(57)【要約】【課題】時間と労力を節約し、スタッド溶接された加工部品の全体的な品質を改善するために、加工部品の移動をより迅速かつ正確に検出すること。【解決手段】加工部品移動感知システムは、自動スタッド溶接機及び／又はプロセスと共に用いることができる。このシステムは、スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサを含む。加工部品移動検出モジュールは、１回又はそれ以上の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する。検出すると、オペレータに通知することができ、及び／又は、自動電圧補償をオンにすることができる。【選択図】図１
2007313564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動スタッド溶接プロセスと共に用いられる加工部品移動感知システムであって、
スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサと、
（ａ）プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかを判定すること、
（ｂ）溶接を含む多数の溶接のアーク終了時のリフト高さを比較し、それぞれの少なくとも１つの所定閾値からの少なくとも１つの過剰な変動又は偏差を観測すること、又は、
（ｃ）リフト高さと印加電流が一定に保たれる溶接の少なくとも一部の間の印加電圧の周期的変動を検出すること、
の少なくとも１つによって、少なくとも１回の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する加工部品移動検出モジュールと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記加工部品移動検出モジュールが、フーリエ変換の使用を通じて電圧の周期的変動を検出することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記加工部品移動検出モジュールが、測定された電圧が非ゼロとなる点として基準点を見つけることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さが減少し始める点としてプランジ点を求めることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さがその最小値に達する点としてプランジ終了を判定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する点を求めることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する点におけるリフト高さの値を求めることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記加工部品移動検出モジュールが、プランジ期間の間に電圧がゼロに達するかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記加工部品移動検出モジュールが、プランジ期間内にアーク消失時刻がない場合に加工部品の移動が起こったと判断することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記加工部品移動検出モジュールによって用いられる閾値が、電流、時刻及び材料の組み合わせについて実験的に求められることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記加工部品移動検出モジュールが、アーク終了時のリフト、プランジ開始時刻、プランジ終了時刻、アーク消失時刻、又は、プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかの少なくとも１つを含む、少なくとも１回の溶接についてのデータを、コンピュータ可読媒体に記録することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
スタッド溶接プロセスの間にスタッド溶接機のオペレータにデータの少なくとも一部を通信するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
加工部品の移動が検出されたことをスタッド溶接機のオペレータに通知するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
加工部品の移動が検出されたときに自動電圧補償をオンにする制御モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
自動スタッド溶接プロセスと共に用いられる加工部品移動感知方法であって、
スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定することと、
（ａ）プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかを判定すること、
（ｂ）溶接を含む多数の溶接のアーク終了時のリフト高さを比較し、それぞれの少なくとも１つの所定閾値からの少なくとも１つの過剰な変動又は偏差を観測すること、又は、
（ｃ）リフト高さと印加電流が一定に保たれる溶接の少なくとも一部の間の印加電圧の周期的変動を検出すること、
の少なくとも１つによって、少なくとも１回の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
フーリエ変換の使用を通じて電圧の周期的変動を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
測定された電圧が非ゼロとなる点として基準点を見つけることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
リフト高さが減少し始める点としてプランジ点を求めることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
