(57)【要約】【課題】重量に対する要求を考慮した上で、溶接ロボットにより案内される溶接ガンハウジングの、可能な限り有効なスペース利用を達成する。【解決手段】モジュール（３）が、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器（１０）および超音波受信器（１１）と交換するように形成されており、該モジュール（３）を、溶接ガンハウジング（２）が有しているようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール（３）であって、該モジュール（３）に集積されたモジュールコンポーネントとしての整流器を備えた冷却式の溶接トランスと、溶接制御部を装備した抵抗溶接装置の溶接ガンの運転のために必要な電気的な入力量もしくは出力量を受け渡すためのインターフェースとが設けられており、抵抗溶接装置が有利には超音波測定を介して溶接プロセスを監視すると共に、特にボディ構造の金属薄板における溶接スポット（１３）もしくは溶接シームを製作するために役立つ形式のものにおいて、モジュール（３）が、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器（１０）および超音波受信器（１１）と交換するように形成されており、該モジュール（３）を、溶接ガンハウジング（２）が有していることを特徴とする、抵抗溶接ガンのモジュール。
【請求項２】
モジュールコンポーネントが、溶接ガン信号およびトランスセンサ装置の信号をまとめて、送るために役立つ、請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
重要なモジュールコンポーネントが、溶接プロセス中に溶接結合部を検査する超音波測定を実施するための、少なくとも部分的に集積された装置である、請求項１または２記載のモジュール。
【請求項４】
モジュールコンポーネントが、トランスの一次側の供給のための、少なくとも部分的に集積されたコンバータである、請求項１から３までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項５】
モジュールコンポーネントが、溶接電流（１７）を供給および調整するための、少なくとも部分的に集積された装置である、請求項１から４までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項６】
コンポーネントが、溶接ガンモータのセンサの評価および／またはその起動制御のために役立つ、請求項１から５までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項７】
コンポーネントが、少なくとも部分的に集積された溶接制御部である、請求項１から６までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項８】
モジュールコンポーネントが着脱可能に、例えば差込接続器を介して、モジュール（３）のインターフェースに電気的に接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項９】
モジュール（３）のハウジングが、塵埃、暴噴流水、噴流水または飛沫水に対して非透過性に（ＩＰ６５またはＩＰ６６またはそれよりも高く）形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項１０】
モジュールコンポーネントから発生する熱がトランス冷却装置もしくは整流器冷却装置を介して導出されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項１１】
モジュール（３）のエネルギ供給部がやはりモジュールハウジングに集積されており、かつ電源電圧を介して、直流電圧またはクロックが実現されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のモジュール。
【請求項１２】
溶接ロボットによる産業プロセス、特にボディ構造のための産業プロセスを実現するための製造ラインであって、溶接ロボットに、溶接ガンがヒンジ式に取り付けられており、溶接ガンがモジュール（３）を介して運転されており、該モジュール（３）が、該モジュール（３）に集積されたモジュールコンポーネントとしての整流器を備えた冷却式の溶接トランスと、溶接制御部を装備した抵抗溶接装置の溶接ガンの運転のために必要な電気的な入力量もしくは出力量を受け渡すためのインターフェースとを有しており、抵抗溶接装置が有利には超音波測定を介して溶接プロセスを監視すると共に、特にボディ構造の金属薄板における溶接スポットもしくは溶接シームを製作するために役立つ形式のものにおいて、モジュールが、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器（１０）および超音波受信器（１１）と交換するように形成されており、溶接ガンハウジングがこのモジュール（３）を有しており、かつ溶接時に共に案内されていることを特徴とする製造ライン。
