JPH0316233B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接工程において消費される相対電力
を測定する装置、また特に薄い金属カン本体の長
さ方向の側面継目を溶接するのに使用されるサウ
ドロニツク（Soudronic）溶接機に接続して変換
器として使用される装置に関する。この形で使用
されるサウドロニツク溶接機は４ないし８ボルト
で5000アンペアの規格の二次変圧器を有してい
る。溶接はAC抵抗器で、ACの周波数範囲は約50
ないし500Hzであり、各々の交番する波形が電力
パルスを作り出す。銅ワイヤの移動電極が溶接さ
れる表面と電極ロールの間に配置され、後者は溶
接用変圧器の二次側コイルの出力端子に接続され
ている。銅ワイヤは電極の各々と溶接される金属
表面の間に使用され、溶接電極の劣化を防ぐため
に連続的に動かされる。

カン本体は一般に中空の円筒構造物であり、長
さ方向の端に沿つて閉じた円筒を形成しており両
端は開放されている。材料の平たいブランクから
このようにして形成される円筒の相接する端は溶
接のために重ねられる。ブランクは前印刷（平版
印刷法）したブリキ板あるいはすずメツキしてい
ないクロム鋼たとえばMRT３から作るのが望ま
しい、そのような材料は、ベースボツクス当りの
重量が29.5ないし50.8Kg（65ないし112ボンド）
の板であり、これは容器がブリキ板および（ある
いは）すずメツキしていないクロム鋼から形成さ
れる容器のうち使用されるものに依存して、厚さ
が0.018ないし3.12mm（0.007ないし0.123インチ）
にあることを意味する。溶接された側面継目は他
の形の側面継目例えばはんだ付けされたカン継目
あるいは接着された継目よりも好ましい。より具
体的に言うと、エアゾール容器が14Kg／cm²（200
ポンド／（インチ）²）までの内圧に耐えることが
できなければならない場合には、溶接された長さ
方向の側面継目は非常に多くの利点を持つてい
る。同様に引き出しで作るには大きすぎるような
特別な構造を有するような容器（例えば、二個構
成型の容器）の場合には、溶接側面継目によつて
必要な長さが得られ、これらの容器が引き出しで
作るには長すぎるかあるいは大きすぎるような容
器の製造を簡単にする。その他の応用において
は、容器の外部表面の平板印刷の情報を有するこ
とが重要である。質の良い平板印刷は、あらかじ
め成形されている引き出し容器に対しては高速で
行うことができないので、二次成形された側面継
目を有する容器が必要になる。

従来変換器のいくつかの使用例においてホール
効果装置が使用されている。これらの使用例のう
ちいくつかは例えば米国特許第3240961、第
3194939、第3335258、および第3389239号明細書
に見られる溶接機に対するものである。従来例の
各々においては、ホール効果装置が電流の測定の
ために溶接機とともに使用されている。同様に、
米国特許第3365665号明細書には、高電圧導体例
えば電力配線における電流を測定するための装置
において使用するホール変換器が開示されてい
る。本発明の受託者（assignee）はホール変換器
の使用に関して米国特許出願第093855号として同
時出願をしている。これらの集成装置は、電流を
検出するが、溶接電極の相対位置を考慮しないと
いう点で溶接される金属の条件に完全に応えると
いうものではない。電圧、電流あるいはホール効
果を測定する変換器を使用した溶接モニターは、
従来溶接中の電力の流れの条件を測定するのに使
用されてきた。これらの技術は、溶接電極の間で
利用できる電力を形成するパラメータのうちただ
一つを測定するという点に欠点がある。

溶接の質を監視する手段として使用されてきた
その他の技術は、外部効果に対する望ましい不感
度を持つておらず、また大ていの場合溶接の質を
全体的に特徴づけることのないパラメータを測定
する。例えば、溶接電極の電圧を監視すること
は、他のすべての因子例えば表面抵抗や板の状態
が一定であるとすれば、必要な加熱状態を作り出
すのに十分であるかどうかということを電圧によ
り確認するだけのことに過ぎない。表面抵抗や板
の状態のどちらかが変化しても、溶接電圧を監視
している場合には何も示されない。

