JPH0651226B2

JPH0651226B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JPH0651226B2
Application number: JP3312145A
Authority: JP
Inventors: ポール・エイ・グローリオソ
Original assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp; TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH04266481A; EP0488518A2; EP0488518A3; US5030815A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワークピースにスタッド
を溶接する技術に関し、特にワークピースの変動又は変
化、或は、スタッド長さの変動又は変化の結果としての
アーク長の変動又は変化を補償するための溶接制御の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、時折、ファスナーと称するス
タッドを金属製ワークピースに溶接するための溶接具又
は溶接装置は当業界では公知である。溶接装置は、典型
的には、伸長位置に柔軟的に付勢されるスタッドを担持
する。スタッドがワークピースから押圧されそれと良好
な電気的接触状態となるべく位置すると、該スタッドは
作業位置まで軽微に後退される。そして溶接操作を開始
すべくトリガー手段が起動される。それで、スタッドは
ワークピースから完全な後退位置まで引き込められて、
パイロットアークが提供される。その後、スタッドがそ
の完全な後退位置にある時に、主溶接アークがスタッド
とワークピースとの間に提供される。そうしてスタッド
はワークピースに向かって突っ込まれ、それとの電気的
接触がなされるに及んで上記溶接アークは消滅される。
こうした機能を実行する溶接装置等は当方の先行する米
国特許第３，２９１，９５８号、第３，１３６，８８０
号及び第３，３９２，２５７号に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スタッド溶接のアーク
（持続）時間はワークピース或はスタッドの長さの変動
によって生じるアーク長変化に応じて変更されていた。
もし補償的な要素がなければ、溶接ごとに異なる溶接品
質となってしまう。当方の先行する米国特許第３，３９
２，２５７号においては、溶接サイクルの開始に先立っ
て、溶接されるべきスタッドの位置を検知する工夫がな
されている。もしスタッドが適切な位置になければ、該
スタッドが適切に位置付けられるまで溶接回路を作動さ
せないようにしている。しかし、スタッドがワークピー
スに接触する時点を制御するために、測定された変位又
は移動に応じてスタッドのワークピースへの突っ込みを
制御する工夫はなされてはいない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は溶接ごとに終始
一貫した溶接品質又は溶接結果が得られるような改良に
関する。スタッドの伸長位置からワークピースに係合す
るその作業位置への変位又は移動は、該スタッドの完全
後退に先立って測定される。この測定は、測定された移
動の関数としてのスタッドのワークピースへの突っ込み
を制御するために用いられ、それによって該スタッドが
ワークピースに接触する時点を制御している。

【０００５】本発明はスタッドをワークピースに溶接す
るための装置を提供する。スタッドは初期の第１位置か
ら第２位置まで後退させられるべくワークピースに対し
て位置付けられる。そしてスタッドは完全に後退させら
れた状態である第３位置までワークピースから後退させ
られる。スタッドがその第３位置まで後退させられてい
る最中に該スタッドとワークピースの間に溶接アークを
提供するように、溶接電流が流される。スタッドはワー
クピースとの接触のために該ワークピースへ突っ込まれ
る。スタッドの第１位置から第２位置への移動又は変位
は、該スタッドがワークピースと係合状態であって、且
つ該係合状態から第３位置へ後退されるに先立って測定
される。スタッドの突っ込みはその測定された移動の関
数として制御され、それによって該スタッドのワークピ
ースとの接触がなされる時点を制御している。

【０００６】

【実施例】図１には、本発明に係る改良された制御回路
構成を採用して、ワークピースにスタッドを溶接する溶
接装置が示されている。この溶接装置１０は前方壁部１
４及び後方キャップ部１６を有して誘電物質から成る主
ハウジング１２を備える。この装置の前端に配置するチ
ャック１８は金属製スタッド２２を受け入れるスロット
状凹部２０を有する。こうしたスタッド２２はしばしば
当業界においてファスナーと称され、此等両方の用語を
この明細書においては同等に用いる。

【０００７】図２により明確に示されるように、各スタ
ッド２２は拡大されたヘッド部２４と心棒部又は軸部２
６とを有する。スタッドのヘッド部２４はチャック１８
に係合されており、軸部はチャックからワークピースへ
向けて突出している。