リフト高さがその最小値に達する点としてプランジ終了を判定することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
電圧がゼロに達する点を求めることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
電圧がゼロに達する点におけるリフト高さの値を求めることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
プランジ期間の間に電圧がゼロに達するかどうかを判定することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
プランジ期間内にアーク消失時刻がない場合に加工部品の移動が起こったと判断することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
閾値を、電流、時刻及び材料の組み合わせについて実験的に求めることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
アーク終了時のリフト、プランジ開始時刻、プランジ終了時刻、アーク消失時刻、又は、プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかの少なくとも１つを含む、少なくとも１回の溶接についてのデータを、コンピュータ可読媒体に記録することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
スタッド溶接プロセスの間にスタッド溶接機のオペレータにデータの少なくとも一部を通信することをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
加工部品の移動が検出されたことをスタッド溶接機のオペレータに通知することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
加工部品の移動が検出されたときに自動電圧補償をオンにすることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサと、
プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかを判定することによって少なくとも１回の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する加工部品移動検出モジュールと、
を含むことを特徴とする自動スタッド溶接装置。
【請求項３０】
前記加工部品移動検出モジュールが、測定された電圧が非ゼロとなる点として基準点を見つけることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さが減少し始める点としてプランジ点を求めることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さがその最小値に達する点としてプランジ終了を判定することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する時刻を求めることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する点におけるリフト高さの値を求めることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】
前記加工部品移動検出モジュールが、プランジ期間の間に電圧がゼロに達するかどうかを判定することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記加工部品移動検出モジュールが、プランジ期間内にアーク消失時刻がない場合に加工部品の移動が起こったと判断することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３７】
前記加工部品移動検出モジュールが、アーク終了時のリフト、プランジ開始時刻、プランジ終了時刻、アーク消失時刻、又は、プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかの少なくとも１つを含む、少なくとも１回の溶接についてのデータを、コンピュータ可読媒体に記録することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３８】
スタッド溶接プロセスの間にスタッド溶接機のオペレータにデータの少なくとも一部を通信するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
加工部品の移動が検出されたことをスタッド溶接機のオペレータに通知するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４０】
加工部品の移動が検出されたときに自動電圧補償をオンにする制御モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４１】
スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサと、
溶接を含む多数の溶接のアーク終了時のリフト高さを比較し、それぞれの少なくとも１つの所定閾値からの少なくとも１つの過剰な変動又は偏差を観測することによって少なくとも１回の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する加工部品移動検出モジュールと、
を含むことを特徴とする自動スタッド溶接装置。
【請求項４２】
前記加工部品移動検出モジュールが、測定された電圧が非ゼロとなる点として基準点を見つけることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さが減少し始める点としてプランジ点を求めることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記加工部品移動検出モジュールが、リフト高さがその最小値に達する点としてプランジ終了を判定することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４５】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する時刻を求めることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４６】
