DE102013014734B4

DE102013014734B4 - Rührreibschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102013014734B4
Application number: DE102013014734.4A
Authority: DE
Inventors: Yukio Shoji; Tsutomu Kobayashi; Mitsuru Sayama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; F Tech Inc
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; F Tech Inc
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: US20140061283A1; CN103658966A; US9193006B2; JP2014046364A; CN103658966B; DE102013014734A1; JP5893533B2

Abstract

Eine Rührreibschweißvorrichtung, umfassend: ein Schweißwerkzeug mit einer Sonde, die vertikal bewegbar in Bezug auf eine Bearbeitungszielseitenfläche eines Bearbeitungszielelements und rotierbar in Bezug auf das Bearbeitungszielelement ist; ein Aufnahmeelement, auf dem das Bearbeitungszielelement aufgenommen ist; einen Bewegungsmechanismus, der einen Arm aufweist, an dem eine Anbringhaltevorrichtung, die mit dem Schweißwerkzeug ausgestattet ist, befestigt ist und der das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement durch Bewegung des Arms bewegen kann; und eine Verschiebungserfassungseinrichtung, die eine Verschiebung des Schweißwerkzeugs erfasst, die durch eine Deformation der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens erzeugt wird, bei dem der Arm bewegt wird, um das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement zu bewegen, während das Bearbeitungszielelements durch Rotieren der Sonde in Bezug auf das Bearbeitungszielelement und Pressen der Sonde, um in das Bearbeitungszielelement einzudringen, gerührt wird, wobei die Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens deformiert wird, die Verschiebungserfassungseinrichtung Verschiebungssensoren, die am Schweißwerkzeug befestigt sind, und Bezugselemente, die an einem Befestigungsbereich zwischen der Anbringhaltevorrichtung und dem Arm befestigt sind, aufweist, die Verschiebungssensoren vom Typ Berührungssensor sind, und die Bezugselemente an dem Befestigungsbereich befestigte erste Enden, zweite Enden gegenüberliegend zu den ersten Ende, und Erstreckungsbereiche aufweisen, die sich in Bezug auf die Anbringhaltevorrichtung zwischen den ersten Enden und den zweiten Enden, ohne eingeschränkt zu sein, erstrecken, mit Kontaktelementen des Verschiebungssensors, die in der Lage sind, die zweiten Enden zu kontaktieren, und die Verschiebungserfassungseinrichtung ein Paar der Verschiebungssensoren und ein Paar der Bezugselemente enthält, wobei Bewegungsrichtungen der Kontaktelemente parallel zu einer Mittelachse der Sonde sind, und die Kontaktelemente und die zweiten Enden entsprechend in Bezug auf die Mittelachse der Sonde symmetrisch angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung, und betrifft insbesondere eine Rührreibschweißvorrichtung mit einer Verschiebungserfassungseinrichtung.
In den vergangenen Jahren wurde zusätzlich zum allgemeinen Bogenschweißen und dergleichen eine Rührreibschweißvorrichtung vorgeschlagen, die eine Rührreibung auf einem vorbestimmten Schweißbereich in einem Bearbeitungszielbauteil, das aus einer Vielzahl von Metallplatten, wie beispielsweise Aluminiumplatten, gebildet ist, unter Verwendung einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Sonde, durchführt, und die die Metallplatten miteinander verschweißt. Eine Konfiguration mit einem Schweißbereich, der durch die Rührreibschweißvorrichtung geschweißt wurde, wurde sogar in festen Bauteilen eines mobilen Objektes, wie beispielsweise eines Automobils, verwirklicht.
In einer derartigen Rührreibschweißvorrichtung ist es erforderlich, die Sonde und das Bearbeitungszielbauteil relativ zueinander zu bewegen und einen vorbestimmten Schweißbereich präzise zu schweißen. Folglich ist es wichtig, die Sonde und das Bearbeitungszielbauteil relativ zueinander genau zu bewegen, ohne unnötigerweise eine relative Verschiebung zwischen ihnen zu erzeugen.
Unter diesen Umständen betrifft die offengelegte japanische Patentanmeldung JP H0687075 A eine Schweißmethode mit Neigungsregelung, betrifft jedoch keine Rührreibschweißvorrichtung. Es wird eine Konfiguration offenbart, bei der ein Abstand zwischen einem Brenner 1 und einem Werkstück 2 augenblicklich durch Sensoren 15, 16 und 17 zur Abstandsmessung gemessen wird, die auf der rechten und linken Seitenfläche und einer Vorderfläche des Brenners 1 vorgesehen sind, und relative Rechts- und Linksneigungswinkel und ein Längsneigungswinkel des Brenners 1 in Bezug auf das Werkstücks 2 werden basierend auf den gemessenen Werten so geregelt, dass der Brenner 1 und das Werkstück 2 jeweils entsprechend unter vorbestimmten Winkeln gehalten werden können. Ferner werden rechte und linke absolute Winkel und vorder- und rückseitige absolute Winkel des Brenners 1 augenblicklich durch einen Brennerneigungsmesssensor 18 gemessen, der auf der Spitze des Brenners 1 vorgesehen ist, und eine optimale Schweißbedingung, die von den absoluten Winkeln des Brenners 1 abhängt, wird aus Schweißbedingungen aufgrund der absoluten Winkel des Brenners 1, basierend auf den gemessenen Werten, ausgewählt und so eine Regelung durchgeführt.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2004-136365 A betrifft eine Rührreibschweißvorrichtung 20 und offenbart eine Konfiguration, umfassend eine Werkzeugrotationsantriebseinheit 24, eine Werkzeugverschiebungsantriebseinheit 25, eine Werkzeugbewegungsbetragserfassungseinheit 40, eine Schweißdruckerfassungseinheit 41, eine Abweichungskorrektur-Datenakkumulationseinheit 42, eine Schweißbedingung-Datenakkumulationseinheit 43, eine Abstandsbeschaffungseinheit 44 betreffend einen Abstand zwischen Werkzeugen, eine Abweichungsbetragsberechnungseinheit 45, eine Eingabeeinheit 46, eine Anzeigeeinheit 47 und eine Regelungseinheit 48. Die Abweichungskorrekturdaten-Akkumulationseinheit 42 erstellt eine Datenbank und akkumuliert einen Abweichungsbetrag δ der Rührreibschweißvorrichtung 20 bezüglich eines Schweißdruckes F1 eines Schweißwerkzeugs 21, und der Abweichungsbetrag δ wird vorab durch Experimente erhalten. Die Abweichungsbetragsberechnungseinheit 45 entnimmt den Abweichungsbetrag δ von der Abweichungskorrekturdaten-Akkumulationseinheit 42, basierend auf einem Erfassungsergebnis, das von der Schweißdruckerfassungseinheit 41 bereitgestellt wird. Es ist ferner offenbart, dass der Abweichungsbetrag δ aktuell gemessen und gespeichert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch wird nach Studien der jetzigen Erfinder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H6-87075 solch eine Konfiguration offenbart, wonach der Abstand zwischen dem Brenner 1 und dem Werkstück 2 augenblicklich durch die Abstandsmesssensoren 15, 16 und 17, die auf den rechten und linken Seitenflächen und der Vorderseite des Brenners 1 vorgesehen sind, gemessen wird, und relative Rechts- und Linksneigungswinkel und ein Längsneigungswinkel des Brenners 1 bezüglich des Werkstückes 2 so geregelt werden, dass der Brenner 1 und das Werkstück 2 jeweils unter vorbestimmten Winkeln basierend auf den gemessenen Werten gehalten werden können. Ferner werden linksseitige und rechtsseitige absolute Winkel und vorder- und rückseitige absolute Winkel des Brenners 1 augenblicklich durch den Brennerneigungsmesssensor 18, der auf der Spitze des Brenners 1 vorgesehen ist, gemessen, und eine optimale Schweißbedingung abhängig von den absoluten Winkeln des Brenners 1 wird aus Schweißbedingungen durch die absoluten Winkel des Brenners 1 basierend auf dem gemessenen Wert ausgewählt und so eine Regelung ausgeführt. Jedoch gibt es in der Rührreibschweißvorrichtung keine Offenbarung einer Abstandsreglung zwischen einer Sonde und einem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand.
Weiterhin erstellt nach Studien der jetzigen Erfinder die Abweichungskorrektur-Datenakkumulationseinheit 42 in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2004-136365 die Datenbank und speichert den Abweichungsbetrag δ, der erhalten wird auf Basis von aktuellen Messwerten, die durch aktuelles Messen des Abweichungsbetrages δ erhalten werden, wenn das Schweißwerkzeug 21 eine Vielzahl von untereinander unterschiedlichen Schweißdrücken F1 auf ein Stützwerkzeug 30 über ein zu schweißendes Element 22 ausübt, und davon interpolierten Werten. Die Abstandsbeschaffungseinheit 44 betreffend einen Abstand zwischen Werkzeugen berechnet einen Abstand D3 zwischen den Werkzeugen auf Basis eines Erfassungsergebnisses der Werkzeugbewegungsbetragserfassungseinheit 40, die eine Wegstrecke in einer Richtung einer Referenzachse L1 in einem Werkzeughalter 23 erfasst, und einem Extraktionsergebnis der Abweichungsbetragsberechnungseinheit 45, die den Abweichungsbetrag δ aus der Abweichungskorrekturdaten-Akkumulationseinheit 42 auf Basis eines Erfassungsergebnisses der Schweißdruckerfassungseinheit 41, die den Schweißdruck F1, der auf das zu schweißende Teil 22 durch das Schweißwerkzeug 21 ausgeübt wird, erfasst, extrahiert. Die Regeleinheit 48 regelt die Werkzeugrotationsantriebseinheit 24 und die Werkzeugverschiebungsantriebseinheit 25, basierend auf dem so berechneten Abstand D3 zwischen den Werkzeugen, um den Schweißdruck F1 des Schweißwerkzeugs 21 anzupassen, so dass das Schweißwerkzeug 21 in das zu schweißende Teil 22 bis zu einer Position, an der ein Sollabstand D4 zwischen den Werkzeugen erreicht ist, eingetaucht ist. Jedoch müssen die aktuellen Messwerte, die durch das aktuelle Messen des Abweichungsbetrags δ vorab gemessen werden, und die davon interpolierten Werte in einer Datenbank gesammelt und gespeichert werden, so dass die Konfiguration kompliziert wird. Insbesondere kann ein optimaler Abweichungsbetrag δ nicht in der Datenbank gesammelt und bezüglich einer breiten Vielzahl von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form eines Bereichs, der durch Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert, vorbereitet werden, wodurch sich ein Bedarf für Verbesserungen ergibt.
Unter den gegebenen Umständen ist folglich eine Rührreibschweißvorrichtung mit einer neuen Konfiguration wünschenswert, die den Abstand zwischen einer Sonde und einem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand regeln kann, in einem Modus, der eine hohe Anwendungsflexibilität mit einer einfachen Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert.
In der vorliegenden Erfindung sollen daher die vorgenannten Probleme gelöst werden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rührreibschweißvorrichtung bereitzustellen, die eine neue Konfiguration aufweist, die einen Abstand zwischen einer Sonde und einem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand steuern kann, während eine unnötige Verschiebung der Sonde kompensiert wird, in einem Modus mit hoher Anwendungsflexibilität mit einer einfachen Konfiguration in Bezug auf eine breite Vielzahl von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rührreibschweißvorrichtung bereitgestellt, enthaltend ein Schweißwerkzeug mit einer Sonde, die vertikal bewegbar in Bezug auf eine Bearbeitungszielseitenfläche eines Bearbeitungszielelements und rotierbar in Bezug auf das Bearbeitungszielelement ist, ein Aufnahmeelement, auf dem das Bearbeitungszielelement aufgenommen ist, einen Bewegungsmechanismus, der einen Arm aufweist, an dem eine Anbringhaltevorrichtung, die mit dem Schweißwerkzeug ausgestattet ist, befestigt ist und der das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement durch Bewegung des Arms bewegen kann, und eine Verschiebungserfassungseinrichtung, die eine Verschiebung des Schweißwerkzeugs erfasst, die durch eine Deformation der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens erzeugt wird, bei dem der Arm bewegt wird, um das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement zu bewegen, während das Bearbeitungszielelement durch Rotieren der Sonde in Bezug auf das Bearbeitungszielelement und Pressen der Sonde, um in das Bearbeitungszielelement einzudringen, gerührt wird, bei dem die Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens mehr als der Arm deformiert werden kann, und bei dem die Verschiebungserfassungseinrichtung einen Verschiebungssensor, der am Schweißwerkzeug befestigt ist, und ein Bezugselement, das an einem Befestigungsbereich zwischen der Anbringhaltevorrichtung und dem Arm befestigt ist, um dem Verschiebungssensor eine Bezugsposition zum Zeitpunkt der Erfassung der Verschiebung bereitzustellen, aufweist.
Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Verschiebungssensor ein Verschiebungssensor vom Typ Berührungssensor, und das Bezugselement enthält ein an dem Befestigungsbereich befestigtes erstes Ende, ein zweites Ende gegenüberliegend zu dem ersten Ende, und einen Erstreckungsbereich, der sich in Bezug auf die Anbringhaltevorrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende, ohne eingeschränkt zu sein, erstreckt, mit einem Kontaktelement des Verschiebungssensors, das in der Lage ist, das zweite Ende zu kontaktieren.
Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bewegungsrichtung des Kontaktelements des Verschiebungssensors parallel zu einer Mittelachse der Sonde, und der Verschiebungssensor und das Bezugselement enthalten enthalten jeweils ein Paar vonVerschiebungssensoren und ein Paar von Bezugselementen, wobei in den Paaren das Kontaktelement und das zweite Ende in Bezug auf die Mittelachse der Sonde symmetrischangeordnet sind.
Vorzugsweise enthält die Rührreibschweißvorrichtung ferner ein Verbindungselement, das die Erstreckungsbereiche der Bezugselemente miteinander verbindet.
Vorzugsweise enthält die Anbringhaltevorrichtung ferner ein Verstärkungselement zwischen dem Schweißwerkzeug und dem Befestigungsbereich.
Vorzugsweise weist das Verstärkungselement einen Ausdehnungsbereich auf, der sich in Richtung des Befestigungsbereichs ausdehnt.
Vorzugsweise ist der Bewegungsmechanismus ein industrieller Roboter.
Vorzugsweise enthält die Rührreibschweißvorrichtung ferner einen Hilfsstützmechanismus, der das Aufnahmeelement durch ein Hilfsstützelement unterstützt, um hilfsweise nur eine vertikale Position des Bearbeitungszielelements zu stützen, und wobei der Hilfsstützmechanismus an dem Anbringelement angebracht ist.
Vorzugsweise umfasst die Rührreibschweißvorrichtung ferner ein Führungselement, das das Hilfsstützelement führt.
Vorzugsweise weist die Anbringhaltevorrichtung einen ersten Anbringbereich, der das Schweißwerkzeug und den Befestigungsbereich verbindet, und einen zweiten Anbringbereich, der den Hilfsstützmechanismus und den Befestigungsbereich verbindet, auf, und ein Trägheitsgewicht des ersten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, ist kleiner als dasjenige des zweiten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt.
Vorzugsweise ist die Anbringhaltevorrichtung ein einstückig geformtes, aus Metall hergestelltes Erzeugnis, und der erste Anbringbereich und der zweite Anbringbereich weisen einen eingedrückten Bereich auf, der in einer eingedrückten Art vorgesehen ist, in dem Außenkanten von jeweiligen vertikalen Wandflächen übrig gelassen sind, und wobei ein umlaufendes Ende des zweiten Anbringbereichs eine Kreisbogenform aufweist.
Gemäß einer Konfiguration der Erfindung enthält die Rührreibschweißvorrichtung die Verschiebungserfassungseinrichtung, die eine Verschiebung des Schweißwerkzeugs erfasst, die durch eine Deformation der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens erzeugt wird, bei dem der Arm bewegt wird, um das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement zu bewegen, während das Bearbeitungszielelement durch Rotieren der Sonde in Bezug auf das Bearbeitungszielelement und Pressen der Sonde, um in das Bearbeitungszielelement einzudringen, gerührt wird. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens kann die Anbringhaltevorrichtung mehr als der Arm deformiert werden. Die Verschiebungserfassungseinrichtung enthält den am Schweißwerkzeug befestigen Verschiebungssensor und das Bezugselement, das an dem Befestigungsbereich zwischen der Anbringhaltevorrichtung und dem Arm befestigt ist, um die Bezugsposition für die Verschiebungserfassung bezüglich des Verschiebungssensors bereitzustellen. Demzufolge kann der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand geregelt werden, während eine unnötige Verschiebung der Sonde kompensiert wird, in einem Modus, der eine hohe Anwendungsflexibilität mit einer einfachen Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert.
Gemäß einer Konfiguration der Erfindung ist der Verschiebungssensor ein Verschiebungssensor vom Typ Berührungssensor, und das Bezugselement enthält das erste Ende, das an dem Befestigungsbereich befestigt ist, an dem die Anbringhaltevorrichtung an dem Arm befestigt ist, das zweite Ende gegenüberliegend zu dem ersten Ende, und den Erstreckungsbereich, der sich bezüglich der Anbringhaltevorrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende, ohne eingeschränkt zu sein, erstreckt, mit dem Kontaktelement des Verschiebungssensors, das in der Lage ist, das zweite Ende zu kontaktieren. Demzufolge kann der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand geregelt werden, während eine unnötige Verschiebung der Sonde zuverlässiger kompensiert wird, in einem Modus, der eine höhere Anwendungsflexibilität mit einer einfacheren Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet wird, variiert.
Gemäß einer Konfiguration der Erfindung bewegt sich das Kontaktelement vertikal, während es in Kontakt mit dem Bezugselement zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens kommt, weil die Bewegungsrichtung des Kontaktelements des Verschiebungssensors parallel zu der Mittelachse der Sonde ist. Folglich kann eine vertikale Verschiebung der Sonde, die durch die Deformation der Anbringhaltevorrichtung verursacht wird, genau erfasst werden. Ferner kann, weil der Verschiebungssensor und das Bezugselement jeweils das Paar von Verschiebungssensoren und das Paar von Bezugselementen enthalten, in denen das Kontaktelement und das zweite Ende symmetrisch bezüglich der Mittelachse der Sonde angeordnet sind, die vertikale Verschiebung der Sonde an zwei Verschiebungserfassungspositionen nahe an der Verschiebung erhalten werden, in einem Modus, in dem eine Berechnungsverarbeitung einfach durchgeführt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration erhöht sich, weil das Verbindungselement, das den Erstreckungsbereich des Bezugselements in dem ersten Paar und den Erstreckungsbereich des Bezugselements in dem zweiten Paar verbindet, vorgesehen ist, die Verbindungsstärke zwischen den Bezugselementen, um die Stärke und die Starrheit des gesamten Bezugselements zu verbessern, wodurch es ermöglicht wird, einen positionellen Bezug des Verschiebungssensors genauer zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration kann, weil die Anbringhaltevorrichtung das Verstärkungselement zwischen dem Schweißwerkzeug und dem Befestigungsbereich enthält, eine in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens erzeugte Beanspruchung reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration kann, weil das Verstärkungselement den Ausdehnungsbereich aufweist, der sich in Richtung des Befestigungsbereichs ausdehnt, die in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens erzeugte Beanspruchung zuverlässiger reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration kann, weil der Bewegungsmechanismus ein industrieller Roboter ist, eine Rührreibschweißvorrichtung verwirklicht werden, die den Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand in einer flexibleren Konfiguration zuverlässig regeln kann.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration ist der Hilfsstützmechanismus vorgesehen, der an dem Arm angebracht ist, um das Aufnahmeelement durch das Hilfsstützelement, das hilfsweise nur die vertikale Position des Bearbeitungszielelements stützt, zu stützen. Folglich können die Sonde und das Bearbeitungszielbauteil genauer positioniert werden, und ein Rührreibschweißen kann durchgeführt werden, während der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil zuverlässiger auf einen vorbestimmten Abstand geregelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration enthält die Rührreibschweißvorrichtung ferner das Führungselement, das das Hilfsstützelement führt. Folglich können die Sonde und das Bearbeitungszielelement genauer positioniert werden, und das Rührreibschweißen kann durchgeführt werden, während der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil zuverlässiger auf einen vorbestimmten Abstand geregelt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration weist die Anbringhaltevorrichtung den ersten Anbringbereich, der das Schweißwerkzeug und den Befestigungsbereich verbindet, und den zweiten Anbringbereich, der den Hilfsstützmechanismus und den Befestigungsbereich verbindet, auf, und das Trägheitsgewicht des ersten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, ist festgelegt, kleiner zu sein als das des zweiten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt. Folglich kann, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, um das Schweißwerkzeug in eine Schweißrichtung nahe an dem Bearbeitungszielelement zu bewegen, das Einlenkverhalten auf der Seite des Schweißwerkzeugs verbessert werden, in einem Zustand, wo die Haltung des Hilfsstützmechanismus stabilisiert ist, und somit kann die Bedienbarkeit der Anbringhaltevorrichtung, die mit dem Schweißwerkzeug ausgestattet ist, und des Hilfsstützmechanismus durch den Arm verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Konfiguration ist die Anbringhaltevorrichtung ferner ein einstückig geformtes Erzeugnis, hergestellt aus Metall, und der erste Anbringbereich und der zweite Anbringbereich haben den eingedrückten Bereich, der in einer eingedrückten Art vorgesehen ist, bei dem Außenkanten von entsprechenden vertikalen Wandflächen übrig gelassen sind und ein umlaufendes Ende des zweiten Anbringbereichs eine Kreisbogenform hat. Folglich kann die Erzeugung von unnötiger Beanspruchung in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unterdrückt werden, während eine Gewichtsreduktion der Anbringhaltevorrichtung erreicht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Rührreibschweißvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Rührreibschweißvorrichtung gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
5 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß der Abwandlung;
6 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Rührreibschweißvorrichtung gemäß einer anderen Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
7A ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung der Abwandlung, und 7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 7A;
8 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Rührreibschweißvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9A ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels, und 9B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A'-A' in 9A;
10A ist eine vergrößerte Ansicht, die nur eine Anbringhaltevorrichtung, einen Antriebsmechanismus und einen Hilfsstützmechanismus der 8 zeigt, 10B ist eine Draufsicht der 10A, wie in einer negativen Richtung einer z-Achse gesehen, und 10C ist eine Unteransicht der 10A, wie in einer positiven Richtung der z-Achse gesehen;
11A ist eine Vorderansicht der 10A, wie aus einer positiven Richtung einer x-Achse gesehen, und 11B ist eine Rückansicht der 10A, wie in einer negativen Richtung der x-Achse gesehen; und
12A ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 10A, 12B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie C-C in 10A, 12C ist eine Schnittansicht entlang einer Linie D-D in 10A, und 12D ist eine Schnittansicht entlang einer Linie E-E in 10A, und der Einfachheit halber sind Schnittansichten entlang von Linien F-F und G-G in 10A beide in 12D gezeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Eine Rührreibschweißvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen bilden eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse ein dreiachsiges orthogonales Koordinatensystem. Eine durch die x-Achse und die y-Achse definierte Ebene ist parallel zu einer horizontalen Ebene, und eine positive Richtung der z-Achse ist eine Aufwärtsrichtung.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine Rührreibschweißvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist detailliert unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 erläutert.
1 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. 2 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 3 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, umfasst die Rührreibschweißvorrichtung 1 einen Aufnahmetisch 10, der fest auf einem Boden F installiert ist, so dass ein Bearbeitungszielelement W darauf befestigt ist, eine Verschiebungserfassungseinrichtung 20, die gegenüberliegend zum Aufnahmetisch 10 über dem Aufnahmetisch 10 angeordnet werden kann, ein Schweißwerkzeug 30, das mit der Verschiebungserfassungseinrichtung 20 ausgestattet ist und das gegenüberliegend zu dem Aufnahmetisch 10 über dem Aufnahmetisch 10 angeordnet werden kann, einen Hilfsstützmechanismus 40, der so angeordnet werden kann, dass er unterhalb des Aufnahmetisches 10 in Kontakt mit einer Unterseite des Aufnahmetisches 10 kommt, und ein Roboter 50, der fest auf dem Boden F installiert ist, um das Schweißwerkzeug 30 und den Hilfsstützmechanismus 40 durch eine Anbringhaltevorrichtung 52 zu halten. Wenn sich die Anbringhaltevorrichtung 52 zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens deformiert, wird das darauf angebrachte Schweißwerkzeug 30 verschoben.
