(57)【要約】【課題】  スタッドが存在していないときに溶接工程が開始される可能性を減少させ、コレットが加工物に溶接される可能性を減少させるスタッド溶接ガン及びスタッド溶接ガンシステムを提供する。【解決手段】  スタッド溶接ガンは、スタッドが溶接のための適正な位置にあることを示す閉じられた導電パスを含む。別の態様は、スタッドが存在するときに閉じられる導電性検出回路を含む。別の態様は、溶接作業を可能にするために導電パスを閉じることを含む、スタッド溶接ガンの作動方法を提供する。さらに別の態様は、導電性電流を導電性検出回路からスタッドによって閉じられた導電パスを通して送ることによってスタッドの存在を検出する方法を提供する。【選択図】          図１
2004314177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物取り付け部材供給システムであって、
レシーバと、前記レシーバに機械的に及び電気的に接続可能なコレットとを有するガン本体と、
前記レシーバに移動可能に配置され、少なくともラム前進位置にあるときに前記コレットと前記レシーバとの両方から電気的に分離されたラムと、
前記レシーバ内に配置され、該レシーバから電気的に分離され、付勢されて前記ラムと電気的に接触する導体素子と、
前記ラム前進位置において前記コレットと前記ラムとの間の物理的接触部に作動的に配置され、前記導体素子、前記ラム、前記取り付け部材、前記コレット、及び前記レシーバを含む導電パスを作動的に閉じる取り付け部材と、
を備え、前記閉じられた導電パスが、前記取り付け部材が溶接のための位置にあることを示すことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コレットが、
前記レシーバに隣接する固定端と、溶接のために前記取り付け部材をその中に移動可能に配置することができる遠位端とを有するほぼ中空の環状本体と、
前記取り付け部材に接触する取り付け部材ホルダと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ラムを、前記ラム前進位置から取り付け部材受け取り位置まで引っ込めるように作動可能な空気作動ピストンヘッドと、
前記複数の取り付け部材の各々を作動的に供給するために前記レシーバに取り付けられた導管と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ラム前進位置と前記取り付け部材受け取り位置との両方において前記レシーバから前記ラムを電気的に分離するために、前記ラムと前記レシーバとの間に配置された絶縁層を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記導体素子はさらに、
前記レシーバに取り外し可能に接続することができる非導電性材料であるハウジングと、
前記ハウジング内に移動可能に配置された導電性ボールと、
前記導電性ボールに接続可能な導電性ばねと、
前記ばねから延長可能な導電体と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記絶縁層は、少なくとも前記ラムが前記ラム前進位置にあるときに前記導体素子に隣接して配置された孔を含み、前記ばねは、前記絶縁体の孔において付勢されて、前記ボールと前記ラムとの間に電気的に接触され、
前記ばね及びボールは金属であることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記取り付け部材ホルダは、前記取り付け部材についての前記遠位端の半径方向の延長及び引っ込みの両方を可能にする複数の縦方向スリットを備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記レシーバ上に配置され、前記導電パスを閉じるために、前記ばねから延長可能な前記導電体に電気的に接続可能である電気的接地接続部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
導電性の溶接スタッドと、
導電性レシーバに機械的に接続可能な導電性のコレットを有するガン本体と、
前記レシーバに滑動可能に配置され、ラム引っ込み位置からラム前進位置まで作動的に前進するラムと、
前記レシーバに配置され、該レシーバから電気的に分離可能であり、前記ラムが少なくとも前記ラム前進位置にあるときに付勢されて前記ラムと電気的に接触される導体素子と、
