(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リベットを据え込むための低電圧電磁リベッタ（ＬＶＥＭＲ）であって、
（ａ）  据え込まれるべきリベットの両側で位置決め可能な２つのリベットガンを含み、前記リベットガンの各々は、
（ｉ）  質量装着コイルと、
（ｉｉ）  同一軸上に前記質量装着コイルと並置されるとともに、当該同一軸上を移動可能に構成され、かつ前記質量装着コイルと電気的に接続されたドライバコイルと、
（ｉｉｉ）  前記ドライバコイルの、前記質量装着コイルと並置される側とは反対の側で前記ドライバコイルに付着されるとともに、据え込まれるべきリベットの一方の端部と整列するドライバと、
（ｉｖ）  前記質量装着コイルの、前記ドライバコイルと並置される側とは反対の側に位置する緩衝機構とを含み、前記低電圧電磁リベッタはさらに、
（ｂ）  前記リベットガンの前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルと電気的に接続され、電力を蓄積し、かつ前記リベットガンの前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルに電流を放電するためのキャパシタ電源と、
（ｃ）  前記キャパシタ電源と電気的に接続され、前記キャパシタ電源を充電し、かつ前記キャパシタ電源から前記リベットガンの前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルに選択的に電流を放電させるためのプログラム可能制御システムとを含み、
前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルは、前記キャパシタ電源から放電される電流が前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルを流れることによって、両コイル間に反発電磁力を生じるように巻かれる、低電圧電磁リベッタ。
【請求項２】
前記キャパシタ電源は第１および第２のキャパシタバンクを含み、一方の前記キャパシタバンクは一方の前記リベットガンの前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルと電気的に接続され、他方の前記キャパシタバンクは、他方の前記リベットガンの前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルと電気的に接続され、前記キャパシタバンクの各々は、複数個のキャパシタと、前記複数個のキャパシタを前記プログラム可能制御システムに選択的に接続するためのスイッチングシステムとを含んで、前記プログラム可能制御システムによって選択的に充電される、請求項１に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項３】
前記第１および第２のキャパシタバンクは浮動しており、前記プログラム可能制御システムは第１および第２の地絡故障検出回路を含み、前記地絡故障検出回路の１つが前記第１および第２のキャパシタバンクの各々と電気的に接続されて前記キャパシタバンクの地絡が検出される、請求項２に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項４】
前記プログラム可能制御装置は、
ＬＶＥＭＲの始動の指示を受付ける開始スイッチと、
ＬＶＥＭＲの緊急停止の指示を受付ける緊急停止スイッチと、
論理回路とをさらに含み、
前記論理回路は、前記開始スイッチが閉にされたときに、前記緊急停止スイッチが閉であり、かつ前記地絡故障検出回路が前記第１および第２のキャパシタバンクのいずれについても地絡故障を未検出であれば、前記第１および第２のキャパシタバンクの充電を許可するように構成される、請求項２または３に記載のＬＶＥＲＭ。
【請求項５】
前記地絡故障検出回路は、地絡故障検出器が接続されるキャパシタバンクに地絡故障が起こるときに活性化されるソリッドステートリレーを含む、請求項４に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項６】
前記プログラム可能制御システムはまた、ＬＶＥＭＲが安全動作を維持可能な期間に閉となるセーフティループを含み、
前記論理回路は、前記セーフティループが開となれば前記第１および第２のキャパシタバンクの充電を停止する、請求項４に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項７】
前記キャパシタ電源はまた、それぞれ前記第１および第２のキャパシタバンクと電気的に接続され、かつ接続先のキャパシタバンクから電流を放電させるための第１および第２の放電制御回路を含み、
前記プログラム可能制御システムは、それぞれ前記第１および第２の放電制御回路と接続されるキャパシタバンクから電流を放電させるタイミングを両者の間で所定の時間だけ遅延させるための遅延発生器を含む、請求項２または６に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項８】
前記プログラム可能制御システムはまた、前記遅延発生器と前記第１および第２の放電制御回路との間にそれぞれ接続され、前記遅延発生器から与えられる対応の発射コマンドに応答して、それぞれ前記第１および第２の放電制御回路を活性化する第１および第２の発射制御装置を含む、請求項７に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項９】
前記プログラム可能制御システムはまた、
第１および第２の電圧設定ポテンショメータと、
充電スイッチと、
発射スイッチと、
それぞれ前記第１および第２のキャパシタバンクと電気的に接続され、それぞれ前記第１および第２のキャパシタバンクを充電するための第１および第２の充電器と、
前記第１および第２の電圧設定ポテンショメータ、前記充電スイッチ、前記発射スイッチ、および前記第１および第２の充電器に接続される制御装置とをさらに含み、
前記制御装置は、前記充電スイッチが閉であれば、前記第１および第２のキャパシタバンクがそれぞれ前記第１および第２の電圧設定ポテンショメータによって設定された電圧レベルまで、前記第１および第２の充電器によって充電する一方、前記発射スイッチが閉であれば、前記遅延発生器から第１および第２の発射制御装置へ前記対応の発射コマンドを与えて、前記対応のキャパシタバンクから電流を放電させる、請求項８に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１０】
前記プログラム可能制御システムは、それぞれ前記第１および第２のキャパシタバンクと電気的に接続されて前記第１および第２のキャパシタバンクの電圧を感知し、かつ前記制御装置に電圧大きさ信号を与えるための第１および第２の電圧変換器を含む、請求項９に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１１】
前記プログラム可能制御システムはまた、それぞれ前記第１および第２のリベットガンに接続されて前記第１および第２のリベットガンの温度を感知し、かつ前記制御装置に温度信号を与えるための第１および第２の温度変換器を含み、
前記制御装置は、前記第１および第２の温度変換器によって生成される前記温度信号に部分的に基づいて前記第１および第２のキャパシタバンクの充電レベルを制御する、請求項１０に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１２】
前記第１および第２のキャパシタバンクの各々は、電荷を接地に放電するためのダンプ回路を含み、
前記プログラム可能制御システムは、前記制御装置と電気的に接続されたダンプスイッチを含み、
前記制御装置は、前記ダンプスイッチが閉であれば、前記第１および第２のキャパシタバンクの前記ダンプ回路に、前記第１および第２のキャパシタバンクの電荷をダンプさせるためのダンプコマンドを与える、請求項１１に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１３】
前記制御装置はまた、前記第１および第２の充電器による前記第１および第２のキャパシタバンクの充電が前記論理回路によって停止されると、前記ダンプコマンドを発する、請求項１２に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１４】
前記緩衝機構は、前記質量装着コイルの前記ドライバコイルと並置される側とは反対側の面で前記質量装着コイルに接続された反動質量を含む、請求項２または１３に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１５】
前記緩衝機構はまた、前記反動質量の、前記質量装着コイルに接続される面とは反対側に装着され、かつ前記ドライバと整列された空気緩衝器を含む、請求項１４に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１６】
前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルの並置する側の表面は、前記質量装着コイルおよび前記ドライバコイルへの電流の放電に先だって、両コイルが整列状態を維持できるような輪郭にされる、請求項２または１５に記載のＬＶＥＭＲ。
【請求項１７】
前記第１および第２のキャパシタバンクの各々は、電荷を接地に放電するためのダンプ回路を含み、
