(57)【要約】本発明は、少なくとも１つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）で変位させることができる少なくとも１つのアーム（１６）を有するロボット（１２）と、アーム（１６）に位置された溶接ヘッド（２２；５０）とを備え、該溶接ヘッド（２２；５０）上に、要素（３２）を保持する保持装置（３０；５２）と該保持装置（３０；５２）を該溶接ヘッド（２２、５０）に対して前後に移動させる直線運動装置（３６；５４）とが設けられ、部品（３４）と該保持装置（３０；５２）により保持され、該部品（３４）に溶接されるべき該要素（３２）の間の相対的位置を求める測定システム（３１、４４、４６；８６、６８、７０）が備えられた、短時間アーク溶接システムに関する。この測定システムは、溶接ヘッド（２２；５０）上に取り付けられ、工程中、要素（３２）と部品（３４）の間の相対的位置を求めるために、該部品（３４）と接触状態にある足部（３１；８６）が組み込まれている。
2005501722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）で移動可能な少なくとも１つのアーム（１６）を有するロボット（１２）と、
前記アーム（１６）上に取り付けられた溶接ヘッド（２２；５０）と、
前記溶接ヘッド（２２；５０）上に設けられた、要素（３２）を保持する保持装置（３０；５２）と、
前記保持装置（３０；５２）を該溶接ヘッド（２２；５０）に対して前進させ且つ引き込む直線運動装置（３６；５４）と、
部品（３４）と、前記保持装置（３０；５２）により保持され、前記部品（３４）に溶接されるべき要素（３２）との間の相対的距離を求める測定システム（３１、４４、４６；８６、６８、７０）と、
を備え、
前記測定システムは、前記溶接ヘッド（２２；５０）上に取り付けられた足部（３１；８６）を有し、該足部は、前記要素（３２）と前記部品（３４）の間の相対的位置を求めるために、作動中、該部品（３４）に接触するようになった、
金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、金属板（３４）のような部品（３４）に溶接する短時間アーク溶接システム（１０）であって、
さらに、前記測定システム（３１、４４、４６；８６、６８、７０）が、前記足部（３１；８６）と前記部品（３４）との間の接触なしに、該要素（３２）と該部品（３４）の間の前記相対的位置を求めるようになっており、該測定システム（３１、４４、４６；８６、６８、７０）が、該足部（３１、８６）を、作動位置から、該足部（３１；８６）が非作動状態にある休止位置（３１’；８６’）まで移動させる手段（３１Ａ；８６Ａ）を有することを特徴とする短時間アーク溶接システム。
【請求項２】
前記測定システム（３１、４４、４６；８６、６８、７０）は、該要素（３２）が該部品（３４）に接近したときに、該要素（３２）が該部品（３４）に接触する点を測定することにより、前記足部（３１；８６）と前記部品（３４）との間の接触なしに前記要素（３２）と該部品（３４）の間の前記相対的位置を求めるようになったことを特徴とする請求項１に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項３】
前記要素（３２）と前記部品（３４）の間の前記接触が、電気的に測定されることを特徴とする請求項２に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項４】
前記溶接ヘッド（２２；５０）が該部品（３４）に接近して、該部品（３４）に接触した後に該要素（３２）が該溶接ヘッド（２２；５０）に対して変位させられる時の該要素（３２）と該溶接ヘッド（２２；５０）の間の相対的位置を測定することにより、前記要素（３２）と前記部品（３４）の間の接触が測定されることを特徴とする請求項２に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項５】
複数の自動溶接工程中の各々の溶接工程において、足部（３１；８６）を用いて前記要素（３２）と前記部品（３４）の間の前記相対的位置を求めるべきか、又は前記足部（３１；８６）用いずに該要素（３２）と該部品（３４）の間の該相対的位置を求めるべきかについての情報が格納される制御ユニット（４６；６８）が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項６】
