(57)【要約】  本発明は、トーチのガスノズルから流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガスを分析することにより測定する装置および方法に関し、少なくとも１つのセンサが保護ガスを分析するための外部測定デバイス内に配設される。保護ガスの保護作用について、迅速で、正確で、実際的な判断および付随する有効な評価を行うために、少なくとも１つのセンサが保護ガスを分析するための外部測定デバイス内に配設される。このとき実際の溶接プロセス時の保護ガスの流出状態および作用を模擬的に再現できるように、少なくとも１つのセンサは、トーチまでの距離が溶接プロセス時のワークピースとトーチの間の距離に実質的に等しくなるように配置される。また少なくとも１つのセンサは、評価ユニットに接続されるとともに、評価ユニットを介して溶接デバイスに接続される。
2010519045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチ（１０）のガスノズル（２７）から流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガス（８）を分析することにより測定する装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）が保護ガスを分析するための外部測定デバイス（３０）内に配設され、
実際の溶接プロセス時の保護ガス（８）の流出状態および作用を模擬的に再現できるように、少なくとも１つのセンサ（３１）は、トーチ（１０）までの距離（３８）が溶接プロセス時のワークピース（１６）とトーチ（１０）の間の距離に実質的に等しくなるように配置され、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、評価ユニット（３２）に接続されるとともに、評価ユニットを介して溶接デバイス（１）に接続されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性を測定するものとして設計されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、酸素センサ（３１）により構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の装置であって、
測定デバイス（３０）には、保護ガス測定のための少なくとも１つのセンサ（３１）、およびトーチ（１０）の摩滅部品のための洗浄ユニット（３３）が組み込まれていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、その位置を変更できるように測定デバイス（３０）内に配設されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の装置であって、
少なくとも１つのセンサを受容するためのユニットが設けられていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
トーチ（１０）が受容ユニットを受容し、
保護ガス測定が実際のワークピースの外形形状に沿って行われることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
受容ユニットは、測定結果を記憶するメモリを有し、
メモリは、受容ユニットを測定デバイス（３０）に元に戻したときに、評価ユニット（３２）に接続されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１に記載の装置であって、
受容ユニットは、測定結果を評価ユニット（３２）に送信する無線モジュールを有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１に記載の装置であって、
受容ユニットは、溶接プロセスに基づいて、トーチ（１０）とワークピース（１６）との間の距離（３８）に適応させることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１に記載の装置であって、
好適には円形の加圧空気誘導手段（４２）が少なくとも１つのセンサ（３１）の周りに配置されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
加圧空気誘導手段（４２）は、加圧空気（４３）のための接続部（４８）を含む加圧空気チャンバ（４５）を有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
加圧空気誘導手段（４２）は、出口開口部（４７）を含む可動式リング（４６）を有し、
加圧空気（４３）は、所定の圧力で、出口開口部を介して加圧空気チャンバ（４５）に少なくとも１つのセンサ（３１）の方向に流出することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１に記載の装置であって、
少なくとも１つの吸引開口部（４９）が少なくとも１つのセンサ（３１）の周囲に配置され、
吸引開口部は保護ガス（８）の吸引手段（５０）に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１に記載の装置であって、
測定デバイス（３０）は、少なくとも１つのセンサ（３１）のためのカバーを有することを特徴とする装置。
【請求項１６】
トーチ（１０）のガスノズル（２７）から流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガス（８）を分析することにより測定する方法であって、
トーチ（１０）は、保護ガスを分析するための少なくとも１つのセンサを有する外部測定デバイス（３０）の上方に配置され、
トーチ（１０）と少なくとも１つのセンサ（３１）との間の距離は、溶接プロセス時のトーチ（１０）とワークピース（１６）との間の距離に実質的に等しくなるように選択され、
保護ガス（８）を分析するために、溶接プロセス時の場合と同様に、保護ガス（８）をガスノズル（２７）から流出させ、
実際の溶接プロセス時の保護ガス（８）の流出状態および作用を模擬的に再現できるように、保護ガス（８）の作用は、少なくとも１つのセンサ（３１）を用いて測定され、センサ（３１）に接続された評価ユニット（３２）で評価されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
保護ガス（８）の作用は、少なくとも１つのセンサ（３１）を用いて保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性を測定することにより、保護ガス雰囲気（２８）の中心で検出されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
ガス特性を測定するためのセンサ（３１）の中心点がトーチ（１０）および／または溶接ワイヤ（１３）の長手方向軸上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の作用は、少なくとも１つのセンサ（３１）を用いて保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性を測定することにより、保護ガス雰囲気（２８）の周縁領域で検出されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
ガス特性を測定するために、保護ガス雰囲気（２８）の周縁領域が少なくとも１つのセンサ（３１）上を移動するように、加圧空気（４３）を用いて所定の手法で保護ガス雰囲気（２８）を移動させることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
加圧空気（４３）を出口開口部（４７）から流出させ、
圧力を段階的に増大させることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の方法であって、
保護ガス雰囲気（２８）の全体部分が少なくとも１つのセンサ（３１）上を徐々に移動するように、流出する加圧空気（４３）を保護ガス雰囲気（２８）の周囲で回転させることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９〜２２のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）は、センサ（３１）の周りに実質的に円形上を移動し、