前記プログラム可能制御システムは、前記プログラム可能制御システムと電気的に接続されたダンプスイッチを含み、
前記プログラム可能制御システムは、前記ダンプスイッチが閉であれば、前記第１および第２のキャパシタバンクの前記ダンプ回路が前記第１および第２のキャパシタバンクの電荷をダンプさせるためのダンプコマンドを与える、請求項２に記載のＬＶＥＭＲ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明はリベット打ち装置に関し、特に、低電圧電磁リベット打ち装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
以下の説明からよりよく理解されるように、この発明は航空機の翼に組込まれる桁サブアセンブリのような航空宇宙構造物の形成中にリベットを据え込むために発展されたが、この発明は他の環境においても利用できる。
【０００３】
リベットは部品を接合するために航空宇宙構造物において広く用いられている。これらは、航空機の翼に用いられる桁サブアセンブリのようなサブアセンブリを作る際や、構造サブアセンブリに航空機の外板を接合するために用いられる。リベット材料は相対的に可鍛のアルミニウムから高強度のアルミニウムおよびチタン合金までさまざまである。リベットは、接合されるべき部品の整列された孔にリベットブランクを通し、リベットの少なくとも一方の端部にヘッドを生じることによって作られる。すなわち、リベットブランクは予め形成されたヘッドを一方の端部に有してもよく、または取付けの前に両端にヘッドを有していなくてもよい。予め形成されたヘッドを備えたリベットの場合、ヘッドは取付中にヘッドのない端部においてのみ作られる。対照的に、両側にヘッドのないリベットブランクは取付中に両端でヘッドを形成される。取付中のリベットヘッド形成は通常よく据え込みと称され、これはヘッドが形成されているときにリベット材料を鋳造するかまたは据え込むことによって形成されるためである。以下の説明からよりよく理解されるように、この発明は、取付前に両端にヘッドを有さないリベットを据え込むことに関する。
【０００４】
部品を接合するためにリベットを用いることは近代的な商業用ジェット機以前から行なわれている。商業用ジェット機製造の初期において、空気振動ガンおよびバックリングバーがリベットを据え込むために大きなリベット打ち機械によって用いられた。液圧スクイージング機械もまた用いられた。これらの機械のいくつかはなお用いられている。
【０００５】
空気振動ガンおよびバックリングバーの機械は、翼桁サブアセンブリのような重要な航空機構造物を作るのに用いるには不適切な多くの欠点を有する。このようなマシンの主な欠点は、高い疲労寿命を有する一貫した品質の接合部を生じることができないことである。別の欠点はこのような機械によって引き起こされるかなりのガン振動のノイズである。さらに、このような機械は一般に大きなサイズのアルミニウムリベットまたは高強度合金リベットを据え込むことができない。
【０００６】
液圧リベット打ち機械には他の欠点がある。１つの欠点は、接合される部品の周囲に達する構造部材を通じて対向するリベット打ち力が弱められることである。構造部材は部品が大きくなるにつれて大規模になる。
【０００７】
空気および液圧のリベット据え込み機械の上述の欠点の結果として、電磁リベッタ（ＥＭＲ）が開発された。ＥＭＲは、リベットを据え込むのに必要な衝撃力を生じるために電気エネルギを用いるリベッタである。この力はチャージキャパシタバンクに蓄積されたエネルギをコイルを通して放電することによって発達させられる。より具体的には、ＥＭＲは形成されていないリベットの両側でそれに接触して位置決めされた２つのリベットガンを含む。各ガンはコイル、ドライバ、および反動質量からなる。ドライバはそのそれぞれのコイルとリベットの関連の端部との間にリベットと接触して位置し、反動質量はドライバとは反対のコイルの側に位置する。ＥＭＲドライバは、アセンブリのコイル端部に銅層の形状の導電プレートを有する固定金属アセンブリである。リベットダイはアセンブリの他方の端部、すなわちリベットと接触する端部に位置する。リベットダイはリベットヘッドの形状を決定する。キャパシタバンクが放電されるとき、急速に上昇するコイル電流によって生じる電磁界が銅クラッディングに渦電流を誘導する。誘導された渦電流は反作用的な磁界を生じる。コイル磁界と渦電流磁界との相互作用のために、ＥＭＲリベットガンのドライバを互いに向かって移動させ、リベットを据え込ます強い反発力が生じる。
【０００８】
初期のＥＭＲは高電圧（１０ＫＶＤＣ）キャパシタバンクを含み、電力は、直列に接続された、両方のリベットガンのコイルに同時に与えられた。非同期的な態様での２つのガンの動作が組立てられる部品に損傷を起こし得る不均衡な力を生じ得るので、２つの高電圧ＥＭＲ（ＨＶＥＭＲ）リベットガンの同時の動作が必要である。この点で、ＨＶＥＭＲによって生じる力はキャパシタの急速な放電のために非常に持続時間が短い。これが、反動質量の運動エネルギに一瞬に蓄積されるリベット打ちプロセスの反力につながる。より具体的には、リベット据え込みパルスに続いて、２つのリベットガンが、組立てられる部品から離れて後方の運動にそれぞれ設定される。ＨＶＥＭＲガンは反動質量と支持構造によって生じる抑止力とによって減速される。このようなリベッタによって生じる反力（６５ｋＮｔ）の一部でも耐えられない組立てに用いられることが意図されるＨＶＥＭＲの基本的な特徴は、反動のない動作である。
【０００９】
ＨＶＥＭＲの電流パルス立上がり時間は通常１００ミリ秒未満であるので、電流パルスはリベットが認識可能に変形する前に消耗される。これはＨＶＥＭＲの大きな欠点の１つとなる。特に、ドライバ質量とリベットとの相互作用が極めて高い割合の変形につながり、これはしばしばリベットヘッドに亀裂を引き起こす。
【００１０】
ＨＶＥＭＲの欠点を克服するために、低電圧電磁リベッタ（ＬＶＥＭＲ）が提案され、用いられている。ＬＶＥＭＲは、形成されていないリベットの両側に直接接触し、そこに配置された２つのリベットガンを含むという意味合いにおいてＨＶＥＭＲと多くの点で類似している。各リベットガンはコイル、ドライバ、および反動質量からなる。大きな差は、ＬＶＥＭＲに用いられるキャパシタバンク電圧が５００ＶＤＣ以下であることである。さらに、リベットは実質的により長い期間、すなわち１ミリ秒にわたって据え込まれる。立上がり時間がより遅いのは、電源、ケーブル、コイル、およびドライバシステムの固有の電気的および機械的周波数が減少した結果である。ＨＶＥＭＲではなくＬＶＥＭＲを用いるとリベットヘッドの亀裂が実質的に減少する。ＬＶＥＭＲのより詳細な説明のために、ピーター・ビー・ジーヴ（Peter B. Zieve）による、共に「低電圧電磁パルスアクチュエータ」（“Low Voltage Electro-Magnatic Pulse Actuator ”）と題された米国特許第４，８６２，０４３号（特許第０４３号）および第４，９９０，８０５号（特許第８０５号）に留意されたい。
【００１１】
特許第０４３号および第８０５号に説明される型のＬＶＥＭＲはＨＶＥＭＲと比べて有利であるが、それらには多くの欠点もある。ＨＶＥＭＲと同様に、特許第０４３号および第８０５号に説明される型のＬＶＥＭＲも渦電流を用いて、リベットを据え込むのに必要な反発力を発生する。より具体的には、上述のＨＶＥＭＲと同様に、電流パルスが特許第０４３号および第８０５号に説明された型のＬＶＥＭＲのコイルに与えられるとき、渦電流が導電ドライバプレートに誘導される。コイルを通る電流の流れによって生じる磁界と渦電流によって生じる磁界との間の相互作用が正味の反発力を生む。残念ながら、ドライバプレートの有限の導電性が、抵抗する電力損失を生じることによって効率に制限を加える。さらに、銅製ドライバプレートを通る磁界パルスの拡散時間が最大パルス持続時間を制限する。結果として、渦電流に基づくＬＶＥＭＲの効率がほぽ３３％という理論上の最大に制限される。
【００１２】
渦電流に基づいた非効率性に加えて、特許第０４３号および第８０５号に説明される型のＬＶＥＭＲは他の理由のために非効率的である。ＬＶＥＭＲはリベット打ちプロセス中において拡散されるエネルギを蓄積するために大きなキャパシタバンクを用いる。以下の式は、キャパシタバンクによって蓄積され、リベットガンに送られるエネルギを表わす。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
キャパシタバンク電圧がリベット据え込み力の大きさを決定し、キャパシタンスが力の持続時間の長さを決定する。第０４３号および第８０５号に説明される型のＬＶＥＭＲに組み込まれたキャパシタバンクが固定されているので、電圧とリベット据え込み力と力の持続時間とが分離不可能である。これは数多くの欠点を有する。第１に、リベット据え込み力が与えられる期間がよりよい締まりばめを生じるように変化できない。第２に、単一の制御装置によって動作されるガンの大きさの範囲が制限される。固定のキャパシタンスもまた、リベット打ちされ得る材料の型および大きさの範囲を制限する。これらの欠点は、特別に設計されたＬＶＥＭＲがガンの制限された範囲のサイズと材料のタイプおよび大きさとの各々に対して設けられることを必要とし、さもなければ、好ましくない欠陥が生じる。固定のキャパシタンスはまた、ときどきそのキャパシタンスが変化するため、多数のキャパシタ間に電荷を配分することができず、ＬＶＥＭＲガンのコイルへの余分な電圧の適用のためにコイル寿命を短縮し得る。
【００１５】
