(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合部を形成する接合装置にして、
複数の制御可能なパラメータを有する接合機と、
前記接合機の前記制御可能なパラメータを制御する制御装置と、
前記制御装置に応答して前記パラメータに関する制御装置メッセージを前記接合機の使用者に伝達するインタフェースと、
使用者により操作可能であり使用者の応答を前記制御装置へ供給する入力装置と、
を含み、前記接合装置は前記制御可能なパラメータが特定の接合工程のための一組の値を有する作動モードと、前記インタフェース及び前記入力装置を介して使用者と対話することにより特定の接合工程の少なくとも一つの試行の結果を判定し、接合品質を改善すると思われる前記制御可能なパラメータの新たな一組の値を前記少なくとも一つの試行の結果に対する前記使用者の応答に基づいて自動的に決定することにより、前記制御装置が前記特定の接合工程のための前記制御可能なパラメータの一組の値を決定するセットアップモードとを有することを特徴とする接合装置。
【請求項２】
前記制御装置は複数の種々の接合工程のためのパラメータ初期値を記憶し、前記制御装置は前記パラメータ初期値を用いて行われた最初の試行により許容し得る接合部が形成されたことを示す信号が使用者により入力されたことに応答して前記パラメータ初期値を特定の接合工程のための値として使用することを決定することを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記制御装置は特定の接合工程のためのパラメータ初期値を前記接合機のためのパラメータ限界と比較し、前記制御装置は最初の試行前にパラメータ初期値を前記接合機のための前記パラメータ限界内にある値に変更することを特徴とする請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
前記パラメータ限界は前記制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項３に記載の接合装置。
【請求項５】
接合機のための複数のパラメータ限界が前記制御装置に記憶され、前記制御装置は特定の接合機を同定し、その同定結果に応答して対応するパラメータ限界をパラメータ初期値と比較することを特徴とする請求項４に記載の接合装置。
【請求項６】
前記制御装置は許容できない接合条件を解決するための一組の可能な対策を記憶し、前記制御装置はセットアップモードに於いてはその後の試行に於いて前記一組の可能な対策を順次適用するようプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項７】
前記一組の可能な対策は制御可能なパラメータの変更であることを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
【請求項８】
前記制御装置は試行毎に一つの制御可能なパラメータのみを変更するようプログラムされていることを特徴とする請求項７に記載の接合装置。
【請求項９】
前記制御装置はそれまでの試行の結果に応答してそれ以降の試行に於いて一連の可能な対策を変更することを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
【請求項１０】
前記制御装置は許容できないが改善された試行結果に応答して前記改善された結果を生じた制御可能なパラメータを更に変更することを特徴とする請求項９に記載の接合装置。
【請求項１１】
前記制御装置はそれまでの試行に関する情報を記憶し、前記情報を使用してそれ以降の各試行に何れの可能な対策を適用するかを判定することを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
【請求項１２】
前記制御装置は接合部の欠陥のリストを記憶し、前記制御装置は各試行後のセットアップモード中に使用者により選択されるよう使用者に前記リストを提示し、前記制御装置は使用者により選択された欠陥に応じて少なくとも一つの制御可能なパラメータを変更して使用者により選択された欠陥の是正を試みることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項１３】
選択されるよう使用者に提示される前記欠陥を重み付けする欠陥重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の接合装置。
【請求項１４】
前記欠陥重み付け手段は接合部の欠陥の程度を示すデータを入力するための手動的に操作可能な手段を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の接合装置。
【請求項１５】
前記欠陥重み付け手段は接合部の種々の欠陥に対し予め設定された重みを含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の接合装置。
【請求項１６】
前記接合装置は検出された接合部の欠陥に対する対策を重み付けする対策重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の接合装置。
【請求項１７】
前記対策重み付け手段は可能な各対策に対し予め設定された信頼度合と沿革的信頼度合とを含み、前記沿革的信頼度合は接合工程中に修正されることを特徴とする請求項１６に記載の接合装置。
【請求項１８】
前記予め設定された信頼度合及び前記沿革的信頼度合は不同に重み付けされることを特徴とする請求項１７に記載の接合装置。
【請求項１９】
予め求められた経験則に従わない試験接合結果に応答して前記沿革的信頼度合の重みが前記接合装置により増大されることを特徴とする請求項１８に記載の溶接装置。
【請求項２０】
前記制御装置は制御可能なパラメータの各変更後に使用者が接合部を形成して前記変更の効果を試験するよう使用者を促すことを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項２１】
前記制御装置は前記セットアップモード中には、許容し得る接合部が得られるまで或いは許容し得る接合部を形成する制御可能なパラメータが得られなくなるまで、その後の試行のための制御可能なパラメータを継続的に変更するようプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項２２】
