(57)【要約】  溶接中にワークピースを固定するための溶接固定具。該溶接固定具は、ワークピース上にまたがるように構成された可動式ガントリーを含むことができる。溶接固定具は、ガントリーから吊り下げられ、溶接中にワークピースに力を制御可能に加えるように構成された複数の圧力ユニットをさらに含むことができる。ガントリーは、圧力ユニットがワークピース上に力を維持している間および圧力ユニットの後部に位置している溶接ヘッドがワークピースを互いに溶接している間、ワークピース上を溶接方向に移動することができる。【代表図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦かくはん溶接中にワークピースを固定する固定具であって、該固定具は：
接合される第１と第２のワークピース上に配置されるように構成された可動ガントリーと；
ガントリーに取り付けられ、摩擦かくはん溶接作業中に第１と第２のワークピースに力を制御可能に加えるように構成された圧力ユニットを含むことを特徴とする固定具。
【請求項２】
該ガントリーが、第１と第２の垂直支持メンバーによって支持される第１のガーダーを含む請求項１に記載の固定具。
【請求項３】
該圧力ユニットが、ガーダーに関して、該圧力ユニットの角度方向の調整ができるように構成された軸受ユニットによってガーダーに連結された請求項２に記載の固定具。
【請求項４】
圧力ユニットが、縦方向に離間された関係でガーダーから吊り下げられた複数の圧力ユニットを含む請求項２に記載の固定具。
【請求項５】
第１のガーダーに平行の関係で接続され、第３と第４の垂直サポートメンバーで支持された第２のガーダーをさらに含む請求項２に記載の固定具。
【請求項６】
圧力ユニットが、第１のガーダーから縦方向に離間された関係で吊り下げられた複数の前部圧力ユニットと、第２のガーダーから縦方向に離間された関係で吊り下げられた複数の後部圧力ユニットを含む請求項５に記載の固定具。
【請求項７】
圧力ユニットが、垂直の力をワークピースに制御可能に与えるように構成された垂直方向に可動なピストンを有する線形アクチュエータを含む請求項１に記載の固定具。
【請求項８】
ピストンの下端に回転可能に取り付けられた一対の圧力ローラーをさらに含む請求項７に記載の固定具。
【請求項９】
該ガントリーが、ガントリーを溶接方向に制御可能に移動させるように構成されたモータ駆動の台車で支えられた請求項１に記載の固定具。
【請求項１０】
ガントリーに取り付けられ、溶接方向に関して圧力ユニットの後部に位置している溶接ヘッドを含む溶接ステーションをさらに含む請求項１に記載の固定具。
【請求項１１】
溶接ヘッドが、縦方向に離間された複数の溶接ヘッドを含む請求項１０に記載の固定具。
【請求項１２】
摩擦かくはん溶接中にワークピースを固定する方法で、該方法は：
ガントリーを第１と第２のワークピースの上に位置決めするステップと；
ガントリーに取付けられた圧力ユニットを使用して第１と第２のワークピースに力を加えるステップと；
圧力ユニットと第１と第２のワークピース間の係合を維持しながら、ガントリーを第１と第２のワークピース上を移動させるステップと；そして
ガントリーが移動する間にワークピースを摩擦かくはん溶接するステップ
からなる方法。
【請求項１３】
第１と第２のワークピースに力を加えるステップが、圧力ユニットのピストンを降下させることを含み、ここにピストンの下端に取り付けられた圧力ローラーをワークピースと接触させることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ガントリーを第１と第２のワークピース上に位置決めするステップが、ガントリーをある位置に移動することを含み、ここでガントリーのガーダーが第１と第２のワークピース上に位置し、圧力ユニットが第１と第２のワークピース上に吊り下げられていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ガントリーを第１と第２のワークピース上に移動するステップが、ガントリー全体を第１と第２のワークピースに関して、溶接方向に移動させることを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
