JP2020535973A - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

溶接スタッド２０を基材３０に溶接するための装置１０及び方法。溶接スタッド２０と基材３０との間で溶接スタッド２０に溶接電流６１、６２が印加され、よって溶接スタッド２０及び基材３０の材料が部分的に液化される。次いで、溶接スタッド２０が溶接スタッド２０及び／又は基材３０の固化しつつある材料に浸漬され、溶接スタッド２０と基材３０との間で一体的に結合される。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、スタッドを基材に留め付けるための装置及び方法、並びにかかるスタッドに関する。

異なる用途において様々なスタッドを基材（被留め付け材）に留め付ける多数の既知の装置及び方法が存在する。例えば、スタッドを基材に接触させ電流をそれに印加する。スタッドと基材との間に電流が流れると、すぐにそのスタッドは基材から持ち上げられてアークを形成する。放出されたエネルギーにより、スタッド及び基材の材料は部分的に液化される。次に、スタッドをこの液化した材料に浸漬し、その後材料は冷却されて固化する。スタッドは、最終的に基材に接合される。

スタッド及び基材の材料を十分に短時間で液化するために必要なエネルギーを供給するために、非常に高強度の電流を発生させ、それをスタッドに供給するための、対応する定格電気ケーブルを使用する装置が知られている。液化した材料の酸化を防ぐために、スタッドと基材との接触領域を不活性ガスで囲むことが知られている。

例えば、建築工事又は造船向けの用途の場合は、部材がねじ止めされる様々なサイズのねじ穴付きスタッドを用いて部材を基材に留め付ける。例えば、電流の持続時間及び電力等の、留め付け方法のいくつかのパラメータは、ユーザーにより装置に設定され、使用されるスタッドに適合される。最終的に、ユーザーはスタッドと基材との間の接続の品質を目視検査により評価する。結果的に、接続の品質は、ユーザーの経験と能力にも依存する。

本発明の目的は、スタッドの基材への留め付けを容易にし、及び／又は改善する、装置及び／又は方法を提供することである。

本願に係る発明の主題は、溶接スタッドを基材に溶接するための装置である。この装置は、スタッドホルダと、溶接スタッド及び／又は基材の材料を部分的に液化するために溶接スタッドに溶接電流を印加するための溶接電流接触要素と、溶接スタッド及び／又は基材が溶接電流によって部分的に液化したときに、溶接スタッドを溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料に浸漬するためのスタッド浸漬装置とを備える。この装置は、溶接スタッドと基材との間に流れる溶接電流の維持、特に好ましくは溶接スタッドと基材との間のアーク形成を行いながら、溶接スタッドを基材から持ち上げるためのスタッド上昇装置をさらに備えることが好ましい。スタッドホルダは、同様に、溶接電流接触要素を備えることが好ましい。

本願の発明の一態様によれば、装置は、溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料に溶接スタッドが浸漬されている間に、スタッド浸漬装置によって生じる溶接スタッドの速度を変化させるための装置を備える。これにより、溶接スタッドの制御された移動が可能となり、溶接作業が安定する。

本発明の優位性のある構成において、溶接スタッドの速度を変化させるための装置は、第１のアクチュエータと、第２のアクチュエータとを有する。第１のアクチュエータは、第１のリフティングマグネットを備えることが好ましい。第２のアクチュエータは、同様に、第２のリフティングマグネットを備えることが好ましい。

優位性のある構成において、第２のアクチュエータは第１のアクチュエータと反対方向に作用する。これに代わる構成においては、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータと同じ方向に作用する。

優位性のある構成において、スタッド浸漬装置による溶接スタッドの速度に対する第２のアクチュエータの影響は制御することができる。これに代わる構成では、スタッド浸漬装置による溶接スタッドの速度に対する第２のアクチュエータの影響が特定される。

優位性のある構成において、装置は、スタッド上昇装置及び／又はスタッド浸漬装置及び／又は溶接スタッドの速度を変化させるための装置を制御するための制御装置を備える。

優位性のある構成において、溶接スタッドの速度を変化させるための装置は、スタッド上昇装置及び／又はスタッド浸漬装置の動きをスタッドホルダの動きに伝達する、線形又は非線形歯車機構、好ましくは連結歯車機構又はトグルレバー歯車機構を備える。

優位性のある構成において、溶接スタッドの速度を変化させるための装置は、スタッド浸漬装置によって引き起こされる溶接スタッドの移動を、好ましくは数回、遅延及び／又は反転させるよう構成されている。

