(57)【要約】  溶接可能部材、例えば環状の部品（１）を溶接する方法であって、部材（１Ａ，１Ｂ）は熱抵抗アプセット溶接処理によって接触面（Ｓ）で一体化される。溶接処理（Ｗ）は溶接される部材に作用する圧力および部材にかけられる加熱電流を含む複数の入力パラメータに依存し、複数の溶接処理出力パラメータ、例えば溶接温度および部材（１Ａ，１Ｂ）の変位は入力パラメータに依存する。溶接処理（Ｗ）の間、溶接温度および／または部材（１Ａ、１Ｂ）の電気抵抗の少なくとも１つを検出し、溶接温度および／または抵抗の検出結果を、少なくとも一つのレギュレータ（Ｒ）において溶接処理（Ｗ）の間に複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整するため、すなわち溶接処理（Ｗ）を自動的に調整するために利用する。本発明はさらに、溶接システム、レギュレータおよびコンピュータプログラムを提供する。
2008536692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接可能部材、例えば環状の部品（１）を溶接する方法であって、
前記部材（１Ａ，１Ｂ）は熱抵抗アプセット溶接処理によって接触面（Ｓ）で一体化され、
前記溶接処理（Ｗ）は溶接される前記部材に作用する圧力および前記部材にかけられる加熱電流を含む複数の入力パラメータに依存し、
複数の溶接処理出力パラメータ、例えば溶接温度および前記部材（１Ａ，１Ｂ）の変位は前記入力パラメータに依存する方法において、
前記溶接処理（Ｗ）の間、溶接温度および／または前記部材（１Ａ、１Ｂ）の電気抵抗の少なくとも１つを検出し、
前記溶接温度および／または抵抗の検出結果を、少なくとも一つのレギュレータ（Ｒ）において前記溶接処理（Ｗ）の間に複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整するため、すなわち前記溶接処理（Ｗ）を自動的に調整するために利用し、
前記レギュレータは望ましくは多変数レギュレータであり、複数の前記処理パラメータを用いて前記溶接処理を調節することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記溶接処理（Ｗ）の間、前記部材（１Ａ、１Ｂ）の前記溶接温度が降伏点温度に達したかを検出することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記溶接処理の間、前記降伏点温度に達したと検出されると、前記レギュレータ（Ｒ）は複数の溶接処理入力パラメータを自動的に変更することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法において、
前記溶接処理（Ｗ）の間、前記部材（１Ａ、１Ｂ）の降伏点温度を演算により検出し、
前記降伏点温度の検出結果を、前記溶接処理の間、前記処理入力パラメータの少なくとも一つの値を自動的に調節するために用いることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法において、
始めに、溶接される前記部材（１Ａ、１Ｂ）が降伏点に達するときの降伏点依存処理出力パラメータの値を演算および／または実験により、決定し、
次に、前記溶接処理の間、前記降伏点への到達を検出するために、例えば計測および／または演算により前記降伏点依存処理出力パラメータの値を検出することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、第１の値から前記第１の値よりも高い第２の値へと変更されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、第１の値から前記第１の値よりも低い第２の値へと変更されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点への到達前に、第１の電流が前記溶接可能部材に通電され、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、前記電流を自動的に増加し、
所定の溶接期間の後、前記電流を適切に減少することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の方法において、
前記レギュレータ（Ｒ）は、少なくとも２つの異なる出力パラメータの少なくとも２つの予め定められたプロファイルすなわちレンジを有し、
前記降伏点温度へ到達したことが検出される前は、前記処理は前記レギュレータによって少なくとも一つの前記プロファイルすなわちレンジに基づいて実質的に調節され、
前記降伏点温度へ到達したことが検出された後は、前記処理は、前記プロファイルすなわちレンジのうち別の少なくとも一つに基づいて前記レギュレータによって実質的に調節されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法において、
前記溶接処理の間、前記溶接温度および／または電気抵抗を、演算、もしくは少なくとも一つの前記処理出力パラメータの計測結果に基づいて検出することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの処理出力パラメータは、
溶接される前記部材（１Ａ、１Ｂ）の温度、
前記接触面間の電気接触抵抗、
溶接される前記部材（１Ａ，１Ｂ）の間、すなわちこれらの部材に取り付けられる電極（２Ａ，２Ｂ）間の電位差、
溶接される部材（１Ａ、１Ｂ）の相対位置、変位、または変位速度、
の少なくとも一つを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法において、
溶接される前記部材は、リム等の環状の部品を製造するために、互いに対向するように曲げられたプレート（１）の両端部（１Ａ，１Ｂ）であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法において、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接処理中の前記処理入力パラメータ、例えば加圧力と溶接電流、および／または、相対変位と溶接電流、および／または相対速度と溶接電流の少なくとも２つまたは３つの値を自動的に変更するために、温度および／または抵抗の少なくとも一つの検出結果を利用することを特徴とする方法。
【請求項１４】
例えば請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成された溶接システムであって、
溶接される部材（１Ａ，１Ｂ）に熱抵抗アプセット溶接処理（Ｗ）を施し、
突き合わされた前記部材（１Ａ，１Ｂ）を接触面（Ｓ）において降伏点まで到達させる溶接システムであって、
前記溶接処理の間、溶接温度および／または前記部材の電気抵抗の少なくとも一つを検出する温度検出部および／または電気抵抗検出部（９；  ＴＭ、Ｃ）と、
前記温度検出部および／または電気抵抗検出部（９；  ＴＭ、Ｃ）の検出結果に応じて、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整する、すなわち、前記溶接処理（Ｗ）を自動的に調整する少なくとも一つのレギュレータ（Ｒ）とを備え、
前記レギュレータは望ましくは多変数レギュレータであることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記システム、具体的には前記レギュレータは、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）の降伏点温度を検出する降伏点温度検出部を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）が前記降伏点温度に到達したときを検出し、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）が前記降伏点温度に到達すると、前記溶接処理の間、前記処理入力パラメータの少なくとも１つの値を自動的に変更することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記降伏点温度に到達したときを検出するために、前記溶接温度および／または電気抵抗の検出結果を比較することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、
前記レギュレータは、前記降伏点に到達したかを検出するために、前記保存された降伏点値と計測および／または演算された処理出力パラメータの値とを比較することを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータは、前記溶接処理中の前記処理入力パラメータ、例えば加圧力と溶接電流、および／または、相対変位と溶接電流、および／または相対速度と溶接電流の少なくとも２つまたは３つの値を自動的に変更するために、温度および／または抵抗の少なくとも一つの検出結果を利用することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１４から請求項１９のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、少なくとも２つの異なる出力パラメータの少なくとも２つの予め定められたプロファイルすなわちレンジを有し、
前記レギュレータは、前記降伏点温度へ到達したことが検出される前は、少なくとも一つの前記プロファイルすなわちレンジに基づいて前記処理を実質的に調節するよう構成され、
前記レギュレータは、前記降伏点温度へ到達したことが検出された後は、前記プロファイルすなわちレンジのうち別の少なくとも一つに基づいて前記処理を実質的に調節するよう構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のシステムのレギュレータ。
【請求項２２】
コンピュータコードを備えるコンピュータプログラムであって、
コンピュータへの読み込み後、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法を前記コンピュータに実行させ、および／または請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のシステムのレギュレータとして前記コンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接可能な部材を溶接する方法に関し、例えば環状の部品を溶接する方法に関する。部材には熱抵抗アプセット溶接処理が施され、部材はそれぞれ接触面で合流して一体化する。溶接処理は、被溶接部材に作用する圧力、および部材に供給される加熱電流を含む入力パラメータに依存する。また、例えば溶接温度や部材の変位といった溶接処理出力パラメータは、入力パラメータに依存する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、例えば、ＥＰ０７７０４４６Ｂ１から知られている。この方法は、例えば、環状の部品、例えば、車のリムの製造に使用される。ここで、板材の端面同士を突き合わせ、互いに接するように板材を曲げる。端面は予め定められた一定の加圧力で所定の溶接時間、互いに押し付けられる。このとき、板材の端面には予め定められた一定の溶接電流が通電される。溶接電流を受けることによって板端面は降伏点に達し、その後、溶接力を受けて一体化する。板端面はある距離に渡って互いに押し付けられ、溶接溝が形成される。従来の方法は、完全に所定のセッティング（設定点とも呼ばれる）に基づいて行われる。従来の方法では、そのため、上述した所定の溶接電流、溶接力、および溶接時間は経験から決定され、オペレータによってそれぞれの溶接装置に入力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の方法では、通常、溶接電流、溶接力および溶接時間は、溶接の耐久性が保証される値に設定される。例えば、比較的高い溶接力および／または高い溶接電流および／または長い溶接時間を設定したとすると、「過剰溶接」がある程度発生し、被溶接部材が比較的長い距離にわたって溶融する。これによって材料の損失が発生するだけでなく、不所望な大きさの溶接溝ができるとともに、エネルギーの消費量が非常に大きくなる。さらに、実際には、比較的薄い板、または曲がった一枚の板の端面を正確、かつ速く溶接することが比較的難しいことが分かっている。さらに、異なるタイプの部材、例えば異なる材料の部材および／または異なる寸法の部材を溶接しようとするたびに、または異なる装置で溶接処理を行おうとするたびに、種々の溶接処理設定値を経験的に決定して再設定する必要がある。したがって、従来の溶接方法は使い勝手がよくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、部材の溶接方法の改良を図るものである。特に、本発明は、溶接処理において、被溶接部材が材料の損失を抑えて高い耐久性で互いに接合されるようにしたものである。
