(57)【要約】  スタッド（１２）を加工物（１４）に接合するための方法、例えばスタッド溶接のための方法であって、検出素子（２６、２８）をスタッド（１２）に適用すること、及び、この目的のために必要な検出素子（２６、２８）の移動距離（Ｐ1、Ｐ2）を取得することにより、接合されるスタッド（１２）の少なくとも１つの寸法（Ｄ）を取得するステップと、スタッド（１２）の寸法（Ｄ）が許容公差範囲（Ｔ）内にある場合、スタッド（１２）を加工物（１４）に接合するステップとを含み、許容公差範囲は、先行する方法のステップの少なくとも１つにおいて、検出素子（２６、２８）の移動距離（Ｐ1、Ｐ2）に基づいて適合される、方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタッド（１２）を加工物（１４）に接合するための方法、例えばスタッド溶接のための方法であって、
検出素子（２６、２８）を前記スタッド（１２）に適用すること、及び、この目的のために必要な前記検出素子（２６、２８）の移動距離（Ｐ1、Ｐ2）を取得することにより、接合されるスタッド（１２）の少なくとも１つの寸法（Ｄ）を取得するステップと、
前記スタッド（１２）の前記寸法（Ｄ）が許容公差範囲（Ｔ）内にある場合には、前記スタッド（１２）を加工物（１４）に接合するステップと、
を含み、
前記許容公差範囲（Ｔ）は、先行する方法ステップの少なくとも１つにおいて、前記検出素子（２６、２８）の前記移動距離（Ｐ1、Ｐ2）に基づいて適合されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記許容公差範囲（Ｔ）の適合のために、前記検出素子（２６、２８）の前記移動距離（Ｐ1、Ｐ2）は、少なくとも１つの先行する接合動作において、接合されるスタッド（１２’’’）に適用する際に取得されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記許容公差範囲（Ｔ）は、複数の先行する接合動作において、前記検出素子（２６、２８）の前記移動距離に基づいて適合されることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記許容公差範囲（Ｔ）は、前記複数の先行する接合動作において、前記検出素子（２６、２８）の前記移動距離の滑り平均値に基づいて適合されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記許容公差範囲（Ｔ）の前記適合は、前記先行する接合動作において、前記スタッド（１２）の前記寸法（Ｐ1、Ｐ2）が前記許容公差帯域（Ｔ）内にある場合にのみ行われることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記許容公差範囲（Ｔ）の前記適合のために、前記検出素子（２６、２８）の前記移動距離（Ｐ1、Ｐ2）は、基準マンドレル（３０）への適用中に取得されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スタッド（１２）は、前記加工物（１４）に接合される前に、機械的把持部（２０）により把持されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記把持部（２０）は、前記検出素子を構成する少なくとも１つの把持アーム（２６、２８）を有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
把持部と、検出素子を前記スタッドに適用することにより、接合されるスタッドの少なくとも１つの寸法を取得するための手段とを有する接合ヘッドを含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の前記方法を実行するための接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッドを加工物に接合するための方法及びそのような方法を実行するための接合装置に関し、特にスタッド溶接のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スタッドのような締結要素を、板のような加工物に接合するための種々の方法が、従来技術において周知である。例えば、構成部品に対する締結要素の接着結合又は熱可塑性溶接が周知である。さらに、いわゆるスタッド溶接は、金属の締結要素を金属の加工物に溶接するための確立された方法である。
【０００３】