上述のように、従来のＬＶＥＭＲシステムは５００ボルト未満のＤＣ、通常は４５０ボルトまでのＤＣの電力パルスを用いる。安全性を保つためにＬＶＥＭＲの高電圧部分は通常動作の間電気的に分離されたままでなくてはならない。これは通常、ＬＶＥＭＲの高電圧部分を接地に対して浮動させることによって達成される。しかしながら、浮動する電源の１つの点が接地し、別の点が接地した人によって接触されるならば、この人は衝撃を受け得る。代わりに、他の点が何らかの素子を介して接地されるならば、火花が生じることがあり、これは装置の損傷につながり得る。これまでに開発されたＬＶＥＭＲは電気機械的に作動する回路遮断器を用いてこの危険性を対処する。ときには分路引き外し遮断器とも称されるこの装置はさまざまな理由のために満足のいくものではない。これは、機械的な故障につながり得る機械的な摩耗が生じる。アクチュエータコイルのバーンアウトによる電気的な故障もまた起こり得る。応答時間および感度が不十分である。この点で、これまでに開発されたＬＶＥＭＲに組み込まれたこのような地絡故障検出器の全応答時間は故障から運転停止まで２０ミリ秒のオーダーである。この時間において、ＬＶＥＭＲは危険な電圧を帯び得る。さらに、このようなシステムの感度が、標準的な人の手に痛い衝撃を伝えるのに十分な、２０ミリアンペアの範囲にある。
【００１６】
上述のように、通常動作中、ＬＶＥＭＲのガンが作動させられるとき、リベットは両方の方向から押し込まれる。ガンの始動の間、したがってリベットの端部への力の適用の間の時間遅延がリベット据え込みプロセスを最適化するのに役立つ。しかしながら、このような遅延を生じるために、これまでに開発されたＬＶＥＭＲで用いられる技術は制限のある範囲および分解能を有する。より具体的には、これまでに開発されたＬＶＥＭＲの制御装置は遅延されたガン発射信号を発生するためにプログラム可能単一接合トランジスタ（ＰＵＴ）アナログ回路を用いる。アナログに基づく遅延回路の分解能は、切換によって回路に入れられ、外され得る、抵抗器およびキャパシタのような回路素子の数に依存する。このような回路の時間分解能は多くのリベット打ち応用では満足のいくものではない。さらに、このような回路は時間遅延の遠隔制御を通常許さない。
【００１７】
これまでに開発されたＬＶＥＭＲの充電システムもまた多くの制限を有する。これまでに開発されたＬＶＥＭＲに通常よく用いられる充電システムは、電圧安定性およびノイズ生成の両方の問題を有する倍電圧装置を含む。倍電圧装置の出力はＴＲＩＡＣ光結合器を介してキャパシタバンクに与えられる。ＴＲＩＡＣ光結合器の通常の故障モードは完全オンである。結果として、暴走充電条件がＴＲＩＡＣ光結合器が故障するときに生じ得る。このような可能性はもちろんＬＶＥＭＲの安全動作に強い影響を与える。
【００１８】
これまでに開発されたＬＶＥＭＲの他の欠点はそれが特注の回路盤およびサブアセンブリを用いることである。一例として、これまでに開発されたあるＬＶＥＭＲ制御装置は、他の構成要素をも含む大きな制御回路盤上に装着されたシリコン制御整流器（ＳＣＲ）トリガリングを含む。このようにモジュール方式ではないことが修理およびサービスを困難かつ高価なものにする。
【００１９】
この発明は、これまでに開発されたＬＶＥＭＲの上述および他の欠点を克服するＬＶＥＭＲを提供することに関する。
【００２０】
【発明の概要】
この発明に従って、低電圧電磁リベッタ（ＬＶＥＭＲ）が提供される。ＬＶＥＭＲは、２つの対向したリベットガンに接続されるキャパシタ電源の充電および放電を制御するためのプログラム可能制御システムを含む。リベットガンの各々は質量装着コイル、ドライバ、および反動質量を含む。導電性の、すなわち、銅製のプレートを含むのではなく、各ガンのドライバはコイルを含む。ドライバコイルは質量装着コイルに並列される。各ガンの質量装着コイルおよびドライバコイルは、電源が放電されるときに電流が両方のコイルを通って流れて、ドライバを質量装着コイルから離して据え込まれるべきリベットの端部に対して移動させる反発力を生じるように、その関連のキャパシタ電源に対して巻かれ、接続される。両方のリベットガンは実質的に同時に作動させられてリベットの両端にヘッドを作る。より具体的には、各ガンによって生じる反発的な磁力がリベットダイをリベットの整列された端部に対して進ませ、リベットを据え込む。
【００２１】
この発明の他の局面に従って、キャパシタ電源が制御可能である。より具体的には、キャパシタ電源は複数個のキャパシタと、充電されるべきキャパシタの数を制御するためのスイッチングシステムとを含む。結果として、放電中にリベットガンに与えられるべき電力の量が電圧の設定値に依存せずに制御可能であり、これはこれまでに開発されたＬＶＥＭＲでは見られないことである。
【００２２】
この発明のさらなる局面に従って、プログラム可能制御システムは、低い接地電流感度と速い応答時間とを有するソリッドステートリレーを含んだ地絡事故検出システムを含む。地絡事故が検出されるとき、ソリッドステートリレーは、ＬＶＥＭＲへの電力の適用を終結する電力制御中継器を急速に活性化する。
【００２３】
この発明のさらに他の局面に従って、プログラム可能制御システムは、一方のリベットガンが他方のリベットガンよりもわずかに先に活性化されるように２つのキャパシタ電源の放電を制御する制御可能遅延発生器を含む。
【００２４】
この発明のさらなる局面に従って、ドライバコイルおよび質量装着コイルの向き合う表面の形状が整列を保つのに役立つような輪郭にされる。
【００２５】
この発明のさらに他の局面に従って、プログラム可能制御システムは、リベットガンの温度を感知し、温度情報を用いて、温度変化とともに生じるコイル抵抗率の変化を補うように、キャパシタ電源の動作を制御するための温度変換器を含む。
【００２６】
この発明のさらに他の局面に従って、プログラム可能制御システムは、キャパシタ電源の電圧を感知し、感知された電圧情報を用いて、電圧が予め定められたリベットガン発射電圧よりも下であるならば電源の放電を防ぐための電圧変換器を含む。
【００２７】
この発明のさらに他の局面に従って、プログラム可能制御システムは実用可能な程度に既製のサブシステムを用いてモジュール化されて、サービス可能性および信頼性を向上させる。
【００２８】
以上の要約から容易に認識されるように、この発明はさまざまな型の被加工物の組立中においてリベットを据え込むのに理想的に適した新しく、改良されたＬＶＥＭＲを提供する。導電ドライバプレートではなくドライバコイルをＬＶＥＭＲのリベットガンに含めることで、リベット据え込みに必要とされる磁力を発生する際に効率および最適化が著しく高まる。コイルの向かい合う表面が整列を保つような輪郭にされているので、リベット据え込みに必要とされる力がよりよく導かれる。ＬＶＥＭＲの容量性電源に蓄積されるべきエネルギが電圧設定値から独立して制御できるので、向上した性能が達成される。向上した性能は、蓄積されるべきエネルギの量の制御がリベット据え込み力を時間とともに変化させるために達成される。リベット据え込み力を時間とともに変化させることが亀裂のよりよい制御と、変形流れラインと、放射状の干渉とをもたらす。制御可能な時間遅延発生器が含まれていることで遅延分解能が実質的に向上し、同時に発射反復性が高まる。さらに、ソリッドステートリレーを含んだ地絡検出回路の安全性、信頼性、および応答時間が、機械的中継器を用いる既存の地絡故障検出回路よりも著しく優れている。ＬＶＥＭＲプログラム可能制御システムがモジュール方式であり、標準的な商業用部品から組立てられるので、これまでに開発されたＬＶＥＭＲの注文設計された制御装置およびサブアセンブリに関連したコストおよびサービス面の問題が避けられる。この点で、好ましくは、ＬＶＥＭＲプログラム可能制御システムのモジュール方式設計が、パルス幅変調スイッチング構成を備えた商業用キャパシタ電源を組入れて、より微細な充電分解能、より簡単な修理、より優れたノイズのない動作、および高まった信頼性をもたらす。商業用電源が含まれていることで、安全性のレベルが高まり、これはこのような電源が故障時に閉じる出力トランジスタを含むためである。
【００２９】
この発明の上述の局面と多くの付随する利点とは、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによってより容易に認識され、よりよく理解されるであろう。
【００３０】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１はこの発明に従って形成されたＬＶＥＭＲのブロック図である。示されるＬＶＥＭＲは右のリベットガン７０、左のリベットガン７２、右のキャパシタ電源８２、左のキャパシタ電源８４、およびプログラム可能制御システム８０を含む。また、被加工物の整列された孔に位置決めされたリベット７５によって接合されるべき２つの被加工物７１および７３が示される。
【００３１】
以下の説明からよりよく理解されるように、プログラム可能制御システム８０は、右および左のリベットガン７０および７２に関連した温度変換器と右および左のキャパシタ電源８２および８４に関連した電圧変換器とを含むさまざまな源と、さまざまな押ボタンと、電圧制御ポテンショメータと、セーフティチェック機構とから情報を受ける。それが受ける情報に基づいて、プログラム可能制御システム８０は右および左のキャパシタ電源８２および８４の動作を制御し、右および左のキャパシタ電源８２および８４は右および左のリベットガン７０および７２の動作を制御する。リベットガンは、接合されるべき２つの被加工物７１および７３へ挿入されるように示されるリベット７５の各端部に位置決めされる。ヘッドは、適切な実質的に同時の力をリベットの端部に加えるリベットガン７０および７２によってリベットが据え込まれるときに形成される。より具体的には、プログラム可能制御システム８０は、リベットの端部に与えられるリベット据え込み力が正確には同時ではないように、右および左の電源８２および８４によって右および左のリベットガン７０および７２に与えられる力の適用を制御する時間遅延を含む。確かに、時間遅延は、一方のリベットガンがリベットの一方の端部に据え込み力を与えるよりわずかに前に他方のリベットガンがリベットの他方の端部に据え込み力を与えるようにさせる。
