JP3405571B2 - 溶接プライヤ - Google Patents

溶接プライヤ

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    • B23K11/314—Spot welding guns, e.g. mounted on robots

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶接プライヤに関し、特
に特許請求の範囲第１項の前提部分に記載のスポット溶
接プライヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】スポット溶接は産業界、とりわけ自動車
産業において車体等の製造に広く用いられ、スポット溶
接を行う溶接ロボットには、そのための電極ホルダとし
て溶接プライヤが使用される。アクチュエータとして例
えばニューマチックシリンダー又は油圧シリンダー（も
しくは水−油圧）を備える作動装置によって、該溶接プ
ライヤの電極は互に接近又は離れるように可動になって
おり、即ち、電極が互に広く離れた初期位置と一般に金
属シートからなる被溶接材に対し電極が「電極力」と云
われる力で押圧する溶接位置（溶接プライヤの閉位置）
との間で移動し得る。この場合、電極は溶接プライヤの
一部において、即ち一般には所謂心押し軸の一端に、例
えば電極キャップを備えている。これらの心押し軸は互
に相対的に可動又は揺動可能であり、そのため通常は心
押し軸ホルダの一端に取付けられる。これら２つの心押
し軸ホルダは揺動台を介して互に接続される。
【０００３】スポット溶接による溶接点の品質は事実上
３つの溶接パラメータ、即ち溶接電流、溶接時間および
溶接力によって決められる。しかし溶接電流、そしてま
た溶接時間は従来の手段によって制御され、かつ監視さ
れる。しかし従来のスポット溶接用プライヤでは、溶接
プロセス中の、特に溶接プライヤが閉じてから再び開く
までの間の実際の電極力を把握することは不可能であ
り、また測定された電極力の関数として溶接プロセスを
制御することも不可能であり、特に実際に存在する電極
力は問題の溶接プライヤのメカニズムにおける多くの欠
陥、例えば欠陥のある心押し軸ホルダー、古くなった心
押し軸、心押し軸ホルダーの欠陥のある架台および欠陥
のある作動装置などによって影響を受ける。
【０００４】実際の溶接電流が負荷されている溶接プロ
セス間の電極力が大き過ぎると、被溶接材である金属シ
ートの母材が金属シート間の隙間に圧入され、従って溶
接点が非常に小さく、又は隙間の幅が大きくなり、溶接
点の強さは不充分になる。金属シートは溶接プライヤに
よって不適当に変形され且つ電極の摩耗が著しくなる。
【０００５】電極力が小さ過ぎると、液化した溶着金属
の内部注入が生じ、即ち高圧のもとで生じる融解した溶
着金属が金属シートの合わせ目に侵入して、溶接点自体
が望ましい円形の形状とは異なるものとなる。金属シー
トおよび電極が合金であると、金属シートは変色し且つ
溶接電流は望ましい仕方で溶接点に集中せず、分路に流
れる。一般に電極力が小さ過ぎると、溶接点の品質に欠
陥を生じ、且つ電極の摩耗が著しくなる。
【０００６】上記の状況は当業者には数十年にわたり知
られているが、例えば製作される溶接点の品質の管理や
溶接プロセスの制御のため、電極力および溶接プロセス
における電極力の変化を検出し得る溶接プライヤは今日
まで見られない。プライヤ状のクランプ装置を備えた電
気溶接プライヤは既に知られているが（ドイツ公報ＤＥ
−ＯＳ３８３３２８７）、該溶接プライヤは互に枢支さ
れ且つ作動装置によって互に相対的に揺動し得る２つの
クランプアームによって構成され、さらにそれぞれ電極
を備えた２つの電極アームを有し、該電極アームは揺動
自在にプライヤ状に互に接続され、２つのクランプアー
ムと同じ揺動軸線を有する。それぞれのクランプアーム
と電極アームとの間には圧縮ばねが備えられ、溶接時又
は作動装置によって溶接プライヤを閉じる際に、先ず２
つのクランプアームがその間に金属シートを把持し、且
つその際、電極は金属シートに対し圧縮ばねで決まる力
で当接し、該圧縮ばねは電極から遠方の且つ電極アーム
の互に枢止される端部区域に作用する。
【０００７】プライヤを閉じた後、又は金属シートに対
しクランプアームを負荷した後に、圧縮ばねのみで決ま
り、且つ作動装置とは独立に出来得る限り一定の電極力
が得られる。圧縮ばねの作用点は電極アームの互に枢止
され且つ電極から遠方の端部区域、従って電極および溶
接点から遠方の区域に在るので、圧電圧力計が備えら
れ、それにより溶接プロセスの間に、圧縮ばねで生じる
ほぼ一定の力が検出される。
【０００８】電極力を正確に決定すること、また特に溶
接中の電極力の時間による変化を決定することは、この
既知の溶接プライヤでは不可能であり、したがって測定
値によって電極力を制御することも不可能である。また
電気抵抗式のスポット溶接装置が知られている（ドイツ
公報ＤＥ−ＰＳ３２４１８９７）。この装置では溶接電
極を備える電極保持装置は下部の固定電極ホルダーと上
部の可動電極ホルダーからなり、且つ各電極ホルダー端
部に電極が備えられる。圧縮ばねを介して電極力を生じ
させるため外側の作動装置のラムは上部の可動電極ホル
ダーに作用する。圧縮ばねとラムの間にはワイヤ歪計ロ
ードセルが備えられ、ばねの力及び金属シートに作用す
る押圧力が決められる。
【０００９】さらに他の抵抗式のスポット溶接を行なう
溶接装置が知られており、この装置では装置の架台に固
定された下部の固定電極ホルダーと、たわみ梁を介して
架台に接続された支持アームに備えられた上部電極ホル
ダーが設けられ、該上部電極ホルダーは上部の支持アー
ムに対し電極力を発生するため作動装置を介して鉛直方
向に可動に構成されている。歪計により溶接時に生じる
たわみ梁の変形が検出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の溶接装
置の欠点は、とりわけ電極ホルダーが架台に固定して備
えられ、一方の電極ホルダーのみが他方の電極ホルダー
に対し相対的に鉛直面内で可動になっていることであ
る。また、これらの溶接装置は自動車産業、もしくはそ
の車体の製造のために必要とされるような溶接ロボット
として使用することはできない。
【００１１】これら従来の溶接プライヤおよび溶接装置
は、次の欠点を有する。即ち圧電センサー、圧力測定セ
ル又は歪計を、各センサーに対する電磁場の影響を弱め
るため、溶接位置からかなり離れて、そしてまた溶接電
流の通路からも離れて配置しなければならないことであ
る。これらのセンサーを溶接位置から離して配置するこ
とは測定結果にかなりの誤差を生じる。とくに溶接中に
生じるような電極力の動的変化は測定し得ない。
【００１２】さらに、あらゆる既知の溶接プライヤおよ
び溶接装置はまた、圧縮ばね又はたわみ梁の型の付加的
な弾力性を必要とし、そのこと（弾力性）はとりわけそ
の質量と関連して測定結果を不正確にし、且つ構成上、
付加的なコストを招来するという欠点がある。また従来
のスポット溶接用プライヤでは、接触位置において電気
的に分路する危険があり、溶接電流の一部が分路に流れ
る。従って、溶接点は不適切に溶接され、且つ溶接点の
強度は低下し、それにより自動車の品質上のリスクをも
たらし、さらに走行中にきしみ音を生じることもあり、
そのような騒音は除去できない。
【００１３】本発明の目的は電極に負荷される実際の電
極力が溶接プロセスの各時点に、とくに本来の溶接相の
間に、もしくは溶接時に正確に、且つ乱れがなく検出さ
れ得る溶接プライヤを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明による溶接プライヤは特許請求の範囲第１項
の特徴部分、すなわちセンサー要素が溶接プライヤ要素
に固定され、そのセンサー要素の部分は電極力に相応す
る弾性変形、すなわち溶接プライヤ要素の曲げに追随
し、前記部分には光路が備えられ、前記光路は光ケーブ
ルを介して光−電子ユニットに接続され且つ前記光−電
子ユニットの少なくとも一つの光源の光が前記光ケーブ
ルを介して前記光路に送られるようになっており、また
前記光ケーブルを介して前記光−電子ユニットに戻る光
量又は前記光路に吸収される光量は前記センサー要素の
前記光路を備える前記部分の変形の関数であること、に
