(57)【要約】  溶接トーチを整備するシステムおよび方法が提供される。システムは、溶接トーチの部品を保持および解放する把持モジュールであって、把持モジュールの軸に沿って移動可能であり、軸を中心に回転可能である把持モジュールと、把持モジュールの動きに自由度を与えて、溶接トーチの嵌合部品間にかかる力を制御または低減する制御システムとを備える。
2019518612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチを整備するシステムであって、
前記溶接トーチの部品を保持および解放する把持モジュールであって、前記把持モジュールの軸に沿って移動可能であり、前記把持モジュールの前記軸を中心に回転可能である把持モジュールと、
前記把持モジュールの動きに自由度を与えて、前記部品の取り外しまたは交換のときに前記溶接トーチの嵌合部品間にかかる力を制御または低減する制御システムと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、閉ループ方式または開ループ方式で力制御および／または位置制御を実施するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記把持モジュールの回転運動とは独立した、前記把持モジュールの前記軸に沿った前記把持モジュールの運動を発生させるモジュールを備えることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが浮動システムを備えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記把持モジュールの前記動きを監視するモニタを備えることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記把持モジュールの前記動きを調整する調整器を備えることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記把持モジュールの前記軸に沿った前記把持モジュールの運動を発生させるシリンダを制御するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記シリンダを使用して力制御または位置制御を実施するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記溶接トーチを整備する前記システムが、前記把持モジュールの位置を第１の位置に移動させるために前記力制御を使用するように、または力の量が第１の値に到達するように前記位置制御を使用するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記シリンダ内の空気圧もしくは空気量、または前記シリンダの位置を測定するモニタを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記シリンダ内の空気圧もしくは空気量、または前記シリンダの位置を調整するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御モジュールが、
前記シリンダの第１のチャンバ内の空気圧または空気量を監視および／または調整する第１のモジュールと、
前記シリンダの第２のチャンバ内の空気圧または空気量を監視および／または調整する第２のモジュールと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記制御モジュールが、
前記第１のチャンバ内の空気の圧力または量を制御する第１の充填／放出システムと、
前記第２のチャンバ内の空気の圧力または量を制御する第２の充填／放出システムと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記第１のモジュールと前記第２のモジュールを別々に動作させる手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記２つの嵌合部品の直線運動と、前記２つの嵌合部品の回転運動との間の不一致を補償するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムであって、前記把持モジュールが、ノズルを前記溶接トーチから取り外す、または前記ノズルを交換するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記把持モジュールが、溶接チップを前記溶接トーチから取り外す、または前記溶接チップを別の溶接チップに交換するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載のシステムであって、
新規または交換溶接チップを格納する溶接チップ収納部をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１に記載のシステムであって、
溶接チップを送達するチップシャトル手段をさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１に記載のシステムであって、
溶接チップおよび／または前記溶接トーチの保持ヘッドを洗浄するチップ／保持ヘッド洗浄モジュールをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
溶接トーチを整備する方法であって、
把持モジュールが前記溶接トーチの部品を保持および解放するように、前記把持モジュールの軸に沿った運動および前記把持モジュールの前記軸を中心とした回転運動を使用して前記把持モジュールを動作させるステップと、
前記把持モジュールの動きに自由度を与え、それによって、前記部品の取り外しまたは交換のときに前記溶接トーチの嵌合部品間にかかる力を制御または低減するために、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
閉ループ方式または開ループ方式で力制御および／または位置制御を実施するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記把持モジュールの回転運動とは独立した、前記把持モジュールの前記軸に沿った前記把持モジュールの運動を発生させることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記把持モジュールの前記動きを監視するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記把持モジュールの前記動きを調整するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記把持モジュールの前記軸に沿った前記把持モジュールの運動を発生させるシリンダを制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記シリンダ内の空気圧もしくは空気量、または前記シリンダの位置を監視するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
前記シリンダ内の空気圧もしくは空気量、または前記シリンダの位置を調整するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法であって、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、
測定された現在の圧力を、上限の閾値および下限の閾値をもつ許容圧力範囲と比較するステップと、
前記比較に基づいて、前記シリンダを動作させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、前記シリンダが、それぞれ放出弁および充填弁を有する第１のチャンバおよび第２のチャンバを備え、前記把持モジュールの運動制御を実施するステップが、各チャンバにおいて、
前記現在の圧力が上限閾値よりも高いという判定に応答して、前記放出弁を開き、前記充填弁を閉じるステップと、
前記現在の圧力が下限閾値よりも低いという判定に応答して、前記放出弁を閉じ、前記充填弁を開くステップと、
前記現在の圧力が前記下限閾値よりも高く、前記上限閾値よりも低いという判定に応答して、前記放出弁および前記充填弁の両方を閉じるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項４に記載のシステムであって、前記浮動システムが、空気圧的制御手段、液圧的制御手段、磁気的制御手段、電子的制御手段、および／または機械的制御手段を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御システムが、前記シリンダに割り当てられた弁システムを制御するように構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接トーチに関し、より詳細には、溶接トーチの整備を管理する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
個々の被加工物を接合するために溶接トーチが広く使用されている。溶接トーチを使用する溶接技術の一例は金属不活性ガス（「ＭＩＧ」）アーク溶接技術であり、この技術では、アーク長および溶融速度を最適化するために速度が制御される可変速駆動装置を用いて、大きいスプールから比較的細いワイヤ電極が連続的に繰り出される。溶接トーチはガス供給部に接続されている。溶接処理の間、電極と溶接中の金属表面との間に発生する電弧はガスフローの中に遮蔽される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
たとえば、ノズルの洗浄および／または接触チップの交換用のツールなど、溶接トーチを整備するためのさまざまなツールが開発されてきた。それにもかかわらず、制御が正確な、自動化された溶接トーチの整備に対する需要が高まりつつある。したがって、溶接トーチを整備するための改良された方法を提供する必要性が存在する。
【０００４】
本発明のこれらおよびその他の特徴は、下記の添付図面を参照する以下の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】溶接トーチの一例を示す断面図である。
【図２】溶接トーチメンテナンス装置の例を示す斜視図である。
【図３】図２の溶接トーチメンテナンス装置に取り付けることができるノズル取り外しシステムの例を示す斜視図である。
【図４ａ】ノズルが溶接トーチに取り付けられているノズル取り外しシステムの断面図である。
【図４ｂ】ノズルが溶接トーチから取り外され、洗浄手段がノズルに入ったノズル取り外しシステムの断面図である。
【図５】第２のクランプの分解図である。
【図６ａ】開位置における第２のクランプの断面図である。
【図６ｂ】閉位置における第２のクランプの断面図である。
【図７】ノズル取り外しシステムの第２のクランプ、回転空気圧モータ、はすば歯車および空気分配アセンブリを示す分解図である。
【図８】空気分配アセンブリに取り付けられた中空シャフトの壁に埋め込まれた複数の管路を示す図である。
【図９ａ】空気分配アセンブリから空気入口を介して動作させられる第２のクランプの断面図である。
【図９ｂ】空気分配アセンブリから空気入口を介して動作させられる第２のクランプの断面図である。
【図９ｃ】空気分配アセンブリから空気入口を介して動作させられる第２のクランプの断面図である。
【図１０】チップ／保持ヘッド洗浄モジュールの一例を示す図である。
【図１１】図１０のチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す上面図である。
【図１２】図１０のチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す断面図である。
【図１３ａ】チップ／保持ヘッド洗浄モジュールの別の例を示す図である。