これらの形式の接合方法は、自動車産業において広く用いられており、例えば、スタッドが、車体の板材又は他の車体部分などの加工物に接合される用途に使用されている。その場合、スタッドは、しばしば、取り付け部品を締結するための、又は、プラスチック製クリップをクリップ留めするための固定具として働き、電線、ブレーキホース等のような他の構成部品をこれに固定することができる。
【０００４】
産業上の用途においては、これらのタイプの接合方法は、通常自動化されており、通常は、接合ヘッドが、ロボットにより、自動化された方法で案内される。さらに、例えば圧縮空気により、スタッドを接合ヘッドに自動的に給送することも周知である。さらに、接合ヘッドにおいて、スタッドの各々は、通常、加工物に接合される前に、保持装置又は把持部により一つずつ保持される。
【０００５】
この場合、検出素子をスタッドに適用すること、及び、この目的のために必要な検出素子の移動距離を取得することにより、実際の接合動作前に、接合されるスタッドの寸法を取得することが周知である。これにより、例えば、正しいシャンク径のスタッドが接合されることを確実にすることができる。特に、異なる寸法のスタッドを連続的に処理する場合、実際の接合動作前のこうした測定動作は特に重要である。正しくないスタッドが誤って接合ヘッド内に存在する場合でも、依然として、実際の接合動作が行われる前にスタッドを除去することができる。これにより、複雑な修理作業を回避することができる。この場合、一般に、スタッドの寸法が許容公差範囲と比較される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした背景の下、本発明の目的は、特にスタッド溶接のために、スタッドを加工物に接合するための改善された方法を提示すること、及び、関連した接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上の目的を達成するために、スタッドを加工物に接合するための方法、例えばスタッド溶接のための方法において、
検出素子をスタッドに適用すること、及び、この目的のために必要な検出素子の移動距離を取得することにより、接合されるスタッドの少なくとも１つの寸法を取得するステップと、
該スタッドの寸法が許容公差範囲内にあるとき、スタッドを加工物に接合するステップと、
を行い、
該許容公差範囲は、先行するステップの少なくとも１つにおける検出素子の移動距離に基づいて適合されるようにする。
【０００８】
さらに、上記の目的は、そうした方法を実行するための装置により達成される。
【０００９】
様々な接合動作の実行において、検出素子が時間と共に摩耗するため、又は、堆積物がその上に蓄積するために、接合されるスタッドの寸法の取得が困難であることが明らかになっている。その結果、従来技術においては、検出素子を周期的な間隔で交換するか、又は代替的に、検出素子の長さの変化を補償するために、許容公差範囲を手動で再較正する必要がある。この手動較正動作においては、手動的な介入が必要になり、例えば連続的な接合動作の場合において、１つ又はそれ以上のスタッドが公差範囲外にあるときには、手動による介入が必要になる。この手動介入では、例えば供給されるスタッドに基づいて、検出素子の変動が測定され、公差範囲が手動で再設定される。
【００１０】
これとは対照的に、本発明は、許容公差範囲の自動適合を可能にするものであり、これは、先行する方法ステップの少なくとも１つにおける、検出素子の移動距離に基づいて行われる。これは、各々の接合動作において行うことができ、あるいは代替的に、所定数の接合動作の後に周期的に行うようにすることができる。それにより、動作中に、徐々に進む検出素子の長さの変化（摩耗に起因する又堆積物に起因する）を連続して修正することが可能になる。
【００１１】
従来技術では、１つ又はそれ以上のスタッドが最初に設定された公差範囲外になるたびに、公差範囲の再較正が行われるのに対して、本発明によれば、公差範囲は、検出素子の長さの変化に自動的に適合される。従って、通常、検出素子を完全に交換しなければならない時点まで、手動的な介入を回避することができる。その結果、検出素子上の摩耗を補償するために、検出素子の再較正をする手動介入の必要性が全くなくなるか、又は少なくとも頻繁に必要とされることはなくなる。
【００１２】
スタッドの寸法は、スタッドのシャンク径又はフランジ径のような、直径寸法とすることができる。しかしながら、接合されるスタッドの寸法は、例えば、シャンク長、スタッド長、又はフランジ長のような長さ寸法とすることもできる。
【００１３】
本発明においては、接合という用語は、幅広い意味で理解されるべきであり、加工物へのスタッド溶接及びスタッドの接着結合、及び加工物へのスタッドの熱可塑性溶接のいずれをも含むものである。したがって、スタッド及び加工物の両方を、例えば、金属、プラスチック、複合材料等のようないずれかの材料で製造することができる。
