CN110681959A - 异种金属接合用工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种异种金属接合用工具，其能够将由异种金属组成的层叠状态的两枚金属板在各种位置和姿态自动地接合。该异种金属接合用工具在将有色金属制的第二金属板以层叠状态配置在铁制的第一金属板上而成的工件(W)的表面上，与沿板厚方向贯穿第二金属板而设置的贯穿孔同轴地配置环状的铁制的接合辅助部件，并朝向接合辅助部件的内孔(3a)进行电弧焊接，异种金属接合用工具具备：安装在机器人前端的基座；安装在基座上的电弧焊接焊炬；定位机构，其设置在基座上，并将内孔(3a)配置于电弧焊接焊炬的前方的接合位置，且在径向上以定位状态保持接合辅助部件；以及按压机构，其将由定位机构保持的接合辅助部件在外周缘附近沿厚度方向按压。

Description

异种金属接合用工具
技术领域
本发明涉及异种金属接合用工具等。
背景技术
以往，已知如下接合方法：将有色金属制的第二金属板以层叠状态配置在铁制的第一金属板上，并通过焊接进行接合(例如，参照专利文献1及专利文献2)。
该接合方法是在第一金属板和第二金属板上分别设置沿板厚方向贯穿的贯穿孔，在使贯穿孔一致且以层叠状态配置的第二金属板上，与贯穿孔同轴地配置环状的接合辅助部件，在该状态下，通过电弧焊接熔融填充材料和接合辅助部件来填埋贯穿孔，从而将由异种金属组成的第一金属板和第二金属板以层叠状态接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-34166号公报
专利文献2：日本特开2018-51570号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在实际的焊接现场，希望在配置于各种位置和姿态的接合部位，通过自动化来实施利用上述接合方法进行的接合作业。
本发明的目的在于提供一种异种金属接合用工具，其能够将由异种金属组成的层叠状态的两枚金属板在各种位置和姿势自动地接合。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案是一种异种金属接合用工具，其在将有色金属制的第二金属板以层叠状态配置在铁制的第一金属板上而成的工件的表面上，与沿板厚方向贯穿所述第二金属板而设置的贯穿孔同轴地配置环状的铁制的接合辅助部件，并朝向该接合辅助部件的内孔进行电弧焊接，所述异种金属接合用工具具备：基座，其安装在机器人的前端；电弧焊接焊炬，其安装在该基座上；定位机构，其设置在所述基座上，并将所述内孔配置于所述电弧焊接焊炬的前方的接合位置，且在径向上以定位状态保持所述接合辅助部件；以及按压机构，其将由该定位机构保持的所述接合辅助部件在外周缘附近沿厚度方向按压。
根据本方案，相对于将有色金属制的第二金属板以层叠状态叠加在铁制的第一金属板上而成的工件，使机器人运行并移动基座，当设置在基座上的电弧焊接焊炬配置在与第二金属板的贯穿孔对置的位置时，通过定位机构的运行，将环状的接合辅助部件的内孔配置在电弧焊接焊炬的前方的接合位置，并将环状的接合辅助部件相对于贯穿孔在径向上以定位状态保持。然后，使按压机构运行，沿厚度方向按压接合辅助部件，从而将接合辅助部件压靠到第二金属板的表面。
在该状态下，使电弧焊接焊炬运行，将焊丝插入接合辅助部件的内孔产生电弧，从而填充焊丝和接合辅助部件的熔融金属，直至接合辅助部件的内孔和第二金属板的贯穿孔被填埋，铁制的接合辅助部件和铁制的金属板通过焊接被接合。即，层叠在第一金属板上的有色金属制的第二金属板以维持层叠状态的形式接合在第一金属板的表面上。
在该情况下，由于按压机构对焊丝和接合辅助部件的熔融金属不接触的接合辅助部件的外周缘附近进行按压，因此防止了按压机构与接合辅助部件熔接，能够使用不同的接合辅助部件反复进行多个部位的接合作业。由此，能够实现使用接合辅助部件进行的铁制第一金属板与有色金属制的第二金属板的接合作业的自动化。
在上述方案中，所述异种金属接合用工具可以具备将所述接合辅助部件供应到所述接合位置的辅助部件供给部，所述定位机构具有引导孔，该引导孔容纳由所述辅助部件供给部供给来的所述接合辅助部件，并使其能够沿按压方向移动，该引导孔具有朝向所述电弧焊接焊炬的前方逐渐变细的锥形内表面。
