JPH10509648A - 部品を加工片に結合するための溶接方法及びその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 部品(6)と加工片(7)上の溶接点の間のアークにより部品(6)を加工片(7)に結合するための溶接方法において、アーク電圧が設定され、溶接工程中に、常時モニターされる。それに応じて、各時点で、部品高さが自動的に矯正される。

Description

【発明の詳細な説明】 部品を加工片に結合するための溶接方法 及びその方法を実施するための装置 本発明は、請求の範囲第１項の前提条件部分に記載したような、部品を加工片 に結合するための溶接方法と、その方法を実施するための装置に関する。 そのような方法は公知であり、溶接が使用され、アークにより迅速かつ正確に 達成されてきた。使用される部品は、例えば、ボルトやスタッドである。公知の 方法では、アーク電圧が部品高さに応じて機械的に設定されている。特に、部品 高さは、アーク電圧と実質的に比例関係である。この場合には、経験に基づく値 は永久に設定されたままである。アーク電圧は、溶接すべき部品の表面特性や材 料製造における許容誤差に応じて溶接中に常時変化するものであり、使用する溶 接ヘッドの接触圧力によっても変化するため、溶接の品質に変動を生じる。 ＥＰ−Ｂ−0241249特許明細書には、部品のアーク溶接のための回路配置が記 載されており、ここでは、シーケンスコントローラが溶接アークの後方向及び前 方向の移動のトリガモーメントを定め、溶接前電流アークからモニター電圧が導 かれ、このモニター電圧が矯正電圧に変換され、制御電圧に重畳されて切り替え モード電力供給ユニットを制御し、該ユニットは、このようにして矯正された制 御電圧を用いて、溶接工程中の出力電流を、モニター電圧から導かれる溶接前電 流アークの抵抗に調節する。後方移動のトリガモーメント及び溶接アークのトリ ガモーメントは又、シーケンスコントローラにおいて、溶接前電流アークから導 かれるモニター電流により矯正される。このようにして、すべての溶接工程にお いて、出力電流と溶接時間が溶接前電流アーク電圧を基に調節される。部品の高 さは、円筒コイル及びスプリングにより調節される。この場合にも、アーク電圧 は溶接工程中に常時変化する可能性があり、上述した要因の喧嘩として、好まし くない品質低下を招くことになる。 公知の機械的な部品高さ調節と、挿入寸法がアーク電圧に影響することとで、 これらパラメーターは溶接ごとに一回しか矯正できないことになる。さらに、公 知の機械的な部品高さ調節と、挿入寸法がアーク電圧に影響することとは、不正 確な調節の結果として欠陥ある品質を生成する危険を生む。実際には、作業者が 各ケースで遭遇する時間の切迫により、不正確さや理想的な設定値からの変位を 回避すること、ないしは矯正することは、常に可能とは限らない。このために、 品質がその分だけ低下し、スクラップとなる。さらに、公知の溶接装置は、相当 な厳しい要求に曝される。また、品質に対する要求が増大するに伴って、製造工 程内自体で品質を直接的に確認し、必要があれば矯正することが望ましい。 本発明は、上述した欠点を回避でき、今日の品質保証要求に適応でき、しかも 容易に実施できる、一般的な方法を提供する目的に基づいている。 本発明においては、上述の目的は、アーク電圧のための基準電圧形状が設定さ れ、溶接工程中に制御ルーフ内で繰り返しアーク電圧が測定されて電流基準電圧 と比較され、各時点で、矯正変数が、制御変数として、測定されたアーク電圧と 電流基準電圧の差から求められ、この矯正変数により、各時点で、部品高さが操 作変数として自動的に矯正されることにより達成される。したがって、所望のア ーク電圧が全溶接工程にわたって精密に維持され、異なる加工片の表面特性に対 して溶接特性に顕著な改善を確保することができる。さらに、加工片とスタッド の間の距離の時間を要する調整や矯正が不要になる。 