【００３２】
以下により詳細に説明されるように、各リベットガンは、それぞれのキャパシタ電源から同時に電力を受ける質量装着コイルおよびドライバコイルを含む。始動されると、質量装着コイルおよびドライバコイルはリベットを据え込むのに用いられる正味の磁気反発力を生じる。これもまた以下により詳細に説明されるように、右および左のキャパシタ電源の各々は、キャパシタの制御可能な構成を変化させるスイッチングシステムを含む。さらに、プログラム可能制御システムは、ＬＶＥＭＲを動作する人への電気衝撃の危険を最小にする地絡故障検出システムを含む。
【００３３】
図１に示されるプログラム可能制御システム８０は、右の電圧設定ポテンショメータ２６、左の電圧設定ポテンショメータ２８、制御装置３０、充電押ボタンスイッチ２０、ダンプ押ボタンスイッチ２２、発射押ボタンスイッチ２４、緊急停止（Ｅ−停止）押ボタンスイッチ３６、開始押ボタンスイッチ３４、セーフティループ３２、開始論理／Ｅ−停止回路３８、右の充電器４０、左の充電器４２、遅延発生器４４、右のＳＣＲ発射制御装置４６、左のＳＣＲ発射制御装置４８、右の地絡故障検出回路５２、左の地絡故障検出回路５３、右の温度変換器５６、左の温度変換器５７、右の電圧変換器６０および左の電圧変換器６１を含む。プログラム可能制御システムが故障する場合にキャパシタ爆発を避けるために、右および左の充電器４０および４２の出力がたとえば４５０ボルトのような最大出力値に制限される。
【００３４】
右および左のキャパシタ電源８２および８４は各々キャパシタバンク６４および６５とＳＣＲ回路６８および６９とを含む。以下の説明からよりよく理解されるように、作動されると、右および左のＳＣＲ回路６８および６９は、右および左のキャパシタバンク６４および６５に蓄積された電荷の、それぞれ右および左のリベットガン７０および７２への適用を制御する。
【００３５】
プログラム可能制御システム８０に戻って、制御装置３０は好ましくは、図１４−１６に示され、かつ以下に説明される態様で機能するプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）である。さまざまなプログラム可能論理制御装置がこの発明のある実際の実施例において利用できるが、ウィスコンシン州ミルウォーキー（Milwaukee, Wisconsin）のアレン・ブレイドリー・カンパニー（Allen Bradley Company ）によって製造されるＳＬＣ５００が用いられる。
【００３６】
図１に示され、次に説明されるように、制御装置３０は複数個の入力信号を受け、複数個の出力信号を生成する。より具体的には、充電押ボタンスイッチ２０、ダンプ押ボタンスイッチ２２、および発射押ボタンスイッチ２４が制御装置に接続される。これらのスイッチのいずれかの押ボタンが押されると、この押し下げが制御装置によって感知され、これが適切な作用を引き起こす。たとえば、充電押ボタンスイッチの押ボタンが押されると、右および左のキャパシタバンク６４および６５が以下に説明されるように充電される。ダンプ押ボタンスイッチの押ボタンが押されると、右および左のキャパシタバンクの電荷がダンプされ、すなわち、キャパシタバンクが放電される。発射押ボタンスイッチの押ボタンが押されると、充電キャパシタバンクが、右および左のリベットガンにリベットを据え込ませるように放電される。
【００３７】
右および左の電圧設定ポテンショメータ２６および２８もまた制御装置３０に接続される。制御装置は右および左の電圧設定ポテンショメータの設定を感知し、それに従って、右および左のキャパシタバンクにそれぞれ蓄積された電荷の電圧の大きさを制御する。
【００３８】
右および左の温度変換器５６および５７は右および左のリベットガン７０および７２の温度を感知し、それに関連した、制御装置３０に与えられるアナログ信号を生成する。同様に、右および左の電圧変換器６０および６１は右および左のキャパシタバンク６４および６５に蓄積された電圧を感知し、制御装置３０に与えられる関連のアナログ信号を生成する。図１４−１６を参照して以下により十分に説明されるように、制御信号は温度信号を用いてリベットガンのコイルにおける抵抗の変化を補い、電圧信号を用いて、電圧設定ポテンショメータによって設定され、かつコイル抵抗変化のために補われるレベルまでキャパシタがいつ充電されるかを決定する。
【００３９】
制御装置３０は複数個のコマンド信号を生成し、それらのいくつかが開始論理／Ｅ−停止回路３８を通る。開始論理／Ｅ−停止回路は以下に説明されるようにコマンド信号を中断する能力を有する。より具体的には、制御装置は左の充電コマンド、右の充電コマンド、発射コマンド、およびダンプコマンドを生成する。右および左の充電コマンドは（開始論理／Ｅ−停止回路を介して）右および左の充電器４０および４２にそれぞれ与えられて、右および左の充電器に充電電圧を右および左のキャパシタバンクそれぞれに与えさせる。さまざまな型の充電器が用いられ得るが、この発明のある実際の実施例では、選択された充電器はニュージャージー州ネプチューン（Neptune, New Jersey ）のＡＬＥコーポレイション（ALE Corporation ）によって製造されるモデルＡＬＥ＃１０２−４５０−ＦＬであった。
【００４０】
制御装置によって生成される発射コマンド信号は遅延発生器４４に与えられる。遅延発生器は２つの出力コマンドを生成し、一方は右のＳＣＲ発射制御装置４６に与えられ、他方は左のＳＣＲ発射制御装置４８に与えられる。遅延発生器によって生成されるコマンド間の唯一の差は、一方のコマンドが他方の出力コマンドよりもわずかに遅延されていることである。さまざまな型の遅延発生器が用いられ得るが、この発明のある実際の実施例では、選択された遅延発生器は、カリフォルニア州キャンベル（Campbell, California）のカリフォルニア・エビオニクス（California Avionics ）によって製造される、Ｗ１およびＶ０のオプションを有するモデルＣＡＬ−ＡＶ＃１０１ＡＲであった。同様に、さまざまな型のＳＣＲ発射制御装置が利用できるが、この発明のある実際の実施例では、選択されたＳＣＲ発射制御装置はカリフォルニア州ゴレタ（Goleta, California）のエナープロ（Enerpro ）によって製造されるモデルＦＣＯＲＥＭ６０であった。右および左のＳＣＲ発射制御装置は、右および左のＳＣＲ回路６８および６９にそれぞれ与えられる発射コマンドを生成する。
【００４１】
制御装置３０によって生成されるダンプコマンド信号は右および左のキャパシタバンク６４および６５に与えられる。上述のように、ダンプ信号が生成されるとき、右および左のキャパシタバンクの電荷はダンプされ、すなわち、キャパシタバンクは放電される。
【００４２】
以下の説明からよりよく理解されるように、右および左のキャパシタバンクに蓄積される電力の量は制御可能である。より具体的には、各キャパシタバンクはスイッチングシステムと複数個のキャパシタとを含む。スイッチングシステムはキャパシタを右および左の充電器に選択的に接続する。充電器に接続されるキャパシタはもちろん充電する。充電されたキャパシタのすべてが、発射コマンドが起こるときに右および左のリベットガン７０および７２に同時に放電されるか、または、ダンプコマンドが起こるときに接地に同時に放電される。
【００４３】
開始論理／Ｅ−停止回路３８は複数個の入力を受ける。より具体的には、開始論理／Ｅ−停止回路３８はセーフティループ３２、開始押ボタンスイッチ３４、およびＥ−停止押ボタンスイッチ３６に接続される。さらに、開始論理／Ｅ−停止回路は右および左の地絡故障検出回路５２および５３に接続される。地絡故障が存在せず、セーフティループが完成されないと仮定すると、開始押ボタンスイッチの押ボタンが押されるとき、開始論理／Ｅ−停止回路が制御装置によって生成される充電コマンドに右および左の充電器４０および４２を能動化させる。緊急停止押ボタンスイッチ３６の押ボタンが押されるならば、開始論理／Ｅ−停止回路は直ちに右および左の充電器４０および４２を不能化する。さらに、緊急停止信号が制御装置３０に与えられ、これは制御装置３０が右および左のキャパシタバンク６４および６５の電荷をダンプさせるようにする。同様に、セーフティループ３２が中断されないか、またはいずれかの地絡故障検出回路が地絡故障を検出するならば、開始論理／Ｅ−停止回路は直ちに右および左の充電器４０および４２を不能化し、制御装置に右および左のキャパシタバンク６４および６５の電荷をダンプさせる。
【００４４】
上述のように、右および左のキャパシタバンク６４および６５の両方が複数個のキャパシタと、キャパシタを右および左の充電器４０および４２にそれぞれ選択的に接続させるスイッチングシステムとを含む。結果として、充電できるキャパシタの数が制御可能である。充電できるキャパシタの数が制御可能であるため、右および左のキャパシタバンクに蓄積される電力は制御可能である。右および左のキャパシタバンク６４および６５に蓄積される電力の量が制御可能であり、蓄積された電力の電圧の大きさも制御可能であるために、右および左のリベットガン７０および７２に与えられる電力の電圧の大きさと量とが独立して制御可能である。図２は、この発明に従って形成されたキャパシタ電源の１つを示す概略図である。図４は、この発明に従って形成されたキャパシタ電源の代替的な実施例である。