もう一つの例として、溶接電流の監視は、溶接
ナゲツト形成の各試験により必要な加熱状態を作
り出すのに十分な電流を持つているということを
保証する情報を与える。しかしながら、板の重量
が変化しても、例えば10％増大しても、溶接電流
が大きく変化したとは表示されない。というの
は、厚さが10％増加しても、バルク材料の抵抗値
には大した変化は起らないからである。しかしな
がら、厚さの10％の増加は、熱の散逸速度および
許容しうる温度まで加熱すべき金属の量に大きな
影響を与える。材料の厚さの増大に対応する溶接
電流の変化がないと、それに基づいて操作すべき
検出可能な情報が得られない。電圧あるいは電流
の監視あるいはこれらの組合わせのどれも潜在す
る間欠的な変化の影響や抵抗路の予知できない分
路を正確には知らせない。これらは必要な溶接帯
を流れる電流を瞬間的に変化させることができ、
したがつて測定しうる跡を残すことなく溶接ナゲ
ツトの質に影響を与えうる。単一の測定可能なパ
ラメータとして、溶接鍛造ロールの力学的な運動
が、任意のあるいはすべての溶接パラメータの変
化の効果を十分に監視し、そして変化した溶接電
流パラメータを容易に調整するための表示器の値
を与える方法を提供する。電極の力あるいは電圧
はその他の調整しうる制御パラメータである。要
するに、溶接鍛造ロールの運動の監視がこの目的
のためのすぐれた測定手段であると思われる。

薄い金属カン本体の溶接におけるような、交流
溶接機を用いた毎分数百回の高速操作において
は、入力電流および電圧の影響は、周囲の温度の
影響と同様に、溶接機の動作条件の小さな変化を
測定しようとする場合に重要になる。したがつ
て、ここでの回路の機能は、電極の運動に応答す
る変換器を備えることによつて前述の条件を完全
に補償することである。この変換器は、薄い金属
容器の側面継目の溶接に使用される電極鍜造動作
を監視するのに有効であり、またこの変換器につ
いては以下に説明する。

カンの運動の方向に直交する方向への電極の速
度の変化率を測定する物理的な測定装置によつ
て、そのような測定が、溶接電力の調節および
（あるいは）欠陥溶接品の排除を行う装置系にお
いて実施されうる。その本質は、溶接が熱と鍜造
の組合わせであるということ、また溶接が、溶接
中に発生する熱の変化による一定の力の下で鍜造
状態の変化による監視されうるという認識にあ
る。すなわち、溶接電力の流れに対する抵抗の高
い領域においては、発生する熱は大きく、したが
つて同じ大きさの力によつてより強く鍜造される
ということである。したがつて、溶接電極上に働
く力は、もし一定であるとすれば、溶接部に対す
る電極の位置を電力の流れの関数として変化させ
ることになる。したがつて、位置、速度あるいは
加速変換器を電極に取付けて使用することによつ
て溶接の質を測定することが可能になる。

そのような変換器は動的な信号を送り出し、そ
の信号は溶接電力入力を変化させる任意のパラメ
ータを制御するためにループ回路を通してフイー
ドバツクすることができる。この装置の全体的な
簡単さは、在来の変換器を容易に今ある装置に使
用することができ、また在来の変換器が監視と制
御に使用できる測定可能な信号を与えるという点
で魅力がある。

本発明の好ましい実施例は、単軸の加速度計を
有し、これはサウドロニツク継目溶接装置の溶接
ロール部品の加速動性を監視する。

この装置は、その最も単純な形においては、一
つの加速度計を有し、その加速度計は溶接ロール
に対してバネ荷重で押し付けられた軸に取付けら
れており、溶接ロールの垂直変位対時間の曲線の
二階微分係数すなわちd²x／dt²に比例する出力信号 を送り出す。ここでｘは未知の変位で、溶接鍜造
ロールのバネ質量の力学特性、材料の塑性的な特
性および鍜造ロールの速度に依存する。したがつ
て、ロール間の間隔が加熱状態と鍜造工程の関数
として変化すると、加速に比例する電気的な信号
が発生する。

溶接動作を監視するためのこの装置の利点は、
理論上この溶接ロールの力学により、溶接ナゲツ
トを形成するのに適用された加熱および鍜造力の
結果が忠実に表示されるということである。言い
かえると、固定された動力バネ質量系を有する溶
接鍜造ロールの追跡動作は、溶接パラメータの組
合せにより溶接ナゲツト形成が首尾よく達成され
たかどうかを正確にかつ反復して表示する。

加速度計変換器は、鍛造力を与える外側電極バ
ネ軸の端にのせてあるセラミツクの支えにより電
気的に絶縁されている。この加速度計は、単軸装
置で、電極ロールが溶接中に変位するときに垂直
加速時間波形曲線を作り出すためのものである。
溶接機に対する熱量制御器の調整の変化は、これ
らの曲線の変化により測定可能である。較正のた
めに、溶接機は電流を流さずに操作される。これ
により個々のナゲツトを理想的に形成するのに不
利な作用を及ぼす暗振動（background
vibration）例えば送りや電極に先立つ測定指針
および各カン本体の間での重ね厚の変化などによ
り起起される振動をつかむことができる。また低
電流あるいは無電流試験により、外側電極の動的
な垂直運動特性に及ぼす結果をつかむことができ
る。

