(57)【要約】本発明は、短いサイクルのアーク溶接システム（１０）と、例えば金属ボルト（３２）のような要素（３２）を、例えば板金（３４）のような部品（３４）に溶接する対応する方法に関する。前述のシステムは、少なくとも２つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）上に変位させることができる少なくとも１つのアーム（１６）を有するロボット（１２）と、ロボットアーム（１６）に固定された溶接ヘッド基部（２０）と、要素を保持する保持装置（３０）と、該保持装置（３０）を溶接ヘッド（２２）に対して設定し再位置決めする昇降装置（３６）とを備え、前述の溶接ヘッド基部（２０）上に変位可能に取り付けられた溶接ヘッド（２２）と、部品（３４）と該部品（３４）に溶接されるべき要素（３２）との間の相対的位置を求める測定システムとを備える。測定装置（４４，４６）は、相対的位置を求めるために、要素（３２）が部品（３４）と接触するまで該部品（３４）の方向に変位させられるように、昇降装置（３６）を制御する制御装置（４６）を有する。
2004537421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）で移動可能な少なくとも１つのアーム（１６）を有するロボット（１２）と、
前記ロボットアーム（１６）に固定された溶接ヘッド基部（２０）と、
前記溶接ヘッド基部（２０）上に移動可能に支持された溶接ヘッド（２２、５０）と、
を備え、前記溶接ヘッドの上に、要素（３２）を保持する保持装置（３０、５２）と、前記保持装置（３０、５２）を前記溶接ヘッド（２２、５０）に対して前進させかつ戻す昇降装置（３６、５４）とが設けられ、
部品（３４）と前記部品（３４）上に溶接されるべき要素（３２）との間の相対的距離を求める測定システム（４４、４６、６８、７０）が備えられた、
例えば、金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、例えば、金属板（３４）のような部品（３４）上に溶接する短時間アーク溶接システム（１０）であって、
前記測定システム（４４、４６、６８、７０）が、前記相対的位置を求めるために、前記要素（３２）が前記部品（３４）に接触するまで、前記部品（３４）の方向に移動されるように、前記昇降装置（３６、５４）をトリガする制御装置（４６、６８）を有することを特徴とする短時間アーク溶接システム。
【請求項２】
前記ロボットアーム（１６）が３つの座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）で移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項３】
前記溶接ヘッド基部（２０）は、前記溶接ヘッドが取り付けられたクレードル（２１）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の短時間溶接システム。
【請求項４】
前記クレードル（２１）が空気作動により駆動されることを特徴とする請求項３に記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項５】
前記溶接ヘッド（２２、５０）は、前記保持装置（３０、５２）を弾性的に位置決め方向に付勢する弾性手段（４０、７２）を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の短時間アーク溶接システム。
【請求項６】
要素（３２）を保持する保持装置（３０、５２）と、前記保持装置（３０、５２）を前記溶接ヘッド（２２、５０）に対して前進させかつ戻るように移動させる昇降装置（３６、５４）とが設けられた溶接ヘッド（２２、５０）と、部品（３４）と前記部品（３４）上に溶接されるべき要素との間の相対的位置を求める測定システム（４４、４６、６８、５０）とを備えた、例えば金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、例えば金属板（３４）のような部品（３４）上に溶接する、特に請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の短時間溶接システムであって、前記測定システム（４４、４６、６８、５０）が、前記相対的位置を求めるために、前記要素（３２）が前記部品（３４）に接触するまで、前記部品（３４）の方向に移動されるように、前記昇降装置（３６、５４）をトリガする制御装置（４６、６８）を有し、前記溶接ヘッド（２２、５０）が、前記保持装置（３０、５２）を弾性的に位置決め方向に付勢する弾性手段（４０、７２）を有することを特徴とする短時間アーク溶接システム。