Insbesondere ist der Aufnahmetisch 10 ein Aufnahmeelement, enthaltend eine Aufnahmehaltevorrichtung 12, die das Bearbeitungszielelement W auf einem Aufnahmebereich 10a hiervon befestigt, und einen Anschlag 14, der auf der Aufnahmehaltevorrichtung 12 angeordnet ist, um das Bearbeitungszielelement W lösbar zu befestigen. Das Bearbeitungszielelement W ist typischerweise ein plattenförmiges Element, hergestellt aus Metall, wie beispielsweise einem Aluminiummaterial, in dem ein erstes Element W1 und ein zweites Element W2 in einer vertikalen Richtung nebeneinander liegen und jeweils zueinander überlappende Bereiche aufweisen. Vorbestimmte Bereiche der überlappenden Bereiche des ersten Elements W1 und des zweiten Elements W2 werden entlang einer vorbestimmten Schweißlinie durch das Schweißwerkzeug 30 verschweißt, das entlang einer vorbestimmten Berarbeitungsrichtung bewegt wird. Die Position des Bearbeitungszielelements W auf der Aufnahmehaltevorrichtung 12 wird durch Halten eines Teils des Bearbeitungszielelements W durch den Anschlag 14 genau beibehalten. Als eine Antriebsquelle, um den Anschlag 14 anzutreiben, kann ein Motor oder ein Luftzylinder erwähnt werden. Es ist unnötig zu erwähnen, dass der Anschlag 14 auch manuell angetrieben werden kann.
Typischerweise ist die Verschiebungserfassungseinrichtung 20 eine Verschiebungserfassungseinrichtung der berührenden Art (engl. contact-type displacement detecting device), und enthält ein Paar Verschiebungssensoren 22 und ein Paar Bezugselemente 28, die typischerweise aus Metall hergestellt sind und eine Bezugsposition bereitstellen, korrespondierend zu jedem der Verschiebungssensoren 22 zum Zeitpunkt der Verschiebungserfassung. Jeder der Verschiebungssensoren 22 enthält ein Sensorkörper 24 und eine bewegbare Einheit 26, enthaltend ein Kontaktelement 26a, das mit dem Sensorkörper 24 verbunden ist, einen Faltenbalg 26b, der das Kontaktelement 26a mit Ausnahme dessen Endbereichs überdeckt, in den das Kontaktelement 26a eingefügt ist. Das Kontaktelement 26a wird mit einer Druckkraft eingesetzt, um bezüglich des Sensorkörpers 24 durch ein Druckteil, wie beispielsweise eine Spiralfeder (nicht gezeigt), nach unten gedrückt zu werden, und ist an dem Sensorkörper 24 angebracht. Die jeweiligen Verschiebungssensoren 22 können einen Bewegungsbetrag des Kontaktelementes 26a erfassen, wenn das Kontaktelement 26a in den Sensorkörper 24 gegen die Druckkraft durch das Bezugselement 28 gedrückt wird und nach oben verschoben wird, und eine Verschiebung der Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30 aufgrund einer Deformation der Anbringhaltevorrichtung 52, korrespondierend zu dem Bewegungsbetrag, wenn das Kontaktelement 26a nach unten verschoben wird, während es von dem Sensorkörper 24 durch die Druckkraft zurückgedrückt wird, um von dem Bezugselement 28 entfernt zu sein, in einem Zustand, wo ein unteres Ende des Kontaktelements 26a in Kontakt mit einer oberen des korrespondierenden Bezugselements 28 kommt.
Das Schweißwerkzeug 30 enthält die Sonde 32, die typischerweise als ein säulenförmiges Element, hergestellt aus Metall, wie beispielsweise ein Eisenmaterial, ausgebildet ist, die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt und rotierbar um eine Mittelachse Z ist, die parallel zu der z-Achse ist, und die vertikal bewegbar ist, eine Halterung 34, die die Sonde 32 hält, und einen Antriebsmechanismus 38, der bewirkt, dass die von der Halterung 34 gehalterte Sonde 32 sich vertikal bewegt und um die Mittelachse Z rotiert. Der Antriebsmechanismus 38 enthält einen Motor, eine Welle (beides nicht gezeigt) und dergleichen, die in einem Gehäuse 38a eingebaut sind. Die Richtung der Mittelachse Z der Sonde 32 ist eine Pressrichtung zum Pressen des Bearbeitungszielelements W durch Rotation der Sonde 32 zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens.
Das Gehäuse 38a fungiert auch als ein Rahmenelement, das an der Anbringhaltevorrichtung 52 befestigt ist, während es verschiedene Bestandteile stützt, und hat eine hohle Quaderform als ein Beispiel seiner Struktur. Der Verschiebungssensor 22 ist jeweils an dem Sensorkörper 24 über ein befestigtes Element 24a an einer vertikalen Wandfläche auf einer Seite in positiver Richtung der y-Achse und an einer vertikalen Wandfläche auf einer Seite in negativer Richtung der y-Achse an dem Gehäuse 38a befestigt. Weil beide vertikalen Wandflächen sich bezüglich der Mittelachse Z der Sonde 32 in symmetrischen Position befinden, sind die Paare von Verschiebungssensoren 22, genauer gesagt, die Kontaktelemente 26a hiervon, in achsensymmetrischen Positionen bezüglich der Mittelachse Z der Sonde 32 angeordnet, und die jeweiligen Kontaktelemente 26a können sich vertikal entlang einer Bewegungsachse bewegen, die, wenn in Richtung der y-Achse betrachtet, mit der Mittelachse Z der Sonde übereinstimmt. Demzufolge kann die Verschiebungserfassungseinrichtung 20 eine Verschiebung der Sonde 32, die durch die Deformation der Anbringhaltevorrichtung 52 verursacht wird, genau erfassen.
Wenn der Antriebsmechanismus 38 in dem Schweißwerkzeug 30 die Halterung 34, die die Sonde 32 nach unten hält, bewegt, wird ein unterer Teil der Sonde 32 in das Bearbeitungszielelement W eingepresst und kann eine Position erreichen, in der die Sonde 32 in das zweite Element W2 eindringt und dabei das erste Element W1 in dem Bearbeitungszielelement W durchdringt. Eine obere Fläche des ersten Elements W1 des Bearbeitungszielelements W wird der Einfachheit halber als „Bearbeitungszielseitenfläche Ws” bezeichnet.
Der Hilfsstützmechanismus 40 enthält ein Hilfsstützelement 42, das typischerweise ein Kugelelement, hergestellt aus Metall, wie beispielsweise einem Eisenmaterial, ist und das in Kontakt mit einer unteren Fläche des Aufnahmebereichs 10a auf einer zu der Aufnahmehaltevorrichtung 12 gegenüberliegenden Seite kommt, und eine Halterung 44, die das Hilfsstützelement 42 drehbar hält, während dessen mittlere Position unbeweglich beibehalten wird. In dem Hilfsstützmechanismus 40 kann das Hilfsstützelement 42 eine Hilfsabstützung für den Aufnahmetisch 10 bilden, während es in Kontakt mit der unteren Fläche des Aufnahmebereichs 10a des Aufnahmetisches 10 an einem Punkt auf dem oberen Teil des Hilfsstützelementes 42 kommt, in einem Zustand, wo das Hilfsstützelement 42 einem unteren Ende der Sonde 32 zugewandt ist, und dadurch das Bearbeitungszielelement W dazwischen bringt.
Der Roboter 50 ist ein Bewegungsmechanismus, der das Schweißwerkzeug 30 und das auf der Aufnahmehaltevorrichtung 12 des Aufnahmetisches 10 befestigte Bearbeitungszielelement W relativ zueinander bewegen kann und ist typischerweise ein industrieller Roboter. Insbesondere enthält der Roboter 50 eine Anbringhaltevorrichtung 52, hergestellt aus Metall, in einer, wie von der Seite gesehen, zweizinkigen Form, die typischerweise ein Erzeugnis aus maschinengeschnittenem Stahl ist und die einen oberen Anbringbereich 52a und einen unteren Anbringbereich 52b hat, die jeweils mit dem Schweißwerkzeug 30 und dem Hilfsstützmechanismus 40 korrespondierend ausgerüstet sind, einen Arm 54, der mit der Anbringhaltevorrichtung 52 ausgestattet ist, der typischerweise ein Manipulator mit mehreren Gelenken ist, und einen Roboterkörper 56, in den ein Antriebsmechanismus, um den Arm 54 zu bewegen, eine Berechnungsverarbeitungsvorrichtung und ein Speicher (nicht gezeigt) eingebaut ist.
Während das Gehäuse 38a des Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 an dem oberen Anbringbereich 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht und befestigt ist, ist die Halterung 44 des Hilfsstützmechanismus 40 an dem unteren Anbringbereich 52b der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht und befestigt. Ein Befestigungsbereich 52c in einem verbundenen Bereich zwischen dem oberen Anbringbereich 52a und dem unteren Anbringbereich 52b der Anbringhaltevorrichtung 52 ist an einem Stützbereich 54a an einem Ende des Arms 54 durch eine Befestigung oder dergleichen befestigt und angebracht, und der Roboterkörper 56 ist mit dem anderen Ende des Arms 54 verbunden. Durch Betätigung des Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 bewegt sich der Arm 54 und hierzu korrespondierend können das Schweißwerkzeug 30 und der Hilfsstützmechanismus 40 mit mehreren Freiheitsgraden, beispielsweise vertikal und horizontal, bewegt werden, unter Beibehaltung der relativen positionellen Relation zwischen dem Schweißwerkzeug 30 und dem Hilfsstützmechanismus 40. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens, bei dem die Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30, die an dem oberen Anbringbereich 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht ist, gegen das Bearbeitungszielelement W durch Bewegen des Arms 54 durch den Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 gepresst wird, ist die Starrheit des oberen Anbringbereichs 52a, der die Anbringhaltevorrichtung 52, insbesondere das Schweißwerkzeug 30, und den Arm 54 verbindet, niedriger eingestellt als die des Arms 54. Demzufolge wird in solch einem Fall nur der Teil des oberen Anbringbereichs 52a zu einem deformierenden Bereich, der zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens deformiert. Mit anderen Worten reicht es bei Bereitstellen eines spezifischen Deformierungsbereichs, der zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens deformiert, aus, nur die Verschiebung der Sonde 32 zu erfassen und dabei im Wesentlichen nur die Deformation des deformierenden Bereichs zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens in Betracht zu ziehen.
