JP2021504148A - スタッド溶接装置及びスタッド溶接方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、溶接スタッドを基板に溶接するための装置及び方法に関する。溶接電流は、溶接スタッド及び基板の材料が部分的に液化されるように溶接スタッドと基板との間の溶接スタッドに印加される。溶接スタッドは、次いで、溶接スタッド及び／又は基材の固化する材料に浸漬されて、溶接スタッドと基材との間に一体的な接合を確立する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、スタッドを基材に固定するための装置及び方法並びにまたそのようなスタッドに関する。

異なる用途において、様々なスタッドを基材に固定するための多くの既知の装置及び方法がある。例えば、スタッドを基材に接触させ、そこに電流が加えられる。スタッドと基材との間を電流が流れると直ちに、スタッドは、基材からリフトオフされてアークを形成する。放出されるエネルギーにより、スタッド及び基材の材料が部分的に液化される。次いで、スタッドが、液化された材料に浸漬されてから、この材料が冷却されて固体になる。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短い時間で液化するのに必要なエネルギーを提供するために、非常に高い強度の電流を生成し、対応する定格の電気ケーブルを使用して電流をスタッドに供給する装置が知られている。液化された材料の酸化を避けるため、スタッドと基材との間の接触領域を不活性ガスで取り囲むことが知られている。

例えば、建造物又は造船における用途の場合、アイテムを基材に固定するために、アイテムがねじ込まれる様々なサイズのねじ付きスタッドが使用される。例えば、電流の持続時間及び電力などの固定方法のいくつかのパラメータは、ユーザが装置上に設定するべきであり、使用されるスタッドに適合させるべきである。ユーザは、最終的に、目視検査によってスタッドと基材との間の接続品質を評価する。その結果、接続品質もユーザの経験及び能力に依存する。

本発明の目的は、スタッドの基材への固定がより容易にされ、且つ／又は改善される装置及び／又は方法を提供することである。

本出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。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点要素と、溶接スタッド及び／又は基材が溶接電流のために部分的に液化されるとき、溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料に溶接スタッドを浸漬するためのスタッド浸漬装置とを含む。加えて、装置は、溶接スタッドと基材との間に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を形成しながら、基材から溶接スタッドをリフトするためのスタッドリフト装置を含むことが好ましい。同様に、スタッドホルダは、溶接電流接点要素を含むことが好ましい。

本出願の一態様によれば、装置は、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー並びに／又は熱エネルギーを特徴付ける変数を判定し、且つ溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数が所定の値に達したとき、溶接電流をオフにするための制御装置を含む。

有利な構成によれば、装置は、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に作用する熱出力並びに／又は熱出力を特徴付ける溶接作業の１つ以上のパラメータを検出するための検出装置を含み、この制御装置は、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータから熱エネルギーを又は熱エネルギーを特徴付ける変数を計算するのに適している。制御装置は、検出された熱出力又は熱出力を経時的に特徴付けるパラメータを合計するのに適していることが好ましい。制御装置は、合計前に、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータを、溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算するのに適していることが特に好ましい。熱出力を特徴付ける溶接作業のパラメータは、同様に、溶接電流の電圧及び／又は電流強度を含むことが好ましい。

有利な構成によれば、装置は、入力装置を含み、それにより、所定の値は、ユーザによって設定され得る。

更なる有利な構成によれば、装置は、溶接スタッド及び／又は基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす１つ以上の変数に基づいて所定の値を設定するのに適している。溶接スタッド及び／又は基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす変数は、溶接スタッド及び／又は基材の周囲温度、寸法及び／又は材料を含むことが好ましい。

有利な構成によれば、装置は、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に作用する熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの時間プロファイルを記録するのに適している。制御装置は、熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、溶接作業が適切に進行していないと結論付けるのに適していることが好ましい。制御装置は、同様に、熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、同じ又は後続の溶接作業中に１つ以上の溶接パラメータを再調整するのに適していることが好ましい。再調整可能な溶接パラメータは、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向を含むことが特に好ましい。

本出願の更なる態様によれば、装置は、溶接スタッドが溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料内に浸漬されている間、スタッド浸漬装置によってもたらされる溶接スタッドの速度に影響を及ぼすための装置を含む。これにより、溶接スタッドの制御された動作が可能になり、溶接作業が安定する。

有利な構成は、溶接スタッドの速度に影響を及ぼすための装置が第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータを有することを含む。第１のアクチュエータは、第１のリフト磁石を含むことが好ましい。同様に、第２のアクチュエータは、第２のリフト磁石を含むことが好ましい。

有利な構成は、第２のアクチュエータが第１のアクチュエータとは反対方向に作用することを含む。代替的な構成では、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。