【請求項７】
前記弾性手段（４０）が前記保持装置（３０）を戻り方向に付勢することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の短時間溶接システム。
【請求項８】
前記弾性手段（７２）が前記保持装置（３０）を前進方向に付勢することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の短時間溶接システム。
【請求項９】
前記測定システム（４４、４６、４８、７０）が、前記溶接ヘッド（２２、５０）に対する前記保持装置（３０、５２）の経路を検知する経路センサ（４４、７０）を有することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１つに記載の短時間溶接システム。
【請求項１０】
例えば、金属スタッド（３２）のような要素（３２）を、例えば金属板（３４）のような部品（３４）上に短時間アーク溶接、特にスタッド溶接する方法であって、
ａ）溶接ヘッド（２２、５０）をもちアーム（１６）に固定された溶接ヘッド基部（２０）が、基本的溶接位置（Ｔ1）に入るように、前記アーム（１６）をもったロボット（１２）をトリガし、
ｂ）前記溶接ヘッド（２２、５０）がヘッド溶接位置（Ｔ2）に入るように、前記溶接ヘッド（２２、５０）を前記溶接ヘッド基部（２０）に支持するクレードル（２１）をトリガするか、又は、部品（３４Ａ）を前記溶接ヘッド基部（２０）に対して移動させ、
ｃ）要素（３２）を保持する保持装置（３０、５２）が前記部品（３４）の方向に移動されるように、前記溶接ヘッド（２２、５０）の昇降装置（３６、５４）をトリガし、
ｄ）前記要素（３２）が前記部品（３４）と接触する前記昇降装置の位置を検知する、
段階からなる方法。
【請求項１１】
前記保持装置が前記部品から離れる方向に引かれるように、前記昇降装置（５４）が段階ａ）又は段階ｂ）によりトリガされる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記保持装置（５２）が弾性手段（７２）の付勢力に対抗して引かれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記保持装置（３０）の移動が、弾性手段（４０）の付勢力に対抗して段階ｃ）により行われる請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記保持装置（３０、５２）が、溶接行程の後に前記要素（３２）を放し、前記昇降装置（３５、５４）の導通が切られて、前記保持装置（３０、５２）が前記弾性手段（４０、７２）により休止位置に付勢されるようになることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの座標軸で移動可能な少なくとも１つのアームを有するロボットと、
ロボットアームに固定された溶接ヘッド基部と、
要素を保持する保持装置と該保持装置を溶接ヘッドに対して前進させかつ戻す昇降装置が設けられた、該溶接ヘッド基部上に移動可能に取り付けられた溶接ヘッドと、
部品と、該部品上に溶接されるべき要素との間の相対的位置を求める測定システムと、
を備える、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品上に溶接する短時間アーク溶接システムに関する。
本発明は、さらに、短時間アーク溶接方法に関し、具体的には、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品にスタッド溶接することに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の短時間アーク溶接システム及び関連する方法は一般的に知られている。
短時間アーク溶接により、要素は部品に溶接される。ここで、要素と部品との間にアークが形成され、端部面を溶融する。次いで、要素及び部品は互いの方向に移動させられて、溶融物が混合されるようになる。アークは短絡され、組み合わされた溶融物は凝固する。
アークの発生は通常のことである。要素は、ここでは最初に部品上に置かれる。次いで、パイロット電流が導通され、要素は、部品に対して、アークが発生す所望の高さにまで上昇させられる。このことが終わって初めて、溶接電流が接続される。
【０００３】