図２はキャパシタバンク６４または６５とＳＣＲ回路６８または６９とを含む。キャパシタバンク６４または６５は、Ｄｂｌｋと示されたブロッキングダイオードと、Ｒｂと示されたダンプ抵抗器と、Ｄｕと示されたダンプ接触子と、ＣＸと示された主エネルギストレージキャパシタと、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４と示された４つの補助キャパシタと、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４と示された４つのキャパシタ挿入スイッチと、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、およびＫ４と示された４つのキャパシタ挿入中継器と、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４と示された４つの絶縁ダイオードと、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４と示された４つの内部抵抗と、Ｋ１ａ、Ｋ２ａ、Ｋ３ａ、およびＫ４ａと示された４つのキャパシタ挿入中継器とを含む。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４はＫ１ａ、Ｋ２ａ、Ｋ３ａおよびＫ４ａの固有のワイヤおよび接触子抵抗を表わす。ＣＸ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４は、関連の充電器４０または４２によって生じた最大出力電圧、上に示された例では４５０ボルトを扱うのに十分大きい電圧のキャパシティを有する標準設計高電力電解キャパシタである。
【００４５】
キャパシタバンク６４または６５は関連の充電器４０または４２の正の電圧出力にＤｂｌｋを介して接続される。Ｃ１はＫ１ａおよびＲ１にこの順序で直列に接続される。Ｃ２はＫ２ａおよびＲ２にこの順序で直列に接続される。Ｃ３はＫ３ａおよびＲ３にこの順序で直列に接続される。Ｃ４はＫ４ａおよびＲ４にこの順序で直列に接続される。これらの直列接続の各々とＣＸとは並列に接続される。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の他方の端部とＣＸの一方の端部とはＤｂｌｋの陰極に接続される。Ｄｂｌｋの陽極は関連の充電器４０または４２の高電圧、たとえば正の出力に接続される。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣＸの他方の端部は関連の充電器４０または４２の低電圧、たとえば負の出力に接続される。充電器の出力は接地に対して浮動している。
【００４６】
Ｋ１ａ、Ｋ２ａ、Ｋ３ａおよびＫ４ａとＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４との間の接合部はそれぞれＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を介してそれぞれＣＸの正電圧側に接続される。ＲｂはＤｕと直列に接続され、直列接続は、Ｄｕの一方の側がＣＸの正電圧側に接続されるようにＣＸと並列に接続される。Ｄｕは、以下に説明されるように制御装置３０によって動作されるダンプ中継器（図示せず）の接触子である。
【００４７】
Ｓ１はＫ１と直列に接続され、Ｓ２はＫ２と直列に接続され、Ｓ３はＫ３と直列に接続され、Ｓ４はＫ４と直列に接続される。これらの直列回路は電圧源とＶｒｅｔｕｒｎと示された復帰電圧との間で互いに並列に接続される。この発明のある実際の実施例では、Ｖは２４ボルトＤＣと等しかった。
【００４８】
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４はＫ１ａ、Ｋ２ａ、Ｋ３ａおよびＫ４ａの状態をそれぞれ制御する。より具体的には、Ｓ１が閉じると、Ｋ１が作動され、Ｋ１ａが閉じる。同様に、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４が閉じると、Ｋ２ａ、Ｋ３ａ、およびＫ４ａがＫ２、Ｋ３、およびＫ４の作動のために閉じる。結果として、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４の状態がＣ１、Ｃ２、Ｃ３、またはＣ４がキャパシタバンク回路内にあるかまたはその外にあるかを決定する。キャパシタバンクの回路キャパシタンスが制御可能であるので、キャパシタバンクの電力蓄積能力が制御可能である。
【００４９】
この発明のある実際の実施例では、キャパシタバンク回路のキャパシタンスが７２００マイクロファラドのステップで０．０２８８ファラドから０．０５７６ファラドの範囲で変化する。明らかに、当業者等に認識されるように、各キャパシタのキャパシタンスは他のインクリメント値を達成するために異なって選択できる。さらに、付加的またはより少ない補助キャパシタが用いられてもよい。
【００５０】
キャパシタバンク６４および６５は、Ｄｕが制御装置３０によって動作されるダンプ中継器コイル（図示せず）の作動によって開くときに、充電されるように能動化される。ダンプ中継器の作動は定常的に閉じている接触子Ｄｕを開いて、Ｒｂを介する電気エネルギの放電を防ぐ。Ｄｂｌｋは、充電器４０または４２からの電流がキャパシタバンク６４または６５に流れ込むことを確実にするために含まれる。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４はＣＸからＣ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４をそれぞれ絶縁するのに役立つ。
【００５１】
ＳＣＲ回路６８または６９は単一の高電力シリコン制御整流器（すなわち、単一のＳＣＲ）によって形成されるように示される。いずれにせよ、キャパシタバンク６４または６５の正の出力側はＳＣＲの陽極に接続される。ＳＣＲのゲートは関連のＳＣＲ発射制御装置４６または４８の出力に接続され、ＳＣＲの陰極は以下に示されるように関連のリベットガン７０または７２の質量装着コイルおよびドライバコイルに接続される。
【００５２】
関連の電圧変換器６０または６１の入力がキャパシタバンクの出力にかけて接続される。関連の地絡故障検出回路５２または５３の入力はキャパシタバンクの正の電圧入力に接続される。
【００５３】
図３は図２に示される型のキャパシタバンクによって発生された膝形の電流パルス波形を示し、したがって、このようなキャパシタバンクによって作動されたリベットガンによって生じる力を示す。初期において、リベット据え込み力は相対的に小さい。時間の経過とともに、据え込み力パルスは指数関数的にピーク値に上昇し、次に指数関数的にゼロに低下する。
【００５４】
図４は、この発明に従って形成されたキャパシタバンク６４′または６５′およびＳＣＲ回路６８′または６９′の代替的な実施例を示す。図４を図２から区別するために、′記号がキャパシタバンクおよびＳＣＲ回路を示す参照番号に加えられている。
【００５５】
図４に示されるキャパシタバンク６４′または６５′は、Ｄｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４、およびＤｉ５と示された５つのダイオードと、Ｓｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、およびＳｗ５と示された５つのスイッチと、Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５と示された５つのキャパシタと、ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３、ＲＤ４、およびＲＤ５と示された５つのダンプ抵抗器と、ＫＤ１、ＫＤ２、ＫＤ３、ＫＤ４、およびＫＤ５と示された５つのダンプ接触子とを含む。右の充電器４０の正電圧出力はＤｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４、およびＤｉ５の陽極に接続される。Ｄｉ１、Ｄｉ２、Ｄｉ３、Ｄｉ４、およびＤｉ５の陰極はＳｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、およびＳｗ５をそれぞれ介してＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５にそれぞれ接続される。Ｓｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、またはＳｗ５の開／閉状態がＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、またはＣａ５が充電されるべきか否かを決定する。充電自体を制御することに加えて、Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５の電荷の電圧の大きさが充電サイクル中にＳｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、およびＳｗ５をそれぞれ開くことによって変化され得る。このプロセスが用いられるとき、開いたスイッチのキャパシタは充電サイクルの終わりで相対的に低い電圧に充電される。キャパシタの可変電圧電荷を達成するための他の方法ももちろん用いられ得る。たとえば、各キャパシタは別個の電圧源によってかまたは共通の源の異なった電圧出力によって充電され得る。