Ein erstes Ende 28a des Bezugselements 28 ist jeweils durch eine Befestigung und dergleichen an der vertikalen Wandfläche auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) und an der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) in dem Befestigungsbereich 52c der Anbringhaltevorrichtung 52 befestigt. Zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens durch die Rührreibschweißvorrichtung 1 wird geprüft, dass die Starrheit eines Bereichs der Anbringhaltevorrichtung 52, der durch den Befestigungsbereich 52c befestigt ist, gleich ist zu der des Arms 54. Die entsprechenden Bezugelemente 28 enthalten ein zweites Ende 28b, das dem ersten Ende 28a zugewandt ist, und einen Erstreckungsbereich 28c, der sich zwischen dem ersten Ende 28a und dem zweiten Ende 28b erstreckt, um die Enden zu verbinden, und sind korrespondierend zu der Seite in positiver Richtung der y-Achse und der Seite in negativer Richtung der y-Achse des Gehäuses 38a und der Anbringhaltevorrichtung 52 angeordnet. Insbesondere kann in dem Bezugselement 28, das auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse vorgesehen ist, ein unteres Ende des Kontaktelements 26a des Verschiebungssensors 22, der auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse vorgesehen ist, in Kontakt mit einer oberen Fläche eines Aufnahmeelements 28d kommen, das fest auf dem zweiten Ende 28b installiert ist, und der Erstreckungsbereich 28c erstreckt sich weg von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse der Anbringhaltevorrichtung 52 in einem nicht eingeschränkten Zustand. In vergleichbarer Weise kann in dem Bezugselement 28, das auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse vorgesehen ist, das untere Ende des Kontaktelements 26a des Verschiebungssensors 22, das auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse vorgesehen ist, in Kontakt mit der oberen Fläche des Aufnahmeelements 28d kommen, das fest auf dem zweiten Ende 28b installiert ist, und der Erstreckungsbereich 28c, erstreckt sich weg von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse der Anbringhaltevorrichtung 52 in einem nicht eingeschränkten Zustand. Das bedeutet, dass der Verschiebungssensor 22 und das Bezugselement 28, die auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse vorgesehen sind, und der Verschiebungssensor 22 und das Bezugselement 28, die auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse vorgesehen sind, ein entsprechendes Paar bilden, und dass die Verschiebungserfassungseinrichtung 20 eine Verschiebung an zwei Positionen erfassen kann. Es ist bevorzugt, die Erstreckungsbereiche 28c der jeweiligen Bezugselemente 28 miteinander durch ein Verbindungselement 28e zu verbinden, das typischerweise aus Metall hergestellt ist und eine ausreichende Starrheit und Stärke aufweist, weil sich dadurch die Verbindungsstärke zwischen den Bezugselementen 28 erhöht und die Stärke und die Starrheit des gesamten Bezugselements 28 verbessert ist.
Die relevanten jeweiligen Bestandteile der Rührreibschweißvorrichtung 1 werden auf geeignete Weise durch Empfangen eines Regelsignals, das von einem Regler C übertragen wird, geregelt, und werden betrieben, um ein Rührreibschweißen bezüglich eines Bearbeitungszielelements W durchzuführen. Insbesondere bewegt der Regler C das Schweißwerkzeug 30 nach unten zu dem Bearbeitungszielelement W, um die Sonde 32 in das Bearbeitungszielelement W einzupressen und um die Sonde 32 zu rotieren, und rührt das Bearbeitungszielelement W durch die Sonde 32, während Reibungshitze in dem Bearbeitungszielelement W erzeugt wird. Der Regler C führt eine Regelung aus, um ein Rührreibschweißen bezüglich des Bearbeitungszielelements W entlang einer vorbestimmten Schweißlinie durchzuführen, indem die Sonde 32 und das Bearbeitungszielelement W relativ zueinander durch den Arm 54 des Roboters 50 bewegt werden, während ein Bewegungsbetrag der Kontaktelemente 26a der entsprechenden Verschiebungssensoren 22 erfasst wird, während diese in Kontakt mit den entsprechenden Bezugselementen 28 kommen. Da sich die jeweiligen Kontaktelemente 26a in die vertikale Richtung entlang der Bewegungsachse, die, in der Richtung der y-Achse gesehen, mit der Mittelachse Z der Sonde 32 übereinstimmt, bewegen können, bewegen sich die Kontaktelemente 26a vertikal, während sie in Kontakt mit dem Bezugselement 28 zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens kommen. Dadurch kann eine vertikale Verschiebung der Sonde 32 aufgrund der Deformation der Anbringhaltevorrichtung 52, insbesondere einer Deformation des oberen Anbringbereichs 52a, genau erfasst werden. Da die entsprechenden Kontaktelemente 26a und die korrespondierenden Aufnahmeelemente 28d an achsensymmetrischen Positionen bezüglich der Mittelachse Z der Sonde 32 angeordnet sind, kann die vertikale Verschiebung der Sonde 32 an zwei Verschiebungserfassungspositionen nahe der Verschiebung der Sonde 32 erhalten werden, in einem Modus, bei dem eine Berechnungsverarbeitung leicht durchgeführt werden kann. Der Regler C verfügt über eine eingebaute Berechnungsverarbeitungseinrichtung und einen eingebauten Speicher (beide nicht gezeigt), und Daten und dergleichen betreffend das Regelprogramm zur Durchführung des Rührreibschweißens und eine vorbestimmte Bearbeitungsrichtung sind in dem Speicher gespeichert.
Ein Rührreibschweißverfahren zur Durchführung eines Rührreibschweißens bezüglich des Bearbeitungszielelements W unter Verwendung der Rührreibschweißvorrichtung 1, die die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, ist nachfolgend im Detail erläutert.
Vor dem Starten einer Reihe von Bearbeitungen des Rührreibschweißverfahrens wird zur Vorbereitung hierfür das Schweißwerkzeug 30 an den oberen Anbringbereich 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht und befestigt, und der Hilfsstützmechanismus 40 wird an dem unteren Anbringbereich 52b der Anbringhaltevorrichtung 52 in dem Roboter 50 angebracht und befestigt.
Hierzu gleichzeitig wird, nachdem das Bearbeitungszielelement W, an dem das Rührreibschweißen durchgeführt wird, auf der Aufnahmehaltevorrichtung 12 des Aufnahmetisches 10 befestigt ist, ein Teil des Bearbeitungszielelements W durch den Anschlag 14 gehalten, wodurch das Bearbeitungszielelement W positioniert und befestigt wird.
Die Reihe von Bearbeitungen des Rührreibschweißverfahrens wird gestartet. In der Reihe von Bearbeitungen führt der Regler C eine automatische Regelung gemäß einem Regelprogramm unter Verwendung des Regelprogramms und der Daten aus, die in dem Speicher gespeichert sind.
Durch Regelung des Reglers C, wie in 1 gezeigt, bewegt der Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 zuerst den Arm 54 in geeigneter Weise vertikal und horizontal, um die Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30, die an dem oberen Anbringbereich 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht ist, so anzuordnen, dass sie dem Bearbeitungszielelement W in einer vorbestimmten Position über dem Bearbeitungszielelement W zugewandt ist, und bringt das Hilfsstützelement 42 des Hilfsstützmechanismus 40, das an dem unteren Anbringbereich 52b der Anbringhaltevorrichtung 52 angebracht ist, an einem Punkt auf dem oberen Teil des Hilfsstützelements 42 in Kontakt mit der unteren Fläche des Aufnahmebereichs 10a des Aufnahmetisches 10, so dass es dem unteren Teil der Sonde 32 zugewandt ist, wodurch das Bearbeitungszielelement W dazwischen gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Seite in positiver Richtung und auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse bezüglich der Sonde 32 das Kontaktelement 26a jedes Verschiebungssensors 22 jeweils an einer vorbestimmten Position über dem Bezugselement 28 positioniert, um dem Bezugselement 28 zugewandt zu sein.
Wenn die entsprechenden Positionen der Sonde 32 und der beiden Verschiebungssensoren 22 und Hilfsstützelemente 42 erreicht sind, bewegt der Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30, unter Regelung des Reglers C, wie in den 2 und 3 gezeigt, die die Sonde 32 haltende Halterung 34 nach unten, um die Sonde 32 nach unten zu bewegen, so dass der untere Teil der Sonde 32 eine vorbestimmte Position erreicht, an der der untere Teil der Sonde 32 das erste Element W1 in dem Bearbeitungszielelement W durchdringt und in das zweite Element W2 eindringt. Die Eindringtiefe der Sonde 32, die das erste Element W1 durchdringt und in das zweite Element W2 eindringt, wird zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens im Wesentlichen konstant beibehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Seite in positiver Richtung und auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse das untere Ende des Kontaktelements 26a jedes Verschiebungssensors 22 in Kontakt mit der oberen Fläche des Aufnahmeelements 28d des Bezugselements 28 gebracht und mit einem vorbestimmten Betrag in den Sensorkörper 24 hineingedrückt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 die Sonde 32 über die Halterung 34 nach Bedarf rotieren.
Wenn der untere Teil der Sonde 32 auf diese Weise eine vorbestimmte Position erreicht und das untere Ende des Kontaktelements 26a des Verschiebungssensors 22 in Kontakt mit der oberen Fläche des Aufnahmeelements 28d des korrespondierenden Bezugselements 28 gebracht wird und mit einem vorbestimmten Betrag in den Sensorkörper 24 hineingedrückt wird, in einem Zustand, wo der Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 die Sonde 32 unter Regelung des Reglers C kontinuierlich rotiert, bewegt der Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 den Arm 54 so, dass die Sonde 32 und das Hilfsstützelement 42 in eine Bewegungsrichtung bewegt werden, die die vorbestimmte Bearbeitungsrichtung ist, in einem Zustand, wo ihre positionelle korrespondierende Relation bezüglich des Bearbeitungszielelements W beibehalten wird. Dadurch werden das erste Element W1 und das zweite Element W2 durch Rührreibschweißen korrespondierend zu einer bewegten Bahn des unteren Teils der Sonde 32 verschweißt. Das Hilfsstützelement 42 wird in die vorbestimmte Bearbeitungsrichtung bewegt, während es in der Halterung 44 rotiert, in einem Zustand, wo das Hilfsstützelement 42 in Kontakt mit der unteren Fläche des Aufnahmebereichs 10a des Aufnahmetisches 10 an einem Punkt auf dem oberen Teil des Hilfsstützelementes 42 kommt, um so dem unteren Teil der Sonde 32 zugewandt zu sein und dabei das Bearbeitungszielelement W dazwischen zu bringen.
Zu diesem Zeitpunkt liegt, weil die Sonde 32 in eine vorbestimmte Bearbeitungsrichtung bewegt wird, während sie in einem Zustand rotiert, wo die Sonde 32 durch Pressen des Bearbeitungszielelements W das erste Element W1 durchdringt und in das zweite Element W2 eindringt, eine Bearbeitungsreaktionskraft an der Sonde 32 in eine Richtung vertikal nach oben zu der Bearbeitungszielseitenfläche Ws des Bearbeitungszielelements W an. Auch wenn das Bearbeitungszielelement W ein gekrümmtes Element ist, bewegt zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens der Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 den Arm 54 so, dass die Sonde 32 die Bearbeitungszielseitenfläche Ws vertikal presst. In den 2 und 3 ist jedoch aus Einfachheitsgründen das Bearbeitungszielelement W als ein plattenförmiges Element gezeigt, und es wird angenommen, dass die Bearbeitungsreaktionskraft nach oben gerichtet anliegt. Dadurch liegt die Bearbeitungsreaktionskraft über das Schweißwerkzeug 30, das die Sonde 32 haltert, auch an der Anbringhaltevorrichtung 52 an, an der das Schweißwerkzeug 30 fest installiert ist, um eine elastische Deformation in dem oberen Anbringbereich 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 zu erzeugen. Entsprechend hierzu wird ein vertikaler positioneller Fehler in der Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30, das an dem oberen Anbringbereich 52a befestigt und angebracht ist, erzeugt. Der Verschiebungssensor 22, der jeweils auf der Seite in positiver Richtung und auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse fest an dem Gehäuse 38a des Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 installiert ist, bewegt sich mit der Anbringhaltevorrichtung 52, die auf diese Weise deformiert wird. Folglich ändern die Kontaktelemente 26a der entsprechenden Verschiebungssensoren 22 folglich ihre relativen Positionen bezüglich des Bezugselements 28, das fest an dem Befestigungsbereich 52c der Anbringhaltevorrichtung 52 installiert ist, korrespondierend zu einer zeitlichen Variation der Deformation des oberen Anbringbereichs 52a korrespondierend zu einer zeitlichen Variation der Bearbeitungsreaktionskraft.