一貫して良好な溶接結果を達成するためには、とりわけ、要素と部品との間の相対的位置を知ることが重要であり、具体的には、溶接電流が接続される前に、要素を正しい高さにまで上昇させる。この目的のために、通常、各々の溶接行程の前に相対的位置が、具体的にはゼロ位置を求める形態で測定される。
このことは、ロボットベースのシステムにおいて特に重要である。現代のロボットは、一般に、比較的正確に位置決めすることができるが、特に、大きな質量が移動させられることに起因して、非常に高い動特性をもって多大な正確さを達成することは不可能である。
スタッド溶接システムは、特に自動車産業において用いられる。ここでこれらは、とりわけ、ねじ、目穴、ナットなどのある又はこれらのないスタッドのような要素を、車両本体のパネル上に溶接するものである。これらの要素は、次いで、例えば車内の備品のようなものを固定する固定具として働くものとなる。
【０００４】
自動車産業の製造においては、速度がとにかく問題になる。数分間のうちに、何百もの要素を、自動的に、ロボットにより、異なる位置に溶接しなければならない。したがって、ロボットは、高い動特性で移動されねばならない。
したがって、ロボットのアームに、クレードルを支持する溶接ヘッド基部を取り付けることが知られている。クレードルは、通常、空気作動又は水圧作動システムにより、高い動特性で移動させることができる。クレードル上には、実際の溶接ヘッドが取り付けられ、これもやはり要素を移動させるための昇降装置を有する。
【０００５】
ＤＥ  ４１  ２０８  １１  Ａ１においては、スタッドホルダを軸方向に調整するために、ねじ式リラクタンスモータ（ＳＧＲＭ）をリニアモータとして用いるスタッド溶接装置が知られている。この目的のために、ＳＧＲＭの移動された部材は調整部材を形成し、その移動がスタッドホルダに送られる。移動されない部材は、スタッド溶接装置のホルダを形成する。ＳＧＲＭは、スタッドホルダの前後の軸方向移動が、設定位置及び速度に対して定められた方法により制御されることを可能にする。
休止位置において、移動された部材は、ばねの張力の下でホルダに連結された停止部に対して休止する。ＳＧＲＭをトリガすることによってのみ、移動された部材が溶接スタッドにより与えられるべき加工物の方向に休止位置の外に出るように変位される。ここでは、スタッドホルダは、溶接スタッドが加工物上に当たる前に、所定の経路による中間位置を取り、これにより、接触が生じ、周知の方法により溶接アークが達成される。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−５，２５２，８０２は、ハウジングがハンドピストルとして構成された、さらに別のスタッド溶接装置を開示する。位置決めモータは、最初に、ハウジングを、スタッドが部品の近くに配置される位置に入れる。ハウジングにはリニアモータが設けられており、スタッドを支持する昇降軸を軸方向に移動させる。経路測定システムがリニアモータを制御するために設けられる。スタッドと加工物との間の相対的位置を求めるために、リニアモータが、スタッドを或る速度で加工物の方向に移動させるようにトリガされる。スタッドが加工物に触れるとすぐに、電気接触が形成される。
【０００７】
さらに、ＷＯ  ９６／１１７６７においては、スタッドホルダを加工物の方向に弾性的に付勢し、リニアモータを用いて、該スタッドホルダを付勢に対抗して軸方向に移動させることが知られている。
スタッドと加工物との間の相対的位置を検知するために、さらに、支持足部によりゼロ位置を求めることが知られている（例えば、「Ｎｅｕｅ  ＴＵＣＫＥＲ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ．  ＢｏｌｚｅｎｓｃｈｗｅｉＢｅｎ  ｍｉｔ  Ｓｙｓｔｅｍ」（新しいＴｕｃｋｅｒ技術。スタッド溶接システム）、Ｅｍｈａｒｔ  Ｔｕｃｋｅｒ，１９９９年９月において）。
最後に、ＷＯ９６／０５０１５は、溶接ヘッド全体を調整ドライブにより調整することができる支持足部のないスタッド溶接装置を開示する。スタッドを保持する保持装置が溶接ヘッド上に設けられる。調整装置は、保持装置を溶接ヘッドに対して軸方向に変位させるものである。調整装置は、サーボ空気作動又はサーボ水圧作動シリンダとすることができる。保持装置と溶接ヘッドとの間の相対的位置は、経路測定システムにより検知される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スタッドと加工物との間のゼロ位置を求めるためには、溶接ヘッドが端部位置に到達するまで該加工物の方向に移動される。この移動過程において、スタッドが加工物に当たる。スタッドはこの時点から、もはや溶接ヘッドの移動に追随することができなくなり、これ以降は、保持装置は、推進力に抗して溶接ヘッドに対して変位される。この変位は、経路測定システムにより測定され、溶接ヘッドの端部位置がこのようにして正確に検知される。
