JPH01501456A

JPH01501456A - 抵抗溶接の凹入部測定および制御方法、装置

Info

Publication number: JPH01501456A
Application number: JP62503457A
Authority: JP
Inventors: ファーガソン、ヒューゴ　スタンレイ
Original assignee: ダッファズ　サイエンティフィック　インコーポレーテッド
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1989-05-25
Also published as: JPH0255150B2; ATE75646T1; DE3778901D1; EP0314679B1; US4734555A; CA1270319A; EP0314679A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】抵抗溶接の凹入部測定および制御方法、装置見」Ｌ立」Ｌ見１、技術分野本発明は溶接作業を行う方法および装置に関し、特に抵抗溶接作業時の凹入部の測定および制御方法および装置に関する。

２、従来の技術抵抗溶接は互いに溶接される別個の部品をこれらの部品内に生ずる溶接区域を通る電流（溶接電流）によって生ずる熱によって溶接される、形式の溶接作業であり、発生する熱量はこれら部品の溶接区域を通る電流に対する抵抗および電流の強さによって定まる。溶接作業時に両部品を互いに押しつけるために機械的圧力が使用される。抵抗スポット溶接は抵抗溶接の最も一般的な形式であるが、２つの隣接する接合表面に位置する少量の材料がこれらの表面を通る溶接電流による加熱によって局部的に溶融しつぎに合体することによって溶着部（ウェルド）が形成される。抵抗溶接作業の詳細については、ＲＷＭ　Ａ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ＷｅｌｄｉｎｇＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ’　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ米国溶接協会）が発行した抵抗溶接便覧（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｍａｒ＋ｕａｌ）に記載されている。

溶接作業の完了後に測定された電極凹入部と溶着部の強度との間に直接の関係があることは、ウェルディングジャーナル（Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ）誌１９６８年１０月号の４７２−Ｓないし４７８−５頁のウー氏（Ｋ、　Ｃ，Ｖｕ）の論文がある＊　（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｃｒ１ｔｅｒｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｒｅ５ｉｓｔ−ａｎｃｓ　５ｐｏｔ　ｖｅｌｄｉｎｇ）　（ウー氏の論文と名付ける。）２つの対向する電極間に位置する２つ以上の材料が互いに溶接されるとき該電極間の距離の変化、すなわち電極間変位を測定することによって抵抗スポット溶接作業を測定しまたは制御する多くの研究がなされた０例えば米国特許第４，４１９，９５８号、同第４，５４２，２７７号、同第４，２９６，３０４号、同第４，４４７，７００号は電極間変位を測定する装置を開示している。

凹入部は溶接される材料の外面に生ずる凹みとして限定され、溶接電極がスポット溶接区域すなわちナゲツト区域、すなわち溶接ナゲツトの形成時に材料が液体となる区域の材料の表面を鍛造することによって主として生ずる。ナゲツトに隣接する材料の一方または双方の外面は電極を支持する材料の高温強度が減少することによって凹入し、陥没する。このようにして溶接ナゲツトが形成されるとき電極は鍛造作用を行うことになる。

溶接電流が流れている間に電極間の材料の成長による電極間の距離の測定の結果、研究者は凹入の大部分はナゲツトが固化しているとき、すなわち溶接電流が断となった後に生ずると信じてきた。以下に５５８特許として引用する米国特許第４，４１９，５５８号明細書には溶接作業を制御するために必要な凹入部の大きさが記載され、例えば約０．１０ｃ＋ｎの金属板に対して凹入部の深さは約０．００２５ｃｍであると示している。すなわち、所望の凹入部の深さは５５８特許では板厚の約２．５％である。しかし、これは従来のデータと一致しない０例えばウー論文には充分な強度を有する溶接部を生ずる最も望ましい凹入部の深さは板厚の５〜１０％であると示している。約０．１０ｃｍの５％は０．００５１ｃ＋＋＋であり、また１０％は０．０１ｃｍであり、いずれも５５８特許の記載より著しく大である。さらに、板厚が大となると比例的に凹入部の深さが大となる。これらの凹入部の深さは電極間の距離の測定によって得られた値よりも大である。

電極間の距離の測定によって得られた値が小さいことは、この測定は溶接作業間に生ずる材料の熱膨張を考慮しないことによる。特に、電極間の距離の測定時に測定値は熱膨張による部分と凹入による部分とを含む、熱膨張は凹入とは反対方向であるから、膨張による材料の伸長は凹入による材料の収縮を打消し、すなわち遮蔽し結果としての凹入量は予期したものより小となる、ウー論文は溶接部の強度と凹入量との間に直接関係が存在することを示しているが、溶接部の強度と材料の膨張との関係についての教示は記載されていない。材料と電極の形状と溶接条件とのある組合せについて、材料の膨張は凹入量に等しくまたは相当に大であることもある。従って、電極間の距離の測定による凹入量は実際に凹入が生じていても膨張によってゼロとなる場合がある。すなわち、溶接作業時に電極間の距離の測定を行っても正確に溶接強度をめることは一般的にはできない。

この点についてステイーベル論文（Ａ、５ｔｉｅｂｅｌ著のＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　５ｐｏｔ　ＩＩｌｅｌｄｉｎｇ　０ｐｅｒａｔｉｏｎスポット溶接作業の監視と制御−−１９８６年金属板溶接合議会報Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　１９８６　ＳｈｅｅｔＭｅｔａｌ　Ｉｌｌｅｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ＩＩ　、　Ｄｅｔｏｒｏｉｔ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ。

Ｏｃｔ、　２７−２９．１９８６．　ＰＰ、　１−１７）があり、凹入量が溶接強度を指示するものであることが記載されている。この論文に記載された装置は凹入量測定を電極の移動によって生ずる力の測定によっている。前述のように膨張による電極間の距離の変化が溶接部の形成時に生ずる凹入量を遮蔽するから、この論文の装置では溶接部が形成された後、すなわち材料が始めの厚さに収縮した後でなければ凹入量の正確な測定はできない。従って、ステイーベル論文の装置では溶接部の形成中には凹入量の正確な測定ができず、凹入が生じているときに制御することができず、電極間の距離の測定に依存する従来技術の装置と同様な課題を残している。

従って、溶接作業時に生ずる凹入量を正確に測定する方法および装置が要望されている。さらに、測定された凹入量に基いて抵抗スポット溶接機を正確に制御して、これによって実質的に総ての溶接部が充分な強度を有するようにする方法および装置が同様に要望されている。

丑−皿−のユ襞二４本発明は溶接作業時に電極組立体上の基準点と、電極と加工片表面との接触区域に隣接するが実質的に電極によって凹入せしめられることのない区域の加工片表面上の区域との間の分離量を測定する。この測定は同一溶接作業に使用される一方または双方の電極について行う０本発明によれば距離測定装置は、始めに電極組立体上の基準点に相対的な加工片の外部表面の位置を溶接電流が溶接区域に流れる以前に確立する。電極組立体は電極とホルダとホルダに固定されたその他の機械的素子とを含む。測定は溶接電流が流れるときに適当な間隔で繰返し行い、溶接作業時に電極が加工片の表面を凹入せしめる量を連続的に決定する。

加工片相互の接合表面に位置する材料の一部が溶融すると、電極と加工片との接合界面に位置する加工片の表面が電極によって凹入せしめられ始める。測定された凹入量が所望値、例えば溶接さ九る加工片の最も薄い表面片の厚さの５〜１０％に達すると溶接電流を断とする。ここに表面片とは溶接作業時に電極に当接する２つの加工片をいう、凹入量をさらに正確に制御するために凹入が生ずる速度を測定し所望の四人生成プログラム（予め定めた門人生成曲線）に従って溶接電流を変えて四人生成速度を増減する。