本願の発明の一態様において、装置は、溶接作業中、好ましくは溶接スタッドを溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料に浸漬する際に発生される放出物を検出するための検出装置を備える。これにより、溶接スタッドと基材との溶接接続の品質を客観的な基準に基づいて評価することができる。

優位性のある構成では、検出装置が音響、電気的、磁気的、及び／又は光学的な放出物を検出するよう構成されている。

優位性のある構成において、装置は、検出された放出物に応じて溶接作業の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御装置を備える。制御装置は、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向を制御するよう構成されることが好ましい。

優位性のある態様において、装置は、検出された放出物に関する情報及び／又は検出された放出物から派生した情報を出力するための出力装置を有する。出力装置は、視覚ディスプレイを備えることが好ましい。

優位性のある構成では、出力装置によって出力され得る情報には、溶接作業の品質に関する情報及び／又は溶接作業を改善するための対策に関する情報が含まれる。

さらなる優位性のある構成において、出力装置はワイヤレス送信装置を備える。

本発明のさらなる態様によれば、装置は、溶接スタッドの１つ又は複数のスタッド特性を検出するための識別装置と、検出されたスタッド特性に応じて溶接作業の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御装置とを備える。その結果、ある状況においては、装置のユーザーは溶接作業自体の所定のパラメータを設定する必要がないこともあり得る。

優位性のある構成において、識別装置は、溶接スタッドの長さ及び／又は幅及び／又は直径及び／又は材料及び／又は工場で溶接スタッドに添付された識別要素を検出するよう構成されている。かかる識別要素が検出された場合、上述の変数及び／又は材料の１つ又は複数を溶接スタッドに割り当てることができる。

さらなる優位性のある構成において、制御装置は、それぞれの状況において溶接スタッドの検出されたスタッド特性に基づき、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向を制御するよう構成されている。

さらなる優位性のある構成において、装置は、検出されたスタッド特性に関する情報及び／又は検出されたスタッド特性から派生した情報を出力するための出力装置を有する。出力装置は、ワイヤレス送信装置を備えることが好ましい。

本願の発明のさらなる態様において、装置は、溶接作業の１つ又は複数のパラメータを検出するための検出装置と、検出装置によって検出されたパラメータを保存するデータメモリと、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータをデータメモリに保存されたパラメータと比較するのに適した制御装置とを備える。これにより、例えば、摩耗及び／又は汚染の結果として装置の動作中に生じる変化を判定することが可能になる。

優位性のある構成において、装置は出力装置をさらに備え、制御装置は、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータとデータメモリに保存されたパラメータの差及び／又はかかる差から派生した情報を出力装置によって出力するよう構成されている。派生した情報には、装置を洗浄及び／又は維持するための助言及び／又は要求が含まれることが好ましい。

さらなる優位性のある構成において、出力装置は視覚ディスプレイを備える。さらなる優位性のある構成において、出力装置はワイヤレス送信装置を備える。

さらなる優位性のある構成において、検出装置によって検出され得る溶接作業のパラメータには、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向及び／又は実行される溶接作業の回数が含まれる。

さらなる優位性のある構成において、制御装置は、後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータを以前の溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータに応じて制御するのに適している。その結果、いくつかの状況において、確認された溶接作業のパラメータの変化を補償することが可能である。

本願の発明のさらなる態様において、本装置は、溶接スタッドを基材上の特定された位置に溶接するのに適しており、特定された位置を発見するための装置を備える。

さらなる優位性のある構成において、特定された位置を発見するための装置は、基材の特定された位置を表面のそれ以外の部分から区別する変数を検出するための検出装置を備える。

特定された位置を基材の表面のそれ以外の部分から区別する変数には、装置と基材との間及び／又はスタッドと基材との間の接触抵抗が含まれることが好ましい。特定された位置を基材の表面のそれ以外の部分から区別する変数には、同様に、特定された位置と基材の表面のそれ以外の部分との間の高さの差が含まれることが好ましい。検出装置は、スタッド及び／又はスタッドホルダに対向して配置された基材の領域と装置との間の距離を検出するための光学センサを備えることが特に好ましい。それに代えて又はそれに加えて、検出装置は、基材の特定された位置と表面のそれ以外の部分との間の高さの差を検出するために、装置の残りの部分に対する溶接スタッド及び／又はスタッドホルダの位置を検出するよう構成されることが特に好ましい。

さらなる優位性のある構成において、特定された位置を発見するための装置は、１つ又は複数の補助線を投影するための投影装置を備える。さらなる優位性のある構成において、その装置は、１つ又は複数の表示要素を有する。