許容できる製品と不完全な溶接に対する波形の
間での認めることができて重要な相違を測定する
ことができる。加熱量が小さくなると、電極間の
鋼継手の塑性変形が減少し、したがつて加速度対
時間の波形の傾きおよび振幅が変化する。同一の
溶接手順で形成される多数の波形の反復性は、任
意のカンの溶接された継目の中央において最良で
ある。変換器は熱制御の非常に小さな変化に対し
て敏感である。

このサウンドロニツク熱制御器は、精密なタイ
ミング装置であり、溶接用トランスを溶接電流が
流れている半サイクルを調整する。百パーセント
の熱制御とは、各半サイクルのうち最大可能時間
の間溶接電流が流れているということを意味す
る。制御SCRにより伝導をトリガーするゲート
信号を遅らせると、二次トランスにおける短い溶
接電流パルスおよび溶接ナゲツトにおけるより小
さな熱量がもたらされる。サウドロニツク熱制御
器は、次の式の時間ｔを変化させる。

溶接熱＝（電流の平方）×（抵抗）×（時間ｔ）任
意の熱制御器設定の効果は、SCRのスイツチン
グと溶接トランの一次側を流れる交流電流との特
性に依存して変化する。例えば、92％と93％の間
の熱の違いによりパルスの継続時間が１ミリ秒の
何分の１程度だけ変化し、そして加速度計は電極
の運動における相違を検出することができる。

加速度計は邪魔にならない非破壊的なセンサー
で、実時間の動的な情報そして継目のあらゆるナ
ゲツトの情報の関数である電気信号を提供するこ
とができる。加速度計におけるサイズモ質量
（seismic mass）はナゲツト形成の鍜造の位相に
応答し、したがつて溶接ナゲツトの加熱に影響を
及ぼすすべてのパラメータに応答する。

形成された無数の継目溶接ナグツトを考察する
ことによつて、溶接機の平均の性能および工程は
満足なものであり、かつ殆んど大部分のナゲツト
が正しく形成されているということを結論すべき
である。工程の効率あるいは溶接されたカンの質
を改良するには、波形認識装置およびよく出来た
ナゲツトは無視し出来の悪いナゲツトすなわち溶
接点を捜し出すための識別方法を関発する必要が
ある。製造されるすべてのカンに保証を与えるた
めに、十分速くあるいは十分長く形成される型の
波形の関連をつかむためには、ピーク電圧、電圧
曲線の傾きあるいは電圧曲線の下の面積をつかむ
ための電子回路が必要である。２ミリ秒を決定す
るための満足できる規準が必要である。

加速度計の制動あるいは電気出力のろ過は、溶
接装置の不適当な振動を減衰させる。単一パラメ
ータの測定は、フイードバツク情報を負帰還サー
ボループ制御装置に対して供給する。この装置の
機能は、溶接鍜造ロールの力学特性の測定値をあ
らかじめ設定されている値と比較し、溶接変数例
えば電流および時間（Ｉおよびｔ）あるいは熱を
不断に調節して好ましい動的な性能を維持するこ
とである。

本装置における閉ループ制御は、非常に望まし
いことである。というのは、それが溶接パラメー
タの変化による工程のできばえの変動、オペレー
タへの依存および工程が高速で実施される性質の
ためにオペレータが工程を効果的に追跡すること
ができないという心配を減少させるからである。
サウドロニツクW.I.M.A.溶接装置は、毎秒540の
点溶接を行うために、これらの溶接点の各々の質
を人間が判定し、各スポツトごとに補正を加える
べく効果的に反応することは不可能である。

ある制御装置系においては、命令あるいは標準
信号を加速度計からのフイードバツク信号と比較
することができる。これらの入力の間の偏差ある
いは誤差は、溶接熱制御器の設定および（あるい
は）鍜造力の調節の遂行のために使用することが
できる。フイードバツク信号は溶接鍜造ロール加
速度計から出され、加熱状態のレベル、溶接継手
の条件および（あるいは）鍜造動作のレベルを示
す。

よく出来た溶接に対応する鍜造の必要なレベル
が、入力命令レベルとして一旦確立されると、工
程は入力命令をフイードバツク情報と不断に比較
する閉じたループ系によつて制御される。通常の
動作の下で変化するパラメータには、板の厚さ、
すずメツキの重さ、鍜造力、電極温度、焼戻し、
表面あらさおよび表面抵抗が含まれている。異常
な条件による変動には、継目適合特性（重なり）、
溶接マージンにおけるる汚染、まくれ、異常分路
電流径路および溶接電流パルスの欠如がある。こ
れらのパラメータの各々により、鍜造ロール加速
度計の特定の応答が引起される。各々を分析する
ことにより、鍜造ロールからのフイードバツク情
報が明確な制御信号を供給するような正しい極性
あるいは方向を有するるということがわかる。