【００１４】
また、本例において、スタッドという用語は、幅広い意味で理解されるべきであり、回転対称の構成部品及び端面において加工物に接合される板片のような不規則な形状の構成部品（「Ｗｅｌｄｆａｓｔ」（登録商標））の両方を含む。
【００１５】
許容公差範囲は、それぞれの用途に合致したものとすることができ、比較的広い範囲のものとすることができる。しかしながら、許容公差範囲は、比較的狭い範囲のものとすることもでき、極端な場合は、単一の所定値とすることができる。
【００１６】
適合しないスタッドが接合されるのを防止するために、それぞれの接合動作前に、接合されるスタッドの少なくとも１つの寸法が取得されることが好ましい。しかしながら、一般的に、そのような取得動作は、接合動作後に行うことも可能である。
【００１７】
スタッドの寸法を求めるために用いられる検出素子の移動距離は、直接取得することができ、又は、例えば検出素子の運動角度、検出素子の速度等により、間接的に取得することもできる。
【００１８】
許容公差範囲は、少なくとも１つの先行する接合動作において、検出素子の移動距離に基づいて適合される個々の設定値とすることができる。この場合、公差領域は、必要な移動距離についての設定値と関連付けされているため、公差領域を間接的に適合させることが可能である。従って、公差範囲を自動的に適合させることもできる。
【００１９】
全体として、検出素子の周期的な手動較正をなくすことが可能である。工場人員による介入の間の期間を長くすることができる。正しくないスタッドの直径が早い段階で検出されるため、不良品が最小にされる。これは、設定値すなわち許容公差範囲が、検出素子の摩耗に適合して修正されるためである。
【００２０】
このようにして、上述の目的が完全に達成される。
【００２１】
特に好ましい実施形態によると、許容公差範囲を適合させるために、検出素子の移動距離は、少なくとも１つの先行する接合動作において、接合されるスタッドを装填する際に取得される。
【００２２】
この実施形態の場合、各々の接合動作において、或いは代替的に周期的に、少なくとも１つの先行する接合動作のスタッド寸法に基づいた公差範囲の自動適合が行われるようにすることが好ましい。
【００２３】
この実施形態においては、公差範囲の自動適合は、接合工具に対するどのような構造的変更もなしに行うことができる。本発明による方法は、ソフトウェアにより実現することができる。
【００２４】
許容公差範囲が、複数の先行する接合動作において、検出素子の移動距離に基づいて適合されることは特に有利である。
【００２５】
このようにして、公差範囲の適合を極めて正確に行うことができる。特に、特定の寸法の変動を一様にすることが可能である。このことは、例えば、先行の移動距離の測定値の適切なフィルタリングにより行うことができる。この場合、古い測定値よりも、最近の測定値に、より大きい重み付けを与えることが可能である。
【００２６】
許容公差範囲は、複数の先行する接合動作において、検出素子の移動距離の滑り平均値に基づいて適合させることが特に好ましい。高い計算能力の必要なしに、比較的正しい公差範囲の適合を行うことができる。
【００２７】
滑り平均値の形成において十分に大きい数の先行する接合動作が含まれる場合、例えば、複数の接合スタッドの１つの寸法が許容公差帯域外であっても、許容公差範囲の適合を行うことができる。
【００２８】
しかしながら、滑り平均値の形成は、例えば、１０未満の比較的少数の先行する接合動作に基づいて行われることが好ましい。特に、先行する接合動作におけるスタッドの寸法が許容公差帯域内にあった場合にのみ、許容差範囲の適合が行なわれることが好ましい。
【００２９】
このことは、公差範囲の適合において正しくないスタッドの寸法が含まれることを防止する。
【００３０】
さらに別の好ましい実施形態によると、付加的な公差範囲の適合のために、基準マンドレルへの適用中に、検出素子の移動距離が取得される。
【００３１】
そうした適合動作は、例えば、正しいスタッドが公差範囲から外れる可能性が生じる前に周期的に行なって、公差範囲を常に十分に早い段階で適合させるようにすることができる。例えば、そうした適合動作は、１０，０００回より少ない、特に５，０００回より少ない、特に好ましくは２，０００回より少ない、多数回の接合動作後に行うようにすることができる。基準マンドレルは、特別に製造される標準部品とすることができ、又は代替的に「通常の」スタッドとすることができる。
【００３２】
さらに、全体として、スタッドは、加工物に接合される前に、機械的把持部により把持されるようにすることが有利である。
【００３３】