前記溶接ヘッド（２２；５０）が、前記保持装置（３０；５２）に作動方向の初期荷重を加える弾性手段（４０；７２）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項７】
前記弾性手段（４０）が前記保持装置（３０）に引込方向の初期荷重を加えることを特徴とする請求項６に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項８】
前記弾性手段（７２）が前記保持装置（５２）に前進方向の初期荷重を加えることを特徴とする請求項６に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項９】
前記測定システム（４４、４６；６８、７０）が、前記溶接ヘッド（２２；５０）に対する前記保持装置（３０；５２）の前記位置を測定する位置センサ（４４、７０）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちの１項に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項１０】
所定の溶接工程において、部品（３４）に接触するようにされた足部（３１；８６）を用いて要素（３２）と部品（３４）との間の相対的位置を求めるべきか、又は前記足部（３１；８６）を用いずに求めるべきかについての情報が、複数の自動溶接工程について、格納された制御ユニット（４６；６８）を有する短時間アーク溶接システム（１０）を用いて、金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、金属板（３４）のような部品（３４）に溶接、特にスタッド溶接する短時間アーク溶接方法であって、
（ａ）選択された溶接工程において、アーム（１６）に取り付けられた溶接ヘッド（２２；５０）が溶接位置に到達するように、前記アーム（１６）を有するロボット（１２）を作動させ、
（ｂ）前記選択された溶接工程が、前記足部（３１；８６）を用いて前記要素（３２）と前記部品（３４）との間の相対的位置を求めることを必要とするか、又は該足部を用いずに求めることを必要とするかを判断し、
（ｃ）段階（ｂ）において到達した結果の関数として、前記要素（３２）と前記部品（３４）との間の前記相対的位置を求め、
（ｄ）前記選択された溶接工程を実行する、
段階を有することを特徴とする短時間アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、少なくとも１つの座標軸で移動することができる少なくとも１つのアームを有するロボットと、
アーム上に取り付けられた溶接ヘッドと、
を備え、該溶接ヘッド上に、要素を保持する保持装置と該保持装置を該溶接ヘッドに対して前進させ且つ引き込む直線運動装置とが設けられ、
部品と該部品に溶接されるべき要素の間の相対的位置を求めるための、保持装置により保持される測定システムが備えられ、
該測定システムには、要素と部品の間の相対的位置を求めるために、作動中、該部品に接触するようにされた足部が溶接ヘッド上に取り付けられた、金属スタッドのような要素を、金属板のような部品上に溶接する短時間アーク溶接システムに関する。
本発明は、対応する短時間アーク溶接方法にも関する。
【０００２】
（背景技術）
こうした短時間アーク溶接システム及び関連する方法は、一般的に知られている。
短時間アーク溶接において、要素は部品に溶接される。この工程において、要素と部品の間に端面を溶融するアークが形成される。次いで、要素及び部品は互いの方向に移動させられて、溶融材を組み合わせる。アークは短絡され、全ての溶融材は凝固する。
アークの発生は普通のことである。この工程において、要素は、最初に部品と接触した状態で置かれる。次いで、パイロット電流が導通され、要素は、部品の上に、アークが発生する所望の高さにまで上昇させられる。このとき初めて、溶接電流が導通される。
【０００３】
