JPH09501771A - スポット溶接部の温度決定方法及び装置ならびにスポット溶接部の品質を評価するためのそれらの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つの第１の金属から成る２つの部材（１、２）の一方に接触する少なくとも１つの第２の金属から成る電極（３、４）によって形成される２つの部材（１、２）間のスポット溶接部（５）の温度決定方法及び装置に関する。温度はその際電極（３、４）と部材（１、２）との間で測定された熱起電力から決定される。本発明によれば、スポット溶接部（５）の形成前に熱起電力に関する第１の測定値が決定され、スポット溶接部（５）の形成後に熱起電力に関する第２の測定値が決定され、温度は第１の測定値及び第２の測定値を考慮して決定される。この方法は特にスポット溶接部（５）の品質を評価するために応用される。この方法及び装置は、連続的に形成すべき多数のスポット溶接部（５）に対し温度を決定し、又品質を評価するのに適しており、その場合電極（３、４）の温度の明らかな変化及びそれぞれ測定された熱起電力の相応する変化が考慮される。

Description

【発明の詳細な説明】 スポット溶接部の温度決定方法及び装置ならびにスポット 溶接部の品質を評価するためのそれらの使用 本発明は、少なくとも１つの第１の金属から成る２つの部材の一方に接触する 少なくとも１つの第２の金属から成る電極によって形成された２つの部材間のス ポット溶接部の温度決定方法及び装置であって、温度が電極と部材との間で測定 された熱起電力から決定されるようなスポット溶接部の温度決定方法及び装置に 関する。さらに、本発明は、スポット溶接部の品質を評価するためのその方法の 応用もしくはその装置の使用に関する。 冒頭で述べた種類の方法及び装置ならびにスポット溶接部の品質を評価するた めのその応用は国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細書に基づいてお り、本発明の基礎を成しており、その全内容がこの指摘によってここで開示され たものとする。 スポット溶接部の温度を決定することはドイツ民主共和国特許出願公開第２５ ２７７８号明細書及び刊行物「溶接及び切断(Schweissen und Schneiden)」（第 ４５巻、１９９３年発行、第３０８頁）に掲載されたＷ．ファーバー(Faber)及 びＭ．ウールマン(Uhlmann)の論文「抵抗溶接時の温度測定(Temperaturmessungb eim Widerstandsschweissen)」でも言及されている。ドイツ民主共和国特許出願 公開第２５２７７８号明細書はスポット溶接部の形成山の温度の決定に関し、そ の際特に測定されるべき熱起電力は溶接装置から溶接されるべきワークピースに 印加される電圧から分離されなければならない。上記論文は、電極とワークピー スとの間の熱起電力が明らかな温度依存性を示すようにするために、電極及びワ ークピースの材料の選定に関する。 スポット溶接は金属部材、特に薄板部材を互いに結合しなければないない特に 自動車組立においてしばしば使用される。このようなスポット溶接は、部品の一 時的な仮結合に使われるのみならず、最終的な結合を構成しなければならず、そ れゆえ互いに結合される部品が用途に応じて晒され得る全ての荷重に耐え得なけ ればならない。それゆえ、品質保証を行い得るようにするために、スポット溶接 部の品質を評価することができるようにするという要求がある。 スポット溶接部の品質にとって決定的なことは、スポット溶接部を生成しなけ ればならない区域における熱発生であり、特に互いに結合されるべき部材間には 十分に広がった溶湯が得られなければならない。熱発生を惹き起こさなければな らない電流がスポット溶接部を生成しなければならない区域を流れると共に他の 結合部（通常“分路”と称されている）をも流れると、生成されたスポット溶接 部の品質を相当損ない、そしてスポット溶接部がそもそも実現されるのを妨げる ことにもなる。不十分なスポット溶接部を直ちに見抜いてより分けることができ るようにするために、とりわけ自動化製造工程中にスポット溶接部の品質の連続 的な評価を行うことへの要求がある。スポット熔接部の抜取り検査は、絶対に非 破壊である必要はないが、場合によってはスポット溶接部の所望の品質を保証す るためには十分とは見做せない。 国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細書に基づくスポット溶接部の 温度決定方法は、特にスポット溶接部の品質評価の枠内での応用に適しているが 、短い時間間隔で連続的に形成された多数のスポット溶接部の温度測定が行われ なければならない場合には問題がある。