【０００５】
このため、本発明による方法は、溶接処理の間、溶接温度および／または部材の電気抵抗の少なくとも１つを検出し、温度検出および／または抵抗検出の結果を、少なくとも一つのレギュレータ、望ましくは多変数レギュレータにおいて溶接処理の間に複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整するため、すなわち溶接処理を自動的に調整するために利用することを特徴とする。
【０００６】
具体的に、部材の温度および／または電気抵抗を上述した接触面付近で検出する。レギュレータは温度検出および／または抵抗検出の結果に応じて複数の処理入力パラメータを再調整することができる。これにより、材料の損失を防止し、望ましくないほど大きな溶接溝の生成を防止し、さらにエネルギー消費を抑制しながら、溶接処理をより正確に行うことができる。したがって、「過剰溶接」を効果的に防止することができる。再調整される複数の入力パラメータは、例えば、１つのパラメータのみとしてもよいが、２つ、３つ、あるいはそれ以上のパラメータとすることが望ましい。さらに、この方法により、例えばリムといった環状の部品を製造するために、比較的薄い板、あるいは比較的薄い板部材を正確かつ速やかに溶接することができる。さらに、これにより、経験に基づいて一つ以上の処理設定値を決定することなく、異なる種類の部材を溶接することができる。上述した温度検出および／または抵抗検出の結果に応じて、例えば所定の処理ステップの開始位置、すなわち、溶接される部材の相対速度および／または変位、および／または他の溶接パラメータを再調整することができる。さらに、温度検出を、例えばレンジ制御における溶接処理の少なくとも一部を実行するために用いてもよい。
【０００７】
溶接処理の間、上述した溶接温度を例えば演算により検出してもよい。部材の電気抵抗の検出も同様である。さらに、溶接処理の間、上述した溶接温度および／または電気抵抗を、例えば少なくとも一つの上記処理出力パラメータの計測結果に基づいて検出してもよい。上記少なくとも一つの処理出力パラメータは、溶接される部材の温度としてもよい。さらに、上記処理出力パラメータの少なくとも一つを、上記接触面間の電気接触抵抗としてもよい。また、上記少なくとも一つのパラメータは、溶接される部材の相対位置、変位、または変位速度としてもよい。
【０００８】
本発明の一態様によると、溶接処理の間、部材の溶接温度が降伏点温度に達したかを検出する。
【０００９】
これにより、降伏点温度に依存して溶接処理を調整することができる。したがって、レギュレータにより溶接処理を正確に自動的に制御することができる。レギュレータは、例えば、降伏点への到達を受けて処理パラメータを自動的に調整、すなわち変更してもよい。
【００１０】
溶接処理の間、降伏点温度に達したと検出されると、レギュレータは例えば複数の溶接処理入力パラメータを自動的に変更してもよい。
【００１１】
そこで、まず、溶接可能部材を、例えば、比較的小さな力で互いに押し付けながら、上記降伏点温度に到達するように加熱してもよい。これにより、溶接可能部材を比較的速やか、かつ適切に降伏点温度まで加熱することができる。降伏点温度へ到達したことが検出されると、例えば、溶接処理の次の段階へと移行することで、溶接処理の調整を行ってもよい。この段階では、例えば溶接可能部材をわずかな力で互いに押し付けることで、比較的短い距離で一体化させる。溶接処理は、特にリム等を溶接するための抵抗アプセット溶接処理である。溶接される部材は、例えば上記リムを製造するために互いに対向するように曲げられたプレートの両端部としてもよい。溶接処理をさらに異なる溶接方式としてもよい。
【００１２】
さらに、降伏点温度に達したと検出されると、レギュレータは例えば溶接処理のレンジ制御調節を調整するようにしてもよい。したがって、例えば、溶接処理の第１段階を、予め定められた加圧力レンジおよび／または溶接温度レンジに基づくレンジ制御に従って実行し、降伏点温度への到達後に行われる溶接処理の次の段階を、溶接される部材の変位レンジに基づいて実行してもよい。
【００１３】
上述した溶接される部材は、例えばアルミニウムまたは鉄鋼といった種々の材料から製造可能である。例えば、部材をＨＲ６０の鉄鋼、または異なる材料から製造してもよい。
【００１４】
なお、降伏点は、通常、当業者には知られた単語である。降伏点は材料の弾性範囲と可塑範囲との間の点である。
【００１５】
降伏点は別の方法により検出することもできる。例えば、溶接処理の間に、一つ以上の出力パラメータを測定してもよい。測定結果は、例えば、上述した降伏点に到達したときを検出するのに適したものとしてもよい。そこで、溶接処理の間、例えば一つ以上の出力処理パラメータから瞬間降伏点温度を検出するための演算を行ってもよい。さらに、例えば、降伏点に達するときの降伏点依存処理出力パラメータ、もしくはそれに起因するパラメータの値を演算および／または実験により、始めに決定しておく。次に、溶接処理の間、降伏点への到達を判定するために、降伏点依存処理出力パラメータ、もしくはそれに起因するパラメータの値を計測する。
【００１６】
上記処理入力パラメータと処理出力パラメータは、種々のパラメータを含んでもよい。例えば、出力パラメータを、入力パラメータが実際に到達する値としてもよい。さらに、出力パラメータを、例えば溶接処理から直接的に生じるパラメータ、および／または、それに起因するパラメータとしてもよい。
【００１７】
上述した処理入力パラメータの少なくとも一つを、溶接処理の間に上記部材が互いに押し付けられるときの圧力としてもよい。この場合、上記部材の反応圧力は、処理に関する出力パラメータとして測定し、この反応圧力の計測結果から、例えば上述した降伏点に到達したときを検出してもよい。
【００１８】
他の処理入力パラメータは例えば、抵抗溶接処理において部材を加熱するために部材にかける電流の設定値とする。この場合、例えば、上記降伏点温度への到達前に、第１の電流を部材に通してもよい。上記降伏点温度へ到達したことが検出されると、レギュレータにより、電流を自動的に増加し、所定の溶接期間の後、電流を再び減少する。さらに、例えば実際に到達した溶接電流を、溶接処理の出力パラメータとしてもよい。
【００１９】
本発明の一態様においては、溶接処理の間、溶接電流および加圧力の少なくとも一つが、上述した降伏点温度検出および／または溶接温度検出の結果に応じて、レギュレータによって自動的に再調整される。このため、レギュレータを多変数レギュレータとしてもよい。溶接処理の多変数調節を行うことにより、比較的短い溶接処理で特に強固な溶接を実現することができる。多変数調節は、他にも、例えば、部材の相対変位と溶接電流の調節、部材の相対速度と電流の調節、および／またはこれらの組み合わせおよび／または他のパラメータの調節、を行うことができるという利点がある。例えば、多変数調節として、上述したようなレンジ調節、または別方式のレンジ調節を行ってもよい。
【００２０】
本発明の有利な形態によると、少なくとも１つの出力パラメータは、上記溶接される部材の間の電位差、もしくはこれらの部材に取り付けられた電極間の電位差である。
【００２１】
電位差は比較的簡単に測定することができる。さらに、この電位差から、いつ降伏点温度へ到達したかを簡単に検出、もしくは演算することができる。これは、この時点で、溶接される部材間の接触抵抗が実質的に消滅、もしくは十分に低くなるためである。例えば溶接される部材の材料特性がさらに分かっている場合は、降伏点温度は抵抗測定値、および／または電位測定値から計算することもできる。さらに、電位差は、例えば、予め定められた溶接される部材の材料特性との組み合わせで、溶接処理中の、実際の瞬間溶接温度または部材の電気抵抗を演算するために用いられる。
【００２２】
本発明によると、レギュレータを多変数レギュレータとして、複数の上記処理パラメータおよび／またはそれに起因するパラメータを用いて溶接処理を調節してもよい。このようなレギュレータにより、溶接処理を特に正確に調節することができる。なお、上記降伏点の検出は、例えば速やかで強固な部材の溶接を行うために、溶接処理を再調整するために利用してもよい。
【００２３】
本発明の一態様において、レギュレータは例えば予め定められた溶接される部材の温度プロファイルすなわち温度レンジを有している。溶接処理の間、レギュレータは上記複数の処理パラメータを自動的に再調整し、部材の測定温度に応じて、部材の温度が実質的に予め定められた温度プロファイルすなわち温度レンジに追従するように制御する。この温度プロファイルすなわち温度レンジは、溶接処理の間の部材の温度の時間関数である。
【００２４】
さらに、本発明によるレギュレータは、例えば、予め定められた参照圧力プロファイル、少なくとも時間の関数としての参照圧力を有し、溶接処理の間、レギュレータは上記複数の処理パラメータを自動的に再調整し、実際に到達した加圧力に応じて、溶接処理を実質的に予め定められた参照圧力プロファイルに追従させてもよい。これにより、処理の少なくとも一部では、力制御すなわち圧力制御が実行される。
【００２５】
レギュレータはさらに、例えば、予め定められた溶接される部材の変位プロファイル、少なくとも時間の関数としての変位を有し、溶接処理の間、レギュレータは複数の上記処理パラメータを再調整し、実際に到達した部材の変位に応じて、溶接処理を実質的に予め定められた変位圧力プロファイルに追従させてもよい。
【００２６】
レギュレータを、例えば、溶接処理中に上述した一つ以上のプロファイルを正確に追跡できるトラッキング制御レギュレータとしてもよい。追跡対象の値が所望のプロファイルから外れると、レギュレータは、例えば、該当する処理パラメータを自動的に変更し、対応する値を再び所望のプロファイルに戻してもよい。これは、例えば溶接電流および／または部材に作用させる圧力を再調整することで行う。上述したプロファイルに基づく調節により、上記降伏点温度を検出してもよいが、これは必要ではない。
【００２７】
さらに、溶接処理を、例えば、フィードバック、フィードフォワード、または別の方法に基づいて調節してもよい。
【００２８】
本発明はさらに、例えば本発明による方法を実行するように構成された溶接システムを提供する。溶接システムは、溶接される部材に熱抵抗アプセット溶接処理を施し、突き合わされた部材を接触面において降伏点温度まで到達させるように構成されている。
【００２９】
上述したように、予め入力された設定点のみに基づいて溶接処理を実行する装置が知られている。このような装置においては、異なる種類の部材を溶接するたびに、例えば異なる材料や異なる寸法の部材を溶接するたびに、セッティングを完全に変更しなければならない。セッティングは通常、試行錯誤しながら行われ、非常に時間がかかってしまう。さらに、設定後に良好な溶接を実現できるかどうかが確実ではない。このような装置はユーザにとって使い勝手がよくなく、不正確であって、さらに、比較的大きな溶接溝を生成してしまう。
【００３０】