前記加工部品移動検出モジュールが、電圧がゼロに達する点におけるリフト高さの値を求めることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４７】
前記加工部品移動検出モジュールが、プランジ期間の間に電圧がゼロに達するかどうかを判定することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４８】
前記加工部品移動検出モジュールによって用いられる閾値が、電流、時刻及び材料の組み合わせについて実験的に求められることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４９】
前記加工部品移動検出モジュールが、アーク終了時のリフト、プランジ開始時刻、プランジ終了時刻、アーク消失時刻、又は、プランジ期間内にアーク消失時刻があるかどうかの少なくとも１つを含む、少なくとも１回の溶接についてのデータを、コンピュータ可読媒体に記録することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項５０】
スタッド溶接プロセスの間にスタッド溶接機のオペレータにデータの少なくとも一部を通信するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
加工部品の移動が検出されたことをスタッド溶接機のオペレータに通知するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項５２】
加工部品の移動が検出されたときに自動電圧補償をオンにする制御モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項５３】
スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサと、
リフト高さと印加電流が一定に保たれる溶接の少なくとも一部の間の印加電圧の周期的変動を検出することによって少なくとも１回の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する加工部品移動検出モジュールと、
を含むことを特徴とする自動スタッド溶接装置。
【請求項５４】
前記加工部品移動検出モジュールが、フーリエ変換の使用を通じて電圧の周期的変動を検出することを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
加工部品の移動が検出されたことをスタッド溶接機のオペレータに通知するユーザ・インターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５６】
加工部品の移動が検出されたときに自動電圧補償をオンにする制御モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、溶接機械及び方法に関し、特に、自動溶接装置における加工部品の移動を感知するための及び加工部品の移動を補償するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２００６年３月２２日に出願された米国特許仮出願第６０／８０２，４５９号に基づく優先権を主張するものである。上記の特許出願の開示内容を、引用によりここに組み入れる。
【０００３】
この項での記述は、単に本発明に関連する背景技術情報を与えるものであって、従来技術を構成するものではない。
自動スタッド溶接機は、典型的には、金属加工部品を加工部品ホルダに一時的に取り付け、スタッド溶接機を用いてスタッドを加工部品上の１つ又はそれ以上の位置に溶接することによって作動される。溶接機コントローラは、オペレータが、機械の溶接ヘッドを所定位置に移動させるようにトレーニングすることができる。溶接ヘッドは、作動中にその所定位置に移動され、スタッドを表面に触れさせることによって溶接を開始する。ヘッドは次に、電流を印加し、スタッドを表面から引き離すことによって電圧を生じさせる。それでスタッドは或る程度溶け、溶融スタッド材料の液滴が加工部品表面の方に引き出される。次に、溶接ヘッドは、スタッドを加工部品表面に再び触れさせ、所定位置に溶接する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各々の溶接の品質は、加工部品の表面が溶接位置でどれだけ固定化されていたかに或る程度依存する。加工部品は、種々の形状、寸法、及び厚さにすることができ、典型的には、良好な固定化のために幾つかの位置において加工部品ホルダにクランプされる必要があることがすぐに理解されるであろう。さらに、加工部品には他の加工部品よりも可撓性のものもあるため、良好な固定化を得るのは試行錯誤である。スタッド溶接においては、千に一つの不良溶接があると非常に低性能であるとみなされるが、低性能の検出には１０００回の試験実行が要求される。低性能が検出されると、加工部品保持技術における変化は、おそらく、溶接機コントローラを保持することと、さらなる試験実行を要求する。その一方で、低性能が検出されない間に製造された完成加工部品は、廃棄される必要がある。したがって、時間と労力を節約し、スタッド溶接された加工部品の全体的な品質を改善するために、加工部品の移動をより迅速かつ正確に検出する必要がある。
【０００５】