円形移動の中心点は、センサ（３１）の位置により形成されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、
トーチ（１０）は、センサ（３１）の周りの異なる半径の複数の円形上を移動することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９〜２４のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）は、センサ（３１）の周りに実質的に十字上を移動し、
十字移動の中心点は、センサ（３１）の位置により形成されることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１６〜２５のいずれか１に記載の方法であって、
センサ（３１）を用いて、複数のガス特性を測定することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１６〜２５のいずれか１に記載の方法であって、
独立したセンサ（３１）を用いて、それぞれのガス特性を測定することを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、
センサ（３１）は、酸素センサ（３１）により構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１６〜２８のいずれか１に記載の方法であって、
所定回数だけ溶接した後に、ガス特性を測定することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１６〜２９のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）の摩滅部品を洗浄した後に、測定することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１６〜３０のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）の摩滅部品を洗浄する前後に、測定することを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１６〜３１のいずれか１に記載の方法であって、
現在検出されたガス特性が、入力済みの溶接プロセス適応基準値の形態として存在するメモリ内のものと比較されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、
トーチ（１０）の開始点、いわゆる工具中心点（TCP）は、トーチ（１０）の位置、測定される保護ガス作用、および対応する基準値の相互関係に基づいて制御されることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１６〜３３のいずれか１に記載の方法であって、
データは、評価ユニット（３２）および溶接デバイス（１）の間で交換されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１６〜３４のいずれか１に記載の方法であって、
検出されたガス特性は、トレンド分析を行うことができるように、測定毎に、評価ユニット（３２）に記憶されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項１６〜３５のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）は、少なくとも１つのセンサ（３１）に接続された受容ユニットを受容し、
、溶接プロセスに従い、トーチ（１０）とワークピース（１６）の間の距離で、実際のワークピース（１６）の外形形状を模ることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、
ワークピース（１６）の外形形状を、溶接プロセスに適した速度で模ることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載の方法であって、
保護ガス測定結果は、受容ユニット内のメモリに記憶され、受容ユニットを測定デバイスに元に戻したときに、メモリから評価ユニット（３２）へ自動的に送信されることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３６〜３８のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス測定結果は、受容ユニットに内蔵された無線モジュールを介して評価ユニット（３２）へ送信されることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項１６〜３９のいずれか１に記載の方法であって、
すでに行われた溶接プロセスの品位についての判断が、評価ユニット（３２）の結果から自動的に得られ、
後続の溶接プロセスのために、ガス特性の品位が制御されることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項１６〜４０のいずれか１に記載の方法であって、
酸素濃度、窒素濃度、二酸化炭素濃度、ガス温度、流出速度、湿度、ガス圧力、ガス密度、質量フロー、容積フローなどのガス特性を測定し、評価することを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０または４１に記載の方法であって、
保護ガスの酸素濃度を測定し、評価することにより、ガスノズル（２７）の異物についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４０〜４２のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の少なくともガス圧力および速度を測定し、評価することにより、摩滅部品の交換後、正しいガスノズル（２７）の使用についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４０〜４３のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の温度を測定することにより、トーチ（１０）の冷却回路の効果についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４０〜４４のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の温度を測定することにより、ホースパックおよびトーチ（１０）の温度についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４０〜４５のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の湿度を測定することにより、溶接される溶接部および溶接された溶接部の空孔についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４０〜４６のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の質量フローを測定することにより、保護ガス（８）の成分についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーチのガスノズルから流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガスを分析することにより測定する装置であって、少なくとも１つのセンサが保護ガスを分析するための外部測定デバイス内に配設されるものに関する。
【０００２】
さらに本発明は、トーチのガスノズルから流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガスを分析することにより測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術において、保護ガス測定について記載するいくつかの文献がある。