本発明の一態様によると、本システムは、溶接処理の間、溶接温度および／または部材の電気抵抗の少なくとも一つを検出する温度検出部および／または抵抗検出部と、温度検出部および／または抵抗検出部の検出結果に応じて、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整する、すなわち、溶接処理を自動的に調整する少なくとも一つのレギュレータとを備える。
【００３１】
レギュレータは、例えば上記多変数レギュレータとしてもよい。したがって、レギュレータは、多数の処理パラメータを特に正確に調節および調整できる。レギュレータはさらに異なるタイプのレギュレータとしてもよい。レギュレータが、温度検出部および／または抵抗検出部の検出結果に応じて、溶接処理中に、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に調整するように構成されているので、部材の溶接を比較的速やかに自動的に行うことができる。
【００３２】
本発明による有効な実施の形態によると、本システム、具体的にはレギュレータは、溶接可能部材の降伏点温度を検出する降伏点温度検出部を備える。
【００３３】
上述したように、これにより、降伏点温度に到達したときが判定されると、溶接処理が正確に再調整され、例えば、材料の損失防止、比較的小さな溶接溝の生成、および／または比較的速やかな溶接処理の実現を図ることができる。降伏点温度検出部は、例えば、レギュレータに一体化させたり、システムとは独立して設けてもよい。
【００３４】
レギュレータは、例えば、溶接可能部材が降伏点温度に到達したときを検出し、溶接可能部材が降伏点温度に到達すると、溶接処理の間、処理入力パラメータの少なくとも１つの値を自動的に変更するように構成してもよい。さらに、レギュレータは例えば、降伏点温度への到達時点で、溶接処理を次の処理段階、例えば変位レンジ制御の処理段階へと移行するよう構成してもよい。
【００３５】
さらに、レギュレータは、降伏点温度に到達したときを検出するために、溶接温度検出部および電気抵抗検出部の検出結果を比較するように構成してもよい。本発明の一態様によると、本システムは、演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、レギュレータは、降伏点に到達したかを検出するために、保存された降伏点値と処理出力パラメータの計測値とを比較してもよい。
【００３６】
本発明のさらなる形態によると、レギュレータは、溶接処理中、複数の処理入力パラメータを自動的に最調整し、部材の所定の溶接温度に応じて、例えば溶接処理の第１期中に、部材の温度を予め定められた温度プロファイルすなわち温度レンジに追従させるように構成されている。上述したように、レギュレータは、例えば、予め定められた参照加圧力プロファイル、または異なる処理パラメータについて予め定められたプロファイルに基づいて、溶接処理を調節してもよい。
【００３７】
本発明の一態様は、請求項２１に記載のレギュレータに関する。このレギュレータの使用により、溶接処理を比較的速く効率的に実行しながら、材料の損失を抑制することができる。
【００３８】
本発明の別の態様は、請求項２２に記載のコンピュータプログラムに関する。このプログラムは、コンピュータへの読み込み後、本発明による方法をコンピュータに実行させ、および／または本発明によるシステムのレギュレータとしてコンピュータを機能させるコンピュータコードを有する。このようなプログラムにより、例えば、異なる溶接装置を本発明の実行に適したものとすることができる。
【００３９】
本発明のさらなる実施の形態は請求項に記載されている。これより図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態を概念的に示す側面斜視図である。
【図２】図２は、溶接される部品の端部の概要を示す図であり、図１に示す一実施の形態の詳細を示す。
【図３】図３は、一実施の形態の詳細を示す概念斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態による溶接処理制御を説明する図である。
【図５】図５は、本発明における第１の調節による力の時間変化を示す図である。
【図６】図６は、本発明における第１の調節による電流の時間変化を示す図である。
【図７】図７は、本発明における第２の調節による力の時間変化を示す図である。
【図８】図８は、本発明における第２の調節による電流の時間変化を示す図である。
【図９】図９は、本発明における第３の調節による位置の時間変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明における第３の調節による溶接温度の時間変化を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明における第３の調節による圧力の時間変化を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明による第３の調節において、降伏点温度を時間の関数として示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１及び図２は、本発明による、溶接可能部材１Ａ，１Ｂを溶接する方法および溶接システムを概念的に示す。例えば、この方法は、比較的薄い板から車両のリムを製造するための製造工程の一部を構成してもよい。例えば、溶接システムは、ＥＰ０７７０４４６Ｂ１に記載された抵抗アプセット溶接装置と同様に設計され、あるいは異なる方式で設計されてもよい。
【００４２】
図１及び図２に示すように、溶接可能部材１Ａ、１Ｂは曲げられた平板１の端部である。端部１Ａ、１Ｂは、それぞれ電極２Ａ、２Ｂに対向するように配置された固定手段３Ａ、３Ｂによって、対応する電極２Ａ，２Ｂに対して固定されている。さらに、部材１Ａ、１Ｂは、圧力ｐ（図３参照）を受けて、それぞれの対向する長方形の接触面Ｓにおいて互いに押し付けられている。電極２Ａ、２Ｂは電源７に接続され、電源７で生成された直流電流Ｉが電源２Ａ，２Ｂを介して、互いに接する部材１Ａ，１Ｂに供給される。この直流電流を受けて、部材のバルク抵抗および接触抵抗を利用して部材１Ａ、１Ｂは接触面Ｓ付近で降伏点温度に到達し、圧力ｐにより部材１Ａ，１Ｂを所望の距離で互いに接合することができる。
【００４３】
上述した圧力ｐを生成するために、一方の電極／固定手段アセンブリ２Ｂ，３Ｂは、例えば溶接システムの可動部４の一部として構成され、他方の電極／固定手段アセンブリ２Ａ，３Ａは溶接システムの例えば固定部５の一部として構成される。なお、溶接システムがこれらのアセンブリをそれぞれ有する２つの可動部４、５を備えるようにしてもよい。上記可動部４を固定部５へ近づく方向、あるいは離れる方向に移動するように、駆動部６が設けられている。当業者には明らかなように、駆動部６を異なる方式で設計してもよい。このように、溶接システムは、所定の溶接圧力で上記部材１Ａ，１Ｂを互いに押し付けあうための押付装置２，３，６を備えている。押付装置はさらに、例えば使用中にこれらの部材を所定の変位範囲で移動させるための位置決め装置としても機能することができる。
【００４４】
さらに、種々の溶接処理出力パラメータを測定するための各種センサを設けてもよい。これらのパラメータは、さらに、以下のように演算により決定してもよい。溶接システムは、例えば２つの電極２Ａ、２Ｂに接続され、これらの電極間の電位差Ｖを測定する電圧計８を備える。さらに、例えば熱電対や他のセンサからなる一つ以上の温度センサ９を備え、接触面Ｓにおける溶接可能部材１Ａ，１Ｂの温度を測定する。温度センサは、例えば、固定手段３Ａ、３Ｂに一体化して、あるいは別の場所に設けられる。
【００４５】
あるいは、被溶接部材の温度、少なくとも接触面付近の溶接温度を、例えば溶接処理中に演算してもよい。したがって、溶接システムは、例えば部材の溶接温度を算出するように配置された溶接温度検出部ＴＭ（図４参照）を備えてもよい。温度は、例えば他の処理出力パラメータに基づいて、例えば計測された電位差および／または溶接される部材１Ａ，１Ｂの間の電気抵抗に基づいて算出される。さらに、溶接システムは、溶接温度検出部の代わりに抵抗検出部を設け、接触面付近の部材１Ａ，１Ｂの電気抵抗を判定するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、例えば、圧力センサまたは力センサを設け、使用中に溶接可能部材１Ａ，１Ｂに作用する圧力ｐ、またはこれらの部材１Ａ，１Ｂによる反応圧力を計測するように構成してもよい。反応圧力は、設定した加圧力ｐの結果として発生するものである。例えば、圧力ゲージは、上述した駆動部６に一体化してもよいし、異なる設計としてもよい。さらに、例えば、変位変換器または速度計を設け、部品１Ａ，１Ｂの相対的な変位または速度を計測するように構成してもよい。このような変位変換器や速度計を、別形式で構成してもよく、例えば駆動部６の一部としたり、異なる方法で設置してもよい。
【００４７】
さらに、本発明による溶接システムには、溶接処理中にいくつかの溶接処理パラメータを自動的に再調整するためのレギュレータＲが設けられている。少なくとも一つの処理パラメータの少なくとも一つの計測結果に基づいて、再調整が行われる。レギュレータＲは、いろいろな形式で設計することができるが、例えばハードウェアおよび／またはソフトウェアとして構成される。上述したように、レギュレータＲを多変数レギュレータとしてもよい。レギュレータは例えば、ボード線図とポールゼロ判定を利用する理論的および／または経験的な手法により決定される溶接処理モデルに基づいて、動作する。レギュレータは例えば以下の溶接処理の処理入力パラメータを調節する。すなわち、圧力ｐ、溶接電流Ｉ，部材１Ａ、１Ｂの相対的な位置、速度および／または変位ｘである。これらの入力パラメータｐ、Ｉ，ｘの調節は、例えば、少なくとも部材１Ａ、１Ｂの溶接温度に基づいてレギュレータＲによって実行される。処理出力パラメータとしては、溶接温度に加えて、例えば、実際に到達した相対位置、到達した速度、到達した加圧力ｐ’、到達した溶接電流Ｆ，電極２Ａ，２Ｂ間の電位差Ｖ、および／または到達した部材同士の変位ｘ’がある。さらに、レギュレータＲは、上記部材の少なくとも一つの材料特性、上記部材の少なくとも一つの寸法、および／または他のパラメータに依存して溶接処理を調節するようにしてもよい。材料特性および／または寸法に関する情報は溶接処理の前にレギュレータＲに入力することができる。さらに、レギュレータＲにおいて、溶接処理を例えば溶接システムの各部（例えば電源７および／または押付装置２．３．６）の仕様や種類にあわせるように構成することも有効である。
【００４８】
図４は、溶接処理Ｗの調節を説明する図であり、処理ＷはレギュレータＲの影響を受けて制御される。この場合、レギュレータＲは、溶接処理入力パラメータである圧力ｐおよび溶接電流Ｉを用いて、所定の溶接温度Ｔ，および被溶接部材の相対位置、速度もしくは変位ｘ’に到達するように調節を行い、所望の溶接を行うように構成されている。上述した溶接温度検出部は、図４において符号ＴＭで示されている。温度検出部ＴＭは、溶接処理Ｗの出力パラメータＶ，ｐ’、Ｉ’、ｘ’の一つ以上に基づいて瞬間溶接温度を検出する。
【００４９】
図４に示されるように、溶接処理の調節には、複数の比較器Ｓと参照ユニットＲｅｆを用いてもよい。参照ユニットＲｅｆは、例えば、時間の関数として予め定められた温度プロファイルＴｒｅｆと、時間の関数として予め定められた変位レンジｘｒｅｆと、時間の関数として予め定められた圧力プロファイルｐｒｅｆを有する。比較器Ｓは、例えば、到達した溶接温度Ｔ，到達した変位ｘ’、および／または到達した溶接圧力ｐ’の値を、予め定めたレンジＴｒｅｆ，ｘｒｅｆ，ｐｒｅｆと比較するように構成されている。比較結果は、その後、レギュレータＲへ送られ、レギュレータＲが、実際に所望レンジＴｒｅ、ｘｒｅｆ，ｐｒｅｆに到達したかを判定する。所望のレンジに達しなかった場合、レギュレータＲは例えば入力パラメータを変更し、各パラメータが所望レンジに近づくようにする。当業者には明らかなように、この調節は種々の方法により実行可能である。
