(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結具を対象物に溶接するための溶接アセンブリであって、
開位置と閉位置との間を互いに対して移動可能な第１および第２の電極を有し、前記第１の電極がハウジングアセンブリを含む溶接銃と、
前記ハウジングアセンブリに収容され、前記閉位置において、所望の締結具位置と、締結具が逆さまの位置と、締結具がない位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンから間隔を置いた位置に設けられ、前記ピンに光を向け、前記ピンからの反射光を受ける終端を有する光センサと、
前記反射光を処理して、前記所望の締結具位置、締結具が逆さまの位置、および締結具がない位置の１つに対応する信号にするセンサ制御システムと、
を含み、
前記ピンは、金属製の対象物を溶接するための締結具を収容するようにされた第１の端部と、前記第１の端部と反対側にある第２の端部とを含み、前記光センサ終端は前記第２の端部に対向して近接した位置にあり、
前記光センサは、前記第２の端部と前記光センサ終端の距離を前記第２の端部で反射される反射光の量に基づいて検出することを特徴とする溶接アセンブリ。
【請求項２】
前記ピンを前記第２の電極の方へ寄せるばねを含む請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項３】
前記光センサ終端は、前記ピンの一端に近接した前記ばね内に設けられる請求項２に記載の溶接アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の電極は、静止下側電極であり、アクチュエータが前記第２の電極を前記第１の電極の方へ前記閉位置へと移動させる請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項５】
抵抗溶接アセンブリの電極であって、
溶接銃に収容されるようにされた端部を有するハウジングアセンブリと、
前記端部の反対側の前記ハウジングアセンブリ上に支持され、開口が貫通して延在する溶接ヘッドと、
締結具を収容するようにされた前記開口を一部分が貫通して延在するように前記ハウジングアセンブリに収容され、所望の締結具位置と、締結具が逆さまの位置と、締結具がない位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンから間隔を置いた位置に設けられ、前記ピンに光を向け、前記所望の締結具位置、締結具が逆さまの位置、および締結具がない位置の１つに対応する前記ピンからの反射光を受ける終端を有する前記ハウジングに配設された光センサと、
を含み、
前記ピンは、金属製の対象物を溶接するための締結具を収容するようにされた第１の端部と、前記第１の端部と反対側にある第２の端部とを含み、前記光センサ終端は前記第２の端部に対向して近接した位置にあり、
前記光センサは、前記第２の端部と前記光センサ終端の距離を前記第２の端部で反射される反射光の量に基づいて検出することを特徴とする電極。
【請求項６】
前記ハウジングアセンブリは、前記端部を含む本体を含み、前記本体の孔には、前記ピンが少なくとも部分的に配置され、前記溶接ヘッドは、前記本体に取り外し可能に固定される請求項５に記載の電極。
【請求項７】
前記光センサを支持し、前記孔内に配設され、前記本体に固定されるセンサマウントを含む請求項６に記載の電極。
【請求項８】
前記ピン端部と前記センサマウントとの間に配設され、前記ピン端部を前記溶接ヘッドの方へ寄せるばねを含む請求項５に記載の電極。
【請求項９】
締結具の抵抗溶接方法であって、
開位置と閉位置との間を互いに対して移動可能な第１および第２の電極を有し、前記第１の電極がハウジングアセンブリを含む溶接銃と、
前記ハウジングアセンブリに収容され、前記閉位置において、所望の締結具位置と、締結具が逆さまの位置と、締結具がない位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンから間隔を置いた位置に設けられ、前記ピンに光を向け、前記ピンからの反射光を受ける終端を有する光センサと、
前記反射光を処理して、前記所望の締結具位置、締結具が逆さまの位置、および締結具がない位置の１つに対応する信号にするセンサ制御システムと、
を含む、締結具を対象物に溶接するための溶接アセンブリに適用され、
前記方法は、
ａ）締結具をピンに装填するステップと、
ｂ）対象物の周囲で対向する溶接銃電極を閉じるステップと、
ｃ）前記ピンを変位させるステップと、
ｄ）前記ピンの動きと関連する溶接銃構成部品を測定するステップと、
を含み、
前記ピンは、金属製の対象物を溶接するための締結具を収容するようにされた第１の端部と、前記第１の端部と反対側にある第２の端部とを含み、前記光センサ終端は前記第２の端部に対向して近接した位置にあり、