【００５６】
ＲＤ１はＫＤ１と直列に接続され、ＲＤ２はＫＤ２と直列に接続され、ＲＤ３はＫＤ３と直列に接続され、ＲＤ４はＫＤ４と直列に接続され、ＲＤ５はＫＤ５と直列に接続される。直列接続はＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４およびＣａ５とそれぞれ並列に接続される。ＫＤ１、ＫＤ２、ＫＤ３、ＫＤ４、およびＫＤ５は通常閉じている。Ｄｕ（図２）と同様、ＫＤ１、ＫＤ２、ＫＤ３、ＫＤ４、およびＫＤ５は、制御装置３０によって制御されるダンプ中継器コイル（図示せず）によって動作されるダンプ中継器コイル接触子である。ダンプコマンドがなければ、ダンプ中継器は作動され、ＫＤ１からＫＤ５を開く。ダンプコマンドが起こる場合、ダンプ中継器は逆に作動され、ＫＤ１からＫＤ５を閉じさせる。
【００５７】
Ｓｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、およびＳｗ５とＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５との間の接合部は関連のＳＣＲ回路６８′または６９′にそれぞれ接続される。より具体的には、ＳＣＲ回路はＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５と示された５つの高電力シリコン制御整流器を含む。ＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５の陽極は関連のキャパシタバンク６４′または６５′のＳｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３、Ｓｗ４、およびＳｗ５とＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５との間の接合部にそれぞれ接続される。ＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５のゲートは関連のＳＣＲ発射制御装置４６または４８に接続され得る。図２に示されるこの発明のキャパシタバンク／ＳＣＲ回路の場合、関連のＳＣＲ発射制御装置はパルストランスインタフェースを含んでもよい５つの出力を有する。ＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５の陰極はともに以下に示されるように関連のリベットガン７０または７２の両方のコイルに接続される。
【００５８】
ＳＣＲ発射制御装置４６または４８の１つが発射コマンド信号を受けるとき、トリガパルスが予めプログラムされた順序で関連のＳＣＲ回路６８′または６９′のＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５に送られる。ＳＣＲ１、ＳＣＲ２、ＳＣＲ３、ＳＣＲ４、およびＳＣＲ５がトリガパルスを受けると、これらはそれぞれＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５からリベットガンコイルに電流を導通する。トリガパルスのタイミングとＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３、Ｃａ４、およびＣａ５間の電圧差とが結びついて可変の電流パルスを生じる。図５は、図４に示される型のキャパシタ電源によって生じられ得る型の可変電流パルス、したがってリベット据え込み力を表わす多膝波形の例である。
【００５９】
図６は、図１に示されるＬＶＥＭＲにおいて用いるのに適した、開始論理／Ｅ−停止回路３８、右の地絡故障検出回路５２、および左の地絡故障検出回路５３を示す。また、Ｅ−停止押ボタンスイッチ３６、開始押ボタンスイッチ３４、およびセーフティループ３２も図６に示される。開始論理／Ｅ−停止回路は、ＲＳと示された抵抗器と、ＫＳと示されたラッチ中継器コイルと、ＫＳａと示された通常開いているラッチ中継器接触子と、ＫＣと示された充電器制御中継器コイルと、ＫＣａおよびＫＣｂと示された１対の通常開いている充電器制御中継器接触子とを含む。Ｅ−停止押ボタンスイッチ３６は通常閉じており、開始押ボタンスイッチは通常開いている。Ｅ−停止押ボタンスイッチ３６の一方の端子は開始押ボタンスイッチ３４の一方の端子に接続され、Ｅ−停止押ボタンスイッチの他方の端子は電圧源Ｖに接続される。ＫＳａは開始押ボタンスイッチ３４の端子に並列に接続される。開始押ボタンスイッチの他方の端子はセーフティループ３２の一方の側に接続される。セーフティループの他方の側はＲＳを介してＫＳの一方の端部に接続される。ＫＳの他方の端部は復帰電圧、すなわちＶｒｅｔｕｒｎに接続される。ＫＣａおよびＫＣｂの状態を制御するＫＣはＲＳおよびＫＳによって形成された直列回路と並列に接続される。ＫＣａおよびＫＣｂの状態はそれぞれ右および左の充電器４０および４２の能動化／不能化を制御する。
【００６０】
ＬＶＥＭＲは開始押ボタンスイッチ３４のボタンを押すことによって開始される。セーフティループが閉じられ、Ｅ−停止押ボタンスイッチが閉じられているならば、電流はＫＳおよびＫＣを通って流れる。ＫＳの作動がＫＳａを閉じ、その結果、ＫＳおよびＫＣを通る電流の流れが維持される。ＫＣを作動するとＫＣａおよびＫＣｂが閉じ、右および左の充電器４０および４２を能動化する。結果として、充電器は右および左のキャパシタバンク６４および６５かまたは６４′および６５を充電する準備ができている。図１４−１６の以下の説明からよりよく理解されるように、充電は充電押ボタンスイッチ２０の押ボタンが押されるまで実際には始まらない。
【００６１】
セーフティループ３２とＲＳとの間の接合部の電圧は制御装置３０にフィードバックされる。緊急停止が充電プロセス中に必要とされるならば、Ｅ−停止押ボタンスイッチ３６の押ボタンの押し下げがＫＣおよびＫＳを通る電流の流れを止め、それによってＫＣおよびＫＳを作動させる。結果として、ＫＳａが開き、Ｅ−停止押ボタンスイッチのボタンが放された後に停止された電流の流れを維持する。ＫＣの作動がＫＣａおよびＫＣｂを開き、右および左の充電器を不能化する。さらに、図１４−１６に示されるＬＶＥＭＲの全動作の以下の説明からよりよく理解されるように、セーフティループ３２とＲＳとの間の接合部での電圧降下が右および左のキャパシタバンクを放電させるダンプコマンドを制御装置３０に出させる。
【００６２】
Ｅ−停止押ボタンスイッチ３６のボタンの押し下げと同様に、セーフティループの故障もＫＳおよびＫＣを通る電流の流れを止め、同じシーケンスの事象を起こす。
【００６３】
地絡故障検出回路５２および５３の各々は、ＳＳＲと示された、電気光学結合器の形状のソリッドステートリレーと、ＲＧＦと示された抵抗器とを含む。好ましくは、ＳＳＲの感度は５ミリアンペアである。ＳＳＲはフォトダイオードと光学的に活性化されるトランジスタとを含む。ＳＳＲのフォトダイオードの陽極は図２および４に示されるような関連のキャパシタバンク６４または６５の正側に接続される。フォトダイオードの陰極は接地に接続される。ＳＳＲのフォトトランジスタのコレクタは開始論理／Ｅ−停止回路３８のＲＳとＫＳとの間の接合部に接続される。ＳＳＲのフォトトランジスタのエミッタはＫＣおよびＫＳのＶｒｅｔｕｒｎ側に接続される。このように、ＳＳＲのフォトトランジスタはともにＫＳをブリッジする。
【００６４】
キャパシタバンク６４および６５または６４′および６５′の入力が浮動しているので、ＳＳＲのフォトダイオードには電流が通常流れない。逆に、地絡故障が起こるならば、電流は、地絡故障を経験するキャパシタバンクの正の入力に接続されたフォトダイオードを通って流れる。これが起こると、電流を導通するフォトダイオードに関連したフォトトランジスタはターンオンされ、ＫＳを短絡する。ＫＳが短絡されると、ＫＳは開いてＬＶＥＭＲを不能化する。より具体的には、ＫＳが開くとＫＣを通る電流の流れが止まり、これは、上述されたように充電器４０および４２を不能化する。同時に、セーフティループ３２とＲＳとの間の接合部での電圧降下が制御装置にキャパシタバンクを放電させる。地絡故障回路抵抗器ＲＧＦがさまざまな値を有し得るが、この発明のある実際の実施例では１５．５キロオームが選択された。明らかに、選択された値がＳＳＲに十分な速度で応答させ、かつＳＳＲの入力電力を超過しないかぎり、他の値が選択されてもよい。
【００６５】
図７はリベットガン７０、７２の１つの部分断面平面図である。図８および図９は、リベットガンの主要要素、すなわち、ドライバ１２５、ドライバコイル１３１、および質量装着コイル１３１を示す簡略化された平面図および側面図である。図１０および図１１は質量装着コイル１３５のそれぞれ正面図および背面図であり、図１２および図１３はドライバコイル１３１のそれぞれ正面図および背面図である。
【００６６】
ドライバ１２５、ドライバコイル１３１、質量装着コイル１３５に加えて、図７に示されるリベットガンは、ハウジング１２９、リベットダイ１２１、ドライバロッドブッシング１２３、コイルばね１２７、反動質量１３９、空気緩衝器１４０、１対の可撓ケーブル１４１、空気バルブ１５７、およびドライバコイルガイドブッシング１６１を含む。ハウジング１２９は、リベットガンの他の構成要素のための機械的な支持と不要な異質材料の入来を防ぐバリアとを与える。リベットダイ１２１を除くすべての構成要素と、ドライバロッドブッシング１２３と、空気バルブ１５７とがハウジングに装着される。ドライバロッドブッシングはハウジング１２９の１つの壁の外表面に装着される。