溶接するステップが、第１のワークピースと第２のワークピースをシームに沿って互いに摩擦かくはん溶接することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第１のワークピースと第２のワークピースが、溶接方向に関して圧力ユニットの後部に配置された摩擦かくはん溶接ヘッドを使用して互いに溶接される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
圧力ユニットの縦方向の位置を、ガントリーに関して調整することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
圧力ユニットの角度方向を、ガントリーに関して調整することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
側面サポートを、第１と第２のワークピースの外側縁と係合するように移動することによって、第１と第２のワークピースの横の位置を固定することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に溶接固定具の分野に関し、さらに詳しくは、摩擦かくはん溶接中の大型ワークピースを固定するための可動溶接固定具に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つまたはそれ以上の大型ワークピ−ス（例えば、鉄道車両の天井パネル）をつなぐ摩擦かくはん溶接を含むような大規模溶接作業では、溶接中にワークピースが所定の場所にしっかりと保持されていることがしばしば要求される。これはワークピースの接合点において、タイトで平坦なシームが形成されるようにおよびワークピースが、摩擦溶接作業中にゆがんだりまたは場所を外れるのを防止するために必要である。
【０００３】
大規模摩擦かくはん溶接作業中にワークピースを固定するために考案された１つのソリューションは、例えば水平な土台において、接合する１つまたはそれ以上のシームが互いに形成されるように、ワークピースを大きなベッド上にまたはその他の支持構造上に所望の配置で横たえることを含む。例えばベッドに堅く取り付けることのできる複数のクランプが隣接するワークピースの周りに配置される。これらのクランプは、ワークピースの端をベッドに締め付けかつワークピースを互いに水平方向の隣接部にしっかりと保持するのに使用される。このようにワークピースを固定して、シームの摩擦かくはん溶接が実施される。
【０００４】
上記のソリューションに関連した１つの欠点は、大型のワークピースを適切に固定するのに多数のクランプが必要になることである。したがってこのソリューションを採用するのに必要な構造は、非常に高価なものとなる。このソリューションに関連したもう１つの欠点は、溶接作業を開始する前に、それぞれのクランプを個別に位置決めしかつ固定しなければならないことである。これは多大な時間と労力を要し、異なる溶接適用を行うためにクランプの構成の変更が必要な場合は特にそうである。
【発明の概要】
【０００５】
上記に鑑み、大規模摩擦かくはん溶接作業中にワークピースを固定する固定具を提供すると有利であろう。ここに該固定具は相対的に低コストで、構成するのに要する時間と労力が最小限で、異なる摩擦かくはん溶接適用を行うのに容易にかつ素早く再構成できるものである。
【０００６】
本発明による例示的溶接固定具は、ワ−クピースをまたがるように構成された可動式ガントリーを含むことができる。この溶接固定具は、ガントリーから吊り下げられた複数の圧力ユニットをさらに含むことができ、ここで圧力ユニットは、溶接中にワークピースに力を制御可能に加えるように構成されている。ガントリーは、圧力ユニットがワークピース上に力を維持している間および圧力ユニットの後部に位置している溶接ヘッドがワークピースを互いに溶接している間、ワークピース上を溶接方向に移動するように構成できる。
【０００７】
本発明による摩擦かくはん溶接中にワークピースを固定する例示的な方法は、ガントリーをワークピース上に位置決めすること、ガントリーに取付けられた圧力ユニットを使用してワークピースに力を加えること、圧力ユニットとワークピースの係合を維持したままで、ガントリーをワークピース上で移動すること、およびガントリーが移動中にワークピースを互いに溶接することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明による例示的溶接固定具を示す透視図である。