【図１３ｂ】図１３ａのチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す上面斜視図である。
【図１３ｃ】図１３ａのチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す断面図である。
【図１３ｄ】図１３ａのチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す断面図である。
【図１３ｅ】図１３ａのチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す断面図である。
【図１３ｆ】図１３ａのチップ／保持ヘッド洗浄モジュールを示す断面図である。
【図１４ａ】チップ／保持ヘッド洗浄モジュールのブラシ支持フレームの位置を示す図である。
【図１４ｂ】チップ／保持ヘッド洗浄モジュールのブラシ支持フレームの位置を示す図である。
【図１５】溶接チップ交換装置を示す斜視図である。
【図１６ａ】第２のクランプが開位置にあるときの溶接チップ交換装置の溶接チップ交換システムを示す上面斜視図である。
【図１６ｂ】第２のクランプが閉位置にあるときの溶接チップ交換システムを示す上面斜視図である。
【図１７】溶接チップ交換システムの例を示す斜視図である。
【図１８】チップ供給アセンブリを示す断面図である。
【図１９ａ】シリンダの一例を示す斜視透視図である。
【図１９ｂ】放出／充填マニホールドの一例を示す斜視透視図である。
【図２０】ノズルを取り外し、洗浄する方法の一例を示すフローチャートである。
【図２１】溶接チップを取り外し、交換する方法の一例を示すフローチャートである。
【図２２】溶接トーチメンテナンス装置に対する単純なメンブレンスイッチインターフェースの好適例を示す図である。
【図２３】溶接チップ交換装置に対する単純なメンブレンスイッチインターフェースの好適例を示す図である。
【図２４】ノズル取り外しシステムおよび／または溶接チップ交換システムに配置することができる複動片ロッドシリンダを示す例示的な構成図である。
【図２５】ノズル取り外しシステムおよび／または溶接チップ交換システムに適用することができる空気圧シリンダシステムの一例を示す概略図である。
【図２６】図２５に示す空気圧シリンダシステムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図２７】マニホールドブロックに実装された放出／充填システムの一例を示す斜視図である。
【図２８】放出／充填システムおよび空気圧シリンダシステムを備えたノズル取り外しシステムの実装形態の一例を示す斜視図である。
【図２９】放出／充填システムおよび空気圧シリンダシステムを備えた溶接チップ交換システムの実装形態の一例を示す斜視図である。
【図３０】ノズル取り外しシステムの分解図であり、どのようにしてその回転モジュールをシリンダロッドに直接搭載するのかを示す図である。
【図３１】溶接チップ交換システムの分解図であり、どのようにしてその回転モジュールをシリンダロッドに直接搭載するのかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１〜３１を参照しながら、溶接トーチのためのシステムおよび方法を単なる一例として説明する。本明細書に記載のシステムおよび方法は、一般に溶接トーチの整備に関し、また、溶接トーチの自動化されたメンテナンスおよび／または整備のためのシステムにおける部品／物体の力制御および／または位置制御に関する。本明細書に記載のシステムおよび方法は、システムにおける部品間にかかる力の量および／または部品間の相対位置を制御するように構成された制御システムを提供する。システムは、部品を特定の位置に移動させるために力制御を利用することも、力の量が特定の値に達するように位置制御を利用することもできる。システムの部品間にかかる力または部品間の相対位置は、さまざまな方法で測定することができ、また、たとえば開ループまたは閉ループ制御方式で制御することができる。制御システムは、溶接トーチの２つの嵌合部品の相互作用における部品の動きに自由度を与えている。
【０００７】
例示的な実装形態において、溶接ノズルおよび／または接触チップに対する力制御および／または位置制御を実施するための浮動システムが提供される。たとえば、浮動システムは、溶接トーチからのガスノズルの取り外し、ガスノズルの洗浄、および／またはガスノズルの交換を行うように構成されたデバイスを制御することができる。浮動システムは、使用済みの接触チップを取り外して処理し、新たな接触チップを供給し、その新たな接触チップを溶接トーチに載せるように構成されたデバイスを制御することができる。たとえば、浮動システムは、溶接トーチの２つの嵌合部品の相互作用において、モジュールによってかかる力を制御することによって、溶接トーチの２つの嵌合部品間の力を制御または低減するように構成されている。
【０００８】
単なる一例として、複数の行為を順に用いてさまざまな動作が本明細書に記載されることがある。本明細書に記載の動作／行為は異なる順序で実施されてもよく、本開示はそれらの特定の例には限定されない。
【０００９】
本明細書における用語「システム」、「デバイス」、「モジュール」、「部品」、「ツール」、または「装置」は互換可能に使用されることがある。本明細書に記載のシステム、デバイス、モジュール、部品、ツール、または装置は、ハードウェアベースのシステムであっても、ハードウェアベースのシステムとソフトウェアベースのコンピュータシステムの組み合わせであってもよく、これは互いに作用可能に接続された複数の（コンピュータ）部品または設備を備えていてもよく、そのそれぞれが、１つ以上のプログラム可能なプロセッサ、１つ以上のメモリ、ならびに１つ以上のハードウェアおよび／またはソフトウェアベースのユーザインターフェースを有することができる。
【００１０】
相対的な用語、たとえば「垂直な（垂直に）」、「上部の」、「下部の」、「斜めの」、「上向きに」、および「下向きに」などは、本明細書において説明のために使用されているにすぎない。本明細書において示されるシステム、デバイスおよび／または装置の配置および向きは、説明または図示されたものに限定されない。
【００１１】
図１は、１０２として示した溶接トーチの一例を示す。溶接トーチ１０２は、溶接ワイヤ（図示せず）を伸ばすための開放された円筒形のノズル１０８および中央にある帯電した溶接チップ１０６を含む。溶接チップ１０６は保持ヘッド１１０に取り付けられており、保持ヘッド１１０（別名ディフューザまたは接触チップホルダ）は、ガス供給源（図示せず）に接続され、溶接の際に溶接環境を制御するためにノズル１０８にガスを分配するための穴１１２を有する。ノズル１０８の近位端１１８において、ノズル１０８は、溶接トーチ１０２の溶接アームまたはカラー１１６に取り付けられていてもよい。ノズル１０８と、溶接トーチ１０２の溶接アームまたはカラー１１６との連結は、ねじ込み式でも、バヨネット式でも、スリップオン式でも、その他の種類でもよい。溶接チップ１０６は、ねじまたは他の手段によって保持ヘッド１１０に連結されてもよく、ノズル１０８と同軸の関係にある。溶接チップ１０６は、ノズル１０８の遠位端１２０から突出していてもよい。溶接トーチ１０２は、カラー１１６に隣接する位置で湾曲することで「雁首形状部」１１４を形成していてもよい。
【００１２】
溶接トーチ１０２は、たとえばそのプログラム可能な制御装置の制御下で、さまざまな画定された３次元座標間を移動するために、ロボットの腕（図示せず）についていてもよい。
【００１３】
溶接チップ１０６は、ワイヤ電極を溶接箇所に案内する。保持ヘッド１１０によって分配された不活性ガスの流れは、溶接チップ１０６を同心円状に囲み、ガスシールドをワイヤ電極の周囲に維持して、溶接部に汚染物質が入ることを防ぐ。
【００１４】
例示的な一実装形態において、溶接トーチ１０２などの溶接トーチの整備のために溶接トーチメンテナンスセンタが設けられる。溶接トーチメンテナンスセンタは複数の装置／システム／モジュールを備える。たとえば、溶接トーチメンテナンスセンタは、ノズル１０８を取り外し、洗浄するためのツールならびに溶接チップ１０６および／または保持ヘッド１１０を洗浄するためのツールを備えていてもよく、これは、たとえば図２に溶接トーチメンテナンス装置２００として描かれている。溶接トーチメンテナンスセンタは、溶接チップ１０６を交換するためのツールを含んでいてもよく、これは、たとえば図１５に溶接チップ交換装置１５００として描かれている。溶接チップ交換装置１５００は溶接トーチメンテナンス装置２００の近くに配置されてもよい。一部またはすべてのツール／装置が、トーチメンテナンスセンタにおける単一の筐体の中に配置されてもよい。溶接トーチ１０２はロボットまたはロボットの腕の一部であってもよく、溶接トーチメンテナンスセンタの各種ツール間を協調して動かされる。溶接トーチ１０２の整備は、各種ツール間の１回の操業で完了してもよい。あるいは、各種ツールがその個別の機能のために別々に使用されてもよい。
【００１５】
例示的な一実装形態において、浮動システムは、溶接トーチメンテナンス装置（たとえば、２００）、溶接チップ交換装置（たとえば、１５００）、またはその組み合わせにおいて使用される。浮動システムは、ロボット制御システムと連携するプログラム可能な制御ユニットによって制御される空気圧手段、電気手段、磁気手段、機械手段、または液圧手段によって駆動されてもよい。
【００１６】
図２は、溶接トーチメンテナンス装置２００の一例を示す。図示した例では、溶接トーチメンテナンス装置２００は、溶接トーチ１０２のノズル１０８を取り外し、洗浄するノズル取り外し装置と、溶接トーチ１０２の溶接チップ１０６および／または保持ヘッド１１０を洗浄するチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００とを備える。ノズル取り外し装置は、図３に示すようにノズル取り外しシステム３００を備える。
【００１７】
図１〜３を参照すると、ノズル取り外しシステム３００およびチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００は筐体２０２に収められている。溶接トーチメンテナンス装置２００は、さまざまな空気圧駆動手段の動作を制御するための弁の列を備えていてもよく、かつ／または溶接トーチメンテナンス装置２００の動作状態を示すために筐体２０２に状態ランプ２４８を備えていてもよい。
【００１８】
溶接トーチメンテナンス装置２００は、溶接ワイヤの端部を溶接チップ１０６から切り取る溶接ワイヤカッタ２６０を備えていてもよい。ワイヤの切断は、溶融金属の玉が溶接ワイヤ（図示せず）に形成される場合に特に重要である。ワイヤの切断は、溶接トーチ１０２の整備開始前に実施してもよく、場合によっては、動作中に露出した溶接ワイヤを取り除くために２回目および／または３回目を実施してもよい。あるいは、露出したワイヤは、動作時間を節約するために、切る代わりに後退させてもよい。
【００１９】
チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００は、チップ／保持ヘッド洗浄アセンブリ２４０、および空気圧モータ２４２を備える。
【００２０】
ノズル取り外しシステム３００は、第１のクランプ２１０および第２のクランプ２１２を使用する。第１のクランプ２１０は、溶接トーチ１０２の部分に対して、雁首形状部１１４またはロボットの腕の動作空間における別の明確な箇所で固定係合するように構成されている。第１のクランプ２１０は、たとえばコレットの爪など、複数の移動可能な協調する把持挿入部を備えていてもよく、これは、溶接トーチ１０２を自身の間に受け入れ、取り外し可能に締めつける形で固定するように構成されている。この例では、把持挿入部は、回転軸２０１の周りに等距離を隔てた位置関係にある。第１のクランプ２１０が溶接トーチ１０２を適所に固定すると、溶接トーチ１０２のノズル１０８の中心軸が回転軸２０１と一直線になる。
