JPH09504741A - 溶接機械の監視方法、溶接機械を調節するための本方法の応用ならびに本方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、２つの互いに溶接すべき部分の間の点溶接結合をこれらの部分の一方と接触している少なくとも１つの電極により形成する溶接機械を監視するための方法に関する。その際に溶接時間インターヴァル中に溶接電流が溶接部分を通して導かれ、また溶接時間インターヴァル外で電極と溶接部分との間で熱起電力が測定され、この熱起電力が溶接機械の監視のための基礎として使用される。熱起電力から、溶接機械に関する情報、たとえば電極の冷却、溶接部分の押し合わせの継続時間または供給された電力に関する情報が得られる。これらの情報が特に点溶接結合を有する自動化された製造プロセスにおける溶接機械の監視および溶接プロセスの調節のために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 熔接機械の監視方法、溶接機械を調節するための本 方法の応用ならびに本方法を実施するための装置 本発明は、２つの互いに溶接すべき部分の間の点溶接結合をこれらの部分の一 方と接触している少なくとも１つの電極により形成する溶接機械を監視するため の方法であって、溶接時間インターヴァル中に溶接電流が溶接部分を通して導か れ、また溶接時間インターヴァル外に電極と溶接部分との間で熱起電力が測定さ れる方法に関する。 特に金属部分の間で点溶接結合を形成する溶接機械は多くの技術分野で、たと えば自動車組立工場で使用されている。溶接機械はその際にしばしば自動化され た製造プロセスの途中で使用される。溶接機械により形成される点溶接結合は構 成部分の一時的な接合だけでなく、構成部分の間の最終的な結合としての役割を する。そのため、溶接機械が支障なく機能し点溶接結合が所定の技術的要件に従 って形成されることを保証することが必要性になる。特に時間的に順次に多くの 点溶接結合が形成される自動化された製造プロセスでは、溶接機械の準連続的な 監視ならびに溶接機械の調節が特に重要である。 溶接機械の監視はこれまでオペレータにより、もしくは特に自動化された溶接 機械では溶接機械の内部、または点溶接結合の付近に配置されている複数個の測 定センサにより行われている。高い装置費用、特に配線およびデータ処理の費用 を要する上に、複数個のセンサの使用は、これらが点溶接結合の周囲を支配して いる場合によっては望ましくない条件に曝されているという欠点を有する。 ドイツ特許第 3136726C2号明細書には、電気的信号により溶接電極と溶接すべ き加工片との間の接触の存在または欠落に関する情報が得られる溶接機械の監視 が記載されている。これらの情報は、溶接変圧器の二次側のインピーダンスの間 接的測定を含む溶接変圧器の一次側における残留電圧の連続的測定を介して得ら れる。インピーダンスの間接的測定は、溶接結合の形成のために溶接電流が電極 および加工片を通して導かれる熔接時間インターヴァル外で行われる。溶接機械 のそれ以上の監視はドイツ特許第 3136726C2号明細書には示されていない。 国際特許出願公開第 WO-92/10326A1号明細書には点溶接結合の品質を検査する ための方法が示されている。この方法では、、溶接過程の終了後に溶接機械の電 極と溶接すべき部分との間の熱起電力が測定される。熱起電力から点溶接結合に おける温度が求められ、またその経過から点溶接結合の品質の評価が行われる。 国際特許出願公開第 WO-92/10326A1号明細書に記載されている方法は本発明によ り部分的に取り上げられ、またこの方法ならびに国際特許出願公開第 WO-92/103 26A1号明細書のすべての内容は発表された開示に属するものとみなされる。さら に、点溶接結合の形成前に測定された電極とこの電極と接触している部分との間 の熱起電力を点溶接結合の質の評価のために利用することも提案されている。 従って本発明の課題は、冒頭に記載した種類の溶接機械の監視のための方法で あって、自動化された製造プロセスに適しておりまた簡単にかつわずかな費用で 極端な外部条件においても実行可能である監視方法を提供することにある。他の 課題は、溶接機械の調節のための本方法の応用および本方法を実施するための装 置を提供することにある。 本発明によれば、最初にあげた課題は、溶接時間インターヴァル中に溶接電流 が溶接部分を通して導かれ、また溶接時間インターヴァル外で電極と溶接部分と の間で熱起電力が測定される方法において、、熱起電力が溶接機械の監視のため の基礎して使用され、その際に熱起電力から監視量が求められ、また溶接機械の 参照量と比較されることにより解決される。 