前記導体素子と前記スタッド溶接ガンとの間に接続可能であり、前記ラムが前記ラム前進位置にあるときに前記ラムと前記コレットとの間に配置される前記導電性溶接スタッドを有する閉回路状態を含み、前記スタッドが前記ラムと前記コレットとの間に存在しないときの開回路状態を含む導電性検出回路と、
を備えることを特徴とするスタッド検出システム。
【請求項１０】
前記レシーバに接続可能であり、前記スタッドを加工物に溶接するために前記ラムを通るアーク電流と溶接電流との両方を作動的に与える溶接電流供給源をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記導電性検出回路と前記溶接電流供給源との間に接続可能であり、前記導電性検出回路の前記閉回路状態の間に溶接電流発生信号を作動的に生成する信号生成装置をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記スタッドの各々を前記ガン本体に作動的に供給するために前記レシーバと通信するスタッド供給源を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コレットと前記レシーバとの両方から前記ラムを電気的に分離するために前記ラムの周りに周方向に配置された電気絶縁層を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レシーバに接続可能であり、前記ラムを前記ラム引っ込み位置と前記ラム前進位置との各々の間に位置させるように作動可能であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記信号生成装置を有するプロセス制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
取り外し可能に取り付けられた導体素子、本体に取り付けられた接地接続部、及びコレットを有するスタッド溶接ガン本体と、
前記導体素子と前記接地接続部との間に接続可能に配置された導電性検出回路と、
を備え、前記導体素子は、作動的に付勢されて、前記ガン本体に滑動可能に配置されたラムと接触し、
前記導体素子、前記ラム、前記コレット、前記接地接続部、及び前記導電性検出回路を連続的に電気的に連通した状態で部分的に含む導電性電流パスと、
を備え、前記導電性電流パスは、前記ラムと前記コレットとの間に電気的に連通する状態で配置された導電性スタッドによって閉じられる、
ことを特徴とするスタッド検出回路。
【請求項１７】
前記導体素子を移動可能に保持する前記ガン本体に配置された導体素子ハウジングを備えることを特徴とする請求項１６に記載のスタッド検出回路。
【請求項１８】
前記接地接続部と前記導電性検出回路との間に接続可能に配置された第１信号ラインを含む一対の導電性信号ラインと、前記導体素子と前記導電性検出回路との間に接続可能に配置された第２信号ラインとを備えることを特徴とする請求項１６に記載のスタッド検出回路。
【請求項１９】
前記コレットを前記ガン本体に作動的に接合する取り外し可能な導電性接続部を備えることを特徴とする請求項１６に記載のスタッド検出回路。
【請求項２０】
前記コレットと前記ガン本体との両方から前記ラムを電気的に分離するために、前記ラムの周りに周方向に配置された電気絶縁層を備えることを特徴とする請求項１６に記載のスタッド検出回路。
【請求項２１】
スタッドを有する溶接ガンを作動させる方法であって、
（ａ）ガンの第１導体部分をガンの第２導体部分に機械的に及び電気的に接続し、
（ｂ）前記スタッドが前記ガンの第２導体部分に向けて延びるように、前記ガンの第３導体部分を前進させ、
（ｃ）前記ガンの第１及び第２導体部分の両方から前記第３導体部分を電気的に分離し、
（ｄ）導体素子を付勢して前記ガンの第３導体部分に接触させ、
（ｅ）前記スタッドが前記ガンの第２導体部分に接触するときに、前記ガンの前記導体素子、前記第３導体部分、前記第２導体部分、及び前記第１導体部分を含む電流パスを通して電流を導き、
（ｆ）前記電流が前記電流パスを通って流れるときに溶接電流供給開始信号を生成し、
（ｇ）前記電流供給開始信号が生成されたときに前記スタッドを溶接すること、
を含む方法。
【請求項２２】