通过该结构，当利用辅助部件供给部将接合辅助部件供应到接合位置时，接合辅助部件被容纳在定位机构的引导孔中。在该状态下，使按压机构运行，从而接合辅助部件被按压并朝向电弧焊接焊炬的前方移动。
由于引导孔具有锥形内表面，因此接合辅助部件随着其移动而沿径向被定位。即，当从辅助部件供给部向引导孔容纳时，确保引导孔的内表面与接合辅助部件之间的间隙大，以便于容纳在引导孔中，并且当接合辅助部件被压靠在工件表面上时，能够缩小引导孔的内表面与接合辅助部件之间的间隙，能够在径向上高精度地进行定位。由此，能够容易地实现使用不同接合辅助部件进行的多个部位的接合作业的自动化。
在上述方案中，所述按压机构可以具备筒状的按压片和促动器，所述按压片具有中央孔，所述中央孔使由所述电弧焊接焊炬供给的焊丝能够插入，并且所述按压片的轴向的端面对置配置在供给到所述接合位置的所述接合辅助部件的外周缘附近，所述促动器使该按压片沿所述轴向移动。
通过该结构，即使在利用促动器的运行使按压片移动，并利用按压片的轴向端面按压接合辅助部件的状态下，按压片的中央孔也配置在接合辅助部件的内孔周边，因此由电弧焊接焊炬供给的焊丝能够经由中央孔到达接合辅助部件的内孔。
在上述方案中，当利用所述电弧焊接焊炬进行电弧焊接时，按压片可以维持在沿厚度方向按压所述接合辅助部件的状态。
通过该结构，能够在由按压机构以预定的按压力使接合辅助部件与第二金属板紧贴的状态下进行电弧焊接作业，从而能够获得铁制的第一金属板和有色金属制的第二金属板的良好的接合状态。
在所述方案中，所述异种金属接合用工具可以具备检测形成在所述第二金属板的所述贯穿孔的摄像头。
通过该结构，在接合辅助部件的定位之前，利用摄像头检测贯穿孔，从而能够基于检测出的贯通孔的位置来使机器人运行，能够更高精确地将接合辅助部件相对于贯通孔进行定位。
根据本发明，能够将由异种金属组成的层叠状态的两枚金属板在各种位置和姿态自动地接合。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的具备异种金属接合用工具的机器人系统的立体图。
图2是表示图1的机器人系统的俯视图。
图3是表示利用本实施方式所涉及的异种金属接合用工具接合的工件的一例的立体图。
图4是表示与图3的工件组合的接合辅助部件的一例的侧视图。
图5是表示图1的异种金属接合用工具的前端部的局部主视图。
图6是表示在图5的异种金属接合用工具中利用气缸按压接合辅助部件的状态的局部主视图。
图7是表示图1的异种金属接合用工具所具备的辅助部件供给部的软管以及软管内的接合辅助部件的横剖视图。
图8是表示沿着设置在图1的异种金属接合用工具的基座上的导轨部供给接合辅助部件的状态的局部纵剖视图。
图9是表示由图8供给的接合辅助部件导入定位机构的引导孔后的状态的局部纵剖视图。
图10是表示利用推动器使由图9导入的接合辅助部件移动到引导孔的前端并沿径向定位后的状态的局部纵剖视图。
图11是表示将焊丝从图10的状态插入接合辅助部件的内孔内的状态的局部纵剖视图。
图12是表示在图11的状态下向焊丝供给电压并实施电弧焊接的状态的局部纵剖视图。
图13是表示通过图12的电弧焊接接合的工件的纵剖视图。
图14是表示图13的接合后的工件的立体图。
附图标记说明
1：异种金属接合用工具
3：接合辅助部件
3a：内孔
4：辅助部件供给部
5：基座
6：电弧焊接焊炬
7：定位机构
8：按压机构
9：摄像头
13：引导孔
13a：锥形内表面
15：推动器(按压片)
15a：中央孔
16：气缸(促动器)
120：机器人
140：焊丝
H：贯穿孔
W：工件
W1：第一金属板
W2：第二金属板
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一个实施方式所涉及的异种金属接合用工具1进行说明。
本实施方式所涉及的异种金属接合用工具用于图1及图2所示的机器人系统。
如图1所示，该机器人系统100具备：安装工件W的工件台110；例如6轴多关节型机器人120；异种金属接合用工具1；控制机器人120的未图示的控制部；焊条箱130，其容纳供给到异种金属接合用工具1的电弧焊接焊炬6的焊丝140；以及焊接电源150，其对焊丝140施加电源。图中，附图标记4为后述的辅助部件供给部。
