JP4499228B2 - プロジェクション溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接箇所として裏面側に爪状の突起部（プロジェクション）を有する、溶接ナット（以下、プロジェクション部品と称する）をワークに溶接取付するためのプロジェクション溶接装置に係り、詳しくは、プロジェクション部品をワークに溶接取付する際、取付不良を事前に検出する機能を備えたプロジェクション溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の溶接ナットをワークに溶接する装置として、固定電極と可動電極との間で溶接ナットを加圧して電流を流し、抵抗溶接法により溶接するプロジェクション溶接装置が知られている。すなわち、図７に示すように、固定電極１上にワーク２を配置し、ナットフィーダから供給されてきた、溶接ナット３を固定電極１の中央部に設けられたガイドピン４に嵌合させ、上下動する可動電極５で溶接ナット３を加圧し、両電極１、５間に電流を流すことにより、溶接ナット３の裏面側に設けられた４箇所の爪状の突起部３ａが溶融されてワーク２に溶接されるようになっている。なお、可動電極５の内部には、水の循環流路６が設けられており、溶接により発生させる熱を水で冷却するようになっている。
【０００３】
ところが、ナットフィーダから供給される溶接ナット３は、常に正しい位置にセットされるとは限らず、ガイドピン４から外れた位置にセットされる場合も起こり得る（ナットの位置ずれ）。このような場合、この不備に気がつかずに、このまま溶接してしまうと、使用不能の欠陥製品が製造されることになる。
【０００４】
そこで、従来、このような不都合を解消する手段として、特開平０５−１８８１５７号公報に記載のナットの検出装置が提供されている。同公報記載の検出装置では、図８に示すように、ワーク（板材）２の他方の片面側に、ワーク２に設けられた挿通孔２ａと軸心を共通にする態様で、溶接ナット３を位置決め配置し、配置された溶接ナット３の雌ねじ孔３ｂ内に、空気通路７ａが設けられたガイドピン７を挿入し、このガイドピン７の周面部に設けられた噴出口７ｂから圧縮空気を噴射し、この際の噴射抵抗を空気圧センサ８で検出して、圧力が高いときには、噴出口７ｂが雌ねじ孔３ｂの内周壁に閉塞されるので、溶接ナット３が有ると判断し、一方、圧力が低いときは、噴出口７ｂが開放状態であるので、溶接ナット３が無いと判断する構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の従来技術では、溶接ナット３の有無については確実に検出できるものの、図９に示すように、溶接ナット３の表裏（正逆）の向きについてまでは、検出することができないため、溶接ナット３は確実に溶接取付されてはいるが、表裏が逆向き、つまり、爪状の突起部３ａが上向きになっている（姿体異常）、という事態の発生を回避できない、という問題があった。このため、溶接ナット３が、同図（ｂ）に示すように、逆向きにセットされたことに気がつかず、このまま自動溶接してしまうと、溶接不良となり、欠陥製品が製造されることになる。とりわけ、自動車のフレームにこの種の溶接不良があると、大変危険である。
【０００６】
この発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、溶接ナット等のプロジェクション部品をワークに溶接取付する際、溶接ナットの姿態異常を事前に検出する機能を備えたプロジェクション溶接装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、固定電極と可動電極との間にワークを供給し、該ワークの被溶接箇所に穿設されたボルト挿通孔に、前記固定電極の前記可動電極と相対向する端面に設けられた凹部から、スプリングバネを介して、上下動自在に突出するガイドピンを嵌め込んで位置決めすると共に、前記ワークの前記ボルト挿通孔から突出する前記ガイドピンに、突起した被溶接部位を裏面に複数有する溶接ナットを遊びがある状態で嵌め込んでセットし、前記溶接ナットと前記ワークとを前記固定電極と可動電極とで挟着状態にして溶接するプロジェクション溶接装置に係り、前記可動電極の前記固定電極側の少なくとも先端部に設けられ、該先端部の端面に空気流出口を有し、前記溶接ナットが正常にセットされたときは、前記溶接ナットの雌ねじ孔を経由して空気を流出させる一方、前記溶接ナットが前記ワークの被溶接箇所にセットされていない部品レスのときは、前記空気流出口から前記ガイドピンを挿入させる構成の空気通路と、前記可動電極を前記溶接ナットに当接して溶接する際に、前記可動