(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属要素（１６）を構造部品（１８）に溶接する溶接装置であって、
金属要素（１６）を受け入れるコレットチャック（１４）を備えた溶接ヘッド（１２）と、
金属要素（１６）をコレットチャック（１４）に供給する供給ユニット（２０）と、
溶接作業のための電気エネルギをコレットチャックに供給する電源手段と、を有し、
コレットチャック（１４）は、少なくとも金属要素を受け入れる前にコレットチャックの全長にわたって互いに間隔をおくように分離可能であり且つ互いに電気的に絶縁された少なくとも２つのセグメント（３６，３８）を有し、
前記少なくとも２つのセグメント（３６，３８）は、可撓性であり、絶縁材料で構成された環状要素（４２）によって互いに保持されていることを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
互いに電気的に絶縁された前記セグメント（３６，３８）は、それらの間の電気的接触を検出するためのセンサ手段（２８）に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記セグメント（３６，３８）は、試験電圧源（２６）に接続され、前記センサ手段（２８）は、前記セグメント（３６，３８）間の電流の流れを評価できるよう設計されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記センサ手段（２８）は、金属要素（１６）がコレットチャック（１４）内に支持されているかどうかを示す信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記センサ手段（２８）に結合された、溶接作業を制御する制御手段（２４）を更に有していることを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項６】
コレットチャック（１４）は、可撓性をもつように設計された前記セグメント（３６，３８）を有していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項７】
コレットチャック（１４）は、長手方向スリット（４０ａ，ｃ，ｄ，ｆ）によって、完全には分割されていないサブセグメント（３６ａ，ｂ，ｃ，３８ａ，ｂ，ｃ）に区分けされている２つのセグメント（３６，３８）を有することを特徴とする請求項６記載の溶接装置。
【請求項８】
コレットチャックは、金属要素（１６）が要素供給手段（２０）からコレットチャックに半径方向に供給されるときに金属要素を心出しするように金属要素を案内する案内部分（４７，４９）を前記セグメントに有していることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１項に記載された、金属要素（１６）を構造部品（１８）に溶接する溶接装置（１０）に用いられる金属要素（１６）を受入れるコレットチャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属要素、特にスタッドを構造部品に溶接する装置であって、金属要素を受け入れるコレットチャックを備えた溶接ヘッドと、金属要素をチャックに供給する供給ユニットと、溶接作業のための電気エネルギを供給する電源手段と、を有する溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の溶接装置は、例えば欧州特許第７８４，５２６号明細書に開示されている。
【０００３】
本発明と関連して用いられる溶接方法は、いわゆる、短時間アーク溶接であり、これは、一般には、「スタッド溶接」という技術用語で知られている。この方法では、最初、溶接作業と関連してコレットチャック内に受け入れられた金属要素を構造部品に対して持ち上げ、金属要素と構造部品との間に溶接アークを生じさせ、次に、金属要素を下降させる。
【０００４】
スタッド溶接の技術は、特に自動車業界で用いられているが、本発明は、これには限定されない。この技術により、ねじ、ナット、アイ及びその他の要素が付けられた又はそれが付けられていないスタッドを、車体の板金に溶接することができる。このとき、金属要素は、一般的には、室内装備品を車体に締結するための保持アンカーとして働く。
【０００５】
上述のスタッド溶接では、最初、金属要素を溶接ヘッドのコレットチャックに挿入する。これは、自動供給手段、例えば圧縮空気によって行うことができる。一般的には、ロボットアームによって、金属要素を構造部品に対して適当に位置決めした後、溶接作業を開始する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
言うまでもないこととして、かかる溶接装置では、多数回の溶接作業を連続して行う必要があり、一般的には、完全に自動化されている。この場合、例えば、溶接すべき金属要素は、圧縮空気によって直接チャックに挿入される。かかる自動供給は、一般的には、高信頼度で達成される。それと同時に、言うまでもないこととして、溶接すべき金属要素が実際にチャックに位置決めされたときにのみ溶接作業を開始する必要がある。しかしながら、連続作業では、チャック内への金属要素の自動供給の失敗が生じる場合もある。かかる場合、溶接すべき要素の供給の失敗をできるだけ早く検出する必要があり、また、安全上の理由で、溶接作業を開始させようとしてはならない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、コレットチャック内への金属要素の自動供給の失敗をできるだけ高信頼度で検出できる、金属要素を構造部品に溶接する溶接装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、発明の属する技術分野で述べた形式の溶接装置において、コレットチャックが互いに電気的に絶縁された少なくとも２つのセグメントを有していることを特徴とする溶接装置を提供することによって達成される。