前述のような例示的な溶接方法とそれに関連する装置は、「Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｔｏ  ａ  Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ，ａｎｄ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃａｒｒｙｉｎｇ  Ｏｕｔ  ｔｈｅ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する、ｖｏｎ  Ｄａｎｉｋｅｎの米国特許第５，９７７，５０６号に詳述されている。別の例示的な溶接方法とそれに関連する装置は、「Ｓｈｏｒｔ−Ｔｉｍｅ  Ａｒｃ−Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｓｕｃｈ  ａ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する、Ｓｃｈｍｉｄｔ他の米国特許公開第２００４／０２１７０９１号Ａ１に詳述されている。さらに別の例示的な溶接方法とそれに関連する装置は、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｓｈｏｒｔ−Ｔｉｍｅ  Ａｒｃ−Ｗｅｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｈｏｒｔ−Ｔｉｍｅ  Ａｒｃ−Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する、Ｓｃｈｍｉｄｔ他の米国特許公開第２００４／０１８２８２８号に詳述されている。上述の特許の開示は、目的に応じてその全体をここに組み入れる。
【０００６】
上記の参考文献は種々の理由で注目に値する。例えば、ｖｏｎ  Ｄａｎｉｋｅｎの特許は、電圧補償方法を教示している。典型的には、電圧を一定に保つために、溶接プロセスの間、リフト高さ（すなわち、電圧を生じさせるためにスタッドが加工部品表面から持ち上げられる距離）が変化させられる。また、Ｓｃｈｍｉｔｔ他の米国特許公開第２００４／０２４５２２１号Ａ１は、スタッドが加工部品に接触する点である基準点を見つけることを言及している。この参考文献は、基準点を見つける方法を対象としている。さらに、Ｓｃｈｍｉｄｔ他の米国特許公開第２００４／０１８２８２８号Ａ１は、溶接の間に発生した電圧曲線の測定と、加工部品の移動を検出するための理想電圧曲線との比較を教示している。この参考文献は、任意の所定時刻における電圧を所望の電圧と比較する、テンプレート法を採用している。任意の所定時刻における許容範囲を超える電圧は、高周波数外乱（振動）の兆候であると考えられる。言い換えれば、この参考文献は、各々の時刻における電圧を、その時刻における理想電圧と比較している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の教示によれば、加工部品移動感知システムは、自動スタッド溶接機及び／又はプロセスと共に用いることができる。このシステムは、スタッド溶接プロセスの間に用いられたリフト高さに対する印加電圧を測定するセンサを含む。加工部品移動検出モジュールは、１回又はそれ以上の溶接の間に起こる加工部品の移動を検出する。検出すると、オペレータに通知することができ、及び／又は、自動電圧補償をオンにすることができる。
本発明の教示による加工部品移動検出システム及び方法は、以前の加工部品移動検出システム及び方法よりも幾通りかの点で有利である。例えば、或る実施形態は、プランジ相が始まる前に加工部品が移動してスタッドと接触したときでさえも、単一の溶接ごとに加工部品の移動を検出することができる。また、或る実施形態は、幾つかの溶接を比較することによって加工部品の移動を検出することができ、これは、単一の溶接の電圧曲線を理想電圧曲線と比較することによって、検出をトリガしない振動を検出することができる。さらに、或る実施形態は、溶接のパイロット相の間の加工部品の振動を検出し、その溶接についての電圧補償をオンにすることができる。
さらなる適用可能な分野が、ここで与えられる詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明及び特定の実施例は、単なる説明目的であり、本発明の開示範囲を制限することを意図するものではない。
ここで示される図面は、単なる説明目的であり、多少なりとも本発明の開示範囲を制限することを意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本発明の開示、用途又は使用を制限することを意図するものではない。
図１を参照すると、加工部品に溶接されることになる構成部品はスタッドと呼ばれるが、本発明はこうした構成部品に限定されない。スタッド溶接装置１００は、同様に調節可能な溶接時間の間に調節可能な溶接電流を発生させるのに適している。調節は、使用される材料及び溶接直径の関数として実行することができる。溶接ヘッド制御ユニット１０２は、入力信号に基づいて迅速かつ正確に位置制御を実行するのに適した、内蔵電子装置を備えた制御弁１０４を含むことができる。制御弁１０４は、加工部品１１２に溶接されることになるスタッド１１０を保持するのに適した、スタッド・ホルダ１０８が設置されたシリンダ１０６に接続される。さらに、制御弁１０４は、制御ライン１１６を介して電気リニアモータ１１４に接続される。スタッド・ホルダ１０８は、溶接電流ライン１１８を介してスタッド溶接装置１００に接続される。したがって、シリンダ１０６は、スタッド・ホルダ１０８と共に、溶接ヘッドとして用いられる。スタッド溶接装置１００は、アース・ライン１２０を介して加工部品１１２に接続される。マイクロプロセッサ・コントローラ１２２が、制御ライン１２４を介してスタッド溶接装置１００に接続される。さらに、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２は、測定ライン１２６を介して加工部品１１２に接続され、測定ライン１２８を介してスタッド・ホルダ１０８に接続される。最後に、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２は、制御ライン１３０を介して電気リニアモータ１１４に接続される。溶接ヘッド制御ユニット１０２は、スタッド１１０を加工部品１１２上に正確に配置するための支持フットを有することができる。しかしながら、溶接ヘッド制御ユニット１０２は、代替的に、位置測定システムと組み合わせることができる。