前記制御装置メッセージは起こり得る欠陥を使用者により選択されるよう使用者に提示するメッセージを含み、前記制御装置は更に使用者により選択されるよう提示される前記欠陥を重み付けする重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載の接合装置。
【請求項２３】
前記欠陥は接合部の欠陥であり、前記重み付け手段は接合部の欠陥の程度を示すデータを入力するための手動的に操作可能な手段を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の接合装置。
【請求項２４】
前記重み付け手段は接合部の種々の欠陥に対し予め設定された重みを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の接合装置。
【請求項２５】
前記制御装置はそれまでの試行の結果に基づく情報を記憶し、該記憶された情報に基づき許容し得る接合部を形成する一組の制御可能なパラメータが得られるか否かを各試行前に判定することを特徴とする請求項２４に記載の接合装置。
【請求項２６】
前記接合装置は検出された接合部の欠陥に対する対策を重み付けする対策重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の接合装置。
【請求項２７】
前記対策重み付け手段は可能な各対策に対し予め設定された信頼度合と沿革的信頼度合とを含み、前記沿革的信頼度合は接合工程中に修正されることを特徴とする請求項２６に記載の接合装置。
【請求項２８】
前記予め設定された信頼度合及び前記沿革的信頼度合は不同に重み付けされることを特徴とする請求項２７に記載の接合装置。
【請求項２９】
予め求められた経験則に従わない試験接合結果に応答して前記沿革的信頼度合の重みが前記接合装置により増大されることを特徴とする請求項２８に記載の接合装置。
【請求項３０】
前記接合機は超音波溶接機、振動溶接機、ホットプレート溶接機、高温ガス溶接機、赤外線溶接機、誘導溶接機、マイクロ波溶接機よりなる群より選択された溶接機であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３１】
制御可能なパラメータの少なくとも幾つかは溶接時間、溶接エネルギ、溶接距離、溶接窪み、トリガ位置、下降速度、溶接圧力、保持時間、保持圧力、振幅、ランプ時間、トリガ力、これらのパラメータの概要であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３２】
前記制御装置は使用者の指示を含む制御装置メッセージを記憶し、接合品質に関する使用者の情報を要求することを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３３】
前記接合工程は熱可塑性材料を接合する工程であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３４】
前記接合工程は非熱可塑性材料を接合する工程であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３５】
前記接合工程は加工片の一部を溶融して加工片が他の部材に接合することを容易にする工程であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３６】
特定の対策に対する沿革的信頼度合を記録することを含み、予め求められた経験則に従わない試験接合結果に応答して前記沿革的信頼度合の重みが前記接合装置により増大されることを特徴とする請求項３５に記載の接合装置。
【請求項３７】
制御装置と入力装置とを含む溶接機にて溶接工程を行うためのパラメータを設定する方法にして、
溶接工程に関する同定情報を前記溶接機のための前記制御装置へ供給する工程と、
前記制御装置によりパラメータ初期値を設定する工程と、
前記溶接機の同定に関する情報を前記制御装置へ供給し、前記制御装置により前記同定情報に応答して前記パラメータ初期値を前記同定された溶接機のための予め設定された限界と比較する工程と、
前記パラメータ初期値を使用して試行溶接工程を行う工程と、
前記試行溶接工程よりの溶接品質情報を前記制御装置へ供給する工程と、
前記溶接品質情報に応答して前記制御装置によりその後の試行溶接工程のための前記パラメータ初期値を変更する工程と、
前記変更されたパラメータ初期値を用いて行われた試行溶接工程よりの溶接品質情報を前記制御装置へ供給する工程と、
前記後者の溶接品質情報に応答して一部にはそれまでの全ての試行溶接工程よりの溶接品質情報に基づき前記制御装置により前記パラメータ初期値を更に変更する工程と、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記制御装置は予め求められた経験則に従わない試行溶接工程に応答して失敗度合を増大すると共に前記失敗度合に応答して可能な対策の重みを修正することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
選択されるよう使用者に提示される前記溶接品質情報を重み付けする重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記重み付け手段は溶接品質情報により示される欠陥の程度を示すデータを入力するための手動的に操作可能な手段を含んでいることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記重み付け手段は複数の種々の溶接部欠陥を示す溶接品質情報に対し予め設定された重みを含んでいることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記制御装置は検出された溶接部の欠陥に対する対策を重み付けする対策重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記対策重み付け手段は可能な各対策に対し予め設定された信頼度合と沿革的信頼度合とを含み、前記沿革的信頼度合は溶接工程中に修正されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記予め設定された信頼度合及び前記沿革的信頼度合は不同に重み付けされることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