この方法を実施するための装置は、スタッド溶接装置と、スタッドホルダーを 有する溶接ヘッド制御ユニットと、マイクロプロセッサコントローラーから構成 される。 本発明の有利な展開は、さらに従属請求項から得られる。 本発明の幾つかの実施例を図面について如何に詳細に説明する。 図１は、本発明による装置の実施例の概略図である。 図２は、他の実施例の概略図である。 図１は、本発明による装置の第１実施例の概略図である。以下の説明において は、説明を簡単にするために、加工片に溶接される部品をスタッドと呼ぶが、本 発明は勿論このような部品に限定されるものではない。この装置は、スタッド溶 接装置１からなり、この装置自体は公知であり、溶接時間中に調節可能な溶接電 流を生成するのに適しており、溶接時間も又、同様に調節可能である。調節は、 使用される材料や溶接直径の関数として行われる。溶接ヘッド制御ユニット２は 、電子回路が組み込まれた、それ自体公知で、入力信号に応じて迅速かつ精密な 位置制御を油圧的に行うことができる油圧制御バルブ３を備える。制御バルブ３ は油圧シリンダ４に接続され、該油圧シリンダ４に、加工片７に溶接されるスタ ッド６を保持するのに適したスタッドホルダー５が取り付けられる。さらに、制 御バルブ３は、油圧制御ライン９により、それ自体公知の油圧ユニット８に接続 される。スタッドホルダー５は、溶接電流ライン１０を介してスタッド溶接装置 １に接続される。このように、油圧シリンダ４は、スタッドホルダー５とともに 溶接ヘッドとして使用される。スタッド溶接装置１は、アースライン１１を介し て加工片７に接続される。マイクロプロセッサコントローラー１２が、制御ライ ン１３を介してスタッド溶接装置１に接続される。さらに、マイクロプロセッサ コントローラー１２は、測定ライン１４を介して加工片７に、また測定ライン１ ５を介してスタッドホルダー５に接続される。最後に、マイクロプロセッサコン トローラー１２は、制御ライン１６を介して油圧ユニット６に接続される。溶接 ヘッド制御ユニット２は、スタッド６を精密に加工片７の上に位置させるための 支持脚を備えることができる。しかし、溶接ヘッド制御ユニット２は、図示しな いがそれ自体は公知の位置測定システムと組み合わせることか好ましい。 スタッド６を加工片７に溶接するためには、スタッド６を加工片７の溶接点の 上に置くことにより、スタッド端と加工片７の溶接点の間に信頼性ある電気接触 を最初に形成する。このヌル位置は、位置測定システムにより測定され、基準と してマイクロプロセッサコントローラー１２内に記憶される。溶接時間と溶接電 流、及び望ましいアーク電圧（すなわち、溶接工程中に変化するアーク電圧制御 のための基準電圧形状）、アーク電圧とスタッド・加工片間距離との比がマイク ロプロセッサコントローラー１２に設定され、制御ライン１３を経てスタッド溶 接装置１に送られる。さらに、溶融スタッド端を加工片７上の溶融状態の溶接点 に挿入することに関する追加の要因が、以下に説明するように調節される。 実際の溶接工程は、スタッド６を加工片７から持ち上げ、スタッド端と加工片 ７上の溶接点の間にアークを形成して、後者を溶融させることにより実行される 。電流アーク電圧は、測定ライン１４、１５により測定され、溶接工程全体にわ た って、マイクロプロセッサコントローラー１２の制御ループ内の制御変数として の設定基準電圧形状の電流基準電圧と、繰り返し比較され、各時点で、測定され たアーク電圧と電流基準電圧の差から矯正変数が求められる。各時点でのこの矯 正変数は、制御ライン１６を介して油圧ユニット８に送られ、該ユニットは、各 時点で、スタッドと加工片の間の距離を、油圧回路と制御ライン９を介して制御 バルブ３により矯正する。スタッドと加工片の間の距離は、各時点で、求められ た矯正変数を油圧ユニット８と油圧制御バルブ３により変換することにより、制 御ループ内の操作変数として自動的に矯正される。アーク電圧は溶接作業中、常 時モニターされ、スタッドと加工片の間の距離は、毎秒数百回にわたり調節され る。 