有利な構成は、スタッド浸漬装置によってもたらされ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制御され得ることを含む。代替的な構成では、スタッド浸漬装置によってもたらされ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指定される。

有利な構成は、装置が、スタッドリフト装置、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に影響を及ぼすための装置を制御するための制御装置を含む。

有利な構成は、溶接スタッドの速度に影響を及ぼすための装置が、スタッドリフト装置及び／又はスタッド浸漬装置の動作をスタッドホルダの動作に伝達する線形又は非線形歯車機構、好ましくは結合歯車機構又はトグルレバー歯車機構を含む。

有利な構成は、溶接スタッドの速度に影響を及ぼすための装置が、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動作を好ましくは複数回にわたって遅延及び／又は反転させることを意図されることを含む。

本出願の更なる態様によれば、装置は、溶接作業中、好ましくは溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料への溶接スタッドの浸漬中に生成される放射を検出するための検出装置を含む。これにより、客観的な基準に従って溶接スタッドと基材との間の溶接接続の品質を評価することを可能にする。

有利な構成は、検出装置が音響放射、電気放射、磁気放射及び／又は光学放射を検出することを意図されることを含む。有利な構成は、装置が、検出された放射に応じて溶接作業の１つ以上のパラメータを制御するための制御装置を含む。制御装置は、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向を制御することを意図されることが好ましい。

有利な態様は、装置が、検出された放射に関する情報及び／又は検出された放射から導出された情報を出力するための出力装置を有することを含む。出力装置は、視覚ディスプレイを含むことが好ましい。

有利な構成は、出力装置によって出力され得る情報が、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手段に関する情報を含む。

更なる有利な構成は、出力装置が無線送信装置を含む。

本出願の更なる態様によれば、装置は、溶接スタッドの１つ以上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つ以上のパラメータを制御するための制御装置とを含む。その結果、いくつかの状況では、装置のユーザが溶接作業自体の規定のパラメータを設定する必要がない場合がある。

有利な構成は、識別装置が、工場で溶接スタッドに取り付けられた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／又は識別要素を検出することを意図されることを含む。そのような識別要素が検出された場合、前述の変数及び／又は材料の１つ以上を溶接スタッドに割り当てることが可能である。

更なる有利な構成は、制御装置が、いずれの場合でも、溶接スタッドの検出されたスタッド特性に基づいて溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向を制御することを意図されることを含む。

更なる有利な構成は、装置が、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導出された情報を出力するための出力装置を有することを含む。出力装置は、無線送信装置を含むことが好ましい。

本出願の更なる態様によれば、装置は、溶接作業の１つ以上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記憶するためのデータメモリと、現在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を、データメモリに記憶されたパラメータと比較するのに適している制御装置とを含む。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発生する変化を判定することを可能にする。

有利な構成は、装置が、出力装置と、出力装置により、現在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とデータメモリに記憶されたパラメータとの間の差及び／又はそのような差から導出された情報を出力することを意図される制御装置とを更に含む。導出された情報は、装置のクリーニング及び／又はメンテナンスの推奨を含むことが好ましい。

更なる有利な構成は、出力装置が視覚的ディスプレイを含む。更なる有利な構成は、出力装置が無線送信装置を含む。

更なる有利な構成は、検出装置によって検出され得る溶接作業のパラメータが、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向、並びに／又は実行された溶接作業の数を含む。

更なる有利な構成は、制御装置が、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後続の溶接作業の１つ以上のパラメータを制御するのに適していることを含む。その結果、いくつかの状況では、確認されている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。

本出願の更なる態様によれば、装置は、基材上の指定された位置に溶接スタッドを溶接するのに適しており、且つ指定された位置を見つけるための装置を含む。

更なる有利な構成は、指定された位置を見つけるための装置が、指定された位置を基材の残りの表面から区別する変数を検出するための検出装置を含む。

指定された位置を基材の残りの表面から区別する変数は、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を含むことが好ましい。指定された位置を基材の残りの表面から区別する変数は、同様に、指定された位置と基材の残りの表面との間の高さの差を含むことが好ましい。検出装置は、装置と、スタッド及び／又はスタッドホルダの反対側に配置された基材の領域との間の距離を検出するための光学センサを含むことが特に好ましい。代替的又は追加的に、検出装置は、指定された位置と基材の残りの表面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ことを意図されることが特に好ましい。

更なる有利な構成は、指定された位置を見つけるための装置が、１つ以上の補助線を投影するための投影装置を含む。更なる有利な構成は、装置が１つ以上の表示要素を有することを含む。