ナゲツトの同化と加工片の冷却とによる収縮を含む最終凹入量の測定は、短い冷却期間（通常ホールド期間と名付けられる）中も凹入量測定を継続することによって可能であり、これは溶接電流を断とした後で電極を後退せしめる以前に行われる。

大量生産時には電極を交換せずに多数の溶接を行う。

その結果、電極の先端の摩耗が大となる０本発明による方法は各溶接の開始時に加工片の表面と電極との間の空間関係（距Ｍ）を測定するから電極の先端の摩耗は凹入量の測定から自動的に除外される。

所望の凹入量は最も薄い表面片の初期厚さの所定の比率のものであるから、溶接電流が流れる以前の電極の初期分離量を測定する。この測定値を制御目的のための所望の凹入量を得るために使用する。電極の摩耗による測定値の誤差を消去するために電極間に加工片を配置しないで厚さの測定をときどき行い、厚さゼロの値を決定する。

図　の簡単な日第１Ａ図は本発明による抵抗スポット溶接装置の凹入量測定部の概略図と、溶接作業時に生ずる代表的な溶接パルス曲線１５０と凹入量曲線１５１とを示す図、第１図は抵抗スポット溶接作業時に生ずる凹入を測定し制御する本発明の一実施例の装置の概略図、第２図は第１図の装置の距離測定装置２００の概略図、第３図は第１図の装置の距離測定装置３００の概略図、第４図は第１図の装置の距離測定装Ｗ４００の概略図、第５図は本発明による方法および装置を使用して溶接部が形成されるとき生ずる３つの信号（信号ａ、ｂ、Ｃ）の時間的関係を示すグラフと、同時に生ずる凹入（曲線ｄ）とを示す図である。

各図において同一参照数字は対応する素子を示している。

な　の　日第１Ａ図を参照すると、電極ホルダ１０１．１０２が上方および下方電極１０３，１０４を固着的に保持し、抵抗スポット溶接機の部分を構成する。各電極は対応するホルダに固着される。電極とホルダとは一体の電極組立体を構成し、を極１０１とホルダ１０３とが電極組立体１４２を構成する。各電極組立体はこれら以外の公知の図示しない機械的素子１例えば典型的にはホルダまたは電極に固定される支持腕などを含んでもよい、また、動力変圧器のための機械的支持部、すなわち加工片１０５，１０６が電極間に挟まれ、溶接電流が両電極を介して材料を貫通して流れる。電流に対する最大の抵抗は材料１０５，１０６間の界面に生ずる０両加工片は例示的には単純炭素鋼となされる。

電極によって集中せしめられた電流によって温度が急速に上昇し液体区域１１７が形成され、これは溶接電流の停止後に冷却、固化してす、ゲットとなる。

溶接電流が加工片に作用している間、すなわち溶接パルス１５０の継続している間に距ＭＸが変化する。

距離Ｘの変化、すなわち曲Ｂ１５１に示すΔＸが加工片の表面に生ずる凹入量を指示する。特に、電極組立体に沿う任意の予め定めた点（例えば図示の電極１゜３上の点さらに実際的にはホルダ１０１上の点）に位置する固定の基準点と該電極が加工片に接触する区域に直接に隣接する加工片の外表面の対応する区域で溶接作業間に電極によって実質的に凹入せしぬられない区域との間に生ずる距離の変化としてΔＸは測定される。第５図の信号すとして示す溶接パルスは実際上は溶接電流の一連の半サイクル（はぼサイン波パルス）波であり、各半サイクル波の継続時間は別々に制御される。第１Ａ図の曲線１５１に示すようにΔＸの値は溶接パルスの初期に増加する。これは、電極］、０３．１０４の先端部１１５，１１６に隣接して位置する材料が加熱されて熱膨張を始めることによる。加工片は急速に高温となり、強度が低下する。電極を保持する大きい力によって電極は加工片に鍛造力を作用せしめ、これによって加工片の表面に凹入部が形成さ九、これによってΔＸの値は急速に減少する。これは溶接パルスの後期に生ずる。溶接パルス１５０の終期は垂直線１５２として示す時期におこる。しかし、ΔＸの値は溶接パルス１５０が終結した後、すなわち線１５２の右方でも減少を続ける。この付加的な減少はナゲツト１１７が固化し収縮することと加工片１０５．１０６が冷却し収縮することとによる。

凹入量を示す曲線１５１は溶接パルス作用時のナゲツトの成長の良好な指示を与え、後述するようにこのスポット溶接作業のための溶接動力を制御するために使用可能である０曲線１５１は各種の適当な方法の任意のものによって測定可能であり、これには光学的、音響的１機械的または磁気的（例えば渦電流測定）などの方法がある。光学的測定は通常レーザビームが適当なエミッタから出て加工片の表面の所定区域に当り。

つぎに適当なディテクタに戻るまでの時間の測定を含む、エミッタおよびディテクタは電極組立体の同一または異る固定の基準点に通常配置される。光学的測定は加工片の表面からの反射に依存するから、表面の埃または不規則性は測定を不正確とする。このために、光学的測定は工業的環境では望ましくない１機械的距８８１！定は例えば線形差動電圧変圧器（ＬＶＤＴ）または光学的エンコーダを使用するが、これらは加工片の所定区域に接触する測定腕を使用し、これは加工片と干渉する不細工な装置である。音響的、特に超音波を使用する装置はこの欠点を有していない。そこで、以下に説明する望ましい実施例では前述曲線を得るための信号は音響的、特に超音波的なΔＸ測定による。測定技術がいづれであっても、ΔＸの測定はつぎの２つのいづれかによる。ΔＸを直接に測定するか、または距ＭＸについて２回の測定を行ってプロセッサまたはその他の回路を使用して減算を行ってΔＸに対応する値をめる。単純化のために望ましい実施例におし）てΔＸは直接に測定されるものとする。

第１図に示す実施例において、鎖線で示すブロック１００は抵抗溶接機械を示し、破線で示されるブロック２００は上方加工片表面１１３とトランスデユーサ１１８との間の距離を測定する装置を示し、ブロック３００は上方および下方電極１０３，１０４間の距離を測定する装置を示し、ブロック４００は下方加工片表面１１４と下方トランスデユーサ１２１間の距離を測定する装置を示している。

ブロック５００は関連するメモリつきのコンピュータ、マイクロプロセッサなどの装置であって、測定値を計算し、全体の装置を作動せしめる。

ブロック］、　ＯＯの素子について説明する。上方電極ホルダ１０１と下方電極ホルダ１０２とは図示しない溶接装置の部分である。電極１０３，１０４は電極ホルダ１０１．１０２にそれぞれ取付けられ、電気的に接続されており、それぞれ電極組立体１４１，１４２の部分をなしている。電極ホルダ１０１．１０２と電極１０３．１０４とは導電性材料製である。溶接変圧器１０７は大電流、低電圧二次コイルを有し、これが電極ホルダ１０１．１０２に接続されている。スイッチ１０８は典型的には１対の高電流シリコン制御整流器（５ＣＲｓ）であって、変圧器１０７の一次線をオンオフ制御し、電極１０３．１０４への溶接電流の流れを制御する。ＳＣＲ睨動部１０９はライン１１０を介してコンピュータ５００で制御され、スイッチ１０８を作動せしめる。溶接機械への一次動力はライン１１１゜１１２を介して供給される。コンピュータ５００への動力はライン５０１，５０２を介して供給される。