上述の背景のもとで、本発明の目的は、多大な正確さをもった高速の位置決め速度が可能な、改善された短時間アーク溶接システム及び短時間アーク溶接方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本発明の第一の態様では、最初に述べた短時間アーク溶接システムにおいて、測定システムが、要素が部品に接触するまで該要素を該部品の方向に移動されるように昇降装置をトリガし、これによって相対的位置を求めるようになった制御装置を有することで達成される。
この目的は又、本発明の第一の態様では、
ａ）溶接ヘッドをもち、アームに固定された溶接ヘッド基部が、基本的な溶接位置に入るように、該アームをもったロボットをトリガし、
ｂ）該溶接ヘッドがヘッド溶接位置に入るように、該溶接ヘッドを該溶接ヘッド基部で支持するクレードルをトリガするか、又は、部品を該溶接ヘッド基部に対して移動させ、
ｃ）要素を保持する保持装置が該部品の方向に移動されるように、該溶接ヘッドの昇降装置をトリガし、
ｄ）該要素が該部品と接触する該昇降装置の位置を検知する、
という段階からなる、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品上に短時間アーク溶接、特にスタッド溶接する方法により達成される。
【００１０】
本発明の第２の態様によると、この目的は、要素を保持する保持装置と、該保持装置を、該溶接ヘッドに対して前進させかつ戻す昇降装置とが設けられた溶接ヘッドと、部品と該部品上に溶接されるべき要素との間の相対的位置を求める測定システムとを備えた、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品上に溶接する、特に請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の短時間溶接システムであって、該測定システムが、該相対的位置を求めるために、該要素が該部品に接触するまで、該部品の方向に移動されるように、該昇降装置をトリガする制御装置を有し、該溶接ヘッドが、該保持装置を弾性的に位置決め方向に付勢する弾性手段を有する、例えば金属スタッドのような要素を、例えば金属板のような部品上に溶接する、短時間溶接システムにより達成することができる。
【００１１】
上述の目的は、本発明の第１の態様により完全に達成される。ロボットと、溶接ヘッド基部を介してロボットアーム上に移動可能に固定された溶接ヘッドとの組み合わせにより、多大な正確さをもって高速の位置決め速度を達成することができる。具体的には、如何なる支持足部も不要であるような、部品と要素との間の相対的位置を求める測定システムを設計する方法により、速度をさらに増加することができる。このことは、さらに、部品が如何なる補助的な手段によっても接触されないという利点を有する。この点で、溶接の周囲領域における部品の損傷が除外されるようになる。
【００１２】
特に好ましい実施形態においては、ロボットアームは３つの座標軸で移動することができる。
この種のロボットは、金属要素を自動車の本体パネル上に溶接する用途において特に有利なものとなる。この分野における使用では、スタッドを本体パネルの任意の数の場所に溶接すること、結果的には最も多様な位置に溶接することが要求される。
溶接ヘッド基部が溶接ヘッドが取り付けられたクレードルを有する場合には、さらに利点が得られる。
クレードル、又は一般的に言えば、ある軸に沿った移動を実行する装置は、比較的高い正確さをもって高度な動的な移動を達成するものであるという点で有利なものである。
【００１３】
ここでは、クレードルが空気作動により駆動されることが特に好ましい。
ここで、空気作動パワーは、通常は、必然的に、一般の短時間アーク溶接システムにおいて利用可能とすることが有利である。
さらに好ましい実施形態においては、溶接ヘッドは、保持装置を弾性的に位置決め位置に付勢する弾性手段を有する。
この方法により、保持装置を前進させかつ戻るように移動させる昇降装置を、ほとんどの作動状態で動力なしに保持することができるようになる。
