(57)【要約】  本発明は、溶接クランプ（３）の２つの電極（２ａ、２ｂ）間で締め付けられた金属部品のスタック（１）の抵抗溶接法の監視方法と、その方法を実施するための装置に関するものである。その溶接法によれば、電極（２ａ、２ｂ）に対して、一方では、締付け力（Ｆ）が加えられ、他方では、金属部品のスタック（１）を通して電流（Ｉ（ｔ））を流すことができる電圧（Ｖ（ｔ））が加えられる。この監視方法は、さらに、事前学習によって取得されたモデルに比して締付け力（Ｆ）を分析する少なくとも１つの段階を有し、各段階の分析結果は、溶接法のための補正信号および／または制御信号を発生することができる決定行列によって、計算に入れられる。
2008504134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプ（３）の２つの電極（２ａ、２ｂ）間で締め付けられた金属部品のスタック（１）の抵抗溶接法の監視方法であって、
該溶接法では、電極（２ａ、２ｂ）に対して、一方では締付け力（Ｆ）が加えられ、他方では、金属部品のスタックを通して電流（Ｉ（ｔ））を流すことができる電圧（Ｖ（ｔ））が加えられ、
該溶接法が、それぞれ電流（Ｉ（ｔ））を流す前、その最中、その後に締付け力（Ｆ）を示す力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））を測定する少なくとも１つの段階を有し、
該監視方法が、
前記締付け力（Ｆ）の閾値（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を確立する少なくとも１つの段階と、
そこから力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））の変化を演繹し、前記力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））の変化に応じた特定の溶接作業を制御するための種々の閾値の少なくとも２つの値（Ｃｆ１、Ｃｆ２）と力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））とを比較する少なくとも１つの段階と、
を有する方法において、
さらに、監視方法が、事前学習によって取得されたモデルに比して締付け力（Ｆ）を分析する少なくとも１つの段階を含み、各段階の分析結果が、該溶接法のための制御および／または補正信号を発生させることができる決定行列によって、計算に入れられることを特徴とする監視方法。
【請求項２】
事前学習によって取得された対応するモデルに比して少なくとも１つの補足特性を分析する１つまたは複数の段階を有し、該１つまたは複数の補足特性が、溶接点の容積膨張と、溶接点の温度上昇中の締付け力の増大と、溶接点の温度の上昇後の締付け力の安定化と、溶接される金属部品のスタックを流れる電流の挙動と、金属部品のスタックを流れる電流の停止後の溶接点の冷却と、溶接点の直径と、溶接点の周辺の外に排出される溶融された物質の検知との中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電極の締付け力の曲線を分析する段階のみを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
クランプ（３）のメカニズムの故障を検知することを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
慣らし調整作業中に電極（２ａ、２ｂ）の慣らし調整を制御する段階を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
溶接電流（Ｉ（ｔ））が、パルス形式で流され、各パルスが、対応する溶接段階の分析結果に応じて個別に制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を実施するための監視装置であって、
該装置は、
それぞれ電流（Ｉ（ｔ））の通過前、通過中、通過後に、電極（２ａ、２ｂ）間で締め付けられた金属部品のスタック（１）の抵抗溶接箇所のクランプ（３）の電極（２ａ、２ｂ）の締付け力（Ｆ）を示す力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））を測定するように構成された測定手段と、
締付け力（Ｆ）の閾値（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を確立するように構成された決定手段と、そこから力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））の変化を演繹し、前記力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））の変化に応じた特定の溶接作業を制御するために種々の閾値の少なくとも２つの値（Ｃｆ１、Ｃｆ２）と力のパラメータ（Ｃｆ（ｔ））とを比較するように構成された比較手段と、