予め求められた経験則に従わない試験溶接結果に応答して前記沿革的信頼度合の重みが前記制御装置により増大されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記制御装置は溶接品質の選択肢のリストを使用者に提示し、使用者は前記リストの前記選択肢を選択することにより溶接品質の情報を前記制御装置に供給することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記制御装置は各試行溶接工程毎に一つの溶接工程パラメータのみを変更することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記制御装置はそれまでの試行の結果に基づき、存在する溶接欠陥を是正するよう設定された順序にて試行毎にパラメータを変更することを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記制御装置は複数の試行溶接工程の少なくとも一つについて複数の溶接工程パラメータを変更することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
選択されるよう使用者に提示される前記溶接品質情報を重み付けする重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、前記重み付け手段は前記溶接部の欠陥の程度を示すデータを入力するための手動的に操作可能な手段を含んでいることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、前記重み付け手段は種々の溶接部欠陥に対し予め設定された重みを含んでいることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、前記制御装置は検出される溶接部欠陥に対する対策を重み付けする対策重み付け手段を含んでいることを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記対策重み付け手段は可能な各対策に対し予め設定された信頼度合と沿革的信頼度合とを含み、前記沿革的信頼度合は溶接工程中に修正されることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記予め設定された信頼度合及び前記沿革的信頼度合は不同に重み付けされることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
予め求められた経験則に従わない試験溶接結果に応答して前記沿革的信頼度合の重みが前記制御装置により増大されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記制御装置は試行により許容し得る溶接品質が達成されると、最後の試行の一組のパラメータ値を作動用パラメータ値として使用することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項５８】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、前記制御装置は溶接欠陥が改善されてはいるが溶接欠陥がなくなってはいない試行溶接に応答して、パラメータが予め設定された限界に到達していない限りその後の試行溶接について以前の試行溶接に於いて変更されたパラメータを追加の量だけ変更することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項５９】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、前記制御装置は溶接欠陥が改善されておらず或いは問題が悪化した試行溶接に応答して、その後の試行溶接について以前の試行溶接に於いて変更されたパラメータをその元の値に変更すると共に他のパラメータを変更することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６０】
前記溶接品質情報は溶接部の欠陥を示し、試行溶接に於いて新たな溶接欠陥が生じたことに応答してその新たな溶接欠陥の同定情報が前記制御装置へ供給されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６１】
前記制御装置は試行溶接のパラメータを設定すると、試行溶接を開始するよう使用者を促すことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６２】
前記溶接機は超音波溶接機、振動溶接機、ホットプレート溶接機、高温ガス溶接機、軌道溶接機、赤外線溶接機、誘導溶接機、マイクロ波溶接機よりなる群より選択された溶接機であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６３】
溶接される加工片が熱可塑性材料よりなる加工片であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６４】
溶接される加工片が非熱可塑性材料よりなる加工片であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項６５】
前記制御装置は溶接品質、溶接強度、溶接機の処理能力の如き使用者により選択された溶接プロセス特性に応答してパラメータ初期値を設定することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接装置に係り、更に詳細には溶接品質を改善すべく特定の溶接工程のための溶接パラメータを対話式に設定する溶接装置に係る。本明細書に於いては、これより本発明を超音波溶接、特に熱可塑性材料の超音波溶接について説明するが、本発明は他の型式の溶接にも適用可能であることに留意されたい。
【０００２】
【従来の技術】