コンピュータ５００の指示灯５０３を設けて溶接部に所望の量の凹入が形成されたことを指示してもよい。

別法として指示灯５０４は溶接部に所望の量の凹入が形成される状態に達していないことを指示する。コンピュータの図示しない上述以外の出力を利用して溶接部が良好であるというデータを得て溶接品質の制御、および溶接された加工片が良好であることの保証を与えることができる。

トランスデユーサ１１８，１２１が第１図において電極１０３，１０４にそれぞれ固定されて示される。

トランスデユーサ１１８，１２１は後述のように空中を通ってそれぞれ加工片１０５，１０６に向って運動する信号１１９，１２２を発生する。トランスデユーサ１１８．１２１はつぎに、加工片１０５．１０６の表面１１３．１１４で反射したこれらの信号のエコー１２０．１２３を受取る。

トランスデユーサ１２４．１２５はそれぞれ電極ホルダ１０１．１０２に音響的に接続される。後述するように、トランスデユーサ１２４は音響的すなわち超音波信号を、電極ホルダ１０１、電極１０３、加工片１０５．１０６．電極１０４および電極ホルダ１０２を通して送り、信号はトランスデユーサ１２５によって受取られる。

充分な溶接動力が加工片１０５，１０６に作用せしめられると、加工片１０５．１０６に挟持力を与えてイル電極１０３．１０４は電極ホルダ１０１．１０２によって与えられる力によって加工片１０５，１０６の表面１１３．１１４にそれぞれ凹入部を形成しはじめる。加工片のいづれか一方の表面に生ずる凹入の量を減少しまたは凹入を防止するために、材料と接触する一方の電極、例えば電極先端部１１５または１１６を完全に平坦としてもよい、この電極は空気力学的応用例、例えば航空機の外皮に材料を溶接するために使用される。この場合平坦な電極は空気流に露出する材料、例えば航空機の外面に当接せしめられ、その表面に生ずる凹入部を防止しまたは凹入量を減少せしめる。

空気流に対する阻害を最小とするために、空気流に露出する材料の表面の凹入量を４％以下とする。通常の円頭形の電極を他方表面に配置し、凹入量の測定をその電極について行う。別法として凹入する加工片の面積を減少させるために電極先端部１】５または１１６を円められた円錐形としてもよい。

溶接パルスが継続している間に電極先端部１１５゜１１６における凹入量が増加する。完成した溶接部が充分な強度を有しているようにするために、凹入量は代表的には凹入せしめられる加工片の最も薄いものの厚さの５〜ｌＯ％まで増加せしめる。この最も薄い加工片について凹入量の測定も行う。凹入量がこの値を超えて１例えば１２％まで増加すると加熱された加工片は薄くなりすぎて溶接区域に位置する液体化した材料を支持し収容することが困難となる。その結果、溶融した材料は加工片間の溶接区域から排出される。従って、使用可能の最大凹入量は漏出（通常スピットという）の開始によって定まる。比較的高温強度の高い材料では使用可能の最大凹入量は比較的高温強度の低い材料よりも大である。それにも拘らず凹入量の最大値を５〜１０％、典型的には約７％に達するように制御することにより各種の溶接可能材料に充分な強度を有する溶接部を形成することができる。最大凹入量をこの範囲に制限することによって加工片１０５，１０６の接合する両表面からの材料を含む適当な大きさのナゲツト１１７が冷却時に形成される。

ブロック２００に含まれる素子を第２図を参照して説明する。ブロック２００に示す距離測定装置は、ゲート２０２と相コンパレータ２０３とに連続的に信号を供給するオツシレータ２０１を含む、オツシレータ２０１は望ましくはクリスタル制御として、その出力が時間その他の誤差を生ずる原因によって変動しないようにしている。ライン２０４を介してコンピュータ５００は周期的にゲート２０２を制御してオツシレータ２０１の出力がトランスミッタ２０５に送られて適切に増幅されるようにする。トランスミッタ２０５によって増幅されたパルスは第５図において信号ａとして示され、パルスＡと記載される。第２図において。

トランスミッタ２０５の出力パルスは伝達・受取回路２０６とライン２０７とによって溶接電極１０３に装架されたトランスデユーサ１１８に送られる。第１図に示すようにトランスデユーサ１１８で形成されたパルス信号は実線１１９で示すように加工片１０５の表面１１３に向って空気中を下方に伝達される。信号は表面１１３で反射されて破ｍ１２０で示すように対応するトランスデユーサ１１８に向って上方に空気中を伝達される。信号の実質的な拡張が伝達時にトランスデユーサ１１８および表面１１３で生ずる。反射した信号１２０は通常エコーと名付けられる。トランスデユーサ１１８は所望の周波数で作動するようになされたキャパシタンス形式またはピエゾ・セラミック形式とする。信号の空気中での伝達は式ｖ＝ｆｘＡ　によってめられ１．ここにＶは空気中の信号の速度。

ｆは信号の周波数、Ａは信号の波長である。超音波信号の場合、速度Ｖは室温、乾燥空気で約１３．５インチ／ミリ秒（３４３ｍ／ｓ）である、電極による凹入は小であるから、エコーの検知においてトランスデユーサと加工片の表面との間の凹入による測定時間の変化は小である。電極１０３．１０４の表面１１３．１１４内への凹入による距離の変化の測定はパルス検知または相検知のいづれによってもよい、しかし、パルス検知は伝達されたパルスと受取ったパルスとの縁部間の時間的関係を正確に検知する必要がある。実際にはバルスは変形するからか距離の測定には相検知が実際的で正確である。相検知は伝達された信号と受取った信号との間の相の移動を検知する。信号が移動する距離は凹入によって変化し、加工片１０５．１０６の表面１１３．１１４とトランスデユーサ１１８，１２１との間の距離が減少することによって受取った信号は早く戻る。

受取ったエコー信号１２０はライン２０７によって伝達・受取回路２０６に第２図に示すように送られ、そこからレシーバ／リミッタ２０８に送られる。レシーバのパルスは第５図の信号ａにおいてパルスＢとして示す。第２図に示すレシーバ／リミッタ２０８の制限作用は信号の正および負の突出部分を制限し、これによって、はぼ矩形の波形を与える。この信号がライン２０９によってコンピュータ５００に送られ、中断信号として使用され、相コンパレータ２０３に送られる。コンパレータは信号を信号のサイクルの９０度または１８０度以上にわたって比較する。コンパレータ２０３は信号を１８０度以上にわたって比較するものとし、これは所要のトランスミッタの周波数を減少することを可能とする。

コンピュータ５００に送られるライン２０９の信号はコンピュータに中断を与える。この中断が生ずるとコンピュータ５００は適切なタイミングでパルスをライン２１０に発生し、ライン２１０はアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２１１の制御部（Ｃ）の入力に接続されている。これによって変換器２１１は相コンパレータ２０３からライン２１２を経て入力された信号を読取り変換する。相コンパレータ２０３の出方信号の２進コード値は変換されてＡ／Ｄ変換器２１１の出力としてライン２１３からコンピュータ５００に送られる。

パルス１１９の伝達とエコーパルス１２０の受取りとの間の時間（信号伝達時間）は、トランスデユーサ１１８が振動を停止するに充分なものとし、誤差信号を測定することがないようにする。信号伝達時間は各装置について典型的には一定である。従ってコンピュータ５００はパルスが発生した時およびパルス１１９およびエコー１２０の到着時間の大部分を無視するようにプログラムすることができる。