を備え、
該装置が、事前学習から得られるモデルに比した締付け力（Ｆ）の分析手段を備え、各段階の分析結果が、溶接箇所のための補正および／または制御信号の形成手段および送信手段に結び付けられる決定行列によって、計算に入れられることを特徴とする監視装置。
【請求項８】
溶接点の容積膨張と、溶接点の温度上昇中の締付け力の増大と、溶接点の温度の上昇後の締付け力の安定化と、溶接される金属部品のスタックを流れる電流の挙動と、金属部品のスタックを流れる電流の停止後の溶接点の冷却と、溶接点の直径と、溶接点の周辺の外に排出される溶融された物質の検知との中から選択される何れかの複数の補足特性を測定するように構成された少なくとも１つの手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
電極の締付け力の曲線を分析する段階のみを実施するように構成手段を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
クランプ（３）のメカニズムの故障を検知するように構成された手段を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１１】
慣らし調整作業中に電極（２ａ、２ｂ）の慣らし調整を制御するように構成された手段を備える請求項７から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
パルス形式で溶接電流（Ｉ（ｔ））を流すように構成された手段を備え、各パルスが対応する溶接段階の分析結果に応じて個別に制御されることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、金属部品のスタックの抵抗溶接法の監視方法およびその監視方法を実施するための監視装置に関するものである。
【０００２】
一般には金属部品のスタックの抵抗溶接、および特には２つの電極を用い結果として溶接点を生じる抵抗溶接は、従来の溶接法に属するもので、すでにずいぶん前から利用されている。これらの方法は、溶接される部品のスタックと接触するように置かれる少なくとも１つの加熱電極を使用し、その電極棒によって溶接される部品に力が加えられ、その電極内に電流が通され、その結果、溶接される部品に電流が通じるという原理によって実施される。選択された溶接のタイプに応じて、溶接される部品上に押し当てられる可動電極が利用され、一方、他方の電極は、可動電極からもっとも遠ざかった金属部品の電極で構成される。他のタイプの溶接によれば、２つの可動電極が使用され、電極間でそれらの電極を締め付けるために、溶接される部品上に電極によって力が加えられ、溶接される部品に電流が通される。
【０００３】
本発明は、とりわけ点溶接に関するものであるが、ローラ溶接あるいは、点溶接と対照的に連続溶接を可能にする他の手段による溶接にも適用可能ないくつかの特徴を有する。
【０００４】
点溶接箇所は、一般に、サイクルに従って溶接クランプの電極によって締付け力を加えることができるように構成され、そのサイクルの最中にこの力が増大し、その後減少し、さらに、その後に、電流が直流で、もしくはパルスで流されるような溶接サイクルが続く。
【０００５】
このような点溶接法は、主に、溶接される部品の性質と厚みに応じて、溶接される部品の各タイプについて、最短の溶接時間を得るために時間間隔に応じて特定の溶接パラメータがどのように変化しなければならないかを決定することを前提とする。次に、決定されたパラメータに応じて溶接部所が調整される。
【０００６】
このような方法では、１つの溶接点を実施するために必要な時間は、所定の部品のタイプについては常に同じとなる。ところで、自動車産業の場合のような大量生産において、一台のみの車両に数千の溶接点を有する場合もある。したがって、溶接の品質を損なうことなく、それぞれの溶接点について必要な時間を短縮させるための手段を見つけることは確実な利点となる。
【０００７】
特許ＦＲ−Ａ−２  ６３１  ８６６には、各溶接作業時間を最適化し、生産性を増大させるためにその時間をできるだけ短縮することを可能にする方法について記載されている。この最適化方法は、溶接される部品に加えられる締付け力の測定に基づくものである。この方法によれば、溶接される部品のタイプに応じて予備試験によって前記締付け力の閾値が設定され、溶接サイクルの間、締付け力が測定され、測定された締付け力が対応する閾値を超える場合には、特定の溶接作業が制御される。
【０００８】