【０００８】スパーク遮蔽部材２８はチャック１８を同
軸状に囲むと共に、該遮蔽部材は、スタッド２２が初期
の伸長位置から図２の如くの後退位置へ後退されるよう
に、ワークピース２７の壁から押圧される前の該スタッ
ド先端を僅かに突出させるように位置付けられている。
スパーク遮蔽部材２８は足部材３０によって然るべき位
置に支持されており、該足部材は本装置のハウジングに
取り付けられた調節自在な脚部材３２によって本装置の
前部に支持されている。

【０００９】上記のスタッド用チャック１８はチャック
用脚部材３４（図１）に取り付けられ、該脚部材３４は
ケーブルクランプ３６によって主溶接ケーブル３８に電
気的に接続されている。クランプ３６に取り付けられた
後方クランプ４０には可動ソレノイドコア４２に連結さ
れており、該コア４２は此等クランプ３６，４０、脚部
材３４、チャック１８及びスタッド２２を伴って本装置
の長手方向に沿って移動する。コア４２は上昇保持用コ
イル４４内に延在して、リード線４６及び４８を介して
十分な電力が供給された際にこのコイル内に引っ張られ
て後退させられる。このコイル４４の後方における調節
自在な停止部材５０は、コアのコイル内への移動する程
度も決定しているので、溶接サイクルにおけるスタッド
のワークピースからの後退する程度をも決定している。
リターンスプリング又はプランジャーばね５２はコイル
４４への電流が遮断された後にスタッドをワークピース
に向けて戻す。

【００１０】溶接操作の開始に先立ち、スタッドがスパ
ーク遮蔽部材２８の前端から軽微に突出するようにスタ
ッド２２を溶接装置１０は担持する。操作者がこの溶接
装置をワークピース２７に対して位置付けた際に、スタ
ッドは僅かに後退させられ、その前端はスパーク遮蔽部
材２８の前端と同一面上となる。これはコア４２を上記
スプリング５２のバイアスに抗して上記停止部材５０の
方向に向けて僅かに後退させることになる。操作者がト
リガー５４等のトリガー手段を起動した後、しばしば上
昇コイルと称される上記ソレノイドコイル４４に電流が
供給され、それでコアを停止部材５０へ向けてコイル内
に更に後退させる。ワークピースから完全な後退位置へ
のこの最後の後退の程度は、ワークピースとスタッドの
前端との間に亙るアーク長を規定する。アーク長はワー
クピース或はスタッド長の変動に応じて溶接操作ごとに
変化し得る。ワークピース変動は凸面或は凹面の種類に
よって生じるものであり、スタッドのワークピース係合
位置を図２の例に示される前方或は後方にさせることに
なるのでアーク長が変化する。同様に、スタッドの長さ
における図２に示されるものからの変動もアーク長にお
ける変動を生じさせることになる。

【００１１】ワークピース或はスタッド長の変動に起因
するアーク長の変動は、上述したように、一度コイル４
４が励起された際のコア４２の停止部材５０へ向けての
上昇量或は移動量の変動を生じさせる。こうした上昇量
はワークピースの変動或はスタッド長における変動に応
じて例えば０．５０８ｃｍ（０．２０インチ）から２．
０３２ｃｍ（０．８０インチ）の範囲に亙って変化す
る。かくして、長いスタッド或はワークピース上におけ
る軽微な隆起は０．０５０８ｃｍ（０．０２０インチ）
大の短い上昇を生じ得る。一方、通常より僅かに短いス
タッド或はワークピースにおける窪みは０．２０３２ｃ
ｍ（０．０８０インチ）大程度の僅かにより大きい上昇
を生じ得る。この上昇の量はアーク長に直接的に関係す
る。

【００１２】図３には時間に関するスタッド上昇或はス
タッド移動のグラフが示されている。曲線Ａはこの発明
による改良された回路構成がない場合における突っ込み
時間に関する上昇を表している。曲線Ａは１つの溶接か
ら次の溶接における上昇の変動が０．０５０８ｃｍ
（０．０２０インチ）から０．２０３４ｃｍ（０．０８
０インチ）である場合、スタッドのワークピースに対す
る打撃のための時間の変動が２．２ミリ秒であることを
示すものである。換言すると、溶接間において０．１５
２４ｃｍ（０．０６０インチ）だけ上昇変化すれば、ス
タッドがワークピースを打撃する時間は２．２ミリ秒だ
け変化することになる。これはスタッドがワークピース
に接触する際における電流量の実質的な相違を生じる。
よって、溶接ごとの溶接品質に一貫性がなくなることに
なる。