【００２１】
第２のクランプ２１２はノズル１０８を保持するために設けられ、第１のクランプ２１０と類似または同一の構造を有していてもよい。第２のクランプ２１２は、ノズル１０８を締めつけ、保持するために把持挿入部が延出した閉位置と、把持挿入部が閉じる位置から離れる退避した開位置との間で移動可能である。第２のクランプ２１２はさらに、回転軸２０１と一直線になった中心軸を中心に回転するように構成されている。
【００２２】
図面において、第１および第２のクランプ２１０、２１２のそれぞれの構成の一例が示されているが、あくまで説明のためにすぎない。第１および第２のクランプ２１０、２１２の他の実装形態が容易に利用でき、これはたとえば、溶接トーチ１０２およびノズル１０８をそれぞれ固定する、空気圧、液圧、磁気、機械、または電気で制御される他のクランプ、すなわち係止スライド部などである。
【００２３】
動作において、第２のクランプ２１２は溶接トーチ１０２のノズル１０８を保持し、回転軸２０１を中心に回転してノズル１０８を外す。第２のクランプ２１２の回転は、第２のクランプ２１２が閉位置に移動する前に開始してもよい。第２のクランプ２１２がノズル１０８を保持し、回転させる際、第２のクランプ２１２は垂直に作動させられて、ノズル１０８を上または下に移動させて溶接トーチ１０２から外すことができる。以下に説明するように、洗浄手段、たとえば、限定はしないが、ブラシ、リーマ、高圧空気／流体／噴霧液、研削もしくは研磨手段、または他の洗浄ツールが、次いで遠位端１２０からノズル１０８に入り、ノズル１０８の内部を洗浄する。
【００２４】
ノズル取り外しシステム３００は、第２のクランプ２１２を回転させる駆動手段を備える。図示した例では、駆動手段は、水平の回転空気圧モータ２１４およびはすば歯車２１６、２１８を備え、ここで第２のクランプ２１２は、はすば歯車２１８の回転と一緒に回転させられる。はすば歯車２１８は、第２のクランプ２１２を開閉するように動作する空気分配アセンブリ２２２と第２のクランプ２１２が空気圧連通するために、回転式空気供給プレート２２０を介して第２のクランプ２１２に結合されている。溶接トーチメンテナンス装置２００は、第２のクランプ２１２の回転運動を測定する手段を備えていてもよい。たとえば、他の空気圧、液圧、磁気、機械または電気モータ装置など、他の実装形態が容易に利用できることは当業者には明らかであろう。
【００２５】
ノズル取り外しシステム３００は、第２のクランプ２１２を回転軸２０１に沿って垂直に移動させる持ち上げシステムを備える。図示した例では、持ち上げシステムは、シリンダ２３２を備える空気圧浮動システムである。システムは、システムの部品の各種動作を制御および調整する制御デバイスを備えていてもよく、制御デバイスは、シリンダ１５３４内の空気圧もしくは空気量の制御、および／または放出／充填マニホールド（たとえば、図２７参照）によって操作され得るシリンダ２３２の位置の制御を行うように構成されていてもよい。持ち上げシステムは、シリンダの動きを制御する動き検出手段を備えていてもよい。たとえば、動き検出手段はポテンショメータを含んでいてもよい。たとえば、ロータリエンコーダ、ロータリポテンショメータ、ラックとピニオン、近接センサなど、他の実装形態が容易に利用できることは当業者には明らかであろう。
【００２６】
ノズル取り外しシステム３００は、垂直のレール２２８に沿ってスライド可能なキャリッジ（たとえば、図３０の２２６）を備える。図示した例では、キャリッジは、空気分配アセンブリ２２２のガイドプレート２２４に固定されている。ガイドプレート２２４は、第２のクランプ２１２、回転式空気供給プレート２２０、水平の回転空気圧モータ２１４およびはすば歯車２１６、２１８を固定し、支える。キャリッジは、位置合わせ継手またはシリンダ２３２の浮動コネクタ２３０に取り付けられている。キャリッジは、シリンダ２３２が空気入口２３４を介して空気圧で駆動されたとき、垂直のレール２２８に沿ってスライドする。作動させられると、キャリッジを支えるシリンダ２３２は、空気分配アセンブリ２２２、第２のクランプ２１２、回転式空気供給プレート２２０、水平の回転空気圧モータ２１４およびはすば歯車２１６、２１８とともに、垂直方向に移動する。
【００２７】
好ましくは、レール２２８は、堅い構造体、たとえば、溶接トーチメンテナンス装置２００の枠状部材に搭載されている。レール２２８は、第２のクランプ２１２、回転空気圧モータ２１４、はすば歯車２１６、２１８および空気分配アセンブリ２２２が、シリンダ２３２を介して駆動されたときに垂直方向に移動するように、方向案内を提供する。
【００２８】
ねじ山を切ったノズルの場合、ノズル取り外しシステム３００は、垂直方向の動きに自由度を与え、これは、ノズル１０８のねじ山ピッチのずれの可能性を相殺し、第２のクランプ２１２の回転速度および持ち上げ速度に対応するための緩衝をもたらす。当業者には明らかなように、ねじ山は、処理の開始時には位置合わせされていない可能性があり得る。
【００２９】
図４ａおよび図４ｂは、ノズル取り外しシステム３００の断面図である。ノズル１０８は全体が溶接トーチ１０２に取り付けられており、図４ａでは第２のクランプ２１２によって固定されている。第２のクランプ２１２によるそのクランプの開閉は、空気分配アセンブリ２２２が空気入口４０６、４０８を介して行わせてもよい。
【００３０】
上で説明したように、ねじ山を切ったノズルの場合、第２のクランプ２１２は、回転軸２０１を中心に歯車２１８とともに回転することができ、それによって、ノズル１０８のねじ山を切った部分を溶接トーチ１０２から解放する。第２のクランプ２１２が回転する際、第２のクランプ２１２は、同時に垂直に作動させられて、ノズル１０８を溶接トーチ１０２から外すことができる。ノズル１０８を溶接トーチ１０２に再度取り付けるために、第２のクランプ２１２は、同じ軸２０１を中心に反対方向に回転して、ノズル１０８のねじ山を切った部分を溶接トーチ１０２に係合することができる。
【００３１】
図４ｂを参照すると、第２のクランプ２１２がノズル１０８を保持し、ノズル１０８を下に移動させて溶接トーチ１０２から外すので、洗浄手段４１２が遠位端１２０からノズル１０８に入ってノズル１０８を洗浄することができる。洗浄手段４１２は、たとえば、シャフト４１０に搭載されたブラシ、リーマ、高圧空気／流体／噴霧液、研削、または研磨手段であってもよい。ノズル１０８は、第２のクランプ２１２によって引き続き回転させられてもよい。洗浄手段４１２を支えるシャフト４１０は静止していてもよいし、軸２０１について、たとえば、第２のクランプ２１２とは反対方向に回転してもよい。シャフト４１０は、垂直方向に進行してノズル１０８に進入、および／または垂直方向に退避してノズル１０８から退出することができる。ノズル１０８と洗浄手段４１２の間の相対的な動きによって、ノズル１０８の内部表面に蓄積したスパッタが取り除かれる。
【００３２】
図５は第２のクランプ２１２の分解図である。この例では、第２のクランプ２１２は把持部コレットである。第２のクランプ２１２は、把持部ハウジング５０２、頂部カバー５０４、底部カバー５０６、コレット５０８、および整合テーパ５１０を備えていてもよい。把持部ハウジング５０２内に配置されたコレット５０８は、貫通開口５１２を画定する円筒状の内周面と、円錐形の外表面とを含む。コレット５０８は、たとえば、ばね鋼でできていてもよい。コレット５０８は一体型でもよいし、複数の協調する把持爪を含んでいてもよい。整合テーパ５１０はコレット５０８に係合し、コレット５０８の内周面を狭めてわずかに小さな開口直径となるようにコレット５０８を半径方向内側へ押しつけさせることができるテーパ付き内周面を有していてもよい。整合テーパ５１０は、コレット５０８を開位置と閉位置の間で移動させるために、空気圧作動によって垂直方向に移動することができる。頂部カバー５０４はコレット５０８を、底部カバー５０６はテーパ５１０を、締結具、たとえば、ボルト、ピンまたは肩付きねじによって、それぞれ把持部ハウジング５０２とで囲んでいる。
【００３３】
図６ａは、開位置における第２のクランプ２１２の断面図であり、図６ｂは、閉位置における第２のクランプ２１２の断面図である。図６ａに示したように、テーパ５１０は下に移動して頂部カバー５０４とテーパ５１０の間にヘッドスペース５１４を空ける。コレット５０８は、続いてヘッドスペース５１４内に膨らみ、それによって開口５１２の直径を広げて開位置に遷移する。対照的に、図６ｂでは、テーパ５１０を上に移動させてヘッドスペース５１４の中に入れ、それによってコレット５０８を半径方向内側へ押しつけて閉位置に移動させる。
【００３４】
図７は、第２のクランプ２１２、回転空気圧モータ２１４、はすば歯車２１６、２１８および空気分配アセンブリ２２２の分解図である。空気分配アセンブリ２２２は、上部軸受カバー７０２および下部軸受カバー７０４によって囲まれている。空気分配アセンブリ２２２は、ガイドプレート２２４を間に有する一対の空気分配部材７０８、７１０を備え、空気分配部材７０８、７１０およびガイドプレート２２４はそれぞれ、対応する空気入口４０４、４０８、および４０６を有する。空気圧を空気入口４０４、４０６および４０８にそれぞれ加えることにより、第２のクランプ２１２の動作を制御することができ、一方で歯車２１８、空気供給プレート２２０および第２のクランプ２１２は回転し、上記のように垂直に移動する。
【００３５】
中空シャフト７１８、７２０が空気供給プレート２２０に取り付けられている。中空シャフト７１８、７２０は、空気分配部材７０８、７１０およびガイドプレート２２４を貫通し、軸受７２２、７２４を介してそれらとの同軸の関係を維持する。中空シャフト７１８、７２０は、空気分配部材７０８、７１０およびガイドプレート２２４に対して回転することができる。封止部材７２６、７２８、７３０、７３２が、分配部材７０８、７１０およびガイドプレート２２４のそれぞれに設けられている。たとえば空気入口４０８に空気圧が加えられたとき、分配部材７１０と、シャフト７２０と、封止部７３０、７３２との間にリング形状の空気ポケットが形成される。
【００３６】
また、図８を参照すると、複数の管路が中空シャフト７１８、７２０の壁に埋め込まれている。管路８０２は、空気入口４０８に空気圧が加えられたときに生じる環状空気ポケットを空気供給プレート２２０と連絡させ、コレット５０８を閉じさせる。管路８０６は、空気入口４０６に空気圧が加えられたときに生じる環状空気ポケットを空気供給プレート２２０と連絡させ、コレット５０８を開かせる。
【００３７】
図９ａ〜９ｃは、空気分配アセンブリ２２２から空気入口４０４、４０６、４０８を介して動作させられる第２のクランプ２１２の断面図である。
【００３８】
図９ａでは、空気入口４０８に空気圧が加えられる。シャフトの周囲の環状空気ポケット９０２内の圧力が、管路８０２および空気供給プレート２２０を介して送られて、図９ａの矢印Ａによって示したように、テーパ５１０を上に移動させ、次いでコレット５０８を半径方向内側へ押しつけて閉位置にする。
【００３９】
図９ｂでは、空気入口４０６に空気圧が加えられる。シャフトの周囲の環状空気ポケット９０４内の圧力が、管路８０６および空気供給プレート２２０を介して送られて、図９ｂの矢印Ｂによって示したように、テーパ５１０を下に移動させ、次いでコレット５０８を半径方向外側へ解放して開位置にする。
【００４０】
図９ｃでは、空気入口４０４に空気圧が加えられる。シャフトの周囲の環状空気ポケット９０６内の圧力によって空気が管路８１０に入り、ベンチュリ効果をもたらし、中空シャフト内に低圧領域を生じさせる。低圧は、中空シャフトの内腔を介して、ノズル１０８から取り除かれたスパッタを吸い込む。
【００４１】
図１０は、溶接トーチメンテナンスセンタの４００として示したチップ／保持ヘッド洗浄モジュールの一例を示す。この例では、チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００は、チップ／保持ヘッド洗浄アセンブリ２４０および空気圧モータ２４２を備える。