前記スタッドが存在しないときに、前記ガンの前記導体素子、前記第３導体部分、前記第２導体部分、及び前記第１導体部分を通る電流の伝導を実質的に防ぐことを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶接段階の間に前記第３導体部分を通るアーク電流と溶接電流との両方を伝達することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記前進段階の前に前記ガンの第１導体部分に前記スタッドを自動的に装填することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガンに溶接電流供給装置を接続することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記溶接段階の前に加工物に隣接して前記ガンを位置させることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
スタッド溶接ガンにおけるスタッドの存在を検出する方法であって、
前記スタッド溶接ガンの複数の部品を機械的に及び電気的に接合して、導電パスを部分的に形成し、
導電性検出回路を部分的に形成された導電パスに直列に接続し、
前記導電パスを閉じるために前記スタッドをスタッド溶接ガンに配置し、
前記導電性検出回路から前記導電パス及びスタッドを通して導電性電流を送る、
ことを含む方法。
【請求項２８】
前記スタッドを駆動して前記スタッド溶接ガンの部品の１つと電気的に接触させることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
導電性検出回路による導電性電流の検出が生じたときにスタッド存在信号を生成することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
供給源からスタッドを放出するために、空気圧供給源に信号を送信することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
加工物から前記スタッド溶接ガンを電気的に分離することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、スタッド溶接に関し、より詳細には、溶接シーケンスを開始する前にスタッドが溶接のための位置にあることが確認できるスタッドガンと、該スタッドガンを用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スタッド溶接ガンは、加工物に付加的な部品をさらに取り付けるための種々のサイズのスタッドを、種々の加工物の上に溶接するのに用いられる。スタッド溶接ガンは、自動車産業において、自動車にスタッドを取り付け、さらにトリム部品をこれに取り付けるために幅広く用いられる。さらに、スタッド溶接ガンは、手動と自動システムとの両方で用いることができる。スタッド溶接ガンに用いられるスタッドは、滑らかな又はファスナ用ねじ面をもつ場合が多いシャフト又は本体を含み、導電性材料から形成される。溶接電流がスタッドを通って流され、該電流は、スタッドを導電性面（つまり（すなわち）加工物）に溶着させるのに用いられるアークを生成する。
一般的なスタッド溶接ガンは、スタッドを一時的に保持するコレット又はそれに類似のチャック装置に個々のスタッドを供給することによって作動する。スタッドは、次いで、加工物の近傍に位置され、該スタッドに小さな電流が流されて、スタッドと加工物との間にアークが生成される。アークが生成されると、スタッドと加工物との間に最大溶接電流が印加され、これら双方の間に溶融が生じる。次いで、スタッドが溶融領域に突き当てられて、溶接工程が完了する。欠点は、溶接のためにコレット又はチャックが位置されるときに、スタッドが位置合わせ不良であるか又はスタッドが無いことに起因する。スタッドが溶接のための位置にないときには、コレットと加工物との間に溶接アークが生成され、その結果としてコレットが加工物に溶接されることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のいずれの状況においても、すなわち、スタッドが無く、スタッドを適切な位置に配置するための工程を繰り返さなければならない場合、及びコレットが加工物に不注意で溶接される場合に、スタッドを用意するための又は加工物から付着したコレットを取り外すために要する再加工の際の遅れに起因して、付加的な時間及びコストがかかる。アーク電流が生成されて溶接工程が開始される前に、溶接のための位置にスタッドが存在していることが要求されるように、加工物を含む回路パスを用いて導電性のチェックを行うスタッド溶接ガンシステムが知られている。これらのシステムは、加工物を通して導電回路が完成され、それによりスタッド溶接ガン及びコレットが加工物と緊密に位置合わせされることが要求されるものであるので、これらのシステムにおいても、コレットが加工物に不注意で溶接される可能性が依然として存在する。
