JP2003320456A - 金属要素を構造部品に溶接する溶接装置 - Google Patents

金属要素を構造部品に溶接する溶接装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレットチャック内への金属要素の自動供給
の失敗をできるだけ高信頼度で検出できる、金属要素を
構造部品に溶接する溶接装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、金属要素、特にスタッドを構
造部品に溶接する溶接装置である。溶接装置は、金属要
素を受け入れるコレットチャック（１４）を備えた溶接
ヘッド（１２）と、金属要素をコレットチャック（１
４）内に供給する供給ユニットと、溶接作業のための電
気エネルギを供給する電源手段とを有している。コレッ
トチャック（１４）は、互いに電気的に絶縁された少な
くとも２つのセグメント（３６，３８）を有している。
溶接すべき金属要素がコレットチャック（１４）内に位
置決めされているかどうかを、試験電圧を印加すること
により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属要素、特にス
タッドを構造部品に溶接する装置であって、金属要素を
受け入れるコレットチャックを備えた溶接ヘッドと、金
属要素をチャックに供給する供給ユニットと、溶接作業
のための電気エネルギを供給する電源手段と、を有する
溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の溶接装置は、例えば欧州特許第
７８４，５２６号明細書に開示されている。
【０００３】本発明と関連して用いられる溶接方法は、
いわゆる、短時間アーク溶接であり、これは、一般に
は、「スタッド溶接」という技術用語で知られている。
この方法では、最初、溶接作業と関連してコレットチャ
ック内に受け入れられた金属要素を構造部品に対して持
ち上げ、金属要素と構造部品との間に溶接アークを生じ
させ、次に、金属要素を下降させる。
【０００４】スタッド溶接の技術は、特に自動車業界で
用いられているが、本発明は、これには限定されない。
この技術により、ねじ、ナット、アイ及びその他の要素
が付けられた又はそれが付けられていないスタッドを、
車体の板金に溶接することができる。このとき、金属要
素は、一般的には、室内装備品を車体に締結するための
保持アンカーとして働く。
【０００５】上述のスタッド溶接では、最初、金属要素
を溶接ヘッドのコレットチャックに挿入する。これは、
自動供給手段、例えば圧縮空気によって行うことができ
る。一般的には、ロボットアームによって、金属要素を
構造部品に対して適当に位置決めした後、溶接作業を開
始する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】言うまでもないことと
して、かかる溶接装置では、多数回の溶接作業を連続し
て行う必要があり、一般的には、完全に自動化されてい
る。この場合、例えば、溶接すべき金属要素は、圧縮空
気によって直接チャックに挿入される。かかる自動供給
は、一般的には、高信頼度で達成される。それと同時
に、言うまでもないこととして、溶接すべき金属要素が
実際にチャックに位置決めされたときにのみ溶接作業を
開始する必要がある。しかしながら、連続作業では、チ
ャック内への金属要素の自動供給の失敗が生じる場合も
ある。かかる場合、溶接すべき要素の供給の失敗をでき
るだけ早く検出する必要があり、また、安全上の理由
で、溶接作業を開始させようとしてはならない。
【０００７】したがって、本発明の目的は、コレットチ
ャック内への金属要素の自動供給の失敗をできるだけ高
信頼度で検出できる、金属要素を構造部品に溶接する溶
接装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、発明の
属する技術分野で述べた形式の溶接装置において、コレ
ットチャックが互いに電気的に絶縁された少なくとも２
つのセグメントを有していることを特徴とする溶接装置
を提供することによって達成される。
【０００９】このようにすると、本発明の目的は完全に
達成される。すなわち、溶接すべき金属要素がチャック
内に位置決めされているかどうかの検査がチャックに対
して直接行われ、この検査がきわめて簡単且つ低コスト
で可能になる。この目的で、金属要素を受け取る時、互
いに電気的に絶縁されているセグメント間に生じる電気
的接続を評価する必要があるに過ぎない。
【００１０】本発明の有利な実施形態では、互いに電気
的に絶縁されたセグメントは、電気的に絶縁されたセグ
メント間の電気的接触を検出するためのセンサ手段に結
合されている。
【００１１】本発明の目的のため、本発明の別の実施形