本願の発明のさらなる態様において、本装置は、スタッド浸漬装置によって生じる溶接スタッド及び／又は基材の液化材料への溶接スタッドの浸漬運動を特徴付ける１つ又は複数の変数を判定するための判定装置を備える。その結果、いくつかの状況において、溶接スタッドと基体面との間の溶接接続の品質の客観的評価が可能となる。

優位性のある構成において、判定装置は、浸漬運動の持続時間及び／又は浸漬運動中の溶接スタッドの速度及び／又は上昇移動前及び／又は浸漬運動後の溶接スタッドの位置を判定するのに適している。

さらなる優位性のある構成において、装置は、スタッド上昇装置及び／又はスタッド浸漬装置及び／又は溶接電流の電圧及び／又は電流強度を制御するための制御装置をさらに備える。

さらなる優位性のある構成において、装置は、判定された変数に応じて溶接作業の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御装置をさらに備える。この制御装置は、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向を制御するよう構成されることが好ましい。

さらなる優位性のある構成において、装置は、判定された変数に関する情報及び／又は判定された変数から派生した情報を出力するための出力装置をさらに備える。この出力装置は、視覚ディスプレイ及び／又はワイヤレス送信装置を備えることが好ましい。

さらなる優位性のある構成では、出力装置によって出力され得る情報に、溶接作業の品質に関する情報及び／又は溶接作業を改善するための対策に関する情報が含まれる。

同様に、本願に係る発明の主題は、溶接スタッドを基材に溶接する方法であって、溶接スタッドが設けられ、溶接スタッドと基材との間に溶接電流が印加され、溶接スタッド及び／又は基材の材料が部分的に液化されて固化が可能となり、溶接スタッドが固化する前に溶接スタッド又は基材の液化した材料に浸漬される、ことを特徴とする方法である。溶接スタッドは、溶接スタッドと基材との間を流れる溶接電流を維持しながら、特に好ましくは溶接スタッドと基材との間にアークが形成された状態で、基材から持ち上げられることが好ましい。

本願の発明の一態様によれば、この方法において、溶接スタッドが溶接スタッド又は基材の液化した材料に浸漬されている間、溶接スタッドの速度が変化する。

優位性のある構成において、好ましくは第１のリフティングマグネットを備える第１のアクチュエータ及び好ましくは第２のリフティングマグネットを備える第２のアクチュエータは、溶接スタッドの速度を変化させるように作動される。第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータと反対方向に作用することが好ましい。

優位性のある構成において、スタッド浸漬装置による第２のアクチュエータの溶接スタッドの速度に対する影響は制御される。それに代わる構成では、スタッド浸漬装置による第２のアクチュエータの溶接スタッドの速度に対する影響が特定される。

さらなる優位性のある構成において、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとは交互に及び／又は同時に作動する。

さらなる優位性のある構成において、溶接スタッド又は基材の液化した材料への浸漬の間の溶接スタッドの動きは、特に何回か遅延及び／又は反転する。

本願の発明のさらなる態様によれば、この方法では、溶接作業中、好ましくは溶接スタッドが溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料に浸漬する間に発生する、放出物が検出される。

さらなる優位性のある構成において、この検出された放出物は音響、電気的、磁気的、及び／又は光学的な放出物である。

さらなる優位性のある構成において、溶接作業の１つ又は複数のパラメータは検出された放出物に応じて制御される。

さらなる優位性のある構成において、このパラメータは、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向である。

さらなる優位性のある構成において、検出された放出物に関する情報及び／又は検出された放出物から派生した情報が出力される。溶接作業の品質に関する情報及び／又は溶接作業を改善するための対策に関する情報が出力されることが好ましい。

さらなる優位性のある構成においては、溶接作業が行われた後、ユーザーが溶接作業の品質の評価を入力できるようになり、ユーザーによる入力は将来の溶接作業の品質の評価に用いられる。

本発明のさらなる態様によれば、溶接スタッドの１つ又は複数のスタッド特性が記録され、溶接作業の１つ又は複数のパラメータは検出されたスタッド特性に応じて制御される。

優位性のある構成において、溶接スタッドの長さ及び／又は幅及び／又は直径及び／又は材料及び／又は工場で溶接スタッドに添付された識別要素は、スタッド特性として検出される。

さらなる優位性のある構成において、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向は、溶接作業のパラメータとして制御される。