【請求項１３】
モジュールが請求項２から１１までのいずれか１項に従って形成されている、請求項１２記載の製造ライン。
【請求項１４】
溶接ガンに装着された全てのモジュール（３）が、中央の溶接制御部および／または中央のエネルギ供給部に接続されている、請求項１２または１３記載の製造ライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接ガンのモジュールであって、該モジュールに集積されたモジュールコンポーネントとしての整流器を備えた冷却式の溶接トランスと、溶接制御部を装備した抵抗溶接装置の溶接ガンの運転のために必要な電気的な入力量もしくは出力量を受け渡すためのインターフェースとが設けられており、抵抗溶接装置が有利には超音波測定を介して溶接プロセスを監視すると共に、特にボディ構造の金属薄板における溶接スポットもしくは溶接シームを製作するために役立つ形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ローラシーム溶接、プロジェクション溶接またはスポット溶接で使用するための抵抗溶接技術の分野から派生しており、運転のためのコンポーネントの、溶接ガンハウジング内での収容に取り組む。
【０００３】
アメリカ合衆国特許第２００２／０１３４７６３号明細書には、簡単化された構造を備えたインバータを用いて種々異なる溶接電流を実現するための装置が示されている。さらに、アメリカ合衆国特許第２００１／００３８０００号明細書には、溶接プロセスのために必要な電気的なエネルギ、特に溶接電流を、インバータ電流源を用いて供給するための、抵抗溶接装置用の電力部分が開示されている。
【０００４】
特開平０４−０３７４８０号公報で、発明者はコストの削減および構造のコンパクト化等を目的として、電力調整部を溶接トランスに集積することを提案している。しかしながら、最近の抵抗溶接装置（とりわけＡＣ技術の使用時）における電力調整のための装置の寸法に基づいて、提案された組み合わせは相対的に重くて、取り扱いにくい配置へとつながる。この配置はその重量と所要スペースとに基づいて、溶接ガンのハウジング内で溶接ロボットにより連行するのに適しているとは言い難い。
【０００５】
しかしながら、日常的な使用の中で、溶接ガンとトランスとから成るシステムが可動にロボットアーム（溶接ロボット）に組み付けられる事例がしばしば発生する。この配置の重量はすぐに１５０ｋｇを超えてしまう。その際、トランスは重量の大半を占める。それゆえ、配置全体の重量は機構の寸法設定および溶接ロボットの運動調整（ヒンジ、荷搬重量、加速度等）に関して決定的なファクタである同時に、費やさなければならないコストにとってももちろん決定的なファクタである。重量が軽ければ軽いほど、ロボット機構に対する要求も小さくなる。
【０００６】
可動なシステムの起動制御部はしばしば場所的に定置に、中央のロボット制御部と結合された形で実現される。
【特許文献１】アメリカ合衆国特許第２００２／０１３４７６３号明細書
【特許文献２】アメリカ合衆国特許第２００１／００３８０００号明細書
【特許文献３】特開平０４−０３７４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、重量に対する要求を考慮した上で、溶接ロボットにより案内される溶接ガンハウジングの、可能な限り有効なスペース利用を達成することであって、これにより、所要スペースを溶接トランクもしくはエンクロージャ内に確保し、かつ可能な限りフレキシブルであって、モジュール式に構成されたシステムを獲得することができるようにし、しかも、このシステムが過度に高度な機械的要求を溶接ロボットに対して課すことがない、つまり許容される最大重量に対する要求が満たされているようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明の構成によれば、モジュールが、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器および超音波受信器と交換するように形成されており、該モジュールを、溶接ガンハウジングが有しているようにした。
【発明の効果】
【０００９】