溶接は種々の材料にて形成されたシート又は剛固な加工片を接合しシールし接続するために使用されることがよく知られている。例えば熱可塑性フィルムや織物材料及び実質的に剛固な加工片が超音波溶接により互いに固定される。種々の溶接工程を行うべく種々の材料に対し各溶接機が使用される。従って溶接機のための制御可能なパラメータは溶接作業毎に大きく異なる。
【０００３】
従来より溶接機のパラメータは満足し得る溶接を行うべく一連の試行溶接に於いて使用者により変更されている。かかる方法は高度に経験を積んだ使用者が従来遭遇した問題に直面する場合にのみ良好に機能する。経験の浅い使用者や新たな溶接の問題に直面した使用者が上述の方法を使用すると、溶接の問題が改善されるのではなく悪化されることがある。一般に使用者により制御されるパラメータの調節方法は必然的に効率が悪く、また問題を悪化することもある。
【０００４】
熱可塑性材料よりなる加工片を溶接したり音波エネルギ又は超音波エネルギによりフィルムや織物材料をプランジシールすることもよく知られている。一般に加工片はアンビル上に支持される。電気音響変換器がホーン（所定周波数の高周波振動に共振する大きさに設定されている）に接続され、ホーンは一定の時間の間又はエネルギ伝達距離又はホーンの移動距離の如きプロセス変量により決定される時間（溶接サイクルと呼ばれる）の間加工片に係合するようこれに押し付けられ、ホーンが共振状態になると、音波エネルギが加工片に伝達され、これにより加工片の熱可塑性材料が軟化され流動化される。音波エネルギの流れが停止されると、軟化され流動化された材料が硬化し、これにより接合部が形成される。本明細書に於いて使用されている「音波」及び「超音波」なる用語は相互に入れ替え可能に使用されており、これらの用語は実質的に約１０〜１００KHz 、好ましくは約１５〜４０KHz の範囲の周波数を有する振動を意味する。
【０００５】
一般に、加工片に伝達される超音波（音波）パワーは４つのパラメータ、即ち電気音響変換器の周波数、ホーンにより加工片に与えられる力、即ちクランプ圧、ホーンが加工片へエネルギを伝達する際に於けるホーンの振幅、エネルギ伝達の時間に依存していることが知られている。また超音波溶接に影響を及ぼす他のパラメータも存在する。例えばトリガ力（ホーンと加工片との間の力であって超音波エネルギが最初に伝達されるようになるときの力）、ホーンの下降速度、パワーが増減される時間も溶接に影響を及ぼす。
【０００６】
超音波溶接の場合には、本発明は１９９０年１１月２７日付にて発行された米国特許第４，９７３，８７６号に記載された溶接装置や、１９８６年１２月２３日付にて発行された米国特許第４，６３１，６８５号に記載された溶接装置の如き溶接装置に組み込まれる。これらの溶接機の細部は特定の用途に応じて変更されてよい。
【０００７】
【発明の概要】
本発明によれば、溶接機に設けられた制御装置が溶接パラメータの初期値を設定し、次いで（問題の種類及び問題の程度を含む）溶接品質に関する入力を取得し、しかる後この情報を使用してその後の溶接品質を改善すべく新たな溶接パラメータを設定する対話式の方法を用いることにより、溶接パラメータが有利に設定されることが判った。このことは可能な選択肢のリストを使用者に提示し、そのリストより選択肢を選択することによって達成される。制御装置は溶接品質に関する入力に応答して記憶されている知識及び得られた特定の溶接品質に基づき複数の溶接パラメータのうちの一つを変更し、使用者に新たな試行溶接を行うよう指示する。この対話式の方法は、許容し得る溶接部が得られるまで、或いは如何なる変更によっても許容し得る溶接部が得られなくなるまで繰返されることが好ましい。試行溶接毎にパラメータを変更する場合には、それまでの全ての試行の結果を考慮し、制御装置が全ての試行の結果を使用して特定のパラメータに対する沿革的信頼度合を調節することが好ましいことが判っている。或いは一度に一つの溶接パラメータを変更するのではなく、複数の問題又は複数の対策又はそれらの両方を考慮する重み付け法に基づき各試行毎に複数のパラメータを変更するようプログラムされてもよい。
【０００８】
本発明の一つの目的は、特定の溶接工程のための溶接パラメータを設定する工程を自動化する改良された溶接装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の一つの目的は、溶接パラメータを設定する際に於ける人の推測を実質的に不要にする溶接装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の一つの目的は、それまでの試行溶接の結果より学習する溶接装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の一つの目的は、使用者による決定の数を低減する溶接装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴の一部は明らかであり、他の一部はこれ以降の説明に於いて指摘される。
【００１３】
端的に表現すれば、本発明の溶接装置は、複数の制御可能なパラメータを有する溶接機と、溶接機の制御可能なパラメータを制御する制御装置と、制御装置に応答して制御装置メッセージを溶接機の使用者に伝達するインタフェースと、使用者により操作可能であり使用者の応答を制御装置へ供給する入力装置とを含んでいる。また溶接装置は制御可能なパラメータが特定の溶接工程のための一組の値を有する作動モードと、制御装置がインタフェース及び入力装置を介して使用者と対話することにより特定の溶接工程の少なくとも一つの試行の結果を判定することにより、特定の溶接工程のための制御可能なパラメータの一組の値を決定するセットアップモードとを有する。
【００１４】
また本発明の第二の局面は、溶接機にて溶接工程を行うためのパラメータを設定する方法であって、溶接工程に関する同定情報を溶接機に接続された電子制御装置へ供給する工程と、溶接工程に関する同定情報に基づき制御装置によりパラメータ初期値を設定する工程と、パラメータ初期値を使用して試行溶接工程を行う工程と、試行溶接工程よりの溶接品質情報を制御装置へ供給する工程とを含んでいる。また制御装置は溶接品質情報に応答してその後の試行溶接工程のためのパラメータ初期値を変更する。変更されたパラメータ初期値を用いて行われた試行溶接工程よりの溶接品質情報が制御装置へ供給され、制御装置はその後者の溶接品質情報に応答して一部にはそれまでの全ての試行溶接工程よりの溶接品質情報に基づきパラメータ初期値を更に変更する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の溶接装置１１、特に超音波溶接装置を示しているが、本発明は超音波溶接装置に限定されるものではなく、広義にはプラスチック用の超音波溶接機、振動溶接機、ホットプレート溶接機、高温ガス溶接機、赤外線溶接機、誘導溶接機、マイクロ波溶接機、レーザ溶接機の如き溶接機や、溶接以外の種々の接合工程を行う接合機に関するものである。