【００１３】本発明は曲線Ｂに従う上昇対突っ込み時間
の関係を０．０５０８ｃｍ（０．０２０インチ）から
０．２０３４ｃｍ（０．０８０インチ）の上昇変動に亙
って提供する。スタッドがワークピースを打撃するため
の測定された突っ込み時間の変動は０．１２ミリ秒大で
ある。こうして、本発明は溶接ごとに溶接品質に関して
一貫性を提供している。例えば曲線Ｂに示されるよう
に、上昇が０．１５２４ｃｍ（０．０６０インチ）程度
の大きさだけ変化したとしてもスタッドがワークピース
を打撃する時の溶接電流の大きさは相対的に一定であ
る。

【００１４】図４には、時間に対するスタッド位置及び
溶接電流の溶接サイクルが示されている。図４に示され
る如く注目すべきことは、後述することになる初期期間
Ｔ₁の後、スタッドはワークピースから平坦な曲線部分
６２に示されるような完全後退位置まで上向き行程であ
る曲線部分６０で示されるように後退させられる。後
刻、スタッドは突っ込み行程の曲線部分６４に示される
ようにワークピースに逆に突っ込まれる。図４におい
て、突っ込み工程の曲線部分６４は、曲線６６で示され
るような溶接電流がオンされている間の時点で終了して
いる。これは電流の強さレベルＩ₂である時点Ｔ₂で生じ
ている。突っ込み行程は時点Ｔ₃で開始される。前述し
たようにワークピースの変動、或は、スタッド長の変動
は上記上昇量の変動となる。こうして、完全後退状態の
スタッド位置は図４における曲線部分６２から、例えば
曲線部分７０或は７２のように変化し得る。曲線７０は
短いスタッドか、或はスタッドがワークピースの窪みに
位置している場合のいずれかである。もし突っ込み行程
が時点Ｔ₃で開始すれば、スタッドは時点Ｔ₂の後の時点
Ｔ₄でワークピースを打撃することになる。これは接触
の時点で溶接電流が実質的により小さくなることを示
し、溶接品質が溶接ごとに異なることになる。

【００１５】曲線部分７２は長いスタッドか、或はスタ
ッドがワークピースの隆起面に位置している場合かのい
ずれかである。もし突っ込み行程が先行する上例と同一
の時点Ｔ₃で開始すれば、スタッドは時点Ｔ₅でワークピ
ースを打撃することになり、これは時点Ｔ₂よりも早い
時点で生ずることになる。これは先行例よりも溶接電流
が異なるレベルとなる。溶接品質のこうした不一致は溶
接用スタッド長の変動及びワークピースの変動から生ず
るところのアーク長の変動から生じる。

【００１６】本発明に従えば、ワークピースを打撃する
スタッドの時点は溶接サイクル開始に先立って測定され
たスタッド移動における変動の関数として制御可能であ
る。よって、図４に参照されるように、本発明は溶接サ
イクルに先立ってスタッド移動が測定される期間である
初期検知期間Ｔ₁を意図する。これには、ソレノイドコ
イル４４が励起されてスタッドをその完全後退位置まで
引き込むことになる期間である期間Ｔ_ONが付随する。こ
の期間Ｔ_ONの終端において、ソレノイドコイル４４の励
起は解除され、リターンスプリング５２がスタッドをワ
ークピースに向けて突っ込ませてこれに接触させる。こ
の期間Ｔ_ONは、スタッドのワークピースへの打撃の時点
を制御するために、期間Ｔ₁の間においてなされたスタ
ッド位置測定に従って変更される。例えば、スタッドが
ワークピースを打撃する時点でレベルＩ₂の溶接電流が
もし望ましければ、突っ込み行程が時点Ｔ₂で常に終了
するように期間Ｔ_ONは変更される。これは図４の場合に
おいて期間Ｔ_ONが，曲線部分７０に示される短いスタッ
ド位置のためには時点Ｔ₆で、長いスタッド位置のため
には時点Ｔ₇でそれぞれ終了されることを示している。
他の状況において、スタッドがワークピースを打撃する
時点に於ける溶接電流を長いスタッドと短いスタッドと
では異ならせることが望まれることもあり、そうした場
合にはそれに従ってＴ_ONの期間を変化させることによっ
て調節することができる。