本発明の目的は、薄い板を高速で溶接するとき
の鍜造工程に応答する装置を提供することであ
る。

本発明のもう一つの目的は、溶接機の電極の間
の抵抗のレベルに即座に応答する装置を提供する
ことである。

本発明のもう一つの目的は、金属板の厚さの変
化に応答するモニターを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、簡単で、信頼性が
高く、低廉で、そして溶接される金属の小さな差
異を検出する能力を持つた方法を提供することで
ある。

以下図面に基づいて本発明をさらに詳細に説明
する。

溶解方法例えば電気アーク、ガス炎あるいはレ
ーザ溶解は溶解した金属の流れが結合を形成して
継目の重ね合わせの不利に打ち克つことによるも
のである。鋼の抵抗シーム溶接はかじ屋の鍜接の
ようなものである。この方法においては、溶解ま
での過熱を最小にして赤熱ないし白熱高温金属の
塑性変形により結合を達成するのが目的である。
この変形を達成するために、かじ屋はハンマーで
金属を鍜えたものである。サウドロニツク溶接機
のバネ荷重をかけた溶接ロールは効率を増大させ
るものである。ロールは電気および熱の良熱体と
して重要な熱制御の機能を果す。同時に、あるい
は少し意味が違うが、電極ロールは正しい鍜造に
必要な塑性変形を与える。

第１図に示す模式図は、加速度計１０のバネ軸
１１の端における好ましい位置を示すものであ
る。横方向の拘束物１２はバネ１３の動きを制御
し、バネ軸１１が直線的に動くようにする。バネ
１３は電極ロール１５と１６（それぞれ外側ロー
ルと内側ロール）の間のつかみ部において動く力
を有する。溶接の任意の瞬間に形成される溶接ナ
ゲツトとは、バネからの荷重および溶接機電力パ
ルスの関数である。より具体的に言うと、サウド
ロニツクABM270（270Hz周波数変換器）は毎秒
540半サイクル電流パルスしたがつて溶接ナゲツ
トを形成する。

縦方向の力ベクトルはバネ１３によつてあらか
じめ下向きに加えられた荷重、引力によつて加速
される電極部品の重量、および重ね継手の外側表
面における上向きの反作用力から成つている。

外側電極ロール１５および加速度計１０の運動
は、自動車の車輪が道路をころがるときのハブキ
ヤツプの運動に似ている。もし道路が平坦かつ水
平（すなわち電流がなくて熱もない）であれば垂
直方向の変位は起らない。正絃波の溶接パルス
（第１図参照）が電極ロール１５と１６の間で発
生する熱を変化させると、ロールの変位は、自動
車の車輪が一定の間隔で配列した泥のつまつたく
ぼみを横切る場合のようになる。泥が柔かいほど
くぼみは深くなり、車輪のばねあがりは激しく、
また垂直方向の加速スペクトルは大きくなる。

加速度対時間の曲線のオシロスコープ写真を
種々の溶接条件下で撮影した。電流がない場合に
は、形成される曲線は平坦な道路にくぼみがない
場合と似ている。この加速度曲線におけるわずか
な波立とは、ワイヤの厚さ、ロール・ベアリング
の偏心、あるいは低レベルの暗振動
（background vibration）によるものであつた。
熱がない場合（電流がない場合）、正しい熱のあ
る場合、および不十分な熱の場合に帰せられる波
形の相違は、前述の曲線において明らかである。

上部および下部の移動銅ワイヤ１８および１９
は、それぞれカン継目の重なりの外部および内部
にある。したがつて、このワイヤは移動中間電極
として１８および１９において使用される。電極
の汚染の問題をなくし、また経済的なように、ワ
イヤの両面が溶接工程において使用される。これ
はワイヤをもとに戻して再度使用する場合に、も
う一つの面を使用することによつてなされる。上
部溶接電極１５は圧力を加え、そして電流は上部
および下部電極溶接ロール１５および１６を通つ
て、電極であるワイヤ１８および１９の一部に流
れ込む。したがつて、重ね継目はパルス電気抵抗
溶接によつて溶解し、点溶接がつぎからつぎへと
行われる。これらのパルスは溶接ナゲツト１７を
形成する。サウドロニツク溶接機は、丸くて連続
した銅のワイヤを使用しており、そのワイヤはな
らいロール（profiling roll）（示されていない）
によつて平らにされる。