【０００９】
スタッド１１０を加工部品１１２に溶接するために、スタッド１１０を加工部品１１２上の溶接点に配置することによって、スタッド端部と加工部品１１２の溶接点との間に信頼できる電気接触部が最初に形成される。このヌル位置は、位置測定システムで測定され、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２に基準として保存される。溶接時間と溶接電流、並びに、所望のアーク電圧（すなわち、溶接プロセスの間のアーク電圧制御変数についての基準電圧プロフィール）と、アーク電圧とスタッド−加工部品間の距離との比率が、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２において設定され、制御ライン１２４を介してスタッド溶接装置１００に渡される。さらに、溶融したスタッド端部を加工部品１１２上の溶融した溶接点に挿入することに関連した別のパラメータを、以下の文に示すように調節することができる。
【００１０】
スタッド１１０を加工部品１１２から持ち上げ、スタッド及び／又は加工部品を溶融するためにスタッド端部と加工部品１１２上の溶接点との間にアークを発生させることによって、実際の溶接プロセスを実行することができる。測定ライン１２６及び１２８によって現在のアーク電圧が測定され、溶接プロセスの全体にわたって、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２による制御ループにおける制御変数として、設定基準電圧プロフィールの現在の基準電圧と繰り返し比較される。
【００１１】
電圧補償を用いる幾つかの実施形態において、測定されたアーク電圧と現在の基準電圧との間の差から各々の場合の補正変数が求められる。この補正変数は、各場合において制御ライン１３０を介して電気リニアモータ１１４に送られ、電気リニアモータは、各場合において制御ライン１１６を介して制御弁１０４によりスタッドと加工部品との間の距離への対応する補正を生成する。したがって、電気リニアモータ１１４及び制御弁１０４により求められた補正変数を変換することによって、スタッドと加工部品との間の距離が、制御ループにおける操作変数として、各場合において自動的に補正される。溶接の間、アーク電圧が継続的に監視され、スタッドと加工部品との間の距離が１秒あたり数百回適宜に調節される。
【００１２】
再設定、及び、溶融スタッド端部の加工部品１１２上の溶融溶接点への挿入も、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２を介して検出され制御される。アークの生成完了時に、制御ループによるスタッドと加工部品との間の距離の自動補正も完了する。スタッドと加工部品との間の距離の最後の設定が、位置測定システムにより測定され、マイクロプロセッサ・コントローラ１２２に保存され、保存されたヌル位置が基準値として用いられる。スタッドと加工部品との間の距離の制御された再設定及び挿入が実行される。挿入深さ（挿入ディメンションとも呼ばれる）及び挿入速度がマイクロプロセッサ・コントローラ１２２において設定され、各場合において保存されたヌル位置が基準値として用いられる。位置測定システムと組み合わされた電気リニアモータ１１４により、設定値が挿入ディメンションに変換され、挿入速度に変換される。これは順に制御ループによって行われ、この場合の挿入ディメンションは、位置測定システムにより、所定の設定値に基づいて、制御変数として繰り返し測定され適合される。したがって、再設定の間及び挿入の間でさえも完全に自動的に高い精度が達成され、これもまた溶接品質の改善をもたらす。設定最大挿入深さを達成した後で、同様に調節可能な再設定時間の後でヌル位置に戻る移動が再び行われる。
【００１３】
図２を参照すると、スタッド溶接プロセスのパイロット相の間の加工部品の移動を検出するために分析される、電圧２００とリフト高さ２０２との間の関係が存在している。特に、溶接されるユニット（スタッド）と加工部品との間の測定された電圧差は、２つの部品間の距離と、溶接プロセスにおいて用いられる電流の関数である。加工部品の位置が０と考えられる場合には、その位置からのスタッドの位置が測定される。加工部品が最初の位置にとどまる場合には、その位置から測定されたスタッドの位置が、２つの部品間の距離となるであろう。この位置は、「リフト高さ」と呼ばれる。
【００１４】
電流及びリフト高さが一定である場合には、電圧も一定となるはずである。スタッド溶接プロセスは、リフト高さと電流が一定に保たれるパイロット相と共に始まる。振動する加工部品は、スタッドの位置、リフト高さが一定であっても、スタッドと加工部品との間の距離が変化するという特徴をもつことになる。スタッドと加工部品との間の変化する距離は、電圧における対応する変化を引き起こす。
【００１５】
振動する加工部品の特徴は、電圧を分析することによって検出される。リフト高さと電流が一定である期間の間に測定された電圧において、周期的変動が検出された場合には、この周期的変動は、加工部品の振動によってもたらされたものであると想定される。電圧における周期的変動は、フーリエ変換の使用を通じて検出される。
【００１６】
本発明に係る加工部品の移動を検出するシステム及び方法は、電圧補償の必要性を検出するために用いられる。この検出は、２通りの方法で行うことができる。例えば、電圧における周期的変動を検出するために、フーリエ変換の使用によりパイロット相の間の加工部品の振動が検出される場合に、実施される各々の溶接ごとに個別に電圧補償が自動的にオンにされる。或いは又はそれに加えて、多数の溶接の特徴を比較することにより、アーク消失時に測定されたリフト高さにおける過剰な変動が明らかとなる。この過剰な変動は、加工部品の移動が起こる兆候として用いることができる。
【００１７】
過剰な変動が検出された場合、３つの選択肢を採用することができる。第１に、オペレータは、加工部品が不適切に取り付けられそうであり、容認できない溶接変動が生じうることを警告される。第２に、オペレータは、加工部品が過剰に振動し、電圧補償が採用されるべきであることを警告される。第３に、そうした条件が検出されたときに電圧補償が自動的にオンにされる。