よって構成される。
【００１５】
【作用】本発明による溶接プライヤでは、溶接プロセス
の各時点で電極力が正確に測定され且つその測定結果に
基づいて溶接プロセスが監視され、制御される。さらに
測定された電極力に基づいて各溶接点もしくはその品質
を判定し、且つその判定に基づいて他の隣接する溶接点
が必要であるか否か、又は一もしくは複数の前の溶接点
が放棄され得るか否か等を決定することも可能である。
電極力の測定値に基づく溶接点の品質の判定および該判
定に基づいて行なわれる決定もしくは制御は、予め決め
られたプログラムにより電子制御装置で行なわれるのが
好ましい。さらに後の評価および検査等のため、各溶接
点での電極力の経過を記録することも可能である。
【００１６】電極力を解明するため光学センサーが使用
される事実によれば、その作用は、センサー要素中の光
の区間又は光路を介して伝達される光量がセンサー要素
もしくは光路を有するセンサー要素の部分の機械的変化
又は変形の関数であることに基づく。センサー又はセン
サー要素と空間的に離れて置かれた光−電子ユニットと
の間の接続は少なくとも２本の光ケーブルを介して行な
われる。測定の精度と感度が高いにも拘らず、即ち小さ
な機械的変化を検出し得るにも拘らず、且つ限界周波数
が高いにも拘らず、センサー要素は外部擾乱、とくに電
圧および磁界、電磁場又は電磁波、高温などの影響を受
けない。さらにセンサー要素は比較的大きな衝撃や打撃
を受けても損傷しないように丈夫に作られる。
【００１７】特に本発明によれば、溶接電流が流れる場
合、そしてまた溶接電流がない場合のみでなく周期的に
変化する溶接電流が０点を通る際にも、電極力を正確に
測定することができる。溶接電流が流れる場合と流れな
い場合で電極力は異なり、且つ溶接電流が流れる際の電
極力は監視、制御のため重要であるので、溶接電流が流
れる間の電極力の測定は重要である。
【００１８】本発明によれば、溶接プライヤ要素におけ
る電極力が溶接中の溶接プライヤ要素の弾性変形に基づ
いて直接検出され、その測定のため、ばね、たわみ梁な
どの付加的な弾性体を設ける必要もない。さらにセンサ
ー要素は溶接位置または溶接電流の通路、即ち溶接電流
が流れる溶接プライヤの部分に直接設置され得る。また
電磁場を考慮する必要もない。また電極力を測定するた
めに特殊構造の心押し軸又は心押し軸ホルダーも必要と
しない。
【００１９】また本発明によれば、電極力の動的測定、
即ち電極力の時間的変化の測定も可能であるので、測定
結果に基づいて先ず溶接点の品質についての評価が可能
である。測定の高精度と高感度および高い限界周波数に
より、例えば１０ＫＨｚにより、溶接プライヤを閉じた
後の震動衝撃中の電極力の時間的変化を正確に測定でき
る。この場合、この震動衝撃が予め決められた時間内に
終ったか否か、および問題の溶接プライヤの機構が正常
な状態で在ったか否かも判断できる。さらに関連の前保
持時間中の電極力の変化も測定でき、且つ監視すること
ができ、また電極力の所定値の達成に関しても、その値
で実際の溶接電流に接続することができる。
【００２０】さらに実際の溶接相、又は溶接時間中の電
極力の測定も可能であり、その場合本発明の溶接プライ
ヤにおける測定の高感度および高精度によって、溶接時
に生じる熱的容積変化およびそれによって生じる溶接相
の間の電極力の増加、そしてまた、後保持期間中の所謂
「鍛造後」の容積変化を決定することができる。このこ
とから溶接点の品質の評価のみでなく、溶接時間の最適
制御が可能になるので、本発明によればプロセスの信頼
性を向上し且つ溶接行程の最適化を達成し得る。
【００２１】
【実施例】本発明の一実施形態では少なくとも一つの心
押し軸もしくは心押し軸ホルダーは溶接の際に金属シー
トと接触が可能な少なくとも一つの区域内で絶縁され
る。その絶縁は外面が耐摩耗性で、且つ耐損傷性の被覆
から成る。この被覆は例えば特殊鋼からなり、且つ絶縁
材からなる他の被覆を包囲する。好ましくは耐摩耗性の
被覆はセラミック繊維又はセラミック詰物で形成され
る。この場合、被覆は単一層で作ることもでき、即ちセ
ラミック材は同時に電気的絶縁材にもなっている。
【００２２】絶縁材は少なくとも単一層の電気絶縁材の
被覆からなり、この被覆はその外面が耐摩耗性および耐
損耗性になっており、且つそれによって金属シートの鋭
い角に耐えるので、長い寿命の絶縁性を達成することが
できる。本発明の一実施例では絶縁は少なくとも２層で
構成され、且つ該絶縁は絶縁材の被覆とその上に置かれ
る耐損傷性のある被覆とからなり、それら２つの被覆は
互に永久的に結合される。この場合、絶縁材の被覆は例
えば「Ｂｅｔａｂｒａｃｅ」（商標名）のようなエポキ
シ樹脂含浸ガラス繊維帯からなるが、炭素繊維などでも
よく、従って確かな電気絶縁性が確保される。耐損傷性
の被覆は特殊鋼のクロス織物の形で形成され且つ心押し
軸を介して押される。即ち、この被覆は曲った心押し軸
にも適合し、その他いろいろな型の心押し軸に使用でき
る。このガラス繊維帯または「Ｂｅｔａｂｒａｃｅ」と
特殊鋼の織物とは永久的に結合され、その場合、繊維帯
に含浸されるエポキシ樹脂接着剤は織物の間に現われ、
且つ約１５０℃で硬化する。
【００２３】特殊鋼の織物の代りに耐損傷被覆として、
好ましくはスリット付きの特殊鋼のスリーブ又は筒状に
巻かれた特殊鋼の帯を用いることもできる。この種の特
殊鋼のスリーブ又は帯は、使用上真直ぐな心押し軸、も
しくは若干曲がった心押し軸に限定される。本発明の範
囲内において、比較し得る高品質の耐摩耗性の被覆を使
用できる。例えば磁気を通さない材料「Ｍｅｈａｎｉｔ
ｅ」（商品名）が適合し、且つその材料では磁場に対し
エネルギーを必要としないので溶接において高効率が達
成される。
【００２４】好ましい実施形態では、絶縁材又は心押し
軸、もしくは心押し軸ホルダーに被着される被覆は少な
くとも一部の区域、又は少なくとも一つの層においてセ
ラミック繊維又はセラミック詰物である。この実施例で
はセラミック織物又はセラミック詰物は好ましくは絶縁
材の耐損傷性もしくは耐摩耗性の外面を形成し、該外面
は例えばセラミック繊維又はセラミック詰物のみからな
る。
【００２５】心押し軸又は心押し軸ホルダーに施こされ
る絶縁材は特に単純な仕方で、関連の心押し軸又は心押
し軸ホルダーの形状に、そして溶接すべき金属シートの
形状にも適合し得る。本発明による提案により長い寿命
が達成され得る。本発明による絶縁材は或る程度の柔軟
性があるので、種々の心押し軸の形状に対し特にすぐれ
た適合性がある。このような絶縁によりスポット溶接に
伴なう欠陥は著しく軽減され、そのため付加的な安全溶
接点を省くことができるので、全体として製作時間の短
縮及びそれに応じてコストの節減が達成される。さらに
心押し軸と溶接すべき金属シートとの間の安全のための
距離を縮小することができるので、窓面の縮小、溶接電
流の減少、プライヤの小型化及び軽量化によるすぐれた
取扱い性が達成される。
【００２６】次に図面を参照のもとに本発明の実施例に
関し説明する。図１は２枚の金属シート１８、１９をス
ポット溶接する溶接プライヤ１を示す。この溶接プライ
ヤ１は一対の心押し軸２０、２１からなり、それらの心
押し軸２０、２１はそれぞれ心押し軸ホルダー２０’又
は２１’の一端に固定される（心押し軸（２０、２１）
および心押し軸ホルダー（２０’、２１’）を「溶接プ
ライヤ要素」という）。これらの心押し軸は関節軸２２
および関節アーム２３、２４を介してたわみ得るように
互に連結される。２つの関節アーム２３、２４は、所属
する心押し軸ホルダー２０’又は２１’の端部間に固定
される。図１の例ではニューマチックシリンダーからな
る作動装置２５が一端において心押し軸ホルダー２
０’、２１’の間で作用する。これらの心押し軸２０、
２１はそのわん曲する自由端に電極チップ２６、２７を
備え、これらの電極チップはスポット溶接の際その間に
置かれる２枚の金属シート１８、１９を作動装置２５の
作動により該金属シート１８、１９に対し予定の力で押
圧されるように配置される。電導体として形成された心
押し軸ホルダー２０’、２１’及び心押し軸２０、２１
を介し、さらにそれらに電気的に接続された電極チップ
２６、２７を介して、溶接電流が負荷及び除荷される。
【００２７】溶接点を確実に形成するため、例えば金属
シート１８、１９に対する電極チップ２６、２７には一