【００５０】
レギュレータＲは、例えば、溶接可能部材の降伏点温度に達したときを検出する降伏点温度検出部と一体に設けられてもよい。あるいは、降伏点温度検出部を別部品としてもよい。レギュレータＲは、溶接温度検出部ＴＭと降伏点温度検出部の結果を比較し、上述した降伏点温度に達したときを検出するように構成してもよい。
【００５１】
さらに、レギュレータＲは、降伏点温度検出部からの降伏点温度の検出結果を利用して、溶接処理中に上記処理パラメーラの一つ以上を自動的に変更するように構成してもよい。これにより、降伏点温度に依存する方法で溶接処理を再調整することができる。あるいは、降伏点温度に達したと検出された後に、溶接処理Ｗのレンジ制御調節を調整するようにレギュレータＲを構成してもよい。
【００５２】
降伏点温度検出部は、種々の形式により構成可能である。実施の形態の利用中に、例えば上記降伏点温度に到達した場合、電圧計８によって測定可能な部材１Ａ，１Ｂ間の接触抵抗がほとんどなくなる。さらに、降伏点に達すると、部材１Ａ、１Ｂは、温度センサ９によって検出可能な特定の溶接温度となる。そして、降伏点温度に達すると、これらの部材は、例えば圧力ｐを受けて合流し一体化し始める。これは、変位センサおよび/または力センサによって記録可能である。
【００５３】
レギュレータＲの降伏点温度検出部は、上記降伏点温度に達したときに上述したいくつかのセンサ８，９によって検出された結果から、いつ上記降伏点温度に到達したかを判定するように構成してもよい。このため、レギュレータＲは、図２に概要を示すように、例えば電圧計８、温度センサ９、上述した変位センサおよび／または上記力センサに接続されてもよい。さらに、降伏点温度検出部は、例えば演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、レギュレータで、保存された降伏点値と処理出力パラメータの測定値とを比較し、降伏点温度に到達したかを検出するように構成してもよい。したがって、降伏点に達するときの接触抵抗の値、または溶接処理中の抵抗レンジを、例えば、予め経験的および／または理論的に決定し、降伏点検出部に保存してもよい。他のパラメータ、例えば上記温度、変位および／または力も同様である。さらに、溶接するテスト部材用に、レギュレータＲを同期させる複数の同期ステップを実行するように溶接システムが構成されている場合、使用のために、例えば溶接システムを最初に同期させてもよい。このため、レギュレータＲを、例えば繰り返し学習制御原理等に基づくか、自己学習レギュレータとしてもよい。
【００５４】
図１〜３に示す溶接システムの使用中、最初に、溶接可能部材１Ａ、１Ｂは接触面Ｓで互いに突き合わされ、その後、互いに押し付けられる。次に、部材１Ａ、１Ｂは接触面で部材を一体化するように熱溶接処理にかけられる。ここで、部材は上述した圧力ｐで接触面Ｓで互いに押し付けられ、これらの部材に加熱電流Ｉがかけられる。電流Ｉを受けて部材は少なくとも接触面において加熱され、上記降伏点温度に達する。
【００５５】
溶接処理の間、上述した温度センサ９で一回以上の温度測定を行い、溶接される部材１Ａ，１Ｂの瞬間溶接温度を判定するようにしてもよい。あるいは、例えば溶接温度検出部ＴＭで電圧計８の測定結果を利用して溶接温度を算出してもよい。
【００５６】
レギュレータＲは、溶接温度判定結果を用いて、溶接処理中に上記処理入力パラメータの再調整を自動的に行う。ここで、例えば、溶接可能部材の降伏点温度に達するときの判定も行うようにしてもよい。そして、降伏時点の判定結果をレギュレータＲで利用し、溶接処理の加速、および／または溝形成防止のために、溶接処理中に上記処理入力パラメータの少なくとも一つを自動的に変更してもよい。降伏点温度検出部が降伏点に到達したと判定した場合、レギュレータＲは、例えば、溶接処理を自動的に再調節してもよい。
【００５７】
あるいは、レギュレータは、温度レンジに基づく制御により溶接処理を調節する。このため、レギュレータＲには、例えば、図４に示すように、被溶接部材１Ａ，１Ｂの少なくとも一つの所定の温度プロファイルすなわち温度レンジを有している。レギュレータＲは、溶接処理Ｗ中、上述したいくつかの処理入力パラメータを自動的に再調節し、検出された部材１Ａ，１Ｂの溶接温度に応じて、部材１Ａ，１Ｂを実質的に所定の温度プロファイルすなわち温度範囲に追従させることができる。
【００５８】
所望の溶接が行われた後、レギュレータＲによって加熱電流Ｉが自動的に切られる。そして、部材１Ａ，１Ｂは、例えば能動的あるいは受動的に冷却され、要望にあうようにさらに処理を行うため、所定の冷却期間、これらの部材は互いに押し付けられる。
以下に、例えば上述したレギュレータＲを用いて実行される溶接処理の調節の例を示す。
【実施例１】
【００５９】
図５，６は、レギュレータＲによって実行される、本発明による溶接処理調節の第１の実施例を示す。図５において、レギュレータＲによって設定される圧力ｐ（bar）が時間ｔに対して記されている。図６は、レギュレータＲで設定された加熱電流Ｉを時間ｔの関数として示す。これらの図に示すように、第１の処理ステップＡにおいて、被溶接部材１Ａ，１Ｂは互いに対向し、比較的低い圧力で突き合わされている。次の処理ステップＢで、圧力が増加し、所定の加熱電流が部材にかけられる。この圧力と加熱電流を受けて、部材１Ａ，１Ｂは降伏点に達することができる。降伏点への到達は、レギュレータＲの降伏点温度検出部によって検出される。降伏点温度への到達が測定あるいは判定されるとすぐに、溶接処理はレギュレータＲにより自動的に第３のステップＣへ移行する。第３の処理ステップ中、部材１Ａ，１Ｂにはさらに高い圧力がかけられる一方、加熱電流Ｉは第２のステップＢとほぼ同じ値に保たれる。第２のステップＢにおける比較的低い圧力を受けて、比較的速やかに降伏点温度に到達することができる。第３のステップＣで増加した圧力を受けることで、部材１Ａ，１Ｂは比較的速やかに合流し、所定の溶接厚さの所望の溶接を実現することができる。溶接処理中、これらの部材は例えば、約１０ｍｍ以下の距離だけ合流する。より具体的には、約５ｍｍ以下の距離、例えば約４ｍｍ以下の距離だけ合流する。所望の溶接厚さに達すると、冷却ステージＤが実行される。ここでは、電流が切られ、部材１Ａ，１Ｂは所定の低い圧力で継続して突き合わされている。なお、図５では概略的に急変化させているが、異なる処理ステップの間で圧力ｐを徐々に変化させることが望ましい。
【実施例２】
【００６０】
図７、８は、本発明による方法の第２の実施例を示す。この方法は、降伏点温度への到達（処理ステップＣの開始）後、レギュレータＲによって圧力が低下される点が、図５，６に示す実施例と異なっている。さらに、降伏点温度に到達すると、第３のステップＣにおいて、加熱電流が反対に増加する。これにより、部材１Ａ、１Ｂは比較的小さい力で互いに押し付けられることになり、大きな溶接溝の生成を防止できる。溶接電流の自動的な増加により、部材１Ａ、１Ｂが十分に加熱されて継続して合流するため、所望の距離にわたって部材が速やかに合流することができ、溶接処理が速やかに実行される。この場合も、圧力ｐがゆるやかに変化することが望ましい。加熱電流Ｉの変化も同様である。
【実施例３】
【００６１】
図９〜１１は、本発明による実施例を示している。ここで、溶接処理はレギュレータＲによるレンジ制御に従って行われる。レギュレータＲは、予め定められた変位レンジｘｒｅｆ、予め定められた温度レンジＴｒｅｆ、および予め定められた加圧力レンジｐｒｅｆを有している。さらに、レギュレータＲは、上述した、溶接中の被溶接部材１Ａ，１Ｂの瞬間降伏点温度Ｔｙを算出可能な降伏点温度検出部を備えている。図４は、本実施例で使用可能な調節モデルの一例を示す。
【００６２】
図９〜１２に示すように、溶接処理は例えば時間ｔ＝０で開始する。そして、第１の処理ステップＡにおいて、部材１Ａ、１Ｂは設定された加圧力ｐで互いに押し付けられ、レギュレータＲで設定された加熱電流Ｉが部材１Ａ、１Ｂにかけられる。これらの入力パラメータである加圧力ｐと加熱電流Ｉを受けて、出力パラメータが圧力ｐ’、変位ｘ’および温度Ｔに達する。上述したように、これらの出力パラメータは溶接処理中に種々の方法により測定および／または算出することができる。
【００６３】
レギュレータＲは、到達した出力パラメータｘ’、ｐ’、Ｔの１つ以上を、対応する所定レンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ、Ｔｒｅｆと比較し、これらの出力パラメータと所定レンジとの差を打ち消すように入力パラメータｐ、Ｉを制御する。第１の処理ステップは、例えば基本的にレギュレータＲによって制御され、加圧力（図１１参照）、到達した溶接温度Ｔ（図１０参照）、またはこれらの両方に基づいて、再調整してもよい。
【００６４】
さらに、レギュレータＲは例えば、瞬間降伏点温度Ｔｙを被溶接部材１Ａ，１Ｂの温度と比較してもよい。図１０および図１２において、矢印Ｚは溶接温度Ｔが降伏点温度Ｔｙと等しくなった時点を示す。レギュレータＲは、後者の比較のため、その時点で降伏点温度Ｔｙに到達したことを認識する。次に、レギュレータＲにより溶接処理が調整され、第２の処理ステップＢに移行する。ここで、例えば異なる処理出力パラメータに基づいて調節が行われる。第２の処理ステップＢにおいて、例えば、到達した変位ｘ’および対応する基準ｘｒｅｆ（図９参照）に基づいて、レンジ調節が行われる。なお、第２の処理ステップ中、到達した溶接電流ｐ’および／または到達した溶接温度Ｔは、処理調節において二次的な役割を果たす。
【００６５】
これにより、溶接処理の最終的な質、すなわち得られた溶接の品質は、例えば溶接が連続して行われる場合でも、被溶接部材の材料の違いにそれほど影響を受けることがない。連続して溶接が行われる場合の被溶接部材の寸法の違いに関しても、レギュレータＲによってうまく対処できる。さらに、これにより、被溶接部材を降伏点温度まで徐々に、適切に制御して上昇させ、適切に合流させることができる。
【００６６】
さらに、レギュレータＲを、溶接システムの仕様を溶接処理の調節に組み込むように構成してもよい。そこで、レギュレータＲが溶接システムの到達可能な最大加圧力、および／または溶接システムの到達可能な最大溶接電流を有するようにしてもよい。この場合、例えばレギュレータＲにこれらのデータを保存しておく。そして、溶接処理中、溶接システムは被溶接部材１Ａ，１Ｂを溶接するために第１の設定レンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ、Ｔｒｅｆによる仕様以外で作動する必要があるとレギュレータＲが判断した場合、レギュレータＲは、第１の設定パラメータレンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ，Ｔｒｅｆから異なる設定レンジへ切り替えることができる。第２の設定パラメータレンジは、例えば、とくに、溶接処理中、第１の設定パラメータレンジｘｒｅｆ，ｐｒｅｆ，Ｔｒｅｆが必要とする加圧力および／または溶接電流が高すぎる場合、低めの加圧力および低めの溶接電流で部材を溶接するのに適したものとする。
【００６７】
これらの３つの実施例に記載の調節例に加えて、種々の処理パラメータに基づいて溶接処理を自動的に調節できる他のさまざまな方法があることはもちろんである。
【００６８】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。さらに、特許請求の範囲に記載されるように、多くの変形例もまた、本発明の範囲内であると理解されるべきである。
【００６９】
したがって、溶接処理は、例えば抵抗アプセット溶接法、あるいは異なる溶接方法、例えばスポット溶接法を含んでもよい。さらに、溶接処理は例えば、被溶接部材の様々な物理的性質、例えば、接触面付近の被溶接部材の温度および／または電気抵抗に基づいて調節してもよい
【図１】
2008536692.tif 000003