【０００４】
たとえば東ドイツ特許出願公開第２５１３０５号（特許文献１、DD 251 305 A1）は、溶接プロセスの電気アークのための保護作用に関し、保護ガスの測定について記載し、測定結果により溶接プロセスを安定化し、品位を保障しようとするものである。ここでの課題は、保護ガスの状態が電流値／電圧値を測定することによりパラメータの変動により判断されるため、保護ガスの特性を正確に評価することができない点にある。
【０００５】
東ドイツ特許出願公開第２３９７４４号（特許文献２、DD 239 744 A1）に記載されているように、保護ガスは色識別器（color indicator）を用いて測定してもよい。色識別器は、ガス中の酸素濃度の関数として自ら変色するものである。ここでの課題は、測定結果が得られるまでに比較的に多くの時間を必要とする点である。同様に、色識別器は測定毎に交換する必要がある。
【０００６】
ドイツ特許出願公開第２６０１２５１号（特許文献３、DE 26 01 251 A1）は、窒素酸化物（ＮＯ）の濃度を測定することにより、電気アークの保護作用を測定することが記載されている。分析のために、吸引ポンプを用いてガスノズルの周囲にある雰囲気からガスを吸引する。こうした吸引ポンプおよび対応する部品により、溶接トーチはアクセスしにくくなる。同様に、こうした測定方法はガスの消費量ひいてはコストを増大させる点で有利である。さらに保護領域の周りに電気アークに起因して生じる窒素酸化物（ＮＯ）の濃度が検出されるため、測定結果にあまり情報的価値はない。これは、窒素酸化物（ＮＯ）の濃度が測定に際して考慮されない電気アークの長さや溶接電流などに依存するためである。
【０００７】
特開平９−７６０６２号（特許文献４）は、溶接誤差を回避するために、溶接部付近の酸素濃度を測定する溶接方法について記載している。溶接される管の間にリングを挿入するとともに、リングの半径方向のボアを介して不活性ガス内の酸素濃度を検出するためのセンサを挿入することにより、この方法を管溶接に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】東ドイツ特許出願公開第２５１３０５号公報
【特許文献２】東ドイツ特許出願公開第２３９７４４号公報
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第２６０１２５１号公報
【特許文献４】特開平９−７６０６２号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、保護ガスの保護作用について、迅速で、正確で、実際的な判断および付随する有効な評価を行うことを目的とする。上記先行技術の問題点を回避し、少なくとも低減することにある。
【００１０】
本発明の目的は、実際の溶接プロセス時の保護ガスの流出状態および作用を模擬的に再現できるように、少なくとも１つのセンサを、トーチまでの距離が溶接プロセス時のワークピースとトーチの間の距離に実質的に等しくなるように配置し、少なくとも１つのセンサを、評価ユニットに接続するとともに、評価ユニットを介して溶接デバイスに接続することにより達成することができる。これにより、さらなる利用のための具体的で実際的な測定結果を得ることができる。測定装置について溶接プロセスを実行する必要はないので、測定装置の異物および／または損傷のリスクを極めて小さくすることができる。少なくとも１つのセンサを評価ユニットに接続するとともに、評価ユニットを介して溶接デバイスに接続するので、測定結果により、後続の溶接プロセスに対するガス特性を最適化することができる。同様に、必要とされる保護ガスの正確な量を利用可能とするように、ガス供給量を一般的条件に適応させることができる。これにより、ガスコストを低減することができる。
【００１１】
少なくとも１つのセンサは、好都合にも、保護ガスの少なくとも１つのガス特性を測定するものとして設計される。これにより、期待される溶接品位について判断することができる。
【００１２】
少なくとも１つのセンサは、酸素センサにより構成してもよい。
【００１３】
測定デバイスには、保護ガス測定のための少なくとも１つのセンサ、およびトーチの摩滅部品のための洗浄ユニットが組み込まれるので、溶接中断時において、１つのステーションのみを起動するだけで足り、時間を短縮することができる。
【００１４】
同様に好都合にも、少なくとも１つのセンサは、その位置を変更できるように測定デバイス内に配設され、センサで模擬的に再現される（中空溶接、角溶接、下向き溶接、上向き溶接される）ワークピースやワークピース形状に応じて、さまざまな溶接部分を再現することができる。これにより、実際の溶接とより正確に対比することができる。
【００１５】
少なくとも１つのセンサを受容するためのユニットが設けられた場合、保護ガスの測定を簡便な手法で自動化することができ、より正確な測定結果が得られる。これにより、空気の取り込みや必要とされる成分のガスフロー許容度などの溶接領域における外的影響を考慮することができる。
【００１６】
これに関連して、溶接トーチが受容ユニットを受容し、保護ガス測定が実際のワークピースの外形形状に沿って行ってもよい。
【００１７】
受容ユニットが測定結果を記憶するメモリを有し、受容ユニットを測定デバイスに元に戻したときに、メモリが評価ユニットに接続される場合、測定結果を評価ユニットへ自動的に送信することができる
【００１８】
これは、測定結果を評価ユニットに無線送信する無線モジュールを受容ユニット内に設けることにより実現することができる。
【００１９】
本発明のさらなる特徴は、受容ユニットを、溶接プロセスに基づいて溶接トーチとワークピースとの間の距離に適応させることである。
【００２０】
好適には円形の加圧空気誘導手段を少なくとも１つのセンサの周りに配置すると、加圧空気を用いて、センサを自動的に洗浄することができる。これにより、保護ガス雰囲気全体、とりわけその周縁領域のガス特性を測定するための簡便で迅速な方法を実現することができる。
【００２１】
そのために、加圧空気誘導手段は、加圧空気のための接続部を含む加圧空気チャンバを有する。
【００２２】
加圧空気誘導手段が出口開口部を含む可動式リングを有し、加圧空気が所定の圧力で出口開口部を介して加圧空気チャンバに少なくとも１つのセンサの方向に流出する場合、たとえばトーチをトーチスライド上に、回転移動しないよう固定的に取り付けた場合であっても、保護ガス雰囲気の周縁領域を測定することができる。
【００２３】
少なくとも１つの吸引開口部を少なくとも１つのセンサの周囲に配置することにより、吸引開口部が保護ガスの吸引手段に接続され、測定結果に悪影響を与える、センサに直近の残渣ガスを残さないようにすることができる。
【００２４】
測定デバイスが少なくとも１つのセンサのためのカバーを有する場合、センサを異物から保護することができ、異物による測定結果への影響を回避することができる。
【００２５】
さらに本発明の目的は、上述の方法により実現され、この方法において、トーチは、保護ガスを分析するための少なくとも１つのセンサを有する外部測定デバイスの上方に配置され、トーチと少なくとも１つのセンサとの間の距離が、溶接プロセス時のトーチとワークピースとの間の距離に実質的に等しくなるように選択され、保護ガスを分析するために、溶接プロセス時の場合と同様に、保護ガスをガスノズルから流出させる。保護ガスの作用は、少なくとも１つのセンサを用いて測定され、センサに接続された評価ユニットで評価される。このとき好適にも、実際の溶接プロセス時の保護ガスの流出状態および作用を模擬的に再現することができる。これにより、極めて迅速に評価できる具体的で実際的な測定結果を得て、溶接デバイスをさらに用いる際に利用することができる。
【００２６】
少なくとも１つのセンサを用いて保護ガスの少なくとも１つのガス特性を測定することにより、保護ガスの作用が保護ガス雰囲気の中心で検出される場合、電気アークがワークピースに触れるところの保護ガス雰囲気の位置で測定がなされる。
【００２７】
ここでは、ガス特性を測定するためのセンサの中心点がトーチおよび／または溶接ワイヤの長手方向軸上に配置される。
【００２８】