【００１７】
溶接装置１１は変換器１３を含み、変換器１３はアンビルＡ上に配置された加工片Ｗに対し超音波エネルギを供給するよう共振可能に構成されたホーン１５に接続されている。制御されたパワーが制御装置１９により制御される電源１７より変換器１３へ供給される。また制御装置１９はホーンより加工片に与えられる圧力を制御する従来の駆動装置２１を制御する。従来の構造を有しゲージ圧の如きデータを制御装置へ供給する一組のセンサ２５が設けられている。幾つかの型式のかかるセンサが当技術分野に於いて知られている。或いは距離の如き他の制御パラメータやサーボ駆動装置が使用されてもよい。
【００１８】
制御装置１９はディスプレイの如きインタフェース装置２７にも接続されており、制御装置はインタフェース装置２７により図には示されていない使用者にメッセージを伝達することができる。逆に使用者の応答入力データを制御装置へ供給するキーボード、マウス、タッチセンサ式のディスプレイ、ライトペンの如き手動的に操作可能な入力装置２９が設けられている。
【００１９】
これらの種々の構成要素の特定の構造は上述の米国特許に示されており、またよく知られている。勿論超音波溶接以外の溶接の場合には、種々の構成要素は特定の型式の溶接に応じて変更される。
【００２０】
本発明は特に図２のフローチャートに示された各ステップを達成するようプログラムされた制御装置１９に関するものである。この特定のフローチャートは溶接パラメータの決定に対し適用されるものであり、溶接機それ自身の一般的な作動（当技術分野に於いてよく知られている）に適用されるものではない。本発明の溶接装置は、溶接パラメータを改善し又は最適化して満足し得る溶接を行うべく、使用者が溶接機や溶接工程の包括的な知識を有する必要性を低減若しくは排除する。本発明をセットアップモードの作動について説明するが、本明細書に於ける「セットアップモード」なる用語は、特定の溶接工程に対するセットアップと従来より呼ばれているもののみならず、用途や装置のトラブルシューティングをも含むものとして広義に使用されることに留意されたい。勿論トラブルシューティングに含まれる特定のステップやフローチャートは従来より「セットアップ」と呼ばれる作動に於いて使用されるものとは幾分異なっているが、これらの例に適用される場合に於ける本発明の一般的な原理は同一である。更に溶接機の制御装置１９に組み込まれたソフトウエアについて本発明を説明するが、ソフトウェアは溶接機と通信する外部処理装置に組み込まれてもよい。かかるソフトウェアを与えるために使用される特定のソフトウエア言語は選択の問題であるが、本発明に於いてはアメリカ合衆国ニューメキシコ州所在のExsys, Inc. よりＥＸＳＹＳなる商品名にて販売されているエクスパートシステムシェルソフトウエアであることが好ましい。
【００２１】
本発明の作動は以下の通りである。
【００２２】
ステップ１
本発明の溶接装置の最初の動作項目はプロセス又は用途、即ち行われるべき特定の型式の溶接工程を決定することである。かかる溶接工程として例えば以下のものがあるが、これらに限定されるものではない。
【表１】
エネルギディレクタを有する圧縮溶接
剪断接合
挿入
ポンチ止め／すえ込み
スポット溶接
フィルム／織物の溶接
【００２３】
このステップは接合される材料の種類（例えは超音波溶接の場合にはプラスチックの種類）を決定することを含んでいる。ステップ１は制御装置により達成され、上述の如きリストがインタフェース装置２７に表示される。次いで使用者は手動的に操作可能な入力装置２９を使用することによりリストより適当な溶接工程を選択し、入力装置２９に与えられた入力は制御装置１９へ供給される。加工片の材料が判らない場合にも以下の手続きが行われる。
【００２４】
ステップ２
ステップ１に於いて得られた情報に基づき、制御装置は希望する溶接工程に関する更に他の情報を入力するよう使用者を促す。例えば用途がエネルギディレクタを有する圧縮接合を含む溶接である場合には、制御装置は入力装置２９を用いて溶接面積や溶接距離（近距離又は遠距離）を入力するようインタフェース装置２７を介して使用者を促す。用途がポンチ止めである場合には、制御装置はスタッドの寸法や数を入力するよう使用者を促す。他の用途の場合には他の入力情報が必要である。更に特定の溶接特性やパラメータに関する使用者の特定の関心に応答してパラメータの最良の推定を修正する必要がある場合には、制御装置は最も重要な特定の溶接特性又はパラメータ（溶接品質、溶接強度、処理能力等）を指定するよう使用者を促す。
【００２５】
ステップ３
次いで制御装置は使用される溶接機の種類を入力するよう使用者を促す。制御装置１９が特定の溶接機に割り当てられている場合には、溶接機の種類についての同定情報は使用者による入力が不要であるよう自動的に制御装置にローディングされる。溶接機の同定情報はパワー能力、シリンダの寸法、サーボ駆動装置の如き溶接機の能力を決定するために使用される。この工程に於いて取得される他の情報として、作動中に出力ホーンが曝される応力が最大許容応力を越えることがないよう許容される出力ホーンの機械的振幅ゲイン及びブースタホーンの最大ゲインがある。この情報は例えば制御装置が出力ホーンに割れや損傷を惹起すような作動をブースタホーンにさせることを防止する。
【００２６】
ステップ４
ステップ１〜３に於いて取得された情報が制御装置１９により使用され、溶接パラメータの初期値が設定される。このことは主として溶接現場に於ける専門家の従来の経験より得られたルックアップテーブルやエクスパートシステムの従来の経験より得られたルックアップテーブルを使用して行われる。例えば接合されるべきプラスチックがＡＢＳである場合には、制御装置１９に記憶されたルックアップテーブルは２００psi （１３７９kPa ）が推奨される溶接圧力であることを示す。従って溶接面積が１．２in2 （７．７cm2 ）である場合には、溶接力は２４０ lbs（１０６８Ｎ）でなければならない。ステップ３に於いて同定された溶接機が直径３in（７．６cm）の空気シリンダを有する場合には、ゲージ圧の初期値は３４psi （２３４kPa ）である。制御装置は溶接時間、ブースタホーンの振幅、トリガ力、下降速度等を含む溶接機の全ての設定について上述の如き初期値を演算する。