１つの電極を用いて多少とも迅速に一連 のスポット溶接が実施される場合、電極はかなり加熱され、電極と互いに溶接さ れるべき部材との間で測定されるべき熱起電力はそれによりかなり影響される。 このことによって、スポット溶接部の品質を決定するために導入された基準は、 良好なスポット溶接部までも不良品と見做してしまい、役に立たなくなる。 そこで、本発明の課題は、電極の温度変化に対して広範囲に亘って感応せず、 付加的な装置費用が出来るだけ少なくなるような冒頭で述べた種類のスポット溶 接部の温度決定方法を提供することにある。 このような課題を解決するために、本発明によれば、少なくとも１つの第１の 金属から成る２つの部材の一方に接触する少なくとも１つの第２の金属から成る 電極によって形成された２つの部材間のスポット溶接部の温度が電極と部材との 間で測定された熱起電力から決定されるようなスポット溶接部の温度決定方法に おいて、スポット溶接部の形成前に熱起電力に関する第１の測定値が決定され、 スポット溶接部の形成後に熱起電力に関する第２の測定値が決定され、温度が第 １の測定値及び第２の測定値を考慮して決定される。 本発明は、スポット溶接部の形成前の電極と部材との間の熱起電力を知ること は特に互いに溶接されるべき部材の温度が広範囲に亘って一定に保たれ続けると いう前提の下に電極の温度に関して十分でさらに簡単に利用可能な情報を与える という認識に基づいている。それゆえ、スポット溶接部の形成前に得られた測定 値を、スポット溶接部の形成後に得られた測定値と一緒に評価することによって 、スポット溶接部の温度に関して電極温度に十分に無関係の情報が得られる。本 発明を実現するための装置上及び方法上の費用は非常に僅かである。何故ならば 、実際の各スポット溶接工程において、溶接されるべき部材上への電極の装着と スポット溶接部の現実の形成との間には、熱起電力を測定するのに十分長い時間 が存在するからである。一般にこのような測定は２０ｍｓより多くを必要としな い。また補助的な測定値を評価するための費用も通常使用される電子的評価回路 において狭い限度にとどまる。 スポット溶接部の温度が第１の測定値と第２の測定値との差から決定されるの が有利であり、これは熱起電力と電極温度とが直線関係にある場合には十分に正 確である。熱起電力と電極温度とが非直線関係にある場合（これは第１の金属と 第２の金属との特定の組合わせの際に起こり得る。）に対しても、この評価法は 一般に、特に電極温度が極端に変化しないという前提の下では、実際の目的にと っては十分である。 スポット溶接部を部材の相対向する両側に配置された２つの電極によって形成 し、各電極と部材との間でそれぞれ熱起電力を測定することは特に有利である。 その際、第１の測定値及び第２の測定値は電極で測定された相応する熱起電力の 平均値としてそれぞれ形成される。それにより測定精度を高めることができる。 測定精度をより一層高めそして必要に応じてスポット溶接部の品質に対する別 の決定量を得るために、測定値の少なくとも１つの、特に第２の測定値の時間的 推移が決定されるのが有利である。この時間的推移は、以下においてさらに詳細 に説明するように、スポット溶接部の品質を評価するのに重要な量である。 装置に関する課題を解決するために、本発明によれば、少なくとも１つの第１ の金属から成る２つの部材の一方に接触する少なくとも１つの第２の金属から成 る電極によって形成される２つの部材間のスポット溶接部の温度決定装置におい て、電極と部材との間の温度に相応する熱起電力を検出するために少なくとも１ つの電圧計を備え、さらに、スポット溶接部の形成前の熱起電力に関する少なく とも１つの第１の測定埴とスポット溶接部の形成後の熱起電力に関する少なくと も１つの第２の測定値とを受入れるための制御装置と、少なくとも１つの第１の 測定値を記憶するための第１のメモリと、少なくとも１つの第２の測定値を記憶 するための第２のメモリと、第１のメモリ内に記憶された少なくとも１つの第１ の測定埴と第２のメモリ内に記憶された少なくとも１つの第２の測定値との差を 形成してこの差から温度を決定するための減算器とを備える。 この装置の機能は本発明による方法の実施例から直接説明される。 本発明により決定すべき差はスポット溶接部における温度の、スポット溶接部 の形成前の対応する個所での温度に関連する尺度である。差は従って対応する個 所にスポット溶接部を形成するためにもたらされたエネルギーに対する直接量で もある。差は従ってスポット溶接部に関する信頼できる情報を与える。 