とりわけ、力の増大段階中に第１の閾値が設定され、測定された力が第１の閾値を超えると、電極内に電流が通される。さらに、十分な溶接品質の指標となる第２の閾値が設定され、電流を通している間、締付け力がこの第２の閾値を超えているかどうかが点検される。さらに、力が減少する段階の間は、第３の閾値が設定され、この段階に、溶接ロボットを移動させるという指令を与えることができ、その結果、その移動が電極の開放後にできるだけ早く行われるようになる。測定された力が第３の閾値を超えると、この移動指令が与えられることになる。
【０００９】
抵抗溶接の監視技術のこの利点を無視して、場合によっては、実施された溶接点は、締付け力が、溶接段階中に相対的に大規模な増加型の変化を示したのに凡庸な品質に留まってしまうことがある。
【００１０】
その点を解消するために、溶接法の中に、特許ＦＲ−Ａ−２  ８０３  ７８５に記載されている作業が挿入される。この監視および補正作業は、締付け力を示す力のパラメータの減少変化を少なくとも１つの補足的な閾値と比較することからなり、この力のパラメータは、少なくとも電流が流されている最中に測定される。減少変化が、振幅において、この補足的閾値を超える場合には、監視装置が異常を知らせる。
【００１１】
一般に、この監視方法には、電流を通している最中に力のパラメータが達する最大値を測定し、電流の遮断に続いて、しかも締付け力の負加と同時に、予め設定された一定時間後に力のパラメータの瞬間的な値を測定し、最大値と瞬間値との差を予め設定された間隔と比較することからなる補足段階が含まれる。その差が予め設定された間隔から外れている場合には、監視装置が異常を知らせる。
【００１２】
抵抗溶接法の改良および監視の２つの方法では、溶接法のその分析と補正の根拠を、電極が溶接される部品に対して加える締付け力の観察にだけ置いている。
【００１３】
しかしながら、電極の締付け力を示す信号と予め設定された閾値との比較に基づいて行われるその診断では、実現した溶接点の品質の大まかなテストしか行えないことがわかった。
【００１４】
実際に、こうした診断は、少なくとも一連の点溶接の実施中には、抵抗溶接にかかわるすべての要素が一定の特性を有すること、したがって、締付け力が監視を必要とする唯一の可変パラメータであることを前提としている。このようにして、これまで実施されてきた診断は、溶接クランプを閉じるメカニズムの不測の故障と、その故障が、締付け力と、それを示す力のパラメータに与える重大な影響とについては計算に入れていない。この診断はまた、溶接端子または溶接電極の形状および表面の状態の影響も、その冷却中の溶接点の挙動も計算に入れていない。さらに、このような診断は、実現される溶接点の固有の特性もまた計算に入れていない。実際に、実現した溶接点の特性はまた、溶接される部品の性質やそれらの数や厚み、さらに、電流の強さや通される電流周期の数のような特性によって左右される。
【００１５】
本発明の目的は、溶接クランプの２つの電極間で締め付けられた金属部品のスタックの抵抗溶接の監視を改良する、とりわけ、溶接を最適化し、得られた溶接点の品質を改良するために抵抗溶接の診断を改良することにある。
【００１６】
本発明の目的は、以下の考察に基づいて達成される。
【００１７】
抵抗溶接法によって、ここではとりわけ、点溶接によって組み立てられるための金属部品は、圧延によって得られる多少とも厚みをもつ鋼板である。その結果、各鋼板は、金属それ自体が均質であると考えられたとしても、望ましい品質に従って所定の公差内で厚みの変化を有する。
【００１８】
これらの厚みの変化によって、鋼板の厚みの方向で測定される電気抵抗が、同一の金属部品の内側で一定でなくなる。２つまたは複数の金属部品を組み立てる場合には、これらの変化は、合算しうることを補償する可能性も、溶接される金属部品のスタックの電気抵抗から十分に大きな変化を与えたりする可能性もある。
【００１９】
溶接用電流の不安定さの他の原因は、たとえ小さくとも、組み立てられる鋼板の熱伝導率の変動にある。一般に、金属の熱伝導率は導電率と両立するので、溶接される金属部品のスタックの電気抵抗に関する上記の考察は、溶接される金属部品のスタックの熱伝導率の不測の変動の評価にも同様に適用することができる。
【００２０】
この背景において、抵抗溶接法は、組み立てられる部品の局所的な加熱を前提とした方法であり、この局所的な加熱は、電流が通る抵抗性のある金属部品全体の中で生じるジュール効果によって得られる。
【００２１】
こうして、熱抵抗率における変動は、溶接中に生じた熱エネルギーの流れにおいて変動を起こし、また、それによって、付随的に、溶接電流に対する影響や、溶接電流の停止後の溶接点の冷却に対する作用とともに、金属部品の電気抵抗の補足的な不測の変動を起こす。
【００２２】
溶接法にかかわる他の要素は、電極自体によって構成される。溶接される金属部品のスタックを通る溶接電流は、金属部品のスタックが締め付けられる２つの電極の一方から流出され、他方の電極内に入らなければならないことから、金属部品のスタック上で電極が接触する表面の直径や、電極の表面、特に接触面の状態といった形状特性は、溶接品質に直接的な影響力を有する。実際に、電極端部は、一般に円錐形であり、接触表面積は、電極の磨耗が進むにつれて増大する。したがって、金属部品のスタックに対して同じ圧力を得るためには、電極磨耗が進むにつれ締付け力を増大させなければならない。同時に、一定の電流の面積強度を保持するために溶接電流の強さを増大させなければならない。