定の押圧力を要するように各種パラメータは拘束されね
ばならない。このパラメータの監視、制御のため、図１
における下部の心押し軸ホルダー２１’、もしくはその
外表面２にセンサー３又はセンサー要素４が設置され、
このセンサー要素４により金属シート１８、１９に対し
電極チップ２６、２７を押し付けた際に生じる押圧力に
よる心押し軸ホルダー２１’の弾性曲げ及びそこからの
押圧力が決定され、例えば作動装置２５を制御又は調整
するため所望値としての規制範囲内で予定値と比較され
る。
【００２８】特に溶接プライヤ１を閉じることによって
増加する電極力を測定し、且つ予定値に達した際に溶接
電流を入れること、また実際に測定された電極力に依り
溶接電流を入れることも可能である。図２に示す実施例
ではセンサー要素４は支持板５とスリーブ６（この両者
を合わせて以下「支持部材」ということがある）を有
し、該支持板５はろう付け、接着または他の適当な方法
で心押し軸ホルダー２１’の外表面２に固定され、該ス
リーブ６は例えば長方形の輪郭を有する支持板５におけ
る心押し軸ホルダー２１’に背を向けた表面側に取付け
られ、支持板５に伝えられる機械的変化がスリーブ６に
も伝えられるようになっている。
【００２９】スリーブ６は内部に貫通孔７を有し、且つ
図２の実施例ではこの貫通孔７の少なくとも内面は例え
ば相応の着色又は黒染め、あるいは相応の表面構造によ
って光を吸収するように構成される。センサー３はさら
に２本の光ケーブル８、９からなり、これらの光ケーブ
ルは少なくとも本来の光ファイバを形成するグラスファ
イバ８”、９”及び外側の、好ましくは多層の絶縁被覆
８”’、９”’を備えている。グラスファイバ８”、
９”を備える２本の光ケーブル８、９はそれぞれの端部
８’、９’からスリ−ブ６の貫通孔７内に達し，２本の
光ケーブルはその端部８’、９’がスリ−ブ６もしくは
貫通孔７のほぼ中央で、スリ−ブ６の軸線方向に予め定
められた距離を離れて互に向き合い、端部８’と９’の
間に光ケーブル８、９間の空気又は気体に よる光の区間
が形成される。
【００３０】少なくともスリ−ブ６で包囲されるグラス
ファイバ８”、９”の部分の外径は、図示の実施例で
は、貫通孔７の内径より若干小さく、従って貫通孔７内
における光ケーブル８、９又はグラスファイバ８”、
９”の移動は可能である。光ケーブル８、９はブロック
又はカバー１０によって支持板５に保持され、該ブロッ
ク又はカバー１０は例えば合成樹脂（例えばエポキシ樹
脂）からなり、またスリ−ブ６を包囲して支持板５に固
定し、又は少なくともスリ−ブ６を支持板５に固定する
のに寄与する。
【００３１】２本の光ケーブル８、９又はそれらのグラ
スファイバ８”、９”は適当な方法でスリ−ブ６内に保
持され、且つ光−電子ユニット１１を備えたセンサー３
に接続され、該光−電子ユニット１１はセンサー３と共
にセンサー装置を構成する。光−電子ユニット１１は光
源１２と光検出器１３を有し、光ケーブル８は光源１２
に延び、光ケーブル９は光検出器１３に延びているの
で、光源１２の光は光ケーブル８を介してセンサー３に
導入され、且つ測定信号としての光は光ケーブル９を介
して光検出器１３に送られ、該光検出器１３はこの戻る
光の強さに依存する電気信号を発生する。この信号は他
で使用されるため増幅器１４で増幅される。
【００３２】好ましくは発光ダイオ−ドである光源１
２、例えばフォトダイオ−ド又はフォトトランジスター
である光検出器１３、および好ましくは積分スイッチ回
路である増幅器１４は光−電子ユニット１１の構成部分
である。この光−電子ユニット１１は図２の実施例では
さらに評価ユニット１５およびメモリ−１６を備えてい
る。最後の２つは分離された構成要素、例えばコンピュ
−タでもよい。
【００３３】光ケーブル８を介してセンサー３には一定
の光束が与えられる。この光束は貫通孔７内又は端部
８’、９’の間の光の区間内で光ケーブル８の端部８’
から放出される。少なくともこの光束の一部は端部９’
から光ケーブル９に入り、且つそれを通って光検出器１
３に戻るので、光検出器１３の出口には戻った光束の強
さに依存する信号を生じ、該信号は光−電子ユニット１
１の出口又は評価ユニット１５の出口に相応の出力信号
を導く。
【００３４】溶接プライヤの外表面２の曲げ、延び、圧
縮又は他の変形は支持部材５を介して支持部材５又はス
リ−ブ６における光ケーブル８、９のアタッチメントに
伝達されて端部８’、９’の相対位置を変化させ、従っ
てまた光ケーブル９を介して戻る光束の強さを変化さ
せ、光検出器１３における電気信号を変化させる。光ケ
ーブル９を介して戻った光束は光ケーブル８を介して導
入された光束と喪失分（減衰）の差であり、該喪失分は
スリ−ブ６の貫通孔７内で、又はそこに形成された吸収
空間内で、とくに端部８’、９’の相対位置の変化によ
り、しかも例えばこれらの端部の相対位置により端部
８’から出る光束の異なる大きさの断面が端部９’に入
ることによって生じる。
【００３５】センサー要素４の変形、又は外表面２の心
押し軸ホルダー２１’の変形と光ケーブル９に戻る光束
の大きさとの間の相関性の特性を得るため、端部８’、
９’は、例えばレンズ効果を得るためわん曲させるな
ど、種々の形状を採り得る。光−電子ユニット１１にお
いて、増幅器１４で増幅された光検出器１３の信号は評
価ユニット１５により較正曲線に基づいて評価され、該
較正曲線は例えば各センサー３又は各センサー要素４に
ついて製造後個々に定められ、且つ例えば評価ユニット
１５のメモリ−１６に貯えられ、従ってセンサー３によ
り、又はこのセンサーを備えるセンサー装置によって特
に高い測定精度が得られる。好ましくはこの評価ユニッ
ト１５は、アナログ−デジタル変換器で増幅器１４から
与えられたアナログ信号がデジタル信号に変換され、そ
のデジタル信号が好ましくはマイクロプロセッサを含む
評価ユニット１５でさらに処理され、又は評価されるよ
うに構成される。較正曲線はこの場合、好ましくはデ−
タの記録として評価ユニット１５のメモリ−１６に貯え
られる。
【００３６】センサー３による溶接プロセスの監視、制
御は大きな溶接電流によって妨害されることもなく、ま
たそれによって生じる磁場もしくは発生する温度によっ
て妨害されない。この光−電子ユニット１１は溶接区域
から十分に離れた区域に備えることもできる。原理的に
はセンサー要素４は、２本の光ケーブル８、９がセンサ
ー要素４の一方の側から離れるように延びてもよく、そ
の場合、センサー要素４において光ケーブル８を介して
導入される光束がセンサー要素４中に設置された少なく
とも一つの鏡、あるいはプリズム等の光転向装置によっ
て向きを変えられるように構成される。この光転向装置
は前記の光の区間の構成要素であるが、光の区間の外に
備えてもよい。
【００３７】溶接プライヤ１のセンサー要素４’の一実
施例として光の区間の外側に光転向装置を備えたものを
図３に示す。この光転向装置は２本の光ケーブルの内の
一本、たとえば光ケーブル８のわん曲した部分２８から
なる。この実施例ではスリ−ブ６は若干わん曲し、即ち
該スリ−ブの軸線は大きな直径の円上に在り、この円の
軸線（わん曲の軸線）は支持板５’の表面に垂直に延び
る。この構造では、心押し軸ホルダー２１’の小さな機
械的変形又は曲げも検出され、即ち戻った光束の強さの
明瞭な変化が現われ、もしくはセンサー要素４’の特性
（機械的変化への帰還光束強さの依存性）が広範囲に及
んで直線的な経過を示す利点がある。
【００３８】図４は図３の溶接プライヤ１の心押し軸ホ
ルダー２１’とセンサー要素４’を示す側面図である。
支持板５’はスリ−ブ６とは反対側の下側に全部で３つ
の脚部２９を備え、該脚部はその一つが長方形の支持板
５’の短辺の中央に備えられ、他の２つの脚部は支持板
５’の他端に在ってこの支持板の長手方向に直角の軸線
上に互に離れて置かれる。自由端が円錐状に縮小する脚
部２９によって、支持板５’は心押し軸ホルダー２１’
もしくは円筒形の外表面２に支持される。
【００３９】図３に示すように、２つの脚部２９は支持
板５’から離れるように光ケーブル８、９が延びる側
に、それらの光ケーブル８、９の両側に備えられる。残
る一つ の脚部２９はわん曲した部分２８の区域にある。
センサー要素４’又は支持板５’は、２つの帯状の保持
要素３０によって被測定物に保持され、各保持要素３０
はばね３１を有し、その端部はピン３２に固定され、該