ＡＣ技術のために構想されたトランスの約３０％に過ぎない所要スペースと、これまで出願人により使用されてきたＭＦ溶接トランスの重量とが、同じ出力の、より小形で進化したＭＦ溶接トランスの使用により、ほぼ半減されることができる。これにより達成された重量削減の他に付加的に、スペースが溶接ガンハウジング内に獲得される。この獲得されたスペースはここで本発明によるモジュールにより占拠される。このモジュールには、該モジュールに集積されたモジュールコンポーネントとしての整流器と、冷却式の溶接トランスと、溶接制御部を装備した抵抗溶接装置の溶接ガンの運転のために必要な電気的な入力量もしくは出力量を受け渡すためのインターフェースとが設けられており、抵抗溶接装置が有利には超音波測定を介して溶接プロセスを監視すると共に、特にボディ構造の金属薄板における溶接スポットもしくは溶接シームを製作するために役立ち、モジュールが、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器および超音波受信器と交換するように形成されており、該モジュールを、溶接ガンハウジングが有している。このことは一方では付加的な積込スペースをエンクロージャもしくは溶接トランク内に提供し、他方では所望のモジュラリティに対する要求を、存在する統一的なインターフェースのために充足する。
【００１０】
モジュールコンポーネントは例えば差込カードとして実現されることができる。その結果、産業ＰＣの場合と同様に、システム構想に応じて相応の機能性を後付けまたは交換することができる。
【００１１】
有利には、溶接ガン信号およびトランスセンサ装置（Ｔｒａｆｏｓｅｎｓｏｒｉｋ）の信号をまとめて、送るために役立つように、モジュールを形成すると、このモジュールはインプット／アウトプットユニットとして、外部に接続された制御部もしくは電力調整部へと通じるインターフェースを成し、標準化されたインターフェースを介して外界と連絡することができる一方で、モジュールは信号を溶接ガンハウジング内で相応のコンポーネントへと送る。
【００１２】
重要なモジュールコンポーネントが、溶接結合部の検査を目的とする超音波測定を実施するかつ／または溶接プロセスを調整するための、少なくとも部分的に集積された装置であると、特に有利である。超音波送信器および超音波受信器を介して、このために横波が、液状の溶接スポットを通して、溶接プロセス中に導かれる。液体は、固相の材料とは異なり、横方向力を伝達することができない。そのために、受信される信号は、溶融した材料の固さが弱まるにつれて変化する。溶接スポットの、変化する特性に依存して、いわゆる「透過曲線」が描かれる。透過曲線から、溶接スポットの、目下の特性が読み取れる。すなわち、溶融物が例えば過度に高温であるか、過度に低温であるか、または適温であるかどうかを推測することが可能である。この透過曲線は溶接プロセス中に超音波調整器により評価される。この曲線から、目下の溶接スポット直径も算出され、ソフトウェアを介して、データが統計学的に評価可能になる。その結果、原理的には全ての個々の溶接スポットの記録を取ることができる。上に述べた解決策は、超音波調整器をエンクロージャから取り除き、直接溶接ガンハウジング内に装着する、つまり、超音波センサの近傍に装着することを可能にする。それにより、超音波測定データの、完全な形成および／または処理がその場で、長いケーブル接続を必要とせずに実現可能である。その際、標準化されたインターフェースを介して、測定結果が直接制御部により呼出されることができる。ケーブル裂断または伝送失敗による潜在的な失敗源が最小限に減らされることができる。
【００１３】
モジュール内に設けられた、一モジュールコンポーネントまたはそれどころか唯一のモジュールコンポーネントが、ＭＦトランスの一次側の供給のための、整流器を有するまたは整流器を有していない、少なくとも部分的にまたは完全に集積されたコンバータ（または単なる電力部分）であるように、モジュールが構成されると、純粋なＭＦトランス機能の他に、そのエネルギ源もモジュール内、ひいては溶接ガンハウジング内に収容される。それにより、整流器を有する／有していない水冷式のＭＦトランスとコンバータとの組み合わせは、コンパクトで自立的なユニットを形成する。このユニットは場合によっては別の応用例でも使用されることができ、別のテクノロジにも転用可能である。
【００１４】
別の利点は、溶接電流を調整するための装置をモジュール内に少なくとも部分的に収容することにより得られる。その結果、一般にロボット制御部に配置されているエンクロージャもしくは溶接トランク内の、必要な所要スペースが減じられることができるまたは完全に省略されることができる。
【００１５】
また有利には、溶接ガンモータのセンサの評価のためのコンポーネントおよび／または溶接ガンモータの、力調整および位置調整のための起動制御部がモジュール内に集積されることができる。このことは配置全体のモジュラリティにさらに貢献し、溶接ガンの使用のために必要な全てのコンポーネントが中央の組付け箇所で長い経路なしに一体化される。一般に溶接ガンでは、２つの軸が例えば電気的なモータにより起動制御されねばならない。つまり、上記起動制御部は２つの駆動部調整器、すなわち軸毎に１つの駆動部調整器を有していることができる。その際、第１の軸はガン補償を請け負い、第２の軸は溶接プロセス中に電極を案内し、かつ作業ストロークまたはメンテナンス時のプリストロークを実現するために圧力シリンダを操作する。モータ被動部とガンとの間の接続部材として、回転対称形のモータの事例では、玉循環型スピンドルが役立つ。リニアモータの使用時には、直接的な駆動も実現可能である。