一貫して良好な溶接結果を達成するためには、要素と部品との相対的位置を知ることが重要であり、具体的には、溶接電流が導通される前に要素を正しい高さにまで上昇させることが重要である。この目的のために、通常、各々の溶接作動前に相対的位置の測定が、具体的にはゼロ位置を求める形態で行われる。
このことは、ロボットベースのシステムにおいて特に重要である。現代のロボットは、一般に、比較的正確に位置決めすることができることは確かである。しかしながら、特に、大きな質量が移動させられることに起因して、極めて高速で多大な正確さを達成することは不可能である。ロボットは、通常、３座標の移動範囲を有する。最も簡単な場合では、ロボットは、上に溶接ヘッドが取り付けられた自動作動リニアガイド（キャリッジ）である。
【０００４】
スタッド溶接システムは、特に自動車産業において用いられ、ここで、これらは、主として、ねじ付きスタッド及びねじなしスタッド、目穴、ナットなどのような要素を、車体の板金に溶接するために用いられる。これらの要素は、次いで、車体の内板及びトリムのような品目を取り付ける固定具として用いられる。
自動車産業においては、製造の速度が重要な要因である。ほんの数分間の時間のうちに空間内で、何百もの要素を、自動的にロボットによって異なる位置に溶接しなければならない。したがって、ロボットは、高速で移動させなければならない。
したがって、ロボットのアームに、キャリッジを支持する溶接ヘッド基部を取り付けることが知られている。このキャリッジは、一般には、空気作動又は水圧作動システムにより、高速で多大な正確さをもって移動させることができる。キャリッジ上には、実際の溶接ヘッドが取り付けられ、該溶接ヘッドは、要素を移動させるための直線運動装置を有する。
【０００５】
要素と部品の間の相対的位置を求めるために、いわゆる支持足部を溶接ヘッドに取り付けることが知られている（例えば、刊行物「Ｎｅｕｅ  ＴＵＣＫＥＲ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ．ＢｏｌｚｅｎｓｃｈｗｅｉＢｅｎ  ｍｉｔ  Ｓｙｓｔｅｍ」、Ｅｍｈａｒｔ  Ｔｕｃｋｅｒ、１９９９年９月において）。
支持足部は、溶接ヘッド保持装置とほぼ平行に位置合わせされる。開始位置において、保持装置内に保持された要素は、支持足部を超えてある程度突出する。
相対的位置を求めるために、溶接ヘッドが部品に近づけられる。この工程中、要素は、最初に部品に接触する。溶接ヘッドは、支持足部が部品に接触するまでさらに前進させられる。この工程において、保持装置は、弾性のある初期荷重力に抗して溶接ヘッドに対して変位させられる。
その結果、適切な測定システム及び支持足部と溶接ヘッドの間の剛性連結によって、要素と部品の間の相対的位置を求めることができる。
代わりに、要素と部品の間の相対的位置を求めるための、いわゆる足部のない測定システムも知られている。
【０００６】
すなわち、ＵＳ−Ａ−５，２５２，８０２は、ガンとして設計されたハウジングを有するスタッド溶接装置を開示する。位置決めモータは、最初に、ハウジングを、スタッドが部品の近くに位置させられる位置に入れる。ハウジングには、スタッドを支持するシャフトを軸方向に移動させるために、リニアモータが設けられる。リニアモータを制御するために、位置測定システムが設けられる。スタッドと加工物の間の相対的位置を定めるために、リニアモータが作動させられ、スタッドを特定の速度で加工物の方向に移動させる。スタッドが加工物に触れるとすぐに、電気接触が閉じられる。
さらに、ＷＯ  ９６／１１７６７において、スタッド保持装置に加工物の方向の初期荷重を弾性的に加え、リニアモータによって、該スタッド保持装置を初期荷重に対抗して軸方向に移動させることが知られている。
【０００７】
最後に、ＷＯ９６／０５０１５は、位置決めドライブによって溶接ヘッドを全体として移動させることができる支持足部のないスタッド溶接装置を開示する。スタッドを保持する保持装置が、溶接ヘッド上に設けられる。位置決め装置が、保持装置を溶接ヘッドに対して軸方向に移動させるように働く。この位置決め装置は、サーボ空気作動又はサーボ油圧作動シリンダとすることができる。保持装置と溶接ヘッドの間の相対的位置は、位置測定システムにより求められる。
【０００８】