本発明に係るさらなる特徴によれば、少なくとも１つのセンサを用いて保護ガスの少なくとも１つのガス特性を測定することにより、保護ガス雰囲気の周縁領域において保護ガスの作用が検出されることにより実現される。これにより濃度分布を判断することができる。同様に、それぞれの溶接プロセス（溶接方向、溶接位置）に関連し、または関連しない、局部的にある異物を検出することができる。
【００２９】
ガス特性を測定するために、保護ガス雰囲気の周縁領域が少なくとも１つのセンサ上を移動するように、加圧空気を用いて所定の手法で保護ガス雰囲気を移動させることができる。
【００３０】
これに関連して、加圧空気を出口開口部から流出させ、圧力を段階的に増大させることができる。
【００３１】
同様に、保護ガス雰囲気の全体部分が少なくとも１つのセンサ上を徐々に移動するように、流出する加圧空気を保護ガス雰囲気の周囲で回転させることができる。
【００３２】
トーチを、センサの周りに実質的に円形上を移動させ、円形移動の中心点をセンサの位置により形成することができる。
【００３３】
これに関連して、トーチを、センサの周りの異なる半径の複数の円形上を移動させてもよい。
【００３４】
択一的または追加的には、トーチを、センサの周りに実質的に十字上を移動させて、十字移動の中心点をセンサの位置により形成することができる。
【００３５】
センサを用いて、複数のガス特性を測定する場合、１つの位置においてのみ測定して、迅速に測定することができる。
【００３６】
逆に、独立したセンサを用いて、それぞれのガス特性を測定するとき、個々のセンサを測定すべきガス特性に正確に適応させることができるので、より正確な測定が可能である。
【００３７】
これに関連して、センサを酸素センサにより構成することができる。
【００３８】
所定回数だけ溶接した後に、ガス特性を測定することにより、溶接プロセスがその間になされる周期的な測定により影響を受けないようにすることができる。
【００３９】
同様に、トーチの摩滅部品を洗浄した後に、測定することにより、後続の溶接プロセスにおけるガス特性を制御し、そして／または適応させることができる。同様に、次回の溶接プロセスを開始する前に、保護ガス作用の品位を事前に評価することができる。
【００４０】
さらに、トーチの摩滅部品を洗浄する前後に、測定することにより、洗浄効果を評価することができる。したがって、任意的に２回目の洗浄プロセスを行い、そして／またはノズル交換する。
【００４１】
本発明に係るさらなる特徴によれば、現在検出されたガス特性が、入力済みの溶接プロセス適応基準値の形態として存在するメモリ内のものと比較される。これにより、溶接デバイスにおける保護ガスの一連のパラメータをチェックすることができる。
【００４２】
トーチの開始点、いわゆる工具中心点（TCP）が、トーチの位置、測定される保護ガス作用、および対応する基準値の相互関係に基づいて制御される場合には、常に、溶接の正確な位置を知ることができる。
【００４３】
好都合にも、データは、評価ユニットおよび溶接デバイスの間で交換され、測定の直後に、すなわち次の溶接プロセスの前に、測定結果に基づいてガス特性を変更することができる。
【００４４】
トレンド分析を行うことができるように、検出されたガス特性を測定毎に評価ユニットに記憶すると、溶接部品（たとえばガスノズル）を交換しなければならない時期についての特定の情報を得ることができる。これにより摩滅部品を有効に利用できる摩滅状態についての評価を得ることができる。
【００４５】
トーチが少なくとも１つのセンサに接続された受容ユニットを受容し、溶接プロセスに従ってトーチとワークピースの間の距離で実際のワークピースの外形形状を模ると、溶接領域における外的影響（空気取り込みや成分由来のガスフロー許容値）を考慮することができる。
【００４６】
したがって、ワークピースの外形形状を、溶接プロセスに適した速度で模る。これは溶接プロセス時の条件と極めて値維持するものである。
【００４７】
保護ガス測定結果が受容ユニット内のメモリに記憶され、受容ユニットを測定デバイスに元に戻したときにメモリから評価ユニットへ自動的に送信される場合、あるいは保護ガス測定結果が受容ユニットに内蔵された無線モジュールを介して評価ユニットへ送信される場合には、評価ユニットの測定結果を実質的に即時に利用することができる。
【００４８】
好都合にも、すでに行われた溶接プロセスの品位についての判断が、評価ユニットの結果から自動的に得られ、後続の溶接プロセスのためにガス特性の品位を制御することができる。ここで有利な点は、測定デバイスにおけるガス特性の測定が実際のものと適合する点にあり、溶接に関するガス特性測定の高い信頼性を実現することができる。すなわち、正確に保障することが可能となる。同様に好都合にも、ガス特性評価に基づき、溶接品位に直接的に関連するこれらの特性を正確に分析することができる。また溶接部分の状態をガス特性に基づいて評価できる点、および極めて少量の保護ガス消費量でガス特性を測定できる点においても有用である。さらなる利点は、保護ガス成分の閾値が超過しない点にある。
【００４９】
これに関連して、酸素濃度、窒素濃度、二酸化炭素濃度、ガス温度、流出速度、湿度、ガス圧力、ガス密度、質量フロー、容積フローなどのガス特性を測定し、評価してもよい。これらの結果を直ちに得て、溶接品位に対する判断を迅速に下すことができるためである。
【００５０】
好都合にも、保護ガスの酸素濃度を測定し、評価することにより、ガスノズルの異物についての判断が自動的になされる。これにより、複雑な光学的方法によらず、汚染の度合いを検出することができる。したがって、本当に必要な場合に限って、摩滅部品の交換および／または洗浄を行うことができる。
【００５１】
さらに、保護ガスの少なくともガス圧力および速度を測定し、評価することにより、摩滅部品の交換後、正しいガスノズルの使用についての判断が自動的になされる。これにより、品位を常に一定に維持することができる。
【００５２】
また、保護ガスの温度を測定することにより、トーチの冷却回路の効果についての判断が自動的になされる。これにより、トーチが過熱することを防止することができる。
【００５３】
保護ガスの温度を測定することにより、ホースパックおよびトーチの温度についての判断が自動的になされる場合、溶接プロセスの開示時にホースパックおよびトーチがあまりにも高温になることを防止することができる。これは、同様に、摩滅部品に対して極めて好ましい。
【００５４】
保護ガスの湿度を測定することにより、溶接される溶接部および溶接された溶接部の空孔についての判断を自動的に行うと、空孔形成の有無または空孔形成が許容限界範囲内か否かについて評価することができる。空孔形成は溶接の１つの品位特性である。
【００５５】
最後に、保護ガスの質量フローを測定することにより、保護ガスの成分についての判断を自動的に行うことができる。これにより、ガス損失を検出し、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】溶接装置または溶接デバイスを示す概略図である。
【図２】本発明に係る測定装置を含む洗浄ユニットの斜視図である。
【図３】保護ガスを測定する際の溶接トーチの配置を示すものである。
【図４】本発明に係る測定装置および加圧空気誘導部を含む洗浄ユニットの斜視図である。
【図５】加圧空気誘導部の詳細図である。
【図６】加圧空気誘導部内で保護ガスを測定する際の溶接トーチの配置を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
添付図面を参照しながら、本発明について以下詳細に説明する。
まず始めに、例示的な実施形態における構成部品は、同一の参照符号を用いて示すことを指摘しておく。
【００５８】
図１は、ミグ（MIG）溶接／マグ（MAG）溶接またはウィグ（WIG）溶接／ティグ（TIG）溶接、あるいは溶接電極法、ダブルワイヤ／タンデム溶接法、プラズマ溶接法などのさまざまな溶接プロセスまたは溶接方法のための溶接装置または溶接プラント１を示すものである。
【００５９】
この溶接装置１は、電源素子３と、制御デバイス４と、電源素子３および制御デバイス４と連動するスイッチ部５とを有する電源２を備える。スイッチ部５および制御デバイス４は、とりわけＣＯ２、ヘリウム、アルゴンなどの保護ガスといったガス８の供給ライン７のガス貯蔵部９と溶接トーチ１０、すなわちトーチとの間において設けられた制御バルブ６に接続されている。
【００６０】