電極に設けられた前記空気通路に圧力空気を供給する空気供給手段と、前記空気通路内の空気圧を検出するための空気圧センサと、該空気圧センサによって検出された検出圧力値に基づいて、当該溶接の中止／実行を制御する制御手段とを備え、前記ワークの被溶接箇所にて、前記溶接ナットの位置決め不良又は姿態不良を判定するための空気圧に関する第１の基準値と、前記溶接ナットが、前記ワークの被溶接箇所にセットされていない部品レスの状態を判定するための空気圧に関する第２の基準値とが予め設定され、前記制御手段は、前記空気圧センサによって検出された前記検出圧力値が、予め設定された前記第１の基準値よりも低いときは、当該溶接を中止すると共に、前記空気圧センサによって検出された前記検出圧力値が、予め設定された前記第２の基準値よりも高いときも、当該溶接を中止することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のプロジェクション溶接装置に係り、前記溶接ナットの前記位置決め不良とは、溶接ナットが位置ずれした状態でセットされている状態を意味し、前記溶接ナットの前記姿態不良とは、表裏逆向きにセットされた状態を意味することを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のプロジェクション溶接装置に係り、前記制御手段が、前記溶接を中止したときは、表示又は音声による警報を出す構成になされていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１は、この発明の一実施例であるプロジェクション溶接装置の構成を示す側面図、図２は、同溶接装置を構成する固定電極及び可動電極部分の詳細を示す縦断面図、図３は、同溶接装置を構成するナットフィーダの作動状態を説明するための説明図、図４は、同溶接装置を構成する制御部の動作処理手順を示すフローチャート、また、図５及び図６は、同溶接装置の動作（溶接ナットの取付位置・姿態不良検出動作）を説明するために、取付位置、取付姿態の態様を示す図で、詳しくは、図５（ａ）は、溶接ナットが位置ずれでセットされている状態、図５（ｂ）は、溶接ナット９が表裏逆向きにセットされている状態、図６（ｃ）は、溶接ナット９がセットされていないナットレスの状態、また、図（６ｄ）は、溶接ナット９が正常姿態、正常位置にセットされている状態をそれぞれ示す図である。
【００１５】
この例のプロジェクション溶接装置は、溶接ナット９を自動車部品に溶接取付する装置に係り、図１又は図２に示すように、機体１０と、この機体１０にそれぞれ取り付けられ、上下に相対応する態様で前方に張り出す下部フレーム１１及び上部フレーム１２と、下部フレーム１１側に取り付けられ、ワーク１３が載置される固定電極１４と、上部フレーム１２側に取り付けられ、上下動可能な可動電極１５と、溶接ナット９をワーク１３上の溶接箇所に供給配置するためのナットフィーダ１６と、後述するように、可動電極１５の下部内部に設けられた空気通路１５ｃ内の空気圧を測定するための空気圧センサ１７と、この空気圧センサ１７の出力に基づいて,溶接ナット９の位置決め不良・姿態不良を判定する制御部１８とから概略構成されている。
【００１６】
上記固定電極１４は、図１に示すように、下部フレーム１１に固着された固定電極取付部１９の先端に縦向きに固定されている。この固定電極１４の上端面中央部には、凹部２０が設けられていて、この凹部２０には、スプリングバネ２１を介して、溶接ナット９を位置決めするための、ガイドピン２２が、上下動自在に突設されている。
【００１７】
上部フレーム１２の先端にはエアシリンダ２３が取り付けられ、このエアシリンダ２３のピストンに連結されて上下に駆動される可動体２４に可動電極１５が縦向きに固定されている。可動電極１５と固定電極１４とは軸心を共通にして相対向して配置されていて、固定電極１４と可動電極１５間に、図示せぬ電気回路を通じて通電することにより、後述のようにプロジェクション溶接を行う構成となっている。
【００１８】
可動電極１５は、図２に示すように、電極先端部１５ａとシャンク部１５ｂとからなっていて、シャンク部１５ｂの下部を除く内部には冷却水通路１５ｄが設けられている。また、可動電極１５の下部（すなわち、シャンク部１５ｂの下部から電極先端部１５ａの領域）には、内部に空冷用及び溶接ナット９の姿態検出用の空気圧通路１５ｃが形成されている。シャンク部１５ｂの側面に、空気圧通路１５ｃの流入口が、また、電極先端部１５ａの底面に、空気圧通路１５ｃの流出口が設けられており、空気圧通路１５ｃの流入口には、管継手２５を介して、エアホース２６が接続されている。
【００１９】