【００１７】本発明は当業界では公知の溶接回路に制御
回路を組合わせることによって実行することができる。
そうした溶接回路は単一変圧整流システムと引出しアー
クのキャパシタ放電システムとを含む。他の機構として
はインバータと溶接電流を供給するチョッパー手段とを
含み得る。図５は本発明に従って構成された制御回路Ｃ
Ｃであり、この制御回路は上記引出しアークキャパシタ
放電溶接制御システムＷＣ−１に組合せて使用される。

【００１８】本発明に係る制御回路ＣＣは、図６に示さ
れる従来の単一相変圧器整流溶接制御システムＷＣ−２
と組合せた場合についてもここで説明するものである。

【００１９】図５を参照すると、特に上記の溶接制御回
路ＷＣ−１を参照すると、この溶接制御回路は適切な変
圧器１０４によってＡＣ電圧供給源１０６に接続された
従来のＤＣ電力供給源１０２によって充電される放電キ
ャパシタ１００を含む。初期測定期間Ｔ₁の経過後、よ
り詳細には後述することになるが、キャパシタ１００は
シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１１０が可変的な期間Ｔ
_ONの間オンされることにより放電することになる。これ
で低いレベルの溶接電流が流され、キャパシタから電流
が波形成形コイル１１２、ワークピース２７、スタッド
２２、それからＳＣＲ１１０及び限流抵抗器１１４を通
るように放電されることになる。

【００２０】キャパシタ１００を完全に放電するように
判断された際には、より詳細には後述することになるキ
ャパシタ放電遅延タイマー１２０が第２のシリコン制御
整流器（ＳＣＲ）１２２をオンすることになる。キャパ
シタがこのＳＣＲ１２２によるより低いインピーダンス
路を介して放電することになるので主要な溶接電流がこ
れで供給される。

【００２１】ここで、スタッドの突っ込みを制御するた
めの溶接操作を制御するための制御回路ＣＣに着目す
る。図１の示されるような溶接装置を用いている操作者
は、ワークピース２７に対してスタッド２２を位置付け
ると、その溶接スタッドはその初期伸長位置から図２に
示す位置まで後退する。そうして操作者がトリガー手段
５４を起動すると制御回路ＣＣ（図５）が起動される。
これによって、検知タイマー２００がスタッド２２の位
置が決定される検知期間Ｔ₁（図４参照）を提供するこ
とになる。即ち、スタッドのその初期伸長位置から該ス
タッドが僅かに引っ張られているがワークピースとは接
触状態にある位置までの該スタッドの移動又は変位がそ
の完全後退位置までの後退に先立って測定される。この
検知期間にスタッドの移動又は変位がコイル４４のイン
ダクタンスを測定することによって測定される。即ち、
コア４２がコイル４４内に一層移動すると共に、該コア
と停止部材５０の間の空隙が減少することになる。この
空隙に関する減少はコイル４４のインダクタンスを増大
させることになる。よって、コイルのインダクタンスは
コアが該コイル内になお一層移動するに従い増大し、コ
アが該コイルから離れるに従い減少することになる。

【００２２】インダクタンスのこうした変化は一般にコ
アの移動に比例する。また、コアの移動は金属製ワーク
ピース２７及びスタッド長における変動に依存してもい
る。即ち、もしスタッドがワークピース２７における窪
みに位置した場合、或は、もしスタッドが短かったりし
た場合、コア４２と停止部材５０の空隙は増大すること
になり、インダクタンスは減少することになる。逆に、
より長いスタッドである場合、或は、スタッドがワーク
ピース２７の隆起面部に配置した場合、空隙は減少して
コイルのインダクタンスは増大することになる。コア４
２と停止部材５０の間における空隙の長さのこうした変
動又は変化は主溶接操作中におけるスタッドとワークピ
ースの間におけるアーク長に関連すると共に、上記上昇
における変動又は変化にも関連する。こうして、より長
いスタッドの場合或はワークピース面の窪みに位置付け
られたスタッドの場合には、通常長のスタッド或はワー
クピースの平坦面に支持されたスタッドの場合よりも、
より短い上昇となる。