【０００９】
このようにすると、本発明の目的は完全に達成される。すなわち、溶接すべき金属要素がチャック内に位置決めされているかどうかの検査がチャックに対して直接行われ、この検査がきわめて簡単且つ低コストで可能になる。この目的で、金属要素を受け取る時、互いに電気的に絶縁されているセグメント間に生じる電気的接続を評価する必要があるに過ぎない。
【００１０】
本発明の有利な実施形態では、互いに電気的に絶縁されたセグメントは、電気的に絶縁されたセグメント間の電気的接触を検出するためのセンサ手段に結合されている。
【００１１】
本発明の目的のため、本発明の別の実施形態によれば、セグメントを試験電圧源に接続し、セグメント間の電流の流れをセンサ手段によって評価してもよい。
【００１２】
この場合、センサ手段は、金属要素がチャック内に支持されているかどうかを指示する、好ましくはディジタルの信号を出力するのがよい。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、センサ手段に結合された、溶接作業を制御する制御手段が設けられる。
【００１４】
これらの手段により、溶接すべき金属要素がチャック内に位置決めされているかどうかを判断することを、特に簡単に、低コスト且つ高信頼度で可能にする。一般的にはマイクロプロセッサ制御装置である制御手段は、電流の流れの評価及び有利にはそのディジタル信号への変換により、溶接すべき金属要素がチャック内に位置決めされているかどうかを指示するディジタル信号を出力することができる。制御ユニットは、溶接すべき金属要素がチャック内に保持されていることを検出した場合にのみ溶接作業を開始できるようにプログラムされたものであるのがよい。それ以外に、適当なエラー信号を出力することがよいが、このようにするかどうかは任意である。
【００１５】
本発明の第１の変形実施形態によれば、コレットチャックは、可撓性をもつように設計されたセグメントを有している。
【００１６】
この場合、コレットチャックは、２つのセグメントを有するのがよく、これらセグメントは、従来型の一体コレットチャックでは慣例であるように、長手方向スリットによって、完全には分割されていないサブセグメントに区分けされている。
【００１７】
本発明の第２の変形実施形態によれば、コレットチャックは、金属要素を半径方向に供給する案内部分を上記セグメントに有している。
【００１８】
かかる設計は、溶接すべき金属要素をチャック内に軸線方向ではなく横方向に供給する場合に特に有利である。溶接すべき金属要素の供給のため、２つのセグメントを互いに遠ざけ、溶接すべき金属要素を供給した後、２つのセグメントを、金属要素をチャックの２つのセグメント間に保持するまで再び近づける。変形例として、案内部分を、それが弾力を持つように設計してもよい。その目的は、半径方向の供給を容易にすることにある。
【００１９】
チャックの２つのセグメントの正確な閉じ動作を行うための位置制御のために、センサ手段による試験電圧の電気的評価を同時的に利用することが良く、それにより、追加の利点がもたらされる。
【００２０】
本発明の追加の実施形態によれば、互いに電気的に絶縁されたセグメントを環状要素によって互いに保持するのがよい。
【００２１】
これは、特に、例えば合成材料の開きリングが用いられる可撓性コレットチャックとしての実施形態に推奨できる。
【００２２】
言うまでもないこととして、上述し且つ以下に更に説明する本発明の特徴は、各場合に指示された組合せの状態だけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せ又はそれ自体で利用できる。
【００２３】
本発明の追加の特徴及び利点は、図面を参照して好ましい実施形態についての以下の説明を読むと明らかになろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に、金属要素１６を構造部品１８に溶接する装置が、全体として符号１０で概略的に示されている、。
【００２５】
図示の場合、金属要素は、例えば、車体の板金に溶接されるスタッドである。全体として周知であり、例えば、欧州特許第０，７８４，５２６号明細書に開示されている、いわゆる短時間アーク溶接が、溶接方法として用いられる。
【００２６】
装置１０は、溶接ヘッド１２を有し、この溶接ヘッドは、自動車業界における使用中、一般的には、ロボットアームに取り付けられている。溶接ヘッド１２内には、溶接すべき金属要素１６を受け入れるためのコレットチャック１４が設けられている。溶接すべき金属要素は、例えば圧縮空気によって、要素供給手段２０からチャック１４に供給される。短時間アーク溶接に必要な電力は、制御手段２４によって制御される電源手段２２によって供給され、制御手段２４は、溶接要素の他の機能も別途制御する。制御手段２４は、適当なインタフェースを介して溶接装置１０が収納されたロボットアームの制御装置に接続されているのがよく、好ましくは、例えば工業用バス(母線)を介してオーバーライディングプロセス制御装置に接続されていることを理解すべきである。
【００２７】
溶接作業の際、最初、溶接すべき金属要素１６を、接地された構造部品１８に対して持ち上げ、金属要素１６と構造部品１８との間に溶接アークを生じさせる。溶接作業中、両方向矢印１３によって指示するように、金属要素１６を基本的には周知のやり方で再び下降させる。
【００２８】
本発明によれば、コレットチャック１４の特定の設計により、溶接すべき金属要素１６が正確にコレットチャック１４内に供給されたかどうかのチェックを行うことができる。
【００２９】