このエアホース２６は、図１に示すように、三方の管継手２７に接続され、この管継手２７からレギュレータ２８に接続され、かつ管継手２７から供給管２９を介してエア源３０に接続されている。この管継手２９の途中には空気圧センサ１７が設けられている。この空気圧センサ１７は、例えば圧電センサ等を有してなり、可動電極１５の下部に穿設された空気通路１５ｃ内の空気圧Ｐを検出して、検出圧力信号（電気信号）Ｐとして出力する構成となっている。
【００２０】
この例の制御部１８は、ＣＰＵ（中央処理装置）や、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリからなるソフトウェア構成からなり、ＣＰＵは、ＲＯＭから読み込まれた制御プログラムに制御されて、溶接ナット９の位置決め不良・姿態不良を判定する処理を実行する。すなわち、制御部１８では、予め設定された第１の基準圧力ＰＬ又は第２の基準圧力ＰＨ（ＰＨ＞ＰＬ）と、空気圧センサ１７から入力される検出圧力信号Ｐとを比較することで、ワーク１３上に供給配置された溶接ナット９の位置決め不良・姿態不良を判定する。
【００２１】
次に、ナットフィーダ１６は、固定電極１４の斜め上方に設けられていて、溶接ナット９を下降させてワーク１３上の溶接箇所に供給する固定シュート１６ａと、この固定シュート１６ａの外周に摺動（スライド）自在に外嵌されて、固定シュート１６ａからもらった溶接ナット９をワーク１３上の溶接箇所に配置するための可動シュート１６ｂと、可動シュート１６ｂ及び固定シュート１６ａのそれぞれの一端側に取着された一対の連結プレート１６ｃ，１６ｃと、これらの連結プレート１６ｃ，１６ｃ間に設置されたピストン１６ｄ及びシリンダ１６ｅとから構成されている。
【００２２】
可動シュート１６ｂの先端部は、溶接ナット９が縦方向に整然と供給されるように、略水平を向くように湾曲されていて、かつ、この先端部には、溶接ナット９を落とし込む落下孔１６ｆが設けられている。この落下孔１６ｆは、可動シュート１６ｂが、スライドダウンして、伸張したとき、固定電極１４の上端面に設けられているガイドピン２２の直ぐ上方に、かつ、軸心を共通にして配置されるようになされている。
【００２３】
次に、図３乃至図６を参照して、この例の溶接装置の動作について説明する。
まず、固定電極１４上に、ワーク（例えば自動車のフレーム部材）１３を載せ、ワーク１３のナット溶接位置に穿設されたボルト挿通孔に、固定電極１４の上端面から突出するガイドピン２２を嵌め込んで位置決めする（図２参照）。次に、図３(ａ)，（ｂ）に示すように、ナットフィーダ１６の可動シュート１６ｂをスライドダウンさせてから、可動シュート１６ｂに沿って溶接ナット９を下降させて、可動シュート１６ｂ先端部の落下孔１６ｆから、固定電極１４上面のガイドピン２２に落とし込む。
こうすると、溶接ナット９の雌ねじ孔９ｂがガイドピン２２に嵌合して、ワーク１３のナット溶接位置に位置決めされる。
【００２４】
次に、エア源３０から供給管２９及びエアホース２６を介して、可動電極１５下部の空気通路１５ｃに空気を供給しながら、可動電極１５を下降させて、固定電極１４上の溶接ナット９に当接させて、溶接準備が完了する（図４のステップＳＰ１）。
【００２５】
溶接準備が完了したら、制御部１８は、ステップＳＰ２へ進み、空気圧センサ１７によって検出された空気圧Ｐが、予め設定された第１の基準値ＰＬを越えているか否かを判定する。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、溶接ナット９がガイドピン２２から外れた位置にセットされたときは、空気通路１５ｃの真下に溶接ナット９がないため、空気通路１５ｃは大きく開放されて，空気抵抗が比較的小さくなるので、空気圧センサ１７では、比較的低い圧力値Ｐａ（ＰＬ＞Ｐａ）が検出される。制御部１８は、ステップＳＰ２において、空気圧センサ１７から入力される検出圧力信号Ｐａと第１の基準圧力ＰＬとを比較判定する。同図（ａ）の例では、ＰL＞Ｐａの判定結果が得られるので、制御部１８はステップＳＰ３の処理に進んで、直ちに、溶接作業の続行を中断する。これにより、可動電極１５と固定電極１４との間に溶接電流が流れることが、阻止されて、溶接不良の発生が事前に回避される。
【００２７】