ブロック４００の構成の詳細を第４図に示すが、この距離測定装置は距離測定装置２００と類似であるから詳述しない。

前述のように電極１０４に取付けられたトランスデユーサ１２１は信号１２２を伝達しエコー信号１２３を受取って加工片１０６の下面１１４に電極１０４によって生じた凹入量を測定するために使用される。二つの距離測定装置２００．４００は同時に使用してもよく、時間的に食い違うものとしてもよい、これらの装置２００，４００は例えば加工片１０５，１０６の厚さが異る場合などは独立に使用される。さらに、装！２００，４００の一方のみを使用して溶接機の制御を行ってもよい、別法として装置１２００．４００の測定値を平均してコンピュータ５００がライン１１０を介して溶接機１００を制御するようにしてもよい。一方の電極１０３または１０４の形状を大きい平坦な先端部を有するようにして加工片のその側の凹入量を最小となるようにしたときは、加工片の他方側の測定装置が凹入量を測定し、かつ溶接機１００を制御するようにする。

ブロック３００の構成の詳細を第３図に示す、距離測定装置３００は溶接パルスが始発される前の加工片１０５．１０６の全厚さを測定するために使用される。

凹入量制御方法は最も薄い加工片の初期厚さと全部の加工片の全厚さとの双方に基くから、各溶接前に最も薄い加工片の初期厚さを（手動的にまたは測定によって）コンピュータ５００に入力し、かつ溶接される全部の加工片の全厚さが測定されれば、コンピュータは発生されるべき凹入量とこの凹入量を生ずるために必要な溶接パルスの動力とを決定可能となり、これによって正確な凹入量を生じ溶接作業間の溶接動力値の正しい情報を得て制御を行う、コンピュータ５００によって作られリード線３０４に生ずる適切な信号に応答して、オツシレータ３０１によって生ずる出力パルスがゲート３０２を通りトランスミッタ３０５において増幅される。増幅されたパルスはライン３０７によってトランスデユーサ１２４に送られる。トランスデユーサ１２４は上方電極ホルダ１０１に取付けられている。第１図に示すようにトランスデユーサ１２４はパルスを電極ホルダ１０１．電極１０３、両電極間に位置する加工片、電極１０４、電極ホルダ１０２を通して送り、パルスはレシーバトランスデユーサ１２５によって受取られる。トランスデユーサ１２５からパルス信号は第３図に示すようにレシーバ３０８に送られる。信号は距離測定装置３００によって処理されるが、これは前述の装置２００，４００による処理と同様である。オツシレータ３０１の周波数は溶接される加工片の材料の厚さの範囲を覆うように調節される。相検知器が１８０度の測定を行う場合には、オツシレータ３０１の周波数は望ましくは本発明の装置によって溶接される最も厚い加工片の厚さの２倍よりいくらか長い波長を与えるように調節する。

本発明の溶接装置の作動を単純な溶接手順を示す第５図を参照して以下に説明する。電極１０３，１０４が始めに挟持位置となされ、つぎに信号すに示すように６サイクルの溶接電流（溶接パルス）が動力ラインに与えられて溶接熱を生じ、つぎに短い保持期間があって加工片１０５，１０６の冷却を行わせてから挟持を解放する。加工片の初期厚さを測定する超音波パルス（信号＆）　（厚さパルスと略称する）と溶接電流の半サイクル（信号ｂ）と凹入量測定に使用される超音波パルス（凹入量パルスと略称する）とのタイミング関係が図示されている。この実施例において凹入量測定は溶接電流の半サイクル毎に検知され、かつ保持期間中も検知される。凹入量測定をさらに頻繁に行ってもよい。加工片１０５，１０６内への凹入１６０１は第５図の曲線ｄとして加工片の初期厚さのパーセントで示している。全加工片の初期厚さの和は距離測定装置３００によって加工片１０５，１０６が電極１０３゜１０４によって挟持された後で且つ溶接パルスの印加前に測定する。信号ａはこの測定パルスを示す。パルスＡがブロック１００のトランスデユーサ１２４によって伝達され、パルスＢがブロック１００のトランスデユーサ１２５によって受取られる。溶接電流が印加されると始めに測定された凹入量が負になることがあり（膨張による）、これは曲線ｄの区域６０３に上昇として示す、これは両電極間の加工片１０５．１０６の非均等な加熱による。

各電極に接触する部分は急速に加熱され、この区域に隣接するが各電極に接触しない部分は緩徐に加熱される。この不均一な加熱によっ符表千１−５０１４５６　（１１）で上方電極１０３はその直下に位置する材料部分の膨張によって押し上げられ、電極ホルダ１０１上のトランスデユーサと加工片１０５との間の距離は増加しようとする。その結果、電極１０３の直下に位置する材料部分が高温による塑性化および溶融の開始によって強度を失うと電極１０３は材料の表面内に入りこみ、これが凹入量測定値６０４として曲線ｄに示される。

さらに熱が加えられると凹入量は急速に増加するが、これは溶接電流の最後の半サイクルまで継続する。つぎに、加工片１０５−１０６が冷却するとき付加的な凹入が生ずるが、これは凹入量測定値６０５として曲線ｄに示される。この凹入量はナゲツト１１７（第１図）が冷却によって固化し収縮するときにナゲツトに隣接する区域の材料が収縮することによる。第５図の曲線ｄに示されるように通常の材料については凹入量の２７３が溶接電流が印加されているときに測定され、１／３は最後の半サイクルの溶接電流が印加された後に生ずる。この凹入量の特性によって良好な凹入量制御が可能となる。最後の半サイクルの溶接電流の後２すなわち溶接パルスが終了した後の凹入量をコンピュータ５００が控除して溶接パルス印加時に生ずる凹入量を決定することが可能となる。

作動時に両電極を始めに共働せしめる。抵抗スポット溶接機においてこれは足踏みまたは手動スイッチ。

または自動溶接制御の場合のように制御部からの指令で行う、加工片厚さ測定装置を特定の加工片、特に凹入される最も薄い加工片の厚さを測定するようにするとき、両電極をその間に加工片を配置させずに挟持位置とする。トランスミッタ３０５（第３図）からパルスをトランスデユーサ】２４を介して（第１図）電極ホルダ１０１、電極１０３．１０４を経て電極ホルダ１０２に送る。このパルスはトランスデユーサ１２５、ライン３１７を介してレシーバ３０８に送られる。

オツシレータ３０１の出力とレシーバ３０８の出力との間の相関係が測定され（第３図）加工片ゼロ厚さ基準値として使用される。該最も薄い加工片が電極間に配置される０両電極でこの加工片を挟持する。つぎに。

パルスをトランスミッタ３０５からトランスデユーサ１２４を介し電極ホルダ１０１．電極１０３、両電極間の最も薄い加工片、電極１０４を経て、電極ホルダ１０２に送る０次にパルスはトランスデユーサ１２５゜ライン３１７を介してレシーバ３０８に送られる。簡略化のために最も薄い加工片の厚さを測定する超音波パルスは第５図に信号ａとして示す、パルスＡはトランスミッタ３０５からのパルスに対応し、パルスＢはレシーバ３０８の入力（第３図）として現れるエコーパルスに対応する。これらの加工片のゼロ厚さ基準値を測定するパルスは図示パルスと同等であり、先行している。最も薄い加工片についての相の差と加工片ゼロ厚さ基準値についての相の差との差から最も薄い加工片の厚さを得ることができる。これによって本装置は厚さ測定に関して較正され、異る厚さの加工片をつぎつぎに挿入し各加工片の厚さについての相変位を測定することができる。この方法はつぎつぎの測定について凹入量の所望の比率が得られるようにコンピュータ５００を制御する適切な情報を与える。別法として最も薄い加工片についての厚さ値を手動的にコンピュータ５００に入力することもできる（第１図）。