前記光センサは、前記第２の端部と前記光センサ終端の距離を前記第２の端部で反射される反射光の量に基づいて検出することを特徴とする方法。
【請求項１０】
ステップａ）の前に、前記ピンを前記対象物の開口に挿入するステップを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ピンの変位に対して、所望のナット位置、ナットが逆さまの位置、およびナットがない位置の１つを指示するステップを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ナットが逆さまの位置およびナットがない位置の場合、溶接銃の障害を生成するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記締結具は、開口を有するナットであり、前記第１の端部は、前記開口に配置されるようにされる請求項１に記載の溶接アセンブリ。
【請求項１４】
前記締結具は、開口を有するナットであり、前記第１の端部は、前記開口に配置されるようにされる請求項５に記載の電極。
【請求項１５】
前記締結具は、開口を有するナットであり、所望のナット位置とナットが逆さまの位置において、前記開口にテーパ状のピン端部が配置される請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結具を金属製の対象物に抵抗溶接するための溶接銃に関し、さらに詳しく言えば、本発明は、締結具検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
乗物の車体パネルなどの金属製の対象物に締結具を抵抗溶接するために、溶接銃アセンブリが使用される。溶接スタッドまたは溶接ナットなどの締結具が、電極の１つに装填される。電極は、締結具を圧力下でパネルと係合状態になるように配置するアクチュエータとともに移動する。電極に非常に大きな電流を流し、締結具をパネルに溶接する。
【０００３】
溶接銃の使用は、典型的に、締結具を溶接銃アセンブリに装填する自動化プロセスである。締結具が溶接銃に適切に装填されなかったり、締結具が溶接銃にまったく装填されなかったりする場合がある。これらの状況下では、締結具に関して問題があることを検出して、締結具をパネルに適切に溶接できるようにすることが重要である。このため、溶接銃における締結具の存在および配向を検出しようとするために、センサが用いられてきた。典型的に、電極アームの動きを測定するために、電極アームに線形可変変位トランスデューサが接続されてきた。ナットが存在しなければ、締結具が存在し適切な配向にある場合よりも多く移動することになる。締結具が適切な配向になければ、電極アームは、締結具が適切な配向にある場合よりもわずかに少なく移動することになる。このようにして、締結具の存在と配向が検出されてきた。しかしながら、いくつかの理由により、締結具の適切な配向を正確に検出することが困難であった。第１に、電極アームの位置は、締結具が適切な配向にあるかに常に対応しない。すなわち、位置センサの場所は、締結具の公差の累積および変動により、締結具の配向を正確に検出できない。第２に、電極電流が大きいことにより、位置センサ信号が不精度なものになる。ケーブルが磁気的に遮蔽されたものであっても、電極電流からの干渉が大きいと、締結具の読み取り値が誤ったものになる。したがって、溶接銃アセンブリにおける締結具の配向および存在をより正確に検出するセンサが所望される。
【０００４】
発明の概要と利点
本発明により、乗物の車体パネルなどの対象物に締結具を溶接するための溶接アセンブリが提供される。このアセンブリは、開位置と閉位置との間で互いに移動可能な第１および第２の電極を有する溶接銃を含む。第１の電極は、ハウジングアセンブリを含む。ハウジングアセンブリに、ピンが収容され、前記閉位置にあるとき、所望のナット位置と、逆さまのナット位置と、ナットがない位置との間で移動可能である。光センサが、ピンから間隔を置いて設けられ、ピンに光を向けるための終端を有する。センサの終端は、ピンからの反射光を受け取る。センサ制御システムが、反射光を処理して、所望のナット位置と、ナットが逆さまの位置と、ナットがない位置の１つに対応する信号にする。
【０００５】
動作中、ピンは、パネルの開口に挿入される。ピンに締結具が装填され、電極は、パネルの周囲で互いに対して閉位置へ移動される。電極がパネルと係合状態になるように移動されると、ピンは変位される。光センサに入る反射光の量は、ピンの変位とともに変化する。センサからの光は、光増幅器に送られ、そこでアナログまたはディジタル信号に変換される。その後、信号が処理されて、締結具が所望の位置、逆さまの位置、または締結具がない位置のいずれにあるかを決定する。
【０００６】
したがって、本発明により、溶接銃アセンブリにおける締結具の配向および存在をより正確に検出するセンサが提供される。
【０００７】
本発明のほかの目的は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な記載を参照することにより理解されるであろう。