本方法によれば、本来の溶接の前でもまたその後でも、、すなわち溶接時間イ ンターヴァル外で、溶接機械が支障のない機能能力を有するかどうかが監視され 得る。本方法によれば、溶接の実施方法に対する決定規準としての役割をし得る 溶接機械に関する情報が得られる。さらに本方法は、特に形成すべき点溶接結合 の付近の測定センサが省略できるという理由で、特にわずかな装置費用しか本発 明の実現のために必要としないので、、簡蛍に実施可能である。熱起電力から求 められた監視量は電極の許容温度のような溶接機械の１つの参照量または多くの 参照量および十分な点溶接結合に対する比較量と比較され、それによって溶接機 械の監視が行われる。熱起電力の評価は室温、無電界などのような正常な外部条 件の もとで、特に点溶接結合から十分な間隔をおいて行うことができる。 熱起電力は簡単かつ正確に測定され、その際に測定は形成すべき点溶接結合か ら離れて行われるので、適当な測定装置が点溶接結合の付近の高温または高電界 のような場合によっては極端な外部条件に曝されることはない。 有利には、熱起電力は多数の時点で測定され、その際に測定は本来の溶接の開 始前にも溶接の終了後にも行うことができる。種々の時点での測定は場合によっ てはより大きい情報を含んでおり、測定の精度を高め、一層改善された監視を可 能にする。 さらに、熱起電力従ってまた監視量の時間的経過を求めることにより、溶接機 械のほぼ連続的な監視を行うことができる。溶接機械の機能能力の時間的変化が それにより容易に検出可能であり、このことは特に速い点溶接結合列の形成の際 に特に有利である。 点溶接結合を形成するために電極が溶接すべき両部分の一方と接触させられ、 また溶接部分が互いに押し合わされる。溶接時間インターヴァル中、溶接電流が 両部分を通して導かれ、その際に溶接電流の投入または遮断は溶接機械の開閉装 置により制御される。 好ましくは溶接電流は交流電流である。それにより、同じく測定可能な電圧は 、振動振幅とならんで簡単に求められる平均値を有する周期的な信号である。た とえば、振動振幅は電極と溶接すべき部分との間の電気的接触の尺度であり得る し、また平均値は電極と溶接部分との間の熱起電力、すなわち温度の尺度であり 得る。交流電流により溶接する溶接機械はしばしば、溶接電流を投入するための サイリスタ回路を有し、それにより一定の周波数、特にドイツの電力会社の回路 網による作動の際には５０Ｈｚの漏れ電流が生ずる。この周期的信号は溶接時間 インターヴァルの開始前にも溶接時間インターヴァルの終了後にも簡単に非周期 的信号たとえば熱起電力から分離することができる。 有利には電極は第１の材料、特に第１の金属から成っており、また電極が溶接 機械により接触させられる部分は第１の材料とは異なる第２の材料、とくに第２ の金属から成っている。溶接部分の温度と異なる電極の温度において、電極と溶 接部分との間に熱起電力が生ずる。この熱起電力は電極と溶接部分との間の温度 差に一義的に対応付けられている。この対応付けは両材料についての知識があれ ば場合によっては文献から推察することができる。材料についてのこのような知 識がなければ、この対応付けは別の較正された熱電対を使用して温度を同時に測 定しながら熱起電力の較正測定を行うことにより簡単に求めることができる。較 正は試料溶接の評価によっても可能である。 好ましくは、溶接時間インターヴァルの開始前に測定された熱起電力により溶 接機械の電極の冷却装置の監視が行われる。その際に監視量として電極の温度が 求められ、また予め定められた値を超過すると、すなわち予め定められた参照温 度よりも高い温度の際に電極の冷却装置の欠陥が推定される。冷却の監視は同じ く溶接時間インターヴァルの後で測定された熱起電力または溶接時間インターヴ ァルの前後に測定された信号の組み合わせにより可能である。 溶接時間インターヴァルの終了後に、すなわち溶接電流の遮断後に、溶接部分 が溶接機械により予め定められた時間の間さらに互いに押し合わされる。それに より、溶接部分の間の溶融した範囲の凝固が可能にされ、それによって永久的な 結合が達成される。溶接機械が溶接部分を溶接時間インターヴァルの終了後に互 いに押し合わせるこの継続時間の監視は、好ましくは、溶接時間インターヴァル 後に測定される熱起電力を介して行われる。その際に、継続時間が十分な品質を 有する点溶接結合を形成するために十分に長いか否かが監視される。熱起電力か ら求められる監視量である温度経過により、溶接部分間の溶融範囲の凝固を反映 するような点溶接結合内で解放された凝固熱が検出されるならば、継続時間は十 分に長いと評価される。