その他、ミグ溶接／マグ溶接で一般的に用いられているワイヤ供給部１１は、制御デバイス４により作動させることができ、追加的な材料または溶接ワイヤ１３が供給ドラム１４またはワイヤコイルから供給ライン１２を介して溶接トーチ１０の領域内に供給される。図１に示すようにワイヤ供給部１１を付属部品としてではなく、当然に、ワイヤ供給部１１を溶接装置１、特に当業者に知られているようにその基礎ハウジング内に組み込むことが可能である。
【００６１】
同様に、ワイヤ供給部１１は、追加的な材料または溶接ワイヤ１３を溶接トーチ１０の外側のプロセス領域に供給することもでき、ウィグ溶接／ティグ溶接の場合には通常、その端部に非消耗電極が溶接トーチ１０に配設されることが好ましい。
【００６２】
非消耗電極（図示せず）とワークピース１６との間において電気アーク（特に溶接のためのもの）１５を形成するための電源は、電源２の電源素子３から溶接トーチ１０（特に溶接ライン１７を介して電極）に供給され、このとき複数の部品からなる溶接されるワークピース１６を同様に溶接装置１に接続することにより、電気アーク１５またはプラズマジェットを形成するプロセスのための電源回路を実現することができる。
【００６３】
溶接トーチ１０は、介在フロー制御部２０により冷却回路１９を用いて冷却されるように、冷却する流体貯蔵部（特に貯水部）２１に接続されている。こうして、溶接トーチ１０の作業を開始したとき、冷却回路１９（特に貯水部２１内に収容された流体のための流体ポンプ）を駆動して、溶接トーチ１０に対する冷却効果を得る。
【００６４】
溶接装置１は、入出力デバイス２２をさらに有し、これを用いて溶接装置１のさまざまな溶接パラメータ、作動モードまたは溶接プログラムを設定または呼び出すことができる。こうして、入出力デバイス２２を用いて設定または呼び出された溶接パラメータ、作動モードまたは溶接プログラムは制御デバイス４に転送され、その後、制御デバイス４は、
溶接プラントまたは溶接装置１の個々の構成部品を順次起動し、所望する制御値を事前設定する。
【００６５】
図示され実施形態において、溶接トーチ１０は、さらにホースパック（ホースの束）２３を介して溶接プラントまたは溶接装置１されている。ホースパック２３は、溶接装置１から溶接トーチ１０に延びる複数の独立したラインを収容するものである。ホースパック２３は、連結デバイス２４を介して溶接トーチ１０に接続され、ホースパック２３内の独立ラインは、接続ソケットまたはプラグイン接続部を介して溶接装置１の個々の接点に接続されている。ホースパック２３の歪みを適宜緩衝するために、ホースパック２３は（特に、歪み緩衝手段２５を介して溶接装置１の基礎ハウジング）ハウジング２６に接続される。溶接装置１に接続するために、当然に、接続デバイス２４を用いることができる。
【００６６】
基本的には、ウィグデバイス、ミグデバイス／マグデバイス、またはプラズマデバイスなどのさまざまな溶接装置１または溶接方法において、上述のすべての構成部品を利用または採用する必要がないことに留意されたい。この分脈において溶接トーチ１０は、たとえば空冷式の溶接トーチ１０として設計することも可能である。
【００６７】
さらに溶接トーチ１０は、電極１３を包囲するガスノズル２７を有し、保護ガスは、溶接プロセス中、ガスノズル２７から連続的に流出する。こうして電極およびワークピース１６の溶融した金属領域を外部雰囲気２９から保護されるように、保護ガス雰囲気２８が電気アーク１５の周りに常に供給される。よって溶接プロセス中、空気酸素および／または周辺空気を溶接領域から隔絶して、電気アーク１５の下方にある液体金属を（溶接接合力を弱めることになる）酸化から保護することができる。保護ガス溶接プロセスによれば、極めて高い品位で溶接することができる。そのため通常ユーザまたは溶接者は、保護ガスの流出量を、経験に基づいて量的にのみ調節する。または、その調節は、電気アーク１５のために十分に良好な保護ガス雰囲気２８を供給するためのマニュアルに記載の指示に基づいて行われる。電気アーク１５および溶融金属領域が外部雰囲気２９から保護される範囲は、保護ガスの流出量、保護ガス８の流出状態または流出態様、保護ガスがガスノズル２７から流出するときの保護ガスの分布についての関数として変化する。より多くの周辺空気が保護ガス雰囲気２８に入り込んで、溶接の品位を低下させるので、実際的には、保護ガスの分布は、ガスノズル２７の内壁に付着する溶接スパッタや汚泥にしばしば影響される。したがって、保護ガス８の酸素の割合を測定することは、溶接プロセスの品位を改善する上で有用である。
【００６８】
本発明によれば、保護ガスは、測定デバイス３０内に配設された少なくとも１つのセンサ３１を用いて測定される。このためセンサ３１は、酸素の割合などの保護ガス８の特性を検出し、評価するために対応する評価ユニット３２へ出力するように構成することができる。
【００６９】
図２によれば、測定デバイス３０は、好適には、少なくとも１つのセンサ３１が同様に内蔵されるように、外部洗浄ユニット３３に組み込まれている。洗浄ユニット３３は、溶接トーチ１０のための保守ステーションなどにより構成されるか、あるいは保守可能ステーションとして組み込まれている。このように組み合わせることにより、ロボットを用いて、ただ１つのステーションを操作すればよいので、いわゆる保守可能期間として必要な溶接の中断期間を短縮することができる。
【００７０】
洗浄ユニット３３は溶接トーチ１０を洗浄する機能を有し、溶接トーチ１０の摩滅部品（特にガスノズル２７）が洗浄される。洗浄ユニット３３は洗浄液用タブ３５を有していてもよく、付着した金属スパッタを冷却するために溶接トーチ１０をタブ内に浸漬する。洗浄液用タブ３５に加えて補充容器３４を設け、これを用いてタブ３５に洗浄液を補充してもよい。開口部３７を含むコイル３６がタブ３５の後方に配置されている。溶接トーチ１０は、タブ３５に浸漬された後、コイル３６の開口部３７内に挿入される。コイル３６に電流を供給すると、金属スパッタが非接触式に溶接トーチ１０から除去される。不純物は、コイル３６の下方に配置された廃棄ビン（図示せず）内に落下する。こうした洗浄ユニット３３は、当業者によりすでに知られており、ここではより詳細には説明しない。
【００７１】
本発明によれば、一般には、空気の取り込み、温度、流速、圧力、湿度、または保護ガスの組成などの保護ガス８の特性を測定するための前記少なくとも１つセンサ３１は、洗浄ユニット３３に付随するものである。この場合の利点は、任意の円筒形状に形成されたトーチおよび／またはノズルが洗浄されることに加えて、保護ガス８の特性が測定されることである。こうした測定により、次回の溶接で期待される溶接品位や、すでに行った溶接がどの程度の品位を有するか、判断することができる。こうした測定および／または洗浄は、たとえば所定回数（１０回〜４０回）だけ溶接した後に、所定長さ（５０ｍ〜１００ｍ）の溶接ワイヤを消費した後に行う。すなわち、これはいわゆるオフライン（非直接的な）保護ガス測定である。ただし、こうした測定および／または洗浄は、プロセス周期内で実施されるものであるから、いわゆるオンライン（直接的な）保護ガス測定についても言及する場合がある。測定のために追加的に要する時間は、主として、測定プロセスで測定される保護ガスの特性の数に依存するが、２〜１０秒間である。溶接プロセス中の一般的状態を測定結果に実質的に反映させるために、図３に示すように、センサ３１と溶接トーチ１０との間の距離がワークピース１６と溶接トーチ１０との間の距離に相当するように、溶接トーチ１０は実質的にセンサ３１の上方に配置される。そのために、溶接トーチ１０はセンサ３１に対して実質的に垂直に配置され、このとき溶接ワイヤは正確にセンサ３１の中心点の直上に配置される。これにより、溶接プロセス中、電気アーク１５がワークピース１６に触れるとき、保護ガスの特性を正確に測定することができる。これは、測定デバイス３０の表面３９がセンサ３１とともに１つの平面を形成する。また、直前に行われた溶接のために用いられた測定結果、および／または次に行われる溶接のために用いられる測定結果を得るために、正確なガスの流出量がガスノズル２７から流出される。これにより、用いられたトーチ１０および／またはガスノズル２７が、保護ガスの必要な保護作用を提供したか否かについて、そして／または次回の溶接において保護ガスの必要な保護作用を提供するものか否か、正確にチェックすることができる。そのためには、センサ３１は、当然に、適宜較正される。