【００２３】本発明に従えば、ワークピース或はスタッ
ド長のこうした変動は、上記検知期間Ｔ₁の間に、コイ
ル４４のインダクタンスを測定し且つそのインダクタン
スの変動又は変化を用いることによって測定されてスタ
ッド変位又は移動の測定をなし、そしてこれは溶接操作
中におけるスタッドのワークピースに対する接触の時点
を制御するために使用される。こうしたことは、後述す
るように、上記上昇ソレノイド４４が起動される時間を
変更することによって達成される。

【００２４】検知期間Ｔ₁中、検知タイマー２００は光
学的に起動される電界効果トランジスタ２０４に光学的
に結合している発光ダイオード２０２を励起し、上昇コ
イル４４のインダクタンスの値を採取する。この期間の
間、上昇コイルを励起するには十分ではないような小さ
なＡＣ電流が変圧器２０６の二次巻線から限流抵抗器２
０８、そしてコイル４４を通って流れる。この変圧器２
０６の二次巻線からのＡＣ電圧の大きさは例えば２４ボ
ルト大である。抵抗器２０８及び上昇コイル４４は分圧
器のように動作する。限流抵抗器２１６に並列に接続さ
れている採取キャパシタ２１４を充電するように、上昇
コイル４４の両端の電圧は抵抗器２１０及び整流ダイオ
ード２１２によって供給される。このキャパシタ２１４
の電圧は上昇コイル４４のインダクタンスを表し、この
電圧は増幅器２２０によって増幅され、該増幅器はこの
キャパシタ電圧におけるリップル端を平滑にするための
図示の如く抵抗器２２４に並列接続されたキャパシタ２
２２を含むＲＣフィルタを有する。この増幅器２２０の
オフセット及び利得の調節は、増幅器２２０の負入力と
Ｂ＋電圧供給源の間に接続された可変オフセット抵抗器
２３０と、該増幅器の負入力と電力供給源１０２の負端
子の間に接続された可変利得抵抗器２３２とによって得
られる。

【００２５】増幅器２２０の出力電圧はリップル低減電
圧であり、上昇コイル４４のインダクタンスを表示する
大きさを有する。この検知期間Ｔ₁の間、検知タイマー
２００は発光ダイオード２０２を、５０ミリ秒程度の期
間、励起する。この期間中に、増幅器２２０からの上記
電圧は電界効果トランジスタ２０４を通って採取保持キ
ャパシタ２４０内に採取され格納される。この電圧は緩
衝増幅器２４２と可変抵抗器２４６によって５５５タイ
マーとして一般に知られる従来型のタイマー（２５０）
のＣ入力に供給され、そして該タイマーはその０端子か
ら出力信号を出力することになる。この出力信号の継続
時間は、そのＣ入力に印加された入力電圧の大きさや可
変調節抵抗器２４８の設定に依存する。逆に、タイマー
２５０は該タイマーのＣ入力に供給された電圧の大きさ
によって表されるようなコイル４４の測定されたインダ
クタンスの大きさで変化する出力パルスの持続時間を有
する可変持続時間のワンショット回路として動作する。
タイマー２５０はそのトリガー入力Ｔにキャパシタ２５
２によって供給されたトリガーパルスによって起動され
る。このトリガーパルスは初期検知期間Ｔ₁の完了に及
んで検知タイマー２００のよって供給される。一度トリ
ガー又は起動されると、上記ワン−ショット・タイマー
２５０はその出力端子から出力パルスを出力して、抵抗
器２６２を介して発光ダイオード２６０を励起する。こ
の発光ダイオード２６０は光学的にトランジスタ２６４
に結合しており、電界効果トランジスタ２６６にオン信
号を供給することになる。このオン信号はツェナーダイ
オード２６８によって安定化されており、抵抗器２７０
に順方向バイアスの電圧を提供することになる。こうし
て電界効果トランジスタ２６６は、図４の波形によって
示されるような期間Ｔ_ONの間、導通状態にスイッチング
される。この期間中に上昇コイル４４は電力供給源１０
２から該コイルを励起するに十分な大きさの電流を受け
て、該期間Ｔ₁の完了に及んでの該コイルの励起が解除
されるまでコア４２をその完全後退位置まで上昇する。
期間Ｔ_ONの終了に及んで、コイル４４の励起は解除さ
れ、コア４２はスプリング５２によってワークピース方
向へ向かって駆動され、スタッド２２は該コアと共に移
動して該ワークピース２７を打撃することになる。