この場合、把持部が、検出素子を構成する少なくとも１つの把持アームを有するものとすることが、特に有利である。
【００３４】
このことは、本方法を少量の構造的資源で行うことを可能にする。
【００３５】
上述された特徴及び以下で説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの指定される組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせで、又は単独でも適用できることが理解される。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態が、図示されており、以下の説明において、より完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による接合装置の概略図を示す。
【図２】本発明の方法の実行における、時間の経過に伴って又は実行された接合動作の数にわたって取得された、測定されたスタッド直径と、関連した許容公差範囲とを表す。
【図３】公差角が手動介入により再定義された、図２のものに匹敵する図を示す。
【図４】公差範囲が基準マンドレルについての自動較正によりもたらされる、図２のものに匹敵する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１において、接合装置が、全体を１０で示される。この接合装置１０は、例えば、スタッド溶接、スタッド接着結合等によって、スタッド１２を加工物１４に接合するように働く。接合装置１０は、ロボット１６を有し、該ロボット１６のアーム上に、接合ヘッド１８が配置される。接合ヘッド１８上には、その都度１つのスタッドを把持するための把持部２０が配置される。さらに、接合装置１０は、マガジン２２を含み、該マガジン２２の中には、後で接合されることになるスタッド１２’、１２’’が、利用できるようにされる。図１では、スタッド１２’’’が既に加工物１４に接合されていることが、さらに示される。図１において把持部２０により保持されたスタッド１２が加工物１４に接合された後、接合ヘッド１８がロボット１６によりマガジン２２に向けて移動され、把持部を用いて更に別のスタッド１２’を把持し、これによりさらなる接合動作のためにスタッドを供給することができる。次に、図１に１２’’で示されるスタッドが接合される。
【００３９】
本例において、スタッド１２は、シャンク径Ｄを有するフランジ付きスタッドとして概略的に表される。
【００４０】
図１に表される装置の場合、接合動作の前に、このシャンク径Ｄを測定して、把持部２０により保持されるスタッド１２が、後に続く接合動作のための正しいスタッド・タイプであるかどうかの判断が行われる。
【００４１】
しかしながら、その代案として、又は付加的に、フランジ径、スタッド長、シャンク長又はスタッドの他の寸法を測定するための手段を接合ヘッド内に設けることもできることが理解されるであろう。
【００４２】
検出素子がスタッドに適用され、かつ、この目的のために必要な検出素子の移動距離が取得されるため、本例の場合においては、シャンク径Ｄであるスタッドの寸法が測定される。本例の場合、寸法の取得は、図１に概略的に表され、かつ、把持部２０の第１の把持アーム２６及び第２の把持アーム２８の移動距離を取得するように設計された変位センサ２４によって行われる。
【００４３】
このように、図１は、スタッド１２を把持する前の第１の把持アーム２６及び第２の把持アーム２８が、それぞれ図１にＰ01及びＰ02で示されるゼロ位置にあることを示す。スタッド１２を把持するために、把持アーム２６、２８は互いの方向に向けて動かされ、これらは、それぞれ第１の距離Ｐ1及び第２の移動距離及びＰ2だけ移動する。
【００４４】
把持アーム２６、２８がスタッド１２のシャンク上に当たり次第、その直径Ｄを式Ｄ＝（Ｐ01−Ｐ1）＋（Ｐ02−Ｐ2）により計算することができる。
【００４５】
スタッドの寸法を計算するこの方法は、一例にすぎないことが理解されるであろう。他の実施形態においては、把持要素をスタッドの上に回転方向に移動させて把持アームの回転角を取得することが考えられる。把持アームの一方を剛に保持し、第２の把持アームだけを剛性の把持アームの上に動かすことも考えられる。２本より多い把持アームを設けることも可能である。本例の場合、スタッド・シャンクの直径Ｄは、把持アーム２６、２８の移動距離を取得することにより計算される。或いは、しかしながら、把持部２０から切り離されるように実現された測定装置により、接合されるスタッドの寸法の取得を行うことも可能である。そうした分離した測定装置は、接合ヘッド１８上に配置することができるが、マガジン２２の領域内に配置することもできる。