【図２】図２は、互いに溶接する複数のワークピース上に位置する図１に示す溶接固定具の端面図である。
【図３】図３は、図１に示す溶接固定具の側面図である。
【図４】図４は、図３のA-A切断面における図１の溶接固定具の圧力ユニットの断面図で、ここでは圧力ユニットのピストンが後退位置にある。
【図５】図５は、図４に示す圧力ユニットを説明する断面図で、ここでは圧力ユニットのピストンが伸長位置にある。
【図６】図６は、図４に示す圧力ユニットが本発明の溶接固定具のガーダーに連結できること示す例示的態様を説明する分解図である。
【図７】図７は、本発明の溶接固定具の溶接ステーションにおける位置を説明する透視図である。
【図８】図８は、本発明の溶接固定具の例示的な組込方法を説明するフローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による機器と方法を、装置の好ましい実施態様が示されている添付の図面を参照しながら以下にさらに詳細に説明する。しかし公開された機器と方法は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書で説明した実施態様に限定されると解釈すべきでない。むしろこれらの実施態様は、本発明が詳細でかつ完全なものであり、該機器と方法の範囲を全面的に当業者に伝達するものである。図面において、同じ番号は同じエレメントを指す。
【００１０】
図１を参照すると、本発明の浮上式溶接固定具１０（以下“溶接固定具１０”と称する）の例示的実施態様が示されている。便宜と明瞭の目的で、“頂部”、“底部”、“上の”、“下の”、“垂直な”、“水平な”、“横の”、“縦の”、“高さ”、“幅”のような語句は、本明細書においてガントリー１０とそのいろいろなコンポーネンツの相対的配置と方向を記述するのに使用され、それぞれが図１に示すように溶接固定具１０の幾何学的配列と方向に関して示されている。前記の専門用語は、特定して言及された語句、その派生語および類似の意味の語句をを含む。
【００１１】
溶接固定具１０は、以下に詳細を述べるように、摩擦かくはん溶接作業の対象になる１つまたはそれ以上のワークピース３６（図２に示す）を強制的に固定するように構成された、複数の圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄを支持する可動式ガントリー１２を含むことができる。図１に示すようにガントリー１２は、横方向に伸びる横材１８、２０によって平行関係で互いに固定される第１と第２の横方向に離間されたガーダー１４，１６を有する二重ガーダー多様性であってよい。ガーダー１４，１６は、それらの縦方向端において、垂直支持メンバー２２ａ、２２ｂのそれぞれの対によって支持されている。垂直支持メンバー２２ａ、２２ｂのそれぞれの対は、その下部端においてそれぞれのモータ駆動の台車２４ａ、２４ｂに取りつけることができる（詳細を以下に示す）。ガントリー１２の高さと幅は、ガーダー１４，１６が、溶接される1つまたはそれ以上のワークピース３６の上に配置されるのに十分なものとすることができ（例えば図２に示すように）、したがって特定の適用に適するように変更できる。
【００１２】
ガントリー１２の上記の構成の多くのバリエーションが、本発明から逸脱することなく企図されかつ実装できる。例えば、ガントリー１２は代案として単一のガーダーのみまたはガーダー（複数）の各縦方向端において単一の垂直支持メンバーを含むように企図できる。さらに、ガーダー１４，１６および／または垂直支持メンバー２２ａ、２２ｂを多段入れ子部材として形成して、ガントリー１２の幅および／または高さを調整できるように企図できる。
【００１３】
モータ駆動台車２４ａ、２４ｂ（以下“台車２４ａ、２４ｂ”と称する）は、ガントリー１２を図１と３に示すy-方向に移動させるように適合できる。例えば、各台車２４ａ、２４ｂには車輪２６ａ、２６ｂ（図１において２６ｂの1つが見える）のそれぞれの対を提供でき、それぞれの駆動メカニズム２８ａ、２８ｂは、1つまたはそれ以上の車輪２６ａ、２６ｂを回転可能に駆動するように適合される。駆動メカニズム２８ａ、２８ｂは、電動機、油圧モーター、空気モーターなどを含むことができるが、これに限定されない。台車２４ａ、２４ｂは、プラントまたは処理設備の床のような表面上に自由に置けるように企図される。代案として、台車２４ａ、２４ｂはトラックまたはチャネル（図示せず）内に固定して、台車２４ａ、２４ｂの動きを特定の方向または軸（例えば、y-方向）に限定するよう企図される。
