JP2023180214A - 抵抗溶接装置の溶接プロセス中の溶接力の測定および溶接電圧の検出を行う装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人間の操作者の存在なしに自律的に動作することができ、溶接プロセス中の溶接力と溶接電圧の検出を高精度に、簡単に、迅速に、コスト効率の高い方法で実行する装置の提供。【解決手段】抵抗溶接装置の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置であって、抵抗溶接装置は、２つの電極アームを備えた溶接銃を備える。装置は、装置を電極アームに配置するための２つのコンタクトソケットと、溶接プロセス中に電極アームによって及ぼされる溶接力を測定するための少なくとも１つのセンサ素子と、溶接プロセス中に溶接電圧を検出するための少なくとも１つのコンポーネントとを備え、装置は、結合手段を備え、装置が電極アームに配置されると、結合手段により、装置が抵抗溶接装置に機械的に結合されるようになっている。【選択図】図４

Description

本発明は、独立請求項の特徴部分に係る、抵抗溶接装置の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置に関するものである。

抵抗溶接装置は、例えば板金などの金属ワークピースの溶接に使用できる。このような抵抗溶接装置は、溶接ロボットに応用され、金属加工業界で広く使用されている。一般的に、抵抗溶接装置は、２つの電極アームを有する溶接銃を備える。電極アームのうちの少なくとも一方は、可動となるように設計され、電極アームのうちの他方は、固定されていてもよい。可動電極アームを動かすことで、溶接銃を開閉できる。ワークピースは、開いた溶接銃の電極アームの間に配置され、溶接銃を閉じたとき、ワークピースには数ｋＮの溶接力がかかる。溶接プロセス中の溶接力の大きさ、溶接電流の大きさ、および溶接電圧の大きさは、事前に定義されている。一般的に、溶接プロセスは、ワークピースに溶接力の９０％の最小溶接力がかかるまで開始されない。その後、溶接プロセスで数Ｖの溶接電圧で数１０ｋＡの溶接電流によって、ワークピースが溶接される。

一貫して高品質の溶接プロセスを実現するために、装置は溶接プロセス中に作用する溶接力を測定し、溶接プロセス中に印加される溶接電圧を検出する。この測定と検出は、定期的に記録される。さらに、この測定と検出は、溶接銃のメンテナンスが必要かどうかを判断するために使用できる。

溶接力較正送信機タイプ９８３１Ｃと名付けられた、抵抗溶接装置の溶接プロセス中に溶接力を測定し溶接電圧を検出するための前述のタイプの装置は、出願人から市販されており、取扱説明書番号９８３１Ｃ＿００２．５６７ｄ－０４．１１に記載されている。この装置は、２つのコンタクトソケットを備えたハンドルを備えている。この装置は、人間の操作者によってハンドルに保持され、コンタクトソケットによって装置は、ワークピースの代わりに電極アームの間に導入される。

この装置は、溶接力の作用下で分極電荷を生成する圧電センサ素子を備えている。分極電荷の数は、溶接力の大きさに比例する。分極電荷は、溶接力の測定に使用される。この装置は、分極電荷を増幅してＤＣ電圧を与える電荷増幅ユニットを備えている。

この装置は、電極アーム間に印加される溶接電圧を検出するコンポーネントを備えている。

しかしながら、金属加工業界では、操作者が物理的に存在する必要なしに、そのような装置を操作したいという要望がある。特に、安全上の理由から、人間の操作者と共に動作する溶接ロボットは、安全装置によって物理的に分離される必要がある。

さらに、溶接プロセス中に溶接力の測定および溶接電圧の検出を目的として装置を保持する人間の操作者は、ハンドルを介して装置に振動および曲げモーメントを導入することになり、その振動および曲げモーメントによって溶接プロセス中の溶接力の測定と溶接電圧の検出が歪められる可能性がある。この問題を解決するために、測定および検出を複数回繰り返して測定値の統計的平均を取得し、こうして振動および曲げモーメントによる歪みが測定および検出の精度に与える影響を低減する。しかしながら、溶接プロセス中に溶接力の測定および溶接電圧の検出を複数回繰り返すことは、時間がかかり、コストがかかる。

したがって、本発明の目的は、人間の操作者の存在なしに自律的に動作することができ、溶接プロセス中の溶接力と溶接電圧の検出を高精度で行うことができ、溶接プロセス中の溶接力の測定と溶接電圧の検出を簡単に、迅速に、コスト効率の高い方法で実行する、抵抗溶接装置の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置を開示することである。

この目的は、独立請求項の構成によって達成される。

本発明は、抵抗溶接装置の溶接プロセス中に溶接力を測定し、電気溶接電圧を検出するための装置であって、この抵抗溶接装置は、２つの電極アームを備えた溶接銃を備える。装置は、装置を電極アームに配置するための２つのコンタクトソケットと、溶接プロセス中に電極アームによって及ぼされる溶接力を測定するための少なくとも１つのセンサ素子と、溶接プロセス中に電気溶接電圧を検出するための少なくとも１つのコンポーネントとを備え、装置は、結合手段を備え、装置が電極アームに配置されると、前記結合手段は、装置を抵抗溶接装置に機械的に結合するようになっている、装置に関するものである。

本発明の結合手段による装置の抵抗溶接装置へのこの機械的結合により、溶接プロセス中に溶接力を測定し溶接電圧を検出するために人間の操作者が装置を保持する必要がなくなる。この機械的結合は、簡単かつ迅速に実現でき、装置の自律動作を可能にする。さらに、人間の操作者が保持する必要がなくなるため、装置に振動および曲げモーメントが導入されることがなくなり、したがって溶接プロセス中の溶接力の測定および溶接電圧の検出の精度が向上する。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

有利な一実施形態では、２つの電極アームは、下部電極アームと上部電極アームとを備え、２つのコンタクトソケットは、下部コンタクトソケットと上部コンタクトソケットとを備え、下部コンタクトソケットは、下部円錐形凹部を備え、装置が電極アームに配置されると、前記下部円錐形凹部は、下部電極アームの最前端を収容し、それを鉛直方向軸線に関して中央配置し、装置を抵抗溶接装置に機械的に結合するために、結合手段は、抵抗溶接装置に結合力を及ぼす。

したがって、結合手段は、装置を抵抗溶接装置に機械的に結合するために、抵抗溶接装置に結合力を及ぼす。この結合力の発揮は、簡単かつ迅速に達成でき、装置の自律動作を可能にする。

有利な一実施形態では、結合手段は、結合器本体を備え、この結合器本体は、下部コンタクトソケットの外側に取り付けられ、結合器本体は、結合器開口部を備え、この結合器開口部は、鉛直方向軸線に沿って結合器本体を貫通して延在し、下部円錐形凹部と連通し、装置が電極アームに配置されると、下部電極アームは、結合器開口部を通って突出し、装置を抵抗溶接装置に機械的に結合するために、結合手段は、結合器開口部内で下部電極アームに結合力を加える。

したがって、装置は、装置が電極アームに配置された後、結合手段の結合器開口部を通ってすでに突き出ている下部電極アームへの機械的結合を容易に達成する。また、機械的結合の達成は、簡単かつ迅速であり、装置の自律動作を可能にする。

有利な一実施形態では、結合手段は、クランプ部材を備え、このクランプ部材は、結合器開口部を半径方向に取り囲み、前記クランプ部材は、第１のクランプ部材端部と第２のクランプ部材端部とを備え、前記第１のクランプ部材端部と第２のクランプ部材端部は、ギャップによって互いに離間しており、前記ギャップの幅を減少させることによって、結合力が下部電極アームに及ぼされる。