したがって、スタッドが存在していないときに溶接工程が開始される可能性を減少させ、コレットが加工物に溶接される可能性を減少させるスタッド溶接ガン及びスタッド溶接ガンシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態によれば、スタッド溶接ガンは、レシーバに機械的に及び電気的に接続されたコレットを有するガン本体を含む。レシーバ部分に配置されたラムは、付勢された導体素子と接触する。導体スタッドは、導体素子、ラム、金属スタッド、コレット、及びレシーバを通る導電パスを閉じるラムによって、コレットに物理的に接触するように駆動される。導電パスは、加工物とは無関係に、スタッド溶接ガン内に形成される。
スタッド溶接ガンと連通する導電性検出回路は、スタッドガンの外部で接続される。導電性検出回路は、導電パスを横切る小さい電圧ポテンシャルを印加する。導電パスは、スタッドが存在するときに閉じられ、小さい導電性電流が流れ、スタッドが存在しないときに開かれる。本発明の導電性検出回路を有するスタッド溶接ガンは、スタッドが存在しない場合に溶接電流が印加されるのを防ぎ、それにより従来のコレットが加工物に溶接される可能性を防ぐ。本発明のスタッド溶接ガンはまた、サイクルタイム（すなわち、溶接を試みる前に新しいスタッドを供給する時間）も改善する。
【０００５】
導体素子は、スタッド溶接ガンに機械的に接続され、導体素子を付勢してラムに接触させる付勢装置を含む。ラムをスタッド溶接ガンから絶縁することによって、付勢された導体素子は、導電性電流がガン本体を通ってショートすることなくラムを通って流れることを可能にする。本発明の導体素子の付加は、閉ループ導電パスがスタッド溶接ガンに接続されるようにスタッド溶接ガンを改造するのに低コストで効果的な方法を提供する。
スタッドを有する溶接ガンの操作方法と、スタッド溶接ガンにおけるスタッドの存在を検出する方法も提供される。
本発明のさらに別の適用可能な分野は、以下に与えられる詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明及び本発明の好ましい実施形態を示す特定の例は、単に説明することを意図されるものであって、本発明の範囲を制限することを意図されるものではないことを理解されたい。
本発明は、詳細な説明と付属の図面からより十分に理解されることとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明は、本質的には単に例示的なものであって、本発明、その用途又は用途を制限することを意図しているものではない。
図１は、本発明の好ましい実施形態によるスタッド溶接ガンを示す。スタッド検出システム１０は、スタッド１４を、加工物１６に溶接するための位置に保持するスタッドガン１２を含む。加工物１６は、スチール製のシートメタル自動車パネルであることが想定される。各スタッド１４は、スタッドフィーダ供給装置１８と気送管２０によってスタッドガン１２に与えられる。溶接ツールプロセス制御ユニット２２が、溶接電流供給ライン２４を介してスタッドガン１２に接続される。溶接ツールプロセス制御ユニット２２は、供給側で制御ライン２８を介してプロセス制御ユニット２６に電気的に接続される。プロセス制御ユニット２２はまた、溶接電流供給装置２７を含む。プロセス制御ユニット２６は、それぞれ導電性信号ライン３２及び３３を介してスタッドガン１２の導体素子３０とスタッドガン１２の本体に接続される。或いは、導電性信号ライン３２及び３３は、溶接電流供給ライン２４に含めることができる。プロセス制御ユニット２６はまた、当該技術分野では公知のように、マイクロプロセッサ、メモリユニット、入力デバイス（例えばキーボード）及びディスプレイ・スクリーンを含む。
【０００７】