ピン３２はまた脚部２９を取付ける役割を果し、且つ支
持板５’の上に突出する。保持要素３０は被測定物を包
囲する。
【００４０】図４に示すように、支持板５’はスリ−ブ
６内の端部８’と９’の間に光の区間が形成される位置
に設置され、支持板５’の長手方向に直角に延びる薄肉
部３３を備えている。図４の実施例では、この薄肉部３
３は下側にのみ設けられているので、支持板５’はスリ
−ブ６の平らな設置面を有し且つ被測定物の機械的変形
による支持板５’の変形は光の区間の区域に本質的に集
中する。
【００４１】この脚部２９によって、この心押し軸２１
の外面形状に関係なく、心押し軸ホルダー２１’にセン
サー要素４’を問題がなく確実に設置するのが可能にな
る。脚部２９の長さを適当に選択することにより、即
ち、光の区間又はその面からの、この脚部２９で形成さ
れる保持及び設置区域の距離を適当に選択することによ
って、センサー要素４’、従ってセンサー３の感度を全
体的に変えることができ、又は所望の値にセットするこ
とができる。
【００４２】図５及び図６は本発明の他の実施例として
センサー要素４”を備えた溶接プライヤ１の心押し軸ホ
ルダーを示す単純化された斜視図及び縦断面図、図７は
図６の面Ｅ１における水平断面図であり、該センサー要
素４”は特に単純で丈夫な構造、高感度そして特に高い
動的性質を特徴としている。センサー要素４”は支持板
５”からなり、該支持板５”は概略前記の支持板５’と
同様の形状であり、例えばチタン又は繊維強化プラスチ
ックで作られる。支持板５”をチタン又は繊維強化プラ
スチックで作ることは、特に加熱に対し、又は溶接中に
心押し軸２１又は心押し軸ホルダー２１’のまわりに生
じる磁場による乱れの影響に対しこの支持板を高度に無
感応にする利点がある。支持板５”はまた、硬質金属で
作られ且つ心押し軸ホルダー２１’にくい込む３つの円
錐状のピン又は脚部２９によって心押し軸ホルダー２
１’に支持される。その保持は図４に示す保持要素３０
または同様のホルダーによって行なわれる。
【００４３】脚部２９とは反対側の、長方形の輪郭を有
する支持板５”の上側の面には２つのブロック体３４、
３５が備えられ、このブロック体３４、３５は支持板
５”の各短辺側の端部に配置される。図示の実施例では
ブロック体３４、３５は直方体の形を有し、且つ支持板
５”の上面に固定され、支持板５”の上面およびその長
手方向に垂直なそれらの端面３６、３７は互に向き合っ
て離れている。
【００４４】また８、９は２本の光ケーブルを示し、そ
れらの光ケーブル８、９はそれらの端部８’、９’の区
域でブロック体３４の中に保持され且つ固定され、これ
らの光ケーブル８、９は該端部８’、９’の区域におい
てそれらの軸線が支持板５”の上面に平行で離れた面Ｅ
１内に在り、且つさらにそれらの軸線は互に鋭角で交わ
り、その交点もしくは頂点は、少なくとも心押し軸ホル
ダー２１’又はセンサー要素４”が負荷から開放され、
即ち支持板５”に曲げモ−メントが作用しない時に、ブ
ロック体３５の端面３７に形成される鏡３８の区域に位
置する。
【００４５】鏡３８は端面３７に対し引込むように溝４
０内に形成され又は設置され、該溝４０は端面３７に設
置され、且つその長手方向は支持板５”の上面に平行に
延びている。鏡３８はさらに端面３６に向き合う鏡面に
おいて光の区間の面Ｅ１内にあり、あるいはこの面に平
行な軸線のまわりに凹状にわん曲し、又はアーチ状に形
成される。従って鏡３８が僅かでも撓むと光ケーブル９
に伝達される光量が大きく変化するようになっている。
センサーの感度又は測定範囲は曲率半径によって調整可
能である。ブロック体３４の端面３６には溝４０に相応
する溝３９が設けられ、該溝３９は支持板５”の長手方
向に在って面Ｅ１に平行で、溝４０に相対している。溝
３９の底部には光の出口もしくは入口となる２つの端部
８’、９’が在る。
【００４６】２つのブロック体３４、３５の間において
支持板５”の下側と上側には該支持板の厚さを減少した
薄肉部３３が形成されている。これらの薄肉部３３は相
対して設けられ、面Ｅ１に平行、且つ支持板５”の長手
方向に垂直な図７に示す軸線４１を有し、その区域で支
持板５”は心押し軸ホルダー２１’の荷重により曲げ応
力が作用した際に曲げられる。
【００４７】溝３９、４０およびブロック体３４、３５
の間に形成される空間はごみや光が入らないようにハウ
ジング又はカバー４２によって閉鎖されている。鏡３８
と共に端部８’、９’も端面３６、３７に対し後退する
ように溝３９もしくは４０の底部に設けられているの
で、散逸光の影響は非常に、あるいは決定的に少なくな
っている。
【００４８】心押し軸ホルダー２１’に負荷がないと、
光ケーブル８の端部８’から出る光束は鏡３８で反射す
るので、この光束は完全に、又はほぼ完全に光ケーブル
９の端部９’に入る。溶接プライヤが閉じて電極力ＫＥ
により電極チップ２６、２７が金属シート１８、１９に
当接して心押し軸ホルダー２１’が変形すると、図７に
示す軸線４１の区域において支持板５”に曲がりを生
じ、その結果、該変形により、従って溶接プライヤ１の
押圧力もしくは電極力によって、端部８’から出る光束
の一部のみが鏡３８で反射して光ケーブル９の端部９’
に入る。この光の喪失又は減衰は心押し軸ホルダー２
１’の曲げの関数であり、従って電極チップ２６、２７
に作用する電極力の関数である。
【００４９】さらに、図５に示すように、２本の光ケー
ブル８、９は、センサー要素４”においてブロック体３
５から離れている側のブロック体３４の側面に、光ケー
ブルの取り外しが可能なように設置される。そのため光
ケーブルに一般に用いられるようなプラグ４３が備えら
れる。プラグ４３によって、関連の溶接プライヤ１又は
心押し軸２１からセンサー要素４”を度々そして好適に
取り外すのが可能になる。
【００５０】以下に記載するように、光ケーブル８、９
は関連の溶接プライヤ１から、該溶接プライヤもしくは
溶接プライヤを有するロボットから空間的に離れた光−
電子ユニット１１まで延びている。溶接プライヤを全体
としてロボットから分離可能にし及び／又は光−電子ユ
ニットを含む制御装置からロボットを分離可能にするた
め、各光ケーブル８、９に少なくとも２つのプラグ継手
を備えられるのが好ましい。
【００５１】センサー要素４”は高い測定感度を有し、
即ちほぼ１／１００００ｍｍの曲げを検出できる。さら
にセンサー要素４”は高い動的感度を有し、即ち１０Ｋ
Ｈｚ程度の限界周波数を有する。このことは、特に溶接
プライヤを閉じた際の溶接プロセス初期に生じる震動を
検出し、且つ該震動又は相応の震動衝撃が終る際の該震
動の測定又は決定を可能にするために重要である。心押
し軸２１の曲げ応力に依存する光信号の発生および光−
電子ユニット１１への該信号の伝達は光の速度で行なわ
れる。
【００５２】図６における４４は温度センサーを示し、
該温度センサーは心押し軸ホルダー２１’に備えられて
心押し軸ホルダー２１’の温度を測定する。この温度セ
ンサー４４は心押し軸ホルダー２１’の温度に依存する
電気信号を、例えば評価ユニット１５に送る。この信号
によって較正又は再調整が次の仕方で、即ち支持板５”
及び心押し軸ホルダー２１’の温度による変形もしくは
場合によりその結果生じる伝達光量の変化が光−電子ユ
ニット１１から送られる測定結果に影響しないようにな
される。センサー要素４”は云うまでもなく心押し軸ホ
ルダー２１’の内側の凹側又は外側の凸側に配置され、
押圧力もしくは電極力による心押し軸ホルダー２１’の
弾性曲げによって軸線４１の区域で支持板５”に曲げを
生じる。
【００５３】スポット溶接は本質的に３つのパラメータ
で決められ、それらは溶接電流、溶接時間および電極力
ＥＫであり、電極力ＥＫは即ち電極又は電極チップ２
６、２７が溶接すべき金属シート１８、１９に対し互に
押圧する力である。溶接電流は通常の手段で測定するこ
とができる。溶接時間は制御系を介して入力できる。電
極力はセンサー要素４”および関連の光−電子ユニット
１１によって測定されるので、電極力の連続的で非常に
正確な測定又は再検査が可能である。
【００５４】電極力は以下に記載するように溶接点の品
質に決定的に重要である。図８はグラフの形で時間の関
数として電極力ＥＫを示す。この場合、時間ｔ１で溶接
プライヤが閉じられ、即ち、金属シート１８、１９に対
し電極または電極チップ２６、２７がセットされる。先