スタッドと加工物の間のゼロ位置を定めるために、溶接ヘッドが、端部位置まで該加工物の方向に移動される。この移動過程において、スタッドが加工物に接触する。この時点から、スタッドはもはや溶接ヘッドの移動に追随することができなくなるので、これ以降は、保持装置は、推進力に抗して溶接ヘッドに対して変位される。この変位は、位置測定システムにより測定され、その結果、溶接ヘッドの最終位置が正確に求められる。
以上を念頭において、本発明の目的は、改善された短時間アーク溶接システム及び短時間アーク溶接方法を特定することである。
【０００９】
（発明の開示）
この目的は、前述の短時間アーク溶接システムにおいて、測定システムが、足部と部品とを接触させずに、要素と該部品の間の相対的位置を求めるように、さらに設計されること、及び、該測定システムが、該足部を、作動位置から該足部が非作動状態にある休止位置まで移動させることで達成される。
【００１０】
前述の短時間アーク溶接方法において、この目的は、この方法が、所定の溶接工程において、部品に接触するように設計された足部を用いて該要素と該部品の間の相対的位置を求めるべきか、又は該足部を用いずに求めるべきかについての情報が、複数の自動溶接工程について格納された制御ユニットを有する短時間アーク溶接システムを用いて、
ａ）選択された溶接工程において、アームに取り付けられた溶接ヘッドが溶接位置に到達するように、該アームを有するロボットを作動させ、
ｂ）選択された溶接工程が、足部を用いて要素と部品との間の相対的位置を求めることを必要とするか、又は該足部を用いないで求めることを必要とするかを判断し、
ｃ）段階ｂ）において達成された結果の関数として、要素と部品との間の相対的位置を求め、
ｄ）選択された溶接工程を実行する、
段階を有することで達成される。
【００１１】
本発明を用いると、足部又は支持足部を用いて、或いは該足部又は該支持即部を用いないで、用途と部品の間の相対的位置を求めることが可能になる。一般に、部品が相対的に安定した溶接場所においては、支持足部を用いずに相対的位置が求められる。このことは、支持足部により占有されない多くの空間を利用できるので、溶接スタッドを特に外形の近くに溶接できるという利点を有する。コーナー部及び折り曲げ部などにおける高い剛性によっても、支持足部を用いずに溶接することが可能になる。
対照的に、例えば、支持されていない薄板金のような比較的安定していない部品上に溶接工程を行わなければならない場合には、支持足部を用いて要素と部品の間の相対的位置を求めることが好ましい。このような場合には、足部が、溶接ヘッドに対して部品のある種の「支持」を提供する。その結果、部品は撓むことができない。このような場合において、支持足部を用いずに相対的位置が求められた場合には、部品の相対的不安定性が、不正確な測定をもたらす。
【００１２】
この目的は、このようにして完全に達成される。
要素が部品に接近する際にいつ該要素が該部品に接触する点を測定することにより、足部と部品との間の接触なしに該要素と該部品の間の相対的位置を求めるように、測定システムを設計すると、特に有利である。
一般に、この実施形態は、特に相対的位置を迅速に求めることを可能にする。
この場合において、要素と部品との間の接触を電気的に測定することは、特に有利である。
【００１３】
この測定は、例えば、要素を部品の方向に移動させるのに用いられる電気モータのモータ電流の上昇を測定することで、達成することができる。代わりに、要素と部品との間に電圧を印加することもできる。次に、この電圧のゼロへの減衰により、要素が部品に対し、電気的に、よって機械的に接触したことが示される。
代替的な実施形態において、要素と部品との間の接触は、溶接ヘッドが該部品に接近して該部品に接触した後に該要素が該溶接ヘッドに対して変位させられる時の該要素と該溶接ヘッドの間の相対的位置を測定されることで検知される。
この実施形態は、前述のＷＯ９６／０５０１５に開示された方法に対応する。
【００１４】
各々の溶接工程において、足部を用いて要素と部品の相対的位置を求めるべきか、又は該足部を用いずに求めるべきかについての情報が、複数の自動溶接工程について格納される制御ユニットが設けられることは、全体的に有利である。