本発明による装置において、部材の両側に配置可能な２つの電極の内の各１つ に付属する２つの電圧計と、この電圧計によって同時に測定されたそれぞれ２つ の値から１つの平均値を形成しそして第１の測定値又は第２の測定値として提供 する平均値形成器とが備えられるのが有利である。このような構成によれば特に 電極と両部材との間の熱起電力の平均化が行われ、これにより温度の測定及び決 定の信頼性が高められる。 装置内の第２のメモリは特に多数の第２の測定値を記憶するために設けられ、 減算器は第２のメモリ内に記憶された第２の測定値の平均値を形成するために設 けられ、そして、減算器によって形成された平均値の時間導関数を形成するため の微分器と、被除数としての差と除数としての導関数とから商を形成するための 割算器とが設けられると有利である。 各スポット溶接部のために多数の第２の測定値を記憶することは上述したよう に多くの利点を持つ。先ず、記憶されている全ての第２の測定値から測定すべき 熱起電力の平均値を決定することが可能になり、その場合記憶されている測定値 の全体から特定の値が必要に応じて選択され得る。同じような利点は第１の測定 値に対しても、多数の測定値を記憶しそして必要に応じて測定値全体からの特定 の部分集合の選択の下に適切な方法で平均化することによって得ることができる 。第２の測定値にとって重要なことはさらに、多数の測定値からスポット溶接部 の形成後の熱起電力の時間的推移を再現することができ、そして他の処理に供給 された平均値に対して時間導関数を決定することができることである。差と時間 導関数とから形成された商は形成されたスポット溶接部の品質を決定するのに特 に有利な値である。というのは、この商はスポット溶接部に投入された全エネル ギーと、スポット溶接部がその形成後にどのように冷却するかというやり方とに 関係するからである。引用した国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６号明細 書において詳細に説明されているように、スポット溶接部の形成後の熱起電力の 時間的推移は、主として、スポット溶接部の形成時に互いに溶接されるべき部材 の材料の十分な液化が行われたか否かによって決定される。 今述べた商の評価は、割算器に後置接続されこの商が許容し得るものであるか 又は許容し得ないものであるかを制御装置へ報知する分析器によって行われるの が有利である。制御装置はこの報告をさらに処理してこれをスポット溶接部を形 成するための電流を提供するために設けられている溶接電源へ導くのが有利であ る。この場合、さらに形成すべきスポット溶接部に対して十分な品質を保証する ために、報知に基づいて電流の送出量が制御される。 本発明による方法ないし装置が多少とも迅速に連続的に形成すべきである多数 のスポット溶接部から成る各スポット溶接部に対する温度を決定するために応用 されることは大きな利点である。多数の溶接工程がこのように連続的に行われる 場合、このために使用される１つの電極の温度又は多数の電極からなる装置の温 度は明らかに変化するが、本発明による方法によって個々の各スポット溶接部の 温度に関して同じように信頼できる情報が得られる。 本発明は、スポット溶接部の品質を評価するためスポット溶接部の温度決定方 法ないし装置にも関する。 このために特に第１の測定値と第２の測定値との差及びさらに第２の測定値そ のものの他に第２の測定値の時間導関数が決定され、そして品質を評価するため に被除数としての差と除数としての時間導関数とから商が形成される。この商は スポット溶接部の品質を評価するための量として多少とも直接利用することがで きる。勿論、この商に対して評価工程の枠内で算術的な爾後処理、特にスケーリ ングを実行することは排除されない。 各スポット溶接部に対して商が形成されるように、連続的に形成された多数の スポット溶接部の各スポット溶接部の品質を評価するために方法ないし装置を使 用することは特に有利である。このことによって多少とも迅速に連続的に形成さ れるようなスポット溶接部の商の信頼できる評価が保証される。この場合、使用 される１つの電極又は使用される複数の電極の温度は明らかに変化する。 熱起電力の測定手段及び本発明による温度決定手段を含んだスポット溶接部形 成装置の一実施例を図面に基づいて説明する。 ２つの部材（例えば薄鋼板）１、２は、例えば銅合金から構成された２つの電 極３、４が互いに対向配置されて、押付けられている部材１、２に接触させられ ることによって、スポット溶接により互いに結合される。電極３、４は溶接電源 ９によって電流、大抵直流電流を与えられ、これによって加熱が行われ、最終的 には局部に限定された溶解が行われる。