態によれば、セグメントを試験電圧源に接続し、セグメ
ント間の電流の流れをセンサ手段によって評価してもよ
い。
【００１２】この場合、センサ手段は、金属要素がチャ
ック内に支持されているかどうかを指示する、好ましく
はディジタルの信号を出力するのがよい。
【００１３】本発明の別の実施形態によれば、センサ手
段に結合された、溶接作業を制御する制御手段が設けら
れる。
【００１４】これらの手段により、溶接すべき金属要素
がチャック内に位置決めされているかどうかを判断する
ことを、特に簡単に、低コスト且つ高信頼度で可能にす
る。一般的にはマイクロプロセッサ制御装置である制御
手段は、電流の流れの評価及び有利にはそのディジタル
信号への変換により、溶接すべき金属要素がチャック内
に位置決めされているかどうかを指示するディジタル信
号を出力することができる。制御ユニットは、溶接すべ
き金属要素がチャック内に保持されていることを検出し
た場合にのみ溶接作業を開始できるようにプログラムさ
れたものであるのがよい。それ以外に、適当なエラー信
号を出力することがよいが、このようにするかどうかは
任意である。
【００１５】本発明の第１の変形実施形態によれば、コ
レットチャックは、可撓性をもつように設計されたセグ
メントを有している。
【００１６】この場合、コレットチャックは、２つのセ
グメントを有するのがよく、これらセグメントは、従来
型の一体コレットチャックでは慣例であるように、長手
方向スリットによって、完全には分割されていないサブ
セグメントに区分けされている。
【００１７】本発明の第２の変形実施形態によれば、コ
レットチャックは、金属要素を半径方向に供給する案内
部分を上記セグメントに有している。
【００１８】かかる設計は、溶接すべき金属要素をチャ
ック内に軸線方向ではなく横方向に供給する場合に特に
有利である。溶接すべき金属要素の供給のため、２つの
セグメントを互いに遠ざけ、溶接すべき金属要素を供給
した後、２つのセグメントを、金属要素をチャックの２
つのセグメント間に保持するまで再び近づける。変形例
として、案内部分を、それが弾力を持つように設計して
もよい。その目的は、半径方向の供給を容易にすること
にある。
【００１９】チャックの２つのセグメントの正確な閉じ
動作を行うための位置制御のために、センサ手段による
試験電圧の電気的評価を同時的に利用することが良く、
それにより、追加の利点がもたらされる。
【００２０】本発明の追加の実施形態によれば、互いに
電気的に絶縁されたセグメントを環状要素によって互い
に保持するのがよい。
【００２１】これは、特に、例えば合成材料の開きリン
グが用いられる可撓性コレットチャックとしての実施形
態に推奨できる。
【００２２】言うまでもないこととして、上述し且つ以
下に更に説明する本発明の特徴は、各場合に指示された
組合せの状態だけでなく、本発明の範囲から逸脱するこ
となく他の組合せ又はそれ自体で利用できる。
【００２３】本発明の追加の特徴及び利点は、図面を参
照して好ましい実施形態についての以下の説明を読むと
明らかになろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１に、金属要素１６を構造部品
１８に溶接する装置が、全体として符号１０で概略的に
示されている、。
【００２５】図示の場合、金属要素は、例えば、車体の
板金に溶接されるスタッドである。全体として周知であ
り、例えば、欧州特許第０，７８４，５２６号明細書に
開示されている、いわゆる短時間アーク溶接が、溶接方
法として用いられる。
【００２６】装置１０は、溶接ヘッド１２を有し、この
溶接ヘッドは、自動車業界における使用中、一般的に
は、ロボットアームに取り付けられている。溶接ヘッド
１２内には、溶接すべき金属要素１６を受け入れるため
のコレットチャック１４が設けられている。溶接すべき
金属要素は、例えば圧縮空気によって、要素供給手段２
０からチャック１４に供給される。短時間アーク溶接に
必要な電力は、制御手段２４によって制御される電源手
段２２によって供給され、制御手段２４は、溶接要素の
他の機能も別途制御する。制御手段２４は、適当なイン
タフェースを介して溶接装置１０が収納されたロボット
アームの制御装置に接続されているのがよく、好ましく
は、例えば工業用バス(母線)を介してオーバーライディ
ングプロセス制御装置に接続されていることを理解すべ
きである。
【００２７】溶接作業の際、最初、溶接すべき金属要素
１６を、接地された構造部品１８に対して持ち上げ、金
属要素１６と構造部品１８との間に溶接アークを生じさ
せる。溶接作業中、両方向矢印１３によって指示するよ
うに、金属要素１６を基本的には周知のやり方で再び下
降させる。
【００２８】本発明によれば、コレットチャック１４の
特定の設計により、溶接すべき金属要素１６が正確にコ