したがって、それは、容易かつ迅速な方法で達成することができ、装置の自律動作を可能にする、ギャップの幅を減少させることによって結合力を及ぼす、ギャップによって互いに離間された２つのクランプ部材端部を備えるクランプ部材である。

有利な一実施形態では、結合手段は、クランプ手段を備え、このクランプ手段は、クランプ部材に配置され、クランプ手段は、ブッシング部材およびねじ部材を備え、ブッシング部材は、第１のクランプ部材端部に取り付けられ、ねじ部材を保持し、ねじ部材は、第２のクランプ部材端部にねじ込まれ、それによってギャップの幅を減少させることができる。

ギャップの幅を減少させるためのねじ込み手段の第２のクランプ部材端部へのそのようなねじ込みは、簡単かつ迅速な方法で達成することができ、装置の自律動作を可能にする。

別の有利な一実施形態では、保持部材が、結合器開口部内に配置され、装置が電極アームに配置されると、下部電極アームは、結合器開口部を通って突出し、保持部材を圧縮し、圧縮された保持部材は、下部電極アームに結合力を及ぼす。

結合器開口部内に圧縮性保持部材を配置し、圧縮状態の前記保持部材が下部電極アームに結合力を及ぼすことは、簡単かつ迅速に行うことができ、装置の自律動作を可能にする。

別の有利な一実施形態では、抵抗溶接装置は、支持体を備え、装置は、電極アームに配置された後、支持体に機械的に結合することができ、結合手段は、別の締結手段からなり、別の締結手段は、抵抗溶接装置への装置の機械的結合を達成するために支持体に結合力を及ぼす。

単に抵抗溶接装置の支持体への別の締結手段からなる結合手段のこのような機械的結合も、容易かつ迅速に達成することができ、装置の自律動作を可能にする。

別の有利な一実施形態では、装置は、下部ハウジング部品、上部ハウジング部品、および絶縁体を備え、２つのコンタクトソケットは、下部コンタクトソケットおよび上部コンタクトソケットからなり、下部コンタクトソケットは、下部ハウジング部品の外側に取り付けられ、上部コンタクトソケットは、上部ハウジング部品の外側に取り付けられ、絶縁体は、下部ハウジング部品を上部ハウジング部品から電気的に絶縁し、下部ハウジング部品と上部ハウジング部品は、絶縁体によって互いに機械的に接続されており、互いに接続されると、下部ハウジング部品、上部ハウジング部品、および絶縁体は、少なくとも１つの内部空間を囲み、センサ素子およびコンポーネントは、内部空間内に配置される。

この装置は、下部ハウジング部品、上部ハウジング部品、および絶縁体によって形成される３部品ハウジングを備え、内部空間内にセンサ素子および２つの電極を収容する。２つのコンタクトソケットは、下部ハウジング部品および上部ハウジング部品の外側に取り付けられ、測定される溶接力を内部空間内に配置されたセンサ素子に伝達する。このような３部品ハウジングを電極アームに配置することは、簡単かつ迅速に達成され、装置の自律動作を可能にする。これにより、絶縁体が下部ハウジング部品と上部ハウジング部品を電気的に絶縁するため、数１０ｋＡの溶接電流が３部品ハウジングを通って流れることはできず、まず溶接力を正確に測定可能にするものであるセンサ素子によって溶接力の測定を歪める可能性がなくなる。

別の有利な一実施形態では、センサ素子は、溶接力の主要力経路内に位置するように内部空間内に配置される。

センサ素子は、主要力経路に配置されているため、実質的に溶接力全体が、センサ素子に作用し、その結果、センサ素子の感度が高くなる。本発明の目的上、「感度」という用語は、溶接力の作用下でセンサ素子が生成する力の値と実際の溶接力の大きさとの比を示す。この感度量を有するセンサ素子は、測定される溶接力に対して０．０２Ｎ以下の低い応答閾値を示すので、小さな溶接力でも高精度に測定することができる。

別の有利な一実施形態では、装置は、第１のセンサ素子、第２のセンサ素子、および第３のセンサ素子を備え、３つのセンサ素子は、長手方向軸線に沿って作用する同じ溶接力を測定する同一の単一成分の力変換器であり、３つのセンサ素子は、測定された溶接力に対する力の値を生成する。

単一成分の力変換器は、複数成分の力変換器と比較して安価である。装置内で３つの同一の単一成分力変換器を使用すると、１つの単一成分力変換器のみを備えた装置と比較して、測定対象の溶接力を測定するための測定範囲が３倍増加し、溶接力測定の精度がさらに向上する。

別の有利な一実施形態では、第１のセンサ素子は、第１の内部空間内に配置され、第２のセンサ素子は、第２の内部空間内に配置され、第３のセンサ素子は、第３の内部空間内に配置され、３つのセンサ素子は、鉛直方向軸線に対して垂直な水平面内に配置され、３つのセンサ素子は、鉛直方向軸線から半径方向に等距離に配置され、３つのセンサ素子は、１２０°の角度で互いに等間隔に配置される。

３つの内部空間内の３つのセンサ素子の長手方向軸線に関するこの対称的な配置により、水平面内で装置に一方的に作用し、鉛直方向軸線に沿って作用する溶接力を偽る曲げモーメントの発生が実質的に回避され、したがって溶接力測定の精度が向上する。

別の有利な一実施形態では、コンポーネントは、第４の内部空間内に配置され、コンポーネントは、下部電極、上部電極、およびフォトカプラを備え、下部電極は、下部ハウジング部品の内側に取り付けられ、上部電極は、上部ハウジング部品の内側に取り付けられ、フォトカプラは、下部電極と上部電極との間に加えられる溶接電圧を検出し、それを測定値に変換する。

このコンポーネントは、溶接プロセス中に下部ハウジング部品と上部ハウジング部品の間に印加される溶接電圧を検出し、それを測定値に変換するための２つの電極とフォトカプラを備える。このようなフォトカプラは安価であり、ガルバニック絶縁された入力と出力を有する。このようにして、数Ｖの大きさを有する溶接電圧が、３部品ハウジング内に侵入して、センサ素子による溶接力の測定を歪める可能性がなくなり、したがって正確な溶接力の測定が可能となる。

さらに有利な一実施形態では、装置は、力の値を評価するための評価ユニットを備え、評価ユニットは、第５の内部空間内に配置され、３つのセンサ素子の３つの内部空間およびコンポーネントの内部空間は、下部ハウジング部品内の通路によって評価ユニットの第５の内部空間と連通しており、３つのセンサ素子は、電線を備え、電線を介して力の値を評価ユニットに送り、フォトカプラは、少なくとも１本の電線を備え、電線を介して測定値を評価ユニットに送り、３つのセンサ素子の電線とフォトカプラの電線は、通路内を案内される。

したがって、センサ素子とコンポーネントだけでなく、評価ユニットもまた３部品ハウジング内に配置される。この空間的にコンパクトな配置により、装置の重量と設置サイズが大幅に削減される。その結果、比較的低い結合力で機械的に安定した方法で装置を溶接銃に結合することが可能であり、これは容易かつ迅速に達成することができ、装置の自律動作を可能にする。また、測定された溶接力は、装置内ですでに評価されているため、装置の外部環境を通じて測定された溶接力に対するセンサ素子によって生成された力の値を、空間的に離れた評価ユニットに伝達する必要がなくなり、空間的に離れた評価ユニットへの伝達中に、力の値が環境の有害な影響によって歪められる可能性があるため、溶接力の測定精度が向上する。