このように、複数の溶接工程がロボットにより次々と実行される場合、足部を用いた又は該足部を用いない相対的位置の測定は、ケース・バイ・ケース・ベースで行われる。各々の溶接工程の前に、足部は、作動位置又は休止位置のいずれかに移動される。このことは、例えば、ロボットによって溶接ヘッドを１つの溶接点から次の溶接点まで移動させる間でさえも行うことができる。
【００１５】
別の好ましい実施形態において、溶接ヘッドは、保持装置に作動方向の初期加重を加える弾性手段を有する。
その結果、保持装置を前進させ且つ引き込む直線運動装置を、ほとんどの作動状態において電源を切断したままにすることができる。その結果、エネルギー消費は低いものになる。
好ましい実施形態において、弾性手段は、保持装置に引込方向の初期荷重を加える。
足部を用いないで部品と要素の間の相対的位置を求めるために、直線運動装置を前進方向に作動させる際、弾性的に予加重が与えられた休止位置にある保持装置は、常に正しい開始位置にある。したがって、全体的に、特に低いエネルギー消費が達成されるようになる。さらに、一定条件の下では、他の実施形態に比べて、より高い速度を達成することができる。
【００１６】
別の実施形態において、弾性手段は、保持装置に前進方向の初期荷重を加える。
この実施形態においては、実際の溶接工程において、より高い速度を前進方向で達成することができる。
引込方向の初期荷重を加える場合には、支持足部が機械的に部品に接触する前又は接触した後のいずれかに該支持足部を用いて相対的位置を求める間、初期荷重に対抗して保持装置を伸長させなければならない。
前進方向の初期荷重を加える場合には、支持足部を用いて相対的位置を求める際、直線運動装置による保持装置の能動的な移動は必ずしも必要でない。
【００１７】
別の好ましい実施形態において、測定システムは、溶接ヘッドに対する保持装置の位置を測定する位置センサを有する。
上述された特徴及び以下に説明される特徴は、特定の組み合わせにおいてのみではなく、さらに、他の組み合わせで又は単独で、本発明の範囲を超えることなく用いることができることは言うまでもない。
【００１８】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の実施形態は、図面に示され、以下の説明においてより詳細に述べられる。
図１において、本発明による短時間アーク溶接の第１の実施形態が全体を１０として表記される。
以下でスタッド溶接システム１０と略称される短時間アーク溶接システム１０は、ロボット１２を含む。このロボット１２はタレット１４を有し、これにより単一の又は複数の関節腕１６を回転させることができる。ロボット１２は、全体として、アームの端部を３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚで自由に移動させるように設計されている。
【００１９】
溶接ヘッド基部２０が、ロボットアーム１６の端部に取り付けられている。この溶接ヘッド基部２０は、該溶接ヘッド基部２０に対して、軸２６に沿って、前後に移動させることができるキャリッジ２１を支持する。溶接ヘッド２２はキャリッジ２１上に取り付けられる。
空気作動装置２４は、キャリッジ２１を用いて、溶接ヘッド２２を溶接ヘッド基部２０に対して前後に移動させるように働く。
空気作動装置２４が溶接ヘッド２２を溶接ヘッド基部２０に対して移動させることができる行程が、２８で表わされる。
溶接ヘッド２２は、スタッド３２のような金属要素を解放可能に保持するように設計された保持装置３０を有する。この目的のために、保持装置３０は、適当なクランプ手段を有するが、図１においては詳細には示されていない。
【００２０】
図１は、軸２６に対して本質的に垂直に配向された金属板３４のような金属部品をも示す。
さらに、支持足部３１が、溶接ヘッド基部２０上に設けられる。
この支持足部３１は、図１に実線で示される作動位置と、３１’で表わされた休止位置との間で軸方向に前後に移動させることができる。この目的のために、３１Ａとして図１に概略的に示される変位機構が設けられる。
支持足部３１を溶接ヘッド基部２０上に移動可能に取り付ける代わりに、該支持足部３１を適切に移動可能な方法で溶接ヘッド２２上に直接取り付けることもできる。
【００２１】
溶接ヘッド２２は、リニアモータ、より特定的には電気リニアモータから構成された直線運動装置３６をも有する。