【図２】
2008536692.tif 000004
【図３】
2008536692.tif 000005
【図４】
2008536692.tif 000006
【図５】
2008536692.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008536692.tif 000009
【図８】
2008536692.tif 000010
【図９】
2008536692.tif 000011
【図１０】
2008536692.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008536692.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月21日(2008.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接可能部材、例えば環状の部品（１）を溶接する方法であって、
前記部材（１Ａ、１Ｂ）は熱抵抗溶接処理によって接触面（Ｓ）で一体化され、
前記溶接処理（Ｗ）は溶接される前記部材に作用する圧力および前記部材（１Ａ，１Ｂ）に通電される加熱電流を含む複数の入力パラメータに依存し、
複数の溶接処理出力パラメータ、例えば溶接温度および前記部材（１Ａ、１Ｂ）の変位は前記入力パラメータに依存し、
前記溶接処理（Ｗ）の間、溶接温度および／または前記部材（１Ａ、１Ｂ）の電気抵抗の少なくとも１つを検出し、  
前記溶接温度および／または抵抗の検出結果を、少なくとも一つのレギュレータ（Ｒ）において前記溶接処理（Ｗ）の間に複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調節するため、すなわち前記溶接処理（Ｗ）を自動的に調節するために利用し、
前記レギュレータは望ましくは多変数レギュレータであり、複数の前記処理パラメータを用いて前記溶接処理を調節し、
前記溶接処理（Ｗ）の間、前記部材（１Ａ、１Ｂ）の前記溶接温度が降伏点温度に達したかを検出し、
前記溶接処理の間、前記降伏点温度に達したと検出されると、前記レギュレータ（Ｒ）は複数の溶接処理入力パラメータを自動的に変更することを特徴とする方法。  
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記溶接処理（Ｗ）の間、前記部材（１Ａ、１Ｂ）の降伏点温度を演算により検出し、
前記降伏点温度の検出結果を、前記溶接処理の間、前記処理入力パラメータの少なくとも一つの値を自動的に調節するために用いることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法において、
始めに、溶接される前記部材（１Ａ、１Ｂ）が降伏点に達するときの降伏点依存処理出力パラメータの値を演算および／または実験により、決定し、
次に、前記溶接処理の間、前記降伏点への到達を検出するために、例えば計測および／または演算により前記降伏点依存処理出力パラメータの値を検出することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、第１の値から前記第１の値よりも高い第２の値へと変更されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、第１の値から前記第１の値よりも低い第２の値へと変更されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法において、
前記降伏点への到達前に、第１の電流が前記溶接可能部材に通電され、
前記降伏点温度へ到達したことが検出されると、前記レギュレータにより、前記電流を自動的に増加し、
所定の溶接期間の後、前記電流を適切に減少することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法において、
前記レギュレータ（Ｒ）は、少なくとも２つの異なる出力パラメータの少なくとも２つの予め定められたプロファイルすなわちレンジを有し、
前記降伏点温度へ到達したことが検出される前は、前記処理は前記レギュレータによって少なくとも一つの前記プロファイルすなわちレンジに基づいて実質的に調節され、
前記降伏点温度へ到達したことが検出された後は、前記処理は、前記プロファイルすなわちレンジのうち別の少なくとも一つに基づいて前記レギュレータによって実質的に調節されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法において、
前記溶接処理の間、前記溶接温度および／または電気抵抗を、演算、もしくは少なくとも一つの前記処理出力パラメータの計測結果に基づいて検出することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの処理出力パラメータは、
溶接される前記部材（１Ａ、１Ｂ）の温度、
前記接触面間の電気接触抵抗、
溶接される前記部材（１Ａ，１Ｂ）の間、すなわちこれらの部材に取り付けられる電極（２Ａ，２Ｂ）間の電位差、
溶接される部材（１Ａ、１Ｂ）の相対位置、変位、または変位速度、
の少なくとも一つを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法において、
溶接される前記部材は、リム等の環状の部品を製造するために、互いに対向するように曲げられたプレート（１）の両端部（１Ａ，１Ｂ）であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法において、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接処理中の前記処理入力パラメータ、例えば加圧力と溶接電流、および／または、相対変位と溶接電流、および／または相対速度と溶接電流の少なくとも２つまたは３つの値を自動的に変更するために、温度および／または抵抗の少なくとも一つの検出結果を利用することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法において、
前記溶接処理は、抵抗アプセット溶接処理またはスポット溶接処理であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成された溶接システムであって、
溶接される部材（１Ａ，１Ｂ）に熱抵抗溶接処理（Ｗ）を施し、
突き合わされた前記部材（１Ａ，１Ｂ）を接触面（Ｓ）において降伏点まで到達させる溶接システムであって、
前記溶接処理の間、溶接温度および／または前記部材（１Ａ，１Ｂ）の電気抵抗の少なくとも一つを検出する温度検出部および／または電気抵抗検出部（９；ＴＭ，Ｃ）と、
前記温度検出部および／または電気抵抗検出部（９；ＴＭ，Ｃ）の検出結果に応じて、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整する、すなわち、前記溶接処理（Ｗ）を自動的に調整する少なくとも一つのレギュレータ（Ｒ）とを備え、
前記レギュレータは望ましくは多変数レギュレータであり、
前記システム、具体的には前記レギュレータは、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）の降伏点温度を検出する降伏点温度検出部を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）が前記降伏点温度に到達したときを検出し、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記溶接処理の間、前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）が前記降伏点温度に到達すると、前記処理入力パラメータの少なくとも１つの値を自動的に変更することを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、前記降伏点温度に到達したときを検出するために、前記溶接温度および／または電気抵抗の検出結果を比較することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、
前記レギュレータは、前記降伏点に到達したかを検出するために、前記保存された降伏点値と計測および／または演算された処理出力パラメータの値とを比較することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータは、前記溶接処理中の前記処理入力パラメータ、例えば加圧力と溶接電流、および／または、相対変位と溶接電流、および／または相対速度と溶接電流の少なくとも２つまたは３つの値を自動的に変更するために、温度および／または抵抗の少なくとも一つの検出結果を利用することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記レギュレータ（Ｒ）は、少なくとも２つの異なる出力パラメータの少なくとも２つの予め定められたプロファイルすなわちレンジを有し、
前記レギュレータは、前記降伏点温度へ到達したことが検出される前は、少なくとも一つの前記プロファイルすなわちレンジに基づいて前記処理を実質的に調節するよう構成され、
前記レギュレータは、前記降伏点温度へ到達したことが検出された後は、前記プロファイルすなわちレンジのうち別の少なくとも一つに基づいて前記処理を実質的に調節するよう構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載のシステムのレギュレータであって、
前記溶接可能部材（１Ａ、１Ｂ）の降伏点温度を検出する降伏点温度検出部を備えることを特徴とするレギュレータ。
【請求項２０】
コンピュータコードを備えるコンピュータプログラムであって、
コンピュータへの読み込み後、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法を前記コンピュータに実行させ、および／または請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載のシステムのレギュレータとして前記コンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接可能な部材を溶接する方法に関し、例えば環状の部品を溶接する方法に関する。部材には熱抵抗溶接処理が施され、部材はそれぞれ接触面で合流して一体化する。溶接処理は、被溶接部材に作用する圧力、および部材に供給される加熱電流を含む入力パラメータに依存する。また、例えば溶接温度や部材の変位といった溶接処理出力パラメータは、入力パラメータに依存する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、例えば、ＥＰ０７７０４４６Ｂ１から知られている。この方法は、例えば、環状の部品、例えば、車のリムの製造に使用される。ここで、板材の端面同士を突き合わせ、互いに接するように板材を曲げる。端面は予め定められた一定の加圧力で所定の溶接時間、互いに押し付けられる。このとき、板材の端面には予め定められた一定の溶接電流が通電される。溶接電流を受けることによって板端面は降伏点に達し、その後、溶接力を受けて一体化する。板端面はある距離に渡って互いに押し付けられ、溶接溝が形成される。従来の方法は、完全に所定のセッティング（設定点とも呼ばれる）に基づいて行われる。従来の方法では、そのため、上述した所定の溶接電流、溶接力、および溶接時間は経験から決定され、オペレータによってそれぞれの溶接装置に入力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の方法では、通常、溶接電流、溶接力および溶接時間は、溶接の耐久性が保証される値に設定される。例えば、比較的高い溶接力および／または高い溶接電流および／または長い溶接時間を設定したとすると、「過剰溶接」がある程度発生し、被溶接部材が比較的長い距離にわたって溶融する。これによって材料の損失が発生するだけでなく、不所望な大きさの溶接溝ができるとともに、エネルギーの消費量が非常に大きくなる。さらに、実際には、比較的薄い板、または曲がった一枚の板の端面を正確、かつ速く溶接することが比較的難しいことが分かっている。さらに、異なるタイプの部材、例えば異なる材料の部材および／または異なる寸法の部材を溶接しようとするたびに、または異なる装置で溶接処理を行おうとするたびに、種々の溶接処理設定値を経験的に決定して再設定する必要がある。したがって、従来の溶接方法は使い勝手がよくない。