さらに有利な一実施形態では、装置は、測定された溶接力を評価するための評価ユニットを備え、センサ素子は、溶接力の作用下で分極電荷を生成する圧電材料を含み、センサ素子は、分極電荷を評価ユニットに伝達し、評価ユニットは、分極電荷を増幅して直流電圧を得る電荷増幅器を備え、評価ユニットは、センサ素子の較正データを有し、評価ユニットは、直流電圧を線形化するためにこれらの較正データを使用する。

圧電材料は、分極電荷の形で測定される溶接力のための力の値を生成する。分極電荷の数は作用する溶接力の大きさに比例する。しかしながら、周囲温度の変動および変化などの外部の影響により、力の値に測定誤差が生じる場合がある。したがって、評価ユニットは、分極電荷を増幅してＤＣ電圧を取得し、センサ素子の較正データを使用してＤＣ電圧を線形化する。線形化により、力の値の測定誤差が減少する。一般的に、本発明の目的において、「直線性」という用語は、溶接力の作用下でセンサ素子によって生成される力信号の、実際に広がる溶接力の大きさからの偏差を指す。直線性は、全範囲信号のパーセンテージ（％ＦＳ）として表される。装置の線形化された力信号は、１％ＦＳ以下の高い直線性を示し、したがって高精度に測定される溶接力を表す。さらに、圧電材料で作られたセンサ素子の測定の不確かさは、ひずみゲージと比較して小さい。本発明の目的上、「測定の不確かさ」という用語は、経時的に得られた溶接力の連続測定の一致の精度を指す。圧電材料で作られたセンサ素子の測定の不確かさは、０．０１％以下であり、すなわち、ひずみゲージの測定の不確かさよりも約２桁小さい。

さらに有利な一実施形態では、評価ユニットは、線形化された直流電圧をアナログ力信号およびデジタル力信号の形式で提供し、評価ユニットは、測定値をアナログ測定信号またはデジタル測定信号として提供し、装置は、電気フィードスルーを備え、評価ユニットは、アナログ力信号およびデジタル力信号を電気フィードスルーに伝達し、評価ユニットは、アナログ測定信号およびデジタル測定信号を電気フィードスルーに伝達し、任意選択で、アナログ力信号およびデジタル力信号、ならびにアナログ測定信号およびデジタル測定信号は、装置の外部の環境から電気フィードスルーで取り出することができる。

したがって、アナログ力信号およびデジタル力信号、ならびにアナログ測定信号およびデジタル測定信号は、任意選択で、装置の電気フィードスルーで取り出してもよい。これにより、装置の外部環境にすでに存在するアナログとデジタルの両方の測定チェーンに装置を接続できるため、溶接プロセス中の装置による溶接力の測定と溶接電圧の検出が簡素化される。力信号と測定信号は、例えば溶接プロセスの品質を監視するために、測定チェーンでさらに評価される。

以下、図を参照しながら、本発明の例示的な実施形態によって本発明をより詳細に説明する。

抵抗溶接装置２の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置１の第１の実施形態の一部の横断面ＹＺに沿った部分断面図を示す。 抵抗溶接装置２の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置１の第２の実施形態の一部の長手方向平面ＸＺに沿った部分断面図を示す。 抵抗溶接装置２の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置１の第３の実施形態の一部の横断面ＹＺに沿った部分断面図を示す。 図１に係る装置１の第１の実施形態の一部の分解図を示す。 図１～図３のいずれかに係る装置１の実施形態の一部の斜視図を示す。 図１に係る装置１の第１の実施形態の斜視図を示す。 図１または図２のいずれかに係る装置１の実施形態の斜視図を示す。

図の全体を通じて、同じ符号は、同じ対象物を示す。

図１～図７は、抵抗溶接装置２の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置１を示す。装置１および抵抗溶接装置２は、長手方向軸線Ｘ、横方向軸線Ｙおよび鉛直方向軸線Ｚを有する直交座標系に配置されている。長手方向軸線Ｘおよび横方向軸線Ｙは、水平面ＸＹを画定する。長手方向軸線Ｘおよび鉛直方向軸線Ｚは、長手方向平面ＸＺを画定する。横方向軸線Ｙおよび長手方向軸線Ｚは、横断面ＹＺを画定する。以下では、図１～図３に示されるような表現において水平面ＸＹよりも下方に配置される装置１または抵抗溶接装置２の対象物に対して「下部」という形容詞を使用し、図１～図３に示されるような表現において水平面ＸＹよりも上方に配置される装置１または抵抗溶接装置２の対象物に対して「上部」という形容詞を使用する。

抵抗溶接装置２は、下部電極アーム２０．１および上部電極アーム２０．２を有する溶接銃２０を備える。下部電極アーム２０．１は、固定的に配置されることができ、一方、上部電極アーム２０．２は、可動的に配置される。両方の電極アーム２０．１、２０．２は、例えば、銅、銅合金などの導電性材料で作られている。溶接銃２０は、上部電極アーム２０．２を鉛直方向軸線Ｚに沿って移動させることによって開閉することができる。鉛直方向軸線Ｚに沿った上部電極アーム２０．２の移動は、図１および図２に示される表現では二重矢印によって示される。溶接プロセス中、電極アーム２０．１、２０．２は、鉛直方向軸線Ｚに沿って溶接力を及ぼし、電極アーム２０．１、２０．２の間に溶接電圧が印加される。

溶接銃２０が開かれると、装置１を電極アーム２０．１、２０．２に配置することができる。この目的のために、装置１は、下部コンタクトソケット１２と上部コンタクトソケット１３を備える。２つのコンタクトソケット１２、１３は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性のある材料で作られている。下部コンタクトソケット１２は、円筒形であり、下部円錐形凹部１２．１を有する。上部コンタクトソケット１３も、円筒形であり、上部円錐形凹部１３．１を有する。好ましくは、２つの円錐形凹部１２．１、１３．１は、鉛直方向軸線Ｚに対して４５°の開口角度を有する。２つの円錐形凹部１２．１、１３．１の各々は、電極アーム２０．１、２０．２の最前端を受け入れて、それを鉛直方向軸線Ｚに関して中心配置できる。好ましくは、装置１は、下部電極アーム２０．１上に下部コンタクトソケット１２を配置することによって、電極アーム２０．１、２０．２に配置される。このようにして、下部電極アーム２０．１の最前端は、下部円錐形凹部１２．１の中心に位置するようになる。溶接銃２０を閉じると、上部電極アーム２０．２が上部円錐形凹部１３．１内に移動し、それによって中心配置される。

装置１は、下部ハウジング部品１０と上部ハウジング部品１１とを備える。下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性のある材料で作られている。下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１は、局所的に円筒形の形状である。

装置１は、下部締結手段１２．１および上部締結手段１３．１を備える。下部締結手段１２．１および上部締結手段１３．１は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性材料で作られる。好ましくは、下部締結手段１２．２および上部締結手段１３．２は、ねじである。下部コンタクトソケット１２は、下部締結手段１２．２によって下部ハウジング部品１０の外側に締結される。「外側」という用語は、下部ハウジング部品１０の上部ハウジング部品１１とは反対側を指す。ねじの形態の下部締結手段１２．２は、下部コンタクトソケット１２の開口部を通って突出し、ねじ頭が下部コンタクトソケット１２の外側に位置しており、下部ハウジング部品１０のねじ山にねじ込むことができ、ねじ接続を形成する。ねじ接続により、下部コンタクトソケット１２は、下部ハウジング部品１０に押し付けられる。上部コンタクトソケット１３は、上部締結手段１３．２によって上部ハウジング部品１１の外側に締結される。また、ここで、「外側」という用語は、上部ハウジング部品１０の下部ハウジング部品１０とは反対側を指す。ねじの形態の上部締結手段１３．２は、上部コンタクトソケット１３の開口部を通って突出し、ねじ頭が上部コンタクトソケット１３の外側に位置しており、上部ハウジング部品１１のねじ山にねじ込むことができ、ねじ接続を形成する。ねじ接続により、上部コンタクトソケット１３は、上部ハウジング部品１１に押し付けられる。

