JPH0255150B2 - - Google Patents

Description

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つて
該溶接作業間に電極によつ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、 前記電極組立体と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
極によつ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つて
該溶接作業間に電極によつ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
極によつ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。

発明の背景 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）によつて生ずる熱によつて溶接される、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
さによつて定まる。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
スポツ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
よつて局部的に熔融しつぎに合体することによつ
て熔着部（ウエルド）が形成される。抵抗溶接作
業の詳細については、RWMA（Resistance
Welding Manufactures′ Association米国溶接協
会）が発行した抵抗溶接便覧（Resistance
Welding Manual）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熔
着部の強度との間に直接の関係があることは、ウ
エルデイングジヤーナル（Welding Journal）誌
1968年10月号の472−Ｓないし478−Ｓ頁のウー氏
（K.C.Wu）の論文がある。（Electrode
Indentation Criterion for Resistance Spot
Welding）（ウー氏の輪文と名付ける。）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つて抵抗スポツト
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。例えば米国特許第4419958号、同第
4542277号、同第4296304号、同第4447700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、溶接電極がスポツト溶接区域すな
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
ることによつて主として生ずる。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つて凹入
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つ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
4419558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0.10
cm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。例えばウー輪
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0.0051cm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つて得られた
値よりも大である。

電極間の距離の測定によつ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。ウー輪文
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。従つて、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
膨張によつ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つても正確
に溶接強度を求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輪文（A.Stiebel
著のMonitoring and Control of Spot Welding
Operationスポツト溶接作業の監視と制御−−
1986年金属板溶接会議会報Conference
Proceedings of1986Sheet Metal Welding
Conference 、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
の輪文に記載された装置は凹入量測定を電極の移
動によつて生ずる力の測定によつている。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、この輪文
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。従つて、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。

従つて、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ツト溶接
機を正確に制御して、これによつて実質的に総て
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。

発明の概要 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
実質的に電極によつ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。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つ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
れ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凹入生成プログラム
（予め定めた凹入生成曲線）に従つて溶接電流を
変えて凹入生成速度を増減する。

ナゲツトの固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
続することによつて可能であり、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。
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（距離）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。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明による抵抗スポツト溶接装置
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１５
１とを示す図、第１図は抵抗スポツト溶接作業時
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
装置の距離測定装置４００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。

好適な実施例の説明 第１Ａ図を参照すると、電型ホルダ１０１，１
０２が上方および下方電極１０３，１０４を固着
的に保持し、抵抗スポツ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、電極１
０１とホルダ１０３とが電極組立体１４１を、電
極１０２とホルダ１０４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、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、溶
接制御装置は図示しない。互いに溶接される材
料、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。両加工片は例示的には
単純炭素鋼となされる。電極によつて集中せしめ
られた電流によつ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、固化してナゲツトとなる。

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離Ｘが変
化する。距離Ｘの変化、すなわち曲線１５１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１０３上の点さらに実質的に
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
電極によつて実質的に凹入せしめられない区域と
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ｂ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（ほぼサイン波
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１０３，１０４の先端部１１５，１
１６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
よつて電極は加工片に鍛造力を作用せしめ、これ
によつて加工片の表面に凹入部が形成され、これ
によつて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
うにこのスポツ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。曲線１５１は各種
の適当な方法の任意のものによつて測定可能であ
り、これには光学的、音響的、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ツタから
出て加工片の表面の所定区域に当り、つぎに適当
なデイテクタに戻るまでの時間の測定を含む。エ
ミツタおよびデイ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、孔学的測定は工業的環境では望ましく
ない。機械的距離測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
技術がいづれであつても、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、
または距離Ｘについて２回の測定を行つてプロセ
ツサまたはその他の回路を使用して減算を行つて
ΔXに対応する値を求める。単純化のために望ま
しい実施例において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
ツク１００は抵抗溶接機械を示し、破線で示され
るブロツク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、ブロツク３００は上方および下方電極１
０３，１０４間の距離を測定する装置を示し、ブ
ロツク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。ブロツク５００は関連するメモリつき
のコンピユータ、マイクロプロセツサなどの装置
であつて、測定値を計算し、全体の装置を作動せ
しめる。

ブロツク１００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１０３，１
０４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。スイツチ１０
８は典型的には１対の高電流シリコン制御整流器
（SCRs）であつて、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駆動部１０９はライン１
１０を介してコンピユータ５００で制御され、ス
イツチ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。コンピユータ５００への動力はライン５０
１，５０２を介して供給される。

コンピユータ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。コンピユ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
のように空中を通つてそれぞれ加工片１０５，１
０６に向つて運動する信号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によつて受取られる。

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
を与えている電極１０３，１０４は電極ホルダ１
０１，１０２によつて与えられる力によつて加工
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１１５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１１
５，１１６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５〜10％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、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、熔融した材料は
加工片間の溶接区域から排出される。従つて、使
用可能の最大凹入量は漏出（通常スピツトとい
う）の開始によつて定まる。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
よつて加工片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。