溶接機に対する動力供給源はモータであつて、
このモータは標準配像電流によつて駆動されて、
単相380ボルトで270サイクル／秒の電力を供給す
る同期発電機を動かす。この同期発電機の電力は
トランス・コイルの一次側巻線に入力される。こ
の入力は一定ではない。というのは、サウドロニ
ツクの電力制御回路（示されていない）がSCR
を備えており、このSCRが各半サイクルの一部
分に対して電力を通し、その半サイクルが０ボル
トと交叉したときに電力を切るからである。その
結果、入力電力は、全サイクルのある部分だけで
通され、そして毎540パルスを供給する。各々の
パルスは正しい溶接すなわち溶接ナゲツト１７に
対して十分な熱を発生させなければならない。

第２図は、重ね継目の断面を拡大率150倍で撮
影したものである。結晶粒の寸法が重ね継目の中
央部においてずつと大きいということが注目され
る。これは正しい熱量と鍜造圧力が連続的な継目
なしの結合を形成するのに必要であることを示し
ている。結晶粒の成長を溶接ナゲツトとして第１
図に模式的に示す。

またこのナゲツトは溶接電流パルスが発生した
継目部分に主要部分が存在する結晶性の領域であ
る。パルスは連続的な継目なしの接合を形成する
のに十分なだけ頻繁に発生しなければならない
が、熱量の違いにより大きな結晶粒成長領域が見
られる。第１図の描写は、わかりやすいように誇
張してある。また第２図の顕微鏡写真は重ね継目
における実際の接合を表わしている。この顕微鏡
写真は、重ね継目の中央における縦断面を示すも
のであり、そのため溶接パルスによる継目の外表
面に沿つての波立ちは直接には判別できない。す
なわち、拡大およびこの断面を用意するのに使用
した方法のために、第１図に誇張して示したよう
な実際の波立つた表面を有する継目溶接の縦断面
を第１図ように小さな比率で示すことは困難であ
る。

第３図は、不十分な溶接継目の縦方向断面の拡
大（150倍）顕微鏡写真である。この顕微鏡写真
の溶接は良くない。というのは、重ね合わせた金
属の接合のために不十分な熱量しか使用できなか
つたからである。この図では、接合の中央に線が
みられ、結合すなわち溶接の完全な失敗を示して
いる。また金属板が重ねられている中央の部分で
結晶成長がかなり良くない。これは、破壊検査を
することなしに差異を簡単には決定できないこと
を明らかに示すものである。

第１図の加速度計１０により作り出される波形
は、例えば第２あるいは３図に示される溶接の性
質に依存して変化する。より詳しく言うと、溶接
に使用されるエネルギーの量が増大すると、垂直
加速度を示す加速度計の犬くぎの傾きがより急に
なる。大きすぎるエネルギーが加えられたり、そ
して（あるいは）上部電極１５における力が大き
すぎたりすると、犬くぎの傾きは非常に急になる
ので、形成される溶接部の縦断面顕微鏡写真は、
ほぼ完全に結晶化した組織を示し、この組織は、
重ね合わせられた金属が強く加工され混じり合つ
た大きな結晶粒の領域とあらい外側表面を有して
いる。逆に、圧力および（あるいは）エネルギー
が不適当な場合には、犬くぎの傾きはより水平に
近づき、溶接の間に殆んどあるいは全く鍜造が行
われないことを示す。顕微鏡写真で調べると、結
果は第３図のようになり、おそらく重ねられた金
属の間隔がさらに大きく、そのことは継目の形成
が全く失敗に終つたことを示すものである。

第１図には加速度計１０を模式的に示している
が、好ましい実施型においては、エントラン・デ
バイス会社（Entran Devices、Inc.）製のモデル
EGC−500DS−50ミニチユア・ヘビー・デユーテ
イ加速度計（Miniature Heavy Duty
Accelerometer）を使用した。この変換器は補正
動作範囲26.7゜ないし82.2℃（80゜ないし180℃）を
有し、±１％以下で線型である。好ましい実施型
において使用したこの特定の装置は、装置の運動
に対して±50単位の範囲の加速度を有し、単位加
速度当り感度標準は４ｍＶで、600Hzまでの有効
周波数を用いることができる。

加速度計は軸１１の頂上、バネ１３の内側に取
付けた。これを外側電極１５に入力される電力か
ら電気的に絶縁するために、絶縁体２０を軸１１
と外側電極ロール１５を支えるのに使用される中
心軸２２との間に入れてある。より詳しく言う
と、電極ロール１５はアーム２１の一端に取付け
られた中心軸２２にまわりに回転し、アーム２１
の他端においては軸２３がアーム２１の溶接機の
主支柱に対する振動運動のためにアーム２１を支
えている。同様に、内側電極ロール１６は、その
軸２４のまわりに回転できるように溶接機の主支
柱上に支えられている。外側電極ロール１５と内
側電極ロール１６との相違は、外側ロール１５が
溶接機に対してアーム２１のまわりに振動できる
という点にある。