さらなる優位性のある構成において、検出されたスタッド特性に関する情報及び／又は検出されたスタッド特性から派生した情報が出力される。

検出されたスタッド特性に関する情報又は検出されたスタッド特性から派生した情報は、ワイヤレス送信されることが好ましい。

本願の発明のさらなる態様によれば、この方法において、溶接作業の１つ又は複数のパラメータが検出され、保存される。進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータは、データメモリに保存されたパラメータと比較される。

優位性のある構成において、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータとデータメモリに保存されたパラメータとの差及び／又はかかる差から派生した情報が出力される。派生した情報には、装置を洗浄及び／又は維持するための助言及び／又は要求が含まれることが好ましい。

優位性のある構成において、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータとデータメモリに保存されたパラメータとの差又はかかる差から派生した情報が視覚的に出力される。さらなる優位性のある構成において、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータとデータメモリに保存されたパラメータとの差又はかかる差から派生した情報がワイヤレス送信される。

さらなる優位性のある構成において、溶接作業の検出済みパラメータには、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向及び／又は実行される溶接作業の回数が含まれる。

さらなる優位性のある構成において、後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータが以前の溶接作業中に検出されたパラメータに応じて制御される。

本願の発明のさらなる態様によれば、方法において、スタッド浸漬装置による溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料への溶接スタッドの浸漬運動を特徴付ける１つ又は複数の変数が判定される。

優位性のある構成において、溶接作業の１つ又は複数のパラメータが判定された変数に応じて制御される。制御されたパラメータは、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向であることが好ましい。

さらなる優位性のある構成では、判定された変数に関する情報及び／又は判定された変数から派生した情報が出力される。この情報は、溶接作業の品質に関する情報及び／又は溶接作業を改善するための対策に関する情報であることが好ましい。

さらなる優位性のある構成において、溶接作業が行われた後、ユーザーが溶接作業の品質の評価を入力できるようになり、ユーザーによる入力は将来の溶接作業の品質の評価に用いられる。

本発明については、以下で図面を参照しながら実施例に基づきより詳細に説明する。図は、以下の通りである。

溶接装置を概略的に示す図である。 溶接ガンを概略的に示す図である。 基材を示す図である。 溶接ガンを示す図である。 溶接方法のフローを示す図である。

図１に溶接スタッド２０を基材３０に溶接するための溶接装置１０を概略的に示す。溶接スタッド２０の材料及び基材３０の材料は導電性であり、特に金属である。溶接装置１０は、押しボタンスイッチとして形成されたトリガスイッチ４１を有する溶接ガン４０と、溶接ユニット５０と、第１の電気ケーブル６１と、接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２と、例えば電力ケーブルとして形成された電気供給ケーブル６４と、電気通信線６５と、ガスボンベとして形成されたガス貯蔵器７０と、筒状のガス供給ライン７１と、ガスホース７２とを備える。

第１のケーブル６１は、溶接スタッド２０に電流を溶接部５０経由で供給するよう機能する。第２のケーブル６２は、接続端子６３を基材３０に留める際に、基材３０を溶接部５０に電気的に接続するよう機能する。溶接スタッド２０が基材３０に接触すると、回路が閉じ、例えば直流又は交流の溶接電流を溶接スタッド２０に溶接ユニット５０によって印加することができる。このために、溶接ガン４０は、図１に示されていない溶接電流接触要素を備える。溶接ユニット５０は、溶接電流を所望の電圧及び電流強度で供給するために、供給ケーブル６４からの電流を溶接電流に変換するための示されていない装置を備え、その装置は、例えば、電気キャパシタ、サイリスタ、絶縁ゲート電極を有するバイポーラトランジスタ又はパワーエレクトロニクスからの他の構成要素、及びマイクロプロセッサを有する関連する制御部を備える。

ガス供給ライン７１及びガスホース７２は、ガス貯蔵器７０から溶接スタッド２０と基材３０との接触領域に不活性ガスを供給し、溶接作業中に周囲の領域からの酸素による酸化から接触領域を保護するよう機能する。接触領域へのガスの流れを制御するために、ガス貯蔵器７０、ガス供給ライン７１、溶接ユニット５０、ガスホース７２又は溶接ガン４０は、図に示されていないバルブ、特に制御可能なバルブを備える。