次に図２を参照すると、スタッドガン１２は、レシーバ３４と、複数の縦方向スリット３７を有するコレット３６と、コレット３６をレシーバ３４に接続するユニオン３８とを含む。コレット３６に設けられた縦方向スリット３７は、コレット３６の遠位端が、半径方向矢印「Ａ」の方向にスタッド１４の種々異なる直径の周りで半径方向に拡張し及び収縮することを可能にする。したがって、縦方向スリット３７間のコレット３６の複数の撓み可能な部分３９によって与えられた付勢力により、スタッド１４に対して確実なグリップが維持される。導体素子３０は、該導体素子３０を除去し、取り替えることができるように、レシーバ３４に取り外し可能に接続される。好ましい実施形態においては、導体素子３０の外径は、レシーバ３４の関連する雌ねじ（図示せず）と係合する雄ねじ（図示せず）を有する。電気的接地接続部４０もまた、レシーバ３４上に設けられ、これの目的は、図４を参照してさらに説明される。
【０００８】
スタッドガン１２は、導体素子３０に接続された導体素子ライン４４と、接地接続部４０に接続された接地パスライン４６を介して導電性検出回路４２に接続される。導電性検出回路４２は、少なくとも１つの信号ライン４８を介して溶接ツールプロセス制御ユニット２２に接続される。溶接ツールプロセス制御ユニット２２は、導電性信号ライン５０を介してプロセス制御ユニット２６の溶接電流供給装置２７に接続される。これらのラインはさらに、図１２を参照して説明される。
空気圧供給源５２は、圧力管５４を介してスタッドガン１２に接続され、且つスタッド供給圧力管５６を介してスタッドフィーダ供給装置１８に接続される。空気圧供給源５２は、気送管２０を介してスタッド１４をレシーバ３４内に駆動し、スタッド１４を図示された溶接位置（図３を参照して説明される）に駆動するための正圧供給源を与える。圧力管５４は、ピストンヘッドキャップ５９においてスタッドガン１２のピストンヘッド５８に接続される。溶接のための適正な位置に示されたスタッド１４は、図示のようにコレット３６の歪み可能な部分３９を半径方向の撓み方向「Ａ」に歪ませる。
【０００９】
図３を参照すると最も良く分かるように、ピストンヘッド５８は、空気圧供給源５２（図２に示される）からの空気をチャンバ６０内に受け入れ、ピストン６２を直線方向「Ｂ」に前進させるように作動可能である。空気流体は、末端方向に延びるラム６４が取り付けられたピストン６２に対して作用する。ラム６４は、次いでスタッド１４に接触して、該スタッド１４を溶接のための図示された位置に直線方向「Ｂ」に駆動する。ラム６４は、ベアリング・スリーブ６６においてレシーバ３４内にスライド可能に配置される。ラム６４は、該ラム６４を周方向に取り囲む絶縁体６８によってレシーバ３４から電気的に分離される。ベアリング・スリーブ６６はまた、ラム６４をレシーバ３４からさらに電気的に分離するために、ポリアミドのような非導電性材料から構成されることが好ましい。
絶縁体６８内の孔６９は、ラム６４の接触面を露出するために設けられる。導体素子ハウジング７０は、絶縁体６８における孔６９と位置合わせされた状態でレシーバ３４内に取り外し可能に配置される。導体素子ハウジング７０は、非導電性材料である。スタッドは、ラム６４がピストン上昇行程方向「Ｅ」に引っ込められるときに（図６を参照してさらに説明されるように）、供給管７１を通ってスタッド装填方向「Ｃ」にレシーバ３４内に受け入れられる。この全体的なプロセスは、図５−図９を参照して十分に説明される。コレット３６は、ユニオン３８を介してレシーバ３４の導電性材料に取り外し可能に締結された導電性材料（例えば銅）であることが必須である。ユニオン３８、レシーバ３４、及びラム６４は、後でさらに説明されるように、機械的にリンクされたときに、スタッドガン１２のための導電パスの一部を形成する銅又はスチールのような導電性材料である。この導電パスは、スタッド１４が存在するときに閉じられ、スタッド１４が存在しないときに開かれる。
【００１０】
図４に詳細に示されるように、好ましい実施形態の導電性電流パスは、閉じた導電パスを通る矢印Ｄによって示される。ボール７２は、導体素子ハウジング７０内に滑動可能に配置される。圧縮ばね７４は、第１端部においてボール７２に接続可能に取り付けられ、第２端部７５において電気的接触部７５に取り付けられる。ボール７２、導体素子ハウジング７０、圧縮ばね７４、及び電気的接触部７５は、導体素子３０を形成する。圧縮ばね７４は、コイルばね（図示のような）であることが好ましいが、ボール７２と電気的接触部７５との間に電気的接触パッチを与えることができるどんなタイプのばね又は付勢手段とすることもできる。圧縮ばね７４は、ボール７２を付勢してラム６４と接触させる。