第１図の重ね継目２５は、カン本体の外側の重
なり部分２６およびカン本体の内側の重なり部分
２７から成つている。これらは在来の装置（示さ
れていない）によつて重ね合わされる。この装置
はあらかじめ切断されている平らなブランクを
個々のカンの管に丸めて、望みの大きさの重なり
を有するようにし、かつ電極ロール１５と１６と
の間を移動するように配置する。

二つの送りフインガー２８（一つだけ示してあ
る）がカン本体を押して電極ロール１５と１６に
対してカン本体を送り込む。カン本体は毎分30な
いし35メートルで送ることができ、そうして211
×604のカンが毎分180個の割合で作り出される。
そのようなカンは、普通のカン製造者がベース・
ボツクス当りに指定する鋼のボンド（Kg）数であ
る75ポンド（34Kg）の板から製造される。後者は
ベース・ボツクス板の片面当り一定の面積202322
cm²（31360（インチ）²である。サウドロニツク溶接
機は８ないし10パルス／cm（20ないし25パルス／
インチ）を出力し、すなわち８ないし10／cm（20
ないし25／インチ）の点溶接を行い、継目溶接の
速度はカン本体が製造される板の重量の関数であ
る。ある一定の継目溶接の速度において、製造速
度はカンの高さが減少するほど増大する。より薄
い材料の場合には、より大きい継目溶接速度にす
ることが可能である。各々のカン容器の間には、
ある間隔が置かれ、先行するカンから次のカンへ
の距離は約１ないし２mmである。隣接するカンの
間の適切な距離はいつでも均一に保たなければな
らない。カン容器が接近しすぎると、それらはぶ
つかつて、端の溶接が不良になるかあるいは一緒
に溶接されてしまうことさえある。逆に、カン容
器が離れすぎてしまうと、側面継目の長さ方向の
先端および後端において溶接後に肉が盛上がるこ
とになる。カンの間の距離は電極ワイヤの速度を
変えることによつて調節することができ、そして
その距離は溶接ワイヤが電極ロールを通過したあ
とで溶接ワイヤから容易に決定することができ
る。加速度計１０は第４図のブロツク・ダイヤグ
ラムの左側の出発点に示されている。加速度計１
０の上に、オシロスコープに現われる曲線の形が
示してあり、これはそこに示すように使用され
る。加速度計１０の出力は、計算機回路に接続さ
れ、この回路は加速度計曲線のある一部分の下の
面積を計算し、また加速度計曲線の一部分の傾き
を近似するようにプログラムすることができる。
そのような曲線はこの計算機回路ブロツクのそば
に示してある。

加速度計でとられる曲線が平均の溶接パルスを
代表していることを識別することは重要である。
この目的のために、加速度計ブロツクの下の回路
素子および計算機回路ブロツクが組込まれてい
る。より具体的に言うと、溶接機の電力波形の曲
線は、計算機回路が反応する各パルスの部分を決
定するのに使用される。さらに詳しく言うと、サ
ウドロニツク溶接機電力供給同期発電機の出力は
単純かつ再現性のある波形をしていなければなら
ない。この波は加速度計出力曲線により示される
パルスに同期しているがしかし位置がずれてい
る。この電力波形は、分析のために各サイクルの
優先部分を切りとる回路に入力される。すなわ
ち、計算機回路が動作するタイミングは、この切
断回路により制御され、したがつて切断回路の出
力が計算機回路のオン・オフ制御として働く。

加速度計曲線が個々のカン本体の溶接を代表す
る部分でとられることを確実にするために、光学
的に動かされるスイツチがカン本体が加速度計１
０の下に来たときに信号を送るのに使用される。
読みはよりカン本体の中心部付近でとるのが望ま
しい。カンの端の遷移部分がはいつてこないよう
にするためである。光学スイツチは、加速度計の
読みに対するタイミングが正しい場合に、パルス
平方回路に信号を送るように配置される。こうし
て平方パルスが出されると、シフト・レジスタ
ー・セツト・リセツト回路がセツトされ、この回
路が四つの読みを順次に行うように設計してある
シフト・レジスターを制御する。シフト・レジス
ターのトリガーは、切断回路からの信号によつて
もなされる。したがつて、シフト・レジスター
は、切断回路からの信号および光学スイツチから
の信号に反応し、それによつて四つの読みが一つ
のカンのサイクルのある指示された部分において
とられる。

