JP2004533935A - 締結具の抵抗溶接用電極 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は、締結具を金属製の対象物に抵抗溶接するための溶接銃に関し、さらに詳しく言えば、本発明は、締結具検出センサに関する。
【背景技術】
【0002】
乗物の車体パネルなどの金属製の対象物に締結具を抵抗溶接するために、溶接銃アセンブリが使用される。溶接スタッドまたは溶接ナットなどの締結具が、電極の1つに装填される。電極は、締結具を圧力下でパネルと係合状態になるように配置するアクチュエータとともに移動する。電極に非常に大きな電流を流し、締結具をパネルに溶接する。
【0003】
溶接銃の使用は、典型的に、締結具を溶接銃アセンブリに装填する自動化プロセスである。締結具が溶接銃に適切に装填されなかったり、締結具が溶接銃にまったく装填されなかったりする場合がある。これらの状況下では、締結具に関して問題があることを検出して、締結具をパネルに適切に溶接できるようにすることが重要である。このため、溶接銃における締結具の存在および配向を検出しようとするために、センサが用いられてきた。典型的に、電極アームの動きを測定するために、電極アームに線形可変変位トランスデューサが接続されてきた。ナットが存在しなければ、締結具が存在し適切な配向にある場合よりも多く移動することになる。締結具が適切な配向になければ、電極アームは、締結具が適切な配向にある場合よりもわずかに少なく移動することになる。このようにして、締結具の存在と配向が検出されてきた。しかしながら、いくつかの理由により、締結具の適切な配向を正確に検出することが困難であった。第1に、電極アームの位置は、締結具が適切な配向にあるかに常に対応しない。すなわち、位置センサの場所は、締結具の公差の累積および変動により、締結具の配向を正確に検出できない。第2に、電極電流が大きいことにより、位置センサ信号が不精度なものになる。ケーブルが磁気的に遮蔽されたものであっても、電極電流からの干渉が大きいと、締結具の読み取り値が誤ったものになる。したがって、溶接銃アセンブリにおける締結具の配向および存在をより正確に検出するセンサが所望される。
【0004】
発明の概要と利点
本発明により、乗物の車体パネルなどの対象物に締結具を溶接するための溶接アセンブリが提供される。このアセンブリは、開位置と閉位置との間で互いに移動可能な第1および第2の電極を有する溶接銃を含む。第1の電極は、ハウジングアセンブリを含む。ハウジングアセンブリに、ピンが収容され、前記閉位置にあるとき、所望のナット位置と、逆さまのナット位置と、ナットがない位置との間で移動可能である。光センサが、ピンから間隔を置いて設けられ、ピンに光を向けるための終端を有する。センサの終端は、ピンからの反射光を受け取る。センサ制御システムが、反射光を処理して、所望のナット位置と、ナットが逆さまの位置と、ナットがない位置の1つに対応する信号にする。
【0005】
動作中、ピンは、パネルの開口に挿入される。ピンに締結具が装填され、電極は、パネルの周囲で互いに対して閉位置へ移動される。電極がパネルと係合状態になるように移動されると、ピンは変位される。光センサに入る反射光の量は、ピンの変位とともに変化する。センサからの光は、光増幅器に送られ、そこでアナログまたはディジタル信号に変換される。その後、信号が処理されて、締結具が所望の位置、逆さまの位置、または締結具がない位置のいずれにあるかを決定する。
【0006】
したがって、本発明により、溶接銃アセンブリにおける締結具の配向および存在をより正確に検出するセンサが提供される。
【0007】
本発明のほかの目的は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な記載を参照することにより理解されるであろう。
【0008】
好適な形態の詳細な説明
図1は、溶接銃アセンブリ10の非常に概略的な図である。溶接銃アセンブリ10は、下側電極13を支持する下側静止アーム12を含む。下側アーム12に、上側可動アーム14が接続される。上側アーム14は、上側電極15を含む。アクチュエータ16が、開位置(図示)から閉位置に上側アーム14を移動させ、閉位置において、電極13および15は、乗物の車体パネルなどの溶接される対象物18と係合状態になる。溶接スタッドまたは溶接ナットなどの締結具が、電極13および15の1つに装填され、対象物18と係合状態にされる。従来技術では、典型的に、LVDT(線形可変変位トランスデューサ)などの変位トランスデューサを利用して上側アーム14の位置を検出することにより、溶接銃アセンブリ内での締結具の存在および配向が検出されていた。本発明では、下側電極13にある位置センサ20を利用して、対象物18の下方から締結具の位置および配向を検出する。センサからの情報は、センサ制御システム22に送られ、このシステム22は、増幅器24とコントローラ26とを含む。コントローラ26は、信号を情報に処理し、この情報は障害情報をトリガするために使用される。