【００４２】
図１１は、たとえば、ブラシ、研削機、研磨ツール、またはリーマなどのチップ／保持ヘッド洗浄手段１００６を備えるチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００の例を示す上面図である。保持ヘッド洗浄手段１００６は複数のブラシ１００８を備えていてもよい。図示した例では、ブラシ１００８は、一対のブラシ支持フレーム１０１０、１０１２の内部表面に配置されている。ブラシ１００８は、保持ヘッド１１０およびチップ１０６に係合するために半径方向内側へ一定距離延びている。
【００４３】
図１２はチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００の断面図である。動作において、保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６は、３次元の基準点に固定されてもよい。チップ／保持ヘッド洗浄アセンブリ２４０は、たとえば空気入口１００２、１００４を介して回転させられる。ブラシ１００８は、チップ／保持ヘッド洗浄アセンブリ２４０の外部ハウジングとともに、保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６によって定まる軸を中心に回転する。ブラシ１００８と溶接チップまたは保持ヘッドの間の相対的な動きによって、溶接チップまたは保持ヘッドの周囲、特に保持ヘッド１１０の穴１１２の周囲に蓄積したスパッタが取り除かれる。
【００４４】
図１３〜１４は、４００’として示したチップ／保持ヘッド洗浄モジュールの別の例を示す。チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００’は、チップ／保持ヘッド洗浄アセンブリ１３０２、真空アセンブリ１３０４、および中空シャフト１３０６を備える。滑車１３０８が中空シャフト１３０６に設けられており、回転空気圧モータ１３１０およびベルト（図示せず）に取り付けられた第２の滑車１３１２を介して、回転空気圧モータ１３１０によって駆動されてもよい。回転空気圧モータ１３１０および真空アセンブリ１３０４は背面プレート１３１４に搭載されている。
【００４５】
図１３ｂは、チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００’の上面斜視図である。頂部キャップ１３１６は、チップ／保持ヘッド洗浄手段、たとえばブラシ、リーマ、研削機、または研磨手段を囲む。チップ／保持ヘッド洗浄手段は複数のブラシ１３１８を備えていてもよい。図示した例では、ブラシ１３１８は、一対のブラシ支持フレーム１３２０、１３２２の内部表面に配置されている。ブラシ１３１８を支えるブラシ支持フレーム１３２０、１３２２は、直径が異なる保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６に係合するために伸張できてもよい。２つの空気入口１３２４、１３２６に空気圧が与えられることにより、一方の空気入口は中空シャフト１３０６内に低圧領域を発生させ、他方の空気入口はブラシ支持フレーム１３２０、１３２２を移動させる。
【００４６】
図１３ｃおよび図１３ｄは、図１３ａの線Ｘ−Ｘに沿ったチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００’の断面図である。保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６は、単一の３次元の基準点に固定されてもよい。図１３ｃおよび図１３ｄに描かれているように、ブラシは、保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６によって定まる軸に沿って３つの組１２０４、１２０６、１２０８として設けられてもよく、組１２０４の羽根同士の間の距離が組１２０６、１２０８のものよりわずかに大きくなるようにしている。チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００’は外部ハウジング１２０２を備える。ハウジング１２０２の内部に、Ｏリング１２１０、１２１２によって封止される形でピストン１２１４が配置されている。ピストン１２１４は、弾性のある手段、たとえば、ばね１２１６によって、外部ハウジング１２０２の底部に向けて付勢される。中空シャフト１３０６は、たとえば図１３ａに示したように、回転空気圧モータ１３１０、滑車１３０８および１３１２ならびにタイミングベルト（図示せず）によって回転させられてもよい。中空シャフト１３０６は、外部ハウジング１２０２およびブラシ１２０４、１２０６、１２０８を、保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６によって定まる軸を中心に回転させる。
【００４７】
中空シャフト１３０６は、真空アセンブリ１３０４の２つの軸受１２２０、１２２２によって支持される。３つの封止部１２２４、１２２６、１２２８が、中空シャフト１３０６と真空アセンブリ１３０４の間に設けられる。入口１３２４、１３２６に空気圧が加えられたとき、２つの環状空気ポケット１２３０、１２３２が中空シャフト１３０６の周囲に形成され得る。図示した実施形態では、入口１３２４は空気ポケット１２３０と空気圧連通している。中空シャフト１３０６内の空気路（図示せず）を介して、空気ポケット１２３０は外部ハウジング１２０２とも空気圧連通している。図１３ｄを参照すると、入口１３２４に空気圧が加えられたとき、シャフト１３０６の周囲の環状空気ポケット１２３０内の圧力がピストン１２１４に送られる。ピストン１２１４が上に押し上げられると、以下に説明するように、ブラシ支持フレーム１１０６、１１０８は、ブラシ１２０４、１２０６、１２０８が保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６に係合するように半径方向内側へ移動させられる。
【００４８】
空気出口１２３４は第２の入口１３２６空気圧連通している。空気入口１３２６に空気圧が加えられたとき、シャフト１３０６の周囲の環状空気ポケット１２３２内の圧力によって空気が空気出口１２３４に入り、ベンチュリ効果をもたらし、それによって、中空シャフト１３０６内に低圧領域を生じさせる。低圧は、中空シャフト１３０６の内腔を介して、保持ヘッド１１０および／または溶接チップ１０６から取り除かれたスパッタを吸い込む。
【００４９】
図１３ｅおよび図１３ｆは、図１３ｃの線Ｙ−Ｙに沿ったチップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００’の断面図である。図１３ｅおよび図１３ｆは、それぞれ図１３ｃおよび図１３ｄに対応する。
【００５０】
図１３ｅおよび図１３ｆでは、２対のピン１３３０、１３３２、１３３４、１３３６がピストン１２１４の両側に位置している。図１３ｆにおいて、ピストン１２１４が空気圧によって上に押し上げられた際に、ピン１３３０、１３３２、１３３４、１３３６もまた持ち上げられる。
【００５１】
図１４ａは、ピン１３３０、１３３２、１３３４、１３３６が低い位置にあるとき、すなわちピストン１２１４がばね１２１６によって押し下げられているときのブラシ支持フレーム１３２０、１３２２の相対位置を示し、図１４ｂは、ピン１３３０、１３３２、１３３４、１３３６が高い位置にあるとき、すなわちピストン１２１４が入口１３２４を介して供給された空気圧によって押し上げられたときのブラシ支持フレーム１３２０、１３２２の相対位置を示す。
【００５２】
支持フレーム１３２０は４つの斜めスロットを有し、そのうちの２つが、スロット１４０２、１４０４として図１４ａに描かれており、支持フレーム１３２２もまた４つの斜めスロットを有し、そのうちの２つが、スロット１４０６、１４０８として図１４ａに描かれている。図１４ａに示したように、ピストンが低い位置にあるとき、ピン１３３０は、斜めスロット１４０２と１４０４が合わさって形成されたＶ字形スロットの底部にあり、同様に、ピン１３３２は、斜めスロット１４０４と１４０８が合わさって形成されたＶ字形スロットの底部にある。
【００５３】
ピン１３３０、１３３２は、斜めスロット１４０２、１４０６、１４０４、１４０８の領域に沿って案内される形でスライド可能である。ピン１３３０、１３３２が空気圧によって押し上げられると、Ｖ字形の上端同士が近づけられ、その結果、図１４ｂに示したように、支持フレーム１３２０、１３２２が一緒に移動する。
【００５４】
図１５は溶接チップ交換装置１５００の一例を示す。この図示した例では、溶接チップ交換装置１５００は、溶接トーチメンテナンス装置２００とは別個の装置として形成されている。図２〜３の溶接チップ交換装置１５００および溶接トーチメンテナンス装置２００が単一の筐体の中に形成されていてもよいことは当業者には明らかであろう。
【００５５】
溶接チップ１０６は一定期間使用すると摩耗し、その構造上、継続した使用は許容できない可能性がある。溶接チップ１０６を交換する時間は、溶接トーチ１０２が使用された時間、または溶接チップ１０６を介して繰り出された溶接ワイヤの量に基づくことができる。溶接トーチメンテナンス装置２００におけるノズル１０８の取り外しならびに保持ヘッド１１０および／または溶接チップ１０６の洗浄の後、溶接トーチ１０２を支えるロボットの腕を溶接チップ交換装置１５００に配置してもよく、そこで溶接チップ１０６を取り外し、交換することができる。
【００５６】
図示した例では、溶接チップ交換装置１５００は、使用済みの溶接チップを取り外し、新規または交換溶接チップを取り付ける溶接チップ交換システム１５０８を備える。溶接チップ交換装置はまた、新規または交換溶接チップを格納する溶接チップ収納部１５０６を備えていてもよい。
【００５７】
図示した例では、溶接チップ交換システム１５０８は筐体１５０３の中にあり、溶接チップ収納部１５０６は筐体１５０３に取り付けられている。溶接チップ交換装置１５００は、さまざまな空気圧駆動手段の動作を制御するための弁の列を備えていてもよく、かつ／またはその動作状態を示すために筐体１５０３に状態ランプ１５０２を備えていてもよい。
【００５８】
溶接チップ交換システム１５０８は、（図１７に示す）第１のクランプ１５１０および第２のクランプ１５１２を備える。第１のクランプ１５１０は、溶接トーチ１０２を受け入れ、固定するように構成されている。この例では、第１のクランプ１５１０は、溶接トーチ１０２について、溶接トーチの保持ヘッド１１０の箇所を受け入れ、固定する。第１のクランプ１５１０は、たとえばコレットの爪など、複数の移動可能な協調する把持挿入部を備えていてもよく、これは、保持ヘッド１１０を自身の間に受け入れ、取り外し可能に締めつける形で固定する。この例では、把持挿入部は、回転軸１５１８の周りに等距離を隔てた位置関係にあり、溶接トーチ１０２の溶接チップ１０６および／またはチップ保持ヘッド１１０を回転軸１５１８に対して中心に据える。
【００５９】
第２のクランプ１５１２は溶接チップ１０６を保持するために設けられ、第１のクランプ１５１０と類似または同一の構造を有していてもよい。例示的な一実装形態において、第２のクランプ１５１２は、溶接チップ１０６を固定するための、回転軸１５１８と一直線になった中心軸の周りに等距離を隔てて配置された複数の爪を含むコレットである。第２のクランプ１５１２は、溶接チップ１０６を締めつけ、保持するために把持挿入部が延出した閉位置と、把持挿入部が閉じる位置から離れる退避した開位置との間で移動可能である。以下に説明するように、第２のクランプ１５１２はさらに、回転軸１５１８を中心に回転し、それに沿って移動するように構成されている。
【００６０】