【００１８】
ここで図３を参照すると、時間の関数としてのリフト高さと時間の関数としての電圧とを表す２つのバッファを含むことができる種々の入力に基づいて、アーク消失時のリフト高さを計算することができる。最初に、溶接される材料（スタッド）は加工部品に接触しており、そのため測定された電圧は０である。次に、ステップ３００において測定された電圧が非ゼロとなる点が求められ、このプロセスは、スタッドが加工部品との接触を失う点を求める。次に、ステップ３０２においてリフト高さが減少し始める点が求められ、この点はプランジと呼ばれる。次に、ステップ３０４においてリフト高さがその最小値に達する点が求められ、この点はプランジ終了点である。付加的な手順は、ステップ３０６において電圧が０に達する時刻を求めること、ステップ３０８において電圧が０に達する点でのリフト高さの値を求めること、及び、ステップ３１０においてプランジ相の間に電圧が０に達するかどうかを求めることを含むことができる。判定ステップ３１２において、プランジ相の間に電圧が０に達しないことが求められた場合には、プランジ相の前に加工部品が移動してスタッドに接触したと考えられ、したがってステップ３１４において加工部品の移動が検出される。
【００１９】
判定ステップ３１２において、プランジ期間内にアーク消失時刻があると判定された場合には、変動を計算するためにステップ３１６において幾つかの溶接サンプルが比較される。アーク消失点のリフトは０に近く、非常に低い変動を有するはずである。０から遠い、高い変動又は値は、振動する加工部品を示すことができる。０からの変動又は偏差の正確な値は、実験的に求めることができ、溶接される材料の種類と、使用される電流及び溶接時間を含む正確な溶接特徴とに応じて変化する。電流、時間及び材料の各々の組み合わせについて、容認できる変動及び／又は偏差の値が実験的に求められる。判定ステップ３１８において、その変動又は偏差が超過された場合、加工部品は振動すると考えられ、したがって、ステップ３１４において加工部品の移動が検出される。開始時のプロセスは、少しの繰り返しについては、比較を行うのに十分なだけの溶接が行われるまではステップ３１６及び３１８をスキップすることができるとすぐに理解されるであろう。
【００２０】
前述のように、ステップ３１４における加工部品の移動の検出の結果として、加工部品の移動の検出、及び／又は、自動電圧補償をオペレータに通知することを含む、種々の応答がとられる。オペレータに通知する場合には、スタッド溶接プロセスは、オペレータがスタッド溶接プロセスを再開することを選択するまで休止する。しかしながら、スタッド溶接プロセスは、加工部品の移動が検出されるときでも実行し続けることができるとすぐに理解されるであろう。したがって、加工部品移動感知プロセスは、特に加工部品の移動が検出されないときに、また、加工部品の移動が検出されるときでも、ステップ３２０において次の溶接の分析を再開することができる。移動検出は、表にして、品質管理手順の間の溶接の点検の目的で使用することができることもすぐに理解されるであろう。
【００２１】
以下の擬似コードは、加工部品移動感知プロセスを実行するのに適した機械コード命令を示す。
【００２２】
2007313564.tif 000003
【００２３】
上記の擬似コードにおいては、関数ＦｉｎｄＲｅｆＰｏｉｎｔは、検出プロセスのステップ３００に対応する。関数ＦｉｎｄＰｌｕｎｇｅは、検出プロセスのステップ３０２及び３０４に対応する。関数ＦｉｎｄＡｒｃＥｘｔｉｎｇｕｉｓｈは、プロセスのステップ３０６及び３０８に対応する。ｔｉｍｅａｔａｒｃｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈとＰｌｕｎｇｅＳｔａｒｔ及びＰｌｕｎｇｅＥｎｄとの比較は、ステップ３１０に対応する。ステップ３１２−３１８は、図４に示された表の計算に対応する。３０４でアーク終了時のリフトとして記録されたｌｉｆｔａｔａｒｃｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ変数の統計を用いて、サンプル間の変動の度合いを求めることができる。計算されたデータは、溶接数４００によって表にされ、付加的に、プランジ開始時刻４０４、プランジ終了時刻４０６、アーク消失時刻４０８、及び、プランジ相内にアーク終了時刻があるかどうか４１０を含むことができる。
【００２４】
表にされたデータをオペレータに出力することにより、ステップ３１６及び３１８において、オペレータが適正な閾値を実験的に求め、統計分析を実行し、ステップ３１４において加工部品の移動を検出することができるようになることがすぐに理解されるであろう。ステップ３１６及び３１８は自動化されることも想定され、特に、適正な閾値が求められると、加工部品の移動が検出されたときに自動化された形で種々の形式のアクションがとられることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】自動スタッド溶接装置を示すブロック図である。
【図２】スタッド溶接プロセスの間の時間に対してプロットされた自動スタッド溶接機の感知電圧とリフト高さを示す二次元グラフである。
【図３】スタッド溶接加工部品移動検出システムの作動方法を示す流れ図である。
【図４】スタッド溶接加工部品移動検出システムのデータ構造とユーザ・インターフェース出力を示す表である。
【符号の説明】
【００２６】
１００：スタッド溶接装置
１０２：溶接ヘッド制御ユニット
１０４：制御弁
１０６：シリンダ
１０８：スタッド・ホルダ
１１０：スタッド
１１２：加工部品
１１４：電気リニアモータ
１１６：制御ライン
１１８：溶接電流ライン
１２０：アース・ライン
１２２：マイクロプロセッサ・コントローラ
１２４：制御ライン
１２６：測定ライン
１２８：測定ライン
１３０：制御ライン
【図１】
2007313564.tif 000004
【図２】
2007313564.tif 000005
【図３】
2007313564.tif 000006
【図４】
2007313564.tif 000007