本出願の更なる態様によれば、装置は、スタッド浸漬装置によってもたらされる溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料への溶接スタッドの浸漬動作を特徴付ける１つ以上の変数を判定するための判定装置を含む。その結果、いくつかの状況では、溶接スタッドと基材との間の溶接接続の品質の客観的な評価が可能になる。

有利な構成は、判定装置が、浸漬動作の持続時間及び／若しくは浸漬動作中の溶接スタッドの速度、並びに／又はリフト動作前及び／若しくは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いることを含む。

更なる有利な構成は、装置が、スタッドリフト装置及び／若しくはスタッド浸漬装置、並びに／又は溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度を制御するための制御装置を更に含む。

更なる有利な構成は、装置が、判定された変数に応じて溶接作業の１つ以上のパラメータを制御するための制御装置を更に含む。制御装置は、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向を制御することを意図されることが好ましい。

更なる有利な構成は、装置が、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導出された情報を出力するための出力装置を更に含む。出力装置は、視覚ディスプレイ及び／又は無線送信装置を含むことが好ましい。

更なる有利な構成は、出力装置によって出力できる情報が、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手段に関する情報を含む。

同様に、本出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方法であり、溶接スタッドが提供され、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且つ固化され、及び液化された材料が固化する前に溶接スタッド又は基材の液化された材料に溶接スタッドが浸漬される。溶接スタッドは、溶接スタッドと基材との間に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を形成しながら、基材からリフトオフされることが好ましい。

本出願の一態様によれば、本方法において、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー並びに／又は熱エネルギーを特徴付ける変数が判定され、且つ溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数が所定の値に達したとき、溶接電流がオフにされる。

有利な構成によれば、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料並びに／又は熱出力を特徴付ける溶接作業の１つ以上のパラメータに作用する熱出力が検出され、熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数は、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータから計算される。検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータは、経時的に合計されることが好ましい。特に好ましくは、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータは、合計前に、溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算される。熱出力を特徴付ける溶接作業のパラメータは、同様に、溶接電流の電圧及び／又は電流強度を含むことが好ましい。

有利な構成によれば、所定の値は、ユーザによって設定される。

更なる有利な構成によれば、溶接スタッド及び／又は基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす１つ以上の変数は、ユーザによって検出及び／又は提供され、所定の値は、これらの変数に基づいて設定される。溶接スタッド及び／又は基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす変数は、溶接スタッド及び／又は基材の周囲温度、寸法及び／又は材料を含むことが好ましい。

有利な構成によれば、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に作用する熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの時間プロファイルが記録される。熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、溶接作業が適切に進行していないと結論付けられることが好ましい。同様に、熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、同じ又は後続の溶接作業中に１つ以上の溶接パラメータが再調整されることが好ましい。

本出願の更なる態様によれば、本方法において、溶接スタッドの速度は、溶接スタッド又は基材の液化された材料に溶接スタッドが浸漬されている間に影響を受ける。

有利な構成は、好ましくは第１のリフト磁石を含む第１のアクチュエータと、好ましくは第２のリフト磁石を含む第２のアクチュエータとが作動して、溶接スタッドの速度に影響を及ぼすことを含む。第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータとは反対方向に作用することが好ましい。

有利な構成は、スタッド浸漬装置によってもたらされ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制御されることを含む。代替的な構成は、スタッド浸漬装置によってもたらされ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指定されることを含む。

更なる有利な構成は、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータが交互に及び／又は同時に動作することを含む。

更なる有利な構成は、溶接スタッド又は基材の液化された材料への浸漬中の溶接スタッドの動作が特に複数回にわたって遅延及び／又は反転されることを含む。

本出願の更なる態様によれば、本方法において、溶接作業中に生成される放射は、好ましくは、溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料への溶接スタッドの浸漬中に検出される。

更なる有利な構成は、検出された放射が音響放射、電気放射、磁気放射及び／又は光学放射であることを含む。

更なる有利な構成は、溶接作業の１つ以上のパラメータが、検出された放射に応じて制御されることを含む。

更なる有利な構成は、パラメータが、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向であることを含む。

更なる有利な構成は、検出された放射に関する情報及び／又は検出された放射から導出された情報が出力されることを含む。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手段に関する情報が出力されることが好ましい。

更なる有利な構成は、溶接作業が実行された後、溶接作業の品質の評価をユーザが入力することが可能になり、ユーザによる入力が将来の溶接作業の品質を評価するために使用されることを含む。

本出願の更なる態様によれば、溶接スタッドの１つ以上のスタッド特性が記録され、溶接作業の１つ以上のパラメータが、検出されたスタッド特性に応じて制御される。

有利な構成は、工場において溶接スタッドに取り付けられた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／又は識別要素がスタッド特性として検出されることを含む。