【００２３】
金属部品のスタックの表面状態の影響と同じように、電極の表面状態は、溶接電流に対して影響を与える。
【００２４】
さらに、２つの電極のそれぞれの接触表面の直径は、純粋に機械的な側面において非常に重要である。というのも、選択された電極の直径があまりに小さい場合には、金属部品のスタック上に望ましくない強いマーキングが生じてしまう。極端な状況においては、２つの電極の少なくとも一方は、ポンチのように対応する金属部品内に押し込まれ、その結果、ポンチングされた部品内には穴があき、ポンチングされていない金属部品上には溶接点の継ぎ目を残して、組み立てられた金属部品の一方が剥離する可能性がある。
【００２５】
さらに、抵抗溶接法の実施によって形成された溶接点の特性に限定されることなく、得られた溶接点の各々の寸法、特に、各溶接点の大きな直径および小さな直径、さらにスパッタ点の不測の存在、すなわち、溶接される金属部品のスタックの機械的耐性を脆弱にしてしまう現象である、溶接点の各々の限界を超えて排出される溶融された物質の存在は、とりわけ、溶接される金属部品のスタックに加えられる締付け力と溶接電流を変化させながら、溶接部所に対して適用することができる補正信号をそこから演繹することができるように、溶接プロセスの最中に監視を有効にする基準を構成する。
【００２６】
上記の考察から、本発明の目的は、溶接クランプの２つの電極間で締め付けられた金属部品のスタックの抵抗溶接法の監視方法とともに達成され、それによれば、電極に対して一方では締付け力が加えられ、他方では、金属部品のスタックを通して電流を流すことができる電圧が加えられ、溶接法は、それぞれ、電流を流す前、その最中、その後に締付け力を示す力のパラメータを測定する少なくとも１つの段階を有し、前記の締付け力の閾値を確立する少なくとも１つの段階と、そこから力のパラメータの変化を演繹し、前記締付け力のパラメータの変化の歩みに応じた一定の溶接作業を制御するための異なる閾値の少なくとも２つの値と力のパラメータとを比較する少なくとも１つの段階とを有する監視段階を有する。
【００２７】
本発明によれば、監視方法は、さらに、事前学習によって取得されたモデルに比して締付け力を分析する少なくとも１つの段階を含み、各段階の分析結果は、溶接法のための補正信号および／または制御信号を生じさせることができる決定行列によって、計算に入れられる。
【００２８】
本発明が提案するこの方法は、溶接される金属部品のスタックに対して電極によって加えられる締付け力の監視と調整が、良質の溶接を得るためのもっとも重要な特性であるという事実に根拠を置いている。
【００２９】
実際に、締付け力は、溶接点がつくられなければならない場所で溶接される金属部品との堅固な接触を保持するために十分大きくなければならない。同時に、電極と金属部品のスタックとの間の接触は、最適に溶接電流の通過を確保するために十分堅固でなければならない。その一方で、２つの電極の少なくとも一方が金属部品のスタック内に押し込まれて、溶接後に、亀裂を発生させかねないポンチングによる傷跡が電極の裏側に残るのを防止するために、締付け力は大きすぎてはならない。さらに、締付け力は、溶接点が実現される必要のある場所で、金属部品のスタックの一時的な容積の増大に応じて調整されなければならない。
【００３０】
したがって、本発明によれば、締付け力の曲線を分析することのみによって種々の最大値を検知する必要がある。
【００３１】
締付け力の測定、及び、その締付け力を示す力のパラメータの演繹は、有利には、たとえば、圧電素子のような機械的な圧力の検知器を備える装置を用いて行われる。この圧電素子は、電極の近傍、または、それら電極を支持するクランプのアームと電極との間に配置されうる。圧力の検知器は、また、クランプの２つのアームのいずれか一方に位置決めされた歪み検知装置とすることができる。
【００３２】
機械的な圧力の検知器を使用することによって、力学的に、すなわち、前もって圧力の複数の閾値を測定した別々の瞬間に限定されることなく、クランプのアームの挙動を監視することが可能になる。このようにして、継続的に、特には監視すべき特性の変化に応じてアームの挙動が監視される。
【００３３】
有利にも、本発明による監視方法は、さらに、事前学習に基づく対応するモデルに比して補足的な少なくとも１つの特性を分析する１または複数の段階を有し、１または複数の補足特性は、溶接点の容積の膨張、溶接点の温度の上昇中の締付け力の増大、溶接点の温度上昇後の締付け力の安定、溶接する金属部品のスタックを通る電流の挙動、金属部品のスタックを通る電流停止後の溶接点の冷却、溶接点の直径、溶接点の周囲外に排出される溶融された物質の検知の中から選択される。
