ist, aufweisend eine erste Schweißspitze (112) mit einem Sender-Empfänger und eine zweite Schweißspitze (114) mit einem Empfänger.
13. Vorrichtung (110) zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen darauf ausgeführt wird, wobei die Vorrichtung aufweist: einen ersten Sender-Empfänger (116), der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine erste Schweißspitze (112) eingebaut ist, die eine Punktschweißvorrichtung bildet; einen zweiten Sender-Empfänger (118), der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine zweite Schweißspitze (114) eingebaut ist, um zusammen mit der ersten Schweißspitze (112) Punktschweißen durchzuführen; und eine Zwischenraumabstandsmesseinrichtung zum Messen eines Spitzenzwischenraumabstands zwischen der ersten Schweißspitze (112) und der zweiten Schweißspitze (114), wobei der erste Sender-Empfänger (116) erste reflektierte Wellen, die von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert und von einem Ende der ersten Schweißspitze (112) reflektiert werden, und zweite reflektierte Wellen (126), die von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert und von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) reflektiert werden, empfängt, und wobei der zweite Sender-Empfänger (118) durchgehende Wellen (124), die von dem ersten Sender-Empfänger (116) emittiert werden und durch den geschmolzenen Teil (120) durchgelassen werden, und dritte reflektierte Wellen (128), die von dem zweiten Sender-Empfänger (118) emittiert und von einem Ende der zweiten Schweißspitze (114) reflektiert werden, empfängt.
14. Vorrichtung (110) zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils gemäß Anspruch 13, wobei eine Beziehung H = gI zwischen Werten H und I festgelegt wird, in der g ein Proportionalitätsfaktor ist, H eine Entfernung von dem ersten Sender-Empfänger (116) zu einem Ende der ersten Schweißspitze (112) ist und I eine Entfernung von dem zweiten Sender-Empfänger (118) zu einem Ende der zweiten Schweißspitze ist (114).
15. Schweißvorrichtung, die die Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14 aufweist.
16. Vorrichtung (110) zum Erfassen der Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils, um die Position einer Grenzfläche eines geschmolzenen Teils (120) zu erfassen, die erzeugt wird, wenn Werkstücke (W11, W12) wechselseitig anliegend angeordnet werden und Punktschweißen ausgeführt wird, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Sender-Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, der in eine erste Schweißspitze (112) eingebaut ist, die eine Punktschweißvorrichtung bildet; einen Empfänger, der fähig ist, Ultraschallwellen zu empfangen, der in eine zweite Schweißspitze (114) eingebaut ist, um zusammen mit der ersten Schweißspitze (112) Punktschweißen durchzuführen; und eine Zwischenraumabstandsmesseinrichtung zum Messen eines Spitzenzwischenraumabstands zwischen der ersten Schweißspitze (112) und der zweiten Schweißspitze (114), wobei der Sender-Empfänger erste reflektierte Wellen (122), die von dem Sender-Empfänger emittiert und von einem Ende der ersten Schweißspitze (112) reflektiert werden, und zweite reflektierte Wellen (126), die von dem Sender-Empfänger emittiert und von der Grenzfläche des geschmolzenen Teils (120) reflektiert werden, empfängt, und wobei der Empfänger durchgehende Wellen (124), die von dem Sender-Empfänger emittiert und durch den geschmolzenen Teil (120) durchgelassen werden, empfängt.
17. Schweißvorrichtung, die die Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 16 aufweist.

Images