レットチャック１４内に供給されたかどうかのチェック
を行うことができる。
【００２９】これを図２を参照して以下に詳細に説明す
る。
【００３０】図２に、コレットチャック１４を長手方向
の側面図で示し、この図において、溶接ヘッド１２が一
点鎖線で概略的にのみ示され、コレットチャック１４が
溶接ヘッド１２から外方に突き出ている。
【００３１】コレットチャック１４は、２つの連続した
長手方向スリット４０ｂ，４０ｅ（図３参照）によっ
て、コレットチャック１４の中心軸線に沿って互いに対
称に設計された２つのセグメント３６，３８に分割さ
れ、その結果、互いに電気的に絶縁された２つの半部が
形成されている。コレットチャック１４は、その外端部
において、テーパ状に延びる部分を経て円筒形部分に変
形されており、この円筒形部分は、コレットチャック１
４の円筒形領域の残部よりも小さな直径を有している。
コレットチャック１４は、長手方向スリット４０ａ，４
０ｃ，４０ｄ，４０ｆを更に有し、これらの長手方向ス
リット４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｆは、コレットチ
ャック１４の外端部３９からコレットチャックの全長の
約２／３にわたって軸線方向に延びている。
【００３２】このように、コレットチャック１４の２つ
のセグメント３６，３８は、長手方向スリット４０ａ，
ｃ，ｄ，ｆによって、完全には分割されていないゾーン
即ちサブセグメント３６ａ，ｂ，ｃ及びサブセグメント
３８ａ，ｂ，ｃに区分けされている。
【００３３】このように、コレットチャック１４は、可
撓性をもつように設計されている。
【００３４】コレットチャック１４の２つのセグメント
３６，３８を、絶縁材料、例えば合成材料からなる周囲
リング４２によって互いに保持するのがよい。周囲リン
グ４２は、２つのセグメント３６，３８を互いに対して
或る程度半径方向に移動させることを可能にするため
に、完全には閉じておらず、１箇所開いている。
【００３５】２つのセグメント３６，３８は、ライン３
０，３２によって試験電圧源２６に接続されている。
【００３６】導電性の金属要素１６をコレットチャック
１４の外端部３９の中に保持すれば、それにより、電気
回路が閉じる。試験電流を、電気回路内に設けられたセ
ンサ手段２８によって検出し、ディジタル信号（「スタ
ッドインホルダ信号」）として、例えばライン３４を介
して制御手段２４に伝える。
【００３７】このように、要素供給手段２０からの金属
要素１６の供給エラーを簡単な仕方で検出することがで
きる。溶接すべき金属要素が正しく供給されたことをセ
ンサ手段２８によって検出した場合にのみ、制御手段２
４は溶接作業を開始させる。
【００３８】図４に、全体的に符号４４で表された本発
明のコレットチャックの変形実施形態を長手方向の側面
図として示す。
【００３９】コレットチャック４４は、この場合も、互
いに電気的に絶縁された２つのセグメント４６，４８を
有する。しかしながら、図２及び図３を参照して述べた
実施形態とは異なり、コレットチャック４４は、可撓性
チャックではなく、２つの実質的に剛性のセグメント４
６、４８を備えたチャックであり、これら剛性セグメン
ト４６、４８は、矢印５２で指示するように溶接ヘッド
１２内に互いに対して半径方向に移動可能に受け入れら
れている。コレットチャック４４は、その内端部におい
て、合成材料の円柱形又は円筒形部品５０を受け入れて
おり、この円筒形部品５０は、２つのセグメント４６，
４８を互いに近づけるときの止め部として役立つ。
【００４０】したがって、コレットチャック４４内への
金属要素１６の供給のため、２つのセグメント４６，４
８を詳細には示していない仕方で外方に互いに遠ざかる
ように動かし、次いで、好ましくは金属要素１６を側方
から供給する。原理的には、変形例として、軸線方向の
供給も可能である。
【００４１】しかしながら、本実施形態では、２つのセ
グメント４６、４８は、金属要素１６の半径方向供給の
際に金属要素１６を心出ししながら支持するために、円
形を構成するように区分けされた部分の各端部から外方
に広がる案内部分４７、４９を有している。
【００４２】金属要素をコレットチャック４４の２つの
セグメント４６、４８の間に配置すれば、この場合もま
た、試験電流が、関連した試験装置を通って流れ、この
試験装置は、図２に従って設計されているのが良い。
【００４３】互いに対して半径方向に移動可能な２つの
セグメント４６、４８を備えたコレットチャック４４に
おける本発明の実施形態の追加の利点は、金属要素１６
がコレットチャック４４内に正しく保持されていること
を試験電流によって検出したとき、それと同時に、コレ
ットチャック４４が正確に閉じていることにあり、その
結果、コレットチャック４４が不正確に閉じられた場合