【0009】
アームおよび電極に「上側」および「下側」という表現を用いているが、溶接銃アセンブリ10とその構成部品は、記載した以外の方法で配向されてよく、それも本発明の範囲内のものであることを理解されたい。
【0010】
図2に、下側電極13をさらに詳細に示す。電極13は、本体32を有するハウジングアセンブリ30を含む。本体32は、下側アーム12に収容されるように適応された端部34を有する。本体32の端部34の反対側に、対象物18に電流を流すための溶接ヘッド36が取り付けられる。ハウジングアセンブリ30は、本体32を取り囲むシェル38をさらに含んでよい。本体32は、孔40(図3に図示)を含み、溶接ヘッド36は、ピン44を収容するための開口42を含む。ピン44の本体は、孔40内に収容され、ピンの第1の端部46が、開口42を貫通して延在する。第1の端部46は、ナットなどの締結具を収容するようにテーパ状のものである。しかしながら、ピン44の形状は、溶接スタッドを収容するように修正されてもよいことを理解されたい。
【0011】
ピン44は、第1の端部46と反対側に第2の端部48を含み、ピン44が本体32から出ないようにするためのフランジ48がある。戻りばね50が、ピン44を上側電極15の方へ寄せる。ピン44を寄せるために、孔40を通る加圧空気が用いられてもよい。
【0012】
孔40内に、センサマウント52が配設され、本体32に固定される。センサマウント52は、図4に示す、ばね50を収容し位置付けるための孔54を含む。好ましくは、直径が3ミリメートルの光ファイバケーブル58が、ハウジングアセンブリ30内に与えられ、センサマウント52の穴56内に収容される。ピン44の第2の端部48に近接して、ケーブル58の終端60が配設される。光ファイバケーブル58は、エアフィッティング63を収容するように修正された空気通路62を介して、本体内に供給されてよい。このようにして、電極13は、本発明のセンサ58を収容するようにわずかに修正されてよい。しかしながら、終端60が、ピン44の別の部分に近接するように配設されてもよい。これに代わって、終端60は、ピン44の動きに関連する別の溶接銃構成部品に近接して配設されてよい。すなわち、終端60は、必ずしもピンに近接する必要はないが、終端60は、ピン44の動きを追跡する。
【0013】
動作中、電極13および15は、開位置において、互いに間隔を置いた位置にあり、締結具が溶接されることになる対象物18を収容する。ピン44は、対象物18の開口64に配設される。ピン44の第1の端部46に、ナット66などの締結具が配置される。締結具66は、対象物18と係合状態になる溶接面68を含む。溶接面68は、ナット66を開口64内に位置するパイロットリング70を含んでよい。溶接面68は、溶接プロセス中に溶融されて、ナット66を対象物18に溶融する突出部をさらに含む。ナット66の穴74が、端部46と協働して、ナット66を対象物18に対して良好に位置付ける特徴を含んでよい。パイロットリング70および突出部72などの溶接面68上の特徴は、非常に厳密な公差で保持される。典型的に、対象物18の周囲で電極13および15を閉じた状態で、位置測定値がとられる。測定中、対象物18にかけられる力は、溶接力より小さいものであってよく、プロセスを有効なものにするために、溶接の前後でとられてよい。ナット66の溶接面側と係合状態にあるピン44の位置を測定することにより、ピンの位置は、ナットの配向に対してより正確に関係することになる。前述した別の方法では、ナットの厚みなどのナット66の特徴が厳密に許容または制御されない。その結果、例えば、従来技術の場合のように上側アームの位置を感知することにより、上側電極側からのナット66の配向を感知することは、許容範囲がより大きいため、ナットの配向に対して正確に対応しない場合がある。
【0014】