Insbesondere wird, wenn der obere Anbringbereich 52a in der Anbringhaltevorrichtung 52 auf diese Weise deformiert, jedes Kontaktelement 26a des Verschiebungssensors 22, das an dem Gehäuse 38a des Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 jeweils auf der Seite in positiver Richtung und auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse fest installiert ist, durch die entsprechenden Aufnahmeelemente 28d gedrückt, um in den Sensorkörper 24 entgegen der Druckkraft gepresst und nach oben bewegt zu werden, oder durch die Druckkraft von dem Sensorkörper 24 weg gedrückt und nach unten bewegt, um die entsprechenden Aufnahmeelemente 28d zu pressen, entsprechend einer Änderung in der relativen Position zwischen den jeweiligen Verschiebungssensoren 22 und den korrespondierenden Bezugselementen 28, in einem Zustand, wo das untere Ende des Kontaktelements 26a in Kontakt mit der entsprechenden oberen Fläche des Aufnahmeelements 28d des Bezugselements 28 kommt. Die jeweiligen Verschiebungssensoren 22 erfassen die jeweiligen Erfassungswerte entsprechend der Deformation des oberen Anbringbereichs 52a in der Anbringhaltevorrichtung 52, insbesondere einen Betrag der vertikalen Verschiebung der Sonde 32, die, in der Richtung der y-Achse gesehen, eine Mittelachse Z aufweist, die koaxial zu der Bewegungsachse der entsprechenden Kontaktelemente 26a ist, entsprechend zu dem Bewegungsbetrag der jeweiligen Kontaktelementen 26a zu diesem Zeitpunkt.
Basierend auf einem Erfassungswert korrespondierend zu dem Betrag der vertikalen Verschiebung der Sonde 32, der durch die entsprechenden Verschiebungssensoren 22 erfasst wird, regelt der Regler C demzufolge den Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30, um einen Betrag der Verschiebung auszuüben, der solch einen Betrag der vertikalen Verschiebung der Sonde 32 kompensiert. Folglich bewegt der Antriebsmechanismus 38 die Sonde 32 so in eine vertikale Richtung, dass der Betrag der vertikalen Verschiebung der Sonde 32, der von den Verschiebungssensoren 22 erfasst wird, kompensiert wird. Das bedeutet, dass wenn die Sonde 32 nach oben verschoben wird, der Antriebsmechanismus 38 die Sonde 32 nach unten bewegt, und dass wenn die Sonde 32 nach unten verschoben wird, der Antriebsmechanismus 38 die Sonde 32 nach oben bewegt, um die Sonde 32 in das Bearbeitungszielelement W zu pressen, während die Position der Sonde 32 angepasst wird. Infolgedessen wird die Eindringtiefe der Sonde 32, die das erste Element W1 durchdringt und in das zweite Element W2 eindringt, zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens im Wesentlichen konstant beibehalten. Ferner bewegt, unter Regelung des Reglers C, der Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 den Arm 54 kontinuierlich so, dass die Sonde 32 und das Hilfsstützelement 42 in die Bewegungsrichtung bewegt werden, welche die vorbestimmte Bearbeitungsrichtung ist. In Bezug auf den Betrag der vertikalen Verschiebung der Sonde 32, der von den entsprechenden Verschiebungssensoren 22 erfasst wird, ist es einfacher, diese Verschiebungsbeträge zu mitteln, um den Betrag der vertikalen Verschiebung, der auf die Sonde 32 angewandt wird, zu berechnen. Jedoch kann der Betrag der vertikalen Verschiebung, der auf die Sonde 32 angewendet wird, berechnet werden durch Verwendung einer vorbestimmten Berechnungsformel unter Verwendung des Betrags der vertikalen Verschiebung der Sonde 32, die von den entsprechenden Verschiebungssensoren 22 erfasst wird, als einen Parameter entsprechend der Form des Bearbeitungszielelements W oder der Komplexität oder dergleichen in der Bearbeitungsrichtung. Wenn das Rührreibschweißen kontinuierlich durchgeführt wird, stimmt die bewegte Bahn des unteren Teils der Sonde 32 mit einer vorbestimmten Schweißlinie überein und korrespondierend hierzu kann ein Schweißbereich in dem ersten Element W1 und dem zweiten Element W2 erhalten werden, der durch Rührreibschweißen entlang einer vorbestimmten Schweißlinie erhalten wurde.
Wenn die Sonde 32 und dergleichen mit einer Bewegung des Arms 54 zu einer vorbestimmten Position bewegt wurden, die ein Endpunkt eines Bereiches, der durch Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, ist, bewegt der Antriebsmechanismus 38 des Schweißwerkzeugs 30 unter Regelung des Reglers C die Sonde 32 nach oben unter Beibehaltung der Rotation der Sonde 32, um die Sonde 32 aus dem Bearbeitungszielelement W herauszuziehen, und nachdem die Sonde 32 zu dieser oberen Position hochgehoben wurde, stoppt der Antriebsmechanismus 38 die Bewegung der Sonde 32. Der Antriebsmechanismus des Roboterkörpers 56 bewegt den Arm 54 dann so, dass die Sonde 32 und das Hilfsstützelement 42 aus den oberen und unteren Bereichen des Bearbeitungszielelements W heraustreten, und beendet die Bewegung des Arms 54.
Schließlich kann, wenn das Bearbeitungszielelement W durch Lösen des Anschlags 14 freigegeben ist und von dem Aufnahmetisch 10 entnommen wird, ein verarbeitetes Erzeugnis erhalten werden, indem der vorbestimmte Bereich durch Rührreibschweißen bearbeitet wurde.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein Konfigurationsbeispiel erläutert, bei dem das Bearbeitungszielelement W an dem Aufnahmetisch 10 befestigt ist, und das Schweißwerkzeug 30 und der Hilfsstützmechanismus 40 beweglich an dem Arm 54 des Roboters 50 angebracht sind. Es ist jedoch im Prinzip nur notwendig, dass das Bearbeitungszielelement W, das Schweißwerkzeug 30 und der Hilfsstützmechanismus 40 relativ zueinander bewegt werden können. Demzufolge kann auf eine umgekehrte Weise ein Konfigurationsbeispiel angenommen werden, bei dem das Bearbeitungszielelement W bewegbar an dem Arm 54 des Roboters 50 angebracht werden kann, und das Schweißwerkzeug 30 und der Hilfsstützmechanismus 40 werden fest an dem Aufnahmetisch 10 befestigt. In diesem Falle erfasst die Verschiebungserfassungseinrichtung 20 jedoch die Verschiebung der Anbringhaltevorrichtung auf der Seite des Bearbeitungszielelements W.
Insbesondere wird, nachdem die Aufnahmehaltevorrichtung 12 auf der das Bearbeitungszielelement W, das mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, an der Anbringhaltevorrichtung des Arms 54 des Roboters 50 angebracht und befestigt ist, die Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30, die an dem Aufnahmetisch 10 angebracht und befestigt ist, in das Bearbeitungszielelement W eingepresst, um das Bearbeitungszielelement W zu rühren, die Aufnahmehaltevorrichtung 12, an der das Bearbeitungszielelement W befestigt ist, wird durch den Arm 54 bewegt, um ein Rührreibschweißen bezüglich des Bearbeitungszielelements W durchzuführen, in einem Zustand, wo das Hilfsstützelement 42 des Hilfsstützmechanismus 40, das an dem Aufnahmetisch 10 angebracht und befestigt ist, in Kontakt mit der unteren Fläche der Aufnahmehaltevorrichtung 12 kommt, an der das Bearbeitungszielelement W befestigt ist. Durch ein festes Installieren der Verschiebungserfassungseinrichtung 20 an der Aufnahmehaltevorrichtung 12 und durch ein festes Installieren des Bezugselements an dem Befestigungsbereich an der Anbringhaltevorrichtung des Armes 54 kann zu diesem Zeitpunkt ein Rührreibschweißen auf ähnliche Weise durchgeführt werden, während der Betrag der relativen vertikalen Verschiebung der Sonde 32 und des Bearbeitungszielelements W, der durch die Deformation der Anbringhaltevorrichtung des Armes 54 zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens erzeugt wird, kompensiert wird.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann das Bearbeitungszielelement W nicht nur eine planare Form, sondern auch eine gekrümmte Form aufweisen, so lange wie ein Rührreibschweißen in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem die Sonde 32 und das Hilfsstützelement 42 eine positionelle korrespondierende Relation in Bezug auf das Bearbeitungszielelements W beibehalten. Wenn das Bearbeitungszielelement W eine gekrümmte Form aufweist, sind die Verschiebungserfassungseinrichtung 20 und das Schweißwerkzeug 30 dem Hilfsstützmechanismus 40 in einer Richtung zugewandt, die vertikal zu der gekrümmten Fläche ist, wobei das Bearbeitungszielelement W dazwischen gebracht wird, und eine Press- und Eindringrichtung der Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30 bezüglich des Bearbeitungszielelements W und die Bewegungsrichtung des Kontaktelements 26a des Verschiebungssensors 22 kann eine Richtung sein, die vertikal zu der gekrümmten Fläche des Bearbeitungszielelements W ist. Ferner kann die Bearbeitungsrichtung linear oder gekrümmt sein.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann, wenn es gewünscht ist, die Struktur zu vereinfachen, nur ein Verschiebungssensor 22 vorgesehen sein. Wenn es gewünscht ist, die Erkennungsgenauigkeit zu erhöhen, können alternativ drei oder mehrere Verschiebungssensoren 22 angeordnet werden, so dass die zugehörigen Kontaktelemente 26a in axialsymmetrischen Positionen bezüglich der Mittelachse Z der Sonde 32 angeordnet sind.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Befestigungsbereich 52c, an dem das Bezugselement 28 befestigt ist, an dem Arm 54 selbst vorgesehen sein. Die Anbringhaltevorrichtung 52 kann nicht nur durch ein einzelnes Element, sondern auch durch eine Vielzahl von Elementen gebildet werden. Ferner können die Aufnahmeelemente 28d des Bezugselements 28 weggelassen werden, so dass das untere Ende des Kontaktelements 26a des Verschiebungssensors 22 direkt in Kontakt mit der oberen Fläche des zweiten Endes 28b des Bezugselementes 28 kommt.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein Konfigurationsbeispiel erläutert, bei dem der Hilfsstützmechanismus 40 angewandt wurde. Der Hilfsstützmechanismus 40 kann jedoch in einem Fall weggelassen werden, wo die erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit relativ gering ist.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde erläutert, dass das Hilfsstützelement 42 des Hilfsstützmechanismus 40 ein kugelförmiges Element ist. Es können jedoch auch andere bewegliche Elemente wie beispielsweise rotierbare Elemente eingesetzt werden, oder ein festes Element kann verwendet werden, wenn Reibung und dergleichen kaum vorkommt.
Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels wird die Verschiebungserfassungseinrichtung bereitgestellt, die eine Verschiebung des Schweißwerkzeugs erfasst, die durch eine Deformation der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens erzeugt wird, bei dem der Arm bewegt wird, um das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement zu bewegen, während das Bearbeitungszielelements durch Rotieren der Sonde in Bezug auf das Bearbeitungszielelement und Pressen der Sonde, um in das Bearbeitungszielelement einzudringen, gerührt wird. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens kann die Anbringhaltevorrichtung mehr als der Arm deformiert werden. Da die Verschiebungserfassungseinrichtung den am Schweißwerkzeug befestigten Verschiebungssensor und das Bezugselement, das an dem Befestigungsbereich zwischen der Anbringhaltevorrichtung und dem Arm befestigt sind, um eine Bezugsposition für die Verschiebungserfassung bezüglich des Verschiebungssensors bereitzustellen, enthält, kann der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand geregelt werden, während eine unnötige Verschiebung der Sonde kompensiert wird, in einem Modus, der eine hohe Anwendungsflexibilität mit einer einfachen Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert.
Gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels ist der Verschiebungssensor ein Verschiebungssensor vom Typ Berührungssensor, und das Bezugselement enthält das erste Ende, das an dem Befestigungsbereich befestigt ist, an dem die Anbringhaltevorrichtung an dem Arm befestigt ist, das zweite Ende gegenüberliegend zu dem ersten Ende, und den Erstreckungsbereich, der sich bezüglich der Anbringhaltevorrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende, ohne eingeschränkt zu sein, erstreckt, mit dem Kontaktelement des Verschiebungssensors, das in der Lage ist, das zweite Ende zu kontaktieren. Demzufolge kann der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand geregelt werden, während eine unnötige Verschiebung der Sonde zuverlässiger kompensiert wird, in einem Modus, der eine höhere Anwendungsflexibilität mit einer einfacheren Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden, variiert.
Gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels bewegt sich das Kontaktelement vertikal, während es in Kontakt mit dem Bezugselement zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens kommt, weil die Bewegungsrichtung des Kontaktelements des Verschiebungssensors parallel zu der Mittelachse der Sonde ist. Folglich kann eine vertikale Verschiebung der Sonde, die durch die Deformation der Anbringhaltevorrichtung verursacht wird, genau erfasst werden. Ferner kann, weil der Verschiebungssensor und das Bezugselement jeweils das Paar von Verschiebungssensoren und das Paar von Bezugselementen enthalten, in denen das Kontaktelement und das zweite Ende symmetrisch bezüglich der Mittelachse der Sondeangeordnet sind, die vertikale Verschiebung der Sonde an zwei Verschiebungserfassungspositionen nahe an der Verschiebung erhalten werden, in einem Modus, in dem eine Berechnungsverarbeitung einfach durchgeführt werden kann.
Gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels erhöht sich, weil das Verbindungselement vorgesehen ist, das die Erstreckungsbereiche der Bezugselemente verbindet, die Verbindungsstärke zwischen den Bezugselementen, um die Stärke und die Starrheit des gesamten Bezugselements zu verbessern, wodurch es ermöglicht wird, einen positionellen Bezug des Verschiebungssensors genauer zu erhalten.
Gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels kann, weil der Bewegungsmechanismus ein industrieller Roboter ist, eine Rührreibschweißvorrichtung verwirklicht werden, die den Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand in einer flexibleren Konfiguration zuverlässig regeln kann.
Gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels ist ein Hilfsstützmechanismus vorgesehen, der an dem Arm angebracht ist, um das Aufnahmeelement durch das Hilfsstützelement, das hilfsweise nur die vertikale Position des Bearbeitungszielelements stützt, zu unterstützen. Folglich können die Sonde und das Bearbeitungszielelement genauer positioniert werden und ein Rührreibschweißen kann durchgeführt werden, während der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil zuverlässiger auf einen vorbestimmten Abstand geregelt wird.
Eine Rührreibschweißvorrichtung gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird detailliert erläutert, auch unter Bezugnahme auf die 4 und 5.
4 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration der Rührreibschweißvorrichtung gemäß der Abwandlung zeigt. 5 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung gemäß der Abwandlung.
In einer Rührreibschweißvorrichtung 1' gemäß der Abwandlung wird eine Konfiguration angenommen, bei der der Hilfsstützmechanismus 40 in der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels bereitgestellt ist, und ein Unterscheidungspunkt zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist, dass ein Führungselement 60, das das Hilfsstützelement 42 führt, zusätzlich vorgesehen ist, und weitere Konfigurationen die gleichen sind wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, ist in der Rührreibschweißvorrichtung 1' gemäß der Abwandlung insbesondere das Führungselement 60 fest auf der unteren Fläche des Aufnahmebereichs 10a des Aufnahmetisches 10 installiert und hat eine Führungsnut 62, um das Hilfsstützelement 42 des Hilfsstützmechanismus 40 aufzunehmen und zu führen. Insbesondere ist die Führungsnut 62 des Führungselements 60 angeordnet, um der Schweißlinie zugewandt zu sein und sich hierzu parallel zu erstrecken, entfernt und unterhalb von der Bearbeitungsrichtung des Rührreibschweißens in der Rührreibschweißvorrichtung 1', das bedeutet von der Schweißlinie, die als Ergebnis erhalten wird, und definiert hierbei eine eingedrückte Form, die sich nach unten öffnet. Zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unter Verwendung der Rührreibschweißvorrichtung 1' wird das Hilfsstützelement 42 bewegt und ist der Bearbeitungsrichtung und parallel hierzu zugewandt, entfernt und unterhalb von der Bearbeitungsrichtung des Rührreibschweißens, in einem in der Führungsnot 62 aufgenommenen Zustand, und entfernt und unterhalb von der Schweißlinie, die als Ergebnis erhalten wird, um einen Weg auszubilden, der der Schweißlinie und parallel hierzu zugewandt ist.
Wenn beispielsweise ein kugelförmiges Element als das Hilfsstützelement 42 verwendet wird, ist die Führungsnut 62 als dreikantige Nut durch eine erste geneigte Fläche 60a und eine zweite geneigte Fläche 60b, die beide einer Tallinie 60c entspringen, ausgebildet. Die Tallinie 60c ist entfernt und unterhalb von der Bearbeitungsrichtung des Rührreibschweißens in der Rührreibschweißvorrichtung 1' festgelegt, das bedeutet von der als Ergebnis erhaltenden Schweißlinie, und ist der Schweißlinie zugewandt und erstreckt sich hierzu parallel. Demzufolge ist das Führungselement 60, das die Führungsnut 62, die durch die erste und zweite geneigten Flächen 60a und 60b, die von der Tallinie 60c entspringen, gebildet ist, ebenfalls entfernt und unterhalb von der Schweißlinie angeordnet, der Schweißlinie zugewandt und sich hierzu parallel erstreckend. In diesem Fall kommt das Hilfsstützelement 42, das das kugelförmige Element ist, in Kontakt mit der ersten und zweiten geneigten Fläche 60a und 60b.
In der Konfiguration gemäß der Abwandlung kann die Führungsnut 62 des Führungselements 60 durch eine geneigte Fläche mit einer im Querschnitt gekrümmten Form ausgebildet sein. Wenn ein anderes bewegliches Element als das kugelförmige Element oder ein einfaches festes Element als das Hilfsstützelement 42 des Hilfsstützmechanismus 40 verwendet wird, ist es ausreichend, dass die Führungsnut 62 des Führungselements 60 eine Form hat, deren Funktion es ist, das bewegliche Element oder das feste Element in der gleichen Weise wie das kugelförmige Element aufzunehmen und zu führen.
Gemäß der Konfiguration der Abwandlung enthält die Rührreibschweißvorrichtung ferner das Führungselement, das das Hilfsstützelement führt. Folglich können die Sonde und das Bearbeitungszielelement genauer positioniert werden, und das Rührreibschweißen kann durchgeführt werden, während der Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand zuverlässiger geregelt werden kann.
Eine Rührreibschweißvorrichtung gemäß einer anderen Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6 und 7 detailliert erläutert.
6 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Rührreibschweißvorrichtung gemäß der Abwandlung zeigt. 7A ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung der Abwandlung. 7B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 7A.
Bei der Rührreibschweißvorrichtung 1'' gemäß der Abwandlung ist ein Unterscheidungspunkt zu dem zuvor erläuterten ersten Ausführungsbeispiel, dass die Position des Stützbereichs 54a an einem Ende des Arms 54 geändert ist, und ein Verstärkungselement 70 vorgesehen ist, derart, dass es in einer rippenähnlichen Form hervorsteht, und andere Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Folglich wird in dieser Abwandlung der Unterscheidungspunkt zu dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, während ähnliche Konfigurationen durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind und entsprechende Erläuterungen hierzu entsprechend vereinfacht oder weggelassen werden.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist in der Rührreibschweißvorrichtung 1'' gemäß der Abwandlung insbesondere der Stützbereich 54a an einem Ende des Armes 54 an dem Befestigungsbereich 52c in dem verbundenen Bereich zwischen dem oberen Anbringbereich 52a und dem unteren Anbringbereich 52b durch Befestigungen und dergleichen in Bezug auf der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse der Anbringhaltevorrichtung 52 fest installiert.
Das Verstärkungselement 70 ist auf der vertikalen Wandfläche (die Fläche parallel zu der x-z Ebene) auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a der Anbringehaltevorrichtung 52 in einer vorstehenden Weise fest installiert, derart, dass es von der vertikalen Wandfläche zur Seite in negativer Richtung der y-Achse zwischen dem Schweißwerkzeug 30 und dem Befestigungsbereich 52c hervorsteht, und enthält einen Körperbereich 70a und einen Ausdehnungsbereich 70b, der sich unterhalb von dem Körperbereich 70a erstreckt.
Der Körperbereich 70a des Verstärkungselements 70 hat insbesondere eine vertikale Länge, die vertikal die vertikale Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a überspannt, über eine Biegelinie P hinweg (die sich typischerweise vertikal zu der x-z Ebene erstreckt), die sich ändert, während sie sich zur Seite in negativer Richtung der x-Achse hinüberbiegt, so dass die Form des oberen Anbringbereichs 52a in Richtung des Schweißwerkzeugs 30 überhängt, während der Körperbereich von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a zu der Seite in negativer Richtung der y-Achse hervorsteht, und sich von einer äußeren Kante auf der Seite in negativer Richtung der x-Achse des oberen Anbringbereichs 52a zu der Seite in positiver Richtung der x-Achse erstreckt.
Der Ausdehnungsbereich 70b des Verstärkungselements 70 erstreckt sich unterhalb des Körperbereichs 70a derart, dass er in den Befestigungsbereich 52c eindringt, während er von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a in Richtung der Seite der negativen Richtung der y-Achse hervorsteht.
Zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unter Verwendung der Rührreibschweißvorrichtung 1'', bei der der Stützbereich 54a an einem Ende des Armes 54 an der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 fest installiert ist, wird, in der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52, die Beanspruchung in einem Bereich aus einem Gebiet nahe der Biegelinie P bis zu einem oberen Gebiet des Befestigungsbereichs 52c am größten. Demzufolge wird die Beanspruchungskonzentration durch das Vorsehen des Körperbereichs 70a des Verstärkungselements 70 entspannt, um eine Querschnittsfläche dieses Bereichs zu erhöhen. Ferner wird durch Vorsehen des Ausdehnungsbereichs 70b des Verstärkungselements 70 das Gebiet nahe der Biegelinie P mit dem Befestigungsbereich 52c verbunden, der ein Bereich hoher Steifheit ist, um eine Deformation hiervon zu unterdrücken und um die Beanspruchungskonzentration zu entspannen.
Weil das Verstärkungselement 70 eine Form haben muss, die sich, wie aus einer Seitenansicht gesehen, mit dem Bezugselement 28 schneidet, verlaufen der Körperbereich 70a und der Ausdehnungsbereich 70b des Verstärkungselements 70 in einer umwickelnden Weise durch einen Raum zwischen dem Erstreckungsbereich 28c, der von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a entfernt ist, und der vertikalen Wandfläche, durch Erhöhen der Dicke des ersten Endes 28a des Bezugselements 28 in Richtung der y-Achse. Folglich umgehen der Körperbereich 70a und der Ausdehnungsbereich 70b des Verstärkungselements 70 das Bezugselement nicht unnötigerweise und beeinträchtigen das Bezugselement nicht unnötigerweise.