ラム６４は、スタッド１４がコレット３６の遠位端において接触面７６に接触し、該接触面によって保持されるまで、直線方向「Ｂ」に前進する。図示された位置にあるスタッド１４においては、導体素子ライン４４、電気的接触部７５、圧縮ばね７４、ボール７２、ラム６４、スタッド１４、接触面７６、コレット３６、ユニオン３８、レシーバ３４、レシーバ接地接続部４０、及び接地パスライン４６を通る導電性検出回路４２間の導電パスが閉じられる。導電性電流パスは、方向矢印Ｄによって例示される。導電性回路パスが図示のように閉じられたときには、導電性検出回路４２は、スタッド１４が溶接のための位置にあることを示す信号（図１１及び図１２を参照して詳細に説明される）を溶接ツールプロセス制御ユニット２２（図２に示される）に向ける。溶接ツールプロセス制御ユニット２２は、次いで、溶接電流供給装置２７（プロセス制御ユニット２６内の）に信号を送信して、溶接シーケンスを開始する。スタッド１４が存在しないときには、導電性回路パスが開かれる。ラム６４の長さは、ラム６４が該ラムのどんな位置においても接触面７６に接触するのを防ぐように制御される。
【００１１】
次に図５−図９を参照して、新しいスタッドを装填するためのシーケンスと、スタッドをコレットに供給することと、スタッドを溶接することが説明される。図５は、溶接サイクルが完了した後（すなわち、前のスタッドは図示されていない）のスタッド溶接ガン１２を示し、ラム６４がラム直線方向「Ｂ」に十分に延ばされている。ピストン６２は、ピストンヘッド５８内の十分に延ばされた位置にあり、チャンバ６０が十分に加圧される。ボール７２は、付勢されてラム６４と接触するが、スタッドが存在しないことにより、導電性検出回路４２導電パスは開いている。
図６は、スタッド装填段階の始まりを示す。空気圧供給源５２（図２に示される）からの空気圧がピストン底面７８に適用されて、図示のようにピストン６２がピストン上昇工程方向「Ｅ」に駆動される。チャンバ６０内の圧力が解放されて、ピストン６２がピストン上昇工程方向「Ｅ」に移動可能にされる。ピストン６２に接続可能に配置されたラム６４は、ピストン上昇行程方向「Ｅ」に引っ込む。スタッド１４は、スタッドチャンバ８０に到達する前にレシーバ３４の導管を通って空気圧により運ばれる。
【００１２】
図７は、ラム６４が駆動されてスタッド１４に接触する前の、スタッドチャンバ８０内に位置されたスタッド１４を示す。ピストン６２は、空気圧がチャンバ６０に入る前に十分に引っ込められる。
図８に示された段階においては、空気圧供給源５２（図２に示す）からの空気圧流体（例えば空気）が、ピストン６２の上のチャンバ６０に向けられ、ピストン６２のピストン底面７８側から抽気される。このプロセスは公知であり、したがって、ここではさらに詳しくは説明しない。ラム６４に接続されたピストン６２は、ラム６４を駆動して、スタッドチャンバ８０内のスタッド１４に接触させる。ボール７２が付勢されてラム６４と接触するが、スタッド１４は、まだ接触面７６に到達しておらず、それによりこの時点では導電パスは依然として開いたままである。
図９を参照すると、ボール７２は、付勢されてラム６４と接触したままである。ラム６４によって駆動されたスタッド１４は、物理的に撓むか又はコレット３６の接触面７６に接触する。したがって、図４に示されるように導電パスが閉じられ、導電パスを横切る電気ポテンシャルが小電流を誘起する。絶縁体６８は、ラム６４とレシーバ３４との間で導電性電流がショートするのを防ぐ。図４に最も良く示されるように、導電性電流は、導体素子ライン４４、接地パスライン４６及び導電性検出回路４２を通って流れて、導電性回路を完成させる。導電性電流の流れの方向は、パスにおける構成要素を説明するための例示的なものである。
【００１３】