【００４６】
接合装置１０の動作中、把持アーム２６、２８の支持接触面上に摩耗が生じる。通常、これは一定量の摩耗であるが、材料の堆積物でもあり得る。
【００４７】
例えば把持アーム２６、２８の摩耗の結果として、第１の較正後に、把持アーム２６、２８により移動される移動距離Ｐ1、Ｐ2がさらに大きくなるので、測定されたシャンク厚Ｄがさらに小さくなるという状況が生じる。
【００４８】
図３は、較正動作ｉ1において、測定値ＤMESSが実際のシャンク直径に従って求められ、公差範囲Ｔ1がこのＤMESSの較正値のあたりで定められる例が示される。複数の接合動作の実行及びその結果として起こる把持アーム２６、２８の摩耗により、ＤMESSの値は、最終的に公差範囲Ｔ1の端に到達するまで、ますます低減する。手動の介入操作Ｍを用いて、測定システムを再較正し、時点ｉ2において、新しいＤMESSの値が正しい測定値として定められ、それに従って、新しい許容公差範囲Ｔ2が定められる。
【００４９】
図２は、動作中、許容公差範囲Ｔを、把持アーム２６、２８の摩耗に対して自動的に適合させ得ることを示す。これは、例えば複数の先行する接合動作において、把持アーム２６、２８の移動距離Ｐ1、Ｐ2の滑り平均値に基づいて、許容公差範囲を適合させることによって行うことができる。結果として、取得システムの周期的な手動再較正Ｍの必要性がなくなる。このことにより、工場人員による介入の間隔を長くすることが可能になる。さらに、正しくないスタッド径が識別された結果として生じ得る破損を最小にすることが可能である。これは、設定値及びこれと関連した許容公差範囲Ｔが、把持アーム２６、２８上の摩耗に適合されるためである。
【００５０】
本例の場合、図２における許容公差範囲Ｔについては、線形の低下が得られ、これは線形の摩耗に対応するものである。摩耗が非線形である場合には、許容公差範囲もまた、これに対応して非線形に適合される。
【００５１】
本発明による方法のさらに別の実施形態が、図４に示される。この方法の場合、公差範囲Ｔの自動適合のために、図１に表される基準マンドレル３０が用いられる。基準マンドレル３０は、接合ヘッド１８の把持部領域内に配置され、かつ、２つの接合動作の間に、接合ヘッド１８により基準マンドレル３０に接近させ、把持アーム２６、２８による自動再較正を行うことができる。基準マンドレル３０の直径は、スタッド１２の標準直径Ｄである。
【００５２】
図４は、時点ｉ1、において、例えば第１の接合動作前に、新しい把持アーム２６、２７により基準マンドレル３０に基づいた較正が行われ、次いで第１の公差範囲Ｔ1が設定されたことを示す。
【００５３】
把持アーム２６、２８上の摩耗が原因で、ＤMESSの値が第１の公差範囲Ｔ1から外れる時点より著しく前であると予測される第２の時点ｉ2において、基準マンドレル３０を用いて、第２の測定ステップが自動的に行われる。その間に生じた把持アーム２６、２８の摩耗のために、Ｔ2に示されるように、公差範囲の変位がある。所定数の接合動作の後（この数は、例えば、１０，０００より小さく、特に５，０００より小さく、特に好ましくは２，０００より小さい）、再び、基準マンドレル３０を用いて公差範囲を適合させるための自動動作が行われる（ｉ3，．．．において）。
【００５４】
本実施形態の場合、正確な基準マンドレル３０を用いることが原因で、公差範囲の自動適合のために滑り平均値を形成する必要性がない。そうした自動公差適合方法を設定するための構造上のリソース要件は、比較的小さく、実質的に、ソフトウェアの適合及び接合ヘッド１８の把持領域内に基準マンドレル３０を設けることにある。
【符号の説明】
【００５５】
１０：接合装置
１２、１２’、１２’’、１２’’’：スタッド
１４：加工物
１６：ロボット
１８：接合ヘッド
２０：把持部
２２：マガジン
２４：変位センサ
２６：第１の把持アーム
２８：第２の把持アーム
３０：基準マンドレル
Ｄ：寸法
Ｐ01、Ｐ02：ゼロ位置
Ｐ1、Ｐ2：移動距離
Ｔ、Ｔ1、Ｔ2：許容公差範囲
Ｍ：手動介入操作
ＤMESS：測定値
ｉ、ｉ1、ｉ2：時点
【図１】
2013523453.tif 000003
【図２】
2013523453.tif 000004
【図３】
2013523453.tif 000005
【図４】
2013523453.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月17日(2012.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013523453.tif 000007
【国際調査報告】
2013523453.tif 000008
2013523453.tif 000009