ＦＲ２２３４９５８には、溶接処理の間、総電気抵抗を測定する点が開示されている。
ＵＳ２８１７７４７には、抵抗溶接処理が開示されており、温度が所定の温度パターンに追従するように制御される。ＵＳ２８１７７４７の図２には、最高温度を２１５００°Ｆとする目標温度軌跡のグラフが示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、部材の溶接方法の改良を図るものである。特に、本発明は、溶接処理において、被溶接部材が材料の損失を抑えて高い耐久性で互いに接合されるようにしたものである。
【０００５】
このため、本発明による方法は、溶接処理の間、溶接温度および／または部材の電気抵抗の少なくとも１つを検出し、温度検出および／または抵抗検出の結果を、少なくとも一つのレギュレータ、望ましくは多変数レギュレータにおいて溶接処理の間に複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整するため、すなわち溶接処理を自動的に調整するために利用することを特徴とする。
【０００６】
具体的に、部材の温度および／または電気抵抗を上述した接触面付近で検出する。レギュレータは温度検出および／または抵抗検出の結果に応じて複数の処理入力パラメータを再調整することができる。これにより、材料の損失を防止し、望ましくないほど大きな溶接溝の生成を防止し、さらにエネルギー消費を抑制しながら、溶接処理をより正確に行うことができる。したがって、「過剰溶接」を効果的に防止することができる。再調整される複数の入力パラメータは、例えば、１つのパラメータのみとしてもよいが、２つ、３つ、あるいはそれ以上のパラメータとすることが望ましい。さらに、この方法により、例えばリムといった環状の部品を製造するために、比較的薄い板、あるいは比較的薄い板部材を正確かつ速やかに溶接することができる。さらに、これにより、経験に基づいて一つ以上の処理設定値を決定することなく、異なる種類の部材を溶接することができる。上述した温度検出および／または抵抗検出の結果に応じて、例えば所定の処理ステップの開始位置、すなわち、溶接される部材の相対速度および／または変位、および／または他の溶接パラメータを再調整することができる。さらに、温度検出を、例えばレンジ制御における溶接処理の少なくとも一部を実行するために用いてもよい。
【０００７】
溶接処理の間、上述した溶接温度を例えば演算により検出してもよい。部材の電気抵抗の検出も同様である。さらに、溶接処理の間、上述した溶接温度および／または電気抵抗を、例えば少なくとも一つの上記処理出力パラメータの計測結果に基づいて検出してもよい。上記少なくとも一つの処理出力パラメータは、溶接される部材の温度としてもよい。さらに、上記処理出力パラメータの少なくとも一つを、上記接触面間の電気接触抵抗としてもよい。また、上記少なくとも一つのパラメータは、溶接される部材の相対位置、変位、または変位速度としてもよい。
【０００８】
本発明によると、溶接処理の間、部材の溶接温度が降伏点温度に達したかを検出する。
【０００９】
これにより、降伏点温度に依存して溶接処理を調整することができる。したがって、レギュレータにより溶接処理を正確に自動的に制御することができる。レギュレータは、例えば、降伏点への到達を受けて処理パラメータを自動的に調整、すなわち変更してもよい。
【００１０】
溶接処理の間、降伏点温度に達したと検出されると、レギュレータは複数の溶接処理入力パラメータを自動的に変更する。
【００１１】
そこで、まず、溶接可能部材を、例えば、比較的小さな力で互いに押し付けながら、上記降伏点温度に到達するように加熱してもよい。これにより、溶接可能部材を比較的速やか、かつ適切に降伏点温度まで加熱することができる。降伏点温度へ到達したことが検出されると、例えば、溶接処理の次の段階へと移行することで、溶接処理の調整を行ってもよい。この段階では、例えば溶接可能部材をわずかな力で互いに押し付けることで、比較的短い距離で一体化させる。一実施の形態において、溶接処理は、特にリム等を溶接するための抵抗アプセット溶接処理である。溶接される部材は、例えば上記リムを製造するために互いに対向するように曲げられたプレートの両端部としてもよい。溶接処理をさらに異なる溶接方式としてもよい。
【００１２】
さらに、降伏点温度に達したと検出されると、レギュレータは例えば溶接処理のレンジ制御調節を調整するようにしてもよい。したがって、例えば、溶接処理の第１段階を、予め定められた加圧力レンジおよび／または溶接温度レンジに基づくレンジ制御に従って実行し、降伏点温度への到達後に行われる溶接処理の次の段階を、溶接される部材の変位レンジに基づいて実行してもよい。
【００１３】
上述した溶接される部材は、例えばアルミニウムまたは鉄鋼といった種々の材料から製造可能である。例えば、部材をＨＲ６０の鉄鋼、または異なる材料から製造してもよい。
【００１４】
なお、降伏点は、通常、当業者には知られた単語である。降伏点は材料の弾性範囲と可塑範囲との間の点である。
【００１５】
降伏点は別の方法により検出することもできる。例えば、溶接処理の間に、一つ以上の出力パラメータを測定してもよい。測定結果は、例えば、上述した降伏点に到達したときを検出するのに適したものとしてもよい。そこで、溶接処理の間、例えば一つ以上の出力処理パラメータから瞬間降伏点温度を検出するための演算を行ってもよい。さらに、例えば、降伏点に達するときの降伏点依存処理出力パラメータ、もしくはそれに起因するパラメータの値を演算および／または実験により、始めに決定しておく。次に、溶接処理の間、降伏点への到達を判定するために、降伏点依存処理出力パラメータ、もしくはそれに起因するパラメータの値を計測する。
【００１６】
上記処理入力パラメータと処理出力パラメータは、種々のパラメータを含んでもよい。例えば、出力パラメータを、入力パラメータが実際に到達する値としてもよい。さらに、出力パラメータを、例えば溶接処理から直接的に生じるパラメータ、および／または、それに起因するパラメータとしてもよい。
【００１７】
上述した処理入力パラメータの少なくとも一つを、溶接処理の間に上記部材が互いに押し付けられるときの圧力としてもよい。この場合、上記部材の反応圧力は、処理に関する出力パラメータとして測定し、この反応圧力の計測結果から、例えば上述した降伏点に到達したときを検出してもよい。
【００１８】
他の処理入力パラメータは例えば、抵抗溶接処理において部材を加熱するために部材にかける電流の設定値とする。この場合、例えば、上記降伏点温度への到達前に、第１の電流を部材に通してもよい。上記降伏点温度へ到達したことが検出されると、レギュレータにより、電流を自動的に増加し、所定の溶接期間の後、電流を再び減少する。さらに、例えば実際に到達した溶接電流を、溶接処理の出力パラメータとしてもよい。
【００１９】
本発明の一態様においては、溶接処理の間、溶接電流および加圧力の少なくとも一つが、上述した降伏点温度検出および／または溶接温度検出の結果に応じて、レギュレータによって自動的に再調整される。このため、レギュレータを多変数レギュレータとしてもよい。溶接処理の多変数調節を行うことにより、比較的短い溶接処理で特に強固な溶接を実現することができる。多変数調節は、他にも、例えば、部材の相対変位と溶接電流の調節、部材の相対速度と電流の調節、および／またはこれらの組み合わせおよび／または他のパラメータの調節、を行うことができるという利点がある。例えば、多変数調節として、上述したようなレンジ調節、または別方式のレンジ調節を行ってもよい。
【００２０】
本発明の有利な形態によると、少なくとも１つの出力パラメータは、上記溶接される部材の間の電位差、もしくはこれらの部材に取り付けられた電極間の電位差である。
【００２１】
電位差は比較的簡単に測定することができる。さらに、この電位差から、いつ降伏点温度へ到達したかを簡単に検出、もしくは演算することができる。これは、この時点で、溶接される部材間の接触抵抗が実質的に消滅、もしくは十分に低くなるためである。例えば溶接される部材の材料特性がさらに分かっている場合は、降伏点温度は抵抗測定値、および／または電位測定値から計算することもできる。さらに、電位差は、例えば、予め定められた溶接される部材の材料特性との組み合わせで、溶接処理中の、実際の瞬間溶接温度または部材の電気抵抗を演算するために用いられる。
【００２２】
本発明によると、レギュレータを多変数レギュレータとして、複数の上記処理パラメータおよび／またはそれに起因するパラメータを用いて溶接処理を調節してもよい。このようなレギュレータにより、溶接処理を特に正確に調節することができる。なお、上記降伏点の検出は、例えば速やかで強固な部材の溶接を行うために、溶接処理を再調整するために利用してもよい。
【００２３】
本発明の一態様において、レギュレータは例えば予め定められた溶接される部材の温度プロファイルすなわち温度レンジを有している。溶接処理の間、レギュレータは上記複数の処理パラメータを自動的に再調整し、部材の測定温度に応じて、部材の温度が実質的に予め定められた温度プロファイルすなわち温度レンジに追従するように制御する。この温度プロファイルすなわち温度レンジは、溶接処理の間の部材の温度の時間関数である。
【００２４】
さらに、本発明によるレギュレータは、例えば、予め定められた参照圧力プロファイル、少なくとも時間の関数としての参照圧力を有し、溶接処理の間、レギュレータは上記複数の処理パラメータを自動的に再調整し、実際に到達した加圧力に応じて、溶接処理を実質的に予め定められた参照圧力プロファイルに追従させてもよい。これにより、処理の少なくとも一部では、力制御すなわち圧力制御が実行される。
【００２５】
レギュレータはさらに、例えば、予め定められた溶接される部材の変位プロファイル、少なくとも時間の関数としての変位を有し、溶接処理の間、レギュレータは複数の上記処理パラメータを再調整し、実際に到達した部材の変位に応じて、溶接処理を実質的に予め定められた変位圧力プロファイルに追従させてもよい。
【００２６】
レギュレータを、例えば、溶接処理中に上述した一つ以上のプロファイルを正確に追跡できるトラッキング制御レギュレータとしてもよい。追跡対象の値が所望のプロファイルから外れると、レギュレータは、例えば、該当する処理パラメータを自動的に変更し、対応する値を再び所望のプロファイルに戻してもよい。これは、例えば溶接電流および／または部材に作用させる圧力を再調整することで行う。上述したプロファイルに基づく調節により、上記降伏点温度を検出してもよいが、これは必要ではない。
【００２７】
さらに、溶接処理を、例えば、フィードバック、フィードフォワード、または別の方法に基づいて調節してもよい。
【００２８】
本発明はさらに、本発明による方法を実行するように構成された溶接システムを提供する。溶接システムは、溶接される部材に熱抵抗溶接処理を施し、突き合わされた部材を接触面において降伏点温度まで到達させるように構成されている。
【００２９】
上述したように、予め入力された設定点のみに基づいて溶接処理を実行する装置が知られている。このような装置においては、異なる種類の部材を溶接するたびに、例えば異なる材料や異なる寸法の部材を溶接するたびに、セッティングを完全に変更しなければならない。セッティングは通常、試行錯誤しながら行われ、非常に時間がかかってしまう。さらに、設定後に良好な溶接を実現できるかどうかが確実ではない。このような装置はユーザにとって使い勝手がよくなく、不正確であって、さらに、比較的大きな溶接溝を生成してしまう。