溶接ユニット５０は、作動要素５２を有する入力装置５１と、視覚的表示要素５４及びワイヤレス送信部を有する出力装置５３とを有する。この入力装置５１は、溶接装置１０で実行する溶接方法のパラメータ、例えば、溶接電流の電圧、電流強度、電力及び持続時間並びにスタッドの位置及び速度等を、溶接装置１０のユーザーが入力するよう機能する。出力装置５３は、例えば、溶接方法のパラメータに関する情報、溶接方法の検出された放出物若しくは他の変数に関する情報、溶接作業の品質に関する情報、溶接作業を改善するための対策に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報若しくは上述の変数から派生した情報、及び／又は溶接装置１０、特に溶接ガン４０を洗浄及び／又は維持するための助言又は指示等の情報をユーザーに出力するよう機能する。

通信ライン６５は、溶接ガン４０、特に図１には示されていない溶接ガン４０の制御装置と、溶接ユニット５０、特に制御部及び／又は入力装置５１及び／又は出力装置５３との間の通信を行うよう機能する。この通信により、例えば、溶接作業のパラメータに関する情報の交換が実現し、例えば、溶接電流と溶接スタッド２０の移動との同期が達成又は促進される。ここに示されていない実施例の場合、溶接ガンと溶接ユニットとの間の通信は、ワイヤレス、無線、又は溶接電流を流す第１の電気ケーブルによって行われる。

図２では、溶接ガン４０が、基材３０に留め付けるための溶接スタッド２０を含めて、より詳細に示されている。溶接ガン４０は開口部４６を有するハウジング４２を有し、そのハウジングからトリガスイッチ４１を有するハンドル４３が突出している。さらに、第１の電気ケーブル６１、基材３０に留められた接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２、電気通信ライン６５及びガスホース７２が示されている。

溶接ガン４０は、溶接作業中に溶接スタッド２０が保持されるスタッドホルダ４４をさらに備える。このために、スタッドホルダは、例えば、詳細には示されていない２つ、３つ、４つ又はそれ以上の弾性アームを備え、その間で溶接スタッド２０は把持されて挿入され、保持される。溶接ガン４０は溶接スタッド２０に溶接電流を印加するために、例えば、１つ又は複数の弾性アームとしてスタッドホルダ４４に一体化された溶接電流接触要素４５をさらに有する。

溶接ガン４０は、溶接ガン及び溶接ユニット５０の様々な構成要素及び装置を制御するための制御装置２００をさらに備える。この制御装置２００は、溶接作業の１つ又は複数のパラメータを制御するためのものである。このために、制御装置２００は、例えば、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、１つ又は複数の一時的又は永続的データメモリ等の様々な電子部品を備える。

溶接ガン４０は第１のリフティングマグネットとして形成されたスタッド上昇装置８０をさらに有し、スタッド上昇装置８０が作動すると、スタッド上昇装置８０は開口部４６から後方（図２の上方）への力をスタッドホルダ４４に加える。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で、スタッド上昇装置８０と通信を行い、スタッド上昇装置８０の制御、特にその作動及び停止を行う。

溶接ガン４０は第２のリフティングマグネットとして形成されたスタッド浸漬装置９０をさらに有し、スタッド浸漬装置９０が作動すると、スタッド浸漬装置９０は開口部４６に向かって前方（図２の下方）への力をスタッドホルダ４４に加える。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で、スタッド浸漬装置９０と通信を行い、スタッド浸漬装置９０の制御、特にその作動及び停止を行う。図に示されていない実施例の場合に、スタッド浸漬装置は、スタッド上昇装置によってスタッドホルダが後方に移動されると張力を受け、スタッド上昇装置が停止されるとすぐにスタッドホルダを前方に移動させるばね要素として形成される。

溶接ガン４０は、スタッド浸漬装置９０によって生じる溶接スタッドの速度を変更するための変更装置１００をさらに有する。変更装置１００は、第１のリフティングマグネット及び第１のアクチュエータとして形成されたスタッド上昇装置８０と、第２のリフティングマグネット及び第２のアクチュエータとして形成されたスタッド浸漬装置９０とを備える。この場合、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータと反対方向に作用する。図に示されていない実施例の場合、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータと同じ方向に作用する。両方の場合において、溶接スタッドの速度は、制御装置２００によって交互に及び／又は同時に起動及び停止されるスタッド上昇装置８０及びスタッド浸漬装置９０によって変更される。これにより、スタッド浸漬装置９０による溶接スタッド２０の移動を繰り返し遅延及び／又は反転させることができる。

溶接ガン４０は、溶接作業中に発生する放出物を検出するための検出装置２１０をさらに有する。検出装置２１０は、例えば、音響、電気的、磁気的、及び／又は光学的放出物を検出するための振動センサ、マイクロホン、温度センサ、放射センサ、又はカメラ等を備える。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で検出装置２１０と通信し、検出された放出物を表す信号を受信し、それに応じて溶接作業の制御を行う。