装置１は、絶縁体１６を備える。絶縁体１６は、例えば、セラミックス、ポリイミドなどの電気絶縁性および機械的剛性の高い材料から作られる。絶縁体１６は、鉛直方向軸線Ｚに関して下部ハウジング部品１０と上部ハウジング部品１１との間に配置される。絶縁体１６は、下部ハウジング部品１０を上部ハウジング部品１１から電気的に絶縁しており、下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１は、絶縁体１６によって機械的に接続されている。

互いに接続されると、下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１は、少なくとも１つの内部空間１０．１～１０．５を取り囲む。下部ハウジング部品１０の上部ハウジング部品１１への機械的接続は、密閉されている。本発明の目的上、「密閉」という語句は、環境からの空気の湿気、液体、および気体が内部空間１０．１～１０．５に侵入できないことを意味する。環境は、装置１の外部の三次元空間である。

装置１は、内部空間１０．１～１０．５内に配置された少なくとも１つのセンサ素子１５．１～１５．３および評価ユニット１８を備える。このようにして、下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１は、センサ素子１５．１～１５．３および評価ユニット１８を、例えば汚染物質（塵、湿気など）の有害な環境影響、および電磁放射の形態の電気的および電磁的干渉効果から保護する。

センサ素子１５．１～１５．３は、溶接プロセス中に電極アーム２０．１、２０．２によって及ぼされる溶接力を測定する。センサ素子１５．１～１５．３は、測定された溶接力に対する力の値を生成する。センサ素子１５．１～１５．３は、鉛直方向軸線Ｚに関して下部ハウジング部品１０と上部ハウジング部品１１との間に配置され、水平面ＸＹ内に位置する。センサ素子１５．１～１５．３は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性のある材料で作られたセンサハウジングを備える。好ましくは、センサ素子１５．１～１５．３は、２つのセンサ端面、２つのセンサ側面、および中央のセンサ穴を有する中空円筒形である。センサ端面は、水平面ＸＹと平行である。中央センサ穴の穴軸線は、鉛直方向軸線Ｚに平行である。

好ましくは、センサ素子１５．１～１５．３は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、ガロゲルマニウム酸カルシウム（Ｃａ_３Ｇａ_２Ｇｅ_４Ｏ_１４またはＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４またはＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの単結晶の、および例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［Ｚｒ_ｘＴｉ_１－ｘ］Ｏ_３、０≦ｘ≦１）などの圧電セラミックスの圧電材料を含む。圧電材料は、測定対象の溶接力の作用下で圧電電荷の形態で力の値を生成する。圧電材料は、鉛直方向軸線Ｚに沿って作用する溶接力に対して最も高い感度をもつように配向されている。本発明の目的上、感度は、溶接力の作用下で生成される分極電荷の数と、圧電材料に作用する溶接力の大きさとの比である。最高の感度では、圧電材料は、最大数の分極電荷を生成する。

図５および図６に係る斜視図に示されるように、センサ素子１５．１～１５．３は、第１のセンサ素子１５．１、第２のセンサ素子１５．２、および第３のセンサ素子１５．３からなることが好ましい。第１のセンサ素子１５．１は、第１の内部空間１０．１内に配置される。第２のセンサ素子１５．２は、第２の内部空間１０．２内に配置される。第３のセンサ素子１５．３は、第３の内部空間１０．３内に配置される。好ましくは、３つのセンサ素子１５．１～１５．３はすべて、水平面ＸＹ内に配置される。好ましくは、３つのセンサ素子１５．１～１５．３は、鉛直方向軸線Ｚから同じ半径方向距離Ｒに配置される。好ましくは、３つのセンサ素子１５．１～１５．３は、１２０°の角度で互いに等間隔に配置される。好ましくは、装置１の質量中心Ｍは、半径方向距離Ｒ内に位置する。好ましくは、図１～図３、図５、および図６に示されるような装置１の質量中心Ｍは、実質的に長手方向軸線Ｘ上に位置する。

好ましくは、３つのセンサ素子１５．１～１５．３は同一であり、長手方向軸線Ｘに沿って作用する同じ溶接力を測定する。好ましくは、センサ素子１５．１～１５．３は、鉛直方向軸線Ｚに沿って作用する溶接力を唯一の力成分として測定する単一成分の力変換器である。このような単一成分の力変換器の１つは、出願人から市販されており、データシート番号９１３０Ｃ＿００３－４１８ｄ－０４．２１に記載されている、タイプ９１３３Ｃである。単一成分の力変換器は、センサの外側側面によって境界が定められた１６．０ｍｍの外径、内径６．１ｍｍの中央センサ穴、およびセンサ端面間の高さ３．５ｍｍを有する。単一成分の力変換器タイプ９１３３Ｃの感度は、４ｐＣ／Ｎである。

装置１は、下部絶縁要素１５．４および上部絶縁要素１５．５を備える。下部絶縁要素１５．４および上部絶縁要素１５．５は、中央貫通開口部を有するディスク形状である。下部絶縁要素１５．４および上部絶縁要素１５．５は、例えば、セラミックス、ポリイミドなどの電気絶縁性および機械的剛性の高い材料で作られる。下部絶縁要素１５．４は、鉛直方向軸線Ｚに関して下部ハウジング部品１０とセンサ素子１５．１～１５．３との間に配置される。上部絶縁要素１５．５は、鉛直方向軸線Ｚに関してセンサ素子１５．１～１５．３と上部ハウジング部品１１との間に配置される。好ましくは、装置１は、各々のセンサ素子１５．１～１５．３に対して正確に１つの下部絶縁要素１５．４と正確に１つの上部絶縁要素１５．５を備える。下部絶縁要素１５．４および上部絶縁要素１５．５は、センサ素子１５．１～１５．３を下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１から電気的に絶縁する。したがって、センサ素子１５．１～１５．３は、溶接力測定を歪める可能性がある数Ｖの溶接電圧と同じ電位にはない。

好ましくは、センサ素子１５．１～１５．３は、ピックオフ電極を備える。ピックオフ電極は、圧電材料から分極電荷を除去する。ピックオフ電極は、図には示されていない。

好ましくは、装置１は、少なくとも１つの予圧要素１５．６を備える。ピックオフ電極が圧電材料から生成されたすべての分極電荷を確実に除去し、溶接力の測定を偽る可能性のある分極電荷が圧電材料上に残らないことを保証するために、ピックオフ電極は、予圧要素１５．６によって圧電材料に対して機械的に予圧される。機械的な予圧により、ピックオフ電極と圧電材料の間の微細孔が閉じられる。好ましくは、装置１は、各々のセンサ素子１５．１～１５．３に対して正確に１つの予圧要素１５．６を備える。予圧要素１５．６は、下部絶縁要素１５．４の中央貫通開口部、センサ素子１５．１～１５．３の中央センサ穴、上部絶縁要素１５．５の中央貫通開口部、および上部ハウジング部品１１の開口部を通って突出する。好ましくは、予圧要素１５．６はねじであり、このねじは、ねじ頭が上部ハウジング部品１１の外側に位置しており、下部ハウジング部品１０のねじ山にねじ込み、ねじ接続を形成することができる。ねじ接続により、センサ素子１５．１～１５．３は、下部ハウジング部品１０に押し付けられる。ここでも、「外側」という用語は、上部ハウジング部品１１の、下部ハウジング部品１０とは反対側を指す。