更なる有利な構成は、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向が溶接作業のパラメータとして制御されることを含む。

更なる有利な構成は、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導出された情報が出力されることを含む。

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導出された情報は、好ましくは、無線で送信される。

本出願の更なる態様によれば、本方法において、溶接作業の１つ以上のパラメータが検出及び記憶される。現在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は、データメモリに記憶されているパラメータと比較される。

有利な構成は、現在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と、データメモリに記憶されたパラメータとの間の差及び／又はそのような差から導出された情報が出力されることを含む。導出された情報は、装置のクリーニング及び／又はメンテナンスの推奨及び／又は要求を含むことが好ましい。

有利な構成は、現在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と、データメモリに記憶されたパラメータとの間の差又はそのような差から導出された情報が視覚的に出力されることを含む。更なる有利な構成は、現在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と、データメモリに記憶されたパラメータとの間の差又はそのような差から導出された情報が無線で送信されることを含む。

更なる有利な構成は、溶接作業の検出されたパラメータが、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向、並びに／又は実行された溶接作業の数を含む。

更なる有利な構成は、後続の溶接作業の１つ以上のパラメータが、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ことを含む。

本出願の更なる態様によれば、本方法において、スタッド浸漬装置によってもたらされる溶接スタッドの、溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料への浸漬動作を特徴付ける１つ以上の変数が判定される。

有利な構成は、溶接作業の１つ以上のパラメータが、判定された変数に応じて制御されることを含む。制御されたパラメータは、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向であることが好ましい。

更なる有利な構成は、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導出された情報が出力されることを含む。この情報は、好ましくは、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手段に関する情報である。

更なる有利な構成は、溶接作業が実行された後、溶接作業の品質の評価をユーザが入力することが可能になり、ユーザによる入力が将来の溶接作業の品質を評価するために使用されることを含む。

以下では、図面を参照して、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

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。 溶接方法のフロー図を示す図である。

図１では、溶接スタッド２０を基材３０に溶接するための溶接装置１０が概略的に示されている。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、溶接ユニット５０、第１の電気ケーブル６１、接続端子６３を有する第２の電気ケーブル６２、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、電気通信ライン６５、ガスシリンダーとして形成されたガス貯蔵器７０、管状ガス供給ライン７１及びガスホース７２を含む。

第１のケーブル６１は、溶接ユニット５０を介して溶接スタッド２０に電流を供給するのに役立つ。第２のケーブル６２は、接続端子６３が基材３０にクランプされたとき、基材３０を溶接ユニット５０に電気的に接続するのに役立つ。溶接スタッド２０が基材３０と接触すると、回路が閉じ、それにより、例えば直流又は交流の形態の溶接電流が溶接ユニット５０により溶接スタッド２０に印加され得る。この目的のため、溶接ガン４０は、図１に示されていない溶接電流接点要素を含む。溶接ユニット５０は、所望の電圧及び電流強度で溶接電流を提供するために、例えば電気コンデンサ、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ユニットも含む、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図示されていない装置を含む。

ガス供給ライン７１及びガスホース７２は、溶接作業中に周囲領域からの酸素による酸化から接触領域を保護するために、溶接スタッド２０と基材３０との間の接触領域にガス貯蔵器７０からの不活性ガスを供給するのに役立つ。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、図示されていないバルブ、特に制御可能バルブを含む。

溶接ユニット５０は、作動要素５２を有する入力装置５１と、また視覚表示要素５４及び無線送信ユニットを有する出力装置５３とを有する。入力装置５１は、例えば、電圧、電流強度、溶接電流の電力及び持続時間、スタッドの位置及び速度など、溶接装置１０のユーザにより、溶接装置１０で実行される溶接方法のパラメータを入力するのに役立つ。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、溶接方法又は他の変数の検出された放出に関する情報、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手段に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報若しくは前述の変数から導出される情報並びに／又は溶接装置１０、特に溶接ガン４０を洗浄及び／若しくは維持するための推奨事項若しくは指示などの情報をユーザに出力するのに役立つ。

通信ライン６５は、溶接ガン４０、特に図１に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、特に制御装置並びに／又は入力装置５１及び／若しくは出力装置５３との間の通信に役立つ。例えば、この通信により、例えば溶接電流の溶接スタッド２０の移動との同期を達成又は促進するために、溶接作業のパラメータに関する情報の交換が達成される。図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、無線で、無線通信により、又は溶接電流を搬送する第１の電気ケーブルにより行われる。