図面において、第１および第２のクランプ１５１０、１５１２のそれぞれの構成の一例が示されているが、あくまで説明のためにすぎない。第１のクランプ１５１０または第２のクランプ１５１２の他の実装形態が容易に利用でき、これはたとえば、保持ヘッド１１０および溶接チップ１０６を保持するための、空気圧、液圧、機械、磁気、または電気で制御される他のクランプである。
【００６１】
動作において、第２のクランプ１５１２は溶接チップ１０６を保持し、回転軸１５１８を中心に回転して溶接チップ１０６を外す。第２のクランプ１５１２の回転は、第２のクランプ１５１２が閉位置に移動する前に開始してもよい。第２のクランプ１５１２が溶接チップ１０６を保持し、外す際、第２のクランプ１５１２は垂直に作動させられて、溶接チップ１０６を溶接トーチ１０２から外すことができる。
【００６２】
図１６ａおよび図１６ｂは、コレット１５２０の形態をとる第２のクランプ１５１２の例示的な一実装形態を示す。図１６ａは、整合テーパ１５４２が下に移動し、複数の爪１５４０が半径方向外側へ移動して開口１５４４の直径を大きくした開位置にあるコレット１５２０を示す。一方、図１６ｂは、整合テーパ１５４２が上に移動し、複数の爪１５４０が整合テーパに対して半径方向内側へ移動して開口１５４４の直径を小さくした、締めつける閉位置にあるコレット１５２０を示す。コレット１５２０の爪１５４０の全体が開位置から閉位置に遷移するとき、ロボットまたは他の手段によって使用済みチップが溶接チップ交換装置に送達されて、そのチップを取り外すために固定する。コレット１５２０の爪１５４０の全体が閉位置から開位置に遷移するとき、使用済み溶接チップ１０６は溶接トーチ１０２から取り外され、このとき、溶接チップ１０６は、コレット１５２０の下にある中空スペースを介して落とすか、または他の手段によって取り除くかのいずれかで、コレット１５２０から放出される。コレット１５２０の爪１５４０の全体が開位置から閉位置に遷移するとき、新たなチップが溶接チップ収納部１５０６から送達されて、溶接トーチ１０２に取り付けられる。コレット１５２０の爪１５４０の全体が閉位置から開位置に遷移するとき、新たな溶接チップ１０６は溶接トーチ１０２に固定される。
【００６３】
図１７は、溶接チップ交換システム１５０８の一例を示す。溶接チップ交換システム１５０８は、第２のクランプ１５１２を回転させる駆動手段を備える。図示した例では、駆動手段は、水平の回転空気圧モータ１５２６ならびに水平のはすば歯車１５３０および連結する小さなはすば歯車１５２８を備える。水平のはすば歯車１５３０は第２のクランプ１５１２に連結されており、そのため、水平の回転空気圧モータ１５２６に連結された小さいほうのはすば歯車１５２８によって駆動されたときに、水平のはすば歯車１５３０および第２のクランプ１５１２は回転軸１５１８を中心に回転する。溶接チップ交換装置１５００は、第２のクランプ１５１２の回転運動を測定する手段を備えていてもよい。たとえば、空気圧、液圧、機械、磁気、または電気モータ装置など、他の実装形態が容易に利用できることは当業者には明らかであろう。ノズル取り外しシステム３００と同様に、第２のクランプ１５１２は、第２のクランプ１５１２を開閉するように動作する空気分配アセンブリと空気圧連通していてもよい。
【００６４】
溶接チップ交換システム１５０８は、第２のクランプ１５１２を回転軸１５１８に沿って移動させる持ち上げシステムを備える。図示した例では、持ち上げシステムは、シリンダ１５３４を備える空気圧浮動システムである。システムは、システムの部品の各種動作を制御および調整する制御デバイスを備えていてもよく、制御デバイスは、シリンダ１５３４内の空気圧もしくは空気量の制御、および／またはシリンダ１５３４の位置の制御を行うように構成されていてもよい。シリンダ１５３４は、放出／充填マニホールド（たとえば、図２７参照）によって操作されてもよい。持ち上げシステムは、シリンダの動きを制御する動き検出手段を備えていてもよい。たとえば、動き検出手段はポテンショメータを含んでいてもよい。たとえば、ロータリエンコーダ、ロータリポテンショメータ、ラックとピニオン、近接センサなど、他の実装形態が容易に利用できることは当業者には明らかであろう。
【００６５】
溶接チップ交換システム１５０８は、垂直のレール１５２４に沿って移動するキャリッジ（たとえば、図３１の１５２２参照）を備える。図示した例では、キャリッジは、第２のクランプ１５１２、水平の回転空気圧モータ１５２６およびはすば歯車１５２８、１５３０を固定し、移動させる。キャリッジは、位置合わせ継手またはシリンダ１５３４の浮動コネクタ１５３２に取り付けられており、シリンダ１５３４が空気入口１５３８を介して空気圧で駆動されたとき、垂直に移動する。作動させられると、キャリッジを支えるシリンダ１５３４は、第２のクランプ１５１２、水平の回転空気圧モータ１５２６およびはすば歯車１５２８、１５３０とともに、垂直方向に移動する。
【００６６】
好ましくは、レール１５２４は、堅い構造体、たとえば、溶接チップ交換装置１５００の枠状部材に搭載されている。レール１５２４は、第２のクランプ１５１２、回転空気圧モータ１５２６およびはすば歯車１５２８、１５３０が、シリンダ１５３４を介して駆動されたときに垂直方向に移動するように、方向案内を提供する。
【００６７】
ねじ山を切ったチップの場合、溶接チップ交換システム１５０８は、垂直方向の動きに自由度を与え、これは、溶接チップ１０６のねじ山ピッチと保持ヘッド１１０の間のわずかなずれの可能性を相殺する。そのような自由度はまた、第２のクランプ１５１２の回転速度および持ち上げ速度に対応するための緩衝をもたらす。当業者には明らかなように、ねじ山は、処理の開始時には位置合わせされていない可能性があり得る。
【００６８】
図１８は例示的なチップ供給アセンブリ１８００を示す。チップ供給アセンブリ１８００は、新規または交換溶接チップを格納する溶接チップ収納部１５０６を備え、チップ供給部１８０２は、新たな溶接チップ１０６’を溶接チップ収納部１５０６からチップホルダ（図示せず）に送達し、チップ把持部１８０４は、新たな溶接チップ１０６’を保持し、把持手段、たとえば、第２のクランプ１５１２に移送する。チップ把持部１８０４は、溶接チップ収納部１５０６と第２のクランプ１５１２の間の空気圧ロッドレスシリンダ１５０９によって移動させることができる。溶接チップ収納部１５０６は、複数の新たなチップを立てて保持する。新たな溶接チップ１０６’は１回につき１つチップ把持部１８０４に供給され、チップ把持部１８０４は、その新たな溶接チップ１０６’を溶接チップ交換システム１５０８に送る。
【００６９】
図１９ａは、ノズル取り外しシステム３００の持ち上げシステムおよび溶接チップ交換システム１５０８の持ち上げシステムで使用されるシリンダ２３２、１５３４の一例を示す透視図である。図１９ｂは、放出／充填マニホールド２３６、１５３６の一例を示す透視図である。シリンダ２３２、１５３４は、放出／充填マニホールド２３６、１５３６とともに使用することができる。放出／充填マニホールド２３６、１５３６は、シリンダ２３２、１５３４の上部チャンバと空気圧連通した２つの弁１９０２Ｄ、１９０２Ｆと、シリンダ２３２、１５３４の下部チャンバと空気圧連通した２つの弁１９０４Ｄ、１９０４Ｆを備え、２つの上部／下部弁１９０２Ｄ、１９０４Ｄのうちの一方が放出弁であり、２つの上部／下部弁１９０２Ｆ、１９０４Ｆのうちの他方が充填弁である。主送気管１９０６は、上部充填弁１９０２Ｆおよび下部充填弁１９０４Ｆの両方に送気する。上部放出弁１９０２Ｄは上部排気口（図示せず）に連結され、下部放出弁１９０４Ｄは下部排気口（図示せず）に連結されている。空気圧制御管１９０８は上部放出弁１９０２Ｄおよび上部充填弁１９０２Ｆの両方に連結され、空気圧制御管１９１０は下部放出弁１９０４Ｄおよび下部充填弁１９０４Ｆの両方に連結されている。シリンダ２３２、１５３４の空気入口２３４、１５３８のそれぞれについて、空気は両方の通り道を流れることができる。シリンダ２３２、１５３４のピストンが作動させられるとき、両充填弁１９０２Ｆ、１９０４Ｆが調節されて、それらの空気圧接続されたチャンバに空気を送り込み、両放出弁１９０２Ｄ、１９０４Ｄが調節されて、それらの空気圧接続されたチャンバから空気を放出する。
【００７０】
図示した例では、２つの別個の弁（すなわち、放出弁および充填弁）がシリンダ２３２、１５３４の上部チャンバおよび下部チャンバのそれぞれに割り当てられている。別の例では、シリンダの各チャンバを制御するために放出弁および充填弁として働く単一弁が設けられてもよい。さらに別の例では、シリンダ２３２、１５３４の入口および出口の流れを電子的または機械的に調整する圧力調整デバイスを使用してシリンダ２３２、１５３４の動作を調整してもよい。
【００７１】
この例では、シリンダは複動片ロッドシリンダである。ただし、シリンダ２３２、１５３４の構成は、図面に示したものには限定されない。シリンダ２３２、１５３４は単一チャンバシリンダであってもよい。シリンダ２３２、１５３４はロッドレスシリンダであってもよい。シリンダ２３２、１５３４は、デジタル弁および／またはアナログ弁で動作させてもよい。弁は比例弁および／またはサーボ弁であってもよい。弁はソレノイドを使用して制御されてもよい。弁は電子的または磁気的に動作させてもよい。弁は、閉ループ回路および／または開ループ回路によって制御されてもよい。
【００７２】
図２０は、溶接トーチ１０２のノズル１０８を取り外し、洗浄する方法の一例を大まかに示すフローチャートである。動作の前に、ロボットの腕または他の手段はまず、溶接ワイヤの端部を溶接チップ１０６から切り取る溶接ワイヤカッタ２６０まで溶接トーチ１０２を移動させることができる。ステップ１９０２において、溶接トーチ１０２は、溶接トーチ１０２を適所に固定および位置合わせさせる第１のクランプ２１０の穴２０６の中まで下げられてもよい。それによって、溶接トーチ１０２は固定され、溶接トーチ１０２のノズル１０８は回転軸２０１と一直線になる。ステップ１９０４において、第２のクランプ２１２は、ノズル１０８を保持するために閉位置に遷移し、軸２０１を中心に回転してノズル１０８を溶接トーチ１０２から外すことができる。回転は、回転空気圧モータ２１４によってはすば歯車２１８を介して生じさせることができ、好ましくは、第２のクランプ２１２が閉位置に移動する前に開始する。それと同時またはそれに続いて、ステップ１９０６において、持ち上げシステムが作動させられ、ノズル１０８は回転軸２０１に沿って垂直に下げられて、溶接トーチ１０２から外れる。次に、ステップ１９０８において、たとえば、遠位端１２０からノズル１０８に入るブラシ、リーマ、高圧空気／流体／噴霧液、研削、研磨または他の洗浄手段４１２によって、ノズル１０８の内部が洗浄される。ノズル１０８は引き続き、軸２０１に沿って垂直方向に回転および／または移動させられてもよい。洗浄手段４１２は静止していても回転してもよい。洗浄手段４１２とノズル１０８の間の相対的な動きによって、ノズル１０８の内部表面に蓄積したスパッタが取り除かれる。このとき、空気入口４０４を介して空気圧が吸引モードに加えられてもよく、そこで、ノズル１０８から取り除かれたスパッタは、シャフトの内腔を介して下方に除去および吸引される。
【００７３】
ノズル１０８が溶接トーチ１０２から外された後、ロボットの腕、または他の手段は、溶接トーチ１０２を持ち上げて穴２０６の外に出し、溶接チップ１０６および／または保持ヘッド１１０の洗浄のために穴２０４の中に入れることができる。その前に、処理中に露出したワイヤを取り除くために、ワイヤは、２回目の切断を行ってもよい。あるいは、動作時間の節約のために、露出したワイヤは後退させてもよい。ロボットの腕は、チップ／保持ヘッド洗浄手段が回転する間、溶接トーチ１０２を上下に動かしてもよい。あるいは、チップ／保持ヘッド洗浄モジュールが、回転中に上下に動かされてもよい。溶接チップ１０６および／または保持ヘッド１１０が洗浄されると、取り外しおよび／または交換のために溶接チップ１０６を固定するのが容易になる。
【００７４】
ステップ１９１０に示されるように、ノズル１０８の取り外しまたは再度の取り付けのために垂直方向の動きに自由度が与えられている。