【００６７】
ドライバ１２５は、円錐形のベース１２４と、円錐形のベースの先端と一体的であり、かつそこから外に縦方向に突出するロッド１２６とを含む。ロッドの外端部はドライバロッドブッシング１２３を通る。リベットダイ１２１は、ドライバ１２５のロッド１２６の外先端上に装着される。リベットダイ１２１はロッド１２６にどのような適切な態様で取付けられてもよい。たとえば、リベットダイ１２１はドライバロッドの端部にダイをねじ込むことによってかまたはスナップはめ込み機構によってロッド１２６に取付けられ得る。
【００６８】
ロッド１２６の反対側でドライバ１２５の円錐形のベース１２４に付着されるのはドライバコイル１３１である。ドライバコイル１３１の、ドライバ１２５とは反対の側に位置するのは質量装着コイル１３５である。図１０−１３に示されるように、ドライバコイル１３１および質量装着コイル１３５は一般に円筒形の形状である。
【００６９】
ドライバコイルガイドブッシング１６１はハウジング１２９の内壁に位置し、ドライバコイル１３１と、好ましくは質量装着コイル１３５とを取り囲むように位置決めされる。ドライバコイルガイドブッシング１６１は、ドライバコイル１３１から、ドライバロッドブッシング１２３を支持するハウジングの壁に外向きに延びる。ドライバコイルガイドブッシング１６１は、肩１６２を含み、そこでブッシングはドライバコイルブッシング１２３を支持するハウジングの壁と面する。このように、肩はドライバ１２５のロッド１２６を取り囲む。コイルばね１２７はドライバ１２５のロッド１２６を取り囲み、ドライバ１２５の円錐形のベース１２４とドライバロッドブッシング１２３を支持するハウジング１２９の壁との間にある。
【００７０】
反動質量１３９は、質量装着コイル１３５の、ドライバコイル１３１に面する側から離れた側に付けられる。好ましくは、反動質量１３９は複数個のプレートから形成され、そのいくらかが反動質量の大きさを調節させるように取り除かれ得る。
【００７１】
空気緩衝器１４０はシリンダ１４３と、シリンダ１４３内に位置するピストン（図示せず）に接続されたロッド１４５とを含む。空気緩衝器１４０は、ロッド１４５の外端部が反動質量１３９に向かって延び、シリンダ１４３の遠端がドライバロッドブッシング１２３を支持する壁とは反対の、ハウジング１２９の壁に突き当たり、かつそこに取付けられるように、ハウジング１２９に装着される。好ましくは、空気緩衝器１４０のロッド１４５およびシリンダ１４３がドライバ１２５のロッド１２６の長手軸に沿って長手方向に整列される。代替的に、図７に示される単一空気緩衝器の代わりに複数個の空気緩衝器が用いられてもよく、その場合、空気緩衝器のロッドおよびシリンダの長手軸が互いに平行であり、かつドライバ１２５のロッド１２６の長手軸と平行である。
【００７２】
入口／出口部分１４６および１４８は空気緩衝器１４０のシリンダ１４３の両端部に位置する。コンジット１４７および１４９が緩衝器部分１４６および１４８を空気バルブ１５７に結合する。空気バルブ１５７はまた加圧空気ライン１６３に接続される。この配列の結果として、バルブ１５７の位置が緩衝器１４０のロッド１４５の伸長および引込みを制御するように用いられ得る。圧力軽減バルブを含んだ空気バルブが空気緩衝器によって反動質量１３９へ、したがって、質量装着コイル１３５へと与えられる力の量を制御するように用いられ得る。
【００７３】
肩１６２を含むドライバコイルガイドブッシング１６１は、低摩擦性の材料、好ましくはテフロンから形成される。ドライバロッドガイドブッシング１２３もまた低摩擦性の材料から形成されるが、真鍮のようなより硬い材料が好ましい。ドライバロッドブッシング１２３およびドライバコイルガイドブッシング１６１はドライバ１２５を前後に摺動させる。コイルばね１２７は、ここで説明される態様で、ドライバコイルおよび質量装着コイルの作動の前に質量装着コイル１３５に対してドライバコイル１３１を押す引込みばねを形成する。
【００７４】
上述のように、図１０および図１１は質量装着コイル１３５のそれぞれ正面図および背面図であり、図１２および図１３はドライバコイル１３１の正面図および背面図である。両方のコイルはエポキシ樹脂１３８に埋込まれた平坦な銅の導体１３６で巻かれる。コイルはその向かい合う表面で（短絡を防ぐ薄いコーティングを除いて）露出される。このように、質量装着コイル１３５の正面（図１０）がドライバコイル１３１の背面（図１３）と同様に露出される。他の面は図１１および図１２に見られるようにエポキシ樹脂によって囲まれる。コイルの向かい合う表面が平坦であり得るが、好ましくは、コイル整列に役立つような対応する態様で、一方の表面がわずかに凹形であり、他方がわずかに凸形である。
【００７５】
図８および図９に最もよく示されるように、コイルが埋込まれるのと同じ材料、すなわち、繊維ガラスエポキシ強化樹脂から好ましくは形成されるブロック１３３がドライバコイル１３１の一方の端縁に位置する。可動コイル１３１の端子１３７は、図９に示されるように、質量装着コイル１３５の方向でその一方の側にブロック１３３から外向きに延びる。
【００７６】
図７に最もよく示されるように、１対の可撓ケーブル１４１の一方の端部がドライバコイル１３１の端子１３７に接続される。可撓ケーブル１４１の経路は相対的に大きなループを規定し、可撓ケーブルの他方の端部はハウジングの側部に形成されたスロット１４２を介してハウジング１２９から出る。より具体的には、スロット１４２は反動質量１３９および質量装着コイル１３５と整列される。好ましくは、反動質量１３９はスロット１４２の領域においてケーブル１４１のための支持を与える。可撓ケーブルがさまざまな形状を取り得るが、目下好ましい可撓ケーブル材料は溶接ケーブルとして知られている。ドライバコイル１３１の端子１３７がドライバコイル１３３の動きの方向に平行にあるが、端子１３７と可撓ケーブル１４１との間の接続が最小の歪みの方向である。
【００７７】
質量装着コイル１３５の端子１５４はハウジング１２９のスロット１４２を介して外向きに延びる。ワイヤ１５３および１５５は可撓ケーブル１４１の端部と質量装着コイル１３５の端子１５４とを関連の発射制御ＳＣＲ６８または６９に接続する。より具体的には、各コイルの一方のワイヤが関連のキャパシタバンクの負の側に接続され、他方のワイヤが関連のＳＣＲ回路６８および６９かまたは６８′および６９′の陰極に接続される。歪み軽減１５１がワイヤがスロット１４２から出るところでそれに支持を与える。
【００７８】
次に図７−１３に示されるリベットガンの動作の説明に移ると、右および左のＳＣＲ回路６８および６９かまたは６８′および６９′が右および左のＳＣＲ発射制御装置４６および４８によって生成されたパルスによって能動化されるとき、右および左のキャパシタバンク６４および６５かまたは６４′および６５′がキャパシタバンクに蓄積されたエネルギをリベットガンのドライバコイル１３１および質量装着コイル１３５に放電する。各リベットガンのドライバコイルおよび質量装着コイルの巻線は、反発磁力が生成されるようなものである。各ガンの反動質量が相対的に大きく、それがドライバコイルの反対の質量装着コイルの側で衝撃吸収され、かつドライバコイルが（コイルばねによって生じたわずかの引込み力を除いて）自由に移動できるので、反発磁力によって、ドライバコイル１３１は質量装着コイル１３５から離れて急速に移動する。結果として、リベットガンのリベットダイ１２１がリベットガンの間に位置するリベットの関連の端縁に据え込み力を与える。図１を参照されたい。結果として生じる据え込み力がリベットを据え込み、リベットの両端にヘッドを形成する。
【００７９】
リベットを据え込む結果として生じる反力とコイルばね１２７によって生じる力とがドライバコイル１３１を質量装着コイル１３５に対して押す。結果として生じる衝突の衝撃は反動質量１３９および空気緩衝器１４０によって吸収される。より具体的には、反動力が空気緩衝器のロッド１４５にシリンダ１４３をロッド１４５から離れた緩衝器ピストンの側でシリンダに蓄積された圧力に対して移動させる。圧力増加は空気バルブ１５７に組込まれた圧力軽減バルブによって軽減される。結果として、緩衝器はリベットガンの作動によって生じる反動衝撃を低下させる。
【００８０】
図１４から図１６は、図１に示され、かつ上述されたＬＶＥＭＲの動作の全シーケンスを表わすフロー図を形成する。電力が与えられた後、制御装置３０はダンプ中継器を作動したままに保つことによってキャパシタバンクに放電させるダンプコマンド（ステップ１）を生成し、これはＤｕ接触子（図２）またはＫＤ１−ＫＤ５接触子（図４）を閉じたままにさせる。その後またはその前に、右および左の電圧設定ポテンショメータ２６および２８が所望のキャパシタバンク電圧レベルに設定される。また、各キャパシタバンク６４のためのキャパシタンス制御スイッチ（図２のＳ１−Ｓ４、または、図４のＳＷ１−ＳＷ５）がそれらの所望の位置に設定される。
【００８１】
次に、ステップ２で、開始押ボタンスイッチ３４の押ボタンが押されているかを判断するテストが行なわれる。開始押ボタンが押されていなければ、プログラムはステップ１に戻る。プログラムは開始押しボタンが押されるまでこのループに留まる。結果として、キャパシタバンクは放電されたままで保たれる。
【００８２】