【００３４】
本発明による監視方法によって有効に監視される溶接法のその他の技術的特性は、以下の段階のいずれか１つまたはいくつかを含むことができる。
クランプのメカニズムの故障を検知する段階。
慣らし調整中に電極の加える力の低下を点検することによる電極の慣らし調整を制御する段階。
パルス形式で溶接電流を通す段階。そのとき、各パルスは対応する段階の分析結果に応じて個別に制御される。
【００３５】
本発明の目的はまた、前述の方法の実施のための監視装置によって達成される。このような装置は、それぞれ、電流を通す前、その最中、その後の電極間で締め付けられる金属部品のスタックの抵抗によって溶接位置におけるクランプの電極の締付け力を示す力のパラメータを測定するように構成された測定手段と、前記締付け力の閾値を設定するように構成された決定手段と、それらから力のパラメータの変化を演繹し、前記力のパラメータの変化に応じて一定の溶接作業を制御するために、少なくとも２つの異なる閾値と力のパラメータとを比較するように構成された比較手段とを備える。
【００３６】
本発明によれば、装置は、事前学習に基づくモデルに比した締付け力の分析手段を備え、各段階の分析結果は、溶接部所のための補正信号および／または制御信号の形成手段及び送信手段に結び付けられる決定行列によって計算に入れられる。
【００３７】
したがって、本発明による監視装置は、監視すべき技術特性に応じて、かつ、締付け力と溶接クランプの電極に通される溶接電流とを制御する手段に加えるべき補正の制御に応じて選択される種々の手段を備えている。
【００３８】
本発明の枠組みにおいては、溶接クランプは、支え、給電し、溶接クランプを電気的および機械的に操作するために必要な手段の集合を含み、それら全体が溶接部所を形成する。
【００３９】
このようにして、本発明の装置は、締付け力の分析手段以外に、溶接点の容積の膨張、溶接点の温度上昇中の締付け力の増大、溶接点の温度上昇後の締付け力の安定、溶接される金属部品のスタックを通る電流の挙動、金属部品のスタックを通る電流停止後の溶接点の冷却、溶接点の直径、溶接点の周囲外に排出される溶融された物質の検知の中から選択された補足的な特性の何れかを測定するように構成された１つまたは複数の手段を備える。
【００４０】
監視装置が備えられた手段は、測定をクランプの２本のアームの１本だけで実施したいのか、あるいはクランプのアームの各々に同時に実施したいのかによって、１台または２台で設置することができる。同一の補足的な特性を測定するように構成される２つの手段を使用する場合には、手段の偶発的な故障を未然に防止するように冗長的に、もしくは、同一特性を２回測定し、そこからセンサの動作中における不測の変動を補償することができる平均値を演繹するために、本発明の方法の変形実施形態として、この２台を使用することができる。
【００４１】
本発明の装置はまた、以下の手段のいずれか１つまたは両方を備えることができる。
クランプのメカニズムの故障を検知するように構成された手段。
慣らし調整作業の際に電極の慣らし調整を制御するように構成された手段。
パルス形式で溶接電流を通すように構成された手段。各パルスは、対応する段階の分析結果に応じて個別に制御される。
【００４２】
本発明の他の特性および利点は、抵抗溶接装置に適用された監視装置の実施形態についての以下の説明によって明らかとなる。以下、添付図面を参照して説明を行う。
【００４３】
抵抗溶接法においては、溶接される金属部品が、それらの間にスタック１を形成し、２つの電極２ａ、２ｂの間で締め付けられ、ジャッキ５によって駆動されるクランプ３が、それら電極に対して締付け力Ｆを加える。
【００４４】
時間ｔに応じて可変し、電圧計７を用いて測定可能な電圧Ｖ（ｔ）を印加する端子Ｂ１、Ｂ２によって示される電圧源は、電極２ａ、２ｂに接続される。
【００４５】
電圧Ｖ（ｔ）は、有利には、最大振幅の二極周期パルス列Ｖ０の形で印加される。この電圧Ｖ（ｔ）の印加により、時間ｔに応じて可変し、電流計６を用いて測定可能な強度の溶接電流Ｉ（ｔ）が発生する。溶接電流Ｉ（ｔ）は、一般に、電圧パルスＶ（ｔ）に相関する波高間振幅パルスＩ＋−Ｉ−の形で現れる。制御および調整装置１０は、端子Ｅ１からＥ６で示される少なくとも１の入力端子で受信される入力信号に応じて、当該装置１０から端子Ｓ１、Ｓ２を通じて送信される電気信号を利用して電圧Ｖ（ｔ）の印加を制御する。
【００４６】
本発明による監視方法は、電流Ｉ（ｔ）の通過前、通過中、通過後の締付け力Ｆの変化について指標を使用し、実施される溶接品質の第１の評価を行う。
【００４７】
そのため、本発明の方法は、とりわけ、電流の通過前、通過中、通過後に、締付け力Ｆを示す力のパラメータＣｆ（ｔ）、たとえば、クランプ３のアーム３１に加えられる圧力を測定することを想定する。さらに、監視方法は、電流Ｉ（ｔ）の通過中にこの力のパラメータＣｆ（ｔ）と第１の閾値Ｃｆ１とを比較することを想定する。