図２では、基材３０に固定するための溶接スタッド２０を有する溶接ガン４０がより詳細に示されている。溶接ガン４０は、開口部４６を有する筐体４２を有し、筐体４２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。また、第１の電気ケーブル６１、接続端子６３が基材３０にクランプされた第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も示されている。

溶接ガン４０は、スタッドホルダ４４も有し、その上で溶接スタッド２０が溶接作業中に保持される。この目的のため、スタッドホルダは、例えば、詳細に示されていない２つ、３つ、４つ又はそれを超える弾性アームを含み、それらの間に溶接スタッド２０がクランプ嵌合によって挿入及び保持される。溶接ガン４０は、溶接電流を溶接スタッド２０に印加するための、例えば１つ以上の弾性アームの形態でスタッドホルダ４４に組み込まれた溶接電流接点要素４５も有する。

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も有する。制御装置２００は、溶接作業の１つ以上のパラメータを制御することを意図されている。この目的のため、制御装置２００は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、１つ以上の一時的又は恒久的なデータメモリなどの様々な電子構成要素を含む。

溶接ガン４０は、第１のリフト磁石として形成されたスタッドリフト装置８０も有し、スタッドリフト装置８０が作動すると、開口部４６から後方への（図２では上向きの）力でスタッドホルダ４４上において動作する。制御装置２００は、スタッドリフト装置８０を制御し、特にそれを作動及び非作動させるために、図示されていない信号線を介してスタッドリフト装置８０と通信する。

溶接ガン４０は、第２のリフト磁石として形成されたスタッド浸漬装置９０も有し、スタッド浸漬装置９０が作動すると、開口部４６に向かう（図２では下向きの）力でスタッドホルダ４４上において前方に動作する。制御装置２００は、スタッド浸漬装置９０を制御し、特にそれを作動及び非作動させるために、図示されていない信号線を介してスタッド浸漬装置９０と通信する。図示されていない実施例の場合、スタッド浸漬装置は、スタッドリフト装置がスタッドホルダを後方に動作させると張力がかかり、スタッドリフト装置が非作動となると直ちにスタッドホルダを前方に動作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によってもたらされる溶接スタッドの速度に影響を及ぼすための影響装置１００も有する。影響装置１００は、第１のアクチュエータとしての第１のリフト磁石として形成されたスタッドリフト装置８０と、第２のアクチュエータとしての第２のリフト磁石として形成されたスタッド浸漬装置９０とを含む。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は反対方向に作用する。図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。いずれの場合でも、溶接スタッドの速度は、スタッドリフト装置８０及びスタッド浸漬装置９０が制御装置２００によって交互に及び／又は同時に作動及び非作動とされることによって影響を受ける。これにより、スタッド浸漬装置９０によって引き起こされる溶接スタッド２０の動作を繰り返し遅延及び／又は反転させることを可能にする。

溶接ガン４０は、溶接作業中に生成される放射を検出するための検出装置２１０も有する。検出装置２１０は、例えば、音響放射、電気放射、磁気放射及び／又は光学放射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、カメラなどを含む。図示されていない信号線を介して、制御装置２００は、検出された放射を表す信号を受信し、それに応じて溶接作業の制御を実行するために検出装置２１０と通信する。

溶接ガン４０は、溶接スタッド２０の１つ以上のスタッド特性を検出するための識別装置２２０も有する。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／又は直径などの幾何学的なスタッド特性を検出するのに適している。図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において溶接スタッドに取り付けら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に取り付けられた識別要素を検出することを意図されるスタッドホルダ識別装置２７０も有する。各スタッドタイプがスタッドホルダタイプに割り当てられている場合、これにより、スタッド特性を間接的に検出することが可能になる。例えば、スタッドホルダ４４は、指定された直径のスタッドを保持することのみに適しているため、スタッドホルダ４４の検出から溶接スタッド２０の直径を結論付けることが可能である。図示されていない信号線を介して、制御装置２００は、検出されたスタッド特性を表す信号を受信し、それに応じて溶接作業の制御を実行するために識別装置と通信する。図示されていない実施例の場合、識別要素は、溶接スタッドのパッケージに取り付けられ、特に携帯電話又は同様の装置により、例えばＱＲコード（登録商標）又はＲＦＩＤにより読み取られる。

溶接ガン４０はまた、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ための電流検出装置２３２とを含む。この目的のために、電圧検出装置２３１は、基材３０の電位をタップするための、例えば開口部４６に取り付けられた測定用接点を含むことが好ましい。図示されていない信号線を介して、制御装置２００は、電圧又は電流強度を表す信号を受信するために電圧検出装置２３１及び電流強度検出装置２３２と通信し、それらをデータメモリの１つに記憶し、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続の溶接作業の１つ以上のパラメータを制御する。