【００７２】
相当の時間の要する洗浄が必要である場合に限って行われるように、保護ガス雰囲気に含まれる酸素の割合（酸素濃度）の測定は、溶接トーチを洗浄する前に行われることが好ましく、たとえば空気の取り込みおよび／または保護ガス８の空気の濃度を測定するために、市販された酸素センサを用いることができる。評価ユニット３２は、測定結果からあまりにも高い酸素濃度を検出し、必要な保護作用が得られないと判断した場合には、上述のように、ガスノズル２７の洗浄を行うことが好ましい。ガスノズル２７に付着する溶接スパッタに起因して、ガスノズル２７から流出するガスフローに乱流が形成されて、空気中の酸素が保護ガス雰囲気２８内に取り込まれるので、上記のように洗浄を行う必要がある。したがって、ガスノズル２７の内部に付着する溶接スパッタおよび／またはガスノズル２７の端部上のスパッタリングが洗浄により除去されると、もはや流出するガス８に乱流が形成されることはない。これは、空気中酸素が保護雰囲気２８に取り込まれることがなく、その結果、電気アーク１５に対する保護作用、ひいては溶接品位に対する要求を満たすものであることを意味する。洗浄後、たとえば１回またはそれ以上の回数、酸素濃度を測定して、洗浄結果を評価するようにしてもよい。満足すべき結果が得られた場合、何ら限定を加えることなく、次の溶接を行うようにしてもよい。ただし満足すべき結果が得られなかった場合、後続の制御測定とともに、１回またはそれ以上の回数の洗浄を行ってもよい。洗浄および後続の制御測定を、たとえば所定回数だけ交互に行ってもよい。ただし、交互に行った場合でも満足な結果が得られない場合には、ガスノズル２７を手動で交換する必要がある。自動溶接システムにおいては、満足な結果が得られない理由が、ツールの中心点から逸脱して配置されたことによる場合があり、これについては以下においてより詳細に説明する。すなわち、保護ガス雰囲気２８内の酸素濃度を測定することにより、ガスノズル２７の汚染の度合いについての結論を得ることができる。
【００７３】
酸素濃度の他に、センサ３１は、ガス８の温度、流出速度、湿度、圧力、密度、質量流量、容積流量、および／または所定成分の質量比を測定することができる。一般に、保護ガスを測定することにより、溶接品位に至る判断を行い、溶接品位に対する予想を立てることができる。この品位は、トーチ１０の冷却効果や保護ガス８の供給量などのいくつかのファクタに依存する。溶接品位に対するこれらの個々のファクタは、保護ガスの独立した特性を測定することにより制御することができる。
【００７４】
保護ガスの温度を測定することにより、トーチ１０の冷却効果に対する判断を行うことができる。保護ガスの温度があまりにも高い場合には、必要とされる冷却効果が得られておらず、そのため、さらなる溶接プロセスを取り止める可能性または必要性が生じる。このように制御されているので、冷却回路のすべての構成部品（ポンプ、ラインなど）の機能をチェックすることができる。冷却回路の不具合を解消するために、不具合について溶接者に告知されるか、入出力デバイス２２に適宜表示されることが好ましく、このとき任意ではあるが、不具合を特定するために必要な測定をさらに行ってもよい。
【００７５】
保護ガス８の湿度を測定することにより、同様に、溶接に生じる空孔（pores）の数や密度に対して判断することができる。したがって、測定された湿度が条件を具備し、許容可能であるか否か評価できるように、溶接デバイスの評価ユニット３２または制御デバイス４に対応する基準値を与えることが好ましい。
【００７６】
流出速度および／または速度分布を測定することにより、保護ガスがガスノズル２７から流出する際の保護ガス８を分布させる分布ボア状態について判断することができる。流出速度が変化する原因は、しばしば、ガスノズル２７の内側に付着する溶接スパッタまたは他の異物に起因し、溶接スパッタ等は電気アーク１５に対する保護作用に影響を与えるものである。
【００７７】
保護ガスの個々の特性を測定することにより、同様に、トーチ１０におけるガスノズル２７が特定の用途において適正であるか否か、または用いられたガスノズル２７が損傷を受けたか、あるいは溶接プロセス中に衝撃などにより損傷を受けていたか否かについてチェックすることができる。損傷有無等の検出は、少なくともガスの圧力および流出速度に関する測定結果に基づいて行われることが好ましく、これらの測定結果は、保護ガス８がガスノズル２７から流出する動作を直接的に示すものである。これは、ガスノズル２７の外形形状（たとえば直径および長さ）により、電気アーク１５に必要とされる保護機能が決定されるので、さまざまな溶接位置において特に重要なことである。
【００７８】
また保護ガスの特性を測定することにより、簡便な手法で保護ガス８の成分を測定することができる。すなわち溶接済みのものおよび／または次に溶接されるものに対して、保護ガス８の必要な成分が用いられ、あるいは用いられたか否かについてチェックすることができる。同様に、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの関連するガスの保護作用を測定することができる。
【００７９】
保護ガス雰囲気２８は、電気アーク１５の周辺空気に対する直近の環境を保護する機能を有し、溶融バスの酸化を防止するものである。そのため保護ガス８、すなわち保護ガスがガスノズル２７から流出する際の挙動は同様に重要なものとなる。
【００８０】
上記のように、ワークピース１６の電気アーク１５の接触領域において、ガスの特性がどのように測定されるかについて説明した。また以下のように、保護ガス雰囲気２８の外側領域または周縁領域における酸素濃度を測定する可能性がある。
【００８１】
たとえば、いくつかのセンサ３１を配置して、すべての保護ガス雰囲気２８を一斉に測定してもよい。ただし、１つのセンサ３１には、ロボットに取り付けられたトーチ１０により特定の動作が与えられる。これは、センサ３１と重なるような垂直方向および水平方向の動作、円周動作、またはセンサ３１の周りの曲線に沿った動作であってもよい。個々では、たとえばセンサ３１は円周の中心点にあり、保護ガス雰囲気２８の全体におけるガス特性を検出するまで、センサ３１の周りの完全に一周する毎に半径が増大するものであってもよい。
【００８２】
図４〜図６に示す加圧空気誘導部４２を用いることにより、さらに保護ガス雰囲気２８の周縁領域を測定できる場合がある。この誘導部４２は、実質的に保護ガス雰囲気２８を加圧空気４３により任意に移動させて、測定デバイス３０内に固定的に配置されたセンサにより保護ガス雰囲気２８の周縁領域における作用を測定できるようにするものである。すなわちトーチ１０および／またはガスノズル２７は、円周上に移動（いわゆるトーチスライド移動）することはできないが、好適にも保護ガス雰囲気２８の周縁領域を測定することができる。そのために、加圧空気誘導部４２が円形ハウジング４４、加圧空気チャンバ４５、および出口開口部４７を含む可動式リング４６により構成されている。加圧空気４３が適当な接続部４８を介して加圧空気チャンバ４５内に供給され、このとき加圧空気チャンバ４５の外周面が円形ハウジング４４により、その内周面が可動式リング４６により規定され、所定の圧力を実現する。そして加圧空気４３が所定圧力で出口開口部４７を介して流れ込み、これに応じて保護ガス雰囲気２８が移動する。加圧空気４３の流れは、出口開口部４７に組み込まれたバルブを用いて制御されることが好ましい。たとえば、保護ガス雰囲気２８内の酸素分布プロファイル（断面、輪郭）を検出できるように、リング４６は回転可能に取り付けられる。そのために、固定的に配置されたセンサ３１を用いて、保護ガス雰囲気２８の各領域における酸素濃度を検出することができるように、出口開口部４７は保護ガス雰囲気２８の周りを回転する。このとき、保護ガス雰囲気２８の周縁領域がセンサの上を徐々に移動するように、加圧空気チャンバ４５内の圧力を段階的に増大させる必要がある。リング４６はモータ（図示せず）を用いて回転させることが好ましい。すなわちリング４６および／または開口部４７の回転速度を加圧空気４３の流出圧力に正確に適合するように調節することができ、このとき流出圧力はガス８の流出速度に依存する。こうした相互関係は、溶接トーチ１０および／またはガスノズル２７のタイプに応じて、評価ユニット３２に入力しておくことが好ましい。
【００８３】