【００２７】
ステップ５
制御装置１９はパラメータ初期値を許容可能な限界値、即ち溶接機の能力の限界値と比較する。パラメータ初期値が限界値を越えていれば、パラメータ初期値はその限界値に設定され、一般的にはその影響を補償すべく他のパラメータが調節される。例えばゲージ圧の初期値が２００psi （１３７９kPa ）と推定され、溶接機の限界値が８０psi （５５２kPa ）であるとすると、制御装置１９はそのパラメータ値を８０psi （５５２kPa ）に設定し、推定されたパラメータ初期値よりのずれを補償すべく例えば溶接時間パラメータが２５０％（２００／８０）だけ増大される。この例より判る如く、各パラメータは線型的に関連しているわけではない。
【００２８】
ステップ６
全てのパラメータ初期値がこれらのパラメータを用いて溶接を行うべくセーブされ、表示され、溶接機に自動的にローディングされる。次いで使用者はこれらのパラメータ初期値（最良の推定値）を用いて部品を溶接するよう制御装置１９により促される。最初の試行溶接後に、制御装置は部品の品質を最も良好に示す一つの品質評価を入力するよう使用者を促す（或いは後述の如く使用者は重み付けした複数の品質評価を入力する）。品質評価の入力が行われるよう、制御装置は各用途に合わせて設定された品質評価のリストを表示する。かかる品質評価として以下のものがある。
【００２９】
【表２】
過剰のフラッシュ
過剰のマーキング
過剰溶接
不足溶接
電源の過負荷（溶接機に接続されていれば自動的に入力される）
部品毎の変動
許容し得る部品
【００３０】
用途及び上述の如く使用者により入力された品質の問題に基づき、専門家の判断や選択をシミュレートする規則がそれぞれ試験され、溶接機が作動され、問題を緩和する可能な動作項目について信頼度合が設定される。説明の目的で信頼度合は０〜１００の範囲であるとする。例えば加工片が不足溶接の状況にある場合には、「モード変量の増大」（溶接時間の増大）の動作項目に１００の信頼度合が与えられる。これらの信頼度合の初期値は予め制御装置１９に記憶され、好ましくは種々の溶接欠陥の原因について溶接装置の製造業者が有する知識に基づいて設定される。
【００３１】
ステップ７
制御装置１９は是正効果の高い順に対処動作項目（可能なパラメータの変更）をランク付けし、最もランクの高い動作項目を最初に試みる。しかし各動作項目には動作が実際に試みられる前に評価される第二の信頼度合がある。この信頼度合はリアルタイム学習の信頼度合（沿革的信頼度合とも呼ばれる）である。プログラムの開始時にはこれらの全ての変量が０に設定される。これらの変量は特定の動作が試行溶接工程に与える効果に基づき制御装置１９により修正される。例えば先の試行に於いて電源の過負荷が存在すれば、「圧力の増大」の動作項目の重みは３０だけ低減される（各動作項目には最初に１００又は０の如き任意の重みが与えられる。従ってかくして重みが３０低減されると、その重みは０の初期値より−３０に低減され、これによりこの動作は試みられにくくなる）。加工片に供給されるパワーは圧力に比例するので、その後不足溶接の如き他の問題を解消せんとする場合には、この動作は試みられにくくなる。
【００３２】
ステップ８
制御装置１９はステップ７に於いて特定された問題を解消すべく溶接パラメータを修正する（好ましくは一度に一つの溶接パラメータのみが修正される。しかし後に説明する如く、必要ならば一度に複数のパラメータが修正されてもよい）。パラメータが適宜に修正されると、制御装置は次の試行溶接を行うよう使用者を促す。試行溶接が完了すると、制御装置１９は更に修正の効果を入力するよう使用者を促す。好ましくは選択されるようインタフェース装置２７に表示される可能な入力として以下のものがあるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
【表３】
全ての問題が解消される（設定をセーブし、図示のルーチンを終了する）
問題が改善される
問題が悪化される
問題が改善されるが、新たな問題が存在する
問題が解消されるが、新たな問題が存在する
問題は不変である
【００３４】
パラメータの修正の効果を反映する入力された選択に基づき、制御装置１９は修正を繰返し、或いは修正をキャンセルし、或いは修正の程度を増大し、或いは全ての信頼度合をクリアし、ステップ６以降を繰返す。更に上述の結果に基づいてリアルタイム学習の信頼度合が修正される。これらの沿革的信頼度合は制御がステップ６より繰返される場合にも他の信頼度合と同様クリアされない（０にリセットされない）。沿革的信頼度合は図示のルーチンの何れの時点に於いてもクリアされない。このことにより試行の沿革を診断や考察に使用することができる（本発明の溶接装置に於いては、誤差の統計学的分布に於ける問題を解消すべく一連の試験溶接に於いて得られた沿革的データが使用されてもよい）。
【００３５】
ステップ９
全ての問題が解消され、或いは何れの動作項目も０よりも大きい組合せの信頼度合（通常の信頼度合と沿革的信頼度合との合計）を有さなくなるまで、ステップ６〜８又はステップ８が繰返される。何れの動作項目も０よりも大きい組合せの信頼度合を有さず、問題が尚も存在する場合には、制御装置１９は溶接機の製造業者に電話をするよう使用者を促す。
【００３６】
全ての問題が解消すると、制御装置１９は作動モードに切り換わり、許容し得る溶接結果を達成する一組のパラメータを使用する。
特定の溶接工程に対する適当なパラメータを決定する際に制御装置１９により使用されてよい他の一つの評価は失敗度合と呼ばれる。この失敗度合は一般的ではない原因及び結果に基づいて演算される。例えば部品が不足溶接の状態であり、溶接時間の増大によって問題が悪化される場合には、失敗度合は５点の如き予め設定された量だけ増大される。失敗度合が使用されれば溶接装置がその用途についてより一層学習するようになるので、もし必要ならば失敗度合がリアルタイム学習の（沿革的）信頼度合の重みを増大するために制御装置１９により使用されてよい。勿論単純な溶接装置が望ましい場合には、信頼度合を修正するために失敗度合が使用される必要はない。