この特徴は同時に、本発明の第２の態様による基本的な特徴の１つを形成する。本発明の第２の態様は、溶接ヘッドがロボット及び／又は溶接ヘッド基部上に配置されることのいずれにも関係なく、溶接ヘッドの設計に向けられる。本発明の第２の態様において明白であるのは、保持装置を弾性的に位置決め位置に付勢する弾性手段をもった、支持足部をもたない測定システムの組み合わせである。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、結果的に、部品が補助的な手段により触れられることなく、該部品と要素との間の相対的位置が測定できることが利点である。相対的位置を求めるために用いられる昇降装置はさらに、保持装置が位置決め方向において、適当な休止位置に弾性的に付勢されるため、電力なしで最も作動する状態に保持することができる。
特に好ましい実施形態においては、弾性手段は、保持装置を戻り方向に付勢する。
部品と要素との間の相対的位置を定める昇降装置が、前進方向にトリガされているため、保持装置は、常に、正しい開始位置にある弾性的に付勢された休止位置に配置されて、全体として、特に低いエネルギ消費が達成されるようになる。さらに、或る前条件の下では、他の構成と比較して、より高い動特性を達成することができる。
【００１５】
代替的な実施形態においては、弾性手段は、保持装置を前進方向に付勢する。
この実施形態においては、実際の溶接行程において、より高い動特性を前進方向で達成することができる。
この実施形態において、本発明による方法を用いる場合には、溶接ヘッドがヘッド溶接位置に接近する間における保持装置の駆動は、弾性手段の付勢力に対抗して行われる。
これとは対照的に、弾性手段が保持装置を戻り方向に付勢する実施形態においては、方法の段階（ｃ）における保持装置の移動は、弾性手段の付勢力に対抗して生じる。
【００１６】
総括すると、本発明による方法においては、溶接行程の後に保持装置が放され、昇降装置の導通が切られて、該保持装置が弾性手段により休止位置に付勢されるようになることが好ましい。
本発明による短時間アーク溶接システムにおいては、測定システムは、溶接ヘッドに対する保持装置の経路を検知する経路センサを有することが好ましい。
上述された特徴及び以下にさらに説明される特徴は、各々の場合に引用された組み合わせにおいてのみではなく、さらに、他の組み合わせで又は単独で、本発明の範囲を離れることなく用いることができることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態は、図面に示され、以下の説明においてより詳細に述べられる。
図１において、本発明による短時間アーク溶接の第１の実施形態が全体を１０として示される。
以下でスタッド溶接システム１０と略称される短時間アーク溶接システム１０は、ロボット１２を備える。ロボット１２は回転式ヘッド１４を有し、これにより単一の又は複数の関節腕を回転させることができる。ロボット１２は、全体として、アームの端部を３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚに沿って自由に移動させるように設計されている。
【００１８】
溶接ヘッド基部２０が、ロボットアーム１６の端部に取り付けられている。溶接ヘッド基部２０は、該溶接ヘッド基部２０に対して、軸２６の方向に、前方に及び後方に移動させることができるクレードル２１を支持する。溶接ヘッド２２はクレードル２１上に取り付けられる。
空気作動装置２４は、クレードル２１を用いて、溶接ヘッド２２を溶接ヘッド基部２０に対して前方に及び後方に移動させるものである。
２８は、空気作動装置２４が溶接ヘッド２２を溶接ヘッド基部２０に対して移動させることができる上昇行程を示すものである。
溶接ヘッド２２は、スタッド３２のような金属要素を取り外し可能に保持するように設計された保持装置３０を有する。この目的のために、保持装置は適当な固定用手段を有するが、図１においてはこれ以上詳細には示されていない。
【００１９】
図１は、軸２６に対してほぼ垂直に整合された金属板３４のような金属部品を示す。
溶接ヘッド２２はさらに、リニアモータ、具体的には電気リニアモータにより形成された昇降装置３６を有する。
昇降装置３６は、保持装置３０を溶接ヘッド２２に対して軸方向に変位させて、軸２２に対して平行に整合させるものである。昇降装置３０は、例えば、８ｍｍから２０ｍｍまでの間の範囲、具体的には１０ｍｍと１５ｍｍとの間の範囲とすることができる上昇行程３８を有する。
これと比較して、空気作動装置２４の上昇行程２８は、２ｃｍから１０ｃｍまでの範囲、具体的には４ｃｍから６ｃｍまでの範囲とすることができる。
【００２０】