光ファイバケーブル58は、終端60から第2の端部48に向けられる光を伝達する。光は、第2の端部48から反射して戻り、光ファイバケーブル58内に戻る。反射光は、光増幅器24により受け取られ、アナログおよび/ディジタル信号を生成する。信号は、コントローラ26に送信され、コントローラ26は、ナット66の存在および配向を決定するように処理する。センサ20は、2ミクロン程度に小さなピン44の距離の変化を検出可能である。電極13および15は、対象物18とナット66の周囲で閉位置へと共に移動する。ナット66および対象物18に圧力がかけられ、電極間に電流がかけられる。高電流がかかると突出部72が溶融し、ナット66を対象物18に溶接する。
【0015】
図5、図6、および図7は、所望の位置にあるナット66と、ナットが逆さまの位置と、ナットがない位置とをそれぞれ示す。上側電極18は、ピン44の一部分を収容するための孔76を含む。図5を参照すると、ナット66は、溶接面68が対象物18に隣接した所望の位置にある状態が示されている。対象物18は、材料厚みXを有する。ピン44は、電極13および15が共に閉じられると変位される。この位置において、ピン44は、距離Kだけセンサ20から変位されてよく、この距離は、特定のナットの場合、0.1115インチであってよい。センサ制御システム22は、正確なナット配向として距離Kを示すように較正されることになる。さらに、時間の経過とともに電極13および15が磨耗することは認識されていることであるが、予測可能な電極の磨耗は、その寿命を超えるように補償されてよい。下側電極の磨耗が、従来技術の測定が行われた場合のものである上側電極の約1/10の割合で磨耗するため、本発明の電極磨耗は、従来技術よりも少ない。
【0016】
図6を参照すると、ナットは、溶接面68が対象物から間隔がある逆さまの位置にある。この位置において、ナット66は、突出部72が対象物と係合状態にならないため、対象物18に溶接できない。ナットが逆さまの位置において、ピン44は、ナットの穴74内で異なるように収容されるため、ピン44とセンサ20との間の距離は距離Mになり、ナット66の場合、0.1225インチであってよい。認識されるように、所望のナット位置とナットが逆さまの位置との間の差は、比較的短い距離L、すなわち、わずか0.0110インチである。したがって、センサ22がナットの配向を正確に検出可能であることが重要である。溶接銃の電流により発生する磁場干渉の影響を受けない光ファイバを利用することにより、正確なピン位置が検出されてよい。さらに、ピンが対象物18付近のナットの下側からナット66と係合するため、ナットの厚みが変動しても、センサの精度に影響を及ぼすことがない。ピンの端部46は、図2に示すように、穴76においてチャンバと係合してよい。ナットが逆さまであれば、チャンバがない側がピン44をさらに押し下げることにより、逆さまナットの配向の検出が容易になる。
【0017】
図7を参照すると、ナットがない位置が示されている。ピン44は、センサ20から距離Nだけ間隔を置いた位置にあり、この距離は、ナット66の場合、0.3489インチであってよい。
【0018】
本発明のセンサ20を収容するために、現在利用可能な下側電極13が修正されてよい。センサ20は、電極13内に含まれるため、過酷な溶接環境から保護されるという利点を備える。センサ20は、ある程度汚染に対して耐性を備える。光センサの点から本発明のセンサ20を記載してきたが、ピン位置を検出するために、LVDT(線形可変変位トランスデューサ)などのより従来のセンサが使用されてよいが、光センサには上述した利点があることを理解されたい。
【0019】
本発明を例を挙げて記載してきたが、使用した用語は、言葉の性質上、制限するものではなく、記述するためのものであることを理解されたい。上記教示の点から、本発明の多くの修正および変更が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、特別な記載がない限り、添付の請求の範囲内において実際されてよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】溶接銃アセンブリの略図である。
【図2】本発明の電極およびセンサの部分的断面分解図である。
【図3】図2からの電極の本体部分の上面図である。
【図4】図2に示すセンサマウントの上面図である。
【図5】ナットが所望の配向にある閉位置の電極を示す。
【図6】ナットが逆さまの位置にある閉位置の電極を示す。
【図7】ナットが存在しない閉位置の電極を示す。
Claims (19)