In Bezug auf das Ausgleichen der Stärke und der Steifheit der Anbringhaltevorrichtung 52 kann das Verstärkungselement 70 auf der vertikalen Wandfläche (die Fläche parallel zu der x-z Ebene) auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a fest installiert werden, um von da aus in positiver Richtung der y-Achse hervorzustehen, auf die gleiche Weise wie dasjenige auf der vertikalen Wandfläche (die Fläche parallel zu der x-z Ebene) auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a, um auf diese Weise zweimal bereitgestellt zu werden und ein Paar auszubilden. Weil die Konfiguration davon die gleiche ist, werden detaillierte Erläuterungen hierzu weggelassen.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration der Abwandlung kann, wenn die Beanspruchung in dem Bereich des Gebiets nahe der Biegelinie P, die zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unter Verwendung der Rührreibschweißvorrichtung 1'' erzeugt wird, auf das obere Gebiet des Befestigungsbereichs 52c nicht übermäßig groß ist, nur der Körperbereich 70a in dem Verstärkungselement 70 vorgesehen sein, und der Ausdehnungsbereich 70b kann weggelassen werden.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration der Abwandlung kann ein Teil des Verstärkungselements 70 angehoben sein, so dass das Bezugselement 28 durch einen Raum zwischen dem Verstärkungselement 70 und der vertikalen Wandfläche der Anbringhaltevorrichtung 52 verlaufen kann.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration der Abwandlung kann, wenn das Verstärkungselement 70 als ein separates Bauteil konfiguriert ist, das unabhängig von der Anbringhaltevorrichtung 52 ist, die erzeugte Beanspruchung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unter Verwendung der Rührreibschweißvorrichtung 1'' mit hoher Flexibilität reduziert werden. Jedoch kann, wenn das Gebiet mit hoher Beanspruchung vorher genau vorhergesagt werden kann, das Verstärkungselement 70 als ein mit der Anbringhaltevorrichtung 52 einstückig angeformtes Erzeugnis bereitgestellt werden.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration der Abwandlung ist der Stützbereich 54a an einem Ende des Armes 54 an dem Befestigungsbereich 52c in dem verbundenen Bereich zwischen dem oberen Anbringbereich 52a und dem unteren Anbringbereich 52b auf der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a der Anbringhaltevorrichtung 52 fest installiert. Jedoch kann, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, der Stützbereich 54a fest an einem Ende des oberen Anbringbereichs 52a auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse installiert werden. Auch in diesem Fall ist es erwünscht, ein Verstärkungselement 70 auf beiden vertikalen Wandflächen auf der Seite in positiver Richtung und auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 52a vorzusehen, um die darin erzeugte Beanspruchung zu entspannen.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration der Abwandlung kann, selbst wenn die Länge des zum Schweißwerkzeug 30 überhängenden oberen Anbringbereichs 52a kurz wird und das Schweißwerkzeug 30 in Kontakt mit der Biegelinie P kommt, das ähnliche Verstärkungselement 70 angewendet werden. Ferner kann in einem Fall einer gekrümmten Fläche, in der die Biegelinie P nicht klar im oberen Anbringbereich 52a erkannt werden kann, das ähnliche Verstärkungselement 70 für das Gebiet, das eine große Beanspruchung zwischen dem Schweißwerkzeug 30 und dem Befestigungsbereich 52c aufweist, eingesetzt werden.
Gemäß der Konfiguration der Abwandlung kann die in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens erzeugte Beanspruchung reduziert werden, weil die Anbringhaltevorrichtung ferner das Verstärkungselement zwischen dem Schweißwerkzeug und dem Befestigungsbereich enthält.
Gemäß der Konfiguration der Abwandlung kann die in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens erzeugte Beanspruchung zuverlässiger reduziert werden, weil das Verstärkungselement den Ausdehnungsbereich aufweist, der sich in Richtung des Befestigungsbereichs erstreckt.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Eine Rührreibschweißvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 bis 12 im Detail erläutert.
8 ist eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration der Rührreibschweißvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 9A ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht der Rührreibschweißvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels. 9B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A'-A' in 9A. 10A ist eine vergrößerte Ansicht, die nur eine Anbringhaltevorrichtung, einen Antriebsmechanismus und einen Hilfsstützmechanismus der 8 zeigt. 10B ist eine Draufsicht der 10A, wie in negativer Richtung der z-Achse gesehen. 10C ist eine Unteransicht der 10A, wie in positiver Richtung der z-Achse gesehen. 11A ist eine Vorderansicht der 10A, wie in positiver Richtung der x-Achse gesehen. 11B ist eine Rückansicht der 10A, wie negativer Richtung der x-Achse gesehen. 12A ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 10A. 12B ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 10A. 12C ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 10A. 11D ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E in 10A. Der Einfachheit halber sind Schnittansichten entlang der Linien F-F und G-G in 10A beide in 12D gezeigt.
In einer Rührreibschweißvorrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Hauptunterscheidungspunkt von der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels inklusive der entsprechenden Abwandlungen, dass eine detaillierte Konfiguration einer Anbringhaltevorrichtung 152 und eine detaillierte Konfiguration eines Verstärkungselements 170, falls es vorgesehen ist, geändert sind, unter der Annahme, dass der Hilfsstützmechanismus 40 vorgesehen ist, und andere Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Folglich wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Unterscheidungspunkt bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels erläutert, und ähnliche Konfigurationen werden mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet und entsprechende Erläuterungen hiervon werden vereinfacht oder weggelassen.
In der Rührreibschweißvorrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in den 8 bis 12 gezeigt, enthält die Anbringhaltevorrichtung 152, die ein einstückig geformtes Erzeugnis ist, hergestellt aus Metall, wie beispielsweise ein maschinengeschnittenes Stahlerzeugnis, insbesondere einen weiter verkleinerten oberen Anbringbereich 152a und einen unteren Anbringbereich 152b, der eine externe Form aufweisen, die sich gleichmäßiger in Bezug auf die Anbringhaltevorrichtung 52 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ändert. Ein Stützbereich 154a an einem Ende des Arms 54, um die Anbringhaltevorrichtung 152 zu stützen, ist an einem Befestigungsbereich 152c in dem verbundenen Bereich zwischen dem oberen Anbringbereich 152a und dem unteren Anbringbereich 152b durch Befestigungen und dergleichen in Bezug auf die vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse der Anbringhaltevorrichtung 152 fest installiert.
Wenn der Arm 54 die Anbringhaltevorrichtung 152 unter Beibehaltung einer dynamischen Eigenschaft bewegt, so dass nur ein Bereich des oberen Anbringbereichs 152a zu einem Deformationsbereich wird, der sich zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens deformiert, wird ein Trägheitsgewicht des oberen Anbringbereichs 152a kleiner festgelegt als das des unteren Anbringbereichs 152b. Dies liegt an der Tatsache, dass die Handhabungseigenschaften der Anbringhaltevorrichtung 152 verbessert sind, so dass die Sonde 32 des Schweißwerkzeugs 30, die an dem oberen Anbringbereich 152a angebracht ist, eilig und zuverlässig zu dem Bearbeitungszielelement W bewegt wird, während die Rückseite des Bearbeitungszielelements W durch den Hilfsstützmechanismus 40, der an dem unteren Anbringbereich 152b angebracht ist, stabil gestützt wird.
Wenn in der Anbringhaltevorrichtung 152 insbesondere angenommen wird, dass ein Bereich oberhalb des Befestigungsbereich 152c als der obere Anbringbereich 152a festgelegt wird, und ein Bereich unterhalb des Befestigungsbereichs 152c als der untere Halterungsbereich 152b festgelegt wird, wird der Befestigungsbereich 152c in dem zweiten Ausführungsbeispiel an einer höheren Position als der Befestigungsbereich 52c in dem ersten Ausführungsbeispiels positioniert, und der Stützbereich 154a des Arms 54 ist an dem Befestigungsbereich 152c der Anbringhaltevorrichtung 152 verbunden und befestigt, in einem Zustand, der höher bewegt wird als der Stützbereich 54a in den anderen Abwandlungen des ersten Ausführungsbeispiels.
Es wird so festgelegt, dass die vertikale Länge des oberen Anbringbereichs 152a von dem Stützbereich 154a kürzer als die vertikale Länge des unteren Anbringbereichs 152b von dem Stützbereich 154a ist, ein Vorderende des oberen Anbringbereichs 152a, das eine übereinstimmende Fläche mit dem Gehäuse 38a des Antriebsmechanismus 38 ist, ist mehr auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse versetzt als ein Vorderende des unteren Anbringbereichs 152b, das eine übereinstimmende Fläche mit dem Halter 44 des Hilfsstützmechanismus 40 ist. Die Länge des oberen Anbringbereichs 152a in einer Richtung der x-Achse von dem Stützbereich 154a ist kürzer als die Länge des unteren Anbringbereichs 152b in der Richtung der x-Achse von dem Stützbereich 154a. Die Breiten des oberen Anbringbereichs 152a und des unteren Anbringbereichs 152b in der Richtung der y-Achse sind gleich, und die jeweiligen Materialien sind auch gleich. Eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) 152d des oberen Anbringbereichs 152a auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse, eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) des Befestigungsbereichs 152c auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse, und eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) 152f des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse bilden zusammen eine flächenbündige Oberfläche. Eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) 152d des oberen Anbringbereichs 152a auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse, eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) des Befestigungsbereichs 152c auf der Seite in negativer Richtung in der y-Achse, und eine vertikale Wandfläche (eine Fläche parallel zu der x-z Ebene) 152f des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse bilden zusammen eine flächenbündige Oberfläche. Wenn der Arm 54 jedoch die Anbringhaltevorrichtung 152 unter Beibehaltung einer dynamischen Eigenschaft bewegt, so dass nur ein Bereich des oberen Anbringbereichs 152a zu einem deformierten Bereich wird, der sich zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens deformiert, können die Abmessungen unter der Bedingung, dass das Trägheitsgewicht des oberen Anbringbereichs 152a kleiner festgelegt wird als das des unteren Anbringbereichs 152b, geeignet festgelegt werden.
Es ist bevorzugt, einen oberen eingedrückten Bereich 152e vorzusehen durch ein jeweiliges Herausschneiden der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse und der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse im oberen Anbringungsbereich 152a, auf eine Weise, in der Außenkanten der jeweiligen vertikalen Wandflächen als Wandflächen übrigbleiben, um eine Gewichtsreduktion innerhalb eines Bereiches, in dem die Stärke und die Starrheit des oberen Anbringbereichs 152a nicht unnötigerweise erniedrigt werden, zu erzielen.
Es ist ferner bevorzugt, einen ersten unteren eingedrückten Bereich 152g, einen zweiten unteren eingedrückten Bereich 152h und einen dritten unteren eingedrückten Bereich 152i bereitzustellen, die jeweils eingedrückt sind durch im Wesentlichen ein Herausschneiden von oben nach unten jeweils auf der vertikalen Wandfläche 152f auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse und der vertikalen Wandfläche 152f auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse in dem unteren Anbringbereich 152b, auf eine Weise, in der Außenkanten der jeweiligen vertikalen Wandflächen als Wandflächen übrigbleiben, um eine Gewichtsreduktion innerhalb eines Bereiches, in dem die Stärke und die Starrheit des unteren Anbringbereichs 152b nicht unnötigerweise erniedrigt werden, zu erzielen.
Es ist bevorzugt, eine erste Rippe 152j vorzusehen, die höhenmäßig bündig mit der vertikalen Wandfläche 152f auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse zwischen dem ersten unteren eingedrückten Bereich 152g und dem zweiten unteren eingedrückten Bereich 152h auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse des unteren Anbringbereichs 152b abschließt, und eine erste Rippe 152j vorzusehen, die höhenmäßig bündig mit der vertikalen Wandfläche 152f auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse zwischen dem ersten unteren eingedrückten Bereich 152g und dem zweiten unteren eingedrückten Bereich 152h auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des unteren Anbringbereichs 152b abschließt, so dass die Stärke und Starrheit des unteren Anbringbereichs 152b nicht unnötigerweise reduziert ist. In vergleichbarer Weise ist es bevorzugt, eine zweite Rippe 152k vorzusehen, die höhenbündig mit der vertikalen Wandfläche 152f abschließt, auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse zwischen dem zweiten unteren eingedrückten Bereich 152h und dem dritten unteren eingedrückten Bereich 152i auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse des unteren Anbringbereichs 152b, und eine zweite Rippe 152k vorzusehen, die höhenmäßig bündig mit der vertikalen Wandfläche 152f abschließt, auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse zwischen dem zweiten unteren eingedrückten Bereich 152h und dem dritten unteren eingedrückten Bereich 152i auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des unteren Anbringbereichs 152b.
Es ist bevorzugt, das Auftreten von einer unnötigen Beanspruchungskonzentration in dem unteren Anbringbereich 152b durch Ausbilden eines umlaufenden Endes des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse in einer einzigen Kreisbogenform und eines umlaufenden Endes des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in negativer Richtung der x-Achse in einer glatten Form, in der zwei sich schneidende lineare Bereiche miteinander über einen Kreisbogenbereich verbunden sind, um keinen unnötigen Eckbereich zu erzeugen, zu reduzieren. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass sich die erste Rippe 152j und die zweite Rippe 152k in radialer Richtung der einzigen Kreisbogenform, die am umlaufenden Ende des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse ausgebildet ist, erstrecken, so dass das Stärkegleichgewicht des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse nicht verloren geht. Das umlaufende Ende des unteren Anbringbereichs 152b auf der Seite in negativer Richtung der x-Achse kann eine einzige Kreisbogenform aufweisen, um weiter zuverlässig das Auftreten von unnötigen Beanspruchungskonzentrationen in dem unteren Anbringbereich 152b zu reduzieren.