さらに、保持装置３０は、圧力ばね４０を用いて、部品３４から離れる方向に、換言すると、戻り方向に付勢される。圧力ばね４０は、一方では溶接ヘッド２２上で又はクレードル２１の移動可能部分上で作用し、他方では、保持装置３０上で作用する。
溶接ヘッド２２はさらに、経路センサ４４を有するが、図１では概略的にしか示されていない。経路センサ４４は、保持装置３０と溶接ヘッド２２との間の相対的位置を検知するものである。この目的のために、経路センサ４４は、溶接ヘッド２２上の直線コードを読み取るコードリーダを該保持装置２２上に有することができる。
さらに制御装置４６が設けられる。制御装置４６はロボット１２、空気作動装置２４、昇降装置３６、及び経路センサ４４に連結される。
【００２１】
制御装置４４は、スタッド溶接システム１０の移動可能要素を互いに連係させて制御するか、又はその移動、速度及び／又は加速を経路センサ４４の信号に基づいて規制するものである。
制御装置４６はさらに、以下に述べられるように、溶接行程前の要素３２と部品３４との間の相対的位置を求めるものである。
この目的のために、制御装置４６は、大きく詳細には図示されていないリード線を介してスタッド３２に電気接続される。さらに、図１には、制御装置４６が測定電圧Ｖをスタッド３２に印加できることが示される。部品３４は、例えば、適当な電流測定装置を介して接地することができるため、要素３２が該部品３４に電気接触するとすぐに検知することが可能になる。
【００２２】
図１のスタッド溶接システムの作動が、図２の経過時間図を用いて以下に説明される。
時間Ｔ1の前に、ロボット１２は、回転式ヘッド１４により、溶接ヘッド基部２０及びロボットアーム１６を、Ｔ1で到達される基本的な溶接位置の状態に置くようにトリガされる。溶接ヘッド基部２０の基本的な溶接位置は図１に示される。この位置においては、溶接ヘッド基部２０は部品３４から或る距離だけ上に配置されており、軸２６は該部品３４の所望の溶接位置上に垂直に立っている。
Ｔ1以降、空気作動装置２４が作動されて、溶接ヘッド２２が外向きに部品３４の方向に、ヘッド溶接位置に到達するまで、事実上、全上昇行程２８にわたり動かされる。要素３２の端部位置は、図１においては３２’、図２においてはＴ2として示されている。ここでは要素３２’は、部品３４から、昇降装置３６の最大上昇行程３８より小さい距離４８だけ離れて配置されている。
【００２３】
Ｔ2以降、昇降装置３６が作動されて、時間Ｔ3において要素３２が部品３４と接触するまで、該部品３４の方向に移動させられる。この移動は、一定の速度で行われることが好ましい。この移動の経路は、経路センサ３４により検知される。時間Ｔ3において、要素３２は部品３４に接触して、測定電圧Ｖから始まる電流回路が閉じられることになる。このことは、制御装置４６により検知され、昇降装置３６が停止される。
さらに、この時点で要素３２と部品３４との間に存在する接触位置は、さらに別の溶接行程のための「ゼロ位置」として働くようになる。経路センサ４４により、要素３２と部品３４との間のそれぞれの正確な相対的位置は、以下の溶接行程全体にわたって結果的に知られることになる。溶接行程は、結果的に、要素３２と部品３４との間の所望の位置関係に対する、ロボット１２又は空気作動装置２４による位置決めに存在する如何なる許容差にも関係なく行うことができる。換言すると、各々の溶接行程の前に、要素３２と部品３４との間で相対的位置の「較正」がある。
【００２４】
Ｔ3からＴ5において、スタッド溶接行程は、それ自体が周知である方法で行われる。ここでは、測定電圧Ｖを切断した後に、パイロット電流が要素３２に印加される。次に、要素３２が部品３４に対して上昇させられて、アークが発生するようになる。或る高さに到達した後、実際の溶接電流が接続され、これによりアーク電力が増加され、要素３２の端部面と部品３４の関連する場所とが互いに溶融される。
この上昇行程は、昇降装置３６によってのみ行われるものである。空気作動装置２４は、ここでは作動されない。後続して、昇降装置３６は要素３２を再び部品上に前進させる。再び、電気接触が達成されるとすぐ、Ｔ4においてアークが短絡され、溶接電流が切られる。
【００２５】
次に、一般には、時間Ｔ3において、部品３４の表面をわずかに下げるように別の前進行程が行われて、溶融部分が相互に良好に混合されるようになる。組み合わされた溶融部分は、凝固し、実際の溶接行程は時間Ｔ5で完了する。この時点において、保持装置は要素３２を放す。さらに、昇降装置３６の導通が切られる。保持装置３０は、結果的に、ばね４０により、引込み休止位置に戻るように移動される。さらに、これの後に、又はこれと同時に、空気作動装置２４は、溶接ヘッド２２が引込み開始位置に戻るように、制御装置４６によりトリガされる。時間Ｔ6において、スタッド溶接システム１０は、再び図１に示される位置に配置される。次に、新しい要素３２が保持装置３０に与えられ、ロボット１２は、溶接ヘッド基部２０が該新しい要素３２の溶接行程のために適当な基本的な溶接位置に入るようにトリガされる。