- 締結具を対象物に溶接するための溶接アセンブリであって、
開位置と閉位置との間を互いに対して移動可能な第1および第2の電極を有し、前記第1の電極がハウジングアセンブリを含む溶接銃と、
前記ハウジングアセンブリに収容され、前記閉位置において、所望の締結具位置と、締結具が逆さまの位置と、締結具がない位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンから間隔を置いた位置に設けられ、前記ピンに光を向け、前記ピンからの反射光を受ける終端を有する光センサと、
前記反射光を処理して、前記所望の締結具位置、締結具が逆さまの位置、および締結具がない位置の1つに対応する信号にするセンサ制御システムと、
を含む溶接アセンブリ。 - 前記ピンは、金属製の対象物を溶接するための締結具を収容するようにされた第1の端部と、前記第1の端部と反対側にある第2の端部とを含み、前記光センサ終端は前記第2の端部に近接した位置にある請求項1に記載の溶接アセンブリ。
- 前記ピンを前記第2の電極の方へ寄せるばねを含む請求項1に記載の溶接アセンブリ。
- 前記光センサ終端は、前記ピンの一端に近接した前記ばね内に設けられる請求項3に記載の溶接アセンブリ。
- 前記第1の電極は、静止下側電極であり、アクチュエータが前記第2の電極を前記第1の電極の方へ前記閉位置へと移動させる請求項1に記載の溶接アセンブリ。
- 抵抗溶接アセンブリの電極であって、
溶接銃に収容されるようにされた端部を有するハウジングアセンブリと、
前記端部の反対側の前記ハウジングアセンブリ上に支持され、開口が貫通して延在する溶接ヘッドと、
締結具を収容するようにされた前記開口を一部分が貫通して延在するように前記ハウジングアセンブリに収容され、所望の締結具位置と、締結具が逆さまの位置と、締結具がない位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンから間隔を置いた位置に設けられ、前記ピンに光を向け、前記所望の締結具位置、締結具が逆さまの位置、および締結具がない位置の1つに対応する前記ピンからの反射光を受ける終端を有する前記ハウジングに配設された光センサと、
を含む電極。 - 前記ハウジングアセンブリは、前記端部を含む本体を含み、前記本体の孔には、前記ピンが少なくとも部分的に配置され、前記溶接ヘッドは、前記本体に取り外し可能に固定される請求項6に記載の電極。
- 前記光センサを支持し、前記孔内に配設され、前記本体に固定されるセンサマウントを含む請求項7に記載の電極。
- 前記ピンは、金属製の対象物を溶接するための締結具を収容するようにされた第1の端部と、前記第1の端部と反対側にある第2の端部とを含み、前記光センサ終端は前記第2の端部に近接した位置にある請求項8に記載の電極。
- 前記ピン端部と前記センサマウントとの間に配設され、前記ピン端部を前記溶接ヘッドの方へ寄せるばねを含む請求項9に記載の電極。
- 締結具の抵抗溶接方法であって、
a)締結具をピンに装填するステップと、
b)対象物の周囲で対向する溶接銃電極を閉じるステップと、
c)前記ピンを変位させるステップと、
d)前記ピンの動きと関連する溶接銃構成部品を測定するステップと、
を含む方法。 - 前記ピンの動きに関連する前記溶接銃構成部品に光を向けるステップと、前記ピンの変位を決定するために、前記構成部品からの反射光を測定するステップとを含む請求項11に記載の方法。
- 前記溶接銃構成部品は、ピンである請求項11に記載の方法。
- ステップa)の前に、前記ピンを前記対象物の開口に挿入するステップを含む請求項11に記載の方法。
- 前記ピンの変位に対して、所望のナット位置、ナットが逆さまの位置、およびナットがない位置の1つを指示するステップを含む請求項11に記載の方法。
- ナットが逆さまの位置およびナットがない位置の場合、溶接銃の障害を生成するステップを含む請求項15に記載の方法。
- 前記締結具は、開口を有するナットであり、前記第1の端部は、前記開口に配置されるようにされる請求項2に記載の溶接アセンブリ。
- 前記締結具は、開口を有するナットであり、前記第1の端部は、前記開口に配置されるようにされる請求項9に記載の電極。
- 前記締結具は、開口を有するナットであり、所望のナット位置とナットが逆さまの位置において、前記開口にテーパ状のピン端部が配置される請求項15に記載の方法。
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