この監視はこうして、継続時間が十分に長いか否かの規 準を与える。 十分な品質を有する点溶接結合を形成するためには、さらに、溶接機械から溶 接時間インターヴァル中に、１つの範囲の溶融およびそれによる溶接部分間の固 定的結合を可能にする電力が供給されることが必要である。この供給される電力 の監視は、有利には、溶接時間インターヴァルの終了後に測定される熱起電力を 介して行われる。その際に電力は、点溶接結合内で解放され検出された凝固熱が 予め定められた値を超過するならば、十分であると評価される。本発明はその際 に、解放された凝固熱の値が溶接部分の間で溶融した範囲の大きさを一義的に表 すことから出発する。凝固熱はその際に、好ましくは点溶接結合における信号か ら求められた温度経過を介して検出される。 本方法は、溶接部分の互いに向かい合う側に配置された２つの電極により点溶 接結合が形成される溶接機械の監視のために適しているという大きな利点を有す る。その際に、両電極の各々とそれぞれ対応付けられている部分との間の熱起電 力がそれぞれ測定され、またこれらの両熱起電力から平均値が形成される。溶接 電流が交流電流でありまた電極が変圧器を介してほぼ無抵抗で互いに接続されて いる溶接機械に対しては、熱起電力の平均値の形成は個々の信号を予め測定する ことなしに行うことができる。溶接電流が直流電流でありまた電極が抵抗を有す る電気的要素、たとえば５Ωのオーダーの導通抵抗を有するダイオードを介して 互いに接続されている溶接機械に対しては、それぞれの熱起電力の別々の測定が 行われ、それに続いて場合によっては平均値の形成が行われる。この平均値はこ の場合監視量としての役割をする。相い異なる形状の電極が使用される際に、一 方の電極の熱起電力を溶接機械の監視のために、また他方の電極の熱起電力を制 御信号として使用すると有利である。 さらに、２つの相い異なる形状の電極の使用により、溶接部分間の溶融帯域の 非対称な位置も可能である。一方の電極である薄い電極と両部分との接触面は、 好ましくは他方の電極である厚い電極と両部分との接触面よりも小さい。溶接時 間インターヴァル中に薄い電極の周囲では厚い電極の周囲にくらべて溶接部分の 強い温度上昇が生ずる。それにより溶融帯域は厚い電極よりも薄い電極の近くに 位置している。このことは特に相い異なる厚みを有する溶接部分の溶接の際に有 利である。その際に溶融帯域の位置はなかんずく薄い電極の接触面積と厚い電極 の接触面積との比に関係する。薄い電極の接触面積の変更、特に場合によっては 一連の複数回の溶接により生ずる損耗による増大は、溶融帯域の位置により参照 溶接との比較から求めることができる。参照溶接はたとえば接触面積の一定の既 知の比ならびに溶接機械の正に既知のパラメータに対して行われる。その際に溶 接時間インターヴァルの終了後に電極の熱起電力の別々の測定を介してそのつど の電極における各参照温度経過が求められる。両参照温度経過は接触面積の比を 示すので、、厚い電極の接触面積が知られていれば、薄い電極の接触面積も明ら か となりまたその逆も可能である。たとえば電極における温度経過から求められる 溶融帯域の位置を介して、特に参照溶接との比較により、特に有利には、電極の 少なくとも一方の損耗の監視が行われ得る。 溶接時間インターヴァル外で測定された熱起電力による溶接機械の監視は、場 合によっては、溶接時間インターヴァル中に測定された溶接信号、たとえば溶接 電圧または溶接電流により補完され得る。この熔接信号によりたとえば溶接時間 インターヴァル中に溶接部分に供給されたすべての電力または電極と溶接部分と の間の電気抵抗が求められる。これは溶接時間インターヴァル外で測定された熱 起電力と組み合わされて、溶接機械の監視のための別の情報を生ずる。 特に複数個の点溶接結合の形成の際の溶接機械の調節のために本方法を応用す ると有利である。その際に調節は、溶接時間インターヴァル外で測定された熱起 電力から得られた溶接機械に関する情報を介して、また場合によっては、溶接時 間インターヴァル中に測定された溶接信号から求められる溶接機械に関する情報 を介して行われる。特にたとえば自動車産業の自動化された製造プロセスにおけ る溶接のように時間的に順次に行われる溶接の際には、溶接の申し分のないかつ 速い実施のための溶接機械の調節は特に有利である。時間的に順次に行われる溶 接により形成される点溶接結合が十分な品質を有するようにする溶接機械の調節 は後からの品質検査を不要にし、またさらに不良率を顕著に減少する。