【００７５】
図２１は、本発明の一実施形態による、溶接チップ１０６を取り外し、交換する方法の一例を大まかに示すフローチャートである。ノズル１０８が溶接トーチ１０２から取り外された後、ロボットの腕または他の手段は、溶接トーチ１０２を溶接チップ交換装置１５００に移動させることができる。ステップ２００２において、第１のクランプ１５１０は、溶接トーチの溶接チップ１０６が回転軸１５１８と一直線になるように溶接トーチ１０２を把持する。このとき、第２のクランプ１５１２は開位置にあってもよい。ステップ２００４において、第２のクランプ１５１２は閉じて溶接チップ１０６に係合し、回転軸１５１８を中心に溶接チップ１０６を回転させる。第２のクランプ１５１２は、好ましくは第２のクランプが閉位置に移動する前に回転させることができる。それと同時またはそれに続いて、ステップ２００６において、第２のクランプ１５１２は垂直に動かされて、溶接チップ１０６を溶接トーチ１０２から外すことができる。次に、第１のクランプ１５１０は開位置に移動して溶接トーチ１０２を放し、ロボットの腕または他の手段は、溶接チップ１０６が取り付けられていない溶接トーチを持ち上げることができる。このとき、ほぼ溶接チップ１０６の長さの量のワイヤが露出することがある。ワイヤのそのような部分は、ワイヤカッタ２６０によって３回目の切断が行われるか、または動作時間の節約のために後退させられてもよい。取り外された溶接チップ１０６は、任意の手段によって、溶接チップ交換装置１５００から放出または除去される。
【００７６】
ステップ２００８において、新規または交換溶接チップ１０６’が、溶接チップ収納部１５０６によってチップホルダ（図示せず）に分配される。チップ把持部１８０４は、ロッドレス空気圧シリンダを使用して実装することができる可動チップシャトル１５０９に搭載される。チップシャトル１５０９に取り付けられたチップ把持部１８０４は、溶接チップ収納部１５０６とチップホルダの間にあり得る。新たに分配される交換溶接チップ１０６’は、チップ把持部１８０４によって保持されて、回転軸１５１８の直線上の位置に運ぶことができる。チップシャトル１５０９は、チップホルダから、チップ把持部１８０４および交換溶接チップ１０６’を回転軸１５１８と位置合わせするために使用される。新たなチップをシャトルで送る手段は閉ループ方式で動作させることができる。たとえば、他の空気圧、液圧、磁気、機械または電気を用いたチップシャトル装置など、他の実装形態が容易に利用できることが当業者には明らかであろう。次に、溶接チップ交換システム１５０８は、上に移動させられて、新たな溶接チップ１０６’をつかむことができる。第２のクランプ１５１２が新たな溶接チップ１０６’をしっかりと保持すると、チップ把持部１８０４は開いてそれを放す。溶接チップ交換システム１５０８は、新たな溶接チップ１０６’とともに下に移動させられて、チップ把持部１８０４からそれを外すことができ、チップ把持部１８０４はチップ供給部１８０２に送り返される。溶接チップ１０６’を再度取り付ける際には、溶接トーチ１０２が再び溶接チップ交換装置１５００の中まで下げられて、回転軸１５１８と一直線になった状態で第１のクランプ１５１０によって固定される。第２のクランプ１５１２は回転しながら上に移動して、新たな溶接チップ１０６’を溶接トーチ１０２に再設置する。交換動作は１回の操業で完了しなくてもよく、むしろ、第２のクランプ１５１２は、最適な取り付けのため、またねじ山の緩みを補償するために、時々停止させてもよい。上で説明したように、持ち上げシステムは垂直の動きを調整するように働き、それによって、垂直方向の動きに自由度を与えている。交換動作が完了すると、第２のクランプ１５１２および第１のクランプ１５１０は開き、新たな溶接チップが取り付けられた溶接トーチ１０２を支えるロボットの腕または他の手段は、持ち上げられて溶接チップ交換装置１５００の外に出る。このとき、次の交換動作に備えて、新たな溶接チップがチップホルダ（図示せず）に提供されてもよい。
【００７７】
洗浄済みノズル１０８を元の配置に戻すために、ロボットの腕または他の手段は、溶接トーチ１０２を移動させてノズル取り外しシステム３００に戻す。再び、溶接トーチ１０２は、第１のクランプ２１０によって、たとえば雁首形状部１１４が固定される。洗浄済みノズル１０８は、第２のクランプ２１２によって適所に固定される。ねじ山を切ったノズル１０８の場合、第２のクランプ２１２は、回転し、垂直に移動して洗浄済みノズル１０８を溶接トーチ１０２のカラー１１６に再設置するように作動させられ、これは上記の新たな溶接チップ１０６’のねじ込み動作と同様である。浮動システムによって垂直方向の動きに自由度が与えられている。場合により、処理中に多くの溶接スパッタが取れたときに備えて、吸引モードがオンにされてもよい。ノズル１０８が溶接トーチ１０２に再設置されると、第１および第２のクランプ２１０、２１２が開かれ、ロボットの腕または他の手段は、新たな溶接チップ１０６’および洗浄済みノズル１０８が配置された溶接トーチ１０２を持ち上げ、これは溶接動作の役割を再び担うことができる。
【００７８】
上で説明したように、溶接トーチ１０２の整備は、ノズル取り外しシステム３００と、チップ／保持ヘッド洗浄モジュール４００と、溶接チップ交換システム１５０８との間で溶接トーチを移動させることによって、１回の操業で完了させることができる。あるいは、各種モジュールがその個別の機能のために別々に使用されてもよい。
【００７９】
溶接トーチメンテナンス装置２００はまた、診断および／またはプログラミングのためのユーザインターフェースを備えていてもよい。溶接トーチメンテナンス装置２００用のユーザインターフェースは、単純なメンブレンスイッチ、タッチ画面ＨＭＩ、より複雑なウェブサーバ、またはその他のインターフェースを含んでいてもよい。
【００８０】
図２２は、溶接トーチメンテナンス装置２００に対する単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００の一例を示す。単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、診断およびプログラミング用のインターフェースの単純なユーザポイントとして使用されるように設計されている。単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、いくつかの制御部を含み、溶接トーチメンテナンス装置２００がロボットまたは他の手段とともに機能するように使用者がプログラムするためのフィードバックを提供することができる。図２２に示されるように、単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、溶接トーチメンテナンス装置２００を、たとえば、ノズル洗浄サイクルなどのサイクルをすぐに開始できる既知の状態にする「ホーム」ボタン２２０２を含んでいてもよい。「ホーム」ボタン２２０２に関連するＬＥＤ指示灯は、溶接トーチメンテナンス装置２００がホームポジションにあるときにそのことを使用者に示す。単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００はまた、溶接トーチメンテナンス装置２００についての作動中の任意の警報を解除する「リセット」ボタン２２０４を含んでいてもよく、プログラムを、警報前の使用者が制御する状態にする。「ライト」ボタン２２０６がさらに設けられて、溶接トーチメンテナンス装置２００の内部のＬＥＤライトをオンにして使用者が装置の中をより明確に視認できるようにすることができる。「ライト」ボタン２２０６に関連するＬＥＤ指示灯は、ライトがオンにされていることを示すフィードバックを使用者に提供する。
【００８１】
単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００はまた、「機能」領域２２０８を含んでいてもよく、これは図２２に示されるように複数の制御を含む。「上部クランプ」ボタン２２１０は、使用者が第１のクランプ２１０を起動し、そのＬＥＤ指示灯２２１１を介してセンサ状態／フィードバックを見られるようにすることができる。「回転クランプ」ボタン２２１２は、使用者が装置２００内部の第２のクランプ２１２を起動し、そのＬＥＤ指示灯２２１３を介してセンサ状態／フィードバックを見られるようにすることができる。これらの２つのボタンは、ノズル取り外しシステム３００の中心軸２０１を溶接トーチ１０２のノズル１０８の中心軸に位置合わせする時点を決定するのに役立つことがある。「ワイヤ切断」ボタン２２１４および「回転ブラシ」ボタン２２１６は、使用者が溶接ワイヤカッタ２６０およびチップ／保持ヘッド洗浄手段４００をそれぞれ制御すること、正しい動作を保証すること、ならびに／またはそれらのロボットのプログラミングポイントを確認することを可能にする。「モジュール上昇」ボタン２２１８および「モジュール下降」ボタン２２２０は、使用者がノズル取り外しシステム３００をその対応する方向に送ることを可能にする。それらの対応するＬＥＤ指示灯は、システム３００がこれらの各位置に近づいているときにそのことを示す。
【００８２】
単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、ロボットまたは他の手段と通信している装置２００の入力および出力の状態を使用者に指示するためのいくつかのＬＥＤ指示灯を有する「通信」領域２２２２をさらに含んでいてもよい。「サイクル中」のＬＥＤ指示灯２２２４は、サイクルが進行しているときに点灯している。他のＬＥＤ指示灯は、ロボットまたは他の手段から溶接トーチメンテナンス装置２００に入ってくる入力２２２６の状態、および溶接トーチメンテナンス装置２００からロボットまたは他の手段に向かって出ていく出力２２２８の状態を示すことができる。これらのＬＥＤ指示灯２２２６、２２２８は、個々のおよび／またはネットワーク化された任意の入力および出力の状態を示すことができる。単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、溶接トーチメンテナンス装置２００の現在のインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスと、作動中の警報があればそれを示すＬＣＤ表示部を備えていてもよい。図２２において、ＬＣＤ表示部は、緑色のバックライト付きＬＣＤ表示部を覆う透明な枠であってもよい「通信」領域２２２２の下に空欄２２３０として示されている。作動中の警報がない場合、ＬＣＤ表示部２２３０は、ＩＰアドレスを常に表示していてもよい。作動中の警報がある場合、表示部２２３０は、異なる警報とＩＰアドレスとを切り替えてもよい。表示されるＩＰアドレスは、ＰＬＣ／ＰＡＣなどの自動制御装置との統合および／またはウェブサーバのユーザインターフェースを介したトラブルシューティングを容易にするために使用され得る。
【００８３】
単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００は、筐体２０２の内部に実装されたプリント回路基板（ＰＣＢ）によって制御されてもよい。ＬＣＤ表示部２２３０は、このＰＣＢに搭載され、これによって制御されてもよく、また、筐体２０２の切り抜き部を通して視認できる。ＰＣＢはまた、溶接トーチメンテナンス装置２００の主制御装置とも通信することができる。
【００８４】
単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００に加えて、ウェブサーバが各溶接トーチメンテナンス装置２００に設けられて、単純なメンブレンスイッチ２２００で利用できるものより多くのデータに使用者がアクセスできるようにしてもよい。ウェブサーバはまた、溶接トーチメンテナンス装置２００の遠隔アクセスを可能にしてもよい。ウェブサーバは、産業用ネットワークの形成をさらに担当してもよい集積回路（ＩＣ）でホストとして機能してもよい。