【００４８】
その力のパラメータＣｆ（ｔ）は、溶接法の種々の段階中に変化する。
【００４９】
「結合段階」と呼ばれる第１の周期ｔ１の間に、電極２ａ、２ｂが溶接部品のスタック１を堅固に締め付けるまで移動し、パラメータＣｆ（ｔ）は、急速に増大方向に変化する。
【００５０】
締付け力Ｆは、力のパラメータＣｆ（ｔ）が、適切な結合閾値Ｃｆ０に到達する、またはその値を超えることができるように、較正された強度で加えられる。そのため、ジャッキ５は、電気ジャッキを使用する場合には端子Ｂ３、Ｂ４を介して到着する信号によって、あるいは対応する接続部を流れる制御用の流体の流束によって制御され、参照番号Ｂ３、Ｂ４はまたこのような接続部を示すことができる。
【００５１】
結合段階ｔ１の後に、力のパラメータＣｆ（ｔ）が一定となるような、多少とも長い締付け段階ｔ２が行われる。締付け段階の時間は、結合段階および締付け段階の合計時間と、ジャッキ５が結合閾値Ｃｆ０に対応する力を最も遅い速度で加えることで安定した締付を行う時間とが少なくとも等しくなるように、決定される。
【００５２】
一旦、締付け力Ｆが安定化すると、電極２ａ、２ｂの間に電圧Ｖ（ｔ）が印加される。このとき、電流Ｉ（ｔ）は、ジュール効果によってスタック１の金属部品を加熱し始める。
【００５３】
電流Ｉ（ｔ）は、任意の瞬間における、溶接部品のスタック１が有する電気抵抗の合計Ｒ０（ｔ）に依存する。この電気抵抗の合計には、主に、スタック１の部品の不完全な相互接触に起因する抵抗値を示す成分Ｒｃ（ｔ）と、溶接される部品の構成材料の固有抵抗値を示す成分ＲＴ（ｔ）を含む。成分ＲＴ（ｔ）は、スタックの温度に依存する。その温度は、部品の温度とともに増大し、その結果、電圧Ｖ（ｔ）の最初の印加の瞬間から経過する時間に応じて増大する。この成分は、電圧Ｖ（ｔ）の印加終了後にしか減少しない。
【００５４】
合計抵抗Ｒ０（ｔ）の減少は、電流Ｉ（ｔ）の増大を引き起こし、それが散逸される電気エネルギーを増大させ、溶接部品のスタック１の急激な温度上昇に帰着する。
【００５５】
金属部品のスタック１の容積膨張段階と呼ばれ、電圧Ｖ（ｔ）が電極２ａ、２ｂに印加される時間間隔は、締付け力Ｆの増大、すなわち、力のパラメータＣｆ（ｔ）の増大を引き起こす金属部品のスタックの急激な膨張により特徴づけられる。一般に、電圧Ｖ（ｔ）は、力のパラメータＣｆ（ｔ）が、結合力に対応する閾値ＣＦ０より高い最小閾値ＣＦ１を超えるとすぐに切断される。
【００５６】
その結果、冷却し、その冷却は固化段階ｔ４の特徴を示す。その冷却は、締付け力Ｆの減少、すなわち、力のパラメータＣｆ（ｔ）の減少を導く金属部品のスタック１の収縮を引き起こす。
【００５７】
固化段階ｔ４の終わりには、すなわち、溶接部品のスタック１の完全な固化後に、締付け力が緩められ、溶接部品のスタック上で、他の箇所に向けて電極２ａ、２ｂを移動させることができる。
【００５８】
主な特徴によれば、本発明の方法は、締付け力Ｆ及びそれを示す力のパラメータＣｆ（ｔ）のような測定された特性を比較する段階に加えて、事前設定によって取得されたモデルに比して締付け力Ｆを分析する少なくとも１つの段階を有する。
【００５９】
実際に、本発明によれば、本発明の方法は、締付け力を、単に、力の信号の予め設定された閾値と比較するに留まらず、締付け力Ｆ（ｔ）の変化を、溶接される金属部品のスタックと、機械的、熱的及び電気的な種々の特性とについて事前設定段階中に取得されたモデルの変化と比較する。
【００６０】
このようにして、溶接点が、溶接部品のスタック１の任意の箇所でつくられる場合には、締付け力が、連続的に、あるいはアナログ／デジタル変換のサンプリングに相当する個々に連続的な個別の測定形態で測定される。種々の測定値の数列から、締付け力の変化を演繹し、この変化をあらかじめ記録されたモデルと比較することができる。したがって調整および制御装置１０は、一体化されたデジタル処理装置によって、測定された締付け力の変化に最適に対応する変化モデルを選択し、その後、選択されたモデルに基づいて、一連の種々の溶接作業を決定する。
【００６１】
締付け力Ｆは、溶接作業を制御する主要な特性を構成し、有利には、クランプ３のアーム３１の上に取り付けられたストレインゲージ４を用いて測定される。図１は、このゲージ４の場所を概略的に示している。
【００６２】
ゲージ４は、クランプ３の湾曲アーム３１の前方部分３１１上に取り付けられる。湾曲アーム３１の他の部分、すなわち後方部分３１２は、前方部分３１１と、軸回転するようにクランプ３の２本のアーム３１、３２をつなげるヒンジ点３３との間に延在する。したがって、ゲージ４は、前方部分３１１、すなわち、締付け力Ｆに対して垂直方向に延在するアーム３１の一部の中に置かれる。このようにして、圧力は、任意の締付け力に対してアーム３１を最大限変形させる条件となる。通常、ストレインゲージは、アームとゲージとの間の最適な接触を得るためにアーム３１上に接着される。接着剤による固定は、押圧力がゲージ上に伝達されさえすれば、他の組み立て形態に置き換えることもできる。場合によっては、センサとクランプのアームとの間に差し挟まれる補足手段が利用される。