ず電極力が強まり、次いで震動過程又はいわゆる震動衝
撃と云われる電極力の時間による変化が生じ、 該震動は
一方では金属シート１８、１９の固有の弾性により、他
方ではとりわけまた溶接プライヤ１の固有の弾性及びこ
の場合、とくに心押し軸ホルダー２０’、２１’、心押
し軸２０、２１などの固有の弾性によって生じ、この周
期的な力の変化はまた、心押し軸２０、２１及び関節軸
２２の状態又は経年変化にも依存する。完全な溶接プラ
イヤ１では、この震動はｔ２の時点で終了する。この震
動衝撃の周期Ｔｐｒについて経験的に所与の平均値が決
められる。
【００５５】図８において、震動衝撃が実際に終る時点
ｔ2 は、 その時間もしくは時間窓Ｔｐｒｍａｘが経過す
る前に到達することがわかる。時点ｔ2 から先ず行程４
６に応じて電極力は最大の電極力に到るまで増加し続け
る。その値が最大電極力の約９０％、即ち時点ｔ３に到
ると、溶接電流が負荷される。溶接中は電極力はほぼ一
定に保持され、その場合、図８において行程４７で示す
ように溶接プロセス中に若干の変動が生じる。ｔ２とｔ
３の間の時間は前保持時間Ｔｖと云われる。この時間の
間は溶接プロセスの準備のため或る電極電流を流すこと
もできる。時点ｔ４で溶接時間Ｔｓは終了し、その際、
特にまた溶接すべき金属シート１８、１９の材料構造の
変化により図８の行程４８で示すように電極力は減少す
る。電極力は時点ｔ５に到るまでの後保持時間Ｔｎの間
は一定に保持される。次いで溶接プライヤ１は開かれ
る。
【００５６】センサー要素４”によって、例えば溶接プ
ライヤ１が閉じた後の震動衝撃の間の電極力のコース
が、 震動衝撃が終る時点で検出され、且つ確立される。
もしこの事が予め決められた時間窓Ｔｐｒｍａｘ内で可
能でないならば、その事によって制御装置から機械的な
欠陥、例えば心押し軸の欠陥又は劣化、 作動装置２５の
欠陥、 支持体の欠点などが在ることがわかり、スポット
溶接は実施されない。
【００５７】さらにセンサー要素４”によって、前保持
時間Ｔｖの間、 溶接時間Ｔｓの間および後保持時間Ｔｎ
の間の電極力が監視され、 即ち上限値と下限値が例えば
包絡曲線５０、５１で定められる予定の許容範囲内に在
るか否かが監視される。またセンサー要素４”により特
に、場合により電極力が非常に大きく、 包絡曲線５０を
越え、 又は非常に小さく、包絡曲線５１より低下したか
否かが認識される。
【００５８】監視および制御は詳しくは例えば次ぎのよ
うになされる。即ち前保持時間Ｔｖのため予め決められ
た時間間隔又は予定の時間窓が経過した後に、 センサー
要素４”により、この時点で最大電極力の９０％又は少
なくとも予定の許容範囲（包絡曲線５０、５１）内の相
応の値が達成されているか否かが確認される。もしそれ
が満たされれば溶接電流が負荷される。もし電極力が所
要値に達しなければ溶接電流は負荷されない。その上、
欠陥信号が生じると、例えば溶接プライヤを有する溶接
ロボットに他の位置で再び溶接点を試みるように指示
し、保守又は作業要員に溶接プライヤ１又は溶接ロボッ
トの保守又は修理が必要なことを指示する。
【００５９】さらにセンサー要素４”によって、前保持
時間Ｔｖの間における制御も可能であり、もし測定され
た電極力が最大電極力の９０％又は許容範囲内の相応の
許容値になると、溶接電流が負荷され、従って溶接プラ
イヤ１が正常に作動すれば、前保持時間Ｔｖは実際には
電極力がこの値に達するまで続き、それ故前保持時間は
負荷的な安全時間間隔を必要とせず、その結果溶接プロ
セスの時間を著しく短縮でき、溶接ロボットの効率（時
間当りの溶接点）を著しく向上することができる。
【００６０】またこの制御では、予め決められた時間窓
内で９０％の電極力が達成されないと溶接電流は接続さ
れないで欠陥信号を発し、例えば溶接プライヤ１を有す
るロボットに他の位置で溶接点を試みさせ、作業又は保
守要員に溶接プライヤもしくは溶接ロボットの保守又は
修理が必要になったことを指示する。溶接時間Ｔｓの
間、単純な場合には電極力が予定の範囲内（包絡曲線５
０及び５１）に在るか否かが監視される。もし範囲内に
在れば関連の溶接点は好適に実施されるものと指示され
る。もし範囲内になければ、例えば相応の欠陥信号によ
り、他の位置に他の付加的な溶接点を実施し、及び／又
は溶接プライヤ１及びそれが所属する溶接ロボットの保
守又は修理が必要なことを指示するように溶接ロボット
の制御が行なわれる。溶接時間Ｔｓにおける電極力の検
出はまた、アルファー格子からガンマー格子への転位に
よって生じる容積変化、そして又後保持時間Ｔｎにおけ
るいわゆる「鍛造後」の容積変化が検出されることを意
味する。従って、溶接点（溶接線）の判断が可能にな
り、且つ欠陥のない溶接点が形成されたか否かを明確に
判断できる。
【００６１】さらにまた、溶接時間Ｔｓの間の電極力の
下降段階４８を検出することができ、且つそのことから
溶接電流の遮断基準および後保持時間Ｔｎの開始がわか
る。このことは溶接時間Ｔｓは実際には、関連の溶接点
の形成に必要な長さのみであり、そして溶接時間に付加
的な安全時間を含む必要がないことを意味する。また、
このことは全溶接時間の最適化及び減少を可能にする。
【００６２】図９は溶接プライヤ１を有する溶接ロボッ
ト５２および該溶接ロボット５２に属するスイッチ室５
３内に設けられた制御を図式的に示す。５４は溶接ロボ
ット５２とスイッチ室５３の間の可撓性の接続ラインで
ある。この接続ライン５４は光ケーブル８、９を含み、
即ち光−電子ユニット１１は溶接ロボット５２から充分
に離れた距離にあり、従って外部擾乱の影響に対し、と
くにスイッチ室５３内の磁場などに対し安全に保管され
る。このスイッチ室５３内には溶接ロボット５２もしく
は溶接プライヤ１のための他の制御要素を含み、 該制御
要素はセンサー３又はセンサー要素４”から供給される
信号の検出および評価用の電子手段を含む。
【００６３】上記のセンサー要素４，４’、４”はま
た、次の利点、即ち心押し軸ホルダー２１’の機械的変
化による伝達光量の変化が光ケーブル８、９の曲げのみ
によって起る光量の変化よりも可成り大きい利点があ
る。溶接ロボット５２や溶接プライヤ１の運動によって
起るような、これらの光ケーブル及び接続ライン５４の
曲げは、センサー要素の測定結果を妨害したり又は偽造
することはない。
【００６４】上記利点に加え、センサー要素４”はその
特殊構造により、とりわけ、ブロック体３４、３５は支
持板５”に備えられる単一ブロックで作られ、 且つそれ
らのブロック体３４、３５に設けられる溝３９、４０お
よびブロック体３４に備えられる光ケーブル８、９を受
け入れる通路をそれらの端部８’、９’の区域に可成り
正確に作ることができ、従ってセンサー要素４”を低コ
ストで且つ能率よく作り得る利点がある。
【００６５】図９の５５は圧力又は力を測定する圧力測
定器を示し、 該圧力測定器５５は溶接ロボット５２から
離れて置かれ、且つ溶接プライヤ１の運動空間におい
て、較正モードの間はこの圧力測定器５５は溶接プライ
ヤ１によって捕捉され、且つ電極チップ２６、２７の間
に配置される。作動装置２５によって、該電極チップ２
６、２７は圧力測定器５５に向けて押圧されるが、もち
ろん溶接電流は負荷されない。圧力測定器５５から供給
される信号は制御装置、 例えばスイッチ室５３内に納め
られた光−電子ユニット１１において、この較正モード
中にセンサー要素４”から得られた信号と比較される。
もし必要があれば光−電子ユニット１１中に備えられた
較正装置が、センサー要素４”から得られた測定信号が
圧力測定器５５で測定された測定値に一致するように再
調整される。最も単純な場合には該較正装置は増幅度が
可変の増幅器である。
【００６６】また、この較正モードでは、それが予定数
の溶接プロセス又は溶接点の後に周期的にくり返される
と、そしてセンサー要素４”で得られた測定値と圧力測
定器５５で得られた測定値の間の差が予定の許容範囲外
であれば、必要な保守又は修理を示す信号が発生され
る。本発明は実施例に基づいて記載されたが、本発明の
思想を越えないで変更および変態が可能なことが理解さ
れるであろう。従って例えば、センサー要素４, ４' 又
は４”を電極力によって弾性的に変形する心押し軸２１
又は他の溶接プライヤ要素に備えることも可能である。
【００６７】上記の実施例では、光源１２は予め決めら
れた強さのほぼ一定の光を供給することが仮定される。