【００２６】
図２は、Ｔ1からＴ2までの経過時間グラフの過程が直線的であることを示す。ここでは、ロボットは最初に溶接ヘッド基部２０を基本的な溶接位置に移送し、次に空気作動装置２４が作動されることが仮定される。多くの場合において、空気作動装置２４の移動はさらに、ロボットアーム１６の移動と重ね合わせることができる。この場合においては、非直線的な曲線がＴ1とＴ2との間で生じる。例えば、非直線的な過程がＴ5とＴ6との間に示される。これは、保持装置３０が取り外された後に、少なくとも昇降装置３０及び空気作動装置の移動もまた、任意にロボットアーム１６のそれに重ね合わされたことにより生じる。
【００２７】
図３は、２つの点だけが図２の経過時間図と異なる同様の経過時間グラフを示す。
一方では、Ｔ1とＴ2との間のグラフの過程は非直線的な曲線として示される。他方では、Ｔ5とＴ6との間で、図２の曲線とは異なる非直線的な曲線が生じている。
これらの差異は、スタッド溶接システムの代替的な実施形態の作動中に生じるものであり、この場合の溶接ヘッドは、図４において全体を５０で示される。
溶接ヘッド２２の代わりに、溶接ヘッド５０を、クレードル２１を用いて、溶接ヘッド基部２０上に取り付けることができる。溶接ヘッド５０をもったスタッド溶接システムの構造及び作動は、他の点では図１におけるスタッド溶接システムの構造と同一とすることができる。結果的に、この第２の実施形態は、スタッド溶接システム１０の説明を参照するものであり、差異については以下に説明される。
【００２８】
溶接ヘッド５０は、要素３２のための保持装置５２及び昇降装置５４のそれぞれ有する。昇降装置５４は、要素３２を部品３４上に前進させるか又はそこから戻すために、保持装置５２を溶接ヘッド５０に対して、軸２６の方向に移動させるものである。
昇降装置５４は、円形孔を備えた永久磁石５６を有する。
保持装置５２は、円形孔５８に適合されたブラインド孔６０を有するため、部品３４から離れた該保持装置５２の端部は、該円形孔５８の中に挿入されるスリーブ部分６２を形成する。
スリーブ部分６２の外周には、コイル６４が構成される。コイル６４は、電力部分６６に接続され、次いで制御装置６８により、例えばパルス幅変調によりトリガされる。
【００２９】
さらに、溶接ヘッド５０に対する保持装置５２の経路を測定する経路センサ７０が設けられる。
圧力ばね７２が、永久磁石５６と部品の側部から突出する保持装置５２のフランジ７４との間に配置される。圧力ばね７２は、保持装置５２を休止位置に付勢し、図１の実施形態とは対照的に、該休止位置は前進方向にあるため、該休止位置における該保持装置５２は、溶接ヘッド５０に対してその最大まで引き出される。
【００３０】
コイル６４を励起させることにより、保持装置５２を休止位置に対して、圧力ばね７２の付勢に対抗して、溶接ヘッド５０の中に引き込むことができる。溶接ヘッド５０に剛に接続されたコードリーダ７８は、ここでは保持装置５２上の直線符号化７６を走査する。コードリーダ７８は、結果的に、経路の実際の信号８０を制御装置６８に発する。制御装置６８は、実際の信号８０を所望の信号８２と比較し、位置決め信号８４を電力部分６６に発する。
したがって、制御装置６８に適当な調整器があることは言うまでもない。
代替的な溶接ヘッド５０をもったスタッド溶接システムの作動は、以下の点を除いて基本的には図１のスタッド溶接システム１０の作動と同一である。
図３に示されるように、Ｔ1とＴ2との間の期間には、ある期間にわたって要素３２の経路について非直線的な過程が生じている。これは、空気作動装置２４の移動が、反対方向に入る昇降装置５４の移動により重ね合わされているためである。溶接ヘッド５０が部品３４に接近している間、そこに保持されている要素３２をもった保持装置は、最初に前進方向とは反対方向にばね７２の力に対抗して引き込まれる。
【００３１】
時間Ｔ2において、保持装置５２は結果的に、部品３４から最大に離れた距離である位置に完全に引き込まれる。Ｔ2とＴ5との間のさらに別の作動は、図１及び図２の実施形態の作動と同一である。