【００１４】
溶接固定具１０は、縦方向に離間された関係でガーダー１４から吊り下げられた複数の前部圧力ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと、縦方向に離間された関係でガーダー１６から吊り下げられた同様の複数の後部圧力ユニット３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄをさらに含むことができる。前部圧力ユニット３０ａ−ｄのそれぞれは、後部圧力ユニット３２ａ−ｄの１つと横方向に整列できるがこれは重要ではない。それぞれ図２と３に示された溶接固定具１０の背面図と側面図に図示されているように、前部および後部圧力ユニット３０ａ−ｄと３２ａ−ｄは、溶接するワークピース３６上のある距離に位置する圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄの下端に対して、ガーダー１４、１６の下方にある距離だけ伸長できる。以下に詳細を説明するように、前部および後部圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄのそれぞれは、ワークピース３６と接触するように構成された複数の圧力ローラー４２ａ、４２ｂを含むことができる。溶接固定具１０は4つの前部圧力ユニット３０ａ−ｄと4つの後部圧力ユニット３２ａ−ｄを有するように示されているが、溶接固定具１０は本発明から逸脱することなく、より多くのまたはより少ない数の前部および／または後部圧力ユニットを提供できるように企図される。
【００１５】
図４は、図３においてＡ−Ａ面に沿って見た圧力ユニット３２ｄの断面を示したものである。圧力ユニット３２ｄは、図１に示す圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｃと実質的に等しい。したがって圧力ユニット３２ｄの以下に記述は、その他の圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｃのそれぞれにも適用できると理解されよう。
【００１６】
図４に示すように圧力ユニット３２ｄは、垂直指向の線形駆動メカニズム３６を包含するハウジング３５を含むことができる。線形駆動メカニズム３６は、油圧式アクチュエータ、空気式アクチュエータなどを含む任意のタイプの線形アクチュエータまたは線形運動装置で具体化できるが、これらに限定されない。線形駆動メカニズム３６は、シリンダー３８および可動ピストン４０を含むことができる。１対の圧力ローラ４２ａ，４２ｂは、Ｕ型のブラケット４５に回転可能に連結でき、これは次いでピストン４０の下端に連結される。線形駆動メカニズム３６は、自動または手動で作動するコントローラ（図示せず）に作動可能に連結でき、これにより後退位置（図４に示す）と伸長位置（図５に示す）の間で、ピストン４０と圧力ローラ４２ａ，４２ｂがシリンダー３８に関して制御可能に伸長しかつ後退できる。それにより圧力ローラ４２ａ，４２ｂは制御可能に降下し、溶接するワークピースと係合される。特に圧力ローラー４２ａ，４２ｂは、ワークピースに損傷を生じることなく、（以下にさらに説明するように）ワークピース上をy-方向に自由に通過しながら（転がりながら）、下方の力をワークピースに加えることができる。本発明から逸脱するとなく、もちろん圧力ローラー４２ａ，４２ｂに替えて種々のそのほかの構造が企図される。例えば圧力ローラー４２ａ，４２ｂは、ワークピースに損傷を生じることなく、ワークピース上を滑りながらワークピースに下方の力を加えるための低摩擦材料で形成されたものなど、１つまたはそれ以上の固定して連結された（すなわち非回転）脚部で置き換えることができる。
【００１７】