検出された電圧及び／又は電流強度は、溶接スタッド及び／又は基材の材料に作用する熱出力を特徴付けるパラメータとして役立つ。この場合の熱出力は、電圧と電流強度との積である。一定の電流強度であれば、電圧は、熱出力を特徴付けるのにすでに十分である。制御装置２００は、溶接スタッド２０及び／若しくは基材３０の材料に導入される熱エネルギー又は検出された熱出力若しくは熱出力を特徴付けるパラメータから熱エネルギーを特徴付ける変数を、例えば電圧と電流強度との積又は経時的な電圧のみを合計することによって計算するのに適している。

特に、制御装置２００は、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータを、合計前に、溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算するのに適している。更に、制御装置２００は、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数が、導入される溶接エネルギーの所定の値に達したとき、溶接電流をオフにするのに適している。所定の値は、溶接ガン４０のユーザによって事前に入力され得るか、又は溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす、溶接スタッド及び／若しくは基材の周囲温度、寸法及び／若しくは材料などの１つ以上の変数に基づいて調整することができる。

更に、制御装置２００は、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に作用する熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの時間プロファイルを記録し、熱出力の記録されたプロファイル又は熱出力を特徴付けるパラメータが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、溶接作業が適切に進行していないと結論付けるのに適している。この場合、制御装置２００は、同じ又は後続の溶接作業中、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、溶接スタッドの動作の速度、位置方向などの１つ以上の溶接パラメータを調整する。

溶接ガン４０は、溶接スタッド２０の浸漬動作中、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も含む。位置検出装置２５０は、リフトオフ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、これらの２つの位置間の差を判定し、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はまた、作動要素１５２を有する入力装置１５１と、視覚表示要素及び無線送信ユニットを有する出力装置１５３とを含む。入力装置１５１は、例えば、電圧、電流強度、溶接電流の電力及び持続時間、スタッドの位置及び速度、溶接スタッド及び／又は基材の材料に導入される溶接エネルギーなど、溶接ガン４０を用いて実行される溶接方法のパラメータを溶接ガン４０のユーザが入力するのに役立つ。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射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手段に関する情報、溶接スタッドの検出された特性に関する情報若しくは前述の変数から導出される情報並びに／又は溶接ガン４０を洗浄及び／若しくは維持するための推奨事項若しくは指示などの情報をユーザに出力するのに役立つ。図示されていない信号線を介して、制御装置２００は、入力装置１５１及び出力装置１５３と通信して、入力装置１５１によって入力された情報を受信するか、又は出力装置１５３に出力すべき情報を送信する。

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も有する。方向検出装置２９０は、例えば、溶接ガン４０が溶接作業中に下向き、横向き又は上向きに整列されているかどうかを検出する。方向検出装置２９０は、例えば、リフト動作中のスタッドホルダの加速度を評価することにより、又は溶接電流の電圧の時間プロファイルを評価することにより、溶接ガン４０の方向を判定する。溶接ガン４０の方向に関する情報は、溶接作業のパラメータの改善された制御に役立つ。

溶接スタッドに対して指定された溶接位置を見つけるための装置の一部として、溶接ガン４０はまた、溶接ガン４０、特に開口部４６若しくはスタッドホルダ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とを含む。更に、溶接スタッドに対して指定された溶接位置を見つけるための装置は、溶接ガン４０の残りの部分に対して溶接スタッド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を含み、指定された位置と基材の残りの表面との間の高さの差を検出する。図示されていない信号線を介して、制御装置２００は、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表す信号を受信及び処理するために検出装置２４０及び位置検出装置２５０と通信する。

溶接スタッド２０に対して指定された溶接位置を見つけるための装置の更なる一部として、溶接ガンは、１つ以上の補助線を基材３０上に投影するための投影装置２８０を含む。この目的のために、投影装置２８０は、補助線を基材３０上に投影する例えばレーザを有する。補助線は、溶接ガン４０のユーザに、溶接スタッド２０が溶接ガン４０のそれぞれの位置において溶接される基材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。溶接作業前に、ユーザは、溶接スタッド２０に対する所望の溶接位置３２０に線の十字を描く。次いで、ユーザは、手に溶接ガン４０を持ち、補助線３１０を描かれた線の交差と整列させ、このように得られた溶接ガン４０の位置を溶接作業中に維持する。