好ましくは、センサ素子１５．１～１５．３は、溶接力の主要力経路内の内部空間１０．１～１０．５内に配置される。この目的のために、実質的に溶接力の大部分は、鉛直方向軸線Ｚに沿ってセンサ素子１５．１～１５．３に作用し、溶接力のわずかな部分だけが、絶縁体１６および予圧要素１５．６を介して作用する。本発明の目的上、「実質的に」という用語は、「９０％以上」という意味を有する。

センサ素子１５．１～１５．３は、少なくとも１本の電線を含む。電線は、評価ユニット１８に電気的に接続される。センサ素子１５．１～１５．３は、電線によって力の値の形態で測定された溶接力を評価ユニット１８に伝達する。好ましくは、３つのセンサユニット１５．１～１５．３の各々は、１本の電線を備える。

装置１は、少なくとも１つのコンポーネント１７．１～１７．３を備える。好ましくは、コンポーネント１７．１～１７．３は、第４の内部空間１０．４内に配置される。好ましくは、コンポーネント１７．１～１７．３は、下部電極１７．１、上部電極１７．２、およびフォトカプラ１７．３を備える。下部電極１７．１は、下部ハウジング部品１０の内側に取り付けられる。この文脈において、「内側」という用語は、上部ハウジング部品１０の下部ハウジング部品１０に対向する側を指す。上部電極１７．２は、上部ハウジング部品１１の内側に取り付けられる。この文脈において、「内側」という用語は、下部ハウジング部品１０の上部ハウジング部品１１に対向する側を指す。下部電極１７．１および上部電極１７．２は、フォトカプラ１７．３に電気的に接続されている。フォトカプラ１７．３は、電気的に分離された入力と出力を有する。２つの電極１７．１、１７．２は、電極アーム２０．１、２０．２間に印加された溶接電圧を検出し、フォトカプラ１７．３は、検出された溶接電圧を測定値に変換する。フォトカプラの出力における測定値は、フォトカプラの入力における溶接電圧から電気的に絶縁されている。測定値は、溶接電圧の大きさに比例する振幅を有する電圧である。測定値は、デジタルの測定値であってもよいし、アナログの測定値であってもよい。フォトカプラ１７．３は、少なくとも１本の電線を備え、電線によって評価ユニット１８に接続され、測定値を評価ユニット１８に伝達する。

評価ユニット１８は、力の値および測定値を評価する。評価ユニット１８は、第５の内部空間１０．５内に配置される。好ましくは、３つのセンサ素子１５．１～１５．３の３つの内部空間１０．１～１０．３およびコンポーネント１７．１～１７．３の第４の内部空間１０．４は、下部ハウジング部品１０内の通路１０．６によって評価ユニット１８の第５の内部空間１０．５と連通する。３つのセンサ素子１５．１～１５．３の電線およびフォトカプラ１７．３の電線は、下部ハウジング部品１０の通路１０．６内に案内される。

３つのセンサ素子１５．１～１５．３、１つのコンポーネント１７．１～１７．３、および１つの評価ユニット１８のこの空間的にコンパクトな配置により、装置１の重量および設置サイズが大幅に削減される。装置１の重量は０．６４ｋｇであり、これは、溶接力較正送信機タイプ９８３１Ｃの重量１．４０ｋｇに比べて半分未満である。

評価ユニット１８は、少なくとも１つのプリント回路基板上に実装された電気および電子部品を備えた電気回路である。下部ハウジング部品１０は、評価ユニット１８を第５の内部空間１０．５に導入するためのカバープレート１０．７を備える。カバープレート１０．７は、例えば、鋼、工具鋼などの機械的耐性のある材料で作られている。カバープレート１０．７は、下部ハウジング部品１０に固定されている。カバープレート１０．７を下部ハウジング部品１０に固定することにより、第５の内部空間１０．５が密閉される。カバープレート１０．７は、取り外し可能な方法で下部ハウジング部品１０に固定することができる。カバープレート１０．７の下部ハウジング部品１０への固定が解除されると、評価ユニット１８を挿入するために装置１の外側から第５の内部空間１０．５にアクセスできるようになる。

評価ユニット１８は、下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１から電気的に絶縁されている。したがって、評価ユニット１８は、測定された溶接力の評価および測定された溶接電圧の評価を偽る可能性がある数Ｖの溶接電圧と同電位ではない。

好ましくは、評価ユニット１８は、電線によって分極電荷の形態で伝達される力の値を増幅してＤＣ電圧を与える電荷増幅ユニットを備える。ＤＣ電圧は、評価ユニット１８のアナログ力信号ＡＫＳである。好ましくは、評価ユニット１８は、アナログ力信号ＡＫＳをデジタル化してデジタル力信号ＤＫＳを与える。好ましくは、評価ユニット１８は、センサ素子１５．１～１５．３の較正データを含み、評価ユニット１８は、力信号を線形化するためにこれらの較正データを使用する。評価ユニット１８は、アナログ力信号ＡＫＳまたはデジタル力信号ＤＫＳを線形化することができる。好ましくは、較正データは、多項式関数の係数を有する較正曲線である。

好ましくは、評価ユニット１８は、溶接プロセス中に検出された溶接電圧の測定値をアナログ測定信号ＡＭＳまたはデジタル測定信号ＤＭＳとして提供する。

図３～図７に係る実施形態では、に示すように、装置１は、電気フィードスルー１９を備える。電気フィードスルー１９は、下部ハウジング部品１０に固定されている。電気フィードスルー１９の下部ハウジング部品１０への固定は、密閉される。好ましくは、電気フィードスルー１９は、第５の内部空間１０．５内に局所的に配置される。電気フィードスルー１９は、評価ユニット１８に電気的に接続される。力信号および測定信号は、電気フィードスルー１９によって評価ユニット１８から第５の内部空間１０．５から装置１の外部に伝達され得る。

好ましくは、電気フィードスルー１９は、任意選択で、アナログ力信号ＡＫＳおよびデジタル力信号ＤＫＳを搬送する。好ましくは、電気フィードスルー１９によって搬送されるアナログ力信号ＡＫＳおよびデジタル力信号ＤＫＳは、線形化される。好ましくは、電気フィードスルー１９は、任意選択で、アナログ測定信号ＡＭＳおよびデジタル測定信号ＤＭＳを搬送する。好ましくは、電気フィードスルー１９は、４つの電気接点を有する。任意選択で、アナログ力信号ＡＫＳおよびアナログ測定信号ＡＭＳ、ならびにデジタル力信号ＤＫＺおよびデジタル測定信号ＤＭＳが、これらの４つの接点に印加される。また、例えば、装置１の型名、装置１のシリアル番号、装置１の製造業者のウェブサイト、センサ素子１５．１～１５．３の較正日、センサ素子１５．１～１５．３の測定範囲、センサ素子１５．１～１５．３の感度、装置１の動作状態などの技術情報信号ＴＩＳが、電気フィードスルー１９によって評価ユニット１８から読み出されてもよい。技術情報信号ＴＩＳが、環境内に配置された測定チェーンによって読み出すことができるため、技術情報信号ＴＩＳは、溶接力の測定を簡素化し、測定チェーンにおける力信号および測定信号のさらなる評価を簡素化する。電源電圧は、電気フィードスルー１９によって評価ユニット１８に供給することができる。

電気フィードスルー１９は、下部ハウジング部品１０および上部ハウジング部品１１から電気的に絶縁されている。したがって、電気フィードスルー１９は、力信号および測定信号の出力を偽る可能性がある数Ｖの溶接電圧と同じ電位ではない。