ブロツク２００に含まれる素子を第２図を参照
して説明する。ブロツク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
る原因によつて変動しないようにしている。ライ
ン２０４を介してコンピユータ５００は周期的に
ゲート２０２を制御してオツシレータ２０１の出
力がトランスミツタ２０５に送られて適切に増幅
されるようにする。トランスミツタ２０５によつ
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、トランスミツタ２０５の出力パルスは伝達・
受取回路２０６とライン２０７とによつて溶接電
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に向つて空気
中を下方に伝達される。信号は表面１１３で反射
されて破線１２０で示すように対応するトランス
デユーサ１１８に向つ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
になされキヤパシタンス形式またはピエゾ・セラ
ミツク形式とする。信号の空気中での伝達は式ｖ
＝fxΛによつて求められ、、ここにｖは空気中の
信号の速度、ｆは信号の周波数、Λ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
知のいづれによつてもよい。しかし、パルス検知
は伝達されたパルスと受取つ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
にはパルスは変形するから小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
号と受取つ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つて変化し、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
ることによつて受取つた信号は早く戻る。

受取つたエコー信号１２０はライン２０７によ
つて伝達・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／リミツタ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／リミツタ２０８の制限作用は信号の正および
負の突出部分を制限し、これによつて、ほぼ矩形
の波形を与える。この信号がライン２０９によつ
てコンピユータ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度以上にわたつて比較する。コンパレータ２
０３は信号を180度以上にわたつて比較するもの
とし、これは所要のトランスミツタの周波数を減
少することを可能とする。

コンピユータ５００に送られるライン２０９の
信号はコンピユータに中断を与える。この中断が
生ずるとコンピユータ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／デイジタル変換器（Ａ／Ｄ）２１１
の制御部(C)の入力に接続されている。これによつ
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の出力信号の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からコンピユータ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。従つてコンピユータ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。

ブロツク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を受取つて加工片１０６の下面１１４に
電極１０４によつ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２００，４０
０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、装置２００，４
００の一方のみを使用して溶接機の制御を行つて
もよい。別法として装置２００，４００の測定値
を平均してコンピユータ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。

ブロツク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つて）コンピユータ５
００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、コンピユータは発生される
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、これによつ
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。コンピユータ５０
０によつて作られリード線３０４に生ずる適切な
信号に応答して、オツシレータ３０１によつて生
ずる出力パルスがゲート３０２を通りトランスミ
ツタ３０５において増幅される。増幅されたパル
スはライン３０７によつてトランスデユーサ１２
４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
によつて受取られる。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３０
８に送られる。信号は距離測定装置３００によつ
て処理されるが、これは前述の装置２００，４０
０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つて溶接される最
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１０
３，１０４が始めに挟持位置となされ、つぎに信
号ｂ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つて加工片１０５，１０
６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ａ）
（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
頻繁に行つてもよい。加工片１０５，１０６内へ
の凹入量６０１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によつて加工
片１０５，１０６が電極１０３，１０４によつて
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
ブロツク１００のトランスデユーサ１２４によつ
て伝達され、パルスＢがブロツク１００のトラン
スデユーサ１２５によつて受取られる。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つて上方電極１０
３はその直下に位置する材料部分の膨張によつて
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熔融の開始に
よつ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
クルまで断続する。つぎに、加工片１０５，１０
６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
つ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
２／３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つて良好な凹
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、すなわち溶接パルスが終了した後の凹
入量をコンピユータ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
ポツト溶接機においてこれは足踏みまたは手動ス
イツチ、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特位置とする。トランスミ
ツタ３０５（第３図）からパルスをトランスデユ
ーサ１２４を介して（第１図）電極ホルダ１０
１、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。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ツタ３０
５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。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はトランスミツタ３０５からパルスに対応し、
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。これによつ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
ピユータ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
動的にコンピユータ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、コンピユータは下記２つの方法のいづれ
かによつ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つて特定された
対応する値との差によつ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にする。

挟持工程が完了して、すべての初期厚さ測定値
が得られると、第１図のコンピユータ５００が溶
接電流を第５図の信号ｂ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１１８，１２
１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
よつ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
によつて作用せしめることによつて、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によつて決定される。
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１０５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ｂ
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一回
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６
０８）に示すような所望の凹入量曲線に合致させ
るようにコンピユータ５００を適切にプログラム
する。コンピユ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曲線を示す。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、コンピユータ５００はSCRス
イツチ１０８の点火角度を制御ライン１１０と
SCR駆動部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ｂ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つ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スイツチ１０８（第１図）の作動角度がコ
ンピユータ５００とリード線１１０とを介して遅
らされ、これによつて凹入が生ずる速度が減少せ
しめられる。コンピユータ５００が曲線６０８の
点６１５で示す所望の凹入量（冷却時の収縮によ
つ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（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
放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。コンピユータは各半サイ
クル中の凹入量を測定する。所望の凹入量が達成
され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、例えば装置２００または４００によつ
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
抗スポツト溶接機について説明し、抵抗スポツト
溶接機は各種のスポツ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つてよ
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。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、他
方の加工片は適当な導電性バツクアツプ板（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両加工片および／またはバ
ツクアツプ板を通り、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
ートがバツ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
を求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
波形のものであつてよく、例えば矩形波であつて
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つて
もよい。