つぎの工程において溶接される加工片が電極間に配置され、電極が全加工片を挟持する。第５図の信号ａと同様な数個の超音波パルスが、溶接電流の前に加工片の全厚さを測定し溶接電流を適切な大きさに設定し適当な量の凹入を得るために、伝達される。こうしないと、凹入が生ずる速度が遅くなりすぎ、または全く生じないことも起る。そこで、コンピュータは下記２つの方法のいづれかによって凹入量を制御する。凹入が生ずる速度を制御して凹入が予め定めた（プログラムされた）凹入量曲線に沿うようにするか、または単に凹入量が予め定めた最大値に到達するようにする。

前者の方法では加工片に印加される溶接電流の各半サイクルの大きさは、そのときに存在する凹入量の測定値と凹入量曲線によって特定された対応する値との差によって適切に変化せしめられ、その差がゼロとなるようにする。後者の方法では溶接電流の各半サイクルがつぎつぎに加工片に印加されて、予め定めた最大の凹入量がその凹入の生ずる時間に関係なしに生ずる用られると、第１図のコンピュータ５００が溶接電流を第５図の信号すに示すように電極に流す、溶接電流の最初の半サイクル時に凹入量測定パルスが始発されて凹入量を監視する。このパルスは信号Ｃとして示す。

信号ａの線６０２上の各超音波パルスと、信号Ｃの線６０７上の各超音波パルスとは選択された超音波周波数の１０サイクルからなる。例えばトランスデユーサ１１８．１２１が約１００ｋＨｚの周波数の信号を出すならば、１０サイクルの超音波パルスの継続時間は約０．１ミリ秒である。トランスデユーサ１１８および１２１の間隔は典型的には約７．５ｃｍ（３インチ）であるから、超音波パルスの空気中の全移動時間は典型的には約０．５ミリ秒である。明示のために第５図の信号ａ、ｃは上述の値より大として示す。

溶接機の完全自動運転を行う典型的な実施例において、測定装置３００　（第１図、第３図）が溶接電流の開始を指令する。第５図の信号ａのパルスＢは両電極が測定される加工片に接触して挟持するまでは受取られない、加工片は最初の接触によって緊密に接触しないことが屡々あるから、電極に力を加えて加工片が緊密に電気的に接触するようにする。さらに、総ての加工片が始めに密接挟持されると一連のパルスを距離測定装置３００によって作用せしめることによって、総ての加工片が密接挟持され溶接作業の加熱工程の開始が可能であることが装置３００によって決定される。

同様に、距離測定装置２００または３００（第１図）を使用して電極１０３または１０４がそれぞれ加工片１０．５または１０６に接触したことを測定することが可能である。

加工片の厚さが測定されると、第５図の信号すに示すように溶接電流が印加されて加熱が開始される。距離測定装置２００．４００による凹入量測定パルスは溶接電流信号に同期しており、信号Ｃに示す溶接電流の各半サイクルについて各− 回の凹入量測定を行うようにする。

凹入が生ずる速度を制御することが望ましいから。

測定された凹入量を第５図の曲線ｄ（曲線６０８）に示すような所望の凹入量的線に合致させるようにコンピュータ５００を適切にプログラムする。コンピュータは溶接電流の各半サイクルについて凹入量測定を行い、各半サイクルについて測定された凹入量を所望の凹入量と比較する。曲線６０８は代表的な所望の凹入量的線を示す、実際に測定された凹入速度が所望の凹入速度と比較して遅すぎると、コンピュータ５００はＳＣＲスイッチ１０８の点火角度を制御ライン１１０と５ＣＲＩＪ動部１０９とを介して前進せしめる。第５図の曲線ｄの段付きの信号６１１は点６０９．６１０における凹入量の測定値を示し、これは曲線６０８に示す所望の凹入量よりも少い、少い凹入量に対する電流の修正は信号すの増大した半サイクル６１２および６１３として示す、増大した溶接電流の半サイクルによって次の実際の凹入量の測定値６１４は曲線６０８に示す所望の凹入量に対応するようになる。凹入が過度に急速に生ずると作動角度を適切に調節して加工片への溶接電流を減少せしめる。特に、過大な熱が加工片に与えられた結果として凹入が過度に急速であるととＳＣＲスイッチ１０８（第１図）の作動角度がコンピュータ５００とリード線１１０とを介して遅らされ、これによって凹入が生ずる速度が減少せしめられる。

コンピュータ５００が曲１１Ａ６０８の点６ユ５で示す所望の凹入量（冷却時の収縮によって生ずる分を差し引いた量）が達成されたことを決定すると、溶接電流は停止しく溶接パルスが終結し）溶接部は引続く予め定めた保持期間の間装置冷却せしめられる。保持期間の経過後に電極を分離して、溶接された加工片を取り外す。

ある溶接作業においては凹入量のみが制御される。

この場合は総ての溶接電流半サイクルの継続時間は一定となされる。コンピュータは各半サイクル中の凹入量を測定する。所望の凹入量が達成さ九るまで次々の半サイクルが加工片に印加される。そこで溶接パルスは終結する。このようにして凹入速度と所望の凹入量が達成される終結時期とが制御され、または別法として凹入量が制御される。

本発明は特定の実施例に関連して説明したが、各種の変形、改変、および変更は上述説明により当業者には容易である。

例えば前述特定の距離測定装置の変形、またはその他の適宜の測定技術を本発明の範囲内において実施可能である。さらに、凹入量を単一の距離測定装置１例えば装置２００または４００によって測定して良好な凹入量制御を達成することができる。

また、本発明は２つの対向する電極を有する抵抗スポット溶接機について説明し、抵抗スポット溶接機は各種のスポット溶接作業に広く使用されるが、これらの電極は別の形態のものであってよく、凹入量を測定して溶接作業を制御するものであればよい０例えば、線状溶接作業において両電極が２つの加工片の一方の同一表面に当接し２他方の加工片は適当な導電性バックアツプ板（または材料）に当接するようにする。この場合、溶接電流は一方の電極から面加工片および／またはバックアツプ板を通り、最終的に他方の電極に流れる。この方法は被覆材料を溶接するに適しており、例えば被覆シートにタブを溶接する場合、シートがバックアツプ板の作用を行う。連続溶接の場合、凹入量はいづれか一方の電極について前述と同様に測定されるが、両電極が実質的に同等の溶接状態であるか、または両電極の結果の平均値をめるものと仮定して測定値を評価する。

溶接パルスは図示のほぼサイン波の半サイクルをなすものに限定されない、溶接パルスは任意の波形のものであってよく、例えば矩形波であってよい。また、周波数も交流電力周波数に限定されるものでなく、広い範囲に変動するものであってもよい。

第１図第ｉＡ図第２図第３図第４図塔（弓手続補正書平成　１年　３月　６日特許庁長官　吉　１）文　毅　殿１、国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ　８７１０１３１２２、発明の名称　抵抗溶接の凹入部測定および制御方法、装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人名　称　ダッファズ　サイエンティフィックインコーポレーテッド４、代理人５、補正の対象　昭和６３年１２月２３日提出の特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の請求の範囲の欄請求の範囲１、　少くとも２つの加工片を互いに溶接する抵抗溶接装置において溶接作業間に少くとも一方の加工片に生ずる凹入の量を測定する装置にして、少くとも２つの加工片を一緒に保持し加工片に溶接パルスを印加するために電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体にして、該電極組立体の電極が溶接作業間に一方の加工片の表面に該表面上の接触区域に当接している前記電極組立体と、少くとも１つの検知部を有する手段にして、該検知部が前記１つの電極組立体の予め定めた位置に固定されて、少くとも溶接パルスが印加されている間に該検知部から前記表面上の区域であって該溶接作業間に電極によって実質的に凹入せしめられない区域までの距離の変化を決定する検知部を有する手段と。