【００２６】本発明に従えば、ワークピースの変動やス
タッド長の変動の如何なるものをも補償すべく、溶接サ
イクルの開始に先行してスタッド位置を測定してから上
昇コイル４４のオン時間（Ｔ_ON時間）を調節することに
よって、溶接品質の一貫性が溶接ごとに維持される。こ
うして、図４を参照して上述したように、上記波形部分
６２に一致しているスタッド位置のための上昇コイルの
オン時間は突っ込み行程を開始する時点Ｔ₃で終了でき
るので、スタッドは時点Ｔ₂でワークピースを打撃する
ことになる。もしスタッド位置が溶接ごとに波形部分７
０に一致するように変化すれば、その時はスタッドが時
点Ｔ₂の同一点でワークピースを打撃すべく制御するた
めに、上昇コイルのオン時間はＴ₆のように示された時
点まで短縮される。同じようにして、もしスタッド位置
が上記波形部分７２によって示されるような位置に変化
すれば、上昇のオン時間を増大して突っ込み行程を時点
Ｔ₇で開始させるようにすることが望ましく、それによ
ってスタッドは時点Ｔ₂でワークピースを打撃すること
になる。こうした上昇時間、即ちＴ_ONの変動又は変更
は、タイマー２５０はその入力端子Ｃに格納キャパシタ
２４０から供給される制御電圧の大きさにおける変動又
は変化に応答するので、該タイマー２５０によって得ら
れる。この制御電圧の大きさの変動又は変化は上昇コイ
ルのインダクタンスにおける変動又は変化に追従してい
る。

【００２７】キャパシタ放電遅延タイマー１２０は時間
Ｔ₁から遅延時間Ｔ_DELAYが完了するまでシリコン制御整
流器１２２の起動を遅延させる。キャパシタ１００の主
要放電は図４の波形６６に一致することになる。時点Ｔ
₂はこのキャパシタの主要放電の開始に関連して知られ
た時点である。またＴ_DELAY時間は検知時間Ｔ₁のように
固定された時間であるので、時点Ｔ₂はスイッチ５４の
起動に関連して知られた時点である。

【００２８】図６を参照すると、図５で参照される上述
のキャパシタ放電システムとは異なり、単相変圧整流シ
ステムの形式を採用している溶接制御回路ＷＣ−２に上
記の制御回路ＣＣが適用された例が示されている。図５
及び図６における同様構成要素は同様符号で示されてお
り、以下では異なる構成要素についてのみ詳細に説明す
る。

【００２９】図６のテストから、検知期間Ｔ₁（図４）
の後にシリコン制御整流器（ＳＣＲ）３００がゲート制
御されて導通状態となることが判明する。これによっ
て、スタッド２２及びワークピース２７が接触している
一方、電力供給源１０２からワークピース２７、スタッ
ド２２、該ＳＣＲ３００及び抵抗器３０２を通って電流
が流される。スタッドが後退状態になると、これがパイ
ロットアークを提供する。検知タイマー２００がその測
定又は検知の期間Ｔ₁を満了した後、ＡＣライン電圧の
次のゼロ交差でワンショット・タイマー２５０と共に遅
延タイマー３０６を起動するトリガーパルスが作り出さ
れる。遅延タイマー３０６は主要アーク溶接電流の供給
開始をＡＣライン電圧の半サイクルの所与数分だけ遅延
させることになる。ＡＣライン電圧の半サイクルの所与
数のカウントを完了するに及んで、遅延タイマーは電流
継続タイマー３０８を起動するためのトリガーパルスを
出力し、これで該電流継続タイマーは、上記主要溶接電
流が供給されることになるＡＣライン電圧の半サイクル
の所与数の間、シリコン制御整流器３１０及び３１２を
オンする出力信号を出力する。此等のＳＣＲ３１０及び
３１２が導通状態にあるこの期間、脈動電流が変圧器３
２０の二次巻線の中央取出部からワークピース２７及び
スタッド２２を通り、そして、此等シリコン制御整流器
を通って流れる。