【００３０】
本発明の一態様によると、本システムは、溶接処理の間、溶接温度および／または部材の電気抵抗の少なくとも一つを検出する温度検出部および／または抵抗検出部と、温度検出部および／または抵抗検出部の検出結果に応じて、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に再調整する、すなわち、溶接処理を自動的に調整する少なくとも一つのレギュレータとを備える。
【００３１】
レギュレータは、例えば上記多変数レギュレータとしてもよい。したがって、レギュレータは、多数の処理パラメータを特に正確に調節および調整できる。レギュレータはさらに異なるタイプのレギュレータとしてもよい。レギュレータが、温度検出部および／または抵抗検出部の検出結果に応じて、溶接処理中に、複数の溶接処理入力パラメータを自動的に調整するように構成されているので、部材の溶接を比較的速やかに自動的に行うことができる。
【００３２】
本発明によると、本システム、具体的にはレギュレータは、溶接可能部材の降伏点温度を検出する降伏点温度検出部を備える。
【００３３】
上述したように、これにより、降伏点温度に到達したときが判定されると、溶接処理が正確に再調整され、例えば、材料の損失防止、比較的小さな溶接溝の生成、および／または比較的速やかな溶接処理の実現を図ることができる。降伏点温度検出部は、例えば、レギュレータに一体化させたり、システムとは独立して設けてもよい。
【００３４】
レギュレータは、例えば、溶接可能部材が降伏点温度に到達したときを検出し、溶接可能部材が降伏点温度に到達すると、溶接処理の間、処理入力パラメータの少なくとも１つの値を自動的に変更するように構成してもよい。さらに、レギュレータは例えば、降伏点温度への到達時点で、溶接処理を次の処理段階、例えば変位レンジ制御の処理段階へと移行するよう構成してもよい。
【００３５】
さらに、レギュレータは、降伏点温度に到達したときを検出するために、溶接温度検出部および電気抵抗検出部の検出結果を比較するように構成してもよい。本発明の一態様によると、本システムは、演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、レギュレータは、降伏点に到達したかを検出するために、保存された降伏点値と処理出力パラメータの計測値とを比較してもよい。
【００３６】
本発明のさらなる形態によると、レギュレータは、溶接処理中、複数の処理入力パラメータを自動的に最調整し、部材の所定の溶接温度に応じて、例えば溶接処理の第１期中に、部材の温度を予め定められた温度プロファイルすなわち温度レンジに追従させるように構成されている。上述したように、レギュレータは、例えば、予め定められた参照加圧力プロファイル、または異なる処理パラメータについて予め定められたプロファイルに基づいて、溶接処理を調節してもよい。
【００３７】
本発明の一態様は、請求項１９に記載のレギュレータに関する。このレギュレータの使用により、溶接処理を比較的速く効率的に実行しながら、材料の損失を抑制することができる。
【００３８】
本発明の別の態様は、請求項２０に記載のコンピュータプログラムに関する。このプログラムは、コンピュータへの読み込み後、本発明による方法をコンピュータに実行させ、および／または本発明によるシステムのレギュレータとしてコンピュータを機能させるコンピュータコードを有する。このようなプログラムにより、例えば、異なる溶接装置を本発明の実行に適したものとすることができる。
【００３９】
本発明のさらなる実施の形態は請求項に記載されている。これより図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態を概念的に示す側面斜視図である。
【図２】図２は、溶接される部品の端部の概要を示す図であり、図１に示す一実施の形態の詳細を示す。
【図３】図３は、一実施の形態の詳細を示す概念斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態による溶接処理制御を説明する図である。
【図５】図５は、本発明における第１の調節による力の時間変化を示す図である。
【図６】図６は、本発明における第１の調節による電流の時間変化を示す図である。
【図７】図７は、本発明における第２の調節による力の時間変化を示す図である。
【図８】図８は、本発明における第２の調節による電流の時間変化を示す図である。
【図９】図９は、本発明における第３の調節による位置の時間変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明における第３の調節による溶接温度の時間変化を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明における第３の調節による圧力の時間変化を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明による第３の調節において、降伏点温度を時間の関数として示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１及び図２は、本発明による、溶接可能部材１Ａ，１Ｂを溶接する方法および溶接システムを概念的に示す。例えば、この方法は、比較的薄い板から車両のリムを製造するための製造工程の一部を構成してもよい。例えば、溶接システムは、ＥＰ０７７０４４６Ｂ１に記載された抵抗アプセット溶接装置と同様に設計され、あるいは異なる方式で設計されてもよい。
【００４２】
図１及び図２に示すように、溶接可能部材１Ａ、１Ｂは曲げられた平板１の端部である。端部１Ａ、１Ｂは、それぞれ電極２Ａ、２Ｂに対向するように配置された固定手段３Ａ、３Ｂによって、対応する電極２Ａ，２Ｂに対して固定されている。さらに、部材１Ａ、１Ｂは、圧力ｐ（図３参照）を受けて、それぞれの対向する長方形の接触面Ｓにおいて互いに押し付けられている。電極２Ａ、２Ｂは電源７に接続され、電源７で生成された直流電流Ｉが電源２Ａ，２Ｂを介して、互いに接する部材１Ａ，１Ｂに供給される。この直流電流を受けて、部材のバルク抵抗および接触抵抗を利用して部材１Ａ、１Ｂは接触面Ｓ付近で降伏点温度に到達し、圧力ｐにより部材１Ａ，１Ｂを所望の距離で互いに接合することができる。
【００４３】
上述した圧力ｐを生成するために、一方の電極／固定手段アセンブリ２Ｂ，３Ｂは、例えば溶接システムの可動部４の一部として構成され、他方の電極／固定手段アセンブリ２Ａ，３Ａは溶接システムの例えば固定部５の一部として構成される。なお、溶接システムがこれらのアセンブリをそれぞれ有する２つの可動部４、５を備えるようにしてもよい。上記可動部４を固定部５へ近づく方向、あるいは離れる方向に移動するように、駆動部６が設けられている。当業者には明らかなように、駆動部６を異なる方式で設計してもよい。このように、溶接システムは、所定の溶接圧力で上記部材１Ａ，１Ｂを互いに押し付けあうための押付装置２，３，６を備えている。押付装置はさらに、例えば使用中にこれらの部材を所定の変位範囲で移動させるための位置決め装置としても機能することができる。
【００４４】
さらに、種々の溶接処理出力パラメータを測定するための各種センサを設けてもよい。これらのパラメータは、さらに、以下のように演算により決定してもよい。溶接システムは、例えば２つの電極２Ａ、２Ｂに接続され、これらの電極間の電位差Ｖを測定する電圧計８を備える。さらに、例えば熱電対や他のセンサからなる一つ以上の温度センサ９を備え、接触面Ｓにおける溶接可能部材１Ａ，１Ｂの温度を測定する。温度センサは、例えば、固定手段３Ａ、３Ｂに一体化して、あるいは別の場所に設けられる。
【００４５】
あるいは、被溶接部材の温度、少なくとも接触面付近の溶接温度を、例えば溶接処理中に演算してもよい。したがって、溶接システムは、例えば部材の溶接温度を算出するように配置された溶接温度検出部ＴＭ（図４参照）を備えてもよい。温度は、例えば他の処理出力パラメータに基づいて、例えば計測された電位差および／または溶接される部材１Ａ，１Ｂの間の電気抵抗に基づいて算出される。さらに、溶接システムは、溶接温度検出部の代わりに抵抗検出部を設け、接触面付近の部材１Ａ，１Ｂの電気抵抗を判定するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、例えば、圧力センサまたは力センサを設け、使用中に溶接可能部材１Ａ，１Ｂに作用する圧力ｐ、またはこれらの部材１Ａ，１Ｂによる反応圧力を計測するように構成してもよい。反応圧力は、設定した加圧力ｐの結果として発生するものである。例えば、圧力ゲージは、上述した駆動部６に一体化してもよいし、異なる設計としてもよい。さらに、例えば、変位変換器または速度計を設け、部品１Ａ，１Ｂの相対的な変位または速度を計測するように構成してもよい。このような変位変換器や速度計を、別形式で構成してもよく、例えば駆動部６の一部としたり、異なる方法で設置してもよい。
【００４７】
さらに、本発明による溶接システムには、溶接処理中にいくつかの溶接処理パラメータを自動的に再調整するためのレギュレータＲが設けられている。少なくとも一つの処理パラメータの少なくとも一つの計測結果に基づいて、再調整が行われる。レギュレータＲは、いろいろな形式で設計することができるが、例えばハードウェアおよび／またはソフトウェアとして構成される。上述したように、レギュレータＲを多変数レギュレータとしてもよい。レギュレータは例えば、ボード線図とポールゼロ判定を利用する理論的および／または経験的な手法により決定される溶接処理モデルに基づいて、動作する。レギュレータは例えば以下の溶接処理の処理入力パラメータを調節する。すなわち、圧力ｐ、溶接電流Ｉ，部材１Ａ、１Ｂの相対的な位置、速度および／または変位ｘである。これらの入力パラメータｐ、Ｉ，ｘの調節は、例えば、少なくとも部材１Ａ、１Ｂの溶接温度に基づいてレギュレータＲによって実行される。処理出力パラメータとしては、溶接温度に加えて、例えば、実際に到達した相対位置、到達した速度、到達した加圧力ｐ’、到達した溶接電流Ｉ’，電極２Ａ，２Ｂ間の電位差Ｖ、および／または到達した部材同士の変位ｘ’がある。さらに、レギュレータＲは、上記部材の少なくとも一つの材料特性、上記部材の少なくとも一つの寸法、および／または他のパラメータに依存して溶接処理を調節するようにしてもよい。材料特性および／又は寸法に関する情報は溶接処理の前にレギュレータＲに入力することができる。さらに、レギュレータＲにおいて、溶接処理を例えば溶接システムの各部（例えば電源７および／または押付装置２．３．６）の仕様や種類にあわせるように構成することも有効である。
【００４８】
図４は、溶接処理Ｗの調節を説明する図であり、処理ＷはレギュレータＲの影響を受けて制御される。この場合、レギュレータＲは、溶接処理入力パラメータである圧力ｐおよび溶接電流Ｉを用いて、所定の溶接温度Ｔ，および被溶接部材の相対位置、速度もしくは変位ｘ’に到達するように調節を行い、所望の溶接を行うように構成されている。上述した溶接温度検出部は、図４において符号ＴＭで示されている。温度検出部ＴＭは、溶接処理Ｗの出力パラメータＶ，ｐ’、Ｉ’、ｘ’の一つ以上に基づいて瞬間溶接温度を検出する。
【００４９】
図４に示されるように、溶接処理の調節には、複数の比較器Ｓと参照ユニットＲｅｆを用いてもよい。参照ユニットＲｅｆは、例えば、時間の関数として予め定められた温度プロファイルＴｒｅｆと、時間の関数として予め定められた変位レンジｘｒｅｆと、時間の関数として予め定められた圧力プロファイルｐｒｅｆを有する。比較器Ｓは、例えば、到達した溶接温度Ｔ，到達した変位ｘ’、および／または到達した溶接圧力ｐ’の値を、予め定めたレンジＴｒｅｆ，ｘｒｅｆ，ｐｒｅｆと比較するように構成されている。比較結果は、その後、レギュレータＲへ送られ、レギュレータＲが、実際に所望レンジＴｒｅ、ｘｒｅｆ，ｐｒｅｆに到達したかを判定する。所望のレンジに達しなかった場合、レギュレータＲは例えば入力パラメータを変更し、各パラメータが所望レンジに近づくようにする。当業者には明らかなように、この調節は種々の方法により実行可能である。