【００１６】
最大のモジュラリティおよびスペース節減は、モジュール内のコンポーネントが、例えば非中央的に組織された制御構造を支援するための、少なくとも部分的に集積された溶接制御部であると保証される。前保持時間、通電時間、後保持時間および開保持時間のような運転パラメータは特にこの制御部により設定され得る。
【００１７】
当然、前記モジュールコンポーネントの任意の組み合わせは必要と応用事例とに応じて、溶接ガンハウジング内に存在する積込スペースの最適な利用が得られるように組み合わされることができる。この配置は、協働する装置、例えば超音波センサおよび超音波調整器または溶接ガンおよび溶接電流調整器または既に述べたような制御部が直接モジュールに配置されていると、特に有益である。溶接プロセスを実施するために重要な全てのコンポーネントの完全な集積がどの程度まで可能であるかは、主として、使用される半導体テクノロジおよび必要な溶接電流により規定される。理論的には、完全な集積も既に今現在推考可能であると共に、実現可能である。
【００１８】
種々異なるガン機能に関する顧客特有の要求を解決するために、例えば以下の変化形を出願人は有利と考える：
１．  トランス基本機能のために、マルチコンタクトコネクタまたはＰＧネジにより、電力接続部が形成されることができる。トランスセンサ装置はクランプもしくは顧客特有の接続部を介して導かれる。種々異なるガン信号をモジュール内でまとめて、１つの共通のインターフェースを介して（例えばロボットを介して）、上位に配置された制御部へと導く可能性が存在する。
２．  １．に対して付加的に、超音波センサ装置もしくは超音波電子機器の起動制御部による超音波測定の機能と、コンバータへと通じるフィールドバス（場合によってはＣＡＮ）の使用とが、モジュールの、単数または複数のモジュールコンポーネントを形成する。
３．  １．に対して付加的に、「サーボガン」の機能（モータ出力の調整、圧力および補償モータのセンサ装置の処理、コーディング）がモジュールに集積される。
４．  ２．で述べた超音波測定部がモジュールコンポーネントとしてモジュールに集積される。
【００１９】
モジュールコンポーネントが有利には着脱可能に、例えば差込接続器を介して、モジュールのインターフェースに電気的に接続される。その結果、モジュールコンポーネントがいつでも、例えば修理時に交換可能であり、かつ迅速かつ容易に取り外されるもしくは取り付けられることができる。
【００２０】
配置環境における、多くの場合極めて不利な状況のために、内部の電子機器を最適に外界の影響から保護するために、モジュールのハウジングが、塵埃、暴噴流水、噴流水または飛沫水に対して非透過性に（ＩＰ６５またはＩＰ６６またはそれよりも高く）形成される。
【００２１】
モジュールコンポーネントの種類に依存して、例えば特に電力コンポーネントである場合に、冷却が必要とされ得るので、トランス冷却装置もしくは整流器冷却装置が拡張されて、モジュールコンポーネントから発生する熱を一緒に導出する。ただし、導出する熱が増加するので、場合によっては冷媒流量を高めたり、冷媒自体を、より高い吸熱能力を有する冷媒に代替したりすることが必要となる。
【００２２】
さらに、モジュールのエネルギ供給部をやはりモジュールハウジングに集積して、電源電圧を介して直流電圧を実現する、または外的または内的に発生されるクロック、例えば電力クロック（Ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｔａｋｔ）を使用する可能性が提供される。このことはシステム全体の集積のためにさらなる貢献を果たす。
【００２３】
本発明の利点が特別な効力を発するのは、溶接ロボットによる産業プロセス、特にボディ構造のための産業プロセスを実現するための製造ラインであって、溶接ロボットに、溶接ガンがヒンジ式に取り付けられており、溶接ガンがモジュールを介して運転されており、該モジュールが、該モジュールに集積されたモジュールコンポーネントとしての整流器を備えた冷却式の溶接トランスと、溶接制御部を装備した抵抗溶接装置の溶接ガンの運転のために必要な電気的な入力量もしくは出力量を受け渡すためのインターフェースとを有しており、抵抗溶接装置が有利には超音波測定を介して溶接プロセスを監視すると共に、特にボディ構造の金属薄板における溶接スポットもしくは溶接シームを製作するために役立つ形式のものにおいて、モジュールが、溶接制御部により監視される溶接プロセスの実施にとって重要な別のモジュールコンポーネントを有しており、かつ該モジュールコンポーネントの入力量もしくは出力量を、インターフェースを介して溶接ガンコンポーネント、特に電気的な駆動部ならびに超音波送信器および超音波受信器と交換するように形成されており、溶接ガンハウジングがこのモジュールを有しており、かつ溶接時に共に案内されていることを特徴とする製造ラインで使用される場合である。