【００６３】
締付け力の非常に厳密な調整の枠組みにおいて、抵抗溶接法を進行する監視装置の中に、クランプ３のメカニズムの不測の故障を検知できる手段を組み込むと有利である。実際に、電極２ａ、２ｂの移動開始と溶接電流の送り出しとの間の時間間隔の変化を無視して、連結段階と締付け段階の全体的な時間を導く最長時間を決定することができ、締付け段階の終わりには、最も遅いジャッキでさえも、連結閾値Ｃｆ０に対応する力をもたらすことができよう。この時間が経過しても、締付けパラメータに必ずしも到達していない場合には、制御装置１０は、溶接法の進行中に異常を知らせる警告信号を発生させる。
【００６４】
クランプ３のメカニズムの故障と同様に検知できる他の異常は、溶接電圧Ｖ（ｔ）を印加中に締付け力が時宜を外して減少することによって発覚する。実際に、圧力Ｖ（ｔ）の印加段階の初期には、金属部品のスタックの合計抵抗が減少し、それによって、溶接電流Ｉ（ｔ）が増大し、すなわち、容積膨張（つまり、スタックの急激な膨張）をともなう溶接部品のスタック１の急激な温度上昇を導くジュールエネルギーの散逸が増大する。こうした膨張は、締付け力Ｆの増大、すなわち、同様に力のパラメータＣｆ（ｔ）の増大を引き起こす。結果的に、締付け力Ｆが減少したり、あるいは、力のパラメータＣｆ（ｔ）の設定された閾値に達することが全く不可能になったりするなら、溶接法の進行中に異常が発生している。
【００６５】
溶接作業の特性の分析品質をさらに向上させるために、監視装置は、同様に締付け力とは別の特性も測定するよう構成された補足的なセンサによって補うことができる。これらのセンサとしては、製作中に溶接点の直径を測定することができるセンサ、溶接点の許容された最大周囲の外に排出される溶融された物質を検知することができるセンサ、あるいは、続いて溶接点を製作するために電極を置くべき金属部品のスタックの表面状態の清潔性を監視することができる光学手段を挙げることができる。これらの光学センサは、クランプ３のアーム３１、３２のいずれかの上、または、クランプ３とその制御メカニズムの個別サポートの上に配置することができる。
【００６６】
これらの光学センサは、溶接点の各々を、一方の側からと同じように他方の側からそれらの製作中に調整できるように、溶接される金属部品のスタックの両側に配置することができることは言うまでもない。図３は、光源１２と組み合わせた光学センサ１１の位置を概略的に示しており、センサ１１と光源１２は、クランプ３のアーム３２の上に取り付けられる。
【００６７】
溶接クランプ３の正確な実施例では、図３に示された配置に対してセンサ１１と光源１２の位置を逆転させる必要があることを明らかにすることができる。
【００６８】
有利には、光学センサ１１は、溶接法の実施中は作動し、それにより、クランプ３の閉鎖から、押圧力の上昇、溶接電流の通過、同じように鍛造段階とも呼ばれる溶接点の形成を経て、溶接点が形成された時点での工具の開放にいたるまで、タイミング信号を供給する。このタイミング信号は、工具における圧力または締付け力のイメージである。この信号は、電極２ａ、２ｂが置かれ始めてから、クランプ３の開放に至るまで恒常的に分析が継続される。現実的な理由として、特に、ノイズ、あるいはクランプの振動やその他の撓みに対して補償するため、溶接点の形成中に金属部品のスタックの容積膨張を観察するためのタイミング信号を活用するように、撮像されたイメージ変化の下限を定めることができる。技術面では、タイミング信号は、図２に示される制御および調整装置１０の入力Ｅ１からＥ６の１つに伝達される。有利には、センサ１１の差動接続が推奨される。
【００６９】
電極とその電極が置かれる金属部品のスタックの表面との間における、電気的な接触不良になりかねない汚れや異物を検知するために、センサ１１が使用されると、イメージ変化のその他の基準を決定することができる。なぜなら、本発明によれば、締付け力の曲線の分析のみによって諸々の最大値を検知する必要があるからである。
【００７０】
上述したような特定の特性を検知するおよび／または測定するために光学センサを使用することができる場合に、それが可能であり、何らかの欠陥によって、溶接作業中に幾何学的な変化、すなわち力の変化が引き起こされ、その結果、力の信号の分析によって素早く当該欠陥を検知することができるという理由による。
【００７１】
そのことは、力の曲線の特定の箇所の勾配分析によって検知されうる「付着」点とも呼ばれるスパッタ点の場合である。
【００７２】