溶接ガン４０は、溶接スタッド２０の１つ又は複数のスタッド特性を検出するための識別装置２２０をさらに有する。識別装置２２０は、例えば、溶接スタッド２０の長さ及び／又は幅及び／又は直径等の幾何学的スタッド特性を検出するのに適している。図に示されていない実施例の場合、識別装置は、溶接スタッドの材料又は工場で溶接スタッドに添付された、溶接スタッドの識別要素を検出するのに適している。溶接ガン４０は、スタッドホルダ４４に添付された識別要素を検出するよう構成されたスタッドホルダ識別装置２７０をさらに有する。各スタッドの種別をスタッドホルダの種別に割り当てておくと、スタッド特性を間接的に検出することができる。例えば、スタッドホルダ４４は、特定の直径のスタッドを保持するのにのみ適しており、スタッドホルダ４４を検出することにより溶接スタッド２０の直径を検出するということが可能となる。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で識別装置と通信し、検出されたスタッド特性を表す信号を受信し、それに応じた溶接作業の制御を行う。図に示されていない実施例の場合、この識別要素は、溶接スタッドのパッケージに添付され、例えば、ＱＲコード（登録商標）又はＲＦＩＤによって、特に携帯電話や類似の装置によって読み取られる。

溶接ガン４０は、溶接作業中に溶接スタッド２０と基材３０との間に印加される電圧を検出するための電圧検出装置２３１と、溶接作業中に溶接スタッド２０と基材３０との間に流れる電流の強度を検出する電流検出装置２３２とをさらに備える。このために、電圧検出装置２３１は、基材３０の電位を検知するために、例えば、開口部４６に装着された測定接点を備えることが好ましい。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で電圧検出装置２３１及び電流強度検出装置２３２と通信して電圧又は電流強度を表す信号を受信し、データメモリの一つにそれらを保存し、以前の溶接作業中に検出装置２３１、２３２によって検出されたパラメータに応じて、後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータを制御する。

溶接ガン４０は、溶接スタッド２０の浸漬動作中における浸漬動作の持続時間及び溶接スタッドの速度を判定するための、判定装置２６０をさらに備える。位置検出装置２５０は降下動作前及び浸漬動作後の溶接スタッドの位置を判定するのに適しており、制御装置２００はこれら２つの位置の差を判定し、溶接スタッド２０と基材３０との間の溶接接続の品質を評価するのに適している。

溶接ガン４０は、作動要素１５２を備えた入力装置１５１と、視覚的表示要素及びワイヤレス送信部を備えた出力装置１５３とをさらに有する。入力装置１５１は、溶接ガン４０のユーザーが溶接ガン４０で行う溶接方法のパラメータ、例えば、溶接電流の電圧、電流強度、電力及び持続時間並びにスタッドの位置及び速度等を入力するよう機能する。出力装置１５３は、例えば、溶接方法のパラメータに関する情報、溶接方法の検出された放出物若しくは他の変数に関する情報、溶接作業の品質に関する情報、溶接作業を改善するための対策に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報、若しくは上述の変数から派生した情報、及び／又は溶接ガン４０を洗浄及び／又は維持するための助言又は指示等の情報をユーザーに出力するよう機能する。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で入力装置１５１及び出力装置１５３と通信し、入力装置１５１により入力された情報を受信又は出力装置１５３に出力する情報を送信する。

溶接ガン４０は、重力方向に対する溶接ガン４０の方向を検出するための方向検出装置２９０をさらに有する。方向検出装置２９０は、例えば、溶接作業中に溶接ガン４０が下方に向いているか、側方に向いているか、又は上方に向いているかを検出する。方向検出装置２９０は、例えば、昇降動作中のスタッドホルダの加速度の評価又は溶接電流の電圧の時間プロファイルの評価を行い、溶接ガン４０の方向を判定する。溶接ガン４０の向きに関する情報は、溶接作業のパラメータの制御を改善するのに役立つ。

溶接スタッド用に特定された溶接位置を発見するための装置の一部として、溶接ガン４０は、溶接ガン４０、特に開口部４６すなわちスタッドホルダ４４と基材３０との間及び／又は溶接スタッド２０と基材３０との間の電気接触抵抗を検出するための検出装置２４０とをさらに備える。さらに、溶接スタッド用に特定された溶接位置を発見するための装置は、基材の特定された位置と表面のそれ以外の部分との高低差を検出するために溶接ガン４０の残部に対する溶接スタッド２０及びスタッドホルダ４４の位置を検出するための位置検出装置２５０を備える。制御装置２００は、図に示されていない信号線経由で検出装置２４０及び位置検出装置２５０と通信し、溶接スタッド２０及びスタッドホルダ４４の接触抵抗又は位置を示す信号を受信して処理する。