【００２４】
非中央的な組織と、全ての余剰スペースを利用した上での、システムコンポーネントの、可能な限り高い分散とは製造ラインにおいて大きな意味を有する。本発明はケーブル配線および溶接プロセスにとって重要なコンポーネントの起動制御に関する手間を大幅に減じ、ひいてはコストを節減する一助となる。この利点はさらに、モジュールが請求項２から１１までのいずれか１項に従って形成されているかつ／または溶接ガンに装着された全てのモジュールが、中央の溶接制御部および／または中央のエネルギ供給部に接続されていることにより、向上させられる。
【００２５】
以下に図１を参照しながら本発明の基本思想を再度説明する。図２には、可能な実施例が概略的に示されている。異なるまたは同じ図面中の、同じ符号は同一のコンポーネントを示唆している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１には、溶接ガンハウジング２とモジュール３とを備えた溶接ロボット１が示されている。モジュール３は溶接ガンハウジング２内に収容されている。溶接ガンハウジング２は、ロボットの、旋回可能なアームにヒンジ式に支承されており、アームの全ての運動に追随する。
【００２７】
溶接ガンハウジング２は全ての平面で旋回可能であるので、例えば自動車ボディ内の、接近しにくい角度であっても、溶接電極１２を差し伸べることができる。電気の供給はモジュール３により保証される。その際、モジュール３自体はやはり、必要な供給線路を備えた、溶接ロボットのアームを介して外界と連絡する。図１には、溶接ガンハウジング２内に収容されているその他のコンポーネントは示されていない。図示されていないコンポーネントとして特に、電気的な駆動部、玉循環型スピンドル、整流ダイオードを備えた水冷式のトランス等が挙げられる。
【００２８】
図２には若干詳細に、どのような機能が例えば溶接ガンハウジング２内のモジュール３により実現可能であるかが示されている。図面には、モジュール３のモジュールコンポーネントと、超音波調整器４と、電流調整器５と、減算回路１５に供給される電流実際値６および電流目標値７と、超音波送信器１０への超音波送信信号８および超音波受信器１１からの超音波受信信号９と、溶接電極１２と、材料１４を結合するための例示的な溶接スポット１３とが示されている。さらに、溶接電流１７および横波１６が暗示されている。
【００２９】
モジュール３はここでは、可能なモジュールコンポーネントとして、既に前述した、溶接プロセス中に溶接結合部を検査する超音波測定を実施するための装置を有している。超音波調整器４は超音波送信器１０を負荷して、水平偏波された横波もしくはせん断波１６を送信させる。ただし、液状の材料はせん断抵抗を有していないので、せん断波１６は液状の材料内を伝播し得ない。つまり、せん断波は、大抵の場合銅から製作される溶接ガンを通して溶接電極へと伝わり、その後液状の溶接スポットへと伝わる。これにより、溶接ゾーンの液状化が進行するにつれて、電極１２および溶接ガンを介して超音波受信器１１へと導かれるせん断波の特徴的な特性が変化する。この超音波受信信号９は超音波調整器４によって再度受信され、内部で処理される。この処理から導き出された電流目標値７と、測定された電流実際値６とを、電流調整器５が減算点１５を介して受け取る。これにより、補正信号が提供される。この補正信号により、溶接電流１７は、要求に応じた溶接スポットもしくは要求に応じた、溶接スポットの温度が生ぜしめられるように調整される。溶接結合部に影響を及ぼす別のパラメータは溶接電極の加圧力または溶接プロセスの持続時間である。これらの大きさにも影響を及ぼす調整装置が付加的に集積されてもよい。製造ラインでの使用時に、本発明の利点はすぐに認識可能である。それというのも、超音波調整部が非中央型もしくは分散型に組織されており、溶接結合部を最適化するための手段が直接溶接スポットの発生箇所で実施され得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】溶接ロボットの概略図である。
【図２】溶接ガンハウジング２内のモジュール３により実現可能な機能を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  溶接ロボット、  ２  溶接ガンハウジング、  ３  モジュール、  ４  超音波調整器、  ５  電流調整器、  ６  電流実際値、  ７  電流目標値、  ８  超音波送信信号、  ９  超音波受信信号、  １０  超音波送信器、  １１  超音波受信器、  １２  溶接電極、  １３  溶接スポット、  １４  材料、  １５  減算回路、  １６  せん断波、  １７  溶接電流
【図１】
2005169505.tif 000003
【図２】
2005169505.tif 000004