測定に際し、保護ガス雰囲気２８がワークピース１６に触れ、溶接の溶融バスのための保護領域を形成したときに形成される表面全体に対してガス特性を測定することができる。これによりたとえば、ガスノズル２７の内部に局所的にのみ存在する異物を検出することができる。こうした異物の有無は、たとえば酸素分布プロファイルを検出することによってのみ判断できる。保護ガス雰囲気２８内の酸素濃度の平均値を測定する場合には、局部的な異物を検出することは極めて困難である。
【００８４】
云うまでもないが、すべての測定結果は評価ユニット３２または制御デバイス４に記憶され、保護ガス雰囲気２８の各値、分布、プロファイル、および特性は、後に比較するために利用できるようにしておく。測定値を直接的にチェックできるように、すべての保護ガス雰囲気２８に関する基準値についても同様に入力しておいてもよい。これらのデータを記憶しておくことにより、いわゆるトレンド（傾向）分析を行うことができる。これは、ガスノズル２７の長期間の使用に際して、保護ガス雰囲気２８の変化を観察することを意味する。これの測定結果に基づき、保護ガス雰囲気２８の作用により、トーチ１０および／またはガスノズル２７の洗浄周期を最適化することができる。すなわち洗浄したガスノズル２７を用いて溶接可能な溶接回数をたとえば１０〜１５回分増やすことができる。
【００８５】
同様に、たとえば保護ガス８の成分と溶接装置１の成分設定値とを比較することにより、溶接パラメータの設定値に対して、測定結果を直接的に参酌することができる。ガス流速や流出速度などを設定値に適応して修正および／または較正することができる。これは、ガスノズル２７や接触チューブ４０などの新品の構成部品を用いる場合に特に有用である。すなわち溶接品位を落とすことなく、保護ガス雰囲気２８の欠陥、および測定結果により特定できる不具合を事前に検出し、修復することができる。
【００８６】
現実的には、実質的に複数のセンサ３１を用いて、さまざまな保護ガス特性を測定することができる。換言すると、実質的に１つのセンサ３１を連続的に用いて保護ガス特性を測定することができる。これは、たとえば保護ガス特性を測定した後、センサ３１を自動的に交換することにより実施することができる。このため、たとえば、各センサ３１を移動させて、センサ３１が電気アーク１５の接触領域に配置されるように回転するホイール（図示せず）に複数のセンサ３１を固定される。
【００８７】
測定デバイス３０の表面の下方にあるキャビティ内に必要なセンサを配置することにより、複数の測定値を同時に検出できる可能性がある。このキャビティは、図３に示すセンサ３１の代わりに配設することが好ましく、電気アーク１５の接触領域の方へ配向する１つまたは複数の開口部を有する。これらの開口部を介して、接触ガス８は個々のセンサ３１に到達し、センサにより個別の保護ガス特性が測定される。
【００８８】
云うまでもないが、個別の保護ガス特性（酸素濃度、温度、湿度、圧力など）は、すべての保護ガス特性を同時に検出できる単一のセンサ３１を用いて交互に測定してもよい。
【００８９】
シミュレート（模擬的に再現または測定）される溶接位置における正確な測定結果を得るために、測定デバイス３０はたとえば可動部品を有する。これらは、シミュレートされる溶接位置、たとえば隅肉溶接が実現されるように、自動的に移動するものが好ましい。云うまでもないが、センサ３１は、電極１３および／または溶接ワイヤ１３の長手方向軸４１に正確に配置されるように付随して移動する。これは、上記測定結果についても該当する。しかしながら、溶接トーチ１０が表面３９に対して実質的に垂直に配置された場合には、測定結果のばらつきが極めて小さいので、実際上、この方法はより良好なものとなる。これはまた、この方法が実質的に労力を要することなく、すなわちより安価に実施できるという事実に基づくものである。
【００９０】
よりいっそう正確な測定結果を得るために、そして／または溶接されるワークピース１６の周辺条件に適合させた測定結果を得るために、測定デバイス３０は、センサ３１のための受容ユニット（図示せず）を有していてもよい。すなわち溶接トーチ１０は、好適には自動的に受容ユニットを受容し、固定するように設計され、このときセンサ３１は受容ユニットにより受容され、固定される。その結果センサ３１は、受容ユニットにより受容されるように、当然に、適当な保持手段内に配設される。
【００９１】
この方法は、たとえばさまざまな長さを有する受容ユニットをいくつかの測定デバイス３０に配置することにより、それぞれの溶接プロセスに対応するような手法で、溶接トーチ１０とワークピース１６との間の距離に受容ユニットを適合させることができる点において特に有用である。云うまでもないが、受容ユニットの長さは、トーチ１０の固定位置を適宜選択することにより同様に変更することができる。
【００９２】
ガス特性を測定するためのセンサ３１を溶接トーチ１０に固定した後、この外形形状に沿って適当に溶接される。ここでは上述のように、必要な特性を測定することができるように保護ガス８を流出させる。測定条件が実際的であること、および品位を評価する上で追加的なファクタ（たとえば空気取り込みまたは成分由来のガスフロー許容値）が考慮されていることから、こうして得られた測定結果は極めて情報量が多い。云うまでもないが、これらのファクタは、測定デバイス３０でシミュレート（模擬的に再現または測定）することができ、実際的な測定条件をシミュレートすることは相当の労力を意味する。
【００９３】
受容ユニットのデザインに依存するが、測定結果が一時的に記憶され、または無線モジュールを介して評価ユニット３２に直接的に送信される。測定結果が一時的に記憶される場合、メモリが受容ユニットに内蔵されている。ワークピースの外形形状に沿って溶接した後、センサ３１および受容ユニットは再び洗浄ユニット３３に配置される。メモリから測定結果を読み出すことができるように、たとえば評価ユニット３２に配置されたとき、これに接続される。当業者に知られた任意の方法を用いて、測定結果を送信するための接続が実現することができる。
【００９４】
本発明に係る測定装置３０は外部であって、たとえば洗浄ユニット３３内に配置され、とりわけセンサ３１により異物除去のための適当な条件を提供することが有用である。好適には、粉塵や溶接スパッタなどから保護するために、測定後に自動的にセンサ３１をカバーするカバーを設けてもよい。カバーは、たとえば回転動作によりセンサ３１をカバーし、測定時には開く窓ガラスであってもよい。本発明に係る加圧空気誘導部４２を有する実施形態によれば、センサ３１は、たとえばハウジング４４上の蓋部によりカバーするようにしてもよい。
【００９５】
センサ３１は、測定するために周期的にのみ利用されるので、中断を利用してセンサ３１を洗浄することができる。カバーを閉じ、測定中に流出ガス８によりガスノズルから除去される残渣粉塵を、加圧空気４３により吹き飛ばし、洗浄を行うことが好ましい。加圧空気４３は測定中に保護ガス雰囲気２８の周縁領域に流出するように制御され、センサ３１は測定中に自動的に洗浄される。
【００９６】
センサの周囲に配置された吸引開口部４９を介して粉塵が除去され、図６に示す吸引部５０がこれを支援することが好ましい。さらに吸引部５０を用いて、センサ３１の周囲の測定領域内に蓄積した保護ガス８を吸引することが好ましい。次の測定結果に悪影響を与えないようにするためである。
【００９７】
同様に、測定中に吸引部５０を起動して、流出する保護ガス８が外側雰囲気２９と置換することを防止することができる。これにより、乱流が生じたとき、たとえば空気酸素を含まず、保護ガス８が保護ガス雰囲気２８に吸引され、測定結果に悪影響を与える。
【００９８】
本発明によれば、酸素濃度などの保護ガス特性は、表面３９に垂直に配置されたトーチ１０により実質的に測定され、センサ３１からトーチ１０までの距離３８は、溶接プロセスに基づいて選択される。好適には、自動溶接プラントに本発明を適用し、すなわちセンサ３１を用いてロボットが溶接トーチ１０を配置する。ロボット動作の開始点として機能するものとして当業者に知られた工具中心点（TCP）より、ロボットはこれを開始する。工具中心点が常に正確であるということは重要であるからである。ただし実際の工具中心点は、トーチ１０がワークピース１６などとの潜在的な衝突または熱の影響により移動することがある。すなわち工具中心点をたとえば定期的にチェックすることが有用である。本発明によれば、この特徴は、保護ガスの特性を測定することにより実施される。このため、現実の測定値と比較される基準値を評価ユニット３２に入力しておく。所定の許容範囲を超えた所定の差異がある場合には、工具中心点が移動したので、校正する必要があり、そして／または制御デバイスまたはロボット制御により、この差異を考慮しなければならない。これは、異物により測定値のばらつきが生じないように、トーチ１０および／またはガスノズル２７の洗浄後に行うことが好ましい。