線形駆動メカニズム３６には、ワークピースに加えられる力の量を測定するための１つまたはそれ以上の装置を提供できる。例えば、線形駆動メカニズム３６には、シリンダー６８の正の側と負の側の油圧を測定するように構成された力センサー（図示せず）を提供できる。もう1つの限定されない実施態様において、線形駆動メカニズム３６には、線形駆動メカニズム３６に加えられる力の量を測定するロードセルと組み合わされた電気機械的力／位置ユニットが提供される。測定された圧力または力は、（上記の）コントローラに送られ、次いでコントローラがピストン４０を上下に動かして、ワークピース上で所定の力を維持する。
【００１８】
圧力ユニット３２ｄは、ガーダー１６に沿った圧力ユニットの縦方向の位置を調整できるように、ガーダー１６に連結されてよい。例えば図４に示すように圧力ユニット３２ｄは、ガーダー１６において縦方向に伸長したスロットまたはチャネル４６を通して伸長した機械的締め具４４（例えば、ナットとボルトの組み合わせ）によってガーダー１６に取り付けることができる。圧力ユニット３２ｄの縦方向の位置を変更するには、オペレータは機械的締め具４４を緩め、圧力ユニット３２ｄをスロット４６に沿った新しい縦方向位置に圧力ユニット３２ｄを滑らせ、ここで機械的締め具４４を再度締め付ける。もちろん圧力ユニット３２d全体をガーダー１６から取り外して、全く異なるスロット４６のセットを使用して、異なる縦方向位置に再締め付けすることができる。代案として、圧力ユニット３２ｄを、ガーダー１６に取り付けられた縦方向を指向した線形駆動メカニズム（例えば、種々の線形アクチュエータ）に取り付けることが企図され、これにより圧力ユニットの縦方向位置の自動調整が可能になる。例えばこのような自動調整は、上述の線形駆動メカニズムに作動可能に接続された遠隔制御装置を経由して達成される。
【００１９】
圧力ユニット３２ｄは、ガーダー１６に関して圧力ユニットの角度方向の調整ができるように、ガーダー１６に連結することもできる。例えば図６を参照すれば、圧力ユニット３２ｄは軸受ユニット３３によってガーダー１６に回転可能に連結できる。軸受ユニット３３はモータ駆動とすることができ、圧力ユニット３２ｄの角度位置を自動で調整できるように歯付きラックを含めることができる。代案として圧力ユニット３２ｄは、軸受ユニット３３上で手動で回転でき、軸受ユニットは、圧力ユニット３２ｄを所望の角度方向に固定するための手動で作動する固定装置を含むことができる。
【００２０】
ガーダー１６上における圧力ユニットの縦方向位置および／または角度方向の手動または自動調整ができるように、ガーダー１６に圧力ユニット３２ｄを取り付けるのに、多くのそのほかの構成および／または構造が採用できることを理解されたい。本発明から逸脱することなく、このような構成および構造のすべてが企図されかつ組み込むことができる。
【００２１】
図７を参照すれば、溶接ステーション５１の前の一対のレール４９ａ、４９ｂに載せられた溶接固定具１０が示されており、同じ一対のレール４９ａ、４９ｂに載せることができる。溶接固定具１０と溶接ステーション５１が作動中は、溶接固定具１０と溶接ステーション５１を、レール４９ａ、４９ｂに沿って下記に説明するように、固定距離だけ離してy-方向に移動することができる。溶接固定具１０と溶接ステーション５１は共通の駆動メカニズムまたは別の駆動メカニズムで駆動できる。代案として溶接固定具１０を、溶接ステーション５１の前に直接取り付けることが企図される。横方向に調整できる側面サポート５３のベッドは、溶接するワークピースを固定し、その横方向の動きを防止するために、溶接固定具１０と溶接ステーション５１の下に位置している。例えば、側面サポート５３を使用して、ワークピースを互いにしっかりと横方向に隣接するように保持できる。
【００２２】
図８を参照すれば、本発明によるを溶接固定具10の作動方法が、図１−３と７に示す溶接固定具１０を参照して記載されている。
【００２３】
例示的方法の最初のステップ１００では、溶接する1つまたはそれ以上のワークピース３６が図２に示す支持テーブル５０上にまたはその他の支持面に位置している。ワークピース３６は、並んで、隣接の関係で、シーム５２を形成するように、互いに溶接されるような構成で位置している。ステップ１１０では、図7に示す側面サポート５３のような、横方向に調整できる側面サポートを、ワークピース３６を互いに隣接部にしっかりと保持するために、ワークピース３６の側面と係合するように移動してよい。
【００２４】