また、同図（ｂ）に示すように、溶接ナット９の表裏が逆向きにセットされたときは、溶接ナット９の裏面側に設けられた４箇所の爪状の突起部９ａに可動電極１５の下端面が当たるので、可動電極１５と溶接ナット９との間に隙間２６ができ、ここから空気が流出するため、この場合も、空気圧センサ１７では、比較的低い圧力値Ｐｂ（ＰＬ＞Ｐｂ）が検出される。制御部１８は、ステップＳＰ２において、空気圧センサ１７から入力される検出圧力信号Ｐｂと第１の基準圧力ＰＬとを比較判定する。同図(b)の例では、ＰL＞Ｐｂの判定結果が得られるので、制御部１８はステップＳＰ３の処理に進んで、直ちに、溶接作業の続行を中断する。これにより、可動電極１５と固定電極１４との間に溶接電流が流れることが、阻止されて、溶接不良の発生が事前に回避される。
【００２８】
次に、図６（ｃ）に示すように、溶接ナット９がガイドピン２２にセットされないナットレスの状態となったときは、可動電極１５の下端面がワーク１３に直接当接するするため、可動電極１５の空気通路１５ｃが塞がれて、空気抵抗が高い状態となり、このため、空気圧センサ１７では、比較的高い圧力値Ｐｃ（Ｐｃ＞ＰＨ＞ＰＬ）が検出される。
【００２９】
制御部１８は、まず、ステップＳＰ２において、空気圧センサ１７から入力される検出圧力信号Ｐｃと第１の基準圧力ＰＬとを比較判定する。同図（ｃ)の例では、Ｐｃ＞ＰＬの判定結果が得られるので、制御部１８はステップＳＰ４の処理に進んで、今度は、空気圧センサ１７から入力された検出圧力信号Ｐｃと第２の基準圧力ＰＨとを比較判定する。
【００３０】
同図（ｃ)の例では、Ｐｃ＞ＰＨの判定結果が得られるので、制御部１８は、直ちに、ステップＳＰ５に移って、溶接作業の続行を中断する。これにより、可動電極１５と固定電極１４との間に溶接電流が流れることが、阻止されて、溶接不良の発生が事前に回避される。
【００３１】
次に、同図（ｄ）に示すように、溶接ナット９の位置決め及び向きが、正常状態のときは、溶接ナット９の雌ねじ孔９ｂがガイドピン２２に嵌まっていて、溶接ナット９の爪状の突起部９ａが、ワーク１３に接触し、可動電極１５の下端面と溶接ナット９の表面が当接する状態となっている。この状態のときは、可動電極１５の空気圧通路１５ｃ内の空気は、雌ねじ孔９ｂとガイドピン２２との間の隙間、及び溶接ナット９の爪状の突起部９ａとワーク１３との間の隙間を通って抜けるので、空気抵抗は、図５（ａ）の位置ずれ及び図５（ｂ）の表裏逆向きの状態のときよりは大きく、一方、図６（ｄ）のナットレスの状態のときよりは小さくなる。
【００３２】
したがって、空気圧センサ１７では、適正の圧力値Ｐｄ（ＰＨ＞Ｐｄ＞ＰＬ）が検出される。制御部１８は、まず、ステップＳＰ２において、空気圧センサ１７から入力される検出圧力信号Ｐｄと第１の基準圧力ＰＬとを比較判定する。図６（ｃ)の例では、Ｐｃ＞ＰＬの判定結果が得られるので、制御部１８はステップＳＰ４の処理に進んで、今度は、空気圧センサ１７から入力された検出圧力信号Ｐｄと第２の基準圧力ＰＨとを比較判定する。
【００３３】
同図（ｃ)の例では、ＰＨ＞Ｐｃの判定結果が得られる。つまり、この状態のときは、取付姿態及び取付位置が正常であるため、ステップＳＰ６へ進んで、可動電極１５と固定電極１４との間に溶接電流を流す（溶接実行）。この結果、爪状の突起部の箇所で、溶接ナットとワーク１３とが強く溶接される。
【００３４】
このように、この例の構成によれば、溶接ナット９をワーク１３に溶接取付する際、溶接ナット９の取付位置不良を検知することができるだけでなく、溶接ナット９の逆向きセット（姿態異常）を事前に検出することができる。また、可動電極１５の下部に穿設された空気通路１５ｃによって、可動電極を冷却できるので、水冷に較べて、装置の手入れが、一段と楽である。
【００３５】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、プロジェクション部品は、溶接ナットに限定されず、電気接点、プラグ、リング、その他の突起のあるものである限り、この発明を適用できる。
【００３６】
また、上述の実施例では、固定シュートと可動シュートとからなるナットフィーダを用いたが、これに限定するものではなく、串刺し案内方式の供給ロッドを用いるもの、磁石保持式の供給ロッドを用いるもの、あるいは、これら以外のものでも良い。
また、溶接ナットの姿態異常・位置不良の判定手段としては、ソウフトウェア構成であると、ハードウェア構成（シーケンサによる制御、リレー制御）であるとを問わない。
【００３７】
また、また、セットされた溶接ナットが姿態異常・位置不良と判定されたときは、表示装置にメッセージ表示したり、音声による警報を出して異常を作業員に知らせるようにしても良い。