【００９９】
評価ユニット３２は、たとえば溶接デバイス１の制御部４により構成することができ、または溶接プラント（溶接デバイス、ロボット、ワイヤ供給部など）の高品位制御部の一部として構成することができる。評価ユニット３２およびセンサ３１は１つの装置として構成されるものであってもよい。
【０１００】
同様に、測定デバイス３０の保護ガス測定を、たとえばワイヤ供給部やホースパックなどの溶接プラントの構成部品で行うことも考えられる。ここでは、ある溶接プロセスの場合と同じ距離で測定を発明的に行う場合に、あまり実際的ではないオンライン式の保護ガス測定について純粋に言及する。
【符号の説明】
【０１０１】
８．保護ガス、１０．トーチ、１６．ワークピース、２７．ガスノズル、２８．保護ガス雰囲気、３０．測定デバイス、３１．センサ、３２．評価ユニット、３３．洗浄ユニット、４２．加圧空気誘導手段、４３．加圧空気、４８．接続部、４５．加圧空気チャンバ、４６．可動式リング、４７．出口開口部、４９．吸引開口部、５０．吸引手段。
【図１】
2010519045.tif 000003
【図２】
2010519045.tif 000004
【図３】
2010519045.tif 000005
【図４】
2010519045.tif 000006
【図５】
2010519045.tif 000007
【図６】
2010519045.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月21日(2009.10.21)
【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】
トーチ（１０）のガスノズル（２７）から流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガス（８）を分析することにより測定する装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）が保護ガスを分析するための外部測定デバイス（３０）内に配設され、
実際の溶接プロセス時の保護ガス（８）の流出状態および作用を模擬的に再現できるように、少なくとも１つのセンサ（３１）は、トーチ（１０）までの距離（３８）が実際の溶接プロセス時のワークピース（１６）とトーチ（１０）の間の距離に実質的に等しくなるように配置され、
保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性を測定するための少なくとも１つのセンサ（３１）は、トーチ（１０）の摩滅部品の状態を評価するために、評価ユニット（３２）に接続されるとともに、評価ユニットを介して溶接デバイス（１）に接続され、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、酸素センサ（３１）により構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
測定デバイス（３０）には、保護ガス測定のための少なくとも１つのセンサ（３１）、およびトーチ（１０）の摩滅部品のための洗浄ユニット（３３）が組み込まれていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置であって、
少なくとも１つのセンサ（３１）は、その位置を変更できるように測定デバイス（３０）内に配設されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の装置であって、
好適には円形の加圧空気誘導手段（４２）が少なくとも１つのセンサ（３１）の周りに配置されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の装置であって、
少なくとも１つの吸引開口部（４９）が少なくとも１つの（３１）の周囲に配置され、
吸引開口部は保護ガス（８）の吸引手段（５０）に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
トーチ（１０）のガスノズル（２７）から流出する、アーク溶接プロセスで用いられる保護ガス（８）を分析することにより測定する方法であって、
トーチ（１０）は、保護ガスを分析するための少なくとも１つのセンサを有する外部測定デバイス（３０）の上方に配置され、
トーチ（１０）と少なくとも１つのセンサ（３１）との間の距離は、実際の溶接プロセス時のトーチ（１０）とワークピース（１６）との間の距離に実質的に等しくなるように選択され、
保護ガス（８）を分析するために、溶接プロセス時の場合と同様に、保護ガス（８）をガスノズル（２７）から流出させ、
実際の溶接プロセス時の保護ガス（８）の流出状態および作用を模擬的に再現できるように、保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性が、少なくとも１つのセンサ（３１）を用いて測定され、
保護ガス（８）のガス特性として、保護ガス（８）の酸素濃度が測定され、評価され、
トーチ（１０）の摩滅部品の異物についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
保護ガス（８）の作用は、保護ガス雰囲気（２８）の中心で検出され、
センサ（３１）の中心点がトーチ（１０）および／または溶接ワイヤ（１３）の長手方向軸上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の方法であって、
保護ガス（８）の作用は、少なくとも１つのセンサ（３１）を用いて保護ガス（８）の少なくとも１つのガス特性を測定することにより、保護ガス雰囲気（２８）の周縁領域で検出されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８のいずれか１に記載の方法であって、
トーチ（１０）は、センサ（３１）の周りに実質的に円形上を移動し、
円形移動の中心点は、センサ（３１）の位置により形成されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１に記載の方法であって、
センサ（３１）を用いて、複数のガス特性を測定することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれか１に記載の方法であって、
独立したセンサ（３１）を用いて、それぞれのガス特性を測定することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか１に記載の方法であって、
現在検出されたガス特性が、入力済みの溶接プロセス適応基準値の形態として存在するメモリ内のものと比較されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
トーチ（１０）の開始点、いわゆる工具中心点（TCP）は、トーチ（１０）の位置、測定される保護ガス作用、および対応する基準値の相互関係に基づいて制御されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の少なくともガス圧力および速度を測定し、評価することにより、摩滅部品の交換後、正しいガスノズル（２７）の使用についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項６〜１４のいずれか１に記載の方法であって、
保護ガス（８）の湿度を測定することにより、溶接される溶接部および溶接された溶接部の空孔についての判断が自動的になされることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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