これを図２を参照して以下に詳細に説明する。
【００３０】
図２に、コレットチャック１４を長手方向の側面図で示し、この図において、溶接ヘッド１２が一点鎖線で概略的にのみ示され、コレットチャック１４が溶接ヘッド１２から外方に突き出ている。
【００３１】
コレットチャック１４は、２つの連続した長手方向スリット４０ｂ，４０ｅ（図３参照）によって、コレットチャック１４の中心軸線に沿って互いに対称に設計された２つのセグメント３６，３８に分割され、その結果、互いに電気的に絶縁された２つの半部が形成されている。コレットチャック１４は、その外端部において、テーパ状に延びる部分を経て円筒形部分に変形されており、この円筒形部分は、コレットチャック１４の円筒形領域の残部よりも小さな直径を有している。コレットチャック１４は、長手方向スリット４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｆを更に有し、これらの長手方向スリット４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｆは、コレットチャック１４の外端部３９からコレットチャックの全長の約２／３にわたって軸線方向に延びている。
【００３２】
このように、コレットチャック１４の２つのセグメント３６，３８は、長手方向スリット４０ａ，ｃ，ｄ，ｆによって、完全には分割されていないゾーン即ちサブセグメント３６ａ，ｂ，ｃ及びサブセグメント３８ａ，ｂ，ｃに区分けされている。
【００３３】
このように、コレットチャック１４は、可撓性をもつように設計されている。
【００３４】
コレットチャック１４の２つのセグメント３６，３８を、絶縁材料、例えば合成材料からなる周囲リング４２によって互いに保持するのがよい。周囲リング４２は、２つのセグメント３６，３８を互いに対して或る程度半径方向に移動させることを可能にするために、完全には閉じておらず、１箇所開いている。
【００３５】
２つのセグメント３６，３８は、ライン３０，３２によって試験電圧源２６に接続されている。
【００３６】
導電性の金属要素１６をコレットチャック１４の外端部３９の中に保持すれば、それにより、電気回路が閉じる。試験電流を、電気回路内に設けられたセンサ手段２８によって検出し、ディジタル信号（「スタッドインホルダ信号」）として、例えばライン３４を介して制御手段２４に伝える。
【００３７】
このように、要素供給手段２０からの金属要素１６の供給エラーを簡単な仕方で検出することができる。溶接すべき金属要素が正しく供給されたことをセンサ手段２８によって検出した場合にのみ、制御手段２４は溶接作業を開始させる。
【００３８】
図４に、全体的に符号４４で表された本発明のコレットチャックの変形実施形態を長手方向の側面図として示す。
【００３９】
コレットチャック４４は、この場合も、互いに電気的に絶縁された２つのセグメント４６，４８を有する。しかしながら、図２及び図３を参照して述べた実施形態とは異なり、コレットチャック４４は、可撓性チャックではなく、２つの実質的に剛性のセグメント４６、４８を備えたチャックであり、これら剛性セグメント４６、４８は、矢印５２で指示するように溶接ヘッド１２内に互いに対して半径方向に移動可能に受け入れられている。コレットチャック４４は、その内端部において、合成材料の円柱形又は円筒形部品５０を受け入れており、この円筒形部品５０は、２つのセグメント４６，４８を互いに近づけるときの止め部として役立つ。
【００４０】
したがって、コレットチャック４４内への金属要素１６の供給のため、２つのセグメント４６，４８を詳細には示していない仕方で外方に互いに遠ざかるように動かし、次いで、好ましくは金属要素１６を側方から供給する。原理的には、変形例として、軸線方向の供給も可能である。
【００４１】
しかしながら、本実施形態では、２つのセグメント４６、４８は、金属要素１６の半径方向供給の際に金属要素１６を心出ししながら支持するために、円形を構成するように区分けされた部分の各端部から外方に広がる案内部分４７、４９を有している。
【００４２】
金属要素をコレットチャック４４の２つのセグメント４６、４８の間に配置すれば、この場合もまた、試験電流が、関連した試験装置を通って流れ、この試験装置は、図２に従って設計されているのが良い。
【００４３】
互いに対して半径方向に移動可能な２つのセグメント４６、４８を備えたコレットチャック４４における本発明の実施形態の追加の利点は、金属要素１６がコレットチャック４４内に正しく保持されていることを試験電流によって検出したとき、それと同時に、コレットチャック４４が正確に閉じていることにあり、その結果、コレットチャック４４が不正確に閉じられた場合のエラーが同様に検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２】コレットチャックが溶接ヘッド内に受け入れられている状態を示す、図１の溶接ヘッドの前端部の拡大側面図である。
【図３】図２のコレットチャックの正面図である。
【図４】図２のコレットチャックの変形実施例の長手方向の側面図である。
【図５】図４のコレットチャックの２つのセグメントの正面図である。
【符号の説明】
１０  溶接装置
１２  溶接ヘッド
１４，４４  コレットチャック
１６  金属要素
１８  構造部品
２０  供給ユニット
２４  制御手段
２６  試験電圧源
２８  センサ手段
３６，３８；４６，４８  セグメント
３６ａ，ｂ，ｃ；３８ａ，ｂ，ｃ  サブセグメント
４０ａ，ｃ，ｄ，ｆ  長手方向スリット
４２  周囲リング
４７，４９  案内部分
５０  円筒形部品
【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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