装置１は、溶接力および溶接電圧を自律的に測定することができるが、装置１の動作状態は、依然として監視する必要がある。この目的のために、装置１は、表示手段１０．８を備える。表示手段１０．８は、下部ハウジング部品１０に取り付けられる。表示手段１０．８は、密閉方式で下部ハウジング部品１０に取り付けられる。表示手段１０．８は、少なくとも１つのライトまたはスクリーンを備える。例えば、装置１の動作状態などの技術情報信号ＴＩＳは、装置１の外部にいる人間の操作者に対して表示手段１０．８上に視覚的に表示することができる。図５および図７によると、表示手段１０．８は、５つのライトを備える。技術情報信号ＴＩＳを視覚的に示すために、ライトは、異なる色で点灯したり、異なる時間長の間点滅したりするなどしてもよい。装置１の動作状態は、「準備完了」、「準備完了でない」などとすることができる。表示手段１０．８は、１ｍまたは２ｍの距離からでも人間の操作者にとって容易に視認でき、装置１の自律動作を可能にする。その結果、装置１の動作状態の中断は、容易かつ迅速に検出され、人間の操作者によって修正されることができ、これは次いで、溶接力および溶接電圧の測定に必要な時間を最小限に抑える。

装置１は、結合手段１４を備える。図１に係る第１の実施形態では、結合手段１４は、クランプ結合器である。図２に係る第２の実施形態では、結合手段１４は、フォームロック結合器である。図３に係る第３の実施形態では、結合手段１４は、フォースロック結合器である。結合手段１４は、例えば、鋼、工具鋼、アルミニウム、熱可塑性プラスチックなどの機械的耐性のある材料で作られている。

図１に係る第１の実施形態では、結合手段１４は、結合器本体１４．１と、少なくとも１つの別の締結手段１４．４とを備える。結合器本体１４．１は、別の結合手段１４．４によって下部コンタクトソケット１２の外側に取り付けられる。「外側」という用語は、下部コンタクトソケット１２の下部ハウジング部品１０とは反対側を指す。好ましくは、別の締結手段１４．４はねじであり、このねじは、結合器本体１４．１の開口部を通って突出し、ねじ頭が結合器本体１４．１の外側に位置しており、このねじは、下部コンタクトソケット１２のねじ山にねじ込むことができ、ねじ接続を形成する。ねじ接続により、結合器本体１４．１は、下部コンタクトソケット１２に押し付けられる。

図１に係る第１の実施形態では、結合手段１４は、クランプ部材１４．３を備える。クランプ部材１４．３は、結合器本体１４．１と一体的に形成される。好ましくは、クランプ部材１４．３は、結合器本体１４．１の外側に形成される。「外側」という用語は、結合器本体１４．１の下部コンタクトソケット１２とは反対側を指す。結合器本体１４．１およびクランプ部材１４．３は、中空円筒形の形状である。

図１に係る第１の実施形態では、結合手段１４は、結合器開口部１４．５を備える。結合器開口部１４．５は、鉛直方向軸線Ｚに沿って結合器本体１４．１およびクランプ部材１４．３を通って延在する。結合器開口部１４．５は、下部コンタクトソケット１２の円錐形凹部１２．１と連通する。したがって、装置１は、下部電極アーム２０．１が結合器開口部１４．５を通って突出し、下部電極アーム２０．１の最前端が、下部コンタクトソケット１２の下部円錐形凹部１２．１内に中央配置方式で位置するように、下部電極アーム２０．１上に結合手段１４を配置することによって、電極アーム２０．１、２０．２に配置することができる。結合器開口部１４．５は、下部電極アーム２０．１の外径に等しい直径を有する。結合器開口部１４．５の直径および下部電極アーム２０．１の外径は、好ましくは０．１ｍｍの小さな機械的遊びを有する。

図１に係る第１の実施形態では、クランプ部材１４．３は、結合器本体１４．１に配置された結合器開口部１４．５を半径方向に取り囲む。クランプ部材１４．３は、第１のクランプ部材端部１４．３１および第２のクランプ部材端部１４．３２を有する。２つのクランプ部材端部１４．３１、１４．３２は、ギャップ１４．３３によって互いに離間している。図６に係る斜視図では、ギャップ１４．３３は、長手方向軸線Ｘに沿って好ましくは１ｍｍの幅を有する。

図１に係る第１の実施形態では、結合手段１４は、クランプ手段１４．２を備える。クランプ手段１４．２は、クランプ部材１４．３に配置される。クランプ手段１４．２は、ブッシング部材１４．２１、ねじ部材１４．２２、およびハンドル部材１４．２３を備える。ブッシング部材１４．２１は、中空軸を有する中空円筒形状である。図６に係る斜視図では、ブッシング部材１４．２１は、長手方向軸線Ｘに沿って延在する。ブッシング部材１４．２１は、第１のクランプ部材端部１４．３１に取り付けられる。ねじ部材１４．２２は、中空軸内に局所的に配置され、フォームロックによってブッシング部材１４．２１内に保持される。ねじ部材１４．２２は、第１の端部と第２の端部を有する。ハンドル部材１４．２３は、ねじ部材１４．２２の第１の端部に取り付けられる。ねじ部材１４．２２は、ハンドル部材１４．２３によって長手方向軸線Ｘの周りを回転させることができる。図６に係る斜視図では、長手方向軸線Ｘの周りのねじ部材１４．２２の回転可能性が、湾曲した二重矢印によって示されている。ねじ部材１４．２２は、第２の端部に雄ねじを備える。ねじ部材１４．２２の第２の端部の雄ねじは、長手方向軸線Ｘを中心とする回転によって第２のクランプ部材端部１４．３２のねじ山にねじ込まれ、ねじ接続を形成することができる。ねじ部材１４．２２を長手方向軸線Ｘの周りの第１の方向に回転させることによって、ねじ部材は、第２のクランプ部材端部１４．３２にねじ込まれる。ねじ部材１４．２２は、ブッシング部材１４．２１内に保持され、したがってブッシング部材１４．２１が取り付けられる第１のクランプ部材端部１４．３１にも保持されるため、回転により長手方向軸線Ｘの方向におけるギャップ１４．３３の幅が減少する。ギャップ１４．３３の幅の減少は、結合器開口部１４．５の直径と下部電極アーム２０．１の外径との間の機械的遊びよりも大きく、これにより、装置１が電極アーム２０．１、２０．２に配置され、下部電極アーム２０．１が結合器開口部１４．５を通って突出すると、ギャップ１４．３３の幅の減少により、下部電極アーム２０．１がクランプ部材１４．３内にクランプされ、下部電極アーム２０．１に結合力Ｋを及ぼす。したがって、結合手段１４および下部電極アーム２０．１は、クランプによって結合を達成する。結合力Ｋは、装置１を溶接銃２に機械的に安定した方法で結合するのに十分大きい。本発明の目的上、「機械的に安定した方法で結合する」という語句は、抵抗溶接装置２の動作中、装置１が下部電極アーム２０．１に動かないように結合されていることを意味する。

図２に係る第２の実施形態では、結合手段１４は、結合器本体１４．１も備える。結合器本体１４．１は、下部コンタクトソケット１２の外側に配置される。「外側」という用語は、下部コンタクトソケット１２の下部ハウジング部品１０とは反対側を指す。好ましくは、結合器本体１４．１は、下部コンタクトソケット１２の下部円錐形凹部１２．１内に配置される。