如图3所示，工件W是在铁制的第一金属板W1的上方配置有色金属制的第二金属板W2，并沿板厚方向层叠而成，通过未图示的夹具固定在工件台110上。第二金属板W2上设置有一个以上的沿板厚方向贯穿的贯穿孔H。
如图1所示，本实施方式所涉及的异种金属接合用工具1具备：安装于机器人120的前端的工具主体2、以及向工具主体2供给接合辅助部件3的辅助部件供给部4。
工具主体2具备：基座5，其安装于机器人120的前端；电弧焊接焊炬6，其安装在基座5上；定位机构7，其将由辅助部件供给部4供给来的接合辅助部件3定位在电弧焊接焊炬6的前方；以及按压机构8，其将定位后的接合辅助部件3压靠到工件W上。图中，附图标记9是在电弧焊接焊炬6的前方具有视场范围的摄像头。
接合辅助部件3由铁材料构成，并且如图4所示，是具有内孔3a的圆环板状的部件。接合辅助部件3具有比工件W的第二金属板W2的贯穿孔H大的外径尺寸，并且在板厚方向的一侧设置有凸部10，该凸部10向板厚方向突出，且具有与工件W的第二金属板W2的贯穿孔H能够嵌合的外径尺寸。凸部10的高度设定得比第二金属板W2的板厚稍小，在凸部10嵌合于贯穿孔H的状态下，接合辅助部件3的凸部10侧的端面能够与第二金属板W2的表面紧贴。
辅助部件供给部4具备压送装置11和软管12，压送装置11容纳有多个接合辅助部件3，并通过气压进行压送，软管12连接压送装置11和工具主体2，并通过气压将从压送装置11送出的接合辅助部件3逐一地供给到工具主体2。如图7所示，软管12的横截面具有如下形状：在保持接合辅助部件3的姿态固定不变的情况下能够使接合辅助部件3沿软管12的长度方向移动。
定位机构7隔开间隔地配置在电弧焊接焊炬6的前方，并且具有引导孔13，引导孔13具有内径尺寸朝向前方逐渐减小的锥形内表面13a。辅助部件供给部4的软管12的前端和引导孔13之间设置有导轨部14，导轨部14在将由软管12供给来的接合辅助部件3保持固定姿态不变的情况下引导至引导孔13。
经由导轨部14以固定的姿态投入到引导孔13内的接合辅助部件3首先被投入到引导孔13内的较大内径尺寸的位置，随着在引导孔13内向前方移动，由内径尺寸逐渐变小的锥形内表面13a定位在内孔3a的中心与引导孔13的中心一致的状态。
按压机构8具备筒状的推动器(按压片)15和气缸(促动器)16，推动器15与引导孔13同轴配置，且配置为能够沿着引导孔13的轴线的方向移动，气缸16使该推动器15沿着引导孔13的轴线方向往复移动。能够使推动器15在如下两个位置之间往复移动：如图5所示的通过气缸16的运行将推动器15从引导孔13内拉出的位置、和如图6所示的通过气缸16的运行将推动器15朝向前方推出到引导孔13内的位置。
为了将定位在定位机构7的引导孔13内的接合辅助部件3的外周缘附近在整个圆周上引导孔13的轴向按压，在推动器15的前端具有与引导孔13的锥形内表面13a能够靠近的形状的锥面部分17。推动器15具有使焊丝140贯穿的内孔(中央孔)15a。
下面对如此构成的本实施方式所涉及的异种金属接合用工具1的作用进行说明。
为了使用本实施方式所涉及的机器人系统100将铁制的第一金属板W1和有色金属制的第二金属板W2以层叠状态接合，如图3所示，将在第一金属板W1上层叠配置第二金属板W2后的工件W安装在工件台110上并利用夹具固定。
接着，使机器人120动作而将工件W配置在摄像头9的视场范围内，并通过摄像头9获取工件W的图像，从而计算出形成在工件W的第二金属板W2上的贯穿孔H的位置。控制部控制机器人120将工具主体2配置在电弧焊接焊炬6的中心位置与所计算出的贯穿孔H的中心位置一致的位置。
在该状态下，使辅助部件供给部4的压送装置11运行，将容纳的接合辅助部件3经由软管12供给到工具主体2。如图8所示，在软管12内压送来的接合辅助部件3经由工具主体2的导轨部14被引导到引导孔13中，如图9所示，当进入引导孔13中时，由辅助部件供给部4进行的接合辅助部件3的供给暂时停止，使按压机构8运行。
即，当通过气缸16的运行将推动器15向前方推出时，利用筒状的推动器15的前端向前方推压接合辅助部件3的外周缘，使得接合辅助部件3沿着引导孔13的轴线的方向移动。由于引导孔13具有朝向前方逐渐变细的锥形内表面13a，因此接合辅助部件3在移动的同时，由锥形内表面13a调节中心，直到定位在内孔3a的中心与引导孔13的中心位置一致为止。