図４は、溶接スタッド２０に対して指定された溶接位置を見つけるための装置の更なる一部として、溶接ガン４０の筐体４２の外側に取り付けられた線形マーキング４１０を示す。このように、ユーザは、溶接ガン４０を所望の位置に確実に持ってくるために、指定された溶接位置に描かれた線の交点にマーキング４１０を整合させる実現性を有する。筐体４２は、９０°の等角度間隔で筐体４２の周囲に取り付けられた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、例えば溶接スタッド２０を基材３０に溶接するための方法５００を概略的に示す。第１のステップ５０１では、基材が提供される。更なるステップ５０２では、制御装置を備えた溶接装置が提供される。更なるステップ５０３では、溶接スタッドが提供される。

更なるステップ５０４では、例えば、それに続く溶接作業の所望のパラメータに関する情報が入力装置を介してユーザによって入力される。更なるステップ５０５では、溶接スタッドの１つ以上のスタッド特性は、識別装置、例えば工場において溶接スタッド又はそのパッケージに取り付けられた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／又は識別要素によって検出される。更なるステップ５０６では、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導出された情報が出力装置を介して出力される。

更なるステップ５０７では、溶接スタッドと基材との間の溶接スタッドに溶接電流が印加される。更なるステップ５０８では、溶接スタッドと基材との間に流れる溶接電流を維持しながら、スタッドリフト装置によって溶接スタッドを基材からリフトオフし、溶接スタッドと基材との間にアークを形成する。更なるステップ５０９では、溶接スタッド及び／又は基材の材料は、特にアークによって生成される熱に起因して部分的に液化される。

更なるステップ５１０では、溶接スタッドは、スタッド浸漬装置により、溶接スタッド又は基材の液化された材料に浸漬される。更なるステップ５１１では、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向が溶接作業のパラメータとして制御される。溶接スタッド又は基材の液化された材料に溶接スタッドが浸漬されている間に溶接スタッドの速度に影響を及ぼすために、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、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は反対方向に作用する。溶接スタッド又は基材の液化された材料への浸漬中の溶接スタッドの動作は、いくつかの状況では、液化された材料のより均一な一貫性が得られるように複数回にわたって反転される。

更なるステップ５１２では、溶接作業中に生成される放射が検出装置によって検出される。更なるステップ５１３では、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向が判定装置によって判定される。

更なるステップ５１４では、溶接スタッド及び／又は基材の液化された材料が固化し、それによって溶接スタッドが基材に接合される。更なるステップでは、溶接作業の１つ以上のパラメータが検出及び記憶される。

更なるステップ５１５では、現在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が、データメモリに記憶されたパラメータと比較される。更なるステップ５１６では、現在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と、データメモリに記憶されたパラメータとの間の差及び／又はそのような差から導出された情報が出力される。導出された情報は、装置のクリーニング及び／又はメンテナンスの推奨及び／又は要求を含むことが好ましい。溶接作業の検出されたパラメータは、溶接電流の電圧及び／若しくは電流強度、並びに／又は溶接スタッドの動作の速度、及び／若しくは位置、及び／若しくは方向、並びに／又は実行された溶接作業の数を含む。

検出された電圧及び／又は電流強度は、溶接スタッド及び／又は基材の材料に作用する熱出力を特徴付けるパラメータとして役立つ。この場合の熱出力は、電圧と電流強度との積である。一定の電流であれば、電圧は、熱出力を特徴付けるのにすでに十分である。溶接スタッド２０及び／若しくは基材３０の材料に導入される熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数は、電圧と電流強度との積又は経時的に合計された電圧のみにより、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータから計算される。特に、検出された熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータは、合計前に、溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算される。

溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される熱エネルギー又は熱エネルギーを特徴付ける変数が、導入される溶接エネルギーの所定の値に達したとき、溶接電流がオフにされる。これにより、特に電力に変動がある場合、所望の溶接エネルギーが溶接接続に確実に導入される。

所定の値は、例えば、ステップ５０４において溶接ガン４０のユーザにより、又は溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす、溶接スタッド及び／若しくは基材の周囲温度、寸法及び／若しくは材料などの１つ以上の変数に基づいて事前に入力される。導入された熱エネルギーに影響を及ぼすこれらの変数は、例えば、ステップ５０４において、ユーザによって部分的に検出されて部分的に提供される。

更に、溶接スタッド及び／若しくは基材の材料に作用する熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの時間プロファイルが記録される。熱出力又は熱出力を特徴付けるパラメータの記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、溶接作業が適切に進行していないと結論付けられ、溶接電流の電圧及び／又は電流強度、溶接スタッドの動作の速度、位置又は方向などの１つ以上の溶接パラメータが同じ又は後続の溶接作業中に再調整される。

更なるステップ５１６では、後続の溶接作業の１つ以上のパラメータが、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。