溶融したスタッド端の加工片７上の溶融した溶接点への再設定、すなわち挿入 も又検出され、マイクロプロセッサコントローラー１２により制御される。アー ク形成の完了のとき、スタッドと加工片の間の距離の自動的な矯正が又、完了す る。スタッドと加工片の間の距離の最終的な設定は、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ー１２に記憶され、記憶されたヌル位 置が基準値として使用される。スタッドと加工片の間の距離の制御された再設定 がなされ、挿入が行われる。挿入深さ（挿入寸法とも呼ばれる）と挿入速度は、 マイクロプロセッサコントローラー１２内に設定でき、記憶されたヌル位置が各 時点での基準値となる。設定値は、位置測定システムと組み合わされた油圧制御 バルブ３によって挿入寸法と挿入速度に変換される。これは、制御ループによっ て行われ、この場合、挿入寸法が測定され、所定の設定値を基に位置測定システ ムにより繰り返し制御された変数として使用される。このようにして、再設定及 び挿入中も高い精度が完全に自動的に達成され、溶接品質の改善につながる。設 定された最大挿入深さを達成した後、再設定時間の後で、ヌル位置への戻りの動 きが再び行われるが、このときの再設定時間も又、調節可能である。 ここに説明した油圧の実施例は、用も津ヘッド制御ユニット２を永久的に取り 付けることができる比較的大きな装置に適したものである。 図２は、他の実施例を示す概略図である。この例では、溶接ヘッド制御ユニッ ト２は、制御マグネット１７と、これに結合され加工片７に溶接されるスタッド ６を保持するのに適しているスタッドホルダー１８を備え、該スタッドホルダー は溶接電流ライン１０を介してスタッド溶接装置１に接続されるもので、制御マ グネット１７は、スタッドホルダー１８とともに、溶接ヘッドとして使用される ことになる。制御マグネット１７は、例えば、修正した形の制御バルブである。 それ自体公知の電子回路が組み込まれた制御バルブを油圧回路に使用するという 前提で、またこの制御バルブが迅速で精密な位置制御を油圧的に行うのに適して いるという前提で、油圧バルブ部品を除去し磁気的に制御される軸をスタッドホ ルダー１８に直接的に結合するように、この制御バルブを修正する。これによっ て、制御マグネット１７は、簡単な手法で精度よく組み込まれ、既にある位置測 定システムと一体にできる。制御マグネット１７は制御ライン１９を介してマイ クロプロセッサコントローラー１２に接続される。 溶接工程の順序は、油圧を使用する前述の実施例におけると同様である。しか し、必要な位置測定のすべては、制御マグネット１７に一体化された位置測定シ ステムを使用することによって直接的に行われる。スタッドと加工片の間の距離 についての矯正変数は、各時点でマイクロプロセッサコントローラー１２により 求められ、制御ライン１９を経て電子的に制御される制御マグネット１７に直接 送られ、該制御マグネットが、各時点で、スタッドと加工片の間の距離について の対応する矯正を行う。このように、スタッドと加工片の間の距離は、求められ た矯正変数を制御マグネット１７により変換することによって、制御ループ内に おける操作変数として、各時点で自動的に矯正される。 簡単なアナログコントローラーでも十分であり、例えば、この場合には、アー ク電圧が測定され、比較器内で電流基準電圧と常時比較され、その差がフィルタ ーおよう゛ＰＤ又はＰＩＤレギュレーターにより処理され、矯正信号として制御 マグネット１７に送られる。この場合には、制御マグネット１７の慣性は低いが 、この慣性が電圧スパイクをフィルターするのに寄与することになり、共鳴を回 避するのに役立つ。 再設定と挿入も又、図１を参照し前述したのと同様にして行うことができる。 この場合に歯、挿入速度と挿入寸法についてマイクロプロセッサコントローラー １２に設定した値が、制御マグネット１７により所望の動きに変換される。 