開始押ボタンスイッチ３４の押ボタンが押されると、図６に示され、かつ上述された開始論理／Ｅ−停止回路３８を通る電流が始まる。ステップ３で、図６に示されるようなセーフティループ３２が断たれていないかを判断するテストが行なわれる。セーフティループ３２はＬＶＥＭＲの安全動作が維持されるかぎり閉じられる。このテストは、セーフティループ３２とＲＳ（図６）との間の接合部に電圧が存在するかを判断することによって達成される。電圧が存在しなければ、これはセーフティループが断たれていることを意味し、プログラムはステップ１に戻る。
【００８３】
セーフティループが断たれていなければ、充電押ボタンスイッチ２０の押ボタンが押されたかどうかを判断するテスト（ステップ４）が行なわれる。充電押ボタンが押されていなければ、プログラムはステップ３に戻る。プログラムは充電押ボタンが押されるまでこのループに留まる。充電押ボタンが押されると、制御装置がダンプ中継器を作動させる充電コマンドを発し、これはＤｕ接触子（図２）またはＫＤ１−ＫＤ５接触子（図４）を開かせる。同時に、右および左の充電器４０および４２が能動化され、これは右および左のキャパシタバンク６４および６５または６４′および６５′の充電を可能にする。結果として、図６に示されるように、キャパシタバンクは充電し始める。次に、ステップ７で、セーフティループ３２が断たれていないかを判断するテストが行なわれる。上述のように、セーフティループの状態はセーフティループ３２とＲＳ（図６）との間の接合部での電圧をテストすることによって判断される。セーフティループが断たれているなら、プログラムはステップ１に戻り、キャパシタバンクの電荷はダンプされ、すなわち、キャパシタバンクは放電される。
【００８４】
セーフティループ３２が断たれていなければ、キャパシタバンク６４および６５または６４′および６５′は充電を続け、プログラムはステップ８に進む。ステップ８で、温度変換器５６および５７の出力と電圧変換器６０および６１の出力とがそれらが安全レベル未満であるかを判断するためにテストされる。いずれかの変換器の出力が安全レベルを超えるならば、プログラムはステップ１に戻り、キャパシタバンクは放電される。あらゆる変換器の出力が安全レベル未満であれば、キャパシタバンクは充電し続け、プログラムはステップ９に進む。
【００８５】
ステップ９で、ダンプ押ボタンスイッチ２２の押ボタンが押されているかを判断するテストが行なわれる。ダンプ押ボタンが押されているならば、プログラムは以下に説明されるステップ１６に進む。
【００８６】
ダンプ押ボタンが押されていなければ、ステップ１０で温度変換器５６および５７の出力が読出され、読出されたものが温度補償電圧オフセットを計算するために用いられる。より具体的には、当業者には周知であるように、銅の抵抗は温度とともに増加する。結果として、温度が増すにつれて、高まった電圧が特定の量の電流がリベットガン７０および７２のコイルのような銅の素子を流れるようにするのに必要とされる。温度変化とともに起こるコイル抵抗の変化を償うために、特定的な量のリベットガンコイル電流が特定的な量のリベット据え込み力を生じるために必要とされるので、プログラムは変化した抵抗を償うのに必要な、各リベットガンのための電圧変化を計算する。電圧補償値は所望の電圧値と加えられて、所望の力を生じるのに十分な補償された電圧値を生じる。
【００８７】
次に、ステップ１１で、キャパシタバンクがステップ１０において定められた補償された電圧値を達成しているかを判断するテストが行なわれる。キャパシタバンクが補償された電圧値を達成していなければ、プログラムはステップ６に戻り、充電が続く。プログラムは両方のキャパシタバンクがそれらの補償された電圧値に達するまでこのループに留まる。
【００８８】
両方のキャパシタバンクがそれらの補償された電圧値を達成すると、プログラムはステップ１２に進む。ステップ１２で、自動放電タイムアウト期間が経過しているかを判断するテストが行なわれる。このテストはキャパシタバンクが余分な期間電荷を蓄積しないようにするために含まれる。タイムアウト期間が発射コマンドが受取られる前に経過するならば、プログラムは以下に説明されるステップ１６に進み、そこでキャパシタバンクは放電される。
【００８９】
タイムアウト期間が経過していなければ、ステップ１３で、セーフティループ３２が断たれていないかを判断するテストが行なわれる。セーフティループ３２が断たれていれば、プログラムはステップ１に戻る。セーフティループ３２が断たれていなければ、発射押ボタンスイッチ２４の押ボタンが押されたかを判断するテストが行なわれる（ステップ１４）。発射押ボタンが押されていなければ、プログラムはステップ７に戻る。プログラムは発射押ボタンが押されるかまたはプログラムをループから出させるこれまでに説明された条件の１つが起こるまでこのループに留まる。発射押ボタンが押されると、プログラム遅延発生器が能動化され、プログラムをステップ１５（図１６）に進める。ステップ１５は３つのサブステップを含む。第１のサブステップはリベットガンの１つの発射である。第２のサブステップは遅延発生器によって生じる発射遅延であり、第３のサブステップは第２のリベットガンの発射である。発射遅延は好ましくは０ミリ秒から１０００ミリ秒の間のいずれかで調節可能である。
【００９０】
リベットガンが発射した後、プログラムはステップ１６に進む。ステップ１６で、ダンプコマンドが発生され、両方のキャパシタバンクに放電させる。その後、プログラムはステップ３に戻り、ステップ３−１６が繰返される。
【００９１】
この発明の目下好ましい実施例が示され、説明されたが、さまざまな変化がこの発明の精神から逸脱せずにここに行なわれ得ることが認識される。たとえば、スイッチの押し下げとポテンショメータのなどの設定とによって制御されるのではなく、この発明に従って形成されたＬＶＥＭＲがホストロボットまたはコンピュータによって遠隔制御されてもよい。このような実施例では、右の電圧設定ポテンショメータ２６、左の電圧設定ポテンショメータ２８、充電押ボタン２０、ダンプ押ボタン２２、発射押ボタン２４、およびセーフティループ３２によって行なわれる機能がロボットまたはコンピュータ発生信号によって制御されるであろう。遅延発生器４４によってもたらされる遅延もまた遠隔制御され得る。さらに、電圧および温度の変換器ならびに他の装置によってもたらされる状態データが適宜ロボットまたはコンピュータに与えられる得る。さらに、図７に示されたもの以外の反動機構がこの発明の実際の実施例において用いられ得る。たとえば、ワシントン州ミュキルティオ（Mukilteo, Washington）のエレクトロインパクト社（Electroimpact, Inc.,）によって製造される、何らかのＬＶＥＭＲに用いられるシェル型反動機構が所望であれば用いられ得る。したがって、前掲の特許請求の範囲の範疇内で、この発明がここに具体的に説明されたのとは異なって実行され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従って形成されたＬＶＥＭＲのブロック図である。
【図２】図１に示されるＬＶＥＭＲにおいて用いるのに適したキャパシタバンクの概略図である。
【図３】図２に示されるキャパシタバンクによって生じる電流パルスの波形図である。
【図４】図１に示されるＬＶＥＭＲにおいて用いるのに適したキャパシタバンクの代替的な実施例の概略図である。
【図５】図４に示されるキャパシタバンクによって生じる電流パルスの波形図である。
【図６】図１に示されるＬＶＥＭＲにおいて用いるのに適した、右および左の地絡故障検出回路と開始論理／Ｅ−停止回路との概略図である。
【図７】図１に示されるＬＶＥＭＲにおいて用いるのに適したリベットガンの部分断面平面図である。
【図８】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンの質量装着コイルおよびドライバの平面図である。
【図９】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンの質量装着コイルおよびドライバの側面図である。
【図１０】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンの質量装着コイルの正面図である。
【図１１】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンの質量装着コイルの背面図である。
【図１２】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンのドライバコイルの正面図である。
【図１３】図７に示されるＬＶＥＭＲリベットガンのドライバコイルの背面図である。
【図１４】図１に示されるＬＶＥＭＲが動作するようにいかにプログラムされるかを示すフロー図である。
【図１５】図１に示されるＬＶＥＭＲが動作するようにいかにプログラムされるかを示すフロー図である。
【図１６】図１に示されるＬＶＥＭＲが動作するようにいかにプログラムされるかを示すフロー図である。
【符号の説明】
７０  右のリベットガン
７２  左のリベットガン
７５  リベット
８０  プログラム可能制御システム
８２  右のキャパシタ電源
８４  左のキャパシタ電源
【図１】
0003866817.tif 000003
【図２】
0003866817.tif 000004
【図３】
0003866817.tif 000005
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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