【００３７】
以下の例により溶接装置１１を更に説明する。
【００３８】
部品の情報
【表４】
溶接される部品はエネルギディレクタを有する
部品はＡＭＯＲであるＡＢＳにて形成されている
溶接面積は１５０mm2 である
溶接形態は近距離である
【００３９】
装置の情報
【表５】
装置は９２０１ＭＡ／ＡＥＳアクチュエータである
装置は４２５８mm2 （直径７．４cm）のシリンダ寸法を有する
装置は自動調整式である
装置の最大電力能力は２０００Ｗである
ホーンは２のゲインを有する
【００４０】
最初の試行に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表６】
必要なホーン出力振幅は４０μm（ピークツーピーク）である
この振幅を確保すべくグリーン（１．０）色のブースタホーンを使用
制御装置を１１５msに設定
ゲージ圧を１２４kPA に設定
１０２Ｎのトリガ力設定を使用
６３．５mm／s の下降速度を使用
供給電源をタイムモードに設定
【００４１】
溶接品質評価は不足溶接である。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表７】
モード変量を増大
これは試行番号１である
失敗度合は０である
【００４２】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表８】
グリーン１．０色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１２５msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００４３】
溶接品質評価は不足溶接である。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表９】
モード変量を増大、モード変量を増大
これは試行番号２である
失敗度合は１である
【００４４】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１０】
グリーン１．０色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１３５msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００４５】
溶接品質評価は不足溶接である。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表１１】
モード変量を増大、モード変量を増大、モード変量を増大
これは試行番号３である
失敗度合は２である
【００４６】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１２】
グリーン１．０色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１４５msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００４７】
この試行に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１３】
必要なホーン出力振幅は４０μm（ピークツーピーク）である
この振幅を確保すべくグリーン（１．０）色のブースタホーンを使用
制御装置を１４５msに設定
ゲージ圧を１２４kPA に設定
１０２Ｎのトリガ力設定を使用
６３．５mm／s の下降速度を使用
供給電源をタイムモードに設定
【００４８】
溶接品質評価は部品のマーキングである。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表１４】
モード変量を低減
これは試行番号４である
失敗度合は４である
【００４９】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１５】
グリーン１．０色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１３０msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００５０】
溶接品質評価は部品のマーキングである。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表１６】
これまでの変更をキャンセル、より大きいゲインのブースタホーンを使用
これは試行番号５である
失敗度合は７である
【００５１】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１７】
ゴールド１．５色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１２３msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００５２】
最初の試行に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表１８】
必要なホーン出力振幅は４０μm（ピークツーピーク）である
この振幅を確保すべくゴールド１．５色のブースタホーンを使用
制御装置を１２３．２５msに設定
ゲージ圧を１２４kPA に設定
１０２Ｎのトリガ力設定を使用
６３．５mm／s の下降速度を使用
供給電源をタイムモードに設定
【００５３】
溶接品質評価は過剰溶接／フラッシュである。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表１９】
モード変量を低減
これは試行番号６である
失敗度合は９である
【００５４】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表２０】
ゴールド１．５色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１１０msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００５５】