溶接スタッド２０用に特定された溶接位置を発見するための装置のさらなる部分として、溶接ガンは、１つ又は複数の補助線を基材３０上に投影するための投影装置２８０を備える。このため、投影装置２８０は、例えば、補助線を基材３０に投影するレーザを有する。補助線は、溶接ガン４０のユーザーに、溶接ガン４０の各位置で溶接スタッド２０が溶接される基材３０上の位置を示す。

図３は、投影装置２８０によって基材３０上に投影される補助線３１０を示す。溶接作業の前に、ユーザーは溶接スタッド２０の所望の溶接位置３２０に十字線を描く。そして、ユーザーは溶接ガン４０を手に取り、描いた十字線に補助線３１０を合わせ、溶接作業中にそうして得られた溶接ガン４０の位置を維持する。

図４は、溶接スタッド２０用に特定された溶接位置を発見するための装置のさらなる部分として、溶接ガン４０のハウジング４２の外側に取り付けられた線形マーキング４１０を示す。ユーザーは、従って、溶接ガン４０を確実に所望の位置に配置するために、マーキング４１０を特定された溶接位置に描かれた十字線に合わせることができる。ハウジング４２は、ハウジング４２の周囲に９０°の等角度間隔で取り付けられた４つのマーキング４１０を有することが好ましい。

図５は、溶接スタッドを基材に溶接、例えば溶接スタッド２０を基材３０に溶接する方法５００を概略的に示す。最初の工程５０１では、基材が配置される。さらなる工程５０２では、制御装置を有する溶接装置が配置される。さらなる工程５０３では、溶接スタッドが配置される。

さらなる工程５０４では、例えば、次の溶接作業の所望のパラメータに関する情報が、ユーザーによって入力装置経由で入力される。さらなる工程５０５において、溶接スタッドの１つ又は複数のスタッド特性、例えば、溶接スタッドの長さ及び／又は幅及び／又は直径及び／又は材料及び／又は工場で溶接スタッド又はそのパッケージに添付された識別要素が、識別装置によって検出される。さらなる工程５０６において、検出されたスタッド特性に関する情報及び／又は検出されたスタッド特性から派生した情報が出力装置経由で出力される。

さらなる工程５０７において、溶接スタッドと基材との間で溶接スタッドに溶接電流が印加される。さらなる工程５０８において、溶接スタッドは、溶接スタッドと基材との間を流れる溶接電流を維持しながら、溶接スタッドと基材との間にアークが形成された状態でスタッド上昇装置によって基材から持ち上げられる。さらなる工程５０９では、溶接スタッド及び／又は基材の材料が、特にアークによって生成された熱により、部分的に液化される。

さらなる工程５１０では、溶接スタッドが溶接スタッド又は基材の液化した材料にスタッド浸漬装置によって浸漬される。さらなる工程５１１では、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向が溶接作業のパラメータとして制御される。溶接スタッドが溶接スタッド又は基材の液化した材料に浸漬されている間の溶接スタッドの速度を変更するために、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータが制御装置によって作動され、第２のアクチュエータは第１のアクチュエータと反対方向に作用する。溶接スタッド又は基材の液化材料への浸漬の間の溶接スタッドの動きが何度も反転し、特定の状況下においては、液化した材料の均一性がより安定する。

さらなる工程５１２では、溶接作業中に発生した放出物が検出装置によって検出される。さらなる工程５１３において、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向が、判定装置によって判定される。

さらなる工程５１４では、溶接スタッド及び／又は基材の液化した材料が固化して、溶接スタッドが基材に接合される。さらなる工程５において、溶接作業の１つ又は複数のパラメータが検出、保存される。

さらなる工程５１５では、進行する溶接作業中に、検出装置によって検出されたパラメータがデータメモリに保存されたパラメータと比較される。さらなる工程５１６では、進行する溶接作業中に検出装置によって検出されたパラメータとデータメモリに保存されたパラメータとの差及び／又はかかる差から派生した情報が出力される。派生した情報には、装置を洗浄及び／又は維持するための助言及び／又は要求が含まれることが好ましい。溶接作業の検出済みパラメータには、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向及び／又は実行される溶接作業の回数が含まれる。さらなる工程５１６において、後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータが以前の溶接作業中に検出されたパラメータに応じて制御される。