これは本 方法により特に簡単に実行可能である。なぜならば、溶接時間インターヴァルの 終了後に測定される信号である熱起電力が直接に品質評価のために利用され、ま た溶接機械の調節が、新しい溶接が先行の溶接の品質に関係して行われからであ る。 溶接時間インターヴァルの前に測定された信号であるたとえば漏れ電圧はその 際に溶接電流の投入のために使用される。この信号により、電極とそれと接触し ている部分との間の電気的接触が溶接機械の所与の設定の際に十分な品質を有す る点溶接結合の形成のために十分であるか否かが確かめられる。接触が十分であ れば、溶接電流が投入される。場合によっては同時に検出される電極の冷却の欠 陥はさらに連続溶接の中断に対する規準として使用され得る。 溶接時間インターヴァルの終了後に測定された熱起電力は溶接機械の特定のパ ラメータ、たとえば溶接部分が互いに押し合わされる継続時間または溶接時間イ ンターヴァル中に供給される電力の調節のために使用される。その際にパラメー タは、特に電極と溶接部分との間の十分な電気的接触の際に溶接により十分な品 質の点溶接結合が形成されるように調節される。これは特に自動化された製造プ ロセスにおいて有利である。なぜならば、それにより生産性が顕著に高められ得 るからである。さらに溶接機械のパラメータの調節のためには、溶接時間インタ ーヴァル中に測定された溶接信号も使用することができる。 本方法を実施するためには、互いに溶接すべき部分と電極との間に投入可能な 少なくとも１つの測定装置、特に電圧測定装置と、該測定装置の後に接続されて いる評価および調節装置とを有する装置が有利に適している。測定装置ならびに 評価および調節装置はその際に、点溶接結合から若干の間隔をおいて、たとえば 溶接機械に付設されるハウジング内に配置されていてよい。さらに評価および調 節装置は、測定された信号またはこれらの信号から導出された測定結果を記憶す るため、また信号または測定結果を伝送するためにも使用できる。 本方法を実施するための装置が溶接機械および溶接すべき部分とならんで図面 に概要を示されている。その際図面の説明のために必要な構成要素のみが示され ている。 ２つの部分１、２、たとえば鋼板が、たとえば導線から成る２つ電極３、４が 互いに向かい合って溶接機械により押し合わされる部分１、２と接触させられる ことによって、点溶接により互いに結合される。溶接時間インターヴァル中に、 交流電流源９から発生された溶接電流が電極３、４を経て互いに溶接すべき部分 １、２に導入される。これにより点溶接結合５が生ずる。最初に存在する溶融物 の凝固の際に部分１、２が永久的に互いに結合される。溶接電流の強さは溶接時 間インターヴァル中に電流計６により測定される。溶接時間インターヴァル外で 電圧測定装置７、８により電圧、特に熱起電力または漏れ電流に対応する漏れ電 圧が測定される。測定された電圧は評価および調節装置１０に供給される。この 評価および調節装置１０においてたとえば熱起電力が漏れ電圧から分離され、ま た熱起電力から点溶接結合５における温度が溶接時間インターヴァルの前後で求 められる。溶接時間インターヴァルの開始前の温度は電極３、４の冷却の監視の 役割をし、また溶接時間インターヴァルの終了後に求められた温度は点溶接結合 ５中に存在する溶融物の凝固を検出する役割をし、それによって、点溶接結合５ のなかに溶接時間インターヴァル中に供給された電力ならびに溶接部分が互いに 押し合わされる継続時間が監視される。評価および調節装置１０において求めら れた監視結果は溶接機械の調節のためにたとえば溶接機械の開閉装置１１に供給 され、その際に溶接時間インターヴァルの開始、溶接時間インターヴァルの長さ ならびに溶接電流および／または溶接電圧が調節される。監視結果はさらに、部 分１、２を押し合わせるための（ここには示されていない）装置に供給される。 その際に、部分１、２が互いに押し合わされる継続時間が調節される。電流計６ および電圧測定装置７、８により測定された信号ならびにそれらから導出された 情報がデータ処理装置（図面を見易くするため図示されていない）に伝送され得 ることは理解されよう。さらに、特に溶接が時間的に速く次々と行われる際に情 報の解析を後で行うために情報を記憶しておくと有利である。 本方法は、点溶接結合の付近の装置費用が非常にわずかですむ点で、また特に 簡単に実行可能である点で優れている。