この四つの読みはシフト・レジスターからパル
ス標本採集のための四つの回路に送られる。得ら
れる四つの標本はそれからそれぞれ標本保持回路
に送られる。このように、計算機回路からの出力
は、標本保持回路においてデーターが得られたと
きに制御評価される。一旦分析された四つの信号
は、別々に加算係数器に送られて、平均され一般
的な共通の出力が得られる。それからこの出力は
前述のような調整によりサウドロニツク溶接機の
制御に利用される。この出力はまたメータあるい
はオシスコープの読みとりのために、あるいはコ
ンピユータやプリンタの入力として利用される。

加速度計からの信号は、閉じたループ制御系に
おいて使用するのに適した連続的な信号を提供す
るために使用できる。第５図に示されているダイ
ヤグラムは、既に開示した監視技術に対してこれ
は溶接工程を不断に監視するために使用すること
のできる装置である。カン容器に対する側面継目
全体の検査は利点があると考えられるが、不要な
入力からの情報を捨てる能力を付与することは難
しい。種々の機構あるいはカンの間の隙間のため
の溶接の不連続性による振動のような入力が主要
な障害物である。第５図に開示した回路は、加速
度計出力の完全な波形の解析により、そのような
入力の問題を認識するものである。この技術は、
加速度計出力の波形あるいは極性の片方の側だけ
を使用するのではないという点において、前述の
技術とは異つている。

全加速度計波形の解析に計算技術例えばRMS
（実効値）計算は意味がある。そのような計算の
結果は、単一極性のDC出力であり、これはフイ
ルターを通すことにより溶接機の作動状態を目に
見えるように表示する。同様に、そのような出力
は、ゆつくりと変化している溶接機の動作パラメ
ータを調節するために、閉じたループ制御系にお
いて使用することができる。フイルターをかける
程度は、制御ループあるいは目に見える表示のた
めに応答時間を調節する要求に応えて変えること
ができる。さらに、フイルターをかけられた出力
信号は、個々の溶接パルス解析に対して課せられ
た限界を設定するために追跡基準として使用する
ことができる。

加速度計信号のRMS変換を使用することは、
溶接の質に対して重要であると考えられる三つの
主要な条件に合うと思われる。すなわち、溶接状
態の視覚的な監視に必要な信号が利用できる。さ
らに、工程の閉じたループ制御に必要な信号が供
給される。最後に、個々の溶接パルスの追跡に必
要であり、またそれによつて問題のある溶接ナゲ
ツトを検出するための参照値が得られる。第５図
にブロツク・ダイヤグラムを示す回路により、溶
接監視装置に及ぼす重力（垂直面内で動作してい
る溶接機に対する）の効果を補償することは容易
であり、そして最終的な出力信号は次のようにな
る。

ｅ（out）＝〔_N 〓ⁱ⁼¹ （eins）²／Ｎ〕^1/2−eing ここで eins＝〓d²x／dt² ここで ｘ＝溶接鍜造機構の変位 ｔ＝時間 eing＝〓（重力の効果） 計算機による変換の出力は、次のような簡単な
積分関係によつてフイルターすることができる。

ｅ（ｔ）＝∫^t ₀ｅ（out）dt ここでｔはローパスフイルタの切断周波数を設
定するフイルター回路の時定数である。他の型の
フイルターも信号の特定の特性を強めるために使
用することができる。

第５図では加速度計のブロツクの上に加速度計
の出力を示してある。加速度計の二つの導線を差
動増幅器に接続し、この増幅器がそれらの導線か
らの出力を増幅し、そして両者に共通なノイルを
除去する。差動増幅器からの出力は重力の効果を
計算する装置に接続される。この装置は単位利得
のAC結合増幅器を基礎としているものであり、
AC結合増幅器が信号の中心を波形の横軸に合わ
せる。補正された信号はそれから実効値変換器に
送られる。このような折置類は、機械的な現象例
えば歪、応力、振動、衝撃、軸受ノズルおよび音
響ノイズから引出される電気信号の測定に有効で
ある。このような機械的な動作により作り出され
る電気信号にはノイズが多く、非正弦的であり、
そしてDCの上に重なつている。真のRMS操作に
より一定で有効かつ正確な測定を行うために必要
な条件は、この変換器により満される。横軸より
下にある波形信号は、平方することにより横軸よ
り上に移され、そしてその出力は各々の溶接パル
スに対してある波形からDCレベルあるいはDC値
に変換される。これらの個々の値は、それぞれの
波の形および振幅の関数である。実効値変換器か
らの出力は、一連のDC値から成つており、それ
ぞれのDC値はそれぞれの溶接パルスに伴うある
パラメータを表すものである。このパラメータを
溶接機の動作が正しく行われているかどうかの尺
度として用いることができるということが明らか
になつた。