【００５０】
レギュレータＲは、例えば、溶接可能部材の降伏点温度に達したときを検出する降伏点温度検出部と一体に設けられてもよい。あるいは、降伏点温度検出部を別部品としてもよい。レギュレータＲは、溶接温度検出部ＴＭと降伏点温度検出部の結果を比較し、上述した降伏点温度に達したときを検出するように構成してもよい。
【００５１】
さらに、レギュレータＲは、降伏点温度検出部からの降伏点温度の検出結果を利用して、溶接処理中に上記処理パラメーラの一つ以上を自動的に変更するように構成してもよい。これにより、降伏点温度に依存する方法で溶接処理を再調整することができる。あるいは、降伏点温度に達したと検出された後に、溶接処理Ｗのレンジ制御調節を調整するようにレギュレータＲを構成してもよい。
【００５２】
降伏点温度検出部は、種々の形式により構成可能である。実施の形態の利用中に、例えば上記降伏点温度に到達した場合、電圧計８によって測定可能な部材１Ａ，１Ｂ間の接触抵抗がほとんどなくなる。さらに、降伏点に達すると、部材１Ａ、１Ｂは、温度センサ９によって検出可能な特定の溶接温度となる。そして、降伏点温度に達すると、これらの部材は、例えば圧力ｐを受けて合流し一体化し始める。これは、変位センサおよび/または力センサによって記録可能である。
【００５３】
レギュレータＲの降伏点温度検出部は、上記降伏点温度に達したときに上述したいくつかのセンサ８，９によって検出された結果から、いつ上記降伏点温度に到達したかを判定するように構成してもよい。このため、レギュレータＲは、図２に概要を示すように、例えば電圧計８、温度センサ９、上述した変位センサおよび／または上記力センサに接続されてもよい。さらに、降伏点温度検出部は、例えば演算および／または実験により決定された処理出力パラメータの降伏点値を保存するメモリを備え、レギュレータで、保存された降伏点値と処理出力パラメータの測定値とを比較し、降伏点温度に到達したかを検出するように構成してもよい。したがって、降伏点に達するときの接触抵抗の値、または溶接処理中の抵抗レンジを、例えば、予め経験的および／または理論的に決定し、降伏点検出部に保存してもよい。他のパラメータ、例えば上記温度、変位および／または力も同様である。さらに、溶接するテスト部材用に、レギュレータＲを同期させる複数の同期ステップを実行するように溶接システムが構成されている場合、使用のために、例えば溶接システムを最初に同期させてもよい。このため、レギュレータＲを、例えば繰り返し学習制御原理等に基づくか、自己学習レギュレータとしてもよい。
【００５４】
図１〜３に示す溶接システムの使用中、最初に、溶接可能部材１Ａ、１Ｂは接触面Ｓで互いに突き合わされ、その後、互いに押し付けられる。次に、部材１Ａ、１Ｂは接触面で部材を一体化するように熱溶接処理にかけられる。ここで、部材は上述した圧力ｐで接触面Ｓで互いに押し付けられ、これらの部材に加熱電流Ｉがかけられる。電流Ｉを受けて部材は少なくとも接触面において加熱され、上記降伏点温度に達する。
【００５５】
溶接処理の間、上述した温度センサ９で一回以上の温度測定を行い、溶接される部材１Ａ，１Ｂの瞬間溶接温度を判定するようにしてもよい。あるいは、例えば溶接温度検出部ＴＭで電圧計８の測定結果を利用して溶接温度を算出してもよい。
【００５６】
レギュレータＲは、溶接温度判定結果を用いて、溶接処理中に上記処理入力パラメータの再調整を自動的に行う。ここで、例えば、溶接可能部材の降伏点温度に達するときの判定も行うようにしてもよい。そして、降伏時点の判定結果をレギュレータＲで利用し、溶接処理の加速、および／または溝形成防止のために、溶接処理中に上記処理入力パラメータの少なくとも一つを自動的に変更してもよい。降伏点温度検出部が降伏点に到達したと判定した場合、レギュレータＲは、例えば、溶接処理を自動的に再調節してもよい。
【００５７】
あるいは、レギュレータは、温度レンジに基づく制御により溶接処理を調節する。このため、レギュレータＲには、例えば、図４に示すように、被溶接部材１Ａ，１Ｂの少なくとも一つの所定の温度プロファイルすなわち温度レンジを有している。レギュレータＲは、溶接処理Ｗ中、上述したいくつかの処理入力パラメータを自動的に再調節し、検出された部材１Ａ，１Ｂの溶接温度に応じて、部材１Ａ，１Ｂを実質的に所定の温度プロファイルすなわち温度範囲に追従させることができる。
【００５８】
所望の溶接が行われた後、レギュレータＲによって加熱電流Ｉが自動的に切られる。そして、部材１Ａ，１Ｂは、例えば能動的あるいは受動的に冷却され、要望にあうようにさらに処理を行うため、所定の冷却期間、これらの部材は互いに押し付けられる。
以下に、例えば上述したレギュレータＲを用いて実行される溶接処理の調節の例を示す。
【実施例１】
【００５９】
図５，６は、レギュレータＲによって実行される、本発明による溶接処理調節の第１の実施例を示す。図５において、レギュレータＲによって設定される圧力ｐ（bar）が時間ｔに対して記されている。図６は、レギュレータＲで設定された加熱電流Ｉを時間ｔの関数として示す。これらの図に示すように、第１の処理ステップＡにおいて、被溶接部材１Ａ，１Ｂは互いに対向し、比較的低い圧力で突き合わされている。次の処理ステップＢで、圧力が増加し、所定の加熱電流が部材にかけられる。この圧力と加熱電流を受けて、部材１Ａ，１Ｂは降伏点に達することができる。降伏点への到達は、レギュレータＲの降伏点温度検出部によって検出される。降伏点温度への到達が測定あるいは判定されるとすぐに、溶接処理はレギュレータＲにより自動的に第３のステップＣへ移行する。第３の処理ステップ中、部材１Ａ，１Ｂにはさらに高い圧力がかけられる一方、加熱電流Ｉは第２のステップＢとほぼ同じ値に保たれる。第２のステップＢにおける比較的低い圧力を受けて、比較的速やかに降伏点温度に到達することができる。第３のステップＣで増加した圧力を受けることで、部材１Ａ，１Ｂは比較的速やかに合流し、所定の溶接厚さの所望の溶接を実現することができる。溶接処理中、これらの部材は例えば、約１０ｍｍ以下の距離だけ合流する。より具体的には、約５ｍｍ以下の距離、例えば約４ｍｍ以下の距離だけ合流する。所望の溶接厚さに達すると、冷却ステージＤが実行される。ここでは、電流が切られ、部材１Ａ，１Ｂは所定の低い圧力で継続して突き合わされている。なお、図５では概略的に急変化させているが、異なる処理ステップの間で圧力ｐを徐々に変化させることが望ましい。
【実施例２】
【００６０】
図７、８は、本発明による方法の第２の実施例を示す。この方法は、降伏点温度への到達（処理ステップＣの開始）後、レギュレータＲによって圧力が低下される点が、図５，６に示す実施例と異なっている。さらに、降伏点温度に到達すると、第３のステップＣにおいて、加熱電流が反対に増加する。これにより、部材１Ａ、１Ｂは比較的小さい力で互いに押し付けられることになり、大きな溶接溝の生成を防止できる。溶接電流の自動的な増加により、部材１Ａ、１Ｂが十分に加熱されて継続して合流するため、所望の距離にわたって部材が速やかに合流することができ、溶接処理が速やかに実行される。この場合も、圧力ｐがゆるやかに変化することが望ましい。加熱電流Ｉの変化も同様である。
【実施例３】
【００６１】
図９〜１１は、本発明による実施例を示している。ここで、溶接処理はレギュレータＲによるレンジ制御に従って行われる。レギュレータＲは、予め定められた変位レンジｘｒｅｆ、予め定められた温度レンジＴｒｅｆ、および予め定められた加圧力レンジｐｒｅｆを有している。さらに、レギュレータＲは、上述した、溶接中の被溶接部材１Ａ，１Ｂの瞬間降伏点温度Ｔｙを算出可能な降伏点温度検出部を備えている。図４は、本実施例で使用可能な調節モデルの一例を示す。
【００６２】
図９〜１２に示すように、溶接処理は例えば時間ｔ＝０で開始する。そして、第１の処理ステップＡにおいて、部材１Ａ、１Ｂは設定された加圧力ｐで互いに押し付けられ、レギュレータＲで設定された加熱電流Ｉが部材１Ａ、１Ｂにかけられる。これらの入力パラメータである加圧力ｐと加熱電流Ｉを受けて、出力パラメータが圧力ｐ’、変位ｘ’および温度Ｔに達する。上述したように、これらの出力パラメータは溶接処理中に種々の方法により測定および／または算出することができる。
【００６３】
レギュレータＲは、到達した出力パラメータｘ’、ｐ’、Ｔの１つ以上を、対応する所定レンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ、Ｔｒｅｆと比較し、これらの出力パラメータと所定レンジとの差を打ち消すように入力パラメータｐ、Ｉを制御する。第１の処理ステップは、例えば基本的にレギュレータＲによって制御され、加圧力（図１１参照）、到達した溶接温度Ｔ（図１０参照）、またはこれらの両方に基づいて、再調整してもよい。
【００６４】
さらに、レギュレータＲは例えば、瞬間降伏点温度Ｔｙを被溶接部材１Ａ，１Ｂの温度と比較してもよい。図１０および図１２において、矢印Ｚは溶接温度Ｔが降伏点温度Ｔｙと等しくなった時点を示す。レギュレータＲは、後者の比較のため、その時点で降伏点温度Ｔｙに到達したことを認識する。次に、レギュレータＲにより溶接処理が調整され、第２の処理ステップＢに移行する。ここで、例えば異なる処理出力パラメータに基づいて調節が行われる。第２の処理ステップＢにおいて、例えば、到達した変位ｘ’および対応する基準ｘｒｅｆ（図９参照）に基づいて、レンジ調節が行われる。なお、第２の処理ステップ中、到達した溶接電流ｐ’および／または到達した溶接温度Ｔは、処理調節において二次的な役割を果たす。
【００６５】
これにより、溶接処理の最終的な質、すなわち得られた溶接の品質は、例えば溶接が連続して行われる場合でも、被溶接部材の材料の違いにそれほど影響を受けることがない。連続して溶接が行われる場合の被溶接部材の寸法の違いに関しても、レギュレータＲによってうまく対処できる。さらに、これにより、被溶接部材を降伏点温度まで徐々に、適切に制御して上昇させ、適切に合流させることができる。
【００６６】
さらに、レギュレータＲを、溶接システムの仕様を溶接処理の調節に組み込むように構成してもよい。そこで、レギュレータＲが溶接システムの到達可能な最大加圧力、および／または溶接システムの到達可能な最大溶接電流を有するようにしてもよい。この場合、例えばレギュレータＲにこれらのデータを保存しておく。そして、溶接処理中、溶接システムは被溶接部材１Ａ，１Ｂを溶接するために第１の設定レンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ、Ｔｒｅｆによる仕様以外で作動する必要があるとレギュレータＲが判断した場合、レギュレータＲは、第１の設定パラメータレンジｘｒｅｆ、ｐｒｅｆ，Ｔｒｅｆから異なる設定レンジへ切り替えることができる。第２の設定パラメータレンジは、例えば、とくに、溶接処理中、第１の設定パラメータレンジｘｒｅｆ，ｐｒｅｆ，Ｔｒｅｆが必要とする加圧力および／または溶接電流が高すぎる場合、低めの加圧力および低めの溶接電流で部材を溶接するのに適したものとする。
【００６７】
これらの３つの実施例に記載の調節例に加えて、種々の処理パラメータに基づいて溶接処理を自動的に調節できる他のさまざまな方法があることはもちろんである。
【００６８】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。さらに、特許請求の範囲に記載されるように、多くの変形例もまた、本発明の範囲内であると理解されるべきである。
【００６９】
したがって、溶接処理は、例えば抵抗アプセット溶接法、あるいは異なる溶接方法、例えばスポット溶接法を含んでもよい。さらに、溶接処理は例えば、被溶接部材の様々な物理的性質、例えば、接触面付近の被溶接部材の温度および／または電気抵抗に基づいて調節してもよい。
【国際調査報告】
2008536692.tif 000015
2008536692.tif 000016
2008536692.tif 000017