該変化に応答して少くとも１つの対応する凹入量の測定値を生ずる手段とを含む測定装置。

２、　電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体が少くとも２つの加工片を一緒に保持して該加工片に溶接パルスを印加するために使用され、一方の電極組立体の電極が一方の加工片の表面上の接触面積に当接している形式の抵抗溶接装置において、溶接作業中に前記表面に生ずる凹入量を測定する方法が、前記電極組立体に適当な力を加えて面加工片を一緒に保持する工程と。

該加工片に溶接パルスを印加する工程と。

少くとも加工片に溶接パルスが印加されている間に、電極組立体の予め定めた位置から前記表面上の区域までの距離の変化を決定し、該区域は前記接触区域に隣接するが溶接作業間に実質的に電極によって凹入せしめられない位置とする工程と、前記変化に応答して凹入量の少くとも１つの対応する測定値をつくる工程と、を含むことを特徴とする前記測定方法。

３、　少くとも２つの加工片を互いに溶接する抵抗溶接装置において溶接作業間に少くとも一方の加工片に生ずる凹入の量を測定し使用される溶接パルスを制御する装置にして、少くとも２つの加工片を一緒に保持し加工片に溶接パルスを印加するために電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体にして、該電極組立体の電極が溶接作業間に一方の加工片の表面に該表面上の接触区域に当接している前記電極組立体と、溶接パルスを前記電極組立体に印加する手段と、少くとも１つの検知部を有する手段にして、該検知部が前記１つの電極組立体の予め定めた位置に固定されて、少くとも溶接パルスが印加されている間に該検知部から前記表面上の区域であって該溶接作業間に電極によって実質的に凹入せしめられない区域までの距離の変化を決定する検知部を有する手段と、該変化に応答して対応する凹入量の測定値を生ずる手段と、前記印加する手段に接続されて凹入量の測定値に応答して溶接パルスを制御する手段とを含むことを特徴とする測定装置。

４、　電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体が少くとも２つの加工片を一緒に保持して該加工片に溶接パルスを印加するために使用され、一方の電極組立体の電極が一方の加工片の表面上の接触面積に当接している形式の抵抗溶接装置において、溶接作業中に前記表面に生ずる凹入量を測定し溶接パルスを制御する方法が、前記電極組立体に適当な力を加えて面加工片を一緒に保持する工程と、該加工片に溶接パルスを印加する工程と。

少くとも加工片に溶接パルスが印加されている間に、電極組立体の予め定めた位置から前記表面上の区域までの距離の変化を決定し、該区域は前記接触区域に隣接するが溶接作業間に実質的に電極によって凹入せしめられない位置とする工程と、前記変化に応答して凹入量の少くとも１つの対応する測定値をつくる工程と、該凹入量の測定値に応答して溶接パルスを制御する工程と、を含むことを特徴とする前記測定方法。

閑静瑣審斡牛＋＋＋＋ｍｍｗ＋ｗ＋＾ｅｅｂｃａ＋ｅｎｍ、ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１３Ｌ２国際調査報告Ｌ′Ｓ　ε７０１３１２