【０００８】
好適な形態の詳細な説明
図１は、溶接銃アセンブリ１０の非常に概略的な図である。溶接銃アセンブリ１０は、下側電極１３を支持する下側静止アーム１２を含む。下側アーム１２に、上側可動アーム１４が接続される。上側アーム１４は、上側電極１５を含む。アクチュエータ１６が、開位置（図示）から閉位置に上側アーム１４を移動させ、閉位置において、電極１３および１５は、乗物の車体パネルなどの溶接される対象物１８と係合状態になる。溶接スタッドまたは溶接ナットなどの締結具が、電極１３および１５の１つに装填され、対象物１８と係合状態にされる。従来技術では、典型的に、ＬＶＤＴ（線形可変変位トランスデューサ）などの変位トランスデューサを利用して上側アーム１４の位置を検出することにより、溶接銃アセンブリ内での締結具の存在および配向が検出されていた。本発明では、下側電極１３にある位置センサ２０を利用して、対象物１８の下方から締結具の位置および配向を検出する。センサからの情報は、センサ制御システム２２に送られ、このシステム２２は、増幅器２４とコントローラ２６とを含む。コントローラ２６は、信号を情報に処理し、この情報は障害情報をトリガするために使用される。
【０００９】
アームおよび電極に「上側」および「下側」という表現を用いているが、溶接銃アセンブリ１０とその構成部品は、記載した以外の方法で配向されてよく、それも本発明の範囲内のものであることを理解されたい。
【００１０】
図２に、下側電極１３をさらに詳細に示す。電極１３は、本体３２を有するハウジングアセンブリ３０を含む。本体３２は、下側アーム１２に収容されるように適応された端部３４を有する。本体３２の端部３４の反対側に、対象物１８に電流を流すための溶接ヘッド３６が取り付けられる。ハウジングアセンブリ３０は、本体３２を取り囲むシェル３８をさらに含んでよい。本体３２は、孔４０（図３に図示）を含み、溶接ヘッド３６は、ピン４４を収容するための開口４２を含む。ピン４４の本体は、孔４０内に収容され、ピンの第１の端部４６が、開口４２を貫通して延在する。第１の端部４６は、ナットなどの締結具を収容するようにテーパ状のものである。しかしながら、ピン４４の形状は、溶接スタッドを収容するように修正されてもよいことを理解されたい。
【００１１】
ピン４４は、第１の端部４６と反対側に第２の端部４８を含み、ピン４４が本体３２から出ないようにするためのフランジ４８がある。戻りばね５０が、ピン４４を上側電極１５の方へ寄せる。ピン４４を寄せるために、孔４０を通る加圧空気が用いられてもよい。
【００１２】
孔４０内に、センサマウント５２が配設され、本体３２に固定される。センサマウント５２は、図４に示す、ばね５０を収容し位置付けるための孔５４を含む。好ましくは、直径が３ミリメートルの光ファイバケーブル５８が、ハウジングアセンブリ３０内に与えられ、センサマウント５２の穴５６内に収容される。ピン４４の第２の端部４８に近接して、ケーブル５８の終端６０が配設される。光ファイバケーブル５８は、エアフィッティング６３を収容するように修正された空気通路６２を介して、本体内に供給されてよい。このようにして、電極１３は、本発明のセンサ５８を収容するようにわずかに修正されてよい。しかしながら、終端６０が、ピン４４の別の部分に近接するように配設されてもよい。これに代わって、終端６０は、ピン４４の動きに関連する別の溶接銃構成部品に近接して配設されてよい。すなわち、終端６０は、必ずしもピンに近接する必要はないが、終端６０は、ピン４４の動きを追跡する。
【００１３】
動作中、電極１３および１５は、開位置において、互いに間隔を置いた位置にあり、締結具が溶接されることになる対象物１８を収容する。ピン４４は、対象物１８の開口６４に配設される。ピン４４の第１の端部４６に、ナット６６などの締結具が配置される。締結具６６は、対象物１８と係合状態になる溶接面６８を含む。溶接面６８は、ナット６６を開口６４内に位置するパイロットリング７０を含んでよい。溶接面６８は、溶接プロセス中に溶融されて、ナット６６を対象物１８に溶融する突出部をさらに含む。ナット６６の穴７４が、端部４６と協働して、ナット６６を対象物１８に対して良好に位置付ける特徴を含んでよい。パイロットリング７０および突出部７２などの溶接面６８上の特徴は、非常に厳密な公差で保持される。典型的に、対象物１８の周囲で電極１３および１５を閉じた状態で、位置測定値がとられる。測定中、対象物１８にかけられる力は、溶接力より小さいものであってよく、プロセスを有効なものにするために、溶接の前後でとられてよい。ナット６６の溶接面側と係合状態にあるピン４４の位置を測定することにより、ピンの位置は、ナットの配向に対してより正確に関係することになる。前述した別の方法では、ナットの厚みなどのナット６６の特徴が厳密に許容または制御されない。その結果、例えば、従来技術の場合のように上側アームの位置を感知することにより、上側電極側からのナット６６の配向を感知することは、許容範囲がより大きいため、ナットの配向に対して正確に対応しない場合がある。