これによりスポット溶接部５が生成する 。スポット溶接部５が十分に高い品質を有する場合には何れにしても、初めに存 在した溶解物が凝固すると、部材１、２は永続的に互いに結合される。溶接電流 の強さは電流計６によって測定され、溶接過程においてそれぞれ一方の電極３、 ４と部材１、２との間に存在する電圧は２つの電圧計７、８によって測定される 。電流計６又は電圧計７、８による電流又は電圧の指示が指示計器で絶対に行わ れなければならないというのではなく、電流計６及び電圧計７、８がその都度の 情報を制御装置１０へ転送するようにすることは十分考え得ることでありかつ最 新式溶接装置に関連して有利であることが理解されよう。概要を理解し易くする ために電流計６についてはこのことは示されていない。 スポット溶接の開始前ならびに終了後、電圧計７、８は、必要な場合にはその 測定範囲の相応する切換え後、対応する電極３、４と部材１、２との間の熱起電 力をそれぞれ測定する。スポット溶接の終了後にまず徐々に或る一定のテンポで 低下するスポット溶接部５の温度によって、各部材１、２とそれに接触している 電極３、４との間には、時間の経過に従って、すなわち、０．５秒〜１秒の期間 に亘って規定の態様で低下する熱起電力が生ぜしめられる。正確な時間的推移は 主にスポット溶接部５における現象によって共に決定される。スポット溶接部５ 内に十分に大きな溶解が生ぜしめられると、熱起電力の低下は溶解が生じない場 合の熱起電力の低下に比較して明らかに遅くなる。この理由は、溶解物が凝固す ると温度の低下を妨げる潜在的に蓄積された熱が無くなるからである。このよう な事態は既に引用して詳細に評価した国際特許出願公開第ＷＯ９２／１０３２６ 号明細書に詳しく説明されている。 本発明においてはスポット溶接の開始前にも熱起電力は特に両電圧計７、８の 測定値に関する平均として測定され、これから電極３、４の温度に関する情報が 導出される。スポット溶接部５の温度の決定ならびにスポット溶接部５の品質の 評価にその情報を取入れることによって、短時間で連続的に作られた多数のスポ ット溶接部５を考慮しなければならない場合にも、精度及び再現性に関して著し い利益が得られる。両電圧計７、８の測定値は測定値を平均化する平均値形成器 １１へ導かれ、制御装置１０によって制御されて、第１のメモリ１２又は第２の メモリ１３内へ記憶される。第１のメモリ１２はスポット溶接部５の形成前に得 られたそれぞれ２つの第１の測定値の平均値を記憶するために考えられ、第２の メモリ１３内にはスポット溶接部５の形成後に得られた第２の測定値の平均値が 記憶される。便宜上、両メモリ１２、１３は構造化しないで示されている。第２ のメモリ１３は第２の測定値の多数の平均値の記憶にも適し、それゆえスポット 溶接部５の形成直後のスポット溶接部５の温度の推移を記録することができる。 第２の測定値と第１の測定値との、スポット溶接部５の温度を決定するために重 要である差を形成するために（これはメモリ１２、１３に後置接続された減算器 １４でおいて行われる）、必要に応じて適切な方法で第２のメモリ１３内に記憶 されている値の平均値を再び形成して利用することができる。便宜上、このため に必要な装置は、必要な演算が算術演算であるので、特に減算器１４に属すると 理解することができるが、図には示されていない。同様なことは第１のメモリ１ ２が多数の値を記憶するために設けられる場合にも当てはまる。 測定値を処理し又は制御課題を果たす装置の構成部品、即ち平均値成形器１１ メモリ１２、１３、減算器１４、微分器１５、割算器１６、分析器１７、及び制 御装置１０の実際の構成は、個別的な、アナログ的な又はディジタル的なモジュ ールの形態で、ならびに電圧計７、８及び溶接電源９に対する適当なインターフ ェースを備えた適当にプログラムされたコンピュータの形態で行うことができる 。 スポット溶接部５の品質を評価するために、上述した差の他に、第２の測定値 の時間導関数が形成され、このために第２のメモリ１３に備えられた微分器１５ が設けられている。この微分器１５は、減算器１４が差を与えるのと同様に、導 関数を割算器１６へ与え、この割算器は被除数としての差と除数としての時間導 関数とから商を形成する。この商はスポット溶接部の品質を評価するための測定 量として用いられる。この商はこのために分析器１７へ導かれ、この分析器１７ はこの商がスポット溶接部５にとって許容し得る十分な品質と見做せる値範囲内 に在るか否かを決定する。分析器１７はこの決定の結果を溶接電源９に作用する 制御装置１０へ送る。