原理的には予定のパターンによって光の強さが変化する
光、例えばパルス状に又は衝撃的に強さが変化する光を
発する光源を備えることも可能であり、 従って測定信号
の評価において、 特殊フィルターやプログラムによって
評価ユニット１５における偶然の外部擾乱の影響を省く
ことが可能である。
【００６８】一つの可能な実施例では、センサー要素４
又は４’もしくはその支持板５又は５' 上において光ケ
ーブルの端部８’、９’の間の個々の支持板板５、５’
又は共通のスリーブ６内に少なくとも２つの測定のもし
くは光の区間が形成される。これらの光の区間は種々の
軸線方向に備えられるが、 好ましくは互に垂直な軸線方
向に設けられる。これにより溶接プライヤ１の各種方向
の機械的変化を検出することができる。
【００６９】好ましくは光ケーブル９及び光検出器１３
を二重に設置し、電極力に依存する２つの信号を光−電
子ユニット１１に生じさせ、それらの信号の相応の処理
又は評価によって光ケーブルに対する擾乱の影響、例え
ば光源１２の輝度の変化、 光伝達ファクタに対する影響
等を自動的に較正することができる。この場合、 使用さ
れる光ケーブル８、９は好ましくは同一ケーブルに集め
られるので、 外部の影響、例えば曲げは全ての光ケーブ
ルに同じように作用する。
【００７０】好適な実施例では、溶接プライヤを新たに
設置した後、即ち例えば新しい溶接プライヤ又は修理さ
れ、もしくは新たに装備された溶接プライヤの作動によ
って、いくつかのテスト溶接（スポット溶接）が実施さ
れる。電極力の変化はこのテスト溶接によって測定さ
れ、且つ記録される。例えば最後のテスト溶接で所要の
品質の溶接点に達すれば、その溶接プロセスで記録され
た電極力の変化が望ましい基準曲線として設定され、そ
のための２つの包絡曲線５０と５１が決められ、且つ設
定される。
【００７１】次の溶接（溶接点）では、そのように決定
された基準曲線および包絡曲線が溶接プロセスの制御、
評価のために使用される。溶接プライヤが開かれると、
供給された測定信号の０点が自動的に訂正され、且つセ
ットされる。図１０にはスポット溶接プライヤの２つの
心押し軸が１０１および１０２で示されている。これら
の心押し軸はピボット軸１０３およびピボットアーム１
０４、１０５を介して枢動可能になっており、またこれ
らの心押し軸１０１、１０２は心押し軸ホルダーであっ
てもよく、且つ心押し軸１０１、１０２の端部に接続さ
れた作動ユニット１０６、例えばニューマチックシリン
ダによって互に連結される。図１０の実施例では心押し
軸１０１、１０２はわん曲しているが（上部および下部
の心押し軸は異なる曲率を有する）、本発明はそれに限
定されるものではない。心押し軸１０１と１０２の互に
向き合う端部には電極チップ１０７、１０８が配置さ
れ、それらの電極チップ１０７、１０８は溶接電極を形
成し、その間に、 スポット溶接によって互に接合される
２枚の金属シート１０９、１０９’が置かれ、且つそれ
ぞれの電極チップ１０７、１０８に接触する。心押し軸
１０１に絶縁材１１０（断面Ａ−Ａ）が、心押し軸１０
２に絶縁材１１１（断面Ｂ−Ｂ）が置かれる。
【００７２】絶縁材１１０の構造として図１０のＡ−Ａ
断面を示す図１１では、心押し軸１０１、 該心押し軸を
直接包囲するガラス繊維帯１１３、および特殊鋼のクロ
ス織物１１４を示し、該織物は例えばエポキシ樹脂接着
剤によってガラス繊維帯１１３に固定される。図１０の
Ｂ−Ｂ断面を示す図１２に見られるように、 心押し軸１
０２はエポキシ樹脂が含浸されたガラス繊維帯１１５で
包囲され、 且つその外側をスリット付き特殊鋼のスリー
ブ１１６で包囲される。図１３は図１１および図１２に
類似の図であって、 他の実施例としての絶縁材１１２を
示し、 該絶縁材１１２は好ましくは絶縁材１１０又は１
１１の代りに用いられる。
【００７３】絶縁材１１２は心押し軸１０１又は１０２
を包囲する被覆１１７からなり、 該被覆は単一又は複数
のセラミック織物の層又はセラミックパッドで形成され
る。この絶縁材１１２は、そのセラミック材が絶縁材１
１２の耐摩耗性もしくは耐損傷性の外面を形成し、その
外面は特に鋭いエッジを備えた金属シート１０９、１０
９’に対し高い強度を有する利点がある。
【００７４】絶縁材１１２は特に簡単に作ることができ
る。さらに、この絶縁材１１２によって、長期の使用に
より例えば絶縁材１１２の交換により該絶縁材１１２か
ら突出する鋭い要素又は針状の要素によって傷付く危険
のある区域が外面に形成されるのを除去する。
【００７５】
【発明の効果】上記のように、 本発明による溶接プライ
ヤでは、溶接プロセスの各時点で電極力を正確に測定す
ることができ、且つその測定結果に基づいて溶接プロセ
スを監視し及び制御することができる。そして電極力又
は電極圧力の動的測定が可能である。また、測定の精度
と感度が高いにも拘らず、 且つ限界周波数が高いにも拘
らずセンサー要素は外部擾乱、とくに電圧および磁界、
電磁場又は電磁波、 高温などの影響を受けない利点があ
る。さらに溶接プライヤ要素における電極力が該要素の
弾性変形に基づいて直接検出され、その測定のためば
ね、たわみ梁などの付加的な弾性体を設ける必要もな
い。従って、本発明によれば、溶接点の品質の評価のみ
でなく、溶接時間の最適制御が可能になるので、 溶接プ
ロセスの信頼性を向上し、且つ溶接行程の最適化を達成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のスポット溶接プライヤを示す
図である。
【図２】光−電子ユニットを備えた本発明によるセンサ
ーの実施例をブロック図と共に簡略的に示す断面図であ
る。
【図３】本発明のセンサー要素の他の実施例を簡略的に
示す平面図である。
【図４】図３のセンサー要素が管状の被測定物に設置さ
れた状態を簡略的に示す側面図である。
【図５】センサー要素のさらに他の実施例を示す概略的
な斜視図である。
【図６】図５のセンサー要素の概略的な縦断面図であ
る。
【図７】図５のセンサーに関する図６の面Ｅ１における
断面図である。
【図８】溶接プライヤの電極力と時間のダイヤグラムを
示す図である。
【図９】溶接場所を簡略的に示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例のスポット溶接プライヤ
の側面図である。
【図１１】図１０の心押し軸の線Ａ−Ａ断面図である。
【図１２】図１０の心押し軸の線Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１３】他の好適な実施例を示す図１１又は図１２に
類似の断面図である。
【符号の説明】
１ 溶接プライヤ２ 外表面 ３ センサー ４、４’、４” センサー要素 ５、５’、５” 支持板（支持部材） ６ スリーブ（支持部材） ７ 貫通孔 ８、９ 光ケーブル ８'、９' （光ケーブルの）端部８”、９” グラスファイバー ８”’、９”’ 絶縁被覆 １０ カバー １１ 光−電子ユニット １２ 光源 １３ 光検出器 １４ 増幅器 １５ 評価ユニット １６ メモリー １８、１９ 金属シート ２０、２１ 心押し軸（溶接プライヤ要素） ２１、２１’ 心押し軸ホルダー（溶接プライヤ要素） ２２ 関節軸 ２３、２４ 関節アーム ２５ 作動装置 ２６、２７ 電極チップ ２８ （光ケーブルの）わん曲した部分 ２９ 脚部 ３０ 保持要素 ３１ ばね ３２ ピン ３３ 薄肉部 ３４、３５ ブロック体 ３６、３７ 端面 ３８ 鏡（光転向装置） ３９、４０ 溝 ４１ 軸線 ４２ カバー ４３ プラグ ４４ 温度検出器 ５０、５１ 包絡曲線５２ 溶接ロボット ５３ スイッチ室 ５４ 接続ライン ５５ 圧力測定器 １０４、１０５ 心押し軸ホルダー １１０、１１１、１１２ 絶縁材 １１４、１１６、１１７ 被覆
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−243285（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−49793（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−46644（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−57808（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5140155（ＵＳ，Ａ) 米国特許4798951（ＵＳ，Ａ) 米国特許5111020（ＵＳ，Ａ) 英国特許出願公開2183331（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 11/24 B23K 11/11 B23K 11/25