【００１４】
光ファイバケーブル５８は、終端６０から第２の端部４８に向けられる光を伝達する。光は、第２の端部４８から反射して戻り、光ファイバケーブル５８内に戻る。反射光は、光増幅器２４により受け取られ、アナログおよび／ディジタル信号を生成する。信号は、コントローラ２６に送信され、コントローラ２６は、ナット６６の存在および配向を決定するように処理する。センサ２０は、２ミクロン程度に小さなピン４４の距離の変化を検出可能である。電極１３および１５は、対象物１８とナット６６の周囲で閉位置へと共に移動する。ナット６６および対象物１８に圧力がかけられ、電極間に電流がかけられる。高電流がかかると突出部７２が溶融し、ナット６６を対象物１８に溶接する。
【００１５】
図５、図６、および図７は、所望の位置にあるナット６６と、ナットが逆さまの位置と、ナットがない位置とをそれぞれ示す。上側電極１８は、ピン４４の一部分を収容するための孔７６を含む。図５を参照すると、ナット６６は、溶接面６８が対象物１８に隣接した所望の位置にある状態が示されている。対象物１８は、材料厚みＸを有する。ピン４４は、電極１３および１５が共に閉じられると変位される。この位置において、ピン４４は、距離Ｋだけセンサ２０から変位されてよく、この距離は、特定のナットの場合、０．１１１５インチであってよい。センサ制御システム２２は、正確なナット配向として距離Ｋを示すように較正されることになる。さらに、時間の経過とともに電極１３および１５が磨耗することは認識されていることであるが、予測可能な電極の磨耗は、その寿命を超えるように補償されてよい。下側電極の磨耗が、従来技術の測定が行われた場合のものである上側電極の約１／１０の割合で磨耗するため、本発明の電極磨耗は、従来技術よりも少ない。
【００１６】
図６を参照すると、ナットは、溶接面６８が対象物から間隔がある逆さまの位置にある。この位置において、ナット６６は、突出部７２が対象物と係合状態にならないため、対象物１８に溶接できない。ナットが逆さまの位置において、ピン４４は、ナットの穴７４内で異なるように収容されるため、ピン４４とセンサ２０との間の距離は距離Ｍになり、ナット６６の場合、０．１２２５インチであってよい。認識されるように、所望のナット位置とナットが逆さまの位置との間の差は、比較的短い距離Ｌ、すなわち、わずか０．０１１０インチである。したがって、センサ２２がナットの配向を正確に検出可能であることが重要である。溶接銃の電流により発生する磁場干渉の影響を受けない光ファイバを利用することにより、正確なピン位置が検出されてよい。さらに、ピンが対象物１８付近のナットの下側からナット６６と係合するため、ナットの厚みが変動しても、センサの精度に影響を及ぼすことがない。ピンの端部４６は、図２に示すように、穴７６においてチャンバと係合してよい。ナットが逆さまであれば、チャンバがない側がピン４４をさらに押し下げることにより、逆さまナットの配向の検出が容易になる。
【００１７】
図７を参照すると、ナットがない位置が示されている。ピン４４は、センサ２０から距離Ｎだけ間隔を置いた位置にあり、この距離は、ナット６６の場合、０．３４８９インチであってよい。
【００１８】
本発明のセンサ２０を収容するために、現在利用可能な下側電極１３が修正されてよい。センサ２０は、電極１３内に含まれるため、過酷な溶接環境から保護されるという利点を備える。センサ２０は、ある程度汚染に対して耐性を備える。光センサの点から本発明のセンサ２０を記載してきたが、ピン位置を検出するために、ＬＶＤＴ（線形可変変位トランスデューサ）などのより従来のセンサが使用されてよいが、光センサには上述した利点があることを理解されたい。
【００１９】
本発明を例を挙げて記載してきたが、使用した用語は、言葉の性質上、制限するものではなく、記述するためのものであることを理解されたい。上記教示の点から、本発明の多くの修正および変更が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、特別な記載がない限り、添付の請求の範囲内において実際されてよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】溶接銃アセンブリの略図である。
【図２】本発明の電極およびセンサの部分的断面分解図である。
【図３】図２からの電極の本体部分の上面図である。
【図４】図２に示すセンサマウントの上面図である。
【図５】ナットが所望の配向にある閉位置の電極を示す。
【図６】ナットが逆さまの位置にある閉位置の電極を示す。
【図７】ナットが存在しない閉位置の電極を示す。
【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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