のエラーが同様に検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２】コレットチャックが溶接ヘッド内に受け入れら
れている状態を示す、図１の溶接ヘッドの前端部の拡大
側面図である。
【図３】図２のコレットチャックの正面図である。
【図４】図２のコレットチャックの変形実施例の長手方
向の側面図である。
【図５】図４のコレットチャックの２つのセグメントの
正面図である。
【符号の説明】
１０ 溶接装置 １２ 溶接ヘッド １４，４４ コレットチャック １６ 金属要素 １８ 構造部品 ２０ 供給ユニット ２４ 制御手段 ２６ 試験電圧源 ２８ センサ手段 ３６，３８；４６，４８ セグメント ３６ａ，ｂ，ｃ；３８ａ，ｂ，ｃ サブセグメント ４０ａ，ｃ，ｄ，ｆ 長手方向スリット ４２ 周囲リング ４７，４９ 案内部分 ５０ 円筒形部品

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属要素（１６）、特にスタッドを構造
    部品（１８）に溶接する溶接装置であって、金属要素
    （１６）を受け入れるコレットチャック（１４；４４）
    を備えた溶接ヘッド（１２）と、金属要素（１６）をコ
    レットチャック（１４；４４）に供給する供給ユニット
    （２０）と、溶接作業のための電気エネルギを供給する
    電源手段と、を有し、コレットチャック（１４；４４）
    は、互いに電気的に絶縁された少なくとも２つのセグメ
    ント（３６，３８；４６，４８）を有していることを特
    徴とする溶接装置。
  2. 【請求項２】 互いに電気的に絶縁された前記セグメン
    ト（３６，３８；４６，４８）は、それらの間の電気的
    接触を検出するためのセンサ手段（２８）に結合されて
    いることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
  3. 【請求項３】 前記セグメント（３６，３８；４６，４
    ８）は、試験電圧源（２６）に接続され、前記センサ手
    段（２８）は、前記セグメント（３６，３８；４６，４
    ８）間の電流の流れを評価できるよう設計されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
  4. 【請求項４】 前記センサ手段（２８）は、金属要素
    （１６）がコレットチャック（１４；４４）内に支持さ
    れているかどうかを指示する、好ましくはディジタルの
    信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の溶接
    装置。
  5. 【請求項５】 前記センサ手段（２８）に結合された、
    溶接作業を制御する制御手段（２４）を更に有している
    ことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項に記
    載の溶接装置。
  6. 【請求項６】 コレットチャック（１４）は、可撓性を
    もつように設計された前記セグメント（３６，３８）を
    有していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれ
    か１項に記載の溶接装置。
  7. 【請求項７】 コレットチャック（１４）は、長手方向
    スリット（４０ａ，ｃ，ｄ，ｆ）によって、完全には分
    割されていないサブセグメント（３６ａ，ｂ，ｃ，３８
    ａ，ｂ，ｃ）に区分けされている２つのセグメント（３
    ６，３８）を有することを特徴とする請求項６記載の溶
    接装置。
  8. 【請求項８】 コレットチャック（４４）は、金属要素
    （１６）を半径方向に供給する案内部分（４７，４９）
    を前記セグメント（４６，４８）に有していることを特
    徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の溶接
    装置。
  9. 【請求項９】 前記セグメント（３６，３８；４６，４
    ８）は、環状要素（４２，５０）によって互いに保持さ
    れていることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか
    １項に記載の溶接装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のうちいずれか１項に記
    載された、金属要素（１６）を構造部品（１８）に溶接
    する溶接装置（１０）に用いられる金属要素（１６）を
    受入れるコレットチャック。
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