図２に係る第２の実施形態の結合器本体１４．１も中空の円筒形であり、結合器開口部１４．５を備える。結合器開口部１４．５は、鉛直方向軸線Ｚに沿って結合器本体１４．１を通って延在する。結合器開口部１４．５は、下部コンタクトソケット１２の円錐形凹部１２．１と連通する。結合器開口部１４．５は、下部電極アーム２０．１の外径に等しい直径を有する。保持部材１４．５１が、結合器開口部１４．５内に配置される。保持部材１４．５１は、リング状であり、結合器開口部１４．５の溝内に配置される。保持部材１４．５１は、例えば、ゴム、パーフルオロゴムなどの弾性材料で作られる。好ましくは、２つの保持部材１４．５１が結合器開口部１４．５内に配置される。溝内に配置された保持部材１４．５１は、結合器開口部１４．５内に半径方向にわずかに突出している。したがって、下部電極アーム２０．１が結合器開口部１４．５を通って突出するように結合手段１４を下部電極アーム２０．１上に配置することによって、装置１を電極アーム２０．１、２０．２に配置することができ、下部電極アーム２０．１の最前端は、下部コンタクトソケット１２の下部円錐形凹部１２．１の中心に位置するようになる。このようにして、溝内に配置された保持部材１４．５１は、下部電極アーム２０．１によって半径方向に圧縮される。したがって、結合要素１４および下部電極アーム２０．１は、フォームロックによって結合を達成する。圧縮された保持部材１４．５１は、下部電極アーム２０．１に結合力Ｋを及ぼす。

図３に係る第３の実施形態では、結合手段１４は、別の締結手段１４．４のみからなる。抵抗溶接装置２は、支持体２１．１および支持部材２１．２を備える。支持体２１．１は、装置１が２つの電極アーム２０．１、２０．２に配置されたときに支持体２１．１に機械的に結合できるように、２つの電極アーム２０．１、２０．２の近くに配置される。支持部材２１．２は、好ましくは、例えば、ゴム、天然ゴムなどの弾性材料で作られ、装置１を支持体２１．１上に弾性的に支持する。振動は、支持部材２１．２によって減衰され、抵抗溶接装置２から装置１に伝達され、溶接プロセス中の溶接力の測定および溶接電圧の検出を偽ることはない。さらに、装置１は、支持部材２１．２によって抵抗溶接装置２の電位から電気的に絶縁されているため、抵抗溶接装置２の電位の変動が、溶接プロセス中の溶接力の測定および溶接電圧の検出に影響を与えることはない。好ましくは、別の締結手段１４．４は、２つのねじからなる。支持体２１．１は、２つのねじ用の２つの貫通穴を備える。各々のねじは、支持体２１．１の貫通穴を通って突出する。各々のねじは、ねじ頭が支持体２１．１の外側に位置している。そして、各々のねじは、下部ハウジング部品１０のねじ山にねじ込まれ、したがってねじ接続を形成することができる。「外側」という用語は、支持体２１．１の下部ハウジング部品１０とは反対側を指す。別の締結手段１４．４のねじ接続は、下部ハウジング部品１０を支持体２１に対して押し付ける。したがって、結合手段１４は、フォースロックによって下部ハウジング部品１０と支持体２１．１を機械的に結合する。

１ 装置
２ 抵抗溶接装置
１０ 下部ハウジング部
１０．１ 第１の内部空間
１０．２ 第２の内部空間
１０．３ 第３の内部空間
１０．４ 第４の内部空間
１０．５ 第５の内部空間
１０．６ 通路
１０．７ カバープレート
１０．８ 表示手段
１１ 上部ハウジング部
１２ 下部コンタクトソケット
１２．１ 下部円錐形凹部
１２．２ 下部締結手段
１３ 上部コンタクトソケット
１３．１ 上部円錐形凹部
１３．２ 上部締結手段
１４ 結合手段
１４．１ 結合器本体
１４．２ クランプ手段
１４．２１ ブッシング部材
１４．２２ ねじ部材
１４．２３ ハンドル部材
１４．３ クランプ部材
１４．３１ 第１のクランプ部材端部
１４．３２ 第２のクランプ部材端部
１４．３３ ギャップ
１４．４ 別の締結手段
１４．５ 結合器開口部
１４．５１ 保持部材
１５．１ 第１のセンサ素子
１５．２ 第２のセンサ素子
１５．３ 第３のセンサ素子
１５．４ 下部絶縁要素
１５．５ 上部絶縁要素
１５．６ 予圧要素
１６ 絶縁体
１７．１ 下部電極
１７．２ 上部電極
１７．３ フォトカプラ
１８ 評価ユニット
１９ 電気フィードスルー
２０ 溶接銃
２０．１ 下部電極アーム
２０．２ 上部電極アーム
２１．１ 支持体
２１．２ 支持部材
ＡＫＳ アナログ力信号
ＤＫＳ デジタル力信号
ＡＭＳ アナログ測定信号
ＤＭＳ デジタル測定信号
Ｋ 結合力
Ｍ 重心
Ｒ 半径方向距離
ＴＩＳ 技術情報信号
Ｘ 長手方向軸線
ＸＹ 水平面
ＸＺ 長手方向平面
Ｙ 横方向軸線
ＹＺ 横断面
Ｚ 鉛直方向軸線

Claims (15)