さらなる工程５１７では、情報が出力装置経由で出力される。出力される情報は、例えば、検出された放出物に関する情報及び／又は検出された放出物から派生した情報、例えば、溶接作業の品質に関する情報及び／又は溶接作業を改善するための対策に関する情報、又は判定装置によって判定された変数に関する情報及び／又は判定された変数から派生した情報である。

さらなる工程５１８では、溶接作業が実行された後、溶接作業の品質の評価がユーザーによって入力される。さらなる工程５１９では、ユーザーによる入力を用いて将来の溶接作業の品質を評価する。

本発明の記載は、溶接スタッドを基材に溶接するための装置及び方法の実施例に基づいている。記載された実施例の特徴は、単一の溶接装置又は単一の溶接方法において、所望の形態で互いに組み合わせることもできる。本発明の装置及び方法は、他の目的にも適していることが指摘できる。

Claims (14)

1. スタッドを基材に溶接するための装置であって、スタッドホルダと、溶接スタッド及び／又は基材の材料を部分的に液化するために前記溶接スタッドに溶接電流を印加するための溶接電流接触要素と、前記溶接スタッド及び／又は前記基材が前記溶接電流によって部分的に液化したときに、前記溶接スタッドを前記溶接スタッド及び／又は前記基材の前記液化材料に浸漬するためのスタッド浸漬装置と、前記溶接作業の１つ又は複数のパラメータを検出するための検出装置と、前記検出装置によって検出された前記パラメータを保存するためのデータメモリと、進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータと前記データメモリに保存された前記パラメータとを比較するのに適した制御装置とを備える、装置。
2. 出力装置をさらに備え、前記制御装置は、前記進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータと前記データメモリに保存された前記パラメータの差及び／又はかかる差から派生した情報を前記出力装置によって出力するよう構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記派生した情報には、前記装置を洗浄及び／又は維持するための助言及び／又は要求が含まれる、請求項２に記載の装置。
4. 前記出力装置は視覚ディスプレイを備える、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記出力装置はワイヤレス送信装置を備える、請求項２乃至４の何れか１つに記載の装置。
6. 前記検出装置によって検出され得る前記溶接作業の前記パラメータには、前記溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は前記溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向及び／又は実行される溶接作業の回数が含まれる、請求項１乃至５の何れか１つに記載の装置。
7. 前記制御装置は、後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータを以前の溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータに応じて制御するのに適する、請求項１乃至６の何れか１つに記載の装置。
8. 溶接スタッドを基材に溶接する方法であって、
   ａ）溶接スタッドを配置する工程と、
   ｂ）前記溶接スタッドと前記基材との間で前記溶接スタッドに溶接電流を印加する工程と、
   ｃ）前記溶接スタッド及び／又は前記基材の材料を部分的に液化する工程と、
   ｄ）前記溶接スタッド又は前記基材の液化した前記材料を固化させる工程と、
   ｅ）固化する前に、前記溶接スタッド又は前記基材の液化した前記材料に前記溶接スタッドを浸漬する工程と、
   ｆ）溶接作業の１つ又は複数のパラメータを検出する工程と、
   ｇ）検出装置によって検出された前記パラメータを保存する工程と、
   ｈ）進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータとデータメモリに保存されたパラメータとを比較する工程と
   を備える方法。
9. 前記進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータと前記データメモリに保存された前記パラメータとの差及び／又はかかる差から派生した情報が出力される、請求項８に記載の方法。
10. 前記派生した情報には、前記装置を洗浄及び／又は維持するための助言及び／又は要求が含まれる、請求項９に記載の方法。
11. 前記進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータと前記データメモリに保存された前記パラメータとの前記差又はかかる差から派生した前記情報は視覚的に出力される、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記進行する溶接作業中に前記検出装置によって検出された前記パラメータと前記データメモリに保存された前記パラメータとの前記差又はかかる差から派生した前記情報はワイヤレス送信される、請求項９乃至１１の何れか１つに記載の方法。
13. 前記工程ｆ）で検出された前記溶接作業の前記パラメータには、前記溶接電流の電圧及び／又は電流強度、及び／又は前記溶接スタッドの速度及び／又は位置及び／又は進行方向及び／又は実行される溶接作業の回数が含まれる、請求項８乃至１２の何れか１つに記載の方法。
14. 後の溶接作業の１つ又は複数のパラメータが以前の溶接作業中に検出された前記パラメータに応じて制御される、請求項８乃至１３の何れか１つに記載の方法。
    
    

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