電極２ａ、２ｂの磨耗の点検のために、主に、それぞれ異なる光学形式を前提とする２つの技術的な可能性が存在する。第１の可能性によれば、電極の磨耗は、電極２ａ、２ｂの１つの先端と向き合って配置された光学センサ１３によって測定することができる。図３において、電極２ｂと向き合った任意の場所は、最適な場所にこだわらずに選択されている。それは、原理の説明に過ぎないからである。この配置によれば、センサ１３は、電極２ｂの円柱形状部終端と、部品のスタック１の表面との間の距離ｄを測定することが可能である。この距離ｄが、予め設定された閾値を下回る場合には、センサ１３が接続された調整装置１０は、電極を交換または慣らし調整をする必要があることを示す警告信号を伝える。
【００７３】
他の技術的方法によれば、電極の磨耗は、電極の磨耗によって引き起こされる溶接電流の変化から演繹することができる。実際に、電極の先端の円錐形を考慮に入れると、部品のスタック１の表面に支承される接触表面は、電極が磨耗するにつれて増大する。さらに、任意の接触表面についての電流の強さが一定でなければならない以上、接触表面積の増大は、溶接電流の増大をともなう。溶接電流の調節のために、それは、学習段階中に取得されたモデルに従って、溶接される部品の材質及び形状特性に応じて予測される溶接電流の変化が、電極の磨耗の進行につれて次第に増大する溶接電流に現れることを意味する。予め設定された限界的な溶接電流に達すると、制御装置１０は、電極を交換しなければならない、あるいは少なくとも電極を慣らし調整しなければならないことを示す上述の警告信号を発生する。
【００７４】
電極の慣らし調整は、溶接サイクル以外で行われる作業である。それは、電極の先端が丸くなったときには、それらに正確な輪郭を再現するために、先端を削り取ることからなる。そのため、電極は、慣らし調整の機械内において特定の初期的な力で加工され、その力は、慣らし調整が進行するにつれて次第に減少する。
【００７５】
溶接の種々の作業の進行に関しては、溶接される部品に電流を通すために主に２つの可能性が存在する。第１の作業モードによれば、電極に溶接電圧が印加され、一定時間、溶接部品に溶接電流を通す。その一定時間は、任意の材料や、任意の厚みの金属部品の加熱段階における一般的な時間といった基準に応じて、あるいは、溶接点の変化の観察に従って決定される。
【００７６】
この連続的な適用とは対照的に、第２の作業モードは、パルスによる溶接電流の適用モードである。その場合、パルスの数と各々の時間は、通常の値に従って決定することができる。
【００７７】
しかしながら、本発明の最良な実施形態に限らず、特に分析能力の、最適化を探求した溶接方法の様態でもよく、溶接部品のスタックを通る溶接電流のパルス送信と、溶接電流の変化または溶接点の情報の変化の分析によって取得される部分的な結果の分析とを交互に行うサイクルに従って溶接段階を実行するとさらに有利である。
【００７８】
パルス形式で溶接電流を流すことは、それに従い各パルスが対応する溶接段階の分析結果に応じて個別に制御され、最適に調整し、かつ、最終的に各溶接点の形成を最適化することができる。
【００７９】
制御装置１０に接続される、種々のセンサおよび測定器によって生じる信号は、アナログ信号でもデジタル信号でもよい。そのため、図２に示された制御装置１０の入力端子Ｅ１からＥ６の標示は任意であり、本発明による方法を実施する監視装置の製作業者に対して、対象用途の具体的な需要に応じて入力数及び種類を決定するという配慮を残している。そのことはさらに、制御装置１０の出力端子にも同様に有効であり、溶接電流の制御および締付け力の制御のための出力Ｓ１からＳ４は他の出力によって補うことができる。
【００８０】
クランプの２つの電極の間で締め付けられた金属部品のスタックの抵抗溶接法における監視方法を実施する監視装置は、上述した種々のセンサと測定器に加えて、メモリ、少なくとも種々のセンサおよび測定器から到着する信号処理のためのバッファメモリ、さらに、分析及び記録作業量、並びに、溶接作業モデルの訓練を洗練させるために累積されたデータの保存および活用時間に応じたデータ保存及びテキスト保存メモリを有する。
【００８１】
監視装置は、さらに、信号処理の需要に応じて、サンプリング手段または統合手段、さらに信号処理、それら信号の活用及びそれらの信号の分析に必要な通常の手段といった構成要素を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の方法を実施可能な装置の部分概略図である。
【図２】監視装置、及び、それを図１の装置に接続する接続部分の概略図である。
【図３】本発明の方法による監視特性を取得できるセンサの潜在的な位置とともに、溶接クランプの先端部を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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