【００８５】
ウェブサーバ上で利用可能にされ得るいくつかの情報および／またはページがある。主制御装置、および単純なメンブレンスイッチインターフェース２２００の制御装置が動作させている現在のソフトウェアバージョンを明らかにする「情報」ボタンが設けられてもよい。一般的な問題に対する、簡潔でナビゲート可能なトラブルシューティングガイドを表示する「ヘルプ」ボタンが設けられていてもよい。
【００８６】
他の情報にはウェブサーバによって提供され得るものもあり、タブ管理によってナビゲート可能にしてもよい。そのような情報には以下が含まれ得る。
【００８７】
・現在進行中の任意のサイクルの現在の状態を表示する「概要」ページ。すべてのアナログセンサデータおよび警報カウントが記載された表が含まれていてもよい。
【００８８】
・溶接トーチメンテナンス装置２００における出力のすべてを起動し、装置の入力のうちのすべてを表すＬＥＤを起動するように使用者が制御できるようにする「診断」ページ。さらに、正しい動作であることを確認するために、装置におけるセンサのうち任意のものを無効にする選択肢が設けられていてもよい。処理の各ステップが適切に完了していることを確認するために、別の制御セットを設けて使用者がノズル洗浄サイクルを段階的に進められるようにしてもよい。使用者がサイクルを段階的に進める際に、完了したステップを使用者に示すための表が設けられてもよい。
【００８９】
・溶接トーチメンテナンス装置２００の動作および構成パラメータの一部に使用者がアクセスできるようにする「オプション」ページ。
【００９０】
・使用者が、個々のおよび／もしくはネットワーク化された入力および出力の状態を閲覧し、溶接トーチメンテナンス装置２００の初期のＩ／Ｏセットアップを無効にし、ロボットもしくは他の自動制御装置への出力送信をシミュレーションし、溶接トーチメンテナンス装置２００がロボットもしくは他の自動制御装置からの入力にどのように応答するかをシミュレーションし、装置とロボットもしくは他の自動制御装置との間の通信制御を安全に検査し、ならびに／または使用者が警報をリセットし、主制御装置を再起動し、装置の制御装置をその初期設定に戻せるようにする「インターフェース」ページ。
【００９１】
溶接チップ交換装置１５００は、診断および／またはプログラミングのためのユーザインターフェースを備えていてもよい。溶接チップ交換装置１５００用のユーザインターフェースは、単純なメンブレンスイッチおよびより複雑なウェブサーバを含んでいてもよい。溶接チップ交換装置１５００用のユーザインターフェースは、上記の溶接トーチメンテナンス装置２００用のユーザインターフェースに類似していてもよいし、使用者の好みに基づいて異なった設計になっていてもよい。
【００９２】
図２３は、溶接チップ交換装置１５００用の単純なメンブレンスイッチインターフェース２３００の一例を示す。スイッチインターフェース２３００は、スイッチインターフェース２２００のボタンと同様の複数のボタンを含み、それらは同様の動作に対応している。「チップを進める」ボタン２３０４が「機能」領域２３０２に設けられていてもよく、新たなチップ１０６’を溶接チップ収納部１５０６からチップホルダ（図示せず）に供給するために使用され、チップは次のサイクルで設置可能となる。ボタン２３０４の上の「チップ準備完了」のＬＥＤ指示灯２３０６は、チップが現在チップホルダ（図示せず）に収まっているかどうかを示す。チップ把持部１８０４（ロッドレスシリンダ１５０９に取り付けられている）をチップホルダの位置に移動させる「チップシャトル」ボタン２３０８が設けられていてもよい。ボタン２３０８の上の「ホーム」ＬＥＤ指示灯２３１０は、チップ把持部１８０４がチップホルダの位置にあるときにそのことを示す。
【００９３】
単純なメンブレンスイッチインターフェース２３００に加えて、ウェブサーバが各溶接チップ交換装置１５００に設けられて、単純なメンブレンスイッチ２３００で利用できるものより多くのデータに使用者がアクセスできるようにしてもよい。あらゆる意図および目的で、溶接トーチメンテナンス装置２００のウェブサーバ機能について概略を述べた説明は、溶接チップ交換装置１５００のウェブサーバに使用することができる。溶接チップ交換装置１５００の中には異なるデバイスが存在し、いくつかの異なる構成パラメータが存在するが、溶接トーチメンテナンス装置２００のウェブサーバ機能が溶接チップ交換装置１５００に適用されるように構成され得ることは当業者には明らかであろう。
【００９４】
溶接トーチメンテナンス装置用のユーザインターフェースおよび溶接チップ交換装置用のユーザインターフェースは、ボタンおよび表示部の特定の配置を基準として説明されたが、使用者に所望される特徴に応じて、異なる配置が使用でき、複数の他のボタン、パネルおよび／または情報が、類似または他の診断およびプログラミングのためのユーザインターフェースに含まれ得ることは当業者には明らかであろう。
【００９５】
溶接ノズルおよび／または接触チップに対する力制御および／または位置制御のための浮動システムを詳細に説明する。ガスノズル１０８を溶接トーチ１０２に固定するためのいくつかの異なる方法が存在することがあり、ねじ留め（ねじ山）、押し込み式の摩擦による保持、バヨネットロック、またはその他の方法がノズル取り外しシステム３００で使用され得る。それぞれの方法では、これらの部品間に加わる力の量および／または部品間の相対位置が、安全な連結および正しい機械動作を維持しながら部品の損傷を防止するように制御される。同様に、部品間の力の量および／または部品間の相対位置は、溶接チップ交換システム１５０８が、嵌合物体同士を接触させたときにねじ山の損傷を防止するように制御される。ねじ山の開始位置が損傷したねじ山は、斜め締めのリスクを大きく増加させる。さらに、ガスノズル１０８または接触チップ１０６のいずれかのねじ結合において、これらの部品のねじを締めるまたは緩めるとき、回転運動の速度に対する直線運動の速度が、ねじ山のリード長に合うように制御される。そうでない場合には、ねじ山は戻り止め機能を持ち得るが、ねじ山を切った物体間に過剰な力がかかるときはこれは望ましくない。ねじ山を切った物体間にかかる力の量の制御および／または物体間の位置の制御によって、この問題は解消される。本明細書に記載の浮動システムは、嵌合物体の直線運動と回転運動の間のなんらかの不一致を補償するか、または物体間に加わる力を開ループ方式もしくは閉ループ方式で低減／制御するように構成される。
【００９６】
ある例においては、浮動システムは、ノズル取り外しシステム３００の持ち上げシステムに実装されて、ガスノズル１０８と溶接トーチ１０２の間にかかる力の量またはノズルが固定されている場合にそれらの間の相対位置を制御する。別の例では、浮動システムは、溶接チップ交換システム１５０８の持ち上げシステムに実装されて、接触チップと保持ヘッド１１０の間にかかる力の量または接触チップが固定されている場合にそれらの間の相対位置を制御する。
【００９７】
ある例においては、浮動システムは、複動片ロッドシリンダ３０００をシリンダ２３２、１５３４として使用することによって実装され、図２４に示されるように、シリンダは、上部チャンバ（または頂部チャンバ）３００２、下部チャンバ（または底部チャンバ）３００４、およびロッド３００６を備える。ノズル取り外しシステム３００、およびチップ取り外しシステム１５０８は、対応するキャリッジ２２６、１５２２を介して複動片ロッドシリンダ２３２、１５３４に結合されている。
【００９８】
たとえば、限定はしないが、空気圧手段および／または電子的手段などのさまざまな方法によって浮動システムが実現できることが当業者には理解されよう。浮動システムは、システムの部品／物体にかかる力を測定する１つ以上の手段からの入力に基づいて力制御を行うことができ、この手段は、たとえば、限定はしないが、圧力測定、ひずみ計、荷重計（たとえば、ひずみ計式の荷重計、圧電荷重計、液圧荷重計、空気圧荷重計）、ばね圧縮の測定、トルク測定、電動モータの出力トルクを表すそのようなモータの電流測定を含み得る。そうするために、浮動システムは電子的圧力調整器を使用してもよい。
【００９９】
複動片ロッドシリンダが受ける正味の力Ｆｎｅｔは、下記のように表すことができる。
Ｆｎｅｔ＝Ｆｕｐｗａｒｄｓ−Ｆｄｏｗｎｗａｒｄｓ
式中、Ｆｕｐｗａｒｄｓはシリンダに作用する上方向の力を表し、Ｆｄｏｗｎｗａｒｄｓはシリンダに作用する下方向の力を表す。
【０１００】
シリンダは固定寸法を有しているので、頂部チャンバおよび底部チャンバの両方の圧力を変化させることによって、正味の力もまた変化する。また、圧力センサを使用して両チャンバの圧力を測定することによって、シリンダにかかる正味の力を制御し、それによって正味の力を調整する閉ループ制御方式が実現できる。力の均衡が崩れると、直線軸に沿って移動するシリンダのピストン位置の運動が生じる。
【０１０１】
シリンダの制御を実現する数多くの方法が存在する。ある例においては、後述するように、２つの圧力センサ、および４つのデジタル弁を備える空気圧シリンダシステムがシリンダを動作させるために使用される。デジタル電磁弁は２対で構成され、各対は、シリンダの頂部チャンバおよび底部チャンバのそれぞれに対する放出／充填システムとして働く。
【０１０２】
図２５は、３０２０として示した空気圧シリンダシステムの実装形態の一例を概略的に示す。充填弁３０２２および放出弁３０２６が上部チャンバ３００２に割り当てられている。充填弁３０２４および放出弁３０２８が下部チャンバ３００４に割り当てられている。上部チャンバ３００２では、空気圧Ｙ接続によって、外部の圧力センサ３０３０をチャンバに送気する空気圧系につなぎ、内部の圧力を測定できるようにしている。下部チャンバ３００４では、空気圧Ｙ接続によって、外部の圧力センサ３０３２をチャンバに送気する空気圧系につなぎ、内部の圧力を測定できるようにしている。
【０１０３】
充填弁３０２２、３０２４が作動させられると、ある量の空気が対応するチャンバに流入できるようになり、そのチャンバ内にかかる圧力が上昇する。放出弁３０２６、３０２８が作動させられると、ある量の空気が対応するチャンバから流出できるようになり、そのチャンバ内に加わる圧力が低下する。最後に、すべての弁が作動状態でなく、普段は閉じて運用するために空気圧式の構成になっているとき、一定の圧力が維持できるように各チャンバ内のそのときの空気量が閉じ込められる。たとえばマイクロコントローラによって実現され得る制御装置は、これらの弁を作動させて、所望される正味の力を実現するために圧力を許容可能な圧力範囲内に調整する。いずれかのチャンバの圧力がある最小の閾値を下回った場合、充填弁を作動させて、そのチャンバ内の圧力を上昇させる。同様に、圧力がある最大の閾値を上回った場合、放出弁を作動させて、圧力が許容可能になるまで対応するチャンバ内の圧力を低下させる。
【０１０４】
図２６は、空気圧シリンダシステム３０２０の動作の一例を示す流れ図である。シリンダの各チャンバ３００２、３０２４におけるチャンバ圧力が測定され（３０４０）、各測定圧力は、上限と下限の閾値をもつ許容圧力範囲と比較される（３０４２）。現在の圧力が上限閾値より高いと判定された場合（３０４４）、システムは放出弁を開き、充填弁を閉じる（３０４６）。現在の圧力が下限閾値よりも低いと判定された場合（３０４８）、システムは放出弁を閉じ、充填弁を開く（３０５０）。現在の圧力が下限閾値を上回り、上限閾値を下回る場合、システムは放出弁を閉じ、充填弁を閉じる（３０５２）。
【０１０５】