なお、図５及び図６には示されていないが、溶接ナット９の形状に異常がある欠損品の場合も、可動電極１５と溶接ナット９との間に大きな隙間ができるため、異常を検出できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、プロジェクション部品（溶接ナット）をワークに溶接取付する際、プロジェクション部品の取付位置不良を検知することができるだけでなく、プロジェクション部品の逆向きセット（姿態異常）を事前に検出することができる。また、可動電極の下部に穿設された空気通路によって、可動電極を冷却できるので、水冷に較べて、装置の手入れが、一段と楽である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例であるプロジェクション溶接装置の構成を示す側面図である。
【図２】同溶接装置を構成する固定電極及び可動電極部分の詳細を示す縦断面図である。
【図３】同溶接装置を構成するナットフィーダの作動状態を説明するための説明図である。
【図４】同溶接装置を構成する制御部の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図５】同溶接装置の動作（溶接ナットの位置決め不良・姿態不良検出動作）を説明するための説明図である。
【図６】同溶接装置の動作（溶接ナットの位置決め不良・姿態不良検出動作）を説明するための説明図である。
【図７】従来のプロジェクション溶接装置を説明するための概略縦断面図である。
【図８】従来の別のプロジェクション溶接装置を説明するための概略縦断面図である。
【図９】同従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
９ 溶接ナット（プロジェクション部品）
９ａ 爪状の突起部（突起した被溶接部位）
９ｂ 雌ねじ孔
１３ ワーク
１４ 固定電極
１５ 可動電極
１５ａ 電極先端部（先端部）
１５ｃ 空気通路
１６ ナットフィーダ
１７ 空気圧センサ
１８ 制御手段（制御部）
３０ エア源（空気供給手段）
Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ 検出圧力信号（検出圧力）
ＰＬ 第１の基準圧力（第１の基準値）
ＰＨ 第２の基準圧力（第２の基準値）

Claims (3)

1. 固定電極と可動電極との間にワークを供給し、該ワークの被溶接箇所に穿設されたボルト挿通孔に、前記固定電極の前記可動電極と相対向する端面に設けられた凹部から、スプリングバネを介して、上下動自在に突出するガイドピンを嵌め込んで位置決めすると共に、前記ワークの前記ボルト挿通孔から突出する前記ガイドピンに、突起した被溶接部位を裏面に複数有する溶接ナットを遊びがある状態で嵌め込んでセットし、前記溶接ナットと前記ワークとを前記固定電極と可動電極とで挟着状態にして溶接するプロジェクション溶接装置であって、
   前記可動電極の前記固定電極側の少なくとも先端部に設けられ、該先端部の端面に空気流出口を有し、前記溶接ナットが正常にセットされたときは、前記溶接ナットの雌ねじ孔を経由して空気を流出させる一方、前記溶接ナットが前記ワークの被溶接箇所にセットされていない部品レスのときは、前記空気流出口から前記ガイドピンを挿入させる構成の空気通路と、
   前記可動電極を前記溶接ナットに当接して溶接する際に、前記可動電極に設けられた前記空気通路に圧力空気を供給する空気供給手段と、
   前記空気通路内の空気圧を検出するための空気圧センサと、
   該空気圧センサによって検出された検出圧力値に基づいて、当該溶接の中止／実行を制御する制御手段とを備え、
   前記ワークの被溶接箇所にて、前記溶接ナットの位置決め不良又は姿態不良を判定するための空気圧に関する第１の基準値と、前記溶接ナットが、前記ワークの被溶接箇所にセットされていない部品レスの状態を判定するための空気圧に関する第２の基準値とが予め設定され、
   前記制御手段は、
   前記空気圧センサによって検出された前記検出圧力値が、予め設定された前記第１の基準値よりも低いときは、当該溶接を中止すると共に、
   前記空気圧センサによって検出された前記検出圧力値が、予め設定された前記第２の基準値よりも高いときも、当該溶接を中止する
   ことを特徴とするプロジェクション溶接装置。
2. 前記溶接ナットの前記位置決め不良とは、溶接ナットが位置ずれした状態でセットされている状態を意味し、前記溶接ナットの前記姿態不良とは、表裏逆向きにセットされた状態を意味することを特徴とする請求項１記載のプロジェクション溶接装置。
3. 前記制御手段が、前記溶接を中止したときは、表示又は音声による警報を出す構成になされていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクション溶接装置。

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