図１０を参照すると最も良く説明されるように、本発明のスタッド検出導体パスを有するスタッド溶接ガンを作動させる段階が提供される。開始段階１００においては、ガンの第１導体部分が、ガンの第２導体部分に機械的に及び電気的に接続される。次に、段階１０２において、ガンの第３導体部分が前進されて、スタッドをガンの第２導体部分に向けて延ばす。段階１０４によって説明されるように、第３導体部分は、ガンの第１及び第２導体部分の両方から電気的に分離される。さらに段階１０６において、導体素子が付勢されて、ガンの第３導体部分と接触される。その後の段階１０８において、導体素子、第３導体部分、第２導体部分、及びスタッドがガンの第２導体部分に接触したときのガンの第１導体部分を含む電流パスを通って電流が伝導される。段階１１０において、電流が電流パスを通って流れるときに、溶接電流供給開始信号が生成される。最終段階１１２の間に、電流供給開始信号が生成されたときにスタッドが溶接される。
図１１に示すように、スタッド溶接ガンにおけるスタッドの存在を検出する方法が提供される。開始段階１１４において、スタッド溶接ガンの構成要素が機械的に及び電気的に接合されて、部分的に導電パスが形成される。次に、段階１１６において、導電性検出回路が、部分的に形成された導電パスに直列に接続される。その後の段階１１８において、スタッドが溶接ガンに配置されて、導電パスが閉じられる。最後の段階１２０において、導電性電流が誘起されて、導電性検出回路から導電パス及びスタッドを通って流れる。
【００１４】
図１２に最も良く示されるように、導電パスチェックの際にプロセス制御ユニット２６（図２に示されるように）において生成された信号が特定される。段階１３０において、溶接サブルーチンが開始される。次に、段階１３２の間に、溶接シーケンスが開始される前に「溶接開始」信号が存在していることが要求され、存在しているかどうかが調査される。その後の段階１３４において、「溶接開始」信号が感知された場合には、「スタッド存在信号」が存在していなければならず、存在しているかどうかが調査される。段階１３６において、スタッドが存在しない（すなわち、スタッド溶接ガンにおける導電パスを横切る高電圧が感知される）場合には、「ヘッド＃」における「スタッドが存在しない」フォルト信号が生成される。その後に、段階１３８の間に、プロセス制御ユニット２６が、「フォルトなし、ヘッド＃」ステータス信号によって示される状態の変化を監視し、スタッドがその後に感知される場合には、サブルーチンは段階１３２に戻る。平行する段階１４０において、導電パスを横切る電圧が低く（段階１３４の間に求められたとき）溶接用のスタッドの存在を示す場合には、溶接サイクルが開始される。段階１４２において、プロセス制御ユニット２６は、「溶接完了、ヘッド＃」信号のステータスを調べ、完了した場合には段階１３２に戻って、さらに次のスタッド溶接サイクルを開始する。最終的に、段階１４４において、全ての溶接が完了し、システムの動力が断たれたときに、プロセスが終了する。
【００１５】
最後に図１３を参照すると、好ましい実施形態の導電性電流パスの例示的な回路図が示される。導電性電流パス１５０は、スタッドガン１２（図４に最も良く示される）を通して導体素子３０と接地接続部４０を横切る導電パスを閉じるスタッド１４を含む。スタッド１４が導電パスを閉じるときに、導電性検出回路４２を横切る導体素子ライン４４と接地パスライン４６との間の回路パスが完成する。溶接ツールプロセス制御ユニット２２における電圧源１５２により与えられた２４ボルトの直流（ＤＣ）電圧ポテンシャルによって、導電性検出回路４２を通る小電流が与えられる。プロセス制御ユニット２６における信号ライン４８と接地パスライン１５４を横切る電圧ポテンシャルが「低い」場合には、ほぼゼロまで降下する。したがって、信号ライン４８は、「スタッドが存在する」状態を示す「低」電圧信号を生成する。
【００１６】
逆に、スタッド１４が存在しない場合には、導電性検出回路４２を横切る導電パスが開いたままにされる。溶接ツールプロセス制御ユニット２２における信号ライン４８及び接地パスライン１５４を横切る電圧ポテンシャルは、電圧源１５２の正端と信号ライン４８との間に接続された抵抗１５６に起因して「高い」（すなわち、およそ２４ボルトのＤＣ）。したがって、信号ライン４８は、「スタッドが存在しない」状態を示す「高い」電圧信号を生成する。「スタッドが存在しない」状態又は信号はまた、プロセス制御ユニット２６によって１つより多いスタッドガン１２が同時に監視される場合に、特定のスタッド溶接ガン１２又はヘッドナンバー（すなわち、ヘッド＃）に対して追跡可能である。各「ヘッド＃」は予め割り当てられる。抵抗１５６は、３．３Ｋオームの１／４ワット抵抗として特定される。この抵抗寸法は、本発明のスタッド検出システム１０において可能な種々の抵抗寸法の例示的なものであり、電圧源１５２を横切る電圧ポテンシャルと、種々の信号及び接地ラインにおける抵抗と、使用される装置によって変えることができる。