Claims

【特許請求の範囲】

１．少くとも２つの加工片を互いに溶接する抵抗溶接装置において溶接作業間に少くとも一方の加工片に生ずる凹入の量を測定する装置にして、少くとも２つの加工片を一緒に保持し加工片に溶接パルスを印加するために電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体にして、該電極組立体の電極が溶接作業間に一方の加工片の表面に該表面上の接触区域に当接している前記電極組立体と、少くとも１つの検知部を有する手段にして、該検知部が前記１つの電極組立体の予め定めた位置に固定されて、少くとも溶接パルスが印加されている間に該検知部から前記表面上の区域であって該溶接作業間に電極によって実質的に凹入せしめられない区域までの距離の変化を決定する検知部を有する手段と、該変化に応答して少くとも１つの対応する凹入量の測定値を生ずる手段とを含む測定装置。
２．請求の範囲１に記載の測定装置にして、前記区域が前記表面上にあって接触区域に隣接していることを特徴とする測定装置。
３．請求の範囲２に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が、前記距離の変化を直後に測定する手段、または前記距離を測定して２つの距離測定値を比較して前記距離の変化に対応する値を決定する手段を含むことを特徴とする測定装置。
４．請求の範囲３に記載の測定装置にして、検知器が音響的、光学的、機械的、または磁気的装置であることを特徴とする測定装置。
５．請求の範囲４に記載の測定装置にして、凹入量の測定値を生ずる手段が前記距離のつぎつぎの変化に応答してつぎつぎの凹入量の測定値を確認する手段を含むことを特徴とする測定装置。
６．請求の範囲５に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が、予め定めた超音波周波数を有する第１の電気的パルスを発生する手段と、前記検知装置として作用し前記電極組立体の予め定めた位置に固定されて前記第１の電気的パルスに応答して対応する超音波パルスを発生する少くとも１つのトランスデューサであって、該トランスデューサによる音響エネルギが前記区域に放射され、前記区域からの前記音響エネルギの一部の反射によるエコーパルスを受取る前記トランスデューサと、前記受取ったエコーパルスに応答してそれを第２の電気的パルスに変換する手段と、前記第１および第２の電気的パルスに応答してしれらの間の相の偏位を測定する手段と、を含むことを特徴とする測定装置。
７．請求の範囲６に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が、前記第１の電気的パルスを発生するオッシレータと、第１の制御信号に応答して第１の電気的パルスを伝達回路に移送するゲートと、増幅された第１の電気的パルスを発生する前記伝達回路と、前記伝達回路と受取回路と前記トランスデューサとに接続されて、増幅された第１の電気的パルスを前記トランスデューサに導き、該トランスデューサからのエコーパルスを受取回路に導く手段と、前記受取回路がエコーパルスを第２の電気的パルスに変換し、前記第１および第２の電気的パルスの間に生ずる相の差を決定し、該相の差に比例するアナログ信号を与える相比較器と、前記アナログ信号を少くとも１つのディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器と、予め定めた時期に前記第１の制御信号を発生し、前記ディジタル値に応答して関連する凹入量の数値を決定する回路手段と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
８．請求の範囲７に記載の測定装置にして、変化を決定する手段が、加工片に溶接パルスを印加する前に加工片の組合わせ厚さを測定する手段と、前記確認する手段に応答して凹入量が所望の値に到達したときに適当な指示を与える手段と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
９．請求の範囲８に記載の測定装置にして、組合わせ厚さを測定する手段が、予め定めた超音波周波数を有する第３の電気的パルスを発生する手段と、前記電極組立体に固定され第３の電気的パルスに応答して対応する音響エネルギを発生し、該エネルギが該電極組立体と前記加工片と他方の加工片に当接する他方の電極組立体とを貫通伝播するようにする第２のトランスデユーサと、他方の電極組立体に固定され第２のトランスデューサからの脈動音響エネルギの一部を受取る第３のトランスデューサと、該受取った脈動音響エネルギを第４の電気的パルスに変換する手段と、第３および第４の電気的パルスに応答してそれらの間の相の偏位を測定する手段と、前記相の偏位の２つの測定値の差に応答して前記加工片の組合わせ厚さを代表する値をつくり、前記相の偏位の一方の測定値は両電極が互いに接触したときにつくられ、前記相の偏位の他方の測定値は一方の電極組立体によって両加工片が挟持されたときにつくられる、ことを特徴とする前記測定装置。
１０．電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体が少くとも２つの加工片を一緒に保持して該加工片に溶接パルスを印加するために使用され、一方の電極組立体の電極が一方の加工片の表面上の接触面積に当接している形式の抵抗溶接装置において、溶接作業中に前記表面に生ずる凹入量を測定する方法が、前記電極組立体に適当な力を加えて両加工片を一緒に保持する工程と、該加工片に溶接パルスを印加する工程と、少くとも加工片に溶接パルスが印加されている間に、電極組立体の予め定めた位置から前記表面上の区域までの距離の変化を決定し、該区域は前記接触区域に隣接するが溶接作業間に実質的に電極によって凹入せしめられない位置とする工程と、前記変化に応答して凹入量の少くとも１つの対応する測定値をつくる工程と、を含むことを特徴とする前記測定方法。
１１．請求の範囲１０に記載の方法にして、前記区域が前記表面上であって接触区域に隣接していることを特徴とする前記測定方法。
１２．請求の範囲１１に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、前記距離の変化を直接に測定する工程、または前記距離を測定し２つの距離測定を比較して距離の変化に対応する値を決定する工程のいづれかを含むことを特徴とする前記測定方法。
１３．請求の範囲１２に記載の方法にして、前記測定値をつくる工程が、前記つぎつぎの前記距離の変化に応答してつぎつぎの測定された凹入量を確認する工程を含むことを特徴とする前記測定方法。
１４．請求の範囲１３に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、予め定めた超音波周波数を有する第１の電気的パルスを発生する工程と、第１の電気的パルスに応答して、前記電極組立体の予め定めた位置に固定された少くとも１つの超音波トランスデューサを使用して対応する超音波音響エネルギを発生し、該トランスデューサによる音響エネルギが前記区域に放射されるようにする工程と、前記区域からの反射によって音響エネルギの一部が前記トランスデューサに戻されることによって生ずるエコーパルスを検知する工程と、，該受取ったエコーパルスを第２の電気的パルスに変換する工程と、該第１および第２の電気的パルスに応答してそれらの間の相の偏位を測定する工程とを含むことを特徴とする前記測定方法。
１５．請求の範囲１４に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、溶接パルスを加工片に印加する前に加工片の組合わせ厚さを測定する工程と、前記確認する工程に対応して、凹入量が所望の値に到達したときに適当な指示を与える工程と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
１６．請求の範囲１５に記載の方法にして、組合わせ厚さを測定する工程が、予め定めた超音波周波数を有する第３の電気的パルスを発生する工程と、第３の電気的パルスに応答して、前記電極組立体の１つに固定された第２の超音波トランスデューサを使用して対応する周波数の音響エネルギを発生し、該音響エネルギが前記電極組立体の１つと、前記加工片と、前記加工片の他方に当接する他方の電極組立体とを通して伝播せしめるようにする工程と、他方の電極組立体に固定された第３の超音波トランスデューサから、前記第２の超音波トランスデューサから始発された波動音響エネルギの一部を受取る工程と、前記受取った波動音響エネルギを第４の電気的パルスに変換する工程と、第３および第４の電気的パルスに応答して、それらの間の相の偏位を測定する工程と、前記相の偏位の２つの測定値の差に応答して前記加工片の組合わせ厚さを代表する値をつくり、前記相の偏位の一方の測定値は前記電極の双方が互いに接触したときに得られ、他方の測定値は前記加工片が電極組立体によって扶持されたときに得られるようにする工程と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
１７．少くとも２つの加工片を互いに溶接する抵抗溶接装置において溶接作業間に少くとも一方の加工片に生ずる凹入の量を測定し使用される溶接パルスを制御する装置にして、少くとも２つの加工片を一緒に保持し加工片に溶接パルスを印加するために電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体にして、該電極組立体の電極が溶接作業間に一方の加工片の表面に該表面上の接触区域に当接している前記電極組立体と、溶接パルスを前記電極組立体に印加する手段と、少くとも１つの検知部を有する手段にして、該検知部が前記１つの電極組立体の予め定めた位置に固定されて、少くとも溶接パルスが印加されている間に該検知部から前記表面上の区域であって該溶接作業間に電極によって実質的に凹入せしめられない区域までの距離の変化を決定する検知部を有する手段と、該変化に応答して対応する凹入量の測定値を生ずる手段と、前記印加する手段に接続されて凹入量の測定値に応答して溶接パルスを制御する手段とを含むことを特徴とする測定装置。
１８．請求の範囲１７に記載の測定装置にして、前記区域が前記表面上にあって接触区域に隣接していることを特徴とする測定装置。
１９．請求の範囲１８に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が、前記距離の変化を直接に測定する手段、または、前記距離を測定して２つの距離測定値を比較して前記距離の変化に対応する値を決定する手段を含むことを特徴とする測定装置。
２０．請求の範囲１９に記載の測定装置にして、検知器が音響的、光学的、機械的、または磁気的装置であることを特徴とする測定装置。
２１．請求の範囲２０に記載の測定装置にして、凹入量の測定値を生ずる手段が前記距離のつぎつぎの変化に応答してつぎつぎの凹入量の測定値を確認する手段を含むことを特徴とする測定装置。