【００３０】この溶接制御回路ＷＣ−２と組合せられる
制御回路ＣＣの作動は溶接制御回路ＷＣ−１に関連して
上述したものと実質的に同一である。このようにして、
図４を参照すると、検知タイマー２００は上昇コイル４
４のインダクタンスを上述したように注目することによ
ってスタッド位置をこの制御回路が測定することになる
初期検知の期間Ｔ₁を提供する。然しながらこの実施例
の相違点は、検知タイマーがゼロ交差検出器３０４によ
るＡＣ電圧のゼロ交差の検出に同期してこの期間Ｔ₁を
終了し、ＡＣライン電圧に同期してＴ_DELAYと共にＴ_ON
期間を開始するようにしている。コア４２を後退させる
べく上昇コイル４４が完全に励起される間の時間を決定
するこのＴ_ON期間は、コイル４４の測定されたインダク
タンスに従って変動することになる。ひとたびその期間
が満了すれば、上昇コイル４４は励起が解除され、リタ
ーンスプリング５２により付与された力によってコア及
びスタッドがワークピースに向かって突っ込んで該ワー
クピースに係合する。この実施例における図４の波形６
６は溶接電流の最後の半サイクルを表し、上記遅延期間
Ｔ_DELAYはＡＣライン電圧のゼロ交差に同期するように
半サイクルの多重倍となっている。この溶接電流の半サ
イクルの間においてスタッドがワークピースを打撃する
時点は上記制御回路によって制御されて、測定された移
動の関数としての時点で生ずるようにする。この時点は
溶接サイクルごとに制御され、溶接ごとの溶接品質の均
一性が達成される。

【００３１】本発明は好ましい実施例を用いて説明した
が、種々の変更等が特許請求の範囲によって規定された
発明の精神及び範囲から逸脱することなくなせることは
理解されることであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用され得る代表的な溶接装置の縦断
面図である。