溶接品質評価は過剰溶接／フラッシュである。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表２１】
モード変量を低減、モード変量を増大
これは試行番号７である
失敗度合は１０である
【００５６】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表２２】
ゴールド１．５色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１２０msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００５７】
溶接品質評価は過剰溶接／フラッシュである。従ってこの段階に於いて下記の動作が試行された。
【表２３】
モード変量を低減、モード変量を増大、モード変量を増大
これは試行番号８である
失敗度合は１１である
【００５８】
この溶接に対する推奨溶接条件は以下の通りである。
【表２４】
ゴールド１．５色のブースタホーンを使用
ゲージ圧を１２４kPA に設定
制御装置を１３０msに設定
トリガ力設定は１０２Ｎである
下降速度は６３．５mm／s である
供給電源をタイムモードに設定
【００５９】
以上の説明に於いては、本発明は各試行溶接後に最も顕著な問題を考慮し、試行毎に一つの溶接パラメータを変更することによってその問題を是正せんとする。溶接装置１１の性能は適当な重み付けにより改善されてもよい。かくして重み付けが行われる改善された溶接装置に於いては、問題が重み付けされ、或いは対策が重み付けされ、或いは問題及び対策の両方が重み付けされる。
【００６０】
より詳細には、溶接装置の性能を改善するために問題の重み付けが使用される場合には、制御装置は溶接に適用可能な種々の問題を同定するよう使用者を促す。これらの問題には問題の程度やそれらの相対的重要性を示す重みが使用者によって与えられる。或いは制御装置は種々の問題に対し予め設定された重みを有し、問題が生じるとそれらの重みを付与するようプログラムされてもよい。
【００６１】
対策の重み付けについては、上述の如き制御装置は可能な各動作に対し二つの信頼度合、即ち溶接機の製造業者により予め設定される信頼度合及びプログラムの実行中に修正される沿革的信頼度合の二つの信頼度合を有する。これら二つの信頼度合に重み付けを行うことにより、本発明の溶接装置の性能を改善することができる。この重み付けは上記例に於いて上述した「失敗度合」により制御される。失敗度合は対策の適用と期待される是正との間の不一致の度合を示すものである。例えば部品が過剰溶接の状態になり、溶接時間を低減することによって加工片の溶接結果が悪化する場合には、失敗度合が大きく増大される。この失敗度合の増大は用途が一般的なものではなく標準的な経験則を適用することができないことを示している。従って失敗度合が高ければ高いほど、制御装置は重み付けされる沿革的信頼度合に一層依存する。
【００６２】
例えば最初の試行（及びその後の全ての試行）の後に、制御装置は使用者が溶接条件／溶接欠陥を入力しそれらに重みを与えることを促す。かかる重みの付与は以下の通りである。
【表２５】
0004138904.tif 000002
【００６３】
この例に於いては、部品は不足溶接の状態にあり、部品マーキングを有する。合計点は常に１０（又は他の任意の値）に等しく、従って使用者は何れの問題が最も重要であるかを決定しなければならない。
１．部品が不足溶接であれば、溶接時間の増大に１００の信頼度合が与えられる。
２．部品が不足溶接であれば、ブースタホーン振幅の増大に７０の信頼度合が与えられる。
３．部品が部品マーキングを有すれば、溶接時間の増大に１００の信頼度合が与えられる。
４．部品が不足溶接であれば、ブースタホーン振幅の増大に６０の信頼度合が与えられる。
【００６４】
これらの規則を上掲の重み付けされた問題に適用することにより、合計の信頼度合が以下の如く演算される。
【表２６】
規則       動作                   信頼性度合                
１      溶接時間の増大              ６×１００＝６００（非正規化）
２      ブースタホーン振幅の増大    ６×７０＝４２０（非正規化）
３      溶接時間の低減              ４×１００＝４００（非正規化）
４      ブースタホーン振幅の増大    ４×６０＝２４０（非正規化）
全て    溶接時間の増大              ６００／１０＝６０％
全て    ブースタホーン振幅の増大    ６６０／１０＝６６％
全て    溶接時間の低減              ４００／１０＝４０％
【００６５】
この例に於いては、制御装置はブースターホーンの振幅を増大することを決定する。何故ならばこの動作は最も高い信頼度合を有するからである。次点の動作項目は溶接時間の増大である。
【００６６】
対策にも重み付けを行うことが望ましい場合は、沿革的信頼度合及び失敗度合も制御装置によって考慮されなければならない。例えば失敗度合が１５点（１００点満点のうちの１５点）であり、沿革的信頼度合が下記の表２７の値であれば、制御装置は各動作の合計点を下記の表２８の如く演算する。
【表２７】
溶接時間の増大    −４０％
溶接時間の低減      ３０％
振幅の増大        −８０％
【００６７】
【表２８】
0004138904.tif 000003
【００６８】
従って対策に重み付けを行うことにより、制御装置はまず溶接時間を増大しようとする。何故ならばこの動作が最も高い合計点を有するからである。
【００６９】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が組み込まれた例示的溶接装置の解図的ブロック図である。
【図２】本発明の溶接装置のパラメータ設定部のためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１…溶接装置
１３…変換器
１５…ホーン
１７…電源
１９…制御装置
２５…センサ
２７…インタフェース装置
２９…入力装置
【図１】
0004138904.tif 000004
【図２】
0004138904.tif 000005