図２７は、マニホールドブロックに実装された放出／充填システムの一例を示し、これは空気圧シリンダシステム３０２０に使用されてもよい。放出／充填マニホールド３０６０は、シリンダ３００２の上部チャンバと空気圧連通した２つの弁３０６２Ｄ、３０６２Ｆおよびシリンダ３００４の下部チャンバと空気圧連通した２つの弁３０６４Ｄ、３０６４Ｆを備え、２つの上部／下部弁３０６２Ｄ、３０６４Ｄのうちの一方が放出弁であり、２つの上部／下部弁３０６２Ｆ、３０６４Ｆのうちの他方が充填弁である。主送気管（図２７に示す）は、上部充填弁３０６２Ｆおよび下部充填弁３０６４Ｆの両方に送気する。上部放出弁３０６２Ｄは上部排気口（図示せず）に連結され、下部放出弁３０６４Ｄは下部排気口（図示せず）に連結されている。空気圧制御管３０７０は上部放出弁３０６２Ｄおよび上部充填弁３０６２Ｆの両方に連結され、空気圧制御管３０７２は下部放出弁３０６４Ｄおよび下部充填弁３０６４Ｆの両方に連結されている。空気圧制御管３０７４は上部チャンバの圧力センサに連結されている。空気圧制御管３０７６は下部チャンバの圧力センサに連結されている。
【０１０６】
シリンダ３０００（２３２、１５３４）の空気入口（２３４、１５３８）のそれぞれについて、空気は両方の通り道を流れることができる。シリンダ２３２、１５３４のピストンが作動させられるとき、両充填弁３０６２Ｆ、３０６４Ｆが調節されて、それらの空気圧接続されたチャンバに空気を送り込み、両放出弁３０６２Ｄ、３０６４Ｄが調節されて、それらの空気圧接続されたチャンバから空気を放出する。
【０１０７】
図２８は、放出／充填システムおよび空気圧シリンダシステム３０２０を備えたノズル取り外しシステム３００の実装形態の一例を示す。シリンダ２３２は、上部チャンバ３００２Ａのための空気入口（２３４）および下部チャンバ３００４Ａのための空気入口（２３４）を有し、これらのチャンバは、チャンバ３０００の上部チャンバ３００２および下部チャンバ３００４に対応する。この実装形態の浮動システムは、上部チャンバ圧力センサ３０３０Ａおよび下部チャンバ圧力センサ３０３２Ａを備え、これらは空気圧シリンダシステム３０２０の上部チャンバ圧力センサ３０３０および下部チャンバ圧力センサ３０３２に対応する。シリンダ２３２は、弁３０７２Ｄ、３０７２Ｆ、３０７４Ｄ、および３０７４Ｆを備える放出／充填システムを使用して動作させられ、これは弁３０６２Ｄ、３０６２Ｆ、３０６４Ｄ、および３０６４Ｆを備える放出／充填システム３０６０に対応する。
【０１０８】
図２９は、放出／充填システムおよび空気圧シリンダシステム３０２０を備える溶接チップ交換システム１５０８の実装形態の一例を示す。シリンダ１５３４は、上部チャンバ３００２Ｂのための空気入口（１５３８）および下部チャンバ３００４Ｂのための空気入口（１５３８）を有し、これらのチャンバは、チャンバ３０００の上部チャンバ３００２および下部チャンバ３００４に対応する。この実装形態の浮動システムは、上部チャンバ圧力センサ３０３０Ｂおよび下部チャンバ圧力センサ３０３２Ｂを備え、これらは空気圧シリンダシステム３０２０の上部チャンバ圧力センサ３０３０および下部チャンバ圧力センサ３０３２に対応する。シリンダ１５３４は、弁３０８２Ｄ、３０８２Ｆ、３０８４Ｄ、および３０８４Ｆを備える放出／充填システムを使用して動作させられ、これは弁３０６２Ｄ、３０６２Ｆ、３０６４Ｄ、および３０６４Ｆを備える放出／充填システム３０６０に対応する。
【０１０９】
回転モジュールが受ける力がシリンダによって加えられる力に等しいと仮定して、これらの２つのアセンブリは物理的に直接連結されている。図３０は、ノズル取り外しシステム３００において、取り付けプレートおよびねじを使用してどのようにしてモジュールをシリンダロッドに直接搭載するのかを示す。ノズル取り外しシステム３００の中心モジュール３１００は、穴３１０４を有する中心モジュール搭載プレート３１０２を使用してシリンダ２３２のシリンダ荷重を表す。シリンダロッドと中心モジュール搭載プレート３１０２はねじ３１０６によって物理的に連結されている。
【０１１０】
図３１は、溶接チップ交換システム１５０８において、取り付けプレートおよびねじを使用してどのようにしてモジュールをシリンダロッドに直接搭載するのかを示す。溶接チップ交換システム１５０８の中心モジュール３１２０は、貫通穴３１２４を有する中心モジュール搭載プレート３１２２を使用してシリンダ１５３４のシリンダロッドに結合されている。シリンダロッドと中心モジュール搭載プレート３１２２はねじ３１２６によって物理的に連結されている。
【０１１１】
シリンダをある方法で制御することによって、弁に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号のデューティサイクルと、弁の脈動によるチャンバ内の圧力との間に関係を見いだすことができる。ある例においては、シリンダはＰＷＭ制御方式によって制御されてもよい。
【０１１２】
上記の説明では、溶接トーチメンテナンスセンタを説明するためにノズル１０８を使用している。ただし、空気圧浮動システムはさまざまなタイプのノズルで使用することができる。たとえば、スリップオン式、押しばめ式、または摩擦保持式のノズルが使用可能であってもよい。こういったタイプのノズルの場合、ノズルを取り外すために回転運動は必要ないが、印加される摩擦力に打ち勝つために要する力の量を減少させることがある。ノズルの取り外しおよび／または交換に要する力は簡単に測定できる。この測定値が得られると、それがこの力制御システム、すなわちノズルの取り外し／交換の動作において所望される力の量に変換され得る。
【０１１３】
バヨネットロック式のノズル固定の場合、回して引く一連の手順がノズルを取り外すときに実施されなければならない。この回す動きの中で係止ピン／トラックに損傷が生じないように直線方向または回転方向の力を制御するが、ピンがトラックを移動する間、それぞれの力は摩擦荷重に打ち勝つのに十分な量があることが重要である。
【０１１４】
両機械に共通しているのは、ノズル取り外しシステム３００におけるノズルとトーチの間、また溶接チップ交換システム１５０８における接触チップと、接触チップが固定される嵌合ねじ山（通常は保持ヘッド）との間のねじ込み連結部を締める／緩めるために実施される一連の手順である。これらの機械の取り外し／交換の一連の手順において、ねじ山を切った物体の緩み止めが望ましくない状態で機能しないように、ねじ山を切った物体間にかかる力を最小限にすることが重要である。これらの一連の手順において、最小限の量の力で回転モジュールを「浮動」させることによって、モジュールは、モジュールの回転運動により生じるねじ締め動作により、直線的に自由に移動する。斜め締めのリスクを最小限にするために、２つの物体が接触するときにかかる力を最小限にすることも重要である。
【０１１５】
例示的な実装形態では、浮動システムは、シリンダを移動させることができる位置精度を保証するように構成されている。モジュールの直線位置の読み取り値がアナログ直線ポテンショメータで取得されてもよく、これはまた、シリンダのピストンがそのストロークに沿ったどの場所にあるのかも表す。モジュールが移動する力を変えることでモジュールが移動する加速度が変化するので、モジュールの位置が重要な地点の特に近くでモジュールの直線運動の速度を増加または減少させることが可能な、一部の簡単な速度制御を実施することができる。たとえば、ノズル取り外しシステム３００では、ノズルをつかむときに位置制御が行われる。具体的には、ノズルがボトルネックスタイルの場合、ノズルは、しっかりと同心円状に固定され得るように、ノズルのテーパ端部より十分に高いところでつかまれる。溶接チップ交換システム１５０８では、位置制御は、使用済みの接触チップが廃棄され、新たなチップが回転モジュールによってつかまれることになった後で実施される。チップが分配される場所から、回転モジュールによってチップが拾われる場所まで新たなチップをシャトルで送る手段として機能する別のシリンダに空気圧的把持部が搭載される。チップは、チップの長さ、チップの物理的形状、および回転モジュールを駆動するシリンダの移動距離に適した正確な位置でつかまれる。新たなチップを拾うときにモジュールが高く上がりすぎた場合、チップシャトル把持部と衝突するか、または保持ヘッドの嵌合ねじ山に接触するだけの高さまで上がれないおそれがある。チップを拾うときにモジュールの移動が不十分だった場合、チップを正確につかめないか、または他の問題をまったく生じないかのいずれかであり得る。本明細書に記載のシステムは、上記の望ましくない状況を回避するように構成されている。上記の望ましくない状況を回避するために機械の急停止が実施されることもある。
【０１１６】
本開示の任意の処理は、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または図１〜３１のシステムを動作させるためのプロセッサの部品に、コンピュータプログラムを実行させるか、または機能を提供させることによって実施され得る。この場合、コンピュータプログラム製品は、任意のタイプの一時的でない（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）コンピュータ可読媒体を使用してコンピュータまたは移動デバイスに提供することができる。コンピュータプログラム製品は、コンピュータまたはネットワークデバイスの一時的でないコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。一時的でないコンピュータ可読媒体には、任意のタイプの有形の記憶媒体が含まれる。一時的でないコンピュータ可読媒体の例には、磁気記憶媒体（磁気テープ、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなど）、光磁気記憶媒体（たとえば光磁気ディスク）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、記録可能なコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、書き換え可能なコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（ＢＤ）、および半導体メモリ（マスクＲＯＭ、プログラム可能ＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、およびＲＡＭなど）が含まれる。コンピュータプログラム製品は、任意のタイプの過渡的なコンピュータ可読媒体を使用してコンピュータまたはネットワークデバイスに提供されてもよい。本明細書で使用される用語「（タスクを実施する）ように構成された」は、本明細書に記載するように配置または設置されたときにタスクを実施できるようにプログラム可能であること、プログラムされていること、接続できること、有線またはその他の方法で構築されていることを含む。
【０１１７】
１つ以上の実施形態を本開示において提示したが、開示されたシステムおよび方法は、本開示の範囲から逸脱することなく多くの他の特定の形で実現され得ることが理解されると思われる。本例は、限定ではなく例示として解釈されるべきであり、本明細書において述べた詳細に限定されることは意図されていない。たとえば、種々の要素または部品は、別のシステムにおいて組み合わせても一体化してもよいし、ある特徴は省略されても実装されなくてもよい。特許請求の範囲において規定される本発明の範囲から逸脱することなく、いくつもの変形および改変を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１３（ｄ）】
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【図１３（ｅ）】
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【図１３（ｆ）】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９（ａ）】
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【図１９（ｂ）】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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