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一対の心押し軸、一対の心押
    し軸ホルダー、一対の溶接電極を備えた溶接プライヤ要
    素を有し、該溶接プライヤ要素は溶接のため作動装置
    （２５）により金属シート（１８、１９）に対し電極チ
    ップ（２６、２７）で或る電極力で押圧し得、さらに光
    −電子ユニット（１１）に接続された少なくとも一つの
    センサーを有し、該センサーは溶接プライヤ要素におけ
    る電極力を検出しもしくは測定するためセンサー要素
    （４、４’、４”）の少なくとも一つの部分である支持
    部材（５、５’、５”、６）を備える溶接プライヤにお
    いて、前記センサー要素（４、４’、４”）は一方の溶
    接プライヤ要素（２１、２１’）に固定され、前記セン
    サー要素の支持部材（５、５’、５”、６）は電極力に
    相応する弾性変形すなわち溶接プライヤ要素（２１、２
    １’）の曲げに追随し、前記支持部材（５、５’、
    ５”、６）には光路が備えられ、前記光路は光ケーブル
    （８、９）を介して前記光−電子ユニット（１１）に接
    続され且つ前記光−電子ユニット（１１）の少なくとも
    一つの光源の光が前記光ケーブル（８）を介して前記光
    路に送られるようになっており、および前記光ケーブル
    （９）を介して前記光−電子ユニット（１１）に戻る光
    量又は前記光路に吸収される光量は前記センサー要素
    （４、４’、４”）の前記光路を備える前記支持部材
    （５、５’、５”、６）の変形の関数であることを特徴
    とする電気的な溶接プライヤ。
  2. 【請求項２】 特許請求の範囲第１項に記載の溶接プラ
    イヤにおいて、前記光路又は光の区間は光ケーブル
    （８、９）の２つの端部（８’、９’）の間に備えられ
    ることを特徴とする溶接プライヤ。
  3. 【請求項３】 特許請求の範囲第２項に記載の溶接プラ
    イヤにおいて、前記光路は第１の光ケーブル（８）の光
    の出口を形成する第１の端部（８’）と第２の光ケーブ
    ル（９）の光の入口を形成する第２の端部（９’）との
    間に形成されることを特徴とする溶接プライヤ。
  4. 【請求項４】 特許請求の範囲第１項から第３項までの
    いずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、さらに光
    −電子ユニット（１１）で得られた測定信号によって溶
    接電流の接続及び／又は遮断を行なう手段を含むことを
    特徴とする溶接プライヤ。
  5. 【請求項５】 特許請求の範囲第１項から第４項までの
    いずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、センサー
    要素（４、４’、４”）によって得られた電極力を監視
    し、指示し及び／又は予定値と比較する手段を含むこと
    を特徴とする溶接プライヤ。
  6. 【請求項６】 特許請求の範囲第５項に記載の溶接プラ
    イヤにおいて、前記予定値は好ましくは或る範囲を含む
    包絡曲線（５０、５１）である所望の又は基準の曲線又
    は上限と下限の許容値であることを特徴とする溶接プラ
    イヤ。
  7. 【請求項７】 特許請求の範囲第１項から第６項までの
    いずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、溶接プラ
    イヤ要素（２１）及び／又はセンサー要素（４、４’、
    ４”）に少なくとも一つの温度検出器（４４）が備えら
    れ、該温度検出器は温度の影響を補償するため光−電子
    ユニット（１１）に温度の関数として電気信号を供給す
    ることを特徴とする溶接プライヤ。
  8. 【請求項８】 特許請求の範囲第１項から第７項までの
    いずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記光−
    電子ユニット（１１）から与えられた測定信号を較正す
    る手段を含むことを特徴とする溶接プライヤ。
  9. 【請求項９】 特許請求の範囲第１項から第８項までの
    いずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、溶接プラ
    イヤ（１）もしくはその電極に作用する圧力を測定する
    圧力測定器（５５）を含み、前記圧力測定器はこの溶接
    プライヤの較正モードにおいて溶接プライヤの電極によ
    って或る力で作用を受け且つその測定値はスイッチ室
    （５３）において装置の較正のためセンサー要素（４、
    ４’、４”）で得られた測定信号と比較されることを特
    徴とする溶接プライヤ。
  10. 【請求項１０】 特許請求の範囲第１項から第９項まで
    のいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記セ
    ンサー要素（４、４’、４”）の前記支持部材（５、
    ５’、５”、６）はその内部に前記光の区間が形成さ
    れ、空間的に互いに離れている少なくとも２つの保持又
    は設置区域を介して前記溶接プライヤ要素に接続されて
    いることを特徴とする溶接プライヤ。
  11. 【請求項１１】 特許請求の範囲第１０項に記載の溶接
    プライヤにおいて、前記保持又は設置区域は好ましくは
    その自由端に向かって円錐状に縮小する脚部からなり、
    且つこれらの脚部は前記センサ要素の支持部材（５、
    ５’、５”、６）を形成又は受けるハウジング又は支持
    体に備えられることを特徴とする溶接プライヤ。
  12. 【請求項１２】 特許請求の範囲第１０項または第１１
    項に記載の溶接プライヤにおいて、前記保持又は設置区
    域は前記光路の面から離れていることを特徴とする溶接
    プライヤ。
  13. 【請求項１３】 特許請求の範囲第１項から第１２項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記
    光の区間は少なくとも前記第１の光ケーブル（８）を介
    して導入される光のスペクトルに対し外方から光を通さ
    ないように閉じられた、前記センサー要素（４、４’、
    ４”）の支持部材（５、５’、５”、６）の貫通孔
    （７）内に形成されることを特徴とする溶接プライヤ。
  14. 【請求項１４】 特許請求の範囲第１２項または第１３
    項に記載の溶接プライヤにおいて、前記光ケーブル
    （８、９）の２つの端部（８’、９’）は軸線上互いに
    向き合って備えられていることを特徴とする溶接プライ
    ヤ。
  15. 【請求項１５】 特許請求の範囲第１項から第１３項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記
    光ケーブル（８、９）の間又はその端部（８’、９’）
    間の前記光路の光の区間は少なくとも一つの光転向装置
    である鏡（３８）を備え、前記鏡（３８）はその鏡面
    で、前記光の区間の面Ｅ１内にあり、又は該面に平行な
    軸線のまわりに凹状にわん曲して備えられることを特徴
    とする溶接プライヤ。
  16. 【請求項１６】 特許請求の範囲第１項から第１５項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、光ケ
    ーブル（８、９）の端部（８’、９’）及び／又は光転
    向装置（３８）はセンサー要素（４”）の部分、好まし
    くは支持体（５”）の一方の側で互に向き合うブロック
    体（３４、３５）に備えられていることを特徴とする溶