この直線運動装置３６は、保持装置３０を溶接ヘッド２２に対して軸方向に移動させ、軸２６に対して平行に整合させるように働く。直線運動装置３６は、例えば、８ｍｍから２０ｍｍまでの間の範囲、より特定的には１０ｍｍと１５ｍｍの間の範囲とすることができる行程３８を有する。
比較すると、空気作動装置２４の行程２８は、２ｃｍから１０ｃｍまでの範囲、より特定的には４ｃｍから６ｃｍまでの範囲とすることができる。
【００２２】
さらに、保持装置３０は、圧縮ばね４０を用いて、溶接ヘッド２２に対して部品３４から離れる方向に、換言すると引込方向の初期荷重が加えられる。圧縮ばね４０は、一方では溶接ヘッド２２又はキャリッジ２１の可動部分に係合し、他方では、保持装置３０に係合する。
溶接ヘッド２２は、位置センサ４４をも有するが、図１では概略的にしか示されていない。位置センサ４４は、保持装置３０と溶接ヘッド２２の間の相対的位置を測定するように働く。この目的のために、位置センサ４４は、溶接ヘッド２２上の直線コードを読み取るコードリーダを保持装置３０上に有することができる。
さらに制御ユニット４６が設けられる。この制御ユニット４６は、ロボット１２、同様に空気作動装置２４、直線運動装置３６、及び位置センサ４４に連結される。
【００２３】
制御ユニット４６は、スタッド溶接システム１０の可動要素を連係させて作動させ、その移動、速度及び／又は加速を、位置センサ４４からの信号に基づいて制御するように働く。
さらに、以下に説明されるように、制御ユニット４６は、溶接工程の前に要素３２と部品３４の間の相対的位置を求めるように働く。
溶接システム１０は、作動位置にある支持足部３１を用いたり、該支持足部３１を用いなかったりして（該支持足部３１は、そのときは休止位置３１’にある）、要素３２と部品３４との間の相対的位置を求めるように設計されている。
支持足部３１を用いて相対的位置を求める場合には、一般に、溶接ヘッド２２は、該支持足部３１の端部が部品３４に接触するまで、キャリッジ２１によって該部品３４に近づけられる。この実施形態の保持装置３０は、引込方向に初期荷重を加えられているので、部品３４が支持足部３１に接触した後、要素３２は、３２’で示される位置に配置される。その後、直線運動装置３６は、要素３２が部品３４に接触するまで作動させられる。要素３２、支持足部３１、溶接ヘッド基部２０、溶接ヘッド２２、及び保持装置３０の間の一定の位置関係の結果として、要素３２と部品３４の間の相対的位置を明白に確立することができる。
【００２４】
代わりに、支持足部３１を部品３４の方向に移動させる前に、要素３２が該支持足部３１を超えて軸方向に突出するように作動させることも可能である。この場合、要素３２が最初に部品３４に接触した後、支持足部３１が該部品３４に接触するまで、直線運動装置３６を変位させながら接近が続けられる。
要素３２と部品３４の間の相対的位置を求める別の方法においては、支持足部３１が休止位置３１’まで移動させられ、使用されない。
この方法では、相対的位置は、例えば、次のように求められる。
最初に、制御ユニット４６は、図示されていないラインによってスタッド３２に電気接続される。さらに、図１には、制御ユニット４６が測定電圧Ｖをスタッド３２に印加できることが示される。部品３４は、接地することができ、例えば、適当な電流測定装置を用いて、いつ要素３２が該部品３４に電気接触するかを求めることができる。
【００２５】
最初に、ロボット１２は、タレット１４及びロボットアーム１６を用いて、溶接ヘッド基部２０を、図１に示される基部溶接位置に置くように作動させられる。この位置においては、溶接ヘッド基部２０は部品３４から或る距離だけ上に配置されており、軸２６は該部品３４の所望の溶接位置に対して垂直である。
続いて、空気作動装置２４が作動させられて、溶接ヘッド２２が、部品３４の方向に、具体的には全行程２８によってヘッド溶接位置に伸長される。要素３２の端部位置は、図１に３２’で示されている。この場合において、要素３２’は、直線運動装置３６の最大行程３８より短い距離４８だけ部品３４から離れて配置されている。
【００２６】