Es ist bevorzugt, ein Verstärkungselement 170 in einem Gebiet von dem oberen Anbringbereich 152a zu dem Befestigungsbereich 152c vorzusehen, für den gleichen Zweck wie derjenige des Verstärkungselementes 70, das in den anderen Abwandlungen des ersten Ausführungsbeispiels erläutert wurde.
Das Verstärkungselement 170 ist an der vertikalen Wandfläche (die Wandfläche parallel zu der x-z Ebene) auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse der Anbringhaltevorrichtung 152 in einer vorstehenden Weise von der vertikalen Wandfläche hin zu der Seite in negativer Richtung der y-Achse zwischen dem Schweißwerkzeug 30 und dem Halterungsbereich 152c fest installiert, und enthält einen Körperbereich 170a und einen Ausdehnungsbereich 170b, der sich nach unten von dem Körperbereich 170a erstreckt.
Der Körperbereich 170a des Verstärkungselements 170 hat insbesondere eine Länge, die vertikal die vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a überspannt, über ein vorderes unteres Ende Q (das sich vertikal zu der x-z Ebene erstreckt) des oberen Anbringbereichs 152a, der ein Bereich hoher Beanspruchung ist, hinweg, während er von einer vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a hin zu der Seite in negativer Richtung der y-Achse hervorsteht, und erstreckt sich von einer Außenkante auf der Seite in negativer Richtung der x-Achse des oberen Anbringbereichs 152a hin zu der Seite in positiver Richtung in Richtung der x-Achse, und entspannt dadurch die Beanspruchung in dem oberen Anbringbereich 152a.
Der Ausdehnungsbereich 170b des Verstärkungselements 170 erstreckt sich nach unten von dem Körperbereich 170a, um in den Befestigungsbereich 152c einzudringen, der ein Bereich hoher Starrheit ist, während er von der vertikalen Wandfläche auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a zur Seite in negativer Richtung der y-Achse hervorsteht, um dadurch die Beanspruchung in dem oberen Anbringbereich 152a zu entspannen.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass sich das Verstärkungselement 170 zur Seite der positiven Richtung in der Richtung der x-Achse erstreckt, wobei die dabei hervorstehende Höhe von der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a zur Gewichtsreduktion schrittweise reduziert wird. Es ist ferner bevorzugt, dass sich das Verstärkungselement 170 nach unten erstreckt, mit einer entsprechenden hervortretenden Höhe von der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a und die vertikalen Wandfläche (die Fläche parallel zu der x-z Ebene) auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des Befestigungsbereichs 152c schrittweise reduziert wird.
In dem Verstärkungselement 170 verlaufen der Körperbereich 170a und der Ausdehnungsbereich 170b des Verstärkungselements 170 in einer umwickelnden Weise durch einen Raum zwischen dem Ausdehnungsbereich 28c, der entfernt von der vertikalen Wandfläche 152c auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a ist, und der vertikalen Wandfläche 152d, und beeinträchtigen nicht das Bezugselement 28.
Das Verstärkungselement 170 kann auf der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in positiver Richtung der y-Achse auf dem oberen Anbringbereich 152a fest installiert werden und von dort in Richtung der Seite in positiver Richtung der y-Achse hervorzustehen, in der gleichen Weise wie dasjenige auf der vertikalen Wandfläche 152d auf der Seite in negativer Richtung der y-Achse des oberen Anbringbereichs 152a der Anbringhaltevorrichtung 152, so dass zwei Verstärkungselemente 170 in Form eines Paares vorgesehen sind. Da jedoch die Konfiguration hiervon die gleiche ist, werden detaillierte Erläuterungen hierzu weggelassen.
Wenn die Beanspruchung in dem oberen Anbringbereich 152a nicht übermäßig groß ist, reicht es in der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels wie zuvor beschrieben aus, dass nur der Körperbereich 170a in dem Verstärkungselement 170 vorgesehen ist, und der Ausdehnungsbereich 170b kann weggelassen werden.
In der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels wie vorstehend beschrieben ist es ferner ausreichend, dass ein Teil des Verstärkungselementes 170 angehoben ist, so dass das Bezugselement 28 durch einen Raum zwischen dem Verstärkungselement 170 und der vertikalen Wandfläche 152d hindurchgeführt werden kann.
In der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels wie vorstehend beschrieben kann das Verstärkungselement 170 ferner als ein mit der Anbringhaltevorrichtung 152 einstückig geformtes Erzeugnis vorgesehen werden.
Die Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels wie vorstehend beschrieben kann auch auf eine Konfiguration angewendet werden, in der der Stützbereich 154a an einem Ende des Armes 54 an einem Ende auf der Seite in positiver Richtung der x-Achse des oberen Anbringbereichs 152a fest installiert ist.
Ferner ist es in der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels wie vorstehend beschrieben selbstverständlich, dass der Hilfsstützmechanismus 40 angewendet werden kann.
Gemäß der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst die Anbringhaltevorrichtung den ersten Anbringbereich, der das Schweißwerkzeug und den Befestigungsbereich verbindet, und den zweiten Anbringbereich, der den Hilfsstützmechanismus und den Befestigungsbereich verbindet, und das Trägheitsgewicht des ersten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, ist festgelegt kleiner zu sein als das des zweiten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt. Folglich kann, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, um das Schweißwerkzeug in eine Schweißrichtung nahe an dem Bearbeitungszielelement zu bewegen, das Einlenkverhalten auf der Seite des Schweißwerkzeugs verbessert werden, in einem Zustand, wo die Haltung auf der Seite des Hilfsstützmechanismus stabilisiert ist, und somit kann die Bedienbarkeit der Anbringhaltevorrichtung, die mit dem Schweißwerkzeug ausgestattet ist und die des Hilfsstützmechanismus durch den Arm verbessert werden.
Gemäß der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Anbringhaltevorrichtung ferner ein einstückig geformtes Erzeugnis, hergestellt aus Metall, und der erste Anbringbereich und der zweite Anbringbereich haben den eingedrückten Bereich, der in einer eingedrückten Art vorgesehen ist, bei der Außenkanten der jeweiligen vertikalen Wandflächen übrig gelassen sind, und das umlaufende Ende des zweiten Halterungsbereichs eine Kreisbogenform hat. Folglich kann die Erzeugung von unnötiger Beanspruchung in der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens unterdrückt werden, während eine Gewichtsreduktion der Anbringhaltevorrichtung erreicht wird.
In der vorliegenden Erfindung ist die Form, die Anordnung, die Anzahl und dergleichen der Elemente nicht auf diejenigen der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, und es ist unnötig zu erwähnen, dass die Bestandteile in geeigneter Weise modifiziert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie beispielsweise diejenigen Elemente durch andere mit identischen funktionalen Effekten auf geeignete Weise zu ersetzen.
Wie zuvor beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Rührreibschweißvorrichtung bereit, die den Abstand zwischen der Sonde und dem Bearbeitungszielbauteil auf einen vorbestimmten Abstand regeln kann, während eine unnötige Verschiebung der Sonde kompensiert wird, in einem Modus, der eine hohe Anwendungsflexibilität mit einer einfachen Konfiguration aufweist in Bezug auf eine breite Vielfalt von Bearbeitungszielbauteilen, bei denen die Form des Bereichs, der mit Rührreibschweißen bearbeitet werden soll, variiert. Aufgrund ihres allgemeinen Zweckes und allgemein gültigen Merkmalen wird folglich angenommen, dass sich Anwendungen der vorliegenden Erfindung in einem weiten Bereich auf dem Gebiet des Schweißens eines Verstärkungselements eines beweglichen Körpers, wie beispielsweise eines Automobils, ergeben.

Claims

Eine Rührreibschweißvorrichtung, umfassend: ein Schweißwerkzeug mit einer Sonde, die vertikal bewegbar in Bezug auf eine Bearbeitungszielseitenfläche eines Bearbeitungszielelements und rotierbar in Bezug auf das Bearbeitungszielelement ist; ein Aufnahmeelement, auf dem das Bearbeitungszielelement aufgenommen ist; einen Bewegungsmechanismus, der einen Arm aufweist, an dem eine Anbringhaltevorrichtung, die mit dem Schweißwerkzeug ausgestattet ist, befestigt ist und der das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement durch Bewegung des Arms bewegen kann; und eine Verschiebungserfassungseinrichtung, die eine Verschiebung des Schweißwerkzeugs erfasst, die durch eine Deformation der Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung eines Rührreibschweißens erzeugt wird, bei dem der Arm bewegt wird, um das Schweißwerkzeug in Bezug auf das Bearbeitungszielelement zu bewegen, während das Bearbeitungszielelements durch Rotieren der Sonde in Bezug auf das Bearbeitungszielelement und Pressen der Sonde, um in das Bearbeitungszielelement einzudringen, gerührt wird, wobei die Anbringhaltevorrichtung zum Zeitpunkt der Durchführung des Rührreibschweißens deformiert wird, die Verschiebungserfassungseinrichtung Verschiebungssensoren, die am Schweißwerkzeug befestigt sind, und Bezugselemente, die an einem Befestigungsbereich zwischen der Anbringhaltevorrichtung und dem Arm befestigt sind, aufweist, die Verschiebungssensoren vom Typ Berührungssensor sind, und die Bezugselemente an dem Befestigungsbereich befestigte erste Enden, zweite Enden gegenüberliegend zu den ersten Ende, und Erstreckungsbereiche aufweisen, die sich in Bezug auf die Anbringhaltevorrichtung zwischen den ersten Enden und den zweiten Enden, ohne eingeschränkt zu sein, erstrecken, mit Kontaktelementen des Verschiebungssensors, die in der Lage sind, die zweiten Enden zu kontaktieren, und die Verschiebungserfassungseinrichtung ein Paar der Verschiebungssensoren und ein Paar der Bezugselemente enthält, wobei Bewegungsrichtungen der Kontaktelemente parallel zu einer Mittelachse der Sonde sind, und die Kontaktelemente und die zweiten Enden entsprechend in Bezug auf die Mittelachse der Sonde symmetrisch angeordnet sind.
Rührreibschweißvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rührreibschweißvorrichtung ferner ein Verbindungselement umfasst, das die Erstreckungsbereiche der Bezugselemente verbindet.
Rührreibschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Anbringhaltevorrichtung ferner ein Verstärkungselement zwischen dem Schweißwerkzeug und dem Befestigungsbereich enthält.
Rührreibschweißvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verstärkungselement einen Ausdehnungsbereich aufweist, der sich in Richtung des Befestigungsbereichs ausdehnt.
Rührreibschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bewegungsmechanismus ein industrieller Roboter ist.
Rührreibschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rührreibschweißvorrichtung ferner einen Hilfsstützmechanismus umfasst, der das Aufnahmeelement durch ein Hilfsstützelement unterstützt, um hilfsweise nur eine vertikale Position des Bearbeitungszielelements zu stützen, und wobei der Hilfsstützmechanismus an dem Anbringelement angebracht ist.
Rührreibschweißvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Rührreibschweißvorrichtung ferner ein Führungselement, das das Hilfsstützelement führt, umfasst.
Rührreibschweißvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Anbringhaltevorrichtung einen ersten Anbringbereich aufweist, der das Schweißwerkzeug und den Befestigungsbereich verbindet, und einen zweiten Anbringbereich, der den Hilfsstützmechanismus und den Befestigungsbereich verbindet, und wobei ein Trägheitsgewicht des ersten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt, kleiner ist als dasjenige des zweiten Anbringbereichs, wenn der Arm die Anbringhaltevorrichtung bewegt.
Rührreibschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Anbringhaltevorrichtung ein einstückig geformtes, aus Metall hergestelltes Erzeugnis ist, und der erste Anbringbereich und der zweite Anbringbereich einen eingedrückten Bereich aufweisen, der in einer eingedrückten Art vorgesehen ist, in dem Außenkanten der jeweiligen vertikalen Wandflächen übrig gelassen sind, und wobei ein umlaufendes Ende des zweiten Anbringbereichs eine Kreisbogenform aufweist.