【図２】ワークピースに近接された際におけるファスナ
ーと上記溶接装置の構成要素の拡大概略図である。

【図３】突っ込み時間（ミリ秒）に対する上昇（イン
チ）に関するグラフである。

【図４】本発明の操作法を説明するに有効である時間に
対するスタッド位置及び溶接電流のグラフである。

【図５】溶接装置用の溶接回路の一形式と共に用いられ
る本発明に係る制御回路の概略ブロック図である。

【図６】図５と同様の図であるが、上記制御回路が溶接
装置用溶接回路の他の形式のものと組み合わされた例を
示す概略ブロック図である。

【符号の説明】

１０溶接装置２２スタッド２７ワークピース２８遮蔽部材４２コア４４コイル５０停止部材５２リターンスプリング５４トリガー手段ＣＣ制御回路ＷＣ−１溶接回路ＷＣ−２溶接回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークピースにスタッドを溶接する溶接
装置であって、スタッドが前記ワークピースに対して伸
張状態の第１位置から第２位置まで後退するようにワー
クピースに対してスタッドを位置付ける位置付手段と、
前記スタッドを前記ワークピースから遠ざけるように完
全後退状態の第３位置まで後退させる後退手段と、前記
スタッドが前記第３位置に後退させられるに伴って、該
スタッドと前記ワークピースとの間に溶接アークを形成
すべく溶接電流を提供する電流提供手段と、前記ワーク
ピースに接触させるべく前記スタッドを該ワークピース
に向けて突っ込む突込み手段と、前記第１位置から第２
位置までの前記スタッドの移動を測定する測定手段であ
って、前記測定を前記スタッドが前記ワークピースに係
合し且つそこから前記第３位置まで後退させられるに先
立って行なうようになされた、前記測定手段と、前記ス
タッドの前記ワークピースに向かっての突っ込みを前記
の測定された移動の関数として制御し且つ前記スタッド
が前記ワークピースに接触する時点を制御する制御手段
とを備えて成る溶接装置。
【請求項２】前記スタッドの位置付け手段はスタッド
を保持するスタッド保持手段を含み、前記突っ込み手段
は前記スタッド保持手段を前記伸張状態の第１位置に向
けて弾性的にバイアスするバイアス手段を含むことを特
徴とする請求項１記載の溶接装置。
【請求項３】前記スタッド保持手段は前記スタッドを
保持するスタッド用チャックを含み、前記弾性的バイア
ス手段は前記第１位置に向けて前記チャック及びスタッ
ドを弾性的にバイアスする為の該チャックに結合された
リターンスプリングを含むことを特徴とする請求項２記
載の溶接装置。
【請求項４】前記後退手段は上昇コイルと該上昇コイ
ル内を移動可能なコアを有するソレノイドであって、前
記スタッドの伸張状態の第１位置から完全後退位置まで
前記スタッド保持手段と共に移動すべく前記コアが該ス
タッド保持手段に連結されているソレノイドと、前記上
昇コイルを励起する励起手段であって、前記スタッドの
完全後退位置に対応する位置まで前記コアを移動させる
励起手段とを含むことを特徴とする請求項２記載の溶接
装置。
【請求項５】前記スタッド移動の測定手段は、該スタ
ッドの後退に先立って前記上昇コイルに流す為のテスト
電流を付与するテスト電流付与手段を含むことによっ
て、前記コアの位置或は前記スタッドの位置に従って変
化する該コイルのインダクタンスに依存する値を有する
測定信号を発生させることを特徴とする請求項４記載の
溶接装置。
【請求項６】前記スタッドの突っ込みを制御する制御
手段は、前記測定信号に応答する応答手段を含み、該応
答手段は前記測定信号の大きさの関数として前記上昇コ
イルを励起する期間を変更することを特徴とする請求項
５記載の溶接装置。
【請求項７】前記スタッドのその完全後退位置までの
後退に先立って、初期測定期間を計時する計時手段を備
えることを特徴とする請求項６記載の溶接装置。
【請求項８】前記初期測定期間の間、前記測定信号に
対応する値を有する信号を格納すべく作動する信号格納
手段を備えることを特徴とする請求項７記載の溶接装
置。
【請求項９】前記上昇コイルを励起する期間を変更す
る前記手段は、前記格納信号に対応する計時手段を含
み、該計時手段は該格納信号或は前記測定信号の大きさ
に対応する時間継続を有する制御信号を提供することを
特徴とする請求項８記載の溶接装置。
【請求項１０】前記コイルを励起する手段は、前記コ
イルを励起して前記コアを前記スタッドの完全後退位置
に対応する位置まで移動するに十分な大きさを有するエ
ネルギー源に該コイルを起動された際に接続する起動可
能なスイッチ手段を含むことを特徴とする請求項９記載
の溶接装置。
【請求項１１】前記制御信号に応答する手段であっ
て、前記スイッチ手段を前記制御信号の前記時間継続に
依存する時間継続の間、前記スイッチ手段を起動する手
段を備えることを特徴とする請求項１０記載の溶接装
置。
【請求項１２】前記制御信号に対応する時間継続の
間、光学的な信号を伝達する発光手段を備えることを特
徴とする請求項１１記載の溶接装置。
【請求項１３】前記スイッチ手段は、前記光学的な信
号に対応する手段であって、前記制御信号に従った時間
継続の間、前記スイッチ手段を起動する手段を含むこと
を特徴とする請求項１２記載の溶接装置。
【請求項１４】複数の溶接サイクルの各々においてス
タッドをワークピースに溶接する溶接装置であって、ス
タッドを該ワークピースに対する伸張状態の第１位置か
ら第２位置まで後退させるように、前記ワークピースに
対して前記スタッドを位置付ける位置付け手段と、前記
スタッドを前記ワークピースから遠ざけて完全後退状態
の第３位置まで後退させる後退手段と、前記スタッドが
前記第３位置に後退させられるに伴って、該スタッドと
前記ワークピースの間に溶接アークを形成すべく、各溶
接サイクル中に時間に対して大きさが変化する溶接電流
を提供する電流提供手段と、前記ワークピースに接触さ
せるべく該ワークピースに向けて前記スタッドを突っ込
む突っ込み手段と、前記第１位置から第２位置までの前
記スタッドの移動を測定し且つ該測定を該スタッドが前
記ワークピースに係合して且つそこから前記第３位置ま
で後退させられるに先立って行うようになされた、前記
測定手段と、各溶接サイクル中に前記測定された移動の
関数として前記突込み手段及び前記電流提供手段の相対
的なタイミングを制御する手段とを備え、該制御する手
段は前記スタッドが前記ワークピースに接触する時点の
前記溶接電流の大きさを溶接ごとに相対的に一定にする
ようになされた溶接装置。
【請求項１５】相対的なタイミングを制御する前記手
段は、前記ワークピースに向かっての前記スタッドの突
っ込みを前記測定された移動の関数として制御する手段
を含むことを特徴とする請求項１４記載の溶接装置。