    接プライヤ。
  17. 【請求項１７】 特許請求の範囲第１項から第１６項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、光ケ
    ーブル（８、９）の端部（８’、９’）及び／又は光転
    向装置（３８）は互に向き合う面（３６、３７）の溝
    （３９、４０）内に在ることを特徴とする溶接プライ
    ヤ。
  18. 【請求項１８】 特許請求の範囲第１項から第１７項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、セン
    サー要素（４、４’、４”）の前記支持部材（５、
    ５’、５”、６）はスリーブ（６）あるいはカバー（１
    ０）の位置またはその中に在ることを特徴とする溶接プ
    ライヤ。
  19. 【請求項１９】 特許請求の範囲第１項から第１８項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、セン
    サー要素（４、４’、４”）の前記支持部材は前記光の
    区間が形成される支持板（５、５’、５”）あるいはス
    リーブ（６）あるいはカバー（１０）の部分であること
    を特徴とする溶接プライヤ。
  20. 【請求項２０】 特許請求の範囲第１項から第１９項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、セン
    サー要素（４、４’、４”）の前記支持部材（５、
    ５’、５”、６）内あるいはカバー（１０）内に内部空
    間、好ましくは貫通孔（７）からなる内部空間が備えら
    れ、前記支持部材（５、５’、５”、６）内あるいはカ
    バー（１０）に固定されて端部（８’、９’）を備えた
    光ケーブル（８、９）が前記空間内に延びていることを
    特徴とする溶接プライヤ。
  21. 【請求項２１】 特許請求の範囲第１項から第２０項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、セン
    サー要素（４、４’、４”）の前記支持部材（５、
    ５’、５”、６）は貫通孔（７）を有するスリーブ
    （６）からなり、端部（８’、９’）を備えた光ケーブ
    ル（８、９）は該端部（８’、９’）が前記貫通孔
    （７）の中で互に離れるように前記貫通孔（７）内に延
    びていることを特徴とする溶接プライヤ。
  22. 【請求項２２】 特許請求の範囲第２１項に記載の溶接
    プライヤにおいて、前記スリーブ（６）はセンサー要素
    （４、４’、４”）の支持板（５、５’、５”）に固定
    され、前記支持板は溶接プライヤ要素（２１）に固定さ
    れたセンサー要素（４、４’、４”）の平面を形成する
    ことを特徴とする溶接プライヤ。
  23. 【請求項２３】 特許請求の範囲第２１項または第２２
    項に記載の溶接プライヤにおいて、前記光ケーブル
    （８、９）は前記支持部材（５、５’、５”、６）内に
    固定されていることを特徴とする溶接プライヤ。
  24. 【請求項２４】 特許請求の範囲第２２項または第２３
    項に記載の溶接プライヤにおいて、前記光ケーブル
    （８、９）は支持板（５、５’、５”）及び／又は該支
    持板に備えられたカバー（１０）に固定されていること
    を特徴とする溶接プライヤ。
  25. 【請求項２５】 特許請求の範囲第１項から第２４項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、少な
    くとも一つの光ケーブル（８、９）の端部（８’、
    ９’）はレンズ状にわん曲していることを特徴とする溶
    接プライヤ。
  26. 【請求項２６】 特許請求の範囲第１項から第２５項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、溶接
    プライヤ要素（２１）にセンサー要素（４、４’、
    ４”）を固定するためスリーブ（６）の軸線は若干わん
    曲し、好ましくは支持板（５、５’、５”）の表面に垂
    直な軸線のまわりにわん曲することを特徴とする溶接プ
    ライヤ。
  27. 【請求項２７】 特許請求の範囲第１項から第２６項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記
    センサー要素（４、４’、４”）は互に異なる方向に設
    けられた少なくとも２つの光の区間を有することを特徴
    とする溶接プライヤ。
  28. 【請求項２８】 特許請求の範囲第１項から第２７項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、第１
    の光ケーブル（８）を通して導入される光は一定の光束
    または予定のパターンで変化する光束であることを特徴
    とする溶接プライヤ。
  29. 【請求項２９】 特許請求の範囲第１項から第２８項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、さら
    に光−電子ユニット（１１）を含み、前記光−電子ユニ
    ットは第１の光ケーブル（８）と共働する光源（１２）
    および第２の光ケーブル（９）と共働する光検出器（１
    ３）を有することを特徴とする溶接プライヤ。
  30. 【請求項３０】 特許請求の範囲第１項から第２９項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、予め
    定められた較正曲線に基づいて測定信号を形成するため
    評価電子系又は評価ユニット（１５）を含むことを特徴
    とする溶接プライヤ。
  31. 【請求項３１】 特許請求の範囲第３０項に記載の溶接
    プライヤにおいて、前記較正曲線はメモリーに、好まし
    くは評価ユニット（１５）又は光−電子ユニット（１
    １）のメモリー（１６）に貯えられることを特徴とする
    溶接プライヤ。
  32. 【請求項３２】 特許請求の範囲第１項から第３１項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記
    センサー要素（４、４’、４”）は溶接プライヤ（１）
    又は溶接プライヤ要素（２１）に取外し自在に取付けら
    れていることを特徴とする溶接プライヤ。
  33. 【請求項３３】 特許請求の範囲第１項から第３２項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、前記
    溶接プライヤ要素（２１）は曲がった部分を有し、且つ
    前記センサー要素（４、４’、４”）は前記溶接プライ
    ヤ（２１）の凹側又は凸側で設置されていることを特徴
    とする溶接プライヤ。
  34. 【請求項３４】 特許請求の範囲第１項から第３３項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、少な
    くとも一つの前記溶接プライヤ要素は一つの心押し軸ホ
    ルダー（２１’）および該心押し軸ホルダーの一端に備
    えられた心押し軸（２１）によって形成され、且つ少な
    くとも一つのセンサー要素（４、４’、４”）が前記心
    押し軸ホルダーに備えられていることを特徴とする溶接
    プライヤ。
  35. 【請求項３５】 特許請求の範囲第１項から第３４項ま
    でのいずれかの項に記載の溶接プライヤにおいて、溶接
    の際に金属シートに接触する区域内の少なくとも一つの
    心押し軸又は心押し軸ホルダー（１０４、１０５）に絶
    縁材（１１０、１１１，１１２）が備えられ、該絶縁材
    は耐損傷もしくは耐摩耗性の外面を有し、この外面は特
    殊鋼からなる被覆（１１４、１１６）で形成され、好ま
    しくはセラミック繊維及び／又はセラミック詰物からな
    る被覆（１１７）の外面で形成されることを特徴とする
    溶接プライヤ。
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