２２．請求の範囲２１に記載の測定装置にして、前記印加する手段が、一連の溶接電流半サイクルを有する溶接パルスを前記一つの電極組立体に印加する手段と、電流制御手段に応答して各前記半サイクルの継続時間を確立する手段と、を含み、前記溶接パルス制御手段が、少くとも一つの前記測定された凹入量の値を複数の予め定めた凹入量の値の対応するものに比較して、それらの間の差を示す差の値を形成し、前記予め定めた凹入量の値が予め定めた凹入量曲線を形成している、手段と、前記変化に応答して前記電流制御信号を発生して、該電流制御信号が少くとも一つの前記半サイクルの継続時間を適当に調節して測定された凹入量の値が予め定めた凹入量曲線に追従するようにする手段と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
２３．請求の範囲２２に記載の測定装置にして、前記比較する手段が、各前記半サイクルに対して少くとも１回の比較を行う手段を含み、前記電流制御信号発生手段が前記半サイクルについて得られた差の値に応答して作動し、前記電流制御信号を変更して引続く次の半サイクルの継続時間を適当に調節する手段を含むむことを特徴とする前記測定装置。
２４．請求の範囲２１に記載の測定装置にして、前記印加手段が一連の溶接電流半サイクルを有する溶接パルスを印加する手段を含み、該一連の半サイクルのすべてが実質的に同等な継続時間を有し、前記溶接パルス制御手段が測定された凹入量の値が予め定めた凹入量の値に到達したとき溶接パルスを終結せしめる手段を含むことを特徴とする前記測定装置。
２５．請求の範囲２３または請求の範囲２４に記載の測定装置にして、溶接パルスが終結した後に予め定めた時間間隔が経過して加工片間に形成された溶接ナゲットが充分に固化したとき、前記一方の電極組立体を加工片から離れるように運動せしめて加工片を解放する手段を含むことを特徴とする前記測定装置。
２６．請求の範囲２５に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が予め定めた超音波周波数を有する第１の電気的パルスを発生する手段と、電極組立体の予め定めた位置に固定されて前記第１の電気的パルスに応答して対応する超音波音響的パルスを発生する少くとも１つのトランスデューサであって、該トランスデューサによる音響エネルギが前記区域に放射され、前記区域からの前記音響エネルギの一部の反射によるエコーパルスを受取る前記トランスデューサと、前記受取ったエコーパルスに応答してそれを第２の電気的パルスに変換する手段と、前記第１および第２の電気的パルスに応答してしれらの間の相の偏位を測定する手段と、を含むことを特徴とする測定装置。
２７．請求の範囲２６に記載の測定装置にして、前記変化を決定する手段が、前記第１の電気的パルスを発生するオッシレータと、第１の制御信号に応答して第１の電気的パルスを伝達回路に移送するゲートと、増幅された第１の電気的パルスを発生する前記伝達回路と、前記伝達回路と受取回路と前記トランスデューサとに接続されて、増幅された第１の電気的パルスを前記トランスデューサに導き、該トランスデューサからのエコーパルスを受取回路に導く手段と、前記受取回路がエコーパルスを第２の電気的信号に変換し、前記第１および第２の電気的パルスの間に生ずる相の差を決定し、該相の差に比例するアナログ信号を与える相比較器と、前記アナログ信号を少くとも１つのディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器と、予め定めた時期に前記第１の制御信号を発生し、前記ディジタル値に応答して関連する凹入量の数値を決定する回路手段と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
２８．請求の範囲２７に記載の測定装置にして、変化を決定する手段が、溶接パルスを加工片に印加する前に加工片の組合わせ厚さを測定する手段と、前記確認手段に応答して凹入量が所望の値に到達したとき適当な指示を与える手段と、を含むことを特徴とする前記測定装置。
２９．請求の範囲２８に記載の測定装置にして、組合わせ厚さを測定する手段が、予め定めた超音波周波数を有する第３の電気的パルスを発生する手段と、前記電極組立体に固定され第３の電気的パルスに応答して対応する音響エネルギを発生し、該エネルギが該電極組立体と前記加工片と他方の加工片に当接する他方の電極組立体とを貫通伝播するようにする第２のトランスデューサと、他方の電極組立体に固定され第２のトランスデューサからの脈動音響エネルギの一部を受取る第３のトランスデューサと、該受取った脈動音響エネルギを第４の電気的パルスに変換する手段と、第３および第４の電気的パルスに応答してそれらの間の相の偏位を測定する手段と、前記相の偏位の２つの測定値の差に応答して前記加工片の組合わせ厚さを代表する値をつくり、前記相の偏位の一方の測定値は両電極が互いに接触したときにつくられ、前記相の偏位の他方の測定値は一方の電極組立体によって両加工片が挟持されたときにつくられる、ことを特徴とする前記測定装置。
３０．電極ホルダに固定された電極を含む少くとも１つの電極組立体が少くとも２つの加工片を一緒に保持して該加工片に溶接パルスを印加するために使用され、一方の電極組立体の電極が一方の加工片の表面上の接触面積に当接している形式の抵抗溶接装置において、溶接作業中に前記表面に生ずる凹入量を測定し溶接パルスを制御する方法が、前記電極組立体に適当な力を加えて両加工片を一緒に保持する工程と、該加工片に溶接パルスを印加する工程と、少くとも加工片に溶接パルスが印加されている間に、電極組立体の予め定めた位置から前記表面上の区域までの距離の変化を決定し、該区域は前記接触区域に隣接するが溶接作業間に実質的に電極によって凹入せしめられない位置とする工程と、前記変化に応答して凹入量の少くとも１つの対応する測定値をつくる工程と、該凹入量の測定値に応答して溶接パルスを制御する工程と、を含むことを特徴とする前記測定方法。
３１．請求の範囲３０に記載の方法にして、前記区域が前記表面上であって接触区域に隣接していることを特徴とする前記測定方法。
３２．請求の範囲３１に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、前記距離の変化を直接に測定する工程、または前記距離を測定し２つの距離測定を比較して距離の変化に対応する値を決定する工程のいづれかを含むことを特徴とする前記測定方法。
３３．請求の範囲３２に記載の方法にして、前記測定値をつくる工程が、前記つぎつぎの前記距離の変化に応答してつぎつぎの測定された凹入量を確認する工程を含むことを特徴とする前記測定方法。
３４．請求の範囲３３に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、 −連の溶接電流半サイクルを有する溶接パルスを前記電極組立体に印加する工程と、電流制御信号に応答して各半サイクルの継続時間を確立する工程とを含み、前記溶接パルスを制御する工程が、少くとも１つの前記測定された凹入量を複数の予め定めた凹入量の対応するものと比較し、それらの差を指示する差の値をつくり、前記複数の予め定めた凹入量が予め定めた凹入量曲線を形成する工程と、前記差の値に応答して電流制御信号をつくり、該制御信号が少くとも１つの前記半サイクルの継続時間を適当に調節して測定された凹入量が予め定めた凹入量曲線に追従するようにする工程と、測定された凹入量が予め定めた凹入量に到達したときに溶接パルスを終結せしめる工程と、を含むことを特徴とする前記方法。
３５．請求波の範囲３４に記載された方法にして、前記比較する工程が各前記半サイクル中に少くとも１回前記比較を行う工程を含み、前記電流制御信号発生工程が前記半サイクル中に得られた前記差の値に応答して前記電流制御信号を変更して引続く半サイクルの継続時間を適当に調節する工程を含む、ことを特徴とする前記方法。
３６．請求の範囲３３に記載の方法にして、前記印加する工程が一連の溶接電流半サイクルであって総ての半サイクルが実質的に同等な継続時間を有する溶接パルスを電極組立体に印加する工程を含み、前記パルス制御工程が測定された凹入量が予め定めた凹入量に到達したときに溶接パルスを終結せしめる工程を含むことを特徴とする前記方法。
３７．請求の範囲３５または請求の範囲３６に記載の方法にして、溶接電流の終結後に加工片間に形成された溶接ナゲットが充分に固化することを可能とするための予め定めた時間の経過後に前記加工片を解放するために電極組立体を加工片から離れる方向に運動せしめる工程を含むことを特徴とする前記方法。
３８．請求の範囲３７に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、予め定めた超音波周波数を有する第１の電気的パルスを発生する工程と、第１の電気的パルスに応答して前記予め定めた位置に前記１つの電極組立体に固定された少くとも１つの超音波トランスデューサを使用して対応する超音波音響パルスを発生し、該１つのトランスデューサによる音響エネルギが前記区域に伝播されるようにする工程と、前記区域からの音響エネルギの一部の反射が前記トランスデューサに戻ることによるエコーパルスを検知する工程と、該受取ったエコーパルスを第２の電気的パルスに変換する工程と、該第１および第２の電気的パルスに応答してそれらの間の相の偏位を測定する工程とを含むことを特徴とする前記測定方法。
３９．請求の範囲３８に記載の方法にして、前記変化を決定する工程が、溶接パルスを加工片に印加する前に加工片の組合わせ厚さを測定する工程と、前記確認する工程に対応して、凹入量が所望の値に到達したときに適当な指示を与える工程と、を含むことを特徴とする前記方法。
４０．請求の範囲３９に記載の方法にして、組合わせ厚さを測定する工程が、予め定めた超音波周波数を有する第３の電気的パルスを発生する工程と、第３の電気的パルスに応答して、前記１つの電極組立体に固定された第２の超音波トランスデューサを使用して対応する周波数の音響エネルギを発生し、該音響エネルギが前記電極組立体の１つと、前記加工片と、前記加工片の他方に当接する他方の電極組立体とを通して伝播せしめるようにする工程と、他方の電極組立体に固定された第３の超音波トランスデューサから、前記第２の超音波トランスデューサから始発された波動音響エネルギの一部を受取る工程と、前記受取った波動音響エネルギを第４の電気的パルスに変換する工程と、第３および第４の電気的パルスに応答して、それらの間の相の偏位を測定する工程と、前記相の偏位の２つの測定値の差に応答して前記加工片の組合わせ厚さを代表する値をつくり、前記相の偏位の一方の測定値は前記電極の双方が互いに接触したときに得られ、他方の測定値は前記加工片が電極組立体によって挟持されたときに得られるようにする工程と、を含むことを特徴とする前記方法。