次に、直線運動装置３６が作動されて、要素３２は、部品３４と接触するまで該部品３４の方向に移動させられる。この移動は、一定の速度で行われることが好ましい。工程中、移動した距離は、位置センサ４４により測定される。要素３２が部品３４に接触するとすぐ、測定電圧Ｖで始まる電気回路が閉じられることになる。このことは、制御ユニット４６により検知され、直線運動装置３６が停止される。
さらに、この時点で要素３２と部品３４の間に存在する接触位置は、さらに別の溶接工程のための「ゼロ位置」として用いられる。したがって、要素３２と部品３４の間の正確な相対的位置は、位置センサ４４により、以下の溶接工程全体にわたって知られることになる。その結果、溶接工程は、要素３２と部品３４の間の所望の位置関係に対する、ロボット１２又は空気作動装置２４による位置決めに存在する如何なる許容差にも関係なく行うことができる。
【００２７】
実際のスタッド溶接工程は、それ自体が周知である方法で達成される。この場合においては、測定電圧Ｖを切断した後に、パイロット電流が要素３２に印加される。次に、要素３２が部品３４に対して上昇させられて、アークが発生するようになる。或る高さに到達した後、実際の溶接電流が導通され、これによりアークのエネルギーが上昇され、該要素３２の端部面と部品３４の関連する場所とが溶融される。
その後、直線運動装置３６は、再び要素３２を部品の方向に前進させる。電気接触が再びなされるとすぐ、アークが短絡され、溶接電流が切られる。
【００２８】
一般に、部品３４の表面をわずかに下げるように前進段階が行われ、溶融材が両側に良好に混合されるようになる。次に、全ての溶融部分は凝固し、実際の溶接工程は完了する。保持装置は要素３２を放す。次に、直線運動装置３６のスイッチが切られる。その結果、保持装置３０は、ばね４０により、引き込まれた休止位置に戻される。
さらに、この後に、又はこれと同時に、空気作動装置２４が制御ユニット４６により作動され、溶接ヘッド２２が再び引き込まれた開始位置に到達する
【００２９】
図２において、溶接ヘッドの別の実施形態が、全体を５０で表わされている。
溶接ヘッド２２の代わりに、キャリッジ２１を用いて、又は該キャリッジを用いずに、溶接ヘッド５０を溶接ヘッド基部２０上に取り付けることができる。同様に他の点では、溶接ヘッド５０をもったスタッド溶接システムの構造及び作動は、図１のスタッド溶接システム１０の構造と同じにすることができる。その結果、この第２の実施形態は、スタッド溶接システム１０の説明を引用するものであり、差異については以下に説明される。
【００３０】
溶接ヘッド５０は、１度に１つの要素３２のための保持装置５２と、同じく直線運動装置５４とを有する。直線運動装置５４は、要素３２を部品３４の方向に前進させるか又は該部品３４から引き込むために、溶接ヘッド５０に対して、保持装置５２を軸２６の方向に移動させるように働く。
直線運動装置５４は、円形孔５８を含む永久磁石５６を有する。
保持装置５２は、円形孔５８に適合されたブラインド孔６０を有するため、部品３４から離れた方を向いている該保持装置５２の端部は、該円形孔５８の中に案内されるスリーブ部分６２を形成する。
【００３１】
スリーブ部分６２の外周上には、コイル６４が形成される。コイル６４は、電源装置６６に接続され、次いで制御ユニット６８により、例えばパルス幅変調により作動される。
さらに、溶接ヘッド５０に対する保持装置５２の位置を測定する位置センサ７０が設けられる。
圧縮ばね７２が、永久磁石５６と部品の側部から突出する保持装置５２のフランジ７４の間に配置される。圧縮ばね７２は休止位置において保持装置５２に初期荷重を加えており、図１の実施形態とは対照的に、該休止位置は前進方向にあるため、該保持装置５２は、該休止位置において溶接ヘッド５０に対して最大限に伸長される。
【００３２】
コイル６４を励起させることにより、この休止位置に対して、圧縮ばね７２の初期荷重に対抗して、保持装置５２を溶接ヘッド５０の中に引き込むことができる。この工程において、溶接ヘッド５０に剛に取り付けられたコードリーダ７８は、保持装置５２上の直線コード７６の上を通過する。このように、コードリーダ７８は、実際の位置信号８０を制御ユニット６８に与える。制御ユニット６８は、実際の信号８０を基準信号８２と比較し、位置決め信号８４を電源装置６６に出力する。
したがって、制御ユニット６８には適当な調整器があることは言うまでもない。