【００１７】
本発明のスタッド溶接ガンの好ましい実施形態は、本質的には例示的なものである。好ましい実施形態においては、導体素子３０は、圧縮ばねによって付勢されてラムと接触するボールを含む。別の実施形態においては、ボールは、コーン形状又は接触部内でラムと接触するように滑動可能に配置される寸法にされたシリンダを含むどんな適切な形状と置き換えることもできる。圧縮ばねは、代替的に、リーフ形ばね又は導電性の圧縮可能な材料を含むどんな好適なタイプの付勢装置をも含むことができる。コレットは、ここでは、コレットが磨耗により取替えを要するときに、銅の減少された費用に起因して銅材料として説明される。コレット、レシーバ、ユニオンナット、導体素子ハウジング、及びラムは、代替的に、銅合金材料、炭素鋼、又はステンレス鋼を含むどんな適切な導電性材料から構成することもできる。導体素子ハウジングは、代替的に、溶接し、圧力嵌めし、又は他の手法でレシーバに機械的に接続することができる。
【００１８】
本発明の導体素子及び導電性検出回路は、本発明の利点の全てが達成されるわけではないが、本発明の範囲及び要旨から逸脱することなく、別のスタッドガン設計に適合するように改造することができる。例えば、スタッドガン本体から電気的に分離されたコレット又はチャックをもつスタッド溶接ガンは、コレット又はチャックに接続された導体素子を有するように改造することができる。スタッドはまた、図１に示された空気圧により作動する装置の代わりに、機械的供給装置によって与えることができる。好ましい代替的な実施形態が開示されるが、本発明の精神及び範囲内において他の構成を使用できることが認識されるであろう。本発明の説明は、本質的には単なる例示的なものであり、それにより発明の趣旨から逸脱しない変形が本発明の範囲内に含まれることが意図されている。こうした変形は、本発明の精神及び範囲からの逸脱としてみなされるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好ましい実施形態にかかる改造されたスタッド溶接ガンを用いるスタッド溶接を行うための部品システムを特定する線図である。
【図２】図１からの簡単化された線図であり、スタッド溶接ガンに接続された例示的な導電性検出回路をさらに示す。
【図３】図２のスタッド溶接ガンを通る断面図である。
【図４】導電性検出回路と導体素子を介して完成された導電性電流パスを特定する好ましい実施形態のスタッドガンの正面図である。
【図５】溶接手順の全体にわたる好ましい実施形態のスタッド溶接ガンを示す概略図である。
【図６】スタッド溶接シーケンスを開始するためにラムを引っ込める最初の段階を示す図５に類似の概略図である。
【図７】ラムに空気圧をかけてスタッドをコレットに接触するように押し付ける前の位置にある新しいスタッドを示す図６に類似の概略図である。
【図８】スタッドに接触して該スタッドをコレットに接触するように押し付けるラムを示す図７に類似の概略図である。
【図９】コレットに接触し、導電パスを閉じ、次の溶接シーケンスを開始する新しいスタッドを示す図８に類似の概略図である。
【図１０】好ましい実施形態のスタッド溶接ガンを作動させる段階を特定するフローチャートである。
【図１１】好ましい実施形態に係るスタッドを検出する段階を特定するフローチャートである。
【図１２】好ましい実施形態のスタッド溶接ガンの溶接手順の間に生成された論理及び溶接信号のシーケンスを特定するフローチャートである。
【図１３】本発明の好ましい実施形態の導電性信号パスの概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  スタッド検出システム
１２  スタッドガン
１４  スタッド
１６  加工物
１８  供給装置
２０  気送管
２２  溶接ツールプロセス制御ユニット
２４  溶接電流供給ライン
２６  プロセス制御ユニット
２７  溶接電流供給装置
２８  制御ライン
３０  導体素子
３２、３３  導電性信号ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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