在该状态下，如图10所示，设置在接合辅助部件3上的凸部10插入设置在第二金属板W2上的贯穿孔H中，并且接合辅助部件3的凸部10侧的端面压靠在第二金属板W2的表面上。
之后，如图11所示，从焊丝箱130向电弧焊接焊炬6的前端供给焊丝140，焊丝140的前端贯穿推动器15的内孔15a并配置在接合辅助部件3的内孔3a内。
在该状态下，通过焊接电源150向电弧焊接焊炬6的前端提供电压，开始电弧焊接，如图12所示，通过焊丝140和接合辅助部件3的内孔3a内表面附近的熔融金属M来填埋第二金属板W2的贯穿孔H，并熔融至第一金属板W1，从而将铁制的接合辅助部件3与铁制的第一金属板W1接合。由此，如图13和图14所示，通过在接合辅助部件3和第一金属板W1之间夹持第二金属板W2的形式能够将铁制的第一金属板W1和有色金属制的第二金属板W2以层叠状态接合。
如此，根据本实施方式所涉及的异种金属接合用工具1，在通过定位机构7将接合辅助部件3定位到工件W上，并通过按压机构8将接合辅助部件3按压到工件W的状态下进行电弧焊接，因此接合辅助部件3、第一金属板W1以及第二金属板W2以在板厚方向上无间隙地紧贴的状态接合。由于在将接合辅助件3压靠到工件W上时，利用引导孔13的锥形内表面13a将接合辅助部件3在径向上定位，因此能够简易地构成定位机构7。
在将接合辅助部件3压靠到工件W时，由于按压焊丝140及接合辅助部件3的熔融金属M不接触的接合辅助部件3的外周缘附近，因此防止了按压机构8与接合辅助部件3熔接，能够使用不同接合辅助部件3反复进行多个部位的接合作业。由此，能够实现使用接合辅助部件3进行的铁制的第一金属板W1和有色金属制的第二金属板W2的接合作业的自动化。
在本实施方式中，作为辅助部件供给部4，例示了通过气压压送接合辅助部件3，但并不限于此。例如，也可以采用通过输送粘贴有多个接合辅助部件3的带子而将接合辅助部件3逐一地供给到电弧焊接焊炬6的前方的装置。
作为定位机构7例示了具有锥形内表面13a的引导孔13，但取而代之，也可以采用沿径向握持接合辅助部件3的外周面的卡盘。由此，也能够利用推动器15在板厚方向上按压接合辅助件3，能够在将接合辅助部件3压靠到第二金属板W2的表面的同时进行电弧焊接作业。
在本实施方式中，对使用具有凸部10的环板状的接合辅助部件3的例子进行了说明，但取而代之，也可以使用不具有凸部10的环板状的接合辅助部件3。

Claims (5)

1.一种异种金属接合用工具，其特征在于，
其在将有色金属制的第二金属板以层叠状态配置在铁制的第一金属板上而成的工件的表面上，与沿板厚方向贯穿所述第二金属板而设置的贯穿孔同轴地配置环状的铁制的接合辅助部件，并朝向所述接合辅助部件的内孔进行电弧焊接，
所述异种金属接合用工具具备：
基座，其安装在机器人的前端；
电弧焊接焊炬，其安装在该基座上；
定位机构，其设置在所述基座上，并将所述内孔配置于所述电弧焊接焊炬的前方的接合位置，且在径向上以定位状态保持所述接合辅助部件；以及
按压机构，其将由该定位机构保持的所述接合辅助部件在外周缘附近沿厚度方向按压。
2.根据权利要求1所述的异种金属接合用工具，其特征在于，
所述异种金属接合用工具具备将所述接合辅助部件供给到所述接合位置的辅助部件供给部，
所述定位机构具有引导孔，该引导孔容纳由所述辅助部件供给部供给来的所述接合辅助部件，并使其能够沿按压的方向移动，
该引导孔具有朝向所述电弧焊接焊炬的前方逐渐变细的锥形内表面。
3.根据权利要求1或2所述的异种金属接合用工具，其特征在于，
所述按压机构具备筒状的按压片和促动器，所述按压片具有中央孔，所述中央孔能够使由所述电弧焊接焊炬供给的焊丝插入，所述按压片的轴向的端面对置配置在供给到所述接合位置的所述接合辅助部件的外周缘附近，所述促动器使该按压片沿所述轴向移动。
4.根据权利要求3所述的异种金属接合用工具，其特征在于，
当利用所述电弧焊接焊炬进行电弧焊接时，所述按压片维持在沿厚度方向按压所述接合辅助部件的状态。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的异种金属接合用工具，其特征在于，
所述异种金属接合用工具具有检测形成在所述第二金属板上的所述贯穿孔的摄像头。
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