例示的方法のステップ１２０において、溶接固定具１０は図２に示すようにワークピース３６の上に置いてよく、ガーダー１４，１６（図２ではガーダー14は見えない）と前部および後部圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄ（図２では前部圧力ユニット３０ａ−ｄは見えない）はワークピース３６にまたがっている。方法のステップ１３０において、圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄの縦方向の位置および／または角度方向は必要に応じて（上記の要領で）調整できる。例えば、１つまたはそれ以上の圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄは、それらの圧力ローラー４２ａ、４２ｂが図２に示すようにそれぞれのシーム５２を跨ぐように置いてよい。
【００２５】
例示的方法のステップ１４０において、圧力ローラー４２ａ、４２ｂを下げてワークピース３６と係合するように圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄを作動させてよく、圧力ローラ４２ａ、４２ｂと支持テーブル５０の間にワークピース３６を締め付けまたはタップ立てなどで、ワークピース３６をそれらの位置に強制的に固定する。制御装置を経由したオペレータの入力に応じて、圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄを手動で作動させる、または例えばプログラムされた、自動化されたコントローラの方向へ自動で作動させることが企図される。このようなコントローラは、圧力ユニット３０ａ−ｄ、３２ａ−ｄからの測定値を受信し、このような測定値を使用して、圧力ローラ４２ａ、４２ｂの垂直位置を自動で調整して、上記のようにワークピースに所定の量の力を与えることができる。
【００２６】
例示的方法のステップ１５０において、溶接ステーション５１の溶接ヘッド（図7に示す）を活性化し、それにより開始点においてそれぞれのシーム５２に沿ってワークピース３６を互いに溶接することができる。このようにしてシームの溶接が始まると、溶接固定具１０の台車２４ａ、２４ｂは方法のステップ１６０において活性化され、溶接固定具１０の図１と３に示すy-方向への移動を始めることができる。溶接ステーション５１もy-方向への移動を始め、図７に描写された固定の距離で、溶接固定具１０に接近して追跡することができる。溶接固定具１０がワークピース３６の長さに沿って進むと、圧力ローラ４２ａ、４２ｂが転がり、ワークピース３６のそれぞれの部分を支持テーブル５０に抗して強制的に固定し、一方溶接ヘッドは圧力ローラ４２ａ、４２ｂの後に接近して追跡し、シーム５２に沿ってワークピース３６を互いに溶接する。それにより溶接されたワークピース３６の部分は連続して固定され、曲がりを防止しまたは溶接ビードによって溶接がなされると、その位置を離れる。これは、その他の溶接固定具では必要な、溶接の開始に先立ちワークピース３６を正しい位置に完全に固定するとの要求なしに達成される。従って、本発明の溶接固定具１０はセットアップが比較的少なく、種々の溶接適用に極めて速やかに適用するように調整可能であることを理解されたい。
【００２７】
本明細書において、単数で表され単語“a”または“an”で始まるエレメントまたはステップは、それらを除外すると明白に示されていない限り、複数のエレメントまたはステップを除外しないと理解すべきである。従って、本発明の“１つの実施態様”の参照は、記述された特徴を包含する追加の実施態様の存在を除外すると解釈されることを意図していない。
【００２８】
本明細書において開示のある実施態様が記述されているが、該開示はそれに限定されることを意図しておらず、その技術が許容する範囲で広く、また明細書はそのように読むことを意図している。従って、上記の記述は制限すると解釈すべきでなく、特定の実施態様の単なる例示であると解釈すべきである。当業者は、以下に添付する請求項の範囲と精神の範囲内で、その他の変更を予測するであろう。
【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】
2017524536.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2017524536.tif 000011
2017524536.tif 000012