保持装置５２が要素３２を放した時間Ｔ5以降、空気作動装置２４及び保持装置５２の移動が、該保持装置５２を付勢するばね７２により行われ、引き出された休止位置に重畳される。この移動は、さらに、ロボットアーム１６の移動に重畳することができる。
両方の実施形態において、要素３２は高度に動的にかつ多大な正確さをもって部品３２に接近することができる。次に、制御装置４６又は６８、経路センサ４４又は７０、及び昇降装置３６又は５４の組み合わせを用いて、要素３２と部品３４との間の相対的位置が定められる。
【００３２】
したがって、後続する溶接行程は、溶接ヘッド２２又は５０の位置決めの正確さに関係なく、一貫して高品質で実行することができる。
図１は、部品３４Ａを概略的に示される調整装置を用いて行程２８Ａで調整することができる別の代替的な実施形態を点線で示す。
この構成は、溶接ヘッド基部２０上のクレードル２１の配置に対する代替技術を表わすものである。したがって、部品３４Ａのためのこの種の調整装置がある場合には、溶接ヘッドを溶接ヘッド基部２０に対して剛に固定することが可能である。
さらに、多くの場合において、要素３２が図１において３２’で示されるおおよその位置にある位置に、ロボットアームの端部を直接もってくることは十分とすることができる。このことは、具体的には、保持装置３０又は５２が、ばね４０又は７２のような弾性手段を用いて溶接ヘッド２２又は５０に対する休止位置に付勢される場合に適用される。
【００３３】
空気作動装置２８（又は２８Ａ）及び昇降装置３６又は５４の行程についての上述の範囲データは、位置決めについて最大限に可能な正確さをもって特に高度な動特性を達成するように設計されている。
具体的には、ねじ、目穴、Ｔ字形スタッドなどのある又はこれらのないスタッドのような保持用固定具を、車両の車体パネル上に溶接する自動車産業に用いる場合においては、多大な正確さをもったこの種の高度な動特性が自動化生産ラインの一部として特に重要となる。
さらに、図示実施形態においては、溶接行程の前、溶接行程中、及び溶接行程後に、部品３４が溶接ヘッドの他の要素が接触することはなく、要素３２だけが接触することがさらに利点となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による短時間アーク溶接システムの第１の実施形態の概略図を示す。
【図２】ある期間にわたり、部品と該部品（又はその保持装置）上に溶接されるべき要素との間の相対的位置を示す概略的な経過時間のグラフを示し、ここでは、該部品の位置は時間軸により定義され、経過時間図は、図１の本発明による短時間アーク溶接システムの第１の実施形態の作動中に生じるものである。
【図３】図４において概略的に示される短時間溶接システムの代替的な実施形態の作動中に生じる経過時間のグラフである。
【図４】本発明による短時間アーク溶接システムの代替的な実施形態の溶接ヘッドの概略図である。
【国際公開パンフレット】
2004537421.tif 000003
2004537421.tif 000004
2004537421.tif 000005
2004537421.tif 000006
2004537421.tif 000007
2004537421.tif 000008
2004537421.tif 000009
2004537421.tif 000010
2004537421.tif 000011
2004537421.tif 000012
2004537421.tif 000013
2004537421.tif 000014
2004537421.tif 000015
2004537421.tif 000016
2004537421.tif 000017
2004537421.tif 000018
2004537421.tif 000019
2004537421.tif 000020
2004537421.tif 000021
2004537421.tif 000022
2004537421.tif 000023
2004537421.tif 000024
2004537421.tif 000025
2004537421.tif 000026
2004537421.tif 000027
2004537421.tif 000028
2004537421.tif 000029
2004537421.tif 000030
【国際調査報告】
2004537421.tif 000031
2004537421.tif 000032
2004537421.tif 000033
2004537421.tif 000034
2004537421.tif 000035
2004537421.tif 000036