【００３３】
支持足部８６が溶接ヘッド５０上に取り付けられていることも、図２に示される。図１における支持足部３１と同じ方法で、変位機構８６Ａにより、支持足部８６を、図２に示される作動位置と休止位置８６’の間で軸方向に前後に移動させることができる。
この実施形態においても、支持足部８６を用いて、或いは該支持足部８６を用いずに、要素３２と部品３４の間の相対的位置を求めることができる。
支持足部８６を用いて相対的位置が求められる際には、該足部は作動位置にある。溶接ヘッド５０が要素３２に接近する前、直線運動装置５４は開始位置にあり、保持装置５２は、該溶接ヘッド５０に対して最大限に伸長される。この位置において、保持された要素３２は、上述のように部品３４が要素３２に最初に接触するように、支持足部８６のわずか前に伸長する。工程が進むにつれて、直線運動装置５４は、支持足部８６が部品３４に接触するまで引き込まれる。
【００３４】
支持足部８６を用いずに相対的位置が求められる際には、該足部は休止位置８６’にある。その後、位置の測定を行うことができ、そこで、保持装置が、直線運動装置によって、まず完全に引き込まれる。さらに続く別の作動は、図１の実施形態について上述された作動と同じである。
代わりに、保持装置５２が最大限に伸長された状態で溶接ヘッド５０が要素３２に接近するようにすることも可能である。次に、例えば、前述のＷＯ９６／０５１０５に説明されたような、相対的位置の測定を行うこともできる。
【００３５】
両方の実施形態において、要素３２は、高速でかつ多大の正確さをもって部品３４に接近することができる。次に、支持足部３１又は８６を用いて、又は該支持足部３１又は８６を用いずに、制御ユニット４６又は６８、位置センサ４４又は７０、及び直線運動装置３６又は５４の組み合わせを用いて、要素３２と部品３４の間の相対的位置を求めることが好ましい。
したがって、一連の溶接作動は、溶接ヘッド２２又は５０の位置決めの正確さに関係なく、一様に高品質で実行することができる。
既述のように、支持足部３１又は８６を用いずに、相対的位置を求めることが好ましい。
【００３６】
しかしながら、部品３４が弾性であるか、弾力的に取り付けられている限り、この場合、上述のように部品と溶接ヘッド２２又は５０の間にある種の「支持」がもたらされるので、支持足部３１又は８６を用いて相対的位置を求めることがより好ましくなる。
各々の溶接作動について、該溶接作動が、支持足部３１又は８６を用いて行われるか、又は該支持足部３１又は８６を用いずに行われるかについての情報が、通常、制御ユニット４６又は６８に格納される。この情報に基づいて、溶接作動の前に、支持足部３１又は８６が、作動位置又は休止位置３１’又は８６’のいずれかに移動させられる。
【００３７】
概略的に示される位置決め装置を用いて、部品３４Ａを行程２８Ａに沿って位置させることができる、さらに別の代替的な実施形態が、図１に点線で示される。
この実施形態は、溶接ヘッド基部２０上のキャリッジ２１の配置に対する代替技術を表わすものである。その結果、部品３４Ａのためのこうした位置決め装置がある場合には、溶接ヘッドを溶接ヘッド基部２０に剛に固定することが容易である。
さらに、幾つかの場合において、要素３２が、図１において３２’で表わされる閉鎖位置のような位置に、ロボットアームの端部を直接、よってキャリッジ２１又は可動部品を用いずに、移動させることで十分な場合がある。具体的には、これは、保持装置３０又は５２が、ばね４０又は７２のような弾性手段によって溶接ヘッド２２又は５０に対して、休止位置方向に弾性的に初期荷重が加えられる場合である。
代替的な実施形態において、ロボット１２及びキャリッジ２１は、簡便な自動制御リニア・ガイドと交換することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による短時間アーク溶接システムの第１の実施形態の概略図である。
【図２】本発明による短時間アーク溶接システムの別の実施形態の溶接ヘッドの概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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