1. 抵抗溶接装置（２）の溶接プロセス中に溶接力を測定し、溶接電圧を検出するための装置（１）であって、２つの電極アーム（２０．１、２０．２）を備えた溶接銃（２０）を有し、
   前記装置（１）が、
   前記装置（１）を前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置するための２つのコンタクトソケット（１２、１３）と、
   溶接プロセス中に前記電極アーム（２０．１、２０．２）によって加えられる前記溶接力を測定するための少なくとも１つのセンサ素子（１５．１～１５．３）と、
   前記溶接プロセス中に溶接電圧を検出するための少なくとも１つのコンポーネント（１７．１～１７．３）と
   を備える、前記装置（１）において、
   前記装置（１）が結合手段（１４）を備え、前記装置（１）が前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置されると、前記結合手段（１４）により前記装置（１）が前記抵抗溶接装置（２）に機械的に結合されるようになっていることを特徴とする、装置（１）。
2. 前記２つの電極アーム（２０．１、２０．２）は、下部電極アーム（２０．１）と上部電極アーム（２０．２）からなり、
   前記２つのコンタクトソケット（１２、１３）は、下部コンタクトソケット（１２）と上部コンタクトソケット（１３）からなり、
   前記下部コンタクトソケット（１２）は、下部円錐形凹部（１２．１）を有し、前記装置（１）が前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置されると、前記下部円錐形凹部（１２．１）は、前記下部電極アーム（２０．１）の最前端を収容し、それを鉛直方向軸線（Ｚ）に関して中心配置し、
   前記装置（１）と前記抵抗溶接装置（２）の機械的結合のために、前記結合手段（１４）は、前記抵抗溶接装置（２）に結合力（Ｋ）を及ぼすようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記結合手段（１４）は結合器本体（１４．１）を備え、前記結合器本体（１４．１）は、前記下部コンタクトソケット（１２）の外側に取り付けられ、
   前記結合器本体（１４．１）は結合器開口部（１４．５）を備え、前記結合器開口部（１４．５）は、前記鉛直方向軸線（Ｚ）に沿って前記結合器本体（１４．１）を貫通して延在し、前記下部円錐形凹部（１２．１）と連通し、
   前記装置（１）が前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置されると、前記下部電極アーム（２０．１）は、前記結合器開口部（１４．５）を通って突出し、
   前記装置（１）と前記抵抗溶接装置（２）の機械的結合のために、前記結合手段（１４）は、前記下部電極アーム（２０．１）に前記結合器開口部（１４．５）内で前記結合力（Ｋ）を及ぼすようになっていることを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. 前記結合手段（１４）は、クランプ部材（１４．３）を備え、前記クランプ部材（１４．３）は、前記結合器開口部（１４．５）を半径方向に取り囲み、
   前記クランプ部材（１４．３）は、第１のクランプ部材端部（１４．３）および第２のクランプ部材端部（１４．３２）を有し、
   前記第１および第２のクランプ部材端部（１４．３１、１４．３２）は、ギャップ（１４．３３）によって互いに離間しており、
   前記ギャップ（１４．３３）の幅の減少により、前記下部電極アーム（２０．１）に前記結合力（Ｋ）が作用するようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記結合手段（１４）は、クランプ手段（１４．２）を備え、前記クランプ手段（１４．２）は、前記クランプ部材（１４．３）に配置され、
   前記クランプ手段（１４．２）は、ブッシング部材（１４．２１）およびねじ部材（１４．２２）を備え、
   前記ブッシング部材（１４．２１）は、前記第１のクランプ部材端部（１４．３１）に固定されて、前記ねじ部材（１４．２２）を保持し、
   前記ねじ部材（１４．２２）は、前記第２のクランプ部材端部（１４．３２）にねじ込むことができ、ねじ込まれることによって前記ギャップ（１４．３３）の幅が減少することを特徴とする、請求項４に記載の装置（１）。
6. 保持部材（１４．５１）が、前記結合器開口部（１４．５）内に配置され、
   前記装置（１）が前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置されると、前記下部電極アーム（２０．１）は、前記結合器開口部（１４．５）を通って突出して、前記保持部材（１４．５１）を圧縮し、
   前記圧縮された保持部材（１４．５１）は、前記下部電極アーム（２０．１）に前記結合力（Ｋ）を及ぼすようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の装置（１）。
7. 前記抵抗溶接装置（２）は、支持体（２１．１）を備え、
   前記装置（１）は、前記電極アーム（２０．１、２０．２）に配置されると、前記支持体（２１．１）に機械的に結合することができ、
   前記結合手段（１４）は、別の締結手段（１４．４）からなり、
   前記別の締結手段（１４．４）は、前記装置（１）と前記抵抗溶接装置（２）の機械的結合のために前記支持体（２１．１）に前記結合力（Ｋ）を及ぼすことを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
8. 前記装置（１）は、下部ハウジング部品（１０）、上部ハウジング部品（１１）、および絶縁体（１６）を備え、
   前記２つのコンタクトソケット（１２、１３）は、下部コンタクトソケット（１２）および上部コンタクトソケット（１３）を備え、
   前記下部コンタクトソケット（１２）は、前記下部ハウジング部品（１０）の外側に固定されており、
   前記上部コンタクトソケット（１３）は、前記上部ハウジング部品（１１）の外側に固定されており、
   前記絶縁体（１６）は、前記下部ハウジング部品（１０）を前記上部ハウジング部品（１１）から電気的に絶縁し、
   前記下部ハウジング部品（１０）と前記上部ハウジング部品（１１）は、前記絶縁体（１６）によって機械的に接続されており、
   前記下部ハウジング部品（１０）と前記上部ハウジング部品（１１）が接続されると、少なくとも１つの内部空間（１０．１～１０．５）を囲み、
   前記センサ素子（１５．１～１５．３）および前記コンポーネント（１７．１～１７．３）は、前記内部空間（１０．１～１０．５）内に配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記センサ素子（１５．１～１５．３）は、前記溶接力の主要力経路内の前記内部空間（１０．１～１０．５）内に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
10. 前記装置（１）は、第１のセンサ素子（１５．１）、第２のセンサ素子（１５．２）、および第３のセンサ素子（１５．３）を備え、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、長手方向軸線（Ｘ）に沿って作用する同じ溶接力を測定する同一の単一成分の力変換器であり、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、測定された前記溶接力に対する力の値を生成することを特徴とする、請求項８または９に記載の装置（１）。
11. 前記第１のセンサ素子（１５．１）は、第１の内部空間（１０．１）内に配置され、
    前記第２のセンサ素子（１５．２）は、第２の内部空間（１０．２）内に配置され、
    前記第３のセンサ素子（１５．３）は、第３の内部空間（１０．３）内に配置され、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、鉛直方向軸線（Ｚ）に対して垂直な水平面（ＸＹ）内に存在し、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、前記鉛直方向軸線（Ｚ）から等しい半径方向距離（Ｒ）に配置され、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、１２０°の角度で等間隔に離間していることを特徴とする、請求項１０に記載の装置（１）。
12. 前記コンポーネント（１７．１～１７．３）は、第４の内部空間（１０．４）内に配置され、
    前記コンポーネント（１７．１～１７．３）は、下部電極（１７．１）、上部電極（１７．２）、およびフォトカプラ（１７．３）を備え、
    前記下部電極（１７．１）は、前記下部ハウジング部品（１０）の内側に固定され、
    前記上部電極（１７．２）は、前記上部ハウジング部品（１１）の内側に固定され、
    前記フォトカプラ（１７．３）は、前記下部電極（１７．１）と前記上部電極（１７．２）との間に作用する溶接電圧を検出し、それを測定値に変換することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置（１）。
13. 前記装置（１）は、前記力の値を評価するための評価ユニット（１８）を備え、
    前記評価ユニット（１８）は、第５の内部空間（１０．５）内に配置され、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）の前記３つの内部空間（１０．１～１０．３）および前記コンポーネント（１７．１～１７．３）の前記内部空間（１０．４）は、前記下部ハウジング部品（１０）内の通路（１０．６）によって前記評価ユニット（１８）の前記第５の内部空間（１０．５）と連通しており、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）は、電線を有し、前記電線によって前記力の値を前記評価ユニット（１８）に伝達し、
    前記フォトカプラ（１７．３）は、少なくとも１本の電線を有し、前記電線によって前記測定値を前記評価ユニット（１８）に伝達し、
    前記３つのセンサ素子（１５．１～１５．３）の前記電線と前記フォトカプラ（１７．３）の前記電線は、前記通路（１０．６）内に案内されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置（１）。
14. 前記装置（１）は、測定された前記溶接力を評価するための評価ユニット（１８）を備え、
    前記センサ素子（１５．１～１５．３）は、前記溶接力の作用下で分極電荷を生成する圧電材料を含み、
    前記センサ素子（１５．１～１５．３）は、前記分極電荷を前記評価ユニット（１８）に伝達し、
    前記評価ユニット（１８）は、分極電荷を増幅して直流電圧を与える電荷増幅器を備え、
    前記評価ユニット（１８）は、前記センサ素子（１５．１～１５．３）の較正データを有し、前記評価ユニット（１８）は、前記直流電圧を線形化するために前記較正データを使用することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置（１）。
15. 前記評価ユニット（１８）は、前記線形化された直流電圧をアナログ力信号（ＡＫＳ）およびデジタル力信号（ＤＫＳ）として提供し、
    前記評価ユニット（１８）は、前記測定値をアナログ測定信号（ＡＭＳ）またはデジタル測定信号（ＤＭＳ）として提供し、
    前記装置（１）は、電気フィードスルー（１９）を備え、
    前記評価ユニット（１８）は、前記アナログ力信号（ＡＫＳ）および前記デジタル力信号（ＤＫＳ）を前記電気フィードスルー（１９）に伝達し、
    前記評価ユニット（１８）は、前記アナログ測定信号（ＡＭＳ）および前記デジタル測定信号（ＤＭＳ）を電気フィードスルー（１９）に伝達し、
    前記アナログ力信号（ＡＫＳ）および前記デジタル力信号（ＤＫＳ）、ならびに前記アナログ測定信号（ＡＭＳ）および前記デジタル測定信号（ＤＭＳ）は、前記電気フィードスルー（１９）で前記装置（１）の外部の環境から取り出すことができることを特徴とする、請求項１４に記載の装置（１）。