この制御装置１０は形成すべき他の各スポット溶接部５に 対して十分な品質を保証するように溶接電源９を制御する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの第１の金属から成る２つの部材（１、２）の一方に接触 する少なくとも１つの第２の金属から成る電極（３、４）によって形成される２ つの部材（１、２）間のスポット溶接部（５）の温度が電極（３、４）と部材（ １、２）との間で測定された熱起電力から決定されるスポット溶接部の温度決定 方法において、スポット溶接部（５）の形成前に熱起電力に関する第１の測定値 が決定され、スポット溶接部（５）の形成後に熱起電力に関する第２の測定値が 決定され、温度は第１の測定値及び第２の測定値を考慮して決定されることを特 徴とするスポット溶接部の温度決定方法。 ２．温度は第１の測定値と第２の測定値との差から決定されることを特徴とす る請求項１記載の方法。 ３．部材（１、２）の相対向する両側に配置された２つの電極（３、４）を用 い、各電極（３、４）と部材（１、２）との間で熱起電力が測定され、各測定値 は電極（３、４）でそれぞれ測定された熱起電力の平均値として決定されること を特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４．測定値の少なくとも１つ、特に第２の測定値の時間的椎移が決定されるこ とを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。 ５．連続的に形成すべき多数のスポット溶接部（５）の各スポット溶接部（５ ）に対して１つの温度が決定されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記 載の方法。 ６．少なくとも１つの第１の金属から成る２つの部材（１、２）の一方に接触 する少なくとも１つの第２の金属から成る電極（３、４）によって形成される２ つの部材（１、２）間のスポット溶接部（５）の温度決定装置であって、電極（ ３、４）と部材（１、２）との間の温度に相応する熱起電力を検出するために少 なくとも１つの電圧計（７、８）を備えたスポット溶接部の温度決定装置におい て、スポット熔接部（５）の形成前の熱起電力に関する少なくとも１つの第１の 測定値とスポット溶接部（５）の形成後の熱起電力に関する少なくとも１つの第 ２の測定値とを受入れるための制御装置（１０）と、少なくとも１つの第１の測 定値を記憶するための第１のメモリ（１２）と、少なくとも１つの第２の測定値 を記憶するための第２のメモリ（１３）と、第１のメモリ（１２）内に記憶され た少なくとも１つの第１の測定値と第２のメモリ（１３）内に記憶された少なく とも１つの第２の測定値との差を形成してこの差から温度を決定するための減算 器（１４）とを備えることを特徴とするスポット溶接部の温度決定装置。 ７．部材（１、２）の相対向する両側に配置可能な２つの電極（３、４）の内 の各１つにそれぞれ付属する２つの電圧計（７、８）と、この電圧計（７、８） によって同時に測定されたそれぞれ２つの値から１つの平均値を形成し第１の測 定値又は第２の測定値として提供する平均値形成器（１１）とを備えることを特 徴とする請求項６記載の装置。 ８．第２のメモリ（１３）は多数の第２の測定値を記憶するために設けられ、 減算器（１４）は第２のメモリ（１３）内に記憶された第２の測定値の平均値を 形成するために設けられ、減算器（１４）によって形成された平均値の時間導関 数を形成するための微分器（１５）と、被除数としての差と除数としての導関数 とから商を形成するための割算器（１６）とが設けられていることを特徴とする 請求項６又は７記載の装置。 ９．商を評価し、この商が許容し得るものであるか又は許容し得ないものであ るかを制御装置（１０）へ報知する分析器（１７）を備えることを特徴とする請 求項８記載の装置。 １０．制御装置（１０）はスポット溶接部（５）を形成するための電流を提供 する溶接電源（９）に接続可能であり、電流の送出量を制御し得ることを特徴と する請求項９記載の装置。 １１．スポット溶接部（５）の品質を評価するための請求項１乃至５の１つに 記載の方法又は請求項６乃至１０の１つに記載の装置の使用。 １２．第１の測定値と第２の測定値との差が形成され、第２の測定値の他に第 ２の測定値の時間導関数が決定され、品質を評価するために被除数としての差と 除数としての時間導関数とから商が形成されることを特徴とする請求項１１記載 の使用。 １３．連続的に形成される多数のスポット溶接部（５）の各スポット溶接部（ ５）の品質は各スポット溶接部（５）に対して商が形成されることにより評価さ れることを特徴とする請求項１２記載の使用。