更なるステップ５１７では、情報が出力装置を介して出力される。情報出力は、例えば、検出された放出に関する情報及び／若しくは検出された放出から導出された情報、例えば溶接作業の品質及び／若しくは溶接作業を改善するための手段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／若しくは判定された変数から導出された情報である。

更なるステップ５１８では、溶接作業が実行された後、溶接作業の品質評価がユーザによって入力される。更なるステップ５１９では、ユーザによる入力を使用して、将来の溶接作業の品質を評価する。

本発明は、溶接スタッドを基材に溶接するための装置及び方法の例に基づいて説明されてきた。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内において必要に応じて互いに組み合わせることもできる。本発明による装置及び本発明による方法は、他の目的に適していることも指摘される。

Claims (15)

1. 溶接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、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点要素と、前記溶接スタッド及び／又は前記基材が前記溶接電流のために部分的に液化されるとき、前記溶接スタッド及び／又は前記基材の前記液化された材料に前記溶接スタッドを浸漬するためのスタッド浸漬装置と、前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に導入される熱エネルギー並びに／又は前記熱エネルギーを特徴付ける変数を判定し、且つ前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に導入される前記熱エネルギー又は前記熱エネルギーを特徴付ける前記変数が所定の値に達したとき、前記溶接電流をオフにするための制御装置と、を備える装置。
2. 前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に作用する熱出力並びに／又は前記熱出力を特徴付ける溶接作業の１つ以上のパラメータを検出するための検出装置を備え、前記制御装置は、前記検出された熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータから前記熱エネルギー又は前記熱エネルギーを特徴付ける前記変数を計算するのに適している、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御装置は、前記検出された熱出力又は前記熱出力を経時的に特徴付ける前記パラメータを合計するのに適しており、前記制御装置は、前記合計前に、前記検出された熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータを、前記溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算するのに特に適している、請求項２に記載の装置。
4. 入力装置も含み、それにより、前記所定の値は、ユーザによって設定され得る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記制御装置は、前記溶接スタッド及び／又は前記基材の前記材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす１つ以上の変数に基づいて前記所定の値を設定するのに適している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記制御装置は、前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に作用する前記熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータの時間プロファイルを記録するのに適している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記制御装置は、前記熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータの前記記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、溶接作業が適切に進行していないと結論付け、且つ同じ又は後続の溶接作業中に１つ以上の溶接パラメータを再調整するのに適している、請求項６に記載の装置。
8. 溶接スタッドを基材に溶接するための方法であって、
   ａ）溶接スタッドを提供するステップと、
   ｂ）前記溶接スタッドと前記基材との間の前記溶接スタッドに溶接電流を印加するステップと、
   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ステップと、
   ｄ）前記溶接スタッド又は前記基材の前記液化された材料を固化させるステップと、
   ｅ）前記液化された材料が固化する前に前記溶接スタッド又は前記基材の前記液化された材料に前記溶接スタッドを浸漬するステップと、
   ｆ）前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に導入される熱エネルギー並びに／又はステップｂ）中の前記熱エネルギーを特徴付ける変数を判定するステップと、
   ｇ）前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に導入される前記熱エネルギー又は前記熱エネルギーを特徴付ける前記変数が所定の値に達したとき、前記溶接電流をオフにするステップと
   を含む方法。
9. ステップｂ）及び／又はｃ）中、前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に作用する熱出力並びに／又は前記熱出力を特徴付ける溶接作業の１つ以上のパラメータが検出され、ステップｆ）において、前記熱エネルギー又は前記熱エネルギーを特徴付ける前記変数は、前記検出された熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータから計算される、請求項８に記載の方法。
10. 前記検出された熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータは、経時的に合計され、且つ特に、前記合計前に、前記溶接作業中に経時的に変化する重み係数によって乗算される、請求項９に記載の方法。
11. 前記所定の値は、ユーザによって設定される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記溶接スタッド及び／又は前記基材の前記材料に導入される所望の熱エネルギーに影響を及ぼす１つ以上の変数は、ユーザによって検出及び／又は提供され、前記所定の値は、前記変数に基づいて設定される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記溶接スタッド及び／若しくは前記基材の前記材料に作用する前記熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータの時間プロファイルは、記録される、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 溶接作業は、前記熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータの前記記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、適切に進行していないと結論付けられる、請求項１３に記載の方法。
15. １つ以上の溶接パラメータは、前記熱出力又は前記熱出力を特徴付ける前記パラメータの前記記録されたプロファイルが、指定されたプロファイルから逸脱する場合、同じ又は後続の溶接作業中に再調整される、請求項１３又は１４に記載の方法。
    
    

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