特に時間的に次々と多数の点溶接結合を 形成すべき自動化された製造プロセスにおいて、本方法は溶接機械をその機能能 力に関して監視するのに、また溶接プロセスを調節するのに適しており、その際 に製造プロセスが加速され、また不良率が顕著に減ぜられ、またそれにより生産 性が高められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つの互いに溶接すべき部分（１、２）の間の点溶接結合（５）を溶接すべ き部分（１、２）の一方と接触している少なくとも１つの電極（３、４）により 形成する溶接機械を監視するための方法であって、溶接時間インターヴァル中に 溶接電流が溶接部分（１、２）を通して導かれ、また溶接時間インターヴァル外 で電極（３、４）と溶接部分（１、２）との間で熱起電力が測定される方法にお いて、熱起電力が溶接機械の監視のための基礎して使用され、その際に熱起電力 から監視量が求められ、また溶接機械の参照量と比較されることを特徴とする溶 接機械の監視方法。 ２．熱起電力が多数の時点で測定されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．熱起電力の時間的経過が求められることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．溶接電流が交流電流であることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載 の方法。 ５．溶接機械の電極（３、４）の冷却の監視が特に溶接時間インターヴァルの開 始前に測定される熱起電力により、熱起電力から電極（３、４）の温度が求めら れ、また予め定められた値をこの温度が超過する際に電極の冷却装置の欠陥が推 定されるように実行されることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の方 法。 ６．溶接機械による溶接部分（１、２）の押し合わせが溶接時間インターヴァル の終了後に熱起電力により、押し合わせの継続時間が十分な品質を有する点溶接 の形成のために十分に長いか否かに関して監視されることを特徴とする請求項１ ないし５の１つに記載の方法。 ７．継続時間が、熱起電力により点溶接結合（５）内で解放される凝固熱が検出 されるならば、十分に長いと評価されることを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．溶接時間インターヴァル中に溶接機械により溶接部分（１、２）に供給され た電力が溶接時間インターヴァルの終了後に測定される熱起電力により監視され 、その際に電力が、熱起電力により検出された点溶接結合（５）内で解放された 凝固執が予め定められた値を超過するならば、十分であると評価されることを特 徴とする請求項１ないし７の１つに記載の方法。 ９．溶接部分（１、２）の互いに向かい合う２つの側に配置されている電極（３ 、４）に対してそれぞれ熱起電力が測定され、またこれらの両熱起電力から平均 値が形成されることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載の方法。 １０．溶接部分（１、２）の互いに向かい合う２つの側に配置されている電極（ ３、４）に対して少なくとも一方の電極（３、４）の損耗の監視が、各電極（３ 、４）に対してそれぞれ熱起電力が測定されるとともに測定された両起電力から 溶接部分の間に形成された溶融帯の位置が求められることにより行われ、その際 にこの位置が少なくとも一方の電極の損耗に対する尺度であることを特徴とする 請求項１ないし９の１つに記載の方法。 １１．溶接時間インターヴァル中に測定された少なくとも１つの溶接信号が補助 的に溶接機械の監視のために使用されることを特徴とする請求項１ないし１０の １つに記載の方法。 １２．特に複数個の点熔接結合（５）を形成するのに使用される溶接機械の調節 のための請求項１ないし１１の１つに記載の方法の応用。 １３．熱起電力が溶接が時間的に順次に行われる際の溶接機械のパラメータの調 節のために使用される請求項１２記載の応用。 １４．熔接時間インターヴァルの前に測定された熱起電力が溶接電流の投入の制 御のために使用される請求項１２または１３記載の応用。 １５．溶接時間インターヴァルの終了後に測定された熱起電力が、溶接電流によ り十分な品質を有する点溶接結合（５）が形成されるように、溶接機械のパラメ ータの調節のために使用される請求項１２ないし１４の１つに記載の応用。 １６．互いに溶接すべき部分（１、２）と電極（３、４）との間に投入可能な少 なくとも１つの測定装置（７、８）特に電圧測定装置と、この測定装置（７、８ ）の後に接続されている評価および調節装置（１０）とを有することを特徴とす る請求項１ないし１１の１つに記載の方法を実施するための装置。