比較および評価のために、実効値変換器のフイ
ルターがかけられていない出力を、比較器差動増
幅器の片側に示し、フイルターがかけられた出力
を比較器差動増幅器の他の入力として示してあ
る。このフイルターは基本的にはローパス装置で
あり、このローパス装置はその本質において、積
分増幅器である。抵抗と容量の回路が積分のため
の時定数を決定する。比較器は一つの基準として
フイルターされた入力を使用し、この入力に対し
てフイルターされていない入力が解析される。も
しフイルターされていない個々のDCレベルがフ
イルターされた入力の波形により決定されたデー
タとかなり異つている場合には、信号が比較器か
らカン除去機構に適切な時刻に送られ、その不良
品のカンは製品の流れから自動的に除去される。

フイルターする量を変化させると、波形が変化
する。また、第５図における基準が１（時定数）
であるか２（時定数）であるかは単に説明のため
であるに過ぎない。実効値変換器の他の出力は、
溶接器制御フイルターに導かれ、これの時定数は
カン除去フイルターの時定数よりも大きい。この
ような波形はより遅くまた滑らかな変動をフイル
ターされていない信号の関数として決定する。こ
のフイルターはカン除去フイルターの時定数の２
倍の時定数を持つことができ、したがつてここで
述べた溶接パラメータを溶接機が最高の状態で動
作するのに十分な頻度で補正することのできる信
号を提供するものである。同様に、さらに大きな
時定数を有し“Ｎ”と呼ばれる最後のフイルター
を使用して、フイルターされていない信号を十分
に補正し、したがつて全体的な動作の傾向を示す
適当な周波数で変動する補覚的な溶接品質の表示
を提供することができて、オペレータが機械の最
終的な機能状態を監督することが可能になる。

以上のように、溶接の工程な簡単な装置を用い
て監視記録および（あるいは）制御することがで
きる。この装置は抵抗容器中の実際の鍜造工程を
測定分析する。したがつて、本発明はその最も広
い意味において、自動溶接において発生する鍜造
動作を測定評価するために働くすべての回路およ
び変換装置を含むものである。特許請求の範囲は
ここで述べた概念を実現するところのすべてのそ
のような装置および方を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明の実施例であつて、第１図
は、加速度計を装備したサウドロニツク溶接機の
拡大断面図模式図であり、重ね溶接部をも誇張し
た形で示したものであり、第２図は、継目の中央
部での結晶粒の成長を示す満足すべき重ね継目溶
接の拡大率150倍の顕微鏡写真であり、第３図は、
欠陥溶接の拡大率150倍の顕微鏡写真であつて、
重なりの間に殆んどあるいは認め得ない程の結晶
粒成長しか見られず、したがつて低温あるいは非
溶接状態を示すものであり、第４図は、加速度計
の出力とその出力が溶接機を調節するのにどのよ
うに使用されるかを示す、波とパルスのダイヤグ
ラムとともに示した模式ブロツク回路ダイヤグラ
ムであり、第５図は、交流形のループ・フイード
バツク装置のブロツク・ダイヤグラムである。 図中、１０は加速度計、１１はバネ軸、１２は
拘束物、１３はバネ、１５，１６は溶接電極ロー
ル、１７は溶接ナゲツト、１８，１９は移動銅ワ
イヤ、２０は絶縁体、２１はアーム、２２は中心
軸、２３，２４は軸、２５は重ね継目、２６は外
側の重なり部分、２７は内側の重なり部分、２８
は送りフインガー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の電極をパルス電源で付勢し、機械的に
   強制接近させながら、該電極間に、薄金属缶体の
   側面継目を、所定速さで連続して送給、溶接し、 該電極間の側面継目の運動に垂直な方向で、該
   電極の何れか一方の相対加速度を測定して、その
   加速度の変化により、抵抗パルス溶接された側面
   継目の相対品質を決定する ことを特徴とする、薄金属缶体側面継目抵抗パル
   ス溶接工程の相対品質測定法。 ２ 隔置されているが弾力的に傾斜対向する一対
   の電力搬送電極間を移動しながら溶接される接合
   部を支持する手段、 該一対の電極に接続され、該一対の電極と該接
   合部との間のパルス発生・高周波電位差を連続的
   に定立し、一連の連続溶接ナゲツトを生成する電
   源、及び該電極の少なくとも一つに連結されてお
   り、該接合部に平行ならざる方向への該電極の運
   動に応答して、自ら検出した鍛造動作の結果とし
   ての測定可能信号を提供する、加速度感知変換装
   置 を含んで成る、 動力電気抵抗加熱鍛造溶接工程中の溶接電極の運
   動変化測定装置。