ここで説明した電子磁気的な実施例は、制御マグネット１７をスタッドホルダ ーを有する溶接ガンとして形成することにより、手で容易に操作できるものとな る。 図示しないさらに別の実施例では、スタッドと加工片の間の距離と挿入寸法の 設定の自動的な矯正が、求められた矯正変数を電動モーター及びスピンドルによ り変換することにより実行される。 スタッドと加工片の間の距離と挿入寸法の設定の自動的な矯正を行うための本 発明の方法及び装置は、リフト・オフ点火又は短サイクル法を使用する市販のス タッド溶接装置に直接的に組み合わせることができる。マイクロプロセッサコン トローラーを有するスタッド溶接装置の場合には、マイクロプロセッサコントロ ーラー１２は一体化できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．部品(6)を前記加工片(7)の溶接点に当て、 該部品を加工片(7)から持ち上げて、該部品の端と前記加工片(7)の前記溶接 点の間にアークを生成させ、該溶接点を溶融させ、 溶融した前記部品の端を溶融した前記加工片の前記溶接点に再設定および挿 入する、 ことからなる部品(6)を加工片(7)に結合するための溶接方法であって、 アーク電圧について基準電圧形状が設定され、溶接工程中に、アーク電圧が 測定され、制御ループ内で繰り返し電流基準電圧と比較され、各時点で、測定さ れたアーク電圧と電流基準電圧の差から矯正変数が制御可能な変数として求めら れ、この矯正変数により、各時点での部品の高さが操作変数として自動的に矯正 されることを特徴とする方法。 ２．請求の範囲第１項に記載した方法であって、再設定と挿入が速度と挿入深さ を調節可能に行われることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲第１項又は第２項のいずれか１項に記載した方法であって、部品 高さの自動的な矯正は、求められた矯正変数を油圧ユニット(8)及び油圧制御バ ルブ(3)により変換することにより行われることを特徴とする方法。 ４．請求の範囲第１項又は第２項のいずれか１項に記載した方法であって、部品 高さの自動的な矯正は、求められた矯正変数を制御マグネット(17)により変換す ることにより行われることを特徴とする方法。 ５．請求の範囲第１項又は第２項のいずれか１項に記載した方法であって、部品 高さの自動的な矯正は、求められた矯正変数を電動モーターとスピンドルにより 変換することにより行われることを特徴とする方法。 ６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載した方法であって、 アーク電圧が測定され、溶接工程中に連続的に比較器により電流アーク電圧と比 較され、測定されたアーク電圧と電流アーク電圧の差がフィルターとＰＤ又は、 ＰＩＤレギュレーターにより処理され、部品高さの矯正信号として請求の範囲マ グネット(17)に送られることを特徴とする方法。 ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載した方法を実施する ための装置であって、スタッド溶接装置(1)と、スタッドホルダー(5、16)を有す る溶接ヘッド制御ユニット(2)と、マイクロプロセッサコントローラー(12)とを 備えることを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第７項に記載した装置であって、溶接ヘッド制御ユニット(2)は 、油圧シリンダ(4)を有する油圧制御バルブ(3)を備え、装置にはさらに油圧ユニ ット(8)が設けられたことを特徴とする装置。 ９．請求の範囲第８項に記載した装置であって、溶接ヘッド制御ユニット(2)が 位置測定システムに組み合わされたことを特徴とする装置。 10．請求の範囲第７項に記載した装置であって、前記溶接ヘッド制御ユニットが 位置測定システムを一体に備えた制御マグネットからなることを特徴とする装置 。